JP2018186141A - ヒートシンク構造体の製造装置およびヒートシンク構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ベース部とプレートフィンとの接合性が高く、放熱効率の高いヒートシンク構造体の製造装置およびヒートシンク構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】ヒートシンク構造体の製造装置１００は、金属製のベース部１１に放熱用のプレートフィン１２を接合するヒートシンク構造体１０の製造装置であって、ベース部１１を鋳造するベース部型５ａを有する鋳造型５と、複数のプレートフィン１２を保持して複数のプレートフィン１２の一端をベース部型５ａ内に充填された溶湯に挿入するホルダ２とを備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、ヒートシンクおよび、局所的に高性能な放熱機構が必要となる構造体の鋳造による製造法であって、金属からなる固体フィンを溶湯に接合して成形されたヒートシンク構造体の製造装置およびヒートシンク構造体の製造方法に関するものである。

従来、各種熱交換器で用いられるヒートシンク構造体は、基盤等の熱源を受けるベース部と、ベース部に対して垂直に配置される放熱用フィン部とからなる。ヒートシンク構造体の材質としては、熱伝導率の高い銅、アルミ、およびそれらの合金が用いられる。ヒートシンク構造体は、押し出し法やダイカスト法等の加圧鋳造法により、フィン部と、ベース部とを一体として成形したり、圧延板等のフィン部をベース部にカシメたり、ロウ付けしたりして製造する方法が一般的である。

上述の各方法によりヒートシンク構造体を製造する場合、フィン部の高さ、フィン部の間隔の設定に制約がある。例えばダイカスト法で製造する場合は、鋳造後に金型からヒートシンクを取り出すためにフィンに３°程度の抜き勾配が必要となる。

そのためにアスペクト比（フィン部の高さ／フィン部の厚さ）の高いものを製造する場合は、隣り合うフィン部の間隔が拡がる。また、その場合、溶湯が、フィン部先端まで充填されない湯廻り不良現象が生じやすい。一方で、抜き勾配を小さくしていくとヒートシンク構造体の成形後にフィン部が金型から離型しにくくなる。また、押し出し法では、隣り合うフィン部の間隔を狭くするとフィン部の金型の強度が低下する。これは加圧鋳造法でも同じである。

フィン部をベース部にかしめる方法では、フィン部とフィン部との間に、かしめ器具を入れるスペースが必要となり、隣り合うフィン部の間隔に制約が生じる。ロウ付け法ではプレートフィン表面にあらかじめロウ材層を設けなければならない。

また、固定のプレートフィンを固体のベース部に固着させる上記製法は、一体で成形する場合に比べてフィン部とベース部の結合性が悪い。フィン部が高アスペクト比になりフィン部間隔が狭くなるほど、重心位置が高いフィン部を狭いスペースにおいてロウ材、ベース部で支えなければならず、フィン部の倒れや抜けといった不具合、結合性の悪化による熱効率の低下を招きやすい。

このように、上述の各製造方法には、それぞれに問題点がある。近年、電気機器の小型化と高効率化に伴いヒートシンクの熱効率向上が求められ、フィン部の間隔が狭くフィン部の高さが高くなる傾向にある。これに対応する製造方法としてアルミ、銅あるいはそれらの合金の圧延板を切断したプレートフィン又はピンを所定のピッチで金型に挿入し、ベース部となる部位に上記合金溶湯を充填させてフィン部を鋳包み成形する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、大型のヒートシンク構造体の上記製造方法として、金型にプレートフィンを配置し、重力鋳造にてベース部を鋳包み成形する方法が開示されている。上記方法において、固体であるプレートフィンと、溶湯が充填され、凝固したあとのベース部との結合性がプレートフィンの倒れ、抜け防止、熱効率向上の上で重要となる。プレートフィンは純アルミであり、溶湯は同種である純アルミか純アルミより融点の低いアルミ合金としている。また、プレートフィンの抜け止めとしてフィン部下部をＬ字に曲げたりＴ字型としたり窪みを設けたりすることを開示している。

また、特許文献２では、加圧鋳造による上記ヒートシンク構造体の製法が開示されている。この製法では、金型キャビティ内に所定の間隔でプレートフィンを設置し、プレートフィンを挿入したときに一部がキャビティ内部に突出させるように保持しておいて、キャビティ部に金属の溶湯を充填し、加圧プランジャーで加圧しながらベース部を凝固させる。特許文献２では溶湯をアルミより融点の高い銅とし、高温の溶湯に接触したプレートフィンの表面が融解し、溶湯と反応後に合金層をベース部の間に生成することにより強固な結合性を得られるとしている。

特開２００２−１５１１号公報 特許３８８９１２９号公報

上記特許文献１、２のいずれの発明においても、多数のプレートフィンを金型もしくは砂型のホルダに挿入してから溶湯を型に注湯、充填する。この溶湯の充填時に、プレートフィンもしくはピンは、溶湯が流れる時の障害物となる。よって、隣り合うプレートフィンもしくはピンの配置間隔が狭ければ狭いほど、それらの間には溶湯が流れにくくなる。

