JP6443390B2 - 液冷ジャケットの製造方法及び液冷ジャケット - Google Patents

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Description

本発明は、液冷ジャケットの製造方法及び液冷ジャケットに関する。
金属部材同士を接合する方法として、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が知られている。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せ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せ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。
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（発熱体）の発熱量が増大しており、ＣＰＵの冷却が重要になっている。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。
特許文献１には、ジャケット本体と、基板に複数のフィンが並設された封止体とで構成された液冷ジャケットが開示されている。当該封止体の基板は、異なる金属層を積層して構成されているため、各金属材料の特性を生かして熱伝導率を高めることができる。特許文献１に係る発明では、ジャケット本体と封止体とをネジで接合している。
特許第５５７２６７８号公報
従来の液冷ジャケットの製造方法では、ジャケット本体と封止体とをネジで接合するものであるため液冷ジャケットの水密性及び気密性が低下するという問題がある。ここで、ジャケット本体と封止体とを摩擦攪拌接合することも考えられるが、異なる種類の金属が積層された基板に回転ツールを挿入すると、各金属の性質が異なるため回転速度や送り速度等の接合条件を設定することが困難になるという問題がある。
そこで、本発明は、水密性及び気密性が高く、容易に製造することができる液冷ジャケットの製造方法及び液冷ジャケットを提供することを課題とする。
このような課題を解決するために本発明は、底部と前記底部の周縁から立ち上がる周壁部とを備えるジャケット本体を形成するとともに、第一金属で形成された板状の第一基板部と、前記第一基板部の表面側に前記第一基板部の周縁部が露出するように形成され第二金属で形成された板状の第二基板部と、前記第一基板部の裏面側に並設された複数のフィンとを備えた封止体を形成する準備工程と、前記ジャケット本体に前記封止体を配置するとともに前記周壁部の端面と前記第一基板部の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する配置工程と、回転ツールを前記第一基板部の前記周縁部の表面側から挿入し、前記回転ツールの攪拌ピンを前記第一基板部のみ、又は、前記第一基板部及び前記周壁部の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って相対移動させて前記重合部に対して摩擦攪拌接合を行う接合工程と、を含み、前記準備工程では、前記第一金属で形成された第一基体部と前記第二金属で形成された第二基体部とがクラッドされたクラッド材を用意し、前記第一基体部を切削して前記第一基板部及びブロック部を形成する第一切削工程と、前記第二基体部を切削して前記第一基板部の周縁部を露出させるとともに前記第二基板部を形成する第二切削工程と、円盤カッターが並設されたマルチカッターで前記ブロック部を切削して複数の前記フィンを形成するフィン形成工程と、をさらに含むことを特徴とする。
かかる製造方法によれば、ジャケット本体と封止体とを摩擦攪拌で接合するため、水密性及び気密性を高めることができる。また、第一金属で形成された第一基板部の周縁部が露出するように封止体を形成し、当該周縁部を摩擦攪拌接合することにより、第二金属の影響を排除することができる。これより、摩擦攪拌接合の接合条件を容易に設定することができる。また、かかる製造方法によれば、第一基板部、第二基板部及び複数のフィンを備えた封止体を容易に製造することができる。
