JP2019076948A - Method for manufacturing liquid-cooled jacket - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液冷ジャケットの製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a liquid cooling jacket.
例えば、特許文献1には、液冷ジャケットの製造方法が開示されている。図21は、従来の液冷ジャケットの製造方法を示す断面図である。従来の液冷ジャケットの製造方法では、アルミニウム合金製のジャケット本体101の段差部に設けられた段差側面101cと、アルミニウム合金製の封止体102の側面102cとを突き合わせて形成された突合せ部J10に対して摩擦攪拌接合を行うというものである。また、従来の液冷ジャケットの製造方法では、回転ツールFの攪拌ピンF2のみを突合せ部J10に挿入して摩擦攪拌接合を行っている。また、従来の液冷ジャケットの製造方法では、回転ツールFの回転中心軸Cを突合せ部J10に重ねて相対移動させるというものである。
For example,
ここで、ジャケット本体101は複雑な形状となりやすく、例えば、4000系アルミニウム合金の鋳造材で形成し、封止体102のように比較的単純な形状のものは、1000系アルミニウム合金の展伸材で形成するというような場合がある。このように、アルミニウム合金の材種の異なる部材同士を接合して、液冷ジャケットを製造する場合がある。このような場合は、ジャケット本体101の方が封止体102よりも硬度が高くなることが一般的であるため、図21のように摩擦攪拌接合を行うと、攪拌ピンが封止体102側から受ける材料抵抗に比べて、ジャケット本体101側から受ける材料抵抗が大きくなる。そのため、回転ツールFの攪拌ピンによって異なる材種をバランスよく攪拌することが困難となり、接合後の塑性化領域に空洞欠陥が発生し接合強度が低下するという問題がある。
Here, the jacket
このような観点から、本発明は、材種の異なるアルミニウム合金を好適に接合することができる液冷ジャケットの製造方法を提供することを課題とする。 From such a point of view, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a liquid-cooled jacket capable of suitably bonding aluminum alloys of different grades.
前記課題を解決するために、本発明は、底部、前記底部の周縁から立ち上がる周壁部及び前記底部から立ち上がる支柱を有するジャケット本体と、前記支柱の先端が挿入される孔部を備えるとともに前記ジャケット本体の開口部を封止する封止体とで構成され、前記ジャケット本体と前記封止体とを摩擦攪拌で接合する液冷ジャケットの製造方法であって、前記ジャケット本体は第一アルミニウム合金で形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金で形成されており、前記第一アルミニウム合金は前記第二アルミニウム合金よりも硬度が高い材種であり、回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、前記周壁部の内周縁に、段差底面と、当該段差底面から前記開口部に向かって外側に広がるように斜めに立ち上がる段差側面と、を有する周壁段差部を形成し、かつ、前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から立ち上がる段差側面と、を有する支柱段差部を形成する準備工程と、前記ジャケット本体に前記封止体を載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記周壁段差部の段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第二突合せ部を形成し、さらに、前記支柱段差部の段差側面と前記封止体の前記孔部の孔壁とを突き合わせて第三突合せ部を形成するとともに、前記支柱段差部の段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第四突合せ部を形成する載置工程と、回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記封止体のみに接触させた状態で、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを一周させて摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンを前記支柱段差部の段差側面にわずかに接触させた状態で、前記第三突合せ部に沿って前記回転ツールを一周させて摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention comprises a bottom portion, a jacket body having a peripheral wall portion rising from the periphery of the bottom portion, and a support body having a support rising from the bottom, and a hole for inserting the tip of the support And a sealing body for sealing the opening of the housing, wherein the jacket main body and the sealing body are joined by friction stirring, and the jacket main body is formed of a first aluminum alloy. The sealing body is formed of a second aluminum alloy, the first aluminum alloy is a grade higher in hardness than the second aluminum alloy, and the outer peripheral surface of the stirring pin of the rotary tool is tapered The inner peripheral edge of the peripheral wall portion, and the bottom surface of the step, and the diagonally rising so as to extend outward from the bottom surface of the step toward the opening portion. Forming a peripheral step portion having a stepped side surface, and forming a column stepped portion having a stepped bottom surface and a stepped side surface rising from the stepped bottom surface at a tip end of the column; By placing the sealing body on the side wall of the peripheral wall step portion to abut the outer peripheral side surface of the sealing body to form a first abutment portion, and the bottom surface of the step surface of the peripheral wall step portion and the sealing A second butt portion is formed by overlapping the back surface of the stopper, and the third butt portion is formed by butting the step side surface of the step portion of the support with the hole wall of the hole of the sealing body. A mounting step of forming a fourth abutment portion by superposing the bottom surface of the stepped portion of the supporting column and the back surface of the sealing body, and inserting only the stirring pin to be rotated into the sealing body; Only contact the seal In the closed state, the first main joining step of frictionally stirring by rotating the rotating tool around the first abutting portion, inserting only the rotating stirring pin into the sealing body, and inserting the stirring pin And a second main joining step of frictionally agitating the rotary tool around the third abutment portion in a state of being slightly in contact with the step side surface of the column step portion.
かかる製造方法によれば、封止体と攪拌ピンとの摩擦熱によって第一突合せ部の主として封止体側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、第一突合せ部において段差側面と封止体の外周側面とを接合することができる。また、攪拌ピンのみを封止体のみに接触させて摩擦攪拌を行うため、ジャケット本体から封止体への第一アルミニウム合金の混入は殆どない。また、第三突合せ部においては攪拌ピンのみを段差側面にわずかに接触させるに留める。これにより、第一突合せ部及び第三突合せ部においては主として封止体側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。また、ジャケット本体の段差側面を外側に傾斜させているため、接合強度の低下を招くことなく攪拌ピンとジャケット本体との接触を容易に回避することができる。また、支柱と封止体とを接合することにより、液冷ジャケットの強度を高めることができる。 According to this manufacturing method, the second aluminum alloy mainly on the sealing body side of the first abutting portion is stirred and plasticized by the frictional heat of the sealing body and the stirring pin, and the step side surface and the sealing are performed in the first abutting portion. It can be joined to the outer peripheral side of the body. In addition, since only the stirring pin is brought into contact with only the sealing body to perform friction stirring, there is almost no mixing of the first aluminum alloy from the jacket main body to the sealing body. Also, at the third abutment portion, only the stirring pin is slightly brought into contact with the side surface of the step. As a result, since the second aluminum alloy on the sealing body side is mainly friction-stirred in the first butted portion and the third butted portion, it is possible to suppress a decrease in bonding strength. In addition, since the step side surface of the jacket main body is inclined outward, the contact between the stirring pin and the jacket main body can be easily avoided without causing a decrease in the joint strength. In addition, the strength of the liquid cooling jacket can be enhanced by joining the support and the sealing body.
また、前記第二本接合工程において、さらに前記攪拌ピンを前記支柱段差部の段差底面にわずかに接触させた状態で、前記第三突合せ部に沿って前記回転ツールを一周させて摩擦攪拌を行うことが好ましい。 Further, in the second main joining step, the rotary tool is rotated along the third butting portion in a state where the agitating pin is slightly in contact with the step bottom of the step portion of the support, and friction stirring is performed. Is preferred.
かかる製造方法によれば、第四突合せ部においては攪拌ピンのみを段差底面にわずかに接触させるに留める。これにより、第四突合せ部においては主として封止体側のアルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を防ぐことができる。また、第四突合せ部を摩擦攪拌することにより、接合強度をより高めることができる。 According to this manufacturing method, only the stirring pin is kept in slight contact with the bottom of the step at the fourth abutting portion. As a result, the aluminum alloy on the sealing body side is mainly friction-stirred at the fourth butted portion, so that it is possible to prevent a decrease in bonding strength. Further, the friction strength can be further enhanced by frictionally stirring the fourth butted portion.
また、本発明は、底部、前記底部の周縁から立ち上がる周壁部及び前記底部から立ち上がる支柱を有するジャケット本体と、前記支柱の先端が挿入される孔部を備えるとともに前記ジャケット本体の開口部を封止する封止体とで構成され、前記ジャケット本体と前記封止体とを摩擦攪拌で接合する液冷ジャケットの製造方法であって、前記ジャケット本体は第一アルミニウム合金で形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金で形成されており、前記第一アルミニウム合金は前記第二アルミニウム合金よりも硬度が高い材種であり、回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、前記周壁部の内周縁に、段差底面と、当該段差底面から前記開口部に向かって外側に広がるように斜めに立ち上がる段差側面と、を有する周壁段差部を形成し、かつ、前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から立ち上がる段差側面と、を有する支柱段差部を形成する準備工程と、前記ジャケット本体に前記封止体を載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記周壁段差部の段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第二突合せ部を形成し、さらに、前記支柱段差部の段差側面と前記封止体の前記孔部の孔壁とを突き合わせて第三突合せ部を形成するとともに、前記支柱段差部の段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第四突合せ部を形成する載置工程と、回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンを前記周壁部の段差側面にわずかに接触させた状態で、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを一周させて摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンを前記支柱段差部の段差側面にわずかに接触させた状態で、前記第三突合せ部に沿って前記回転ツールを一周させて摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含むことを特徴とする。 Further, according to the present invention, there is provided a bottom body, a jacket body having a peripheral wall portion rising from the peripheral edge of the bottom portion, and a column body having a column rising from the bottom portion, and a hole into which the tip of the column is inserted A method of manufacturing a liquid-cooled jacket comprising the sealing body and the sealing body joined by friction stirring, the jacket body being formed of a first aluminum alloy, the sealing body The stopper is formed of a second aluminum alloy, the first aluminum alloy is a grade having a hardness higher than that of the second aluminum alloy, and the outer peripheral surface of the stirring pin of the rotary tool is inclined to be tapered. The inner peripheral edge of the peripheral wall portion, a step bottom surface, and a step side surface rising obliquely from the step bottom surface so as to extend outward toward the opening portion; Forming the circumferential wall step portion and forming the support step portion having the step bottom surface and the step side surface rising from the step bottom at the tip of the support, and mounting the sealing body on the jacket main body By placing the step, the step side surface of the peripheral wall step portion and the outer peripheral side surface of the sealing body are butted to form a first abutment portion, and the step bottom surface of the peripheral wall step portion and the back surface of the sealing body are overlapped. In addition, a second abutment portion is formed, and further, a side surface of the stepped portion of the support pillar portion and a hole wall of the hole portion of the sealing body are butted to form a third abutment portion, and the stepped portion of the support pillar stepped portion A mounting step of forming a fourth butt portion by superposing the bottom surface and the back surface of the sealing body, inserting only the rotating stirring pin into the sealing body, and inserting the stirring pin on the stepped side surface of the peripheral wall portion Slightly in contact with A first main joining step of frictionally stirring by rotating the rotary tool around the first abutment portion, and inserting only the rotating stirring pin into the sealing body, the stirring pin being the step difference of the column And a second main joining step of frictionally agitating the rotary tool along the third abutment portion while slightly contacting the step side surface of the portion.
