液冷套的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种能抑制密封体变形的液冷套的制造方法。在该液冷套的制造方法中，通过摩擦搅拌接合将密封体(30)固定于套本体(10)，其中，所述套本体(10)具有供将发热体所产生的热量输送至外部的热输送流体流动且局部开口的凹部(11)，所述密封体(30)密封所述凹部(11)的开口部(12)，该制造方法的特征是，在形成于套本体(10)的凹部(11)的开口周缘部(12a)且由自套本体(10)的表面起下沉的台阶底面构成的支承面(15a)上，载置密封体(30)，使套本体(10)的台阶侧面(15b)与密封体(30)的外周面(30b)对接，使具有长度尺寸(L1)比密封体(30)的厚度尺寸(T1)的搅拌销(52)的旋转工具(50)，沿套本体(10)的台阶侧面(15b)与密封体(30)的外周面(30b)的对接部(40)移动一周而形成塑性化区域(41)，以将密封体(30)接合到套本体(10)上。
【专利说明】液冷套的制造方法
[0001]本发明专利申请是国际申请号为PCT/JP2009/070963，国际申请日为2009年12月16日，进入中国国家阶段的申请号为200980156808.6，名称为“液冷套的制造方法”的发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种通过摩擦搅拌接合将密封体固定于套本体的凹部的开口部而构成的液冷套的制造方法。
【背景技术】
[0003]作为接合金属构件彼此的方法，已知一种摩擦搅拌接合(FSW, Friction StirWelding)。摩擦搅拌接合是指使旋转工具旋转并沿着金属构件彼此的对接部移动，利用旋转工具与金属构件之间的摩擦热，使对接部的金属塑性流动，藉此将金属构件彼此固相接
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[0004]然而，近年来，随着以个人计算机为代表的电子设备的性能的提高，其所装设的CPU(发热体)的发热量也增大，CPU的冷却变得日益重要。以往，为了冷却CPU—直使用空冷风扇方式的散热片(heat sink)，但为了解决风扇噪音和使用空冷方式的冷却极限等问题，作为下一代的冷却方式，液冷套受到关注。
[0005]关于这种液冷套，专利文献I中公开了通过摩擦搅拌接合使构成构件相互接合的技术。该液冷套例如包括:具有收纳金属制肋片的肋片收纳室的套本体；以及密封该肋片收纳室的密封体，使旋转工具沿着环绕肋片收纳室的套本体的周壁与密封体的外周面之间的对接部旋转一周，以通过摩擦搅拌接合来制造液冷套。密封体比套本体薄，并载置在由形成于套本体的台阶的底面所构成的支承面上。接着,使旋转工具的中心位于对接部上方并沿着对接部移动，以接合套本体与密封体。
[0006]然而，如前所述，将厚度较薄的密封体载置于套本体的支承面上，并对该对接部进行摩擦搅拌接合时，由于从套本体的表面进行摩擦搅拌，故存在因热收缩及热膨胀导致密封体朝反面翘曲的问题。
[0007]因此，为了解决前述问题，专利文献2公开了一种利用冷却喷嘴对进行摩擦搅拌接合的位置喷水，并利用辊轴来滚压进行摩擦搅拌接合后的接合部的技术。
[0008]专利文献1:日本专利特开2006-324647号公报
[0009]专利文献2:日本专利特开2001-87871号公报
[0010]发明的公开
[0011]发明所要解决的技术问题
[0012]但是，在专利文献2的发明中，由于对进行摩擦搅拌接合的位置喷水，因此摩擦搅拌装置会浸泡于水中，有可能会对其驱动系统等造成不良影响。此外，对接合位置处喷水，该水会因旋转工具的旋转而朝周围飞溅，存在水的管理变得繁杂的问题。
[0013]根据前述观点，本发明的目的在于提供一种能容易地抑制密封体变形的液冷套的制造方法。
[0014]解决技术问题所采用的技术方案
[0015]作为用于解决前述技术问题的手段，本发明是一种液冷套的制造方法，通过摩擦搅拌接合将密封体固定在套本体上，其中，所述套本体供将发热体所产生的热量输送至外部的热输送流体流动并具用凹部，所述密封体用于密封所述凹部的开口部，该制造方法的特征是，在形成于所述套本体的所述凹部的开口周缘部且由自所述套本体的表面起下沉的台阶底面构成的支承面上，载置所述密封体，并使所述套本体的台阶侧面与所述密封体的外周面对接，使具有长度尺寸比所述密封体的厚度尺寸大的搅拌销的旋转工具，沿着所述套本体的所述台阶侧面与所述密封体的外周面的对接部移动一周而形成塑性化区域，以将所述密封体接合到所述套本体上。
[0016]根据前述方法，旋转工具的搅拌销从支承面插入至套本体内，故塑性化区域深入至套本体内部的深处部分。藉此，能将塑性化区域的热收缩所产生应力分散至套本体，故能抑制密封体的变形。
[0017]此外，本发明的特征是，所述支承面的宽度尺寸比所述旋转工具的肩部的半径尺寸大。
[0018]根据前述方法，当使旋转工具在对接部的正上方移动时，可在支承面内形成塑性化区域，能利用支承面可靠地支承旋转工具的按压力。
[0019]此外，本发明的特征是，在所述凹部的内部形成有具有与所述支承面齐平的表面的脊部，使所述旋转工具在所述密封体的表面沿着所述脊部移动而形成塑性化区域，以将所述密封体接合至所述脊部。
