WO2019193778A1 - 液冷ジャケットの製造方法 - Google Patents

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WO2019193778A1
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jacket
sealing body
pin
end side
side pin
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堀　久司
伸城 瀬尾
宏介 山中
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日本軽金属株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a liquid cooling jacket.
  • Patent Document 1 discloses a method for manufacturing a liquid cooling jacket.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view showing a conventional method for manufacturing a liquid cooling jacket.
  • a butt J10 formed by abutting a step side surface 101c provided on a step portion of an aluminum alloy jacket body 101 and a side surface 102c of an aluminum alloy sealing body 102. Friction stir welding is performed. Further, in the conventional method of manufacturing a liquid cooling jacket, friction stir welding is performed by inserting only the stirring pin F02 of the rotary tool F0 into the abutting portion J10. Further, in the conventional method for manufacturing a liquid cooling jacket, the rotation center axis CL of the rotary tool F0 is overlapped with the abutting portion J10 and relatively moved.
  • the jacket body 101 is likely to have a complicated shape.
  • the jacket body 101 is formed of a cast material of 4000 series aluminum alloy, and a relatively simple shape such as the sealing body 102 is a stretched material of 1000 series aluminum alloy.
  • members having different aluminum alloy grades may be joined together to produce a liquid cooling jacket.
  • the jacket body 101 is generally harder than the sealing body 102, when the friction stir welding is performed as shown in FIG.
  • the material resistance received from the jacket main body 101 side is larger than the material resistance received from. For this reason, it is difficult to stir different materials in a balanced manner by the stirring pin of the rotary tool F0, and there is a problem that a cavity defect occurs in the plasticized region after joining and the joining strength is lowered.
  • an object of the present invention is to provide a manufacturing method of a liquid cooling jacket capable of suitably joining aluminum alloys of different grades.
  • the present invention comprises a jacket body having a bottom portion and a peripheral wall portion rising from a peripheral edge of the bottom portion, and a sealing body for sealing an opening of the jacket body, and the jacket body And a liquid cooling jacket for joining the sealing body by friction stirring, wherein the jacket body is made of a first aluminum alloy, and the sealing body is made of a second aluminum alloy
  • the first aluminum alloy is a material having a hardness higher than that of the second aluminum alloy
  • the rotary tool is a main welding rotary tool for friction stirrer including a base end side pin and a front end side pin,
  • the taper angle of the proximal pin is larger than the taper angle of the distal pin, and a stepped pin step portion is formed on the outer peripheral surface of the proximal pin.
  • a peripheral wall step portion having a step bottom surface and a step side surface rising obliquely so as to spread outward from the step bottom surface toward the opening is formed on the inner peripheral edge of the peripheral wall portion, and the plate thickness of the sealing body
  • the second aluminum alloy mainly on the sealing body side of the first abutting portion is agitated and plastically fluidized by frictional heat between the sealing body, the base end side pin, and the distal end side pin, and the first abutting portion
  • the step side surface and the outer peripheral side surface of the sealing body can be joined.
  • the base end side pin and the front end side pin are brought into contact with only the sealing body to perform frictional stirring, the first aluminum alloy is hardly mixed into the sealing body from the jacket body.
  • the 2nd aluminum alloy by the side of a sealing body is mainly friction-stirred in a 1st butt
  • the step side surface of the jacket body is inclined outward, contact between the proximal end side pin and the distal end side pin and the jacket body can be easily avoided without causing a decrease in bonding strength.
  • the plate thickness of the sealing body is increased and the plastic fluidizing material is caused to flow into the gap between the first butted portions, it is possible to prevent metal shortage at the joint portion.
  • friction stir is performed by moving the rotary tool along the first butting portion in a state where the tip side pin is slightly in contact with the step bottom surface of the peripheral wall step portion. It is preferable.
  • the joint strength of the second butt portion can be increased.
  • the present invention comprises a jacket body having a bottom portion and a peripheral wall portion rising from a peripheral edge of the bottom portion, and a sealing body that seals an opening of the jacket body, the jacket body and the sealing body.
  • a manufacturing method of a liquid cooling jacket joined by friction stirring wherein the jacket body is made of a first aluminum alloy, the sealing body is made of a second aluminum alloy, and the first aluminum alloy is made of The hardness of the second aluminum alloy is higher than that of the second aluminum alloy, and the rotary tool is a main rotating tool for friction stirrer including a proximal pin and a distal pin, and a taper angle of the proximal pin Is larger than the taper angle of the distal end side pin, a stepped pin stepped portion is formed on the outer peripheral surface of the proximal end side pin, and on the inner peripheral edge of the peripheral wall portion, Forming a peripheral wall step portion having a differential bottom surface and a step side surface that rises obliquely so as to spread outward from the step
  • the second aluminum alloy mainly on the sealing body side of the first abutting portion is agitated and plastically fluidized by frictional heat between the sealing body, the base end side pin, and the distal end side pin, and the first abutting portion
  • the step side surface and the outer peripheral side surface of the sealing body can be joined. Since the outer peripheral surfaces of the proximal end pin and the distal end pin are kept in slight contact with the stepped side surface of the jacket body, the mixing of the first aluminum alloy from the jacket body to the sealing body can be minimized. Further, since the step side surface of the jacket body is inclined outward, the first butting portion can be joined without the base-side pin and the distal-side pin entering the jacket body side greatly. Moreover, since the plate thickness of the sealing body is increased and the plastic fluidizing material is caused to flow into the gap between the first butted portions, it is possible to prevent metal shortage at the joint portion.
  • friction stir is performed by moving the rotary tool along the first butting portion in a state where the tip side pin is slightly in contact with the step bottom surface of the peripheral wall step portion. It is preferable.
  • the joint strength of the second butt portion can be increased.
  • the rotary tool is caused to make a round along the first abutting portion to perform friction stirring.
  • the water tightness and air tightness of the liquid cooling jacket can be improved.
  • the jacket body may be formed by die casting, 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 body and the sealing body can be made flat and the liquid cooling jacket can be flattened by utilizing heat shrinkage.
  • the amount of deformation of the jacket body is measured in advance, and in the first main joining step, the insertion depths of the proximal end side pin and the distal end side pin of the rotary tool are adjusted according to the amount of deformation. It is preferable to carry out friction stirring.
  • the length and width of the plasticized region formed in the liquid cooling jacket can be made constant. it can.
  • a temporary joining step of temporarily joining the first butted portion is included prior to the first main joining step.
  • a cooling plate through which a cooling medium flows is installed on the back side of the bottom portion, and friction stirring is performed while cooling the jacket body and the sealing body with the cooling plate.
  • the surface of the cooling plate and the back surface of the bottom portion are in surface contact. According to this manufacturing method, the cooling efficiency can be increased.
  • the cooling plate has a cooling flow path through which the cooling medium flows, and the cooling flow path has a planar shape along a movement locus of the rotary tool in the first main joining step.
  • the friction stir part can be intensively cooled, so that the cooling efficiency can be further increased.
  • the cooling flow path through which the cooling medium flows is constituted by a cooling pipe embedded in the cooling plate.
  • the cooling medium can be easily managed.
  • a cooling medium is poured into a hollow portion constituted by the jacket body and the sealing body, and friction stirring is performed while cooling the jacket body and the sealing body.
  • the frictional heat can be kept low, the deformation of the liquid cooling jacket due to thermal contraction can be reduced. Further, the jacket body itself can be used for cooling without using a cooling plate or the like.
  • the main rotating tool for welding is a tool used for friction stir welding.
  • the main rotating tool for joining F is made of, for example, tool steel, and mainly includes a base shaft portion F1, a base end side pin F2, and a front end side pin F3.
  • the base shaft portion F1 has a cylindrical shape and is a portion connected to the main shaft of the friction stirrer.
  • the base end side pin F2 is continuous with the base shaft portion F1 and tapers toward the tip.
  • the proximal end pin F2 has a truncated cone shape.
