JPWO2020059198A1

JPWO2020059198A1 - 液冷ジャケットの製造方法

Info

Publication number: JPWO2020059198A1
Application number: JP2020547939A
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: 2018-09-18
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2021-05-20
Anticipated expiration: 2039-04-22
Also published as: EP3854512A1; WO2020059198A1; EP3854512A4; JP7020562B2

Abstract

本接合工程では、回転する回転ツール（Ｆ）の攪拌ピン（Ｆ２）のみを設定移動ルートよりもさらに内側に設定した開始位置に挿入した後、回転ツール（Ｆ）の回転中心軸を設定移動ルートと重複する位置まで移動させつつ所定の深さとなるまで攪拌ピン（Ｆ２）を徐々に押入し、回転ツール（Ｆ）の回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度を（γ）とし、段差側面（１２ｂ）の鉛直面に対する傾斜角度を（β）とし、攪拌ピン（Ｆ２）の外周面の回転中心軸に対する傾斜角度を（α）とすると、γ＝α−βにした状態で摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする。

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１１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１１のように摩擦攪拌接合を行うと、攪拌ピンＦ２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。

また、回転ツールＦの攪拌ピンの外周面には傾斜角度が付いており、回転ツールＦの回転中心軸Ｃを突合せ部Ｊ１０に対してまっすぐに入れると、ジャケット本体１０１の段差側面１０１ｃに沿って均一な接合を行うことが難しいという問題がある。

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本発明は、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、を有する周壁段差部を形成するとともに、板厚が前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように前記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載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせた際に前記周壁段差部の前記段差側面と前記封止体の前記外周側面との間に隙間があるように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、前記回転ツールを前記封止体の外周面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記第一突合せ部に沿って前記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、を含み、前記本接合工程では、回転する前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記設定移動ルートよりもさらに内側に設定した開始位置に挿入した後、前記回転ツールの回転中心軸を前記設定移動ルートと重複する位置まで移動させつつ前記所定の深さとなるまで前記攪拌ピンを徐々に押入し、前記回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度をγとし、前記段差側面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記攪拌ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとすると、γ＝α−βにした状態で摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする。

また、本発明は、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、を有する周壁段差部を形成するとともに、板厚が前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように前記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載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせた際に前記周壁段差部の前記段差側面と前記封止体の前記外周側面との間に隙間があるように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、前記回転ツールを前記封止体の外周面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記第一突合せ部に沿って前記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、を含み、前記本接合工程では、前記設定移動ルート上に設定した開始位置から前記攪拌ピンを挿入し、進行方向に移動させつつ前記所定の深さとなるまで徐々に前記攪拌ピンを押入し、前記回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度をγとし、前記段差側面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記攪拌ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとすると、γ＝α−βにした状態で摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする。

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、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、攪拌ピンがジャケット本体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、回転ツールの回転中心軸を傾斜させれば攪拌ピンとジャケット本体との接触代が大きくなるのを容易に回避することができる。また、回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度γを、攪拌ピンの外周面の回転中心軸に対する傾斜角度αから段差側面の鉛直面に対する傾斜角度βを減算した値に一致させることにより、傾斜角度α，βとして最適な値を選択することができると共に、攪拌ピンの外周面と段差側面とを平行にして、摩擦攪拌を行うことができる。また、封止体の厚さを大きくすることで接合部の金属不足を防ぐことができる。また、攪拌ピンを徐々に押入することにより、第一突合せ部において摩擦熱が過大になるのを防ぐことができる。

また、本発明は、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、を有する周壁段差部を形成するとともに、板厚が前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように前記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載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせた際に前記周壁段差部の前記段差側面と前記封止体の前記外周側面との間に隙間があるように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、前記回転ツールを前記封止体の外周面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記第一突合せ部に沿って前記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、を含み、前記本接合工程では、回転する前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記設定移動ルートよりもさらに内側に設定した開始位置に挿入した後、前記回転ツールの回転中心軸を前記設定移動ルートと重複する位置まで移動させつつ前記所定の深さとなるまで前記攪拌ピンを徐々に押入し、前記回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度をγとし、前記段差側面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記攪拌ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとすると、γ＝α−βにした状態で摩擦攪拌接合を行うことをを特徴とする。