[0020]根据前述方法，即使在凹部为大面积的情况下，也可在凹部的内侧部分，通过表面与支承面齐平的脊部来接合套本体与密封体，故可抑制密封体的变形。
[0021]此外，本发明的特征是，所述脊部的宽度尺寸比所述旋转工具的肩部的直径尺寸大。
[0022]根据前述方法，当使旋转工具在脊部的正上方移动时，可在脊部内形成塑性化区域，故能利用脊部可靠地支承旋转工具的按压力。
[0023]此外，本发明的特征是，在所述套本体的进行摩擦搅拌接合的面的相反侧的面上，安装供冷却介质在内部流动的冷却板，一边冷却所述套本体一边使所述旋转工具移动来进行摩擦搅拌接合。
[0024]根据前述方法，可通过冷却板吸收摩擦搅拌接合所产生的热量，故可减少塑性化区域的热收缩，并能抑制密封体的变形。
[0025]此外，本发明的特征是，所述冷却板的供所述冷却介质流动的冷却流路形成为至少具有沿着所述旋转工具的移动轨迹的平面形状。
[0026]根据前述方法，能在距发热位置较近的位置有效地吸收摩擦搅拌接合所产生的热量，故可提高抑制密封体变形的效果。
[0027]此外，本发明的特征是，所述冷却板的供所述冷却介质流动的冷却流路由埋设于所述冷却板的冷却管构成。
[0028]根据前述方法，可容易地形成使冷却介质流动顺畅且不会泄漏的冷却流路。
[0029]此外，本发明的特征是，使冷却介质在所述开口部被所述密封体密封的所述凹部的内部流动，一边冷却所述套本体及所述密封体，一边使所述旋转工具移动来进行摩擦搅拌接合。
[0030]根据前述方法，无需设置冷却板，利用冷却介质就能吸收摩擦搅拌接合的热量，故能减少塑性化区域的热收缩，能在抑制密封体变形的同时实现简化加工工序。
[0031]此外，本发明的特征是，在使所述旋转工具相对于所述开口部顺时针移动时，使所述旋转工具顺时针旋转，在使所述旋转工具相对于所述开口部逆时针移动时，使所述旋转工具逆时针旋转。
[0032]根据前述方法，即使万一产生空洞缺陷，也产生于较对接部朝外侧位置远离的部分，即远离热输送流体的流路的位置。因此，不会使热输送流体从流路泄漏至外部，故不会对接合部的密闭性能造成不良影响。
[0033]此外，本发明的特征是，在使所述旋转工具沿所述对接部移动一周后，将所述旋转工具偏移至第一周所形成的所述塑性化区域的外周侧，并使所述旋转工具沿所述对接部再移动一周，以对所述塑性化区域的外周侧进行再次搅拌。
[0034]根据前述方法，即使在第一周产生了空洞缺陷也能通过第二圈的移动来进行搅拌以减少空洞缺陷，且即使万一在第二圈产生了空洞缺陷，由于该产生位置远离套本体的开口周缘部与密封体的周缘部的对接部，故不会使热输送流体泄漏至外部，能大幅度提高接合部的密闭性能。
[0035]此外，本发明的特征是，在实施利用所述旋转工具形成所述塑性化区域的工序之前，使用比所述旋转工具还小型的预先接合用旋转工具，对所述对接部的局部进行预先接
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[0036]根据前述方法，通过使套本体与密封体预先接合，在进行摩擦搅拌接合(以下称作“正式接合”)时，密封体不会移动，能使接合更容易，同时能提高密封体的定位精度。此夕卜，用于预先接合用旋转工具比正式接合用旋转工具小，故仅使正式接合用旋转工具在预先接合部分上方移动以进行摩擦搅拌，便可通过正式接合进行修饰。
[0037]此外，本发明的特征是，所述对接部呈矩形框状，在利用所述预先接合用旋转工具对所述对接部进行预先接合的工序中，先对所述对接部的一方对角彼此进行预先接合后，再对另一方对角彼此进行预先接合。
[0038]此外，本发明的特征是，所述对接部呈矩形框状，在利用所述预先接合用旋转工具对所述对接部进行预先接合的工序中，先对所述对接部的一方对边的中间部彼此进行预先接合后，再对另一方对边的中间部彼此进行预先接合。
[0039]根据前述方法，可平衡地对密封体进行预先接合，故可提高密封体相对于套本体的定位精度。
[0040]发明效果
[0041]根据本发明，能发挥出容易地抑制密封体变形的优异效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]图1是表示本发明第一实施方式的液冷套的分解立体图。
[0043]图2是从斜下方表示本发明第一实施方式的液冷套的密封体的立体图。
[0044]图3是用于说明本发明第一实施方式的液冷套的制造方法的图，图3(a)是表示第一圈的摩擦搅拌接合工序的剖视图，图3(b)是表示第二圈的摩擦搅拌接合工序的剖视图。
[0045]图4是用于说明本发明第一实施方式的液冷套的制造方法的图，其是表示脊部处的摩擦搅拌接合工序的剖视图。
[0046]图5是用于说明本发明第一实施方式的液冷套的制造方法的摩擦搅拌工序的图，图5(a)是表示预先接合工序的俯视图，图5(b)是表示正式接合工序的俯视图。
[0047]图6 (a)、图6(b)是用于说明本发明第一实施方式的液冷套的制造方法的摩擦搅拌工序的图，是接着图5表示摩擦搅拌工序(正式接合工序)的俯视图。
[0048]图7 (a)、图7(b)是用于说明本发明第一实施方式的液冷套的制造方法的摩擦搅拌工序的图，是接着图6表示摩擦搅拌工序的俯视图