  • the taper angle A of the base end side pin F2 may be set as appropriate, and is, for example, 135 to 160 °. When the taper angle A is less than 135 ° or exceeds 160 °, the joint surface roughness after frictional stirring becomes large.
  • the taper angle A is larger than the taper angle B of the distal end side pin F3 described later.
  • a stepped pin step portion F ⁇ b> 21 is formed over the entire height direction on the outer peripheral surface of the base end side pin F ⁇ b> 2.
  • the pin step portion F21 is formed in a spiral shape clockwise or counterclockwise. That is, the pin step portion F21 has a spiral shape in plan view and a step shape in side view. In the present embodiment, the pin stepped portion F21 is set counterclockwise from the proximal end side toward the distal end side in order to rotate the main welding rotating tool F to the right.
  • the pin step portion F21 includes a step bottom surface F21a and a step side surface F21b.
  • the distance X1 (horizontal direction distance) between the apexes F21c, F21c of the adjacent pin stepped portions F21 is appropriately set according to the step angle C and the height Y1 of the step side surface F21b described later.
  • the height Y1 of the step side surface F21b may be set as appropriate.
  • the height Y1 is set to 0.1 to 0.4 mm.
  • the bonding surface roughness increases.
  • the height Y1 exceeds 0.4 mm the joining surface roughness tends to increase, and the number of effective step portions (the number of pin step portions F21 in contact with the metal member to be joined) also decreases.
  • the step angle C formed by the step bottom surface F21a and the step side surface F21b may be set as appropriate, and is set at 85 to 120 °, for example.
  • the step bottom surface F21a is parallel to the horizontal plane.
  • the step bottom surface F21a may be inclined in the range of ⁇ 5 ° to 15 ° with respect to the horizontal plane from the rotation axis of the tool toward the outer periphery (minus is below the horizontal plane, plus is relative to the horizontal plane). Top).
  • the distance X1, the height Y1 of the step side surface F21b, the step angle C, and the angle of the step bottom surface F21a with respect to the horizontal plane are such that the plastic fluidized material stays inside the pin stepped portion F21 and does not adhere when friction stir is performed. And the bonding surface roughness can be reduced appropriately by pressing the plastic fluid material at the step bottom surface F21a.
  • the distal end side pin F3 is formed continuously with the proximal end side pin F2.
  • the distal end side pin F3 has a truncated cone shape.
  • the tip of the tip side pin F3 is a flat surface F4 perpendicular to the rotation axis.
  • the taper angle B of the distal end side pin F3 is smaller than the taper angle A of the proximal end side pin F2.
  • a spiral groove F31 is formed on the outer peripheral surface of the distal end side pin F3.
  • the spiral groove F31 may be either clockwise or counterclockwise. In this embodiment, the spiral groove F31 is engraved counterclockwise from the base end side toward the distal end side in order to rotate the main welding rotary tool F to the right.
  • the spiral groove F31 includes a spiral bottom surface F31a and a spiral side surface F31b.
  • a distance (horizontal direction distance) between vertices F31c and F31c of adjacent spiral grooves F31 is defined as a length X2.
  • the height of the spiral side surface F31b is defined as a height Y2.
  • the spiral angle D formed by the spiral bottom surface F31a and the spiral side surface F31b is, for example, 45 to 90 °.
  • the spiral groove F31 has a function of increasing the frictional heat by coming into contact with the metal member to be joined and guiding the plastic fluid material to the tip side.
  • FIG. 3 is a side view showing a first modification of the rotary tool of the present invention.
  • the step angle C formed by the step bottom surface F21a and the step side surface F21b of the pin step portion F21 is 85 °.
  • the step bottom surface F21a is parallel to the horizontal plane.
  • the step bottom surface F21a is parallel to the horizontal plane, and the step angle C may be an acute angle within a range in which the plastic fluidized material stays in the pin stepped portion F21 during frictional stirring and comes out to the outside. .
  • FIG. 4 is a side view showing a second modification of the main rotating tool for joining according to the present invention.
  • the step angle C of the pin step portion F21 is 115 °.
  • the step bottom surface F21a is parallel to the horizontal plane.
  • the step bottom surface F21a is parallel to the horizontal plane, and the step angle C may be an obtuse angle in a range that functions as the pin step portion F21.
  • FIG. 5 is a side view showing a third modification of the rotating tool for bonding according to the present invention.
  • the step bottom surface F21a is inclined upward by 10 ° with respect to the horizontal plane from the rotation axis of the tool toward the outer peripheral direction.
  • the step side surface F21b is parallel to the vertical surface.
  • the step bottom surface F21a may be formed so as to incline above the horizontal plane from the rotation axis of the tool toward the outer periphery in a range in which the plastic fluid material can be pressed during the friction stirring.
  • the same effects as those of the following embodiments can be obtained.
  • the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 1st embodiment of this invention is demonstrated in detail with reference to drawings.
  • the manufacturing method of the liquid cooling jacket according to the present embodiment manufactures the liquid cooling jacket 1 by friction stir welding the jacket body 2 and the sealing body 3.
  • the liquid cooling jacket 1 is a member that installs a heating element (not shown) on the sealing body 3 and exchanges heat with the heating element by flowing a fluid therein.
  • “front surface” means a surface opposite to the “back surface”.
  • the manufacturing method of the liquid cooling jacket according to the present embodiment performs a preparation step, a placing step, a first main joining step, and a second main joining step.
  • the preparation process is a process of preparing the jacket body 2 and the sealing body 3.
  • the jacket body 2 is mainly composed of a bottom portion 10, a peripheral wall portion 11, and a plurality of support columns 15.
  • the jacket body 2 is formed mainly including a first aluminum alloy.
  • As the first aluminum alloy for example, an aluminum alloy casting material such as JISH5302 ADC12 (Al—Si—Cu system) is used.
  • the bottom 10 is a plate-like member that has a rectangular shape in plan view.
  • the peripheral wall portion 11 is a wall portion that rises in a rectangular frame shape from the peripheral edge portion of the bottom portion 10.
  • a recess 13 is formed at the bottom 10 and the peripheral wall 11.
  • a peripheral wall step portion 12 is formed on the inner peripheral edge of the peripheral wall portion 11.
  • the peripheral wall step portion 12 includes a step bottom surface 12a and a step side surface 12b rising from the step bottom surface 12a. As shown in FIG. 7, 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 step side surface 12b may be set as appropriate, and is, for example, 3 ° to 30 ° with respect to the vertical surface.
  • the support column 15 stands vertically from the bottom 10.
  • pillar 15 is not restrict
  • pillar 15 is a column shape in this embodiment, another shape may be sufficient.
  • the end surface 15 a of the support column 15 is formed at the same height as the step bottom surface 12 a of the peripheral wall step portion 12.
  • the jacket body 2 may be formed integrally with the bottom portion 10 and the peripheral wall portion 11 formed separately and sealed with a seal member.
  • 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.
  • board thickness of the sealing body 3 is larger than the height dimension of the level
  • the sealing body 3 is formed mainly including a second aluminum alloy.
  • the second aluminum alloy is a material having a lower hardness than the first aluminum alloy.
  • the second aluminum alloy is made of, for example, a wrought aluminum alloy such as JIS A1050, A1100, A6063.
  • board thickness of the sealing body 3 is suitably set to such an extent that a metal shortage does not arise in a junction part after the 1st main joining process mentioned later.
  • the placing step is a step of placing the sealing body 3 on the jacket body 2 as shown in FIG.
  • the back surface 3b of the sealing body 3 is mounted on the step bottom surface 12a.
  • step difference side surface 12b and the outer peripheral side surface 3c of the sealing body 3 are faced
  • the first butting portion J1 is 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 first butting portion J1 is abutted with a gap having a substantially V-shaped cross section as in this embodiment. May be included.
  • step bottom surface 12a and the back surface 3b of the sealing body 3 are abutted to form the second abutting portion J2.
  • pillar 15 are faced
  • the first main joining step is a step of friction stir welding the first butt portion J1 using the main joining rotating tool F as shown in FIG.
