JP6766956B2

JP6766956B2 - 液冷ジャケットの製造方法

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Publication number: JP6766956B2
Application number: JP2019513210A
Authority: JP
Inventors: 堀　久司; 久司堀; 伸城瀬尾
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2017-04-18
Filing date: 2017-06-13
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2037-06-13
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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。

例えば、特許文献１には、液冷ジャケットの製造方法が開示されている。図２４は、従来の液冷ジャケットの製造方法を示す断面図である。従来の液冷ジャケットの製造方法では、アルミニウム合金製のジャケット本体１０１の段差部に設けられた段差側面１０１ｃと、アルミニウム合金製の封止体１０２の側面１０２ｃとを突き合わせて形成された突合せ部Ｊ１０に対して摩擦攪拌接合を行うというものである。また、従来の液冷ジャケットの製造方法では、回転ツールＦの攪拌ピンＦ２のみを突合せ部Ｊ１０に挿入して摩擦攪拌接合を行っている。また、従来の液冷ジャケットの製造方法では、回転ツールＦの回転中心軸Ｃを突合せ部Ｊ１０に重ねて相対移動させるというものである。

特開２０１５−１３１３２１号公報

ここで、ジャケット本体１０１は複雑な形状となりやすく、例えば、４０００系アルミニウム合金の鋳造材で形成し、封止体１０２のように比較的単純な形状のものは、１０００系アルミニウム合金の展伸材で形成するというような場合がある。このように、アルミニウム合金の材種の異なる部材同士を接合して、液冷ジャケットを製造する場合がある。このような場合は、ジャケット本体１０１の方が封止体１０２よりも硬度が高くなることが一般的であるため、図２４のように摩擦攪拌接合を行うと、攪拌ピンが封止体１０２側から受ける材料抵抗に比べて、ジャケット本体１０１側から受ける材料抵抗が大きくなる。そのため、回転ツールＦの攪拌ピンによって異なる材種をバランスよく攪拌することが困難となり、接合後の塑性化領域に空洞欠陥が発生し接合強度が低下するという問題がある。

このような観点から、本発明は、材種の異なるアルミニウム合金を好適に接合することができる液冷ジャケットの製造方法を提供することを課題とする。

このような課題を解決するために第一の発明は、底部、前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を備え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、を攪拌ピンを備える回転ツールを用いて接合する液冷ジャケットの製造方法であって、前記ジャケット本体は第一アルミニウム合金によって形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金によって形成されており、前記第一アルミニウム合金は前記第二アルミニウム合金よりも硬度が高い材種であり、前記攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、前記周壁部の内周縁に、段差底面と、当該段差底面から前記開口部に向かって広がるように斜めに立ち上がる段差側面と、を有する段差部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載置し、前記段差側面と前記封止体の側面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第二突合せ部を形成する載置工程と、回転する前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記封止体のみに接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って回転ツールを一周させて摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、を含むことを特徴とする。

かかる製造方法によれば、封止体と攪拌ピンとの摩擦熱によって第一突合せ部の主として封止体側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、第一突合せ部において段差側面と封止体の側面とを接合することができる。また、攪拌ピンのみを封止体のみに接触させて摩擦攪拌を行うため、ジャケット本体から封止体への第一アルミニウム合金の混入は殆どない。これにより、第一突合せ部においては主として封止体側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。また、ジャケット本体の段差側面を外側に傾斜させているため、接合強度の低下を招くことなく攪拌ピンとジャケット本体との接触を容易に回避することができる。

また、第二の発明は、底部、前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を備え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、を攪拌ピンを備える回転ツールを用いて接合する液冷ジャケットの製造方法であって、前記ジャケット本体は第一アルミニウム合金によって形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金によって形成されており、前記第一アルミニウム合金は前記第二アルミニウム合金よりも硬度が高い材種であり、前記攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、前記周壁部の内周縁に、段差底面と、当該段差底面から前記開口部に向かって広がるように斜めに立ち上がる段差側面と、を有する段差部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載置し、前記段差側面と前記封止体の側面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第二突合せ部を形成する載置工程と、回転する前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記封止体に接触させるとともに、前記ジャケット本体の前記段差側面にもわずかに接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って回転ツールを一周させて摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、を含むことを特徴とする。

かかる製造方法によれば、攪拌ピンの外周面をジャケット本体の段差側面にわずかに接触させるに留めるため、ジャケット本体から封止体への第一アルミニウム合金の混入を極力少なくすることができる。これにより、第一突合せ部においては主として封止体側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。また、ジャケット本体の段差側面を外側に傾斜させているため、攪拌ピンがジャケット本体側に大きく侵入することなく第一突合せ部を接合することが可能となる。

また、前記封止体の板厚を前記段差側面の高さよりも大きくすることが好ましい。かかる製造方法によれば、接合部の金属不足を容易に補うことができる。

また、前記攪拌ピンの外周面の傾斜角度を前記段差側面の傾斜角度と同一にすることが好ましい。かかる製造方法によれば、第一の発明では攪拌ピンと段差側面とが接触するのを回避しつつ、攪拌ピンをジャケット本体に近接させることができる。また、第二の発明では攪拌ピンがジャケット本体側に大きく侵入することなく第一突合せ部を均一に接合することが可能となる。

また、前記封止体の側面に傾斜面を形成し、前記載置工程では、前記段差側面と前記傾斜面とを面接触させることが好ましい。かかる製造方法によれば、接合部の金属不足を容易に補うことができる。

また、前記封止体はアルミニウム合金製展伸材で形成し、前記ジャケット本体はアルミニウム合金鋳造材で形成することが好ましい。

また、前記回転ツールの外周面に基端から先端に向うにつれて左回りの螺旋溝を刻設した場合、前記回転ツールを右回転させ、前記回転ツールの外周面に基端から先端に向うにつれて右回りの螺旋溝を刻設した場合、前記回転ツールを左回転させることが好ましい。

かかる製造方法によれば、螺旋溝によって塑性流動化した金属が攪拌ピンの先端側に導かれるため、バリの発生を少なくすることができる。

また、前記本接合工程では、前記回転ツールの移動軌跡に形成される塑性化領域のうち、前記ジャケット本体側がシアー側となり、前記封止体側がフロー側となるように前記回転ツールの回転方向及び進行方向を設定することが好ましい。

かかる製造方法によれば、前記ジャケット本体側がシアー側となり、第一突合せ部の周囲における攪拌ピンによる攪拌作用が高まり、第一突合せ部における温度上昇が期待でき、第一突合せ部において段差側面と封止体の側面とをより確実に接合することができる。

