特許 6927128 液冷ジャケットの製造方法

(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】6927128

(24)【登録日】2021年8月10日

(45)【発行日】2021年8月25日

(54)【発明の名称】液冷ジャケットの製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20210812BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/12 360

【請求項の数】13

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2018-70622(P2018-70622)

(22)【出願日】2018年4月2日

(65)【公開番号】特開2019-181472(P2019-181472A)

(43)【公開日】2019年10月24日

【審査請求日】2020年9月2日

(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

(72)【発明者】

【氏名】山中 宏介

【審査官】 奥隅 隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−８７６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２１５２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１５０３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−３６２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２０１４８４（ＪＰ，Ａ）

(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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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乃至請求項４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】

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。

【請求項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乃至請求項７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乃至請求項８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。

【請求項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又は請求項１０に記載の液冷ジャケットの製造方法。

【請求項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乃至請求項１１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乃至請求項１２のいずれか一項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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５−１３１３２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。

【0005】

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】

【0006】

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。

【0007】

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。

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【発明の効果】

【0031】

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】

【0032】

【図1】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。

【図2】本接合用回転ツールの拡大断面図である。

【図3】本接合用回転ツールの第一変形例を示す断面図である。

【図4】本接合用回転ツールの第二変形例を示す断面図である。

【図5】本接合用回転ツールの第三変形例を示す断面図である。

【図6】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7】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8】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。

【図9】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。

【図10】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。

【図11】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。

【図12】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。

【図13】従来の回転ツールを示す概念図である

【図14】従来の回転ツールを示す概念図である。

【図15】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。

【図16】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。

【図17】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。

【図18】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。

【図19A】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。

【図19B】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。

【図20】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。

【図21】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。

【図22】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】

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

［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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

［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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

［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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

［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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

［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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

［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。

【0085】

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。

【0086】

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。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【0090】

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。

【0091】

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。

【0092】

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。

【0093】

［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。

【0094】

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。

【0095】

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。

【0096】

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。

【0097】

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。

【0098】

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。

【0099】

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。

【0100】

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。

【0101】

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。

【0102】

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。

【0103】

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。

【0104】

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。

【符号の説明】

【0105】

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

【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19A】

【図19B】

【図20】

【図21】

【図22】