JP2018057998A - ヒートシンクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な方法で鋳造後の基材に良好な被覆層を形成することができるヒートシンクの製造方法を提供する。
【解決手段】基材Ｗａの表面に熱放射性の被覆層が形成されたヒートシンクの製造方法であって、金型１０で囲まれたキャビティＣに溶湯を流し込み、金型１０内に形成された冷却回路１１ａに冷却水を循環させてキャビティＣ内の溶湯を冷却し凝固させることで基材Ｗａを形成する鋳造工程と、鋳造工程の後に金型１０を開いて基材Ｗａを取り出す取り出し工程と、取り出し工程の後に、金型１０から取り出された基材Ｗａの表面に熱放射性塗料を塗布して被覆層を形成する被覆層形成工程と、を有し、鋳造工程において温度センサ１３により検出された金型１０の温度が所定の温度に低下した時から取り出し工程の完了時までの期間において、冷却回路１１ａ内の冷却水を除去した後に冷却回路１１ａ内を減圧する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートシンクの製造方法に関する。

表面に放熱性や耐熱性を向上させるための被覆層が形成されたヒートシンクが知られている。特許文献１には、ダイカストにより成形された直後における高温の状態の基材をそのまま射出成形用の金型内に組み込み、樹脂を射出して基材の表面に被覆層を形成する、ヒートシンクの製造方法が記載されている。

特開昭５７−２０２６８３号公報

特許文献１に記載されている、樹脂を射出成形して基材の表面に被覆層を形成する方法では、被覆層の形成工程が煩雑になるといった課題があった。このため、射出成形よりも簡易な方法である、塗料の塗布により、基材の表面に被覆層を形成することが検討されている。開発中の、ヒートシンクの製造方法では、鋳造の金型（成形型）から脱型された直後の高温状態の基材に対し、熱放射性塗料を吹き付ける、または落下させることにより、基材の表面に熱放射性を有する被覆層を形成する。

ところで、基材を形成する鋳造工程において、金型に形成された冷却回路に冷却水を通水し、金型で囲まれたキャビティ内に充填された溶湯を冷却して凝固させる。溶湯が凝固して基材が形成された後、冷却水の通水を停止し、基材を金型から取り出す。鋳造により成形された直後の高温状態の基材は、冷却回路への冷却水の通水を停止した後も、金型から脱型される過程において温度が低下する。

開発中の、ヒートシンクの製造方法では、塗料の吹き付けまたは落下により基材の表面に被覆層を形成する間、基材の温度を熱放射性塗料の成膜温度以上に保つ必要がある。しかしながら、気温が低い場合には、金型から脱型される過程において、基材の温度が著しく低下し、その後、塗料の吹き付けまたは落下により基材の表面に被覆層を形成する間に、基材の温度が成膜温度よりも低下してしまう場合があった。成膜中に基材の温度が成膜温度よりも低下すると良好な被覆層を形成することができない。

本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、簡易な方法で鋳造後の基材に良好な被覆層を形成することができるヒートシンクの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、基材の表面に熱放射性の被覆層が形成されたヒートシンクの製造方法であって、金型で囲まれたキャビティに溶湯を流し込み、前記金型内に形成された冷却回路に冷却水を循環させて前記キャビティ内の溶湯を冷却し凝固させることで前記基材を形成する鋳造工程と、前記鋳造工程の後に前記金型を開いて前記基材を取り出す取り出し工程と、前記取り出し工程の後に、前記金型から取り出された前記基材の表面に熱放射性塗料を塗布して前記被覆層を形成する被覆層形成工程と、を有し、前記鋳造工程において温度センサにより検出された前記金型の温度が所定の温度に低下した時から前記取り出し工程の完了時までの期間において、前記冷却回路内の冷却水を除去した後に前記冷却回路内を減圧するものである。

本発明によれば、簡易な方法で鋳造後の基材に良好な被覆層を形成することができる。

本実施の形態にかかるヒートシンクの製造方法に用いる製造システムの概略構成を示す模式図である。 本実施の形態にかかるヒートシンクの製造方法の処理の流れを示すフローチャートである。 本実施の形態にかかるヒートシンクの製造方法に用いる製造システムの型冷却装置の各動作における各バルブの状態について説明する図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。
まず、図１を参照して本実施の形態にかかるヒートシンクの製造方法に用いる製造システム１の概略構成について説明する。図１は、本実施の形態にかかるヒートシンクの製造方法に用いる製造システム１の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、製造システム１は、金型１０と、型冷却装置２０と、搬送装置３０と、塗布装置４０と、を備えている。

