KR101263676B1 - 일체형 프레스 성형에 의한 엘이디 방열체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일체형 프레스 성형에 의한 엘이디(LED) 방열체와 이의 제작방법을 제공하는 것으로, 특히 본 발명의 방열체는 LED 기판이 장착되는 장착판과 상기 장착판(22)로부터 외향으로 방사하는 다수의 방열핀과, 상기 다수의 방열핀(21)을 각각 분리 절단하고 있는 절단부를 하나의 금속 판재로부터 형성하며, 상기 다수의 방열핀(21) 각각이 동일한 간격을 유지하면서 경사지게 트위스트되어 있다. 이로써, 금속 판재를 프레스 성형으로 방열체를 만들기 때문에 후 가공이 필요 없을 뿐만 아니라 대량 생산이 가능해 제품단가를 매우 낮출 수 있다.

Description

일체형 프레스 성형에 의한 엘이디 방열체 {ONE PIECE LED HEAT SINK BY PRESS}

본 발명은 백열전구 보다 전력 소모가 적고 다양한 디자인을 연출할 수 있는 LED 조명등에 관한 것이고, 보다 상세하게는 LED 조명등에 사용되는 열방출을 위한 일체형 프레스 성형에 의한 엘이디 방열체 및 이의 제작방법에 관한 것이다.

LED는 광전변환 효율이 높기 때문에 소비전력이 매우 낮아 열발생이 적고, 열적 방전적 발광이 아니기 때문에 여열시간이 불필요하여 점등, 소등속도가 빠르다. 또한, 가스나 필라멘트가 없기 때문에 충격에 강하고 안전하며, 안정적인 직류 점등방식의 채택으로 전력소모가 적고, 고 반복인 펄스 동작이 가능하고 시신경의 피로를 저감할 수 있을 뿐만 아니라 사용수명이 반영구적이면서 다양한 색상의 조명효과도 낼 수 있고, 작은 광원을 사용함에 따라 소형화가 가능하다. 이러한 장점 때문에 최근에, 가정이나 사무실 및 전시관에서 사용되는 백열전구 대신에, LED조명등을 제작해서 시판되고 있다.

그러나, LED 조명등은 사용전력의 약 80% 정도가 열에너지로 변환하는데, 여기서 발생되는 열은 조명등의 휘도 및 사용 수명에 나쁜 영향을 주는 경향이 있다. 따라서 LED 조명등에는 발생한 열을 빨리 확산시켜서 외부로 방출하는 방열체가 필요하다. 방열체는 열전도성이 양호한 구리나 알루미늄을 사용한다.

열 전달 방법은 전도, 대류 및 복사에 의해서 이루어진다. 열전도율은 구리가 알루미늄에 비해서 약 두배 정도 높다. 그러나 구리는 알루미늄에 비해서 고가 있기 때문에, 알루미늄으로된 방열체가 주로 사용된다. 그러나, 알루미늄으로 만든 방열체에서는 대류에 의한 열전달 효율을 높이기 위해서 방열체의 표면적을 높여야 한다.

이와 같은 발열 문제를 극복하기 위해, 주로 사용되고 있는 종래의 설계는, 알루미늄 합금에 의해서 직접 램프의 케이스를 성형하되 그 외주면에 방열핀을 일체로 형성하고, 또한 방열핀에 의해서 방열 효과를 향상시키는 것이지만, 달성 가능한 효과는 한정되어 가장 바람직하다고는 말할 수 없다. 즉, 종래의 발광다이오드형 조명등에서는 알루미늄 합금을 이용하여 케이스 및 방열핀을 성형할 때 알루미늄 합금부재를 다이캐스팅(die casting) 금형을 이용하여 압착하는 방식을 통해 LED의 구동시 발생되는 열을 원활히 방열시키기 위해 형성시키는 방열핀들이 케이스의 외주면에 일체로 성형한 형태를 갖는다.

그러나 LED 조명등에 사용되는 방열체(판)를, 알루미늄을 다이캐스팅하여 제작할 경우에, 그 전체 무게가 무겁다. 그리고 다이캐스팅법을 사용하므로 금형 노후도가 빨리오고 끝티(burr)가 많이 발생하여 제품 완성도를 높이기 위해서 많은 후 가공을 요하하므로 생산성이 낮고 제조원과도 높다는 문제점이 있다.