また、第三の発明は、底部、前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を備え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、を攪拌ピンを備える回転ツールを用いて接合する液冷ジャケットの製造方法であって、前記ジャケット本体は第一アルミニウム合金によって形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金によって形成されており、前記第一アルミニウム合金は前記第二アルミニウム合金よりも硬度が高い材種であり、記攪拌ピンは、先細りとなるように傾斜する外周面を備えるとともに平坦な先端面を備え、前記周壁部の内周縁に、段差底面と、当該段差底面から前記開口部に向かって広がるように斜めに立ち上がる段差側面と、を有する段差部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載置し、前記段差側面と前記封止体の側面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第二突合せ部を形成する載置工程と、回転する前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記封止体に接触させるとともに、前記攪拌ピンの先端を前記段差底面よりも深く挿入するとともに、前記攪拌ピンの前記外周面と前記段差側面とを離間させた状態で前記第一突合せ部に沿って回転ツールを一周させて摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、を含むことを特徴とする。

かかる製造方法によれば、封止体と攪拌ピンとの摩擦熱によって第一突合せ部の封止体側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、第一突合せ部において段差側面と封止体の側面とを接合することができる。また、第一突合せ部においては攪拌ピンのみを封止体のみに接触させて摩擦攪拌を行うため、ジャケット本体から封止体への第一アルミニウム合金の混入は殆どない。これにより、第一突合せ部においては主として封止体側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。また、ジャケット本体の段差側面を外側に傾斜させているため、接合強度の低下を招くことなく攪拌ピンとジャケット本体との接触を容易に回避することができる。また、攪拌ピンの先端面を段差底面よりも深く挿入することにより、第二突合せ部も確実に摩擦攪拌できるため接合強度を高めることができる。

また、第四の発明は、底部、前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を備え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、を攪拌ピンを備える回転ツールを用いて接合する液冷ジャケットの製造方法であって、前記ジャケット本体は第一アルミニウム合金によって形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金によって形成されており、前記第一アルミニウム合金は前記第二アルミニウム合金よりも硬度が高い材種であり、前記攪拌ピンは、先細りとなるように傾斜する外周面を備えるとともに平坦な先端面を備え、前記周壁部の内周縁に、段差底面と、当該段差底面から前記開口部に向かって広がるように斜めに立ち上がる段差側面と、を有する段差部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載置し、前記段差側面と前記封止体の側面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第二突合せ部を形成する載置工程と、回転する前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記封止体に接触させるとともに、前記攪拌ピンの先端を前記段差底面よりも深く挿入するとともに、前記攪拌ピンの前記外周面を前記段差側面にわずかに接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って回転ツールを一周させて摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、を含むことを特徴とする。

かかる製造方法によれば、攪拌ピンの外周面をジャケット本体の段差側面にわずかに接触させるに留めるため、ジャケット本体から封止体への第一アルミニウム合金の混入を極力小さくすることができる。これにより、第一突合せ部においては主として封止体側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。また、ジャケット本体の段差側面を外側に傾斜させているため、攪拌ピンがジャケット本体側に大きく侵入することなく第一突合せ部を接合することが可能となる。また、攪拌ピンの先端面を段差底面よりも深く挿入することにより、第二突合せ部も確実に摩擦攪拌できるため接合強度を高めることができる。

また、前記攪拌ピンの外周面の傾斜角度と、前記段差側面の傾斜角度が同一であることが好ましい。かかる製造方法によれば、第三の発明では攪拌ピンと段差側面とが接触するのを回避しつつ、攪拌ピンをジャケット本体に近接させることができる。また、第四の発明では攪拌ピンがジャケット本体側に大きく侵入することなく第一突合せ部を均一に接合することが可能となる。

また、前記攪拌ピンの外周面の傾斜角度を前記段差側面の傾斜角度と同一にすることが好ましい。かかる製造方法によれば、接合部の金属不足を容易に補うことができる。

かかる製造方法によれば、前記ジャケット本体側がシアー側となり、第一突合せ部の周囲における攪拌ピンによる攪拌作用が高まり、第一突合せ部における温度上昇が期待でき、第一突合せ部において段差側面と封止体の側面とをより確実に接合することができる。
また、前記第一突合せ部は、前記段差側面と前記封止体の前記側面とが断面略Ｖ字状の隙間をあけて突き合わされることが好ましい。
また、前記本接合工程では、前記回転ツールの移動軌跡に塑性化領域が形成され、前記塑性化領域は、前記第二突合せ部を超えてジャケット本体に達するように形成されていることが好ましい。

本発明に係る液冷ジャケットの製造方法によれば、材種の異なるアルミニウム合金を好適に接合することができる。

本発明の第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の準備工程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の製造方法の載置工程を示す断面図である。第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の本接合工程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の製造方法の本接合工程を示す断面図である。第一実施形態に係る液冷ジャケットに製造方法の本接合工程後を示す断面図である。第一実施形態の第一変形例に係る液冷ジャケットの製造方法の載置工程を示す断面図である。第一実施形態の第二変形例に係る液冷ジャケットの製造方法の載置工程を示す断面図である。本発明の第二実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の本接合工程を示す断面図である。本発明の第三実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の本接合工程を示す断面図である。本発明の第四実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の本接合工程を示す断面図である。第四実施形態の第一変形例に係る液冷ジャケットの製造方法の本接合工程を示す断面図である。実施例に係る第一試験の試験体を示す断面図である。実施例に係る第一試験の試験体を示す平面図である。実施例に係る第一試験の試験方法を示す平面図である。実施例に係る第一試験の試験結果を示す平面図である。実施例に係る第一試験の試験結果を示す断面図である。実施例に係る第一試験の試験結果を示す断面図である。実施例に係る第二試験の試験結果を示す平面図である。実施例に係る第二試験の試験結果を示す断面図である。実施例に係る第三試験の試験結果を示す平面図である。実施例に係る第三試験の試験結果を示す断面図である。実施例に係る第四試験の試験結果を示す平面図である。実施例に係る第四試験の試験結果を示す断面図である。従来の液冷ジャケットの製造方法を示す断面図である。

［第一実施形態］
本発明の実施形態に係る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、ジャケット本体２と、封止体３とを摩擦攪拌接合して液冷ジャケット１を製造するものである。液冷ジャケット１は、封止体３の上に発熱体（図示省略）を設置するとともに、内部に流体を流して発熱体と熱交換を行う部材である。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。

本実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法は、準備工程と、載置工程と、本接合工程と、を行う。準備工程は、ジャケット本体２と封止体３とを準備する工程である。ジャケット本体２は、底部１０と、周壁部１１とで主に構成されている。ジャケット本体２は、第一アルミニウム合金を主に含んで形成されている。第一アルミニウム合金は、例えば、ＪＩＳＨ５３０２ＡＤＣ１２（Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ系）等のアルミニウム合金鋳造材を用いている。

図１に示すように、底部１０は、平面視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の内周縁には段差部１２が形成されている。段差部１２は、段差底面１２ａと、段差底面１２ａから立ち上がる段差側面１２ｂとで構成されている。図２に示すように、段差側面１２ｂは、段差底面１２ａから開口部に向かって外側に広がるように傾斜している。段差側面１２ｂの傾斜角度βは適宜設定すればよいが、例えば、鉛直面に対して３°〜３０°になっている。底部１０及び周壁部１１で凹部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、段差部１２に載置される大きさになっている。封止体３の板厚は、段差側面１２ｂの高さと略同等になっている。封止体３は、第二アルミニウム合金を主に含んで形成されている。第二アルミニウム合金は、第一アルミニウム合金よりも硬度の低い材料である。第二アルミニウム合金は、例えば、ＪＩＳＡ１０５０，Ａ１１００，Ａ６０６３等のアルミニウム合金展伸材で形成されている。

