KR20130041345A - 액냉 재킷의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀봉체의 변형을 억제할 수 있는 액냉 재킷의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
열 발생체가 발생하는 열을 외부로 수송하는 열 수송 유체가 흐르는 동시에 일부가 개구된 오목부(11)를 갖는 재킷 본체(10)에, 오목부(11)의 개구부(12)를 밀봉하는 밀봉체(30)를 마찰 교반 접합에 의해 고정하여 구성되는 액냉 재킷의 제조 방법에 있어서, 재킷 본체(10)의 오목부(11)의 개구 주연부(12a)에 형성되어 재킷 본체(10)의 표면보다 낮아진 단차 저면으로 이루어지는 지지면(15a)에, 밀봉체(30)를 적재해서 재킷 본체(10)의 단차 측면(15b)과 밀봉체(30)의 외주면(30b)을 맞대어, 밀봉체(30)의 두께 치수 T1보다도 큰 길이 치수 L1의 교반 핀(52)을 구비한 회전 툴(50)을, 재킷 본체(10)의 단차 측면(15b)과 밀봉체(30)의 외주면(30b)과의 맞댐부(40)를 따라 1주시켜 소성화 영역(41)을 형성하여, 밀봉체(30)를 재킷 본체(10)에 접합했다.

Description

액냉 재킷의 제조 방법{METHOD OF PRODUCING LIQUID-COOLED JACKET}

본 발명은, 재킷 본체의 오목부의 개구부에 밀봉체를 마찰 교반 접합에 의해 고정하여 구성되는 액냉 재킷의 제조 방법에 관한 것이다.

금속 부재끼리를 접합하는 방법으로서, 마찰 교반 접합(FSW = Friction　Stir　Welding)이 알려져 있다. 마찰 교반 접합이라 함은, 회전 툴(tool)을 회전시키면서 금속 부재끼리의 맞댐부를 따라 이동시켜, 회전 툴과 금속 부재와의 마찰열에 의해 맞댐부의 금속을 소성 유동시킴으로써, 금속 부재끼리를 고상 접합시키는 것이다.

그런데, 최근, 퍼스널 컴퓨터에 대표되는 전자 기기는, 그 성능이 향상함에 따라서, 탑재되는 CPU(열 발생체)의 발열량이 증대하고, CPU의 냉각이 점점 중요해지고 있다. 종래, CPU를 냉각하기 위해, 공냉 팬 방식의 히트싱크가 사용되어 왔지만, 팬 소음이나, 공냉 방식에서의 냉각 한계 등의 문제가 클로우즈업되게 되어, 차세대 냉각 방식으로서 액냉 재킷이 주목을 받고 있다.

이와 같은 액냉 재킷에 있어서, 구성 부재끼리를 마찰 교반 접합에 의해 접합한 기술이 특허 문헌 1에서 개시되어 있다. 이 액냉 재킷은, 예를 들어 금속으로 된 핀을 수용하는 핀 수용실을 갖는 재킷 본체와, 핀 수용실을 밀봉하는 밀봉체를 구비하고 있으며, 핀 수용실을 둘러싸는 재킷 본체의 주위벽과 밀봉체의 외주면과의 맞댐부를 따라 회전 툴을 1주(一周)시켜, 마찰 교반 접합함으로써 액냉 재킷을 제조하도록 구성되어 있다. 밀봉체는 재킷 본체와 비교해서 얇게 형성되어 있고, 재킷 본체에 형성된 단차의 저면으로 이루어지는 지지면에 적재되어 있다. 그리고 회전 툴은, 그 중심이 맞댐부 위에 위치하도록 맞댐부를 따라 이동하여, 재킷 본체와 밀봉체를 접합하도록 되어 있다.

그런데 상기와 같이, 얇은 밀봉체를 재킷 본체의 지지면에 적재하고, 그 맞댐부를 마찰 교반 접합하는 경우, 재킷 본체의 표면으로부터 마찰 교반을 행하기 위해, 열 수축 및 열 팽창에 의해 밀봉체가 젖혀져 휘어져 버린다고 하는 문제가 있었다.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해, 마찰 교반 접합을 행하는 부위에, 냉각 노즐에 의해 물을 분사하는 동시에, 마찰 교반 접합 후의 접합부를 롤러로 압박하는 기술이, 특허 문헌 2에서 개시되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2006-324647호 공보 일본 특허 출원 공개 제2001-87871호 공보

그러나 특허 문헌 2에 관한 발명에서는, 마찰 교반 접합을 행하는 부위에 물을 분사시키므로, 마찰 교반 장치에 물이 침입해 버려, 그 구동 계통 등에 악영향이 미칠 가능성이 있다. 또한, 접합 부위에 물을 분사하므로, 회전 툴의 회전에 의해 물이 주위로 흩날려, 물 관리가 번잡해진다고 하는 문제가 있었다.

이러한 관점에서 본 발명은, 밀봉체의 변형을 쉽게 억제할 수 있는 액냉 재킷의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 열 발생체가 발생하는 열을 외부로 수송하는 열 수송 유체가 흐르는 동시에 오목부를 갖는 재킷 본체에, 상기 오목부의 개구부를 밀봉하는 밀봉체를 마찰 교반 접합에 의해 고정하여 구성되는 액냉 재킷의 제조 방법에 있어서, 상기 재킷 본체의 상기 오목부의 개구 주연부에 형성되어 상기 재킷 본체의 표면보다 낮아진 단차 저면으로 이루어지는 지지면에, 상기 밀봉체를 적재해서 상기 재킷 본체의 단차 측면과 상기 밀봉체의 외주면을 맞대어, 상기 밀봉체의 두께 치수보다도 큰 길이 치수의 교반 핀을 구비한 회전 툴을, 상기 재킷 본체의 상기 단차 측면과 상기 밀봉체의 외주면과의 맞댐부를 따라 1주시켜, 소성화 영역을 형성하고, 상기 밀봉체를 상기 재킷 본체에 접합한 것을 특징으로 하는 액냉 재킷의 제조 방법이다.

이러한 방법에 따르면, 회전 툴의 교반 핀이 지지면으로부터 재킷 본체 내에 삽입되므로, 소성화 영역이 재킷 본체의 내부 깊은 부분까지 인입한다. 이에 의해, 소성화 영역의 열 수축에 의한 응력을 재킷 본체에 분산할 수 있어, 밀봉체의 변형을 억제할 수 있다.

그리고 본 발명은, 상기 지지면의 폭 치수가 상기 회전 툴의 숄더부의 반경 치수보다도 큰 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 따르면, 회전 툴을 맞댐부의 바로 위에서 이동시켰을 때에, 소성화 영역을 지지면 내에 형성할 수 있어, 회전 툴의 압입력을 지지면에 의해 확실하게 지지할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 오목부의 내부에는 상기 지지면과 동일한 높이의 표면을 갖는 묘(畝)부가 형성되어 있으며, 상기 회전 툴을, 상기 밀봉체의 표면에서 상기 묘부를 따라 이동시켜 소성화 영역을 형성하여, 상기 밀봉체를 상기 묘부에 접합한 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 따르면, 오목부가 대면적인 경우라도, 오목부의 내측 부분에 있어서 지지면과 동일한 높이의 표면을 갖는 묘부에서 재킷 본체와 밀봉체를 접합할 수 있으므로, 밀봉체의 변형을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 묘부의 폭 치수가 상기 회전 툴의 숄더부의 지름 치수보다도 큰 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 따르면, 회전 툴을 묘부의 바로 위에서 이동시켰을 때에, 소성화 영역을 묘부 내에 형성할 수 있으므로, 회전 툴의 압입력을 묘부에 의해 확실하게 지지할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 재킷 본체의 마찰 교반 접합을 행하는 면의 반대측의 면에, 내부에 냉각 매체가 흐르는 냉각판을 부착하고, 상기 재킷 본체를 냉각하면서 상기 회전 툴을 이동시켜 마찰 교반 접합을 행하는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 따르면, 냉각판에 의해 마찰 교반 접합에서 발생하는 열을 흡열할 수 있으므로, 소성화 영역의 열 수축을 적게 할 수 있어, 밀봉체의 변형을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 냉각판의 상기 냉각 매체가 흐르는 냉각 유로는, 적어도 상기 회전 툴의 이동 궤적을 따르는 평면 형상을 구비하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 따르면, 마찰 교반 접합에서 발생하는 열을, 발생 위치로부터 가까운 위치에서 효율적으로 흡열할 수 있으므로, 밀봉체의 변형 억제 효과가 높아진다.

