カスタムステンレススチール製ヒートシンクの設計に関する完全ガイド

カスタムのステンレス鋼ヒートシンクを作成することで、ステンレス鋼の放熱をカスタマイズできます。表面積を最大化する設計に重点を置きます。ヒートシンクに適切な素材を選択してください。ステンレスは錆びにくく長寿命です。ただし、他の金属ほど効率的に熱を伝導しません。ヒートシンクの性能を向上させるため、切断やスタンピングなどの製造方法を検討してください。エンジニアとデザイナーは、簡単な手順に従い、役立つヒントを利用して最良の結果を達成できます。

重要なポイント

• ヒートシンクの設計では、表面積をできるだけ大きくします。表面積が大きいほど、熱がより早く逃げます。これにより、ヒートシンクの冷却が促進されます。
• ステンレスは丈夫で錆びにくいので選びましょう。ステンレスは錆びが問題となる厳しい場所での使用に適しています。
• サーマルインターフェースマテリアルを使用して、熱をよりよく移動させます。これらの材料は、ヒートシンクとデバイスの間のスペースを埋めます。これにより、冷却効果が向上します。
• ヒートシンクをどのように作るかを考えます。CNC加工は非常に正確です。多数のヒートシンクが必要な場合は、押出成形とスタンピングの方が安価です。
• 設計のサンプルをテストして構築します。実際の環境でテストすることは、冷却の問題を発見するのに役立ちます。また、ヒートシンクが希望通りに動作することを確認します。

ヒートシンクとは何か、なぜステンレス鋼なのか

ヒートシンクの基本

ヒートシンクは、デバイス内の熱を制御するのに役立ちます。 CPUなどの部品から熱を奪い、空気中に移動させます。これにより、デバイスが正常に動作し、熱くなりすぎるのを防ぎます。デバイスが正常に動作するには、適切な冷却が重要です。熱を管理しないと、デバイスが壊れたり、速度が低下したりする可能性があります。ヒートシンクは高温の部品に直接触れます。熱を奪い、デバイスを安全に保ちます。ヒートシンクは、コンピューター、電源装置、LED ライトにあります。これらのデバイスが最大限に機能するには、適切な冷却が必要です。

ヒント: カスタム冷却ソリューションを選択する前に、デバイスが発生する熱の量を確認してください。

ステンレス鋼の利点

ステンレスには冷却に優れた点がたくさんあります。錆びたり腐食したりしないので、過酷な場所でも長持ちします。ステンレス鋼は、湿気や化学物質が存在する場所でも使用できます。素材は強度を保ち、簡単には曲がりません。耐久性が必要なカスタム設計にはステンレス鋼を使用できます。ステンレススチールは見た目もすっきりとモダンで、目に見えるヒートシンクに最適です。屋外や荒れた場所でデバイスを使用している場合でも、安定した冷却が得られます。

ステンレス鋼を選択する場合

選ぶ冷却用ステンレス鋼高性能デバイス用の特別なソリューションが必要な場合。上部の冷却よりも錆を止めることが重要な場合には、ステンレス鋼が最適です。医療ツール、船舶用品、屋外用電子機器のカスタム設計に使用します。悪天候や化学薬品の中でも冷却を持続させる必要がある場合は、ステンレス鋼が適しています。強度と軽さの両方が必要な場合は、ステンレス鋼を選択してください。堅牢性と優れた冷却性が得られるため、さまざまなヒートシンクの用途に適しています。

ヒートシンク設計の主要な材料特性

熱伝導率

材料が熱をどれだけうまく移動させるかを知ることが重要です。熱伝導率は、熱が材料を通過する速さを示します。ステンレス鋼は、アルミニウムや銅よりも熱の移動が遅くなります。これは、熱がそれほど速く伝わらないことを意味します。以下の表で数字を確認できます。

銅とアルミニウムは熱が速いため、よりよく熱を移動します。上部冷却よりも強度と防錆性が必要な場合は、ステンレス鋼が最適です。ステンレス製のヒートシンクを大きくしたり、コーティングを追加したりすることで、冷却性を高めることができます。素材を選択するときは、冷却と他のニーズのバランスを取る必要があります。

