JP2019147180A - Manufacturing method of 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 for 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15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15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
このような観点から、本発明は、材種の異なるジャケット本体と封止体と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 viewpoint, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a liquid-cooled jacket capable of suitably joining a jacket body and a sealing body having different material types.
このような課題を解決するために本発明は、底部及び前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を有するジャケット本体と、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、摩擦攪拌で用いる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、前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部が形成されており、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前記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する載置工程と、回転する前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンの外周面を前記周壁段差部の前記段差側面に接触させず、且つ、前記攪拌ピンの前記突起部を前記周壁段差部の前記段差底面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移動させて摩擦攪拌を行う本接合工程とを、含むことを特徴とする。 In order to solve such a problem, the present invention comprises a jacket body having a bottom portion and a peripheral wall portion rising from a peripheral edge of the bottom portion, and a sealing body for sealing an opening of the jacket body, and the jacket body And a liquid cooling jacket for joining the sealing body by friction stirring, wherein the jacket body is made of a first aluminum alloy, and the sealing body is made of a second aluminum alloy The first aluminum alloy is a material having a higher hardness than the second aluminum alloy, and the outer peripheral surface of the stirring pin of the rotary tool used for friction stirring is inclined so as to be tapered, and the tip of the stirring pin A flat surface is formed on the side, and a protrusion protruding from the flat surface is formed. A step bottom surface is formed on the inner peripheral edge of the peripheral wall portion, and the opening is opened from the step bottom surface. A step side surface that rises diagonally so as to spread outward toward the part, and a step of forming the peripheral wall step portion, and the step side surface of the peripheral wall step portion by placing the sealing body on the jacket body And the outer peripheral side surface of the sealing body are abutted to form a first abutting portion, and the second abutting portion is formed by overlapping the step bottom surface of the peripheral wall step portion and the back surface of the sealing body. And only the stirring pin of the rotating rotating tool is inserted into the sealing body, the outer peripheral surface of the stirring pin is not brought into contact with the step side surface of the peripheral wall step portion, and the protruding portion of the stirring pin And a main joining step of performing frictional stirring by moving the rotary tool along the first abutting portion in a state in which the step is in contact with the step bottom surface of the peripheral wall 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に接触させて摩擦攪拌を行うため、第一突合せ部において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、攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、この平坦面に突出する突起部が形成されているので、突起部に沿って摩擦攪拌されて突起部に巻き上げられた塑性流動材は平坦面で押えられる。これにより、突起部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の酸化被膜が確実に分断されるので、第二突合せ部の接合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 butt portion is agitated and plastically fluidized by the frictional heat between the sealing body and the stirring pin, and the step side surface and the seal are sealed in the first butt portion. The outer peripheral side surface of the body can be joined. Moreover, since friction stirring is performed by bringing only the stirring pin into contact with the sealing body, it is possible to minimize the mixing of the first aluminum alloy from the jacket body into the sealing body at the first butting portion. Thereby, since the 2nd aluminum alloy by the side of a sealing body is mainly friction-stirred in a 1st butt | matching part, the fall of joining strength can be suppressed. Moreover, since the step side surface of the jacket body is inclined outward, contact between the stirring pin and the jacket body can be easily avoided without causing a decrease in bonding strength. In addition, a flat surface is formed on the tip side of the agitating pin, and a protruding portion protruding from the flat surface is formed. Therefore, the plastic fluidized material that is frictionally stirred along the protruding portion and wound up on the protruding portion. Is held down on a flat surface. Accordingly, the periphery of the protrusion can be more reliably frictionally stirred, and the oxide film of the second butt portion can be reliably divided, so that the bonding strength of the second butt portion can be increased.
