(57)【要約】【課題】コストの低減および軽量化を図ることができ、放熱性能を良好に維持することができるヒートシンクの製造方法及びヒートシンクを提供する。【解決手段】アルミニウム又はアルミニウム合金からなる板状部材１の一部を厚さ方向に押圧して、その板状部材１から立設するピン状フィン２を一体に成形するとともに、ピン状フィン２の成形に先立ちあるいはその成形時にピン状フィン２が立設される立設部１５の周辺部１６に板状部材１を厚さ方向に加圧して減肉することにより面方向の材料流動を拘束する拘束部を形成し、その拘束部を加圧した状態でピン状フィン２を形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム又はアルミニウム合金からなる板状部材によりヒートシンクを製造する方法であり、前記板状部材の一部を厚さ方向に押圧して該板状部材から立設するピン状フィンを一体に成形するとともに、前記ピン状フィンの成形に先立ちあるいはその成形時に該ピン状フィンが立設される立設部の周辺部に前記板状部材を厚さ方向に加圧して減肉することにより面方向の材料流動を拘束する拘束部を形成し、該拘束部を加圧した状態で前記ピン状フィンを形成することを特徴とするヒートシンク製造方法。
【請求項２】
前記拘束部として、前記立設部とその周辺部とを該立設部の面方向と直交する方向に接続する筒状の立壁部を形成することを特徴とする請求項１記載のヒートシンク製造方法。
【請求項３】
前記拘束部として、前記立壁部を形成する際あるいは該立壁部を形成した後に、前記立壁部を高さ方向に押圧するように該立壁部の基端部から前記周辺部の内縁部に至る領域を厚さ方向に加圧して減肉する棚部を形成することを特徴とする請求項２に記載のヒートシンク製造方法。
【請求項４】
前記ピン状フィンの成形時において、前記立設部の周縁部に、前記立壁部の高さを延長するように、前記立設部の表面から突出する凸条部を形成することを特徴とする請求項２又は３に記載のヒートシンク製造方法。
【請求項５】
前記拘束部として、前記板状部材の表面に凹溝部を形成することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のヒートシンク製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のヒートシンク製造方法により形成され、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる板状部材の表面の一部に複数のピン状フィンが一体に成形されるとともに、前記ピン状フィンが立設される立設部の周辺部に前記拘束部が形成されていることを特徴とするヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を光源とする照明等の発熱部材が取り付けられるヒートシンクの製造方法及びヒートシンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤ素子等の発光素子を光源とする照明器具が様々な場所で使用されるようになってきている。このような照明器具においては、その使用時に発光素子から発生する熱を放熱するためにヒートシンクが備えられている。このようなヒートシンクのうち、例えば特許文献１又は特許文献２に記載される車両用ヘッドライトに用いられるヒートシンクは、アルミダイカストによって形成されていた。しかし、アルミダイカストを用いると、コストや重量が増加することが問題であった。
【０００３】
そこで、特許文献３では、ヒートシンクをアルミニウム板で形成することが開示されている。この場合、アルミニウム板を折り曲げることにより、比較的容易に製造できることが記載されている。また、アルミダイカストを用いた場合と比べて、コストを低減できるとともに、軽量化することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５９５７８１号公報
【特許文献２】特許第４６４０９６２号公報
