JPH1167990A

JPH1167990A - ヒートシンクの製造方法

Info

Publication number: JPH1167990A
Application number: JP24332297A
Authority: JP
Inventors: Koichi Masuko; 耕一益子; Masataka Mochizuki; 正孝望月; Kazuhiko Goto; 和彦後藤; Yuji Saito; 祐士斎藤
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1997-08-25
Filing date: 1997-08-25
Publication date: 1999-03-09
Anticipated expiration: 2017-08-25
Also published as: JP3889129B2

Abstract

(57)【要約】【課題】熱交換面積が大きく、強固な構成をもったヒ
ートシンクの製造方法を提供する。【解決手段】金属からなるフィン１を、キャビティ１
３の内部に前記フィン１の一端部を突出させて保持し、
この状態からキャビティ１３にベース２を形成する素材
の溶湯１４を注入し、フィン１をベース２に対して起立
状態に一体化し、ついで、前記フィン１に強度向上処理
を施す。

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、特にダイカスト法や加圧鋳造法
を利用して製造され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１０および図１１に示す。図
１０に示すヒートシンク４１は、互いに平行に配列され
た複数枚の平板状のフィン４２が平板状のベース４３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
ミ合金を素材とした押し出し成型法によって製造され
る。また、図１１に示すヒートシンク４１は、フィン４
２を平板状に替えて円柱形状に形成した構成であり、例
えば銅合金を素材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
一の素材からフィン４２とベース４３とを一体に加工す
る方法であるから、図１２に示すように、この種の方法
によって製造し得るフィン４２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２の高さ（ｈ）は、最大で２０ｍ
ｍ程度が限度である。さらに、各フィン４２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４１
では、フィン４２を薄くかつ高く形成することができ
ず、また、ベース４３の表面積に対して備えられるフィ
ン４２の枚数（本数）も少ないことから、充分な熱交換
面積を得ることができなかった。

【０００６】そこで、上記の課題を解決する手段とし
て、ダイカスト法や加圧鋳造法を採用したヒートシンク
が提案されており、これを図１３を参照して簡単に説明
する。この種のヒートシンク５１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供給かつ加圧し、これを
凝固させることにより、平板状のベース５３と一体化さ
せた構成である。この鋳造法によれば、既製の圧延板が
フィン５２として採用できるから、フィン５２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５
２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５１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。

【０００７】しかしながら、この種のヒートシンク５１
では、フィン５２が変形し易くなる不都合があった。こ
れは、フィン５２の基端部側に作用する荷重がフィン５
２の高さに比例して大きくなることや、ベース５３を鋳
造する際の溶湯の熱によってフィン５２自体が軟化して
いることなどが原因であると思われる。フィンが変形し
た場合、フィン同士が接触して実質的な表面積が減少
し、熱交換効率あるいは放熱効率が低下するから、フィ
ンの間にスペーサを設けたり、あるいはフィン自体に突
起を設け、これらスペーサや突起によってフィン同士の
間隔を維持し、熱交換面積の減少を防止することが考え
られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スペー
サを設ける場合では、スペーサを保持させるための部分
的な加工をフィンに施す必要が生じ、またスペーサとい
う新たな部品が必要であるうえに、スペーサによってフ
ィンの表面の一部が覆われ、その分、放熱面積が減少す
る不都合がある。

【０００９】また突起は、フィンの一部をその厚さ方向
に変形させて形成するので、突起の反対側には凹部が生
じる。したがって全てのフィンで突起の位置が同じであ
れば、フィンの傾斜によって一方のフィンの突起がこれ
ら隣接するフィンの凹部に入り込み、そのため、結局
は、突起がいわゆるスペーサとして機能しなくなり、フ
ィン同士が接触してしまう。これを防止するためには、
突起のピッチをフィン毎に異ならせるなどの加工が必要
であり、そのために、工数が増加してコストアップの要
因になるなどの不都合が生じる。

