KR20110102412A - Method for joining resin member with metal member, and liquid-cooled jacket manufacturing method - Google Patents
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Abstract
충분한 접합 강도를 갖는 동시에 간이하게 접합할 수 있는 수지 부재와 금속 부재의 접합 방법 및 액냉 재킷의 제조 방법을 제공한다. 수지 부재(2)와 금속 부재(3)를 겹치게 한 후, 회전시킨 마찰 교반용 툴(G)을 금속 부재(3)측으로부터 압박하고, 마찰열에 의해서 양쪽 부재를 접합하는 것을 특징으로 한다. 이러한 접합 방법에 따르면, 마찰열에 의해 수지가 용융된 후, 온도 저하에 수반하여 수지 부재(2)가 금속 부재(3)에 용착하기 때문에 간이하면서 강고하게 접합할 수 있다.Provided are a method of joining a resin member and a metal member having sufficient bonding strength and being able to easily join, and a method of manufacturing a liquid cooling jacket. After overlapping the resin member 2 and the metal member 3, the rotated friction stirring tool G is pressed from the metal member 3 side, and both members are joined by frictional heat. According to such a joining method, after resin melts by frictional heat, since the resin member 2 is welded to the metal member 3 with temperature fall, it can join simply and firmly.
Description
본 발명은, 수지 부재와 금속 부재의 접합 방법 및 수지 부재와 금속 부재를 구비한 액냉 재킷의 제조 방법에 관한 것이다.This invention relates to the joining method of a resin member and a metal member, and the manufacturing method of the liquid cooling jacket provided with a resin member and a metal member.
수지 부재와 금속 부재를 접착 또는 기계적으로 고착시키는 기술은, 자동차업계, 산업 기기 업계 등의 넓은 분야로부터 요구되고 있다. 수지 부재와 금속 부재를 비교적 간이하게 접합시키는 방법으로서 접착재를 사용하는 것을 들 수 있지만, 접착재에서는 충분한 강도가 얻어지지 않는다고 하는 문제가 있었다. 따라서, 특허 문헌 1에는, 알루미늄 합금제의 금속 부재를 미리 금형에 삽입한 후, 당해 금형에 수지 소성물을 사출하여 양쪽 부재를 접합하는 기술이 개시되어 있다.BACKGROUND ART A technique for bonding or mechanically fixing a resin member and a metal member is demanded from a wide range of fields such as the automobile industry and the industrial equipment industry. Although using an adhesive material is mentioned as a method of joining a resin member and a metal member comparatively simple, there existed a problem that sufficient strength was not obtained with an adhesive material. Therefore,
그러나, 이러한 종래의 접합 방법에 따르면 금형의 성형, 이형 등에 시간이 걸려 접합 작업이 번잡하게 된다고 하는 문제가 있었다. 또한, 종래의 접합 방법에서는, 사출 성형을 행하면서, 수지와 금속 부재를 접합시키기 위해, 기존의 수지 부재에 대해서는 접합을 행할 수 없다고 하는 문제가 있었다. 즉, 종래의 접합 방법은, 설계의 자유도가 부족한 것이었다.However, according to such a conventional joining method, there is a problem that the joining work becomes complicated due to the time required for molding, mold release and the like of a mold. Moreover, in the conventional joining method, in order to join a resin and a metal member, performing injection molding, there existed a problem that joining was not possible about the existing resin member. That is, the conventional joining method lacked the freedom of design.
이와 같은 관점에서 본 발명은, 충분한 접합 강도를 갖는 동시에 간이하게 접합할 수 있는 수지 부재와 금속 부재의 접합 방법 및 액냉 재킷의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.In view of the above, it is an object of the present invention to provide a method of joining a resin member and a metal member and a method of manufacturing a liquid-cooled jacket that can be easily joined at the same time having sufficient bonding strength.
이와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 수지 부재와 금속 부재를 겹친 후, 회전시킨 회전 툴을 상기 금속 부재측으로부터 압박하고, 마찰열에 의해서 상기 수지 부재를 용융시켜 상기 수지 부재와 상기 금속 부재를 접합하는 것을 특징으로 한다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM In order to solve such a subject, this invention presses the rotating rotating tool from the said metal member side after overlapping a resin member and a metal member, melts the said resin member by frictional heat, It is characterized by bonding.
이러한 접합 방법에 따르면, 금속 부재에 발생한 마찰열에 의해 수지 부재의 표면이 용융되고, 다시 경화할 때에 금속 부재와 용착하여 강고하게 접합된다. 즉, 회전한 회전 툴을 압박하는 것만으로, 양쪽 부재를 비교적 용이하게 접합할 수 있다. 또한, 이 접합 방법에 따르면, 기존의 수지 부재 및 금속 부재를 접합할 수 있는 동시에, 원하는 개소에 대하여 회전 툴을 압박하는 것만으로, 설계의 자유도를 높일 수 있다.According to this joining method, the surface of the resin member is melted by frictional heat generated in the metal member, and when hardened again, it is welded to the metal member and firmly joined. That is, by simply pressing the rotated rotating tool, both members can be joined relatively easily. Moreover, according to this joining method, existing resin member and a metal member can be joined, and the degree of freedom of a design can be improved only by pressing a rotating tool with respect to a desired location.
또한, 상기 회전 툴은, 마찰 교반용 회전 툴로서, 상기 마찰 교반용 회전 툴의 단부면을 상기 금속 부재에 압박하는 것이 바람직하다. 이러한 접합 방법에 따르면, 금속 부재를 밸런스 좋게 압박할 수 있기 때문에, 접합 정밀도를 높일 수 있다.Moreover, it is preferable that the said rotation tool is a rotation tool for friction stirring, and presses the end surface of the said rotation tool for friction stirring to the said metal member. According to such a joining method, since the metal member can be pressed in a balanced manner, the joining accuracy can be improved.
또한, 상기 금속 부재는, 알루미늄제 또는 알루미늄 합금제로서, 상기 마찰 교반용 회전 툴의 숄더부의 외경을, 상기 금속 부재의 두께의 2∼5배로 설정하는 것이 바람직하다. 이러한 접합 방법에 따르면, 양쪽 부재의 접합 강도를 높일 수 있다. 숄더부의 외경이 금속 부재의 두께의 2배보다도 작으면, 접합 강도가 약하다. 한편, 숄더부의 외경이 금속 부재의 두께의 5배보다도 크면, 마찰 교반 장치에 과부하가 작용하기 때문에 바람직하지 않다.Moreover, it is preferable that the said metal member is made from aluminum or aluminum alloy, and sets the outer diameter of the shoulder part of the said rotation stirring tool for friction stirring to 2 to 5 times the thickness of the said metal member. According to this joining method, the joining strength of both members can be raised. If the outer diameter of the shoulder portion is smaller than twice the thickness of the metal member, the joint strength is weak. On the other hand, when the outer diameter of a shoulder part is larger than 5 times the thickness of a metal member, since an overload acts on a friction stirring apparatus, it is not preferable.
또한, 상기 금속 부재는, 알루미늄제 또는 알루미늄 합금제로서, 상기 마찰 교반용 회전 툴의 압입량을, 상기 금속 부재의 두께의 5%∼20%로 설정하는 것이 바람직하다. 이러한 접합 방법에 따르면, 양쪽 부재의 접합 강도를 높일 수 있다. 마찰 교반용 회전 툴의 압입량이 금속 부재의 두께의 5%보다도 작으면, 접합 강도가 약하다. 한편, 마찰 교반용 회전 툴의 압입량이 금속 부재의 두께의 20%보다도 크면, 마찰 교반 장치에 과부하가 작용하기 때문에 바람직하지 않다.Moreover, it is preferable that the said metal member is made of aluminum or aluminum alloy, and sets the indentation amount of the said rotational stirring tool for friction stirring to 5%-20% of the thickness of the said metal member. According to this joining method, the joining strength of both members can be raised. If the indentation amount of the rotational tool for friction stirring is smaller than 5% of the thickness of the metal member, the joint strength is weak. On the other hand, when the indentation amount of the rotational tool for friction stirring is larger than 20% of the thickness of the metal member, since the overload acts on the friction stirring device, it is not preferable.
