JP2017112221A - 金属製の筐体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】手間をかけずに金属製の筐体の表面の適所に凹みを設けることができ、このことに起因して所望の膜厚分布をもった放熱膜を金属製の筐体の表面に効率的に形成することのできる金属製の筐体の製造方法を提供する。【解決手段】複数の押出しピンＰ１、Ｐ２が対応するピン孔Ｍ１ａに嵌め込まれた成形型Ｍに金属溶湯Ｙを注入して筐体１Ａを鋳造するステップ、筐体１Ａの放熱膜２が形成される側面である被押出し面を押出しピンＰ１、Ｐ２で押し出すことにより、被押出し面において押出しピンＰ１で押圧された箇所に凹み１Ａａを形成しながら筐体１Ａを離型するステップ、離型された筐体１Ａの被押出し面に膜厚分布のある放熱膜２を形成するステップからなり、凹み１Ａａを形成する押出しピンＰ１の押出し速度を該凹みを押出しピンＰ２の押出し速度に比して速くする、もしくは、押出しピンＰ１を加熱した後に押し出す金属製の筐体の製造方法である。【選択図】図３

Description

本発明は放熱膜を表面に備えた金属製の筐体の製造方法に関するものである。

昨今の電気回路体は小型化が進み、この小型化にともなって発熱密度が上昇していることから、放熱性能が極めて重要になっている。

上記する電気回路体の構成をより詳細に説明すると、基板の表面に電気回路（電子部品）が配設され、基板およびその表面の電気回路を包囲するように筐体が配設されてその全体が構成され、電気回路が発熱部品となる。なお、筐体は発熱部品である電気回路に当接され、電気回路からの伝熱を筐体を介して放熱するようになっており、したがって筐体はヒートシンクである。

発熱量の大きな電気回路体の場合には、その周囲に配設される筐体がアルミダイカストにて製作される場合が多い。

このようなアルミダイカストに代表される金属は熱伝導率が高いものの、このような金属製の筐体からその周囲の空気への熱伝導率は一般に低い傾向にある。

そこで、金属に比して空気への熱伝導率の高い樹脂製の放熱膜を金属製の筐体の表面（筐体のうち、電気回路に接触している表面と反対側の外側に対向している表面）に形成することにより、電気回路体の放熱性能を向上させるようにしている。電気回路体の放熱性能が向上することにより、電気回路体の発熱密度を上げることが可能になり、発熱密度を上げることで同性能を保持しながら電気回路体の小型化を図ることが可能になる。

ここで、特許文献１には、アルミニウム板材と樹脂系皮膜からなるプレコートアルミニウム板材が開示されている。このプレコートアルミニウム板材において、樹脂系皮膜は膜厚が5〜15μmの範囲であって全域で均一な膜厚となっている。

特開２０１４−２０９４５９号公報

特許文献１に開示のプレコートアルミニウム板材によれば、アルミニウム板材の表面に樹脂系皮膜が形成されていることから、上記するように樹脂系皮膜の周囲の空気への放熱性が保証される。

ところで、筐体の中でも発熱部品である電気回路に接触している箇所は他の箇所に比して発熱し易いことから、筐体の電気回路に接触している箇所の反対側の表面（筐体の外周面）からの放熱性能に対する要求は相対的に高くなる。

たとえば、筐体の電気回路に接触している箇所の反対側の表面に形成される放熱膜の厚みを他の箇所の放熱膜の厚みに比して厚くすることで放熱性能を相対的に高くすることが可能になる。

そこで、筐体の表面のうち、放熱膜の厚みを厚くしたい箇所に凹みを加工した後に放熱膜を筐体の表面に形成することにより、所望箇所の放熱膜の厚みを他の箇所に比して厚くすることが可能になる。

