JP5725098B2 - Manufacturing method of liquid cooling jacket - Google Patents
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Description
本発明は、液冷ジャケットの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a liquid cooling jacket.
近年、パーソナルコンピュータに代表される電子機器は、その性能が向上するにつれて、搭載されるCPU(熱発生体)の発熱量が増大し、CPUの冷却が益々重要になっている。従来、CPUを冷却するために、空冷ファン方式のヒートシンクが使用されてきたが、ファン騒音や、空冷方式での冷却限界といった問題がクローズアップされるようになり、次世代冷却方式として、液冷ジャケットが注目されている。 In recent years, as the performance of electronic devices typified by personal computers has improved, the amount of heat generated by a CPU (heat generating body) mounted has increased, and cooling of the CPU has become increasingly important. Conventionally, air-cooled fan type heat sinks have been used to cool CPUs, but problems such as fan noise and cooling limit in air-cooled systems have come to be highlighted. The jacket is drawing attention.
このような液冷ジャケットにおいて、構成部材同士を摩擦攪拌接合(FSW=Friction Stir Welding)によって接合した技術が特許文献1で開示されている。摩擦攪拌接合とは、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合部に沿って移動させ、回転ツールと金属部材との摩擦熱により突合部の金属を塑性流動させることで、金属部材同士を固相接合させるものである。特許文献1の液冷ジャケットは、たとえば、金属製フィンを収容するフィン収容室を有するジャケット本体と、フィン収容室を封止する封止体とを備えており、フィン収容室(凹部)を取り囲むジャケット本体の周壁と封止体との突合部に沿って摩擦攪拌接合することで液冷ジャケットを製造するように構成されている。
In such a liquid cooling jacket,
しかしながら、従来のジャケット本体は、金属製のブロックを切削加工してフィン収容室(凹部)を形成しているため、ジャケット本体の製造加工に多くの手間と時間を要するとともに、多くの材料ロスが発生してしまう問題があった。 However, since the conventional jacket body cuts a metal block to form the fin housing chamber (recess), the manufacturing process of the jacket body requires a lot of labor and time, and a lot of material loss occurs. There was a problem that would occur.
そこで、本発明は、液冷ジャケットの加工の簡略化と時間短縮を図れるとともに、材料ロスを低減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。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a liquid cooling jacket capable of simplifying the processing of the liquid cooling jacket and shortening the time and reducing material loss.
前記課題を解決するための手段として、本発明は、複数の開口部を有するジャケット本体に、複数の前記開口部を封止する封止体を固定して構成され、その内部に熱発生体が発生する熱を外部に輸送する熱輸送流体が流れ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を、両面に複数の前記開口部を有する金属製の枠構造体にて構成し、複数の前記開口部の開口周縁部に、前記ジャケット本体の表面から厚さ方向に一段下がった段差底面からなる支持面を、複数の前記開口部に跨るように面一で形成し、前記ジャケット本体の両面に固定される封止体のうち少なくとも一方の内表面に、フィンを立設しておき、前記支持面に、複数の前記開口部を覆うように前記封止体を載置して、前記ジャケット本体の段差側面と前記封止体の外周面とを突き合わせるとともに、隣り合う前記開口部同士を区画する区画壁の上面と前記封止体の下面とを重ね合わせ、前記ジャケット本体の前記段差側面と前記封止体の外周面との突合部の全周に沿って摩擦攪拌接合用の回転ツールを移動させて塑性化領域を形成し、前記区画壁の上面と前記封止体の下面との重合部に沿って前記回転ツールを移動させて塑性化領域を形成するに際し、前記回転ツールを前記突合部と前記重合部に沿って一つの移動軌跡で連続的に移動させ、前記突合部の接合および前記重合部の接合を連続して行うとともに、一の前記重合部における前記回転ツールの移動軌跡が重複せずに一本となるように前記回転ツールを移動させることを特徴とする液冷ジャケットの製造方法である。 As means for solving the above-mentioned problems, the present invention is configured by fixing a sealing body that seals the plurality of openings to a jacket main body having a plurality of openings, and a heat generating body is provided therein. A manufacturing method of a liquid cooling jacket in which a heat transport fluid for transporting generated heat to the outside flows, wherein the jacket body is constituted by a metal frame structure having a plurality of openings on both sides, wherein the opening edge of the opening, a support surface composed of one step lower step bottom from the surface in the thickness direction of the jacket body, formed flush to span a plurality of said openings, both sides of the jacket body on at least one inner surface of the sealing body to be secured to, leave upright fins, on the supporting surface, by placing the sealing member so as to cover a plurality of the opening, the jacket The step side surface of the main body and the sealing body The upper surface of the partition wall partitioning the adjacent openings and the lower surface of the sealing body are overlapped with each other, and the step side surface of the jacket body and the outer peripheral surface of the sealing body A rotating tool for friction stir welding is moved along the entire circumference of the abutting portion to form a plasticized region, and the rotating tool is moved along the overlapping portion of the upper surface of the partition wall and the lower surface of the sealing body When forming the plasticized region, the rotating tool is continuously moved along the abutting portion and the overlapping portion along one moving locus, and the joining of the abutting portion and the overlapping portion are continuously performed. And a method for manufacturing a liquid cooling jacket, wherein the rotation tool is moved so that the movement trajectory of the rotation tool in one overlapping portion is not overlapped.
このような方法によれば、従来のジャケット本体の製造加工と比較して切削加工を削減することができるので、加工の簡略化と時間短縮を図れるとともに、材料ロスを低減できる。また、枠構造体の両面の開口部に封止体を固定することで、フィン収容室を容易に形成することができる。さらに、枠構造体の両面において、回転ツールを一周させて塑性化領域を形成するので、ジャケット本体の摩擦熱による歪を抑えることができる。また、封止体と熱輸送流体との接触面積が増えて、効率的な熱伝達を行うことができるとともに、ジャケット本体内で熱輸送流体の流路壁を形成でき、効率的な熱輸送流体の流れを形成することができる。 According to such a method, cutting can be reduced as compared with the conventional manufacturing process of the jacket body, so that the processing can be simplified and the time can be shortened, and the material loss can be reduced. Moreover, a fin accommodating chamber can be easily formed by fixing a sealing body to the opening part of both surfaces of a frame structure. Further, since the plasticizing region is formed by rotating the rotary tool on both sides of the frame structure, distortion due to frictional heat of the jacket body can be suppressed. In addition, the contact area between the sealing body and the heat transport fluid can be increased, so that efficient heat transfer can be performed, and the channel wall of the heat transport fluid can be formed in the jacket body, so that the efficient heat transport fluid can be formed. Flow can be formed.
そして、本発明は、複数の開口部を有するジャケット本体に、複数の前記開口部を封止する封止体を固定して構成され、その内部に熱発生体が発生する熱を外部に輸送する熱輸送流体が流れ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を、両面に複数の前記開口部を有する金属製の枠構造体にて構成し、複数の前記開口部の開口周縁部に、前記ジャケット本体の表面から厚さ方向に一段下がった段差底面からなる支持面を、複数の前記開口部に跨るように面一で形成し、前記ジャケット本体の両面に固定される封止体のうち少なくとも一方の内表面に、フィンを立設しておき、前記支持面に、複数の前記開口部を覆うように封止体を載置して、前記ジャケット本体の段差側面と前記封止体の外周面とを突き合わせるとともに、隣り合う前記開口部同士を区画する区画壁の上面と前記封止体の下面とを重ね合わせ、前記ジャケット本体の前記段差側面と前記封止体の外周面との突合部の全周に沿って摩擦攪拌接合用の回転ツールを移動させて塑性化領域を形成し、前記区画壁の上面と前記封止体の下面との重合部に沿って前記回転ツールを移動させて塑性化領域を形成するに際し、前記突合部の接合を完了した後に、前記重合部の接合を別工程として行うとともに、前記重合部の接合において、摩擦攪拌接合用の回転ツールの挿入位置を前記突合部から外側に外れたジャケット本体の周壁の上面に設定するとともに、当該回転ツールの引抜位置を前記挿入位置とは反対側で前記突合部から外側に外れたジャケット本体の周壁の上面に設定し、一の前記重合部における当該回転ツールの移動軌跡が重複せずに一本となるように当該回転ツールを移動させることを特徴とする液冷ジャケットの製造方法である。 And this invention is comprised by fixing the sealing body which seals the said several opening part to the jacket main body which has several opening part, and transports the heat | fever which a heat generating body generate | occur | produces in the inside to the exterior A manufacturing method of a liquid cooling jacket through which a heat transport fluid flows, wherein the jacket main body is formed of a metal frame structure having a plurality of openings on both sides, and is formed on an opening peripheral edge of the plurality of openings. A sealing surface that is formed on the same surface so as to straddle a plurality of the openings, and is fixed to both surfaces of the jacket body. Fins are erected on at least one of the inner surfaces, a sealing body is placed on the support surface so as to cover the plurality of openings, and the step side surface of the jacket body and the sealing body While matching the outer peripheral surface of The upper surface of the partition wall that partitions the openings and the lower surface of the sealing body are overlapped, and along the entire circumference of the abutting portion between the step side surface of the jacket body and the outer peripheral surface of the sealing body. A rotating tool for friction stir welding is moved to form a plasticized region, and the rotating tool is moved along the overlapping portion of the upper surface of the partition wall and the lower surface of the sealing body to form the plasticized region. At the time, after completing the joining of the abutting portion, the overlapping portion is joined as a separate process, and in the joining of the overlapping portion, the insertion position of the rotary tool for friction stir welding is removed from the abutting portion. In addition to setting the upper surface of the peripheral wall of the jacket body, the pulling position of the rotary tool is set on the upper surface of the peripheral wall of the jacket body that is outside the abutting portion on the side opposite to the insertion position, This A liquid cooling jacket manufacturing method, wherein a moving locus of the rotary tool to move the rotary tool so as to be one without overlapping.
