JP2020175396A - 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ことを課題とする。【解決手段】回転する回転ツールＦの先端側ピンＦ３を封止体３に挿入し、先端側ピンＦ３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つつ、基端側ピンＦ２の外周面を封止体３の表面３ａに接触させた状態で、封止体３の外周側面３ｃよりも内側に設定された設定移動ルートＬ１に沿って所定の深さで封止体３の廻りに一周させて第一突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、本接合工程において、設定移動ルートＬ１よりもさらに内側に終了位置を設定し、第一突合せ部Ｊ１に対する摩擦攪拌接合の後、回転ツールＦを終了位置に移動させつつ先端側ピンＦ３を封止体３から徐々に引き抜いて終了位置で封止体３から回転ツールＦを離脱させることを特徴とする。【選択図】図１７

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２２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Ｆ４０の攪拌ピンＦ４２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Ｆ４０の回転中心軸Ｚ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２２のように摩擦攪拌接合を行うと、攪拌ピンＦ４２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Ｆ４０の攪拌ピンＦ４２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。

また、攪拌ピンＦ４２を突合せ部Ｊ１０から離脱させる際、鉛直方向に攪拌ピンＦ４２を移動させるため、摩擦攪拌の終了位置における摩擦熱が過大となる。これにより、当該終了位置において、ジャケット本体１０１側の金属が封止体１０２側に混入しやすくなり、接合不良の一因とな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は、基端側ピンと、先端側ピンとを備え、前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差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立ち上がる段差側面と、を有する周壁段差部を形成するとともに、前記封止体の板厚を、前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように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先端側ピンを前記封止体に挿入し、前記先端側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つつ、前記基端側ピンの外周面を前記封止体の表面に接触させた状態で、前記封止体の外周側面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記封止体の廻りに一周させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、前記本接合工程において、前記設定移動ルートよりもさらに内側に終了位置を設定し、前記第一突合せ部に対する摩擦攪拌接合の後、前記回転ツールを前記終了位置に移動させつつ前記先端側ピンを前記封止体から徐々に引き抜いて前記終了位置で前記封止体から前記回転ツールを離脱させることとを特徴とする。

また、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は、基端側ピンと、先端側ピンとを備え、前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差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立ち上がる段差側面と、を有する周壁段差部を形成するとともに、前記封止体の板厚を、前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように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先端側ピンを前記封止体に挿入し、前記先端側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つつ、前記基端側ピンの外周面を前記封止体の表面に接触させた状態で、前記封止体の外周側面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記封止体の廻りに一周させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、前記本接合工程において、前記設定移動ルート上に終了位置を設定し、前記第一突合せ部に対する摩擦攪拌接合の後、前記回転ツールを前記終了位置に移動させつつ前記先端側ピンを前記封止体から徐々に引き抜いて前記終了位置で前記封止体から前記回転ツールを離脱させることを特徴とする。

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。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、回転ツールを終了位置に向かって移動させつつ徐々に離脱させるため、設定移動ルート上で摩擦熱が過大になるのを防ぐことができる。

また、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は、基端側ピンと、先端側ピンとを備え、前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差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立ち上がる段差側面と、を有する周壁段差部を形成するとともに、前記封止体の板厚を、前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように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先端側ピンを前記封止体に挿入し、前記先端側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つつ、前記基端側ピンの外周面を前記封止体の表面に接触させた状態で、前記封止体の外周側面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記封止体の廻りに一周させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、前記本接合工程では、前記第一突合せ部に第一領域及び第二領域を設定し、前記第二領域に係る前記ジャケット本体及び封止体をクランプした後に、前記第一領域を摩擦攪拌する第一本接合工程と、前記第一領域に係る前記ジャケット本体及び封止体をクランプした後に、前記第二領域を摩擦攪拌する第二本接合工程と、を行い、前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程において、前記設定移動ルートよりもさらに内側に終了位置を設定し、前記第一突合せ部に対する摩擦攪拌接合の後、前記回転ツールを前記終了位置に移動させつつ前記先端側ピンを前記封止体から徐々に引き抜いて前記終了位置で前記封止体から前記回転ツールを離脱させることを特徴とする。

また、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は、基端側ピンと、先端側ピンとを備え、前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差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立ち上がる段差側面と、を有する周壁段差部を形成するとともに、前記封止体の板厚を、前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように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先端側ピンを前記封止体に挿入し、前記先端側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つつ、前記基端側ピンの外周面を前記封止体の表面に接触させた状態で、前記封止体の外周側面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記封止体の廻りに一周させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、前記本接合工程では、前記第一突合せ部に第一領域及び第二領域を設定し、前記第二領域に係る前記ジャケット本体及び封止体をクランプした後に、前記第一領域を摩擦攪拌する第一本接合工程と、前記第一領域に係る前記ジャケット本体及び封止体をクランプした後に、前記第二領域を摩擦攪拌する第二本接合工程と、を行い、前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程において、前記設定移動ルート上に終了位置を設定し、前記第一突合せ部に対する摩擦攪拌接合の後、前記回転ツールを前記終了位置に移動させつつ前記先端側ピンを前記封止体から徐々に引き抜いて前記終了位置で前記封止体から前記回転ツールを離脱させることを特徴とする。

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。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、回転ツールを終了位置に向かって移動させつつ徐々に離脱させるため、設定移動ルート上で摩擦熱が過大になるのを防ぐことができる。また、本接合工程においてジャケット本体及び封止体のクランプする位置及び摩擦攪拌する位置をそれぞれ分けて行うことにより、効率良く摩擦攪拌作業を行うことができる。

また、前記本接合工程の前記所定の深さは、前記先端側ピンが前記周壁段差部の前記段差底面にわずかに接触する位置に設定することが好ましい。

かかる製造方法によれば、封止体への第一アルミニウム合金の混入を極力防ぎつつ、第二突合せ部の接合強度を高めることができる。

また、前記本接合工程では、所定の回転速度で前記回転ツールを回転させて摩擦攪拌を行い、前記本接合工程において前記先端側ピンを離脱させるとき、前記所定の回転速度よりも徐々に回転速度を上げながら前記終了位置まで移動させることが好ましい。