또한, 상기 회전 툴은, 마찰 접합용 회전 툴로서, 마찰 접합용 회전 툴의 주위면을 상기 금속 부재에 압박하는 것이 바람직하다. 이러한 접합 방법에 따르면, 회전하는 마찰 접합용 회전 툴과 금속 부재와의 마찰열에 의해서, 수지 부재와 금속 부재를 접합할 수 있다.Moreover, it is preferable that the said rotation tool is a friction tool rotation tool, and presses the peripheral surface of the friction tool rotation tool to the said metal member. According to this joining method, the resin member and the metal member can be joined by the frictional heat between the rotating friction bonding rotary tool and the metal member.
또한, 상기 금속 부재는, 알루미늄제 또는 알루미늄 합금제로서, 접합하기 전에, 상기 금속 부재에 에칭 처리 또는 양극 산화 처리를 행하여 표면을 울퉁불퉁하게 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 접합 방법에 따르면, 용융된 수지가 금속 부재의 표면에 형성된 오목 부분에 들어가, 보다 강고하게 접합할 수 있다.In addition, the metal member is made of aluminum or an aluminum alloy, and it is preferable to form an uneven surface by etching or anodizing the metal member before bonding. According to this joining method, molten resin can enter into the recessed part formed in the surface of a metal member, and can join more firmly.
또한 본 발명은, 열발생체가 발생하는 열을 외부로 수송하는 열수송 유체가 흐르는 동시에 일부가 개구된 오목부를 갖는 수지제의 재킷 본체에, 상기 오목부의 개구부를 밀봉하는 금속제의 밀봉체를 적재한 후, 회전시킨 회전 툴을 상기 밀봉 체측으로부터 압박함으로써, 마찰열에 의해서 상기 재킷 본체의 일부를 용융시켜 상기 재킷 본체와 상기 밀봉체를 접합하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is provided with a metal sealing body for sealing an opening of the recess in a jacket body made of a resin having a recess in which a heat transport fluid for transporting heat generated by the heat generator to the outside flows and is partially opened. After that, by rotating the rotated tool from the side of the sealing body, a part of the jacket body is melted by frictional heat to bond the jacket body and the sealing body.
이러한 액냉 재킷의 제조 방법에 따르면, 금속제의 밀봉체에 발생한 마찰열에 의해, 재킷 본체에 따른 수지가 용융되고, 다시 경화할 때에 밀봉체와 용착하여 강고하게 접합된다. 즉, 회전 툴을 압박하는 것만으로, 재킷 본체와 밀봉체를 접합할 수 있기 때문에, 용이하게 액냉 재킷을 제조할 수 있다.According to the method for producing a liquid-cooled jacket, the resin along the jacket body is melted by frictional heat generated in the metal seal, and when it is cured again, the resin is welded to the seal and firmly joined. That is, since the jacket main body and the sealing body can be joined only by pressing the rotating tool, the liquid-cooled jacket can be easily manufactured.
또한, 상기 밀봉체의 주연부의 내측을 따라서 회전 툴을 일주시켜 상기 재킷 본체와 상기 밀봉체를 접합하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 재킷 본체의 개구부를 보다 확실하게 밀봉하는 동시에, 접합의 작업성을 높일 수 있다.Moreover, it is preferable to join the said jacket main body and the said sealing body by circumferentially rotating tool along the inner side of the periphery of the said sealing body. Thereby, while sealing the opening part of a jacket main body more reliably, the workability of joining can be improved.
본 발명에 따른 수지 부재와 금속 부재의 접합 방법에 따르면, 수지 부재와 금속 부재를 용이하면서, 충분한 접합 강도로 접합할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 액냉 재킷의 제조 방법에 따르면, 충분한 접합 강도를 구비한 액냉 재킷을 용이하게 제조할 수 있다.According to the joining method of the resin member and the metal member which concerns on this invention, a resin member and a metal member can be joined easily with sufficient joining strength. Moreover, according to the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on this invention, the liquid cooling jacket provided with sufficient joint strength can be manufactured easily.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 수지 부재와 금속 부재의 접합 방법을 도시한 사시도.
도 2는 마찰 교반용 회전 툴을 도시한 도면으로서, (a)는, 단면도, (b)는, 저면도.
도 3은 제2 실시 형태에 따른 액냉 재킷을 도시한 분해 사시도.
도 4는 제2 실시 형태에 따른 액냉 재킷의 밀봉체를 하방으로부터 향하는 사시도.
도 5는 제2 실시 형태에 따른 마찰 교반 공정을 도시한 평면도로서, (a)는, 개시 부분, (b)는, 종료 부분을 도시한 도면.
도 6은 도 5의 (a)의 I-I선 단면도.
도 7은 제2 실시 형태에 따른 마찰 교반 공정의 변형예를 도시한 단면도.
도 8은 제3 실시 형태에 따른 수지 부재와 금속 부재의 접합 방법을 도시한 사시도.
도 9는 실시예를 설명하기 위한 사시도.1 is a perspective view showing a bonding method of a resin member and a metal member according to the first embodiment.
Fig. 2 is a view showing a rotating tool for friction stirring, where (a) is a sectional view and (b) is a bottom view.
3 is an exploded perspective view showing a liquid cooling jacket according to a second embodiment.
4 is a perspective view of the sealing body of the liquid cooling jacket according to the second embodiment, directed from below.
FIG. 5 is a plan view showing a friction stir process according to a second embodiment, in which (a) shows a starting portion and (b) shows an ending portion. FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG.
7 is a cross-sectional view showing a modification of the friction stir process according to the second embodiment.
8 is a perspective view illustrating a bonding method of a resin member and a metal member according to a third embodiment.
