(57)【要約】【課題】従来よりも放熱性に優れ、かつ、固定時の構造安定性が高いアルミニウム製ヒートシンク及びその製造方法を提供すること。【解決手段】発熱部材の表面に当接させるベース２１と、ベース２１から立設させたフィン２２とを備えた放熱部２と、ベース２１の外周に一体的に接合されたフレーム部３とを有する。放熱部２とフレーム部３とは、異なる材質よりなるアルミニウム合金により構成されており、放熱部２を構成する第１アルミニウム合金はフレーム部３を構成する第２アルミニウム合金よりも含有アルミニウム純度が高いと共に熱伝導性が高く、かつ、第２アルミニウム合金は第１アルミニウム合金よりも引張強さが高い。第１アルミニウム合金は、含有アルミニウム純度が９８質量％以上であることが好ましい。第１アルミニウム合金は、熱伝導率が１６０Ｗ／ｍ℃以上であることが好ましい。【選択図】図５
2012101239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱部材の表面に当接させるベースと、該ベースから立設させたフィンとを備えた放熱部と、
上記ベースの外周に一体的に接合されたフレーム部とを有し、
上記放熱部と上記フレーム部とは、異なる材質よりなるアルミニウム合金により構成されており、上記放熱部を構成する第１アルミニウム合金は上記フレーム部を構成する第２アルミニウム合金よりも含有アルミニウム純度が高いと共に熱伝導性が高く、かつ、上記第２アルミニウム合金は上記第１アルミニウム合金よりも引張強さが高いことを特徴とするアルミニウム製ヒートシンク。
【請求項２】
請求項１に記載のアルミニウム製ヒートシンクにおいて、上記第１アルミニウム合金は、含有アルミニウム純度が９８質量％以上であることを特徴とするアルミニウム製ヒートシンク。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のアルミニウム製ヒートシンクにおいて、上記第１アルミニウム合金は、熱伝導率が１６０Ｗ／ｍ℃以上であることを特徴とするアルミニウム製ヒートシンク。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のアルミニウム製ヒートシンクにおいて、上記第２アルミニウム合金は、引張強さが１８０Ｎ／ｍｍ2以上であることを特徴とするアルミニウム製ヒートシンク。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のアルミニウム製ヒートシンクにおいて、上記放熱部と上記フレーム部とは、一方を先に作製した後、当該一方を金型内にインサートして他方を鋳造することにより両者を一体的に接合してあることを特徴とするアルミニウム製ヒートシンク。
【請求項６】
請求項５に記載のアルミニウム製ヒートシンクにおいて、上記放熱部と上記フレーム部との接合部分には、一方に設けられた突出部と該突出部を覆う鋳ぐるみ部とを有することを特徴とするアルミニウム製ヒートシンク。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のアルミニウム製ヒートシンクを製造する方法であって、
上記放熱部と上記フレーム部のうちの一方を鋳造により作製する第１鋳造工程と、
該第１鋳造工程により作製した上記一方を金型内にインサートして他方を鋳造することにより両者を一体的に接合する第２鋳造工程とを有することを特徴とするアルミニウム製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、電子デバイスその他の発熱部材からの放熱を促進するために用いるアルミニウム製ヒートシンク及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
使用時に発熱する電子デバイス等の発熱部材には、放熱を促すためのヒートシンクが取り付けられることが多い。また、近年の電子デバイス等の高性能化によってその発熱量が増大したことにより、ヒートシンクの放熱効果の向上が求められている。
【０００３】
ヒートシンクとしては、軽量で比較的熱伝導特性に優れたアルミニウム合金を素材としたアルミニウム製ヒートシンクが用いられる場合が多い。アルミニウム製ヒートシンクとしては、発熱部材に当接させると共に固定部分となる基部と、基部から延設された放熱面積を増大させるためのフィンとを備えるものが通常である（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭５１−１０９６８号公報
【特許文献２】特開昭５７−１９３０４９号公報
【特許文献３】実開昭４５−１９４８号公報
