JP2019188413A - 液冷ジャケットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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。【解決手段】ジャケット本体２と封止体３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、回転する攪拌ピンＦ２のみを封止体３に挿入し、攪拌ピンＦ２を周壁段差部１２の段差側面１２ｂに接触させないで、さらに攪拌ピンＦ２の突起部Ｆ４を周壁段差部１２の段差底面１２ａに接触させた状態で、第一突合せ部Ｊ１に沿って回転ツールＦを一周させて摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、回転する攪拌ピンＦ２のみを封止体３に挿入し、攪拌ピンＦ２の平坦面Ｆ３を封止体３のみに接触させるとともに、攪拌ピンＦ２の突起部Ｆ４を支柱１５の端面に接触させた状態で、第四突合せ部Ｊ４に対し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。【選択図】図２

Description

本発明は、液冷ジャケットの製造方法に関する。

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１９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。

特開２０１５−１３１３２１号公報

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１９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。

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。

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凹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、前記攪拌ピンの先端側には前記回転ツールの回転中心軸に対して垂直な平坦面が形成され、前記平坦面は突出する突起部を備え、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凹部の内壁とを突き合わせて第三突合せ部を形成するとともに、前記支柱の端面と前記凹部の底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段差部の段差側面に接触させないで、さらに前記攪拌ピンの突起部を前記周壁段差部の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、前記攪拌ピンの平坦面を前記封止体のみに接触させるとともに、前記攪拌ピンの突起部を前記支柱の端面に接触させた状態で、前記第四突合せ部に対し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。

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、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、第一突合せ部においては、攪拌ピンを周壁部の段差側面に接触させないで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。さらに、第二突合せ部においては、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。これにより、第二突合せ部の接合強度を高めることができる。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、第四突合せ部においては、攪拌ピンの平坦面を封止体のみに接触させるとともに、攪拌ピンの突起部を支柱の端面に接触させた状態で、摩擦攪拌を行う。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、接合強度の低下を抑制することができる。さらに、第四突合せ部においては、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四突合せ部の酸化被膜が確実に分断される。これにより、第四突合せ部の接合強度を高めることができる。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。

また、前記第一本接合工程において、さらに前記攪拌ピンの平坦面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。

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平坦面を段差底面にわずかに接触させるとともに突起部をジャケット本体内に挿入するに留める。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、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凹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、前記攪拌ピンの先端側には前記回転ツールの回転中心軸に対して垂直な平坦面が形成され、前記平坦面は突出する突起部を備え、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凹部の内壁とを突き合わせて第三突合せ部を形成するとともに、前記支柱の端面と前記凹部の底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段差部の段差側面にわずかに接触させつつ、さらに前記攪拌ピンの突起部を前記周壁段差部の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、前記攪拌ピンの平坦面を前記封止体に接触させるとともに、前記攪拌ピンの突起部を前記支柱の端面に接触させた状態で、前記第四突合せ部に対し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。

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、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、第一突合せ部においては、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。さらに、第二突合せ部においては、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。これにより、第二突合せ部の接合強度を高めることができる。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、第四突合せ部においては、攪拌ピンの平坦面を封止体のみに接触させるとともに、攪拌ピンの突起部を支柱の端面に接触させた状態で、摩擦攪拌を行う。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、接合強度の低下を抑制することができる。さらに、第四突合せ部においては、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四突合せ部の酸化被膜が確実に分断される。これにより、第四突合せ部の接合強度を高めることができる。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。

また、前記第一本接合工程において、さらに前記攪拌ピンの平坦面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。

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平坦面を段差底面にわずかに接触させるとともに突起部をジャケット本体内に挿入するに留める。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、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。

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。

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。

また、前記第一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第一本接合工程の際の突合せ部の目開きを防ぐことができる。

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。

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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の準備工程を示す斜視図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の載置工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の第一本接合工程を示す斜視図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の第一本接合工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットに製造方法の第一本接合工程後を示す断面図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の第二本接合工程を示す斜視図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の第二本接合工程を示す断面図である。 第一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の載置工程を示す断面図である。 第一実施形態の第二変形例に係る液冷ジャケットの製造方法の載置工程を示す断面図である。 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の第二本接合工程を示す断面図である。 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の第一本接合工程を示す断面図である。 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の第一本接合工程を示す断面図である。 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の第一本接合工程を示す断面図である。 本発明の第五実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の第二本接合工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の第四変形例を示す斜視図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の第五変形例のテーブルを示す斜視図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の第五変形例のジャケット本体及び封止体をテーブルに固定した状態を示す斜視図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の第六変形例を示す分解斜視図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の第六変形例のジャケット本体及び封止体をテーブルに固定する状態を示す斜視図である。 従来の液冷ジャケットの製造方法を示す断面図である。

［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。

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。

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。

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の先端部には、端面（後記する段差底面１７ａ）から突出する突出部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の端面からの高さは、封止体３の板厚の略半分になっている。支柱１５の先端側には、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。

