JP2020196026A - Liquid-cooled jacket manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液冷ジャケットの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a liquid-cooled jacket.
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。
For example,
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。
Further, for example,
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。
Here, the
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。
Further, in the friction stir welding step of the invention according to
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。 From this point of view, it is an object of the present invention to provide a method for producing a liquid-cooled jacket capable of suitably joining aluminum alloys of different grades.
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。 In order to solve the above problems, the present invention is a method for manufacturing a liquid-cooled jacket in which a jacket body and a sealing body are joined by frictional stirring using a rotating tool provided with a stirring pin. , The bottom portion and the peripheral wall portion rising from the peripheral edge of the bottom portion, the sealing body seals the opening of the jacket body, and the jacket body is formed of a first aluminum alloy. The encapsulant is formed of a second aluminum alloy, the first aluminum alloy is a grade having a higher hardness than the second aluminum alloy, and the end face of the peripheral wall portion descends toward the side surface of the jacket body. The stirring pin has an inclined surface that becomes a slope, and the stirring pin is tapered. By placing the sealing body on the jacket body, the end surface of the peripheral wall portion and the back surface of the sealing body are overlapped with each other. Only the mounting step of forming a gap having a V-shaped cross section in the abutting portion and the stirring pin of the rotating tool are inserted into the side surface of the sealing body, and the outer peripheral surface of the stirring pin is inserted into the peripheral surface of the peripheral wall portion. The second aluminum alloy is allowed to flow into the gap in a state of being slightly in contact with the inclined surface, and the sealing is performed at a predetermined depth along a set movement route set on the sealing body side of the butt portion. Including the main joining step of rubbing and stirring the abutting portion around the side surface of the body, in the main joining step, a pair of the front surface of the sealing body and the back surface of the jacket body are held from both outer sides. It is characterized in that the jacket body and the sealing body are rotated or moved in parallel using the holding portion while being pressed and held by a portion, and frictional stirring is performed while rotating the jacket body and the sealing body. To do.
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。
According to such a manufacturing method, the second aluminum alloy mainly on the sealing body side of the butt portion is agitated and plastically fluidized by the frictional heat between the sealing body and the stirring pin, and the peripheral wall portion and the sealing body are joined at the butt portion. can do. Further, since the outer peripheral surface of the stirring pin is kept in contact with the peripheral wall portion of the jacket body slightly, it is possible to minimize the mixing of the first aluminum alloy from the jacket body to the sealing body. As a result, the second aluminum alloy on the sealing body side is mainly frictionally agitated at the butt portion, so that a decrease in joint strength can be suppressed. Further, by providing an inclined surface on the end surface of the peripheral wall portion, the contact allowance between the peripheral wall portion and the rotation tool can be reduced.
Further, since the jacket body and the sealing body are rotated or translated while the bottom of the jacket body and the surface of the sealing body are held by the pair of holding portions, the holding portion and the rotating tool interfere with each other during the main joining process. do not do. That is, the jig for positioning the jacket body and the sealing body does not hinder the movement of the rotating tool. As a result, the man-hours can be reduced and friction stir welding can be easily performed.
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。
Further, in the above-described step, it is preferable to form the jacket body and the sealing body so that the side surface of the sealing body is on the outer side of the side surface of the jacket body.
According to such a manufacturing method, it is possible to prevent the joint portion from becoming short of metal.
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。
Further, it is preferable to set the rotation direction and the traveling method of the rotation tool so that the butt portion side is the advancing side.
According to such a manufacturing method, friction stir welding of the butt portion is promoted, and more suitable joining can be performed.
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。 Further, the present invention is a method for manufacturing a liquid-cooled jacket in which a jacket body and a sealing body are joined by frictional stirring using a rotating tool provided with a stirring pin. The jacket body is formed on a bottom portion and a bottom portion. The sealing body has a peripheral wall portion rising from the peripheral edge, and the sealing body seals the opening of the jacket main body. The jacket main body is made of a second aluminum alloy, and the sealing body is the first. It is made of an aluminum alloy, the first aluminum alloy is a grade having a higher hardness than the second aluminum alloy, and the peripheral edge of the back surface of the encapsulant has a plate thickness toward the side surface of the encapsulant. The stirring pin is tapered so that the size of the jacket is small, and by placing the sealing body on the jacket body, the end surface of the peripheral wall portion and the back surface of the sealing body can be separated from each other. Only the mounting step of superimposing and forming a gap having a V-shaped cross section in the butt portion and the stirring pin of the rotating tool are inserted into the side surface of the jacket body, and the outer peripheral surface of the stirring pin is sealed. With the second aluminum alloy flowing into the gap in a state of being slightly in contact with the inclined surface of the body, at a predetermined depth along a set movement route set on the jacket body side of the butt portion. In the main joining step, the front surface of the sealing body and the back surface of the jacket body are paired from both outer sides, including a main joining step of circling around the side surface of the jacket body and rubbing and stirring the butt portion. While pressing and holding with the holding portion of the above, the jacket body and the sealing body are rotated or moved in parallel using the holding portion to rotate and stir the jacket body and the sealing body. It is a feature.