【特許文献４】特開平８−３１６３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アルミニウム製ヒートシンクは、上記基部とフィンとを一体的に一種類の合金を素材として鋳造により作製することが多い。放熱効果を向上させるためには、ヒートシンクを構成しているアルミニウム合金の熱伝導特性が高い方が有利である。しかし、一般的には、アルミニウム合金の熱伝導特性を高めると機械的特性が低下する。すなわち、アルミニウム製ヒートシンクの放熱性だけを追求すれば、機械的特性が低下し、ヒートシンクを発熱部材に当接させて固定する固定構造が不安定となる。固定構造の不安定化は、耐久性にも影響する。一方、アルミニウム合金の機械的特性を確保した場合には、放熱性を犠牲にする必要がある。
【０００６】
このような問題に対して、基部とフィンとを異なる材質のアルミニウム合金とすることが提案されている（特許文献３、４参照）。この場合には、基部の機械的特性を向上させると共に、フィンの熱伝導特性を向上させることが可能となる。
しかしながら、さらなる放熱性向上を検討する際には、発熱部材と直接当接する基部の熱伝導特性を向上させることが必要となってくる。
【０００７】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、従来よりも放熱性に優れ、かつ、固定時の構造安定性が高いアルミニウム製ヒートシンク及びその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、発熱部材の表面に当接させるベースと、該ベースから立設させたフィンとを備えた放熱部と、
上記ベースの外周に一体的に接合されたフレーム部とを有し、
上記放熱部と上記フレーム部とは、異なる材質よりなるアルミニウム合金により構成されており、上記放熱部を構成する第１アルミニウム合金は上記フレーム部を構成する第２アルミニウム合金よりも含有アルミニウム純度が高いと共に熱伝導性が高く、かつ、上記第２アルミニウム合金は上記第１アルミニウム合金よりも引張強さが高いことを特徴とするアルミニウム製ヒートシンクにある（請求項１）。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明のアルミニウム製ヒートシンクを製造する方法であって、
上記放熱部と上記フレーム部のうちの一方を鋳造により作製する第１鋳造工程と、
該第１鋳造工程により作製した上記一方を金型内にインサートして他方を鋳造することにより両者を一体的に接合する第２鋳造工程とを有することを特徴とするアルミニウム製ヒートシンクの製造方法にある（請求項７）。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明のアルミニウム製ヒートシンクは、上記のごとく、ベースとフィンとを備えた上記放熱部を上記第１アルミニウム合金により構成し、上記フレーム部を上記第２アルミニウム合金により構成してある。これにより、上記アルミニウム製ヒートシンクは、従来よりも放熱性に優れ、かつ、固定時の構造安定性が高いものとなる。
【００１１】
すなわち、まず、上記第２アルミニウム合金は、第１アルミニウム合金よりも引張強さが高い、つまり、機械的性質に優れて高強度である。そのため、上記放熱部のベースの外周に設けられた高強度の第２アルミニウム合金よりなるフレーム部が、アルミニウム製ヒートシンク全体の構造安定性を高める役割を発揮する。そして、アルミニウム製ヒートシンクを発熱部材あるは外部のハウジング等へ固定する際の固定部として、上記フレーム部を利用することにより、固定構造を強固とし安定化させることができる。
【００１２】
次に、上記放熱部は、上記発熱部材と当接するベースとこれから立設させたフィンとを備え、その全体が上記第１アルミニウム合金により構成されている。第１アルミニウム合金は、第２アルミニウム合金よりも含有アルミニウム純度を高めて熱伝導性を向上させてある。これにより、上記放熱部においては、発熱部材に当接する上記ベースが発熱部材から発せられる熱を効率よくフィンに伝え、フィンは効率よく外部に熱を放熱することができる。また、アルミニウム製ヒートシンク全体の強度特性は、上記フレーム部によって確保することができるため、上記放熱部を構成するアルミニウム合金の強度が多少低くても問題はない。
【００１３】
