液冷ジャケットの製造方法および摩擦攪拌接合方法
【課題】摩擦撹拌接合の接合部の密閉性能を向上させる。
【解決手段】熱発生体が発生する熱を外部に輸送する熱輸送流体が流れるとともに一部が開口した凹部１１を有するジャケット本体１０に、凹部１１の開口部１２を封止する封止体３０を摩擦攪拌接合によって固定して構成される液冷ジャケット１の製造方法において、ジャケット本体１０の凹部１１の開口周縁部１２ａに、その表面から下がった段差底面からなる封止体３０の支持面１５ａを形成し、この支持面１５ａに凹溝２０を形成し、支持面１５ａに封止体３０を載置して、ジャケット本体１０の段差側面１５ｂと封止体３０の外周面３０ｂを突き合わせた状態で、段差側面１５ｂと封止体３０との突合部４０に沿って回転ツール５０を一周させ、前記突合部に塑性化領域４１を形成しつつ、凹溝２０に塑性流動化されたメタルを流入させて、封止体３０をジャケット本体１０に固定することを特徴とする。
【解決手段】熱発生体が発生する熱を外部に輸送する熱輸送流体が流れるとともに一部が開口した凹部１１を有するジャケット本体１０に、凹部１１の開口部１２を封止する封止体３０を摩擦攪拌接合によって固定して構成される液冷ジャケット１の製造方法において、ジャケット本体１０の凹部１１の開口周縁部１２ａに、その表面から下がった段差底面からなる封止体３０の支持面１５ａを形成し、この支持面１５ａに凹溝２０を形成し、支持面１５ａに封止体３０を載置して、ジャケット本体１０の段差側面１５ｂと封止体３０の外周面３０ｂを突き合わせた状態で、段差側面１５ｂと封止体３０との突合部４０に沿って回転ツール５０を一周させ、前記突合部に塑性化領域４１を形成しつつ、凹溝２０に塑性流動化されたメタルを流入させて、封止体３０をジャケット本体１０に固定することを特徴とする。
【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および摩擦攪拌接合方法に関する。
【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】
ところで、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（熱発生体）の発熱量が増大し、ＣＰＵの冷却が益々重要になっている。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】
このような液冷ジャケットにおいて、構成部材同士を摩擦攪拌接合によって接合した技術が特許文献１で開示されている。この液冷ジャケットは、たとえば、金属製フィンを収容するフィン収容室を有するジャケット本体と、フィン収容室を封止する封止体とを備えており、フィン収容室を取り囲むジャケット本体の周壁と封止体との突合部に沿って回転ツールを一周させて、摩擦攪拌接合することで液冷ジャケットを製造するように構成されている。そして、特許文献１では、摩擦攪拌接合における始端と終端とをオーバーラップさせることで、ジャケット本体と封止体とを良好に接合して、フィン収容室内を流れる熱輸送流体が外部に漏れにくくなるようにする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３２４６４７号公報（図１８〜図２０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、液冷ジャケットは、パーソナルコンピュータ等の精密電子機器に設けられるため、さらなる信頼性の向上のためにジャケット本体と封止体の接合部における密閉性能を向上させることが要求されている。
【０００７】
そこで、本発明は、接合部の密閉性能を向上させることができる液冷ジャケットの製造方法および摩擦攪拌接合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の手段として、本発明は、熱発生体が発生する熱を外部に輸送する熱輸送流体が流れるとともに一部が開口した凹部を有するジャケット本体に、前記凹部の開口部を封止する封止体を摩擦攪拌接合によって固定して構成される液冷ジャケットの製造方法において、前記ジャケット本体の前記凹部の開口周縁部に、その表面から下がった段差底面からなる前記封止体の支持面を形成し、この支持面に凹溝を形成し、前記支持面に前記封止体を載置して、前記ジャケット本体の段差側面と前記封止体の外周面を突き合わせた状態で、前記段差側面と前記封止体との突合部に沿って回転ツールを一周させ、前記突合部に塑性化領域を形成しつつ、前記凹溝に塑性流動化されたメタルを流入させて、前記封止体を前記ジャケット本体に固定することを特徴とする液冷ジャケットの製造方法である。
【０００９】
このような方法によれば、支持面に形成された凹溝に塑性流動化されたメタルが流入することでジャケット本体に係合する凸条となるので、塑性化領域とジャケット本体とが互いに噛み合う。これによって、ジャケット本体と封止体の接合部における密閉性能を向上させることができ、液冷ジャケットの信頼性が高くなる。
【００１０】
そして、本発明は、前記凹溝が、前記支持面の外周部に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
このような方法によれば、突合部と凹溝が近くなるので、塑性流動化されたメタルが凹溝に流入しやすくなる。
【００１２】
また、本発明は、前記回転ツールを前記突合部に沿って一周させた後、一周目の始端部に沿って前記回転ツールを移動させて、前記塑性化領域の一部を重複させることを特徴とする。
【００１３】
このような方法によれば、塑性化領域の一部が重複していることにより、ジャケット本体と封止体とを良好に接合することができるので、接合部の密閉性能をさらに向上させることができる。
【００１４】
さらに、本発明は、前記回転ツールの攪拌ピンの長さ寸法が、前記封止体の厚さ寸法と同等或いは前記厚さ寸法より小さいことを特徴とする。
【００１５】
このような方法によれば、攪拌ピンが凹溝に入り込まないので、凹溝の周辺部分の変形を抑制できる。これによって、メタルと凹溝の内壁面との接触面積が大きくなるので塑性化領域とジャケット本体の係合性を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明は、前記回転ツールのショルダー径寸法が、前記凹溝の幅寸法よりも大きいことを特徴とする。
【００１７】
このような方法によれば、凹溝の上方を回転ツールのショルダー部で覆うことができるので、凹溝の上方全体が塑性化領域となり、塑性流動化されたメタルが凹溝に流入しやすくなる。
【００１８】
さらに、本発明は、前記回転ツールを一周させた後に、前記回転ツールを前記突合部の外側に偏移させて、前記回転ツールの攪拌ピンが前記ジャケット本体上を移動するように、前記回転ツールを前記突合部に沿ってさらに一周させたことを特徴とする。
【００１９】
このような方法によれば、一周目で空洞欠陥が発生したとしても二周目の移動で攪拌して空洞欠陥を低減することができるとともに、万一、二周目で空洞欠陥が発生したとしても、ジャケット本体の表面で突合部から離反した部分に発生するので、熱輸送流体が外部に漏れにくく、接合部の密閉性能を低下させることはない。
【００２０】
また、本発明は、前記回転ツールの二周目で形成された塑性化領域と、前記回転ツールの一周目で形成された塑性化領域とが、全周に亘ってその幅方向の一部同士が重複するように前記回転ツールを移動させたことを特徴とする。
【００２１】
このような方法によれば、塑性化領域の一部が重複していることにより、ジャケット本体と封止体とを良好に接合することができるので、接合部の密閉性能をさらに向上させることができる。
【００２２】
さらに、本発明は、前記封止体の厚さ寸法が、前記ジャケット本体の前記凹部の開口周縁部の表面から前記段差底面までの深さ寸法よりも大きいことを特徴とする。
【００２３】
このような方法によれば、回転ツールの押込み量が小さくても、凹溝に流入するメタル量を確保することができる。ジャケット本体側では封止体より押込み量が小さいので攪拌作用が少なく、空洞欠陥の発生確率を低減することができる。また、押込み量が小さいとバリの発生が少なくなり、材料ロスを低減できる。
【００２４】
また、本発明は、前記凹溝が、前記支持面の外周縁に沿ってその内側寄りに形成されていることを特徴とする。
【００２５】
このような方法によれば、塑性化領域と支持面との接触長さが長くなり、接合部の密閉性能をさらに向上させることができる。
【００２６】
さらに、本発明は、前記回転ツールを前記突合部上で一周させた後に、前記回転ツールを前記突合部の内側に偏移させて、前記回転ツールの攪拌ピンが前記凹溝の上方を移動するように、前記回転ツールを前記突合部に沿ってさらに一周させたことを特徴とする。
【００２７】
このような方法によれば、支持面の外周縁に沿ってその内側寄りに形成された凹溝に、塑性流動化されたメタルが流入しやすくなる。
【００２８】
また、前記回転ツールの二周目で形成された塑性化領域と、前記回転ツールの一周目で形成された塑性化領域とが、全周に亘ってその幅方向の一部同士が重複するように前記回転ツールを移動させたことを特徴とする。
【００２９】
このような方法によれば、塑性化領域の一部が重複していることにより、ジャケット本体と封止体とを良好に接合することができるので、接合部の密閉性能をさらに向上させることができる。
【００３０】
さらに、本発明は、前記回転ツールの二周目における押込み量を、一周目における押込み量よりも大きくすることを特徴とする。
【００３１】
このような方法によれば、凹溝に流入するメタル量を確保することができる。
【００３２】
また、本発明は、前記回転ツールを前記開口部に対して右回りに移動させるときは、前記回転ツールを右回転させ、前記回転ツールを前記開口部に対して左回りに移動させるときは、前記回転ツールを左回転させることを特徴とする。
【００３３】
このような方法によれば、回転ツールのシアー側が厚肉のジャケット本体側に位置する。このため、空洞欠陥が発生したとしても、ジャケット本体側であって突合部よりも外側位置の離反した部分（シアー側）に発生することとなり、熱輸送流体が外部に漏れにくくなるので、接合部の密閉性能を低下させることはない。
【００３４】
さらに、本発明は、前記回転ツールで前記塑性化領域を形成する工程に先立って、前記突合部の一部を前記回転ツールよりも小型の仮接合用回転ツールを用いて仮接合することを特徴とする。
【００３５】
このような方法によれば、ジャケット本体と封止体とを仮接合することによって、本接合の際に、封止体が移動することがなく、本接合しやすくなるとともに、封止体の位置決め精度が向上する。また、仮接合用回転ツールが本接合用の回転ツールよりも小さいので、本接合用の回転ツールを、仮接合部分の上で移動させて摩擦攪拌するだけで、本接合が仕上げられる。
【００３６】
また、本発明は、前記突合部が矩形環状を呈しており、前記仮接合用回転ツールで前記突合部を仮接合する工程において、前記突合部の一方の対角同士を先に仮接合した後に、他方の対角同士を仮接合することを特徴とする。
【００３７】
このような方法によれば、封止体をバランスよく仮接合することができ、封止体のジャケット本体に対する位置決め精度が向上する。
【００３８】
さらに、本発明は、前記突合部が矩形環状を呈しており、前記仮接合用回転ツールで前記突合部を仮接合する工程において、前記突合部の一方の対辺の中間部同士を先に仮接合した後に、他方の対辺の中間部同士を仮接合することを特徴とする。
【００３９】
このような方法によれば、封止体をバランスよく仮接合することができ、封止体のジャケット本体に対する位置決め精度が向上する。さらに、仮接合は直線状に行われるので、加工が容易となる。
【００４０】
また、本発明は、第一部材の凹部の開口部に板状の第二部材を摩擦攪拌接合によって固定する摩擦攪拌接合方法において、前記第一部材の前記凹部の開口周縁部に、その表面から下がった段差底面からなる前記第二部材の支持面を形成し、この支持面に凹溝を形成し、前記支持面に前記第二部材を載置して、前記第一部材の段差側面と前記第二部材の外周面を突き合わせた状態で、前記段差側面と前記第二部材との突合部に沿って回転ツールを一周させ、前記突合部に塑性化領域を形成しつつ、前記凹溝に塑性流動化されたメタルを流入させて、前記第二部材を前記第一部材に固定することを特徴とする摩擦攪拌接合方法である。
【００４１】
このような方法によれば、支持面に形成された凹溝に塑性流動化されたメタルが流入することで第一部材に係合する凸条となるので、塑性化領域と第一部材とが互いに噛み合う。これによって、第一部材と第二部材の接合部における密閉性能を向上させることができ、摩擦攪拌接合方法の信頼性が高くなる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、液冷ジャケットのジャケット本体と封止体との接合部、または、第一部材の開口部と板状の第二部材との接合部の密閉性能を向上させることができるといった優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】第１実施形態に係る液冷ジャケットの分解斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る液冷ジャケットの封止体の斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の工程を示した断面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の工程を示した平面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の工程を示した平面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の工程を示した平面図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の工程を示した平面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、第４実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の工程を示した断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、第５実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の工程を示した断面図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は、第５実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の工程を示した平面図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、第５実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の工程を示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明の実施形態について、図面を適宜参照して詳細に説明する。