[0049]图8是表示在本发明第二实施方式的液冷套的制造方法中使用的冷却板的图，图8(a)表不使用状态，图8(b)是表不分解立体图的立体图。
[0050]图9是用于说明本发明第三实施方式的液冷套的制造方法的摩擦搅拌工序的图，图9(a)是表示预先接合工序的俯视图，图9(b)是表示正式接合工序的俯视图。
[0051](符号说明)
[0052]I液冷套
[0053]10套本体
[0054]11 凹部
[0055]12 开口部
[0056]12a开口周缘部
[0057]15a支承面(台阶底面)
[0058]15b台阶侧面
[0059]17 脊部
[0060]17a (脊部)表面
[0061]30密封体
[0062]30b外周面
[0063]40对接部
[0064]41塑性化区域
[0065]43 (第二 )塑性化区域
[0066]50旋转工具
[0067]51 肩部
[0068]52搅拌销
[0069]60预先接合用旋转工具
[0070]Hl (套本体的上表面与支承面的高度差)尺寸
[0071]LI搅拌销的长度尺寸
[0072]Rl肩部的直径尺寸
[0073]R2肩部的半径尺寸
[0074]Tl (密封体)厚度尺寸
[0075]Wl (支承面)宽度尺寸
[0076]W2 (脊部)宽度尺寸【具体实施方式】
[0077]第一实施方式
[0078]以下，参照附图来详细说明本发明的第一实施方式。
[0079]首先，说明通过本发明的液冷套的制造方法所形成的液冷套。液冷套是装设于例如个人计算机等电子设备的冷却系统的构成零件，是用来冷却CPU(发热体)等的零件。液冷系统主要具有:可将CPU安装于规定位置的液冷套；将冷却水(热输送流体)所输送的热量排出至外部的散热器(radiator、散热装置)；使冷却水循环的微波泵(热输送流体供给装置)；吸收因温度变化造成的冷却水的膨胀/收缩的备用槽；用于连接上述设备的软管；以及用于输送热量的冷却水。冷却水是用于将发热体即CPU(未图示)所产生的热量输送至外部的热输送流体。作为冷却水可使用例如乙二醇类的防冻液。然后，当微波泵运作时，能使冷却水在上述设备中循环。
[0080]如图1所示，液冷套I是在供冷却水(未图示)流动且局部具有开口的凹部11的套本体10上，通过摩擦搅拌接合(参照图5至图7)来将用于密封该凹部11的开口部12的密封体30加以固定而构成的。
[0081]液冷套I在其下方侧的中央隔着散热片(未图示)安装有CPU (未图示)，并能在接收CPU所产生的热量的同时，与在其内部流动的冷却水进行热交换。藉此，液冷套I能将接收自CPU的热量传递给冷却水，其结果是能有效地冷却CPU。另外，散热片是用于将CPU的热量有效地传递给套本体10的薄片，例如，是由铜等具有高热传递性的金属所形成的。
[0082]套本体10是在其一侧(本实施方式中图1的上侧)形成有开口的浅底箱体,本实施方式中俯视呈长方形。套本体10在其内侧形成有上部开口的凹部11，并具有凹部11的底壁13与周壁14。这种套本体10通过例如压铸、铸造、锻造等制成。套本体10是由铝或铝合金形成的。藉此，可实现液冷套I的轻量化，使其更容易使用。
[0083]套本体10的凹部11的开口部12形成四角被倒角成圆弧状的大致长方形。在套本体10的凹部11的开口周缘部12a形成有由朝凹部11底面侧下沉的台阶底面构成的支承面15a。另外，在本实施方式中，对在凹部11内形成有脊部17，且该脊部17也是凹部11的一部分，凹部11的开口部12呈大致长方形的情形进行说明。此外，凹部11的开口周缘部12a是包含脊部17的凹部11的周缘部。
[0084]如图3(a)所示，套本体10的上表面与支承面15a之间的高度差尺寸Hl与密封体30的厚度尺寸Tl相同。支承面15a是支承密封体30的面，密封体30的周缘部30a载置于支承面15a上。此外，支承面15a的宽度(载置密封体30的周缘部30a的部分的宽度)尺寸Wl设定成比摩擦搅拌接合用的旋转工具50的肩部51的半径尺寸R2大。
[0085]如图1所示，凹部11四周的周壁14由位于套本体10的长边方向(图1中X轴方向)两端的一对壁部14a、14b以及位于短边方向(图1中Y轴方向)两端的一对壁部14c、14d所构成。一对壁部14a、14b均沿着Y轴方向延伸，且在X轴方向上相隔规定距离相互平行地形成。一对壁部14c、14d均沿X轴方向延伸，且在Y轴方向上相隔规定距离相互平行地形成。
[0086]在凹部11的内部形成有脊部17。脊部17构成为从凹部11的底壁13立起的壁体。脊部17距底壁13的高度设定为与支承面15a距底壁13的高度相同。S卩，脊部17的上端面(脊部17的表面)17a与形成于凹部11的开口周缘部12a的支承面15a齐平。脊部17从一对壁部14a、14b中的一侧壁部14a的内壁面(凹部11侧的内周侧面)的Y轴方向长度的中央部朝另一侧壁部14b沿X轴方向延伸。脊部17的延伸方向(X轴方向)前端与壁部14b的内壁面(凹部11侧的内周侧面)相隔规定距离，在脊部17的前端与壁部14b的内壁面之间形成有供冷却液流动的空间。即，通过在凹部11的内部形成脊部17，从而形成俯视呈U字状的槽(实际上凹陷部分)，使冷却液沿该U字流动。在位于俯视呈U字状的流路两端的壁部14a分别形成有用于使冷却水流入凹部11的通孔16。在本实施方式中，通孔16、16沿X轴方向延伸，并具有圆形截面，且形成于凹部11的深度方向中间部。另外，通孔16的形状、个数及形成位置并非限定于上述结构，可根据冷却水的种类、流量进行适当的变更。
