JP2021186857A - Liquid-cooled jacket manufacturing method - 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.
摩擦攪拌接合を利用した液冷ジャケットの製造方法が行われている。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。
A method for manufacturing a liquid-cooled jacket using friction stir welding is performed. For example,
特許文献1に係る発明では、回転ツールとジャケット本体の側面とを垂直にした状態で回転ツールをジャケット本体廻りに一周させるため、ジャケット本体と封止体とをクランプするための治具が回転ツールの移動の妨げになってしまう。これにより、例えば、エリアを分けて摩擦攪拌接合する必要があり、作業工数が増加して製造コストが高くなるという問題がある。また、液冷ジャケットには金属部材同士の接合強度をさらに高めることも望まれている。
In the invention according to
このような観点から、本発明は、液冷ジャケットの接合強度を高めることができるとともに、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, which can increase the bonding strength of the liquid-cooled jacket and can be manufactured at low cost.
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、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、前記先端側ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、前記先端側ピンは、その先端に前記回転ツールの回転中心軸線に垂直な平坦面を有し、前記平坦面から突出する突起部を備え、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部の端面と前記封止体の裏面とを突き合わせて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の表面から挿入し、前記平坦面を前記封止体のみに接触させつつ、前記突起部の先端面を前記周壁部に接触させるとともに、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、前記突合せ部に沿って所定の深さで前記周壁部の廻りに相対的に一周させて前記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、前記ジャケット本体の前記底部と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 comprises a jacket body having a bottom portion and a peripheral wall portion rising from the peripheral edge of the bottom portion, and a sealing body for sealing the opening of the jacket body, and the jacket body and the jacket body. A method for manufacturing a liquid-cooled jacket for joining the sealing body by frictional stirring, the rotary tool used for frictional stirring includes a proximal end side pin and a distal end side pin, and the taper angle of the proximal end side pin is set. It is larger than the taper angle of the tip end side pin, a stepped step portion is formed on the outer peripheral surface of the base end side pin, and the outer peripheral surface of the tip end side pin is inclined so as to be tapered. The tip end side pin has a flat surface perpendicular to the rotation center axis of the rotation tool at its tip, has a protrusion protruding from the flat surface, and mounts the sealing body on the jacket body. By doing so, the mounting step of forming the butt portion by abutting the end surface of the peripheral wall portion and the back surface of the sealing body and the tip end side pin of the rotating tool are inserted from the surface of the sealing body. While the flat surface is in contact with only the encapsulant, the tip surface of the protrusion is in contact with the peripheral wall portion, and the outer peripheral surface of the base end side pin is in contact with the surface of the encapsulant. The main joining step of rubbing and stirring the butt portion by making a relative rotation around the peripheral wall portion at a predetermined depth along the butt portion is included, and in the main joining step, the jacket body is said to be said. While pressing and holding the bottom portion and the surface of the sealing body from both outer sides with a pair of holding portions, the jacket body and the sealing body are rotated or moved in parallel using the holding portions to rotate or move in parallel with the jacket body. It is characterized by frictionally stirring with the sealed body.
かかる製造方法によれば、ジャケット本体と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回転ツールとが干渉しない。つまり、ジャケット本体と封止体とを位置決めするための治具が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、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、基端側ピンの外周面を封止体の表面に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うため、バリの発生を抑制することができる。
According to such a manufacturing method, since the jacket body and the sealing body are rotated or translated in a state where the jacket body and the sealing body are held by the pair of holding portions, it is not necessary to perform the clamping operation a plurality of times. In addition, the holding portion and the rotating tool do not interfere with each other during the main joining process. That is, the jig for positioning the jacket body and the sealing body does not hinder the movement of the rotating tool. As a result, the work man-hours can be reduced, and incidental equipment such as a device for driving the rotary tool can be simplified, and the liquid-cooled jacket can be manufactured at low cost. Further, since the friction stir welding is performed in a state where the outer peripheral surface of the base end side pin is in contact with the surface of the sealing body, the generation of burrs can be suppressed.
