WO2019082439A1 - 液冷ジャケットの製造方法 - Google Patents
液冷ジャケットの製造方法Info
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- WO2019082439A1 WO2019082439A1 PCT/JP2018/023955 JP2018023955W WO2019082439A1 WO 2019082439 A1 WO2019082439 A1 WO 2019082439A1 JP 2018023955 W JP2018023955 W JP 2018023955W WO 2019082439 A1 WO2019082439 A1 WO 2019082439A1
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- sealing body
- jacket
- stepped
- stirring pin
- stirring
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
Definitions
- the present invention relates to a method of manufacturing a liquid cooling jacket.
- Patent Document 1 discloses a method of manufacturing a liquid cooling jacket.
- FIG. 41 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a conventional liquid cooling jacket.
- a butt portion J10 formed by butting the step side surface 101c provided on the step portion of the aluminum alloy jacket body 101 with the side surface 102c of the aluminum alloy sealing body 102.
- friction stir welding is performed by inserting only the stirring pin F2 of the rotary tool F into the butt portion J10.
- the rotation center axis C of the rotation tool F is accumulated on the butt joint part J10, and is relatively moved.
- the jacket main body 101 tends to have a complicated shape, for example, is formed of a cast material of a 4000 series aluminum alloy, and a relatively simple shape such as the sealing body 102 is a drawn material of a 1000 series aluminum alloy
- members having different aluminum alloy grades may be joined to produce a liquid-cooled jacket.
- the hardness of the jacket body 101 is generally higher than that of the sealing body 102. Therefore, when friction stir welding is performed as shown in FIG. 41, the stirring pin is on the sealing body 102 side.
- the material resistance received from the jacket main body 101 side is larger than the material resistance received from the side. Therefore, it becomes difficult to agitate different material types with good balance by the stirring pin of the rotary tool F, and there is a problem that a cavity defect occurs in the plasticized area after bonding, and the bonding strength is lowered.
- an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a liquid-cooled jacket capable of suitably bonding aluminum alloys of different grades.
- the present invention comprises a bottom portion, a jacket body having a peripheral wall portion rising from the periphery of the bottom portion, and a support body having a support rising from the bottom, and a hole for inserting the tip of the support And a sealing body for sealing the opening of the housing, wherein the jacket main body and the sealing body are joined by friction stirring, and the jacket main body is formed of a first aluminum alloy.
- the sealing body is formed of a second aluminum alloy, the first aluminum alloy is a grade higher in hardness than the second aluminum alloy, and the outer peripheral surface of the stirring pin of the rotary tool is tapered
- the inner peripheral edge of the peripheral wall portion is inclined so as to extend outward from the bottom surface of the step toward the opening.
- a circumferential wall step portion having a stepped side surface to rise and forming a pillar step portion having a stepped bottom surface and a stepped side surface rising from the stepped bottom surface at a tip end of the column;
- the sealing body By mounting the sealing body, the stepped side surface of the peripheral wall stepped portion and the outer peripheral side surface of the sealed body are butted to form a first abutment portion, and the stepped bottom surface of the peripheral wall stepped portion and the sealing
- the second butt portion is formed by superposing the back surface of the body, and the third butt portion is formed by butting the step side surface of the step portion of the support and the hole wall of the hole of the sealing body.
- the second aluminum alloy mainly on the sealing body side of the first abutting portion is stirred and plasticized by the frictional heat of the sealing body and the stirring pin, and the step side surface and the sealing are performed in the first abutting portion. It can be joined to the outer peripheral side of the body.
- the stirring pin since only the stirring pin is brought into contact with only the sealing body to perform friction stirring, there is almost no mixing of the first aluminum alloy from the jacket main body to the sealing body.
- only the stirring pin is slightly brought into contact with the side surface of the step.
- the second aluminum alloy on the sealing body side is mainly friction-stirred in the first butted portion and the third butted portion, it is possible to suppress a decrease in bonding strength.
- the step side surface of the jacket main body is inclined outward, the contact between the stirring pin and the jacket main body can be easily avoided without causing a decrease in the joint strength.
- the strength of the liquid cooling jacket can be enhanced by joining the support and the sealing body.
- the rotary tool is rotated along the third butting portion in a state where the agitating pin is slightly in contact with the step bottom of the step portion of the support, and friction stirring is performed. Is preferred.
- the stirring pin is kept in slight contact with the bottom of the step at the fourth abutting portion.
- the aluminum alloy on the sealing body side is mainly friction-stirred at the fourth butted portion, so that it is possible to prevent a decrease in bonding strength. Further, the friction strength can be further enhanced by frictionally stirring the fourth butted portion.
- a bottom body a jacket body having a peripheral wall portion rising from the peripheral edge of the bottom portion, and a column body having a column rising from the bottom portion, and a hole into which the tip of the column is inserted
- a method of manufacturing a liquid-cooled jacket comprising the sealing body and the sealing body joined by friction stirring, the jacket body being formed of a first aluminum alloy, the sealing body The stopper is formed of a second aluminum alloy, the first aluminum alloy is a grade having a hardness higher than that of the second aluminum alloy, and the outer peripheral surface of the stirring pin of the rotary tool is inclined to be tapered.
- a second abutment portion is formed, and further, a side surface of the stepped portion of the support pillar portion and a hole wall of the hole portion of the sealing body are butted to form a third abutment portion, and the stepped portion of the support pillar stepped portion
- only the first stirring pin for rotating and rotating the rotary tool along the first abutment portion to perform friction stirring while inserting only the stirring pin that rotates is inserted into the sealing body, and the stirring pin is And a second main joining step of frictionally agitating the rotary tool around the third abutment portion in a state of being slightly in contact with the side surface of the step portion of the support column.
- the second aluminum alloy mainly on the sealing body side of the first abutting portion is stirred and plasticized by the frictional heat of the sealing body and the stirring pin, and the step side surface and the sealing are performed in the first abutting portion. It can be joined to the outer peripheral side of the body. Further, since the outer peripheral surface of the stirring pin is kept in slight contact with the stepped side surface of the jacket main body, the mixing of the first aluminum alloy from the jacket main body to the sealing body can be minimized. Further, also in the third abutting portion, since the stirring pin is kept in slight contact with the side surface of the step, the mixing of the first aluminum alloy from the jacket main body to the sealing body can be minimized.
- the second aluminum alloy on the sealing body side is mainly friction-stirred in the first butted portion and the third butted portion, it is possible to suppress a decrease in bonding strength.
- the step side surface of the jacket main body is inclined outward, it is possible to join the first abutment portion without the stirring pin largely invading the jacket main body side.
- the strength of the liquid cooling jacket can be enhanced by joining the support and the sealing body.
- the rotary tool is rotated along the first butting portion in a state where the stirring pin is slightly in contact with the bottom of the stepped portion of the peripheral wall step to perform friction stirring. Is preferred.
- the stirring pin is kept in slight contact with the bottom of the step at the second abutment portion.
- the second aluminum alloy on the sealing body side is mainly friction-stirred at the second abutting portion, so that it is possible to prevent a decrease in bonding strength.
- the joint strength can be further enhanced by frictionally stirring the second abutment portion.
- the rotary tool is rotated along the third butting portion in a state where the agitating pin is slightly in contact with the step bottom of the step portion of the support, and friction stirring is performed. Is preferred.
- the stirring pin is kept in slight contact with the bottom of the step at the fourth abutting portion.
- the second aluminum alloy on the sealing body side is mainly friction-stirred at the fourth butted portion, so that it is possible to prevent a decrease in bonding strength. Further, the friction strength can be further enhanced by frictionally stirring the fourth butted portion.
- the jacket body may be formed by die casting and the bottom portion may be formed to be convex on the surface side, and the sealing body may be formed to be convex on the surface side. preferable.
- the jacket main body and sealing body Can be made flat beforehand by utilizing heat contraction.
- the deformation amount of the jacket main body is measured in advance, and in the first main bonding step and the second main bonding step, while adjusting the insertion depth of the stirring pin of the rotary tool according to the deformation amount. It is preferable to carry out frictional stirring.
- the length and width of the plasticized region formed in the liquid cooling jacket can be made constant. it can.
- a cooling plate through which a cooling medium flows is disposed on the back side of the bottom portion, and friction is performed while cooling the jacket main body and the sealing body by the cooling plate.
- stirring is performed.
- the cooling efficiency can be enhanced.
- the said cooling plate has a cooling flow path through which the said cooling medium flows, and the said cooling flow path is provided with the planar shape in alignment with the movement trace of the said rotation tool in the said 1st main joining process.
- the portion to be frictionally stirred can be intensively cooled, the cooling efficiency can be further enhanced.
- the cooling flow path through which the cooling medium flows is configured by a cooling pipe embedded in the cooling plate. According to this manufacturing method, the cooling medium can be easily managed.
- a cooling medium is caused to flow through the hollow portion formed by the jacket main body and the sealing body to cool the jacket main body and the sealing body. It is preferable to carry out frictional stirring.
- the frictional heat can be suppressed to a low level, the deformation of the liquid cooling jacket due to the thermal contraction can be reduced.
- cooling can be performed using the jacket body itself without using a cooling plate or the like.
- a jacket main body having a bottom portion, a peripheral wall portion rising from the peripheral edge of the bottom portion, and a column rising from the bottom portion, and a hole portion into which a tip of the column is inserted
- a method of manufacturing a liquid-cooled jacket comprising: a sealing body for sealing an opening of a main body, and joining the jacket main body and the sealing body by friction stirring, wherein the jacket main body is made of a first aluminum alloy
- the sealing body is formed of a second aluminum alloy, and the first aluminum alloy is a grade whose hardness is higher than that of the second aluminum alloy, and the stirring pin of the rotary tool used in friction stirring
- the outer peripheral surface is inclined to be tapered, and the inner peripheral edge of the peripheral wall portion is raised from the bottom surface of the step and the bottom surface of the step toward the opening portion.
- a second butt portion is formed, and a third butt portion is formed so that there is a gap when the step side surface of the pillar step portion and the hole wall of the hole are butted, and the step bottom surface of the pillar step portion
- the back surface of the sealing body Mounting step to form a fourth butt portion, inserting only the rotating stirring pin into the sealing body, and not bringing the outer peripheral surface of the stirring pin into contact with the stepped side surface of the column stepped portion
- the second aluminum alloy mainly on the sealing body side of the third abutting portion is stirred and plasticized by the frictional heat of the sealing body and the stirring pin, and the step of the pillar stepped portion in the third abutting portion
- the side surface and the hole wall of the hole can be joined.
- the stirring pin since only the stirring pin is brought into contact with the sealing body to perform friction stirring, there is almost no mixing of the first aluminum alloy from the jacket main body to the sealing body.
- the second aluminum alloy on the sealing body side is mainly friction-stirred in the third butted portion, so that it is possible to suppress a decrease in bonding strength.
- by increasing the plate thickness of the sealing body it is possible to prevent metal shortage of the bonding portion in the second main bonding step.
- the rotary tool is moved along the third butting portion in a state where the agitating pin is slightly in contact with the step bottom of the column step portion to perform friction stirring.
- the fourth butt portion can be firmly joined and the water tightness and the airtightness can be enhanced.
- a jacket main body having a bottom portion, a peripheral wall portion rising from a peripheral edge of the bottom portion, and a column rising from the bottom portion, and a hole portion into which the tip of the column is inserted
- the liquid cooling jacket which is constituted with the closure which stops, and joins the above-mentioned jacket main part and the above-mentioned closure by friction stirring, and the above-mentioned jacket main part is formed with the first aluminum alloy
- the sealing body is formed of a second aluminum alloy, and the first aluminum alloy is a grade having a hardness higher than that of the second aluminum alloy, and the outer peripheral surface of the stirring pin of the rotary tool used for friction stirring is tapered.
- the inner peripheral edge of the peripheral wall portion has a bottom surface of the step and a side surface of the step which rises from the bottom surface of the step toward the opening While forming a peripheral wall step portion, a support step portion having a step bottom surface at the tip of the support, and a step side surface obliquely rising from the step bottom so that the tip of the support tapers, A step of setting the plate thickness of the sealing body to be larger than the height dimension of the stepped side surface of the pillared stepped portion, and mounting the sealed body on the jacket main body, the peripheral wall stepped portion And the outer peripheral side surface of the sealing body are butted to form a first abutment portion, and the bottom surface of the stepped portion of the peripheral wall stepped portion and the back surface of the sealing body are superimposed to form a second abutment portion.
- the second aluminum alloy mainly on the sealing body side of the third abutting portion is stirred and plasticized by the frictional heat of the sealing body and the stirring pin, and the step of the pillar stepped portion in the third abutting portion
- the side surface and the hole wall of the hole can be joined.
- the outer peripheral surface of the stirring pin is slightly brought into contact with the side surface of the stepped portion of the support column, the mixing of the first aluminum alloy from the jacket main body to the sealing body can be minimized.
- the second aluminum alloy on the sealing body side is mainly friction-stirred in the third butted portion, so that it is possible to suppress a decrease in bonding strength.
- by increasing the plate thickness of the sealing body it is possible to prevent metal shortage of the bonding portion in the second main bonding step.
- the rotary tool is moved along the third butting portion in a state where the agitating pin is slightly in contact with the step bottom of the column step portion to perform friction stirring. Is preferred.
- the fourth butt portion can be firmly joined.
- the water tightness and air tightness of the liquid cooling jacket can be enhanced.
- the present invention comprises a bottom portion, a jacket body having a peripheral wall portion rising from the periphery of the bottom portion, and a support body having a support rising from the bottom, and a hole for inserting the tip of the support And a sealing body for sealing the opening of the housing, wherein the jacket main body and the sealing body are joined by friction stirring, and the jacket main body is formed of a first aluminum alloy.
- the sealing body is formed of a second aluminum alloy, the first aluminum alloy is a grade higher in hardness than the second aluminum alloy, and the outer peripheral surface of the stirring pin of the rotary tool is tapered And a flat surface is formed on the tip end side of the stirring pin, and a projection is provided on the flat surface and the peripheral wall portion is provided.
- a peripheral wall step portion having a step bottom surface and a step side surface rising toward the opening from the step bottom surface is formed on the inner peripheral edge, and a step bottom surface at the tip of the support and a step side surface rising from the step bottom surface
- disposing the sealing body on the jacket main body, the butt side surface of the peripheral wall stepped portion and the outer peripheral side surface of the sealing body are butted, While forming a butt portion, the step bottom surface of the peripheral wall step portion and the back surface of the sealing body are overlapped to form a second butt portion, and further, the step side surface of the pillar step portion and the above described sealing body Placing the third butt portion against the hole wall of the hole to form a third butt portion, and superposing the step bottom surface of the pillar step portion on the back surface of the sealing body to form a fourth butt portion;
- the stirring pin rotates Only the outer peripheral surface of the stirring pin is not in contact with the side surface of the stepped portion of the support column, and the projection of the stirring pin is in contact
- the second aluminum alloy mainly on the sealing body side of the third abutting portion is stirred and plasticized by the frictional heat of the sealing body and the stirring pin, and the step of the pillar stepped portion in the third abutting portion
- the side surface and the hole wall of the hole can be joined.
- the outer peripheral surface of the stirring pin is brought into contact with the sealing body to perform friction stirring, there is almost no mixing of the first aluminum alloy from the jacket main body to the sealing body.
- the plastic fluid material which is frictionally stirred along the protrusion of the stirring pin and wound up to the protrusion is pressed by the flat surface of the stirring pin. As a result, it is possible to carry out frictional stirring of the periphery of the protrusion more reliably, and since the oxide film of the fourth butt portion is surely divided, the bonding strength of the fourth butt portion can be enhanced.
- the rotational tool is moved along the third butting portion in a state where the flat surface of the stirring pin is not in contact with the step bottom of the column step portion to perform friction stirring. It is preferred to do.
- the mixing of the first aluminum alloy from the jacket main body to the sealing body can be further reduced, the reduction in bonding strength can be effectively suppressed.
- the width of the plasticized region can be reduced, the plastic flow material can be prevented from flowing out from the fourth butting portion, and the bottom surface of the stepped portion of the column stepped portion can be set small.
- a bottom body a jacket body having a peripheral wall portion rising from the peripheral edge of the bottom portion, and a column body having a column rising from the bottom portion, and a hole into which the tip of the column is inserted
- a method of manufacturing a liquid-cooled jacket comprising the sealing body and the sealing body joined by friction stirring, the jacket body being formed of a first aluminum alloy, the sealing body The stopper is formed of a second aluminum alloy, the first aluminum alloy is a grade having a hardness higher than that of the second aluminum alloy, and the outer peripheral surface of the stirring pin of the rotary tool is inclined to be tapered.
- a flat surface is formed on the tip end side of the stirring pin, and a projection is provided on the flat surface, and a step bottom surface is formed on the inner peripheral edge of the peripheral wall portion.
- a pillar stepped portion having a peripheral wall stepped portion having a stepped side surface rising toward the opening from the stepped bottom surface, and having a stepped bottom surface at a tip of the support and a stepped side surface rising from the stepped bottom surface And forming the first abutment portion by butting the stepped side surface of the peripheral wall step portion with the outer peripheral side surface of the sealed body by mounting the sealed body on the jacket main body;
- the step bottom surface of the peripheral wall step portion and the back surface of the sealing body are overlapped to form a second abutment portion, and further, the step side surface of the pillar step portion and the hole wall of the hole portion of the sealing body Forming a third butt portion together, placing a step bottom surface of the step portion of the column and a back surface of the sealing body on each other to form a fourth butt
- the second aluminum alloy mainly on the sealing body side of the third abutting portion is stirred and plasticized by the frictional heat of the sealing body and the stirring pin, and the step of the pillar stepped portion in the third abutting portion
- the side surface and the hole wall of the hole can be joined.
- the outer peripheral surface of the stirring pin is slightly brought into contact with the side surface of the stepped portion of the support column, the mixing of the first aluminum alloy from the jacket main body to the sealing body can be minimized.
- the second aluminum alloy on the sealing body side is mainly friction-stirred in the third butted portion, so that it is possible to suppress a decrease in bonding strength.
- the plastic fluid material which is frictionally stirred along the protrusion of the stirring pin and wound up to the protrusion is pressed by the flat surface of the stirring pin.
- the rotational tool is moved along the third butting portion in a state where the flat surface of the stirring pin is not in contact with the step bottom of the column step portion to perform friction stirring. It is preferred to do.
- the mixing of the first aluminum alloy from the jacket main body to the sealing body can be further reduced, the reduction in bonding strength can be effectively suppressed.
- the width of the plasticized region can be reduced, the plastic flow material can be prevented from flowing out from the fourth butting portion, and the bottom surface of the stepped portion of the column stepped portion can be set small.
- the water tightness and air tightness of the liquid cooling jacket can be enhanced.
- FIG. 1 It is a perspective view which shows the preparatory process of the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 1st embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows the mounting process of the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 1st embodiment. It is a perspective view which shows the 1st main joining process of the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 1st embodiment. It is sectional drawing which shows the 1st main joining process of the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 1st embodiment. It is sectional drawing which shows the 1st main joining process of the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 1st embodiment. It is sectional drawing which shows after the 1st main joining process of the manufacturing method to the liquid cooling jacket which concerns on 1st embodiment. It is a perspective view which shows the 2nd main joining process of the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 1st embodiment.
- FIG. 7 It is a perspective view which shows the preparatory process of the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 7th embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows the mounting process of the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 7th embodiment. It is a perspective view which shows the 1st main joining process of the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 7th embodiment. It is sectional drawing which shows the 1st main joining process of the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 7th embodiment. It is sectional drawing which shows the 1st main joining process of the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 7th embodiment. It is sectional drawing which shows after the 1st main joining process of the manufacturing method to the liquid cooling jacket which concerns on 7th embodiment. It is a perspective view which shows the 2nd main joining process of the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 7th embodiment.
- the liquid-cooled jacket 1 is manufactured by friction stir welding of the jacket main body 2 and the sealing body 3.
- the liquid cooling jacket 1 is a member in which a heating element (not shown) is placed on the sealing body 3 and a fluid is allowed to flow inside to exchange heat with the heating element.
- "surface” means a surface opposite to "back side”.
- the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on this embodiment performs a preparatory process, a mounting process, a 1st main joining process, and a 2nd main joining process.
- the preparation step is a step of preparing the jacket body 2 and the sealing body 3.
- the jacket main body 2 is mainly configured by a bottom portion 10, a peripheral wall portion 11, and a plurality of support columns 15.
- the jacket body 2 is formed mainly including the first aluminum alloy.
- the first aluminum alloy for example, an aluminum alloy cast material such as JISH5302 ADC12 (Al-Si-Cu system) is used.
- the bottom portion 10 is a plate-like member exhibiting a rectangular shape in a plan view.
- the peripheral wall portion 11 is a wall portion rising from the peripheral portion of the bottom portion 10 in a rectangular frame shape.
- a circumferential wall stepped portion 12 is formed on the inner peripheral edge of the circumferential wall portion 11.
- the peripheral wall stepped portion 12 is configured of a stepped bottom surface 12 a and a stepped side surface 12 b rising from the stepped bottom surface 12 a.
- the stepped side surface 12 b is inclined so as to extend outward from the stepped bottom surface 12 a toward the opening.
- the inclination angle ⁇ of the stepped side surface 12b may be set as appropriate, but is, for example, 3 ° to 30 ° with respect to the vertical surface.
- a recess 13 is formed by the bottom portion 10 and the peripheral wall portion 11.
- the columns 15 stand vertically from the bottom 10.
- the number of columns 15 is not particularly limited, but four are formed in the present embodiment.
- pillar 15 is cylindrical shape in this embodiment, another shape may be sufficient.
- a protrusion 16 is formed at the tip of the support 15.
- the shape of the protrusion 16 is not particularly limited, but in the present embodiment, it is cylindrical.
- the height of the protrusion 16 is the same as the thickness of the sealing body 3.
- a support step portion 17 is formed by the end face of the support 15 and the protrusion 16.
- the pillar step portion 17 is configured of a step bottom surface 17 a and a step side surface 17 b rising from the step bottom surface 17 a.
- the stepped bottom surface 17 a is formed at the same height as the stepped bottom surface 12 a of the peripheral wall stepped portion 12.
- the sealing body 3 is a plate-like member that seals the opening of the jacket body 2.
- the sealing body 3 is sized to be placed on the peripheral wall step portion 12.
- the plate thickness of the sealing body 3 is substantially equal to the height of the stepped side surface 12 b.
