KR101781713B1 - 프리코트 알루미늄 판재, 알루미늄 판재 및 차량 탑재 led 조명용 히트 싱크 - Google Patents

프리코트 알루미늄 판재, 알루미늄 판재 및 차량 탑재 led 조명용 히트 싱크 Download PDF

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Abstract

방열성이 우수한 프리코트 알루미늄 판재, 알루미늄 판재 및 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크를 제공한다. 프리코트 알루미늄 판재(10)는 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크(1)에 사용되는 것으로, 알루미늄 판재(20)와 수지계 피막(3A)을 갖는 프리코트 알루미늄 판재(10)이다. 알루미늄 판재(20)는 열전도율이 150W/m·K 이상이며, 수지계 피막(3A)은 열경화성 수지와 흑색 안료 성분을 포함하고, 수지계 피막(3A)은 파장이 3 ~ 30μm인 적외선 영역에서 적분 방사율이 25℃에서 0.80 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

프리코트 알루미늄 판재, 알루미늄 판재 및 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크{PRE-COATED ALUMINUM PLATE, ALUMINUM PLATE, AND HEAT SINK FOR ONBOARD LED LIGHTING}
본 발명은, 발광 다이오드(LED) 소자를 탑재하기 위한 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크용의 프리코트 알루미늄 판재, 알루미늄 판재 및 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED) 소자를 발광원으로 하는 조명은 저소비 전력이면서 장수명이기 때문에 서서히 시장에 침투하기 시작하고 있다. 그 중에서도 최근 특히 주목을 끌고 있는 것이, 자동차의 헤드 라이트 등의 차량 탑재 LED 조명이다.
그러나, 이 LED 조명의 발광원인 LED 소자는 열에 매우 약하고, 허용 온도를 초과하면 발광 효율이 저하되고, 더욱이, 그 수명에도 영향을 미쳐 버린다고 하는 문제가 있다. 이 문제를 해결하기 위해서는, LED 소자의 발광시의 열을 주위의 공간에 방열할 필요가 있기 때문에, LED 조명에는 대형의 히트 싱크가 구비되어 있다.
이 LED 조명용 히트 싱크에는, 알루미늄(알루미늄 합금을 포함함)을 재료로 한 알루미늄 다이캐스트제의 것이 많이 채용되고 있고, 특허문헌 1~4에는, 그들 히트 싱크 중 대표적인 구성의 히트 싱크가 개시되어 있다.
일본 특허공개 2007－172932 호 공보 일본 특허공개 2007－193960 호 공보 일본 특허공개 2009－277535 호 공보 일본 특허공개 2010－278350 호 공보
최근 차량 탑재 LED 조명은 고파워화가 진전하고 있고, 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크에 대해서는 방열성의 한층 더 향상이 요구되고 있다.
한편, 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크는, 생산성 향상 및 저비용화를 도모하기 위해서, 종래의 알루미늄 다이캐스트가 아니고, 알루미늄 판재를 성형 가공하여 이루어지는 성형체로 옮겨가고 있다.
따라서, 알루미늄 판재의 성형체로 이루어진 히트 싱크에 대해 방열성의 향상을 도모하기 위해서, 히트 싱크를 구성하는 알루미늄 판재 자체나 판재 표면의 특성에서의 한층 더 방열성 향상에 대한 요구는 강한 것이 되고 있었다.
또한, 알루미늄 판재를 굽힘 가공 등을 할 때에, 성형 가공성이 뒤떨어지기 때문에, 가공부의 표면이 거칠어져서, 형상이 국부적으로 불균일하게 되고, 충분한 방열성을 얻을 수 없다고 하는 문제점이 새롭게 부상하고 있었다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 방열성이 우수한 프리코트 알루미늄 판재 및 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 가공부의 표면의 평활성이 우수한 프리코트 알루미늄 판재, 알루미늄 판재 및 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 검토를 진행한 결과, 소재의 열 저항을 낮추기 위해서 알루미늄 판재의 열 전도율을 일정한 레벨 이상으로 하는 것, 알루미늄 판재로 이루어진 성형체의 표면에 흑색의 피막을 형성하는 것에 의해서 방사율이 높아지는 것, 피막은 비교적 얇게 하여 피막으로서의 열 저항을 낮추는 것, 피막의 표면 조도를 적절히 제어하여 방사율을 높이는 것이 중요하다는 것 등의 지견을 얻고, 본 발명에 도달한 것이다.
본 발명은 이하와 같은 구성을 갖는 것이다. 제 1 발명에 따른 프리코트 알루미늄 판재는, 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크에 사용되고, 알루미늄 판재와 수지계 피막을 가지고 있으며, 상기 알루미늄 판재는 열 전도율이 150W/m·K 이상이고, 상기 알루미늄 판재의 결정 조직은 섬유상이고, 상기 수지계 피막은 열경화성 수지와 흑색 안료 성분을 포함하고, 파장이 3~30μm인 적외선 영역에서의 적분 방사율이 25℃에서 0.80 이상인 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 히트 싱크의 색조가 흑색이 되고, 수지 피막의 내구성이 향상되고, 표면의 거침이 적은 성형체를 제조할 수 있으며, 프리코트 알루미늄 판재의 굽힘 가공시에 도포막에 균열이 생기기 어렵다. 또한, 알루미늄 판재보다 우수한 방열성이 확보된다.
제 2 발명에 따른 프리코트 알루미늄 판재는, 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크에 사용되고, 알루미늄 판재와 수지계 피막을 가지고 있으며, 상기 알루미늄 판재는 열 전도율이 150W/m·K 이상이고, 상기 수지계 피막은 열경화성 수지와 흑색 안료 성분과 골재를 포함하고, 상기 수지계 피막의 막 두께는 5~15μm이고, 상기 수지계 피막의 표면의 산술평균 조도(Ra)가 1~3μm이고, 상기 수지계 피막은, 파장이 3~30μm인 적외선 영역에서의 적분 방사율이 25℃에서 0.80 이상인 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 프리코트 알루미늄 판재는, 알루미늄 판재의 열 전도율이 우수하고 피막이 비교적 얇은 것이지만, 피막으로서의 방사성이 우수하고, 히트 싱크로 했을 때에 우수한 방열성을 갖는 것이 된다.
또한, 제 2 발명에 따른 프리코트 알루미늄 판재는, 알루미늄 판재의 결정 조직이 섬유상인 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의하면, 성형 가공을 행했을 때에, 표면의 거침이 적은 성형체를 제조할 수 있다.
또한, 제 2 발명에 따른 알루미늄 판재는, 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크에 사용되고, 열 전도율은 150W/m·K 이상이고, 결정 조직은 섬유상인 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 성형 가공을 행했을 때에 표면의 거침이 적은 성형체를 제조할 수 있고, 알루미늄 판재의 우수한 방열성이 확보된다.
제 1 발명에 따른 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크(이하, 적절히 히트 싱크라고 함)는, 알루미늄 전신재가 성형되어 이루어진 성형체로 구성되는 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크로서, 상기 알루미늄 전신재의 열 전도율은 150W/m·K 이상이고, 상기 성형체의 가공부의 표면의 산술평균 조도(Ra)가 1.5μm 이하인 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 히트 싱크는, 가공부의 표면의 평활성이 우수한 것이며, 알루미늄 전신재의 열 전도율이 150W/m·K 이상인 것에 의해서, 우수한 방열성이 확보된다.
또한, 제 1 발명에 따른 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크를 구성하는 알루미늄 전신재의 결정 조직이 섬유상인 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의하면, 성형 가공을 행했을 때에 표면의 거침이 적은 성형체를 제조할 수 있다.
또한, 제 1 발명에 따른 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크의 성형체의 표면은, 흑색의 피막을 구비하고 있으며, 상기 피막은, 파장이 3~30μm인 적외선 영역에서의 적분 방사율이 25℃에서 0.80 이상인 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 히트 싱크의 색조가 흑색이 되고, 히트 싱크로서의 방열성이 보다 우수한 것이 된다.