このような方法によれば、従来のジャケット本体の製造加工と比較して切削加工を削減することができるので、加工の簡略化と時間短縮を図れるとともに、材料ロスを低減できる。また、枠構造体の両面の開口部に封止体を固定することで、フィン収容室を容易に形成することができる。また、封止体と熱輸送流体との接触面積が増えて、効率的な熱伝達を行うことができるとともに、ジャケット本体内で熱輸送流体の流路壁を形成でき、効率的な熱輸送流体の流れを形成することができる。 According to such a method, cutting can be reduced as compared with the conventional manufacturing process of the jacket body, so that the processing can be simplified and the time can be shortened, and the material loss can be reduced. Moreover, a fin accommodating chamber can be easily formed by fixing a sealing body to the opening part of both surfaces of a frame structure. In addition, the contact area between the sealing body and the heat transport fluid can be increased, so that efficient heat transfer can be performed, and the channel wall of the heat transport fluid can be formed in the jacket body, so that the efficient heat transport fluid can be formed. Flow can be formed.
また、本発明は、前記回転ツールを前記開口部に対して右回りに移動させるときは、前記回転ツールを右回転させ、前記回転ツールを前記開口部に対して左回りに移動させるときは、前記回転ツールを左回転させることを特徴とする。 Further, in the present invention, when the rotation tool is moved clockwise with respect to the opening, the rotation tool is rotated clockwise, and when the rotation tool is moved counterclockwise with respect to the opening, The rotation tool is rotated leftward.
このような方法によれば、回転ツールの被接合部に対する相対速度が早くなるシアー側が厚肉のジャケット本体側に位置する。このため、空洞欠陥が発生したとしても、ジャケット本体側であって突合部よりも外側位置の離反した部分(シアー側)に発生することとなり、熱輸送流体が外部に漏れにくくなるので、接合部の密閉性能を低下させることはない。 According to such a method, the shear side where the relative speed of the rotating tool with respect to the bonded portion is increased is located on the thick jacket body side. For this reason, even if a cavity defect occurs, it will occur on the jacket main body side and at a part separated from the abutting part (shear side), and the heat transport fluid will be difficult to leak to the outside. The sealing performance is not reduced.
さらに、本発明は、前記ジャケット本体の前記支持面および前記段差側面および前記封止体の周縁部および前記外周面を面削加工して平坦にした後、脱脂して表面の油脂を除去することを特徴とする。 Further, according to the present invention, the support surface and the step side surface of the jacket main body and the peripheral portion and the outer peripheral surface of the sealing body are chamfered and flattened, and then degreased to remove oil on the surface. It is characterized by.
また、本発明は、前記フィンを、互いに平行配置された複数枚のカッタにて金属製ブロックを切削加工して形成することを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the fin is formed by cutting a metal block with a plurality of cutters arranged in parallel to each other.
このような方法によれば、複数のフィンを一度の加工でまとめて形成できるので、加工の時間と手間を短縮できる。 According to such a method, since a plurality of fins can be formed together by one processing, the processing time and labor can be shortened.
さらに、本発明は、前記回転ツールで前記塑性化領域を形成する工程に先立って、前記突合部の一部を前記回転ツールよりも小型の仮接合用回転ツールを用いて仮接合することを特徴とする。 Furthermore, the present invention is characterized in that, prior to the step of forming the plasticized region with the rotary tool, a part of the abutting portion is temporarily joined using a temporary joining rotary tool smaller than the rotary tool. And
このような方法によれば、ジャケット本体と封止体とを仮接合することによって、摩擦攪拌接合(以下「本接合」と言う場合がある)の際に、封止体が移動することがなく、接合しやすくなるとともに、封止体の位置決め精度が向上する。また、仮接合用回転ツールが本接合用の回転ツールよりも小さいので、本接合用の回転ツールを、仮接合部分の上で移動させて摩擦攪拌するだけで、本接合が仕上げられる。 According to such a method, by temporarily joining the jacket body and the sealing body, the sealing body does not move during friction stir welding (hereinafter sometimes referred to as “main joining”). And it becomes easy to join and the positioning accuracy of a sealing body improves. Further, since the temporary welding rotary tool is smaller than the main welding rotary tool, the main welding can be completed only by moving the main welding rotary tool on the temporary bonding portion and performing frictional stirring.
また、本発明は、前記回転ツールの挿入位置に、下穴を形成することを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that a pilot hole is formed at an insertion position of the rotary tool.
このような方法によれば、回転ツールを押し込む際の負荷を低減できる。 According to such a method, the load at the time of pushing in the rotating tool can be reduced.
さらに、本発明は、前記枠構造体が、矩形枠状を呈しており、直線状の金属部材の端面を、隣接する直線状の他の金属部材の側面に突き合わせ、前記金属部材同士の突合部に沿って回転ツールを移動させ塑性化領域を形成して接合することで構成されることを特徴とする。 Further, according to the present invention, the frame structure has a rectangular frame shape, the end surface of the linear metal member is butted against the side surface of another adjacent linear metal member, and the butted portion between the metal members It is comprised by moving a rotation tool along and forming a plasticization area | region and joining.
このような方法によれば、大型のジャケット本体を容易に形成できるとともに、接合部の気密性および水密性の高い枠構造体を形成することができる。 According to such a method, a large-sized jacket main body can be easily formed, and a frame structure with high airtightness and watertightness of the joint can be formed.
本発明によれば、液冷ジャケットの加工の簡略化と時間短縮を図れるとともに、材料ロスを低減できるといった優れた効果を発揮する。 According to the present invention, it is possible to simplify the processing of the liquid cooling jacket and to shorten the time, and to exhibit an excellent effect that the material loss can be reduced.
以下、本発明の実施形態について、図面を適宜参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する第1〜第5の実施形態は参考実施形態であり、第6の実施形態が本発明に係る実施形態である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with appropriate reference to the drawings. The first to fifth embodiments described below are reference embodiments, and the sixth embodiment is an embodiment according to the present invention.
(第1実施形態)
まず、第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法によって形成された液冷ジャケットについて説明する。液冷ジャケットは、例えば、パーソナルコンピュータ等の電子機器に搭載される冷却システムの構成部品であって、CPU(熱発生体)等を冷却する部品である。液冷システムは、CPUが所定位置に取り付けられる液冷ジャケットと、熱輸送流体(冷却水)が輸送する熱を外部に放出するラジエータ(放熱手段)と、熱輸送流体を循環させるマイクロポンプ(熱輸送流体供給手段)と、温度変化による熱輸送流体の膨張/収縮を吸収するリザーブタンクと、これらを接続するフレキシブルチューブと、熱を輸送する熱輸送流体とを主に備えている。熱輸送流体は、熱発生体であるCPU(図示せず)が発生する熱を外部に輸送する。熱輸送流体としては、例えば、エチレングリコール系の不凍液が使用される。そして、マイクロポンプが作動すると、熱輸送流体がこれら機器を循環するようになっている。
(First embodiment)
First, the liquid cooling jacket formed by the method for manufacturing a liquid cooling jacket according to the first embodiment will be described. The liquid cooling jacket is a component of a cooling system mounted on an electronic device such as a personal computer, for example, and is a component that cools a CPU (heat generator) and the like. The liquid cooling system includes a liquid cooling jacket in which a CPU is mounted at a predetermined position, a radiator (heat dissipating means) that releases heat transported by a heat transport fluid (cooling water), and a micropump (heat) that circulates the heat transport fluid. It mainly includes a transport fluid supply means), a reserve tank that absorbs expansion / contraction of the heat transport fluid due to temperature change, a flexible tube that connects these, and a heat transport fluid that transports heat. The heat transport fluid transports heat generated by a CPU (not shown), which is a heat generator, to the outside. As the heat transport fluid, for example, an ethylene glycol antifreeze is used. When the micropump is activated, the heat transport fluid circulates through these devices.
