押出成形液体冷却プレートの製造プロセス

押出成形液冷プレートは,アルミニウム合金押出成形プロセスによって製造される一体型熱管理部品です。これらの液冷プレートは,水,水-グリコール混合物,フッ素系液体などの液体冷却媒体を利用して,効率的な熱交換を実現します。

このコールドプレート式液冷技術の核となる特徴は,単一の押出成形アルミニウムプロファイル内に,密閉型または多空洞型の内部流路を形成することです。この構造により,低い流体抵抗,高い耐圧性,コンパクトな設計,そしてコスト管理が可能となり,高電力密度電子機器,バッテリーパック,サーバー液冷,パワーエレクトロニクスなど幅広い分野で活用されています。

液体冷却プレートの仕組みを理解することは非常に重要です。熱源から冷却プレート本体に熱が伝導され,内部の液体流路に伝達された後,強制対流によって熱が運び去られます。チューブ式冷却プレートやろう付け式液体冷却プレートと比較して,押出成形設計は構造的完全性が高く,漏れのリスクが低減されます。

主要な技術的特徴

• one-piece extruded flow channels
  seamless internal channels formed during 押し出し eliminate weld seams and reduce leakage risk compared to brazed or tubed structures.

• high thermal conductivity materials
  typically manufactured from 6061 or 6063 aluminum alloys with thermal conductivity ≥ 180 w/m·k. while copper cold plates offer higher conductivity, aluminum provides a superior balance of weight, cost, and corrosion resistance.

• customizable 流路設計s
  supports parallel channels, serpentine channels, and multi-cavity configurations, enabling flexible liquid cold plate design.

• high pressure capability
  typical operating pressure: 0.5–1.5 mpa
  破裂圧力：3.0 MPa以上

• lightweight structure
  20–40% lighter than cnc-machined or plate liquid cooling solutions.

• excellent 表面 treatment compatibility
  suitable for anodizing, electroless nickel plating, and functional coatings.

典型的なアプリケーションシナリオ

• 電気自動車用バッテリーパック水冷プレートシステム

• 電子機器用サーバーCPU/GPU冷却プレート

• 高出力レーザー冷却システム

• IGBTおよびパワーモジュール冷却用コールドプレート

• エネルギー貯蔵システムの熱管理

押出成形液体冷却板の製造工程

1. 原材料準備段階

アルミニウムビレットの選定 → 化学組成分析（分光計） → 機械的特性試験（硬度,引張強度） → 前処理（切削,端面加工） → 材料保管

• 合金グレード：6061-t5 / t6,6063-t5

• ビレット径：φ100～φ300 mm

• 前処理の精度：

• 長さ公差：±1 mm

• 端面垂直度：≤ 0.1 mm

2. 金型設計および製造段階

流路設計（CFD熱シミュレーション最適化）→押出ダイ設計（ポート穴,溶接室,ベアリングランド）→ダイ鋼材選定（H13熱間加工工具鋼）→CNC荒加工→熱処理（焼入れ＋三重焼戻し）→精密加工（放電加工,ワイヤーカット加工）→研磨（ベアリングランド表面粗さ ≤ 0.4 μm）→試作押出検証

この工程は,押出成形された液体冷却板の内部形状と性能を直接決定づけるものであり,組み立て後の接合に依存するろう付けされた液体冷却板構造とは区別される。

3. 押出成形工程

アルミニウムビレットの予熱（480～520℃）→金型の予熱（450～480℃）→押出パラメータの設定→プロファイル押出（速度1～5m/分）→オンライン焼入れ（空冷またはミスト冷却）→引抜きと矯正→定長切断→時効処理（T5/T6条件）

押出成形プロセスにより,安定したプレート式液冷性能を支える均一な内部流路が実現する。

4. CNC精密加工ステージ

基準面加工（座標系設定）→端面加工（流路開口部）→インターフェース加工（入口／出口ポート,取付穴）→シール面加工（平面度≦0.05mm）→バリ取り→清浄度検査

機械加工要件

• 端面シール溝：

• 幅公差 ±0.02 mm

• 深さ公差 ±0.01 mm

• ねじ穴：

• 精度7時間

• 垂直度 ≤ 0.05 mm

• 取付面の平面度：≤ 0.1 mm / 100 mm

• 清潔さ：

• 粒子数 ≤ 100 個/m²

• 油分残留物 ≤ 10 mg/m²

5. エンドキャップの機械加工および溶接準備

エンドキャップ材料の選定（同一または互換性のある合金）→ CNC加工→ シール面仕上げ（Ra ≤ 1.6 μm）→ 溶接溝加工→ 洗浄（超音波洗浄）→ 組立位置決め（専用治具）

エンドキャップの設計パラメータ

• 厚さ：3～10mm（圧力要件に基づく）

• 密封方法：

• Oリング溝シール

• 平らなシーリング

• 完全溶接シール

• 溶接オプション：

• 摩擦攪拌接合（FSW）

• レーザー溶接

• TIG溶接

6. 溶接および封止工程

溶接工程の選定 → 治具の組み立て → 溶接パラメータの設定 → 自動溶接の実行 → 溶接後熱処理（応力除去） → 溶接外観検査

溶接プロセスの比較

• 摩擦攪拌接合（FSW）:
  no filler material, high joint strength, ideal for long straight seams

