JP5311674B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、看板、サイン、標識等の表示装置の光源に適用される発光装置に関する。

従来の発光装置の一例として、ユニットボディのボディ本体に電線を挿通させる２つのブッシング部と取付脚とが連続一体に形成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。
従来の発光装置の他の一例として、第１部材と第２部材とを接合させて螺合した後に、注入口に封止樹脂が注入されることにより、第１部材側中空部、第２部材側中空部の順に封止樹脂が充填されていき、第１部材側中空部および第２部材側中空部内の空気や封止樹脂に発生している気泡を排出口から排出するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
従来の発光装置の他の一例として、ＬＥＤおよび電子部品を実装した発光部を第１ケースに載置してから第１ケースに第２ケースを被せ、第２ケースの開口部から封止樹脂を注入するようにしたものがある（例えば、特許文献３参照）。
従来の発光装置の製造方法の他の一例として、二次成形部と接触する一次成形品の表面を、平滑面の１．５倍以上の表面積となるように予め粗化加工したものがある（例えば、特許文献４参照）。

特開２００８−３３２７０号公報（図１、段落番号００２８） 特開２００５−１９７００６号公報（図９、段落番号００２９） 特開２００９−２２４４１２号公報（図４、段落番号００２６） 特開２０００−１０８２０５号公報（図１、請求項１）

上記特許文献１に開示された従来の発光装置では、ボディ本体とブッシング部とが連続一体に形成されているために防水性を高めることができる。しかし、上記特許文献１に開示された従来の発光装置では、発光装置の全体が樹脂成形されるために樹脂量を多く必要として材料費が高くなってコスト面で不利になる。
上記特許文献２に開示された従来の発光装置および上記特許文献３に開示された従来の発光装置では、空気や封止樹脂に発生している気泡を排出できるために封止性能を高めることができる。しかし、上記特許文献２に開示された従来の発光装置および上記特許文献３に開示された従来の発光装置では、粘度が低い封止樹脂を用いないと気泡等を取り除いて隅々まで封止することができないために封止樹脂の射出時間を十分に長くしなければならず、多くの工数を必要とする。特に、封止樹脂として汎用なシリコン樹脂等を用いた場合、シリコン樹脂の硬化時間が数時間であるために工数の減少が難しい。
上記特許文献４に開示された従来の発光装置の製造方法では、一次成形品にポリアセタール樹脂を使用することにより、一次成形品の表面積を平滑面の１．５倍以上にし、粗化加工として、金型によるシボ転写法、火炎フレーム加工、サンドブラスト加工等を用いるようにしている。しかし、金型によるシボ転写法、火炎フレーム加工、サンドブラスト加工等は機械的強度の高いポリアセタールであれば可能であるものの、機械的強度の低いアクリル樹脂材料を用いた場合、シボ転写法のみでは実用性に乏しく、火炎フレーム加工では残留応力やクラックを発生させる原因となり、サンドブラスト加工では量産性が良好ではない。

本発明は、前述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、防水性および組立作業性をコスト面で有利に向上させることができる発光装置を提供することにある。

本発明に係る発光装置は、一端にレンズを有するレンズハウジングと、前記レンズハウジングに収容される発光素子が実装された基板と、前記発光素子に電気的に接続される電線と、前記レンズハウジングに前記基板の厚みよりも深い位置まで設けられた溝と、を備え、前記レンズハウジングに前記基板と前記電線とが収容されて封止樹脂にて封止される。

本発明においては、封止樹脂が溝を含めてレンズハウジングに充填されることにより、高い防水性を必要とする基板周辺部の電気が流れる部位の防水が保持されて絶縁性が確保される。そして、溝に充填された封止樹脂は施工時に基板に電気的に接続されている電線を引張るような負荷がかかったとしても、自らの柔軟性によってレンズハウジングから剥離されずに密着性を維持することにより基板を包み込むパッキンとしての役割を果たす。
従って、本発明においては、防水性を向上させることができる。

本発明においては、レンズハウジングに電線を有する基板を収容するだけの簡単な構造であるために同一方向からの部品組立が行われる。
従って、本発明においては、部材費を多く必要としないのでコスト面で有利に製造することができるとともに複雑な工程を行わないので加工費が安価になり組立作業性を向上させることができる。

本発明に係る発光装置は、上記発光装置において、前記レンズハウジングの内部に、前記溝の内側に前記基板を位置決めするための突起が設けられ、前記突起により前記基板の外周が固定される。