しかしながら、金属製の筐体の表面の適所に微小な凹みを切削等で加工するのは極めて困難であり、加工手間がかかり、筐体製作効率の低下が余儀なくされる。

そして、この課題は、特許文献１で開示されるプレコートアルミニウム板材によっても解消されるものではない。

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、手間をかけずに金属製の筐体の表面の適所に凹みを設けることができ、このことに起因して所望の膜厚分布をもった放熱膜を金属製の筐体の表面に効率的に形成することのできる金属製の筐体の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による金属製の筐体の製造方法は、膜厚に分布のある放熱膜を表面に備えた金属製の筐体の製造方法であって、複数の押出しピンが対応するピン孔に嵌め込まれた成形型に金属溶湯を注入して筐体を鋳造する第１のステップ、前記筐体のうち、前記放熱膜が形成される側面であって前記成形型の内面に対向する側面である被押出し面を前記複数の押出しピンで押し出すことにより、該被押出し面において該複数の押出しピンで押圧された箇所の少なくとも一部に凹みを形成しながら前記筐体を前記成形型から離型する第２のステップ、離型された前記筐体の前記被押出し面に前記放熱膜を形成し、形成された該放熱膜では、前記凹みに対応する箇所の厚みが他の箇所に比して厚くなっている第３のステップ、からなり、前記第２のステップにおいて、前記凹みを形成する押出しピンの押出し速度を該凹みを形成しない押出しピンの押出し速度に比して速くする、もしくは、前記凹みを形成する押出しピンを加熱した後に押し出すものである。

本発明による金属製の筐体の製造方法は、筐体を鋳造する成形型の適所にピン孔を設け、ピン孔に押出しピンを備えておき、鋳造された筐体を成形型から離型する際に押出しピンで筐体の表面（被押出し面）を押し出す際に、押出しピンによる押圧力にて筐体の表面（被押出し面）の適所に凹みを形成する点に特徴を有している。

より詳細には、この凹みの形成方法として次の二種類のいずれか、もしくは双方の制御をおこなう点に特徴を有するものである。

すなわち、その一つの制御は、複数の押出しピンにて筐体を成形型から離型するに当たり、複数の押出しピンのうち、凹みを形成する押出しピンの押出し速度を凹みを形成しない押出しピンの押出し速度よりも速く制御することにより、所望の箇所に凹みを形成するものである。

また、他の制御は、凹みを形成する押出しピンを予め加熱しておき、加熱された状態の押出しピンにて筐体の被押出し面を押し出すことにより、所望の箇所に凹みを形成するものである。

なお、上記する二種類の制御を合わせて実行すること、すなわち、凹みを形成する押出しピンを予め加熱しておき、当該凹みを形成する押出しピンを他の押出しピンに比して相対的に速い押出し速度で押し出す制御をおこなう方法であってもよいことは勿論のことである。

ここで、「複数の押出しピンで押圧された箇所の少なくとも一部に凹みを形成」とは、たとえば１０個の押出しピンがある場合に、そのうちの所望箇所にあるたとえば１個もしくは２個の押出しピンで凹みを形成する場合や、１０個全ての押出しピンで凹みを形成する場合などを包含する意味である。

相対的に速い押出し速度で押出しピンを押し出すことによって、もしくは加熱された押出しピンを押し出すことによって筐体の表面の適所に凹みを形成した後、筐体の表面に放熱膜を形成することにより、凹みに対応する箇所の放熱膜は他の箇所に比して相対的に厚みが厚くなり、所望の膜厚分布をもった放熱膜を有する金属製の筐体を製造することができる。

凹みが形成され、相対的に厚みの厚い放熱膜が形成される箇所は、たとえば、筐体が電気回路に接触する箇所であり、このような箇所に対応する筐体の被押出し面にたとえば相対的に速い押出し速度で押出しピンが接触するような制御が実行される。

また、第２のステップにおいて成形型から筐体を離型する際に筐体の表面に凹みが形成されるように、第１のステップにて鋳造される筐体の硬度が硬くなり過ぎないタイミングで第２のステップに移行するのが好ましい。

また、筐体の表面の適所に凹みを形成し易くするべく、筐体の厚みを均一な厚みにしておくのがよい。なお、押出しピンで筐体を押し出す場合、押出しの際の押圧力にて押出し箇所に歪みや凹みが生じないように押出し箇所の厚みを他の箇所に比して厚くするのが一般的な概念であるが、本発明では、押出しピンにて押圧された箇所に凹みを積極的に形成させたいことから、筐体の厚みを均一にしておくのがよい。

また、鋳造される筐体において、第２のステップにて押出しピンにて押し出される箇所やその周辺箇所の厚みを予め他の箇所に比して薄く成形しておいてもよい。

また、筐体の内面にリブ等が存在する形態において、押出しピンにて押し出される箇所がリブに対応する箇所の場合には、対応する箇所のリブのみを取り除いておくことにより、たとえば相対的に速い押出し速度で押し出された押出しピンにて凹みを形成し易くできる。

