JP2017228618A

JP2017228618A - ヒートシンクの製造方法

Info

Publication number: JP2017228618A
Application number: JP2016122933A
Authority: JP
Inventors: 太浩石黒; Takahiro Ishiguro; 和幸塚田; Kazuyuki Tsukada; 寛史井下; Hiroshi Ishita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-06-21
Filing date: 2016-06-21
Publication date: 2017-12-28

Abstract

【課題】ピンフィンの長さを均一化することが可能な新たなヒートシンクの製造方法を提供する。【解決手段】複数のピンフィンを有するヒートシンクを、鍛造型を用いて製造する。前記鍛造型が、複数の孔が設けられた成形部を有している。提供される製造方法は、金属材料を前記成形部に向けてプレスすることで、前記金属材料の一部を前記複数の孔の内部に流入させる工程を有する。前記成形部の中央側に位置する前記孔では、前記成形部の外周側に位置する前記孔よりも、前記金属材料の流入抵抗が高い。【選択図】図２

Description

本明細書に開示の技術は、ピンフィンを有するヒートシンクの製造方法に関する。

鍛造によってピンフィンを有するヒートシンクを製造する方法が知られている。この製造方法に用いられる鍛造型は、ヒートシンクを成形するための成形部を備えており、その成形部には複数の孔が設けられている。このようなヒートシンクの一般的な製造方法では、金属材料が成形部に向けてプレスされる。すると、金属材料が塑性変形し、金属材料の一部が複数の孔内に流入する。複数の孔内に流入した部分が、ピンフィンとなる。

この製造方法では、金属材料の外周部では、プレス時に金属材料がさらに外周側に移動する流れが生じる。その結果、金属材料の外周部に加わる圧力が低下し、成形部の外周側に位置する孔への金属材料の流入量が少なくなる。このため、外周側のピンフィンが中央側のピンフィンよりも短くなるという問題がある。

特許文献１には、ピンフィンを成形するための各孔に対して裏側から背圧ピン（ノックアウトピン）を挿入する技術が開示されている。この方法では、各孔に流入した金属材料が背圧ピンに接触する。このため、ピンフィンの先端部の位置が背圧ピンによって規定される。したがって、この方法では、ピンフィンの長さを均一化することができる。

特開２０１５−０５０３１８号公報

上記の通り、特許文献１の技術によれば、ピンフィンの長さを均一化することができる。しかしながら、特許文献１のように背圧ピンを設けると、鍛造型が複雑化し、鍛造型の強度が低下する。したがって、本明細書では、ヒートシンクのピンフィンの長さを均一化することが可能な新たな製造方法を提供する。

本明細書が開示する製造方法では、複数のピンフィンを有するヒートシンクを鍛造型を用いて製造する。前記鍛造型は、複数の孔が設けられた成形部を有している。前記製造方法は、金属材料を前記成形部に向けてプレスすることで、前記金属材料の一部を前記複数の孔の内部に流入させる工程を有する。前記成形部の中央側に位置する前記孔では、前記成形部の外周側に位置する前記孔よりも、前記金属材料の流入抵抗が高い。

この製造方法では、成形部の外周側に位置する孔への金属材料の流入抵抗が小さい。したがって、プレス時に金属材料の外周部で金属材料がさらに外周側に移動する流れが生じても、成形部の外周側に位置する孔へ金属材料が流入し易い。その結果、成形部の中央部と外周部とで孔への金属材料の流入量の差が小さくなる。このため、この製造方法によれば、各ピンフィンの長さが均一なヒートシンクを製造することができる。

