JP2018030086A - ヒートシンクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な工程で低コストに高寸法精度で製造することが可能なヒートシンクの製造方法を提供する。【解決手段】本発明のヒートシンクの製造方法は、ダイカスト鋳造法により金属基体を鋳造する鋳造工程と、金属基体の表面に放熱性塗料をスプレー塗布する塗布工程とを有する。本発明のヒートシンクの製造方法は、鋳造工程と塗布工程との間に、鋳造の余熱の残る金属基体の温度を計測する温度計測工程と、金属基体の温度が塗布工程の開始温度としてあらかじめ設定された設定温度範囲内の温度か否かを判定する判定工程とをさらに有する。金属基体の温度が設定温度範囲内の温度であるときには、塗布工程を開始する。金属基体の温度が設定温度範囲外であるときには、金属基体の温度が設定温度範囲内の温度になるのを待ってから、または、金属基体の温度を設定温度範囲内の温度に調整してから、塗布工程を開始する。【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートシンクの製造方法に関する。

電気回路ユニットの放熱部材としてヒートシンクが用いられるが、電気回路ユニットの小型化に伴い、発熱密度が高まってきている。従来、ヒートシンクの材料としては、熱伝導率の高いアルミニウム等の金属が広く用いられている。しかしながら、アルミニウム等の金属の空気への熱伝達性はあまり高くない。また、ヒートシンクの表面は絶縁性を有することが好ましい。そこで、アルミニウム等からなる金属基体の表面に、空気への熱伝達性が良く、絶縁性を有する被覆層（（以下、「放熱性被覆層」と言う。）を形成したヒートシンクが好ましく用いられる。
電気回路ユニットの小型高性能化に伴い、ヒートシンクには小型化と高寸法精度が求められるようになってきている。そのため、アルミニウム等からなる金属基体の成形方法としては、寸法精度の高い成形が可能なダイカスト鋳造法が好ましく採用される。
従来、放熱性被覆層の成膜方法としては、絶縁性樹脂を射出成形する方法が知られている（特許文献１の請求項１等）。

特開昭５７−２０２６８３号公報

射出成形法による成膜は、工程が複雑であり、高価な金型を必要とする。また、金属基体の形状または寸法に応じて、異なる設計の金型を用意する必要がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、金属基体の表面に放熱性被覆層が形成されたヒートシンクを、簡易な工程で低コストに高寸法精度で製造することが可能なヒートシンクの製造方法を提供することを目的とする。

本発明のヒートシンクの製造方法は、
ダイカスト鋳造法により金属基体を鋳造する鋳造工程と、
前記金属基体の表面に放熱性塗料をスプレー塗布する塗布工程とを有する、
前記金属基体の表面に放熱性被覆層が形成されたヒートシンクの製造方法であって、
前記鋳造工程と前記塗布工程との間に、
前記鋳造の余熱の残る前記金属基体の温度を計測する温度計測工程と、
前記金属基体の温度が前記塗布工程の開始温度としてあらかじめ設定された設定温度範囲内の温度か否かを判定する判定工程とをさらに有し、
前記判定工程において、前記金属基体の温度が前記設定温度範囲内の温度であるときには、前記塗布工程を開始し、
前記判定工程において、前記金属基体の温度が前記設定温度範囲外であるときには、前記金属基体の温度が前記設定温度範囲内の温度になるのを待ってから、または、前記金属基体の温度を前記設定温度範囲内の温度に調整してから、前記塗布工程を開始するものである。

本発明によれば、金属基体の表面に放熱性被覆層が形成されたヒートシンクを、簡易な工程で低コストに高寸法精度で製造することが可能なヒートシンクの製造方法を提供することができる。

