(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の伝熱板等の伝熱体の表面を切削工具で薄く削るスカイブ切削加工を行うことにより、表面に外方に向けて湾曲状に延びるフィンが多数設けられたフィン付伝熱体を製造する方法において、
前記切削工具として刃先角度が４０°〜５５°の範囲のものを用いて、前記伝熱体表面に対する工具の切削入射角度を４．５°〜９．５°に設定した状態でスカイブ切削加工を行うことを特徴とするフィン付伝熱体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、パソコン、産業機器等の機器の制御部（半導体等）の冷却装置やペルチェ装置等における放熱フィン等として用いられるフィン付伝熱体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、放熱フィンとしては、金属製の伝熱板の表面をバイト等の切削工具で薄く削るスカイブ切削加工を行うことで、図３（ロ）に示すような伝熱板（１００）の表面に外方に向けて湾曲状に延びるフィン（１０１）が多数設けられたものが用いられている。このようなフィンは、押出材製の放熱フィンと比較してフィン高さ、フィンピッチを自由に設定できるため、フィンの伝熱性能を向上させることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記スカイブ切削加工により形成されたフィン（１０１）は、図３（ロ）に示すように、大きく湾曲していてその張り出し量（Ｆｘ）が大きくなるために、フィン１枚あたりの空間占有率が大きく、従って伝熱板（１００）の所定長さ（Ｌ）に対して形成し得るフィン枚数に制約を受けるものであった、即ちフィン枚数を増大せしめるのが困難であった。そのため、伝熱表面積の増大を図ることができず、伝熱性能の更なる向上を図ることができないという問題があった。更に、フィン（１０１）が大きく湾曲しているために、伝熱板表面に対してほぼ垂直に送風される空気に対する通気抵抗が比較的大きなものになるし、また端部のフィンの湾曲内側に熱交換に寄与しない大きなスペース（Ａ）が形成され（図３（ロ）参照）、このスペース（Ａ）を空気が抜けてしまうために、伝熱性能の向上が困難になるという問題もあった。
【０００４】
これらの問題点を解消するためには、フィン（１０１）の張り出し量（Ｆｘ）を小さくすれば良い。そこで、本発明者はフィン（１０１）の立ち上げ角度（Ｈ）が大きくなるように設定して製造を試みたところ、フィン（１０１）の張り出し量（Ｆｘ）の低減は可能になったものの、切削前のフィンすくい取り厚さ（ｓｉｎθ×Ｆｐ）と、切削後のフィン厚さ（Ｆｔ）との間に大きなばらつきを生じて、形成されるフィンの厚さ、フィン高さ等の品質が安定せず、製品として到底供し得ないものとなることが判明した。即ち、単にフィンの立ち上げ角度（Ｈ）が大きくなるように切削工具の刃先角度（α）及び切削入射角度（θ）を大きく設定すれば解決できるのではないことがわかった（図２参照）。
【０００５】
この発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、スカイブ湾曲フィンの張り出し量を低減することができて、伝熱体の所定長さ当たりの形成フィン枚数を増大させることができて伝熱表面積を十分に確保できると共に、送風される空気に対する通気抵抗も低減でき、かつ形成されるフィンの厚さ、高さ等の品質にばらつきを生じないフィン付伝熱体の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、湾曲フィンの張り出し量を低減できつつ、フィンの厚さ、高さのばらつきを生じないものとできる製造方法を鋭意研究した結果、切削工具の刃先角度及び切削工具の切削入射角度をそれぞれ特定範囲に規定した状態でスカイブ切削加工を行うことにより、上記目的を達成できることを見出すに至り、この発明を完成したものである。
【０００７】
即ち、この発明に係るフィン付伝熱体の製造方法は、金属製の伝熱板等の伝熱体の表面を工具で薄く削るスカイブ切削加工を行うことにより、表面に外方に向けて湾曲状に延びるフィンが多数設けられたフィン付伝熱体を製造する方法において、前記工具として刃先角度が４０°〜５５°の範囲のものを用いて、前記伝熱体表面に対する工具の切削入射角度を４．５°〜９．５°に設定した状態でスカイブ切削加工を行うことを特徴とするものである。
【０００８】
