JP6439196B1 - 発光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ光源の品質及び信頼性を向上することを課題とする。【解決手段】、本実施形態に係る発光モジュールは、発光素子と、発光素子の一対の電極にそれぞれ接続されるケーブルと、塑性変形することによって、発光素子の電極とケーブルの芯線とを接続する接続部材と、を備える。発光素子の電極とケーブルの芯線とが、接続部材によって接続される。そのため、電極と芯線との接続の完成度に、作業者の技能の差による差異が生じにくい。したがって、発光素子とケーブルとの接続品質及び接続信頼性を向上することが可能となる。【選択図】図４

Description

本実施形態は、発光モジュールに関する。

近年、消費電力が比較的少ないＬＥＤ（Light Emitting Diode）が次世代の光源として注目されている（例えば特許文献１参照）。ＬＥＤは、小型で発熱量が少なく、応答性もよい。そのため、ＬＥＤは、室内外の照明、イルミネーション或いは自動車のテールランプなどの光源として、利用が期待されている。

また、ＬＥＤは、ネオン管や電球に比較して寿命が長い。そのため、例えば、建造物の照明やイルミネーションとして用いることで、省電力化を実現するのみならず、ランニングコストやメンテナンスコストなどを大幅に削減することができる。

建造物、或いは街路樹等の装飾用に用いられるＬＥＤライトとしては、数メートルにわたって等間隔に配列された複数のＬＥＤを備えるストリングスタイプと呼ばれるライン型のＬＥＤライトがよく用いられている。ＬＥＤライトは、建造物等の様々な形状の据え付け箇所に配置される。また、ＬＥＤの配置を工夫して装飾性を引き立たせる必要もある。そのため、ＬＥＤライトはフレキシブルなライン構造を備えている。具体的には、ＬＥＤライトの配線には、芯線となる複数本の細い導体線が、絶縁性を有するチューブの中に束ねられた状態で配置されたケーブルが使用される。この種のＬＥＤライトを構成するＬＥＤの電極は、ケーブルの芯線よりもリジットである。そのため、電極とケーブルの芯線とをはんだ接続した場合には、はんだのなじみ不足に起因する接続不良が発生することがある。接続不良箇所は、通電により発熱し、経時的には、その接続不良箇所から漏電する恐れがある。さらに、電極とケーブルの芯線とをはんだ接続する際には、はんだを溶かすときの熱がＬＥＤに伝導する。この場合には、ＬＥＤに伝導した伝導熱によりＬＥＤが破壊される恐れもある。

上述のＬＥＤライト製品はその据付場所の特性上、品質の信頼性や耐久性が強く要求される。

特開２００７−２６６５８３号公報 特表２００７−５３３１３５号公報

ストリングスタイプのＬＥＤライトなどの発光モジュールでは、光源となるＬＥＤとケーブルとが、例えば、はんだによって接続される。しかしながら、ＬＥＤとケーブルとの接続が手作業によって行われるときに、作業者ごとにはんだ付けの技能が異なっていると、発光モジュールの品質や信頼性を維持するのが困難になる。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、ＬＥＤ光源の品質及び信頼性を向上することを課題とする。

上記課題を解決するため、本実施形態に係る発光モジュールは、発光素子と、発光素子の一対の電極にそれぞれ接続される、電気伝導性の素線をより合わせたより線から成る芯線を有するケーブルと、塑性変形することによって、発光素子の電極とケーブルの芯線とを電気的に接続する接続部材と、を備え、接続部材は、電気伝導性の帯状部材であり、この帯状部材長手方向両端の一端部側部材領域に発光素子の電極を、他端部側部材領域にケーブルの芯線を、それぞれ独立してかしめにより固定した、ことを特徴とする。

本実施形態に係る発光モジュールを概略的に示す図である。 発光モジュールの展開図である。 発光部を示す図である。 発光部を、被覆部材を一部省略して示す図である。 −Ｚ側から見たＬＥＤを示す図である。 リボンの斜視図である。 接続部材の斜視図である。 ケーブルの芯線とＬＥＤの電極との接続手順を説明するための図である。 ケーブルの芯線とＬＥＤの電極との接続手順を説明するための図である。 ケーブルの芯線とＬＥＤの電極との接続手順を説明するための図である。 ケーブルの芯線とＬＥＤの電極との接続手順を説明するための図である。 コネクタ相互間の配線を示す配線図である。