また、本発明は、底部と前記底部の周縁から立ち上がる周壁部とを備えるジャケット本体を形成するとともに、第一金属で形成された板状の第一基板部と、前記第一基板部の表面側に前記第一基板部の周縁部が露出するように形成され第二金属で形成された板状の第二基板部と、前記第一基板部の裏面側に並設された複数のフィンとを備えた封止体を形成する準備工程と、前記ジャケット本体に前記封止体を配置するとともに前記周壁部の端面と前記第一基板部の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する配置工程と、回転ツールを前記第一基板部の前記周縁部の表面側から挿入し、前記回転ツールの攪拌ピンのみを前記第一基板部のみ、又は、前記第一基板部及び前記周壁部の両方に接触させた状態で前記重合部に対して摩擦攪拌接合を行う接合工程と、を含み、前記接合工程では、前記第一基板部の外側にバリが発生するように接合条件を設定し、塑性化領域内に形成された凹溝を境にして前記第一基板部の余剰片部を切除する除去工程をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明は、請求項２に記載の液冷ジャケットの製造方法によって製造された液冷ジャケットであって、底部、前記底部の周縁から立ち上る周壁部を備えたジャケット本体と、第一金属で形成された板状の第一基板部と、前記第一基板部の表面側に前記第一基板部の周縁部が露出するように形成され第二金属で形成された板状の第二基板部と、前記第一基板部の裏面側に並設された複数のフィンとを備えた封止体と、を有し、前記周壁部の端面と前記封止体の裏面とが重ね合わされた重合部が摩擦攪拌接合されており、前記第一基板部の周縁部は塑性化領域で縁取りされていることを特徴とする。
かかる製造方法によれば、ジャケット本体と封止体とを摩擦攪拌で接合するため、水密性及び気密性を高めることができる。また、第一金属で形成された第一基板部の周縁部が露出するように封止体を形成し、当該周縁部を摩擦攪拌接合することにより、第二金属の影響を排除することができる。これより、摩擦攪拌接合の接合条件を容易に設定することができる。また、かかる製造方法によれば、攪拌ピンのみを接触させるため摩擦攪拌装置にかかる負荷が低い状態で摩擦攪拌接合を行うことができる。また、かかる製造方法によれば、摩擦攪拌接合によって発生したバリを余剰片部ごと容易に除去することができる。
また、本発明は、底部と前記底部の周縁から立ち上がる周壁部とを備えるジャケット本体を形成するとともに、第一金属で形成された板状の第一基板部と、前記第一基板部の表面側に前記第一基板部の周縁部が露出するように形成され第二金属で形成された板状の第二基板部と、前記第一基板部の裏面側に並設された複数のフィンとを備えた封止体を形成する準備工程と、前記ジャケット本体に前記封止体を配置するとともに前記周壁部の端面と前記第一基板部の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する配置工程と、回転ツールを前記第一基板部の前記周縁部の表面側から挿入し、前記回転ツールの攪拌ピンを前記第一基板部のみ、又は、前記第一基板部及び前記周壁部の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って相対移動させて前記重合部に対して摩擦攪拌接合を行う接合工程と、を含み、前記準備工程では、前記ジャケット本体の前記底部に、端面に突出部を備えた支持部を形成し、前記第一基板部に孔部を形成するとともに前記第一基板部の表面のうち前記孔部の周囲が露出するように前記第二基板部を形成し、前記配置工程では、前記重合部を形成するとともに前記突出部に前記孔部を挿入し、前記接合工程では、前記突出部の外周側面と前記孔部の孔壁とが突き合わされた突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする。
かかる製造方法によれば、ジャケット本体と封止体とを摩擦攪拌で接合するため、水密性及び気密性を高めることができる。また、第一金属で形成された第一基板部の周縁部が露出するように封止体を形成し、当該周縁部を摩擦攪拌接合することにより、第二金属の影響を排除することができる。これより、摩擦攪拌接合の接合条件を容易に設定することができる。また、かかる製造方法によれば、支持部の突出部に封止体の孔部を挿入するため、封止体の位置決めを容易に行うことができる。また、支持部と封止体とを接合することにより、液冷ジャケットの強度を高めることができる。
また、前記接合工程では、前記回転ツールの攪拌ピンのみを前記第一基板部のみ、又は、前記第一基板部及び前記周壁部の両方に接触させた状態で前記重合部に対して摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。
かかる製造方法によれば、攪拌ピンのみを接触させるため摩擦攪拌装置にかかる負荷が低い状態で摩擦攪拌接合を行うことができる。
また、前記第一金属はアルミニウム合金であり、前記第二金属は銅合金であることが好ましい。
かかる製造方法によれば、液冷ジャケットの熱伝導率を高めることができる。
本発明に係る液冷ジャケットの製造方法及び液冷ジャケットによれば、液冷ジャケットの水密性及び気密性を高めることができるとともに容易に製造することができる。