また、攪拌ピンの平坦面を封止体のみに接触させつつ、突起部の先端面を周壁部に接触させた状態で摩擦攪拌しているため、先端側ピンの突起部の周りで巻き上げられた塑性流動材は平坦面で押さえられ、突合せ部の酸化被膜を確実に分断することができる。これにより、突合せ部の接合強度を高めることができる。 Further, since the flat surface of the stirring pin is brought into contact with only the sealing body and the tip surface of the protruding portion is brought into contact with the peripheral wall portion, friction stirring is performed, so that the stirring pin is wound around the protruding portion of the tip side pin. The plastic fluid material is pressed by a flat surface, and the oxide film at the butt portion can be reliably separated. As a result, the joint strength of the butt portion can be increased.
また、基端側ピン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(封止体表面)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。 Further, since the plastic fluid material can be pressed on the outer peripheral surface of the base end side pin, the stepped concave groove formed on the joint surface (sealed body surface) can be reduced and formed on the side of the stepped concave groove. The bulging part to be formed can be eliminated or reduced.
また、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フィンの先端を前記ジャケット本体の底部に接触させた状態で、前記ジャケット本体と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 sealed body, and in the main joining step, the tips of at least a part of the fins of the plurality of fins are in contact with the bottom of the jacket body. It is preferable to frictionally stir the jacket body and the sealing body.
かかる製造方法によれば、フィンの先端がジャケット本体の底部に当接することで、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 the bottom of the jacket body, so that the deformation of the sealed body can be suppressed.
また、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回転ツールを終了位置まで相対移動させることが好ましい。 Further, in the main joining step, the tip side pin is rotated at a predetermined rotation speed to perform frictional stirring, and when the tip side pin is pulled out in the main joining step, the rotation speed is gradually higher than the predetermined rotation speed. It is preferable to move the rotation tool relative to the end position while raising.
また、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先端側ピンを回転させた状態で挿入し、徐々に回転速度を下げながら前記先端側ピンを挿入することが好ましい。 Further, in the main joining step, the tip side pin is rotated at a predetermined rotation speed to perform frictional stirring, and when the tip side pin is inserted in the main joining step, the tip side pin is inserted at a speed higher than the predetermined rotation speed. It is preferable to insert the tip side pin in a rotated state and insert the tip side pin while gradually reducing the rotation speed.
かかる製造方法によれば、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, a small pressing force at the time of inserting or detaching the rotating tool can be supplemented by the rotating 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、液冷ジャケットの接合強度を高めることができるとともに、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 bonding strength of the liquid-cooled jacket can be increased and 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。 An embodiment 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 opposite surface of 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回転ツールFについて説明する。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。先端側ピンF3の先端には、回転中心軸線Zに対して垂直であり、かつ、平坦な平坦面F4が形成されている。突起部F5は、平坦面F4の中央から下方に突出した部位である。突起部F5の形状は特に限定されないが、例えば円柱状となっている。平坦面F4と、突起部F5の側面と、で段差部が形成されている。 First, as shown in FIG. 1, the rotation tool F used in the method for manufacturing a liquid-cooled jacket according to the present embodiment will be described. The rotary tool F is made of, for example, tool steel, and is mainly composed of a base shaft portion F1, a base end side pin F2, and a tip end side pin F3. At the tip of the tip side pin F3, a flat flat surface F4 that is perpendicular to the rotation center axis Z and is flat is formed. The protrusion F5 is a portion of the flat surface F4 that protrudes downward from the center. The shape of the protrusion F5 is not particularly limited, but is, for example, a columnar shape. A stepped portion is formed by the flat surface F4 and the side surface of the protruding portion F5.
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。 The base shaft portion F1 has a columnar shape and is a portion connected to the main shaft of the friction stir welder. The base end side pin F2 is continuous with the base shaft portion F1 and is tapered toward the tip end. The proximal end side pin F2 has a truncated cone shape. The taper angle A of the base end side pin F2 may be appropriately set, but is, for example, 135 to 160 °. If the taper angle A is less than 135 ° or exceeds 160 °, the joint surface roughness after friction stir welding becomes large. The taper angle A is larger than the taper angle B of the tip side pin F3 described later.
