JP2021154315A - Method of manufacturing liquid-cooled jacket - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液冷ジャケットの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a liquid-cooled jacket.
例えば、特許文献1には、ジャケット本体と、ジャケット本体の開口部を封止する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が開示されている。当該液冷ジャケットの製造方法では、ジャケット本体及び封止体の側面から垂直に回転ツールを挿入し、ジャケット本体の廻りに一周させて摩擦攪拌を行っている。
For example,
ここで、枠状のジャケット本体と、ジャケット本体の両側を覆う二枚の封止体とで液冷ジャケットを形成する場合がある。この場合、枠状のジャケット本体と一方側の封止体とを架台にクランプし、一方側の封止体に対して摩擦攪拌接合を行った後、一旦クランプを解除する。そして、被接合部材を裏返し、他方側の封止体を載置するとともに、架台に被接合部材と他方側の封止体とを再度クランプし、他方側の封止体に対して摩擦攪拌接合を行う。つまり、ジャケット本体と二枚の封止体とを摩擦攪拌接合するため、作業工数が増え製造コストが高くなるという問題がある。また、枠状のジャケット本体と封止体とをクランプする治具が回転ツールの移動の妨げになり、摩擦攪拌接合をエリアごとに分けて行う必要があるため、より作業工数が増えるという問題がある。 Here, a liquid-cooled jacket may be formed by a frame-shaped jacket body and two sealing bodies covering both sides of the jacket body. In this case, the frame-shaped jacket body and the sealing body on one side are clamped to the gantry, friction stir welding is performed on the sealing body on one side, and then the clamp is temporarily released. Then, the member to be joined is turned inside out, the sealing body on the other side is placed, and the member to be joined and the sealing body on the other side are clamped again on the gantry, and friction stir welding is performed on the sealing body on the other side. I do. That is, since the jacket body and the two sealing bodies are friction-stir welded, there is a problem that the work man-hours increase and the manufacturing cost increases. In addition, the jig that clamps the frame-shaped jacket body and the sealing body hinders the movement of the rotating tool, and it is necessary to perform friction stir welding separately for each area, which causes a problem that the work man-hours increase. be.
このような観点から、本発明は、液冷ジャケットを低コストで製造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, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a liquid-cooled jacket capable of manufacturing the liquid-cooled jacket at low cost.
前記課題を解決するために、本発明は、枠状のジャケット本体と、前記ジャケット本体の両側の開口部をそれぞれ封止する二枚の封止体とで構成され、前記ジャケット本体と前記二枚の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、摩擦攪拌で用いる第一回転ツール及び第二回転ツールは、ショルダ部を備え、前記ショルダ部の底面の中央から垂下する攪拌ピンを備えており、前記攪拌ピンは、先細りのテーパー状となっており、前記ジャケット本体の両端面に前記封止体をそれぞれ載置することにより、前記ジャケット本体の一方の端面と一方の前記封止体の裏面とを重ね合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記ジャケット本体の他方の端面と他方の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、回転する前記第一回転ツールの攪拌ピンを一方の前記封止体の表面から挿入し、前記攪拌ピンを一方の前記封止体、又は前記ジャケット本体及び一方の前記封止体に接触させつつ、前記ショルダ部の底面を一方の前記封止体の表面に接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って所定の深さで前記ジャケット本体の廻りに相対的に一周させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌するとともに、回転する前記第二回転ツールの攪拌ピンを他方の前記封止体の表面から挿入し、前記攪拌ピンを他方の前記封止体、又は前記ジャケット本体及び他方の前記封止体に接触させつつ、前記ショルダ部の底面を他方の前記封止体の表面に接触させた状態で前記第二突合せ部に沿って所定の深さで前記ジャケット本体の廻りに相対的に一周させて前記第二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、一方の前記封止体の表面と他方の前記封止体の表面とを両外側から一対の保持部で押圧して保持しつつ、前記保持部を用いて前記ジャケット本体及び二枚の前記封止体を回転又は平行移動させて、前記ジャケット本体と二枚の前記封止体とを摩擦攪拌することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention is composed of a frame-shaped jacket main body and two sealing bodies for sealing the openings on both sides of the jacket main body, and the jacket main body and the two sealing bodies. The first rotation tool and the second rotation tool used in the friction stirring, which is a method for manufacturing a liquid-cooled jacket for joining the sealing body of the above by friction stirring, are provided with a shoulder portion and hang down from the center of the bottom surface of the shoulder portion. The stirring pin is provided in a tapered shape, and by placing the sealing bodies on both end faces of the jacket body, one end face and one side of the jacket body are provided. The back surface of the sealing body is overlapped to form the first butt portion, and the other end surface of the jacket body and the back surface of the other sealing body are overlapped to form the second butt portion. The setting step and the stirring pin of the rotating first rotation tool are inserted from the surface of one of the sealing bodies, and the stirring pin is inserted into one of the sealing bodies or the jacket body and one of the sealing bodies. In a state where the bottom surface of the shoulder portion is in contact with the surface of one of the sealing bodies while being in contact with each other, the shoulder portion is made to make a relative circumference around the jacket body at a predetermined depth along the first abutting portion. While rubbing and stirring the first butt portion, the stirring pin of the second rotating tool that rotates is inserted from the surface of the other sealing body, and the stirring pin is inserted into the other sealing body or the jacket body and the other. With the bottom surface of the shoulder portion in contact with the surface of the other sealing body while being in contact with the sealing body of the above, relative to the circumference of the jacket body at a predetermined depth along the second butt portion. In the main joining step, the surface of one of the sealing bodies and the surface of the other sealing body are subjected to from both outer sides. While pressing and holding with the pair of holding portions, the jacket main body and the two sealing bodies are rotated or moved in parallel using the holding portions to bring the jacket main body and the two sealing bodies together. It is characterized by rubbing and stirring.
