アルミ押出形材に関する設計の注意点をまとめていただきました。
一部には？？？と思う部分もありますが、とても良くまとめられていています。
アルミヒートシンクの設計における注意点は、効率的な放熱を実現し、電子機器などの温度上昇を抑制するために非常に重要です。以下に、主要な注意点をまとめました。
1. 熱伝導と熱抵抗
- 材料の選択:
- アルミは比較的熱伝導率が高い材料ですが、用途に応じて最適な合金を選択することが重要です。
- 熱伝導率が高いほど、効率的に熱を移動させることができます。
- 熱抵抗の最小化:
- ヒートシンクと発熱源との間の熱抵抗を最小限に抑えるために、密着性を高める工夫が必要です。
- 熱伝導グリスや熱伝導シートなどを適切に使用することで、熱抵抗を低減できます。
2. 表面積と形状
- フィン形状と配置:
- フィンの形状（板状、ピン状など）や配置（間隔、高さ）は、放熱性能に大きく影響します。
- 表面積を増やすために、フィンを適切に設計することが重要です。
- 空気の流れを考慮し、効率的な対流を促進する形状を選定します。
- 表面処理:
- アルマイト処理などの表面処理により、表面積を増やし、放熱性を向上させることができます。
- 表面の粗さも放熱性に影響するため、適切な表面仕上げを選定します。
3. 空気の流れ
- 自然対流と強制対流:
- 自然対流を利用する場合は、空気の流れを妨げないように、ヒートシンクの配置や形状を工夫する必要があります。
- ファンなどによる強制対流を利用する場合は、風量や風向きを考慮し、効率的な冷却を実現します。
- 空気抵抗の低減:
- 空気抵抗を低減することで、風量を確保し、冷却効率を高めることができます。
- フィンの間隔や形状を最適化し、空気の流れをスムーズにします。
4. 設計上の制約
- 設置スペース:
- ヒートシンクのサイズは、設置スペースによって制限される場合があります。
- 限られたスペース内で、最大限の放熱性能を発揮できる形状を設計する必要があります。
- 重量:
- ヒートシンクの重量は、製品の重量増加につながるため、軽量化も考慮する必要があります。
- 軽量で高強度のアルミ合金を選定し、形状を最適化することで、重量を低減できます。
- コスト:
- ヒートシンクの製造コストは、形状や材料によって大きく異なります。
- 性能とコストのバランスを考慮し、最適な設計を選定する必要があります。
5. その他
- 環境条件:
- 使用環境の温度や湿度、塵埃なども考慮し、適切な設計を行う必要があります。
- 高温多湿な環境では、耐食性の高い材料や表面処理を選定します。
- 発熱源との接触:
- 発熱源との接触面積を大きくすることで、効率的に熱をヒートシンクに伝達できます。
- 接触面には熱伝導グリスなどを塗布し、熱抵抗を低減します。
これらの注意点を考慮することで、効率的で信頼性の高いアルミヒートシンクを設計することができます。
AIの活用方法を模索する中で、アルミ押出形材に関する設計の注意点をまとめていただきました。
とても良くまとめられていて勉強になります。
アルミ押出形材の設計における注意点は多岐にわたります。以下に、主要な注意点をまとめました。
1. 形状設計
- 肉厚:
- 肉厚は均一にすることが望ましいです。肉厚差が大きいと、押出時の流動性が不均一になり、変形や割れの原因となります。
- 最小肉厚は、アルミ合金の種類や押出機の能力によって異なります。
- コーナーR:
- コーナーには適切なR（丸み）を設けることで、応力集中を緩和し、割れや変形を防ぎます。
- Rが小さいと、押出時に割れが発生しやすくなります。
- リブ:
- リブを設けることで、強度や剛性を向上させることができます。
- リブの高さや間隔は、用途に応じて適切に設計する必要があります。
- 中空形状:
- 中空形状は、軽量化や放熱性の向上に有効です。
- 中空形状の設計には、押出時の金型構造や流動性を考慮する必要があります。
- 抜き勾配:
- 抜き勾配を設けることで、金型からの離型性を向上させます。
- 抜き勾配が小さいと、離型時に製品が変形したり、金型を損傷したりする可能性があります。
- 表面仕上げ:
- 表面粗さ、アルマイト処理、塗装など、必要な表面仕上げを考慮します。
2. 材料選定
- アルミ合金の種類:
- アルミ合金の種類によって、強度、耐食性、加工性などが異なります。
- 用途に応じて、適切なアルミ合金を選定する必要があります。
- 調質:
- 調質によって、アルミ合金の強度や硬さを調整できます。
- 必要な強度や硬さに応じて、適切な調質を選定する必要があります。
3. 製造性
- 押出機の能力:
- 押出機の能力によって、押出可能な形状や寸法が制限されます。
- 設計する形状や寸法が、押出機の能力範囲内であることを確認する必要があります。
- 金型設計:
- 金型設計は、押出形材の品質に大きく影響します。
- 金型の構造や材質、冷却方法などを適切に設計する必要があります。
- 寸法公差:
- 押出形材の寸法公差は、用途に応じて適切に設定する必要があります。
- 寸法公差が厳しいほど、製造コストが高くなる傾向があります。
4. その他
- 熱処理:
- 熱処理によって、押出形材の強度や耐食性を向上させることができます。