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。回転ツールFを右回転させる場合、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。 As shown in FIG. 2, a stepped pin step portion F21 is formed on the outer peripheral surface of the base end side pin F2 over the entire height direction. The pin step portion F21 is formed in a clockwise or counterclockwise spiral shape. That is, the pin step portion F21 has a spiral shape when viewed in a plane and a step shape when viewed from a side surface. When the rotation tool F is rotated clockwise, the pin step portion F21 is set counterclockwise from the base end side to the tip end side.
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(ジャケット本体2及び封止体3)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。
When rotating the rotation tool F counterclockwise, it is preferable to set the pin step portion F21 clockwise from the base end side to the tip end side. As a result, the plastic fluid material is guided to the tip side by the pin step portion F21, so that the metal overflowing to the outside of the metal member to be joined (
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。 The height Y1 of the step side surface F21b may be appropriately set, but is set to, for example, 0.1 to 0.4 mm. If the height Y1 is less than 0.1 mm, the joint surface roughness becomes large. On the other hand, when the height Y1 exceeds 0.4 mm, the joint surface roughness tends to increase, and the number of effective step portions (the number of pin step portions F21 in contact with the metal member to be joined) also decreases.
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線Z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。 The step angle C formed by the step bottom surface F21a and the step side surface F21b may be appropriately set, but is set to, for example, 85 to 120 °. The step bottom surface F21a is parallel to the horizontal plane in this embodiment. The step bottom surface F21a may be inclined in the range of -5 ° to 15 ° with respect to the horizontal plane from the rotation center axis Z of the tool toward the outer peripheral direction (minus is downward with respect to the horizontal plane, plus is with the horizontal plane). On the other hand). The distance X1, the height Y1 of the step side surface F21b, the step angle C, and the angle of the step bottom surface F21a with respect to the horizontal plane are such that the plastic fluid material does not stay inside the pin step portion F21 and adhere to the outside during friction stir welding. The surface roughness of the joint is appropriately set so that the plastic fluid material can be pressed by the step bottom surface F21a to reduce the roughness of the joint surface.
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線Zに対して垂直な平坦面F4になっている。 As shown in FIG. 1, the distal end side pin F3 is continuously formed on the proximal end side pin F2. The tip side pin F3 has a truncated cone shape. The tip of the tip side pin F3 is a flat surface F4 perpendicular to the rotation center axis Z.
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、回転ツールFを右回転させる場合、基端側から先端側に向けて左回りに設定する。 The taper angle B of the tip end side pin F3 is smaller than the taper angle A of the proximal end side pin F2. As shown in FIG. 2, a spiral groove F31 is engraved on the outer peripheral surface of the tip side pin F3. The spiral groove F31 may be clockwise or counterclockwise, but when the rotation tool F is rotated clockwise, it is set counterclockwise from the proximal end side to the distal end side.
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。 When the rotation tool F is rotated counterclockwise, it is preferable to set the spiral groove F31 clockwise from the base end side to the tip end side. As a result, the plastic fluid material is guided to the tip side by the spiral groove F31, so that the metal overflowing to the outside of the metal member to be joined can be reduced. The spiral groove F31 is composed of a spiral bottom surface F31a and a spiral side surface F31b. The distance (horizontal distance) between the vertices F31c and F31c of the adjacent spiral grooves F31 is defined as the length X2. The height of the spiral side surface F31b is defined as the height Y2. The spiral angle D composed of the spiral bottom surface F31a and the spiral side surface F31b is formed at, for example, 45 to 90 °. The spiral groove F31 has a role of increasing frictional heat by coming into contact with the metal member to be joined and guiding the plastic fluid material to the tip side.
