WO2014157587A1 - プレコートアルミニウム板材、アルミニウム板材および車載led照明用ヒートシンク - Google Patents

プレコートアルミニウム板材、アルミニウム板材および車載led照明用ヒートシンク Download PDF

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WO2014157587A1
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WO
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heat sink
film
aluminum plate
resin
aluminum
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PCT/JP2014/059041
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伸郎 服部
小西 晴之
小林 一徳
大輔 金田
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株式会社神戸製鋼所
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Publication date
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    • F21V29/85Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems characterised by the material
    • F21V29/89Metals
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21SNON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
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    • F21Y2115/00Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a pre-coated aluminum plate material for an in-vehicle LED illumination heat sink for mounting a light emitting diode (LED) element, an aluminum plate material, and an in-vehicle LED illumination heat sink.
  • LED light emitting diode
  • LED light emitting diode
  • the LED element that is a light emission source of this LED illumination is very vulnerable to heat, and there is a problem that when the temperature exceeds the allowable temperature, the light emission efficiency is lowered and the life of the LED element is also affected.
  • the LED lighting is provided with a large heat sink.
  • Patent Documents 1 to 4 describe heat sinks having typical configurations among these heat sinks. Is disclosed.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-172932 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-193960 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-277535 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-278350
  • the heat sink for in-vehicle LED lighting is moving to a molded body formed by molding an aluminum plate material instead of the conventional aluminum die cast in order to improve productivity and reduce costs.
  • This invention was made in order to solve the said subject, and makes it a subject to provide the precoat aluminum plate material excellent in heat dissipation, and the heat sink for vehicle-mounted LED illumination. It is another object of the present invention to provide a precoated aluminum plate material, an aluminum plate material, and a heat sink for in-vehicle LED illumination that are excellent in the smoothness of the surface of the processed part.
  • the thermal conductivity of the aluminum plate is set to a certain level or more, and a black film is formed on the surface of the molded body made of the aluminum plate. It is important to increase the emissivity by forming it, to reduce the thermal resistance as a film by making the film relatively thin, and to increase the emissivity by appropriately controlling the surface roughness of the film, etc. Obtaining knowledge, the present invention has been achieved.
  • the present invention has the following configuration.
  • the pre-coated aluminum plate material according to the first invention is used for a heat sink for in-vehicle LED lighting, and has an aluminum plate material and a resin film, and the aluminum plate material has a thermal conductivity of 150 W / m ⁇ K or more,
  • the crystal structure of the aluminum plate is fiber-like, and the resin-based film contains a thermosetting resin and a black pigment component, and the integrated emissivity in the infrared region having a wavelength of 3 to 30 ⁇ m is 0. 80 or more.
  • the color tone of the heat sink becomes black, the durability of the resin film is improved, and a molded body with less surface roughness can be produced, and the coating film is cracked during bending of the precoated aluminum sheet. Hard to occur. Moreover, the more excellent heat dissipation of an aluminum plate material is ensured.
  • the pre-coated aluminum sheet according to the second invention is used for a heat sink for in-vehicle LED lighting, and has an aluminum sheet and a resin-based film, and the aluminum sheet has a thermal conductivity of 150 W / m ⁇ K or more,
  • the resin-based film includes a thermosetting resin, a black pigment component, and an aggregate.
  • the film thickness of the resin-based film is 5 to 15 ⁇ m, and the arithmetic average roughness Ra of the surface of the resin-based film is 1 to 3 ⁇ m, and the resin-based film is characterized in that an integrated emissivity in an infrared region having a wavelength of 3 to 30 ⁇ m is 0.80 or more at 25 ° C.
  • the pre-coated aluminum sheet is excellent in the thermal conductivity of the aluminum sheet and the film is relatively thin.
  • the pre-coated aluminum sheet is excellent in radiation as a film and has excellent heat dissipation when used as a heat sink. Will be.
  • the crystal structure of the aluminum sheet is preferably fiber-like. According to such a configuration, a molded body with less surface roughness can be produced when the molding process is performed.
  • the aluminum plate material according to the second invention is used for a heat sink for in-vehicle LED illumination, has a thermal conductivity of 150 W / m ⁇ K or more, and a crystalline structure is in a fiber form. According to such a configuration, when the molding process is performed, a molded body with less surface roughness can be manufactured, and excellent heat dissipation of the aluminum plate material is ensured.
  • a heat sink for in-vehicle LED illumination according to a first aspect of the invention is a heat sink for in-vehicle LED illumination composed of a molded body in which an aluminum wrought material is molded.
  • the heat conductivity is 150 W / m ⁇ K or more, and the arithmetic average roughness Ra of the surface of the processed part of the molded body is 1.5 ⁇ m or less.
  • the heat sink is excellent in the smoothness of the surface of the processed part, and since the thermal conductivity of the aluminum wrought material is 150 W / m ⁇ K or more, excellent heat dissipation is achieved. Secured.
  • the crystal structure of the aluminum extending material which comprises the heat sink for vehicle-mounted LED illumination which concerns on 1st invention is a fiber form. According to such a configuration, a molded body with less surface roughness can be produced when the molding process is performed.
  • the surface of the molded body of the heat sink for in-vehicle LED lighting according to the first invention is provided with a black film, and the film has an integrated emissivity of 0.5 at 25 ° C. in the infrared region having a wavelength of 3 to 30 ⁇ m. It is preferable that it is 80 or more. According to such a configuration, the color tone of the heat sink becomes black, and the heat dissipation as the heat sink becomes more excellent.
  • the film on the surface of the molded body of the heat sink for in-vehicle LED lighting according to the first invention is preferably a resin film containing a thermosetting resin and a black pigment component. According to such a configuration, the durability of the resin film is improved.
  • a heat sink for in-vehicle LED illumination according to a second invention is a heat sink for in-vehicle LED illumination comprising: a heat sink molded body formed by molding an aluminum wrought material; and a black film formed on a surface of the heat sink molded body.
  • the aluminum wrought material has a thermal conductivity of 150 W / m ⁇ K or more, the film thickness is 5 to 15 ⁇ m, and the arithmetic average roughness Ra of the film surface is 0.00. 5 to 3 ⁇ m, and the coating film is characterized in that an integral emissivity in an infrared region having a wavelength of 3 to 30 ⁇ m is 0.80 or more at 25 ° C.
  • the heat sink is excellent in the thermal conductivity of the aluminum wrought material and the film is relatively thin.
  • the heat radiation as the film is excellent, and excellent heat dissipation is ensured as the heat sink.
  • the heat sink film according to the second invention is a resin-based film containing a thermosetting resin, a black pigment component, and an aggregate, and the arithmetic average roughness Ra of the surface of the film is 1 to 3 ⁇ m. It is preferable. According to such a configuration, the durability of the resin film is improved, and the radioactivity as the film is further improved.
  • the aluminum plate material and pre-coated aluminum plate material of the present invention are excellent in molding processability, and it is possible to obtain a heat sink for in-vehicle LED lighting with a smooth surface of the processed part and excellent heat dissipation.
  • the precoat aluminum plate material of 2nd invention can obtain the heat sink for vehicle-mounted LED illumination excellent in heat dissipation.
  • the heat sink for vehicle-mounted LED illumination of 1st invention is excellent in the smoothness of the surface of a process part, and is excellent in heat dissipation.
  • the heat sink for vehicle-mounted LED illumination of 2nd invention is excellent in heat dissipation.
  • the heat sink 1 which concerns on this invention is used for the vehicle-mounted LED lighting 100, and is comprised from the heat sink molded object 2 formed by shape
  • Some embodiments of the invention include a coating 3 formed on the surface of the heat sink molded body 2.
  • the heat sink 1 is used to dissipate heat generated from the LED element 4. Each configuration will be described below.
  • the heat sink molded body 2 is made of aluminum formed by molding an aluminum wrought material.
  • the term “aluminum wrought material” is intended to differentiate it from the current aluminum die cast, extruded material, resin, iron and other metals by limiting to wrought material.
  • aluminum wrought materials an aluminum plate material excellent in productivity, precoat processability and the like is preferable.
  • the aluminum plate material will be described.
  • the aluminum plate material used in the heat sink 1 for vehicle-mounted LED lighting of the present invention is made of aluminum or an aluminum alloy, and the aluminum plate material (aluminum plate material or aluminum alloy plate material) used in the present invention is not particularly limited. And can be selected based on the product shape, molding method, strength required at the time of use, and the like.
  • the aluminum plate material for press forming a non-heat treatment type aluminum plate, that is, a 1000 series industrial pure aluminum plate, a 3000 series Al—Mn alloy plate, a 5000 series Al—Mg alloy.
  • Some 6000 series Al—Mg—Si based alloy plates, which are plates or heat treated aluminum plates, are used.
  • the heat sink molded body 2 has a thermal conductivity of 150 W / m ⁇ K or more as will be described later, the aluminum plate material is almost limited to 1000 series, some 3000 series, and some 6000 series.
  • the aluminum plate material used in the heat sink 1 for in-vehicle LED lighting of the present invention is preferably 1000 series, and the particularly preferred composition is as follows.
  • (Preferable range of Si content: 0.03 to 1.00% by mass) Si has the effect of being dissolved in the matrix and increasing the strength of the aluminum alloy plate, and the effect is improved as the Si content is increased. If the Si content is 0.03% by mass or more, the effect is more sufficient, and if it is 1.00% by mass or less, the thermal conductivity is improved and the performance as a heat sink material is improved.
  • Fe has the effect of increasing the strength of the aluminum alloy plate by dissolving in the matrix, and the effect is improved as the Fe content increases. If the Fe content is 0.10% by mass or more, the effect is more sufficient, and if it is 0.80% by mass or less, the thermal conductivity is improved and the performance as a heat sink material is improved.
  • Cu has the effect of increasing the strength of the aluminum alloy plate by dissolving in the matrix, and the effect is improved as the Cu content is increased. If Cu content is 0.30 mass% or less, thermal conductivity will improve and the performance as a heat sink material will improve.
  • Mn has the effect of increasing the strength of the aluminum alloy plate by dissolving in the matrix, and the effect is improved as the Mn content increases. If Mn content is 0.20 mass% or less, thermal conductivity will improve and the performance as a heat sink material will improve.
  • Mg has the effect of increasing the strength of the aluminum alloy plate by dissolving in the matrix, and the effect is improved as the Mg content increases. If Mg content is 0.20 mass% or less, thermal conductivity will improve and the performance as a heat sink material will improve.
  • Cr has the effect of increasing the strength of the aluminum alloy plate by dissolving in the matrix, and the effect is improved as the Cr content increases. If Cr content is 0.10 mass% or less, thermal conductivity will improve and the performance as a heat sink material will improve.
  • Zn has the effect of increasing the strength of the aluminum alloy plate by dissolving in the matrix, and the effect is improved as the Zn content increases. If Zn content is 0.20 mass% or less, thermal conductivity will improve and the performance as a heat sink material will improve.
