JP7093495B2

JP7093495B2 - 放熱器の製造方法

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Publication number: JP7093495B2
Application number: JP2018075729A
Authority: JP
Inventors: 政晴熊谷
Original assignee: 株式会社カスタム・クール・センター
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2022-06-30
Anticipated expiration: 2038-03-23
Also published as: JP2019169691A

Description

本発明は、例えば電子部品等から生ずる熱を効率的に放熱するための板状の放熱フィンを形成した放熱器の製造方法に関する。

例えば、半導体集積回路等の電子部品から生ずる熱を放熱するために、従来一般に実用に供されている放熱器は、ベース上に多数の櫛歯状の放熱フィンを垂直に立設している。この放熱器を電子部品等に直接又は間接的に接合することによって、放熱器の放熱フィンを介して外方に放熱するようにしている。この放熱器は、通常、アルミニウムからなる熱伝導率が良好な金属板を、押し出し加工や鋳造加工を施すことによって製造されている。

また、掘り起こし工具を用いて放熱フィンを形成する放熱器の製造方法としては、特許第４８８８７２１号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１に示された放熱器の製造方法の概要を図６に示している。この放熱器１００は、熱伝導率が良好な金属板１０２と掘り起こし工具１０６とを所定の角度を有した状態で金属板１０２の一端側１０２ａよりも離間した所定位置に掘り起こし工具１０６を挿入して小寸な小形フィン１０３ａを形成し、掘り起こし工具１０６の刃部１０６ａが所定の深さに達するまで複数枚の小形フィン１０３ａを順次形成する。その後、小形フィン１０３ａに続き、掘り起こし工具１０６により板状の放熱フィン１０３を一体に起立形成するフィン形成工程を順次繰り返して金属板１０２に複数の放熱フィン１０３を連続して形成している。

特許第４８８８７２１号公報

上述した特許文献１に示される放熱器１００の製造方法は、金属板１０２の一端側１０２ａよりも離間した所定位置から放熱フィン１０３を形成することが可能となる。しかしながら、例えば、図６に示すように、放熱フィン１０３の周囲にカバーを被冠し、放熱フィン１０３の間に液体又は気体の冷媒を流通させる形式の放熱器に使用した場合、小寸な小形フィン１０３ａとカバー１０４の間に大きな空間１０５が形成される。この空間１０５は、放熱フィン１０３の間よりも流通抵抗が小さいので、冷媒が空間に集中して流通するため、放熱効率を高めることができない問題があった。また、小寸な小形フィン１０３ａは、フィン間が狭くなり団塊状態となるため、流通抵抗が大きくなって放熱に対して寄与しないので、やはり放熱効率を高めることができない。

そこで、本発明の課題は、金属板の一端側から離間した位置から放熱フィンを形成しても、小形フィンの形成部分を金属板と同一面にすることができる放熱器の製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明による放熱器の製造方法は、アルミニウムや銅等の金属板と、移動方向の先端側に刃部が形成された掘り起こし工具とを備え、前記金属板と前記掘り起こし工具とを所定の角度で前進させて、前記掘り起こし工具の刃部により前記金属板を掘り下げることにより、板状の所定の高さの放熱フィンを一体に起立形成すると共に、起立形成された前記放熱フィンよりも所定ピッチ分後退させた前記掘り起こし工具により前記金属板を掘り起こすことにより次の板状の前記放熱フィンを一体に起立形成し、以後前記掘り起こし工具による掘り起こしを順次繰り返して前記金属板に複数の前記放熱フィンを連続して形成する放熱フィン形成工程を有し、上記金属板の一端側よりも離間した所定位置から、前記掘り起こし工具により前記放熱フィンが所定の高さが形成される所定の深さまで順次掘り下げる前処理工程を備え、前記前処理工程は、所定の角度を有した状態で前記掘り起こし工具を挿入して小寸な第１の小形フィンを起立形成して後退させた後、前記掘り起こし工具を水平に前進させて前記第１の小形フィンの先端を切断して平坦に形成し、その後前記掘り起こし工具を所定ピッチ分後退させるとともに、記掘り起こし工具を前記第１の小形フィンの起立形成時よりも深く挿入して前記金属板を掘り起こすことにより第２の小形フィンを起立形成させて後退させた後、前記掘り起こし工具を水平に前進させて前記第２の小形フィンの先端と前記第１の小形フィンの先端を切断して平坦に形成し、以後前記掘り起こし工具を所定ピッチ分後退させるとともに、前記掘り起こし工具を事前に起立形成した前記第１の小形フィン及び前記第２の小形フィンの起立形成時よりも深く挿入して前記金属板を掘り起こすことにより小形フィンを起立形成して後退させた後、前記掘り起こし工具を水平に前進させて、事前に形成された前記第１の小形フィン及び前記第２の小形フィンとともに先端を切断して平坦に形成する工程を前記放熱フィンが所定の高さになるまで順次ｎ回繰り返し、前記第１の小形フィンからｎ回目に形成された全ての小形フィンの先端が前記金属板と同一面に形成したことを要旨としている。

