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JP6011943B2 - 発光装置、及びその発光装置用合成樹脂グローブの製造方法 - Google Patents

発光装置、及びその発光装置用合成樹脂グローブの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、照明用電球、及び照明用電球に用いるグローブの製造方法に関するものである。
照明用電球の代表的な構成図を図9に示す。図9は、広配光を実現するLED電球の構成図である。図9に示されるように、半導体発光素子21を実装した基台2がアルミプレート1に固定されている。さらに、第1反射板31及び第2反射板32がアルミプレート1に固定されている。アルミプレート1の周囲にはヒートシンク4が固定されており、ヒートシンク4の下方には金具5が固定されている。アルミプレート1、ヒートシンク4、および金具5に囲まれた空間部には、図示しない電源回路が装着されており、アルミプレート1上面には、基台2を保護するためのグローブ6が固定されている。
半導体発光素子21より発光した光は、第1反射板31の窓部311を通過して直進する光71と、第1反射板31の窓部311を通過した後に、第2反射板32にて反射して横方向に方向を変える光72と、第1反射板31にて反射して下方向に方向を変える光73とに分かれる。この電球の配光角を広げるためには、第1反射板31により反射されてグローブ6を通過する光73をグローブ6にて拡散することが望ましい。そのためグローブ6の材料には、拡散材料を含有した合成樹脂材料が通常用いられる。
光の配光を均一にするためにグローブ6の形状は球あるいは楕円体であることが望まれ、より後方の光を確保するためにはグローブ6の外径がヒートシンク4の外径よりも大きいことが望まれる。すなわち、グローブ6の形状は袋状であることが望まれる。そのために従来ではグローブ6の製造方法として、射出成形法により有底筒状の中間品を予め製作しておき、中間品をブロー成形型内において圧縮空気で膨らませることによって所望のグローブ形状に成形する方法が主に用いられている。
この従来のブロー成形法によるグローブ製造のプロセスを図10(a)から図10(d)を用いて説明する。図10(a)は、射出成形法により成形された中間品8(パリソン)を棒状の加熱具に挿入して予め軟化させた後にブロー成形型10にセットして、ブロー成形型10を閉じた状態を示す図である。その後、供給口11から供給される圧縮空気で中間品8を膨らませる。図10(b)は、中間品8が圧縮空気により膨張して所望のグローブ形状に成形された状態を示す図である。
図10(c)は、上述の方法により成形されたグローブ6の形状を示す図である。ブロー成形においては、中間品8に圧縮空気を供給するホルダー部9に空気漏れが無いように、中間品8をホルダー部9に強く抑える必要がある。したがって、突起を有する押さえ代82を中間品8に設け、押さえ治具により押さえ代82を介して中間品8をホルダー部9に強固に固定する。押さえ代82は成形後に切断面12より切断され、図10(d)で示すようなグローブ形状が形成される。
特許文献1では、合成樹脂シートを真空吸引により治具に固定した後に成形型内において圧縮空気で膨らませることによって所望のグローブ形状に成形し、その後余分な部分を切り落とすという方法により、グローブ6を製造する方法も提案されている。
特許文献1の方法を、図11(a)から図11(f)を用いて説明する。図11(a)に示されるように、ブロー成形用の分割金型402上にクランプ403が配置され、クランプ403の上方には、棒状のプラグ404が配置された成形装置が準備されている。分割金型402は左右に分かれて待機している。クランプ403の間には合成樹脂シート401がはさまれている。合成樹脂シート401は予め加熱軟化されており、クランプ403にはさまれることによって水平に固定されている。
プラグ404を下降させることにより、加熱軟化された合成樹脂シート401を、図11(b)に示すようにプラグ404の球状の先端で垂直に押し、クランプ403の開口部405よりも下方において分離金型402内に伸ばす。
プラグ404は、その周壁に数箇所の通気孔406を有する。通気孔406は、取付部内の通路407を介して、図示しない真空装置及び圧縮空気発生装置に連通している。まず真空装置を作動させて、軟化状態にある合成樹脂シート401をプラグ404の通気孔406を介して真空によって直ちに引き込むと、合成樹脂シート401は、図11(c)に示すようにプラグ404に密着した合成樹脂シート410となる。
次に、図11(d)に示すように分離金型402を閉じる。その次に圧縮空気発生機を作動させて通気孔406から圧縮空気を噴出させることにより、図11(e)に示すように、プラグ404に密着していた合成樹脂シート410を分離金型402の型面408に密着させる。
その後、図11(f)に示すように分離金型402を開いてクランプ403を開放することにより、成形品409を取り出す。