かかる製造方法によれば、摩擦攪拌をより好適に行うことができる。

また、前記準備工程では、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ことが好ましい。

かかる製造方法によれば、回転ツールと段差側面とが過剰に接触するのを避けつつ、確実に接合することができる。

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少なくとも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。

かかる製造方法によれば、予め凸としておくことで摩擦熱に起因する熱収縮を利用して液冷ジャケットを平坦にすることができる。

また、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、本接合工程における第一突合せ部の目開きを防ぐことができる。

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。

本発明の実施形態に係る回転ツールを示す側面図である。 回転ツールの拡大断面図である。 回転ツールの第一変形例を示す断面図である。 回転ツールの第二変形例を示す断面図である。 回転ツールの第三変形例を示す断面図である。 本発明の第一実施形態に係る液冷ジャケット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第一領域及び第二領域を示す平面図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットの設定移動ルートを示す平面図である。 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平面図である。 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平面図である。 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平面図である。 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平面図である。 第二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平面図である。 第三実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の本接合工程を示す平面図である。 第三実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の本接合工程後を示す平面図である。 第四実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の本接合工程を示す平面図である。 第四実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の本接合工程後を示す平面図である。 本発明の第一変形例を示す断面図である。 本発明の第二変形例を示す断面図である。 従来の液冷ジャケットの製造方法を示す断面図である。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。まずは、本実施形態に係る接合方法で用いる回転ツールについて説明する。回転ツールは、摩擦攪拌接合に用いられるツールである。図１に示すように、回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されており、基軸部Ｆ１と、基端側ピンＦ２と、先端側ピンＦ３とで主に構成されている。基軸部Ｆ１は、円柱状を呈し、摩擦攪拌装置の主軸に接続される部位である。

基端側ピンＦ２は、基軸部Ｆ１に連続し、先端に向けて先細りになっている。基端側ピンＦ２は、円錐台形状を呈する。基端側ピンＦ２のテーパー角度Ａは適宜設定すればよいが、例えば、１３５〜１６０°になっている。テーパー角度Ａが１３５°未満であるか、又は、１６０°を超えると摩擦攪拌後の接合表面粗さが大きくなる。テーパー角度Ａは、後記する先端側ピンＦ３のテーパー角度Ｂよりも大きくなっている。図２に示すように、基端側ピンＦ２の外周面には、階段状のピン段差部Ｆ２１が高さ方向の全体に亘って形成されている。ピン段差部Ｆ２１は、右回り又は左回りで螺旋状に形成されている。つまり、ピン段差部Ｆ２１は、平面視して螺旋状であり、側面視すると階段状になっている。本第一実施形態では、回転ツールＦを右回転させるため、ピン段差部Ｆ２１は基端側から先端側に向けて左回りに設定している。

なお、回転ツールＦを左回転させる場合は、ピン段差部Ｆ２１を基端側から先端側に向けて右回りに設定することが好ましい。これにより、ピン段差部Ｆ２１によって塑性流動材が先端側に導かれるため、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属を低減することができる。ピン段差部Ｆ２１は、段差底面Ｆ２１ａと、段差側面Ｆ２１ｂとで構成されている。隣り合うピン段差部Ｆ２１の各頂点Ｆ２１ｃ，Ｆ２１ｃの距離Ｘ１（水平方向距離）は、後記する段差角度Ｃ及び段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１に応じて適宜設定される。

段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１は適宜設定すればよいが、例えば、０．１〜０．４ｍｍで設定されている。高さＹ１が０．１ｍｍ未満であると接合表面粗さが大きくなる。一方、高さＹ１が０．４ｍｍを超えると接合表面粗さが大きくなる傾向があるとともに、有効段差部数（被接合金属部材と接触しているピン段差部Ｆ２１の数）も減少する。

段差底面Ｆ２１ａと段差側面Ｆ２１ｂとでなす段差角度Ｃは適宜設定すればよいが、例えば、８５〜１２０°で設定されている。段差底面Ｆ２１ａは、本実施形態では水平面と平行になっている。段差底面Ｆ２１ａは、ツールの回転中心軸から外周方向に向かって水平面に対して−５°〜１５°内の範囲で傾斜していてもよい（マイナスは水平面に対して下方、プラスは水平面に対して上方）。距離Ｘ１、段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１、段差角度Ｃ及び水平面に対する段差底面Ｆ２１ａの角度は、摩擦攪拌を行う際に、塑性流動材がピン段差部Ｆ２１の内部に滞留して付着することなく外部に抜けるとともに、段差底面Ｆ２１ａで塑性流動材を押えて接合表面粗さを小さくすることができるように適宜設定する。

図１に示すように、先端側ピンＦ３は、基端側ピンＦ２に連続して形成されている。先端側ピンＦ３は円錐台形状を呈する。先端側ピンＦ３の先端は回転中心軸に対して垂直な平坦面Ｆ４になっている。先端側ピンＦ３のテーパー角度Ｂは、基端側ピンＦ２のテーパー角度Ａよりも小さくなっている。図２に示すように、先端側ピンＦ３の外周面には、螺旋溝Ｆ３１が刻設されている。螺旋溝Ｆ３１は、右回り、左回りのどちらでもよいが、本第一実施形態では回転ツールＦを右回転させるため、基端側から先端側に向けて左回りに刻設されている。

なお、回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝Ｆ３１を基端側から先端側に向けて右回りに設定することが好ましい。これにより、螺旋溝Ｆ３１によって塑性流動材が先端側に導かれるため、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属を低減することができる。螺旋溝Ｆ３１は、螺旋底面Ｆ３１ａと、螺旋側面Ｆ３１ｂとで構成されている。隣り合う螺旋溝Ｆ３１の頂点Ｆ３１ｃ，Ｆ３１ｃの距離（水平方向距離）を長さＸ２とする。螺旋側面Ｆ３１ｂの高さを高さＹ２とする。螺旋底面Ｆ３１ａと、螺旋側面Ｆ３１ｂとで構成される螺旋角度Ｄは例えば、４５〜９０°で形成されている。螺旋溝Ｆ３１は、被接合金属部材と接触することにより摩擦熱を上昇させるとともに、塑性流動材を先端側に導く役割を備えている。

