特許 6443391 液冷ジャケットの製造方法及び液冷ジャケット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6443391

(24)【登録日】2018年12月7日

(45)【発行日】2018年12月26日

(54)【発明の名称】液冷ジャケットの製造方法及び液冷ジャケット

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20181217BHJP

   F28D 1/06 20060101ALI20181217BHJP

   H01L 23/473 20060101ALI20181217BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20181217BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/12 360

   B23K20/12 364

   B23K20/12 330

   F28D1/06 B

   H01L23/46 Z

   H05K7/20 N

【請求項の数】7

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2016-100367(P2016-100367)

(22)【出願日】2016年5月19日

(65)【公開番号】特開2017-42819(P2017-42819A)

(43)【公開日】2017年3月2日

【審査請求日】2017年7月3日

(31)【優先権主張番号】特願2015-166411(P2015-166411)

(32)【優先日】2015年8月26日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004743

【氏名又は名称】日本軽金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】堀 久司

(72)【発明者】

【氏名】瀬尾 伸城

【審査官】 奥隅 隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−３２４６４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／１０７７１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−０６１６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／１１４９７５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−０３５９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０２６２１７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／１０３８７４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

底部と前記底部の周縁から立ち上がる周壁部と、前記周壁部の端面から一段下がった位置に形成された段差底面と、前記段差底面から立ち上る段差側面とを備えるジャケット本体を形成するとともに、
第一金属で形成された板状の第一基板部と、前記第一基板部の表面側に前記第一基板部の周縁部が露出するように形成され第二金属で形成された板状の第二基板部と、前記第一基板部の裏面側に並設された複数のフィンとを備えた封止体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配置するとともに、前記段差側面と前記第一基板部の側面とを突き合わせて第一突合せ部を形成する封止体配置工程と、
回転ツールを前記第一突合せ部に挿入し、前記回転ツールの攪拌ピンを前記第一基板部及び前記周壁部の両方に接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って相対移動させて摩擦攪拌接合を行う接合工程と、を含み、
前記準備工程では、前記第一金属からなる第一基体部と前記第二金属からなる第二基体部とがクラッドされたクラッド材を用意し、
前記第一基体部を切削して前記第一基板部及びブロック部を形成する第一切削工程と、
前記第二基体部を切削して前記第一基板部の周縁部を露出させるとともに前記第二基板部を形成する第二切削工程と、
円盤カッターが並設されたマルチカッターで前記ブロック部を切削して複数の前記フィンを形成するフィン形成工程と、をさらに含むことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。

【請求項2】

底部と前記底部の周縁から立ち上がる周壁部と、前記周壁部の端面から一段下がった位置に形成された段差底面と、前記段差底面から立ち上る段差側面とを備えるジャケット本体を形成するとともに、
第一金属で形成された板状の第一基板部と、前記第一基板部の表面側に前記第一基板部の周縁部が露出するように形成され第二金属で形成された板状の第二基板部と、前記第一基板部の裏面側に並設された複数のフィンとを備えた封止体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配置するとともに、前記段差側面と前記第一基板部の側面とを突き合わせて第一突合せ部を形成する封止体配置工程と、
前記第一突合せ部に沿って補助部材を配置する補助部材配置工程と、
回転ツールを前記第一突合せ部に挿入し、前記周壁部、前記第一基板部及び前記補助部材に前記回転ツールの攪拌ピンのみを接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って相対移動させて摩擦攪拌接合を行う接合工程と、を含み、
前記接合工程では、前記補助部材にバリが発生するように接合条件を設定し、
前記バリが形成された前記補助部材を切除する除去工程をさらに含むことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。

【請求項3】

底部と前記底部の周縁から立ち上がる周壁部と、前記周壁部の端面から一段下がった位置に形成された段差底面と、前記段差底面から立ち上る段差側面とを備えるジャケット本体を形成するとともに、
第一金属で形成された板状の第一基板部と、前記第一基板部の表面側に前記第一基板部の周縁部が露出するように形成され第二金属で形成された板状の第二基板部と、前記第一基板部の裏面側に並設された複数のフィンとを備えた封止体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配置するとともに、前記段差側面と前記第一基板部の側面とを突き合わせて第一突合せ部を形成する封止体配置工程と、
前記第一突合せ部に沿って補助部材を配置する補助部材配置工程と、
回転ツールを前記第一突合せ部に挿入し、前記周壁部、前記第一基板部及び前記補助部材に前記回転ツールの攪拌ピンのみを接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って相対移動させて摩擦攪拌接合を行う接合工程と、を含み、
前記接合工程では、前記回転ツールの回転中心軸を外側に傾斜させた状態で摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。

【請求項4】

底部と前記底部の周縁から立ち上がる周壁部と、前記周壁部の端面から一段下がった位置に形成された段差底面と、前記段差底面から立ち上る段差側面とを備えるジャケット本体を形成するとともに、
第一金属で形成された板状の第一基板部と、前記第一基板部の表面側に前記第一基板部の周縁部が露出するように形成され第二金属で形成された板状の第二基板部と、前記第一基板部の裏面側に並設された複数のフィンとを備えた封止体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配置するとともに、前記段差側面と前記第一基板部の側面とを突き合わせて第一突合せ部を形成する封止体配置工程と、
回転ツールを前記第一突合せ部に挿入し、前記回転ツールの攪拌ピンを前記第一基板部及び前記周壁部の両方に接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って相対移動させて摩擦攪拌接合を行う接合工程と、を含み、
前記準備工程では、前記ジャケット本体の前記底部に、端面に突出部を備えた支持部を形成し、
前記第一基板部に孔部を形成するとともに前記第一基板部の表面のうち前記孔部の周囲が露出するように前記第二基板部を形成し、
前記封止体配置工程では、前記第一突合せ部を形成するとともに前記突出部に前記孔部を挿入し、
前記接合工程では、前記突出部の外周側面と前記孔部の孔壁とが突き合わされた第二突合せ部を摩擦攪拌接合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】