  • Ti has the effect of refining and homogenizing (stabilizing) the aluminum alloy cast structure, and has the effect of preventing casting cracks during ingot formation of the slab for rolling. If the Ti content exceeds 0.10% by mass, the effect is saturated. Moreover, if it is 0.10 mass% or less, thermal conductivity will improve. Therefore, it is unnecessary to contain an amount exceeding 0.10% by mass.
  • the thermal conductivity of the aluminum plate material constituting the heat sink molded body 2 needs to be 150 W / m ⁇ K or more. Preferably, it is 200 W / m ⁇ K or more.
  • the upper limit value is not particularly specified, but is preferably 240 W / m ⁇ K or less from an economical viewpoint.
  • Examples of the aluminum alloy having such characteristics include alloys having a specific product number and composition as described above.
  • the thermal conductivity can be measured by, for example, a laser flash method.
  • the aluminum plate material used for the heat sink molded body 2 may be untreated, a precoat material, or an aftercoat material. Further, anodizing treatment may be performed on the molded body 2 after processing, but a precoat material is preferable from an economical viewpoint.
  • the heat sink molded body 2 is manufactured by molding an aluminum plate material.
  • a method of forming an aluminum plate material there are a bending process, a press process, a drawing process, an ironing process, and the like.
  • the main processing method is a bending process.
  • the arithmetic average roughness Ra of the rough surface was required to be 1.5 ⁇ m or less.
  • the arithmetic average roughness Ra is preferably 1.0 ⁇ m or less, more preferably 0.8 ⁇ m or less, and still more preferably 0.7 ⁇ m or less.
  • the lower limit value of the arithmetic average roughness Ra of the surface of the processed portion may be 0.3 ⁇ m or more in practical use.
  • the arithmetic average roughness Ra is measured using a commercially available surface roughness measuring instrument.
  • a surf coder can be used.
  • a test piece is cut out from the processed part of the molded body, and the surface roughness measuring instrument is measured as the arithmetic average roughness (Ra) described in JIS B0601 by scanning the probe in the direction perpendicular to the rolling direction with respect to the test piece.
  • the aluminum plate material preferably has a fiber structure in crystal structure.
  • “Fibrous” refers to a state having an elongated structure in which the aspect ratio between the major axis direction and the minor axis direction of the crystal structure is 10 times or more. It is preferable if the crystal structure of the aluminum plate material is fiber-like because the surface of the processed part of the molded body becomes smooth and the arithmetic average roughness of the surface of the processed part becomes small. Among the fiber-like structures, those in which the length in the minor axis direction of the crystal structure is 5 to 50 ⁇ m are preferable because the roughened surface of the processed part becomes smaller.
  • An aluminum plate material having a coarse granular crystal structure is generally not preferable because the arithmetic average roughness of the surface of the processed portion becomes large. Discrimination of the crystal structure of the aluminum plate can be performed with a microscope. When discriminating the crystal structure with a microscope, a cross section of aluminum parallel to the direction in which the aluminum is extended by rolling (rolling direction) is observed.
  • the annealing conditions for realizing a fiber-like structure and providing good bending workability are preferably 130 to 280 ° C. and 1 to 10 hours.
  • the annealing temperature is less than 130 ° C.
  • the characteristics vary in the annealed aluminum coil.
  • the annealing temperature exceeds 280 ° C.
  • recovery / recrystallization proceeds, yield strength decreases, and crystal grains become coarse.
  • the annealing time is less than 1 hour, the characteristics in the aluminum coil vary as in the case where the temperature is low. On the other hand, if it exceeds 10 hours, factory productivity will fall.
  • the aluminum plate material constituting the heat sink molded body 2 of the present invention has a film 3 formed on the surface thereof.
  • the surface means at least one surface of the surface of the heat sink molded body 2 and includes a so-called front surface and back surface.
  • coat 3 There exist resin-type membrane
  • the film 3 is preferably a thermosetting resin.
  • the thermosetting resin includes, for example, two or more kinds selected from a polyester resin, an epoxy resin, a phenol resin, a melamine resin, a urea resin, and an acrylic resin, and both resins have a hydroxyl group, a carboxyl group, a glycidyl group, an amino group, It can be obtained by a combination in which isocyanate groups and the like are chemically bonded to each other. When two or more kinds of such combinations of resins are included, one resin and the other resin undergo thermosetting reaction as a main agent and a curing agent, and thus become a thermosetting resin.
  • thermosetting reaction When the thermosetting reaction does not proceed sufficiently by the combination, it may be combined with a curing agent such as an isocyanate compound.
  • a curing agent such as an isocyanate compound.
  • these resins are included alone (for example, when a polyester resin is used alone), the coating 3 may be melted when the heat sink 1 is used. In this case, since the adhesive force between the heat sink 1 and the LED element 4 is reduced, the durability of the heat sink 1 may be reduced.
  • a curing agent such as an isocyanate compound.
  • film combinations that combine two or more types of resin components, for example, amino-cured polyester resins, isocyanate-cured polyester resins, melamine-cured polyester resins, phenol-cured epoxy resins, urea (urea) -cured epoxy resins, etc. Is more preferable because heat resistance and adhesion are improved.
  • modified resins such as acrylic-modified epoxy resins and urethane-modified polyester resins can also be suitably used.
  • the coating 3 is preferably black. This is because if the color tone of the film 3 is black, the heat dissipation becomes higher and the heat dissipation as the heat sink 1 is further improved.
  • the film 3 is a resin film and contains a black pigment component.
  • the black pigment component include carbon-based materials such as carbon black and graphite, and metal oxide-based materials such as copper, manganese, and iron.
  • the black pigment component is preferably added in an amount of 3 to 50% by mass with respect to the resin material forming the film.
  • black anodization is preferable.
  • the film 3 preferably has a thickness of 15 to 200 ⁇ m.
  • the film thickness is less than 15 ⁇ m, the cushioning property of the film 3 is lowered.
  • the film thickness exceeds 200 ⁇ m, the heat resistance of the heat sink 1 decreases because the thermal resistance of the coating film becomes too large.
  • the film thickness is in the range of 50 to 200 ⁇ m, the effect of improving the cushioning property and the integral emissivity is saturated. Therefore, the film thickness is preferably 15 to 50 ⁇ m from the economical viewpoint.
  • the film thickness of the film 3 can be measured by, for example, an eddy current film thickness meter isoscope (ISOSCOPE: registered trademark).
  • the thickness of the coating 3 is preferably relatively small.
  • the film thickness of the film 3 is less than 5 ⁇ m, good emissivity cannot be secured.
  • the film thickness of the film 3 is 5 to 15 ⁇ m.
  • the film thickness of the film 3 is more preferably 7 to 12 ⁇ m.
  • the thermal resistance is lowered as much as possible while maintaining the emissivity by setting the film thickness of the coating 3 to be thin as described above.
  • the emissivity generally decreases. Therefore, in order to compensate for the decrease in emissivity, the surface roughness of the coating 3 is set to be large as will be described later.
  • the surface of the film 3 is rough to some extent, the surface area is increased and the emissivity can be increased.
  • the arithmetic average roughness Ra of the surface of the coating 3 is set to 1 to 3 ⁇ m.
  • the arithmetic average roughness Ra of the surface of the film 3 is more preferably 1 to 3 ⁇ m, and further preferably 1 to 2 ⁇ m.
  • the method of adjusting the arithmetic average roughness Ra of the surface of the film 3 may include changing the method and degree of surface polishing of the aluminum sheet material before forming the film, or shot blasting.
  • the method of adding aggregate to the coating is preferable.
  • the arithmetic average roughness (Ra) is measured using a commercially available surface roughness measuring instrument. For example, a surf coder or the like can be used.
  • the probe of the surface roughness measuring instrument is scanned in a direction perpendicular to the rolling direction with respect to the test piece, and measured as arithmetic average roughness (Ra) described in JIS B0601.
  • the coating 3 is preferably a thermosetting resin.
  • the thermosetting resin include two or more types selected from polyester resins, epoxy resins, phenol resins, melamine resins, urea resins, and acrylic resins, and the hydroxyl groups, carboxyl groups, glycidyl groups, and amino groups that both resins have. , And a combination in which isocyanate groups and the like are chemically bonded to each other.
  • one resin and the other resin undergo thermosetting reaction as a main agent and a curing agent, and thus become a thermosetting resin.
  • the thermosetting reaction does not proceed sufficiently by the combination, it may be combined with a curing agent such as an isocyanate compound.
  • the film 3 may melt when the heat sink 1 is used.
  • the adhesive force between the heat sink 1 and the LED element 4 is reduced, the durability of the heat sink 1 may be reduced.
  • the resin can be made into a thermosetting resin having sufficient heat resistance and adhesion by separately combining with a curing agent such as an isocyanate compound.
  • film combinations that combine two or more types of resin components, for example, amino-cured polyester resins, isocyanate-cured polyester resins, melamine-cured polyester resins, phenol-cured epoxy resins, urea (urea) -cured epoxy resins, etc. Is more preferable because heat resistance and adhesion are improved.
  • modified resins such as acrylic-modified epoxy resins and urethane-modified polyester resins can also be suitably used.
  • the black pigment component is used to increase the emissivity by making the resin film black as described above.
  • Specific examples of the black pigment component include carbon-based materials such as carbon black and graphite, and metal oxide-based materials such as copper, manganese, and iron.
  • the black pigment component is added in an amount of about 3 to 50% by mass with respect to the resin material forming the film.
  • the aggregate is used to control the arithmetic average roughness Ra of the surface of the coating 3 within the predetermined range.
  • Specific examples of the aggregate include organic aggregates typified by crosslinked acrylic beads and crosslinked urethane beads, inorganic aggregates typified by glass beads, and the like.
  • the average particle diameter of the aggregate is preferably about 3 to 50 ⁇ m.
  • Aggregate is added in an amount of about 3 to 30% by mass with respect to the resin material forming the film, if necessary.
  • the coating 3 has an integrated emissivity of 0.80 or more at 25 ° C. in the infrared region having a wavelength of 3 to 30 ⁇ m.
  • the emissivity is a proportional coefficient obtained by dividing the infrared radiation from the object surface by the infrared radiation from the black body surface, and is defined for light of a specific wavelength at a specific temperature. Possible numerical values range from 0 (white body) to 1 (black body). The larger the number, the greater the infrared radiation.
  • the integral emissivity is obtained by integrating this in a certain wavelength range.
  • the wavelength of infrared rays that can be generated in the vicinity of room temperature is a range of 3 to 30 ⁇ m. focusing. In other words, infrared rays in a wavelength region that is out of the range of this wavelength region may be ignored. For this reason, the present invention is limited to infrared rays in the wavelength region of 3 to 30 ⁇ m at 25 ° C.
  • the integral emissivity of infrared rays at a wavelength of 3 to 30 ⁇ m with respect to the coating 3 is less than 0.80 at 25 ° C., the ability to emit heat as infrared rays from the surface of the coating 3 is lowered, and the ability to cool the product is insufficient. To do. Therefore, the heat dissipation of the heat sink 1 is reduced.