回転ツールＦは、適宜設計変更が可能である。図３は、本発明の回転ツールの第一変形例を示す側面図である。図３に示すように、第一変形例に係る回転ツールＦＡでは、ピン段差部Ｆ２１の段差底面Ｆ２１ａと段差側面Ｆ２１ｂとのなす段差角度Ｃが８５°になっている。段差底面Ｆ２１ａは、水平面と平行である。このように、段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行であるとともに、段差角度Ｃは、摩擦攪拌中にピン段差部Ｆ２１内に塑性流動材が滞留して付着することなく外部に抜ける範囲で鋭角としてもよい。

図４は、本発明の回転ツールの第二変形例を示す側面図である。図４に示すように、第二変形例に係る回転ツールＦＢでは、ピン段差部Ｆ２１の段差角度Ｃが１１５°になっている。段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行になっている。このように、段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行であるとともに、ピン段差部Ｆ２１として機能する範囲で段差角度Ｃが鈍角となってもよい。

図５は、本発明の回転ツールの第三変形例を示す側面図である。図５に示すように、第三変形例に係る回転ツールＦＣでは、段差底面Ｆ２１ａがツールの回転中心軸から外周方向に向かって水平面に対して１０°上方に傾斜している。段差側面Ｆ２１ｂは、鉛直面と平行になっている。このように、摩擦攪拌中に塑性流動材を押さえることができる範囲で、段差底面Ｆ２１ａがツールの回転中心軸から外周方向に向かって水平面よりも上方に傾斜するように形成されていてもよい。上記の回転ツールの第一〜第三変形例によっても、下記の実施形態と同等の効果を奏することができる。

［第一実施形態］
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。第一実施形態に係る液冷ジャケット１は、図６に示すように、ジャケット本体２と封止体３とで構成されている。液冷ジャケット１は、内部に流体を流通させて、配置される発熱体を冷却する機器である。ジャケット本体２と封止体３とは摩擦攪拌接合で一体化される。以下の説明における「表面」とは、「裏面」の反対側の面を意味する。

ジャケット本体２は、底部１０及び周壁部１１で主に構成されている。ジャケット本体２は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、本実施形態で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。

底部１０は、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。底部１０及び周壁部１１で凹部１３が形成されている。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から斜めに立ち上がる段差側面１２ｂとで構成されている。図７に示すように、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、本実施形態では図１１に示す回転ツールＦの先端側ピンＦ３の傾斜角度αと同一になっている。

なお、段差側面１２ｂは、段差底面１２ａに対して垂直でもよい。また、本実施形態のジャケット本体２は一体形成されているが、例えば、周壁部１１を分割構成としてシール部材で接合して一体化してもよい。

封止体３は、ジャケット本体２の開口部を封止する部材である。封止体３は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、本実施形態で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。

次に、本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。本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、本接合工程とを行う。

準備工程は、ジャケット本体２及び封止体３を準備する工程である。ジャケット本体２及び封止体３は、製造方法については特に制限されないが、ジャケット本体２は、例えば、ダイキャストで成形する。封止体３は、例えば押出成形により成形する。

載置工程は、図７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。載置工程によって、封止体３の外周側面３ｃと周壁段差部１２の段差側面１２ｂとが突き合わされて第一突合せ部Ｊ１が形成される。段差側面１２ｂは外側に傾斜しているため、第一突合せ部Ｊ１には断面Ｖ字状の隙間が形成される。第一突合せ部Ｊ１は、封止体３の周囲に沿って平面視矩形状に形成される。また、周壁段差部１２の段差底面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。封止体３の板厚は、適宜設定すればよいが、本実施形態では段差側面１２ｂの高さ寸法よりも大きくなっている。

図８に示すように、第一突合せ部Ｊ１のうち封止体３上に設定された中間線Ｘ１０よりも一方側（図８では上側）の領域を第一領域Ｒ１とする。また、第一突合せ部Ｊ１のうち中間線Ｘ１０よりも他方側（図８では下側）の領域を第二領域Ｒ２とする。中間線Ｘ１０は封止体３の長手方向の中間の位置の線分である。

図９に示すように、ジャケット本体２に封止体３を載置したら、３つのクランプＫ１で第二領域Ｒ２（図８参照）に係るジャケット本体２及び封止体３を移動不能にクランプする。また、第一突合せ部Ｊ１よりも内側に「設定移動ルートＬ１」（一点鎖線）を設定する。設定移動ルートＬ１は、後記する本接合工程において、第一突合せ部Ｊ１を接合するために必要な回転ツールＦの移動ルートである。後記するように、本実施形態では先端側ピンＦ３を段差側面１２ｂにわずかに接触させるため、設定移動ルートＬ１は、外周側面３ｃよりも内側において、平面視矩形状に設定する。

本接合工程は、図１０Ａ及び図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。本実施形態では、第一突合せ部Ｊ１のうち第一領域Ｒ１（図８参照）を接合する第一本接合工程と、第一突合せ部Ｊ１のうち第二領域Ｒ２（図８参照）を接合する第二本接合工程と、をそれぞれ行う。

図１０Ａに示すように、第一本接合工程では、開始位置ＳＰ１から中間点Ｓ１までの押入区間と、設定移動ルートＬ１上の中間点Ｓ１から中間点Ｓ２までの本区間と、中間点Ｓ２から終了位置ＥＰ１までの離脱区間の三つの区間を連続して摩擦攪拌する。中間点Ｓ１，Ｓ２は、中間線Ｘ１０と設定移動ルートＬ１とが交差する位置に設定されている。開始位置ＳＰ１は、封止体３の表面３ａにおいて、設定移動ルートＬ１よりも内側の位置に設定されている。本実施形態では、開始位置ＳＰ１と中間点Ｓ１とを結ぶ線分と、第一領域Ｒ１（図８参照）における設定移動ルートＬ１とのなす角度が鈍角となる位置に設定している。