- a hole 4 is formed in the sealing body 3 at a position corresponding to the support 15. The hole 4 is formed so that the protrusion 16 can be fitted with almost no gap.
- the sealing body 3 is formed mainly including the second aluminum alloy.
- the second aluminum alloy is a material having a hardness lower than that of the first aluminum alloy.
- the second aluminum alloy is formed of, for example, an aluminum alloy wrought material such as JIS A1050, A1100, A6063 or the like.
- the placing step is a step of placing the sealing body 3 on the jacket main body 2 as shown in FIG.
- the back surface 3b of the sealing body 3 is mounted on the bottom surface 12a of the step.
- the stepped side surface 12b and the outer peripheral side surface 3c of the sealing body 3 are butted to form a first abutting portion J1.
- the first abutment portion J1 has both a case where the step side surface 12b and the outer peripheral side surface 3c of the sealing body 3 are in surface contact, and a case where the V-shaped cross section is butted as in the present embodiment. May be included.
- the step bottom surface 12a and the back surface 3b of the sealing body 3 are butted to form a second butted portion J2.
- the end face 11 a of the peripheral wall portion 11 and the surface 3 a of the sealing body 3 become flush.
- the hole wall 4a of the hole 4 and the step side 17b of the pillar step portion 17 are butted to form the third abutment portion J3. Furthermore, the back surface 3b of the sealing body 3 and the stepped bottom surface 17a of the support stepped portion 17 are butted to form a fourth butted portion J4.
- the first main bonding step is a step of friction stir welding the first abutting portion J ⁇ b> 1 using a rotary tool F.
- the rotating tool F includes a connecting portion F1 and a stirring pin F2.
- the rotating tool F is formed of, for example, a tool steel.
- the connecting portion F1 is a portion connected to the rotation shaft of the friction stir device (not shown).
- the connecting portion F1 has a cylindrical shape, and a screw hole (not shown) in which a bolt is fastened is formed.
- the stirring pin F2 is suspended from the connecting portion F1 and is coaxial with the connecting portion F1.
- the stirring pin F2 is tapered as it separates from the connecting portion F1.
- a flat surface F3 which is perpendicular to the rotation center axis C and flat is formed at the tip of the stirring pin F2. That is, the outer surface of the stirring pin F2 is constituted by the outer peripheral surface which becomes tapered and the flat surface F3 formed at the tip.
- the inclination angle ⁇ between the rotation center axis C and the outer peripheral surface of the stirring pin F2 may be appropriately set, for example, in the range of 5 ° to 30 °. It is set so as to be the same as the inclination angle ⁇ of the step side surface 12b.
- a spiral groove is engraved on the outer peripheral surface of the stirring pin F2.
- the spiral groove in order to rotate the rotation tool F to the right, is formed in the counterclockwise direction from the proximal end toward the distal end.
- the spiral groove is formed counterclockwise as viewed from above when the spiral groove is traced from the proximal end to the distal end.
- the spiral groove in this case is formed clockwise as viewed from above when the spiral groove is traced from the proximal end to the distal end.
- the insertion depth is set so that the flat surface F3 of the stirring pin F2 does not contact the jacket body 2 as well.
- the "state in which only the stirring pin F2 is in contact with only the sealing body 3" refers to a state in which the outer surface of the stirring pin F2 is not in contact with the jacket main body 2 while performing friction stirring. This can also include the case where the distance between the outer peripheral surface of the step and the step side surface 12b is zero, or the case where the distance between the flat surface F3 of the stirring pin F2 and the step bottom surface 12a is zero.
- the separation distance L from the stepped side surface 12b to the outer peripheral surface of the stirring pin F2 may be appropriately set according to the materials of the jacket main body 2 and the sealing body 3, the outer peripheral surface of the stirring pin F2 is stepped side surface 12b as in this embodiment.
- the flat surface F3 is not in contact with the stepped bottom surface 12a, for example, it is preferable to set 0 ⁇ L ⁇ 0.5 mm, preferably 0 ⁇ L ⁇ 0.3 mm.
- FIG. 5 is a cross-sectional view of the bonding portion after the main bonding step according to the present embodiment.
- the plasticization area W1 is formed on the sealing body 3 side with the first abutting portion J1 as a boundary. Further, the flat surface F3 of the stirring pin F2 is not in contact with the bottom surface 12a of the step (see FIG. 4), and the plasticizing region W1 is formed to reach the jacket main body 2 beyond the second abutting portion J2.
- the second main joining step is a step of friction stir welding the third abutting portion J3 using the rotary tool F as shown in FIGS. 6 and 7.
- the second main bonding step as shown in FIG. 6, only the stirring pin F2 rotated right is inserted into the start position Sp set on the surface 3a of the sealing body 3, and the sealing body 3 and the connecting portion F1 are separated Move while moving. In other words, friction stirring is performed in a state where the base end of the stirring pin F2 is exposed.
- the plasticized region W2 is formed on the start-up trajectory of the rotary tool F by hardening the friction-stirred metal.
- the outer circumferential surface of the agitating pin F2 is in contact with the stepped side surface 17b (projected portion 16) of the column stepped portion 17 along the third abutment portion J3.
- the rotation tool F is moved relatively.
- the start and end of the plasticized area W2 are overlapped.
- the flat surface F3 of the stirring pin F2 is not in contact with the bottom surface 17a of the stepped portion, but the plasticized region W2 is formed to reach the fourth abutting portion J4.
- the stirring pin F2 of the rotating tool F and the step side surface 12b of the peripheral wall stepped portion 12 are not in contact with each other.
- the second aluminum alloy mainly on the side of the sealing body 3 of the first butt portion J1 is stirred and plasticized by friction heat with the first side butt portion 12b and the outer peripheral side surface 3c of the sealing body 3 in the first butt portion J1. Can be joined.
- the stirring pin F2 since only the stirring pin F2 is brought into contact with only the sealing body 3 to perform friction stirring, the mixing of the first aluminum alloy from the jacket main body 2 to the sealing body 3 is hardly caused.
- the second aluminum alloy on the side of the sealing body 3 is friction-stirred mainly in the first abutting portion J1, so that it is possible to suppress a decrease in bonding strength.
- the step side surface 12b of the jacket main body 2 is inclined outward, the contact between the stirring pin F2 and the jacket main body 2 can be easily avoided. Further, in this embodiment, since the inclination angle ⁇ of the step side surface 12b and the inclination angle ⁇ of the stirring pin F2 are the same (the step side surface 12b and the outer peripheral surface of the stirring pin F2 are parallel to each other), The stirring pin F2 and the stepped side surface 12b can be made as close as possible while avoiding contact with the stepped side surface 12b.
- the rotational direction and the advancing direction of the rotary tool F may be set appropriately, but the jacket main body 2 side becomes the shear side in the plasticization region W1 formed on the movement trajectory of the rotary tool F
- the rotation direction and the traveling direction of the rotation tool F were set such that the sealing body 3 side was the flow side.
- the jacket main body 2 side By setting the jacket main body 2 side to be a shear side, the stirring action by the stirring pin F2 around the first abutment portion J1 is enhanced, and a temperature rise in the first abutment portion J1 can be expected, and the first abutment portion J1
- the stepped side surface 12 b and the outer peripheral side surface 3 c of the sealing body 3 can be joined more reliably.
- the shear side means the side where the relative velocity of the outer periphery of the rotary tool to the part to be joined is a value obtained by adding the magnitude of the moving velocity to the size of the tangential velocity at the outer periphery of the rotary tool .
- the flow side refers to the side where the relative speed of the rotating tool relative to the part to be joined becomes low by rotating the rotating tool in the direction opposite to the moving direction of the rotating tool.
- the first aluminum alloy of the jacket body 2 is a material harder than the second aluminum alloy of the sealing body 3. Thereby, the durability of the liquid cooling jacket 1 can be enhanced. Further, it is preferable that the first aluminum alloy of the jacket main body 2 be an aluminum alloy cast material, and the second aluminum alloy of the sealing body 3 be an aluminum alloy wrought material.
- the castability, strength, machinability and the like of the jacket main body 2 can be enhanced by using, for example, an Al—Si—Cu based aluminum alloy cast material such as JISH 5302 ADC 12 as the first aluminum alloy.
- processability and thermal conductivity can be improved by making a 2nd aluminum alloy into JIS A1000 type
- the flat surface F3 of the agitating pin F2 is not inserted deeper than the stepped bottom surface 12a in the present embodiment, but the joining is achieved by causing the plasticized region W1 to reach the second butt portion J2.
- the strength can be increased.
- first main bonding step and the second main bonding step may be performed first.
- temporary bonding may be performed on at least one of the first abutting portion J1 and the third abutting portion J3 by friction stirring or welding. By performing the temporary bonding step, it is possible to prevent the opening of the first butted portion J1 and the third butted portion J3 in the first main bonding step or the second main bonding step.
- the plate thickness of the sealing body 3 may be set to be larger than the height dimension of the stepped side surface 12 b of the peripheral wall stepped portion 12. Since the first abutment portion J1 is formed to have a gap, there is a possibility that the bonding portion may run short of metal. However, the metal shortage can be compensated for as in the first modification.
- the outer peripheral side surface 3c of the sealing body 3 may be inclined to provide an inclined surface.
- the outer peripheral side surface 3c is inclined outward as going from the back surface 3b to the front surface 3a.
- the inclination angle ⁇ of the outer peripheral side surface 3c is the same as the inclination angle ⁇ of the stepped side surface 12b.
- the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 2nd embodiment performs a preparatory process, a mounting process, a 1st main joining process, and a 2nd main joining process.
- the preparation step, the mounting step, and the second main bonding step are the same as in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
- parts different from the first embodiment will be mainly described.
- the first main bonding step is a step of friction stir welding the first abutting portion J1 using a rotary tool F.
- this bonding step when the stirring pin F2 is relatively moved along the first abutment portion J1, the outer peripheral surface of the stirring pin F2 is slightly brought into contact with the stepped side surface 12b of the peripheral wall stepped portion 12 and the flat surface F3 is Friction stir welding is performed so as not to be in contact with the bottom surface 12 a of the step.
- the contact margin of the outer peripheral surface of the stirring pin F2 with respect to the stepped side surface 12b is taken as an offset amount N.
- the offset amount N is 0 ⁇ N ⁇ 0. It is set between 0.5 mm, preferably between 0 ⁇ N ⁇ 0.25 mm.
- the stirring pin F2 is received by one side and the other side across the rotation center axis C. Material resistance also differs greatly. Therefore, the plastic fluid material is not stirred in a well-balanced manner, which is a factor that reduces the bonding strength.
- the contact margin between the outer peripheral surface of the stirring pin F2 and the jacket main body 2 is minimized, the material resistance that the stirring pin F2 receives from the jacket main body 2 can be minimized.
- the inclination angle ⁇ of the step side surface 12b of the peripheral wall step portion 12 and the inclination angle ⁇ of the stirring pin F2 are the same (the step side surface 12b and the outer peripheral surface of the stirring pin F2 are parallel).
- the contact margin between the stirring pin F2 and the step side surface 12b can be made uniform over the height direction.
- the plate thickness of the sealing body 3 may be increased, or inclined surfaces may be provided on the side surfaces.
- the fifth embodiment, the first modification of the fifth embodiment, or the sixth embodiment described later may be applied.
- the manufacturing method of the liquid-cooling jacket which concerns on 3rd embodiment performs a preparatory process, a mounting process, a 1st main joining process, and a 2nd main joining process.
- the preparation step, the mounting step, and the second main bonding step are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
- parts different from the first embodiment will be mainly described.
- the first main bonding step is a step of friction stir welding the jacket main body 2 and the sealing body 3 by using a rotary tool F as shown in FIG.
- a rotary tool F as shown in FIG.
- Friction stir welding is performed in the inserted state.
- the stirring pin F2 and the stepped side surface 12b of the peripheral wall stepped portion 12 are not in contact with each other, but the first butt is caused by the frictional heat of the sealing body 3 and the stirring pin F2.
- the second aluminum alloy mainly on the side of the sealing body 3 of the portion J1 is stirred and plasticized, and the stepped side surface 12b and the outer peripheral side surface 3c of the sealing body 3 can be joined at the first abutment portion J1.
- the stirring pin F2 is brought into contact with only the sealing body 3 to perform friction stirring, and therefore, mixing of the first aluminum alloy from the jacket main body 2 to the sealing body 3 is hardly occurred.
- the second aluminum alloy on the side of the sealing body 3 is friction-stirred mainly in the first abutting portion J1, so that it is possible to suppress a decrease in bonding strength.
- the step side surface 12b of the jacket main body 2 is inclined outward, the contact between the stirring pin F2 and the step side surface 12b can be easily avoided. Further, in this embodiment, since the inclination angle ⁇ of the step side surface 12b and the inclination angle ⁇ of the stirring pin F2 are the same (the step side surface 12b and the outer peripheral surface of the stirring pin F2 are parallel to each other), The stirring pin F2 and the stepped side surface 12b can be made as close as possible while avoiding the contact of the stepped side surface 12b.
- the outer peripheral surface of the stirring pin F2 is separated from the stepped side surface 12b to perform the friction stir welding, the material resistance that the stirring pin F2 receives on one side and the other side with respect to the rotation center axis C of the stirring pin F2 is not The balance can be reduced. As a result, the plastic flow material is frictionally stirred in a well-balanced manner, so that it is possible to suppress a decrease in bonding strength.
- the distance from the stepped side surface 12b to the outer peripheral surface of the stirring pin F2 For example, it is preferable to set the separation distance L to 0 ⁇ L ⁇ 0.5 mm, and preferably to set 0 ⁇ L ⁇ 0.3 mm.
- the lower part of the joint portion can be frictionally stirred more reliably.
- the entire flat surface F3 of the stirring pin F2 is located on the center side of the sealing body 3 with respect to the outer peripheral side surface 3c of the sealing body 3. As a result, the bonding area of the second abutting portion J2 can be enlarged, and thus the bonding strength can be increased.
- the plate thickness of the sealing body 3 may be increased, or an inclined surface may be provided on the outer peripheral side surface.
- the fifth embodiment, the first modification of the fifth embodiment, or the sixth embodiment described later may be applied.
- the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 4th embodiment performs a preparatory process, a mounting process, a 1st main joining process, and a 2nd main joining process.
- the preparation step, the mounting step, and the second main bonding step are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
- parts different from the third embodiment will be mainly described.
- the first main joining step is a step of friction stir welding the first abutting portion J1 using a rotary tool F as shown in FIG.
- this bonding step when the stirring pin F2 is relatively moved along the first abutment portion J1, the outer peripheral surface of the stirring pin F2 is slightly brought into contact with the stepped side surface 12b of the peripheral wall stepped portion 12 and the flat surface F3 is The friction stir welding is performed by inserting it deeper than the bottom surface 12a of the step.
- the contact margin of the outer peripheral surface of the stirring pin F2 with respect to the stepped side surface 12b is taken as an offset amount N.
- the offset amount N Is set between 0 ⁇ N ⁇ 1.0 mm, preferably between 0 ⁇ N ⁇ 0.85 mm, more preferably between 0 ⁇ N ⁇ 0.65 mm.
- the stirring pin F2 is received by one side and the other side across the rotation center axis C. Material resistance also differs greatly. Therefore, the plastic fluid material is not stirred in a well-balanced manner, which is a factor that reduces the bonding strength.
- the contact margin between the outer peripheral surface of the stirring pin F2 and the jacket main body 2 is minimized, the material resistance that the stirring pin F2 receives from the jacket main body 2 can be reduced.
- the contact margin with the stepped side surface 12b can be made uniform over the height direction.
- the lower part of the joint portion can be frictionally stirred more reliably. As a result, it is possible to prevent the occurrence of a void defect or the like in the plasticized region W1, and to increase the bonding strength. That is, both the first butting portion J1 and the second butting portion J2 can be firmly joined.
- the plate thickness of the sealing body 3 may be increased, or sloped surfaces may be provided on the side surfaces.
- the fifth embodiment, the first modification of the fifth embodiment, or the sixth embodiment described later may be applied.
- the rotary tool FA used in the main bonding step includes a connecting portion F1 and a stirring pin F2.
- the stirring pin F2 is configured to include a flat surface F3 and a protrusion F4.
- the protrusion F4 is a portion that protrudes downward from the flat surface F3.
- the shape of the protrusion F4 is not particularly limited, but in the present embodiment, it is cylindrical.
- a stepped portion is formed by the side surface of the protrusion F4 and the flat surface F3.
- the tip of the rotary tool FA is inserted deeper than the stepped bottom surface 12a.
- the plastic fluid material that is friction-stirred along the protrusion F4 and wound up to the protrusion F4 is pressed by the flat surface F3.
- the bonding strength of the second abutment portion J2 can be increased.
- the projection F4 (the tip of the stirring pin F2) is set to be inserted deeper than the second abutment J2, but the flat surface F3 is You may set so that it may insert more deeply than the 2nd butting part J2.
- a preparation step, a placement step, a first main bonding step, and a second main bonding step are performed.
- the preparation step, the mounting step, and the first main bonding step are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
- parts different from the first embodiment will be mainly described.
- the friction stir welding is performed by making the circumference of the third abutment portion J3 go around without bringing the rotary tool F into contact with the support column 15 and the projecting part 16.
- the friction stir welding is performed without the stirring pin F2 coming into contact with either the step side 17b or the step bottom 17a of the column step 17, but the insertion depth of the stirring pin F2 is the plasticization region W2 Are set to reach the fourth abutment portion J4. That is, the fourth abutment portion J4 is plasticized and joined by the frictional heat of the stirring pin F2 and the sealing body 3.
- the insertion depth may be set such that the stirring pin F2 contacts the stepped bottom surface 17a of the column support 17.
- the friction stir welding is performed by making the circumference of the third abutting portion J3 go around without bringing the rotary tool FA into contact with the step side surface 17b (projecting portion 16).
- the tip of the rotary tool FA is inserted deeper than the stepped bottom surface 17 a of the column stepped portion 17.
- the plastic fluid material that is friction-stirred along the protrusion F4 and wound up to the protrusion F4 is pressed by the flat surface F3.
- the joint strength of the fourth butt portion J4 can be increased. Further, as in the modification, by setting only the protrusion F4 to be inserted deeper than the fourth butting portion J4, plasticity is obtained as compared to the case where the flat surface F3 is inserted deeper than the fourth butted portion J4. The width of the conversion area W2 can be reduced. Thus, the plastic flow material can be prevented from flowing out to the recess 13 and the width of the step bottom surface 17 a of the column step portion 17 can be set small.
- the protrusion F4 (the tip of the stirring pin F2) is set to be inserted deeper than the fourth butting portion J4, but the flat surface F3 is You may set so that it may insert more deeply than the 4th butt part J4.
- a preparation step, a placement step, a first main bonding step, and a second main bonding step are performed.
- the preparation step, the mounting step, and the first main bonding step are the same as in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
- the friction stir welding is performed on the third abutting portion J3 in a state where the rotary tool F is inclined outward with respect to the protrusion 16.
- the friction stir welding is performed in a state in which the rotation center axis C of the rotary tool F is inclined outward by an angle ⁇ with respect to the protrusion 16.
- the outer peripheral surface of the stirring pin F2 and the stepped side surface 17b of the column stepped portion 17 become parallel.
- the stepped side surface 17b and the stirring pin F2 may be separated or may be slightly in contact with each other.
- friction stirring can be performed in a state where the outer peripheral surface of the stirring pin F2 and the stepped side surface 17b are parallel to each other, so the stepped side surface 17b and the outer peripheral surface of the stirring pin F2 are separated
- the rotary tool F can be brought close to the projection 16 as much as possible.
- the first aluminum alloy can be prevented from being mixed from the jacket main body 2 side to the sealing body 3 side, and the bonding strength can be enhanced.
- the step side 17b and the stirring pin F2 are slightly brought into contact with each other, it is possible to prevent the first aluminum alloy from being mixed from the jacket body 2 side to the sealing body 3 as much as possible. It can be uniformly contacted.
- the stirring pin F2 may be in contact with the stepped bottom surface 17a.
- the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on the 3rd modification of 1st embodiment is demonstrated.
- the third modification is different from the first embodiment in that the temporary bonding step, the first main bonding step, and the second main bonding step are performed using a cooling plate.
- the third modified example of the first embodiment parts different from the first embodiment will be mainly described.
- the jacket main body 2 is fixed to the table K when performing the fixing step.
- the table K is composed of a substrate K1 having a rectangular parallelepiped shape, clamps K3 formed at four corners of the substrate K1, and a cooling pipe WP disposed inside the substrate K1.
- the table K is a member which restrains the jacket body 2 so as not to move and functions as a "cooling plate" in the claims.
- the cooling pipe WP is a tubular member embedded inside the substrate K1. Inside the cooling pipe WP, a cooling medium for cooling the substrate K1 flows.
- the arrangement position of the cooling pipe WP that is, the shape of the cooling flow path through which the cooling medium flows is not particularly limited, but in the third modification, it has a planar shape along the movement trajectory of the rotary tool F in the first main joining step. There is. That is, when viewed in plan, the cooling pipe WP is disposed such that the cooling pipe WP and the first abutment portion J1 substantially overlap.
- friction stir welding may be performed while flowing a cooling medium also to the inside of the jacket main body 2.
- the manufacturing method of the liquid cooling jacket concerning the 4th modification of a first embodiment is explained.
- the first main body is bent in a state in which the surface side of the jacket main body 2 and the surface 3a of the sealing body 3 are convex. It differs from the first embodiment in that the bonding step and the second main bonding step are performed.
- the differences from the first embodiment will be mainly described.
- the fourth modification uses a table KA.
- the table KA is composed of a substrate KA1 in the form of a rectangular parallelepiped, a spacer KA2 formed at the center of the substrate KA1, and clamps KA3 formed at the four corners of the substrate KA1.
- the spacer KA2 may be integral with or separate from the substrate KA1.
- the jacket body 2 and the sealing body 3 integrated by performing the temporary bonding step are fixed to the table KA by the clamp KA3.
- the plasticizing region W is formed by the temporary joining process.
- FIG. 18A when the jacket body 2 and the sealing body 3 are fixed to the table KA, the bottom 10, the end face 11a of the jacket body 2 and the surface 3a of the sealing body 3 are curved upward. . More specifically, the first side 21 of the wall 11A of the jacket body 2, the second side 22 of the wall 11B, the third side 23 of the wall 11C, and the fourth side 24 of the wall 11D are curved. Curve to become.
- friction stir welding is performed using a rotary tool F.