  • the integral emissivity in the infrared region having the wavelength of 3 to 30 ⁇ m is more preferably 0.85 or more, and further preferably 0.90 or more. Further, the upper limit value is not particularly defined, but is preferably 0.99 or less from an economical viewpoint.
  • the integrated emissivity of infrared rays at a wavelength of 3 to 30 ⁇ m can be controlled by combining the color, film thickness, surface state, type of film, etc. of the film.
  • the integrated emissivity of infrared rays at a wavelength of 3 to 30 ⁇ m with respect to the film 3 can be measured using a commercially available simple emissometer, or using a Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR) or the like. It can be measured. For example, it can measure using the emissivity type
  • FTIR Fourier transform infrared spectrophotometer
  • the film 3 can contain a small amount of a colorant and additives imparting various functions within a range where the effects desired by the present invention are achieved.
  • a lubricant such as polyethylene wax, carnauba wax, microcrystalline wax, lanolin, Teflon (registered trademark) wax, silicone wax, graphite lubricant, molybdenum lubricant, etc.
  • conductive fine particles for imparting conductivity required for securing the earth required in electronic devices for example, metal fine particles including nickel fine particles, metal oxide fine particles, conductive carbon, graphite, etc. One, two or more can be contained.
  • a fluorine compound or a silicone compound may be contained.
  • antibacterial agents, fungicides, deodorants, antioxidants, ultraviolet absorbers, rust preventive pigments, extender pigments and the like can be included as long as the desired effects of the present invention are exhibited.
  • the aluminum plate material 20 used for the heat sink for in-vehicle LED lighting of the present invention has a thermal conductivity of 150 W / m ⁇ K or more, and the crystal structure is fiber-like.
  • the thermal conductivity and the fiber crystal structure are as described above.
  • the crystal structure of the aluminum plate 20 is a fiber, rough skin during bending is reduced.
  • the coating film is covered from the top of the plate material, so such a limitation is unnecessary, but in the case of pre-coating material, the bent portion If the surface of the material is too rough, the coating film may crack. Therefore, it is preferable that the aluminum plate member 20 has a fiber structure in crystal structure.
  • a pre-coated aluminum plate material 10 is used for a heat sink for in-vehicle LED lighting, and includes an aluminum plate material 20 and a resin-based coating 3A formed on the surface of the aluminum plate material 20. It has.
  • the aluminum plate 20 has a thermal conductivity of 150 W / m ⁇ K or more, and the crystal structure of the aluminum plate 20 is a fiber shape.
  • the resin-based film 3A includes a thermosetting resin and a black pigment component, and the resin-based film 3A has an integral emissivity of 0.80 or more at 25 ° C. in an infrared region having a wavelength of 3 to 30 ⁇ m. To do.
  • the precoated aluminum plate 10 according to the second invention is used for a heat sink for in-vehicle LED illumination, and includes an aluminum plate 20 and a resin film 3A formed on the surface of the aluminum plate 20.
  • the aluminum plate 20 has a thermal conductivity of 150 W / m ⁇ K or more
  • the resin-based film 3A includes a thermosetting resin, a black pigment component, and an aggregate.
  • the film thickness of the resin-based film 3A is 5
  • the arithmetic average roughness Ra of the surface of the resin film 3A is 1 to 3 ⁇ m
  • the resin film 3A has an integrated emissivity of 0.80 at 25 ° C. in the infrared region with a wavelength of 3 to 30 ⁇ m. It is the above, It is characterized by the above.
  • the crystal structure of the aluminum plate 20 constituting the precoated aluminum plate 10 according to the second invention is preferably fiber-like. As described above, if the crystal structure of the aluminum plate 20 is a fiber, when the molding process is performed to produce a molded body, the rough surface of the processed portion of the molded body is reduced, and the precoated film It is possible to prevent cracks from occurring.
  • the thermal conductivity of the aluminum plate 20, the fiber-like crystal structure, the components of the resin coating 3 ⁇ / b> A, and the integral emissivity are as described above.
  • a surface treatment film (not shown) may be provided on the surface of the aluminum plate material 20 by surface treatment.
  • the surface of the aluminum plate 20 is preferably subjected to a ground treatment in order to improve the adhesion with the resin-based film 3A.
  • a ground treatment a conventionally known reactive type base coat and coating type base coat containing Cr, Zr or Ti can be used. That is, a phosphoric acid chromate film, a chromate chromate film, a zirconium phosphate film, a zirconium oxide film, a titanium phosphate film, a coating type chromate film, a coating type zirconium film, and the like can be used as appropriate.
  • Organic-inorganic hybrid-type ground treatment coatings obtained by combining these coatings with organic components may also be used.
  • the amount of Cr, Zr or Ti contained in the base treatment film component to the aluminum plate 20 is, for example, Using a conventionally known fluorescent X-ray method, it can be measured relatively easily and quantitatively. Therefore, quality control of the precoated aluminum sheet 10 can be performed without impeding productivity.
  • the adhesion amount of the base treatment film is preferably 10 to 50 mg / m 2 in terms of metal Cr, metal Zr or metal Ti. When the adhesion amount is 10 mg / m 2 or more, the entire surface of the aluminum plate 20 can be uniformly coated, and the corrosion resistance is improved. Moreover, if it is 50 mg / m ⁇ 2 > or less, when the precoat aluminum plate material 10 is shape
  • a conventionally known treatment such as anodizing treatment or electrolytic etching treatment can be performed on the surface of the aluminum plate 20.
  • anodizing treatment or electrolytic etching treatment can be performed on the surface of the aluminum plate 20.
  • a method of only degreasing the surface of the aluminum plate material 20 may be used.
  • a method of degreasing conventionally known methods such as degreasing with an organic drug, degreasing with a surfactant drug, degreasing with an alkaline drug, degreasing with an acid drug, and the like can be used.
  • the degreasing ability is slightly inferior, and therefore degreasing with an alkaline chemical or an acid chemical is more productive.
  • the degreasing capacity of alkaline chemicals can be controlled by the main component, concentration, and processing temperature of the alkali used.
  • Pre-coated aluminum sheet manufacturing method an example of a method for producing a precoated aluminum sheet will be described with reference to FIG. 1 as appropriate.
  • the manufacturing method of the precoat aluminum plate material 10 it does not restrict
  • the baking temperature when baking the paint is preferably about 150 to 285 ° C.
  • the coating may be applied by any means such as a brush, a roll coater, a curtain flow coater, a roller curtain coater, an electrostatic coating machine, a blade coater, or a die coater.
  • a roll coater that is easy to work.
  • the film thickness of the resin coating 3A is controlled by appropriately adjusting the conveyance speed of the aluminum plate 20, the rotation direction and rotation speed of the roll, the pressing pressure between the rolls (nip pressure), and the like. be able to.
  • the pre-coated aluminum plate material 10 may be formed into a shape of the heat sink 1 by performing a bending process or the like by a conventionally known method.
  • Test Nos. 1 to 14 An aluminum alloy having the composition shown in Table 1 was melted and cast into an ingot, and the ingot was chamfered and then subjected to a homogenization heat treatment at 480 ° C. The homogenized ingot was subjected to hot rolling, further cold rolling, and annealing treatment to obtain a rolled plate having a thickness of 1.0 mm. As will be described below, a coating film was formed on the surface of this rolled plate to obtain a test material. Specifically, it is as follows. Here, no. The fiber textured materials except 7 and 8 were obtained by applying a cold working rate of 80% after the intermediate annealing and then finishing annealing at 240 ° C. for 4 hours. 7 and 8 were subjected to cold working without intermediate annealing and then subjected to finish annealing at 360 ° C. for 4 hours.
  • the heat sinks as examples and comparative examples were prepared as follows. First, the surface of a rolled sheet made of an aluminum alloy having various sheet thicknesses, thermal conductivity, and crystal structure was subjected to phosphoric acid chromate treatment after weak alkaline degreasing. Next, the coating material which becomes the component described in the table
  • the precoat aluminum plate was produced by heating the baking temperature at a material arrival temperature of 230 ° C. and a holding time in the furnace of 60 seconds.
  • the pre-coated aluminum plate had a size of 30 cm ⁇ 30 cm and was bent so that it had a shape almost equivalent to the die-cast heat sink (test No. 1). To 14).
  • the LED element substrate and the heat sink were attached, they were joined using M3 bolts and nuts.
  • commercially available silicon grease was applied to the bonding surface between the LED element substrate and the heat sink in order to increase the degree of contact.
  • Thermal conductivity of the aluminum plate was measured by a laser flash method.
  • crystal structure The crystal structure (fibrous, equiaxed) of the aluminum plate was determined as follows.
  • the equiaxed structure refers to a structure in which the aspect ratio of the major axis to the minor axis is within 3 times.
  • electrolytic etching in a 5% tetrafluoroboric acid solution After performing electrolytic etching in a 5% tetrafluoroboric acid solution, it was judged from a crystal structure image obtained by observation with a polarizing microscope. The observation surface is the surface of the plate.
  • the emissivity of the integral emissivity in the infrared region having a wavelength of 3 to 30 ⁇ m was measured under a temperature condition of 25 ° C. using an emissivity system D & S AERD apparatus manufactured by Kyoto Electronics Industry Co., Ltd. Since the measurement wavelength region of this simple emissometer is 3 to 30 ⁇ m, the displayed numerical value is the integral emissivity defined in the present invention.
  • the integrated emissivity in the infrared region with a wavelength of 3 to 30 ⁇ m was 0.80 or higher at a temperature of 25 ° C., it was determined to be good, and when it was less than 0.80, it was determined to be poor.
  • Test No. No. 1 was inferior in heat dissipation because the thermal conductivity was less than the lower limit.
  • Test No. No. 4 was inferior in heat dissipation because the thermal conductivity was less than the lower limit.
  • Test No. No. 7 was inferior in the appearance and surface roughness of the processed part and in heat dissipation because the crystal structure was equiaxed.
  • Test No. No. 8 was inferior in appearance and surface roughness of the processed part because the crystal structure was equiaxed.
  • the surface roughness was adjusted by a method of adding aggregates having different particle sizes while adjusting the addition amount.
  • aggregate cross-linked acrylic beads were used, but other resins and inorganic materials may be used.
  • the aluminum plate not subjected to any surface treatment was first subjected to surface roughness adjustment by polishing or shot blasting, and then bent into a predetermined shape. Then, sulfuric acid anodizing treatment was performed. The sulfuric acid was 15%, the voltage and current density, and the energization time were appropriately set to the conditions for obtaining a predetermined film thickness.
  • black anodization sealing is performed after dyeing with a black dye.