第一本接合工程の押入区間では、図１０Ａに示すように、開始位置ＳＰ１から中間点Ｓ１までの摩擦攪拌を行う。押入区間では、右回転させた先端側ピンＦ３を開始位置ＳＰ１に挿入し、中間点Ｓ１まで移動させる。この際、図１０Ｂに示すように、少なくとも中間点Ｓ１に到達するまでに予め設定された「所定の深さ」に達するように先端側ピンＦ３を徐々に押し入れていく。つまり、回転ツールＦを一ヶ所に留まらせることなく、回転ツールＦを設定移動ルートＬ１に移動させながら徐々に下降させていく。

中間点Ｓ１に達したらそのまま本区間の摩擦攪拌接合に移行する。図１０Ａ及び図１１に示すように、本区間では、先端側ピンＦ３の回転中心軸Ｚと設定移動ルートＬ１とが重なるように回転ツールＦを移動させる。本区間では、先端側ピンＦ３の「所定の深さ」を、先端側ピンＦ３の平坦面Ｆ４が段差底面１２ａにわずかに接触する程度に設定する。なお、先端側ピンＦ３の「所定の深さ」は、適宜設定すればよく、例えば、先端側ピンＦ３が段差底面１２ａに達しない位置に設定してもよい。

第一本接合工程の本区間では、図１１に示すように、段差側面１２ｂに先端側ピンＦ３の外周面がわずかに接触するように設定移動ルートＬ１を設定している。また、第一本接合工程の本区間では、回転ツールＦの基端側ピンＦ２の外周面が封止体３の表面３ａに接触するように挿入深さを設定する。ここで、段差側面１２ｂに対する先端側ピンＦ３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、先端側ピンＦ３の平坦面Ｆ４を周壁段差部１２の段差底面１２ａよりも深く挿入し、かつ、先端側ピンＦ３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。

先端側ピンＦ３の外周面と段差側面１２ｂとが接触しないように設定すると、第一突合せ部Ｊ１の接合強度が低くなる。また、先端側ピンＦ３の外周面と段差側面１２ｂとのオフセット量Ｎが１．０ｍｍを超えるとジャケット本体２の第一アルミニウム合金が、封止体３側に大量に混入して接合不良となるおそれがある。

図１２Ａに示すように、先端側ピンＦ３が中間点Ｓ２に到達したら、そのまま離脱区間に移行する。離脱区間では、図１２Ｂに示すように、中間点Ｓ２から終了位置ＥＰ１に向かうまでの間に先端側ピンＦ３を徐々に上方に移動させて、終了位置ＥＰ１で封止体３から先端側ピンＦ３を離脱させる。つまり、回転ツールＦを一ヶ所に留まらせることなく、回転ツールＦを終了位置ＥＰ１に移動させながら徐々に引き抜いていく（上昇させていく）。終了位置ＥＰ１は、終了位置ＥＰ１と中間点Ｓ２とが結ぶ線分と第一領域Ｒ１（図８参照）における設定移動ルートＬ１とでなす角度が鈍角となる位置に設定する。回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域Ｗ１が形成される。

第一本接合工程が終了したら、クランプＫ１を一旦解除し、図１３に示すように、第一領域Ｒ１（図８参照）に係るジャケット本体２及び封止体３を３つのクランプＫ１で移動不能にクランプする。

第二本接合工程は、第二領域Ｒ２（図８参照）の第一突合せ部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。図１３に示すように、第二本接合工程では、開始位置ＳＰ２から中間点Ｓ２までの押入区間と、設定移動ルートＬ１上の中間点Ｓ２から中間点Ｓ１までの本区間と、中間点Ｓ１から終了位置ＥＰ２までの離脱区間の三つの区間を連続して摩擦攪拌する。開始位置ＳＰ２は、封止体３の表面３ａにおいて、設定移動ルートＬ１よりも内側の位置に設定されている。本実施形態では、開始位置ＳＰ２と中間点Ｓ２とを結ぶ線分と、第二領域Ｒ２（図８参照）における設定移動ルートＬ１とのなす角度が鈍角となる位置に設定している。

第二本接合工程の押入区間では、図１３に示すように、開始位置ＳＰ２から中間点Ｓ２までの摩擦攪拌を行う。押入区間では、右回転させた先端側ピンＦ３を開始位置ＳＰ２に挿入し、中間点Ｓ２まで移動させる。この際、少なくとも中間点Ｓ２に到達するまでに予め設定された「所定の深さ」に達するように先端側ピンＦ３を徐々に押し入れていく。

中間点Ｓ２に達したらそのまま本区間の摩擦攪拌接合に移行する。図１３に示すように、本区間では、先端側ピンＦ３の回転中心軸Ｚと設定移動ルートＬ１とが重なるように回転ツールＦを移動させる。第二本接合工程の本区間では、第一本接合工程の本区間と同じ要領で摩擦攪拌を行う。

先端側ピンＦ３が中間点Ｓ１に到達したら、そのまま離脱区間に移行する。離脱区間では、中間点Ｓ１から終了位置ＥＰ２に向かうまでの間に先端側ピンＦ３を封止体３から徐々に引き抜いて（上昇させて）、終了位置ＥＰ２で封止体３から先端側ピンＦ３を離脱させる。終了位置ＥＰ２は、終了位置ＥＰ２と中間点Ｓ１とが結ぶ線分と第二領域Ｒ２（図８参照）における設定移動ルートＬ１とでなす角度が鈍角となる位置に設定する。回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域Ｗ２が形成される。

以上説明した本実施形態における液冷ジャケットの製造方法によれば、封止体３と先端側ピンＦ３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、先端側ピンＦ３の外周面をジャケット本体２の段差側面１２ｂにわずかに接触させるに留めるため、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。つまり、本接合工程では、先端側ピンＦ３の回転中心軸Ｚに対して一方側と他方側で、先端側ピンＦ３が受ける材料抵抗の不均衡を極力少な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。また、封止体３の板厚を大きくすることにより、接合部の金属不足を防止することができる。

