WO2020213191A1 - 接合方法及び複合圧延材の製造方法 - Google Patents

接合方法及び複合圧延材の製造方法 Download PDF

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WO2020213191A1
WO2020213191A1 PCT/JP2019/036689 JP2019036689W WO2020213191A1 WO 2020213191 A1 WO2020213191 A1 WO 2020213191A1 JP 2019036689 W JP2019036689 W JP 2019036689W WO 2020213191 A1 WO2020213191 A1 WO 2020213191A1
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WO
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metal member
side pin
joining
end side
outer peripheral
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PCT/JP2019/036689
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English (en)
French (fr)
Inventor
堀　久司
宏介 山中
Original Assignee
日本軽金属株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding

Definitions

  • the present invention relates to a joining method and a method for manufacturing a composite rolled material.
  • Patent Document 1 discloses a technique of friction stir welding of metal members made of different materials with a rotary tool.
  • the present invention is a joining method for joining a pair of metal members made of different materials by using a rotation tool provided with a proximal end side pin and the proximal end side pin.
  • the taper angle of the first is larger than the taper angle of the tip side pin
  • a stepped step portion is formed on the outer peripheral surface of the base end side pin
  • the first end is provided with a vertical surface.
  • the present invention is a joining method for joining a pair of metal members made of different materials by using a rotation tool provided with a proximal end side pin and a distal end side pin, and the taper angle of the proximal end side pin is the tip. It is larger than the taper angle of the side pin, and a stepped step portion is formed on the outer peripheral surface of the base end side pin, and the first metal member having a vertical surface at the end and the end A preparatory step for preparing a second metal member having an inclined surface and having a higher melting point and a smaller plate thickness than the first metal member, and V by abutting the ends of the first metal member and the second metal member against each other.
  • a butt step for forming a butt portion having a character-shaped gap, the tip side pin that rotates is inserted only from the surface of the first metal member, and the outer peripheral surface of the base end side pin is inserted into the first metal member.
  • the rotating tool With the outer peripheral surface of the tip end side pin in contact with at least the first metal member while contacting the surface of the first metal member, the rotating tool is moved along the butt portion while flowing the first metal member into the gap. It includes a joining step of joining the first metal member and the second metal member by relative movement, and a rolling step of rolling the metal members joined in the joining step with the joining line as the rolling direction.
  • the inclination angle of the rotation center axis of the rotation tool with respect to the vertical surface is ⁇
  • the inclination angle of the inclined surface with respect to the vertical surface is ⁇
  • the joining method or a manufacturing method only the second metal member needs to form the inclined surface. Further, since both metal members are butted with a V-shaped gap, high accuracy is not required and the butting work can be easily performed. Further, for example, if the rotation tool is inserted so as to come into contact with only the first metal member, the joining conditions can be adjusted according to the first metal member having a low softening temperature, and the amount of heat input can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent the first metal member from being greatly softened and excessive burrs from being generated, and it is possible to prevent joint defects due to metal shortage.
  • the tilt angle ⁇ with respect to the vertical surface of the rotation center axis of the rotation tool is made to match the value obtained by subtracting the tilt angle ⁇ of the tilt surface from the tilt angle ⁇ with respect to the rotation center axis of the outer peripheral surface of the tip side pin.
  • the optimum values for ⁇ and ⁇ can be selected, and the outer peripheral surface of the tip side pin and the inclined surface are made parallel to avoid contact between the outer peripheral surface of the tip side pin and the inclined surface, and the tip side pin
  • the outer peripheral surface and the inclined surface can be brought close to each other as much as possible in the height direction. Further, by making the plate thickness of the first metal member larger than the plate thickness of the second metal member, it is possible to prevent a metal shortage at the joint portion.
  • the butt step it is preferable to butt the first metal member and the second metal member with the back surfaces of the first metal member and the second metal member flush with each other.
  • the back surfaces of the metal members can be made flush with each other.
  • the back surface of the first metal member is at a position lower than the back surface of the second metal member, and the surface of the first metal member is at a position higher than the surface of the second metal member.
  • the first metal member and the second metal member are butted against each other, and in the joining step, the tip of the tip side pin is positioned below the height of the back surface of the second metal member. It is preferable to set the insertion depth.
  • friction stir welding can be performed over the entire depth direction of the second metal member.
  • the rotation tool is rotated so that the second metal member side is the shear side and the first metal member side is the flow side in the plasticized region formed in the movement locus of the rotation tool. It is preferable to set the direction and the traveling direction.
  • the temperature of the first metal member at the butt portion is lowered, and mutual diffusion at the interface between different metals is not promoted, resulting in poor bonding. There is a risk of becoming.
  • the temperature of the first metal member at the butt portion can be kept relatively high, which is different. Mutual diffusion at the interface between metals is promoted, and it is possible to prevent poor bonding.
  • the shear side is the side where the relative speed of the outer circumference of the rotating tool with respect to the joint is the value obtained by adding the magnitude of the moving speed to the magnitude of the tangential speed on the outer circumference of the rotating tool.
  • the flow side is the side where the relative speed of the outer circumference of the rotating tool with respect to the joint is the value obtained by subtracting the magnitude of the moving speed from the magnitude of the tangential velocity on the outer circumference of the rotating tool.
  • the first metal member is formed of aluminum or an aluminum alloy
  • the second metal member is formed of copper or a copper alloy
  • the outer peripheral surface of the base end side pin is formed.
  • the first metal member is allowed to flow into the gap while the outer peripheral surface of the tip end side pin is not in contact with the second metal member while being in contact with only the surface of the first metal member. It is preferable to move the rotating tool relative to each other to join the first metal member and the second metal member.
  • a metal member made of copper or a copper alloy and a metal member made of aluminum or an aluminum alloy can be suitably joined.
  • the rotation tool when a left-handed spiral groove is engraved on the outer peripheral surface of the tip-side pin from the base end to the tip, the rotation tool is rotated clockwise to be based on the outer peripheral surface of the tip-side pin.
  • a clockwise spiral groove is carved from the end to the tip, it is preferable to rotate the rotation tool counterclockwise.
  • the plastically fluidized metal is guided by the spiral groove and flows to the tip side of the rotating tool, so that the generation of burrs can be suppressed.
  • Another invention is a joining method for joining a pair of metal members of different materials using a rotation tool provided with a proximal end pin and a distal end pin, wherein the taper angle of the proximal end pin is the tip. It is larger than the taper angle of the side pin, and a stepped step portion is formed on the outer peripheral surface of the base end side pin, and the first metal member having a vertical surface at the end and the back surface side.
  • the first metal member is allowed to flow into the gap along the butt portion.
  • the joining step includes a joining step of joining the first metal member and the second metal member by relatively moving the rotating tool, and in the joining step, the inclination angle of the rotation center axis of the rotating tool with respect to the vertical plane is ⁇ .
  • the inclination angle of the first inclined surface with respect to the vertical surface is ⁇
  • the inclination angle of the second inclined surface with respect to the vertical surface is ⁇ '
  • the inclination angle of the outer peripheral surface of the tip end side pin with respect to the rotation center axis is ⁇ .
  • the present invention is a joining method for joining a pair of metal members made of different materials by using a rotation tool provided with a proximal end side pin and a distal end side pin, and the taper angle of the proximal end side pin is the tip. It is larger than the taper angle of the side pin, and a stepped step portion is formed on the outer peripheral surface of the base end side pin, and the first metal member having a vertical surface at the end and the back surface side.
  • the outer peripheral surface of the proximal end side pin was brought into contact with the surface of the first metal member, and the outer peripheral surface of the distal end side pin and the proximal end side pin was brought into contact with at least the first metal member.
  • the joining step of joining the first metal member and the second metal member by relatively moving the rotating tool along the butt portion while flowing the first metal member into the gap, and the joining.
  • the joining step includes a rolling step of rolling the metal members joined in the step with the joining line as the rolling direction.
  • the inclination angle of the rotation center axis of the rotation tool with respect to the vertical plane is set to ⁇ , and the first The inclination angle of one inclined surface with respect to the vertical surface is ⁇ , the inclination angle of the second inclined surface with respect to the vertical surface is ⁇ ', the inclination angle of the outer peripheral surface of the tip end side pin with respect to the rotation center axis is ⁇ , and the base.
  • the joining method or a manufacturing method only the second metal member needs to form the inclined surface. Further, since both metal members are butted with a V-shaped gap, high accuracy is not required and the butting work can be easily performed. Further, for example, if the rotation tool is inserted so as to come into contact with only the first metal member, the joining conditions can be adjusted according to the first metal member having a low softening temperature, and the amount of heat input can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent the first metal member from being greatly softened and excessive burrs from being generated, and it is possible to prevent joint defects due to metal shortage.