【００１０】この発明は上記の事情を背景にしてなされ
たものであり、間隔の狭いフィンの強度を向上させ、フ
ィンの変形やそれに起因する接触による実質的に表面積
の減少を防止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、請求項１に記載した発明は、相互
に平行に配列した複数の金属製フィンの一端部を、キャ
ビティの内部に突出させて保持するとともに、そのキャ
ビティにベースを形成する素材の溶湯を注入して凝固さ
せることにより、前記フィンを前記ベースに対して起立
状態に一体化し、ついで、前記フィンに熱処理を施して
その金属組織を微細化することを特徴とするものであ
る。

【００１２】したがって、請求項１の発明において、形
成されたヒートシンクのフィンを、フィンに用いられた
素材に適した熱処理を施すことによってフィンの材質の
組織が微細化される。その結果、フィンの強度が向上
し、フィンの変形を防ぐことができる。

【００１３】また、請求項２に記載した発明は、相互に
平行に配列した複数の金属製フィンの一端部を、キャビ
ティの内部に突出させて保持するとともに、そのキャビ
ティにベースを形成する素材の溶湯を注入して凝固させ
ることにより、前記フィンを前記ベースに対して起立状
態に一体化し、ついで、前記フィンを厚さ方向に加圧し
て加工硬化させることを特徴とするものである。

【００１４】したがって、請求項２の発明において、フ
ィンを厚さ方向に加圧し、フィンを加工硬化させること
によって、フィンの強度が向上し、フィンの変形を防ぐ
ことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】つぎにこの発明の一具体例を図面
に基づいて説明する。図１はフィンを示す図であり、こ
のフィン１は、一例として長方形のアルミニウム（Ａ
ｌ）製あるいはＡｌ合金製の平板である。

【００１６】そして、フィン１をベースと一体に組み付
ける。これは、例えばダイカスト法や加圧鋳造法に基づ
いて行うことができる。より具体的には、図２に示すよ
うに、複数枚のフィン１の各上端部を上型（可動型）１
１に保持させる。その場合、これらのフィン１はそれぞ
れの下端部を下型（固定型）１２の内部空間に突出させ
た状態に保持される。

【００１７】上型１１の底面部と下型１２の上面部と
は、共に平坦面を成しており、型閉じ状態での両者の間
隔は、前述したフィン１の下端部の突出長さより長くな
っている。このように上型１１と下型１２とによって得
るべきベース２の形状にほぼ倣った形伏のキャビティ１
３が形成されている。また、下型１２には、ベース２の
素材である銅（Ｃｕ）あるいはＣｕ合金の溶湯１４を図
２での下方から上方に向けて押圧する構成の加圧プラン
ジャ１５が備えられている。

【００１８】上記の状態から、図３に示すように、加圧
プランジャ１５を上型１１に向けて矢印方向に移動さ
せ、溶湯１４に対して圧力を加える。

【００１９】フィン１の下端部がＣｕあるいはＣｕ合金
の溶湯１４に接触すると、ＣｕあるいはＣｕ合金の融点
に対してＡｌあるいはＡｌ合金の融点が低いためにフィ
ン１の表面が溶かされる。そして、溶湯１４およびフィ
ン１の素材が共に凝固すると、ベース２とフィン１とが
一体に連結する。更に、通例に倣う冷却・洗浄工程等を
行う。その結果、べース２中に空孔欠陥の殆どなく、し
かもベース２に変形のないヒートシンク３を得ることが
できる。

【００２０】ついで、ヒートシンク３に熱処理を施す。
特にフィン１に強度向上のための熱処理を施す。その一
例として、上述のようにして一体化したフィン１とベー
ス２とからなるヒートシンク３を図示しない電気炉内に
おき、雰囲気を真空にして均一に加熱する。そして、加
熱されたヒートシンク３を油浴中に浸漬することにより
ヒートシンク３を急冷する。その際の急冷の速度は、ヒ
ートシンク３に用いられている素材に固有の臨界冷却速
度以上である必要がある。また、焼入れの後、必要があ
れば焼戻しを行う。

【００２１】上記のように構成されたヒートシンク３
を、図４および図５を参照して説明する。ベース２の図
４での上面部には、複数枚のフィン１が上方に延びた状
態に突設されており、これらのベース２とフィン１とに
よってヒートシンク３が構成されている。