しかも、溶湯が、挿入したプレートフィンもしくはピンに触れた瞬間から溶湯の熱が放出され始めるが、その放熱量は、金型と溶湯が接触する箇所よりも著しく多く、熱伝導性が高いためこれらの部位との接触部分周辺の凝固速度は、他の部分よりも早い傾向にある。つまりプレートフィンあるいはピンの間隔が狭いほど、その間に溶湯が充填しにくくなり、これらの部位の湯廻り不良が顕著になる。加圧鋳造法にて高速に充填し、ダイカストマシンの増圧機構にて溶湯に高圧を負荷しても湯廻り不良は避けられないという課題があった。

また、挿入するプレートフィンあるいはピンの表面は、酸化物で覆われていることが多く、アルミ溶湯自体も、その表面は酸化していることが多く、いわゆる濡れ性が悪いので、たとえプレートフィンの素材がアルミで、溶湯の素材が、アルミより融点の高い金属であるとしても、ベース部とプレートフィンあるいはピンが接合しない可能性が高いという課題があった。

これらの理由により、設計で想定した放熱性能よりもベース部と、プレートフィンあるいはピンとの接合面積が低いために、ヒートシンク構造体の放熱性能が著しく低くなるという課題があった。特許文献１において、ベース部を形成する溶湯に浸漬するプレートフィンの部位に抜け止めを目的とした係止形状を提示していることは、フィン部とベース部との接合の難しさを暗に示している。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、隣り合うフィン部の間隔を狭くしてもベース部とプレートフィンとの接合性が高く、放熱効率の高いヒートシンク構造体の製造装置およびヒートシンク構造体の製造方法を提供することを目的とする。

この発明に係るヒートシンク構造体の製造装置は、
金属製のベース部に放熱用のプレートフィンを接合するヒートシンク構造体の製造装置であって、
前記ベース部を鋳造するベース部型を有する鋳造型と、
複数の前記プレートフィンを保持して複数の前記プレートフィンの一端を前記ベース部型内に充填された溶湯に挿入するホルダとを備えたものである。

また、この発明に係るヒートシンク構造体の製造方法は、
以下の構成を有するヒートシンク構造体の製造装置を用いたヒートシンク構造体の製造方法である。その構成は、
金属製のベース部に放熱用のプレートフィンを接合するヒートシンク構造体の製造装置であって、
前記ベース部を鋳造するベース部型を有する鋳造型と、
複数の前記プレートフィンを保持して複数の前記プレートフィンの一端を前記ベース部型内に充填された溶湯に挿入するホルダとを備え、
前記ホルダは、
前記複数のプレートフィンを整列させて挿入するスリット穴を有する上ガイドおよび下ガイドと、
前記上ガイドと前記下ガイドとの間で、前記プレートフィンを挟み込んで固定する上クランパと下クランパとを有し、
前記下クランパは、
矩形のフレームと、前記フレームに前記プレートフィンと平行に、梯子形状に取り付けられた複数のクランプ板とを有し、
前記上クランパは、前記下クランパと同形状のクランパを上下左右に反転させた形状を有し、
前記下クランパと前記上クランパの各前記クランプ板は、それぞれ１枚の前記プレートフィンを挟むように互い違いに配置され、
前記下クランパおよび前記上クランパを前記スリット穴の長手方向に対して垂直に駆動させるクランパシリンダを備える。
そして、ヒートシンク構造体の製造方法は、
フィーダから複数の前記プレートフィンを前記ホルダに供給するプレートフィン供給工程と、
それぞれの前記プレートフィンを、前記下クランパと、前記上クランパとの間に挟んで前記ホルダに固定するプレートフィン固定工程と、
前記鋳造型に、溶湯を注湯する注湯工程と、
前記溶湯が前記ベース部型内に充填された後に、前記ホルダを下降させて前記プレートフィンの端部を前記溶湯内に挿入するプレートフィン挿入工程とを有するものである。

また、この発明に係るヒートシンク構造体の製造方法は、
以下の構成を有するヒートシンク構造体の加圧鋳造装置を用いたヒートシンク構造体の製造方法である。その構成は、
金属製のベース部に放熱用のプレートフィンを接合するヒートシンク構造体の製造装置であって、
前記ベース部を鋳造するベース部型を有する鋳造型と、
複数の前記プレートフィンを保持して複数の前記プレートフィンの一端を前記ベース部型内に充填された溶湯に挿入するホルダとを備え、
前記鋳造型は、可動型と固定型とからなり、
前記ホルダは、前記可動型の中に形成されたスリット穴に挿入された前記プレートフィンを、前記可動型と前記固定型との間に形成される前記ベース部型に押し出して挿入する押し出しステーを備える。
そして、ヒートシンク構造体の製造方法は、
前記プレートフィンを前記可動型内に供給する、プレートフィン供給工程と、
溶湯を前記ベース部型に充填する注湯工程と、
前記プレートフィンを前記ベース部型内に押し出すプレートフィン挿入工程とを有する。

