JPH0222490A - 多数の通路を有するシート部材を形成する方法及び該シート部材 - Google Patents

多数の通路を有するシート部材を形成する方法及び該シート部材

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JPH0222490A
JPH0222490A JP1038130A JP3813089A JPH0222490A JP H0222490 A JPH0222490 A JP H0222490A JP 1038130 A JP1038130 A JP 1038130A JP 3813089 A JP3813089 A JP 3813089A JP H0222490 A JPH0222490 A JP H0222490A
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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】 イ、技術分野 本発明は多数の細長い囲い込まれた通路を有するシート
部材及びそのようなシート部材を形成する方法に関する
口、背景技術 細長い囲い込まれた通路を有する製品を提供するため過
去において様々な方法が開発されている。
そのような通路は例えば流体を循環させるために有用で
ある。そのような製品は、個々別々の多数の管を相互・
に結合させるか或いは共通の支持構造物に結合させて組
立てられていた。さらに、多数の通路を形成すべく材料
の中実ブロックに孔を機械加工することもできる。しか
し、そのような構造は製作に高費用を要し、しかも非常
に小さい及び/又は密接した間隔で配置された細長い多
数の通路を有する構造にすることが困難である。
所望形状を有する製品を製作するためのマンドレルとし
て知られる原型の上に物質を電着することは従来から知
られている。凹所または溝を有するマンドレルの上に電
着すると囲い込まれた空洞が生ずることも認められてい
る。即ち、電着工程中における電位の傾きの局部的変動
によって、電着物質はコーナー、突起またはマンドレル
の形状が鋭く変化するその他の部分の付近でより急速に
生成する。もし、マンドレルの凹所の表面上に蓄積させ
続けると、凹所の各側面上の電着物質は凹所の中間点に
おいて出会って即ち“架橋”してしまい、電着物質の以
後の蓄積に対し凹所の内部を遮蔽する。かくして囲い込
まれた空洞が形成されるが、この空洞は本発明以前には
生産された製品の欠陥として一般に認識されていたもの
である。
ハ1発明の開示 本発明は多数の囲い込まれた細長い通路を有し、向い合
った主表面を備えているシート部材を提供する。多数の
細長い囲い込まれた電鋳通路は当該シート部材を貫いて
前記向い合った主表面間に延在している。これら通路は
予め決定された横断面形状を有する。
ここに開示される、前記シート部材を形成する方法は、
基底部分及びそれから突出する多数の細長い隆起部分を
有するマンドレルを設ける工程を有する。前記隆起部分
は導電面と、基底部分の上方に隔置された細長いエツジ
とを有する。また、隆起部分はそれらの間に多数のtI
A良い溝を画成する。導電物質が前記導電面上に゛電着
され、その場合、導電物質は溝の内面を画成する表面上
におけるよりも速い電着速度で隆起部分のエツジ上に電
着され、遂に導電物質は隆起部分の間を横切って架橋す
るに至りそれにより溝の中心部分を囲い込んで前記シー
ト部材を形成する。シート部材はベース層と、多数の細
長い突出部分であっておのおのがベース層から溝内に延
びそして細長い囲い込まれた通路を備えている前記突出
部分とを有する。
一実施例において、前記方法はマンドレルをシート部材
から分離する工程を更に有する。
さらに別の実施例であってシート部材の突出部分がベー
ス層の上方に隔置された細長いエツジを有しそして突出
部分がそれらの間に細長い溝を画成している実施例にお
いては、前記方法は突出部分の導電面上に導電物質を電
着する工程であって導電物質が溝の内面を画成する面上
におけるよりも速い電着速度で突出部分のエツジ上に電
着され、遂に導電物質が突出部分間を横切って架橋する
に至り、それにより、満の中心部分を囲い込んでシート
部材内に追加の細長い囲い込まれた通路を形成する工程
を更に有する。
