JP2012209058A - Ｌｅｄ電球用ヒートシンク - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化が図れ、複雑な形状の金型が不要なことは勿論のこと、ＬＥＤ発光源からの放熱を効率的に行うことができ、ＬＥＤ電球の長寿命化が図れ、また、部品点数が増加することもなく、従来と比較して製造コストも低減することができるＬＥＤ電球用ヒートシンクを提供することを課題とする。
【解決手段】金属製板材から形成されており、両端部の径が異なる筒状の放熱部１と、放熱部１の小径側端面に放熱部１と一体になって形成された底板２と、放熱部１の大径側端縁よりその中心軸側に向けて折曲する複数枚の折曲片３より構成され、複数枚の折曲片３をつなぐようにして折曲片３の表面側にＬＥＤ発光源４が載置固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を発光源とするＬＥＤ電球が、発光時に発生する熱を周囲に放熱するためのＬＥＤ電球用ヒートシンク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の外気中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が備えられている。このヒートシンクとしては、アルミニウム或いはアルミニウム合金等で成るダイキャスト製のものが多く採用されている。しかしながら、ダイキャスト製のヒートシンクは、重い上に製造コストが高くなり、また、表面に多くの放熱フィンを形成する等、複雑な形状に加工する場合には、複雑な形状の金型が必要になるという問題があった。

一方で、質量が重く、また、複雑な金型が必要になるというダイキャスト製のヒートシンク特有の問題を解決するために、アルミニウム或いはアルミニウム合金等で成る板材をプレス成形等で加工したヒートシンクも最近開発されている。しかしながら、このヒートシンクＡは、例えば、図６に示すように、両端部の径が異なる筒状の放熱部１とその放熱部１の小径側端面にその放熱部１と一体になって形成された底板２よりなるヒートシンク本体６と、そのヒートシンク本体６の開口側を被覆するようにして取り付けられる円盤状部品７とより構成されており、ＬＥＤ発光源４はその円盤状部品７の表面側に載置固定されている。

このように、板材をプレス成形等で加工したＬＥＤ電球用ヒートシンクＡは、ＬＥＤ発光源４を載置固定する円盤状部品７と、そのＬＥＤ発光源４から発生される熱を周囲に放熱するためのヒートシンク本体６とより構成されるため、ＬＥＤ発光源４から円盤状部品７に伝わった熱が、放熱部１に伝わる際に、その接合部分の熱抵抗によって熱伝導の効率が低下し、ＬＥＤ発光源４からの放熱が効率的に行われないという問題があった。

また、このＬＥＤ電球用のヒートシンクＡを構成する部品として、少なくとも円盤状部品７とヒートシンク本体６が必要で、少なくとも２部品が必要なため、部品点数が増加すると共に、製造コストが高く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電球用ヒートシンクについても、特許文献１〜３等に開示されている。特許文献１および特許文献２に開示されたヒートシンクは、アルミニウム或いはアルミニウム合金等で成るダイキャスト製のヒートシンクである。

また、特許文献３に開示されたヒートシンクは、アルミニウム或いはアルミニウム合金で成る板材をプレス成形等で加工してなるヒートシンクである。しかしながら、このヒートシンクは、筒状のカバー部材と、そのカバー部材の外周部に環合してなる環状の放熱部材とを組み合わせて構成されたヒートシンクであり、接合部分の熱抵抗によって熱伝導の効率が低下し、ＬＥＤ発光源からの放熱が効率的に行われないという問題、部品点数が増加すると共に、製造コストが高くなるという問題は解消されていない。

