JP6528741B2 - ヒートシンクの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、粗材と、粗材の表面に形成された熱放射性塗料皮膜とからなるヒートシンクを製造するヒートシンクの製造方法に関するものである。

昨今の電気回路は小型化が進み、この小型化に伴って発熱密度が上昇していることから、電気回路の放熱性能の向上が重要な開発要素の一つとなっている。

発熱量の大きな電気回路は当該電気回路を収容する筐体をアルミダイカストで製作するのが一般的であるが、金属は熱伝導率が高い一方で空気への熱伝達率が低い傾向にある。たとえば、アルミニウムの熱伝導率は100W/mKである一方、その空気への熱伝達率（放射率）は0.1〜0.3程度と低い。

そこで、金属製の筐体の表面に対し、空気への熱伝達率の高い物質である、カーボンや窒化物、樹脂等からなる皮膜を形成する試みがおこなわれている。

ここで、特許文献１には、平均粒径が0.1〜50μmで、酸化亜鉛粉末あるいは酸化チタン粉末又はその両方を含むセラミックス粉末と、バインダーと、を含み、バインダー成分100質量部に対してセラミックス粉末成分を25〜100質量部含む熱放射性塗料が平均膜厚1〜50μmで塗布されたヒートシンクが開示されている。

特開２０１２−２４６３６５号公報

特許文献１に記載のヒートシンクによれば、熱放射性塗料からなる皮膜を有することで赤外領域の放射率が高められ、効率よく放熱できるとしている。

ところで、ヒートシンクの製造は、成形型にて粗材を鋳造した後、成形型から粗材を取り出し、粗材を所定の塗布領域に搬送し、粗材の表面にたとえば上記する熱放射性塗料を塗布し、焼付けや溶剤の揮発をおこなって熱放射性塗料皮膜を形成することにより、その製造がおこなわれる。

ところが、成形型から取り出され、搬送される過程で粗材の温度が低下してしまい、塗料を塗布するのに適した温度未満の温度まで低下してしまうことが問題となっている。また、たとえば粗材に塗料をスプレー塗布している最中に、粗材の温度が塗料を塗布するのに適した温度未満の温度まで低下してしまうことも問題となる。

温度低下した粗材を焼成炉に収容して熱放射性塗料の焼付けや溶剤の揮発をおこなうに当たり、塗料を塗布するのに適した温度まで粗材を昇温させ、さらに塗料の焼付けや溶剤の揮発をおこなう必要があることから、多大な熱エネルギを要することになる。

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、成形型にて粗材を成形し、粗材の表面に熱放射性塗料皮膜を形成してヒートシンクを製造する方法に関し、多大な熱エネルギを不要としながら、粗材の表面に熱放射性塗料皮膜を形成することの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。

前記目的を達成すべく、本発明によるヒートシンクの製造方法は、粗材と、該粗材の表面に形成された熱放射性塗料皮膜とからなるヒートシンクを製造するヒートシンクの製造方法であって、成形型のキャビティ内に中子を収容し、該キャビティ内に金属溶湯を注入し、該中子を内部に含む箱型の粗材を鋳造する第一のステップ、前記中子を内部に含んだ箱型の前記粗材を塗布領域に搬送し、該塗布領域にて該粗材の表面に熱放射性塗料を塗布して熱放射性塗料皮膜を形成し、ヒートシンクを製造する第二のステップからなるものである。

本発明のヒートシンクの製造方法は、成形型のキャビティ内に中子を収容した状態で金属溶湯を注入して中子を内部に含む箱型の粗材を鋳造し、中子を内部に含んだ状態の粗材を塗布領域に搬送して熱放射性塗料を塗布することにより、中子の有する熱容量にて蓄熱された熱が粗材に伝熱されて該粗材の温度低下を抑制でき、もって、多大な熱エネルギを不要としながら、塗料塗布に適した温度にて粗材に熱放射性塗料を塗布することを可能としたものである。

たとえば溶融したアルミニウムの溶湯の熱は700℃程度もあることから、キャビティに注入された溶湯温度にてキャビティ内の中子が加熱され、蓄熱される。

キャビティ内では、この中子を包囲するように、箱型の粗材が鋳造（成形）される。ここで、「箱型」とは、具体的な形状を限定するものでなく、中子を内部に収容する任意の形状を意味しており、したがって、キャビティの形状と中子の形状によって粗材の形状が決定される。一般的な形状として、たとえば、二つの広幅面をもった直方体で一方の広幅面が開放された箱型を挙げることができる。