また、前処理工程において、掘り起こし工具を挿入して小寸な小形フィンを起立形成するとき、小形フィンの先端を切断した後、掘り起こし工具を後退させるピッチを事前の小形フィンに次の小形フィンが接合することが望ましい。

本発明にかかる放熱器の製造方法によれば、金属板の一端側から離間した位置から放熱フィンを形成するとき、前処理工程において、掘り起こし工具を挿入して小寸な第１の小形フィンを起立形成した後に、掘り起こし工具を水平に前進させて小形フィンの先端を切断し、次に、掘り起こし工具を第１の小形フィンの起立形成時よりも深く挿入して小寸な第２の小形フィンを起立形成した後に、掘り起こし工具を水平に前進させて、第１及び第２の小形フィンの先端を切断し、その後、所定の高さの放熱フィンが起立形成になるまで順次繰り返すことにより、複数の小形フィンの先端面を金属板と同一面に形成することができる。このとき、小形フィンの先端側を掘り起こし工具の移動によって肉薄に切断するので、掘り起こし工具の負荷が小さく、掘り起こし工具の寿命を短縮する恐れを無くすことができる。また、放熱フィンの周囲にカバーを被冠する場合であっても、複数の小形フィンの先端が金属板の同一面の平坦面となっているので、小形フィンに邪魔されることなくカバーを放熱フィンの側面に近接できるので、小形フィンによる悪影響を未然に防止することが可能となる。

また、前処理工程において、掘り起こし工具を挿入して小寸な小形フィンを起立形成するとき、小形フィンの先端を切断した後、掘り起こし工具を後退させるピッチを事前の小形フィンに次の小形フィンが接合することにより、各小形フィンの側面同士が面接合して密封化されるので、金属板とほぼ同じ状態とすることが可能となる。このため、小形フィンを形成したこと自体をほぼ無視することが可能になる。

本発明による放熱器の製造方法の概要を示す断面図である。放熱器の製造方法によって形成された放熱器を示す斜視図である。（Ａ）乃至（Ｋ）は、放熱器の製造工程を示す工程説明図である。本発明による放熱器にカバーを被冠した状態を示す説明図である。従来の放熱器を示す説明図である。従来の放熱器にカバーを被冠した状態を示す説明図である。

本発明にかかる放熱器の製造方法は、アルミニウムや銅等の金属板と、移動方向の先端側に刃部が形成された掘り起こし工具とを備え、前記金属板と前記掘り起こし工具とを所定の角度で前進させて、前記掘り起こし工具の刃部により前記金属板を掘り下げることにより、板状の所定の高さの放熱フィンを一体に起立形成すると共に、起立形成された前記放熱フィンよりも所定ピッチ分後退させた前記掘り起こし工具により前記金属板を掘り起こすことにより次の板状の前記放熱フィンを一体に起立形成し、以後前記掘り起こし工具による掘り起こしを順次繰り返して前記金属板に複数の前記放熱フィンを連続して形成する放熱フィン形成工程を有し、上記金属板の一端側よりも離間した所定位置から、前記掘り起こし工具により前記放熱フィンが所定の高さが形成される所定の深さまで順次掘り下げる前処理工程を備え、前記前処理工程は、所定の角度を有した状態で前記掘り起こし工具を挿入して小寸な第１の小形フィンを起立形成して後退させた後、前記掘り起こし工具を水平に前進させて前記小形フィンの先端を切断し、その後前記掘り起こし工具を所定ピッチ分後退させるとともに、記掘り起こし工具を前記第１の小形フィンの起立形成時よりも深く挿入して前記金属板を掘り起こすことにより第２の前記小形フィンを起立形成させて後退させた後、前記掘り起こし工具を水平に前進させて第２の前記小形フィンの先端と前記第１の前記小形フィンを切断し、以後前記掘り起こし工具を所定ピッチ分後退させるとともに、記掘り起こし工具を事前の前記小形フィンの起立形成時よりも深く挿入して前記金属板を掘り起こすことにより前記小形フィンを起立形成して後退させた後、前記掘り起こし工具を水平に前進させて、事前に形成された前記小形フィンとともに先端を切断する工程を前記放熱フィンが所定の高さになるまで順次繰り返し、複数の前記小形フィンの先端が前記金属板と同一面に形成される。