  • Optimal as tilt angles ⁇ , ⁇ , ⁇ ', ⁇ ' by matching the tilt angle ⁇ 'with respect to the rotation center axis of the outer peripheral surface of the side pin to the value obtained by subtracting the tilt angle ⁇ 'with respect to the vertical surface of the second tilt plane.
  • the value can be selected, and the outer peripheral surface of the tip side pin and the first inclined surface and the outer peripheral surface of the proximal end side pin and the second inclined surface are made parallel to each other so that the distal end side pin and the proximal end side pin can be selected. While avoiding excessive contact between the outer peripheral surface and each inclined surface, the outer peripheral surface of the tip end side pin and the proximal end side pin and each inclined surface can be brought close to each other as much as possible in the height direction. Further, by making the plate thickness of the first metal member larger than the plate thickness of the second metal member, it is possible to prevent a metal shortage at the joint portion.
  • the butt step it is preferable to butt the first metal member and the second metal member with the back surfaces of the first metal member and the second metal member flush with each other.
  • the back surfaces of the metal members can be made flush with each other.
  • the back surface of the first metal member is at a position lower than the back surface of the second metal member, and the surface of the first metal member is at a position higher than the surface of the second metal member.
  • the first metal member and the second metal member are butted against each other, and in the joining step, the tip of the tip side pin is positioned below the height of the back surface of the second metal member. It is preferable to set the insertion depth.
  • friction stir welding can be performed over the entire depth direction of the second metal member.
  • the rotation tool is rotated so that the second metal member side is the shear side and the first metal member side is the flow side in the plasticized region formed in the movement locus of the rotation tool. It is preferable to set the direction and the traveling direction.
  • the temperature of the first metal member at the butt portion is lowered, and mutual diffusion at the interface between different metals is not promoted, resulting in poor bonding. There is a risk of becoming.
  • the temperature of the first metal member at the butt portion can be kept relatively high, which is different. Mutual diffusion at the interface between metals is promoted, and it is possible to prevent poor bonding.
  • the shear side is the side where the relative speed of the outer circumference of the rotating tool with respect to the joint is the value obtained by adding the magnitude of the moving speed to the magnitude of the tangential speed on the outer circumference of the rotating tool.
  • the flow side is the side where the relative speed of the outer circumference of the rotating tool with respect to the joint is the value obtained by subtracting the magnitude of the moving speed from the magnitude of the tangential velocity on the outer circumference of the rotating tool.
  • the first metal member is formed of aluminum or an aluminum alloy
  • the second metal member is formed of copper or a copper alloy
  • the outer peripheral surface of the base end side pin is formed.
  • the first metal member is allowed to flow into the gap while the outer peripheral surface of the tip end side pin is not in contact with the second metal member while being in contact with only the surface of the first metal member. It is preferable to move the rotating tool relative to each other to join the first metal member and the second metal member.
  • a metal member made of copper or a copper alloy and a metal member made of aluminum or an aluminum alloy can be suitably joined.
  • the rotation tool when a left-handed spiral groove is engraved on the outer peripheral surface of the tip-side pin from the base end to the tip, the rotation tool is rotated clockwise to be based on the outer peripheral surface of the tip-side pin.
  • a clockwise spiral groove is carved from the end to the tip, it is preferable to rotate the rotation tool counterclockwise.
  • the plastically fluidized metal is guided by the spiral groove and flows to the tip side of the rotating tool, so that the generation of burrs can be suppressed.
  • the rotary tool is a tool used for friction stir welding.
  • the rotary tool F is made of, for example, tool steel, and is mainly composed of a base shaft portion F1, a base end side pin F2, and a tip end side pin F3.
  • the base shaft portion F1 has a columnar shape and is a portion connected to the main shaft of the friction stir welder.
  • the base end side pin F2 is continuous with the base shaft portion F1 and is tapered toward the tip end.
  • the proximal end side pin F2 has a truncated cone shape.
  • the taper angle A of the base end side pin F2 may be appropriately set, but is, for example, 135 to 160 °. If the taper angle A is less than 135 ° or exceeds 160 °, the joint surface roughness after friction stir welding becomes large.
  • the taper angle A is larger than the taper angle B of the tip side pin F3 described later.
  • a stepped pin step portion F21 is formed on the outer peripheral surface of the base end side pin F2 over the entire height direction.
  • the pin step portion F21 is formed in a clockwise or counterclockwise spiral shape.
  • the pin step portion F21 has a spiral shape when viewed in a plane and a step shape when viewed from a side surface.
  • the pin step portion F21 in order to rotate the rotation tool F clockwise, is set counterclockwise from the base end side to the tip end side.
  • the pin step portion F21 is composed of a step bottom surface F21a and a step side surface F21b.
  • the distance X1 (horizontal distance) between the vertices F21c and F21c of the adjacent pin step portions F21 is appropriately set according to the step angle C and the height Y1 of the step side surface F21b described later.
  • the height Y1 of the step side surface F21b may be appropriately set, but is set to, for example, 0.1 to 0.4 mm. If the height Y1 is less than 0.1 mm, the joint surface roughness becomes large. On the other hand, when the height Y1 exceeds 0.4 mm, the joint surface roughness tends to increase, and the number of effective step portions (the number of pin step portions F21 in contact with the metal member to be joined) also decreases.
  • the step angle C formed by the step bottom surface F21a and the step side surface F21b may be appropriately set, but is set to, for example, 85 to 120 °.
  • the step bottom surface F21a is parallel to the horizontal plane in this embodiment.
  • the step bottom surface F21a may be inclined in the range of -5 ° to 15 ° with respect to the horizontal plane from the rotation axis of the tool toward the outer peripheral direction (minus is downward with respect to the horizontal plane, plus is with respect to the horizontal plane).
  • the distance X1, the height Y1 of the step side surface F21b, the step angle C, and the angle of the step bottom surface F21a with respect to the horizontal plane are such that the plastic fluid material does not stay inside the pin step portion F21 and adhere to the outside during friction stir welding. It is appropriately set so that the joint surface roughness can be reduced by pressing the plastic fluid material with the step bottom surface F21a.
  • the distal end side pin F3 is continuously formed on the proximal end side pin F2.
  • the tip side pin F3 has a truncated cone shape.
  • the tip of the tip side pin F3 is a flat surface F4 perpendicular to the rotation axis.
  • the taper angle B of the tip end side pin F3 is smaller than the taper angle A of the base end side pin F2.
  • a spiral groove F31 is engraved on the outer peripheral surface of the tip end side pin F3.
  • the spiral groove F31 may be clockwise or counterclockwise, but in the present embodiment, in order to rotate the rotation tool F clockwise, it is carved counterclockwise from the proximal end side to the distal end side.
  • the spiral groove F31 is composed of a spiral bottom surface F31a and a spiral side surface F31b.
  • the distance (horizontal distance) between the vertices F31c and F31c of the adjacent spiral grooves F31 is defined as the length X2.
  • the height of the spiral side surface F31b is defined as the height Y2.
  • the spiral angle D composed of the spiral bottom surface F31a and the spiral side surface F31b is formed at, for example, 45 to 90 °.
  • the spiral groove F31 has a role of increasing frictional heat by coming into contact with the metal member to be joined and guiding the plastic fluid material to the tip side.
  • FIG. 3 is a side view showing a first modification of the rotation tool of the present invention.
  • the step angle C formed by the step bottom surface F21a of the pin step portion F21 and the step side surface F21b is 85 °.
  • the step bottom surface F21a is parallel to the horizontal plane.
  • the step bottom surface F21a is parallel to the horizontal plane, and the step angle C may be an acute angle within a range in which the plastic fluid material stays in the pin step portion F21 during friction stir welding and escapes to the outside without adhering. ..
  • FIG. 4 is a side view showing a second modification of the rotation tool of the present invention.
  • the step angle C of the pin step portion F21 is 115 °.
  • the step bottom surface F21a is parallel to the horizontal plane.
  • the step bottom surface F21a is parallel to the horizontal plane, and the step angle C may be an obtuse angle within the range of functioning as the pin step portion F21.
  • FIG. 5 is a side view showing a third modification of the rotation tool of the present invention.
  • the step bottom surface F21a is inclined 10 ° upward with respect to the horizontal plane from the rotation axis of the tool toward the outer peripheral direction.
  • the step side surface F21b is parallel to the vertical surface.
  • the step bottom surface F21a may be formed so as to incline upward from the horizontal plane from the rotation axis of the tool toward the outer peripheral direction within a range in which the plastic fluid material can be pressed during friction stir welding.
  • the same effect as that of the following embodiment can be obtained by the first to third modifications of the rotation tool.
  • the method for producing a composite rolled material according to the present embodiment is to obtain a composite rolled material by joining a pair of metal members with a rotary tool F and then rolling them.
  • the surface opposite to the "back surface” will be referred to as the "front surface”.
  • the first metal member 1 has a plate shape.