本発明に係るヒートシンクの製造方法のフローチャートの一例である。 本発明に係る一実施形態のダイカストマシンの要部模式図である。

「ヒートシンクの製造方法」
本発明は、金属基体の表面に放熱性被覆層が形成されたヒートシンクの製造方法に関する。

本発明のヒートシンクの製造方法は、
ダイカスト鋳造法により金属基体を鋳造する鋳造工程と、
金属基体の表面に放熱性塗料をスプレー塗布する塗布工程とを有する。

本発明のヒートシンクの製造方法は、
鋳造工程と塗布工程との間に、
鋳造の余熱の残る金属基体の温度を計測する温度計測工程と、
金属基体の温度が塗布工程の開始温度としてあらかじめ設定された設定温度範囲内の温度か否かを判定する判定工程とをさらに有する。

以下、本発明のヒートシンクの製造方法について、詳述する。

（鋳造工程）
はじめに、公知のダイカスト鋳造法により金属基体を鋳造する。
金属基体の構成金属としては特に制限されず、熱伝導率の高いアルミニウム等が好ましい。
ダイカスト鋳造法では、固定型と可動型とからなるダイカスト金型を備えたダイカストマシンが用いられる。ダイカスト金型は、ヒートシンクの金属基体の形状に設計された空間部（以下、「キャビティ」と言う。）を有する。
ダイカスト鋳造法による鋳造は概略、以下のように行われる。
はじめに、固定型と可動型のキャビティ面にそれぞれ離型剤が塗布される。
次いで、固定型と可動型とが合わされ、型締めが行われる。
次いで、キャビティ内に溶融金属（溶湯）が注入される。ダイカスト金型内を流れる冷却水によってキャビティ内の溶融金属が冷却され凝固した後、可動型が固定型から離間される。
以上のようにして、キャビティ内に所望形状のヒートシンクの金属基体が鋳造される。
鋳造直後の金属基体は、余熱を有している。
金属基体は、ダイカストマシンに備えられたロボットハンドを用いて取り出すことができる。ロボットハンドを用いた金属基体の取出しは、温度計測工程および判定工程の前でも後でもよい。

（温度計測工程）
金属基体のダイカスト鋳造後、鋳造の余熱の残る金属基体の温度を計測する。
温度計測は、温度センサおよび温度計等の公知の温度計測手段を用いて、実施することができる。
金属基体の温度計測は、キャビティ内で鋳造された金属基体がロボットハンドを用いて取り出される前でもよいし、キャビティ内で鋳造された金属基体がロボットハンドを用いて取り出された後でもよい。

（判定工程）
次に、金属基体の計測温度が塗布工程の開始温度としてあらかじめ設定された設定温度範囲内の温度か否かを判定する。
金属基体の表面に放熱性塗料をスプレー塗布する塗布工程では、塗料の単位面積当たりの付着量が温度の影響を受ける。そのため、金属基体の温度のばらつきが大きい場合、金属基体に対する塗料の単位面積当たりの付着量のばらつきが大きくなり、放熱性被覆層の厚みのばらつきが大きくなってしまう。
放熱性被覆層の所望の厚みの範囲から、好適な塗料の単位面積当たりの付着量の好適な範囲が求められる。そこで、塗料の単位面積当たりの付着量が好適な範囲内となるスプレー塗布温度の範囲を、塗布工程の開始温度の範囲としてあらかじめ設定しておく。これが、金属基体の計測温度が塗布工程の開始温度としてあらかじめ設定される設定温度の範囲である。

放熱性塗料の主成分としては、金属基体よりも空気への熱伝達率が高く、好ましくは絶縁性を有する材料であればよく、カーボン、金属窒化物、および絶縁性樹脂等が好ましい。これらは、１種または２種以上用いることができる。放熱性塗料の主成分としては、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等の絶縁性樹脂が好ましい。
放熱性塗料は、上記主成分を溶解または分散する公知の媒体（溶媒または分散媒）を含む。
放熱性塗料は、市販品を用いることができる。