液冷ジャケットは、その下方側の中央に、熱拡散シート(図示せず)を介してCPU(図示せず)が取り付けられるようになっており、CPUが発生する熱を受熱すると共に、内部を流通する熱輸送流体と熱交換する。これによって、液冷ジャケットは、CPUから受け入れた熱を熱輸送流体に伝達し、その結果として、CPUを効率的に冷却する。なお、熱拡散シートは、CPUの熱を、液冷ジャケットに効率的に伝達させるためのシートであり、例えば、銅などの高熱伝導性を有する金属から形成されている。 The liquid cooling jacket is configured such that a CPU (not shown) is attached to the center of the lower side via a heat diffusion sheet (not shown), receives the heat generated by the CPU, and Exchanges heat with circulating heat transport fluid. Thereby, the liquid cooling jacket transfers the heat received from the CPU to the heat transport fluid, and as a result, the CPU is efficiently cooled. The thermal diffusion sheet is a sheet for efficiently transferring the heat of the CPU to the liquid cooling jacket, and is formed of a metal having high thermal conductivity such as copper, for example.
図1に示すように、液冷ジャケット1は、ジャケット本体10と、ジャケット本体10の表裏両面に固定される封止体30とを備えており、その内部に熱輸送流体が流れるように構成されている。
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、ジャケット本体10は、金属製の枠構造体から構成されており、その内側に内空部11を有している。内空部11は、ジャケット本体10の厚さ方向に貫通して延在している。ジャケット本体10は、その両面に内空部11の開口部12,12をそれぞれ備えている。開口部12は、ジャケット本体10の内空部11の厚さ方向両側端部分で構成されている。
As shown in FIG. 2, the
図2および図4に示すように、ジャケット本体(枠構造体)10は、平面視長方形の矩形枠状を呈しており、四つの直線状の金属部材20を組み合わせて形成されている。金属部材20は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されている。これにより、ジャケット本体10は軽量化が達成されており、取り扱い容易となっている。複数の金属部材20は、長辺を構成する長尺直方体状の金属部材20(以下、「20a」と表示する場合がある)と、短辺を構成する長尺直方体状の金属部材20(以下、「20b」と表示する場合がある)とから構成されている。そして、長辺を構成する長尺直方体状の金属部材20aの長手方向の端面を、これに隣接して短辺を構成する長尺直方体状の金属部材20bの側面に突き合わせた後に、その突合部21に沿って回転ツール(図示せず)を移動させて塑性化領域43を形成することで、金属部材20a,20b同士が接合されている。なお、金属部材20,20同士の接合位置関係は前記の関係に限定されるものではなく、短辺を構成する長尺直方体状の金属部材20bの長手方向の端面を、長辺を構成する長尺直方体状の金属部材20aの側面に突き合わせて接合するようにしてもよい。
As shown in FIGS. 2 and 4, the jacket main body (frame structure) 10 has a rectangular frame shape that is rectangular in plan view, and is formed by combining four
図2に示すように、金属部材20,20同士を接合する摩擦攪拌接合は、ジャケット本体10の表裏両面から施されている。表面側から形成された塑性化領域43の先端部(深さ方向最深部)と、裏面側から形成された塑性化領域43の先端部とは、互いに重合している。これによって、金属部材20,20同士の突合部21の厚さ全体に亘って摩擦攪拌が行われて塑性化領域43が形成されていることとなる。なお、本明細書中における「塑性化領域」とは、回転ツールの摩擦熱によって加熱されて現に塑性化している状態と、回転ツールが通り過ぎて常温に戻った状態の両方を含むこととする。
As shown in FIG. 2, the friction stir welding for joining the
ジャケット本体10の周壁を構成する金属部材20のうち、互いに対向する一対の金属部材20b,20bには、内空部11に熱輸送流体を流通させるための貫通孔16,16がそれぞれ形成されている。貫通孔16,16は、本実施形態では、金属部材20b,20bの対向方向(図2中、X軸方向)に延在しており、円形断面を有するとともに、ジャケット本体10の厚さ方向中間部に形成されている。なお、貫通孔16の形状、数および形成位置は、これに限られるものではなく、熱輸送流体の種類や流量に応じて適宜変更可能である。
Among the
ジャケット本体10の開口部12の周縁部(以下、「開口周縁部」という)12aには、ジャケット本体10の表面から厚さ方向に一段下がった段差底面からなる支持面15aが形成されている。ジャケット本体10の表面と支持面15aとの高低差は、封止体30の厚さ寸法T1(図6参照)と同じ寸法H1(図6参照)に設定されている。支持面15aは、封止体30を支持する面であって、封止体30の周縁部30aが支持面15aに当接するように、封止体30がジャケット本体10に設置されている。
A
支持面15aは、ジャケット本体10の表裏両面の開口周縁部12aに形成されており、ジャケット本体10の表裏両面において、封止体30の周縁部30aが支持面15aに当接するように、封止体30が設置されている。
The
封止体30は、ジャケット本体10の段差側面15bと同じ外周形状(本実施形態では長方形)を有する板状の蓋板部31と、蓋板部31の片面に設けられた複数のフィン32,32…とを備えて構成されている。フィン32は、封止体30の表面積を大きくするために設けられている。
The sealing
複数のフィン32,32…は、互いに平行で且つ蓋板部31に対して直交して配置されており、蓋板部31と一体に構成されている。これにより、蓋板部31とフィン32,32…との間において、熱が良好に伝達するようになっている。図2および図3に示すように、フィン32,32…は、貫通孔16,16が形成された金属部材20b,20bの長手方向と直交する方向(図2中、X軸方向)に延在するように配置されている。フィン32は、支持面15aからジャケット本体10の厚さ方向中間部までの距離と略同等の突出寸法(図2中、Z軸方向長さ)を有しており、その先端部が対向する封止体30の先端面と当接あるいは近接するようになっている(図3参照)。これによって、一対の封止体30がジャケット本体10に取り付けられた状態で、封止体30の蓋板部31と、隣り合うフィン32,32とでX軸方向に延びる空間が区画され、その空間が、熱輸送流体が流れる流路33(図3および図5の(a)参照)として機能することとなる。また、フィン32,32…は、金属部材20aの長さ寸法よりも短い長さ寸法(図2中、X軸方向長さ)を有しており、その長手方向両端は、金属部材20b,20bの内側面とそれぞれ所定の間隔を隔てるように構成されている。フィン32,32…の端部と、金属部材20bとの間の空間は、流路33と貫通孔16とを繋ぐ流路ヘッダ部34(図3および図5の(a)参照)を構成する。
The plurality of
封止体30もジャケット本体10と同様に、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されている。これにより、液冷ジャケット1は軽量化が達成されており、取り扱い容易となっている。封止体30は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成された金属製ブロックを切削加工することで蓋板部31とフィン32を形成して作製されている。フィン32は、互いに平行配置された複数枚のカッタにて切削加工することで形成されている。これにより、複数のフィン32を一度の加工でまとめて形成できるので、加工の時間と手間を短縮できる。なお、封止体30の作製方法はこれに限定されるものではなく、例えば、蓋板部31と複数のフィン32,32…からなる断面形状を有する部材を、押出成形または溝加工によって形成し、そのフィン32の両端部を取り除くことによって作製してもよい。
The sealing
図1および図3に示すように、封止体30は、ジャケット本体10の両面の開口部12,12(図1では片面のみ図示)にそれぞれ設置され、開口部12と封止体30との突合部40(図1参照)に沿って回転ツール50(図6参照)を一周させて塑性化領域41を形成することで、封止体30がジャケット本体10に固定されている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the sealing
次に、以上のような構成の液冷ジャケット1の製造方法を説明する。まず、図4を参照して、ジャケット本体10の形成方法を説明する。
Next, a method for manufacturing the
図4の(a)に示すように、金属部材20a,20b同士を摩擦攪拌によって接合するには、直方体形状を呈するブロック状の金属部材接合用第一タブ部材61(以下、単に「第一タブ部材」という)および金属部材接合用第二タブ部材62(以下、単に「第二タブ部材」という)が用いられる。第一タブ部材61および第二タブ部材62は、金属部材20a,20b同士の突合部21を、ジャケット本体10の内周側と外周側から挟むように配置されるものである。
As shown in FIG. 4A, in order to join the
なお、第一タブ部材61および第二タブ部材62の材質に特に制限はないが、本実施形態では、金属部材20と同一組成の金属材料で形成している。また、第一タブ部材61および第二タブ部材62の形状・寸法にも特に制限はないが、本実施形態では、その厚さ寸法を突合部21における金属部材20の厚さ寸法と同一としている。
In addition, although there is no restriction | limiting in particular in the material of the
ジャケット本体10を製造するに際しては、まず、接合すべき四つの金属部材20,20・・を平面視長方形枠状に配置し、短辺を構成する金属部材20bの端部の側面に、長辺を構成する金属部材20aの端面を密着させて突き合せる。なお、金属部材20,20同士を突き合わせる前に、突合面を、面削加工して平坦にした後、脱脂して表面の油脂を除去しておくのが好ましい。このようにしておけば、金属部材20,20同士が隙間なく密着し、さらに突合面から油等の有機物や水分を取り除くことができるので、塑性化領域に有機物の残渣や分解ガスが混入するのを防止することができ、摩擦攪拌接合の接合性が向上する。