  • the main joining rotating tool F rotated to the right is inserted into the start position Sp set on the surface 3a of the sealing body 3, and the plastic fluidizing material is allowed to flow into the gap between the first butting portions J1.
  • the main rotating tool F is moved clockwise with respect to the sealing body 3.
  • a plasticized region W ⁇ b> 1 is formed in the movement locus of the main rotating tool F for bonding by hardening the friction-stirred metal.
  • the base end side pin F2 and the front end side pin F3 are in contact with the sealing body 3, and the base end side pin F2 and the front end side pin F3 pin are connected. Friction stirring is performed without contacting the step side surface 12b.
  • the insertion depth of the rotary tool F for main joining is such that the outer peripheral surface of the proximal end side pin F2 is brought into contact with the surface 3a of the sealing body 3 while the distal end side pin F3 is not brought into contact with the step bottom surface 12a. I do.
  • the outer peripheral surface of the base end side pin F2 and the peripheral wall end surface 11a are not contacted.
  • the state where the outer peripheral surface of the front end side pin F3 is not in contact with the jacket body 2 may include a case where the distance between the front end side pin F3 and the step side surface 12b is zero.
  • the separation distance L from the step side surface 12b to the outer peripheral surface of the front end side pin F3 may be appropriately set depending on the material of the jacket body 2 and the sealing body 3, but the outer peripheral surface of the front end side pin F3 is stepped as in the present embodiment.
  • 0 ⁇ L ⁇ 0.5 mm is set, and preferably 0 ⁇ L ⁇ 0.3 mm. It is preferable to set.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the bonded portion after the first main bonding step according to the present embodiment.
  • the plasticized region W1 is formed on the sealing body 3 side with the first butted portion J1 as a boundary.
  • the second main joining step is a step of friction stir welding the third butted portion J3 using the main joining rotating tool F as shown in FIGS.
  • the proximal-side pin F2 and the distal-side pin F3 rotated to the right are inserted into the start position Sp set on the surface 3a of the sealing body 3, and the outer edge of the support column 15 is inserted.
  • a plasticized region W ⁇ b> 2 is formed on the starting locus of the main rotating tool F for bonding by hardening the friction-stirred metal.
  • the outer peripheral surface of the proximal end side pin F2 is brought into contact with the surface 2a of the sealing body 3, and the distal end of the distal end side pin F3 is brought into contact with the end surface 15a of the support column 15. Friction stir in the state.
  • the rotation tool F for this joining is made to go around the support column 15, the start end and the end of the plasticizing region W2 are overlapped.
  • the main joining rotary tool F may be gradually lifted and pulled out on the surface 3 a of the sealing body 3.
  • the plasticized region W2 is formed so as to reach the support column 15 beyond the third butted portion J3.
  • the main-joining rotary tool is used so that the distal end side pin F3 does not contact the end surface 15a of the support column 15 while the outer peripheral surface of the base end side pin F2 is brought into contact with the surface 3a of the sealing body 3.
  • the insertion depth of F may be set.
  • the third butted portion J3 is plastically fluidized and joined by frictional heat between the front end side pin F3 and the sealing body 3.
  • the first butted portion J1 mainly on the side of the sealing body 3 due to frictional heat between the sealing body 3, the proximal end side pin F2, and the distal end side pin F3.
  • the second aluminum alloy is agitated and plastically fluidized, and the stepped side surface 12b and the outer peripheral side surface 3c of the sealing body 3 can be joined at the first butted portion J1. Further, since the base end side pin F2 and the front end side pin F3 are brought into contact with only the sealing body 3 to perform frictional stirring, the first aluminum alloy is hardly mixed from the jacket body 2 to the sealing body 3.
  • the shoulder portion does not hold the surface of the metal member 910 to be bonded, and therefore the groove (the surface of the metal member to be bonded and the surface of the plasticized region are There is a problem that the concave surface) is increased and the bonding surface roughness is increased. Moreover, there exists a problem that the bulging part (part where the surface of a to-be-joined metal member swells compared with before joining) is formed beside a ditch
  • the taper angle E2 of the rotary tool 901 is larger than the taper angle E1 of the rotary tool 900 as in the rotary tool 901 of FIG.
  • the surface of the metal member 910 to be bonded can be pressed compared to the rotary tool 900. For this reason, the recessed groove becomes smaller and the bulging portion becomes smaller. However, since the downward plastic flow becomes strong, a kissing bond is likely to be formed below the plasticized region.
  • the main rotating tool F for joining includes a base end side pin F2 and a front end side pin F3 having a taper angle smaller than the taper angle A of the base end side pin F2. .
  • the main rotating tool F for joining can be easily inserted to a deep position of the sealing body 3.
  • the taper angle B of the front end side pin F3 is small, downward plastic flow can be suppressed compared to the rotary tool 901. For this reason, it is possible to prevent a kissing bond from being formed below the plasticized region W1.
  • the taper angle A of the base end side pin F2 is large, even if the thickness of a to-be-joined metal member and the height position of joining change compared with the conventional rotary tool, it can join stably.
  • the plastic fluid can be pressed by the outer peripheral surface of the base end side pin F2, the concave groove formed on the joining surface can be reduced, and there is no bulge formed on the side of the concave groove. Can be made smaller or smaller.
  • the stepped pin step portion F21 is shallow and has a wide outlet, the plastic fluid material can easily come out of the pin step portion F21 while pressing the plastic fluid material with the step bottom surface F21a. Therefore, even if the plastic fluid material is pressed by the proximal pin F2, the plastic fluid material is difficult to adhere to the outer peripheral surface of the proximal pin F2. Therefore, the bonding surface roughness can be reduced and the bonding quality can be suitably stabilized.
  • the step side surface 12b of the jacket body 2 is inclined outward, so that the contact between the tip side pin F3 and the jacket body 2 can be easily avoided.
  • the inclination angle ⁇ (see FIG. 7) of the step side surface 12b is the same as the inclination angle ⁇ (see FIG. 1) of the tip side pin F3 (the step side surface 12b and the outer peripheral surface of the tip side pin F3). Therefore, the tip side pin F3 and the step side surface 12b can be brought as close as possible while avoiding contact between the tip side pin F3 and the step side surface 12b.
  • the rotation direction and the traveling direction of the main welding rotary tool F may be set as appropriate.
  • the jacket The rotation direction and the traveling direction of the main rotating tool F were set so that the main body 2 side was the shear side and the sealing body 3 side was the flow side.
  • the stirring action by the proximal end side pin F2 and the distal end side pin F3 around the first abutting portion J1 is enhanced, and an increase in temperature at the first abutting portion J1 can be expected.
  • the step side surface 12b and the outer peripheral side surface 3c of the sealing body 3 can be more reliably joined.
  • the shear side means the side where the relative speed of the outer periphery of the rotating tool with respect to the welded portion is a value obtained by adding the moving speed to the size of the tangential speed on the outer periphery of the rotating tool.
  • the flow side refers to a side where the relative speed of the rotating tool with respect to the bonded portion is reduced by rotating the rotating tool in the direction opposite to the moving direction of the rotating tool.
  • the joint strength between the jacket body 2 and the sealing body 3 can be increased by performing the second main joining step.
  • the base end side pin F2 of the main joining rotary tool F is used for friction stirring while pressing the surface 3a of the sealing body 3.
  • the bonding surface roughness can be reduced and the bonding quality can be suitably stabilized.
  • the plate thickness of the sealing body 3 is larger than the height dimension of the step side surface 12b, the metal shortage of the first butt portion J1 can be prevented. Further, by increasing the plate thickness of the sealing body 3, it is possible to increase the efficiency of heat exchange with the heating element as compared with the case where the plate thickness is thin.
  • the first aluminum alloy of the jacket body 2 is a material having higher hardness than the second aluminum alloy of the sealing body 3. Thereby, durability of the liquid cooling jacket 1 can be improved.