かくして、迅速に且つ低費用を以て形成される多数の細
長い囲い込まれた通路が延在しておりそして特に極度に
小さい横断面積と予め決定された形状とを有する通路を
形成するようにされたシート部材が提供される。既に言
及されたように、電着法は電鋳された製品内に囲い込ま
れた空洞を結果的に生成することは既に知られていた。
しかし、そのような囲い込まれた空洞が予め決定された
形状を有する細長い囲い込まれた通路の形態で意図的に
形成され得ることは本発明以前においては予想されてい
なかった。
本発明は諸図面において周一参照番号が同一部分を表示
する添付図面を参照しつつさらに詳細に以下説明される
二、実施例 まず第1図及び第2図を参照すると、本発明によるシー
ト部材を製造する方法において使用するためのマンドレ
ル10が図示される。マンドレル10は基底部分12及
び多数の細長い隆起部分14を有する。隆起部分14は
基底部分12から隔置されたエツジ15を有し、そして
隣接する隆起部分14の8対はそれらの間に細長い溝1
6を画成する。隆起部分14は基底部分12に対し角度
αを成して傾斜されたテーバ面18を有する。各隆起部
分14の頂は基底部分12に対し概ね平行な面20を有
する。マンドレル10はニッケルまたは真鍮のごとき導
電材料から形成され、または代饅的に、導電性コーティ
ングまたは層を外面に有する非導電材料から形成される
。例えば、シリコーンゴムのごとき可塑性または可撓性
材料が、本発明においてマンドレルとして使用するため
に、少なくとも隆起部分14に導電材料を備えるように
することもできる。本発明の図示実施例においては、各
隆起部分はそれらの寸法と形状とにおいて実質的に同一
でありそしてさらにマンドレル10の基底部分12上に
おいて互いに平行且つ一様に配置される。しかし、第1
図に示されるように、1対の隆起部分22.24はその
他の隆起部分14に対して横断方向に指向され、後でよ
り詳細に説明されるように、点26において隆起部分1
4と交差する。
本発明によるシート部材は電@払によりマンドレルを使
用して形成される。本発明のために、用語“電着″は“
電解めっき”及び゛無電解めつき″(これらは還元に使
用される電子の給源に関して主に異なる)の双方を含む
。好適電解めっき実施例においては、電子は直流電源の
ごとき外部給源から供給され、一方、無電解めっき法に
おいては、電子はめつき溶液中の化学的還元剤によって
内部的に供給される。
好ましくは、マンドレル10の隆起部分14の少なくと
も表面は、該表面を室温で重クロム酸カリウムの2%蒸
留水溶液と接触させることによって不動態化される。次
いで、マンドレル10は蒸留水で洗浄される。前記マン
ドレルの隆起部分14の表面の不動態化は、電鋳された
製品のマンドレル10からの取外しを容易にする薄い酸
化物コーティングを提供する点で望ましい。前に述べた
ようにマンドレルに8J電性コーテイングが備えられて
おり、後で述べるように導l11iWがマンドレルから
電鋳製品へ移されそれによりマンドレルからの完成製品
の取外しが容易にされる場合には、マンドレルの隆起部
分の表面を不動態化することは不必要である。さらに、
ここに説明されるように、製造されたシート部材をマン
ドレルに永久的に固着することが望まれる場合にも不動
態化は不必要である。
次いで、マンドレル10はその表面に対する物質の[1
のために望まれる時間にわたってめつぎ浴中に浸漬され
る。任意の適切な電着物質、例えばニッケル、銅または
それらの合金、が使用され得る。
本発明の一実施例において、前記めっき浴はスルファミ
ン酸ニッケル[Ni  11.98  g/l (16
02/ga! ) ] 、臭化ニッケル[0,37g/
l (0,50Z/clal ) ]及びli1酸[3
,Og、’!(4,002/gat ) ]の蒸留水溶
液であって1.375−1.40の比重を有する溶液か
ら成る。陽極はS−ニッケルのベレットの形態で設けら
れる。これらペレットは前記めっき浴中に浸漬されそし
てボリア[1ピレン織物陽極バスケツトバツグ内に収容
されたチタンバスケット内に担持される。
好ましくはマンドレル10は、その均一のめつきを保ゴ
するため、前記めつき浴内で周期的に逆転される回転方
向に55−1Orpを以てマンドレルの回転軸線に対し
て垂直の軸線の回りに回転される。前記めっき浴の温度