この発明に係るヒートシンク構造体の製造装置およびヒートシンク構造体の製造方法によれば、ベース部型内に溶湯を充填する時点においては、ベース部型内にプレートフィンが存在せず、溶湯から多量に熱を奪う障害物がないので、溶湯温度の急激な降下と凝固が起きない。これにより湯流れが良くなる。そして、ベース部型内に溶湯が充填された直後にプレートフィンをベース型内に挿入することにより、挿入時にプレートフィンに付加された力によって溶湯の表面を覆っている酸化被膜が破られてプレートフィンが溶湯に触れ、プレートフィンが昇温して先端部が溶融することでプレートフィン表面の酸化被膜も崩れ、プレートフィンとベース部が化学的に接合、一体化され、良好な放熱性能を有するヒートシンク構造体を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係るヒートシンク構造体の平面図と断面図である。 この発明の実施の形態１に係るヒートシンク構造体の製造装置の構成を示す断面模式図である。 図２のＢ−Ｂ線における断面模式図である。 この発明の実施の形態１に係る上ガイドの要部拡大図である。 この発明の実施の形態１に係る下クランパの要部斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る上クランパと下クランパの開閉状態を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るヒートシンク構造体の製造工程を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係るヒートシンク構造体の製造装置の構成を示す断面模式図である。 この発明の実施の形態３に係るヒートシンク構造体の製造装置の構成を示す断面模式図である。 この発明の実施の形態４に係るヒートシンク構造体の製造装置の構成を示す一部断面模式図である。 図１０の入れ子型とプレートフィンを、図１０の左側から見た図である。

実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態１に係るヒートシンク構造体の製造装置およびヒートシンク構造体の製造方法について説明する。
図１（ａ）は、ヒートシンク構造体１０の平面図である。
図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
図２は、ヒートシンク構造体１０の製造装置１００の断面模式図である。
図３は、図２のＢ−Ｂ線における断面模式図である。

本実施の形態は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すような、ベース部１１と、ベース部１１に対して垂直に固定される放熱用のプレートフィン１２とから構成されるヒートシンク構造体１０の鋳造生産に適した形態である。

プレートフィン１２は、純アルミもしくは、純銅、もしくは、それぞれの合金製であり、ベース部１１と同じ材質の圧延板をカットしたものである。プレートフィン１２の形状は、図３の断面図に示されるように、下方（ベース部１１側）の幅が、上方（ベース部１１の反対側）の幅より狭い台形形状である。

次に、製造装置１００の構成を説明する。
図２、３に示すように、製造装置１００は、プレートフィン１２を保持するホルダ２と、ホルダ２にプレートフィン１２を供給するフィーダ３と、ホルダ２を上下に駆動させるシリンダ４と、ベース部１１を模ったベース部型５ａ及び湯口部を模った湯口部型５ｂとからなる金型５（鋳造型）とによって構成される。

ホルダ２は、左右両側に、シリンダ４によって下端部２１ｄを支持されたブラケット２１と、２つのブラケット２１間に設けられた、プレートフィン１２を案内するための上ガイド２２ｕ及び下ガイド２２ｄと、プレートフィン１２を固定する上クランパ２３ｕ及び下クランパ２３ｄと、上クランパ２３ｕ、下クランパ２３ｄをそれぞれ駆動する、クランパシリンダ２４ｕ、２４ｄと、プレートフィン１２の落下を防止する、一対の上下位置調整板２５ｂと、上下位置調整板２５ｂを駆動する一対の調整板駆動モータ２６とからなる。

図４は、上ガイド２２ｕの要部拡大図である。
上ガイド２２ｕと下ガイド２２ｄとは同形状である。上ガイド２２ｕと下ガイド２２ｄには、所定の間隔で複数のスリット穴Ｓが並んでいる。スリット穴Ｓの水平方向の断面寸法は、使用するプレートフィン１２の長手方向に垂直な断面寸法よりもやや大きく、スリット穴Ｓの上部の口元の縁には面取部Ｍが形成されている。これにより、上方のフィーダ３からホルダ２内に供給されるプレートフィン１２が、引っ掛かること無く下方に案内される。

図５は、下クランパ２３ｄの要部斜視図である。
上クランパ２３ｕの形状は、下クランパ２３ｄと同じであり、同じ物を上下、左右反転させて配置している。上クランパ２３ｕ及び下クランパ２３ｄは、上ガイド２２ｕと下ガイド２２ｄとの間に設置されている。上クランパ２３ｕ及び下クランパ２３ｄは、図５に示すように矩形のフレーム２３ｆに、これと垂直方向に、複数のクランプ板２３ｂを、プレートフィン１２と平行に取り付けた梯子形状をしている。下クランパ２３ｄのクランプ板２３ｂは、上方に向けて突出するように配置され、上クランパ２３ｕのクランプ板２３ｂは、下方に向けて突出するように配置されている。上クランパ２３ｕと下クランパ２３ｄは、それぞれのクランプ板２３ｂが、プレートフィン１２を挟んで互い違いに収まるように向い合わせて上下に重ね合わされている。

