挤出工具,制造带有翅片的成形件的方法,和散热器.pdf

根据本发明的挤出工具(10)包括一个带有用来限定成形件(1)的外部构形的支承孔(21)的模具体部(20)，支承孔(21)包括一个对应于基材(2)的基材形成部(22)和对应于翅片(3)的翅片形成部(23)；和一个设置在模具体部(20)上游侧部的板元件(30)。板元件(30)上设置有沿前后方向贯穿的材料通道(31)并与模具体部(20)的支承孔(21)的上游侧开口向连通。板元件(30)上至少设置有一个垂直隔壁(33)(34)，以使得在板元件(30)与模具体部(20)相连通的状态下在基材(2)的厚度方向上横过支承孔(21)的基材形成部(22)，从而材料通道(31)被分割成多个小通道(31a)(31b)(31c)(31d)(31e)(31f)。通过挤出工具挤出带有翅片的诸如散热器的成形件，可以获得优良的基材平面度。

1.  一种用来挤出带有翅片的成形件(1)的挤出工具(10)，所述成形件具有基材(2)和多个以梳齿状设置在基材(2)的一侧的薄板型翅片(3)，所述挤出工具(10)包括：
一个具有用来限定成形件(1)的外部构形的支承孔(21)的模具体部(20)，所述支承孔(21)包括一个与基材(2)对应的基材形成部(22)和与翅片(3)对应的翅片形成部(23)；和
一个设置在所述模具体部(20)上游侧的板元件(30)，
其中，所述板元件(30)设置有沿前后方向贯穿的材料通道(31)并且与所述模具体部(20)的支承孔(21)的上游侧开口连通，和
其中，所述板元件30设置有至少一个垂直隔壁(33)(34)，使其在所述板元件(30)与所述模具体部(20)连接的状态下在基材(2)的厚度方向横过所述支承孔(21)的所述基材形成部(22)，从而材料通道(31)被分成多个小通道(31a)(31b)(31c)(31d)(31e)(31f)。

2.  根据权利要求1所述的挤出工具，其特征在于，在所述板元件(30)的所述材料通道(31)内设置有两个或更多的垂直隔壁(33)(34)。

3.  根据权利要求1或2所述的挤出工具，其特征在于，在所述板元件(30)的所述材料通道(31)下游侧部设置有与所述多个小通道(31a)(31b)(31c)(31d)(31e)(31f)相连通的汇合空间(37a)(37b)。

4.  根据权利要求1至3中任一项权利要求中所述的挤出工具，其特征在于，所述垂直隔壁(33)(34)形成为横过所述翅片形成部(23)。

5.  根据权利要求1至4中任一项所述的挤出工具，还包括一个在所述板元件(30)的所述材料通道(31)中形成的水平隔壁(32)，其中所述水平隔壁(32)在所述板元件(30)与所述模具体部(20)相连接的状态下设置在所述基材形成部(22)和所述翅片形成部(23)之间的边界部分。

6.  根据权利要求1至5中任一项所述的挤出工具，其特征在于，所述水平隔壁(32)在朝向所述基材形成部(22)的前部形成有倾斜表面(35)，所述倾斜表面(35)向翅片形成部(23)倾斜。

7.  根据权利要求1至6中任一项所述的挤出工具，其特征在于，所述模具体部(20)具有在其上游侧部形成并与所述支承孔(21)连通以用来引导挤出材料进入支承孔(21)的凹陷部(24)。

8.  一种制造一种带有多个以梳齿状设置在一个基材(2)的一侧的薄板型翅片(3)的成形件的方法，所述方法包括：
准备一个挤出工具(10)，该挤出工具包括一个带有用来限定所述成形件(1)外部构形的支承孔(21)的模具体部(20)，所述支承孔(21)包括一个对应于基材(2)的基材形成部(22)和对应于翅片(3)的翅片形成部(23)；和设置在所述模具体部(20)上游侧部的板元件(30)，其中所述板元件(30)设置有沿前后方向贯穿的材料通道(31)并与所述模具体部(20)的支承孔(21)的上游侧开口连通，并且其中，所述板元件(30)设置有至少一个垂直隔壁(33)(34)，使其在所述板元件(30)与所述模具体部(20)连通的状态下垂直隔壁在基材(2)的厚度方向横过所述支承孔(21)的所述基材形成部(22)，从而，材料通道(31)被分割成多个小通道(31a)(31b)(31c)(31d)(31e)(31f)。
用所述挤出工具(10)挤出一挤出材料，以使得被所述板元件(30)的所述小通道(31a)(31b)(31c)(31d)(31e)(31f)分割的挤出材料汇合而被加压、粘合并然后通过所述支承孔(21)挤出。