  • the end surface 1a of the first metal member 1 is a vertical surface perpendicular to the front surface 1b and the back surface 1c.
  • the first metal member 1 is formed of an aluminum alloy in the present embodiment, it may be formed of a metal material such as aluminum, copper, copper alloy, titanium, titanium alloy, magnesium, magnesium alloy, etc., which can be agitated by friction.
  • the second metal member 2 has a plate shape.
  • the plate thickness of the second metal member 2 is smaller than the plate thickness of the first metal member 1.
  • the end surface 2a of the second metal member 2 is an inclined surface that is inclined with respect to the vertical surface.
  • the inclination angle ⁇ of the end face 2a may be appropriately set, but in the present embodiment, the inclination angle ⁇ of the tip side pin F3 is smaller than the inclination angle ⁇ .
  • the second metal member 2 is made of a material having a higher melting point than the first metal member 1 and capable of friction stir welding.
  • the second metal member 2 may be formed of, for example, copper or a copper alloy.
  • the method for manufacturing the composite rolled material according to the present embodiment includes a preparation step, a butt step, a joining step, and a rolling step.
  • the joining method within the claims is a step of performing a preparation step, a butt step, and a joining step.
  • the preparatory step is a step of preparing the first metal member 1, the second metal member 2, and the rotation tool F described above.
  • the butt step is a step of butting the ends of the first metal member 1 and the second metal member 2 against each other.
  • the end face 1a of the first metal member 1 and the end face 2a of the second metal member 2 are butted to form the butt portion J.
  • the butt portion J is formed with a gap having a V-shaped cross section so that the opening widens toward the surfaces 1b and 2b.
  • the back surface 1c of the first metal member 1 and the back surface 2c of the second metal member 2 are flush with each other.
  • the first metal member 1 and the second metal member 2 are immovably fixed to the gantry K.
  • the joining step is a step of joining the first metal member 1 and the second metal member 2 using the rotary tool F.
  • the starting position Sp is set on the surface 1b of the first metal member 1 and in the vicinity of the butt portion J. Insert the tip side pin F3.
  • the rotation tool F is relatively moved in parallel with the extension direction of the butt portion J.
  • a plasticized region W is formed in the movement locus of the rotation tool F.
  • friction stir welding is mainly performed so that the plastic fluid material on the first metal member 1 side flows into the gap of the butt portion J.
  • the tip side pin F3 is tilted toward the first metal member by tilting the rotation center axis j of the rotation tool F toward the first metal member by an inclination angle ⁇ with respect to the vertical plane.
  • Friction stir welding is performed in a state of being in contact with only 1.
  • the direction in which the rotation center axis j of the rotation tool F is tilted is determined by the relationship between the tilt angles ⁇ and ⁇ .
  • the tilt angle ⁇ becomes a positive value
  • the rotation center axis j of the rotation tool F is tilted toward the first metal member side.
  • the tilt angle ⁇ becomes a negative value
  • the rotation center axis j of the rotation tool F is tilted toward the second metal member 2.
  • ⁇ ⁇
  • the inclination angle ⁇ becomes “0 (zero)”
  • the rotation center axis j of the rotation tool F is not tilted and is parallel to the vertical plane.
  • the second metal member 2 side (the side closer to the butt portion J) is the shear side
  • the first metal member 1 side (the side separated from the butt portion J) is the flow side. It is set as. That is, in the joining step according to the present embodiment, the first metal member 1 is arranged so as to be located on the right side in the traveling direction, and the rotation tool F is rotated clockwise. When the second metal member 2 is arranged so as to be located on the right side in the traveling direction, the rotation tool F is rotated counterclockwise so that the second metal member 2 side (the side closer to the butt portion J) in the plasticized region W ) Is on the sheer side.
  • the insertion depth of the tip side pin F3 may be appropriately set as shown in FIG. 8, but in the present embodiment, it is set to a depth of about 90% of the plate thickness of the first metal member 1. Further, in the joining step of the present embodiment, the start position Sp is such that the rotary tool F does not come into contact with the second metal member 2 and the first metal member 1 and the second metal member 2 are diffusion-welded by friction stir welding. The position and movement route of are set. Further, the insertion depth is set so that the outer peripheral surface of the base end side pin F2 and the surface 1b of the first metal member 1 come into contact with each other.
  • the first metal and the second metal do not diffuse to each other at the butt portion J, and the first metal member 1 and the second metal It is not possible to firmly join the member 2.
  • the tip side pin F3 and the second metal member 2 are brought into contact with each other and frictional stirring is performed with the overlapping allowance of both being increased, the joining conditions are adjusted to enter in order to soften the second metal member 2. It is necessary to increase the amount of heat, and there is a risk of poor joining.
  • the outer peripheral surface of the tip side pin F3 is formed in the joining step. It is preferable that the second metal member 2 and the second metal member 2 are joined in a state of being as close as possible without contacting each other.
  • the outer peripheral surface of the tip side pin F3 and the second metal member 2 (copper member) are brought into contact with each other under the joining condition where the amount of heat input is large, a small amount of copper member is agitated and mixed in the aluminum alloy member. , Al / Cu mutual diffusion is promoted, the Al—Cu phase dispersed in the aluminum alloy member becomes a liquid phase, and many burrs are generated from the aluminum alloy member side, resulting in poor bonding.
  • the plastic fluid material can be pressed on the outer peripheral surface of the base end side pin F2, burrs are unlikely to be formed on the surface of the plasticized region W.
  • the plasticized region W and the second metal member 2 are adjacent to each other. That is, the plasticized region W is not formed on the second metal member 2 side beyond the butt portion J. Since the first metal member 1 is formed thicker than the second metal member 2, the plastic fluid material of the first metal member 1 flows into the gap of the butt portion J, and the stepped groove is formed on the surface of the plasticized region W. Etc. do not occur. That is, it is possible to prevent a metal shortage at the joint.
  • the rolling process is a process of rolling the joined first metal member 1 and second metal member 2.
  • cold rolling is performed using a rolling apparatus equipped with rollers R and R.
  • the joining line (plasticization region W) in the joining step is set in the rolling direction and rolled.
  • the composite rolled material 10 shown in FIG. 11 is formed.
  • the rolling reduction in the rolling process may be appropriately set according to the materials of the first metal member 1 and the second metal member 2 and the use of the composite rolled material 10.
  • FIG. 9 there is a difference in plate thickness between the first metal member 1 and the second metal member 2 after the joining process, but the difference is negligible after the rolling process shown in FIG. Has been rolled into.
  • the end face 1a on the first metal member 1 side is perpendicular to the front surface 1b and the back surface 1c, so that the first metal member 1 can be easily made. Can be prepared for.
  • the second metal member 2 is provided with an inclined surface, in the butt step, the butt is butt with a gap having a V-shaped cross section, so that the butt work can be easily performed.
  • the plate thickness of the first metal member 1 is made larger than the plate thickness of the second metal member 2, and the plastic fluid material is joined so as to flow into the gap of the butt portion J in the joining step. It is possible to prevent metal shortage.
  • the shoulder portion of the rotating tool is not brought into contact with the first metal member 1 and the second metal member 2, the amount of heat input can be reduced and the frictional resistance can be reduced. Therefore, the rotating tool F and the friction stir welding device can be reduced. The load on the load can be reduced. Further, when the first metal member 1 is an aluminum or an aluminum alloy member and the second metal member 2 is a copper or a copper alloy member as in the present embodiment, the tip side pin F3 of the rotating tool F is used in the joining step. It is preferable that the outer peripheral surface of the second metal member 2 (copper member) is not brought into contact with each other and is joined as close as possible to each other.
  • the temperature of the first metal member 1 at the butt portion J decreases, and mutual diffusion at the interface between different metals is not promoted. There is a risk of poor joining. If the joining conditions are adjusted so as to increase the amount of heat input, burrs are excessively generated from the first metal member 1 side on the shear side, resulting in joining defects. However, as in the present embodiment, by setting the joining conditions (rotation direction, traveling direction, etc. of the rotation tool F) so that the second metal member 2 side having a high melting point is the shear side in the plasticized region W. The temperature of the first metal member 1 at the butt portion J can be kept relatively high, mutual diffusion at the interface between different metals is promoted, and it is possible to prevent poor joining.
  • the outer peripheral surface of the rotating tool F may be slightly brought into contact with the second metal member 2, but in the present embodiment, the rotating tool F and the second metal member 2 are set so as not to come into contact with each other. It is possible to prevent the member 1 and the second metal member 2 from being mixed and agitated, and it is possible to more reliably prevent burrs from being generated excessively and causing poor joining. Further, by bringing the outer peripheral surface of the base end side pin F2 into contact with the surface 1b of the first metal member 1, the plastic fluid material can be suppressed, so that the generation of burrs can be suppressed.
  • the back surfaces 1c and 2c of the metal members after joining are flush with each other. can do.