かかる製造方法によれば、攪拌ピンの外周面をジャケット本体の段差側面にわずかに接触させるに留めるため、ジャケット本体から封止体への第一アルミニウム合金の混入を極力少なくすることができる。また、第三突合せ部においても攪拌ピンを段差側面にわずかに接触させるに留めるため、ジャケット本体から封止体への第一アルミニウム合金の混入を極力少なくすることができる。これにより、第一突合せ部及び第三突合せ部においては主として封止体側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。また、ジャケット本体の段差側面を外側に傾斜させているため、攪拌ピンがジャケット本体側に大きく侵入することなく第一突合せ部を接合することが可能となる。また、支柱と封止体とを接合することにより、液冷ジャケットの強度を高めることができる。 According to this manufacturing method, since the outer peripheral surface of the stirring pin is kept in slight contact with the step side surface of the jacket main body, the mixing of the first aluminum alloy from the jacket main body to the sealing body can be minimized. Further, also in the third abutting portion, since the stirring pin is kept in slight contact with the side surface of the step, the mixing of the first aluminum alloy from the jacket main body to the sealing body can be minimized. As a result, since the second aluminum alloy on the sealing body side is mainly friction-stirred in the first butted portion and the third butted portion, it is possible to suppress a decrease in bonding strength. In addition, since the step side surface of the jacket main body is inclined outward, it is possible to join the first abutment portion without the stirring pin largely invading the jacket main body side. In addition, the strength of the liquid cooling jacket can be enhanced by joining the support and the sealing body.
また、前記第一本接合工程において、さらに前記攪拌ピンを前記周壁段差部の段差底面にわずかに接触させた状態で、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを一周させて摩擦攪拌を行うことが好ましい。 Further, in the first main joining step, the rotary tool is rotated along the first butting portion in a state where the stirring pin is slightly in contact with the bottom of the stepped portion of the peripheral wall step to perform friction stirring. Is preferred.
かかる製造方法によれば、第二突合せ部においては攪拌ピンのみを段差底面にわずかに接触させるに留める。これにより、第二突合せ部においては主として封止体側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を防ぐことができる。また、第二突合せ部も摩擦攪拌することにより、接合強度をより高めることができる。 According to this manufacturing method, only the stirring pin is kept in slight contact with the bottom of the step at the second abutment portion. As a result, the second aluminum alloy on the sealing body side is mainly friction-stirred at the second abutting portion, so that it is possible to prevent a decrease in bonding strength. In addition, the joint strength can be further enhanced by frictionally stirring the second abutment portion.
また、前記第二本接合工程において、さらに前記攪拌ピンを前記支柱段差部の段差底面にわずかに接触させた状態で、前記第三突合せ部に沿って前記回転ツールを一周させて摩擦攪拌を行うことが好ましい。 Further, in the second main joining step, the rotary tool is rotated along the third butting portion in a state where the agitating pin is slightly in contact with the step bottom of the step portion of the support, and friction stirring is performed. Is preferred.
かかる製造方法によれば、第四突合せ部においては攪拌ピンのみを段差底面にわずかに接触させるに留める。これにより、第四突合せ部においては主として封止体側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を防ぐことができる。また、第四突合せ部を摩擦攪拌することにより、接合強度をより高めることができる。 According to this manufacturing method, only the stirring pin is kept in slight contact with the bottom of the step at the fourth abutting portion. As a result, the second aluminum alloy on the sealing body side is mainly friction-stirred at the fourth butted portion, so that it is possible to prevent a decrease in bonding strength. Further, the friction strength can be further enhanced by frictionally stirring the fourth butted portion.
また、前記準備工程では、前記ジャケット本体をダイキャストで形成するとともに前記底部が表面側に凸となるように形成し、かつ、前記封止体が表面側に凸となるように形成することが好ましい。 In the preparing step, the jacket body may be formed by die casting and the bottom portion may be formed to be convex on the surface side, and the sealing body may be formed to be convex on the surface side. preferable.
摩擦攪拌接合の入熱によって塑性化領域に熱収縮が発生し、液冷ジャケットの封止体側が凹となるように変形するおそれがあるが、かかる製造方法によれば、ジャケット本体及び封止体を予め凸にしておき、熱収縮を利用することで液冷ジャケットを平坦にすることができる。 Although heat shrinkage occurs in the plasticized area due to heat input in friction stir welding, and there is a risk that the liquid-cooled jacket will be deformed so as to be concave on the sealing body side. According to such a manufacturing method, the jacket main body and sealing body Can be made flat beforehand by utilizing heat contraction.
また、前記ジャケット本体の変形量を予め計測しておき、前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程において、前記回転ツールの攪拌ピンの挿入深さを前記変形量に合わせて調節しながら摩擦攪拌を行うことが好ましい。 Further, the deformation amount of the jacket main body is measured in advance, and in the first main bonding step and the second main bonding step, while adjusting the insertion depth of the stirring pin of the rotary tool according to the deformation amount. It is preferable to carry out frictional stirring.
かかる製造方法によれば、ジャケット本体及び封止体を凸状に湾曲させて摩擦攪拌接合を行った場合でも、液冷ジャケットに形成される塑性化領域の長さ及び幅を一定にすることができる。 According to this manufacturing method, even when friction stir welding is performed by curving the jacket main body and the sealing body in a convex shape, the length and width of the plasticized region formed in the liquid cooling jacket can be made constant. it can.
また、前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程に先だって、前記第一突合せ部及び前記第三突合せ部の少なくともいずれかを仮接合する仮接合工程を含むことが好ましい。 In addition, it is preferable to include a temporary bonding step of temporarily bonding at least one of the first butting portion and the third butting portion prior to the first main bonding step and the second main bonding step.
かかる製造方法によれば、仮接合を行うことで第一本接合工程、第二本接合工程の際の各突合せ部の目開きを防ぐことができる。 According to this manufacturing method, by performing temporary bonding, it is possible to prevent the openings of the butted portions in the first main bonding step and the second main bonding step.
また、前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程では、冷却媒体が流れる冷却板を前記底部の裏面側に設置し、前記冷却板で前記ジャケット本体及び前記封止体を冷却しながら摩擦攪拌を行うことが好ましい。 Further, in the first main bonding step and the second main bonding step, a cooling plate through which a cooling medium flows is disposed on the back side of the bottom portion, and friction is performed while cooling the jacket main body and the sealing body by the cooling plate. Preferably, stirring is performed.
かかる製造方法によれば、摩擦熱を低く抑えることができるため、熱収縮による液冷ジャケットの変形を小さくすることができる。 According to this manufacturing method, since the frictional heat can be suppressed to a low level, the deformation of the liquid cooling jacket due to the thermal contraction can be reduced.
また、前記冷却板の表面と前記底部の裏面とを面接触させることが好ましい。かかる製造方法によれば、冷却効率を高めることができる。 Moreover, it is preferable to make surface contact of the surface of the said cooling plate and the back surface of the said bottom part. According to this manufacturing method, the cooling efficiency can be enhanced.
また、前記冷却板は、前記冷却媒体が流れる冷却流路を有し、前記冷却流路は、前記第一本接合工程における前記回転ツールの移動軌跡に沿う平面形状を備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said cooling plate has a cooling flow path through which the said cooling medium flows, and the said cooling flow path is provided with the planar shape in alignment with the movement trace of the said rotation tool in the said 1st main joining process.
かかる製造方法によれば、摩擦攪拌される部分を集中的に冷却できるため、冷却効率をより高めることができる。 According to this manufacturing method, since the portion to be frictionally stirred can be intensively cooled, the cooling efficiency can be further enhanced.
また、前記冷却媒体が流れる冷却流路は、前記冷却板に埋設された冷却管によって構成されていることが好ましい。かかる製造方法によれば、冷却媒体の管理を容易に行うことができる。 Moreover, it is preferable that the cooling flow path through which the cooling medium flows is configured by a cooling pipe embedded in the cooling plate. According to this manufacturing method, the cooling medium can be easily managed.
また、前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程では、前記ジャケット本体と前記封止体とで構成される中空部に冷却媒体を流し、前記ジャケット本体及び前記封止体を冷却しながら摩擦攪拌を行うことが好ましい。 Further, in the first main bonding step and the second main bonding step, a cooling medium is caused to flow through the hollow portion formed by the jacket main body and the sealing body to cool the jacket main body and the sealing body. It is preferable to carry out frictional stirring.
かかる製造方法によれば、摩擦熱を低く抑えることができるため、熱収縮による液冷ジャケットの変形を小さくすることができる。また、冷却板等を用いずに、ジャケット本体自体を利用して冷却することができる。 According to this manufacturing method, since the frictional heat can be suppressed to a low level, the deformation of the liquid cooling jacket due to the thermal contraction can be reduced. In addition, cooling can be performed using the jacket body itself without using a cooling plate or the like.
本発明に係る液冷ジャケットの製造方法によれば、材種の異なるアルミニウム合金を好適に接合することができる。 According to the method of manufacturing a liquid cooling jacket according to the present invention, aluminum alloys different in grade can be suitably joined.
