JPH10263779A - 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
ンクを確実に製造できる方法を提供する。 【解決手段】 金属からなるフィン８を、その厚さ方向
あるいは太さ方向に押し潰して板厚あるいは太さを小さ
くさせるとともに、そのフィン８の厚さ方向あるいは太
さ方向に突出し、かつ面方向に実質的に連続する突起部
１０を形成する。ついで、突起部１０の一端部をキャビ
ティ５０に向けた状態で、そのキャビティ５０の内部に
フィン８の一端部を突出させて保持する。この状態から
キャビティ５０内にベース７を形成する素材の溶湯１３
を注入して、フィン８をベース７に対して起立状態に組
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９および図１０に図示する。
図９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１０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１１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
２０ｍｍ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、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、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１２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がその基端部から
折れ曲がるように変形するおそれが多分にあった。これ
は、フィン本体６の基端部側に作用する荷重がフィン本
体６の高さに比例して大きくなることや、ベース５を鋳
造する際の溶湯の熱によってフィン６自体が軟化してい
ることなどが原因であると思われる。

【０００９】すなわち、従来では、フィン本体が薄くか
つ高くて、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
を確実に製造することのできる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、金属
からなるフィンを、その厚さ方向あるいは太さ方向に押
し潰して板厚あるいは太さを小さくするとともに、その
フィンの厚さ方向あるいは太さ方向に突出し、かつ面方
向に実質的に連続する突起部を形成し、ついで、前記突
起部の一端部をキャビティに向けた状態で、そのキャビ
ティの内部に前記フィンの一端部を突出させて保持し、
この状態からキャビティにベースを形成する素材の溶湯
を注入し、フィンをベースに対して起立状態に組み付け
ることを特徴とするものである。

【００１２】したがって、請求項１の発明によれば、ま
ず、フィンを押し潰して薄くするかあるいは細くするこ
とによって、フィンの内部に存在する偏析や空隙などが
消滅あるいは減少して、フィン自体の強度が向上する。
また、フィンのうち突起部の設けられている部分は、他
の部分に対して厚さが大きいために、局部的に強度が高
くなっている。更に、突起部はベースに対して起立した
方向、すなわちフィンの高さ方向に向いた状態となって
いるから、フィンの折れ曲がる方向への変形に対してい
わゆる補強リブとして作用する。したがって、強固な構
成のヒートシンクとなる。

【００１３】

【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、この発明に係る製造方
法のうちフィンの材料の板厚を薄くする工程を説明する
ための概念図である。まず、フィンの材料としてＡｌあ
るいはＡｌ合金からなる平板状の圧延材３０を用意す
る。なお、この具体例では、ブランキング加工を採用す
るため、圧延材３０は形成するフィンの寸法に対して、
さん幅の分だけ大きいものとされる。

【００１４】まず、圧延材３０を外形抜き型３１に取り
付けて、矩形あるいは正方形に打ち抜く。この外形抜き
型３１としては、上型３２にパンチ３３と可動ストリッ
パ３４とを備え、下型３５にダイ３６とクッションの付
いた可動パッド３７（ノックアウト３７）を備えた構成
となっている。したがって、圧延材３０は、打ち抜かれ
る直前に内外形を同時に強い力で押さえ込まれた状態で
打ち抜かれる。

【００１５】その場合、その打ち抜かれて取り出された
側の圧延材３０は、パンチ３３とノックアウト３７とに
よって厚さ方向に圧縮され、元の厚さに対して０．２〜
１０％程度薄くなる。このように、厚さ方向に圧縮する
ことにより、内部に存在する偏析や空隙などが消滅ある
いは減少するから、圧延材３０の強度が向上する。

