TW202112474A - 雙面摩擦攪拌接合方法、冷軋鋼帶和鍍覆鋼帶的製造方法、雙面摩擦攪拌接合裝置、冷軋鋼帶和鍍覆鋼帶的製造設備 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種雙面摩擦攪拌接合方法、冷軋鋼帶和鍍覆鋼帶的製造方法、雙面摩擦攪拌接合裝置、以及冷軋鋼帶和鍍覆鋼帶的製造設備。本發明的雙面摩擦攪拌接合方法使分別配置於鋼帶的對接部或重疊部的一個面側與另一面側的一對旋轉工具一邊相互向相反方向旋轉，一邊按壓於鋼帶的對接部或重疊部並沿接合方向移動，藉由旋轉工具與鋼帶的未接合部的摩擦熱使鋼帶的未接合部軟化，並且利用所述旋轉工具來攪拌所述經軟化的部位，藉此產生塑性流動而將鋼帶彼此接合，且一對旋轉工具含有形成為圓形且平面狀的前端部，前端部為較鋼帶更硬的材質。

Description

雙面摩擦攪拌接合方法、冷軋鋼帶和鍍覆鋼帶的製造方法、雙面摩擦攪拌接合裝置、冷軋鋼帶和鍍覆鋼帶的製造設備

本發明是有關於一種鋼帶的雙面摩擦攪拌接合方法及雙面摩擦攪拌接合裝置，於將前行鋼帶的後端與後行鋼帶的前端加以對接接合或重疊接合時，一邊使相對向的一對旋轉工具相互向相反方向旋轉，一邊將所述鋼帶接合。另外，本發明是有關於一種使用該雙面摩擦攪拌接合方法的冷軋鋼帶和鍍覆鋼帶的製造方法、以及冷軋鋼帶和鍍覆鋼帶的製造設備。

專利文獻1中揭示有下述技術，即：藉由一對鋼帶等接合對象構件的兩者或一者旋轉，從而一邊使鋼帶產生摩擦熱而軟化，一邊對該經軟化的部位進行攪拌而引起塑性流動，藉此將鋼帶接合。

然而，該專利文獻1所記載的技術需要使作為接合對象的鋼帶等構件旋轉，故而接合的鋼帶等構件的形狀或尺寸存在極限。

另一方面，作為與專利文獻1不同的摩擦焊接法，例如有專利文獻2。專利文獻2中揭示有下述方法，即：將具有由較鋼帶等加工物實質上更硬的材質所構成的探針（亦稱為「銷」）的旋轉工具（有時亦簡稱為「工具」）插入至鋼帶的未接合部，使該旋轉工具一邊旋轉一邊移動。藉此，利用在旋轉工具與金屬板之間產生的熱及塑性流動，將鋼帶沿長邊方向連續地接合。再者，本說明書中，將處於鋼帶尚未由對接部分或重合部分接合的狀態的部分稱為「未接合部」，將經接合而一體化的部分稱為「接合部」。

如上文所述，專利文獻1所記載的摩擦焊接法為使鋼帶彼此旋轉，藉由鋼帶彼此的摩擦熱進行焊接的方法。另一方面，專利文獻2所記載的摩擦攪拌接合法為於固定鋼帶的狀態下，藉由使旋轉工具一邊旋轉一邊移動而進行接合的方法。因此，摩擦攪拌接合法具有下述優點，即：即便在將實質上無限長的構件焊接的情況下，亦可將該構件沿長邊方向連續地固相接合。另外，摩擦攪拌接合法為利用由旋轉工具與鋼帶的摩擦熱所致的金屬的塑性流動的固相接合，故而可不將未接合部熔融而進行接合。進而，有加熱溫度低故而接合後的變形少，另外鋼帶並未熔融故而接合部的缺陷少，此外無需焊填材等諸多優點。

摩擦攪拌接合法作為鋁合金或鎂合金所代表的低熔點金屬材料的接合法，而於飛機、船舶、鐵路車輛及汽車等領域中被廣泛利用。作為其原因，該些低熔點金屬材料於現有的弧焊法中難以於接合部獲得令人滿意的特性，相對於此，於摩擦攪拌接合法中生產性提高，並且可獲得品質高的接合部（接頭）。

對主要被應用作建築物、船舶、重機、管線（pipe line）及汽車等結構物的原材料的結構用鋼應用摩擦攪拌接合法的情況下，可避免現有的熔融焊接中成為課題的由熔融或凝固時的雜質偏析所引起的脆化、由氫侵入所引起的脆化。鋼材的織構變化亦隨此而得到抑制。因此，可期待帶來接頭性能的提高。另外，藉由利用旋轉工具攪拌接合界面，從而可創造清潔面並使清潔面彼此接觸，故而亦可期待無需擴散接合般的前準備步驟的優點。如此，對結構用鋼應用摩擦攪拌接合法可期待諸多優點。然而，對結構用鋼應用摩擦攪拌接合法在抑制接合時的接頭處的缺陷產生、或接合速度的高速度化等接合施工性方面遺留問題。如此，與對低熔點金屬材料應用摩擦攪拌接合法相比較，未進行普及。作為所述接頭處的缺陷，尤其可列舉剛接合後的接頭表面或接頭內部的形狀不良及接合不良等。

作為所述專利文獻2所記載的摩擦攪拌接合法中的缺陷產生的主要原因，可列舉於金屬板的厚度方向產生的溫度、塑性流動的不均一。具體而言，於僅在金屬板的一個面側配置旋轉工具的情形時，於該一個面側，可獲得足以達成對於冶金而言較佳的接合狀態的塑性流動。但是，於另一面側，接合時的未接合部的溫度上升及剪切應力的負荷不充分，大多情況下僅可獲得不充分的塑性流動。

於將專利文獻2所記載的摩擦攪拌接合法應用於結構用鋼的情形時，大多情況下由於作為被加工材的結構用鋼於高溫下的強度高，故而於輸入熱低且接合速度高的條件下，於未接合部無法獲得充分的塑性流動。因此，難以抑制接合時的缺陷產生，並且使接合速度高速度化。

作為解決此種問題的手段，例如有專利文獻3～專利文獻5所揭示的雙面摩擦攪拌接合方法。雙面摩擦攪拌接合方法中，相對向的一對旋轉工具按壓金屬板（被加工材）的接合部的一個面側與另一面側，藉此可針對被加工材的厚度方向均質地獲得充分的塑性流動。藉此，可抑制接合時的接頭的缺陷產生，並且達成接合速度的高速度化。

此外，於鋼帶的製造步驟中，為了提高生產性或提高成品率，需要連續地供給鋼帶。為了連續地供給鋼帶，而需要將先插入的卷材（coil）與後插入的卷材接合。即，通常將前行材料（前行鋼帶）的後端與後行材料（後行鋼帶）的前端接合，連續地供給於酸洗、冷軋、連續退火及連續鍍覆線。藉此，可遍及鋼帶的全長於賦予張力的狀態下進行軋壓，於鋼帶的前端或後端亦可高精度地控制板厚或形狀。

伴隨著冷軋鋼帶的高合金化或雷射焊接機的進步，對於前行材料與後行材料的接合，代替現有的閃光對焊（flash-butt welding）等而藉由雷射焊接進行接合逐漸成為主流。然而，雷射焊接為熔融焊接，故而有時由熔融或凝固時的雜質偏析所引起的脆化、由氫侵入所引起的脆化成為課題。為了解決該課題，想到應用作為固相接合的摩擦攪拌接合法有效。然而，如上文所述，通常的摩擦攪拌接合難以抑制接合時的缺陷產生並且使接合速度高速度化，故而不可能滿足鋼帶的製造步驟中所要求的生產性。作為可解決此種問題的手段，例如於專利文獻4揭示有使用雙面摩擦攪拌接合的冷軋設備。

進而，在考慮將摩擦攪拌接合法應用於冷軋鋼帶的接合的方面，需要提高旋轉工具的耐久性及壽命。其原因如下。旋轉工具因破損及磨耗而需要修補。然而，於預見到因此而以高概率產生接合不良的情形時，即便有所述般的有利效果，亦判斷為現實中難以對冷軋鋼帶的接合應用摩擦攪拌接合法。

通常的摩擦攪拌接合法中，使用在前端且旋轉軸的中心具有突起狀的探針且於其周圍具有成為更平坦的形狀的肩部的旋轉工具，將探針插入至未接合部，使探針一邊旋轉一邊平行移動，藉此進行被加工材的接合。因此，在接合中對探針施加極大的負荷，故而探針於構成旋轉工具的部位中尤其容易引起破損及磨耗。

作為以避免探針的破損等為目的之技術，例如有專利文獻6～專利文獻11所揭示的使用前端部為平面形狀而不具有探針的旋轉工具的摩擦攪拌接合。 [現有技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開昭62-183979號公報 專利文獻2：日本專利特表平07-505090號公報 專利文獻3：日本專利第3261433號公報 專利文獻4：日本專利第4838385號公報 專利文獻5：日本專利第4838388號公報 專利文獻6：日本專利第5185103號公報 專利文獻7：日本專利特開2015-127063號公報 專利文獻8：日本專利特開2003-181655號公報 專利文獻9：日本專利特開2003-290936號公報 專利文獻10：日本專利特開2004-195480號公報 專利文獻11：日本專利特開2011-115846號公報

[發明所欲解決之課題] 然而，專利文獻6及專利文獻7所揭示的技術是以焊接部的補強或金屬的表面硬化為目的，關於對鋼帶的接合進行應用，未作任何考慮。該些專利文獻中雖記載有旋轉工具的前端部平坦或為平面，但並無與為了提高塑性流動而將旋轉工具的前端部設為凹型或凸型的曲面狀有關的記載。進而，關於專利文獻6及專利文獻7所記載的現有的旋轉工具，並無與具有下述漩渦狀的階差部有關的記載，所述漩渦狀的階差部向與旋轉方向相反的方向形成。因此，於將所述現有的旋轉工具用於鋼帶的接合的情形時，於板厚方向無法獲得充分的塑性流動，有產生接合不良之虞。

另外，專利文獻8～專利文獻11所揭示的技術是以藉由摩擦攪拌接合法進行金屬板的接合為目的，但關於將該些技術應用於雙面摩擦攪拌接合方法，未作任何考慮。即，專利文獻8～專利文獻11中，關於雙面摩擦攪拌接合方法中旋轉工具的前端部的直徑與進行接合的金屬板的厚度的適當關係，未作揭示，故而有無法獲得健全的接合部之虞。

本發明是鑒於所述問題而完成，其目的在於提供一種雙面摩擦攪拌接合方法、冷軋鋼帶和鍍覆鋼帶的製造方法、雙面摩擦攪拌接合裝置、以及冷軋鋼帶和鍍覆鋼帶的製造設備，可抑制接合部處的缺陷產生，且使由旋轉工具所得的接合速度高速化，並且可提高旋轉工具的耐久性。