また、押出しピンは、その押出し先端が方形もしくは円形の平面形状をもった平坦状を呈している他、押出し先端が曲面状（たとえば半球状）を呈している形態などを適用できる。

また、放熱性能の観点から、凹みに対応する膜厚の厚い放熱膜の厚みは100μm以上が好ましい。

以上の説明から理解できるように、本発明の金属製の筐体の製造方法によれば、筐体を鋳造する成形型の適所にピン孔を設け、ピン孔に押出しピンを備えておき、鋳造された筐体を成形型から離型する際に押出しピンで筐体の被押出し面を押し出すに当たり、筐体の被押出し面に凹みを形成する押出しピンの押出し速度を凹みを形成しない押出しピンの押出し速度に比して速くする、もしくは、凹みを形成する押出しピンを加熱した後に押し出すことにより、筐体の被押出し面の適所に凹みを形成することができる。このようにして形成された凹みに対応する箇所の放熱膜の厚みは他の箇所に比して相対的に厚くなることから、所望の膜厚分布をもった放熱膜を有する金属製の筐体を簡易に製造することができる。

本発明の金属製の筐体の製造方法で製造された筐体を具備する電子回路体を示した模式図である。 金属製の筐体の製造方法の第１のステップを説明した模式図である。 金属製の筐体の製造方法の第２のステップの実施の形態１を説明した模式図である。 金属製の筐体の製造方法の第２のステップの実施の形態２を説明した模式図である。 離型された筐体を示した模式図である。 金属製の筐体の製造方法の第３のステップを説明した模式図である。

以下、図面を参照して本発明の金属製の筐体の製造方法の実施の形態を説明する。なお、図示例では、押出しピンの押圧面が幅広になっているが、電子回路の大きさに応じて、たとえば一様な断面の押出しピンが適用されてもよいことは勿論のことである。また、図示例の成形型は可動型に押出しピンが嵌め込まれている形態であるが、固定型に押出しピンが嵌め込まれている形態であってもよいことは勿論のことである。

（金属製の筐体の実施の形態）
図１は本発明の金属製の筐体の製造方法で製造された筐体を具備する電子回路体を示した模式図である。

図１で示すように、本発明の金属製の筐体の製造方法で製造される筐体を具備する電子回路体１０は、基板３の上下面に複数の電子回路４を備え、各電子回路４はその端面に備えた放熱シート５を介してケースである筐体１Ｂとカバーである筐体１Ａに接触し、これらの筐体１Ａ，１Ｂに収容されてその全体が大略構成されている。

図示する状態では、基板１の上面に１つの電子回路４が取り付けられており、基板１の下面に１つの電子回路４が取り付けられているが、図示を省略するものの、基板１を平面的に見た際に基板１の上面に２つ以上の電子回路４が取り付けられ、基板１の下面に２つ以上の電子回路４が取り付けられてもよい。

筐体１Ａ，１Ｂはアルミダイカストで製作されており、その外周面には、カーボンや窒化物、樹脂等を素材とした放熱膜２が形成されている。

アルミダイカストに代表される金属は熱伝導率が高いものの、金属製の筐体１Ａ，１Ｂからその周囲の空気への熱伝導率は一般に低い傾向にあることから、金属に比して空気への熱伝導率の高い樹脂製等の放熱膜２を金属製の筐体１Ａ，１Ｂの表面に形成することにより、電気回路体１０の放熱性能が向上する。

筐体１Ａ，１Ｂにおいては、それらの外周面のうち、電子回路４が接触する箇所に対応する外周面に凹み１Ａａ，１Ｂａが形成されており、この凹み１Ａａ，１Ｂａに起因して、筐体１Ａ，１Ｂの周囲に形成された放熱膜２のうち、凹み１Ａａ，１Ｂａに対応する箇所の放熱膜は他の一般部の厚みt1に比して厚くなっている（厚みt2）、厚みの厚い箇所２ａとなっている。

放熱膜２のうち、電子回路４に対応する箇所は他の箇所に比して発熱し易い。そこで、電子回路４に対応する箇所の放熱膜を厚みの厚い箇所２ａとすることで、他の箇所に比して放熱性能が向上し、結果として放熱膜２全体の放熱性能が良好になる。

