JPWO2012124351A1 - 発光装置、及びその発光装置用合成樹脂グローブの製造方法 - Google Patents

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Abstract

射出成形金型により中間品を成形し、中間品を加熱具に装着して軟化させた後に金型内において圧縮空気で膨らませてグローブ形状に形成し、射出成形金型の中子部に形成された凹凸形状を転写して、前記中間品の内壁に凹凸形状を形成して、発光装置用合成樹脂グローブを製造することにより、グローブ内壁下方部の凹凸形状を所望の形状に形成することが容易となる。

Description

本発明は、照明用電球、及び照明用電球に用いるグローブの製造方法に関するものである。
照明用電球の代表的な構成図を図９に示す。図９は、広配光を実現するＬＥＤ電球の構成図である。図９に示されるように、半導体発光素子２１を実装した基台２がアルミプレート１に固定されている。さらに、第１反射板３１及び第２反射板３２がアルミプレート１に固定されている。アルミプレート１の周囲にはヒートシンク４が固定されており、ヒートシンク４の下方には金具５が固定されている。アルミプレート１、ヒートシンク４、および金具５に囲まれた空間部には、図示しない電源回路が装着されており、アルミプレート１上面には、基台２を保護するためのグローブ６が固定されている。
半導体発光素子２１より発光した光は、第１反射板３１の窓部３１１を通過して直進する光７１と、第１反射板３１の窓部３１１を通過した後に、第２反射板３２にて反射して横方向に方向を変える光７２と、第１反射板３１にて反射して下方向に方向を変える光７３とに分かれる。この電球の配光角を広げるためには、第１反射板３１により反射されてグローブ６を通過する光７３をグローブ６にて拡散することが望ましい。そのためグローブ６の材料には、拡散材料を含有した合成樹脂材料が通常用いられる。
光の配光を均一にするためにグローブ６の形状は球あるいは楕円体であることが望まれ、より後方の光を確保するためにはグローブ６の外径がヒートシンク４の外径よりも大きいことが望まれる。すなわち、グローブ６の形状は袋状であることが望まれる。そのために従来ではグローブ６の製造方法として、射出成形法により有底筒状の中間品を予め製作しておき、中間品をブロー成形型内において圧縮空気で膨らませることによって所望のグローブ形状に成形する方法が主に用いられている。
この従来のブロー成形法によるグローブ製造のプロセスを図１０（ａ）から図１０（ｄ）を用いて説明する。図１０（ａ）は、射出成形法により成形された中間品８（パリソン）を棒状の加熱具に挿入して予め軟化させた後にブロー成形型１０にセットして、ブロー成形型１０を閉じた状態を示す図である。その後、供給口１１から供給される圧縮空気で中間品８を膨らませる。図１０（ｂ）は、中間品８が圧縮空気により膨張して所望のグローブ形状に成形された状態を示す図である。
図１０（ｃ）は、上述の方法により成形されたグローブ６の形状を示す図である。ブロー成形においては、中間品８に圧縮空気を供給するホルダー部９に空気漏れが無いように、中間品８をホルダー部９に強く抑える必要がある。したがって、突起を有する押さえ代８２を中間品８に設け、押さえ治具により押さえ代８２を介して中間品８をホルダー部９に強固に固定する。押さえ代８２は成形後に切断面１２より切断され、図１０（ｄ）で示すようなグローブ形状が形成される。
特許文献１では、合成樹脂シートを真空吸引により治具に固定した後に成形型内において圧縮空気で膨らませることによって所望のグローブ形状に成形し、その後余分な部分を切り落とすという方法により、グローブ６を製造する方法も提案されている。
特許文献１の方法を、図１１（ａ）から図１１（ｆ）を用いて説明する。図１１（ａ）に示されるように、ブロー成形用の分割金型４０２上にクランプ４０３が配置され、クランプ４０３の上方には、棒状のプラグ４０４が配置された成形装置が準備されている。分割金型４０２は左右に分かれて待機している。クランプ４０３の間には合成樹脂シート４０１がはさまれている。合成樹脂シート４０１は予め加熱軟化されており、クランプ４０３にはさまれることによって水平に固定されている。
プラグ４０４を下降させることにより、加熱軟化された合成樹脂シート４０１を、図１１（ｂ）に示すようにプラグ４０４の球状の先端で垂直に押し、クランプ４０３の開口部４０５よりも下方において分離金型４０２内に伸ばす。
プラグ４０４は、その周壁に数箇所の通気孔４０６を有する。通気孔４０６は、取付部内の通路４０７を介して、図示しない真空装置及び圧縮空気発生装置に連通している。まず真空装置を作動させて、軟化状態にある合成樹脂シート４０１をプラグ４０４の通気孔４０６を介して真空によって直ちに引き込むと、合成樹脂シート４０１は、図１１（ｃ）に示すようにプラグ４０４に密着した合成樹脂シート４１０となる。
次に、図１１（ｄ）に示すように分離金型４０２を閉じる。その次に圧縮空気発生機を作動させて通気孔４０６から圧縮空気を噴出させることにより、図１１（ｅ）に示すように、プラグ４０４に密着していた合成樹脂シート４１０を分離金型４０２の型面４０８に密着させる。
その後、図１１（ｆ）に示すように分離金型４０２を開いてクランプ４０３を開放することにより、成形品４０９を取り出す。