特開２００９−４１３０号公報 特開２００９−１７０１１４号公報 特開２０１０−２７７９１０号公報

本発明は、軽量化が図れ、複雑な形状の金型が不要なことは勿論のこと、ＬＥＤ発光源からの放熱を効率的に行うことができ、ＬＥＤ電球の長寿命化が図れ、また、部品点数が増加することもなく、従来と比較して製造コストも低減することができるＬＥＤ電球用ヒートシンク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、金属製板材から形成されたＬＥＤ電球用ヒートシンクであって、両端部の径が異なる筒状の放熱部と、前記放熱部の小径側端面に前記放熱部と一体になって形成された底板と、前記放熱部の大径側端縁よりその中心軸側に向けて折曲する複数枚の折曲片より構成され、前記複数枚の折曲片をつなぐようにして前記折曲片の表面側にＬＥＤ発光源が載置固定されていることを特徴とするＬＥＤ電球用ヒートシンクである。

請求項２記載の発明は、金属製板材から形成されたＬＥＤ電球用ヒートシンクであって、両端部の径が異なる筒状の放熱部と、前記放熱部の小径側端面に前記放熱部と一体になって形成された底板と、前記放熱部の大径側端縁よりその中心軸側に向けて折曲する複数枚の折曲片より構成され、前記複数枚の折曲片の先端表面側に夫々ＬＥＤ発光源が載置固定されていることを特徴とするＬＥＤ電球用ヒートシンクである。

請求項３記載の発明は、前記金属製板材は、アルミニウム製或いはアルミニウム合金製である請求項１または２記載のＬＥＤ電球用ヒートシンクである。

本発明のＬＥＤ電球用ヒートシンクは、金属製板材から形成されているに関わらず、熱抵抗によって熱伝導の効率を低下させる接合部分がないため、ＬＥＤ発光源からの放熱を効率的に行うことができ、ダイキャスト製のヒートシンクと比べて遜色のない放熱性を得ることができる。よって、ダイキャスト製のヒートシンクと同様にＬＥＤ電球の長寿命化を図ることができる。

また、金属製板材から形成されているため、軽量化が図れると共に、製造時に複雑な形状の金型を用いる必要もない。更には、金属製板材から形成されているに関わらず、部品点数が増加することもないので、部品のプレス代が安くなるほか、複数部品に組み立てに要する費用が不要なことから、従来と比較して製造コストも低減することができる。

また、折曲片を金属製板材から絞り加工で作製することができるため、折曲片の先端側の肉厚を厚くすることができる。従って、元の金属製板材の肉厚を厚くしなくても、ＬＥＤ発光源が載置固定される直下の部位の肉厚を増加させることができ、折曲片の熱伝導が向上し、放熱特性を高めることができる。

本発明の一実施形態に係るＬＥＤ電球用ヒートシンクを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るＬＥＤ電球用ヒートシンクを示す縦断面図である。 本発明の異なる実施形態に係るＬＥＤ電球用ヒートシンクを示す斜視図である。 本発明の異なる実施形態に係るＬＥＤ電球用ヒートシンクを示す縦断面図である。 本発明のＬＥＤ電球用ヒートシンクを組み込んだＬＥＤ電球の外観を示す正面図である。 金属製板材をプレス成形等で加工して形成した従来のＬＥＤ電球用ヒートシンクを示す縦断面図である。

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および図２に示すように、本発明に係るＬＥＤ電球用ヒートシンクＡ（以下、単にヒートシンクと説明することもある。）は、例えば、板厚が０．３〜５ｍｍのアルミニウム製或いはアルミニウム合金製の一枚の金属製板材に、プレス加工等を施すことにより成形されたものである。尚、ヒートシンクＡの製造に用いる金属製板材としては、ＪＩＳ１０００系の純アルミニウム、ＪＩＳ３０００系のアルミニウム合金、ＪＩＳ５０００系のアルミニウム合金などの熱伝導率および成形性に優れた金属素材を用いることが特に望ましいが、ＪＩＳ６０００系のアルミニウム合金材など他の熱伝導率および成形性の良いアルミニウム合金材、或いは銅等の他の金属製板材を用いても構わない。