[解決課題之手段] 本發明的主旨如下。 [1]一種雙面摩擦攪拌接合方法，於將前行鋼帶的後端與後行鋼帶的前端加以對接接合或重疊接合時， 使分別配置於鋼帶的對接部或重疊部的一個面側與另一面側的一對旋轉工具一邊相互向相反方向旋轉，一邊按壓於所述鋼帶的對接部或重疊部並沿接合方向移動，藉由所述旋轉工具與所述鋼帶的未接合部的摩擦熱使所述鋼帶的未接合部軟化，並且利用所述旋轉工具來攪拌所述經軟化的部位，藉此產生塑性流動而將所述鋼帶彼此接合，且 所述一對旋轉工具含有形成為圓形且平面狀、圓形且凸型的曲面狀、及圓形且凹型的曲面狀的任一種的前端部， 所述前端部為較所述鋼帶更硬的材質。 [2]如[1]所記載的雙面摩擦攪拌接合方法，其中所述前端部具有向與旋轉方向相反的方向形成的漩渦狀的階差部。 [3]如[1]或[2]所記載的雙面摩擦攪拌接合方法，其中使所述一對旋轉工具的旋轉軸從所述鋼帶的未接合部表面的法線相對於接合方向而向後方側傾斜的傾斜角度α（°）、所述前端部的直徑D（mm）、及所述一對旋轉工具的所述前端部間的距離G（mm）滿足以下的式（1）及式（2）。 0≦α≦3···（1） 0.25×t－0.2×D×sinα≦G≦0.8×t－0.2×D×sinα···（2） 此處，t於將鋼帶對接的情形時設為鋼帶的厚度（mm），於將鋼帶重疊的情形時設為經重疊的鋼帶的總厚度（mm）。 [4]如[1]至[3]中任一項所記載的雙面摩擦攪拌接合方法，所述前端部的直徑D（mm）滿足式（3）。 4×t≦D≦20×t···（3） 此處，t於將鋼帶對接的情形時設為鋼帶的厚度（mm），於將鋼帶重疊的情形時設為經重疊的鋼帶的總厚度（mm）。 [5]如[1]至[4]中任一項所記載的雙面摩擦攪拌接合方法，其中於將所述前端部的所述凸型的曲面高度設為dv（mm）時， 所述前端部的直徑D（mm）與所述凸型的曲面高度dv滿足式（4）。 dv/D≦0.06···（4） [6]如[1]至[4]中任一項所記載的雙面摩擦攪拌接合方法，其中於將所述前端部的所述凹型的曲面深度設為dc（mm）時， 所述前端部的直徑D（mm）與所述凹型的曲面深度dc滿足式（5）。 dc/D≦0.03···（5） [7]一種冷軋鋼帶的製造方法，使用[1]至[6]中任一項所記載的雙面摩擦攪拌接合方法將前行鋼帶的後端與後行鋼帶的前端接合後，進行冷軋或於酸洗後進行冷軋。 [8]如[7]所記載的冷軋鋼帶的製造方法，其中於所述冷軋之後進行退火。 [9]一種鍍覆鋼帶的製造方法，使用[1]至[6]中任一項所記載的雙面摩擦攪拌接合方法將前行鋼帶的後端與後行鋼帶的前端接合後，進行冷軋或於酸洗後進行冷軋，繼而進行退火及鍍覆。 [10]一種雙面摩擦攪拌接合裝置，具有：一對旋轉工具，與兩張鋼帶的未接合部相向地分別配置；以及控制裝置，控制所述一對旋轉工具的動作， 於經對接或重合的所述鋼帶的未接合部，所述一對旋轉工具一邊按壓及相互向相反方向旋轉一邊沿接合方向移動，藉此將所述鋼帶彼此接合，且 所述一對旋轉工具含有形成為圓形且平面狀、圓形且凸型的曲面狀、及圓形且凹型的曲面狀的任一種的前端部， 所述前端部為較所述鋼帶更硬的材質。 [11]如[10]所記載的雙面摩擦攪拌接合裝置，其中所述前端部具有向與旋轉方向相反的方向形成的漩渦狀的階差部。 [12]如[10]或[11]所記載的雙面摩擦攪拌接合裝置，其中所述控制裝置以下述方式進行控制：使所述一對旋轉工具的旋轉軸自所述鋼帶的未接合部表面的法線相對於接合方向而向後方側傾斜的傾斜角度α（°）、所述前端部的直徑D（mm）、及所述一對旋轉工具的所述前端部間的距離G（mm）滿足以下的式（1）及式（2）。 0≦α≦3···（1） 0.25×t－0.2×D×sinα≦G≦0.8×t－0.2×D×sinα···（2） 此處，t於將鋼帶對接的情形時設為鋼帶的厚度（mm），於將鋼帶重疊的情形時設為經重疊的鋼帶的總厚度（mm）。 [13]如[10]至[12]中任一項所記載的雙面摩擦攪拌接合裝置，其中所述前端部的直徑D（mm）滿足式（3）。 4×t≦D≦20×t···式（3） 此處，t於將鋼帶對接的情形時設為鋼帶的厚度（mm），於將鋼帶重疊的情形時設為經重疊的鋼帶的總厚度（mm）。 [14]如[10]至[13]中任一項所記載的雙面摩擦攪拌接合裝置，其中於將所述前端部的所述凸型的曲面高度設為dv（mm）時，所述前端部的直徑D（mm）與所述凸型的曲面高度dv滿足式（4）。 dv/D≦0.06···（4） [15]如[10]至[13]中任一項所記載的雙面摩擦攪拌接合裝置，其中於將所述前端部的所述凹型的曲面深度設為dc（mm）時，所述前端部的直徑D（mm）與所述凹型的曲面深度dc滿足式（5）。 dc/D≦0.03···（5） [16]一種冷軋鋼帶的製造設備，除了[10]至[15]中任一項所記載的雙面摩擦攪拌接合裝置以外，亦包括：對經接合的鋼帶進行冷軋的冷軋機構、或對經接合的鋼帶於藉由酸洗機構進行的酸洗後進行冷軋的冷軋機構。 [17]如[16]所記載的冷軋鋼帶的製造設備，更包括：退火機構，對經冷軋的鋼帶進行退火。 [18]一種鍍覆鋼帶的製造設備，除了[10]至[15]中任一項所記載的雙面摩擦攪拌接合裝置以外，亦包括：對經接合的鋼帶進行冷軋的冷軋機構、或對經接合的鋼帶於利用酸洗機構進行的酸洗後進行冷軋的冷軋機構；退火機構，對經冷軋的鋼帶進行退火；以及鍍覆機構，對經退火的鋼帶進行鍍覆處理。

[發明的效果] 根據本發明，可避免現有的熔融焊接中成為課題的由熔融或凝固時的雜質偏析所引起的脆化、由氫侵入所引起的脆化，並且可抑制缺陷產生且使接合速度高速度化。 另外，根據本發明，針對鋼帶的厚度方向均質地促進塑性流動，故而即便以高的接合速度進行雙面摩擦攪拌接合，亦抑制缺陷的產生，可獲得具有充分強度的接合部。 進而，根據本發明，可將現有的旋轉工具中因受到較肩部更大的應力而優先產生破損及磨耗的探針廢棄，故而可提高雙面摩擦攪拌接合用的旋轉工具的耐久性。

以下，參照各圖對本發明進行說明。再者，本發明不限定於該實施形態。

首先，對本發明的雙面摩擦攪拌接合方法及雙面摩擦攪拌接合裝置加以說明。圖1中，作為雙面摩擦攪拌接合方法，示出對接接合的一例，圖2中，作為雙面摩擦攪拌接合方法，示出重疊接合的一例。

本發明的雙面摩擦攪拌接合方法中，於將前行鋼帶的後端與後行鋼帶的前端加以對接接合或重疊接合時，使分別配置於鋼帶的對接部或重疊部的一個面側與另一面側的一對旋轉工具一邊相互向相反方向旋轉，一邊按壓於鋼帶的對接部或重疊部並沿接合方向移動。繼而，藉由旋轉工具與鋼帶的未接合部的摩擦熱使鋼帶的未接合部軟化，並且利用旋轉工具來攪拌該經軟化的部位，藉此產生塑性流動而將鋼帶彼此接合。 如圖1及圖2所示，本發明的雙面摩擦攪拌接合方法中，使用雙面摩擦攪拌接合裝置，該雙面摩擦攪拌接合裝置包括：一對旋轉工具1、8；握持裝置（未圖示）；及控制裝置（未圖示），控制旋轉工具1、旋轉工具8的動作。圖1及圖2所示的示例中，只要將兩張鋼帶4中的一張鋼帶設為相對於通板方向（未圖示）而位於前側的前行鋼帶，將另一張鋼帶設為相對於通板方向而位於後側的後行鋼帶即可。 控制裝置中，例如，如後述般控制旋轉工具1、旋轉工具8的傾斜角度α、旋轉工具1、旋轉工具8的前端部彼此的距離G、接合速度以及旋轉工具1、旋轉工具8的轉速或旋轉方向等。

旋轉工具1、旋轉工具8（以下，亦有時將配置於鋼帶的表面側的旋轉工具稱為表面側旋轉工具1，將配置於鋼帶的背面側的旋轉工具稱為背面側旋轉工具8）分別配置於鋼帶（被加工材、被接合材）4的一個面側（表面側）與另一面側（背面側）。兩張鋼帶4是以與圖1及圖2中所示的接合中央線7成平行的方式配置，且分別由握持裝置（未圖示）握持。於位於接合中央線7上的兩張鋼帶4的未接合部，旋轉工具1、旋轉工具8按壓鋼帶4，並且一邊旋轉一邊沿接合方向（各圖中所示的箭頭的方向）移動。藉此，藉由旋轉工具1、旋轉工具8與鋼帶4的摩擦熱而使該鋼帶4軟化，並且利用旋轉工具1、旋轉工具8來攪拌該經軟化的部位，藉此產生塑性流動，將鋼帶4接合。再者，以下的說明中，接合完成的部分稱為接合部5。

如圖1及圖2所示，從鋼帶4的表面側（或背面側）觀看，相對向的旋轉工具1、旋轉工具8的旋轉方向於表面側與背面側設為相反方向。藉此，可使自旋轉工具1、旋轉工具8施加於鋼帶4的旋轉力矩相互抵消。其結果為，與作為現有技術的僅自一個面側藉由旋轉工具來按壓未接合部並進行接合的摩擦攪拌接合法相比較，可簡化限制被接合材的夾具的結構。圖1及圖2所示的示例中，表面側旋轉工具1的旋轉方向是以箭頭Ts表示，背面側旋轉工具8的旋轉方向是以箭頭Tb表示。

