ＬＥＤ電球及びＬＥＤ電球用ケース
【課題】点灯回路周囲における熱の滞留を抑制するＬＥＤ電球用ケースの提供。
【解決手段】超微細エッチングによってアルミニウム製ケース２０の表面に２０〜８０ｎｍ周期の超微細凹凸を形成した後、金型温度１４５℃にした射出成形用金型にインサートし、その表面にＰＰＳ樹脂を射出する。これにより射出成形部３０（回路カバー３１、絶縁部３２、及び口金固定部３３が一体化したもの）が成形されると共に、これを構成する樹脂組成物がケース表面の超微細凹凸に侵入して硬化した一体化物であるＬＥＤ電球用ケースが得られる。
【解決手段】超微細エッチングによってアルミニウム製ケース２０の表面に２０〜８０ｎｍ周期の超微細凹凸を形成した後、金型温度１４５℃にした射出成形用金型にインサートし、その表面にＰＰＳ樹脂を射出する。これにより射出成形部３０（回路カバー３１、絶縁部３２、及び口金固定部３３が一体化したもの）が成形されると共に、これを構成する樹脂組成物がケース表面の超微細凹凸に侵入して硬化した一体化物であるＬＥＤ電球用ケースが得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いたＬＥＤ電球及びＬＥＤ電球用ケースに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、白熱電球等と比較して長寿命であり、高いエネルギー効率を有するＬＥＤを光源とするＬＥＤ電球の開発が行われている。そのＬＥＤ電球の開発において、ＬＥＤ発光時における放熱性の向上が重要な問題となっており、これに対する技術が提案されている。例えば、特許文献１に開示されるようなＬＥＤ電球において、ＬＥＤで発生した熱は、ＬＥＤからＬＥＤ基板に、ＬＥＤ基板からこれを載置している載置部材に、そして載置部材から筐体部材に迅速に伝熱されて筐体部材から放熱される。ＬＥＤ基板には、通常複数個のＬＥＤが配設されるが、上記載置部材と筐体部材を伝熱性の金属（例えばアルミニウム）で形成することにより、ＬＥＤの温度上昇を抑制するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６５９１３１号公報
【特許文献２】ＷＯ ０３／０６４１５０ Ａ１
【特許文献３】ＷＯ ２００４／０４１５３２ Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した例のように、ＬＥＤで発生する熱の放熱経路に関しては様々な技術が提案されている。一方で、ＬＥＤで発生する熱がＬＥＤの点灯制御を行う点灯回路の周囲に滞留したり、筐体内部の点灯回路自体が発生する熱が当該点灯回路の周囲に滞留することで、当該点灯回路を形成する電子部品に悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、点灯回路周囲における放熱効率を高める必要がある。今後のＬＥＤの小型化に伴い、ＬＥＤと点灯回路間の距離が短縮され、電子部品の密度が向上することを考慮すると、点灯回路周囲における放熱性能の向上は重要な問題である。
【０００５】
本発明は、前記した課題を解決するためになされたもので、下記の目的を達成する。本発明の目的は、点灯回路周囲における熱の滞留を抑制するＬＥＤ電球、及びＬＥＤ電球用ケースを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記目的を達成するために次の手段をとる。なお後述する発明を実施するための最良の形態の説明及び図面で使用した符号を参考のために括弧書きで付記するが、本発明の構成要素は該付記したものには限定されない。
【０００７】
本発明１のＬＥＤ電球は、
ＬＥＤ（１０）が実装された基板（１１）と、
口金（４０）を介して受電し前記ＬＥＤを点灯させる点灯回路（１５）と、
前記点灯回路が収容される回路カバー（３１）と、
前記ＬＥＤ点灯時の熱を放熱するアルミニウム製のケース（２０）と、
を備えるＬＥＤ電球（１）であって、
前記回路カバーは、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、及びポリアミド樹脂から選択される１種以上を含む樹脂組成物により構成される射出成形物であり、
前記ケース表面には凹凸が形成されており、前記射出成形物を構成する樹脂組成物が前記凹凸に侵入していることにより、前記回路カバーと前記ケースが一体化されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明２のＬＥＤ電球は、
ＬＥＤ（１０）が実装された基板（１１）と、
口金（４０）を介して受電し前記ＬＥＤを点灯させる点灯回路（１５）と、
前記点灯回路が収容されるアルミニウム製の回路カバー（３５）と、
前記ＬＥＤ点灯時の熱を放熱するアルミニウム製のケース（２０）と、
を備えるＬＥＤ電球（１）であって、
ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、及びポリアミド樹脂から選択される１種以上を含む樹脂組成物により構成され、前記回路カバー及び前記ケースと接触する射出成形物（射出成形部３０）を有し、
前記回路カバー表面及び前記ケース表面には凹凸が形成されており、前記射出成形物を構成する樹脂組成物が、前記回路カバー表面及び前記ケース表面の双方の凹凸に侵入していることにより、前記回路カバーと前記ケースが一体化されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明３のＬＥＤ電球は、本発明１又は２のＬＥＤ電球であって、
前記射出成形物（射出成形部３０）は、
前記樹脂組成物により構成され前記口金（４０）と前記ケース（２０）とを絶縁する絶縁部（３２）、前記樹脂組成物により構成され前記ケース外部に表出する放熱部（絶縁部３２）、及び前記樹脂組成物により構成され前記口金が固定される口金固定部（３３）が一体に成形されたものであることを特徴とする。
【００１０】
本発明４のＬＥＤ電球は、
本発明３のＬＥＤ電球（１）であって、
前記絶縁部（３２）と前記放熱部（絶縁部３２）は同一部であることを特徴とする。
【００１１】
本発明５のＬＥＤ電球用ケースは、
ＬＥＤ（１０）点灯時の熱を放熱するアルミニウム製のケース（２０）と、
ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、及びポリアミド樹脂から選択される１種以上を含む樹脂組成物により構成され、口金（４０）を介して受電し前記ＬＥＤを点灯させる点灯回路（１５）が収容される射出成形物である回路カバー（３１）により構成され、
前記ケース表面には凹凸が形成されており、前記射出成形物を構成する樹脂組成物が、前記凹凸に侵入していることにより、前記ケースと前記回路カバーが一体化されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明６のＬＥＤ電球用ケースは、
ＬＥＤ（１０）点灯時の熱を放熱するアルミニウム製のケース（２０）と、
ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、及びポリアミド樹脂から選択される１種以上を含む樹脂組成物により構成される射出成形物（射出成形部３０）と、
口金（４０）を介して受電し前記ＬＥＤを点灯させる点灯回路（１５）が収容されるアルミニウム製の回路カバー（３５）により構成され、
前記ケース表面及び回路カバー表面には凹凸が形成されており、前記射出成形物を構成する樹脂組成物が、前記ケース表面及び前記回路カバー表面の双方の凹凸に侵入していることにより、前記ケース、前記射出成形物、及び前記回路カバーが一体化されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、回路カバーからケースへの熱伝導を容易にして、点灯回路周囲に熱が滞留することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第１実施形態に係るＬＥＤ電球の縦断面図である。
【図２】図２は、熱伝導シミュレーション実験に用いるＰＰＳ−アルミニウムモデルを示す図である。
【図３】図３は、ＰＰＳ−アルミニウムモデルにおける接合面の状態を示す図である。
【図４】図４は、ＰＰＳ−アルミニウムモデルにおいて設定した各材質の密度、比熱、及び熱伝導率を示す図である。
【図５】図５は、ＰＰＳ−アルミニウムモデルにおける温度分布を示すグラフである。