なお、放熱膜２の膜厚は厚みが厚いほど放熱性が向上するものの、材料コストを勘案して、厚みの厚い箇所２ａの厚みt2は100μmかそれ以上が好ましく、他の一般部の放熱膜２の厚みt1は50μmかそれ以下が好ましい。

（金属製の筐体の製造方法の実施の形態）
次に、図１で示す電子回路体１０のうち、筐体１Ａを取り上げてその製造方法を説明する。ここで、図２は金属製の筐体の製造方法の第１のステップを説明した模式図であり、図３，４はそれぞれ、第２のステップの実施の形態１，２を説明した模式図であり、図５は離型された筐体を示した模式図である。また、図６は金属製の筐体の製造方法の第３のステップを説明した模式図である。なお、筐体１Ｂの製造方法も、筐体１Ｂの形状および寸法に応じたキャビティを具備する成形型を使用する以外は筐体１Ａの製造方法と同様である。

まず、図２で示すように、可動型Ｍ１，固定型Ｍ２からなり、型締め状態にて形成されたキャビティＣが製造されるべき筐体１Ａの形状および寸法を有する成形型Ｍを用意する。

可動型Ｍ１のうち、キャビティＣ内で鋳造されてできる筐体１Ａにおいて電子回路４（図１参照）と接触する箇所に対応する被押出し面に対応する位置やその他の位置に、ピン孔Ｍ１ａが開設されている。
そして、各ピン孔Ｍ１ａには押出しピンＰ１、Ｐ２が嵌め込まれている。

なお、図示例の押出しピンＰ１、Ｐ２は、軸部材の先端に幅広の押圧面Ｐａが形成された断面がＴの字状を呈しているが、このように幅広の押圧面Ｐａを有するのは電子回路４の平面寸法をカバーするためである。したがって、断面が一様の軸部材の端部の押圧面にて電子回路の平面寸法がカバーできる場合には、図示例のような断面Ｔの字状でなく、断面Ｉの字状の押出し部材が適用できる。ここで、図示例の押出しピンＰ１，Ｐ２のうち、電子回路に対応する箇所の被押出し面を押し出すのは押出しピンＰ１のみであるが、ここでは押出しピンＰ２も押出しピンＰ１と同形状のものを適用することとした。

また、押圧面Ｐａの平面形状は、正方形、長方形、円形など、電子回路４の平面形状をカバーできる適宜の平面形状が適用できる。

図２で示すように、成形型ＭのキャビティＣにアルミニウムやその合金等からなる金属溶湯Ｙが注入され、筐体の鋳造をおこなう（第１のステップ）。

キャビティＣ内で金属溶湯Ｙが所定の硬度まで固まった段階で、鋳造された筐体の離型を図３、４で示す二種類の方法のいずれかでおこなう。

まず、図３で示す方法は、可動型Ｍ１と固定型Ｍ２の型開きをおこない（Ｘ１方向）、押出しピンＰ１、Ｐ２を押込んで筐体１Ａの押出しをおこなうに当たり、図１で示す電気回路体１０に対応する箇所の被押出し面を押し出す押出しピンＰ１の押出し速度Ｖ１を、電気回路体１０に対応しない箇所の被押出し面を押し出す押出しピンＰ２の押出し速度Ｖ２に比して速い速度で押し出す方法である。

したがって、相対的に押出し速度の速い押出しピンＰ１の押圧面Ｐａからは相対的に大きな押圧力ｑ１を被押出し面に作用させ、相対的に押出し速度の遅い押出しピンＰ２の押圧面Ｐａからは相対的に小さな押圧力ｑ２を被押出し面に作用させながら、筐体１Ａの離型をおこなう。

一方、図４で示す方法は、可動型Ｍ１と固定型Ｍ２の型開きをおこない（Ｘ１方向）、押出しピンＰ１、Ｐ２を押込んで筐体１Ａの押出しをおこなうに当たり、双方の押出し速度Ｖ３は同じであり、したがって双方の押圧面Ｐａから同じ押圧力ｑ３を被押出し面に作用させるものの、図１で示す電気回路体１０に対応する箇所の被押出し面を押し出す押出しピンＰ１を予め加熱しておく方法である。