再者，若將相對向的旋轉工具1、旋轉工具8的旋轉方向於表面側與背面側設為相同方向，則另一旋轉工具相對於其中一個旋轉工具的相對速度接近零。其結果為，鋼帶4的塑性流動越接近均質狀態則塑性變形越變小，亦無法獲得由材料的塑性變形所得的放熱，故而難以達成良好的接合狀態。因此，為了針對鋼帶的厚度方向均質地獲得足以達成良好接合狀態的溫度上升及剪切應力，有效的是將相對向的旋轉工具1、旋轉工具8的旋轉方向於表面側與背面側（一個面側與另一面側）設為相反方向。

此處，對鋼帶的接合態樣進行說明。作為鋼帶的接合態樣的較佳例，可列舉對接接合及重疊接合。所謂對接接合，如圖1所示，是指於不使兩張鋼帶4的一部分重合而使鋼帶4的端面彼此相向的狀態下，藉由旋轉工具1、旋轉工具8來按壓相向的鋼帶的包含端面（對接面）的對接部，並且使旋轉工具1、旋轉工具8一邊旋轉一邊沿接合方向移動，藉此進行鋼帶的接合。所謂重疊接合，如圖2所示，是指將兩張鋼帶4的端部的至少一部分重合，藉由旋轉工具1、旋轉工具8來按壓鋼帶4彼此重合的重疊部，並且使旋轉工具1、旋轉工具8一邊旋轉一邊沿接合方向移動，藉此進行鋼帶的接合。再者，圖1與圖2僅接合態樣不同，其他裝置的結構等相同，故而以下以圖1的對接接合的示例為中心進行說明。

繼而，對用於本發明的雙面摩擦攪拌接合的旋轉工具進行說明。圖4（a）及圖4（b）為對現有的具有探針的旋轉工具20進行說明的圖。圖5（a）～圖8的（c）為對本發明的旋轉工具1、旋轉工具8進行說明的圖。圖5（a）～圖5（c）中示出本發明的旋轉工具的第一實施形態，圖6（a）及圖6（b）中示出本發明的旋轉工具的第二實施形態，圖7（a）及圖7（b）中示出本發明的旋轉工具的第三實施形態。圖8的（a）～圖8的（c）中示出於第二實施形態的旋轉工具的前端部設有階差部的示例。再者，圖4（a）～圖7（b）中，分別是上部為側面圖，下部為平面圖。表面側旋轉工具1及背面側旋轉工具8成為相同形狀，故而圖4（a）～圖8的（c）中僅示出表面側旋轉工具1。

使用圖4（a）及圖4（b），對作為現有例的具有探針（銷）21的旋轉工具20進行說明。圖4（a）及圖4（b）中，分別示出於肩部22具有探針21的旋轉工具20的示例。例如，圖4（a）所示的旋轉工具20的示例中，旋轉工具20的形狀為：肩部22的直徑（肩徑）：12 mm，探針21的直徑（銷徑）：4 mm，探針21的長度（銷長度）：0.5 mm，凹面深度：0.3 mm。圖4（b）所示的旋轉工具20的示例中，旋轉工具20的形狀為：肩徑：20 mm，銷徑：6.7 mm，銷長度：0.7 mm，凹面深度：0.3 mm。

如圖4（a）及圖4（b）所示，現有的旋轉工具20的前端部、即於接合時與鋼帶的軟化部接觸的部位包含肩部22（圖4（a）、圖4（b）中的肩徑所示的範圍）及探針21（圖4（a）、圖4（b）中的銷徑所示的範圍）。肩部22呈由大致平面或平緩的曲面所形成的平坦形狀。探針21與肩部22成為不連續的形狀，呈朝向鋼帶（未圖示）大致垂直地突出的形狀。

探針21具有下述功能：於接合時，於鋼帶的軟化部中侵入至更靠板厚中心方向，藉此提高板厚中心部附近的攪拌能力。另一方面，對於位於板厚方向的更靠前端側（板厚中心部側）的探針21而言，有受到較肩部22更大的應力的問題。其結果為，亦有因所述旋轉工具的破損及磨耗而需要修補的問題。

本發明者等人進行了潛心研究。而且，發現了一種使用雙面摩擦攪拌接合用的旋轉工具的雙面摩擦攪拌接合方法，所述雙面摩擦攪拌接合用的旋轉工具即便不設置作為因受到更大的應力而尤其容易引起破損或磨耗的部位的探針，亦可抑制接合部的缺陷產生，並且可實現接合速度的高速化。

本發明的雙面摩擦攪拌接合用的旋轉工具（相對向的旋轉工具1、旋轉工具8）如圖5（a）～圖7（c）所示，旋轉工具1、旋轉工具8的前端僅包含前端部11。與圖4（a）及圖4（b）所示的現有的旋轉工具的結構相比，本發明的旋轉工具的前端部11不具有探針21。旋轉工具1、旋轉工具8的前端部11形成為平面狀11a（參照圖5（a）～圖5（c））、凸型的曲面狀11b（參照圖6（a）及圖6（b））及凹型的曲面狀11c（參照圖7（a）及圖7（b））的任一種形狀。另外，前端部11於平視時，剖面形成為圓形。

此處，旋轉工具1、旋轉工具8的前端部11（圖1等所示的表面側旋轉工具的前端部2、背面側旋轉工具的前端部9）為於接合時與鋼帶4及其流動部（軟化部）接觸的部分。因此，旋轉工具1、旋轉工具8的前端部11是由在接合時所暴露的高溫狀態下較鋼帶4更硬的材質所形成。藉此，於接合時，旋轉工具1、旋轉工具8可於保持前端部11的形狀的狀態下而對鋼帶4施加變形。其結果為，可持續地實現高的攪拌能力，可進行適當的接合。

再者，於比較硬度時，只要使用高溫維氏硬度試驗方法即可。旋轉工具1、旋轉工具8可僅將其前端部設為所述硬度，或亦可將整個旋轉工具1、旋轉工具8設為所述硬度。

另外，本發明中，較佳為除了所述結構以外，進而於旋轉工具1、旋轉工具8的前端部11設置漩渦狀（螺旋狀）的階差部12。構成階差部12的漩渦（螺旋）較佳為相對於各旋轉工具1、8的旋轉方向而向相反方向設置。構成階差部12的漩渦較佳為設置一個以上。 於設置一個以上的漩渦的情形時，放射狀（放射曲線狀）地形成有自前端部11的中心或設於中心的圓形的空白區域的周緣延伸至前端部的外周緣為止的曲線。 再者，構成階差部12的漩渦的個數若超過6個，則不僅缺乏改善材料流動的效果，而且有因形狀的複雜化而旋轉工具1、旋轉工具8的前端部11容易破損之虞，故而較佳為設為6個以下。再者，圖5（b）、圖6（b）、圖7（b）的示例及圖8的（a）的示例中，漩渦的個數均為4。

就改善材料流動並且防止旋轉工具1、旋轉工具8的前端部11的破損的觀點而言，構成階差部12的漩渦的個數可根據前端部11的直徑而調節。具體而言，較佳為前端部11的直徑越大則越增多漩渦的個數，前端部11的直徑越小則越減少漩渦的個數。 具體而言，較佳為於前端部的直徑小於6 mm的情形時，將漩渦的個數設為2個以下，於前端部的直徑為6 mm以上的情形時，將漩渦的個數設為3個～6個。 此處，使用圖9～圖13的各例對所述漩渦的描畫方式進行說明。圖9～圖13表示俯視前端部的狀態，表示於前端部逐漸描畫漩渦的過程。 圖9中，示出漩渦的個數為2個，將該兩個漩渦等間隔地描畫多列的一例。 如圖9所示，首先以點A、點B分別為起點，描畫兩個以線段A-B的長度為半徑的半圓（第一半圓）（參照（1））。繼而，於第一半圓的外側，以點A、點B為中心分別描畫以線段A-B的2倍的長度為半徑的半圓（第二半圓）（參照（2））。進而，繼續於第二半圓的外側，以點A、點B為中心分別描畫以線段A-B的3倍的長度為半徑的半圓（第三半圓）（參照（3））。同樣地，描畫以線段A-B的4倍的長度為半徑的半圓（第四半圓）（參照（4））。重覆該操作，藉此可於前端部描畫兩個等間隔的漩渦。 於圖10～圖13中，分別示出於將漩渦的個數設為n時，將選自3≦n≦6中的個數的漩渦等間隔地描畫多列的示例。 如圖10～圖13所示，首先描畫正n邊形。圖10所示的示例中描畫正三角形，圖11所示的示例中描畫正方形，圖12所示的示例中描畫正五邊形，圖13所示的示例中描畫正六邊形。繼而，以正n邊形的各頂點為中心，描畫以正n邊形的一邊的長度為半徑的弧（第一弧）直至與各邊的延長線相交的點為止（參照（1））。繼而，於第一弧的外側，以所述各頂點為中心，描畫以正n邊形的一邊的2倍的長度為半徑的弧（第二弧）直至與各邊的延長線相交的點為止（參照（2））。進而，繼續於第二弧的外側，以所述各頂點為中心，描畫以正n邊形的一邊的3倍的長度為半徑的弧（第三弧）直至與各邊的延長線相交的點為止（參照（3））。同樣地，描畫以正n邊形的一邊的4倍的長度為半徑的弧（第四弧）（參照（4））。重覆該操作，藉此可於前端部描畫n（3≦n≦6）個等間隔的漩渦。 再者，於漩渦的個數為1個的情形時，可利用圖9～圖13的任一方法描畫漩渦。於漩渦的個數為2個，且等間隔地描畫該2個漩渦的情形時，除了所述圖9的方法以外，亦可利用圖11或圖13的方法來描畫。於漩渦的個數為3個，且等間隔地描畫該3個漩渦的情形時，除了所述圖10的方法以外，亦可利用圖13進行描畫。於該些情形時，只要根據漩渦的個數而適當選擇圖9的起點及圖10～圖13的正n邊形的各頂點，藉此調整漩渦的個數（條數）即可。

階差部12具有較前端部的其他面（平面或曲面）更為凹陷的形狀。藉由設置此種凹陷的階差部12，從而於利用旋轉工具1、旋轉工具8進行鋼帶4的按壓及攪拌時，因摩擦熱而軟化的金屬材料從旋轉工具1、旋轉工具8的外側向內側流動，可抑制由旋轉工具1、旋轉工具8導致金屬材料向按壓部的外側流出。藉此，可促進按壓部的塑性流動，並且可抑制接合部的厚度相對於母材而減少，且形成無毛邊的美麗的接合部表面。再者，藉由設置階差部所得的該效果是藉由將漩渦狀的階差部12設置成與旋轉工具1、旋轉工具8的旋轉方向相反的方向而獲得。本發明的旋轉工具的前端部的中心較佳為不具有漩渦狀的階差部，即，不具有向與旋轉方向相反的方向形成的漩渦狀的階差部。