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。
According to such a manufacturing method, the second aluminum alloy mainly on the jacket body side of the butt portion is agitated and plastically fluidized by the frictional heat between the jacket body and the stirring pin, and the peripheral wall portion and the sealing body are joined at the butt portion. be able to. Further, since the outer peripheral surface of the stirring pin is kept in contact with the sealing body slightly, it is possible to minimize the mixing of the first aluminum alloy from the sealing body into the jacket body. As a result, the second aluminum alloy on the jacket body side is mainly frictionally agitated at the butt portion, so that a decrease in joint strength can be suppressed. Further, by providing the inclined surface on the back surface of the sealing body, the contact allowance between the sealing body and the rotating tool can be reduced.
Further, since the jacket body and the sealing body are rotated or translated while the bottom of the jacket body and the surface of the sealing body are held by the pair of holding portions, the holding portion and the rotating tool interfere with each other during the main joining process. do not do. That is, the jig for positioning the jacket body and the sealing body does not hinder the movement of the rotating tool. As a result, the man-hours can be reduced and friction stir welding can be easily performed.
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。
Further, in the mounting step, it is preferable to form the jacket body and the sealing body so that the side surface of the jacket body is on the outer side of the side surface of the sealing body.
According to such a manufacturing method, it is possible to prevent the joint portion from becoming short of metal.
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。
Further, it is preferable to set the rotation direction and the traveling method of the rotation tool so that the butt portion side is the advancing side.
According to such a manufacturing method, friction stir welding of the butt portion is promoted, and more suitable joining can be performed.
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。 According to the method for producing a liquid-cooled jacket according to the present invention, aluminum alloys of different grades can be suitably joined.
[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。
[First Embodiment]
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. First, the joining method according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the method for manufacturing a liquid-cooled jacket of the present embodiment is to manufacture a liquid-cooled
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。
The joining method according to the present embodiment includes a preparation step, a mounting step, and a main joining step. The preparation step is a step of preparing the
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。
As shown in FIG. 1, the
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。
The sealing
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。
The mounting step is a step of mounting the sealing
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。 As shown in FIGS. 3 and 4, this joining step is a step of friction stir welding the butt portion J1 using the rotary tool F. The rotary tool F is composed of a connecting portion F1 and a stirring pin F2, and is made of, for example, tool steel. The connecting portion F1 is a portion attached to a friction stir device (not shown) and has a columnar shape. The stirring pin F2 hangs down from the connecting portion F1 and is coaxial with the connecting portion F1. The stirring pin F2 is tapered as it is separated from the connecting portion F1. A spiral groove is engraved on the outer peripheral surface of the stirring pin F2. The tip of the stirring pin F2 is a flat surface F4, and the center thereof is the center F5.
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。
When the rotation tool F is rotated counterclockwise, it is preferable to form the spiral groove clockwise from the base end to the tip end. When the rotation tool F is rotated clockwise, it is preferable to form the spiral groove counterclockwise from the base end to the tip end. By setting the spiral groove in this way, the metal plastically fluidized during friction stir welding is guided to the tip end side of the stirring pin F2 by the spiral groove. As a result, the amount of metal that overflows to the outside of the metal member to be joined (
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。
In this joining step, a holding step and a friction stir welding step are performed. In the holding step, a holding device (jig) including a pair of holding
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。
The holding
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。
In the friction stir welding step, as shown in FIGS. 3 and 4, a holding step of holding the
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。
When inserting the rotation tool F, it is inserted closer to the
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。
In this joining step, the outer peripheral surface of the stirring pin F2 is brought into contact with the
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。
Here, the contact allowance of the outer peripheral surface of the stirring pin F2 with respect to the
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)。
When the rotation tool F is made to go around the butt portion J1, the start end and the end end of the plasticized region W1 are overlapped. When the rotation tool F is pulled out, the rotation tool F may be gradually pulled out (may be gradually raised) while being relatively moved on the set movement route L1 on the
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。
According to the joining method according to the present embodiment described above, the second aluminum alloy mainly on the sealing
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。
If the
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。
Further, in order to rotate or move the
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。
Further, the inclination angle α of the stirring pin F2 (see FIG. 4) and the inclination angle β of the
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。
Further, in this joining step, the rotation direction and the traveling direction of the rotation tool F may be appropriately set, but of the plasticized region W1 formed in the movement locus of the rotation tool F, the
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。 The shear side (Advancing side) is the relative speed of the outer circumference of the rotating tool with respect to the jointed portion, which is the value obtained by adding the magnitude of the moving speed to the magnitude of the tangential velocity on the outer circumference of the rotating tool. Means the side. On the other hand, the flow side (Retreating side) refers to the side where the relative speed of the rotating tool with respect to the joint is reduced by rotating the rotating tool in the direction opposite to the moving direction of the rotating tool.
