(57)【要約】【課題】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。【解決手段】ジャケット本体２に封止体３を載置することにより周壁部１１の端面１１ａと封止体３の裏面３ｂとを重ね合わせて突合せ部Ｊ１に断面Ｖ字状の隙間を形成する載置工程と、回転する回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を封止体３の側面３ｃに挿入し、先端側ピンＦ３の外周面を周壁部１１の傾斜面１１ｂにわずかに接触させた状態で、隙間に第二アルミニウム合金を流入させながら、突合せ部Ｊ１よりも封止体３側に設定された設定移動ルートＬ１に沿って所定の深さで封止体３の側面３ｃの廻りに一周させて突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌する本接合工程と、を含む。【選択図】図４
2020196026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて、ジャケット本体と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、底部及び前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を有し、前記封止体は、前記ジャケット本体の開口部を封止するものであり、
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、前記周壁部の端面は前記ジャケット本体の側面に向かって下り勾配となる傾斜面となっており、
前記攪拌ピンは先細りとなっており、
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部の端面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて突合せ部に断面Ｖ字状の隙間を形成する載置工程と、
回転する前記回転ツールの攪拌ピンのみを前記封止体の側面に挿入し、前記攪拌ピンの外周面を前記周壁部の前記傾斜面にわずかに接触させた状態で、前記隙間に前記第二アルミニウム合金を流入させながら、前記突合せ部よりも封止体側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記封止体の側面の廻りに一周させて前記突合せ部を摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、
前記本接合工程において、前記封止体の表面と前記ジャケット本体の裏面とを両外側から一対の保持部で押圧して保持しつつ、前記保持部を用いて前記ジャケット本体及び前記封止体を回転又は平行移動させて前記ジャケット本体と前記封止体とを回転させつつ摩擦攪拌することを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。
【請求項２】
前記載置工程では、前記ジャケット本体の側面よりも前記封止体の側面の方が外側となるように、前記ジャケット本体及び前記封止体を形成する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。
【請求項３】
前記回転ツールの回転方向及び進行方法を前記突合せ部側がアドバンシング側となるように設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項４】
攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて、ジャケット本体と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、底部及び前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を有し、前記封止体は、前記ジャケット本体の開口部を封止するものであり、
前記ジャケット本体は第二アルミニウム合金で形成されており、前記封止体は第一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、前記封止体の裏面の周縁部は前記封止体の側面に向かって板厚が小さくなるように傾斜面となっており、
前記攪拌ピンは先細りとなっており、
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部の端面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて突合せ部に断面Ｖ字状の隙間を形成する載置工程と、
回転する前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記ジャケット本体の側面に挿入し、前記攪拌ピンの外周面を前記封止体の前記傾斜面にわずかに接触させた状態で、前記隙間に前記第二アルミニウム合金を流入させながら、前記突合せ部よりもジャケット本体側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記ジャケット本体の側面の廻りに一周させて前記突合せ部を摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、