9.  制造一种如权利要求8所述的带有翅片的成形件的方法，其特征在于，挤出材料是铝。

10.  制造一种如权利要求8或9所述的带有翅片的成形件的方法，其特征在于，带有多个薄板型翅片的成形件是散热器。

11.  一种由权利要求10所述的方法制造的散热器。

挤出工具，制造带有翅片的成形件的方法，和散热器
本申请要求对其公开内容通过引用整体上结合于此的于2001年12月19日提交的日本专利申请№2001-386176和于2002年1月31日提交的美国专利申请№60/352,597的优先权。
相关申请的交叉参考
本申请根据35U.S.C.§119(e)(1)要求在2002年1月31日提交的临时申请№60/352,597的权益。
技术领域
本发明涉及一种用来制造在基材上设置有多个薄板型翅片的成形件的挤出工具，一种用上述挤出工具来制造上述带有翅片的成形件的方法和由这种方法制造的散热器。
背景技术
作为一种用于电子器件等中的散热元件，如图6所示，具有以梳齿状设置在基材2的一侧的多个薄板型翅片3的一铝制散热器1可以作为例子。这一散热器1以发热元件被安装/附着在所述基材2的另一面2a上的方式来使用。
在散热器1上，为了提高散热性能，要求翅片3有大的tong ratio比率，并且要求基材2的另一面平坦，以使发热元件能以紧密配合的方式安装，以便不阻止从发热元件的热传导。
在很多情况下，如图3所示，因为具有可用较少工序加工的优点，所述散热器1由一使用具有与散热器1外围构形相对应的支承孔21的模具50的挤出方法制造。支承孔21由一个与基材2对应的基材形成部22和一个与翅片3对应的翅片形成部23组成。
另外，一般而言，当挤出一个形状复杂的工件时，取决于模具50的支承宽度和与支承表面的距离而发生挤出材料的流动阻力(流阻)不均匀。上述问题会引起挤出件因不同的材料流动量有例如畸变、弯曲等缺陷。对于上述缺陷对策之一是通过在流动阻力较弱的部分扩大支承长度(bearinglength)来增加流动阻力来调整全部材料流动量的平衡。
上面提到的问题也发生在挤出散热器1时，这时，通过改变支承长度以获得高的tong ratio和较高的基材2的平面度来调整流动平衡。具体是，为了获得具有高tong ratio的翅片3，引起较小流动阻力的基材形成部22的支承长度被调整设置成比翅片形成部23的长。另外，为了获得平直的基材2，所述流动平衡通过增大引起比两端部(的流动阻力)小的流动阻力的基材形成部22的横向中部的支承长度来调整。
然而，在设置支承长度以获得平直的基材2方面，由于不仅是基材2的尺寸，而且还有其它因素例如包括翅片3的整体形状、挤出条件和材料的类型等以一种复杂的方式相互影响，必须重复许多试验以处理该问题。这样，所述设置是耗时并且麻烦的操作。另外，因为基材2的较宽的宽度W在所述端部和横向中部之间引起较大的流动阻力差，易于发生变形并且变形程度大。所以，设置支承长度的操作变得复杂。
此外，在许多情况下，在紧密接触发热元件方面，甚至在所述基材形成部22的支承长度经过麻烦的操作调整后，也难以获得满意的平面度。所以，平面度通过更进一步的后续加工方法获得。在后续加工中，挤出的成形件经受辊式矫直来获得初步矫直成形件，此后研磨待安装到发热元件上的装配面2a。然而，翅片3越高，辊式矫直操作越难。因此，上述方法不是一个获得满意的基材2的平面度的对策。或者说，上述方法不是一个确保制造具有良好散热性能的散热器的对策。
发明内容
鉴于上述背景技术，本发明目的是提供一种能够挤出带有翅片的成形件的挤出工具，例如具有良好平面度的基材的散热器；一种用该挤出工具制造带有翅片地成形件的方法和由所述方法制造的散热器。