判定工程において、金属基体の温度が設定温度範囲内の温度であるときには、塗布工程を開始する。

判定工程において、金属基体の温度が設定温度範囲外であるときには、金属基体の温度が設定温度範囲内の温度になるのを待ってから、または、金属基体の温度を設定温度範囲内の温度に調整してから、塗布工程を開始する。
具体的には、判定工程において、金属基体の温度が設定温度範囲より高いときには、金属基体の温度が設定温度範囲内の温度になるまで待機してから、または、金属基体の温度を設定温度範囲内の温度に冷却してから、次の塗布工程を開始することができる。
判定工程において、金属基体の温度が設定温度範囲より低いときには、金属基体の温度を設定温度範囲内の温度に加熱してから、塗布工程を開始することができる。
判定工程において、金属基体の温度が設定温度範囲外であるときには、金属基体の温度変化後に、再度、温度計測工程と判定工程とを繰り返し実施してもよい。

（塗布工程）
塗布工程では、上記の設定温度範囲内の温度の金属基体の表面に対して、放熱性塗料がスプレー塗布される。
なお、放熱性塗料中の媒体（溶媒または分散媒）は、スプレー塗布と同時に、金属基体の熱により揮発することができる。ただし、必要に応じて、スプレー塗布後に、加熱等により、塗膜中の媒体（溶媒または分散媒）を乾燥除去する乾燥工程を実施しても構わない。
塗布工程、および必要に応じて乾燥工程を実施することで、金属基体に塗布された放熱性塗料から放熱性被覆層が形成される。
以上のようにして、ヒートシンクが製造される。
本発明に係るヒートシンクの製造方法のフローチャートの一例を、図１に示しておく。

本発明の製造方法では、金属基体をダイカスト鋳造法により成形するため、高寸法精度で金属基体を量産することが可能である。
本発明の製造方法では、スプレー塗布法により放熱性被覆層を成膜するため、射出成型法と異なり、高価な金型が不要であり、成膜工程が簡易である。
本発明の製造方法では、常に、塗布工程の開始時点の金属基体の温度を、塗料の単位面積当たりの付着量が好適な範囲内となるスプレー塗布温度の範囲内とすることができる。そのため、塗料の単位面積当たりの付着量のばらつきが抑制され、所望の厚みの放熱性被覆層を安定的に成膜することができる。
したがって、本発明によれば、金属基体の表面に放熱性被覆層が形成されたヒートシンクを、簡易な工程で低コストに高寸法精度で製造することが可能なヒートシンクの製造方法を提供することができる。

（一実施形態）
図２を参照して、本発明に係る一実施形態のヒートシンクの製造方法について、説明する。
図２は、本発明に係る一実施形態のダイカストマシンの要部模式図である。
図中、符号１０はダイカストマシンである。符号１はビスケット部、符号２はランナ部、符号３はキャビティ内で鋳造された金属基体である。符号４は温度センサ（温度計測手段）である。符号５はヒートパイプ（第１の温度調整手段）である。符号６はキャビティ内から金属基体３を取り出すロボットハンドである。符号７はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）である。
図２は、鋳造工程において、キャビティ内に注入された溶融金属が冷却され凝固し、可動型が固定型から離間され、キャビティ内に金属基体が残っている状態を示している。

ダイカストマシン１０は、キャビティ内で鋳造された金属基体３の温度を計測する温度センサ４（温度計測手段）を有することができる。温度センサとしては、熱電対を用いた温度センサ等が挙げられる。図示するように、温度センサ４は、キャビティ内またはキャビティ近傍に取り付けることができる。温度センサ４は、ロボットハンド６に取り付けることもできる。

ダイカストマシン１０は、金属基体３の温度調整を行う温度調整手段を備えることができる。
ダイカストマシン１０において、溶融金属（溶湯）は、ダイカスト金型内に形成されたビスケット部１およびランナ部２を通って、キャビティ内に注入される。
ダイカストマシン１０は、第１の温度調整手段として、ビスケット部１から、キャビティ内で鋳造された金属基体３の上方に接続可能なヒートパイプ５を有することができる。ヒートパイプ５は可動であり、必要に応じて、先端が金属基体３に対して近接するように制御される。ヒートパイプ５の先端が金属基体３に近接したとき、ビスケット部１の熱がヒートパイプ５を介して金属基体３に伝達され、金属基体３が加熱される。図示するように、ヒートパイプ５は分岐され、複数の分岐部の先端が金属基体３に対向するよう構成することができる。