【００１６】つぎに、薄肉化させた圧延材３０に対して
突起部を形成する。この加工は、図２に示すように、直
線状のＶ溝からなる凹部３８を上面に備えたダイ３９
と、先端部が凹部３８に対応した形状のパンチ４０とに
よって構成されたＶ曲げ型４１によって行うことができ
る。すなわち、直線状に延びる凹部３８と圧延材３０の
縁部のラインとが直交あるいは平行となる状態に、その
圧延材３０をダイ３９の上面に布設させて保持し、この
状態からパンチ４０を下降させれば、図３に示すよう
に、断面Ｖ字状に突出する突起部１０が圧延材３０の片
面の上縁部から下縁部に亘って形成される。

【００１７】そして、この突起部１０を、各圧延材３０
ごとに３条づつ形成する。その場合、これらの突起部１
０は、互いに平行にかつ等間隔をあけた状態とする。こ
のようにして、フィン８が完成する。

【００１８】つぎに、フィン８をベースと一体に組み付
ける。この手段としては、例えば加圧鋳造製法を基に行
うことができる。より具体的には、図４に示すように、
複数枚のフィン８の各上端部を上型１１（可動型１１）
に保持させる。その場合、これらのフィン８は、突起部
１０の形成された面を同じ向きに揃えた状態に互いに平
行に並べられるとともに、それぞれの下端部を下型１２
（固定型１２）の内部空間に１〜２ｍｍ程度突出させた
状態に保持される。また、これらのフィン８は、突起部
１０を同図での上下方向の向けた状態に保持されてい
る。なお、各フィン８同士のピッチ（ｐ）は、２ｍｍに
設定されている。

【００１９】上型１１の底面部と下型１２の底面部は、
共に平坦面を成しており、上下に対向するこれらの距離
は３ｍｍ程度となっている。したがって、前述の各フィ
ン８の突出寸法が、上述のベース７に対するフィン８の
挿入深さとなる。このように上型１１と下型１２とによ
ってベース７にほぼ倣った形状のキャビティ５０が形成
されている。また、下型１２には、ベース７の素材であ
るＣｕあるいはＣｕ合金の溶湯１３を図４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１４が備え
られている。

【００２０】上記の状態から、図５に示すように、加圧
プランジャ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８の下端部の１〜２ｍｍ程度が溶湯１３中に挿入され
る。

【００２１】フィン８の下端部がＣｕあるいはＣｕ合金
の溶湯１３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８の表面が溶かされる。そして、溶湯１３およびフィ
ン８の材料が共に凝固すると、ベース７とフィン８とが
一体に連結する。更に、通例に倣う冷却・洗浄工程等を
行えば、作業が完了する。その結果、ベース７中に空孔
欠陥の殆どなく、しかもベース７に変形のないヒートシ
ンク９を得ることができる。

【００２２】このヒートシンクを、図６および図７を参
照に説明する。ベース７の図６での上面部には、複数枚
のフィン８が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３ｍ
ｍ程度のほぼ正方形あるいは長方形の平板体である。

【００２３】これに対して、フィン８は、高さ（ｈ）が
２０ｍｍの矩形の板状体を成している。これらのフィン
８の図６での手前側の表面には、Ｖ溝状の突起部１０が
上縁部から下縁部に亘って形成されている。また、突起
部１０は、フィン８のうち同図での斜め左右方向、すな
わち長さ方向での等間隔をあけた３箇所に設けられてい
る。

【００２４】他方、各フィン８のうち突起部１０以外の
部分は、平坦面を成した平坦部２０として形成されてお
り、この具体例では、各フィン８に４箇所づつ設けられ
ている。なお、一例として、これらの平坦部２０の厚さ
（ｔ）は、１．５ｍｍとなっている。したがって、図７
に示すように、フィン８の高さ（ｈ）と平坦部２０にお
ける厚さ（ｔ）との比率（Ｃ）は、Ｃ＝ｈ／ｔ≦２０／
０．５＝４０として表される。

【００２５】ここで、ベース７の材料とフィン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、Ａｌ−カーボンファイバ等が挙げられる。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。また、フィ
ン８の表面にＺｎあるいはＳｎ等のメッキを施してもよ
く、このようによれば、ベース７を形成する溶湯との相
性が良好になる。