作为提示，在此说明书中，“前面”或“前端”表示挤出材料的出口侧或挤出材料的行进方向，而“后面”或“后端”表示挤出材料的入口侧或挤出材料行进方向的相反方向。
根据本发明的第一方面，提供一种用来挤出带有翅片的成形件1的挤出工具10，这一成形件带有基材2和多个以梳齿状设置在基材2一侧的薄板型翅片3，该挤出工具10包括：
一个设置有用来限定成形件1的外部构形的支承孔21的模具体部20，支承孔21包括与基材2对应的基材形成部22和与翅片3对应的翅片形成部23；和
一个布置在模具体部20上游侧的板元件30，
其中，板元件30设置有沿前后向贯穿的材料通道31并与所述模具体部20的支承孔21的开口的上游侧连通，和
其中，板元件30设置有至少一个垂直隔壁33、34，以使得在板元件30与模具体部20相连的状态下可以在基材2的厚度方向横过支承孔21的基材形成部22，从而，材料通道31就被分割成多个小通道31a、31b、31c、31d、31e和31f。
优选地，在板元件30的材料通道31中设置有两个或更多个垂直隔壁33、34。
优选地，在板元件30的材料通道31的下游侧设置有与多个小通道31a、31b、31c、31d、31e、31f相连通的一个汇合空间37a、37b。
优选地，垂直隔壁33、34设置成横过翅片形成部23。
优选地，挤出工具还包括在板元件30的材料通道31中形成的水平隔壁32，其中在板元件30与模具体部20相连的状态下，水平隔壁32设置在介于基材形成部22和翅片形成部23之间的边界部分。
优选地，水平隔壁32在与基材形成部22相对的前部形成具有一倾斜表面35，该倾斜表面35向翅片形成部23倾斜。
优选地，模具体部20具有在其上游侧形成并与支承孔21连通以用来引导挤出材料进入支持孔21的凹陷部24。
根据本发明的第二个方面，一种用来制造一带有多个以梳齿状设置在基材2一侧的薄板型翅片3的成形件的方法，该方法包括：
准备一个挤出工具10，该工具包括：一个具有用来限定成形件1的外部构形的支承孔21的模具体部20，支承孔21包括与基材2对应的基材形成部22和与翅片3对应的翅片形成部23；和一个设置在模具体部20上游侧的板元件30，其中，板元件30设置有沿前后方向贯穿并与于模具体部20的支承孔21的上游侧开口连通的材料通道31，并且，其中，板元件30设置有至少一个垂直隔壁33、34，以使得在板元件30与模具体部20相连的状态下，可以在基材2的厚度方向横过支承孔21的基材形成部22，从而，材料通道31就被分割成多个小通道31a、31b、31c、31d、31e、31f。
用挤出工具10挤出一挤出材料，以使得被分割进入板元件30的小通道31a、31b、31c、31d、31e和31f的挤出材料汇合而被加压和粘合并然后通过支承孔21挤出。
优选地，挤出材料是铝。
优选地，带有多个薄板型翅片的挤出成形件是散热器。
根据本发明的第三方面，提供一种由上述方法制造的散热器。
根据本发明的挤出工具，由于在支承孔的基材形成部宽度方向上的流动阻力均匀化，所以可以获得精确的支承孔尺寸，因此，也可获得高平面度的基材。
当在挤出工具中设置两个或更多的垂直隔壁时，所述流动阻力可以进一步均匀化，从而形成具有良好平面度的基材。
另外，当在板元件材料通道的下游侧设置有一个与小通道连通的汇合空间时，挤出材料的汇合可以在该板元件中进行。
另外，当在所述垂直隔壁的设置成横过翅片形成部时，可以降低流动阻力的差异。
当水平隔壁形成在板元件的材料通道内，以使得当在板元件与模具体部相连的情况下位于基材形成部和翅片形成部之间的边界部位时，翅片形成部中的流量可以调整，从而可以较好地形成tonge ratio较高的翅片。