  • the first aluminum alloy of the jacket body 2 is preferably an aluminum alloy cast material
  • the second aluminum alloy of the sealing body 3 is preferably an aluminum alloy wrought material.
  • the first aluminum alloy as an Al—Si—Cu-based aluminum alloy casting material such as JISH5302 ADC12, for example, the castability, strength, machinability, etc. of the jacket body 2 can be improved.
  • workability and heat conductivity can be improved by making a 2nd aluminum alloy into JIS A1000 type
  • first main bonding step or the second main bonding step may be performed first.
  • matching part can be prevented in the case of a 1st main joining process and a 2nd main joining process.
  • the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 2nd embodiment of this invention performs a preparatory process, a mounting process, a 1st main joining process, and a 2nd main joining process.
  • the preparation process, the placing process, and the second main joining process are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  • it demonstrates centering on the part which is different from 1st embodiment.
  • the tip side pin F3 is slightly moved to the step side surface 12b.
  • the friction stir is performed in a state where the outer peripheral surface of the proximal end side pin F2 is in contact with the surface 3a of the sealing body 3 while being in contact with the surface.
  • the base end side pin F2 is not in contact with the peripheral wall end surface 11a, and the front end side pin F3 is not in contact with the step bottom surface 12a.
  • the contact amount of the outer peripheral surface of the tip side pin F3 with respect to the step side surface 12b is defined as an offset amount N.
  • the offset amount N is set to 0. ⁇ N ⁇ 0.5 mm is set, and preferably 0 ⁇ N ⁇ 0.25 mm.
  • the outer peripheral surface of the front end side pin F3 and the step side surface 12b are kept in slight contact, so that the first butting portion J1 can be reliably joined and the jacket body 2
  • the mixing of the first aluminum alloy into the sealing body 3 can be reduced as much as possible.
  • the step side surface 12b and the outer peripheral surface of the tip side pin F3 are parallel to each other, so that the contact margin between the tip side pin F3 and the step side surface 12b extends in the height direction. And uniform. Thereby, even when the outer peripheral surface of the front end side pin F3 is slightly in contact with the step side surface 12b of the peripheral wall step portion 12, the plastic fluid material is agitated in a well-balanced state, so that a decrease in strength of the joint portion can be suppressed. .
  • the plastic fluid can be pressed on the outer peripheral surface of the base end side pin F2
  • the concave groove formed on the joining surface can be reduced, and at the side of the concave groove.
  • the bulging part to be formed can be eliminated or reduced.
  • the bonding surface roughness can be reduced, and the bonding quality can be suitably stabilized.
  • the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on 3rd embodiment of this invention performs a preparatory process, a mounting process, a 1st main joining process, and a 2nd main joining process.
  • a preparation process, a mounting process, and a 2nd main joining process are equivalent to 1st embodiment, description is abbreviate
  • a description will be given focusing on portions that are different from the first embodiment.
  • the outer peripheral surface of the tip side pin F3 is a step side surface. Friction stir welding is performed in a state where the flat surface F4 of the tip side pin F3 is slightly in contact with the step bottom surface 12a without being in contact with 12b.
  • substantially the same effect as the first embodiment can be obtained. Furthermore, since the friction stir welding is performed in a state where the flat surface F4 of the tip side pin F3 is in contact with the step bottom surface 12a, the bonding strength of the second butted portion J2 can be increased. Moreover, since the front end side pin F3 and the step bottom surface 12a are kept in slight contact, it is possible to prevent the first aluminum alloy from being mixed into the sealing body 3 from the jacket body 2 as much as possible.
  • the flat surface F4 of the distal end side pin F3 is made to contact the step bottom surface 12a while the outer peripheral surface of the distal end side pin F3 is slightly in contact with the stepped side surface 12b. Friction agitation is performed with slight contact with the material. Moreover, in the 1st main joining process which concerns on this embodiment, friction stirring is performed in the state which pressed down the surface 3a of the sealing body 3 with the outer peripheral surface of the base end side pin F2.
  • the offset amount N between the tip side pin F3 and the step side surface 12b may be set in the same manner as in the second embodiment.
  • substantially the same effect as that of the second embodiment can be obtained. Further, by performing frictional stirring in a state where the flat surface F4 of the tip side pin F3 is in contact with the step bottom surface 12a, the bonding strength of the second butt portion J2 can be increased. Further, since the flat surface F4 and the step bottom surface 12a are kept in slight contact, it is possible to prevent the first aluminum alloy from being mixed into the sealing body 3 from the jacket body 2 as much as possible.
  • the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on the 1st modification of 1st embodiment is demonstrated.
  • the first modification is different from the first embodiment in that a temporary joining step, a first main joining step, and a second main joining step are performed using a cooling plate.
  • a description will be given centering on portions that are different from the first embodiment.
  • the jacket body 2 is fixed to the table K when performing the fixing process.
  • the table K is configured by 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 that restrains the jacket body 2 from being immovable and functions as a “cooling plate” in the claims.
  • the cooling pipe WP is a tubular member embedded in the substrate K1.
  • a cooling medium for cooling the substrate K1 flows in the cooling pipe WP.
  • 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 first modified example, a planar shape along the movement trajectory of the main joining rotary tool F in the first main joining step. It has become. That is, the cooling pipe WP is disposed so that the cooling pipe WP and the first abutting portion J1 substantially overlap when viewed in plan.
  • the cooling flow path and the first butting portion J1 overlap when viewed in plan.
  • the portion where frictional heat is generated can be intensively cooled.
  • cooling efficiency can be improved.
  • the cooling pipe WP is provided to distribute the cooling medium, the management of the cooling medium becomes easy. Further, since the table K (cooling plate) and the jacket body 2 are in surface contact, the cooling efficiency can be increased.
  • the friction stir welding may be performed while flowing the cooling medium inside the jacket main body 2.
  • a table KA is used as shown in FIG. 19A.
  • the table KA includes a substrate KA1 having a rectangular parallelepiped shape, a spacer KA2 formed at the center of the substrate KA1, and clamps KA3 formed at four corners of the substrate KA1.
  • the spacer KA2 may be integral with or separate from the substrate KA1.
  • the jacket main body 2 and the sealing body 3 integrated by performing the temporary joining step are fixed to the table KA by the clamp KA3.
  • the plasticized region W is formed by the temporary joining process.
  • the bottom portion 10 of the jacket body 2, the peripheral wall end surface 11a, and the surface 3a of the sealing body 3 are curved so as to be convex 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. To bend.
  • friction stir welding is performed using the main welding rotary tool F.
  • the amount of deformation of at least one of the jacket body 2 and the sealing body 3 is measured, and the insertion depth of the proximal end side pin F2 and the distal end side pin F3 is determined.
  • Friction stir welding is performed while adjusting according to the amount of deformation. That is, it is moved along the curved surface of the peripheral wall end surface 11a of the jacket main body 2 and the surface 3a of the sealing body 3 so that the movement trajectory of the main rotating tool F is a curve. By doing in this way, the depth and width
  • the jacket 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.
  • the present invention is not limited to this.
  • the first side 21 and the second side 22 may be curved so that the third side 23 and the fourth side 24 are curved.
  • the first side 21 and the second side 22 may be curved, and the third side 23 and the fourth side 24 may be curved.
  • the height positions of the proximal end side pin F2 and the distal end side pin F3 are changed according to the deformation amount of the jacket body 2 or the sealing body 3, but the proximal end side pin F2 with respect to the table KA and You may perform a 1st main joining process and a 2nd main joining process, making the height of the front end side pin F3 constant.
  • the spacer KA2 may have any shape as long as it can be fixed so that the surface sides of the jacket body 2 and the sealing body 3 are convex. Further, the spacer KA2 may be omitted as long as the front surface side of the jacket body 2 and the sealing body 3 can be fixed in a convex shape. Moreover, you may attach this rotation tool F for joining to the robot arm provided with rotation drive means, such as a spindle unit, at the front-end
  • the manufacturing method of the liquid cooling jacket which concerns on the 3rd modification of 1st embodiment is demonstrated.