以下、図面を参照して本発明にかかる放熱器の製造方法について詳細に説明する。図１及び図２は、本発明による放熱器の製造方法によって形成された放熱器１を示している。放熱器１は、熱伝導率が良好な、例えばアルミニウム、銅などからなる金属板２から板状に垂直に形成された複数の放熱フィン３が各々離間させて起立形成されている。そして、複数の放熱フィン３の図示右方の一端側には、複数の小形フィンによって金属板２の表面と同一面となった平坦面２ａが形成されている。また、複数の放熱フィン３の図示左方の他端側には、掘り起こし工具４により放熱フィン３を起立形成する際に形成される傾斜した被切削面２ｂが形成されている。なお、金属板２としては、数ｍｍ程度の板厚からなる金属板の他に、板厚が数ｃｍ程度の金属板、或いは、例えば放熱が必要な熱源を設ける部品に使用される金属板であっても良い。

次に、複数の小形フィンによって形成された平坦面２ａと放熱フィン３は、掘り起こし工具４によって形成される。掘り起こし工具４は、図示しない駆動装置に取り付けられていて、後述する金属板２の平面に対して所定の角度θを有した状態で進退移動する。掘り起こし工具４の移動方向の先端側には刃部４ａが形成されている。この刃部４ａの幅は、図２に示すように、金属板２の幅よりも小さく設定されている。なお、刃部４ａの幅は、放熱器１に形成される複数の放熱フィン３の幅に応じて設定され、放熱フィン３の幅と掘り起こし工具４の刃部４ａの幅を同じにしても良い。

また、掘り起こし工具４は、底面が移動する角度θと平行な平面であり、刃部４ａは、金属板２を切削可能な鋭角になるように、底面に対して傾斜した摺接面４ｂが形成されている。この摺接面４ｂは、放熱フィン３を掘り起こし形成する際に抵抗にならないように摩擦係数を低くしている。このように、摺接面４ｂの摩擦を小さくすることにより、放熱フィン３を掘り起こし形成するときに、摺接面４ｂの抵抗を受けることなく金属板２が摺接面４ｂに沿って摺接するので、平坦な板状の放熱フィン３を起立形成することが可能となる。また、掘り起こし工具４の傾斜角度θは、後述する放熱フィン３の高さ、板厚、或いは、金属板２の材質等によって適宜に設定されるが、概ね５度から２０度に設定されている。なお、上記掘り起こし工具４の幅方向両側はほぼ直角に形成されているが、刃部４ａが形成されている底面側の両側を底面に至るに従って幅狭となるテーパ状、或いは円弧状に形成しても良い。

次に、図３を参照して、複数の小形フィンによって形成された平坦面２ａを形成する前処理工程について説明する。まず、図３（Ａ）に示すように、掘り起こし工具４の刃部４ａを金属板２の一端側よりも離間した一方面の所定位置に当接させた後、掘り起こし工程によって、掘り起こし工具４を駆動装置（図示せず）により所定の角度θとした矢示の方向で金属板２の平面に当接した後、掘り起こし工具４の刃部４ａを移動して、金属板２の表面より僅かな深さに食い込ませることにより、図３（Ａ）の円内に示すように、高さが低い最初の１枚目の小形フィン３ａが起立形成される。

掘り起こし工具４により１枚目の小形フィン３ａを起立形成した後、掘り起こし工具４を掘り起こし代が得られる位置まで図示左方に後退させ、掘り起こし工具４の刃部４ａを移動して、金属板２の表面より１枚目の小形フィン３ａを起立形成したときよりも深く食い込ませ、図３（Ｂ）に示すように、次の２枚目の小形フィン３ａを起立形成する。このとき、掘り起こし工具４を後退させるピッチを調整して、事前に起立形成された１枚目の小形フィン３ａの側面に２枚の小形フィン３ａの側面が面接合するようにしている。さらにその後、掘り起こし工具４を掘り起こし代が得られる位置まで図示左方に後退させ、掘り起こし工具４の刃部４ａを移動して、金属板２の表面より２枚目の小形フィン３ａを起立形成したときの深さよりもさらに深く食い込ませ、図３（Ｃ）に示すように、３枚目の小形フィン３ａを起立形成する。このように、３枚の小形フィン３ａを連続して起立形成することにより、一体化された第１の小形フィン３ａが起立形成される。なお、このように、３枚の小形フィン３ａを起立形成するのは、肉薄の小形フィンを面接合させて一体化させることにより、次の先端の切断工程を容易にするためである。図３に示す実施例においては、起立形成された３枚の小形フィン３ａを第１の小形フィン３ａとしている。これは、小形フィン自体が肉薄のために屈曲し易く、掘り起こし工具４による切断が困難なことから、３枚程度を重合させて強度を高め、切断可能にするためである。