かかる製造方法によれば、枠状のジャケット本体と二枚の封止体とを一対の保持部で保持した状態でジャケット本体及び二枚の封止体を回転又は平行移動させるため、クランプ作業を複数回行う必要が無い。また、本接合工程中に保持部と第一回転ツール及び第二回転ツールとが干渉しない。つまり、ジャケット本体と二枚の封止体とを位置決めするための治具が第一回転ツール及び第二回転ツールの移動の妨げにならない。これにより、作業工数を減らすことができるとともに、第一回転ツール及び第二回転ツールを駆動させるための装置等の付帯設備を簡素なものとすることができ、液冷ジャケットを低コストで製造することができる。また、ショルダ部の底面を封止体の表面に接触させた状態で摩擦攪拌するため、バリの発生を抑制することができる。 According to such a manufacturing method, in order to rotate or translate the jacket body and the two sealing bodies in a state where the frame-shaped jacket body and the two sealing bodies are held by a pair of holding portions, a clamping operation is performed. There is no need to do it multiple times. Further, the holding portion and the first rotation tool and the second rotation tool do not interfere with each other during the main joining process. That is, the jig for positioning the jacket body and the two sealing bodies does not hinder the movement of the first rotation tool and the second rotation tool. As a result, the work man-hours can be reduced, and incidental equipment such as a device for driving the first rotation tool and the second rotation tool can be simplified, and a liquid-cooled jacket can be manufactured at low cost. be able to. Further, since the bottom surface of the shoulder portion is rubbed and agitated in a state of being in contact with the surface of the sealing body, the generation of burrs can be suppressed.
また、他方の前記封止体の裏面には、複数のフィンが形成されており、前記本接合工程において、前記複数のフィンの少なくとも一部の先端を一方の前記封止体の裏面に接触させた状態で、前記ジャケット本体と二枚の前記封止体とを摩擦攪拌することが好ましい。 Further, a plurality of fins are formed on the back surface of the other sealing body, and in the main joining step, at least a part of the tips of the plurality of fins are brought into contact with the back surface of one of the sealing bodies. In this state, it is preferable to frictionally stir the jacket body and the two sealing bodies.
かかる製造方法によれば、フィンの先端が一方の封止体に当接することで、封止体の変形を抑制することができる。 According to such a manufacturing method, the tip of the fin comes into contact with one of the sealing bodies, so that the deformation of the sealing body can be suppressed.
また、前記本接合工程において、前記第一回転ツールの前記攪拌ピンの先端が前記ジャケット本体に達するように前記第一回転ツールを挿入することが好ましい。
また、前記本接合工程において、前記第二回転ツールの前記攪拌ピンの先端が前記ジャケット本体に達するように前記第二回転ツールを挿入することが好ましい。
Further, in the main joining step, it is preferable to insert the first rotation tool so that the tip of the stirring pin of the first rotation tool reaches the jacket body.
Further, in the main joining step, it is preferable to insert the second rotation tool so that the tip of the stirring pin of the second rotation tool reaches the jacket body.
かかる製造方法よれば、各突合せ部における接合強度を高めることができる。 According to such a manufacturing method, the joint strength at each butt portion can be increased.
また、前記本接合工程において、前記第一回転ツールの回転中心軸線と前記第二回転ツールの回転中心軸線とが実質的に一致するように、前記第一回転ツール及び前記第二回転ツールを相対移動させることが好ましい。 Further, in the main joining step, the first rotation tool and the second rotation tool are relative to each other so that the rotation center axis of the first rotation tool and the rotation center axis of the second rotation tool substantially coincide with each other. It is preferable to move it.
かかる製造方法によれば、二つの封止体を同時に接合することができるため、作業工数をより減らすことができる。また、第一回転ツール及び第二回転ツールの押圧力が被接合部材に均等に作用するため、バランス良く接合することができる。 According to such a manufacturing method, since the two sealing bodies can be joined at the same time, the work man-hours can be further reduced. Further, since the pressing force of the first rotation tool and the second rotation tool acts evenly on the members to be joined, it is possible to join in a well-balanced manner.
また、前記本接合工程において前記第一回転ツールを右回転させる場合には、前記第二回転ツールを左回転させ、前記第一回転ツールを左回転させる場合には、前記第二回転ツールを右回転させることが好ましい。 Further, in the main joining step, when the first rotation tool is rotated clockwise, the second rotation tool is rotated counterclockwise, and when the first rotation tool is rotated counterclockwise, the second rotation tool is rotated right. It is preferable to rotate it.