【００４５】
（第１実施形態）
まず、本発明に係る液冷ジャケットの製造方法および摩擦攪拌接合方法によって形成された液冷ジャケットについて説明する。液冷ジャケットは、例えば、パーソナルコンピュータ等の電子機器に搭載される冷却システムの構成部品であって、ＣＰＵ（熱発生体）等を冷却する部品である。液冷システムは、ＣＰＵが所定位置に取り付けられる液冷ジャケットと、冷却水（熱輸送流体）が輸送する熱を外部に放出するラジエータ（放熱手段）と、冷却水を循環させるマイクロポンプ（熱輸送流体供給手段）と、温度変化による冷却水の膨張／収縮を吸収するリザーブタンクと、これらを接続するフレキシブルチューブと、熱を輸送する冷却水とを主に備えている。冷却水は、熱発生体であるＣＰＵ（図示せず）が発生する熱を外部に輸送する熱輸送流体である。冷却水としては、例えば、エチレングリコール系の不凍液が使用される。そして、マイクロポンプが作動すると、冷却水がこれら機器を循環するようになっている。
【００４６】
図１に示すように、液冷ジャケット１は、冷却水（図示せず）が流れるとともに一部が開口した凹部１１を有するジャケット本体１０に、凹部１１の開口部１２を封止する封止体３０を摩擦攪拌接合（図３参照）によって固定して構成されている。
【００４７】
液冷ジャケット１は、その下方側の中央に、熱拡散シート（図示せず）を介してＣＰＵ（図示せず）が取り付けられるようになっており、ＣＰＵが発生する熱を受熱すると共に、内部を流通する冷却水と熱交換する。これによって、液冷ジャケット１は、ＣＰＵから受け入れた熱を冷却水に伝達し、その結果として、ＣＰＵを効率的に冷却する。なお、熱拡散シートは、ＣＰＵの熱を、ジャケット本体１０に効率的に伝達させるためのシートであり、例えば、銅などの高熱伝導性を有する金属から形成されている。
【００４８】
ジャケット本体１０は、一側面（本実施形態では上側面）が開口した浅底の箱体であって、その内側に凹部１１が形成されており、底壁１３と、周壁１４とを有している。このようなジャケット本体１０は、例えば、ダイキャスト、鋳造、鍛造などによって作製される。ジャケット本体１０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されている。これにより、液冷ジャケット１は軽量化が達成されており、取り扱い容易となっている。
【００４９】
ジャケット本体１０の凹部１１の開口周縁部１２ａには、凹部１１の底面側に一段下がった段差底面からなる支持面１５ａが形成されている。図３の（ａ）に示すように、ジャケット本体１０の上面と支持面１５ａとの高低差（深さ寸法）Ｈ１は、封止体３０の厚さ寸法（後記する蓋板部３１の厚さ寸法）Ｔ１と同じ寸法に設定されている。支持面１５ａは、封止体３０を支持する面であって、支持面１５ａ上には、封止体３０の周縁部３０ａが載置される。
【００５０】
図１および図３に示すように、支持面１５ａには、開口周縁部１２ａに沿って凹溝２０が環状に形成されている。凹溝２０は、本実施形態では、支持面１５ａの外周部に形成されており、断面矩形を呈している。凹溝２０の外側面２０ａは、ジャケット本体１０の開口周縁部１２ａの段差側面１５ｂと面一となっている。凹溝２０は、その幅寸法Ｗ１が、摩擦攪拌接合に用いられる回転ツール５０のショルダー径（ショルダー部５１の直径）寸法Ｒ１よりも小さく設定されている（回転ツール５０のショルダー径寸法Ｒ１は、凹溝２０の幅寸法Ｗ１よりも大きい）。特に、本実施形態では、ショルダー径寸法Ｒ１の半分（半径寸法）が、凹溝２０の幅寸法Ｗ１より大きい。また、凹溝２０の幅寸法Ｗ１は、支持面１５ａの幅寸法Ｗ２の１／４程度となっている。
【００５１】
図１に示すように、凹部１１の周囲の周壁１４の互いに対向する一対の壁部１４ａ，１４ａには、凹部１１に冷却水を流通させるための貫通孔１６，１６がそれぞれ形成されている。貫通孔１６，１６は、本実施形態では、壁部１４ａ，１４ａの対向方向（図１中、Ｘ軸方向）に延在しており、円形断面を有し、壁部１４ａの中央部に形成されている。なお、貫通孔１６の形状、数および形成位置は、これに限られるものではなく、冷却水の種類や流量に応じて適宜変更可能である。
【００５２】
図１および図２に示すように、封止体３０は、ジャケット本体１０の段差側面１５ｂ（図１参照）と同じ形状（本実施形態では正方形）の外周形状を有する板状の蓋板部３１と、蓋板部３１の下面に設けられた複数のフィン３２，３２…とを備えて構成されている。
【００５３】
蓋板部３１は、その厚さ寸法Ｔ１が、回転ツール５０の攪拌ピン５２の長さ寸法Ｌ１と同等或いは攪拌ピン５２の長さ寸法Ｌ１よりも大きく設定されている（回転ツール５０の攪拌ピン５２の長さ寸法Ｌ１が、封止体３０の蓋板部３１の厚さ寸法Ｔ１と同等或いは厚さ寸法Ｔ１よりも小さい）。
【００５４】
フィン３２は、封止体３０の表面積を大きくするために設けられている。複数のフィン３２，３２…は、互いに平行で且つ蓋板部３１に対して直交して配置されており、蓋板部３１と一体に構成されている。これにより、蓋板部３１とフィン３２，３２…との間において、熱が良好に伝達するようになっている。図１に示すように、フィン３２，３２…は、貫通孔１６，１６が形成された周壁１４の壁部１４ａ，１４ａと直交する方向（図１中、Ｘ軸方向）に延在するように配置されている。フィン３２は、凹部１１の深さ寸法と同等の高さ（深さ）寸法（図１中、Ｚ軸方向長さ）を有しており、その先端部が凹部１１の底面に当接するようになっている。これによって、封止体３０がジャケット本体１０に取り付けられた状態で、封止体３０の蓋板部３１と、隣り合うフィン３２，３２と、凹部１１の底面とで筒状の空間が区画され、その空間が、冷却水が流れる流路３３（図４の（ａ）参照）として機能することとなる。また、フィン３２，３２…は、凹部１１の一辺の長さ寸法よりも小さい長さ寸法（図１中、Ｘ軸方向長さ）を有しており、その両端は、周壁１４の各壁部１４ａ，１４ａの内壁面とそれぞれ所定の間隔を隔てるように構成されている。フィン３２，３２…の端部と、壁部１４ａとの間の空間は、フィン３２，３２によって形成される流路３３と、貫通孔１６とを繋ぐ流路ヘッダ部３４（図４の（ａ）参照）を構成する。
【００５５】
封止体３０もジャケット本体１０と同様に、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されている。これにより、液冷ジャケット１は軽量化が達成されており、取り扱い容易となっている。封止体３０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されたブロックを切削加工することで蓋板部３１とフィン３２を形成して作製されている。なお、作製方法はこれに限定されるものではなく、例えば、蓋板部３１と複数のフィン３２，３２…からなる断面形状を有する部材を、押出成形または溝加工によって形成し、そのフィン３２の両端部を取り除くことによって作製してもよいし、ダイキャスト、鋳造、鍛造などによって作製してもよい。
【００５６】
次に、ジャケット本体１０に、封止体３０を摩擦攪拌接合によって固定する方法について、図４および図５を参照して説明する。
【００５７】
まず、図４の（ａ）に示すように、封止体３０を、フィン３２が下側になるようにして、ジャケット本体１０の凹部１１に挿入して、封止体３０の周縁部３０ａを、支持面１５ａ上に載置する。すると、ジャケット本体１０の段差側面１５ｂと、封止体３０の外周面３０ｂとが突き合わされ、突合部４０が構成される。また、このとき、支持面１５ａに形成された凹溝２０は、封止体３０の周縁部３０ａによって覆われて、断面矩形の空間が区画形成される（図３の（ａ）参照）。
【００５８】
次に、摩擦攪拌接合用の回転ツール５０を挿入位置５３に挿入した後、突合部４０上に移動させて、その後、回転ツール５０の移動方向を変えて、回転ツール５０を突合部４０に沿って移動させる。このとき、ジャケット本体１０の周壁１４の外周面に、ジャケット本体１０を四方向から囲む治具（図示せず）を予め当てておくのが好ましい。これによれば、周壁１４の厚さが薄く、回転ツール５０のショルダー部５１（図３の（ｂ）参照）の外周面と、周壁１４の外周面との距離（隙間）が、例えば、２．０ｍｍ以下であっても、回転ツール５０の押圧力によって周壁１４が外側に変形しにくくなる。なお、周壁１４の厚さが厚い場合は、前記の治具は設置しなくてもよい。
【００５９】
回転ツール５０は、ジャケット本体１０や封止体３０よりも硬質の金属材料からなり、図３の（ｂ）および（ｃ）に示すように、円柱状を呈するショルダー部５１と、このショルダー部５１の下端面に突設された攪拌ピン（プローブ）５２とを備えて構成されている。回転ツール５０の寸法・形状は、ジャケット本体１０および封止体３０の材質や厚さ等に応じて設定すればよい。なお、本実施形態では、攪拌ピン５２は、下部が縮径した円錐台状を呈しており、その突出長さ寸法Ｌ１は、封止体３０の蓋板部３１の厚さ寸法Ｔ１以下となっている。また、回転ツール５０のショルダー径寸法Ｒ１は、凹溝２０の幅寸法Ｗ１よりも大きくなっている。そして、摩擦攪拌接合時には、攪拌ピン５２の先端が支持面１５ａの表面と略同じ高さに位置するか、或いは表面より上側に位置するように、回転ツール５０が押し込まれる。さらに、回転ツール５０の押込み量は、凹溝２０の容積にも応じて決定されており、摩擦攪拌によって塑性流動化したメタルが、凹溝２０全体に流れ込むように設定される。回転ツール５０の回転速度は５００〜１５０００（ｒｐｍ）、送り速度は０．０５〜２（ｍ／分）で、突合部４０を押さえる押込み力は１〜２０（ｋＮ）程度で、ジャケット本体１０および封止体３０の材質や板厚および形状に応じて適宜選択される。
【００６０】
以下に、回転ツール５０の動きを具体的に説明する。まず、回転ツール５０を回転させながら挿入位置５３に挿入する。回転ツール５０の挿入位置５３は、図４の（ａ）に示すように、突合部４０から外側に外れた周壁１４の上面となっている。なお、回転ツール５０の挿入位置５３に、予め下穴（図示せず）を形成していてもよい。このようにすれば、回転ツール５０の挿入時間（押込み時間）を短縮できる。
【００６１】
その後、回転ツール５０を、挿入位置５３から突合部４０の真上位置（回転ツール５０の中心が突合部４０上となる位置）まで回転させながら移動させる。その後、回転ツール５０の中心（軸芯）が突合部４０上を移動するように、回転ツール５０の移動方向を変えて、突合部４０に沿って回転ツール５０を移動させる。このとき、突合部４０の周囲のジャケット本体１０と封止体３０は、一体的に塑性流動化されて塑性化領域４１となる。ここで、「塑性化領域」とは、回転ツール５０の摩擦熱によって加熱されて現に塑性化している状態と、回転ツール５０が通り過ぎて常温に戻った状態の両方を含むこととする。回転ツール５０によって、塑性流動化されたジャケット本体１０および封止体３０のメタルの一部は、凹溝２０内に流入する。そして、凹溝２０内に流入したメタルは、回転ツール５０の通過後、常温に戻って固まる。
【００６２】
このとき、回転ツール５０の移動方向（図４中、矢印Ｙ１参照）と同じ方向に回転ツール５０が回動（図４中、矢印Ｙ２参照）するシアー側５０ｂ（被接合部に対する回転ツール５０の外周の相対速さが、回転ツール５０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）が、外側のジャケット本体１０上に位置するように、回転ツール５０を回転、移動させる。つまり、突合部４０における回転ツール５０の回転方向（自転方向）が、移動方向（公転方向）と同じ方向となるようにする。具体的には、本実施形態では、回転ツール５０を凹部１１の開口部１２に対して右回りに移動させているので、回転ツール５０も右回転させる。なお、回転ツール５０を凹部１１の開口部１２に対して左回りに移動させるときは、回転ツール５０を左回転させることとなる。このようにすることによって、回転ツール５０のシアー側５０ｂが厚肉のジャケット本体１０側に位置する。そして、薄肉の封止体３０側は、回転ツール５０のフロー側５０ａ（被接合部に対する回転ツール５０の外周の相対速さが、回転ツール５０の外周における接線速度の大きさから移動速度の大きさを減算した値となる側）となる。このため、封止体３０側は、メタルの流動量が少なくなり、空洞欠陥が発生しにくくなる。そして、摩擦攪拌によって空洞欠陥が発生したとしても、ジャケット本体１０側であって突合部４０よりも外側位置の離反した部分に発生することとなり、熱輸送流体が外部に漏れにくくなるので、接合部の密閉性能を低下させることはない。
【００６３】
引き続き、回転ツール５０の回転および移動を継続し、図４の（ｂ）に示すように、回転ツール５０を、開口部１２の周りを一周させて塑性化領域４１を形成する。回転ツール５０を一周させたら、一周目の始端５４ａを含む始端部（始端５４ａから回転ツール５０の移動方向に所定長さ進んだ位置（終端５４ｂと同じ位置）までの部分）に沿って回転ツール５０を所定長さ移動させる。これによって、回転ツール５０の周方向移動における始端５４ａと終端５４ｂとが互いにオーバーラップしており、塑性化領域４１の一部が重複するように構成される。
【００６４】