【００２２】また、フィン１は、ベース２の鋳造の際に
加熱され、かつ徐冷されて強度が一旦低下したものの、
上述した熱処理によって組織が微細化され、その強度が
向上している。したがって外力による変形が生じにくく
なっている。すなわち堅牢でかつ熱交換面積の広いヒー
トシンク３を得ることができる。

【００２３】つぎに、この発明の他の具体例について説
明する。ここに示す例はダイカスト法や加圧鋳造法によ
って形成されたヒートシンクを加圧液中に浸漬し、フィ
ンを加圧する例である。なお、ここに示すヒートシンク
は上記第一実施例と同じくダイカスト法や加圧鋳造法に
よって形成することができ、したがって以下の説明では
鋳造後のヒートシンクを加圧液中に浸漬し、フィンを加
圧する工程について説明する。

【００２４】図６はヒートシンクを加圧液中に浸漬した
状態を示す図である。図６の上側には円柱状のラム２１
が設けられている。そして、図６の下側の一端部が閉じ
られた円筒状の容器２２が設けられている。なお、容器
２２の内径はラム２１の外径と等しく、ラム２１が容器
２２に液密状態を維持して嵌入できるように構成されて
いる。

【００２５】そして、容器２２に加圧液としてはたらく
作動油２３を注入し、続いて鋳造されたヒートシンク３
を作動油２３に浸漬させる。なお、ヒートシンク３は作
動油２３中に保持されるようになっている。次に、ラム
２１を容器２２に挿嵌し、ラム２１によって図６の下方
向に作動油２３を加圧する。その圧力は、一例として
５．０ｋｇｆ／ｃｍ²〜５０ｋｇｆ／ｃｍ²程度である。
そして、加圧の後、容器２２からヒートシンク３を取り
出し、ヒートシンク３に付着している作動油２３を洗浄
等によって除去し乾燥する。

【００２６】作動油２３を介してフィン１を加圧するこ
とによって、厚さの薄いフィン１の厚さ方向に均一に油
圧を加えることができ、加圧中にフィン１が変形するこ
とはない。また、フィン１が加圧されることによって加
工硬化し、強度が向上する。その結果、フィン１の変形
を防ぐことができ、構成が強固で熱交換面積の大きいヒ
ートシンク３を得ることができる。

【００２７】そして、この発明のさらに他の具体例につ
いて説明する。ここに示す例はダイカスト法や加圧鋳造
法によって形成されたヒートシンクを熱処理するのに替
えて、そのヒートシンクのフィン表面に微細粒子を付着
させることによってフィン表面の表面粗さを粗くする例
である。なお、ここに示すヒートシンクは上記第一実施
例と同じくダイカスト法や加圧鋳造法によって形成する
ことができ、したがって以下の説明では鋳造後のヒート
シンクのフィンの表面に微細粒子を付着させることにつ
いて説明する。

【００２８】まず、ヒートシンク３のフィン１の表面か
ら接着を阻害する物質を取り除く前処理をフィン１に施
す。前処理完了後、ヒートシンク３をクランパ３１によ
って支持した状態でフィン１を接着剤３２液中に浸漬さ
せる。図７はその状態を示している。ここで用いられる
接着剤としては耐熱性と熱伝導性とを併せもった接着剤
が用いられる。

【００２９】そして、図８に示すように、接着剤液中に
浸漬させた後のヒートシンク３をクランパ３１によって
支持した状態で、フィン１の表面に微細粒子３３が付着
するようにヒートシンク３を微細粒子３３が入っている
容器３４に挿入する。なお、ここで用いられる微細粒子
３３には、例として材質がＡｌやアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）
であり、粒径は１００μｍ〜５００μｍの微細粒子が用
いられている。さらに、フィン１の表面全域に微細粒子
３２が付着するように、容器３４を図８における左右方
向に振動させる。そして、完全に付着するように、ヒー
トシンク３に乾燥などの処理を施す。