かかる製造方法によれば、枠状のジャケット本体の表裏で第一回転ツール及び第二回転ツールの回転方向が一致するため、ジャケット本体と二枚の封止体との位置ずれを防ぎ、接合精度を高めることができる。 According to such a manufacturing method, since the rotation directions of the first rotation tool and the second rotation tool match on the front and back of the frame-shaped jacket body, misalignment between the jacket body and the two sealing bodies can be prevented, and the joining accuracy can be prevented. Can be enhanced.
また、前記本接合工程では、所定の回転速度で前記攪拌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攪拌ピンを引き抜くとき、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攪拌ピンを終了位置まで相対移動させることが好ましい。
また、前記本接合工程では、所定の回転速度で前記攪拌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攪拌ピンを挿入するとき、前記所定の回転速度よりも高い速度で前記攪拌ピンを回転させ、徐々に回転速度を下げながら前記攪拌ピンを挿入することが好ましい。
Further, in the main joining step, the stirring pin is rotated at a predetermined rotation speed to perform frictional stirring, and when the stirring pin is pulled out in the main joining step, the rotation speed is gradually increased from the predetermined rotation speed. However, it is preferable to move the stirring pin relative to the end position.
Further, in the main joining step, the stirring pin is rotated at a predetermined rotation speed to perform frictional stirring, and when the stirring pin is inserted in the main joining step, the stirring is performed at a speed higher than the predetermined rotation speed. It is preferable to rotate the pin and insert the stirring pin while gradually reducing the rotation speed.
かかる製造方法によれば、第一回転ツール及び第二回転ツールの挿入時又は離脱時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。 According to such a manufacturing method, the small pressing force at the time of inserting or removing the first rotation tool and the second rotation tool can be supplemented by the rotation speed, so that friction stir welding can be preferably performed.
本発明に係る液冷ジャケットの製造方法によれば、液冷ジャケットを低コストで製造することができる。 According to the method for manufacturing a liquid-cooled jacket according to the present invention, the liquid-cooled jacket can be manufactured at low cost.
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。本発明は、下記の実施形態のみに限定されるものではない。また、各実施形態における構成要素は、一部又は全部を適宜組み合わせることができる。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。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. The present invention is not limited to the following embodiments. In addition, some or all of the components in each embodiment can be combined as appropriate. In the following description, the "front surface" means the surface opposite to the "back surface".
まずは、図1に示すように、本実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法で用いる第一回転ツールFM及び第二回転ツールFNについて説明する。第一回転ツールFM及び第二回転ツールFNは同じ構造であるため、ここでは第一回転ツールFMを例示して説明する。 First, as shown in FIG. 1, the first rotation tool FM and the second rotation tool FN used in the method for manufacturing a liquid-cooled jacket according to the present embodiment will be described. Since the first rotation tool FM and the second rotation tool FN have the same structure, the first rotation tool FM will be described here as an example.
第一回転ツールFMは、摩擦攪拌接合に用いられるツールである。第一回転ツールFMは、例えば工具鋼で形成されており、ショルダ部F1と、攪拌ピンF2とで構成されている。ショルダ部F1の底面F1aは、塑性流動化した金属を押える部位である。ショルダ部F1は円柱状を呈する。 The first rotation tool FM is a tool used for friction stir welding. The first rotation tool FM is made of, for example, tool steel, and is composed of a shoulder portion F1 and a stirring pin F2. The bottom surface F1a of the shoulder portion F1 is a portion that holds down the plastically fluidized metal. The shoulder portion F1 has a columnar shape.
攪拌ピンF2は、ショルダ部F1の底面F1aの中央から垂下しており、ショルダ部F1と同軸になっている。攪拌ピンF2はショルダ部F1から離間するにつれて先細りのテーパー状となっている。攪拌ピンF2の先端は、回転中心軸線Cに対して垂直で平坦な平坦面F3が形成されている。攪拌ピンF2の外周面には螺旋溝が刻設されている。第一回転ツールFMを右回転させる場合、螺旋溝を基端から先端に向けて左回りに刻設する。 The stirring pin F2 hangs down from the center of the bottom surface F1a of the shoulder portion F1 and is coaxial with the shoulder portion F1. The stirring pin F2 has a tapered shape as it is separated from the shoulder portion F1. The tip of the stirring pin F2 is formed with a flat surface F3 that is perpendicular to the rotation center axis C and is flat. A spiral groove is engraved on the outer peripheral surface of the stirring pin F2. When rotating the first rotation tool FM clockwise, the spiral groove is carved counterclockwise from the base end to the tip end.
なお、第二回転ツールFNを左回転させる場合は、螺旋溝を基端から先端に向けて右回りに刻設する。このようにすると、摩擦攪拌接合によって塑性流動化した金属が螺旋溝に導かれて攪拌ピンF2の先端側に移動する。これにより、被接合金属部材(ジャケット本体2、封止体3A,3B)から溢れ出る金属を少なくすることができる。
When rotating the second rotation tool FN counterclockwise, the spiral groove is carved clockwise from the base end to the tip end. In this way, the metal plastically fluidized by friction stir welding is guided by the spiral groove and moves to the tip side of the stirring pin F2. As a result, the amount of metal overflowing from the metal member to be joined (
第一回転ツールFM及び第二回転ツールFNは、本実施形態では、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(図示省略)に取り付けられている。 In the present embodiment, the first rotation tool FM and the second rotation tool FN are attached to a robot arm (not shown) having a rotation driving means such as a spindle unit at the tip.
