特許 5946655 発光モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5946655

(24)【登録日】2016年6月10日

(45)【発行日】2016年7月6日

(54)【発明の名称】発光モジュール

(51)【国際特許分類】

   A61H 3/00 20060101AFI20160623BHJP

【ＦＩ】

   A61H3/00 B

【請求項の数】7

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-47120(P2012-47120)

(22)【出願日】2012年3月2日

(65)【公開番号】特開2013-180124(P2013-180124A)

(43)【公開日】2013年9月12日

【審査請求日】2015年2月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000230249

【氏名又は名称】日本メクトロン株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】506310865

【氏名又は名称】ＣＹＢＥＲＤＹＮＥ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085006

【弁理士】

【氏名又は名称】世良 和信

(74)【代理人】

【識別番号】100106622

【弁理士】

【氏名又は名称】和久田 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100096873

【弁理士】

【氏名又は名称】金井 廣泰

(72)【発明者】

【氏名】内田 仁

(72)【発明者】

【氏名】大類 学

(72)【発明者】

【氏名】連石 和海

(72)【発明者】

【氏名】室本 進吾

(72)【発明者】

【氏名】木村 泰介

(72)【発明者】

【氏名】脇田 英和

(72)【発明者】

【氏名】新宮 正弘

(72)【発明者】

【氏名】村上 信義

【審査官】 今井 貞雄

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−０１７１７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１９９９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５５−０８７５７３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１１−１７０９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２８１９２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｈ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動機構を備えた屈伸動作する可動部を発光させる発光モジュールであって、
前記可動部の駆動機構を保護するカバー部材と、
前記カバー部材の外側に設置される導光部材と、
前記カバー部材の内側に取り付けられ発光素子が実装された回路基板と、を備え、
前記カバー部材には、発光素子からの光を前記導光部材に導くための複数の透過窓が設けられ、
前記発光素子からの光を前記導光部材の前記透過窓に対向する側面に入射し、該導光部材に設けられた反射要素又は屈折要素により、光を該導光部材の外部に露出する照射面に導いて照射する構成で、
前記カバー部材は、カバー本体部と、該カバー本体部の周縁を縁取るように形成されるスカート部とを備えた構成で、カバー本体部のうら面とスカート部で取り囲まれる部分がカバー部材の内側で、カバー本体部のおもて面とスカート部の外周面側がカバー部材の外側であり、
前記カバー部材の外側であるカバー本体部のおもて面に、前記導光部材がはめ込まれる溝部が形成され、該溝部の壁面に前記透過窓が設けられるとともに、前記溝部内に前記導光部材がはめ込まれる構成で、
前記カバー部材の内側に取り付けられた回路基板に実装された光源が透過窓に臨んで位置決めされていることを特徴とする発光モジュール。

【請求項2】

前記カバー部材の内側に貼り付けられた前記回路基板上に実装された前記発光素子と、
前記透過窓と、前記導光部材とが断面視において、直線状に並んでいることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。

【請求項3】

前記導光部材が、導光シートおよび拡散シートを含んでなる積層構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光モジュール。

【請求項4】

前記導光部材がリング状である請求項１乃至３のいずれかの項に記載の発光モジュール。

【請求項5】

前記回路基板がフレキシブル回路基板であって、カバー部材の内側の凹凸に沿って立体的に変形して貼り付けられたものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の発光モジュール。

【請求項6】

前記回路基板が、前記カバー部材の内側のリブによって位置決めされて取り付けられたものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの項に記載の発光モジュール。

【請求項7】

前記発光モジュールが設けられる可動部がロボットの関節部であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの項に記載の発光モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、たとえば、人体に装着される装着式の動作補助装置や各種ロボットの関節部等の可動部を覆うカバーに用いられる発光モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、足や腕等に装着し、その屈伸動作を補助する装着式動作補助装置が知られている。
この装着式動作補助装置は、たとえば、特許文献１に記載されるように、屈曲自在に構成される装着フレームの関節部に、駆動モータを含む駆動部が設けられ、装着者の足や腕の筋肉の動きと一体的に関節を動かし、身体機能を拡張、増幅可能とするものである。

【0003】

装着フレームには、駆動機構を保護するカバーが設けられており、このカバーに発光モジュールを付加することが検討されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】ＷＯ２００９−０８４３８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

この発光モジュールは、なるべく凹凸が小さく薄型化することが要請されている。
発光モジュールの構造は、従来は、ＬＥＤ等の発光素子からの光の進路に光拡散部材を配置して、入射面と対向する面へ光散乱して、入射面と対向する面から拡散光として光を照射（出射）する構成であるが、光拡散部材の裏に発光素子を実装した基板を配置することになり、光拡散部材、発光素子及び基板の厚み分だけ装着部の厚さが必要となる。