[第一実施形態]
本発明の実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。図1に示すように、ジャケット本体2と、封止体3とを摩擦攪拌接合して液冷ジャケット1を製造するものである。液冷ジャケット1は、封止体3の上に発熱体(図示省略)を設置するとともに、内部に流体を流して発熱体と熱交換を行う部材である。なお、以下の説明における「表面」とは、「裏面」の反対側の面という意味である。
First Embodiment
A method of manufacturing a liquid cooling jacket according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the liquid-cooled
本実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法は、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。準備工程は、ジャケット本体2と封止体3とを準備する工程である。ジャケット本体2は、底部10と、周壁部11と、複数の支柱15と、で主に構成されている。ジャケット本体2は、第一アルミニウム合金を主に含んで形成されている。第一アルミニウム合金は、例えば、JISH5302 ADC12(Al-Si-Cu系)等のアルミニウム合金鋳造材を用いている。
The manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on this embodiment performs a preparatory process, a mounting process, a 1st main joining process, and a 2nd main joining process. The preparation step is a step of preparing the
図1に示すように、底部10は、平面視矩形を呈する板状部材である。周壁部11は、底部10の周縁部から矩形枠状に立ち上がる壁部である。周壁部11の内周縁には周壁段差部12が形成されている。周壁段差部12は、段差底面12aと、段差底面12aから立ち上がる段差側面12bとで構成されている。図2に示すように、段差側面12bは、段差底面12aから開口部に向かって外側に広がるように傾斜している。段差側面12bの傾斜角度βは適宜設定すればよいが、例えば、鉛直面に対して3°〜30°になっている。底部10及び周壁部11で凹部13が形成されている。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、支柱15は、底部10から垂直に立ちあがっている。支柱15の本数は特に制限がされないが、本実施形態では4本形成されている。また、支柱15の形状は本実施形態では円柱状になっているが、他の形状であってもよい。支柱15の先端には突出部16が形成されている。突出部16の形状は特に制限されないが、本実施形態では円柱状になっている。突出部16の高さは、封止体3の板厚と同じになっている。支柱15の端面と突出部16とで支柱段差部17が形成されている。支柱段差部17は、段差底面17aと、段差底面17aから立ち上がる段差側面17bとで構成されている。段差底面17aは、周壁段差部12の段差底面12aと同じ高さ位置に形成されている。
As shown in FIG. 1, the
封止体3は、ジャケット本体2の開口部を封止する板状部材である。封止体3は、周壁段差部12に載置される大きさになっている。封止体3の板厚は、段差側面12bの高さと略同等になっている。封止体3には、支柱15と対応する位置に孔部4が形成されている。孔部4は突出部16がほぼ隙間なく嵌め合わされるように形成されている。封止体3は、第二アルミニウム合金を主に含んで形成されている。第二アルミニウム合金は、第一アルミニウム合金よりも硬度の低い材料である。第二アルミニウム合金は、例えば、JIS A1050,A1100,A6063等のアルミニウム合金展伸材で形成されている。
The sealing
載置工程は、図2に示すように、ジャケット本体2に封止体3を載置する工程である。載置工程では、段差底面12aに封止体3の裏面3bを載置する。段差側面12bと封止体3の外周側面3cとが突き合わされて第一突合せ部J1が形成される。第一突合せ部J1は、段差側面12bと封止体3の外周側面3cとが面接触する場合と、本実施形態のように断面略V字状の隙間をあけて突き合わされる場合の両方を含み得る。また、段差底面12aと、封止体3の裏面3bとが突き合わされて第二突合せ部J2が形成される。本実施形態では、封止体3を載置すると、周壁部11の端面11aと、封止体3の表面3aとは面一になる。
The placing step is a step of placing the sealing
また、載置工程によって孔部4の孔壁4aと支柱段差部17の段差側面17bとが突き合わされて第三突合せ部J3が形成される。さらに、封止体3の裏面3bと支柱段差部17の段差底面17aとが突き合わされて第四突合せ部J4が形成される。
Further, in the mounting step, the hole wall 4a of the hole 4 and the
第一本接合工程は、図3及び図4に示すように、回転ツールFを用いて第一突合せ部J1を摩擦攪拌接合する工程である。回転ツールFは、連結部F1と、攪拌ピンF2とで構成されている。回転ツールFは、例えば工具鋼で形成されている。連結部F1は、摩擦攪拌装置(図示省略)の回転軸に連結される部位である。連結部F1は円柱状を呈し、ボルトが締結されるネジ孔(図示省略)が形成されている。 As shown in FIGS. 3 and 4, the first main bonding step is a step of friction stir welding the first abutting portion J <b> 1 using a rotary tool F. The rotating tool F includes a connecting portion F1 and a stirring pin F2. The rotating tool F is formed of, for example, a tool steel. The connecting portion F1 is a portion connected to the rotation shaft of the friction stir device (not shown). The connecting portion F1 has a cylindrical shape, and a screw hole (not shown) in which a bolt is fastened is formed.
攪拌ピンF2は、連結部F1から垂下しており、連結部F1と同軸になっている。攪拌ピンF2は連結部F1から離間するにつれて先細りになっている。図4に示すように、攪拌ピンF2の先端には、回転中心軸Cに対して垂直であり、かつ、平坦な平坦面F3が形成されている。つまり、攪拌ピンF2の外面は、先細りとなる外周面と、先端に形成された平坦面F3とで構成されている。側面視した場合において、回転中心軸Cと攪拌ピンF2の外周面とのなす傾斜角度αは、例えば5°〜30°の範囲で適宜設定すればよいが、本実施形態では、周壁段差部12の段差側面12bの傾斜角度βと同一となるように設定されている。
The stirring pin F2 is suspended from the connecting portion F1 and is coaxial with the connecting portion F1. The stirring pin F2 is tapered as it separates from the connecting portion F1. As shown in FIG. 4, a flat surface F3 which is perpendicular to the rotation center axis C and flat is formed at the tip of the stirring pin F2. That is, the outer surface of the stirring pin F2 is constituted by the outer peripheral surface which becomes tapered and the flat surface F3 formed at the tip. When viewed from the side, the inclination angle α between the rotation center axis C and the outer peripheral surface of the stirring pin F2 may be set as appropriate, for example, in the range of 5 ° to 30 °. It is set so as to be the same as the inclination angle β of the
攪拌ピンF2の外周面には螺旋溝が刻設されている。本実施形態では、回転ツールFを右回転させるため、螺旋溝は、基端から先端に向かうにつれて左回りに形成されている。言い換えると、螺旋溝は、螺旋溝を基端から先端に向けてなぞると上から見て左回りに形成されている。 A spiral groove is engraved on the outer peripheral surface of the stirring pin F2. In the present embodiment, in order to rotate the rotation tool F to the right, the spiral groove is formed in the counterclockwise direction from the proximal end toward the distal end. In other words, the spiral groove is formed counterclockwise as viewed from above when the spiral groove is traced from the proximal end to the distal end.
なお、回転ツールFを左回転させる場合は、螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて右回りに形成することが好ましい。言い換えると、この場合の螺旋溝は、螺旋溝を基端から先端に向けてなぞると上から見て右回りに形成されている。螺旋溝をこのように設定することで、摩擦攪拌の際に塑性流動化した金属が螺旋溝によって攪拌ピンF2の先端側に導かれる。これにより、被接合金属部材(ジャケット本体2及び封止体3)の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。
In addition, when rotating the rotation tool F to the left, it is preferable to form a spiral groove rightward as it goes to a tip from a base end. In other words, the spiral groove in this case is formed clockwise as viewed from above when the spiral groove is traced from the proximal end to the distal end. By setting the spiral groove in this manner, the plastically fluidized metal is guided to the tip side of the stirring pin F2 by the spiral groove during friction stirring. Thereby, the quantity of the metal which overflows to the exterior of a to-be-joined metal member (jacket
図3に示すように、回転ツールFを用いて摩擦攪拌を行う際には、封止体3に右回転した攪拌ピンF2のみを挿入し、封止体3と連結部F1とは離間させつつ移動させる。言い換えると、攪拌ピンF2の基端部は露出させた状態で摩擦攪拌を行う。回転ツールFの移動軌跡には摩擦攪拌された金属が硬化することにより塑性化領域W1が形成される。本実施形態では、封止体3に設定した開始位置Spに攪拌ピンF2を挿入し、封止体3に対して右廻りに回転ツールFを相対移動させる。
As shown in FIG. 3, when friction stirring is performed using the rotary tool F, only the stirring pin F2 rotated right is inserted into the sealing
図4に示すように、第一本接合工程では、攪拌ピンF2のみを封止体3のみに接触させて第一突合せ部J1に沿って一周させる。本実施形態では、攪拌ピンF2の平坦面F3もジャケット本体2に接触しないように挿入深さを設定している。「攪拌ピンF2のみを封止体3のみに接触させた状態」とは、摩擦攪拌を行っている際に、攪拌ピンF2の外面がジャケット本体2に接触していない状態を言い、攪拌ピンF2の外周面と段差側面12bとの距離がゼロである場合、又は攪拌ピンF2の平坦面F3と段差底面12aとの距離がゼロである場合も含み得る。
As shown in FIG. 4, in the first main bonding step, only the stirring pin F2 is brought into contact with only the sealing
段差側面12bから攪拌ピンF2の外周面までの距離が遠すぎると第一突合せ部J1の接合強度が低下する。段差側面12bから攪拌ピンF2の外周面までの離間距離Lはジャケット本体2及び封止体3の材料によって適宜設定すればよいが、本実施形態のように攪拌ピンF2の外周面を段差側面12bに接触させず、かつ、平坦面F3を段差底面12aに接触させない場合は、例えば、0≦L≦0.5mmに設定し、好ましくは0≦L≦0.3mmに設定することが好ましい。
If the distance from the stepped