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。 The design of the rotation tool F can be changed as appropriate. FIG. 3 is a side view showing a first modification of the rotation tool of the present invention. As shown in FIG. 3, in the rotation tool FA according to the first modification, the step angle C formed by the step bottom surface F21a of the pin step portion F21 and the step side surface F21b is 85 °. The step bottom surface F21a is parallel to the horizontal plane. As described above, the step bottom surface F21a may be parallel to the horizontal plane, and the step angle C may be an acute angle as long as the plastic fluid material does not stay and adhere to the pin step portion F21 during friction stir welding. ..
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。 FIG. 4 is a side view showing a second modification of the rotation tool of the present invention. As shown in FIG. 4, in the rotation tool FB according to the second modification, the step angle C of the pin step portion F21 is 115 °. The step bottom surface F21a is parallel to the horizontal plane. As described above, the step bottom surface F21a is parallel to the horizontal plane, and the step angle C may be obtuse within the range that functions as the pin step portion F21.
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線Z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線Z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。 FIG. 5 is a side view showing a third modification of the rotation tool of the present invention. As shown in FIG. 5, in the rotation tool FC according to the third modification, the step bottom surface F21a is inclined upward by 10 ° with respect to the horizontal plane from the rotation center axis Z of the tool toward the outer peripheral direction. The step side surface F21b is parallel to the vertical surface. In this way, the step bottom surface F21a may be formed so as to incline above the horizontal plane from the rotation center axis Z of the tool toward the outer peripheral direction within the range in which the plastic fluid material can be pressed during friction stir welding. .. The same effect as that of the following embodiment can be obtained by the first to third modifications of the rotation tool described above.
本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。
As shown in FIG. 6, the liquid-cooled
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(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。
The
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。周壁部11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。底部10及び周壁部11で凹部13が形成されている。なお、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。
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、本実施形態ではアルミニウム合金を主に含んで形成されている。
The sealing body 3 is a plate-shaped member that seals the opening of the
封止体3の裏面3bには、裏面3bに対して垂直な複数の板状のフィン31が形成されている。フィン31の高さ寸法は周壁部11の高さ寸法と概ね同一になっている。
A plurality of plate-shaped
フィン31が形成された封止体3は、板状部材に複数のフィン31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。なお、本実施形態では、封止体3に複数のフィン31を設けたが、ジャケット本体2の底部10の表面10aに複数のフィン31を設けてもよい。また、フィン31は省略してもよい。
The sealing body 3 on which the
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。 Next, a method for manufacturing the liquid-cooled jacket according to the present embodiment will be described. In the method for manufacturing a liquid-cooled jacket according to the present embodiment, a preparation step, a mounting step, and a main joining step are performed.
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、素形材を切削加工して形成する。
The preparation step is a step of preparing the jacket
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、周壁部11の端面11aと、封止体3の裏面3bとが突き合わされて突合せ部J1が形成される。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。周壁部11の外側面11cと封止体3の側面3cとは周方向に亘って面一となる。また、フィン31の先端は、底部10の表面10aに当接するか、わずかな隙間をあけて対向する。なお、ジャケット本体2と封止体3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. 7, the mounting step is a step of mounting the sealing body 3 on the jacket
本接合工程は、図8〜図11に示すように、回転ツールFを用いて突合せ部J1を摩擦攪拌接合する工程である。本接合工程では、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3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と底部10との間、保持部22と封止体3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3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. 8 to 11, this joining step is a step of friction stir welding the butt portion J1 using the rotation tool F. 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3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、ジャケット本体2の底部10及び封止体3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3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
回転ツールFは、水平方向及び上下方向に移動可能な摩擦攪拌装置に取り付けてもよいし、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。 The rotation tool F may be attached to a friction stirring device that can move in the horizontal direction and the vertical direction, or may be attached to a robot arm having a rotation driving means such as a spindle unit at the tip.