このように、本発明では、２種類の特性を有するアルミニウム合金を採用し、これらを、上記構成の放熱部と、上記フレーム部という特定の部分に分けて配置する。つまり、従来の基部とフィンとからなるヒートシンクの構成のうち、基部の部位を上記ベースとフレーム部とに分け、そのうちのベースをフィンと同じ種類の第１アルミニウム合金により構成して放熱部とし、上記フレーム部を放熱部と異なる種類の第２アルミニウム合金により構成する。これにより、上述した放熱性及び固定時の構造安定性の両者を確保することができる。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明のアルミニウム製ヒートシンクを製造する方法であって、第１鋳造工程と第２鋳造工程という２つの鋳造工程を組み合わせた方法である。この方法によれば、上記第１鋳造工程において作製した上記放熱部とフレーム部のうち一方を金型内にインサートして他方を形成するための上記第２鋳造工程を実施する。これにより、上記他方を形成した際に、上記放熱部とフレーム部の両者を容易に一体的に接合することができる。そして、得られたアルミニウム製ヒートシンクは、上記のごとく優れた作用効果を発揮しうるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１における、放熱部の斜視図。
【図２】実施例１における、第２鋳造工程を実施するためのダイキャストマシーンの構成を示す説明図。
【図３】実施例１における、アルミニウム製ヒートシンクの斜視図。
【図４】実施例１における、アルミニウム製ヒートシンクの平面図。
【図５】実施例１における、アルミニウム製ヒートシンクの断面図（図４のＡ−Ａ線矢視断面図）。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上記アルミニウム製ヒートシンクにおける上記放熱部は、上記のごとく発熱部材の表面に当接させるベースと、該ベースから立設させたフィンとを備えたものである。上記ベースの形態は、上記発熱部材の放熱部分の表面形態に対応して形成することができ、通常は平板状に形成される。このベースから立設させる上記フィンは、板状、断面円形あるいは多角形の柱状、その他の表面積を増大させる種々の形態を取ることができる。
【００１７】
また、上記フレーム部は、上記ベースの外周に設けるが、要求される強度特性が得られる限り、必ずしもその全周を囲うように構成する必要はない。例えば、Ｃ字形状、コ字形状にしてもよい。もちろん、上記フレーム部は、例えば後述する実施例のように、上記ベースの全周を囲うように構成することが構造安定性上最も好ましい。
【００１８】
また、上記第１アルミニウム合金は、含有アルミニウム純度が９８質量％以上であることが好ましい（請求項２）。この場合には、上記第１アルミニウム合金、すなわち、上記放熱部の熱伝導率を容易に高めることができる。なお、含有アルミニウム純度の上限は、製造コストが許す限り高いほど好ましい。
【００１９】
また、上記第１アルミニウム合金は、熱伝導率が１６０Ｗ／ｍ℃以上であることが好ましい（請求項３）。上記第１アルミニウム合金の熱伝導率が１６０Ｗ／ｍ℃未満の場合には、上記放熱部における放熱特性を向上させることが困難となる。より好ましくは、上記第１アルミニウム合金の熱伝導率は、１８０Ｗ／ｍ℃以上とすることがよく、最も好ましくは２００Ｗ／ｍ℃以上とするのがよい。
【００２０】
また、上記第２アルミニウム合金は、引張強さが１８０Ｎ／ｍｍ2以上であることが好ましい（請求項４）。上記第２アルミニウム合金の引張強さが１８０Ｎ／ｍｍ2未満の場合には、上記フレーム部の強度を十分に確保できず、固定構造の安定性を得ることが困難となる。より好ましくは、上記第２アルミニウム合金の引張強さは２００Ｎ／ｍｍ2以上とするのがよい。
【００２１】
また、上記放熱部と上記フレーム部とは、公知の様々な製造方法により作製することができる。その中でも、上記放熱部と上記フレーム部とは、一方を先に作製した後、当該一方を金型内にインサートして他方を鋳造することにより両者を一体的に接合してあることが好ましい（請求項５）。この場合には、上記放熱部とフレーム部との境界部分が上記他方を鋳造した際に容易に相溶状態となり、強固な接合状態を容易に得ることができる。
【００２２】
また、上記放熱部と上記フレーム部との接合部分には、一方に設けられた突出部と該突出部を覆う鋳ぐるみ部とを有することが好ましい（請求項６）。この場合には、上記突出部とこれを覆う上記鋳ぐるみ部とが、機械的な結合関係となり、さらに放熱部とフレーム部との接合状態を強固にすることができる。
【００２３】
また、上記のインサート鋳造を実施する場合には、上記放熱部とフレーム部のいずれを先に作製してもよいが、形状が比較的複雑な放熱部を先に作製し、これを金型内に配置してフレーム部を後から鋳造する方が製造上容易である。
また、上記放熱部と上記フレーム部のうち、先に作製する部材は、例えば、押出成形したものを切断して作製する方法などの鋳造以外の方法を採用することも可能であるが、上記突出部の形成などの形状の自由度の観点から見れば、鋳造が最も好ましい。
