JPS63137565A - 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 本発明は放熱体の製造方法に関する。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られ
る放熱体の新規な製造方法に関する。

従来の技術 一般に、放熱体は各種形状のフィン（突起）や溝を具備
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
性には優れていない。

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’〜７５００ｍ’／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新
規な伝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散部と、該多孔型熱放散部と一体に
構成され、冷却すべき部材と相捕的な面を有する中実な
基部とから構成されている多孔型放熱体を製造する方法
であって、前記多孔型熱放散部と同じ形状の多孔質樹脂
と前記基部と同じ形状の樹脂部材とを接合して前記多孔
型放熱体の模型を作製する工程と、鋳型材を該模型に含
浸すると同時に該鋳型材中に埋設する工程と、該鋳型材
中から前記、模型を除去する工程と、該模型を除去され
た該鋳型内の空洞に放熱体材料金属を充填する工程と、
該鋳型を除去する工程とを含む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。

作用 本発明に従う放熱体の製造方法は、その放熱体の熱放散
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、放熱体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
多孔質材料としは、Ａｌ、　Ｃｕ、　Ｆｅ。

Ｎｉ５２ｎ、　Ｓｎ、　Ｍｇ５Ｔｉ、Ａｕ、　Ａｇ、　
Ｐｔ等の殆どの金属を適用することができる。

また、本発明の放熱体製造方法は、中実の基部を一体に
形成す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、例えばネジ止めする
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。

また、この基部と前述の熱放散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。

そこで、本発明の好ましい態様に従えば、上述のような
特徴を備えた形状の模型を作製し、これを用いて鋳型を
作製し、更にこの鋳型を用いて放熱体材料金属を鋳込む
ことによって、金属性の多孔型放熱体を一体に形成する
ことができる。

このような本発明に従う方法は、多孔型熱放散部と中実
な基部とが当初より一体に形成されているので、両者の
間の熱伝導は極めて良好であり、また、両者の接着強度
等についても良好な機械的特性が得られる。

また、模型は、鋳型から加熱あるいは薬品による溶解等
によって取り除くことができ、一方、適切な模型を容易
に作製し得る材料が容易に得られる。即ち、好ましい材
料としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエス
テル樹脂、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ＰＶＡ、ポ
リスチレン、ポリプロピレン、ポリアクリルニトリル、
ポリアミド、ポリカーボネートあるいはポリウレタン等
を挙げることができる。

実施例　。

以下、実施例により本発明の詳細な説明するが本発明は
これらに何ら限定されない。

実施例１ 市販の開孔セル構造のポリウレタンフォーム（サイズ１
７０　Ｘ　７０　Ｘ　２０ｍｍ、空間率９８％、平均セ
ル数６ケ／インチ）の片面に市販のパラフィンワックス
板（サイズ１７０　Ｘ７０　Ｘ　６　ｍｍ、融点１２６
℃）をクロロプレン系接着剤により接着して模型を作成
した。

次いでこのような模型を内径２００＋ｎｍ、深さ２３０
ａｎ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
させて鋳型を得た。

次に、真空中でこの鋳型にアルミニウム合金（ＡＣ２Ａ
　）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、第１図に示したような中実金属部分ｌおよび
多孔性金属部分２を有するヒートシンクを作製した。

実施例２ 市販の開孔セル構造のポリウレタンフォーム（サイズ１
００Ｘ　１００Ｘ　２００ｍｍ＞の片面に市販のＰＭＭ
Ａ板（ポリメタクリル酸メチル板、サイズ１００×２０
０×６１１ＩＩ１１）をクロロプレン系接着剤を用いて
接着して模型を作成した以外は、実施例１と同様にして
鋳型を作成しアルミニウム合金を鋳込んでから冷却し、
模型と同形状の中実金属部分および多孔性金属部分を有
するヒートシンクを得た。

実施例３ ステンレス容器内（サイズ３００　Ｘ　２００　Ｘ　１
５　ｍｍ”）に溶融したポリエチレンを入れておき、こ
れに開孔セル構造を有するポリウレタンフォームの一部
を浸漬し、ポリエチレンを冷却して凝固させ、その後容
器内からポリエチレンの付着したポリウレタンフォーム
を取り出して模型を得た以外は、実施例１と同様にして
鋳型を作成しアルミニウム合金を鋳込んでから冷却し模
型と同形状の中実金属部分および多孔性金属部分を有す
るヒートシンクを得た。