本接合工程では、まず、図8及び図9に示すように、ジャケット本体2及び封止体3を
保持する保持工程を行い、挟持装置(治具)を用いてジャケット本体2及び封止体3を保持する。そして、挟持装置を操作して、封止体3の表面3aに設定された開始位置SP1に右回転する回転ツールFを挿入して摩擦攪拌工程を行う。摩擦攪拌工程では、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。
In this joining step, first, as shown in FIGS. 8 and 9, a holding step of holding the
押入区間は、封止体3の表面3a上に設定された開始位置SP1から同じく封止体3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から周壁部11を一周して封止体3の表面3aの外縁部に沿って移動して中間点S1を通過した後、封止体3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3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3の表面3aのうち、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3の表面3aのうち、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。
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に回転ツールFの回転中心軸線Z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先端側ピンF3を徐々に押入していく。回転ツールFが中間点S1に達したら、そのまま本区間に移行する。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。押入区間から本区間に回転ツールFを移行させる際には、途中で回転ツールF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回転ツールFを移動させることが好ましい。 In the closet section, the rotation center axis Z of the rotation tool F is arranged so as to be perpendicular to the start position SP1, and the tip side pin F3 is gradually pushed in until it reaches a predetermined depth while moving relative to the intermediate point S1. To go. When the rotation tool F reaches the intermediate point S1, the section shifts to this section as it is. A plasticized region W1 is formed in the movement locus of the rotation tool F. When shifting the rotation tool F from the closet section to this section, move the rotation tool F in a straight line or arc shape in a plan view so that the rotation tool F does not stop or the movement speed does not decrease in the middle. Is preferable.
本区間では、回転ツールFの回転中心軸線Zと封止体3の表面3a及び周壁部11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、回転ツールFを封止体3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に達するまでの回転ツールFの先端側ピンF3を差し込む深さを言う。
In this section, the rotation tool F is used while maintaining a predetermined depth while keeping the rotation center axis Z of the rotation tool F and the
図10に示すように、本実施形態では、基端側ピンF2の外周面と封止体3の表面3aとを接触させるとともに、先端側ピンF3の平坦面F4が封止体3のみに接触しつつ、突起部F5の先端面が周壁部11に接触するように所定の深さを設定している。ジャケット本体2及び封止体3の角部においては、保持部22,22(ジャケット本体2及び封止体3)を回転させながら回転ツールFを相対移動させる。また、ジャケット本体2及び封止体3の直線部においては、保持部22(ジャケット本体2及び封止体3)を直線的に移動させながら回転ツールFを相対移動させる。
As shown in FIG. 10, in the present embodiment, the outer peripheral surface of the base end side pin F2 is brought into contact with the
本区間では、先端側ピンF3を封止体3の表面3aの側から突合せ部J1まで挿入して、先端側ピンF3を周壁部11及び封止体3に接触させて、平坦面F4を封止体3のみに接触させつつ、突起部F5の先端面を周壁部11に接触させるとともに、基端側ピンF2の外周面を封止体3の表面に接触させた状態で、突合せ部J1を摩擦攪拌する。また、本区間では、封止体3の表面3aの突合せ部J1に対応する位置において塑性化領域W1の始端と終端とをオーバーラップさせて回転ツールF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回転ツールFを移行させる際には、途中で回転ツールF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回転ツールFを移動させることが好ましい。離脱区間では、図11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、先端側ピンF3を徐々に引き抜いて終了位置EP1で離脱させる。
In this section, the tip side pin F3 is inserted from the side of 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、ジャケット本体2と封止体3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3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。つまり、保持部22,22でジャケット本体2及び封止体3を保持した後は、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。
According to the method for manufacturing a liquid-cooled jacket according to the present embodiment described above, the
また、本実施形態によれば、本接合工程中に保持部22と回転ツールFとが干渉しない。つまり、ジャケット本体2と封止体3とを位置決めするための治具が回転ツールF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、回転ツールF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。