その後、図５の（ａ）に示すように、回転ツール５０の移動軌跡を一周目の終端５４ｂから外側へ偏移させた後に、二周目の摩擦攪拌を行う。回転ツール５０は、移動方向に向かうに連れて外側へ向かうように斜めに移動させることで偏移させる。回転ツール５０の偏移量は、回転ツール５０のショルダー部５１が、回転ツール５０の一周目の移動で形成された塑性化領域４１の少なくとも幅方向の一部と重複する部分までとし、塑性化領域４１のシアー側５０ｂが回転ツール５０の二周目の摩擦攪拌によって、再攪拌されるようにする。その後、回転ツール５０は、突合部４０に沿って塑性化領域４１に対して平行移動する。二周目の移動に入るに際して、回転ツール５０は、交換を行わず、突合部４０に挿入したままの状態で、移動方向および回転方向は一周目と同様に右回転（図５中、矢印Ｙ１，Ｙ２参照）を継続させ、押込み量も変更しない。なお、回転ツール５０の回転速度や移動速度等は、ジャケット本体１０と封止体３０の形状や材質に応じて適宜変更してもよい。これによって、回転ツール５０が一周目と同じ方向に移動して同方向に回転する二周目によって、一周目で形成された塑性化領域４１の幅方向の一部と重合する第二塑性化領域４３が形成される。
【００６５】
そして、図５の（ｂ）に示すように、回転ツール５０の二周目の移動が終了したならば、回転ツール５０を第二塑性化領域４３（突合部４０）から外側に外れた周壁１４の上面の引抜位置５５へと移動させ、その位置で回転ツール５０を引き抜く。引抜位置５５は、突合部４０から外側に外れた位置となっているので、引抜跡が突合部４０に形成されることはなく、ジャケット本体１０と封止体３０との接合性をさらに高めることができる。なお、引抜跡は補修するようにしてもよい。
【００６６】
以上のように、回転ツール５０を凹部１１の開口部１２の周囲で、突合部４０に沿って二周させて摩擦攪拌接合を行って塑性化領域４１および第二塑性化領域４３を形成し、ジャケット本体１０に封止体３０を固定することで、液冷ジャケット１が形成される。
【００６７】
本実施形態に係る液冷ジャケット１の製造方法および摩擦攪拌接合方法によれば、回転ツール５０によって、塑性流動化されたジャケット本体１０および封止体３０のメタルの一部が、凹溝２０内に流入して、常温に戻って固まるので、凹溝２０に流入したメタルがジャケット本体１０に係合する凸条となる。これによって、塑性化領域４１とジャケット本体１０とが互いに噛み合うことになり係合性が高くなる。したがって、ジャケット本体１０と封止体３０の接合部における密閉性能を向上させることができ、液冷ジャケット１の信頼性を高めることができる。
【００６８】
さらに、凹溝２０の流入したメタルが、支持面１５ａの表面に対して直交して垂下する壁面を構成するので、この壁面が堰の役目を果たし、ジャケット本体１０と封止体３０の接合部における液密性を向上させることができる。
【００６９】
また、本実施形態では、凹溝２０は、支持面１５ａの外周部に形成されているので、突合部４０と凹溝２０が近くなる。これによって、突合部４０上を移動した回転ツール５０による一周目の摩擦攪拌によって塑性流動化されたメタルが凹溝２０に流入しやすくなる。さらに、回転ツール５０のショルダー径寸法Ｒ１が、凹溝２０の幅寸法Ｗ１よりも大きく、特に、本実施形態では、ショルダー部５１の半径が凹溝２０の幅寸法Ｗ１よりも大きいので、凹溝２０の上方を回転ツール５０のショルダー部５１で覆うことができ、凹溝２０の上方全体が塑性化領域４１となり、塑性流動化されたメタルが凹溝２０に流入しやすくなる。したがって、凹溝２０内の全体に塑性流動化されたメタルが流入して、ジャケット本体１０と封止体３０の接合部における密閉性能を向上させることができる。
【００７０】
さらに、回転ツール５０の攪拌ピン５２の長さ寸法Ｌ１が、封止体３０の厚さ寸法Ｔ１と同等或いは厚さ寸法Ｔ１より小さいので、攪拌ピン５２の先端が凹溝２０に入り込まない。これによって、凹溝２０の周辺部分の変形を抑制でき、塑性流動化したメタルと凹溝２０の内壁面との係合面積が大きくなるので、塑性化領域４１とジャケット本体１０の係合性を向上することができる。
【００７１】
また、回転ツール５０を突合部４０に沿って一周させた後、一周目の始端部に沿って回転ツール５０を移動させて、塑性化領域４１の一部を重複させることで、凹部１１の開口部１２で塑性化領域４１が途切れることがない。したがって、開口部１２の全周に亘ってジャケット本体１０と封止体３０とが確実に接合されるので、接合部の密閉性能をさらに向上させることができる。
【００７２】
さらに、本実施形態では、回転ツール５０を、開口部１２に対する移動方向と同じ方向に回転させるとともに、回転ツール５０を一周させた後に、回転ツール５０を突合部４０の外側に偏移させて、回転ツール５０の攪拌ピン５２がジャケット本体１０上を移動するように回転ツール５０を突合部４０に沿ってさらに一周させているので、シアー側５０ｂとなる塑性化領域４１の外周側は、回転ツール５０の二周目の移動によって再攪拌されることとなる。したがって、塑性化領域４１の外周側に空洞欠陥が発生していたとしても二周目の移動で空洞欠陥を低減することができる。さらに、回転ツール５０の二周目の移動におけるシアー側５０ｂは、ジャケット本体１０の表面で突合部４０から離反した部分となるので、万一、空洞欠陥が発生したとしても、突合部４０から離反した部分に発生する。したがって、熱輸送流体が外部に漏れにくく、接合部の密閉性能を低下させることはない。また、塑性化領域４１と第二塑性化領域４３とは、その幅方向の一部が開口部１２の全周に亘って重複していることにより、ジャケット本体１０と封止体３０とを隙間なく良好に接合することができる。よって、接合部の密閉性能をさらに向上させることができる。
【００７３】
さらに、封止体３０は、蓋板部３１とフィン３２，３２…が一体的に形成されていることによって、蓋板部３１の剛性が高くなり、摩擦攪拌接合の熱により封止体３０が変形するのを防止できる。これによって、凹部１１の開口部１２の開口周縁部１２ａと封止体３０の周縁部３０ａとの突合状態が良好となり、接合部の密閉性能をさらに向上させることができる。
【００７４】
なお、前記実施形態では、回転ツール５０を開口部１２の周りを二周させて、摩擦攪拌を行っているが、これに限定するものではなく、一周目の摩擦攪拌で、凹溝２０内に塑性流動化されたメタルの一部が流入するので、回転ツール５０の移動を一周だけで終了させてもよい。
【００７５】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法および摩擦攪拌接合方法について、図６を参照して説明する。
【００７６】
かかる実施形態は、図６の（ａ）に示すように、第１実施形態の回転ツール５０で塑性化領域４１（図６の（ｂ）参照）を形成する工程に先立って、ジャケット本体１０と封止体３０との突合部４０の一部を回転ツール５０よりも小型の仮接合用回転ツール６０を用いて仮接合することを特徴とする。仮接合を行った後には、図６の（ｂ）に示すように、回転ツール５０を用いて第１実施形態と同様の本接合を行う。
【００７７】
図６の（ａ）に示すように、仮接合用回転ツール６０は、回転ツール５０よりも小径のショルダー部と攪拌ピン（図示せず）を備えており、形成される塑性化領域４５は、後の工程で回転ツール５０によって形成される塑性化領域４１（図６の（ｂ）参照）の幅よりも小さい幅を有することとなる。そして、塑性化領域４５は、後の工程で塑性化領域４１が形成される位置からはみ出さない位置に形成される。これによって、仮接合における塑性化領域４５は、塑性化領域４１で完全に覆われることとなるので、塑性化領域４５に残った仮接合用回転ツール６０の引抜跡および塑性化領域４５の跡が残らない。
【００７８】
本実施形態では、突合部４０が正方形（矩形枠状）を呈しており、仮接合用回転ツール６０で突合部４０を仮接合する工程において、突合部４０の一方の対角４４ａ，４４ｂ同士を先に仮接合した後に、他方の対角４４ｃ，４４ｄ同士を仮接合するようになっている。このような順序で仮接合することで、封止体３０をバランスよくジャケット本体１０に仮接合することができ、封止体３０のジャケット本体１０に対する位置決め精度が向上するとともに、封止体３０の変形を防止できる。また、封止体３０の仮接合を行ったことによって、回転ツール５０による本接合時の封止体３０のズレを防止でき、接合部の密閉性能をより一層向上させることができる。
【００７９】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法および摩擦攪拌接合方法について、図７を参照して説明する。
【００８０】
かかる実施形態は、図７の（ａ）に示すように、第１実施形態の回転ツール５０で塑性化領域４１（図７の（ｂ）参照）を形成する工程に先立って、ジャケット本体１０と封止体３０との突合部４０の一部を回転ツール５０よりも小型の仮接合用回転ツール６０を用いて仮接合することを特徴とする。ここでの仮接合は、第２実施形態が、正方形の突合部４０の角部を摩擦攪拌接合しているのに対して、各辺の中間部を摩擦攪拌接合することによって直線状に行われている。具体的には、突合部４０が正方形（矩形枠状）を呈しており、仮接合用回転ツール６０で突合部４０を仮接合する工程において、突合部４０の一方の対辺４６，４６の中間部４６ａ，４６ｂ同士を先に仮接合した後に、他方の対辺４７，４７の中間部４７ａ，４７ｂ同士を仮接合するようになっている。このとき仮接合用回転ツール６０で形成される塑性化領域４８は、それぞれ同じ長さの直線状になるようになっている。また、塑性化領域４８は、後の工程で塑性化領域４１が形成される位置からはみ出さない位置に形成される。
【００８１】
本実施形態では、前記のような順序で仮接合することで、封止体３０をバランスよくジャケット本体１０に仮接合することができ、封止体３０のジャケット本体１０に対する位置決め精度が向上するとともに、封止体３０の変形を防止できる。また、封止体３０の仮接合を行ったことによって、回転ツール５０による本接合時の封止体３０のズレを防止できる。さらに、本実施形態によれば、仮接合の摩擦攪拌接合が直線状であるので、仮接合用回転ツール６０を直線的に移動させるだけでよく加工が容易である。
【００８２】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法および摩擦攪拌接合方法について、図８を参照して説明する。
【００８３】
かかる実施形態は、図８の（ａ）に示すように、封止体３０’の厚さ寸法Ｔ２が、ジャケット本体１０の凹部１１の開口周縁部１２ａの表面から段差底面（支持面１５ａ）までの深さ寸法Ｈ１よりも大きいことを特徴とする。なお、その他の構成は、第１実施形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
【００８４】
図８の（ｂ）に示すように、封止体３０’の厚さ寸法Ｔ２は、凹溝２０の容積と、回転ツール５０の押込み量に応じて適宜設定される。具体的には、回転ツール５０のショルダー部５１および攪拌ピン５２によって押し込まれるメタルの容積からバリとなるメタルの容積を引いた値が、凹溝２０の容積と略同等となるように、封止体３０’の厚さ寸法Ｔ２が決定される。
【００８５】
以上のように、封止体３０’の厚さ寸法Ｔ２を大きくした本実施形態によれば、塑性流動化される封止体３０’のメタル量が増加するので、ジャケット本体１０側における回転ツール５０の押込み量を小さくすることができる。これによって、バリの発生を低減することができ、ジャケット本体１０および封止体３０’の材料ロスを低減することができる。また、ジャケット本体１０側は回転ツール５０のシアー側５０ｂとなるが、シアー側５０ｂの押込み量が小さくなることによって、メタルの攪拌作用が小さくなるので、空洞欠陥の発生を抑制することができる。さらに、本実施形態では、図８の（ｃ）に示すように、回転ツール５０の二周目における押込み量も小さくなるので、ジャケット本体１０の材料ロスをさらに低減することができる。
【００８６】
（第５実施形態）
次に、第５実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法および摩擦攪拌接合方法について、図９乃至図１１を参照して説明する。
【００８７】
かかる実施形態は、図９の（ａ）に示すように、凹溝２０’は、支持面１５ａの外周縁（開口周縁部１２ａの段差側面１５ｂと同一面）に沿ってその内側寄りに形成されている。具体的には、凹溝２０’は、その幅方向中心部の突合部４０からの離間距離Ｌ２が、回転ツール５０のショルダー径（ショルダー部５１の直径）寸法Ｒ１よりも小さくなるように形成されている。凹溝２０’の幅寸法Ｗ１（図９の（ｂ）参照）は、第１実施形態の凹溝２０と同様に、摩擦攪拌接合に用いられる回転ツール５０のショルダー径寸法Ｒ１よりも小さく設定されており、特に、本実施形態では、ショルダー径寸法Ｒ１の半分（半径寸法）が、凹溝２０’の幅寸法Ｗ１より大きい。また、凹溝２０’は、支持面１５ａの幅方向中央部に形成されている。
【００８８】
次に、以上のような構成の凹溝２０’が形成されたジャケット本体１０に、封止体３０を摩擦攪拌接合によって固定する方法について説明する。本実施形態のジャケット本体１０に封止体３０を接合するに際しては、回転ツール５０を突合部４０上で一周させた後に、突合部４０の内側に偏移させて、回転ツール５０の攪拌ピン５２が凹溝２０’の上方を移動するように、回転ツール５０を突合部４０に沿ってさらに一周させるようにすることを特徴とする。
【００８９】
まず、図１０の（ａ）に示すように、封止体３０を、フィン３２が下側になるようにして、ジャケット本体１０の凹部１１に挿入して、封止体３０の周縁部３０ａを、支持面１５ａ上に載置する。
【００９０】
次に、摩擦攪拌接合用の回転ツール５０を挿入位置５３に挿入した後、突合部４０上に移動させて、その後、回転ツール５０の移動方向を変えて、回転ツール５０を突合部４０に沿って移動させる。
【００９１】
回転ツール５０は、前記実施形態と同様に、円柱状を呈するショルダー部５１と、このショルダー部５１の下端面に突設された攪拌ピン（プローブ）５２とを備えて構成されている（図９の（ｂ）および（ｃ）参照）。回転ツール５０の寸法・形状は、ジャケット本体１０および封止体３０の材質や厚さ、凹溝２０’の形成位置等に応じて設定すればよい。なお、本実施形態では、攪拌ピン５２は、下部が縮径した円錐台状を呈しており、その突出長さ寸法は、封止体３０の蓋板部３１の厚さ寸法以下となっている。また、回転ツール５０のショルダー径寸法Ｒ１は、凹溝２０’の幅寸法Ｗ１よりも大きくなっている。そして、摩擦攪拌接合時には、攪拌ピン５２の先端が支持面１５ａの表面と略同じ高さに位置するか、或いは表面より上側に位置するように、回転ツール５０が押し込まれる。さらに、回転ツール５０の押込み量は、凹溝２０’の容積に応じて決定されており、回転ツール５０の二周目の摩擦攪拌によって塑性流動化したメタルが、凹溝２０’全体に流れ込むように設定される。
