JP2010234414A - 環状拡開構造体とｌｅｄ電球の放熱体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷間鍛造だけで簡単に外表面に凹凸構造を形成し、鍛造欠陥の形成を抑えることができる環状拡開構造体、ＬＥＤ電球の放熱体を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、スラグから外周面に凹凸構造が形成されたＬＥＤ電球の放熱体５を冷間鍛造する製造方法であって、先端に押し出し作用を与える第１の勾配が形成された第1上金型と第1下金型とによって栽頭円錐状に拡開した外周面と余肉となる段差部を有する内周面を具備する厚肉のカップ状素材を成形し、この外周面に凹凸構造を成形する第２下金型とこの内周面の余肉を凹凸構造に向けて塑性流動させるための第２の勾配が側面に付与された第２上金型とによって凹凸構造と栽頭弾頭形の窪みを形成し、さらに内周面を２次的に成形し、成形されたカップ状素材の底面を打ち抜く工程を有し、勾配による２度の押し出し作用によって鍛造欠陥を抑制することを主要な特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、外周面にリブ等の凹凸構造が形成された環状拡開構造体を冷間鍛造によって製造する製造方法に関し、とくに白熱電球に代わってランプソケットに装着されるＬＥＤ電球の放熱体の製造方法に関する。

長年にわたって使用されてきた発熱電球は、省エネルギーの観点から蛍光灯や発光ダイオード（ＬＥＤ）を使った発光ダイオード電球（以下、ＬＥＤ電球）に移行しつつある。このＬＥＤ電球は発光効率が高く、その将来性が期待されている。

図１２は従来のＬＥＤ電球の構成図である（例えば特許文献1参照）。図１２において、ＬＥＤ電球１０１は、発光ダイオード１０２、点灯装置１０３、カバー１０４、グローブ１０５、拡散シート１０６を有して構成されている。発光ダイオード１０２は面実装形であって複数個が基板１０７に実装されている。

点灯装置１０３は、発光ダイオード１０２を点灯させる点灯回路部品から構成され、交流電圧例えば１００Ｖを直流電圧例えば２４Ｖに変換して発光ダイオード１０２に供給するように構成されている。

カバー１０４は、伝熱性を有するように例えばアルミニウムで形成され、一方側に円筒状の口金取付部が形成され、他方側に拡開したカバー部が形成されている。そして、その口金取付部にエジソンタイプのＥ２６形などの口金１１０が装着される。口金１１０には点灯装置１０３から引き出されたリード線が接続されている。このカバー１０４のカバー部は例えば鋳造、鍛造、切削加工で形成される。

カバー部には、所定の肉厚を有する略円板状の基台１１１が伝熱性の接着剤などにより固着される。基台１１１は、伝熱性を有するようにアルミニウム等で形成され、カバー４の開口に面している表面に基板１０７が取り付けられ、裏面に点灯装置１０３が取り付けられている。グローブ１０５は透光性を有し、端部がカバー１０４のカバー部の内側に取り付けられる。

口金１０に給電されると、点灯装置１０３が動作し、発光ダイオード１０２が点灯し、発光ダイオード１０２から可視光が放射される。発光ダイオード１０２から放射された可視光は、透光性のグローブ１０５に入射し、グローブ１０５、拡散シート１０６を透過して外方に出射される。

しかし、この特許文献1のカバー１０４では十分な放熱性が得られず、とくに鍛造では放熱フィンなどは成形できないため単純な形状のカバーになってしまい、発光ダイオード１０２や基板１０７、基台１１１は高温となり、その寿命が短くなっていた。また、作りにくいし組み立て難いものであった。

このほか、組み立て性に優れたＬＥＤ発光装置も提案されている（特許文献２）。図１３は従来のＬＥＤ発光装置の要部図である。

このＬＥＤ発光装置１２１は図１３に示すように発光モジュール１２２が放射する光を制御するための反射鏡の機能を持つ光学系１２３を有している。この光学系１２３は、円柱状の基材の内部に、その先端から基端へ向かうに従って徐々に縮径した回転放物面状の凹部１２４が反射面として形成されており、この凹部１２４の上開口部が光の照射開口として機能する。

この光学系１２３は以下の製造方法によって製造される。すなわち、光学系１２３の外形の形状が彫り込まれた専用の金型に、光学系１２３の材料となる円柱状の高純度アルミニウムを入れた後、この金型を専用の鍛造プレス装置にセットする。この鍛造プレス装置は、光学系１２３の一次成形品を鍛造するための装置である。セット後、鍛造プレス装置が作動されると、押し型の先端が金型の内部に挿入され、この押し型の圧力によって、金型に彫り込まれた形状と同形状の外形、及び、押し型の先端の形状と同形状の凹部１２４を有した一次成形品が鍛造される。

しかし、特許文献２のＬＥＤ発光装置１２１はいわば円柱状であって、この形状を複雑にした、円環の一端側が拡大して直径が大きくなる形状をもつ環状拡開構造体を鍛造で成形することは無理であった。この光学系１２３では高価、大重量の電球になると共に、放熱性が十分でなく、発光ダイオードの寿命も短寿命になっていた。