[0087]如图1及图2所示，密封体30包括:具有与套本体10的台阶侧面15b (参照图1)相同形状(在本实施方式中是四角被倒角成圆弧状的大致长方形)的外周形状的板状的盖板部31 ;以及设置于该盖板部31的下表面的多个肋片32、32...。
[0088]肋片32是为增加密封体30的表面积而设的。多个肋片32、32...相互平行且与盖板部31正交设置，并与盖板部31形成一体。藉此，在盖板部31与肋片32、32...之间形成良好的热传递。如图1所示，肋片32、32...配置成朝与形成有通孔16、16的周壁14的壁部14a正交的方向(图1中是X轴方向)延伸。将盖板部31安装至套本体10时，由于脊部17位于盖板部31的Y轴方向中央部，故该处无法设置肋片。肋片32具有与凹部11的深度尺寸相等的高度(深度)尺寸(图1中Z轴方向长度)，其前端部与凹部11的底面(底壁13的表面)抵接。藉此，在将密封体30安装于套本体10的状态下，由密封体30的盖板部31、相邻的肋片32和32、凹部11的底面形成筒状空间，该空间作为供冷却水流动的流路33 (参照图5 (a))起作用。
[0089]此外，肋片32、32...具有较脊部17的延伸长度尺寸还短的长度尺寸(图1中X轴方向长度)，其一端(壁部14a侧)与壁部14a的内壁面分别相隔规定间隔。该肋片32、32...的一端部与壁部14a之间的空间是构成了流路集管部34(参照图5(a))，该流路集管部34连接利用肋片32所划分形成的流路33与通孔16。此外，肋片32、32...的另一端(壁部14b侧)位于相当于脊部17前端的部分，肋片32、32...室温另一端部、脊部17的前端部、壁部14b之间的空间构成了连通流路35 (参照图5 (a))，该连通流路35连接位于脊部17两侧的流路33、33。
[0090]密封体30也与套本体10相同，是由铝或铝合金所形成的。藉此，可实现液冷套I的轻量化，使其更容易拿取。密封体30是通过对由铝或铝合金所形成的块材进行切削加工以形成盖板部31与肋片32所制成的。另外，其制作方法并非限定于前述方法，例如，可通过压铸、铸造、锻造等制成，也可通过挤压成形或槽加工来形成具有由盖板部31与多个肋片32、32...所组成的断面形状的构件，再将该肋片32的两端部切除而制成。
[0091]接着，参照图3至图7来说明通过摩擦搅拌接合来将密封体30固定于套本体10的方法。
[0092]首先，如图5(a)所示，以肋片32朝下的方式将密封体30插入至套本体10的凹部11中，并将密封体30的周缘部30a载置于支承面15a上。如此一来，套本体10的台阶侧面15b与密封体30的外周面30b对接而构成对接部40。[0093]然而，在本实施方式中，在利用图3所示的旋转工具50进行正式接合(形成塑性化区域41)工序之前，使用较旋转工具50还小型的预先接合用旋转工具60(图5(a)仅图示了其俯视形状)对套本体10与密封体30的对接部40的局部进行预先接合。
[0094]预先接合用旋转工具60具有较旋转工具50还小径的肩部和搅拌销(未图示)，由预先接合用旋转工具60形成的塑性化区域45的宽度比后续工序中通过旋转工具50形成的塑性化区域41(参照图5(b))的宽度小。此外，塑性化区域45形成于不超出后续工序中塑性化区域41所形成位置的位置(在本实施方式中，塑性化区域45的宽度方向中心位于对接部40处)。藉此，可通过塑性化区域41来完全地覆盖预先接合的塑性化区域45，故残留于塑性化区域45的预先接合用旋转工具60的拔出痕迹及塑性化区域45的痕迹均不会残留。
[0095]在本实施方式中，对接部40形成四角被倒角成圆弧状的大致长方形(矩形框状)。在通过预先接合用旋转工具60进行对接部40的预先接合的工序中，先将对接部40的业已倒角的一侧的对角44a、44b彼此预先接合后，再对业已倒角的另一侧的对角44c、44d彼此进行预先接合。依前述顺序进行预先接合，藉此可将密封体30平衡地预先接合至套本体10，可提高密封体30相对于套本体10的定位精度，同时也可抑制密封体30的变形。另外，对各对角44a、44b、44c、44d进行预先接合后，将预先接合用旋转工具60拔出时，会留下拔出痕迹61 (参照图5 (b))，在本实施方式中保持残留而无需处理。
[0096]接着，通过旋转工具50来进行正式接合。在本工序中，首先，如图5(b)所示，在插入位置53处一边使摩擦搅拌接合用的旋转工具50旋转一边将其插入，然后使其移动到对接部40上方，并使其沿着对接部40移动。此时，较为理想的是，使从四个方向围绕套本体10的夹具(未图示)与套本体10的周壁14的外周面预先抵接。藉此，即使周壁14的厚度较薄，旋转工具50的肩部51 (参照图3(a))的外周面与周壁14的外周面之间的距离(间隙)为例如2.0mm以下，也不易因旋转工具50的按压力而使周壁14朝外侧变形。另外，在周壁14的厚度较厚时,也可不设置前述夹具。