또한, 본 발명은, 상기 냉각판의 상기 냉각 매체가 흐르는 냉각 유로가 상기 냉각판에 매설된 냉각관에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 따르면, 냉각 매체를 흘리기 쉽고 누설이 없는 냉각 유로를 쉽게 형성할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 밀봉체에 의해 상기 개구부가 밀봉된 상기 오목부의 내부에 냉각 매체를 흘려, 상기 재킷 본체 및 상기 밀봉체를 냉각하면서 상기 회전 툴을 이동시켜 마찰 교반 접합을 행하는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 따르면, 냉각판을 설치하지 않아도, 냉각 매체에 의해 마찰 교반 접합의 열을 흡열할 수 있으므로, 소성화 영역의 열 수축을 적게 할 수 있고, 밀봉체의 변형을 억제할 수 있는 동시에, 가공 공정의 간소화를 달성할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 회전 툴을 상기 개구부에 대하여 우측 주위로 이동시킬 때는, 상기 회전 툴을 우회전시키고, 상기 회전 툴을 상기 개구부에 대하여 좌측 쥐위로 이동시킬 때는, 상기 회전 툴을 좌회전시키는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 따르면, 만일 공동 결함이 발생했다고 해도, 맞댐부보다도 외측 위치의 이반한 부분이며, 열 수송 유체의 유로로부터 이격된 위치에 발생하게 된다. 따라서, 열 수송 유체가 유로로부터 외부로 누설되기 어려워, 접합부의 밀폐 성능에 나쁜 영향을 주는 일은 없다.

또한, 본 발명은, 상기 회전 툴을 상기 맞댐부를 따라 1주시킨 후, 상기 회전 툴을 1주째에서 형성된 상기 소성화 영역의 외주측으로 편이시키고, 상기 회전 툴을 상기 맞댐부를 따라 다시 1주시켜 상기 소성화 영역의 외주측을 재교반하는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 따르면, 1주째에서 공동 결함이 발생했다고 해도 2주째의 이동에서 교반하여 공동 결함을 줄일 수 있는 동시에, 만일 2주째에서 공동 결함이 발생했다고 해도, 재킷 본체의 개구 주연부와 밀봉체의 주연부와의 맞댐부로부터 크게 이반한 부분에 발생하므로, 열 수송 유체가 외부로 누설되기 어려워져, 접합부의 밀폐 성능을 대폭으로 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 회전 툴로 상기 소성화 영역을 형성하는 공정에 앞서, 상기 맞댐부의 일부를 상기 회전 툴보다도 소형의 가접합용 회전 툴을 사용해서 가접합하는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 따르면, 재킷 본체와 밀봉체를 가접합함으로써, 마찰 교반 접합(이하「본 접합」이라고 하는 경우가 있음) 시에, 밀봉체가 이동하는 일이 없어 접합하기 쉬워지는 동시에, 밀봉체의 위치 결정 정밀도가 향상된다. 또한, 가접합용 회전 툴이 본 접합용의 회전 툴보다도 작으므로, 본 접합용의 회전 툴을, 가접합 부분 위에서 이동시켜 마찰 교반하는 것만으로, 본 접합을 마무리할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 맞댐부가 직사각형 프레임 형상을 나타내고 있으며, 상기 가접합용 회전 툴로 상기 맞댐부를 가접합하는 공정에 있어서, 상기 맞댐부의 한쪽 대각끼리를 먼저 가접합한 후에, 다른 쪽의 대각끼리를 가접합하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 상기 맞댐부가 직사각형 프레임 형상을 나타내고 있으며, 상기 가접합용 회전 툴로 상기 맞댐부를 가접합하는 공정에 있어서, 상기 맞댐부의 한쪽 대변의 중간부끼리를 먼저 가접합한 후에, 다른 쪽 대변의 중간부끼리를 가접합하는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 따르면, 밀봉체를 균형 있게 가접합할 수 있어, 밀봉체의 재킷 본체에 대한 위치 결정 정밀도가 향상된다.

본 발명에 따르면, 밀봉체의 변형을 쉽게 억제할 수 있는 등의 우수한 효과를 발휘한다.

[도 1] 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 액냉 재킷을 도시한 분해 사시도이다.
[도 2] 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 액냉 재킷의 밀봉체를 경사 하방으로부터 도시한 사시도이다.
[도 3] 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 액냉 재킷의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이며, (a)는 1주째의 마찰 교반 접합 공정을 도시한 단면도, (b)는 2주째의 마찰 교반 접합 공정을 도시한 단면도이다.
[도 4] 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 액냉 재킷의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이며, 묘부에 있어서의 마찰 교반 접합 공정을 도시한 단면도이다.
[도 5] 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 액냉 재킷의 제조 방법의 마찰 교반 공정을 설명하기 위한 도면이며, (a)는 가접합 공정을 도시한 평면도, (b)는 본 접합 공정을 도시한 평면도이다.
[도 6] (a), (b)는, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 액냉 재킷의 제조 방법의 마찰 교반 공정을 설명하기 위한 도면이며, 도 5에 이어지는 마찰 교반 공정(본 접합 공정)을 도시한 평면도이다.
[도 7] (a), (b)는, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 액냉 재킷의 제조 방법의 마찰 교반 공정을 설명하기 위한 도면이며, 도 6에 이어지는 마찰 교반 공정을 도시한 평면도이다.
[도 8] 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 액냉 재킷의 제조 방법에서 사용되는 냉각판을 도시한 도면이며, (a)는 사용 상태, (b)는 분해 사시도를 도시한 사시도이다.
[도 9] 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 액냉 재킷의 제조 방법의 마찰 교반 공정을 설명하기 위한 도면이며, (a)는 가접합 공정을 도시한 평면도, (b)는 본 접합 공정을 도시한 평면도이다.

(제1 실시 형태)

이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해서, 도면을 적절하게 참조해서 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명에 관한 액냉 재킷의 제조 방법에 의해 형성되는 액냉 재킷에 대해서 설명한다. 액냉 재킷은, 예를 들어 퍼스널 컴퓨터 등의 전자 기기에 탑재되는 냉각 시스템의 구성 부품이며, CPU(열 발생체) 등을 냉각하는 부품이다. 액냉 시스템은, CPU가 소정 위치에 부착되는 액냉 재킷과, 냉각수(열 수송 유체)가 수송하는 열을 외부로 방출하는 라디에이터(방열 수단)와, 냉각수를 순환시키는 마이크로 펌프(열 수송 유체 공급 수단)와, 온도 변화에 의한 냉각수의 팽창/수축을 흡수하는 리저브 탱크와, 이들을 접속하는 플렉시블 튜브와, 열을 수송하는 냉각수를 주로 구비하고 있다. 냉각수는, 열 발생체인 CPU(도시하지 않음)가 발생하는 열을 외부로 수송하는 열 수송 유체이다. 냉각수로서는, 예를 들어 에틸렌글리콜계의 부동액이 사용된다. 그리고 마이크로 펌프가 작동하면, 냉각수가 이들 기기를 순환하게 되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 액냉 재킷(1)은 냉각수(도시하지 않음)가 흐르는 동시에 일부가 개구된 오목부(11)를 갖는 재킷 본체(10)에, 오목부(11)의 개구부(12)를 밀봉하는 밀봉체(30)를 마찰 교반 접합(도 5 내지 도 7 참조)에 의해 고정하여 구성되어 있다.