【図６】図６は、第２実施形態に係るＬＥＤ電球の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態に係るＬＥＤ電球について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
［第１実施形態に係るＬＥＤ電球］
図１は、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ電球の縦断面図である。ＬＥＤ電球１は、図１に示すように光源となる複数のＬＥＤ１０が実装された基板１１と、口金４０を介して受電しＬＥＤ１０を点灯させる点灯回路１５と、点灯回路１５が収容される回路カバー３１と、ＬＥＤ１０点灯時の熱を放熱し、回路カバー３１と一体化されるアルミニウム製のケース２０を備えるものである。
【００１７】
図１に示すＬＥＤ１０は、可視光を放射する半導体発光素子であり、複数個のＬＥＤ１０が基板１１に実装されている。基板１１として、例えばガラスエポキシ材等の樹脂材料やセラミック材料等が利用されるが、当該材料として熱伝導率の高いものを利用することが好ましい。基板１１の実装面には複数のＬＥＤ１０が実装される図示しない配線パターンが形成されている。この配線パターンによって複数のＬＥＤ１０が所定の接続方法で接続される。また、この配線パターンと点灯回路１５が図示しないリード線によって接続される。
【００１８】
基台１２は熱伝導性に優れた金属材料（例えばアルミニウム）により形成されている。基台１２は、ＬＥＤ１０が実装された基板１１を装着すると共に、後述する筒状をしたケース２０の他端を塞いでいる。基台１２はケース２０の他端に内嵌され、ケース２０の内周面に基板１１が装着された基台１２が伝熱性の接着剤などにより固着される。本例においては、ケース２０のテーパ部２１が所定のテーパ角を有する円筒形状であり、基台１２が同じテーパ角を有する円盤形状となっている。従って、基台１２の直径とケース２０の内径が合致する位置に基台１２が位置決めされることになる。なお、ケース２０の内周面に複数のストッパを形成しておき、ケース２０の他端から圧入された基台１２が、当該ストッパにより位置決めされるようにしても良い。
【００１９】
基台１２の表側には、基板１１載置用の凹部１２ａが形成され、この凹部１２ａの底面と基板１７とが接触する状態で、基板１１が基台１２に取着されている。なお、基板１１の基台１２への取着は、例えば固定ビスにより直接固定する方法や、板ばね等により取着力を加える方法により行われる。なお、この凹部１２ａにより基板１１の位置決めを容易且つ正確に行うことができる。基台１２は、その厚み方向に貫通する貫通孔１２ｂを備えている。点灯回路１５からの２本のリード線が、後述する蓋体３４の貫通孔３４ａ，３４ａ及び当該基台１２の貫通孔１２ｂ，１２ｂを通って、基板１１の配線パターンに電気的に接続される。本例では２個の貫通孔１２ｂが設けられており、各々をリード線が通過するが、貫通孔を１個のみもうけ、当該貫通孔に２本のリード線を通過させるようにしても良い。
【００２０】
点灯回路１５は、ＬＥＤ１０を点灯させる電子部品（図示しない。）から構成されており、口金部材４０を介して供給される交流電圧（例えば１００Ｖ）を直流電圧（例えば２４Ｖ）に変換してＬＥＤ１０に供給する。点灯回路１５は、例えば整流・平滑回路、ＤＣ／ＤＣコンバータ等により構成されている。
【００２１】
ケース２０は、図１に示すような筒状をし、他端から一端にかけて徐々に外径が小さくなっており、他端に上記の基台１２が取着され、一端に射出成形部３０を介して口金４０が設けられている。ケース２０は、内部に回路カバー３１を収納し、この回路カバー３１内に点灯回路１５が格納されている。ケース２０は、筒壁２１と、筒壁２１の一端に設けられた底壁２２とを有し、底壁２２の中央部分（筒部の中心軸を含む）に貫通孔２４が設けられている。
【００２２】
筒壁２１は、筒壁２１の中心軸に沿って他端（グローブ側）から一端（口金側）に移動したときに、内径が徐々に小さくなるテーパ状である。ＬＥＤ１０が点灯した際に発生した熱は、基板１１から基台１２、基台１２からケース２０に伝わり、当該ケース２０から外気へと主に放出される。即ち、ケース２０はＬＥＤ１０が点灯した際に発生した熱を外気中に放熱する放熱機能を有し、基台１２は基板１１の熱をケース２０に伝える伝熱機能を有するといえる。
【００２３】
射出成形部３０は、点灯回路１５を収容する回路カバー３１、ケース２０と口金４０との間に介在して互いの間を絶縁する絶縁部３２、及び、口金４０が螺合される螺旋状の口金固定部３３によって構成されている。これら回路カバー３１、絶縁部３２、及び口金固定部３３は射出成形によって一体に成形されたものである。ここで本実施形態において、絶縁部３２は、ケース２０の外部（下方）に表出しており、回路カバー３１に伝達した熱を外気中に放熱する放熱機能を備えるものでもある。
【００２４】
回路カバー３１は、上端が開口され下端の一部が塞がれた円筒状に成形されていて、上端の開口部は蓋体３４によって塞がれる。回路カバー３１の下端中央部を除いた底面３１ｂは、ケース２０における底壁２２の上面の一部を覆っている。また、回路カバー３１は下方の絶縁部３２に連なる突出筒部３１ｃを有している。突出筒部３１ｃは回路カバー３１の底面３１ｂから下方に突出し、貫通孔２４の最外部を通過して絶縁部３２に連なる部分である。なお、回路カバー３１内に点灯回路１５の全部分が収納されず、その一部分のみが収納されるようにしても良い。例えば、突出筒部３１ｃや、筒状の絶縁部３２及び口金固定部３３の内側（ＬＥＤ電球１の中心軸寄り）に点灯回路１５の他部分が収納されるようにしても良い。
【００２５】
蓋体３４は有底筒状をし、筒部が回路カバー３１の上端部に外嵌されることにより蓋部が回路カバー３１の開口部を塞ぐようになっている。つまり、蓋体３４の筒部内径と、回路カバー３１の上端部の外径が対応しており、蓋体３４と回路カバー３１とを組み立てた状態で、蓋体３４の筒部内周面と、回路カバー３１の上端部外周面とが当接する。なお、蓋体３４と回路カバー３１とは、例えば接着剤で固定しても良いし、係合部と被係合部とを組み合わせた係合手段により固定しても良いし、両者にねじを設けて螺着しても良いし、さらには蓋体３４の筒部内径を回路カバー３１の上端部外径よりも小さくして、嵌め合いにより固定しても良い。
【００２６】
蓋体３４は、軽量化のため比重の小さい材料、例えばＰＢＴ等の樹脂で形成するのが好ましい。蓋体３４の蓋部には、点灯回路１５と基板１１との配線を担うリード線が通過する貫通孔３４ａが２つ設けられている。各貫通孔３４ａは、基体１２の貫通孔１２ｂに対応する位置に設けられる。ここで例えば、蓋体３４の裏面側（蓋部の底面側）に係止爪等からなる基板ホルダを設けておき、点灯回路１５を構成する電子部品が実装された基板をこの基版ホルダによって蓋体３４に固定し、且つ基板からの２本のリード線（出力側のリード線）を貫通孔３４ａ，３４ａに各々通過させた状態で回路カバー３１と組み立てるようにすると良い。なお、蓋体３４に設ける貫通孔は１つでも良く、１つの貫通孔に２本のリード線を通過させるようにしても良い。
【００２７】
所定の肉厚を有する絶縁部３２は、底壁２２の底面を覆い底壁２２と口金４０の間を絶縁する。また、絶縁部３２はケース２０下方に表出しており、回路カバー３１から当該絶縁部３２に熱伝導された熱を外気中に放熱する。このように本実施形態の絶縁部３２は放熱機能を有するものであり、省スペースで放熱効果を高めることができる。また、本実施形態のように、底壁２２の一部を回路カバー３１の底面３１ｂ及び絶縁部３２の上面と密着させることによって、回路カバー３１に伝達した熱及び回路カバー３１から絶縁部３２に熱伝導した熱がケース２０に伝わり、外気中に放熱されることになる。
【００２８】
絶縁部３２の下方には口金固定部３３が設けられている。口金固定部３３の外周部に口金４０が螺合されることで、口金４０と射出成形部３０が固定される。口金４０は、例えばＥ１７形やＥ２６形などの一般照明電球用のソケットに接続可能なものであり、口金固定部３３に嵌合されて固定されるシェル４１、このシェル４１の一端側に設けられる絶縁部４２、及びこの絶縁部４２の頂部に設けられるアイレット４３を有している。シェル４１及びアイレット４３には点灯回路１５の入力側から引き出されているリード線（図示しない）が接続されている。
【００２９】
