(57)【要約】【課題】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。【解決手段】本発明は、金属基体（Ｍ）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、金型（１０）のキャビティ（１０Ｃ）内に溶融金属を注入し、金型（１０）内を流れる冷却媒体によってキャビティ（１０Ｃ）内で溶融金属を凝固させて、金属基体（Ｍ）をダイカスト鋳造する鋳造工程と、金型（１０）から取り出された金属基体（Ｍ）の表面に放熱性塗料を塗布する塗布工程とを有する。塗布工程においては、金型（１０）から排出され、鋳造工程において加温された冷却媒体の流路に熱的に接続された箇所に金属基体（Ｍ）を設置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
金型のキャビティ内に溶融金属を注入し、前記金型内を流れる冷却媒体によって前記キャビティ内で前記溶融金属を凝固させて、前記金属基体をダイカスト鋳造する鋳造工程と、
前記金型から取り出された前記金属基体の表面に放熱性塗料を塗布する塗布工程とを有し、
前記塗布工程においては、前記金型から排出され、前記鋳造工程において加温された前記冷却媒体の流路に熱的に接続された箇所に前記金属基体を設置する、ヒートシンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシンクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。ダイカスト鋳造法では、金型のキャビティ内に溶融金属（「溶湯」とも言う。）を注入し、金型内を流れる冷却媒体によってキャビティ内で溶湯を凝固させて、金属基体を成形する。
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には、ダイカスト鋳造法で成形された基体に対して鋳造直後の余熱が残る高温状態で、樹脂の射出成形を行う方法が開示されている（請求項１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５７−２０２６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のヒートシンクの製造方法は、
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であって、
金型のキャビティ内に溶融金属を注入し、前記金型内を流れる冷却媒体によって前記キャビティ内で前記溶融金属を凝固させて、前記金属基体をダイカスト鋳造する鋳造工程と、
前記金型から取り出された前記金属基体の表面に放熱性塗料を塗布する塗布工程とを有し、
前記塗布工程においては、前記金型から排出され、前記鋳造工程において加温された前記冷却媒体の流路に熱的に接続された箇所に前記金属基体を設置するものである。
【発明の効果】
【０００８】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る一実施形態のヒートシンクの製造装置の要部模式斜視図である。
【図２】制御機器による分岐流路の切替えの制御のフローチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
「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、
金型のキャビティ内に溶湯を注入し、金型内を流れる冷却媒体によってキャビティ内で溶湯を凝固させて、金属基体をダイカスト鋳造する鋳造工程と、
金型から取り出された金属基体の表面に放熱性塗料を塗布する塗布工程とを有する。
塗布工程においては、金型から排出され、鋳造工程において加温された冷却媒体の流路に熱的に接続された箇所に金属基体を設置する。
【００１１】
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、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。
【００１２】
一般的に、塗布法では、対流（例えば、スプレー塗布に用いられる圧縮エアの噴射による対流）によって余熱を有する金属基体から外部への熱伝導が起こりやすく、金属基体の被塗布面の温度が下がりやすい傾向がある。塗料の単位面積当たりの付着量は温度の影響を受けるため、塗布法では、特段の対策を講じなければ、対流による金属基体の被塗布面の温度低下が起こりやすく、所望の厚みの放熱性被覆層を安定的に成膜することが難しい。金属基体の被塗布面の温度低下を抑制するために、新たにヒータ等の加熱手段を用いて金属基体を加熱する場合、エネルギーコストが増加して、好ましくない。
【００１３】
本発明の製造方法では、塗布工程の間、鋳造工程において温められた冷却媒体の熱を利用して、対流による金属基体の温度低下を抑制することができる。その結果、金属基体の表面を放熱性塗料の塗布に適した温度範囲に保持することができ、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。
本発明の製造方法では、鋳造工程において温められた冷却媒体の熱を利用するため、金属基体の温度低下を抑制するためにヒータ等の加熱手段を新たに用意する必要がなく、エネルギーコスト増も招かない。
【００１４】
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。ダイカストマシンは、公知のものを用いることができる。
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等の冷却媒体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。
【００１５】
（塗布工程）
塗布工程では、ダイカスト金型から取り出された、好ましくはダイカスト鋳造の余熱の残る金属基体の表面に対して、放熱性塗料を塗布する。
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。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。
具体的な塗布法としては、スプレー塗布、カーテンコーティング、およびスロットコーティング等が挙げられ、スプレー塗布等が好ましい。
【００１６】
本発明の製造方法では、鋳造工程で用いたダイカスト金型から排出され、鋳造工程において加温された冷却媒体の流路に熱的に接続された箇所に金属基体を設置して、塗布工程を実施する。
【００１７】
なお、放熱性塗料中の媒体（溶媒または分散媒）は、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、塗布工程後に、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。