9 is a perspective view for explaining an embodiment;
<제1 실시 형태><1st embodiment>
본 발명의 제1 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 판 형상의 수지 부재(2)와, 판 형상의 금속 부재(3)를 접합하여 복합 부재(1)를 형성하는 경우를 예로 들어 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION The 1st Embodiment of this invention is described in detail with reference to drawings. As shown in FIG. 1, the case where the
본 실시 형태에 따른 수지 부재와 금속 부재의 접합 방법(이하, 간단히 「접합 방법」이라고 함)은, 수지 부재(2)와 금속 부재(3)를 겹치는 겹침 공정과, 금속 부재(3)에 대하여 마찰 교반을 행하는 마찰 교반 공정을 포함한다.The joining method of the resin member and the metal member (hereinafter, simply referred to as "joining method") according to the present embodiment includes an overlapping step of overlapping the
우선, 겹침 공정에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 수지 부재(2) 상에 금속 부재(3)를 적재하고, 수지 부재(2)의 상면의 일부와 금속 부재(3)의 하면의 일부를 접촉시킨다. 수지 부재(2)는, 본 실시 형태에서는, PET(Polyethylene terephthalate)제의 판 형상 부재이다. 수지 부재(2)의 재질은, PET에 한정되는 것이 아니라, 열가소성 수지 중으로부터 용도에 따라서 적절하게 선택하면 된다.First, in the overlapping step, as shown in FIG. 1, the
금속 부재(3)는, 본 실시 형태에서는, 알루미늄 합금제(A5052-O)의 판 형상부재이다. 금속 부재(3)는, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 동합금, 티탄, 티탄합금, 마그네슘, 마그네슘 합금 등 마찰 교반 가능한 금속 재료로부터 용도에 따라서 적절하게 선택하면 된다. 이하, 금속 부재(3)를 「알루미늄 합금 부재(3)」라고도 한다.In this embodiment, the
다음으로, 마찰 교반 공정에서는, 도 2의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 회전 툴 G(이하, 마찰 교반용 회전 툴 G라고도 함)를 사용하여, 알루미늄 합금 부재(3)의 상면측으로부터 알루미늄 합금 부재(3)에 대하여 마찰 교반을 행한다. 마찰 교반용 회전 툴 G는, 대략 원기둥 형상을 나타내는 숄더부 G1과, 숄더부 G1의 하면(단부면)으로부터 돌출된 핀부 G2를 갖는다. 마찰 교반용 회전 툴 G는, 공구 강 등 알루미늄 합금 부재(3)보다도 경질된 금속 재료로 이루어진다. 핀부 G2는, 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 평면에서 보아 소용돌이 형상을 나타내는 스파이럴부 G11과, 숄더부 G1의 중앙에 형성되어 평면에서 보아 원 형상을 나타내는 원형부 G12를 갖는다. 숄더부 G1 및 핀부 G2의 형상, 크기 등은, 접합하는 대상물에 따라서 적절하게 설정하면 된다. 또한, 핀부 G2를 설치하지 않고, 숄더부 G1의 하면(단부면)이 평탄한 마찰 교반용 회전 툴을 사용하여도 된다.Next, in the friction stirring step, as shown in FIGS. 2A and 2B, the
마찰 교반 공정에서는, 수지 부재(2) 및 알루미늄 합금 부재(3)를 이동 불가능하게 구속한 후, 마찰 교반용 회전 툴 G의 하면(단부면)을 알루미늄 합금 부재(3)에 대향시키고, 알루미늄 합금 부재(3)의 상면의 임의의 위치에 소정의 깊이로 압입(압박)하고, 알루미늄 합금 부재(3)의 길이 방향을 따라서 마찰 교반용 회전 툴 G를 상대적으로 이동시킨다. 마찰 교반용 회전 툴 G의 회전수(회전 속도) 및 접합 속도(이송 속도)는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면 회전수 1000rpm, 접합 속도 300㎜/min으로 이동시킨다.In the friction stirring step, after the
알루미늄 합금 부재(3)의 상면에는, 마찰 교반용 회전 툴 G의 이동 궤적을 따라서 소성화 영역 W가 형성된다. 여기서, 「소성화 영역」이란, 마찰 교반용 회전 툴 G의 마찰열에 의해서 가열되어 실제로 소성화하고 있는 상태와, 마찰 교반용 회전 툴 G가 지나가 상온으로 되돌아간 상태의 양방을 포함하는 것으로 한다. 본 실시 형태에서는, 소성화 영역 W가 수지 부재(2)에 접촉하지 않을 정도의 압입량으로 마찰 교반을 행하고 있다. 또한, 마찰 교반에 의해서 알루미늄 합금 부재(3)의 상면에 발생한 버어는 절삭 가공에 의해 절제하는 것이 바람직하다.The plasticization area | region W is formed in the upper surface of the
이러한 접합 방법에 따르면, 수지 부재(2)와 알루미늄 합금 부재(3)와의 겹침 영역에 대하여, 알루미늄 합금 부재(3)의 상방으로부터 회전한 마찰 교반용 회전 툴 G를 압박하여 이동시킴으로써, 그 마찰열에 의해 수지 부재(2)의 표면(표층 부분)에 따른 수지가 용융되고, 온도 저하에 수반하여 다시 경화한다. 이에 의해, 수지 부재(2)가 알루미늄 합금 부재(3)의 하면에 용착하여 접합된다. 즉, 마찰 교반용 회전 툴 G를 압박하는 것만으로, 양쪽 부재를 비교적 용이하게 접합할 수 있다. 또한, 상기한 종래 방법에서는, 수지의 사출 성형과, 수지 부재와 알루미늄 합금 부재와의 접합을 동시에 행하고 있었기 때문에 기존의 부재에 대하여 접합하는 것은 불가능하였지만, 본 실시 형태에 따른 접합 방법에 따르면 기존의 수지 부재(2) 및 알루미늄 합금 부재(3)에 대해서도 접합할 수 있다.According to this joining method, the frictional heat is applied to the overlapping region between the
또한, 원하는 접합 개소에 대하여 마찰 교반용 회전 툴 G를 압박하는 것만으로, 설계의 자유도를 높일 수 있다. 또한, 마찰 교반용 회전 툴 G의 단부면을 알루미늄 합금 부재(3)에 압박함으로써, 금속 부재를 밸런스 좋게 압박할 수 있기 때문에, 접합 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 마찰 교반에 의해서 형성되는 소성화 영역 W가, 수지 부재(2)에 접촉하도록 접합하여도 되지만, 본 실시 형태와 같이 소성화 영역 W가 수지 부재(2)에 접촉하지 않을 정도로 미세하게 마찰 교반을 실시하여도 접합할 수 있다.Moreover, the freedom of design can be improved only by pressing the rotation tool G for friction stirring with respect to a desired joining location. Moreover, since the metal member can be pressed in a balanced manner by pressing the end surface of the friction tool rotation tool G for the
또한, 마찰 교반용 회전 툴 G의 숄더부 G1의 외경을, 알루미늄 합금 부재(3)의 두께의 2∼5배로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 마찰 교반용 회전 툴 G의 압입량(알루미늄 합금 부재(3)의 상면으로부터 숄더부 G1의 하면까지의 압입 길이)을, 알루미늄 합금 부재(3)의 두께의 5%∼20%로 설정하는 것이 바람직하다. 숄더부 G1의 외경 또는 마찰 교반용 회전 툴 G의 압입량을 이와 같이 설정함으로써, 접합 강도를 높일 수 있다. 근거에 대해서는 후기한다.Moreover, it is preferable to set the outer diameter of the shoulder part G1 of the rotation tool G for friction stirring to 2 to 5 times the thickness of the
또한, 알루미늄 합금 부재(3) 중 적어도 수지 부재(2)와 접촉하는 면에, 에칭 처리 또는 알루마이트(양극 산화) 처리를 실시하여, 당해 접촉면을 울퉁불퉁하게 형성한 후에, 상기한 마찰 교반 공정을 행하는 것이 바람직하다. 이러한 접합 방법에 따르면, 알루미늄 합금 부재(3)의 오목 부분에 용융된 수지가 들어가, 수지 부재(2)와 알루미늄 합금 부재(3)와의 접촉 면적이 증가하기 때문에, 보다 강고하게 접합할 수 있다.Further, at least a surface of the
에칭 처리는, 예를 들면 염산 용액 중에 염화 알루미늄 육수화물을 첨가하여 조제한 에칭액에 알루미늄 합금 부재(3)를 침지시켜 행한다. 한편, 알루마이트 처리는, 희류산이나 옥살산 등을 사용하여 알루미늄 합금을 양극으로서 전기 분해함으로써, 알루미늄 합금 부재(3)의 표면을 전기 화학적으로 산화시켜 행한다.An etching process is performed by immersing the