ヒント: デバイスが非常に熱くなる場合は、より良く冷却するために、より大きな、または特殊な形状のステンレススチール製ヒートシンクが必要になる場合があります。

耐食性と耐久性

ヒートシンクは過酷な場所でも長持ちするようにしたいと考えています。ステンレスは錆びたり腐食しにくいので優れています。グレード 304 ステンレス鋼は、錆から保護する層を形成します。この層は、塩化物などの過酷な物質にさらされると破損する可能性があります。錆びると小さな穴が開き、ヒートシンクが損傷する可能性があります。

• ステンレス鋼グレード 304 には錆を止める層がありますが、この層は過酷な場所では破損する可能性があります。
• 錆による小さな穴や亀裂があると、ヒートシンクが弱くなる可能性があります。
• 塩化物のような強力な化学物質はひどい錆を引き起こす可能性があるため、錆を止めることはヒートシンクの寿命にとって重要です。

ステンレスは特殊なコーティングを施すことで錆びにくくなります。これらのコーティングにより、涼しさを保ち、長持ちします。たとえば、SZCP コーティングされたステンレス鋼は、普通の鋼よりも最大 12 °C 低温になる可能性があります。テストでは、これらのコーティングが錆をほぼ 99% カットすることが示されています。これは、錆の発生率が毎年 0.47 mm に低下することを意味し、ヒートシンクの寿命が長くなります。

注: 特別なコーティングが施されたステンレス鋼を選択すると、過酷な場所でも冷却が向上し、寿命が長くなります。

機械的強度と重量

ヒートシンクは丈夫で、その形状を維持する必要があります。ステンレスは強度があり、曲がったり割れたりしにくいです。そのため、ぶつけたり頻繁に使用したりするものに適しています。ステンレス鋼はアルミニウムより重いですが、銅よりは軽いです。強度と重さを両立させたいときにお使いいただけます。

ヒートシンクの重量を考慮してください。ヒートシンクが重いと、デバイスの移動や組み立てが困難になる場合があります。ステンレスはアウトドアツール、医療用具、水中で使うものに適しています。荒れた場所でも強力で安定した冷却が得られます。

ヒント: ストレスに耐え、長期間使用できる丈夫なヒートシンクが必要な場合は、ステンレス鋼を使用してください。

これらの重要な重要事実を知ることで、次のことが可能になります。ステンレス製ヒートシンクを設計するそれはあなたにとって役に立ちます。冷却性、防錆性、強度を考慮して最適な選択を行ってください。

熱源を理解する

熱要件の評価

デバイスがどれくらいの熱を発するかを知っておく必要があります。まず、熱源の消費電力を確認します。これは、どれだけのエネルギーが熱に変わるかを示します。高出力デバイスは大量の熱を発生する可能性があります。熱経路解析を使用して、熱がどのように移動するかを確認します。最も熱が発生する場所を見つけます。熱がデバイス全体にどのように広がるかを確認してください。

エンジニアは、適切な冷却のために熱抵抗の計算を使用します。これらの計算は、各部品が熱をどの程度うまく移動させるかを示します。以下の表は、一般的な熱抵抗値とその影響を示しています。

ヒント: 熱抵抗が低いほど冷却効果が高くなります。高電力デバイスの場合は、常にこれらの値を確認してください。

アプリケーション固有の考慮事項

各デバイスには独自のニーズがあります。ヒートシンクを設計するときは、次のような多くのことを考慮する必要があります。

• 熱抵抗
• 材料の選択
• フィン配置
• アプリケーション固有の考慮事項

その他の重要な点は次のとおりです。

1. 空気の流れとそれがデザイン内をどのように移動するか
2. 近くの他の部分からの熱
3. スペースの制限
4. 使えるお金

一緒に仕事をするなら高出力デバイス、空気の流れと空間を観察します。他の部品が余分な熱を加える可能性があります。予算が少ない場合もあるので、コストとパフォーマンスのバランスを考えてください。これらすべてのことを考慮することで、ヒートシンクがデバイスを適切に冷却することができます。