グローブ５０は、透光性を有しており、例えば透明のガラスや合成樹脂などの材質により、端部５０ａに開口を有する略半球状に形成されている。そして、端部５０ａがケース２０のテーパ部２１の内側に嵌合され、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの接着剤による接着固定により取り付けられている。これにより、複数個のＬＥＤ１０は、グローブ５０の開口に位置して、グローブ５０により覆われる。
【００３０】
前述したように、点灯回路１５の入力側には口金４０のシェル４１及びアイレット４３が配線で電気的に接続され、点灯回路１５の出力側に接続された配線が蓋体３４の貫通孔３４ａ，３４ａ及び基体１２の貫通孔１２ｂ，１２ｂを通じて基板１１の配線パターンに電気的に接続されている。口金４０が供電されると、点灯回路１５が動作し所定の直流電圧（例えば２４Ｖ）が出力される。直流電圧が基板１１に実装されているＬＥＤ１０に印加され、ＬＥＤ１０が点灯し、ＬＥＤ１０から可視光（例えば白色光）が放射される。
【００３１】
このＬＥＤ１０点灯時に発生する熱は、基板１１に熱伝導されるとともに、この基板１１から基体１２に熱伝導され、さらに基体１２からケース２０に熱伝導されて空気中に放熱される。また、ＬＥＤ１０点灯時に発生する熱の一部は空気層を介して回路カバー３１に伝達され、点灯回路１５自体が発生する熱の一部も回路カバー３１に伝達されることになる。回路カバー３１に伝達された熱は、絶縁部３２から外気中に放熱され、又は、絶縁部３２からケース２０に熱伝導して外気中に放熱されるため、点灯回路１５における熱の滞留を抑制することができる。
【００３２】
なお本実施形態では、ケース２０と回路カバー３１とをケース２０の口金側端部（底壁２２）で接合しており、基台１２と蓋体３４、及び、筒部２１と回路カバー２１との間に空気層を設けるようにしている。即ち、ＬＥＤ１０点灯時に発生する熱が筒部２１から放熱される前に回路カバー２１に直接的に熱伝導することを防止している。
【００３３】
（樹脂成形部−アルミニウム間の熱伝導性）
前述した射出成形部３０は、ケース２０内部に設けられる回路カバー３１、並びにケース２０外部に設けられる絶縁部３２及び口金固定部３３が一体に成形されたものである。本実施形態における射出成形部３０は、結晶性の熱可塑性樹脂により構成され、例えばポリブチレンテレフタレート（以下ＰＢＴと称す。）、ポリフェニレンサルファイド（以下ＰＰＳと称す。）、及びポリアミド樹脂から選択される１種以上を主成分とする樹脂組成物が好ましい。ケース２０はアルミニウムにより構成されているため、射出成形部３０からケース２０への熱伝導性が良好であれば、点灯回路１５周辺の熱が効率良く外気に放熱されることになる。
【００３４】
本発明者らは、アルミニウムとＰＰＳ間の熱伝導性に関するシミュレート実験を行った。図２に示すように、０．２ｍｍ×１．０ｍｍのＰＰＳ部と同形状のアルミニウム部を接合させたときの接合面の状態を異ならせて、シミュレートを行った。ここでは、ＰＰＳ部の左端から右端方向に対して３Ｗ／ｃｍ２の熱流束を生じさせた場合のＰＰＳ部及びアルミニウム部の各位置における温度を算出した。なお、ＰＰＳ部及びアルミニウム部（接合面も含む）の上下面はいずれも断熱面と設定した。
【００３５】
本実験で設定した接合面の状態は、図３に示すように、以下の４つである。
（ａ）ＰＰＳ側接合面及びアルミニウム側接合面の双方に凹凸を設けて、双方の凹凸が相互にかみ合い隙間無く完全に密着した状態。ここで凹凸の幅は０．０１ｍｍ、高低差は０．００５ｍｍとした。
（ｂ）ＰＰＳ側接合面及びアルミニウム側接合面の双方を凹凸無しの理想的なフラット面として、両接合面が面全体で密着した状態。
（ｃ）ＰＰＳ側接合面とアルミニウム側接合面の間に厚さ０．１ｍｍの接着層を介在させた状態。
（ｄ）ＰＰＳ側接合面とアルミニウム側接合面の間に厚さ０．１ｍｍの空気層を介在させた状態。
また、本実験において、ＰＰＳ、アルミニウム、接着層を構成する接着剤、及び空気層を構成する空気の密度、比熱、及び熱伝導率は図４のように設定した。
【００３６】
図５は、図２に示したＰＰＳ−アルミニウムモデルにおける各部の温度分布を示すグラフであり、各接合面の状態（（ａ）〜（ｄ））に応じた４つの分布状況が示されている。図５の横軸（位置（ｍ））は、接合面の中心部を位置０ｍとし、マイナス方向がＰＰＳ側、プラス方向がアルミニウム側を示している。図５に示すように、空気層を設けた（ｄ）の場合は、ＰＰＳ部左端（−０．００１ｍ）の温度が２８７℃となっており最も高い。また、接着層を設けた（ｃ）の場合は、ＰＰＳ部左端の温度が１９３℃となった。フラット面同士を密着させた（ｂ）の場合は、ＰＰＳ部左端の温度が１６９℃となり、凹凸面同士を密着させた（ａ）の場合は、ＰＰＳ部左端の温度が１６７℃となった。この結果から、接合面がフラット面である場合（ａ）と、フラット面より接合面積が大きい凹凸面とした場合（ｂ）で熱伝導性に大きな違いがないことが確認された。しかしながら、接着層を設けるとＰＰＳ部からアルミニウム部への熱伝導性が低下し、空気層を設けてしまうとＰＰＳ部への熱の滞留が顕著になってしまうことが確認された。
【００３７】
上記実験結果から、ケース２０と射出成形部３０（回路ケース３１及び絶縁部３２）のフラット面同士又は凹凸面同士を接着剤を用いずに接合することが放熱性能向上の観点から好ましい。しかしながら、理想的なフラット面を形成することは不可能であり、通常は平面同士を密着させたとしても面接触ではなく点接触になってしまい、大部分は空気層が介在してしまうことになる。
【００３８】
一方、ケース２０及び射出成形部３０に凹凸面を形成したとしても両者を接着剤を用いずに密着させて接合することは困難である。また、仮にねじ止めによってケース２０と射出成形部３０を密着させて一体化したとしても、ねじの緩み等によって容易に空気層が介在しうる。これに対して本発明者らは、後述するＮＭＴ（Nano molding technology）によって、アルミニウム製のケース２０表面に凹凸を形成し、且つこれらの凹凸に射出成形部３０を構成する樹脂組成物を侵入させた状態で硬化させた。即ち、ケース２０表面の凹凸と射出成形部３０の凹凸を密着させて両者を一体化した。
【００３９】
（ＮＭＴの概要）
ＮＭＴは本発明者らが開発した技術であり、特許文献２及び３に示すように公知の技術である。ＮＭＴとは、アルミニウムと樹脂組成物との接合技術であり、アルミニウムに対して所定の表面処理を施した後、射出成形金型内にインサートし、当該金型内に溶融したエンジニアリング樹脂を射出して樹脂部分を成形すると同時に、その成形品とアルミニウムとを接合する方法（以下、略称して「射出接合」という。）である。
【００４０】
ＮＭＴの要件として、アルミニウムに２の条件、樹脂組成物に１の条件がある。アルミニウムの２条件を以下に示す。
（１）アルミニウム表面が２０〜８０ｎｍ周期（好ましくは２０〜５０ｎｍ周期）の超微細凹凸、又は直径２０〜８０ｎｍ（好ましくは直径２０〜５０ｎｍ）の超微細凹部又は超微細凸部で覆われていること。指標としては、ＲＳｍが２０ｎｍ〜８０ｎｍである超微細凹凸で覆われていると良い。また、Ｒｚが２０〜８０ｎｍの超微細凹部又は超微細凸部で覆われていても良い。さらに、ＲＳｍが２０ｎｍ〜８０ｎｍであり、且つＲｚが２０〜８０ｎｍの超微細凹凸で覆われていても良い。ＲＳｍは、日本工業規格（JIS B 0601:2001, ISO 4287:1997）に規定される輪郭曲線要素の平均長さであり、Ｒｚは、日本工業規格（JIS B 0601:2001, ISO 4287:1997）に規定される最大高さである。ここで、このアルミニウムの表層は酸化アルミニウムの薄層であり、その厚さは３ｎｍ以上である。
（２）射出接合前のアルミニウム表面に、アンモニア、ヒドラジン、又は水溶性アミン化合物が化学吸着していること。
【００４１】
一方、樹脂組成物の条件は以下の通りである。
（３）硬質の結晶性熱可塑性樹脂であって、１５０〜２００℃でアンモニア、ヒドラジン、又は水溶性アミン類等の広義のアミン系化合物と反応し得る樹脂を主成分とすること。具体的には、ＰＢＴ、ＰＰＳ、又はポリアミド樹脂等が主成分として含まれている樹脂組成物であること。例えば、市販のＰＰＳ樹脂「ＳＧＸ１２０」（株式会社 東ソー製）を好適に使用できる。
【００４２】
ＮＭＴにおけるアルミニウムの表面処理法は特許文献２、３に開示されているが、その概要を記載する。形状化したアルミニウム部品（例えば本実施形態におけるケース２０）を脱脂槽に投入して脱脂操作をする。次いで数％濃度の苛性ソーダ水溶液に浸漬して表層を溶かし、脱脂操作で落とし切れなかった汚れをアルミニウム表層ごと落とす。次いで数％濃度の硝酸水溶液に浸漬して、前操作で表面に付着したナトリウムイオン等を中和し除去する。ここまでの操作はアルミニウム部品の表面を構造的、化学的に安定した綺麗な表面にする操作である。もし汚れや腐食箇所の全くない綺麗なアルミニウム部品であれば、これら前処理操作は省くことができる。