さて、ここでＬＥＤ電球とは直接の関係はないが、環状拡開構造体をつくるため一次成形品であるコップ形状の金属部品を鍛造する従来技術について説明する（例えば特許文献３参照）。断面減少率を大きくすると成形荷重が増大し加工が不可能になるため、従来、一旦成形パンチによって素材を後方押出しし、厚肉のコップ形状を得、脱型した後、別の金型を用いてしごき加工を施し、肉厚を低減させて成形品を得ている。これを最終製品にするために切削も行う。切削時の残留応力で変形が生じるおそれもある。このような従来技術は最終加工までに高コスト、低生産性の技術であった。また、このほか素材を後方押し出しし、厚肉のコップ形状を形成して、内外壁を切削加工して製品を得る方法もある。この方法も材料費、加工コストが嵩み、低生産性であるという問題があった。

なお、冷間鍛造だけで、環状拡開構造体にひけなどの鍛造欠陥を伴わずに、突条あるいは溝を形成するのは難しい。リングから内外面に溝を形成する技術も従来知られているが（特許文献４参照）、厚肉のＬＥＤ電球の放熱体のような部品を冷間鍛造だけで形成するのはきわめて難しいものであった。

特開２００８−９１１４０号公報 特開２００９−２１１４４号公報 特開２００２−８６２３８号公報 特開平１１−１７９４８１号公報

以上説明した従来技術からも分かるように、環状拡開構造体の表面に冷間鍛造だけを使って、かつ、ひけを生じないで凹凸構造を形成するのは従来困難であった。通常の場合、冷間鍛造時の金属材料の流動性が悪く、ひけや欠肉、割れなどの金属欠陥が形成されてしまう。

従って、従来、このような凹凸を有する複雑な構造の環状拡開構造体は、鋳造によってつくるか、特許文献３のように一次成形品を切削してつくるしかなく、それゆえに生産性が低く、高コストになってしまうものであった。鋳造では生産コストが嵩み、切削加工の場合も加工に時間をかける必要から高コスト化してしまう。

例えば、図１３に示したような形状のＬＥＤ電球も、放熱体を鋳造したり切削加工したりしたのでは、コストが図１２に示したＬＥＤ電球の数倍以上、十倍近い価格にまでなり、きわめて高価なＬＥＤ電球になってしまう。発光ダイオードや点灯装置の価格は比較的安定しているため、高価格の主たる原因は放熱体の加工費や材料費にある。従って、従来の白熱電球と同様に広く一般に普及できるＬＥＤ電球を実現するには、比較的薄肉で放熱性に優れ安価な放熱フィン付きの環状拡開構造をもつ放熱体と、それを製造できる新たな製造方法が望まれる。

また、従来の冷間鍛造では、図１２に示したような薄肉フィン無しの単純な形状の部品、図１３に示したような円柱形状の厚肉部品しか製造できず、これがＬＥＤ電球の形態の自由な設計、デザインを制限していた。

そこで本発明は、冷間鍛造だけで簡単に外表面に凹凸構造を形成すると共に、内表面の鍛造欠陥の形成を抑えることができる環状拡開構造体の製造方法、及びＬＥＤ電球の放熱体を提供することを目的とする。

本発明の環状拡開構造体の製造方法は、塑性変形容易な金属材料のスラグから外周面に凹凸構造が形成された環状拡開構造体を冷間鍛造で成形する環状拡開構造体の製造方法であって、先端に押し出し作用を与える第１の勾配が形成された第1上金型とこれと対になった第1下金型との間にスラグをセットし冷間鍛造によって栽頭円錐状に拡開した外周面と余肉となる段差部を有する窪みが形成された内周面を具備する厚肉のカップ状素材を成形する第１工程と、第１工程で成形されたカップ状素材の外周面に凹凸構造を成形する第２下金型とこの内周面の余肉を凹凸構造に向けて塑性流動させるための第２の勾配が側面に付与された第２上金型とによって第１工程で成形されたカップ状素材に冷間鍛造で凹凸構造と栽頭弾頭形の窪みを形成する第２工程と、第２工程で成形されたカップ状素材の内周面を冷間鍛造でさらに２次的に成形する第３工程と、第３工程で成形されたカップ状素材の底面を打ち抜く第４工程を有し、第１上金型と第２上金型の第１及び第２の勾配の押し出し作用によって凹凸構造を有する環状拡開構造体の鍛造欠陥を抑制することを主要な特徴とする。

本発明の環状拡開構造体の製造方法とＬＥＤ電球の放熱体の製造方法によれば、冷間鍛造だけで簡単に外表面に凹凸構造を形成すると共に、内表面の鍛造欠陥の形成を抑えることができ、高品質の環状拡開構造体と放熱体を提供することができる。