- the deformation amount of at least one of the jacket main body 2 and the sealing body 3 is measured, and the insertion depth of the stirring pin F2 is adjusted according to the deformation amount.
- the movement trajectory of the rotary tool F is moved so as to be a curved line.
- Heat shrinkage may occur in the plasticized areas W1 and W2 due to the heat input of friction stir welding, and the sealing body 3 side of the liquid-cooled jacket 1 may be deformed in a concave shape, but the first main bonding step of the fourth modification According to the second main bonding step, the jacket main body 2 and the sealing body 3 are fixed in advance so that tensile stress acts on the end face 11a and the surface 3a, so thermal contraction after friction stir welding is achieved. By using it, the liquid cooling jacket 1 can be made flat.
- the jacket main body 2 and the sealing body 3 are curved so that all of the first side portion 21 to the fourth side portion 24 are curved, but the present invention is not limited to this.
- the first side 21 and the second side 22 may be straight, and the third side 23 and the fourth side 24 may be curved.
- the first side portion 21 and the second side portion 22 may be curved, and the third side portion 23 and the fourth side portion 24 may be curved so as to be straight.
- the spacer KA2 may have any shape as long as it can be fixed so that the surface sides of the jacket main body 2 and the sealing body 3 are convex. Further, the spacer KA2 may be omitted as long as the surface side of the jacket main body 2 and the sealing body 3 can be fixed so as to be convex.
- the rotary tool F may be attached to, for example, a robot arm provided with rotary drive means such as a spindle unit at its tip. According to this configuration, the rotation center axis of the rotation tool F can be easily changed to various angles.
- the jacket main body 2 is formed so that the bottom part 10 and the surrounding wall part 11 may become convex on the surface side, respectively. Moreover, it forms so that the surface 3a of the sealing body 3 may become convex.
- the table KB includes a substrate KB1 having a rectangular parallelepiped shape, a spacer KB2 disposed at the center of the substrate KB1, clamps KB3 formed at four corners of the substrate KB1, and a cooling pipe WP embedded in the substrate KB1. It is done.
- the table KB is a member that restrains the jacket body 2 so as not to move and functions as a "cooling plate" in the claims.
- the spacer KB2 is composed of a curved surface KB2a which is curved to be convex upward, and elevations KB2b and KB2b which are formed at both ends of the curved surface KB2a and rise from the substrate KB1.
- the first side portion Ka and the second side portion Kb of the spacer KB2 are curved, and the third side portion Kc and the fourth side portion Kd are straight.
- the cooling pipe WP is a tubular member embedded inside the substrate KB1.
- a cooling medium for cooling the substrate KB1 flows in the cooling pipe WP.
- the arrangement position of the cooling pipe WP that is, the shape of the cooling flow passage through which the cooling medium flows is not particularly limited, but in the fifth modification, it has a planar shape along the movement trajectory of the rotary tool F in the first main joining step. There is. That is, when viewed in plan, the cooling pipe WP is disposed such that the cooling pipe WP and the first abutment portion J1 substantially overlap.
- the jacket main body 2 and the sealing body 3 which are temporarily joined and integrated are fixed to the table KB by the clamp KB3. More specifically, it is fixed to the table KB so that the back surface of the bottom portion 10 of the jacket body 2 is in surface contact with the curved surface KB 2 a.
- the jacket main body 2 is fixed to the table KB, the first side 21 of the wall 11A of the jacket main body 2 and the second side 22 of the wall 11B become curved, and the third side 23 of the wall 11C and the wall 11D Curved so that the fourth side 24 of the
- first main bonding step and the second main bonding step of the fifth modification friction stir welding is performed on the first butting portion J1 and the second butting portion J2 using the rotary tool F.
- the deformation amount of at least one of the jacket main body 2 and the sealing body 3 is measured, and the insertion depth of the stirring pin F2 is adjusted according to the deformation amount.
- the movement trajectory of the rotary tool F is moved along the end surface 11 a of the jacket main body 2 and the surface 3 a of the sealing body 3 so as to form a curve or a straight line. By doing this, the depth and width of the plasticized region W1 can be made constant.
- the curved surface KB2a of the spacer KB2 is in surface contact with the concave back surface of the bottom portion 10 of the jacket main body 2.
- friction stir welding can be performed, cooling the jacket main body 2 and the sealing body 3 more effectively. Since the frictional heat in the friction stir welding can be suppressed low, the deformation of the liquid cooling jacket due to the thermal contraction can be reduced. Thereby, when forming the jacket main body 2 and the sealing body 3 in a convex shape in the preparation process, the curvature of the jacket main body 2 and the sealing body 3 can be reduced.
- the jacket main body 2 and the sealing body 3 were curved so that the 1st side part 21 and the 2nd side part 22 might become a curve, it is not limited to this.
- a spacer KB2 having a spherical surface may be formed, and the rear surface of the bottom portion 10 of the jacket body 2 may be in surface contact with the spherical surface.
- all of the first side 21 to the fourth side 24 are curved.
- the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 7th embodiment of this invention is demonstrated in detail with reference to drawings.
- a preparation step is a step of preparing the jacket body 2 and the sealing body 3.
- the jacket main body 2 is mainly configured by a bottom portion 10, a peripheral wall portion 11, and a plurality of support columns 15.
- the bottom portion 10 is a plate-like member having a rectangular shape in a plan view.
- the peripheral wall portion 11 is a wall portion rising from the peripheral portion of the bottom portion 10 in a rectangular frame shape.
- a circumferential wall stepped portion 12 is formed on the inner peripheral edge of the circumferential wall portion 11.
- the peripheral wall stepped portion 12 is configured of a stepped bottom surface 12 a and a stepped side surface 12 b rising from the stepped bottom surface 12 a.
- the step side surface 12b is inclined so as to spread outward from the step bottom surface 12a toward the opening.
- the inclination angle ⁇ of the stepped side surface 12b may be set as appropriate, but is, for example, 3 ° to 30 ° with respect to the vertical surface.
- a recess 13 is formed by the bottom portion 10 and the peripheral wall portion 11.
- the columns 15 stand vertically from the bottom 10.
- the number of columns 15 is not particularly limited, but four are formed in the present embodiment.
- pillar 15 is cylindrical shape in this embodiment, another shape may be sufficient.
- a protrusion 16 is formed at the tip of the support 15.
- the shape of the protrusion 16 is not particularly limited, but in the present embodiment, it has a truncated cone shape.
- the height of the protruding portion 16 is smaller than the thickness of the sealing body 3.
- a support step portion 17 is formed by the end face of the support 15 and the protrusion 16.
- the pillar step portion 17 is configured of a step bottom surface 17 a and a step side surface 17 b rising from the step bottom surface 17 a.
- the stepped bottom surface 17 a is formed at the same height as the stepped bottom surface 12 a of the peripheral wall stepped portion 12.
- the stepped side surface 17 b is smaller than the thickness of the sealing body 3.
- the stepped side surface 17b is inclined so as to be separated from the hole wall 4a toward the tip.
- the sealing body 3 is a plate-like member that seals the opening of the jacket body 2.
- the sealing body 3 is sized to be placed on the peripheral wall step portion 12.
- the plate thickness of the sealing body 3 is larger than the height of the stepped side surface 12 b.
- a hole 4 is formed in the sealing body 3 at a position corresponding to the support 15.
- the hole 4 is formed such that the protrusion 16 is fitted.
- the sealing body 3 is formed mainly including the second aluminum alloy.
- the second aluminum alloy is a material having a hardness lower than that of the first aluminum alloy.
- the second aluminum alloy is formed of, for example, an aluminum alloy wrought material such as JIS A1050, A1100, A6063 or the like.
- the mounting step is a step of mounting the sealing body 3 on the jacket main body 2 as shown in FIG.
- the back surface 3b of the sealing body 3 is mounted on the bottom surface 12a of the step.
- the stepped side surface 12b and the outer peripheral side surface 3c of the sealing body 3 are butted to form a first abutting portion J1.
- the step bottom surface 12a and the back surface 3b of the sealing body 3 are butted to form a second butted portion J2.
- the hole wall 4a of the hole 4 and the step side 17b of the pillar step portion 17 are butted to form the third abutment portion J3.
- the third butting portion J3 is both in the case where the hole wall 4a and the step side surface 17b of the column step portion 17 are in surface contact, and in the case where the V-shaped cross section is butted as in the present embodiment. May be included.
- the back surface 3b of the sealing body 3 and the stepped bottom surface 17a of the support stepped portion 17 are butted to form a fourth butted portion J4.
- the protrusion part 16 was formed so that it might become tapered in this embodiment, it is good also as column shape. That is, the step side surface 17b of the column support 17 and the hole wall 4a of the hole 4 may be in surface contact, or may be opposed with a minute gap.
- the first main joining step is a step of friction stir welding the first abutting portion J1 using the rotary tool F, as shown in FIGS.
- FIG. 25 is a cross-sectional view of the bonding portion after the main bonding step according to the present embodiment.
- the plasticization area W1 is formed on the sealing body 3 side with the first abutting portion J1 as a boundary. Further, the flat surface F3 of the stirring pin F2 is not in contact with the stepped bottom surface 12a (see FIG. 24), and the plasticizing region W1 is formed to reach the jacket main body 2 beyond the second abutting portion J2.
- the second main joining step is a step of friction stir welding the third abutting portion J3 using the rotary tool F, as shown in FIGS.
- the second main bonding step as shown in FIG. 26, only the stirring pin F2 rotated right is inserted into the start position Sp set on the surface 3a of the sealing body 3, and the sealing body 3 and the connecting portion F1 are separated Move while moving. In other words, friction stirring is performed in a state where the base end of the stirring pin F2 is exposed.
- the plasticized region W2 is formed on the start-up trajectory of the rotary tool F by hardening the friction-stirred metal.
- the third butt joint portion allows only the stirring pin F2 to be in contact with only the sealing body 3 while allowing the plasticized metal to flow into the gap of the third butt joint portion J3.
- the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 is not in contact with the stepped side surface 17b of the support pillar 17 and the flat surface F3 of the stirring pin F2 is not in contact with the stepped bottom surface 17a.
- the separation distance between the stepped side surface 17b and the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 is the same as in the first main bonding step.
- the stirring pin F2 of the rotating tool F and the step side surface 12b of the peripheral wall stepped portion 12 are not in contact with each other.
- the second aluminum alloy mainly on the side of the sealing body 3 of the first butt portion J1 is stirred and plasticized by friction heat with the first side butt portion 12b and the outer peripheral side surface 3c of the sealing body 3 in the first butt portion J1. Can be joined.
- only the stirring pin F2 is brought into contact with only the sealing body 3 to perform friction stirring, so that the first aluminum alloy from the jacket main body 2 to the sealing body 3 There is almost no contamination.
- the second aluminum alloy on the side of the sealing body 3 is friction-stirred mainly in the first butted portion J1 and the third butted portion J3, so that a decrease in bonding strength can be suppressed.
- a V-shaped gap is formed in the first butt portion J1 and the third butt portion J3, but the plate thickness of the sealing body 3 is made larger than the step side surfaces 12b and 17b. It is possible to prevent metal shortage of the bonding portions (plasticizing regions W1, W2) in the first main bonding step and the second main bonding step.
- the stirring pin F2 since the step side surface 12b of the jacket main body 2 is inclined outward, the contact between the stirring pin F2 and the jacket main body 2 can be easily avoided. Further, in the present embodiment, since the inclination angle ⁇ of the step side surface 12b and the inclination angle ⁇ of the stirring pin F2 are the same (the step side surface 12b and the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 are parallel), the stirring pin F2 The stirring pin F2 and the stepped side surface 12b can be made as close as possible while avoiding contact with the stepped side surface 12b.
- the stirring pin is inclined in the direction of moving away from the hole wall 4a as the step side 17b of the step 17 of the support goes to the end (so that the end of the support 15 is tapered).
- the contact between F2 and the jacket body 2 can be easily avoided.
- the stirring pin F2 since the inclination angle ⁇ of the step side surface 17b and the inclination angle ⁇ of the stirring pin F2 are the same (the step side surface 17b and the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 are parallel), the stirring pin F2 is The stirring pin F2 and the stepped side surface 17b can be made as close as possible while avoiding contact with the stepped side surface 17b.
- the rotational direction and the advancing direction of the rotary tool F may be set appropriately, but the jacket main body 2 side becomes the shear side in the plasticization region W1 formed on the movement trajectory of the rotary tool F
- the rotation direction and the traveling direction of the rotation tool F were set such that the sealing body 3 side was the flow side.
- the jacket main body 2 side By setting the jacket main body 2 side to be a shear side, the stirring action by the stirring pin F2 around the first abutment portion J1 is enhanced, and a temperature rise in the first abutment portion J1 can be expected, and the first abutment portion J1
- the stepped side surface 12 b and the outer peripheral side surface 3 c of the sealing body 3 can be joined more reliably.
- the stirring action by the stirring pin F2 around the third abutment portion J3 is enhanced by setting the support 15 (jacket main body 2) side to be the shear side, and the third abutment
- the temperature rise in the portion J3 can be expected, and the stepped side surface 17b and the hole wall 4a of the hole 4 can be more reliably joined in the third abutting portion J3.
- the first aluminum alloy of the jacket body 2 is a material harder than the second aluminum alloy of the sealing body 3. Thereby, the durability of the liquid cooling jacket 1 can be enhanced. Further, it is preferable that the first aluminum alloy of the jacket main body 2 be an aluminum alloy cast material, and the second aluminum alloy of the sealing body 3 be an aluminum alloy wrought material.
- the castability, strength, machinability and the like of the jacket main body 2 can be enhanced by using, for example, an Al—Si—Cu based aluminum alloy cast material such as JISH 5302 ADC 12 as the first aluminum alloy.
- processability and thermal conductivity can be improved by making a 2nd aluminum alloy into JIS A1000 type
- the flat surface F3 of the stirring pin F2 is not inserted deeper than the stepped bottom surface 12a, but the joining is achieved by causing the plasticized region W1 to reach the second butted portion J2.
- the strength can be increased.
- first main bonding step and the second main bonding step may be performed first.
- temporary bonding may be performed on at least one of the first abutting portion J1 and the third abutting portion J3 by friction stirring or welding. By performing the temporary bonding step, it is possible to prevent the opening of the first butted portion J1 and the third butted portion J3 in the first main bonding step or the second main bonding step.
- the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 is not in contact with the stepped side surface 17b, and the flat surface F3 of the stirring pin F2 is in contact with the stepped bottom surface 17a of the column stepped portion 17 (slightly Contact).
- the fourth butt portion J4 can be firmly joined.
- the stepped side surface 12b may be formed perpendicularly to the stepped bottom surface 12a without being inclined.
- the manufacturing method of the liquid-cooling jacket which concerns on 8th embodiment performs a preparatory process, a mounting process, a 1st main joining process, and a 2nd main joining process.
- the preparation step, the mounting step, and the second main bonding step are the same as in the seventh embodiment, and therefore the description thereof is omitted.
- parts different from the seventh embodiment will be mainly described.
- the first main joining step is a step of friction stir welding the first abutting portion J1 using the rotary tool F.
- this bonding step when the stirring pin F2 is relatively moved along the first abutment portion J1, the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 is slightly brought into contact with the stepped side surface 12b of the peripheral wall stepped portion 12 and the flat surface F3 The friction stir welding is performed so as not to contact the step bottom surface 12a.
- the contact margin of the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 with respect to the stepped side surface 12b is taken as an offset amount N.
- the stirring pin F2 is received by one side and the other side across the rotation center axis C. Material resistance also differs greatly. Therefore, the plastic fluid material is not stirred in a well-balanced manner, which is a factor that reduces the bonding strength.
- the contact margin between the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 and the jacket main body 2 is minimized, the material resistance received by the stirring pin F2 from the jacket main body 2 can be minimized. .
- the inclination angle ⁇ of the step side surface 12b of the peripheral wall step portion 12 and the inclination angle ⁇ of the stirring pin F2 are the same (the step side surface 12b and the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 are parallel). Therefore, the contact margin between the stirring pin F2 and the stepped side surface 12b can be made uniform over the height direction. Thereby, in the present embodiment, since the plastic fluid material is stirred in a well-balanced manner, it is possible to suppress a decrease in strength of the joint.
- the first main bonding step is a step of friction stir welding the jacket body 2 and the sealing body 3 using the rotary tool F.
- the stirring pin F2 is relatively moved along the first abutment portion J1
- the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 is not in contact with the step side 12b
- the flat surface F3 is slightly on the step bottom 12a.
- the friction stir welding is performed in the state of being in contact with
- the stirring pin F2 and the stepped side surface 12b of the peripheral wall stepped portion 12 are not in contact with each other, but the first butt is caused by the frictional heat of the sealing body 3 and the stirring pin F2.
- the second aluminum alloy mainly on the side of the sealing body 3 of the portion J1 is stirred and plasticized, and the stepped side surface 12b and the outer peripheral side surface 3c of the sealing body 3 can be joined at the first abutment portion J1.
- the first abutment portion J1 only the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 is brought into contact with only the sealing body 3 to perform friction stirring, the mixing of the first aluminum alloy from the jacket main body 2 to the sealing body 3 There is almost nothing.
- the second aluminum alloy on the side of the sealing body 3 is friction-stirred mainly in the first abutting portion J1, so that it is possible to suppress a decrease in bonding strength.
- the stirring pin F2 since the step side surface 12b of the jacket main body 2 is inclined outward, the contact between the stirring pin F2 and the step side surface 12b can be easily avoided. Further, in the present embodiment, since the inclination angle ⁇ of the step side surface 12b and the inclination angle ⁇ of the stirring pin F2 are the same (the step side surface 12b and the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 are parallel), the stirring pin F2 The stirring pin F2 and the stepped side surface 12b can be made as close as possible while avoiding the contact of the stepped side surface 12b.
- the material resistance received by the stirring pin F2 on one side and the other side with respect to the rotation center axis C of the stirring pin F2 Imbalance can be reduced.
- the plastic flow material is frictionally stirred in a well-balanced manner, so that it is possible to suppress a decrease in bonding strength.
- the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 when the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 is not in contact with the stepped side surface 12b and the flat surface F3 is inserted deeper than the stepped bottom surface 12a, the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 from the stepped side surface 12b It is preferable to set the separation distance L up to, for example, 0 ⁇ L ⁇ 0.5 mm, preferably 0 ⁇ L ⁇ 0.3 mm.
- the second abutment portion J2 can be frictionally stirred more reliably. As a result, it is possible to prevent the occurrence of a void defect or the like in the plasticized region W1, and to increase the bonding strength. Further, the entire flat surface F3 of the stirring pin F2 is located on the center side of the sealing body 3 with respect to the outer peripheral side surface 3c of the sealing body 3. As a result, the bonding area of the second abutting portion J2 can be enlarged, and thus the bonding strength can be increased.
- the manufacturing method of the liquid-cooling jacket which concerns on 10th embodiment performs a preparatory process, a mounting process, a 1st main joining process, and a 2nd main joining process.
- the preparation step, the mounting step, and the second main bonding step are the same as in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
- parts different from the ninth embodiment will be mainly described.
- the first main bonding step is a step of friction stir welding the first abutting portion J1 using a rotary tool F.
- the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 is slightly brought into contact with the stepped side surface 12b of the peripheral wall stepped portion 12 and the flat surface F3 Is slightly brought into contact with the bottom surface 12a of the step to perform friction stir welding.
- the contact margin of the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 with respect to the stepped side surface 12b is taken as an offset amount N.
- the offset amount N is set between 0 ⁇ N ⁇ 1.0 mm, preferably between 0 ⁇ N ⁇ 0.85 mm, more preferably between 0 ⁇ N ⁇ 0.65 mm.
- the stirring pin F2 is received by one side and the other side across the rotation center axis C. Material resistance also differs greatly. Therefore, the plastic fluid material is not stirred in a well-balanced manner, which is a factor that reduces the bonding strength.
- the contact margin between the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 and the jacket main body 2 is made as small as possible, the material resistance that the stirring pin F2 receives from the jacket main body 2 can be reduced.
- the stirring pin F2 since the inclination angle ⁇ of the step side surface 12b and the inclination angle ⁇ of the stirring pin F2 are the same (the step side surface 12b and the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 are parallel), the stirring pin F2 The contact margin with the step side surface 12b can be made uniform over the height direction. Thereby, in the present embodiment, since the plastic fluid material is stirred in a well-balanced manner, it is possible to suppress a decrease in strength of the joint.
- the second abutment portion J2 can be frictionally stirred more reliably. As a result, it is possible to prevent the occurrence of a void defect or the like in the plasticized region W1, and to increase the bonding strength. That is, according to the present embodiment, both the first butting portion J1 and the second butting portion J2 can be joined more firmly.
- the manufacturing method of the liquid-cooling jacket which concerns on 11th embodiment performs a preparatory process, a mounting process, a 1st main joining process, and a 2nd main joining process.
- the preparation step, the mounting step, and the first main bonding step are the same as those in the seventh embodiment, and thus the description thereof will be omitted.
- the flat surface of the stirring pin F2 while the outer circumferential surface F10 of the stirring pin F2 is slightly brought into contact with the step side 17b of the column stepped portion 17 Friction stirring is performed in a state in which F3 is separated from the step bottom surface 17a.
- the contact margin between the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 and the stepped side surface 17b may be set appropriately, but may be set in the same manner as the offset amount N (see FIG. 28) in the first main joining step of the eighth embodiment. preferable.
- the support 15 and the sealing body 3 can be strongly bonded by bonding them. Further, since the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 is kept in slight contact with the stepped side surface 17b of the column stepped portion 17, mixing of the first aluminum alloy from the jacket main body 2 into the sealing body 3 can be minimized. . As a result, the second aluminum alloy on the side of the sealing body 3 is friction-stirred mainly in the third abutting portion J3, so that it is possible to suppress a decrease in bonding strength.
- the friction stirring may be performed in a state in which the flat surface F3 is slightly in contact with the step bottom surface 17a of the column step 17.
- the flat surface F3 may be slightly in contact with the step bottom surface 17a while the outer circumferential surface F10 of the stirring pin F2 is slightly in contact with the step side surface 17b.
- the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on this embodiment performs a preparatory process, a mounting process, a 1st main joining process, and a 2nd main joining process.
- the preparation step is a step of preparing the jacket body 2 and the sealing body 3.
- the jacket main body 2 and the sealing body 3 of the present embodiment are the same as the seventh embodiment except that the step side surface 12 b and the thickness of the sealing body 3 are the same.