また、本発明は、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、を有する周壁段差部を形成するとともに、板厚が前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように前記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載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせた際に前記周壁段差部の前記段差側面と前記封止体の前記外周側面との間に隙間があるように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、前記回転ツールを前記封止体の外周面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記第一突合せ部に沿って前記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、を含み、前記本接合工程では、前記設定移動ルート上に設定した開始位置から前記攪拌ピンを挿入し、進行方向に移動させつつ前記所定の深さとなるまで徐々に前記攪拌ピンを押入し、前記回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度をγとし、前記段差側面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記攪拌ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとすると、γ＝α−βにした状態で摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする。

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、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、攪拌ピンがジャケット本体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、攪拌ピンを段差底面に接触させることにより、第二突合せ部を確実に接合することができる。
また、回転ツールの回転中心軸を傾斜させれば攪拌ピンとジャケット本体との接触代が大きくなるのを容易に回避することができる。また、回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度γを、攪拌ピンの外周面の回転中心軸に対する傾斜角度αから段差側面の鉛直面に対する傾斜角度βを減算した値に一致させることにより、傾斜角度α，βとして最適な値を選択することができると共に、攪拌ピンの外周面と段差側面とを平行にして、摩擦攪拌を行うことができる。また、封止体の厚さを大きくすることで接合部の金属不足を防ぐことができる。また、攪拌ピンを徐々に押入することにより、第一突合せ部において摩擦熱が過大になるのを防ぐことができる。

また、前記本接合工程では、所定の回転速度で前記攪拌ピンを回転させて摩擦攪拌を行い、前記本接合工程において前記攪拌ピンを挿入するとき、前記所定の回転速度よりも高い速度で前記攪拌ピンを回転させた状態で挿入し、徐々に回転速度を下げながら前記設定移動ルートまで移動させることが好ましい。

かかる製造方法によれば、摩擦攪拌をより好適に行うことができる。

また、本発明は、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、を有する周壁段差部を形成するとともに、板厚が前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように前記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載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせた際に前記周壁段差部の前記段差側面と前記封止体の前記外周側面との間に隙間があるように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、前記回転ツールを前記封止体の外周面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記第一突合せ部に沿って前記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、を含み、前記本接合工程では、前記設定移動ルートよりもさらに内側に終了位置を設定し、前記回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度をγとし、前記段差側面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記攪拌ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとすると、γ＝α−βにした状態で摩擦攪拌接合を行った後、前記回転ツールを前記終了位置に移動させつつ前記攪拌ピンを徐々に引き抜いて前記終了位置で前記封止体から前記回転ツールを離脱させることを特徴とする。

また、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、を有する周壁段差部を形成するとともに、板厚が前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように前記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載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせた際に前記周壁段差部の前記段差側面と前記封止体の前記外周側面との間に隙間があるように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、前記回転ツールを前記封止体の外周面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記第一突合せ部に沿って前記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、を含み、前記本接合工程では、前記設定移動ルート上に終了位置を設定し、前記回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度をγとし、前記段差側面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記攪拌ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとすると、γ＝α−βにした状態で摩擦攪拌接合を行った後、前記回転ツールを前記終了位置に移動させつつ前記攪拌ピンを徐々に引き抜いて前記終了位置で前記封止体から前記回転ツールを離脱させることを特徴とする。

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、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、攪拌ピンがジャケット本体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、回転ツールの回転中心軸を傾斜させれば攪拌ピンとジャケット本体との接触代が大きくなるのを容易に回避することができる。また、回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度γを、攪拌ピンの外周面の回転中心軸に対する傾斜角度αから段差側面の鉛直面に対する傾斜角度βを減算した値に一致させることにより、傾斜角度α，βとして最適な値を選択することができると共に、攪拌ピンの外周面と段差側面とを平行にして、摩擦攪拌を行うことができる。また、封止体の厚さを大きくすることで接合部の金属不足を防ぐことができる。また、攪拌ピンを徐々に引き抜くことにより、第一突合せ部において摩擦熱が過大になるのを防ぐことができる。

また、本発明は、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、を有する周壁段差部を形成するとともに、板厚が前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように前記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載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせた際に前記周壁段差部の前記段差側面と前記封止体の前記外周側面との間に隙間があるように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、前記回転ツールを前記封止体の外周面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記第一突合せ部に沿って前記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、を含み、前記本接合工程では、前記設定移動ルートよりもさらに内側に終了位置を設定し、前記回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度をγとし、前記段差側面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記攪拌ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとすると、γ＝α−βにした状態で摩擦攪拌接合を行った後、前記回転ツールを前記終了位置に移動させつつ前記攪拌ピンを徐々に引き抜いて前記終了位置で前記封止体から前記回転ツールを離脱させることを特徴とする。