액냉 재킷(1)은, 그 하방측의 중앙에 열 확산 시트(도시하지 않음)를 개재하여 CPU(도시하지 않음)가 부착되도록 되어 있으며, CPU가 발생하는 열을 수열하는 동시에, 내부를 유통하는 냉각수와 열 교환한다. 이에 의해, 액냉 재킷(1)은 CPU로부터 받아들인 열을 냉각수에 전달하고, 그 결과로서 CPU를 효율적으로 냉각한다. 또, 열 확산 시트는 CPU의 열을, 재킷 본체(10)에 효율적으로 전달시키기 위한 시트이며, 예를 들어 구리 등의 높은 열 전도성을 갖는 금속으로 형성되어 있다.

재킷 본체(10)는, 한쪽(본 실시 형태에서는 도 1 중, 상측)이 개방된 얕고 낮은 상자체이며, 본 실시 형태에서는 평면에서 보아 직사각형을 나타내고 있다. 재킷 본체(10)는, 그 내측에 상부가 개구된 오목부(11)가 형성되어 있고, 오목부(11)의 저벽(13)과 주위벽(14)을 가지고 있다. 이러한 재킷 본체(10)는, 예를 들어 다이캐스트, 주조, 단조 등에 의해 제작된다. 재킷 본체(10)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되어 있다. 이에 의해, 액냉 재킷(1)은 경량화가 달성되고 있어, 취급이 용이해지고 있다.

재킷 본체(10)의 오목부(11)의 개구부(12)는, 네 구석이 원호 형상으로 모따기된 대략 직사각형을 나타내고 있다. 재킷 본체(10)의 오목부(11)의 개구 주연부(12a)에는, 오목부(11)의 저면측에 1계단 낮아진 단차 저면으로 이루어지는 지지면(15a)이 형성되어 있다. 또, 본 실시 형태에서는, 오목부(11) 내에 묘부(17)가 형성되지만, 묘부(17)도 오목부(11)의 일부로서, 오목부(11)의 개구부(12)가 대략 직사각형을 나타낸다고 설명하고 있다. 또한, 오목부(11)의 개구 주연부(12a)는 묘부(17)도 포함한 오목부(11)의 주연부로 한다.

도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 재킷 본체(10)의 상면과 지지면(15a)과의 고저차 치수 H1은, 밀봉체(30)의 두께 치수 T1과 동일한 길이로 되어 있다. 지지면(15a)은 밀봉체(30)를 지지하는 면이며, 지지면(15a) 위에는 밀봉체(30)의 주연부(30a)가 적재된다. 또한, 지지면(15a)의 폭[밀봉체(30)의 주연부(30a)가 적재되는 부분의 폭] 치수 W1은, 마찰 교반 접합에 사용되는 회전 툴(50)의 숄더부(51)의 반경 치수 R2보다도 크게 설정되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 오목부(11) 주위의 주위벽(14)은 재킷 본체(10)의 길이 방향(도 1 중, X축 방향)의 양단부에 위치하는 한 쌍의 벽부(14a, 14b)와, 짧은 방향(도 1 중, Y축 방향)의 양단부에 위치하는 한 쌍의 벽부(14c, 14d)로 구성되어 있다. 한 쌍의 벽부(14a, 14b)는，모두 Y축 방향으로 연장되어, X축 방향으로 소정의 거리를 두고 서로 평행하게 형성되어 있다. 한 쌍의 벽부(14c, 14d)는，모두 X축 방향으로 연장되어 Y축 방향으로 소정의 거리를 두고 서로 평행하게 형성되어 있다.

오목부(11)의 내부에는 묘부(17)가 형성되어 있다. 묘부(17)는 오목부(11)의 저벽(13)으로부터 기립된 벽체에 의해 구성되어 있다. 묘부(17)의 저벽(13)으로부터의 높이는, 지지면(15a)의 저벽(13)으로부터의 높이와 동일 치수로 되어 있다. 즉, 묘부(17)의 상단부면[묘부(17)의 표면](17a)은, 오목부(11)의 개구 주연부(12a)에 형성된 지지면(15a)과 동일한 높이로 되어 있다. 묘부(17)는, 한 쌍의 벽부(14a, 14b) 중, 한쪽 벽부(14a)의 내벽면[오목부(11)측의 내주 측면]의 Y축 방향 길이의 중앙부로부터, 다른 쪽 벽부(14b)를 향해 X축 방향으로 연장되어 있다. 묘부(17)의 연장 방향(X축 방향) 선단부는, 벽부(14b)의 내벽면[오목부(11)측의 내주 측면]과 소정의 거리를 두고 있으며, 묘부(17)의 선단부와 벽부(14b)의 내벽면과의 사이에, 냉각액이 흐르는 공간이 형성되도록 되어 있다. 즉, 오목부(11)의 내부에 묘부(17)를 형성함으로써, 평면에서 보아 U자 형상의 홈(실질적으로 오목한 부분)이 형성되어, 이 U자를 따라 냉각액이 흐른다. 평면에서 보아 U자 형상의 유로의 양단부에 위치하는 벽부(14a)에는, 오목부(11)에 냉각수를 유통시키기 위한 관통 구멍(16, 16)이 각각 형성되어 있다. 관통 구멍(16, 16)은 본 실시 형태에서는 X축 방향으로 연장되어 있고, 원형 단면을 갖고, 오목부(11)의 깊이 방향 중간부에 형성되어 있다. 또, 관통 구멍(16)의 형상, 수 및 형성 위치는, 이에 한정되는 것은 아니며, 냉각수의 종류나 유량에 따라서 적절하게 변경 가능하다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 밀봉체(30)는 재킷 본체(10)의 단차 측면(15b)(도 1 참조)과 동일한 형상(본 실시 형태에서는 네 구석이 원호 형상으로 모따기된 대략 직사각형)의 외주 형상을 갖는 판 형상의 덮개판부(31)와, 덮개판부(31)의 하면에 설치된 복수의 핀(32, 32…)을 구비하여 구성되어 있다.

핀(32)은 밀봉체(30)의 표면적을 크게 하기 위해 설치되어 있다. 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…) 사이에 있어서, 열이 양호하게 전달되도록 되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 핀(32, 32…)은 관통 구멍(16, 16)이 형성된 주위벽(14)의 벽부(14a)와 직교하는 방향(도 1 중, X축 방향)으로 연장되도록 배치되어 있다. 덮개판부(31)의 Y축 방향 중앙부에는, 재킷 본체(10)로의 장착 시에 묘부(17)가 위치하므로, 핀은 설치되어 있지 않다. 핀(32)은 오목부(11)의 깊이 치수와 동등한 높이(깊이) 치수(도 1 중, Z축 방향 길이)를 갖고 있으며, 그 선단부가 오목부(11)의 저면[저벽(13)의 표면]에 접촉하도록 되어 있다. 이에 의해, 밀봉체(30)가 재킷 본체(10)에 부착된 상태에서, 밀봉체(30)의 덮개판부(31)와, 인접하는 핀(32, 32)과, 오목부(11)의 저면에 의해 통 형상의 공간이 구획되어, 그 공간이 냉각수가 흐르는 유로(33)[도 5의 (a) 참조]로서 기능하게 된다.

또한, 핀(32, 32…)은 묘부(17)의 연장 길이 치수보다도 짧은 길이 치수(도 1 중, X축 방향 길이)를 갖고 있고, 그 일단부[벽부(14a)측]는 벽부(14a)의 내벽면과 각각 소정의 간격을 두도록 구성되어 있다. 이 핀(32, 32…)의 일단부와, 벽부(14a) 사이의 공간은 핀(32, 32)에 의해 구획 형성되는 유로(33)와, 관통 구멍(16)을 잇는 유로 헤더부(34)[도 5의 (a) 참조]를 구성한다. 또한, 핀(32, 32…)의 타단부[벽부(14b)측]는 묘부(17)의 선단부에 상당하는 부분에 위치하고 있으며, 핀(32, 32…)의 타단부 및 묘부(17)의 선단부와, 벽부(14b) 사이의 공간은 묘부(17)의 양측에 위치하는 유로(33, 33)끼리를 잇는 연통 유로(35)[도 5의 (a) 참조]를 구성한다.

