JP2020044545A - 接合方法及び複合圧延材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる種類の金属部材を好適に接合することができる接合方法及び複合圧延材の製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】回転する回転ツールＦを第一金属部材１の表面１ｂのみから挿入するとともに、攪拌ピンＦ２のみを少なくとも第一金属部材１に接触させた状態で突合せ部Ｊに沿って回転ツールＦを相対移動させて第一金属部材１と第二金属部材２とを接合する接合工程と、を含み、接合工程では、回転ツールＦの回転中心軸Ｃの鉛直面に対する傾斜角度をγとし、傾斜面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、攪拌ピンＦ２の外周面の回転中心軸Ｃに対する傾斜角度をαとすると、γ＝α−βにした状態で接合を行うことを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、接合方法及び複合圧延材の製造方法に関する。

例えば、特許文献１には、材料の異なる金属部材同士を回転ツールで摩擦攪拌接合する技術が開示されている。

特開２０１６−１５０３８０号公報

従来の接合方法では、第一金属部材及び第二金属部材の両方の端部に傾斜面を設け、これらの傾斜面同士を面接触させて突き合わせるというものであった。そのため、傾斜面を形成するのが煩雑になるとともに、両金属部材の傾斜角度が一致しないと面接触しないため準備工程及び突合せ工程が煩雑になるという問題があった。

このような観点から、本発明は、異なる種類の金属部材を容易に接合することができる接合方法及び複合圧延材の製造方法を提供することを課題とする。

このような課題を解決するために本発明は、先細りの攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて材料の異なる一対の金属部材を接合する接合方法であって、端部に垂直面を備えた第一金属部材と、端部に傾斜面を備え前記第一金属部材よりも融点が高く板厚が小さい第二金属部材と、を準備する準備工程と、前記第一金属部材と前記第二金属部材の端部同士を突き合わせてＶ字状の隙間を備えた突合せ部を形成する突合せ工程と、回転する前記回転ツールを前記第一金属部材の表面のみから挿入するとともに、前記攪拌ピンのみを少なくとも前記第一金属部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材と前記第二金属部材とを接合する接合工程と、を含み、前記接合工程では、前記回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度をγとし、前記傾斜面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記攪拌ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとすると、γ＝α−βにした状態で接合を行うことを特徴とする。

また、本発明は、材料の異なる一対の金属部材で形成された複合圧延材の製造方法であって、端部に垂直面を備えた第一金属部材と、端部に傾斜面を備え前記第一金属部材よりも融点が高く板厚が小さい第二金属部材と、先細りの攪拌ピンを備えた回転ツールと、を準備する準備工程と、前記第一金属部材と前記第二金属部材の端部同士を突き合わせてＶ字状の隙間を備えた突合せ部を形成する突合せ工程と、回転する前記回転ツールを前記第一金属部材の表面のみから挿入するとともに、前記攪拌ピンのみを少なくとも前記第一金属部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材と前記第二金属部材とを接合する接合工程と、前記接合工程で接合された前記金属部材同士を、接合線を圧延方向として圧延する圧延工程と、を含み、前記接合工程では、前記回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度をγとし、前記傾斜面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記攪拌ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとすると、γ＝α−βにした状態で接合を行うことを特徴とする。

かかる接合方法又は製造方法によれば、傾斜面を形成するのは第二金属部材だけで済む。また、Ｖ字状の隙間をあけた状態で両金属部材を突き合わせるため、高い精度は必要なく突合せ作業も容易に行うことができる。また、例えば、第一金属部材のみに接触するように回転ツールを挿入すれば、軟化温度の低い第一金属部材に合わせて接合条件を調節することができ、入熱量を抑えることができる。したがって、第一金属部材が大きく軟化してバリが過剰に発生するのを抑制することができ、金属不足による接合不良を防ぐことができる。また、回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度γを、攪拌ピンの外周面の回転中心軸に対する傾斜角度αから傾斜面の傾斜角度βを減算した値に一致させることにより、傾斜角度α，βとして最適な値を選択することができると共に、攪拌ピンの外周面と傾斜面とを平行にして、攪拌ピンの外周面と傾斜面との接触を避けつつ、攪拌ピンの外周面と傾斜面とを高さ方向に亘って極力近接させることができる。また、第一金属部材の板厚を第二金属部材の板厚よりも大きくすることにより、接合部の金属不足を防ぐことができる。