  • the rotation center axis j of the rotation tool F is tilted toward the first metal member 1 side by an inclination angle ⁇ with respect to the vertical plane, the tip side pin F3 and the second metal member 2 are formed at the butt portion J. Contact can be easily avoided. Further, in the present embodiment, the inclination angle ⁇ of the rotation center axis j of the rotation tool F with respect to the vertical surface is set from the inclination angle ⁇ with respect to the rotation center axis j of the outer peripheral surface of the tip side pin F3 to the end surface 2a of the second metal member 2.
  • the optimum values can be selected as the inclination angles ⁇ and ⁇ , and the outer peripheral surface and the end surface 2a of the tip side pin F3 are made parallel to each other to make the tip end surface 2a parallel. While avoiding contact between the outer peripheral surface of the side pin F3 and the end surface 2a, the outer peripheral surface and the end surface 2a of the front end side pin F3 can be brought close to each other as much as possible in the height direction.
  • FSW friction stir welding
  • the method for producing a composite rolled material according to a second embodiment of the present invention includes a preparation step, a butt step, a joining step, and a rolling step.
  • a stepped gantry KA is prepared.
  • the stepped gantry KA has a bottom portion K1, a bottom portion K2 located one step higher than the bottom portion K1, and a stepped side surface K3.
  • the ends of the first metal member 1 and the second metal member 2 are butted against each other.
  • the first metal member 1 is arranged on the bottom portion K1 and the end surface 1a of the first metal member 1 is brought into contact with the step side surface K3.
  • the butt portion J is formed by abutting the first metal member 1 and the second metal member 2.
  • the butt portion J is formed with a V-shaped cross section as in the first embodiment. In a state where the first metal member 1 and the second metal member 2 are butted against each other, the surface 1b of the first metal member 1 is at a higher position than the surface 2b of the second metal member 2, and the second metal member is at a higher position.
  • the back surface 1c of the first metal member 1 is at a lower position than the back surface 2c of 2.
  • the first metal member 1 and the second metal member 2 are joined using the rotation tool F.
  • friction stir welding is performed in the same manner as in the first embodiment. That is, while rotating the tip side pin F3 of the rotation tool F, the rotation tool F is inserted at the start position set on the surface 1b of the first metal member 1 and in the vicinity of the butt portion J. Then, with the rotation tool F tilted toward the first metal member 1 by an inclination angle ⁇ , the rotation tool F is relatively moved in parallel with the extension direction of the butt portion J.
  • the rotary tool F may be slightly in contact with the second metal member 2, but in the present embodiment, friction stir welding is performed in a state of being in contact with only the first metal member 1.
  • friction stir welding is performed in a state where the outer peripheral surface of the base end side pin F2 is in contact with the surface 1b of the first metal member 1.
  • a plasticized region W is formed in the movement locus of the rotation tool F.
  • friction stir welding is mainly performed so that the plastic fluid material on the first metal member 1 side flows into the gap of the butt portion J.
  • the insertion depth of the tip side pin F3 is such that the tip end (flat surface F4) of the tip side pin F3 of the rotary tool F is located below the back surface 2c of the second metal member 2.
  • the rolling process is the same as in the first embodiment.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the first embodiment as shown in FIG. 8, it is difficult to join the second metal member 2 over the entire height direction.
  • the second embodiment since the friction stir welding is performed with the tip side pin F3 inserted at a position deeper than the back surface 2c of the second metal member 2, as shown in FIG. 14, the second metal member 2 It is possible to join over the entire plate thickness direction. As a result, the joint strength between the first metal member 1 and the second metal member 2 can be increased.
  • the first metal member 101 has a plate shape.
  • the end surface 101a of the first metal member 101 is a vertical surface perpendicular to the front surface 101b and the back surface 101c.
  • the first metal member 101 is made of an aluminum alloy in this embodiment, it may be made of a metal material such as aluminum, copper, copper alloy, titanium, titanium alloy, magnesium, magnesium alloy, etc., which can be agitated by friction.
  • the second metal member 102 has a plate shape.
  • the plate thickness of the second metal member 102 is smaller than the plate thickness of the first metal member 101.
  • the end surface 102a of the second metal member 102 has a first inclined surface 102a1 inclined with respect to the vertical surface at the end on the back surface 102c side and a second inclined surface 102a2 inclined with respect to the vertical surface at the end on the front surface 102b side. I have.
  • the inclination angle ⁇ of the first inclined surface 102a1 with respect to the vertical surface may be appropriately set, but in the present embodiment, the inclination angle ⁇ with respect to the vertical surface of the tip side pin F3 is larger than the inclination angle ⁇ (FIG. 1).
  • the inclination angle ⁇ 'with respect to the vertical plane of the second inclined surface 102a2 may be appropriately set, but in the present embodiment, the inclination angle ⁇ 'with respect to the vertical plane of the tip side pin F3 is larger than the inclination angle ⁇ '(FIG. 1). ..
  • the second metal member 102 is made of a material having a higher melting point than the first metal member 101 and capable of friction stir welding.
  • the second metal member 102 may be formed of, for example, copper or a copper alloy.
  • the method for manufacturing the composite rolled material according to the present embodiment includes a preparation step, a butt step, a joining step, and a rolling step.
  • the joining method within the claims is a step of performing a preparation step, a butt step, and a joining step.
  • the preparatory step is a step of preparing the first metal member 101, the second metal member 102, and the rotation tool F described above.
  • the butt step is a step of butting the ends of the first metal member 101 and the second metal member 102.
  • the end face 101a of the first metal member 101 and the end face 102a of the second metal member 102 are butted to form the butt portion JA.
  • the butt portion JA is formed with a gap having a substantially V-shaped cross section so that the opening widens toward the surfaces 101b and 102b.
  • the back surface 101c of the first metal member 101 and the back surface 102c of the second metal member 102 are flush with each other.
  • the first metal member 101 and the second metal member 102 are immovably fixed to the gantry K.
  • the joining step is a step of joining the first metal member 101 and the second metal member 102 using the rotary tool F.
  • the start is set on the surface 101b of the first metal member 101 and in the vicinity of the butt portion JA while rotating the tip side pin F3 of the rotation tool F clockwise. Insert the tip side pin F3 into the position SpA. Then, the rotation tool F is relatively moved in parallel with the extension direction of the butt portion JA. A plasticized region WA is formed in the movement locus of the rotation tool F.
  • friction stir welding is mainly performed so that the plastic fluid material on the first metal member 101 side flows into the gap of the butt portion JA.
  • the rotation center axis j of the rotation tool F is tilted toward the second metal member 102 side by an inclination angle ⁇ with respect to the vertical plane, and the tip side pin F3 is tilted to the first metal member.
  • Friction stir welding is performed in a state of being in contact with only 101.
  • the inclination angle ⁇ for inclining the rotation center axis j of the rotation tool F with respect to the vertical plane is the first of the second metal members 102 from the inclination angle ⁇ (FIG. 1) formed by the outer peripheral surface of the tip side pin F3. It is the same as the value obtained by subtracting the tilt angle ⁇ (FIG.
  • the direction in which the rotation center axis j of the rotation tool F is tilted is determined by the relationship between the tilt angles ⁇ , ⁇ , ⁇ ', and ⁇ '.
  • the tilt angle ⁇ becomes a positive value
  • the rotation center axis j of the rotation tool F is tilted toward the first metal member side.
  • the inclination angle ⁇ becomes a negative value
  • the rotation center axis j of the rotation tool F is tilted toward the second metal member 102 side.
  • the inclination angle ⁇ becomes “0 (zero)”
  • the rotation center axis j of the rotation tool F is not tilted and is parallel to the vertical plane.
  • the second metal member 102 side (the side closer to the butt portion JA) is the shear side
  • the first metal member 101 side (the side separated from the butt portion JA) is the flow side. It is set as. That is, in the joining step according to the present embodiment, the first metal member 101 is arranged so as to be located on the right side in the traveling direction, and the rotation tool F is rotated clockwise.
  • the rotation tool F is rotated counterclockwise to rotate the rotation tool F counterclockwise so that the second metal member 102 side of the plasticized region WA (the side closer to the butt portion JA). ) Is on the sheer side.
  • the insertion depth of the tip side pin F3 may be appropriately set as shown in FIG. 17, but in the present embodiment, it is set to a depth of about 90% of the plate thickness of the first metal member 101.
  • the start position SpA is such that the rotary tool F does not come into contact with the second metal member 102 and the first metal member 101 and the second metal member 102 are diffusely joined by friction stir welding.
  • the position and movement route of are set.
  • the insertion depth is set so that the outer peripheral surface of the base end side pin F2 and the surface 101b of the first metal member 101 come into contact with each other.
  • the first metal and the second metal do not diffuse to each other at the butt portion JA, and the first metal member 101 and the second metal It is not possible to firmly join the member 102.