回転ツールFを封止体3の廻りに一周させたら、塑性化領域W1の始端と終端とを重複させる。回転ツールFは、封止体3の表面3aにおいて、徐々に上昇させて引き抜くようにしてもよい。図5は、本実施形態に係る本接合工程後の接合部の断面図である。塑性化領域W1は、第一突合せ部J1を境に封止体3側に形成されている。また、攪拌ピンF2の平坦面F3は段差底面12aに接触させておらず(図4参照)、塑性化領域W1は、第二突合せ部J2を超えてジャケット本体2に達するように形成される。
When the rotary tool F is made to go around the sealing
第二本接合工程は、図6及び図7に示すように、回転ツールFを用いて第三突合せ部J3を摩擦攪拌接合する工程である。第二本接合工程では、図6に示すように、封止体3の表面3aに設定した開始位置Spに右回転した攪拌ピンF2のみを挿入し、封止体3と連結部F1とは離間させつつ移動させる。言い換えると、攪拌ピンF2の基端部は露出させた状態で摩擦攪拌を行う。回転ツールFの起動軌跡には摩擦攪拌された金属が硬化することにより塑性化領域W2が形成される。
The second main joining step is a step of friction stir welding the third abutting portion J3 using the rotary tool F as shown in FIGS. 6 and 7. In the second main bonding step, as shown in FIG. 6, only the stirring pin F2 rotated right is inserted into the start position Sp set on the
第二本接合工程では、図7に示すように、攪拌ピンF2の外周面が支柱段差部17の段差側面17b(突出部16)にわずかに接触させた状態で、第三突合せ部J3に沿って回転ツールFを相対移動させる。回転ツールFを突出部16の廻りに一周させたら、塑性化領域W2の始端と終端とを重複させる。攪拌ピンF2の平坦面F3は、段差底面17aには接触させていないが、塑性化領域W2は第四突合せ部J4に達するように形成されている。
In the second main joining step, as shown in FIG. 7, the outer circumferential surface of the agitating pin F2 is in contact with the stepped
以上説明した本実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法によれば、回転ツールFの攪拌ピンF2と周壁段差部12の段差側面12bとは接触させていないが、封止体3と攪拌ピンF2との摩擦熱によって第一突合せ部J1の主として封止体3側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、第一突合せ部J1において段差側面12bと封止体3の外周側面3cとを接合することができる。また、攪拌ピンF2のみを封止体3のみに接触させて摩擦攪拌を行うため、ジャケット本体2から封止体3への第一アルミニウム合金の混入は殆どない。これにより、第一突合せ部J1においては主として封止体3側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。
According to the method of manufacturing a liquid-cooled jacket according to the present embodiment described above, the stirring pin F2 of the rotating tool F and the
また、第一本接合工程では、ジャケット本体2の段差側面12bを外側に傾斜させているため、攪拌ピンF2とジャケット本体2との接触を容易に回避することができる。また、本実施形態では、段差側面12bの傾斜角度βと、攪拌ピンF2の傾斜角度αとを同一(段差側面12bと攪拌ピンF2の外周面とを平行)にしているため、攪拌ピンF2と段差側面12bとの接触を避けつつ、攪拌ピンF2と段差側面12bとを極力近接させることができる。
Further, in the first main joining step, since the
また、第一本接合工程では、攪拌ピンF2のみを封止体3のみに接触させて摩擦攪拌接合を行うため、攪拌ピンF2の回転中心軸Cに対して一方側と他方側で、攪拌ピンF2が受ける材料抵抗の不均衡をなくすことができる。これにより、塑性流動材がバランス良く摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。
In addition, in the first main joining step, only friction pin F2 is brought into contact with sealing
また、第一本接合工程では、回転ツールFの回転方向及び進行方向は適宜設定すればよいが、回転ツールFの移動軌跡に形成される塑性化領域W1のうち、ジャケット本体2側がシアー側となり、封止体3側がフロー側となるように回転ツールFの回転方向及び進行方向を設定した。ジャケット本体2側がシアー側となるように設定することで、第一突合せ部J1の周囲における攪拌ピンF2による攪拌作用が高まり、第一突合せ部J1における温度上昇が期待でき、第一突合せ部J1において段差側面12bと封止体3の外周側面3cとをより確実に接合することができる。
Further, in the first main joining process, the rotational direction and the advancing direction of the rotary tool F may be set appropriately, but the jacket
なお、シアー側(Advancing side)とは、被接合部に対する回転ツールの外周の相対速度が、回転ツールの外周における接線速度の大きさに移動速度の大きさを加算した値となる側を意味する。一方、フロー側(Retreating side)とは、回転ツールの移動方向の反対方向に回転ツールが回動することで、被接合部に対する回転ツールの相対速度が低速になる側を言う。 In addition, the shear side (Adancing side) means the side where the relative velocity of the outer periphery of the rotary tool to the part to be joined is a value obtained by adding the magnitude of the moving velocity to the size of the tangential velocity at the outer periphery of the rotary tool . On the other hand, the flow side (Retreating side) refers to the side where the relative speed of the rotating tool relative to the part to be joined becomes low by rotating the rotating tool in the direction opposite to the moving direction of the rotating tool.
また、ジャケット本体2の第一アルミニウム合金は、封止体3の第二アルミニウム合金よりも硬度の高い材料になっている。これにより、液冷ジャケット1の耐久性を高めることができる。また、ジャケット本体2の第一アルミニウム合金をアルミニウム合金鋳造材とし、封止体3の第二アルミニウム合金をアルミニウム合金展伸材とすることが好ましい。第一アルミニウム合金を例えば、JISH5302 ADC12等のAl−Si−Cu系アルミニウム合金鋳造材とすることにより、ジャケット本体2の鋳造性、強度、被削性等を高めることができる。また、第二アルミニウム合金を例えば、JIS A1000系又はA6000系とすることにより、加工性、熱伝導性を高めることができる。
Further, the first aluminum alloy of the
また、第一突合せ部J1においては、本実施形態では攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面12aよりも深く挿入しないが、塑性化領域W1が第二突合せ部J2に達するようにすることで接合強度を高めることができる。
In the first butt portion J1, the flat surface F3 of the agitating pin F2 is not inserted deeper than the stepped
また、第三突合せ部J3においては攪拌ピンF2のみを支柱段差部17の段差側面17b(突出部16)にわずかに接触させるに留める。これにより、第三突合せ部J3においては、ジャケット本体2の支柱15から封止体3への第一アルミニウム合金の混入を極力防ぐことができるとともに、主として封止体3側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。また、支柱15と封止体3とを接合することにより、液冷ジャケットの強度を高めることができる。
Further, in the third abutment portion J3, only the stirring pin F2 is slightly brought into contact with the stepped
なお、第一本接合工程及び第二本接合工程は、どちらを先に行ってもよい。また、第一本接合工程及び第二本接合工程を行う前に、第一突合せ部J1及び第三突合せ部J3の少なくとも一方に摩擦攪拌又は溶接によって仮接合を行ってもよい。仮接合工程を行うことにより、第一本接合工程又は第二本接合工程の際に、第一突合せ部J1及び第三突合せ部J3の目開きを防ぐことができる。 Either of the first main bonding step and the second main bonding step may be performed first. In addition, before performing the first main bonding step and the second main bonding step, temporary bonding may be performed on at least one of the first abutting portion J1 and the third abutting portion J3 by friction stirring or welding. By performing the temporary bonding step, it is possible to prevent the opening of the first butted portion J1 and the third butted portion J3 in the first main bonding step or the second main bonding step.
[第一変形例]
次に、第一実施形態の第一変形例について説明する。図8に示す第一変形例のように、封止体3の板厚を、周壁段差部12の段差側面12bの高さ寸法よりも大きくなるように設定してもよい。第一突合せ部J1は、隙間があるように形成されているため接合部が金属不足になるおそれがあるが、第一変形例のようにすることで金属不足を補うことができる。
First Modification
Next, a first modified example of the first embodiment will be described. As in the first modified example shown in FIG. 8, the plate thickness of the sealing
[第二変形例]
次に、第一実施形態の第二変形例について説明する。図9に示す第二変形例のように、封止体3の外周側面3cを傾斜させて傾斜面を設けてもよい。外周側面3cは、裏面3bから表面3aに向かうにつれて外側に傾斜している。外周側面3cの傾斜角度γは、段差側面12bの傾斜角度βと同一になっている。これにより、載置工程では、段差側面12bと、封止体3の外周側面3cとが面接触する。第二変形例によれば、第一突合せ部J1に隙間が発生しないため、接合部の金属不足を補うことができる。
Second Modification
Next, a second modified example of the first embodiment will be described. As in the second modification shown in FIG. 9, the outer
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第二実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法は、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第二実施形態では、準備工程、載置工程、第二本接合工程は第一実施形態と同等であるため説明を省略する。また、第二実施形態では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
Second Embodiment
Next, a method of manufacturing a liquid cooling jacket according to a second embodiment of the present invention will be described. The manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 2nd embodiment performs a preparatory process, a mounting process, a 1st main joining process, and a 2nd main joining process. In the second embodiment, the preparation step, the mounting step, and the second main bonding step are the same as in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. In the second embodiment, parts different from the first embodiment will be mainly described.