また、前記突合せ工程では、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の裏面同士を面一とした状態で前記第一金属部材と前記第二金属部材とを突き合わせることが好ましい。

かかる接合方法によれば、金属部材同士の裏面を面一にすることができる。

また、前記突合せ工程では、前記第一金属部材の裏面が前記第二金属部材の裏面よりも低い位置となり、前記第一金属部材の表面が前記第二金属部材の表面よりも高い位置となるように前記第一金属部材と前記第二金属部材とを突き合わせ、前記接合工程では、攪拌ピンの先端が前記第二金属部材の裏面の高さよりも下に位置するように前記攪拌ピンの挿入深さを設定することが好ましい。

かかる接合方法によれば、第二金属部材の深さ方向全体に亘って摩擦攪拌を行うことができる。

また、前記接合工程では、前記回転ツールの移動軌跡に形成される塑性化領域のうち、前記第二金属部材側がシアー側となり、前記第一金属部材側がフロー側となるように前記回転ツールの回転方向及び進行方法を設定することが好ましい。

塑性化領域のうち、融点が高い第二金属部材側がフロー側となると、突合せ部での第一金属部材の温度が低下して、異なる金属同士の界面における相互拡散が促進されず、接合不良となるおそれがある。しかし、かかる接合方法によれば、融点の高い第二金属部材側がシアー側となるように設定することで、突合せ部での第一金属部材の温度を比較的高温に保つことが可能となり、異なる金属同士の界面における相互拡散が促進され、接合不良となるのを防ぐことができる。
なお、シアー側とは、接合部に対する回転ツールの外周の相対速さが、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である。フロー側とは、接合部に対する回転ツールの外周の相対速さが、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減算した値となる側である。

また、前記準備工程では、前記第一金属部材をアルミニウム又はアルミニウム合金を形成し、前記第二金属部材を銅又は銅合金で形成し、前記接合工程では、前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材のみに接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材と前記第二金属部材とを接合することが好ましい。

かかる接合方法によれば、銅又は銅合金製の金属部材とアルミニウム又はアルミニウム合金製の金属部材とを好適に接合することができる。

また、前記接合工程では、前記回転ツールの外周面に基端から先端に向うにつれて左回りの螺旋溝を刻設した場合、前記回転ツールを右回転させ、前記回転ツールの外周面に基端から先端に向うにつれて右回りの螺旋溝を刻設した場合、前記回転ツールを左回転させることが好ましい。

かかる接合方法によれば、塑性流動化した金属が螺旋溝に導かれて回転ツールの先端側に流動するため、バリの発生を抑制することができる。

本発明に係る接合方法及び複合圧延材の製造方法によれば、異なる種類の金属部材を好適に接合することができる。

本発明の実施形態の回転ツールを示した側面図である。 本実施形態に係る回転ツールの接合形態を示した模式断面図である。 本発明の第一実施形態に係る準備工程及び突合せ工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る接合工程を示す斜視図である。 第一実施形態に係る接合工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る接合工程後を示す断面図である。 第一実施形態に係る圧延工程を示す斜視図である。 第一実施形態に係る圧延工程後を示す断面図である。 本発明の第二実施形態に係る準備工程及び突合せ工程を示す断面図である。 第二実施形態に係る接合工程を示す断面図である。 第二実施形態に係る接合工程後を示す断面図である。

［第一実施形態］
本発明の実施形態に係る複合圧延材の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。まずは、本実施形態で用いる回転ツールについて説明する。

図１に示すように、回転ツールＦは、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されている。回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されている。連結部Ｆ１は、摩擦攪拌装置の回転軸（図示省略）に連結される部位である。連結部Ｆ１は円柱状を呈し、ボルトが締結されるネジ孔（図示省略）が形成されている。

