專利名稱：樹脂構(gòu)件與金屬構(gòu)件的接合方法及液冷套的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及樹脂構(gòu)件與金屬構(gòu)件的接合方法及具有樹脂構(gòu)件和金屬構(gòu)件的液冷套的制造方法。
背景技術(shù)：
汽車業(yè)界、產(chǎn)業(yè)機(jī)器業(yè)界等廣泛的領(lǐng)域正在尋求粘接或機(jī)械性地固接樹脂構(gòu)件與金屬構(gòu)件的技術(shù)。作為將樹脂構(gòu)件與金屬構(gòu)件相對(duì)簡(jiǎn)易接合的方法，可列舉出使用粘接材料。而利用粘接材料，存在無(wú)法得到足夠的強(qiáng)度的問(wèn)題。因此，在專利文獻(xiàn)1所公開的技術(shù)中，預(yù)先將鋁合金制的金屬構(gòu)件插入模具后，將樹脂塑性物質(zhì)射出至該模具而將兩個(gè)構(gòu)件接合。專利文獻(xiàn)1 日本專利特開2007-50630號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題然而，若使用上述以往的接合方法，會(huì)存在模具的成形及脫模等費(fèi)時(shí)費(fèi)力、接合作業(yè)繁雜的問(wèn)題。另外，在以往的接合方法中，由于是一邊進(jìn)行射出成形一邊使樹脂與金屬構(gòu)件接合，因此存在對(duì)于既存的樹脂部件無(wú)法進(jìn)行接合的問(wèn)題。也就是說(shuō)，以往的接合方法缺乏設(shè)計(jì)自由度。從上述觀點(diǎn)出發(fā)，本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題在于提供具有足夠的接合強(qiáng)度且可以簡(jiǎn)易接合的樹脂構(gòu)件與金屬構(gòu)件的接合方法及液冷套的制造方法。解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的特征在于，在使樹脂構(gòu)件與金屬構(gòu)件重合后，從上述金屬構(gòu)件側(cè)按壓旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)工具，通過(guò)摩擦熱使上述樹脂構(gòu)件熔化而接合上述樹脂構(gòu)件與上述金屬構(gòu)件。根據(jù)該接合方法，利用產(chǎn)生于金屬構(gòu)件的摩擦熱熔化樹脂構(gòu)件的表面，在再次硬化時(shí)與金屬構(gòu)件焊接而牢固地接合。也就是說(shuō)，可以僅通過(guò)按壓旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)工具而較容易地接合兩個(gè)構(gòu)件。另外，根據(jù)該接合方法，由于可以接合既存的樹脂構(gòu)件及金屬構(gòu)件、并可以僅在所希望的部分按壓旋轉(zhuǎn)工具，因此可以提高設(shè)計(jì)的自由度。另外，較為理想的是，上述旋轉(zhuǎn)工具是摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具，將上述摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具的端面按壓于上述金屬構(gòu)件。根據(jù)該接合方法，由于可以很均勻地按壓金屬構(gòu)件，因此可以提高接合精度。另外，較為理想的是，上述金屬構(gòu)件為鋁制或鋁合金制的，并將上述摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具的肩部的外徑設(shè)定為上述金屬構(gòu)件的厚度的2 5倍。根據(jù)該接合方法，可以提高兩個(gè)構(gòu)件的接合強(qiáng)度。若肩部的外徑比金屬構(gòu)件的厚度的2倍小，則接合強(qiáng)度弱。另一方面，若肩部的外徑比金屬構(gòu)件的厚度的5倍大，則會(huì)對(duì)摩擦攪拌裝置作用較大的負(fù)荷，故不
王困相