前記本接合工程において、前記封止体の表面と前記ジャケット本体の裏面とを両外側から一対の保持部で押圧して保持しつつ、前記保持部を用いて前記ジャケット本体及び前記封止体を回転又は平行移動させて前記ジャケット本体と前記封止体とを回転させつつ摩擦攪拌することを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。
【請求項５】
載置工程では、前記封止体の側面よりも前記ジャケット本体の側面の方が外側となるように、前記ジャケット本体と前記封止体とを形成することを特徴とする請求項４に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項６】
前記回転ツールの回転方向及び進行方法を前記突合せ部側がアドバンシング側となるように設定することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液冷ジャケットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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８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Ｆ４０の連結部Ｆ４１を封止体１０２から離間させ、攪拌ピンＦ４２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Ｆ４０の回転中心軸Ｚ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。
【０００３】
また、例えば、特許文献２には、ジャケット本体と、ジャケット本体の開口部を封止する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が開示されている。当該液冷ジャケットの製造方法では、ジャケット本体及び封止体の側面から垂直に回転ツールを挿入し、ジャケット本体の廻りに一周させて摩擦攪拌を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１３１３２１号公報
【特許文献２】特開２０１８−６９３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、図８のように摩擦攪拌接合を行うと、攪拌ピンＦ４２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Ｆ４０の攪拌ピンＦ４２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。
【０００６】
また、特許文献２に係る発明の摩擦攪拌工程では、ジャケット本体と封止体とをクランプ等の治具を介して架台の上に固定して位置ずれを防いでいる。しかし、特許文献２に係る発明では、回転ツールとジャケット本体の側面とを垂直にした状態で回転ツールをジャケット本体廻りに一周させるため、回転ツールと治具とが干渉するという問題がある。これにより、周方向に工程を分けて摩擦攪拌接合を行わなければならず、工数が増えるという問題がある。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて、ジャケット本体と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、底部及び前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を有し、前記封止体は、前記ジャケット本体の開口部を封止するものであり、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、前記周壁部の端面は前記ジャケット本体の側面に向かって下り勾配となる傾斜面となっており、前記攪拌ピンは先細りとなっており、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部の端面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて突合せ部に断面Ｖ字状の隙間を形成する載置工程と、回転する前記回転ツールの攪拌ピンのみを前記封止体の側面に挿入し、前記攪拌ピンの外周面を前記周壁部の前記傾斜面にわずかに接触させた状態で、前記隙間に前記第二アルミニウム合金を流入させながら、前記突合せ部よりも封止体側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記封止体の側面の廻りに一周させて前記突合せ部を摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、前記本接合工程において、前記封止体の表面と前記ジャケット本体の裏面とを両外側から一対の保持部で押圧して保持しつつ、前記保持部を用いて前記ジャケット本体及び前記封止体を回転又は平行移動させて前記ジャケット本体と前記封止体とを回転させつつ摩擦攪拌することを特徴とする。
【０００９】
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、突合せ部において周壁部と封止体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周壁部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、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、周壁部の端面に傾斜面を設けることで、周壁部と回転ツールとの接触代を小さくすることができる。