本発明の第一実施形態に係る液冷ジャケットを示す斜視図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットを示す断面図である。 第一実施形態に係るクラッド材を示す斜視図である。 第一実施形態に係る第一切削工程を示す斜視図である。 第一実施形態に係る第二切削工程を示す斜視図である。 第一実施形態に係るフィン形成工程を示す斜視図である。 第一実施形態に係る配置工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る接合工程を示す斜視図である。 第一実施形態に係る接合工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る除去工程を示す断面図である。 本発明の第二実施形態に係る液冷ジャケットを示す斜視図である。 第二実施形態に係る液冷ジャケットを示す断面図である。 第二実施形態に係る液冷ジャケットを示す分解斜視図である。 第二実施形態に係る第一切削工程を示す斜視図である。 第二実施形態に係る第二切削工程を示す斜視図である。 第二実施形態に係るフィン形成工程を示す斜視図である。 第二実施形態に係る配置工程を示す断面図である。 第二実施形態に係る接合工程を示す断面図である。
〔第一実施形態〕
本発明の第一実施形態に係る液冷ジャケット及び液冷ジャケットの製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態に係る液冷ジャケット１は、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、液冷ジャケット１に設置された発熱体（図示省略）と熱交換を行う器具である。なお、以下の説明における「表面」とは「裏面」の反対側の面という意味である。
図２に示すように、ジャケット本体２は、底部１０と、周壁部１１とを含んで構成されている。ジャケット本体２は、上方が開口した箱状体である。ジャケット本体２は、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の材料は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金等の摩擦攪拌可能な金属から適宜選択される。底部１０は、平面視矩形の板状を呈する。周壁部１１は、底部１０の周縁に立設されており、平面視矩形枠状を呈する。底部１０及び周壁部１１の内部には凹部１３が形成されている。
封止体３は、ジャケット本体２の開口部を封止する板状部材である。封止体３は、第一基板部２１と、第二基板部２２と、フィン２３とで構成されている。第一基板部２１の平面形状は、ジャケット本体２の平面形状よりも一回り小さくなっている。第一基板部２１は、ジャケット本体２の開口部を封止するとともに周壁部１１に摩擦攪拌接合されている。つまり、周壁部１１の端面１１ａと第一基板部２１の裏面２１ｂとが重ね合わされた重合部Ｊ１に対して塑性化領域Ｗが形成されている。封止体３の外周縁は塑性化領域Ｗで縁取りされている。
第二基板部２２は、第一基板部２１の表面２１ａにおいて、第一基板部２１の周縁部が露出するように積層されている。第二基板部２２の板厚は、第一基板部２１の板厚と略同等である。第二基板部２２の平面形状は、第一基板部２１の平面形状よりも一回り小さくなっている。
フィン２３は、第一基板部２１の裏面２１ｂに、裏面２１ｂに対して垂直に並設されている。第一基板部２１及びフィン２３は一体形成されている。第一基板部２１及びフィン２３は本実施形態ではアルミニウム合金（第一金属）で形成されている。一方、第二基板部２２は、本実施形態では銅合金（第二金属）で形成されている。
第一基板部２１及び第二基板部２２は、異なる二種の金属で形成されており、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金等の摩擦攪拌可能な金属から適宜選択される。第二基板部２２の表面２２ａは、第一基板部２１の表面２１ａよりも板厚分高くなっている。第二基板部２２の表面２２ａを例えば発熱体（部品）の取り付け部位として利用することができる。
次に、第一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。液冷ジャケットの製造方法では、準備工程と、配置工程と、接合工程と、除去工程とを行う。
準備工程は、ジャケット本体２及び封止体３を形成する工程である。準備工程では、図１及び図２に示すように、ジャケット本体２を形成する。ジャケット本体２を形成する方法は特に制限されないが、例えば、ダイキャストにより形成する。また、準備工程では、封止体３を形成するために、クラッド材形成工程と、第一切削工程と、第二切削工程と、フィン形成工程と、を行う。
クラッド材形成工程は、図３に示すクラッド材３０を形成する工程である。クラッド材３０は、第一基体部３１と第二基体部４１とで構成されている。第一基体部３１は、第一金属（本実施形態ではアルミニウム合金）で形成されており直方体を呈する。第二基体部４１は、第二金属（本実施形態では銅合金）で形成されており板状を呈する。第二基体部４１の平面形状は、第一基体部３１の平面形状と同一になっている。クラッド材３０は、第一金属からなる素形材と第二金属からなる素形材を積層させて圧延した後、所定の大きさに切断して形成される。