載置工程は、図２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。載置工程では、段差底面１２ａに封止体３の裏面３ｂを載置する。段差側面１２ｂと封止体３の側面３ｃとが突き合わされて第一突合せ部Ｊ１が形成される。第一突合せ部Ｊ１は、段差側面１２ｂと封止体３の側面３ｃとが面接触する場合と、本実施形態のように断面略Ｖ字状の隙間をあけて突き合わされる場合の両方を含み得る。また、段差底面１２ａと、封止体３の裏面３ｂとが突き合わされて第二突合せ部Ｊ２が形成される。本実施形態では、封止体３を載置すると、周壁部１１の端面１１ａと、封止体３の表面３ａとは面一になる。

本接合工程は、図３及び図４に示すように、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。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。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（図示省略）の回転軸に連結される部位である。連結部Ｆ１は円柱状を呈し、ボルトが締結されるネジ孔（図示省略）が形成されている。

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。図４に示すように、攪拌ピンＦ２の先端には、回転中心軸Ｃに対して垂直であり、かつ、平坦な先端面Ｆ３が形成されている。つまり、攪拌ピンＦ２の外面は、先細りとなる外周面と、先端に形成された先端面Ｆ３とで構成されている。側面視した場合において、回転中心軸Ｃと攪拌ピンＦ２の外周面とのなす傾斜角度αは、例えば５°〜３０°の範囲で適宜設定すればよいが、本実施形態では、段差側面１２ｂの傾斜角度βと同一となるように設定されている。

攪拌ピンＦ２の外周面には螺旋溝が刻設されている。本実施形態では、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。言い換えると、螺旋溝は、螺旋溝を基端から先端に向けてなぞると上から見て左回りに形成されている。

なお、回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝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。言い換えると、この場合の螺旋溝は、螺旋溝を基端から先端に向けてなぞると上から見て右回りに形成されている。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。

図３に示すように、回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行う際には、封止体３に右回転した攪拌ピンＦ２のみを挿入し、封止体３と連結部Ｆ１とは離間させつつ移動させる。言い換えると、攪拌ピンＦ２の基端部は露出させた状態で摩擦攪拌を行う。回転ツールＦの移動軌跡には摩擦攪拌された金属が硬化することにより塑性化領域Ｗ１が形成される。本実施形態では、封止体３に設定した開始位置Ｓｐに攪拌ピンを挿入し、封止体３に対して右廻りに回転ツールＦを相対移動させる。

図４に示すように、本接合工程では、攪拌ピンＦ２のみを封止体３のみに接触させて第一突合せ部Ｊ１に沿って一周させる。本実施形態では、攪拌ピンＦ２の先端面Ｆ３もジャケット本体２に接触しないように挿入深さを設定している。「攪拌ピンＦ２のみを封止体３のみに接触させた状態」とは、摩擦攪拌を行っている際に、攪拌ピンＦ２の外面がジャケット本体２に接触していない状態を言い、攪拌ピンＦ２の外周面と段差側面１２ｂとの距離がゼロである場合、又は攪拌ピンＦ２の先端面Ｆ３と段差底面１２ａとの距離がゼロである場合も含み得る。

段差側面１２ｂから攪拌ピンＦ２の外周面までの距離が遠すぎると第一突合せ部Ｊ１の接合強度が低下する。段差側面１２ｂから攪拌ピンＦ２の外周面までの離間距離Ｌはジャケット本体２及び封止体３の材料によって適宜設定すればよいが、本実施形態のように攪拌ピンＦ２の外周面を段差側面１２ｂに接触させず、かつ、先端面Ｆ３を段差底面１２ａに接触させない場合は、例えば、０≦Ｌ≦０．５ｍｍに設定し、好ましくは０≦Ｌ≦０．３ｍｍに設定することが好ましい。

回転ツールＦを封止体３の廻りに一周させたら、塑性化領域Ｗ１の始端と終端とを重複させる。回転ツールＦは、封止体３の表面３ａにおいて、徐々に上昇させて引き抜くようにしてもよい。図５は、本実施形態に係る本接合工程後の接合部の断面図である。塑性化領域Ｗ１は、第一突合せ部Ｊ１を境に封止体３側に形成されている。また、攪拌ピンＦ２の先端面Ｆ３は段差底面１２ａに接触させておらず（図４参照）、塑性化領域Ｗ１は、第二突合せ部Ｊ２を超えてジャケット本体２に達するように形成されている。

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、回転ツールＦの攪拌ピンＦ２と段差側面１２ｂとは接触させていないが、封止体３と攪拌ピンＦ２との摩擦熱によって第一突合せ部Ｊ１の主として封止体３側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、第一突合せ部Ｊ１において段差側面１２ｂと封止体３の側面３ｃとを接合することができる。また、攪拌ピンＦ２のみを封止体３のみに接触させて摩擦攪拌を行うため、ジャケット本体２から封止体３への第一アルミニウム合金の混入は殆どない。これにより、第一突合せ部Ｊ１においては主として封止体３側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。

また、ジャケット本体２の段差側面１２ｂを外側に傾斜させているため、攪拌ピンＦ２とジャケット本体２との接触を容易に回避することができる。また、本実施形態では、段差側面１２ｂの傾斜角度βと、攪拌ピンＦ２の傾斜角度αとを同一（段差側面１２ｂと攪拌ピンＦ２の外周面とを平行）にしているため、攪拌ピンＦ２と段差側面１２ｂとの接触を避けつつ、攪拌ピンＦ２と段差側面１２ｂとを極力近接させることができる。

また、攪拌ピンＦ２のみを封止体３のみに接触させて摩擦攪拌接合を行うため、攪拌ピンＦ２の回転中心軸Ｃに対して一方側と他方側で、攪拌ピンＦ２が受ける材料抵抗の不均衡をなくすことができる。これにより、塑性流動材がバランス良く摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。

また、本接合工程では、回転ツールＦの回転方向及び進行方向は適宜設定すればよいが、回転ツールＦの移動軌跡に形成される塑性化領域Ｗ１のうち、ジャケット本体２側がシアー側となり、封止体３側がフロー側となるように回転ツールＦの回転方向及び進行方向を設定した。これにより、仮に摩擦攪拌によるトンネル状の空洞欠陥ができたとしても、液冷ジャケット１の中空部から遠い部分に当該空洞欠陥が形成されるため水密性及び気密性を高めることができる。また、ジャケット本体２側がシアー側となるように設定することで、第一突合せ部Ｊ１の周囲における攪拌ピンＦ２による攪拌作用が高まり、第一突合せ部Ｊ１における温度上昇が期待でき、第一突合せ部Ｊ１において段差側面１２ｂと封止体３の側面３ｃとをより確実に接合することができる。

