(57)【要約】【課題】摩擦攪拌工程によって発生するバリが流体の流通の妨げになるのを抑制するとともに、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができるヒートシンクの製造方法を提供する。【解決手段】ベース部材１０と、被切削ブロックとを有する被切削金属部材に、マルチカッターで複数のフィン１１及び溝１２を形成してヒートシンク片１Ａ，１Ｂを形成する溝入れ加工工程と、ヒートシンク片１Ａ，１Ｂのベース部材１０の側端面同士を突き合わせて突合せ部Ｊ１を形成する突合せ工程と、突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含み、摩擦攪拌工程では、攪拌ピンＧ２を突合せ部Ｊ１に挿入するとともにショルダＧ１部をベース部材１０の表面１０ａから離間させた状態で、ベース部材１０から発生するバリＶをショルダ部Ｇ１で押えつつ、突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合することを特徴とする。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材と、前記ベース部材の表面に形成され直方体を呈する被切削ブロックとを有する被切削金属部材に、複数枚の円盤カッターが並設されたマルチカッターを回転させながら相対移動させて複数のフィン及び溝を備えるヒートシンク片を形成する溝入れ加工工程と、
少なくとも二つの前記ヒートシンク片のベース部材の側端面同士を突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
円柱状を呈するショルダ部と前記ショルダ部から垂下する攪拌ピンとを有する回転ツールを前記突合せ部に沿って相対移動させて、前記突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含み、
前記ショルダ部の直径を、隣り合う前記ヒートシンク片のフィン群間のスペースの幅よりも小さく設定し、
前記摩擦攪拌工程では、前記回転ツールの攪拌ピンを前記突合せ部に挿入するとともに前記ショルダ部を前記ベース部材の表面から離間させた状態で、前記ベース部材から発生するバリを前記ショルダ部で押えつつ、前記突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
【請求項２】
前記摩擦攪拌工程では、ショルダ部と前記ベース部材の表面との離間距離を、前記溝の底面と前記ベース部材の表面との距離よりも小さく設定することを特徴とする請求項１に記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項３】
前記突合せ部の両端に一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、を含み、
前記摩擦攪拌工程では、一方の前記タブ材に摩擦攪拌の開始位置を設定し、他方の前記タブ材に摩擦攪拌の終了位置を設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項４】
前記突合せ工程では、一方の前記ヒートシンク片のフィンの配向方向と、他方の前記ヒートシンク片のフィンの配向方向とが平行となるように突き合わせることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項５】
前記突合せ工程では、一方の前記ヒートシンク片のフィンの配向方向と、他方の前記ヒートシンク片のフィンの配向方向とが異なるように突き合わせることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の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】
特許文献１には、ベース部材の一方面に複数のフィンが並設された一対のヒートシンク片同士を突き合わせて、当該突合せ部に摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌工程が記載されている。当該摩擦攪拌工程では、回転した回転ツールをベース板の他方面（フィンが形成されていない面）又は一方面（フィンが形成されている面）から挿入する形態が例示されている。摩擦攪拌工程において、回転ツールをベース板の一方面から挿入することで、ベース板の他方面にバリが発生するのを防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３３６２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ベース部材の一方面側においては、隣り合うフィン同士の間が、流体が流通する流路となるとともに、突合せ部を挟んで形成されたフィン同士の間も流体が流通する流路となる。そのため、摩擦攪拌工程によってベース部材の一方面に発生したバリを除去するバリ除去工程を行って、バリが流体の流通の妨げにならないようにする必要がある。しかし、ベース部材の一方面側においては、突合せ部を挟んで両側に形成されたフィン間が狭隘なスペースになるため、バリ除去工程が困難になるという問題がある。