また、本実施形態では、本接合工程において、基端側ピンＦ２の外周面と封止体３とを接触させ、塑性流動材を押さえながら摩擦攪拌を行うため、バリの発生を抑制することができる。また、基端側ピンＦ２の外周面で塑性流動材を押えることができるため、接合表面（封止体３の表面３ａ）に形成される段差凹溝を小さくすることができるとともに、段差凹溝の脇に形成される膨出部を無くすか若しくは小さくすることができる。また、基端側ピンＦ２の階段状のピン段差部Ｆ２１は浅く、かつ、出口が広いため、塑性流動材を段差底面Ｆ２１ａで押えつつ塑性流動材がピン段差部Ｆ２１の外部に抜けやすくなっている。そのため、基端側ピンＦ２で塑性流動材を押えても基端側ピンＦ２の外周面に塑性流動材が付着し難い。よって、接合表面粗さを小さくすることができるとともに、接合品質を好適に安定させることができる。

また、第一本接合工程及び第二本接合工程の押入区間では、開始位置ＳＰ１，ＳＰ２から設定移動ルートＬ１と重複する位置まで回転ツールＦを移動させつつ所定の深さとなるまで先端側ピンＦ３を徐々に押入することにより、設定移動ルートＬ１上で回転ツールＦが停止して摩擦熱が過大になるのを防ぐことができる。
同様に、第一本接合工程及び第二本接合工程の離脱区間では、設定移動ルートＬ１から終了位置ＥＰ１，ＥＰ２まで回転ツールＦを移動させつつ所定の深さから先端側ピンＦ３を徐々に上昇させて離脱させることにより、設定移動ルートＬ１上で回転ツールＦが停止して摩擦熱が過大になるのを防ぐことができる。
これらにより、設定移動ルートＬ１上で摩擦熱が過大となり、ジャケット本体２から封止体３へ第一アルミニウム合金が過剰に混入して接合不良となるのを防ぐことができる。

また、先端側ピンＦ３を段差側面１２ｂ及び段差底面１２ａの両方にわずかに接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うことにより、第一突合せ部Ｊ１及び第二突合せ部Ｊ２を確実に接合することができる。また、段差側面１２ｂと先端側ピンＦ３とをわずかに接触させるとともに、段差底面１２ａと先端側ピンＦ３とをわずかに接触させるに留めるため、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を極力防ぐことができる。

また、本接合工程において、開始位置ＳＰ１，ＳＰ２の位置は適宜設定すればよいが、開始位置ＳＰ１，ＳＰ２と設定移動ルートＬ１とのなす角度が鈍角となるように設定することにより、中間点Ｓ１，Ｓ２で回転ツールＦの移動速度が低下することなくスムーズに本区間に移行する。これにより、設定移動ルートＬ１上で回転ツールＦが停止又は移動速度が低下することにより、摩擦熱が過大となることを防ぐことができる。また、終了位置ＥＰ１，ＥＰ２においても、開始位置ＳＰ１，ＰＳ２と同じ要領で設定することで、本区間から離脱区間にスムーズに回転ツールＦを移動させることができる。

また、本実施形態の本接合工程では、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の周囲における先端側ピンＦ３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、本実施形態のように、本接合工程の設定移動ルートＬ１が閉ルートとなっている場合、本接合工程を行う際に回転ツールＦとクランプＫ１とが干渉してしまい、作業が煩雑になるという問題がある。しかし、本実施形態によれば、第一本接合工程、第二本接合工程でクランプする位置と摩擦攪拌接合する位置を分けて行うことで、効率良く摩擦攪拌作業を行うことができる。

また、本接合工程においては、第一本接合工程及び第二本接合工程で第一突合せ部Ｊ１の全周を摩擦攪拌接合できるため、液冷ジャケットの気密性及び水密性を高めることができる。また、例えば、第二本接合工程の終端部分において、回転ツールＦが中間点Ｓ１を完全に通過してから終了位置ＥＰ２に向かうように離脱工程を行ってもよい。つまり、第一本接合工程によって形成された塑性化領域Ｗ１及び第二本接合工程によって形成された塑性化領域Ｗ２の各端部同士をオーバーラップさせることにより、より気密性及び水密性を高めることができる。

また、先端側ピンＦ３の傾斜角度αと段差側面１２ｂの傾斜角度βとを同一（平行）に設定することにより、段差側面１２ｂの高さ方向の全体に亘って均一に先端側ピンＦ３を接触させることができる。これにより、バランス良く摩擦攪拌接合を行うことができる。

なお、本接合工程では、回転ツールＦの回転速度を一定としてもよいが、可変させてもよい。第一本接合工程の押入区間において、開始位置ＳＰ１における回転ツールＦの回転速度をＶ１、中間点Ｓ１〜Ｓ２間における回転ツールＦの回転速度をＶ２とすると、Ｖ１＞Ｖ２としてもよい。回転速度のＶ２は、設定移動ルートＬ１における予め設定された一定の回転速度である。つまり、開始位置ＳＰ１では、回転速度を高く設定しておき、押入区間内で徐々に回転速度を低減させながら本区間に移行してもよい。

また、第一本接合工程の離脱区間において、中間点Ｓ１〜Ｓ２間における回転ツールＦの回転速度をＶ２、終了位置ＥＰ１において離脱させるときの回転ツールＦの回転速度をＶ３とすると、Ｖ３＞Ｖ２としてもよい。つまり、離脱区間に移行したら、終了位置ＥＰ１に向けて徐々に回転数を上げながら封止体３から回転ツールＦを離脱させてもよい。回転ツールＦを封止体３に押し入れる際又は封止体３から離脱させる際に、前記のように設定することで、押入区間又は離脱区間における少ない押圧力を、回転速度で補うことができるため、摩擦攪拌を好適に行うことができる。押入区間又は離脱区間に当該回転ツールＦの回転速度を可変させてもよいことは、第二本接合工程でも他実施形態でも同様である。