【００１８】
図面を参照して、本発明に係る一実施形態のヒートシンクの製造装置とこれを用いたヒートシンクの製造方法について、説明する。図１は、本発明に係る一実施形態のヒートシンクの製造装置の要部模式斜視図である。
【００１９】
図１に示す実施形態のヒートシンクの製造装置は、固定型１１と可動型１２とからなるダイカスト金型１０を含むダイカストマシンを備える。図中、符号１０Ｃはキャビティを示す。図には、鋳造工程後のダイカスト金型１０（固定型１１および可動型１２）とこれから取り出された金属基体Ｍが模式的に示されている。なお、金属基体Ｍの形状およびサイズは適宜設計される。
図中、符号２１はチラー（図示略）で冷却された冷却媒体が可動型１２に流入する冷却媒体の流路、符号２２は鋳造工程において加温された冷却媒体が可動型１２から流出する冷却媒体の流路を示す。
【００２０】
図示実施形態のヒートシンクの製造装置は、ダイカスト金型１０から取り出された金属基体Ｍの表面に放熱性塗料を塗布する塗布手段７０を備える。図示例において、塗布手段７０は、スプレーノズルである。
図示実施形態のヒートシンクの製造装置は、上面に塗布工程中の金属基体Ｍが載置される金属基体載置台６０を備える。金属基体載置台６０の内部には、鋳造工程において加温された冷却媒体の流路が少なくとも１つ形成されている。金属基体載置台６０の形状およびサイズは適宜設計される。
【００２１】
鋳造工程において加温された冷却媒体が可動型１２から流出する冷却媒体の流路２２は複数の分岐流路に分岐され、これらの複数の分岐流路が金属基体載置台６０の内部を通るようにしてもよい。
図示例において、冷却媒体の流路２２は３本の分岐流路３１〜３３に分岐され、これらの３本の分岐流路３１〜３３は金属基体載置台６０の内部を通った後、１本の流路４１に統合され、チラーに戻るようになっている。
図示例において、金属基体載置台６０の内部を通る分岐流路３１〜３３は、金属基体Ｍの載置面（金属基体載置台６０の上面）からの設置距離が異なる。具体的には、金属基体載置台６０の内部において、金属基体Ｍの載置面（金属基体載置台６０の上面）に近い側から、第１の分岐流路３１、第２の分岐流路３２、第３の分岐流路３３が設置されている。
【００２２】
金属基体Ｍまたは金属基体載置台６０の上部（金属基体Ｍの近傍部分）の温度は、熱電対等の温度計測手段（図示略）によってモニタリングすることができる。
図示例において、金属基体載置台６０の前段には、冷却媒体が通る分岐流路を切り替える流路変更機５１が設けられている。また、上記温度計測手段（図示略）による温度データに基づいて、流路変更機５１による分岐流路の切替えを制御する制御機器５２が設けられている。
【００２３】
制御機器５２による分岐流路の切替えの制御は例えば、以下のように実施することができる。
塗料の単位面積当たりの付着量は温度の影響を受けるため、塗布工程中の金属基体Ｍには塗布工程に適した好ましい温度範囲がある。
ダイカスト鋳造直後の金属基体Ｍの温度をＴＤとし、塗布工程中の金属基体Ｍの好ましい温度範囲の下限値をＴｍｉｎとする。塗布工程中の金属基体Ｍの好ましい温度範囲は、Ｔｍｉｎ以上ＴＤ以下である。この温度範囲の中間温度をＴＭとする。
上記好ましい温度範囲内に２つの基準温度（第１の基準温度ＴＡおよび第２の基準温度ＴＢ）を設定する。ただし、Ｔｍｉｎ＜ＴＢ＜ＴＭ＜ＴＡ＜ＴＤである。
【００２４】
制御機器５２による分岐流路の切替え制御のフローチャートの一例を、図２に示す。
制御機器５２に、温度計測手段（図示略）による温度データが入力される。
制御機器５２は、取得した温度データと第１の基準温度ＴＡとを比較し、取得した温度データが第１の基準温度ＴＡ以上であるか否かを判定する。
取得した温度データが第１の基準温度ＴＡ以上であると判定された場合、金属基体Ｍの温度が充分に高く、最低限の温度保持でよいため、制御機器５２は、流路変更機５１が、金属基体Ｍの載置面（金属基体載置台６０の上面）からの設置距離が最も遠い第３の分岐流路３３を選択するよう流路変更機５１を制御する。
【００２５】
取得した温度データが第１の基準温度ＴＡ未満であると判定された場合、制御機器５２は、取得した温度データと第２の基準温度ＴＢとを比較し、取得した温度データが第２の基準温度ＴＢ以上であるか否かを判定する。
取得した温度データが第２の基準温度ＴＢ以上であると判定された場合、金属基体Ｍの温度が中程度に高く、中程度の加熱保持が必要であるため、制御機器５２は、流路変更機５１が、金属基体Ｍの載置面（金属基体載置台６０の上面）からの設置距離が中程度である第２の分岐流路３２を選択するよう流路変更機５１を制御する。
【００２６】
取得した温度データが第２の基準温度ＴＢ未満であると判定された場合、金属基体Ｍの温度が比較的低く、加熱保持が必要であるため、制御機器５２は、流路変更機５１が、金属基体Ｍの載置面（金属基体載置台６０の上面）からの設置距離が最も近い第１の分岐流路３１を選択するよう流路変更機５１を制御する。
【００２７】
上記方法では、温度計測手段（図示略）によって金属基体Ｍまたは金属基体載置台６０の上部の温度がモニタリングされ、温度計測手段（図示略）による温度データに基づいて分岐流路３１〜３３が選択され、分岐流路３１〜３３を流れる鋳造工程で加温された冷却媒体によって金属基体Ｍを好ましい温度範囲内に保温または加温することができる。そのため、金属基体Ｍの表面を放熱性塗料の塗布に適した温度範囲に保持することができ、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。この方法では、鋳造工程において温められた冷却媒体の熱を利用するため、金属基体Ｍの温度低下を抑制するためにヒータ等の加熱手段を新たに用意する必要がなく、エネルギーコスト増も招かない。
なお、金属基体載置台６０の内部を通る冷却媒体の分岐流路の数、および、分岐流路の切替えの制御の基準温度の数は、適宜設計される。
【００２８】
以上説明したように、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。
【００２９】
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。
【符号の説明】
【００３０】
１０  ダイカスト金型
１０Ｃ  キャビティ
１１  固定型
１２  可動型
２１、２２、４１  流路
３１〜３３  分岐流路
５１  流路変更機
５２  制御機器
６０  金属基体載置台
７０  塗布手段
Ｍ  金属基体
【図１】
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【図２】
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