カスタムヒートシンクの表面積を最大化する

フィンとピンの構造

フィンとピンを追加すると、カスタム ヒートシンクの冷却を向上させることができます。フィンとピンにより表面積が増加します。これにより、熱がヒートシンクからより早く排出されます。パッシブ ヒートシンクはフィンを使用して熱を空気中に拡散します。アクティブ ヒートシンクは、ファンを使用してフィンとピンに空気を吹き付けます。これにより、冷却がより早く起こります。

• ピンフィン構造はヒートシンク周囲の静止空気を破壊します。これにより、熱がより早く逃げることができます。
• ラウンドピンフィンは空気が流れやすい形状です。空気を渦巻き、冷却に役立ちます。
• 空気はさまざまな方法で移動できるため、ピン フィンはアクティブ ヒートシンクに適しています。これにより、エアフローがより良く機能します。
• ピン フィンの高さ、幅、または近さを変更できます。これは、デバイスの冷却ニーズに合わせるのに役立ちます。
• 研究によると、ピン フィン ヒートシンクは、プレート フィン ヒートシンクよりも重量の割に冷却効果が高いことが示されています。ピンフィンは表面積を増やすのに最適です。

カスタムヒートシンク狭いスペースや特別な冷却ニーズに合わせて特別な形状にすることができます。パッシブ ヒートシンクは単純なフィンを使用します。アクティブ ヒートシンクはピン フィンとクールな形状を使用して冷却を向上させます。

ヒント: デバイスに強力な冷却と素早い熱損失が必要な場合は、ピン フィン構造を使用してください。

表面積の最適化

表面積を大きくすることで冷却効果を高めることができます。表面積が増えると、熱が逃げやすくなります。パッシブ ヒートシンクは自然な空気の流れを利用するため、より大きな表面が役に立ちます。アクティブ ヒートシンクはファンを使用するため、表面積と空気の流れが連携して機能します。

トポロジーに最適化されたヒートシンクは、特別な形状を使用して、より大きな渦巻きと余分な空気の流れを作り出します。これにより、冷却と熱損失が促進されます。樹枝状形状のカスタム ヒートシンクを設計して、熱伝達を最大 40% 向上させることができます。

注: 冷却のニーズに合わせて、常に適切な表面積と形状を選択してください。より優れた表面を備えたカスタム ヒートシンクは、パッシブ ヒートシンクとアクティブ ヒートシンクの両方で適切に機能します。

カスタムヒートシンクの製造方法

機械加工とCNC

機械加工を使用することができますCNC によるカスタム ヒートシンクの作成高精度で。この方法を使用すると、冷却を向上させるための複雑な形状を作成できます。 CNC 機械加工は、プロトタイプや少量のバッチに適しています。強力で長持ちする冷却部品にはステンレス鋼を選択できます。機械加工により厳しい公差が得られるため、ヒートシンクがデバイスに完璧にフィットします。新しいアイデアをテストする必要がある場合は、デザインをすばやく変更することもできます。この方法は、特別なプロジェクトやカスタム ヒートシンクがすぐに必要な場合に最適な冷却を得るのに役立ちます。

押出およびスタンピング

押し出しとスタンピングは、多数のカスタム ヒートシンク。熱い金属を成形型に押し込んで、多くのフィンを備えた長い部品を形成します。スタンピングは、平らなシートを希望の形状にプレスします。これらの方法は単純な設計に適しており、低コストで優れた冷却を実現します。押し出し成形を使用すると、多くのデバイスに適合する長くて薄いヒートシンクを作成できます。スタンピングにより、さまざまな冷却ニーズに合わせて平らな形状や曲がった形状を作成できます。どちらの方法でも、安定した品質の強力な部品が得られます。

積層造形

積層造形 (3D プリント) を使用すると、カスタム ヒートシンクを層ごとに構築できます。冷却を向上させる詳細な設計を行うことができます。この方法は、新しい形状を迅速にテストするのに役立ちます。材料の無駄が減り、小規模な作業でコストを節約できます。積層造形により、アクティブ冷却システム用の特別なフィンやチャネルなど、新しい冷却アイデアを自由に試すことができます。必要に応じてパーツを作成できるので、余分なものを保管する必要がありません。制限には、作成できる最小の穴や使用できるステンレス鋼の種類などがあります。