第一切削工程は、図４に示すように、第一基体部３１（図３参照）の一部を切削して、第一基板部２１とブロック部４３とを形成する工程である。第一切削工程では、切削装置等を用いて第一基体部３１を切削する。この際、板状の第一基板部２１を形成するとともに、第一基板部２１の裏面２１ｂの中央に直方体を呈するブロック部４３を形成する。
第二切削工程は、図５に示すように、第二基体部４１（図４参照）の一部を切削して、第二基板部２２を形成する工程である。第二切削工程では、切削装置等を用いて第一基板部２１の周縁部が露出するように第二基体部４１を切削して第二基板部２２を形成する。これにより、第一基板部２１の表面２１ａの中央に、第二基板部２２が形成される。
フィン形成工程は、図６に示すように、マルチカッターＭを用いてブロック部４３を切削して、フィン２３（図２参照）を形成する工程である。マルチカッターＭは、部材を切削する回転工具である。マルチカッターＭは、軸部Ｍ１と、軸部Ｍ１に間をあけて並設された複数の円盤カッターＭ２とで構成されている。円盤カッターＭ２の外周縁には切削刃（図示省略）が形成されている。円盤カッターＭ２の板厚及び間隔を調節することにより、フィン２３の間隔及び板厚を適宜設定することができる。
フィン形成工程では、ブロック部４３の辺部４３ａとマルチカッターＭの軸部Ｍ１とが平行となるように配置して、回転させたマルチカッターＭの円盤カッターＭ２をブロック部４３に挿入する。円盤カッターＭ２が所定の深さに達したら、辺部４３ａと対向する他方の辺部４３ｂまでマルチカッターＭを平行移動させる。軸部Ｍ１が辺部４３ｂに達したらマルチカッターＭをブロック部４３から離間する方向に相対移動させる。
マルチカッターＭの挿入深さは、適宜設定すればよいが、本実施形態では、円盤カッターＭ２が第一基板部２１に達しないように、つまり、ブロック部４３に未切削領域が形成されるように調節してもよい。また、フィン形成工程では、第一基板部２１の外縁から中央部に延設するスリット５を形成する。なお、第一切削工程、第二切削工程及びフィン形成工程は、前記した順番に限定されるものではない。
配置工程は、ジャケット本体２に封止体３を配置して重合部Ｊ１を形成する工程である。図７に示すように、配置工程では、周壁部１１の端面１１ａに封止体３を配置して、周壁部１１の端面１１ａと、第一基板部２１の裏面２１ｂとを重ね合わせる。これにより、封止体３の周縁に沿って重合部Ｊ１が形成される。また、ジャケット本体２及び封止体３をクランプ等の固定治具によってテーブルに移動不能に拘束する。
接合工程は、図８及び図９に示すように、接合用回転ツールＦを用いてジャケット本体２と封止体３とを摩擦攪拌接合する工程である。本実施形態の接合工程では、接合用回転ツールＦを用いて重合部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う。
接合用回転ツールＦは、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されている。接合用回転ツールＦは、特許請求の範囲の「回転ツール」に相当する。接合用回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されている。連結部Ｆ１は、摩擦攪拌装置の回転軸に連結される部位である。連結部Ｆ１は円柱状を呈する。
攪拌ピンＦ２は、連結部Ｆ１から垂下しており、連結部Ｆ１と同軸になっている。攪拌ピンＦ２は連結部Ｆ１から離間するにつれて先細りになっている。攪拌ピンＦ２の長さは、第一基板部２１の板厚よりも大きくなっている。攪拌ピンＦ２の外周面には螺旋溝が刻設されている。本実施形態では、接合用回転ツールＦを右回転させるため、螺旋溝は、基端から先端に向かうにつれて左回りに形成されている。
なお、接合用回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて右回りに形成することが好ましい。螺旋溝をこのように設定することで、摩擦攪拌の際に塑性流動化した金属が螺旋溝によって攪拌ピンＦ２の先端側に導かれる。これにより、被接合金属部材（ジャケット本体２及び封止体３）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。
