JP4274935B2 - 発光ユニット用ケースおよび発光ユニット製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光ユニット用ケースおよび発光ユニット製造方法に関し、特に熱放出性能の高い発光ユニットを形成させる技術に関する。

従来、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子を用いた照明器具は、屋外への設置を考慮して防水対策が施されていることがある。防水の方法として、筐体内に透明な樹脂を充填する手法が知られている（例えば、特許文献１）。
特開２００３−０５９３３５号公報

しかしながら、単にケースに孔を開けて樹脂液を注入しても、樹脂液内に気泡が発生しやすく、熱伝導性が高まらない可能性がある。また、そのような気泡が外観に現れると、製品の信頼性に対する印象や見栄えが低下してしまう。その場合、気泡を除去する処理が必要になり、その分、照明器具の製造工程が複雑化してしまうと、製品単価が高価になってしまう。

本発明の目的は、上記従来の問題点に鑑みて、熱放出性能が良好となる発光ユニット用ケースおよび発光ユニット製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の発光ユニット用ケースは、発光素子が搭載された基板を覆うケースであって、基板を挟持するとともにその基板が位置するための中空部が間に形成されるよう互いに係合した状態で接合される略皿状の第１部材と第２部材で構成され、第２部材は、第１部材に挿入される突出片を有し、その突出片の内部にはその先端近傍から末端にかけて貫通して中空部と当該ケース外部を連通させる流通路が形成され、流通路が当該ケース外部へ接続する位置には、固形状態に変化する流体材料を流通路を介して中空部へ注入するための注入口が形成され、注入口の近傍には、注入された流体材料を中空部から排出するための排出口が設けられ、第２部材と第１部材が接合されて係合した状態において、中空部は基板を境に第１部材側の空間と第２部材側の空間に分けられ、突出片の先端は第１部材側の空間に位置し、排出口は第２部材側の空間に近接し、中空部は、注入口から注入された流体材料が第１部材側の空間から第２部材側の空間に流れて排出口から排出されるような形状にて形成される。

「流体材料」は、粘性のある状態から固形の状態へ変化するシリコーン等の流体であってもよい。第１部材と第２部材はネジ止めにより接合されてもよい。

この態様によると、流体材料は注入口、流通路、第１部材側の空間、第２部材側の空間、排出口へと順次流動し、隙間なく発光ユニットの内部を充満する。これにより、空気ないし気泡が発光ユニット内に残らないので、発光素子および基板が発する熱が流体材料および発光ユニット用ケースに伝達しやすく、簡単な工程で安価に熱放出性能を高めることができる。

第１部材は、当該発光ユニット用ケースの使用時において表側に位置する部材であり、発光素子が発する光が透過する略透明の部位を有してもよい。第２部材は、当該発光ユニット用ケースの使用時において裏側に位置する部材であり、注入口は使用時において表側に面しない位置に設けられていてもよい。発光ユニットとしての使用時には第１部材が上側となるように置かれるが、発光ユニットの組立時、特に発光ユニット用ケースへ流体材料を注入するときは第２部材が上側となるよう置かれてもよい。その場合、シリコーン注入時の注入口および排出口は上側に向かって開口する形となるので、シリコーン注入に適している。

第２部材の外表面に凹部が設けられ、その凹部の底面の一部に排出口が設けられていてもよい。この場合、流体材料を注入していき、排出口から排出され始めたときに流体材料の注入を停止すれば排出口から漏れた僅かな流体材料は凹部に溜まるので、流体材料が滴下しない。また、凹部の容積の分だけ流体材料が排出口から溢れる余裕が生まれ、流体材料の注入量を適量に収めやすい。さらに、凹部の底面は排出口の開口面積より広くなっており、排出された流体材料を凹部に溜めた状態にすれば、中空部内から気泡が浮上してくる様子を看取しやすいので、発光ユニット内に空気ないし気泡を残存させず、熱放出性能を高めやすい。

排出口の開口面積は、注入口の開口面積より広く形成されていてもよい。これにより、流体材料が注入口から排出口の方向へ流動しやすく、その流れとともに発光ユニット内の気泡が外部へ排出されやすくすることができ、発光ユニット内に空気ないし気泡を残存させず、熱放出性能を高めることができる。