【特許文献３】特開２０１２‐２１６５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１から３に記載されるように、車両用のヘッドライド等の照明器具では、発光素子やヒートシンクが、空気の対流が殆ど生じることがない閉鎖された空間（密閉空間）内に配置されることから、ヒートシンクによる十分な放熱性能が得られ難いことが問題であった。このため、ヒートシンクには、さらなる放熱性能の向上が求められている。
また、ヒートシンクの放熱性能の向上のために、特許文献３に記載されるようなアルミニウム板で形成されたヒートシンクの表面に別部品のフィンを取り付けることも考えられる。しかし、この場合には、ヒートシンク表面とフィンとの設置面で熱抵抗が生じることから放熱が阻害されて効果が得られ難いことや、コスト及び重量が増加することが懸念される。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、コストの低減および軽量化を図ることができ、放熱性能を良好に維持することができるヒートシンクの製造方法及びヒートシンクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる板状部材によりヒートシンクを製造する方法であり、前記板状部材の一部を厚さ方向に押圧して該板状部材から立設するピン状フィンを一体に成形するとともに、前記ピン状フィンの成形に先立ちあるいはその成形時に該ピン状フィンが立設される立設部の周辺部に前記板状部材を厚さ方向に加圧して減肉することにより面方向の材料流動を拘束する拘束部を形成し、該拘束部を加圧した状態で前記ピン状フィンを形成することを特徴とする。
【０００８】
立設部の周辺部に拘束部を形成し、その拘束部を加圧した状態で立設部を押圧してピン状フィンを成形することにより、成形時に立設部とその周辺部との間の材料の移動を制限することができ、材料がピン状フィンの成形型内に流れ易くなることから、ピン状フィンを高く形成することができる。
この場合、ヒートシンクの板状部材の必要な部分にピン状フィンを形成することができるとともに、板状部材と一体にピン状フィンを形成するので、別部材のフィンを接合した場合と比べて、コスト低減及び軽量化を図ることでき、また、放熱性性能を良好に維持することができる。
【０００９】
本発明のヒートシンク製造方法において、前記拘束部として、前記立設部とその周辺部とを該立設部の面方向と直交する方向に接続する筒状の立壁部を形成するとよい。
厚さ方向の加圧による減肉と立設による屈曲との両方の作用により、ピン状フィン成形時の材料の流動をより確実に防止することができる。
【００１０】
本発明のヒートシンク製造方法において、前記拘束部として、前記立壁部を形成する際あるいは該立壁部を形成した後に、前記立壁部を高さ方向に押圧するように該立壁部の基端部から前記周辺部の内縁部に至る領域を厚さ方向に加圧して減肉する棚部を形成するとよい。
立壁部の基端部を押圧して棚部を形成することで、立壁部内において基端部側から先端部側に向かう圧力を作用させることができる。また、立壁部の周辺を押圧して減肉することにより、その部分での材料の流動を抑制することができ、立設部とその周辺部との間の材料の流動を制限する効果をより一層高めることができる。
【００１１】
本発明のヒートシンク製造方法において、前記ピン状フィンの成形時において、前記立設部の周縁部に、前記立壁部の高さを延長するように、前記立設部の表面から突出する凸条部を形成するとよい。
ピン状フィンを成形する際に、凸条部を形成することで、立設部とその周辺部との間の材料の流動を制限する効果をより一層高めることができ、ピン状フィンの高さを高く設定することが可能となる。
なお、凸条部を設けることなく立設部の周縁部を角形状とした場合、その角形状部にデッドメタル現象が生じ易くなる。このため、角形状部が丸くなって成形時に材料が立壁部３１に向かって流れ易くなる。したがって、凸条部を形成して材料の一部を凸条部に流入させることで、立壁部３１への材料の流出をより確実に防止することができる。
【００１２】
本発明のヒートシンク製造方法において、前記拘束部として、前記板状部材の表面に凹溝部を形成するとよい。
板状部材の表面に凹溝部を形成することで簡単に拘束部を形成することができ、この凹溝部によってピン状フィン成形時の材料の流動を防止することができる。
【００１３】