接合工程では、第一基板部２１の表面２１ａに設定した開始位置Ｓｐに、右回転する接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を挿入し、接合用回転ツールＦを相対移動させる。本実施形態では、接合用回転ツールＦを右回転させるため、攪拌ピンＦ２の螺旋溝は、基端から先端に向かうにつれて左回りに形成されている。接合用回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域Ｗが形成される。接合工程では、塑性化領域Ｗが平面視矩形の閉ループとなるように第二基板部２２の周りに接合用回転ツールＦを相対移動させる。接合用回転ツールＦはどちら周りに移動させてもよいが、本実施形態では、第二基板部２２に対して左回りとなるように設定する。その際、スリット５の先端と、塑性化領域Ｗとが接触するようにルートを設定することが好ましい。
接合工程では、図９に示すように、連結部Ｆ１を第一基板部２１に接触させない状態で、つまり、攪拌ピンＦ２の基端側を露出させた状態で摩擦攪拌接合を行う。接合用回転ツールＦの挿入深さは、適宜設定すればよいが、本実施形態では、攪拌ピンＦ２が周壁部１１に達するように、つまり、周壁部１１及び第一基板部２１と攪拌ピンＦ２とを接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。
なお、攪拌ピンＦ２が周壁部１１に達しない場合、つまり、攪拌ピンＦ２を第一基板部２１のみと接触させる場合は、第一基板部２１と攪拌ピンＦ２との摩擦熱によって重合部Ｊ１が塑性流動化して接合される。
本実施形態では、接合用回転ツールＦのシアー側（advancing side：回転ツールの外周における接線速度に回転ツールの移動速度が加算される側）が第一基板部２１の内側となるように接合用回転ツールＦの移動方向と回転方向を設定している。接合用回転ツールＦの回転方向及び進行方向は前記したものに限定されるものではなく適宜設定すればよい。
例えば、接合用回転ツールＦの回転速度が遅い場合では、塑性化領域Ｗのフロー側（retreating side：回転ツールの外周における接線速度から回転ツールの移動速度が減算される側）に比べてシアー側の方が塑性流動材の温度が上昇しやすくなるため、塑性化領域Ｗ内のシアー側に凹溝が発生し、塑性化領域Ｗ外のシアー側にバリＶが多く発生する傾向にある。一方、例えば、接合用回転ツールＦの回転速度が速い場合、シアー側の方が塑性流動材の温度が上昇するものの、回転速度が速い分、塑性化領域Ｗ内のフロー側に凹溝が発生し、塑性化領域Ｗ外のフロー側にバリＶが多く発生する傾向にある。
本実施形態では、接合用回転ツールＦの回転速度を速く設定しているため、図１０に示すように、塑性化領域Ｗ内のフロー側に凹溝Ｄが発生し、塑性化領域Ｗ外のフロー側にバリＶが多く発生する傾向にある。凹溝Ｄは、塑性化領域Ｗのうち、より深くえぐれる部位である。また、接合用回転ツールＦの回転速度を速く設定することにより、接合用回転ツールＦの移動速度（送り速度）を高めることができる。これにより、接合サイクルを短くすることができる。
接合工程の際に、接合用回転ツールＦの進行方向のどちら側にバリＶが発生するかは接合条件によって異なる。当該接合条件とは、接合用回転ツールＦの回転速度、回転方向、移動速度（送り速度）、攪拌ピンＦ２の傾斜角度（テーパー角度）、ジャケット本体２及び第一基板部２１の材質、第一基板部２１の厚さ等の各要素とこれらの要素の組み合わせで決定される。接合条件に応じて、バリＶが発生する側又はバリＶが多く発生する側が第一基板部２１の外縁側となるように設定すれば、塑性化領域Ｗ内に形成される凹溝Ｄも第一基板部２１の外側に形成される傾向があるので、後記する除去工程を容易に行うことができるため好ましい。
接合工程では、接合用回転ツールＦを一周させて、塑性化領域Ｗ内で接合用回転ツールＦを離脱させる。接合工程では、塑性化領域Ｗの始端と後端が重複するようにする。
除去工程は、図１０に示すように、第一基板部２１の一部である余剰片部２５を切除する工程である。余剰片部２５とは、第一基板部２１において、塑性化領域Ｗを境にして切除される部位である。本実施形態では、第一基板部２１に形成された凹溝Ｄよりも外側の部位を余剰片部２５としている。
除去工程では、スリット５（図８参照）を起点として、余剰片部２５の端部をめくり上げつつ、折り曲げるようにして除去する。除去工程では、装置を用いて余剰片部２５を折り曲げてもよいが、本実施形態では、手作業で折り曲げて切除している。これにより、図１に示す液冷ジャケット１が完成する。
以上説明した液冷ジャケットの製造方法及び液冷ジャケット１によれば、ジャケット本体２と封止体３とを摩擦攪拌で接合するため、水密性及び気密性を高めることができる。また、第一基板部２１の周縁部が露出するように封止体３を形成し、当該周縁部で摩擦攪拌接合を行うことにより摩擦攪拌接合の際に第一金属（アルミニウム合金）と第二金属（銅合金）が混ざることがない。つまり、接合工程の際に、第二金属の影響を排除することができるため、摩擦攪拌接合の接合条件を容易に設定することができる。