【００４３】
ＮＭＴにおける重要な処理は以下に示すものである。ＮＭＴでは水溶性アミン系化合物の水溶液にアルミニウム部品を適当な条件で浸漬し、部品表面をエッチングして２０〜８０ｎｍ周期の超微細凹凸を形成し、同時にそのアミン系化合物を化学吸着させる。例えば、アルミニウム部品を、４５〜６５℃にした１〜数％濃度の水和ヒドラジン水溶液に１分〜数分浸漬する超微細エッチングを行うことで、２０〜４０ｎｍ周期の超微細凹凸がアルミニウム表面に形成される。超微細エッチング後、アルミニウム部品をイオン交換水でよく水洗し、５０〜７０℃で乾燥すると、ヒドラジンの化学吸着が認められる射出接合に適したものとなる。これが「ＮＭＴ」の表面処理法である。
【００４４】
（第１実施形態に係るＬＥＤ電球用ケースの作成）
金型温度１４５℃にした射出成形用金型に上記表面処理を施したケース２０をインサートし、その表面に前述した樹脂（例えばＰＰＳ樹脂「ＳＧＸ１２０」）を射出する。これにより射出成形部３０（回路カバー３１、絶縁部３２、及び口金固定部３３が一体化したもの）が成形されると共に、これを構成する樹脂組成物がアルミニウム表面の超微細凹凸に侵入して硬化した一体化物であるＬＥＤ電球用ケースが得られる。
【００４５】
このＬＥＤ電球用ケースは、アルミニウム製のケース２０と回路カバー３１、絶縁部３２、及び口金固定部３３が一体化した部品である。このような構造とすることで、回路カバー３１、絶縁部３２、及び口金固定部３３とケース２０を固定するためのねじ止め機構や接着剤が不要であるため、ＬＥＤ電球の構造や組立工程を簡素化することができる。且つ、射出成形部３０からケース２０への熱伝導を促す凹凸構造となっているため、回路カバー３１における熱の滞留を防止することができる。
【００４６】
［第２実施形態に係るＬＥＤ電球］
次に第２実施形態に係るＬＥＤ電球について、第１実施形態と異なる部分について説明する。図６は、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ電球の縦断面図である。ケース２０は、テーパ部２１と、テーパ部２１の下端から下方に突出した端部２３により構成される。射出成形部３０は、絶縁部３２と口金固定部３３により構成される。第２実施形態において点灯回路１５は、アルミニウム製の回路カバー３５に収納される。回路カバー３５は上下が開口された略円筒状であり、当該回路カバー３５に点灯回路１５が格納される。なお、回路カバー３５内に点灯回路１５の全部分が収納されず、その一部分のみが収納されるようにしても良い。例えば、筒状の絶縁部３２及び口金固定部３３の内側（ＬＥＤ電球１の中心軸寄り）に点灯回路１５の他部分が収納されるようにしても良い。
【００４７】
ここでアルミニウム製の回路カバー３５の端部３５ａと、アルミニウム製のケース２０の端部２３は、樹脂成形部３０を構成する絶縁部３２と共に、例えば前述したＮＭＴによる射出接合によって一体化されている。例えば、第２実施形態におけるＬＥＤ電球用ケースの作成は、以下のようにして行われる。
【００４８】
（第２実施形態に係るＬＥＤ電球用ケースの作成）
金型温度１４５℃にした射出成形用金型に前述したＮＭＴ用の表面処理を施したケース２０及び回路カバー３５をインサートし、ケース端部２３及び回路カバー端部３５ａに前述した樹脂（例えばＰＰＳ樹脂「ＳＧＸ１２０」）を射出する。これにより射出成形部３０（絶縁部３２及び口金固定部３３が一体化したもの）が成形されると共に、これを構成する樹脂組成物がアルミニウム製の端部２３及び３５ａ表面の超微細凹凸に侵入して硬化した一体化物であるＬＥＤ電球用ケースが得られる。
【００４９】
このＬＥＤ電球用ケースは、アルミニウム製のケース２０とアルミニウム製の回路カバー３１が絶縁部３２を介して一体に接合された部品であり、さらに絶縁部３２と口金固定部３３が一体化された部品である。このような構造とすることで、回路カバー３１、絶縁部３２、及び口金固定部３３とケース２０を固定するためのねじ止め機構や接着剤が不要であるため、ＬＥＤ電球の構造や組立工程を簡素化することができる。
【００５０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこの形態に限定されることはなく、本発明の目的、趣旨を逸脱しない範囲内での変更が可能なことはいうまでもない。また、本実施形態ではＮＭＴによってアルミニウム表面に凹凸を形成して樹脂組成物と接合しているが、凹凸の形成及び樹脂組成物との接合が可能な他の手法を用いるようにしても良い。例えば、アルミニウム表面に凹凸を設ける際に、アルマイト処理を行うようにしても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１…ＬＥＤ電球
１０…ＬＥＤ
１１…基板
１２…基台
１５…点灯回路
２０…ケース
３０…樹脂成形部
３１…回路カバー
３３…口金固定部
３５…回路カバー
４０…口金
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いたＬＥＤ電球及びＬＥＤ電球用ケースに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、白熱電球等と比較して長寿命であり、高いエネルギー効率を有するＬＥＤを光源とするＬＥＤ電球の開発が行われている。そのＬＥＤ電球の開発において、ＬＥＤ発光時における放熱性の向上が重要な問題となっており、これに対する技術が提案されている。例えば、特許文献１に開示されるようなＬＥＤ電球において、ＬＥＤで発生した熱は、ＬＥＤからＬＥＤ基板に、ＬＥＤ基板からこれを載置している載置部材に、そして載置部材から筐体部材に迅速に伝熱されて筐体部材から放熱される。ＬＥＤ基板には、通常複数個のＬＥＤが配設されるが、上記載置部材と筐体部材を伝熱性の金属（例えばアルミニウム）で形成することにより、ＬＥＤの温度上昇を抑制するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６５９１３１号公報
【特許文献２】ＷＯ ０３／０６４１５０ Ａ１
【特許文献３】ＷＯ ２００４／０４１５３２ Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した例のように、ＬＥＤで発生する熱の放熱経路に関しては様々な技術が提案されている。一方で、ＬＥＤで発生する熱がＬＥＤの点灯制御を行う点灯回路の周囲に滞留したり、筐体内部の点灯回路自体が発生する熱が当該点灯回路の周囲に滞留することで、当該点灯回路を形成する電子部品に悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、点灯回路周囲における放熱効率を高める必要がある。今後のＬＥＤの小型化に伴い、ＬＥＤと点灯回路間の距離が短縮され、電子部品の密度が向上することを考慮すると、点灯回路周囲における放熱性能の向上は重要な問題である。
【０００５】
本発明は、前記した課題を解決するためになされたもので、下記の目的を達成する。本発明の目的は、点灯回路周囲における熱の滞留を抑制するＬＥＤ電球、及びＬＥＤ電球用ケースを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記目的を達成するために次の手段をとる。なお後述する発明を実施するための最良の形態の説明及び図面で使用した符号を参考のために括弧書きで付記するが、本発明の構成要素は該付記したものには限定されない。
【０００７】
本発明１のＬＥＤ電球は、
ＬＥＤ（１０）が実装された基板（１１）と、
口金（４０）を介して受電し前記ＬＥＤを点灯させる点灯回路（１５）と、
前記点灯回路が収容される回路カバー（３１）と、
前記ＬＥＤ点灯時の熱を放熱するアルミニウム製のケース（２０）と、
を備えるＬＥＤ電球（１）であって、
前記回路カバーは、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、及びポリアミド樹脂から選択される１種以上を含む樹脂組成物により構成される射出成形物であり、
前記ケース表面には凹凸が形成されており、前記射出成形物を構成する樹脂組成物が前記凹凸に侵入していることにより、前記回路カバーと前記ケースが一体化されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明２のＬＥＤ電球は、