本発明のヒートシンクは、前記ヒートシンク製造方法により形成されたヒートシンクであり、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる板状部材の表面の一部に複数のピン状フィンが一体に成形されるとともに、前記ピン状フィンが立設される立設部の周辺部に前記拘束部が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる板状部材を用いて、ピン状フィンが部分的に立設されたヒートシンクを形成することができる。したがって、コスト低減および軽量化を図ることができるとともに、放熱性能を良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態のヒートシンクの斜視図である。
【図２】図１に示すヒートシンクの断面図である。
【図３】図１に示すヒートシンクの背面を上側とした斜視図である。
【図４】本発明のヒートシンク製造方法を説明するための成形金型の縦断面図であり、ピン状フィンの成形前の板状部材を配置した状態を示す。
【図５】図４に示す成形金型において、プッシャ部材の下降状態を示す。
【図６】図４に示す成形金型において、パンチの下降状態を示す。
【図７】図４に示す成形金型において、ピン状フィンの成形時の状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
本発明のヒートシンクは、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる板状部材１の一部に複数のピン状フィン２が一体に形成されてなる。
また、本発明のヒートシンクを構成する板状部材１の形状は特に限定されるものではないが、例えば一面を開放状態とした箱状に形成され、図１から図３には、その両端部を省略し、本実施形態のヒートシンク１００の側壁部１１、天板部１２、垂直壁部１３、平板部１４を示している。
【００１７】
そして、ヒートシンク１００の天板部１２には、複数のピン状フィン２が一体に成形されているとともに、ピン状フィン２が立設される立設部１５の周辺部１６には板状部材１が厚さ方向に減肉され、鍛造時に材料の面方向の流動を拘束した痕跡としての拘束部が形成されている。図１から図３に示すヒートシンク１００では、立設部１５とその周辺部１６とを立設部１５の面方向と直交する方向に接続する筒状の立壁部３１、周辺部１６（板状部材１）の表面に形成された凹溝部３２を有しているとともに、天板部１２に立壁部３１の基端部から周辺部１６の内縁部に至る領域を厚さ方向に減肉する棚部３３が形成されている。本実施形態では、これら立壁部３１、凹溝部３２、棚部３３により拘束部を形成している。
また、天板部１２には、立壁部３１の高さを延長するように立設部１５の表面から突出する凸条部３４が形成されている。
【００１８】
立壁部３１は、板状部材１をピン状フィン２の立設方向と同じ方向に向けて突出して形成されており、立壁部３１の板厚は、板状部材１の元板厚より小さく、例えば、元板厚の１／２程度の板厚に形成される。
凹溝部３２は、図３に示すように、ピン状フィン２の立設方向とは反対側に、垂直壁部１３付近を除いて立設部１５の周囲を囲むように形成される。また、棚部３３も、図３に示すように、ピン状フィン２の立設方向とは反対側に、ほぼ一定の幅で形成されている。そして、これら凹溝部３２及び棚部３３の残厚は、板状部材１の元板厚の１／２程度の板厚に形成される。
【００１９】
なお、板状部材１には、例えば厚さ０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ程度の板材を用いることができる。
また、ピン状フィン２は、円柱状に形成されており、直径が１．０ｍｍ〜３．０ｍｍ、高さが３．０ｍｍ〜２０ｍｍに形成される。そして、各ピン状フィン２は、千鳥配列となるように立設部１５表面にピッチ２．０ｍｍ〜１０ｍｍで配置されている。
また、図１及び図２に示す符号５は、発光素子を光源とする照明等の発熱部材である。
【００２０】
次に、本発明のヒートシンク製造方法について説明する。
なお、本実施形態においては、図４に示すように、プレス加工等により段形状を形成した板状部材１に、ピン状フィン２を一体に成形することにより、図１から図３に示すヒートシンク１００を製造することとしている。
【００２１】