また、本発明は、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、を有する周壁段差部を形成するとともに、板厚が前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように前記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載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせた際に前記周壁段差部の前記段差側面と前記封止体の前記外周側面との間に隙間があるように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、前記回転ツールを前記封止体の外周面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記第一突合せ部に沿って前記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、を含み、前記本接合工程では、前記設定移動ルート上に終了位置を設定し、前記回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度をγとし、前記段差側面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記攪拌ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとすると、γ＝α−βにした状態で摩擦攪拌接合を行った後、前記回転ツールを前記終了位置に移動させつつ前記攪拌ピンを徐々に引き抜いて前記終了位置で前記封止体から前記回転ツールを離脱させることを特徴とする。

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、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、攪拌ピンがジャケット本体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、攪拌ピンを段差底面に接触させることにより、第二突合せ部を確実に接合することができる。
また、回転ツールの回転中心軸を傾斜させれば攪拌ピンとジャケット本体との接触代が大きくなるのを容易に回避することができる。また、回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度γを、攪拌ピンの外周面の回転中心軸に対する傾斜角度αから段差側面の鉛直面に対する傾斜角度βを減算した値に一致させることにより、傾斜角度α，βとして最適な値を選択することができると共に、攪拌ピンの外周面と段差側面とを平行にして、摩擦攪拌を行うことができる。また、封止体の厚さを大きくすることで接合部の金属不足を防ぐことができる。また、攪拌ピンを徐々に引き抜くことにより、第一突合せ部において摩擦熱が過大になるのを防ぐことができる。

また、前記本接合工程では、所定の回転速度で前記攪拌ピンを回転させて摩擦攪拌を行い、前記本接合工程において前記攪拌ピンを離脱させるとき、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終了位置まで移動させることが好ましい。

また、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。

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斜視図である。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。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平面図である。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。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後を示す平面図である。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。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、本発明の実施形態に係る液冷ジャケット１の製造方法は、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の内周縁には周壁段差部１２が形成されている。周壁段差部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の鉛直面に対する傾斜角度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。ここで鉛直面とは、回転ツールＦの進行方向ベクトルと鉛直方向ベクトルで構成される平面と定義する。

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、周壁段差部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の高さ寸法よりも大きくなっている。封止体３の板厚寸法は、後記する本接合工程の際に接合部が金属不足にならない程度に適宜設定する。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も含み得る。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。回転ツールＦが連結される摩擦攪拌装置は、例えば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であり、回転ツールＦの回転中心軸Ｃを自在に傾斜させることができる。

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、先端に形成された平坦な先端面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。

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。

本接合工程では、図３に示すように、開始位置ＳＰ１から中間点Ｓ１までの押入区間と、設定移動ルートＬ１上の中間点Ｓ１から封止体３の廻りに一周させて中間点Ｓ２までの本区間と、中間点Ｓ２から終了位置ＥＰ１までの離脱区間の三つの区間を連続して摩擦攪拌する。中間点Ｓ１，Ｓ２は、設定移動ルートＬ１上に設定されている。設定移動ルートＬ１は、封止体３の側面３ｃよりも内側に設定されている。設定移動ルートＬ１は、平面視したときに、攪拌ピンＦ２の先端面Ｆ３の中心が通るルートである。

開始位置ＳＰ１は、封止体３の表面３ａにおいて、設定移動ルートＬ１よりも内側の位置に設定されている。本実施形態では、開始位置ＳＰ１と中間点Ｓ１とを結ぶ線分と、設定移動ルートＬ１とのなす角度が鈍角となる位置に設定している。

本接合工程の押入区間では、開始位置ＳＰ１から中間点Ｓ１までの摩擦攪拌を行う。押入区間では、右回転させた攪拌ピンＦ２を開始位置ＳＰ１に挿入し、中間点Ｓ１まで移動させる。この際、少なくとも中間点Ｓ１に到達するまでに予め設定された「所定の深さ」に達するように攪拌ピンＦ２を徐々に押し入れていく。つまり、回転ツールＦを一ヶ所に留まらせることなく、回転ツールＦを設定移動ルートＬ１に移動させながら徐々に下降させていく。