또한, 알루미늄 합금 부재(3)의 표면을 울퉁불퉁하게 하는 표면 처리로서는, 에칭 처리나 알루마이트 처리에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 와이어 브러시 등으로 표면을 거칠게 깎아서 요철을 형성하여도 된다.In addition, as a surface treatment which makes the surface of the
<제2 실시 형태><2nd embodiment>
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 수지제의 재킷 본체(10)와 금속제(본 실시 형태에서는 알루미늄 합금제)의 밀봉체(30)를 갖는 액냉 재킷 P를 제조하는 경우를 예로 들어 설명한다. 액냉 재킷 P는, 예를 들면, CPU(Central Processing Unit) 등의 열발생체를 냉각하기 위해 사용된다.Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 3, the case where liquid cooling jacket P which has the resin jacket
도 3에 도시한 바와 같이, 액냉 재킷 P는, 열발생체인 CPU(도시 생략)가 발생하는 열을 외부로 수송하는 열수송 유체인 냉각수(도시 생략)가 흐르는 동시에 일부가 개구된 오목부(11)를 갖는 재킷 본체(10)에, 오목부(11)의 개구부(12)를 밀봉하는 밀봉체(30)를 고정하여 구성되어 있다.As illustrated in FIG. 3, the liquid cooling jacket P includes a
액냉 재킷 P는, 그 상방측의 덮개판부(31)의 중앙에, 열확산 시트(도시 생략)를 통하여 CPU(도시 생략)가 부착되도록 되어 있고, CPU가 부착된 상태에서, 액냉 재킷 P 내를 냉각수가 유통됨으로써, CPU가 발생하는 열을 수열하는 동시에, 내부를 유통하는 냉각수와 열교환한다. 이에 의해서, 덮개판부(31)는, CPU로부터 받아들인 열을 냉각수에 전달하고, 그 결과로서, CPU를 효율적으로 냉각한다. 또한, 열확산 시트는, CPU의 열을, 덮개판부(31)에 효율적으로 전달시키기 위한 시트이며, 예를 들면 구리 등의 고열전도성을 갖는 금속으로 형성되어 있다.The liquid cooling jacket P has a CPU (not shown) attached to the center of the
재킷 본체(10)는, 한쪽측(본 실시 형태에서는 상측)이 개구된 바닥이 얕은 상자체로서, 그 내측에 오목부(11)이 형성되어 있고, 저벽(13)과, 주위벽(14)을 갖고 있다. 본 실시 형태에서는, 재킷 본체(10)는, 열가소성 수지에 의해 성형되어 있다. 이에 의해, 액냉 재킷 P는 경량화가 달성되어 있어, 취급 용이하게 되어 있다.The jacket
재킷 본체(10)의 오목부(11)의 개구 주연부(12a)에는, 주위벽(14)의 상면으로부터 한층 내려 간 위치에 단차면(15)이 형성되어 있다. 주위벽(14)의 상면으로부터 단차면(15)까지의 거리(깊이)는, 후기하는 밀봉체(30)의 덮개판부(31)의 두께 치수와 동등하다. 단차면(15) 상에는, 밀봉체(30)의 덮개판부(31)의 주연이 적재된다. 단차면(15)의 폭 W1은, 냉각수가 흐르는 오목부(11)의 용적을 확보하기 위해, 가능한 한 작게 설정하는 것이 바람직하지만, 본 실시 형태에서는, 마찰 교반용 회전 툴 G의 숄더부 G1의 외경보다도 크게 형성되어 있다.The
주위벽(14)의 서로 대향하는 한 쌍의 벽부(14a, 14a)에는, 오목부(11)에 냉각수를 유통시키기 위한 관통 구멍(16, 16)이 각각 형성되어 있다. 관통 구멍(16, 16)은, 본 실시 형태에서는, 벽부(14a, 14a)의 대향 방향(도 3 중, X축 방향)으로 연장되어 있고, 원형의 단면을 갖고, 오목부(11)의 깊이 방향 중간부에 형성되어 있다. 또한, 관통 구멍(16)의 형상 및 위치는, 이것에 한정되는 것이 아니라, 냉각수의 종류나 유량에 따라서 적절하게 변경 가능하다.In the pair of
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 밀봉체(30)는, 재킷 본체(10)의 오목부(11)의 개구부(12)(도 3 참조)와 동일한 형상(본 실시 형태에서는 정방형)의 평면 형상을 갖는 판 형상의 덮개판부(31)와, 덮개판부(31)의 하면에 설치된 복수의 핀(32, 32, …)을 구비하여 구성되어 있다.As shown in FIG. 3 and FIG. 4, the sealing
복수의 핀(32, 32, …)은, 서로 평행하고 또한 덮개판부(31)에 대하여 직교하여 배치되어 있고, 덮개판부(31)와 일체로 구성되어 있다. 이에 의해, 덮개판부(31)와 핀(32, 32, …)과의 사이에 있어서, 열이 양호하게 전달하도록 되어 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 핀(32, 32, …)은, 관통 구멍(16, 16)이 형성된 주위벽(14)의 벽부(14a, 14a)와 직교하는 방향(도 3 중, X축 방향)으로 연장하여 배치되어 있다. 핀(32)은, 오목부(11)의 깊이 치수와 동등한 높이(깊이) 치수(도 3 중, Z축 방향 길이)로 되어 있고, 그 선단부가 오목부(11)의 저면에 접촉하도록 되어 있다. 이에 의해서, 밀봉체(30)가 재킷 본체(10)에 부착된 상태에서, 밀봉체(30)의 덮개판부(31)와, 인접하는 핀(32, 32)과, 오목부(11)의 저면에서 통 형상의 공간이 구획되고, 그 공간이, 냉각수가 흐르는 유로(33)(도 5의 (a) 참조)로서 기능하게 된다. 또한, 핀(32, 32, …)은, 오목부(11)의 1변의 길이 치수보다도 짧은 길이 치수(도 3 중, X축 방향 길이)를 갖고 있고, 그 양단은, 오목부(11)의 주위벽(14)의 각 벽부(14a, 14a)의 내벽면과 각각 소정의 간격을 이격하도록 구성되어 있다. 이에 의해서, 밀봉체(30)가 재킷 본체(10)에 부착된 상태에서, 핀(32, 32, …)의 양단 외측의, 오목부(11)의 주위벽(14)의 벽부(14a)와의 사이의 공간이, 관통 구멍(16)으로부터, 핀(32)의 연장 방향과 직교하는 방향(도 3 중, Y축 방향)으로 넓어지는 유로 헤더부(34)(도 5의 (a) 참조)를 구성하는 것으로 된다.The plurality of
밀봉체(30)는, 알루미늄 합금으로 형성되어 있다. 밀봉체(30)는, 알루미늄 합금으로 형성되어 블록을 절삭 가공함으로써 형성되어 있다. 또한, 밀봉체(30)는, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 동합금, 티탄, 티탄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금 등 마찰 교반 가능한 금속 재료로부터 용도에 따라서 적절하게 선택하면 된다.The sealing
다음으로, 액냉 재킷 P의 제조 방법에 대해서 도 5를 사용하여 구체적으로 설명한다. 본 실시 형태에 따른 액냉 재킷의 제조 방법은, 재킷 본체(10)에 밀봉체(30)를 적재하는 적재 공정과, 맞댐부(40)의 내측을 따라서 마찰 교반을 행하는 마찰 교반 공정을 포함한다.Next, the manufacturing method of liquid cooling jacket P is demonstrated concretely using FIG. The manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on this embodiment includes the loading process which loads the sealing
적재 공정에서는, 도 3 및 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 밀봉체(30)를, 핀(32)이 하측으로 되도록 하여, 재킷 본체(10)의 오목부(11)에 삽입하고, 밀봉체(30)의 덮개판부(31)를, 단차면(15) 상에 적재한다. 여기서, 재킷 본체(10)의 오목부(11)의 개구 주연부(12a)와, 밀봉체(30)의 주연부(30a)가 맞대어져, 맞댐부(40)가 구성된다.In the stacking step, as shown in FIG. 3 and FIG. 5A, the
마찰 교반 공정에서는, 이 맞댐부(40)의 내측을 따라서 마찰 교반용 회전 툴 G를 상대적으로 이동시킨다. 즉, 마찰 교반용 회전 툴 G의 하면(단부면)을 밀봉체(30)에 대향시켜, 소정의 압입량으로 압박한 후, 재킷 본체(10)의 단차면(15)(도 3 참조)과, 밀봉체(30)의 덮개판부(31)가 겹쳐지는 겹침 영역을 따라서 이동시킨다. 이 때, 재킷 본체(10)가 이동하지 않도록, 재킷 본체(10)의 주위벽(14)의 주위면에, 재킷 본체(10)를 4방향으로부터 둘러싸는 지그(도시 생략)를 미리 접촉해 두는 것이 바람직하다.In the friction stirring step, the rotational tool G for friction stirring is relatively moved along the inner side of the
마찰 교반 공정에서는, 도 5의 (a) 및 도 6에 도시한 바와 같이, 마찰 교반용 회전 툴 G의 삽입 위치(시단(54a))를, 맞댐부(40)의 내측에 설정한다. 그리고, 마찰 교반용 회전 툴 G의 회전 중심 Q를, 단차면(15)의 폭 방향의 중심에 겹친 상태에서, 마찰 교반용 회전 툴 G를 이동시키면서 덮개판부(31)를 마찰 교반한다.In the friction stirring step, as illustrated in FIGS. 5A and 6, the insertion position (starting