また、本発明は、前記本接合工程において、さらに前記攪拌ピンの前記平坦面を前記周壁段差部の前記段差底面に接触させない状態で摩擦攪拌を行うことが好ましい。かかる製造方法によれば、攪拌ピンの突起部を周壁段差部の段差底面に接触させた状態で摩擦攪拌を行っているので、段差底面における塑性化領域の幅を小さくすることができる。これにより、段差底面の幅も小さく設定することができる。また、ジャケット本体の段差底面を攪拌するのは小さい突起部のみであるので、第二突合せ部においても、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。したがって、第二突合せ部で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。 In the present joining step, it is preferable that the stir pin is further subjected to friction stirring in a state where the flat surface of the stirring pin is not brought into contact with the step bottom surface of the peripheral wall step portion. According to this manufacturing method, since the friction stir is performed in a state where the protruding portion of the stirring pin is in contact with the step bottom surface of the peripheral wall step portion, the width of the plasticized region at the step bottom surface can be reduced. Thereby, the width | variety of a step bottom face can also be set small. Further, since only the small protrusions stir the step bottom surface of the jacket body, there is almost no mixing of the first aluminum alloy from the jacket body into the sealing body at the second butting part. Therefore, since the second aluminum alloy on the sealing body side is mainly frictionally stirred at the second butting portion, it is possible to suppress a decrease in bonding strength.
そして、本発明は、底部及び前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を有するジャケット本体と、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、摩擦攪拌で用いる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、前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部が形成されており、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前記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する載置工程と、回転する前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンの外周面を前記周壁段差部の前記段差側面にわずかに接触させ、且つ、前記攪拌ピンの前記突起部を前記周壁段差部の前記段差底面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移動させて摩擦攪拌を行う本接合工程とを、含むことを特徴とする。 And this invention is comprised by the jacket main body which has the surrounding wall part which stands up from the peripheral part of the bottom part and the said bottom part, and the sealing body which seals the opening part of the said jacket main body, The said jacket main body and the said sealing body are comprised. A manufacturing method of a liquid cooling jacket joined by friction stirring, wherein the jacket body is made of a first aluminum alloy, the sealing body is made of a second aluminum alloy, and the first aluminum alloy is made of It is a material with higher hardness than the second aluminum alloy, and the outer peripheral surface of the stirring pin of the rotary tool used for friction stirring is inclined so as to be tapered, and a flat surface is formed on the tip side of the stirring pin. In addition, a projection protruding to the flat surface is formed, and a step bottom surface is formed on the inner peripheral edge of the peripheral wall portion, and is widened outward from the step bottom surface toward the opening. A step of forming a peripheral wall step portion having a stepped side surface that rises diagonally, and by placing the sealing body on the jacket body, the step side surface of the peripheral wall step portion and the sealing body The mounting step of forming the first butting portion by butting the outer peripheral side surface and forming the second butting portion by overlapping the step bottom surface of the circumferential wall step portion and the back surface of the sealing body, and the rotating to rotate Only the stirring pin of the tool is inserted into the sealing body, the outer peripheral surface of the stirring pin is brought into slight contact with the step side surface of the peripheral wall step portion, and the protrusion of the stirring pin is connected to the peripheral wall step portion. And a main joining step of performing frictional stirring by moving the rotary tool along the first butting portion in a state where the step is in contact with the bottom surface of the step.
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に挿入し、前記攪拌ピンの外周面を前記周壁段差部の前記段差側面にわずかに接触させた状態で摩擦攪拌を行うため、第一突合せ部において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、攪拌ピンの先端側には平坦面が形成され、この平坦面には下方に突出する突起部が形成されているので、突起部に沿って摩擦攪拌されて突起部に巻き上げられた塑性流動材は平坦面で押えられる。これにより、突起部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の酸化被膜が確実に分断されるので、第二突合せ部の接合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 butt portion is agitated and plastically fluidized by the frictional heat between the sealing body and the stirring pin, and the step side surface and the seal are sealed in the first butt portion. The outer peripheral side surface of the body can be joined. Further, only the stirring pin is inserted into the sealing body, and the friction stir is performed in a state where the outer peripheral surface of the stirring pin is slightly in contact with the step side surface of the peripheral wall step portion. Mixing of the first aluminum alloy into the sealing body can be minimized. Thereby, since the 2nd aluminum alloy by the side of a sealing body is mainly friction-stirred in a 1st butt | matching part, the fall of joining strength can be suppressed. Moreover, since the step side surface of the jacket body is inclined outward, contact between the stirring pin and the jacket body can be easily avoided without causing a decrease in bonding strength. Further, since a flat surface is formed on the tip side of the stirring pin, and a protruding portion protruding downward is formed on this flat surface, the plastic flow that is frictionally stirred along the protruding portion and wound up on the protruding portion The material is held down on a flat surface. Accordingly, the periphery of the protrusion can be more reliably frictionally stirred, and the oxide film of the second butt portion can be reliably divided, so that the bonding strength of the second butt portion can be increased.