その後、図３（Ｄ）に示すように、掘り起こし工具４は小形フィン３ａを起立形成したときの所定の角度θで後退させて、掘り起こし工具４を水平に前進させて、３枚の小形フィンからなる第１の小形フィン３ａの先端のみを肉薄に切断し、小さな切り屑３ｂを排出する。このとき、掘り起こし工具４の刃部４ａの位置は、第１の小形フィン３ａの先端を切断する高さと同じになるませ後退する。このように、肉薄に切断するのは、第１の小形フィン３ａが肉薄のために掘り起こし工具４の圧力で変形することを防止すること、及び、掘り起こし工具４の刃部４ａの摩耗を減少させるためである。この切断によって、第１の小形フィン３ａの先端面は平坦に形成され、この状態では、先端面が金属板２の表面よりも高くなっている。

次いで、図３（Ｅ）に示すように、掘り起こし工具４を掘り起こし代が得られる位置まで図示左方に後退させ、掘り起こし工具４の刃部４ａを移動し、金属板２の表面より第１の小形フィン３ａを起立形成したときよりも深く食い込ませ、第２の小形フィン３ａを起立形成する。このときも、掘り起こし工具４を後退させて掘り起こし代を得るピッチは、第１の小形フィン３ａの側面に面接合するように設定される。そして、掘り起こし工具４の刃部４ａの位置を第２の小形フィン３ａの先端を切断するための高さになるまで後退させた後、図３（Ｆ）に示すように、掘り起こし工具４を水平に前進させて、第２の小形フィン３ａと第１の小形フィン３ａの両者の先端のみを同時に肉薄に切断し、切り屑３ｂを排出する。これにより、第１の小形フィン３ａが図３（Ｄ）に示す高さよりも低く形成される。

その後、小形フィン３ａの形成と先端側の切断をｎ回繰り返すことにより、図３（Ｇ）に示すように、掘り起こし工具４の刃部４ａが所定の深さの位置ＤＬまで達する。そして、図３（Ｇ）に示すように、掘り起こし工具４を水平に前進させて、全ての小形フィン３ａの先端が金属板２の表面と同一面になるように肉薄に切断し、切り屑３ｂを排出する。これにより、徐々に小形フィン３ａを起立形成し、先端を肉薄に切断する工程を金属板２の表面と同一面になるまで繰り返し行う前処理工程が終了する。このとき、前述したように、複数の小形フィン３ａの側面同士は、面接合状態となって一体化される。

次に、図３（Ｈ）～（Ｋ）に示す放熱フィン形成工程に移行する。前述した掘り起こし工具４の刃部４ａは、前処理工程によって所定の深さの位置ＤＬまで達している。この深さは、所定の高さの放熱フィン３を形成するために必要な深さである。まず、掘り起こし工具４の刃部４ａを、図３（Ｈ）に示すように、掘り起こし代Ｄが得られる位置まで後退させ、先端が所定の深さの位置ＤＬに達するまで掘り起こし工具４を所定の角度θで前進させると、図３（Ｉ）に示すように、放熱フィン３が掘り起こし工具４の摺接面４ｂに沿うように起立形成される。その後、図３（Ｊ）に示すように、掘り起こし工具４を垂直に上昇させることにより、放熱フィン３が垂直に起立矯正される。

次いで、図３（Ｋ）に示すように、掘り起こし工具４の刃部４ａを掘り起こし代Ｄが得られるピッチの位置まで後退させ、先端が所定の深さの位置ＤＬに達するまで掘り起こし工具４を所定の角度θで前進させて放熱フィン３を形成する起立形成工程を繰り返し行うことにより、複数の放熱フィン３が順次形成され、所定の数の放熱フィン３が形成された時点で、この形成工程を終了する。そして、最後に形成された放熱フィン３の図示左方の後方には、図１、図２に示したように、傾斜した被切削面２ｂが形成されている。なお、この傾斜した被切削面２ｂは、前述した小形フィン３ａを起立形成するとき、及び、複数の放熱フィン３を順次形成するときに都度形成される。