取り出された成型品４０９の余分な部分が次工程でカットされ、グローブ６が形成される。
特開昭５８−２０９５３１号公報 特開平４−１６４８２５号公報
合成樹脂に含まれる拡散材料の含有量を多くすることにより、グローブ６での光の拡散率が増加して配光角をより広げることが可能であるが、それと同時に、光の透過率が下がり光の取出し効率が低下するといった問題があった。
また、グローブ６の表面に凹凸形状を形成することにより、グローブ６を通過する光を拡散させる方法がある。この方法によれば、グローブ６内での光の吸収率の変化が無いため、拡散率の増大に伴う光の取出し効率の低下量が、合成樹脂に含まれる拡散材料の含有量を多くする場合よりも少なくなるといったメリットがある。
しかしながら、グローブ６の表面に凹凸形状を設けると外観品質が低下するとともにホコリがつきやすいといった問題があるため、凹凸形状はグローブ６内壁に設けることが望ましい。従来のブロー成形法では、中間品の内壁に凹凸形状を形成しても、圧縮空気で膨らませることにより、中間品の内壁に形成された凹凸は伸ばされてしまう。すなわち必要な形状を保持することが困難であるといった問題があった。
特許文献２では、グローブ６下方部に厚肉部を形成することにより、この部分にレンズ機能を付加する方法が提案されている。
特許文献２の方法を、図１２を用いて説明する。図１２（ａ）に示すリング型５０１により取り出された溶融ガラス５０２を、図１２（ｂ）に示すように予備金型５０５に挿入する。予備金型５０５は合せ型であり、予備金型５０５の内壁面には凹入する凹所５０４が設けられている。ブロー成形により成形された成形ガラス５０３を取り出すことにより、図１２（ｃ）に示すような突出部５０６を有する成形ガラス５０３が成形される。成形ガラス５０３を再度加熱軟化させた後に、図１２（ｄ）に示すように本金型５０７に挿入してブロー成形することにより、成形ガラス５０３の内壁部にレンズ状の厚肉部が形成される。
しかしながらこの方法では、２度のブロー成形を実施する必要があり、コストが高くなる。また、厚肉部の局率半径を大きくすることは難しく、大きな屈折率を期待することはあまり出来ない。さらに、合成樹脂内を通る光の吸収率は肉厚に比例するため、厚肉部では光の取出し効率が低下するといった問題も発生する。
また、上記のブロー成形法では、射出成形法により成形した中間品を一旦冷却し、寸法が安定した後に加熱具に挿入して軟化を行う。このとき、中間品を荷重たわみ温度以上に加熱する必要があるため、その加熱時間やエネルギーのロスが大きい。
従って、本発明の目的は、上記課題を解決することにあって、配光特性及び光の取出し効率が良好な照明用のグローブ６を低コストで提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の発光装置は、半導体発光素子を実装した基台と、前記半導体発光素子から発生した光を前記半導体発光素子の上方にて反射する反射板と、前記基台の下部に配置されたヒートシンクと、前記ヒートシンク上部に位置し、前記基台と前記半導体発光素子と前記反射板とを覆うグローブと、を備える発光装置であって、前記グローブ内壁において、下方部に凹凸形状を設けたことを特徴とするものである。
また、本発明の発光装置用合成樹脂グローブの製造方法は、射出成形金型により中間品を成形する射出成形工程と、前記中間品を加熱具に装着して軟化させた後に金型内において圧縮空気で膨らませてグローブ形状に形成するブロー成形工程とを有し、前記射出成形金型の中子部に形成された凹凸形状を転写して、前記中間品の内壁に凹凸形状を形成することを特徴とするものである。
本発明によれば、グローブ内壁の下方部に凹凸形状を形成することにより、グローブ下方部を通過する光が大きく屈折し、拡散率を上げることが可能となり、広い配光角を得ることが可能となる。
さらに、射出成形金型により中間品を成形する射出成形工程において、前記射出成形金型の中子部に形成された凹凸形状を転写して、前記中間品の内壁に凹凸形状を形成する製造方法を用いるので、グローブ内壁下方部の凹凸形状を所望の形状に形成することが容易となるといった効果がある。
本発明のこれらの態様と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。
本発明の実施例のグローブ形状の断面図 本発明の実施例のＬＥＤ電球の構成図 本発明の実施例のグローブ内壁に形成される凹凸部の拡大図 本発明の変形例のグローブ内壁に形成される凹凸部の拡大図 本発明のグローブの光路に関して、内壁に凹凸形状が無いグローブでの光路の図 本発明のグローブの光路に関して、内壁に半球面形状が形成されたグローブでの光路の図 本発明のグローブの光路に関して、内壁にリング状のフレネルレンズ形状が形成されたグローブでの光路の図 本発明の実施例における（ａ）中間品の断面図、（ｂ）グローブの断面図 本発明の実施例における射出成形金型の（ａ）成形開始前（型開状態）の状態図、（ｂ）型締め、射出後の状態図、（ｃ）射出、冷却が完了し、型開き動作を行った後の状態図、（ｄ）成形品（中間品）を取り出す時の状態図 本発明の実施例の加熱具の（ａ）加熱具に中間品を挿入する時の状態図、（ｂ）加熱具の動作を示す図、（ｃ）加熱具で中間品を加熱する時の状態図 本発明の実施例のブロー成形型の構成図 