本実施形態に係る液冷ジャケット1は、図2に示すように、ジャケット本体2と封止体3A,3B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(図示省略)を冷却する機器である。ジャケット本体2と封止体3A,3Bとは摩擦攪拌接合で一体化される。
As shown in FIG. 2, the liquid-cooled
本実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法は、準備工程と、載置工程と、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3A,3Bを準備する工程である。ジャケット本体2は、矩形枠状を呈する。ジャケット本体2の内部は矩形状の中空部になっている。ジャケット本体2は、摩擦攪拌可能な金属(アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金等)であればよいが、本実施形態ではアルミニウム合金で形成されている。ジャケット本体2の角は直角でもよいが、本実施形態では丸面取り加工が施されている。
The method for manufacturing a liquid-cooled jacket according to the present embodiment includes a preparation step, a mounting step, and a main joining step. The preparation step is a step of preparing the
封止体3A,3B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3A,3Bは、矩形状を呈する。封止体3A,3Bの角は直角でもよいが、本実施形態では丸面取り加工が施されている。封止体3A,3Bは、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、本実施形態ではアルミニウム合金を主に含んで形成されている。封止体3Bの裏面3bには、裏面3bに対して垂直に立ち上がる複数の板状のフィン31が形成されている。フィン31の高さ寸法はジャケット本体2の高さ寸法と概ね同一になっている。
The sealing
フィン31を備えた封止体3Bは、板状部材に複数のフィンをロウ付け等で接合して形成してもよいし、一の素形材を切削加工して形成してもよい。
The sealing
載置工程は、図3に示すように、ジャケット本体2に封止体3A,3Bを載置する工程である。載置工程では、ジャケット本体2の端面11aに封止体3Aを載置するとともに、ジャケット本体2の端面11bに封止体3Bを載置する。ジャケット本体2の端面11aと、封止体3Aの裏面3bとが突き合わされて第一突合せ部J1が形成される。ジャケット本体2の端面11bと封止体3B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。ジャケット本体2及び封止体3A,3Bの平面形状は同じ大きさ、形状になっている。そのため、載置工程によりジャケット本体2の外側面11d、封止体3Aの側面3c及び封止体3Bの側面3cは周方向に亘って面一になる。なお、ジャケット本体2と封止体3A,3Bとは溶接又は摩擦攪拌等により仮接合してもよい。
As shown in FIG. 3, the mounting step is a step of mounting the sealing
本接合工程は、図4〜図7に示すように、第一回転ツールFM及び第二回転ツールFNを用いて第一突合せ部J1及び第二突合せ部J2をそれぞれ摩擦攪拌接合する工程である。本接合工程では、保持工程と、摩擦攪拌工程とを行う。保持工程は、一対の保持部22を備える挟持装置(治具)でジャケット本体2と封止体3A,3Bとを両外側から押圧して挟持する。本実施形態では、保持部22と封止体3Aとの間、保持部22と封止体3Bとの間にそれぞれ中間プレート21を介設している。保持部22は円柱状を呈し、その端面が中間プレート21,21にそれぞれ面接触する。中間プレート21を設けることで、保持部22の押圧力を分散させて、ジャケット本体2及び封止体3A,3Bを確実に保持することができる。なお、中間プレート21は省略してもよい。
As shown in FIGS. 4 to 7, this joining step is a step of friction stir welding the first butt portion J1 and the second butt portion J2 using the first rotation tool FM and the second rotation tool FN, respectively. In this joining step, a holding step and a friction stir welding step are performed. In the holding step, the
挟持装置の保持部22とジャケット本体2及び封止体3A,3Bとは同期して回転又は平行移動する。つまり、当該挟持装置は、封止体3Aの表面3a及び封止体3Bの表面3aを保持部22,22でそれぞれ押圧し挟持した状態で、ジャケット本体2及び封止体3A,3Bを周方向に回転させるとともに、上下、左右及び前後方向に直線移動させることができる。
The holding
本接合工程では、図4及び図5に示すように、挟持装置(治具)を用いてジャケット本体2及び封止体3A,3Bを保持する保持工程を行う。そして、ロボットアームを操作して、第一突合せ部J1及び第二突合せ部J2を同時に摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程を行う。つまり、摩擦攪拌工程では、封止体3Aの表面3aに設定された開始位置SP1に右回転させた第一回転ツールFMを挿入して第一突合せ部J1の摩擦攪拌接合を行うとともに、封止体3Bの表面3aに設定された開始位置(図示省略)に左回転させた第二回転ツールFNを挿入して第二突合せ部J2の摩擦攪拌接合を行う。第一回転ツールFM及び第二回転ツールFNはジャケット本体2を挟んで同じ接合条件(ただし、回転方向を除く)で相対移動するため、ここでは、第一回転ツールFMを例示して説明する。
In this joining step, as shown in FIGS. 4 and 5, a holding step of holding the