なお、シアー側（Advancing side）とは、被接合部に対する回転ツールの外周の相対速度が、回転ツールの外周における接線速度の大きさに移動速度の大きさを加算した値となる側を意味する。一方、フロー側（Retreating side）とは、回転ツールの移動方向の反対方向に回転ツールが回動することで、被接合部に対する回転ツールの相対速度が低速になる側を言う。

また、ジャケット本体２の第一アルミニウム合金は、封止体３の第二アルミニウム合金よりも硬度の高い材料になっている。これにより、液冷ジャケット１の耐久性を高めることができる。また、ジャケット本体２の第一アルミニウム合金をアルミニウム合金鋳造材とし、封止体３の第二アルミニウム合金をアルミニウム合金展伸材とすることが好ましい。第一アルミニウム合金を例えば、ＪＩＳＨ５３０２ＡＤＣ１２等のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系アルミニウム合金鋳造材とすることにより、ジャケット本体２の鋳造性、強度、被削性等を高めることができる。また、第二アルミニウム合金を例えば、ＪＩＳＡ１０００系又はＡ６０００系とすることにより、加工性、熱伝導性を高めることができる。

また、本実施形態では、攪拌ピンＦ２の先端面Ｆ３を段差底面１２ａよりも深く挿入しないが、塑性化領域Ｗ１が第二突合せ部Ｊ２に達するようにすることで接合強度を高めることができる。

［第一変形例］
次に、第一実施形態の第一変形例について説明する。図６に示す第一変形例のように、封止体３の板厚を、段差側面１２ｂの高さ寸法よりも大きくなるように設定してもよい。第一突合せ部Ｊ１は、隙間があるように形成されているため接合部が金属不足になるおそれがあるが、第一変形例のようにすることで金属不足を補うことができる。

［第二変形例］
次に、第一実施形態の第二変形例について説明する。図７に示す第二変形例のように、封止体３の側面３ｃを傾斜させて傾斜面を設けてもよい。側面３ｃは、裏面３ｂから表面３ａに向かうにつれて外側に傾斜している。側面３ｃの傾斜角度γは、段差側面１２ｂの傾斜角度βと同一になっている。これにより、載置工程では、段差側面１２ｂと、封止体３の側面３ｃとが面接触する。第二変形例によれば、第一突合せ部Ｊ１に隙間が発生しないため、接合部の金属不足を補うことができる。

［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について説明する。第二実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法は、準備工程と、載置工程と、本接合工程と、を行う。第二実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の準備工程及び載置工程は、第一実施形態と同等であるため、説明を省略する。また、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。

本接合工程は、図８に示すように、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。本接合工程では、攪拌ピンＦ２を第一突合せ部Ｊ１に沿って相対移動させる際に、攪拌ピンＦ２の外周面を段差側面１２ｂにわずかに接触させ、かつ、先端面Ｆ３を段差底面１２ａに接触させないようにして摩擦攪拌接合を行う。

ここで、段差側面１２ｂに対する攪拌ピンＦ２の外周面の接触代をオフセット量Ｎとする。本実施形態のように、攪拌ピンＦ２の外周面を段差側面１２ｂに接触させ、かつ、攪拌ピンＦ２の先端面Ｆ３を段差底面１２ａに接触させない場合は、オフセット量Ｎを、０＜Ｎ≦０．５ｍｍの間で設定し、好ましくは０＜Ｎ≦０．２５ｍｍの間で設定する。

図２４に示す従来の液冷ジャケットの製造方法であると、ジャケット本体１０１と封止体１０２とで硬度が異なるため、回転中心軸Ｃを挟んで一方側と他方側とで攪拌ピンＦ２が受ける材料抵抗も大きく異なる。そのため、塑性流動材がバランス良く攪拌されず、接合強度が低下する要因になっていた。しかし、本実施形態によれば、攪拌ピンＦ２の外周面とジャケット本体２との接触代を極力小さくしているため、攪拌ピンＦ２がジャケット本体２から受ける材料抵抗を極力小さくすることができる。また、本実施形態では、段差側面１２ｂの傾斜角度βと、攪拌ピンＦ２の傾斜角度αとを同一（段差側面１２ｂと攪拌ピンＦ２の外周面とを平行）にしているため、攪拌ピンＦ２と段差側面１２ｂとの接触代を高さ方向に亘って均一にすることができる。これにより、本実施形態では、塑性流動材がバランス良く攪拌されるため、接合部の強度低下を抑制することができる。

なお、第二実施形態でも、第一実施形態の第一変形例及び第二変形例のように、封止体３の板厚を大きくしたり、側面に傾斜面を設けてもよい。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第三実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法は、準備工程と、載置工程と、本接合工程と、を行う。第三実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の準備工程及び載置工程は、第一実施形態と同等であるため、説明を省略する。また、第三実施形態では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。

本接合工程は、図９に示すように、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。本接合工程では、攪拌ピンＦ２を第一突合せ部Ｊ１に沿って相対移動させる際に、攪拌ピンＦ２の外周面を段差側面１２ｂに接触させず、かつ、先端面Ｆ３を段差底面１２ａよりも深く挿入した状態で摩擦攪拌接合を行う。

本実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法によれば、攪拌ピンＦ２と段差側面１２ｂは接触させていないが、封止体３と攪拌ピンＦ２との摩擦熱によって第一突合せ部Ｊ１の主として封止体３側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、第一突合せ部Ｊ１において段差側面１２ｂと封止体３の側面３ｃとを接合することができる。また、第一突合せ部Ｊ１においては攪拌ピンＦ２のみを封止体３のみに接触させて摩擦攪拌を行うため、ジャケット本体２から封止体３への第一アルミニウム合金の混入は殆どない。これにより、第一突合せ部Ｊ１においては主として封止体３側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。

また、ジャケット本体２の段差側面１２ｂを外側に傾斜させているため、攪拌ピンＦ２と段差側面１２ｂとの接触を容易に回避することができる。また、本実施形態では、段差側面１２ｂの傾斜角度βと、攪拌ピンＦ２の傾斜角度αとを同一（段差側面１２ｂと攪拌ピンＦ２の外周面とを平行）にしているため、攪拌ピンＦ２と段差側面１２ｂその接触を避けつつ、攪拌ピンＦ２と段差側面１２ｂとを極力近接させることができる。

また、攪拌ピンＦ２の外周面を段差側面１２ｂから離間させて摩擦攪拌接合を行うため、攪拌ピンＦ２の回転中心軸Ｃに対して一方側と他方側で、攪拌ピンＦ２が受ける材料抵抗の不均衡を小さくすることができる。これにより、塑性流動材がバランス良く摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。本実施形態のように、攪拌ピンＦ２の外周面を段差側面１２ｂに接触させず、かつ、先端面Ｆ３を段差底面１２ａよりも深く挿入する場合、段差側面１２ｂから攪拌ピンＦ２の外周面までの離間距離Ｌを、例えば、０≦Ｌ≦０．５ｍｍに設定し、好ましくは０≦Ｌ≦０．３ｍｍに設定することが好ましい。

