JP2018122316A

JP2018122316A - 鋳造製品の製造方法

Info

Publication number: JP2018122316A
Application number: JP2017014543A
Authority: JP
Inventors: 克浩高味; Katsuhiro Takami
Original assignee: Toyota Motor Corp; MEC International Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; MEC International Co Ltd
Priority date: 2017-01-30
Filing date: 2017-01-30
Publication date: 2018-08-09

Abstract

【課題】鋳造製品の基材にコーティングされる放熱層を形成するための金型を必要とせず、高強度も両立させた鋳造製品の製造方法を実現する。【解決手段】本発明の一形態に係る鋳造製品の製造方法は、鋳造により成形された基材Ｃの表面に成膜処理が施された鋳造製品の製造方法であって、鋳造後に、成膜用の樹脂繊維４を、樹脂繊維４の成膜温度以上の余熱が残っている基材Ｃの表面に、塗布装置２を用いて塗布すると共に、射出装置３を用いてカーボン繊維５を射出し、樹脂繊維４を余熱によって成膜して当該樹脂繊維４内でカーボン繊維５が固められた放熱層を形成する。【選択図】図２

Description

本発明は、鋳造製品の製造方法に関し、例えば、鋳造により成形された基材の表面に成膜処理が施された鋳造製品の製造方法に関する。

近年、例えば、半導体装置等における電気回路の小型化に伴って、当該電気回路の発熱密度が上昇している。そのため、半導体装置等における電気回路の放熱性能の向上が重要となっている。発熱密度の高いユニットの鋳造製品（ヒートシンク（筐体））は、熱伝導率の高いアルミ等の金属で形成することが一般的である。しかし、アルミ等の金属自体の熱伝導率は高いが、当該金属から空気への熱伝導率は低い傾向がある。そのため、金属よりも空気への熱伝導率の高いカーボン、窒化物、樹脂等の物質を金属製の放熱部品の表面に形成することが提案されている。

特許文献１には、ダイカスト法により放熱ベース（鋳造製品）の基材を成形し、当該基材を成形した直後の高温状態にある基材の表面に、樹脂射出成形によって放熱層を焼成することによって成膜処理が施された、放熱ベースの製造方法が記載されている。

特開昭５７−２０２６８３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、放熱ベース（鋳造製品）の基材を成形する金型の他に、放熱層を射出成形するための射出成形用の金型を用意する必要がある。すなわち、成膜処理用の金型を用意する必要がある。また、放熱ベース（鋳造製品）の形状や寸法の変化やバラつきに応じて当該金型を個別に用意しなくてはならないという問題がある。更に、このように形成された放熱層（膜）は、あくまで放熱性向上が主たる目的であるため強度面において改善の余地がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、鋳造製品の基材にコーティングされる放熱層を形成するための金型を必要とせず、高強度も両立させた鋳造製品の製造方法を実現する。

本発明の一形態に係る鋳造製品の製造方法は、鋳造により成形された基材の表面に成膜処理が施された鋳造製品の製造方法であって、
鋳造後に、成膜用の樹脂繊維を、当該樹脂繊維の成膜温度以上の余熱が残っている前記基材の表面に、塗布装置を用いて塗布すると共に、射出装置を用いてカーボン繊維を射出し、前記樹脂繊維を前記余熱によって成膜して当該樹脂繊維内で前記カーボン繊維が固められた放熱層を形成する。
このように鋳造工程での余熱によって、基材の表面に樹脂繊維及びカーボン繊維が固められた放熱層を形成することができるので、放熱層を形成するための金型を必要とせず、しかも、高強度の放熱層を形成することができる。

本発明によれば、鋳造製品の基材にコーティングされる放熱層を形成するための金型を必要とせず、高強度も両立させた鋳造製品の製造方法を実現することができる。

実施の形態の鋳造製品の製造方法を説明する図である。実施の形態の放熱層形成装置の概略構成を示す図である。従来の鋳造製品の製造方法を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態の鋳造製品の製造方法を説明する図である。なお、本実施の形態では、鋳造製品としてヒートシンクを製造する。図１に示すように、本実施の形態の鋳造製品の製造方法では、まず、成形金型のキャビティの壁面に離型剤を塗布する（ステップＳ１）。

次に、成形金型を型閉めし、注入孔を介して金属溶湯を成形金型に射出注入する（ステップＳ２）。金属溶湯がアルミ溶湯の場合、金属溶湯の温度は７００℃程度である。

次に、成形金型内で金属溶湯を凝固させる（ステップＳ３）。

次に、成形金型を型開きし（ステップＳ４）、ヒートシンクの基材（粗材）Ｃ（図２）を成形金型から取り出し（ステップＳ５）、その後、放熱層形成装置１００を用いて、基材Ｃの表面に放熱層１を形成する。