回転ツールＦが中間点Ｓ１に達したらそのまま本区間の摩擦攪拌接合に移行する。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ＳＰ１に攪拌ピンＦ２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。

本接合工程の本区間では、図３及び図４に示すように、回転ツールＦの回転中心軸Ｃを封止体３側に傾斜させつつ、段差側面１２ｂに攪拌ピンＦ２の外周面がわずかに接触するように設定している。また、平面視した場合に、先端面Ｆ３の中心が予め設定された設定移動ルートＬ１に重なるように回転ツールＦを相対移動させる。換言すると、設定移動ルートＬ１は、攪拌ピンＦ２の先端面Ｆ３の中心が通る位置であって、攪拌ピンＦ２の外周面と段差側面１２ｂとがわずかに接触するように設定する。

攪拌ピンＦ２の外周面と段差側面１２ｂとの接触代Ｎは適宜設定すればよいが、例えば、１．０ｍｍ以下に設定する。本区間では、攪拌ピンＦ２の「所定の深さ」を、攪拌ピンＦ２の先端面Ｆ３が段差底面１２ａに接触しないように設定している。なお、攪拌ピンＦ２の先端面Ｆ３が、段差底面１２ａに達するように設定してもよい。

回転ツールＦの傾斜角度について、詳細に説明する。図４に示すように、本接合工程では、回転ツールＦの回転中心軸Ｃを鉛直面に対してジャケット本体２の中央部側（または外周側）に傾斜角度γだけ傾斜させることで、攪拌ピンＦ２の外周面を段差側面１２ｂにわずかに接触させた状態で、第一突合せ部Ｊ１の隙間に塑性流動材を流入させながら第一突合せ部Ｊ１に沿って一周させる。

ここでの回転ツールＦの回転中心軸Ｃを鉛直面に対して傾斜させる傾斜角度γは、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から段差側面１２ｂの鉛直面に対する傾斜角度βを減算した値と同じになっており、段差側面１２ｂと段差側面１２ｂに臨む攪拌ピンＦ２の外周面とは平行である。つまり、回転ツールＦの回転中心軸Ｃを傾ける方向は傾斜角度α，βの関係によって決定される。例えば、「α＞β」の場合に傾斜角度γは正の値となり、ジャケット本体２の中央部側に回転ツールＦの回転中心軸Ｃを傾ける。また、「α＜β」の場合に傾斜角度γは負の値となり、ジャケット本体２の外周側に回転ツールＦの回転中心軸Ｃを傾ける。また、「α＝β」の場合に傾斜角度γは「０（ゼロ）」となり、回転ツールＦの回転中心軸Ｃを傾けずに鉛直面と平行にする。

図５に示すように、回転ツールＦを封止体３の廻りに一周させたら、設定移動ルートＬ１上における塑性化領域Ｗ１の始端と終端とを重複させる。回転ツールＦが中間点Ｓ２に達したらそのまま離脱区間に移行する。離脱区間では、回転ツールＦを中間点Ｓ２から終了位置ＥＰ１に相対移動させつつ、攪拌ピンＦ２を徐々に引き抜いて（上昇させて）いく。終了位置ＥＰ１に達したら回転ツールＦを封止体３から離脱させる。終了位置ＥＰ１は、終了位置ＥＰ１と中間点Ｓ２とを結ぶ線分と、設定移動ルートＬ１とが鈍角となるように設定する。図６に示すように、第一突合せ部Ｊ１には塑性化領域Ｗ１が形成される。

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、攪拌ピンＦ２の外周面をジャケット本体２の段差側面１２ｂにわずかに接触させるに留めるため、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、攪拌ピンＦ２の外周面をジャケット本体２の段差側面１２ｂにわずかに接触させるに留めるため、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、回転ツールＦの回転中心軸Ｃの鉛直面に対する傾斜角度γを、攪拌ピンＦ２の外周面の回転中心軸Ｃに対する傾斜角度αから段差側面１２ｂの鉛直面に対する傾斜角度βを減算した値に一致させることにより、傾斜角度α，βとして最適な値を選択することができると共に、攪拌ピンＦ２の外周面と段差側面１２ｂとを平行にして、摩擦攪拌を行うことができる。これにより、攪拌ピンＦ２の外周面を高さ方向にわたって、均一に段差側面１２ｂに接触させることができるため、バランス良く接合することができる。また、封止体３の厚さを段差側面１２ｂよりも大きくすることで接合部の金属不足を防ぐことができる。