第一本接合工程は、図10に示すように、回転ツールFを用いて第一突合せ部J1を摩擦攪拌接合する工程である。本接合工程では、攪拌ピンF2を第一突合せ部J1に沿って相対移動させる際に、攪拌ピンF2の外周面を周壁段差部12の段差側面12bにわずかに接触させ、かつ、平坦面F3を段差底面12aに接触させないようにして摩擦攪拌接合を行う。
As shown in FIG. 10, the first main bonding step is a step of friction stir welding the first abutting portion J1 using a rotary tool F. In this bonding step, when the stirring pin F2 is relatively moved along the first abutment portion J1, the outer peripheral surface of the stirring pin F2 is slightly brought into contact with the stepped
ここで、段差側面12bに対する攪拌ピンF2の外周面の接触代をオフセット量Nとする。本実施形態のように、攪拌ピンF2の外周面を段差側面12bに接触させ、かつ、攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面12aに接触させない場合は、オフセット量Nを、0<N≦0.5mmの間で設定し、好ましくは0<N≦0.25mmの間で設定する。
Here, the contact margin of the outer peripheral surface of the stirring pin F2 with respect to the stepped
図21に示す従来の液冷ジャケットの製造方法であると、ジャケット本体101と封止体102とで硬度が異なるため、回転中心軸Cを挟んで一方側と他方側とで攪拌ピンF2が受ける材料抵抗も大きく異なる。そのため、塑性流動材がバランス良く攪拌されず、接合強度が低下する要因になっていた。しかし、本実施形態によれば、攪拌ピンF2の外周面とジャケット本体2との接触代を極力小さくしているため、攪拌ピンF2がジャケット本体2から受ける材料抵抗を極力小さくすることができる。また、本実施形態では、周壁段差部12の段差側面12bの傾斜角度βと、攪拌ピンF2の傾斜角度αとを同一(段差側面12bと攪拌ピンF2の外周面とを平行)にしているため、攪拌ピンF2と段差側面12bとの接触代を高さ方向に亘って均一にすることができる。これにより、本実施形態では、塑性流動材がバランス良く攪拌されるため、接合部の強度低下を抑制することができる。
According to the method of manufacturing the conventional liquid-cooled jacket shown in FIG. 21, since the hardness differs between the jacket
なお、第二実施形態でも、第一実施形態の第一変形例及び第二変形例のように、封止体3の板厚を大きくしたり、側面に傾斜面を設けてもよい。また、第二本接合工程においては、後記する第五実施形態、第五実施形態の第一変形例又は第六実施形態を適用してもよい。
In the second embodiment, as in the first and second modified examples of the first embodiment, the plate thickness of the sealing
[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第三実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法は、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第三実施形態では、準備工程、載置工程及び第二本接合工程は第一実施形態と同等であるため説明を省略する。また、第三実施形態では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
Third Embodiment
Next, a method of manufacturing a liquid cooling jacket according to a third embodiment of the present invention will be described. The manufacturing method of the liquid-cooling jacket which concerns on 3rd embodiment performs a preparatory process, a mounting process, a 1st main joining process, and a 2nd main joining process. In the third embodiment, the preparation step, the mounting step, and the second main bonding step are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. In the third embodiment, parts different from the first embodiment will be mainly described.
第一本接合工程は、図11に示すように、回転ツールFを用いてジャケット本体2と封止体3とを摩擦攪拌接合する工程である。本接合工程では、攪拌ピンF2を第一突合せ部J1に沿って相対移動させる際に、攪拌ピンF2の外周面を段差側面12bに接触させず、かつ、平坦面F3を段差底面12aよりも深く挿入した状態で摩擦攪拌接合を行う。
The first main bonding step is a step of friction stir welding the jacket
本実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法によれば、攪拌ピンF2と周壁段差部12の段差側面12bは接触させていないが、封止体3と攪拌ピンF2との摩擦熱によって第一突合せ部J1の主として封止体3側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、第一突合せ部J1において段差側面12bと封止体3の外周側面3cとを接合することができる。また、第一突合せ部J1においては攪拌ピンF2のみを封止体3のみに接触させて摩擦攪拌を行うため、ジャケット本体2から封止体3への第一アルミニウム合金の混入は殆どない。これにより、第一突合せ部J1においては主として封止体3側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。
According to the method of manufacturing a liquid cooling jacket according to the present embodiment, the stirring pin F2 and the stepped
また、ジャケット本体2の段差側面12bを外側に傾斜させているため、攪拌ピンF2と段差側面12bとの接触を容易に回避することができる。また、本実施形態では、段差側面12bの傾斜角度βと、攪拌ピンF2の傾斜角度αとを同一(段差側面12bと攪拌ピンF2の外周面とを平行)にしているため、攪拌ピンF2と段差側面12bその接触を避けつつ、攪拌ピンF2と段差側面12bとを極力近接させることができる。
Further, since the
また、攪拌ピンF2の外周面を段差側面12bから離間させて摩擦攪拌接合を行うため、攪拌ピンF2の回転中心軸Cに対して一方側と他方側で、攪拌ピンF2が受ける材料抵抗の不均衡を小さくすることができる。これにより、塑性流動材がバランス良く摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。本実施形態のように、攪拌ピンF2の外周面を段差側面12bに接触させず、かつ、平坦面F3を段差底面12aよりも深く挿入する場合、段差側面12bから攪拌ピンF2の外周面までの離間距離Lを、例えば、0≦L≦0.5mmに設定し、好ましくは0≦L≦0.3mmに設定することが好ましい。
Further, since the outer peripheral surface of the stirring pin F2 is separated from the stepped
また、攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面12aに挿入することにより、接合部の下部をより確実に摩擦攪拌することができる。これにより、塑性化領域W1に空洞欠陥等が発生するのを防ぎ、接合強度を高めることができる。また、攪拌ピンF2の平坦面F3の全面が、封止体3の外周側面3cよりも封止体3の中央側に位置している。これにより、第二突合せ部J2の接合領域を大きくすることができるため、接合強度を高めることができる。
Further, by inserting the flat surface F3 of the stirring pin F2 into the stepped
なお、第三実施形態でも、第一実施形態の第一変形例及び第二変形例のように、封止体3の板厚を大きくしたり、側面に傾斜面を設けてもよい。また、第二本接合工程においては、後記する第五実施形態、第五実施形態の第一変形例又は第六実施形態を適用してもよい。
In the third embodiment, as in the first and second modified examples of the first embodiment, the plate thickness of the sealing
[第四実施形態]
次に、本発明の第四実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第四実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法は、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第四実施形態では、準備工程、載置工程及び第二本接合工程は第一実施形態と同等であるため説明を省略する。また、第四実施形態では、第三実施形態と相違する部分を中心に説明する。
Fourth Embodiment
Next, a method of manufacturing a liquid cooling jacket according to a fourth embodiment of the present invention will be described. The manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 4th embodiment performs a preparatory process, a mounting process, a 1st main joining process, and a 2nd main joining process. In the fourth embodiment, the preparation step, the mounting step, and the second main bonding step are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. In the fourth embodiment, parts different from the third embodiment will be mainly described.
第一本接合工程は、図12に示すように、回転ツールFを用いて第一突合せ部J1を摩擦攪拌接合する工程である。本接合工程では、攪拌ピンF2を第一突合せ部J1に沿って相対移動させる際に、攪拌ピンF2の外周面を周壁段差部12の段差側面12bにわずかに接触させ、かつ、平坦面F3を段差底面12aよりも深く挿入して摩擦攪拌接合を行う。
The first main joining step is a step of friction stir welding the first abutting portion J1 using a rotary tool F as shown in FIG. In this bonding step, when the stirring pin F2 is relatively moved along the first abutment portion J1, the outer peripheral surface of the stirring pin F2 is slightly brought into contact with the stepped
ここで、段差側面12bに対する攪拌ピンF2の外周面の接触代をオフセット量Nとする。本実施形態のように、攪拌ピンF2の平坦面F3を周壁段差部12の段差底面12aよりも深く挿入し、かつ、攪拌ピンF2の外周面を段差側面12bに接触させる場合は、オフセット量Nを、0<N≦1.0mmの間で設定し、好ましくは0<N≦0.85mmの間で設定し、より好ましくは0<N≦0.65mmの間で設定する。
Here, the contact margin of the outer peripheral surface of the stirring pin F2 with respect to the stepped
図21に示す従来の液冷ジャケットの製造方法であると、ジャケット本体101と封止体102とで硬度が異なるため、回転中心軸Cを挟んで一方側と他方側とで攪拌ピンF2が受ける材料抵抗も大きく異なる。そのため、塑性流動材がバランス良く攪拌されず、接合強度が低下する要因になっていた。しかし、本実施形態によれば、攪拌ピンF2の外周面とジャケット本体2との接触代を極力小さくしているため、攪拌ピンF2がジャケット本体2から受ける材料抵抗を小さくすることができる。また、本実施形態では、段差側面12bの傾斜角度βと、攪拌ピンF2の傾斜角度αとを同一(段差側面12bと攪拌ピンF2の外周面とを平行)にしているため、攪拌ピンF2と段差側面12bとの接触代を高さ方向に亘って均一にすることができる。これにより、本実施形態では、塑性流動材がバランス良く攪拌されるため、接合部の強度低下を抑制することができる。
According to the method of manufacturing the conventional liquid-cooled jacket shown in FIG. 21, since the hardness differs between the jacket
また、攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面12aに挿入することにより、接合部の下部をより確実に摩擦攪拌することができる。これにより、塑性化領域W1に空洞欠陥等が発生するのを防ぎ、接合強度を高めることができる。つまり、第一突合せ部J1及び第二突合せ部J2の両方を強固に接合することができる。
Further, by inserting the flat surface F3 of the stirring pin F2 into the stepped
なお、第四実施形態でも、第一実施形態の第一変形例及び第二変形例のように、封止体3の板厚を大きくしたり、側面に傾斜面を設けてもよい。また、第二本接合工程においては、後記する第五実施形態、第五実施形態の第一変形例又は第六実施形態を適用してもよい。
In the fourth embodiment, as in the first and second modified examples of the first embodiment, the plate thickness of the sealing
[第四実施形態の第一変形例]
次に、第四実施形態の第一変形例について説明する。図13に示すように、当該第一変形例では、回転ツールFAを用いる点で、第四実施形態と相違する。当該変形例では、第四実施形態と相違する部分を中心に説明する。
First Modification of Fourth Embodiment
Next, a first modified example of the fourth embodiment will be described. As shown in FIG. 13, the first modification is different from the fourth embodiment in that a rotation tool FA is used. In the modified example, parts different from the fourth embodiment will be mainly described.
本接合工程で用いる回転ツールFAは、連結部F1と、攪拌ピンF2と、を備えている。攪拌ピンF2は、平坦面F3と、突起部F4とを備えて構成されている。突起部F4は、平坦面F3から下方に突出する部位である。突起部F4の形状は特に制限されないが、本実施形態では、円柱状になっている。突起部F4の側面と、平坦面F3とで段差部が形成されている。 The rotary tool FA used in the main bonding step includes a connecting portion F1 and a stirring pin F2. The stirring pin F2 is configured to include a flat surface F3 and a protrusion F4. The protrusion F4 is a portion that protrudes downward from the flat surface F3. The shape of the protrusion F4 is not particularly limited, but in the present embodiment, it is cylindrical. A stepped portion is formed by the side surface of the protrusion F4 and the flat surface F3.