  • the first embodiment in the preparation step, the first embodiment is that the jacket body 2 and the sealing body 3 are formed so as to be curved in a convex shape on the surface side in advance. Is different.
  • a description will be given centering on portions that are different from the first embodiment.
  • the jacket body 2 and the sealing body 3 are formed by die casting so that the surface sides of the jacket body 2 and the sealing body 3 are curved in a convex shape.
  • the jacket main body 2 is formed so that the bottom portion 10 and the peripheral wall portion 11 are convex on the surface side.
  • the temporarily bonded jacket body 2 and sealing body 3 are fixed to the table KB.
  • the table KB is composed of a substrate KB1 having a rectangular parallelepiped shape, a spacer KB2 disposed in 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.
  • 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 that is curved so as to be convex upward, and rising surfaces KB2b and KB2b that are formed at both ends of the curved surface KB2a and rise from the substrate KB1.
  • the first side Ka and the second side Kb of the spacer KB2 are curved, and the third side Kc and the fourth side Kd are straight lines.
  • the cooling pipe WP is a tubular member embedded in 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 path through which the cooling medium flows is not particularly limited, but in the third modified example, a planar shape along the movement locus of the main welding rotary tool F in the first main welding process. It has become. That is, the cooling pipe WP is disposed so that the cooling pipe WP and the first abutting portion J1 substantially overlap when viewed in plan.
  • the jacket body 2 and the sealing body 3 integrated by temporary joining are fixed to the table KB by the clamp KB3. More specifically, the jacket body 2 is fixed to the table KB so that the back surface of the bottom portion 10 is in surface contact with the curved surface KB2a.
  • 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 and the wall 11D of the wall 11C.
  • the fourth side 24 is curved so as to be a straight line.
  • friction stir welding is performed using the rotary tool F for main joining.
  • the amount of deformation of at least one of the jacket body 2 and the sealing body 3 is measured, and the insertion depth of the proximal end side pin F2 and the distal end side pin F3 is determined.
  • Friction stir welding is performed while adjusting according to the amount of deformation. That is, the movement trajectory of the main welding rotary tool F is moved along a curved or straight line along the peripheral wall end surface 11 a of the jacket body 2 and the surface 3 a of the sealing body 3. By doing in this way, the depth and width
  • the sealing body 3 side of the liquid cooling jacket 1 may be deformed into a concave shape, the first main joining step and the second of the third modified example. According to this joining process, since the jacket main body 2 and the sealing body 3 are formed in a convex shape in advance, the liquid cooling jacket 1 can be flattened by utilizing the heat shrinkage after the friction stir welding.
  • the curved surface KB2a of the spacer KB2 is brought into surface contact with the concave back surface of the bottom 10 of the jacket body 2.
  • friction stir welding can be performed while cooling the jacket main body 2 and the sealing body 3 more effectively. Since the frictional heat in the friction stir welding can be kept low, the deformation of the liquid cooling jacket due to the heat shrinkage can be reduced. Thereby, in a preparatory process, when forming the jacket main body 2 and the sealing body 3 in convex shape, the curvature of the jacket main body 2 and the sealing body 3 can be made small.
  • the jacket body 2 and the sealing body 3 are curved so that the first side 21 and the second side 22 are curved, but the present invention is not limited to this.
  • the spacer KB2 having a spherical surface may be formed, and the back 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 portion 21 to the fourth side portion 24 are curved.
  • the height positions of the proximal end side pin F2 and the distal end side pin F3 are changed according to the deformation amount of the jacket body 2 or the sealing body 3, but the proximal end side pin F2 with respect to the table KB and The main joining step may be performed with the tip side pin F3 having a constant height.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

本接合用回転ツール（Ｆ）は、基端側ピン（Ｆ２）と、先端側ピン（Ｆ３）とを備え、基端側ピン（Ｆ２）のテーパー角度は、先端側ピン（Ｆ３）のテーパー角度よりも大きくなっており、回転する本接合用回転ツール（Ｆ）の先端側ピン（Ｆ３）と基端側ピン（Ｆ２）とを封止体（３）に挿入し、基端側ピン（Ｆ２）の外周面を封止体（３）の表面（３ａ）に接触させ、先端側ピン（Ｆ３）の外周面を周壁部（１１）の段差側面（１２ｂ）に接触させない状態で、第一突合せ部（Ｊ１）に沿って本接合用回転ツール（Ｆ）を移動させる際に封止体（３）の第二アルミニウム合金が隙間に流入するように摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、を含むことを特徴とする。

Description

液冷ジャケットの製造方法
　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２２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Ｆ０の攪拌ピンＦ０２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Ｆ０の回転中心軸ＣＬを突合せ部Ｊ１０に重ねて相対移動させるというものである。
特開２０１５－１３１３２１号公報
　ここで、ジャケット本体１０１は複雑な形状となりやすく、例えば、４０００系アルミニウム合金の鋳造材で形成し、封止体１０２のように比較的単純な形状のものは、１０００系アルミニウム合金の展伸材で形成するというような場合がある。このように、アルミニウム合金の材種の異なる部材同士を接合して、液冷ジャケットを製造する場合がある。このような場合は、ジャケット本体１０１の方が封止体１０２よりも硬度が高くなることが一般的であるため、図２２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Ｆ０の攪拌ピンによって異なる材種をバランスよく攪拌することが困難となり、接合後の塑性化領域に空洞欠陥が発生し接合強度が低下するという問題がある。
　このような観点から、本発明は、材種の異なるアルミニウム合金を好適に接合することができる液冷ジャケットの製造方法を提供することを課題とする。
　このような課題を解決するために本発明は、底部及び前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を有するジャケット本体と、前記ジャケット本体の開口部を封止する封止体とで構成され、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、回転ツールは、基端側ピンと、先端側ピンとを備える摩擦攪拌用の本接合用回転ツールであって、前記基端側ピンのテーパー角度は、先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には階段状のピン段差部が形成されており、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、前記封止体の板厚を前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくする準備工程と、前記ジャケット本体に前記封止体を載置し、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせた際に隙間があるように第一突合せ部を形成するとともに、前記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する載置工程と、回転する前記回転ツールの先端側ピンと基端側ピンとを前記封止体に挿入し、前記基端側ピンの外周面を前記封止体の表面に接触させ、前記先端側ピンの外周面を前記周壁部の段差側面に接触させない状態で、前記第一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一本接合工程と、を含むことを特徴とする。
