JP2011216309A - Ｌｅｄ電球の放熱部の製造方法およびｌｅｄ電球の放熱部 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウム合金製ブランク材に、複数回の絞り加工を施すことでＬＥＤ電球の放熱部を製造することができ、製造コストの低減を図ることができ、しかも、アルミニウム合金でなるダイキャスト製の放熱部と比べて遜色のない放熱性を得ることができるＬＥＤ電球の放熱部の製造方法と、その製造方法により製造されたＬＥＤ電球の放熱部を提供することを課題とする。
【解決手段】板厚０．３〜２．５ｍｍのアルミニウム合金製ブランク材１Ａに複数回の絞り加工を施して容器状の放熱部１を成形するにあたり、放熱部１の外周体１ａの横断面を、連続する波状隆起１ｂが形成された放射状に成形し、その外周体１ａの横断面の外接円の直径をＤ１、内接円の直径をＤ２としたときの、Ｄ１／Ｄ２を１．３超とすると共に、波状隆起１ｂの数を８以上とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を発光源とするＬＥＤ電球のヒートシンク（放熱部）を製造するＬＥＤ電球の放熱部の製造方法と、その製造方法により製造されたＬＥＤ電球の放熱部、より詳しくは、アルミニウム合金製ブランク材からプレス加工等によりＬＥＤ電球のヒートシンク（放熱部）を製造するＬＥＤ電球の放熱部の製造方法と、その製造方法により製造されたＬＥＤ電球の放熱部に関するものである。

発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を発光源とする照明は、低消費電力であり且つ長寿命であることから徐々に市場に浸透し始めている。その中でも、近年特に注目を集めているのが、白熱電球や蛍光ランプといった既存の電球からの置き換えを狙って開発された一般電球型のＬＥＤ電球である。

しかしながら、このＬＥＤ電球のＬＥＤ素子は熱に非常に弱く、許容温度を超えると発光効率が低下し、また、その寿命にも影響を及ぼすという問題がある。この問題を解決するためには、ＬＥＤ素子の発光時の熱を周囲に放熱する必要があるため、ＬＥＤ電球には大型のヒートシンク（放熱部）が備えられている。この放熱部から熱を効率性良く放熱するためには放熱部の表面積を出来る限り大きくする必要があるが、放熱部はＬＥＤ電球本体と一体に形成されるため、その外形寸法を大きくするにしても限界がある。従って、現状では放熱部の外表面に多くの放熱フィンを形成すること等で、放熱部の表面積を出来る限り大きくし、対応している。

この外表面に多くのフィンを形成した放熱部の多くは、アルミニウム合金でなるダイキャスト製であるため、製造コストが高くなり、また、放熱部の外表面に多くの放熱フィンを形成するために、複雑な形状の金型が必要になるという問題があった。

このＬＥＤ素子を発光源とする照明に関する技術は、近年多く提案されており、ＬＥＤ電球と一体に形成された放熱部も、例えば、特許文献１や、特許文献２等に開示されている。これらの特許文献に開示された放熱部もその外表面に多くの放熱フィンを形成することで構成されており、また特許文献１には、放熱部がアルミニウム製であり、一体形成されているとの記載もある。

特開２００９−４１３０号公報 特開２００９−１７０１１４号公報

本発明は、アルミニウム合金製ブランク材に、複数回の絞り加工を施すことによってＬＥＤ電球の放熱部を製造することができ、製造コストの低減を図ることができ、しかも、アルミニウム合金でなるダイキャスト製の放熱部と比べて遜色のない放熱性を得ることができるＬＥＤ電球の放熱部の製造方法と、その製造方法により製造されたＬＥＤ電球の放熱部を提供することを課題とするものである。

請求項１記載の発明は、アルミニウム合金製ブランク材からＬＥＤ素子を発光源とする電球の放熱部を製造するＬＥＤ電球の放熱部の製造方法であって、板厚０．３〜２．５ｍｍのアルミニウム合金製ブランク材に複数回の絞り加工を施して容器状の放熱部に成形するにあたり、前記放熱部の外周体の横断面を、連続する波状隆起が形成された放射状に成形し、その外周体の横断面の外接円の直径をＤ１、同じ横断面の内接円の直径をＤ２としたときの、Ｄ１／Ｄ２を１．３超とすると共に、前記波状隆起の数を８以上として前記放熱部を成形することを特徴とするＬＥＤ電球の放熱部の製造方法である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のＬＥＤ電球の放熱部の製造方法により製造されたことを特徴とするＬＥＤ電球の放熱部である。