鍛造型１０の縦断面図。図１の範囲Ｘの拡大断面図。ヒートシンクの製造工程の説明図。ヒートシンクの製造工程の説明図。変形例の貫通孔１８の図２に対応する拡大断面図。

図１は、ピンフィンを有するヒートシンクを製造するための鍛造型１０を示している。なお、ピンフィンは、ヒートシンクの基部から柱状に伸びるフィンである。鍛造型１０は、パンチ１２、ダイス１４及び受圧型１６を有している。パンチ１２、ダイス１４及び受圧型１６は、それぞれ、金属製の型である。ダイス１４は、受圧型１６上に固定されている。ダイス１４の下面１４ｂの全体が、受圧型１６の上面に接している。ダイス１４の上面１４ａは平坦な平面である。ダイス１４には、上面１４ａから下面１４ｂまでダイス１４を貫通する複数の貫通孔１８が設けられている。上面１４ａの中央部（貫通孔１８が設けられている範囲の上面１４ａ）と貫通孔１８が、ヒートシンクのピンフィンを成形するための成形部１４ｃである。図示していないが、各貫通孔１８は、上から見たときに、円形または多角形の断面形状を有している。複数の貫通孔１８のうち、成形部１４ｃの最外周部に配置されている貫通孔１８ｂは、その他の貫通孔１８ａ（貫通孔１８ｂよりも成形部１４ｃの中央側に配置されている貫通孔）とは構造が部分的に異なる。図２は、図１の範囲Ｘ内の部分の拡大断面図である。図２に示すように、貫通孔１８ａの内周面とダイス１４の上面１４ａとの境界に位置する肩部１９ａの表面には、凹凸が設けられている。肩部１９ａの凹凸は、フライス等による切削により設けられた比較的大きい凹凸であってもよいし、ショットピーニング等により設けられた微小な凹凸であってもよい。これに対し、貫通孔１８ｂの内周面とダイス１４の上面１４ａとの境界に位置する肩部１９ｂは、表面が滑らかである。肩部１９ｂには、凹凸が設けられていない。貫通孔１８ａと貫通孔１８ｂのその他の構造は互いに等しい。

図１に示すように、パンチ１２は、ダイス１４から間隔を開けてダイス１４の上方に配置されている。パンチ１２の下面１２ａは、ヒートシンクの金属材料をプレスするための面である。下面１２ａは、平坦な平面である。パンチ１２は、図示しない駆動装置によって、ダイス１４に対して進退動することができる。

次に、鍛造型１０を用いたヒートシンクの製造方法について説明する。まず、図３に示すように、ダイス１４の上面１４ａの中央部（すなわち、成形部１４ｃ）上に、板状の金属材料２０を載置する。金属材料２０によって全ての貫通孔１８が覆われる。

次に、冷間鍛造によって金属材料２０を加工する。より詳細には、図４に示すように、常温下で、パンチ１２をダイス１４に向かって下降させる。パンチ１２の下面１２ａを金属材料２０の上面に接触させ、パンチ１２によって金属材料２０をダイス１４に向けてプレスする。これによって、金属材料２０を塑性変形させる。このとき、図４において実線矢印で示すように、金属材料２０の一部が各貫通孔１８内に流入する。金属材料２０のうちの各貫通孔１８内に流入した部分が、ピンフィン２０ａとなる。金属材料２０のうちの各貫通孔１８内に流入しなかった部分が板状の基部２０ｂとなる。このように、鍛造型１０によって金属材料２０を塑性変形させることで、基部２０ｂから伸びる複数のピンフィン２０ａを有するヒートシンクが製造される。

金属材料２０をプレスするときに、金属材料２０の外周部では、図４において破線矢印で示すように、金属材料２０がさらに外周側に向かって流動する。このように、金属材料２０の外周部では金属材料２０が外周側に向かって流れるため、最も外周側の貫通孔１８ｂ内の金属材料２０に加わる圧力が、中央側の貫通孔１８ａ内の金属材料に加わる圧力よりも小さくなる。他方、上述したように、貫通孔１８ａの肩部１９ａには凹凸が形成されているが、貫通孔１８ｂの肩部１９ｂの表面は滑らかである。このため、貫通孔１８ａ内に金属材料が流入するときの抵抗は、貫通孔１８ｂ内に金属材料が流入するときの抵抗よりも大きい。大きい圧力が加わる貫通孔１８ａでは抵抗が大きく、相対的に小さい圧力が加わる貫通孔１８ｂでは抵抗が小さい。このため、貫通孔１８ａ内に流入する金属材料２０の量と、貫通孔１８ｂ内に流入する金属材料２０の量が略等しくなる。その結果、図４に示すように、貫通孔１８ａ内のピンフィン２０ａの長さと、貫通孔１８ｂ内のピンフィン２０ａの長さとが略等しくなる。このように、この製造方法によれば、中央側に位置するピンフィン２０ａと外周側に位置するピンフィン２０ａの長さを均一化することができる。