本発明の実施例１における環状拡開構造体の製造方法で製造したＬＥＤ電球の概略断面図 （ａ）本発明の実施例１における環状拡開構造体の製造方法で製造した放熱体の縦断面図、（ｂ）（ａ）の放熱体を下方からみた底面図 本発明の実施例１における環状拡開構造体の製造方法で使用する鍛造プレス装置の概略図 （ａ）発明の実施例１における環状拡開構造体の製造方法で使用するスラグの側面図、（ｂ）（ａ）のスラグの底面図 （ａ）本発明の実施例１における環状拡開構造体の製造方法の第１の鍛造工程で成形されるカップ状素材の縦断面図、（ｂ）（ａ）の第１の鍛造工程で成形されるカップ状素材の底面図 （ａ）本発明の実施例１における環状拡開構造体の製造方法の第１の鍛造工程で使用される上金型の一部破砕側面図、（ｂ）（ａ）の第１の鍛造工程で使用される下金型の断面図 （ａ）本発明の実施例１における環状拡開構造体の製造方法の第２の鍛造工程で成形されるカップ状素材の縦断面図、（ｂ）（ａ）の第２の鍛造工程で成形されるカップ状素材の底面図 （ａ）本発明の実施例１における環状拡開構造体の製造方法の第２の鍛造工程で使用される上金型の一部破砕側面図、（ｂ）（ａ）の第２の鍛造工程で使用される下金型５６（Ｂ）の断面図 （ａ）第１の鍛造工程で使用される上金型と下金型により押し出し作用で円滑なメタルフローを形成できる様子を説明する図、（ｂ）第２の鍛造工程で使用される上金型と下金型により押し出し作用で内周面の余肉部分を圧潰する様子を説明する図 （ａ）本発明の実施例１における環状拡開構造体の製造方法の第３の鍛造工程で成形されるカップ状素材の縦断面図、（ｂ）の第３の鍛造工程で成形されるカップ状素材の底面図 （ａ）本発明の実施例１における環状拡開構造体の製造方法の第３の鍛造工程で使用される上金型の一部破砕側面図、（ｂ）（ａ）の第３の鍛造工程で使用される下金型の縦断面図 図１２は従来のＬＥＤ電球の構成図 図１３は従来のＬＥＤ発光装置の要部図

本発明の第１の形態は、塑性変形容易な金属材料のスラグから外周面に凹凸構造が形成された環状拡開構造体を冷間鍛造で成形する環状拡開構造体の製造方法であって、先端に押し出し作用を与える第１の勾配が形成された第1上金型とこれと対になった第1下金型との間にスラグをセットし冷間鍛造によって栽頭円錐状に拡開した外周面と余肉となる段差部を有する窪みが形成された内周面を具備する厚肉のカップ状素材を成形する第１工程と、第１工程で成形されたカップ状素材の外周面に凹凸構造を成形する第２下金型とこの内周面の余肉を凹凸構造に向けて塑性流動させるための第２の勾配が側面に付与された第２上金型とによって第１工程で成形されたカップ状素材に冷間鍛造で凹凸構造と栽頭弾頭形の窪みを形成する第２工程と、第２工程で成形されたカップ状素材の内周面を冷間鍛造でさらに２次的に成形する第３工程と、第３工程で成形されたカップ状素材の底面を打ち抜く第４工程を有し、第１上金型と第２上金型の第１及び第２の勾配の押し出し作用によって凹凸構造を有する環状拡開構造体の鍛造欠陥を抑制することを特徴とする環状拡開構造体の製造方法である。この構成によって、冷間鍛造だけで簡単に外表面に凹凸構造を形成すると共に、内表面の鍛造欠陥の形成を抑えることができ、高品質の環状拡開構造体を提供することができる。

本発明の第２の形態は、第１の形態に従属する形態であって、第２下金型には、凹凸構造とカップ状素材の外周面の接続部に金属材料の塑性流動の抵抗を減らすための曲面が形成されていることを特徴とする環状拡開構造体の製造方法である。この構成によって、金属材料の塑性流動の抵抗を減らし、メタルフローの流れをより円滑にすることができる。

本発明の第３の形態は、第１又は第２の形態に従属する形態であって、凹凸構造が環状拡開構造体の中心軸に沿ってこの外周面に形成された複数のリブであることを特徴とする環状拡開構造体の製造方法である。この構成によって、冷間鍛造だけで簡単に外表面に複数本のリブを形成することができる。

本発明の第４の形態は、塑性変形容易な金属材料のスラグから外周面に凹凸構造が形成された環状拡開構造体であるＬＥＤ電球の放熱体を冷間鍛造で成形する放熱体の製造方法であって、先端に押し出し作用を与える第１の勾配が形成された第1上金型とこれと対になった第1下金型との間にスラグをセットし冷間鍛造によって栽頭円錐状に拡開した外周面と余肉となる段差部を有する窪みが形成された内周面を具備する厚肉のカップ状素材を成形する第１工程と、第１工程で成形されたカップ状素材の外周面に凹凸構造を成形する第２下金型とこの内周面の余肉を凹凸構造に向けて塑性流動させるための第２の勾配が側面に付与された第２上金型とによって第１工程で成形されたカップ状素材に冷間鍛造で凹凸構造と栽頭弾頭形の窪みを形成する第２工程と、第２工程で成形されたカップ状素材の内周面を冷間鍛造でさらに２次的に成形する第３工程と、第３工程で成形されたカップ状素材の底面を打ち抜く第４工程を有し、第１上金型と第２上金型の第１及び第２の勾配の押し出し作用によって凹凸構造を有する放熱体の鍛造欠陥を抑制することを特徴とする放熱体の製造方法である。この構成によって、冷間鍛造だけで簡単に外表面に凹凸構造を形成すると共に、内表面の鍛造欠陥の形成を抑えることができ、高品質の放熱体を提供することができる。