尚、金属製板材がアルミニウム製或いはアルミニウム合金製である場合、その金属製板材の板厚は０．３〜５ｍｍであると先に例示したが、その理由は、金属製板材１Ａの板厚が５ｍｍを超えた場合は、その質量が重くなりすぎてＬＥＤ電球のヒートシンクＡとして用いるには適切でなくなるためであり、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電球のヒートシンクＡとして用いるには適切でないためである。より好ましい金属製板材の板厚は０．３５〜２．５ｍｍである。

具体的には、本発明に係るＬＥＤ電球用ヒートシンクＡは、両端部の径が異なる筒状の放熱部１と、その放熱部１の小径側端面にその放熱部１と一体になって形成された底板２と、その放熱部１の大径側端縁よりその中心軸側に向けて折曲した複数枚の折曲片３より構成されており、それら複数枚の折曲片３をつなぐようにして折曲片３の表面側にＬＥＤ発光源４が載置固定されている。尚、本明細書では、筒状の放熱部１の両端面のうち、径が大きい側を大径側、小さい側を小径側として説明する。

放熱部１は、両端部の径が異なる筒状であり、後述するＬＥＤ発光源４で発光時に発生する熱を、その表面から周囲の外気中に向けて放熱する役割をなす。放熱部１の表面からの放熱を効率性良く行うためには、その表面積を出来る限り大きくすること、並びに表面の放射率εを高くすることが望ましい。

放熱部１の表面積を大きくするためには、放熱部１の表面に溝を形成する方法、放熱部１を形成する金属製板材自体を波板状に加工する方法等を採用すれば良い。一方、放熱部１の表面の放射率εを高くするためには、放射率εが高くなるように、平板素材に塗装を施すプレコート、あるいは成形後にスプレー等で塗装を行なうアフターコート、あるいはアルマイト処理などの表面塗装を施せば良い。その放射率εは０．６以上とすることが好ましく、より好ましくは０．７以上、更に好ましくは０．８以上とする。

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発光源４を発光させるための駆動部品が収容される。また、放熱部１の断面形状は必ずしも図２に記載したように直線状でなくても良く、曲線状等の断面形状であっても良い。

底板２は、放熱部１の小径側端面、すなわち放熱部１の底を閉鎖するようにして放熱部１と一体になって形成された円形の板であり、放熱部１と底板２を一体にした形状は、一端（大径側）に開口を設けた容器状、すなわちコップのような形状となる。尚、この底板２には、放熱部１と口金（図示していない）の間を絶縁させるための樹脂スリーブ８（図５に示す）が取り付けられる。

折曲片３は、放熱部１の大径側端縁よりその放熱部１の中心軸側に向けて突出したものであり、複数枚の折曲片３が設けられている。これら折曲片３は、同じ形状、同じ大きさであることが好ましい。図１に示す実施形態では設けられた折曲片３は４枚であるが、２〜６枚の範囲で適宜枚数とすることが好ましい。これら複数枚の折曲片３の表面側は面一とする。但し、図１および図２に示す実施形態では、これら複数枚の折曲片３の基部（付け根側）、すなわち放熱部１の上縁は隆起した形状となっている。

また、図１に示す実施形態では折曲片３の形状は矢印のような形状であり、各折曲片３の間には隙間が形成されているが、このように各折曲片３の間に隙間を形成することにより、製造時に折曲片３を折り曲げる際に折曲片３が座屈し、折曲片３にしわが発生したり、放熱部１全体が変形したりするなどの悪影響を防止することができる。

尚、図１に示す実施形態では、折曲片３の先端部の形状は略三角形状であり、その先端の角度は９０度である。これは折曲片３が４枚であるためであり（３６０度÷４枚＝９０度）、折曲片３の枚数により適宜調整する必要がある。このように、各折曲片３の先端の角度を合計した値を３６０度とすることで、複数枚の折曲片３の略三角形状の先端部で、面一になったＬＥＤ発光源４の載置面（図１の点線で囲んだ部位）が形成される。