另外，較為理想的是，上述金屬構(gòu)件為鋁制或鋁合金制的，并將上述摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具的壓入深度設(shè)定為上述金屬構(gòu)件的厚度的5% 20%。根據(jù)該接合方法，可以提高兩個(gè)構(gòu)件的接合強(qiáng)度。若摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具的壓入深度比金屬構(gòu)件的厚度的5%小，則接合強(qiáng)度弱。另一方面，若摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具的壓入深度比金屬構(gòu)件的厚度的20%大，則會(huì)對(duì)摩擦攪拌裝置作用較大的負(fù)荷，故不理想。另外，較為理想的是，上述旋轉(zhuǎn)工具是摩擦接合用旋轉(zhuǎn)工具，并將摩擦接合用旋轉(zhuǎn)工具的周面按壓于上述金屬構(gòu)件。根據(jù)該接合方法，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)的摩擦接合用旋轉(zhuǎn)工具與金屬構(gòu)件的摩擦熱來(lái)接合樹脂構(gòu)件與金屬構(gòu)件。另外，較為理想的是，上述金屬構(gòu)件是鋁制或鋁合金制的，并在接合前，對(duì)上述金屬構(gòu)件進(jìn)行蝕刻處理或陽(yáng)極氧化處理，而在表面形成凹凸。若使用該接合方法，熔化的樹脂會(huì)進(jìn)入形成于金屬構(gòu)件表面的凹部，從而可以更牢固地接合。另外，本發(fā)明的特征在于，在具有供熱輸送流體流動(dòng)、且一部分開口的凹部的樹脂制的套本體上載置將上述凹部的開口部封閉的金屬制封裝體后，從上述封裝體側(cè)按壓旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)工具，從而利用摩擦熱使上述套本體的一部分熔化而接合上述套本體與上述封裝體，其中，上述熱輸送流體將產(chǎn)熱體所產(chǎn)生的熱量輸送至外部。根據(jù)該液冷套的制造方法，利用產(chǎn)生于金屬制的封裝體的摩擦熱來(lái)熔化套本體的樹脂，在再次硬化時(shí)與封裝體焊接而牢固地接合。也就是說(shuō)，可以僅通過(guò)按壓旋轉(zhuǎn)工具來(lái)接合套本體與封裝體，因此可以容易地制造液冷套。另外，較為理想的是，使旋轉(zhuǎn)工具沿著上述封裝體的周緣部?jī)?nèi)側(cè)繞一圈，而接合上述套本體與上述封裝體。藉此，可以更可靠地封裝套本體的開口部，并能提高接合的作業(yè)性。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的樹脂構(gòu)件與金屬構(gòu)件的接合方法，能容易且以足夠的接合強(qiáng)度接合樹脂構(gòu)件與金屬構(gòu)件。另外，根據(jù)本發(fā)明的液冷套的制造方法，可以容易地制造具有足夠的接合強(qiáng)度的液冷套。


圖1是表示第一實(shí)施方式的樹脂構(gòu)件與金屬構(gòu)件的接合方法的立體圖。圖2是表示摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具的圖，圖2(a)是剖視圖，圖2 (b)是底面圖。圖3是表示第二實(shí)施方式的液冷套的分解立體圖。圖4是從下方仰視第二實(shí)施方式的液冷套的封裝體的立體圖。圖5是表示第二實(shí)施方式的摩擦攪拌工序的俯視圖，圖5(a)表示開始部分，圖 5(b)表示結(jié)束部分。圖6是圖5 (a)的I-I線剖視圖。圖7是表示第二實(shí)施方式的摩擦攪拌工序的變形例的剖視圖。圖8是表示第三實(shí)施方式的樹脂構(gòu)件與金屬構(gòu)件的接合方法的立體圖。圖9是用以說(shuō)明實(shí)施例的立體圖。
具體實(shí)施方式
第一實(shí)施方式參照附圖對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施方式作詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，在本實(shí)施方式中，以接合板狀的樹脂構(gòu)件2與板狀的金屬構(gòu)件3來(lái)形成復(fù)合構(gòu)件1的情況為例進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施方式的樹脂構(gòu)件與金屬構(gòu)件的接合方法(以下簡(jiǎn)稱為“接合方法”)包括 重合工序，在該工序中使樹脂構(gòu)件2與金屬構(gòu)件3重合；以及摩擦攪拌工序，在該工序中對(duì)金屬構(gòu)件3進(jìn)行摩擦攪拌。首先，在重合工序中，如圖1所示，將金屬構(gòu)件3載置于樹脂構(gòu)件2上，使樹脂構(gòu)件 2的上表面的一部分與金屬構(gòu)件3的下表面的一部分接觸。在本實(shí)施方式中，樹脂構(gòu)件2是 PET (polyethylene ter印hthalate ；聚對(duì)苯二甲酸乙二酯)制的板狀構(gòu)件。