取り出された成型品409の余分な部分が次工程でカットされ、グローブ6が形成される。
特開昭58−209531号公報 特開平4−164825号公報
合成樹脂に含まれる拡散材料の含有量を多くすることにより、グローブ6での光の拡散率が増加して配光角をより広げることが可能であるが、それと同時に、光の透過率が下がり光の取出し効率が低下するといった問題があった。
また、グローブ6の表面に凹凸形状を形成することにより、グローブ6を通過する光を拡散させる方法がある。この方法によれば、グローブ6内での光の吸収率の変化が無いため、拡散率の増大に伴う光の取出し効率の低下量が、合成樹脂に含まれる拡散材料の含有量を多くする場合よりも少なくなるといったメリットがある。
しかしながら、グローブ6の表面に凹凸形状を設けると外観品質が低下するとともにホコリがつきやすいといった問題があるため、凹凸形状はグローブ6内壁に設けることが望ましい。従来のブロー成形法では、中間品の内壁に凹凸形状を形成しても、圧縮空気で膨らませることにより、中間品の内壁に形成された凹凸は伸ばされてしまう。すなわち必要な形状を保持することが困難であるといった問題があった。
特許文献2では、グローブ6下方部に厚肉部を形成することにより、この部分にレンズ機能を付加する方法が提案されている。
特許文献2の方法を、図12を用いて説明する。図12(a)に示すリング型501により取り出された溶融ガラス502を、図12(b)に示すように予備金型505に挿入する。予備金型505は合せ型であり、予備金型505の内壁面には凹入する凹所504が設けられている。ブロー成形により成形された成形ガラス503を取り出すことにより、図12(c)に示すような突出部506を有する成形ガラス503が成形される。成形ガラス503を再度加熱軟化させた後に、図12(d)に示すように本金型507に挿入してブロー成形することにより、成形ガラス503の内壁部にレンズ状の厚肉部が形成される。
しかしながらこの方法では、2度のブロー成形を実施する必要があり、コストが高くなる。また、厚肉部の局率半径を大きくすることは難しく、大きな屈折率を期待することはあまり出来ない。さらに、合成樹脂内を通る光の吸収率は肉厚に比例するため、厚肉部では光の取出し効率が低下するといった問題も発生する。
また、上記のブロー成形法では、射出成形法により成形した中間品を一旦冷却し、寸法が安定した後に加熱具に挿入して軟化を行う。このとき、中間品を荷重たわみ温度以上に加熱する必要があるため、その加熱時間やエネルギーのロスが大きい。
従って、本発明の目的は、上記課題を解決することにあって、配光特性及び光の取出し効率が良好な照明用のグローブ6を低コストで提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の発光装置は、半導体発光素子を実装した基台と、前記半導体発光素子から発生した光を前記半導体発光素子の上方にて反射する反射板と、前記基台と前記半導体発光素子と前記反射板とを覆うグローブと、を備える発光装置であって、前記グローブ内壁において、前記反射板より下方部のみに凹凸形状を設けたことを特徴とするものである。
また、本発明の発光装置用合成樹脂グローブの製造方法は、射出成形金型により中間品を成形する射出成形工程と、前記中間品を加熱具に装着して軟化させた後に金型内において圧縮空気で膨らませてグローブ形状に形成するブロー成形工程とを有し、前記射出成形金型の中子部の下方部のみに形成された凹凸形状を転写して、前記中間品の内壁に凹凸形状を形成することを特徴とするものである。
本発明によれば、グローブ内壁の下方部に凹凸形状を形成することにより、グローブ下方部を通過する光が大きく屈折し、拡散率を上げることが可能となり、広い配光角を得ることが可能となる。
さらに、射出成形金型により中間品を成形する射出成形工程において、前記射出成形金型の中子部に形成された凹凸形状を転写して、前記中間品の内壁に凹凸形状を形成する製造方法を用いるので、グローブ内壁下方部の凹凸形状を所望の形状に形成することが容易となるといった効果がある。
本発明のこれらの態様と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。
本発明の実施例のグローブ形状の断面図 本発明の実施例のLED電球の構成図 本発明の実施例のグローブ内壁に形成される凹凸部の拡大図 本発明の変形例のグローブ内壁に形成される凹凸部の拡大図 本発明のグローブの光路に関して、内壁に凹凸形状が無いグローブでの光路の図 本発明のグローブの光路に関して、内壁に半球面形状が形成されたグローブでの光路の図 本発明のグローブの光路に関して、内壁にリング状のフレネルレンズ形状が形成されたグローブでの光路の図 本発明の実施例における(a)中間品の断面図、(b)グローブの断面図 本発明の実施例における射出成形金型の(a)成形開始前(型開状態)の状態図、(b)型締め、射出後の状態図、(c)射出、冷却が完了し、型開き動作を行った後の状態図、(d)成形品(中間品)を取り出す時の状態図 本発明の実施例の加熱具の(a)加熱具に中間品を挿入する時の状態図、(b)加熱具の動作を示す図、(c)加熱具で中間品を加熱する時の状態図 