JP2020510297A - ライトモジュール - Google Patents

Abstract

ハウジング１２と、ハウジング内に配置されている第１の回路基板１４であって、中央貫通孔３０、ドライバ電子機器スルーホール構成要素３４が実装されている前面３２、及びドライバ電子機器スルーホール構成要素のリード線３８が突出している裏面３６を含み、第１の回路基板の後方の間隙５０が、リード線を収容する、第１の回路基板と、第１の回路基板に電気的に接続されている第２の回路基板１６であって、光を放出するように適合されている少なくとも１つの固体照明要素４２を含み、第１の回路基板と同じ水平面に、又は第１の回路基板の後方の平面内に配置されている、第２の回路基板とを備える、ライトモジュール１０が提供される。

Description

本発明は、ライトモジュール、例えば、ダウンライトモジュールに関する。本発明はまた、ライトモジュールの組み立て方法にも関する。

ダウンライトモジュールは、一般に、オフィス、接客サービス、小売業、全般的な周囲照明などにおける下方照明用途のために、既存の若しくは新たな固定具又は照明器具に一体化されてもよい、ライトモジュールである。

固定出力製品に関しては、ダウンライトモジュールのハウジング内のＬＥＤのＰＣＢに、ドライバ電子機器を追加することが既知である。このソリューションは、ＳＭＤ構成要素のみが使用可能であること、ドライバ電子機器用に残されるＰＣＢ領域が制限されること、及びＥＭＣの問題を含めた、欠点を有する。

更には、米国特許出願公開第２０１２／０１４０４４２号は、照明装置用の光源を開示しており、この光源は、発光デバイスと、発光デバイスが実装されている第１のプリント回路基板と、発光デバイスに電気信号を供給する電力ユニットモジュールであって、第２のプリント回路基板を含む、電力ユニットモジュールと、発光デバイスを上に有し、発光デバイスによって発生された熱を外部に放出する、支持ユニットと、発光デバイス、電力ユニットモジュール、及び支持ユニットを覆って保護する、ハウジングユニットとを含む。発光デバイスが実装されている基板は、電力ユニットモジュールの回路基板の上方に配設されるように、電力ユニットモジュールの回路基板から分離され、間隔を置いて配置されている。

米国特許出願公開第２０１５／０８５４９５号では、ＬＥＤ基板と、反射器上に取り付けられている回路基板とを備えるランプが開示されており、上記のＬＥＤ基板は、回路基板から軸方向距離に位置決めされており、ハウジングの外側の熱伝導シートと熱接触している。

本発明の目的は、改善されたライトモジュールであって、特に高さ制限を満たすことが可能であり、節減されたコストを有し、及び／又は、迅速に組み立てられると共にハウジング内での回路基板の正確な位置決め及び固定が可能な、改善されたライトモジュールを提供することである。

本発明の第１の態様によれば、この目的及び他の目的は、ライトモジュールであって、ハウジングと、ハウジング内に配置されている第１の回路基板であって、中央貫通孔、ドライバ電子機器スルーホール構成要素が実装されている前面、及びドライバ電子機器スルーホール構成要素のリード線が突出している裏面を含み、第１の回路基板の後方の間隙が、リード線を収容する、第１の回路基板と、第１の回路基板に電気的に接続されている第２の回路基板であって、光を放出するように適合されている少なくとも１つの固体照明要素を含み、第１の回路基板と同じ水平面に、又は第１の回路基板の後方の平面内に配置されている、第２の回路基板とを備える、ライトモジュールによって達成される。

固体照明要素を含む第２の回路基板を、ライトモジュールの主発光方向に対して、第１の回路基板と同じ水平面に、又は第１の回路基板の後方に配置することによって、ライトモジュールは、厳密な高さ制限を満たし得る。更には、スルーホール構成要素は、ＳＭＤ（surface-mount device；表面実装デバイス）構成要素のみが使用される場合と比較して、全体的なコストを節減し得る。

第２の回路基板の外周は、第１の回路基板の中央貫通孔の円周に実質的に合致し得る。このようにして、第２の回路基板は、ドライバ電子機器スルーホール構成要素のリード線に干渉せずに済む。第２の回路基板が、第１の回路基板と同じ水平面に配置される場合には、第２の回路基板は、第１の回路基板の中央貫通孔内に位置してもよい。