【００９２】
以下に、回転ツール５０の動きを具体的に説明する。まず、回転ツール５０を回転させながら挿入位置５３に挿入する。回転ツール５０の挿入位置５３は、図１０の（ａ）に示すように、突合部４０から外側に外れた周壁１４の上面となっている。なお、回転ツール５０の挿入位置５３に、予め下穴（図示せず）を形成していてもよい。このようにすれば、回転ツール５０の挿入時間（押込み時間）を短縮できる。
【００９３】
その後、回転ツール５０を、挿入位置５３から突合部４０の真上位置（回転ツール５０の中心が突合部４０上となる位置）まで回転させながら移動させる。その後、回転ツール５０の中心（軸芯）が突合部４０上を移動するように、回転ツール５０の移動方向を変えて、突合部４０に沿って回転ツール５０を移動させる。このとき、突合部４０の周囲のジャケット本体１０と封止体３０は、一体的に塑性流動化されて塑性化領域４１となる。
【００９４】
回転ツール５０は、第１実施形態と同様に、移動方向（図１０中、矢印Ｙ１参照）と同じ方向に回転（図１０中、矢印Ｙ２参照）する。このようにすることによって、回転ツール５０のシアー側５０ｂが厚肉のジャケット本体１０側に位置するとともに、薄肉の封止体３０側は、回転ツール５０のフロー側５０ａとなる。このため、封止体３０側は、メタルの流動量が少なくなり、空洞欠陥が発生しにくくなる。そして、摩擦攪拌によって空洞欠陥が発生したとしても、ジャケット本体１０側であって突合部４０よりも外側位置の離反した部分に発生することとなり、熱輸送流体が外部に漏れにくくなるので、接合部の密閉性能を低下させることはない。
【００９５】
その後、引き続き、回転ツール５０の回転および移動を継続し、図１０の（ｂ）に示すように、回転ツール５０を、開口部１２の周りを一周させて塑性化領域４１を形成する。回転ツール５０を一周させたら、一周目の始端５４ａを含む始端部（始端５４ａから回転ツール５０の移動方向に所定長さ進んだ位置（終端５４ｂと同じ位置）までの部分）に沿って回転ツール５０を所定長さ移動させる。これによって、回転ツール５０の周方向移動における始端５４ａと終端５４ｂとが互いにオーバーラップしており、塑性化領域４１の一部が重複するように構成される。
【００９６】
その後、図１１の（ａ）に示すように、回転ツール５０の移動軌跡を一周目の終端５４ｂから内側へ偏移させた後に、二周目の摩擦攪拌を行う。回転ツール５０は、移動方向に向かうに連れて内側へ向かうように斜めに移動させることで偏移させる。回転ツール５０の偏移量は、回転ツール５０の中心が凹溝２０’の中心上に位置する部分まで偏移することとし、このとき、回転ツール５０のショルダー部５１が、回転ツール５０の一周目の移動で形成された塑性化領域４１の少なくとも幅方向の一部と重複するようになっている。その後、回転ツール５０は、突合部４０に沿って塑性化領域４１に対して平行移動する。二周目の移動に入るに際して、回転ツール５０は、交換を行わず、突合部４０に挿入したままの状態で、移動方向および回転方向は一周目と同様に右回転（図５中、矢印Ｙ１，Ｙ２参照）を継続させ、押込み量を一周目よりも深くする。なお、回転ツール５０の回転速度や移動速度等は、ジャケット本体１０と封止体３０の形状や材質に応じて適宜変更してもよい。これによって、回転ツール５０が一周目と同じ方向に移動して同方向に回転する二周目によって、一周目で形成された塑性化領域４１の幅方向の一部と重合する第二塑性化領域４３が形成される。図９の（ｃ）に示すように、回転ツール５０の二周目の摩擦攪拌によって、塑性流動化されたジャケット本体１０および封止体３０のメタルの一部は、凹溝２０’内に流入する。そして、凹溝２０’内に流入したメタルは、回転ツール５０の通過後、常温に戻って固まる。
【００９７】
そして、図１０の（ｂ）に示すように、回転ツール５０の二周目の移動が終了したならば、回転ツール５０を第二塑性化領域４３から外側に外れた周壁１４の上面の引抜位置５５へと移動させ、その位置で回転ツール５０を引き抜く。引抜位置５５は、突合部４０から外側に外れた位置となっているので、引抜跡が突合部４０に形成されることはなく、ジャケット本体１０と封止体３０との接合性をさらに高めることができる。なお、引抜跡は補修するようにしてもよい。
【００９８】
以上のように、回転ツール５０を凹部１１の開口部１２の周囲で、突合部４０に沿って二周させて摩擦攪拌接合を行って塑性化領域４１および第二塑性化領域４３を形成し、ジャケット本体１０に封止体３０を固定することで、液冷ジャケット１’が形成される。
【００９９】
本実施形態に係る液冷ジャケット１の製造方法および摩擦攪拌接合方法によれば、回転ツール５０によって、塑性流動化されたジャケット本体１０および封止体３０のメタルの一部が、凹溝２０’内に流入して、常温に戻って固まるので、凹溝２０’に流入したメタルがジャケット本体１０に係合する凸条となる。これによって、塑性化領域４３とジャケット本体１０とが互いに噛み合うことになり係合性が高くなる。したがって、ジャケット本体１０と封止体３０の接合部における密閉性能を向上させることができ、液冷ジャケット１’の信頼性を高めることができる。
【０１００】
さらに、凹溝２０’の流入したメタルが、支持面１５ａの表面に対して直交して垂下する壁面を構成するので、この壁面が堰の役目を果たし、ジャケット本体１０と封止体３０の接合部における液密性を向上させることができる。
【０１０１】
また、本実施形態では、凹溝２０’は、支持面１５ａの幅方向中央部に形成されているが、回転ツール５０を突合部４０よりも内側に偏移させて二周目の摩擦攪拌を行っているので、回転ツール５０が凹溝２０’の上方で回転することなる。これによって、突合部４０上を移動した回転ツール５０による摩擦攪拌によって塑性流動化されたメタルが凹溝２０’に流入しやすくなる。さらに、回転ツール５０のショルダー径寸法Ｒ１が、凹溝２０’の幅寸法Ｗ１よりも大きいので、凹溝２０’の上方を回転ツール５０のショルダー部５１で覆うことができ、凹溝２０’の上方全体が塑性化領域４３となり、塑性流動化されたメタルが凹溝２０’に流入しやすくなる。したがって、凹溝２０’内に塑性流動化されたメタルが流入して、ジャケット本体１０と封止体３０の接合部における密閉性能を向上させることができる。
【０１０２】
さらに、二周目の回転ツール５０の押込み量を一周目よりも大きくしているので、凹溝２０’内に塑性流動化されたメタルを確実に流入させることができる。さらには、一周目の回転ツール５０の押込み量を小さくすることができるので、バリの発生を低減することができ、ジャケット本体１０および封止体３０’の材料ロスを低減することができる。また、ジャケット本体１０側は回転ツール５０のシアー側５０ｂとなるが、シアー側５０ｂの押込み量が小さくなることによって、メタルの攪拌作用が小さくなるので、空洞欠陥の発生を抑制することができる。
【０１０３】
また、回転ツール５０を突合部４０に沿って一周させた後、一周目の始端部に沿って回転ツール５０を移動させて、塑性化領域４１の一部を重複させることで、凹部１１の開口部１２で塑性化領域４１が途切れることがない。したがって、開口部１２の全周に亘ってジャケット本体１０と封止体３０とが確実に接合されるので、接合部の密閉性能をさらに向上させることができる。
【０１０４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であり、例えば、前記実施形態では、封止体３０が平面視正方形であるが、これに限定されるものではなく、長方形、多角形、円形等の他の形状であってもよい。さらに、前記実施形態では封止体３０に設けられているフィン３２は、蓋板部と別体であってもよく、例えば、ジャケット本体と一体であってもよい。
【０１０５】
また、前記実施形態では、液冷ジャケットの製造方法として、ジャケット本体１０と封止体３０との摩擦攪拌接合方法を説明したが、摩擦攪拌接合方法の実施形態としてはこれに限られるものではなく、他の形態の金属材（ジャケット本体１０に相当する第一部材と、封止体３０に相当する板状の第二部材）同士の接合に適用できるのは勿論である。
【０１０６】
さらに、前記実施形態では、ジャケット本体１０の凹部１１の開口周縁部１２ａの段差側面１５ｂと、凹溝２０の外側面２０ａは、垂直に形成されているが、これに限定されるものではない。ジャケット本体１０および封止体３０をダイキャストにて作製する場合において、段差側面１５ｂと、凹溝２０の外側面２０ａの上方が広がるように傾斜して形成すれば、型から抜き出しやすくなり、ジャケット本体１０と封止体３０の製作が容易になる。
【符号の説明】
【０１０７】
１ 液冷ジャケット
１０ ジャケット本体
１１ 凹部
１２ 開口部
１２ａ 開口周縁部
１５ａ 支持面
１５ｂ 段差側面
２０ 凹溝
３０ 封止体
３０ａ 周縁部
３０ｂ 外周面
４０ 突合部
４１ 塑性化領域
４３ 塑性化領域
５０ 回転ツール
６０ 仮接合用回転ツール
２０’ 凹溝
３０’ 封止体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液冷ジャケットの製造方法および摩擦攪拌接合方法に関する。
【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】
ところで、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（熱発生体）の発熱量が増大し、ＣＰＵの冷却が益々重要になっている。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】
このような液冷ジャケットにおいて、構成部材同士を摩擦攪拌接合によって接合した技術が特許文献１で開示されている。この液冷ジャケットは、たとえば、金属製フィンを収容するフィン収容室を有するジャケット本体と、フィン収容室を封止する封止体とを備えており、フィン収容室を取り囲むジャケット本体の周壁と封止体との突合部に沿って回転ツールを一周させて、摩擦攪拌接合することで液冷ジャケットを製造するように構成されている。そして、特許文献１では、摩擦攪拌接合における始端と終端とをオーバーラップさせることで、ジャケット本体と封止体とを良好に接合して、フィン収容室内を流れる熱輸送流体が外部に漏れにくくなるようにする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３２４６４７号公報（図１８〜図２０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、液冷ジャケットは、パーソナルコンピュータ等の精密電子機器に設けられるため、さらなる信頼性の向上のためにジャケット本体と封止体の接合部における密閉性能を向上させることが要求されている。
【０００７】
そこで、本発明は、接合部の密閉性能を向上させることができる液冷ジャケットの製造方法および摩擦攪拌接合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の手段として、本発明は、熱発生体が発生する熱を外部に輸送する熱輸送流体が流れるとともに一部が開口した凹部を有するジャケット本体に、前記凹部の開口部を封止する封止体を摩擦攪拌接合によって固定して構成される液冷ジャケットの製造方法において、前記ジャケット本体の前記凹部の開口周縁部に、その表面から下がった段差底面からなる前記封止体の支持面を形成し、この支持面に凹溝を形成し、前記支持面に前記封止体を載置して、前記ジャケット本体の段差側面と前記封止体の外周面を突き合わせた状態で、前記段差側面と前記封止体との突合部に沿って回転ツールを一周させ、前記突合部に塑性化領域を形成しつつ、前記凹溝に塑性流動化されたメタルを流入させて、前記封止体を前記ジャケット本体に固定することを特徴とする液冷ジャケットの製造方法である。
【０００９】
このような方法によれば、支持面に形成された凹溝に塑性流動化されたメタルが流入することでジャケット本体に係合する凸条となるので、塑性化領域とジャケット本体とが互いに噛み合う。これによって、ジャケット本体と封止体の接合部における密閉性能を向上させることができ、液冷ジャケットの信頼性が高くなる。
【００１０】
そして、本発明は、前記凹溝が、前記支持面の外周部に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
このような方法によれば、突合部と凹溝が近くなるので、塑性流動化されたメタルが凹溝に流入しやすくなる。
【００１２】
また、本発明は、前記回転ツールを前記突合部に沿って一周させた後、一周目の始端部に沿って前記回転ツールを移動させて、前記塑性化領域の一部を重複させることを特徴とする。
【００１３】
このような方法によれば、塑性化領域の一部が重複していることにより、ジャケット本体と封止体とを良好に接合することができるので、接合部の密閉性能をさらに向上させることができる。
【００１４】
さらに、本発明は、前記回転ツールの攪拌ピンの長さ寸法が、前記封止体の厚さ寸法と同等或いは前記厚さ寸法より小さいことを特徴とする。
【００１５】
このような方法によれば、攪拌ピンが凹溝に入り込まないので、凹溝の周辺部分の変形を抑制できる。これによって、メタルと凹溝の内壁面との接触面積が大きくなるので塑性化領域とジャケット本体の係合性を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明は、前記回転ツールのショルダー径寸法が、前記凹溝の幅寸法よりも大きいことを特徴とする。
【００１７】
このような方法によれば、凹溝の上方を回転ツールのショルダー部で覆うことができるので、凹溝の上方全体が塑性化領域となり、塑性流動化されたメタルが凹溝に流入しやすくなる。
【００１８】
さらに、本発明は、前記回転ツールを一周させた後に、前記回転ツールを前記突合部の外側に偏移させて、前記回転ツールの攪拌ピンが前記ジャケット本体上を移動するように、前記回転ツールを前記突合部に沿ってさらに一周させたことを特徴とする。
【００１９】
このような方法によれば、一周目で空洞欠陥が発生したとしても二周目の移動で攪拌して空洞欠陥を低減することができるとともに、万一、二周目で空洞欠陥が発生したとしても、ジャケット本体の表面で突合部から離反した部分に発生するので、熱輸送流体が外部に漏れにくく、接合部の密閉性能を低下させることはない。