また、封止体３は、どのような方法で形成してもよいが、第一切削工程、第二切削工程及びフィン形成工程によって封止体３を容易に製造することができる。また、本実施形態のように攪拌ピンＦ２のみを周壁部１１及び第一基板部２１に接触させた状態で摩擦攪拌を行うことで摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で深い位置にある重合部Ｊ１を摩擦攪拌接合することができる。
ここで、従来のようにショルダ部を第一基板部２１に接触させる場合は、液冷ジャケット１の内部に塑性流動材が流入しないように、周壁部１１の幅も大きく設定しなければならない。しかし、本実施形態のように、攪拌ピンＦ２のみを周壁部１１及び第一基板部２１に接触させた状態で摩擦攪拌を行うことで塑性化領域Ｗの幅を小さくすることができる。これにより、周壁部１１の幅を小さくすることができるため、設計の自由度を高めることができる。
また、本実施形態に係る接合工程のように、第一基板部２１の外側にバリＶが発生するように接合条件を設定することにより、摩擦攪拌接合によって発生したバリＶを余剰片部２５ごと容易に除去することができる。
また、図１０に示すように、本実施形態によれば、凹溝Ｄは塑性化領域Ｗ内で、かつ、接合中心線Ｃの外側（第一基板部２１に対して外側）に形成される。また、バリＶは塑性化領域Ｗ外で、かつ、接合中心線Ｃの外側に形成されるので、余剰片部２５とともにバリＶを効率よく切除することができる。これにより、切除する余剰片部２５を小さくすることができるとともに、接合部（塑性化領域Ｗ）を大きく残存させることができるため、接合強度を高めることができる。また、凹溝Ｄによって余剰片部２５を容易に折り曲げることができるとともに、バリ除去作業を別途行わなくても接合部（塑性化領域Ｗ）をきれいに仕上げることができる。
また、第一基板部２１と第二基板部２２の材料は、特に制限されないが、本実施形態のように第一基板部２１をアルミニウム合金（第一金属）とし、発熱体が設置される第二基板部２２を銅合金（第二金属）とすることにより、熱伝導率を高めることができる。
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法及び液冷ジャケットについて説明する。図１１及び図１２に示すように、第二実施形態に係る液冷ジャケット１Ａは、ジャケット本体２Ａと、封止体３Ａとで構成されている。液冷ジャケット１Ａは、支持部１２が形成されている点等で第一実施形態と相違する。第二実施形態では第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
ジャケット本体２Ａは、図１２及び図１３に示すように、底部１０と、周壁部１１と、支持部１２とを含んで構成されている。支持部１２は、底部１０に立設される板状部材である。支持部１２は、周壁部１１の一の壁部に連続して形成されており、当該壁部と対向する他の壁部とは離間している。支持部１２の端面１２ａと、周壁部１１の端面１１ａとは面一になっている。支持部１２の端面１２ａには、突出部１４が形成されている。突出部１４の高さ寸法は、第一基板部２１の板厚寸法と略同等になっている。突出部１４の形状は特に制限されないが、本実施形態では円柱状になっている。また、突出部１４の個数は特に制限されないが、本実施形態では３つ形成されている。
封止体３Ａは、図１３に示すように、第一基板部２１と、第二基板部２２，２２と、複数のフィン２３と、３つの孔部２４とで構成されている。第二基板部２２は、孔部２４を挟んで両側に一対形成されている。フィン２３は、第二基板部２２に対応する位置に形成されている。つまり、孔部２４が形成されている部分及びその周囲にはフィン２３は形成されていない。孔部２４は、第一基板部２１の中央部において板厚方向に貫通する孔である。孔部２４は、突出部１４が隙間なく挿入される大きさで形成されている。
次に、第二実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。液冷ジャケットの製造方法では、準備工程と、配置工程と、接合工程と、除去工程とを行う。
準備工程は、ジャケット本体２Ａ及び封止体３Ａを形成する工程である。準備工程では、封止体３Ａを形成するために、クラッド材形成工程と、第一切削工程と、第二切削工程と、フィン形成工程と、を行う。クラッド材形成工程は、第一実施形態と同様に図３に示すクラッド材３０を形成する工程である。
第一切削工程は、図１４に示すように、第一基体部３１（図３参照）の一部を切削して、第一基板部２１とブロック部４３，４３とを形成する工程である。第一切削工程では、切削装置等を用いて第一基体部３１を切削する。この際、板状の第一基板部２１を形成するとともに、第一基板部２１の裏面２１ｂにブロック部４３，４３を形成する。
第二切削工程は、図１５に示すように、第二基体部４１（図１４参照）の一部を切削して、第二基板部２２，２２を形成する工程である。第二切削工程では、切削装置等を用いて第一基板部２１の周縁部及び中央部が露出するように第二基体部４１の周縁部及び中央部を切削して第二基板部２２，２２を形成する。これにより、第一基板部２１の表面２１ａの中央に、互いに離間した第二基板部２２，２２が形成される。また、第二切削工程では、第一基板部２１の中央部に、貫通する３つの孔部２４を形成する。