그리고 방열체의 방열핀만을 다이케스팅 금형을 이용하여 방열핀을 일체로 구비하는 케이스를 성형할 경우, 알루미늄으로 된 케이스 본체 자체는 물론 방열핀들을 얇게 성형할 수 없어 제품의 경량화가 불가능하고 방열면적을 극대화할 수 없으므로 LED의 구동시 발생되는 열을 효과적으로 방열시킬 수 없을 뿐만 아니라, 다이케스팅 금형을 통해 알루미늄 합금형 케이스를 성형할 경우, 후 가공을 통해 전선공 및 나사공 등을 별도로 성형시켜 주어야 하므로 제품의 생산성이 저하됨은 물론 원재료비 및 제품의 생산원가가 많이 들게 되는 등의 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로, 주식회사 파인테크닉스에서 소유한 한국 특허등록번호 제10-0933990호에서는 방열체가 3가지의 개별 부품으로 이루어져 있습니다. 즉, 한국 특허등록번호 제10-0933990호의 방열체는 외주면에서 수직방향으로 정해진 간격을 두고 수개의 방열핀 삽입홈이 형성되고, 내주면에는 수개의 고정구 결합돌부가 수직방향으로 돌출 형성되도록 압출 성형된 원통형 본체(10)와;

주연부에서 저부를 향해 띠형 가이드 판이 절곡 형성된 원판의 중심점에 전선 통과공이 천공되고, 상기 전선 통과공의 외측으로 형성된 제 1 평판부에는 수개의 고정구 통과공이 천공되며, 상기 제 1 평판부와 띠형 가이드판 사이에 형성된 제 2 평판부에는 수개의 방열핀 통과공이 방사형으로 천공되되 상기 제 2 평판부의 주연부에는 수개의 고정구 통과공이 천공된 구성을 갖고 상기 제 1 평판부의 상면이 원통형 본체의 저면에 밀착되는 형태로 설치되는 원판형 캡(20)과;

수직판과 수평판이 연이어 절곡 형성되어 종단면이 "L"자 형상을 갖되, 상기 수직판의 내측면에는 상기 원통형 본체의 방열핀 삽입홈에 끼워지는 결합돌편이 연장 형성되고, 상기 수직판 내측면에 돌출 형성된 결합돌편의 저부 일부를 절단하여 원통형 본체의 외주면과 방열핀들의 접촉부 사이에서 공기가 유통되도록 하는 공기 유통홈이 형성된 구성을 갖고 수직판이 상기 원판형 캡의 저면에서 방열핀 통과공을 통해 끼워진 후 결합돌편이 원통형 본체의 방열핀 삽입홈에 끼워져 결합되는 수개의 방열핀(30)을 포함한다.

한국특허 등록제10-0933990호의 방열체의 방열핀의 프레스를 사용해서 만든 것으로 다이케스팅에 비해서 방열면적을 증대시킬수 있고, 방열핀의 두께도 매우 얇게 성형할 수 있어 경량화가 가능합니다. 그러나, 방열핀(30)을 삽입하기 위한 본체(10)와 원판형 캡(20)을 별도로 제작하고 방열핀 각각을 원판형 갭의 방열핀 통과공에 원판의 본체의 각각의 삽입홈에 끼워지므로, 프레스 후 조립 공정이 매우 까다롭고 어렵기 때문에 생산성이 떨어진다. 그리고 조립시 방열핀이 굽혀지거나 손상될 우려도 있다. 또한 수평판이 여러편으로 이루어져 있어 LED 칩 장착시 평면도가 좋이 않아서 열전도 특성이 나쁜영향을 끼친다.

본 발명은 방열체를 알루미늄을 다이캐스팅하여 제작하지 않고, 또한 한국특허 등록제10-0933990호에서와 같이 3개의 부품을 사용하지 않고, 공기와 접촉하는 표면적으로 크게 해서 대류에 의한 열전도를 향상하고 제품의 무게를 가볍게 할 수 있는 생산성이 높은, 하나의 금속 판재로부터 일체형 프레스 성형에 의한 엘이디 방열체 및 이의 제작방법을 제공하는데 목적이 있다.