前記接合工程では、前記回転ツールの攪拌ピンのみを前記周壁部及び前記第一基板部に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする請求項１又は請求項４に記載の液冷ジャケットの製造方法。

【請求項6】

前記第一金属はアルミニウム合金であり、前記第二金属は銅合金であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の液冷ジャケットの製造方法。

【請求項7】

底部、前記底部の周縁から立ち上る周壁部及び前記周壁部の内周縁に形成された段差部を備えたジャケット本体と、
第一金属で形成された板状の第一基板部と、前記第一基板部の表面側に前記第一基板部の周縁部が露出するように形成され第二金属で形成された板状の第二基板部と、前記第一基板部の裏面側に並設された複数のフィンとを備えた封止体と、を有し、
前記段差部の段差側面と前記第一基板部の側面とが突き合わされた第一突合せ部が摩擦攪拌接合されており、前記第一基板部の周縁部に塑性化領域が形成されており、
前記ジャケット本体の前記底部に、端面に突出部を備えた支持部を有し、
前記第一基板部に孔部を有するとともに、前記孔部の周囲が露出するように前記第二基板部が形成されており、
前記突出部の外周側面と前記孔部の孔壁とが突き合わされた第二突合せ部が摩擦攪拌接合されていることを特徴とする液冷ジャケット。

【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及び液冷ジャケットに関する。

【背景技術】

【0002】

金属部材同士を接合する方法として、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が知られている。摩擦攪拌接合とは、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合せ部に沿って移動させ、回転ツールと金属部材との摩擦熱により突合せ部の金属を塑性流動させることで、金属部材同士を固相接合させるものである。

【0003】

近年、パーソナルコンピュータに代表される電子機器は、その性能が向上するにつれて、搭載されるＣＰＵ（発熱体）の発熱量が増大しており、ＣＰＵの冷却が重要になっている。従来、ＣＰＵを冷却するために、空冷ファン方式のヒートシンクが使用されてきたが、ファン騒音や、空冷方式での冷却限界といった問題がクローズアップされるようになり、次世代冷却方式として、液冷ジャケットが注目されている。

【0004】

特許文献１には、ジャケット本体と、基板に複数のフィンが並設された封止体とで構成された液冷ジャケットが開示されている。当該封止体の基板は、異なる金属層を積層して構成されているため、各金属材料の特性を生かして熱伝導率を高めることができる。特許文献１に係る発明では、ジャケット本体と封止体とをネジで接合している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第５５７２６７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来の液冷ジャケットの製造方法では、ジャケット本体と封止体とをネジで接合するものであるため液冷ジャケットの水密性及び気密性が低下するという問題がある。ここで、ジャケット本体と封止体とを摩擦攪拌接合することも考えられるが、異なる種類の金属が積層された基板に回転ツールを挿入すると、各金属の性質が異なるため回転速度や送り速度等の接合条件を設定することが困難になるという問題がある。

【0007】

そこで、本発明は、水密性及び気密性が高く、容易に製造することができる液冷ジャケットの製造方法及び液冷ジャケット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】

このような課題を解決するために本発明は、底部と前記底部の周縁から立ち上がる周壁部と、前記周壁部の端面から一段下がった位置に形成された段差底面と、前記段差底面から立ち上る段差側面とを備えるジャケット本体を形成するとともに、第一金属で形成された板状の第一基板部と、前記第一基板部の表面側に前記第一基板部の周縁部が露出するように形成され第二金属で形成された板状の第二基板部と、前記第一基板部の裏面側に並設された複数のフィンとを備えた封止体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配置するとともに、前記段差側面と前記第一基板部の側面とを突き合わせて第一突合せ部を形成する封止体配置工程と、回転ツールを前記第一突合せ部に挿入し、前記回転ツールの攪拌ピンを前記第一基板部及び前記周壁部の両方に接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って相対移動させて摩擦攪拌接合を行う接合工程と、を含み、前記準備工程では、前記第一金属からなる第一基体部と前記第二金属からなる第二基体部とがクラッドされたクラッド材を用意し、前記第一基体部を切削して前記第一基板部及びブロック部を形成する第一切削工程と、前記第二基体部を切削して前記第一基板部の周縁部を露出させるとともに前記第二基板部を形成する第二切削工程と、円盤カッターが並設されたマルチカッターで前記ブロック部を切削して複数の前記フィンを形成するフィン形成工程と、をさらに含むことを特徴とする。

【0009】

かかる製造方法によれば、ジャケット本体と封止体とを摩擦攪拌で接合するため、水密性及び気密性を高めることができる。また、第一金属で形成された第一基板部の周縁部が露出するように封止体を形成し、当該周縁部を摩擦攪拌接合することにより、第二金属の影響を排除することができる。これより、摩擦攪拌接合の接合条件を容易に設定することができる。また、かかる製造方法によれば、第一基板部、第二基板部及び複数のフィンを備えた封止体を容易に製造することができる。