또한, 제 1 발명에 따른 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크의 성형체의 표면의 피막은, 열경화성 수지와 흑색 안료 성분을 포함하는 수지계 피막인 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 수지 피막의 내구성이 향상된다.
제 2 발명에 따른 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크는, 알루미늄 전신재가 성형되어 이루어진 히트 싱크 성형체와, 상기 히트 싱크 성형체의 표면에 형성된 흑색의 피막을 구비하는 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크이고, 상기 알루미늄 전신재의 열 전도율은 150W/m·K 이상이고, 상기 피막의 막 두께는 5~15μm이고, 상기 피막의 표면의 산술평균 조도(Ra)가 0.5~3μm이고, 상기 피막은, 파장이 3~30μm인 적외선 영역에서의 적분 방사율이 25℃에서 0.80 이상인 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 히트 싱크는, 알루미늄 전신재의 열 전도율이 우수하고, 피막이 비교적 얇은 것이지만, 피막으로서의 방사성이 우수하고, 히트 싱크로서 우수한 방열성이 확보된다.
또한, 제 2 발명에 따른 히트 싱크의 피막은, 열경화성 수지, 흑색 안료 성분과 골재를 포함하는 수지계 피막이고, 상기 피막의 표면의 산술평균 조도(Ra)가 1~3μm인 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 수지 피막의 내구성이 향상되고, 피막으로서의 방사성은 더욱 우수한 것이 된다.
본 발명의 알루미늄 판재 및 프리코트 알루미늄 판재는, 성형 가공성이 우수하고, 가공부의 표면이 평활하고 방열성이 우수한 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크를 얻을 수 있다. 또한, 제 2 발명의 프리코트 알루미늄 판재는, 방열성이 우수한 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크를 얻을 수 있다. 또한, 제 1 발명의 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크는, 가공부의 표면의 평활성이 우수하고 방열성이 우수하다. 또한, 제 2 발명의 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크는 방열성이 우수하다.
도 1a는 본 발명에 따른 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 1b는 본 발명에 따른 프리코트 알루미늄 판재의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 제 1 발명 또는 제 2 발명으로 달리 언급이 없다면, 본 발명으로서 설명하고 있는 내용은, 제 1 발명과 제 2 발명에 공통되는 내용이다.
≪히트 싱크≫
도 1a에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 히트 싱크(1)는, 차량 탑재 LED 조명(100)에 사용되는 것이며, 알루미늄 전신재가 성형되어 이루어진 히트 싱크 성형체(2)로 구성되어 있다. 발명의 실시형태에 따라서는, 히트 싱크 성형체(2)의 표면에 형성되는 피막(3)을 구비하고 있다. 그리고, 히트 싱크(1)는, LED 소자(4)로부터 발생하는 열을 방산시키기 위해서 사용된다.
이하, 각 구성에 대해 설명한다.
＜히트 싱크 성형체＞
히트 싱크 성형체(2)는, 알루미늄 전신재가 성형되어 이루어진 알루미늄제의 것이다. 「알루미늄 전신재」라고 한 것은, 전신재로 한정하는 것에 의해, 현행의 알루미늄 다이캐스트 또는 압출재, 수지제, 철 그 외의 금속제의 것과 차별화하는 취지이다. 알루미늄 전신재 중에서도, 생산성이나 프리코트 처리성 등이 우수한 알루미늄 판재가 바람직하다. 이하, 알루미늄 판재에 대해 설명한다.
＜알루미늄 판재의 소재＞
본 발명의 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크(1)에 사용되는 알루미늄 판재는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 것이며, 본 발명에서 사용되는 알루미늄 판재(알루미늄 판재 또는 알루미늄 합금 판재)로서는 특별히 제한되는 것은 아니며, 제품 형상이나 성형 방법, 사용시에 요구되는 강도 등에 기초하여 선택할 수 있다. 일반적으로는, 프레스 성형용의 알루미늄 판재로서는, 비열 처리형의 알루미늄판, 즉, 1000계의 공업용 순수 알루미늄판, 3000계의 Al－Mn계 합금판, 5000계의 Al－Mg계 합금판, 또는 열 처리형의 알루미늄판인, 일부의 6000계의 Al－Mg－Si계 합금판이 사용된다. 그러나, 히트 싱크 성형체(2)는, 후기하는 바와 같이, 열 전도율을 150W/m·K 이상으로 하기 위해서, 알루미늄 판재는, 1000계, 일부의 3000계, 일부의 6000계로 거의 한정된다.
본 발명의 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크(1)에 사용되는 알루미늄 판재는, 바람직하게는 1000계이고, 특히 바람직한 조성은 이하의 것이다.
(Si 함유량의 바람직한 범위 0.03~1.00질량%)
Si는, 모상 내에 고용해서, 알루미늄 합금판의 강도를 높이는 효과가 있고, Si 함유량 증가에 수반하여 그 효과가 향상된다. Si 함유량이 0.03질량% 이상이면 그 효과가 보다 충분해지고, 1.00질량% 이하이면 열전도성이 향상해서 히트 싱크재로서의 성능이 향상된다.
(Fe 함유량의 바람직한 범위 0.10~0.80질량%)
Fe는, 모상 내에 고용해서, 알루미늄 합금판의 강도를 높이는 효과가 있고, Fe 함유량 증가에 수반하여 그 효과가 향상된다. Fe 함유량이 0.10질량% 이상이면 그 효과가 보다 충분해지고, 0.80질량% 이하이면 열전도성이 향상해서 히트 싱크재로서의 성능이 향상된다.
(Cu 함유량의 바람직한 범위 0.30질량% 이하)
Cu는, 모상 내에 고용해서, 알루미늄 합금판의 강도를 높이는 효과가 있고, Cu 함유량 증가에 수반하여 그 효과가 향상된다. Cu 함유량이 0.30질량% 이하이면 열전도성이 향상해서 히트 싱크재로서의 성능이 향상된다.
(Mn 함유량의 바람직한 범위 0.20질량% 이하)
Mn는, 모상 내에 고용해서, 알루미늄 합금판의 강도를 높이는 효과가 있고, Mn 함유량 증가에 수반하여 그 효과가 향상된다. Mn 함유량이 0.20질량% 이하이면 열전도성이 향상해서 히트 싱크재로서의 성능이 향상된다.
(Mg 함유량의 바람직한 범위 0.20질량% 이하)
Mg는, 모상 내에 고용해서, 알루미늄 합금판의 강도를 높이는 효과가 있고, Mg 함유량 증가에 수반하여 그 효과가 향상된다. Mg 함유량이 0.20질량% 이하이면, 열전도성이 향상해서 히트 싱크재로서의 성능이 향상된다.
(Cr 함유량의 바람직한 범위 0.10질량% 이하)
Cr는, 모상 내에 고용해서, 알루미늄 합금판의 강도를 높이는 효과가 있고, Cr 함유량 증가에 수반하여 그 효과가 향상된다. Cr 함유량이 0.10질량% 이하이면, 열전도성이 향상해서 히트 싱크재로서의 성능이 향상된다.
(Zn 함유량의 바람직한 범위 0.20질량% 이하)
Zn는, 모상 내에 고용해서, 알루미늄 합금판의 강도를 높이는 효과가 있고, Zn 함유량 증가에 수반하여 그 효과가 향상된다. Zn 함유량이 0.20질량% 이하이면, 열전도성이 향상해서 히트 싱크재로서의 성능이 향상된다.
(Ti 함유량의 바람직한 범위 0.10질량% 이하)
Ti는, 알루미늄 합금 주조 조직을 미세화, 균질화(안정화)하는 효과가 있고, 압연용 슬라브의 조괴시의 주조 균열을 방지하는 효과를 갖는다. Ti 함유량이 0.10질량%를 초과하면 그 효과가 포화한다. 또한, 0.10질량% 이하이면 열전도성이 향상된다. 그 때문에, 0.10질량%를 초과하는 양을 함유하는 것은 불필요하다.