• 冷却を向上させるために、詳細なカスタム形状を作成できます。
• 設計をすばやくテストして変更できます。
• 少量のバッチでは使用する材料が減り、コストが削減されます。
• 必要なときだけ部品を作ることができます。

注: 積層造形には、さらに優れた冷却部品を製造するための新たな進歩がまだ必要です。

長所と短所

カスタム ヒートシンクを作成する各方法には、独自の長所と限界があります。冷却のニーズ、予算、デザインに合ったものを選択する必要があります。

• 機械加工と CNC により最高の精度が得られ、強力な冷却のための複雑な形状を作成できます。大量の注文の場合はさらにコストがかかります。
• 押し出しとスタンピングは、単純な形状や多数の場合に適しています。低価格で優れた冷却効果を提供します。
• 積層造形により、新しい設計を試して部品を迅速に作成できます。特殊な冷却ニーズやアクティブな冷却システムに最適です。

これらの方法を使用して、デバイスに適合し、必要な冷却を提供するカスタム ヒートシンクを作成できます。

ヒートシンク設計の重要なステップ

要件の定義

まず、デバイスに何が必要かを知る必要があります。これは、適切なヒートシンクを選択するのに役立ちます。サイズ、形状、素材を確認します。ステンレスは硬い場所に適しています。ただし、どれくらい冷えるかを確認する必要があります。適切な量​​を見つけるには、メーカーのチャートを使用します。これらのグラフは、空気の流れが冷却をどのように変化させるかを示しています。すべてのサイズと取り付け位置を含む図面を作成します。デバイスに合わせてデザインを変更します。データシートを見て、冷却ニーズと比較します。これにより、ヒートシンクがデバイスで機能することが確認されます。

1. ヒートシンクのサイズ、形状、材質を検討してください。
2. グラフを使用して、適切な冷却量を見つけてください。
3. サイズと取り付け位置を含む図面を作成します。
4. データシートをチェックして、ヒートシンクが適切に冷却されているかどうかを確認してください。

ヒント: ヒートシンクは必ずデバイスの冷却ニーズに合わせてください。

計算とサイジング

デバイスがどれだけの熱を発するかを把握する必要があります。これは、適切なヒートシンクのサイズを選択するのに役立ちます。消費電力と熱抵抗をチェックします。必要な冷却量を確認するには数式を使用します。デバイスが処理できる最高温度を確認します。グラフを使用して、形状とサイズによって冷却がどのように変化するかを確認します。デバイスの安全を守るためにヒートシンクのサイズを変更します。表面積と空気の流れのバランスをとり、最適な冷却を実現します。

• デバイスが使用する電力量を調べます。
• 安全な最高温度を確認してください。
• チャートを使用して適切なヒートシンクのサイズを選択してください。
• 冷却を向上させるために表面積と空気の流れを変更します。

注: 適切なサイズを選択すると、過熱が止まり、冷却が促進されます。

CAD モデリングとシミュレーション

CAD モデリングを使用してデジタル ヒートシンクを作成します。これは、デザインがどのように見え、フィットするかを示します。実際の冷却を作成する前に、シミュレーション ツールを使用して冷却をテストします。 ToffeeX のようなソフトウェアは、ヒートシンクの改善に役立ちます。より多くの熱伝達やより少ない圧力損失などの目標を設定します。このソフトウェアを使用すると、多くのデザインをすばやく試すことができます。ヒートシンクを作成するためのルールを追加します。これにより、ヒートシンクが簡単に構築でき、よく冷却されるようになります。

• CAD モデリングを使用してヒートシンクを作成します。
• テストを実行して冷却と熱損失を確認します。
• 冷却と簡単な構築の目標を設定します。
• すぐに多くのデザインを試してみてください。

ヒント: シミュレーションは、デバイスに最適なヒートシンクを選択するのに役立ちます。

プロトタイピングとテスト

ヒートシンクをテストするためにプロトタイプを作成します。 CNC 加工は最初のプロトタイプに適しています。プロトタイプを実際にテストして、冷却を確認します。ヒートシンクがどれだけよく冷えるかを測定します。冷却の問題がないか探します。テスト結果に基づいて設計を修正します。冷却目標を達成するまでテストと修正を続けます。