図６（ａ）は、上クランパ２３ｕ及び下クランパ２３ｄを開いた状態を示す図である。
図６（ｂ）は、上クランパ２３ｕ及び下クランパ２３ｄを閉じた状態を示す図である。
上クランパ２３ｕ、下クランパ２３ｄは、それぞれクランパシリンダ２４ｕ、２４ｄに締結されていて、同時に図６における左右反対方向（スリット穴Ｓの長手方向に垂直方向）に駆動可能である。これにより、フィーダ３からホルダ２に供給された複数のプレートフィン１２を上クランパ２３ｕ及び下クランパ２３ｄのクランプ板２３ｂの間に挟んで固定することができる。なお、クランパシリンダ２４ｕ、２４ｄは、ストロークの短いエアシリンダで十分である。

また、図３に示すように、上ガイド２２ｕと上クランパ２３ｕとの間には、図３における左右両側に、シャフト２５が、紙面手前から奥に向かって配置され、シャフト２５の軸方向の両端部は、図２に示すように両側のブラケット２１によって保持される。２つのシャフト２５には、それぞれ断面がヘラ形状の上下位置調整板２５ｂが、図３に示すように左右対称に締結されている。

２つのブラケット２１の下部は、それぞれシリンダ４に締結される。シリンダ４は、ホルダ２を上昇させられるだけの出力があればよい。シリンダ４には、スピードコントローラが取り付けられ、上昇下降共に速度を制御できるものとする。

ホルダ２の下には、金型５を設置する。金型５の上面は大気開放となっていて溶湯を注湯する湯口部型５ｂは、ベース部型５ａよりも深く彫り込んだ形状となっている。金型５の材料としては、一般的にダイカスト等の鋳造で用いられるＳＫＤ６１等の熱衝撃に強い鉄鋼材を用いる。

次に、ヒートシンク構造体１０の製造工程を説明する。
図７は、ヒートシンク構造体１０の製造工程を示すフローチャートである。
まず、フィーダ３から複数のプレートフィン１２をホルダ２に供給する（ステップＳ００１：プレートフィン供給工程）。供給されたプレートフィン１２は、ホルダ２の上ガイド２２ｕ、下ガイド２２ｄのスリット穴Ｓの口元の面取部Ｍがガイドとなって上ガイド２２ｕ、下ガイド２２ｄのスリット穴Ｓ内に案内されて落下する。

そして、上ガイド２２ｕと上クランパ２３ｕとの間に配置されたヘラ状の上下位置調整板２５ｂの先端にプレートフィン１２の図３における左右側端部のテーパ部ｔが係止される。これにより、プレートフィン１２のホルダ２内における上下方向の位置が決まる。シャフト２５を回転させると、上下位置調整板２５ｂも回転し、プレートフィン１２が係止される部位も変化するので、プレートフィン１２の初期状態における上下方向の位置を調整することができる。

プレートフィン１２がホルダ２内の所定の位置において上下位置調整板２５ｂにより係止された状態が、図６（ａ）の状態である。この時、図に示すように、上クランパ２３ｕは、図の左側に寄っていて、下クランパ２３ｄは、図の右側に寄っている。そして、隣り合うプレートフィン１２の間で、上クランパ２３ｕのクランプ板２３ｂと、下クランパ２３ｄのクランプ板２３ｂ同士が近づき、それぞれのクランプ板２３ｂはプレートフィン１２に接触していない。

次に、上クランパ２３ｕ及び下クランパ２３ｄをクランパシリンダ２４ｕ、２４ｄにより、それぞれ図６（ａ）の矢印が示す方向に移動させると、図６（ｂ）に示すように、それぞれのプレートフィン１２が、上クランパ２３ｕのクランプ板２３ｂと、下クランパ２３ｄのクランプ板２３ｂとの間に挟まれてホルダ２に固定される（ステップＳ００２：プレートフィン固定工程）。

この時点で、各プレートフィン１２は、ホルダ２の底面よりも、溶湯に対する浸漬代プラス１０ｍｍ程度、下側に突出している状態となる。このようにしてプレートフィン１２のホルダ２に対する固定が完了すると、シャフト２５に取り付けられた調整板駆動モータ２６を回転させて、上下位置調整板２５ｂを半回転させ、プレートフィン１２に対する仮位置決めを解除する。

次に、金型５に溶融した金属溶湯を注湯する（ステップＳ００３：注湯工程）。溶湯が金型５のベース部型５ａ内の所定位置まで充填された直後に、２つのシリンダ４を駆動させてホルダ２を下降させる。ホルダ２の下降スピードは、自由落下に近い速度がよい。下降時の運動エネルギーによりプレートフィン１２の下端部が、溶湯表面を覆っている酸化物の被膜を破り、アルミ溶湯内部の高温部に触れる（ステップＳ００４：プレートフィン挿入工程）。

