JP5051556B1

JP5051556B1 - 金属・樹脂組成物複合成型品、ｌｅｄ照明装置

Info

Publication number: JP5051556B1
Application number: JP2011201123A
Authority: JP
Inventors: 英機宗國; 治郎寺田
Original assignee: BESPACK CORP
Current assignee: BESPACK CORP
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2031-08-30
Also published as: TW201318827A; JP2013049258A

Abstract

【課題】放熱性に優れる金属と、光拡散性と難燃性を併せ持つ樹脂組成物を用い、軽量となる金属・樹脂組成物複合成型品または筐体を提供すること。更には防水性に優れ、適切な光学設計の為されたＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】金属２素材と樹脂組成物１からなり、平均厚みが０．２〜２ｍｍである金属素材と、平均厚みが０．５ｍｍ〜３ｍｍであり、かつ分散度θが４５度以上である樹脂組成物とを一体化成型してなる金属・樹脂組成物複合成型品であって、金属素材の熱搬送能力が０．０２Ｗ／Ｋ以上であり、物樹脂組成物の難燃性が規格ＵＬ９４Ｖ０を満たし、インサート成型法等により一体化してなる金属・樹脂組成物複合成型品。ならびに、金属・樹脂組成物複合成型品を放熱構造体または放熱筐体として用い、適切な光学系と組み合わせてなるＬＥＤ照明装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、軽量で、放熱性と光拡散性を併せ持つ金属・樹脂組成物複合成型品に関わるものである。金属・樹脂組成物複合成型品は特に好ましくはインサート成型法を用いて一体成型された放熱性と光拡散性を両立する金属・樹脂組成物複合成型品体である。また本発明は、従来、室内の間接照明、ショーケースや陳列棚の棚下灯として使用されてきた蛍光灯に代わる金属・樹脂組成物複合成型品を用いた発光ダイオード（ＬＥＤ）照明装置に関する。

地球環境の保全のために省エネルギーや温室効果ガスの削減が課題とされているが、照明の分野においても、白色ＬＥＤの普及に伴い、白熱電球、蛍光灯のＬＥＤ化が進められている。

このような蛍光灯の筐体素材として、金属と樹脂による複合成型品（例えば特許文献１）を用いているものがあるが、成型品と成型品の嵌合であるため防水性に難があり屋外での使用には課題が残る。

また、筐体素材として樹脂組成物による複合成型品（例えば特許文献２）を用いているものがあるが、放熱性が不十分であり、長時間の使用には課題が残る。

従来、樹脂組成物成型品による筐体では十分な光拡散性が得られておらず、照明器具を点灯すると、ＬＥＤから出射した光が筐体を通過するときに屈折方向が乱され、その結果、光の強度が強くなる部分と弱くなる部分が生じ、光に照らされた面にも影のスジが生じる等の課題が残る。

さらに、現在市販されているＬＥＤ直管照明の重量は、従来の蛍光管直管と比較し１．３〜１．５倍以上であり課題が残る。

特開２０１１−１３８７１５特開２０１１−１２６２６２

本発明の目的は、軽量で、放熱性と光拡散性を併せ持つ金属・樹脂組成物複合成型品を提供することである。また、本発明のさらなる目的は該金属・樹脂組成物複合成型品を用いて放熱構造体または放熱筐体を提供することである。
また、本発明のさらなる目的は、軽量で、適切な光学設計の為されたＬＥＤ照明装置を提供することを目的とするものである。

上記課題に鑑み、本発明の金属・樹脂組成物複合成型品は、軽量で、放熱性を有する金属素材と、光拡散性を有する樹脂組成物を一体化成型してなることを特徴とする。金属・樹脂組成物成型品は、より好ましくは、インサート成型法により一体化してなる金属・樹脂組成物成型品である。

本発明に使用される金属は以下の特性を持つものが望ましい。金属は、軽量で熱伝導率が高いアルミニウム合金を使用することが望ましい。より好ましくは合金番号が１０００番台のアルミニウム合金であり、さらに好ましくは１０５０、１０７０、１０８０番である。