ヒートシンク１００を製造するための製造装置はプレス装置により構成され、図４から図７に示す成形金型６により板状部材１を成形するものである。成形金型６は、固定側がダイプレート６１と、そのダイプレート６１の中央のダイ孔部６１ａ内に設けられたダイインサート６２とにより構成される。また、可動側は、プッシャ部材６３と、プッシャ部材６３内にスライド可能に設けられたパンチ６４とにより構成される。
【００２２】
また、ダイインサート６２は、プレス装置の基台に固定されているのに対し、ダイプレート６１は、ダイクッション（図示略）により上下移動可能に支持されている。
そして、ダイインサート６２には、ピン状フィン２を形成するための複数のフィン成形孔部２１が設けられており、各フィン成形孔部２１内には、ノックアウトピン６５が上下移動可能に設けられている。また、ダイインサート６２の成形面の外縁部には段差部６６が形成されており、この段差部６６とダイプレート６１のダイ孔部６１ａとの間に形成される空間部において、凸条部３４を成形することができるようになっている。
【００２３】
そして、プッシャ部材６３の成形面には、ヒートシンク１００の凹溝部３２を形成するための凸条部６７が形成されている。また、パンチ６４の成形面には、中央部に押出型部６８が突出して設けられ、その押出型部６８の外周面と、ダイプレート６１に形成されたダイ孔部６１ａの内周面との間のクリアランスｗは、板状部材１の元板厚ｔよりも小さく設定されており、例えば、元板厚ｔの半分程度に設定される。なお、前述の凸条部３４の幅も板状部材１の元板厚ｔより小さく、例えば、元板厚ｔの半分程度に設定される。
【００２４】
このように構成された成形金型６において、まず図４に示すように、プッシャ部材６３及びパンチ６４を上昇させた状態で、ダイプレート６１上に板状部材１を装着する。
次に、図５に示すように、プッシャ部材６３を白抜き矢印で示す閉方向に下降させると、プッシャ部材６３に押されて板状部材１及びダイプレート６１が図５に二点鎖線で示す初期位置よりも下がった加工位置まで移動する。そして、その加工位置で、プッシャ部材６３とダイプレート６１との間に板状部材１を挟持することにより、板状部材１が加圧され天板部１２に凹溝部３２が形成される。
続いて、板状部材１をプッシャ部材６３とダイプレート６１との間に挟んだ状態で、図６に示すように、パンチ６４を閉方向に下降させることにより、押出型部６８をダイ孔部６１ａ内に進入させる。前述したように、押出型部６８の外周面とダイ孔部６１ａの内周面とのクリアランスｗは元板厚ｔより小さいので、板状部材１は、絞り加工が施されるとともにしごき加工が施され、成形された筒状の立壁部３１は、板厚が元板厚ｔより減少した状態となる。
【００２５】
そして、図７に示すように、さらにパンチ６４を閉方向に下降させると、立壁部３１の基端部で板状部材１が押圧されて棚部３３が形成されるとともに、押出型部６８が、板状部材１の立壁部３１に囲まれた部分を押圧することにより、材料をダイインサート６２のフィン成形孔部２１内に流動して、いわゆる前方押出によりピン状フィン２が成形される。なお、ノックアウトピン６５は、各ピン状フィン２が成形されるとともに、これらピン状フィン２の先端に押されて下方位置に移動する。
このとき、押出型部６８により押圧された材料は、フィン成形孔部２１内だけでなく外方にも流動しようとするが、板状部材１の外周部で押出型部６８がダイ孔部６１ａに入り込んで、その間の板状部材１（立壁部３１）を減肉しているとともに、厚さ方向に押圧しているので、材料が立壁部３１を経由して外方に流出することが抑制されている。
また、立設部１５の周縁部に凸条部３４が形成され、材料の一部を凸条部３４に流入させることで、立壁部３１への材料の流れが防止されるとともに、凹溝部３２及び棚部３３においても、板状部材１が減肉しているとともに、厚さ方向に押圧されていることから、材料が周辺部１６へと流れることが防止される。
したがって、ピン状フィン２の成形時に面方向の材料流動が制限され、材料がフィン成形孔部２１内に流れ易くなることから、板状部材１にピン状フィン２を高く形成することが可能となる。
【００２６】