その後、プレートフィン１２が、溶湯から急速に熱エネルギーを奪うことにより昇温し、溶湯内においてその下端の一部が溶融することにより、プレートフィン１２の先端を覆っている酸化被膜も崩れ、溶湯凝固時に、プレートフィン１２とベース部１１とが接合される。

金型５の湯口部型５ｂは、ベース部型５ａより深く彫り込んであることにより、最終的に凝固する部分は、肉厚が厚い湯口部型５ｂの部分となる。従って、引け巣は、この湯口部型５ｂの部分に集中し、製品となるベース部１１内には生じない。

溶湯の凝固完了後、上クランパ２３ｕ、下クランパ２３ｄを緩めた後、シリンダ４を上昇させる。プレートフィン１２は、ベース部１１に接合されていて、上下位置調整板２５ｂによる仮の位置決めも解除されているので、ホルダ２のみが上昇する（ステップＳ００５：取り出し工程）。あとは湯口部分を切断しヒートシンク構造体１０を得る。

本発明の実施の形態１に係るヒートシンク構造体の製造装置１００およびヒートシンク構造体１０の製造方法によれば、プレートフィン１２がベース部１１に化学的に接合された鋳造欠陥のない高性能なヒートシンク構造体１０を得ることができる。

実施の形態２．
以下、本願発明の実施の形態２に係るヒートシンク構造体の製造装置およびヒートシンク構造体の製造方法について実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図８は、ヒートシンク構造体の製造装置２００（フィーダを除く）の断面模式図である。
実施の形態は、ヒートシンク構造体を、砂型２０５（鋳造型）を用いた重力鋳造法で製造する場合に適する。

実施の形態１で説明したホルダ２と、本実施の形態のホルダ２０２との違いは、ホルダ２は、同形状のブラケット２１を２つ用い、それぞれにシリンダ４を備えていたのに対して、ホルダ２０２は、片持ち方式を採用し、ブラケット２２１にシリンダ４を省略している点である。ホルダ２０２のその他の構成は、実施の形態１で説明したホルダ２と同じである。

ホルダ２０２は、砂型２０５の上方に設置されている。砂型２０５には、製品形状を模ったベース部型２０５ａと、湯口部型２０５ｂを備え、プレートフィン１２を挿入する部分であるホルダ２０２の下方は、大気に開放されている。

砂型２０５のその他の部分は、大気に開放されていない、その他の部分を大気開放させると、溶湯の充填時に溶湯が砂型２０５から溢れるからである。プレートフィン１２をホルダ２０２に固定した時点で、プレートフィン１２の下端部は、ホルダ２０２より溶湯への浸漬代に加えて１０ｍｍ程度下方に出た状態となっている。

シリンダ４は、実施の形態１と同じく小型の油圧シリンダもしくはエアシリンダで十分である。また、砂型２０５は脆く弱いので、シリンダ４を支持し位置決めするステー６は、砂型２０５ではなく、床に直接固定する。

この後、取鍋７から湯口部型２０５ｂに溶湯を注湯する。ベース部型２０５ａの大気開放された部位に溶湯の液面が上がってきた時にシリンダ４を駆動させプレートフィン１２を溶湯が充填されたベース部型２０５ａに挿入する。ベース部型２０５ａの上方は大気開放されているために、プレートフィン１２の挿入のタイミングが視覚的にもわかりやすい。溶湯の凝固完了後、上クランパ２３ｕと下クランパ２３ｄを解除させ、シリンダ４を駆動させて、ホルダ２０２を上方に逃がした後、砂型２０５を分解して、湯口部分をカットしてプレートフィン１２が化学的に接合されたヒートシンク構造体を得る。

本発明の実施の形態２に係るヒートシンク構造体の製造装置２００およびヒートシンク構造体１０の製造方法によれば、砂型２０５を用いて、プレートフィン１２がベース部１１に化学的に接合された鋳造欠陥のない高性能なヒートシンク構造体１０を得ることができる。

実施の形態３．
以下、本願発明の実施の形態３に係るヒートシンク構造体の製造装置およびヒートシンク構造体の製造方法について実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。
図９は、ヒートシンク構造体の製造装置３００（フィーダを除く）の断面模式図である。

実施の形態２で説明したヒートシンク構造体の製造装置２００と、本実施の形態３に係るヒートシンク構造体の製造装置３００との違いは、まず、砂型のベース部型３０５ａにおいて、溶湯が最後に充填される場所が異なる点である。製造装置３００では、プレートフィン１２が挿入される場所が最終充填部ではない。また、製品形状を模ったベース部型３０５ａのプレートフィン１２が挿入される部分は、溶湯の最上面でもない。