　かかる製造方法によれば、封止体と基端側ピン及び先端側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、基端側ピン及び先端側ピンを封止体のみに接触させて摩擦攪拌を行うため、ジャケット本体から封止体への第一アルミニウム合金の混入は殆どない。これにより、第一突合せ部においては主として封止体側の第二アルミニウム合金が摩擦攪拌されるため、接合強度の低下を抑制することができる。また、ジャケット本体の段差側面を外側に傾斜させているため、接合強度の低下を招くことなく基端側ピン及び先端側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、封止体の板厚を大きくするとともに、第一突合せ部の隙間に塑性流動材を流入させるため、接合部の金属不足を防止することができる。
　また、前記第一本接合工程において、前記先端側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、第二突合せ部の接合強度を高めることができる。
　また、本発明は、底部及び前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を有するジャケット本体と、前記ジャケット本体の開口部を封止する封止体とで構成され、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、回転ツールは、基端側ピンと、先端側ピンとを備える摩擦攪拌用の本接合用回転ツールであって、前記基端側ピンのテーパー角度は、先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には階段状のピン段差部が形成されており、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、前記封止体の板厚を前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくする準備工程と、前記ジャケット本体に前記封止体を載置し、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせた際に隙間があるように第一突合せ部を形成するとともに、前記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する載置工程と、回転する前記回転ツールの先端側ピンと基端側ピンとを前記封止体に挿入し、前記基端側ピンの外周面を前記封止体の表面に接触させ、前記先端側ピンの外周面を前記周壁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一本接合工程と、を含むことを特徴とする。
　かかる製造方法によれば、封止体と基端側ピン及び先端側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。基端側ピン及び先端側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、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、基端側ピン及び先端側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、封止体の板厚を大きくするとともに、第一突合せ部の隙間に塑性流動材を流入させるため、接合部の金属不足を防止することができる。
　また、前記第一本接合工程において、前記先端側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、第二突合せ部の接合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、前記回転ツールを前記第一突合せ部に沿って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、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。
　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において、前記回転ツールの前記基端側ピン及び前記先端側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に先だって、前記第一突合せ部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の際の第一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。
　本発明に係る液冷ジャケットの製造方法によれば、材種の異なるアルミニウム合金を好適に接合することができる。
本発明の実施形態に係る本接合用回転ツールを示す側面図である。 本接合用回転ツールの拡大断面図である。 本接合用回転ツールの第一変形例を示す断面図である。 本接合用回転ツールの第二変形例を示す断面図である。 本接合用回転ツールの第三変形例を示す断面図である。 本発明の第一実施形態に係る液冷ジャケットを示す分解斜視図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の載置工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の第一本接合工程を示す斜視図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の第一本接合工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットに製造方法の第一本接合工程後を示す断面図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の第二本接合工程を示す斜視図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の第二本接合工程を示す断面図である。 従来の回転ツールを示す概念図である 従来の回転ツールを示す概念図である。 本発明の第二実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の第一本接合工程を示す断面図である。 本発明の第三実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の第一本接合工程を示す断面図である。 本発明の第四実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の第一本接合工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の第一変形例を示す斜視図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の第二変形例を示す図であって、テーブルを示す斜視図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の第二変形例を示す図であって、ジャケット本体及び封止体をテーブルに固定した状態を示す斜視図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の第三変形例を示す分解斜視図である。 第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の第三変形例のジャケット本体及び封止体をテーブルに固定する状態を示す斜視図である。 従来の液冷ジャケットの製造方法を示す断面図である。
　本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。まずは、本実施形態に係る接合方法で用いる本接合用回転ツール（回転ツール）について説明する。本接合用回転ツールは、摩擦攪拌接合に用いられるツールである。図１に示すように、本接合用回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されており、基軸部Ｆ１と、基端側ピンＦ２と、先端側ピンＦ３とで主に構成されている。基軸部Ｆ１は、円柱状を呈し、摩擦攪拌装置の主軸に接続される部位である。
　基端側ピンＦ２は、基軸部Ｆ１に連続し、先端に向けて先細りになっている。基端側ピンＦ２は、円錐台形状を呈する。基端側ピンＦ２のテーパー角度Ａは適宜設定すればよいが、例えば、１３５～１６０°になっている。テーパー角度Ａが１３５°未満であるか、又は、１６０°を超えると摩擦攪拌後の接合表面粗さが大きくなる。テーパー角度Ａは、後記する先端側ピンＦ３のテーパー角度Ｂよりも大きくなっている。図２に示すように、基端側ピンＦ２の外周面には、階段状のピン段差部Ｆ２１が高さ方向の全体に亘って形成されている。ピン段差部Ｆ２１は、右回り又は左回りで螺旋状に形成されている。つまり、ピン段差部Ｆ２１は、平面視して螺旋状であり、側面視すると階段状になっている。本実施形態では、本接合用回転ツールＦを右回転させるため、ピン段差部Ｆ２１は基端側から先端側に向けて左回りに設定している。
　なお、本接合用回転ツールＦを左回転させる場合は、ピン段差部Ｆ２１を基端側から先端側に向けて右回りに設定することが好ましい。これにより、ピン段差部Ｆ２１によって塑性流動材が先端側に導かれるため、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属を低減することができる。ピン段差部Ｆ２１は、段差底面Ｆ２１ａと、段差側面Ｆ２１ｂとで構成されている。隣り合うピン段差部Ｆ２１の各頂点Ｆ２１ｃ，Ｆ２１ｃの距離Ｘ１（水平方向距離）は、後記する段差角度Ｃ及び段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１に応じて適宜設定される。
　段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１は適宜設定すればよいが、例えば、０．１～０．４ｍｍで設定されている。高さＹ１が０．１ｍｍ未満であると接合表面粗さが大きくなる。一方、高さＹ１が０．４ｍｍを超えると接合表面粗さが大きくなる傾向があるとともに、有効段差部数（被接合金属部材と接触しているピン段差部Ｆ２１の数）も減少する。
　段差底面Ｆ２１ａと段差側面Ｆ２１ｂとでなす段差角度Ｃは適宜設定すればよいが、例えば、８５～１２０°で設定されている。段差底面Ｆ２１ａは、本実施形態では水平面と平行になっている。段差底面Ｆ２１ａは、ツールの回転軸から外周方向に向かって水平面に対して－５°～１５°内の範囲で傾斜していてもよい（マイナスは水平面に対して下方、プラスは水平面に対して上方）。距離Ｘ１、段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１、段差角度Ｃ及び水平面に対する段差底面Ｆ２１ａの角度は、摩擦攪拌を行う際に、塑性流動材がピン段差部Ｆ２１の内部に滞留して付着することなく外部に抜けるとともに、段差底面Ｆ２１ａで塑性流動材を押えて接合表面粗さを小さくすることができるように適宜設定する。
　図１に示すように、先端側ピンＦ３は、基端側ピンＦ２に連続して形成されている。先端側ピンＦ３は円錐台形状を呈する。先端側ピンＦ３の先端は回転軸に対いて垂直な平坦面Ｆ４になっている。先端側ピンＦ３のテーパー角度Ｂは、基端側ピンＦ２のテーパー角度Ａよりも小さくなっている。図２に示すように、先端側ピンＦ３の外周面には、螺旋溝Ｆ３１が刻設されている。螺旋溝Ｆ３１は、右回り、左回りのどちらでもよいが、本実施形態では本接合用回転ツールＦを右回転させるため、基端側から先端側に向けて左回りに刻設されている。
　なお、本接合用回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝Ｆ３１を基端側から先端側に向けて右回りに設定することが好ましい。これにより、螺旋溝Ｆ３１によって塑性流動材が先端側に導かれるため、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属を低減することができる。螺旋溝Ｆ３１は、螺旋底面Ｆ３１ａと、螺旋側面Ｆ３１ｂとで構成されている。隣り合う螺旋溝Ｆ３１の頂点Ｆ３１ｃ，Ｆ３１ｃの距離（水平方向距離）を長さＸ２とする。螺旋側面Ｆ３１ｂの高さを高さＹ２とする。螺旋底面Ｆ３１ａと、螺旋側面Ｆ３１ｂとで構成される螺旋角度Ｄは例えば、４５～９０°で形成されている。螺旋溝Ｆ３１は、被接合金属部材と接触することにより摩擦熱を上昇させるとともに、塑性流動材を先端側に導く役割を備えている。
　本接合用回転ツールＦは、適宜設計変更が可能である。図３は、本発明の回転ツールの第一変形例を示す側面図である。図３に示すように、第一変形例に係る本接合用回転ツールＦＡでは、ピン段差部Ｆ２１の段差底面Ｆ２１ａと段差側面Ｆ２１ｂとのなす段差角度Ｃが８５°になっている。段差底面Ｆ２１ａは、水平面と平行である。このように、段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行であるとともに、段差角度Ｃは、摩擦攪拌中にピン段差部Ｆ２１内に塑性流動材が滞留して付着することなく外部に抜ける範囲で鋭角としてもよい。
　図４は、本発明の本接合用回転ツールの第二変形例を示す側面図である。図４に示すように、第二変形例に係る本接合用回転ツールＦＢでは、ピン段差部Ｆ２１の段差角度Ｃが１１５°になっている。段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行になっている。このように、段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行であるとともに、ピン段差部Ｆ２１として機能する範囲で段差角度Ｃが鈍角となってもよい。
　図５は、本発明の本接合用回転ツールの第三変形例を示す側面図である。図５に示すように、第三変形例に係る本接合用回転ツールＦＣでは、段差底面Ｆ２１ａがツールの回転軸から外周方向に向かって水平面に対して１０°上方に傾斜している。段差側面Ｆ２１ｂは、鉛直面と平行になっている。このように、摩擦攪拌中に塑性流動材を押さえることができる範囲で、段差底面Ｆ２１ａがツールの回転軸から外周方向に向かって水平面よりも上方に傾斜するように形成されていてもよい。上記の本接合用回転ツールの第一～第三変形例によっても、下記の実施形態と同等の効果を奏することができる。
［第一実施形態］