ＬＥＤ（１０）が実装された基板（１１）と、
口金（４０）を介して受電し前記ＬＥＤを点灯させる点灯回路（１５）と、
前記点灯回路が収容されるアルミニウム製の回路カバー（３５）と、
前記ＬＥＤ点灯時の熱を放熱するアルミニウム製のケース（２０）と、
を備えるＬＥＤ電球（１）であって、
ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、及びポリアミド樹脂から選択される１種以上を含む樹脂組成物により構成され、前記回路カバー及び前記ケースと接触する射出成形物（射出成形部３０）を有し、
前記回路カバー表面及び前記ケース表面には凹凸が形成されており、前記射出成形物を構成する樹脂組成物が、前記回路カバー表面及び前記ケース表面の双方の凹凸に侵入していることにより、前記回路カバーと前記ケースが一体化されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明３のＬＥＤ電球は、本発明１又は２のＬＥＤ電球であって、
前記射出成形物（射出成形部３０）は、
前記樹脂組成物により構成され前記口金（４０）と前記ケース（２０）とを絶縁する絶縁部（３２）、前記樹脂組成物により構成され前記ケース外部に表出する放熱部（絶縁部３２）、及び前記樹脂組成物により構成され前記口金が固定される口金固定部（３３）が一体に成形されたものであることを特徴とする。
【００１０】
本発明４のＬＥＤ電球は、
本発明３のＬＥＤ電球（１）であって、
前記絶縁部（３２）と前記放熱部（絶縁部３２）は同一部であることを特徴とする。
【００１１】
本発明５のＬＥＤ電球用ケースは、
ＬＥＤ（１０）点灯時の熱を放熱するアルミニウム製のケース（２０）と、
ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、及びポリアミド樹脂から選択される１種以上を含む樹脂組成物により構成され、口金（４０）を介して受電し前記ＬＥＤを点灯させる点灯回路（１５）が収容される射出成形物である回路カバー（３１）により構成され、
前記ケース表面には凹凸が形成されており、前記射出成形物を構成する樹脂組成物が、前記凹凸に侵入していることにより、前記ケースと前記回路カバーが一体化されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明６のＬＥＤ電球用ケースは、
ＬＥＤ（１０）点灯時の熱を放熱するアルミニウム製のケース（２０）と、
ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、及びポリアミド樹脂から選択される１種以上を含む樹脂組成物により構成される射出成形物（射出成形部３０）と、
口金（４０）を介して受電し前記ＬＥＤを点灯させる点灯回路（１５）が収容されるアルミニウム製の回路カバー（３５）により構成され、
前記ケース表面及び回路カバー表面には凹凸が形成されており、前記射出成形物を構成する樹脂組成物が、前記ケース表面及び前記回路カバー表面の双方の凹凸に侵入していることにより、前記ケース、前記射出成形物、及び前記回路カバーが一体化されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、回路カバーからケースへの熱伝導を容易にして、点灯回路周囲に熱が滞留することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第１実施形態に係るＬＥＤ電球の縦断面図である。
【図２】図２は、熱伝導シミュレーション実験に用いるＰＰＳ−アルミニウムモデルを示す図である。
【図３】図３は、ＰＰＳ−アルミニウムモデルにおける接合面の状態を示す図である。
【図４】図４は、ＰＰＳ−アルミニウムモデルにおいて設定した各材質の密度、比熱、及び熱伝導率を示す図である。
【図５】図５は、ＰＰＳ−アルミニウムモデルにおける温度分布を示すグラフである。
【図６】図６は、第２実施形態に係るＬＥＤ電球の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態に係るＬＥＤ電球について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
［第１実施形態に係るＬＥＤ電球］
図１は、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ電球の縦断面図である。ＬＥＤ電球１は、図１に示すように光源となる複数のＬＥＤ１０が実装された基板１１と、口金４０を介して受電しＬＥＤ１０を点灯させる点灯回路１５と、点灯回路１５が収容される回路カバー３１と、ＬＥＤ１０点灯時の熱を放熱し、回路カバー３１と一体化されるアルミニウム製のケース２０を備えるものである。
【００１７】
図１に示すＬＥＤ１０は、可視光を放射する半導体発光素子であり、複数個のＬＥＤ１０が基板１１に実装されている。基板１１として、例えばガラスエポキシ材等の樹脂材料やセラミック材料等が利用されるが、当該材料として熱伝導率の高いものを利用することが好ましい。基板１１の実装面には複数のＬＥＤ１０が実装される図示しない配線パターンが形成されている。この配線パターンによって複数のＬＥＤ１０が所定の接続方法で接続される。また、この配線パターンと点灯回路１５が図示しないリード線によって接続される。
【００１８】
基台１２は熱伝導性に優れた金属材料（例えばアルミニウム）により形成されている。基台１２は、ＬＥＤ１０が実装された基板１１を装着すると共に、後述する筒状をしたケース２０の他端を塞いでいる。基台１２はケース２０の他端に内嵌され、ケース２０の内周面に基板１１が装着された基台１２が伝熱性の接着剤などにより固着される。本例においては、ケース２０のテーパ部２１が所定のテーパ角を有する円筒形状であり、基台１２が同じテーパ角を有する円盤形状となっている。従って、基台１２の直径とケース２０の内径が合致する位置に基台１２が位置決めされることになる。なお、ケース２０の内周面に複数のストッパを形成しておき、ケース２０の他端から圧入された基台１２が、当該ストッパにより位置決めされるようにしても良い。
【００１９】
基台１２の表側には、基板１１載置用の凹部１２ａが形成され、この凹部１２ａの底面と基板１７とが接触する状態で、基板１１が基台１２に取着されている。なお、基板１１の基台１２への取着は、例えば固定ビスにより直接固定する方法や、板ばね等により取着力を加える方法により行われる。なお、この凹部１２ａにより基板１１の位置決めを容易且つ正確に行うことができる。基台１２は、その厚み方向に貫通する貫通孔１２ｂを備えている。点灯回路１５からの２本のリード線が、後述する蓋体３４の貫通孔３４ａ，３４ａ及び当該基台１２の貫通孔１２ｂ，１２ｂを通って、基板１１の配線パターンに電気的に接続される。本例では２個の貫通孔１２ｂが設けられており、各々をリード線が通過するが、貫通孔を１個のみもうけ、当該貫通孔に２本のリード線を通過させるようにしても良い。
【００２０】
点灯回路１５は、ＬＥＤ１０を点灯させる電子部品（図示しない。）から構成されており、口金部材４０を介して供給される交流電圧（例えば１００Ｖ）を直流電圧（例えば２４Ｖ）に変換してＬＥＤ１０に供給する。点灯回路１５は、例えば整流・平滑回路、ＤＣ／ＤＣコンバータ等により構成されている。
【００２１】
ケース２０は、図１に示すような筒状をし、他端から一端にかけて徐々に外径が小さくなっており、他端に上記の基台１２が取着され、一端に射出成形部３０を介して口金４０が設けられている。ケース２０は、内部に回路カバー３１を収納し、この回路カバー３１内に点灯回路１５が格納されている。ケース２０は、筒壁２１と、筒壁２１の一端に設けられた底壁２２とを有し、底壁２２の中央部分（筒部の中心軸を含む）に貫通孔２４が設けられている。
【００２２】
筒壁２１は、筒壁２１の中心軸に沿って他端（グローブ側）から一端（口金側）に移動したときに、内径が徐々に小さくなるテーパ状である。ＬＥＤ１０が点灯した際に発生した熱は、基板１１から基台１２、基台１２からケース２０に伝わり、当該ケース２０から外気へと主に放出される。即ち、ケース２０はＬＥＤ１０が点灯した際に発生した熱を外気中に放熱する放熱機能を有し、基台１２は基板１１の熱をケース２０に伝える伝熱機能を有するといえる。
【００２３】