当該第一変形例の本接合工程では、回転ツールFAの先端を段差底面12aよりも深く挿入する。これにより、突起部F4に沿って摩擦攪拌されて突起部F4に巻き上げられた塑性流動材は平坦面F3で押えられる。これにより、突起部F4周りをより確実に摩擦攪拌することができるとともに第二突合せ部J2の酸化被膜が確実に分断される。これにより、第二突合せ部J2の接合強度を高めることができる。また、当該変形例のように、突起部F4のみを第二突合せ部J2よりも深く挿入するように設定することで、平坦面F3を第二突合せ部J2よりも深く挿入する場合に比べて塑性化領域W1の幅を小さくすることができる。これにより、塑性流動材が凹部13へ流出するのを防ぐことができるとともに、段差底面12aの幅も小さく設定することができる。
In the main bonding step of the first modified example, the tip of the rotary tool FA is inserted deeper than the stepped
なお、図13に示す第四実施形態の第一変形例では、突起部F4(攪拌ピンF2の先端)が第二突合せ部J2よりも深く挿入するように設定しているが、平坦面F3が第二突合せ部J2よりも深く挿入するように設定してもよい。 In the first modification of the fourth embodiment shown in FIG. 13, the projection F4 (the tip of the stirring pin F2) is set to be inserted deeper than the second abutment J2, but the flat surface F3 is You may set so that it may insert more deeply than the 2nd butting part J2.
[第五実施形態]
次に、第五実施形に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第五実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法では、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第五実施形態では、準備工程、載置工程及び第一本接合工程が第一実施形態と同等であるため説明を省略する。また、第五実施形態では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
Fifth Embodiment
Next, a method of manufacturing a liquid cooling jacket according to the fifth embodiment will be described. In the method of manufacturing a liquid-cooled jacket according to the fifth embodiment, a preparation step, a placement step, a first main bonding step, and a second main bonding step are performed. In the fifth embodiment, the preparation step, the mounting step, and the first main bonding step are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. In the fifth embodiment, parts different from the first embodiment will be mainly described.
第二本接合工程では、図14に示すように、回転ツールFを支柱15及び突出部16に接触させずに、第三突合せ部J3の廻りを一周させて摩擦攪拌接合を行う。第二本接合工程では、攪拌ピンF2を支柱段差部17の段差側面17b及び段差底面17aのいずれにも接触させずに摩擦攪拌接合を行うが、攪拌ピンF2の挿入深さは塑性化領域W2が第四突合せ部J4に達するように設定する。つまり、攪拌ピンF2と封止体3との摩擦熱によって第四突合せ部J4が塑性流動化して接合される。なお、攪拌ピンF2が支柱段差部17の段差底面17aと接触するように挿入深さを設定してもよい。
In the second main joining step, as shown in FIG. 14, the friction stir welding is performed by making the circumference of the third abutment portion J3 go around without bringing the rotary tool F into contact with the
[第五実施形態の第一変形例]
次に、第五実施形態の第一変形例に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第五実施形態の第一変形例に係る液冷ジャケットの製造方法では、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。当該変形例では、第二本接合工程において、回転ツールFAを用いる点で第五実施形態と相違する。
First Modification of Fifth Embodiment
Next, a method of manufacturing a liquid cooling jacket according to a first modification of the fifth embodiment will be described. In the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on the 1st modification of 5th embodiment, a preparatory process, a mounting process, a 1st main joining process, and a 2nd main joining process are performed. The modification is different from the fifth embodiment in that the rotary tool FA is used in the second main bonding step.
第二本接合工程では、図15に示すように、回転ツールFAを段差側面17b(突出部16)に接触させずに、第三突合せ部J3の廻りを一周させて摩擦攪拌接合を行う。第二本接合工程では、回転ツールFAの先端を支柱段差部17の段差底面17aよりも深く挿入する。これにより、突起部F4に沿って摩擦攪拌されて突起部F4に巻き上げられた塑性流動材は平坦面F3で押えられる。これにより、突起部F4周りをより確実に摩擦攪拌することができるとともに第四突合せ部J4の酸化被膜が確実に分断される。これにより、第四突合せ部J4の接合強度を高めることができる。また、当該変形例のように、突起部F4のみを第四突合せ部J4よりも深く挿入するように設定することで、平坦面F3を第四突合せ部J4よりも深く挿入する場合に比べて塑性化領域W2の幅を小さくすることができる。これにより、塑性流動材が凹部13へ流出するのを防ぐことができるとともに、支柱段差部17の段差底面17aの幅も小さく設定することができる。
In the second main joining step, as shown in FIG. 15, the friction stir welding is performed by making the circumference of the third abutting portion J3 go around without bringing the rotary tool FA into contact with the
なお、図15に示す第五実施形態の第一変形例では、突起部F4(攪拌ピンF2の先端)が第四突合せ部J4よりも深く挿入するように設定しているが、平坦面F3が第四突合せ部J4よりも深く挿入するように設定してもよい。 In the first modified example of the fifth embodiment shown in FIG. 15, the protrusion F4 (the tip of the stirring pin F2) is set to be inserted deeper than the fourth butting portion J4, but the flat surface F3 is You may set so that it may insert more deeply than the 4th butt part J4.
[第六実施形態]
次に、第六実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第六実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法では、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第六実施形態では、準備工程、載置工程及び第一本接合工程は第一実施形態と同じであるため説明を省略する。
Sixth Embodiment
Next, a method of manufacturing a liquid cooling jacket according to the sixth embodiment will be described. In the method of manufacturing a liquid-cooled jacket according to the sixth embodiment, a preparation step, a placement step, a first main bonding step, and a second main bonding step are performed. In the sixth embodiment, the preparation step, the mounting step, and the first main bonding step are the same as in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
第二本接合工程では、回転ツールFを突出部16に対して外側に傾斜させた状態で第三突合せ部J3に対して摩擦攪拌接合を行う。第二本接合工程では、回転ツールFの回転中心軸Cを突出部16に対して外側に角度α傾斜させた状態で摩擦攪拌接合を行う。これにより、攪拌ピンF2の外周面と支柱段差部17の段差側面17bとは平行になる。段差側面17bと攪拌ピンF2とは離間させてもよいし、両者をわずかに接触させてもよい。
In the second main joining step, the friction stir welding is performed on the third abutting portion J3 in a state in which the rotary tool F is inclined outward with respect to the
第六実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法では、攪拌ピンF2の外周面と段差側面17bとを平行にさせた状態で摩擦攪拌できるため、段差側面17bと攪拌ピンF2の外周面とを離間させる場合は突出部16に回転ツールFを極力近づけることができる。これにより、ジャケット本体2側から封止体3側へ第一アルミニウム合金が混入するのを防ぐことができるとともに、接合強度を高めることができる。一方、段差側面17bと攪拌ピンF2とをわずかに接触させる場合においては、ジャケット本体2側から封止体3側へ第一アルミニウム合金が混入するのを極力防ぐことができるとともに、高さ方向に均一に接触させることができる。なお、攪拌ピンF2は段差底面17aに接触させてもよい。
In the method of manufacturing a liquid-cooled jacket according to the sixth embodiment, friction stirring can be performed in a state where the outer peripheral surface of the stirring pin F2 and the stepped
〔第一実施形態の第三変形例〕
次に、第一実施形態の第三変形例に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。図17に示すように、第三変形例では、冷却板を用いて仮接合工程、第一本接合工程及び第二本接合工程を行う点で第一実施形態と相違する。第一実施形態の第三変形例では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
Third Modification of First Embodiment
Next, the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on the 3rd modification of 1st embodiment is demonstrated. As shown in FIG. 17, the third modification is different from the first embodiment in that the temporary bonding step, the first main bonding step, and the second main bonding step are performed using a cooling plate. In the third modified example of the first embodiment, parts different from the first embodiment will be mainly described.
図17に示すように、第一実施形態の第三変形例では、固定工程を行う際に、ジャケット本体2をテーブルKに固定する。テーブルKは、直方体を呈する基板K1と、基板K1の四隅に形成されたクランプK3と、基板K1の内部に配設された冷却管WPによって構成されている。テーブルKは、ジャケット本体2を移動不能に拘束するとともに、特許請求の範囲の「冷却板」として機能する部材である。
As shown in FIG. 17, in the third modified example of the first embodiment, the jacket
冷却管WPは、基板K1の内部に埋設される管状部材である。冷却管WPの内部には、基板K1を冷却する冷却媒体が流通する。冷却管WPの配設位置、つまり、冷却媒体が流れる冷却流路の形状は特に制限されないが、当該第三変形例では第一本接合工程における回転ツールFの移動軌跡に沿う平面形状になっている。即ち、平面視した際に、冷却管WPと第一突合せ部J1とが略重なるように冷却管WPが配設されている。 The cooling pipe WP is a tubular member embedded inside the substrate K1. Inside the cooling pipe WP, a cooling medium for cooling the substrate K1 flows. The arrangement position of the cooling pipe WP, that is, the shape of the cooling flow path through which the cooling medium flows is not particularly limited, but in the third modification, it has a planar shape along the movement trajectory of the rotary tool F in the first main joining step. There is. That is, when viewed in plan, the cooling pipe WP is disposed such that the cooling pipe WP and the first abutment portion J1 substantially overlap.