攪拌ピンＦ２は、連結部Ｆ１から垂下しており、連結部Ｆ１と同軸になっている。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。側面視した場合において、回転中心軸Ｃと攪拌ピンＦ２の外周面とのなす傾斜角度αは本実施形態では１５°に設定されている。傾斜角度αは１０〜６０°の範囲で適宜設定される。傾斜角度αが１０°未満であると、接合時に攪拌ピンＦ２の外周面からバリが排出されてしまい接合欠陥を発生するおそれがあるため、好ましくない。傾斜角度αが６０°を超えると、回転ツールＦの径が大きくなりすぎて回転ツールＦや摩擦攪拌装置への負荷が大きくなるため、好ましくない。

攪拌ピンＦ２の外周面には螺旋溝が刻設されている。本実施形態では、回転ツールＦを右回転させるため、螺旋溝は、基端から先端に向かうにつれて左回りに形成されている。言い換えると、螺旋溝は、螺旋溝を基端から先端に向けてなぞると上から見て左回りに形成されている。攪拌ピンＦ２の先端には、回転中心軸Ｃと水平な平坦面Ｆ３が形成されている。

なお、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。言い換えると、この場合の螺旋溝は、螺旋溝を基端から先端に向けてなぞると上から見て右回りに形成されている。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（後記する第一金属部材１、第二金属部材２）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。

図２に示すように、回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行う際には、被接合金属部材に回転した攪拌ピンＦ２のみを挿入し、被接合金属部材と連結部Ｆ１とは離間させつつ移動させる。言い換えると、攪拌ピンＦ２の基端部は露出させた状態で摩擦攪拌を行う。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Ｗが形成される。

次に、本実施形態の複合圧延材の製造方法について説明する。本実施形態に係る複合圧延材の製造方法は、一対の金属部材同士を回転ツールＦで接合した後に圧延し、複合圧延材を得るというものである。なお、以下においては、「裏面」の反対側の面を「表面」とする。

図３に示すように、第一金属部材１は、板状を呈する。第一金属部材１の端面１ａは、表面１ｂ及び裏面１ｃに対して垂直な垂直面になっている。第一金属部材１は、本実施形態ではアルミニウム合金で形成されているが、アルミニウム、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金など摩擦攪拌可能な金属材料で形成してもよい。

第二金属部材２は、板状を呈する。第二金属部材２の板厚は、第一金属部材１の板厚よりも小さくなっている。第二金属部材２の端面２ａは、鉛直面に対して傾斜する傾斜面となっている。端面２ａの傾斜角度βは適宜設定すればよいが、本実施形態では、攪拌ピンＦ２の傾斜角度αよりも小さい角度になっている。第二金属部材２は、第一金属部材１よりも融点が高く、かつ、摩擦攪拌可能な材料で形成されている。第二金属部材２は、例えば、銅又は銅合金で形成してもよい。

本実施形態に係る複合圧延材の製造方法は、準備工程と、突合せ工程と、接合工程と、圧延工程と、を行う。なお、特許請求の範囲の接合方法は、準備工程と、突合せ工程と、接合工程と、を行う工程である。

準備工程は、前記した第一金属部材１、第二金属部材２及び回転ツールＦを用意する工程である。

突合せ工程は、図３に示すように、第一金属部材１と第二金属部材２の端部同士を突き合わせる工程である。突合せ工程では、第一金属部材１の端面１ａと、第二金属部材２の端面２ａとを突き合わせて突合せ部Ｊを形成する。突合せ部Ｊは、表面１ｂ，２ｂに向かうにつれて開口が広がるように断面Ｖ字状の隙間が形成される。第一金属部材１の裏面１ｃと、第二金属部材２の裏面２ｃとは面一になる。第一金属部材１及び第二金属部材２は架台Ｋに移動不能に固定される。

接合工程は、回転ツールＦを用いて第一金属部材１と第二金属部材２とを接合する工程である。図４に示すように、接合工程では、回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を右回転させつつ、第一金属部材１の表面１ｂであり、かつ、突合せ部Ｊの近傍に設定した開始位置Ｓｐに回転ツールＦを挿入する。そして、突合せ部Ｊの延長方向と平行に回転ツールＦを相対移動させる。回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗが形成される。接合工程では、主に第一金属部材１側の塑性流動材が突合せ部Ｊの隙間に流入するように摩擦攪拌接合を行う。