また、ジャケット本体の底部と封止体の表面とを一対の保持部で保持した状態でジャケット本体及び封止体を回転又は平行移動させるため、本接合工程中に保持部と回転ツールとが干渉しない。つまり、ジャケット本体と封止体とを位置決めするための治具が回転ツールの移動の妨げにならない。これにより、工数を削減することができ、摩擦攪拌接合を容易に行うことができる。
【００１０】
また、前記載置工程では、前記ジャケット本体の側面よりも前記封止体の側面の方が外側となるように、前記ジャケット本体及び前記封止体を形成することが好ましい。
かかる製造方法によれば、接合部が金属不足となるのを防ぐことができる。
【００１１】
また、前記回転ツールの回転方向及び進行方法を前記突合せ部側がアドバンシング側となるように設定することが好ましい。
かかる製造方法によれば、突合せ部の摩擦攪拌が促進され、より好適に接合することができる。
【００１２】
また、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて、ジャケット本体と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、底部及び前記底部の周縁から立ち上がる周壁部を有し、前記封止体は、前記ジャケット本体の開口部を封止するものであり、前記ジャケット本体は第二アルミニウム合金で形成されており、前記封止体は第一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、前記封止体の裏面の周縁部は前記封止体の側面に向かって板厚が小さくなるように傾斜面となっており、前記攪拌ピンは先細りとなっており、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部の端面と前記封止体の裏面とを重ね合わせて突合せ部に断面Ｖ字状の隙間を形成する載置工程と、回転する前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記ジャケット本体の側面に挿入し、前記攪拌ピンの外周面を前記封止体の前記傾斜面にわずかに接触させた状態で、前記隙間に前記第二アルミニウム合金を流入させながら、前記突合せ部よりもジャケット本体側に設定された設定移動ルートに沿って所定の深さで前記ジャケット本体の側面の廻りに一周させて前記突合せ部を摩擦攪拌する本接合工程と、を含み、前記本接合工程において、前記封止体の表面と前記ジャケット本体の裏面とを両外側から一対の保持部で押圧して保持しつつ、前記保持部を用いて前記ジャケット本体及び前記封止体を回転又は平行移動させて前記ジャケット本体と前記封止体とを回転させつつ摩擦攪拌することを特徴とする。
【００１３】
かかる製造方法によれば、ジャケット本体と攪拌ピンとの摩擦熱によって突合せ部の主としてジャケット本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、突合せ部において周壁部と封止体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わずかに接触させるに留めるため、封止体からジャケット本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、突合せ部においては主としてジャケット本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、封止体の裏面に傾斜面を設けることで、封止体と回転ツールとの接触代を小さくすることができる。
また、ジャケット本体の底部と封止体の表面とを一対の保持部で保持した状態でジャケット本体及び封止体を回転又は平行移動させるため、本接合工程中に保持部と回転ツールとが干渉しない。つまり、ジャケット本体と封止体とを位置決めするための治具が回転ツールの移動の妨げにならない。これにより、工数を削減することができ、摩擦攪拌接合を容易に行うことができる。
【００１４】
また、載置工程では、前記封止体の側面よりも前記ジャケット本体の側面の方が外側となるように、前記ジャケット本体と前記封止体とを形成することが好ましい。
かかる製造方法によれば、接合部が金属不足となるのを防ぐことができる。
【００１５】
また、前記回転ツールの回転方向及び進行方法を前記突合せ部側がアドバンシング側となるように設定することが好ましい。
かかる製造方法によれば、突合せ部の摩擦攪拌が促進され、より好適に接合することができる。
【発明の効果】
【００１６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の本接合工程を示す斜視図である。
【図４】第一実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の本接合工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第二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。
【図６】第二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。
【図７】第二実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の本接合工程を示す断面図である。
【図８】従来の液冷ジャケットの製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第一実施形態］