樹脂構(gòu)件2的材質(zhì)并不限于PET，可根據(jù)用途而從熱塑性樹脂中作適當(dāng)選擇。在本實(shí)施方式中，金屬構(gòu)件3是鋁合金制(A5052-0)的板狀構(gòu)件。金屬構(gòu)件3可根據(jù)用途而從鋁、鋁合金、銅、銅合金、鈦、鈦合金、鎂、鎂合金等可以摩擦攪拌的金屬材料中作適當(dāng)選擇。以下，也將金屬構(gòu)件3稱為”鋁合金構(gòu)件3”。接下來(lái)，在摩擦攪拌工序中，如圖2(a)及圖2(b)所示，使用旋轉(zhuǎn)工具G (以下也稱為摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G)，從鋁合金構(gòu)件3的上表面?zhèn)葘?duì)鋁合金構(gòu)件3進(jìn)行摩擦攪拌。摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G具有大致呈圓柱形的肩部G1、從肩部Gl的下表面(端面)突出的銷 (pin)部G2。摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G由工具鋼等比鋁合金構(gòu)件3還硬的金屬材料所構(gòu)成。 如圖2(b)所示，銷部G2具有俯視呈螺旋狀的螺旋部G11、形成于肩部Gl的中央而俯視呈圓形的圓形部G12。肩部Gl及銷部G2的形狀、大小等可根據(jù)接合的對(duì)象物來(lái)作適當(dāng)設(shè)定。 另外，也可以使用未設(shè)置銷部G2、肩部Gl的下表面(端面)平坦的摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具。在摩擦攪拌工序中，固定樹脂構(gòu)件2及鋁合金構(gòu)件3而使其無(wú)法移動(dòng)后，使摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G的下表面(端面)與鋁合金構(gòu)件3對(duì)向，在鋁合金構(gòu)件3的上表面的任意位置將其壓入(按壓)規(guī)定深度，并使摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G沿著鋁合金構(gòu)件3的長(zhǎng)邊方向作相對(duì)移動(dòng)。摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G的轉(zhuǎn)速(旋轉(zhuǎn)速度)及接合速度(進(jìn)給速度)并無(wú)特別限制，例如以轉(zhuǎn)速lOOOrpm、接合速度300mm/min來(lái)移動(dòng)。在鋁合金構(gòu)件3的上表面，沿著摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G的移動(dòng)軌跡而形成塑性化區(qū)域W。在此，“塑性化區(qū)域”包括因摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G的摩擦熱被加熱而表現(xiàn)為塑性化的狀態(tài)、摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G通過(guò)而回到常溫的狀態(tài)這兩種狀態(tài)。在本實(shí)施方式中，以塑性化區(qū)域W不接觸樹脂構(gòu)件2的程度的壓入深度來(lái)進(jìn)行摩擦攪拌。另外，最好通過(guò)切削加工將因摩擦攪拌而在鋁合金構(gòu)件3的上表面產(chǎn)生的毛刺切除。若使用上述接合方法，對(duì)于樹脂構(gòu)件2與鋁合金構(gòu)件3的重合部分，從鋁合金構(gòu)件 3的上方按壓旋轉(zhuǎn)的摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G并使其移動(dòng)，利用摩擦熱來(lái)熔化樹脂構(gòu)件2表面 (表層部分)的樹脂，并隨著溫度降低而使其再次硬化。藉此，將樹脂構(gòu)件2焊接于鋁合金構(gòu)件3的下表面而接合。也就是說(shuō)，可以僅通過(guò)按壓摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G而較容易地接合兩個(gè)構(gòu)件。另外，在上述現(xiàn)有方法中，由于同時(shí)進(jìn)行樹脂的射出成形以及樹脂構(gòu)件與鋁合金構(gòu)件的接合，因此不可能對(duì)既存的構(gòu)件進(jìn)行接合，但若使用本實(shí)施方式的接合方法，則也可以對(duì)既存的樹脂構(gòu)件2及鋁合金構(gòu)件3進(jìn)行接合。