- the mounting step is a step of mounting the sealing body 3 on the jacket main body 2 as shown in FIG.
- the back surface 3b of the sealing body 3 is mounted on the bottom surface 12a of the step.
- the stepped side surface 12b and the outer peripheral side surface 3c of the sealing body 3 are butted to form a first abutting portion J1.
- the step bottom surface 12a and the back surface 3b of the sealing body 3 are butted to form a second butted portion J2.
- the peripheral wall end face 11 a of the peripheral wall portion 11 and the surface 3 a of the sealing body 3 become flush.
- the hole wall 4a of the hole 4 and the step side 17b of the pillar step portion 17 are butted to form the third abutment portion J3. Furthermore, the back surface 3b of the sealing body 3 and the stepped bottom surface 17a of the support stepped portion 17 are butted to form a fourth butted portion J4.
- the protrusion part 16 was formed so that it might become tapered in this embodiment, it is good also as column shape. That is, the step side surface 17b of the column support 17 and the hole wall 4a of the hole 4 may be in surface contact, or may be opposed with a minute gap.
- the first main bonding step is a step of friction stir welding the first abutting portion J1 using the rotary tool FA.
- the rotating tool FA is configured of a connecting portion F1 and a stirring pin F2.
- the rotating tool FA is formed of, for example, a tool steel.
- the connecting portion F1 is a portion connected to the rotation shaft of the friction stir device (not shown).
- the connecting portion F1 has a cylindrical shape, and a screw hole (not shown) in which a bolt is fastened is formed.
- the stirring pin F2 is suspended from the connecting portion F1 and is coaxial with the connecting portion F1.
- the stirring pin F2 is tapered as it separates from the connecting portion F1.
- a flat surface F3 which is perpendicular to the rotation center axis C and which is flat and a projection F4 which protrudes to the flat surface F3 are formed. That is, the outer surface of the stirring pin F2 is configured by the outer peripheral surface F10 to be tapered, the flat surface F3 formed at the tip, and the projection F4.
- the inclination angle ⁇ between the rotation center axis C and the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 may be appropriately set, for example, in the range of 5 ° to 30 °, but in the present embodiment, the peripheral wall step portion It is set so as to be the same as the inclination angle ⁇ of the 12 step side surfaces 12 b and the inclination angle ⁇ of the step side surfaces 17 b of the support step portion 17.
- a spiral groove is formed on the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2.
- FIG. 34 when friction stirring is performed using the rotary tool FA, only the stirring pin F2 rotated right is inserted into the sealing body 3 and the sealing body 3 and the coupling portion F1 are separated. Move it. In other words, friction stirring is performed in a state where the base end of the stirring pin F2 is exposed.
- a plasticized region W1 is formed on the movement trajectory of the rotary tool FA by hardening the friction-stirred metal.
- the stirring pin F2 is inserted into the start position Sp set in the sealing body 3, and the rotation tool FA is moved relative to the sealing body 3 around the right.
- the stirring pin F2 is inserted into the sealing body 3 and the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 is not in contact with the stepped side surface 12b of the peripheral wall stepped portion 12
- the rotary tool FA is made to go around along the one abutment portion J1.
- the flat surface F3 of the stirring pin F2 is not in contact with the step bottom surface 12a of the peripheral wall step 12 of the jacket main body 2, and the projection F4 is set to have an insertion depth so as to contact the step bottom 12a. doing.
- the end face F5 of the projection F4 is in contact with the peripheral wall 11.
- the distance between the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 and the stepped side surface 12b is zero when performing friction stirring. Some cases may also be included.
- the separation distance L from the stepped side surface 12b to the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 may be appropriately set according to the materials of the jacket main body 2 and the sealing body 3, but the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 is stepped as in this embodiment.
- the flat surface F3 is not in contact with the step bottom surface 12a without contacting the side surface 12b, for example, it is preferable to set 0 ⁇ L ⁇ 0.5 mm, preferably 0 ⁇ L ⁇ 0.3 mm. .
- FIG. 36 is a cross-sectional view of the bonding portion after the main bonding step according to the present embodiment.
- the plasticization area W1 is formed on the sealing body 3 side with the first abutting portion J1 as a boundary. Further, the flat surface F3 of the stirring pin F2 is not in contact with the step bottom surface 12a (see FIG. 35), and the plasticizing region W1 is formed to reach the jacket main body 2 beyond the second abutment portion J2.
- the second main bonding step is a step of friction stir welding the third abutting portion J3 using the rotary tool FA, as shown in FIGS.
- the second main bonding step as shown in FIG. 37, only the stirring pin F2 rotated right is inserted into the start position Sp set on the surface 3a of the sealing body 3, and the sealing body 3 and the connecting portion F1 are separated Move while moving. In other words, friction stirring is performed in a state where the base end of the stirring pin F2 is exposed.
- a plasticized region W2 is formed on the start-up trajectory of the rotary tool FA by hardening the friction-stirred metal.
- the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 and the stepped side surface 17b of the column stepped portion 17 are separated to perform friction stirring. Further, the rotary tool FA is relatively moved along the fourth abutting portion J4 in a state where the flat surface F3 of the stirring pin F2 is not in contact with the stepped bottom surface 17a and the projection F4 is in contact with the stepped bottom surface 17a. The tip end face F5 of the protrusion F4 is in contact with the support 15. When the rotary tool FA makes a round along the protrusion 16, the start and end of the plasticization area W2 overlap.
- the flat surface F3 of the stirring pin F2 is not in contact with the stepped bottom surface 17a of the column stepped portion 17, but the friction stir is performed in a state where the projection F4 is in contact with the stepped bottom surface 17a.
- the stirring pin F2 of the rotary tool FA and the stepped side surface 12b of the peripheral wall stepped portion 12 are not in contact with each other.
- the second aluminum alloy mainly on the side of the sealing body 3 of the first butt portion J1 is stirred and plasticized by friction heat with the first side butt portion 12b and the outer peripheral side surface 3c of the sealing body 3 in the first butt portion J1. Can be joined.
- the stirring pin F2 since only the stirring pin F2 is brought into contact with the sealing body 3 to perform friction stirring, there is almost no mixing of the first aluminum alloy from the jacket main body 2 to the sealing body 3.
- the second aluminum alloy on the side of the sealing body 3 is friction-stirred mainly in the first abutting portion J1, so that it is possible to suppress a decrease in bonding strength.
- the stirring pin F2 since the step side surface 12b of the jacket main body 2 is inclined outward, the contact between the stirring pin F2 and the jacket main body 2 can be easily avoided. Further, in the present embodiment, since the inclination angle ⁇ of the step side surface 12b and the inclination angle ⁇ of the stirring pin F2 are the same (the step side surface 12b and the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 are parallel), the stirring pin F2 The stirring pin F2 and the stepped side surface 12b can be made as close as possible while avoiding contact with the stepped side surface 12b.
- the rotational direction and the advancing direction of the rotary tool FA may be set as appropriate, but the jacket main body 2 side becomes the shear side in the plasticization region W1 formed on the movement trajectory of the rotary tool FA.
- the rotation direction and the traveling direction of the rotation tool FA were set such that the sealing body 3 side was the flow side.
- the first aluminum alloy of the jacket body 2 is a material harder than the second aluminum alloy of the sealing body 3. Thereby, the durability of the liquid cooling jacket 1 can be enhanced. Further, it is preferable that the first aluminum alloy of the jacket main body 2 be an aluminum alloy cast material, and the second aluminum alloy of the sealing body 3 be an aluminum alloy wrought material.
- the castability, strength, machinability and the like of the jacket main body 2 can be enhanced by using, for example, an Al—Si—Cu based aluminum alloy cast material such as JISH 5302 ADC 12 as the first aluminum alloy.
- processability and thermal conductivity can be improved by making a 2nd aluminum alloy into JIS A1000 type
- the flat surface F3 of the agitating pin F2 is not inserted deeper than the stepped bottom surface 12a in the present embodiment, but the joining is achieved by causing the plasticized region W1 to reach the second butt portion J2.
- the strength can be increased.
- the plastic flow is frictionally stirred along the projection F4 and wound up on the projection F4.
- the material is pressed by the flat surface F3.
- the friction stir is performed in a state in which the flat surface F3 of the stirring pin F2 is not in contact with the stepped bottom surface 17a and the projection F4 is in contact with the stepped bottom surface 17a of the column stepped portion 17, plasticity at the stepped bottom surface 17a Can reduce the width of the Thus, the width of the bottom surface 17a of the step can be set small.
- the friction stirring is performed in a state in which the flat surface F3 of the stirring pin F2 is not in contact with the stepped bottom surface 17a, mixing of the first aluminum alloy from the jacket main body 2 to the sealing body 3 also in the fourth abutment portion J4.
- the fourth butt portion J4 the second aluminum alloy on the side of the sealing body 3 is friction-stirred mainly, so that a decrease in bonding strength can be suppressed. That is, in the present embodiment, mixing of the first aluminum alloy from the jacket main body 2 to the sealing body 3 is suppressed while the oxide film of the fourth butt portion J4 is surely divided.
- the stirring pin F2 of the rotary tool FA and the stepped side surface 17b of the column stepped portion 17 are not in contact with each other, but the frictional heat of the sealing body 3 and the stirring pin F2 causes the third abutment portion
- the second aluminum alloy mainly on the side of the sealing body 3 of J3 is agitated and plasticized, and the stepped side surface 17b and the hole wall 4a of the hole 4 can be joined at the third abutting portion J3.
- the stirring pin F2 is brought into contact with the sealing body 3 to perform friction stirring, there is almost no mixing of the first aluminum alloy from the jacket main body 2 to the sealing body 3.
- the second aluminum alloy on the side of the sealing body 3 is friction-stirred mainly in the third abutting portion J3, so that it is possible to suppress a decrease in bonding strength.
- the stirring pin F2 is The stirring pin F2 and the stepped side surface 17b can be made as close as possible while avoiding contact with the stepped side surface 17b.
- the rotational direction and the advancing direction of the rotary tool FA may be set appropriately, but the jacket main body 2 side becomes the shear side in the plasticization region W1 formed on the movement trajectory of the rotary tool FA.
- the rotation direction and the traveling direction of the rotation tool FA were set such that the sealing body 3 side was the flow side.
- the fourth butt portion J4 since the friction stirring is performed in a state in which the flat surface F3 of the stirring pin F2 is not in contact with the stepped bottom surface 17a of the column stepped portion 17, the fourth butt portion J4 also There is almost no contamination of one aluminum alloy. As a result, the second aluminum alloy on the side of the sealing body 3 is friction-stirred mainly in the fourth butted portion J4, so that it is possible to suppress a decrease in bonding strength. Moreover, by joining the support
- Either of the first main bonding step and the second main bonding step may be performed first.
- temporary joining may be performed on at least one of the first butting portion J1 and the second butting portion J2 by friction stirring or welding. By performing the temporary bonding step, it is possible to prevent the openings of the butted parts at the time of the first main bonding step and the second main bonding step.
- the first main bonding step is a step of friction stir welding the first abutting portion J1 using the rotary tool FA.
- the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 is slightly brought into contact with the stepped side surface 12b of the peripheral wall stepped portion 12 and the projecting portion F4
- the friction stir welding is performed in a state in which the step surface 12a is in contact with the step surface 12a.
- the flat surface F3 is not in contact with the stepped bottom surface 12a.
- the contact margin of the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 with respect to the stepped side surface 12b is taken as an offset amount N.
- the stirring pin F2 is received by one side and the other side across the rotation center axis C. Material resistance also differs greatly. Therefore, the plastic fluid material is not stirred in a well-balanced manner, which is a factor that reduces the bonding strength.
- the contact margin between the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 and the jacket main body 2 is minimized, the material resistance received by the stirring pin F2 from the jacket main body 2 can be minimized. .
- the inclination angle ⁇ of the step side surface 12b of the peripheral wall step portion 12 and the inclination angle ⁇ of the stirring pin F2 are the same (the step side surface 12b and the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 are parallel). Therefore, the contact margin between the stirring pin F2 and the stepped side surface 12b can be made uniform over the height direction. Thereby, in the present embodiment, since the plastic fluid material is stirred in a well-balanced manner, it is possible to suppress a decrease in strength of the joint.
- the plate thickness of the sealing body 3 may be increased, or an inclined surface may be provided on the outer peripheral side surface.
- the friction stirring is performed in a state where the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 is slightly in contact with the stepped side surface 17b of the column stepped portion 17.
- the flat surface F3 is not in contact with the bottom surface 17a of the step, and the friction stir is performed in a state where the projection F4 is in contact with the bottom surface 17a of the step.
- the inclination angles of the outer peripheral surface F10 of the stirring pin F2 and the stepped side surface 17b be the same (the outer peripheral surface F10 and the stepped side surface 17b are parallel to each other).
- the plastic fluid material wound up on the projection F4 is pressed by the flat surface F3.
- the oxide film of the fourth butt portion J4 is surely divided.
- the joint strength of the fourth butt portion J4 can be increased.
- the width of plasticization region W2 is smaller than in the case where flat surface F3 is inserted deeper than stepped bottom surface 17a. can do.
- the plastic flow material can be prevented from flowing out to the recess 13 and the width of the step bottom surface 17 a of the column step portion 17 can be set small.
- what is necessary is just to set the contact margin of stirring pin F2 and the protrusion part 16 similarly to the 1st main joining process of 13th embodiment.