［열 전도율］
히트 싱크 성형체(2)는, 그 용도가 히트 싱크(1)이기 때문에, 방열성이 요구된다. 본 발명에서의 소망의 방열성을 확보하기 위해서는, 히트 싱크 성형체(2)를 구성하는 알루미늄 판재의 열 전도율은 150W/m·K 이상인 것이 필요하다. 바람직하게는 200W/m·K 이상이다. 더욱이, 상한치에 대해서는 특별히 규정되는 것은 아니지만, 경제적인 관점에서 바람직하게는 240W/m·K 이하이다. 이러한 특성을 갖는 알루미늄 합금으로서는, 상기한 것 같은 특정의 품번이나 조성의 합금을 들 수 있다.
열 전도율은, 예를 들어, 레이저 플래시법에 따라 측정할 수 있다.
더욱이, 히트 싱크 성형체(2)에 사용하는 알루미늄 판재는, 무처리여도 좋고, 프리코트재여도 좋고, 애프터코트재여도 좋다. 또한, 성형체(2)에 가공 후에 양극 산화 처리를 행해도 좋지만, 경제적인 관점에서 프리코트재가 바람직하다.
［산술평균 조도(Ra)］
히트 싱크 성형체(2)는, 알루미늄 판재를 성형 가공하는 것에 의해서 제조된다. 알루미늄 판재의 성형 가공의 방법으로서는, 굽힘 가공, 프레스 가공, 드로잉 가공, 아이어닝 가공 등이 있지만, 판재를 베이스로 차량 탑재 히트 싱크를 제작하는 경우, 주된 가공법은 굽힘 가공이 된다. 이러한 성형 가공을 실시하는 것에 의해서, 당초의 플랫한 평면 형상의 알루미늄 판재가 입체적으로 변형된다. 이 때, 특히 굽힘 가공에 있어서 변형된 가공부의 표면이 거칠어져서, 요철이 생기거나 균열이 생기거나 하는 일이 있다. 그러한 현상이 생기면, 국부적인 판 두께의 감소가 생기고, 판재의 단면적이 감소하여, 열전도가 방해될 수 있고, 방열성이 저하된다.
또한, 후기하는 표면에 피막을 형성하고 있을 때는, 피막이 갈라져서, 하지가 노출되고, 외관상의 상품성이 저하된다.
이러한 방열성의 저하를 일으키는 성형체의 가공부의 표면 조도에 대해 검토한 결과, 방열성의 저하를 억제하고, 외관상도 허용할 수 있는 레벨로 하기 위해서는, 가공부에 발생한 거칠어진 표면의 산술평균 조도(Ra)를 1.5μm 이하로 하는 것이 필요하다는 것이 판명되었다. 산술평균 조도(Ra)는 바람직하게는 1.0μm 이하이고, 보다 바람직하게는 0.8μm 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.7μm 이하이다. 가공부의 표면의 산술평균 조도(Ra)의 하한치는, 실용상은 0.3μm 이상이면 좋다.
산술평균 조도(Ra)의 측정은, 시판되고 있는 표면 조도 측정기를 사용하여 측정한다. 예를 들면, 서프코더 등을 사용할 수 있다.
성형체의 가공부로부터 시험편을 잘라내고, 표면 조도 측정기의 탐침을 시험편에 대해 압연 방향에 직교하는 방향으로 주사하고, JIS B0601에 기재된 산술평균 조도(Ra)로서 측정된다.
＜결정 조직＞
알루미늄 판재는 결정 조직이 섬유상인 것이 바람직하다. 「섬유상」이란, 결정 조직의 장축 방향과 단축 방향의 애스펙트(aspect ratio)비가 10배 이상의 신장 조직을 갖는 상태를 말한다. 알루미늄 판재의 결정 조직이 섬유상이면, 상기의 성형체의 가공부의 표면이 평활해지고, 가공부의 표면의 산술평균 조도가 작아지기 때문에 바람직하다. 섬유상 조직 중에서도, 결정 조직의 단축 방향의 길이가 5~50μm인 것이, 가공부의 표면 거침이 보다 작아져서 바람직하다. 조대한 입상의 결정 조직을 갖는 알루미늄 판재는, 통상, 가공부의 표면의 산술평균 조도가 커져서 바람직하지 않다.
알루미늄 판재의 결정 조직의 판별은, 현미경에 의해서 행할 수 있다. 현미경으로 결정 조직을 판별하는 경우, 압연에 의해서 알루미늄이 연장되는 방향(압연 방향)에 평행이 되는 알루미늄의 단면을 관찰한다.
다음으로, 섬유상의 조직을 실현하기 위한 바람직한 어닐링 조건에 대해 설명한다.
섬유상의 조직을 실현하고, 양호한 굽힘 가공성을 구비하기 위한 어닐링 조건은, 130~280℃, 1~10시간인 것이 바람직하다. 어닐링 온도가 130℃ 미만에서는 어닐링하는 알루미늄 코일 내에서 특성이 흩어진다. 한편, 어닐링 온도가 280℃를 초과하면 회복·재결정이 진행하고, 내력이 저하하고, 또한 결정립이 조대화한다. 또한, 어닐링 시간이 1시간 미만에서는 온도가 낮은 경우와 마찬가지로 알루미늄 코일 내의 특성이 흩어진다. 한편, 10시간을 초과하면 공장 생산성이 저하된다.
＜피막＞
본 발명의 히트 싱크 성형체(2)를 구성하는 알루미늄 판재는, 그 표면에 피막(3)이 형성되어 있다. 히트 싱크 성형체(2)의 표면에 피막(3)이 형성되어 있는 것에 의해서, 히트 싱크 성형체(2)의 내구성을 향상시킬 수 있다. 여기서, 표면이란 히트 싱크 성형체(2)의 표면의 적어도 일면을 의미하고, 이른바 표면, 이면이 포함된다.
피막(3)의 종류로서는, 특별히 한정되지 않지만, 프리코트, 애프터코트, 양극 산화 등의 수지계 피막이나 무기계 피막이 있다.
피막(3)은 열경화성 수지인 것이 바람직하다. 열경화성 수지는, 예를 들면, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 요소 수지, 아크릴 수지로부터 선택되는 2종류 이상을 포함하고, 쌍방의 수지가 갖는 수산기, 카르복실기, 글리시딜기, 아미노기, 이소시아네이트기 등이 서로 화학 결합하는 조합으로 하는 것에 의해 얻을 수 있다. 이러한 조합의 수지끼리를 2종류 이상 포함하는 경우, 일방의 수지와 타방의 수지가 서로 주제(主劑)와 경화제로서 열경화 반응하기 때문에, 열경화성 수지가 된다. 조합에 의해서 열경화 반응이 충분히 진행되지 않는 경우에는, 틀별히 이소시아네이트 화합물 등의 경화제와 조합해도 좋다.
이러한 수지를 단독으로밖에 포함하지 않는 경우(예를 들어 폴리에스테르 수지 단독의 경우)는, 히트 싱크(1)의 사용시에, 피막(3)이 용융해 버리는 경우가 있다. 이 경우에는, 히트 싱크(1)와 LED 소자(4)와의 접착력이 저하해 버리기 때문에, 히트 싱크(1)의 내구성이 저하되는 일이 있다. 그러나, 수지가 단독인 경우에도, 별도로 이소시아네이트 화합물 등의 경화제와 조합하는 것에 의해서, 충분한 내열성과 밀착성을 갖는 열경화성 수지로 할 수 있다.
2종류 이상의 수지 성분을 조합한 피막의 조합 중에서도, 예를 들어, 아미노 경화 폴리에스테르계 수지, 이소시아네이트 경화 폴리에스테르계 수지, 멜라민 경화 폴리에스테르계 수지, 페놀 경화 에폭시계 수지, 우레아(요소) 경화 에폭시계 수지 등을 이용하면, 내열성과 밀착성이 향상되므로 더욱 바람직하다. 또한, 아크릴 변성 에폭시 수지나 우레탄 변성 폴리에스테르 수지 등의 변성 수지도 바람직하게 사용할 수 있다.