本発明の実施例のブロー成形型の（ａ）ブロー成形型に中間品を供給した時の状態図、（ｂ）ブロー成形型を閉じる工程において、中間品が固定側型板に接触した時点での状態図、（ｃ）ブロー成形型を閉じる工程でのホルダー部がベース金型に接触した時点での状態図、（ｄ）ブロー成形型が完全に型締めされた時の状態図、（ｅ）圧縮空気を供給し、中間品を膨らませる時の状態図、（ｆ）圧縮空気を開放させる時の状態図、（ｇ）グローブ形成工程が完了し、型開きを開始する直前の状態図、（ｈ）ブロー成形型を開く途中での状態図、（ｉ）ブロー成形型の型開き動作が完了した時の状態図 本発明の実施例のブロー成形型の（ａ）くさびが下降した状態での中間品とくさびとの関係を示す図、（ｂ）くさびが上昇した状態での中間品とくさびとの関係を示す図 広配光を実現する従来のＬＥＤ電球の構成図 従来例のブロー成形型の（ａ）中間品をグローブ成形型にセットし、型を閉じた時の状態図、（ｂ）中間品を圧縮空気にて膨らませた後の状態図、（ｃ）ブロー成形直後のグローブ形状の断面図、（ｄ）不要部を切断した後のグローブ形状の断面図 特許文献２の（ａ）合成樹脂シートをブロー成形装置にセットした状態図、（ｂ）プラグを合成樹脂シートに押し付けた時の状態図、（ｃ）真空吸引により、合成樹脂シートをプラグに密着させた時の状態図、（ｄ）金型を閉じた時の状態図、（ｅ）圧縮空気を供給し、合成樹脂シートを膨らませ、型面に密着させた時の状態図、（ｆ）金型を開いた時の状態図 特許文献３の（ａ）リング型により取り出した溶融ガラスの状態図、（ｂ）溶融ガラスを予備金型でブロー成形した時の状態図、（ｃ）予備金型で成形された成形ガラスの状態図、（ｄ）予備金型で成形された成形ガラスを本型で再度ブロー成形した時の状態図
本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。以下に、本発明にかかる実施の形態および実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
（構造）
本発明の実施例によるグローブ６の断面形状を図１Ａに示す。グローブ６の材料には、拡散材料を含有した合成樹脂材料（ポリメチルメタアクリレート、ポリスチレン、ＡＢＳ，ＡＳ，ポリアセタール、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリプロピレン、塩化ビニルなど）を使用している。下記の成形でも同じ樹脂を使用している。上記拡散材料の含有量は、グローブ６での光の透過率を９０％以上に確保できる程度に抑えている。図１Ａにおいて、グローブ６内壁の下方部には凹凸部１３が形成されており、凹凸部１３に入射した光１７は凹凸部１３で屈折してグローブ６から拡散し、光１８として放射される。凹凸部１３は、ランダムな半球面形状でも良く、また、リング状のフレネルレンズ形状でも良い。凹凸部１３がグローブ６の内壁に設けられている理由は、グローブ６の外周に凹凸部１３を設けた場合には、照明装置として外観に問題があり、ゴミや埃がつきやすいからである。
本発明の実施例によるグローブ６は、光線通過部６１と、ヒートシンクへの挿入部６２とを有する。ヒートシンクへの挿入部６２は、照明装置のヒートシンクに挿入される部分であり、長手方向に略直線となった円筒形状を有する。また、ヒートシンクへの挿入部６２は光の通過しない部分であり、以下で説明する製造においてグローブ６の保持にも利用される。
また、グローブ６の光線通過部６１とヒートシンクへの挿入部６２の境界部には外壁面に段差６３を設けており、ヒートシンクへの挿入部６２の厚み（ｔ２）は光線通過部６１の厚み（ｔ１）の２／３以下になっている。また、グローブ６の内壁部には、凹凸部１３を除き、段差が無く連続した形状になっている。ここで、光線通過部６１の厚みｔ１はほぼ一定であり、本実施例では約１．５ｍｍである。後述する製造方法の説明部分で説明するが、高さ方向に圧縮してグローブ６を成形するので、本実施例のグローブ６は下端面から段差６３まで直線で、その後、外側及び外径へ広がり（グローブ６の中心から離れ）、その後、球状となる。また、本実施例のグローブ６は左右及び前後に対称な形状を有する。この広がり部分において、図９で説明した反射して下方向に方向を変える光７３をより広い配光角で放出することが可能である。
外形へ広がった領域は、半導体素子２１が実装された位置に対応する側面部分である。または、第１反射板３１及び第２反射板３２に対応する側面である。上部部分は球面である。
凹凸部１３は、ヒートシンクへの挿入部６２の手前（段差６３の前）まで、つまり、光が透過する部分としない部分の境界まで設けられている。
本実施例による照明装置を図１Ｂに示す。つまり、照明装置内部には、半導体発光素子２１を実装した基台２がアルミプレート１に固定されており、さらに、第１反射板３１及び第２反射板３２がアルミプレート１に固定されている。アルミプレート１の周囲にはヒートシンク４が固定されており、ヒートシンク４の下方には金具５が固定されている。アルミプレート１、ヒートシンク４、及び金具５に囲まれた空間部には図示しない電源回路が装着されており、アルミプレート１上面には基台２を保護するためのグローブ６が固定されている。半導体発光素子２１より発光した光は第１反射板３１の窓部３１１を通過して直進する光７１と、第１反射板３１の窓部３１１を通過した後に第２反射板３２にて反射して横方向に方向を変える光７２と、第１反射板３１により反射して下方向に方向を変える光７３とに分かれる。この電球の配光角を広げるためには、第１反射板３１により反射されてグローブ６を通過する光７３をグローブ６にて拡散することが望ましい。そのためグローブ６の材料には、拡散材料を含有した合成樹脂材料が通常用いられる。