本発明の別の態様は、発光ユニット製造方法である。この方法は、発光素子が搭載された基板を挟持するとともに基板が位置するための中空部が間に形成されるよう略皿状の第１部材と第２部材を互いに係合させる工程と、第２部材に設けられて中空部へ接続された注入口に、固形状態に変化する流体材料を注入するための注入器を挿入する工程と、注入器から注入口に対して流体材料の注入を開始する工程と、中空部において基板を境に形成された第１部材側の空間から第２部材側の空間にかけて流体材料を充満させる工程と、充満した流体材料が第２部材の外表面に設けられた排出口から排出され、流体材料が第２部材の外表面において排出口の周囲に設けられた凹部を充満したときに、流体材料の注入を停止する工程と、を含む。

流体材料を注入するとき、第２部材が第１部材の上に位置するよう置かれてもよい。流体材料の注入を停止した後、そのまま流体材料が凝固するまで全体を静止させてもよい。

この態様によると、効率よく発光ユニット内の気泡を外部へ排出させながら発光ユニット内に流体材料を充填できるので、熱排出性能の高い発光ユニットをより簡単に製造することができる。

本発明の発光ユニット用ケースおよび発光ユニット製造方法は、熱排出性能の良好な発光ユニットを簡易な工法で形成させることができる。

本実施例における発光ユニットは、ケース内部にシリコーンが充填されており、ケース内部に空気ないし気泡が残存しない状態となっている。これにより、ケース内部から外部への熱伝導率を高め、発光素子および基板から発生する熱を外部へ放出しやすくしている。

図１は、発光ユニットを複数接続した構成を示す。本図に示される発光装置は、商業空間の屋外照明や屋内照明といった電飾に用いられる、いわゆるテープライトである。発光装置１００は、制御装置１２０、電力供給用のケーブル１６および複数の発光ユニットを備える。本図では、複数の発光ユニットとして、発光ユニット１０、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７（以下、これら複数の発光ユニットを「複数の発光ユニット１０等」と総称する）を示す。

ケーブル１６は、例えば約２０ｍ程度の長さを持つケーブルであり、並行に配置された４芯の導線を樹脂部材で被覆してテープ状に形成させた扁平型のケーブルである。ケーブル１６において所定の間隔、例えば約１０ｃｍ間隔で複数の発光ユニット１０等が接続される。ケーブル１６の一端に制御装置１２０が接続されており、制御装置１２０からケーブル１６を通じて複数の発光ユニット１０等のそれぞれに電力が供給される。

複数の発光ユニット１０等は、それぞれ３原色であるＲＧＢ（赤色、緑色、青色）に対応して３色のＬＥＤが搭載され、制御装置１２０からの電力供給およびその制御に応じて発光する。このとき、３色のＬＥＤに印加される電圧に応じてそれぞれ異なる強さで発光するとともに、３色の発光強度の組合せでフルカラー発光が実現される。ケーブル１６上に設けられた複数の発光ユニット１０等は、制御装置１２０による制御の下、それぞれ同じ発光色で発光する。制御装置１２０は、ＬＥＤごとに印加する電圧のデュティー比や位相を変化させることにより、発光色を徐々に変化させる。

図２は、発光ユニット１０を上方から斜めに見た外観を示す。発光ユニット１０は、第１部材１２と第２部材１４を備える。第１部材１２と第２部材１４は、互いに係合した状態で間に中空部が形成されるように接合される。第１部材１２と第２部材１４の間に形成される中空部には、発光素子が搭載された基板が置かれ、第１部材１２と第２部材１４によって挟持される。その基板にはケーブル１６が接続されており、ケーブル１６は発光ユニット１０の両側面に設けられた挿通口からそれぞれ外部へ出ている。以上のように、第１部材１２と第２部材１４は、ＬＥＤ等の発光素子が搭載された基板を覆う発光ユニット用ケースを構成する。第１部材１２の上面には透光部１８が設けられ、ＬＥＤから発せられる光で点灯する。この発光ユニット１０は、屋外に設置されたときに雨や雪に曝されることを考慮し、防水のためにケース内部にシリコーンが充填される。発光ユニット１０内部のＬＥＤや基板など通電する部位がシリコーンで覆われて密閉され、雨水の浸入を防止する。