【００２０】
また、本発明は、前記回転ツールの二周目で形成された塑性化領域と、前記回転ツールの一周目で形成された塑性化領域とが、全周に亘ってその幅方向の一部同士が重複するように前記回転ツールを移動させたことを特徴とする。
【００２１】
このような方法によれば、塑性化領域の一部が重複していることにより、ジャケット本体と封止体とを良好に接合することができるので、接合部の密閉性能をさらに向上させることができる。
【００２２】
さらに、本発明は、前記封止体の厚さ寸法が、前記ジャケット本体の前記凹部の開口周縁部の表面から前記段差底面までの深さ寸法よりも大きいことを特徴とする。
【００２３】
このような方法によれば、回転ツールの押込み量が小さくても、凹溝に流入するメタル量を確保することができる。ジャケット本体側では封止体より押込み量が小さいので攪拌作用が少なく、空洞欠陥の発生確率を低減することができる。また、押込み量が小さいとバリの発生が少なくなり、材料ロスを低減できる。
【００２４】
また、本発明は、前記凹溝が、前記支持面の外周縁に沿ってその内側寄りに形成されていることを特徴とする。
【００２５】
このような方法によれば、塑性化領域と支持面との接触長さが長くなり、接合部の密閉性能をさらに向上させることができる。
【００２６】
さらに、本発明は、前記回転ツールを前記突合部上で一周させた後に、前記回転ツールを前記突合部の内側に偏移させて、前記回転ツールの攪拌ピンが前記凹溝の上方を移動するように、前記回転ツールを前記突合部に沿ってさらに一周させたことを特徴とする。
【００２７】
このような方法によれば、支持面の外周縁に沿ってその内側寄りに形成された凹溝に、塑性流動化されたメタルが流入しやすくなる。
【００２８】
また、前記回転ツールの二周目で形成された塑性化領域と、前記回転ツールの一周目で形成された塑性化領域とが、全周に亘ってその幅方向の一部同士が重複するように前記回転ツールを移動させたことを特徴とする。
【００２９】
このような方法によれば、塑性化領域の一部が重複していることにより、ジャケット本体と封止体とを良好に接合することができるので、接合部の密閉性能をさらに向上させることができる。
【００３０】
さらに、本発明は、前記回転ツールの二周目における押込み量を、一周目における押込み量よりも大きくすることを特徴とする。
【００３１】
このような方法によれば、凹溝に流入するメタル量を確保することができる。
【００３２】
また、本発明は、前記回転ツールを前記開口部に対して右回りに移動させるときは、前記回転ツールを右回転させ、前記回転ツールを前記開口部に対して左回りに移動させるときは、前記回転ツールを左回転させることを特徴とする。
【００３３】
このような方法によれば、回転ツールのシアー側が厚肉のジャケット本体側に位置する。このため、空洞欠陥が発生したとしても、ジャケット本体側であって突合部よりも外側位置の離反した部分（シアー側）に発生することとなり、熱輸送流体が外部に漏れにくくなるので、接合部の密閉性能を低下させることはない。
【００３４】
さらに、本発明は、前記回転ツールで前記塑性化領域を形成する工程に先立って、前記突合部の一部を前記回転ツールよりも小型の仮接合用回転ツールを用いて仮接合することを特徴とする。
【００３５】
このような方法によれば、ジャケット本体と封止体とを仮接合することによって、本接合の際に、封止体が移動することがなく、本接合しやすくなるとともに、封止体の位置決め精度が向上する。また、仮接合用回転ツールが本接合用の回転ツールよりも小さいので、本接合用の回転ツールを、仮接合部分の上で移動させて摩擦攪拌するだけで、本接合が仕上げられる。
【００３６】
また、本発明は、前記突合部が矩形環状を呈しており、前記仮接合用回転ツールで前記突合部を仮接合する工程において、前記突合部の一方の対角同士を先に仮接合した後に、他方の対角同士を仮接合することを特徴とする。
【００３７】
このような方法によれば、封止体をバランスよく仮接合することができ、封止体のジャケット本体に対する位置決め精度が向上する。
【００３８】
さらに、本発明は、前記突合部が矩形環状を呈しており、前記仮接合用回転ツールで前記突合部を仮接合する工程において、前記突合部の一方の対辺の中間部同士を先に仮接合した後に、他方の対辺の中間部同士を仮接合することを特徴とする。
【００３９】
このような方法によれば、封止体をバランスよく仮接合することができ、封止体のジャケット本体に対する位置決め精度が向上する。さらに、仮接合は直線状に行われるので、加工が容易となる。
【００４０】
また、本発明は、第一部材の凹部の開口部に板状の第二部材を摩擦攪拌接合によって固定する摩擦攪拌接合方法において、前記第一部材の前記凹部の開口周縁部に、その表面から下がった段差底面からなる前記第二部材の支持面を形成し、この支持面に凹溝を形成し、前記支持面に前記第二部材を載置して、前記第一部材の段差側面と前記第二部材の外周面を突き合わせた状態で、前記段差側面と前記第二部材との突合部に沿って回転ツールを一周させ、前記突合部に塑性化領域を形成しつつ、前記凹溝に塑性流動化されたメタルを流入させて、前記第二部材を前記第一部材に固定することを特徴とする摩擦攪拌接合方法である。
【００４１】
このような方法によれば、支持面に形成された凹溝に塑性流動化されたメタルが流入することで第一部材に係合する凸条となるので、塑性化領域と第一部材とが互いに噛み合う。これによって、第一部材と第二部材の接合部における密閉性能を向上させることができ、摩擦攪拌接合方法の信頼性が高くなる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、液冷ジャケットのジャケット本体と封止体との接合部、または、第一部材の開口部と板状の第二部材との接合部の密閉性能を向上させることができるといった優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】第１実施形態に係る液冷ジャケットの分解斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る液冷ジャケットの封止体の斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の工程を示した断面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の工程を示した平面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の工程を示した平面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の工程を示した平面図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の工程を示した平面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、第４実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の工程を示した断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、第５実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の工程を示した断面図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は、第５実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の工程を示した平面図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、第５実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法の工程を示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明の実施形態について、図面を適宜参照して詳細に説明する。
【００４５】
（第１実施形態）
まず、本発明に係る液冷ジャケットの製造方法および摩擦攪拌接合方法によって形成された液冷ジャケットについて説明する。液冷ジャケットは、例えば、パーソナルコンピュータ等の電子機器に搭載される冷却システムの構成部品であって、ＣＰＵ（熱発生体）等を冷却する部品である。液冷システムは、ＣＰＵが所定位置に取り付けられる液冷ジャケットと、冷却水（熱輸送流体）が輸送する熱を外部に放出するラジエータ（放熱手段）と、冷却水を循環させるマイクロポンプ（熱輸送流体供給手段）と、温度変化による冷却水の膨張／収縮を吸収するリザーブタンクと、これらを接続するフレキシブルチューブと、熱を輸送する冷却水とを主に備えている。冷却水は、熱発生体であるＣＰＵ（図示せず）が発生する熱を外部に輸送する熱輸送流体である。冷却水としては、例えば、エチレングリコール系の不凍液が使用される。そして、マイクロポンプが作動すると、冷却水がこれら機器を循環するようになっている。
【００４６】
図１に示すように、液冷ジャケット１は、冷却水（図示せず）が流れるとともに一部が開口した凹部１１を有するジャケット本体１０に、凹部１１の開口部１２を封止する封止体３０を摩擦攪拌接合（図３参照）によって固定して構成されている。
【００４７】
液冷ジャケット１は、その下方側の中央に、熱拡散シート（図示せず）を介してＣＰＵ（図示せず）が取り付けられるようになっており、ＣＰＵが発生する熱を受熱すると共に、内部を流通する冷却水と熱交換する。これによって、液冷ジャケット１は、ＣＰＵから受け入れた熱を冷却水に伝達し、その結果として、ＣＰＵを効率的に冷却する。なお、熱拡散シートは、ＣＰＵの熱を、ジャケット本体１０に効率的に伝達させるためのシートであり、例えば、銅などの高熱伝導性を有する金属から形成されている。
【００４８】
ジャケット本体１０は、一側面（本実施形態では上側面）が開口した浅底の箱体であって、その内側に凹部１１が形成されており、底壁１３と、周壁１４とを有している。このようなジャケット本体１０は、例えば、ダイキャスト、鋳造、鍛造などによって作製される。ジャケット本体１０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されている。これにより、液冷ジャケット１は軽量化が達成されており、取り扱い容易となっている。
【００４９】
ジャケット本体１０の凹部１１の開口周縁部１２ａには、凹部１１の底面側に一段下がった段差底面からなる支持面１５ａが形成されている。図３の（ａ）に示すように、ジャケット本体１０の上面と支持面１５ａとの高低差（深さ寸法）Ｈ１は、封止体３０の厚さ寸法（後記する蓋板部３１の厚さ寸法）Ｔ１と同じ寸法に設定されている。支持面１５ａは、封止体３０を支持する面であって、支持面１５ａ上には、封止体３０の周縁部３０ａが載置される。
【００５０】
図１および図３に示すように、支持面１５ａには、開口周縁部１２ａに沿って凹溝２０が環状に形成されている。凹溝２０は、本実施形態では、支持面１５ａの外周部に形成されており、断面矩形を呈している。凹溝２０の外側面２０ａは、ジャケット本体１０の開口周縁部１２ａの段差側面１５ｂと面一となっている。凹溝２０は、その幅寸法Ｗ１が、摩擦攪拌接合に用いられる回転ツール５０のショルダー径（ショルダー部５１の直径）寸法Ｒ１よりも小さく設定されている（回転ツール５０のショルダー径寸法Ｒ１は、凹溝２０の幅寸法Ｗ１よりも大きい）。特に、本実施形態では、ショルダー径寸法Ｒ１の半分（半径寸法）が、凹溝２０の幅寸法Ｗ１より大きい。また、凹溝２０の幅寸法Ｗ１は、支持面１５ａの幅寸法Ｗ２の１／４程度となっている。
【００５１】
図１に示すように、凹部１１の周囲の周壁１４の互いに対向する一対の壁部１４ａ，１４ａには、凹部１１に冷却水を流通させるための貫通孔１６，１６がそれぞれ形成されている。貫通孔１６，１６は、本実施形態では、壁部１４ａ，１４ａの対向方向（図１中、Ｘ軸方向）に延在しており、円形断面を有し、壁部１４ａの中央部に形成されている。なお、貫通孔１６の形状、数および形成位置は、これに限られるものではなく、冷却水の種類や流量に応じて適宜変更可能である。
【００５２】
図１および図２に示すように、封止体３０は、ジャケット本体１０の段差側面１５ｂ（図１参照）と同じ形状（本実施形態では正方形）の外周形状を有する板状の蓋板部３１と、蓋板部３１の下面に設けられた複数のフィン３２，３２…とを備えて構成されている。
【００５３】
蓋板部３１は、その厚さ寸法Ｔ１が、回転ツール５０の攪拌ピン５２の長さ寸法Ｌ１と同等或いは攪拌ピン５２の長さ寸法Ｌ１よりも大きく設定されている（回転ツール５０の攪拌ピン５２の長さ寸法Ｌ１が、封止体３０の蓋板部３１の厚さ寸法Ｔ１と同等或いは厚さ寸法Ｔ１よりも小さい）。
【００５４】
フィン３２は、封止体３０の表面積を大きくするために設けられている。複数のフィン３２，３２…は、互いに平行で且つ蓋板部３１に対して直交して配置されており、蓋板部３１と一体に構成されている。これにより、蓋板部３１とフィン３２，３２…との間において、熱が良好に伝達するようになっている。図１に示すように、フィン３２，３２…は、貫通孔１６，１６が形成された周壁１４の壁部１４ａ，１４ａと直交する方向（図１中、Ｘ軸方向）に延在するように配置されている。フィン３２は、凹部１１の深さ寸法と同等の高さ（深さ）寸法（図１中、Ｚ軸方向長さ）を有しており、その先端部が凹部１１の底面に当接するようになっている。これによって、封止体３０がジャケット本体１０に取り付けられた状態で、封止体３０の蓋板部３１と、隣り合うフィン３２，３２と、凹部１１の底面とで筒状の空間が区画され、その空間が、冷却水が流れる流路３３（図４の（ａ）参照）として機能することとなる。また、フィン３２，３２…は、凹部１１の一辺の長さ寸法よりも小さい長さ寸法（図１中、Ｘ軸方向長さ）を有しており、その両端は、周壁１４の各壁部１４ａ，１４ａの内壁面とそれぞれ所定の間隔を隔てるように構成されている。フィン３２，３２…の端部と、壁部１４ａとの間の空間は、フィン３２，３２によって形成される流路３３と、貫通孔１６とを繋ぐ流路ヘッダ部３４（図４の（ａ）参照）を構成する。
【００５５】