また、本発明は、前記本接合工程において、さらに前記攪拌ピンの前記平坦面を前記周壁段差部の前記段差底面に接触させない状態で摩擦攪拌を行うことが好ましい。かかる製造方法によれば、攪拌ピンの突起部を周壁段差部の段差底面に接触させた状態で摩擦攪拌を行っているので、段差底面における塑性化領域の幅を小さくすることができる。これにより、段差底面の幅も小さく設定することができる。また、ジャケット本体の段差底面を攪拌するのは小さい突起部のみであるので、第二突合せ部においても、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。したがって、第二突合せ部で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。 In the present joining step, it is preferable that the stir pin is further subjected to friction stirring in a state where the flat surface of the stirring pin is not brought into contact with the step bottom surface of the peripheral wall step portion. According to this manufacturing method, since the friction stir is performed in a state where the protruding portion of the stirring pin is in contact with the step bottom surface of the peripheral wall step portion, the width of the plasticized region at the step bottom surface can be reduced. Thereby, the width | variety of a step bottom face can also be set small. Further, since only the small protrusions stir the step bottom surface of the jacket body, there is almost no mixing of the first aluminum alloy from the jacket body into the sealing body at the second butting part. Therefore, since the second aluminum alloy on the sealing body side is mainly frictionally stirred at the second butting portion, it is possible to suppress a decrease in bonding strength.
さらに、本発明は、前記本接合工程において、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させ前記開口部の周りに一周させて摩擦攪拌を行うことが好ましい。かかる製造方法によっても、接合強度をより高めることができる。 Furthermore, in the present joining step, it is preferable that the rotary tool is moved along the first abutting portion to make a round around the opening portion to perform friction stirring. This manufacturing method can also increase the bonding strength.
また、本発明は、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。摩擦攪拌接合では、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。 Further, in the preparation step, the jacket body is formed by die casting, the bottom portion is formed to be convex on the surface side, and the sealing body is convex on the surface side. It is preferable to form. In friction stir welding, heat shrinkage occurs in the plasticized region due to heat input of friction stir welding, and there is a risk of deformation so that the sealing body side of the liquid cooling jacket becomes concave. The liquid cooling jacket can be flattened by making the main body and the sealing body convex in advance and utilizing heat shrinkage.
さらに、前記ジャケット本体の変形量を予め計測しておき、前記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。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。 Furthermore, it is preferable that the deformation amount of the jacket body is measured in advance, and in the main joining step, friction stirring is performed while adjusting the insertion depth of the stirring pin of the rotating tool according to the deformation amount. According to such a manufacturing method, even when the jacket main body and the sealing body are curved in a convex shape and the friction stir welding is performed, the length and width of the plasticized region formed in the liquid cooling jacket can be made constant. it can.
また、本発明は、前記本接合工程に先だって、前記第一突合せ部を仮接合する仮接合工程をさらに含むことが好ましい。かかる製造方法によれば、仮接合を行うことで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。 Moreover, it is preferable that this invention further includes the temporary joining process of temporarily joining said 1st butt | matching part prior to the said main joining process. According to this manufacturing method, it is possible to prevent the opening of each butt portion during the main joining step by performing temporary joining.
さらに、本発明は、前記本接合工程では、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。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。 Furthermore, the present invention is such that, in the main joining step, a cooling plate through which a cooling medium flows is installed on the back side of the bottom portion, and the jacket main body and the sealing body are cooled by the cooling plate and friction stirring is performed. preferable. According to such a manufacturing method, since the frictional heat can be kept low, the deformation of the liquid cooling jacket due to heat shrinkage can be reduced.