【0010】

また、本発明は、底部と前記底部の周縁から立ち上がる周壁部と、前記周壁部の端面から一段下がった位置に形成された段差底面と、前記段差底面から立ち上る段差側面とを備えるジャケット本体を形成するとともに、第一金属で形成された板状の第一基板部と、前記第一基板部の表面側に前記第一基板部の周縁部が露出するように形成され第二金属で形成された板状の第二基板部と、前記第一基板部の裏面側に並設された複数のフィンとを備えた封止体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配置するとともに、前記段差側面と前記第一基板部の側面とを突き合わせて第一突合せ部を形成する封止体配置工程と、前記第一突合せ部に沿って補助部材を配置する補助部材配置工程と、回転ツールを前記第一突合せ部に挿入し、前記周壁部、前記第一基板部及び前記補助部材に前記回転ツールの攪拌ピンのみを接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って相対移動させて摩擦攪拌接合を行う接合工程と、を含み、前記接合工程では、前記補助部材にバリが発生するように接合条件を設定し、前記バリが形成された前記補助部材を切除する除去工程をさらに含むことを特徴とする。

【0011】

かかる製造方法によれば、ジャケット本体と封止体とを摩擦攪拌で接合するため、水密性及び気密性を高めることができる。また、第一金属で形成された第一基板部の周縁部が露出するように封止体を形成し、当該周縁部を摩擦攪拌接合することにより、第二金属の影響を排除することができる。これより、摩擦攪拌接合の接合条件を容易に設定することができる。また、かかる製造方法によれば、摩擦攪拌装置にかかる負荷が小さい状態で、第一突合せ部の深い位置を摩擦攪拌接合することができる。また、かかる製造方法によれば、周壁部と第一基板部に加え、補助部材も摩擦攪拌接合するため、接合部の金属不足を防ぐことができる。また、かかる製造方法によれば、バリを容易に除去することができる。

【0012】

また、本発明は、底部と前記底部の周縁から立ち上がる周壁部と、前記周壁部の端面から一段下がった位置に形成された段差底面と、前記段差底面から立ち上る段差側面とを備えるジャケット本体を形成するとともに、第一金属で形成された板状の第一基板部と、前記第一基板部の表面側に前記第一基板部の周縁部が露出するように形成され第二金属で形成された板状の第二基板部と、前記第一基板部の裏面側に並設された複数のフィンとを備えた封止体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配置するとともに、前記段差側面と前記第一基板部の側面とを突き合わせて第一突合せ部を形成する封止体配置工程と、前記第一突合せ部に沿って補助部材を配置する補助部材配置工程と、回転ツールを前記第一突合せ部に挿入し、前記周壁部、前記第一基板部及び前記補助部材に前記回転ツールの攪拌ピンのみを接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って相対移動させて摩擦攪拌接合を行う接合工程と、を含み、前記接合工程では、前記回転ツールの回転中心軸を外側に傾斜させた状態で摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする。

【0013】

かかる製造方法によれば、ジャケット本体と封止体とを摩擦攪拌で接合するため、水密性及び気密性を高めることができる。また、第一金属で形成された第一基板部の周縁部が露出するように封止体を形成し、当該周縁部を摩擦攪拌接合することにより、第二金属の影響を排除することができる。これより、摩擦攪拌接合の接合条件を容易に設定することができる。また、かかる製造方法によれば、周壁部と第一基板部に加え、補助部材も摩擦攪拌接合するため、接合部の金属不足を防ぐことができる。また、かかる製造方法によれば、接合部の金属不足をより確実に防ぐことができる。

【0014】

また、本発明は、底部と前記底部の周縁から立ち上がる周壁部と、前記周壁部の端面から一段下がった位置に形成された段差底面と、前記段差底面から立ち上る段差側面とを備えるジャケット本体を形成するとともに、第一金属で形成された板状の第一基板部と、前記第一基板部の表面側に前記第一基板部の周縁部が露出するように形成され第二金属で形成された板状の第二基板部と、前記第一基板部の裏面側に並設された複数のフィンとを備えた封止体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配置するとともに、前記段差側面と前記第一基板部の側面とを突き合わせて第一突合せ部を形成する封止体配置工程と、回転ツールを前記第一突合せ部に挿入し、前記回転ツールの攪拌ピンを前記第一基板部及び前記周壁部の両方に接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って相対移動させて摩擦攪拌接合を行う接合工程と、を含み、前記準備工程では、前記ジャケット本体の前記底部に、端面に突出部を備えた支持部を形成し、前記第一基板部に孔部を形成するとともに前記第一基板部の表面のうち前記孔部の周囲が露出するように前記第二基板部を形成し、前記封止体配置工程では、前記第一突合せ部を形成するとともに前記突出部に前記孔部を挿入し、前記接合工程では、前記突出部の外周側面と前記孔部の孔壁とが突き合わされた第二突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする。

【0015】

かかる製造方法によれば、ジャケット本体と封止体とを摩擦攪拌で接合するため、水密性及び気密性を高めることができる。また、第一金属で形成された第一基板部の周縁部が露出するように封止体を形成し、当該周縁部を摩擦攪拌接合することにより、第二金属の影響を排除することができる。これより、摩擦攪拌接合の接合条件を容易に設定することができる。また、かかる製造方法によれば、支持部の突出部に封止体の孔部を挿入するため、封止体の位置決めを容易に行うことができる。また、支持部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。

【0016】

また、前記接合工程では、前記回転ツールの攪拌ピンのみを前記周壁部及び前記第一基板部に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。