本発明の第５の形態は、第３の形態に従属する形態であって、第２下金型には、凹凸構造とカップ状素材の外周面の接続部に金属材料の塑性流動の抵抗を減らすための曲面が形成されていることを特徴とする放熱体の製造方法である。この構成によって、金属材料の塑性流動の抵抗を減らし、メタルフローの流れをより円滑にすることができる。

本発明の第６の形態は、第３又は第４の形態に従属する形態であって、凹凸構造が環状拡開構造体の中心軸に沿ってこの外周面に形成された複数のリブであることを特徴とする放熱体の製造方法である。この構成によって、冷間鍛造だけで簡単に外表面に複数本のリブを形成することができる。

以下、本発明の実施例1における環状拡開構造体の製造方法、すなわちＬＥＤ電球の放熱体の製造方法について説明する。

図１は本発明の実施例１のＬＥＤ電球の概略断面図、図２（ａ）は実施例１のＬＥＤ電球の断面図、図２（ｂ）は実施例１のＬＥＤ電球の図である。図１において、ＬＥＤ電球１は、発光ダイオード２と、これを配設する基板３、基板３を取り付ける基台３ａ、発光ダイオード２を点灯するための点灯装置４、基台３ａを保持して発光ダイオード２の熱を放熱するフィン付きの放熱体５、発光ダイオード２を覆うグローブ６、可視光を散乱させるための蛍光体の層７、給電のための口金８を備えた構造を有している。

実施例1のＬＥＤ電球においては、発光ダイオード２は基板３上に複数個、ここでは２４個が上方からみてリング状に配列されて実装されている。ＬＥＤ電球１の口金８がソケットに螺合され、例えば１００ＶのＡＣ電源から給電されると、点灯装置４でＡＣ／ＤＣ変換され、直流電圧例えば２４Ｖに変換される。この直流電圧は点灯回路４により発光ダイオード２に印加され、発光ダイオード２が点灯し、発光ダイオード２から可視光が放射される。発光ダイオード２から放射された可視光は、透光性のグローブ６、蛍光体の層７を透過して外方に出射される。

そこで、以下本発明の実施例1におけるＬＥＤ電球の放熱体５（本発明の実施例１における環状拡開構造体）の構造の説明を行う。

図２において、放熱フィン付きの放熱体５は基本構造として栽頭円錐形の形状を有している。その環状拡開構造の本体１１の中央には、円錐の軸と同軸で上面１２と下面１３間を連絡し、途中で貫通孔の大きさが変化する段付き孔１４が設けられている。この段付き孔１４が放熱体５の内周面Ｂを構成するものである。この本体１１の外周面Ａには円錐の母線方向に所定ピッチと所定高さで放熱フィンを構成する複数のリブ１６が設けられている。実施例1の場合２４本のリブ１６となっている。

なお、この内周面Ｂの凹凸構造は、実施例1のような段付き孔１４の段差の構造（断面で軸に沿った方向に凹凸構造が形成される構造）には限られない。外周面Ａと同様にリブ（断面で軸と直交する面内に凹凸構造が形成される構造）などの他の凹凸構造にすることができる。本体１１の外周面Ａに複数のリブ１６を形成した後、内周面Ｂにこの凹凸構造を得るための最終的な加工をすればよい。

放熱体５は、純度が高く塑性変形が容易で、熱伝導性の高いアルミニウム合金であるＯ材Ａ１０７０、Ａ１０６０、Ａ１０８０などの金属材料を使用して鍛造にて成形する。アルミニウム合金以外の金属であっても、軟質で塑性変形し易く、熱伝導性が高い金属であればアルミニウム合金と同様に使用することができる。

各リブ１６の突条には、本体１１の軸と直交する方向の頂部に断面が半円状のアーチをなす曲面１７が形成されている。さらに各リブ１６の間に形成された溝１８の底にも断面半円状のハーフパイプ状の曲面１８に形成されている。何れも塑性流動性を改善するために設けられている。なお、各リブ１６に対して僅かな抜き勾配が付けられているため、下面１３の側よりも上面１２の方の断面形状が、相似でも大きい断面形状になっている。

段付き孔１４は内部に段差１９が形成された途中で空間の大きさが変化する貫通孔であって、後で詳述する複数の工程の上下金型を使った鍛造と打ち抜きを経て、最終的に電子部品収容室２０と口金側連絡孔２１、この２つの空間を連絡する縮径孔２２を備えた空間に形成されている。口金側連絡孔２１の周囲には口金８を嵌合する放熱体５の挿入部２３が設けられ、放熱体５の上端にも図１のグローブ６、層７を接着固定する薄いリング状の挿入部２４が設けられる。