그 후, 마찰 교반용 회전 툴 G의 회전 및 이동을 계속하고, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 마찰 교반용 회전 툴 G를 개구부(12)의 주위를 일주시켜 소성화 영역 W를 형성한다. 이 때, 마찰 교반용 회전 툴 G에 있어서의 시단(54a)(도 5의 (a) 참조)과 종단(54b)(도 5의 (b) 참조)이 오버랩하고 있고, 소성화 영역 W의 일부가 중복되도록 구성되어 있다.Thereafter, the rotation and movement of the friction stirring rotary tool G are continued, and as shown in FIG. 5B, the friction stirring rotation tool G is circumferentially wound around the
이상과 같이, 마찰 교반용 회전 툴 G를 맞댐부(40)(도 5의 (a) 참조)의 내측을 따라서 일주시켜 마찰 교반을 행하고, 재킷 본체(10)에 밀봉체(30)를 고정함으로써 액냉 재킷 P가 형성된다.As mentioned above, friction stirring rotation tool G is circumscribed along the inside of the butting part 40 (refer FIG. 5 (a)), and the friction body is fixed, and the sealing
본 실시 형태에 따른 액냉 재킷 P의 제조 방법에 따르면, 알루미늄 합금제의 밀봉체(30)에 대하여 마찰 교반함으로써, 그 마찰열에 의해 재킷 본체(10)에 따른 수지가 용융되고, 다시 경화할 때에 밀봉체(30)와 용착하여 강고하게 접합된다. 즉, 마찰 교반용 회전 툴 G를 압박하여 상대적으로 이동시키는 것만으로, 재킷 본체(10)와 밀봉체(30)를 접합할 수 있기 때문에, 용이하게 액냉 재킷 P를 제조할 수 있다. 또한, 마찰 교반용 회전 툴 G를 밀봉체(30)의 주위를 따라서 일주시킴으로써 접합 강도를 높이는 동시에, 접합의 작업성을 높일 수 있다. 또한, 소성화 영역 W가 단차면(15)에 접촉하지 않을 정도의 압입량이어도 접합할 수 있다.According to the manufacturing method of the liquid-cooling jacket P which concerns on this embodiment, by friction-stirring with respect to the sealing
또한, 마찰 교반용 회전 툴 G의 숄더부 G1의 외경을, 밀봉체(30)의 덮개판부(31)의 두께의 2∼5배로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 마찰 교반용 회전 툴 G의 압입량(덮개판부(31)의 상면으로부터 숄더부 G1의 하면까지의 압입 길이)을, 밀봉체(30)의 덮개판부(31)의 두께의 5%∼20%로 설정하는 것이 바람직하다. 숄더부 G1의 외경 또는 마찰 교반용 회전 툴 G의 압입량을 이와 같이 설정함으로써, 접합 강도를 높일 수 있다. 근거에 대해서는 후기한다.Moreover, it is preferable to set the outer diameter of the shoulder part G1 of the rotation tool G for friction stirring to 2 to 5 times the thickness of the
또한, 마찰 교반 공정을 행하기 전에, 밀봉체(30)의 덮개판부(31) 중, 적어도 재킷 본체(10)의 단차면(15)과 접촉하는 면에 상기한 에칭 처리 또는 알루마이트 처리를 실시하여도 된다. 알루미늄 합금제인 밀봉체(30)의 표면을 울퉁불퉁하게 형성함으로써, 당해 오목 부분에 용융된 수지가 들어가기 때문에, 접촉 면적이 증대하여, 보다 강고하게 접합할 수 있다.In addition, before performing a friction stirring process, the above etching process or anodize process is given to at least the surface which contacts the
또한, 본 실시 형태에서는, 재킷 본체(10)에 단차면(15)을 구비하고, 단차면(15)에 밀봉체(30)를 적재하는 구성으로 하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 7에 도시한 바와 같이, 재킷 본체(10)의 주위벽(14)의 상면에 밀봉체(30)의 덮개판부(31)를 적재하고, 주위벽(14)과 덮개판부(31)의 겹침 영역을 따라서, 밀봉체(30)의 상방으로부터 마찰 교반용 회전 툴 G를 상대적으로 이동시켜 마찰 교반 공정을 행하여도 된다.In addition, in this embodiment, although the stepped
<제3 실시 형태>Third Embodiment
다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해서 설명한다. 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서는, 마찰 교반용 회전 툴 G를 사용하여, 마찰 교반 공정을 행하여 수지 부재(2)와 금속 부재(3)를 접합하였지만, 제3 실시 형태에서는, 회전 툴 F를 사용하여, 마찰 공정을 행하는 점에서 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태와 상위하다.Next, a third embodiment of the present invention will be described. In 1st Embodiment and 2nd Embodiment, although the friction stirring process was performed using the rotation tool G for friction stirring, the
본 실시 형태에 따른 접합 방법에서는, 수지 부재(2)와 금속 부재(3)를 겹치는 겹침 공정과, 겹친 부재에 대하여 마찰 접합을 행하는 마찰 공정을 포함한다. 겹침 행정에 대해서는, 제1 실시 형태와 동등하기 때문에 설명은 생략한다.The joining method which concerns on this embodiment includes the overlapping process which overlaps the
마찰 공정에서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 회전 툴 F(이하, 마찰 접합용 회전 툴 F라고도 함)를 사용하여 수지 부재(2) 및 금속 부재(3)(알루미늄 합금 부재(3))에 대하여 마찰 접합을 행한다.In the friction process, as shown in FIG. 8, it uses the rotation tool F (henceforth a rotation tool F for friction joining) to the
마찰 접합용 회전 툴 F는, 회전축 F1과, 회전축 F1의 선단에 설치된 툴 본체 F2를 갖는다. 회전축 F1과 툴 본체 F2는, 동축으로 형성되어 있다. 회전축 F1의 기단측은, 도시하지 않은 구동 장치에 연결되어 있다. 툴 본체 F2는, 구동 장치의 구동이 회전축 F1을 통하여 전달되어 축 주위에 고속 회전한다. 툴 본체 F2는, 원판 형상을 나타내고, 공구 강 등 알루미늄 합금보다도 경질된 금속 재료로 이루어진다.The rotary tool F for friction bonding has the rotating shaft F1 and the tool main body F2 provided in the front-end | tip of the rotating shaft F1. The rotating shaft F1 and the tool main body F2 are coaxially formed. The base end side of the rotating shaft F1 is connected to the drive device which is not shown in figure. The tool main body F2 transmits the drive of a drive device via the rotating shaft F1, and rotates around a shaft at high speed. Tool main body F2 has a disk shape, and consists of a metal material harder than aluminum alloys, such as tool steel.
마찰 접합용 회전 툴 F의 형상, 크기 등은, 접합하는 부재에 따라서 적절하게 설정하면 되지만, 본 실시 형태에서는, 예를 들면 툴 본체 F2의 직경이 100㎜, 주위면 F3의 폭이 4㎜인 것을 채용하였다. 또한, 마찰 접합용 회전 툴 F의 압입량, 회전수, 접합 속도는, 접합하는 부재에 따라서 적절하게 설정하면 되지만, 본 실시 형태에서는, 예를 들면, 압입량을 0.2㎜, 회전수를 3000rpm, 접합 속도를 500∼1500㎜/min으로 설정하였다.Although the shape, size, etc. of the friction tool rotation tool F may be suitably set according to the member to join, in this embodiment, the diameter of the tool main body F2 is 100 mm, and the width of the circumferential surface F3 is 4 mm, for example. It was adopted. In addition, although the press-in amount, rotation speed, and joining speed of the friction welding rotation tool F may be suitably set according to the member to join, in this embodiment, for example, press-fit amount is 0.2 mm and rotation speed is 3000 rpm, The bonding speed was set to 500-1500 mm / min.
