JPH10113761A - ヒートシンクの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換面積が大きく、強固な構成のヒートシ
ンクおよびその製造方法を提供する。 【解決手段】 フィン本体８の一端部をキャビティ１６
の内部に突出させて保持した状態で、そのキャビティ１
６に、ベース７を形成する素材の溶湯１３を注入する。
フィン本体８との接触界面でそのフィン本体８を融解さ
せて合金化し、ベース７とフィン本体８とを一体に組み
付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、各種の熱交換機
器や熱伝達装置等において熱交換面積を増大させるため
のヒートシンクに関し、特に加圧鋳造法によって製造で
きるヒートシンクに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ヒートパイプ等の熱関連機器において、
放熱面積あるいは吸熱面積を拡大して熱交換能力を向上
させるために、ヒートシンクを備えることは周知の通り
である。

【０００３】その一例を図５に図示する。図５の（Ａ）
に示すヒートシンク１は、互いに平行とされた複数枚の
平板状のフィン本体２が平板状のベース３の上面から垂
直上方に延ばされた構成であり、例えばアルミ合金を材
料とした押し出し成型法によって製造される。また、図
５の（Ｂ）に示すヒートシンク１は、フィン本体２を平
板状に替えて円柱形状に形成した構成であり、例えば銅
合金を材料とした鍛造によって製造される。

【０００４】ここで、上記の押し出し成形や鍛造は、単
一の材料からフィン本体２とベース３とを一体に加工す
る方法であるから、図６に示すように、この種の方法に
よって製造し得るフィン本体２は、厚さ（ｔ）が最小で
２ｍｍ程度が限度であり、また、厚さ（ｔ）を２ｍｍに
設定した場合のフィン本体２の高さ（ｈ）は、最大で２
０ｍｍ程度が限度である。したがって、これらの製法に
おけるフィン本体２の厚さ（ｔ）と高さ（ｈ）との比率
（Ｃ）は、Ｃ＝ｈ／ｔ≦２０／２＝１０として表され
る。さらに、各フィン本体２の間のピッチ（ｐ）として
は、最小で５ｍｍ以上が必要とされている。

【０００５】このように、上記の押し出し成形や鍛造に
よる製造方法によって得られる従来のヒートシンク１で
は、フィン本体２を薄くかつ高く形成することができ
ず、また、ベース３の表面積に対して備えられるフィン
本体２の枚数（本数）も少ないことから、熱交換面積が
小さく限定される不都合があった。

【０００６】そこで、上記の課題を解決する手段とし
て、加圧鋳造製法を採用したヒートシンクが提案されて
おり、これを図７および図８を参照して簡単に説明す
る。この種のヒートシンク４は、予め所定形状に形成し
た複数枚の圧延板を互いにほぼ平行に保持した状態で、
それらの圧延板の各下端部のうちの例えば２ｍｍ程度を
一体に鋳込むように溶湯を加圧鋳造させて、平板状のベ
ース５と一体化させた構成である。

【０００７】この加圧鋳造製法によれば、既製の圧延板
がフィン本体６として採用されるから、フィン本体６に
おける薄さと高さとの両立が可能になるとともに、各フ
ィン本体６のピッチを狭く設定することができ、その結
果、ヒートシンク４としての熱交換面積を上記従来のも
のに比べて大きくすることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
のヒートシンク４では、フィン本体６とベース５との連
結箇所に緩みが生じ、フィン本体６がベース５から抜け
出るおそれが多分にあった。これは、フィン本体６とベ
ース５との連結箇所に作用する応力がフィン本体６の高
さに比例して大きくなることや、元来、フィン本体６と
ベース５とが別部材であって、フィン本体６のベース５
への挿入深さを大きくするとしても限度があることなど
によるものである。

【０００９】すなわち、従来では、フィン本体が薄くか
つ高くありながら、充分な強度を備えた構成のヒートシ
ンクが開発されていないのが実情であった。

【００１０】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、熱交換面積が大きく、強固な構成のヒートシンク
およびその製造方法を提供することを目的とするもので
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するために、この発明は、フィン本体の一端部
をキャビティの内部に突出させて保持した状態で、その
キャビティに、ベースを形成する素材の溶湯を注入する
とともに、前記フィン本体との接触界面で該フィン本体
を融解させて合金化し、前記ベースとフィン本体とを一
体に組み付けることを特徴とするものである。

【００１２】周知の通り、合金化では、添加元素が固溶
体となる場合に、母相との原子半径の相違によって、転
位近傍のひずみが減少し、その運動が抑えられる。特に
添加元素が格子間原子となる場合には、顕著になる。ま
た、固溶体が規則格子を形成する場合には、すべりが制
約されて強度が増加することが知られている。