　本発明の第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法は、図６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。
　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。底部１０及び周壁部１１で凹部１３が形成されている。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７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。
　図６に示すように、支柱１５は、底部１０から垂直に立ち上がっている。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の端面１５ａ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。なお、ジャケット本体２は、例えば、底部１０と周壁部１１とを別体で形成し、これらをシール部材でシールして一体形成してもよい。
　封止体３は、ジャケット本体２の開口部を封止する板状部材である。封止体３は、周壁段差部１２に載置される大きさになっている。封止体３の板厚は、段差側面１２ｂの高さ寸法よりも大きくなっている。封止体３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。封止体３の板厚は、後記する第一本接合工程後に接合部に金属不足が起らない程度に適宜設定される。
　載置工程は、図７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。これにより、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。また、載置工程によって封止体３の裏面３ｂと支柱１５の端面１５ａとが突き合わされて第三突合せ部Ｊ３が形成される。
　第一本接合工程は、図８に示すように、本接合用回転ツール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。第一本接合工程では、封止体３の表面３ａに設定された開始位置Ｓｐに右回転した本接合用回転ツールＦを挿入し、第一突合せ部Ｊ１の隙間に塑性流動材を流入させながら、封止体３に対して右廻りに本接合用回転ツールＦを移動させる。本接合用回転ツール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。
　図９に示すように、第一本接合工程では、基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３を封止体３に接触させた状態で、かつ、基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３ピンを段差側面１２ｂに接触させない状態で摩擦攪拌を行う。また、本接合用回転ツールＦの挿入深さは、基端側ピンＦ２の外周面を封止体３の表面３ａに接触させつつ、先端側ピンＦ３を段差底面１２ａに接触させない状態で摩擦攪拌を行う。基端側ピンＦ２の外周面と周壁端面１１ａとは接触させていない。なお、先端側ピンＦ３の外周面がジャケット本体２に接触していない状態とは、先端側ピンＦ３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から先端側ピンＦ３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から先端側ピンＦ３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先端側ピンＦ３の外周面を段差側面１２ｂに接触させず、かつ、先端側ピンＦ３の平坦面Ｆ４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。
　本接合用回転ツール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。本接合用回転ツール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１０は、本実施形態に係る第一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側に形成される。
　第二本接合工程は、図１１及び図１２に示すように、本接合用回転ツール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１１に示すように、封止体３の表面３ａに設定した開始位置Ｓｐに右回転した基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３を挿入し、支柱１５の外縁の内側に沿って一周させる。本接合用回転ツール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。
　図１２に示すように、第二本接合工程では、基端側ピンＦ２の外周面を封止体３の表面２ａに接触させるとともに、先端側ピンＦ３の先端を支柱１５の端面１５ａに接触させた状態で摩擦攪拌を行う。
　本接合用回転ツールＦを支柱１５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。本接合用回転ツール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。塑性化領域Ｗ２は、第三突合せ部Ｊ３を超えて支柱１５に達するように形成されている。なお、第二本接合工程では、基端側ピンＦ２の外周面を封止体３の表面３ａに接触させつつ、先端側ピンＦ３が支柱１５の端面１５ａに接触しないように本接合用回転ツールＦの挿入深さを設定してもよい。この場合は、先端側ピンＦ３と封止体３との摩擦熱によって第三突合せ部Ｊ３が塑性流動化されて接合される。
　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、封止体３と基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３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、基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３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、接合強度の低下を招くことなく基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３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、封止体３の板厚を大きくするとともに、第一突合せ部Ｊ１の隙間に塑性流動材を流入させるため、接合部の金属不足を防止することができる。
　ここで、図１３に示すように、従来の回転ツール９００であると、ショルダ部で被接合金属部材９１０の表面を押えないため凹溝（被接合金属部材の表面と塑性化領域の表面とで構成される凹溝）が大きくなるとともに、接合表面粗さが大きくなるという問題がある。また、凹溝の脇に膨出部（接合前に比べて被接合金属部材の表面が膨らむ部位）が形成されるという問題がある。一方、図１４の回転ツール９０１のように、回転ツール９０１のテーパー角度Ｅ２を回転ツール９００のテーパー角度Ｅ１よりも大きくすると、回転ツール９００に比べて被接合金属部材９１０の表面を押えることはできるため、凹溝は小さくなり、膨出部も小さくなる。しかし、下向きの塑性流動が強くなるため、塑性化領域の下部にキッシングボンドが形成されやすくなる。
　これに対し、本実施形態の本接合用回転ツールＦは、基端側ピンＦ２と、基端側ピンＦ２のテーパー角度Ａよりもテーパー角度が小さい先端側ピンＦ３を備えた構成になっている。これにより、封止体３に本接合用回転ツールＦを挿入しやすくなる。また、先端側ピンＦ３のテーパー角度Ｂが小さいため、封止体３の深い位置まで本接合用回転ツールＦを容易に挿入することができる。また、先端側ピンＦ３のテーパー角度Ｂが小さいため、回転ツール９０１に比べて下向きの塑性流動を抑えることができる。このため、塑性化領域Ｗ１の下部にキッシングボンドが形成されるのを防ぐことができる。一方、基端側ピンＦ２のテーパー角度Ａは大きいため、従来の回転ツールに比べ、被接合金属部材の厚さや接合の高さ位置が変化しても安定して接合することができる。
　また、基端側ピンＦ２の外周面で塑性流動材を押えることができるため、接合表面に形成される凹溝を小さくすることができるとともに、凹溝の脇に形成される膨出部を無くすか若しくは小さくすることができる。また、階段状のピン段差部Ｆ２１は浅く、かつ、出口が広いため、塑性流動材を段差底面Ｆ２１ａで押さえつつ塑性流動材がピン段差部Ｆ２１の外部に抜けやすくなっている。そのため、基端側ピンＦ２で塑性流動材を押えても基端側ピンＦ２の外周面に塑性流動材が付着し難い。よって、接合表面粗さを小さくすることができるとともに、接合品質を好適に安定させることができる。
　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、先端側ピンＦ３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（図７参照）と、先端側ピンＦ３の傾斜角度α（図１参照）とを同一（段差側面１２ｂと先端側ピンＦ３の外周面とを平行）にしているため、先端側ピンＦ３と段差側面１２ｂとの接触を避けつつ、先端側ピンＦ３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、本接合用回転ツールＦの回転方向及び進行方向は適宜設定すればよいが、本接合用回転ツール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本接合用回転ツール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の周囲における基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３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、第二本接合工程を行うことにより、ジャケット本体２と封止体３との接合強度を高めることができる。また、第一本接合工程と同様に、第二本接合工程によれば、本接合用回転ツールＦの基端側ピンＦ２で、封止体３の表面３ａを押さえながら摩擦攪拌を行うため、接合表面粗さを小さくすることができるとともに、接合品質を好適に安定させることができる。
　また、封止体３の板厚を段差側面１２ｂの高さ寸法よりも大きくしているため、第一突合せ部Ｊ１の金属不足を防ぐことができる。また、封止体３の板厚を大きくすることにより、板厚が薄い場合に比べて発熱体との熱交換効率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。
　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。
　第二実施形態の第一本接合工程では、図１５に示すように、本接合用回転ツールＦを第一突合せ部Ｊ１に沿って相対移動させる際に、先端側ピンＦ３を段差側面１２ｂにわずかに接触させつつ、基端側ピンＦ２の外周面を封止体３の表面３ａに接触させた状態で摩擦攪拌を行う。また、第一本接合工程では、基端側ピンＦ２は周壁端面１１ａに接触させておらず、先端側ピンＦ３は段差底面１２ａに接触させていない。
　ここで、段差側面１２ｂに対する先端側ピンＦ３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、先端側ピンＦ３の外周面を段差側面１２ｂにわずかに接触させ、かつ、先端側ピンＦ３の平坦面Ｆ４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の間で設定することが好ましい。
　本実施形態の第一本接合工程では、先端側ピンＦ３の外周面と段差側面１２ｂとをわずかに接触させるに留めるため、第一突合せ部Ｊ１を確実に接合することができるとともに、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、本実施形態の第一本接合工程では、段差側面１２ｂと先端側ピンＦ３の外周面とを平行にしているため、先端側ピンＦ３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、先端側ピンＦ３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た場合でも、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、第一実施形態と同様に、基端側ピンＦ２の外周面で塑性流動材を押えることができるため、接合表面に形成される凹溝を小さくすることができるとともに、凹溝の脇に形成される膨出部を無くすか若しくは小さくすることができる。また、接合表面粗さを小さくすることができるとともに、接合品質を好適に安定させることができる。
［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。
　第三実施形態の第一本接合工程では、図１６に示すように、本接合用回転ツールＦを第一突合せ部Ｊ１に沿って相対移動させる際に、先端側ピンＦ３の外周面を段差側面１２ｂに接触させず、かつ、先端側ピンＦ３の平坦面Ｆ４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。
　第三実施形態によれば、第一実施形態と略同等の効果を得ることができる。さらに、先端側ピンＦ３の平坦面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ため、第二突合せ部Ｊ２の接合強度を高めることができる。また、先端側ピンＦ３と段差底面１２ａとは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防ぐことができる。
［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、第四実施形態に係る第一本接合工程において、先端側ピンＦ３の外周面を段差側面１２ｂにわずかに接触させつつ、先端側ピンＦ３の平坦面Ｆ４を段差底面１２ａにわずかに接触させた状態で摩擦攪拌を行う。また、本実施形態に係る第一本接合工程では、基端側ピンＦ２の外周面で封止体３の表面３ａを押さえた状態で摩擦攪拌を行う。先端側ピンＦ３と段差側面１２ｂとのオフセット量Ｎは第二実施形態と同じように設定すればよい。