本発明のＬＥＤ電球の放熱部の製造方法によると、アルミニウム合金製ブランク材に複数回の絞り加工を施すことによってＬＥＤ電球の放熱部を製造することができ、製造が容易であり、また、従来の金型鋳造に比べて製造にかかるコストの低減を図ることができ、しかも、アルミニウム合金でなるダイキャスト製の放熱部と比べて遜色のない放熱性を得ることができる。

本発明のＬＥＤ電球の放熱部によると、アルミニウム合金製ブランク材から製造した放熱部であるに関わらず、従来のダイキャスト製の放熱部と比べて遜色のない放熱性を確保することができる。

本発明の一実施形態に係るＬＥＤ電球の放熱部の外周面を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るＬＥＤ電球の放熱部の内周面を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るＬＥＤ電球の放熱部を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るＬＥＤ電球の放熱部を示す横断面図である。 本発明の一実施形態に係り、ＬＥＤ電球の放熱部に蓋板を介してＬＥＤ素子を取り付けた状態を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る放熱部を組み込んだＬＥＤ電球の外観を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係るＬＥＤ電球の放熱部の製造方法を製造工程の順を追って示す説明図であって、各製造工程ともに、上段は平面図、下段は縦断面図である。 実施例での放熱試験の試験結果を示し、発明例１の電源投入後の経過時間に基づくＴ１、Ｔ２、Ｔ３の温度変化を示すグラフ図である。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて更に詳細に説明する。

図１〜６は本発明の一実施形態のＬＥＤ電球の放熱部を示し、図１はＬＥＤ電球の放熱部の外周面を示す斜視図、図２はＬＥＤ電球の放熱部の内周面を示す斜視図、図３はＬＥＤ電球の放熱部の平面図、図４はＬＥＤ電球の放熱部の開口と平行な横断面図であって、図５はＬＥＤ電球の放熱部に蓋板を介してＬＥＤ素子を取り付けた縦断面図、図６はＬＥＤ電球の全体形状を示す正面図である。

本発明に係るＬＥＤ電球の放熱部１は、例えば、ＪＩＳ５０００系の５０５２規格のアルミニウム合金材でなる板厚が０．３〜２．５ｍｍのアルミニウム合金製の展伸材からなるブランク材１Ａ（図７に示す。また、以下の記載ではアルミニウム合金製ブランク材１Ａともいう。）に、複数回の絞り加工を施すことにより成形されたもので、開口１ｃを有する容器状、すなわち略コップ形状に成形されている。尚、アルミニウム合金製展伸材としては、ＪＩＳ１０００系の純アルミ（本発明ではアルミニウム合金に含める。）、ＪＩＳ５０００系のアルミニウム合金などの熱伝導率に優れたものを用いることが特に望ましい。また、その放熱部１の外周体１ａの横断面は、連続する波状隆起１ｂが形成された放射状に成形されている。尚、アルミニウム合金製ブランク材１Ａからの絞り加工によるＬＥＤ電球の放熱部１の製造方法については、後述する製造方法の説明の欄で詳しく説明する。

放熱部１は、後述するＬＥＤ電球の発光源である発光ダイオード（ＬＥＤ）素子２で発生する熱を効率性良く放熱するために、その表面積を出来る限り大きくする必要があるが、本発明では、その放熱部１の外周体１ａの横断面を、連続する波状隆起１ｂが形成された放射状に成形することで、表面積を確保している。図４に示すように、その外周体１ａの開口１ｃと平行な横断面の外接円の直径をＤ１、同じ横断面の内接円の直径をＤ２とすると、Ｄ１／Ｄ２＞１．３の関係が成り立つように放熱部１を成形する必要がある。また、波状隆起１ｂは８以上設ける必要がある。

放熱部１の外周体１ａの開口１ｃと平行な横断面における外接円（図４に点線で示す）の直径をＤ１、同じ横断面の内接円（図４に点線で示す）の直径をＤ２としたときの、Ｄ１／Ｄ２の比率を１．３超とする。Ｄ１／Ｄ２の比率が１．３以下であると、たとえ波状隆起１ｂの数を増やしても、放熱のために必要な表面積を確保することができない。一方、Ｄ１／Ｄ２の比率は大きくすれば大きくするほど放熱部１の表面積が大きくなり好ましいため、その上限は限定しない。但し、放熱部１の大きさにもよるが、通常のＬＥＤ電球自体の大きさや放熱部１の空洞内への駆動部品の収容量を考慮すると、実際のＤ１／Ｄ２の比率の上限は、２．４程度であると考えられる。また、より好ましいＤ１／Ｄ２の比率の下限は１．５である。