另外，由于僅在所期望的接合處按壓摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G，從而可以提高設(shè)計(jì)的自由度。另外，因?yàn)橥ㄟ^(guò)將摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G的端面按壓至鋁合金構(gòu)件3而可以均衡地按壓金屬構(gòu)件，因此可以提高接合精度。另外，也可以接合成因摩擦攪拌而形成的塑性化區(qū)域W與樹脂構(gòu)件2接觸，但也可如本實(shí)施方式所示，以塑性化區(qū)域W與樹脂構(gòu)件2不接觸的程度來(lái)進(jìn)行較淺的摩擦攪拌而接合。另外，較為理想的是，將摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G的肩部Gl的外徑設(shè)定為鋁合金構(gòu)件3的厚度的2 5倍。另外，較為理想的是，將摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G的壓入深度(從鋁合金構(gòu)件3的上表面至肩部Gl的下表面為止的壓入長(zhǎng)度)設(shè)定為鋁合金構(gòu)件3的厚度的 5% 20%。通過(guò)將肩部Gl的外徑或摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G的壓入深度作上述設(shè)定，可以提高接合強(qiáng)度。其根據(jù)在后文中敘述。另外，較為理想的是，在鋁合金構(gòu)件3的至少與樹脂構(gòu)件2接觸的面上，進(jìn)行蝕刻處理或氧化鋁膜(陽(yáng)極氧化)處理，在該接觸面上形成凹凸后，進(jìn)行上述摩擦攪拌工序。若使用該接合方法，由于已熔化的樹脂會(huì)進(jìn)入鋁合金構(gòu)件3的凹部而增加樹脂構(gòu)件2與鋁合金構(gòu)件3的接觸面積，因此能更牢固地接合。蝕刻處理例如是將鋁合金構(gòu)件3浸漬于在鹽酸溶液中添加氯化鋁六水合物所調(diào)制而成的蝕刻液進(jìn)行的。另一方面，氧化鋁膜處理是使用稀硫酸或草酸等而以鋁合金為陽(yáng)極來(lái)作電解，從而以電化學(xué)的方式使鋁合金構(gòu)件3的表面氧化來(lái)進(jìn)行的。另外，作為使鋁合金構(gòu)件3的表面成為凹凸表面的表面處理，并不限定為蝕刻處理或氧化鋁膜處理，例如也可以利用金屬絲刷(wire brush)等研磨表面使其粗化而形成凹凸。第二實(shí)施方式接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施方式中，如圖3所示，以制造具有樹脂制的套本體10與金屬制(在本實(shí)施方式中為鋁合金制)的封裝體30的液冷套 P的情況為例進(jìn)行說(shuō)明。液冷套P例如用于CPU (central processing unit ；中央處理單元)等產(chǎn)熱體的冷卻。如圖3所示，液冷套P由具有供作為熱輸送流體的水(未圖示)流動(dòng)且一部分開口的凹部11的套本體10、固定于套本體10的封裝凹部11的開口部12的封裝體30所構(gòu)成，其中上述熱輸送流體將作為產(chǎn)熱體的CPU(未圖示)所產(chǎn)生的熱量輸送至外部。液冷套P在其上方側(cè)的蓋板部31的中央隔著散熱片(未圖示)安裝有CPU(未圖示)，在已安裝CPU的狀態(tài)下，使冷卻水在液冷套P內(nèi)流通，來(lái)奪取CPU所產(chǎn)生的熱量，并與在內(nèi)部流通的冷卻水進(jìn)行熱交換。藉此，蓋板部31將從CPU取得的熱量傳遞至冷卻水，其結(jié)果是，能有效地冷卻CPU。另外，散熱片是用于將CPU的熱量有效地傳遞至蓋板部31的片狀物，例如是由銅等具有高導(dǎo)熱性的金屬形成。套本體10是一側(cè)(在本實(shí)施方式中為上側(cè))開口的淺底的箱體，在其內(nèi)側(cè)形成有凹部11，并具有底壁13和周壁14。在本實(shí)施方式中，套本體10是由熱塑性樹脂所成形的。 藉此，能實(shí)現(xiàn)液冷套P的輕量化且容易操作。在套本體10的凹部11的開口周圍邊緣部12a，在從周壁14的上表面向下一段距離的位置形成有臺(tái)階面15。從周壁14的上表面到臺(tái)階面15為止的距離(深度)與后文所述的封裝體30的蓋板部31的厚度尺寸相同。在臺(tái)階面15上載置封裝體30的蓋板部31 的周緣。為了確保供冷卻水流動(dòng)的凹部11的容積，最好將臺(tái)階面15的寬度Wl設(shè)定得盡可能小，而在本實(shí)施方式中，形成為比摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G的肩部Gl的外徑大。