  • the tip side pin F3 and the second metal member 102 are brought into contact with each other and frictional stirring is performed with the overlapping allowance of both being increased, the joining conditions are adjusted to enter in order to soften the second metal member 102. It is necessary to increase the amount of heat, and there is a risk of poor joining.
  • the outer peripheral surface of the tip side pin F3 It is preferable to join the second metal member 102 in a state where it is as close as possible without contacting it.
  • the outer peripheral surface of the tip side pin F3 and the second metal member 102 (copper member) are brought into contact with each other under the joining condition where the amount of heat input is large, a small amount of copper member is agitated and mixed in the aluminum alloy member. , Al / Cu mutual diffusion is promoted, the Al—Cu phase dispersed in the aluminum alloy member becomes a liquid phase, and many burrs are generated from the aluminum alloy member side, resulting in poor bonding.
  • the plastic fluid material can be pressed on the outer peripheral surface of the base end side pin F2, burrs are unlikely to be formed on the surface of the plasticized region WA.
  • the plasticized region WA and the second metal member 102 are adjacent to each other. That is, the plasticized region WA is not formed on the second metal member 102 side beyond the butt portion JA. Since the first metal member 101 is formed thicker than the second metal member 102, the plastic fluid material of the first metal member 101 flows into the gap of the butt portion JA, and the stepped groove is formed on the surface of the plasticized region WA. Etc. do not occur. That is, it is possible to prevent a metal shortage at the joint.
  • the rolling process is a process of rolling the joined first metal member 101 and the second metal member 102.
  • cold rolling is performed using a rolling apparatus equipped with rollers RA and RA.
  • the joining line (plasticized region WA) in the joining process is set in the rolling direction for rolling.
  • the composite rolled material 110 shown in FIG. 20 is formed.
  • the rolling reduction in the rolling step may be appropriately set according to the materials of the first metal member 101 and the second metal member 102 and the use of the composite rolled material 110.
  • there is a difference in plate thickness between the first metal member 101 and the second metal member 102 after the joining step but the difference is negligible after the rolling step shown in FIG. Has been rolled into.
  • the end face 101a on the first metal member 101 side is perpendicular to the front surface 101b and the back surface 101c, so that the first metal member 101 can be easily formed. Can be prepared for.
  • the first inclined surface 102a1 and the second inclined surface 102a2 are provided on the second metal member 102, the butting operation can be easily performed because the second metal member 102 is butted with a gap having a substantially V-shaped cross section. it can.
  • the plate thickness of the first metal member 101 is made larger than the plate thickness of the second metal member 102, and the plastic fluid material is joined so as to flow into the gap of the butt portion JA in the joining step. It is possible to prevent metal shortage.
  • the shoulder portion of the rotating tool is not brought into contact with the first metal member 101 and the second metal member 102, the amount of heat input can be reduced and the frictional resistance can be reduced. Therefore, the rotating tool F and the friction stir welding device can be reduced. The load on the load can be reduced.
  • the base end side pin of the rotating tool F is used in the joining step. It is preferable that the outer peripheral surfaces of the F2 and the tip end side pin F3 and the second metal member 102 (copper member) are not brought into contact with each other and are joined as close as possible to each other.
  • the temperature of the first metal member 101 at the butt portion JA is lowered, and mutual diffusion at the interface between different metals is not promoted. There is a risk of poor joining. If the joining conditions are adjusted so as to increase the amount of heat input, burrs are excessively generated from the shear side of the first metal member 101, resulting in joining defects. However, as in the present embodiment, by setting the joining conditions (rotation direction, traveling direction, etc. of the rotation tool F) so that the second metal member 102 side having a high melting point is the shear side in the plasticized region WA. It is possible to keep the temperature of the first metal member 101 at the butt portion JA relatively high, promote mutual diffusion at the interface between different metals, and prevent poor joining.
  • the outer peripheral surface of the rotating tool F may be slightly brought into contact with the second metal member 102, but in the present embodiment, the rotating tool F and the second metal member 102 are set so as not to come into contact with each other. It is possible to prevent the member 101 and the second metal member 102 from being mixed and agitated, and it is possible to more reliably prevent burrs from being generated excessively and causing poor joining. Further, by bringing the outer peripheral surface of the base end side pin F2 into contact with the surface 101b of the first metal member 101, the plastic fluid material can be suppressed, so that the generation of burrs can be suppressed.
  • the back surfaces 101c and 102c of the metal members after joining are flush with each other. can do.
  • the inclination angle ⁇ of the rotation center axis j of the rotation tool F with respect to the vertical plane is changed from the inclination angle ⁇ of the tip end side pin F3 with respect to the rotation center axis to the vertical of the first inclination surface 102a1 of the second metal member 102. It matches the value obtained by subtracting the inclination angle ⁇ with respect to the surface. Further, the inclination angle ⁇ is made to match the value obtained by subtracting the inclination angle ⁇ 'with respect to the vertical plane of the second inclined surface 102a2 of the second metal member 102 from the inclination angle ⁇ 'with respect to the rotation center axis of the proximal end side pin F2. ..
  • the optimum values can be selected as the inclination angles ⁇ , ⁇ , ⁇ ', ⁇ ', the outer peripheral surface of the tip side pin F3 and the first inclined surface 102a1 are made parallel, and the base end side.
  • the outer peripheral surface of the pin F2 and the second inclined surface 102a2 are made parallel to each other, and the outer peripheral surface and the end surface 102a of the tip side pin F3 are aligned in the height direction while avoiding contact between the outer peripheral surface and the end surface 102a of the tip side pin F3. It can be made as close as possible.
  • the optimum values can be selected as the inclination angles ⁇ , ⁇ , ⁇ 'and ⁇ '. Further, according to the present embodiment, it is easy to bring the outer peripheral surface of the rotary tool F as close as possible to each other without contacting the second metal member 102.
  • the joint area between the first metal member 101 and the second metal member 102 becomes wider during the rolling process, and the joint strength between the two metal members is increased. be able to.
  • the method for producing a composite rolled material according to a fourth embodiment of the present invention includes a preparation step, a butt step, a joining step, and a rolling step.
  • a stepped gantry KA is prepared.
  • the stepped gantry KA has a bottom portion K1, a bottom portion K2 located one step higher than the bottom portion K1, and a stepped side surface K3.
  • the ends of the first metal member 101 and the second metal member 102 are butted against each other.
  • the first metal member 101 is arranged on the bottom portion K1, and the end surface 101a of the first metal member 101 is brought into contact with the step side surface K3.
  • the butt portion JA is formed by abutting the first metal member 101 and the second metal member 102.
  • the butt portion JA is formed with a gap having a V-shaped cross section.
  • the surface 101b of the first metal member 101 is at a higher position than the surface 102b of the second metal member 102, and the second metal member
  • the back surface 101c of the first metal member 101 is at a lower position than the back surface 102c of the 102.
  • the first metal member 101 and the second metal member 102 are joined by using the rotation tool F.
  • friction stir welding is performed in the same manner as in the third embodiment. That is, while rotating the tip side pin F3 of the rotation tool F, the rotation tool F is inserted at the start position set on the surface 101b of the first metal member 101 and in the vicinity of the butt portion JA. Then, with the rotation tool F tilted toward the first metal member 101 by an inclination angle ⁇ , the rotation tool F is relatively moved in parallel with the extension direction of the butt portion JA.
  • the rotary tool F may be slightly in contact with the second metal member 102, but in the present embodiment, friction stir welding is performed in a state of being in contact with only the first metal member 101. Further, friction stir welding is performed in a state where the outer peripheral surface of the base end side pin F2 is in contact with the surface 101b of the first metal member 101. A plasticized region WA is formed in the movement locus of the rotation tool F. In the joining step, friction stir welding is mainly performed so that the plastic fluid material on the first metal member 101 side flows into the gap of the butt portion JA.
  • the insertion depth of the tip side pin F3 is such that the tip end (flat surface F4) of the tip side pin F3 of the rotary tool F is located below the back surface 102c of the second metal member 102.