ライトモジュールは、第１の回路基板及び第２の回路基板の後方に配置されている、ヒートスプレッダを更に備えてもよい。このヒートスプレッダは、好ましくは板形状であり、ハウジングの後部を閉鎖するように更に適合されてもよい。ハウジングの後部を閉鎖する板形状ヒートスプレッダは、平坦な後部熱界面をライトモジュールが有することを可能にする。

ライトモジュールは、第１の回路基板とヒートスプレッダとの間に配置されている、電気絶縁体を更に備えてもよい。電気絶縁体は、例えば、ヒートスプレッダに取り付けられてもよい。更には、電気絶縁体は、第１の回路基板の中央貫通孔に合致する、中央貫通孔を有してもよい。このようにして、電気絶縁体は、第１の回路基板が、ヒートスプレッダに比較的近接して位置する場合であっても、ドライバ電子機器スルーホール構成要素のリード線が、ヒートスプレッダに電気的に接続することを防止すると同時に、固体照明要素を含む第２の回路基板が、ヒートスプレッダと物理的に接触することを可能にして、熱抵抗を最小限に抑えてもよい。

ヒートスプレッダは、ネジによってハウジングに取り付けられてもよい。ヒートスプレッダは、それらのネジの箇所で、第１の回路基板に向けて突出する部分を含んでもよい。これらの部分は、それらが第１の回路基板に当接するため、前述の間隙を正確に確保し得る。この間隙は、例えば、３ｍｍ未満であってもよい。更には、ヒートスプレッダは、第１の回路基板に向けて突出する部分のそれぞれにおいて、ネジのうちの１つの頭部を収容するように適合されている、凹部を含んでもよい。このことは、ライトモジュールの後部熱界面が、顧客設計のヒートシンクに対して、実際に平坦であることを可能にする。

本発明の第２の態様によれば、ライトモジュールの組み立て方法が提供され、この方法は、ハウジングを準備するステップと、ハウジング内に第１の回路基板を定置するステップであって、第１の回路基板が、中央貫通孔、ドライバ電子機器スルーホール構成要素が実装されている前面、及びドライバ電子機器スルーホール構成要素のリード線が突出している裏面を含む、ステップと、第２の回路基板を定置するステップであって、第２の回路基板が、光を放出するように適合されている少なくとも１つの固体照明要素を含み、第２の回路基板が、第１の回路基板と同じ水平面に、又は第１の回路基板の後方の平面内に配置される、ステップとを含む。この方法は、ヒートスプレッダによってハウジングの後部を閉鎖するステップと、ネジによってヒートスプレッダをハウジングに取り付けるステップとを、更に含んでもよい。この態様は、第１の態様と同じ若しくは同様の特徴及び技術的効果を呈してもよく、逆の場合も同じである。

本発明は、請求項に記載されている特徴の、全ての可能な組み合わせに関するものである点に留意されたい。

次に、本発明のこの態様及び他の態様が、本発明の実施形態を示す添付図面を参照して、より詳細に説明される。
本発明の一実施形態によるダウンライトモジュールの分解斜視図である。 図１のダウンライトモジュールの断面斜視図である。 図１及び図２のダウンライトモジュールの組み立て方法のフローチャートである。 ダウンライトモジュールの別の実施形態の分解斜視図である。 更に別の実施形態によるダウンライトモジュールの組み立てを示す側面図である。 これらの図に示されるように、層及び領域のサイズは、例示目的で誇張されている場合があり、それゆえ、本発明の実施形態の一般的な構造を例示するように提供され得る。同様の参照符号は、全体を通して、同様の要素を指す。

ここで、現時点で好ましい本発明の実施形態が示されている添付図面を参照して、本発明が、以降でより完全に説明される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されるとして解釈されるべきではなく、むしろ、実施形態は、完全性及び網羅性のために提供され、当業者に本発明の範囲を完全に伝達するものである。

図１、図２は、本発明の一実施形態によるライトモジュール、すなわち、ダウンライトモジュール１０を示す。図１、図２のダウンライトモジュール１０は、ハウジング１２、第１の回路基板１４、第２の回路基板１６、及び別個のヒートスプレッダ１８を備える。