在周壁14的相互對(duì)向的一對(duì)壁部14a、1 中，分別形成有為使冷卻水流入凹部11 的通孔16、16。在本實(shí)施方式中，通孔16、16沿壁部14a、14a的對(duì)向方向(圖3中X方向) 延伸，并具有圓形截面，形成于凹部11的深度方向的中間部。另外，通孔16的形狀及位置并不受限于此，可根據(jù)冷卻水的種類、流量等作適當(dāng)變更。如圖3及圖4所示，封裝體30具有板狀的蓋板部31和多個(gè)肋片32、32···，其中蓋板部31具有與套本體10的凹部11的開口部12 (參照?qǐng)D3)相同形狀(在本實(shí)施方式為正方形)的平面形狀，多個(gè)肋片32、32…設(shè)于蓋板部31的下表面。多個(gè)肋片32、32…配置成相互平行且與蓋板部31正交，并與蓋板部31形成一體。 藉此，熱量能順利地在蓋板部31與肋片32、32…之間傳遞。如圖3所示，肋片32、32···配置成在與形成有通孔16、16的周壁14的壁部14a、14a正交的方向(圖3中的X軸方向)上延伸。肋片32的高度(深度)尺寸(圖3中的Z軸方向長(zhǎng)度)與凹部11的深度尺寸相等， 使得其前端部抵接于凹部11的底面。藉此，在封裝體30安裝于套本體10的狀態(tài)下，利用封裝體30的蓋板部31、相鄰的肋片32、32、凹部11的底面劃分出筒狀的空間，此空間的功能是作為供冷卻水流動(dòng)的流路33(參照?qǐng)D5(a))。另外，肋片32、32…的長(zhǎng)度尺寸(圖3中的X軸方向長(zhǎng)度)比凹部11的一邊的長(zhǎng)度尺寸短，且其兩端與凹部11的周壁14的各壁部 14aU4a的內(nèi)壁面分別隔著規(guī)定間隔。藉此，在將封裝體30安裝于套本體10的狀態(tài)下，肋片32、32…的兩端外側(cè)的與凹部11的周壁14的壁部Ha之間的空間構(gòu)成從通孔16朝與肋片32的延伸方向正交的方向(圖3中的Y軸方向)擴(kuò)展的流路匯集部34(參照?qǐng)D5(a))。封裝體30是由鋁合金所形成的。封裝體30是將鋁合金形成的塊狀物切削加工而形成的。另外，封裝體30可根據(jù)用途而從鋁、鋁合金、銅、銅合金、鈦、鈦合金、鎂、鎂合金等可以摩擦攪拌的金屬材料中作適當(dāng)選擇。接下來(lái)，以圖5對(duì)液冷套P的制造方法進(jìn)行具體說(shuō)明。本實(shí)施方式的液冷套的制造方法包括載置工序，在該工序中，將封裝體30載置于套本體10 ；以及摩擦攪拌工序，在該工序中，沿著對(duì)接部40的內(nèi)側(cè)進(jìn)行摩擦攪拌。在載置工序中，如圖3及圖5(a)所示，使肋片32位于下側(cè)而將封裝體30插入套本體10的凹部11，從而將封裝體30的蓋板部31載置于臺(tái)階面15上。在此，套本體10的凹部11的開口周緣部12a與封裝體30的周緣部30a對(duì)接，從而構(gòu)成對(duì)接部40。在摩擦攪拌工序中，使摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G沿著該對(duì)接部40的內(nèi)側(cè)作相對(duì)移動(dòng)。也就是使摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G的下表面(端面)與封裝體30對(duì)向、并以規(guī)定壓入深度按壓后，使其沿著套本體10的臺(tái)階面15 (參照?qǐng)D幻與封裝體30的蓋板部31重合的重合部分移動(dòng)。此時(shí)較為理想的是，預(yù)先在套本體10的周壁14的周圍表面套上從四個(gè)方向圍住套本體10的夾具(未圖示)，以使套本體10不移動(dòng)。在摩擦攪拌工序中，如圖5(a)及圖6所示，將摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G的插入位置 (開始端Ma)設(shè)定在對(duì)接部40的內(nèi)側(cè)。然后，在將摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G的旋轉(zhuǎn)中心Q與臺(tái)階面15的寬度方向的中心重疊的狀態(tài)下，使摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G移動(dòng)來(lái)對(duì)蓋板部31 作摩擦攪拌。