金属の厚みは、筐体強度と放熱性、特に放熱性の指標である熱輸送能力のバランスが満足する０．２〜２．０ｍｍが望ましく、より好ましくは０．２〜１．０ｍｍであり、さらに好ましくは軽量化を実現する０．３〜０．６ｍｍである。

金属の熱輸送能力は、０．０２Ｗ／Ｋ以上が望ましい。ＬＥＤ筐体においては各種文献によると、筐体としての熱輸送能力は０．０２Ｗ／Ｋ以上が望ましいとされている。熱輸送能力とは金属の固有熱伝導率｛単位：Ｗ／（ｍ・Ｋ）｝と平均肉厚（ｍ）を乗じた値であり、放熱性の指標として広く知られている。より好ましくは０．０３Ｗ／Ｋ以上であり、さらに好ましくは０．０４Ｋ／Ｗ以上である。

本発明に使用される樹脂組成物には以下の特性を持つものが望ましい。樹脂組成物は、ポリオレフィン類及びその共重合体（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン）ポリメタクリル酸類及びその共重合体、ポリエステル類及びその共重合体（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート）ポリスチレン類及びその共重合体、芳香族ポリアミド類及びその共重合体、ポリカーボネート類及びその共重合体、ノルボルネン類（シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマー）ポリサルフォン類及びその共重合体などが挙げられる。

樹脂組成物の厚みは、筐体強度と光拡散性の指標である分散度θのバランスが満足する０．５〜３．０ｍｍが望ましく、より好ましくは１．０〜２．０ｍｍであり、さらに好ましくは１．２〜１．８ｍｍである。

樹脂組成物の分散度θは、４５度以上が望ましい。分散度とは自動変角光度計にて１度毎の全光線透過率を測定し、相対透過率（％）＝受光角θの全光線透過量／受光角０度の全光線透過量として、相対透過率が５０％となる角度θを分散度とする。分散度θは、より好ましくは５０度以上である。

樹脂組成物の難燃性は、難燃性の指標であるＵＬ９４規格でＶ−０グレードを満足することが望ましい。ＵＬ規格とはアメリカのＵｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社が定め、同社によって評価される規格であり、一般的な指標となっている。一般的にはＵＬ−９４にて規定される試験片に炎を当て燃焼時間と滴下物の有無を確認する試験である。

本発明の金属・樹脂組成物複合成型品は、押出成型、インジェクション成型、ブロー成型等どのような成型方法を用いても良いが、好ましくは以下のようなインサート成型方法が良い。
本成型法について以下説明する。
繰出し機にセットされた金属シートを繰出し、ロール曲げ工程であるフォーミング・マシンを経る事により、半円形状となり、クロスヘッドダイ（金属樹脂複合成型金型）に送られる。
一方、樹脂組成物は押出し機より溶融された状態で、押出し機の先端に配置された前記クロスヘッドダイに送られ、クロスヘッドダイ内で該半円形状金属シートが溶融付着される。
更に詳しくは、当該クロスヘッドダイは、樹脂側外径が半円形状金属シートと同心円になる様に設計されており、一体化箇所で接着固定されて、上部に半円形樹脂、下部に半円形状金属シートが接着固定された複合パイプが連続的に成型される。
つまり、樹脂組成物と半円形状金属シートの先端部がクロスヘッドダイ内で溶融付着されて押し出しが可能である、所謂インサート成型が行われる。
さらに真空サイジング工程で冷却しながら外径寸法を規制して、冷却水槽にて完全に冷却・固化させ、多本ロール式引取機にて引取り、切断機にて定尺長さに切断されて本発明の金属・樹脂複合成型品となる。