また、本発明は、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。 In the present invention, it is preferable that the surface of the cooling plate and the back surface of the bottom portion are brought into surface contact. According to this manufacturing method, the cooling efficiency can be increased.
さらに、本発明は、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。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。 Furthermore, in the present invention, it is preferable that the cooling plate has a cooling flow path through which the cooling medium flows, and the cooling flow path has a planar shape along a movement locus of the rotating tool in the main joining step. According to this manufacturing method, the friction stir part can be intensively cooled, so that the cooling efficiency can be further increased.
また、本発明は、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。 In the present invention, it is preferable that the cooling flow path through which the cooling medium flows is constituted by a cooling pipe embedded in the cooling plate. According to this manufacturing method, the cooling medium can be easily managed.
さらに、本発明は、前記本接合工程では、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。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もできる。 Further, in the present joining step, a cooling medium is caused to flow through a hollow portion constituted by the jacket main body and the sealing body, and friction stirring is performed while cooling the jacket main body and the sealing body. Is preferred. According to such a manufacturing method, since the frictional heat can be kept low, the deformation of the liquid cooling jacket due to heat shrinkage can be reduced. Further, the jacket body itself can be used for cooling 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、材種の異なるジャケット本体と封止体とを好適に接合することができる。 According to the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on this invention, the jacket main body and sealing body from which a material kind differs can be joined suitably.
[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。本発明は、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]
The manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on embodiment of this invention is demonstrated in detail with reference to drawings. In the present invention, as shown in FIG. 1, a
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。なお、本実施形態の「第一本接合工程」が請求項の「本接合工程」に該当する。 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. In addition, the “first main joining step” in the present embodiment corresponds to the “main joining step” in the claims.
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 preparation process is a process 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 bottom 10 is a plate-like member having a rectangular shape in plan view. 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の端面15a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(重ね合わされて)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。また、載置工程によって封止体3の裏面3bと支柱15の端面15aとが突き合わされて第三突合せ部J3が形成される。
The placing step is a step of placing the sealing
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 joining step is a step of friction stir welding the first butt portion J <b> 1 using the rotary tool F. The rotary tool F includes a connecting portion F1 and a stirring pin F2. The rotary tool F is made of, for example, tool steel. The connection part F1 is a part connected to the rotating shaft of a friction stirrer (not shown). The connecting portion F1 has a cylindrical shape, and is formed with a screw hole (not shown) in which a bolt is fastened.
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。さらに平坦面F3には下方に突出する突起部F4が形成されている。突起部F4は、平坦面F3の中心部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。つまり、攪拌ピンF2の外面は、先細りとなる外周面F10と、先端に形成された平坦面F3と、突起部F4の外周面および先端面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F10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 hangs down from the connecting portion F1 and is coaxial with the connecting portion F1. The stirring pin F2 is tapered as it is separated from the connecting portion F1. As shown in FIG. 4, a flat surface F3 that is perpendicular to the rotation center axis C and is flat is formed at the tip of the stirring pin F2. Further, a projection F4 protruding downward is formed on the flat surface F3. The protrusion F4 is a part that protrudes downward from the center of the flat surface F3. The shape of the protrusion F4 is not particularly limited, but in the present embodiment, it is a columnar shape. A step portion is formed by the side surface of the protrusion F4 and the flat surface F3. That is, the outer surface of the stirring pin F2 is composed of an outer peripheral surface F10 that is tapered, a flat surface F3 formed at the tip, and an outer peripheral surface and a tip surface of the protrusion F4. When viewed from the side, the inclination angle α formed between the rotation center axis C and the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 may be set as appropriate within a range of, for example, 5 ° to 30 °. It is set to be the same as the inclination angle β of the 12 step side surfaces 12b.