本発明の実施例のブロー成形型の構成図 本発明の実施例のブロー成形型の(a)ブロー成形型に中間品を供給した時の状態図、(b)ブロー成形型を閉じる工程において、中間品が固定側型板に接触した時点での状態図、(c)ブロー成形型を閉じる工程でのホルダー部がベース金型に接触した時点での状態図、(d)ブロー成形型が完全に型締めされた時の状態図、(e)圧縮空気を供給し、中間品を膨らませる時の状態図、(f)圧縮空気を開放させる時の状態図、(g)グローブ形成工程が完了し、型開きを開始する直前の状態図、(h)ブロー成形型を開く途中での状態図、(i)ブロー成形型の型開き動作が完了した時の状態図 本発明の実施例のブロー成形型の(a)くさびが下降した状態での中間品とくさびとの関係を示す図、(b)くさびが上昇した状態での中間品とくさびとの関係を示す図 広配光を実現する従来のLED電球の構成図 従来例のブロー成形型の(a)中間品をグローブ成形型にセットし、型を閉じた時の状態図、(b)中間品を圧縮空気にて膨らませた後の状態図、(c)ブロー成形直後のグローブ形状の断面図、(d)不要部を切断した後のグローブ形状の断面図 特許文献2の(a)合成樹脂シートをブロー成形装置にセットした状態図、(b)プラグを合成樹脂シートに押し付けた時の状態図、(c)真空吸引により、合成樹脂シートをプラグに密着させた時の状態図、(d)金型を閉じた時の状態図、(e)圧縮空気を供給し、合成樹脂シートを膨らませ、型面に密着させた時の状態図、(f)金型を開いた時の状態図 特許文献3の(a)リング型により取り出した溶融ガラスの状態図、(b)溶融ガラスを予備金型でブロー成形した時の状態図、(c)予備金型で成形された成形ガラスの状態図、(d)予備金型で成形された成形ガラスを本型で再度ブロー成形した時の状態図
本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。以下に、本発明にかかる実施の形態および実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
(構造)
本発明の実施例によるグローブ6の断面形状を図1Aに示す。グローブ6の材料には、拡散材料を含有した合成樹脂材料(ポリメチルメタアクリレート、ポリスチレン、ABS,AS,ポリアセタール、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリプロピレン、塩化ビニルなど)を使用している。下記の成形でも同じ樹脂を使用している。上記拡散材料の含有量は、グローブ6での光の透過率を90%以上に確保できる程度に抑えている。図1Aにおいて、グローブ6内壁の下方部には凹凸部13が形成されており、凹凸部13に入射した光17は凹凸部13で屈折してグローブ6から拡散し、光18として放射される。凹凸部13は、ランダムな半球面形状でも良く、また、リング状のフレネルレンズ形状でも良い。凹凸部13がグローブ6の内壁に設けられている理由は、グローブ6の外周に凹凸部13を設けた場合には、照明装置として外観に問題があり、ゴミや埃がつきやすいからである。
本発明の実施例によるグローブ6は、光線通過部61と、ヒートシンクへの挿入部62とを有する。ヒートシンクへの挿入部62は、照明装置のヒートシンクに挿入される部分であり、長手方向に略直線となった円筒形状を有する。また、ヒートシンクへの挿入部62は光の通過しない部分であり、以下で説明する製造においてグローブ6の保持にも利用される。
また、グローブ6の光線通過部61とヒートシンクへの挿入部62の境界部には外壁面に段差63を設けており、ヒートシンクへの挿入部62の厚み(t2)は光線通過部61の厚み(t1)の2/3以下になっている。また、グローブ6の内壁部には、凹凸部13を除き、段差が無く連続した形状になっている。ここで、光線通過部61の厚みt1はほぼ一定であり、本実施例では約1.5mmである。後述する製造方法の説明部分で説明するが、高さ方向に圧縮してグローブ6を成形するので、本実施例のグローブ6は下端面から段差63まで直線で、その後、外側及び外径へ広がり(グローブ6の中心から離れ)、その後、球状となる。また、本実施例のグローブ6は左右及び前後に対称な形状を有する。この広がり部分において、図9で説明した反射して下方向に方向を変える光73をより広い配光角で放出することが可能である。
外形へ広がった領域は、半導体素子21が実装された位置に対応する側面部分である。または、第1反射板31及び第2反射板32に対応する側面である。上部部分は球面である。
凹凸部13は、ヒートシンクへの挿入部62の手前(段差63の前)まで、つまり、光が透過する部分としない部分の境界まで設けられている。