図５に示すように、本接合工程では、回転ツールＦの回転中心軸Ｃを鉛直面に対して第一金属部材側に傾斜角度γだけ傾斜させることで、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１のみに接触させた状態で摩擦攪拌を行う。ここでの回転ツールＦの回転中心軸Ｃを鉛直面に対して傾斜させる傾斜角度γは、回転中心軸Ｃと攪拌ピンＦ２の外周面とのなす傾斜角度αから第二金属部材２の端面２ａの傾斜角度βを減算した値と同じになっており（γ＝α−β）、端面２ａと端面２ａに臨む攪拌ピンＦ２の外周面とは平行である。

つまり、回転ツールＦの回転中心軸Ｃを傾ける方向は傾斜角度α，βの関係によって決定される。例えば、本実施形態のように「α＞β」の場合に傾斜角度γは正の値となり、第一金属部材側に回転ツールＦの回転中心軸Ｃを傾ける。また、「α＜β」の場合に傾斜角度γは負の値となり、第二金属部材２側に回転ツールＦの回転中心軸Ｃを傾ける。また、「α＝β」の場合に傾斜角度γは「０（ゼロ）」となり、回転ツールＦの回転中心軸Ｃを傾けずに鉛直面と平行にする。

接合工程では、塑性化領域Ｗのうち、第二金属部材２側（突合せ部Ｊに近い側）がシアー側となり、第一金属部材１側（突合せ部Ｊから離間する側）がフロー側となるように設定している。つまり、本実施形態に係る接合工程では、進行方向右側に第一金属部材１が位置するように配置して、回転ツールＦを右回転させる。なお、進行方向右側に第二金属部材２が位置するように配置した場合は、回転ツールＦを左回転させることにより、塑性化領域Ｗのうち第二金属部材２側（突合せ部Ｊに近い側）がシアー側となる。

攪拌ピンＦ２の挿入深さは、図５に示すように適宜設定すればよいが、本実施形態では第一金属部材１の板厚の９０％程度の深さに設定している。また、本実施形態の接合工程では、回転ツールＦが第二金属部材２に接触せず、かつ、摩擦攪拌によって第一金属部材１と第二金属部材２とが拡散接合するように開始位置Ｓｐの位置及び移動ルートを設定している。

ここで、回転ツールＦの外周面と第二金属部材２とが大きく離間すると、突合せ部Ｊで第一金属と第二金属とが相互に拡散せず、第一金属部材１と第二金属部材２とを強固に接合することができない。一方、回転ツールＦと第二金属部材２とを接触させ、両者の重なり代を大きくした状態で摩擦攪拌を行うと、第二金属部材２を軟化させるために、接合条件を調節して入熱量を大きくする必要があり、接合不良となるおれがある。したがって、突合せ部Ｊで第一金属と第二金属とが相互に拡散して接合するように、回転ツールＦの外周面と第二金属部材２とをわずかに接触させた状態で接合するか、若しくは、回転ツールＦの外周面と第二金属部材２とを接触させず極力近づけた状態で接合することが好ましい。

また、本実施例形態のように、第一金属部材１がアルミニウム又はアルミニウム合金部材であり、第二金属部材２が銅又は銅合金部材である場合、接合工程において、回転ツールＦの外周面と第二金属部材２とを接触させず極力近づけた状態で接合することが好ましい。因みに、入熱量が大きくなる接合条件下で、仮に回転ツールＦの外周面と第二金属部材２（銅部材）とを接触させたとすると、アルミニウム合金部材中に少量の銅部材が攪拌混入され、Ａｌ/Ｃｕの相互拡散が促進され、アルミニウム合金部材中に分散したＡｌ−Ｃｕ相が液相となり、アルミニウム合金部材側から多くのバリが発生して接合不良となる。