また、図９に示すように、下ガイド３２２ｄは、砂型３０５のベース部型３０５ａにおいてプレートフィン１２が挿入される部分の上部に埋設されている。下ガイド３２２ｄは、シリンダ４を固定しているステー６にステー６１を介して締結されている。また、下ガイド３２２ｄの上部にはホルダガイド２１ｇを備えており、ホルダ３０２は、ホルダガイド２１ｇに沿って上下方向に移動できる。

砂型３０５への溶湯充填時において、下ガイド３２２ｄの下部は、溶湯の最上面ではないが、下ガイド３２２ｄ及び、これに設けたスリット穴Ｓにプレートフィン１２が挿入された状態であるので、溶湯が砂型３０５の外にあふれることはない。そして、砂型３０５の上面のうち、下ガイド３２２ｄと接触しない部分に設けた最終充填部３０５ｃ内に、溶湯が所定の高さまで充填されたところでシリンダ４を駆動させ、ホルダ３０２を下降させる。ここでガイドのアルミ溶湯を湯口に注ぐ。

なお、注湯時の取鍋の動きと放熱ピンの挿入用油圧シリンダの駆動は連動していないので、作業者が溶湯充填完了のタイミングを見計らってシリンダの駆動スイッチを押す。最終充填部３０５ｃは、押し湯部とし、その最上面を大気開放とする。この部分に溶湯が充填されたことを視覚的に確認して、シリンダ４を駆動させる。このとき、下ガイド３２２ｄのスリット穴Ｓの中心軸線と、ホルダ３０２の上ガイド３２２ｕのスリット穴Ｓの中心軸線と、シリンダ４の駆動方向とがずれていると、プレートフィン１２が座屈する可能性があるので事前にこれらを合わせておくことが重要である。

製造装置３００は、実施の形態２の製造装置２００と同じ重力鋳造法を用いるので、シリンダ４は、コンパクトな油圧シリンダもしくはエアシリンダで問題はない。実施の形態２と同じく、溶湯の凝固完了後、上クランパ２３ｕと下クランパ２３ｄを解除させ、シリンダ４を駆動させて、ホルダ３０２を上方に逃がした後、砂型３０５を分解して、湯口部分をカットしてプレートフィン１２が化学的に接合されたヒートシンク構造体１０を得る。

本発明の実施の形態３に係るヒートシンク構造体の製造装置３００およびヒートシンク構造体１０の製造方法によれば、実施の形態２に比較してプレートフィン１２の取り付け部位の自由度が増える。

実施の形態４．
以下、本願発明の実施の形態４に係るヒートシンク構造体の製造装置およびヒートシンク構造体の製造方法について実施の形態１〜３と異なる部分を中心に説明する。
図１０は、ヒートシンク構造体の製造装置４００の一部断面模式図である。

本実施の形態４は、ダイカスト鋳造、低圧鋳造法といった加圧鋳造法を用いる実施例とし、その代表としてダイカスト鋳造における金型の断面図を示している。図１０では、ダイカストマシンのうち、ダイプレート３３、３４に取り付けられた金型の断面図を示している。紙面に向かって右側が固定型４３で左側が可動型４４である。可動型４４が取り付けられたダイプレート３４は、タイバー３５をガイドとして左右方向に移動させることができる。

固定型４３と可動型４４との間に製品のベース部形状を模ったベース部型４０５ａが形成される。このベース部型４０５ａを形成する可動型４４側には、入れ子型４４ａが嵌めこまれている。

入れ子型４４ａには、複数のスリット穴４４ａＳが開いていて、その中にそれぞれプレートフィン１２が挿入されている（プレートフィン供給工程）。スリット穴４４ａＳは、プレートフィン１２が円滑に摺動できるように、その表面の粗さは１２．５Ｒｚ以内になっているものとする。また、プレートフィン１２の固定型４３側の端部は、溶湯がベース部型４０５ａに充填される前の時点では、入れ子型４４ａの固定型４３側の壁面より１〜２ｍｍ程度、スリット穴４４ａＳ内に引っ込められた状態となっている。

ダイカスト鋳造は、加圧鋳造法の１つであり溶湯充填直後にダイカストマシンの増圧機構により溶湯を加圧する。その圧力（以降鋳造圧と称する）は５０〜８０ＭＰａに達する。もし、プレートフィン１２が、入れ子型４４ａの壁面と面一であると、溶湯が増圧されたときに、プレートフィン１２とスリット穴４４ａＳとの間の隙間に溶湯が差し込み、そこで凝固していまいプレートフィン１２が動かなくなることがあるからである。

プレートフィン１２を１〜２ｍｍ程度、スリット穴４４ａＳの奥に設置し、スリット穴４４ａＳの固定型４３側の端部に空間を設けておくことにより、溶湯の増圧時に、この空間に溶湯を導くようにできる。この空間には空気が存在するので、上記溶湯の差し込みを防止できる。