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、本発明の第一実施形態に係る接合方法について図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の液冷ジャケットの製造方法は、ジャケット本体２と封止体３とを摩擦攪拌接合して液冷ジャケット１を製造するというものである。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。
【００１９】
本実施形態に係る接合方法は、準備工程と、載置工程と、本接合工程と、を行う。準備工程は、ジャケット本体２と封止体３とを準備する工程である。ジャケット本体２は、底部１０と、周壁部１１とで主に構成されている。ジャケット本体２は、第一アルミニウム合金を主に含んで形成されている。第一アルミニウム合金は、例えば、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。
【００２０】
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４つの角部は丸面取り加工が施されている。周壁部１１の端面１１ａには、外側に向かうにつれて下方（底部１０側）に傾斜する傾斜面１１ｂが形成されている。傾斜面１１ｂは、周方向全体に亘って設けられている。底部１０及び周壁部１１で凹部１３が形成されている。
【００２１】
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、ジャケット本体２よりも一回り大きくなるように形成されている。封止体３の角部は丸面取り加工が施されている。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。
【００２２】
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、周壁部１１の端面１１ａに封止体３の裏面３ｂを載置する。周壁部１１の端面１１ａと封止体３の裏面３ｂ、及び、傾斜面１１ｂと封止体３の裏面３ｂとが突き合わされて突合せ部Ｊ１が形成される。突合せ部Ｊ１は、端面１１ａと封止体３の裏面３ｂのように対向する面同士が接触する場合と、傾斜面１１ｂと封止体３の裏面３ｂのように断面略Ｖ字状の隙間をあけて突き合わされる場合も含み得る。
【００２３】
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とで構成されており、例えば工具鋼で形成されている。連結部Ｆ１は、図示しない摩擦攪拌装置に取り付けられる部位であって、円柱状をしている。攪拌ピンＦ２は、連結部Ｆ１から垂下しており、連結部Ｆ１と同軸である。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。攪拌ピンＦ２の外周面には螺旋溝が刻まれている。攪拌ピンＦ２の先端は平坦面Ｆ４になっており、その中心が中心Ｆ５である。
【００２４】
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。回転ツールＦを右回転させる場合は、螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて左回りに形成することが好ましい。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、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。
【００２５】
本接合工程では、保持工程と、摩擦攪拌工程とを行う。保持工程は、一対の保持部２２を備える挟持装置（治具）でジャケット本体２の裏面１０ａと封止体３の表面３ａとを両外側から押圧して保持する。本実施形態では、保持部２２と底部１０との間、保持部２２と封止体３との間にそれぞれ中間プレート２１を介設している。保持部２２は円柱状を呈し、その端面が中間プレート２１，２１にそれぞれ面接触する。中間プレート２１を設けることで、保持部２２の押圧力を分散させて、ジャケット本体２及び封止体３を確実に保持することができる。なお、中間プレート２１は省略してもよい。
【００２６】
挟持装置の保持部２２とジャケット本体２及び封止体３とは同期して回転又は平行移動する。つまり、当該挟持装置は、ジャケット本体２の底部１０及び封止体３の表面３ａを保持部２２，２２でそれぞれ押圧し挟持した状態で、ジャケット本体２及び封止体３を周方向に回転させるとともに、上下、左右及び前後方向に移動させることができる。
【００２７】
摩擦攪拌工程では、図３、図４に示すように、ジャケット本体２及び封止体３を保持する保持工程を行い、挟持装置（治具）を用いてジャケット本体２及び封止体３を保持する。そして、回転ツールＦの位置は固定しつつ、挟持装置を操作して、封止体３の側面３ｃに設定した設定移動ルートＬ１上の開始位置ＳＰ１に左回転させた攪拌ピンＦ２のみを挿入する。回転ツールＦの回転中心軸Ｚと封止体３の側面３ｃとは垂直となるようにする。設定移動ルートＬ１は、封止体３の側面３ｃから見た場合に、回転ツールＦの平坦面Ｆ４の中心Ｆ５（図４参照）が通るルートである。設定移動ルートＬ１は、本実施形態では、封止体３の裏面３ｂよりも表面３ａ側に設定する。
【００２８】