ところで、本発明の実施例１においては、放熱体５をひけや欠肉などがない高品質の成形品にするため、この内周面Ｂを目標形状に一度に成形するのではなく、一旦内周面Ｂを暫定的な形状に加工しておいて外周面Ａの高品質な成形のために利用し、外周面Ａの成形が終わった後に改めて内周面Ｂを成形し直すという２段構えの製造方法を採用している。また、上下金型に金属材料に対して押し出し力を加えることが可能な形状を与えて、常に流動性の高い円滑なメタルフローを実現している。

上記２段構えの方法の説明をすると、最終の成形品が得られるまでの鍛造工程において、ひけや欠肉などの鍛造欠陥を生じる可能性のある工程では、それを避けるためにその工程の前の工程において成形品に余肉を成形する準備をしておき、次の工程においてはこの余肉を圧潰させて鍛造欠陥を防いでいる。そして、余肉を圧潰する機能と円滑なメタルフローを実現する機能は、いずれも上金型に傾斜面を設けることで、金属材料を押し出して行っている。

さて、そこで以上説明した放熱体５を冷間鍛造で成形する鍛造プレス装置について説明する。図３は順送金型を使ってスラグから環状拡開構造体をインパクト成形する鍛造プレス装置５０の概略図である。この鍛造プレス装置５０はシリンダやクランク等の駆動装置５１により機械駆動される。

駆動装置５１を駆動すると、鍛造プレス装置５０に上下動可能に取り付けられたラム５２が上下動する。ラム５２の下方側には鍛造プレス装置５０のベッド５３が設置されている。実施例１におけるラム５２とベッド５３にはそれぞれ順送金型ホルダ５４が取り付けられ、これには５組の上金型５５と下金型５６が並んで取り付けられ、実施例１では各工程を一連の順で行うことができる。

ラム５２とベッド５３には、横揺れを起こさないで上下動できるように動きをガイドする支持機構５９が設けられている。この支持機構５９は、ベッド５３に設けられたガイド棒と、ラム５２に設けられたこのガイド棒を挿通するブッシュ、ガイド棒の周囲に配置されかつブッシュの下端を垂直方向上方に付勢する弾発スプリングとから構成される。さらに鍛造時の振動を吸収するためラム５２と上金型５５を固定する金型ホルダ５８の間に吸振機構が配設されている。

ラム５２の下面からは、下方に向かってガイドピン５７が突設され、ブッシュに挿入されて金型ホルダ５８とベッド５３を上下に案内し、スラグ６０を正確に鍛造できるようになっている。同様にラム５２とベッド５３には図３に示すようなロケーションピンが設けられる。

金型ホルダ５８の下端面には順送金型ホルダ５４が取り付けられ、順送金型ホルダ５４にはＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの上金型５５が取り付けられる。このＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの上金型５５とこれと対向した位置に設けられた下金型５６が円柱状の金属塊であるスラグ６０をＬＥＤ電球の放熱体５に成形する。

なお、以下、例えばＡの位置で行う加工工程を工程（Ａ）などと称し、Ａの位置の上金型５５を上金型５５（Ａ）、またＡの位置の下金型５６を下金型５６（Ａ）などのように記すことにする。Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅについても同様である。

そこで、実施例１の環状拡開構造体である放熱体５を冷間鍛造で成形する製造方法について工程に従って順に説明する。スラグから放熱フィンを備えた放熱体５を冷間鍛造で成形する製造方法である。

最初の工程はＯ材から所定サイズのスラグを切り出すスラグカット工程（Ａ）である。図４（ａ）はスラグの側面図であり、図４（ｂ）はスラグの底面図である。実施例１のスラグ６０の具体的な諸寸法は、直径３０ｍｍ（公差０〜−０．４ｍｍ）、高さ３０ｍｍ（公差±０．２５ｍｍ）の円柱体のスラグ６０である。この場合、スラグ６０の肉の最大容積は２１３７１６．６ｍｍ^３、最小容積は２０４６１．６ｍｍ^３になる。

この容積を有するスラグ６０を上金型５５（Ａ）と下金型５６（Ａ）の間にセットし、駆動装置１０１を駆動し、円柱状のスラグ６０を切り出す。このスラグ６０の容積が放熱体５の容積を実質的に決定し、上金型５５（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）と下金型５６（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）による鍛造で徐々に塑性変形し、放熱体５が成形される。

そこで、この切り出されたスラグ６０の鍛造を行うＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅの各鍛造工程について説明する。第１の鍛造工程（Ｂ）は、スラグ６０を下金型５６（Ｂ）と上金型５５（Ｂ）の間にセットし、外周が栽頭円錐状に拡開されかつ内周には段差のある窪みが形成された厚肉のカップ状素材６１を成形する工程である。図５（ａ）はこの第１の鍛造工程で成形されるカップ状素材６１の縦断面図、図５（ｂ）はカップ状素材６１の底面図であり、図６（ａ）はこの第１の鍛造工程で使用される上金型５５（Ｂ）の一部破砕側面図、図６（ｂ）は第１の鍛造工程で使用される下金型５６（Ｂ）の断面図である。