攪拌ピンF2の外周面F10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 formed on the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2. In the present embodiment, in order to rotate the rotary tool F to the right, the spiral groove is formed in a 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。なお、突起部F4の外周面に螺旋溝を刻設してもよい。
In addition, when rotating the rotation tool F counterclockwise, it is preferable to form the spiral groove clockwise as it goes from the proximal end to the distal end. In other words, the spiral groove in this case is formed clockwise when viewed from above when the spiral groove is traced from the proximal end to the distal end. By setting the spiral groove in this way, the metal plastically fluidized during friction stirring is guided to the tip side of the stirring pin F2 by the spiral groove. 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 performing frictional stirring using the rotary tool F, only the stirring pin F2 rotated clockwise 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に挿入し、攪拌ピンF2の外周面F10を周壁段差部12の段差側面12bに接触させずに、第一突合せ部J1に沿って回転ツールFを一周させる。さらに、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の周壁段差部12の段差底面12aに接触させず、且つ突起部F4は段差底面12aに接触させるように挿入深さを設定している。「攪拌ピンの外周面F10を周壁段差部12の段差側面12bに接触させず」とは、摩擦攪拌を行っている際に、攪拌ピンF2の外周面F10と段差側面12b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 joining step, only the stirring pin F2 is inserted into the sealing
段差側面12bから攪拌ピンF2の外周面F10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F10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F10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
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ている。
When the rotating tool F makes one turn 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 butted portion J3 using the rotary tool F as shown in FIGS. In the second main joining step, as shown in FIG. 6, only the stirring pin F2 rotated clockwise 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の平坦面F3を支柱15に接触させず、且つ突起部F4を支柱15の端面15a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を支柱15に沿って一周させたら、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、支柱15の端面15aには接触させていないが、突起部F4を端面15aに接触させた状態で摩擦攪拌を行っているので、塑性化領域W2は第三突合せ部J3に達するように形成されている。つまり、第二本接合工程では、攪拌ピンF2と、封止体3および支柱15との摩擦熱によって第三突合せ部J3が塑性流動化し接合される。
In the second main joining step, as shown in FIG. 7, the third butting portion is in a state where the flat surface F3 of the stirring pin F2 is not brought into contact with the
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の突起部F4以外は、封止体3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 manufacturing method of the liquid cooling jacket according to the present embodiment described above, the stirring pin F2 of the rotary 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の外周面F10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F10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, the
また、第一本接合工程では、攪拌ピンF2のみを封止体3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。
Further, in the first main joining step, only the stirring pin F2 is brought into contact with the 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 rotation direction and the traveling direction of the rotary tool F may be set as appropriate, but the
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 (Advancing side) means the side where the relative speed of the outer periphery of the rotating tool with respect to the joined portion is a value obtained by adding the moving speed to the size of the tangential speed on the outer periphery of the rotating tool. . On the other hand, the flow side (Retreating side) refers to the side on which the relative speed of the rotating tool with respect to the welded portion is reduced 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、第二突合せ部J2においては、攪拌ピンF2の先端側の平坦面F3に突起部F4が形成されているので、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ので、第二突合せ部J2の接合強度を高めることができる。さらに、攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面12aに接触させず、且つ突起部F4を周壁段差部12の段差底面12aに接触させた状態で摩擦攪拌を行っているので、段差底面12aにおける塑性化領域の幅を小さくすることができる。これにより、段差底面12aの幅も小さく設定することができる。
Further, in the second butting portion J2, since the projection F4 is formed on the flat surface F3 on the tip side of the stirring pin F2, the plastic flow that is frictionally stirred along the projection F4 and wound up on the projection F4. The material is held down by the flat surface F3. Accordingly, the friction stir around the protrusion portion F4 can be more reliably performed, and the oxide film of the second butting portion J2 can be surely divided, so that the bonding strength of the second butting portion J2 can be increased. Further, since the friction stirrer is performed in a state where the flat surface F3 of the stirring pin F2 is not in contact with the step
さらに、攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面12aに接触させない状態で摩擦攪拌を行っているので、第二突合せ部J2においても、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ので、第二突合せ部J2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。つまり、本実施形態では、第二突合せ部J2の酸化被膜を確実に分断しつつ、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を抑制している。
Further, since the friction stir is performed in a state where the flat surface F3 of the stirring pin F2 is not in contact with the step
また、第三突合せ部J3においては、攪拌ピンF2の平坦面F3を支柱15に接触させず、且つ突起部F4を支柱15の端面15aに接触させた状態で摩擦攪拌を行っているので、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三突合せ部J3の酸化被膜が確実に分断されるので、第三突合せ部J3の接合強度を高めることができる。さらに、支柱15の端面15aにおける塑性化領域の幅を小さくすることができるので、支柱15の幅も小さく設定することができる。
Further, in the third butting portion J3, since the frictional stirring is performed in a state where the flat surface F3 of the stirring pin F2 is not in contact with the
また、攪拌ピンF2の平坦面F3を支柱15の端面15aに接触させない状態で摩擦攪拌を行っているので、第三突合せ部J3においても、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ので、第三突合せ部J3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。つまり、本実施形態では、第三突合せ部J3の酸化被膜を確実に分断しつつ、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抑制している。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1全体の強度を高めることができる。
Further, since the frictional stirring is performed in a state where the flat surface F3 of the stirring pin F2 is not in contact with the