ここで、第一突合せ部Ｊ１上に設定された開始位置又は終了位置において、回転ツールＦを垂直に押入したり、又は、垂直に引き抜いたりする際に、当該開始位置又は終了位置で摩擦熱が過大となり接合不良となるおそれがある。しかし、本実施形態のように、押入区間において攪拌ピンＦ２を進行方向に相対移動させながら徐々に押入することにより、第一突合せ部Ｊ１において摩擦熱が過大になるのを防ぐことができる。また、離脱区間において、攪拌ピンＦ２を進行方向に相対移動させながら徐々に引き抜くことにより、第一突合せ部Ｊ１において摩擦熱が過大になるのを防ぐことができる。

また、本接合工程において、開始位置ＳＰ１の位置は適宜設定すればよいが、開始位置ＳＰ１と設定移動ルートＬ１とのなす角度が鈍角となるように設定することにより、中間点Ｓ１で回転ツールＦの移動速度が低下することなくスムーズに本区間に移行する。これにより、設定移動ルートＬ１上で回転ツールＦが停止又は移動速度が低下することにより、摩擦熱が過大となることを防ぐことができる。また、終了位置ＥＰ１においても、開始位置ＳＰ１と同じ要領で設定することで、本区間から離脱区間にスムーズに回転ツールＦを移動させることができる。

また、本実施形態では、回転ツールＦの回転中心軸Ｃの鉛直面に対する傾斜角度γを、攪拌ピンＦ２の外周面の回転中心軸Ｃに対する傾斜角度αから段差側面１２ｂの鉛直面に対する傾斜角度βを減算した値に一致させることにより、傾斜角度α，βとして最適な値を選択することができる。例えば、傾斜角度αは、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）の技術分野による回転ツールの設計思想により決定され、また、傾斜角度βは、鋳造分野（例えばダイカスト）による金型の設計思想により決定される。つまり、傾斜角度α，βは共に設計思想によって最適な値があるので、「α＝β」にすることは難しい場合がある。しかし、本実施形態によれば、傾斜角度α，βを自由に選択することが可能であるので、傾斜角度α，βとして最適な値を選択することができる。

また、攪拌ピンＦ２を段差側面１２ｂにわずかに接触させるに留めるため、攪拌ピンＦ２の回転中心軸Ｃを挟んで一方側と他方側で、攪拌ピンＦ２が受ける材料抵抗の不均衡を極力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、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。

［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７及び図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に接触させて摩擦攪拌接合を行う。

本接合工程では、押入区間と、本区間と、離脱区間を連続して行う。本実施形態では、開始位置ＳＰ１を設定移動ルートＬ１上に設定する。押入区間では、右回転させた攪拌ピンＦ２を開始位置ＳＰ１に挿入し、設定移動ルートＬ１上で相対移動させながら徐々に回転ツールＦを押入する。少なくとも中間点Ｓ１に達するまでに「所定の深さ」となるまで攪拌ピンＦ２を押し入れていく。

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。図８に示すように、本区間では第一実施形態と同じ要領で、回転ツールＦを封止体３側に傾斜させつつ、攪拌ピンＦ２の外周面を段差側面１２ｂにわずかに接触させた状態で封止体３の廻りを一周させる。回転ツールＦが中間点Ｓ２に達したら図９に示すように、そのまま離脱区間に移行する。離脱区間では、回転ツールＦを中間点Ｓ２から終了位置ＥＰ１に相対移動させつつ、徐々に回転ツールＦを引き抜いていく。終了位置ＥＰ１は、本実施形態では設定移動ルートＬ１上に設定されている。終了位置ＥＰ１に達したら封止体３から回転ツールＦを離脱させる。

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、攪拌ピンＦ２の外周面をジャケット本体２の段差側面１２ｂにわずかに接触させるに留めるため、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、攪拌ピンＦ２の外周面をジャケット本体２の段差側面１２ｂにわずかに接触させるに留めるため、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。攪拌ピンＦ２の先端面Ｆ３を段差底面１２ａに接触させて摩擦攪拌接合を行うため、第二突合せ部Ｊ２を確実に接合することができ、接合強度を高めることができる。