【0017】

かかる製造方法によれば、摩擦攪拌装置にかかる負荷が小さい状態で、第一突合せ部の深い位置を摩擦攪拌接合することができる。

【0018】

また、前記第一金属はアルミニウム合金であり、前記第二金属は銅合金であることが好ましい。

【0019】

かかる製造方法によれば、液冷ジャケットの熱伝導率を高めることができる。

【0020】

また、本発明は、底部、前記底部の周縁から立ち上る周壁部及び前記周壁部の内周縁に形成された段差部を備えたジャケット本体と、第一金属で形成された板状の第一基板部と、前記第一基板部の表面側に前記第一基板部の周縁部が露出するように形成され第二金属で形成された板状の第二基板部と、前記第一基板部の裏面側に並設された複数のフィンとを備えた封止体と、を有し、前記段差部の段差側面と前記第一基板部の側面とが突き合わされた第一突合せ部が摩擦攪拌接合されており、前記第一基板部の周縁部に塑性化領域が形成されており、前記ジャケット本体の前記底部に、端面に突出部を備えた支持部を有し、前記第一基板部に孔部を有するとともに、前記孔部の周囲が露出するように前記第二基板部が形成されており、前記突出部の外周側面と前記孔部の孔壁とが突き合わされた第二突合せ部が摩擦攪拌接合されていることを特徴とする。

【0021】

かかる製造方法によれば、ジャケット本体と封止体とを摩擦攪拌で接合するため、水密性及び気密性を高めることができる。また、第一金属で形成された第一基板部の周縁部が露出するように封止体を形成し、当該周縁部を摩擦攪拌接合することにより、第二金属の影響を排除することができる。これより、摩擦攪拌接合の接合条件を容易に設定することができる。かかる構成によれば、支持部の突出部に封止体の孔部を挿入するため、封止体の位置決めを容易に行うことができる。また、支持部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。

【発明の効果】

【0026】

本発明に係る液冷ジャケットの製造方法及び液冷ジャケットによれば、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とともに容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【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を示す断面図である。

【図3】第一実施形態に係るクラッド材を示す斜視図である。

【図4】第一実施形態に係る第一切削工程を示す斜視図である。

【図5】第一実施形態に係る第二切削工程を示す斜視図である。

【図6】第一実施形態に係るフィン形成工程を示す斜視図である。

【図7】第一実施形態に係る配置工程を示す断面図である。

【図8】第一実施形態に係る補助部材配置工程を示す斜視図である。

【図9】第一実施形態に係る接合工程を示す斜視図である。

【図10】第一実施形態に係る接合工程を示す断面図である。

【図11】第一実施形態に係る除去工程を示す断面図である。

【図12】本発明の第二実施形態に係る液冷ジャケットを示す斜視図である。

【図13】第二実施形態に係る液冷ジャケットを示す断面図である。

【図14】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15】第二実施形態に係る第一切削工程を示す斜視図である。

【図16】第二実施形態に係る第二切削工程を示す斜視図である。

【図17】第二実施形態に係るフィン形成工程を示す斜視図である。

【図18】第二実施形態に係る配置工程を示す断面図である。

【図19】第二実施形態に係る接合工程を示す断面図である。

【図20】第一変形例を示す断面図である。

【図21】第二変形例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

〔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及び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、本実施形態に係る液冷ジャケット１０１は、ジャケット本体１０２と、封止体１０３とで構成されている。液冷ジャケット１０１は、内部に流体を流通させ、液冷ジャケット１０１に設置された発熱体（図示省略）と熱交換を行う器具である。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。

【0029】

ジャケット本体１０２は、底部１１０と、周壁部１１１とを含んで構成されている。ジャケット本体１０２は、上方が開口した箱状体である。ジャケット本体１０２は、本実施形態ではアルミニウム合金で形成されている。ジャケット本体１０２の材料は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金等の摩擦攪拌可能な金属から適宜選択される。底部１１０は、平面視矩形の板状を呈する。周壁部１１１は、底部１１０の周縁に立設されており、平面視矩形枠状を呈する。底部１１０及び周壁部１１１の内部には凹部１１３が形成されている。

【0030】

周壁部１１１の内周縁には、段差部１１５が形成されている。段差部１１５は、段差底面１１５ａと、段差底面１１５ａから立ち上がる段差側面１１５ｂとで構成されている。段差底面１１５ａは、周壁部１１１の端面１１１ａから一段下がった位置に形成されている。

【0031】

封止体１０３は、ジャケット本体１０２の開口部を封止する板状部材である。封止体１０３は、第一基板部１２１と、第二基板部１２２と、フィン１２３とで構成されている。第一基板部１２１の平面形状は、ジャケット本体１０２の平面形状よりも一回り小さくなっている。図２に示すように、第一基板部１２１は、ジャケット本体１０２の開口部を封止するとともに周壁部１１１に摩擦攪拌接合されている。つまり、段差側面１１５ｂと第一基板部１２１の側面１２１ｃとが突き合わされた第一突合せ部Ｊ１１に対して塑性化領域Ｗ１１が形成されている。

【0032】

第二基板部１２２は、第一基板部１２１の表面１２１ａにおいて、第一基板部１２１の周縁部が露出するように積層されている。第二基板部１２２の板厚は、第一基板部１２１の板厚と略同等である。第二基板部１２２の平面形状は、第一基板部１２１の平面形状よりも一回り小さくなっている。

【0033】

フィン１２３は、第一基板部１２１の裏面１２１ｂに、裏面１２１ｂに対して垂直に並設されている。第一基板部１２１及びフィン１２３は一体形成されている。第一基板部１２１及びフィン１２３は本実施形態ではアルミニウム合金（第一金属）で形成されている。一方、第二基板部１２２は、本実施形態では銅合金（第二金属）で形成されている。

【0034】

第一基板部１２１及び第二基板部１２２は、異なる二種の金属で形成されており、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金等の摩擦攪拌可能な金属から適宜選択される。第二基板部１２２の表面１２２ａは、第一基板部１２１の表面１２１ａよりも板厚分高くなっている。第二基板部１２２の表面１２２ａを例えば発熱体（部品）の取り付け部位として利用することができる。