図２は、本実施の形態の放熱層形成装置１００の概略構成を示す図である。図２に示すように、本実施の形態の放熱層形成装置１００は、塗布装置２及び射出装置３等を備えている。

塗布装置２は、基材Ｃの表面に成膜用の樹脂繊維４を塗布する。塗布装置２は、例えば、ノズル２ａから樹脂繊維４を噴射する。ここで、樹脂繊維４としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等を噴射する。熱可塑性樹脂としては、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等を挙げることができる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ系塗料又はフェノール系塗料等を挙げることができる。

射出装置３は、基材Ｃの表面にカーボン繊維５を射出する。射出装置３は、例えば、ボビン６に巻回された糸状のカーボン繊維５をノズル３ａに供給されるエアーによって引き込みながら射出する。但し、カーボン繊維５は、糸状に限らず、カーボン繊維５を絡め合うことができれば、所定の長さに切断されていてもよい。

これらのノズル２ａ、３ａは、図示を省略したロボットアームなどの駆動装置により位置制御される。そして、塗布装置２、射出装置３及び駆動装置は、図示を省略した制御装置により制御される。制御装置は、塗布装置２を制御することで、ノズル２ａからの樹脂繊維４の噴射量等を制御する。また、制御装置は、射出装置３を制御することで、ノズル３ａへのエアーの供給量を制御し、カーボン繊維５の射出量等を制御する。さらに、制御装置は、駆動装置を制御することで、ノズル２ａ、３ａの位置や向き等を制御する。

このような放熱層形成装置１００を用いて、上述のように基材Ｃの表面に放熱層１を形成する場合、ステップＳ１〜ステップＳ５の鋳造工程後に樹脂繊維４の成膜温度以上の余熱が残っている基材Ｃの表面に、塗布装置２を用いて樹脂繊維４を塗布すると共に、射出装置３を用いてカーボン繊維５を射出し、余熱によって樹脂繊維４を成膜（焼成）して当該樹脂繊維４内でカーボン繊維５が固められた放熱層１を形成する（ステップＳ６）。これにより、ヒートシンク７が製造される。

ここで、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等の熱可塑性樹脂の成膜温度は、例えば、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軟化する温度である。また、エポキシ系塗料、フェノール系塗料等の熱硬化性樹脂の成膜温度は、熱硬化性樹脂の硬化温度である。

そのため、例えば、樹脂繊維４がポリアミドイミド（ＰＡＩ）である場合、基材Ｃの表面温度がポリアミドイミドの成膜温度である約１８０℃以上である間に、基材Ｃの表面に樹脂繊維４を塗布すると共にカーボン繊維５を射出する。

また、例えば、樹脂繊維４がエポキシ系塗料又はフェノール系塗料である場合、基材Ｃの表面温度がエポキシ系塗料又はフェノール系塗料の成膜温度（硬化温度）である約１７０℃以上である間に、基材Ｃの表面に樹脂繊維４を塗布すると共にカーボン繊維５を射出する。

金属溶湯がアルミ溶湯の場合、金属溶湯の温度は７００℃程度であるため、成形直後の基材Ｃの表面温度は、樹脂繊維４の成膜温度以上である。そして、ステップＳ５において成形金型から取り出された基材Ｃの表面温度は、時間が経つにつれて低下する。そのため、成形金型から取り出された基材Ｃの表面温度が、基材Ｃに塗布される樹脂繊維４の成膜温度以上である間に、基材Ｃの表面に樹脂繊維４を塗布すると共にカーボン繊維５を射出する。

このとき、成形金型から取り出された基材Ｃの表面温度が、基材Ｃに塗布される樹脂繊維４の成膜温度以上であり、かつ当該成膜温度よりも所定温度高く設定された設定温度（例えば、当該成膜温度に１００℃を加算した温度）未満である間に、樹脂繊維４を塗布すると共にカーボン繊維５を射出することが好ましい。

このように本実施の形態の鋳造製品の製造方法は、ステップＳ１〜ステップＳ５の鋳造工程後に樹脂繊維４の成膜温度以上の余熱が残っている基材Ｃの表面に、樹脂繊維４を塗布すると共にカーボン繊維５を射出し、樹脂繊維４を余熱で成膜して当該樹脂繊維４内でカーボン繊維５が固められた放熱層１を形成する。つまり、鋳造工程における余熱によって、基材Ｃの表面に樹脂繊維４及びカーボン繊維５が固められた放熱層１を形成することができるので、放熱層１を形成するための金型を必要とせず、しかも、高強度の放熱層１を形成することができる。ここで、樹脂繊維４としてポリアミドイミド等を塗料の様態で塗布した場合は、高強度で、且つ放熱性の高い放熱層１を形成することができる。

