(57)【要約】  熱処理なしで１７０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上の熱伝導度を得ることができる、鋳造性に優れたダイカスト用高熱伝導アルミニウム合金及び同合金を用いたアルミニウム合金ダイカストを開発した。  具体的には、Ｃｕ：２．３０重量％以下、Ｓｉ:１．５０重量％以下、Ｆｅ:１．２０〜２．６０重量％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなることを特徴とするダイカスト用高熱伝導アルミニウム合金である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕ：２．３０重量％以下、Ｓｉ:１．５０重量％以下、Ｆｅ:１．２０〜２．６０重量％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなることを特徴とするダイカスト用高熱伝導アルミニウム合金。
【請求項２】
請求項１に記載のアルミニウム合金でダイカストされたことを特徴とするアルミニウム合金ダイカスト。
【請求項３】
請求項１に記載のアルミニウム合金をダイカストして得た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、コンピュータ，電子機器などに用いられ、電子部品を収納するための筐体や受熱ブロック或いはヒートシンクのような放熱特性を要求される部材に最適のダイカスト用のアルミニウム合金と、これを用いたアルミニウム合金ダイカストに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の電子機器は、小型化・高速化・高密度化のために電子機器から発生する熱が増大しており、電子機器の性能維持のためには機器内に収納されている電子部品自体の冷却が不可欠となっている。従って、上記の電子部品を搭載する放熱部材には、高い熱伝導性が要求されることになる。【０００３】
従来のこの種の放熱部材、例えば一面或いは両面に多数のフィンが突設された放熱部材は、熱伝導に優れた純アルミニウムや展伸材用アルミニウム合金の押出成形品(これらは鋳造性が非常に悪い)が用いられている。ユーザーはこれを必要寸法に切断し、電子部品の取付位置に当たる部分を機械加工していたが、加工数量が膨大な量になると加工費が嵩み、コスト高の原因になるという問題が発生した。【０００４】
ここで、上記の放熱部材の製造にダイカストなどの加圧鋳造技術の利用が検討されたが、例えば日本工業規格ＪＩＳ  Ｈ５３０２で規定されたＡＤＣ１２などの従来のダイカスト用アルミニウム合金は、その熱伝導度が純アルミニウム［約２５０Ｗ／(ｍ・Ｋ)］の半分未満と非常に小さく、要求される熱伝導性能を満たすことが出来なかった。【０００５】
そこで、かかる問題に対する解決策として、下記の特許文献１には、アルミニウム合金の化学組成中、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｆｅ及びＭｇの主要成分を所定の範囲に調製することにより、１５０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上の熱伝導度を有し、純アルミニウムに代わって放熱部材として使用できる加圧鋳造用のアルミニウム合金と、同合金を用いたアルミニウム合金鋳物とを提供する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１９３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特許文献１に記載の加熱鋳造用アルミニウム合金を用いれば、加圧鋳造により、放熱部材を量産することができる。
しかしながら、近年、上記の加圧鋳造で製造される放熱部材において、一部では１７０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上のより高い熱伝導度を有する合金の使用が望まれるようになってきている。これに対し、上記の特許文献１に記載の合金を用いてダイカストした場合、熱処理なしで１７０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上の熱伝導度を得ることが困難であった。【０００８】
それゆえに、この発明の主たる課題は、熱処理なしで１７０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上の熱伝導度を得ることができる、鋳造性に優れたダイカスト用高熱伝導アルミニウム合金及び同合金を用いたアルミニウム合金ダイカストを開発することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明における第１の発明は、「Ｃｕ：２．３０重量％以下、Ｓｉ:１．５０重量％以下、Ｆｅ:１．２０〜２．６０重量％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなる」ことを特徴とするダイカスト用高熱伝導アルミニウム合金である。【００１０】
本発明のアルミニウム合金は、主に放熱部材としての用途に用いられるものであるから、鋳造性、焼き付き防止性のみならず熱伝導性に優れていることが重要である。Ｃｕ、Ｓｉ及びＦｅの主要成分の含有範囲は、前記の通りであるので鋳造性、焼き付き防止性、熱伝導性の３点について要求を満足する。【００１１】