【００２６】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、突起部１０によってフィン８の高
さ方向における強度がサポートされるから、フィン８の
折れ曲がるような変形を確実に防止することができる。
なお、圧延材３０からなるフィン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８を薄くかつ高く構成でき、しかもピッチ（ｐ）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。

【００２７】また、上記ヒートシンク９では、突起部１
０が隣接するフィン８側に過度に接近した構成ではない
から、例えば冷却ファンによってフィン８同士の間に空
気を流動させた場合に、その空気流がスムースに流動
し、そのため、放熱性に優れたヒートシンク９とするこ
とができる。

【００２８】つぎに、図８を参照して、この発明に係る
ヒートシンクの他の具体例について説明する。ここに示
す例は、突起部１０をＶ溝状のものに替えて十字状のも
のとした例である。なお、ここに示すヒートシンクにお
いても上記第一具体例とほぼ同じ手順で製造できるた
め、構成の相違点について説明する。

【００２９】フィン８のうち図８での手前側の表面に
は、十字状の突起部１０がその高さ方向に亘って複数個
の形成されている。これらの突起部１０同士の間には、
同図での上下方向において微小な隙間（平坦箇所）が存
在しているものの、実質的には一体に連続した構成とな
っている。また、突起部１０の列は、同図での横方向に
おいて７列設けられている。なお、これらの突起部１０
の形成方法としては、例えばエンボス加工が挙げられ
る。

【００３０】したがって、上記構成のヒートシンクにお
いても、多数個の突起部１０によってフィン８の強度が
その高さ方向に亘って強度をサポートされるから、上記
具体例と同様にフィン８の折れ曲がるような変形を未然
に防止することができる。

【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、フィンの形状としては例えば波状に湾曲した薄
板でもよい。なお、フィンの材料は、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。

【００３２】更に、突起部は、例示したものに限定され
ず、例えば矩形状断面でもよく、しかもフィンの両面に
備えることもできる。また、上記具体例で例示した以外
に、材料を密閉した型の内部で強圧して、その表面に型
に倣う形状の凹凸を形成するコイニング加工を採用する
こともできる。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１の発明によれば、フィンを押し潰して板厚あるいは太
さを小さくするとともに、厚さ方向あるいは太さ方向に
突出し、かつ面方向に実質的に連続した突起部を形成
し、ついで、突起部の一端部をキャビティに向けた状態
で、そのキャビティの内部にフィンの一端部を突出させ
て保持した状態で、キャビティにベースを形成する素材
の溶湯を注入し、フィンをベースに対して起立状態に組
み付けるから、フィンが折れ曲がらないヒートシンクを
得ることができ、すなわち、熱交換面積が大きく、強固
な構成の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】外形抜き型および圧延材を示す断面図である。

【図２】突起部を形成する工程を示す断面図である。

【図３】単体のフィンを示す斜視図である。

【図４】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５】その工程において加圧中の状態を示す模式図で
ある。

【図６】ヒートシンクの完成体を示す概略図である。

【図７】そのヒートシンクにおけるフィンの厚さと高さ
の関係を示す断面図である。

【図８】ヒートシンクの他の具体例を示す概略図であ
る。

【図９】従来の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の他の例を示す概略図で
ある。

【図１１】従来のヒートシンクにおけるフィンの厚さと
高さの関係を示す模式図である。

【図１２】加圧鋳造方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】

７…ベース、 ８…フィン、 ９…ヒートシンク、 １
０…突出部、 ２０…平坦部、 ３０…圧延材、 ３１
…外形抜き型、 ５０…キャビティ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属からなるフィンを、その厚さ方向あ
   るいは太さ方向に押し潰して板厚あるいは太さを小さく
   するとともに、そのフィンの厚さ方向あるいは太さ方向
   に突出し、かつ面方向に実質的に連続する突起部を形成
   し、ついで、前記突起部の一端部をキャビティに向けた
   状態で、そのキャビティの内部に前記フィンの一端部を
   突出させて保持し、この状態からキャビティにベースを
   形成する素材の溶湯を注入し、フィンをベースに対して
   起立状態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。