図６（ｂ）から分かるように、下金型５６（Ｂ）はすり鉢状に拡開した円錐面の側壁６６を有している。また、図６（ａ）のように、上金型５５（Ｂ）は円柱状のポンチで、大径部６２と小径部６３、これらをつなぐ縮小部６４（本発明における実施例１の段差部）、さらに小径部６３の先端の押し出し部６５を備えている。押し出し部６５には押し出し作用を与える頂角αの勾配面が形成されており、この上金型５５（Ｂ）と下金型５６（Ｂ）との間にスラグ６０をセットして鍛造したとき、頂角αの勾配面による押し出し力で金属材料を塑性流動させ、栽頭円錐状に拡開した外周面を有すると共に余肉となる段差部分ｄ（図５（ａ）参照）を備えた内周面を有する厚肉のカップ状素材６１を成形することができる。この頂角αは下金型５６（Ｂ）との関係で８５°〜８７°程度がよく、中でも８６°が最も好適である。これを底面に対する角度θで言い換えると、θ＝３°〜５°、中でも４°の傾斜が最も好適な作用効果を示す角度である。

この押し出し部６５の押し出し作用で押し出された金属材料は、カップ状素材６１の側壁を構成する部分（上金型５５（Ｂ）と下金型５６（Ｂ）との空隙）が栽頭円錐状に拡開しており低流動抵抗であるため、円滑なメタルフローを形成して塑性変形する。また、このとき上金型５５（Ｂ）の縮小部６４によって余肉となる段差部分ｄを内周面に形成することができる。図９（ａ）は上金型５５（Ｂ）と下金型５６（Ｂ）との押し出し作用で円滑なメタルフローを形成できる様子を示す。これによれば、底面に対して角度θが設けられているため、力Ｎが金属材料に作用すると押し出し方向の分力Ｈが生じ、下金型の底面と壁の間で鈍角に曲がって流れる円滑な流れを実現できることが分かる。なお、この明細書において押し出し作用というのは、鍛造時に下金型５６の底面に対して勾配をもつ上金型５５の勾配面が接近するとき、この勾配面でメタルフローが形成されることをいう。

ここで実施例１の第１の鍛造工程（Ｂ）で成形されたカップ状素材６１の具体的な諸寸法を説明すると、図５（ａ）（ｂ）において、拡開した円錐の頂角は２６°であり、カップ状素材６１の外周の最大直径は４３．８５２ｍｍ、下方端外周の口部のための縮径を開始する位置の直径は３０．０ｍｍ、縮径した後の直径は２５．９４ｍｍ、上面の大径の孔の直径は２８．０ｍｍ、小径の孔の直径は１４．４ｍｍである。窪みの全体の高さは３０．０ｍｍ、孔の大径部の高さは１７．０ｍｍ、孔の小径部の高さは１１．０７４ｍｍ、縮径部の勾配３０°、縮小部と小径部を合わせた高さ１５．０ｍｍである。さらに金属材料の流動抵抗を減らすため、カップ状素材６１の内周面のすべての屈曲部、言い換えれば上金型５５（Ａ）の外周面の屈曲部にはすべて２．０ｍｍのアールが付与されている。

次に、第２の鍛造工程（Ｃ）について説明する。この第２の鍛造工程（Ｃ）はカップ状素材６１の外周面に凹凸構造を形成すると共に、内周面側に形成されるひけ等の鍛造欠陥の形成を抑えるきわめて重要な鍛造工程である。図７（ａ）はこの第２の鍛造工程で成形されるカップ状素材７１の縦断面図、図７（ｂ）はカップ状素材７１の底面図であり、図８（ａ）はこの第２の鍛造工程で使用される上金型５５（Ｃ）の一部破砕側面図、図８（ｂ）は第２の鍛造工程で使用される下金型５６（Ｃ）の断面図である。

このため第２の鍛造工程（Ｃ）では、栽頭弾頭形の勾配面（図８（ａ）に示す交角βの傾斜）をもつ先端部が設けられた上金型５５（Ｃ）を使用する。また、すり鉢状に拡開した側面にカップ状素材７１に凹凸構造を転写するための凹凸、ここではリブ１６が反転された形状の凹凸構造が形成された下金型５６（Ｃ）を使用する。

この上金型５５（Ｃ）を使って鍛造すると、その先端部の勾配面（下金型５６の底に対して勾配を有し交角βの部分）が第１の鍛造工程（Ｂ）で形成されたカップ状素材６１の段差部分ｄを押し込み、余肉となっている段差部分ｄを圧潰して上金型５５（Ｃ）と下金型５６（Ｃ）との間に押し出し、リブ１６を形成する際に起こる周囲の金属材料の不足を補い、リブ１６の背面に発生するひけや欠肉を防止することができる。

すなわち、図９（ｂ）のように先端部の勾配面から力Ｎが段差部分ｄに作用し、余肉部分を圧潰する。この圧潰により周囲に向かうメタルフローが形成され、このメタルフローによりリブ１６の背面にひけや欠肉が形成されるのを防止する。