摩擦攪拌工程では、図5に示すように、押入区間と、本区間と、離脱区間とを連続して摩擦攪拌を行う。押入区間は、封止体3Aの表面3a上に設定された開始位置SP1から同じく封止体3Aの表面3a上に設定された中間点S1までの区間である。本区間は、中間点S1から封止体3Aの表面3aの外縁部に沿って一周して中間点S1を通過した後、封止体3Aの表面3a上に設定された中間点S2まで至る区間である。離脱区間は、中間点S2から封止体3Aの表面3a上に設定された終了位置EP1までの区間である。中間点S1,S2は、封止体3Aの表面3aのうち、第一突合せ部J1に対応する位置に互いに離間して設定されている。また、開始位置SP1及び終了位置EP1は、封止体3Aの表面3aのうち、第一突合せ部J1に対応する位置よりも内側に設定されている。
In the friction stir welding step, as shown in FIG. 5, friction stir welding is continuously performed between the closet section, the main section, and the detachment section. The closet section is a section from the start position SP1 set on the
押入区間では、開始位置SP1に第一回転ツールFMの回転中心軸線Cが垂直となるように配置し、中間点S1に向けて相対移動させながら所定の深さとなるまで攪拌ピンF2を徐々に押入していく。第一回転ツールFMが中間点S1に達したら、そのまま本区間に移行する。第一回転ツールFMの移動軌跡には塑性化領域W1が形成される。押入区間から本区間に第一回転ツールFMを移行させる際には、途中で第一回転ツールFMが停止したり、移動速度が低下したりしないように、直線状又は円弧状に第一回転ツールFMを移動させることが好ましい。 In the closet section, the rotation center axis C of the first rotation tool FM is arranged so as to be perpendicular to the start position SP1, and the stirring pin F2 is gradually pushed in until it reaches a predetermined depth while moving relative to the intermediate point S1. I will do it. When the first rotation tool FM reaches the midpoint S1, the section shifts to this section as it is. A plasticized region W1 is formed in the movement locus of the first rotation tool FM. When shifting the first rotation tool FM from the closet section to this section, the first rotation tool FM should be linear or arcuate so that the first rotation tool FM does not stop or the movement speed decreases. It is preferable to move the FM.
本区間では、第一回転ツールFMの回転中心軸線Cと封止体3Aの表面3a及びジャケット本体2の端面11aとが垂直となるようにしつつ、所定の深さを維持した状態で、第一回転ツールFMを封止体3Aの表面3aの外縁部に沿って相対移動させて当該外縁部を一周させる。ここで、「所定の深さ」とは、本区間において中間点S1から一周させて中間点S2に達するまでの第一回転ツールFMの攪拌ピンF2を差し込む深さを言う。本実施形態では、図6に示すように、ショルダ部F1の底面F1aを封止体3Aの表面3aに接触させつつ、第一回転ツールFMの攪拌ピンF2の平坦面F3が、ジャケット本体2の端面11aに達するように設定している。
In this section, the first rotation tool FM is kept at a predetermined depth while the rotation center axis C of the first rotation tool FM, the
ジャケット本体2及び封止体3Aの角部においては、保持部22,22を回転させながら(若しくは、ロボットアームを移動させてもよい)第一回転ツールFMを相対移動させる。また、ジャケット本体2及び封止体3Aの辺部においては、保持部22,22及びロボットアームの少なくとも一方を移動させながら直線状に第一回転ツールFMを相対移動させる。
At the corners of the
本区間では、塑性化領域W1の始端と終端とをオーバーラップさせて第一回転ツールFMが中間点S2に達したら、そのまま離脱区間に移行する。本区間から離脱区間に第一回転ツールFMを移行させる際には、途中で第一回転ツールFMが停止したり、移動速度が低下したりしないように、平面視直線状又は円弧状に第一回転ツールFMを移動させることが好ましい。 In this section, when the start end and the end end of the plasticized region W1 overlap and the first rotation tool FM reaches the intermediate point S2, the section shifts to the detachment section as it is. When shifting the first rotation tool FM from this section to the departure section, the first rotation tool FM is first in a straight line or arc shape in a plan view so that the first rotation tool FM does not stop or the movement speed decreases in the middle. It is preferable to move the rotation tool FM.
離脱区間では、図7に示すように、中間点S2から終了位置EP1に相対移動させながら、攪拌ピンF2を徐々に引き抜いて終了位置EP1で離脱させる。 In the detachment section, as shown in FIG. 7, the stirring pin F2 is gradually pulled out while moving relative to the end position EP1 from the intermediate point S2, and is detached at the end position EP1.