図３で示す方法では押出し速度の相対的に速い押出しピンＰ１により、また、図４で示す方法では加熱された押出しピンＰ１により、図５で示すように、離型の際に筐体１Ａの被押出し面の押圧された箇所には凹み１Ａａが形成される（以上、第２のステップ）。

なお、図示を省略するが、押出し速度の相対的に速い押出しピンＰ１を予め加熱しておく方法を適用してもよい。

なお、図示する凹み１Ａａを筐体１Ａの表面の適所に形成するべく、離型のタイミングを筐体１Ａが完全硬化する前に実施したり、図３，４で示すようにキャビティＣ内で鋳造される筐体１Ａの厚みを一様にしておくことにより（敢えて他の箇所よりも厚くしない）、押出しピンＰ１による押圧力ｑ１、ｑ３にて凹み１Ａａを形成し易くできる。

表面の適所に凹み１Ａａを備えた筐体１Ａに対し、図６で示すように放熱膜２を形成することにより、凹み１Ａａに対応する箇所には放熱膜の厚みの厚い箇所２ａが形成される。

ここで、放熱膜２の成膜方法の実施例として、常温下、ディッピングもしくは静電塗布もしくはスプレー塗布にて塗料塗布をおこない、100℃で30分程度の乾燥処理（前処理）をおこない、100〜200℃で20〜60分程度で焼付け処理をおこなって成膜する方法を挙げることができる。

また、その他の成膜方法の実施例として、常温下、ディッピングもしくはスプレー塗布にて１液もしくは２液硬化タイプの塗料（シリコン系もしくはアクリル系）の塗布をおこない、100℃で30分程度の乾燥処理（硬化処理）をおこなって成膜する方法を挙げることができる。

図示する金属製の筐体の製造方法によれば、筐体１Ａ（１Ｂ）を鋳造する成形型Ｍの複数の適所にピン孔Ｍ１ａを設け、ピン孔Ｍ１ａに押出しピンＰ１、Ｐ２等を備えておき、鋳造された筐体１Ａを成形型Ｍから離型する際に複数の押出しピンＰ１、Ｐ２等で筐体１Ａの表面を押し出すに当たり、電気回路体１０に対応する箇所の被押出し面を押し出す押出しピンＰ１の押出し速度を相対的に速くしたり、同押出しピンＰ１を予め加熱しておくことにより、筐体１Ａの表面の適所に凹み１Ａａを形成することができる。この方法により、凹み１Ａａに対応する箇所の放熱膜２ａの厚みt2を他の箇所の厚みt1に比して相対的に厚くすることができ、放熱性能に優れた筐体１Ａ（１Ｂ）を簡易に製造することが可能になる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１Ａ…筐体（カバー）、１Ｂ…筐体（ケース）、１Ａａ、１Ｂａ…凹み、２…放熱膜、２ａ…厚みの厚い箇所（放熱膜）、３…基板、４…電子回路（電子部品）、５…放熱シート、１０…電子回路体、Ｍ…成形型、Ｍ１…可動型、Ｍ１ａ…ピン孔、Ｍ２…固定型、Ｐ１、Ｐ２…押出しピン、Ｐａ…押圧面、Ｃ…キャビティ、Ｙ…金属溶湯

Claims (1)

1. 膜厚に分布のある放熱膜を表面に備えた金属製の筐体の製造方法であって、
   複数の押出しピンが対応するピン孔に嵌め込まれた成形型に金属溶湯を注入して筐体を鋳造する第１のステップ、
   前記筐体のうち、前記放熱膜が形成される側面であって前記成形型の内面に対向する側面である被押出し面を前記複数の押出しピンで押し出すことにより、該被押出し面において該複数の押出しピンで押圧された箇所の少なくとも一部に凹みを形成しながら前記筐体を前記成形型から離型する第２のステップ、
   離型された前記筐体の前記被押出し面に前記放熱膜を形成し、形成された該放熱膜では、前記凹みに対応する箇所の厚みが他の箇所に比して厚くなっている第３のステップ、からなり、
   前記第２のステップにおいて、前記凹みを形成する押出しピンの押出し速度を該凹みを形成しない押出しピンの押出し速度に比して速くする、もしくは、前記凹みを形成する押出しピンを加熱した後に押し出す、金属製の筐体の製造方法。

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