밀봉체(30)도 재킷 본체(10)와 마찬가지로, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되어 있다. 이에 의해, 액냉 재킷(1)은 경량화가 달성되고 있어, 취급이 용이하게 되어 있다. 밀봉체(30)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된 블록을 절삭 가공함으로써 덮개판부(31)와 핀(32)을 형성해서 제작되어 있다. 또, 제작 방법은 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 다이캐스트, 주조, 단조 등에 의해 제작해도 좋고, 덮개판부(31)와 복수의 핀(32, 32…)으로 이루어지는 단면 형상을 갖는 부재를, 압출 성형 또는 홈 가공에 의해 형성하고, 그 핀(32)의 양단부를 제거함으로써 제작해도 좋다.

다음에, 재킷 본체(10)에, 밀봉체(30)를 마찰 교반 접합에 의해 고정하는 방법에 대해서, 도 3 내지도 7을 참조해서 설명한다.

우선, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 밀봉체(30)를, 핀(32)이 하측이 되도록 하여, 재킷 본체(10)의 오목부(11)에 삽입하여, 밀봉체(30)의 주연부(30a)를 지지면(15a) 위에 적재한다. 그러면 재킷 본체(10)의 단차 측면(15b)과, 밀봉체(30)의 외주면(30b)이 맞대어져, 맞댐부(40)가 구성된다.

그런데 본 실시 형태에서는, 도 3에 도시한 회전 툴(50)로 본 접합을 행하는[소성화 영역(41)을 형성하는] 공정에 앞서, 재킷 본체(10)와 밀봉체(30)와의 맞댐부(40)의 일부를 회전 툴(50)보다도 소형의 가접합용 회전 툴(60)[도 5의 (a)에서 평면 형상만 도시]을 사용해서 가접합한다.

가접합용 회전 툴(60)은 회전 툴(50)보다도 지름이 작은 숄더부와 교반 핀(도시하지 않음)을 구비하고 있으며, 가접합용 회전 툴(60)에 의해 형성되는 소성화 영역(45)은, 다음 공정에서 회전 툴(50)에 의해 형성되는 소성화 영역(41)[도 5의 (b) 참조]의 폭보다도 작은 폭을 갖게 된다. 그리고 소성화 영역(45)은, 다음 공정에서 소성화 영역(41)이 형성되는 위치로부터 벗어나지 않는 위치[본 실시 형태에서는, 소성화 영역(45)의 폭 방향 중심이 맞댐부(40)가 되는 위치]에 형성된다. 이에 의해, 가접합에 있어서의 소성화 영역(45)은, 소성화 영역(41)에 의해 완전히 덮이게 되므로, 소성화 영역(45)에 남은 가접합용 회전 툴(60)의 인발 자국 및 소성화 영역(45)의 자국이 남지 않는다.

본 실시 형태에서는, 맞댐부(40)가 네 구석이 원호 형상으로 모따기된 대략 직사각형(직사각형 프레임 형상)을 나타내고 있다. 가접합용 회전 툴(60)로 맞댐부(40)를 가접합하는 공정에 있어서는, 맞댐부(40)의 한쪽의 모따기된 대각(44a, 44b)끼리를 먼저 가접합한 후에, 다른 쪽의 모따기된 대각(44c, 44d)끼리를 가접합하도록 되어 있다. 이러한 순서로 가접합함으로써, 밀봉체(30)를 균형 있게 재킷 본체(10)에 가접합할 수 있어, 밀봉체(30)의 재킷 본체(10)에 대한 위치 결정 정밀도가 향상되는 동시에, 밀봉체(30)의 변형을 방지할 수 있다. 또, 각 대각(44a, 44b, 44c, 44d)으로 가접합한 후, 가접합용 회전 툴(60)을 인발하면, 인발 자국(61)[도 5의 (b) 참조]이 남지만, 본 실시 형태에서는 남겨 둔다.

다음에, 회전 툴(50)에 의한 본 접합을 행한다. 본 공정에서는, 우선, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 마찰 교반 접합용의 회전 툴(50)을 삽입 위치(53)에 회전시키면서 삽입한 후, 맞댐부(40) 위로 이동시켜, 이 맞댐부(40)를 따라 이동시킨다. 이때, 재킷 본체(10)의 주위벽(14)의 외주면에, 재킷 본체(10)를 네 방향으로부터 둘러싸는 지그(도시하지 않음)를 미리 대 두는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 주위벽(14)의 두께가 얇아 회전 툴(50)의 숄더부(51)[도 3의 (a) 참조]의 외주면과, 주위벽(14)의 외주면과의 거리(간극)가, 예를 들어 2.0㎜ 이하라도, 회전 툴(50)의 압입력에 의해 주위벽(14)이 외측으로 변형되기 어려워진다. 또, 주위벽(14)의 두께가 두꺼운 경우에는, 상기 지그는 설치하지 않아도 된다.

회전 툴(50)은 재킷 본체(10)나 밀봉체(30)보다도 경질인 금속 재료로 이루어지고, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 원기둥 형상을 나타내는 숄더부(51)와, 이 숄더부(51)의 하단부면에 돌출 설치된 교반 핀(프로브)(52)을 구비하여 구성되어 있다. 회전 툴(50)의 치수 및 형상은, 재킷 본체(10) 및 밀봉체(30)의 재질이나 두께 등에 따라서 설정되는 것이다. 본 실시 형태에서는, 교반 핀(52)은 하부가 지름이 축소된 원뿔대 형상을 나타내고 있으며, 그 돌출 길이 치수 L1은 밀봉체(30)의 덮개판부(31)의 두께 치수 T1 이상으로 되어 있다. 그리고 마찰 교반 접합 시에는, 회전 툴(50)의 숄더부(51)의 선단부가 재킷 본체(10) 및 밀봉체(30)의 표면으로부터 소정 깊이 압입되어, 교반 핀(52)의 선단부가 지지면(15a)을 꿰뚫고 나간다. 또한, 숄더부(51)의 반경 치수 R2는 지지면(15a)의 폭 치수 H1보다 작게 되어 있다. 회전 툴(50)의 회전 속도는 500 내지 15000(rpm), 이송 속도는 0.05 내지 2(m/분)이고, 맞댐부(40)를 누르는 압입력은 1 내지 20(kN) 정도이고, 재킷 본체(10) 및 밀봉체(30)의 재질이나 판 두께 및 형상에 따라서 적절하게 선택된다.

이하에, 회전 툴(50)의 움직임을 구체적으로 설명한다. 우선, 회전 툴(50)을 회전시키면서 삽입 위치(53)에 삽입한다. 회전 툴(50)의 삽입 위치(53)는, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 맞댐부(40)로부터 외측으로 벗어난 주위벽(14)의 상면으로 되어 있다. 또, 회전 툴(50)의 삽입 위치(53)에, 미리 하부 구멍(도시하지 않음)을 형성하고 있어도 된다. 이와 같이 하면, 회전 툴(50)의 삽입 시간(압입 시간)을 단축할 수 있다.