以下、図面を参照して、本実施形態に係る発光モジュール１０について説明する。説明にあたっては、相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなるＸＹＺ座標系を適宜用いる。

図１は本実施形態に係る発光モジュール１０を概略的に示す図である。図１に示される発光モジュール１０は、商用電源系統からの電力によって発光する発光モジュールである。この発光モジュール１０は、建物や、観覧車をはじめとするアトラクションのイルミネーションに用いられる。図２は、発光モジュール１０の展開図である。図２に示されるように、発光モジュール１０は、電源ユニット１１、発光ユニット１２、エンドキャップ１３の３種類のパーツから構成される。

電源ユニット１１は、商用電源系統のコンセントに接続されるプラグ１１１と、商用電源系統からの交流電力を直流電力に変換して出力する整流器１１３と、プラグ１１１と整流器１１３とを電気的に接続するケーブル１１２を有している。電源ユニット１１では、プラグ１１１が商用電源系統のコンセントに接続されると、整流器１１３で、交流電圧が直流電圧に変換される。そして、直流電圧が発光ユニット１２へ印加される。

発光ユニット１２は、複数の発光部２０、一対のコネクタ１２１，１２２、及び複数本のケーブル１２４を有している。

図３は、発光部２０を示す図である。図３に示されるように、発光部２０は、ケーブル１２４に接続されるＬＥＤ２１と、ケーブル１２４とＬＥＤ２１の接続部を覆う被覆部材２２を有している。

図４は、発光部２０を、被覆部材２２を一部省略して示す図である。図４に示されるように、ＬＥＤ２１は、砲弾形状の発光体２１１と、発光体２１１に設けられる一対の電極２１２を有している。電極２１２それぞれは、図４におけるＺ軸方向を長手方向とするワイヤーからなる。電極２１２は、長さが異なっており、例えば短い方の電極２１２がカソードとして機能し、長い方の電極２１２がアノードとして機能する。ＬＥＤ２１としては、市販されている汎用のＬＥＤが用いられる。

ケーブル１２４は、より線を芯線１２４ａとするケーブルである。芯線１２４ａは、例えば銅からなる複数の素線をより合わせることにより形成される。芯線１２４ａは、例えば、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＥ（ポリエチレン）、或いはＦＥＰ（テフロン（登録商標））からなるシース１２４ｂによって被覆されている。ケーブル１２４は、シース１２４ｂから露出する芯線１２４ａが、接続部材２５によって、ＬＥＤ２１の電極２１２に接続される。

接続部材２５は、例えば、銅を素材として表面に電気すずめっきが施された部材である。図５は、−Ｚ側から見たＬＥＤ２１を示す図である。図５に示されるように、接続部材２５は、ケーブル１２４の芯線１２４ａと、ＬＥＤ２１の電極２１２とを巻き込むように、Ｘ軸方向両端部が折り返されている。接続部材２５は、図５に示されるように塑性変形することで、芯線１２４ａと電極２１２とに圧着した状態になっている。これにより、芯線１２４ａと電極２１２とが電気的に接続される。

次に、接続部材２５を用いた芯線１２４ａと電極２１２の接続手順について説明する。接続部材２５は、例えば、図６に示されるように巻回されたリボン２５０を、所定の寸法で切り出すことにより製造される。

例えば、リボン２５０は、幅が約２ｍｍ乃至５ｍｍで長さが数メートルの部材であり、不図示のリールなどに巻回されている。リボン２５０は、接続部材２５と同様に、銅を素材として表面に電気すずめっきが施された部材である。接続部材２５を製造するためには、ますリボン２５０を、例えば１０ｍｍ程度の長さに切断して平らな接続部材２５を形成する。図６に示されるように、リボン２５０は、一端の中央に凹部２５ａが形成され、他端の中央に凸部２５ｂが形成されるように切断される。