再者，相對於所述旋轉工具的旋轉方向而向相反方向形成的漩渦狀的階差部12藉由設置一階以上，從而可獲得與所述相同的效果。

此處，使用圖8的（a）～圖8的（c），對階差部12加以更具體說明。圖8的（a）為具有凸型的曲面狀11b的前端部11的旋轉工具1（表面側旋轉工具）的平面圖，圖8的（b）及圖8的（c）為圖8的（a）所示的B-B'線剖面圖。

如圖8的（a）所示，於平視時，各階差部12向與旋轉方向相反的方向形成。換言之，使各階差部12的從圓周側向圓中心側的曲線的方向、與旋轉工具的旋轉方向成為相反方向。

如圖8的（a）所示，漩渦狀的階差部12分別於平視時，形成以圓中心部附近為起點而朝向圓周部的曲線。於將前端部11的外周的長度設為1周時，漩渦的長度較佳為設為0.5周以上且2周以下。關於漩渦的長度，亦可根據前端部11的直徑而調節，較佳為前端部11的直徑越大則越延長漩渦的長度，前端部11的直徑越小則越縮短漩渦的長度。

作為階差部12的具體例，可列舉圖8的（b）所示的階梯部12b、及圖8的（c）所示的槽部12c。於圖8的（b）所示的示例中，階梯部12b與旋轉工具1的前端部11的凸型的曲面同樣地，以從圓周側向圓中心側逐漸變高的方式形成大致水平的階。就獲得所述效果的觀點而言，本發明中該漩渦狀的階差只要設有一階以上即可。圖8的（b）的示例中，所形成的各階差部12如圖8的（a）所示，於平視時呈漩渦狀的形狀。

再者，雖未圖示，但於具有凹型的曲面狀的前端部的旋轉工具中，於凹型的曲面設置階梯部12b的情形時，只要對照凹型的曲面，以從圓周側向圓中心側逐漸降低的方式形成階即可。

圖8的（c）所示的示例中，槽部12c在旋轉工具1的前端部11的曲面（凸型的曲面）中，呈較其他面更為凹陷的剖面大致U字形狀的槽。就獲得所述效果的觀點而言，本發明中該槽部12c只要設有一條以上即可。圖8的（c）的示例中，所形成的各槽部12c如圖8的（a）所示，於平面圖中以成為漩渦狀的方式具有狹長的形狀。再者，代替所述U字形狀，例如即便為V字形狀、レ字形狀，亦可獲得所述效果。

再者，雖未圖示，但於具有凹型的曲面狀11c或平面狀11a的前端部11的旋轉工具1中，於凹型的曲面或平面設置槽部12c的情形時，亦只要同樣地形成剖面大致U字形狀的槽即可。

另外，本發明中，較佳為除了所述結構以外，進而旋轉工具1、旋轉工具8的前端部11的直徑D（mm）滿足以下的關係式的式（3）。 4×t≦D≦20×t···式（3） 此處，t於將鋼帶對接的情形時設為鋼帶的厚度（mm），於將鋼帶重疊的情形時設為經重疊的鋼帶的總厚度（mm）。

旋轉工具1、旋轉工具8可藉由管理前端部11的直徑，從而針對鋼帶4的板厚方向均質地有效賦予溫度上升及剪切應力。旋轉工具1的前端部11的直徑D較佳為藉由鋼帶4的厚度t（於重疊接合的情形時，為鋼帶4的總厚度t）進行管理。即，旋轉工具1、旋轉工具8的前端部11的直徑D（mm）有效的是設為所述式（3）：4×t≦D≦20×t。

若直徑D（mm）小於4×t（mm），則有時未針對板厚方向有效地獲得均質的塑性流動。另一方面，若直徑D（mm）超過20×t（mm），則不必要地擴大產生塑性流動的區域，對裝置施加過大的負荷，故而欠佳。直徑D較佳為5.5×t（mm）以上，且較佳為14×t（mm）以下。 如以上所說明，根據本發明的旋轉工具，藉由廢棄現有的旋轉工具中必要的探針，從而可簡化旋轉工具的形狀。另外，可提高旋轉工具的耐久性。進而，可減少旋轉工具的加工所需要的工數或成本。 而且，根據使用該旋轉工具的本發明的雙面摩擦攪拌接合方法，可針對板厚方向均質地賦予接合時的充分的溫度上升及剪切應力。即，藉由使用具有所述結構的本發明的旋轉工具的接合方法來促進塑性流動，藉此即便與可由現有的雙面摩擦攪拌接合所得的均質的溫度上升相比，亦可更有效地實現針對板厚方向的均質的溫度上升。因此，不會為了完成鋼帶彼此的接合而將接合部的一部分暴露於過度的溫度上升下，故而可防止因偏析部暴露於高溫而液化產生的液化脆性、因高溫引起的氫對鋼的侵入增加而產生的氫脆性。

繼而，對本發明的旋轉工具的第一實施形態～第三實施形態加以詳細說明。再者，圖5（a）～圖7（b）中僅示出表面側旋轉工具1。

（第一實施形態） 第一實施形態的本發明的旋轉工具1、旋轉工具8如圖5（a）～圖5（c）所示，僅包含經設置成圓形的前端形成為平面狀11a的前端部11。以平面狀形成的前端部11中，與鋼帶相接的前端面包含與旋轉工具1、旋轉工具8的旋轉軸垂直的一個平面。該前端面與現有的旋轉工具不同，不具有向鋼帶突出的探針。另外，旋轉工具1、旋轉工具8如圖5（b）所示，可於前端部11設置一階以上的與所述旋轉方向為相反方向的漩渦狀（螺旋狀）的階差部12。再者，於階差部12，設置上文所述的階梯部12b或槽部12c。 於圖5（c）的上部，示出圖5（c）的下部所示的B-B'線剖面圖。於設置成階梯部12b的情形時，例如如圖5（c）所示，藉由對大致水平的部分賦予角度而形成。再者，亦可改稱為形成レ字形狀的槽部。圖5（c）的階梯部12b例如可利用所述的圖10的方法來描畫漩渦。

（第二實施形態） 第二實施形態的旋轉工具1、旋轉工具8如圖6（a）及圖6（b）所示，僅包含經設置成圓形的前端形成為凸型的曲面狀11b的前端部11，旋轉工具的前端突出。現有的旋轉工具含有向鋼帶突出的探針，於肩部與探針呈非連續的形狀，相對於此，凸型的曲面狀的前端部11呈不具有探針的連續形狀，形成大致一致的傾斜面。換言之，於凸型的曲面狀的前端部1，與鋼帶相接的前端面包含向中心方向突出的一個曲面（拋物面、長球面或球面），於相對於鋼帶以鉛垂方向包含旋轉軸的剖面形狀中，呈曲率半徑大致一致的曲線。另外，旋轉工具1、旋轉工具8如圖6（b）所示，可於前端部11設置一階以上的與所述旋轉方向為相反方向的漩渦狀（螺旋狀）的階差部12。再者，於階差部12，設置上文所述的階梯部12b或槽部12c。

進而，於旋轉工具1、旋轉工具8的前端包含凸型的曲面狀11b的前端部11的情形時，較佳為於將凸型的曲面（凸面）高度設為dv（mm），將旋轉工具的前端部的直徑設為D（mm）時，旋轉工具滿足以下的關係式的式（4）。 dv/D≦0.06···式（4） 於前端部在滿足所述式（4）的範圍內（即，dv/D的值為0.06以下）與鋼帶接觸時，可對流動部有效地施加壓力。其結果為，可藉由旋轉工具的旋轉而產生足以接合的塑性流動。另一方面，若超過所述式（4）的範圍（即，dv/D的值超過0.06），則接合部的表面及背面明顯成為凹狀，接合部的厚度相對於鋼帶的厚度而明顯變小，故而有時難以確保接頭強度，而欠佳。再者，為了對流動部有效地施加壓力，dv/D的值的下限較佳為設為0.01以上。

（第三實施形態） 第三實施形態的旋轉工具1、旋轉工具8如圖7（a）及圖7（b）所示，僅包含經設置成圓形的前端形成為凹型的曲面狀11c的前端部11，旋轉工具的前端凹陷。現有的旋轉工具含有向鋼帶突出的探針，於肩部與探針呈非連續的形狀，相對於此，凹型的曲面狀的前端部11呈不具有探針的連續形狀，形成大致一致的傾斜面。換言之，於凹型的曲面狀的前端部1，與鋼帶相接的前端面包含向中心方向凹陷的一個曲面（拋物面、長球面或球面），於相對於鋼帶以鉛垂方向包含旋轉軸的剖面形狀中，呈曲率半徑大致一致的曲線。另外，旋轉工具1、旋轉工具8如圖7（b）所示，可於前端部11設置一階以上的與所述旋轉方向為相反方向的漩渦狀（螺旋狀）的階差部12。再者，於階差部12設置上文所述的階梯部12b或槽部12c。

進而，於旋轉工具的前端部包含凹型的曲面狀的前端部11的情形時，較佳為於將凹型的曲面（凹面）深度設為dc（mm），將旋轉工具的前端部的直徑設為D（mm）時，旋轉工具滿足以下的關係式的式（5）。 dc/D≦0.03···式（5）

於前端部於滿足所述式（5）的範圍內（即，dc/D的值為0.03以下）與鋼帶接觸時，經軟化的金屬填滿前端部的凹型的曲面，藉此可對流動部施加一致的壓力。其結果為，可藉由旋轉工具的旋轉而產生足以接合的塑性流動。另一方面，若超過所述式（5）的範圍（即，dc/D的值超過0.03），則難以對所述流動部施加一致的壓力，有時難以確保足以接合的塑性流動，而欠佳。再者，為了對流動部施加一致的壓力，dc/D的值的下限較佳為設為0.01以上。

再者，旋轉工具1、旋轉工具8的與前端部為相反側的根基部分只要可安裝於現有公知的雙面摩擦攪拌接合裝置即可，該根基部分的形狀並無特別限制。

繼而，對使用本發明的旋轉工具1、旋轉工具8的雙面摩擦攪拌接合方法的較佳一例進行說明。

該雙面摩擦攪拌接合方法中，藉由使以下所示的各種參數的條件最適化，從而可於旋轉工具的耐久性的提高、接頭缺陷產生的抑制、及接合速度的高速度化方面，發揮更優異的效果。 本發明中，較佳為以下述方式進行控制：使一對旋轉工具1、8的旋轉軸自鋼帶的未接合部表面的法線向接合方向傾斜的傾斜角度α（°）、旋轉工具1、旋轉工具8的前端部11的直徑D（mm）、一對旋轉工具1、8的前端部間的距離G（mm）滿足以下的式（1）及式（2）。