フィン形成工程は、図１６に示すように、マルチカッターＭを用いてブロック部４３，４３を切削して、フィン２３（図１２参照）を形成する工程である。フィン形成工程では、第一実施形態と同じ要領でフィン２３を形成する。また、フィン形成工程では、第一基板部２１の外縁から中央部に延設するスリット５を形成する。
配置工程は、ジャケット本体２Ａに封止体３Ａを配置して重合部Ｊ１及び突合せ部Ｊ２を形成する工程である。図１７に示すように、配置工程では、周壁部１１の端面１１ａに封止体３Ａを配置して、周壁部１１の端面１１ａと、第一基板部２１の裏面２１ｂとを重ね合わせる。これにより、封止体３Ａの周縁に沿って重合部Ｊ１が形成される。また、孔部２４に突出部１４が挿入されて、突出部１４の外周面と孔部２４の孔壁とが突き合わされた突合せ部Ｊ２が形成される。また、ジャケット本体２Ａ及び封止体３Ａをクランプ等の固定治具によってテーブルに移動不能に拘束する。
接合工程は、図１８に示すように、接合用回転ツールＦを用いて第一接合工程と、第二接合工程を行う。第一接合工程は、第一実施形態の接合工程と同じ工程であるため説明を省略する。第二接合工程は、突合せ部Ｊ２に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。第一接合工程と第二接合工程は、どちらを先に行ってもよいが、本実施形態では第二接合工程を先に行う。
第二接合工程では、回転させた接合用回転ツールＦを突合せ部Ｊ２に沿って一周させて、突合せ部Ｊ２を接合する。接合用回転ツールＦの挿入深さは、支持部１２の端面１２ａに達しない程度に設定してもよいが、本実施形態では、支持部１２の端面１２ａに攪拌ピンＦ２を接触させて、端面１２ａと第一基板部２１の裏面２１ｂとの重合部も摩擦攪拌接合する。
除去工程は、第一実施形態と同じであるため説明を省略する。これにより、図１１及び図１２に示す液冷ジャケット１Ａが形成される。
以上説明した液冷ジャケットの製造方法及び液冷ジャケット１Ａによっても第一実施形態と同様の効果を得ることができる。また、支持部１２の突出部１４に封止体３Ａの孔部２４を挿入するため、封止体３Ａの位置決めを容易に行うことができる。また、支持部１２と封止体３Ａとを接合することにより、液冷ジャケット１Ａの強度を高めることができる。
ここで、従来のようにショルダ部を突出部１４及び第一基板部２１に接触させる場合は、液冷ジャケット１Ａの内部に塑性流動材が流入しないように、支持部１２の幅も大きく設定しなければならない。しかし、本実施形態のように、攪拌ピンＦ２のみを突出部１４及び第一基板部２１に接触させた状態で摩擦攪拌を行うことで塑性化領域Ｗ１の幅を小さくすることができる。これにより、支持部１２の幅を小さくすることができるため、設計の自由度を高めることができる。
以上本発明の実施形態及び変形例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、接合工程では、ショルダ部と攪拌ピンとからなる回転ツールを用いて第一基板部２１にショルダ部を押し込みながら摩擦攪拌接合を行ってもよい。また、当該回転ツールを用いて攪拌ピンＦ２のみを第一基板部２１のみ、又は、第一基板部２１及び周壁部１１の両方に接触させた状態で重合部Ｊ１に摩擦攪拌接合を行ってもよい。また、本実施形態では封止体３にフィン２３を形成したが、フィン２３を有していない液冷ジャケットとしてもよい。
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
１２ 支持部
１２ａ 端面
１３ 凹部
１４ 突出部
２３ フィン
２４ 孔部
Ｆ 接合用回転ツール（回転ツール）
Ｆ２ 攪拌ピン
Ｊ１ 重合部
Ｊ２ 突合せ部
Ｗ 塑性化領域

Claims (6)

  1. 底部と前記底部の周縁から立ち上がる周壁部とを備えるジャケット本体を形成するとともに、第一金属で形成された板状の第一基板部と、前記第一基板部の表面側に前記第一基板部の周縁部が露出するように形成され第二金属で形成された板状の第二基板部と、前記第一基板部の裏面側に並設された複数のフィンとを備えた封止体を形成する準備工程と、
    前記ジャケット本体に前記封止体を配置するとともに前記周壁部の端面と前記第一基板部の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する配置工程と、
    回転ツールを前記第一基板部の前記周縁部の表面側から挿入し、前記回転ツールの攪拌ピンを前記第一基板部のみ、又は、前記第一基板部及び前記周壁部の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って相対移動させて前記重合部に対して摩擦攪拌接合を行う接合工程と、を含み、