优选地，水平隔壁形成为具有一向翅片形成部倾斜的一个倾斜表面。这样可以增加向基材形成部的流动量。
优选地，在模具体部的上游侧部形成与支承孔相连通以用来引导挤出材料流向支承孔的凹陷部。在该情况下，可以在模具体部进行挤出材料的汇合。
根据本发明的制造一个带有翅片的成形件的方法，被分开进入并且通过在板元件中的小通道供应的挤出材料汇合并被加压、粘合，然后通过支承孔挤出。这样，在支承孔的基材形成部宽度方向上的流动阻力可以均匀化，据此，可以获得精确的支承孔尺寸，结果是基材具有高的平面度，这又可以获得无需经过续后处理的预定平面度。
当用铝作挤出材料时，可以较好地实现所述制造带有翅片的成形件的方法。
另外，带有翅片的成形件优选地为散热器。由于有具有良好平面度的基材，可以制造具有良好的散热性能和可以与发热元件紧密配合的散热器。另外，由于不需要为了获得平面度的后续处理工序，可以用简便的工艺制造具有良好散热效果的散热器。
因为根据本发明的散热器由上述方法制造，散热器可以与发热元件紧密配合，结果可以获得良好的散热性能。
附图简介
图1是一个后视图，表示从构成挤出工具的一个板元件的后侧看去的一个根据本发明的挤出工具的实施例；
图2是一个沿图1的线II-II的截面图，表示用图1所示的挤出工具挤出散热器的过程；
图3是一个从其后上侧看去的模具体部的透视图；
图4是一个从其前上侧看去的板元件的透视图；
图5是一个沿图1的线V-V看去的截面图，表示用图1所示的挤出工具挤出散热器的过程；
图6是一个表示用图1所示的挤出工具制造的散热器的透视图。
具体实施方式
图1至5表示一个根据本发明的用于挤出一个铝制散热器1的挤出工具10的实施例，如图6所示，多个薄板型翅片3以梳齿状设置在一厚基材2的一侧。在图2和图5中，参考标记“40”表示一个容器，“41”表示被盛装在这一容器“40”中的挤出材料。
挤出工具10包括一个模具体部20和一个与模具体部20连接的板元件30。
如图1-3和5所示，模具体部20具有一用来限定散热器1的外周边的支承孔21。支承孔21由与基材2相对应的基材形成部22和与翅片3相对应的翅片形成部23构成。在支承孔21后边设置有用来引导挤出材料到支承孔21的凹陷部24。
如图1、2、4和5所示，板元件30具有一沿前后方向贯通并引导挤出材料流向模具体部20的凹陷部24的后端开口的材料通道31。这一材料通道31被由设置在垂直两等分位置上的水平分割隔壁32和设置在水平三等分位置上的垂直分割隔壁33和34分割成6个独立的小通道31a、31b、31c、31d、31e和31f。
在板元件30与模具体部20相连的状态下，如图1、2所示，水平隔壁32被设置在靠近模具体部20的基材形成部22和翅片形成部23之间边界部分，同时，在其末端部分形成的倾斜表面35向翅片形成部23倾斜，这时，它的末端表面36与板元件30的前端表面位于同一平面。所述水平隔壁32在引导挤出材料进入模具体部20之前，将挤出材料41分入上部小通道31a、31b和31c和下部小通道31d、31e和31f。由于扩大了下部通道31d、31e、31f的横截面积，当挤出材料被引导进入模具体部20时，水平隔壁32的倾斜表面35提高了挤出材料流向金属板形成部22的量。