  • Heat dissipation in the second invention In the continuous lighting test, the evaluation method was as follows. A 10 W LED element was attached to each of the heat sinks of the benchmark, the example, and the comparative example to emit light, and the heat sink temperature immediately below the LED element when the temperature reached a steady state was measured. At this time, heat dissipation was good when the temperature was equal to or lower than the benchmark temperature, and heat dissipation was determined to be poor (x) when the temperature reached higher than the benchmark temperature. Among those having good heat dissipation, those that were lowered by 1 ° C. or more from the benchmark temperature were rated as ⁇ , and those that were less than 1 ° C. from the benchmark temperature were marked as ⁇ . And in 2nd invention, it recognized that heat dissipation is (circle) and an Example and (triangle
  • the evaluation method is as follows.
  • the appearance of the bent part was evaluated.
  • the appearance of the processed part was determined visually.
  • a sample having a smooth appearance and a good appearance was marked with ⁇ , and a sample having a rough appearance with many irregularities was marked with ⁇ .
  • Table 3 shows the contents of Examples and Comparative Examples of the second invention and their evaluation results. In addition, the underlined part in Table 3 shows that it does not have the requirements or effects of the second invention.
  • test no. Nos. 16, 17, 19, 20, 24, 28, 30 to 34, and 39 satisfy the configuration of the second invention, and show good performance in heat dissipation.
  • test no. In No. 39 the crystal structure of the plate material was equiaxed, and the appearance of the processed part was slightly inferior to the plate material of the fiber-like crystal structure.
  • test no. Nos. 15, 18, 21 to 23, 25 to 27, 29, and 35 to 38 do not satisfy the configuration of the second invention, and the following results were obtained.
  • Test No. No. 15 had poor heat dissipation because the thermal conductivity was less than the lower limit.
  • Test No. No. 18 was inferior in heat dissipation because the thermal conductivity was less than the lower limit.
  • Test No. Nos. 22 and 35 had film thicknesses exceeding 15 ⁇ m and were slightly inferior in heat dissipation.
  • Test No. No. 25 had an arithmetic average roughness of the surface of the coating of less than 0.5 ⁇ m, and was slightly inferior in heat dissipation. Test No. In No.
  • Test No. 26 the arithmetic average roughness of the surface of the coating exceeded 3 ⁇ m, and the heat dissipation was slightly inferior.
  • Test No. No. 27 had an integral emissivity in the infrared region of the film of less than 0.80 and was inferior in heat dissipation.
  • Test No. No. 29 is a test no. As with No. 26, the arithmetic average roughness of the surface of the coating exceeded 3 ⁇ m, and the heat dissipation was somewhat inferior.
  • Test No. No. 36 had a film thickness far exceeding 15 ⁇ m and was inferior in heat dissipation. Test No. In No.
  • the LED heat sinks described in Patent Documents 1 to 4 are inventions in which shapes having fins are indispensable or recommended, and in order to realize these shapes with aluminum, there is no choice but to carry out by die casting. It corresponds to a benchmark heat sink in the present invention.
  • the casting alloy used in the die-casting method basically has a low thermal conductivity and it is difficult to reduce the weight, so that the present invention is not satisfied.
  • none of the heat sinks describes the surface that characterizes the present invention. As shown in the present embodiment, this conventional aluminum sheet does not satisfy a certain level in the above evaluation. Therefore, this example objectively revealed that the aluminum plate according to the present invention is superior to the conventional aluminum plate.
  • the present invention is useful as a heat sink for in-vehicle LED lighting.

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Abstract

 放熱性に優れたプレコートアルミニウム板材、アルミニウム板材および車載LED照明用ヒートシンクを提供する。プレコートアルミニウム板材(10)は、車載LED照明用ヒートシンク(1)に用いられるものであり、アルミニウム板材(20)と樹脂系皮膜(3A)を有するプレコートアルミニウム板材(10)である。アルミニウム板材(20)は熱伝導率が150W/m・K以上であり、樹脂系皮膜(3A)は熱硬化性樹脂と黒色顔料成分とを含み、樹脂系皮膜(3A)は波長が3~30μmの赤外線領域における積分放射率が25℃において0.80以上であることを特徴とする。

Description

プレコートアルミニウム板材、アルミニウム板材および車載LED照明用ヒートシンク
 本発明は、発光ダイオード(LED)素子を搭載するための車載LED照明用ヒートシンク用のプレコートアルミニウム板材、アルミニウム板材および車載LED照明用ヒートシンクに関する。
 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、自動車のヘッドライトなどの車載LED照明である。
 しかしながら、このLED照明の発光源である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、更には、その寿命にも影響を及ぼしてしまうという問題がある。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空間に放熱する必要があるため、LED照明には大型のヒートシンクが備えられている。
 このLED照明用ヒートシンクには、アルミニウム(アルミニウム合金を含む)を材料としたアルミダイキャスト製のものが多く採用されており、特許文献1~4には、それらヒートシンクのうち代表的な構成のヒートシンクが開示されている。
日本国特開2007-172932号公報 日本国特開2007-193960号公報 日本国特開2009-277535号公報 日本国特開2010-278350号公報
 近年、車載LED照明は、ハイパワー化が進展しており、車載LED照明用ヒートシンクに対しては、放熱性のさらなる向上が求められている。
 一方、車載LED照明用ヒートシンクは、生産性向上および低コスト化を図るため、従来のアルミダイキャストではなく、アルミニウム板材を成形加工してなる成形体へと移りつつある。
 そこで、アルミニウム板材の成形体からなるヒートシンクに対して、放熱性の向上を図るために、ヒートシンクを構成するアルミニウム板材自体や板材表面の特性からのさらなる放熱性向上に対するニーズは強いものとなっていた。
 また、アルミニウム板材を曲げ加工等をする際に、成形加工性が劣るために、加工部に肌荒れが生じて、形状が局部的に不均一となり、十分な放熱性が得られないという問題点が新たに持ち上がっていた。