封止体３０もジャケット本体１０と同様に、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されている。これにより、液冷ジャケット１は軽量化が達成されており、取り扱い容易となっている。封止体３０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されたブロックを切削加工することで蓋板部３１とフィン３２を形成して作製されている。なお、作製方法はこれに限定されるものではなく、例えば、蓋板部３１と複数のフィン３２，３２…からなる断面形状を有する部材を、押出成形または溝加工によって形成し、そのフィン３２の両端部を取り除くことによって作製してもよいし、ダイキャスト、鋳造、鍛造などによって作製してもよい。
【００５６】
次に、ジャケット本体１０に、封止体３０を摩擦攪拌接合によって固定する方法について、図４および図５を参照して説明する。
【００５７】
まず、図４の（ａ）に示すように、封止体３０を、フィン３２が下側になるようにして、ジャケット本体１０の凹部１１に挿入して、封止体３０の周縁部３０ａを、支持面１５ａ上に載置する。すると、ジャケット本体１０の段差側面１５ｂと、封止体３０の外周面３０ｂとが突き合わされ、突合部４０が構成される。また、このとき、支持面１５ａに形成された凹溝２０は、封止体３０の周縁部３０ａによって覆われて、断面矩形の空間が区画形成される（図３の（ａ）参照）。
【００５８】
次に、摩擦攪拌接合用の回転ツール５０を挿入位置５３に挿入した後、突合部４０上に移動させて、その後、回転ツール５０の移動方向を変えて、回転ツール５０を突合部４０に沿って移動させる。このとき、ジャケット本体１０の周壁１４の外周面に、ジャケット本体１０を四方向から囲む治具（図示せず）を予め当てておくのが好ましい。これによれば、周壁１４の厚さが薄く、回転ツール５０のショルダー部５１（図３の（ｂ）参照）の外周面と、周壁１４の外周面との距離（隙間）が、例えば、２．０ｍｍ以下であっても、回転ツール５０の押圧力によって周壁１４が外側に変形しにくくなる。なお、周壁１４の厚さが厚い場合は、前記の治具は設置しなくてもよい。
【００５９】
回転ツール５０は、ジャケット本体１０や封止体３０よりも硬質の金属材料からなり、図３の（ｂ）および（ｃ）に示すように、円柱状を呈するショルダー部５１と、このショルダー部５１の下端面に突設された攪拌ピン（プローブ）５２とを備えて構成されている。回転ツール５０の寸法・形状は、ジャケット本体１０および封止体３０の材質や厚さ等に応じて設定すればよい。なお、本実施形態では、攪拌ピン５２は、下部が縮径した円錐台状を呈しており、その突出長さ寸法Ｌ１は、封止体３０の蓋板部３１の厚さ寸法Ｔ１以下となっている。また、回転ツール５０のショルダー径寸法Ｒ１は、凹溝２０の幅寸法Ｗ１よりも大きくなっている。そして、摩擦攪拌接合時には、攪拌ピン５２の先端が支持面１５ａの表面と略同じ高さに位置するか、或いは表面より上側に位置するように、回転ツール５０が押し込まれる。さらに、回転ツール５０の押込み量は、凹溝２０の容積にも応じて決定されており、摩擦攪拌によって塑性流動化したメタルが、凹溝２０全体に流れ込むように設定される。回転ツール５０の回転速度は５００〜１５０００（ｒｐｍ）、送り速度は０．０５〜２（ｍ／分）で、突合部４０を押さえる押込み力は１〜２０（ｋＮ）程度で、ジャケット本体１０および封止体３０の材質や板厚および形状に応じて適宜選択される。
【００６０】
以下に、回転ツール５０の動きを具体的に説明する。まず、回転ツール５０を回転させながら挿入位置５３に挿入する。回転ツール５０の挿入位置５３は、図４の（ａ）に示すように、突合部４０から外側に外れた周壁１４の上面となっている。なお、回転ツール５０の挿入位置５３に、予め下穴（図示せず）を形成していてもよい。このようにすれば、回転ツール５０の挿入時間（押込み時間）を短縮できる。
【００６１】
その後、回転ツール５０を、挿入位置５３から突合部４０の真上位置（回転ツール５０の中心が突合部４０上となる位置）まで回転させながら移動させる。その後、回転ツール５０の中心（軸芯）が突合部４０上を移動するように、回転ツール５０の移動方向を変えて、突合部４０に沿って回転ツール５０を移動させる。このとき、突合部４０の周囲のジャケット本体１０と封止体３０は、一体的に塑性流動化されて塑性化領域４１となる。ここで、「塑性化領域」とは、回転ツール５０の摩擦熱によって加熱されて現に塑性化している状態と、回転ツール５０が通り過ぎて常温に戻った状態の両方を含むこととする。回転ツール５０によって、塑性流動化されたジャケット本体１０および封止体３０のメタルの一部は、凹溝２０内に流入する。そして、凹溝２０内に流入したメタルは、回転ツール５０の通過後、常温に戻って固まる。
【００６２】
このとき、回転ツール５０の移動方向（図４中、矢印Ｙ１参照）と同じ方向に回転ツール５０が回動（図４中、矢印Ｙ２参照）するシアー側５０ｂ（被接合部に対する回転ツール５０の外周の相対速さが、回転ツール５０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）が、外側のジャケット本体１０上に位置するように、回転ツール５０を回転、移動させる。つまり、突合部４０における回転ツール５０の回転方向（自転方向）が、移動方向（公転方向）と同じ方向となるようにする。具体的には、本実施形態では、回転ツール５０を凹部１１の開口部１２に対して右回りに移動させているので、回転ツール５０も右回転させる。なお、回転ツール５０を凹部１１の開口部１２に対して左回りに移動させるときは、回転ツール５０を左回転させることとなる。このようにすることによって、回転ツール５０のシアー側５０ｂが厚肉のジャケット本体１０側に位置する。そして、薄肉の封止体３０側は、回転ツール５０のフロー側５０ａ（被接合部に対する回転ツール５０の外周の相対速さが、回転ツール５０の外周における接線速度の大きさから移動速度の大きさを減算した値となる側）となる。このため、封止体３０側は、メタルの流動量が少なくなり、空洞欠陥が発生しにくくなる。そして、摩擦攪拌によって空洞欠陥が発生したとしても、ジャケット本体１０側であって突合部４０よりも外側位置の離反した部分に発生することとなり、熱輸送流体が外部に漏れにくくなるので、接合部の密閉性能を低下させることはない。
【００６３】
引き続き、回転ツール５０の回転および移動を継続し、図４の（ｂ）に示すように、回転ツール５０を、開口部１２の周りを一周させて塑性化領域４１を形成する。回転ツール５０を一周させたら、一周目の始端５４ａを含む始端部（始端５４ａから回転ツール５０の移動方向に所定長さ進んだ位置（終端５４ｂと同じ位置）までの部分）に沿って回転ツール５０を所定長さ移動させる。これによって、回転ツール５０の周方向移動における始端５４ａと終端５４ｂとが互いにオーバーラップしており、塑性化領域４１の一部が重複するように構成される。
【００６４】
その後、図５の（ａ）に示すように、回転ツール５０の移動軌跡を一周目の終端５４ｂから外側へ偏移させた後に、二周目の摩擦攪拌を行う。回転ツール５０は、移動方向に向かうに連れて外側へ向かうように斜めに移動させることで偏移させる。回転ツール５０の偏移量は、回転ツール５０のショルダー部５１が、回転ツール５０の一周目の移動で形成された塑性化領域４１の少なくとも幅方向の一部と重複する部分までとし、塑性化領域４１のシアー側５０ｂが回転ツール５０の二周目の摩擦攪拌によって、再攪拌されるようにする。その後、回転ツール５０は、突合部４０に沿って塑性化領域４１に対して平行移動する。二周目の移動に入るに際して、回転ツール５０は、交換を行わず、突合部４０に挿入したままの状態で、移動方向および回転方向は一周目と同様に右回転（図５中、矢印Ｙ１，Ｙ２参照）を継続させ、押込み量も変更しない。なお、回転ツール５０の回転速度や移動速度等は、ジャケット本体１０と封止体３０の形状や材質に応じて適宜変更してもよい。これによって、回転ツール５０が一周目と同じ方向に移動して同方向に回転する二周目によって、一周目で形成された塑性化領域４１の幅方向の一部と重合する第二塑性化領域４３が形成される。
【００６５】
そして、図５の（ｂ）に示すように、回転ツール５０の二周目の移動が終了したならば、回転ツール５０を第二塑性化領域４３（突合部４０）から外側に外れた周壁１４の上面の引抜位置５５へと移動させ、その位置で回転ツール５０を引き抜く。引抜位置５５は、突合部４０から外側に外れた位置となっているので、引抜跡が突合部４０に形成されることはなく、ジャケット本体１０と封止体３０との接合性をさらに高めることができる。なお、引抜跡は補修するようにしてもよい。
【００６６】
以上のように、回転ツール５０を凹部１１の開口部１２の周囲で、突合部４０に沿って二周させて摩擦攪拌接合を行って塑性化領域４１および第二塑性化領域４３を形成し、ジャケット本体１０に封止体３０を固定することで、液冷ジャケット１が形成される。
【００６７】
本実施形態に係る液冷ジャケット１の製造方法および摩擦攪拌接合方法によれば、回転ツール５０によって、塑性流動化されたジャケット本体１０および封止体３０のメタルの一部が、凹溝２０内に流入して、常温に戻って固まるので、凹溝２０に流入したメタルがジャケット本体１０に係合する凸条となる。これによって、塑性化領域４１とジャケット本体１０とが互いに噛み合うことになり係合性が高くなる。したがって、ジャケット本体１０と封止体３０の接合部における密閉性能を向上させることができ、液冷ジャケット１の信頼性を高めることができる。
【００６８】
さらに、凹溝２０の流入したメタルが、支持面１５ａの表面に対して直交して垂下する壁面を構成するので、この壁面が堰の役目を果たし、ジャケット本体１０と封止体３０の接合部における液密性を向上させることができる。
【００６９】
また、本実施形態では、凹溝２０は、支持面１５ａの外周部に形成されているので、突合部４０と凹溝２０が近くなる。これによって、突合部４０上を移動した回転ツール５０による一周目の摩擦攪拌によって塑性流動化されたメタルが凹溝２０に流入しやすくなる。さらに、回転ツール５０のショルダー径寸法Ｒ１が、凹溝２０の幅寸法Ｗ１よりも大きく、特に、本実施形態では、ショルダー部５１の半径が凹溝２０の幅寸法Ｗ１よりも大きいので、凹溝２０の上方を回転ツール５０のショルダー部５１で覆うことができ、凹溝２０の上方全体が塑性化領域４１となり、塑性流動化されたメタルが凹溝２０に流入しやすくなる。したがって、凹溝２０内の全体に塑性流動化されたメタルが流入して、ジャケット本体１０と封止体３０の接合部における密閉性能を向上させることができる。
【００７０】
さらに、回転ツール５０の攪拌ピン５２の長さ寸法Ｌ１が、封止体３０の厚さ寸法Ｔ１と同等或いは厚さ寸法Ｔ１より小さいので、攪拌ピン５２の先端が凹溝２０に入り込まない。これによって、凹溝２０の周辺部分の変形を抑制でき、塑性流動化したメタルと凹溝２０の内壁面との係合面積が大きくなるので、塑性化領域４１とジャケット本体１０の係合性を向上することができる。
【００７１】
また、回転ツール５０を突合部４０に沿って一周させた後、一周目の始端部に沿って回転ツール５０を移動させて、塑性化領域４１の一部を重複させることで、凹部１１の開口部１２で塑性化領域４１が途切れることがない。したがって、開口部１２の全周に亘ってジャケット本体１０と封止体３０とが確実に接合されるので、接合部の密閉性能をさらに向上させることができる。
【００７２】
さらに、本実施形態では、回転ツール５０を、開口部１２に対する移動方向と同じ方向に回転させるとともに、回転ツール５０を一周させた後に、回転ツール５０を突合部４０の外側に偏移させて、回転ツール５０の攪拌ピン５２がジャケット本体１０上を移動するように回転ツール５０を突合部４０に沿ってさらに一周させているので、シアー側５０ｂとなる塑性化領域４１の外周側は、回転ツール５０の二周目の移動によって再攪拌されることとなる。したがって、塑性化領域４１の外周側に空洞欠陥が発生していたとしても二周目の移動で空洞欠陥を低減することができる。さらに、回転ツール５０の二周目の移動におけるシアー側５０ｂは、ジャケット本体１０の表面で突合部４０から離反した部分となるので、万一、空洞欠陥が発生したとしても、突合部４０から離反した部分に発生する。したがって、熱輸送流体が外部に漏れにくく、接合部の密閉性能を低下させることはない。また、塑性化領域４１と第二塑性化領域４３とは、その幅方向の一部が開口部１２の全周に亘って重複していることにより、ジャケット本体１０と封止体３０とを隙間なく良好に接合することができる。よって、接合部の密閉性能をさらに向上させることができる。
【００７３】
さらに、封止体３０は、蓋板部３１とフィン３２，３２…が一体的に形成されていることによって、蓋板部３１の剛性が高くなり、摩擦攪拌接合の熱により封止体３０が変形するのを防止できる。これによって、凹部１１の開口部１２の開口周縁部１２ａと封止体３０の周縁部３０ａとの突合状態が良好となり、接合部の密閉性能をさらに向上させることができる。
【００７４】
なお、前記実施形態では、回転ツール５０を開口部１２の周りを二周させて、摩擦攪拌を行っているが、これに限定するものではなく、一周目の摩擦攪拌で、凹溝２０内に塑性流動化されたメタルの一部が流入するので、回転ツール５０の移動を一周だけで終了させてもよい。
【００７５】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法および摩擦攪拌接合方法について、図６を参照して説明する。
【００７６】
かかる実施形態は、図６の（ａ）に示すように、第１実施形態の回転ツール５０で塑性化領域４１（図６の（ｂ）参照）を形成する工程に先立って、ジャケット本体１０と封止体３０との突合部４０の一部を回転ツール５０よりも小型の仮接合用回転ツール６０を用いて仮接合することを特徴とする。仮接合を行った後には、図６の（ｂ）に示すように、回転ツール５０を用いて第１実施形態と同様の本接合を行う。
【００７７】
図６の（ａ）に示すように、仮接合用回転ツール６０は、回転ツール５０よりも小径のショルダー部と攪拌ピン（図示せず）を備えており、形成される塑性化領域４５は、後の工程で回転ツール５０によって形成される塑性化領域４１（図６の（ｂ）参照）の幅よりも小さい幅を有することとなる。そして、塑性化領域４５は、後の工程で塑性化領域４１が形成される位置からはみ出さない位置に形成される。これによって、仮接合における塑性化領域４５は、塑性化領域４１で完全に覆われることとなるので、塑性化領域４５に残った仮接合用回転ツール６０の引抜跡および塑性化領域４５の跡が残らない。
