JP6571611B2 - ヒートシンクの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ヒートシンクの製造方法に関する。
特許文献１は、ダイカストで成形した直後の高温の基体を金型内に組み込み、この状態で金型内にフッ素等の樹脂を射出することで基体の表面に被覆層を形成する技術を開示している。
ところで、本願発明者らは、ダイカストにより成形した加工部材の表面にスプレー装置を用いて熱放射性の塗料を塗布し、ダイカストの余熱を用いて塗料を硬化させて皮膜を形成する技術を開発している。
しかしながら、スプレー装置を用いて塗料を塗布しようとすると、上記表面に多量のガスが吹き付けられることで上記表面の温度が急激に低下し、良好な皮膜の形成を阻害してしまう問題があった。
本発明の目的は、加工部材の表面に良好な皮膜を形成する技術を提供することにある。
金型のキャビティに溶融した金属を流し込み前記溶融した金属を凝固させることで加工部材を成形し、前記加工部材の表面に熱放射性の塗料を塗布する、ヒートシンクの製造方法であって、前記金型の前記キャビティに前記溶融した金属を流し込む流込工程と、前記流込工程の後に、前記溶融した金属を冷却させる冷却工程と、前記冷却工程の後に、前記金型を開く型開き工程と、前記型開き工程の後に、前記加工部材を取り出す取出工程と、前記取出工程の後に、前記加工部材の前記表面に前記塗料を吹き付けによって、又は、落下させることによって塗布する塗布工程と、を含み、前記冷却工程における前記冷却が開始してから、前記取出工程における前記取り出しの直前まで、の間の何れかの期間において、前記加工部材の前記表面のうち前記塗布工程において前記塗料を塗布する部分の少なくとも一部を、前記金型に設けられたヒーターを用いて加熱する加熱工程を更に含む、ヒートシンクの製造方法が提供される。以上の方法によれば、前記塗布工程に先立って前記加工部材の前記表面のうち前記塗布工程において前記塗料を塗布する部分の少なくとも一部を昇温させておくことができるので、前記加工部材の前記表面に良好な皮膜を形成することができる。
本発明によれば、前記塗布工程に先立って前記加工部材の前記表面のうち前記塗布工程において前記塗料を塗布する部分の少なくとも一部を昇温させておくことができるので、前記加工部材の前記表面に良好な皮膜を形成することができる。
近年、電気製品の小型化に伴い電子部品の発熱密度が高くなる傾向にあり、電子部品の放熱性能の向上が喫緊の課題となっている。一般に、発熱密度の高い電気製品のヒートシンクはアルミダイカストによって製造される。しかしながら、アルミニウム等の金属は熱伝導率は高いものの外気に対する熱伝達率は低い。そこで、本願発明者らは、外気に対する熱伝達率が金属よりも高い物質から成る皮膜をアルミダイカストの表面に形成することを考えている。
上記の皮膜は、アルミダイカストの表面にスプレー装置で塗料を塗布し、その塗料をアルミダイカストの余熱で硬化させることで形成することがコスト面で好ましい。しかしながら、スプレー装置を用いた塗布を採用する場合、スプレー装置から噴射されるガスとの接触によりアルミダイカストの表面そのものが冷却され、上記皮膜を良好に形成することが困難な場合があった。即ち、アルミダイカストの表面が冷えすぎて、上記皮膜の厚みを十分に確保することができない場合があった。
そこで、本願発明者らは、金型にヒーターを設け、アルミダイカストなどの加工部材の表面のうち特に皮膜が必要とされる部分を塗布前に予め加熱しておくことを提案する。
以下、図１から図３を参照して、実施形態を説明する。図１は、ダイカスト用金型の立面断面図である。図２は、アルミダイカストに塗料を塗布している様子を示している。図３は、ヒートシンクの製造方法のタイムチャートである。
図１に示すように、ダイカスト用金型１は、固定型２と移動型３を有する。図１に示すようにダイカスト用金型１を型締めすると、固定型２と移動型３の間にキャビティ４が形成される。溶融した金属Mは、射出シリンダー５及び図示しないプランジャーロッドによってキャビティ４内に流し込まれる。