は1200に、そしてそのI)Hは3.8−4.0に維
持される。通常、作動中に前記めっき浴のpHは上昇す
る。従って、pHはスルファミン酸の追加によって周期
的に調節される。蒸発損失は所望比重を維持するように
蒸留水の追加によって補償される。前記めっき浴は例え
ば5ミクロン濾過器によって連続的に濾過される。ポン
プの濾過された吐出流体は新鮮なニッケルイオンを提供
すべくマンドレルに向けられるのが好ましい。
マンドレル上におけるニッケルの電着は供給される直流
電流の関数であり、0.0254履/時(0,001i
n/時)のニッケルが215.3A/m  [2OA/
ft”  (=ASF)]の平均電流密度で平坦面上に
電着される。しかし、既述のごとく、電着物質3oは、
第3図−第5図に連続的に図示されるように隆起部分1
4のエツジ15のごときマンドレルの形状が鋭く変化す
る部分の付近で、より速い電着速度で蓄積する傾向を有
する。より大きい電位の傾き従ってその結果生じるより
大きい電界がエツジ15に存在し、それにより、溝16
の内側部分の平坦面におけるよりも、例えば32におい
てより速い電着速度で物質の電着が生じる。最終的に、
マンドレル10の隆起部分14の両エツジ15にI!さ
れた物質は、隣接する隆起部分間を“架橋”して溝16
の中心部分を電着物質内に包囲する。かくして、電着物
質によって包囲された空洞は゛電界から遮蔽され、従っ
てそれ以上の電着はもはや生じない。電着物質の接続部
34は“ニット″ラインと呼ばれる。かようにして形成
されたボデーは一体でありそして構造的に単一である。
電着物質によって包囲された空洞は、マンドレル10上
に形成されたシート部材を貫いて延びる細長い囲い込ま
れた通路36を画成する。通路36の各々はマンドレル
の形状、製品を構成するのに使用される材料及びなかん
ずく電着速度によって決定される寸法、形状及び横断面
積を有する。電着中の電流密度が高くなればなるほど、
それに応じて溝はより迅速に包囲され、そして通路の平
均横断面積はより大きくなる。言うまでもなく、平均電
流密度は完全に中実のシート部材が生産されないように
十分でなくてはならない。無電解めっきの実施例におい
ても、同様に比較的速い電着速度が形状の鋭く変化した
部分の付近で認められた。これは増大された表面積或い
は減損を誘因とするめつき溶液の非均−の影響により生
じると思われる。
図示実施例において、マンドレル10の隆起部分14は
対向するテーバ面18を有しそして形成された通路36
は概ね矩形の横断面形状を有する。
比較的小さい割れ目35が接続部34即ちニットライン
の形成の痕として通路36の少し上方に延在する。
次に再び第1図を参照すると、マンドレル10は点26
において隆起部分14と交差する2個の隆起部分22.
24を有する。このような形状は26において交差する
通路36を有するシート部材を形成することが理解され
るであろう。
マンドレル10上における物質の゛4着は、通路36の
形成後、通路の上に所望の厚さを有するベース層40が
得られるまで続行される。物質の十分な電着と通路36
の囲い込みの後、マンドレル10はめつき浴から取り出
される。本発明の一実施例において、前記シート部材3
8は第6図に示されるようにマンドレルから分離される
。あるいはまた、シート部材は通路の形成後もマンドレ
ルに付着したままにされ得る。また、シート部材38の
ベース層40は第5図に示されるように平面3つを形成
すべく研削されるか、さもなければ修正されることが望
まれることもある。シート部材38はテーバ而44と頂
部46を有してベース層40から延びる多数の突出部分
42を有している。
各突出部分42はマンドレル10の溝16の複製(re
plica )でありそして通路36の一つを有する。
さらに、シート部材38の突出部分42は\ ベース層40から隔置されたエツジ43を有しそして突
出部分42の相隣接する8対はそれらの間に多数の満4
8を画成する。
もし希望されるならば、前記シート部材38の突出部分
42は、参考までにここに組み入れられる“互いに噛合
するファスナー”を発明の名称として1986年9月に
出願された同時系属米国特許出願第904358号に説
明されるごとく機能するように構成され得る。この実施
例においては、突出部分42はおのおのそれが少なくと