なお、回転ツールＦを挿入する際に、設定移動ルートＬ１よりも表面３ａ側に挿入するとともに、設定移動ルートＬ１に向けて相対移動させつつ、徐々に挿入深さが深くなるように設定してもよい。また、回転ツールＦを設定移動ルートＬ１上に挿入し、相対移動させながら徐々に挿入深さが深くなるように設定してもよい。
【００２９】
本接合工程では、攪拌ピンＦ２の外周面を封止体３の側面３ｃに接触させつつ、攪拌ピンＦ２の外周面を周壁部１１の傾斜面１１ｂ及び端面１１ａにわずかに接触させた状態とする。この状態で、突合せ部Ｊ１に沿って回転ツールＦを移動させる際に封止体３の第二アルミニウム合金を突合せ部Ｊ１の隙間に流入させながら摩擦攪拌を行う。回転ツールＦは、進行方向左側に封止体３が位置するようにし、突合せ部Ｊ１に沿って一周させる。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。
【００３０】
ここで、周壁部１１の傾斜面１１ｂ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の外周面を傾斜面１１ｂにわずかに接触させる場合は、オフセット量Ｎを、例えば、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。設定移動ルートＬ１は、攪拌ピンＦ２と傾斜面１１ｂとの接触代が前記の範囲となるように封止体３の側面３ｃ上に設定する。
【００３１】
回転ツールＦを突合せ部Ｊ１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を引き抜く場合は、封止体３の側面３ｃにおいて、設定移動ルートＬ１上で回転ツールＦを相対移動させながら徐々に引き抜いてもよい（徐々に上昇させてもよい）。また、設定移動ルートＬ１よりも表面３ａ側に設定された終了位置に回転ツールＦを相対移動させつつ、徐々に引き抜いてもよい（徐々に上昇させてもよい）。
【００３２】
以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、封止体３と攪拌ピンＦ２との摩擦熱によって突合せ部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る。そのため、突合せ部Ｊ１において周壁部１１と封止体３とを接合することができる。また、攪拌ピンＦ２の外周面を周壁部１１の傾斜面１１ｂ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、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。
【００３３】
仮に、傾斜面１１ｂを設けずに、周壁部１１の端面１１ａの全体と封止体３の裏面３ｂとを面接触させると、攪拌ピンＦ２と周壁部１１との接触代が大きくなってしまい、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が多くなってしまうという問題がある。しかし、本実施形態によれば、周壁部１１の端面１１ａに傾斜面１１ｂを設けているため、傾斜面１１ｂと攪拌ピンＦ２との接触代が大きくなるのを容易に回避することができる。
【００３４】
また、ジャケット本体２の裏面１０ａと封止体３の表面３ａとを一対の保持部２２で両外側から保持した状態でジャケット本体２及び封止体３を回転又は移動させるため、第一本接合工程中に保持部２２と回転ツールＦとが干渉しない。つまり、ジャケット本体２と封止体３とを位置決めするための治具が、回転ツールＦの移動ルート上に無いため回転ツールＦの移動の妨げにならない。これにより、工数を削減することができ、本接合工程を容易に行うことができる。
【００３５】
また、攪拌ピンＦ２の傾斜角度α（図４参照）及び傾斜面１１ｂの傾斜角度β（図２参照）は適宜設定すればよいが、本実施形態では、傾斜面１１ｂの傾斜角度βと、攪拌ピンＦ２の傾斜角度αとを同一（傾斜面１１ｂ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と傾斜面１１ｂとをバランスよく接触させることができる。
【００３６】
また、本接合工程では、回転ツールＦの回転方向及び進行方向は適宜設定すればよいが、回転ツールＦの移動軌跡に形成される塑性化領域Ｗ１のうち、周壁部１１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。周壁部１１（突合せ部Ｊ１）側がシアー側となるように設定することで、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、突合せ部Ｊ１における温度上昇が期待でき、突合せ部Ｊ１において周壁部１１と封止体３とをより確実に接合することができる。
【００３７】
なお、シアー側（Advancing side：アドバンシング側）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：リトリーティング側）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。
【００３８】
また、封止体３の寸法を周壁部１１の寸法よりも大きくなるように設定している。換言すると、図４に示すように、回転ツールＦの進行方向後方から見た場合に、封止体３の側面３ｃが、周壁部１１の側面１１ｃよりも高い位置となるように設定している。これにより、突合せ部Ｊ１にＶ字状の隙間が形成されていても、接合部の金属不足を防ぐことができる。
【００３９】
［第二実施形態］