実施例４ 外径３５ｍｍ、内径３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍのアクリ
ルパイプ内に外径３３ｍｍ、長さ１５０ｍｍの開孔セル
構造を有する円筒形のポリウレタンフォーム（平均セル
数８ケ／インチ）を装入して模型を作成した。

この模型を用いて実施例１と同様の方法で鋳型を作成し
た後に、真空中でアルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）ｌ）を
鋳型の前記模型と同形状の空隙内に鋳込んだ。

その後鋳造物と鉄製容器内から取り出し、５Ｎの硝酸中
に浸漬して鋳型材を除去し、水洗いした所、模型と同形
状のアルミニウム合金製の放熱管が得られた。ここで、
前記以外の発泡樹脂、プラスチック、金属（合金）も利
用可能な事は言うまでもない。また、真空鋳造ではなく
加圧鋳造による方法も当然可能である。なお、本例のよ
うな管内に多孔質金属を有する形状の物はフィルター、
デミスタ−等にも利用可能である。

動作試験 作製例１に示した方法で、多孔性金属部分（サイズ１４
５　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（サイズ１４５×７５
Ｘ６ｍｍ）からなるアルミニウム製放熱器（重量２００
ｇ）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３６０　Ｗ　、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９０Ｗ１
強制空冷時には３６０Ｗ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Ａ１０７０、サイズ１４５Ｘ７５Ｘ５０ｍｍ
、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７５Ｘ４５Ｘ１．５ｍｍ
のフィンが等間際で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１８０　Ｗの放熱性能を示した。

このように、本発明に従って作製された放熱器は従来の
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、本発明に従う放熱体の製造方法によれ
ば、極めて優れた放熱性能を有し、また実用上の取り扱
いも容易な放熱体を有利に製造することができる。

即ち、加工の容易な樹脂材料によって適切な形状の模型
を作製し、これに基づいて鋳型を形成し、更にこの鋳型
に金属材料を鋳込むことによって、複雑な形状の放熱体
を容易且つ高品質に作製することができる。

即ち、熱放散体は多孔質部材として形成されるので、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。

【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〕 １・・中実金属部分 ２・・多孔性金属部分

Claims (7)

【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、冷却
   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
   されている多孔型放熱体を製造する方法であって、 前記多孔型熱放散部と同じ形状の多孔質樹脂と前記基部
   と同じ形状の樹脂部材とを接合して前記多孔型放熱体の
   模型を作製する工程と、 鋳型材を該模型に含浸すると同時に該鋳型材中に埋設す
   る工程と、 該鋳型材中から前記模型を除去する工程と、該模型を除
   去された該鋳型内の空洞に放熱体材料金属を充填する工
   程と、 該鋳型を除去する工程と を含むことを特徴とする多孔型放熱体の製造方法。
2. （２）前記多孔質樹脂が、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）前記放熱体材料金属が、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ
   、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、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）前記模型を、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポ
   リエステル樹脂、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ＰＶ
   Ａ、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリアクリルニト
   リル、ポリアミド、ポリカーボネートあるいはポリウレ
   タンによって形成することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項乃至第３項のいずれか１項に記載の多孔型放熱体
   の製造方法。
5. （５）前記模型が開孔セル構造のポリウレタンフォーム
   とパラフィンワックス板とを接着剤で接合して形成する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のい
   ずれか１項に記載の多孔型放熱体の製造方法。
6. （６）前記模型が開孔セル構造のポリウレタンフォーム
   とポリメタクリル酸メチル板とを接着剤で接合して形成
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項
   のいずれか１項に記載の多孔型放熱体の製造方法。
7. （７）前記接着剤が、クロロプレン系、ニトリルゴム系
   、ブチルゴム系、エポキシ系、ポリウレタン系、ポリエ
   ステル系、塩化ビニル系あるいはポリアミド系の接着剤
   であることを特徴とする特許請求の範囲第６項あるいは
   第７項に記載の多孔型放熱体の製造方法。