JPS63140783A - 多孔型放熱体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は放熱体を製造する方法に関する。より詳細には
、本発明は、熱交換器あるいは電子素子の冷却等に用い
ることのできる多孔型放熱体の製造方法に関する。

従来の技術 一般に、放熱体は各種形状のフィン（突起）あるいは溝
を具備して比表面積を高め、より広い伝熱面積で発熱体
と冷却媒体とを熱的に接続するように構成されている。

このため、例えば熱交換器、ヒートポンプ、ヒートパイ
プ等の各種のフィンチューブでは、伝熱壁の表面に切削
加工やプレス加工を施してフィンや溝を形成したり、あ
るいはフィンを溶接やろう付によって取りつけたりする
。

また、電子回路等の放熱器（ヒートシンク）では、押し
出し成形、ダイカスト鋳造やプレス加工等によって製造
されるアルミニウム製放熱材が広く利用されている。

発明が解決しようとする問題点 このような構成の放熱体は、製造工程の自動化等の点で
は有利なので、比較的低コストのものが作製できるが、
伝熱面積は平面投影面積のせいぜい１０倍程度で放熱容
量が小さく、また、一般に重量も大きい。これは、装置
の小型化・軽量化を目指す現在の各種電子機器の趨勢に
そぐわないものである。

そこで、複数の材料から一体的に構成される複合型伝熱
材、例えばハニカム材や三次元織物等の３次元的に展開
した複雑な表面形状を有する部材を放熱体として利用す
ることが考えられている。

しかしながら、このような放熱材は伝熱壁の表面積こそ
大きいものの、放熱体を構成する部材相互の接続、ある
いは放熱体と発熱体との接続において、相互の接触面積
が小さくなるので接続部分での伝熱抵抗が大きくなって
しまう。このため伝熱面積が大きい割には実質的な放熱
性には潰れていない。

また、金属等により形成される多孔質部材は、その表面
積が５００ｍ’／ｍ”〜７５００　ｍ’　／　ｍ’と極
めて広く、熱放散体として好ましいかの如くにも考えら
れるが、一般に機械的強度が安定していないので冷却す
べき部材に取り付ける際の取り付は方法に制約がある。

そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し
、従来熱交換器やヒートシンク等に利用されてきた各種
放熱体よりも放熱性に優れ、且つ取り扱いの容易な放熱
体の製造方法を提供することにある。

問題点を解決するための手段 即ち、本発明に従い、内部が流体に対して充分な流通性
を有する多孔型熱放敗部と、該多孔型熱放敗部と一体に
構成され、放熱すべき部材と相補的な面を有する中実な
基部とから構成されていることを特徴とする多孔型放熱
体の製造方法であって、熱伝導性に優れた多孔質部材と
中実な部材のうち、融点のより高い方の部材を該該部材
の融点未満かつ他方の部材の融点以上に加熱し、該部材
に他方の部材を押圧することによって両者を接合するこ
とを特徴とする多孔型放熱体の製造方法が提供される。

（１用 本発明に従う放熱体の製造方法は、その熱放散部を多孔
質部材によって形成していることをその主要な特徴のひ
とつとしている。

即ち、多孔質部材は、単純な形状の突起（フィン〉ある
いは溝を熱放散部とした従来の放熱体よりも遥かに大き
な比表面積を有している。従って、冷却効率も大きく向
上することが期待される。

但し、熱放散部は、これに触れる冷却媒体の流通を妨げ
るものであってはならない。何故ならば、空気、水等の
冷却媒体が熱放散部の内部に滞留した場合は却って熱の
放散が阻害されるからである。

熱放散部における流体の流通性は、冷却媒体の粘度、熱
放散部の孔の形状等によって様々に変化するが、本発明
者等は、後述する実施例から考察して、冷却媒体が気体
である場合は多孔質熱放散部が約５０％以上の空間率を
有していることが好ましいことを見出した。但し、これ
はひとつの指標であって、本発明を限定するものではな
い。

尚、熱放散部そのものが熱伝導率の優れた材料で形成さ
れていることが好ましいことはいうまでもなく、好まし
い多孔質材料としては、Ａ１、Ｃｕ。

Ｆｅ、　Ｎｉ、Ｔｉ、　ＺｎＳＳｎ、　＞、Ｉｇ、　Ａ
ｕＳＡｇ、　Ｐｔ等の金属またはそれらの合金の他、Ｍ
ｇＯ、ＡＩ。０３．５ｉｎ２、ＣａＯ１ＺｒＯ□、Ｓｉ
Ｃ５ＴｉＣ５ＡＩＮ　、　ＴｉＢ２あるいはＺｒＢ２等
のセラミック等を挙げることができる。

また、これらの材料を多孔質に形成するには、溶融金属
を泡立てる方法、粒状金属を発泡させる方法、加熱する
とガスを発生する物質と金属との混合物を高温に加熱す
る方法あるいは鋳型を用いる方法等を利用することがで
きる。

さて、本発明の放熱体は、中実の基部を備えていること
もその主要な特徴である。

即ち、前述のように、多孔質部材は一般に機械的強度が
不安定であり、冷却すべき部材に、例えばネジ化めする
ことは実際には不可能に近い。これは放熱体として空間
率が増す程甚だしくなる。

従って、本発明に従って中実の基部を一体に備えること
が実用的な放熱体として必須の条件である。

また、これも前述のように、多孔質部材の場合は、冷却
すべき部材との接触面積を大きくすることが困難なので
、この点からも、冷却すべき部材と相補的な面を備えた
中実の基部を備えることが望ましい。