また、攪拌ピンＦ２の先端面Ｆ３を段差底面１２ａに挿入することにより、接合部の下部をより確実に摩擦攪拌することができる。これにより、塑性化領域Ｗ１に空洞欠陥等が発生するのを防ぎ、接合強度を高めることができる。また、攪拌ピンＦ２の先端面Ｆ３の全面が、封止体３の側面３ｃよりも封止体３の中央側に位置している。これにより、第二突合せ部Ｊ２の接合領域を大きくすることができるため、接合強度を高めることができる。

なお、第三実施形態でも、第一実施形態の第一変形例及び第二変形例のように、封止体３の板厚を大きくしたり、側面に傾斜面を設けてもよい。

［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第四実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法は、準備工程と、載置工程と、本接合工程と、を行う。第四実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の準備工程及び載置工程は、第一実施形態と同等であるため、説明を省略する。また、第四実施形態では、第三実施形態と相違する部分を中心に説明する。

本接合工程は、図１０に示すように、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。本接合工程では、攪拌ピンＦ２を第一突合せ部Ｊ１に沿って相対移動させる際に、攪拌ピンＦ２の外周面を段差側面１２ｂにわずかに接触させ、かつ、先端面Ｆ３を段差底面１２ａよりも深く挿入して摩擦攪拌接合を行う。

ここで、段差側面１２ｂに対する攪拌ピンＦ２の外周面の接触代をオフセット量Ｎとする。本実施形態のように、攪拌ピンＦ２の先端面Ｆ３を段差底面１２ａよりも深く挿入し、かつ、攪拌ピンＦ２の外周面を段差側面１２ｂに接触させる場合は、オフセット量Ｎを、０＜Ｎ≦１．０ｍｍの間で設定し、好ましくは０＜Ｎ≦０．８５ｍｍの間で設定し、より好ましくは０＜Ｎ≦０．６５ｍｍの間で設定する。

図２４に示す従来の液冷ジャケットの製造方法であると、ジャケット本体１０１と封止体１０２とで硬度が異なるため、回転中心軸Ｃを挟んで一方側と他方側とで攪拌ピンＦ２が受ける材料抵抗も大きく異なる。そのため、塑性流動材がバランス良く攪拌されず、接合強度が低下する要因になっていた。しかし、本実施形態によれば、攪拌ピンＦ２の外周面とジャケット本体２との接触代を極力小さくしているため、攪拌ピンＦ２がジャケット本体２から受ける材料抵抗を小さくすることができる。また、本実施形態では、段差側面１２ｂの傾斜角度βと、攪拌ピンＦ２の傾斜角度αとを同一（段差側面１２ｂと攪拌ピンＦ２の外周面とを平行）にしているため、攪拌ピンＦ２と段差側面１２ｂとの接触代を高さ方向に亘って均一にすることができる。これにより、本実施形態では、塑性流動材がバランス良く攪拌されるため、接合部の強度低下を抑制することができる。

また、攪拌ピンＦ２の先端面Ｆ３を段差底面１２ａに挿入することにより、接合部の下部をより確実に摩擦攪拌することができる。これにより、塑性化領域Ｗ１に空洞欠陥等が発生するのを防ぎ、接合強度を高めることができる。つまり、第一突合せ部Ｊ１及び第二突合せ部Ｊ２の両方を強固に接合することができる。

なお、第四実施形態でも、第一実施形態の第一変形例及び第二変形例のように、封止体３の板厚を大きくしたり、側面に傾斜面を設けてもよい。

［第四実施形態の第一変形例］
次に、第四実施形態の第一変形例について説明する。図１１に示すように、当該第一変形例では、回転ツールＦＡを用いる点で、第四実施形態と相違する。当該変形例では、第四実施形態と相違する部分を中心に説明する。

本接合工程で用いる回転ツールＦＡは、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とを備えて構成されている。攪拌ピンＦ２の先端には、回転中心軸Ｃに対して垂直であり、かつ、平坦な先端面Ｆ３が形成されている。攪拌ピンＦ２の先端面Ｆ３には、突起部Ｆ４が形成されている。突起部Ｆ４は、先端面Ｆ３から下方に突出する部位である。突起部Ｆ４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。突起部Ｆ４の側面と、先端面Ｆ３とで段差部が形成されている。

当該第一変形例の本接合工程では、突起部Ｆ４を段差底面１２ａよりも深く挿入する。先端面Ｆ３は、第二突合せ部Ｊ２よりも上に位置している。突起部Ｆ４によって摩擦攪拌されて巻き上げられた塑性流動材は先端面Ｆ３で押えられる。これにより、突起部Ｆ４周りをより確実に摩擦攪拌することができるとともに第二突合せ部Ｊ２の酸化被膜が確実に分断される。これにより、第二突合せ部Ｊ２の接合強度を高めることができる。また、当該変形例のように、突起部Ｆ４のみを第二突合せ部Ｊ２よりも深く挿入するように設定することで、先端面Ｆ３を第二突合せ部Ｊ２よりも深く挿入する場合に比べて塑性化領域Ｗ１の幅を小さくすることができる。これにより、塑性流動材が凹部１３へ流出するのを防ぐことができるとともに、段差底面１２ａの幅も小さく設定することができる。

なお、図１１に示す第四実施形態の第一変形例では、突起部Ｆ４（攪拌ピンＦ２の先端）が第二突合せ部Ｊ２よりも深く挿入するように設定しているが、先端面Ｆ３が第二突合せ部Ｊ２よりも深く挿入するように設定してもよい。

次に、本発明の実施例について説明する。当該実施例では、主に、攪拌ピンＦ２の回転速度、接合速度、封止体の側面の傾斜の有無及びオフセット量Ｎ等の各条件をパラメータとして摩擦攪拌接合を行った。また、各接合部（塑性化領域）のマクロ断面を観察して接合状態を確認するとともに引張試験を行った。当該実施例では、４種類の試験（以下、「第一試験」、「第二試験」、「第三試験」、「第四試験」と言う。）を行った。

［第一試験］
第一試験では、図１２及び図１３に示す試験体２０を用いて試験を行った。試験体２０は、ベース部材２１と、封止体２２及び封止体２３とで構成されている。ベース部材２１は、アルミニウム合金鋳造材：ＡＤＣ１２（ＪＩＳＨ５３０２Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ系）を用いた。封止体２２，２３は、アルミニウム合金展伸材：ＪＩＳＡ１０５０を用いた。ベース部材２１は、封止体２２，２３に比べて硬度が高くなっている。ベース部材２１には、段差部２４，２４が形成されている。段差部２４は、段差底面２４ａと、段差底面２４ａから斜め外側に傾斜する段差側面２４ｂ，２４ｂとで構成されている。封止体２２の側面２２ｃ，２２ｄは、外側に傾斜している。鉛直面に対する段差側面２４ｂ，２４ｂの傾斜角度βはいずれも１０°である。段差底面２４ａの中央には、溝部２５が形成されている。段差部２４の深さ及び封止体２２の板厚はいずれも３．０ｍｍである。封止体２２の各側面２２ｃ，２２ｄ及び封止体２３の各側面２３ｃ，２３ｄの傾斜角度γは鉛直面に対して１０°である。