図３は、発光ユニット１０を裏返しにして上方から斜めに見た外観を示す。第２部材１４は、第１部材１２に対してネジ２０、２２、２４、２６で螺合されることにより第１部材１２と結合される。第２部材１４の外表面には、凹部２８、３０が設けられている。凹部２８の底面の一部には、注入口３４、排出口３２が設けられている。注入口３４からシリコーンを注入して発光ユニット１０内にシリコーンが充満すると、そのシリコーンの一部が排出口３２から溢れ出すよう構成される。注入口３４や排出口３２の位置は、図示する通り発光ユニット１０の裏面に位置しており、表側に面していない。したがって、シリコーン注入時は本図のように発光ユニット１０を裏返しにして固定することになる。

図４は、発光ユニット１０を平面側から見た外観を示す。発光ユニット１０の平面側に現れている第１部材１２は、丸みを帯びた略長方形に形成された外表面１９を有し、その外表面１９の略中央には円形の透光部１８が設けられている。透光部１８は、発光ユニット１０内のＬＥＤが発する光が透過するよう略透明の部材にて形成される。発光ユニット１０にはケーブル１６が貫通しており、発光ユニット１０の両側面からケーブル１６が外部に出ている。

図５は、発光ユニット１０を底面側から見た外観を示す。第２部材１４もまた第１部材１２と同様に、丸みを帯びた略長方形に形成された外表面３３を有する。ネジ２０、２２、２４、２６は、外表面３３の四隅に設けられたネジ孔にそれぞれ螺挿される。凹部２８はネジ２０とネジ２４の間に略横長形状にて設けられ、凹部３０はネジ２２とネジ２６の間に略横長形状にて設けられる。排出口３２は、凹部２８底面の一部にて、凹部２８の長手方向の長さとほぼ同じ長さでスリット状に形成される。注入口３４は、凹部２８の底面にて排出口３２の長さより短い長軸の楕円形状に形成される。凹部２８には排出口３２から溢れたシリコーンが滞留する。凹部３０は凹部２８と同形状の窪みであるが、シリコーンの注入口または排出口が設けられておらず、凹部２８と対称位置に設けられた飾りとして美観を保つ目的で設けられている。

排出口３２の開口面積は、注入口３４の開口面積より広く形成されている。注入口３４からシリコーンを注入すると、注入口３４から排出口３２に向かって圧力が発生し、その方向へシリコーンが流動する。シリコーンの流れとともに発光ユニット１０内の空気ないし気泡が外部へ排出される。基板の近傍に気泡が残った状態でシリコーンが凝固してしまうと、基板から発生する熱で気泡が膨張し基板上の半田を剥離させてしまうなど、電子部品に悪影響を及ぼすおそれがある。その点、本実施例では容易に気泡が排出され、製品の信頼性を向上させることができる。また、シリコーンは空気より熱伝導率が高いので、基板や発光素子から発生する熱がシリコーンを通じて第１部材１２および第２部材１４へ効率よく伝達される。具体的には、空気の熱伝導率が約０．０２４Ｗ／ｍＫであるのに対して、シリコーンの熱伝導率は約０．１５Ｗ／ｍＫであり、オーダーが１桁異なるほど熱伝導率に差がある。本実施例ではシリコーンを充填させることにより、発光ユニット１０の熱放出性能を高めることができる。なお、注入口３４から排出口３２へ向かう圧力をさらに高めるために、排出口３２側から吸入などの手法により負圧を加えてもよい。

図６は、第１部材１２を正面側から見た外観を示す。第１部材１２の底部には、第２部材１４と係合する凸部４０、４２が設けられている。透光部１８は、第１部材１２の上方へ隆起した形状にて形成されている。

図７は、第２部材１４を正面側から見た外観を示す。第２部材１４の上部には、第１部材１２と係合する突出片４４が設けられている。突出片４４の内部には、シリコーンを注入するための流通路が形成されている。

図８は、第１部材１２と第２部材１４を接合した状態で側方から見た外観を示す。第１部材１２の側面には、略横長形状に切り欠いた第１切欠部３６が設けられている。第２部材１４の側面にも、略横長形状に切り欠いた第２切欠部３８が設けられている。第１切欠部３６と第２切欠部３８は、第１部材１２と第２部材１４を接合した状態で一つの挿通口４８を形成する。ケーブル１６は、挿通口４８を通じて発光ユニット１０内から外部へ出される。図示しない反対側の側面においても同様に、第１部材１２と第２部材１４のそれぞれに切欠部が設けられて挿通口が形成され、その挿通口からもケーブル１６が出される。