も1個の対応する突出部分に対して接触せしめられると
き該対応突出部分と噛合するとともに少なくとも部分的
に相互接触側面の摩擦特性の故にそれに対して固着する
ようにテーバを形成するのに十分な角度でベース層40
に対して傾斜された少なくとも一つの側面を有する。さ
らに、シート部材38の突出部分42は、後で説明され
るように、通路を通って循環する流体からの熱を放散ま
たは運搬するのに利用され得る。
しかし、多くの用途において、前記シート部材38に更
なる通路を形成することが望ましい。そのような場合、
シート部材は第7図−第9図に示されるように、第1シ
ート部分38aに一体的に結合゛される相補形の第2シ
ート部分38bを生成させるためのマンドレルを構成す
る第1シート部分38aとして使用される。本発明の方
法は、従って、これを達成するための更なる工程を有し
得る。第1シート部分38aの外面は例えばスルファミ
ン酸溶液を用いて洗浄することによって活性化されるの
が好ましい。前記第1シート部分38aの外面の活性化
は、酸化物またはその他の汚染物を第1シート部分38
aの外面から除去することによって該外面に対する追加
物質の結合を容易にするために望ましい。次いで、第1
シート部分38aは既に説明されたようにめっき浴中に
浸漬される。次いで第1シート部分38aと実質的に同
一の第2シート部分38bが、そのベース層の突出部分
に多数の細長い囲い込まれた通路が形成され従って第1
及び第2シート部分の突出部分が交互嵌合されて境界5
2において結合された状態で形成される。第2シート部
分38bの材料は第1シート部分38a上に直接電着さ
れるから、第1及び第2シート部分は多数の綱長い囲い
込まれた通路を有する一体シート部材を形成する。しか
し、もし希望されるならば、第2シート部分38bはシ
ート部材を機械的に強化するように通路を有さない中実
部材として形成されてもよい。
物質の電着速度は前記通路の寸法及び形状を変更するよ
うに制御され得る。例えば、第7図には430.6A/
m  [40A/rt2(−ASF)]の平均電流密度
が適用されて形成されたシート部材が示される。このよ
うにして形成される囲い込まれた通路の平均横断面積は
、1.2X10’ctx  (1,8x10−5.n2
 、と測定された。第8図は861.1A/m2 (8
0ASF)(7)平均電流密度が適用されて形成された
シート部材を示し、その平均測定通路横断面積は2.5
X10  α(4,Ox 10’1n2) t’あツタ
。第9図は1722.3A/TL2 (160ASF)
の平均0−’cps2(5,2X 10−5in2) 
テアツタ。
第10図は本発明の代替実施例を示しており、この実施
例においてはマンドレル10′は負の角度βで傾斜した
テーパ面18′とエツジ15′とを有する隆起部分14
′を含んでいる。くり抜かれた隆起部分14′はマンド
レルが容易に取外されるようにシリコーンゴムのことぐ
可撓材料、または取外しに際してシート部材を破損せず
に破壊され得る材料から構成されることを必要とする。
第10図に示されるマンドレル10′は概ね三角形の形
状を有する通路36′を形成する。第5図の場合と同様
に、シート部材の露出面39′は研削されるか、さもな
ければ便利と考えられる態様に修正され得る。
言うまでもなく、物質の電着速度と、シート部材を形成
するのに使用されるマンドレルの隆起部分の形状とによ
って決定される任意の所望横断面形状を有する通路が形
成されたシート部材を製造することは本発明の範囲内に
含まれる。例えば、マンドレルの隆起部分の側面は基底
部分に対して垂直にされ得る。シート部材が任意の所望
寸法の横断面積を備えた細長い囲い込まれた電鋳通路を
有することも本発明の特徴及び利点の一つである。
任意の所望厚さのシート部材を製造することもできる。
さらに、支持構造物(図示せず)の形状にw4密に合致
し得るように自在に撓むシート部材を形成することもで
きる。
本発明のシート部材は多数の通路を通っての流体の循環
に使用される場合は特に有利である。本発明に関連して
、用語“循環″は流体の運搬、混合または調節を含んで
いる。例えば、流体循環はシート部材に隣接するかまた
は接触する物体または区域への、または、それからの熱
伝達目的に使用され得る。
下掲表1は熱伝達目的に使用される流体の循環に使用さ