本実施形態では、本区間において、攪拌ピンF2の先端の平坦面F3がジャケット本体2の端面11aに達するように設定したが、攪拌ピンF2を封止体3Aのみと接触させた状態で摩擦攪拌接合を行ってもよい。この場合は、攪拌ピンF2と封止体3Aとの摩擦熱によって第一突合せ部J1が塑性流動化して接合される。
In the present embodiment, in this section, the flat surface F3 at the tip of the stirring pin F2 is set to reach the
摩擦攪拌工程では、第一回転ツールFMの回転中心軸線Cと、第二回転ツールFNの回転中心軸Cとが実質的に一致するように両者の移動ルートを設定する。つまり、第一回転ツールFM及び第二回転ツールFNを用いて第一突合せ部J1及び第二突合せ部J2を同時に摩擦攪拌接合する。また、第一回転ツールFM及び第二回転ツールFNの回転速度、移動速度、挿入深さ等の接合条件も同一に設定する。ただし、第一回転ツールFMは、第一回転ツールFMの基端側から見て右回転させ、第二回転ツールFNは、第二回転ツールFNの基端側から見て左回転させる。なお、第一回転ツールFMを左回転させる場合は、第二回転ツールFNを右回転させる。 In the friction stir welding step, the movement routes of both are set so that the rotation center axis C of the first rotation tool FM and the rotation center axis C of the second rotation tool FN substantially coincide with each other. That is, the first butt portion J1 and the second butt portion J2 are simultaneously friction-stir welded using the first rotation tool FM and the second rotation tool FN. Further, the joining conditions such as the rotation speed, the moving speed, and the insertion depth of the first rotation tool FM and the second rotation tool FN are also set to be the same. However, the first rotation tool FM is rotated clockwise when viewed from the base end side of the first rotation tool FM, and the second rotation tool FN is rotated counterclockwise when viewed from the base end side of the second rotation tool FN. When rotating the first rotation tool FM counterclockwise, the second rotation tool FN is rotated clockwise.
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、枠状のジャケット本体2と封止体3A,3Bとを一対の保持部22で保持した状態でジャケット本体2及び封止体3A,3Bを回転又は平行移動させるため、保持作業は一度で済む。つまり、従来のようにクランプ作業を複数回行う必要が無い。また、本接合工程中に保持部22と第一回転ツールFM及び第二回転ツールFNとが干渉しない。つまり、ジャケット本体2と封止体3A,3Bとを位置決めするための治具が第一回転ツールFM及び第二回転ツールFNの移動の妨げにならず、開始位置SP1から終了位置EP1まで連続して摩擦攪拌接合を行うことができる。これにより、作業工数を減らすことができるとともに、第一回転ツールFM及び第二回転ツールFNを駆動させるための装置等の付帯設備を簡素なものとすることができ、液冷ジャケット1を低コストで製造することができる。
According to the method for manufacturing a liquid-cooled jacket according to the present embodiment described above, the
また、ショルダ部F1の底面F1aを封止体3A,3Bの表面3a,3aに接触させた状態で摩擦攪拌するため、バリの発生を抑制することができる。また、図6に示すように、フィン31の高さ寸法をジャケット本体2の高さ寸法と概ね同一に設定しているため、フィン31の先端が封止体3Aに当接する。これにより、封止体3A,3Bの変形を抑制することができる。また、フィン31を設けることで、液冷ジャケット1の熱交換効率を高めることができる。
Further, since the bottom surface F1a of the shoulder portion F1 is frictionally agitated in a state of being in contact with the
また、本実施形態のように、本接合工程において、第一回転ツールFMの攪拌ピンF2の平坦面(先端)F3がジャケット本体2に達するように第一回転ツールFMを挿入することが好ましい。また、本接合工程において、第二回転ツールFNの攪拌ピンF2の平坦面(先端)F3がジャケット本体2に達するように第二回転ツールFNを挿入することが好ましい。かかる製造方法よれば、第一突合せ部J1及び第二突合せ部J2における接合強度を高めることができる。
Further, as in the present embodiment, in the main joining step, it is preferable to insert the first rotation tool FM so that the flat surface (tip) F3 of the stirring pin F2 of the first rotation tool FM reaches the
また、本実施形態のように、本接合工程において、第一回転ツールFMの回転中心軸線Cと第二回転ツールFNの回転中心軸線Cとが実質的に一致するように、第一回転ツールFM及び第二回転ツールFNを相対移動させることが好ましい。かかる製造方法によれば、封止体3A,3Bを同時に接合することができるため、作業工数をより減らすことができる。また、第一回転ツールFM及び第二回転ツールFNの押圧力がジャケット本体2及び封止体3A,3Bに均等に作用するため、バランス良く接合することができる。
Further, as in the present embodiment, in the main joining step, the first rotation tool FM so that the rotation center axis C of the first rotation tool FM and the rotation center axis C of the second rotation tool FN substantially coincide with each other. And it is preferable to move the second rotation tool FN relative to each other. According to such a manufacturing method, the sealing
また、本実施形態のように、第一回転ツールFMを右回転させる場合には、第二回転ツールFNを左回転させ、第一回転ツールFMを左回転させる場合には、第二回転ツールFNを右回転させることが好ましい。かかる製造方法によれば、枠状のジャケット本体2の表裏で第一回転ツールFM及び第二回転ツールFNの回転方向が一致するため、ジャケット本体2と封止体3A,3Bとの位置ずれを防ぎ、接合精度を高めることができる。
Further, as in the present embodiment, when the first rotation tool FM is rotated clockwise, the second rotation tool FN is rotated counterclockwise, and when the first rotation tool FM is rotated counterclockwise, the second rotation tool FN is rotated. Is preferably rotated clockwise. According to this manufacturing method, the rotation directions of the first rotation tool FM and the second rotation tool FN match on the front and back sides of the frame-shaped
ここで、例えば、第一突合せ部J1に対応する封止体3Aの表面3a上に開始位置SP1を設定し、第一回転ツールFMを垂直に挿入して摩擦攪拌を行ってもよいが、この形態であると当該開始位置SP1に過大な摩擦熱が発生し、接合不良となるおそれがある。これに対し、本実施形態のように開始位置SP1を第一突合せ部J1よりも内側の封止体3Aの表面3a上に設定し、第一突合せ部J1に向けて攪拌ピンF2を相対移動させながら徐々に押入することで、第一突合せ部J1上で摩擦熱が過大になるのを防ぐことができる。
Here, for example, the start position SP1 may be set on the