図４は、前述した図６に示す従来例のように、放熱フィン３の周囲にカバー５を被冠し、放熱フィン３の間に液体又は気体の冷媒を流通させる形式の放熱器１に使用した例を示している。この例において、先端が金属板２の表面と同一面とした複数の小形フィン３ａによる平坦面２ａをカバー５の開口端で覆うことにより、カバー５を放熱フィン３に近接させることが可能となる。このとき、小形フィン３ａの基端側と放熱フィン３の基端側との間に空間６が形成されるが、金属板２には、図２で示すように放熱フィン３の両側に鍔部２ｃが形成されているので、カバー５の開口端で覆うことにより、空間６はほぼ閉塞され、カバー５の内面と放熱フィン３の側面の間の隙間のみとなる。このため、冷媒は各放熱フィン３の間を流通するので放熱効率を高めることができる。また、空間６内に冷媒が流入しても、階段状の斜面２ａは放熱面積が大きくので、冷媒の接触面積が大きいことから、放熱効率を阻害することはない。

なお、上述した本発明の製造方法においては、放熱フィン３を金属板２の平面に対して垂直に起立させているが、放熱器１の用途により放熱性能をさらに高めるために、放熱フィン３を所望の角度で若干傾斜させる場合もある。この場合には、掘り起こし工具４の刃部４ａを金属板２の平面に対して所定の角度となるように移動させることにより、やや傾斜した放熱フィン３を形成することができる。

以上、本発明を実施例に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、金属板として、板状の熱伝導率が良好なアルミニウムや銅等の金属素材の他に、加工が施された或いは後加工が施される、例えば、上記金属素材をコアとするプリント配線基板、発光素子等の発熱を放熱するために金属製保持部材、放熱機能を必要とする筐体等の一部に放熱フィンを形成するようにしても良い。また、前述した実施例においては、複数の放熱フィンを金属板の一端に対して平行に形成したが、所定の角度で形成するようにしても良い。さらに、複数のフィン群を形成するとき、第１のフィン群と第２のフィン群を互いに直行させる等、形成角度を適宜に異ならせて形成しても良い。

１放熱器
２金属板
２ａ平坦面
３放熱フィン
３ａ小型ファン
４掘り起こし工具
４ａ刃部

Claims

アルミニウムや銅等の金属板と、移動方向の先端側に刃部が形成された掘り起こし工具とを備え、前記金属板と前記掘り起こし工具とを所定の角度で前進させて、前記掘り起こし工具の刃部により前記金属板を掘り下げることにより、板状の所定の高さの放熱フィンを一体に起立形成すると共に、起立形成された前記放熱フィンよりも所定ピッチ分後退させた前記掘り起こし工具により前記金属板を掘り起こすことにより次の板状の前記放熱フィンを一体に起立形成し、以後前記掘り起こし工具による掘り起こしを順次繰り返して前記金属板に複数の前記放熱フィンを連続して形成する放熱フィン形成工程を有し、
上記金属板の一端側よりも離間した所定位置から、前記掘り起こし工具により前記放熱フィンが所定の高さが形成される所定の深さまで順次掘り下げる前処理工程を備え、
前記前処理工程は、所定の角度を有した状態で前記掘り起こし工具を挿入して小寸な第１の小形フィンを起立形成して後退させた後、前記掘り起こし工具を水平に前進させて前記第１の小形フィンの先端を切断して平坦に形成し、その後前記掘り起こし工具を所定ピッチ分後退させるとともに、前記掘り起こし工具を前記第１の小形フィンの起立形成時よりも深く挿入して前記金属板を掘り起こすことにより第２の小形フィンを起立形成させて後退させた後、前記掘り起こし工具を水平に前進させて前記第２の小形フィンの先端と前記第１の小形フィンの先端を切断して平坦に形成し、以後前記掘り起こし工具を所定ピッチ分後退させるとともに、前記掘り起こし工具を事前に起立形成した前記第１の小形フィン及び前記第２の小形フィンの起立形成時よりも深く挿入して前記金属板を掘り起こすことにより小形フィンを起立形成して後退させた後、前記掘り起こし工具を水平に前進させて、事前に形成された前記第１の小形フィン及び前記第２の小形フィンとともに先端を切断して平坦に形成する工程を前記放熱フィンが所定の高さになるまで順次ｎ回繰り返し、前記第１の小形フィンからｎ回目に形成された全ての小形フィンの先端が前記金属板と同一面に形成したことを特徴とする放熱器の製造方法。