• レーザー溶接:
  small heat-affected zone, high precision, suitable for complex seams

• TIG溶接:
  cost-effective, flexible, suitable for small-batch custom liquid cold plate production

7. 圧力およびシール試験

• ヘリウムリークテスト

• 静水圧試験（使用圧力の1.5倍）

• 破裂圧力試験（使用圧力の3倍以上）

• 圧力サイクル試験（10万サイクル）

試験規格

• 漏洩率：≤ 1×10⁻⁷ mbar·l/s（ヘリウム）

• 圧力保持：1.5 MPa × 5分,圧力降下 ≤ 0.01 MPa

• 破裂圧力：3.0 MPa以上

• 圧力サイクル：0.2～1.0 MPa,100,000サイクル（漏れなし）

8．表面処理工程（オプション）

前処理（脱脂,酸洗）→陽極酸化処理（ナチュラル／ブラック）→シーリング→機能性コーティング→焼付けおよび硬化

表面処理オプション

• 陽極酸化処理:

• 厚さ10～15μm

• 絶縁耐力 ≥ 500 V

• 無電解ニッケルめっき：

• 厚さ10～20μm

• 耐食性の向上

• ptfe coating:
  improved chemical resistance

• insulating coatings:
  for electrical isolation requirements

9. 洗浄および乾燥工程

高圧純水洗浄 → 超音波洗浄（中性洗剤） → 三段階向流すすぎ → 熱風乾燥（80～100℃） → 真空乾燥（高信頼性用途） → 酸化防止のための窒素充填

清潔基準

• 粒子サイズ：≤50μm

• 非揮発性残留物：≤ 10 mg/m²

• 塩化物イオン含有量：1 ppm以下

• 導電率：≤ 5 μs/cm

10. アクセサリアセンブリ

シール取り付け（シリコン／FKM／EPDM）→クイックコネクト継手組立→温度センサー取り付け（オプション）→圧力センサー取り付け（オプション）→ラベル貼付（製品情報および流れ方向）

付属品の要件

• シール材：EPDM,FKM,シリコーン（-40℃～150℃）

• コネクタ規格：DIN,SAE,JIS,BSPP

• センサー精度:

• 温度±0.5℃

• 圧力±1% fs

11. 完成品の性能試験

熱抵抗試験（標準熱源法）→ 流量抵抗試験（流量対圧力降下曲線）→ 流量均一性試験（マルチチャンネル設計）→ 耐久性試験（熱および圧力サイクル）→ 最終ヘリウム漏れ再検査（100%検査）

パフォーマンス指標

• 熱抵抗：0.01～0.05℃/w（設計および流量に依存）

• 流量抵抗：10 l/min で 50 kPa 以下（標準値）

• 流量均一性偏差：≤10%

• 動作温度範囲：-40℃～120℃

12. 最終検査と梱包

目視検査 → 寸法測定（CMM） → 書類作成 → 防錆包装（VCI） → 耐衝撃包装 → 外箱ラベル貼付

梱包仕様

• 単体保護：PE袋＋VCI紙

• 梱包方向：垂直配置

• ラベルの内容：製品ID,製造日,流れ方向,割れ物注意表示

• 保管条件：-10℃～40℃,相対湿度70%以下

13. 文書化とトレーサビリティ

適合証明書 → 材料証明書 → 性能試験報告書 → 工程記録 → トレーサビリティラベル（QRコード／バーコード） → 設置および操作マニュアル

品質に不可欠な管理ポイント（CTQ）

プロセス能力と生産能力

• 押出幅：30～300mm

• 高さ：10～100mm

• 長さ：500～6000mm

• 最小壁厚：

• チャンネル壁厚：1.0 mm

• 外壁：1.5 mm

• 表面粗さ：

• 押し出し面：ra ≤ 3.2 μm

• 加工面：ra ≤ 1.6 μm

デザインガイドラインとベストプラクティス

流路設計

• 水力直径：4～8mm

• アスペクト比：≤ 10:1

• 曲げ半径：チャネル幅の1.5倍以上

• ベルマウス型吸気口／排気口設計

• 熱伝導性を向上させるためのオプションの内部フィン

構造設計

• 均一な壁厚

• 重要な箇所に補強リブを設ける

• ストレスフリーな取り付けレイアウト

• 熱膨張代

材料選定戦略

• 一般的な用途: 6063-t5

• 高性能アプリケーション：6061-t6

• 過酷な環境：追加コーティング

コスト最適化

• 標準化された断面

• 材料利用率の向上

• 二次加工の削減

• 大量生産における規模の経済

一体成形構造,低漏洩リスク,高信頼性,優れたコスト効率を備えた押出成形液体冷却プレートは,高出力密度冷却用途において不可欠な役割を果たしています。電気自動車,データセンター,5G通信,再生可能エネルギーなどの産業が成長を続けるにつれ,カスタム冷却プレートおよびカスタム液体冷却プレートソリューションは,より高性能,軽量,そしてよりスマートな熱管理へと進化し,次世代液体冷却システム向けの堅牢で拡張性の高いソリューションを提供していくでしょう。