次に、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。第二実施形態では、ジャケット本体２Ａを第二アルミニウム合金で形成し、封止体３Ａを第一アルミニウム合金で形成する点で第一実施形態と相違する。第二実施形態では、第一実施形態と相違する点を中心に説明する。
【００４０】
本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、本接合工程とを行う。図５に示すように、準備工程は、ジャケット本体２Ａ及び封止体３Ａを用意する工程である。ジャケット本体２Ａ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。
【００４１】
ジャケット本体２Ａは、平面視矩形を呈する底部１０と、底部１０の周縁部から矩形枠状に立ち上がる周壁部１１とで構成されている。周壁部１１の端面１１ａは平坦面になっている。
【００４２】
封止体３Ａは、ジャケット本体２の開口部を覆う平面視矩形の板状部材である。封止体３Ａ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６に示すように、封止体３は、ジャケット本体２よりも一周り小さくなるように形成されている。封止体３Ａの裏面３ｂの周縁部には、全周に亘って傾斜面３ｄが形成されている。傾斜面３ｄは、側面３ｃに向けて封止体３の板厚が小さくなるように傾斜している。
【００４３】
載置工程では、図６に示すように、ジャケット本体２Ａに封止体３Ａを載置する工程である。載置工程では、周壁部１１の端面１１ａに封止体３の裏面３ｂを載置する。周壁部１１の端面１１ａと封止体３Ａの裏面３ｂ、及び、周壁部１１の端面１１ａと封止体３Ａの傾斜面３ｄとが突き合わされて突合せ部Ｊ２が形成される。突合せ部Ｊ２は、周壁部１１の端面１１ａと封止体３Ａの裏面３ｂのように対向する面同士が接触する場合と、封止体３Ａの傾斜面３ｄと周壁部１１の端面１１ａのように断面略Ｖ字状の隙間をあけて突き合わされる場合も含み得る。
【００４４】
本接合工程は、図７に示すように、回転ツールＦを用いて突合せ部Ｊ２を摩擦攪拌接合する工程である。本接合工程では、保持工程と、摩擦攪拌工程とを行う。保持工程は、第一実施形態と同様に（図示省略、図３参照）、一対の保持部２２を備える挟持装置（治具）でジャケット本体２Ａの裏面１０ａと封止体３Ａの表面３ａとを両外側から押圧して保持する。本実施形態では、保持部２２と底部１０との間、保持部２２と封止体３Ａとの間にそれぞれ中間プレート２１を介設している。保持部２２は円柱状を呈し、その端面が中間プレート２１，２１にそれぞれ面接触する。中間プレート２１を設けることで、保持部２２の押圧力を分散させて、ジャケット本体２Ａ及び封止体３Ａを確実に保持することができる。なお、中間プレート２１は省略してもよい。
【００４５】
挟持装置の保持部２２とジャケット本体２Ａ及び封止体３Ａとは同期して回転又は平行移動する。つまり、当該挟持装置は、ジャケット本体２Ａの底部１０及び封止体３Ａの表面３ａを保持部２２，２２でそれぞれ押圧し挟持した状態で、ジャケット本体２Ａ及び封止体３Ａを周方向に回転させるとともに、上下、左右及び前後方向に移動させることができる。
【００４６】
摩擦攪拌工程では、ジャケット本体２Ａ及び封止体３Ａを保持する保持工程を行い、挟持装置（治具）を用いてジャケット本体２Ａ及び封止体３Ａを保持する。そして、回転ツールＦの位置は固定しつつ、挟持装置を操作して、周壁部１１の側面１１ｃに設定した設定移動ルートＬ１上に右回転させた攪拌ピンＦ２のみを挿入する。回転ツールＦの回転中心軸Ｚと周壁部１１の側面１１ｃとは垂直となるようにする。設定移動ルートＬ１は、周壁部１１の側面１１ｃから見た場合に、回転ツールＦの平坦面Ｆ４の中心Ｆ５（図７参照）が通るルートである。設定移動ルートＬ１は、本実施形態では、周壁部１１の端面１１ａよりも底部１０側に設定する。
【００４７】
なお、回転ツールＦを挿入する際に、設定移動ルートＬ１よりも底部１０側に挿入するとともに、設定移動ルートＬ１に向けて相対移動させつつ、徐々に挿入深さが深くなるように設定してもよい。また、回転ツールＦを設定移動ルートＬ１上に挿入し、相対移動させながら徐々に挿入深さが深くなるように設定してもよい。
【００４８】
本接合工程では、攪拌ピンＦ２の外周面を周壁部１１の側面１１ｃに接触させつつ、攪拌ピンＦ２の外周面を封止体３Ａの傾斜面３ｄ及び裏面３ｂにわずかに接触させた状態とする。この状態で、突合せ部Ｊ１に沿って回転ツールＦを移動させる際に周壁部１１の第二アルミニウム合金を突合せ部Ｊ２の隙間に流入させながら摩擦攪拌を行う。回転ツールＦは、進行方向左側に封止体３が位置するようにし、突合せ部Ｊ２に沿って一周させる。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。
【００４９】
ここで、封止体３Ａの傾斜面３ｄに対する攪拌ピンＦ２の外周面の接触代をオフセット量Ｎ１とする。本実施形態のように、攪拌ピンＦ２の外周面を傾斜面３ｄにわずかに接触させる場合は、オフセット量Ｎ１を、例えば、０＜Ｎ１≦０．５ｍｍの間で設定し、好ましくは０＜Ｎ１≦０．２５ｍｍの間で設定する。設定移動ルートＬ１は、攪拌ピンＦ２と傾斜面３ｄとの接触代が前記の範囲となるように周壁部１１の側面１１ｃ上に設定する。
【００５０】