- 必要な強度や耐食性に応じて、適切な熱処理を選定する必要があります。
- 接合方法:
- 溶接、ボルト締め、接着など、押出形材の接合方法を考慮する必要があります。
- 接合方法によって、押出形材の形状や寸法が制限される場合があります。
- コスト:
- 押出形材の設計は、コストに大きく影響します。
- 設計の自由度とコストのバランスを考慮する必要があります。
これらの注意点を考慮することで、高品質で低コストなアルミ押出形材を設計することができます。
株式会社エムエスパートナーズは、アルミ押し出し材の『小ロット・多品種・短納期』に特化した、設計段階から伴走する技術商社パートナーです。
10kg以下の試作から、1本からでも真摯に対応致します。
断面設計の提案、二次加工までワンストップで対応し、開発担当者の『どこに頼めばいいかわからない』を解決します。
ある企業様からのお問い合わせで
「開発案件でどうしてもアルミ押し出しの特性を活かした断面形状でないとテストできないが、3000mm1本（5kg）もあれば充分なんです」
「開発案件なので、金型を資産計上したくないのですが・・・」
と言うご要望がありました。
どこに聞いても対応してくれず、最後にたどり着いたのがMSPだと仰っていました。
その問い合わせに対し、MSPの回答は「任せて下さい！」の一択です。
押し出し可能な断面形状への設計変更アドバイスをさせて頂き、押し出しメーカーにも協力いただき、二次加工の協力会社と連携をして無事対応させて頂きました。
大きな声で言いづらいので文字も小さくなっちゃいますが・・・
その時に生まれたプランが「アルミ押出材 まるごとパック」です。
金型費用込みの一式試作プランなので、資産計上せずに済むので別角度でもコストダウンのお手伝いに・・・
なぜ、他社は小ロット対応を渋るのかを推察してみます。
目安としての具体的で計算しやすい数値を示しながらお話します。
材料を押し出すのには、ビレットと呼ばれる丸棒を510℃程度に加熱し、金型に1500トン程度で押し付け金型を通り抜けたモノが材料となります。
ビレットは一般的に、1本15～70kg程度です。
これは、材料の1m当たりの単重を基準に設定されます。
金型の後ろにある押し出しテーブルは、メーカーに寄って変わりますが40m程度が標準です。
ｍ単重1kgなら40kg分押し出せますので、ビレットを40kg分用意して押し出します。
ビレットを1本押し出すのも、50本押し出すのも、金型を設置して準備する作業員数やプロセスに違いはありません。
押し出しメーカーの本音を言えば、小ロットって段取り費用が回収できないからヤリたくないんです。
また多くの間に入る商社にとっても、2000kgを受注するのも10kg受注するのも、受注に係る経費は同じです。
会社として判断するに、その先を推察して頂ければ「小ロット」に対する各社のスタンスをご理解頂けると思います。
じゃ～「MSPはなんで小ロットにこだわるのか？」と言う疑問が湧きませんか？
MSPは、創業22年目に入りますが敢えて会社を大きくしない決断をして進んでまいりました。
必要経費を最小限に抑えることで、柔軟な対応ができる体制を維持しています。
MSP創業の理念は「製造業の役に立ちたい」「現場とともに前進したい」が基礎にあります。
板金では実現できない複雑形状、切削では不可能なアンダーカット、削ったら100万円でも足りない形状、強度テストをするのにどうしても同条件でないとデータが取れない・・・
開発や設計者の方が、少量での調達ができず思い通りの設計ができない現実を目の当たりにして来ました。
その上で、MSPはアルミ押し出し材小ロット対応は「材料」ではなく、押出材からもたらされる「付加価値を提供」する仕事なのだと理解しています。
その様な開発案件をお手伝いさせて頂くことで、ほんの僅かな事でしかありませんが日本の製造業を縁の下で支えられると自負しております。
当然MSPは営利企業でボランティアでやっているわけではありません。
利益がなければ会社は潰れてしまいますので、必要な利益は確保いたしますが、一般的な組織が求める営業マンに求める収益性とは違っているのだと思います。
この様な背景があって、MSPは小ロットの受注を積極的に行っております。
こぼれ話ですが・・・
とっても早く移動する乗り物で利用する部材を作らせて頂いたり
大気圏を突破してしまう部品だったり
横浜の新しい観光名所となっている空飛ぶ個室に使われている部品だったり
ラグジュアリーホテルのロビーで利用する部品だったり
新機軸の産業用ロボット開発に利用していただいたり
日本国を守る為に使われる部品だったり
その趣味の世界では有名な方がオリジナル部品をつくるお手伝いとか
ある舞台演劇のグッズ販売として利用したり
障害がある方のサポート用品の軽量化だったり
詳細を言うと怒られてしまうような、実現するとコチラも嬉しくなる案件を担当させて頂けることも、小ロットが好きな要因だったりします。
単に「アルミ押し出し工法が好き！」なだけでしょ！と笑われてたりも・・・
まずはお気軽にお問い合わせ下さい。
業界歴30年超えのベテランがお待ちしております。
最後までお読み頂きありがとうございました。
今回の担当は、MSP代表の伊藤でした。