之后，繼續(xù)摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G的旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)，如圖5 (b)所示，使摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G繞著開口部12的周圍一圈而形成塑性化區(qū)域W。此時(shí)，摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G的開始端Ma(參照?qǐng)D5(a))與結(jié)束端Mb (參照?qǐng)D5(b))是重疊的，使得塑性化區(qū)域W的一部分重疊。如上所述，使摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G沿著對(duì)接部40(參照?qǐng)D5(a))的內(nèi)側(cè)繞行一周而進(jìn)行摩擦攪拌，從而將封裝體30固定于套本體10，藉此形成液冷套P。根據(jù)本實(shí)施方式的液冷套P的制造方法，對(duì)鋁合金制的封裝體30作摩擦攪拌，利用其摩擦熱來(lái)熔化套本體10的樹脂，而在再次硬化時(shí)與封裝體30焊接而牢固地接合。也就是說(shuō)，可以僅通過(guò)按壓摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G并使其相對(duì)移動(dòng)而接合套本體10與封裝體 30，因此可以容易地制造液冷套P。另外，通過(guò)使摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G沿著封裝體30的周圍繞行一周，可以提高接合強(qiáng)度，并可以提高接合的作業(yè)性。另外，即使是以塑性化區(qū)域 W與臺(tái)階面15不接觸程度的壓入深度，仍可以作接合。另外，較為理想的是，將摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G的肩部Gl的外徑設(shè)定為封裝體30 的蓋板部31的厚度的2 5倍。另外，較為理想的是，將摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G的壓入深度(從蓋板部31的上表面至肩部Gl的下表面為止的壓入長(zhǎng)度)設(shè)定為封裝體30的蓋板部31的厚度的5% 20%。通過(guò)將肩部Gl的外徑或摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G的壓入深度作上述設(shè)定，可以提高接合強(qiáng)度。其根據(jù)在后文中敘述。另外，也可在進(jìn)行摩擦攪拌工序之前，對(duì)封裝體30的蓋板部31的至少與套本體10 的臺(tái)階面15接觸的面進(jìn)行蝕刻處理或氧化鋁膜處理。通過(guò)在鋁合金制的封裝體30的表面形成凹凸，已熔化的樹脂會(huì)進(jìn)入該凹部而增加接觸面積，從而可以作更牢固的接合。另外，在本實(shí)施例中，在套本體10設(shè)有臺(tái)階面15，將封裝體30載置于臺(tái)階面15， 但并不受限于此。例如圖7所示，也可以將封裝體30的蓋板部31載置于套本體10的周壁 14的上表面，從封裝體30的上方使摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G沿著周壁14與蓋板部31的重疊部分作相對(duì)移動(dòng)來(lái)進(jìn)行摩擦攪拌工序。第三實(shí)施方式接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第三實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。在第一實(shí)施方式及第二實(shí)施方式中， 使用摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G來(lái)進(jìn)行摩擦攪拌工序，從而接合樹脂構(gòu)件2與金屬構(gòu)件3，而在第三實(shí)施方式中，在使用旋轉(zhuǎn)工具F進(jìn)行摩擦工序這一點(diǎn)與第一實(shí)施方式及第二實(shí)施方式不同。本實(shí)施方式的接合方法包括重合工序，在該工序中，使樹脂構(gòu)件2與金屬構(gòu)件3 重合；以及摩擦工序，在該工序中，對(duì)已重合的構(gòu)件進(jìn)行摩擦接合。關(guān)于重合工序，由于與第一實(shí)施方式相同而省略其說(shuō)明。