（1）旋轉工具的傾斜角度α（°）：0≦α≦3···式（1） 圖3（a）及圖3（b）為表示藉由本發明的旋轉工具進行摩擦攪拌的區域的說明圖。圖3（a）為自鋼帶4的表面側，對使配置於圖1所示般的鋼帶4的表背面的旋轉工具1、旋轉工具8沿接合方向移動的狀態進行平視的圖。圖3（b）為圖3（a）所示的A-A'線剖面圖。

如圖3（b）所示，旋轉工具1、旋轉工具8的旋轉軸（表面側旋轉工具的旋轉軸3、背面側旋轉工具的旋轉軸10）較佳為自相對於鋼帶4為鉛垂方向的垂直線（法線）6，相對於接合方向而向後方側傾斜角度α°進行接合。換言之，較佳為以旋轉工具1、旋轉工具8的前端側位於較後端側更靠接合方向的前方側的方式，使旋轉工具1、旋轉工具8傾斜。藉此，可使接合時對旋轉工具1、旋轉工具8的水平方向（彎曲方向）施加的負荷作為沿軸向進行壓縮的分力而分散。

旋轉工具1、旋轉工具8需要由較鋼帶4更硬的材質形成，例如亦有時使用陶瓷等缺乏韌性的材料。於該情形時，若對旋轉工具1、旋轉工具8負載彎曲方向的力，則有時應力局部地集中以至破壞。為了避免該情況，藉由如所述般使旋轉工具1、旋轉工具8的旋轉軸3、旋轉軸10傾斜既定的角度（α°），從而可將對旋轉工具1、旋轉工具8施加的負荷作為沿軸向進行壓縮的分力而承受，減少彎曲方向的力。藉此，可進一步提高旋轉工具1、旋轉工具8的耐久性。

關於所述效果，若傾斜角度α為0°以上則可獲得，但若傾斜角度α超過3°，則有時接合部的表背面成為凹形而對接頭強度造成不良影響。因此，旋轉工具1、旋轉工具8的旋轉軸的傾斜角度較佳為設為0≦α≦3。 傾斜角度α更佳為1°以上，且更佳為2°以下。

（2）一對旋轉工具1、8的前端部的距離G（mm）： 0.25×t－0.2×D×sinα≦G≦0.8×t－0.2×D×sinα···式（2） 其中，設為t：鋼帶4的未接合部的厚度（mm），D：旋轉工具1、旋轉工具8的前端部的直徑（mm），α：旋轉工具1、旋轉工具8的傾斜角度（°）。另外，t於將鋼帶對接的情形時為鋼帶的厚度（mm），於將鋼帶重疊的情形時設為經重疊的鋼帶的總厚度（mm）。

雙面摩擦攪拌接合中，於針對板厚方向均質地實現接合時的充分的溫度上升及剪切應力的賦予時，重要的是管理相對向的旋轉工具1、旋轉工具8的前端部間的距離G。具體而言，較佳為使用鋼帶4的未接合部的厚度t、旋轉工具1、旋轉工具8的前端部的直徑D、以及旋轉工具1、旋轉工具8的傾斜角度α，以成為所述式（2）的範圍內的方式來管理（調整）上文所述的旋轉工具1、旋轉工具8的前端部的距離G。

再者，關於鋼帶4的未接合部的厚度t，只要於進行圖1所示的對接接合的情形時，採用一張鋼帶4的厚度作為t，於進行圖2所示的重疊接合的情形時，採用經重合的鋼帶4的總厚度作為t即可。一對旋轉工具1、8的傾斜角度α只要分別採用相同的角度即可。另外，旋轉工具1、旋轉工具8的前端部的直徑D是指圖5（a）～圖7（b）所示的呈平面狀或曲面狀（凹型、凸型的曲面形狀）的前端部11中的相對於鋼帶以鉛垂方向包含旋轉軸的剖面的前端徑（銷徑）。

於不使旋轉工具1、旋轉工具8傾斜的情形（即，旋轉工具1、旋轉工具8的傾斜角度α＝0°的情形）時，只要將旋轉工具1、旋轉工具8的前端部（圖3（b）所示的符號2、9）間的距離G的下限設為（0.25×t），將G的上限設為（0.8×t）即可。

另一方面，於使旋轉工具1、旋轉工具8傾斜的情形（即，旋轉工具1、旋轉工具8的傾斜角度為0＜α≦3的情形），或增大旋轉工具1、旋轉工具8的前端部的直徑D的情形時，為了使旋轉工具1、旋轉工具8的前端部於鋼帶4的表面及背面以更廣的範圍接觸，需要將旋轉工具1、旋轉工具8彼此的距離G設定得更小。於該情形時，如所述式（2）般，G的下限值只要由所述（0.25×t）減去（0.2×D×sinα）即可，G的上限值只要由所述（0.8×t）減去（0.2×D×sinα）即可。

如上文所述，藉由將旋轉工具1、旋轉工具8的前端部的距離G控制於所述式（2）的範圍內，從而使得相對向的旋轉工具1、旋轉工具8的前端部以充分的荷重按壓於鋼帶4的表面側及背面側，充分促進接合部的放熱及塑性流動。藉此，可針對板厚方向而均質地促進塑性流動，獲得良好狀態的接頭（接合部）。再者，若所述距離G的值超過式（2）的上限值，則有時旋轉工具1、旋轉工具8的前端部無法以充分的荷重按壓於鋼帶4（被加工材）的表面側及背面側，故而無法獲得所述效果。另一方面，若所述距離G的值小於式（2）的下限值，則有時接合部的表面及背面成為凹形，對接頭強度造成不良影響。 所述距離G的值較佳為（0.4×t－0.2×D×sinα）以上，且較佳為（0.7×t－0.2×D×sinα）以下。

所謂所述距離G，如圖3（b）所示，相當於相向的旋轉工具（表面側旋轉工具）1的前端面與旋轉工具（背面側旋轉工具）8的前端面之間的鉛垂方向的最短長度。

再者，關於所述以外的接合條件，只要依照常法即可。例如，於本發明的雙面摩擦攪拌接合裝置及雙面摩擦攪拌接合方法中，旋轉工具1、旋轉工具8的轉速較佳為100 r/min～5000 r/min，進而佳為設為500 r/min～3000 r/min。藉由將轉速設為該範圍內，可保持表面形狀良好並且抑制由過度的熱量投入所致的機械特性的降低。接合速度較佳為1000 mm/min以上，進而佳為高速化至2000 mm/min以上。

於將製造過程的鋼帶接合的情形時，作為對象鋼種，可對通常的結構用鋼或碳鋼、例如日本工業標準（Japanese Industrial Standards，JIS）G 3106的焊接結構用軋壓鋼材、JIS G 4051的機械結構用碳鋼等的接合較佳地使用本發明的接合方法。另外，對於拉伸強度為800 MPa以上的高強度結構用鋼，亦可有利地應用本發明的接合方法。即便於該情形時，亦可於接合部中獲得鋼板（母材）的拉伸強度的85%以上的強度、進而90%以上的強度、進而較佳為95%以上的強度。 鋼帶的接合部於製造過程中受到彎曲或壓縮變形。作為判定接合部是否經適當接合而可耐受此種變形的試驗，有將接合部按於模具而壓入半球狀的衝頭（punch）的愛理遜試驗。可進行該愛理遜試驗，測定直至龜裂產生為止的壓入深度，以該壓入深度的值作為接合部的性能進行評價。

於藉由雙面摩擦攪拌接合來進行鋼帶的接合的情形時，使用如圖1等所示般的具有本發明的一對旋轉工具1、8、握持裝置13（圖14所記載）、及控制旋轉工具的控制裝置（未圖示）的雙面摩擦攪拌接合裝置來進行。該控制裝置以滿足所述（1）、（2）的接合條件的方式，例如控制旋轉工具1、旋轉工具8的傾斜角度、旋轉工具的前端部彼此的距離、接合速度、及旋轉工具的轉速等。圖14中，圖面的右側相當於通板方向（鋼帶行進方向）的前側，圖面的左側相當於通板方向的後側。握持裝置13握持前行鋼帶4a與後行鋼帶4b的表背面而固定兩鋼帶。旋轉工具1、旋轉工具8藉由在兩鋼帶的相向部（對接部）沿著鋼帶的寬度方向（從圖示的內裏向近前的方向）進行動作，從而將兩鋼帶接合。

如以上所說明，根據本發明的旋轉工具1、旋轉工具8，可提高旋轉工具1、旋轉工具8的耐久性。進而，藉由對旋轉工具的前端部採用上文所述的形狀，且將相對向的旋轉工具1、旋轉工具8的旋轉設為相反方向，從而可對接合時的鋼帶賦予充分的溫度上升及剪切應力。其結果為，可抑制接合部的缺陷產生並且可實現接合速度的高速化。

繼而，對本發明的冷軋鋼帶和鍍覆鋼帶的製造方法以及製造設備進行說明。所述本發明的雙面摩擦攪拌接合裝置（雙面摩擦攪拌接合方法）可應用於冷軋鋼帶的製造設備（冷軋鋼帶的製造方法）及鍍覆鋼帶的製造設備（鍍覆鋼帶的製造方法）。 現有的冷軋鋼帶的製造方法中，有時卷材接合部於製造中途的線內斷裂，作為近年來的高強度冷軋鋼板等的製造中應克服的課題而逐漸顯現。藉由將上文所述的本發明的雙面摩擦攪拌接合的技術應用於冷軋鋼帶等的製造，從而可防止所得的冷軋鋼帶等的接合部的破裂及脆化，提高材料特性，故而可解決所述現有的課題。 本發明的冷軋鋼帶的製造設備至少具有所述雙面摩擦攪拌接合裝置及視需要的酸洗機構、冷軋機構及退火機構。另外，本發明的鍍覆鋼帶的製造設備除了該些設備以外，更具有鍍覆機構。 本發明的冷軋鋼帶的製造方法中，藉由所述雙面摩擦攪拌接合將前行鋼帶的後端與後行鋼帶的前端接合後，對經接合的鋼帶使用冷軋機構進行冷軋（冷軋處理），藉此製造冷軋鋼帶。再者，於冷軋的前段，視需要亦可進行利用酸洗機構的酸洗。另外，於冷軋的後段，視需要亦可對經冷軋的鋼帶進行利用退火機構的退火（退火處理）。 另外，本發明的鍍覆鋼帶的製造方法中，藉由對實施了所述冷軋處理及退火處理的冷軋鋼帶進一步使用鍍覆機構實施鍍覆處理，從而可製造鍍覆鋼帶。 藉由將本發明的雙面摩擦攪拌接合裝置（及雙面摩擦攪拌接合方法）應用於冷軋鋼帶和鍍覆鋼帶的製造，從而減少所得的冷軋鋼帶和鍍覆鋼帶的接合部的缺陷，可確保充分的接頭強度。 [實施例]