塗布領域にて箱型の粗材の表面に熱放射性塗料を塗布するに当たり、従来の製造方法では、箱型の粗材の内部には熱放射性塗料を塗布する必要がないことから、粗材の内部にマスキングをおこなった後に塗料塗布をおこなう必要があった。これに対し、本発明の製造方法では、箱型の粗材の内部に中子が収容され、この中子で粗材の内部が保護されていることから、塗料塗布に際して粗材の内部にマスキングをおこなう必要はなくなる。

また、従来の製造方法で箱型の粗材を成形するに当たり、成形型が第一型と第二型の二つの型から構成される場合に、一方の第二型のキャビティ面に凸部を設け、他方の第一型のキャビティ面にこの凸部が遊嵌される凹部を設ける必要があった。これに対し、本発明の製造方法では、キャビティにたとえば直方体の中子を収容しておくことで、中子が箱型の粗材の内部の型の役割を担うため、第二型のキャビティ面に凸部を設ける必要がなくなる。そのため、第二型の形状を凸部を具備しないシンプルな形状にできることから、成形型の製作コストの低減に繋がる。

さらに、従来の製造方法で粗材の表面に熱放射性塗料を塗布する場合、脱型および搬送の過程で温度低下した粗材をたとえばヒータ内蔵の治具上に載置して加熱し、塗料塗布に適した温度まで粗材を昇温させる必要があった。しかしながら、ヒータを内蔵する治具は製作コストが高くなり、既述するようにこの方法では多大な熱エネルギを必要とする。これに対し、本発明の製造方法では、中子の有する熱容量にて蓄熱された熱が粗材に伝熱されて粗材の温度低下を抑制できることから、製作コストの高いヒータ内蔵治具等を不要にでき、粗材の昇温のための多大な熱エネルギも不要にできる。

また、中子で加温された粗材に対して熱放射性塗料が塗布されることから、粗材の有する熱で熱放射性塗料の焼付けや溶剤の揮発もおこなうことができ、焼付け工程や溶剤の揮発工程にて必要となっていた焼成炉を不要にでき、焼付け工程や溶剤の揮発工程も不要にできて製造効率性が高まる。

以上の説明から理解できるように、本発明のヒートシンクの製造方法によれば、成形型のキャビティ内に中子を収容した状態で金属溶湯を注入して中子を内部に含む箱型の粗材を鋳造し、中子を内部に含んだ状態の粗材を塗布領域に搬送して熱放射性塗料を塗布することにより、中子の有する熱容量にて蓄熱された熱が粗材に伝熱されて粗材の温度低下を抑制でき、もって、多大な熱エネルギを不要としながら、粗材の表面に熱放射性塗料皮膜を形成することができる。

本発明のヒートシンクの製造方法で適用される製造システムの実施の形態を示した模式図である。 本発明のヒートシンクの製造方法の第一のステップを説明した模式図である。 本発明のヒートシンクの製造方法の第二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ヒートシンクの製造方法の実施の形態を製造システムとともに説明する。

（ヒートシンクの製造システム）
図１は本発明のヒートシンクの製造システムの実施の形態を示した模式図である。図示する製造システム３００は、鋳造装置１００と塗布装置２００から構成されている。

鋳造装置１００は、成形型１０と、成形型１０に提供される溶湯を保持する溶湯保持炉２０と、溶湯保持炉２０から成形型１０に溶湯を提供する溶湯供給管３０とから構成されている。

成形型１０は、第一型１と第二型２から構成され、第一型１には凹部１ａが形成されており、第二型２はシンプルな直方体形状の型である。

成形型１０の型閉めに当たり、形成されたキャビティのうち、第一型１の凹部１ａ内に中子３が収容されるようになっている。この中子３の寸法は凹部１ａの寸法よりも小さく、凹部１ａの中央位置で第二型２に当接するように中子３が位置決めされ、中子３と凹部１ａの壁面の間の空間に金属溶湯が流し込まれるようになっている。

溶湯保持炉２０には溶融したアルミニウム等の溶融金属が収容されており、アルミ溶湯の場合にはその内部温度が700℃程度になっている。

一方、塗布装置２００は、熱放射性塗料を収容する塗料収容容器４０と、スプレーノズル５０と、塗料収容容器４０からスプレーノズル５０へ熱放射性塗料を提供する塗料供給管４０Ａと、から構成されている。

ここで、熱放射性塗料としては、ポリアミドイミド(PAI)やエポキシ系塗料、フェノール系塗料などを挙げることができる。

次に、以下、図１で示す製造システム３００を用いたヒートシンクの製造方法を説明する。

（ヒートシンクの製造方法）
図２，３はそれぞれ、本発明のヒートシンクの製造方法の第一のステップおよび第二のステップを説明した模式図である。

まず、成形型１０のキャビティＣの壁面に離形剤を塗布した後、図２で示すように成形型１０の内部に中子３を収容して型閉めすることにより、形成されたキャビティＣのさらに第一型１の凹部１ａ内に中子３が位置決めされる。