第三変形例の仮接合工程、第一本接合工程及び第二本接合工程では、ジャケット本体2をテーブルKに固定した後、冷却管WPに冷却媒体を流しながら摩擦攪拌接合を行う。これにより、摩擦攪拌の際の摩擦熱を低く抑えることができるため、熱収縮に起因する液冷ジャケット1の変形を小さくすることができる。また、当該第三変形例では、平面視した場合に、冷却流路と第一突合せ部J1(仮接合用回転ツール及び回転ツールFの移動軌跡)とが重なるようになっているため、摩擦熱が発生する部分を集中的に冷却できる。これにより、冷却効率を高めることができる。また、冷却管WPを配設して冷却媒体を流通させるため、冷却媒体の管理が容易となる。また、テーブルK(冷却板)とジャケット本体2とが面接触するため、冷却効率を高めることができる。
In the temporary joining step, the first main joining step, and the second main joining step of the third modification, after the
なお、テーブルK(冷却板)を用いてジャケット本体2及び封止体3を冷却するとともに、ジャケット本体2の内部にも冷却媒体を流しつつ摩擦攪拌接合を行ってもよい。
In addition, while cooling the jacket
〔第一実施形態の第四変形例〕
次に、第一実施形態の第四変形例に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。図18の(a)及び(b)に示すように、第一実施形態の第四変形例では、ジャケット本体2の表面側及び封止体3の表面3aが凸状となるように湾曲させた状態で第一本接合工程及び第二本接合工程を行う点で第一実施形態と相違する。当該第四変形例では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
Fourth Modified Example of First Embodiment
Next, the manufacturing method of the liquid cooling jacket concerning the 4th modification of a first embodiment is explained. As shown in (a) and (b) of FIG. 18, in the fourth modification of the first embodiment, the surface side of the jacket
図18(a)及び(b)に示すように、当該第四変形例では、テーブルKAを用いる。テーブルKAは、直方体を呈する基板KA1と、基板KA1の中央に形成されたスペーサKA2と、基板KA1の四隅に形成されたクランプKA3とで構成されている。スペーサKA2は、基板KA1と一体でも別体でもよい。 As shown in FIGS. 18A and 18B, the fourth modification uses the table KA. The table KA is composed of a substrate KA1 in the form of a rectangular parallelepiped, a spacer KA2 formed at the center of the substrate KA1, and clamps KA3 formed at the four corners of the substrate KA1. The spacer KA2 may be integral with or separate from the substrate KA1.
当該第四変形例の固定工程では、仮接合工程を行って一体化したジャケット本体2及び封止体3をクランプKA3によってテーブルKAに固定する。仮接合工程によって、塑性化領域Wが形成されている。図18の(a)に示すように、ジャケット本体2及び封止体3をテーブルKAに固定すると、ジャケット本体2の底部10、端面11a及び封止体3の表面3aが上方に凸状となるように湾曲する。より詳しくは、ジャケット本体2の壁部11Aの第一辺部21、壁部11Bの第二辺部22、壁部11Cの第三辺部23及び壁部11Dの第四辺部24が曲線となるように湾曲する。
In the fixing step of the fourth modified example, the
当該第四変形例の第一本接合工程及び第二本接合工程では、回転ツールFを用いて摩擦攪拌接合を行う。第一本接合工程及び第二本接合工程では、ジャケット本体2及び封止体3の少なくともいずれか一方の変形量を計測しておき、攪拌ピンF2の挿入深さを前記変形量に合わせて調節しながら摩擦攪拌接合を行う。つまり、ジャケット本体2の端面11a及び封止体3の表面3aの曲面に沿って回転ツールFの移動軌跡が曲線となるように移動させる。このようにすることで、塑性化領域W1,W2の深さ及び幅を一定にすることができる。
In the first main bonding step and the second main bonding step of the fourth modification example, friction stir welding is performed using a rotary tool F. In the first main bonding step and the second main bonding step, the deformation amount of at least one of the jacket
摩擦攪拌接合の入熱によって塑性化領域W1,W2に熱収縮が発生し、液冷ジャケット1の封止体3側が凹状に変形するおそれがあるが、当該第四変形例の第一本接合工程及び第二本接合工程によれば、端面11a及び表面3aに引張応力が作用するようにジャケット本体2及び封止体3を予め凸状に固定しているため、摩擦攪拌接合後の熱収縮を利用することで液冷ジャケット1を平坦にすることができる。また、従来の回転ツールで本接合工程を行う場合、ジャケット本体2及び封止体3が凸状に反っていると回転ツールのショルダ部が、ジャケット本体2及び封止体3に接触し、操作性が悪いという問題がある。しかし、当該第四変形例によれば、回転ツールFには、ショルダ部が存在しないため、ジャケット本体2及び封止体3が凸状に反っている場合でも、回転ツールFの操作性が良好となる。
Heat shrinkage may occur in the plasticized areas W1 and W2 due to the heat input of friction stir welding, and the sealing
なお、ジャケット本体2及び封止体3の変形量の計測については、公知の高さ検知装置を用いればよい。また、例えば、テーブルKAからジャケット本体2及び封止体3の少なくともいずれか一方までの高さを検知する検知装置が装備された摩擦攪拌装置を用いて、ジャケット本体2又は封止体3の変形量を検知しながら第一本接合工程及び第二本接合工程を行ってもよい。
In addition, about measurement of the deformation amount of the jacket
また、当該第四変形例では、第一辺部21〜第四辺部24の全てが曲線となるようにジャケット本体2及び封止体3を湾曲させたがこれに限定されるものではない。例えば、第一辺部21及び第二辺部22が直線となり、第三辺部23及び第四辺部24が曲線となるように湾曲させてもよい。また、例えば、第一辺部21及び第二辺部22が曲線となり、第三辺部23及び第四辺部24が直線となるように湾曲させてもよい。
Moreover, in the said 4th modification, although the jacket
また、当該第四変形例ではジャケット本体2又は封止体3の変形量に応じて攪拌ピンF2の高さ位置を変更したが、テーブルKAに対する攪拌ピンF2の高さを一定にして本接合工程を行ってもよい。
Moreover, in the said 4th modification, although the height position of the stirring pin F2 was changed according to the deformation of the jacket
また、スペーサKA2は、ジャケット本体2及び封止体3の表面側が凸状となるように固定することができればどのような形状であってもよい。また、ジャケット本体2及び封止体3の表面側が凸状となるように固定することができればスペーサKA2は省略してもよい。また、回転ツールFは、例えば、先端にスピンドルユニット等の回転駆動手段を備えたロボットアームに取り付けてもよい。かかる構成によれば、回転ツールFの回転中心軸を様々な角度に容易に変更することができる。
Further, the spacer KA2 may have any shape as long as it can be fixed so that the surface sides of the jacket
[第一実施形態の第五変形例]
次に、第一実施形態の第五変形例に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。図19に示すように、第一実施形態の第五変形例では、準備工程において、ジャケット本体2及び封止体3を予め表面側に凸状に湾曲するように形成する点で第一実施形態と相違する。第一実施形態の第五変形例では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
Fifth Modification of First Embodiment
Next, a method of manufacturing a liquid cooling jacket according to a fifth modification of the first embodiment will be described. As shown in FIG. 19, in the fifth modification of the first embodiment, in the preparing step, the jacket
第一実施形態の第五変形例に係る準備工程では、ジャケット本体2及び封止体3の表面側が凸状に湾曲するようにダイキャストで形成する。これにより、ジャケット本体2は、底部10、周壁部11がそれぞれ表面側に凸状となるように形成される。また、封止体3の表面3aが凸状となるように形成される。
At the preparation process which concerns on the 5th modification of 1st embodiment, it forms by die casting so that the surface side of the jacket
図20に示すように、第五変形例では、固定工程を行う際に、仮接合されたジャケット本体2及び封止体3をテーブルKBに固定する。テーブルKBは、直方体を呈する基板KB1と、基板KB1の中央に配設されたスペーサKB2と、基板KB1の四隅に形成されたクランプKB3と、基板KB1の内部に埋設された冷却管WPとで構成されている。テーブルKBは、ジャケット本体2を移動不能に拘束するとともに、特許請求の範囲の「冷却板」として機能する部材である。
As shown in FIG. 20, in the fifth modification, the
スペーサKB2は、上方に凸状となるように湾曲した曲面KB2aと、曲面KB2aの両端に形成され基板KB1から立ち上がる立面KB2b,KB2bとで構成されている。スペーサKB2の第一辺部Ka及び第二辺部Kbは曲線になっており、第三辺部Kc及び第四辺部Kdは直線になっている。 The spacer KB2 is composed of a curved surface KB2a which is curved to be convex upward, and elevations KB2b and KB2b which are formed at both ends of the curved surface KB2a and rise from the substrate KB1. The first side portion Ka and the second side portion Kb of the spacer KB2 are curved, and the third side portion Kc and the fourth side portion Kd are straight.
冷却管WPは、基板KB1の内部に埋設される管状部材である。冷却管WPの内部には、基板KB1を冷却する冷却媒体が流通する。冷却管WPの配設位置、つまり、冷却媒体が流れる冷却流路の形状は特に制限されないが、当該第五変形例では第一本接合工程における回転ツールFの移動軌跡に沿う平面形状になっている。即ち、平面視した際に、冷却管WPと第一突合せ部J1とが略重なるように冷却管WPが配設されている。 The cooling pipe WP is a tubular member embedded inside the substrate KB1. A cooling medium for cooling the substrate KB1 flows in the cooling pipe WP. The arrangement position of the cooling pipe WP, that is, the shape of the cooling flow passage through which the cooling medium flows is not particularly limited, but in the fifth modification, it has a planar shape along the movement trajectory of the rotary tool F in the first main joining step. There is. That is, when viewed in plan, the cooling pipe WP is disposed such that the cooling pipe WP and the first abutment portion J1 substantially overlap.