Landscapes
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Abstract
ジャケット本体(2)と、支柱(15)の先端が挿入される孔部(4)を備えるとともにジャケット本体(2)の開口部を封止する封止体(3)とで構成され、ジャケット本体(2)と封止体(3)とを摩擦攪拌で接合する液冷ジャケットの製造方法であって、回転する攪拌ピンのみを封止体(3)に挿入し、攪拌ピンのみを封止体(3)のみに接触させた状態で、第一突合せ部(J1)に沿って回転ツールを一周させて摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、回転する攪拌ピンのみを封止体(3)に挿入し、攪拌ピンを支柱段差部(17)の段差側面(17b)にわずかに接触させた状態で、第三突合せ部(J3)に沿って回転ツールを一周させて摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含むことを特徴とする。
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41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。
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41のように摩擦攪拌接合を行うと、攪拌ピンが封止体102側から受ける材料抵抗に比べて、ジャケット本体101側から受ける材料抵抗が大きくなる。そのため、回転ツールFの攪拌ピンによって異なる材種をバランスよく攪拌することが困難となり、接合後の塑性化領域に空洞欠陥が発生し接合強度が低下するという問題がある。
このような観点から、本発明は、材種の異なるアルミニウム合金を好適に接合することができる液冷ジャケットの製造方法を提供することを課題とする。
前記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及び前記底部から立ち上がる支柱を有するジャケット本体と、前記支柱の先端が挿入される孔部を備えるとともに前記ジャケット本体の開口部を封止する封止体とで構成され、前記ジャケット本体と前記封止体とを摩擦攪拌で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で形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金で形成されており、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、回転ツールの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外側に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し、かつ、前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から立ち上がる段差側面と、を有する支柱段差部を形成する準備工程と、前記ジャケット本体に前記封止体を載置することにより、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て第一突合せ部を形成するとともに、前記周壁段差部の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し、さらに、前記支柱段差部の段差側面と前記封止体の前記孔部の孔壁とを突き合わせて第三突合せ部を形成するとともに、前記支柱段差部の段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第四突合せ部を形成する載置工程と、回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記封止体のみに接触させた状態で、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを一周させて摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンを前記支柱段差部の段差側面にわずかに接触させた状態で、前記第三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を行う第二本接合工程と、を含むことを特徴とする。
かかる製造方法によれば、封止体と攪拌ピンとの摩擦熱によって第一突合せ部の主として封止体側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、第一突合せ部において段差側面と封止体の外周側面とを接合することができる。また、攪拌ピンのみを封止体のみに接触させて摩擦攪拌を行うため、ジャケット本体から封止体への第一アルミニウム合金の混入は殆どない。また、第三突合せ部においては攪拌ピンのみを段差側面にわずかに接触させるに留める。これにより、第一突合せ部及び第三突合せ部においては主として封止体側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。また、ジャケット本体の段差側面を外側に傾斜させているため、接合強度の低下を招くことなく攪拌ピンとジャケット本体との接触を容易に回避することができる。また、支柱と封止体とを接合することにより、液冷ジャケットの強度を高めることができる。
また、前記第二本接合工程において、さらに前記攪拌ピンを前記支柱段差部の段差底面にわずかに接触させた状態で、前記第三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を行うことが好ましい。
かかる製造方法によれば、第四突合せ部においては攪拌ピンのみを段差底面にわずかに接触させるに留める。これにより、第四突合せ部においては主として封止体側のアルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を防ぐことができる。また、第四突合せ部を摩擦攪拌することにより、接合強度をより高めることができる。
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及び前記底部から立ち上がる支柱を有するジャケット本体と、前記支柱の先端が挿入される孔部を備えるとともに前記ジャケット本体の開口部を封止する封止体とで構成され、前記ジャケット本体と前記封止体とを摩擦攪拌で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で形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金で形成されており、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、回転ツールの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外側に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し、かつ、前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から立ち上がる段差側面と、を有する支柱段差部を形成する準備工程と、前記ジャケット本体に前記封止体を載置することにより、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て第一突合せ部を形成するとともに、前記周壁段差部の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し、さらに、前記支柱段差部の段差側面と前記封止体の前記孔部の孔壁とを突き合わせて第三突合せ部を形成するとともに、前記支柱段差部の段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第四突合せ部を形成する載置工程と、回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンを前記周壁段差部の段差側面にわずかに接触させた状態で、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを一周させて摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンを前記支柱段差部の段差側面にわずかに接触させた状態で、前記第三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を行う第二本接合工程と、を含むことを特徴とする。
かかる製造方法によれば、封止体と攪拌ピンとの摩擦熱によって第一突合せ部の主として封止体側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、第一突合せ部において段差側面と封止体の外周側面とを接合することができる。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、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。また、第三突合せ部においても攪拌ピンを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、第一突合せ部及び第三突合せ部においては主として封止体側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。また、ジャケット本体の段差側面を外側に傾斜させているため、攪拌ピンがジャケット本体側に大きく侵入することなく第一突合せ部を接合することが可能となる。また、支柱と封止体とを接合することにより、液冷ジャケットの強度を高めることができる。
また、前記第一本接合工程において、さらに前記攪拌ピンを前記周壁段差部の段差底面にわずかに接触させた状態で、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを一周させて摩擦攪拌を行うことが好ましい。
かかる製造方法によれば、第二突合せ部においては攪拌ピンのみを段差底面にわずかに接触させるに留める。これにより、第二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、接合強度の低下を防ぐことができる。また、第二突合せ部も摩擦攪拌することにより、接合強度をより高めることができる。
また、前記第二本接合工程において、さらに前記攪拌ピンを前記支柱段差部の段差底面にわずかに接触させた状態で、前記第三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を行うことが好ましい。
かかる製造方法によれば、第四突合せ部においては攪拌ピンのみを段差底面にわずかに接触させるに留める。これにより、第四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、接合強度の低下を防ぐことができる。また、第四突合せ部を摩擦攪拌することにより、接合強度をより高めることができる。
また、前記準備工程では、前記ジャケット本体をダイキャストで形成するとともに前記底部が表面側に凸となるように形成し、かつ、前記封止体が表面側に凸となるように形成することが好ましい。
摩擦攪拌接合の入熱によって塑性化領域に熱収縮が発生し、液冷ジャケットの封止体側が凹となるように変形するおそれがあるが、かかる製造方法によれば、ジャケット本体及び封止体を予め凸にしておき、熱収縮を利用することで液冷ジャケットを平坦にすることができる。
また、前記ジャケット本体の変形量を予め計測しておき、前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程において、前記回転ツールの攪拌ピンの挿入深さを前記変形量に合わせて調節しながら摩擦攪拌を行うことが好ましい。
かかる製造方法によれば、ジャケット本体及び封止体を凸状に湾曲させて摩擦攪拌接合を行った場合でも、液冷ジャケットに形成される塑性化領域の長さ及び幅を一定にすることができる。
また、前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程に先だって、前記第一突合せ部及び前記第三突合せ部の少なくともいずれかを仮接合する仮接合工程を含むことが好ましい。
かかる製造方法によれば、仮接合を行うことで第一本接合工程、第二本接合工程の際の各突合せ部の目開きを防ぐことができる。
また、前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程では、冷却媒体が流れる冷却板を前記底部の裏面側に設置し、前記冷却板で前記ジャケット本体及び前記封止体を冷却しながら摩擦攪拌を行うことが好ましい。
かかる製造方法によれば、摩擦熱を低く抑えることができるため、熱収縮による液冷ジャケットの変形を小さくすることができる。
また、前記冷却板の表面と前記底部の裏面とを面接触させることが好ましい。かかる製造方法によれば、冷却効率を高めることができる。
また、前記冷却板は、前記冷却媒体が流れる冷却流路を有し、前記冷却流路は、前記第一本接合工程における前記回転ツールの移動軌跡に沿う平面形状を備えることが好ましい。
かかる製造方法によれば、摩擦攪拌される部分を集中的に冷却できるため、冷却効率をより高めることができる。
また、前記冷却媒体が流れる冷却流路は、前記冷却板に埋設された冷却管によって構成されていることが好ましい。かかる製造方法によれば、冷却媒体の管理を容易に行うことができる。
また、前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程では、前記ジャケット本体と前記封止体とで構成される中空部に冷却媒体を流し、前記ジャケット本体及び前記封止体を冷却しながら摩擦攪拌を行うことが好ましい。
かかる製造方法によれば、摩擦熱を低く抑えることができるため、熱収縮による液冷ジャケットの変形を小さくすることができる。また、冷却板等を用いずに、ジャケット本体自体を利用して冷却することができる。
前記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及び前記底部から立ち上がる支柱を有するジャケット本体と、前記支柱の先端が挿入される孔部を形成するとともに前記ジャケット本体の開口部を封止する封止体とで構成され、前記ジャケット本体と前記封止体とを摩擦攪拌で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で形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金で形成されており、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、摩擦攪拌で用いる回転ツールの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、前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から前記支柱の先端が先細りとなるように斜めに立ち上がる段差側面と、を有する支柱段差部を形成し、さらに、前記封止体の板厚を前記支柱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設定する準備工程と、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せて第一突合せ部を形成するとともに、前記周壁段差部の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し、前記支柱段差部の段差側面と前記孔部の孔壁とを突き合わせた際に隙間があるように第三突合せ部を形成するとともに、前記支柱段差部の段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第四突合せ部を形成する載置工程と、回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンの外周面を前記支柱段差部の段差側面に接触させない状態で、前記第三突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させる際に前記封止体の第二アルミニウム合金を前記隙間に流入させながら摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含むことを特徴とする。
かかる製造方法によれば、封止体と攪拌ピンとの摩擦熱によって第三突合せ部の主として封止体側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、第三突合せ部において支柱段差部の段差側面と孔部の孔壁とを接合することができる。また、攪拌ピンのみを封止体に接触させて摩擦攪拌を行うため、ジャケット本体から封止体への第一アルミニウム合金の混入は殆どない。これにより、第三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、封止体の板厚を大きくすることで、第二本接合工程における接合部の金属不足を防ぐことができる。
また、前記第二本接合工程において、さらに前記攪拌ピンを前記支柱段差部の段差底面にわずかに接触させた状態で、前記第三突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行うことが好ましい。かかる製造方法によれば、第四突合せ部を強固に接合することができるとともに水密性及び気密性を高めることができる。
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及び前記底部から立ち上がる支柱を有するジャケット本体と、前記支柱の先端が挿入される孔部を形成するとともに前記ジャケット本体の開口部を封止する封止体とで構成され、前記ジャケット本体と前記封止体とを摩擦攪拌で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で形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金で形成されており、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、摩擦攪拌で用いる回転ツールの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、前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から前記支柱の先端が先細りとなるように斜めに立ち上がる段差側面と、を有する支柱段差部を形成し、さらに、前記封止体の板厚を前記支柱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設定する準備工程と、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せて第一突合せ部を形成するとともに、前記周壁段差部の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し、前記支柱段差部の段差側面と前記孔部の孔壁とを突き合わせた際に隙間があるように第三突合せ部を形成するとともに、前記支柱段差部の段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第四突合せ部を形成する載置工程と、回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンの外周面を前記支柱段差部の段差側面にわずかに接触させた状態で、前記第三突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させる際に前記封止体の第二アルミニウム合金を前記隙間に流入させながら摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含むことを特徴とする。
かかる製造方法によれば、封止体と攪拌ピンとの摩擦熱によって第三突合せ部の主として封止体側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、第三突合せ部において支柱段差部の段差側面と孔部の孔壁とを接合することができる。また、攪拌ピンの外周面を支柱段差部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、第三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、封止体の板厚を大きくすることで、第二本接合工程における接合部の金属不足を防ぐことができる。
また、前記第二本接合工程において、さらに前記攪拌ピンを前記支柱段差部の段差底面にわずかに接触させた状態で、前記第三突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行うことが好ましい。かかる製造方法によれば、第四突合せ部を強固に接合することができる。
また、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させ前記開口部の周りに一周させて摩擦攪拌を行う第一本接合工程を行うことが好ましい。
かかる製造方法によれば、液冷ジャケットの水密性及び気密性を高めることができる。
前記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及び前記底部から立ち上がる支柱を有するジャケット本体と、前記支柱の先端が挿入される孔部を備えるとともに前記ジャケット本体の開口部を封止する封止体とで構成され、前記ジャケット本体と前記封止体とを摩擦攪拌で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で形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金で形成されており、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、回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部を備え、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立ち上がる段差側面と、を有する周壁段差部を形成し、かつ、前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から立ち上がる段差側面と、を有する支柱段差部を形成する準備工程と、前記ジャケット本体に前記封止体を載置することにより、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て第一突合せ部を形成するとともに、前記周壁段差部の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し、さらに、前記支柱段差部の段差側面と前記封止体の前記孔部の孔壁とを突き合せて第三突合せ部を形成するとともに、前記支柱段差部の段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第四突合せ部を形成する載置工程と、回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンの外周面を前記支柱段差部の段差側面に接触させず、かつ、前記攪拌ピンの前記突起部を前記支柱段差部の段差底面に接触させた状態で、前記第三突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含むことを特徴とする。
かかる製造方法によれば、封止体と攪拌ピンとの摩擦熱によって第三突合せ部の主として封止体側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、第三突合せ部において支柱段差部の段差側面と孔部の孔壁とを接合することができる。また、攪拌ピンの外周面を封止体に接触させて摩擦攪拌を行うため、ジャケット本体から封止体への第一アルミニウム合金の混入は殆どない。また、攪拌ピンの突起部に沿って摩擦攪拌されて突起部に巻き上げられた塑性流動材は攪拌ピンの平坦面で押えられる。これにより、突起部周りをより確実に摩擦攪拌することができるとともに、第四突合せ部の酸化皮膜が確実に分断されるため、第四突合せ部の接合強度を高めることができる。
また、前記第二本接合工程において、さらに前記攪拌ピンの前記平坦面を前記支柱段差部の段差底面に接触させない状態で、前記第三突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行うことが好ましい。
かかる製造方法によれば、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より少なくすることができるため、接合強度の低下を効果的に抑制することができる。また、塑性化領域の幅を小さくすることができるため、塑性流動材が第四突合せ部から流出するのを防ぐことができるとともに、支柱段差部の段差底面も小さく設定することができる。
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及び前記底部から立ち上がる支柱を有するジャケット本体と、前記支柱の先端が挿入される孔部を備えるとともに前記ジャケット本体の開口部を封止する封止体とで構成され、前記ジャケット本体と前記封止体とを摩擦攪拌で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で形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金で形成されており、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、回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部を備え、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立ち上がる段差側面と、を有する周壁段差部を形成し、かつ、前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から立ち上がる段差側面と、を有する支柱段差部を形成する準備工程と、前記ジャケット本体に前記封止体を載置することにより、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て第一突合せ部を形成するとともに、前記周壁段差部の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し、さらに、前記支柱段差部の段差側面と前記封止体の前記孔部の孔壁とを突き合せて第三突合せ部を形成するとともに、前記支柱段差部の段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第四突合せ部を形成する載置工程と、回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンの外周面を前記支柱段差部の段差側面にわずかに接触させ、かつ、前記攪拌ピンの前記突起部を前記支柱段差部の段差底面に接触させた状態で、前記第三突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含むことを特徴とする。
かかる製造方法によれば、封止体と攪拌ピンとの摩擦熱によって第三突合せ部の主として封止体側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、第三突合せ部において支柱段差部の段差側面と孔部の孔壁とを接合することができる。また、攪拌ピンの外周面を支柱段差部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、第三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、攪拌ピンの突起部に沿って摩擦攪拌されて突起部に巻き上げられた塑性流動材は攪拌ピンの平坦面で押えられる。これにより、突起部周りをより確実に摩擦攪拌することができるとともに、第四突合せ部の酸化皮膜が確実に分断されるため、第四突合せ部の接合強度を高めることができる。
また、前記第二本接合工程において、さらに前記攪拌ピンの前記平坦面を前記支柱段差部の段差底面に接触させない状態で、前記第三突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行うことが好ましい。
かかる製造方法によれば、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より少なくすることができるため、接合強度の低下を効果的に抑制することができる。また、塑性化領域の幅を小さくすることができるため、塑性流動材が第四突合せ部から流出するのを防ぐことができるとともに、支柱段差部の段差底面も小さく設定することができる。
また、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させ前記開口部の周りに一周させて摩擦攪拌を行う第一本接合工程を含むことが好ましい。
かかる製造方法によれば、液冷ジャケットの水密性及び気密性を高めることができる。
本発明に係る液冷ジャケットの製造方法によれば、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。
[第一実施形態]
本発明の実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。図1に示すように、ジャケット本体2と、封止体3とを摩擦攪拌接合して液冷ジャケット1を製造するものである。液冷ジャケット1は、封止体3の上に発熱体(図示省略)を設置するとともに、内部に流体を流して発熱体と熱交換を行う部材である。なお、以下の説明における「表面」とは、「裏面」の反対側の面という意味である。
本発明の実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。図1に示すように、ジャケット本体2と、封止体3とを摩擦攪拌接合して液冷ジャケット1を製造するものである。液冷ジャケット1は、封止体3の上に発熱体(図示省略)を設置するとともに、内部に流体を流して発熱体と熱交換を行う部材である。なお、以下の説明における「表面」とは、「裏面」の反対側の面という意味である。
本実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法は、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、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、複数の支柱15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、JISH5302 ADC12(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。
図1に示すように、支柱15は、底部10から垂直に立ちあがっている。支柱15の本数は特に制限がされないが、本実施形態では4本形成されている。また、支柱15の形状は本実施形態では円柱状になっているが、他の形状であってもよい。支柱15の先端には突出部16が形成されている。突出部16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。突出部16の高さは、封止体3の板厚と同じになっている。支柱15の端面と突出部16とで支柱段差部17が形成されている。支柱段差部17は、段差底面17aと、段差底面17aから立ち上がる段差側面17bとで構成されている。段差底面17aは、周壁段差部12の段差底面12aと同じ高さ位置に形成されている。
封止体3は、ジャケット本体2の開口部を封止する板状部材である。封止体3は、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の高さと略同等になっている。封止体3には、支柱15と対応する位置に孔部4が形成されている。孔部4は突出部16がほぼ隙間なく嵌め合わされるように形成されている。封止体3は、第二アルミニウム合金を主に含んで形成されている。第二アルミニウム合金は、第一アルミニウム合金よりも硬度の低い材料である。第二アルミニウム合金は、例えば、JIS A1050,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の外周側面3cとが突き合わされて第一突合せ部J1が形成される。第一突合せ部J1は、段差側面12bと封止体3の外周側面3cとが面接触する場合と、本実施形態のように断面略V字状の隙間をあけて突き合わされる場合の両方を含み得る。また、段差底面12aと、封止体3の裏面3bとが突き合わされて第二突合せ部J2が形成される。本実施形態では、封止体3を載置すると、周壁部11の端面11aと、封止体3の表面3aとは面一になる。
また、載置工程によって孔部4の孔壁4aと支柱段差部17の段差側面17bとが突き合わされて第三突合せ部J3が形成される。さらに、封止体3の裏面3bと支柱段差部17の段差底面17aとが突き合わされて第四突合せ部J4が形成される。
第一本接合工程は、図3及び図4に示すように、回転ツールFを用いて第一突合せ部J1を摩擦攪拌接合する工程である。回転ツールFは、連結部F1と、攪拌ピンF2とで構成されている。回転ツールFは、例えば工具鋼で形成されている。連結部F1は、摩擦攪拌装置(図示省略)の回転軸に連結される部位である。連結部F1は円柱状を呈し、ボルトが締結されるネジ孔(図示省略)が形成されている。
攪拌ピンF2は、連結部F1から垂下しており、連結部F1と同軸になっている。攪拌ピンF2は連結部F1から離間するにつれて先細りになっている。図4に示すように、攪拌ピンF2の先端には、回転中心軸Cに対して垂直であり、かつ、平坦な平坦面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面F3とで構成されている。側面視した場合において、回転中心軸Cと攪拌ピンF2の外周面とのなす傾斜角度αは、例えば5°~30°の範囲で適宜設定すればよいが、本実施形態では、周壁段差部12の段差側面12bの傾斜角度βと同一となるように設定されている。
攪拌ピンF2の外周面には螺旋溝が刻設されている。本実施形態では、回転ツールFを右回転させるため、螺旋溝は、基端から先端に向かうにつれて左回りに形成されている。言い換えると、螺旋溝は、螺旋溝を基端から先端に向けてなぞると上から見て左回りに形成されている。
なお、回転ツールFを左回転させる場合は、螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて右回りに形成することが好ましい。言い換えると、この場合の螺旋溝は、螺旋溝を基端から先端に向けてなぞると上から見て右回りに形成されている。螺旋溝をこのように設定することで、摩擦攪拌の際に塑性流動化した金属が螺旋溝によって攪拌ピンF2の先端側に導かれる。これにより、被接合金属部材(ジャケット本体2及び封止体3)の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。
図3に示すように、回転ツールFを用いて摩擦攪拌を行う際には、封止体3に右回転した攪拌ピンF2のみを挿入し、封止体3と連結部F1とは離間させつつ移動させる。言い換えると、攪拌ピンF2の基端部は露出させた状態で摩擦攪拌を行う。回転ツールFの移動軌跡には摩擦攪拌された金属が硬化することにより塑性化領域W1が形成される。本実施形態では、封止体3に設定した開始位置Spに攪拌ピン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。
図4に示すように、第一本接合工程では、攪拌ピンF2のみを封止体3のみに接触させて第一突合せ部J1に沿って一周させる。本実施形態では、攪拌ピンF2の平坦面F3もジャケット本体2に接触しないように挿入深さを設定している。「攪拌ピンF2のみを封止体3のみに接触させた状態」とは、摩擦攪拌を行っている際に、攪拌ピンF2の外面がジャケット本体2に接触していない状態を言い、攪拌ピンF2の外周面と段差側面12bとの距離がゼロである場合、又は攪拌ピンF2の平坦面F3と段差底面12aとの距離がゼロである場合も含み得る。
段差側面12bから攪拌ピンF2の外周面までの距離が遠すぎると第一突合せ部J1の接合強度が低下する。段差側面12bから攪拌ピンF2の外周面までの離間距離Lはジャケット本体2及び封止体3の材料によって適宜設定すればよいが、本実施形態のように攪拌ピンF2の外周面を段差側面12bに接触させず、かつ、平坦面F3を段差底面12aに接触させない場合は、例えば、0≦L≦0.5mmに設定し、好ましくは0≦L≦0.3mmに設定することが好ましい。