図９は、発光ユニット１０にシリコーンを注入する様子を断面で示す。本図は、第１部材１２と第２部材１４を接合した状態を発光ユニット１０の側面側から見た方向の断面図である。シリコーン注入時は、第２部材１４が第１部材１２より上側に位置するよう発光ユニット１０が裏返しにされた状態で固定される。第１部材１２と第２部材１４は、基板６０を挟持する。第１部材１２と第２部材１４は、基板６０が位置するための中空部が間に形成されるようそれぞれ対向側が略皿状に窪んだ形状を有する。基板６０の表側の面には発光素子としてＬＥＤ６２が搭載されている。発光ユニット１０の内部を貫通するケーブル１６は、発光ユニット１０の内部において樹脂部材による被覆が外されて４本の導線が剥き出しにされ、それら４本の導線が基板６０の裏面へハンダ５４により接続されている。

第１部材１２と第２部材１４の間に形成される中空部は、基板６０を境に第１部材側中空部５０と第２部材側中空部５２に分けられる。突出片４４は第１部材１２の内面側へ挿入され、その先端は第１部材側中空部５０の端部に位置する。突出片４４の内部にはその先端近傍から末端にかけて貫通する流通路４６が形成されており、この流通路４６が第１部材側中空部５０と発光ユニット１０外部を連通させる。排出口３２は、第２部材側中空部５２に近接した位置に設けられており、凹部２８と第２部材側中空部５２が排出口３２を介して連結されている。第１部材側中空部５０と第２部材側中空部５２は、連絡路６６を介して連通されている。連絡路６６は、基板６０と第１部材１２の隙間であり、基板６０を中心として、突出片４４が挿入された箇所と対称の位置に形成される。

ここで、発光ユニット１０へのシリコーン充填の工程を説明する。第１部材１２と第２部材１４を接合させて螺合した後、注入口３４に注入器５６の先端を挿入し、注入器５６から注入口３４へシリコーンの注入を開始する。注入口３４から注入されたシリコーンは流通路４６を流れて第１部材側中空部５０に充填される。シリコーンは第１部材側中空部５０から連絡路６６を通って第２部材側中空部５２に充填される。このとき、第１部材側中空部５０や第２部材側中空部５２の内部をそれまで満たしていた空気はシリコーンに押し出される形で排出口３２から排出される。シリコーン内に発生する気泡もシリコーンの流動とともに排出口３２へ向かって移動する。

流通路４６、第１部材側中空部５０、連絡路６６、第２部材側中空部５２を充満したシリコーンは排出口３２から溢れ始める。排出口３２からシリコーンが溢れ出した時点でシリコーンの注入を終了する。排出口３２から溢れたシリコーンは凹部２８に滞留し、そのまま放置すれば発光ユニット１０内に発生した気泡が、凹部２８まで浮上して外部へ排出される。凹部２８にシリコーンが滞留し、そのシリコーン内を気泡が浮上している様子を外部から容易に見ることができる。これにより、発光ユニット１０内に気泡がなくなるまでその様子を容易に看取することができる。シリコーンが凝固するまで乾かし、シリコーン充填の工程が修了する。このように、基板６０、ＬＥＤ６２、ハンダ５４等が配置された狭い空間において、注入口３４、流通路４６、第１部材側中空部５０、連絡路６６、第２部材側中空部５２、排出口３２の順で一方向にシリコーンが流動する。したがって、空気ないし気泡を外部へ排出しやすい。