  • the rolling process is the same as in the third embodiment.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

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、先端側ピン（Ｆ３）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（ｊ）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、先端側ピン（Ｆ３）の外周面の回転中心軸（ｊ）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。

Description

接合方法及び複合圧延材の製造方法
　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、基端側ピンと、先端側ピンと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、前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差部が形成されており、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、回転する前記先端側ピンを前記第一金属部材の表面のみから挿入するとともに、前記基端側ピンの外周面を前記第一金属部材の表面に接触させつつ、前記先端側ピンの外周面を少なくとも前記第一金属部材に接触させた状態で、前記隙間に前記第一金属部材を流入させながら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、前記先端側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、基端側ピンと、先端側ピンと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、前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差部が形成されており、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、回転する前記先端側ピンを前記第一金属部材の表面のみから挿入するとともに、前記基端側ピンの外周面を前記第一金属部材の表面に接触させつつ、前記先端側ピンの外周面を少なくとも前記第一金属部材に接触させた状態で、前記隙間に前記第一金属部材を流入させながら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、前記先端側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、先端側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、先端側ピンの外周面と傾斜面とを平行にして、先端側ピンの外周面と傾斜面との接触を避けつつ、先端側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、前記先端側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先端側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向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で形成し、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、前記基端側ピンの外周面を前記第一金属部材の表面のみに接触させつつ、前記先端側ピンの外周面を前記第二金属部材に接触させない状態で、前記隙間に前記第一金属部材を流入させながら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、前記先端側ピン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、前記先端側ピン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。
　別の本発明は、基端側ピンと、先端側ピンと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、前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差部が形成されており、端部に垂直面を備えた第一金属部材と、裏面側の端部に第一傾斜面を備えるとともに表面側の端部に第二傾斜面を備え、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、回転する前記先端側ピンを前記第一金属部材の表面のみから挿入するとともに、前記先端側ピン及び前記基端側ピンの外周面を少なくとも前記第一金属部材に接触させた状態で、前記隙間に前記第一金属部材を流入させながら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、前記第一傾斜面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記第二傾斜面の鉛直面に対する傾斜角度をβ’とし、前記先端側ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとし、前記基端側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且つ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、基端側ピンと、先端側ピンと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、前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差部が形成されており、端部に垂直面を備えた第一金属部材と、裏面側の端部に第一傾斜面を備えるとともに表面側の端部に第二傾斜面を備え、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、回転する前記先端側ピンを前記第一金属部材の表面のみから挿入するとともに、前記基端側ピンの外周面を前記第一金属部材の表面に接触させつつ、前記先端側ピン及び前記基端側ピンの外周面を少なくとも前記第一金属部材に接触させた状態で、前記隙間に前記第一金属部材を流入させながら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、前記第一傾斜面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記第二傾斜面の鉛直面に対する傾斜角度をβ’とし、前記先端側ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとし、前記基端側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且つ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、先端側ピンの外周面の回転中心軸に対する傾斜角度αから第一傾斜面の鉛直方向に対する傾斜角度βを減算した値及び基端側ピンの外周面の回転中心軸に対する傾斜角度α’から第二傾斜面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，α’，β’として最適な値を選択することができると共に、先端側ピンの外周面と第一傾斜面及び基端側ピンの外周面と第二傾斜面とをそれぞれ平行にして、先端側ピン及び基端側ピンの外周面と各傾斜面との過度の接触を避けつつ、先端側ピン及び基端側ピンの外周面と各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、前記先端側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先端側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向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で形成し、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、前記基端側ピンの外周面を前記第一金属部材の表面のみに接触させつつ、前記先端側ピンの外周面を前記第二金属部材に接触させない状態で、前記隙間に前記第一金属部材を流入させながら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、前記先端側ピン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、前記先端側ピン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。
本発明の実施形態に係る回転ツールを示す側面図である。 回転ツールの拡大断面図である。 回転ツールの第一変形例を示す断面図である。 回転ツールの第二変形例を示す断面図である。 回転ツールの第三変形例を示す断面図である。 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。 本発明の第三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。 第三実施形態に係る接合工程を示す斜視図である。 第三実施形態に係る接合工程を示す断面図である。 第三実施形態に係る接合工程後を示す断面図である。 第三実施形態に係る圧延工程を示す斜視図である。 第三実施形態に係る圧延工程後を示す断面図である。 本発明の第四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。 第四実施形態に係る接合工程を示す断面図である。 第四実施形態に係る接合工程後を示す断面図である。
　本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。まずは、本実施形態に係る接合方法で用いる回転ツールについて説明する。回転ツールは、摩擦攪拌接合に用いられるツールである。図１に示すように、回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されており、基軸部Ｆ１と、基端側ピンＦ２と、先端側ピンＦ３とで主に構成されている。基軸部Ｆ１は、円柱状を呈し、摩擦攪拌装置の主軸に接続される部位である。
　基端側ピンＦ２は、基軸部Ｆ１に連続し、先端に向けて先細りになっている。基端側ピンＦ２は、円錐台形状を呈する。基端側ピンＦ２のテーパー角度Ａは適宜設定すればよいが、例えば、１３５～１６０°になっている。テーパー角度Ａが１３５°未満であるか、又は、１６０°を超えると摩擦攪拌後の接合表面粗さが大きくなる。テーパー角度Ａは、後記する先端側ピンＦ３のテーパー角度Ｂよりも大きくなっている。図２に示すように、基端側ピンＦ２の外周面には、階段状のピン段差部Ｆ２１が高さ方向の全体に亘って形成されている。ピン段差部Ｆ２１は、右回り又は左回りで螺旋状に形成されている。つまり、ピン段差部Ｆ２１は、平面視して螺旋状であり、側面視すると階段状になっている。本実施形態では、回転ツールＦを右回転させるため、ピン段差部Ｆ２１は基端側から先端側に向けて左回りに設定している。
　なお、回転ツールＦを左回転させる場合は、ピン段差部Ｆ２１を基端側から先端側に向けて右回りに設定することが好ましい。これにより、ピン段差部Ｆ２１によって塑性流動材が先端側に導かれるため、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属を低減することができる。ピン段差部Ｆ２１は、段差底面Ｆ２１ａと、段差側面Ｆ２１ｂとで構成されている。隣り合うピン段差部Ｆ２１の各頂点Ｆ２１ｃ，Ｆ２１ｃの距離Ｘ１（水平方向距離）は、後記する段差角度Ｃ及び段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１に応じて適宜設定される。
　段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１は適宜設定すればよいが、例えば、０．１～０．４ｍｍで設定されている。高さＹ１が０．１ｍｍ未満であると接合表面粗さが大きくなる。一方、高さＹ１が０．４ｍｍを超えると接合表面粗さが大きくなる傾向があるとともに、有効段差部数（被接合金属部材と接触しているピン段差部Ｆ２１の数）も減少する。
　段差底面Ｆ２１ａと段差側面Ｆ２１ｂとでなす段差角度Ｃは適宜設定すればよいが、例えば、８５～１２０°で設定されている。段差底面Ｆ２１ａは、本実施形態では水平面と平行になっている。段差底面Ｆ２１ａは、ツールの回転軸から外周方向に向かって水平面に対して－５°～１５°内の範囲で傾斜していてもよい（マイナスは水平面に対して下方、プラスは水平面に対して上方）。距離Ｘ１、段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１、段差角度Ｃ及び水平面に対する段差底面Ｆ２１ａの角度は、摩擦攪拌を行う際に、塑性流動材がピン段差部Ｆ２１の内部に滞留して付着することなく外部に抜けるとともに、段差底面Ｆ２１ａで塑性流動材を押えて接合表面粗さを小さくすることができるように適宜設定する。
　図１に示すように、先端側ピンＦ３は、基端側ピンＦ２に連続して形成されている。先端側ピンＦ３は円錐台形状を呈する。先端側ピンＦ３の先端は回転軸に対いて垂直な平坦面Ｆ４になっている。先端側ピンＦ３のテーパー角度Ｂは、基端側ピンＦ２のテーパー角度Ａよりも小さくなっている。図２に示すように、先端側ピンＦ３の外周面には、螺旋溝Ｆ３１が刻設されている。螺旋溝Ｆ３１は、右回り、左回りのどちらでもよいが、本実施形態では回転ツールＦを右回転させるため、基端側から先端側に向けて左回りに刻設されている。
　なお、回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝Ｆ３１を基端側から先端側に向けて右回りに設定することが好ましい。これにより、螺旋溝Ｆ３１によって塑性流動材が先端側に導かれるため、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属を低減することができる。螺旋溝Ｆ３１は、螺旋底面Ｆ３１ａと、螺旋側面Ｆ３１ｂとで構成されている。隣り合う螺旋溝Ｆ３１の頂点Ｆ３１ｃ，Ｆ３１ｃの距離（水平方向距離）を長さＸ２とする。螺旋側面Ｆ３１ｂの高さを高さＹ２とする。螺旋底面Ｆ３１ａと、螺旋側面Ｆ３１ｂとで構成される螺旋角度Ｄは例えば、４５～９０°で形成されている。螺旋溝Ｆ３１は、被接合金属部材と接触することにより摩擦熱を上昇させるとともに、塑性流動材を先端側に導く役割を備えている。
　回転ツールＦは、適宜設計変更が可能である。図３は、本発明の回転ツールの第一変形例を示す側面図である。図３に示すように、第一変形例に係る回転ツールＦＡでは、ピン段差部Ｆ２１の段差底面Ｆ２１ａと段差側面Ｆ２１ｂとのなす段差角度Ｃが８５°になっている。段差底面Ｆ２１ａは、水平面と平行である。このように、段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行であるとともに、段差角度Ｃは、摩擦攪拌中にピン段差部Ｆ２１内に塑性流動材が滞留して付着することなく外部に抜ける範囲で鋭角としてもよい。
　図４は、本発明の回転ツールの第二変形例を示す側面図である。図４に示すように、第二変形例に係る回転ツールＦＢでは、ピン段差部Ｆ２１の段差角度Ｃが１１５°になっている。段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行になっている。このように、段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行であるとともに、ピン段差部Ｆ２１として機能する範囲で段差角度Ｃが鈍角となってもよい。