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、第一本接合工程を行う前に、第一突合せ部J1及び第二突合せ部J2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、第二本接合工程の際に各突合せ部の目開きを防ぐことができる。 Note that either the first main bonding step or the second main bonding step may be performed first. In addition, before performing the first main joining step, at least one of the first butt portion J1 and the second butt portion J2 may be temporarily joined by friction stirring or welding. By performing a temporary joining process, the opening of each butt | matching part can be prevented in the case of a 1st main joining process and a 2nd main joining process.
[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 modification of the first embodiment will be described. As in the first modification 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 modification of the first embodiment will be described. Like the 2nd modification shown in FIG. 9, you may incline 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、及び回転ツールFの構成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, the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 2nd embodiment of this invention is demonstrated. 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 process, the placing process, the second main joining process, and the configuration of the rotary tool F are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted. Moreover, in 2nd embodiment, it demonstrates centering on the part which is different from 1st embodiment.
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F10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 joining process is a process of friction stir welding the first butt joint J <b> 1 using the rotary tool F. In the main joining step, when the stirring pin F2 is relatively moved along the first abutting portion J1, the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 is slightly brought into contact with the
ここで、段差側面12bに対する攪拌ピンF2の外周面F10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F10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 amount of the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 with respect to the
図15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F10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F10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。
In the conventional method for manufacturing a liquid-cooled jacket shown in FIG. 15, since the hardness differs between the
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。
In the second embodiment as well, as in the first modification and the second modification of the first embodiment, the thickness of the sealing
〔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11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. 11, the third modification is different from the first embodiment in that a temporary joining step, a first main joining step, and a second main joining step are performed using a cooling plate. In the third modified example of the first embodiment, a description will be given centering on portions that are different from the first embodiment.
図11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. 11, in the third modification of the first embodiment, the
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 in the substrate K1. A cooling medium for cooling the substrate K1 flows in the cooling pipe WP. 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 example, the cooling pipe WP has a planar shape along the movement locus of the rotary tool F in the first main joining process. Yes. That is, the cooling pipe WP is disposed so that the cooling pipe WP and the first abutting portion J1 substantially overlap when viewed in plan.
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 modified example, 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12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 Modification of First Embodiment]
Next, the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on the 4th modification of 1st embodiment is demonstrated. As shown to (a) and (b) of FIG. 12, in the 4th modification of 1st embodiment, it curved so that the surface side of the jacket
図12(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の二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. 12A and 12B, the fourth modification uses a table KA. The table KA includes a substrate KA1 having a rectangular parallelepiped shape, a spacer KA2 formed at the center of the substrate KA1, and clamps KA3 formed at two 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12の(b)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 process of the fourth modified example, the jacket
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 joining step and the second main joining step of the fourth modified example, friction stir welding is performed using the rotary tool F. In the first main joining step and the second main joining step, the deformation amount of at least one of the
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。
Although heat shrinkage occurs in the plasticized regions W1 and W2 due to heat input of the friction stir welding, 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, what is necessary is just to use a well-known height detection apparatus about the 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 amount 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
[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13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, the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on the 5th modification of 1st embodiment is demonstrated. As shown in FIG. 13, in the fifth modification of the first embodiment, in the preparation step, the
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。
In the preparatory process according to the fifth modification of the first embodiment, the
図14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. 14, in the fifth modified example, when the fixing process is performed, the temporarily bonded
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 includes a curved surface KB2a that is curved so as to be convex upward, and rising surfaces KB2b and KB2b that are formed at both ends of the curved surface KB2a and rise from the substrate KB1. The first side Ka and the second side Kb of the spacer KB2 are curved, and the third side Kc and the fourth side Kd are straight lines.