刃先角度が４０°〜５５°の切削工具を用いるから、湾曲フィンの張り出し量を低減できると共にフィンの厚さ、高さ等の品質のばらつきも小さくなる。また、切削工具を伝熱体表面に対して４．５°〜９．５°の入射角度で入射してスカイブ切削を行うので、形成されるフィンの厚さのばらつきを小さくできて高品質化を図ることができると共に安定状態にスカイブ切削加工をなし得る。上記のようにフィンの張り出し量を低減できるので、伝熱体の所定長さ当たりの形成フィン枚数を増大させることができて伝熱表面積を十分に確保できると共に、送風される空気に対する通気抵抗も低減できるし、空気の流れが各部で均一になって安定した伝熱性能を確保できる。また、フィンの張り出し量を低減できるので、端部フィンの湾曲内側に熱交換に寄与しないスペースが殆どなくなり、これにより伝熱性能が一層向上される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の製造方法は、アルミニウム等の金属製の伝熱板等の伝熱体（２）の表面を切削工具で薄く削るスカイブ切削加工を行うことによって、表面に外方に向けて湾曲状に延びるフィン（３）が多数設けられたフィン付伝熱体（１）を製造する方法であって、切削工具（２０）として刃先角度（α）が４０°〜５５°の範囲のものを用いると共に、伝熱体（２）表面に対する切削工具（２０）の切削入射角度（θ）を４．５°〜９．５°に設定した状態でスカイブ切削加工を行うことを特徴とするものである（図１参照）。
【００１０】
切削工具（２０）としては、その刃先角度（α）が４０°〜５５°の範囲のものを用いる。４０°未満では刃先が細くなり切削加工の際に刃先が欠損しやすくなるし、フィン（３）の張り出し量（Ｆｘ）も大きいものとなる。このように張り出し量（Ｆｘ）が大きくなると伝熱体の所定長さ当たりに形成できるフィンの枚数が少なくなる。具体例で示すと、例えば図３に対比して示すように、フィン（１０１）の張り出し量（Ｆｘ）の大きい図３（ロ）に示される従来のフィン付伝熱体では、伝熱体（１００）の所定長さ（Ｌ）当たりに形成できるフィン（１０１）の数は、ｂ1〜ｂ8の８枚であるのに対し、フィン（３）の張り出し量（Ｆｘ）の小さい図３（イ）に示されるフィン付伝熱体（１）では、同じ長さ（Ｌ）当たりに形成できるフィン（３）の数は、ａ1〜ａ9の９枚であり、伝熱体（２）の所定長さ当たりに形成できるフィン（３）の数は増大する。
【００１１】
一方、刃先角度（α）が５５°を超えると、図７に示すように、切削後のフィン厚さＦｔを、切削前のフィンすくい取り厚さ（ｓｉｎθ×Ｆｐ）（図１参照）に対してプロットした図において両者の間に直線関係が成り立たなくなる、即ち直線からのばらつきの大きいものとなってしまう（Ｆｐ：フィンピッチ）。換言すると、Ｆｔの（ｓｉｎθ×Ｆｐ）に対する比率のばらつきが大きくなってしまう。これはフィン（３）の切削加工前後での厚さのばらつきが大きくなることを意味し、これはフィン高さ等の品質のばらつきとなり、製品としては到底供し得ないものである。これに対して、刃先角度（α）が４０°〜５５°の切削工具（２０）を用いてスカイブ切削加工を行った場合には、図４〜６に示すように、フィン厚さＦｔを（ｓｉｎθ×Ｆｐ）に対してプロットした図において両者の間に良好な直線関係が成り立っており、フィン（３）の厚さ、高さ等の品質のばらつきの少ないものとなし得る。
【００１２】
このような理由から、切削工具（２０）としては、その刃先角度（α）が４０°〜５５°の範囲のものを用いるのであるが、中でも、フィン（３）の張り出し量（Ｆｘ）を極力小さくするためには、刃先角度（α）は４８°〜５５°の範囲に設定するのが好ましく、より好ましくは４９°〜５４°の範囲であり、より一層好ましくは５０°〜５３°の範囲である。
【００１３】
また、フィン（３）の厚さ、高さ等の品質のばらつきを極力小さくするためには、刃先角度（α）は４０°〜４７°の範囲に設定するのが好ましく、より好ましくは４１°〜４６°の範囲であり、より一層好ましくは４２°〜４５°の範囲である。
【００１４】
また、フィン（３）の張り出し量（Ｆｘ）と、フィン（３）の品質のばらつきの両方をバランス良く低減する観点からは、刃先角度（α）は４３°〜５２°の範囲に設定するのが好ましく、より好ましくは４５°〜５０°の範囲であり、より一層好ましくは４６°〜４９°の範囲である。
【００１５】
この発明の製造方法において、伝熱体（２）表面に対する切削工具（２０）の切削入射角度（すくい角）（θ）は４．５°〜９．５°に設定するものとする。４．５°未満では、形成されるフィン（３）の厚さのばらつきが大きくなるし、一方９．５°を超えるとフィン厚さの大きいものとなってしまい例えば厚さ０．２ｍｍ程度にまで薄く成形することが困難となるし、スカイブ切削加工を安定状態に行うのが困難となる。中でも、切削工具の切削入射角度（θ）は５°〜９°に設定するのが好ましく、特に好ましいのは６°〜８°である。
【００１６】
【実施例】
次に、この発明の具体的実施例について比較例との対比において説明する。
【００１７】
＜実施例１＞
この発明の製造方法に基いて図３（イ）に示すようなアルミニウム製のフィン付伝熱板を作製した。即ち、刃先角度（α）が４０°の切削工具を用いて、切削入射角度（θ）を７°に設定した状態でスカイブ切削加工を行った。なお、フィンピッチ（Ｆｐ）は２．０ｍｍに設定した。この伝熱板のサイズは、幅８０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ５ｍｍであり、該伝熱板の片面に高さ３０ｍｍのフィンが湾曲状に突設されたものであり、形成できたフィン枚数は４８枚であった。