また、本発明における第２の発明は、上記第１の発明に記載のアルミニウム合金でダイカストされたことを特徴とするアルミニウム合金ダイカストである。
このように、第１の発明のアルミニウム合金でダイカストされたアルミニウム合金ダイカストは、熱処理をしなくとも１７０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上の熱伝導度を有するものとなる。【００１２】
さらに、本発明における第３の発明は、上記第１の発明に記載のアルミニウム合金をダイカストして得たことを特徴とするヒートシンクである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、主要成分であるＣｕ、Ｓｉ及びＦｅが所要の範囲内にあるので、ダイカスト成形時の鋳造性、焼き付き防止性を損なうことなく、熱伝導度が１７０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上という熱伝導性についての要求を満足させたダイカスト用高熱伝導アルミニウム合金並びにアルミニウム合金ダイカストを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例と比較例におけるＣｕ含有量に対する熱伝導度の変化を表すグラフである。
【図２】本発明の実施例と比較例におけるＳｉ含有量に対する熱伝導度の変化を表すグラフである。
【図３】本発明の実施例と比較例におけるＦｅ含有量に対する熱伝導度の変化を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について具体例を示しながら詳述する。
本発明のダイカスト用高熱伝導アルミニウム合金(以下、単に「アルミニウム合金」或いは「合金」ともいう。)は、主として２．３０重量％以下のＣｕ(銅)，１．５０重量％以下のＳｉ(シリコン；ケイ素)，１．２０〜２．６０重量％のＦｅ(鉄)を含有し、残部がＡｌ(アルミニウム)と不可避不純物とで構成されている。以下、各元素の特性について説明する。
【００１６】
Ｃｕ(銅)は、アルミニウム合金の引張強さ、０．２％耐力、硬さを向上させる一方で、合金の熱伝導度を若干低下させる。ただし、アルミニウム合金全体に対するＣｕの含有割合が２．３０重量％以下である場合には、１７０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上の熱伝導度を得ることができる。したがって、本発明のアルミニウム合金では、要求される機械的性質に応じて、このＣｕを最大で２．３０重量％まで含有することとしている。なお、アルミニウム合金に強度が必要でなく熱伝導性を優先する場合には、Ｃｕの含有割合はゼロであってもよい。
【００１７】
Ｓｉ(シリコン；ケイ素)は、アルミニウム合金の引張強さ、０．２％耐力、硬さを向上させ、且つアルミニウム合金を溶融してダイカストする際に流動性を向上させる一方で、合金の熱伝導度を低下させる元素である。ただし、アルミニウム合金全体に対するＳｉの含有割合が１．５０重量％以下である場合には、１７０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上の熱伝導度を得ることができる。したがって、本発明のアルミニウム合金では、要求される機械的性質に応じて、このＳｉを最大で１．５０重量％まで含有することとしている。なお、アルミニウム合金に強度が必要でなく熱伝導性を優先する場合には、Ｓｉの含有割合はゼロであってもよい。
【００１８】
Ｆｅ(鉄)は、ダイカスト時の焼付きや金型内での鋳造品の収縮による離型不良を防止する効果を有する。このため、合金を問題なく(鋳造性よく)ダイカストするためには、このＦｅをアルミニウム合金全体の重量に対して１．２０重量％以上、より好ましくは１．４０重量％以上含有させる必要がある。
一方、このＦｅは、合金の熱伝導度を低下させる元素である。ただし、アルミニウム合金全体に対するＦｅの含有割合が２．６０重量％以下である場合には、１７０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上の熱伝導度を得ることができる。したがって、本発明のアルミニウム合金では、要求される機械的性質や熱伝導性或いは鋳造性に応じて、このＦｅを１．２０〜２．６０重量％の範囲で含有することとしている。
【００１９】
本発明のアルミニウム合金には、上記の各主要元素のほかに、マトリックスであるＡｌと不可避不純物とが含まれている。このうち、不可避不純物については、少ないほど熱伝導性が良くなるが、不純物を少なくして純度を上げようとすればする程、コストがかかるようになる。したがって、目標の熱伝導度を損なわない程度の不純物は許容する必要があり、その種類と量について一例を挙げると、Ｚｎ：０．１重量％以下、Ｔｉ：０．０５重量％以下、Ｐｂ：０．０６重量％以下、Ｓｎ：０．０５重量％以下、Ｃｒ：０．１０重量％以下、Ｎｉ：０．０５重量％以下である。
【００２０】
以上の元素組成に従って、Ｃｕ，Ｓｉ及びＦｅの含有割合を調整すると、ダイカスト時におけるアルミニウム合金と金型との焼付きや離型不良を防止できると共に、熱伝導性に優れたアルミニウム合金地金を得ることができる。
【００２１】