図６に示すように、塑性化領域Ｗの表面にはバリＶが形成される。塑性化領域Ｗと第二金属部材２とは隣接している。つまり、塑性化領域Ｗは、突合せ部Ｊを超えて第二金属部材２側には形成されていない。第一金属部材１は、第二金属部材２よりも厚く形成されているため、突合せ部Ｊの隙間に第一金属部材１の塑性流動材が流入し、塑性化領域Ｗの表面に凹溝等は発生しない。つまり、接合部の金属不足を防ぐことができる。接合工程が終了したら、バリＶを切除するバリ切除工程を行うことが好ましい。

圧延工程は、接合された第一金属部材１及び第二金属部材２を圧延する工程である。図７に示すように、圧延工程では、ローラＲ，Ｒを備えた圧延装置を用いて冷間圧延を行う。圧延工程では、接合工程における接合線（塑性化領域Ｗ）を圧延方向に設定して圧延する。以上により、図８に示す複合圧延材１０が形成される。圧延工程における圧下率は、第一金属部材１及び第二金属部材２の材料や複合圧延材１０の用途に応じて適宜設定すればよい。図６に示すように、接合工程後では第一金属部材１と第二金属部材２との間で板厚の差が生じているが、図８に示す圧延工程後ではその差が無視できる程度に圧延されている。

以上説明した複合圧延材の製造方法及び接合方法によれば、接合工程において、第一金属部材１側の端面１ａは、表面１ｂ及び裏面１ｃに対して垂直としため、第一金属部材１を容易に準備することができる。また、第二金属部材２に傾斜面を設けたが、突合せ工程では、断面Ｖ字状の隙間をあけて突き合わせるため、突き合わせ作業を容易に行うことができる。また、第一金属部材１の板厚を、第二金属部材２の板厚よりも大きくするととに、接合工程で突合せ部Ｊの隙間に塑性流動材が流入するように接合するため、接合部の金属不足を防ぐことができる。

また、第一金属部材１及び第二金属部材２に回転ツールのショルダ部を接触させないため、入熱量を小さくすることができ、摩擦抵抗を小さくすることができるので、回転ツールＦや摩擦攪拌装置への負荷を小さくすることができる。また、本実施形態のように、第一金属部材１がアルミニウム又はアルミニウム合金部材であり、第二金属部材２が銅又は銅合金部材である場合、接合工程において、回転ツールＦの外周面と第二金属部材２（銅部材）とを接触させず、かつ、極力近づけた状態で接合することが好ましい。このようにすると、アルミニウム合金部材側からバリＶが過剰に発生することなく、突合せ部Ｊで第一金属部材１と第二金属部材２との相互拡散が促進され強固に接合する。したがって、従来よりも第一金属部材１及び第二金属部材２への入熱量を抑え、回転ツールＦや摩擦攪拌装置への負荷を小さくすることができるとともに、第一金属部材１側からバリＶが過剰に発生するのを抑制することができる。さらに、ショルダ部を第一金属部材１及び第二金属部材２に接触させないため、回転ツールＦが高温になるのを防ぐことができる。これにより、回転ツールＦの材料選択が容易になるとともに、回転ツールＦの寿命を長くすることができる。

塑性化領域Ｗのうち融点が高い第二金属部材２側がフロー側となると、突合せ部Ｊでの第一金属部材１の温度が低下して、異なる金属同士の界面における相互拡散が促進されず、接合不良となるおそれがある。入熱量を大きくするように接合条件を調節すると、シアー側となっている第一金属部材１側からバリが過剰に発生して接合欠陥となる。しかし、本実施形態のように、塑性化領域Ｗのうち、融点が高い第二金属部材２側がシアー側となるように接合条件（回転ツールＦの回転方向、進行方向等）を設定することで、突合せ部Ｊでの第一金属部材１の温度を比較的高温に保つことが可能となり、異なる金属同士の界面における相互拡散が促進され、接合不良となるのを防ぐことができる。