また、本実施の形態の鋳造製品の製造方法は、放熱層１を形成するための金型を必要としないため、ヒートシンク７の形状の自由度を高くすることができる。

また、本実施の形態の鋳造製品の製造方法は、カーボン繊維５が樹脂繊維４内で固められているため、放熱層１の強度、ひいてはヒートシンク７の強度を向上させることができる。ここで、カーボン繊維５が樹脂繊維４の内部から表層付近まで絡み合うように射出されていると、カーボン繊維５を介して樹脂繊維４全体に熱を伝えることができ、ヒートシンク７の放熱性を向上させることができる。このとき、カーボン繊維５が樹脂繊維４内でランダムに配列されるので、略全ての方向において放熱層１の高強度化が期待できる。

また、従来の鋳造製品の製造方法に比べて、基材Ｃの表面に樹脂繊維を塗布した後に炉で加温して、基材Ｃの表面に樹脂繊維を焼成する工程を必要としない。図３に、従来の鋳造製品の製造方法を説明する図である。図３のステップＳ１０１〜ステップＳ１０５は、図１のステップＳ１〜ステップＳ５と同様であるため、その説明を省略する。

従来の鋳造製品の製造方法では、成形金型から取り出された基材Ｃを搬送し（ステップＳ１０６）、基材Ｃの表面に樹脂繊維を塗布した後（ステップＳ１０７）、炉に基材Ｃを入れて加温することにより、基材Ｃの表面に樹脂繊維を焼成する（ステップＳ１０８）。そのため、従来の鋳造製品の製造方法では、基材Ｃを加温するための炉を必要とするとともに、焼成工程（ステップＳ１０８）を必要とし、焼成のための加温に要するエネルギーも必要とする。

一方、本実施の形態の鋳造製品の製造方法は、基材Ｃを加温するための炉を必要とせず、焼成工程（ステップＳ１０８）を必要とせず、焼成のための加温に要するエネルギーも必要としない。そのため、本実施の形態の鋳造製品の製造方法は、従来に比べて、鋳造製品の製造時間を短縮することができるとともに、製造費用を削減することができる。

ここで、樹脂を含浸させた繊維をノズル３ａから基材Ｃの表面に射出することも一案である。しかしながら、樹脂を含浸させた繊維をノズル３ａから射出する場合、樹脂を飛散させるためにノズル径を絞る必要があり、その場合、カーボン繊維５がノズル３ａの出口で絡まり合って当該ノズル３ａが詰まってしまう可能性がある。それに対して、本実施の形態の放熱層形成装置１００は、樹脂繊維４を塗布する塗布装置２とカーボン繊維５を射出する射出装置３とを別に備えているため、ノズル３ａのノズル径を絞る必要がなく、ノズル３ａの詰まりを抑制することができる。

また、樹脂を含浸させた繊維をノズル３ａから基材Ｃの表面に射出する場合、表面の樹脂が飛散した繊維が基材Ｃの表面に到達するため、繊維が基材Ｃの表面に到達した際に当該繊維を固めるための樹脂が不足し、基材Ｃの表面で繊維を良好に固定できない場合がある。それに対して、本実施の形態の放熱層形成装置１００は、樹脂繊維４を塗布する塗布装置２とカーボン繊維５を射出する射出装置３とを別に備えているため、基材Ｃの表面にカーボン繊維５を固定するための樹脂繊維４が不足することを抑制でき、基材Ｃの表面にカーボン繊維５を良好に固定することができる。

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。

例えば、上記実施の形態の鋳造製品の製造方法は、ヒートシンクを製造しているが、鋳造により成形された基材の表面に成膜処理が施される鋳造製品であればよく、エンジンのシリンダブロック等の他の鋳造製品でもよい。

１放熱層
２塗布装置、２ａノズル
３射出装置、３ａノズル
４樹脂繊維
５カーボン繊維
６ボビン
７ヒートシンク
１００放熱層形成装置
Ｃ基材

Claims

鋳造により成形された基材の表面に成膜処理が施された鋳造製品の製造方法であって、
鋳造後に、成膜用の樹脂繊維を、当該樹脂繊維の成膜温度以上の余熱が残っている前記基材の表面に、塗布装置を用いて塗布すると共に、射出装置を用いてカーボン繊維を射出し、前記樹脂繊維を前記余熱によって成膜して当該樹脂繊維内で前記カーボン繊維が固められた放熱層を形成する、鋳造製品の製造方法。