ハウジング１２は、８１．５ｍｍ（Ｌ）×８１．５ｍｍ（Ｗ）×１８．５ｍｍ（Ｈ）のサイズを有してもよい。ハウジング１２は、プラスチックハウジング１２であってもよい。ハウジング１２は、例えば、ポリカーボネート（poly carbonate；ＰＣ）で作製されることができる。ハウジング１２は、ネジボス２０ａ〜２０ｃと、ダウンライトモジュール１０を固定具又は照明器具（図示せず）に取り付けるための貫通孔２２ａ〜２２ｃと、反射器２４とを含む。反射器２０の、より広い端部には、光学要素２６が配置されている。光学要素２６は、例えば、レンズ又は拡散器であってもよい。反射器２４の、より狭い端部に、ハウジング１２は、第２の回路基板１６のための、中央の円形ホルダ２８を含む。

第１の回路基板１４は、ハウジング１２内に配置され、ネジボス２０ａ〜２０ｃによって支持されている。第１の回路基板１４は、好ましくはプリント回路基板（printed circuit board；ＰＣＢ）である。第１の回路基板１４は、例えば、ＦＲ４のＰＣＢであってもよい。第１の回路基板１４は、中央貫通孔３０を含む。中央貫通孔３０は、この場合、円形であり、中央の円形ホルダ２８よりも僅かに大きい直径を有し、第１の回路基板１４は、中央の円形ホルダ２８を取り囲むように配置されている。第１の回路基板１４は、ドライバ電子機器スルーホール構成要素３４が実装されている前面３２、及びドライバ電子機器スルーホール構成要素３４のリード線３８が突出し得る裏面３６を有する。ドライバ電子機器スルーホール構成要素３４は、中央貫通孔３０の周囲に配設されてもよい。ドライバ電子機器スルーホール構成要素３４は、ハウジング１２の反射器２４の後方の、空間４０内に収容されてもよい。

第２の回路基板１６は、ハウジング１２内に配置され、中央の円形ホルダ２８によって支持されている。第２の回路基板１６は、好ましくはプリント回路基板である。第２の回路基板１６は、例えば、ＭＣＰＣＢ（metal core circuit board；メタルコア回路基板）であってもよい。第２の回路基板１６は、光を放出するように適合されている少なくとも１つの固体照明要素４２を含む。この場合、少なくとも１つの固体照明要素４２は、第２の回路基板１６上に、すなわち、第２の回路基板１６の前面４４上に表面実装されている、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）である。第２の回路基板１６は、例えば、はんだ付けワイヤ又はコネクタ（図示せず）を介して、第１の回路基板１４に電気的に接続されていることにより、ドライバ電子機器スルーホール構成要素３４は、少なくとも１つの固体照明要素４２に、電力供給するように適合されている。第２の回路基板１６は、ダウンライトモジュール１０の主発光方向４４に対して、第１の回路基板１４の後方の平面Ｐ内に配置されている。平面Ｐは、第１の回路基板１４と平行である。更には、第２の回路基板１６の外周は、第１の回路基板１４の中央貫通孔３０の円周に実質的に合致し、それにより、第２の回路基板１６が中央貫通穴３０と（横方向で）位置合わせされるため、第２の回路基板１６は、ドライバ電子機器スルーホール構成要素３４のリード線３８に干渉しない。

ヒートスプレッダ１８は、第１の回路基板１４及び第２の回路基板１６の後方に配置されている。ヒートスプレッダ１８は、アルミニウムなどの金属で作製されることができる。ヒートスプレッダ１８は、金属薄板から作製されることができる。ヒートスプレッダ１８は板形状であり、すなわち、比較的平坦で薄い。ヒートスプレッダ１８の厚さは、例えば１．５ｍｍであってもよい。更には、ヒートスプレッダ１８は、図１、図２に示されるように、ダウンライトモジュール１０のハウジング１２の後部を閉鎖するように適合されている。