상술한 목적은 LED 기판이 장착되는 장착판과 상기 장착판로부터 외향으로 방사하는 다수의 방열핀과, 상기 다수의 방열핀을 각각 분리 절단하고 있는 절단부를 하나의 금속 판재로부터 형성하며, 상기 다수의 방열핀 각각이 동일한 간격을 유지하면서 수직 또는 경사지게 트위스트되어 있는 본 발명의 일체형 프레스 성형에 의한 엘이디 방열체와 이의 제작방법에 의해 달성된다.

본 발명의 방열체가 금속 판재(스틸판)로 되어 있기 때문에 공기와 접촉하는 표면적으로 크게 해서 대류에 의한 열전도를 향상하고 얇은 금속 판재를 사용하기 때문에 제품의 무게가 가볍다. 또한 금속 판재를 프레스 성형으로 방열체를 만들기 때문에 후 가공이 필요 없을 뿐만 아니라 대량 생산이 가능해 제품단가를 매우 낮출 수 있다. 따라서, LED 조명등에서의 가격경쟁력을 한 층 더 향상시킬 수 있다.

도 1은 현재 방열핀이 분할 프레스 성형되어 있는 방열체의 조립도.
도 2는 본 발명의 금속판재를 블래킹한 전개도.
도 2a는 도 2의 방열핀의 상세 쿼터도.
도 2b는 도 2의 방열핀의 상세 프론트도.
도 3은 도 2의 전개도에서 방열핀을 드로잉 트위스트한 사시도.
도 4는 방열핀을 50% 벤딩한 사시도
도 5는 다이와 캠으로 이용해서 완전히 벤딩한 사시도.
도 6은 도 2의 블래킹 단계에서 부터 도 5도의 완전한 벤딩한 단계까지의 방열핀의 벤딩과정을 설명하는 도면.
도 7은 본 발명의 방열체가 결합된 LED 조명등의 사시도.

이하에는 첨부의 도면을 근거로 본원 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 여기에 도면 및 상세한 설명은 본원 발명의 양호한 실시예로서 간주되고 청구의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

LED 조명등은 통상적으로, LED광원을 포함하는 LED 기판, 상기 기판 앞쪽으로는 LED 광원으로부터 나온 소망의 패턴으로 조명하기 위한 렌즈와 같은 빛 투과 물질과, 상기 기판 뒤쪽으로는 기판으로부터 나오는 열을 발산하기 위한 방열체와 그 다음에는 전원공급부에 접속되는 소켓을 포함한다. LED 광원으로 부터 나온 빛을 렌즈와 같은, 빛 투과 물질에 집중하기 위한 반사기도 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 기판으로부터 나오는 열을 발산하기 위한 방열체로서, 하나의 금속 판재로부터 원형형상으로 만들어진 방열체(2)의 블랭크로서, LED 기판이 장착되는 원형장착판(22)과 원형 장착판(22)로부터 외향으로 방사하는 다수의 방열핀(21)과, 상기 다수의 방열핀(21)을 각각 분리 절단하고 있는 절단부(23)를 포함한다. 원형 장착판(22)과 다수의 방열핀(21)이 단차지도록 원형 장착판(22)의 외원주변으로부터 하향으로 연장하여 다수의 방열핀(21)과 연결되는 외주연(221)를 포함한다. 다수의 방열핀(21)의 한 단부는 완성된 방열체(2)를 형성할 때에 평탄한 상부 고리형 부분을 형성하는 제 1모떼기 단부(211)와 전원 공급부에 접속되는 소켓을 안전하게 지지하기 위한, 상기 제 1모떼기 단부(211)와 반대방향으로의 제 2모떼기 단부(212)를 가지며, 다른 단부는 상기 외주연(221)에 감겨져 올라가는 감김 단부(213)를 가진다. 감김 단부(213)는 모떼기 단부로부터 폭이 점점 줄어서 장착판(22)에 연결되어 있다. 이는 방열체의 블랭크가 원형 형상이기 때문이다. 장착판(22)에는 전선 통과용 구멍, LED기판 고정용 구멍과 하부캡 결합 구멍 등을 포함하고 있다.

본 발명의 금속 판재는 스틸(steel), 구리 및 알루미늄과 이들의 합금 판재를 포함한다.