在板元件30与模具体部20连接的状态下，上述垂直隔壁33和34被设置在支承孔21在基材2的宽度W方向上被三等分的位置与基材形成部22和翅片形成部23垂直。所述垂直隔壁33和34位于板元件30前端表面的后面。在材料通道31的前端侧，上部的三个小通道31a、31b和31c相互连通而形成上部汇合空间37a。与此类似，下部的三个通道31d、31e、31f相互连通而形成下部汇合空间37b。垂直隔壁33和34分割挤出材料41进入左侧上部和下部小通道31a和31d，中间上部和下部小通道31b和31e，和右侧上部和下部小通道31c和31f。通过这些上部(下部)小通道31a、31b、和31c(31d、31e和31f)并在水平方向上被分割成三组流体的挤出材料41在汇合空间37a(37b)汇合而被加压并被一体地粘合在一起。(见图5)
因此，在挤出工具10内，当模具体部20和板元件30连接时，如下所述，挤出材料流动并且形成散热器1。
在容器40中的挤出材料41被分割并通过板元件30的6个独立的小通道31a、31b、31c、31d、31e和31f，并且挤出材料41通过上部的小通道31a、31b和31c，然后在上部汇合空间37a汇合而被加压，并且相互之间一体地粘合在一起，而通过下部小通道31d、31e和31f挤出材料41在下部汇合空间37b汇合而被加压并一体地粘合在一起。就是说，在板元件30的下游侧端部的水平和垂直方向被分成6份的挤出材料41分别在上部和下部汇合空间汇合，而形成两股流体，即，上部流体和下部流体。此后，这两股流体在模具体部20的凹陷部24汇合而被加压并一体地粘合到一起。这样，挤出材料41通过支承孔21被一体地挤出，形成预定构形的散热器1。
当挤出材料通过板元件30的通道31时，在通道31的横向端部附近和垂直隔壁33和34的附近产生一个较大的流动阻力。另一方面，在远离它们的位置上产生一个较小的流动阻力。这样，流动阻力沿通道的流动方向不同。流动阻力的该不同随着通过横向设置的三个小通道31a、31b和31c的挤出材料在汇合空间37a(37b)汇合和然后通过上部汇合空间37a和下部汇合空间37b的挤出材料在模具体部20的凹陷部24汇合时逐渐减小。然后，在流动阻力基本均匀化的状态下，汇合的挤出材料被引入支承孔21。结果，流动阻力在支承孔21的基材形成部22的宽度方向均匀化，可以进行挤出使得准确地反映支承孔的尺寸，并因此可以形成具有高平面度的基材2。
在根据本发明实施例的板元件30中，除上述垂直隔壁33、34之外，还设置了水平隔壁32。水平隔壁32通过将挤出材料41分割成所述上部和下部流体而在翅片形成部23引起流动阻力上升，因此，它有助于形成具有高tong ratio的翅片。除了通过上述垂直隔壁33和34形成具有平面度的基材2以外，还通过水平隔壁32形成了具有高tong ratio的翅片3。这使得可挤出一个具有良好散热性能的散热器。
然而，作为根据本发明的一种挤出工具，并不仅仅局限于上述实施例。
至少板元件30的一个垂直隔壁可以减少在基材形成部22宽度方向的流动阻力的不同。优选地，设置了板元件30的两个或更多垂直隔壁33和34。垂直隔壁33和34的合适的数量依赖于基材2的宽度W。宽度W越宽，垂直隔壁33和34越多。然而，过多的垂直隔壁33和34会引起不便，例如总体上过大的流动阻力和/或由于其宽度窄而使隔壁的强度降低。例如，当基材2的宽度W是300mm左右时，垂直隔壁最为合适的数量是2或3。
另外，上述实施例中，虽然所述垂直隔壁33和34被设置为横过支承孔21的基材形成部22和翅片形成部23，这些隔壁可被设置为至少横过基材形成部22。然而，为了降低流动阻力的差异，这些隔壁最好被设置横过基材形成部22和翅片形成部23。
另外，在上述挤出工具10中，虽然被沿水平方向分割的挤出材料41的汇合在板元件30的上部和下部汇合空间进行，被沿垂直方向分割的挤出材料41的汇合在模具体部20的凹陷部分24进行，所述挤出材料的汇合位置不局限于以上所述。例如，挤出材料在垂直方向的汇合也可在板元件30中进行，并且在其后表面形成有支承孔的模具体部可与金属板相连，可选择地，可在模具体部20和板元件30之间设置另一个具有一个挤出材料汇合空间的板元件