さらに詳しくは、インサート成型時の単位時間当たりの樹脂組成物量と、金属半径中空成型品の繰出量が均一であることが必要であり、かつインサート成型時の樹脂組成物の溶融温度を一定とするためのスクリュー設計が必要となる。
さらに、樹脂組成物の流動状態、金属半径中空成型品の温度管理を適切なものとするための金型設計が必要である。また、冷却工程においても冷却効率を適切なものとするためのサイジング・水槽設計が必要である。

本発明の金属・樹脂組成物複合成型品は、一次元中空成型品であり、その断面は金属層と樹脂組成物の２層の組み合わせ構造となっており、成型された金属と樹脂組成物は一体化されている。

本発明のＬＥＤ照明装置は、前記の金属・樹脂組成物複合成型品を放熱構造体もしくは放熱筐体として用い、適切な光学系と組み合わせてなるＬＥＤ照明装置である。

本発明の金属・樹脂組成物複合成型品は、従来になく優れた軽量成型品であり、放熱性と光拡散性を有しており、該金属・樹脂組成物複合成型品を用いて放熱構造体または放熱筐体を提供することができ、例えばＬＥＤ照明装置の放熱構造、筐体等に好ましく用いることができる。また、インサート成型法により一体化成型された該金属・樹脂組成物複合成型品は防水性能を有し、かつ従来の製造方法と比較して安価での製造が可能である。そして、これら金属・樹脂組成物複合成型品を用い、適切な光学系を組み合わせて、配したＬＥＤ照明装置は、従来の諸課題を解決した、より高性能なＬＥＤ照明装置とすることができる。

以下、実施例を挙げて、本発明を更に具体的に説明する。本発明はこれにより何ら限定を受けるものではない。

アルミシート（大和金属工業社製の合金番号１０７０型）厚さ０．３ｍｍ、幅３５．１ｍｍと、ポリカーボネート樹脂（帝人化成社製パンライトＭＬ−４１１０Ｚ，ＭＶＲ＝１８ｃｍ^３／１０ｍｉｎ）を用いて、インサート成型にて一体化した金属・樹脂組成物の中空パイプとした。図２（側面図）に示す様に金属と樹脂組成物がインサート成型されることにより十分な密閉性を確保した。ＬＥＤ実装基板をスライドして挿入でき、機械的に固定できるスライドスタンドを内面に配しておりスライドスタンドはポリカーボネート最大径の円内側に、肉厚１．５ｍｍ、長さ３．０ｍｍの爪形状を１．５ｍｍの間隔を置いて上下に配置する構造になっている。ＬＥＤ実装基板を該中空パイプの端部より、ＬＥＤチップが樹脂組成物内面方向を向く様に内部に挿入して配置した。底部（金属側）スタントとＬＥＤ基板は耐熱接着される。更に両端はＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）のキャップで封止し、金属・樹脂組成物複合成型品を筐体に用いた、ＬＥＤ照明用直管とした。

実施例１で用いた、樹脂組成物をポリカーボネート樹脂（帝人化成社製パンライトＬ−３１２０Ｚ，ＭＶＲ＝８ｃｍ^３／１０ｍｉｎ）を用いた以外は、実施例１と同様にして、金属・樹脂組成物複合成型品を筐体に用いた、ＬＥＤ照明用直管とした。

比較例１

実施例１と同様の素材を用いて、金属と樹脂組成物を嵌合することにより、金属・樹脂組成物複合成型品を筐体に用いた、ＬＥＤ照明用直管とした。

比較例２

アルミシート（大和金属工業社製の合金番号１０７０型）厚さ１．０ｍｍ、幅３５．１ｍｍと、ポリカーボネート樹脂（帝人化成社製パンライトＭＬ−４１０４Ｚ，ＭＶＲ＝１８ｃｍ^３／１０ｍｉｎ）を用い、図５に示す様に、比較例１よりも嵌合が容易にできる金属・樹脂組成物複合成型品を筐体に用いた、ＬＥＤ照明用直管とした。