固定型２には、ヒーター６が設けられている。ヒーター６としては、例えば、固定型２に孔を空けてその孔に差し込んで使用するカートリッジヒーターが挙げられる。ヒーター６は、キャビティ４の近くに配置されている。ヒーター６には、ヒーター制御装置７が接続されている。ヒーター制御装置７は、ヒーター６の出力電力を制御する。
本実施形態において、ダイカストマシン８は、ダイカスト用金型１、射出シリンダー５、ヒーター６、ヒーター制御装置７によって構成されている。
図２には、ダイカストマシン８によって成形されたアルミダイカスト９（加工部材）を示している。本実施形態においては、アルミダイカスト９の底面１０に窒化物皮膜ｍを形成する。具体的には、スプレー装置１１を用いて窒化物を含む塗料をアルミダイカスト９の底面１０に向かって噴射して塗布し、塗布した塗料がアルミダイカスト９の熱によって硬化することで、アルミダイカスト９の底面１０に窒化物皮膜ｍが形成される。これにより、ヒートシンク１２が完成する。
次に、図３のタイムチャートを参照して、ヒートシンク１２の製造方法を説明する。
S100：
先ず、ダイカスト用金型１が開いていたらダイカスト用金型１を型締めする。
先ず、ダイカスト用金型１が開いていたらダイカスト用金型１を型締めする。
S110:流込工程
次に、ダイカスト用金型１のキャビティ４に溶湯した金属Mを流し込む。
次に、ダイカスト用金型１のキャビティ４に溶湯した金属Mを流し込む。
S120：冷却工程
次に、溶融した金属を冷却させる。
次に、溶融した金属を冷却させる。
S130：型開き工程
次に、ダイカスト用金型１を型開きする。
次に、ダイカスト用金型１を型開きする。
S140:取出工程
次に、アルミダイカスト９をダイカスト用金型１から取り出す。
次に、アルミダイカスト９をダイカスト用金型１から取り出す。
S150：塗布工程
次に、アルミダイカスト９の底面１０に塗料をスプレー装置１１を用いて塗布する。このとき、ダイカスト用金型１が有する熱により塗料が硬化し、アルミダイカスト９の底面１０に窒化物皮膜ｍが形成される。これにより、ヒートシンク１２が形成される。塗料は、例えば、ポリアミドイミド、又は、ポリアミドイミド及びエポキシを含む熱硬化性樹脂が挙げられる。
次に、アルミダイカスト９の底面１０に塗料をスプレー装置１１を用いて塗布する。このとき、ダイカスト用金型１が有する熱により塗料が硬化し、アルミダイカスト９の底面１０に窒化物皮膜ｍが形成される。これにより、ヒートシンク１２が形成される。塗料は、例えば、ポリアミドイミド、又は、ポリアミドイミド及びエポキシを含む熱硬化性樹脂が挙げられる。
S160：加工工程
次に、ヒートシンク１２に対して所望の加工を行なう。ここで、所望の加工とは、例えば、切削加工等が挙げられる。
次に、ヒートシンク１２に対して所望の加工を行なう。ここで、所望の加工とは、例えば、切削加工等が挙げられる。
S170：検査工程
次に、ヒートシンク１２の窒化物皮膜ｍの厚みを測定する。窒化物皮膜ｍの厚みは、例えば、電磁誘導式膜厚計や渦電流式膜厚計、蛍光X線式膜厚計等によって測定する。
次に、ヒートシンク１２の窒化物皮膜ｍの厚みを測定する。窒化物皮膜ｍの厚みは、例えば、電磁誘導式膜厚計や渦電流式膜厚計、蛍光X線式膜厚計等によって測定する。
S180:加熱工程
ここで、図３において、冷却工程（S120）の開始時刻を時刻T0とする。また、型開き工程（S130）の終了時刻を時刻T1とする。また、取出工程（S140）の開始時刻を時刻T2とする。本実施形態では、冷却工程（S120）の冷却が開始してから、取出工程（S140）における取り出しの直前まで、の間である時刻T0から時刻T2までの期間のうち何れかの期間において、アルミダイカスト９の底面１０をヒーター６を用いて加熱する。本実施形態では、時刻T1から時刻T2までの期間において、アルミダイカスト９の底面１０をヒーター６を用いて加熱する。即ち、ヒーター６は、ダイカスト用金型１を型開きした後であって取出工程（S140）の前にアルミダイカスト９の底面１０を加熱できるようにダイカスト用金型１に配置されている。この加熱により、皮膜の形成に必要となるアルミダイカスト９の底面１０の温度が適切に確保される。即ち、スプレー装置１１を用いた塗布によるアルミダイカスト９の底面１０の冷却分を打ち消し合うように、必要に応じてアルミダイカスト９の底面１０の温度を上昇させておくことができる。