次に、図７に示されるように、リボン２５０から分離することにより形成された接続部材２５の両端を折り曲げて、接続部材２５をＵ字状に整形する。

次に、図８に示される治具３００を用意する。治具３００は、接続部材２５をかしめることにより塑性変形させるためのツールである。治具３００は、例えば鉄などを素材とする。治具３００の上面中央部には、上方（図８における＋Ｚ方向）に突出する突出部３０１が形成されている。突出部３０１のＸ軸方向の寸法は、例えば５ｍｍ程度であり、Ｙ軸方向の寸法が２ｍｍ乃至５ｍｍ程度である。突出部３０１には、Ｙ軸方向を長手方向とする２つの溝３０２が設けられている。溝３０２の内側の面は、母線がＹ軸に平行となる曲面になっている。

次に、図９に示されるように、治具３００の２つの溝３０２の内部に、ケーブル１２４の芯線１２４ａと、ＬＥＤ２０の電極２１２を載置する。そして、図１０に示されるように、接続部材２５を、その内側に芯線１２４ａと電極２１２が位置するように、配置する。

次に、治具３２０を準備する。治具３２０は、下面が上方（＋Ｚ方向）に凹になるように湾曲した部材である。治具３２０は、治具３００と同様に鉄を素材とする。そして、Ｘ軸方向の寸法、及びＹ軸方向の寸法が、治具３００に設けられた突出部３０１のＸ軸方向の寸法、及びＹ軸方向の寸法とそれぞれ等しくなるように整形されている。

次に、治具３２０を、図１０に示されるように、治具３００の突出部３０１の上方に位置決めする。そして、図１１に示されるように、治具３２０を、芯線１２４ａと電極２１２を介して、治具３００の突出部３０１へ押圧する。これにより、接続部材２５が塑性変形し、接続部材２５の両端部が、芯線１２４ａ及び電極２１２の外周面を回り込むように折れ曲がった状態で、芯線１２４ａ及び電極２１２に密着する。その結果、接続部材２５によって、芯線１２４ａ及び電極２１２が電気的に接続される。以上の手順によって、芯線１２４ａと電極２１２とが電気的に接続される。

図４に示されるように、接続部材２５によって接続される電極２１２と芯線１２４ａの接続部分は、被覆部材２２によって被覆されている。被覆部材２２は熱収縮チューブである。被覆部材２２は、電極２１２と芯線１２４ａの接続部分の絶縁と防水に用いられる。

図２に戻り、コネクタ１２１は、電源ユニット１１を構成する整流器１１３に接続することが可能なコネクタである。コネクタ１２１が、整流器１１３へ接続されることで、発光ユニット１２と電源ユニット１１が電気的に接続される。

コネクタ１２２は、発光ユニット１２同士を接続するために用いられるコネクタである。コネクタ１２２は、コネクタ１２１に接続することができる。ある発光ユニット１２のコネクタ１２２が、別の発光ユニット１２のコネクタ１２１へ接続されることで、発光ユニット１２同士が電気的に直列に接続される。電源ユニット１１に接続される発光ユニット１２に対しては、整流器１１３の容量に基づいて、複数個の発光ユニット１２を直列に接続することができる。

図１２は、コネクタ１２１とコネクタ１２２の間の配線を示す配線図である。コネクタ１２１は２つの端子Ｔ１，Ｔ２を有しており、コネクタ１２２は２つの端子Ｔ３，Ｔ４を有している。コネクタ１２１の端子Ｔ１，Ｔ２それぞれは、ケーブル１２４を介して、コネクタ１２２の端子Ｔ３，Ｔ４にそれぞれ接続されている。そして、複数の発光部２０を構成するＬＥＤ２１及び抵抗Ｒが、端子Ｔ１と端子Ｔ２に、ケーブル１２４を介して直列に接続されている。

そのため、ある発光ユニット１２のコネクタ１２１が、別の発光ユニット１２のコネクタ１２２に接続されると、各発光ユニット１２の一群のＬＥＤ２１は、相互に並列に接続される。

図２に戻り、エンドキャップ１３は、必要に応じて発光ユニット１２のコネクタ１２２に装着されるキャップである。発光ユニット１２のコネクタ１２２に他の発光ユニット１２を接続しない場合には、当該発光ユニット１２のコネクタ１２２にエンドキャップ１３を装着することで、外気の湿度などの影響によって、コネクタ１２２の端子Ｔ３，Ｔ４が腐食したり、錆たりすることを防止することができる。