金型１０は、第１型１１と第２型１２から構成される。第１型１１と第２型１２が型閉めされた状態においてキャビティＣが形成される。第１型１１には、冷却回路１１ａが形成されている。また、第１型１１には、基材押出し器１１ｂが内蔵されている。さらに、第１型１１には、第１型１１の温度を検出する温度センサ１３が取り付けられている。第２型１２には、注入孔１２ａと、注入孔１２ａの内壁と摺動する溶湯押出し器１２ｂが内蔵されている。注入孔１２ａには、例えばアルミニウムなどの金属の溶湯が注入口１２ａＡから流し込まれる。

型冷却装置２０は、第１型１１の冷却回路１１ａに冷却水を供給するための装置である。型冷却装置２０は、供給経路３と、排出経路４と、エア吸引経路５と、減圧タンク６と、真空ポンプ７と、第１三方弁２１と、第１開閉弁２２と、第２三方弁２３と、第２開閉弁２４と、第３三方弁２５と、を備えている。

供給経路３は、第１供給経路３ａ、第２供給経路３ｂ、第３供給経路３ｃおよび第４供給経路３ｄから構成される。第１供給経路３ａは、一端から冷却水を流入させ、他端は第１三方弁２１に接続されている。第２供給経路３ｂは、一端からエアを流入させ、他端は第１三方弁２１に接続されている。第３供給経路３ｃは、一端が第１三方弁２１に接続され、他端が第２三方弁２３に接続されている。第３供給経路３ｃの途中には、第１開閉弁２２が設けられている。第４供給経路３ｄは、一端が第２三方弁２３に接続され、他端が冷却回路１１ａに接続されている。

排出経路４は、第１排出経路４ａ、第２排出経路４ｂおよび第３排出経路４ｃから構成される。第１排出経路４ａは、一端から冷却水を流出させ、他端は第３三方弁２５に接続されている。第２排出経路４ｂは、一端からエアを流出させ、他端は第３三方弁２５に接続されている。第３排出経路４ｃは、一端が第３三方弁２５に接続され、他端が冷却回路１１ａに接続されている。第３排出経路４ｃの途中には、第２開閉弁２４が設けられている。

エア吸引経路５は、第１エア吸引経路５ａおよび第２エア吸引経路５ｂから構成されている。第１エア吸引経路５ａは、一端が第３三方弁２５に接続され、他端が減圧タンク６に接続されている。第２エア吸引経路５ｂは、一端が減圧タンク６に接続され、他端が真空ポンプ７に接続されている。

第１三方弁２１は、第１供給経路３ａと第３供給経路３ｃが連通された状態と、第２供給経路３ｂと第３供給経路３ｃが連通された状態と、の切り替えを行う。第２三方弁２３は、第３供給経路３ｃと第４供給経路３ｄが連通された状態と、第１エア吸引経路５ａと第４供給経路３ｄが連通された状態と、の切り替えを行う。第３三方弁２５は、第１排出経路４ａと第３排出経路４ｃが連通された状態と、第２排出経路４ｂと第３排出経路４ｃが連通された状態と、の切り替えを行う。

搬送装置３０は、ロボットハンドを有し、金型１０から取り外された基体Ｗａを塗布装置４０へと搬送する。塗布装置４０は、塗料収容容器４１と、スプレーノズル４２と、塗料供給管４３と、を備えている。塗料収容容器４１は、熱放射性塗料を収容する。ここで、熱放射性塗料は、例えば、ポリアミドイミドなどの熱可塑性樹脂を含む塗料、エポキシ系樹脂やフェノール系樹脂などの熱硬化性樹脂を含む塗料などである。塗料供給管４３は、塗料収容容器４１からスプレーノズル４２に熱放射性塗料を供給する。

次に、図２を参照して本実施の形態にかかるヒートシンクの製造方法の処理の流れについて説明する。なお、以下の説明では図１を適宜参照する。
図２は、本実施の形態にかかるヒートシンクの製造方法の処理の流れを示すフローチャートである。図２に示すように、まず、金型１０のキャビティＣの壁面に離型剤を塗布した後に金型１０の型閉めを行う（ステップＳ１）。次に、第２型１２の注入孔１２ａに溶湯を流し込む（ステップＳ２）。ここで、溶湯がアルミニウムの溶湯である場合、溶湯の温度は７００℃程度である。

ステップＳ２に続いて、次に、溶湯押出し器１２ｂを矢印Ａ１で示す方向に移動させてキャビティＣに溶湯を流し込み、キャビティＣ内に溶湯を充填する（ステップＳ３）。次に、キャビティＣ内に充填された溶湯を冷却して凝固させ、基材Ｗａを形成する（ステップＳ４）。以上、ステップＳ１からステップＳ４までが鋳造工程である。