그 후, 회전 툴(50)을, 삽입 위치(53)로부터 맞댐부(40)의 바로 위 위치[회전 툴(50)의 축심이 맞댐부(40) 위가 되는 위치]로 회전시키면서 이동시킨다. 회전 툴(50)이 맞댐부(40)의 바로 위 위치까지 이동하였다면, 회전 툴(50)의 중심(축심)이 맞댐부(40)를 따라 이동하도록 이동 방향을 바꾸어, 회전 툴(50)을 이동시킨다. 이때, 회전 툴(50)의 이동 방향(도 5 및 도 6 중, 화살표 Y1 참조)의 반대 방향으로 회전 툴(50)이 회전하는 플로우측(50a)에, 밀봉체(30)가 위치하도록 회전 툴(50)을 회전, 이동시킨다. 구체적으로는, 맞댐부(40)에 있어서의 회전 툴(50)의 회전 방향(자전 방향)이 이동 방향(공전 방향)과 동일 방향이 되도록 한다. 즉, 본 실시 형태에서는, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 회전 툴(50)을 오목부(11)의 개구부(12)[도 5의 (a) 참조]에 대하여 우측 주위로 이동시키고 있으므로, 회전 툴(50)을 우회전(도 5 및 도 6 중, 화살표 Y2 참조)시킨다. 또, 회전 툴(50)을 오목부(11)의 개구부(12)에 대하여 좌측 주위로 이동시킬 때는, 회전 툴(50)을 좌회전시키게 된다.

이와 같이 함으로써, 밀봉체(30)에 대한 회전 툴(50)의 외주의 상대 속도는, 회전 툴(50)의 외주에 있어서의 접선 속도의 크기로부터 이동 속도의 크기를 감산한 값이 되므로[밀봉체(30)가 플로우측(50a)이 됨], 회전 툴(50)의 이동 방향과 동일한 방향으로 회전 툴(50)이 회전하는 시아측(50b)과 비교해서 저속이 된다. 이에 의해, 밀봉체(30)측에는 공동 결함이 발생하기 어렵다. 또한, 시아측(50b)은 맞댐부(40)의 외측 부근의 재킷 본체(10)의 두께부에 위치하므로, 메탈 부족에 빠지는 일은 없다.

또한, 이때, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 회전 툴(50)의 교반 핀(52)은 그 길이 치수 L1이 밀봉체(30)의 두께 치수 T1보다도 길기 때문에, 교반 핀(52)의 선단부가 지지면(15a)을 꿰뚫고 나가, 재킷 본체(10)의 내부 안쪽으로 인입한다. 이에 의해, 회전 툴(50)에 의해 형성되는 소성화 영역(41)의 선단부(하단부)가 재킷 본체(10)의 내부 안쪽으로 깊게 인입해서 형성되게 된다. 여기서,「소성화 영역」이라 함은, 회전 툴(50)의 마찰 열에 의해 가열되어 실제로 소성화되어 있는 상태와, 회전 툴(50)이 통과되어 상온으로 복귀된 상태의 양쪽을 포함하는 것으로 한다.

그리고 계속해서, 회전 툴(50)의 회전 및 이동을 계속하여, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 회전 툴(50)을 개구부(12) 주위를 맞댐부(40)를 따라 1주시켜서 소성화 영역(41)을 형성한다. 회전 툴(50)을 1주시켰다면, 1주째의 시단부(54a)를 포함하는 시단부{시단부(54a)로부터 회전 툴(50)의 이동 방향으로 소정 길이 진행된 위치[종단부(54b)와 동일한 위치]까지의 부분}를 따라 회전 툴(50)을 소정 길이 이동시킨다. 이에 의해, 회전 툴(50)의 둘레 방향 이동에 있어서의 시단부(54a)와 종단부(54b)가 서로 오버랩하고 있어, 소성화 영역(41)의 일부가 중복되도록 구성되어 있다.

그리고 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 회전 툴(50)의 1주째의 이동이 끝난 후에, 계속해서 회전 툴(50)을 다시 1주시켜 소성화 영역(이하「제2 소성화 영역」이라고 하는 경우가 있음)(43)을 형성한다. 2주째에 있어서는, 회전 툴(50)을, 1주째의 종단부(54b)로부터 1주째에 있어서의 이동으로 형성된 소성화 영역(41)의 외주측으로 편이시킨다.

이때, 회전 툴(50)의 편이는 이동 방향을 향함에 따라 외측으로 이동하도록 비스듬하게 이동하여, 회전 툴(50)의 2주째의 이동 궤적[소성화 영역(43)]의 내측 단부가, 1주째의 이동 궤적[소성화 영역(41)]의 중심선[맞댐부(40)] 위나, 혹은 중심선보다도 약간 외측에 위치하게 되어 있다. 그 후, 회전 툴(50)은, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 1주째의 이동 궤적[소성화 영역(41)]과 일정한 위치 관계를 유지하면서 평행하게 이동한다. 따라서, 1주째의 이동 궤적의 외주측 부분이, 회전 툴(50)의 2주째의 이동에 의해 재교반되게 된다(도 6 및 도 7 참조). 이에 의해, 만일 회전 툴(50)의 시아측(50b)이 되는 소성화 영역(41)의 외주측 부분에 공동 결함이 발생했다고 해도, 재교반되므로 공동 결함이 해소된다.

또한, 2주째의 이동에 있어서의 회전 툴(50)의 시아측(50b)은, 맞댐부(40)의 외측 주위의 재킷 본체(10)의 두께부에 위치하므로, 메탈 부족으로 빠지는 일은 없다. 또한, 만일 공동 결함이 발생하였다고 해도 맞댐부(40)로부터 이격된 위치가 되므로 문제는 없다. 여기서, 회전 툴(50)의 2주째의 이동은, 1주째의 회전 방향, 회전 속도, 이동 방향, 이동 속도 및 압입량과 마찬가지로 하고 있다(도 6 및 도 7 중, 화살표 Y3, Y4 참조). 또, 2주째의 회전 툴(50)의 회전 속도나 이동 속도나 압입량 등은, 재킷 본체(10)와 밀봉체(30)의 형상이나 재질에 따라서 적절하게 변경해도 좋다.

또한, 이때, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 회전 툴(50)의 교반 핀(52)은, 그 길이 치수 L1[도 3의 (a) 참조]이, 밀봉체(30)의 두께 치수 T1[도 3의 (a) 참조]보다도 길기 때문에, 교반 핀(52)의 선단부가 재킷 본체(10)의 내부 안쪽으로 인입한다. 이에 의해, 회전 툴(50)의 2주째의 이동에 의해 형성되는 제2 소성화 영역(43)의 선단부(하단부)가, 재킷 본체(10)의 내부 안쪽으로 깊게 인입하여 형성되게 된다.

그리고 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 회전 툴(50)의 둘레 방향 이동이 종료되었다면, 회전 툴(50)을 소성화 영역(43)으로부터 외측으로 벗어난 주위벽(14)의 상면으로 이동시키고, 그 위치[인발 위치(55)]에서 회전 툴(50)을 인발한다. 이와 같이, 회전 툴(50)의 인발 위치(55)가 맞댐부(40)로부터 외측으로 벗어난 위치로 되어 있으므로, 교반 핀(52)[도 4의 (a) 참조]의 인발 자국(도시하지 않음)이 맞댐부(40)에 형성되는 일은 없다. 이에 의해, 재킷 본체(10)와 밀봉체(30)와의 접합성을 더욱 높일 수 있다. 또, 주위벽(14) 상면의 인발 자국은, 용접 금속을 메우는 등의 가공을 행하여 보수하도록 해도 좋다.

그 후, 동일한 회전 툴(50)을 사용하여, 묘부(17)와 밀봉체(30)를 마찰 교반 접합한다. 이 공정에서는, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 묘부(17)의 선단부의 삽입 위치(56)에, 회전 툴(50)을 회전시키면서 삽입한다. 또, 회전 툴(50)의 삽입 위치(56)에, 미리 하부 구멍(도시하지 않음)을 형성해도 된다. 이와 같이 하면, 회전 툴(50)의 삽입 시간(압입 시간)을 단축할 수 있다.