プレートフィン１２の固定型４３側と反対側の端部は、押し出しステー４４ｄと接触している。押し出しステー４４ｄは、油圧シリンダ４０４と締結されている。油圧シリンダ４０４は、２段ストロークシリンダである。油圧シリンダ４０４は、ダイカストマシンからの信号により制御される。

図１１は、図１０の入れ子型４４ａとプレートフィン１２を、図１０の左側から見た図である。
入れ子型４４ａの押し出しステー４４ｄ側は、押し出しステー４４ｄが通る部分（図１１の斜線部分）が、プレートフィンの挿入代分プラス数ｍｍ程度切り欠いてある。これにより、図７の左側からステー３０を右側に移動させると、プレートフィン１２だけが押圧されて溶湯の中に挿入される。なお、ここで数ミリ余分に切り欠いた部分は、後述の離型工程で使用する。

また、製造装置４００は、プレートフィン１２の挿入用の押し出しステー４４ｄとは別に、成形した鋳造ワークを押し出すためのエジェクタピン３６を備え、これは、一般的なダイカスト金型同様、後方で板３７に挟まれるように接続されている。また、この板３７は、ダイカストマシンに付設されている図示しない離型機構に接続されている。

プレートフィン１２が押し出される方向は、離型する方向と一致している。一方、固定型４３は、固定のダイプレート３３に取り付けられている。ダイプレート３３にはスリーブ３８が形成されていて、スリーブ３８は、固定型４３のスリーブ４３ｓと繋がっている。スリーブ３８のダイカストマシン側の端部には、チップ３９と呼ばれるパンチがある。スリーブ４３ｓの可動型４４側の端部には可動型４４の分流子４４ｂが挿入されていている。

次に、鋳造工程を説明する。
ダイカスト鋳造では固定型４３と可動型４４が合わさり型締めされた後、溶湯が、まずダイプレート３３のスリーブ３８に注湯される。その後、固定型４３のスリーブ４３ｓに充填された溶湯が、チップ３９により分流子４４ｂ側に押し出され、分流子４４ｂにより溶湯の流れは上方に向かう。その後、ベース部型４０５ａ内に充填された溶湯は、ベント部４０において冷却され停止する（注湯工程）。

チップ３９の速度は１．５ｍ／ｓ〜３．５ｍ／ｓに達するので、溶湯は、ベース部型４０５ａ内に０．１秒内に充填される。その０．５〜１秒後にダイカストマシンからの信号により油圧シリンダ４０４が駆動し、押し出しステー３０により、溶湯が充填されたベース部型４０５ａ内に、同時に複数のプレートフィン１２を３〜５ｍｍ程度押し出す（プレートフィン挿入工程）。

前述したように溶湯が充填された直後に、ダイカストマシンの図示しない増圧機構によりチップ３９を介して溶湯に鋳造圧が加わるので、油圧シリンダ４０４は（溶湯の圧力×プレートフィン断面積）分の荷重を上回る出力が必要である。プレートフィン１２が、溶湯内に押し出され、油圧シリンダ４０４からの負荷により溶湯表面の酸化被膜を破ると、プレートフィン１２と溶湯が接合される。

本実施の形態においては、溶湯充填後０．５〜１秒後の、溶湯が部分的に凝固収縮を開始するころ合いにプレートフィン１２に対して鋳造圧をかけて押し出すので、引けによる巣を、プレートフィン１２の圧入で潰す局部加圧効果も期待される。

溶湯が充填されてから５〜１０秒後に金型が開き、鋳造ワークの離型を開始する。このとき、再び油圧シリンダ４０４がダイカストマシンからの信号により駆動し、プレートフィン１２を固定型４３側に押し出す。この時点において、プレートフィン１２は、鋳造ワークとして一体化された状態にある。したがって、離型の際に、ダイカストマシンの図示しない離型機構により可動型４４から、エジェクタピン３６を介して鋳造ワークを押し出すスピード（以降このスピードを離型スピードと称する）と、油圧シリンダの４０４の駆動スピードとは同じでなければならない。油圧シリンダ４０４の駆動スピードが、離型スピードより早くても遅くてもワークの変形等の離型不良につながるためである。

なお、油圧シリンダ４０４の駆動距離は、入れ子型４４ａと押し出しステー４４ｄの間に残された数ミリで十分である。その後は、エジェクタピン３６のみで離型できる。こうして金型から離型した鋳造ワークの湯口、ランナーをプレスで機械的に切断するか作業者がハンマー等で叩いて切断しヒートシンク構造体１０を得る。

本発明の実施の形態４に係るヒートシンク構造体の製造装置４００およびヒートシンク構造体１０の製造方法によれば、ダイカスト鋳造法においても本発明を適用でき、鋳造欠陥のない高性能なヒートシンク構造体を得ることができる。

尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１００，２００，３００，４００ 製造装置、１０ ヒートシンク構造体、
１１ ベース部、１２ プレートフィン、２，２０２，３０２ ホルダ、
２１ ブラケット、２１ｄ 下端部、２１ｇ ホルダガイド、
２２ｄ，３２２ｄ 下ガイド、２２ｕ，３２２ｕ 上ガイド、２３ｂ クランプ板、
２３ｄ 下クランパ、２３ｆ フレーム、２３ｕ 上クランパ、
２４ｕ，２４ｄ クランパシリンダ、２５ シャフト、２５ｂ 上下位置調整板、
２６ 調整板駆動モータ、３ フィーダ、４ シリンダ、６ ステー、７ 取鍋、
Ｍ 面取部、Ｓ，４４ａＳ スリット穴、ｔ テーパ部、３０ ステー、
３３，３４ ダイプレート、３５ タイバー、３６ エジェクタピン、３７ 板、
３８ スリーブ、３９ チップ、４０ ベント部、４３ 固定型、４３ｓ スリーブ、
４４ 可動型、４４ａ 入れ子型、４４ｂ 分流子、４４ｄ、６１ ステー、５ 金型、５ａ，２０５ａ，３０５ａ，４０５ａ ベース部型、５ｂ，２０５ｂ 湯口部型、
２０５，３０５ 砂型、３０５ｃ 最終充填部、４０４ 油圧シリンダ。

Claims (12)

1. 金属製のベース部に放熱用のプレートフィンを接合するヒートシンク構造体の製造装置であって、
   前記ベース部を鋳造するベース部型を有する鋳造型と、
   複数の前記プレートフィンを保持して複数の前記プレートフィンの一端を前記ベース部型内に充填された溶湯に挿入するホルダとを備えたヒートシンク構造体の製造装置。
2. 前記ホルダは、
   前記複数のプレートフィンを整列させて挿入するスリット穴を有する上ガイドおよび下ガイドと、
   前記上ガイドと前記下ガイドとの間で、前記プレートフィンを挟み込んで固定する上クランパと下クランパとを有し、
   前記下クランパは、
   矩形のフレームと、前記フレームに前記プレートフィンと平行に、梯子形状に取り付けられた複数のクランプ板とを有し、
   前記上クランパは、前記下クランパと同形状のクランパを上下左右に反転させた形状を有し、
   前記下クランパと前記上クランパの各前記クランプ板は、それぞれ１枚の前記プレートフィンを挟むように互い違いに配置され、
   前記下クランパおよび前記上クランパを前記スリット穴の長手方向に対して垂直に駆動させるクランパシリンダを備える請求項１に記載のヒートシンク構造体の製造装置。
3. 前記スリット穴の口元には、面取部が形成されている請求項２に記載のヒートシンク構造体の製造装置。
4. 前記ホルダは、下方の幅が狭くなるように加工された前記プレートフィンの両側端部の保持位置を調整する、一対の上下位置調整板を有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のヒートシンク構造体の製造装置。
5. 前記鋳造型は、金型である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のヒートシンク構造体の製造装置。
6. 前記鋳造型は、砂型である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のヒートシンク構造体の製造装置。
7. 前記鋳造型は、砂型であり、前記砂型の前記ベース部型の上部に前記下ガイドが埋設されている請求項２に記載のヒートシンク構造体の製造装置。
8. 前記砂型は、前記ベース部型の上面のうち、前記下ガイドと接触しない部分に設けられ、最終充填部であり、上面が大気に大気に開放された押し湯部を有する請求項７に記載のヒートシンク構造体の製造装置。
9. 前記鋳造型は、可動型と固定型とからなり、
   前記ホルダは、前記可動型の中に形成されたスリット穴に挿入された前記プレートフィンを、前記可動型と前記固定型との間に形成される前記ベース部型に押し出して挿入する押し出しステーを備えた請求項１に記載のヒートシンク構造体の製造装置。
10. 請求項２又は請求項３に記載のヒートシンク構造体の製造装置を用いたヒートシンク構造体の製造方法であって、
    フィーダから複数の前記プレートフィンを前記ホルダに供給するプレートフィン供給工程と、
    それぞれの前記プレートフィンを、前記下クランパと、前記上クランパとの間に挟んで前記ホルダに固定するプレートフィン固定工程と、
    前記鋳造型に、溶湯を注湯する注湯工程と、
    前記溶湯が前記ベース部型内に充填された後に、前記ホルダを下降させて前記プレートフィンの端部を前記溶湯内に挿入するプレートフィン挿入工程とを有するヒートシンク構造体の製造方法。
11. 請求項９に記載のヒートシンク構造体の製造装置を用いたヒートシンク構造体の製造方法であって、
    前記プレートフィンを前記可動型内に供給する、プレートフィン供給工程と、
    溶湯を前記ベース部型に充填する注湯工程と、
    前記プレートフィンを前記ベース部型内に押し出すプレートフィン挿入工程とを有するヒートシンク構造体の製造方法。
12. 前記プレートフィンを前記ベース部型側に押し出して鋳造ワークを離型する請求項１１に記載のヒートシンク構造体の製造方法。

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