本発明において、基板は、その外周が突起により位置決めされることによりレンズハウジングのレンズの中心位置を発光素子の中心位置に合わせてレンズハウジングに固定される。
従って、本発明においては、突起を有さないものと比べて、レンズと発光素子との位置合わせを簡単に正確に行うことができることにより、レンズによる光の配光特性を最大限に発揮させることができる。

本発明に係る発光装置は、上記発光装置において、前記レンズハウジングがアクリル樹脂のプラスチック成形品であって、前記封止樹脂が熱可塑性ポリエステル樹脂であり、前記基板と前記電線とが収容される前記レンズハウジングの内壁面に粗面表層凸部が金型によって成形され、前記粗面表層凸部と前記金型の成形面とが成形面に対して水平に互いにスライドすることにより前記粗面表層凸部が鉤型状の形状に形成されている。

本発明において、粗面表層凸部が鉤型状の形状に形成されることによりレンズハウジングの内壁面が大きな表面積を有するものとなる。
従って、本発明においては、封止樹脂のレンズハウジングへの食い付き性を向上させることにより封止樹脂をレンズハウジングに高い密着性を有して充填させることができる。

本発明の発光装置によれば、封止樹脂が溝を含めてレンズハウジングに充填されることにより高い防水性を必要とする基板の周囲が封止され、溝に充填された封止樹脂は施工時に基板に電気的に接続されている電線を引張るような負荷がかかったとしても、自らの柔軟性によってレンズハウジングから剥離されずに基板を包み込むパッキンとしての役割を果たす。
これにより、本発明の発光装置によれば、防水性および組立作業性をコスト面で有利に向上させることができるという効果を有する。

本発明に係る一実施形態の発光装置の斜め下方から視た外観斜視図 図１の発光装置におけるレンズハウジングの斜め下方から視た外観斜視図 図１の発光装置におけるレンズハウジングと基板との組付け関係を説明する分解斜視図 （Ａ）は図１の発光装置のレンズハウジング成形工程を説明する第１工程の断面図、（Ｂ）はレンズハウジング成形工程の第２工程の断面図、（Ｃ）はレンズハウジング成形工程の第３工程の断面図 図１の発光装置の縦断面図 図１の発光装置の基板周りの部分的断面図 図１の発光装置の作用を説明する基板周りの部分的断面図

以下、本発明の一実施形態に係る発光装置について図面を参照して説明する。
本発明の一実施形態である発光装置１０は、一端にレンズ１２を有するレンズハウジング１１と、レンズハウジング１１に収容される発光素子１４が実装された基板１３と、発光素子１４に電気的に接続される電線１５および電線１６と、レンズハウジング１１に基板１３の厚みよりも深い位置まで設けられた溝１７と、封止樹脂１８とを備える。
図１、図２、図３に示すように、レンズハウジング１１は、透光性を有するアクリル樹脂材料を用いたプラスチック成形品であって上部を開放させた箱形状に形成されており、底部にレンズ１２が一体形成されている。レンズ１２は円錐形状の凹レンズであって頂部に平面部１９を有する。レンズハウジング１１は周板２０を有し、周板２０の対向位置に上方が開放された二対の電線挿入溝２１が凹設されている。レンズハウジング１１は周板２０の内側に四角い空間形状の基板収納部２２を有し、基板収納部２２の底部に四角形状の基板載置台２３を有する。そして、基板載置台２３の四隅に三角柱形状の位置決め突起２４が形成されており、基板載置台２３の周囲に溝１７が凹設されている。

基板１３は絶縁板部材により四角形に形成されており、その下面に不図示のプリント配線板を有し、一対のスルーホール２５を有する。基板１３は、その四隅に、レンズハウジング１１の４個の位置決め突起２４の内側に内嵌されるように切除されたカット部２６を有する。一方の電線１５は基板１３の上面から一方のスルーホール２５を通じてプリント配線板に電気的に接続され、他方の電線１６は基板１３の上面から他方のスルーホール２５を通じてプリント配線板に電気的に接続されている。なお、発光装置１０は複数個が直列に電気的に接続されて使用されるために、一方の電線１５を上流側とし、他方の電線１６を下流側として、接地用の電線２７が電線１５および電線１６に沿えて配置される。封止樹脂１８は、硬化時間の短い熱可塑性ポリエステル樹脂からなる。