以下，使用實施例對本發明的作用及效果進行說明。再者，本發明不限定於以下的實施例。

使用表1所示的板厚、化學組成、拉伸強度及維氏硬度的鋼板來實施摩擦攪拌接合。本實施例中，對一部分鋼板進行重疊接合，對剩餘鋼板進行對接接合。

於對接接合的情形時，將同種鋼板排列兩張，利用不帶有溝槽角度的所謂I型溝槽，根據銑刀加工程度的表面狀態形成接頭對接面後，從對接部的一個面側（表面側）及另一面側（背面側）兩者按壓旋轉工具，沿接合方向移動而進行接合。

於重疊接合的情形時，將同種鋼板重疊兩張，自鋼板重疊部的一個面側（表面側）及另一面側（背面側）兩者按壓旋轉工具，將一次的接合長設為0.5 m而進行接合。

再者，於對接接合及重疊接合的任一情形，均於接合時，使一對旋轉工具相互向相反方向旋轉。即，於對各工具的前端部進行正視的狀態下，向同一方向旋轉。將摩擦攪拌接合的接合條件示於表2-1及表2-2。另外，此處，使用圖4（a）～圖7（b）所示的8種剖面尺寸及形狀的旋轉工具。表2-1及表2-2的「形狀」的欄中，示出圖4（a）～圖7（b）的任一個。關於該些旋轉工具，使用以維氏硬度為1090的碳化鎢（WC）作為原材料的旋轉工具。將使用圖5（a）、圖6（a）及圖7（a）所示的不具有探針且不具有漩渦狀的階差部的各旋轉工具的示例作為發明例。進而，於圖5（b）、圖6（b）及圖7（b）所示的不具有探針的旋轉工具中，使用具有漩渦狀的階差部的旋轉工具的情形時，由於該漩渦的方向為順時針，故而將旋轉工具的旋轉方向設為逆時針的示例作為發明例，將旋轉工具的旋轉方向設為順時針的示例作為比較例。表2-1及表2-2的「階差部的條件」的欄中，記載為「階梯狀」時使用圖8的（b）所示般的旋轉工具，記載為「槽狀」時使用圖8的（c）所示般的旋轉工具。將使用圖4（a）及圖4（b）所示的具有探針的旋轉工具的示例作為比較例。

[表1]

記號	板厚 （mm）	化學組成（質量%）	拉伸強度 （MPa）	維氏硬度
C	Si	Mn	P	S
1	1.6	0.3	0.21	0.69	0.012	0.003	1010	337
2	2.4	0.16	0.07	0.69	0.016	0.009	425	142
3	1.2	0.3	0.21	0.69	0.012	0.003	1012	339

[表2-1]

	試驗 鋼板	試驗鋼板厚度t （mm）	接頭 形式	表面側接合工具、背面側接合工具	旋轉工具的配置	對旋轉工具 前端部進行正視的狀態下的工具旋轉方向	旋轉工具的轉速RS	接合速度TS （m/分鐘）
形狀 （*1）	旋轉工具材質的維氏硬度	表面側旋轉工具、背面側旋轉工具的前端部直徑D （mm）	表面側旋轉工具、背面側旋轉工具的凸面高度dv （mm）	表面側旋轉工具、背面側旋轉工具的凹面深度dc （mm）	dv/D	dc/D	階差部的條件	表面側旋轉工具、背面側旋轉工具傾斜角度α （°）	表面側旋轉工具、背面側旋轉工具的前端部間的距離G （mm）	表面側 （次/分鐘）	背面側 （次/分鐘）
發明例1	1	1.6	對接	圖7（b）	1090	8	-	0.2	-	0.025	階梯狀	0	0.80	逆時針	3000	3000	1.2
發明例2	1	1.6	對接	圖7（b）	1090	13	-	0.3	-	0.023	槽狀	1.5	1.00	逆時針	1300	1300	2.0
發明例3	1	1.6	對接	圖7（b）	1090	30	-	0.3	-	0.010	槽狀	1.5	1.00	逆時針	800	800	1.2
發明例4	1	1.6	對接	圖7（a）	1090	8	-	0.2	-	0.025	-	0	0.80	逆時針	3000	3000	1.2
發明例5	1	1.6	對接	圖7（a）	1090	13	-	0.3	-	0.023	-	1.5	1.00	逆時針	1300	1300	2.0
發明例6	1	1.6	對接	圖7（a）	1090	30	-	0.3	-	0.010	-	1.5	1.00	逆時針	800	800	1.2
發明例7	2	2.4	對接	圖5（b）	1090	13	-	-	-	-	階梯狀	0	1.40	逆時針	3000	3000	1.0
發明例8	2	2.4	對接	圖5（b）	1090	20	-	-	-	-	槽狀	1.5	1.40	逆時針	2500	2500	1.5
發明例9	2	2.4	對接	圖5（b）	1090	40	-	-	-	-	槽狀	1.5	1.40	逆時針	1500	1500	1.0
發明例10	1	1.6	對接	圖5（a）	1090	8	-	-	-	-	-	0	0.80	逆時針	3000	3000	1.0
發明例11	1	1.6	對接	圖5（a）	1090	13	-	-	-	-	-	1.5	1.00	逆時針	1300	1300	1.5
發明例12	1	1.6	對接	圖5（a）	1090	30	-	-	-	-	-	1.5	1.00	逆時針	800	800	1.0
發明例13	1	1.6	對接	圖6（b）	1090	8	0.4	-	0.050	-	槽狀	0	0.60	逆時針	3000	3000	1.2
發明例14	1	1.6	對接	圖6（b）	1090	13	0.5	-	0.038	-	階梯狀	0	0.60	逆時針	1300	1300	2.0
發明例15	1	1.6	對接	圖6（b）	1090	30	0.5	-	0.017	-	階梯狀	0	0.60	逆時針	800	800	1.2
發明例16	2	2.4	對接	圖6（a）	1090	13	0.5	-	0.038	-	-	0	1.40	逆時針	3000	3000	1.0
發明例17	2	2.4	對接	圖6（a）	1090	20	0.5	-	0.025	-	-	0	1.40	逆時針	2500	2500	1.2
發明例18	2	2.4	對接	圖6（a）	1090	40	0.5	-	0.013	-	-	0	1.40	逆時針	1500	1500	1.0
發明例19	1	1.6	對接	圖7（b）	1090	12	-	0.4	-	0.033	階梯狀	1.5	0.80	逆時針	1300	1300	2.0

*1：圖4（a）的旋轉工具為：銷：有，肩徑：12 mm，銷長度：0.5 mm；圖4（b）的旋轉工具為：銷：有，肩徑：20 mm，銷長度：0.7 mm。 圖5（a）的旋轉工具為：銷：無，前端部：平面狀，漩渦狀的階差部：無；圖5（b）的旋轉工具為：銷：無，前端部：平面狀，漩渦狀的階差部：有（順時針方向）。 圖6（a）的旋轉工具為：銷：無，前端部：凸型的曲面狀，漩渦狀的階差部：無；圖6（b）的旋轉工具為：銷：無，前端部：凸型的曲面狀，漩渦狀的階差部：有（順時針方向）。 圖7（a）的旋轉工具為：銷：無，前端部：凹型的曲面狀，漩渦狀的階差部：無；圖7（b）的旋轉工具為：銷：無，前端部：凹型的曲面狀，漩渦狀的階差部：有（順時針方向）。

[表2-2]

	試驗鋼板	試驗鋼板厚度 （mm）	接頭形式	表面側接合工具、背面側接合工具	旋轉工具的配置	對旋轉工具 前端部進行正視的狀態下的工具旋轉方向	旋轉工具的轉速RS	接合速度TS （m/分鐘）
形狀 （*1）	旋轉工具材質的維氏硬度	表面側旋轉工具、背面側旋轉工具的前端部直徑D （mm）	表面側旋轉工具、背面側旋轉工具的凸面高度dv （mm）	表面側旋轉工具、背面側旋轉工具的凹面深度dc （mm）	dv/D	dc/D	階差部 的條件	表面側旋轉工具、背面側旋轉工具傾斜角度α （°）	表面側旋轉工具、背面側旋轉工具的前端部間的距離G （mm）	表面側 （次/分鐘）	背面側 （次/分鐘）
發明例20	1	1.6	對接	圖5（b）	1090	6	-	-	-	-	槽狀	1.5	0.80	逆時針	3000	3000	1.0
發明例21	1	1.6	對接	圖6（b）	1090	9	0.6	-	0.067	-	階梯狀	0	0.80	逆時針	3000	3000	1.0
發明例22	1	1.6	對接	圖7（a）	1090	12	-	0.4	-	0.033	-	1.5	0.80	逆時針	1300	1300	2.0
發明例23	1	1.6	對接	圖5（a）	1090	6	-	-	-	-	-	1.5	0.80	逆時針	3000	3000	1.0
發明例24	1	1.6	對接	圖6（a）	1090	9	0.6	-	0.067	-	-	0	0.80	逆時針	3000	3000	1.0
發明例25	3	1.2	重疊	圖5（b）	1090	20	-	-	-	-	槽狀	1.5	1.40	逆時針	2500	2500	1.5
發明例26	3	1.2	重疊	圖5（b）	1090	40	-	-	-	-	槽狀	1.5	1.40	逆時針	1500	1500	1.0
發明例27	3	1.2	重疊	圖6（a）	1090	13	0.5	-	0.038	-	-	0	1.40	逆時針	3000	3000	1.0
比較例1	1	1.6	對接	圖7（b）	1090	8	-	0.2	-	0.025	階梯狀	0	0.80	順時針	3000	3000	1.2
比較例2	2	2.4	對接	圖5（b）	1090	13	-	-	-	-	階梯狀	0	1.40	順時針	3000	3000	1.0
比較例3	1	1.6	對接	圖6（b）	1090	30	0.5	-	0.017	-	階梯狀	0	0.60	順時針	800	800	1.2
比較例4	3	1.2	重疊	圖5（b）	1090	20	-	-	-	-	槽狀	1.5	1.40	順時針	2500	2500	1.5
比較例5	1	1.6	對接	圖4（a）	1090	13	-	0.3	-	0.023	-	0	1.30	逆時針	800	800	1.0
比較例6	1	1.6	對接	圖4（a）	1090	13	-	0.3	-	0.023	-	1.5	1.20	逆時針	1300	1300	2.0
比較例7	1	1.6	對接	圖4（a）	1090	13	-	0.3	-	0.023	-	3	1.30	逆時針	800	800	1.0
比較例8	2	2.4	對接	圖4（b）	1090	20	-	0.3	-	0.015	-	1.5	1.80	逆時針	3000	3000	1.0
比較例9	2	2.4	對接	圖4（b）	1090	20	-	0.3	-	0.015	-	0.0	2.00	逆時針	1600	1600	1.0
比較例10	3	1.2	重疊	圖4（b）	1090	20	-	0.3	-	0.015	-	0.0	2.00	逆時針	1600	1600	1.0