　第四実施形態によれば、第二実施形態と略同等の効果を得ることができる。また、先端側ピンＦ３の平坦面Ｆ４を段差底面１２ａに接触させた状態で摩擦攪拌を行うことで、第二突合せ部Ｊ２の接合強度を高めることができる。また、平坦面Ｆ４と段差底面１２ａとは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防ぐことができる。
［第一実施形態の第一変形例］
　次に、第一実施形態の第一変形例に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。図１８に示すように、第一変形例では、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。第一実施形態の第一変形例では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
　第一実施形態の第一変形例では、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、特許請求の範囲の「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、当該第一変形例では第一本接合工程における本接合用回転ツール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。
　第一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、当該第一変形例では、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本接合用回転ツール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。
［第一実施形態の第二変形例］
　次に、第一実施形態の第二変形例に係る液冷ジャケットの製造方法について説明する。図１９Ａ，１９Ｂに示すように、第一実施形態の第二変形例では、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。当該第二変形例では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
　当該第二変形例では、図１９Ａに示すように、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。
　当該第二変形例の固定工程では、図１９Ｂに示すように、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。
　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、周壁端面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。
　当該第二変形例の第一本接合工程及び第二本接合工程では、本接合用回転ツール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、基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３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の周壁端面１１ａ及び封止体３の表面３ａの曲面に沿って本接合用回転ツール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、当該第二変形例の第一本接合工程及び第二本接合工程によれば、周壁端面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、当該第二変形例の本接合用回転ツール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、本接合用回転ツール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、当該第二変形例では、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、当該第二変形例ではジャケット本体２又は封止体３の変形量に応じて基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３の高さ位置を変更したが、テーブルＫＡに対する基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３の高さを一定にして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、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、本接合用回転ツール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、本接合用回転ツール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２０に示すように、第一実施形態の第三変形例では、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。
　第一実施形態の第三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２１に示すように、第三変形例では、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、特許請求の範囲の「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、当該第三変形例では第一本接合工程における本接合用回転ツール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。
　当該第三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。
　当該第三変形例の第一本接合工程及び第二本接合工程では、本接合用回転ツール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、基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３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の周壁端面１１ａ及び封止体３の表面３ａに沿って本接合用回転ツール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、当該第三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、当該第三変形例では、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、当該第三変形例では、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、当該第三変形例ではジャケット本体２又は封止体３の変形量に応じて基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３の高さ位置を変更したが、テーブルＫＢに対する基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３の高さを一定にして本接合工程を行ってもよい。
　１　　　液冷ジャケット
　２　　　ジャケット本体
　３　　　封止体
　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
　１５　　支柱
　１５ａ　端面
　Ｆ　　　本接合用回転ツール（回転ツール）
　Ｆ１　　基軸部
　Ｆ２　　基端側ピン
　Ｆ３　　先端側ピン
　Ｆ４　　平坦面
　Ｊ１　　第一突合せ部
　Ｊ２　　第二突合せ部
　Ｊ３　　第三突合せ部
　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 (13)

  1. 　底部及び前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を有するジャケット本体と、前記ジャケット本体の開口部を封止する封止体とで構成され、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、
    　回転ツールは、基端側ピンと、先端側ピンとを備える摩擦攪拌用の本接合用回転ツールであって、前記基端側ピンのテーパー角度は、先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、
    　前記基端側ピンの外周面には階段状のピン段差部が形成されており、
    　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、前記封止体の板厚を前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくする準備工程と、
    　前記ジャケット本体に前記封止体を載置し、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせた際に隙間があるように第一突合せ部を形成するとともに、前記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する載置工程と、
    　回転する前記回転ツールの先端側ピンと基端側ピンとを前記封止体に挿入し、前記基端側ピンの外周面を前記封止体の表面に接触させ、前記先端側ピンの外周面を前記周壁段差部の段差側面に接触させない状態で、前記第一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一本接合工程と、を含むことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。
  2. 　前記第一本接合工程において、前記先端側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移動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。
  3. 　底部及び前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を有するジャケット本体と、前記ジャケット本体の開口部を封止する封止体とで構成され、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、
    　回転ツールは、基端側ピンと、先端側ピンとを備える摩擦攪拌用の本接合用回転ツールであって、前記基端側ピンのテーパー角度は、先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、
    　前記基端側ピンの外周面には階段状のピン段差部が形成されており、
    　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、前記封止体の板厚を前記周壁段差部の前記段差側面の高さ寸法よりも大きくする準備工程と、
    　前記ジャケット本体に前記封止体を載置し、前記周壁段差部の段差側面と前記封止体の外周側面とを突き合わせた際に隙間があるように第一突合せ部を形成するとともに、前記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する載置工程と、
    　回転する前記回転ツールの先端側ピンと基端側ピンとを前記封止体に挿入し、前記基端側ピンの外周面を前記封止体の表面に接触させ、前記先端側ピンの外周面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一本接合工程と、を含むことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。
  4. 　前記第一本接合工程において、前記先端側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移動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。
  5. 　前記第一本接合工程において、前記回転ツールを前記第一突合せ部に沿って一周させて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。
  6. 　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。
  7. 　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において、前記回転ツールの前記基端側ピン及び前記先端側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。
  8. 　前記第一本接合工程に先だって、前記第一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１又は請求項３に記載の液冷ジャケットの製造方法。
  9. 　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１又は請求項３に記載の液冷ジャケットの製造方法。
  10. 　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。
  11. 　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。
  12. 　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。
  13. 　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１又は請求項３に記載の液冷ジャケットの製造方法。
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