ヒートスプレッダ１８は、ネジボス２０ａ〜２０ｃの対応する穴と嵌合する、３つのネジ４６ａ〜４６ｃによって、ハウジング１２に機械的に取り付けられている。ネジ４６ａ〜４６ｃは、セルフタッピングであってもよい。ネジ４６ａ〜４６ｃの箇所で、ヒートスプレッダ１８は、第１の回路基板１４の裏面３６に向けて突出して当接する、部分４８ａ〜４８ｃを含み、そのような部分４８ａ〜４８ｃは、ネジ４６ａ〜４６ｃ毎に１つである。（突出）部分４８ａ〜４８ｃによって、第１の基板１４の後方に、間隙５０が形成される。間隙５０は、リード線３８及び／又は関連するはんだ接合部を収容してもよい。間隙５０は、例えば３ｍｍ未満であってもよい。更には、ヒートスプレッダ１８は、ネジ４６ａ〜４６ｃによってハウジング１２に機械的に取り付けられるため、第１の回路基板１４及び第２の回路基板１６の双方とも、ハウジング１２とヒートスプレッダ１８との間に挟み込まれ、第１の回路基板１４は、ネジボス２０ａ〜２０ｃとヒートスプレッダ１６の（突出）部分４８ａ〜４８ｃとの間に挟み込まれ、一方で、第２の回路基板１６は、中央の円形ホルダ２６とヒートスプレッダ１６の中央領域との間に挟み込まれる。（突出）部分４８ａ〜４８ｃのそれぞれにおいて、ヒートスプレッダ１８は、ネジ４６ａ〜４６ｃのうちの１つの頭部を収容するように適合されている、凹部５２ａ〜５２ｃを含む。各部分と凹部との組み合わせ４８／５２は、ヒートスプレッダ１８内の屈曲部として形成されてもよい。凹部５２ａ〜５２ｃは、特に図２に見られるように、ダウンライトモジュール１０の後部熱界面が、実際に平坦であることを可能にする。

図１、図２の実施形態では、２つの基板（第１の回路基板１４及び第２の回路基板１６）は、ヒートスプレッダ１８によって個別に固定されることができ、より大きい部品寸法公差、及び基板の平坦性に適応することができる。

ダウンライトモジュール１０は、第１の回路基板１４とヒートスプレッダ１８との間に配設されている、電気絶縁体５４を更に備える。すなわち、電気絶縁体５４は、例えば熱伝導性接着剤（図示せず）によって、ヒートスプレッダ１８に取り付けられている。電気絶縁体５４は、例えば絶縁フィルムであってもよい。電気絶縁体５４は、第１の回路基板１４の中央貫通孔３０に合致する、中央貫通孔５６を含んでもよい。このようにして、電気絶縁体５４は、ドライバ電子機器スルーホール構成要素３４のリード線３８が、ヒートスプレッダ１８に電気的に接続することを防止すると同時に、第２の回路基板１６の裏面５８が、例えば前述の熱伝導性接着剤を介して、ヒートスプレッダ１８と物理的に接触することを可能にしてもよい。

動作中、ドライバ電子機器スルーホール構成要素３４は、少なくとも１つの固体照明要素４２を、それらが光を放出するように駆動する。放出された光は、光学要素２６を通って発光モジュール１０から出て行く前に、反射器２４によって反射されてもよい。少なくとも１つの固体照明要素４２によって発生された熱は、ヒートスプレッダ１８によって、例えば外部ヒートシンク（図示せず）に移動されてもよい。

図３のフローチャートは、ダウンライトモジュール１０の組み立て方法を示す。この方法は、手動であってもよく、部分的に自動化されるか、又は完全に自動化されてもよい。最初に、ハウジング１２が準備される（ステップＳ１）。次いで、第１の回路基板１４が、ハウジング１２内に、すなわち、ネジボス２０ａ〜２０ｃ上に定置される（ステップＳ２）。ステップＳ３で、第２の回路基板１６が、ハウジング１２内に、すなわち、中央ホルダ２８上に定置される。次いで、第１の回路基板１４及び第２の回路基板１６が、例えば２つのワイヤを介して、互いに電気的に接続されてもよい（ステップＳ４）。ステップＳ５で、ハウジング１２の後部が、ヒートスプレッダ１８によって閉鎖され、（突出）部分４８ａ〜４８ｃが、第１の回路基板１４に当接する。このステップの前に、電気絶縁体５４が、好ましくはヒートスプレッダ１８に取り付けられる。最後に、ステップＳ６で、ヒートスプレッダが、ネジ４６ａ〜４６ｃによってハウジング１２に取り付けられる。