*1：圖4（a）的旋轉工具為：銷：有，肩徑：12 mm，銷長度：0.5 mm；圖4（b）的旋轉工具為：銷：有，肩徑：20 mm，銷長度：0.7 mm。 圖5（a）的旋轉工具為：銷：無，前端部：平面狀，漩渦狀的階差部：無；圖5（b）的旋轉工具為：銷：無，前端部：平面狀，漩渦狀的階差部：有（順時針方向）。 圖6（a）的旋轉工具為：銷：無，前端部：凸型的曲面狀，漩渦狀的階差部：無；圖6（b）的旋轉工具為：銷：無，前端部：凸型的曲面狀，漩渦狀的階差部：有（順時針方向）。 圖7（a）的旋轉工具為：銷：無，前端部：凹型的曲面狀，漩渦狀的階差部：無；圖7（b）的旋轉工具為：銷：無，前端部：凹型的曲面狀，漩渦狀的階差部：有（順時針方向）。

使用所得的接合接頭，如以下所示般進行評價。

（1）接頭外觀觀察中的表面缺陷的有無 觀察中，使用所得的接合接頭的接合速度成為表2-1及表2-2所記載的值的部位。關於表面缺陷的有無，藉由目視來判定是否因塑性流動不足而可見呈槽狀的未接合狀態，或是否因接合工具的肩部間的間隙G過窄而可見接合部成為凹形形狀的狀態。於作為表面缺陷而可見槽狀的未接合狀態或接合部的凹形形狀的狀態的情形時，藉由雷射位移計來測定其深度Dd（mm），按以下的基準進行評價。 ＜基準＞ ·無：所述記載的表面缺陷均未見。 ·良好：可見所述記載的表面缺陷的任一個，但所述深度Dd（mm）與鋼板的厚度t（mm）之比率（Dd/t）為0.1以下。 ·有：可見所述記載的表面缺陷的任一個，且所述深度Dd（mm）與鋼板的厚度t（mm）之比率（Dd/t）超過0.1。或者，槽狀的未接合狀態自表面貫通至背面。再者，於貫通的情形時，視為接合不成立，不進行內部缺陷及接頭強度的評價。

（II）接頭剖面觀察中的內部缺陷的有無 觀察中，於所得的接合接頭的接合速度成為表2-1及表2-2所記載的值的部位，將成為距接合開始側的端部20 mm的位置、距接合結束側的端部20 mm的位置、及成為兩端部的中間的位置的剖面分別切斷，作為試片。關於內部缺陷的有無，利用光學顯微鏡（倍率：10倍），按以下的基準來評價是否因塑性流動不足而可見形成於接合部內部的未接合狀態。 ＜基準＞ ·無：於所述記載的三處的任一位置，均未見形成為通道狀的未接合狀態。 良好：於所述記載的三處位置，可見一處形成於接合部內部的未接合狀態。 有：於所述記載的三處位置，可見兩處以上的形成於接合部內部的未接合狀態。

於表3中，分別表示（I）藉由實施一次接合長0.5 m的接合時的接頭外觀觀察所觀察到的表面缺陷的有無、及（II）藉由接頭剖面觀察所觀察到的內部缺陷的有無的判定結果。另外，於表3中，自所得的接合接頭採集JIS Z 3121所規定的1號試片的尺寸的拉伸試片，測定藉由該試片進行拉伸試驗（JIS Z 3121）時的拉伸強度，且使用愛理遜試驗機，測定焊接部的直至龜裂產生時間點為止的經塑性變形的壓入深度，並進行評價，示出評價結果。

由表3確認到，對接接頭的發明例1～發明例24、重疊接頭的發明例25～發明例27中，即便於使接合速度高速化至1.0 m以上的情形時，於接頭外觀觀察中亦未見表面缺陷，另外於接頭剖面觀察中亦未見內部缺陷，獲得了健全的接合狀態。進而，關於接頭強度，為成為母材的鋼板的拉伸強度的95%以上，且於愛理遜試驗中，獲得了5 mm以上的焊接部的直至龜裂產生時間點為止的壓入深度。

相對於此，對接接頭的比較例1～比較例3中，使用不具有探針且具有順時針方向的漩渦狀的階差部的各旋轉工具，將旋轉工具的旋轉方向設為順時針而進行接合。所得的接頭可見表面缺陷及內部缺陷，未獲得健全的接合狀態。進而，關於接頭強度，為成為母材的鋼板的拉伸強度的70%以下，且於愛理遜試驗中，焊接部的直至龜裂產生時間點為止的壓入深度成為4 mm以下。

重疊接頭的比較例4中，使用不具有探針且具有順時針方向的漩渦狀的階差部的旋轉工具，將旋轉工具的旋轉方向設為順時針而進行接合。所得的接頭可見表面缺陷及內部缺陷，未獲得健全的接合狀態。進而，關於接頭強度，為成為母材的鋼板的拉伸強度的70%以下，且於愛理遜試驗中，焊接部的直至龜裂產生時間點為止的壓入深度成為4 mm以下。

對接接頭的比較例5～比較例9中，使用有銷的旋轉工具，且設為D（旋轉工具的前端部的直徑（mm））、α（旋轉工具的傾斜角度（°））、及G（一對旋轉工具的前端部的距離（mm））全部滿足上文所述的式（1）、式（2）、式（3）的條件。

對接接頭的比較例5～比較例9中，即便於使接合速度高速化至1.0 m/分鐘以上的情形時，亦於接頭外觀觀察中未見表面缺陷，於接頭剖面觀察中亦未見內部缺陷，獲得了健全的接合狀態。另外，關於接頭強度、愛理遜試驗，亦確認到獲得了良好的結果。另一方面，確認到旋轉工具的耐久性差。

重疊接頭的比較例10中，即便於使接合速度高速化至1.0 m/分鐘以上的情形時，亦於接頭外觀觀察中未見表面缺陷，於接頭剖面觀察中亦未見內部缺陷，獲得了健全的接合狀態。另外，關於接頭強度、愛理遜試驗，亦確認到獲得了良好的結果。另一方面，確認到旋轉工具的耐久性差。

[表3]

	接頭外觀觀察中的表面缺陷的有無	接頭剖面觀察中的內部缺陷的有無	拉伸強度 （MPa）	愛理遜試驗： 焊接部的直至龜裂產生為止的壓入深度（mm）
發明例1	無	無	1009	8.3
發明例2	無	無	1012	8.4
發明例3	無	無	1007	8.2
發明例4	無	無	1005	8.2
發明例5	無	無	1006	8.3
發明例6	無	無	1001	8.1
發明例7	無	無	430	8.8
發明例8	無	無	433	9.0
發明例9	無	無	432	9.0
發明例10	無	無	1005	8.1
發明例11	無	無	1002	8.2
發明例12	無	無	1000	8.0
發明例13	無	無	1012	8.3
發明例14	無	無	1015	8.3
發明例15	無	無	1007	8.1
發明例16	無	無	430	8.8
發明例17	無	無	433	8.9
發明例18	無	無	432	8.8
發明例19	無	良好	990	7.8
發明例20	良好	良好	999	7.8
發明例21	良好	無	995	7.9
發明例22	無	良好	980	7.5
發明例23	良好	良好	987	7.7
發明例24	良好	無	983	7.6
發明例25	無	無	1011	5.5
發明例26	無	無	1006	5.2
發明例27	良好	無	1002	5.2
比較例1	有（未接合部）	有	587	3.3
比較例2	有（未接合部）	有	274	2.5
比較例3	有（未接合部）	有	487	2.8
比較例4	有（未接合部）	有	657	2.1
比較例5	無	無	1001	7.9
比較例6	無	無	1003	8.0
比較例7	無	無	997	7.8
比較例8	無	無	424	8.7
比較例9	無	無	422	8.7
比較例10	無	無	995	4.2

於表4中，示出反覆進行接合長0.5 m的接合，相對於累計的接合次數而於接頭剖面觀察中未產生內部缺陷而可獲得健全接頭的概率達到90%以上的接合次數。如表4所示，對接接頭的發明例1～發明例24、重疊接頭的發明例25～發明例27中，可獲得健全接頭的概率達到90%以上的接合次數為13次以上。

相對於此，對接接頭的比較例1～比較例3中，使用不具有探針且具有順時針方向的漩渦狀的階差部的各旋轉工具，將旋轉工具的旋轉方向設為順時針來進行接合。比較例1～比較例3中，可獲得健全接頭的概率達到90%以上的接合次數為0次。

重疊接頭的比較例4中，使用不具有探針且具有順時針方向的槽狀的階差部的旋轉工具，將旋轉工具的旋轉方向設為順時針來進行接合。比較例4中，可獲得健全接頭的概率達到90%以上的接合次數為0次。

對接接頭的比較例5～比較例9中，使用有銷的旋轉工具進行接合。可獲得健全接頭的概率達到90%以上的接合次數為10次以下。

重疊接頭的比較例10中，使用有銷的旋轉工具進行接合。可獲得健全接頭的概率達到90%以上的接合次數為10次以下。

如以上那樣，若對不具有探針且具有漩渦狀的階差部的旋轉工具將階差部的漩渦的方向與旋轉工具的旋轉方向設為相同來進行接合，則產生接頭的缺陷或接頭強度產生問題。有銷的旋轉工具的情況下，顯示旋轉工具的耐久性差。

表3中，由除了有無漩渦狀的階差部以外以相同條件進行實驗的發明例1及發明例4、發明例2及發明例5、發明例3及發明例6、發明例19及發明例22、發明例20及發明例23、發明例21及發明例24的結果顯示，藉由使用包括漩渦狀的階差部的旋轉工具，從而可提高接頭的接合強度。

另外，由以不滿足以下所示的式（5）的條件進行實驗的發明例19及發明例22的結果顯示，若超過式（5）的範圍，則有時雖然成為表面缺陷「無」的評價，但對足以接合的塑性流動的確保造成影響，導致產生內部缺陷。即得知，藉由具備凹部的旋轉工具進一步滿足式（5）的條件，從而可更有效地抑制表面缺陷及內部缺陷的產生，故而可獲得充分強度的接頭。 dc/D≦0.03···式（5）

另外，由以低於以下所示的式（3）的範圍的下限的條件進行實驗的發明例20及發明例23的結果顯示，若低於式（3）的範圍的下限，則雖然表面缺陷及內部缺陷的評價為「良好」，但有時對針對板厚方向的均質塑性流動的確保造成影響，導致產生表面缺陷、內部缺陷。即得知，藉由具備平面的旋轉工具進一步滿足式（3）的條件，從而可更有效地抑制表面缺陷及內部缺陷的產生，故而可獲得充分強度的接頭。 4×t≦D≦20×t···式（3）