回転ツールＦを突合せ部Ｊ２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を引き抜く場合は、周壁部１１の側面１１ｃにおいて、回転ツールＦを移動させながら徐々に引き抜いてもよい（徐々に上昇させてもよい）。また、設定移動ルートＬ１よりも底部１０側に設定された終了位置に回転ツールＦを相対移動させつつ徐々に引き抜いてもよい（徐々に上昇させてもよい）。
【００５１】
なお、本実施形態の本接合工程では、攪拌ピンＦ２の外周面と周壁部１１の側面１１ｃとを接触させつつ、平坦面Ｆ４と封止体３の裏面３ｂとが接触するように回転ツールＦの挿入深さを設定したが、攪拌ピンＦ２の外周面と封止体３の側面３ｃとを接触させつつ、平坦面Ｆ４が封止体３の裏面３ｂと接触せず、傾斜面３ｄのみと接触するように挿入深さを設定してもよい。
【００５２】
以上説明した本実施形態の接合方法によれば、ジャケット本体２Ａの周壁部１１と攪拌ピンＦ２との摩擦熱によって突合せ部Ｊ２の主としてジャケット本体２Ａ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る。そのため、突合せ部Ｊ２において周壁部１１と封止体３Ａとを接合することができる。また、攪拌ピンＦ２の外周面を封止体３Ａの傾斜面３ｄにわずかに接触させるに留めるため、封止体３Ａからジャケット本体２Ａ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、突合せ部Ｊ２においては主としてジャケット本体２Ａ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。
【００５３】
仮に、傾斜面３ｄを設けずに、周壁部１１の端面１１ａと封止体３Ａの裏面３ｂとを面接触させると、攪拌ピンＦ２と封止体３Ａとの接触代が大きくなってしまい、封止体３Ａからジャケット本体２Ａへの第一アルミニウム合金の混入が多くなってしまうという問題がある。しかし、本実施形態によれば、封止体３Ａの裏面３ｂに傾斜面３ｄを設けているため、傾斜面３ｄと攪拌ピンＦ２との接触代が大きくなるのを容易に回避することができる。
【００５４】
また、ジャケット本体２の裏面１０ａと封止体３Ａの表面３ａとを一対の保持部２２で両外側から保持した状態でジャケット本体２Ａ及び封止体３Ａを回転又は移動させるため、第一本接合工程中に保持部２２と回転ツールＦとが干渉しない。つまり、ジャケット本体２Ａと封止体３Ａとを位置決めするための治具が、回転ツールＦの移動ルート上に無いため回転ツールＦの移動の妨げにならない。これにより、工数を削減することができ、本接合工程を容易に行うことができる。
【００５５】
また、攪拌ピンＦ２の傾斜角度α（図７参照）及び傾斜面３ｄの傾斜角度γ（図６参照）は適宜設定すればよいが、本実施形態では、傾斜面３ｄの傾斜角度γと、攪拌ピンＦ２の傾斜角度αとを同一（傾斜面３ｄ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と傾斜面３ｄとをバランスよく接触させることができる。
【００５６】
また、本接合工程では、回転ツールＦの回転方向及び進行方向は適宜設定すればよいが、回転ツールＦの移動軌跡に形成される塑性化領域Ｗ１のうち、封止体３Ａ側がシアー側となり、ジャケット本体２Ａ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。封止体３Ａ（突合せ部Ｊ２）側がシアー側となるように設定することで、突合せ部Ｊ２の周囲における攪拌ピンＦ２による攪拌作用が高まり、突合せ部Ｊ２における温度上昇が期待でき、突合せ部Ｊ２において周壁部１１と封止体３Ａとをより確実に接合することができる。
【００５７】
また、ジャケット本体２Ａの寸法が封止体３Ａの寸法よりも大きくなるように設定している。換言すると、図７に示すように、回転ツールＦの進行方向後方から見た場合に、周壁部１１の側面１１ｃが、封止体３Ａの側面３ｃよりも高い位置となるように設定している。これにより、突合せ部Ｊ２にＶ字状の隙間が形成されていても、接合部の金属不足を防ぐことができる。
【００５８】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、前記の実施形態では、ジャケット本体２，２Ａ及び封止体３，３Ａのうち、第二アルミニウム合金を用いる一方側の寸法を、他方側よりも一周り大きく設定したが、両者を同一の大きさで形成してもよい。また、前記した実施形態の摩擦攪拌工程では、挟持装置を用いてジャケット本体２，２Ａ及び封止体３，３Ａを移動させたが、例えば、回転ツールＦと、ジャケット本体２，２Ａ及び封止体３，３Ａとを両方とも移動させてもよい。この場合は、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回転ツールＦを取り付けて回転ツールＦを移動させることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１      液冷ジャケット
２      ジャケット本体
３      封止体
３ｃ    側面
３ｄ    傾斜面
１１    周壁部
１１ａ  端面
１１ｂ  傾斜面
１１ｃ  側面
Ｊ１    突合せ部
Ｊ２    突合せ部
Ｆ      回転ツール
Ｆ２    攪拌ピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020196026.tif 000008
【図７】
2020196026.tif 000009
【図８】
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