本実施例による照明装置を図1Bに示す。つまり、照明装置内部には、半導体発光素子21を実装した基台2がアルミプレート1に固定されており、さらに、第1反射板31及び第2反射板32がアルミプレート1に固定されている。アルミプレート1の周囲にはヒートシンク4が固定されており、ヒートシンク4の下方には金具5が固定されている。アルミプレート1、ヒートシンク4、及び金具5に囲まれた空間部には図示しない電源回路が装着されており、アルミプレート1上面には基台2を保護するためのグローブ6が固定されている。半導体発光素子21より発光した光は第1反射板31の窓部311を通過して直進する光71と、第1反射板31の窓部311を通過した後に第2反射板32にて反射して横方向に方向を変える光72と、第1反射板31により反射して下方向に方向を変える光73とに分かれる。この電球の配光角を広げるためには、第1反射板31により反射されてグローブ6を通過する光73をグローブ6にて拡散することが望ましい。そのためグローブ6の材料には、拡散材料を含有した合成樹脂材料が通常用いられる。
図2Aから図2Cは、グローブ6の内壁形状の違いによる、グローブ6に入射する光の光路の違いを示す。図2Aから図2Cでは、グローブ6の材料に拡散材料が含有されていない場合の光の光路を示している。
図2Aは、グローブ6内壁に凹凸形状が無い場合のグローブ6に入射する光の光路を示した図である。グローブ6に入射した光はグローブ6の材料と空気との屈折率の差により、グローブ6の入射部分(入射面)と出射部分(出射面)の2箇所で屈折するが、グローブ6の入射面と出射面が平行であるために、入射角度が異なっても、入射角と出射角はほぼ等しい値を示す。例えば、図2Aに示すように、鉛直方向に対して30度の角度で入射した光14も、鉛直方向に対して10度の角度で入射した光15も、共に出射角が入射角とほぼ等しくなる。
図2Bは、グローブ6の内壁に半球面形状(凹凸部13)が形成されている場合のグローブ6に入射する光の光路を示した図である。グローブ6の内壁にはランダムな球面状の凹凸部13が形成されている。凹凸部13は、突出した部分と突出しない部分とが交互に形成された凹凸形状を有する。この場合、グローブ6の入射面と出射面の角度が場所により変化するために、グローブ6に入射した光は拡散されてグローブ6より出射される。この拡散効果により、グローブ6の下方部への光の輝度が高くなり、電球の配光角が大きくなる。但し、鉛直方向に対して30度の角度で入射した光14は拡散しながらもグローブ6を透過して出射されるが、鉛直方向に対して10度の角度で入射した光15の一部はグローブ6表面で全反射してグローブ6内に戻る(グローブ6の表面にて反射する光16)。したがって光の取出し効率が低下する。
図2Cは、グローブ6の内壁に凹凸部13として、リング状のフレネルレンズ形状が形成されている場合のグローブ6に入射する光の光路を示した図である。グローブ6の内壁には三角形の凹凸形状が形成されている。この場合、グローブ6の入射面と出射面の角度差により、グローブ6に入射した光は下方向に屈折してグローブ6より出射される。これにより、グローブ6の下方部への光の輝度が高くなり、電球の配光角が大きくなる。但し、鉛直方向に対して30度の角度で入射した光14の出射光は、グローブ6を透過して出射されるが、鉛直方向に対して10度の角度で入射した光15は、全てグローブ6表面で全反射してグローブ6内に戻る。したがって光の取出し効率が低下する。
グローブ6内壁の下方部に上記凹凸部13を形成することにより、より下方向の出射光を確保することが可能になり、より良好な配光角を得ることができる。また、凹凸部13の形成箇所をグローブ6内壁の下方部の狭い範囲のみにすることにより、グローブ6表面で反射してグローブ6内に戻る光の量を削減でき、光の取出し効率が向上し、半導体発光素子の個数を削減できる。凹凸部13が必要な範囲は、図1Bに示す、第2反射板32の高さよりも低い位置である。なお、光の透過率を考慮すると、凹凸部13が設けられる範囲を所望の範囲のみとすることが好ましい。
さらに、凹凸部13が設けられる範囲を、第1反射板31で反射して下方向に方向を変える光73が入射する範囲のみに限定すると、さらに効果的である。なぜなら、第2反射板32により反射する光72は上方または水平方向へ進むため凹凸部13で拡散させる必要性が少ないのに対して、第1反射板31で反射された光73は下方へ進むため、凹凸部13で拡散させることにより上方へ導くことができるからである。このようにして、光73を有効に利用することができる。
また、輝度のムラ等を考慮すると、凹凸部13の大きさ(高さ)は過剰に大きくない方が良い。好ましくは、凹凸部13の高さは0.05mm以上、0.10mm以下である。ただし、散乱の効果を発揮させるためには0.001mm以上必要である。本実施例における凹凸部13の高さは0.10mmとしている。
また、凹凸部13における各凹凸のピッチ(間隔)Pは、凹凸部13の高さの約3倍以下が良い。好ましくは、0.003mm以上、0.30mm以下である。さらに好ましくは、0.15mm以上、0.30mm以下である。
また、凹凸部13とグローブ6の外壁との角度が大きいほど電球の配光角は大きくなる。しかしながら凹凸部13とグローブ6の外壁との角度が大きすぎると、全反射で戻る光の量が多くなる。したがって、凹凸部13の面とグローブ6の外壁との角度(鉛直方向に対して)は30度以下に設定(設計)するのが良い。