ステップＳ４に続いて、金型１０の型開きを行う（ステップＳ５）。次に、第１型１１に内蔵された基材押出し器１１ｂにより基材Ｗａを金型１０から取り出す（ステップＳ６）。以上、ステップＳ５からステップＳ６までが取り出し工程である。

ステップＳ６に続いて、搬送装置３０により塗布領域ＰＡに搬送された基材Ｗａに対して塗布装置４０のスプレーノズル４２から熱放射性塗料を吹き付けることにより、基材Ｗａの表面に熱放射性塗料を塗布される（ステップＳ７）。これにより、基材Ｗａの表面に熱放射性の被覆層が形成される。以上、ステップＳ７が被覆層形成工程である。なお、上述した、基材Ｗａに対する熱放射性塗料の吹き付けに代えて、基材Ｗａに対して熱放射性塗料を落下させることにより基材Ｗａの表面に熱放射性塗料を塗布してもよい。

ステップＳ７に続いて、被覆層が形成された基材Ｗａの表面を削り、被覆層の仕上げ加工を行う（ステップＳ８）。被覆層の仕上げ加工を行った後、検査を行い（ステップＳ９）、ヒートシンクが完成する。

ステップＳ１で型閉めした後、第１型１１を冷却するために冷却回路１１ａ内に冷却水が流入される。これにより、ステップＳ３でキャビティＣ内に充填された溶湯は、ステップＳ４で冷却され凝固して基材Ｗａとなる。上述した取り出し工程の前に、冷却回路１１ａ内への冷却水の流入は停止されるが、冷却水の流入を停止しても、冷却回路１１ａ内に冷却水が残存していると、基材Ｗａの温度が必要以上に低下する。

上述した被覆層形成工程は、基材Ｗａに対する熱放射性塗料の塗布により、基材Ｗａの表面に被覆層を形成するので、樹脂を射出成形して基材の表面に被覆層を形成する場合よりも簡易である。ただし、被覆層形成工程において、基材Ｗａに対する熱放射性塗料の塗布は、基材Ｗａの温度が熱放射性塗料の成膜温度以上のときに行う必要がある。熱放射性塗料としてポリアミドイミドを用いる場合、熱放射性塗料の成膜温度は、ポリアミドイミドを溶質として溶かす溶媒が蒸発し、ポリアミドイミドがその可塑性によって南下する温度を意味する。軟化したポリアミドイミドは、その後の温度低下に伴って硬化し、記事兄固着する。一方、熱放射性塗料としてエポキシ系塗料やフェノール系塗料などの熱硬化性樹脂を用いる場合、熱放射性塗料の成膜温度は、熱硬化性樹脂の硬化温度を意味する。

例えば、熱放射性塗料としてポリアミドイミドの塗料を適用する場合、ポリアミドイミドの成膜温度は約１８０℃なので、基材Ｗａに対し熱放射性塗料の塗布を行っている間、基材Ｗａの温度を約１８０℃以上に保つ必要がある。金型１０から取り出される前の基材Ｗａの温度が必要以上に低いと、被覆層形成工程の途中で基材Ｗａの温度が熱放射性塗料の成膜温度よりも低くなる場合がある。

そこで、本実施の形態にかかるヒートシンクの製造方法では、鋳造工程において温度センサ１３により検出された第１型１１の温度が所定の温度に低下した時から取り出し工程の完了時までの期間において、冷却回路１１ａ内に残存している冷却水を除去した後に冷却回路１１ａ内を減圧する。なお、所定の温度は、被覆層形成工程の間、基材Ｗａの温度が熱放射性塗料の成膜温度以上に維持されるよう、実験結果などに基づいて決定される。

冷却回路１１ａ内に残存している冷却水を除去することで基材Ｗａの温度の低下を抑えることができる。また、冷却水を除去した後に冷却回路１１ａ内を減圧すると、冷却回路１１ａが断熱層として機能するので、基材Ｗａの温度の低下をより効果的に抑えることができる。よって、金型１０から取り出される前の基材Ｗａの温度を十分に高く維持できるので、被覆層形成工程の途中で基材Ｗａの温度が熱放射性塗料の成膜温度よりも低くなることを抑制できる。これにより、簡易な方法で鋳造後の基材に良好な被覆層を形成することができる

次に、図３を参照して型冷却装置２０の各動作における各バルブの状態について説明する。なお、以下の説明では図１についても適宜参照する。
図３は、型冷却装置２０の各動作における各バルブの状態について説明する図である。ここで、各動作とは、冷却回路１１ａ内に冷却水を流入するための動作（冷却水流入動作）、冷却回路１１ａ内をエアでパージするための動作（エアパージ動作）、および冷却回路１１ａ内を減圧するための動作（減圧動作）のことである。また、各バルブとは、第１三方弁２１、第１開閉弁２２、第２三方弁２３、第２開閉弁２４および第３三方弁２５のことである。型冷却装置２０では、冷却水流入動作の完了後にエアパージ動作が実施され、エアパージ動作の完了後に減圧動作が実施される。