피막(3)은 흑색인 것이 바람직하다. 피막(3)의 색조가 흑색이면, 방열성이 높아지고, 히트 싱크(1)로서의 방열성이 보다 향상되기 때문이다. 피막(3)을 흑색으로 하기 위해서는, 피막(3)을 수지계 피막으로 하고, 흑색 안료 성분을 함유시키는 것이 바람직하다. 흑색 안료 성분의 구체적인 예로서는, 카본 블랙이나 그라파이트 등의 탄소계의 것 외에, 동·망간·철 등의 금속 산화물계 등을 들 수 있다. 흑색 안료 성분은, 피막을 형성하는 수지 재료에 대해서 3~50질량% 첨가하는 것이 바람직하다. 피막(3)이 무기계 피막일 때는, 흑색 양극 산화로 하는 것이 바람직하다.
제 1 발명에 따른 프리코트 알루미늄 판재에 있어서는, 피막(3)의 막 두께는 15~200μm인 것이 바람직하다. 두께가 15μm 미만에서는, 피막(3)의 쿠션성이 저하된다. 한편, 두께가 200μm를 초과하면, 도포막의 열 저항이 너무 커지기 때문에, 히트 싱크(1)의 방열성이 저하된다. 다만, 두께가 50~200μm인 범위에서는, 쿠션성이나 적분 방사율의 향상 효과가 포화해 있기 때문에, 경제적인 관점에서는 두께는 15~50μm인 것이 바람직하다.
피막(3)의 막 두께의 측정은, 예를 들면, 와전류 막후계 이소스코프(ISOSCOPE：등록상표)에 의해서 측정할 수 있다.
제 2 발명에 따른 프리코트 알루미늄 판재에 있어서는, 피막(3)이 형성되어 있는 것에 의해서 전열시의 열 저항이 커지기 때문에, 피막(3)의 막 두께는 비교적 작은 것이 바람직하다. 피막(3)의 막 두께는 5μm 미만이면 양호한 방사율을 확보할 수 없다. 한편, 피막(3)의 막 두께가 15μm를 초과해도, 더 이상 방사율은 향상되지 않고, 반대로 피막(3)의 열 저항이 커진다. 따라서, 피막(3)의 막 두께는 5~15μm로 한다. 피막(3)의 막 두께는, 보다 바람직하게는, 7~12μm이다.
［산술평균 조도(Ra)］
제 2 발명에 따른 프리코트 알루미늄 판재에 있어서는, 상기한 바와 같이 피막(3)의 막 두께를 얇게 설정하는 것에 의해서, 방사율을 유지하면서, 가능한 열 저항을 낮추고 있다. 그러나, 피막(3)의 막 두께를 얇게 하면, 일반적으로 방사율이 저하한다. 따라서, 방사율의 저하를 보완하기 위해서, 후기하는 바와 같이, 피막(3)의 표면 조도를 크게 설정한다. 피막(3)의 표면이 어느 정도 거칠어지는 것에 의해서 표면적이 증대하여, 방사율을 높일 수 있다.
피막(3)의 표면의 산술평균 조도(Ra)가 0.5μm 미만이면, 양호한 방사율의 확보가 곤란해진다. 한편, 피막(3)의 표면의 산술평균 조도(Ra)가 3μm를 초과하면 너무 거친면이 되어서, LED 소자(4)와의 사이에 세세한 공극이 생기기 쉬워져, LED 소자(4)와 히트 싱크(1) 사이의 열전도가 훼손된다. 따라서, 피막(3)의 표면의 산술평균 조도(Ra)는, 1~3μm로 한다. 피막(3)의 표면의 산술평균 조도(Ra)는, 보다 바람직하게는 1~3μm이고, 더욱 바람직하게는 1~2μm이다.
제 2 발명에 따른 프리코트 알루미늄 판재에 있어서는, 피막(3)의 표면의 산술평균 조도(Ra)를 조정하는 방법으로는, 피막을 형성하기 전의 알루미늄 판재의 표면 연마 방법·정도를 바꾸거나, 쇼트 블라스트(shot blast)로 거칠게 하거나, 후기하는 바와 같이 피막에 골재를 첨가하거나 하여 행할 수 있지만, 피막에 골재를 첨가하는 방법이 바람직하다.
산술평균 조도(Ra)의 측정은 시판되고 있는 표면 조도 측정기를 사용하여 측정한다. 예를 들면, 서프코더 등을 사용할 수 있다.
표면 조도 측정기의 탐침을 시험편에 대해 압연 방향에 직교하는 방향으로 주사하고, JIS B0601에 기재된 산술평균 조도(Ra)로서 측정된다.
피막(3)은 열경화성 수지인 것이 바람직하다. 열경화성 수지로서는, 예를 들면, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 요소 수지, 아크릴 수지로부터 선택되는 2종류 이상을 포함하고, 쌍방의 수지가 갖는 수산기, 카르복실기, 글리시딜기, 아미노기, 이소시아네이트기 등이 서로 화학 결합하는 조합으로 하는 것에 의해 얻을 수 있다. 이러한 조합의 수지끼리를 2종류 이상 포함하는 경우, 일방의 수지와 타방의 수지가 서로 주제와 경화제로서 열경화 반응하기 때문에, 열경화성 수지가 된다. 조합에 의해서 열경화 반응이 충분히 진행되지 않는 경우에는, 별도로 이소시아네이트 화합물 등의 경화제와 조합해도 좋다.
이러한 수지를 단독으로밖에 포함하지 않는 경우(예를 들어 폴리에스테르 수지 단독의 경우)는, 히트 싱크(1)의 사용시에, 피막(3)이 용융해 버리는 경우가 있다. 이 경우에는, 히트 싱크(1)와 LED 소자(4)와의 접착력이 저하해 버리기 때문에, 히트 싱크(1)의 내구성이 저하되는 일이 있다. 그러나, 수지가 단독인 경우에도, 별도로 이소시아네이트 화합물 등의 경화제와 조합하는 것에 의해서, 충분한 내열성과 밀착성을 갖는 열경화성 수지로 할 수 있다.
2종류 이상의 수지 성분을 조합한 피막의 조합 중에서도, 예를 들어, 아미노 경화 폴리에스테르계 수지, 이소시아네이트 경화 폴리에스테르계 수지, 멜라민 경화 폴리에스테르계 수지, 페놀 경화 에폭시계 수지, 우레아(요소) 경화 에폭시계 수지 등을 이용하면, 내열성과 밀착성이 향상되므로 더욱 바람직하다. 또한, 아크릴 변성 에폭시 수지나 우레탄 변성 폴리에스테르 수지 등의 변성 수지도 바람직하게 사용할 수 있다.
흑색 안료 성분은, 상기한 바와 같이, 수지계 피막을 흑색으로 하여 방사율을 높이기 위해서 사용된다. 흑색 안료 성분의 구체적인 예로서는, 카본 블랙이나 그라파이트 등의 탄소계의 것 외에, 동·망간·철 등의 금속 산화물계 등을 들 수 있다. 흑색 안료 성분은, 피막을 형성하는 수지 재료에 대해서 3~50질량% 정도 첨가된다.
골재는 피막(3)의 표면의 산술평균 조도(Ra)를 상기의 소정의 범위로 제어하기 위해서 사용된다. 골재의 구체적인 예로서는, 가교 아크릴 비즈, 가교 우레탄 비즈 등으로 대표되는 유기계 골재, 글라스 비즈 등으로 대표되는 무기계 골재 등을 들 수 있다. 골재의 평균 입자 지름은 3~50μm 정도의 것이 바람직하게 사용된다. 골재는, 피막을 형성하는 수지 재료에 대해서, 필요에 따라서 3~30질량% 정도 첨가된다.