れる本発明に従って形成されたシート部材に対して実施
された一連の試験の結果を示している。シート部材は2
.541:1IX2.54CI+ (1nx 1in)
の大きざと、0.084cm(0,033in)の厚さ
を有した。前記シート部材は162個の通路を有し、各
通路は3.4×10”>2(5、2X 10−5in2
 )と4.5×10  cm  (6,9X10−5i
n2)との間の横断面積を有した。
1.0tys (0,4” )Xl、5C11(0,6
” )(7) Ffm積と0.05n (0,020”
 )(1)厚さとを有するシリコンウェーハーが、厚さ
0.012α(0,005″)のインジウム半田層によ
ってシート部材の一面に半田付けされた。前記シリコン
ウェーハーはその一横縁に沿って中心法めされた。
試験において、電力は下記表1の右縦欄に示されるよう
にシリコンウェーハーに供給された。70リナート43
 (Fluorinert  43 :米国ミネソタ州
セントボール市ミネソタマイニング&マニュファクチュ
アリング社発売の弗素系化学薬品)がシリコンウェーハ
ーから熱を伝導排除するためにシート部材の通路を通し
て循環された。供給電力の漸増に伴う熱伝達効率が“△
チップ対流体/℃パなるul層Iに表示されている。
表1 渡場 圧力低下 Δ丁チップ α幅 1.4 1.5 1.6 1.8 1.8 2.0 2.1 2.2 α長さ 2.8 2.8 2.8 2.8 2.8 2.8 2.8 2.8 W/cm’ 図示されていないが、本発明のシート部材38は非平行
または非直線である多数の通路を有り゛るものとして形
成され得る。これら通路の深さ、傾斜角度及び相互間隔
は所望に従って様々に決定され得、そして横断面積は通
路の長さ全体にわたって異なり得る。例えば、通路を通
っての流体の循環が熱伝達目的のためであるならば、熱
伝達用流体をより効率的に運搬するために通路をシート
部材内において一点または複数点に集中配置することも
できる。もし所望されるならば、互いに異なる物質及び
互いに異なる電着速度を用いて第1及び第2シー1一部
分を形成することもできる。
本発明は、以上にその複数の実施例を参照して説明され
た。説明された実施例において、本発明の範囲から逸脱
せずに多くの変更がなされ得ることは当業者には明らか
であろう。従って、本発明の範囲はここに説明された構
造物に限定さるべきではなく、特許請求の範囲の文言に
よって説明される構造物及びこれら構造物の同等物とに
よってのみ制限さるべきである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるシート部材の形成において使用す
るための多数の細長い隆起部分を有するマンドレルの斜
視図、第2図は第1図の平面2−2に沿うマンドレルの
部分の横断面図、第3図は導電物質が表面に部分的に電
着された第2図のマンドレルの横断面図、第4図は更に
導電物質がマンドレル上に追加電着された第3図のマン
ドレルの横断面図、第5図はマンドレルの満を囲い込む
ように更に導電物質がマンドレル上に追加電着された第
4図のマンドレルの横断面図、第6図は流体を循環させ
るための本発明によるシート部材の横断面の顕微鏡写真
、第7図は430.6A/m  (40A/ft2)の
電流密度で電鋳され、そしてその通路が互いに0.27
0am (0,0107″)離されそして0.320s+(0,
0129’Mの深さを有するシート部材の横断面の顕微
鏡写真、第8図は861.1A/m  (80A/rt
2)の電流密度で電鋳された流体を循環させるための第
7図のそれと同様のシート部材の横断面の顕微鏡写真、
第9図は1722.3△/TrL2 (160A/ft
2)の電流密度で電鋳された流体を循環させるための第
7図のそれと同様のシート部材の横断面の顕微鏡写真、
第10図はマンドレルの基底部分に対して負の角度で傾
斜された側面を備えた隆起部分をhする第1図のマンド
レルの代仔実施例の横断面図である。 10・・マンドレル、12・・基底部分、14・・隆起
部分、15・・エツジ、16・・溝、36・・通路、3
8・・シート部材、39・・平坦面、40・・ベース層
、42・・突出部分、43・・エツジ、48・・溝、5
2・・境界、38a・・第1シート部分、38b・・第