 本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、放熱性に優れたプレコートアルミニウム板材および車載LED照明用ヒートシンクを提供することを課題とする。さらに、加工部の表面の平滑性に優れたプレコートアルミニウム板材、アルミニウム板材および車載LED照明用ヒートシンクを提供することを課題とする。
 前記課題を解決するため、検討を進めた結果、素材の熱抵抗を下げるために、アルミニウム板材の熱伝導率を一定のレベル以上とすること、アルミニウム板材からなる成形体の表面に黒色の皮膜を形成することによって放射率が高まること、皮膜は比較的薄くして皮膜としての熱抵抗を下げること、皮膜の表面粗さを適切に制御して、放射率を高めることが重要であること等の知見を得て、本発明に到達したものである。
 本発明は以下のような構成を有するものである。第1の発明に係るプレコートアルミニウム板材は、車載LED照明用ヒートシンクに用いられ、アルミニウム板材と樹脂系皮膜を有しており、前記アルミニウム板材は、熱伝導率が150W/m・K以上であり、前記アルミニウム板材の結晶組織は、ファイバー状であり、前記樹脂系皮膜は、熱硬化性樹脂と、黒色顔料成分とを含み、波長が3~30μmの赤外線領域における積分放射率が25℃において0.80以上であることを特徴とする。
 このような構成によれば、ヒートシンクの色調が黒色となり、樹脂皮膜の耐久性が向上し、表面の肌荒れが少ない成形体を製造することができ、プレコートアルミニウム板材の曲げ加工時に塗膜に亀裂が生じにくい。また、アルミニウム板材のより優れた放熱性が確保される。
 第2の発明に係るプレコートアルミニウム板材は、車載LED照明用ヒートシンクに用いられ、アルミニウム板材と樹脂系皮膜を有しており、前記アルミニウム板材は、熱伝導率が150W/m・K以上であり、前記樹脂系皮膜は、熱硬化性樹脂と、黒色顔料成分と、骨材を含み、前記樹脂系皮膜の膜厚は、5~15μmであり、前記樹脂系皮膜の表面の算術平均粗さRaが、1~3μmであり、前記樹脂系皮膜は、波長が3~30μmの赤外線領域における積分放射率が25℃において0.80以上であることを特徴とする。
 このような構成によれば、プレコートアルミニウム板材は、アルミニウム板材の熱伝導率に優れ、皮膜が比較的薄いものであるが、皮膜としての放射性に優れ、ヒートシンクとしたときに優れた放熱性を有したものとなる。
 また、第2の発明に係るプレコートアルミニウム板材は、アルミニウム板材の結晶組織が、ファイバー状であることが好ましい。
 このような構成によれば、成形加工を行った際に、表面の肌荒れが少ない成形体を製造することができる。
 さらに、第2の発明に係るアルミニウム板材は、車載LED照明用ヒートシンクに用いられ、熱伝導率は、150W/m・K以上であり、結晶組織は、ファイバー状であることを特徴とする。
 このような構成によれば、成形加工を行った際に、表面の荒れが少ない成形体を製造することができ、アルミニウム板材の優れた放熱性が確保される。
 第1の発明に係る車載LED照明用ヒートシンク(以下、適宜、ヒートシンクという)は、アルミニウム展伸材が成形されてなる成形体から構成される車載LED照明用ヒートシンクであって、前記アルミニウム展伸材の熱伝導率は、150W/m・K以上であり、前記成形体の加工部の表面の算術平均粗さRaが、1.5μm以下であることを特徴とする。
 このような構成によれば、ヒートシンクは、加工部の表面の平滑性に優れたものであり、アルミニウム展伸材の熱伝導率が150W/m・K以上であることによって、優れた放熱性が確保される。
 また、第1の発明に係る車載LED照明用ヒートシンクを構成するアルミニウム展伸材の結晶組織が、ファイバー状であることが好ましい。
 このような構成によれば、成形加工を行った際に、表面の肌荒れが少ない成形体を製造することができる。
 また、第1の発明に係る車載LED照明用ヒートシンクの成形体の表面は、黒色の皮膜を備えており、前記皮膜は、波長が3~30μmの赤外線領域における積分放射率が25℃において0.80以上であることが好ましい。
 このような構成によれば、ヒートシンクの色調が黒色となり、ヒートシンクとしての放熱性がより優れたものとなる。
 また、第1の発明に係る車載LED照明用ヒートシンクの成形体の表面の皮膜は、熱硬化性樹脂と、黒色顔料成分とを含む樹脂系皮膜であることが好ましい。このような構成によれば、樹脂皮膜の耐久性が向上する。
 第2の発明に係る車載LED照明用ヒートシンクは、アルミニウム展伸材が成形されてなるヒートシンク成形体と、前記ヒートシンク成形体の表面に形成された黒色の皮膜と、を備える車載LED照明用ヒートシンクであって、前記アルミニウム展伸材の熱伝導率は、150W/m・K以上であり、前記皮膜の膜厚は、5~15μmであり、前記皮膜の表面の算術平均粗さRaが、0.5~3μmであり、前記皮膜は、波長が3~30μmの赤外線領域における積分放射率が25℃において0.80以上であることを特徴とする。
 このような構成によれば、ヒートシンクは、アルミニウム展伸材の熱伝導率に優れ、皮膜が比較的薄いものであるが、皮膜としての放射性に優れ、ヒートシンクとして優れた放熱性が確保される。
 また、第2の発明に係るヒートシンクの皮膜は、熱硬化性樹脂、黒色顔料成分と、骨材を含む樹脂系皮膜であり、前記皮膜の表面の算術平均粗さRaが、1~3μmであることが好ましい。
 このような構成によれば、樹脂皮膜の耐久性が向上し、皮膜としての放射性はさらに優れたものとなる。
 本発明のアルミニウム板材およびプレコートアルミニウム板材は、成形加工性に優れており、加工部の表面が平滑で放熱性に優れた車載LED照明用ヒートシンクを得ることができる。また、第2の発明のプレコートアルミニウム板材は、放熱性に優れた車載LED照明用ヒートシンクを得ることができる。また、第1の発明の車載LED照明用ヒートシンクは、加工部の表面の平滑性に優れ、放熱性に優れている。また、第2の発明の車載LED照明用ヒートシンクは、放熱性に優れている。
本発明に係る車載LED照明用ヒートシンクの構成を模式的に示す断面図である。 本発明に係るプレコートアルミニウム板材の構成を模式的に示す断面図である。
 以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。尚、第1の発明または第2の発明と特に断らずに、本発明として説明している内容は、第1の発明と第2の発明に共通する内容である。
≪ヒートシンク≫
 図1Aに示すように、本発明に係るヒートシンク1は、車載LED照明100に用いられるものであり、アルミニウム展伸材が成形されてなるヒートシンク成形体2から構成されている。発明の実施形態によっては、ヒートシンク成形体2の表面に形成される皮膜3を備えている。そして、ヒートシンク1は、LED素子4から発生する熱を放散させるために用いられる。
 以下、各構成について説明する。
<ヒートシンク成形体>
 ヒートシンク成形体2は、アルミニウム展伸材が成形されてなるアルミニウム製のものである。「アルミニウム展伸材」としたのは、展伸材に限定することで、現行のアルミダイキャストや押し出し材、樹脂製、鉄その他の金属製のものと差別化する趣旨である。アルミニウム展伸材のなかでも、生産性やプレコート処理性等に優れたアルミニウム板材が好ましい。以下、アルミニウム板材について説明する。
<アルミニウム板材の素材>
 本発明の車載LED照明用ヒートシンク1に用いられるアルミニウム板材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるものであり、本発明で用いられるアルミニウム板材(アルミニウム板材またはアルミニウム合金板材)としては、特に制限されるものではなく、製品形状や成形方法、使用時に求められる強度等に基づいて選択することができる。一般的には、プレス成形用のアルミニウム板材としては、非熱処理型のアルミニウム板、すなわち、1000系の工業用純アルミニウム板、3000系のAl-Mn系合金板、5000系のAl-Mg系合金板、もしくは熱処理型のアルミニウム板である、一部の6000系のAl-Mg-Si系合金板が使用される。しかしながら、ヒートシンク成形体2は、後記するように熱伝導率を150W/m・K以上とするため、アルミニウム板材は、1000系、一部の3000系、一部の6000系にほぼ限定される。
 本発明の車載LED照明用ヒートシンク1に用いられるアルミニウム板材は、好ましくは1000系であり、特に好ましい組成は以下のものである。
(Si含有量の好ましい範囲0.03~1.00質量%)
 Siは,母相内に固溶して、アルミニウム合金板の強度を高める効果があり、Si含有量増加に伴いその効果が向上する。Si含有量が0.03質量%以上であればその効果がより十分となり、1.00質量%以下であれば熱伝導性が向上してヒートシンク材としての性能が向上する。
(Fe含有量の好ましい範囲0.10~0.80質量%)
 Feは、母相内に固溶してアルミニウム合金板の強度を高める効果があり、Fe含有量増加に伴いその効果が向上する。Fe含有量が0.10質量%以上であればその効果がより十分となり、0.80質量%以下であれば熱伝導性が向上してヒートシンク材としての性能が向上する。
(Cu含有量の好ましい範囲0.30質量%以下)
 Cuは、母相内に固溶して、アルミニウム合金板の強度を高める効果があり、Cu含有量増加に伴いその効果が向上する。Cu含有量が0.30質量%以下であれば熱伝導性が向上してヒートシンク材としての性能が向上する。
(Mn含有量の好ましい範囲0.20質量%以下)
 Mnは、母相内に固溶して、アルミニウム合金板の強度を高める効果があり、Mn含有量増加に伴いその効果が向上する。Mn含有量が0.20質量%以下であれば熱伝導性が向上してヒートシンク材としての性能が向上する。
(Mg含有量の好ましい範囲0.20質量%以下)
 Mgは、母相内に固溶して、アルミニウム合金板の強度を高める効果があり、Mg含有量増加に伴いその効果が向上する。Mg含有量が0.20質量%以下であれば、熱伝導性が向上してヒートシンク材としての性能が向上する。
(Cr含有量の好ましい範囲0.10質量%以下)
 Crは、母相内に固溶して、アルミニウム合金板の強度を高める効果があり、Cr含有量増加に伴いその効果が向上する。Cr含有量が0.10質量%以下であれば、熱伝導性が向上してヒートシンク材としての性能が向上する。
(Zn含有量の好ましい範囲0.20質量%以下)
 Znは、母相内に固溶して、アルミニウム合金板の強度を高める効果があり、Zn含有量増加に伴いその効果が向上する。Zn含有量が0.20質量%以下であれば、熱伝導性が向上してヒートシンク材としての性能が向上する。
(Ti含有量の好ましい範囲0.10質量%以下)
 Tiは、アルミニウム合金鋳造組織を微細化、均質化(安定化)する効果があり、圧延用スラブの造塊時の鋳造割れを防止する効果を有する。Ti含有量が0.10質量%を超えるとその効果が飽和する。また、0.10質量%以下であれば、熱伝導性が向上する。そのため、0.10質量%を超える量を含有することは不要である。
[熱伝導率]
 ヒートシンク成形体2は、その用途がヒートシンク1であるため、放熱性が要求される。本発明における所望の放熱性を確保するためには、ヒートシンク成形体2を構成するアルミニウム板材の熱伝導率は、150W/m・K以上であることが必要である。好ましくは200W/m・K以上である。なお、上限値については特に規定されるものではないが、経済的な観点から好ましくは240W/m・K以下である。このような特性を有したアルミニウム合金としては、前記したような特定の品番や組成の合金を挙げることができる。
 熱伝導率は、例えば、レーザーフラッシュ法によって測定することができる。
 なお、ヒートシンク成形体2に用いるアルミニウム板材は、無処理でもよいし、プレコート材でもよいし、アフターコート材であってもよい。また成形体2に加工後に陽極酸化処理を行なってもよいが、経済的な観点からプレコート材が好ましい。
[算術平均粗さRa]
 ヒートシンク成形体2は、アルミニウム板材を成形加工することによって製造される。アルミニウム板材の成形加工の方法としては、曲げ加工、プレス加工、絞り加工、しごき加工等があるが、板材をベースに車載ヒートシンクを製作する場合、主たる加工法は曲げ加工となる。このような成形加工を施すことによって、当初のフラットな平面状のアルミニウム板材が立体的に変形される。このとき、特に曲げ加工において変形された加工部の表面の肌が荒れて、凹凸が生じたり、亀裂が生じたりすることがある。そのような現象が生じると、局部的な板厚の減少が生じて、板材の断面積が減少し、熱伝導が妨げられて、放熱性が低下する。