［적분 방사율］
본 발명에 있어서, 피막(3)은, 파장이 3~30μm인 적외선 영역에서의 적분 방사율이 25℃에서 0.80 이상이다. 방사율은, 물체 표면으로부터의 적외선 방사능을 흑체 표면으로부터의 적외선 방사능으로 나눈 비례 계수이고, 특정의 온도에서의 특정 파장의 빛에 대하여 정의된다. 취득되는 수치는 0(백체) 내지 1(흑체)의 범위이고, 숫자가 클수록 적외선 방사능이 크다. 이것을 어느 범위의 파장 영역에서 적분한 것이 적분 방사율이다. 플랑크(Planck)의 방사식에 의하면, 본 발명의 실시 온도 영역인 실온 부근, 보다 구체적으로는 0~100℃의 실용 온도 영역에서 발생할 수 있는 적외선의 파장은, 파장 영역이 3~30μm인 범위에 집중해 있다. 바꿔 말하면, 이 파장 영역의 범위로부터 벗어나는 파장 영역의 적외선은 무시해도 좋다. 이와 같은 이유에 의해, 본 발명에 있어서는, 25℃에서 3~30μm의 파장 영역의 적외선으로 한정하고 있다.
피막(3)에 대해, 파장이 3~30μm에서의 적외선의 적분 방사율이 25℃에서 0.80 미만이면, 피막(3)의 표면으로부터 적외선으로서 열을 방출하는 능력이 저하되어, 제품을 냉각하는 능력이 부족하다. 따라서, 히트 싱크(1)의 방열성이 저하된다. 더욱이, 상기한 파장이 3~30μm인 적외선 영역에서의 적분 방사율은 0.85 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.90 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상한치에 대해서는 특별히 규정되는 것은 아니지만, 경제적인 관점에서 바람직하게는 0.99 이하이다. 파장이 3~30μm에서의 적외선의 적분 방사율은, 피막의 색, 막 두께, 표면 상태, 피막의 종류 등을 조합하는 것에 의해서 제어할 수 있다.
피막(3)에 대해, 파장이 3~30μm에서의 적외선의 적분 방사율은, 시판되고 있는 간이 방사율계를 사용하여 측정할 수 있는 것 외에 푸리에 변환 적외분광광도계(FTIR) 등을 이용하여 측정할 수 있다. 예를 들면, 쿄토전자공업사제 방사율계 D＆S　AERD 장치를 이용하여 측정할 수 있다.
［그 외］
피막(3)에는, 본 발명의 소망하는 효과를 발휘하는 범위에서, 소량의 착색제나, 다양한 기능을 부여하는 첨가제를 함유시킬 수 있다. 예를 들면, 성형성을 더욱 향상시키기 위해서, 예를 들어, 폴리에틸렌 왁스, 카루나우바 왁스, 미소결정질(microcrystalline) 왁스, 라놀린(lanolin), 테플론(등록상표) 왁스, 실리콘계 왁스, 그라파이트계 윤활제, 몰리브덴계 윤활제 등의 윤활제를, 1종 또는 2종 이상 함유시킬 수 있다. 또한, 전자기기 등에서 요구되는 접지 확보를 목적으로 한 도전성을 부여하기 위한 도전성 미립자로서, 예를 들어, 니켈 미립자를 위시하여 금속 미립자, 금속 산화물 미립자, 도전성 카본, 그라파이트 등을 1종 또는 2종 이상 함유시킬 수 있다. 게다가, 방오성이 요구되는 경우에는, 불소계 화합물이나 실리콘계 화합물을 함유시켜도 좋다. 그 이외에 항균제, 곰팡이방지제, 탈취제, 산화방지제, 자외선 흡수제, 방청 안료, 체질 안료 등을, 본 발명의 소망하는 효과를 발휘하는 한, 함유시킬 수 있다.
≪알루미늄 판재≫
본 발명의 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크에 사용되는 알루미늄 판재(20)는, 열 전도율이 150W/m·K 이상이고, 결정 조직이 섬유상이다. 열 전도율 및 섬유상의 결정 조직에 대해서는, 상기에 설명한 대로이다.
알루미늄 판재(20)의 결정 조직이 섬유상이면, 굽힘 가공시의 표면 거침이 작아진다. 여기에서, 애프터코트재의 경우는 거칠게 해도 판재 위로부터 도포막을 덮어 씌우도록 도장하면 되기 때문에, 이와 같은 한정은 불필요하지만, 프리코트재의 경우는, 굽힘 가공부의 소재의 표면 거침이 크면 도포막에 균열이 들어가 버리는 경우가 있다. 따라서, 알루미늄 판재(20)는, 결정 조직이 섬유상인 것이 바람직하다.
≪프리코트 알루미늄 판재≫
도 1b에 나타낸 바와 같이, 제 1 발명에 따른 프리코트 알루미늄 판재(10)는, 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크에 사용되는 것이며, 알루미늄 판재(20)와, 알루미늄 판재(20)의 표면에 형성되는 수지계 피막(3A)을 구비하고 있다. 그리고, 알루미늄 판재(20)는 열 전도율이 150W/m·K 이상이고, 알루미늄 판재(20)의 결정 조직은 섬유상이다. 수지계 피막(3A)은, 열경화성 수지와 흑색 안료 성분을 포함하고, 수지계 피막(3A)은, 파장이 3~30μm인 적외선 영역에서의 적분 방사율이 25℃에서 0.80 이상인 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 제 2 발명에 따른 프리코트 알루미늄 판재(10)는, 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크에 사용되는 것이며, 알루미늄 판재(20)와, 알루미늄 판재(20)의 표면에 형성되는 수지계 피막(3A)을 구비하고 있다. 그리고, 알루미늄 판재(20)는 열 전도율이 150W/m·K 이상이고, 수지계 피막(3A)은 열경화성 수지와 흑색 안료 성분과 골재를 포함하고, 수지계 피막(3A)의 막 두께는 5~15μm이며, 수지계 피막(3A)의 표면의 산술평균 조도(Ra)가 1~3μm이고, 수지계 피막(3A)은, 파장이 3~30μm인 적외선 영역에서의 적분 방사율이 25℃에서 0.80 이상인 것을 특징으로 하는 것이다.
제 2 발명에 따른 프리코트 알루미늄 판재(10)를 구성하는 알루미늄 판재(20)의 결정 조직은 섬유상인 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이, 알루미늄 판재(20)의 결정 조직이 섬유상이면, 성형체를 제조하기 위해서 성형 가공을 행했을 때에, 성형체의 가공부의 표면의 거침이 작아져, 프리코트된 피막에 균열을 야기하는 것을 방지할 수 있다.
알루미늄 판재(20)의 열 전도율, 섬유상의 결정 조직, 수지계 피막(3A)의 성분, 적분 방사율에 대해서는 상기에 설명한 대로이다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 범위에서 변경할 수 있다.
예를 들면, 알루미늄 판재(20)의 표면에, 하지 처리에 의해, 하지 처리 피막(도시 생략)을 마련해도 좋다.
＜하지 처리＞
알루미늄 판재(20)의 표면은, 수지계 피막(3A)과의 밀착성을 높이기 위해서, 하지 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 바람직한 하지 처리로서는, Cr, Zr 또는 Ti를 함유하는 종래 공지된 반응형 하지 처리 피막 및 도포형 하지 처리 피막을 이용할 수 있다. 즉, 인산 크로메이트 피막, 크롬산 크로메이트 피막, 인산 지르코늄 피막, 산화 지르코늄 피막, 인산 티타늄 피막, 도포형 크로메이트 피막, 도포형 지르코늄 피막 등을 적절히 사용할 수 있다. 이러한 피막에 유기 성분을 조합한 유기 무기 하이브리드형의 하지 처리 피막이라도 좋다. 더욱이, 최근 환경 대응의 흐름으로부터 6가 크롬을 꺼려하는 경향이 있어, 6가 크롬을 포함하지 않는 인산 크로메이트 피막이나, 인산 지르코늄 피막, 산화 지르코늄 피막, 인산 티타늄 피막, 도포형 지르코늄 피막 등을 사용하는 것이 바람직하다.