［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。第二実施形態では、図１４に示すように、本接合工程における開始位置ＳＰ１及び終了位置ＥＰ１の位置が第一実施形態と相違する。開始位置ＳＰ２及び終了位置ＥＰ２についても同様である。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。

第二実施形態に係る液冷ジャケットの製造では、準備工程と、載置工程と、本接合工程と、を行う。準備工程及び載置工程は、第一実施形態と同一である。

本接合工程では、第一突合せ部Ｊ１のうち第一領域Ｒ１（図８参照）に対して摩擦攪拌接合を行う第一本接合工程と、第二領域Ｒ２（図８参照）に対して第二本接合工程とを行う。図１４に示すように、本実施形態の第一本接合工程では、開始位置ＳＰ１を設定移動ルートＬ１上のうち中間点Ｓ１よりも第二領域Ｒ２（図８参照）側に設定する。また、本実施形態の第二本接合工程では、終了位置ＥＰ１を設定移動ルートＬ１上のうち中間点Ｓ２よりも第二領域Ｒ２（図８参照）側に設定する。

第一本接合工程では、開始位置ＳＰ１から中間点Ｓ１までの押入区間と、設定移動ルートＬ１上の中間点Ｓ１から中間点Ｓ２までの本区間と、中間点Ｓ２から終了位置ＥＰ１までの離脱区間の三つの区間を連続して摩擦攪拌する。中間点Ｓ１，Ｓ２は、中間線Ｘ１０と設定移動ルートＬ１とが交差する位置に設定されている。

第一本接合工程の押入区間では、図１４に示すように、開始位置ＳＰ１から中間点Ｓ１までの摩擦攪拌を行う。押入区間では、右回転させた先端側ピンＦ３を開始位置ＳＰ１に挿入し、中間点Ｓ１まで移動させる。この際、少なくとも中間点Ｓ１に到達するまでに予め設定された「所定の深さ」に達するように先端側ピンＦ３を徐々に押し入れていく。

中間点Ｓ１に達したらそのまま本区間の摩擦攪拌接合に移行する。図１４及び図１５に示すように、本区間では、先端側ピンＦ３の回転中心軸Ｚと設定移動ルートＬ１とが重なるように回転ツールＦを移動させる。先端側ピンＦ３と段差側面１２ｂとのオフセット量、先端側ピンＦ３の挿入深さは第一実施形態と同一である。

先端側ピンＦ３が中間点Ｓ２に到達したら、そのまま離脱区間に移行する。離脱区間では、中間点Ｓ２から終了位置ＥＰ１に向かうまでの間に先端側ピンＦ３を封止体３から徐々に引き抜いて（上昇させて）、設定移動ルートＬ１上に設定された終了位置ＥＰ１で封止体３から先端側ピンＦ３を離脱させる。

第一本接合工程が終了したら、クランプＫ１を一旦解除し、図１５に示すように、第一領域Ｒ１（図８参照）に係るジャケット本体２及び封止体３を３つのクランプＫ１で移動不能にクランプする。

第二本接合工程は、第二領域Ｒ２（図８参照）の第一突合せ部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。図１５に示すように、第二本接合工程では、開始位置ＳＰ２から中間点Ｓ２までの押入区間と、設定移動ルートＬ１上の中間点Ｓ２から中間点Ｓ１までの本区間と、中間点Ｓ１から終了位置ＥＰ２までの離脱区間の三つの区間に連続して摩擦攪拌する。

図１５に示すように、本実施形態の第二本接合工程では、開始位置ＳＰ２を設定移動ルートＬ１上のうち中間点Ｓ２よりも第一領域Ｒ１（図８参照）側に設定する。また、本実施形態の第二本接合工程では、終了位置ＥＰ２を設定移動ルートＬ１上のうち中間点Ｓ１よりも第一領域Ｒ１側に設定する。つまり、開始位置ＳＰ２及び終了位置ＥＰ２は、いずれも塑性化領域Ｗ１上に設定される。

第二本接合工程の押入区間では、図１５に示すように、開始位置ＳＰ２から中間点Ｓ２までの摩擦攪拌を行う。押入区間では、右回転させた先端側ピンＦ３を開始位置ＳＰ２に挿入し、中間点Ｓ２まで移動させる。この際、少なくとも中間点Ｓ２に到達するまでに予め設定された「所定の深さ」に達するように先端側ピンＦ３を徐々に押し入れていく。

中間点Ｓ２に達したらそのまま本区間の摩擦攪拌接合に移行する。図１５に示すように、本区間では、先端側ピンＦ３の回転中心軸Ｚと設定移動ルートＬ１とが重なるように回転ツールＦを移動させる。第二本接合工程の本区間では、第一本接合工程の本区間と同じ要領で摩擦攪拌を行う。

先端側ピンＦ３が中間点Ｓ１に到達したら、そのまま離脱区間に移行する。離脱区間では、中間点Ｓ１から終了位置ＥＰ２に向かうまでの間に先端側ピンＦ３を封止体３から徐々に引き抜いて（上昇させて）、終了位置ＥＰ２で封止体３から先端側ピンＦ３を離脱させる。

以上説明した第二実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法によっても第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。第二実施形態のように本接合工程における開始位置ＳＰ１，ＳＰ２及び終了位置ＥＰ１，ＥＰ２は、設定移動ルートＬ１上に設定してもよい。

［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。第三実施形態では、図１６及び図１７に示すように、二回に分けずに一回で本接合工程を行う点で前記した実施形態と相違する。本実施形態では、第一実施形態と異なる点を中心に説明する。

本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、本接合工程と、を行う。準備工程及び載置工程は第一実施形態と同一である。本接合工程では、右回転させた回転ツールＦを開始位置ＳＰ３に挿入し、第一突合せ部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う。

図１６及び図１７に示すように、本接合工程では、開始位置ＳＰ１から中間点Ｓ１までの押入区間と、設定移動ルートＬ１上の中間点Ｓ１から封止体３の廻りを一周して基準点Ｓ３までの本区間と、基準点Ｓ３から終了位置ＥＰ３までの離脱区間の三つの区間を連続して摩擦攪拌する。中間点Ｓ１は、中間線Ｘ１０と設定移動ルートＬ１とが交差する位置に設定されている。基準点Ｓ３は第一領域Ｒ１（図８参照）における設定移動ルートＬ１上に設定されている。