図２Ａから図２Ｃは、グローブ６の内壁形状の違いによる、グローブ６に入射する光の光路の違いを示す。図２Ａから図２Ｃでは、グローブ６の材料に拡散材料が含有されていない場合の光の光路を示している。
図２Ａは、グローブ６内壁に凹凸形状が無い場合のグローブ６に入射する光の光路を示した図である。グローブ６に入射した光はグローブ６の材料と空気との屈折率の差により、グローブ６の入射部分（入射面）と出射部分（出射面）の２箇所で屈折するが、グローブ６の入射面と出射面が平行であるために、入射角度が異なっても、入射角と出射角はほぼ等しい値を示す。例えば、図２Ａに示すように、鉛直方向に対して３０度の角度で入射した光１４も、鉛直方向に対して１０度の角度で入射した光１５も、共に出射角が入射角とほぼ等しくなる。
図２Ｂは、グローブ６の内壁に半球面形状（凹凸部１３）が形成されている場合のグローブ６に入射する光の光路を示した図である。グローブ６の内壁にはランダムな球面状の凹凸部１３が形成されている。凹凸部１３は、突出した部分と突出しない部分とが交互に形成された凹凸形状を有する。この場合、グローブ６の入射面と出射面の角度が場所により変化するために、グローブ６に入射した光は拡散されてグローブ６より出射される。この拡散効果により、グローブ６の下方部への光の輝度が高くなり、電球の配光角が大きくなる。但し、鉛直方向に対して３０度の角度で入射した光１４は拡散しながらもグローブ６を透過して出射されるが、鉛直方向に対して１０度の角度で入射した光１５の一部はグローブ６表面で全反射してグローブ６内に戻る（グローブ６の表面にて反射する光１６）。したがって光の取出し効率が低下する。
図２Ｃは、グローブ６の内壁に凹凸部１３として、リング状のフレネルレンズ形状が形成されている場合のグローブ６に入射する光の光路を示した図である。グローブ６の内壁には三角形の凹凸形状が形成されている。この場合、グローブ６の入射面と出射面の角度差により、グローブ６に入射した光は下方向に屈折してグローブ６より出射される。これにより、グローブ６の下方部への光の輝度が高くなり、電球の配光角が大きくなる。但し、鉛直方向に対して３０度の角度で入射した光１４の出射光は、グローブ６を透過して出射されるが、鉛直方向に対して１０度の角度で入射した光１５は、全てグローブ６表面で全反射してグローブ６内に戻る。したがって光の取出し効率が低下する。
グローブ６内壁の下方部に上記凹凸部１３を形成することにより、より下方向の出射光を確保することが可能になり、より良好な配光角を得ることができる。また、凹凸部１３の形成箇所をグローブ６内壁の下方部の狭い範囲のみにすることにより、グローブ６表面で反射してグローブ６内に戻る光の量を削減でき、光の取出し効率が向上し、半導体発光素子の個数を削減できる。凹凸部１３が必要な範囲は、図１Ｂに示す、第２反射板３２の高さよりも低い位置である。なお、光の透過率を考慮すると、凹凸部１３が設けられる範囲を所望の範囲のみとすることが好ましい。
さらに、凹凸部１３が設けられる範囲を、第１反射板３１で反射して下方向に方向を変える光７３が入射する範囲のみに限定すると、さらに効果的である。なぜなら、第２反射板３２により反射する光７２は上方または水平方向へ進むため凹凸部１３で拡散させる必要性が少ないのに対して、第１反射板３１で反射された光７３は下方へ進むため、凹凸部１３で拡散させることにより上方へ導くことができるからである。このようにして、光７３を有効に利用することができる。
また、輝度のムラ等を考慮すると、凹凸部１３の大きさ（高さ）は過剰に大きくない方が良い。好ましくは、凹凸部１３の高さは０．０５ｍｍ以上、０．１０ｍｍ以下である。ただし、散乱の効果を発揮させるためには０．００１ｍｍ以上必要である。本実施例における凹凸部１３の高さは０．１０ｍｍとしている。
また、凹凸部１３における各凹凸のピッチ（間隔）Ｐは、凹凸部１３の高さの約３倍以下が良い。好ましくは、０．００３ｍｍ以上、０．３０ｍｍ以下である。さらに好ましくは、０．１５ｍｍ以上、０．３０ｍｍ以下である。
また、凹凸部１３とグローブ６の外壁との角度が大きいほど電球の配光角は大きくなる。しかしながら凹凸部１３とグローブ６の外壁との角度が大きすぎると、全反射で戻る光の量が多くなる。したがって、凹凸部１３の面とグローブ６の外壁との角度（鉛直方向に対して）は３０度以下に設定（設計）するのが良い。
また、凹凸部１３は、グローブ６の厚みにさらに、厚みを増すようにして設けられている。つまり、光線通過部６１の厚み（１．５０ｍｍ）にさらに、微細な凹凸部１３の厚み（約０．１０ｍｍ）が加えられている。このように本実施例では、光線通過部６１の厚みに対して、凹凸部１３の厚みを１０分の１以下としているため、凹凸部１３がある場所と凹凸部１３がない場所とで、光透過率の大きな変化はない。よって、凹凸部１３に起因する輝度のムラが生じることが防止される。
図１Ｃは、凹凸部１３の拡大断面図を示す。凹凸部１３は、複数の凹凸で構成される第１凹凸１３ａからなり、球面が重なった形状である。輝度ムラを防止するため、内壁６５からの高さＤ（厚み）は０．１０ｍｍ以下である必要がある。本実施例における内壁６５からの高さＤは０．０７０ｍｍである。