上述のように構成される電源ユニット１１、発光ユニット１２、エンドキャップ１３は、例えば、図１に示されるように、電源ユニット１１の整流器１１３に、発光ユニット１２のコネクタ１２１が接続され、発光ユニット１２のコネクタ１２２にエンドキャップ１３が装着されることで一体化される。これにより、発光モジュール１０が構成される。また、発光モジュール１０では、必要に応じて、発光ユニット１２の個数を増加させることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る発光モジュール１０を構成する発光ユニット１２では、図４に示されるように、ＬＥＤ２１の電極２１２とケーブル１２４の芯線１２４ａとが、塑性変形する接続部材２５を用いたかしめによって接続される。そのため、電極２１２と芯線１２４ａとの接続の完成度に、作業者の技能の差による差異が生じにくい。したがって、電極２１２と芯線１２４ａとをはんだ付けによって接続する場合に比較して、ＬＥＤ２１とケーブル１２４との接続品質及び接続信頼性を向上することが可能となる。具体的には、はんだの加熱不足による接続不良や、加熱されたはんだによるケーブル１２４のシース１２４ｂの焼損などの不具合の発生を抑制することができる。そのため、製品の品質及び信頼性を向上することができる。また、製品の品質及び信頼性を向上することができるため、製品を量産したときの歩留まりの向上を図ることが可能となる。

また、ＬＥＤ２１とケーブル１２４とのかしめによる接続は、はんだによる接続と比較して、機械加工による自動化が容易である。そのため、製品の量産を容易にすることが可能となる。

また、電極２１２と芯線１２４ａとをはんだ付けによって接続する場合には、作業者の技能の差異によって、見た目の完成度が大きく異なったものとなることがある。本実施形態に係る発光モジュール１０を構成する発光ユニット１２では、ＬＥＤ２１の電極２１２とケーブル１２４の芯線１２４ａとが、塑性変形する接続部材２５を用いたかしめによって接続される。そのため、作業者の技能の差異によって、見た目の完成度が大きく異なることがなく、外観のばらつきを抑制することができる。

本実施形態に係る接続部材２５は、図７に示されるように、一端の中央に凹部２５ａが形成され、他端の中央に凸部２５ｂが形成されている。そのため、図１１に示されるように、接続部材２５を塑性変形させる際に、接続部材２５の両端同士の干渉が抑制される。したがって、接続部材２５を用いて精度よく、ＬＥＤ２１の電極２１２とケーブル１２４の芯線１２４ａとを接続することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、図４に示されるように、接続部材２５によって接続される電極２１２と芯線１２４ａの接続部分が、被覆部材２２によって被覆されていることとした。これに限らず、上記接続部分は、複数の被覆部材によって被覆されていることとしてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を述べたが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 発光モジュール
１１ 電源ユニット
１２ 発光ユニット
１３ エンドキャップ
２０ 発光部
２１ ＬＥＤ
２２ 被覆部材
２５ 接続部材
２５ａ 凹部
２５ｂ 凸部
１１１ プラグ
１１２ ケーブル
１１３ 整流器
１２１，１２２ コネクタ
１２４ ケーブル
１２４ａ 芯線
１２４ｂ シース
２１１ 発光体
２１２ 電極
２５０ リボン
３００ 治具
３０１ 突出部
３０２ 溝
３２０ 治具
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４ 端子
Ｒ 抵抗

Claims (2)

1. 発光素子と、
   前記発光素子の一対の電極にそれぞれ接続される、電気伝導性の素線をより合わせたより線から成る芯線を有するケーブルと、
   塑性変形することによって、前記発光素子の電極と前記ケーブルの芯線とを電気的に接続する接続部材と、
   を備え、
   前記接続部材は、電気伝導性の帯状部材であり、この帯状部材長手方向両端の一端部側部材領域に前記発光素子の電極を、他端部側部材領域に前記ケーブルの芯線を、それぞれ独立してかしめにより固定した、
   発光モジュール。
2. 複数の前記発光素子を備え、それぞれの前記発光素子は、前記ケーブルによって直列に接続される請求項１に記載の発光モジュール。

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