また、凹凸部13は、グローブ6の厚みにさらに、厚みを増すようにして設けられている。つまり、光線通過部61の厚み(1.50mm)にさらに、微細な凹凸部13の厚み(約0.10mm)が加えられている。このように本実施例では、光線通過部61の厚みに対して、凹凸部13の厚みを10分の1以下としているため、凹凸部13がある場所と凹凸部13がない場所とで、光透過率の大きな変化はない。よって、凹凸部13に起因する輝度のムラが生じることが防止される。
図1Cは、凹凸部13の拡大断面図を示す。凹凸部13は、複数の凹凸で構成される第1凹凸13aからなり、球面が重なった形状である。輝度ムラを防止するため、内壁65からの高さD(厚み)は0.10mm以下である必要がある。本実施例における内壁65からの高さDは0.070mmである。
図1Cに示すように、第1凹凸13aの各凹凸は重なるように連続的に配置されているため、本実施例では、第1凹凸13aにおける各凹凸のピッチPは第1凹凸13aの幅Wに等しくなる。なお、第1凹凸13aの各凹凸の間には直線部が形成されても良く(凹凸の球面が重ならなくても良く)、その場合には、ピッチPが幅Wよりも大きくなる。
さらに、本実施例の変形例を図1Dに示す。図1Dは、変形例にかかる凹凸部13の拡大断面図である。図1Dに示すように、図1Cの第1凹凸13aの上面に、第1凹凸13aの凹凸よりも小さな複数の凹凸で構成される第2凹凸13bが形成されている。第2凹凸13bの第1凹凸13a表面からの高さは、光の散乱効果を考慮すると0.001mm以上とすることが好ましく、光の透過率を考慮すると0.05mm以下とすることが好ましい。第2凹凸13bのピッチ(間隔)は、第2凹凸13bの高さの約3倍以上が良い。好ましくは、0.003mm以上、0.15mm以下である。なお、第1凹凸13aの形状は、凹凸部13の形状と同様に球面形状である。
図1Dに示す変形例によれば、第1凹凸13aの上面に第2凹凸13bを形成することにより、光の散乱効果をさらに向上させることができる。
(製造方法)
次に、本発明の実施例による製造方法を説明する。まず、本発明の実施例では、図3(a)に示す中間品8を射出成形法により成形する。中間品8の高さ寸法は、図3(b)で示すブロー成形後に形成されるグローブ6の高さ寸法よりも△hだけ高くしている。△hの寸法を大きくすることにより、ブロー成形によって膨張する中間品(パリソン)8の量を少なくして、厚みの変化量を少なくすることができる。
ここで、中間品8は、全体の大きさが、60〜70mmの直径の球体であり、Δhは、約1割の7mm程度必要である。
本発明の実施例によるグローブ6は、ヒートシンクへの挿入部62と、光が放出される光線通過部61とを備える。中間品8は、それぞれに対応する押さえ代82と、通過部81とを備える。なお、グローブ6の構造は図1との関連で前述した通りである。
以下に、本発明の実施例におけるグローブ6の製造プロセスを説明する。本実施例におけるグローブ6の製造プロセスは、射出成形の工程(図4)、熱処理の工程(図5)、ブロー成形の工程(図6、7)を有する。
(射出成形の工程)
中間品8は、図3(a)で示したように、射出成形により内壁の下方部に凹凸部13が予め形成されている。図4(a)から図4(d)を用いて、射出成形金型の構成と射出成形のプロセスを間単に説明する。
図4(a)から図4(d)に示す射出成形金型は、3プレート金型の構成、及び射出成形工程における状態を示すものである。
図4(a)は、射出成形機において、型締め動作を開始する前の金型の状態を示す図である。固定側取付板203にはスプルーブッシュ201が配置されており、スプルーブッシュ201の内部には、樹脂を注入するためのスプルー部202が形成されている。固定側取付板203下方部にはランナーストリッパープレート204が設けられている。ランナーストリッパープレート204の下方部には固定側型板211が設けられている。固定側取付板203、ランナーストリッパープレート204、及び固定側型板211はサポートピン207でそれぞれガイドされている。また、ランナーストリッパープレート204に固定されたストップボルト205により、ランナーストリッパープレート204と固定側取付板203との開き量が規制されている。さらに、ランナーストリッパープレート204に固定されたプラーボルト206により、ランナーストリッパープレート204と固定側型板211との開き量が規制されている。
固定側型板211には、中間品8の外周形状210が形成されるとともに、外周形状210の上部に樹脂を流し込むためのランナー部208が形成されている。ランナー部208の先端部がテーパ形状で絞られることにより、ランナーと中間品8とを分離するためのランナーゲート209が形成されている。
固定側型板211の下方には可動側型板216が配置され、可動側型板216の中央部には中子213が固定されている。中子213の下方部には、中間品8の凹凸部13に対応する凹凸形状が形成されている。可動側型板216と中子213の間には、成形後に中間品8を突き出すためのストリッパープレート214が配置されている。ストリッパープレート214はエジェクトピン215を介してエジェクトプレート217に連結している。エジェクトプレート217は、射出成形装置のエジェクトロッド218に接触している。可動側型板216と固定側型板211は引張りリンク212により連結されている。