도 2a의 우측의 방열핀은 본 발명에 따라서 트위스트 성형한 것으로, 한 단부의 한쪽은 완성된 방열체(2)를 형성할 때에 평탄한 상부 고리형 부분을 형성하는 제 1모떼기 단부(211)를 가지며, 다른 한쪽의 제 2모떼기 단부(212)는 상기 상부 고리형 부분의 크기를 전원 공급부가 연결되는 소켓의 형상에 맞추기 위해서, 제 1모떼기 단부(211)와 반대방향으로 모떼기되어 있다. 다른 단부는 외주연(221) 둘레로 감겨지는 감김 단부(213)를 형성한다. 다수의 방열핀(21)의 감김 단부(213)의 총 면적이 외주연의 면적보다 크게 되면 상기 감김 단부의 일부분들이 서로 겹쳐지게 된다. 이 경우에 방열체의 외형이 매끈하지 못하다. 다수의 방열핀(21)의 감김 단부의 총 면적과 외주연의 면적을 같게 하는 것이 바람직하다. 다수의 방열핀(21)이 원형 판재로부터 프레스 성형된 것이기 때문에, 이의 표면적은 외향으로 갈수록 넓게 되어 있다. 따라서 도 1에 도시한 블랭크의 방열핀(21)을 트위스트해서 도 6에 도시한 바와 같이, 완성 방열체(2)의 외형은 상부로 갈 수로 전방 단면적이 줄어들게 되어 있다. 최대한 면적으로 줄이면, 각 방열핀(21)의 상부에서의 전방면은 판재의 두께가 될 수 있다. 이는 도 2b에 도시되어 있다. 다시 설명하면, 방열핀(21)의 트위스트전의 앞면과 측면이 트위스트후의 측면과 앞면으로 바뀐다. 이 경우에는 방열핀(21)의 제 1모떼기 단부(211)가 방열핀(21)의 한 감김 단부(213)에 대해서 90도 비틀어진 경우이다. 또한, 방열핀(21)의 표면적을 늘이기 위해서 전체 외형을 더블유 형상으로 트위스트할 수도 있다.

도 3은 도 2의 전개도에서 방열핀을 상부로 드로잉 트위스트한 것으로, 트위스트된 방열핀(21)의 한 단부가 상향으로 향하고 있다.

도 4는 도 3의 드로잉 트위스트된 방열핀(21)을 벤딩 공정에 의해서 방열핀(21)의 감김 단부가 장착판(22)의 외주연(221)에 완전히 감겨지고 한 단부가 거의 수직 상향으로 벤딩되어 있는 도면이다. 이는 다이와 캠을 이용해서 벤딩 공정의 약 50%를 실시한 것이다.

도 5는 도 4에서 방열핀(21)의 한 단부의 제 1모떼기 단부(211)가 상부 평탄한 부분을 형성하도록 고리형태로 집중되어 있는 도면이다. 본 발명의 완성된 방열체(2)를 형성하고 있는 것이다.

본 발명의 방열체(2)는 전체적으로 상부로 갈수록 직경이 줄어드는 원추 절두형으로 형성되어 있으며, 그리고 방열체(2)는 한 단부가 전원공급부에 접속되는 소켓이 장착될 수 있는 상부 고리형 평탄면을 이루도록 상향으로 집속되어 있는 상부 제 1모떼기 단부(211)와 상기 소켓을 안전하게 지지해주는 내측 제 2모떼기 단부(212)를 포함하고, 다른 단부가 감김 단부(213)를 포함하며, 대류의 방열효과를 극대화하기 위해서 그리고 전체 표면적을 줄이지 않고 상부로 갈수록 측면이 전방면으로 경사지게 트위스트되어 있다.

상기 감김 단부(213)가 연결되어 있고, 경우에 따라서는 반사기를 형성하는 외주연(221)을 포함하는, LED 기판 장착을 위한 원형의 장착판(22)을 포함한다.

방열체(2)의 블랭크의 형상을 도면과 상세한 설명에서는 원형으로 도시하고 설명하고 있지만, 삼각형, 사각형, 다각형, 타원형 등으로도 변경할 수 있다.