【００１８】
＜実施例２＞
刃先角度（α）が４３°の切削工具を用いた以外は、実施例１と同様にスカイブ切削加工を行ってフィン付伝熱板を作製した。形成できたフィン枚数は４８枚であった。
【００１９】
＜実施例３＞
刃先角度（α）が４５°の切削工具を用いた以外は、実施例１と同様にスカイブ切削加工を行ってフィン付伝熱板を作製した。形成できたフィン枚数は４９枚であった。
【００２０】
＜実施例４＞
刃先角度（α）が４７°の切削工具を用い、切削入射角度（θ）を６．５°に設定した以外は、実施例１と同様にスカイブ切削加工を行ってフィン付伝熱板を作製した。形成できたフィン枚数は４９枚であった。
【００２１】
＜実施例５＞
刃先角度（α）が５０°の切削工具を用い、切削入射角度（θ）を７．５°に設定した以外は、実施例１と同様にスカイブ切削加工を行ってフィン付伝熱板を作製した。形成できたフィン枚数は４９枚であった。
【００２２】
＜実施例６＞
刃先角度（α）が５５°の切削工具を用い、切削入射角度（θ）を７．２°に設定した以外は、実施例１と同様にスカイブ切削加工を行ってフィン付伝熱板を作製した。形成できたフィン枚数は４８枚であった。
【００２３】
上記実施例１〜６のフィン付伝熱板は、いずれもフィンの厚さ、高さ等の品質のばらつきの小さいものであった。
【００２４】
＜比較例１＞
刃先角度（α）が３７°の切削工具を用いた以外は、実施例１と同様にスカイブ切削加工を行ってフィン付伝熱板を作製した。形成できたフィン枚数は４６枚であった。
【００２５】
＜比較例２＞
刃先角度（α）が６０°の切削工具を用いた以外は、実施例１と同様にスカイブ切削加工を行ってフィン付伝熱板を作製した。この伝熱板は、フィンの厚さ、高さのばらつきが大きく製品として供し得ないものであった。
【００２６】
実施例１〜６のフィン付伝熱体は、所定長さ当たりの形成フィン枚数を（同一フィン厚さ・同一フィンピッチで）比較例１の従来品よりも増加させることができ、これにより比較例１の従来品と比較して伝熱性能が約８％向上していることが認められた。即ち、同一体積（同一空間容積）で比較して実施例１〜６のフィン付伝熱体の方が約８％伝熱性能が向上していた。
【００２７】
【発明の効果】
この発明の製造方法は、刃先角度が４０°〜５５°の切削工具を用いてスカイブ切削加工を行うから、湾曲フィンの張り出し量を低減できると共にフィンの厚さ、高さ等の品質のばらつきも小さくできる。このようにフィンの張り出し量を低減できるので、伝熱体の所定長さ当たりの形成フィン枚数を増大させることができて伝熱表面積を十分に確保でき伝熱性能に優れたものとなると共に、送風される空気に対する通気抵抗も低減できるし、更には端部フィンの湾曲内側に熱交換に寄与しないスペースが殆どなくなるので、伝熱性能を一段と向上できる。更に、切削工具を伝熱体表面に対して４．５°〜９．５°の入射角度で入射させてスカイブ切削を行うので、形成されるフィンの厚さのばらつきを小さくできると共に安定状態にスカイブ切削加工を行うことができる。このように切削工具の刃先角度及び切削入射角度をそれぞれ特定範囲に規定したことによって、高品質でかつ高性能なフィン付伝熱体の製造が可能となったものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】スカイブ切削加工によるフィンの立ち上げ成形の模式的説明図である。
【図２】刃先角度、切削入射角度およびフィン立上角度の相関関係を示す説明図である。
【図３】（イ）はこの発明の製造方法で製造されたフィン付伝熱体の側面図、（ロ）は従来の製造方法で製造されたフィン付伝熱体の側面図である。
【図４】  Ftと(sinθ×Fp）との相関関係をプロットした図であり、（イ）は刃先角度α＝４０°での測定図、（ロ）は刃先角度α＝４３°での測定図である。
【図５】  Ftと(sinθ×Fp）との相関関係をプロットした図であり、（イ）は刃先角度α＝４５°での測定図、（ロ）は刃先角度α＝４７°での測定図である。
【図６】  Ftと(sinθ×Fp）との相関関係をプロットした図であり、（イ）は刃先角度α＝５０°での測定図、（ロ）は刃先角度α＝５５°での測定図である。
【図７】  Ftと(sinθ×Fp）との相関関係をプロットした図であり、刃先角度α＝６０°での測定図である。
【符号の説明】
１…フィン付伝熱体
２…伝熱体
３…フィン
２０…切削工具
α…刃先角度
θ…切削入射角度
Ｈ…フィン立上角度
Ｆｔ…フィン厚さ
Ｆｘ…張り出し量
Ｆｐ…フィンピッチ
【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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