【００１３】さらに、共晶による強化があり、特に添加
元素との間に化合物が形成され、それと成分金属または
その固溶体との間に化合物ができる場合に顕著なことが
知られている。したがって、この発明によれば、ベース
とフィン本体との連結が強化され、フィン本体がベース
から抜け出ることが確実に防止される。換言すれば、ベ
ースとフィン本体との連結が強固な構成のヒートシンク
を多量かつ容易に製造することが可能になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明に係る一具体例
を図１に基づいて説明する。ここに示す例は、平板状の
フィン本体を採用した例である。ベース７の図１での上
面部には、複数枚のフィン本体８が鉛直上方に延びた状
態に取り付けられており、これらのベース７とフィン本
体８とによってヒートシンク９が構成されている。ベー
ス７は、一例として厚さが１〜３ｍｍ程度のほぼ正方形
あるいは長方形の板状体であって、銅を材料として形成
されている。

【００１５】これに対して、フィン本体８は、一例とし
て厚さ（ｔ）が１．５ｍｍで、高さ（ｈ１）が２０ｍｍ
の平板体を成している。したがって、フィン本体８にお
ける厚さ（ｔ）と高さ（ｈ）との比率（Ｃ）は、Ｃ＝ｈ
／ｔ≦２０／０．５＝４０として表される。また、各フ
ィン本体８の間のピッチ（ｐ）は、２ｍｍに設定されて
いる。なお、ベース７に対するフィン本体８の挿入深さ
は、１〜２ｍｍとされている。また、フィン本体８の材
料としては、アルミニウムが採用されている。すなわ
ち、フィン本体８とベース７とは、後述する加圧鋳造製
法によって組み付けられる際に、連結する箇所が合金化
する材料によって形成されている。

【００１６】ここで、ベース７の材料とフィン本体８の
材料との他の組み合わせとしては、Ａｌ−Ｍｇ、Ａｌ−
グラファイト等が挙げられる。これらの中から可及的に
熱伝導率の高く、かついわゆる鋳造性のよい材料を選択
することが好ましい。

【００１７】他方、ベース７の上面のうち各フィン本体
８を挟んだ左右両側の箇所が、各フィン本体８の側面に
沿って上方に隆起しており、この部分が支持部１０とし
て形成されている。より詳細には、支持部１０はフィン
本体８を挟んで対向する三角状断面の突起であり、ここ
ではベース７の上面部に対する高さ（ｈ２）が３〜１０
ｍｍに設定されている。したがって、各フィン本体８
は、各支持部１０によって各基端箇所が支持されてい
る。

【００１８】ここで、ヒートシンク９の製造方法、より
具体的には、フィン本体８とベース５との取り付け方法
としては、例えば従来知られた加圧鋳造製法を基に行う
ことができる。すなわち、図２に示すように、複数枚の
フィン本体８の各上端部を上記のピッチおよび姿勢で上
型１１（可動型１１）に保持させる。その場合、各フィ
ン本体８の下端部が、下型１２（固定型１２）の内部空
間に１〜２ｍｍ程度突出するように保持する。この寸法
が、上述のベース７に対するフィン本体８の挿入深さと
なる。なお、上型１１の底面部には、支持部１０に倣っ
た形状の窪みが設けられている。したがって、この具体
例では、上型１１の内部空間と下型１２の底面部の窪み
とがこの発明のキャビティ１６に相当する。

【００１９】これに対して、下型１２の底面部は、平坦
面に形成されている。また、この固定型１２には、ベー
ス７の素材であるＣｕの溶湯１３を図２での下方から上
方に向けて押圧する構成の加圧パンチ１４が備えられて
いる。そして、上記の状態から、図３に示すように、加
圧パンチ１４を可動型１１に向けて矢印方向に移動さ
せ、溶湯１３に対して圧力を加える。その場合、各フィ
ン本体８の下端部の１〜２ｍｍ程度が溶湯１３中に挿入
される。

【００２０】フィン本体８の下端部がＣｕの溶湯１３に
接触すると、Ｃｕの融点に対してＡｌの融点が低いため
にフィン本体８の表面が溶かされて、ベース７とフィン
本体８とが合金化する。この場合、ＣｕとＡｌの組み合
わせであるため、それらの成分の濃度によって固溶体、
金属間化合物あるいはそれらの共存する組織となる。す
なわち、この具体例のヒートシンク９では、フィン本体
８とベース７との少なくとも一方が、他方の素材によっ
て合金化された状態でフィン本体８とベース７とが接合
された構成となっている。

【００２１】上述のように、固溶体が形成されると、Ｃ
ｕとＡｌとの原子半径の相違によって、転位近傍のひず
みが減少し、その運動が抑えられる。また、固溶体が規
則格子を形成する場合には、すべりが制約され、ベース
７とフィン本体８との連結箇所の強度が増加する。さら
に、ＣｕとＡｌにより化合物が形成され、それと成分金
属またはその固溶体との間に化合物ができると、連結強
度がより向上する。