도 2 내지 도 6을 참조하여, 금속 판재로부터 본 발명의 일체형 프레스 성형에 의한 엘이디(LED) 방열체의 제작방법에 대해서 이하에 설명하겠다.

금속 판재를 도 2에 도시한 바와 같이 다수의 방열핀(21)과 장착판(22)을 형성하도록 프레스 성형해서 엘이디(LED) 방열체의 블랭크를 형성하는 단계와,

엘이디 방열체의 블랭크를 도 3에 도시한 바와 같이 드로잉 트위스트하는 단계와,

트위스트된 방열핀을 도 4와 도 5에 도시한 바와 같이 벤딩하는 단계를 포함한다.

벤딩하는 단계에서는 장착판(22)의 하부에 외주연(221)에 형태에 맞는 다이를 설치하고 상기 다이를 향해 캠으로 방열핀의 감김 단부(213)쪽을 밀어서 방열핀(21)의 모떼기 단부(211, 212)를 상부 고리형상으로 집속시킨다.

도 7은 본 발명의 방열체가 결합된 LED 조명등의 사시도로, 본 발명의 방열체(2)는 전체적으로 원추 절두형으로 형성되어 있으며, 상부에는 전원공급부에 접속되는 소켓(1)이 장착되고, 장착판에는 LED광원을 포함하는 LED 기판이 장착되고, 하부에는 LED 광원으로부터 나온 소망의 패턴으로 조명하기 위한 렌즈와 같은 빛 투과 물질 또는 하부갭(3)이 장착되어 있다.

방열체의 상부의 고리형 면으로 집속되는 방열핀(21)의 뒤틀림이나 손상을 방지하기 위해서 이 위에 상부 캡을 설치할 수 있다. 또한 외주연(221)을 둘러싸고 있는 감김 단부를 보호하고 보기 좋게 하기 위해서 하부 갭을 설치할 수 있다.

1 : 소켓
2: 방열체
21: 방열핀
211 및 212 : 모떼기 부분
213 : 감김 단부
22 : 장착판
221 : 외주연
23 : 절단부
3: 빛 투과 물질 또는 하부캡

Claims (10)

1. LED 기판으로부터 나오는 열을 발산하기 위한 방열체로서,
   LED 기판이 장착되는 장착판과 상기 장착판로부터 외향으로 방사하는 다수의 방열핀과, 상기 다수의 방열핀을 각각 분리 절단하고 있는 절단부를 하나의 금속 판재로부터 형성하며,
   상기 다수의 방열핀 각각이 동일한 간격을 유지하면서 수직 또는 경사지게 트위스트되어 있고, 상기 장착판은 상기 장착판과 다수의 방열핀이 단차지도록 장착판의 외원주변으로부터 하향으로 연장하여 다수의 방열핀과 연결되는 외주연과 전선 통과용 구멍, LED기판 고정용 구멍과 하부캡 결합 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 프레스 성형에 의한 엘이디 방열체.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 다수의 방열핀의 한 단부는 완성된 방열체를 형성할 때에 평탄한 상부 고리형 부분을 형성하는 제 1모떼기 단부와 전원 공급부에 접속되는 소켓을 안전하게 지지하기 위한, 상기 제 1모떼기 단부와 반대방향으로의 제 2모떼기 단부를 가지며, 다른 단부는 상기 외주연에 감겨져 올라가는 감김 단부를 가지는 것을 특징으로 하는 일체형 프레스 성형에 의한 엘이디 방열체.
4. 제 1항에 있어서, 상기 금속 판재는 스틸(steel), 구리 및 알루미늄과 이들의 합금 판재중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 프레스 성형에 의한 엘이디 방열체.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 장착판의 외주연을 깊게 드로잉 성형하여 장착판에 LED 기판을 장착하여 LED 광원으로의 빛을 반사하는 반사기로 사용하는 것을 특징으로 하는 일체형 프레스 성형에 의한 엘이디 방열체.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 방열체의 블랭크의 형상은 원형, 삼각형, 사각형, 다각형, 타원형중 어느 하나로 되어 있는 것을 특징으로 하는 일체형 프레스 성형에 의한 엘이디 방열체.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 방열체는 상부 캡 또는 하부 갭을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 프레스 성형에 의한 엘이디 방열체.
   
   
   
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

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