더욱이, 본 발명에서는 하지 처리 피막의 막 두께로서 하지 처리 피막 성분 중에 포함되는 Cr, Zr 또는 Ti의 알루미늄 판재(20)에의 부착량(금속 Cr, 금속 Zr 또는 금속 Ti 환산치)을, 예를 들면, 종래 공지된 형광 X선법을 이용하여, 비교적 간편하고 정량적으로 측정할 수 있다. 그 때문에, 생산성을 저해하는 일 없이 프리코트 알루미늄 판재(10)의 품질 관리를 행할 수 있다. 또한, 하지 처리 피막의 부착량으로서는, 금속 Cr, 금속 Zr 또는 금속 Ti 환산치로 10~50mg/m2인 것이 바람직하다. 부착량이 10mg/m2 이상이면, 알루미늄 판재(20)의 전면을 균일하게 피복할 수 있어 내식성이 향상된다. 또한, 50mg/m2 이하이면, 프리코트 알루미늄 판재(10)를 성형했을 때에, 하지 처리의 피막 자체에 균열이 생기기 어려워진다.
또한, 생산성을 고려하지 않는 경우에는, 알루미늄 판재(20)의 표면에 양극 산화 처리나 전해 에칭 처리 등의 종래 공지된 처리를 행할 수도 있다. 이러한 처리를 행하면, 알루미늄 판재(20)의 표면에 미세한 요철이 형성되기 때문에, 수지계 피막(3A)의 밀착성이 크게 향상된다.
또한, 내식성을 그만큼 요구하지 않고 간이한 방법으로 끝내고 싶은 경우에는, 알루미늄 판재(20)의 표면을 탈지 처리만 하는 수법이라도 상관없다. 탈지의 수법으로서는, 유기계 약제에 의한 탈지, 계면활성제계 약제에 의한 탈지, 알칼리계 약제로의 탈지, 산계 약제에 의한 탈지 등 종래 공지된 방법을 이용할 수 있다. 다만, 유기계 약제나 계면활성제계 약제의 경우에는, 탈지 능력이 약간 뒤떨어지기 때문에, 알칼리계 약제나 산계 약제에 의한 탈지가 생산성은 좋아진다. 알칼리계 약제의 탈지 능력은, 사용하는 알칼리의 주성분, 농도, 처리 온도에 의해서 컨트롤할 수 있지만, 탈지 능력을 강하게 한 경우에는, 많은 스머트(smut)가 발생하기 때문에, 그 후의 수세를 충분히 행하지 않으면, 오히려 수지계 피막(3A)의 밀착성이 저하되는 경우도 있다. 또한, 알루미늄 판재(20)에, 첨가 원소로서 마그네슘을 많이 포함하는 품종을 사용하는 경우에는, 알칼리계 약제로서는, 마그네슘이 표면에 남아 수지계 피막(3A)의 밀착성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, 이 경우에는, 산계 약제를 사용 또는 병용하는 것이 바람직하다.
≪프리코트 알루미늄 판재의 제조 방법≫
다음으로, 프리코트 알루미늄 판재의 제조 방법의 일례에 대해서, 적절히 도 1을 참조하여 설명한다.
프리코트 알루미늄 판재(10)의 제조 방법에 대해서는, 특별히 제한되는 것은 아니며, 베이스 수지의 원료가 되는 수지 및 경화제를 포함하는 도료를, 종래 공지된 방법으로 알루미늄판 위에 도포한 후, 가열에 의해 가교 반응시키는 것에 의해서 얻을 수 있다. 더욱이, 도료를 소부할 때의 소부온도는, 150~285℃ 정도로 하는 것이 바람직하다.
여기서 도료의 도포는 솔, 롤 코터, 커튼 플로우 코터, 롤러 커튼 코터, 정전 도장기, 블레이드 코터, 다이 코터 등 어느 수단으로 행해도 좋지만, 특히, 도포량이 균일하게 됨과 동시에 작업이 간편한 롤 코터를 사용하는 것이 바람직하다. 롤 코터로 도포하는 경우, 수지계 피막(3A)의 막 두께의 제어는, 알루미늄 판재(20)의 반송 속도, 롤의 회전 방향과 회전 속도, 롤 사이의 누름 압력(닙압력) 등을 적절히 조정하는 것에 의해서 행할 수 있다.
프리코트 알루미늄 판재(10)를 이용하여 히트 싱크(1)를 제조하는 경우에는, 프리코트 알루미늄 판재(10)를 종래 공지된 방법에 의해 굽힘 가공 등의 성형 가공을 행하고, 히트 싱크(1)의 형상으로 하면 된다.
실시예
다음으로, 본 발명에 대해서, 본 발명의 요건을 만족시키는 실시예와, 본 발명의 요건을 만족시키지 않는 비교예를 대비시켜 구체적으로 설명한다.
본 실시예에서는, 열 전도율과 판 두께 및 결정 조직이 다른 알루미늄 합금판을 절곡 가공하여 만든 모의 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크를 제작해서, 방열 성능을 확인하기 위한 「연속 점등 시험」을 실시했다.
먼저, 제 1 발명의 실시예, 비교예에 대해 설명한다.
(시험 No.1~14)
표 1에 나타내는 조성의 알루미늄 합금을, 용해, 주조하여, 주괴로 하고, 이 주괴에 면삭을 실시한 후에, 480℃에서 균질화 열 처리를 실시했다. 이 균질화된 주괴에, 열간압연, 다시 냉간압연, 어닐링 처리를 실시하고, 판 두께 1.0mm의 압연판으로 했다. 이하에 설명하는 바와 같이, 이 압연판의 표면에 도포막을 형성하여, 공시재로 했다. 구체적으로는 다음과 같다.
여기에서 No.7과 8을 제외한 섬유 조직형상의 것은, 중간 어닐링 후의 냉간 가공율을 80% 실시한 후, 240℃에서 4hr의 마무리 어닐링을 실시한 것이며, No.7과 8은 중간 어닐링을 행하지 않고 냉간 가공을 실시한 후, 360℃에서 4hr의 마무리 어닐링을 실시했다.
[표 1]
Figure 112015093496405-pct00001
먼저, 시판되고 있는 10W의 LED 조명 유닛을 구입하여 해체하고, 다이캐스트제 히트 싱크를 끄집어내고, 벤치마크용 히트 싱크로 했다. 다음으로, 이 벤치마크용 히트 싱크의 형상을 모의하여, 알루미늄 합금판으로부터 제작한 실시예 및 비교예가 되는 히트 싱크를 제작했다. 형상을 모의함에 있어 특히 주의한 것은 LED 소자 장착부와, LED 조명 유닛에 재조립시 필요한 접합부의 형상만은 충실하게 재현하는 것이다. 그 이유는, 해체하기 전의 조명 유닛에 짜넣을 수 없는 형상에서는 실용성이 부족하기 때문이다. 또한, 생산성을 고려하여, 한 장의 판으로부터 제작할 수 있는 형상으로 했다.
실시예 및 비교예가 되는 히트 싱크는, 이하와 같이 만들었다. 먼저, 각종 판 두께, 열 전도율 및 결정 조직을 갖는 알루미늄 합금으로 이루어진 압연판의 표면을, 약알칼리 탈지 후에 인산 크로메이트 처리를 실시했다. 다음으로, 먼저 한쪽 면에, 가열 후에 실시 예의 표에 기재된 성분이 되는 도료를, 목표 두께가 되도록 바 코터로 도포했다. 그 후, 가교 반응이 촉진하지 않는 정도의 100℃에서 60초간 가건조를 행했다. 다음으로, 반대면에 최초의 면과 동일 성분의 도료를 동일한 바 코터로 도포했다. 그 후, 소부온도를 소재 도달 온도 230℃, 노중 보지 시간 60초로 가열하는 것에 의해서, 프리코트 알루미늄판을 제작했다. 그리고, 이 프리코트 알루미늄판은 크기 30cm×30cm로 하고, 이것을 절곡 가공하여, 상기 다이캐스트제의 히트 싱크와 거의 동일한 형상이 되도록 한 것을 시험재의 히트 싱크로서 사용했다(시험 No.1~14). LED 소자의 기판과 히트 싱크의 장착시에는, M3의 볼트, 너트를 이용하여 결합했다. 또한, LED 소자의 기판과 히트 싱크의 접합면에는, 접촉 정도를 높이기 위해서, 시판의 실리콘 그리스를 도포했다.