【００３０】図９はフィン１の表面に微細粒子３３が付
着したヒートシンク３を示している。フィン１の表面に
微細粒子３３が付着していることによって、外気に接す
るフィンの表面積が増加することによりフィンの熱伝達
効率を増加させることができる。

【００３１】なお、上記各具体例では、平板状のフィン
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、フィンの形状は例えば波状に湾曲した薄板でも
よい。また、フィンの素材は、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
成された円柱形状のものなどを採用することができる。
さらに、フィンやベースの素材としてＣｕおよびＡｌ等
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ができる。

【００３２】また、この発明におけるフィンの熱処理
は、その組織の微細化による強度の向上のためにもので
あり、したがってその加熱冷却の方法は、上述した例以
外に、例えば、高周波焼入れや火炎焼入れなどの表面硬
化熱処理法を用いてもよい。

【００３３】さらに、この発明においてフィンを加圧す
るのは、その加工硬化による強度の向上のためであり、
したがってその加圧の手段として上述した油圧による加
圧以外に、水圧による方法や、プレス型を用いた方法な
どを採用することができる。

【００３４】そしてこの発明における微細粒子の付着
は、フィンの表面積の増大のためにおこなうのであり、
したがって上述した具体例以外に、ブラスト加工やエッ
チング加工あるいは切削加工のようにフィンの表面を凹
凸加工することによって、フィンの表面積を増大させる
方法を用いてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載し
た発明によれば、ベースの鋳造に伴って熱影響を受けた
薄肉のフィンを、熱処理によって組織を微細化して強度
を向上させることができるので、使用中のフィンの変形
を防止し、その結果、フィン同士の接触による実質的な
放熱面積の減少のない放熱特性に優れたヒートシンクを
得ることができる。

【００３６】また請求項２に記載した発明においても、
ベースの鋳造に伴って熱影響を受けた薄肉のフィンの強
度を加工硬化によって向上させることができるので、請
求項１の発明による場合と同様に、フィン同士の接触に
よる実質的な放熱面積の減少のない放熱特性に優れたヒ
ートシンクを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】単体のフィンを示す概略図である。

【図２】フィンをベースに組み付ける工程において加圧
前の状態を示す模式図である。

【図３】その工程において加圧中の状態を示す模式図で
ある。

【図４】ヒートシンクの完成体を示す概略図である。

【図５】そのヒートシンクの断面図である。

【図６】ヒートシンクを油圧により加圧する工程におい
て加圧中の状態を示す模式図である。

【図７】ヒートシンクに設けられたフィンを接着剤液中
に浸漬する状態を示す模式図である。

【図８】ヒートシンクに設けられたフィンを微細粒子中
に挿入する状態を示す模式図である。

【図９】フィンに微細粒子が付着したヒートシンクを示
す概略図である。

【図１０】従来のヒートシンクを示す概略図である。

【図１１】従来のヒートシンクの他の例を示す概略図で
ある。

【図１２】従来のヒートシンクの断面図である。

【図１３】加圧鋳造法によって製造されたヒートシンク
を示す断面図である。

【符号の説明】

１…フィン、２…ベース、３…ヒートシンク、１
４…溶湯、３２…微細粒子。

───────────────────────────────────────────────────── 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

【特許請求の範囲】

【請求項１】相互に平行に配列した複数の金属製フィ
ンの一端部を、キャビティの内部に突出させて保持する
とともに、そのキャビティにベースを形成する素材の溶
湯を注入して凝固させることにより、前記フィンを前記
ベースに対して起立状態に一体化し、ついで、前記フィ
ンに熱処理を施してその金属組織を微細化することを特
徴とするヒートシンクの製造方法。
【請求項２】相互に平行に配列した複数の金属製フィ
ンの一端部を、キャビティの内部に突出させて保持する
とともに、そのキャビティにベースを形成する素材の溶
湯を注入して凝固させることにより、前記フィンを前記
ベースに対して起立状態に一体化し、ついで、前記フィ
ンを厚さ方向に加圧して加工硬化させることを特徴とす
るヒートシンクの製造方法。