When the
その後、金属部材20bの端部側面と、金属部材20aの端面とで構成される各突合部21,21・・の両側に第一タブ部材61と第二タブ部材62をそれぞれ配置する。また、第一タブ部材61および第二タブ部材62を、溶接により金属部材20a,20bに仮固定する。
Then, the
そして、金属部材20,20・・、第一タブ部材61および第二タブ部材62を図示せぬ摩擦攪拌装置の架台に載置し、クランプ等の図示せぬ治具を用いて移動不能に拘束する。そして、小型の仮接合用回転ツール(図示せず)を、第一タブ部材61と金属部材20の外周面との突合部63、金属部材20,20同士の突合部21、第二タブ部材62と金属部材20の内周面との突合部64の順に一筆書きの移動軌跡(図示せず)を形成するように適宜移動させて、突合部63,16,64に対して連続して摩擦攪拌を行って仮接合する。
Then, the
その後、第一タブ部材61の適所に開始位置65を設定し、この開始位置65に図示しない本接合用回転ツール(図示せず)の攪拌ピンが挿入される下穴(図示せず)を形成する。開始位置65は、第一タブ部材61の表面で、突合部21の延長線上に設定されている。下穴は、本接合用回転ツールの攪拌ピンの挿入抵抗(圧入抵抗)を低減する目的で設けられるものである。下穴の形成方法に制限はなく、例えば、図示せぬ公知のドリルを回転挿入することで形成することができる。
Thereafter, a
下穴の形成が終了したら、突合部21を本格的に接合する本接合を実行する。本接合は、仮接合用回転ツールよりも大径の本接合用回転ツールを使用し、まず、仮接合された状態の突合部21に対してジャケット本体10の表面側から摩擦攪拌を行う。第一タブ部材61上の開始位置65に形成した下穴に本接合用回転ツールの攪拌ピンを回転させながら挿入(圧入)し、挿入した攪拌ピンを突合部21側に向かって移動させる。突合部21の一端(外周側)まで摩擦攪拌を行ったら、そのまま本接合用回転ツールを突合部21に突入させ、突合部21に沿って摩擦攪拌を行う。そして突合部21の他端(内周側)まで本接合用回転ツールを移動させたら、摩擦攪拌を継続しながら、第二タブ部材62上を金属部材20bから離反する方向に本接合用回転ツールを斜めに移動させ、そのまま第二タブ部材62上の適所に設定された終了位置66に向けて移動させる。
When the formation of the pilot hole is completed, the main joining is performed to join the
本接合用回転ツールが終了位置66に達したら、本接合用回転ツールを回転させつつ上昇させて攪拌ピンを終了位置66から離脱させる。このとき終了位置66において攪拌ピンを上方に離脱させると、攪拌ピンと略同形の引抜穴67が不可避的に形成されることになるが、本実施形態では、そのまま残置する。
When the main welding rotating tool reaches the
以上の工程を、四箇所の各突合部21,21・・でそれぞれ行い、金属部材20,20・・を枠状に接合する。
The above process is performed at each of the four abutting
その後、各摩擦攪拌で発生したバリを除去し、さらに、金属部材20,20・・を裏返し、裏面(図示せず)を上にする。そして、前記と同様の工程で下穴形成および本接合を実行する。裏面の本接合における摩擦攪拌は、このとき、表面側からの摩擦攪拌にて形成された表側の塑性化領域43に、本接合用回転ツールの攪拌ピンを入り込ませるようにして行う。これによって、突合部21には、表面側から形成された塑性化領域43と、裏面側から形成された塑性化領域43(図3参照)の底部同士が互いに重合するように形成される。
Then, the burr | flash which generate | occur | produced by each friction stirring is removed, Furthermore, the
以上のように、表面側および裏面側からの本接合が終了したら、第一タブ部材61および第二タブ部材62を切除する。これによって、四つの金属部材20が、矩形枠状に組み付けられて、内周側に内空部11が形成される。そして、その表裏両面に内空部11の開口部12(図2参照)が形成されることとなる。
As described above, when the main joining from the front surface side and the back surface side is completed, the
なお、本実施形態では、開始位置65を第一タブ部材61上に設定し、終了位置66を第二タブ部材62上に設定しているが、これに限定されるものではなく、開始位置と終了位置とを反対に設定してもよい。
In this embodiment, the
その後、図4の(b)に示すように、開口周縁部12aを、所定深さ切削して、支持面15aを形成する。支持面15aの形成方法に制限はなく、例えば、公知のフライス加工等によって切削して形成することができる。また、支持面15aの形成と前後して、互いに対向する一対の金属部材20b,20bに、貫通孔16,16(図2参照)を形成する。貫通孔16の形成方法に制限はなく、例えば、公知のドリルによって切削して形成することができる。以上の工程によって、ジャケット本体10が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 4B, the opening
次に、ジャケット本体10に、封止体30を摩擦攪拌接合によって固定する方法について、図5および図6を参照して説明する。
Next, a method of fixing the sealing
まず、ジャケット本体10と封止体30とが互いに接触する接触面(ジャケット本体10の支持面15aおよび段差側面15bや、封止体30の周縁部30aおよび外周面30b等)を、面削加工して平坦にした後、脱脂して表面の油脂を除去する。このようにしておけば、ジャケット本体10と封止体30とが隙間なく密着し、さらに接合面から油等の有機物や水分を取り除くことができるので、塑性化領域に有機物の残渣や分解ガスが混入するのを防止することができ、摩擦攪拌接合の接合性が向上する。
First, a contact surface (a
その後、図5の(a)に示すように、封止体30を、フィン32が下側になるようにして、ジャケット本体10の内空部11に挿入して、封止体30の周縁部30aを、支持面15a上に載置する。すると、ジャケット本体10の段差側面15bと、封止体30の外周面30bとが突き合わされ、突合部40が構成される。
Thereafter, as shown in FIG. 5A, the sealing
続いて、ジャケット本体10と封止体30とを接合するための回転ツール50(図6参照)の挿入位置53に下穴54(図4の(b)参照)を形成する。この下穴54は、後の工程における接合用回転ツール50の攪拌ピン52(図6参照)の挿入抵抗(圧入抵抗)を低減する目的で設けられるものである。下穴54の形成方法に制限はなく、例えば、図示せぬ公知のドリルを回転挿入することで形成することができる。また、下穴54の形成のタイミングもこれに限定されるものではなく、支持面15aを形成する前に形成してもよいし、支持面15aの形成後で封止体30を支持面15a上に設置する前に形成してもよい。
Subsequently, a pilot hole 54 (see FIG. 4B) is formed at the
次に、摩擦攪拌接合用の回転ツール50を挿入位置53に挿入した後、突合部40に移動させ、その後引き続き、この突合部40に沿って移動させる。このとき、ジャケット本体10の外周面に、ジャケット本体10を四方向から囲む治具(図示せず)を予め当てておくのが好ましい。これによれば、金属部材20の厚さが薄く、回転ツール50のショルダー部51(図6参照)の外周面と、ジャケット本体10の外周面との距離(隙間)が、例えば、2.0mm以下であっても、回転ツール50の押圧力によってジャケット本体10が外側に変形しにくくなる。なお、金属部材20の厚さが厚い場合は、前記の治具は設置しなくてもよい。
Next, after the
回転ツール50は、ジャケット本体10や封止体30よりも硬質の金属材料からなり、図6に示すように、円柱状を呈するショルダー部51と、このショルダー部51の下端面に突設された攪拌ピン(プローブ)52とを備えて構成されている。回転ツール50の寸法・形状は、ジャケット本体10および封止体30の材質や厚さ等に応じて設定すればよい。本実施形態では、攪拌ピン52は、下部が縮径した円錐台形状を呈しており、その突出長さ寸法L1は、封止体30の蓋板部31の厚さ寸法T1以上となっている。そして、摩擦攪拌接合時には、攪拌ピン52の先端が支持面15aを突き抜けるように、回転ツール50を押し込む。回転ツール50の回転速度は、例えば、500〜15000(rpm)、送り速度は、例えば、0.05〜2(m/分)で、突合部40を押さえる押込み力は、例えば、1〜20(kN)程度で、ジャケット本体10および封止体30の材質や板厚および形状に応じて適宜選択される。
The
以下に、回転ツール50の動きを具体的に説明する。まず、回転ツール50を回転させながら挿入位置53に挿入する。回転ツール50の挿入位置53は、図5の(a)に示すように、突合部40から外側に外れた金属部材20の上面となっている。このとき、回転ツール50の挿入位置53には、予め下穴54(図4の(b)参照)が形成されているので、回転ツール50を押し込む際の負荷を低減することができ、また、回転ツール50の挿入時間(押込み時間)を短縮できる。
Hereinafter, the movement of the
その後、回転ツール50を、挿入位置53から突合部40へ向けて移動させる。そして、その軸芯が突合部40の突合面上に位置したならば、回転ツール50が突合部40に沿って移動するように移動方向を変更する。このとき、回転ツール50の回転方向(自転方向)は、移動方向(公転方向)と同じ方向となるようにする。すなわち、本実施形態では、回転ツール50をジャケット本体10の開口部12に対して右回りに移動させている(図5の(a)中、矢印Y1参照)ので、回転ツール50を右回転させる(図5の(a)中、矢印Y2参照)。なお、回転ツール50を開口部12に対して左回りに移動させるときは、回転ツール50を左回転させることとなる。
Thereafter, the
このようにすることによって、突合部40の内側の封止体30側が回転ツール50のフロー側50a(被接合部に対する回転ツール50の外周の相対速さが、回転ツール50の外周における接線速度の大きさから移動速度の大きさを減算した値となる側)となり、外側のジャケット本体10が回転ツール50のシアー側50b(被接合部に対する回転ツール50の外周の相対速さが、回転ツール50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)となる。すなわち、被接合部に対する回転ツール50の相対速さは、ジャケット本体10側が大きく、封止体30側が小さくなる。