[0097]旋转工具50由较套本体10、密封体30还硬的金属材料构成，如图3 (a)所示，具有圆柱状的肩部51以及突出设置于该肩部51下端面的搅拌销(探针)52。旋转工具50的尺寸、形状是根据套本体10及密封体30的材质、厚度等而设定的。在本实施方式中，搅拌销52呈下方直径缩小的圆锥台状，且其突出长度尺寸LI在密封体30的盖板部31的厚度尺寸Tl以上。接着，在摩擦搅拌接合时，旋转工具50的肩部51的前端从套本体10及密封体30的表面插入至规定深度，且搅拌销52的前端穿入支承面15a。此外，肩部51的半径尺寸R2比支承面15a的宽度尺寸Hl小。旋转工具50的旋转速度为500?15000 (rpm)，进刀速度为0.05?2 (m/分钟)，按压对接部40的按压力为I?20 (kN)左右，可根据套本体10及密封体30的材质、板厚以及形状来适当地选择。
[0098]以下具体说明旋转工具50的移动。首先，使旋转工具50 —边旋转一边插入至插入位置53。如图5(b)所示，旋转工具50的插入位置53位于从对接部40偏向外侧的周壁14的上表面。另外，也可在旋转工具50的插入位置53处，预先形成导孔(未图示)。藉此可缩短旋转工具50的插入时间(按压时间)。
[0099]然后，使旋转工具50从插入位置53朝对接部40的正上方位置(旋转工具50的轴心位于对接部40上方的位置)一边旋转一边移动。待旋转工具50移动至对接部40的正上方位置后，改变其移动方向以使得旋转工具50的中心(轴心)沿着对接部40移动，并使旋转工具50移动。此时，旋转并移动旋转工具50，以使密封体30位于流动侧50a，该流动侧50a是旋转工具50朝向该旋转工具50的移动方向(参照图5及图6中的箭头Yl)的相反方向转动而形成的。具体而言，使对接部40处的旋转工具50的旋转方向(自转方向)与其移动方向(公转方向)成为相同方向。即，在本实施方式中，如图5(b)所不，由于使旋转工具50相对于凹部11的开口部12 (参照图5(a))顺时针旋转移动，故使旋转工具50顺时针旋转(参照图5及图6中的箭头Y2)。另外，当使旋转工具50相对于凹部11的开口部12逆时针旋转移动时，使旋转工具50逆时针旋转。
[0100]通过前述方法，旋转工具50的外周相对于密封体30的相对速度是从旋转工具50外周的切线速度大小中减去其移动速度大小(密封体30为流动侧50a)而得到的值，相较于旋转工具50朝与旋转工具50的移动方向相同方向转动而形成的剪切侧50b，该速度为低速。藉此，在密封体30侧不易形成空洞缺陷。此外，由于剪切侧50b位于靠近对接部40外侧的套本体10的厚壁部，故不会发生接合材料不足的问题。
[0101]此外，此时，如图3(a)所示，旋转工具50的搅拌销52的长度尺寸LI较密封体30的厚度尺寸Tl还长，因此搅拌销52的前端部穿入支承面15a，并进入套本体10的内部深处。藉此，旋转工具50所形成的塑性化区域41的前端部(下端部)深入至套本体10的内部深处。此处，所谓“塑性化区域”包括通过旋转工具50的摩擦热而被加热以塑性化的状态、旋转工具50通过后回到常温的状态这两个状态。
[0102]然后，继续前述工序，持续进行旋转工具50的旋转及移动，如图6 (a)所示，使旋转工具50沿着对接部40绕开口部12旋转一周而形成塑性化区域41。待旋转工具50旋转一周后，使旋转工具50沿着包含第一周的起始端54a的起始端部(自起始端54a朝旋转工具50的移动方向前进规定长度后的位置(等同于终止端54b的位置)为止的部分)移动规定长度。藉此，旋转工具50的周向移动的起始端54a与终止端54b重叠，塑性化区域41的一部分重叠。
[0103]然后，如图6(b)所示，待旋转工具50完成第一周的移动后，接着使旋转工具50再旋转一周以形成塑性化区域43 (以下称作“第二塑性化区域”)。第二圈时，使旋转工具50从第一周的终止端54b朝第一周的移动所形成的塑性化区域41的外周侧偏移。
[0104]此时，旋转工具50的偏移是随着朝向移动方向往外侧移动而倾斜移动的，且旋转工具50的第二圈的移动轨迹(塑性化区域43)的内侧端位于第一周移动轨迹(塑性化区域41)的中心线(对接部40)上，抑或位于较该中心线稍微靠外侧的位置。然后，如图6(b)所示，旋转工具50与第一周移动轨迹(塑性化区域41)保持一定的位置关系而平行移动。因此，通过旋转工具50的第二圈的移动，第一周的移动轨迹的外周侧部分被再次搅拌(参照图6及图7)。藉此，即使万一在旋转工具50的剪切侧50b即塑性化区域41的外周侧部分产生空洞缺陷，也可通过再搅拌来消除空洞缺陷。
[0105]此外，第二圈移动时，旋转工具50的剪切侧50b位于靠对接部40外侧的套本体10的厚壁部，故不会发生材料不足的问题。再者，即使万一产生了空洞缺陷，也位于距对接部40较远的位置故不存在问题。此处，旋转工具50的第二圈的移动与第一周的旋转方向、旋转速度、移动方向、移动速度及按压量均相同(参照图6及图7中的箭头Y3、Y4)。另外，第二圈的旋转工具50的旋转速度、移动速度、按压量等也可根据套本体10和密封体30的形状、材质适当地作变化。
[0106]此外，此时，如图3 (b)所示，旋转工具50的搅拌销52的长度尺寸LI (参照图3 (a))较密封体30的厚度尺寸Tl (参照图3(a))还长，故搅拌销52的前端部进入套本体10的内部深处。藉此，通过旋转工具50的第二圈移动所形成的第二塑性化区域43的前端部(下端部)深入至套本体10的内部深处。