但し、この基部と前述の熱放敗部との間の熱伝導を妨げ
ることは、放熱体としての機能を放棄することになる。

従って、両者は熱伝導を低下することなく一体に構成さ
れていなければならない。

そのためには、両者が光切より一体に構成される必要が
ある。そこで、本発明の好ましい態様に従って、互いに
融点の異なる多孔質部材と中実な部材とを用意し、両者
の融点の差を利用して融着することによって極めて容易
に熱抵抗の低い両者の接合が実現される。

実施例 以下、実施例により本発明を具体的に説明するが本発明
はこれに何ら限定されない。

実施例 市販の開孔セル構造のポリウレタンフォーム（寸法５０
　Ｘ５０　Ｘ３０ｍｍ、空間率９８％、平均セル数６ケ
／インチ）を模型とし、この模型を内径２００ｍｍ、深
さ２３０ｍｍの鉄製容器内に入れ、これに鋳造材として
鋳造川石こうおよび工業用重質炭酸カルシウムの混合物
に水を加えたものを流し込み、振動を加えて該模型の間
隙を充填した後、硬化させた。

その後電気炉中で温度１５０℃にて１２時間加熱してか
ら、さらに温度６５０℃にて６時間加熱して模型を消失
させ鋳型を得た。

次に、真空中でこの鋳型にアルミニウム合金（ＡＣ２＾
）を鋳込み冷却した後、鉄製容器から鋳造物を取り出し
、５Ｎの硝酸中に浸漬して鋳型材を除去し水洗した。こ
うして、略立方体の多孔質部材を得た。尚、この部材の
融点は約５８０℃である。

一方、基部を構成する中実な部材として、５０×５０Ｘ
１０ｍｍのアルミニウム板（材質Ａ１０７０）を用意し
た。この部材の融点は約６６０　℃である。

この基部部材を真空炉内で６００℃に加熱して保持し、
これに多孔質部材を押し付けたところ、多孔質部材は接
触部から溶融した。この状態を保持したまま加熱を停止
し、自然冷却によって室温まで冷却したところ、第１図
に示すような放熱体が完成した。

即ち、この放熱体は、基部としての中実金属部分１と熱
放敗部としての多孔性金属部分とから構成された多孔型
放熱体である。

動作試験 実施例に示した方法で、多孔性金属部分くサイズ１４５
　Ｘ７５　Ｘ４４ｍｍ、空間率９７％、平均セル数６ケ
／インチ）部分と中実金属部分くサイズ１４５Ｘ７５Ｘ
６ｍｍ）からなるアルミニウム製放熱器を製作した。こ
の放熱器にトランジスタを取り付け、温度６５℃の恒温
室内で放熱試験を行った所、強制空冷の場合３６０Ｗ、
強制空冷なしの場合９０Ｗの電力消費があってもトラン
ジスタの表面温度は１００℃以下であった。即ち、本放
熱器は自然空冷時には９０Ｗ、強制空冷時には３６０　
Ｗの放熱性能を有していたことになる。

また、比較のために、一般にトランジスタ冷却用に用い
られている押し出し成形による市販のアルミニウム製放
熱器（材質Ａ　１０７０、サイス１４５×７５Ｘ５０ｍ
ｍ、重量４８５　ｇ　）についても同様の試験を行った
。この放熱器はアルミニウム板に７５Ｘ４５Ｘ１．５ｍ
ｍのフィンが等間隔で２４枚設けられているものである
。

この放熱器を、前述にトランジスタを取り付けて、同様
にトランジスタの動作中の温度を測定して冷却性能を測
定した。この放熱器は、自然空冷時には４５Ｗ、強制空
冷時には１８０Ｗの放熱性能を示した。

このように、本発明に従う放熱器は従来のものよりも極
めて優れた放熱性能を有している。

発明の効果 以上詳述の如く、本発明の製造方法によって作製した放
熱体は極必で優れた放熱性能を有しており、また実用上
の取り扱いも容易である。

即ち、熱放散体として多孔質部材を用いているので、放
熱体の比表面積が極めて大きく、冷却媒体に対して効率
よく熱を放散する。一方、中実な基部を備えているので
、冷却すべき部材への取りつけも容易であり、また取り
付は後も機械的に安定している。また、この中実部が被
冷却部材と放熱体との間に介在しているので、被冷却部
材の熱は有効に発熱体に伝導される。

更に、多孔質部材は、その嵩に対して空間率が大きく、
極めて軽量に放熱体を構成できる。従って、本発明に従
う放熱体は、軽量化あるいは小型化の要求される電子製
品に好適に利用することができる。

本発明に従う製造方法は、極めて容易且つ確実に実施例
することができるので、上述のような高品質の多孔型放
熱体を高い生産性で提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う放熱体の構成を概略的に示す斜
視図である。 〔参照番号〕

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部が流体に対して充分な流通性を有する多孔型
   熱放散部と、該多孔型熱放散部と一体に構成され、放熱
   すべき部材と相補的な面を有する中実な基部とから構成
   されていることを特徴とする多孔型放熱体の製造方法で
   あって、 熱伝導性に優れた多孔質部材と中実な部材のうち、融点
   のより高い方の部材を該部材の融点未満かつ他方の部材
   の融点以上に加熱し、該部材に他方の部材を押圧するこ
   とによって両者を接合することを特徴とする多孔型放熱
   体の製造方法。
2. （２）上記多孔質部材が、５０％以上の空間率を有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の多孔型
   放熱体の製造方法。
3. （３）前記多孔型熱放散部および基部の少なくとも一方
   が、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｍｇ
   、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔあるいはそれらの合金から形成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項に記載の多孔型放熱体の製造方法。
4. （４）前記多孔型放熱体が、板状の中実基部と略方形の
   多孔質部材とから構成されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項乃至第３項の何れか１項に記載の多孔型放
   熱体。