回転ツールＦの外周面を第二金属部材２にわずかに接触させてもよいが、本実施形態では回転ツールＦと第二金属部材２とを接触させないように設定しているため、第一金属部材１と第二金属部材２とが混合攪拌されるのを防止することができ、バリＶが過剰に発生して接合不良となるのをより確実に防ぐことができる。

また、回転ツールＦの回転中心軸Ｃを鉛直面に対して第一金属部材１側に傾斜角度γだけ傾斜させているため、突合せ部Ｊにおいては、攪拌ピンＦ２と第二金属部材２との接触を容易に回避することができる。また、本実施形態では、回転ツールＦの回転中心軸Ｃの鉛直面に対する傾斜角度γを、攪拌ピンＦ２の外周面の回転中心軸Ｃに対する傾斜角度αから第二金属部材２の端面２ａの鉛直面に対する傾斜角度βを減算した値に一致させることにより、傾斜角度α，βとして最適な値を選択することができると共に、攪拌ピンＦ２の外周面と端面２ａとを平行にして、攪拌ピンＦ２の外周面と端面２ａとの接触を避けつつ、攪拌ピンＦ２の外周面と端面２ａとを高さ方向に亘って極力近接させることができる。例えば、傾斜角度αは、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）の技術分野による回転ツールの設計思想により決定され、また、傾斜角度βは、鋳造分野（例えばダイカスト）による金型の設計思想により決定される。つまり、傾斜角度α，βは共に設計思想によって最適な値があるので、「α＝β」にすることは難しい場合がある。しかし、本実施形態によれば、傾斜角度α，βを自由に選択することが可能であるので、傾斜角度α，βとして最適な値を選択することができる。また、本実施形態によれば、回転ツールＦの外周面と第二金属部材２とが接触しない状態で、両者を極力近づける作業が容易となる。

［第二実施形態］
本発明の第二実施形態に係る複合圧延材の製造方法について説明する。本実施形態に係る複合圧延材の製造方法は、準備工程と、突合せ工程と、接合工程と、圧延工程と、を行う。

準備工程では、図９に示すように、段差架台ＫＡを用意する。段差架台ＫＡは、底部Ｋ１と、底部Ｋ１よりも一段上がった位置にある底部Ｋ２と、段差側面Ｋ３とを有している。

突合せ工程では、図９に示すように、第一金属部材１と第二金属部材２との端部同士を突き合わせる。第一金属部材１は、底部Ｋ１に配置するとともに、段差側面Ｋ３に第一金属部材１の端面１ａを当接させる。第一金属部材１と第二金属部材２とを突き合わせることにより突合せ部Ｊが形成される。突合せ部Ｊは第一実施形態と同様に、断面Ｖ字状の隙間が形成される。第一金属部材１と第二金属部材２とを突き合わせた状態で、第二金属部材２の表面２ｂよりも、第一金属部材１の表面１ｂの方が高い位置となるとともに、第二金属部材２の裏面２ｃよりも、第一金属部材１の裏面１ｃの方が低い位置となる。

接合工程では、図１０に示すように、回転ツールＦを用いて第一金属部材１と第二金属部材２とを接合する工程である。接合工程では、第一実施形態と同じ要領で摩擦攪拌を行う。つまり、回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を回転させつつ、第一金属部材１の表面１ｂであり、かつ、突合せ部Ｊの近傍に設定した開始位置に回転ツールＦを挿入する。そして、回転ツールＦを第一金属部材１側に傾斜角度γ傾けた状態で、突合せ部Ｊの延長方向と平行に回転ツールＦを相対移動させる。回転ツールＦは、第二金属部材２とわずかに接触させてもよいが、本実施形態では第一金属部材１のみと接触させた状態で摩擦攪拌を行う。回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗが形成される。接合工程では、主に第一金属部材１側の塑性流動材が突合せ部Ｊの隙間に流入するように摩擦攪拌接合を行う。

本実施形態に係る接合工程では、回転ツールＦの攪拌ピンＦ２の先端（平坦面Ｆ３）が、第二金属部材２の裏面２ｃよりも下方に位置するように攪拌ピンＦ２の挿入深さを設定する。圧延工程については、第一実施形態と同様である。