Further, according to the present embodiment, the holding
また、本実施形態によれば、攪拌ピンF2の平坦面F3を封止体3のみに接触させつつ、突起部F4の先端面を周壁部11に接触させた状態で摩擦攪拌している。これにより、先端側ピンF3の突起部F5の周りで巻き上げられた塑性流動材は平坦面F4で押さえられるため、突合せ部J1の酸化被膜を確実に分断することができる。これにより、突合せ部J1の接合強度を高めることができる。
Further, according to the present embodiment, the flat surface F3 of the stirring pin F2 is in contact with only the sealing body 3, and the tip surface of the protrusion F4 is in contact with the
また、本実施形態では、封止体3の裏面3bには、複数のフィン31が形成されており、本接合工程において、複数のフィン31の少なくとも一部の先端をジャケット本体2の底部10に接触させた状態で、ジャケット本体2と封止体3とを摩擦攪拌する。これにより、フィン31の先端がジャケット本体2の底部10に当接することで、封止体3の変形を抑制することができる。なお、ジャケット本体2の底部10の表面10aに複数のフィン31を設けた場合には、本接合工程において、複数のフィン31の少なくとも一部の先端を封止体3の裏面3bに接触させた状態で、ジャケット本体2と封止体3とを摩擦攪拌する。これにより、フィン31の先端が封止体3の裏面3bに当接することで、封止体3の変形を抑制することができる。
Further, in the present embodiment, a plurality of
また、本接合工程では、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摩擦攪拌接合を行うため、塑性流動材を押さえることができ、バリの発生を抑制することができる。
Further, in this joining step, since friction stir welding is performed in a state where the outer peripheral surface of the base end side pin F2 is in contact with the
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。
Further, since the plastic fluid material can be pressed on the outer peripheral surface of the base end side pin F2, the stepped groove formed on the joint surface (
ここで、封止体3の表面3aにおいて突合せ部J1に対応する位置に開始位置SP1を設定し、回転ツールF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を封止体3の表面3aの突合せ部J1に対応する位置よりも内側に設定し、突合せ部J1に向けて先端側ピンF3を相対移動させながら徐々に押入することで、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, the start position SP1 may be set at a position corresponding to the butt portion J1 on the
同様に、封止体3の表面3aにおいて突合せ部J1に対応する位置に終了位置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を封止体3の表面3aの突合せ部J1に対応する位置よりも内側に設定し、先端側ピンF3を相対移動させながら突合せ部J1から徐々に引き抜くことで、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 at a position corresponding to the butt portion J1 on the
また、本接合工程では、封止体3の表面3aの突合せ部J1に対応する位置において塑性化領域W1の始端と終端とをオーバーラップさせているため、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 at the position corresponding to the butt portion J1 of the
また、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。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とし、本区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、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 speed of the rotation tool F may be constant or variable. In the intrusion section of the main joining step, if the rotation speed of the rotation tool F at the start position SP1 is V1 and the rotation speed of the rotation tool F in this section is V2, V1> V2 may be satisfied. The rotation speed V2 is a predetermined 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速度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, if the rotation speed of the rotation tool F in this section is V2 and the rotation speed of the rotation tool F at the end position EP1 is V3 in the detachment section of the main joining step, V3> V2 may be satisfied. That is, after shifting to the detachment section, the rotation tool F may be detached from the sealing body 3 while gradually increasing the rotation speed toward the end position EP1. By setting as described above when the rotary tool F is pushed into or detached from the sealing body 3, the small pressing force in the indentation section or the detaching section can be supplemented by the rotation speed. Therefore, friction stir welding can be preferably performed.