開始位置ＳＰ３は、封止体３の表面３ａにおいて、設定移動ルートＬ１よりも内側の位置に設定されている。本実施形態では、開始位置ＳＰ３と中間点Ｓ１とを結ぶ線分と、第一領域Ｒ１（図８参照）における設定移動ルートＬ１とのなす角度が鈍角となる位置に設定している。

第一本接合工程の押入区間では、図１６に示すように、開始位置ＳＰ３から中間点Ｓ１までの摩擦攪拌を行う。押入区間では、右回転させた先端側ピンＦ３を開始位置ＳＰ３に挿入し、中間点Ｓ１まで移動させる。この際、少なくとも中間点Ｓ１に到達するまでに予め設定された「所定の深さ」に達するように先端側ピンＦ３を徐々に押し入れていく。

中間点Ｓ１に達したらそのまま本区間の摩擦攪拌接合に移行する。図１６及び図１７に示すように、本区間では、先端側ピンＦ３の回転中心軸Ｚと設定移動ルートＬ１とが重なるように回転ツールＦを移動させる。先端側ピンＦ３と段差側面１２ｂとのオフセット量、基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３の挿入深さは第一実施形態と同一である。

回転ツールＦを封止体３の廻りに一周させて、先端側ピンＦ３が中間点Ｓ１を通過して基準点Ｓ３に到達したら、そのまま離脱区間に移行する。離脱区間では、基準点Ｓ３から終了位置ＥＰ３に向かうまでの間に先端側ピンＦ３を徐々に上方に移動させて、終了位置ＥＰ３で封止体３から先端側ピンＦ３を離脱させる。

以上説明した第三実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法においても、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。また、第三実施形態によれば、一度の工程で摩擦攪拌接合を行うことができるため作業効率を高めることができる。

［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。第四実施形態では、図１８及び図１９に示すように、二回に分けずに一回で本接合工程を行う点で前記した第二実施形態と相違する。本実施形態では、第二実施形態と異なる点を中心に説明する。

本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、本接合工程と、を行う。準備工程及び載置工程は前記した実施形態と同一である。本接合工程では、右回転させた回転ツールＦを開始位置ＳＰ４に挿入し、第一突合せ部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う。

図１８に示すように、本実施形態の第一本接合工程では、開始位置ＳＰ４を設定移動ルートＬ１上のうち中間点Ｓ１よりも第二領域Ｒ２（図８参照）側に設定する。また、終了位置ＥＰ４を設定移動ルートＬ１上のうち中間点Ｓ１よりも第一領域Ｒ１（図８参照）側に設定する。

図１８に示すように、本接合工程では、開始位置ＳＰ４から中間点Ｓ１までの押入区間と、設定移動ルートＬ１上の中間点Ｓ１から封止体３の廻りを一周して基準点Ｓ３までの本区間と、基準点Ｓ３から終了位置ＥＰ４までの離脱区間の三つの区間を連続して摩擦攪拌する。基準点Ｓ３は、設定移動ルートＬ１上のうち中間点Ｓ１よりも第二領域Ｒ２（図８参照）側に設定する。

本接合工程の押入区間では、図１８に示すように、開始位置ＳＰ４から中間点Ｓ１までの摩擦攪拌を行う。押入区間では、右回転させた先端側ピンＦ３を開始位置ＳＰ４に挿入し、中間点Ｓ１まで移動させる。この際、少なくとも中間点Ｓ１に到達するまでに予め設定された「所定の深さ」に達するように先端側ピンＦ３を徐々に押し入れていく。

中間点Ｓ１に達したらそのまま本区間の摩擦攪拌接合に移行する。図１８及び図１９に示すように、本区間では、先端側ピンＦ３の回転中心軸Ｚと設定移動ルートＬ１とが重なるように回転ツールＦを移動させる。先端側ピンＦ３と段差側面１２ｂとのオフセット量、基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３の挿入深さは第二実施形態と同一である。

回転ツールＦを封止体３の廻りに一周させて、先端側ピンＦ３が中間点Ｓ１を通過して基準点Ｓ３に到達したら、そのまま離脱区間に移行する。離脱区間では、基準点Ｓ３から終了位置ＥＰ４に向かうまでの間に先端側ピンＦ３を封止体３から離脱する方向に徐々に引き抜いて（上昇させて）、終了位置ＥＰ４で封止体３から先端側ピンＦ３を離脱させる。

以上説明した第四実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法においても、第二実施形態と略同等の効果を得ることができる。また、第四実施形態によれば、一度の工程で摩擦攪拌接合を行うことができるため作業効率を高めることができる。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。図２０に示すように、本発明の第一変形例に係る載置工程では、段差側面１２ｂと外周側面３ｃとを面接触させて突き合わせている点で上記した実施形態と相違する。当該変形例では、封止体３の外周側面３ｃを外側に傾斜するように形成し、載置工程において外周側面３ｃと段差側面１２ｂとを突き合わせる。このようにしても、上記した実施形態と同等の効果を得ることができる。なお、当該変形例のように、段差側面１２ｂの高さ寸法と封止体３の板厚とが同一になるようにして、周壁端面１１ａと、封止体３の表面３ａとを面一としてもよい。

図２１に示すように、本発明の第二変形例に係る載置工程では、封止体３の表面３ａ側が凸となるようにして湾曲させた状態でジャケット本体２に載置する点で前記した実施形態と相違する。摩擦攪拌接合によって、摩擦熱が発生すると熱収縮によって封止体３が凹状に反ってしまうおそれがある。しかし、当該変形例によれば、予め封止体３を表面３ａ側に凸としておくことで、熱収縮を利用して液冷ジャケットを平坦にすることができる。
なお、本発明の第二変形例に係るジャケット本体２は、周壁部１１の一部に枠状のシール部５が形成されている。ジャケット本体２は、ダイキャストで一体形成してもよいし、このように枠状部と板状部をシール部５で接合して一体化してもよい。