ここで、図３において、冷却工程（S120）の開始時刻を時刻T0とする。また、型開き工程（S130）の終了時刻を時刻T1とする。また、取出工程（S140）の開始時刻を時刻T2とする。本実施形態では、冷却工程（S120）の冷却が開始してから、取出工程（S140）における取り出しの直前まで、の間である時刻T0から時刻T2までの期間のうち何れかの期間において、アルミダイカスト９の底面１０をヒーター６を用いて加熱する。本実施形態では、時刻T1から時刻T2までの期間において、アルミダイカスト９の底面１０をヒーター６を用いて加熱する。即ち、ヒーター６は、ダイカスト用金型１を型開きした後であって取出工程（S140）の前にアルミダイカスト９の底面１０を加熱できるようにダイカスト用金型１に配置されている。この加熱により、皮膜の形成に必要となるアルミダイカスト９の底面１０の温度が適切に確保される。即ち、スプレー装置１１を用いた塗布によるアルミダイカスト９の底面１０の冷却分を打ち消し合うように、必要に応じてアルミダイカスト９の底面１０の温度を上昇させておくことができる。
本実施形態において加熱工程（S180）は、取出工程（S140）の開始時刻である時刻T2の直前に実施している。これによれば、加熱工程（S180）から塗布工程（S150）までの時間が短くなるので、加熱工程（S180）から塗布工程（S150）に至るまでのアルミダイカスト９の自然放熱量が抑えられ、もって、加熱工程（S180）において消費する電力を抑制することができる。しかしながら、加熱工程（S180）は、冷却工程（S120）の期間中に実施してもよいし、冷却工程（S120）と型開き工程（S130）の間を跨ぐように実施してもよいし、型開き工程（S130）の期間中に実施してもよい。
なお、検査工程（S170）における検査結果に応じて、加熱工程（S180）におけるヒーター６の出力電圧を設定するとよい。例えば、窒化物皮膜ｍの厚みが許容範囲の下限を下回っていたら、次回の加熱工程（S180）でのヒーター６の出力電力を増加させるとよい。また、窒化物皮膜ｍの厚みが許容範囲の上限を上回っていたら、次回の加熱工程（S180）でのヒーター６の出力電力を低下させるとよい。
また、検査工程（S170）は、すべてのヒートシンク１２に対して実施することが好ましいが、一部のヒートシンク１２に対してのみ実施してもよい。例えば、検査工程（S170）の実施頻度は、ダイキャストN回につき１回でもよい。ただし、検査工程（S170）の実施頻度をダイキャストN回につき１回とする場合は、過去数回の、窒化物皮膜ｍの基準値（許容範囲の中央値）からの差分の絶対値が、常に、許容範囲の幅を２Nで割った値未満であった場合に限るとよい。
また、検査工程（S170）によって複数のヒートシンク１２の窒化物皮膜ｍの厚みが測定された場合は、最も小さい測定値に基づいてヒーター６の出力電力を調整するとよい。また、検査工程（S170）によって複数のヒートシンク１２の窒化物皮膜ｍの厚みが測定された場合は、複数の測定値の平均値に基づいてヒーター６の出力電力を調整するとよい。
また、ヒーター６の出力電力と窒化物皮膜ｍの厚みが比例（又は反比例）の関係になく、例えば材料変更等によって二次関数などの非線形の関係となった場合は、事前に用意したテーブルを参照して、窒化物皮膜ｍの厚みの測定値からヒーター６の出力電力を決定してもよい。また、ヒーター６の出力電力と窒化物皮膜ｍの厚みが非線形の関係となった場合は、事前に用意した関数に基づいて、窒化物皮膜ｍの厚みの測定値からヒーター６の出力電力を決定してもよい。また、上記テーブルや関数は、直近の窒化物皮膜ｍの厚みの測定値とヒーターの出力電力との関係から推定するとよい。
上記実施形態は、以下の特徴を有する。