 また、後記する表面に皮膜を形成しているときは、皮膜が割れて、下地が露出し、外観上の商品性が低下する。
 このような放熱性の低下を引き起こすような成形体の加工部の表面粗さについて検討したところ、放熱性の低下を抑制し、外観上も許容し得るレベルにするためには、加工部に発生した肌荒れの表面の算術平均粗さRaを、1.5μm以下にすることが必要であることが判明した。算術平均粗さRaは、好ましくは1.0μm以下であり、より好ましくは0.8μm以下であり、さらに好ましくは0.7μm以下である。加工部の表面の算術平均粗さRaの下限値は、実用上は0.3μm以上であればよい。
 算術平均粗さRaの測定は、市販されている表面粗さ測定器を使用して測定する。例えば、サーフコーダーなどを使用することができる。
 成形体の加工部から試験片を切り出し、表面粗さ測定器の探針を試験片に対し圧延方向に直交する方向に走査して、JIS B0601に記載の算術平均粗さ(Ra)として測定される。
<結晶組織>
 アルミニウム板材は、結晶組織がファイバー状であることが好ましい。「ファイバー状」とは、結晶組織の長軸方向と短軸方向のアスペクト比が10倍以上の伸長組織を有する状態をいう。アルミニウム板材の結晶組織がファイバー状であれば、上記の成形体の加工部の表面が平滑となり、加工部の表面の算術平均粗さが小さくなるため、好ましい。ファイバー状組織の中でも、結晶組織の短軸方向の長さが5~50μmであるものが、加工部の肌荒れがより小さくなり、好ましい。粗大な粒状の結晶組織を有するアルミニウム板材は、通常、加工部の表面の算術平均粗さが大きくなり、好ましくない。
 アルミニウム板材の結晶組織の判別は、顕微鏡によって行うことができる。顕微鏡で結晶組織を判別する場合、圧延によってアルミニウムが延ばされる方向(圧延方向)に平行となるアルミニウムの断面を観察する。
 次に、ファイバー状の組織を実現するための好ましい焼鈍条件について説明する。
 ファイバー状の組織を実現し、良好な曲げ加工性を備えるための焼鈍条件は、130~280℃、1~10時間であることが好ましい。焼鈍温度が130℃未満では焼鈍するアルミコイル内で特性がばらつく。一方、焼鈍温度が280℃を超えると回復・再結晶が進行し、耐力が下がり、かつ結晶粒が粗大化する。また、焼鈍時間が1時間未満では温度が低い場合と同様にアルミコイル内の特性がばらつく。一方、10時間を超えると工場生産性が低下する。
<皮膜>
 本発明のヒートシンク成形体2を構成するアルミニウム板材は、その表面に皮膜3が形成されている。ヒートシンク成形体2の表面に皮膜3が形成されていることによって、ヒートシンク成形体2の耐久性を向上させることができる。ここで、表面とは、ヒートシンク成形体2の表面の少なくとも一面を意味し、いわゆる表面、裏面が含まれる。
 皮膜3の種類としては、特に限定されないが、プレコート、アフターコート、陽極酸化等の樹脂系皮膜や無機系皮膜がある。
 皮膜3は、熱硬化性樹脂であることが好ましい。熱硬化性樹脂は、例えば、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アクリル樹脂から選ばれる2種類以上を含み、双方の樹脂が有する水酸基、カルボキシル基、グリシジル基、アミノ基、イソシアネート基などが互いに化学結合する組み合わせとすることで得ることができる。このような組み合わせの樹脂同士を2種類以上含む場合、一方の樹脂と他方の樹脂が互いに主剤と硬化剤として熱硬化反応するため、熱硬化性樹脂となる。組み合わせによって熱硬化反応が十分進まない場合には、別にイソシアネート化合物などの硬化剤と組み合わせても良い。
 これらの樹脂を単独でしか含まない場合(例えばポリエステル樹脂単独の場合)は、ヒートシンク1の使用時に、皮膜3が溶融してしまう場合がある。この場合には、ヒートシンク1とLED素子4との接着力が低下してしまうため、ヒートシンク1の耐久性が低下することがある。しかし、樹脂が単独の場合であっても、別にイソシアネート化合物などの硬化剤と組み合わせることによって、十分な耐熱性と密着性を有した熱硬化性樹脂とすることができる。
 2種類以上の樹脂成分を組み合わせた皮膜の組み合わせの中でも、たとえば、アミノ硬化ポリエステル系樹脂、イソシアネート硬化ポリエステル系樹脂、メラミン硬化ポリエステル系樹脂、フェノール硬化エポキシ系樹脂、ユリア(尿素)硬化エポキシ系樹脂等を利用すると、耐熱性と密着性が向上するのでさらに好ましい。またアクリル変性エポキシ樹脂やウレタン変性ポリエステル樹脂等の変性樹脂も好適に使用できる。
 皮膜3は、黒色であることが好ましい。皮膜3の色調が黒色であると、放熱性が高くなり、ヒートシンク1としての放熱性がより向上するからである。皮膜3を黒色とするためには、皮膜3を樹脂系皮膜とし、黒色顔料成分を含有させることが好ましい。黒色顔料成分の具体例としては、カーボンブラックやグラファイトなどの炭素系のもののほか、銅・マンガン・鉄などの金属酸化物系、などを挙げることができる。黒色顔料成分は、皮膜を形成する樹脂材料に対して3~50質量%添加することが好ましい。皮膜3が無機系皮膜であるときは、黒色陽極酸化とすることが好ましい。
 第1の発明に係るプレコートアルミニウム板材においては、皮膜3の膜厚は、15~200μmであることが好ましい。膜厚が15μm未満では、皮膜3のクッション性が低下する。一方、膜厚が200μmを超えると、塗膜の熱抵抗が大きくなりすぎるため、ヒートシンク1の放熱性が低下する。ただし、膜厚が50~200μmの範囲では、クッション性や積分放射率の向上効果が飽和しているため、経済的な観点からは膜厚は、15~50μmであることが好ましい。
 皮膜3の膜厚の測定は、例えば、渦電流膜厚計イソスコープ(ISOSCOPE:登録商標)によって測定することができる。
 第2の発明に係るプレコートアルミニウム板材においては、皮膜3が形成されていることによって、伝熱の際の熱抵抗が大きくなることから、皮膜3の膜厚は比較的小さいことが好ましい。皮膜3の膜厚は、5μm未満であると良好な放射率を確保できない。一方、皮膜3の膜厚が15μmを超えても、もはや放射率は向上せず、逆に皮膜3の熱抵抗が大きくなる。よって、皮膜3の膜厚は、5~15μmとする。皮膜3の膜厚は、より好ましくは、7~12μmである。
[算術平均粗さ(Ra)]
 第2の発明に係るプレコートアルミニウム板材においては、上記したように皮膜3の膜厚を薄めに設定することによって、放射率を維持しつつ、できるだけ熱抵抗を下げている。しかし、皮膜3の膜厚を薄くすると、一般に放射率が下がる。そこで、放射率の低下を補うため、後記するように、皮膜3の表面粗さを大きめに設定する。皮膜3の表面がある程度荒れていることによって、表面積が増大し、放射率を高めることができる。
 皮膜3の表面の算術平均粗さRaが0.5μm未満であると、良好な放射率の確保が困難となる。一方、皮膜3の表面の算術平均粗Raが3μmを超えると粗面になりすぎて、LED素子4との間に細かい空隙ができやすくなり、LED素子4とヒートシンク1との間の熱伝導が損なわれる。よって、皮膜3の表面の算術平均粗さRaは、1~3μmとする。皮膜3の表面の算術平均粗さRaは、より好ましくは1~3μmであり、さらに好ましくは1~2μmである。
 第2の発明に係るプレコートアルミニウム板材においては、皮膜3の表面の算術平均粗さRaを調整する方法としては、皮膜を形成する前のアルミニウム板材の表面研磨の方法・程度を変えたり、ショットブラストで荒らしたり、後記するように皮膜に骨材を添加したりして行うことができるが、皮膜に骨材を添加する方法が好ましい。
 算術平均粗さ(Ra)の測定は、市販されている表面粗さ測定器を使用して測定する。例えば、サーフコーダなどを使用することができる。
 表面粗さ測定器の探針を試験片に対し圧延方向に直交する方向に走査して、JIS B0601に記載の算術平均粗さ(Ra)として測定される。
 皮膜3は、熱硬化性樹脂であることが好ましい。熱硬化性樹脂としては、例えば、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アクリル樹脂から選ばれる2種類以上を含み、双方の樹脂が有する水酸基、カルボキシル基、グリシジル基、アミノ基、イソシアネート基などが互いに化学結合する組み合わせとすることで得ることができる。このような組み合わせの樹脂同士を2種類以上含む場合、一方の樹脂と他方の樹脂が互いに主剤と硬化剤として熱硬化反応するため、熱硬化性樹脂となる。組み合わせによって熱硬化反応が十分進まない場合には、別にイソシアネート化合物などの硬化剤と組み合わせても良い。
 これらの樹脂を単独でしか含まない場合(例えばポリエステル樹脂単独の場合)は、ヒートシンク1の使用時に、皮膜3が溶融してしまう場合がある。この場合には、ヒートシンク1とLED素子4との接着力が低下してしまうため、ヒートシンク1の耐久性が低下することがある。しかし、樹脂が単独の場合であっても、別にイソシアネート化合物などの硬化剤と組み合わせることによって、十分な耐熱性と密着性を有した熱硬化性樹脂とすることができる。
 2種類以上の樹脂成分を組み合わせた皮膜の組み合わせの中でも、たとえば、アミノ硬化ポリエステル系樹脂、イソシアネート硬化ポリエステル系樹脂、メラミン硬化ポリエステル系樹脂、フェノール硬化エポキシ系樹脂、ユリア(尿素)硬化エポキシ系樹脂等を利用すると、耐熱性と密着性が向上するのでさらに好ましい。またアクリル変性エポキシ樹脂やウレタン変性ポリエステル樹脂等の変性樹脂も好適に使用できる。
 黒色顔料成分は、前記したように、樹脂系皮膜を黒色にして、放射率を高めるために用いられる。黒色顔料成分の具体例としては、カーボンブラックやグラファイトなどの炭素系のもののほか、銅・マンガン・鉄などの金属酸化物系、などを挙げることができる。黒色顔料成分は、皮膜を形成する樹脂材料に対して3~50質量%程度添加される。
 骨材は、皮膜3の表面の算術平均粗さRaを上記の所定の範囲に制御するために用いられる。骨材の具体例としては、架橋アクリルビーズ、架橋ウレタンビーズなどに代表される有機系骨材、ガラスビーズなどに代表される無機系骨材などを挙げることができる。骨材の平均粒子径は、3~50μm程度のものが好ましく用いられる。骨材は、皮膜を形成する樹脂材料に対して、必要に応じて、3~30質量%程度添加される。
[積分放射率]
 本発明において、皮膜3は、波長が3~30μmの赤外線領域における積分放射率が25℃において0.80以上である。放射率は、物体表面からの赤外線放射能を黒体表面からの赤外線放射能で割った比例係数であり、特定の温度における特定波長の光に対して定義される。取り得る数値は0(白体)から1(黒体)の範囲であり、数字が大きいほど赤外線放射能が大きい。これをある範囲の波長領域で積分したのが積分放射率である。プランクの放射式によれば、本発明の実施温度領域である室温付近、より具体的には0~100℃の実用温度領域で発生し得る赤外線の波長は、波長領域が3~30μmの範囲に集中している。言い換えると、この波長領域の範囲から外れる波長領域の赤外線は無視してよい。この様な理由により、本発明においては、25℃における3~30μmの波長領域の赤外線に限定している。
 皮膜3に対する、波長が3~30μmにおける赤外線の積分放射率が25℃において0.80未満であると、皮膜3の表面から赤外線として熱を放出する能力が低下し、製品を冷却する能力が不足する。よって、ヒートシンク1の放熱性が低下する。なお、前記した波長が3~30μmの赤外線領域における積分放射率は0.85以上であることがより好ましく、0.90以上であることがさらに好ましい。また、上限値については特に規定されるものではないが、経済的な観点から好ましくは0.99以下である。波長が3~30μmにおける赤外線の積分放射率は、皮膜の色、膜厚、表面状態、皮膜の種類等を組み合わせることによって制御することができる。