［열 전도율］
알루미늄 판재의 열 전도율은 레이저 플래시법에 의해 측정했다.
［결정 조직］
알루미늄 판재의 결정 조직(섬유상, 등축)은 이하와 같이 판정했다.
여기에서, 등축 조직이란, 장축과 단축의 애스펙트 비가 3배 이내와 같은 조직의 것을 나타내고 있다. 5%의 테트라 플루오로 붕산액 중에서 전해 에칭을 행한 후, 편광 현미경 관찰에 의해 얻어진 결정 조직 화상으로부터 판정했다. 관찰면은 판의 표면이다.
［산술평균 조도(Ra)］
표면의 산술평균 조도(Ra)의 측정은, 표면 조도 측정기(고사카 연구소 사제 서프코더 SE－30D)를 사용하여 행했다. 탐침을 공시재에 대하여, 압연 방향에 직교하는 방향으로 주사하고, JIS B0601에 기재된 산술평균 조도(Ra)를 측정하는 것에 의해 행했다.
［피막의 막 두께］
피막의 막 두께는 와전류 막후계 이소스코프(ISOSCOPE：등록상표)를 사용하여 측정했다.
［적분 방사율］
파장이 3~30μm인 적외선 영역에서의 적분 방사율의 방사율은, 쿄토전자공업사제 방사율계 D＆S　AERD 장치를 사용하여 25℃의 온도 조건하에서 측정했다. 더욱이, 이 간이 방사율계의 측정 파장 영역은 3~30μm로 되어 있기 때문에, 표시되는 수치가 본 발명에서 정의하고 있는 적분 방사율이 된다.
파장이 3~30μm인 적외선 영역에서의 적분 방사율이 25℃의 온도에 있어서 0.80 이상인 것을 양호, 0.80 미만인 것을 불량으로 판정했다.
［방열성：연속 점등 시험］
차량 탑재 LED 조명은 전세계의 다양한 환경에서의 사용이 상정되지만, 실제로 조명이 사용되는 것은 야간으로 한정된다. 이와 같은 조건에서는 열대 지방에서의 야간이 가장 과혹한 방열성이 요구된다고 생각된다. 따라서 이와 같은 환경을 상정하여, 35℃ 환경하에서 연속 점등 시험을 행했다.
벤치마크, 실시예 및 비교예의 각 히트 싱크에, 10W의 LED 소자를 장착하여 발광시켜, 온도가 정상 상태에 도달했을 때의 LED 소자 바로 아래의 히트 싱크 온도를 측정했다. 이 때 벤치마크와 같거나 이하의 온도인 경우를 방열성이 양호(○), 벤치마크보다 고온에 도달한 경우를 방열성이 불량(×)으로 판정했다.
［외관］
가공부의 외관은 육안으로 판정했다. 외관이 평활하고 양호한 것을 ○, 외관이 요철이 많아 불량인 것을 ×로 했다.
［경량화］
이번에는, 벤치마크가 되는 다이캐스트 히트 싱크를 판화하는 즈음해, 성능과는 별도로 경량화 목표를 벤치마크의 50%로 했다. 따라서 시험 제작한 실시예 또는 비교예의 히트 싱크의 중량이 벤치마크의 50% 이하의 경우는 경량이고(○), 50%를 초과하는 경우에는 특히 경량이라는 것은 아니지만 사용할 때는 문제 없다(△)로 했다.
평가 결과를 표 2에 나타낸다. 더욱이, 표 2중에서의 하선부는, 제 1 발명의 요건 또는 효과를 가지고 있지 않다는 것을 보여준다.
[표 2]
Figure 112015093496405-pct00002
표 2에 나타낸 바와 같이, 시험 No.2, 3, 5, 6, 9~14는, 제 1 발명의 구성을 만족하기 위한, 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 한편, 시험 No.1, 4, 7, 8은, 제 1 발명의 구성을 만족시키지 않기 때문에, 이하의 결과가 되었다.
시험 No.1은, 열 전도율이 하한치 미만이기 때문에 방열성이 뒤떨어졌다.
시험 No.4는, 열 전도율이 하한치 미만이기 때문에 방열성이 뒤떨어졌다.
시험 No.7은, 결정 조직이 등축이기 때문에, 가공부의 외관 및 표면 조도에 뒤떨어지고, 방열성에도 뒤떨어지는 것이었다.
시험 No.8은, 결정 조직이 등축이기 때문에, 가공부의 외관 및 표면 조도에 있어서 뒤떨어지는 것이었다.
다음으로, 제 2 발명의 실시예, 비교예에 대해 설명한다. 많은 내용은, 상기한 제 1 발명의 실시예, 비교예의 설명과 공통된다. 그 때문에, 제 1 발명의 실시예, 비교예와 다른 부분에 대해서만 이하에 설명한다.
(시험 No.15~39)
표 1에 나타내는 조성의 알루미늄 합금을, 용해, 주조하여, 주괴로 하고, 이 주괴에 면삭을 실시한 후에, 480℃에서 균질화 열 처리를 실시했다. 이 균질화된 주괴에, 열간압연, 다시 냉간압연, 어닐링 처리를 실시하고, 판 두께 1.0mm의 압연판으로 했다. 냉간압연에서의 압연율은 75%, 어닐링 처리는 240℃, 4시간으로 했다. 단, 표 3에 나타내는 No.39의 실시예만은, 어닐링 처리를 360℃, 4시간으로 했다. 이 압연판의 표면에 도포막을 형성하고, 공시재로 했다. 그 후의 조작이나 평가 수법은, 제 1 발명의 경우와 같다.
제 2 발명에서의, 표면 조도의 조정은, 입경이 다른 골재를 첨가량을 조정하면서 첨가하는 방법으로 실시했다. 골재에 대해서는 가교 아크릴 비즈를 사용했지만, 다른 수지나 무기질의 것이라도 좋다. 또한, 실시예 및 비교예 가운데, 양극 산화 처리한 것에 대해서는 아무것도 표면 처리하고 있지 않는 알루미늄판을 먼저 연마 혹은 쇼트 블라스트로 표면 조도 조정한 후, 소정의 형상으로 절곡 가공한 후, 황산 양극 산화 처리를 실시했다. 황산은 15%, 전압과 전류 밀도, 통전 시간은 소정의 피막 두께를 얻을 수 있는 조건에 적절하게 설정했다. 특히 흑색 양극 산화에 대해서는 흑색 염료로 염색한 후, 봉공(封孔) 처리를 행하고 있다.
제 2 발명에서의 방열성：연속 점등 시험에 있어서, 평가 방법은 이하와 같이 행했다.
벤치마크, 실시예 및 비교예의 각 히트 싱크에, 10W의 LED 소자를 장착하여 발광시켜, 온도가 정상 상태에 도달했을 때의 LED 소자 바로 아래의 히트 싱크 온도를 측정했다. 이 때 벤치마크와 같거나 이하의 온도인 경우를 방열성이 양호로 하고, 벤치마크보다 고온에 도달한 경우를 방열성이 불량(×)으로 판정했다. 방열성이 양호한 것들 중, 벤치마크의 온도보다 1℃ 이상 저하한 것을 ○로 하고, 벤치마크의 온도보다 1℃ 미만으로 저하한 것을 △로 했다. 그리고 제 2 발명에서는 방열성이 ○인 것을 실시예, △ 또는 ×인 것은 비교예에 상당한다고 인정했다.
또한, 제 2 발명에서의 외관의 평가에 있어서, 평가 방법은 다음과 같다.
절곡 가공한 가공부의 외관에 대해 평가했다. 가공부의 외관은 육안으로 판정했다. 외관이 평활하고 양호한 것을 ○, 외관이 요철이 많은 것을 △로 했다.