注: テストと修正は、強力な冷却と良好な熱損失を実現するのに役立ちます。

カスタムのステンレス製ヒートシンクを作成するには、次の手順に従います。ニーズを設定し、適切なサイズを選択し、CAD モデリングを使用して、プロトタイプをテストします。これにより、デバイスの冷却と熱損失を最適化することができます。

サーマルインターフェースマテリアルと表面処理

サーマルインターフェースマテリアルの重要性

ステンレス製のヒートシンクがうまく機能するようにしたいと考えています。これを行うには、次のものが必要ですサーマルインターフェースマテリアル。これらの材料は、ヒートシンクとデバイスの間の小さなスペースを埋めます。これらの空間内の空気は熱の流れを遅くします。優れたサーマルインターフェイス素材を使用すると、熱の移動が速くなります。このステップは強力な冷却のために重要です。

さまざまなサーマルインターフェースマテリアルから選択できます。一般的な選択肢には、サーマルペースト、パッド、粘着テープなどがあります。それぞれのタイプにはそれぞれの良い点があります。サーマルペーストは簡単に広がり、小さなスペースを埋めます。パッドは使いやすく、汚れません。粘着テープはヒートシンクを所定の位置に保ち、冷却を助けます。デバイスと冷却のニーズに合ったものを選択する必要があります。

ヒント: サーマルインターフェイスマテリアルの厚さと種類を常に確認してください。薄く均一な層が冷却に最適です。

性能を高める表面処理

表面処理により、ステンレス製ヒートシンクの冷却性が向上します。これらの処理により表面が変化し、熱がより速く移動するようになります。冷却を強化するには、いくつかの方法から選択できます。以下に、いくつかの上面処理を示した表を示します。

化学研磨により表面が滑らかになります。化学的な粗大化と酸化により質感が変化し、熱の流れが促進されます。機械的なショットピーニングにより表面が粗くなり、冷却が促進されます。放熱コーティングは、ヒートシンクの熱をより速く放出するのに役立つ特別な塗料を追加します。

注: 適切な表面処理を選択すると、冷却計画に大きな違いが生じます。さまざまな方法を試して、どれがデバイスに最適かを確認してください。

カスタムヒートシンクのコストとトレードオフ

コスト要因

何が原因なのかを知っておくべきですカスタムステンレススチールヒートシンクもっと費用がかかります。材料の価格は重要です。ステンレス鋼はアルミニウムよりも高価ですが、銅よりは安価です。シンプルな形状の方が安価に作れます。複雑なデザインには、より多くの時間と費用がかかります。 NRE およびツールの費用はセットアップ費用です。これらの料金は、すべてのヒートシンクに対してではなく、一度だけ支払われます。

• 材料の価格は選んだものによって異なります。
• 複雑なデザインでは加工コストが高くなります。
• NRE とツールの料金が最初の価格に追加されます。

パフォーマンスと予算のバランスをとる

冷却と予算のバランスを取る必要があります。大きなヒートシンクや複雑な形状は冷却効果が高くなりますが、コストが高くなります。お金を節約したい場合は、シンプルな形または小さいサイズを選択してください。以下の表は、制限が異なると選択がどのように変化するかを示しています。

あまりお金をかけずにカッコよくデザインを変えることができます。表面処理やコーティングによって、ヒートシンクを大きくせずに冷却できる場合があります。チームでさまざまな形状やサイズをテストできます。これにより、適切な冷却効果が得られ、予算内に収まります。

ヒント: ヒートシンクを大きくしたり複雑にしたりする前に、冷却を改善するために小さな変更を試みてください。

サプライヤーとの連携

サプライヤーと協力することで、コストを節約し、より良い冷却を得ることができます。サプライヤーとの良好な関係により、より多く購入すると割引が受けられます。これにより、各ヒートシンクの価格が下がります。地元の製造業者はヒートシンクを迅速に提供できます。部品を時間通りに入手できるため、余分なものを保管する必要がありません。経験豊富な製造者が、設計をより簡単に、より安価に作成するためのアイデアを共有します。

• より多く購入すると割引を受けられます。
• 地元の製造業者は時間どおりに納品します。
• 経験豊富な製造業者は、デザインをより良く、より安価に作成するのに役立ちます。