図１２及び図１３に示すように、一方の段差部２４に封止体２２を載置することにより、突合せ部Ｊ１１及び突合せ部Ｊ１２が形成される。封止体２２の裏面２２ｂは、段差底面２４ａと面接触する。また、封止体２２の表面２２ａは、ベース部材２１の表面と面一になる。また、他方の段差部２４に封止体２３を載置することにより、突合せ部Ｊ１３及び突合せ部Ｊ１４が形成される。封止体２３の裏面２３ｂは、段差底面２４ａと面接触する。また、封止体２３の表面２３ａは、ベース部材２１の表面と面一になる。第一試験では、図１４に示すように、回転ツールＦを用いて突合せ部Ｊ１１〜１４に対してそれぞれ摩擦攪拌接合を行った。回転ツールＦは、図４に示すものと同じ形状のものを用いた。回転ツールＦの接合速度（送り速度）は、突合せ部Ｊ１１〜Ｊ１４とも７００ｍｍ／分に設定した。また、突合せ部Ｊ１１〜Ｊ１４とも回転ツールＦの先端面Ｆ３は段差底面２４ａに接触させていない。

図１４に示すように、突合せ部Ｊ１１（試行ＮＯ．１）では、封止体２２の一端側に設定された開始位置Ｓｐ１に右回転させた回転ツールＦを挿入し、封止体２２のみに接触さた状態で突合せ部Ｊ１１に沿って回転ツールＦを相対移動させ、他端側に設定された終了位置Ｅｐ１で離脱させた。回転ツールＦの回転数は５０００ｒｐｍに設定し、オフセット量Ｎは０．０ｍｍに設定した（回転ツールＦとベース部材２１とは接触させていない）。

突合せ部Ｊ１２（試行ＮＯ．２）では、封止体２２の他端側に設定された開始位置Ｓｐ２に右回転させた回転ツールＦを挿入し、突合せ部Ｊ１２に沿って回転ツールＦを相対移動させ、一端側に設定された終了位置Ｅｐ２で離脱させた。回転ツールＦの回転数は５０００ｒｐｍに設定し、オフセット量Ｎは０．２５ｍｍに設定した。

突合せ部Ｊ１３（試行ＮＯ．３）では、封止体２３の一端側に設定された開始位置Ｓｐ３に右回転させた回転ツールＦを挿入し、突合せ部Ｊ１３に沿って回転ツールＦを相対移動させ、他端側に設定された終了位置Ｅｐ３で離脱させた。回転ツールＦの回転数は５０００ｒｐｍに設定し、オフセット量Ｎは０．５０ｍｍに設定した。

突合せ部Ｊ１４（試行ＮＯ．４）では、封止体２２の他端側に設定された開始位置Ｓｐ４に右回転させた回転ツールＦを挿入し、突合せ部Ｊ１４に沿って回転ツールＦを相対移動させ、一端側に設定された終了位置Ｅｐ４で離脱させた。回転ツールＦの回転数は７０００ｒｐｍに設定し、オフセット量Ｎは０．２５ｍｍに設定した。

なお、図１５〜１７の「Ｘ地点」、「Ｙ地点」、「Ｚ地点」は、図１４示すＸ，Ｙ，Ｚの位置に対応している。

図１５に示す試行ＮＯ．３のように、オフセット量Ｎが大きいと、試行ＮＯ．１，２と比べて表面にバリが多く発生していることがわかる。図１６及び図１７に示すように、試行ＮＯ．１〜４のいずれにおいても、突合せ部Ｊ１１〜Ｊ１４とも空洞が無く良好に接合されていることがわかる。一方、試行ＮＯ．１〜４のいずれにおいても、塑性化領域Ｗの下部には空洞が散見される。また、試行ＮＯ．３のようにオフセット量Ｎが大きくなると、突合せ部Ｊ１３は接合されているものの塑性化領域Ｗの内部の空洞も大きくなるとともに、表面に発生する凹溝も大きくなる傾向がある。

図１６に示すように、試行ＮＯ．１の引張強さは２７８Ｎ／ｍｍであり、試行ＮＯ．２の引張強さは２８３Ｎ／ｍｍであった。また、図１７に示すように、試行ＮＯ．３の引張強さは７５Ｎ／ｍｍであり、試行ＮＯ．４の引張強さは２７６Ｎ／ｍｍであった。試行ＮＯ．１，２，４については、塑性化領域Ｗに空洞欠陥があるものの引張強さは所定の強度を満たしている。一方、試行ＮＯ．３については、塑性化領域Ｗの欠肉及び空洞がいずれも多く、引張強さも著しく低かった。なお、本実施例における引張強さは、破断荷重（Ｎ）から接合部幅（ｍｍ）を除して算出した。

［第二試験］
第二試験では、第一試験と同じようにベース部材及び封止体を用意して、第一試験と概ね同じ要領で２か所の突合せ部に対して摩擦攪拌接合を行った（当該２か所の突合せ部についてそれぞれ試行ＮＯ．５，６とする）。封止体については、第一試験と同様に傾斜面を設け、段差側面と面接触させている。回転ツールについては、図１１に示すように、突起部Ｆ４を備えた回転ツールＦＡを用いて、突起部Ｆ４を段差底面２４ａよりも深く挿入するとともに、先端面Ｆ３を段差底面２４ａに接触させないで摩擦攪拌接合を行った（図１２参照）。

試行ＮＯ．５では、回転ツールＦＡの回転数を７５００ｒｐｍに設定し、オフセット量Ｎを０．２５ｍｍに設定した。試行ＮＯ．６では、回転ツールＦＡの回転数を１００００ｒｐｍに設定し、オフセット量Ｎを０．２５ｍｍに設定した。また、試行ＮＯ．５，６を行う際に、接合速度（送り速度）を所定の区間ごとに３００ｍｍ／分、５００ｍｍ／分、７００ｍｍ／分と徐々に速度を上げて行った。

図１８に示すように、試行ＮＯ．５，６とも表面に発生するバリは少なかった。図１９に示すように、試行ＮＯ．５，６とも段差部の段差側面と封止体の側面との突合せ部（第一突合せ部に相当）の接合状態は空洞もなく良好であった。また、段差部の段差底面と封止体の裏面との突合せ部（第二突合せ部に相当）の接合状態においても空洞もなく良好であった。また、試行ＮＯ.５，６を対比すると、試行ＮＯ．５の方が塑性化領域Ｗの表面の凹溝が小さい。第二試験では、回転ツールＦＡの接合速度の差は、接合状態に大きな影響を与えないと考えられる。