射出成形部３０は、点灯回路１５を収容する回路カバー３１、ケース２０と口金４０との間に介在して互いの間を絶縁する絶縁部３２、及び、口金４０が螺合される螺旋状の口金固定部３３によって構成されている。これら回路カバー３１、絶縁部３２、及び口金固定部３３は射出成形によって一体に成形されたものである。ここで本実施形態において、絶縁部３２は、ケース２０の外部（下方）に表出しており、回路カバー３１に伝達した熱を外気中に放熱する放熱機能を備えるものでもある。
【００２４】
回路カバー３１は、上端が開口され下端の一部が塞がれた円筒状に成形されていて、上端の開口部は蓋体３４によって塞がれる。回路カバー３１の下端中央部を除いた底面３１ｂは、ケース２０における底壁２２の上面の一部を覆っている。また、回路カバー３１は下方の絶縁部３２に連なる突出筒部３１ｃを有している。突出筒部３１ｃは回路カバー３１の底面３１ｂから下方に突出し、貫通孔２４の最外部を通過して絶縁部３２に連なる部分である。なお、回路カバー３１内に点灯回路１５の全部分が収納されず、その一部分のみが収納されるようにしても良い。例えば、突出筒部３１ｃや、筒状の絶縁部３２及び口金固定部３３の内側（ＬＥＤ電球１の中心軸寄り）に点灯回路１５の他部分が収納されるようにしても良い。
【００２５】
蓋体３４は有底筒状をし、筒部が回路カバー３１の上端部に外嵌されることにより蓋部が回路カバー３１の開口部を塞ぐようになっている。つまり、蓋体３４の筒部内径と、回路カバー３１の上端部の外径が対応しており、蓋体３４と回路カバー３１とを組み立てた状態で、蓋体３４の筒部内周面と、回路カバー３１の上端部外周面とが当接する。なお、蓋体３４と回路カバー３１とは、例えば接着剤で固定しても良いし、係合部と被係合部とを組み合わせた係合手段により固定しても良いし、両者にねじを設けて螺着しても良いし、さらには蓋体３４の筒部内径を回路カバー３１の上端部外径よりも小さくして、嵌め合いにより固定しても良い。
【００２６】
蓋体３４は、軽量化のため比重の小さい材料、例えばＰＢＴ等の樹脂で形成するのが好ましい。蓋体３４の蓋部には、点灯回路１５と基板１１との配線を担うリード線が通過する貫通孔３４ａが２つ設けられている。各貫通孔３４ａは、基体１２の貫通孔１２ｂに対応する位置に設けられる。ここで例えば、蓋体３４の裏面側（蓋部の底面側）に係止爪等からなる基板ホルダを設けておき、点灯回路１５を構成する電子部品が実装された基板をこの基版ホルダによって蓋体３４に固定し、且つ基板からの２本のリード線（出力側のリード線）を貫通孔３４ａ，３４ａに各々通過させた状態で回路カバー３１と組み立てるようにすると良い。なお、蓋体３４に設ける貫通孔は１つでも良く、１つの貫通孔に２本のリード線を通過させるようにしても良い。
【００２７】
所定の肉厚を有する絶縁部３２は、底壁２２の底面を覆い底壁２２と口金４０の間を絶縁する。また、絶縁部３２はケース２０下方に表出しており、回路カバー３１から当該絶縁部３２に熱伝導された熱を外気中に放熱する。このように本実施形態の絶縁部３２は放熱機能を有するものであり、省スペースで放熱効果を高めることができる。また、本実施形態のように、底壁２２の一部を回路カバー３１の底面３１ｂ及び絶縁部３２の上面と密着させることによって、回路カバー３１に伝達した熱及び回路カバー３１から絶縁部３２に熱伝導した熱がケース２０に伝わり、外気中に放熱されることになる。
【００２８】
絶縁部３２の下方には口金固定部３３が設けられている。口金固定部３３の外周部に口金４０が螺合されることで、口金４０と射出成形部３０が固定される。口金４０は、例えばＥ１７形やＥ２６形などの一般照明電球用のソケットに接続可能なものであり、口金固定部３３に嵌合されて固定されるシェル４１、このシェル４１の一端側に設けられる絶縁部４２、及びこの絶縁部４２の頂部に設けられるアイレット４３を有している。シェル４１及びアイレット４３には点灯回路１５の入力側から引き出されているリード線（図示しない）が接続されている。
【００２９】
グローブ５０は、透光性を有しており、例えば透明のガラスや合成樹脂などの材質により、端部５０ａに開口を有する略半球状に形成されている。そして、端部５０ａがケース２０のテーパ部２１の内側に嵌合され、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの接着剤による接着固定により取り付けられている。これにより、複数個のＬＥＤ１０は、グローブ５０の開口に位置して、グローブ５０により覆われる。
【００３０】
前述したように、点灯回路１５の入力側には口金４０のシェル４１及びアイレット４３が配線で電気的に接続され、点灯回路１５の出力側に接続された配線が蓋体３４の貫通孔３４ａ，３４ａ及び基体１２の貫通孔１２ｂ，１２ｂを通じて基板１１の配線パターンに電気的に接続されている。口金４０が供電されると、点灯回路１５が動作し所定の直流電圧（例えば２４Ｖ）が出力される。直流電圧が基板１１に実装されているＬＥＤ１０に印加され、ＬＥＤ１０が点灯し、ＬＥＤ１０から可視光（例えば白色光）が放射される。
【００３１】
このＬＥＤ１０点灯時に発生する熱は、基板１１に熱伝導されるとともに、この基板１１から基体１２に熱伝導され、さらに基体１２からケース２０に熱伝導されて空気中に放熱される。また、ＬＥＤ１０点灯時に発生する熱の一部は空気層を介して回路カバー３１に伝達され、点灯回路１５自体が発生する熱の一部も回路カバー３１に伝達されることになる。回路カバー３１に伝達された熱は、絶縁部３２から外気中に放熱され、又は、絶縁部３２からケース２０に熱伝導して外気中に放熱されるため、点灯回路１５における熱の滞留を抑制することができる。
【００３２】
なお本実施形態では、ケース２０と回路カバー３１とをケース２０の口金側端部（底壁２２）で接合しており、基台１２と蓋体３４、及び、筒部２１と回路カバー２１との間に空気層を設けるようにしている。即ち、ＬＥＤ１０点灯時に発生する熱が筒部２１から放熱される前に回路カバー２１に直接的に熱伝導することを防止している。
【００３３】
（樹脂成形部−アルミニウム間の熱伝導性）
前述した射出成形部３０は、ケース２０内部に設けられる回路カバー３１、並びにケース２０外部に設けられる絶縁部３２及び口金固定部３３が一体に成形されたものである。本実施形態における射出成形部３０は、結晶性の熱可塑性樹脂により構成され、例えばポリブチレンテレフタレート（以下ＰＢＴと称す。）、ポリフェニレンサルファイド（以下ＰＰＳと称す。）、及びポリアミド樹脂から選択される１種以上を主成分とする樹脂組成物が好ましい。ケース２０はアルミニウムにより構成されているため、射出成形部３０からケース２０への熱伝導性が良好であれば、点灯回路１５周辺の熱が効率良く外気に放熱されることになる。
【００３４】
本発明者らは、アルミニウムとＰＰＳ間の熱伝導性に関するシミュレート実験を行った。図２に示すように、０．２ｍｍ×１．０ｍｍのＰＰＳ部と同形状のアルミニウム部を接合させたときの接合面の状態を異ならせて、シミュレートを行った。ここでは、ＰＰＳ部の左端から右端方向に対して３Ｗ／ｃｍ２の熱流束を生じさせた場合のＰＰＳ部及びアルミニウム部の各位置における温度を算出した。なお、ＰＰＳ部及びアルミニウム部（接合面も含む）の上下面はいずれも断熱面と設定した。
【００３５】
本実験で設定した接合面の状態は、図３に示すように、以下の４つである。
（ａ）ＰＰＳ側接合面及びアルミニウム側接合面の双方に凹凸を設けて、双方の凹凸が相互にかみ合い隙間無く完全に密着した状態。ここで凹凸の幅は０．０１ｍｍ、高低差は０．００５ｍｍとした。
（ｂ）ＰＰＳ側接合面及びアルミニウム側接合面の双方を凹凸無しの理想的なフラット面として、両接合面が面全体で密着した状態。
（ｃ）ＰＰＳ側接合面とアルミニウム側接合面の間に厚さ０．１ｍｍの接着層を介在させた状態。
（ｄ）ＰＰＳ側接合面とアルミニウム側接合面の間に厚さ０．１ｍｍの空気層を介在させた状態。
また、本実験において、ＰＰＳ、アルミニウム、接着層を構成する接着剤、及び空気層を構成する空気の密度、比熱、及び熱伝導率は図４のように設定した。
【００３６】