【０００５】
また、従来技術の摩擦攪拌工程では、回転ツールのショルダ部をベース部材に押し込みながら摩擦攪拌接合を行うため、摩擦攪拌装置にかかる負荷が大きくなるという問題があった。
【０００６】
このような観点から、本発明は、摩擦攪拌工程によって発生するバリが流体の流通の妨げになるのを抑制するとともに、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができるヒートシンクの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決するために本発明は、ベース部材と、前記ベース部材の表面に形成され直方体を呈する被切削ブロックとを有する被切削金属部材に、複数枚の円盤カッターが並設されたマルチカッターを回転させながら相対移動させて複数のフィン及び溝を備えるヒートシンク片を形成する溝入れ加工工程と、少なくとも二つの前記ヒートシンク片のベース部材の側端面同士を突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、円柱状を呈するショルダ部と前記ショルダ部から垂下する攪拌ピンとを有する回転ツールを前記突合せ部に沿って相対移動させて、前記突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含み、
前記ショルダ部の直径を、隣り合う前記ヒートシンク片のフィン群間のスペースの幅よりも小さく設定し、前記摩擦攪拌工程では、前記回転ツールの攪拌ピンを前記突合せ部に挿入するとともに前記ショルダ部を前記ベース部材の表面から離間させた状態で、前記ベース部材から発生するバリを前記ショルダ部で押えつつ、前記突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする。
【０００８】
かかる製造方法によれば、摩擦攪拌工程において、突合せ部を挟んで両側に形成されたフィン同士及びショルダ部の下端面で狭い空間が形成されるため、バリが散飛するのを防ぐとともにベース部材の表面にバリを堆積させることができる。これにより、バリが流体の流通の妨げになるのを抑制することができる。また、ベース部材の表面に回転ツールのショルダ部を押し込まないため、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができる。また、マルチカッターでフィンを形成するため、フィンの板厚やフィン間寸法等を容易に変更することができる。
【０００９】
また、前記摩擦攪拌工程では、ショルダ部と前記ベース部材の表面との離間距離を、前記溝の底面と前記ベース部材の表面との距離よりも小さく設定することが好ましい。かかる製造方法によれば、バリが流体の流通の妨げになるのをより抑制することができる。
【００１０】
また、前記突合せ部の両端に一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、を含み、前記摩擦攪拌工程では、一方の前記タブ材に摩擦攪拌の開始位置を設定し、他方の前記タブ材に摩擦攪拌の終了位置を設定することが好ましい。
【００１１】
かかる製造方法によれば、回転ツールを挿入する開始位置及び終了位置を容易に設定することができる。また、突合せ部の全長を摩擦攪拌接合できるとともに、ベース部材の側端面をきれいに仕上げることができる。
【００１２】
また、前記突合せ工程では、一方の前記ヒートシンク片のフィンの配向方向と、他方の前記ヒートシンク片のフィンの配向方向とが平行となるように突き合わせることが好ましい。また、前記突合せ工程では、一方の前記ヒートシンク片のフィンの配向方向と、他方の前記ヒートシンク片のフィンの配向方向とが異なるように突き合わせることが好ましい。
【００１３】