【0035】

次に、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説明する。液冷ジャケットの製造方法では、準備工程と、封止体配置工程と、補助部材配置工程と、接合工程と、除去工程と、を行う。

【0036】

準備工程は、ジャケット本体１０２及び封止体１０３を形成する工程である。ジャケット本体１０２は、例えば、ダイキャストによって底部１１０と周壁部１１１とからなる箱状態を形成するとともに、周壁部１１１の内周縁を切削して段差部１１５を形成する。

【0037】

また、準備工程では、封止体１０３を形成するために、クラッド材形成工程と、第一切削工程と、第二切削工程と、フィン形成工程と、を行う。クラッド材形成工程は、図３に示すクラッド材１３０を形成する工程である。クラッド材１３０は、第一基体部１３１と第二基体部１４１とで構成されている。第一基体部１３１は、第一金属（本実施形態ではアルミニウム合金）で形成されており直方体を呈する。第二基体部１４１は、第二金属（本実施形態では銅合金）で形成されており板状を呈する。第二基体部１４１の平面形状は、第一基体部１３１の平面形状と同一になっている。クラッド材１３０は、第一金属で形成された素形材と第二金属で形成された素形材を積層させて圧延した後、所定の大きさに切断して形成される。

【0038】

第一切削工程は、図４に示すように、第一基体部１３１（図３参照）の一部を切削して、第一基板部１２１とブロック部１４３とを形成する工程である。第一切削工程では、切削装置等を用いて第一基体部１３１を切削する。この際、板状の第一基板部１２１を形成するとともに、第一基板部１２１の裏面１２１ｂの中央に直方体を呈するブロック部１４３を形成する。

【0039】

第二切削工程は、図５に示すように、第二基体部１４１（図４参照）の一部を切削して、第二基板部１２２を形成する工程である。第二切削工程では、切削装置等を用いて第一基板部１２１の周縁部が露出するように第二基体部１４１を切削して第二基板部１２２を形成する。これにより、第一基板部１２１の表面１２１ａの中央に、第二基板部１２２が形成される。

【0040】

フィン形成工程は、図６に示すように、マルチカッターＭを用いてブロック部１４３を切削して、フィン１２３（図２参照）を形成する工程である。マルチカッターＭは、部材を切削する回転工具である。マルチカッターＭは、軸部Ｍ１と、軸部Ｍ１に間をあけて並設された複数の円盤カッターＭ２とで構成されている。円盤カッターＭ２の外周縁には切削刃（図示省略）が形成されている。円盤カッターＭ２の板厚及び間隔を調節することにより、フィン１２３の間隔及び板厚を適宜設定することができる。

【0041】

フィン形成工程では、ブロック部１４３の辺部１４３ａとマルチカッターＭの軸部Ｍ１とが平行となるように配置して、回転させたマルチカッターＭの円盤カッターＭ２をブロック部１４３に挿入する。円盤カッターＭ２が所定の深さに達したら、辺部１４３ａと対向する他方の辺部１４３ｂまでマルチカッターＭを平行移動させる。軸部Ｍ１が辺部１４３ｂに達したらマルチカッターＭをブロック部１４３から離間する方向に相対移動させる。

【0042】

マルチカッターＭの挿入深さは、適宜設定すればよいが、本実施形態では、円盤カッターＭ２が第一基板部１２１に達しないように、つまり、ブロック部１４３に未切削領域が形成されるように調節してもよい。なお、本実施形態では、前記した順番で行ったが、第一切削工程、第二切削工程及びフィン形成工程の順番を限定するものではない。

【0043】

封止体配置工程は、ジャケット本体１０２に封止体１０３を配置して第一突合せ部Ｊ１１を形成する工程である。図７に示すように、封止体配置工程では、段差部１１５に第一基板部１２１を配置する。これにより、段差部１１５の段差側面１１５ｂと第一基板部１２１の側面１２１ｃとが突き合わされた第一突合せ部Ｊ１１が形成される。第一突合せ部Ｊ１１は、周壁部１１１の内周縁に沿って形成される。

【0044】

補助部材配置工程は、図８に示すように、第一突合せ部Ｊ１１に沿って補助部材１０６を配置する工程である。補助部材１０６は、平面視矩形枠状を呈する板状部材である。補助部材１０６の材料は、摩擦攪拌可能な金属であればよいが、本実施形態では第一基板部１２１と同じ材料で形成されている。補助部材１０６は、補助部材１０６の内周面１０６ｄ（図１０も参照）が第一突合せ部Ｊ１１に重なる大きさになっている。補助部材１０６の板厚は、後記する接合工程の際に、塑性化領域Ｗ１１が金属不足にならない程度に適宜設定すればよい。

【0045】

また、本実施形態では、補助部材１０６の内周面１０６ｄの位置と第一突合せ部Ｊ１１の位置とが重なるように設定したが、当該内周面１０６ｄが第一突合せ部Ｊ１１よりも内側に位置してもよいし、外側に位置してもよい。補助部材１０６の内周面１０６ｄの位置は、後記する接合工程の際に、塑性化領域Ｗ１１が金属不足にならず、かつ、後記する除去工程を行った際に補助部材１０６が周壁部１１１に残存しない程度に設定することが好ましい。

【0046】

補助部材１０６には、幅方向に連続するスリット１０７が形成されている。また、ジャケット本体１０２、封止体１０３及び補助部材１０６をクランプ等の固定治具によってテーブルに移動不能に拘束する。