　図５は、本発明の回転ツールの第三変形例を示す側面図である。図５に示すように、第三変形例に係る回転ツールＦＣでは、段差底面Ｆ２１ａがツールの回転軸から外周方向に向かって水平面に対して１０°上方に傾斜している。段差側面Ｆ２１ｂは、鉛直面と平行になっている。このように、摩擦攪拌中に塑性流動材を押さえることができる範囲で、段差底面Ｆ２１ａがツールの回転軸から外周方向に向かって水平面よりも上方に傾斜するように形成されていてもよい。上記の回転ツールの第一～第三変形例によっても、下記の実施形態と同等の効果を奏することができる。
［第一実施形態］
　次に、本発明の第一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６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、先端側ピンＦ３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、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６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７に示すように、接合工程では、回転ツールＦの先端側ピンＦ３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に先端側ピンＦ３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８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ｊ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、先端側ピンＦ３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ｊを鉛直面に対して傾斜させる傾斜角度γは、回転中心軸ｊと先端側ピンＦ３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に臨む先端側ピンＦ３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ｊ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ｊ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ｊ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ｊ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。
　先端側ピンＦ３の挿入深さは、図８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。また、基端側ピンＦ２の外周面と第一金属部材１の表面１ｂとが接触するように挿入深さを設定する。
　ここで、先端側ピンＦ３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、先端側ピンＦ３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、先端側ピンＦ３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、先端側ピンＦ３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、先端側ピンＦ３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、仮に先端側ピンＦ３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９に示すように、基端側ピンＦ２の外周面で塑性流動材を押えることができるため、塑性化領域Ｗの表面にはバリは形成されにくい。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の表面に段差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。
　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１０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１１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９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１１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もに、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の先端側ピンＦ３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、基端側ピンＦ２の外周面を第一金属部材１の表面１ｂに接触させることで、塑性流動材を押さえることができるため、バリの発生を抑制することができる。
　第一金属部材１及び第二金属部材２の裏面１ｃ，２ｃ同士を面一とした状態で突き合わせ、摩擦攪拌接合を行うことで、接合後の各金属部材同士の裏面１ｃ，２ｃを面一にすることができる。
　また、回転ツールＦの回転中心軸ｊ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、先端側ピンＦ３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ｊの鉛直面に対する傾斜角度γを、先端側ピンＦ３の外周面の回転中心軸ｊ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、先端側ピンＦ３の外周面と端面２ａとを平行にして、先端側ピンＦ３の外周面と端面２ａとの接触を避けつつ、先端側ピンＦ３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１２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１２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１３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。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の先端側ピンＦ３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。また、基端側ピンＦ２の外周面を第一金属部材１の表面１ｂに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の先端側ピンＦ３の先端（平坦面Ｆ４）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先端側ピンＦ３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８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よりも深い位置に先端側ピンＦ３を挿入した状態で摩擦攪拌接合を行うため、図１４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。
［第三実施形態］
　次に、本発明の第三実施形態の複合圧延材の製造方法について説明する。
　図１５に示すように、第一金属部材１０１は、板状を呈する。第一金属部材１０１の端面１０１ａは、表面１０１ｂ及び裏面１０１ｃに対して垂直な垂直面になっている。第一金属部材１０１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１０２は、板状を呈する。第二金属部材１０２の板厚は、第一金属部材１０１の板厚よりも小さくなっている。第二金属部材１０２の端面１０２ａは、裏面１０２ｃ側の端部に鉛直面に対して傾斜する第一傾斜面１０２ａ１及び表面１０２ｂ側の端部に鉛直面に対して傾斜する第二傾斜面１０２ａ２を備えている。第一傾斜面１０２ａ１の鉛直面に対する傾斜角度βは適宜設定すればよいが、本実施形態では、先端側ピンＦ３の鉛直面に対する傾斜角度α（図１）よりも大きい角度になっている。第二傾斜面１０２ａ２の鉛直面に対する傾斜角度β’も適宜設定すればよいが、本実施形態では、先端側ピンＦ３の鉛直面に対する傾斜角度α’（図１）よりも大きい角度になっている。第二金属部材１０２は、第一金属部材１０１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１０２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、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１０１、第二金属部材１０２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１５に示すように、第一金属部材１０１と第二金属部材１０２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１０１の端面１０１ａと、第二金属部材１０２の端面１０２ａとを突き合わせて突合せ部ＪＡを形成する。突合せ部ＪＡは、表面１０１ｂ，１０２ｂに向かうにつれて開口が広がるように断面略Ｖ字状の隙間が形成される。第一金属部材１０１の裏面１０１ｃと、第二金属部材１０２の裏面１０２ｃとは面一になる。第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２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１０１と第二金属部材１０２とを接合する工程である。図１６及び図１７に示すように、接合工程では、回転ツールＦの先端側ピンＦ３を右回転させつつ、第一金属部材１０１の表面１０１ｂであり、かつ、突合せ部ＪＡの近傍に設定した開始位置ＳｐＡに先端側ピンＦ３を挿入する。そして、突合せ部ＪＡ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ＷＡが形成される。接合工程では、主に第一金属部材１０１側の塑性流動材が突合せ部ＪＡの隙間に流入するように摩擦攪拌接合を行う。
　図１７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ｊを鉛直面に対して第二金属部材１０２側に傾斜角度γだけ傾斜させて、先端側ピンＦ３を第一金属部材１０１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ｊを鉛直面に対して傾斜させる傾斜角度γは、先端側ピンＦ３の外周面とのなす傾斜角度α（図１）から第二金属部材１０２の第一傾斜面１０２ａ１の傾斜角度β（図１５）を減算した値と同じになっており（γ＝α－β）、また、基端側ピンＦ２の外周面とのなす傾斜角度α’（図１）から第二金属部材１０２の第二傾斜面１０２ａ２の傾斜角度β’（図１５）を減算した値と同じになっている（γ＝α’－β’）。この場合のγの値はマイナスの値となるので、回転中心軸ｊは第二金属部材１０２側に傾ける。第一傾斜面１０２ａ１と第一傾斜面１０２ａ１に臨む先端側ピンＦ３の外周面は平行である。また、第二傾斜面１０２ａ２と第二傾斜面１０２ａ２に臨む基端側ピンＦ２の外周面は平行である。
　つまり、回転ツールＦの回転中心軸ｊを傾ける方向は傾斜角度α，β，α’，β’の関係によって決定される。例えば、「α＞β，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ｊを傾ける。また、「α＜β，α’＜β’」の場合に傾斜角度γは負の値となり、第二金属部材１０２側に回転ツールＦの回転中心軸ｊ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ｊ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ＷＡのうち、第二金属部材１０２側（突合せ部ＪＡに近い側）がシアー側となり、第一金属部材１０１側（突合せ部ＪＡ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１０１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１０２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ＷＡのうち第二金属部材１０２側（突合せ部ＪＡに近い側）がシアー側となる。
　先端側ピンＦ３の挿入深さは、図１７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１０１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１０２に接触せず、かつ、摩擦攪拌によって第一金属部材１０１と第二金属部材１０２とが拡散接合するように開始位置ＳｐＡの位置及び移動ルートを設定している。また、基端側ピンＦ２の外周面と第一金属部材１０１の表面１０１ｂとが接触するように挿入深さを設定する。
　ここで、先端側ピンＦ３の外周面と第二金属部材１０２とが大きく離間すると、突合せ部ＪＡ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１０１と第二金属部材１０２とを強固に接合することができない。一方、先端側ピンＦ３と第二金属部材１０２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１０２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ＪＡ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、先端側ピンＦ３の外周面と第二金属部材１０２とをわずかに接触させた状態で接合するか、若しくは、先端側ピンＦ３の外周面と第二金属部材１０２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、本実施形態のように、第一金属部材１０１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１０２が銅又は銅合金部材である場合、接合工程において、先端側ピンＦ３の外周面と第二金属部材１０２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、仮に先端側ピンＦ３の外周面と第二金属部材１０２（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１８に示すように、基端側ピンＦ２の外周面で塑性流動材を押えることができるため、塑性化領域ＷＡの表面にはバリは形成されにくい。塑性化領域ＷＡと第二金属部材１０２とは隣接している。つまり、塑性化領域ＷＡは、突合せ部ＪＡを超えて第二金属部材１０２側には形成されていない。第一金属部材１０１は、第二金属部材１０２よりも厚く形成されているため、突合せ部ＪＡの隙間に第一金属部材１０１の塑性流動材が流入し、塑性化領域ＷＡの表面に段差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。