図示しない射出成形機の型締め駆動装置を用いて可動側型板216を上昇させて、型締め動作を行う。その後、図4(b)に示すように、図示しない射出装置を用いてスプルー部202より溶融樹脂を射出注入することにより、固定側型板211と中子213の間に形成された空隙部219に溶融樹脂が充填されて、中間品8が成形される。中間品8の内壁の下方部には、中子213に形成された凹凸形状に対応する凹凸部13が転写されている。
その後、溶融樹脂は金型内で冷却固化される。それから、図4(c)に示すように、図示しない型締め駆動装置により型開き動作が行われ、固定側型板211と可動側型板216が開く。これにより、ランナー部208と中間品8がランナーゲート209で分離される。さらに型開き動作を続けることにより、引張りリンク212によって可動側型板216が引っ張られ、可動側型板216が開く。続いて、プラーボルト206によってランナーストリッパープレート204が開く。
図4(d)に示すように、図示しないエジェクト駆動装置を用いてエジェクトロッド218を突き出すことにより、エジェクトプレート217とエジェクトピン215を介してストリッパープレート214が突き出され、中間品8が中子213から離型される。その後、図示しない取り出し装置により中間品8及びスプルーランナー220が取り出される。
射出成形法にて成形された中間品8は、平均温度が樹脂材料の荷重たわみ温度以下になるまで射出成形金型内で冷却された後に射出成形金型から取り出され、次の熱処理工程の加熱具に挿入される。例えば、ポリカーボネート樹脂材料の場合、荷重たわみ温度が120℃から130℃のため、射出成形金型から取り出すときの温度は100℃から120℃である。
(熱処理の工程)
本発明の実施例における加熱具の構成を図5(a)から図5(c)に示す。図示しない架台に固定されたプリヒートベース301にはヒータ303及び温度センサー304が設けられており、プリヒートベース301の温度は、樹脂材料の荷重たわみ温度より高い一定の温度に制御されている(ポリカーボネート樹脂材料の場合、180℃〜230℃)。プリヒートベース301にはパリソンホルダー302が固定されており、パリソンホルダー302は、プリヒートベース301からの熱伝導で樹脂材料の荷重たわみ温度より高い温度に保持されている(ポリカーボネート樹脂材料の場合、150℃〜200℃)。ここで、パリソンホルダー302と中間品(パリソン)8との隙間は0.1mm〜0.5mmと近距離に設定され、パリソンホルダー302表面には撥水性の高いセラミックコーティングを施している。
図4で示した、図示しない取出し装置等により射出成形金型から取出された中間品8は、図5(a)に示すようにパリソンホルダー302に挿入される。その後、図5(b)に示すように、図示しない上下駆動装置に連結したプリヒートブロック305が、上下駆動装置により下降し、中間品8に対して適正な位置に到達した時点で停止する(図5(c)参照)。この時、プリヒートブロック305と中間品8との距離は1mm以下で一定の空間になっている。パリソンホルダー302と同様に、プリヒートブロック305表面には撥水性の高いセラミックコーティングを施している。プリヒートブロック305にはバンドヒータ306及び温度センサー307が設けられており、プリヒートブロック305の温度は、樹脂材料の荷重たわみ温度よりも充分に高い温度に制御されている(ポリカーボネート樹脂材料の場合、200℃〜300℃)。一定時間が経過すると、中間品8の温度が樹脂材料の荷重たわみ温度以上(ポリカーボネート樹脂材料の場合、130℃〜140℃)になり、中間品8は軟化する。このように中間品8が軟化した状態で、上下駆動装置によりプリヒートブロック305を上昇させ、図示しない取出し装置により中間品8をブロー成形型に搬送する。
パリソンホルダー302とプリヒートブロック305の表面にセラミックコーティングを施すことにより、中間品8には、パリソンホルダー302とプリヒートブロック305表面から放熱された熱の熱伝導による表面からの温度上昇以外に、遠赤外線領域の輻射熱による樹脂内部からの発熱による温度上昇が生じる。したがって、中間品8の温度上昇が早くなると共に、厚み方向の温度分布がより均一になる。
熱風炉により中間品8を加熱しないので、熱効率よく、均質な温度に中間品8を保持できる。また、短時間に温度を上げることができ、処理時間も短い。
(ブロー成形の工程)
軟化した中間品8をブロー成形型に搬送した後のプロセスに関しては、図6と図7を用いて説明する。