By doing in this way, the sealing
その後、回転ツール50の回転および移動を継続し、図5の(b)に示すように、回転ツール50を封止体30の周りを一周させて塑性化領域41を形成する。このとき、回転ツール50は、突合部40に沿って一周させた後、一周目の始端54aから一定距離進んだ部分(終端54b)を含む始端部に沿ってさらに移動させる。これによって、回転ツール50の一周目における始端54aと終端54bとがオーバーラップして、塑性化領域41の一部が重複するようになっている。ここで、「塑性化領域」とは、回転ツール50の摩擦熱によって加熱されて現に塑性化している状態と、回転ツール50が通り過ぎて常温に戻った状態の両方を含むこととする。
Thereafter, the rotation and movement of the
そして、回転ツール50の周回移動が終了したならば、回転ツール50を塑性化領域41(突合部40)から外側に外れたジャケット本体10の金属部材20の上面へと移動させ、その位置で、回転ツール50を引き抜く。このように、回転ツール50の引抜位置55が、突合部40から外側に外れた位置となっているので、攪拌ピン52の引抜穴56が突合部40に形成されることはない。これにより、ジャケット本体10と封止体30との接合性をさらに高めることができる。なお、金属部材20の上面の引抜穴56は、溶接金属を埋める等の加工を行って補修してもよい。
Then, when the circular movement of the
その後、摩擦攪拌で発生したバリを除去し、さらに、ジャケット本体10を裏返し、裏面(図示せず)を上にする。そして、前記と同様の工程で下穴形成および本接合を実行する。
Then, the burr | flash which generate | occur | produced by friction stirring is removed, Furthermore, the jacket
以上のように、ジャケット本体10の表面側および裏面側で、回転ツール50をジャケット本体10の開口部12の周囲で、突合部40に沿って移動させて摩擦攪拌接合を行い、ジャケット本体10に封止体30を固定することで、内部に熱輸送流体が流れる液冷ジャケット1が形成される。
As described above, the
本実施形態に係る液冷ジャケット1の製造方法によれば、ジャケット本体10を枠構造体にて構成しているので、従来のように金属製のブロックを切削加工してフィン収容室(凹部)を形成しなくても済む。このように多くの手間を要する凹部の切削加工がないので、加工の簡略化と時間短縮を図れるとともに、材料ロスを低減することができる。
According to the manufacturing method of the
また、ジャケット本体10(枠構造体)の両面の開口部12に封止体30を固定することで、内部に流路33となる空間を容易に形成することができ、貫通孔16を介して熱輸送流体を流すことができる。
In addition, by fixing the sealing
回転ツール50を移動させながら回転するに際して、回転ツール50を開口部12に対して右回りに移動させるときは右回転させ、回転ツール50を開口部12に対して左回りに移動させるときは左回転させることによって、回転ツール50の被接合部に対する相対速さが大きくなるシアー側50bが厚肉のジャケット本体10側に位置する。シアー側50bでは、回転ツール50の被接合部に対する相対速さが大きいので、メタル流動量が多くなり、フロー側50aよりも高温になり易く、空洞欠陥が発生する場合がある。しかし、空洞欠陥が発生したとしても、ジャケット本体10側であって、突合部40よりも外側位置(シアー側50b)の熱輸送流体の流路33から離反した部分に発生することとなり、熱輸送流体が外部に漏れにくくなるので、接合部の密閉性能を低下させることはない。
When the
また、回転ツール50の周回移動における始端54aと終端54bとがオーバーラップして、塑性化領域41の一部が重複しているので、開口周縁部12aにおいて、塑性化領域41が途切れる部分がない。したがって、ジャケット本体10と封止体30とを良好に接合することができるので、接合部の密閉性能を向上させることができ、熱輸送流体が外部に漏れにくくなる。
In addition, since the
さらに、封止体30の内表面に、フィン32が立設されているので、熱輸送流体が流れるジャケット本体10の内空部11において、封止体30と熱輸送流体との接触面積が増えて、効率的な熱伝達を行うことができる。これとともに、ジャケット本体10の内空部11でフィン32が壁の役目を果たして流路33を区画形成できるので、熱輸送流体の流れ方向が統一され、効率的な熱輸送流体の流れを形成することができる。
Furthermore, since the
また、本実施形態では、ジャケット本体10を構成する枠構造体が、矩形枠状を呈しており、直線状の金属部材20aの端面を、隣接する直線状の他の金属部材20bの側面に突き合わせて、金属部材20a,20b同士の突合部21に沿って回転ツールを移動させ塑性化領域43を形成して接合することで形成されているので、各辺の長さや厚さを自由に設定することができる。これによって、大型のジャケット本体10を容易に形成できる。また、摩擦攪拌によって金属部材20a,20b同士を接合しているので、接合部の気密性および水密性の高い枠構造体を形成することができる。特に、ジャケット本体10の表裏両面から形成された塑性化領域43,43の底部が互いに重合しているので、気密性および水密性がさらに向上している。
Moreover, in this embodiment, the frame structure which comprises the jacket
(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について、図7を参照して説明する。
(Second Embodiment)
Next, the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated with reference to FIG.
かかる実施形態は、図7の(a)に示すように、第1実施形態の回転ツール50で塑性化領域41(図7の(b)参照)を形成する工程に先立って、ジャケット本体10の開口部12の開口周縁部12aと封止体30の周縁部30aとの突合部40の一部を回転ツール50よりも小型の仮接合用回転ツール60を用いて仮接合することを特徴とする。仮接合を行った後に、回転ツール50を用いて第1実施形態と同様の本接合を行う(図7の(b)参照)。なお、第1実施形態と同様の構成は、同じ符号を付してその説明を省略する。
In this embodiment, as shown in FIG. 7A, prior to the step of forming the plasticized region 41 (see FIG. 7B) with the
仮接合用回転ツール60は、回転ツール50の攪拌ピン52よりも小径の攪拌ピン(図示せず)を備えており、形成される塑性化領域45は、後の工程で回転ツール50によって形成される塑性化領域41(図7の(b)参照)の幅よりも小さい幅を有することとなる。これによって、仮接合における塑性化領域45は、塑性化領域41で完全に覆われることとなるので、塑性化領域45に残った仮接合用回転ツール60の引抜穴および塑性化領域45の跡が残らない。
The temporary joining
本実施形態では、第1実施形態と同様に、突合部40が正方形(矩形環状)を呈しており、仮接合用回転ツール60で突合部40を仮接合する工程において、突合部40の一方の対角44a,44b同士を先に仮接合した後に、他方の対角44c,44d同士を仮接合するようになっている。このような順序で仮接合することで、封止体30をバランスよくジャケット本体10に仮接合することができ、封止体30のジャケット本体10に対する位置決め精度が向上するとともに、封止体30の変形を防止できる。また、封止体30の仮接合を行ったことによって、回転ツール50による本接合時の封止体30のズレを防止でき、接合部の密閉性能をより一層向上させることができる。
In the present embodiment, as in the first embodiment, the abutting
(第3実施形態)
次に、第3実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について、図8を参照して説明する。
(Third embodiment)
Next, the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 3rd Embodiment is demonstrated with reference to FIG.
かかる実施形態は、図8の(a)に示すように、第1実施形態の回転ツール50で塑性化領域41(図8の(b)参照)を形成する工程に先立って、ジャケット本体10の開口部12の開口周縁部12aと封止体30の周縁部30aとの突合部40の一部を回転ツール50よりも小型の仮接合用回転ツール60を用いて仮接合することを特徴とする。ここでの仮接合は、第2実施形態が、正方形の突合部40の角部を摩擦攪拌接合しているのに対して、各辺の中間部を摩擦攪拌接合することによって直線状に行われている。具体的には、突合部40が正方形(矩形環状)を呈しており、仮接合用回転ツール60で突合部40を仮接合する工程において、突合部40の一方の対辺46,46の中間部46a,46b同士を先に仮接合した後に、他方の対辺47,47の中間部47a,47b同士を仮接合するようになっている。このとき仮接合用回転ツール60で形成される塑性化領域48は、それぞれ同じ長さの直線状になるようになっている。
In this embodiment, as shown in FIG. 8A, prior to the step of forming the plasticized region 41 (see FIG. 8B) with the
本実施形態では、前記のような順序で仮接合することで、封止体30をバランスよくジャケット本体10に仮接合することができ、封止体30のジャケット本体10に対する位置決め精度が向上するとともに、封止体30の変形を防止できる。また、封止体30の仮接合を行ったことによって、回転ツール50による本接合時の封止体30のズレを防止できる。さらに、本実施形態によれば、仮接合の摩擦攪拌接合が直線状であるので、仮接合用回転ツール60を直線的に移動させるだけでよく、加工が容易である。
In this embodiment, by temporarily joining in the order as described above, the sealing
(第4実施形態)
次に、第4実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について、図9乃至図11を参照して説明する。
(Fourth embodiment)
Next, the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 4th Embodiment is demonstrated with reference to FIG. 9 thru | or FIG.