以上説明した第二実施形態においても、第一実施形態と略同等の効果を得ることができる。第一実施形態においては、図５に示すように、第二金属部材２の高さ方向の全体に亘って接合することは困難である。しかし、第二実施形態においては、第二金属部材２の裏面２ｃよりも深い位置に攪拌ピンＦ２を挿入した状態で摩擦攪拌接合を行うため、図１１に示すように、第二金属部材２の板厚方向の全体に亘って接合することが可能となる。これにより、第一金属部材１と第二金属部材２の接合強度を高めることができる。

１ 第一金属部材
２ 第二金属部材
Ｆ 回転ツール
Ｆ１ 連結部
Ｆ２ 攪拌ピン
Ｆ３ 平坦面
Ｊ 突合せ部
Ｗ 塑性化領域

Claims (7)

1. 先細りの攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて材料の異なる一対の金属部材を接合する接合方法であって、
   端部に垂直面を備えた第一金属部材と、端部に傾斜面を備え前記第一金属部材よりも融点が高く板厚が小さい第二金属部材と、を準備する準備工程と、
   前記第一金属部材と前記第二金属部材の端部同士を突き合わせてＶ字状の隙間を備えた突合せ部を形成する突合せ工程と、
   回転する前記回転ツールを前記第一金属部材の表面のみから挿入するとともに、前記攪拌ピンのみを少なくとも前記第一金属部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材と前記第二金属部材とを接合する接合工程と、を含み、
   前記接合工程では、前記回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度をγとし、前記傾斜面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記攪拌ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとすると、γ＝α−βにした状態で接合を行うことを特徴とする接合方法。
2. 前記突合せ工程では、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の裏面同士を面一とした状態で前記第一金属部材と前記第二金属部材とを突き合わせることを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
3. 前記突合せ工程では、前記第一金属部材の裏面が前記第二金属部材の裏面よりも低い位置となり、前記第一金属部材の表面が前記第二金属部材の表面よりも高い位置となるように前記第一金属部材と前記第二金属部材とを突き合わせ、
   前記接合工程では、攪拌ピンの先端が前記第二金属部材の裏面の高さよりも下に位置するように前記攪拌ピンの挿入深さを設定することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
4. 前記接合工程では、前記回転ツールの移動軌跡に形成される塑性化領域のうち、前記第二金属部材側がシアー側となり、前記第一金属部材側がフロー側となるように前記回転ツールの回転方向及び進行方法を設定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の接合方法。
5. 前記準備工程では、前記第一金属部材をアルミニウム又はアルミニウム合金を形成し、前記第二金属部材を銅又は銅合金で形成し、
   前記接合工程では、前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材のみに接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材と前記第二金属部材とを接合することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の接合方法。
6. 前記接合工程では、
   前記回転ツールの外周面に基端から先端に向うにつれて左回りの螺旋溝を刻設した場合、前記回転ツールを右回転させ、
   前記回転ツールの外周面に基端から先端に向うにつれて右回りの螺旋溝を刻設した場合、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５のいずれか一項に記載の接合方法。
7. 材料の異なる一対の金属部材で形成された複合圧延材の製造方法であって、
   端部に垂直面を備えた第一金属部材と、端部に傾斜面を備え前記第一金属部材よりも融点が高く板厚が小さい第二金属部材と、先細りの攪拌ピンを備えた回転ツールと、を準備する準備工程と、
   前記第一金属部材と前記第二金属部材の端部同士を突き合わせてＶ字状の隙間を備えた突合せ部を形成する突合せ工程と、
   回転する前記回転ツールを前記第一金属部材の表面のみから挿入するとともに、前記攪拌ピンのみを少なくとも前記第一金属部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材と前記第二金属部材とを接合する接合工程と、
   前記接合工程で接合された前記金属部材同士を、接合線を圧延方向として圧延する圧延工程と、を含み、
   前記接合工程では、前記回転ツールの回転中心軸の鉛直面に対する傾斜角度をγとし、前記傾斜面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記攪拌ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとすると、γ＝α−βにした状態で接合を行うことを特徴とする複合圧延材の製造方法。

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