【0047】

接合工程は、図９及び図１０に示すように、接合用回転ツールＦを用いてジャケット本体１０２、封止体１０３及び補助部材１０６を摩擦攪拌接合する工程である。本実施形態の接合工程では、接合用回転ツールＦを用いて第一突合せ部Ｊ１１に対して摩擦攪拌接合を行う。

【0048】

接合用回転ツールＦは、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されている。接合用回転ツールＦは、特許請求の範囲の「回転ツール」に相当する。接合用回転ツール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は円柱状を呈する。

【0049】

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。攪拌ピンＦ２の長さは、第一基板部１２１の板厚よりも大きくなっている。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、接合用回転ツール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。

【0050】

なお、接合用回転ツール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。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１０２、封止体１０３及び補助部材１０６）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。

【0051】

接合工程では、第一突合せ部Ｊ１１上に設定した開始位置Ｓｐに、右回転する接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を挿入し、第一突合せ部Ｊ１１をなぞるようにして接合用回転ツールＦを相対移動させる。本実施形態では、接合用回転ツールＦを右回転させるため、攪拌ピンＦ２の螺旋溝は、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。接合用回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域Ｗ１１が形成される。接合工程では、塑性化領域Ｗ１１が閉ループとなるように第二基板部１２２の周りに接合用回転ツールＦを相対移動させる。接合用回転ツールＦはどちら周りに移動させてもよいが、本実施形態では、第二基板部１２２に対して左回りとなるように設定する。この際、補助部材１０６の内周面１０６ｄと攪拌ピンＦ２とが接触するため、周壁部１１１、第一基板部１２１及び補助部材１０６が同時に摩擦攪拌接合される。

【0052】

接合工程では、図１０に示すように、連結部Ｆ１を第一基板部１２１及び補助部材１０６に接触させない状態で、つまり、攪拌ピンＦ２の基端側を露出させた状態で摩擦攪拌接合を行う。接合用回転ツールＦの挿入深さは、適宜設定すればよいが、本実施形態では、攪拌ピンＦ２が段差底面１１５ａに達するように摩擦攪拌接合を行う。これにより、第一突合せ部Ｊ１１に加え、段差底面１１５ａと第一基板部１２１の裏面１２１ｂとの重合部も摩擦攪拌接合される。

【0053】

本実施形態では、接合用回転ツールＦのシアー側（advancing side：回転ツールの外周における接線速度に回転ツールの移動速度が加算される側）が第一基板部１２１の内側となるように接合用回転ツールＦの移動方向と回転方向を設定している。接合用回転ツールＦの回転方向及び進行方向は前記したものに限定されるものではなく適宜設定すればよい。

【0054】

例えば、接合用回転ツールＦの回転速度が遅い場合では、塑性化領域Ｗ１１のフロー側（retreating side：回転ツールの外周における接線速度から回転ツールの移動速度が減算される側）に比べてシアー側の方が塑性流動材の温度が上昇しやすくなるため、塑性化領域Ｗ１１内のシアー側に凹溝が発生し、塑性化領域Ｗ１１外のシアー側にバリＶが多く発生する傾向にある。一方、例えば、接合用回転ツールＦの回転速度が速い場合、シアー側の方が塑性流動材の温度が上昇するものの、回転速度が速い分、塑性化領域Ｗ１１内のフロー側に凹溝が発生し、塑性化領域Ｗ１１外のフロー側にバリＶが多く発生する傾向にある。

【0055】

本実施形態では、接合用回転ツールＦの回転速度を速く設定しているため、図１０に示すように、塑性化領域Ｗ１１外のフロー側にバリＶが多く発生する傾向にある。一方、本実施形態では、補助部材１０６も同時に摩擦攪拌接合されるため、塑性化領域Ｗ１１に凹溝は発生せず塑性化領域Ｗ１１の金属不足を防ぐことができる。また、接合用回転ツールＦの回転速度を速く設定することにより、接合用回転ツールＦの移動速度（送り速度）を高めることができる。これにより、接合サイクルを短くすることができる。

【0056】

接合工程の際に、接合用回転ツールＦの進行方向のどちら側にバリＶが発生するかは接合条件によって異なる。当該接合条件とは、接合用回転ツールＦの回転速度、回転方向、移動速度（送り速度）、攪拌ピンＦ２の傾斜角度（テーパー角度）、ジャケット本体１０２及び第一基板部１２１の材質、第一基板部１２１の厚さ等の各要素とこれらの要素の組み合わせで決定される。接合条件に応じて、バリＶが発生する側又はバリＶが多く発生する側が補助部材１０６側となるように設定すれば、後記する除去工程を容易に行うことができるため好ましい。

【0057】

接合工程では、接合用回転ツールＦを第一突合せ部Ｊ１１に沿って一周させて、塑性化領域Ｗ１１内で接合用回転ツールＦを離脱させる。接合工程では、塑性化領域Ｗ１１の始端と後端が重複するようにする。

【0058】

除去工程は、図１１に示すように、補助部材１０６を切除する工程である。除去工程では、スリット１０７（図９参照）を起点として、補助部材１０６の端部をめくり上げつつ、折り曲げるようにして除去する。除去工程では、装置を用いて補助部材１０６を折り曲げてもよいが、本実施形態では、手作業で折り曲げて切除している。これにより、図２に示す液冷ジャケット１０１が完成する。

【0059】

以上説明した液冷ジャケットの製造方法及び液冷ジャケット１０１によれば、ジャケット本体１０２と封止体１０３とを摩擦攪拌で接合するため、水密性及び気密性を高めることができる。また、第一基板部１２１の周縁部が露出するように封止体１０３を形成し、当該周縁部で摩擦攪拌接合を行うことにより摩擦攪拌接合の際に第一金属（アルミニウム合金）と第二金属（銅合金）が混ざることがない。つまり、接合工程の際に、第二金属の影響を排除することができるため、摩擦攪拌接合の接合条件を容易に設定することができる。