回転ツールFを封止体3の廻りに一周させたら、塑性化領域W1の始端と終端とを重複させる。回転ツールFは、封止体3の表面3aにおいて、徐々に上昇させて引き抜くようにしてもよい。図5は、本実施形態に係る本接合工程後の接合部の断面図である。塑性化領域W1は、第一突合せ部J1を境に封止体3側に形成されている。また、攪拌ピンF2の平坦面F3は段差底面12aに接触させておらず(図4参照)、塑性化領域W1は、第二突合せ部J2を超えてジャケット本体2に達するように形成される。
第二本接合工程は、図6及び図7に示すように、回転ツールFを用いて第三突合せ部J3を摩擦攪拌接合する工程である。第二本接合工程では、図6に示すように、封止体3の表面3aに設定した開始位置Sp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の起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W2が形成される。
第二本接合工程では、図7に示すように、攪拌ピンF2の外周面が支柱段差部17の段差側面17b(突出部16)にわずかに接触させた状態で、第三突合せ部J3に沿って回転ツールFを相対移動させる。回転ツールFを突出部16の廻りに一周させたら、塑性化領域W2の始端と終端とを重複させる。攪拌ピンF2の平坦面F3は、段差底面17aには接触させていないが、塑性化領域W2は第四突合せ部J4に達するように形成されている。
以上説明した本実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法によれば、回転ツールFの攪拌ピンF2と周壁段差部12の段差側面12bとは接触させていないが、封止体3と攪拌ピンF2との摩擦熱によって第一突合せ部J1の主として封止体3側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、第一突合せ部J1において段差側面12bと封止体3の外周側面3cとを接合することができる。また、攪拌ピンF2のみを封止体3のみに接触させて摩擦攪拌を行うため、ジャケット本体2から封止体3への第一アルミニウム合金の混入は殆どない。これにより、第一突合せ部J1においては主として封止体3側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。
また、第一本接合工程では、ジャケット本体2の段差側面12bを外側に傾斜させているため、攪拌ピンF2とジャケット本体2との接触を容易に回避することができる。また、本実施形態では、段差側面12bの傾斜角度βと、攪拌ピンF2の傾斜角度αとを同一(段差側面12bと攪拌ピンF2の外周面とを平行)にしているため、攪拌ピンF2と段差側面12bとの接触を避けつつ、攪拌ピンF2と段差側面12bとを極力近接させることができる。
また、第一本接合工程では、攪拌ピンF2のみを封止体3のみに接触させて摩擦攪拌接合を行うため、攪拌ピンF2の回転中心軸Cに対して一方側と他方側で、攪拌ピンF2が受ける材料抵抗の不均衡をなくすことができる。これにより、塑性流動材がバランス良く摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。
また、第一本接合工程では、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。ジャケット本体2側がシアー側となるように設定することで、第一突合せ部J1の周囲における攪拌ピンF2による攪拌作用が高まり、第一突合せ部J1における温度上昇が期待でき、第一突合せ部J1において段差側面12bと封止体3の外周側面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、JISH5302 ADC12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、JIS A1000系又はA6000系とすることにより、加工性、熱伝導性を高めることができる。
また、第一突合せ部J1においては、本実施形態では攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面12aよりも深く挿入しないが、塑性化領域W1が第二突合せ部J2に達するようにすることで接合強度を高めることができる。
また、第三突合せ部J3においては攪拌ピンF2のみを支柱段差部17の段差側面17b(突出部16)にわずかに接触させるに留める。これにより、第三突合せ部J3においては、ジャケット本体2の支柱15から封止体3への第一アルミニウム合金の混入を極力防ぐことができるとともに、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、支柱15と封止体3とを接合することにより、液冷ジャケットの強度を高めることができる。
なお、第一本接合工程及び第二本接合工程は、どちらを先に行ってもよい。また、第一本接合工程及び第二本接合工程を行う前に、第一突合せ部J1及び第三突合せ部J3の少なくとも一方に摩擦攪拌又は溶接によって仮接合を行ってもよい。仮接合工程を行うことにより、第一本接合工程又は第二本接合工程の際に、第一突合せ部J1及び第三突合せ部J3の目開きを防ぐことができる。
[第一変形例]
次に、第一実施形態の第一変形例について説明する。図8に示す第一変形例のように、封止体3の板厚を、周壁段差部12の段差側面12bの高さ寸法よりも大きくなるように設定してもよい。第一突合せ部J1は、隙間があるように形成されているため接合部が金属不足になるおそれがあるが、第一変形例のようにすることで金属不足を補うことができる。
次に、第一実施形態の第一変形例について説明する。図8に示す第一変形例のように、封止体3の板厚を、周壁段差部12の段差側面12bの高さ寸法よりも大きくなるように設定してもよい。第一突合せ部J1は、隙間があるように形成されているため接合部が金属不足になるおそれがあるが、第一変形例のようにすることで金属不足を補うことができる。
[第二変形例]
次に、第一実施形態の第二変形例について説明する。図9に示す第二変形例のように、封止体3の外周側面3cを傾斜させて傾斜面を設けてもよい。外周側面3cは、裏面3bから表面3aに向かうにつれて外側に傾斜している。外周側面3cの傾斜角度γは、段差側面12bの傾斜角度βと同一になっている。これにより、載置工程では、段差側面12bと、封止体3の外周側面3cとが面接触する。第二変形例によれば、第一突合せ部J1に隙間が発生しないため、接合部の金属不足を補うことができる。
次に、第一実施形態の第二変形例について説明する。図9に示す第二変形例のように、封止体3の外周側面3cを傾斜させて傾斜面を設けてもよい。外周側面3cは、裏面3bから表面3aに向かうにつれて外側に傾斜している。外周側面3cの傾斜角度γは、段差側面12bの傾斜角度βと同一になっている。これにより、載置工程では、段差側面12bと、封止体3の外周側面3cとが面接触する。第二変形例によれば、第一突合せ部J1に隙間が発生しないため、接合部の金属不足を補うことができる。
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第二実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法は、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第二実施形態では、準備工程、載置工程、第二本接合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。
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、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第二実施形態では、準備工程、載置工程、第二本接合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。
第一本接合工程は、図10に示すように、回転ツールFを用いて第一突合せ部J1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の外周面を周壁段差部12の段差側面12bにわずかに接触させ、かつ、平坦面F3を段差底面12aに接触させないようにして摩擦攪拌接合を行う。
ここで、段差側面12bに対する攪拌ピンF2の外周面の接触代をオフセット量Nとする。本実施形態のように、攪拌ピンF2の外周面を段差側面12bに接触させ、かつ、攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面12aに接触させない場合は、オフセット量Nを、0<N≦0.5mmの間で設定し、好ましくは0<N≦0.25mmの間で設定する。
図41に示す従来の液冷ジャケットの製造方法であると、ジャケット本体101と封止体102とで硬度が異なるため、回転中心軸Cを挟んで一方側と他方側とで攪拌ピンF2が受ける材料抵抗も大きく異なる。そのため、塑性流動材がバランス良く攪拌されず、接合強度が低下する要因になっていた。しかし、本実施形態によれば、攪拌ピンF2の外周面とジャケット本体2との接触代を極力小さくしているため、攪拌ピンF2がジャケット本体2から受ける材料抵抗を極力小さくすることができる。また、本実施形態では、周壁段差部12の段差側面12bの傾斜角度βと、攪拌ピンF2の傾斜角度αとを同一(段差側面12bと攪拌ピンF2の外周面とを平行)にしているため、攪拌ピンF2と段差側面12bとの接触代を高さ方向に亘って均一にすることができる。これにより、本実施形態では、塑性流動材がバランス良く攪拌されるため、接合部の強度低下を抑制することができる。
なお、第二実施形態でも、第一実施形態の第一変形例及び第二変形例のように、封止体3の板厚を大きくしたり、側面に傾斜面を設けてもよい。また、第二本接合工程においては、後記する第五実施形態、第五実施形態の第一変形例又は第六実施形態を適用してもよい。
[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第三実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法は、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第三実施形態では、準備工程、載置工程及び第二本接合工程は第一実施形態と同等であるため説明を省略する。また、第三実施形態では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
次に、本発明の第三実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第三実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法は、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第三実施形態では、準備工程、載置工程及び第二本接合工程は第一実施形態と同等であるため説明を省略する。また、第三実施形態では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
第一本接合工程は、図11に示すように、回転ツールFを用いてジャケット本体2と封止体3とを摩擦攪拌接合する工程である。本接合工程では、攪拌ピンF2を第一突合せ部J1に沿って相対移動させる際に、攪拌ピンF2の外周面を段差側面12bに接触させず、かつ、平坦面F3を段差底面12aよりも深く挿入した状態で摩擦攪拌接合を行う。
本実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法によれば、攪拌ピンF2と周壁段差部12の段差側面12bは接触させていないが、封止体3と攪拌ピンF2との摩擦熱によって第一突合せ部J1の主として封止体3側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、第一突合せ部J1において段差側面12bと封止体3の外周側面3cとを接合することができる。また、第一突合せ部J1においては攪拌ピンF2のみを封止体3のみに接触させて摩擦攪拌を行うため、ジャケット本体2から封止体3への第一アルミニウム合金の混入は殆どない。これにより、第一突合せ部J1においては主として封止体3側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。
また、ジャケット本体2の段差側面12bを外側に傾斜させているため、攪拌ピンF2と段差側面12bとの接触を容易に回避することができる。また、本実施形態では、段差側面12bの傾斜角度βと、攪拌ピンF2の傾斜角度αとを同一(段差側面12bと攪拌ピンF2の外周面とを平行)にしているため、攪拌ピンF2と段差側面12bその接触を避けつつ、攪拌ピンF2と段差側面12bとを極力近接させることができる。
また、攪拌ピンF2の外周面を段差側面12bから離間させて摩擦攪拌接合を行うため、攪拌ピンF2の回転中心軸Cに対して一方側と他方側で、攪拌ピンF2が受ける材料抵抗の不均衡を小さくすることができる。これにより、塑性流動材がバランス良く摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。本実施形態のように、攪拌ピンF2の外周面を段差側面12bに接触させず、かつ、平坦面F3を段差底面12aよりも深く挿入する場合、段差側面12bから攪拌ピンF2の外周面までの離間距離Lを、例えば、0≦L≦0.5mmに設定し、好ましくは0≦L≦0.3mmに設定することが好ましい。
また、攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面12aに挿入することにより、接合部の下部をより確実に摩擦攪拌することができる。これにより、塑性化領域W1に空洞欠陥等が発生するのを防ぎ、接合強度を高めることができる。また、攪拌ピンF2の平坦面F3の全面が、封止体3の外周側面3cよりも封止体3の中央側に位置している。これにより、第二突合せ部J2の接合領域を大きくすることができるため、接合強度を高めることができる。
なお、第三実施形態でも、第一実施形態の第一変形例及び第二変形例のように、封止体3の板厚を大きくしたり、外周側面に傾斜面を設けてもよい。また、第二本接合工程においては、後記する第五実施形態、第五実施形態の第一変形例又は第六実施形態を適用してもよい。
[第四実施形態]
次に、本発明の第四実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第四実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法は、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第四実施形態では、準備工程、載置工程及び第二本接合工程は第一実施形態と同等であるため説明を省略する。また、第四実施形態では、第三実施形態と相違する部分を中心に説明する。
次に、本発明の第四実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第四実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法は、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第四実施形態では、準備工程、載置工程及び第二本接合工程は第一実施形態と同等であるため説明を省略する。また、第四実施形態では、第三実施形態と相違する部分を中心に説明する。
第一本接合工程は、図12に示すように、回転ツールFを用いて第一突合せ部J1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の外周面を周壁段差部12の段差側面12bにわずかに接触させ、かつ、平坦面F3を段差底面12aよりも深く挿入して摩擦攪拌接合を行う。
ここで、段差側面12bに対する攪拌ピンF2の外周面の接触代をオフセット量Nとする。本実施形態のように、攪拌ピンF2の平坦面F3を周壁段差部12の段差底面12aよりも深く挿入し、かつ、攪拌ピンF2の外周面を段差側面12bに接触させる場合は、オフセット量Nを、0<N≦1.0mmの間で設定し、好ましくは0<N≦0.85mmの間で設定し、より好ましくは0<N≦0.65mmの間で設定する。
図41に示す従来の液冷ジャケットの製造方法であると、ジャケット本体101と封止体102とで硬度が異なるため、回転中心軸Cを挟んで一方側と他方側とで攪拌ピンF2が受ける材料抵抗も大きく異なる。そのため、塑性流動材がバランス良く攪拌されず、接合強度が低下する要因になっていた。しかし、本実施形態によれば、攪拌ピンF2の外周面とジャケット本体2との接触代を極力小さくしているため、攪拌ピンF2がジャケット本体2から受ける材料抵抗を小さくすることができる。また、本実施形態では、段差側面12bの傾斜角度βと、攪拌ピンF2の傾斜角度αとを同一(段差側面12bと攪拌ピンF2の外周面とを平行)にしているため、攪拌ピンF2と段差側面12bとの接触代を高さ方向に亘って均一にすることができる。これにより、本実施形態では、塑性流動材がバランス良く攪拌されるため、接合部の強度低下を抑制することができる。
また、攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面12aに挿入することにより、接合部の下部をより確実に摩擦攪拌することができる。これにより、塑性化領域W1に空洞欠陥等が発生するのを防ぎ、接合強度を高めることができる。つまり、第一突合せ部J1及び第二突合せ部J2の両方を強固に接合することができる。
なお、第四実施形態でも、第一実施形態の第一変形例及び第二変形例のように、封止体3の板厚を大きくしたり、側面に傾斜面を設けてもよい。また、第二本接合工程においては、後記する第五実施形態、第五実施形態の第一変形例又は第六実施形態を適用してもよい。
[第四実施形態の第一変形例]
次に、第四実施形態の第一変形例について説明する。図13に示すように、当該第一変形例では、回転ツールFAを用いる点で、第四実施形態と相違する。当該変形例では、第四実施形態と相違する部分を中心に説明する。
次に、第四実施形態の第一変形例について説明する。図13に示すように、当該第一変形例では、回転ツールFAを用いる点で、第四実施形態と相違する。当該変形例では、第四実施形態と相違する部分を中心に説明する。
本接合工程で用いる回転ツールFAは、連結部F1と、攪拌ピンF2と、を備えている。攪拌ピンF2は、平坦面F3と、突起部F4とを備えて構成されている。突起部F4は、平坦面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、平坦面F3とで段差部が形成されている。
当該第一変形例の本接合工程では、回転ツールFAの先端を段差底面12aよりも深く挿入する。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平坦面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。また、当該変形例のように、突起部F4のみを第二突合せ部J2よりも深く挿入するように設定することで、平坦面F3を第二突合せ部J2よりも深く挿入する場合に比べて塑性化領域W1の幅を小さくすることができる。これにより、塑性流動材が凹部13へ流出するのを防ぐことができるとともに、段差底面12aの幅も小さく設定することができる。
なお、図13に示す第四実施形態の第一変形例では、突起部F4(攪拌ピンF2の先端)が第二突合せ部J2よりも深く挿入するように設定しているが、平坦面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。
[第五実施形態]
次に、第五実施形に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第五実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法では、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第五実施形態では、準備工程、載置工程及び第一本接合工程が第一実施形態と同等であるため説明を省略する。また、第五実施形態では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
次に、第五実施形に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第五実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法では、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第五実施形態では、準備工程、載置工程及び第一本接合工程が第一実施形態と同等であるため説明を省略する。また、第五実施形態では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
第二本接合工程では、図14に示すように、回転ツールFを支柱15及び突出部16に接触させずに、第三突合せ部J3の廻りを一周させて摩擦攪拌接合を行う。第二本接合工程では、攪拌ピンF2を支柱段差部17の段差側面17b及び段差底面17aのいずれにも接触させずに摩擦攪拌接合を行うが、攪拌ピンF2の挿入深さは塑性化領域W2が第四突合せ部J4に達するように設定する。つまり、攪拌ピンF2と封止体3との摩擦熱によって第四突合せ部J4が塑性流動化して接合される。なお、攪拌ピンF2が支柱段差部17の段差底面17aと接触するように挿入深さを設定してもよい。
[第五実施形態の第一変形例]
次に、第五実施形態の第一変形例に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第五実施形態の第一変形例に係る液冷ジャケットの製造方法では、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。当該変形例では、第二本接合工程において、回転ツールFAを用いる点で第五実施形態と相違する。
次に、第五実施形態の第一変形例に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第五実施形態の第一変形例に係る液冷ジャケットの製造方法では、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。当該変形例では、第二本接合工程において、回転ツールFAを用いる点で第五実施形態と相違する。
第二本接合工程では、図15に示すように、回転ツールFAを段差側面17b(突出部16)に接触させずに、第三突合せ部J3の廻りを一周させて摩擦攪拌接合を行う。第二本接合工程では、回転ツールFAの先端を支柱段差部17の段差底面17aよりも深く挿入する。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平坦面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四突合せ部J4の酸化皮膜が確実に分断される。これにより、第四突合せ部J4の接合強度を高めることができる。また、当該変形例のように、突起部F4のみを第四突合せ部J4よりも深く挿入するように設定することで、平坦面F3を第四突合せ部J4よりも深く挿入する場合に比べて塑性化領域W2の幅を小さくすることができる。これにより、塑性流動材が凹部13へ流出するのを防ぐことができるとともに、支柱段差部17の段差底面17aの幅も小さく設定することができる。
なお、図15に示す第五実施形態の第一変形例では、突起部F4(攪拌ピンF2の先端)が第四突合せ部J4よりも深く挿入するように設定しているが、平坦面F3が第四突合せ部J4よりも深く挿入するように設定してもよい。
[第六実施形態]
次に、第六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。第六実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法では、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第六実施形態では、準備工程、載置工程及び第一本接合工程は第一実施形態と同じであるため説明を省略する。
次に、第六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。第六実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法では、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第六実施形態では、準備工程、載置工程及び第一本接合工程は第一実施形態と同じであるため説明を省略する。
第二本接合工程では、図16に示すように、回転ツールFを突出部16に対して外側に傾斜させた状態で第三突合せ部J3に対して摩擦攪拌接合を行う。第二本接合工程では、回転ツールFの回転中心軸Cを突出部16に対して外側に角度α傾斜させた状態で摩擦攪拌接合を行う。これにより、攪拌ピンF2の外周面と支柱段差部17の段差側面17bとは平行になる。段差側面17bと攪拌ピンF2とは離間させてもよいし、両者をわずかに接触させてもよい。
第六実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法では、攪拌ピンF2の外周面と段差側面17bとを平行にさせた状態で摩擦攪拌できるため、段差側面17bと攪拌ピンF2の外周面とを離間させる場合は突出部16に回転ツールFを極力近づけることができる。これにより、ジャケット本体2側から封止体3側へ第一アルミニウム合金が混入するのを防ぐことができるとともに、接合強度を高めることができる。一方、段差側面17bと攪拌ピンF2とをわずかに接触させる場合においては、ジャケット本体2側から封止体3側へ第一アルミニウム合金が混入するのを極力防ぐことができるとともに、高さ方向に均一に接触させることができる。なお、攪拌ピンF2は段差底面17aに接触させてもよい。
〔第一実施形態の第三変形例〕
次に、第一実施形態の第三変形例に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。図17に示すように、第三変形例では、冷却板を用いて仮接合工程、第一本接合工程及び第二本接合工程を行う点で第一実施形態と相違する。第一実施形態の第三変形例では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
次に、第一実施形態の第三変形例に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。図17に示すように、第三変形例では、冷却板を用いて仮接合工程、第一本接合工程及び第二本接合工程を行う点で第一実施形態と相違する。第一実施形態の第三変形例では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
図17に示すように、第一実施形態の第三変形例では、固定工程を行う際に、ジャケット本体2をテーブルKに固定する。テーブルKは、直方体を呈する基板K1と、基板K1の四隅に形成されたクランプK3と、基板K1の内部に配設された冷却管WPによって構成されている。テーブルKは、ジャケット本体2を移動不能に拘束するとともに、請求の範囲の「冷却板」として機能する部材である。
冷却管WPは、基板K1の内部に埋設される管状部材である。冷却管WPの内部には、基板K1を冷却する冷却媒体が流通する。冷却管WPの配設位置、つまり、冷却媒体が流れる冷却流路の形状は特に制限されないが、当該第三変形例では第一本接合工程における回転ツールFの移動軌跡に沿う平面形状になっている。即ち、平面視した際に、冷却管WPと第一突合せ部J1とが略重なるように冷却管WPが配設されている。
第三変形例の仮接合工程、第一本接合工程及び第二本接合工程では、ジャケット本体2をテーブルKに固定した後、冷却管WPに冷却媒体を流しながら摩擦攪拌接合を行う。これにより、摩擦攪拌の際の摩擦熱を低く抑えることができるため、熱収縮に起因する液冷ジャケット1の変形を小さくすることができる。また、当該第三変形例では、平面視した場合に、冷却流路と第一突合せ部J1(仮接合用回転ツール及び回転ツールFの移動軌跡)とが重なるようになっているため、摩擦熱が発生する部分を集中的に冷却できる。これにより、冷却効率を高めることができる。また、冷却管WPを配設して冷却媒体を流通させるため、冷却媒体の管理が容易となる。また、テーブルK(冷却板)とジャケット本体2とが面接触するため、冷却効率を高めることができる。
なお、テーブルK(冷却板)を用いてジャケット本体2及び封止体3を冷却するとともに、ジャケット本体2の内部にも冷却媒体を流しつつ摩擦攪拌接合を行ってもよい。
〔第一実施形態の第四変形例〕
次に、第一実施形態の第四変形例に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。図18A及び図18Bに示すように、第一実施形態の第四変形例では、ジャケット本体2の表面側及び封止体3の表面3aが凸状となるように湾曲させた状態で第一本接合工程及び第二本接合工程を行う点で第一実施形態と相違する。当該第四変形例では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
次に、第一実施形態の第四変形例に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。図18A及び図18Bに示すように、第一実施形態の第四変形例では、ジャケット本体2の表面側及び封止体3の表面3aが凸状となるように湾曲させた状態で第一本接合工程及び第二本接合工程を行う点で第一実施形態と相違する。当該第四変形例では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
図18A及び図18Bに示すように、当該第四変形例では、テーブルKAを用いる。テーブルKAは、直方体を呈する基板KA1と、基板KA1の中央に形成されたスペーサKA2と、基板KA1の四隅に形成されたクランプKA3とで構成されている。スペーサKA2は、基板KA1と一体でも別体でもよい。
当該第四変形例の固定工程では、仮接合工程を行って一体化したジャケット本体2及び封止体3をクランプKA3によってテーブルKAに固定する。仮接合工程によって、塑性化領域Wが形成されている。図18Aに示すように、ジャケット本体2及び封止体3をテーブルKAに固定すると、ジャケット本体2の底部10、端面11a及び封止体3の表面3aが上方に凸状となるように湾曲する。より詳しくは、ジャケット本体2の壁部11Aの第一辺部21、壁部11Bの第二辺部22、壁部11Cの第三辺部23及び壁部11Dの第四辺部24が曲線となるように湾曲する。
当該第四変形例の第一本接合工程及び第二本接合工程では、回転ツールFを用いて摩擦攪拌接合を行う。第一本接合工程及び第二本接合工程では、ジャケット本体2及び封止体3の少なくともいずれか一方の変形量を計測しておき、攪拌ピンF2の挿入深さを前記変形量に合わせて調節しながら摩擦攪拌接合を行う。つまり、ジャケット本体2の端面11a及び封止体3の表面3aの曲面に沿って回転ツールFの移動軌跡が曲線となるように移動させる。このようにすることで、塑性化領域W1,W2の深さ及び幅を一定にすることができる。
摩擦攪拌接合の入熱によって塑性化領域W1,W2に熱収縮が発生し、液冷ジャケット1の封止体3側が凹状に変形するおそれがあるが、当該第四変形例の第一本接合工程及び第二本接合工程によれば、端面11a及び表面3aに引張応力が作用するようにジャケット本体2及び封止体3を予め凸状に固定しているため、摩擦攪拌接合後の熱収縮を利用することで液冷ジャケット1を平坦にすることができる。また、従来の回転ツールで本接合工程を行う場合、ジャケット本体2及び封止体3が凸状に反っていると回転ツールのショルダ部が、ジャケット本体2及び封止体3に接触し、操作性が悪いという問題がある。しかし、当該第四変形例によれば、回転ツールFには、ショルダ部が存在しないため、ジャケット本体2及び封止体3が凸状に反っている場合でも、回転ツールFの操作性が良好となる。
なお、ジャケット本体2及び封止体3の変形量の計測については、公知の高さ検知装置を用いればよい。また、例えば、テーブルKAからジャケット本体2及び封止体3の少なくともいずれか一方までの高さを検知する検知装置が装備された摩擦攪拌装置を用いて、ジャケット本体2又は封止体3の変形量を検知しながら第一本接合工程及び第二本接合工程を行ってもよい。
また、当該第四変形例では、第一辺部21~第四辺部24の全てが曲線となるようにジャケット本体2及び封止体3を湾曲させたがこれに限定されるものではない。例えば、第一辺部21及び第二辺部22が直線となり、第三辺部23及び第四辺部24が曲線となるように湾曲させてもよい。また、例えば、第一辺部21及び第二辺部22が曲線となり、第三辺部23及び第四辺部24が直線となるように湾曲させてもよい。
また、当該第四変形例ではジャケット本体2又は封止体3の変形量に応じて攪拌ピンF2の高さ位置を変更したが、テーブルKAに対する攪拌ピンF2の高さを一定にして本接合工程を行ってもよい。
また、スペーサKA2は、ジャケット本体2及び封止体3の表面側が凸状となるように固定することができればどのような形状であってもよい。また、ジャケット本体2及び封止体3の表面側が凸状となるように固定することができればスペーサKA2は省略してもよい。また、回転ツールF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に取り付けてもよい。かかる構成によれば、回転ツールFの回転中心軸を様々な角度に容易に変更することができる。
[第一実施形態の第五変形例]
次に、第一実施形態の第五変形例に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。図19に示すように、第一実施形態の第五変形例では、準備工程において、ジャケット本体2及び封止体3を予め表面側に凸状に湾曲するように形成する点で第一実施形態と相違する。第一実施形態の第五変形例では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
次に、第一実施形態の第五変形例に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。図19に示すように、第一実施形態の第五変形例では、準備工程において、ジャケット本体2及び封止体3を予め表面側に凸状に湾曲するように形成する点で第一実施形態と相違する。第一実施形態の第五変形例では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
第一実施形態の第五変形例に係る準備工程では、ジャケット本体2及び封止体3の表面側が凸状に湾曲するようにダイキャストで形成する。これにより、ジャケット本体2は、底部10、周壁部11がそれぞれ表面側に凸状となるように形成される。また、封止体3の表面3aが凸状となるように形成される。
図20に示すように、第五変形例では、固定工程を行う際に、仮接合されたジャケット本体2及び封止体3をテーブルKBに固定する。テーブルKBは、直方体を呈する基板KB1と、基板KB1の中央に配設されたスペーサKB2と、基板KB1の四隅に形成されたクランプKB3と、基板KB1の内部に埋設された冷却管WPとで構成されている。テーブルKBは、ジャケット本体2を移動不能に拘束するとともに、請求の範囲の「冷却板」として機能する部材である。
スペーサKB2は、上方に凸状となるように湾曲した曲面KB2aと、曲面KB2aの両端に形成され基板KB1から立ち上がる立面KB2b,KB2bとで構成されている。スペーサKB2の第一辺部Ka及び第二辺部Kbは曲線になっており、第三辺部Kc及び第四辺部Kdは直線になっている。
冷却管WPは、基板KB1の内部に埋設される管状部材である。冷却管WPの内部には、基板KB1を冷却する冷却媒体が流通する。冷却管WPの配設位置、つまり、冷却媒体が流れる冷却流路の形状は特に制限されないが、当該第五変形例では第一本接合工程における回転ツールFの移動軌跡に沿う平面形状になっている。即ち、平面視した際に、冷却管WPと第一突合せ部J1とが略重なるように冷却管WPが配設されている。