[0107]接着，如图6(a)所示，待旋转工具50的周向移动完成后，使旋转工具50移动至远离塑性化区域43外侧的周壁14的上表面，并在该位置(拔出位置55)，将旋转工具50拔出。如此一来，旋转工具50的拔出位置55位于从对接部40偏向外侧的位置，故搅拌销52 (参照图4(a))的拔出痕迹(未图示)不会形成于对接部40处。藉此，可进一步提高套本体10与密封体30之间的接合性。另外，也可对周壁14上表面的拔出痕迹进行填埋焊接金属等加工而加以修补。
[0108]然后，使用相同的旋转工具50对脊部17和密封体30进行摩擦搅拌接合。如图7 (b)所示，在该工序中，在脊部17前端部的插入位置56处，使旋转工具50 —边旋转一边插入。另外，也可预先在旋转工具50的插入位置56处形成导孔(未图示)。如此一来，便可缩短旋转工具50的插入时间(按压时间)。
[0109]接着，使旋转工具50从插入位置56朝向对接部40外侧并沿着脊部17 —边旋转一边移动以形成塑性化区域49。待旋转工具50推进移动，进行摩擦搅拌至塑性化区域41的内周侧端后，便使旋转工具50直接突入塑性化区域41，并接着从塑性化区域41朝第二塑性化区域43移动。然后，使旋转工具50从第二塑性化区域43的外周侧端朝偏离于外侧的周壁14的上表面移动，并在该位置(拔出位置57)处将旋转工具50拔出。如此一来，旋转工具50的拔出位置57位于从对接部40偏向外侧的位置，故搅拌销52 (参照图4 (a))的拔出痕迹(未图示)不会形成于对接部40处。藉此，能提高套本体10与密封体30之间的接合性。另外，也可对周壁14上表面的拔出痕迹进行填埋焊接金属等加工而加以修补。
[0110]如前述，旋转工具50从插入位置56沿着脊部17直线状(参照图7(b)中箭头Y5)地移动至拔出位置57。此时，其旋转方向(自转方向)、旋转速度、移动方向(公转方向)、移动方向及按压量皆为一定值。另外，其旋转方向为逆时针旋转或顺时针旋转皆可。
[0111]此时，如图4所示，旋转工具50的搅拌销52的长度尺寸LI较密封体30的厚度尺寸Tl还长，故搅拌销52的前端部穿入脊部17的表面17a，并深入至套本体10内部(脊部17内部)深处。藉此，通过旋转工具50所形成的塑性化区域49的前端部(下端部)深入至套本体10的内部深处。
[0112]如前述说明所述，在凹部11的开口部12周围，使旋转工具50沿着对接部40旋转两圈以进行摩擦搅拌接合而形成塑性化区域41及第二塑性化区域43，然后，沿着脊部17移动旋转工具50以进行摩擦搅拌接合而形成塑性化区域49，将密封体30固定至套本体10后，将摩擦搅拌所产生的毛边除去,便形成了液冷套I。
[0113]根据本实施方式的液冷套I的制造方法及摩擦搅拌接合方法，使用具有搅拌销52的旋转工具50进行摩擦搅拌接合，故塑性化区域41、43、46的前端部深入至套本体10的内部深处，所述搅拌销52具有比密封体30的厚度尺寸Tl大的长度尺寸LI。藉此，能将因塑性化区域41、43、46的热收缩所产生的应力分散至套本体10。由于套本体10的厚度较厚故其受应力的变形也较少，此外，可减少作用于密封体30的应力，故可抑制密封体30的变形。[0114]此外，由于支承面15a的宽度尺寸Wl比旋转工具50的肩部51的半径尺寸R2大，故在旋转工具50的第一周移动中，使旋转工具50在对接部40的正上方移动时，可在支承面15a内形成塑性化区域41。藉此，塑性化区域41不会露出到凹部11的内侧面，支承面15a不会朝凹部11的底壁13侧下降，能以支承面15a来可靠地支承旋转工具50的按压力。藉此，密封体30被支承面15a支承，密封体30不会因朝向下方的旋转工具50的按压力影响而产生变形。
[0115]此外，在凹部11的内部形成有脊部17，该脊部17具有与支承面15a齐平的表面17a，沿着该脊部17形成塑性化区域49来将密封体30接合至脊部17，藉此即使在凹部11为大面积的情况下，也可将密封体30平面状地支承于支承面15a和脊部17的表面17a上。藉此，能保持密封体30的平面性并可抑制密封体30的变形。再者，万一在套本体10的开口部12周围进行摩擦搅拌接合中使密封体30产生变形，也可在后续工序中，通过接合密封体30与脊部17来消除密封体30的变形。
[0116]此时，由于脊部17的宽度尺寸W2比旋转工具50的肩部51的直径尺寸Rl大，因此当旋转工具50在脊部17的正上方移动时，可在脊部15的表面17a内形成塑性化区域49。藉此，塑性化区域49不会露出至脊部17的侧面，脊部17的表面17a不会朝凹部11的底壁13侧下降，能以脊部17可靠地支承旋转工具50的按压力。藉此，该密封体30被脊部17的表面17a支承，密封体30不会因朝向下方的旋转工具50的按压力影响而产生变形。
[0117]此外，本实施方式中，旋转工具50相对于开口部12顺时针移动，并绕顺时针旋转，因此厚度较薄的密封体30位于流动侧50a，故在密封体30侧不易产生空洞缺陷。虽然套本体10位于剪切侧50b，但由于套本体10的厚度较厚，因此即使旋转工具50的外周相对于套本体10的相对速度较快，也不会发生材料不足。因此，可抑制在对接部处因材料不足而产生空洞缺陷，并可抑制对接部40的接合强度降低。此外，即使万一产生了空洞缺陷，由于其位于较对接部40朝外侧位置远离的部分，即产生于远离热输送流体的流路的位置，故热输送流体不易从流路泄露至外部，因而不会对接合部的密闭性能产生影响。