【００２４】
また、上記鋳造方法としては、重力鋳造その他の公知の様々な鋳造方法を採用可能であるが、特に、寸法安定性などに優れたダイキャストを採用することが好ましい。
【実施例】
【００２５】
（実施例１）
本発明の実施例に係るアルミニウム製ヒートシンク及びその製造方法につき、図１〜図５を用いて説明する。
本例のアルミニウム製ヒートシンク１は、図３〜図５に示すごとく、発熱部材（図示略）の表面に当接させるベース２１と、該ベース２１から立設させたフィン２２とを備えた放熱部２と、上記ベース２１の外周に一体的に接合されたフレーム部３とを有する。
上記放熱部２とフレーム部３とは、異なる材質よりなるアルミニウム合金により構成されている。放熱部２を構成する第１アルミニウム合金はフレーム部３を構成する第２アルミニウム合金よりも含有アルミニウム純度が高いと共に熱伝導性が高く、かつ、第２アルミニウム合金は上記第１アルミニウム合金よりも引張強さが高い。
以下、さらに詳説する。
【００２６】
本例のアルミニウム製ヒートシンク１は、上述したごとく、放熱部２とフレーム部３とを一体的に接合することにより構成されている。上記放熱部２は、図１に示すごとく、板状のベース２１と、その一方の面２１１から立設させた複数枚の板状のフィン２２を有している。板状のフィン２２は、一定間隔を空けて平行に配列されている。なお、この板状のフィン２２の配置を非平行あるいは間隔をランダムな状態に変更することは可能であり、また、板状を、断面円形あるいは多角形の柱状、その他の表面積を増大可能な種々の形態に変更することも可能である。
【００２７】
上記ベース２１におけるフィン２２を立設させた面２１１の裏側面２１２（図５）が、発熱部材の表面に当接して発熱部材からの熱伝達を受ける面となる。また、ベース２１の外周面には、外方に向かって突出する複数の突出部２５が設けられている。
このような形状の放熱部２は、含有アルミニウム純度が９８質量％以上の第１アルミニウム合金を用いてダイキャスト（第１鋳造工程）を実施することにより作製する。第１アルミニウム合金の化学成分は表１に示す。また、第１アルミニウム合金の熱伝導率及び引張強さについては表２に示す。
【００２８】
【表１】
2012101239.tif 000003
【００２９】
【表２】
2012101239.tif 000004
【００３０】
放熱部２のダイキャスト方法は、一般的なダイキャストマシーンを用いた一般的な条件を用いた方法により行った。ダイキャスト（第１鋳造工程）直後の放熱部２は、ゲート部やオーバーフロー部における余剰部（図示略）が繋がったものとなる。そのため、このような余剰部を取り除くトリミング工程を経て、図１に示すような形状の放熱部２を得ることができる。
【００３１】
次に、図２に示すごとく、ダイキャストマシーン５を用いて第２鋳造工程を行う。
ダイキャストマシーン５の一対の金型５１、５２の間には、上記キャビティ５０が設けられていると共に、ゲート５３を介してオーバーフロー部５５が設けられている。また、一方の金型５１には、第２アルミニウム合金の溶湯をキャビティ５０に向けて供給するためのスリーブ部５６及びプランジャ５７が設けられている。スリーブ部５６は、ゲート５４を介して上記キャビティ５０につながっている。また、他方の金型５２には、鋳造後にキャビティ５０内から鋳物を離型させるためのイジェクトピン５８が設けられている。
【００３２】
ダイキャストマシーン５による第２鋳造工程では、まず、図２に示すごとく、第１鋳造工程によって得られた放熱部２を、上記キャビティ５０内にインサートする。次いで、スリーブ部５６の注湯口５６０から第２アルミニウム合金の溶湯をスリーブ部５６に注湯し、その後、プランジャ５７を前進させる。これにより、第２アルミニウム合金の溶湯を、ゲート５４を介してキャビティ５０内に充填する。このとき、余剰の第２アルミニウム合金は、オーバーフロー部５５にも充填される。
【００３３】
キャビティ５０内の第２アルミニウム合金は、凝固してフレーム部３（図３〜図５）になると共に、このフレーム部３と放熱部２とが一体的に接合される。これによりアルミニウム製ヒートシンク１が形成される。上記接合は、ダイキャスト時に、フレーム部３と放熱部２との境界部分が相溶状態となってから凝固することにより容易に実現される。
【００３４】
上記フレーム部３用の第２アルミニウム合金としては、ＪＩＳ規格のＡＤＣ１２相当のものを用いた。第２アルミニウム合金の化学成分は、上記表１に示す。また、第２アルミニウム合金の熱伝導率及び引張強さについては上記表２に示す。
【００３５】