型閉めされた成形型１０のキャビティＣに対し、溶湯保持炉２０から金属溶湯を供給し（Ｘ方向）、キャビティＣ内で粗材を鋳造する。

キャビティＣに流し込まれた金属溶湯は、中子３と凹部１ａの壁面の間の空間に流れ込み、金属溶湯の硬化に伴う粗材の成形に加えて、中子３は金属溶湯の熱で加熱される（以上、第一のステップ）。

次に、図３で示すように、金属溶湯が凝固して粗材Ｗが成形されたら、成形型１０を型開きして粗材Ｗを取り出し、塗布領域に搬送する。

ここで、脱型された粗材Ｗは直方体形状の箱型を呈しており、その内部に中子３が収容された状態となっている。

成形型１０から粗材Ｗを取り出し、塗布領域に搬送する過程で、通常であれば粗材Ｗの温度は低下し、場合によっては塗料塗布に適した温度未満の温度に低下する。

しかしながら、図示する製造方法では、金属溶湯の熱で加熱された中子３を箱型の粗材Ｗが収容していることから、粗材Ｗは中子３からの伝熱により（Ｚ方向）、この搬送過程で温度が大きく低下するのを抑制される。

粗材Ｗが塗料塗布に適した温度になった段階で、粗材Ｗに対してスプレーノズル５０から熱放射性塗料が噴出され（Ｙ方向）、粗材Ｗの表面に塗布される（第二のステップ）。

このように、中子３からの熱で粗材Ｗの温度が塗料塗布に適した温度未満の温度に低下するのが抑制されることから、塗料塗布に適した温度未満の温度に低下した粗材を昇温するのに要する多大な熱エネルギを不要としながら、粗材Ｗに対する塗料塗布を実現することができる。

また、粗材Ｗの有する熱により、粗材Ｗの表面に塗布された熱放射性塗料の焼付けや溶剤の揮発もおこなうことが可能になる。この場合、従来の焼付け工程や溶剤の揮発工程にて必要となっていた焼成炉が不要になるとともに、焼付け工程や溶剤の揮発工程も不要になることから、製造システムの製作コストを削減でき、かつヒートシンクの製造効率を格段に向上させることができる。

また、塗布領域にて箱型の粗材Ｗの表面に熱放射性塗料を塗布するに当たり、従来の製造方法では、箱型の粗材の内部には熱放射性塗料を塗布する必要がないことから、粗材の内部にマスキングをおこなった後に塗料塗布をおこなう必要があった。これに対し、図示する製造方法では、箱型の粗材Ｗの内部に中子３が収容され、この中子３で粗材Ｗの内部が保護されていることから、塗料塗布に際して粗材Ｗの内部にマスキングをおこなう必要はなくなる。

さらに、従来の製造方法で箱型の粗材を成形するに当たり、成形型が第一型と第二型の二つの型から構成される場合に、一方の第二型のキャビティ面に凸部を設け、他方の第一型のキャビティ面にこの凸部が遊嵌される凹部を設ける必要があった。これに対し、図示する製造方法では、キャビティＣにたとえば直方体の中子３を収容しておくことで、中子３が箱型の粗材Ｗの内部の型の役割を担うため、第二型２のキャビティ面に凸部を設ける必要がなくなる。そのため、第二型２の形状を凸部を具備しないシンプルな形状にできることから、成形型１０の製作コストも低減することができる。

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。

１…第一型、２…第二型、１ａ…凹部、３…中子、１０…成形型、２０…溶湯保持炉、３０…溶湯供給管、４０…塗料収容容器、５０…スプレーノズル、１００…鋳造装置、２００…塗布装置、３００…（ヒートシンクの）製造システム、Ｃ…キャビティ、Ｗ…粗材

Claims (1)

1. 粗材と、該粗材の表面に形成された熱放射性塗料皮膜とからなるヒートシンクを製造するヒートシンクの製造方法であって、
   成形型のキャビティ内に中子を収容し、該キャビティ内に金属溶湯を注入し、該中子を内部に含む箱型の粗材を鋳造する第一のステップ、
   前記中子を内部に含んだ箱型の前記粗材を塗布領域に搬送し、該塗布領域にて該粗材の表面に熱放射性塗料を塗布して熱放射性塗料皮膜を形成し、ヒートシンクを製造する第二のステップからなるヒートシンクの製造方法。

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