図１Ｃに示すように、第１凹凸１３ａの各凹凸は重なるように連続的に配置されているため、本実施例では、第１凹凸１３ａにおける各凹凸のピッチＰは第１凹凸１３ａの幅Ｗに等しくなる。なお、第１凹凸１３ａの各凹凸の間には直線部が形成されても良く（凹凸の球面が重ならなくても良く）、その場合には、ピッチＰが幅Ｗよりも大きくなる。
さらに、本実施例の変形例を図１Ｄに示す。図１Ｄは、変形例にかかる凹凸部１３の拡大断面図である。図１Ｄに示すように、図１Ｃの第１凹凸１３ａの上面に、第１凹凸１３ａの凹凸よりも小さな複数の凹凸で構成される第２凹凸１３ｂが形成されている。第２凹凸１３ｂの第１凹凸１３ａ表面からの高さは、光の散乱効果を考慮すると０．００１ｍｍ以上とすることが好ましく、光の透過率を考慮すると０．０５ｍｍ以下とすることが好ましい。第２凹凸１３ｂのピッチ（間隔）は、第２凹凸１３ｂの高さの約３倍以上が良い。好ましくは、０．００３ｍｍ以上、０．１５ｍｍ以下である。なお、第１凹凸１３ａの形状は、凹凸部１３の形状と同様に球面形状である。
図１Ｄに示す変形例によれば、第１凹凸１３ａの上面に第２凹凸１３ｂを形成することにより、光の散乱効果をさらに向上させることができる。
（製造方法）
次に、本発明の実施例による製造方法を説明する。まず、本発明の実施例では、図３（ａ）に示す中間品８を射出成形法により成形する。中間品８の高さ寸法は、図３（ｂ）で示すブロー成形後に形成されるグローブ６の高さ寸法よりも△ｈだけ高くしている。△ｈの寸法を大きくすることにより、ブロー成形によって膨張する中間品（パリソン）８の量を少なくして、厚みの変化量を少なくすることができる。
ここで、中間品８は、全体の大きさが、６０〜７０ｍｍの直径の球体であり、Δｈは、約１割の７ｍｍ程度必要である。
本発明の実施例によるグローブ６は、ヒートシンクへの挿入部６２と、光が放出される光線通過部６１とを備える。中間品８は、それぞれに対応する押さえ代８２と、通過部８１とを備える。なお、グローブ６の構造は図１との関連で前述した通りである。
以下に、本発明の実施例におけるグローブ６の製造プロセスを説明する。本実施例におけるグローブ６の製造プロセスは、射出成形の工程（図４）、熱処理の工程（図５）、ブロー成形の工程（図６、７）を有する。
（射出成形の工程）
中間品８は、図３（ａ）で示したように、射出成形により内壁の下方部に凹凸部１３が予め形成されている。図４（ａ）から図４（ｄ）を用いて、射出成形金型の構成と射出成形のプロセスを間単に説明する。
図４（ａ）から図４（ｄ）に示す射出成形金型は、３プレート金型の構成、及び射出成形工程における状態を示すものである。
図４（ａ）は、射出成形機において、型締め動作を開始する前の金型の状態を示す図である。固定側取付板２０３にはスプルーブッシュ２０１が配置されており、スプルーブッシュ２０１の内部には、樹脂を注入するためのスプルー部２０２が形成されている。固定側取付板２０３下方部にはランナーストリッパープレート２０４が設けられている。ランナーストリッパープレート２０４の下方部には固定側型板２１１が設けられている。固定側取付板２０３、ランナーストリッパープレート２０４、及び固定側型板２１１はサポートピン２０７でそれぞれガイドされている。また、ランナーストリッパープレート２０４に固定されたストップボルト２０５により、ランナーストリッパープレート２０４と固定側取付板２０３との開き量が規制されている。さらに、ランナーストリッパープレート２０４に固定されたプラーボルト２０６により、ランナーストリッパープレート２０４と固定側型板２１１との開き量が規制されている。
固定側型板２１１には、中間品８の外周形状２１０が形成されるとともに、外周形状２１０の上部に樹脂を流し込むためのランナー部２０８が形成されている。ランナー部２０８の先端部がテーパ形状で絞られることにより、ランナーと中間品８とを分離するためのランナーゲート２０９が形成されている。
固定側型板２１１の下方には可動側型板２１６が配置され、可動側型板２１６の中央部には中子２１３が固定されている。中子２１３の下方部には、中間品８の凹凸部１３に対応する凹凸形状が形成されている。可動側型板２１６と中子２１３の間には、成形後に中間品８を突き出すためのストリッパープレート２１４が配置されている。ストリッパープレート２１４はエジェクトピン２１５を介してエジェクトプレート２１７に連結している。エジェクトプレート２１７は、射出成形装置のエジェクトロッド２１８に接触している。可動側型板２１６と固定側型板２１１は引張りリンク２１２により連結されている。
図示しない射出成形機の型締め駆動装置を用いて可動側型板２１６を上昇させて、型締め動作を行う。その後、図４（ｂ）に示すように、図示しない射出装置を用いてスプルー部２０２より溶融樹脂を射出注入することにより、固定側型板２１１と中子２１３の間に形成された空隙部２１９に溶融樹脂が充填されて、中間品８が成形される。中間品８の内壁の下方部には、中子２１３に形成された凹凸形状に対応する凹凸部１３が転写されている。
その後、溶融樹脂は金型内で冷却固化される。それから、図４（ｃ）に示すように、図示しない型締め駆動装置により型開き動作が行われ、固定側型板２１１と可動側型板２１６が開く。これにより、ランナー部２０８と中間品８がランナーゲート２０９で分離される。さらに型開き動作を続けることにより、引張りリンク２１２によって可動側型板２１６が引っ張られ、可動側型板２１６が開く。続いて、プラーボルト２０６によってランナーストリッパープレート２０４が開く。