これら複数枚の折曲片３をつなぐようにして折曲片３の表面側には、ＬＥＤ発光源４が載置固定される。このＬＥＤ発光源４は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を、アルミニウム合金をベースとした基板に実装したものである。前記したように、複数枚の折曲片３の先端部で、段差がなく面一になったＬＥＤ発光源４の載置面（図１の点線で囲んだ部位）が形成されるので、ＬＥＤ発光源４を安定性良く載置固定することができる。

尚、折曲片３の形状は、必ずしも上記したような形状である必要はなく、各折曲片３をつなぐようにして折曲片２の表面側にＬＥＤ発光源４を載置固定できればどのような形状であっても良く、各折曲片３が全て同一形状でなく異なる形状であっても良い。

以上説明したように、ＬＥＤ発光源４は、複数枚の折曲片３をつなぐようにして折曲片３の表面側に取り付けられるので、ＬＥＤ発光源２を構成するＬＥＤ素子の発光時に発生した熱は、折曲片３を介して放熱部１に伝導され、放熱部１の表面から外気中に効率性良く放熱され、ＬＥＤ素子の温度上昇を防止することができる。

図３および図４は、本発明のＬＥＤ電球用ヒートシンクの異なる実施形態を示す。この実施形態では、図１および図２に示す実施形態のように、複数枚の折曲片３をつなぐようにして１個のＬＥＤ発光源４が載置固定されるのではなく、複数枚の折曲片３の先端部表面側に夫々ＬＥＤ発光源４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが載置固定されている。

また、図５に示すように、本発明のヒートシンクＡには、ＬＥＤ発光源４を被覆するようにして、ＬＥＤ素子から発光する光を透過させて拡散させるために、半球状のグローブ５が取り付けられている。このグローブ５は、先に説明した放熱部１の上縁は隆起を利用して取り付けることができる。また、このグローブ５は、例えば、乳白色のポリカーボネート等の樹脂、或いはガラス等からなる。

グローブ５が樹脂製であるとＬＥＤ電球の軽量化が図れると共に、落としたとき等に割れにくく安全性が高まるという長所を有する。白熱電球や蛍光ランプといった既存の電球ではグローブ５を樹脂製とすることは難しいが、ＬＥＤ電球では可能である。これはＬＥＤ電球が出す光は赤外線成分が他の電球と比べて少なく、光が当たった部分が温度上昇しにくいためである。

Ａ…ＬＥＤ電球用ヒートシンク
１…放熱部
２…底板
３…折曲片
４（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）…ＬＥＤ発光源
５…グローブ
６…ヒートシンク本体
７…円盤状部品
８…樹脂スリーブ

Claims (3)

1. 金属製板材から形成されたＬＥＤ電球用ヒートシンクであって、
   両端部の径が異なる筒状の放熱部と、前記放熱部の小径側端面に前記放熱部と一体になって形成された底板と、前記放熱部の大径側端縁よりその中心軸側に向けて折曲する複数枚の折曲片より構成され、
   前記複数枚の折曲片をつなぐようにして前記折曲片の表面側にＬＥＤ発光源が載置固定されていることを特徴とするＬＥＤ電球用ヒートシンク。
2. 金属製板材から形成されたＬＥＤ電球用ヒートシンクであって、
   両端部の径が異なる筒状の放熱部と、前記放熱部の小径側端面に前記放熱部と一体になって形成された底板と、前記放熱部の大径側端縁よりその中心軸側に向けて折曲する複数枚の折曲片より構成され、
   前記複数枚の折曲片の先端表面側に夫々ＬＥＤ発光源が載置固定されていることを特徴とするＬＥＤ電球用ヒートシンク。
3. 前記金属製板材は、アルミニウム製或いはアルミニウム合金製である請求項１または２記載のＬＥＤ電球用ヒートシンク。

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