그리고 회전 툴(50)을, 삽입 위치(56)로부터 맞댐부(40)의 외측을 향하면서, 묘부(17)를 따라, 회전시키면서 이동시켜 소성화 영역(49)을 형성한다. 회전 툴(50)의 이동이 진행되어, 소성화 영역(41)의 내주측단부까지 마찰 교반을 행하였다면, 그대로 회전 툴(50)을 소성화 영역(41)으로 돌입시켜, 계속해서 소성화 영역(41)으로부터 제2 소성화 영역(43)으로 이동시킨다. 그 후, 회전 툴(50)을, 제2 소성화 영역(43)의 외주측단부로부터, 외측으로 벗어난 주위벽(14)의 상면으로 이동시켜, 그 위치[인발 위치(57)]에서 회전 툴(50)을 인발한다. 이와 같이, 회전 툴(50)의 인발 위치(57)가 맞댐부(40)로부터 외측으로 벗어난 위치로 되어 있으므로, 교반 핀(52)[도 4의 (a) 참조]의 인발 자국(도시하지 않음)이 맞댐부(40)에 형성되는 일은 없다. 이에 의해, 재킷 본체(10)와 밀봉체(30)의 접합성을 높일 수 있다. 또, 주위벽(14)의 상면의 인발 자국은, 용접 금속을 메우는 등의 가공을 행하여 보수하도록 해도 좋다.

이상과 같이, 회전 툴(50)은 삽입 위치(56)로부터 묘부(17)를 따라 인발 위치(57)까지 직선 형상[도 7의 (b) 중, 화살표 Y5 참조]으로 이동한다. 이때, 회전 방향(자전 방향), 회전 속도, 이동 방향(공전 방향), 이동 방향 및 압입량은 일정하다. 또, 회전 방향은 좌회전이라도 우회전이라도 어느 쪽이라도 좋다.

이때, 도 4에 도시한 바와 같이, 회전 툴(50)의 교반 핀(52)은, 그 길이 치수 L1이 밀봉체(30)의 두께 치수 T1보다도 길기 때문에, 교반 핀(52)의 선단부가 묘부(17)의 표면(17a)을 꿰뚫고 나가, 재킷 본체(10)의 내부[묘부(17)의 내부]의 안쪽으로 인입한다. 이에 의해, 회전 툴(50)에 의해 형성되는 소성화 영역(49)의 선단부(하단부)가 재킷 본체(10)의 내부 안쪽으로 인입해서 형성되게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 회전 툴(50)을 오목부(11)의 개구부(12) 주위에서, 맞댐부(40)를 따라 2주시켜 마찰 교반 접합을 행하여 소성화 영역(41) 및 제2 소성화 영역(43)을 형성하고, 또한 회전 툴(50)을 묘부(17)를 따라 이동시켜 마찰 교반 접합을 행하여 소성화 영역(49)을 형성하여, 재킷 본체(10)에 밀봉체(30)를 고정한 후에, 마찰 교반에 의해 발생한 버어를 제거하여, 액냉 재킷(1)이 형성된다.

본 실시 형태에 관한 액냉 재킷(1)의 제조 방법 및 마찰 교반 접합 방법에 따르면, 밀봉체(30)의 두께 치수 T1보다도 큰 길이 치수 L1의 교반 핀(52)을 구비한 회전 툴(50)을 사용하여, 마찰 교반 접합을 행하고 있으므로, 소성화 영역(41, 43, 46)의 선단부가 재킷 본체(10)의 내부 안쪽의 깊은 부분까지 인입해서 형성된다. 이에 의해, 소성화 영역(41, 43, 46)의 열 수축에 의한 응력을 재킷 본체(10)에 분산할 수 있다. 재킷 본체(10)는 두꺼우므로 응력을 받아도 변형이 적고, 또한 밀봉체(30)에 전달되는 응력을 적게 할 수 있으므로, 밀봉체(30)의 변형을 억제할 수 있다.

또한, 지지면(15a)의 폭 치수 W1이 회전 툴(50)의 숄더부(51)의 반경 치수 R2보다도 크므로, 회전 툴(50)의 1주째의 이동으로, 맞댐부(40)의 바로 위에서 이동시켰을 때에, 소성화 영역(41)을 지지면(15a) 내에 형성할 수 있다. 이에 의해, 소성화 영역(41)이 오목부(11)의 내측면에 노출되지 않으므로, 지지면(15a)이 오목부(11)의 저벽(13)측으로 낮아지는 일이 없어, 회전 툴(50)의 압입력을 지지면(15a)에 의해 확실하게 지지할 수 있다. 따라서, 밀봉체(30)는 지지면(15a)에 의해 지지되므로, 밀봉체(30)에는 하방에 회전 툴(50)의 압입력이 가해지지 않아 변형되는 일은 없다.

또한, 오목부(11)의 내부에는 지지면(15a)과 동일한 높이의 표면(17a)을 갖는 묘부(17)가 형성되어 있고, 묘부(17)를 따라 소성화 영역(49)을 형성하여, 밀봉체(30)를 묘부(17)에 접합함으로써, 오목부(11)가 대면적인 경우라도 밀봉체(30)는 지지면(15a)과 묘부(17)의 표면(17a) 위에서 평면 형상으로 지지된다. 이에 의해, 밀봉체(30)의 평면성이 유지되어, 밀봉체(30)의 변형을 억제할 수 있다. 또한, 만일 재킷 본체(10)의 개구부(12) 주위의 마찰 교반 접합으로, 밀봉체(30)에 변형이 발생하였다고 해도, 다음 공정에서, 밀봉체(30)와 묘부(17)를 접합함으로써, 밀봉체(30)의 변형을 해소할 수 있다.

이때, 묘부(17)의 폭 치수 W2가 회전 툴(50)의 숄더부(51)의 지름 치수 R1보다도 크므로, 회전 툴(50)을 묘부(17)의 바로 위에서 이동시켰을 때에, 소성화 영역(49)을 묘부(15)의 표면(17a) 내에 형성할 수 있다. 이에 의해, 소성화 영역(49)이 묘부(17)의 측면에 노출되지 않으므로, 묘부(17)의 표면(17a)이 오목부(11)의 저벽(13)측으로 낮아지는 일이 없어, 회전 툴(50)의 압입력을 묘부(17)에 의해 확실하게 지지할 수 있다. 따라서, 밀봉체(30)는 묘부(17)의 표면(17a)에 의해 지지되므로, 밀봉체(30)에는 하방에 회전 툴(50)의 압입력이 가해지지 않아, 변형되는 일은 없다.

또한, 본 실시 형태에서는, 회전 툴(50)을 개구부(12)에 대하여 우측 주위로 이동시켜, 우회전시키고 있으므로, 얇은 밀봉체(30)가 플로우측(50a)이 되어, 밀봉체(30)측에는 공동 결함이 발생하기 어렵다. 재킷 본체(10)가 시아측(50b)이 되지만, 재킷 본체(10)는 두꺼우므로, 재킷 본체(10)에 대한 회전 툴(50)의 외주의 상대 속도가 빨라도 메탈 부족으로 빠지는 일은 없다. 따라서, 맞댐부에 있어서의 메탈 부족에 의한 공동 결함의 발생을 방지할 수 있어, 맞댐부(40)의 접합 강도의 저하를 방지할 수 있다. 그리고 만일, 공동 결함이 발생했다고 해도, 맞댐부(40)보다도 외측 위치에 이반한 부분이며, 열 수송 유체의 유로로부터 벗어난 위치에 발생하게 되므로, 열 수송 유체가 유로로부터 외부로 누설되기 어려워, 접합부의 밀폐 성능에 영향을 미치는 일은 없다.