由以不滿足式（4）的條件進行實驗的發明例21及發明例24的結果顯示，若超過式（4）的範圍，則雖然表面缺陷及內部缺陷的評價為「良好」，但有時對接合部的表面的形狀造成影響，導致產生表面缺陷。即得知，藉由具備凸部的旋轉工具進一步滿足式（4）的條件，從而可更有效地抑制表面缺陷及內部缺陷的產生，故而可獲得充分強度的接頭。 dv/D≦0.06··式（4）

[表4]

	可獲得健全接頭的概率達到90%以上的接合次數
發明例1	16
發明例2	18
發明例3	21
發明例4	15
發明例5	15
發明例6	19
發明例7	13
發明例8	14
發明例9	17
發明例10	16
發明例11	15
發明例12	20
發明例13	18
發明例14	21
發明例15	24
發明例16	15
發明例17	16
發明例18	17
發明例19	16
發明例20	15
發明例21	23
發明例22	14
發明例23	14
發明例24	18
發明例25	15
發明例26	16
發明例27	15
比較例1	0
比較例2	0
比較例3	0
比較例4	0
比較例5	10
比較例6	8
比較例7	10
比較例8	7
比較例9	9
比較例10	8

1:表面側旋轉工具 2:表面側旋轉工具的前端部 3:表面側旋轉工具的旋轉軸 4:鋼帶 4a:前行鋼帶 4b:後行鋼帶 5:接合部 6:相對於鋼帶為鉛垂方向的垂直線 7:接合中央線 8:背面側旋轉工具 9:背面側旋轉工具的前端部 10:背面側旋轉工具的旋轉軸 11:前端部 11a:平面狀 11b:凸型的曲面狀 11c:凹型的曲面狀 12:階差部 12b:階梯部 12c:槽部 13:握持裝置 20:旋轉工具 21:探針（銷） 22:肩部 A、B:點 D:旋轉工具的前端部的直徑 G:旋轉工具的前端部間的距離 RS:旋轉工具的轉速 Tb、Ts:旋轉方向 t:鋼帶的厚度 α:旋轉工具的傾斜角度

圖1為對本發明的雙面摩擦攪拌接合方法進行說明的概略圖，表示對接接合的一例。 圖2為對本發明的雙面摩擦攪拌接合方法進行說明的概略圖，表示重疊接合的一例。 圖3的（a）及圖3的（b）為對藉由旋轉工具進行摩擦攪拌的區域進行說明的圖，圖3的（a）為平面圖，圖3的（b）為圖3的（a）所示的A-A'線剖面圖。 圖4的（a）及圖4的（b）表示現有的旋轉工具的形狀，分別是上部為側面圖，下部為平面圖。 圖5的（a）～圖5的（c）表示本發明的旋轉工具的第一實施形態的形狀，分別是上部為側面圖，下部為平面圖。 圖6的（a）及圖6的（b）表示本發明的旋轉工具的第二實施形態的形狀，分別是上部為側面圖，下部為平面圖。 圖7的（a）及圖7的（b）表示本發明的旋轉工具的第三實施形態的形狀，分別是上部為側面圖，下部為平面圖。 圖8的（a）～圖8的（c）表示設於本發明的旋轉工具的階差部的形狀，圖8的（a）為平面圖，圖8的（b）及圖8的（c）分別為圖8的（a）所示的B-B'線剖面圖。 圖9為對構成本發明的階差部的漩渦的描畫方式的示例進行說明的圖。 圖10為對構成本發明的階差部的漩渦的描畫方式的示例進行說明的圖。 圖11為對構成本發明的階差部的漩渦的描畫方式的示例進行說明的圖。 圖12為對構成本發明的階差部的漩渦的描畫方式的示例進行說明的圖。 圖13為對構成本發明的階差部的漩渦的描畫方式的示例進行說明的圖。 圖14為對利用本發明的雙面摩擦攪拌接合裝置的鋼帶（前行鋼帶與後行鋼帶）的接合方法進行說明的概略圖，表示對接接合的一例。

1:表面側旋轉工具

2:表面側旋轉工具的前端部

3:表面側旋轉工具的旋轉軸

4:鋼帶

5:接合部

6:相對於鋼帶為鉛垂方向的垂直線

7:接合中央線

8:背面側旋轉工具

9:背面側旋轉工具的前端部

10:背面側旋轉工具的旋轉軸

α:旋轉工具的傾斜角度

Tb、Ts:旋轉方向

Claims (18)

1. 一種雙面摩擦攪拌接合方法，於將前行鋼帶的後端與後行鋼帶的前端加以對接接合或重疊接合時， 使分別配置於鋼帶的對接部或重疊部的一個面側與另一面側的一對旋轉工具一邊相互向相反方向旋轉，一邊按壓於所述鋼帶的對接部或重疊部並沿接合方向移動，藉由所述旋轉工具與所述鋼帶的未接合部的摩擦熱使所述鋼帶的未接合部軟化，並且利用所述旋轉工具來攪拌經所述軟化的部位，藉此產生塑性流動而將所述鋼帶彼此接合，且 所述一對旋轉工具含有形成為圓形且平面狀、圓形且凸型的曲面狀、及圓形且凹型的曲面狀的任一種的前端部， 所述前端部為較所述鋼帶更硬的材質。
2. 如請求項1所述的雙面摩擦攪拌接合方法，其中所述前端部具有向與旋轉方向相反的方向形成的漩渦狀的階差部。
3. 如請求項1或請求項2所述的雙面摩擦攪拌接合方法，其中使所述一對旋轉工具的旋轉軸自所述鋼帶的未接合部表面的法線相對於接合方向而向後方側傾斜的傾斜角度α（°）、所述前端部的直徑D（mm）、及所述一對旋轉工具的所述前端部間的距離G（mm）滿足以下的式（1）及式（2）， 0≦α≦3···（1）， 0.25×t－0.2×D×sinα≦G≦0.8×t－0.2×D×sinα···（2）， 此處，t於將鋼帶對接的情形時設為鋼帶的厚度（mm），於將鋼帶重疊的情形時設為經重疊的鋼帶的總厚度（mm）。
4. 如請求項1至請求項3中任一項所述的雙面摩擦攪拌接合方法，其中所述前端部的直徑D（mm）滿足式（3）， 4×t≦D≦20×t···（3）， 此處，t於將鋼帶對接的情形時設為鋼帶的厚度（mm），於將鋼帶重疊的情形時設為經重疊的鋼帶的總厚度（mm）。
5. 如請求項1至請求項4中任一項所述的雙面摩擦攪拌接合方法，其中於將所述前端部的所述凸型的曲面高度設為dv（mm）時， 所述前端部的直徑D（mm）與所述凸型的曲面高度dv滿足式（4）， dv/D≦0.06···（4）。
6. 如請求項1至請求項4中任一項所述的雙面摩擦攪拌接合方法，其中於將所述前端部的所述凹型的曲面深度設為dc（mm）時， 所述前端部的直徑D（mm）與所述凹型的曲面深度dc滿足式（5）， dc/D≦0.03···（5）。
7. 一種冷軋鋼帶的製造方法，使用請求項1至請求項6中任一項所述的雙面摩擦攪拌接合方法將前行鋼帶的後端與後行鋼帶的前端接合後，進行冷軋或於酸洗後進行冷軋。
8. 如請求項7所述的冷軋鋼帶的製造方法，其中於所述冷軋之後進行退火。
9. 一種鍍覆鋼帶的製造方法，使用請求項1至請求項6中任一項所述的雙面摩擦攪拌接合方法將前行鋼帶的後端與後行鋼帶的前端接合後，進行冷軋或於酸洗後進行冷軋，繼而進行退火及鍍覆。
10. 一種雙面摩擦攪拌接合裝置，具有：一對旋轉工具，與兩張鋼帶的未接合部相向地分別配置；以及控制裝置，控制所述一對旋轉工具的動作， 於經對接或重合的所述鋼帶的未接合部，所述一對旋轉工具一邊按壓及相互向相反方向旋轉一邊沿接合方向移動，藉此將所述鋼帶彼此接合，且 所述一對旋轉工具含有形成為圓形且平面狀、圓形且凸型的曲面狀、及圓形且凹型的曲面狀的任一種的前端部， 所述前端部為較所述鋼帶更硬的材質。
11. 如請求項10所述的雙面摩擦攪拌接合裝置，其中所述前端部具有向與旋轉方向相反的方向形成的漩渦狀的階差部。
12. 如請求項10或請求項11所述的雙面摩擦攪拌接合裝置，其中所述控制裝置以下述方式進行控制：使所述一對旋轉工具的旋轉軸自所述鋼帶的未接合部表面的法線相對於接合方向而向後方側傾斜的傾斜角度α（°）、所述前端部的直徑D（mm）、及所述一對旋轉工具的所述前端部間的距離G（mm）滿足以下的式（1）及式（2）， 0≦α≦3···（1） 0.25×t－0.2×D×sinα≦G≦0.8×t－0.2×D×sinα···（2） 此處，t於將鋼帶對接的情形時設為鋼帶的厚度（mm），於將鋼帶重疊的情形時設為經重疊的鋼帶的總厚度（mm）。
13. 如請求項10至請求項12中任一項所述的雙面摩擦攪拌接合裝置，其中所述前端部的直徑D（mm）滿足式（3）， 4×t≦D≦20×t···式（3）， 此處，t於將鋼帶對接的情形時設為鋼帶的厚度（mm），於將鋼帶重疊的情形時設為經重疊的鋼帶的總厚度（mm）。
14. 如請求項10至請求項13中任一項所述的雙面摩擦攪拌接合裝置，其中於將所述前端部的所述凸型的曲面高度設為dv（mm）時， 所述前端部的直徑D（mm）與所述凸型的曲面高度dv滿足式（4）， dv/D≦0.06···（4）。
15. 如請求項10至請求項13中任一項所述的雙面摩擦攪拌接合裝置，其中於將所述前端部的所述凹型的曲面深度設為dc（mm）時， 所述前端部的直徑D（mm）與所述凹型的曲面深度dc滿足式（5）， dc/D≦0.03···（5）。
16. 一種冷軋鋼帶的製造設備，除了請求項10至請求項15中任一項所述的雙面摩擦攪拌接合裝置以外，亦包括：對經接合的鋼帶進行冷軋的冷軋機構、或者對經接合的鋼帶於藉由酸洗機構進行的酸洗後進行冷軋的冷軋機構。
17. 如請求項16所述的冷軋鋼帶的製造設備，更包括：退火機構，對經冷軋的鋼帶進行退火。
18. 一種鍍覆鋼帶的製造設備，除了請求項10至請求項15中任一項所述的雙面摩擦攪拌接合裝置以外，亦包括：對經接合的鋼帶進行冷軋的冷軋機構、或對經接合的鋼帶於利用酸洗機構進行的酸洗後進行冷軋的冷軋機構；退火機構，對經冷軋的鋼帶進行退火；以及鍍覆機構，對經退火的鋼帶進行鍍覆處理。

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