なお、凹溝部３２は、図３に示すように、垂直壁部１３付近を除いて立設部１５の周囲を囲むように形成されているが、天板部１２の垂直壁部１３側においては、その垂直壁部１３が立設部１５の近傍に形成されているため、天板部１２と垂直壁部１３との曲げ部によってもピン状フィン２の成形時において面方向の材料流動が制限される。このため、凹溝部３２を必ずしも立設部１５の周囲全周を囲んで配置する必要がない。もっとも、凹溝部３２は、立設部１５の周囲全周に設けることが材料の流動を抑制するために好適である。
また、棚部３３においては、立壁部３１の基端部を押圧して棚部３３を形成することにより、立壁部３１内において基端部側から先端部側に向かう圧力が作用するとともに、立壁部３１の周辺を押圧して減肉することにより、その部分での材料の流動が抑制される。そして、これらの両方ともが、ピン状フィン２の成形時において、立設部１５から周辺部１６への材料の逃げを拘束する機能を有している。
【００２７】
なお、材料がフィン成形孔部２１内に流入する際に、ノックアウトピン６５により背圧がかけられるので、各ピン状フィン２の高さを揃えて成形することができる。
【００２８】
ピン状フィン２の成形後、パンチ６４及びプッシャ部材６３を開方向に移動させて、板状部材１の拘束状態を解除すると、ダイプレート６１及びノックアウトピン６５が上昇して初期位置に復帰することにより、ヒートシンク１００がダイインサート６２から取り出される。
【００２９】
本発明によれば、立設部１５の周辺部１６に拘束部を形成し、その拘束部を加圧した状態で立設部１５を押圧してピン状フィン２を成形することにより、成形時に立設部１５とその周辺部１６との間の材料の移動を制限することができる。その結果、材料がピン状フィン２の成形型内（フィン成形孔部２１）に流れ易くなることから、ピン状フィン２を高く形成することができる。
また、ヒートシンク１００の板状部材１の必要な部分にピン状フィン２を形成することができるとともに、板状部材１と一体にピン状フィン２を形成するので、別部材のフィンを接合した場合と比べて、コスト低減及び軽量化を図ることでき、また、放熱性能を良好に維持することができる。さらに、ダイカストによりヒートシンクを製造した場合と比べても、コスト低減及び軽量化（約３０％軽量化）を図ることができる。
【００３０】
また、このように形成されたヒートシンク１００の表面に、酸液又はアルカリ液を用いたエッチング処理やショットブラスト処理、あるいはこれらを組み合わせて表面を粗面化した後にアルマイト処理を施すことにより、ヒートシンク表面積を拡大することができ、放射率を向上させることができる。
この場合、表面処理後のヒートシンク１００について、特定の直線に沿って表面の凹凸形状をトレースしたときの長さは、直線距離の約２倍となり、放射率を測定したところ０．９５以上（ジャパンセンサー株式会社製の放射率測定器ＴＳＳ‐５Ｘによる測定）となった。また、高熱伝導率の純アルミニウムによりヒートシンク１００を形成することにより、より一層放熱性能を向上させることができる。
【００３１】
なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、ピン状フィン２の形状は円柱状に設けたが、台形円錐状や角柱状その他種々のピン形状を採用することができる。また、ピン状フィン２の配列は千鳥配列に限定されるものではなく、正目配列（マトリクス状の配列）にすることや、その他種々の配列を採用することができる。
さらに、板状部材１はプレス加工により予め屈曲形状を形成する他、押出成形等の方法によっても加工することが可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１  板状部材
２  ピン状フィン
５  発熱部材
１１  側壁部
１２  天板部
１３  垂直壁部
１４  平板部
１５  立設部
１６  周辺部
２１  フィン成形孔部
３１  立壁部
３２  凹溝部
３３  棚部
３４  凸条部
６１  ダイプレート
６１ａ  ダイ孔部
６２  ダイインサート
６３  プッシャ部材
６４  パンチ
６５  ノックアウトピン
６６  段差部
６７  凸条部
６８  押出型部
１００  ヒートシンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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