또한, 본 실시 형태에서는, 회전 툴(50)의 1주째의 이동에서 공동 결함이 발생했다고 해도, 1주째에서 시아측(50b)이었던 부분을 회전 툴(50)의 2주째의 이동에서 재교반함으로써, 공동 결함을 해소할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 회전 툴(50)로 소성화 영역(41)을 형성하는 공정에 앞서, 맞댐부(40)의 일부를, 가접합용 회전 툴(60)을 사용해서 가접합하고 있으므로, 회전 툴(50)에 의한 마찰 교반 접합 시에, 밀봉체(30)가 이동하는 일이 없어 접합하기 쉬워지는 동시에, 밀봉체(30)의 재킷 본체(10)에 대한 위치 결정 정밀도가 향상된다. 또한, 가접합용 회전 툴(60)이 본 접합용의 회전 툴(50)보다도 작으므로, 본 접합용의 회전 툴(50)을, 가접합으로 형성되는 소성화 영역(45) 위에서 이동시켜 마찰 교반하는 것만으로, 소성화 영역(45) 및 회전 툴(60)의 인발 자국이 덮여져, 본 접합을 마무리할 수 있다.

또한, 맞댐부(40)가 직사각형 프레임 형상을 나타내고 있으며, 가접합용 회전 툴(60)로 맞댐부(40)를 가접합하는 공정에 있어서, 맞댐부(40)의 한쪽 대각(44a, 44b)끼리를 먼저 가접합한 후에, 다른 쪽의 대각(44c, 44d)끼리를 가접합하므로, 밀봉체(30)를 균형 있게 가접합할 수 있어, 밀봉체(30)의 재킷 본체(10)에 대한 위치 결정 정밀도가 한층 더 향상된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 회전 툴(50)의 둘레 방향 이동에 있어서의 시단부(54a)와 종단부(54b)에서, 소성화 영역(41)의 일부가 중복되고 있음으로써, 오목부(11)의 개구 주연부(12a)에 있어서, 소성화 영역(41)이 도중에 끊어지는 부분이 없다. 따라서, 재킷 본체(10)의 주위벽(14)과 밀봉체(30)를 양호하게 접합할 수 있어, 열 수송 유체가 외부로 누설되지 않으므로, 접합부의 밀폐 성능을 향상시킬 수 있다.

(제2 실시 형태)

다음에, 제2 실시 형태에 관한 액냉 재킷의 제조 방법에 대해서, 도 8을 참조하여 설명한다.

이러한 실시 형태는, 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태의 회전 툴(50)로 소성화 영역(41, 53, 49)을 형성하는 공정에 있어서, 재킷 본체(10)의 마찰 교반 접합을 행하는 면[오목부(11)가 개구된 면]의 반대측의 면에, 내부에 냉각 매체가 흐르는 냉각판(70)을 부착하고, 재킷 본체(10)를 냉각하면서 회전 툴(50)(도 3 참조)을 이동시켜 마찰 교반 접합을 행하는 것을 특징으로 한다.

냉각판(70)은, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 내부에 냉각 유로를 구성하는 냉각관(72)이 매설되어서 구성되어 있다. 구체적으로는, 냉각판(70)은 한 쌍의 냉각판 본체(71, 71)에서 냉각관(72)을 끼워 넣어 고정하여 구성되어 있다. 냉각관(72)은 회전 툴(50)의 이동 궤적을 따른 형상의 평면 형상을 구비하고 있으며, 소성화 영역(41) 및 제2 소성화 영역(43)에 따른 외주부(72a)와, 묘부(17)의 소성화 영역(49)에 따른 중간부(72b)와, 냉각 매체를 유입시키는 유입부(72c)와, 냉각 매체를 유출시키는 유출부(72d)를 구비하고 있다. 냉각관(72)은, 예를 들어 원통형의 동관으로 구성되어, 외주부(72a), 중간부(72b), 유입부(72c)와 유출부(72d)가 일체적으로 형성되어 있다.

냉각판 본체(71, 71)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되어 있다. 냉각판 본체(71, 71)는, 서로 상하로 면 대칭 형상을 나타내고 있으며, 내측[냉각관(72)측]의 면에는, 냉각관(72)을 수용하기 위한 홈(73)이 형성되어 있다. 홈(73)은 단면 반원형으로 형성되어 있고, 냉각판 본체(71, 71)에서 냉각관(72)을 끼워 넣는 것으로, 홈(73)의 내주면과 냉각관(72)의 외주면이 밀착하도록 되어 있다. 홈(73)은, 예를 들어 냉각판 본체(71)의 표면에 절삭 가공 등에 의해 형성되어 있다. 냉각판 본체(71, 71)끼리는, 예를 들어 전열성을 구비한 접착제로 접착되어 있다. 냉각판 본체(71, 71)의 접합은, 접착제에 한정되는 것은 아니며, 용접이나 마찰 교반 접합 등의 다른 방법이라도 좋다.

이와 같은 구성의 냉각판(70) 상부에 밀봉체(30)를 부착한 재킷 본체(10)를 고정한 후에, 냉각관(72) 내에 냉각 매체를 흘리면서, 마찰 교반 접합을 행한다.

이와 같은 액냉 재킷의 제조 방법에 따르면, 냉각판(70)에 의해 마찰 교반 접합에서 발생하는 열을 효율적으로 흡열할 수 있으므로, 소성화 영역의 열 수축을 적게 할 수 있어, 밀봉체(30)의 젖혀짐이나 휨 등의 변형을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 냉각 유로[냉각관(72)]는, 적어도 회전 툴(50)의 이동 궤적을 따르는 평면 형상을 구비하고 있으므로, 마찰 교반 접합에 의해 발생하는 열을, 발생 위치로부터 가까운 위치에서 효율적이면서 또한 균일적으로 흡열할 수 있으므로, 밀봉체(30) 변형의 억제 효과가 높아진다. 또한, 냉각 유로를, 냉각판(70)에 매설된 냉각관(72)에 의해 구성되어 있으므로, 냉각 매체를 흘리기 쉽고 누설이 없는 냉각 유로를 쉽게 형성할 수 있다. 또한, 냉각판(70)을 설치함으로써, 종래와 같이, 접합 부위에 노즐로 물을 분사하지 않아도 접합 부분을 냉각할 수 있으므로, 물(냉각 매체)의 관리가 용이해진다.

또, 본 실시 형태에서는, 냉각판(70)에 냉각 매체를 흘려 재킷 본체(10) 및 밀봉체(30)를 냉각하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 밀봉체(30)에 의해 개구부(12)가 밀봉된 오목부(11)의 내부에 냉각 매체를 흘려, 재킷 본체(10) 및 밀봉체(30)를 냉각하면서, 마찰 교반 접합을 행하도록 해도 좋다.

이와 같이 하면, 냉각판(70)을 설치하지 않아도, 냉각 매체에 의해 마찰 교반 접합의 열을 흡열할 수 있으므로, 소성화 영역(41, 43, 49)의 열 수축을 적게 할 수 있어, 밀봉체(30)의 변형을 억제할 수 있는 동시에, 가공 공정의 간소화를 달성할 수 있다.

(제3 실시 형태)

다음에, 제3 실시 형태에 관한 액냉 재킷의 제조 방법 및 마찰 교반 접합 방법에 대해서, 도 9를 참조해서 설명한다.

이러한 실시 형태는, 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태의 회전 툴(50)로 소성화 영역(41)을 형성하는 공정에 앞서, 재킷 본체(10)와 밀봉체(30)와의 맞댐부(40)의 일부를 회전 툴(50)보다도 소형의 가접합용 회전 툴(60)을 사용해서 가접합하는 것을 특징으로 한다. 여기에서의 가접합은, 제1 실시 형태가 직사각형의 맞댐부(40)의 모서리부를 마찰 교반 접합하고 있는 것에 대해, 각 변의 중간부를 마찰 교반 접합함으로써 직선 형상으로 행해지고 있다. 구체적으로는, 맞댐부(40)가 대략 직사각형(직사각형 프레임 형상)을 나타내고 있으며, 가접합용 회전 툴(60)로 맞댐부(40)를 가접합하는 공정에 있어서, 맞댐부(40)의 한쪽 대변(46, 46)의 중간부(46a, 46b)끼리를 먼저 가접합한 후에, 다른 쪽 대변(47, 47)의 중간부(47a, 47b)끼리를 가접합하도록 되어 있다. 이때 가접합용 회전 툴(60)로 형성되는 소성화 영역(48)은, 각각 동일한 길이의 직선 형상이 되도록 되어 있다. 또한, 소성화 영역(48)은, 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 다음 공정에서 소성화 영역(41)이 형성되는 위치로부터 벗어나지 않는 위치에 형성된다. 또, 회전 툴(50)에 의해, 소성화 영역(41, 43, 49)을 형성하는 본 접합의 공정은, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.