当該第五変形例の固定工程では、仮接合を行って一体化したジャケット本体2及び封止体3をクランプKB3によってテーブルKBに固定する。より詳しくは、ジャケット本体2の底部10の裏面が曲面KB2aと面接触するようにテーブルKBに固定する。ジャケット本体2をテーブルKBに固定すると、ジャケット本体2の壁部11Aの第一辺部21、壁部11Bの第二辺部22が曲線となり、壁部11Cの第三辺部23及び壁部11Dの第四辺部24が直線となるように湾曲する。
当該第五変形例の第一本接合工程及び第二本接合工程では、回転ツールFを用いて第一突合せ部J1及び第二突合せ部J2に対いてそれぞれ摩擦攪拌接合を行う。第一本接合工程及び第二本接合工程では、ジャケット本体2及び封止体3の少なくともいずれか一方の変形量を計測しておき、攪拌ピンF2挿入深さを前記変形量に合わせて調節しながら摩擦攪拌接合を行う。つまり、ジャケット本体2の端面11a及び封止体3の表面3aに沿って回転ツールFの移動軌跡が曲線又は直線となるように移動させる。このようにすることで、塑性化領域W1の深さ及び幅を一定にすることができる。
摩擦攪拌接合の入熱によって塑性化領域W1,W2に熱収縮が発生し、液冷ジャケット1の封止体3側が凹状に変形するおそれがあるが、当該第五変形例の第一本接合工程及び第二本接合工程によれば、ジャケット本体2及び封止体3を予め凸状に形成しているため、摩擦攪拌接合後の熱収縮を利用することで液冷ジャケット1を平坦にすることができる。
また、当該第五変形例では、ジャケット本体2の底部10の凹状となっている裏面に、スペーサKB2の曲面KB2aを面接触させている。これにより、ジャケット本体2及び封止体3をより効果的に冷却しながら摩擦攪拌接合を行うことができる。摩擦攪拌接合における摩擦熱を低く抑えることができるため、熱収縮に起因する液冷ジャケットの変形を小さくすることができる。これにより、準備工程において、ジャケット本体2及び封止体3を凸状に形成する際に、ジャケット本体2及び封止体3の曲率を小さくすることができる。
なお、ジャケット本体2及び封止体3の変形量の計測については、公知の高さ検知装置を用いればよい。また、例えば、テーブルKBからジャケット本体2及び封止体3の少なくともいずれか一方までの高さを検知する検知装置が装備された摩擦攪拌装置を用いて、ジャケット本体2又は封止体3の変形量を検知しながら本接合工程を行ってもよい。
また、当該第五変形例では、第一辺部21及び第二辺部22が曲線となるようにジャケット本体2及び封止体3を湾曲させたがこれに限定されるものではない。例えば、球面を具備するスペーサKB2を形成し、当該球面にジャケット本体2の底部10の裏面が面接触するようにしてもよい。この場合は、テーブルKBにジャケット本体2を固定すると、第一辺部21~第四辺部24のすべてが曲線となる。
また、当該第五変形例ではジャケット本体2又は封止体3の変形量に応じて攪拌ピンF2の高さ位置を変更したが、テーブルKBに対する攪拌ピンF2の高さを一定にして本接合工程を行ってもよい。
[第七実施形態]
本発明の第七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21に示すように、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、第一本接合工程と、第二本接合工程と、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、複数の支柱15と、で主に構成されている。
本発明の第七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21に示すように、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、第一本接合工程と、第二本接合工程と、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、複数の支柱15と、で主に構成されている。
図21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22に示すように、段差側面12bは、段差底面12aから開口部に向かって外側に広がるように傾斜している。段差側面12bの傾斜角度βは適宜設定すればよいが、例えば、鉛直面に対して3°~30°になっている。底部10及び周壁部11で凹部13が形成されている。
図21に示すように、支柱15は、底部10から垂直に立ちあがっている。支柱15の本数は特に制限がされないが、本実施形態では4本形成されている。また、支柱15の形状は本実施形態では円柱状になっているが、他の形状であってもよい。支柱15の先端には突出部16が形成されている。突出部16の形状は特に制限されないが、本実施形態では円錐台状になっている。突出部16の高さは、封止体3の板厚よりも小さくなっている。支柱15の端面と突出部16とで支柱段差部17が形成されている。支柱段差部17は、段差底面17aと、段差底面17aから立ち上がる段差側面17bとで構成されている。段差底面17aは、周壁段差部12の段差底面12aと同じ高さ位置に形成されている。段差側面17bは、封止体3の板厚よりも小さくなっている。段差側面17bは、先端に向かうにつれて孔壁4aから離間するように傾斜している。
封止体3は、ジャケット本体2の開口部を封止する板状部材である。封止体3は、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の高さよりも大きくなっている。封止体3には、支柱15と対応する位置に孔部4が形成されている。孔部4は突出部16が嵌め合わされるように形成されている。封止体3は、第二アルミニウム合金を主に含んで形成されている。第二アルミニウム合金は、第一アルミニウム合金よりも硬度の低い材料である。第二アルミニウム合金は、例えば、JIS A1050,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22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の外周側面3cとが突き合わされて第一突合せ部J1が形成される。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。
また、載置工程によって孔部4の孔壁4aと支柱段差部17の段差側面17bとが突き合わされて第三突合せ部J3が形成される。第三突合せ部J3は、孔壁4aと支柱段差部17の段差側面17bとが面接触する場合と、本実施形態のように断面略V字状の隙間をあけて突き合わされる場合の両方を含み得る。さらに、封止体3の裏面3bと支柱段差部17の段差底面17aとが突き合わされて第四突合せ部J4が形成される。なお、突出部16は、本実施形態では先細りとなるように形成したが、円柱状としてもよい。つまり、支柱段差部17の段差側面17bと孔部4の孔壁4aとを面接触させてもよいし、微小な隙間をあけて対向させてもよい。
第一本接合工程は、図23及び図24に示すように、回転ツールFを用いて第一突合せ部J1を摩擦攪拌接合する工程である。
図24に示すように、第一本接合工程では、塑性流動化した金属を第一突合せ部J1の隙間に流入させつつ、攪拌ピンF2のみを封止体3のみに接触させて第一突合せ部J1に沿って一周させる。
回転ツールFを封止体3の廻りに一周させたら、塑性化領域W1の始端と終端とを重複させる。回転ツールFは、封止体3の表面3aにおいて、徐々に上昇させて引き抜くようにしてもよい。図25は、本実施形態に係る本接合工程後の接合部の断面図である。塑性化領域W1は、第一突合せ部J1を境に封止体3側に形成されている。また、攪拌ピンF2の平坦面F3は段差底面12aに接触させておらず(図24参照)、塑性化領域W1は、第二突合せ部J2を超えてジャケット本体2に達するように形成される。
第二本接合工程は、図26及び図27に示すように、回転ツールFを用いて第三突合せ部J3を摩擦攪拌接合する工程である。第二本接合工程では、図26に示すように、封止体3の表面3aに設定した開始位置Sp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の起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W2が形成される。
第二本接合工程では、図27に示すように、塑性流動化した金属を第三突合せ部J3の隙間に流入させつつ、攪拌ピンF2のみを封止体3のみに接触させて第三突合せ部J3に沿って一周させる。本実施形態では、攪拌ピンF2の外周面F10を支柱段差部17の段差側面17bに接触させず、かつ、攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面17aに接触させていない。段差側面17bと攪拌ピンF2の外周面F10との離間距離は第一本接合工程と同じである。回転ツールFを突出部16の廻りに一周させたら、塑性化領域W2の始端と終端とを重複させる。回転ツールFは、封止体3の表面3aにおいて、徐々に上昇させて引き抜くようにしてもよい。
以上説明した本実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法によれば、回転ツールFの攪拌ピンF2と周壁段差部12の段差側面12bとは接触させていないが、封止体3と攪拌ピンF2との摩擦熱によって第一突合せ部J1の主として封止体3側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、第一突合せ部J1において段差側面12bと封止体3の外周側面3cとを接合することができる。また、第一本接合工程及び第二本接合工程ともに、攪拌ピンF2のみを封止体3のみに接触させて摩擦攪拌を行うため、ジャケット本体2から封止体3への第一アルミニウム合金の混入は殆どない。これにより、第一突合せ部J1及び第三突合せ部J3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、本実施形態では、第一突合せ部J1及び第三突合せ部J3に断面V字状の隙間が形成されるが、封止体3の板厚を段差側面12b,17bよりも大きくすることで、第一本接合工程及び第二本接合工程における接合部(塑性化領域W1,W2)の金属不足を防ぐことができる。
また、第一本接合工程では、ジャケット本体2の段差側面12bを外側に傾斜させているため、攪拌ピンF2とジャケット本体2との接触を容易に回避することができる。また、本実施形態では、段差側面12bの傾斜角度βと、攪拌ピンF2の傾斜角度αとを同一(段差側面12bと攪拌ピンF2の外周面F10とを平行)にしているため、攪拌ピンF2と段差側面12bとの接触を避けつつ、攪拌ピンF2と段差側面12bとを極力近接させることができる。
また、第二本接合工程では、支柱段差部17の段差側面17bを先端に向かうにつれて孔壁4aから離間する方向に(支柱15の先端が先細りとなるように)傾斜させているため、攪拌ピンF2とジャケット本体2との接触を容易に回避することができる。また、本実施形態では、段差側面17bの傾斜角度γと、攪拌ピンF2の傾斜角度αとを同一(段差側面17bと攪拌ピンF2の外周面F10とを平行)にしているため、攪拌ピンF2と段差側面17bとの接触を避けつつ、攪拌ピンF2と段差側面17bとを極力近接させることができる。
また、第一本接合工程及び第二本接合工程では、攪拌ピンF2のみを封止体3のみに接触させて摩擦攪拌接合を行うため、攪拌ピンF2の回転中心軸Cに対して一方側と他方側で、攪拌ピンF2が受ける材料抵抗の不均衡をなくすことができる。これにより、塑性流動材がバランス良く摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。
また、第一本接合工程では、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。ジャケット本体2側がシアー側となるように設定することで、第一突合せ部J1の周囲における攪拌ピンF2による攪拌作用が高まり、第一突合せ部J1における温度上昇が期待でき、第一突合せ部J1において段差側面12bと封止体3の外周側面3cとをより確実に接合することができる。
また同様に、第二本接合工程では、支柱15(ジャケット本体2)側がシアー側となるように設定することで、第三突合せ部J3の周囲における攪拌ピンF2による攪拌作用が高まり、第三突合せ部J3における温度上昇が期待でき、第三突合せ部J3において段差側面17bと孔部4の孔壁4aとをより確実に接合することができる。
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、JISH5302 ADC12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、JIS A1000系又はA6000系とすることにより、加工性、熱伝導性を高めることができる。
また、第二突合せ部J2においては、本実施形態では攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面12aよりも深く挿入しないが、塑性化領域W1が第二突合せ部J2に達するようにすることで接合強度を高めることができる。
なお、第一本接合工程及び第二本接合工程は、どちらを先に行ってもよい。また、第一本接合工程及び第二本接合工程を行う前に、第一突合せ部J1及び第三突合せ部J3の少なくとも一方に摩擦攪拌又は溶接によって仮接合を行ってもよい。仮接合工程を行うことにより、第一本接合工程又は第二本接合工程の際に、第一突合せ部J1及び第三突合せ部J3の目開きを防ぐことができる。
また、図27に示す第二本接合工程において、攪拌ピンF2の外周面F10は段差側面17bには接触させず、攪拌ピンF2の平坦面F3を支柱段差部17の段差底面17aに接触(わずかに接触)させてもよい。このようにすれば、第四突合せ部J4を強固に接合することができる。また、段差側面12bは、傾斜させずに段差底面12aに対して垂直に形成してもよい。
[第八実施形態]
次に、本発明の第八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。第八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、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第八実施形態では、準備工程、載置工程、第二本接合工程は第七実施形態と同等であるため説明を省略する。また、第八実施形態では、第七実施形態と相違する部分を中心に説明する。
次に、本発明の第八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。第八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、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第八実施形態では、準備工程、載置工程、第二本接合工程は第七実施形態と同等であるため説明を省略する。また、第八実施形態では、第七実施形態と相違する部分を中心に説明する。
第一本接合工程は、図28に示すように、回転ツールFを用いて第一突合せ部J1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F10を周壁段差部12の段差側面12bにわずかに接触させ、かつ、平坦面F3を段差底面12aに接触させないようにして摩擦攪拌接合を行う。
ここで、段差側面12bに対する攪拌ピンF2の外周面F10の接触代をオフセット量Nとする。本実施形態のように、攪拌ピンF2の外周面F10を段差側面12bに接触させ、かつ、攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面12aに接触させない場合は、オフセット量Nを、0<N≦0.5mmの間で設定し、好ましくは0<N≦0.25mmの間で設定する。
図41に示す従来の液冷ジャケットの製造方法であると、ジャケット本体101と封止体102とで硬度が異なるため、回転中心軸Cを挟んで一方側と他方側とで攪拌ピンF2が受ける材料抵抗も大きく異なる。そのため、塑性流動材がバランス良く攪拌されず、接合強度が低下する要因になっていた。しかし、本実施形態によれば、攪拌ピンF2の外周面F10とジャケット本体2との接触代を極力小さくしているため、攪拌ピンF2がジャケット本体2から受ける材料抵抗を極力小さくすることができる。また、本実施形態では、周壁段差部12の段差側面12bの傾斜角度βと、攪拌ピンF2の傾斜角度αとを同一(段差側面12bと攪拌ピンF2の外周面F10とを平行)にしているため、攪拌ピンF2と段差側面12bとの接触代を高さ方向に亘って均一にすることができる。これにより、本実施形態では、塑性流動材がバランス良く攪拌されるため、接合部の強度低下を抑制することができる。
[第九実施形態]
次に、本発明の第九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。第九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、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第九実施形態では、準備工程、載置工程及び第二本接合工程は第七実施形態と同等であるため説明を省略する。また、第九実施形態では、第七実施形態と相違する部分を中心に説明する。
次に、本発明の第九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。第九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、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第九実施形態では、準備工程、載置工程及び第二本接合工程は第七実施形態と同等であるため説明を省略する。また、第九実施形態では、第七実施形態と相違する部分を中心に説明する。
第一本接合工程は、図29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F10を段差側面12bに接触させず、かつ、平坦面F3を段差底面12aにわずかに接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。
本実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法によれば、攪拌ピンF2と周壁段差部12の段差側面12bは接触させていないが、封止体3と攪拌ピンF2との摩擦熱によって第一突合せ部J1の主として封止体3側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、第一突合せ部J1において段差側面12bと封止体3の外周側面3cとを接合することができる。また、第一突合せ部J1においては攪拌ピンF2の外周面F10のみを封止体3のみに接触させて摩擦攪拌を行うため、ジャケット本体2から封止体3への第一アルミニウム合金の混入は殆どない。これにより、第一突合せ部J1においては主として封止体3側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。
また、ジャケット本体2の段差側面12bを外側に傾斜させているため、攪拌ピンF2と段差側面12bとの接触を容易に回避することができる。また、本実施形態では、段差側面12bの傾斜角度βと、攪拌ピンF2の傾斜角度αとを同一(段差側面12bと攪拌ピンF2の外周面F10とを平行)にしているため、攪拌ピンF2と段差側面12bその接触を避けつつ、攪拌ピンF2と段差側面12bとを極力近接させることができる。
また、攪拌ピンF2の外周面F10を段差側面12bから離間させて摩擦攪拌接合を行うため、攪拌ピンF2の回転中心軸Cに対して一方側と他方側で、攪拌ピンF2が受ける材料抵抗の不均衡を小さくすることができる。これにより、塑性流動材がバランス良く摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。本実施形態のように、攪拌ピンF2の外周面F10を段差側面12bに接触させず、かつ、平坦面F3を段差底面12aよりも深く挿入する場合、段差側面12bから攪拌ピンF2の外周面F10までの離間距離Lを、例えば、0≦L≦0.5mmに設定し、好ましくは0≦L≦0.3mmに設定することが好ましい。
また、攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面12aにわずかに接触させるに留めるため、第二突合せ部J2においてもジャケット本体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。また、攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面12aに挿入することにより、第二突合せ部J2をより確実に摩擦攪拌することができる。これにより、塑性化領域W1に空洞欠陥等が発生するのを防ぎ、接合強度を高めることができる。また、攪拌ピンF2の平坦面F3の全面が、封止体3の外周側面3cよりも封止体3の中央側に位置している。これにより、第二突合せ部J2の接合領域を大きくすることができるため、接合強度を高めることができる。
[第十実施形態]
次に、本発明の第十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。第十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、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第十実施形態では、準備工程、載置工程及び第二本接合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、第十実施形態では、第九実施形態と相違する部分を中心に説明する。
次に、本発明の第十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。第十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、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第十実施形態では、準備工程、載置工程及び第二本接合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、第十実施形態では、第九実施形態と相違する部分を中心に説明する。
第一本接合工程は、図30に示すように、回転ツールFを用いて第一突合せ部J1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F10を周壁段差部12の段差側面12bにわずかに接触させ、かつ、平坦面F3を段差底面12aにわずかに接触させて摩擦攪拌接合を行う。
ここで、段差側面12bに対する攪拌ピンF2の外周面F10の接触代をオフセット量Nとする。本実施形態のように、攪拌ピンF2の平坦面F3を周壁段差部12の段差底面12aよりも深く挿入し、かつ、攪拌ピンF2の外周面F10を段差側面12bに接触させる場合は、オフセット量Nを、0<N≦1.0mmの間で設定し、好ましくは0<N≦0.85mmの間で設定し、より好ましくは0<N≦0.65mmの間で設定する。
図41に示す従来の液冷ジャケットの製造方法であると、ジャケット本体101と封止体102とで硬度が異なるため、回転中心軸Cを挟んで一方側と他方側とで攪拌ピンF2が受ける材料抵抗も大きく異なる。そのため、塑性流動材がバランス良く攪拌されず、接合強度が低下する要因になっていた。しかし、本実施形態によれば、攪拌ピンF2の外周面F10とジャケット本体2との接触代を極力小さくしているため、攪拌ピンF2がジャケット本体2から受ける材料抵抗を小さくすることができる。また、本実施形態では、段差側面12bの傾斜角度βと、攪拌ピンF2の傾斜角度αとを同一(段差側面12bと攪拌ピンF2の外周面F10とを平行)にしているため、攪拌ピンF2と段差側面12bとの接触代を高さ方向に亘って均一にすることができる。これにより、本実施形態では、塑性流動材がバランス良く攪拌されるため、接合部の強度低下を抑制することができる。
また、攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面12aにわずかに接触させるに留めるため、第二突合せ部J2においてもジャケット本体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。また、攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面12aに挿入することにより、第二突合せ部J2をより確実に摩擦攪拌することができる。これにより、塑性化領域W1に空洞欠陥等が発生するのを防ぎ、接合強度を高めることができる。つまり、本実施形態によれば、第一突合せ部J1及び第二突合せ部J2の両方をより強固に接合することができる。
[第十一実施形態]
次に、本発明の第十一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第十一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、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第十一実施形態では、準備工程、載置工程及び第一本接合工程は第七実施形態と同等であるため説明を省略する。
次に、本発明の第十一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第十一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、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第十一実施形態では、準備工程、載置工程及び第一本接合工程は第七実施形態と同等であるため説明を省略する。
図31に示すように、第十一実施形態に係る第二本接合工程では、攪拌ピンF2の外周面F10を支柱段差部17の段差側面17bにわずかに接触させつつ、攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面17aから離間させた状態で摩擦攪拌を行う。攪拌ピンF2の外周面F10と段差側面17bとの接触代は適宜設定すればよいが、第八実施形態の第一本接合工程のオフセット量N(図28参照)と同じように設定することが好ましい。
第十一実施形態に係る第二本接合工程によれば、支柱15と封止体3とを接合することにより、強固に接合することができる。また、攪拌ピンF2の外周面F10を支柱段差部17の段差側面17b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、第三突合せ部J3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。なお、第十一実施形態に係る第二本接合工程において、平坦面F3を支柱段差17の段差底面17aにわずかに接触させた状態で摩擦攪拌を行ってもよい。つまり、本実施形態の第二本接合工程では、攪拌ピンF2の外周面F10を段差側面17bにわずかに接触させつつ、平坦面F3を段差底面17aにわずかに接触させてもよい。これにより、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しつつ、第四突合せ部J4も強固に接合することができる。
[第十二実施形態]
本発明の第十二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32に示すように、ジャケット本体2と、封止体3とを摩擦攪拌接合して液冷ジャケット1を製造するものである。
本発明の第十二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32に示すように、ジャケット本体2と、封止体3とを摩擦攪拌接合して液冷ジャケット1を製造するものである。
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、第一本接合工程と、第二本接合工程と、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。本実施形態のジャケット本体2及び封止体3は、段差側面12bと封止体3の板厚とが同一であることを除いて、第七実施形態と共通である。
載置工程は、図33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の外周側面3cとが突き合わされて第一突合せ部J1が形成される。また、段差底面12aと、封止体3の裏面3bとが突き合わされて第二突合せ部J2が形成される。本実施形態では、封止体3を載置すると、周壁部11の周壁端面11aと、封止体3の表面3aとは面一になる。
また、載置工程によって孔部4の孔壁4aと支柱段差部17の段差側面17bとが突き合わされて第三突合せ部J3が形成される。さらに、封止体3の裏面3bと支柱段差部17の段差底面17aとが突き合わされて第四突合せ部J4が形成される。なお、突出部16は、本実施形態では先細りとなるように形成したが、円柱状としてもよい。つまり、支柱段差部17の段差側面17bと孔部4の孔壁4aとを面接触させてもよいし、微小な隙間をあけて対向させてもよい。
第一本接合工程は、図34及び図35に示すように、回転ツールFAを用いて第一突合せ部J1を摩擦攪拌接合する工程である。回転ツールFA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FAは、例えば工具鋼で形成されている。連結部F1は、摩擦攪拌装置(図示省略)の回転軸に連結される部位である。連結部F1は円柱状を呈し、ボルトが締結されるネジ孔(図示省略)が形成されている。
攪拌ピンF2は、連結部F1から垂下しており、連結部F1と同軸になっている。攪拌ピンF2は連結部F1から離間するにつれて先細りになっている。図35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、平坦な平坦面F3と、平坦面F3に突出する突起部F4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F10と、先端に形成された平坦面F3と、突起部F4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F10とのなす傾斜角度αは、例えば5°~30°の範囲で適宜設定すればよいが、本実施形態では、周壁段差部12の段差側面12bの傾斜角度β及び支柱段差部17の段差側面17bの傾斜角度γと同一となるように設定されている。
攪拌ピンF2の外周面F10には螺旋溝が刻設されている。図34に示すように、回転ツールFA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FAの移動軌跡には摩擦攪拌された金属が硬化することにより塑性化領域W1が形成される。本実施形態では、封止体3に設定した開始位置Spに攪拌ピンF2を挿入し、封止体3に対して右廻りに回転ツールFAを相対移動させる。
図35に示すように、第一本接合工程では、攪拌ピンF2のみを封止体3に挿入し、攪拌ピンF2の外周面F10を周壁段差部12の段差側面12bに接触させずに、第一突合せ部J1に沿って回転ツールFAを一周させる。さらに、本実施形態では、攪拌ピンF2の平坦面F3もジャケット本体2の周壁段差部12の段差底面12aに接触させず、且つ突起部F4は段差底面12aに接触させるように挿入深さを設定している。突起部F4の先端面F5は、周壁部11と接触している。「攪拌ピンの外周面F10を周壁段差部12の段差側面12bに接触させず」とは、摩擦攪拌を行っている際に、攪拌ピンF2の外周面F10と段差側面12bとの距離がゼロである場合も含み得る。
段差側面12bから攪拌ピンF2の外周面F10までの距離が遠すぎると第一突合せ部J1の接合強度が低下する。段差側面12bから攪拌ピンF2の外周面F10までの離間距離Lはジャケット本体2及び封止体3の材料によって適宜設定すればよいが、本実施形態のように攪拌ピンF2の外周面F10を段差側面12bに接触させず、かつ、平坦面F3を段差底面12aに接触させない場合は、例えば、0≦L≦0.5mmに設定し、好ましくは0≦L≦0.3mmに設定することが好ましい。
回転ツールFAを封止体3の廻りに一周させたら、塑性化領域W1の始端と終端とを重複させる。回転ツールFAは、封止体3の表面3aにおいて、徐々に上昇させて引き抜くようにしてもよい。図36は、本実施形態に係る本接合工程後の接合部の断面図である。塑性化領域W1は、第一突合せ部J1を境に封止体3側に形成されている。また、攪拌ピンF2の平坦面F3は段差底面12aに接触させておらず(図35参照)、塑性化領域W1は、第二突合せ部J2を超えてジャケット本体2に達するように形成される。
第二本接合工程は、図37及び図38に示すように、回転ツールFAを用いて第三突合せ部J3を摩擦攪拌接合する工程である。第二本接合工程では、図37に示すように、封止体3の表面3aに設定した開始位置Sp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FAの起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W2が形成される。
第二本接合工程では、図38に示すように、攪拌ピンF2の外周面F10と支柱段差部17の段差側面17bとは離間させて摩擦攪拌を行う。また、攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面17aに接触させず、且つ突起部F4を段差底面17aに接触させた状態で、第四突合せ部J4に沿って回転ツールFAを相対移動させる。突起部F4の先端面F5は支柱15に接触している。回転ツールFAを突出部16に沿って一周させたら、塑性化領域W2の始端と終端とを重複させる。攪拌ピンF2の平坦面F3は、支柱段差部17の段差底面17aには接触させていないが、突起部F4を段差底面17aに接触させた状態で摩擦攪拌を行っているので、塑性化領域W2は第四突合せ部J4に達するように形成されている。つまり、第二本接合工程では、攪拌ピンF2と、封止体3および支柱15との摩擦熱によって第四突合せ部J4が塑性流動化し接合される。
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、回転ツールFAの攪拌ピンF2と周壁段差部12の段差側面12bとは接触させていないが、封止体3と攪拌ピンF2との摩擦熱によって第一突合せ部J1の主として封止体3側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、第一突合せ部J1において段差側面12bと封止体3の外周側面3cとを接合することができる。また、攪拌ピンF2のみを封止体3に接触させて摩擦攪拌を行うため、ジャケット本体2から封止体3への第一アルミニウム合金の混入は殆どない。これにより、第一突合せ部J1においては主として封止体3側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。
また、第一本接合工程では、ジャケット本体2の段差側面12bを外側に傾斜させているため、攪拌ピンF2とジャケット本体2との接触を容易に回避することができる。また、本実施形態では、段差側面12bの傾斜角度βと、攪拌ピンF2の傾斜角度αとを同一(段差側面12bと攪拌ピンF2の外周面F10とを平行)にしているため、攪拌ピンF2と段差側面12bとの接触を避けつつ、攪拌ピンF2と段差側面12bとを極力近接させることができる。
また、第一本接合工程では、攪拌ピンF2のみを封止体3に接触させて摩擦攪拌接合を行うため、攪拌ピンF2の回転中心軸Cに対して一方側と他方側で、攪拌ピンF2が受ける材料抵抗の不均衡を極力小さくすることができる。これにより、塑性流動材がバランス良く摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。
また、第一本接合工程では、回転ツールFA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FA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FAの回転方向及び進行方向を設定した。ジャケット本体2側がシアー側となるように設定することで、第一突合せ部J1の周囲における攪拌ピンF2による攪拌作用が高まり、第一突合せ部J1における温度上昇が期待でき、第一突合せ部J1において段差側面12bと封止体3の外周側面3cとをより確実に接合することができる。
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、JISH5302 ADC12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、JIS A1000系又はA6000系とすることにより、加工性、熱伝導性を高めることができる。