ここで、第一突合せ部Ｊ１上に設定された開始位置又は終了位置において、回転ツールＦを垂直に押入したり、又は、垂直に引き抜いたりする際に、当該開始位置又は終了位置で摩擦熱が過大になり接合不良となるおそれがある。しかし、本実施形態のように、押入区間において攪拌ピンＦ２を進行方向に相対移動させながら徐々に押入することにより、第一突合せ部Ｊ１において摩擦熱が過大になるのを防ぐことができる。また、離脱区間において、攪拌ピンＦ２を進行方向に相対移動させながら徐々に引き抜くことにより、第一突合せ部Ｊ１において摩擦熱が過大になるのを防ぐことができる。

［第三実施形態］
次に、第三実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法ついて説明する。図１０に示すように、当該変形例では、回転ツールＦＡを用いる点で、他の実施形態と相違する。当該実施形態では、他の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。また、攪拌ピンＦ２には、先端面Ｆ３と突起部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。

当該変形例の本接合工程では、回転ツールＦＡの先端を段差底面１２ａよりも深く挿入する（突起部Ｆ４の側面が段差底面１２ａに位置する）。これにより、突起部Ｆ４に沿って摩擦攪拌されて突起部Ｆ４に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の酸化皮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。その他の作用効果については他の実施形態と略同一であるため記載を省略する。

なお、図９に示す第三実施形態の変形例では、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。

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、第一実施形態において、攪拌ピンＦ２の先端面Ｆ３を段差底面１２ａに接触させて摩擦攪拌を行ってもよい。また、第二実施形態において、攪拌ピンＦ２の先端面Ｆ３を段差底面１２ａに接触せずに摩擦攪拌を行ってもよい。また、本実施形態では、攪拌ピンＦ２の外周面を段差側面１２ｂにわずかに接触させたが、ジャケット本体２と封止体３とが摩擦攪拌接合可能な範囲で、攪拌ピンＦ２と段差側面１２ｂとを接触させずに摩擦攪拌を行ってもよい。