【0006】

特に、発光素子の実装基板としてリジット基板を使用すると、基板自体が厚く、硬く、曲げることが不可であり、これらのスペースを確保するとなると、発光モジュールの収容に要するスペースがさらに大きくなってしまう。
そこで、発光素子の実装基板としてフレキシブル回路体を使用することが考えられるが、フレキシブル回路基板を用いたとしても、基板の厚み分は薄くなるものの、発光素子の高さ分だけ、なお厚みを必要とする。

【0007】

本発明は上記した問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、カバーに設けられる発光モジュールの厚みを可及的に小さくし得る発光モジュールを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明は、駆動機構を備えた屈伸動作する可動部を発光させる発光モジュールであって、
前記可動部の駆動機構を保護するカバー部材と、
前記カバー部材の外側に設置される導光部材と、
前記カバー部材の内側に取り付けられ発光素子が実装された回路基板と、を備え、
前記カバー部材には、発光素子からの光を前記導光部材に導くための複数の透過窓が設けられ、
前記発光素子からの光を前記導光部材の前記透過窓に対向する側面に入射し、該導光部材に設けられた反射要素又は屈折要素により、光を該導光部材の外部に露出する照射面に導いて照射する構成で、
前記カバー部材は、カバー本体部と、該カバー本体部の周縁を縁取るように形成されるスカート部とを備えた構成で、カバー本体部のうら面とスカート部で取り囲まれる部分がカバー部材の内側で、カバー本体部のおもて面とスカート部の外周面側がカバー部材の外側であり、
前記カバー部材の外側であるカバー本体部のおもて面に、前記導光部材がはめ込まれる溝部が形成され、該溝部の壁面に前記透過窓が設けられるとともに、前記溝部内に前記導光部材がはめ込まれる構成で、
前記カバー部材の内側に取り付けられた回路基板に実装された光源が透過窓に臨んで位置決めされていることを特徴とする。

【0009】

このように、発光素子を搭載した回路基板をカバー部材の内側に、導光部材のみをカバー部材の外側に配置することにより、カバー部材の内側スペースと外側スペースを有効活用でき、外側スペースに回路基板と導光部材をまとめて配置する場合に比べて、カバー部材を薄型化することができる。
導光部材は、板状またはシート状等の形状を有し、透過窓に対向する端部の側面から入光した光を内部に導光し、反射要素や屈折要素により、平面方向から略垂直方向へ光の方向を変換して、外部に露出する照射面から発光することで、薄く構成できる。また、回路基板がカバー部材の内側に保護されるので、ぶつけたような場合でも、外力による破損から免れることができる。

【0010】

前記カバー部材の内側に貼り付けられた前記回路基板上に実装された発光素子と、前記透過窓と、前記導光部材とが断面視において、直線状に並んでいることを特徴とする。
このように、発光素子、透過窓及び導光部材を直線上に並べることにより、より薄型化を図ることができると共に、発光素子からの光を効率よく伝播させることができる。

【0011】

また、前記導光部材が、導光シートおよび拡散シートを含んでなる積層構造とすれば、発光素子からの光量を、より多く導光させることができる。
さらに、前記導光部材を、リング状とすれば、発光素子を放射状に配置することで、より均一に発光させることができる。
また、回路基板がフレキシブル回路基板であって、カバー部材の内側の凹凸に沿って立体的に変形して貼り付けられた構成としてもよい。
このようにすれば、凹凸に沿って張り付けることにより、回路基板をより効率的に収納することができ、カバー部材の形状の制約が無くなる。

【0012】

前記回路基板が、前記カバー部材の内側のリブによって位置決めされて取り付けられたものであることを特徴とする。
強度の高いリブを利用することで、高さ方向の位置決めが確実になる。
また、発光モジュールをロボットの関節部に利用すれば、駆動機構の駆動状態の表示として利用することができる。

【発明の効果】

【0013】

以上説明したように、本発明の発光モジュールにおいては、発光素子をカバーの内側に配置し、導光部材をカバーの外側に配置したので、カバーの設置スペースを有効利用することができ、厚みを薄型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】（Ａ）は本発明の実施の形態に係る発光モジュールの発光素子、透過窓及び導光部材の配置関係を示す模式図、（Ｂ）は発光モジュールの具体的な構成図。

【図2】（Ａ）は本発明の実施の形態に係る発光モジュールの平面図、（Ｂ）は裏面図。

【図3】図３は、図２のカバー部材と導光部材の分解斜視図。

【図4】図４は、図２のカバー部材と回路基板の分解斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置など
は、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