在摩擦工序中，如圖8所示，使用旋轉(zhuǎn)工具F(以下也稱為摩擦接合用旋轉(zhuǎn)工具F) 來(lái)對(duì)樹脂構(gòu)件2及金屬構(gòu)件3 (鋁合金構(gòu)件幻進(jìn)行摩擦接合。摩擦接合用旋轉(zhuǎn)工具F具有轉(zhuǎn)軸F1、設(shè)置于轉(zhuǎn)軸Fl前端的工具本體F2。轉(zhuǎn)軸Fl 與工具本體F2以同軸形成。轉(zhuǎn)軸Fl的基端側(cè)與未圖示的驅(qū)動(dòng)裝置連結(jié)。工具本體F2受到經(jīng)由轉(zhuǎn)軸Fl所傳遞的驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)，而繞軸高速旋轉(zhuǎn)。工具本體F2呈圓板狀，由工具鋼等比鋁合金還硬的金屬材料所構(gòu)成。摩擦接合用旋轉(zhuǎn)工具F的形狀、大小等，可根據(jù)接合的構(gòu)件來(lái)作適當(dāng)設(shè)定，而在本實(shí)施方式中，使用例如工具本體F2的直徑為100mm、周面F3的寬度為4mm的旋轉(zhuǎn)工具。另外，摩擦接合用旋轉(zhuǎn)工具F的壓入深度、轉(zhuǎn)速、接合速度等，可根據(jù)接合的構(gòu)件來(lái)作適當(dāng)設(shè)定，而在本實(shí)施方式中，例如設(shè)定成壓入深度為0. 2mm、轉(zhuǎn)速為3000rpm、接合速度為500
81500mm/mino在摩擦工序中，固定樹脂構(gòu)件2及鋁合金構(gòu)件3而使其無(wú)法移動(dòng)后，一邊使摩擦接合用旋轉(zhuǎn)工具F旋轉(zhuǎn)，一邊將工具本體F2的周面F3在鋁合金構(gòu)件3的上表面壓入(按壓) 規(guī)定深度，并使其沿著樹脂構(gòu)件2與鋁合金構(gòu)件3的重疊部分移動(dòng)。在摩擦工序中，利用摩擦接合用旋轉(zhuǎn)工具F與鋁合金構(gòu)件3的摩擦熱來(lái)熔化樹脂構(gòu)件2的表面，從而在再次硬化時(shí)焊接鋁合金構(gòu)件3而牢固地接合。通過(guò)第三實(shí)施方式的接合方法，也可以得到與第一實(shí)施方式大致相同的效果。另外，在摩擦工序中，由于能以比第一實(shí)施方式的按壓力小的按壓力來(lái)作接合，因而能適用于接合的構(gòu)件較薄的情況。另外，在第三實(shí)施方式中，也可對(duì)鋁合金構(gòu)件3的至少與樹脂構(gòu)件2接觸的面進(jìn)行蝕刻處理或氧化鋁膜(陽(yáng)極氧化)處理，在將該接觸面形成凹凸后，進(jìn)行上述摩擦工序。另外，在第三實(shí)施方式中，以接合板狀的樹脂構(gòu)件2與鋁合金構(gòu)件3的情況為例來(lái)作說(shuō)明，但并不受限于此。例如也可如第二實(shí)施方式所記載的那樣，在制造液冷套時(shí)，進(jìn)行摩擦工序來(lái)取代摩擦攪拌工序。實(shí)施例1進(jìn)行使用摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G的實(shí)施例1 實(shí)施例3、使用摩擦接合用旋轉(zhuǎn)工具 F的實(shí)施例4。圖9是用以說(shuō)明實(shí)施例1 實(shí)施例3的立體圖。在實(shí)施例1 實(shí)施例3中，如圖 9所示，在使板狀的樹脂構(gòu)件2與板狀的鋁合金構(gòu)件3重合后，從鋁合金構(gòu)件3的上方對(duì)該重合部分點(diǎn)壓式按壓摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G，并對(duì)通過(guò)摩擦熱而接合復(fù)合構(gòu)件1的破壞強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定。破壞強(qiáng)度的測(cè)定是將圖9所示的復(fù)合構(gòu)件1設(shè)置于已知的拉伸試驗(yàn)機(jī)，將樹脂構(gòu)件2的外側(cè)端部及鋁合金構(gòu)件3的外側(cè)端部朝彼此分開的方向拉伸、破壞來(lái)進(jìn)行的。實(shí)施例1 實(shí)施例3中的樹脂構(gòu)件2是PET制的，長(zhǎng)度為100mm、寬度為30mm、厚度為3mm。另一方面，鋁合金構(gòu)件3形成為長(zhǎng)度為100mm、寬度為30mm、厚度為3mm或5mm。 樹脂構(gòu)件2與鋁合金構(gòu)件3的重合部分為30mm。在實(shí)施例1中，為了得出摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具G的最合適的壓入深度，在試驗(yàn) Ι-a 試驗(yàn)Ι-f這六種條件下，測(cè)定以規(guī)定壓入深度作接合的情況下的破壞強(qiáng)度(拉伸強(qiáng)度)。各試驗(yàn)的條件示于表1。表1