かかる実施形態は、図9に示すように、ジャケット本体110(図10参照)を構成する枠構造体110aが、矩形枠状の断面形状を有する押出形材120を切断して形成されていることを特徴とする。押出形材120は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されている。これにより、ジャケット本体110は軽量化が達成され、取り扱い容易となる。押出形材120は、内部に中空部を有する長尺筒状を呈しており、その断面形状がジャケット本体110の平面形状と同じ形状となっている。そして、押出形材120を、その長手方向(押出方向)にジャケット本体110の厚さ寸法の間隔をあけて、切断することで、ジャケット本体10を構成する枠構造体110aが形成される。そして、押出形材120の中空部が、ジャケット本体110の内空部11を構成する。
In this embodiment, as shown in FIG. 9, the
枠構造体110aを形成した後、図10に示すように、枠構造体110aの内空部11の開口部12の開口周縁部12aを、所定深さ切削して、支持面15aを形成する。この支持面15aは、第1実施形態と同様に、枠構造体110aの両面に形成する。支持面15aは、本実施形態ではリーマー(図示せず)を用いて形成されている。これによって、表面が平滑な支持面15aおよび段差側面15bが形成される。リーマーを用いて支持面15aを形成しているので、その外周コーナー部は円弧状に形成されている。これに伴って封止体130の外周コーナー部も円弧状に形成されている。また、本実施形態では、押出形材120から枠構造体110a(図9参照)を形成しているので、ジャケット本体110は、第1実施形態と比較して小さいものとなり、その厚さ寸法も小さい。したがって、封止体130は、平板状に形成されている。なお、本実施形態では、封止体130にフィンは設けられていないが、フィンを設けた封止体を排除する趣旨ではない。
After forming the
支持面15aの形成と前後して、枠構造体110aの互いに対向する一対の周壁14,14に、貫通孔16,16を形成する。以上の工程によって、ジャケット本体110が形成される。
Before and after the formation of the
ジャケット本体110が形成されたなら、ジャケット本体110と封止体130とが互いに接触する接触面(ジャケット本体110の支持面15aおよび段差側面15bや、封止体130の周縁部30aおよび外周面30b等)を、面削加工して平坦にした後、脱脂して表面の油脂を除去する。
If the jacket
その後、図11の(a)に示すように、封止体130の周縁部30aを、支持面15a上に載置する。すると、ジャケット本体110の段差側面15bと、封止体130の外周面30bとが突き合わされ、突合部40が構成される。
Thereafter, as shown in FIG. 11A, the
そして、突合部40から外側に外れたジャケット本体110の上面に設定された挿入位置53に下穴(図示せず)を形成し、回転ツール50を回転させながら挿入位置53に挿入する。
Then, a pilot hole (not shown) is formed at the
その後、回転ツール50を、挿入位置53から突合部40へ向けて移動させる。そして、その軸芯が突合部40の突合面上に位置したならば、回転ツール50が突合部40に沿って移動するように移動方向を変更する。このとき、回転ツール50の回転方向(自転方向)は、第1実施形態と同様に移動方向(公転方向)と同じ方向となるようにする。具体的には、本実施形態では、回転方向(図11中、矢印Y2参照)、移動方向(図11中、矢印Y1参照)はともに右回りである。
Thereafter, the
その後、回転ツール50の回転および移動を継続し、図11の(b)に示すように、回転ツール50を開口部12の周りを一周させて塑性化領域41を形成する。このとき、回転ツール50は、突合部40に沿って一周させた後、一周目の始端54aから一定距離進んだ部分(終端54b)を含む始端部に沿って移動させる。これによって、回転ツール50の一周目における始端54aと終端54bとがオーバーラップして、塑性化領域41の一部が重複するようになっている。
Thereafter, the rotation and movement of the
そして、回転ツール50の周回移動が終了したならば、回転ツール50を塑性化領域41(突合部40)から外側に外れたジャケット本体110の上面へと移動させ、その位置(引抜位置55)で、回転ツール50を引き抜く。
When the circular movement of the
その後、摩擦攪拌で発生したバリを除去し、さらに、ジャケット本体10を裏返し、裏面(図示せず)を上にする。そして、前記と同様の工程で下穴形成および本接合を実行する。以上の工程によって、液冷ジャケット1が形成される。
Then, the burr | flash which generate | occur | produced by friction stirring is removed, Furthermore, the jacket
本実施形態に係る液冷ジャケット1の製造方法によれば、第1実施形態で得られる作用効果の他に、押出形材120を切断することで枠構造体110aを形成しているので、寸法および形状精度の高いジャケット本体110を容易に形成することができるといった作用効果を得ることができる。また、押出形材120は塑性加工によって形成されているので、強度が大きくなるとともに、内部に空洞欠陥が発生するのを防止できる。
According to the method for manufacturing the
(第5実施形態)
次に、第5実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について、図12乃至図14を参照して説明する。
(Fifth embodiment)
Next, a method for manufacturing a liquid cooling jacket according to the fifth embodiment will be described with reference to FIGS.
かかる実施形態は、図12に示すように、ジャケット本体210(図10参照)を構成する枠構造体210aが、矩形枠状の断面形状を有する押出形材220を切断して形成されている。枠構造体210aが押出形材220を切断して形成されている構成は第4実施形態と同様であるが、中空部の形状が、第4実施形態と異なる。
In this embodiment, as shown in FIG. 12, a
押出形材220は、内部に断面円形の中空部が二列設けられている。そして、図13に示すように、枠構造体210aは、円形の内空部211が所定の間隔を隔てて二つ形成されている。これに伴って、開口部212の開口周縁部212aでは、支持面215aが円環状に形成されている。また、封止体230は円盤状に形成されている。
The extruded
その後、図14の(a)に示すように、封止体230の周縁部230aを、支持面215a上に載置する。すると、ジャケット本体210の段差側面215bと、封止体230の外周面230bとが突き合わされ、円形の突合部240が構成される。
Thereafter, as shown in FIG. 14A, the
そして、突合部240から外側に外れたジャケット本体210の上面に設定された挿入位置253に下穴(図示せず)を形成し、回転ツール50を回転させながら挿入位置253に挿入する。
Then, a pilot hole (not shown) is formed at an
その後、回転ツール50を、挿入位置253から突合部240へ向けて移動させる。そして、その軸芯が突合部240の突合面上に位置したならば、回転ツール50が突合部240に沿って移動するように移動方向を変更する。このとき、回転ツール50の回転方向(自転方向)は、第1実施形態と同様に移動方向(公転方向)と同じ方向となるようにしている。具体的には、本実施形態では、回転方向(図14中、矢印Y2参照)、移動方向(図14中、矢印Y1参照)が、ともに左回りである。
Thereafter, the
その後、回転ツール50の回転および移動を継続し、図11の(b)に示すように、回転ツール50を封止体230の周りを一周させて塑性化領域41を形成する。本実施形態では、回転ツール50は、突合部240に沿って一周させた後、一周目の始端254から外側に外れたジャケット本体210の上面へと移動させ、その位置(引抜位置255)で、回転ツール50を引き抜く。隣り合う内空部211についても、同様の摩擦攪拌を施して、封止体230を固定する。
Thereafter, the rotation and movement of the
その後、摩擦攪拌で発生したバリを除去し、さらに、ジャケット本体210を裏返し、裏面(図示せず)を上にする。そして、前記と同様の工程で下穴形成および本接合を実行する。以上の工程によって、液冷ジャケット1が形成される。
Thereafter, burrs generated by friction stirring are removed, the
本実施形態に係る液冷ジャケット1の製造方法によれば、第1実施形態で得られる作用効果の他に、押出形材220を切断することで枠構造体210aを形成しているので、寸法および形状精度の高いジャケット本体210を容易に形成することができるとともに、二つの内空部211を少ない手間で一度の加工で同時に形成することができるといった作用効果を得ることができる。内空部211が二つ形成されているので、流れる熱輸送流体量が多く、効率的な冷却を行うことができる。
According to the method for manufacturing the
(第6実施形態)
次に、第6実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について、図15乃至図17を参照して説明する。
(Sixth embodiment)
Next, a method for manufacturing the liquid cooling jacket according to the sixth embodiment will be described with reference to FIGS.