図４（ｄ）に示すように、図示しないエジェクト駆動装置を用いてエジェクトロッド２１８を突き出すことにより、エジェクトプレート２１７とエジェクトピン２１５を介してストリッパープレート２１４が突き出され、中間品８が中子２１３から離型される。その後、図示しない取り出し装置により中間品８及びスプルーランナー２２０が取り出される。
射出成形法にて成形された中間品８は、平均温度が樹脂材料の荷重たわみ温度以下になるまで射出成形金型内で冷却された後に射出成形金型から取り出され、次の熱処理工程の加熱具に挿入される。例えば、ポリカーボネート樹脂材料の場合、荷重たわみ温度が１２０℃から１３０℃のため、射出成形金型から取り出すときの温度は１００℃から１２０℃である。
（熱処理の工程）
本発明の実施例における加熱具の構成を図５（ａ）から図５（ｃ）に示す。図示しない架台に固定されたプリヒートベース３０１にはヒータ３０３及び温度センサー３０４が設けられており、プリヒートベース３０１の温度は、樹脂材料の荷重たわみ温度より高い一定の温度に制御されている（ポリカーボネート樹脂材料の場合、１８０℃〜２３０℃）。プリヒートベース３０１にはパリソンホルダー３０２が固定されており、パリソンホルダー３０２は、プリヒートベース３０１からの熱伝導で樹脂材料の荷重たわみ温度より高い温度に保持されている（ポリカーボネート樹脂材料の場合、１５０℃〜２００℃）。ここで、パリソンホルダー３０２と中間品（パリソン）８との隙間は０．１ｍｍ〜０．５ｍｍと近距離に設定され、パリソンホルダー３０２表面には撥水性の高いセラミックコーティングを施している。
図４で示した、図示しない取出し装置等により射出成形金型から取出された中間品８は、図５（ａ）に示すようにパリソンホルダー３０２に挿入される。その後、図５（ｂ）に示すように、図示しない上下駆動装置に連結したプリヒートブロック３０５が、上下駆動装置により下降し、中間品８に対して適正な位置に到達した時点で停止する（図５（ｃ）参照）。この時、プリヒートブロック３０５と中間品８との距離は１ｍｍ以下で一定の空間になっている。パリソンホルダー３０２と同様に、プリヒートブロック３０５表面には撥水性の高いセラミックコーティングを施している。プリヒートブロック３０５にはバンドヒータ３０６及び温度センサー３０７が設けられており、プリヒートブロック３０５の温度は、樹脂材料の荷重たわみ温度よりも充分に高い温度に制御されている（ポリカーボネート樹脂材料の場合、２００℃〜３００℃）。一定時間が経過すると、中間品８の温度が樹脂材料の荷重たわみ温度以上（ポリカーボネート樹脂材料の場合、１３０℃〜１４０℃）になり、中間品８は軟化する。このように中間品８が軟化した状態で、上下駆動装置によりプリヒートブロック３０５を上昇させ、図示しない取出し装置により中間品８をブロー成形型に搬送する。
パリソンホルダー３０２とプリヒートブロック３０５の表面にセラミックコーティングを施すことにより、中間品８には、パリソンホルダー３０２とプリヒートブロック３０５表面から放熱された熱の熱伝導による表面からの温度上昇以外に、遠赤外線領域の輻射熱による樹脂内部からの発熱による温度上昇が生じる。したがって、中間品８の温度上昇が早くなると共に、厚み方向の温度分布がより均一になる。
熱風炉により中間品８を加熱しないので、熱効率よく、均質な温度に中間品８を保持できる。また、短時間に温度を上げることができ、処理時間も短い。
（ブロー成形の工程）
軟化した中間品８をブロー成形型に搬送した後のプロセスに関しては、図６と図７を用いて説明する。
まず、合成樹脂の上記グローブ６を製造するためのブロー成形型の構成図を図６に示す。金型ベース１０１には、スプリングガイド１０４及びスプリング１０５を介してホルダー１０８が接続されており、ホルダー１０８上部には可動側型板１０３が固定されている。ホルダー１０８の中央部にはくさびガイド１０６が固定されており、くさびガイド１０６の外周部にくさび１０７が接触している。くさび１０７にはシャフト１０９が固定されている。シャフト１０９はホルダー１０８を通過して金型ベース１０１に接触している。可動側型板１０３の上部には固定側型板１０２が配置されている。くさびガイド１０６には、圧縮空気を注入するための圧縮空気供給口１１０と、金型内の空気を開放するための圧縮空気排出口１１１とが設けられている。
加熱具により軟化させた上記中間品８は、図示しない搬送装置によりホルダー１０８に挿入される（図７（ａ）参照）。中間品８が挿入された後、図示しない型締め装置により可動側型板１０３が上昇する。中間品８の天面が固定側型板１０２に接触した時点（図７（ｂ）参照）でスプリング１０５がたわみ、ホルダー１０８と金型ベース１０１との隙間が減少し始める。上記動作により、くさび１０７に固定されたシャフト１０９が金型ベース１０１に接触して、くさび１０７が上昇する。くさび１０７の上昇により中間品８の押さえ代８２は内周部が広がる方向に圧縮され、中間品８はホルダー１０８に強固に固定される（図７（ｃ）参照）。この時のくさび１０７及び中間品８の関係の拡大図を図８（ａ）と図８（ｂ）に示す。
図８（ａ）は、くさび１０７が下降した状態での中間品８とくさび１０７の関係を示す図である。図８（ｂ）は、くさび１０７が上昇した状態での中間品８とくさび１０７の関係を示す図である。