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と対応する位置に凹部４が形成されている。凹部４は、下側に向かって開口しており、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。

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。

また、載置工程によって凹部４の周壁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、凹部４の底面４ｂと支柱１５の突出部１６の先端面１６ａ（支柱１５の端面）とが突き合わされて第四突合せ部Ｊ４が形成される。

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。

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は、回転中心軸Ｃに沿って下方に突出する突起部Ｆ４を備えている。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。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、突起部Ｆ４の側面および先端面Ｆ５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。

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。

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。

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。

図４に示すように、第一本接合工程では、回転する攪拌ピンＦ２のみ（連結部Ｆ１を含まない）を封止体３に挿入した状態で、攪拌ピンＦ２を第一突合せ部Ｊ１に沿って一周させる。本実施形態では、攪拌ピンＦ２の外周面を周壁段差部１２の段差側面１２ｂに接触させないで、さらに攪拌ピンＦ２の突起部Ｆ４を周壁段差部１２の段差底面１２ａに接触させた状態となるように、攪拌ピンＦ２の挿入深さおよび位置を設定している。このとき、攪拌ピンＦ２の平坦面Ｆ３は、周壁段差部１２の段差底面１２ａに接触しないようになっている。攪拌ピンＦ２の突起部Ｆ４の先端面Ｆ５は、周壁部１１に接触するようになっている。

ここで、「攪拌ピンＦ２の外周面を周壁段差部１２の段差側面１２ｂに接触させない状態」とは、摩擦攪拌を行っている際に、攪拌ピンＦ２の外周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も含み得る。また、「攪拌ピンＦ２の平坦面Ｆ３は、周壁段差部１２の段差底面１２ａに接触しない状態」とは、摩擦攪拌を行っている際に、攪拌ピンＦ２の平坦面Ｆ３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。

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。一方、攪拌ピンＦ２の平坦面Ｆ３は、段差底面１２ａよりも上方に位置して段差底面１２ａに接触させておらず、突起部Ｆ４の先端面Ｆ５は周壁段差部１２の段差底面１２ａに入り込んでいる。

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、本実施形態に係る第一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。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。

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を用いて第四突合せ部Ｊ４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。

第二本接合工程では、図７に示すように、回転する攪拌ピンＦ２のみを封止体３に挿入し、攪拌ピンＦ２の平坦面Ｆ３を封止体３のみに接触させるとともに、攪拌ピンＦ２の突起部Ｆ４を支柱１５の端面（突出部１６の先端面１６ａ）に接触させた状態で、第四突合せ部Ｊ４に対して摩擦攪拌を行う。攪拌ピンＦ２は、凹部４の外周縁部に沿って相対移動させる。回転ツールＦを突出部１６の外周縁部沿いに一周させたら、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、先端面１６ａには接触させていないが、攪拌ピンＦ２の突起部Ｆ４の先端面Ｆ５は、支柱１５の突出部１６の先端面１６ａに挿入させている。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

また、攪拌ピンＦ２の突起部Ｆ４の先端面Ｆ５を、段差底面１２ａよりも深く挿入しているので、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（第二突合せ部Ｊ２の周り）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、突起部Ｆ４の先端面Ｆ５のみを第二突合せ部Ｊ２よりも深く挿入するように設定したことで、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。

また、第四突合せ部Ｊ３においては、攪拌ピンＦ２の平坦面Ｆ３を封止体３のみに接触させるとともに、攪拌ピンＦ２の突起部Ｆ４を支柱１５の端面（突出部１６の先端面１６ａ）に接触させた状態で、第四突合せ部Ｊ４に対して摩擦攪拌を行っている。これにより、第四突合せ部Ｊ４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。

さらに、攪拌ピンＦ２の突起部Ｆ４の先端面Ｆ５を、突出部１６の先端面１６ａよりも深く挿入しているので、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（第四突合せ部Ｊ４の周り）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の接合強度をより一層高めることができる。

また、支柱１５の先端の突出部１６を、封止体３の凹部４に挿入しているので、封止体３をジャケット本体２に対して容易に位置決めできる。

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、第一本接合工程の際に、第一突合せ部Ｊ１の目開きを防ぐことができる。

［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。封止体３の板厚を大きくすることにより、熱交換効率を高めることができる。

［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。

［第三変形例］
次に、第一実施形態の第三変形例について説明する。図１０に示す第三変形例のように、封止体３の凹部４の周壁４ａと、支柱段差部１７の段差側面１７ｂ（突出部１６の側周面）とを傾斜させて、テーパ状の傾斜面を設けてもよい。凹部４の傾斜面は、底面４ｂに向かうほど凹部４が縮径するように傾斜している。突出部１６は、先端に向かうほど、縮径するように傾斜している。これにより、突出部１６が凹部４に案内されるので、突出部１６を凹部４に挿入する作業が円滑に行える。