かかる実施形態は、ジャケット本体310を構成する枠構造体が押出形材(図示せず)を切断して形成されている構成は第4実施形態および第5実施形態と同様であるが、内空部の個数や配置等、ジャケット本体310の形状が異なる。
In this embodiment, the structure in which the frame structure constituting the jacket
ジャケット本体310は、平面視長方形を呈しており、断面略正方形の内空部311を三つ備えている。内空部311は、ジャケット本体310の長手方向に沿って直線状に並んで配置されており、隣り合う内空部311間には、区画壁317が位置している。本実施形態では、内空部311が三つ形成されているので、真中に位置する内空部311の両側には、互いに対向する区画壁(以下、それぞれを「第一区画壁317a、第二区画壁317b)と称する場合がある)がそれぞれ位置している。内空部311の開口部312の開口周縁部312aには、ジャケット本体310の表面より一段下がった支持面315aが形成されている。支持面315aは、長手方向一端の内空部311の開口周縁部312aから他端の内空部311の開口周縁部312aにかけて連続して、同一平面上に一体的に形成されており、第一区画壁317aおよび第二区画壁317bの部分にも形成されている。支持面315aは、本実施形態ではリーマー(図示せず)を用いて形成されている。これによって、支持面315aの外周コーナー部は円弧状に形成されている。
The jacket
ジャケット本体310の長手方向両端に位置する周壁314には、熱輸送流体を流すための貫通孔16,16がそれぞれ形成されている。また、隣り合う内空部311間の第一区画壁317a、第二区画壁317bにも、貫通孔316,316がそれぞれ形成されている。これら貫通孔16,316,316,16は、ジャケット本体310の長手方向に沿って延在するように形成されており、三つの内空部311,311,311を一つの流路として連通させるように構成されている。貫通孔16,316,316,16は、ジャケット本体310の長手方向から見たときに、左右交互に千鳥状に位置するように形成されており、熱輸送流体が左右交互に蛇行して流れるように構成されている。貫通孔16,316は、ジャケット本体310の厚さ方向中間部に形成されている。
Through
前記のような支持面315aの形状に対応して、封止体330は、三つの内空部311を覆うように、一枚の板材で形成されている。そして、封止体130の外周コーナー部も円弧状に形成されている。
Corresponding to the shape of the
かかる封止体330は、図16の(c)に示すように、封止体330の外周面330bと、ジャケット本体310の段差側面315bとの突合部340と、第一区画壁317aおよび第二区画壁317bに沿って、回転ツール50を移動させて塑性化領域41を形成することで、ジャケット本体310に固定されている。
As shown in FIG. 16C, the sealing
以下に、封止体330とジャケット本体310に固定する摩擦攪拌接合の工程を説明する。
Below, the process of the friction stir welding fixed to the sealing
まず、ジャケット本体310と封止体330とが互いに接触する接触面(ジャケット本体310の支持面315aおよび段差側面315bや、封止体330の周縁部330aおよび外周面330b等)を、面削加工して平坦にした後、脱脂して表面の油脂を除去する。
First, a contact surface (a
その後、図16の(a)に示すように、封止体330の周縁部330aを、支持面315a上に載置する。すると、ジャケット本体310の段差側面315bと、封止体330の外周面330bとが突き合わされ、突合部340が構成される。さらに、隣り合う内空部311間の第一区画壁317a、第二区画壁317bの上面(支持面315a)と封止体330の下面とが重ね合わされ重合部が構成される。
Thereafter, as shown in FIG. 16A, the
そして、突合部340から外側に外れたジャケット本体310の上面に設定された挿入位置53に下穴(図示せず)を形成し、回転ツール50を回転させながら挿入位置53に挿入する。
Then, a pilot hole (not shown) is formed at the
その後、回転ツール50を、挿入位置53から突合部340へ向けて移動させる。そして、その軸芯が突合部340の突合面上に位置したならば、回転ツール50が突合部340に沿って移動するように移動方向を変更する。このとき、回転ツール50の回転方向(自転方向)は、第1実施形態と同様に移動方向(公転方向)と同じ方向となるようにしており、本実施形態では、回転方向(図16中、矢印Y2参照)、移動方向(図16中、矢印Y1参照)はともに右回りである。
Thereafter, the
その後、回転ツール50の回転および移動を継続し、突合部340の短辺340a(図16中、下辺)から長辺340b(図16中、左辺)へと移動し、長辺340bの第一区画壁317aとの交点341b、第二区画壁317bとの交点341cを越えて、短辺340c(図16中、上辺)へと移動する。さらに、長辺340d(図16中、右辺)へと移り、長辺340dの第二区画壁317bとの交点341dを越えて、第一区画壁317aとの交点341aまで移動する。ここで、回転ツール50は、移動方向を右側へ屈曲して変えて、第一区画壁317aの上を移動する。
Thereafter, the
そして、図16の(b)に示すように、回転ツール50は、長辺340bと第一区画壁317aとの交点341bに到達したところで、移動方向を右側へ屈曲して変えて、長辺340bに沿って移動する。そして、回転ツール50は、長辺340bと第二区画壁317bとの交点341cまで移動したところで、移動方向を右側へ屈曲して変えて、第二区画壁317bの上を移動する。そして、回転ツール50は、長辺340dと第二区画壁317bとの交点341dに到達したところで、さらに移動方向を右側へ屈曲して変えて、長辺340dに沿って移動する。
Then, as shown in FIG. 16 (b), when the
その後、図16の(c)に示すように、回転ツール50は、長辺340dの第一区画壁317aとの交点341aを超えて、短辺340aへと戻り、突合部340を一周する。これによって、回転ツール50は一筆書きの移動軌跡で、突合部340、第一区画壁317aおよび第二区画壁317b上(重合部)を移動し、塑性化領域41を形成することとなる。そして、回転ツール50は、突合部340に対して常に右回りで回転することとなる。
Thereafter, as shown in FIG. 16C, the
そして、回転ツール50は、突合部340に沿って一周した後、一周目の始端54aから一定距離の部分を含む始端部に沿って移動する。これによって、回転ツール50の一周目における始端54aと終端54bとがオーバーラップして、塑性化領域41の一部が重複するようになる。
Then, after rotating around the abutting
そして、回転ツール50の周回移動が終了したならば、回転ツール50を塑性化領域41(突合部340)から外側に外れたジャケット本体310の上面へと移動させ、その引抜位置55で、回転ツール50を引き抜く。
When the circular movement of the
その後、摩擦攪拌で発生したバリを除去し、さらに、ジャケット本体310を裏返し、裏面(図示せず)を上にする。そして、前記と同様の工程で下穴形成および本接合を実行する。以上の工程によって、液冷ジャケット1が形成される。
Thereafter, burrs generated by friction stirring are removed, the
本実施形態に係る液冷ジャケット1の製造方法によれば、第1実施形態で得られる作用効果の他に、押出形材を切断することで枠構造体を形成しているので、寸法および形状精度の高いジャケット本体310を容易に形成することができるとともに、三つの内空部311を少ない手間で形成することができるといった作用効果を得ることができる。
According to the method for manufacturing the
また、各内空部311を連通させる貫通孔16,316が千鳥状に配置されているので、内空部311全体に熱輸送流体が攪拌されて均一に流れることになり、効率的な冷却を行うことができる。
In addition, since the through
さらに、前記のような移動軌跡で回転ツール50を移動させると、回転ツール50は、突合部340に対して常に右回りで回転することとなる。ここで、回転ツール50は右回転しているので、回転ツール50の被接合部に対する相対速さが大きくなるシアー側50bが厚肉のジャケット本体310側に位置する。シアー側50bでは、回転ツール50の被接合部に対する相対速さが大きいので、メタル流動量が多くなり、フロー側50aよりも高温になり易く、空洞欠陥が発生する場合がある。しかし、空洞欠陥が発生したとしても、ジャケット本体310側であって、突合部340よりも外側位置(シアー側50b)の熱輸送流体の流路(内空部311)から離反した部分に発生することとなり、熱輸送流体が外部に漏れにくくなるので、接合部の密閉性能を低下させることはない。
Further, when the
なお、回転ツール50の移動軌跡は、前記の軌跡に限定されるものではなく、回転ツール50が、突合部340に対して常に同一方向回りに移動すればよい。また、回転ツール50の移動は、一筆書きの移動軌跡に限定されるものでもない。
In addition, the movement locus | trajectory of the
例えば、図17の(a)に示すように、回転ツール50を突合部340に対して一周させて引き抜いた後に、図17の(b)に示すように、回転ツール50を第一区画壁317a上、および第二区画壁317b上(重合部)をそれぞれ別途に移動させるようにしてもよい。第一区画壁317a上、および第二区画壁317b上を移動する場合、回転ツール50は、突合部340から外側に外れたジャケット本体310の上面に設定された挿入位置356に挿入され、その位置から突合部340(長辺340b)を横断して、第一区画壁317a上(または第二区画壁317b上)を移動する。そして、回転ツール50は、さらに反対側の突合部340(長辺340d)を横断して、挿入位置356とは反対側で突合部340から外側に外れたジャケット本体310の上面に設定された引抜位置357まで移動し、その位置で引き抜かれる。
For example, as shown in FIG. 17A, after rotating the
このようにしても、回転ツール50は、封止体330の周りを右回りに移動しながら、常に右回りで回転することとなるので、シアー側50bは、厚肉でメタル量が多いジャケット本体310側に位置することとなり、前記したような作用効果を得ることができる。
Even in this case, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であり、例えば、前記実施形態では、封止体30が平面視略長方形または円形であるが、これに限定されるものではなく、多角形等の他の形状であってもよい。さらに、内空部の形状、数や配列形状も前記実施形態に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, embodiment of this invention is not limited to this, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, it can change suitably, For example, in the said embodiment, Although the sealing
さらに、前記の実施形態では、攪拌ピン付きの回転ツール50を利用して摩擦攪拌接合を実施しているが、封止体が薄い場合には、ピンなしの回転ツール50を利用するようにしてもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the friction stir welding is performed using the
1 液冷ジャケット
10 ジャケット本体
12 開口部
12a 開口周縁部
20 金属部材
21 突合部
30 封止体
30b 外周面
32 フィン
40 突合部
41 塑性化領域
43 塑性化領域
50 回転ツール
54 下穴
110 ジャケット本体
110a 枠構造体
12a 開口周縁部
130 封止体
210 ジャケット本体
210a 枠構造体
230 封止体
240 突合部
310 ジャケット本体
330 封止体
340 突合部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ジャケット本体を、両面に複数の前記開口部を有する金属製の枠構造体にて構成し、
複数の前記開口部の開口周縁部に、前記ジャケット本体の表面から厚さ方向に一段下がった段差底面からなる支持面を、複数の前記開口部に跨るように面一で形成し、
前記ジャケット本体の両面に固定される封止体のうち少なくとも一方の内表面に、フィンを立設しておき、
前記支持面に、複数の前記開口部を覆うように前記封止体を載置して、前記ジャケット本体の段差側面と前記封止体の外周面とを突き合わせるとともに、隣り合う前記開口部同士を区画する区画壁の上面と前記封止体の下面とを重ね合わせ、
前記ジャケット本体の前記段差側面と前記封止体の外周面との突合部の全周に沿って摩擦攪拌接合用の回転ツールを移動させて塑性化領域を形成し、
前記区画壁の上面と前記封止体の下面との重合部に沿って前記回転ツールを移動させて塑性化領域を形成するに際し、
前記回転ツールを前記突合部と前記重合部に沿って一つの移動軌跡で連続的に移動させ、前記突合部の接合および前記重合部の接合を連続して行うとともに、一の前記重合部における前記回転ツールの移動軌跡が重複せずに一本となるように前記回転ツールを移動させる
ことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。 A liquid in which a sealing body that seals the plurality of openings is fixed to a jacket body having a plurality of openings, and a heat transport fluid that transports heat generated by the heat generator to the outside flows in the jacket body A method of manufacturing a cold jacket,
The jacket body is composed of a metal frame structure having a plurality of openings on both sides,