下金型５６（Ｃ）は下金型５６（Ｂ）と同様におおむねすり鉢状の形をしており、加えて側面に襞をなすように２４本の突条が形成されたものであり、カップ状素材６１を鍛造したときはこの２４本の突条が転写され、外周面にリブ１６が形成されたカップ状素材７１となる。なお、カップ状素材７１のリブ１６には抜き勾配が付けられているため、リブ１６の断面形状は上面側ほど大きくなる。

実施例１の第２の鍛造工程（Ｃ）で形成されたカップ状素材７１の具体的な諸寸法を図７（ａ）（ｂ）に基づいて説明すると、カップ状素材７１の外周の最大直径は５５．０ｍｍ、下方端外周の口部のための縮径を開始する位置の直径は３４．１９９ｍｍ、縮径を開始した後の直径は２５．９８ｍｍ、上面の大径部の孔の直径は３２．０ｍｍ、底面における孔の直径は１５．３ｍｍである。窪みの全体の高さは３３．０ｍｍ、孔の縮径部だけの高さは１８．５５６ｍｍ、縮径部の交角βは３８．２４１°である。さらに金属材料の流動抵抗を減らし、流れを円滑にするため、カップ状素材７１の内周面の屈曲部においてアールが付与されている。これを示したのが図８（ａ）の上金型５５（Ｃ）であって、底面では２．０ｍｍのアール（Ｒ１）、大径部と縮径部の間に０．５ｍｍのアール（Ｒ２）が付けられている。

続いて、第３の鍛造工程（Ｄ）について説明する。第３の鍛造工程は第２の鍛造工程（Ｃ）で得られたカップ状素材７１の内周面に最終的な成形を施す工程である。このため第３の鍛造工程（Ｄ）では、第２の鍛造工程（Ｃ）の下金型５６（Ｃ）と同形の下金型５６（Ｄ）を使用する。そして実施例１の上金型５５（Ｄ）は、図１の電子部品収容室２０と縮径孔２２を形成するための最終形状を有する円柱状のポンチとなっている。

図１０（ａ）はこの第３の鍛造工程で成形されるカップ状素材８１の縦断面図、図１０（ｂ）はカップ状素材８１の底面図であり、図１１（ａ）はこの第３の鍛造工程で使用される上金型５５（Ｄ）の一部破砕側面図、図１１（ｂ）は第３の鍛造工程で使用される下金型５６（Ｄ）の断面図である。

この上金型５５（Ｄ）と下金型５６（Ｄ）で鍛造すると、第２の鍛造工程（Ｃ）で形成されたカップ状素材７１の大径孔の高さが伸長され、大径孔の空間が拡張される。この空間が電子部品収容室２０（図２参照）となる。縮径部とこの大径部との間にはリング状の段差部分が形成される。なお、この加工で発生する余分の肉はカップ状素材８１の底部側に吸収され、最終的には打ち抜かれる。第３の鍛造工程（Ｄ）は、第２の鍛造工程（Ｃ）で得られたカップ状素材７１の内周面に２次的な加工を加える工程であり、図１０（ａ）のような段差の構造だけでなく、外周面と同様にリブを形成することもできる。さらに、他の構造に成形するのでもよい。

最後に、打ち抜き工程（Ｅ）について説明する。この打ち抜き工程（Ｅ）は第３の鍛造工程（Ｄ）で得られたカップ状素材８１の底部を打ち抜く工程である。打ち抜き用の上金型５５（Ｅ）と下金型５６（Ｅ）の詳細は図示しない。この打ち抜き工程により外周面に凹凸構造が形成され、円環の一端側が拡大して直径が大きくなった形状の環状拡開構造体が完成する。

打ち抜き工程（Ｅ）で形成された放熱体５の諸寸法を説明すると、これは図２に示す形状の放熱体５であって、放熱体５の外周の最大直径は５５．０ｍｍ、全体の高さが３５．０ｍｍ、口金側連絡孔２１の周囲の挿入部２３の高さ５．０ｍｍ、口金側連絡孔２１の直径１８．０ｍｍである。

実施例１の打ち抜き工程（Ｅ）を終えた最終の成形品は、図１、図２（ａ）（ｂ）のように放熱フィンを構成する２４本のリブ１６が設けられた放熱体５であり、本体１１中央には、円錐の軸と同軸で上面１２と下面１３間を連絡する段付き孔１４が設けられた形状を有している。この段付き孔１４は、電子部品収容室２０と、口金側連絡孔２１、この２つの空間を連絡する縮径孔２２を備えた空間であって、口金側連絡孔２１の周囲には口金８を嵌合する放熱体５の挿入部２３が設けられ、放熱体５の上端には挿入部２４が形成されてグローブ６等が固定される。

このように本発明の実施例１におけるＬＥＤ電球の放熱体の製造方法によれば、一旦放熱体の内周面に余肉をもたせ、この余肉を外周面の完全なる成形のために利用し、外周面の成形が終わった後に改めて内周面を成形し直すため、放熱体をひけや欠肉などのない高品質の成形品にすることができる。そして、上金型に押し出し部を設けることで簡単かつ確実に流動性の高いメタルフローを実現できる。従って、鍛造によっては限られた単純形状のものしか製造できず、事実上鋳造するか切削するしか方法がなかった放熱フィン付きの放熱体の従来の製造方法に、新たな製造方法の途を開くものである。