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
Ｆ３先端面
Ｊ１第一突合せ部
Ｊ２第二突合せ部
Ｗ１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、を有する周壁段差部を形成するとともに、板厚が前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように前記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載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせた際に前記周壁段差部の前記段差側面と前記封止体の前記外周側面との間に隙間があるように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、前記回転ツールを前記封止体の外周面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記第一突合せ部に沿って前記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、を含み、
前記本接合工程では、回転する前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記設定移動ルートよりもさらに内側に設定した開始位置に挿入した後、前記回転ツールの回転中心軸を前記設定移動ルートと重複する位置まで移動させつつ前記所定の深さとなるまで前記攪拌ピンを徐々に押入し、前記回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度をγとし、前記段差側面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記攪拌ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとすると、γ＝α−βにした状態で摩擦攪拌接合を行う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、を有する周壁段差部を形成するとともに、板厚が前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように前記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載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせた際に前記周壁段差部の前記段差側面と前記封止体の前記外周側面との間に隙間があるように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、前記回転ツールを前記封止体の外周面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記第一突合せ部に沿って前記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、を含み、
前記本接合工程では、回転する前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記設定移動ルートよりもさらに内側に設定した開始位置に挿入した後、前記回転ツールの回転中心軸を前記設定移動ルートと重複する位置まで移動させつつ前記所定の深さとなるまで前記攪拌ピンを徐々に押入し、前記回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度をγとし、前記段差側面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記攪拌ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとすると、γ＝α−βにした状態で摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。
前記本接合工程では、所定の回転速度で前記攪拌ピンを回転させて摩擦攪拌を行い、
前記本接合工程において前記攪拌ピンを挿入するとき、前記所定の回転速度よりも高い速度で前記攪拌ピンを回転させた状態で挿入し、徐々に回転速度を下げながら前記設定移動ルートまで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。
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、を有する周壁段差部を形成するとともに、板厚が前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように前記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載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせた際に前記周壁段差部の前記段差側面と前記封止体の前記外周側面との間に隙間があるように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、前記回転ツールを前記封止体の外周面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記第一突合せ部に沿って前記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、を含み、
前記本接合工程では、前記設定移動ルート上に設定した開始位置から前記攪拌ピンを挿入し、進行方向に移動させつつ前記所定の深さとなるまで徐々に前記攪拌ピンを押入し、前記回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度をγとし、前記段差側面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記攪拌ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとすると、γ＝α−βにした状態で摩擦攪拌接合を行う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、を有する周壁段差部を形成するとともに、板厚が前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように前記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載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせた際に前記周壁段差部の前記段差側面と前記封止体の前記外周側面との間に隙間があるように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、前記回転ツールを前記封止体の外周面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記第一突合せ部に沿って前記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、を含み、
前記本接合工程では、前記設定移動ルート上に設定した開始位置から前記攪拌ピンを挿入し、進行方向に移動させつつ前記所定の深さとなるまで徐々に前記攪拌ピンを押入し、前記回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度をγとし、前記段差側面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記攪拌ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとすると、γ＝α−βにした状態で摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。
前記本接合工程では、所定の回転速度で前記攪拌ピンを回転させて摩擦攪拌を行い、
前記本接合工程において前記攪拌ピンを挿入するとき、前記所定の回転速度よりも高い速度で前記攪拌ピンを回転させた状態で挿入し、徐々に回転速度を下げながら前記設定移動ルートまで移動させることを特徴とする請求項４又は請求項５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、を有する周壁段差部を形成するとともに、板厚が前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように前記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載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせた際に前記周壁段差部の前記段差側面と前記封止体の前記外周側面との間に隙間があるように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、前記回転ツールを前記封止体の外周面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記第一突合せ部に沿って前記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、を含み、
前記本接合工程では、前記設定移動ルートよりもさらに内側に終了位置を設定し、前記回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度をγとし、前記段差側面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記攪拌ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとすると、γ＝α−βにした状態で摩擦攪拌接合を行った後、前記回転ツールを前記終了位置に移動させつつ前記攪拌ピンを徐々に引き抜いて前記終了位置で前記封止体から前記回転ツールを離脱させる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、を有する周壁段差部を形成するとともに、板厚が前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように前記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載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせた際に前記周壁段差部の前記段差側面と前記封止体の前記外周側面との間に隙間があるように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、前記回転ツールを前記封止体の外周面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記第一突合せ部に沿って前記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、を含み、
前記本接合工程では、前記設定移動ルートよりもさらに内側に終了位置を設定し、前記回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度をγとし、前記段差側面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記攪拌ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとすると、γ＝α−βにした状態で摩擦攪拌接合を行った後、前記回転ツールを前記終了位置に移動させつつ前記攪拌ピンを徐々に引き抜いて前記終了位置で前記封止体から前記回転ツールを離脱させることを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。
前記本接合工程では、所定の回転速度で前記攪拌ピンを回転させて摩擦攪拌を行い、
前記本接合工程において前記攪拌ピンを離脱させるとき、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終了位置まで移動させることを特徴とする請求項７又は請求項８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、を有する周壁段差部を形成するとともに、板厚が前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように前記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載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせた際に前記周壁段差部の前記段差側面と前記封止体の前記外周側面との間に隙間があるように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、前記回転ツールを前記封止体の外周面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記第一突合せ部に沿って前記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、を含み、
前記本接合工程では、前記設定移動ルート上に終了位置を設定し、前記回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度をγとし、前記段差側面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記攪拌ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとすると、γ＝α−βにした状態で摩擦攪拌接合を行った後、前記回転ツールを前記終了位置に移動させつつ前記攪拌ピンを徐々に引き抜いて前記終了位置で前記封止体から前記回転ツールを離脱させる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、を有する周壁段差部を形成するとともに、板厚が前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくなるように前記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載置することにより、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせた際に前記周壁段差部の前記段差側面と前記封止体の前記外周側面との間に隙間があるように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、前記回転ツールを前記封止体の外周面よりも内側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記第一突合せ部に沿って前記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、を含み、
前記本接合工程では、前記設定移動ルート上に終了位置を設定し、前記回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度をγとし、前記段差側面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記攪拌ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとすると、γ＝α−βにした状態で摩擦攪拌接合を行った後、前記回転ツールを前記終了位置に移動させつつ前記攪拌ピンを徐々に引き抜いて前記終了位置で前記封止体から前記回転ツールを離脱させることを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。
前記本接合工程では、所定の回転速度で前記攪拌ピンを回転させて摩擦攪拌を行い、
前記本接合工程において前記攪拌ピンを離脱させるとき、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終了位置まで移動させることを特徴とする請求項１０又は請求項１１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１，２，４，５，７，８，１０，１１のいずれか一項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１，２，４，５，７，８，１０，１１のいずれか一項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１，２，４，５，７，８，１０，１１のいずれか一項に記載の液冷ジャケットの製造方法。