図３に示すように、冷却水流入動作において、第１開閉弁２２を開、第２開閉弁２４を開にする。また、第１三方弁２１は、第１供給経路３ａと第３供給経路３ｃが連通された状態にする。第２三方弁２３は、第３供給経路３ｃと第４供給経路３ｄが連通された状態にする。第３三方弁２５は、第１排出経路４ａと第３排出経路４ｃが連通された状態にする。

冷却水流入動作において、各バルブをこのような状態にし、第１供給経路３ａから冷却水を流入させると、冷却回路１１ａ内に冷却水が供給される。そして、冷却回路１１ａ内を循環した冷却水は、第１排出経路４ａから排出される。

エアパージ動作において、第１開閉弁２２を開、第２開閉弁２４を開にする。また、第１三方弁２１は、第２供給経路３ｂと第３供給経路３ｃが連通された状態にする。第２三方弁２３は、第３供給経路３ｃと第４供給経路３ｄが連通された状態にする。第３三方弁２５は、第２排出経路４ｂと第３排出経路４ｃが連通された状態にする。

エアパージ動作において、各バルブをこのような状態にし、第２供給経路３ｂからエアを流入させると、冷却回路１１ａ内がエアでパージされ、冷却回路１１ａ内に残存した冷却水がエアとともに第２排出経路４ｂから排出される。

減圧動作において、第１開閉弁２２を閉、第２開閉弁２４を閉にする。また、第１三方弁２１は、第１供給経路３ａと第３供給経路３ｃが連通された状態、第２供給経路３ｂと第３供給経路３ｃが連通された状態のいずれであってもよい（任意）。第２三方弁２３は、第４供給経路３ｄと第１エア吸引経路５ａが連通された状態された状態にする。第３三方弁２５は、第１排出経路４ａと第３排出経路４ｃが連通された状態、第２排出経路４ｂと第３排出経路４ｃが連通された状態のいずれであってもよい（任意）。

減圧動作において、各バルブをこのような状態にし、真空ポンプ７で減圧タンク６内を減圧すると、冷却回路１１ａ内が減圧される。よって、冷却回路１１ａが断熱層として機能するので、基材Ｗａの温度の低下をより効果的に抑えることができる。これにより、金型１０から取り出される前の基材Ｗａの温度を、被覆層形成工程の間、基材Ｗａの温度が熱放射性塗料の成膜温度以上に維持されるために十分な温度にすることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１ 製造システム
３ 供給経路
３ａ 第１供給経路
３ｂ 第２供給経路
３ｃ 第３供給経路
３ｄ 第４供給経路
４ 排出経路
４ａ 第１排出経路
４ｂ 第２排出経路
４ｃ 第３排出経路
５ エア吸引経路
５ａ 第１エア吸引経路
５ｂ 第２エア吸引経路
６ 減圧タンク
７ 真空ポンプ
１０ 金型
１１ 第１型
１１ａ 冷却回路
１１ｂ 基材押出し器
１２ 第２型
１２ａ 注入孔
１２ａＡ 注入口
１２ｂ 溶湯押出し器
１３ 温度センサ
２０ 型冷却装置
２１ 第１三方弁
２２ 第１開閉弁
２３ 第２三方弁
２４ 第２開閉弁
２５ 第３三方弁
３０ 搬送装置
４０ 塗布装置
４１ 塗料収容容器
４２ スプレーノズル
４３ 塗料供給管
Ｃ キャビティ
ＰＡ 塗布領域
Ｗａ 基材

Claims (1)

1. 基材の表面に熱放射性の被覆層が形成されたヒートシンクの製造方法であって、
   金型で囲まれたキャビティに溶湯を流し込み、前記金型内に形成された冷却回路に冷却水を循環させて前記キャビティ内の溶湯を冷却し凝固させることで前記基材を形成する鋳造工程と、
   前記鋳造工程の後に前記金型を開いて前記基材を取り出す取り出し工程と、
   前記取り出し工程の後に、前記金型から取り出された前記基材の表面に熱放射性塗料を塗布して前記被覆層を形成する被覆層形成工程と、を有し、
   前記鋳造工程において温度センサにより検出された前記金型の温度が所定の温度に低下した時から前記取り出し工程の完了時までの期間において、前記冷却回路内の冷却水を除去した後に前記冷却回路内を減圧する、ヒートシンクの製造方法。

Images