同様に、第一突合せ部J1に対応する封止体3Aの表面3a上に終了位置EP1を設定し、当該終了位置EP1で回転ツールFを垂直に離脱させてもよいが、この形態であると終了位置EP1に過大な摩擦熱が発生し、接合不良となるおそれがある。これに対し、本実施形態のように終了位置EP1を第一突合せ部J1よりも内側の封止体3Aの表面3a上に設定し、攪拌ピンF2を相対移動させながら第一突合せ部J1から徐々に引き抜くことで、第一突合せ部J1上で摩擦熱が過大になるのを防ぐことができる。
Similarly, the end position EP1 may be set on the
また、本接合工程では、塑性化領域W1の始端と終端とをオーバーラップさせているため、液冷ジャケット1の気密性及び水密性を高めることができる。
Further, in this joining step, since the start end and the end end of the plasticized region W1 are overlapped, the airtightness and watertightness of the liquid-cooled
また、本接合工程では、第一回転ツールFM及び第二回転ツールFNの回転速度を一定としてもよいが、可変させてもよい。本接合工程の押入区間において、開始位置SP1における第一回転ツールFM及び第二回転ツールFNの回転速度をV1とし、本区間における第一回転ツールFM及び第二回転ツールFN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、本区間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。 Further, in this joining step, the rotation speeds of the first rotation tool FM and the second rotation tool FN may be constant, but may be changed. In the indentation section of this joining process, the rotation speed of the first rotation tool FM and the second rotation tool FN at the start position SP1 is V1, and the rotation speed of the first rotation tool FM and the second rotation tool FN in this section is V2. Then, V1> V2 may be set. The rotation speed V2 is a preset constant rotation speed in this section. That is, at the start position SP1, the rotation speed may be set high, and the rotation speed may be gradually reduced in the closet section to shift to the main section.
また、本接合工程の離脱区間において、本区間における第一回転ツールFM及び第二回転ツールFNの回転速度をV2、終了位置EP1において離脱させるときの第一回転ツールFM及び第二回転ツールFN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速度を上げながら封止体3A,3Bから第一回転ツールFM及び第二回転ツールFNを離脱させてもよい。第一回転ツールFM及び第二回転ツールFN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時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。
Further, in the detachment section of the main joining process, the rotation speeds of the first rotation tool FM and the second rotation tool FN in this section are set to V2, and the first rotation tool FM and the second rotation tool FN when the second rotation tool FN is detached at the end position EP1. Assuming that the rotation speed is V3, V3> V2 may be set. That is, after shifting to the detachment section, the first rotation tool FM and the second rotation tool FN may be detached from the sealing
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。例えば、本実施形態では複数のフィン31の全部を封止体3Aの裏面3bに接触させたが、複数のフィン31の一部の先端を封止体3Aの裏面3bに接触させた状態であってもよい。また、フィン31は省略してもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the design can be appropriately changed within a range not contrary to the gist of the present invention. For example, in the present embodiment, all of the plurality of
また、本接合工程では、本実施形態ではジャケット本体2の表裏で同時に摩擦攪拌接合を行ったが、別々に行ってもよい。また、ジャケット本体2の表裏で異なる回転ツールを用いて摩擦攪拌接合を行ってもよい。また、ジャケット本体2の表裏で、同一の回転ツールを用いて別々に摩擦攪拌接合を行ってもよい。
Further, in the present joining step, in the present embodiment, friction stir welding is performed simultaneously on the front and back surfaces of the
また、本実施形態では、開始位置SP1及び終了位置EP1を第一突合せ部J1(第二突合せ部J2)よりも内側に設定したが、第一突合せ部J1(第二突合せ部J2)に対応する封止体3A,3Bの表面3a,3a上に設定してもよい。この場合は、第一突合せ部J1(第二突合せ部J2)に対応する封止体3A,3Bの表面3a,3a上で第一回転ツールFM及び第二回転ツールFNを相対移動させつつ徐々に押入してもよい。また、第一突合せ部J1(第二突合せ部J2)に対応する封止体3A,3Bの表面3a,3a上で第一回転ツールFM及び第二回転ツールFNを相対移動させつつ徐々に引き抜いて離脱させてもよい。このようにすることで、第一突合せ部J1(第二突合せ部J2)に対応する封止体3A,3Bの表面3a,3a上の一点で摩擦熱が過大となるのを防ぐことができる。
Further, in the present embodiment, the start position SP1 and the end position EP1 are set inside the first butt portion J1 (second butt portion J2), but correspond to the first butt portion J1 (second butt portion J2). It may be set on the
1 液冷ジャケット
2 ジャケット本体
3A 封止体
3B 封止体
22 保持部
FM 第一回転ツール
FN 第二回転ツール
F1 ショルダ部
F2 攪拌ピン
J1 第一突合せ部
J2 第二突合せ部
SP1 開始位置
EP1 終了位置
1 Liquid-cooled
Claims (8)
摩擦攪拌で用いる第一回転ツール及び第二回転ツールは、ショルダ部を備え、前記ショルダ部の底面の中央から垂下する攪拌ピンを備えており、前記攪拌ピンは、先細りのテーパー状となっており、
前記ジャケット本体の両端面に前記封止体をそれぞれ載置することにより、前記ジャケット本体の一方の端面と一方の前記封止体の裏面とを重ね合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記ジャケット本体の他方の端面と他方の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、
回転する前記第一回転ツールの攪拌ピンを一方の前記封止体の表面から挿入し、前記攪拌ピンを一方の前記封止体、又は前記ジャケット本体及び一方の前記封止体に接触させつつ、前記ショルダ部の底面を一方の前記封止体の表面に接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って所定の深さで前記ジャケット本体の廻りに相対的に一周させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌するとともに、
回転する前記第二回転ツールの攪拌ピンを他方の前記封止体の表面から挿入し、前記攪拌ピンを他方の前記封止体、又は前記ジャケット本体及び他方の前記封止体に接触させつつ、前記ショルダ部の底面を他方の前記封止体の表面に接触させた状態で前記第二突合せ部に沿って所定の深さで前記ジャケット本体の廻りに相対的に一周させて前記第二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、一方の前記封止体の表面と他方の前記封止体の表面とを両外側から一対の保持部で押圧して保持しつつ、前記保持部を用いて前記ジャケット本体及び二枚の前記封止体を回転又は平行移動させて、前記ジャケット本体と二枚の前記封止体とを摩擦攪拌することを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。 A liquid that is composed of a frame-shaped jacket body and two sealing bodies that seal the openings on both sides of the jacket body, and joins the jacket body and the two sealing bodies by friction stir welding. It ’s a method of manufacturing cold jackets.
The first rotation tool and the second rotation tool used in friction stirring are provided with a shoulder portion, and are provided with a stirring pin that hangs down from the center of the bottom surface of the shoulder portion, and the stirring pin has a tapered shape. ,
By placing the encapsulants on both end faces of the jacket body, one end surface of the jacket body and the back surface of the one end of the encapsulant are overlapped to form a first butt portion, and the first butt portion is formed. A mounting step of superimposing the other end surface of the jacket body and the back surface of the other sealing body to form a second butt portion.
The stirring pin of the first rotating tool that rotates is inserted from the surface of one of the sealing bodies, and the stirring pin is brought into contact with one of the sealing bodies or the jacket body and one of the sealing bodies. In a state where the bottom surface of the shoulder portion is in contact with the surface of one of the sealing bodies, the first butt portion is made to make a relative circumference around the jacket body at a predetermined depth along the first butt portion. While rubbing and stirring
The stirring pin of the rotating second rotation tool is inserted from the surface of the other sealing body, and the stirring pin is brought into contact with the other sealing body or the jacket body and the other sealing body. In a state where the bottom surface of the shoulder portion is in contact with the surface of the other sealing body, the second butt portion is made to circulate relatively around the jacket body at a predetermined depth along the second butt portion. Including the main joining step of rubbing and stirring,
In the main joining step, while pressing and holding the surface of one of the sealing bodies and the surface of the other sealing body from both outer sides with a pair of holding portions, the jacket body and the jacket body and the jacket body are held by using the holding portions. A method for producing a liquid-cooled jacket, which comprises rotating or translating the two sealing bodies to frictionally stir the jacket body and the two sealing bodies.
前記本接合工程において、前記複数のフィンの少なくとも一部の先端を一方の前記封止体の裏面に接触させた状態で、前記ジャケット本体と二枚の前記封止体とを摩擦攪拌する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。 A plurality of fins are formed on the back surface of the other sealing body.
In the main joining step, the jacket body and the two sealing bodies are frictionally agitated with the tips of at least a part of the plurality of fins in contact with the back surface of one of the sealing bodies. The method for manufacturing a liquid-cooled jacket according to claim 1.
前記本接合工程において前記攪拌ピンを引き抜くとき、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攪拌ピンを終了位置まで相対移動させる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。 In the main joining step, the stirring pin is rotated at a predetermined rotation speed to perform frictional stirring.
Any of claims 1 to 6, wherein when the stirring pin is pulled out in the main joining step, the stirring pin is relatively moved to the end position while gradually increasing the rotation speed from the predetermined rotation speed. The method for manufacturing a liquid-cooled jacket according to item 1.
前記本接合工程において前記攪拌ピンを挿入するとき、前記所定の回転速度よりも高い速度で前記攪拌ピンを回転させ、徐々に回転速度を下げながら前記攪拌ピンを挿入する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。 In the main joining step, the stirring pin is rotated at a predetermined rotation speed to perform frictional stirring.
The claim is characterized in that when the stirring pin is inserted in the main joining step, the stirring pin is rotated at a speed higher than the predetermined rotation speed, and the stirring pin is inserted while gradually reducing the rotation speed. The method for manufacturing a liquid-cooled jacket according to any one of claims 1 to 7.
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