마찰 공정에서는, 수지 부재(2) 및 알루미늄 합금 부재(3)를 이동 불가능하게 구속한 후, 마찰 접합용 회전 툴 F를 회전시키면서, 툴 본체 F2의 주위면 F3을 알루미늄 합금 부재(3)의 상면에 소정의 깊이로 압입(압박)하고, 수지 부재(2)와 알루미늄 합금 부재(3)의 겹침 영역을 따라서 이동시킨다. 마찰 공정에 따르면, 마찰 접합용 회전 툴 F와 알루미늄 합금 부재(3)와의 마찰열에 의해서, 수지 부재(2)의 표면이 용융되고, 다시 경화할 때에 알루미늄 합금 부재(3)와 용착하여 강고하게 접합된다.In the friction process, after constraining the
제3 실시 형태에 따른 접합 방법에 의해서도, 제1 실시 형태와 대략 동등한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 마찰 공정에서는, 제1 실시 형태에 비해 작은 압박력으로 접합할 수 있기 때문에, 접합하는 부재가 얇은 경우에 적합하다.Also by the joining method which concerns on 3rd Embodiment, the effect substantially the same as 1st Embodiment can be acquired. Moreover, in a friction process, since it can join with a small pressing force compared with 1st Embodiment, it is suitable when the member to join is thin.
또한, 제3 실시 형태에서는, 알루미늄 합금 부재(3) 중 적어도 수지 부재(2)와 접촉하는 면에, 에칭 처리 또는 알루마이트(양극 산화) 처리를 실시하여, 당해 접촉면을 울퉁불퉁하게 형성한 후에, 상기한 마찰 공정을 행하여도 된다. 또한, 제3 실시 형태에서는, 판 형상의 수지 부재(2)와 알루미늄 합금 부재(3)를 접합하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제2 실시 형태에 기재한 바와 같이, 액냉 재킷을 제조할 때에, 마찰 교반 공정 대신에, 마찰 공정을 행하여도 된다.Moreover, in 3rd Embodiment, after performing an etching process or an alumite (anode oxidation) process on the surface which contacts at least the
<실시예 1>≪ Example 1 >
마찰 교반용 회전 툴 G를 사용한 실시예 1∼실시예 3과, 마찰 접합용 회전 툴 F를 사용한 실시예 4를 행하였다.Examples 1 to 3 using the rotating tool G for friction stirring and Example 4 using the rotating tool F for friction bonding were performed.
도 9는, 실시예 1∼실시예 3을 설명하기 위한 사시도이다. 실시예 1∼실시예 3에서는, 도 9에 도시한 바와 같이, 판 형상의 수지 부재(2)와, 판 형상의 알루미늄 합금 부재(3)를 겹친 후, 당해 겹침 영역에 대하여 알루미늄 합금 부재(3)의 상방으로부터 마찰 교반용 회전 툴 G를 스폿적으로 압박하고, 마찰열에 의해 접합된 복합 부재(1)의 파괴 강도를 측정하였다. 파괴 강도는, 도 9에서 도시하는 복합 부재(1)를 공지의 인장 시험기에 설치하고, 수지 부재(2)의 외측 단부 및 알루미늄 합금 부재(3)의 외측 단부를 각각이 이격하는 방향으로 인장하고, 파괴하여 측정하였다.9 is a perspective view for describing the first to third embodiments. In Example 1 thru | or Example 3, as shown in FIG. 9, after overlapping the plate-shaped
실시예 1∼실시예 3에 있어서의 수지 부재(2)는, PET제로서, 길이 100㎜, 폭 30㎜, 두께 3㎜로 형성되어 있다. 한편, 알루미늄 합금 부재(3)는, 길이 100㎜, 폭 30㎜, 두께 3㎜ 또는 5㎜로 형성되어 있다. 수지 부재(2)와 알루미늄 합금 부재(3)의 겹침 영역은, 30㎜이다.The
실시예 1에서는, 마찰 교반용 회전 툴 G의 최적의 압입량을 유도하기 위해, 시험 1-a∼시험 1-f의 6종류의 조건 하에서, 소정의 압입량으로 접합한 경우에 있어서의 파괴 강도(인장 강도)를 측정하였다. 각 시험의 조건을, 표 1에 나타낸다.In Example 1, in order to derive the optimal indentation amount of the rotation stirring tool G for friction stirring, breaking strength in the case of joining by predetermined indentation amount under six conditions of test 1-a thru | or 1-f. (Tensile strength) was measured. Table 1 shows the conditions of each test.
시험 1-a∼시험 1-f에 있어서, 소정의 압입량에 있어서의 파괴 강도의 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 표 2, 표 4 및 표 6에 있어서의 판정란은, 「×」가 접합하지 않고, 「△」가 접합하고 있지만 인장 강도가 약하고, 「○」가 충분한 인장 강도인 것을 나타낸다.In the test 1-a-test 1-f, the result of the breaking strength in a predetermined indentation amount is shown in Table 2. In addition, the judgment column in Table 2, Table 4, and 6 shows that "x" does not join, "△" is bonded, but tensile strength is weak and "(circle)" is sufficient tensile strength.
표 2에 나타낸 바와 같이, 시험 1-a 및 시험 1-b의 결과를 보면, 압입량이 0.2㎜ 이상이면 파괴 강도가 3000N 이상이지만, 압입량이 0.05㎜ 이하이면, 압입량이 지나치게 얕아 수지 부재(2)의 표층부가 용융되지 않기 때문에 접합하지 않는다. 또한, 압입량이 0.1㎜이면 알루미늄 합금 부재(3)의 판 두께가 5㎜인 경우는 접합하지 않고, 판 두께가 3㎜이면 접합은 하지만 파괴 강도가 작은 것을 알 수 있었다. 압입량이 0.2㎜인 경우, 알루미늄 합금 부재(3)의 판 두께에 대한 비율은, 판 두께가 3㎜인 경우는 6.7%이고, 판 두께가 5㎜인 경우는 4%로 된다.As shown in Table 2, when the results of Test 1-a and Test 1-b are used, when the indentation amount is 0.2 mm or more, the breaking strength is 3000 N or more, but when the indentation amount is 0.05 mm or less, the indentation amount is too shallow and the
또한, 시험 1-c 및 시험 1-d, 시험 1-e 및 시험 1-f를 보면, 시험 1-a 및 시험 1-b와 대략 마찬가지의 결과로 된 것이므로, 알루미늄 합금 부재(3)의 종류에 따라서는, 파괴 강도에는 영향이 없는 것을 알 수 있었다.In addition, when the test 1-c, the test 1-d, the test 1-e, and the test 1-f are the same result as the test 1-a and the test 1-b, the kind of the
이상으로, 마찰 교반용 회전 툴 G의 압입량을, 알루미늄 합금 부재(3)의 판 두께의 5%보다도 작게 설정하였다고 하여도, 수지 부재(2)와 알루미늄 합금 부재(3)를 접합하는 것은 가능하지만, 충분한 인장 강도를 얻기 위해서는, 마찰 교반용 회전 툴 G의 압입량을, 알루미늄 합금 부재(3)의 판 두께의 5% 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.As mentioned above, even if the indentation amount of the rotation stirring tool G for friction stirring is set smaller than 5% of the plate | board thickness of the
한편, 마찰 교반용 회전 툴 G의 압입량을 크게 설정하면, 마찰 교반에 의해 형성되는 소성화 영역이 수지 부재(2)와 접촉하고, 메탈과 수지가 혼합될 가능성이 있다. 또한, 마찰 교반용 회전 툴 G의 압입량을 크게 설정하면, 마찰 교반 장치에 과부하가 작용한다. 따라서, 이들을 고려하면, 마찰 교반용 회전 툴 G의 압입량을 알루미늄 합금 부재(3)의 판 두께의 20% 이하로 설정하는 것이 바람직하다.On the other hand, when the indentation amount of the rotation stirring tool G for friction stirring is set large, there exists a possibility that the plasticization area | region formed by friction stirring may contact the
<실시예 2><Example 2>
실시예 2에서는, 마찰 교반용 회전 툴 G의 최적의 숄더부 G1(도 2 참조)의 외경을 유도하기 위해, 시험 2-a∼시험 2-b의 2종류의 조건 하에서, 소정의 숄더부 G1의 외경을 구비한 마찰 교반용 회전 툴 G로 접합한 경우에 있어서의 파괴 강도(인장 강도)를 측정하였다. 각 시험의 조건을 표 3에 나타낸다.In Example 2, in order to derive the outer diameter of the optimum shoulder part G1 (refer FIG. 2) of the rotation tool G for friction stirring, predetermined shoulder part G1 is carried out under two types of conditions of test 2-a to test 2-b. The breaking strength (tensile strength) at the time of joining with the rotating stirring tool G for friction stirring provided with the outer diameter of was measured. Table 3 shows the conditions of each test.