また、本実施形態では、二回に分けてクランプしつつ摩擦攪拌を行ったが、一回で行ってもよいし、三回以上に分けてクランプしつつ摩擦攪拌を行ってもよい。また、本接合工程を行う前に、ジャケット本体２と封止体３とを仮接合する仮接合工程を行ってもよい。これにより、本接合工程時におけるジャケット本体２と封止体３との目開きを防ぐことができる。仮接合工程では、仮接合用回転ツールを用いて摩擦攪拌で行ってもよいし、溶接で行ってもよい。また、押入区間及び離脱区間においては、回転ツールＦの移動軌跡が平面視して曲線（例えば、円弧）を描くように移動ルートを設定してもよい。これにより、押入区間から本区間、又は、本区間から離脱区間への移行をスムーズに行うことができる。

１ 液冷ジャケット
２ ジャケット本体
３ 封止体
Ｆ 回転ツール
Ｆ２ 基端側ピン
Ｆ３ 先端側ピン
Ｊ１ 第一突合せ部
Ｊ２ 第二突合せ部
Ｗ 塑性化領域

Claims (11)

1. 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は、基端側ピンと、先端側ピンとを備え、
   前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差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立ち上がる段差側面と、を有する周壁段差部を形成するとともに、前記封止体の板厚を、前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように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先端側ピンを前記封止体に挿入し、前記先端側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つつ、前記基端側ピンの外周面を前記封止体の表面に接触させた状態で、前記封止体の外周側面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記封止体の廻りに一周させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、
   前記本接合工程において、前記設定移動ルートよりもさらに内側に終了位置を設定し、前記第一突合せ部に対する摩擦攪拌接合の後、前記回転ツールを前記終了位置に移動させつつ前記先端側ピンを前記封止体から徐々に引き抜いて前記終了位置で前記封止体から前記回転ツールを離脱させることを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。
2. 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は、基端側ピンと、先端側ピンとを備え、
   前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差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立ち上がる段差側面と、を有する周壁段差部を形成するとともに、前記封止体の板厚を、前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように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先端側ピンを前記封止体に挿入し、前記先端側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つつ、前記基端側ピンの外周面を前記封止体の表面に接触させた状態で、前記封止体の外周側面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記封止体の廻りに一周させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、
   前記本接合工程では、前記第一突合せ部に第一領域及び第二領域を設定し、
   前記第二領域に係る前記ジャケット本体及び封止体をクランプした後に、前記第一領域を摩擦攪拌する第一本接合工程と、
   前記第一領域に係る前記ジャケット本体及び封止体をクランプした後に、前記第二領域を摩擦攪拌する第二本接合工程と、を行い、
   前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程において、前記設定移動ルートよりもさらに内側に終了位置を設定し、前記第一突合せ部に対する摩擦攪拌接合の後、前記回転ツールを前記終了位置に移動させつつ前記先端側ピンを前記封止体から徐々に引き抜いて前記終了位置で前記封止体から前記回転ツールを離脱させることを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。
3. 前記本接合工程の前記所定の深さは、前記先端側ピンが前記周壁段差部の前記段差底面にわずかに接触する位置に設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液冷ジャケットの製造方法。
4. 前記本接合工程では、所定の回転速度で前記回転ツールを回転させて摩擦攪拌を行い、
   前記本接合工程において前記先端側ピンを離脱させるとき、前記所定の回転速度よりも徐々に回転速度を上げながら前記終了位置まで移動させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の液冷ジャケットの製造方法。
5. 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は、基端側ピンと、先端側ピンとを備え、
   前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差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立ち上がる段差側面と、を有する周壁段差部を形成するとともに、前記封止体の板厚を、前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように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先端側ピンを前記封止体に挿入し、前記先端側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つつ、前記基端側ピンの外周面を前記封止体の表面に接触させた状態で、前記封止体の外周側面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記封止体の廻りに一周させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、
   前記本接合工程において、前記設定移動ルート上に終了位置を設定し、前記第一突合せ部に対する摩擦攪拌接合の後、前記回転ツールを前記終了位置に移動させつつ前記先端側ピンを前記封止体から徐々に引き抜いて前記終了位置で前記封止体から前記回転ツールを離脱させることを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。
6. 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は、基端側ピンと、先端側ピンとを備え、
   前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差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立ち上がる段差側面と、を有する周壁段差部を形成するとともに、前記封止体の板厚を、前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように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先端側ピンを前記封止体に挿入し、前記先端側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つつ、前記基端側ピンの外周面を前記封止体の表面に接触させた状態で、前記封止体の外周側面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記封止体の廻りに一周させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、
   前記本接合工程では、前記第一突合せ部に第一領域及び第二領域を設定し、
   前記第二領域に係る前記ジャケット本体及び封止体をクランプした後に、前記第一領域を摩擦攪拌する第一本接合工程と、
   前記第一領域に係る前記ジャケット本体及び封止体をクランプした後に、前記第二領域を摩擦攪拌する第二本接合工程と、を行い、
   前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程において、前記設定移動ルート上に終了位置を設定し、前記第一突合せ部に対する摩擦攪拌接合の後、前記回転ツールを前記終了位置に移動させつつ前記先端側ピンを前記封止体から徐々に引き抜いて前記終了位置で前記封止体から前記回転ツールを離脱させることを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。
7. 前記本接合工程の前記所定の深さは、前記先端側ピンが前記周壁段差部の前記段差底面にわずかに接触する位置に設定することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の液冷ジャケットの製造方法。
8. 前記本接合工程では、所定の回転速度で前記先端側ピンを回転させて摩擦攪拌を行い、
   前記本接合工程において前記先端側ピンを離脱させるとき、前記所定の回転速度よりも徐々に回転速度を上げながら前記終了位置まで移動させることを特徴とする請求項５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. 前記準備工程では、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。
10. 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少なくとも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９のいずれか一項に記載の液冷ジャケットの製造方法。
11. 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を特徴とする請求項１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。

Images