早めにサプライヤーに相談してください。冷却とヒートシンクの作成についてアドバイスを求めてください。これにより、間違いを回避し、カスタム ステンレススチール ヒートシンクで最良の結果を得ることができます。

ステンレス鋼の放熱をカスタマイズする際のヒントとよくある間違い

ベストプラクティス

作ることができますステンレス鋼の熱をカスタマイズするスマートなヒントを使用すると、消散がより効果的に機能します。表面積をできるだけ大きくするようにしてください。冷却を助けるためにフィンまたはピンを追加します。使用する場所に適したステンレス鋼グレードをお選びください。ヒートシンクを切断または成形する場合は、鋭利な超硬工具を使用してください。切断速度を遅くするか、少しだけ速くしてください。ヒートシンクを加工するときは、大量の冷却液を使用してください。これにより、熱の蓄積が防止され、安定した冷却が維持されます。ツールが揺れないようにしっかりとセットアップされていることを確認してください。始める前にツールがどのように動くかを計画してください。工具の送り速度と切り込みの深さを一致させてください。作業中は常に温度に注意してください。

ヒント: ヒート パイプは、重要な部品から熱を逃がすのに役立ちます。冷却を改善し、小型デバイスを低温に保つのに役立ちます。

避けるべき落とし穴

ステンレス製の放熱をカスタマイズしようとすると、時々間違いを犯すことがあります。大きな間違いは、表面積を小さくしすぎることです。これにより冷却が悪化し、冷却効果が低下します。サーマルインターフェイスマテリアルの使用を忘れる人もいますが、これによりエアギャップが残り、冷却が弱まります。間違ったステンレス鋼グレードを選択する人もいます。その場合、錆びたり、長持ちしなくなったりする可能性があります。加工を急ぐとヒートシンクが曲がったり、表面が荒れたりする可能性があります。これらの問題により、ヒートシンクの機能が低下します。

信頼性の高いパフォーマンスの確保

カスタマイズしたステンレス製の放熱を長期間持続させたいと考えています。強力かつ安定した冷却を維持するには、次の手順に従ってください。

• 熱をうまく移動させるためにヒートパイプを使用します。
• 設計を実際にテストします。
• ヒートシンクがデバイスに均等に接触していることを確認してください。
• 錆や損傷がないか頻繁に確認してください。
• ヒートシンクを掃除して、正常に動作できるようにしてください。

注: ヒートシンクを手入れし、スマート ヒントを使用すると、カスタマイズされたステンレス鋼の熱放散から最適な冷却を得ることができます。

設計の各ステップに従えば、良好な冷却を得ることができます。ステンレスは丈夫で錆びないので選びましょう。表面積を大きくすると、熱がより早く逃げます。設計をテストして、うまく機能することを確認します。最良の結果を得るには、次の方法を使用してください。さらにヘルプが必要な場合は、電子機器に適したヒートシンクの作成に関するガイドを参照し、作成のヒントについては Boyd ヒートシンク製造ガイドを確認してください。

• 電子機器にとってヒートシンクをより良くするためのガイド
• Boyd ヒートシンク製造ガイド

よくある質問

ステンレス製ヒートシンクとアルミニウム製ヒートシンクの違いは何ですか?

あなたは得ますより良い耐食性ステンレススチール製。アルミニウムは熱をより速く伝えますが、ステンレス鋼は過酷な環境でも長持ちします。強度と耐久性が必要な場合はステンレス鋼を選択してください。

ステンレス製ヒートシンクの冷却力を高めるにはどうすればよいですか?

フィンやピンを追加して表面積を増やします。接触を良くするためにサーマルインターフェースマテリアルを使用してください。熱を早く逃がすために、コーティングなどの表面処理を試してください。

ステンレス製ヒートシンクは屋外で使用できますか?

はい、ステンレス製ヒートシンクは屋外でも使用できます。ステンレス鋼は錆びや耐候性に優れています。屋外用電子機器、船舶用機器、医療ツールなどに適しています。

ステンレス製ヒートシンクを掃除する最良の方法は何ですか?

ヒートシンクを柔らかい布で拭きます。中性洗剤と水を使用してください。刺激の強い化学物質は避けてください。ウォータースポットを防ぐためにヒートシンクを完全に乾燥させます。