図５は、図２に示したＰＰＳ−アルミニウムモデルにおける各部の温度分布を示すグラフであり、各接合面の状態（（ａ）〜（ｄ））に応じた４つの分布状況が示されている。図５の横軸（位置（ｍ））は、接合面の中心部を位置０ｍとし、マイナス方向がＰＰＳ側、プラス方向がアルミニウム側を示している。図５に示すように、空気層を設けた（ｄ）の場合は、ＰＰＳ部左端（−０．００１ｍ）の温度が２８７℃となっており最も高い。また、接着層を設けた（ｃ）の場合は、ＰＰＳ部左端の温度が１９３℃となった。フラット面同士を密着させた（ｂ）の場合は、ＰＰＳ部左端の温度が１６９℃となり、凹凸面同士を密着させた（ａ）の場合は、ＰＰＳ部左端の温度が１６７℃となった。この結果から、接合面がフラット面である場合（ａ）と、フラット面より接合面積が大きい凹凸面とした場合（ｂ）で熱伝導性に大きな違いがないことが確認された。しかしながら、接着層を設けるとＰＰＳ部からアルミニウム部への熱伝導性が低下し、空気層を設けてしまうとＰＰＳ部への熱の滞留が顕著になってしまうことが確認された。
【００３７】
上記実験結果から、ケース２０と射出成形部３０（回路ケース３１及び絶縁部３２）のフラット面同士又は凹凸面同士を接着剤を用いずに接合することが放熱性能向上の観点から好ましい。しかしながら、理想的なフラット面を形成することは不可能であり、通常は平面同士を密着させたとしても面接触ではなく点接触になってしまい、大部分は空気層が介在してしまうことになる。
【００３８】
一方、ケース２０及び射出成形部３０に凹凸面を形成したとしても両者を接着剤を用いずに密着させて接合することは困難である。また、仮にねじ止めによってケース２０と射出成形部３０を密着させて一体化したとしても、ねじの緩み等によって容易に空気層が介在しうる。これに対して本発明者らは、後述するＮＭＴ（Nano molding technology）によって、アルミニウム製のケース２０表面に凹凸を形成し、且つこれらの凹凸に射出成形部３０を構成する樹脂組成物を侵入させた状態で硬化させた。即ち、ケース２０表面の凹凸と射出成形部３０の凹凸を密着させて両者を一体化した。
【００３９】
（ＮＭＴの概要）
ＮＭＴは本発明者らが開発した技術であり、特許文献２及び３に示すように公知の技術である。ＮＭＴとは、アルミニウムと樹脂組成物との接合技術であり、アルミニウムに対して所定の表面処理を施した後、射出成形金型内にインサートし、当該金型内に溶融したエンジニアリング樹脂を射出して樹脂部分を成形すると同時に、その成形品とアルミニウムとを接合する方法（以下、略称して「射出接合」という。）である。
【００４０】
ＮＭＴの要件として、アルミニウムに２の条件、樹脂組成物に１の条件がある。アルミニウムの２条件を以下に示す。
（１）アルミニウム表面が２０〜８０ｎｍ周期（好ましくは２０〜５０ｎｍ周期）の超微細凹凸、又は直径２０〜８０ｎｍ（好ましくは直径２０〜５０ｎｍ）の超微細凹部又は超微細凸部で覆われていること。指標としては、ＲＳｍが２０ｎｍ〜８０ｎｍである超微細凹凸で覆われていると良い。また、Ｒｚが２０〜８０ｎｍの超微細凹部又は超微細凸部で覆われていても良い。さらに、ＲＳｍが２０ｎｍ〜８０ｎｍであり、且つＲｚが２０〜８０ｎｍの超微細凹凸で覆われていても良い。ＲＳｍは、日本工業規格（JIS B 0601:2001, ISO 4287:1997）に規定される輪郭曲線要素の平均長さであり、Ｒｚは、日本工業規格（JIS B 0601:2001, ISO 4287:1997）に規定される最大高さである。ここで、このアルミニウムの表層は酸化アルミニウムの薄層であり、その厚さは３ｎｍ以上である。
（２）射出接合前のアルミニウム表面に、アンモニア、ヒドラジン、又は水溶性アミン化合物が化学吸着していること。
【００４１】
一方、樹脂組成物の条件は以下の通りである。
（３）硬質の結晶性熱可塑性樹脂であって、１５０〜２００℃でアンモニア、ヒドラジン、又は水溶性アミン類等の広義のアミン系化合物と反応し得る樹脂を主成分とすること。具体的には、ＰＢＴ、ＰＰＳ、又はポリアミド樹脂等が主成分として含まれている樹脂組成物であること。例えば、市販のＰＰＳ樹脂「ＳＧＸ１２０」（株式会社 東ソー製）を好適に使用できる。
【００４２】
ＮＭＴにおけるアルミニウムの表面処理法は特許文献２、３に開示されているが、その概要を記載する。形状化したアルミニウム部品（例えば本実施形態におけるケース２０）を脱脂槽に投入して脱脂操作をする。次いで数％濃度の苛性ソーダ水溶液に浸漬して表層を溶かし、脱脂操作で落とし切れなかった汚れをアルミニウム表層ごと落とす。次いで数％濃度の硝酸水溶液に浸漬して、前操作で表面に付着したナトリウムイオン等を中和し除去する。ここまでの操作はアルミニウム部品の表面を構造的、化学的に安定した綺麗な表面にする操作である。もし汚れや腐食箇所の全くない綺麗なアルミニウム部品であれば、これら前処理操作は省くことができる。
【００４３】
ＮＭＴにおける重要な処理は以下に示すものである。ＮＭＴでは水溶性アミン系化合物の水溶液にアルミニウム部品を適当な条件で浸漬し、部品表面をエッチングして２０〜８０ｎｍ周期の超微細凹凸を形成し、同時にそのアミン系化合物を化学吸着させる。例えば、アルミニウム部品を、４５〜６５℃にした１〜数％濃度の水和ヒドラジン水溶液に１分〜数分浸漬する超微細エッチングを行うことで、２０〜４０ｎｍ周期の超微細凹凸がアルミニウム表面に形成される。超微細エッチング後、アルミニウム部品をイオン交換水でよく水洗し、５０〜７０℃で乾燥すると、ヒドラジンの化学吸着が認められる射出接合に適したものとなる。これが「ＮＭＴ」の表面処理法である。
【００４４】
（第１実施形態に係るＬＥＤ電球用ケースの作成）
金型温度１４５℃にした射出成形用金型に上記表面処理を施したケース２０をインサートし、その表面に前述した樹脂（例えばＰＰＳ樹脂「ＳＧＸ１２０」）を射出する。これにより射出成形部３０（回路カバー３１、絶縁部３２、及び口金固定部３３が一体化したもの）が成形されると共に、これを構成する樹脂組成物がアルミニウム表面の超微細凹凸に侵入して硬化した一体化物であるＬＥＤ電球用ケースが得られる。
【００４５】
このＬＥＤ電球用ケースは、アルミニウム製のケース２０と回路カバー３１、絶縁部３２、及び口金固定部３３が一体化した部品である。このような構造とすることで、回路カバー３１、絶縁部３２、及び口金固定部３３とケース２０を固定するためのねじ止め機構や接着剤が不要であるため、ＬＥＤ電球の構造や組立工程を簡素化することができる。且つ、射出成形部３０からケース２０への熱伝導を促す凹凸構造となっているため、回路カバー３１における熱の滞留を防止することができる。
【００４６】
［第２実施形態に係るＬＥＤ電球］
次に第２実施形態に係るＬＥＤ電球について、第１実施形態と異なる部分について説明する。図６は、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ電球の縦断面図である。ケース２０は、テーパ部２１と、テーパ部２１の下端から下方に突出した端部２３により構成される。射出成形部３０は、絶縁部３２と口金固定部３３により構成される。第２実施形態において点灯回路１５は、アルミニウム製の回路カバー３５に収納される。回路カバー３５は上下が開口された略円筒状であり、当該回路カバー３５に点灯回路１５が格納される。なお、回路カバー３５内に点灯回路１５の全部分が収納されず、その一部分のみが収納されるようにしても良い。例えば、筒状の絶縁部３２及び口金固定部３３の内側（ＬＥＤ電球１の中心軸寄り）に点灯回路１５の他部分が収納されるようにしても良い。
【００４７】
ここでアルミニウム製の回路カバー３５の端部３５ａと、アルミニウム製のケース２０の端部２３は、樹脂成形部３０を構成する絶縁部３２と共に、例えば前述したＮＭＴによる射出接合によって一体化されている。例えば、第２実施形態におけるＬＥＤ電球用ケースの作成は、以下のようにして行われる。
【００４８】
（第２実施形態に係るＬＥＤ電球用ケースの作成）
金型温度１４５℃にした射出成形用金型に前述したＮＭＴ用の表面処理を施したケース２０及び回路カバー３５をインサートし、ケース端部２３及び回路カバー端部３５ａに前述した樹脂（例えばＰＰＳ樹脂「ＳＧＸ１２０」）を射出する。これにより射出成形部３０（絶縁部３２及び口金固定部３３が一体化したもの）が成形されると共に、これを構成する樹脂組成物がアルミニウム製の端部２３及び３５ａ表面の超微細凹凸に侵入して硬化した一体化物であるＬＥＤ電球用ケースが得られる。
【００４９】
このＬＥＤ電球用ケースは、アルミニウム製のケース２０とアルミニウム製の回路カバー３１が絶縁部３２を介して一体に接合された部品であり、さらに絶縁部３２と口金固定部３３が一体化された部品である。このような構造とすることで、回路カバー３１、絶縁部３２、及び口金固定部３３とケース２０を固定するためのねじ止め機構や接着剤が不要であるため、ＬＥＤ電球の構造や組立工程を簡素化することができる。