また、第一突合せ部J1においては、本実施形態では攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面12aよりも深く挿入しないが、塑性化領域W1が第二突合せ部J2に達するようにすることで接合強度を高めることができる。
また、第二突合せ部J2においては、攪拌ピンF2の先端側の平坦面F3に突起部F4が形成されているので、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平坦面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四突合せ部J4の酸化皮膜が確実に分断されるので、第四突合せ部J4の接合強度を高めることができる。さらに、攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面17aに接触させず、且つ突起部F4を支柱段差部17の段差底面17aに接触させた状態で摩擦攪拌を行っているので、段差底面17aにおける塑性化領域の幅を小さくすることができる。これにより、段差底面17aの幅も小さく設定することができる。
さらに、攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面17aに接触させない状態で摩擦攪拌を行っているので、第四突合せ部J4においても、ジャケット本体2から封止体3への第一アルミニウム合金の混入は殆どないので、第四突合せ部J4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。つまり、本実施形態では、第四突合せ部J4の酸化皮膜を確実に分断しつつ、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抑制している。
また、第二本接合工程では、回転ツールFAの攪拌ピンF2と支柱段差部17の段差側面17bとは接触させていないが、封止体3と攪拌ピンF2との摩擦熱によって第三突合せ部J3の主として封止体3側の第二アルミニウム合金が攪拌されて塑性流動化され、第三突合せ部J3において段差側面17bと孔部4の孔壁4aとを接合することができる。また、攪拌ピンF2のみを封止体3に接触させて摩擦攪拌を行うため、ジャケット本体2から封止体3への第一アルミニウム合金の混入は殆どない。これにより、第三突合せ部J3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、第二本接合工程では、ジャケット本体2の段差側面17bを先端が先細りとなるように傾斜させているため、攪拌ピンF2とジャケット本体2との接触を容易に回避することができる。また、本実施形態では、段差側面17bの傾斜角度γと、攪拌ピンF2の傾斜角度αとを同一(段差側面17bと攪拌ピンF2の外周面F10とを平行)にしているため、攪拌ピンF2と段差側面17bとの接触を避けつつ、攪拌ピンF2と段差側面17bとを極力近接させることができる。
また、第二本接合工程では、攪拌ピンF2のみを封止体3に接触させて摩擦攪拌接合を行うため、攪拌ピンF2の回転中心軸Cに対して一方側と他方側で、攪拌ピンF2が受ける材料抵抗の不均衡を極力小さくすることができる。これにより、塑性流動材がバランス良く摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。
また、第二本接合工程では、回転ツールFA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FA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FAの回転方向及び進行方向を設定した。ジャケット本体2側がシアー側となるように設定することで、第三突合せ部J3の周囲における攪拌ピンF2による攪拌作用が高まり、第三突合せ部J3における温度上昇が期待でき、第三突合せ部J3において段差側面17bと孔部4の孔壁4aとをより確実に接合することができる。
また、攪拌ピンF2の平坦面F3を支柱段差部17の段差底面17aに接触させない状態で摩擦攪拌を行っているので、第四突合せ部J4においても、ジャケット本体2から封止体3への第一アルミニウム合金の混入は殆どない。これにより、第四突合せ部J4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、支柱15と封止体3とを接合することにより、液冷ジャケット1全体の強度を高めることができる。
なお、第一本接合工程及び第二本接合工程は、どちらを先に行ってもよい。また、第一本接合工程を行う前に、第一突合せ部J1及び第二突合せ部J2の少なくとも一方に摩擦攪拌又は溶接によって仮接合を行ってもよい。仮接合工程を行うことにより、第一本接合工程、第二本接合工程の際に各突合せ部の目開きを防ぐことができる。
[第十三実施形態]
次に、本発明の第十三実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第十三実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法は、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第十三実施形態では、準備工程、載置工程、第二本接合工程は第十二実施形態と同等であるため説明を省略する。また、第十三実施形態では、第十二実施形態と相違する部分を中心に説明する。
次に、本発明の第十三実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第十三実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法は、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。第十三実施形態では、準備工程、載置工程、第二本接合工程は第十二実施形態と同等であるため説明を省略する。また、第十三実施形態では、第十二実施形態と相違する部分を中心に説明する。
第一本接合工程は、図39に示すように、回転ツールFAを用いて第一突合せ部J1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F10を周壁段差部12の段差側面12bにわずかに接触させ、かつ、突起部F4を段差底面12aに接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。第一本接合工程では、平坦面F3は段差底面12aに接触させていない。
ここで、段差側面12bに対する攪拌ピンF2の外周面F10の接触代をオフセット量Nとする。本実施形態のように、攪拌ピンF2の外周面F10を段差側面12bに接触させ、かつ、攪拌ピンF2の平坦面F3を段差底面12aに接触させない場合は、オフセット量Nを、0<N≦0.5mmの間で設定し、好ましくは0<N≦0.25mmの間で設定する。
図41に示す従来の液冷ジャケットの製造方法であると、ジャケット本体101と封止体102とで硬度が異なるため、回転中心軸Cを挟んで一方側と他方側とで攪拌ピンF2が受ける材料抵抗も大きく異なる。そのため、塑性流動材がバランス良く攪拌されず、接合強度が低下する要因になっていた。しかし、本実施形態によれば、攪拌ピンF2の外周面F10とジャケット本体2との接触代を極力小さくしているため、攪拌ピンF2がジャケット本体2から受ける材料抵抗を極力小さくすることができる。また、本実施形態では、周壁段差部12の段差側面12bの傾斜角度βと、攪拌ピンF2の傾斜角度αとを同一(段差側面12bと攪拌ピンF2の外周面F10とを平行)にしているため、攪拌ピンF2と段差側面12bとの接触代を高さ方向に亘って均一にすることができる。これにより、本実施形態では、塑性流動材がバランス良く攪拌されるため、接合部の強度低下を抑制することができる。
なお、第十三実施形態でも、第一実施形態の第一変形例及び第二変形例のように、封止体3の板厚を大きくしたり、外周側面に傾斜面を設けてもよい。
[第十四実施形態]
次に、第十四実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第十四実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法では、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。当該実施形態では、第二本接合工程において、突出部16に攪拌ピンF2をわずかに接触させる点で、他の実施形態と相違する。
次に、第十四実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。第十四実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法では、準備工程と、載置工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。当該実施形態では、第二本接合工程において、突出部16に攪拌ピンF2をわずかに接触させる点で、他の実施形態と相違する。
第二本接合工程では、図40に示すように、攪拌ピンF2の外周面F10を支柱段差部17の段差側面17bにわずかに接触させた状態で摩擦攪拌を行う。また、平坦面F3は、段差底面17aに接触させず、かつ、突起部F4を段差底面17aに接触させた状態で摩擦攪拌を行う。攪拌ピンF2の外周面F10と段差側面17bの傾斜角度は同一(外周面F10と段差側面17bとが平行)になっていることが好ましい。
第二本接合工程により、突起部F4に巻き上げられた塑性流動材は平坦面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四突合せ部J4の酸化皮膜が確実に分断される。これにより、第四突合せ部J4の接合強度を高めることができる。また、当該変形例のように、平坦面F3を段差底面17aに接触させないように設定することで、平坦面F3を段差底面17aよりも深く挿入する場合に比べて塑性化領域W2の幅を小さくすることができる。これにより、塑性流動材が凹部13へ流出するのを防ぐことができるとともに、支柱段差部17の段差底面17aの幅も小さく設定することができる。なお、攪拌ピンF2と突出部16との接触代は、第十三施形態の第一本接合工程と同じように設定すればよい。
1 液冷ジャケット
2 ジャケット本体
3 封止体
3a 表面
3b 裏面
3c 外周側面
10 底部
11 周壁部
11a 周壁端面
12 周壁段差部
12a 段差底面
12b 段差側面
13 凹部
17 支柱段差部
17a 段差底面
17b 段差側面
F 回転ツール
F2 攪拌ピン
J1 第一突合せ部
J2 第二突合せ部
J3 第三突合せ部
J4 第四突合せ部
K テーブル(冷却板)
W1 塑性化領域
W2 塑性化領域
WP 冷却管
2 ジャケット本体
3 封止体
3a 表面
3b 裏面
3c 外周側面
10 底部
11 周壁部
11a 周壁端面
12 周壁段差部
12a 段差底面
12b 段差側面
13 凹部
17 支柱段差部
17a 段差底面
17b 段差側面
F 回転ツール
F2 攪拌ピン
J1 第一突合せ部
J2 第二突合せ部
J3 第三突合せ部
J4 第四突合せ部
K テーブル(冷却板)
W1 塑性化領域
W2 塑性化領域
WP 冷却管
Claims (39)
- 底部、前記底部の周縁から立ち上がる周壁部及び前記底部から立ち上がる支柱を有するジャケット本体と、前記支柱の先端が挿入される孔部を備えるとともに前記ジャケット本体の開口部を封止する封止体とで構成され、前記ジャケット本体と前記封止体とを摩擦攪拌で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で形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金で形成されており、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、
回転ツールの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外側に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し、かつ、前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から立ち上がる段差側面と、を有する支柱段差部を形成する準備工程と、
前記ジャケット本体に前記封止体を載置することにより、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て第一突合せ部を形成するとともに、前記周壁段差部の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し、さらに、前記支柱段差部の段差側面と前記封止体の前記孔部の孔壁とを突き合わせて第三突合せ部を形成するとともに、前記支柱段差部の段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第四突合せ部を形成する載置工程と、
回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記封止体のみに接触させた状態で、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを一周させて摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、
回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンを前記支柱段差部の段差側面にわずかに接触させた状態で、前記第三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を行う第二本接合工程と、を含むことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。 - 前記第二本接合工程において、さらに前記攪拌ピンを前記支柱段差部の段差底面にわずかに接触させた状態で、前記第三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を行うことを特徴とする請求項1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及び前記底部から立ち上がる支柱を有するジャケット本体と、前記支柱の先端が挿入される孔部を備えるとともに前記ジャケット本体の開口部を封止する封止体とで構成され、前記ジャケット本体と前記封止体とを摩擦攪拌で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で形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金で形成されており、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、
回転ツールの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外側に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し、かつ、前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から立ち上がる段差側面と、を有する支柱段差部を形成する準備工程と、
前記ジャケット本体に前記封止体を載置することにより、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て第一突合せ部を形成するとともに、前記周壁段差部の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し、さらに、前記支柱段差部の段差側面と前記封止体の前記孔部の孔壁とを突き合わせて第三突合せ部を形成するとともに、前記支柱段差部の段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第四突合せ部を形成する載置工程と、
回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンを前記周壁段差部の段差側面にわずかに接触させた状態で、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを一周させて摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、
回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンを前記支柱段差部の段差側面にわずかに接触させた状態で、前記第三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を行う第二本接合工程と、を含むことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。 - 前記第一本接合工程において、さらに前記攪拌ピンを前記周壁段差部の段差底面にわずかに接触させた状態で、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを一周させて摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項3に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記第二本接合工程において、さらに前記攪拌ピンを前記支柱段差部の段差底面にわずかに接触させた状態で、前記第三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を行うことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記準備工程では、前記ジャケット本体をダイキャストで形成するとともに前記底部が表面側に凸となるように形成し、かつ、前記封止体が表面側に凸となるように形成することを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記ジャケット本体の変形量を予め計測しておき、前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程において、前記回転ツールの攪拌ピンの挿入深さを前記変形量に合わせて調節しながら摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項6に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程に先だって、前記第一突合せ部及び前記第三突合せ部の少なくともいずれかを仮接合する仮接合工程を含むことを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程では、冷却媒体が流れる冷却板を前記底部の裏面側に設置し、前記冷却板で前記ジャケット本体及び前記封止体を冷却しながら摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記冷却板の表面と前記底部の裏面とを面接触させることを特徴とする請求項9に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記冷却板は、前記冷却媒体が流れる冷却流路を有し、
前記冷却流路は、前記第一本接合工程における前記回転ツールの移動軌跡に沿う平面形状を備えることを特徴とする請求項9に記載の液冷ジャケットの製造方法。 - 前記冷却媒体が流れる冷却流路は、前記冷却板に埋設された冷却管によって構成されていることを特徴とする請求項9に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程では、前記ジャケット本体と前記封止体とで構成される中空部に冷却媒体を流し、前記ジャケット本体及び前記封止体を冷却しながら摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 底部、前記底部の周縁から立ち上がる周壁部及び前記底部から立ち上がる支柱を有するジャケット本体と、前記支柱の先端が挿入される孔部を形成するとともに前記ジャケット本体の開口部を封止する封止体とで構成され、前記ジャケット本体と前記封止体とを摩擦攪拌で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で形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金で形成されており、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、
摩擦攪拌で用いる回転ツールの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、前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から前記支柱の先端が先細りとなるように斜めに立ち上がる段差側面と、を有する支柱段差部を形成し、さらに、前記封止体の板厚を前記支柱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設定する準備工程と、
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せて第一突合せ部を形成するとともに、前記周壁段差部の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し、前記支柱段差部の段差側面と前記孔部の孔壁とを突き合わせた際に隙間があるように第三突合せ部を形成するとともに、前記支柱段差部の段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第四突合せ部を形成する載置工程と、
回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンの外周面を前記支柱段差部の段差側面に接触させない状態で、前記第三突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させる際に前記封止体の第二アルミニウム合金を前記隙間に流入させながら摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含むことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。 - 前記第二本接合工程において、さらに前記攪拌ピンを前記支柱段差部の段差底面にわずかに接触させた状態で、前記第三突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項14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及び前記底部から立ち上がる支柱を有するジャケット本体と、前記支柱の先端が挿入される孔部を形成するとともに前記ジャケット本体の開口部を封止する封止体とで構成され、前記ジャケット本体と前記封止体とを摩擦攪拌で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で形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金で形成されており、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、
摩擦攪拌で用いる回転ツールの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、前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から前記支柱の先端が先細りとなるように斜めに立ち上がる段差側面と、を有する支柱段差部を形成し、さらに、前記封止体の板厚を前記支柱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設定する準備工程と、
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せて第一突合せ部を形成するとともに、前記周壁段差部の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し、前記支柱段差部の段差側面と前記孔部の孔壁とを突き合わせた際に隙間があるように第三突合せ部を形成するとともに、前記支柱段差部の段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第四突合せ部を形成する載置工程と、
回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンの外周面を前記支柱段差部の段差側面にわずかに接触させた状態で、前記第三突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させる際に前記封止体の第二アルミニウム合金を前記隙間に流入させながら摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含むことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。 - 前記第二本接合工程において、さらに前記攪拌ピンを前記支柱段差部の段差底面にわずかに接触させた状態で、前記第三突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項16に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させ前記開口部の周りに一周させて摩擦攪拌を行う第一本接合工程を行うことを特徴とする請求項14又は請求項16に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記準備工程では、前記ジャケット本体をダイキャストで形成するとともに前記底部が表面側に凸となるように形成し、かつ、前記封止体が表面側に凸となるように形成することを特徴とする請求項18に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記ジャケット本体の変形量を予め計測しておき、前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程において、前記回転ツールの攪拌ピンの挿入深さを前記変形量に合わせて調節しながら摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項19に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記第一本接合工程及び第二本接合工程に先だって、前記第一突合せ部又は第三突合せ部を仮接合する仮接合工程を含むことを特徴とする請求項18に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記第一本接合工程では、冷却媒体が流れる冷却板を前記底部の裏面側に設置し、前記冷却板で前記ジャケット本体及び前記封止体を冷却しながら摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項18に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記冷却板の表面と前記底部の裏面とを面接触させることを特徴とする請求項22に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記冷却板は、前記冷却媒体が流れる冷却流路を有し、
前記冷却流路は、前記第一本接合工程における前記回転ツールの移動軌跡に沿う平面形状を備えることを特徴とする請求項22に記載の液冷ジャケットの製造方法。 - 前記冷却媒体が流れる冷却流路は、前記冷却板に埋設された冷却管によって構成されていることを特徴とする請求項22に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記第一本接合工程では、前記ジャケット本体と前記封止体とで構成される中空部に冷却媒体を流し、前記ジャケット本体及び前記封止体を冷却しながら摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項18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及び前記底部から立ち上がる支柱を有するジャケット本体と、前記支柱の先端が挿入される孔部を備えるとともに前記ジャケット本体の開口部を封止する封止体とで構成され、前記ジャケット本体と前記封止体とを摩擦攪拌で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で形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金で形成されており、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、
回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、
前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部を備え、
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立ち上がる段差側面と、を有する周壁段差部を形成し、かつ、前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から立ち上がる段差側面と、を有する支柱段差部を形成する準備工程と、
前記ジャケット本体に前記封止体を載置することにより、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て第一突合せ部を形成するとともに、前記周壁段差部の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し、さらに、前記支柱段差部の段差側面と前記封止体の前記孔部の孔壁とを突き合せて第三突合せ部を形成するとともに、前記支柱段差部の段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第四突合せ部を形成する載置工程と、
回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンの外周面を前記支柱段差部の段差側面に接触させず、かつ、前記攪拌ピンの前記突起部を前記支柱段差部の段差底面に接触させた状態で、前記第三突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含むことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。 - 前記第二本接合工程において、さらに前記攪拌ピンの前記平坦面を前記支柱段差部の段差底面に接触させない状態で、前記第三突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項27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及び前記底部から立ち上がる支柱を有するジャケット本体と、前記支柱の先端が挿入される孔部を備えるとともに前記ジャケット本体の開口部を封止する封止体とで構成され、前記ジャケット本体と前記封止体とを摩擦攪拌で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で形成されており、前記封止体は第二アルミニウム合金で形成されており、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、
回転ツールの攪拌ピンの外周面は先細りとなるように傾斜しており、
前記攪拌ピンの先端側には平坦面が形成されるとともに、前記平坦面に突出する突起部を備え、
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立ち上がる段差側面と、を有する周壁段差部を形成し、かつ、前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から立ち上がる段差側面と、を有する支柱段差部を形成する準備工程と、
前記ジャケット本体に前記封止体を載置することにより、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て第一突合せ部を形成するとともに、前記周壁段差部の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し、さらに、前記支柱段差部の段差側面と前記封止体の前記孔部の孔壁とを突き合せて第三突合せ部を形成するとともに、前記支柱段差部の段差底面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて第四突合せ部を形成する載置工程と、
回転する前記攪拌ピンのみを前記封止体に挿入し、前記攪拌ピンの外周面を前記支柱段差部の段差側面にわずかに接触させ、かつ、前記攪拌ピンの前記突起部を前記支柱段差部の段差底面に接触させた状態で、前記第三突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含むことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。 - 前記第二本接合工程において、さらに前記攪拌ピンの前記平坦面を前記支柱段差部の段差底面に接触させない状態で、前記第三突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項29に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させ前記開口部の周りに一周させて摩擦攪拌を行う第一本接合工程を含むことを特徴とする請求項27又は請求項29に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記準備工程では、前記ジャケット本体をダイキャストで形成するとともに前記底部が表面側に凸となるように形成し、かつ、前記封止体が表面側に凸となるように形成することを特徴とする請求項31に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記ジャケット本体の変形量を予め計測しておき、前記第一本接合工程及び第二本接合工程において、前記回転ツールの攪拌ピンの挿入深さを前記変形量に合わせて調節しながら摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項32に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記第一本接合工程及び第二本接合工程に先だって、前記第一突合せ部又は第三突合せ部を仮接合する仮接合工程を含むことを特徴とする請求項31に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記第一本接合工程では、冷却媒体が流れる冷却板を前記底部の裏面側に設置し、前記冷却板で前記ジャケット本体及び前記封止体を冷却しながら摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項31に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記冷却板の表面と前記底部の裏面とを面接触させることを特徴とする請求項35に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記冷却板は、前記冷却媒体が流れる冷却流路を有し、
前記冷却流路は、前記第一本接合工程における前記回転ツールの移動軌跡に沿う平面形状を備えることを特徴とする請求項35に記載の液冷ジャケットの製造方法。 - 前記冷却媒体が流れる冷却流路は、前記冷却板に埋設された冷却管によって構成されていることを特徴とする請求項35に記載の液冷ジャケットの製造方法。
- 前記第一本接合工程では、前記ジャケット本体と前記封止体とで構成される中空部に冷却媒体を流し、前記ジャケット本体及び前記封止体を冷却しながら摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項31に記載の液冷ジャケットの製造方法。
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