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。
Further, the size of the sealing
[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。
[Second Embodiment]
Next, a method for manufacturing the liquid-cooled jacket according to the second embodiment will be described. The second embodiment differs from the first embodiment in that the
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。
In the method for manufacturing a liquid-cooled jacket according to the present embodiment, a preparation step, a mounting step, and a main joining step are performed. As shown in FIG. 5, the preparation step is a step of preparing the
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。
The
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。
The sealing
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。
In the mounting step, as shown in FIG. 6, the sealing
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。
As shown in FIG. 7, this joining step is a step of friction-stir welding the butt portion J2 using the rotary tool F. In this joining step, a holding step and a friction stir welding step are performed. In the holding step, as in the first embodiment (not shown, see FIG. 3), the
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。
The holding
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。
In the friction stir welding step, a holding step of holding the
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。 When inserting the rotation tool F, the insertion depth is set so that the insertion depth is gradually deepened while being inserted closer to the bottom 10 side than the set movement route L1 and relatively moving toward the set movement route L1. May be good. Further, the rotation tool F may be inserted on the set movement route L1 and set so that the insertion depth gradually increases while moving relative to each other.
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。
In this joining step, the outer peripheral surface of the stirring pin F2 is brought into contact with the
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。
Here, the contact allowance of the outer peripheral surface of the stirring pin F2 with respect to the
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)。
When the rotation tool F is made to go around the butt portion J2, the start end and the end end of the plasticized region W1 are overlapped. When the rotation tool F is pulled out, the rotation tool F may be gradually pulled out (may be gradually raised) while being moved on the
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。
In the main joining step of the present embodiment, the rotating tool F is in contact with the outer peripheral surface of the stirring pin F2 and the
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。
According to the joining method of the present embodiment described above, the second aluminum alloy mainly on the
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。
If the
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。
Further, in order to rotate or move the
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。
Further, the inclination angle α of the stirring pin F2 (see FIG. 7) and the inclination angle γ of the
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。
Further, in this joining step, the rotation direction and the traveling direction of the rotation tool F may be appropriately set, but of the plasticized region W1 formed in the movement locus of the rotation tool F, the sealing
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。
Further, the size of the
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。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the design can be appropriately changed within a range not contrary to the gist of the present invention. For example, in the above embodiment, the size of one side of the
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
1 Liquid-cooled
Claims (6)
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。 A method for manufacturing a liquid-cooled jacket in which a jacket body and a sealing body are joined by friction stir welding using a rotating tool equipped with a stirring pin.
The jacket body has a bottom portion and a peripheral wall portion rising from the peripheral edge of the bottom portion, and the sealing body seals an opening portion of the jacket body.
The jacket body is made of a first aluminum alloy, the sealant is made of a second aluminum alloy, and the first aluminum alloy is a grade having a higher hardness than the second aluminum alloy. The end surface of the peripheral wall portion is an inclined surface having a downward slope toward the side surface of the jacket body.
The stirring pin is tapered and
A mounting step of mounting the sealing body on the jacket body so that the end surface of the peripheral wall portion and the back surface of the sealing body are overlapped to form a gap having a V-shaped cross section in the abutting portion.
In a state where only the stirring pin of the rotating tool that rotates is inserted into the side surface of the sealing body and the outer peripheral surface of the stirring pin is slightly in contact with the inclined surface of the peripheral wall portion, the second aluminum is formed in the gap. While the alloy is flowing in, the joint is circulated around the side surface of the sealing body at a predetermined depth along a set movement route set on the sealing body side of the butt portion, and the butt portion is frictionally agitated. Including the process
In the main joining step, the front surface of the jacket body and the back surface of the jacket body are pressed and held by a pair of holding portions from both outer sides, and the jacket body and the sealing body are held by using the holding portions. A method for producing a liquid-cooled jacket, which comprises rotating or translating the jacket body and the sealing body while rubbing and stirring the jacket body and the sealing body.
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。 A method for manufacturing a liquid-cooled jacket in which a jacket body and a sealing body are joined by friction stir welding using a rotating tool equipped with a stirring pin.
The jacket body has a bottom portion and a peripheral wall portion rising from the peripheral edge of the bottom portion, and the sealing body seals an opening portion of the jacket body.
The jacket body is made of a second aluminum alloy, the sealant is made of a first aluminum alloy, and the first aluminum alloy is a grade having a higher hardness than the second aluminum alloy. The peripheral edge of the back surface of the sealing body is an inclined surface so that the plate thickness decreases toward the side surface of the sealing body.
The stirring pin is tapered and
A mounting step of mounting the sealing body on the jacket body so that the end surface of the peripheral wall portion and the back surface of the sealing body are overlapped to form a gap having a V-shaped cross section in the abutting portion.
Only the stirring pin of the rotating tool is inserted into the side surface of the jacket body, and the outer peripheral surface of the stirring pin is slightly brought into contact with the inclined surface of the sealing body, and the second is inserted into the gap. This joint in which the butt portion is frictionally agitated by flowing the aluminum alloy around the side surface of the jacket body at a predetermined depth along a set movement route set on the jacket body side of the butt portion. Including the process
In the main joining step, the front surface of the jacket body and the back surface of the jacket body are pressed and held by a pair of holding portions from both outer sides, and the jacket body and the sealing body are held by using the holding portions. A method for producing a liquid-cooled jacket, which comprises rotating or translating the jacket body and the sealing body while rubbing and stirring the jacket body and the sealing body.
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