以上に説明したように、本実施形態の製造方法によれば、簡単な構造の鍛造型１０によって、ピンフィン２０ａの長さが均一なヒートシンクを製造することができる。特許文献１のような背圧ピンを設けないので、ダイス１４の下面１４ｂの略全体を受圧型１６に接触させることができ、ダイス１４に加わる圧力を受圧型１６の広い面で受けることができる。したがって、鍛造型１０の強度が高く、鍛造型１０を長寿命化することができる。

また、プレス前の金属材料の一部に厚みが厚い部分（肉厚部）を設けることで、プレス時の金属材料中の圧力分布を調整し、ピンフィンの長さを均一化することも可能である。しかしながら、この技術では、プレス前に金属材料に肉厚部を設ける加工が必要である。これに対し、本実施形態の製造方法によれば、平板状の金属材料２０からヒートシンクを製造することができる。プレス前に肉厚部を設ける加工が不要であるので、効率的にヒートシンクを製造することが可能となる。

また、プレス時に金属材料の一部を逃がすことで金属材料中の圧力分布を調整し、ピンフィンの長さを均一化することも可能である。しかしながら、この技術では、プレス時に逃がした部分の金属材料を、プレス後に切削等によって除去する必要がある。これに対し、本実施例の製造方法では、プレス時に金属材料２０の一部を逃がさず、金属材料２０の略全体がヒートシンクとなる。材料歩留まりが向上するとともに追加的な切削工程も不要となる。したがって、効率的にヒートシンクを製造することが可能となる。

なお、上述した実施形態では、図２のように中央側の貫通孔１８ａの肩部１９ａに凹凸を設けることで貫通孔１８ａの抵抗を高くした。しかしながら、図５に示すように、貫通孔１８ａの肩部１９ａの面取量を、貫通孔１８ｂの肩部１９ｂの面取量よりも小さくしてもよい。金属材料２０は、変形が進むほど硬化して変形し難くなるという特性を有する。図５の貫通孔１８ａのように肩部１９ａの面取量が小さいと、肩部１９ａの近傍で金属材料２０が局所的に変形（流動）するため、肩部１９ａの近傍で金属材料２０が硬化が促進される。その結果、貫通孔１８ａへの金属材料２０の流入抵抗が高くなる。他方、肩部１９ｂの面取量が大きいので、貫通孔１８ｂへの金属材料２０の流入抵抗が小さくなる。したがって、図５の構造でも、貫通孔１８ａの抵抗を貫通孔１８ｂの抵抗よりも大きくすることができる。なお、この場合、貫通孔１８ａの肩部１９ａに凹凸が設けられていなくてもよい。また、図２、図５以外の構造により、貫通孔１８ａの抵抗が貫通孔１８ｂの抵抗よりも高くなっていてもよい。

また、上述した実施形態では、最も外周側の貫通孔１８ｂの抵抗が低かった。しかしながら、外周側の複数列の貫通孔（例えば、最も外周側の貫通孔と、最も外周側から２番目の貫通孔）の抵抗が、それらの貫通孔よりも中央側の貫通孔の抵抗よりも低くなっていてもよい。

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。

１０：鍛造型
１２：パンチ
１４：ダイス
１４ｃ：成形部
１６：受圧型
１８：貫通孔
２０：金属材料
２０ａ：ピンフィン
２０ｂ：基部

Claims

複数のピンフィンを有するヒートシンクを鍛造型を用いて製造する方法であって、
前記鍛造型が、複数の孔が設けられた成形部を有しており、
前記方法が、金属材料を前記成形部に向けてプレスすることで、前記金属材料の一部を前記複数の孔の内部に流入させる工程を有し、
前記成形部の中央側に位置する前記孔では、前記成形部の外周側に位置する前記孔よりも、前記金属材料の流入抵抗が高い、
製造方法。