尚、外周体１ａの直径は、図５に示すように、その高さ位置が変わると順次変化していくが、Ｄ１／Ｄ２が最大となる断面位置において、Ｄ１／Ｄ２＞１．３の関係が成り立つように放熱部１を成形すれば良い。

また、放熱部１の外周体１ａに形成する波状隆起１ｂの数は８以上とする。波状隆起１ｂの数が７以下であれば、たとえ上記するＤ１／Ｄ２の比率を大きくしても、放熱のために必要な表面積を確保することができなくなる。一方、放熱部１の外周体１ａに形成する波状隆起１ｂの数は多ければ多いほど良く、その上限は限定しない。但し、波状隆起１ｂの間隔が狭くなれば放熱効率が低下することも考慮すると、放熱部１の大きさにもよるが、通常のＬＥＤ電球の大きさでは、実際の波状隆起１ｂの数の上限は４０程度であると考えられる。また、より好ましい波状隆起１ｂの数の下限は１０である。

放熱部１の開口１ｃ側の縁部には、等間隔で内側に突出するようにして蓋板３取り付け用の取付下地片１ｄが設けられており、蓋板３は放熱部１の開口１ｃを被覆するようにしてこの取付下地片１ｄに取り付けられる。また、この蓋板３は、放熱部１と同様の材料で形成されていることが好ましく、この実施形態では、蓋板３は、ＪＩＳ５０５２のＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金の圧延板の成形材で形成されている。その蓋板３の表面にはＬＥＤ電球の発光源となるＬＥＤ素子２が取り付けられている。蓋板３は以上のように構成されるため、放熱部１と一体になり、放熱板として機能する。

以上に示すように、ＬＥＤ素子２は、蓋板３を介して放熱部１に取り付けられるので、ＬＥＤ素子２の発光時に発生した熱は、蓋板３を介して放熱部１に伝導され、８以上の数の連続する波状隆起１６が形成された放熱部１の表面から外気中に効率性良く放熱される。

また、この蓋板３には、ＬＥＤ素子２を被覆するようにして、ＬＥＤ素子２から発光する光を透過させて拡散するために、半球状のグローブ４が取り付けられている。このグローブ４は、例えば、乳白色のポリカーボネート樹脂からなる。尚、特に図示はしないが、放熱部１の内部に形成される空洞には、ＬＥＤ素子２を発光させるための駆動部品が収容される。また、図６に示す５はＬＥＤ電球の口金部である。

次に、図７に基づいて、本発明のＬＥＤ電球の放熱部の製造方法の一例を、製造工程を追って順に説明する。

（ａ）は、ＪＩＳ５０５２のＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金からなる板厚が０．３〜２．５ｍｍの冷間圧延−熱処理（調質）されたブランク材１Ａである。このアルミニウム合金製ブランク材１Ａは、以後のプレス加工により、開口１ｃを有する容器状、すなわち略コップ形状に成形されるため、図７に示すように、円形であることが好ましいが、周囲はトリム加工時に切除されるため、必ずしも円形である必要はない。

尚、このアルミニウム合金製ブランク材１Ａは、容器状に成形することや、外周体１ａの横断面を連続する波状隆起１ｂが形成された放射状に成形すること高い熱伝導性が望ましいことを考慮すると、１０００系のアルミニウム合金材であることが好ましいが、３０００系、５０００系、或いは６０００系のアルミニウム合金材など、他の成形性の良いアルミニウム合金材であっても構わない。また、アルミニウム合金製ブランク材１Ａの板厚を０．３〜２．５ｍｍとしたが、アルミニウム合金製ブランク材１Ａの板厚が２．５ｍｍを超えた場合は、その質量が重くなりすぎてＬＥＤ電球の放熱部１として用いるには適切でない。一方、板厚が０．３ｍｍより薄い場合は、ＬＥＤ電球の構成部材として十分な強度を確保することが不可能となり、ＬＥＤ電球の放熱部１として用いるには適切でない。より好ましいアルミニウム合金製ブランク材１Ａの板厚は０．６〜２．０ｍｍである。

このアルミニウム合金製ブランク材１Ａに対して、まず、（ｂ）に示すように、１回目の絞り加工（プレス加工）を施して、アルミニウム合金製ブランク材１Ａを、その周囲を除き円錐台形状に形成する。尚、この絞り加工は、公知のポンチ、ダイス、並びにブランクホルダーを用いたプレス成形であり、後述する２回目以降の絞り加工を含め、ポンチ、ダイス、並びにブランクホルダーは特に図示していない。