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 in 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 path through which the cooling medium flows is not particularly limited, but in the fifth modified example, it is a planar shape along the movement locus of the rotary tool F in the first main joining process. Yes. That is, the cooling pipe WP is disposed so that the cooling pipe WP and the first abutting portion J1 substantially overlap when viewed in plan.
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
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 joining step and the second main joining 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, respectively. In the first main joining step and the second main joining step, the deformation amount of at least one of the
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。
Although heat shrinkage occurs in the plasticized regions W1 and W2 due to heat input of the friction stir welding, 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 modified example, the curved surface KB2a of the spacer KB2 is brought into surface contact with the concave back surface of the bottom 10 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, what is necessary is just to use a well-known height detection apparatus about the 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 amount 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
15 支柱
15a 端面
F 回転ツール
F2 攪拌ピン
F3 平坦面
F4 突起部
F10 外周面
J1 第一突合せ部
J2 第二突合せ部
J3 第三突合せ部
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 region W2 Plasticization region 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、
摩擦攪拌で用いる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、
前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部が形成されており、
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前記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する載置工程と、
回転する前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンの外周面を前記周壁段差部の前記段差側面に接触させず、且つ、前記攪拌ピンの前記突起部を前記周壁段差部の前記段差底面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移動させて摩擦攪拌を行う本接合工程とを、含む
ことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。 A liquid composed of a jacket main body having a bottom and a peripheral wall portion rising from a peripheral edge of the bottom, and a sealing body for sealing an opening of the jacket main body, and joining the jacket main body and the sealing body by friction stirring. A method of manufacturing a cold jacket,
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 material having a higher hardness than the second aluminum alloy,
The outer peripheral surface of the stirring pin of the rotary tool used for friction stirring is inclined so as to be tapered,
A flat surface is formed on the tip side of the stirring pin, and a protrusion protruding on the flat surface is formed,
A preparatory step of forming a peripheral wall step portion having a step bottom surface and a step side surface rising obliquely so as to spread outward from the step bottom surface toward the opening on the inner peripheral edge of the peripheral wall portion;
By placing the sealing body on the jacket body, the step side surface of the peripheral wall step portion and the outer peripheral side surface of the sealing body are abutted to form a first abutting portion, and a step bottom surface of the peripheral wall step portion And a mounting step of forming a second butt portion by overlapping the back surface of the sealing body,
Only the stirring pin of the rotating tool that rotates is inserted into the sealing body, the outer peripheral surface of the stirring pin is not brought into contact with the step side surface of the peripheral wall step portion, and the protrusion of the stirring pin is And a main joining step of performing frictional stirring by moving the rotary tool along the first abutting portion in a state where the peripheral wall step portion is in contact with the step bottom surface. Method.
ことを特徴とする請求項1に記載の液冷ジャケットの製造方法。 2. The method of manufacturing a liquid cooling jacket according to claim 1, wherein, in the main joining step, friction stirring is performed in a state where the flat surface of the stirring pin is not in contact with the step bottom surface of the peripheral wall step portion.