본 실시 형태에서는, 상기와 같은 순서로 가접합함으로써, 밀봉체(30)를 균형 있게 재킷 본체(10)에 가접합할 수 있어, 밀봉체(30)의 재킷 본체(10)에 대한 위치 결정 정밀도가 향상되는 동시에, 밀봉체(30)의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 밀봉체(30)의 가접합을 행함으로써, 회전 툴(50)에 의한 본 접합 시의 밀봉체(30)의 어긋남을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 따르면, 가접합의 마찰 교반 접합이 직선 형상이므로, 가접합용 회전 툴(60)을 직선적으로 이동만시키면 되어 가공이 용이하다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명의 실시 형태는 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절하게 변경이 가능하며, 예를 들어 상기 실시 형태에서는 밀봉체(30)가 평면에서 보아 대략 직사각형이지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 정사각형, 다각형, 원형 등의 다른 형상이라도 좋다. 또한, 밀봉체(30)에 설치되어 있는 핀(32)은, 덮개판부와 별개의 부재라도 좋고, 예를 들어 오목부(11) 내에 별개의 부재로 수용하여 설치하거나, 재킷 본체와 일체로 형성하거나 해도 좋다.

또한, 상기 각 실시 형태에서는, 묘부(17)는 한쪽 벽부(14a)로부터 다른 쪽 벽부(14b)로 연장해서 한 군데만 형성되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 복수 형성하도록 해도 좋다. 이 경우, 한쪽 벽부로부터 다른 쪽 벽부로 연장되는 복수의 묘부를 형성하도록 해도 좋고, 서로 대향하는 한 쌍의 벽부에 적어도 1개씩 묘부를 형성하여, 냉각수가 흐르는 유로가 사행하도록 구성해도 좋다.

1 : 액냉 재킷
10 : 재킷 본체
11 : 오목부
12 : 개구부
12a : 개구 주연부
15a　: 지지면(단차 저면)
15b　: 단차측면
17 : 묘부
17a : (묘부의) 표면
30 : 밀봉체
30b : 외주면
40 : 맞댐부
41 : 소성화 영역
43 : (제2) 소성화 영역
50 : 회전 툴
51 : 숄더부
52 : 교반 핀
60 : 가접합용 회전 툴
H1 : (재킷 본체의 상면과 지지면과의 고저차) 치수
L1 : 교반 핀의 길이 치수
R1 : 숄더부의 지름 치수
R2 : 숄더부의 반경 치수
T1 : (밀봉체의) 두께 치수
W1 : (지지면의) 폭 치수
W2 : (묘부의) 폭 치수

Claims (13)

1. 열 발생체가 발생하는 열을 외부로 수송하는 열 수송 유체가 흐르는 동시에 오목부를 갖는 재킷 본체에, 상기 오목부의 개구부를 밀봉하는 밀봉체를 마찰 교반 접합에 의해 고정하여 구성되는 액냉 재킷의 제조 방법에 있어서,
   상기 재킷 본체의 상기 오목부의 개구 주연부에 형성되어 상기 재킷 본체의 표면보다 낮아진 단차 저면으로 이루어지는 지지면에, 상기 밀봉체를 적재해서 상기 재킷 본체의 단차 측면과 상기 밀봉체의 외주면을 맞대고,
   상기 밀봉체의 두께 치수보다도 큰 길이 치수의 교반 핀을 구비한 회전 툴을, 상기 재킷 본체의 상기 단차 측면과 상기 밀봉체의 외주면과의 맞댐부를 따라 1주시켜 소성화 영역을 형성하여, 상기 밀봉체를 상기 재킷 본체에 접합할 때에,
   상기 재킷 본체의 마찰 교반 접합을 행하는 면의 반대측의 면에, 내부에 냉각 매체가 흐르는 냉각판을 부착하고, 상기 재킷 본체를 냉각하면서 상기 회전 툴을 이동시켜 마찰 교반 접합을 행하는 것을 특징으로 하는, 액냉 재킷의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 지지면의 폭 치수는, 상기 회전 툴의 숄더부의 반경 치수보다도 큰 것을 특징으로 하는, 액냉 재킷의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 오목부의 내부에는 상기 지지면과 동일한 높이의 표면을 갖는 묘부가 형성되어 있고,
   상기 회전 툴을, 상기 밀봉체의 표면에서 상기 묘부를 따라 이동시켜 소성화 영역을 형성하여, 상기 밀봉체를 상기 묘부에 접합한 것을 특징으로 하는, 액냉 재킷의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 묘부의 폭 치수는, 상기 회전 툴의 숄더부의 지름 치수보다도 큰 것을 특징으로 하는, 액냉 재킷의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 재킷 본체 및 상기 밀봉체는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 액냉 재킷의 제조 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 냉각판의 상기 냉각 매체가 흐르는 냉각 유로는, 적어도 상기 회전 툴의 이동 궤적을 따르는 평면 형상을 구비하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 액냉 재킷의 제조 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 냉각판의 상기 냉각 매체가 흐르는 냉각 유로는, 상기 냉각판에 매설된 냉각관에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 액냉 재킷의 제조 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 밀봉체에 의해 상기 개구부가 밀봉된 상기 오목부의 내부에 냉각 매체를 흘려, 상기 재킷 본체 및 상기 밀봉체를 냉각하면서 상기 회전 툴을 이동시켜 마찰 교반 접합을 행하는 것을 특징으로 하는, 액냉 재킷의 제조 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 회전 툴을 상기 개구부에 대하여 우측 주위로 이동시킬 때는, 상기 회전 툴을 우회전시키고,
   상기 회전 툴을 상기 개구부에 대하여 좌측 주위로 이동시킬 때는, 상기 회전 툴을 좌회전시키는 것을 특징으로 하는, 액냉 재킷의 제조 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 회전 툴을 상기 맞댐부를 따라 1주시킨 후, 상기 회전 툴을 1주째에서 형성된 상기 소성화 영역의 외주측으로 편이시켜, 상기 회전 툴을 상기 맞댐부를 따라 다시 1주시켜 상기 소성화 영역의 외주측을 재교반하는 것을 특징으로 하는, 액냉 재킷의 제조 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 회전 툴로 상기 소성화 영역을 형성하는 공정에 앞서, 상기 맞댐부의 일부를 상기 회전 툴보다도 소형의 가접합용 회전 툴을 사용해서 가접합하는 것을 특징으로 하는, 액냉 재킷의 제조 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 맞댐부가 직사각형 프레임 형상을 나타내고 있으며,
    상기 가접합용 회전 툴로 상기 맞댐부를 가접합하는 공정에 있어서, 상기 맞댐부의 한쪽 대각끼리를 먼저 가접합한 후에, 다른 쪽의 대각끼리를 가접합하는 것을 특징으로 하는, 액냉 재킷의 제조 방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 맞댐부가 직사각형 프레임 형상을 나타내고 있으며,
    상기 가접합용 회전 툴로 상기 맞댐부를 가접합하는 공정에 있어서, 상기 맞댐부의 한쪽 대변의 중간부끼리를 먼저 가접합한 후에, 다른 쪽 대변의 중간부끼리를 가접합하는 것을 특징으로 하는, 액냉 재킷의 제조 방법.

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