제 2 발명의 실시예, 비교예의 내용과 그 평가 결과를 표 3에 나타냈다. 더욱이, 표 3중에서의 하선부는, 제 2 발명의 요건 또는 효과를 가지고 있지 않다는 것을 보여준다.
[표 3]
Figure 112015093496405-pct00003
표 3에 나타낸 바와 같이, 시험 No.16, 17, 19, 20, 24, 28, 30~34, 39는, 제 2 발명의 구성을 만족시키는 것이며, 방열성에 있어서 양호한 성능을 나타내는 것이었다. 단, 시험 No.39는, 판재의 결정 조직이 등축형상이고, 가공부의 외관에 있어서, 섬유상의 결정 조직의 판재에 비해, 약간 뒤떨어져 있었다. 한편, 시험 No.15, 18, 21~23, 25~27, 29, 35~38은, 제 2 발명의 구성을 만족시키지 않는 것이며, 이하와 같은 결과가 되었다.
시험 No.15는, 열 전도율이 하한치 미만이기 때문에, 방열성이 뒤떨어져 있었다.
시험 No.18은, 열 전도율이 하한치 미만이기 때문에, 방열성이 뒤떨어져 있었다.
시험 No.21과 23은, 피막이 백색이기 때문에, 피막의 적외선 영역에서의 적분 방사율이 0.80 미만이 되고, 방열성이 뒤떨어지는 것이었다.
시험 No.22와 35는, 피막의 막 두께가 15μm를 초과하는 것이며, 방열성이 약간 뒤떨어지는 것이었다.
시험 No.25는, 피막의 표면의 산술평균 조도가 0.5μm미만의 것이고, 방열성이 약간 뒤떨어지는 것이었다.
시험 No.26은, 피막의 표면의 산술평균 조도가 3μm를 초과하는 것이며, 방열성이 약간 뒤떨어지는 것이었다.
시험 No.27은, 피막의 적외선 영역에서의 적분 방사율이 0.80 미만의 것이고, 방열성이 뒤떨어지는 것이었다.
시험 No.29는, 시험 No.26과 마찬가지로, 피막의 표면의 산술평균 조도가 3μm를 초과하는 것이며, 방열성이 약간 뒤떨어지는 것이었다.
시험 No.36은, 피막의 막 두께가 15μm를 훨씬 초과하는 것이며, 방열성이 뒤떨어지는 것이었다.
시험 No.37은, 피막이 무색이기 때문에, 피막의 적외선 영역에서의 적분 방사율이 0.80 미만이 되고, 방열성이 뒤떨어지는 것이었다.
시험 No.38은, 피막이 백색이기 때문에, 피막의 적외선 영역에서의 적분 방사율이 0.80 미만이 되고, 또 피막이 폴리에스테르 수지 단독으로 이루어진 것이며, 피막의 내열성이 뒤떨어지고, 방열성의 시험 중에 피막은 용융해 버렸다.
더욱이, 특허문헌 1~4에 기재된 LED 히트 싱크는 모두 핀을 갖는 형상이 필수 또는 장려되는 발명이며, 이러한 형상을 알루미늄으로 실현시키려면, 다이캐스트법으로 행할 수 밖에 없고, 본 발명에서의 벤치마크 히트 싱크에 상당한다. 다이캐스트법에서 사용되는 주물용 합금은 기본적으로 열 전도율이 낮고, 경량화도 곤란하기 때문에, 본 발명을 만족하지 않는다. 또한, 어떤 히트 싱크에도 본 발명의 특징인 표면에 대해서는 기재되어 있지 않다. 본 실시예에서 나타낸 바와 같이, 이 종래의 알루미늄 판재는, 상기의 평가에 있어서 일정한 수준을 만족시키지 않는 것이다. 따라서, 본 실시예에 의해서, 본 발명에 따른 알루미늄 판재가 종래의 알루미늄 판재와 비교하여, 우수한 것이 객관적으로 분명해졌다.
이상, 본 발명에 대하여 실시의 형태 및 실시예를 게시하여 상세하게 설명했지만, 본 발명의 취지는 상기한 내용에 한정되는 일 없이, 그 권리 범위는 청구 범위의 기재에 근거하여 해석해야 한다. 더욱이, 본 발명의 내용은, 상기한 기재에 근거하여 개변·변경 등을 할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
본 출원은, 2013년 3월 29일 출원의 일본 특허 출원(특원 2013－073265), 2013년 3월 29 일 출원의 일본 특허 출원(특원 2013－073267)에 근거하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.
본 발명은 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크에 유용하다.
1 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크
2 히트 싱크 성형체
3 피막
3A 수지계 피막
4 LED 소자
10 프리코트 알루미늄 판재
20 알루미늄 판재
100 차량 탑재 LED 조명

Claims (10)

  1. 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크에 사용되고, 알루미늄 판재와 수지계 피막을 갖는 프리코트 알루미늄 판재에 있어서,
    상기 알루미늄 판재는 열 전도율이 150W/m·K 이상이고,
    상기 알루미늄 판재의 결정 조직은, 섬유상이고,
    상기 수지계 피막은 열경화성 수지와 흑색 안료 성분을 포함하고,
    상기 수지계 피막은, 파장이 3~30μm인 적외선 영역에서의 적분 방사율이 25℃에서 0.80 이상인 것을 특징으로 하는
    프리코트 알루미늄 판재.
  2. 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크에 사용되고, 알루미늄 판재와 수지계 피막을 갖는 프리코트 알루미늄 판재에 있어서,
    상기 알루미늄 판재는 열 전도율이 150W/m·K 이상이고,
    상기 수지계 피막은 열경화성 수지와 흑색 안료 성분과 골재를 포함하고,
    상기 수지계 피막의 막 두께는 5~15μm이고,
    상기 수지계 피막의 표면의 산술평균 조도(Ra)가 1~3μm이고,
    상기 수지계 피막은, 파장이 3~30μm인 적외선 영역에서의 적분 방사율이 25℃에서 0.80 이상인 것을 특징으로 하는
    프리코트 알루미늄 판재.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 알루미늄 판재의 결정 조직은 섬유상인 것을 특징으로 하는
    프리코트 알루미늄 판재.
  4. 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크에 사용되는 알루미늄 판재에 있어서,
    열 전도율은 150W/m·K 이상이고,
    결정 조직은 섬유상인 것을 특징으로 하는
    알루미늄 판재.
  5. 알루미늄 전신재가 성형되어 이루어진 성형체로 구성되는 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크에 있어서,
    상기 알루미늄 전신재의 열 전도율은 150W/m·K 이상이고,
    상기 알루미늄 전신재의 결정 조직은 섬유상이고,
    상기 성형체의 가공부의 표면의 산술평균 조도(Ra)가 1.5μm 이하인 것을 특징으로 하는
    차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 성형체의 표면은 흑색의 피막을 구비하고 있으며,
    상기 피막은, 파장이 3~30μm인 적외선 영역에서의 적분 방사율이 25℃에서 0.80 이상인 것을 특징으로 하는
    차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 피막은, 열경화성 수지와 흑색 안료 성분을 포함하는 수지계 피막인 것을 특징으로 하는
    차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크.
  9. 알루미늄 전신재가 성형되어 이루어진 히트 싱크 성형체와, 상기 히트 싱크 성형체의 표면에 형성된 흑색의 피막을 구비하는 차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크에 있어서,
    상기 알루미늄 전신재의 열 전도율은 150W/m·K 이상이고,
    상기 피막의 막 두께는 5~15μm이고,
    상기 피막의 표면의 산술평균 조도(Ra)가 0.5~3μm이고,
    상기 피막은, 파장이 3~30μm인 적외선 영역에서의 적분 방사율이 25℃에서 0.80 이상인 것을 특징으로 하는
    차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 피막은, 열경화성 수지와 흑색 안료 성분과 골재를 포함하는 수지계 피막이고,
    상기 피막의 표면의 산술평균 조도(Ra)가 1~3μm인 것을 특징으로 하는
    차량 탑재 LED 조명용 히트 싱크.
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