2シート部分。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)多数の通路(36)を有するシート部材(38)
    を形成する方法において、
  2. (2)基底部分(12)と、該基底部分から突出する多
    数の細長い隆起部分(14)であつて前記基底部分(1
    2)の上方に隔置された細長いエッジ(15)を有し該
    隆起部分間に細長い溝(16)を画成すると共に導電面
    を有する前記隆起部分(14)とを備えているマンドレ
    ル(10)を設ける工程、及び (b)前記導電面上に導電物質を電着する工程であつて
    、導電物質が前記溝(16)の内面を画成する表面上に
    おけるよりも速い電着速度で前記隆起部分(14)のエ
    ッジ(15)上に電着され、遂に導電物質が前記隆起部
    分(14)の間を横切つて架橋するに至りそれにより前
    記溝(16)の中心部分を囲い込んで、ベース層(40
    )と、多数の細長い突出部分(42)にしておのおのが
    前記ベース層(40)から前記各溝(16)内に延びそ
    しておのおのが細長い囲い込まれた通路(36)を備え
    ている前記突出部分(42)とを有するシート部材(3
    8)を形成する電着工程、を有することを特徴とする多
    数の通路(36)を有するシート部材(38)を形成す
    る方法。 (2)特許請求の範囲第1項記載の方法において、(c
    )前記マンドレル(10)を前記シート部材(38)か
    ら分離する工程を更に有することを特徴とする方法。
  3. (3)特許請求の範囲第2項記載の方法にして、前記シ
    ート部材(38)の前記突出部分(42)が前記ベース
    層(40)の上方に隔置された細長いエッジ(43)を
    有し、そして前記突出部分(42)がそれらの間に細長
    い溝(48)を画成している方法において、(d)前記
    突出部分(42)の導電面上に導電物質を電着する工程
    であつて、導電物質が前記溝(48)の内面を画成する
    面上におけるよりも速い電着速度で前記突出部分(42
    )の前記エッジ(43)上に電着され、遂に導電物質が
    前記突出部分(42)間を横切つて架橋するに至り、そ
    れにより、前記溝(48)の中心部分を囲い込んで前記
    シート部材(38)内に追加の細長い囲い込まれた通路
    を形成する電着工程を更に有することを特徴とする方法
  4. (4)特許請求の範囲第1項記載の方法において、前記
    工程(b)に先立つて前記マンドレル(10)の前記細
    長い隆起部分(14)の表面を不動態化する工程を更に
    有することを特徴とする方法。
  5. (5)特許請求の範囲第3項記載の方法において、前記
    工程(d)に先立つて前記第1のシート部分(38a)
    の第1の主表面を不動態化する工程を更に有することを
    特徴とする方法。
  6. (6)特許請求の範囲第1項の方法に従つて形成された
    製品。
  7. (7)特許請求の範囲第3項の方法に従つて形成された
    製品。
  8. (8)流体を循環させるための製品において、(2)向
    い合つた主表面を有するシート部材(38)と、(b)
    多数の細長い囲い込まれた電鋳通路(36)であつて、
    該通路のおのおのを通る流体の循環のために前記向い合
    つた主表面間で前記シート部材(38)を通つて延びそ
    して予め決定された横断面形状を備えている前記通路(
    36)とを有することを特徴とする流体を循環させるた
    めの製品。
  9. (9)特許請求の範囲第8項記載の製品において、前記
    通路(36)の各隣接する対が、前記シート部材(38
    )を通つて延びる波形の境界(52)において結合され
    ていることを特徴とする製品。
  10. (10)特許請求の範囲第8項記載の製品において、前
    記シート部材(38)の前記主表面の一つが、おのおの
    前記通路の一つを含んでいる複数の突出部分(42)を
    有することを特徴とする製品。
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