    前記準備工程では、前記第一金属で形成された第一基体部と前記第二金属で形成された第二基体部とがクラッドされたクラッド材を用意し、
    前記第一基体部を切削して前記第一基板部及びブロック部を形成する第一切削工程と、
    前記第二基体部を切削して前記第一基板部の周縁部を露出させるとともに前記第二基板部を形成する第二切削工程と、
    円盤カッターが並設されたマルチカッターで前記ブロック部を切削して複数の前記フィンを形成するフィン形成工程と、をさらに含むことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。
  2. 底部と前記底部の周縁から立ち上がる周壁部とを備えるジャケット本体を形成するとともに、第一金属で形成された板状の第一基板部と、前記第一基板部の表面側に前記第一基板部の周縁部が露出するように形成され第二金属で形成された板状の第二基板部と、前記第一基板部の裏面側に並設された複数のフィンとを備えた封止体を形成する準備工程と、
    前記ジャケット本体に前記封止体を配置するとともに前記周壁部の端面と前記第一基板部の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する配置工程と、
    回転ツールを前記第一基板部の前記周縁部の表面側から挿入し、前記回転ツールの攪拌ピンのみを前記第一基板部のみ、又は、前記第一基板部及び前記周壁部の両方に接触させた状態で前記重合部に対して摩擦攪拌接合を行う接合工程と、を含み、
    前記接合工程では、前記第一基板部の外側にバリが発生するように接合条件を設定し、
    塑性化領域内に形成された凹溝を境にして前記第一基板部の余剰片部を切除する除去工程をさらに含むことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。
  3. 底部と前記底部の周縁から立ち上がる周壁部とを備えるジャケット本体を形成するとともに、第一金属で形成された板状の第一基板部と、前記第一基板部の表面側に前記第一基板部の周縁部が露出するように形成され第二金属で形成された板状の第二基板部と、前記第一基板部の裏面側に並設された複数のフィンとを備えた封止体を形成する準備工程と、
    前記ジャケット本体に前記封止体を配置するとともに前記周壁部の端面と前記第一基板部の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する配置工程と、
    回転ツールを前記第一基板部の前記周縁部の表面側から挿入し、前記回転ツールの攪拌ピンを前記第一基板部のみ、又は、前記第一基板部及び前記周壁部の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って相対移動させて前記重合部に対して摩擦攪拌接合を行う接合工程と、を含み、
    前記準備工程では、前記ジャケット本体の前記底部に、端面に突出部を備えた支持部を形成し、
    前記第一基板部に孔部を形成するとともに前記第一基板部の表面のうち前記孔部の周囲が露出するように前記第二基板部を形成し、
    前記配置工程では、前記重合部を形成するとともに前記突出部に前記孔部を挿入し、
    前記接合工程では、前記突出部の外周側面と前記孔部の孔壁とが突き合わされた突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。
  4. 前記接合工程では、前記回転ツールの攪拌ピンのみを前記第一基板部のみ、又は、前記第一基板部及び前記周壁部の両方に接触させた状態で前記重合部に対して摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の液冷ジャケットの製造方法。
  5. 前記第一金属はアルミニウム合金であり、前記第二金属は銅合金であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の液冷ジャケットの製造方法。
  6. 請求項２に記載の液冷ジャケットの製造方法によって製造された液冷ジャケットであって、
    底部、前記底部の周縁から立ち上る周壁部を備えたジャケット本体と、
    第一金属で形成された板状の第一基板部と、前記第一基板部の表面側に前記第一基板部の周縁部が露出するように形成され第二金属で形成された板状の第二基板部と、前記第一基板部の裏面側に並設された複数のフィンとを備えた封止体と、を有し、
    前記周壁部の端面と前記封止体の裏面とが重ね合わされた重合部が摩擦攪拌接合されており、前記第一基板部の周縁部は塑性化領域で縁取りされていることを特徴とする液冷ジャケット。
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