［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。

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。また、攪拌ピンＦ２の突起部Ｆ４の先端面Ｆ５は、周壁部１１に接触するようになっている。

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。

図１９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。

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を適用してもよい。

［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。

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よりも深く挿入して、周壁段差部１２の段差底面１２ａにわずかに接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。突起部Ｆ４は、全体が段差底面１２ａに挿入されている。

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。

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。

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。

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。

さらに、攪拌ピンＦ２の突起部Ｆ４の全体を、段差底面１２ａよりも深く挿入しているので、周壁部１１の金属は、突起部Ｆ４に巻き上げられて平坦面Ｆ３で押えられる。これにより、周壁部１１の金属を効率的に攪拌することができる。

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を適用してもよい。

［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。

第一本接合工程は、図１３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、周壁段差部１２の段差底面１２ａにわずかに接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。突起部Ｆ４は、全体が段差底面１２ａに挿入されている。

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。

図１９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。

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。

さらに、攪拌ピンＦ２の突起部Ｆ４の全体を、段差底面１２ａよりも深く挿入しているので、周壁部１１の金属は、突起部Ｆ４に巻き上げられて平坦面Ｆ３で押えられる。これにより、周壁部１１の金属を効率的に攪拌することができる。

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を適用してもよい。

［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。

第二本接合工程では、図１４に示すように、攪拌ピンＦ２の平坦面Ｆ３を支柱１５の突出部１６の先端面１６ａ（支柱１５の端面）にわずかに接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。突起部Ｆ４は、全体が突出部１６に挿入されている。攪拌ピンＦ２は、凹部４の外周縁部に沿って相対移動させる。回転ツールＦを突出部１６の外周縁部沿いに一周させたら、塑性化領域Ｗ２の始端と終端とを重複させる。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。

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の平坦面Ｆ３を支柱１５の端面（先端面１６ａ）にわずかに接触させて挿入することにより、第四突合せ部Ｊ４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Ｗ２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。

さらに、攪拌ピンＦ２の突起部Ｆ４の全体を、先端面１６ａよりも深く挿入しているので、支柱１５の金属は、突起部Ｆ４に巻き上げられて平坦面Ｆ３で押えられる。これにより、支柱１５の金属を効率的に攪拌することができる。

〔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１５に示すように、第四変形例では、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。

図１５に示すように、第一実施形態の第四変形例では、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。

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、当該第四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。

第四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、当該第四変形例では、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。

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。

〔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１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、第一実施形態の第五変形例では、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。

図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、当該第五変形例では、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。

当該第五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１６Ａ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。

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。

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、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、当該第五変形例によれば、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。

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。

また、当該第五変形例では、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。

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。

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。

［第一実施形態の第六変形例］
次に、第一実施形態の第六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、第一実施形態の第六変形例では、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。第一実施形態の第六変形例では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。

第一実施形態の第六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。

図１８に示すように、第六変形例では、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。

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。

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、当該第六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。

当該第六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。

当該第六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。

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、当該第六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。

また、当該第六変形例では、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。

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。

また、当該第六変形例では、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。

また、当該第六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。

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
４ 凹部
４ｂ 底面
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

Claims (12)

1. 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凹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、
   前記攪拌ピンの先端側には前記回転ツールの回転中心軸に対して垂直な平坦面が形成され、前記平坦面は突出する突起部を備え、
   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凹部の内壁とを突き合わせて第三突合せ部を形成するとともに、前記支柱の端面と前記凹部の底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段差部の段差側面に接触させないで、さらに前記攪拌ピンの突起部を前記周壁段差部の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、前記攪拌ピンの平坦面を前記封止体のみに接触させるとともに、前記攪拌ピンの突起部を前記支柱の端面に接触させた状態で、前記第四突合せ部に対し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。
2. 前記第一本接合工程において、さらに前記攪拌ピンの平坦面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。
3. 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凹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、
   前記攪拌ピンの先端側には前記回転ツールの回転中心軸に対して垂直な平坦面が形成され、前記平坦面は突出する突起部を備え、
   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凹部の内壁とを突き合わせて第三突合せ部を形成するとともに、前記支柱の端面と前記凹部の底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段差部の段差側面にわずかに接触させつつ、さらに前記攪拌ピンの突起部を前記周壁段差部の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、前記攪拌ピンの平坦面を前記封止体に接触させるとともに、前記攪拌ピンの突起部を前記支柱の端面に接触させた状態で、前記第四突合せ部に対し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。
4. 前記第一本接合工程において、さらに前記攪拌ピンの平坦面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。
5. 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。
6. 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を特徴とする請求項４に記載の液冷ジャケットの製造方法。
7. 前記第一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含む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。
8. 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。
9. 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を特徴とする請求項８に記載の液冷ジャケットの製造方法。
10. 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を特徴とする請求項８または請求項９に記載の液冷ジャケットの製造方法。
11. 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を特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれか一項に記載の液冷ジャケットの製造方法。
12. 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を特徴とする請求項１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。

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