かかる製造方法によれば、流体が流通する流路のバリエーションを増やすことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るヒートシンクの製造方法によれば、摩擦攪拌工程によって発生するバリが流体の流通の妨げになるのを抑制するとともに、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第一実施形態に係るヒートシンクを示す斜視図である。
【図２】第一実施形態に係るヒートシンクの要部断面図である。
【図３】第一実施形態に係るヒートシンクの製造方法の溝入れ加工工程を示す斜視図である。
【図４】第一実施形態に係るヒートシンクの製造方法の溝入れ加工工程を示す模式側面図である。
【図５】第一実施形態に係るヒートシンク片を示す斜視図である。
【図６】第一実施形態に係るヒートシンクの製造方法の突合せ工程を示す断面図である。
【図７】第一実施形態に係るヒートシンクの製造方法のタブ材配置工程を示す斜視図である。
【図８】第一実施形態に係るヒートシンクの製造方法の摩擦攪拌工程を示す斜視図である。
【図９】第一実施形態に係るヒートシンクの製造方法の摩擦攪拌工程を示す断面図である。
【図１０】第一実施形態に係るヒートシンクの製造方法の摩擦攪拌工程を示す平面図である。
【図１１】第一実施形態に係るヒートシンクの変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態に係るヒートシンク及びヒートシンクの製造方法について図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係るヒートシンク１は、ヒートシンク片１Ａとヒートシンク片１Ｂとを摩擦攪拌接合して形成されている。なお、以下の説明における「表面」とは、「裏面」の反対側の面を意味する。
【００１７】
ヒートシンク片１Ａは、板状のベース部材１０と、ベース部材１０の表面１０ａに並設された複数のフィン１１とで形成されている。隣り合うフィン１１，１１の間には溝１２が形成されている。複数の溝１２は、気体又は液体等の流体が流通する部位である。ヒートシンク片１Ｂは、ヒートシンク片１Ａとフィン１１の配向方向を除いて同一である。ヒートシンク片１Ａのフィン１１の配向方向と、ヒートシンク片１Ｂのフィン１１の配向方向とは直角となるように配置されている。
【００１８】
図２に示すように、ヒートシンク片１Ａとヒートシンク片１Ｂとの突合せ部Ｊ１は、塑性化領域Ｗで接合されている。また、塑性化領域Ｗの上には、バリＶが堆積している。つまり、ヒートシンク片１Ａ及びヒートシンク片１Ｂのフィン１１群の間のスペースＳにおいて、突合せ部Ｊ１に沿ってバリＶが堆積している。
【００１９】
次に、本実施形態に係るヒートシンクの製造方法について説明する。ヒートシンクの製造方法は、溝入れ加工工程と、突合せ工程と、タブ材配置工程と、摩擦攪拌工程と、を行う。
【００２０】
溝入れ加工工程は、図３に示すように、被切削金属部材３０をマルチカッターＭで切削して、ヒートシンク片１Ａ（１Ｂ）を形成する工程である。被切削金属部材３０は、板状を呈するベース部材１０と、ベース部材１０の表面１０ａに形成された被切削ブロック２０とで形成されている。被切削ブロック２０は直方体を呈する。被切削ブロック２０は、ベース部材１０の略中央に形成されている。被切削金属部材３０は、熱伝導性の高い金属であることが好ましく、本実施形態ではアルミニウム合金又はアルミニウムで形成されている。
【００２１】
マルチカッターＭは、軸部Ｍ１と、軸部Ｍ１に間をあけて並設された複数の円盤カッターＭ２とで構成されている。円盤カッターＭ２の周縁には図示しない刃部が形成されている。マルチカッターＭは、被切削ブロック２０を切削して、複数のフィン１１及び溝１２を形成する回転工具である。
【００２２】
溝入れ加工工程では、図４に示すように、マルチカッターＭの軸部Ｍ１を被切削ブロック２０の一方の稜線２０ｅの直上に配置し、円盤カッターＭ２を回転させつつ下降させる。そして、所定の深さに達したら、高さ位置を一定にしつつ他方の稜線２０ｆに向けてマルチカッターＭを相対移動させる。軸部Ｍ１が他方の稜線２０ｆに達したら、マルチカッターＭを上昇させて被切削ブロック２０からマルチカッターＭを離脱させる。
【００２３】
円盤カッターＭ２の挿入深さは適宜設定すればよいが、本実施形態では、ベース部材１０の表面１０ａから円盤カッターＭ２の外縁までが距離Ｌ１となるように設定する。つまり、溝１２の底面からベース部材１０の表面１０ａまでの距離が距離Ｌ１となる。これにより、図５に示すように、複数のフィン１１及び溝１２が形成されたヒートシンク片１Ａが形成される。また、同じ要領で、ヒートシンク片１Ｂを形成する。
【００２４】