【００７８】
本実施形態では、突合部４０が正方形（矩形枠状）を呈しており、仮接合用回転ツール６０で突合部４０を仮接合する工程において、突合部４０の一方の対角４４ａ，４４ｂ同士を先に仮接合した後に、他方の対角４４ｃ，４４ｄ同士を仮接合するようになっている。このような順序で仮接合することで、封止体３０をバランスよくジャケット本体１０に仮接合することができ、封止体３０のジャケット本体１０に対する位置決め精度が向上するとともに、封止体３０の変形を防止できる。また、封止体３０の仮接合を行ったことによって、回転ツール５０による本接合時の封止体３０のズレを防止でき、接合部の密閉性能をより一層向上させることができる。
【００７９】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法および摩擦攪拌接合方法について、図７を参照して説明する。
【００８０】
かかる実施形態は、図７の（ａ）に示すように、第１実施形態の回転ツール５０で塑性化領域４１（図７の（ｂ）参照）を形成する工程に先立って、ジャケット本体１０と封止体３０との突合部４０の一部を回転ツール５０よりも小型の仮接合用回転ツール６０を用いて仮接合することを特徴とする。ここでの仮接合は、第２実施形態が、正方形の突合部４０の角部を摩擦攪拌接合しているのに対して、各辺の中間部を摩擦攪拌接合することによって直線状に行われている。具体的には、突合部４０が正方形（矩形枠状）を呈しており、仮接合用回転ツール６０で突合部４０を仮接合する工程において、突合部４０の一方の対辺４６，４６の中間部４６ａ，４６ｂ同士を先に仮接合した後に、他方の対辺４７，４７の中間部４７ａ，４７ｂ同士を仮接合するようになっている。このとき仮接合用回転ツール６０で形成される塑性化領域４８は、それぞれ同じ長さの直線状になるようになっている。また、塑性化領域４８は、後の工程で塑性化領域４１が形成される位置からはみ出さない位置に形成される。
【００８１】
本実施形態では、前記のような順序で仮接合することで、封止体３０をバランスよくジャケット本体１０に仮接合することができ、封止体３０のジャケット本体１０に対する位置決め精度が向上するとともに、封止体３０の変形を防止できる。また、封止体３０の仮接合を行ったことによって、回転ツール５０による本接合時の封止体３０のズレを防止できる。さらに、本実施形態によれば、仮接合の摩擦攪拌接合が直線状であるので、仮接合用回転ツール６０を直線的に移動させるだけでよく加工が容易である。
【００８２】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法および摩擦攪拌接合方法について、図８を参照して説明する。
【００８３】
かかる実施形態は、図８の（ａ）に示すように、封止体３０’の厚さ寸法Ｔ２が、ジャケット本体１０の凹部１１の開口周縁部１２ａの表面から段差底面（支持面１５ａ）までの深さ寸法Ｈ１よりも大きいことを特徴とする。なお、その他の構成は、第１実施形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
【００８４】
図８の（ｂ）に示すように、封止体３０’の厚さ寸法Ｔ２は、凹溝２０の容積と、回転ツール５０の押込み量に応じて適宜設定される。具体的には、回転ツール５０のショルダー部５１および攪拌ピン５２によって押し込まれるメタルの容積からバリとなるメタルの容積を引いた値が、凹溝２０の容積と略同等となるように、封止体３０’の厚さ寸法Ｔ２が決定される。
【００８５】
以上のように、封止体３０’の厚さ寸法Ｔ２を大きくした本実施形態によれば、塑性流動化される封止体３０’のメタル量が増加するので、ジャケット本体１０側における回転ツール５０の押込み量を小さくすることができる。これによって、バリの発生を低減することができ、ジャケット本体１０および封止体３０’の材料ロスを低減することができる。また、ジャケット本体１０側は回転ツール５０のシアー側５０ｂとなるが、シアー側５０ｂの押込み量が小さくなることによって、メタルの攪拌作用が小さくなるので、空洞欠陥の発生を抑制することができる。さらに、本実施形態では、図８の（ｃ）に示すように、回転ツール５０の二周目における押込み量も小さくなるので、ジャケット本体１０の材料ロスをさらに低減することができる。
【００８６】
（第５実施形態）
次に、第５実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法および摩擦攪拌接合方法について、図９乃至図１１を参照して説明する。
【００８７】
かかる実施形態は、図９の（ａ）に示すように、凹溝２０’は、支持面１５ａの外周縁（開口周縁部１２ａの段差側面１５ｂと同一面）に沿ってその内側寄りに形成されている。具体的には、凹溝２０’は、その幅方向中心部の突合部４０からの離間距離Ｌ２が、回転ツール５０のショルダー径（ショルダー部５１の直径）寸法Ｒ１よりも小さくなるように形成されている。凹溝２０’の幅寸法Ｗ１（図９の（ｂ）参照）は、第１実施形態の凹溝２０と同様に、摩擦攪拌接合に用いられる回転ツール５０のショルダー径寸法Ｒ１よりも小さく設定されており、特に、本実施形態では、ショルダー径寸法Ｒ１の半分（半径寸法）が、凹溝２０’の幅寸法Ｗ１より大きい。また、凹溝２０’は、支持面１５ａの幅方向中央部に形成されている。
【００８８】
次に、以上のような構成の凹溝２０’が形成されたジャケット本体１０に、封止体３０を摩擦攪拌接合によって固定する方法について説明する。本実施形態のジャケット本体１０に封止体３０を接合するに際しては、回転ツール５０を突合部４０上で一周させた後に、突合部４０の内側に偏移させて、回転ツール５０の攪拌ピン５２が凹溝２０’の上方を移動するように、回転ツール５０を突合部４０に沿ってさらに一周させるようにすることを特徴とする。
【００８９】
まず、図１０の（ａ）に示すように、封止体３０を、フィン３２が下側になるようにして、ジャケット本体１０の凹部１１に挿入して、封止体３０の周縁部３０ａを、支持面１５ａ上に載置する。
【００９０】
次に、摩擦攪拌接合用の回転ツール５０を挿入位置５３に挿入した後、突合部４０上に移動させて、その後、回転ツール５０の移動方向を変えて、回転ツール５０を突合部４０に沿って移動させる。
【００９１】
回転ツール５０は、前記実施形態と同様に、円柱状を呈するショルダー部５１と、このショルダー部５１の下端面に突設された攪拌ピン（プローブ）５２とを備えて構成されている（図９の（ｂ）および（ｃ）参照）。回転ツール５０の寸法・形状は、ジャケット本体１０および封止体３０の材質や厚さ、凹溝２０’の形成位置等に応じて設定すればよい。なお、本実施形態では、攪拌ピン５２は、下部が縮径した円錐台状を呈しており、その突出長さ寸法は、封止体３０の蓋板部３１の厚さ寸法以下となっている。また、回転ツール５０のショルダー径寸法Ｒ１は、凹溝２０’の幅寸法Ｗ１よりも大きくなっている。そして、摩擦攪拌接合時には、攪拌ピン５２の先端が支持面１５ａの表面と略同じ高さに位置するか、或いは表面より上側に位置するように、回転ツール５０が押し込まれる。さらに、回転ツール５０の押込み量は、凹溝２０’の容積に応じて決定されており、回転ツール５０の二周目の摩擦攪拌によって塑性流動化したメタルが、凹溝２０’全体に流れ込むように設定される。
【００９２】
以下に、回転ツール５０の動きを具体的に説明する。まず、回転ツール５０を回転させながら挿入位置５３に挿入する。回転ツール５０の挿入位置５３は、図１０の（ａ）に示すように、突合部４０から外側に外れた周壁１４の上面となっている。なお、回転ツール５０の挿入位置５３に、予め下穴（図示せず）を形成していてもよい。このようにすれば、回転ツール５０の挿入時間（押込み時間）を短縮できる。
【００９３】
その後、回転ツール５０を、挿入位置５３から突合部４０の真上位置（回転ツール５０の中心が突合部４０上となる位置）まで回転させながら移動させる。その後、回転ツール５０の中心（軸芯）が突合部４０上を移動するように、回転ツール５０の移動方向を変えて、突合部４０に沿って回転ツール５０を移動させる。このとき、突合部４０の周囲のジャケット本体１０と封止体３０は、一体的に塑性流動化されて塑性化領域４１となる。
【００９４】
回転ツール５０は、第１実施形態と同様に、移動方向（図１０中、矢印Ｙ１参照）と同じ方向に回転（図１０中、矢印Ｙ２参照）する。このようにすることによって、回転ツール５０のシアー側５０ｂが厚肉のジャケット本体１０側に位置するとともに、薄肉の封止体３０側は、回転ツール５０のフロー側５０ａとなる。このため、封止体３０側は、メタルの流動量が少なくなり、空洞欠陥が発生しにくくなる。そして、摩擦攪拌によって空洞欠陥が発生したとしても、ジャケット本体１０側であって突合部４０よりも外側位置の離反した部分に発生することとなり、熱輸送流体が外部に漏れにくくなるので、接合部の密閉性能を低下させることはない。
【００９５】
その後、引き続き、回転ツール５０の回転および移動を継続し、図１０の（ｂ）に示すように、回転ツール５０を、開口部１２の周りを一周させて塑性化領域４１を形成する。回転ツール５０を一周させたら、一周目の始端５４ａを含む始端部（始端５４ａから回転ツール５０の移動方向に所定長さ進んだ位置（終端５４ｂと同じ位置）までの部分）に沿って回転ツール５０を所定長さ移動させる。これによって、回転ツール５０の周方向移動における始端５４ａと終端５４ｂとが互いにオーバーラップしており、塑性化領域４１の一部が重複するように構成される。
【００９６】
その後、図１１の（ａ）に示すように、回転ツール５０の移動軌跡を一周目の終端５４ｂから内側へ偏移させた後に、二周目の摩擦攪拌を行う。回転ツール５０は、移動方向に向かうに連れて内側へ向かうように斜めに移動させることで偏移させる。回転ツール５０の偏移量は、回転ツール５０の中心が凹溝２０’の中心上に位置する部分まで偏移することとし、このとき、回転ツール５０のショルダー部５１が、回転ツール５０の一周目の移動で形成された塑性化領域４１の少なくとも幅方向の一部と重複するようになっている。その後、回転ツール５０は、突合部４０に沿って塑性化領域４１に対して平行移動する。二周目の移動に入るに際して、回転ツール５０は、交換を行わず、突合部４０に挿入したままの状態で、移動方向および回転方向は一周目と同様に右回転（図５中、矢印Ｙ１，Ｙ２参照）を継続させ、押込み量を一周目よりも深くする。なお、回転ツール５０の回転速度や移動速度等は、ジャケット本体１０と封止体３０の形状や材質に応じて適宜変更してもよい。これによって、回転ツール５０が一周目と同じ方向に移動して同方向に回転する二周目によって、一周目で形成された塑性化領域４１の幅方向の一部と重合する第二塑性化領域４３が形成される。図９の（ｃ）に示すように、回転ツール５０の二周目の摩擦攪拌によって、塑性流動化されたジャケット本体１０および封止体３０のメタルの一部は、凹溝２０’内に流入する。そして、凹溝２０’内に流入したメタルは、回転ツール５０の通過後、常温に戻って固まる。
【００９７】
そして、図１０の（ｂ）に示すように、回転ツール５０の二周目の移動が終了したならば、回転ツール５０を第二塑性化領域４３から外側に外れた周壁１４の上面の引抜位置５５へと移動させ、その位置で回転ツール５０を引き抜く。引抜位置５５は、突合部４０から外側に外れた位置となっているので、引抜跡が突合部４０に形成されることはなく、ジャケット本体１０と封止体３０との接合性をさらに高めることができる。なお、引抜跡は補修するようにしてもよい。
【００９８】
以上のように、回転ツール５０を凹部１１の開口部１２の周囲で、突合部４０に沿って二周させて摩擦攪拌接合を行って塑性化領域４１および第二塑性化領域４３を形成し、ジャケット本体１０に封止体３０を固定することで、液冷ジャケット１’が形成される。
【００９９】
本実施形態に係る液冷ジャケット１の製造方法および摩擦攪拌接合方法によれば、回転ツール５０によって、塑性流動化されたジャケット本体１０および封止体３０のメタルの一部が、凹溝２０’内に流入して、常温に戻って固まるので、凹溝２０’に流入したメタルがジャケット本体１０に係合する凸条となる。これによって、塑性化領域４３とジャケット本体１０とが互いに噛み合うことになり係合性が高くなる。したがって、ジャケット本体１０と封止体３０の接合部における密閉性能を向上させることができ、液冷ジャケット１’の信頼性を高めることができる。
【０１００】
さらに、凹溝２０’の流入したメタルが、支持面１５ａの表面に対して直交して垂下する壁面を構成するので、この壁面が堰の役目を果たし、ジャケット本体１０と封止体３０の接合部における液密性を向上させることができる。
【０１０１】
また、本実施形態では、凹溝２０’は、支持面１５ａの幅方向中央部に形成されているが、回転ツール５０を突合部４０よりも内側に偏移させて二周目の摩擦攪拌を行っているので、回転ツール５０が凹溝２０’の上方で回転することなる。これによって、突合部４０上を移動した回転ツール５０による摩擦攪拌によって塑性流動化されたメタルが凹溝２０’に流入しやすくなる。さらに、回転ツール５０のショルダー径寸法Ｒ１が、凹溝２０’の幅寸法Ｗ１よりも大きいので、凹溝２０’の上方を回転ツール５０のショルダー部５１で覆うことができ、凹溝２０’の上方全体が塑性化領域４３となり、塑性流動化されたメタルが凹溝２０’に流入しやすくなる。したがって、凹溝２０’内に塑性流動化されたメタルが流入して、ジャケット本体１０と封止体３０の接合部における密閉性能を向上させることができる。
【０１０２】
さらに、二周目の回転ツール５０の押込み量を一周目よりも大きくしているので、凹溝２０’内に塑性流動化されたメタルを確実に流入させることができる。さらには、一周目の回転ツール５０の押込み量を小さくすることができるので、バリの発生を低減することができ、ジャケット本体１０および封止体３０’の材料ロスを低減することができる。また、ジャケット本体１０側は回転ツール５０のシアー側５０ｂとなるが、シアー側５０ｂの押込み量が小さくなることによって、メタルの攪拌作用が小さくなるので、空洞欠陥の発生を抑制することができる。
【０１０３】