次に、レンズハウジング１１の成形工程について説明する。図４（Ａ）に示すように、レンズハウジング成形工程には第１成形面５２を有する第１金型５１と、凸部成形用凹部５４が形成された第２成形面５５を有する第２金型５３とが用いられる。レンズハウジング成形工程の第１工程では、第１金型５１の第１成形面５２と第２金型５３の第２成形面５５との間に形成されているキャビティ５６内にアクリル樹脂材料１が充填される。図４（Ｂ）に示すように、レンズハウジング成形工程の第２工程では、第２金型５３の第２成形面５５が第１金型５１の第１成形面５２から離れてキャビティ５６が開き始める。このとき、アクリル樹脂材料１は高温中にあって凸部成形用凹部５４により粗面表層凸部２８が形成されつつある。そして、第２工程において、第２金型５３の第２成形面５５と第１金型５１の第１成形面５２とが水平に互いにスライドされる。このとき、第２金型５３と第１金型５１との水平移動に伴い、アクリル樹脂材料１は粗面表層凸部２８の頂部が鉤型状に変形されていく。図４（Ｃ）に示すように、レンズハウジング成形工程の第３工程では、第２金型５３の第２成形面５５が第１金型５１の第１成形面５２から開成されることにより、内壁面に鉤型状の形状の鉤形状部２９が形成された粗面表層凸部２８を有するレンズハウジング１１が成形される。

次に、発光装置１０の詳細構造および組立手順について説明する。図５、図６に示すように、基板１３は厚さ寸法Ｔ１を有し、溝１７は基板１３の厚さ寸法Ｔ１よりも十分に大きい基板載置台２３の上面からの深さ寸法Ｌ１を有する。発光素子１４は基板１３の裏面の中央部に実装されている。組立にあたり、まず、発光素子１４を下に向けた基板１３が基板収納部２２に落とし込まれる。基板収納部２２に落とし込まれた基板１３は、その四隅のカット部２６がレンズハウジング１１の４個の位置決め突起２４の内側に内嵌されることによりレンズハウジング１１のレンズ１２の中心位置に発光素子１４の中心位置が合わされて仮止めされる。レンズハウジング１１の４個の位置決め突起２４の内側に内嵌された基板１３は４個の位置決め突起２４により基板１３の面に対して水平に縦横方向と回転方向とが規制される。このとき、電線挿入溝２１に電線１５、電線１６および電線２７が挿入保持される。

次に、基板１３の上方から不図示の金型により基板１３が基板載置台２３に押圧されながら、レンズハウジング１１の基板収納部２２内に封止樹脂１８が充填されていく。封止樹脂１８は溝１７を含んで基板収納部２２内に充填される。溝１７に充填された封止樹脂１８は、基板１３の上面に封止された部位よりも体積が小さくなっているために熱収縮が他の部位に比較して小さいのでレンズハウジング１１の基板収納部２２の内壁面から剥離する確率が極めて低い。
図７に示すように、施工時に万が一に電線１５、電線１６が引張られて基板１３が引き起こされるような外力Ｆが封止樹脂１８とレンズハウジング１１の基板収納部２２の内壁面との間の剥離が起こりうる方向に加わったとしても、溝１７に充填されている封止樹脂１８が基板１３の位置よりも下方にあるために外力Ｆが封止樹脂１８に伝わることがない。つまりは、封止樹脂１８によって封止されている基板１３がレンズハウジング１１からまるごと外れるような過度の引張り負荷が働いたとしても封止樹脂１８により最後まで密着度を保つことができる。そして、溝を設けない構造と比較して、基板１３の発光素子１４の実装面までの水の浸入経路が延長されることにより防水性を飛躍的に向上させることができる。

レンズハウジング１１の４個の位置決め突起２４により基板１３の面に対して水平に縦横方向と回転方向とが規制されている基板１３は、その側面とレンズハウジング１１の基板収納部２２の内壁面との距離が一定に保たれているために基板１３の周囲に、必要な封止樹脂１８の厚みを確保することができる。封止樹脂１８は最低限の厚みを０．５ｍｍとするために、基板１３の外周からレンズハウジング１１の基板収納部２２の内壁面までの距離を開けるように設定されている。ここで、０．５ｍｍの数値は、水の浸入がないことを確認するための実験を重ねた結果選ばれたものである。位置決め突起２４は、レンズハウジング１１の基板収納部２２の内壁面と基板１３の外周面との距離関係を拘束することに加えて発光素子１４の中心とレンズ１２の中心とを一致させる機能を有し、レンズ１２による光の配光特性を最大限に発揮するために発光素子１４とレンズ１２との位置決めが必要不可欠である。