【００５０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこの形態に限定されることはなく、本発明の目的、趣旨を逸脱しない範囲内での変更が可能なことはいうまでもない。また、本実施形態ではＮＭＴによってアルミニウム表面に凹凸を形成して樹脂組成物と接合しているが、凹凸の形成及び樹脂組成物との接合が可能な他の手法を用いるようにしても良い。例えば、アルミニウム表面に凹凸を設ける際に、アルマイト処理を行うようにしても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１…ＬＥＤ電球
１０…ＬＥＤ
１１…基板
１２…基台
１５…点灯回路
２０…ケース
３０…樹脂成形部
３１…回路カバー
３３…口金固定部
３５…回路カバー
４０…口金
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤが実装された基板と、
口金を介して受電し前記ＬＥＤを点灯させる点灯回路と、
前記点灯回路が収容される回路カバーと、
前記ＬＥＤ点灯時の熱を放熱するアルミニウム製のケースと、
を備えるＬＥＤ電球であって、
前記回路カバーは、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、及びポリアミド樹脂から選択される１種以上を含む樹脂組成物により構成される射出成形物であり、
前記ケース表面には凹凸が形成されており、前記射出成形物を構成する樹脂組成物が前記凹凸に侵入していることにより、前記回路カバーと前記ケースが一体化されていることを特徴とするＬＥＤ電球。
【請求項２】
ＬＥＤが実装された基板と、
口金を介して受電し前記ＬＥＤを点灯させる点灯回路と、
前記点灯回路が収容されるアルミニウム製の回路カバーと、
前記ＬＥＤ点灯時の熱を放熱するアルミニウム製のケースと、
を備えるＬＥＤ電球であって、
ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、及びポリアミド樹脂から選択される１種以上を含む樹脂組成物により構成され、前記回路カバー及び前記ケースと接触する射出成形物を有し、
前記回路カバー表面及び前記ケース表面には凹凸が形成されており、前記射出成形物を構成する樹脂組成物が、前記回路カバー表面及び前記ケース表面の双方の凹凸に侵入していることにより、前記回路カバーと前記ケースが一体化されていることを特徴とするＬＥＤ電球。
【請求項３】
請求項１又は２に記載したＬＥＤ電球であって、
前記射出成形物は、
前記樹脂組成物により構成され前記口金と前記ケースとを絶縁する絶縁部、前記樹脂組成物により構成され前記ケース外部に表出する放熱部、及び前記樹脂組成物により構成され前記口金が固定される口金固定部が一体に成形されたものであることを特徴とするＬＥＤ電球。
【請求項４】
請求項３に記載したＬＥＤ電球であって、
前記絶縁部と前記放熱部は同一部であることを特徴とするＬＥＤ電球。
【請求項５】
ＬＥＤ点灯時の熱を放熱するアルミニウム製のケースと、
ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、及びポリアミド樹脂から選択される１種以上を含む樹脂組成物により構成され、口金を介して受電し前記ＬＥＤを点灯させる点灯回路が収容される射出成形物である回路カバーにより構成され、
前記ケース表面には凹凸が形成されており、前記射出成形物を構成する樹脂組成物が、前記凹凸に侵入していることにより、前記ケースと前記回路カバーが一体化されていることを特徴とするＬＥＤ電球用ケース。
【請求項６】
ＬＥＤ点灯時の熱を放熱するアルミニウム製のケースと、
ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、及びポリアミド樹脂から選択される１種以上を含む樹脂組成物により構成される射出成形物と、
口金を介して受電し前記ＬＥＤを点灯させる点灯回路が収容されるアルミニウム製の回路カバーにより構成され、
前記ケース表面及び回路カバー表面には凹凸が形成されており、前記射出成形物を構成する樹脂組成物が、前記ケース表面及び前記回路カバー表面の双方の凹凸に侵入していることにより、前記ケース、前記射出成形物、及び前記回路カバーが一体化されていることを特徴とするＬＥＤ電球用ケース。
【請求項１】
ＬＥＤが実装された基板と、
口金を介して受電し前記ＬＥＤを点灯させる点灯回路と、
前記点灯回路が収容される回路カバーと、
前記ＬＥＤ点灯時の熱を放熱するアルミニウム製のケースと、
を備えるＬＥＤ電球であって、
前記回路カバーは、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、及びポリアミド樹脂から選択される１種以上を含む樹脂組成物により構成される射出成形物であり、
前記ケース表面には凹凸が形成されており、前記射出成形物を構成する樹脂組成物が前記凹凸に侵入していることにより、前記回路カバーと前記ケースが一体化されていることを特徴とするＬＥＤ電球。
【請求項２】
ＬＥＤが実装された基板と、
口金を介して受電し前記ＬＥＤを点灯させる点灯回路と、
前記点灯回路が収容されるアルミニウム製の回路カバーと、
前記ＬＥＤ点灯時の熱を放熱するアルミニウム製のケースと、
を備えるＬＥＤ電球であって、
ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、及びポリアミド樹脂から選択される１種以上を含む樹脂組成物により構成され、前記回路カバー及び前記ケースと接触する射出成形物を有し、
前記回路カバー表面及び前記ケース表面には凹凸が形成されており、前記射出成形物を構成する樹脂組成物が、前記回路カバー表面及び前記ケース表面の双方の凹凸に侵入していることにより、前記回路カバーと前記ケースが一体化されていることを特徴とするＬＥＤ電球。
【請求項３】
請求項１又は２に記載したＬＥＤ電球であって、
前記射出成形物は、
前記樹脂組成物により構成され前記口金と前記ケースとを絶縁する絶縁部、前記樹脂組成物により構成され前記ケース外部に表出する放熱部、及び前記樹脂組成物により構成され前記口金が固定される口金固定部が一体に成形されたものであることを特徴とするＬＥＤ電球。
【請求項４】
請求項３に記載したＬＥＤ電球であって、
前記絶縁部と前記放熱部は同一部であることを特徴とするＬＥＤ電球。
【請求項５】
ＬＥＤ点灯時の熱を放熱するアルミニウム製のケースと、
ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、及びポリアミド樹脂から選択される１種以上を含む樹脂組成物により構成され、口金を介して受電し前記ＬＥＤを点灯させる点灯回路が収容される射出成形物である回路カバーにより構成され、
前記ケース表面には凹凸が形成されており、前記射出成形物を構成する樹脂組成物が、前記凹凸に侵入していることにより、前記ケースと前記回路カバーが一体化されていることを特徴とするＬＥＤ電球用ケース。
【請求項６】
ＬＥＤ点灯時の熱を放熱するアルミニウム製のケースと、
ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、及びポリアミド樹脂から選択される１種以上を含む樹脂組成物により構成される射出成形物と、
口金を介して受電し前記ＬＥＤを点灯させる点灯回路が収容されるアルミニウム製の回路カバーにより構成され、
前記ケース表面及び回路カバー表面には凹凸が形成されており、前記射出成形物を構成する樹脂組成物が、前記ケース表面及び前記回路カバー表面の双方の凹凸に侵入していることにより、前記ケース、前記射出成形物、及び前記回路カバーが一体化されていることを特徴とするＬＥＤ電球用ケース。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−６９５１４（Ｐ２０１３−６９５１４Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０６６７２（Ｐ２０１１−２０６６７２）
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（０００２０６１４１）大成プラス株式会社 (87)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（０００２０６１４１）大成プラス株式会社 (87)
【Ｆターム（参考）】
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