ダイカスト用金型１のキャビティ４に溶融した金属Mを流し込み溶融した金属Mを凝固させることでアルミダイカスト９（加工部材）を成形し、アルミダイカスト９の底面１０（表面）に熱放射性の塗料を塗布する、ヒートシンク１２の製造方法は、ダイカスト用金型１のキャビティ４に溶融した金属Mを流し込む流込工程（S110）と、流込工程（S110）の後に、溶融した金属Mを冷却させる冷却工程（S120）と、冷却工程（S120）の後に、ダイカスト用金型１を開く型開き工程（S130）と、型開き工程（S130）の後に、アルミダイカスト９を取り出す取出工程（S140）と、取出工程（S140）の後に、アルミダイカスト９の底面１０に塗料をスプレー装置１１を用いて塗布する塗布工程（S150）と、を含み、冷却工程（S120）における冷却が開始してから、取出工程（S140）における取り出しの直前まで、の間の何れかの期間において、アルミダイカスト９の表面のうち塗布工程（S150）において塗料を塗布する部分である底面１０をダイカスト用金型１に設けられたヒーター６を用いて加熱する加熱工程（S180）を更に含む。以上の方法によれば、塗布工程（S150）に先立ってアルミダイカスト９の底面１０を昇温させておくことができるので、アルミダイカスト９の底面１０に良好な窒化物皮膜ｍを形成することができる。
なお、加熱工程（S180）において、アルミダイカスト９の底面１０全体を加熱するようにしてもよいし、アルミダイカスト９の底面１０の少なくとも一部を加熱するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、ダイカストに用いる金属をAl系の金属であるとしたが、これに代えて、例えばMg系などの他の金属であってもよい。
また、上記実施形態では、アルミダイカスト９の底面１０に窒化物皮膜ｍを形成することとしたが、これに代えて、アルミダイカスト９の底面１０にカーボンや樹脂の皮膜を形成することとしてもよい。
上記実施形態では、塗布工程（S150）において、吹き付けによる塗布によって塗料を塗布することとしたが、これに代えて、上記の塗料を落下させることによる塗布によって塗料を塗布することとしてもよい。
吹き付けによる塗布の例として、スプレー装置を用いた塗布を含む。落下させることによって塗布するとは、下記内容を含む。塗料を基材に落下させながら、その落下位置を変化させる又は基材を落下塗料の下に通過させることによって、塗布すること。例えば、塗料を帯（カーテン）状に落下させることによって塗布するカーテンコーティングや、スロットコーティング等のような塗布方法を含む。
１ ダイカスト用金型
２ 固定型
３ 移動型
４ キャビティ
５ 射出シリンダー
６ ヒーター
７ ヒーター制御装置
８ ダイカストマシン
９ アルミダイカスト
１０ 底面
１１ スプレー装置
１２ ヒートシンク
M 金属
ｍ 窒化物皮膜
T0 時刻
T1 時刻
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２ 固定型
３ 移動型
４ キャビティ
５ 射出シリンダー
６ ヒーター
７ ヒーター制御装置
８ ダイカストマシン
９ アルミダイカスト
１０ 底面
１１ スプレー装置
１２ ヒートシンク
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T0 時刻
T1 時刻
T2 時刻
Claims (1)
- 金型のキャビティに溶融した金属を流し込み前記溶融した金属を凝固させることで加工部材を成形し、前記加工部材の表面に熱放射性の塗料を塗布する、ヒートシンクの製造方法であって、
前記金型の前記キャビティに前記溶融した金属を流し込む流込工程と、
前記流込工程の後に、前記溶融した金属を冷却させる冷却工程と、
前記冷却工程の後に、前記金型を開く型開き工程と、
前記型開き工程の後に、前記加工部材を取り出す取出工程と、
前記取出工程の後に、前記加工部材の前記表面に前記塗料を吹き付けによって、又は、落下させることによって塗布する塗布工程と、
を含み、
前記冷却工程における前記冷却が開始してから、前記取出工程における前記取り出しの直前まで、の間の何れかの期間において、前記加工部材の前記表面のうち前記塗布工程において前記塗料を塗布する部分の少なくとも一部を、前記金型に設けられたヒーターを用いて加熱する加熱工程を更に含む、
ヒートシンクの製造方法。
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