図４は、ダウンライトモジュール１０の別の実施形態の分解斜視図である。この実施形態では、第２の回路基板１６が、ハウジング１２の後部を閉鎖し、別個のヒートスプレッダ１８は存在しない。その代わりに、第２の回路基板１６が、ヒートスプレッダとしての機能を果たす。第２の回路基板１６は、この場合、絶縁金属基板（insulated metal substrate；ＩＭＳ）回路基板、又はメタルコア回路基板（ＭＣＰＣＢ）であってもよい。第２の回路基板１６は、この場合、第１の回路基板１４の外周に（実質的に）合致する、外周を有してもよい。少なくとも１つの固体照明要素４２が、第２の回路基板１６の中央部分上に表面実装されており、この中央部分は、第１の回路基板１４の中央貫通孔３０と位置合わせされている。第２の回路基板１６は、この場合、ダウンライトモジュール１０の主発光方向４４に対して、第１の回路基板１４の後方（の平面内）に配置されている。第１の回路基板１４は、この場合、ハウジング１２に熱カシメされており、一方で、第２の回路基板１６は、両面テープ（リング６０）によって、ハウジング１２に固定されている。この実施形態のダウンライトモジュール１０は、以下のようにして組み立てられてもよい：１）ハウジング１２内に第１の回路基板１４を定置する。２）熱カシメによって、ハウジング１２に第１の回路基板１４を固定する。３）第１の回路基板４の裏面上に熱パッド６２を定置する。４）第１の回路基板１４の裏面上に、電気絶縁体５４、例えば絶縁シートを定置する。５）ハウジング１２上に、（両面）接着剤リング６０を定置する。６）接着剤リング６０によって、ハウジング１２に第２の回路基板１６を固定する。

図５は、更に別の実施形態によるダウンライトモジュール１０の組み立てを示す側面図である。この実施形態では、第２の回路基板１６が、ハウジング１２の後部を閉鎖し、別個のヒートスプレッダ１８は存在しない。その代わりに、第２の回路基板１６が、ヒートスプレッダとしての機能を果たす。第２の回路基板１６は、この場合、絶縁金属基板（ＩＭＳ）回路基板、又はメタルコア回路基板（ＭＣＰＣＢ）であってもよい。第２の回路基板１６は、この場合、第１の回路基板１４の外周に（実質的に）合致する、外周を有してもよい。少なくとも１つの固体照明要素４２が、第２の回路基板１６の中央部分上に表面実装されており、この中央部分は、第１の回路基板１４の中央貫通孔３０と位置合わせされている。第２の回路基板１６は、この場合、ダウンライトモジュール１０の主発光方向４４に対して、第１の回路基板１４の後方（の平面内）に配置されている。ハウジング１２は、この場合、上部１２ａ及び下部１２ｂを含み、ハウジング１２は、第１の回路基板１４及び第２の回路基板１６が（双方とも）ハウジング１２の上部１２ａと下部１２ｂとの間に挟み込まれるように設計されている。ハウジング１２の上部１２ａ及び下部１２ｂは、スナップ嵌め手段によって、互いに機械的に接続されてもよい。この実施形態のダウンライトモジュール１０は、以下のようにして組み立てられてもよい：１）ハウジング１２の下部１２ｂを準備する。２）ハウジング１２の下部１２ｂ内（の下側縁部上）に、第２の回路基板１６を定置する。３）ハウジング１２の下部１２ｂ内（の上側縁部上）に、電気絶縁体５４、例えば絶縁箔を定置する。４）電気絶縁体５４の上に、第１の回路基板１４を定置する。５）ハウジング１２の上部１２ａを定置することにより、第１の回路基板１４及び第２の回路基板１６が、ハウジング１２の上部１２ａと下部１２ｂとの間に挟み込まれる。