型締め動作をさらに続けることにより、中間品８は圧縮され、周方向に膨張する（図７（ｄ）参照）。一定時間経過すると、中間品８の押さえ代８２が冷却され、押さえ代８２の温度が樹脂材料の荷重たわみ温度よりも充分に低くなった時点で、図示しない圧縮空気発生装置により圧縮空気供給口１１０から高圧エアーを注入する。ここで注入するエアーの圧力は、中間品８が塑性変形して中間品８の表面全体が固定側型板１０２の内壁に押し付けられるほどの圧力が必要である。本実施例では３ＭＰａ〜４ＭＰａの高圧エアーを注入している。（図７（ｅ）参照）。
高圧エアーを注入して中間品８を膨張させることにより、所望のグローブ形状を有するグローブ６が形成される。その時点で、圧縮空気排出口１１１を開放し、金型内の空気を排出する（図７（ｆ）参照）。グローブ６全体の温度が樹脂材料の荷重たわみ温度以下になった時点で、図示しない型締め駆動装置により型開きを行い、図７（ｇ）、図７（ｈ）、図７（ｉ）の順に変化させる。その後、図示しない搬送装置によりグローブ６を取り出す。
上記方法によると、グローブ６の外壁面に段差６３（図１）を設け、ヒートシンクへの挿入部６２の厚みｔ２を光線通過部６１の厚みｔ１より薄くすることにより、グローブ６の最内周の径を大きくでき、反射板の外径を大きくすることが可能になり、より広い配光角を得ることが可能になる。
また、中間品８の外周部に段差を設け、ホルダーへの挿入部の厚みをその上部の変形部の厚みよりも薄くすることにより、ホルダーへの挿入部とその上部の変形部との温度勾配を大きくすることが可能になる。したがって、ブロー成形時にホルダーへの挿入部の上方に発生する白化による外観不良や挿入部の変形等の不良が発生しにくくなる。
さらに、くさび構造により中間品８の内壁部を圧縮して中間品８を固定するため、中間品８をホルダーに固定するための突起形状が不要になり、ブロー成形後に不要な箇所を切断する工程が不要になる。
ヒートシンクへの挿入部６２の厚みｔ２及び中間品８のホルダーへの挿入部の厚みは薄い方が好ましいが、ヒートシンクへの挿入部６２の機械強度を満足させるために、本実施例ではヒートシンクへの挿入部６２の厚みｔ２を０．４ｍｍ以上にしている。また、ヒートシンクへの挿入部６２の厚みｔ２が光線通過部６１の厚みｔ１の３分の２以下である理由は、３分の２より厚いと、課題のところで説明したように、ブロー成形時に圧縮空気を注入する前に温度が低下することにより、その付近で白化等の外観不良が発生したり、逆に固定部の温度が高くなって固定部の形状変化が起こるからである。
本実施例では、段差を設け、かつ、厚みを変えているので、温度差が生じるとともに、光線通過部には白化や形状変化が起こらない。また、グローブ６のヒートシンクへのはめ込み部分を広くすることができるため、光を広配光で放出できる。さらに、挿入部分が一段薄くできているので、ヒートシンク４へのはめ込みも容易になる。
また、形成されたグローブ６の厚みをブロー成形前の中間品８の厚みの２／３以上にすることが可能になるため、射出成形法で形成された中間品８の凹凸部１３の変形量が極めて小さくなり、ブロー成形後のグローブ６内壁下方部の凹凸形状を所望の形状に形成することが容易となる。ブロー成形時にグローブ６の内壁を押し付ける圧縮空気はグローブ６の表面に均一な圧力で加わるために、微細な凹凸形状もあまり変形せずに保持できる。
また、射出成形工程において射出成形金型内に中間品８として合成樹脂材料を射出した後冷却し、中間品８の平均温度が樹脂材料の荷重たわみ温度以下になった時点で金型から取り出す。この方法によれば、中間品８の肉厚中央部は表面層に対して高温状態にあるため、中間品内外の表面層を加熱具で直ぐに加熱することにより、少ない熱容量で肉厚方向に均一な温度に加熱でき、また均一な軟化状態を得ることができる。
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
本発明は内壁に凹凸形状を有する合成樹脂グローブの製造に適用するが、厚肉であり内壁に微細形状を有するブロー成型品全般の製造にも適用される。
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
２０１１年３月１６日に出願された日本国特許出願Ｎｏ．２０１１−０５７５１０号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り入れられるものである。
１ アルミプレート
２ 基台
４ ヒートシンク
５ 金具
６ グローブ
８ 中間品
９ ホルダー部
１０ ブロー成形型
１２ 切断面
１３ 凹凸部
１４〜１８ 光
２１ 半導体発光素子
３１ 第１反射板
３２ 第２反射板
６１ 光線通過部
６２ ヒートシンクへの挿入部
７１、７２、７３ 光
８１ 通過部
８２ 押さえ代
１０１ 金型ベース
１０２ 固定側型板
１０３ 可動側型板
１０４ スプリングガイド
１０５ スプリング
１０６ くさびガイド
１０７ くさび
１０８ ホルダー
１０９ シャフト
１１０ 圧縮空気供給口
１１１ 圧縮空気排出口
２０１ スプルーブッシュ
２０２ スプルー部
２０３ 固定側取付板
２０４ ランナーストリッパープレート
２０５ ストップボルト
２０６ プラーボルト
２０７ サポートピン
２０８ ランナー部
２０９ ランナーゲート