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、
摩擦攪拌で用いる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、
前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部が形成されており、
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前記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する載置工程と、
回転する前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンの外周面を前記周壁段差部の前記段差側面にわずかに接触させ、且つ、前記攪拌ピンの前記突起部を前記周壁段差部の前記段差底面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移動させて摩擦攪拌を行う本接合工程とを、含む
ことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。 A liquid composed of a jacket main body having a bottom and a peripheral wall portion rising from a peripheral edge of the bottom, and a sealing body for sealing an opening of the jacket main body, and joining the jacket main body and the sealing body by friction stirring. A method of manufacturing a cold jacket,
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 material having a higher hardness than the second aluminum alloy,
The outer peripheral surface of the stirring pin of the rotary tool used for friction stirring is inclined so as to be tapered,
A flat surface is formed on the tip side of the stirring pin, and a protrusion protruding on the flat surface is formed,
A preparatory step of forming a peripheral wall step portion having a step bottom surface and a step side surface rising obliquely so as to spread outward from the step bottom surface toward the opening on the inner peripheral edge of the peripheral wall portion;
By placing the sealing body on the jacket body, the step side surface of the peripheral wall step portion and the outer peripheral side surface of the sealing body are abutted to form a first abutting portion, and a step bottom surface of the peripheral wall step portion And a mounting step of forming a second butt portion by overlapping the back surface of the sealing body,
Only the stirring pin of the rotating tool that rotates is inserted into the sealing body, the outer peripheral surface of the stirring pin is slightly in contact with the step side surface of the peripheral wall step portion, and the protrusion of the stirring pin is And a main joining step of performing frictional stirring by moving the rotary tool along the first abutting portion in a state of being in contact with the bottom surface of the step portion of the peripheral wall step portion. Production method.
ことを特徴とする請求項3に記載の液冷ジャケットの製造方法。 4. The method for manufacturing a liquid cooling jacket according to claim 3, wherein, in the main joining step, friction stirring is performed in a state where the flat surface of the stirring pin is not in contact with the step bottom surface of the peripheral wall step portion.
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の液冷ジャケットの製造方法。 5. The friction agitation is performed by moving the rotating tool along the first butting portion and making a round around the opening in the main joining step. 6. The manufacturing method of the liquid cooling jacket as described in 1 ..
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の液冷ジャケットの製造方法。 In the preparation step, the jacket body is formed by die casting, the bottom portion is formed to be convex on the surface side, and the sealing body is formed to be convex on the surface side. The manufacturing method of the liquid cooling jacket as described in any one of Claim 1 thru | or 5.
ことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の液冷ジャケットの製造方法。 The amount of deformation of the jacket body is measured in advance, and in the main joining step, friction stirring is performed while adjusting the insertion depth of the stirring pin of the rotary tool according to the amount of deformation. The manufacturing method of the liquid cooling jacket as described in any one of Claims 1 thru | or 6.
ことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の液冷ジャケットの製造方法。 The method for manufacturing a liquid cooling jacket according to any one of claims 1 to 7, further comprising a temporary bonding step of temporarily bonding the first butted portion prior to the main bonding step.
ことを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の液冷ジャケットの製造方法。 In the main joining step, a cooling plate through which a cooling medium flows is installed on the back side of the bottom, and friction stirring is performed while cooling the jacket body and the sealing body with the cooling plate. The manufacturing method of the liquid cooling jacket as described in any one of thru | or 8 thru | or 8.
ことを特徴とする請求項9に記載の液冷ジャケットの製造方法。 The method for manufacturing a liquid cooling jacket according to claim 9, wherein the surface of the cooling plate and the back surface of the bottom portion are brought into surface contact.
前記冷却流路は、前記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 flow path has a planar shape along a movement locus of the rotary tool in the main joining step.
ことを特徴とする請求項9乃至請求項11のいずれか一項に記載の液冷ジャケットの製造方法。 The method for manufacturing a liquid cooling jacket according to any one of claims 9 to 11, wherein the cooling flow path through which the cooling medium flows is configured by a cooling pipe embedded in the cooling plate. .
ことを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれか一項に記載の液冷ジャケットの製造方法。 In the main joining step, a cooling medium is caused to flow through a hollow portion formed by the jacket body and the sealing body, and friction stirring is performed while cooling the jacket body and the sealing body. The manufacturing method of the liquid cooling jacket as described in any one of Claim 1 thru | or 12.
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