시험 2-a, 시험 2-b에 있어서, 소정의 숄더부의 외경에 있어서의 파괴 강도의 결과를 표 4에 나타낸다.In the test 2-a and the test 2-b, the result of the breaking strength in the outer diameter of a predetermined shoulder part is shown in Table 4.
표 4에 나타낸 바와 같이, 시험 2-a에 있어서는, 숄더부의 외경이 φ10.0㎜보다도 크면 파괴 강도가 3000N 이상이지만, φ7.5㎜ 이하이면 파괴 강도가 현저하게 저하하였다.As shown in Table 4, in test 2-a, when the outer diameter of the shoulder portion was larger than φ10.0 mm, the breaking strength was 3000 N or more, but when the diameter was φ 7.5 mm or less, the breaking strength remarkably decreased.
한편 시험 2-b에 있어서는, 숄더부의 외경이 φ7.5㎜ 이상이면 파괴 강도가 3000N 이상이지만, φ5.0㎜ 이하이면 파괴 강도가 현저하게 저하하였다.On the other hand, in test 2-b, when the outer diameter of a shoulder part was φ7.5 mm or more, breaking strength was 3000 N or more, but when φ5.0 mm or less, breaking strength remarkably decreased.
이상으로, 마찰 교반용 회전 툴 G의 숄더부 G1의 외경을 알루미늄 합금 부재(3)의 판 두께의 2배보다도 작게 설정하였다고 하여도, 수지 부재(2)와 알루미늄 합금 부재(3)를 접합하는 것은 가능하지만, 충분한 인장 강도를 얻기 위해서는, 마찰 교반용 회전 툴 G의 숄더부 G1의 외경을 알루미늄 합금 부재(3)의 판 두께의 2배 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 숄더부 G1의 외경을 알루미늄 합금 부재(3)의 판 두께의 5배보다 크게 하여도 강도에는 변화가 없기 때문에, 마찰 교반 장치에의 부하를 고려하면, 숄더부 G1의 외경은, 알루미늄 합금 부재(3)의 판 두께의 5배 이하로 설정하는 것이 바람직하다.As mentioned above, even if the outer diameter of the shoulder part G1 of the rotation tool G for friction stirring was set smaller than twice the plate | board thickness of the
<실시예 3><Example 3>
실시예 3에서는, 알루미늄 합금 부재(3)의 표면을 울퉁불퉁하게 형성한 경우에 있어서의 파괴 강도와의 관계에 대해서 시험을 행하였다. 시험 3-a∼시험 3-c의 3종류의 조건 하에서, 알루미늄 합금 부재(3)의 표면에 대하여 소정의 처리를 행한 후에 접합을 행한 경우에 있어서의 파괴 강도(인장 강도)를 측정하였다. 각 시험의 조건을 표 5에 나타낸다.In Example 3, the test was done about the relationship with the breaking strength in the case where the surface of the
시험 3-a∼시험 3-c에 있어서, 알루미늄 합금 부재(3)의 각 표면 처리에 있어서의 파괴 강도의 결과를 표 6에 나타낸다.In test 3-a to test 3-c, the result of the breaking strength in each surface treatment of the
표 6 중의, 알루미늄 합금 부재(3)에 실시하는 표면 처리 중 「처리 없음」은, 알루미늄 합금 부재(3)에 표면 처리를 실시하고 있지 않다."No treatment" does not surface-treat the
또한, 「에칭 A」에서는, 이하에 기재하는 에칭 전처리 및 에칭 본처리를 행한다. 에칭 전처리에서는, 우선, 알루미늄 합금 부재(3)를 30wt% 질산 용액에 상온에서 5분간 침지한 후에, 이온 교환수로 충분히 수세하고, 다음으로, 5wt% 수산화 나트륨 용액에 50℃에서 1분간 침지한 후에 수세하고, 또한, 30wt% 질산 용액에 상온에서 3분간 침지한 후에 수세한다.In addition, in "etching A", the etching preprocess and the etching main process which are described below are performed. In the etching pretreatment, first, the
에칭 본처리에서는, 에칭 전처리를 행한 알루미늄 합금 부재(3)를 25wt% 염산 용액 중에 54g/L의 염화 알루미늄 육수화물을 첨가하여 조제한 에칭액(염소 이온 농도:48g/L) 중에 66℃에서 4분간 침지한 후에 수세하는 에칭 처리를 실시하고, 또한, 30wt% 질산 용액에 상온에서 3분간 침지한 후에 수세하고, 120℃의 열풍에 의해 5분간 건조시켰다.In the etching main treatment, the
또한, 「에칭 B」에서는, 상기한 에칭 전처리를 행한 후에, 이하에 기재하는 에칭 본처리를 행한다. 즉, 이 에칭 본처리에서는, 에칭 전처리를 행한 후의 알루미늄 합금 부재(3)를 50wt% 인산 용액에 66℃에서 4분간 침지하여 수세하고, 그 후에 120℃의 열풍에 의해 5분간 건조시켰다.In addition, in "etching B", after performing the above-mentioned etching preprocess, the etching main process described below is performed. That is, in this etching main processing, the
또한, 「알루마이트 봉공(封孔) 없음」에서는, 이하에 나타내는 알루마이트 전처리, 알루마이트 본처리를 행한다. 알루마이트 전처리에서는, 우선, 알루미늄 합금 부재(3)를 30wt% 질산 용액에 상온에서 5분간 침지한 후에, 이온 교환수로 충분히 수세하고, 다음으로, 5wt% 수산화 나트륨 용액에 50℃에서 1분간 침지한 후에 수세하고, 또한, 30wt% 질산 용액에 상온에서 3분간 침지한 후에 수세한다.In addition, in "no alumite sealing", the alumite pretreatment shown below and the alumite main treatment are performed. In the alumite pretreatment, first, the
알루마이트 본처리에서는, 알루마이트 전처리를 행한 후의 알루미늄 합금 부재(3)를 황산 농도 160g/L의 용액 속에서 액온 18℃, 피막 두께가 10㎛로 되도록 양극 산화한 후, 수세하고, 120℃의 열풍에 의해 5분간 건조시켰다.In the alumite main treatment, the
또한, 「알루마이트 봉공 있음」에서는, 상기한 알루마이트 전처리를 행한 후에, 상기한 알루마이트 본처리를 행한다. 또한, 그 후 비등수(沸騰水) 속에서 10분간 자비(煮沸)시킨다. 이에 의해, 「알루마이트 봉공 있음」에서는, 봉공 처리가 행해져 세공이 좁혀져 있다.In addition, in "there is an alumite sealing," the alumite main treatment is performed after the above alumite pretreatment is performed. After that, it is then boiled in boiling water for 10 minutes. Thereby, in "with an alumite sealing", a sealing is performed and the pore is narrowed.