【0016】

図２には、本実施形態に係る発光モジュール１を概略的に示している。
この発光モジュール１は、足や腕等に装着し、その屈伸動作を補助する装着式動作補助装置の可動部としての関節部を発光させるものである。
発光モジュール１は、不図示の駆動モータ等の駆動機構を保護するカバー部材２と、カバー部材２の外側に設置されるリング状の導光部材４と、カバー部材２の内側に取り付けられＬＥＤ等の発光素子６が実装されたＣ字形状の回路基板８、とを備えている。

【0017】

カバー部材２は、図３及び図４に示すように、平面形状が円形の一部が半径方向に突出する形状のカバー本体部２１と、カバー本体部２１の周縁を縁取るように形成されるスカート部２３とを備えた構成となっている。スカート部２３はカバー本体部２１の周縁から直角に延びる構成で、カバー本体部２１とスカート部２３との角部は丸くアールが付けられている。また、カバー本体部２１の突出部分２１２については、スカート部２３は開放されており、開放端部分に一対の取付け片２５、２５が突設されている。
カバー本体部２１の裏面とスカート部２３で取り囲まれる部分がカバー部材２の内側で、カバー本体部２１の表面とスカート部２３の外周面側がカバー部材２の外側である。

【0018】

カバー本体部２１の外側形状は、図３に示すように、スカート部２３と反対方向に立体的に突出する中央凸部２７とが設けられている。この中央凸部２７は、カバー本体部２１の円形の輪郭と同心円的に形成され、中央凸部２７の付け根とカバー本体部２１の外周縁との間の領域に、この中央凸部２７の周囲を取り囲むように、導光部材４が装着される装着溝２９が形成されている。

【0019】

一方、カバー本体部２１の内側形状は、図４に示すように、表側の形状と逆の凹凸形状を有し、中央凸部２７の裏面は凹形状、装着溝２９の裏面は凸形状となっている。この中央凸部２７の裏面には、頂部裏面から垂下する円筒形状の仕切り壁２２が設けられている（図では一部破断して示している）。仕切り壁２２の先端位置は、カバー本体部２１の裏面位置と同程度の高さまで伸びている。この仕切り壁２２と中央凸部２７の内周壁面２７ｂとの間の環状空間には、放射状の補強リブ２４が、円周方向に複数設けられ、カバー部材２の補強が図られている。

【0020】

補強リブ２４は、中央凸部２７の頂壁裏面、中央凸部２７の内周壁面２７ｂ及び仕切り壁２２の外周面の３面に接続され、リブ先端面が開放端となっている。
この補強リブ２４のリブ先端面２４ｂが、仕切り壁２２の先端面及びカバー本体部２１の裏面よりも一段低く段差が設けられ、回路基板８が装着される装着座面を構成している。また、中央凸部２７の内周壁面２７ｂの周縁にあたるカバー本体部２１の裏面にも、補強リブ２４のリブ先端面２４ｂの同一高さに、四角形状の凹部座面２６ｂが形成されている。
そして、凹部座面２６ｂに対応して、装着溝２９の内側壁２９１には、発光素子６からの光を導光部材４に導くための複数の透過窓３が周方向に等配されている。

【0021】

回路基板８はフレキシブル回路基板で、Ｃ字形状の回路基板本体８２と、回路基板本体８２の外周縁から放射状に突出する複数の発光素子実装片８４と、発光素子実装片８４の間の位置から、回路基板本体８２の外周縁から延びる引き出し片８６とを有している。引き出し片８６には、リード線との接続端子があり、リード線がはんだ等で接続される。接続端子の代わりにコネクタを実装し、コネクタを介してリード線やフラットケーブルと接続するようにしてもよい。
回路基板本体８２は、前記カバー部材２内側の補強リブ２４のリブ先端面２４ｂに支持
されるもので、内周は仕切り壁２２に当接し、外周は中央凸部２７の内周壁面２７ｂに当接する。発光素子実装片８４は、中央凸部２７の内周壁面２７ｂの端部と装着溝２９の内側壁２９１との間のカバー本体部２１の裏面に形成された凹部座面２６ｂにはめ込まれるように装着される。

【0022】

発光素子６としてはＬＥＤアレイが用いられ、発光素子実装片８４の先端に実装され、発光面が透過窓３に臨んで位置決めされている。透過窓３に対する発光素子６の周方向、半径方向の位置は、回路基板凹部８７とリブ凸部２４ｃとをかみ合わせ、発光素子実装片８４を凹部座面２６ｂにはめ込むことによって、位置決めされる。
回路基板８の固定は、特に図示しないが、回路基板８の形状に倣った接着シートによって接着固定される。
また、引き出し片８６は、装着溝２９の裏面の凸形状に倣って、立体的に変形させて貼り付けられている。このように、回路基板８としてフレキシブル回路基板を用いているので、カバー部材２内部の複雑な凹凸に倣って配置することができ、カバー部材２の形状の制約が無い。