まず、合成樹脂の上記グローブ6を製造するためのブロー成形型の構成図を図6に示す。金型ベース101には、スプリングガイド104及びスプリング105を介してホルダー108が接続されており、ホルダー108上部には可動側型板103が固定されている。ホルダー108の中央部にはくさびガイド106が固定されており、くさびガイド106の外周部にくさび107が接触している。くさび107にはシャフト109が固定されている。シャフト109はホルダー108を通過して金型ベース101に接触している。可動側型板103の上部には固定側型板102が配置されている。くさびガイド106には、圧縮空気を注入するための圧縮空気供給口110と、金型内の空気を開放するための圧縮空気排出口111とが設けられている。
加熱具により軟化させた上記中間品8は、図示しない搬送装置によりホルダー108に挿入される(図7(a)参照)。中間品8が挿入された後、図示しない型締め装置により可動側型板103が上昇する。中間品8の天面が固定側型板102に接触した時点(図7(b)参照)でスプリング105がたわみ、ホルダー108と金型ベース101との隙間が減少し始める。上記動作により、くさび107に固定されたシャフト109が金型ベース101に接触して、くさび107が上昇する。くさび107の上昇により中間品8の押さえ代82は内周部が広がる方向に圧縮され、中間品8はホルダー108に強固に固定される(図7(c)参照)。この時のくさび107及び中間品8の関係の拡大図を図8(a)と図8(b)に示す。
図8(a)は、くさび107が下降した状態での中間品8とくさび107の関係を示す図である。図8(b)は、くさび107が上昇した状態での中間品8とくさび107の関係を示す図である。
型締め動作をさらに続けることにより、中間品8は圧縮され、周方向に膨張する(図7(d)参照)。一定時間経過すると、中間品8の押さえ代82が冷却され、押さえ代82の温度が樹脂材料の荷重たわみ温度よりも充分に低くなった時点で、図示しない圧縮空気発生装置により圧縮空気供給口110から高圧エアーを注入する。ここで注入するエアーの圧力は、中間品8が塑性変形して中間品8の表面全体が固定側型板102の内壁に押し付けられるほどの圧力が必要である。本実施例では3MPa〜4MPaの高圧エアーを注入している。(図7(e)参照)。
高圧エアーを注入して中間品8を膨張させることにより、所望のグローブ形状を有するグローブ6が形成される。その時点で、圧縮空気排出口111を開放し、金型内の空気を排出する(図7(f)参照)。グローブ6全体の温度が樹脂材料の荷重たわみ温度以下になった時点で、図示しない型締め駆動装置により型開きを行い、図7(g)、図7(h)、図7(i)の順に変化させる。その後、図示しない搬送装置によりグローブ6を取り出す。
上記方法によると、グローブ6の外壁面に段差63(図1)を設け、ヒートシンクへの挿入部62の厚みt2を光線通過部61の厚みt1より薄くすることにより、グローブ6の最内周の径を大きくでき、反射板の外径を大きくすることが可能になり、より広い配光角を得ることが可能になる。
また、中間品8の外周部に段差を設け、ホルダーへの挿入部の厚みをその上部の変形部の厚みよりも薄くすることにより、ホルダーへの挿入部とその上部の変形部との温度勾配を大きくすることが可能になる。したがって、ブロー成形時にホルダーへの挿入部の上方に発生する白化による外観不良や挿入部の変形等の不良が発生しにくくなる。
さらに、くさび構造により中間品8の内壁部を圧縮して中間品8を固定するため、中間品8をホルダーに固定するための突起形状が不要になり、ブロー成形後に不要な箇所を切断する工程が不要になる。
ヒートシンクへの挿入部62の厚みt2及び中間品8のホルダーへの挿入部の厚みは薄い方が好ましいが、ヒートシンクへの挿入部62の機械強度を満足させるために、本実施例ではヒートシンクへの挿入部62の厚みt2を0.4mm以上にしている。また、ヒートシンクへの挿入部62の厚みt2が光線通過部61の厚みt1の3分の2以下である理由は、3分の2より厚いと、課題のところで説明したように、ブロー成形時に圧縮空気を注入する前に温度が低下することにより、その付近で白化等の外観不良が発生したり、逆に固定部の温度が高くなって固定部の形状変化が起こるからである。
本実施例では、段差を設け、かつ、厚みを変えているので、温度差が生じるとともに、光線通過部には白化や形状変化が起こらない。また、グローブ6のヒートシンクへのはめ込み部分を広くすることができるため、光を広配光で放出できる。さらに、挿入部分が一段薄くできているので、ヒートシンク4へのはめ込みも容易になる。
また、形成されたグローブ6の厚みをブロー成形前の中間品8の厚みの2/3以上にすることが可能になるため、射出成形法で形成された中間品8の凹凸部13の変形量が極めて小さくなり、ブロー成形後のグローブ6内壁下方部の凹凸形状を所望の形状に形成することが容易となる。ブロー成形時にグローブ6の内壁を押し付ける圧縮空気はグローブ6の表面に均一な圧力で加わるために、微細な凹凸形状もあまり変形せずに保持できる。
また、射出成形工程において射出成形金型内に中間品8として合成樹脂材料を射出した後冷却し、中間品8の平均温度が樹脂材料の荷重たわみ温度以下になった時点で金型から取り出す。この方法によれば、中間品8の肉厚中央部は表面層に対して高温状態にあるため、中間品内外の表面層を加熱具で直ぐに加熱することにより、少ない熱容量で肉厚方向に均一な温度に加熱でき、また均一な軟化状態を得ることができる。