[0118]此外，本实施方式中，即使在旋转工具50的第一周移动时产生了空洞缺陷，也可通过旋转工具50的第二圈移动来对第一周的剪切侧50b部分进行再搅拌，故可消除空洞缺陷。
[0119]此外，本实施方式中，由于在利用旋转工具50形成塑性化区域41的工序之前，使用预先接合用旋转工具60对对接部40的局部进行预先接合，因此在通过旋转工具50进行摩擦搅拌接合时，密封体30不会移动，能容易地进行接合，同时也可提高密封体30相对于套本体10的定位精度。此外，由于预先接合用旋转工具60比正式接合用旋转工具50小，因此仅需使正式接合用旋转工具50在预先接合所形成的塑性化区域45的上方移动以进行摩擦搅拌，便可掩盖塑性化区域45及旋转工具60的拔出痕迹，通过正式接合进行修饰。
[0120]此外，对接部40呈矩形框状，在通过预先接合用旋转工具60预先接合对接部40的工序中，先将对接部40的一侧的对角44a、44b彼此预先接合后，再将另一侧的对角44c、44d彼此预先接合，因此可平衡地进行密封体30的预先接合，能进一步提高密封体30相对于套本体10的定位精度。
[0121]此外，在本实施方式中，在旋转工具50的周向移动中的起始端54a与终止端54b，塑性化区域41的一部分是重叠的，藉此在凹部11的开口周缘部12a处，塑性化区域41不存在中断的部分。因此，能良好地接合套本体10的周壁14与密封体30，不会使热输送流体泄露至外部，故可提高接合部的密闭性能。
[0122]第二实施方式
[0123]接着，参照图8来说明第二实施方式的液冷套的制造方法。
[0124]如图8(a)所示，本实施方式的特征是，在第一实施方式的通过旋转工具50形成塑性化区域41、53、49的工序中，在套本体10的进行摩擦搅拌接合的面(凹部11形成开口的面)的相反侧的面上，安装内部流动有冷却介质的冷却板70，一边冷却套本体10 —边移动旋转工具50 (参照图3)以进行摩擦搅拌接合。
[0125]如图8(b)所示，冷却板70采用在内部埋设有构成冷却流路的冷却管72的结构。具体而言，冷却板70采用利用一对冷却板本体71、71来夹持并固定冷却管72的结构。冷却管72具有沿着旋转工具50的移动轨迹所形成的平面形状，并具有:沿着塑性化区域41及第二塑性化区域43的外周部72a ;沿着脊部17的塑性化区域49的中间部72b ;使冷却介质流入的流入部72c ;以及使冷却介质流出的流出部72d。冷却管72由例如圆筒形的铜管所构成，且外周部72a、中间部72b、流入部72c以及流出部72d形成一体。
[0126]冷却板本体71、71是由铝或铝合金形成的。冷却板本体71在上下相互形成面对称形状，且在内侧(冷却管72侧)的面上形成有收纳冷却管72用的槽73。槽73形成半圆形截面，通过冷却板本体71、71来夹持冷却管72，以使槽73的内周面与冷却管72的外周面紧贴。槽73例如是对冷却板本体71的表面进行切削加工等而形成的。冷却板本体71、71彼此是通过例如具有热传导性的粘接剂而进行粘接的。冷却板本体71、71的接合并不限定于使用粘接剂，也可使用焊接或摩擦搅拌接合等其它方法。
[0127]在将安装有密封体30的套本体10固定于具有前述结构的冷却板70的上部后，在冷却管72内流动冷却介质，并同时进行摩擦搅拌接合。
[0128]根据前述液冷套的制造方法，可通过冷却板70有效地吸收摩擦搅拌接合所产生的热量，可减少塑性化区域的热收缩，并可抑制密封体30的翘曲、挠曲等变形。
[0129]此外，在本实施方式中，冷却流路(冷却管72)具有至少沿着旋转工具50的移动轨迹所形成的平面形状，可在靠近产生热量的位置处有效且均匀地吸收由摩擦搅拌接合所产生的热量，故可提高抑制密封体30变形的效果。此外，由于通过埋设于冷却板70的冷却管72来构成冷却流路，故能容易地形成可使冷却介质流动顺畅且不会泄露的冷却流路。此夕卜，通过设置冷却板70，无需如现有技术那样，利用喷嘴对接合位置喷水，就可以冷却该接合部分，故水(冷却介质)的管理较为容易。
[0130]另外，在本实施方式中，在冷却板70中流动有冷却介质以冷却套本体10及密封体30，但并非限定于此。例如，也可在开口部12被密封体30密封后的凹部11的内部流动冷却介质，一边冷却套本体10及密封体30，一边进行摩擦搅拌接合。
[0131]根据前述方法，即便不设置冷却板70，也可通过冷却介质吸收摩擦搅拌接合的热量，从而可减少塑性化区域41、43、49的热收缩，能抑制密封体30的变形，同时能实现加工工序的简化。
[0132]第三实施方式
[0133]接着，参照图9来说明第三实施方式的液冷套的制造方法及摩擦搅拌接合方法。
[0134]如图9(a)所示，本实施方式的特征是，在第一实施方式中利用旋转工具50形成塑性化区域41的工序之前，使用较旋转工具50还小型的预先接合用旋转工具60对套本体10与密封体30的对接部40的局部进行预先接合。相对于第一实施方式中对长方形的对接部40的角部进行摩擦搅拌接合，此处的预先接合是对各边的中间部直线状地进行摩擦搅拌接合。具体而言，对接部40呈大致长方形(矩形框状)，在通过预先接合用旋转工具60对对接部40进行预先接合的工序中，先对该对接部40的一侧的对边46、46的中间部46a、46b彼此进行预先接合后，再对另一侧的对边47、47的中间部47a、47b彼此进行预先接合。此时通过预先接合用旋转工具60所形成的塑性化区域48分别形成具有相同长度的直线状。此外，如图9(b)所示，塑性化区域48形成于不超出后续工序中所形成的塑性化区域41的位置。另外，通过旋转工具50形成塑性化区域41、43、49的正式接合工序与第一实施方式相同，故省略其说明。