また、回転ツール５０を突合部４０に沿って一周させた後、一周目の始端部に沿って回転ツール５０を移動させて、塑性化領域４１の一部を重複させることで、凹部１１の開口部１２で塑性化領域４１が途切れることがない。したがって、開口部１２の全周に亘ってジャケット本体１０と封止体３０とが確実に接合されるので、接合部の密閉性能をさらに向上させることができる。
【０１０４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であり、例えば、前記実施形態では、封止体３０が平面視正方形であるが、これに限定されるものではなく、長方形、多角形、円形等の他の形状であってもよい。さらに、前記実施形態では封止体３０に設けられているフィン３２は、蓋板部と別体であってもよく、例えば、ジャケット本体と一体であってもよい。
【０１０５】
また、前記実施形態では、液冷ジャケットの製造方法として、ジャケット本体１０と封止体３０との摩擦攪拌接合方法を説明したが、摩擦攪拌接合方法の実施形態としてはこれに限られるものではなく、他の形態の金属材（ジャケット本体１０に相当する第一部材と、封止体３０に相当する板状の第二部材）同士の接合に適用できるのは勿論である。
【０１０６】
さらに、前記実施形態では、ジャケット本体１０の凹部１１の開口周縁部１２ａの段差側面１５ｂと、凹溝２０の外側面２０ａは、垂直に形成されているが、これに限定されるものではない。ジャケット本体１０および封止体３０をダイキャストにて作製する場合において、段差側面１５ｂと、凹溝２０の外側面２０ａの上方が広がるように傾斜して形成すれば、型から抜き出しやすくなり、ジャケット本体１０と封止体３０の製作が容易になる。
【符号の説明】
【０１０７】
１ 液冷ジャケット
１０ ジャケット本体
１１ 凹部
１２ 開口部
１２ａ 開口周縁部
１５ａ 支持面
１５ｂ 段差側面
２０ 凹溝
３０ 封止体
３０ａ 周縁部
３０ｂ 外周面
４０ 突合部
４１ 塑性化領域
４３ 塑性化領域
５０ 回転ツール
６０ 仮接合用回転ツール
２０’ 凹溝
３０’ 封止体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱発生体が発生する熱を外部に輸送する熱輸送流体が流れるとともに一部が開口した凹部を有するジャケット本体に、前記凹部の開口部を封止する封止体を摩擦攪拌接合によって固定して構成される液冷ジャケットの製造方法において、
前記ジャケット本体の前記凹部の開口周縁部に、その表面から下がった段差底面からなる前記封止体の支持面を形成し、この支持面に凹溝を形成し、
前記支持面に前記封止体を載置して、前記ジャケット本体の段差側面と前記封止体の外周面を突き合わせた状態で、前記段差側面と前記封止体との突合部に沿って回転ツールを一周させ、前記突合部に塑性化領域を形成しつつ、前記凹溝に塑性流動化されたメタルを流入させて、前記封止体を前記ジャケット本体に固定する
ことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。
【請求項２】
前記凹溝は、前記支持面の外周部に形成されている
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】
前記回転ツールを前記突合部に沿って一周させた後、一周目の始端部に沿って前記回転ツールを移動させて、前記塑性化領域の一部を重複させる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項４】
前記回転ツールの攪拌ピンの長さ寸法は、前記封止体の厚さ寸法と同等或いは前記厚さ寸法より小さい
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項５】
前記回転ツールのショルダー径寸法は、前記凹溝の幅寸法よりも大きい
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項６】
前記回転ツールを一周させた後に、前記回転ツールを前記突合部の外側に偏移させて、前記回転ツールの攪拌ピンが前記ジャケット本体上を移動するように、前記回転ツールを前記突合部に沿ってさらに一周させた
ことを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項７】
前記回転ツールの二周目で形成された塑性化領域と、前記回転ツールの一周目で形成された塑性化領域とが、全周に亘ってその幅方向の一部同士が重複するように前記回転ツールを移動させた
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】
前記封止体の厚さ寸法は、前記ジャケット本体の前記凹部の開口周縁部の表面から前記段差底面までの深さ寸法よりも大きい
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項９】
前記凹溝は、前記支持面の外周縁に沿ってその内側寄りに形成されている
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１０】
前記回転ツールを前記突合部上で一周させた後に、前記回転ツールを前記突合部の内側に偏移させて、前記回転ツールの攪拌ピンが前記凹溝の上方を移動するように、前記回転ツールを前記突合部に沿ってさらに一周させた
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】
前記回転ツールの二周目で形成された塑性化領域と、前記回転ツールの一周目で形成された塑性化領域とが、全周に亘ってその幅方向の一部同士が重複するように前記回転ツールを移動させた
ことを特徴とする請求項１０に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項１２】
前記回転ツールの二周目における押込み量を、一周目における押込み量よりも大きくする
ことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項１３】
前記回転ツールを前記開口部に対して右回りに移動させるときは、前記回転ツールを右回転させ、
前記回転ツールを前記開口部に対して左回りに移動させるときは、前記回転ツールを左回転させる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項１４】
前記回転ツールで前記塑性化領域を形成する工程に先立って、前記突合部の一部を前記回転ツールよりも小型の仮接合用回転ツールを用いて仮接合する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項１５】
前記突合部が矩形環状を呈しており、
前記仮接合用回転ツールで前記突合部を仮接合する工程において、前記突合部の一方の対角同士を先に仮接合した後に、他方の対角同士を仮接合する
ことを特徴とする請求項１４に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項１６】
前記突合部が矩形環状を呈しており、
前記仮接合用回転ツールで前記突合部を仮接合する工程において、前記突合部の一方の対辺の中間部同士を先に仮接合した後に、他方の対辺の中間部同士を仮接合する
ことを特徴とする請求項１４に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項１７】
第一部材の凹部の開口部に板状の第二部材を摩擦攪拌接合によって固定する摩擦攪拌接合方法において、
前記第一部材の前記凹部の開口周縁部に、その表面から下がった段差底面からなる前記第二部材の支持面を形成し、この支持面に凹溝を形成し、
前記支持面に前記第二部材を載置して、前記第一部材の段差側面と前記第二部材の外周面を突き合わせた状態で、前記段差側面と前記第二部材との突合部に沿って回転ツールを一周させ、前記突合部に塑性化領域を形成しつつ、前記凹溝に塑性流動化されたメタルを流入させて、前記第二部材を前記第一部材に固定する
ことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項１】
熱発生体が発生する熱を外部に輸送する熱輸送流体が流れるとともに一部が開口した凹部を有するジャケット本体に、前記凹部の開口部を封止する封止体を摩擦攪拌接合によって固定して構成される液冷ジャケットの製造方法において、
前記ジャケット本体の前記凹部の開口周縁部に、その表面から下がった段差底面からなる前記封止体の支持面を形成し、この支持面に凹溝を形成し、
前記支持面に前記封止体を載置して、前記ジャケット本体の段差側面と前記封止体の外周面を突き合わせた状態で、前記段差側面と前記封止体との突合部に沿って回転ツールを一周させ、前記突合部に塑性化領域を形成しつつ、前記凹溝に塑性流動化されたメタルを流入させて、前記封止体を前記ジャケット本体に固定する
ことを特徴とする液冷ジャケットの製造方法。
【請求項２】
前記凹溝は、前記支持面の外周部に形成されている
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】
前記回転ツールを前記突合部に沿って一周させた後、一周目の始端部に沿って前記回転ツールを移動させて、前記塑性化領域の一部を重複させる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項４】
前記回転ツールの攪拌ピンの長さ寸法は、前記封止体の厚さ寸法と同等或いは前記厚さ寸法より小さい
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項５】
前記回転ツールのショルダー径寸法は、前記凹溝の幅寸法よりも大きい
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項６】
前記回転ツールを一周させた後に、前記回転ツールを前記突合部の外側に偏移させて、前記回転ツールの攪拌ピンが前記ジャケット本体上を移動するように、前記回転ツールを前記突合部に沿ってさらに一周させた
ことを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項７】
前記回転ツールの二周目で形成された塑性化領域と、前記回転ツールの一周目で形成された塑性化領域とが、全周に亘ってその幅方向の一部同士が重複するように前記回転ツールを移動させた
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】
前記封止体の厚さ寸法は、前記ジャケット本体の前記凹部の開口周縁部の表面から前記段差底面までの深さ寸法よりも大きい
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項９】
前記凹溝は、前記支持面の外周縁に沿ってその内側寄りに形成されている
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１０】
前記回転ツールを前記突合部上で一周させた後に、前記回転ツールを前記突合部の内側に偏移させて、前記回転ツールの攪拌ピンが前記凹溝の上方を移動するように、前記回転ツールを前記突合部に沿ってさらに一周させた
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】
前記回転ツールの二周目で形成された塑性化領域と、前記回転ツールの一周目で形成された塑性化領域とが、全周に亘ってその幅方向の一部同士が重複するように前記回転ツールを移動させた
ことを特徴とする請求項１０に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項１２】
前記回転ツールの二周目における押込み量を、一周目における押込み量よりも大きくする
ことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項１３】
前記回転ツールを前記開口部に対して右回りに移動させるときは、前記回転ツールを右回転させ、
前記回転ツールを前記開口部に対して左回りに移動させるときは、前記回転ツールを左回転させる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項１４】
前記回転ツールで前記塑性化領域を形成する工程に先立って、前記突合部の一部を前記回転ツールよりも小型の仮接合用回転ツールを用いて仮接合する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項１５】
前記突合部が矩形環状を呈しており、
前記仮接合用回転ツールで前記突合部を仮接合する工程において、前記突合部の一方の対角同士を先に仮接合した後に、他方の対角同士を仮接合する
ことを特徴とする請求項１４に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項１６】
前記突合部が矩形環状を呈しており、
前記仮接合用回転ツールで前記突合部を仮接合する工程において、前記突合部の一方の対辺の中間部同士を先に仮接合した後に、他方の対辺の中間部同士を仮接合する
ことを特徴とする請求項１４に記載の液冷ジャケットの製造方法。
【請求項１７】
第一部材の凹部の開口部に板状の第二部材を摩擦攪拌接合によって固定する摩擦攪拌接合方法において、
前記第一部材の前記凹部の開口周縁部に、その表面から下がった段差底面からなる前記第二部材の支持面を形成し、この支持面に凹溝を形成し、
前記支持面に前記第二部材を載置して、前記第一部材の段差側面と前記第二部材の外周面を突き合わせた状態で、前記段差側面と前記第二部材との突合部に沿って回転ツールを一周させ、前記突合部に塑性化領域を形成しつつ、前記凹溝に塑性流動化されたメタルを流入させて、前記第二部材を前記第一部材に固定する
ことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１７９３４９（Ｐ２０１０−１７９３４９Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７０４５（Ｐ２００９−２７０４５）
【出願日】平成２１年２月９日（２００９．２．９）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月９日（２００９．２．９）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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