 皮膜3に対する、波長が3~30μmにおける赤外線の積分放射率は、市販されている簡易放射率計を使用して測定することができるほか、フーリエ変換赤外分光光度計(FTIR)などを用いて測定することが出来る。例えば、京都電子工業社製放射率系D&S AERD装置を用いて測定することができる。
[その他]
 皮膜3には、本発明の所望する効果を奏する範囲で、少量の着色剤や、様々な機能を付与する添加剤を含有させることができる。例えば、成形性を更に向上させるため、例えば、ポリエチレンワックス、カルナウバワックス、マイクロクリスタリンワックス、ラノリン、テフロン(登録商標)ワックス、シリコーン系ワックス、グラファイト系潤滑剤、モリブデン系潤滑剤等の潤滑剤を、1種または2種以上含有させることができる。また、電子機器等で要求されるアース確保を目的とした導電性を付与するための導電性微粒子として、例えば、ニッケル微粒子をはじめとする金属微粒子、金属酸化物微粒子、導電性カーボン、グラファイト等を、1種または2種以上含有させることができる。さらには、防汚性が要求される場合には、フッ素系化合物やシリコーン系化合物を含有させてもよい。それ以外に抗菌剤、防カビ剤、脱臭剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、防錆顔料、体質顔料などを、本発明の所望する効果を奏する限り、含有させることができる。
≪アルミニウム板材≫
 本発明の車載LED照明用ヒートシンクに用いられるアルミニウム板材20は、熱伝導率が150W/m・K以上であり、結晶組織がファイバー状である。熱伝導率およびファイバー状の結晶組織については、前記に説明したとおりである。
 アルミニウム板材20の結晶組織がファイバー状であれば、曲げ加工時の肌荒れが小さくなる。ここで、アフターコート材の場合は、肌荒れしても板材の上から塗膜を覆いかぶせる様に塗装すればよいため、この様な限定は不要であるが、プレコート材の場合は、曲げ加工部の素材の肌荒れが大きいと塗膜に亀裂が入ってしまう場合がある。よって、アルミニウム板材20は、結晶組織がファイバー状であることが好ましい。
≪プレコートアルミニウム板材≫
 図1Bに示すように、第1の発明に係るプレコートアルミニウム板材10は、車載LED照明用ヒートシンクに用いられるものであり、アルミニウム板材20と、アルミニウム板材20の表面に形成される樹脂系皮膜3Aとを備えている。そして、アルミニウム板材20は、熱伝導率が150W/m・K以上であり、アルミニウム板材20の結晶組織は、ファイバー状である。樹脂系皮膜3Aは、熱硬化性樹脂と黒色顔料成分とを含み、樹脂系皮膜3Aは、波長が3~30μmの赤外線領域における積分放射率が25℃において0.80以上であることを特徴とするものである。
 また、第2の発明に係るプレコートアルミニウム板材10は、車載LED照明用ヒートシンクに用いられるものであり、アルミニウム板材20と、アルミニウム板材20の表面に形成される樹脂系皮膜3Aとを備えている。そして、アルミニウム板材20は、熱伝導率が150W/m・K以上であり、樹脂系皮膜3Aは、熱硬化性樹脂と黒色顔料成分と骨材を含み、樹脂系皮膜3Aの膜厚は、5~15μmであり、樹脂系皮膜3Aの表面の算術平均粗さRaが、1~3μmであり、樹脂系皮膜3Aは、波長が3~30μmの赤外線領域における積分放射率が25℃において0.80以上であることを特徴とするものである。
 第2の発明に係るプレコートアルミニウム板材10を構成するアルミニウム板材20の結晶組織は、ファイバー状であることが好ましい。前記したように、アルミニウム板材20の結晶組織がファイバー状であれば、成形体を製造するために成形加工を行った際に、成形体の加工部の表面の肌荒れが小さくなり、プレコートされた皮膜に亀裂を生じさせることを防止することができる。
 アルミニウム板材20の熱伝導率、ファイバー状の結晶組織、樹脂系皮膜3Aの成分、積分放射率については前記に説明したとおりである。
 以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で変更することができる。
 例えば、アルミニウム板材20の表面に、下地処理により、下地処理皮膜(図示省略)を設けてもよい。
<下地処理>
 アルミニウム板材20の表面は、樹脂系皮膜3Aとの密着性を高めるため、下地処理を施すことが好ましい。好ましい下地処理としては、Cr、ZrまたはTiを含有する従来公知の反応型下地処理皮膜および塗布型下地処理皮膜を利用することができる。即ち、リン酸クロメート皮膜、クロム酸クロメート皮膜、リン酸ジルコニウム皮膜、酸化ジルコニウム皮膜、リン酸チタン皮膜、塗布型クロメート皮膜、塗布型ジルコニウム皮膜等を適宜使用することができる。これらの皮膜に有機成分を組み合わせた有機無機ハイブリッド型の下地処理皮膜でもよい。なお、近年、環境対応の流れから六価クロムを嫌う傾向があり、六価クロムを含まないリン酸クロメート皮膜や、リン酸ジルコニウム皮膜、酸化ジルコニウム皮膜、リン酸チタン皮膜、塗布型ジルコニウム皮膜等を使用するのが好ましい。
 なお、本発明では下地処理皮膜の膜厚として、下地処理皮膜成分中に含まれるCr、ZrまたはTiのアルミニウム板材20への付着量(金属Cr、金属Zrまたは金属Ti換算値)を、例えば、従来公知の蛍光X線法を用いて、比較的、簡便かつ定量的に測定することができる。そのため、生産性を阻害することなくプレコートアルミニウム板材10の品質管理を行うことできる。なお、下地処理皮膜の付着量としては、金属Cr、金属Zrまたは金属Ti換算値で10~50mg/mであることが好ましい。付着量が10mg/m以上であれば、アルミニウム板材20の全面を均一に被覆することができ、耐食性が向上する。また、50mg/m以下であれば、プレコートアルミニウム板材10を成形した際に、下地処理の皮膜自体に割れが生じにくくなる。
 また、生産性を考慮しない場合には、アルミニウム板材20の表面に陽極酸化処理や電解エッチング処理等の従来公知の処理を行うこともできる。これらの処理を行うと、アルミニウム板材20の表面に微細な凹凸が形成されるため、樹脂系皮膜3Aの密着性が大きく向上する。
 さらに、耐食性をそれほど求めず簡易な方法で済ませたい場合には、アルミニウム板材20の表面を脱脂処理のみする手法でもかまわない。脱脂の手法としては、有機系薬剤による脱脂、界面活性剤系薬剤による脱脂、アルカリ系薬剤での脱脂、酸系薬剤による脱脂等、従来公知の方法を用いることができる。ただし、有機系薬剤や界面活性剤系薬剤の場合には、脱脂能力がやや劣るため、アルカリ系薬剤や酸系薬剤による脱脂の方が生産性はよくなる。アルカリ系薬剤の脱脂能力は、使用するアルカリの主成分、濃度、処理温度によってコントロールできるが、脱脂能力を強くした場合には、多くのスマットが発生するため、その後の水洗を十分に行わないと、かえって樹脂系皮膜3Aの密着性が低下する場合もある。また、アルミニウム板材20に、添加元素としてマグネシウムを多く含む品種を使用する場合には、アルカリ系薬剤では、マグネシウムが表面に残って樹脂系皮膜3Aの密着性が低下する場合がある。そのため、この場合には、酸系薬剤を使用または併用することが好ましい。
≪プレコートアルミニウム板材の製造方法≫
 次に、プレコートアルミニウム板材の製造方法の一例について、適宜、図1を参照して説明する。
 プレコートアルミニウム板材10の製造方法については、特に制限されるものではなく、ベース樹脂の元となる樹脂および硬化剤を含む塗料を、従来公知の方法にてアルミニウム板の上に塗布した後、加熱により架橋反応させることによって得ることができる。なお、塗料を焼き付ける際の焼付温度は、150~285℃程度とするのが好ましい。
 ここで塗料の塗布は、はけ、ロールコータ、カーテンフローコータ、ローラーカーテンコータ、静電塗装機、ブレードコータ、ダイコータ等、いずれの手段で行ってもよいが、特に、塗布量が均一となると共に、作業が簡便なロールコータを使用するのが好ましい。ロールコータで塗布する場合、樹脂系皮膜3Aの膜厚の制御は、アルミニウム板材20の搬送速度、ロールの回転方向と回転速度、ロール間の押し付け圧(ニップ圧)等を適宜調整することによって行うことができる。
 プレコートアルミニウム板材10を用いてヒートシンク1を製造する場合は、プレコートアルミニウム板材10を従来公知の方法により曲げ加工等の成形加工を行い、ヒートシンク1の形状とすればよい。
 次に、本発明について、本発明の要件を満たす実施例と、本発明の要件を満たさない比較例とを対比させて具体的に説明する。
 本実施例では、熱伝導率と板厚および結晶組織の異なるアルミニウム合金板を折り曲げ加工して作成した模擬車載LED照明用ヒートシンクを製作し、放熱性能を確認するための「連続点灯試験」を実施した。
 まず、第1の発明の実施例、比較例について説明する。
(試験No.1~14)
 表1に示す組成のアルミニウム合金を、溶解、鋳造して鋳塊とし、この鋳塊に面削を施した後に、480℃で均質化熱処理を施した。この均質化した鋳塊に、熱間圧延、さらに冷間圧延、焼鈍処理を施して、板厚1.0mmの圧延板とした。以下に説明するように、この圧延板の表面に塗膜を形成し、供試材とした。具体的には以下のとおりである。
 ここでNo.7と8を除くファイバー組織状のものは、中間焼鈍後の冷間加工率を80%施した後、240℃で4hrの仕上焼鈍を施したものであり、No.7と8は中間焼鈍を行なわず冷間加工を施した後、360℃で4hrの仕上焼鈍を施した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 まず、市販されている10WのLED照明ユニットを購入して解体し、ダイキャスト製ヒートシンクを取り出して、ベンチマーク用ヒートシンクとした。次に、このベンチマーク用ヒートシンクの形状を模擬し、アルミニウム合金板から製作した実施例および比較例となるヒートシンクを製作した。形状を模擬するに当たり、特に注意したのはLED素子取り付け部と、LED照明ユニットに組み立てなおす際に必要となる接合部の形状だけは忠実に再現することである。その理由は、解体する前の照明ユニットに組み込めない形状では実用性に欠けるためである。また生産性を考慮し、一枚の板から製作できる形状とした。
 実施例および比較例となるヒートシンクは、以下のようにして作成した。まず、各種板厚、熱伝導率および結晶組織を有するアルミニウム合金からなる圧延板の表面を、弱アルカリ脱脂後にリン酸クロメート処理を施した。次に、まず片側の面に、加熱後に実施例の表に記載された成分となる塗料を、狙いの厚みとなるようにバーコーターで塗布した。その後、架橋反応が促進しない程度の100℃で60秒間仮乾燥を行った。次に、反対面に最初の面と同一成分の塗料を同一のバーコーターで塗布した。その後、焼付温度を素材到達温度230℃、炉中保持時間60秒にて加熱することによって、プレコートアルミニウム板を作製した。そして、このプレコートアルミニウム板は寸法30cm×30cmとし、これを折り曲げ加工して、上記ダイキャスト製のヒートシンクとほぼ同等の形状になるようにしたものを試験材のヒートシンクとして用いた(試験No.1~14)。LED素子の基板とヒートシンクとの取り付けに際しては、M3のボルト、ナットを用いて結合した。また、LED素子の基板とヒートシンクの接合面には、接触度合を高めるために、市販のシリコングリースを塗布した。
[熱伝導率]
 アルミニウム板材の熱伝導率は、レーザーフラッシュ法によって測定した。
[結晶組織]
 アルミニウム板材の結晶組織(ファイバー状、等軸)は、以下のようにして判定した。
ここで、等軸組織とは、長軸と短軸のアスペクト比が3倍以内のような組織のことを示している。5%のテトラフルオロホウ酸液中にて電解エッチングを行なったのち、偏光顕微鏡観察により得られた結晶組織画像から判定した。観察面は板の表面である。
[算術平均粗さRa]
 表面の算術平均粗さ(Ra)の測定は、表面粗さ測定器(小坂研究所社製サーフコーダSE-30D)を使用して行った。探針を供試材に対し、圧延方向に直交する方向に走査して、JIS B0601に記載の算術平均粗さ(Ra)を測定することにより行なった。
[皮膜の膜厚]
 皮膜の膜厚は、渦電流膜厚計イソスコープ(ISOSCOPE:登録商標)を用いて測定した。
[積分放射率]