[0135]在本实施方式中，依前述顺序进行预先接合，藉此可平衡地将密封体30预先接合至套本体10，能提高密封体30相对套本体10的定位精度，同时可抑制密封体30的变形。此外，通过进行密封体30的预先接合，能抑制在通过旋转工具50进行正式接合时的密封体30的偏移。此外，根据本实施方式，由于预先接合的摩擦搅拌接合呈直线状，因此仅需使预先接合用旋转工具60直线移动即可，故加工较容易。
[0136]以上说明了本发明的实施方式，但本发明的实施方式并非限定于此，在不脱离本发明思想的范围内可作适当的变更，例如，在前述实施方式中，密封体30俯视呈大致长方形，但并非限定于此，也可形成正方形、多边形、圆形等其它形状。此外，安装于密封体30的肋片32也可与盖板部分体形成，例如，能独立地收纳、设置于凹部11内，或与套本体形成一体。
[0137]此外,在前述各实施方式中，脊部17从一侧壁部14a延伸向另一侧壁部14b且仅形成有一处，但并非限定于前述结构，也可形成有多个。此时，可形成有从一侧壁部延伸向另一侧壁部的多个脊部，抑或在彼此对向的一对壁部至少各形成一个脊部，以蛇行的方式形成供冷却水流动的流路。
【权利要求】
1.一种液冷套的制造方法，通过摩擦搅拌接合将密封体固定在套本体上，其中，所述套本体供将发热体所产生的热量输送至外部的热输送流体流动并具有凹部，所述密封体用于密封所述凹部的开口部， 其特征在于， 在形成于所述套本体的所述凹部的开口周缘部且由自所述套本体的表面起下沉的台阶底面构成的支承面上，载置所述密封体，并使所述套本体的台阶侧面与所述密封体的外周面对接， 使具有长度尺寸比所述密封体的厚度尺寸大的搅拌销的旋转工具，沿着所述套本体的所述台阶侧面与所述密封体的外周面的对接部移动一周而形成塑性化区域，而且将所述密封体接合到所述套本体上时，在所述套本体的进行摩擦搅拌接合的面的相反侧的面上，安装供冷却介质在内部流动的冷却板，一边冷却所述套本体一边使所述旋转工具移动来进行摩擦搅拌接合。
2.如权利要求1所述的液冷套的制造方法，其特征在于， 所述支承面的宽度尺寸比所述旋转工具的肩部的半径尺寸大。
3.如权利要求1所述的液冷套的制造方法，其特征在于， 在所述凹部的内部形成有具有与所述支承面齐平的表面的脊部， 使所述旋转工具在所述密封体的表面沿所述脊部移动而形成塑性化区域，以将所述密封体接合到所述脊部。
4.如权利要求3所述的液冷套的制造方法，其特征在于， 所述脊部的宽度尺寸比所述旋转工具的肩部的直径尺寸大。
5.如权利要求1所述的液冷套的制造方法，其特征在于， 所述套本体及所述密封体是由铝或铝合金形成的。
6.如权利要求1所述的液冷套的制造方法，其特征在于， 所述冷却板的供所述冷却介质流动的冷却流路形成为至少具有沿着所述旋转工具的移动轨迹的平面形状。
7.如权利要求1所述的液冷套的制造方法，其特征在于， 所述冷却板的供所述冷却介质流动的冷却流路由埋设于所述冷却板的冷却管构成。
8.如权利要求1所述的液冷套的制造方法，其特征在于， 使冷却介质在所述开口部被所述密封体密封的所述凹部的内部流动，一边冷却所述套本体及所述密封体，一边使所述旋转工具移动来进行摩擦搅拌接合。
9.如权利要求1所述的液冷套的制造方法，其特征在于， 在使所述旋转工具相对于所述开口部顺时针移动时，使所述旋转工具顺时针旋转， 在使所述旋转工具相对于所述开口部逆时针移动时，使所述旋转工具逆时针旋转。
10.如权利要求9所述的液冷套的制造方法，其特征在于， 在使所述旋转工具沿所述对接部移动一周后，将所述旋转工具偏移至第一周所形成的所述塑性化区域的外周侧，并使所述旋转工具沿所述对接部再移动一周，以对所述塑性化区域的外周侧进行再次搅拌。
11.如权利要求1所述的液冷套的制造方法，其特征在于， 在实施利用所述旋转工具来形成所述塑性化区域的工序之前，使用比所述旋转工具还小型的预先接合用旋转工具，对所述对接部的局部进行预先接合。
12.如权利要求11所述的液冷套的制造方法，其特征在于， 所述对接部呈矩形框状， 在利用所述预先接合用旋转工具对所述对接部进行预先接合的工序中，先对所述对接部的一方对角彼此进行预先接合后，再对另一方对角彼此进行预先接合。
13.如权利要求11所述的液冷套的制造方法，其特征在于， 所述对接部呈矩形框状， 在利用所述预先接合用旋转工具对所述对接部进行预先接合的工序中，先对所述对接部的一方对边的中间部彼此进行预先接合后，再对另一方对边的中间部彼此进行预先接合。
【文档编号】H01L23/473GK103537793SQ201310492890
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2009年12月16日 优先权日:2009年2月23日
【发明者】濑尾伸城, 牧田慎也, 堀久司, 玉石雅敬 申请人:日本轻金属株式会社