金属基体３の温度の判定および金属基体３の温度調整は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）７によって行うことができる。

ＰＣ７は、
金属基体３の計測温度データが入力されるデータ入力部と、
データ入力部に入力された計測温度データが設定温度範囲であるか判定する判定部と、
判定部の判定結果に基づいて、ロボットハンド６の駆動を制御するロボットハンド制御部と、
判定部の判定結果に基づいて、ヒートパイプ５の動きを制御するヒートパイプ制御部とを有することができる。

鋳造工程において、キャビティ内に注入された溶融金属が冷却され凝固し、可動型が固定型から離間され、キャビティ内に金属基体３が残っている状態で、温度センサ４は金属基体３の温度を計測することができる。
温度センサ４による金属基体３の計測温度データは、ＰＣ７のデータ入力部に入力され、ＰＣ７の判定部によって、データ入力部に入力された計測温度データが設定温度範囲であるか判定される。
判定部において、金属基体３の温度が設定温度範囲内の温度であると判定されたときには、ＰＣ７のロボットハンド制御部はロボットハンド６を作動させ、次のスプレー塗布装置に金属基体３を搬送させる。
判定部において、金属基体３の温度が設定温度範囲より高いと判定されたときには、ＰＣ７のロボットハンド制御部はロボットハンド６を待機させる。
判定部において、金属基体３の温度が設定温度範囲より低いと判定されたときには、ＰＣ７のヒートパイプ制御部はヒートパイプ５の先端を金属基体３に近接させ、金属基体３を加熱する。

ダイカストマシン１０においては、第１の温度調整手段であるヒートパイプ５の代わりに、またはヒートパイプ５と合わせて、ロボットハンド６に、金属基体３を加熱および／または冷却する第２の温度調整手段を取り付けることができる（図示略）。
第２の温度調整手段としては、温風および／または冷風を吹き付けるエア噴出機構等が挙げられる。
ＰＣ７は、判定部の判定結果に基づいて、ロボットハンド６に取り付けられた第２の温度調整手段を制御する第２の温度調整手段制御部を有することができる。
判定部において、金属基体３の温度が設定温度範囲より高いと判定されたときには、ＰＣ７の第２の温度調整手段制御部は第２の温度調整手段を作動し、ロボットハンド６による金属基体３の搬送中に金属基体３を冷却することができる。
判定部において、金属基体３の温度が設定温度範囲より低いと判定されたときには、ＰＣ７の第２の温度調整手段制御部は第２の温度調整手段を作動し、ロボットハンド６による金属基体３の搬送中に金属基体３を加熱することができる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、適宜設計変更が可能である。

１０ ダイカストマシン
１ ビスケット部
２ ランナ部
３ 金属基体
４ 温度センサ（温度計測手段）
５ ヒートパイプ（第１の温度調整手段）
６ ロボットハンド
７ パーソナルコンピュータ（ＰＣ）

Claims (1)

1. ダイカスト鋳造法により金属基体を鋳造する鋳造工程と、
   前記金属基体の表面に放熱性塗料をスプレー塗布する塗布工程とを有する、
   前記金属基体の表面に放熱性被覆層が形成されたヒートシンクの製造方法であって、
   前記鋳造工程と前記塗布工程との間に、
   前記鋳造の余熱の残る前記金属基体の温度を計測する温度計測工程と、
   前記金属基体の温度が前記塗布工程の開始温度としてあらかじめ設定された設定温度範囲内の温度か否かを判定する判定工程とをさらに有し、
   前記判定工程において、前記金属基体の温度が前記設定温度範囲内の温度であるときには、前記塗布工程を開始し、
   前記判定工程において、前記金属基体の温度が前記設定温度範囲外であるときには、前記金属基体の温度が前記設定温度範囲内の温度になるのを待ってから、または、前記金属基体の温度を前記設定温度範囲内の温度に調整してから、前記塗布工程を開始する、ヒートシンクの製造方法。

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