（実施例）
以下、本発明の発光装置１０の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
（剥離試験）
試験ワークとしては、レンズハウジングの内壁面において、研磨しただけの比較例１、粗化加工を行っていない比較例２、切削加工により内面を仕上げた比較例３を用意し、１０ｍｍ／ｍｉｎのクロスヘッドスピードに設定された引張り試験機を使用して剥離試験を行い、実施例と比較した。剥離試験の結果を表１に示す。

表１により明らかなように、表面粗さが０．６Ｒｚである比較例１は引張強度が８７．７ＭＰａとなり、表面粗さが１．２Ｒｚである比較例２は引張り強度が１２２．１ＭＰａとなり、表面粗さが３．２Ｒｚである比較例３は引張り強度が１４０．７ＭＰａとなり、表面粗さが８１．８Ｒｚである実施例は引張り強度が１９１．２ＭＰａとなった。これにより、本発明の発光装置１０では、粗面表層凸部２８に鉤型状の鉤形状部２９が形成されることにより密着性を飛躍的に向上させることができるのがわかる。

本発明の一実施形態の発光装置１０では、封止樹脂１８が溝１７を含めてレンズハウジング１１の基板収納部２２に充填されることにより、高い防水性を必要とする基板１３の周辺部の電気が流れる部位の防水が保持されて絶縁性が確保される。そして、溝１７に充填された封止樹脂１８は施工時に基板に電気的に接続されている電線１５、電線１６を引張るような負荷がかかったとしても、自らの柔軟性によってレンズハウジング１１から剥離されずに密着性を維持することにより基板１３を包み込むパッキンとしての役割を果たす。
従って、本発明の一実施形態の発光装置１０では、防水性を向上させることができる。

本発明の一実施形態の発光装置１０では、レンズハウジング１１に電線１５及び電線１６を有する基板１３を収容するだけの簡単な構造であるために同一方向からの部品組立が行われる。
従って、本発明の一実施形態の発光装置１０では、部材費を多く必要としないのでコスト面で有利に製造することができるとともに複雑な工程を行わないので加工費が安価になり組立作業性を向上させることができる。

本発明の一実施形態の発光装置１０では、基板１３は、その外周が位置決め突起２４により位置決めされることによりレンズハウジング１１のレンズ１２の中心位置を発光素子１４の中心位置に合わせてレンズハウジング１１の基板載置台２３に固定される。
従って、本発明の一実施形態の発光装置１０では、突起を有さないものと比べて、レンズ１２と発光素子１４との位置合わせを簡単に正確に行うことができることにより、レンズ１２による光の配光特性を最大限に発揮させることができる。

本発明の一実施形態の発光装置１０では、粗面表層凸部２８に鉤型状部２９が形成されることによりレンズハウジング１１の内壁面が大きな表面積を有するものとなる。
従って、本発明の一実施形態の発光装置１０では、封止樹脂１８のレンズハウジング１１への食い付き性を向上させることにより封止樹脂１８をレンズハウジング１１に高い密着性を有して充填させることができる。

なお、前記各実施形態で使用した基板１３、発光素子１４等は例示したものに限定するものではなく適宜変更が可能である。

１０ 発光装置
１１ レンズハウジング
１２ レンズ
１３ 基板
１４ 発光素子
１５、１６ 電線
１７ 溝
１８ 封止樹脂
２４ 位置決め突起（突起）
２８ 粗面表層凸部
５１ 第１金型（金型）
５３ 第２金型（金型）

Claims (3)

1. 一端にレンズを有するレンズハウジングと、
   前記レンズハウジングに収容される発光素子が実装された基板と、
   前記発光素子に電気的に接続される電線と、
   前記レンズハウジングに前記基板の厚みよりも深い位置まで設けられた溝と、
   を備え、
   前記レンズハウジングに前記基板と前記電線とが収容されて封止樹脂にて封止される発光装置。
2. 前記レンズハウジングの内部に、前記溝の内側に前記基板を位置決めするための突起が設けられ、前記突起により前記基板の外周が固定される請求項１に記載した発光装置。
3. 前記レンズハウジングがアクリル樹脂のプラスチック成形品であって、前記封止樹脂が熱可塑性ポリエステル樹脂であり、前記基板と前記電線とが収容される前記レンズハウジングの内壁面に粗面表層凸部が金型によって成形され、前記粗面表層凸部と前記金型の成形面とが成形面に対して水平に互いにスライドすることにより前記粗面表層凸部が鉤型状の形状に形成されている請求項１又は請求項２に記載した発光装置。

Images