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、本接合工程では、回転ツールFの位置を摩擦攪拌装置に対して変位させないように設定し、保持部22,22(ジャケット本体2及び封止体3)を移動させて摩擦攪拌接合を行ってもよい。また、例えば、回転ツールFをロボットアームに取り付けた場合は、当該ロボットアームとジャケット本体2及び封止体3(保持部22,22)とを両者とも移動させて摩擦攪拌接合を行ってもよい。また、フィン31は全て一定の高さとする必要はなく、複数のフィン31のうち少なくとも一部のフィン31が底部10の表面10a又は封止体3の裏面3bに当接するようにしてもよい。
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 this joining step, the position of the rotary tool F is set so as not to be displaced with respect to the friction stir welding device, and the holding
また、本実施形態では、開始位置SP1及び終了位置EP1を突合せ部J1よりも内側に設定したが、突合せ部J1に対応する封止体3の表面3a上に設定してもよい。この場合は、突合せ部J1に対応する封止体3の表面3a上で回転ツールFを相対移動させつつ徐々に押入してもよい。また、突合せ部J1に対応する封止体3の表面3a上で回転ツールF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、突合せ部J1に対応する封止体3の表面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 butt portion J1, but they may be set on the
1 液冷ジャケット
2 ジャケット本体
3 封止体
10 底部
11 周壁部
11a 端面
22 保持部
F 回転ツール
F2 基端側ピン
F3 先端側ピン
F4 平坦面
F5 突起部
J1 突合せ部
SP1 開始位置
EP1 終了位置
W1 塑性化領域
1 Liquid-cooled
Claims (4)
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、
前記先端側ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、前記先端側ピンは、その先端に前記回転ツールの回転中心軸線に垂直な平坦面を有し、前記平坦面から突出する突起部を備え、
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部の端面と前記封止体の裏面とを突き合わせて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の表面から挿入し、前記平坦面を前記封止体のみに接触させつつ、前記突起部の先端面を前記周壁部に接触させるとともに、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、前記突合せ部に沿って所定の深さで前記周壁部の廻りに相対的に一周させて前記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、前記ジャケット本体の前記底部と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 jacket body having a bottom portion and a peripheral wall portion rising from the peripheral edge of the bottom portion and a sealing body that seals an opening of the jacket body, and joins the jacket body and the sealing body by friction stir welding. It ’s a method of manufacturing a cold jacket.
The rotation tool used for friction stir welding is equipped with a base end side pin and a tip end side pin.
The taper angle of the proximal end side pin is larger than the taper angle of the distal end side pin, and a stepped step portion is formed on the outer peripheral surface of the proximal end side pin.
The outer peripheral surface of the tip-side pin is inclined so as to be tapered, and the tip-side pin has a flat surface at its tip perpendicular to the rotation center axis of the rotation tool, and a protrusion protruding from the flat surface. With a part
A mounting step of forming a butt portion by mounting the sealing body on the jacket body so that the end surface of the peripheral wall portion and the back surface of the sealing body are abutted against each other.
The tip side pin of the rotating tool is inserted from the surface of the encapsulation body, and the tip surface of the protrusion is brought into contact with the peripheral wall portion while the flat surface is in contact with only the encapsulation body. With the outer peripheral surface of the base end side pin in contact with the surface of the sealing body, the butt portion is rubbed by making a relative circumference around the peripheral wall portion at a predetermined depth along the butt portion. Including the main joining step of stirring,
In the main joining step, the bottom of the jacket body and the surface of the sealing body are pressed and held by a pair of holding portions from both outer sides, and the jacket body and the sealing body are held by using the holding portions. A method for manufacturing a liquid-cooled jacket, which comprises rotating or translating the jacket body and frictionally stirring the jacket body and the sealing body.
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フィンの先端を前記ジャケット本体の底部に接触させた状態で、前記ジャケット本体と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 sealing body.
The claim is characterized in that, in the main joining step, the jacket body and the sealing body are frictionally agitated in a state where the tips of at least a part of the fins of the plurality of fins are in contact with the bottom of the jacket body. Item 2. 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先端側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回転ツール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又は請求項2に記載の液冷ジャケットの製造方法。 In the main joining step, the tip side pin is rotated at a predetermined rotation speed to perform frictional stirring.
The first or second aspect of the present invention is characterized in that when the tip end side pin is pulled out, the rotation tool 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 the description.
前記本接合工程において前記先端側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先端側ピンを回転させた状態で挿入し、徐々に回転速度を下げながら前記先端側ピンを挿入す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。 In the main joining step, the tip side pin is rotated at a predetermined rotation speed to perform frictional stirring.
When inserting the tip side pin in the main joining step, the tip side pin is inserted in a state of being rotated at a speed higher than the predetermined rotation speed, and the tip side 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 3, wherein the liquid-cooled jacket is manufactured.
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