鋁材的種類鋁材的板厚(Mn)肩部外徑(mn)工具轉(zhuǎn)速(rpm)試驗(yàn)1-aA5052-0315. 01500試驗(yàn)1-bA5052-0515. 01500試驗(yàn)1-cA1100-H14312. 52500試驗(yàn)1-dA1100-H14512. 52500
權(quán)利要求
1.一種樹脂構(gòu)件與金屬構(gòu)件的接合方法，其特征在于，使樹脂構(gòu)件與金屬構(gòu)件重合后，從所述金屬構(gòu)件側(cè)按壓旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)工具，利用摩擦熱使所述樹脂構(gòu)件熔化而接合所述樹脂構(gòu)件與所述金屬構(gòu)件。
2.如權(quán)利要求1所述的樹脂構(gòu)件與金屬構(gòu)件的接合方法，其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)工具是摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具，將所述摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具的端面按壓于所述金屬構(gòu)件。
3.如權(quán)利要求2所述的樹脂構(gòu)件與金屬構(gòu)件的接合方法，其特征在于， 所述金屬構(gòu)件為鋁制或鋁合金制的，將所述摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具的肩部的外徑設(shè)定為所述金屬構(gòu)件的厚度的2 5倍。
4.如權(quán)利要求2或3所述的樹脂構(gòu)件與金屬構(gòu)件的接合方法，其特征在于， 所述金屬構(gòu)件為鋁制或鋁合金制的，將所述摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具的壓入深度設(shè)定為所述金屬構(gòu)件的厚度的5% 20%。
5.如權(quán)利要求1所述的樹脂構(gòu)件與金屬構(gòu)件的接合方法，其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)工具是摩擦接合用旋轉(zhuǎn)工具，將摩擦接合用旋轉(zhuǎn)工具的周面按壓于所述金屬構(gòu)件。
6.如權(quán)利要求1所述的樹脂構(gòu)件與金屬構(gòu)件的接合方法，其特征在于， 所述金屬構(gòu)件為鋁制或鋁合金制的，在接合前，對(duì)所述金屬構(gòu)件進(jìn)行蝕刻處理或陽(yáng)極氧化處理而在表面形成凹凸。
7.一種液冷套的制造方法，其特征在于，在具有供熱輸送流體流動(dòng)、且一部分開口的凹部的樹脂制的套本體上載置將所述凹部的開口部封閉的金屬制的封裝體后，從所述封裝體側(cè)按壓旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)工具，而利用摩擦熱使所述套本體的一部分熔化來(lái)接合所述套本體與所述封裝體，所述熱輸送流體將產(chǎn)熱體所產(chǎn)生的熱量輸送至外部。
8.如權(quán)利要求7所述的液冷套的制造方法，其特征在于，使所述旋轉(zhuǎn)工具沿著所述封裝體的周緣部的內(nèi)側(cè)繞一圈，來(lái)接合所述套本體與所述封裝體。
全文摘要
本發(fā)明提供具有足夠的接合強(qiáng)度并可以簡(jiǎn)易接合的樹脂構(gòu)件與金屬構(gòu)件的接合方法及液冷套的制造方法。其特征是，使樹脂構(gòu)件(2)與金屬構(gòu)件(3)重合后，從金屬構(gòu)件(3)側(cè)按壓旋轉(zhuǎn)的摩擦攪拌用旋轉(zhuǎn)工具(G)，利用摩擦熱接合兩個(gè)構(gòu)件。根據(jù)該接合方法，由于利用摩擦熱來(lái)熔化樹脂后，隨著溫度的降低而將樹脂構(gòu)件(2)焊接于金屬構(gòu)件(3)，因此可以簡(jiǎn)易且牢固地將其接合。
文檔編號(hào)B23K103/18GK102239027SQ20098015016
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2009年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者堀久司, 瀨尾伸城 申請(qǐng)人:日本輕金屬株式會(huì)社