なお、基板６０の裏面に設けられた配線は基板６０の表面に設けられた配線とスルーホールまたはビアホールにて接続されている。これは、基板６０の表面側で発生する熱、やＬＥＤ６２から発せられる熱を基板６０の裏面側へ伝達する、一種のサーマルビアとして働く。基板６０の裏面には、その裏面の配線をケーブル１６の導線と接続するためにハンダ５４が蒸着されている。このハンダ５４が比較的大きく隆起するように蒸着されており、放熱面積が広くなっている。したがって、基板６０の表から裏へ伝達した熱がさらにハンダ５４を介して第２部材側中空部５２のシリコーンへ伝達され、熱が外部へ逃がされる。このように、発光ユニット１０内で発生する熱は、基板６０の表側と裏側の双方から効率よく外部へ放出され、熱排出性能が高い。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、その各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば、実施の形態においては、流体材料としてシリコーンを例示したが、変形例においては流体材料としてエポキシ樹脂を利用してもよい。ただし、エポキシ樹脂は堅く、割れやすく、劣化もしやすいため、弾力性があって劣化の少ないシリコーンの方が有利と言える。また、シリコーンは汚れやすいという弱点があるものの、そもそも実施の形態のようにケース内に収められるので汚れが付くおそれもない。その点でも、実施の形態における発光ユニット１０は有利である。

発光ユニットを複数接続した構成を示す図である。 発光ユニットを上方から斜めに見た外観を示す図である。 発光ユニットを裏返しにして上方から斜めに見た外観を示す図である。 発光ユニットを平面側から見た外観を示す図である。 発光ユニットを底面側から見た外観を示す図である。 第１部材を正面側から見た外観を示す図である。 第２部材を正面側から見た外観を示す図である。 第１部材と第２部材を接合した状態で側方から見た外観を示す図である。 発光ユニットにシリコーンを注入する様子を断面で示す図である。

符号の説明

１０ 発光ユニット、 １２ 第１部材、 １４ 第２部材、 １９ 外表面、 ２８ 凹部、 ３２ 排出口、 ３３ 外表面、 ３４ 注入口、 ４４ 突出片、 ４６ 流通路、 ５６ 注入器、 ６０ 基板、 ６２ ＬＥＤ。

Claims (5)

1. 発光素子が搭載された基板を覆うケースであって、
   前記基板を挟持するとともにその基板が位置するための中空部が間に形成されるよう互いに係合した状態で接合される略皿状の第１部材と第２部材で構成され、
   前記第２部材は、前記第１部材に挿入される突出片を有し、その突出片の内部にはその先端近傍から末端にかけて貫通して前記中空部と当該ケース外部を連通させる流通路が形成され、
   前記流通路が当該ケース外部へ接続する位置には、流体材料を前記流通路を介して前記中空部へ注入するための注入口が形成され、
   前記注入口の近傍には、前記注入された前記流体材料を前記中空部から排出するための排出口が設けられ、
   前記第２部材と前記第１部材が接合されて係合した状態において、前記中空部は前記基板を境に前記第１部材側の空間と前記第２部材側の空間に分けられ、前記突出片の先端は前記第１部材側の空間に位置し、前記排出口は前記第２部材側の空間に近接し、
   前記中空部は、前記注入口から注入された前記流体材料が前記第１部材側の空間から前記第２部材側の空間に流れて前記排出口から排出されるような形状にて形成されることを特徴とする発光ユニット用ケース。
2. 前記第１部材は、当該発光ユニット用ケースの使用時において表側に位置する部材であり、前記発光素子が発する光が透過する略透明の部位を有し、
   前記第２部材は、当該発光ユニット用ケースの使用時において裏側に位置する部材であり、前記注入口は前記使用時において表側に面しない位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発光ユニット用ケース。
3. 前記第２部材の外表面に凹部が設けられ、その凹部の底面の一部に前記排出口が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光ユニット用ケース。
4. 前記排出口の開口面積は、前記注入口の開口面積より広く形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発光ユニット用ケース。
5. 発光素子が搭載された基板を挟持するとともに前記基板が位置するための中空部が間に形成されるよう略皿状の第１部材と第２部材を互いに係合させた状態で接合する工程と、
   前記第２部材に設けられて前記中空部へ接続された注入口に、流体材料を注入するための注入器を挿入する工程と、
   前記注入器から前記注入口に対して前記流体材料の注入を開始する工程と、
   前記中空部において前記基板を境に形成された前記第１部材側の空間から前記第２部材側の空間にかけて前記流体材料を充満させる工程と、
   前記充満した流体材料が前記第２部材の外表面に設けられた排出口から排出され、前記流体材料が前記第２部材の外表面において前記排出口の周囲に設けられた凹部を充満したときに、前記流体材料の注入を停止する工程と、
   を含むことを特徴とする発光ユニット製造方法。
   

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