２１０ 外周形状
２１１ 固定側型板
２１２ 引張りリンク
２１３ 中子
２１４ ストリッパープレート
２１５ エジェクトピン
２１６ 可動側型板
２１７ エジェクトプレート
２１８ エジェクトロッド
２１９ 空隙部
２１０ スプルーランナー
３０１ プリヒートベース
３０２ パリソンホルダー
３０３ ヒータ
３０４ 温度センサー
３０５ プリヒートブロック
３０６ バンドヒータ
３０７ 温度センサー
３１１ 窓部
４０１ 合成樹脂シート
４０２ 分割金型
４０３ クランプ
４０４ プラグ
４０５ 開口部
４０６ 通気孔
４０７ 通路
４０８ 型面
４０９ 成形品
４１０ 密着した合成樹脂シート
５０１ リング型
５０２ 溶融ガラス
５０３ 成形ガラス
５０４ 凹所
５０５ 予備金型
５０６ 突出部
５０７ 本金型
上記目的を達成するために、本発明の発光装置は、半導体発光素子を実装した基台と、前記半導体発光素子から発生した光を前記半導体発光素子の上方にて反射する反射板と、前記基台と前記半導体発光素子と前記反射板とを覆うグローブと、を備える発光装置であって、前記グローブ内壁において、前記反射板より下方部のみに凹凸形状を設けたことを特徴とするものである。
また、本発明の発光装置用合成樹脂グローブの製造方法は、射出成形金型により中間品を成形する射出成形工程と、前記中間品を加熱具に装着して軟化させた後に金型内において圧縮空気で膨らませてグローブ形状に形成するブロー成形工程とを有し、前記射出成形金型の中子部の下方部のみに形成された凹凸形状を転写して、前記中間品の内壁に凹凸形状を形成することを特徴とするものである。

Claims (18)

  1. 半導体発光素子を実装した基台と、
    前記半導体発光素子から発生した光を前記半導体発光素子の上方にて反射する反射板と、
    前記基台の下部に配置されたヒートシンクと、
    前記ヒートシンク上部に位置し、前記基台と前記半導体発光素子と前記反射板とを覆うグローブと、を備える発光装置であって、
    前記グローブ内壁において、下方部に凹凸形状を設けた発光装置。
  2. 前記凹凸形状は、前記グローブ内壁において、下方部のみに設けられた請求項１記載の発光装置。
  3. 前記凹凸形状は、第１凹凸と、前記第１凹凸上に設けられた第２凹凸とを備える請求項１または２記載の発光装置。
  4. 前記凹凸形状は、球面の形状で形成される請求項１から３のいずれか１項記載の発光装置。
  5. 前記下方部は、前記反射板の上面の高さより下の前記グローブ内壁にある請求項１から４のいずれか１項記載の発光装置。
  6. 前記凹凸形状が半球面形状またはフレネルレンズ形状である請求項１から５のいずれか１項記載の発光装置。
  7. 前記凹凸は、０．１ｍｍ以下の凹凸である請求項１から６のいずれか１項記載の発光装置。
  8. 前記ヒートシンクに組み合わされる前記グローブの外壁面に段差を設け、
    前記段差の厚みが前記グローブの厚みより薄くした請求項１から７のいずれか１項記載の発光装置。
  9. 前記段差は、前記グローブの光通過部と、前記グローブのヒートシンクへの挿入部との間に設けられた請求項８記載の発光装置。
  10. 前記段差の下部の厚みが、前記段差の上部の厚みの３分の２より薄い請求項８または９記載の発光装置。
  11. 前記段差の下部の厚みが０．４ｍｍ以上である請求項８から１０のいずれか１項に記載の発光装置。
  12. 前記半導体発光素子の位置に対応する前記グローブ側面部分は外側へ広がり、前記半導体発光素子より上方にある前記グローブ部分は球状であり、前記グローブの形状は左右、前後に対称である請求項１から１１のいずれか１項に記載の発光装置。
  13. 射出成形金型により中間品を成形する射出成形工程と、
    前記中間品を加熱具に装着して軟化させた後に金型内において圧縮空気で膨らませてグローブ形状に形成するブロー成形工程とを有し、
    前記射出成形金型の中子部に形成された凹凸形状を転写して、前記中間品の内壁に凹凸形状を形成する発光装置用合成樹脂グローブの製造方法。
  14. 前記射出成形工程において、前記中間品の高さ寸法を、前記ブロー成形した成形品の前記グローブの高さ寸法より高く形成し、
    前記ブロー成形工程において、前記中間品を軸方向に圧縮し、かつ、前記中間品を周方向に広げ、圧縮空気により膨らませる請求項１３記載の発光装置用合成樹脂グローブの製造方法。
  15. 前記射出成形工程と前記ブロー成型工程の間に、別途準備した加熱具に前記中間品を装着して軟化させる加熱工程を有する請求項１３または１４記載の発光装置用合成樹脂グローブの製造方法。
  16. 前記ブロー成形した成形品の膜厚は、前記中間品の膜厚の３分の２以上である請求項１３から１５のいずれか１項に記載の発光装置用合成樹脂グローブの製造方法。
  17. 前記中間品と接する前記加熱具の面にセラミックコーティングをした請求項１３から１６のいずれか１項に記載の発光装置用合成樹脂グローブの製造方法。
  18. 前記中間品の外壁面に段差を設け、前記ブロー工程において前記金型の固定部に挿入する部分の前記中間品の厚みをその上部の前記中間品の厚みより薄くした請求項１３から１６のいずれか１項に記載の発光装置のグローブ成形方法。
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