【0023】

一方、導光部材４は、装着溝２９内にはめ込まれるリング形状で、断面形状が、図１（Ｂ）に示すように、装着溝２９の断面形状に倣って四角形状となっており、乳白色のプラスチック製のリングカバー５を重ねて装着され、リングカバー５はカバー本体部２１の外表面とほぼ面一となっている。なお、導光部材４は、均一に発光させることができれば、カバー部材２の意匠に応じて、正円だけでなく楕円、ティアドロップ型、ダルマ型などの刑状としてもよく、一部がつながっていないＣ字状としてもよい。
導光部材４は、導光シート４１および拡散シート４２を含んでなる積層構造であり、この例では、２枚の導光シートと、１枚の拡散シート４２を、接着剤層４３積層した構成である。本実施形態では、より効率的に光を入射させるべく、導光シート４１を複数重ねている。
導光シート４１としては、たとえば、光透過性を有するウレタン、アクリル、ポリカーボネート、シリコーン、ガラス等からなる光透過性を有する部材であり、発光素子（ＬＥＤ）６から射出された光が透過可能なものであれば有機、無機を問わず各種材料を用いることができ、有機材料については熱硬化性、熱可塑性を問わず、一般に有機ガラスとして呼称される部材に特徴的な硬さを有していてもよいし伸縮性を有するエラストマーであってもよい。なお、導光シートは、反射ドットの印刷やレーザ加工、プリズム溝の成型、ピーズ粒子の配合等により設けられた反射要素又は屈折要素を有している。
拡散シート４２は、本実施例では、乳白色のポリカーボネートが用いられているが、光を拡散するものであればよく、特に限定されない。導光シート４１と同様に複数枚を積層して用いてもよい。また、拡散シート４２が表面保護を兼ねてもよいが、必要に応じて、表面に耐衝撃性・耐摩耗性・耐候性などを有する光透過性の保護シートを積層してもよい。これにより、カバー部材２の内側に貼り付けられた回路基板８上に実装された発光素子６と、透過窓３と、導光部材４とが断面視において、直線状に並ぶ構成となっている。

【0024】

次に本実施の形態の発光モジュールの作用について説明する。
回路基板８に電力を供給し発光素子６が発光すると、発光素子６の発光面から射出された光は、透過窓３を通して導光シート４１の端部側面４１ａから導光シート４１内に入射され、導光部材４の外表面から拡散光として照射されリング状に輝く。駆動モータの制御信号と連動させておくことにより、駆動モータの状態を表示させることができる。
本実施形態では、導光シート４１が接着剤層と接しており、屈折率の違いから、導光シート４１内を進む光は、反射を繰り返しながら、導光シート４１の他方の端部に向かって進み、その光路上に白色ドットのような反射要素がある場合は、光が散乱し、導光シート４１内から拡散シートの方向に光が抜け出すことになる。
発光素子６からの光を導光部材４の側面に入射し、導光部材４に設けられた反射要素又
は屈折要素により、光を導光部材４の外部に露出する照射面に導いて照射する構成となっている。
このように、発光素子６を搭載した回路基板８をカバー部材２の内側に、導光部材４のみをカバー部材２の外側に配置することにより、カバー部材２の内側スペースと外側スペースを有効活用でき、外側スペースに回路基板８と導光部材４をまとめて配置する場合に比べて、カバー部材を薄型化することができる。
特に、発光素子６，透過窓３及び導光部材４を直線上に並べることにより、より薄型化を図ることができると共に、発光素子６からの光を効率よく伝播させることができる。
また、導光部材４がリング状で、発光素子６を放射状に配置されているので、均一に発光させることができる。ムラのある場合には、発光素子６の近傍について、導光部材４に部分的に遮光すれば、より均一化させることができる。

【0025】

なお、上記実施の形態では、カバー部材２の装着溝２９の内側壁２９１に透過窓３を設けているが、透過窓を装着溝２９の外側壁側の壁面に設け、発光素子及び基板をカバー部材２の内側に外側壁と対向するように発光素子を配置するようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、透過窓を隔てて導光部材と発光素子を搭載した回路基板が別体構成となっており、発光素子からの光が透過窓を通じて外部に配置した導光部材の側面に入射するようになっているが、導光部材が、透過窓を通る導光部を有し、導光部が回路基板と連結されるような構成となっていてもよい。この場合には、カバー部材を通化窓部において上下に分割構成としておけばよい。
また、ロボットの関節部に限定されるものではなく、各種機械の可動部の駆動機構を保護するカバーに適用可能である。

【符号の説明】

【0026】

１ 発光モジュール、２ カバー部材、３ 透過窓、４ 導光部材、 ６ 発光素子、
８ 回路基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】