 波長が3~30μmの赤外線領域における積分放射率の放射率は、京都電子工業社製放射率系D&S AERD装置を使用して25℃の温度条件下で測定した。なお、この簡易放射率計の測定波長領域は3~30μmとなっているため、表示される数値が本発明で定義している積分放射率となる。
 波長が3~30μmの赤外線領域における積分放射率が25℃の温度において0.80以上であるものを良好、0.80未満であるものを不良と判定した。
[放熱性:連続点灯試験]
 車載LED照明は世界中の多様な環境での使用が想定されるが、実際に照明が用いられるのは夜間に限られる。この様な条件では熱帯地方での夜間が一番過酷な放熱性を求められると考えられる。そこでこの様な環境を想定し、35℃環境下にて連続点灯試験を行なった。
 ベンチマーク、実施例および比較例の各ヒートシンクに、10WのLED素子を取り付けて発光させ、温度が定常状態に到達した際のLED素子直下のヒートシンク温度を測定した。この際ベンチマークと同等以下の温度であった場合を放熱性が良好(○)、ベンチマークより高温に到達した場合を放熱性が不良(×)と判定した。
[外観]
 加工部の外観は、目視で判定した。外観が平滑で良好なものを○、外観が凹凸が多く不良なものを×とした。
[軽量化]
 今回、ベンチマークとなるダイキャストヒートシンクを板化するにあたり、性能とは別に軽量化目標をベンチマークの50%とした。そこで試作した実施例または比較例のヒートシンクの重量がベンチマークの50%以下の場合は軽量である(○)、50%を超える場合には特に軽量というものではないが使用に際しては問題ない(△)とした。
 評価結果を表2に示す。なお、表2中における下線部は、第1の発明の要件または効果を有していないことを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2に示すように、試験No.2、3、5、6、9~14は、第1の発明の構成を満たすため、良好な結果が得られた。一方、試験No.1、4、7、8は、第1の発明の構成を満たさないため、以下の結果となった。
 試験No.1は、熱伝導率が下限値未満であるため、放熱性が劣った。
 試験No.4は、熱伝導率が下限値未満であるため、放熱性が劣った。
 試験No.7は、結晶組織が等軸であるため、加工部の外観および表面粗さに劣り、放熱性にも劣るものであった。
 試験No.8は、結晶組織が等軸であるため、加工部の外観および表面粗さにおいて劣るものであった。
 次に、第2の発明の実施例、比較例について説明する。多くの内容は、前記した第1の発明の実施例、比較例の説明と共通する。そのため、第1の発明の実施例、比較例と異なる部分についてのみ以下に説明する。
(試験No.15~39)
 表1に示す組成のアルミニウム合金を、溶解、鋳造して鋳塊とし、この鋳塊に面削を施した後に、480℃で均質化熱処理を施した。この均質化した鋳塊に、熱間圧延、さらに冷間圧延、焼鈍処理を施して、板厚1.0mmの圧延板とした。冷間圧延での圧延率は75%、焼鈍処理は240℃、4時間とした。但し、表3に示すNo.39の実施例だけは、焼鈍処理を360℃、4時間とした。この圧延板の表面に塗膜を形成し、供試材とした。その後の操作や評価手法は、第1の発明の場合と同様である。
 第2の発明における、表面粗さの調整は、粒径の異なる骨材を添加量を調整しながら添加する方法にて実施した。骨材については架橋アクリルビーズを用いたが、他の樹脂や無機質のものでも良い。また、実施例および比較例のうち、陽極酸化処理したものについては、何も表面処理していないアルミニウム板をまず研磨あるいはショットブラストにて表面粗さ調整した後、所定の形状に折り曲げ加工した後、硫酸陽極酸化処理を施した。硫酸は15%、電圧と電流密度、通電時間は所定の皮膜厚さが得られる条件に適宜設定した。特に黒色陽極酸化については黒色染料にて染色した後、封孔処理を行なっている。
 第2の発明における放熱性:連続点灯試験において、評価方法は以下のように行った。
 ベンチマーク、実施例および比較例の各ヒートシンクに、10WのLED素子を取り付けて発光させ、温度が定常状態に到達した際のLED素子直下のヒートシンク温度を測定した。この際ベンチマークの温度と同等以下の温度であった場合を放熱性が良好とし、ベンチマークの温度より高温に到達した場合を放熱性が不良(×)と判定した。放熱性が良好なものの内、ベンチマークの温度より1℃以上低下したものを○とし、ベンチマークの温度より1℃未満で低下したものを△とした。そして第2の発明では放熱性が○のものを実施例、△または×のものは比較例に相当すると認定した。
 また、第2の発明における外観の評価において、評価方法は以下のとおりである。
 折り曲げ加工した加工部の外観について評価した。加工部の外観は、目視で判定した。外観が平滑で良好なものを○、外観が凹凸が多いものを△とした。
 第2の発明の実施例、比較例の内容とその評価結果を表3に示した。なお、表3中における下線部は、第2の発明の要件または効果を有していないことを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表3に示すように、試験No.16、17、19、20、24、28、30~34、39は、第2の発明の構成を満たすものであり、放熱性において良好な性能を示すものであった。但し、試験No.39は、板材の結晶組織が等軸状であり、加工部の外観において、ファイバー状の結晶組織の板材に比べて、やや劣っていた。一方、試験No.15、18、21~23、25~27、29、35~38は、第2の発明の構成を満たさないものであり、以下のような結果となった。
 試験No.15は、熱伝導率が下限値未満であるため、放熱性が劣っていた。
 試験No.18は、熱伝導率が下限値未満であるため、放熱性が劣っていた。
 試験No.21と23は、皮膜が白色であるため、皮膜の赤外線領域における積分放射率が0.80未満となり、放熱性に劣るものであった。
 試験No.22と35は、皮膜の膜厚が15μmを超えるものであり、放熱性にやや劣るものであった。
 試験No.25は、皮膜の表面の算術平均粗さが0.5μm未満のものであり、放熱性にやや劣るものであった。
 試験No.26は、皮膜の表面の算術平均粗さが3μmを超えるものであり、放熱性にやや劣るものであった。
 試験No.27は、皮膜の赤外線領域における積分放射率が0.80未満のものであり、放熱性に劣るものであった。
 試験No.29は、試験No.26と同様に、皮膜の表面の算術平均粗さが3μmを超えるものであり、放熱性にやや劣るものであった。
 試験No.36は、皮膜の膜厚が15μmをはるかに超えるものであり、放熱性に劣るものであった。
 試験No.37は、皮膜が無色であるため、皮膜の赤外線領域における積分放射率が0.80未満となり、放熱性に劣るものであった。
 試験No.38は、皮膜が白色であるため、皮膜の赤外線領域における積分放射率が0.80未満となり、また皮膜がポリエステル樹脂単独からなるものであり、皮膜の耐熱性に劣り、放熱性の試験中に皮膜は溶融してしまった。
 なお、特許文献1~4に記載のLEDヒートシンクはいずれもフィンを有する形状が必須もしくは推奨される発明となっており、これらの形状をアルミニウムで実現させるには、ダイキャスト法で行なうしかなく、本発明でのベンチマークヒートシンクに相当する。ダイキャスト法に使用される鋳物用合金は基本的に熱伝導率が低く、軽量化も困難となるため、本発明を満足しない。またいずれのヒートシンクも本発明の特徴である表面については記載されていない。本実施例で示すように、この従来のアルミニウム板材は、前記の評価において一定の水準を満たさないものである。従って、本実施例によって、本発明に係るアルミニウム板材が従来のアルミニウム板材と比較して、優れていることが客観的に明らかとなった。
 以上、本発明について実施の形態および実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、その権利範囲は請求の範囲の記載に基づいて解釈しなければならない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて改変・変更等することができることはいうまでもない。
 本出願は、2013年3月29日出願の日本特許出願(特願2013-073265)、2013年3月29日出願の日本特許出願(特願2013-073267)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
 本発明は、車載LED照明用ヒートシンクに有用である。
 1   車載LED照明用ヒートシンク
 2   ヒートシンク成形体
 3   皮膜
 3A  樹脂系皮膜
 4   LED素子
 10  プレコートアルミニウム板材
 20  アルミニウム板材
 100 車載LED照明

Claims (10)

  1.  車載LED照明用ヒートシンクに用いられ、アルミニウム板材と樹脂系皮膜を有するプレコートアルミニウム板材であって、
     前記アルミニウム板材は、熱伝導率が150W/m・K以上であり、
     前記アルミニウム板材の結晶組織は、ファイバー状であり、
     前記樹脂系皮膜は、熱硬化性樹脂と、黒色顔料成分とを含み、
     前記樹脂系皮膜は、波長が3~30μmの赤外線領域における積分放射率が25℃において0.80以上であることを特徴とするプレコートアルミニウム板材。
  2.  車載LED照明用ヒートシンクに用いられ、アルミニウム板材と樹脂系皮膜を有するプレコートアルミニウム板材であって、
     前記アルミニウム板材は、熱伝導率が150W/m・K以上であり、
     前記樹脂系皮膜は、熱硬化性樹脂と、黒色顔料成分と、骨材を含み、
     前記樹脂系皮膜の膜厚は、5~15μmであり、
     前記樹脂系皮膜の表面の算術平均粗さRaが、1~3μmであり、
     前記樹脂系皮膜は、波長が3~30μmの赤外線領域における積分放射率が25℃において0.80以上であることを特徴とするプレコートアルミニウム板材。
  3.  前記アルミニウム板材の結晶組織は、ファイバー状であることを特徴とする請求項2に記載のプレコートアルミニウム板材。
  4.  車載LED照明用ヒートシンクに用いられるアルミニウム板材であって、
     熱伝導率は、150W/m・K以上であり、
     結晶組織は、ファイバー状であることを特徴とするアルミニウム板材。
  5.  アルミニウム展伸材が成形されてなる成形体から構成される車載LED照明用ヒートシンクであって、
     前記アルミニウム展伸材の熱伝導率は、150W/m・K以上であり、
     前記成形体の加工部の表面の算術平均粗さRaが、1.5μm以下であることを特徴とする車載LED照明用ヒートシンク。
  6.  前記アルミニウム展伸材の結晶組織は、ファイバー状であることを特徴とする請求項5に記載の車載LED照明用ヒートシンク。
  7.  前記成形体の表面は、黒色の皮膜を備えており、
     前記皮膜は、波長が3~30μmの赤外線領域における積分放射率が25℃において0.80以上であることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の車載LED照明用ヒートシンク。
  8.  前記皮膜は、熱硬化性樹脂と、黒色顔料成分とを含む樹脂系皮膜であることを特徴とする請求項7に記載の車載LED照明用ヒートシンク。
  9.  アルミニウム展伸材が成形されてなるヒートシンク成形体と、前記ヒートシンク成形体の表面に形成された黒色の皮膜と、を備える車載LED照明用ヒートシンクであって、
     前記アルミニウム展伸材の熱伝導率は、150W/m・K以上であり、
     前記皮膜の膜厚は、5~15μmであり、
     前記皮膜の表面の算術平均粗さRaが、0.5~3μmであり、
     前記皮膜は、波長が3~30μmの赤外線領域における積分放射率が25℃において0.80以上であることを特徴とする車載LED照明用ヒートシンク。
  10.  前記皮膜は、熱硬化性樹脂と、黒色顔料成分と、骨材を含む樹脂系皮膜であり、
     前記皮膜の表面の算術平均粗さRaが、1~3μmであることを特徴とする請求項9に記載の車載LED照明用ヒートシンク。
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