１回目の絞り加工で、その周囲を除き円錐台形状に形成したアルミニウム合金製ブランク材１Ａに対して、（ｃ）に示すように、２回目の絞り加工を施す。２回目の絞り加工で、放熱部１の外周体１ａとなる部位には、連続する波状隆起１ｂが放射状に形成され、また、中央部には隆起したバーリングの下地が形成される。

以後、（ｄ）に示す３度目の絞り加工を施して、順次、放熱部１の外周体１ａとなる部位の径を小さくしていく。以上の説明では、ここまでで３度の絞り加工を施す事例について説明したが、絞り加工は複数回行う必要があるが、所望の形状に放熱部１を成形することができるならば、その絞り加工の回数は問わない。

次いで、放熱部１から周囲の不要な部位を切除するために、（ｅ）に示すように、トリム型（図示せず）によりトリム加工を施すが、そのトリム加工の際には放熱部１の周囲に、リング状のフランジ片１ｅと、更にそのフランジ片１ｅの周囲に取付下地片１ｄとなる部位を複数箇所（図７では等間隔に３箇所）残す。また、そのトリム加工と同時に、取付下地片１ｄとなる部位（図７では３箇所）への孔加工、放熱部１の中央部の隆起したバーリングの下地となる部位への孔加工も同時に施す。

次の（ｆ）の工程では、取付下地片１ｄの端立て（折り曲げ）加工を行った後、（ｇ）に示す取付下地片１ｃの曲げ（折り曲げ）加工を行い、ＬＥＤ電球の放熱部の製造を完了する。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適宜変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。

表１に示す各種構成のヒートシンク（放熱部）１を用い、ＬＥＤ素子２を発光させた際の定常温度を調べる放熱試験を、温度２０℃、無風の室内にて実施した。この放熱試験では、ＬＥＤ素子２は消費電力４Ｗのものを用い、図５に示すように、そのＬＥＤ素子２を蓋板３の表面上に実装して基盤とした。尚、蓋板３は、板厚２ｍｍのＪＩＳ５０５２のＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金材を用い、ヒートシンク（放熱部）１の表面には、白色系塗料を塗布した。試験結果を表１に示す。

表１に示す試験結果は、電源を投入してＬＥＤ素子２を連続して３０分以上発光させ際の定常温度であり、ＬＥＤ素子の表面温度をＴ１、基盤表面の温度をＴ２、ヒートシンク（放熱部）の表面温度をＴ３として示す。この試験結果によると、本発明の要件を満足する発明例１〜３は全て、Ｔ１が６５℃以下、Ｔ２が５０℃以下、Ｔ３が５０℃以下であるのに対し、本発明の要件を満足しない比較例１〜３は全て、Ｔ１が６５℃超、Ｔ２が５０℃超、Ｔ３が５０℃超であった。

従来から市販されているダイカスト（比較例４）と比べてもこれら発明例１〜３は遜色のない試験結果を得ることができ、同等の放熱特性を有するものであるということができる。尚、図８に発明例１の電源投入後の経過時間に基づくＴ１、Ｔ２、Ｔ３の温度変化を示す。

１…放熱部
１Ａ…アルミニウム合金製ブランク材
１ａ…外周体
１ｂ…波状隆起
１ｃ…開口
１ｄ…取付下地片
１ｅ…フランジ片
２…ＬＥＤ素子
３…蓋板
４…グローブ
５…口金部

Claims (2)

1. アルミニウム合金製ブランク材からＬＥＤ素子を発光源とする電球の放熱部を製造するＬＥＤ電球の放熱部の製造方法であって、
   板厚０．３〜２．５ｍｍのアルミニウム合金製ブランク材に複数回の絞り加工を施して容器状の放熱部に成形するにあたり、前記放熱部の外周体の横断面を、連続する波状隆起が形成された放射状に成形し、
   その外周体の横断面の外接円の直径をＤ１、同じ横断面の内接円の直径をＤ２としたときの、Ｄ１／Ｄ２を１．３超とすると共に、前記波状隆起の数を８以上として前記放熱部を成形することを特徴とするＬＥＤ電球の放熱部の製造方法。
2. 請求項１記載のＬＥＤ電球の放熱部の製造方法により製造されたことを特徴とするＬＥＤ電球の放熱部。

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