実施例１・２、比較例１，２に対し、以下の試験を実施し評価を行った。
（１）寸法測定
平板厚みは、アンリツ社製の電子マイクロ膜厚計で測定した。
曲面厚みは、オリンパス社製超音波厚さ計で測定した。
（２）全光線透過率
日本電色工業（株）製濁度計ＮＤＨ−２０００型を用いた。測定は平板の状態で測定した。
（３）分散度
村上色彩技術研究所製の自動変角光度計にて１度毎の全光線透過率を測定し、相対透過率（％）＝受光角θの全光線透過量／受光角０度の全光線透過量として、相対透過率が５０％となる角度θを分散度とした。測定は平板の状態で測定した。
（４）難燃グレード
樹脂メーカーの光拡散難燃グレードの特性表からＵＬ９４の難燃規格を採用した。但し樹脂組成物の厚みは規格条件範囲内となっている。
（５）金属部熱輸送能力（Ｗ／Ｋ）
金属の厚み（ｍ）×熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）で計算した。
（６）点灯明るさ
ＬＥＤ実装基板としてはＯＳＲＡＭ社のＴＯＰＬＥＤＰｌｕｓ（０．５Ｗａｔｔｓ）ＣｈｉｐをＰＣＢ基板上に１２ｍｍ間隔に９６個（１６個／１Ｂａｒを直列に６Ｂａｒ）並べて実装基板として使用した。基板の厚みは１．４ｍｍ幅は２２．５ｍｍで長さは１，１６４ｍｍであり、図１に示す金属部分の架台にスライドして挿入し、安定器など電源配線を施しＡＣ１００Ｖで点灯できる様にした。光拡散性、照明の明るさは順位は、２０歳〜４０歳の男女各５名、計１０名の視力健康人の目視よって判断した。
（７）感水性
金属・樹脂組成物複合成型品の水の侵入に対する試験（防水試験）である。スプレーイングシステムズジャパン株式会社の感水試験紙「ＴｅｅＪｅｔ」を直管の３か所に装着して、（７６ｍｍｘ２６ｍｍｘ３枚）、直管の両端を封し、直管をターンテーブルの上に設置して１０リットル／分の水を散水ノズルから５分間散水した。
評価は感水紙の色の変化で判定した。感水した場合は青く変色する。該感水性を防水性の指標とした。

表１の結果、実施例１、実施例２の比較例１の金属・樹脂組成物複合成型品を筐体に用いたＬＥＤ照明用直管は、全ての項目において満足する結果であった。
比較例１においては、防水性に難があり、比較例２においては重量及び金属部熱輸送能力及防水性に難があった。

本発明品の金属・樹脂組成物複合成型品は、特に直管型ＬＥＤ照明装置の筐体として有用であり、光拡散性と放熱性、難燃性を兼ね備え、軽量で防水性能も有することから、風呂場、洗面場、ホール、屋外照明、看板など、幅広く直管型ＬＥＤ照明装置として用いられる。

インサート成型法により一体化成型された該金属・樹脂組成物複合成型品の筐体正面図である。上記、側面図である。上記、平面図である。嵌合方式により一体化された該金属・樹脂組成物複合成型品の筐体側面図である。

図１：インサート成型法一体化成型品・正面図
図２：インサート成型法一体化成型品・側面図
図３：インサート成型法一体化成型品・平面図
図４：嵌合号式一体化成型品・側面図
１．光拡散層（樹脂組成物）
２．放熱性層（金属）
３．スライドスタンド
４．一体化箇所
５．嵌合箇所

Claims

アルミニウム合金シートとポリカーボネート樹脂をインサート成型してなる金属・樹脂組成物複合成型品であり、平均厚みが、アルミ部分は０．２〜２．０ｍｍ、ポリカーボネート部分が０．５〜３ｍｍであることを特徴とする直管型ＬＥＤ照明装置用筐体。
ポリカーボネート樹脂が難燃性規格ＵＬ−９４Ｖ０を満足する請求項１に記載の金属・樹脂組成物複合成形品。