【0060】

また、封止体１０３は、どのような方法で形成してもよいが、第一切削工程、第二切削工程及びフィン形成工程によって封止体１０３を容易に製造することができる。また、本実施形態のように攪拌ピンＦ２のみを周壁部１１１及び第一基板部１２１に接触させた状態で摩擦攪拌を行うことで摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で第一突合せ部Ｊ１１の深い位置を摩擦攪拌接合することができる。

【0061】

ここで、従来のようにショルダ部を周壁部１１１及び第一基板部１２１に接触させる場合は、液冷ジャケット１０１の内部に塑性流動材が流入しないように、段差底面１１５ａの幅も大きく設定しなければならない。しかし、本実施形態のように、攪拌ピンＦ２のみを周壁部１１１及び第一基板部１２１に接触させた状態で摩擦攪拌を行うことで塑性化領域Ｗ１１の幅を小さくすることができる。これにより、段差底面１１５ａの幅を小さくすることができるため、設計の自由度を高めることができる。

【0062】

また、本実施形態では、周壁部１１１と第一基板部１２１に加えて補助部材１０６も摩擦攪拌接合することにより、塑性化領域Ｗ１１の金属不足を防ぐことができる。

【0063】

また、本実施形態に係る接合工程のように、補助部材１０６にバリＶが発生するように接合条件を設定することにより、摩擦攪拌接合によって発生したバリＶを補助部材１０６ごと容易に除去することができる。これにより、バリ除去作業を別途行わなくても接合部（塑性化領域Ｗ１１）をきれいに仕上げることができる。

【0064】

また、第一基板部１２１と第二基板部１２２の材料は、特に制限されないが、本実施形態のように第一基板部１２１をアルミニウム合金（第一金属）とし、発熱体が設置される第二基板部１２２を銅合金（第二金属）とすることにより、熱伝導率を高めることができる。

【0065】

［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及び液冷ジャケットについて説明する。図１２及び図１３に示すように、第二実施形態に係る液冷ジャケット１０１Ａは、ジャケット本体１０２Ａと、封止体１０３Ａとで構成されている。液冷ジャケット１０１Ａは、支持部１１２が形成されている点等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部分を中心に説明する。

【0066】

ジャケット本体１０２Ａは、図１３及び図１４に示すように、底部１１０と、周壁部１１１と、支持部１１２とを含んで構成されている。周壁部１１１の内周縁には段差部１１５が形成されている。支持部１１２は、底部１１０に立設される板状部材である。支持部１１２は、周壁部１１１の一の壁部に連続して形成されており、当該壁部と対向する他の壁部とは離間している。支持部１１２の端面１１２ａと、段差部１１５の段差底面１１５ａとは面一になっている。支持部１１２の端面１１２ａには、突出部１１４が形成されている。突出部１１４の高さ寸法は、第一基板部１２１の板厚寸法と略同等になっている。突出部１１４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。また、突出部１１４の個数は特に制限されないが、本実施形態では３つ形成されている。

【0067】

封止体１０３Ａは、図１３及び図１４に示すように、第一基板部１２１と、第二基板部１２２，１２２と、複数のフィン１２３と、３つの孔部１２４とで構成されている。第二基板部１２２は、孔部１２４を挟んで両側に一対形成されている。フィン１２３は、第二基板部１２２に対応する位置に形成されている。つまり、孔部１２４が形成されている部分及びその周囲にはフィン１２３は形成されていない。孔部１２４は、第一基板部１２１の中央部において板厚方向に貫通する孔である。孔部１２４は、突出部１１４が隙間なく挿入される大きさで形成されている。

【0068】

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。液冷ジャケットの製造方法では、準備工程と、封止体配置工程と、補助部材配置工程と、接合工程と、除去工程と、を行う。

【0069】

準備工程は、ジャケット本体１０２Ａ及び封止体１０３Ａを形成する工程である。図１４に示すように、例えば、ダイキャストによってジャケット本体１０２Ａを形成する。また、準備工程では、封止体１０３Ａを形成するために、クラッド材形成工程と、第一切削工程と、第二切削工程と、フィン形成工程と、を行う。クラッド材形成工程は、第一実施形態と同様に図３に示すクラッド材１３０を形成する工程である。

【0070】

第一切削工程は、図１５に示すように、第一基体部１３１（図３参照）の一部を切削して、第一基板部１２１とブロック部１４３，１４３とを形成する工程である。第一切削工程では、切削装置等を用いて第一基体部１３１を切削する。この際、板状の第一基板部１２１を形成するとともに、第一基板部１２１の裏面１２１ｂにブロック部１４３，１４３を形成する。

【0071】

第二切削工程は、図１６に示すように、第二基体部１４１（図１５参照）の一部を切削して、第二基板部１２２，１２２を形成する工程である。第二切削工程では、切削装置等を用いて第一基板部１２１の周縁部及び中央部が露出するように第二基体部１４１の外周縁及び中央部を切削して第二基板部１２２，１２２を形成する。これにより、第一基板部１２１の表面１２１ａの中央に、互いに離間した第二基板部１２２，１２２が形成される。また、第二切削工程では、第一基板部１２１の中央部に、貫通する３つの孔部１２４を形成する。

【0072】

フィン形成工程は、図１７に示すように、マルチカッターＭを用いてブロック部１４３，１４３を切削して、フィン１２３（図１３参照）を形成する工程である。フィン形成工程では、第一実施形態と同じ要領でフィン１２３を形成する。