突合せ工程は、図６に示すように、ヒートシンク片１Ａとヒートシンク片１Ｂとを突き合わせる工程である。突合せ工程では、ヒートシンク片１Ａとヒートシンク片１Ｂの互いにフィン１１の配向方向が直角となるようにしつつ、ヒートシンク片１Ａの側端面１ｂと、ヒートシンク片１Ｂの側端面１ｃとを突き合わせて突合せ部Ｊ１を形成する。また、突合せ工程では、ベース部材１０の表面１０ａ，１０ａ同士が面一になるように突き合わせる。
【００２５】
タブ材配置工程は、図７に示すように、突合せ部Ｊ１の両端に一対のタブ材Ｔ，Ｔを配置する工程である。タブ材Ｔは直方体を呈し、ヒートシンク片１Ａと同じ材料で形成されている。タブ材配置工程では、タブ材Ｔの側端面とヒートシンク片１Ａの側端面１０ｃ及びヒートシンク片１Ｂの側端面１ｂとを突き合わせて内隅部を溶接により仮接合する。タブ材Ｔの表面Ｔａ及び裏面Ｔｂは、ベース部材１０の表面１０ａ及び裏面１０ｄとそれぞれ面一になるように配置する。
【００２６】
摩擦攪拌工程は、図８に示すように、回転ツールＧを用いて突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する工程である。回転ツールＧは、ショルダ部Ｇ１と、攪拌ピンＧ２で構成されている。ショルダ部Ｇ１は、円柱状を呈する。攪拌ピンＧ２は、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａから垂下しており、先細りになっている。攪拌ピンＧ２の外周面には螺旋溝（図示省略）が刻設されている。ショルダ部Ｇ１の直径は、ヒートシンク片１Ａ及びヒートシンク片１Ｂのフィン１１群間に係るスペースＳの幅Ｘよりも小さくなるように設定されている。つまり、ショルダ部Ｇ１の直径は、回転ツールＧがスペースＳ内を相対移動可能な寸法に設定されている。
【００２７】
摩擦攪拌工程では、図７に示すように、一方のタブ材Ｔの表面Ｔａに設定された開始位置Ｓｐに回転ツールＧを挿入し、突合せ部Ｊ１に沿って相対移動させた後、他方のタブ材Ｔの表面Ｔａに設定された終了位置Ｅｐで回転ツールＧを離脱させる。より詳しくは、図８に示すように、タブ材Ｔの表面Ｔａに設定された開始位置Ｓｐに回転させた攪拌ピンＧ２を挿入し、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａを表面Ｔａに押し込む。そして、回転ツールＧを突合せ部Ｊ１に向けて相対移動させる。回転ツールＧの移動軌跡には、塑性化領域Ｗが形成される。
【００２８】
突合せ部Ｊ１に沿って回転ツールＧを相対移動させ、回転ツールＧがスペースＳに達したら、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａをベース部材１０の表面１０ａから離間させる。図９に示すように、スペースＳ内においては、ショルダ部Ｇ１の下端面をＧ１ａをベース部材１０の表面１０ａから離間させ、ショルダ部Ｇ１の下端面で摩擦攪拌によって発生するバリＶを押さえつける。これにより、塑性化領域Ｗの上にはバリＶが堆積する。堆積されたバリＶは、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａで押えされるため略平坦になる。ベース部材１０の表面１０ａからショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａまでの距離Ｌ２（バリＶの厚さ）は、適宜設定すればよいが、本実施形態では、距離Ｌ１（溝１２の底面からベース部材１０の表面１０ａまでの距離）よりも小さくなるように設定している。
【００２９】
回転ツールＧが、スペースＳを通過したら、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａを再度ベース部材１０の表面１０ａに押し込みつつ、回転ツールＧを相対移動させる。そして、回転ツールＧが終了位置Ｅｐに達したら他方のタブ材Ｔから回転ツールＧを離脱させる。
【００３０】
図１０に示すように、摩擦攪拌工程では、スペースＳ（対向するフィン１１群の間のスペース）の領域ＳＡでは、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａをベース部材１０の表面１０ａから離間させ、その他の領域ＴＡ，ＴＡ（開始位置ＳｐからスペースＳまでの間、終了位置ＥｐからスペースＳまでの間）においてはショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａをベース部材１０の表面１０ａに押し込んで摩擦攪拌を行う。つまり、突合せ部Ｊ１の両端部に相当する領域ＴＡ，ＴＡについては、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａを表面１０ａに押し込むことで、バリＶが外部に溢れ出るのを抑制することができる。摩擦攪拌工程が終了したら、タブ材Ｔ，Ｔは切除する。以上の工程によりヒートシンク１が形成される。