当該第五変形例の固定工程では、仮接合を行って一体化したジャケット本体2及び封止体3をクランプKB3によってテーブルKBに固定する。より詳しくは、ジャケット本体2の底部10の裏面が曲面KB2aと面接触するようにテーブルKBに固定する。ジャケット本体2をテーブルKBに固定すると、ジャケット本体2の壁部11Aの第一辺部21、壁部11Bの第二辺部22が曲線となり、壁部11Cの第三辺部23及び壁部11Dの第四辺部24が直線となるように湾曲する。
In the fixing step of the fifth modified example, the jacket
当該第五変形例の第一本接合工程及び第二本接合工程では、回転ツールFを用いて第一突合せ部J1及び第二突合せ部J2に対いてそれぞれ摩擦攪拌接合を行う。第一本接合工程及び第二本接合工程では、ジャケット本体2及び封止体3の少なくともいずれか一方の変形量を計測しておき、攪拌ピンF2挿入深さを前記変形量に合わせて調節しながら摩擦攪拌接合を行う。つまり、ジャケット本体2の端面11a及び封止体3の表面3aに沿って回転ツールFの移動軌跡が曲線又は直線となるように移動させる。このようにすることで、塑性化領域W1の深さ及び幅を一定にすることができる。
In the first main bonding step and the second main bonding step of the fifth modification, friction stir welding is performed on the first butting portion J1 and the second butting portion J2 using the rotary tool F. In the first main bonding step and the second main bonding step, the deformation amount of at least one of the jacket
摩擦攪拌接合の入熱によって塑性化領域W1,W2に熱収縮が発生し、液冷ジャケット1の封止体3側が凹状に変形するおそれがあるが、当該第五変形例の第一本接合工程及び第二本接合工程によれば、ジャケット本体2及び封止体3を予め凸状に形成しているため、摩擦攪拌接合後の熱収縮を利用することで液冷ジャケット1を平坦にすることができる。
There is a possibility that thermal contraction occurs in the plasticized areas W1 and W2 due to the heat input of the friction stir welding, and the sealing
また、当該第五変形例では、ジャケット本体2の底部10の凹状となっている裏面に、スペーサKB2の曲面KB2aを面接触させている。これにより、ジャケット本体2及び封止体3をより効果的に冷却しながら摩擦攪拌接合を行うことができる。摩擦攪拌接合における摩擦熱を低く抑えることができるため、熱収縮に起因する液冷ジャケットの変形を小さくすることができる。これにより、準備工程において、ジャケット本体2及び封止体3を凸状に形成する際に、ジャケット本体2及び封止体3の曲率を小さくすることができる。
In the fifth modification, the curved surface KB2a of the spacer KB2 is in surface contact with the concave back surface of the
なお、ジャケット本体2及び封止体3の変形量の計測については、公知の高さ検知装置を用いればよい。また、例えば、テーブルKBからジャケット本体2及び封止体3の少なくともいずれか一方までの高さを検知する検知装置が装備された摩擦攪拌装置を用いて、ジャケット本体2又は封止体3の変形量を検知しながら本接合工程を行ってもよい。
In addition, about measurement of the deformation amount of the jacket
また、当該第五変形例では、第一辺部21及び第二辺部22が曲線となるようにジャケット本体2及び封止体3を湾曲させたがこれに限定されるものではない。例えば、球面を具備するスペーサKB2を形成し、当該球面にジャケット本体2の底部10の裏面が面接触するようにしてもよい。この場合は、テーブルKBにジャケット本体2を固定すると、第一辺部21〜第四辺部24のすべてが曲線となる。
Moreover, in the said 5th modification, although the jacket
また、当該第五変形例ではジャケット本体2又は封止体3の変形量に応じて攪拌ピンF2の高さ位置を変更したが、テーブルKBに対する攪拌ピンF2の高さを一定にして本接合工程を行ってもよい。
Moreover, in the said 5th modification, although the height position of the stirring pin F2 was changed according to the deformation of the jacket
1 液冷ジャケット
2 ジャケット本体
3 封止体
3a 表面
3b 裏面
3c 外周側面
10 底部
11 周壁部
11a 周壁端面
12 周壁段差部
12a 段差底面
12b 段差側面
13 凹部
17 支柱段差部
17a 段差底面
17b 段差側面
F 回転ツール
F2 攪拌ピン
J1 第一突合せ部
J2 第二突合せ部
J3 第三突合せ部
J4 第四突合せ部
K テーブル(冷却板)
W1 塑性化領域
W2 塑性化領域
WP 冷却管
DESCRIPTION OF
W1 plasticization area W2 plasticization area WP cooling pipe
Claims (13)
前記ジャケット本体は第一アルミニウム合金で形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金で形成されており、前記第一アルミニウム合金は前記第二アルミニウム合金よりも硬度が高い材種であり、
回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、
前記周壁部の内周縁に、段差底面と、当該段差底面から前記開口部に向かって外側に広がるように斜めに立ち上がる段差側面と、を有する周壁段差部を形成し、かつ、前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から立ち上がる段差側面と、を有する支柱段差部を形成する準備工程と、
前記ジャケット本体に前記封止体を載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記周壁段差部の段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第二突合せ部を形成し、さらに、前記支柱段差部の段差側面と前記封止体の前記孔部の孔壁とを突き合わせて第三突合せ部を形成するとともに、前記支柱段差部の段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第四突合せ部を形成する載置工程と、
回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記封止体のみに接触させた状態で、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを一周させて摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、
回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンを前記支柱段差部の段差側面にわずかに接触させた状態で、前記第三突合せ部に沿って前記回転ツールを一周させて摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含むことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。 A bottom portion, a jacket body having a peripheral wall portion rising from the periphery of the bottom portion, and a column body having a column rising from the bottom portion, and a sealing body including a hole into which the tip of the column is inserted and sealing the opening of the jacket body It is a manufacturing method of the liquid cooling jacket which comprises the said jacket main body and the said sealing body by friction stirring,
The jacket body is formed of a first aluminum alloy, the sealing body is formed of a second aluminum alloy, and the first aluminum alloy is a grade whose hardness is higher than that of the second aluminum alloy.
The outer peripheral surface of the stirring pin of the rotating tool is inclined to be tapered,
At the inner peripheral edge of the peripheral wall portion, there is formed a peripheral wall stepped portion having a stepped bottom surface and a stepped side surface that obliquely rises so as to extend outward from the stepped bottom surface toward the opening, and at the tip of the support A preparatory step of forming a support stepped portion having a stepped bottom surface and a stepped side surface rising from the stepped bottom surface;
By mounting the sealing body on the jacket main body, the step side surface of the peripheral wall step portion and the outer peripheral side surface of the sealing body are butted to form a first abutment portion, and the step bottom surface of the peripheral wall step portion And the back surface of the sealing body are overlapped to form a second butting portion, and the side surface of the stepped portion of the support and the hole wall of the hole of the sealing body are butted to form a third abutting portion. Mounting step of forming a fourth butt portion by superposing the step bottom surface of the pillar step portion and the back surface of the sealing body while forming the fourth butt portion;
In a state in which only the rotating stirring pin is inserted into the sealing body and only the stirring pin is in contact with only the sealing body, the rotary tool is made to go around along the first abutment portion to perform friction stirring. The first primary bonding process to be performed,
Only the rotating stirring pin is inserted into the sealing body, and while the stirring pin is slightly in contact with the step side surface of the column step portion, the rotary tool is made to go around along the third abutment portion. And b) a second main joining step of frictionally stirring.
前記ジャケット本体は第一アルミニウム合金で形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金で形成されており、前記第一アルミニウム合金は前記第二アルミニウム合金よりも硬度が高い材種であり、
回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、
前記周壁部の内周縁に、段差底面と、当該段差底面から前記開口部に向かって外側に広がるように斜めに立ち上がる段差側面と、を有する周壁段差部を形成し、かつ、前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から立ち上がる段差側面と、を有する支柱段差部を形成する準備工程と、
前記ジャケット本体に前記封止体を載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記周壁段差部の段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第二突合せ部を形成し、さらに、前記支柱段差部の段差側面と前記封止体の前記孔部の孔壁とを突き合わせて第三突合せ部を形成するとともに、前記支柱段差部の段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第四突合せ部を形成する載置工程と、
回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンを前記周壁部の段差側面にわずかに接触させた状態で、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを一周させて摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、
回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンを前記支柱段差部の段差側面にわずかに接触させた状態で、前記第三突合せ部に沿って前記回転ツールを一周させて摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含むことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。 A bottom portion, a jacket body having a peripheral wall portion rising from the periphery of the bottom portion, and a column body having a column rising from the bottom portion, and a sealing body including a hole into which the tip of the column is inserted and sealing the opening of the jacket body It is a manufacturing method of the liquid cooling jacket which comprises the said jacket main body and the said sealing body by friction stirring,
The jacket body is formed of a first aluminum alloy, the sealing body is formed of a second aluminum alloy, and the first aluminum alloy is a grade whose hardness is higher than that of the second aluminum alloy.
The outer peripheral surface of the stirring pin of the rotating tool is inclined to be tapered,
At the inner peripheral edge of the peripheral wall portion, there is formed a peripheral wall stepped portion having a stepped bottom surface and a stepped side surface that obliquely rises so as to extend outward from the stepped bottom surface toward the opening, and at the tip of the support A preparatory step of forming a support stepped portion having a stepped bottom surface and a stepped side surface rising from the stepped bottom surface;
By mounting the sealing body on the jacket main body, the step side surface of the peripheral wall step portion and the outer peripheral side surface of the sealing body are butted to form a first abutment portion, and the step bottom surface of the peripheral wall step portion And the back surface of the sealing body are overlapped to form a second butting portion, and the side surface of the stepped portion of the support and the hole wall of the hole of the sealing body are butted to form a third abutting portion. Mounting step of forming a fourth butt portion by superposing the step bottom surface of the pillar step portion and the back surface of the sealing body while forming the fourth butt portion;
In a state where only the rotating stirring pin is inserted into the sealing body and the stirring pin is slightly in contact with the stepped side surface of the peripheral wall portion, the rotation tool is made to go around along the first abutment portion to perform friction. A first primary joining step of stirring;
Only the rotating stirring pin is inserted into the sealing body, and while the stirring pin is slightly in contact with the step side surface of the column step portion, the rotary tool is made to go around along the third abutment portion. And b) a second main joining step of frictionally stirring.
前記冷却流路は、前記第一本接合工程における前記回転ツールの移動軌跡に沿う平面形状を備えることを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の液冷ジャケットの製造方法。 The cooling plate has a cooling channel through which the cooling medium flows,
The method for manufacturing a liquid cooling jacket according to claim 9 or 10, wherein the cooling channel has a planar shape along a movement trajectory of the rotating tool in the first main joining step.
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