또한, 「와이어 브러시」에서는, 공지된 와이어 브러시를 사용하여 알루미늄 합금 부재(3)의 표면을 거칠게 절삭하여 울퉁불퉁하게 처리하였다.In addition, in the "wire brush", the surface of the
표 6에 나타낸 바와 같이, 시험 3-a 및 시험 3-b의 결과를 보면, 알루미늄 합금 부재(3)의 표면이 울퉁불퉁하게 되도록 표면 처리를 실시한 쪽이, 인장 강도가 높은 것을 알 수 있었다. 또한, 알루미늄 합금 부재(3)에 표면 처리를 실시하지 않는 경우라도, 충분한 인장 강도가 얻어지는 것을 알 수 있었다.As shown in Table 6, from the results of Test 3-a and Test 3-b, it was found that the surface treated so that the surface of the
또한, 알루미늄 합금 부재(3)의 판 두께를 얇게 하면서, 마찰 교반용 회전 툴 G의 숄더부의 외경도 작게 한 시험 3-c의 결과를 보면, 「에칭 A」, 「에칭 B」 및 「알루마이트 봉공 없음」의 표면 처리를 실시한 경우에 높은 인장 강도가 얻어지는 것을 알 수 있었다.In addition, when the thickness of the
<실시예 4><Example 4>
실시예 4에서는, 제3 실시 형태(도 8 참조)에서 설명한 접합 방법에 있어서, 접합된 부재의 파괴 강도를 측정하였다. 파괴 강도는, 접합된 부재를 인장 시험기에 설치하고, 수지 부재(2)의 외측 단부 및 알루미늄 합금 부재(3)의 외측 단부를 각각 이격하는 방향으로 인장하고, 파괴하여 측정하였다.In Example 4, the breaking strength of the joined member was measured in the joining method described in the third embodiment (see FIG. 8). The failure strength was provided by attaching the joined member to the tensile tester, pulling in the direction in which the outer end of the
실시예 4에 있어서의 수지 부재(2)는, PET제로서, 두께는 5㎜로 되어 있다. 알루미늄 합금 부재(3)는, 1100 합금이며, 두께 1㎜ 또는 2㎜로 되어 있다. 수지 부재(2)와 알루미늄 합금 부재(3)와의 겹침 영역은 30㎜이다. 접합 길이는, 60㎜∼70㎜로 설정하였다.The
마찰 접합용 회전 툴 F는, 툴 본체 F2의 직경이 100㎜, 폭 4㎜의 툴 C와, 툴 본체 F2의 직경이 105㎜, 폭 10㎜의 툴 D의 2종류를 채용하였다. 툴 C에 대해서는, 회전수를 3000rpm으로 설정하고, 툴 D에 대해서는, 회전수를 2857rpm으로 설정하였다. 툴 C 및 툴 D 모두, 주속도를 942000(㎜/min)으로 설정하였다.The rotation tool F for friction welding employ | adopted two types of the tool C of the diameter of the tool main body F2 of 100 mm and width 4mm, and the tool D of the diameter of the tool main body F2 of 105 mm and width 10mm. For tool C, the rotation speed was set to 3000 rpm, and for tool D, the rotation speed was set to 2857 rpm. In both tool C and tool D, the peripheral speed was set to 942000 (mm / min).
실시예 4에서는, 각 부재의 두께 및 회전 툴의 조합을 바꿔서 3종류(시험 4∼시험 6)의 전제 조건을 설정하고, 압입량 및 접합 속도(이송 속도)를 파라미터로서 파괴 시험을 행하였다.In Example 4, three types (tests 4 to 6) of preconditions were set by changing the thickness of each member and the combination of the rotational tools, and the fracture test was performed using the indentation amount and the joining speed (feed speed) as parameters.
시험 4의 결과를 표 7에 나타낸다.The results of test 4 are shown in Table 7.
시험 5의 결과를 표 8에 나타낸다.The results of the test 5 are shown in Table 8.
표 7 및 표 8로부터, 툴 C 및 툴 D 모두 압입량이 0.2㎜에서는 접합 강도가 낮고, 압입량이 0.4㎜에서는 접합 강도가 높았다. 접합 속도가 500㎜/min에서는, 수지 부재(2)로부터 파괴되었다. 접합 속도가 1500㎜/min까지는 충분한 접합 강도를 갖지만, 2000㎜/min에서는 접합 강도가 낮았다.From Table 7 and Table 8, both the tool C and the tool D had a low joint strength when the indentation amount was 0.2 mm, and a high bond strength when the indentation amount was 0.4 mm. At the joining speed of 500 mm / min, the
한편, 알루미늄 합금 부재(3)의 판 두께의 영향을 나타내기 위해, 알루미늄 합금 부재(3)의 두께를 1㎜로 한 시험 6의 결과를 표 9에 나타낸다.On the other hand, in order to show the influence of the plate | board thickness of the
표 9에 나타낸 바와 같이, 알루미늄 합금 부재(3)의 판 두께를 1㎜로 하여도, 판 두께를 2㎜로 한 경우(표 8 참조)와 대략 동등한 결과가 얻어졌다.As shown in Table 9, even when the plate thickness of the
1 : 복합 부재
2 : 수지 부재
3 : 금속 부재(알루미늄 합금 부재)
10 : 재킷 본체(수지 부재)
11 : 오목부
12 : 개구부
12a : 개구 주연부
14 : 주위벽
15 : 단차면
30 : 밀봉체(알루미늄 합금 부재)
30a : 주연부
31 : 덮개판부
32 : 핀
F : 회전 툴(마찰 접합용 회전 툴)
G : 회전 툴(마찰 교반용 회전 툴)
P : 액냉 재킷1: composite member
2: resin member
3: metal member (aluminum alloy member)
10: Jacket body (resin member)
11: concave
12: opening
12a: periphery of opening
14: surrounding wall
15: step surface
30: sealing body (aluminum alloy member)
30a: periphery
31: cover plate
32: pin
F: Rotation Tool (Rotation Tool for Friction Joining)
G: rotation tool (rotation tool for friction stirring)
P: liquid-cooled jacket
Claims (8)
상기 회전 툴은, 마찰 교반용 회전 툴로서,
상기 마찰 교반용 회전 툴의 단부면을 상기 금속 부재에 압박하는 것을 특징으로 하는, 수지 부재와 금속 부재의 접합 방법.The method of claim 1,
The rotary tool is a rotary tool for friction stirring,
An end surface of the friction stirring rotary tool is pressed against the metal member, wherein the resin member and the metal member are joined together.
상기 금속 부재는, 알루미늄제 또는 알루미늄 합금제로서,
상기 마찰 교반용 회전 툴의 숄더부의 외경을, 상기 금속 부재의 두께의 2∼5배로 설정하는 것을 특징으로 하는, 수지 부재와 금속 부재의 접합 방법.The method of claim 2,
The metal member is made of aluminum or aluminum alloy,
The outer diameter of the shoulder part of the said rotational tool for friction stirring is set to 2 to 5 times the thickness of the said metal member, The joining method of the resin member and a metal member characterized by the above-mentioned.
상기 금속 부재는, 알루미늄제 또는 알루미늄 합금제로서,
상기 마찰 교반용 회전 툴의 압입량을, 상기 금속 부재의 두께의 5%∼20%로 설정하는 것을 특징으로 하는, 수지 부재와 금속 부재의 접합 방법.The method according to claim 2 or 3,
The metal member is made of aluminum or aluminum alloy,
The press-fit amount of the rotary tool for friction stirring is set to 5% to 20% of the thickness of the metal member, characterized in that the joining method of the resin member and the metal member.
상기 회전 툴은, 마찰 접합용 회전 툴로서,
마찰 접합용 회전 툴의 주위면을 상기 금속 부재에 압박하는 것을 특징으로 하는, 수지 부재와 금속 부재의 접합 방법.The method of claim 1,
The rotary tool is a rotary tool for friction welding,
A method of joining a resin member and a metal member, wherein the peripheral surface of the rotary tool for friction bonding is pressed against the metal member.
상기 금속 부재는, 알루미늄제 또는 알루미늄 합금제로서,
접합하기 전에, 상기 금속 부재에 에칭 처리 또는 양극 산화 처리를 행하여 표면을 울퉁불퉁하게 형성하는 것을 특징으로 하는, 수지 부재와 금속 부재의 접합 방법.The method of claim 1,
The metal member is made of aluminum or aluminum alloy,
A method of joining a resin member and a metal member, wherein the metal member is etched or anodized to form a surface unevenly before joining.
상기 밀봉체의 주연부의 내측을 따라서 상기 회전 툴을 일주시켜 상기 재킷 본체와 상기 밀봉체를 접합하는 것을 특징으로 하는, 액냉 재킷의 제조 방법.The method of claim 7, wherein
A method of manufacturing a liquid-cooled jacket, wherein the rotary tool is wound around the inner periphery of the seal to bond the jacket body to the seal.
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