試行ＮＯ．５における引張強さは、接合速度が３００ｍｍ／分の区間で３１８Ｎ／ｍｍであり、５００ｍｍ／分の区間で３１６Ｎ／ｍｍであり、７００ｍｍ／分の区間で３１８Ｎ／ｍｍであった。試行ＮＯ．５の引張強さはいずれも高い値となった。

試行ＮＯ．６における引張強さは、接合速度が３００ｍｍ／分の区間で３２６Ｎ／ｍｍであり、５００ｍｍ／分の区間で３２７Ｎ／ｍｍであり、７００ｍｍ／分の区間で３２８Ｎ／ｍｍであった。試行ＮＯ．６の引張強さもいずれも高い値となった。また、試行ＮＯ．６は、試行ＮＯ．５に比べてすべて良い結果となった。

［第三試験］
第三試験では、第一試験と同じようにベース部材及び封止体を用意して、第一試験と概ね同じ要領で２箇所の突合せ部に対して摩擦攪拌接合を行った（当該２か所の突合せ部についてぞれぞれ試行ＮＯ．７，８とする）。第三試験のベース部材は、アルミニウム合金鋳造材：ＡＤＣ１２（ＪＩＳＨ５３０２Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ系）を用いた。封止体は、アルミニウム合金展伸材：ＪＩＳＡ１０５０を用いた。封止体については、側面の傾斜面は設けていないため段差部の段差側面と封止体の側面との突合せ部には隙間が生じている（図２参照）。また、回転ツールについては、図１１に示すように、突起部Ｆ４を備えた回転ツールＦＡを用いて、突起部Ｆ４を段差底面２４ａよりも深く挿入するとともに、先端面Ｆ３を段差底面２４ａに接触させないで摩擦攪拌接合を行った（図１２参照）。第三試験では、回転ツールＦＡの接合速度は３００ｍｍ／分に設定し、回転速度は７５００ｒｐｍに設定した。

また、試行ＮＯ．７のオフセット量Ｎは、所定の区間ごとに０．０５ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．４５ｍｍの三段階に徐々に大きくしていった。また、試行ＮＯ．８のオフセット量Ｎは、所定の区間ごとに０．６５ｍｍ、０．８５ｍｍ、１．０５ｍｍの三段階に徐々に大きくしていった。

図２０及び図２１に示すように、試行ＮＯ．７においては、段差部の段差側面と封止体の側面との突合せ部（第一突合せ部に相当）の接合状態は空洞もなく良好であった。また、封止体の裏面と段差部の段差底面との突合せ部（第二突合せ部に相当）の接合状態においても空洞もなく良好であった。

試行ＮＯ．７における引張強さは、オフセット量Ｎが０．０５ｍｍの区間で２５５Ｎ／ｍｍであり、０．２５ｍｍの区間で２８６Ｎ／ｍｍであり、０．４５ｍｍの区間で３１３Ｎ／ｍｍであった。試行ＮＯ．７の引張強さはいずれも高い値となった。

試行ＮＯ．８における引張強さは、オフセット量Ｎが０．６５ｍｍの区間で３０１Ｎ／ｍｍであり、０．８５ｍｍの区間で２７８Ｎ／ｍｍであり、１．０５ｍｍの区間で２９６Ｎ／ｍｍであった。試行ＮＯ．８の引張強さはいずれも高い値となった。オフセット量Ｎが０．４５ｍｍで引張強さが最も大きな値となった。ＮＯ．８のオフセット量Ｎが１．０５ｍｍでは、欠肉は多いものの引張強さの値は大きかった。

［第四試験］
第四試験では、第一試験と同じようにベース部材及び封止体を用意して、第一試験と概ね同じ要領で２か所の突合せ部に対して摩擦攪拌接合を行った（当該２か所の突合せ部についてそれぞれ試行ＮＯ．９，１０とする）。第四試験のベース部材は、アルミニウム合金鋳造材：ＪＩＳＨ５３０２ＡＤＣ１２を用いた。封止体は、アルミニウム合金展伸材：ＪＩＳＡ６０６３を用いた。封止体については、側面の傾斜面は設けていないため段差部の段差側面と封止体の側面との突合せ部には隙間が生じている（図２参照）。また、回転ツールについては、図１１に示すように、突起部Ｆ４を備えた回転ツールＦＡを用いて、突起部Ｆ４を段差底面２４ａよりも深く挿入するとともに、先端面Ｆ３を段差底面２４ａに接触させないで摩擦攪拌接合を行った（図１２参照）。オフセット量Ｎは、試行ＮＯ．９，１０とも０．２５ｍｍに設定し、所定区間ごとに接合速度を３００ｍｍ／分、５００ｍｍ／分、７００ｍｍ／分の三段階に徐々に大きくしていった。試行ＮＯ．９の回転ツールＦＡの回転速度は５０００ｒｐｍに設定した。試行ＮＯ．１０の回転ツールＦＡの回転速度は７５００ｒｐｍに設定した。

図２２及び図２３に示すように、試行ＮＯ．１０の接合速度３００ｍｍ／分の場合には、塑性化領域Ｗの封止体側において、段差底面から上方に巻き上がるような空洞欠陥Ｑが形成されており接合状態は不良であった。つまり、回転ツールＦＡの接合速度が遅く、回転速度が速いと段差底面から巻き上がるような空洞欠陥が発生する傾向がある。なお、試行ＮＯ．１０の接合速度５００ｍｍ／分の場合には、空洞欠陥Ｑは存在しておらず、接合状態は良好であった。試行ＮＯ．９，１０のその他の条件については、段差部の段差側面と封止体の側面との突合せ部（第一突合せ部に相当）の接合状態は空洞もなく良好であった。また、封止体の裏面と段差部の段差底面との突合せ部（第二突合せ部に相当）の接合状態は、空洞もなく良好であった。

試行ＮＯ．９における引張強さは、接合速度が３００ｍｍ／分の区間で４８８Ｎ／ｍｍであり、５００ｍｍ／分の区間で５０１Ｎ／ｍｍであり、７００ｍｍ／分の区間で４８６Ｎ／ｍｍであった。試行ＮＯ．９の引張強さはいずれも高い値となった。

試行ＮＯ．１０における引張強さは、接合速度が３００ｍｍ／分の区間で８１Ｎ／ｍｍであり、５００ｍｍ／分の区間で２８３Ｎ／ｍｍであり、７００ｍｍ／分の区間で４４４Ｎ／ｍｍであった。試行ＮＯ．１０の引張強さは接合速度が３００ｍｍ／分の区間で著しく低い値となった。