【００２２】したがって、しかる後に通例に倣う冷却・
洗浄工程等を行えば作業が完了し、ベース７とフィン本
体８とが強固に連結し、かつベース７中に空孔欠陥が極
めて少ないヒートシンク９を得ることができる。すなわ
ち、この具体例のヒートシンク９では、フィン本体８の
基端部がベース７に埋設されており、またその基端部を
覆うようにベース７の表面からフィン本体８の上端部に
向けて延びる支持部１０がベース７に一体的に形成され
た構成となっている。

【００２３】このように、上記具体例によれば、ベース
７を鋳造する場合に各フィン本体８とベース７との連結
箇所が合金化し、また、支持部１０によってその連結箇
所の面積が大きく確保されているから、従来に比べて両
パーツの連結が強化され、ベース７からフィン本体８が
抜け出ることが確実に防止される。なお、圧延材からな
るフィン本体８を加圧鋳造によってベース７に取り付け
る製法が採用されているから、フィン本体８を薄くかつ
高い構成にでき、しかもピッチを狭く設定できるため
に、全体としての熱交換面積が大きくなる。したがっ
て、構成が強固で熱交換面積の大きいヒートシンク９を
得ることができる。

【００２４】つぎに、この発明に係るヒートシンクの他
の具体例を図４を参照して説明する。ここに示す例は、
フィン本体に係止部を備えた例である。なお、上記具体
例と同じ部材には同じ符号を付し、その詳細な説明を省
略する。

【００２５】平板状を成すベース７の上面には、複数枚
の圧延板からなるフィン本体８が２ｍｍ程度のピッチで
互いに平行状態に取り付けられている。図４に示すよう
に、各フィン本体８のうちベース７中に鋳込まれた下端
部には、上方から下方に向けて同図の左右方向に徐々に
延びた形状、すなわち裾広がり状の係止部１５が形成さ
れている。換言すれば、各フィン本体８は、各係止部１
５をベース７中に完全に埋没した状態にベース７に取り
付けられている。

【００２６】すなわち、このヒートシンク９は、フィン
本体８の基端部がベース７に埋設されており、また、そ
の基端部には、ベース７の厚さ方向に対して直角な方向
に膨出した係止部１５が設けられている。なお、係止部
１５は、フィン本体８を作成する圧延工程で容易に加工
することができる。さらに、係止部１５の他の形状とし
ては、フィン本体の端部を単にＬ字状に折り曲げたもの
などが挙げられる。

【００２７】したがって、上記のように構成されたヒー
トシンク９によれば、上記具体例と同様にフィン本体８
とベース７との合金化によってその連結が強化されるこ
とに加えて、各フィン本体８のベース７から抜け出る方
向、すなわち図４での上方向への移動が、図４での左右
方向に突出している係止部１５によって規制されるた
め、ベース７からフィン本体８が抜け出ることが確実に
防止される。

【００２８】なお、上記各具体例では、平板状のフィン
本体を例示したが、この発明は上記具体に限定されるも
のではなく、フィン本体の形状としては例えば波状に湾
曲した薄板や円柱形状あるいは角柱形状でもよい。ま
た、当然、支持部と係止部とを共に備えた構成としても
よい。なお、フィン本体および補強板は、圧延材に限定
されず、切削加工によって形成されたものあるいは鋳造
によって形成されたものなどを採用することができる。

【００２９】また、ベースとフィン本体および補強板と
の組み付け方法としても、加圧鋳造法に限定されず、接
着剤を用いた接着あるいは溶接等の手段を採用すること
ができる。さらに、フィン本体やベースの素材として銅
やアルミニウムを例示したが、これには限定されず、例
えばグラファイトやマグネシウム等を採用することもで
きる。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、フィン本体の一端部をキャビティの内部に
突出させて保持した状態で、そのキャビティに、ベース
を形成する素材の溶湯を注入するとともに、フィン本体
との接触界面でフィン本体を融解させて合金化し、ベー
スとフィン本体とを一体に組み付ける製造方法であるか
ら、熱交換面積が大きく、強固な構成のヒートシンクを
簡単に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るヒートシンクの一具体例を示す
断面図である。

【図２】その具体例の製造方法において加圧前の状態を
示す模式図である。

【図３】その製造方法において加圧中の状態を示す模式
図である。

【図４】この発明の他の具体例を示す断面図である。

【図５】従来のヒートシンクを示す概略図である。

【図６】従来のヒートシンクにおけるフィン本体の厚さ
と高さの関係を示す模式図である。

【図７】加圧鋳造方法によって製造されたヒートシンク
の全体像を示す斜視図である。

【図８】そのヒートシンクの断面図である。

【符号の説明】

７…ベース、 ８…フィン本体、 １３…溶湯、 １６
…キャビティ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 祐士 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フィン本体の一端部をキャビティの内部
   に突出させて保持した状態で、そのキャビティに、ベー
   スを形成する素材の溶湯を注入するとともに、前記フィ
   ン本体との接触界面で該フィン本体を融解させて合金化
   し、前記ベースとフィン本体とを一体に組み付けること
   を特徴とするヒートシンクの製造方法。