A support surface consisting of a step bottom surface that is stepped down in the thickness direction from the surface of the jacket main body is formed on the peripheral edge of the plurality of openings, so as to straddle the plurality of openings.
A fin is erected on the inner surface of at least one of the sealing bodies fixed on both surfaces of the jacket body,
On the support surface, by placing the sealing member so as to cover a plurality of the openings, with matching an outer peripheral surface of the stepped side surface and the sealing body of the jacket body, wherein the adjacent opening portions And the upper surface of the partition wall that partitions the upper surface and the lower surface of the sealing body,
Moving the rotary tool for friction stir welding along the entire circumference of the abutting portion between the step side surface of the jacket body and the outer peripheral surface of the sealing body to form a plasticized region;
When forming the plasticized region by moving the rotary tool along the overlapping portion of the upper surface of the partition wall and the lower surface of the sealing body,
The rotary tool is continuously moved along the abutting portion and the overlapping portion in one movement locus, and the joining of the abutting portion and the overlapping portion are continuously performed, and the one in the overlapping portion A method for manufacturing a liquid cooling jacket, characterized in that the rotating tool is moved so that the movement trajectory of the rotating tool becomes one without overlapping.
前記ジャケット本体を、両面に複数の前記開口部を有する金属製の枠構造体にて構成し、
複数の前記開口部の開口周縁部に、前記ジャケット本体の表面から厚さ方向に一段下がった段差底面からなる支持面を、複数の前記開口部に跨るように面一で形成し、
前記ジャケット本体の両面に固定される封止体のうち少なくとも一方の内表面に、フィンを立設しておき、
前記支持面に、複数の前記開口部を覆うように前記封止体を載置して、前記ジャケット本体の段差側面と前記封止体の外周面とを突き合わせるとともに、隣り合う前記開口部同士を区画する区画壁の上面と前記封止体の下面とを重ね合わせ、
前記ジャケット本体の前記段差側面と前記封止体の外周面との突合部の全周に沿って摩擦攪拌接合用の回転ツールを移動させて塑性化領域を形成し、
前記区画壁の上面と前記封止体の下面との重合部に沿って前記回転ツールを移動させて塑性化領域を形成するに際し、
前記突合部の接合を完了した後に、前記重合部の接合を別工程として行うとともに、前記重合部の接合において、摩擦攪拌接合用の回転ツールの挿入位置を前記突合部から外側に外れたジャケット本体の周壁の上面に設定するとともに、当該回転ツールの引抜位置を前記挿入位置とは反対側で前記突合部から外側に外れたジャケット本体の周壁の上面に設定し、一の前記重合部における当該回転ツールの移動軌跡が重複せずに一本となるように当該回転ツールを移動させる
ことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。 A liquid in which a sealing body that seals the plurality of openings is fixed to a jacket body having a plurality of openings, and a heat transport fluid that transports heat generated by the heat generator to the outside flows in the jacket body A method of manufacturing a cold jacket,
The jacket body is composed of a metal frame structure having a plurality of openings on both sides,
A support surface consisting of a step bottom surface that is stepped down in the thickness direction from the surface of the jacket main body is formed on the peripheral edge of the plurality of openings, so as to straddle the plurality of openings.
A fin is erected on the inner surface of at least one of the sealing bodies fixed on both surfaces of the jacket body,
On the support surface, by placing the sealing member so as to cover a plurality of the openings, with matching an outer peripheral surface of the stepped side surface and the sealing body of the jacket body, wherein the adjacent opening portions And the upper surface of the partition wall that partitions the upper surface and the lower surface of the sealing body,
Moving the rotary tool for friction stir welding along the entire circumference of the abutting portion between the step side surface of the jacket body and the outer peripheral surface of the sealing body to form a plasticized region;
When forming the plasticized region by moving the rotary tool along the overlapping portion of the upper surface of the partition wall and the lower surface of the sealing body,
After completing the joining of the abutting portion, performing the joining of the overlapping portion as a separate process, and in the joining of the overlapping portion, the jacket main body where the insertion position of the rotary tool for friction stir welding is removed from the abutting portion And setting the pulling position of the rotating tool to the upper surface of the peripheral wall of the jacket body that is outside the abutting portion on the side opposite to the insertion position, and the rotation in one overlapping portion A method of manufacturing a liquid cooling jacket, characterized in that the rotating tool is moved so that the movement trajectory of the tool becomes one without overlapping.
前記回転ツールを前記開口部に対して左回りに移動させるときは、前記回転ツールを左回転させる
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の液冷ジャケットの製造方法。 When moving the rotary tool clockwise with respect to the opening, rotate the rotary tool clockwise,
The method for manufacturing a liquid cooling jacket according to claim 1, wherein when the rotating tool is moved counterclockwise with respect to the opening, the rotating tool is rotated counterclockwise.
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の液冷ジャケットの製造方法。 The said support surface of the said jacket main body, the said level | step difference side surface, the peripheral part of the said sealing body, and the said outer peripheral surface are made into a flat surface, and after that, it degreases and removes the oil on the surface. The manufacturing method of the liquid cooling jacket of any one of Claim 1 thru | or 3.
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の液冷ジャケットの製造方法。 The liquid cooling jacket according to any one of claims 1 to 4, wherein the fin is formed by cutting a metal block with a plurality of cutters arranged in parallel to each other. Method.
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の液冷ジャケットの製造方法。 Prior to the step of forming the plasticized region with the rotary tool, a part of the abutting portion is temporarily joined using a rotary tool for temporary joining that is smaller than the rotary tool. The manufacturing method of the liquid cooling jacket of any one of Claim 5.
ことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の液冷ジャケットの製造方法。 The method for manufacturing a liquid cooling jacket according to any one of claims 1 to 6, wherein a pilot hole is formed at an insertion position of the rotary tool.
ことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の液冷ジャケットの製造方法。 The frame structure has a rectangular frame shape, the end surface of the linear metal member is abutted against the side surface of another adjacent linear metal member, and the rotating tool is moved along the abutting portion between the metal members. The manufacturing method of the liquid cooling jacket according to any one of claims 1 to 7, wherein the manufacturing method is configured by moving and forming a plasticized region and joining.
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