本発明はＬＥＤ電球の放熱フィン付きの放熱体等の環状拡開構造体の製造方法に適用できる。

１ ＬＥＤ電球
２ 発光ダイオード
３ 基板
３ａ 基台
４ 点灯装置
５ 放熱体
６ グローブ
７ 蛍光体の層
８ 口金
１１ 本体
１２ 上面
１３ 下面
１４ 段付き孔
１６ リブ
１７ 曲面
１８ 曲面
１９ 段差
２０ 電子部品収容室
２１ 口金側連絡孔
２２ 縮径孔
２３ 挿入部
２４ 挿入部
５０ 鍛造プレス装置
５１ 駆動装置
５２ ラム
５３ ベッド
５４ 順送金型ホルダ
５５ 上金型
５６ 下金型
５７ ガイドピン
５８ 金型ホルダ
５９ 支持機構
６０ スラグ
６１ カップ状素材
６２ 大径部
６３ 小径部
６４ 縮小部
６５ 押し出し部
７１ カップ状素材
８１ カップ状素材
１０１ ＬＥＤ電球
１０２ 発光ダイオード
１０３ 点灯装置
１０４ カバー
１０５ グローブ
１０６ 拡散シート
１０７ 基板
１１０ 口金
１１１ 基台
１２１ ＬＥＤ発光装置
１２２ 発光モジュール
１２３ 光学系
１２４ 凹部
α 頂角
β 交角
θ 底面に対する角度
Ｎ 力
Ｈ 分力
Ａ 外周面
Ｂ 内周面
ｄ 段差部分

Claims (6)

1. 塑性変形容易な金属材料のスラグから外周面に凹凸構造が形成された環状拡開構造体を冷間鍛造で成形する環状拡開構造体の製造方法であって、先端に押し出し作用を与える第１の勾配が形成された第1上金型とこれと対になった第1下金型との間に前記スラグをセットし冷間鍛造によって栽頭円錐状に拡開した外周面と余肉となる段差部を有する窪みが形成された内周面を具備する厚肉のカップ状素材を成形する第１工程と、前記第１工程で成形されたカップ状素材の外周面に凹凸構造を成形する第２下金型とこの内周面の前記余肉を前記凹凸構造に向けて塑性流動させるための第２の勾配が側面に付与された第２上金型とによって前記第１工程で成形されたカップ状素材に冷間鍛造で前記凹凸構造と栽頭弾頭形の窪みを形成する第２工程と、前記第２工程で成形されたカップ状素材の内周面を冷間鍛造でさらに２次的に成形する第３工程と、前記第３工程で成形されたカップ状素材の底面を打ち抜く第４工程を有し、前記第１上金型と前記第２上金型の前記第１及び第２の勾配の押し出し作用によって凹凸構造を有する環状拡開構造体の鍛造欠陥を抑制することを特徴とする環状拡開構造体の製造方法。
2. 前記第２下金型には、前記凹凸構造と前記カップ状素材の外周面の接続部に前記金属材料の塑性流動の抵抗を減らすための曲面が形成されていることを特徴とする請求項１記載の環状拡開構造体の製造方法。
3. 前記凹凸構造が環状拡開構造体の中心軸に沿ってこの外周面に形成された複数のリブであることを特徴とする請求項１又は２記載の環状拡開構造体の製造方法。
4. 塑性変形容易な金属材料のスラグから外周面に凹凸構造が形成された環状拡開構造体であるＬＥＤ電球の放熱体を冷間鍛造で成形する放熱体の製造方法であって、先端に押し出し作用を与える第１の勾配が形成された第1上金型とこれと対になった第1下金型との間に前記スラグをセットし冷間鍛造によって栽頭円錐状に拡開した外周面と余肉となる段差部を有する窪みが形成された内周面を具備する厚肉のカップ状素材を成形する第１工程と、前記第１工程で成形されたカップ状素材の外周面に凹凸構造を成形する第２下金型とこの内周面の前記余肉を前記凹凸構造に向けて塑性流動させるための第２の勾配が側面に付与された第２上金型とによって前記第１工程で成形されたカップ状素材に冷間鍛造で前記凹凸構造と栽頭弾頭形の窪みを形成する第２工程と、前記第２工程で成形されたカップ状素材の内周面を冷間鍛造でさらに２次的に成形する第３工程と、前記第３工程で成形されたカップ状素材の底面を打ち抜く第４工程を有し、前記第１上金型と前記第２上金型の前記第１及び第２の勾配の押し出し作用によって凹凸構造を有する放熱体の鍛造欠陥を抑制することを特徴とする放熱体の製造方法。
5. 前記第２下金型には、前記凹凸構造と前記カップ状素材の外周面の接続部に前記金属材料の塑性流動の抵抗を減らすための曲面が形成されていることを特徴とする請求項３記載の放熱体の製造方法。
6. 前記凹凸構造が放熱体の中心軸に沿ってこの外周面に形成された複数のリブであることを特徴とする請求項３又は４記載の放熱体の製造方法。

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