当業者は、本発明が、上述の好ましい実施形態に決して限定されるものではないことを、理解するものである。むしろ、多くの修正形態及び変形形態が、添付の請求項の範囲内で可能である。例えば、本発明のライトモジュールは、下方照明以外の他の用途で使用されることが可能である。更には、ダウンライトモジュール１０は、固定出力を有してもよく、又は調光可能であってもよい。更には、ダウンライトモジュール１０は、外部デバイスとの（無線）通信用の手段を備えることが可能である。

更には、図面、本開示、及び添付の請求項を検討することにより、開示される実施形態に対する変形形態が、当業者によって理解され、特許請求される発明を実施する際に遂行され得る。請求項では、単語「備える（comprising）」は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「１つの（a）」又は「１つの（an）」は、複数を排除するものではない。特定の手段が、互いに異なる従属請求項内に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが、有利には使用されることができないことを示すものではない。

Claims (12)

1. ライトモジュールであって、
   ハウジングと、
   前記ハウジング内に配置されている第１の回路基板であって、中央貫通孔、ドライバ電子機器スルーホール構成要素が実装されている前面、及び前記ドライバ電子機器スルーホール構成要素のリード線が突出している裏面を含み、前記第１の回路基板の後方の間隙が、前記リード線を収容する、第１の回路基板と、
   前記第１の回路基板に電気的に接続されている第２の回路基板であって、光を放出するように適合されている少なくとも１つの固体照明要素を含み、前記第１の回路基板と同じ水平面に、又は前記第１の回路基板の後方の平面内に配置されている、第２の回路基板と、
   前記第１の回路基板及び前記第２の回路基板の後方に配置されている、ヒートスプレッダと、
   前記第１の回路基板と前記ヒートスプレッダとの間に配置されている、電気絶縁体と、を備え、
   前記電気絶縁体が、前記第１の回路基板の前記中央貫通孔に合致する、中央貫通孔を含む、ライトモジュール。
2. 前記第２の回路基板の外周が、前記第１の回路基板の前記中央貫通孔の円周に実質的に合致する、請求項１に記載のライトモジュール。
3. 前記ヒートスプレッダが板形状である、請求項１又は２に記載のライトモジュール。
4. 前記ヒートスプレッダが、前記ハウジングの後部を閉鎖する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のライトモジュール。
5. 前記電気絶縁体が、前記ヒートスプレッダに取り付けられている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のライトモジュール。
6. 前記第２の回路基板が、前記ヒートスプレッダと物理的に接触している、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のライトモジュール。
7. 前記ヒートスプレッダが、ネジによって前記ハウジングに取り付けられている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のライトモジュール。
8. 前記ヒートスプレッダが、前記ネジの箇所で、前記第１の回路基板に向けて突出する部分を含む、請求項７に記載のライトモジュール。
9. 前記ヒートスプレッダが、前記第１の回路基板に向けて突出する前記部分のそれぞれにおいて、前記ネジのうちの１つの頭部を収容するように適合されている、凹部を含む、請求項８に記載のライトモジュール。
10. 前記間隙が３ｍｍ未満である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のライトモジュール。
11. ライトモジュールの組み立て方法であって、
    ハウジングを準備するステップと、
    前記ハウジング内に第１の回路基板を定置するステップであって、前記第１の回路基板が、中央貫通孔、ドライバ電子機器スルーホール構成要素が実装されている前面、及び前記ドライバ電子機器スルーホール構成要素のリード線が突出している裏面を含む、ステップと、
    第２の回路基板を定置するステップであって、前記第２の回路基板が、光を放出するように適合されている少なくとも１つの固体照明要素を含み、前記第２の回路基板が、前記第１の回路基板と同じ水平面に、又は前記第１の回路基板の後方の平面内に配置される、ステップと、
    前記第１の回路基板及び前記第２の回路基板の後方に配置されるヒートスプレッダ、及び前記第１の回路基板と前記ヒートスプレッダとの間に配置される電気絶縁体を定置するステップと、を含み、
    前記電気絶縁体が、前記第１の回路基板の前記中央貫通孔に合致する、中央貫通孔を含む、方法。
12. 前記ヒートスプレッダによって前記ハウジングの後部を閉鎖するステップと、
    ネジによって前記ヒートスプレッダを前記ハウジングに取り付けるステップと、
    を更に含む、請求項１１に記載の方法。

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