【００３１】
以上説明した本実施形態にかかるヒートシンクの製造方法によれば、図９に示すように、摩擦攪拌工程において、突合せ部Ｊ１を挟んで両側に形成されたフィン１１，１１同士及びショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａで狭い空間が形成されるため、バリＶが散飛するのを防ぐとともにベース部材１０の表面１０ａにバリＶを堆積させることができる。これにより、スペースＳにおいて、バリＶが流体の流通の妨げになるのを抑制することができる。また、バリＶを表面１０ａに堆積させて流路を確保できるので、バリ除去工程を省略することができる。
【００３２】
また、スペースＳにおいては、ベース部材１０の表面１０ａに回転ツールＧのショルダ部Ｇ１を押し込まないため、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができる。これにより、ベース部材１０の板厚が大きい場合も、摩擦攪拌装置に大きな負荷をかけずに深い位置まで摩擦攪拌接合することができる。また、マルチカッターＭで複数のフィン１１を形成するため、フィン１１の板厚やフィン１１，１１間寸法等を容易に変更することができる。つまり、マルチカッターＭの円盤カッターＭ２の厚さや間隔を変更するだけで様々な寸法のフィン１１及び溝１２を容易に形成することができる。
【００３３】
また、本実施形態のように、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａとベース部材１０の表面１０ａとの距離Ｌ２を、溝１２の底面とベース部材１０の表面１０ａとの距離Ｌ１よりも小さく設定することにより、バリＶが流体の流通の妨げになるのをより抑制することができる。また、本実施形態のように、ヒートシンク片１Ａ，１Ｂのフィン１１，１１同士を配向方向が直角になるように突き合わせる場合において、バリ除去工程を行うとヒートシンク片１Ｂの各溝１２内にバリが飛散し、流体の流通の妨げになる。しかし、距離Ｌ２を距離Ｌ１より小さく設定することで、各１２溝内にバリＶが飛散するのを防ぐことができる。
【００３４】
また、本実施形態のように、一方のタブ材Ｔに摩擦攪拌の開始位置Ｓｐを設定し、他方のタブ材Ｔに摩擦攪拌の終了位置Ｅｐを設定することで、突合せ部Ｊ１の全長を摩擦攪拌接合できるとともに、ベース部材１０の側端面１０ｂ，１０ｃをきれいに仕上げることができる。
【００３５】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、本実施形態では、２つのヒートシンク片１Ａ，１Ｂを接合したが、３つ以上のヒートシンク片を接合してもよい。また、この際、各ヒートシンク片のフィンの配向方向は適宜設定すればよい。
【００３６】
また、例えば、図１１に示す変形例では、ヒートシンク片１Ａ，１Ｂを合計６つ接合して一のヒートシンク１Ｚを形成している。当該変形例に係るヒートシンク片１Ａ，１Ｂのフィン１１の配向方向は、すべて平行になるように配置している。このように、ヒートシンク片１Ａ，１Ｂのフィン１１の配向方向を適宜変更するだけで流体が流れる流路バリエーションを容易に増やすことができる。なお、ベース部材１０の平面形状は適宜設定すればよいが、本実施形態のように平面視正方形とすることで、フィン１１の配向方向を変えつつ、複数のヒートシンク片１Ａ，１Ｂを容易に突き合わせることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１      ヒートシンク
１Ａ    ヒートシンク片
１Ｂ    ヒートシンク片
１０    ベース部材
１０ａ  表面
１０ｂ  側端面
１０ｃ  側端面
１１    フィン
１２    溝
２０    被切削ブロック
３０    被切削金属部材
Ｇ      回転ツール
Ｇ１    ショルダ部
Ｇ２    攪拌ピン
Ｊ１    突合せ部
Ｍ      マルチカッター
Ｍ１    軸部
Ｍ２    円盤カッター
Ｓ      スペース
Ｔ      タブ材
Ｖ      バリ
Ｗ      塑性化領域
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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