［まとめ］
第一試験では段差部の段差側面と封止体の側面との突合せ部（第一突合せ部に相当）は良好な接合状態となっているが、第二〜四試験のように突起部を備えた回転ツールＦＡを用いて、突起部を段差部の段差底面よりも深く挿入した方が段差底面と封止体の裏面との突合せ部（第二突合せ部に相当）がより確実に摩擦攪拌接合されることがわかる。また、第三，四試験のように、封止体の側面に傾斜面を設けなくても段差部の段差側面と封止体の側面との突合せ部（第一突合せ部に相当）は概ね良好な接合状態となっているが、第二試験のように封止体に傾斜面を設けた方が塑性化領域の表面の凹溝も小さく好ましいことがわかる。

１液冷ジャケット
２ジャケット本体
３封止体
Ｆ回転ツール
Ｆ１連結部
Ｆ２攪拌ピン
Ｊ１第一突合せ部
Ｊ２第二突合せ部
Ｗ塑性化領域

Claims

底部、前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を備え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、を攪拌ピンを備える回転ツールを用いて接合する液冷ジャケットの製造方法であって、
前記ジャケット本体は第一アルミニウム合金によって形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金によって形成されており、前記第一アルミニウム合金は前記第二アルミニウム合金よりも硬度が高い材種であり、
前記攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、
前記周壁部の内周縁に、段差底面と、当該段差底面から前記開口部に向かって広がるように斜めに立ち上がる段差側面と、を有する段差部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載置し、前記段差側面と前記封止体の側面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第二突合せ部を形成する載置工程と、
回転する前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記封止体のみに接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って回転ツールを一周させて摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、を含むことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。
底部、前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を備え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、を攪拌ピンを備える回転ツールを用いて接合する液冷ジャケットの製造方法であって、
前記ジャケット本体は第一アルミニウム合金によって形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金によって形成されており、前記第一アルミニウム合金は前記第二アルミニウム合金よりも硬度が高い材種であり、
前記攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、
前記周壁部の内周縁に、段差底面と、当該段差底面から前記開口部に向かって広がるように斜めに立ち上がる段差側面と、を有する段差部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載置し、前記段差側面と前記封止体の側面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第二突合せ部を形成する載置工程と、
回転する前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記封止体に接触させるとともに、前記ジャケット本体の前記段差側面にもわずかに接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って回転ツールを一周させて摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、を含むことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。
前記封止体の板厚を前記段差側面の高さよりも大きくすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液冷ジャケットの製造方法。
前記攪拌ピンの外周面の傾斜角度を前記段差側面の傾斜角度と同一にすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液冷ジャケットの製造方法。
前記封止体の側面に傾斜面を形成し、
前記載置工程では、前記段差側面と前記傾斜面とを面接触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。
前記封止体はアルミニウム合金展伸材で形成し、前記ジャケット本体はアルミニウム合金鋳造材で形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液冷ジャケットの製造方法。
前記回転ツールの外周面に基端から先端に向うにつれて左回りの螺旋溝を刻設した場合、前記回転ツールを右回転させ、
前記回転ツールの外周面に基端から先端に向うにつれて右回りの螺旋溝を刻設した場合、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又は請求項２に記載の液冷ジャケットの製造方法。
前記本接合工程では、前記回転ツールの移動軌跡に形成される塑性化領域のうち、前記ジャケット本体側がシアー側となり、前記封止体側がフロー側となるように前記回転ツールの回転方向及び進行方向を設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液冷ジャケットの製造方法。
前記第一突合せ部は、前記段差側面と前記封止体の前記側面とが断面略Ｖ字状の隙間をあけて突き合わされ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。
前記本接合工程では、前記回転ツールの移動軌跡に塑性化領域が形成され、
前記塑性化領域は、前記第二突合せ部を超えてジャケット本体に達するように形成されてい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。
底部、前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を備え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、を攪拌ピンを備える回転ツールを用いて接合する液冷ジャケットの製造方法であって、
前記ジャケット本体は第一アルミニウム合金によって形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金によって形成されており、前記第一アルミニウム合金は前記第二アルミニウム合金よりも硬度が高い材種であり、
前記攪拌ピンは、先細りとなるように傾斜する外周面を備えるとともに平坦な先端面を備え、
前記周壁部の内周縁に、段差底面と、当該段差底面から前記開口部に向かって広がるように斜めに立ち上がる段差側面と、を有する段差部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載置し、前記段差側面と前記封止体の側面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第二突合せ部を形成する載置工程と、
回転する前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記封止体に接触させるとともに、前記攪拌ピンの先端を前記段差底面よりも深く挿入するとともに、前記攪拌ピンの前記外周面と前記段差側面とを離間させた状態で前記第一突合せ部に沿って回転ツールを一周させて摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、を含むことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。
底部、前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を備え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、を攪拌ピンを備える回転ツールを用いて接合する液冷ジャケットの製造方法であって、
前記ジャケット本体は第一アルミニウム合金によって形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金によって形成されており、前記第一アルミニウム合金は前記第二アルミニウム合金よりも硬度が高い材種であり、
前記攪拌ピンは、先細りとなるように傾斜する外周面を備えるとともに平坦な先端面を備え、
前記周壁部の内周縁に、段差底面と、当該段差底面から前記開口部に向かって広がるように斜めに立ち上がる段差側面と、を有する段差部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載置し、前記段差側面と前記封止体の側面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第二突合せ部を形成する載置工程と、
回転する前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記封止体に接触させるとともに、前記攪拌ピンの先端を前記段差底面よりも深く挿入するとともに、前記攪拌ピンの前記外周面を前記段差側面にわずかに接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って回転ツールを一周させて摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、を含むことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。
前記封止体の板厚を前記段差側面の高さよりも大きくすることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の液冷ジャケットの製造方法。
前記攪拌ピンの外周面の傾斜角度を前記段差側面の傾斜角度と同一にすることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の液冷ジャケットの製造方法。
前記封止体の側面に傾斜面を形成し、
前記載置工程では、前記段差側面と前記傾斜面とを面接触させることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の液冷ジャケットの製造方法。
前記封止体はアルミニウム合金展伸材で形成し、前記ジャケット本体はアルミニウム合金鋳造材で形成することを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の液冷ジャケットの製造方法。
前記回転ツールの外周面に基端から先端に向うにつれて左回りの螺旋溝を刻設した場合、前記回転ツールを右回転させ、
前記回転ツールの外周面に基端から先端に向うにつれて右回りの螺旋溝を刻設した場合、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１１又は請求項１２に記載の液冷ジャケットの製造方法。
前記本接合工程では、前記回転ツールの移動軌跡に形成される塑性化領域のうち、前記ジャケット本体側がシアー側となり、前記封止体側がフロー側となるように前記回転ツールの回転方向及び進行方向を設定することを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の液冷ジャケットの製造方法。
前記第一突合せ部は、前記段差側面と前記封止体の前記側面とが断面略Ｖ字状の隙間をあけて突き合わされることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の液冷ジャケットの製造方法。
前記本接合工程では、前記回転ツールの移動軌跡に塑性化領域が形成され、
前記塑性化領域は、前記第二突合せ部を超えてジャケット本体に達するように形成されていることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の液冷ジャケットの製造方法。