另外，在根据本发明的挤出工具中，模具体部20的基材形成部22的形状，或带有翅片的挤出成形件的基材的形状并不局限于上述平板状。例如，在本发明中，基材形成部或挤出成形件的基材可有支腿等以用于将其安装到发热元件上。
根据制作一个带有翅片的成形件的方法，使用了挤出工具10，并且以通过板元件30的小通道31a、31b、31c、31d、31e和31f分割的方式供给的挤出材料被汇合然后通过支承孔21挤出。所以，在基材形成部22的宽度方向的流动阻力可以被均匀化，使得可以制造具有良好平面度的基材2的带有翅片的成形件。因此，一个带有翅片的预定形状的成形件可以不用进行诸如辊式矫直和/或磨削等后续处理被制造出来。
当挤出材料是铝时，所述带有翅片的成型件可以被更好地制造。该铝的种类并不局限于特殊的一种，可以在高纯度铝、JIS A1000系列铝或者其合金、JIS A2000系列铝铜基合金、JIS A3000系列铝锰基合金，JISA4000系列铝硅基合金、JIS A5000系列铝镁基合金、JIS A6000系列铝硅镁基合金、JIS A7000系列铝锌镁铜基合金或铝锌镁基合金等之间宽范围地选择。
另外，上述制造方法适合用于制造散热器并能够获得具有良好平面度的基材。这样，仅用挤出的方法就能制造出与各种类型发热元件良好接触的散热器。作为散热器材料，推荐使用具有很好的挤出和热传导性能的JISA6000铝合金，特别是JIS A6063铝合金。
示例
挤出试验是用如图1-5所示的挤出工具10和其中板元件30中的垂直隔壁数量被改变的几种挤出工具进行的。
在散热器1中，基材2的宽度W设置为299.8mm，基材2的厚度T设置成6.5mm，翅片3的厚度FT设置为1.5mm，翅片3的高度FH设置为15.5mm，翅片的节距FP设置为4.2mm。
在挤出工具10中，模具体部20形成为具有与前述散热器1的基材形成部22和翅片形成部23相对应尺寸的支承孔21。凹陷部分24的深度设置为10mm。
制备具有一共同水平分隔壁32，和4种不同数量的如下所示的垂直分割壁的板元件30并使其与模具体部20相连。在水平隔壁32中，厚度S1设置为26mm，末端表面36的宽度S2设置为4mm，倾斜表面35的倾斜角θ设置为45度(见图2)。另外，在垂直隔壁中，不论其数量，厚度S3设置为20mm，汇合空间37a(37b)的深度S4设置为40mm而板元件30的厚度S5设置为130mm(见图5)。
(例1)
在板元件与模具体部10连接的状态下，在材料通道31的宽度中心位置即在基材形成部22的中心设置一个垂直隔壁。这样，材料通道31被一个垂直隔壁和一个水平隔壁分成4部分。
(例2)
在材料通道31沿水平方向被3等分的位置上，即，如图4所示位置处形成两个垂直隔壁。这样，材料通道31被两个垂直隔壁和一个水平隔壁分成6部分。
(例3)
在材料通道31沿水平方向被4等分的位置上形式三个垂直隔壁。这样，材料通道31被三个垂直隔壁和一个水平隔壁分成8部分。
(对比实施例)
没有设置垂直隔壁。这样，材料通道31仅被一个水平分隔壁分割为2部分。
使用前述4种类型的挤出工具，使用JIS A6063铝合金作为挤出材料，分别挤出了10个长度为3100mm的细长成形件。
对所获得的10个细长成形件中的每个测量基材的平面度。平面度由相对于发热元件等的安装表面2a中的最高位置和最低位置之间的差表示。10个细长成形件的平面度的最小值(指最好的平面度)到最大值显示在表1中，
                              表1