第２鋳造工程としてのダイキャスト直後のアルミニウム製ヒートシンク１は、上記フレーム部３の周囲にゲート部５３、５４やオーバーフロー部５５における余剰部が繋がったものとなる。そのため、このような余剰部を取り除くトリミング工程を経て、図３に示すような形状のアルミニウム製ヒートシンク１を得ることができる。
【００３６】
得られたアルミニウム製ヒートシンク１は、上記のごとく、ベース２１とフィン２２とを備えた放熱部２を上記第１アルミニウム合金により構成し、フレーム部３を上記第２アルミニウム合金により構成してある。これにより、アルミニウム製ヒートシンク１は、従来よりも放熱性に優れ、かつ、固定時の構造安定性が高いものとなる。
【００３７】
すなわち、上記表１、表２より知られるごとく、第２アルミニウム合金は、第１アルミニウム合金よりも引張強さが高い、つまり、機械的性質に優れて高強度である。そのため、放熱部２のベース２１の外周に設けられた高強度の第２アルミニウム合金よりなるフレーム部３が、アルミニウム製ヒートシンク１全体の構造安定性を高める役割を発揮する。そして、アルミニウム製ヒートシンク１を発熱部材あるは外部のハウジング等へ固定する際の固定部として、フレーム部３を利用することにより、固定構造を強固とし安定化させることができる。なお、具体的な固定構造としては、フレーム部３に貫通穴を設けてボルト等によって締結する方法など、公知の様々な固定構造を採用することができる。
【００３８】
また、放熱部２は、発熱部材と当接するベース２１とこれから立設させたフィン２２とを備え、その全体が上記第１アルミニウム合金により構成されている。表１、表２より知られるごとく、第１アルミニウム合金は、第２アルミニウム合金よりも含有アルミニウム純度を高めて熱伝導性を向上させてある。実際に、第１アルミニウム合金の熱伝導率は、第２アルミニウム合金よりも格段に高い。これにより、放熱部２においては、発熱部材に当接するベース２１が発熱部材から発せられる熱を効率よくフィン２２に伝え、フィン２２は効率よく外部に熱を放熱することができる。また、アルミニウム製ヒートシンク１全体の強度特性は、上記フレーム部３によって確保することができるため、放熱部２を構成するアルミニウム合金の強度が多少低くても問題はない。
【００３９】
このように、２種類の特性を有するアルミニウム合金を採用し、これらを、上記構成の放熱部２と、フレーム部３という特定の部分に分けて配置することにより、上述した放熱性及び固定時の構造安定性の両者を確保することができる。
【００４０】
また、上述したごとく、アルミニウム製ヒートシンク１は、上記第１鋳造工程と第２鋳造工程という２つの鋳造工程を組み合わせた方法により製造することができる。これにより、自由度の高い形状選択が可能であると共に、上記放熱部２とフレーム部３の両者を容易に一体的に接合することができ、製造容易である。
【００４１】
さらに、本例では、放熱部２の外周部に突出部２５を設けてあり、第２鋳造工程を実施することによってこの突出部２５を覆う鋳ぐるみ部３５（図５）を有する構造を採用した。これにより、突出部２５とこれを覆う鋳ぐるみ部３５とが、機械的な結合関係となり、さらに放熱部２とフレーム部３との接合状態を強固にすることができる。
放熱部２とフレーム部３との接合境界部の断面を顕微鏡観察した結果、両者が互いに融合して境界線が無くなっていることが観察された（図示略）。
【００４２】
また、上記放熱部２とフレーム部３とは互いに異なる材質からなるものの、アルミニウム合金同士であるため、両者の熱膨張係数の差が小さい。それ故、上記のようにインサート鋳造する方法によって作製しても、熱膨張差から生じる変形を抑制することができる。
【００４３】
なお、本例では、上記第１アルミニウム合金及び第２アルミニウム合金の組合せとして、表１及び表２に記載の化学成分及び特性を有するアルミニウム合金を採用したが、ヒートシンクに求められる要求のレベルによっては、材質を変更することも可能である。材質を変更する場合においても、本例と同様に、放熱部を構成する第１アルミニウム合金がフレーム部を構成する第２アルミニウム合金よりも含有アルミニウム純度が高いと共に熱伝導性が高く、かつ、第２アルミニウム合金が第１アルミニウム合金よりも引張強さが高いという条件を具備することが重要である。
【符号の説明】
【００４４】
１  アルミニウム製ヒートシンク
２  放熱部
２１  ベース
２２  フィン
２５  突出部
３  フレーム部
３５  鋳ぐるみ部
【図１】
2012101239.tif 000005
【図２】
2012101239.tif 000006
【図３】
2012101239.tif 000007
【図４】
2012101239.tif 000008
【図５】
2012101239.tif 000009