【0073】

封止体配置工程は、ジャケット本体１０２Ａに封止体１０３Ａを配置して第一突合せ部Ｊ１１及び第二突合せ部Ｊ１２を形成する工程である。図１８に示すように、封止体配置工程では、段差部１１５の段差底面１１５ａに第一基板部１２１を配置する。これにより、段差側面１１５ｂと第一基板部１２１の側面１２１ｃとが突き合われて第一突合せ部Ｊ１１が形成される。また、孔部１２４に突出部１１４が挿入されて、突出部１１４の外周面と孔部１２４の孔壁とが突き合わされた突合せ部Ｊ１２が形成される。

【0074】

また、補助部材配置工程では、具体的な図示は省略するが、第一実施形態と同じ要領で第一突合せ部Ｊ１１に沿って補助部材を配置する。ジャケット本体１０２Ａ、封止体１０３Ａ及び補助部材をクランプ等の固定治具によってテーブルに移動不能に拘束する。

【0075】

接合工程は、図１９に示すように、接合用回転ツールＦを用いて第一接合工程と、第二接合工程を行う。第一接合工程は、第一実施形態の接合工程と同じ工程であるため説明を省略する。第二接合工程は、突合せ部Ｊ１２に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。第一接合工程と第二接合工程は、どちらを先に行ってもよいが、本実施形態では第二接合工程を先に行う。

【0076】

第二接合工程では、回転させた接合用回転ツールＦを突合せ部Ｊ１２に沿って一周させて、突合せ部Ｊ１２を接合する。接合用回転ツールＦの挿入深さは、支持部１１２の端面１１２ａに達しない程度に設定してもよいが、本実施形態では、支持部１１２の端面１１２ａに攪拌ピンＦ２を接触させて、端面１１２ａと第一基板部１２１の裏面１２１ｂとの重合部も摩擦攪拌接合する。第二接合工程によって、塑性化領域Ｗ１２が形成される。

【0077】

除去工程は、第一実施形態と同じであるため説明を省略する。これにより、図１２及び図１３に示す液冷ジャケット１０１Ａが形成される。

【0078】

以上説明した液冷ジャケットの製造方法及び液冷ジャケット１０１Ａによっても第一実施形態と同様の効果を得ることができる。また、支持部１１２の突出部１１４に封止体１０３Ａの孔部１２４を挿入するため、封止体１０３Ａの位置決めを容易に行うことができる。また、支持部１１２と封止体１０３Ａとを接合することにより、液冷ジャケット１０１Ａの強度を高めることができる。

【0079】

ここで、従来のようにショルダ部を突出部１１４及び第一基板部１２１に接触させる場合は、液冷ジャケット１０１Ａの内部に塑性流動材が流入しないように、支持部１１２の幅も大きく設定しなければならない。しかし、本実施形態のように、攪拌ピンＦ２のみを突出部１１４及び第一基板部１２１に接触させた状態で摩擦攪拌を行うことで塑性化領域Ｗ１２の幅を小さくすることができる。これにより、支持部１１２の幅を小さくすることができるため、設計の自由度を高めることができる。

【0080】

図２０は、第一変形例を示す断面図である。図２０に示すように、補助部材配置工程において、補助部材１０６Ａの内周面１０６ｄが、第一突合せ部Ｊ１１よりも内側に位置するように突出させて配置してもよい。補助部材１０６をこのように配置することにより、塑性化領域Ｗ１１の金属不足をより確実に防ぐことができる。また、接合用回転ツールＦを補助部材１０６Ａの表面から容易に挿入することができる。補助部材１０６Ａの位置（内周面１０６ｄの位置）は、塑性化領域Ｗ１１の全体に金属不足が発生せず、かつ、除去工程を行った後に周壁部１１１に補助部材１０６が残存しないように適宜調節することが好ましい。

【0081】

図２１は、第二変形例を示す断面図である。図２１に示すように、接合工程において、接合用回転ツールＦの回転中心軸を外側（第一基板部１２１に対して外側）に傾斜させた状態で摩擦攪拌接合を行ってもよい。これにより、周壁部１１１、第一基板部１２１及び補助部材１０６を容易に接合することができるとともに、接合部（塑性化領域Ｗ１１）の金属不足をより確実に防ぐことができる。また、第二変形例においては、先端にスピンドルユニット等の駆動手段を設けたロボットアームに接合用回転ツールＦを取り付けて接合工程を行ってもよい。これにより、接合用回転ツールＦの回転中心軸を容易に傾斜させることができる。

【0082】

以上本発明の実施形態及び変形例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、接合工程では、ショルダ部と攪拌ピンとからなる回転ツールを用いて第一基板部１２１にショルダ部を押し込みながら摩擦攪拌接合を行ってもよい。また、当該回転ツールを用いて攪拌ピンＦ２のみを被接合金属部材に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行ってもよい。また、本実施形態では封止体１０３Ａにフィン１２３を形成したが、フィン１２３を有していない液冷ジャケットとしてもよい。また、本実施形態では、補助部材１０６を用いて接合工程を行ったが、補助部材１０６を用いずに接合工程を行ってもよい。

【符号の説明】

【0083】

１０１ 液冷ジャケット
１０２ ジャケット本体
１０３ 封止体
１１０ 底部
１１１ 周壁部
１１１ａ 端面
１１２ 支持部
１１２ａ 端面
１１３ 凹部
１１４ 突出部
１２４ 孔部
Ｆ 接合用回転ツール（回転ツール）
Ｆ２ 攪拌ピン
Ｊ１１ 第一突合せ部
Ｊ１２ 第二突合せ部
Ｗ１１ 塑性化領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】