本発明のアルミニウム合金を製造する際には、まず、Ａｌ，Ｃｕ，Ｓｉ及びＦｅの各元素成分が上述した所定の割合となるように配合した原料を準備する。続いて、この原料を前炉付溶解炉や密閉溶解炉などの溶解炉に投入し、これらを溶解させる。溶解させた原料すなわちアルミニウム合金の溶湯は、必要に応じて脱水素処理および脱介在物処理などの精製処理が施される。そして、精製された溶湯を所定の鋳型などに流し込み、固化させることによって、アルミニウム合金の溶湯を合金地金インゴットなどに成形する。
【００２２】
また、本発明のアルミニウム合金を用いてアルミニウム合金鋳物(鋳造品)を鋳造する際には主としてダイカストが用いられる。このようにダイカストを用いることによって、鋳造品を効率よく量産することができる。
そして、ダイカストによって得られたアルミニウム合金鋳物(アルミニウム合金ダイカスト)は、必要に応じて溶体化処理および時効処理などが施される。このようにアルミニウム合金鋳物に溶体化処理および時効処理などを施すことによってアルミニウム合金鋳物の機械的性質を改良することができる。
【００２３】
なお、本発明の合金を用いたアルミニウム合金ダイカストは、熱処理をしなくとも１７０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上の熱伝導度を有するものであることから、その用途としてはヒートシンクのような放熱部材が特に好適である。ここで「ヒートシンク」とは、発熱する機械・電気部品に取り付けて、熱の放散によって温度を下げることを目的にした部品のことであり、その用途によって大きさや形状が千差万別である。
【実施例】
【００２４】
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。なお、実施例および比較例における各機械的性質(引張強さ，伸び，０．２％耐力)は、（株）島津製作所社製の万能試験機(ＡＧ−ＩＳ  １００ｋＮ)で測定した。また、熱伝導度は、アルバック理工(株)製の熱定数測定装置(ＴＣ−７０００)を用いてレーザーフラッシュ法で測定した。さらに、ブリネル硬さは、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４３に準拠して測定した。そして、鋳造性については、型締力２５０トンの通常のダイカストマシン(東芝機械(株)製  ＤＣ２５０ＪＭＴ)を使用して射出速度２．０ｍ／秒、鋳造圧力８０ＭＰａでダイカストし、目視にて鋳造性を確認した。鋳造性に問題がないものは「○」で表し、鋳造性に問題が有ったものについては「×」で表した。【００２５】
表１は、本発明の対象となるアルミニウム合金の実施例１〜１１と比較例１〜３の元素組成、熱伝導度、物性測定結果並びに鋳造性を示したものである。【００２６】
【表１】
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【００２７】
本発明のアルミニウム合金は、上述のように鋳造性、焼き付き防止性、熱伝導性の３つにおいて優れた特性が要求される。熱伝導性は、上述したように純アルミニウムが約２５０Ｗ／(ｍ・Ｋ)と最も優れた値を示し、これに(表１に示す各合金のように)様々な元素が入ると熱伝導性は低下する。【００２８】
図１は、表１のデータに基づいて作成したＣｕの含有率と熱伝導度との関係を示すグラフである。このグラフが示すように、アルミニウム合金全体に対するＣｕの含有割合の増加に伴って合金の熱伝導度が漸減するが、このＣｕの含有割合が２．３０重量％程度までは１７０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上の熱伝導度を維持する。したがって、熱伝導度に関してはＣｕの含有割合が２．３０重量％以下の範囲であれば満足すると言える。【００２９】
図２は、表１のデータに基づいて作成したＳｉの含有率と熱伝導度との関係を示すグラフである。このグラフが示すように、アルミニウム合金全体に対するＳｉの含有割合の増加に伴って合金の熱伝導度が低下するが、このＳｉの含有割合が１．５０重量％程度までは１７０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上の熱伝導度を維持する。したがって、熱伝導度に関してはＳｉの含有割合が１．５０重量％以下の範囲であれば満足すると言える。【００３０】
図３は、表１のデータに基づいて作成したＦｅの含有率と熱伝導度との関係を示すグラフである。このグラフが示すように、アルミニウム合金全体に対するＦｅの含有割合の増加に伴って合金の熱伝導度が漸減するが、このＦｅの含有割合が２．６０重量％程度までは１７０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上の熱伝導度を維持する。したがって、熱伝導度に関してはＦｅの含有割合が２．６０重量％以下の範囲であれば満足すると言える。
しかしながら、このＦｅに関しては、表１の比較例１及び２で示すように、アルミニウム合金全体に対するＦｅの含有割合が１．２０重量％未満の場合、鋳造性に問題が生じた。具体的には、ダイカストマシンの型開時に、鋳造したアルミニウム合金ダイカストが金型に張り付いて取り出せなくなった。かかる現象は、Ｆｅ不足によるアルミニウム合金ダイカストの収縮が原因であると推察される。
したがって、合金の熱伝導性と鋳造性との両方を考慮したとき、アルミニウム合金全体に対するＦｅの含有割合は１．２０〜２．６０重量％の範囲が好適であると言える。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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