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
本発明は内壁に凹凸形状を有する合成樹脂グローブの製造に適用するが、厚肉であり内壁に微細形状を有するブロー成型品全般の製造にも適用される。
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
2011年3月16日に出願された日本国特許出願No.2011−057510号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り入れられるものである。
1 アルミプレート
2 基台
4 ヒートシンク
5 金具
6 グローブ
8 中間品
9 ホルダー部
10 ブロー成形型
12 切断面
13 凹凸部
14〜18 光
21 半導体発光素子
31 第1反射板
32 第2反射板
61 光線通過部
62 ヒートシンクへの挿入部
71、72、73 光
81 通過部
82 押さえ代
101 金型ベース
102 固定側型板
103 可動側型板
104 スプリングガイド
105 スプリング
106 くさびガイド
107 くさび
108 ホルダー
109 シャフト
110 圧縮空気供給口
111 圧縮空気排出口
201 スプルーブッシュ
202 スプルー部
203 固定側取付板
204 ランナーストリッパープレート
205 ストップボルト
206 プラーボルト
207 サポートピン
208 ランナー部
209 ランナーゲート
210 外周形状
211 固定側型板
212 引張りリンク
213 中子
214 ストリッパープレート
215 エジェクトピン
216 可動側型板
217 エジェクトプレート
218 エジェクトロッド
219 空隙部
210 スプルーランナー
301 プリヒートベース
302 パリソンホルダー
303 ヒータ
304 温度センサー
305 プリヒートブロック
306 バンドヒータ
307 温度センサー
311 窓部
401 合成樹脂シート
402 分割金型
403 クランプ
404 プラグ
405 開口部
406 通気孔
407 通路
408 型面
409 成形品
410 密着した合成樹脂シート
501 リング型
502 溶融ガラス
503 成形ガラス
504 凹所
505 予備金型
506 突出部
507 本金型

Claims (13)

  1. 半導体発光素子を実装した基台と、
    前記半導体発光素子から発生した光を前記半導体発光素子の上方にて反射する反射板と、
    前記基台と前記半導体発光素子と前記反射板とを覆うグローブと、を備える発光装置であって、
    前記グローブ内壁において、前記反射板より下方部のみに凹凸形状を設け、
    前記反射板は、第1反射板と、前記第1反射板と別体である第2反射板とを備え、それぞれの反射板にて、前記半導体発光素子から前記光を直接受け反射して、前記光を異なる方向へ変える発光装置。
  2. 前記第1反射板は、前記光を下方向に方向を変え、
    前記第2反射板は、前記光を横方向に方向を変える請求項1記載の発光装置。
  3. 前記第1反射板は、窓部を有し、前記窓部を通過した前記光は、前記第2反射板で反射する請求項2記載の発光装置。
  4. 前記第1反射板は、窓部を有し、前記窓部を通過した前記光は、前記グローブへ導かれる請求項2または3記載の発光装置。
  5. 前記グローブ内壁において、前記第1反射板で反射して下方向に方向を変えた光が入射する範囲のみに凹凸形状を設けた請求項2〜4のいずれか1項に記載の発光装置。
  6. 前記凹凸形状は、第1凹凸と、前記第1凹凸上に設けられた第2凹凸とを備え、
    前記第2凹凸は、前記第1凹凸より小さく、1つの前記第1凹凸上に複数の前記第2凹凸が位置する請求項1から5のいずれか1項に記載の発光装置。
  7. 前記第1凹凸および前記第2凹凸は、球面形状である請求項6記載の発光装置。
  8. 前記凹凸形状の厚みは、前記グローブ内壁から0.1mm以下である請求項1記載の発光装置。
  9. 前記第2凹凸の厚みは、前記第1凹凸面から、0.15mm以下である請求項6から8のいずれか1項に記載の発光装置。
  10. 前記基台の下部に配置される部分と前記グローブの下部に位置する部分とで構成される
    ヒートシンクをさらに有し、
    前記ヒートシンクに組み合わされる前記グローブの外壁面に段差を設け、
    前記段差の厚みが前記グローブの厚みより薄くした請求項1〜9のいずれか1項に記載の発光装置。
  11. 前記段差は、前記グローブの光通過部と、前記グローブのヒートシンクへの挿入部との間に設けられた請求項10記載の発光装置。
  12. 前記段差の下部の厚みが、前記段差の上部の厚みの3分の2より薄い請求項10記載の発光装置。
  13. 前記段差の下部の厚みが0.4mm以上である請求項10に記載の発光装置。
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