　圧延工程は、接合された第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を圧延する工程である。図１９に示すように、圧延工程では、ローラＲＡ，ＲＡ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ＷＡ）を圧延方向に設定して圧延する。以上により、図２０に示す複合圧延材１１０が形成される。圧延工程における圧下率は、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の材料や複合圧延材１１０の用途に応じて適宜設定すればよい。図１８に示すように、接合工程後では第一金属部材１０１と第二金属部材１０２との間で板厚の差が生じているが、図２０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１０１側の端面１０１ａは、表面１０１ｂ及び裏面１０１ｃに対して垂直としたため、第一金属部材１０１を容易に準備することができる。また、第二金属部材１０２に第一傾斜面１０２ａ１、第二傾斜面１０２ａ２を設けたが、突合せ工程では、断面略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１０１の板厚を、第二金属部材１０２の板厚よりも大きくするとともに、接合工程で突合せ部ＪＡ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１０１及び第二金属部材１０２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１０１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１０２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の基端側ピンＦ２及び先端側ピンＦ３の外周面と第二金属部材１０２（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が過剰に発生することなく、突合せ部ＪＡで第一金属部材１０１と第二金属部材１０２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１０１及び第二金属部材１０２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１０１側からバリ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１０１及び第二金属部材１０２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ＷＡのうち融点が高い第二金属部材１０２側がフロー側となると、突合せ部ＪＡでの第一金属部材１０１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１０１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ＷＡのうち、融点が高い第二金属部材１０２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ＪＡでの第一金属部材１０１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１０２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１０２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１０１と第二金属部材１０２とが混合攪拌されるのを防止することができ、バリ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、基端側ピンＦ２の外周面を第一金属部材１０１の表面１０１ｂに接触させることで、塑性流動材を押さえることができるため、バリの発生を抑制することができる。
　第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の裏面１０１ｃ，１０２ｃ同士を面一とした状態で突き合わせ、摩擦攪拌接合を行うことで、接合後の各金属部材同士の裏面１０１ｃ，１０２ｃを面一にすることができる。
　また、本実施形態では、回転ツールＦの回転中心軸ｊの鉛直面に対する傾斜角度γを、先端側ピンＦ３の回転中心軸に対する傾斜角度αから第二金属部材１０２の第一傾斜面１０２ａ１の鉛直面に対する傾斜角度βを減算した値に一致させている。また、傾斜角度γを、基端側ピンＦ２の回転中心軸に対する傾斜角度α’から第二金属部材１０２の第二傾斜面１０２ａ２の鉛直面に対する傾斜角度β’を減算した値に一致させている。これにより、傾斜角度α，β，α’，β’として最適な値を選択することができると共に、先端側ピンＦ３の外周面と第一傾斜面１０２ａ１とを平行にして、また、基端側ピンＦ２の外周面と第二傾斜面１０２ａ２とを平行にして、先端側ピンＦ３の外周面と端面１０２ａとの接触を避けつつ、先端側ピンＦ３の外周面と端面１０２ａ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，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，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，α’，β’は共に設計思想によって最適な値があるので、「α＝β，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，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１０２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。
　また、回転ツールＦを第二金属部材１０２側に傾斜させることによって、圧延工程の際に第一金属部材１０１と第二金属部材１０２との接合面積が広くなり、両金属部材の接合強度を高めることができる。
［第四実施形態］
　本発明の第四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２１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２１に示すように、第一金属部材１０１と第二金属部材１０２との端部同士を突き合わせる。第一金属部材１０１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１０１の端面１０１ａを当接させる。第一金属部材１０１と第二金属部材１０２とを突き合わせることにより突合せ部ＪＡが形成される。突合せ部ＪＡは第三実施形態と同様に、断面Ｖ字状の隙間が形成される。第一金属部材１０１と第二金属部材１０２とを突き合わせた状態で、第二金属部材１０２の表面１０２ｂよりも、第一金属部材１０１の表面１０１ｂの方が高い位置となるとともに、第二金属部材１０２の裏面１０２ｃよりも、第一金属部材１０１の裏面１０１ｃの方が低い位置となる。
　接合工程では、図２２に示すように、回転ツールＦを用いて第一金属部材１０１と第二金属部材１０２とを接合する工程である。接合工程では、第三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の先端側ピンＦ３を回転させつつ、第一金属部材１０１の表面１０１ｂであり、かつ、突合せ部ＪＡ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１０１側に傾斜角度γ傾けた状態で、突合せ部ＪＡ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１０２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１０１のみと接触させた状態で摩擦攪拌を行う。また、基端側ピンＦ２の外周面を第一金属部材１０１の表面１０１ｂに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ＷＡが形成される。接合工程では、主に第一金属部材１０１側の塑性流動材が突合せ部ＪＡ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の先端側ピンＦ３の先端（平坦面Ｆ４）が、第二金属部材１０２の裏面１０２ｃよりも下方に位置するように先端側ピンＦ３の挿入深さを設定する。圧延工程については、第三実施形態と同様である。
　以上説明した第四実施形態においても、第三実施形態と略同等の効果を得ることができる。第三実施形態においては、図１７に示すように、第二金属部材１０２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、第四実施形態においては、第二金属部材１０２の裏面１０２ｃよりも深い位置に先端側ピンＦ３を挿入した状態で摩擦攪拌接合を行うため、図２３に示すように、第二金属部材１０２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１０１と第二金属部材１０２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
　１０１　第一金属部材
　１１０　　第二金属部材
　Ｆ　　　回転ツール
　Ｆ２　　基端側ピン
　Ｆ３　　先端側ピン
　Ｊ　　　突合せ部
　Ｗ　　　塑性化領域
　ＪＡ　　突合せ部
　ＷＡ　　塑性化領域

Claims (14)

  1. 　基端側ピンと、先端側ピンと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、
    　前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差部が形成されており、
    　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、
    　回転する前記先端側ピンを前記第一金属部材の表面のみから挿入するとともに、前記基端側ピンの外周面を前記第一金属部材の表面に接触させつつ、前記先端側ピンの外周面を少なくとも前記第一金属部材に接触させた状態で、前記隙間に前記第一金属部材を流入させながら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、前記先端側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、前記先端側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先端側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向を設定することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかの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で形成し、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、前記基端側ピンの外周面を前記第一金属部材の表面のみに接触させつつ、前記先端側ピンの外周面を前記第二金属部材に接触させない状態で、前記隙間に前記第一金属部材を流入させながら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に記載の接合方法。
  6. 　前記接合工程では、
    　前記先端側ピン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、
    　前記先端側ピン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に記載の接合方法。
  7. 　基端側ピンと、先端側ピンと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、
    　前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差部が形成されており、
    　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、
    　回転する前記先端側ピンを前記第一金属部材の表面のみから挿入するとともに、前記基端側ピンの外周面を前記第一金属部材の表面に接触させつつ、前記先端側ピンの外周面を少なくとも前記第一金属部材に接触させた状態で、前記隙間に前記第一金属部材を流入させながら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、前記先端側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。
  8. 　基端側ピンと、先端側ピンと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、
    　前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差部が形成されており、
    　端部に垂直面を備えた第一金属部材と、裏面側の端部に第一傾斜面を備えるとともに表面側の端部に第二傾斜面を備え、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、
    　回転する前記先端側ピンを前記第一金属部材の表面のみから挿入するとともに、前記先端側ピン及び前記基端側ピンの外周面を少なくとも前記第一金属部材に接触させた状態で、前記隙間に前記第一金属部材を流入させながら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、前記第一傾斜面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記第二傾斜面の鉛直面に対する傾斜角度をβ’とし、前記先端側ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとし、前記基端側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且つ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。
  9. 　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８に記載の接合方法。
  10. 　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、前記先端側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先端側ピンの挿入深さを設定することを特徴とする請求項８に記載の接合方法。
  11. 　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向を設定することを特徴とする請求項８乃至請求項１０の何れかの一項に記載の接合方法。
  12. 　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で形成し、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、前記基端側ピンの外周面を前記第一金属部材の表面のみに接触させつつ、前記先端側ピンの外周面を前記第二金属部材に接触させない状態で、前記隙間に前記第一金属部材を流入させながら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８に記載の接合方法。
  13. 　前記接合工程では、
    　前記先端側ピン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、
    　前記先端側ピン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８に記載の接合方法。
  14. 　基端側ピンと、先端側ピンと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、
    　前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きくなっており、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差部が形成されており、
    　端部に垂直面を備えた第一金属部材と、裏面側の端部に第一傾斜面を備えるとともに表面側の端部に第二傾斜面を備え、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、
    　回転する前記先端側ピンを前記第一金属部材の表面のみから挿入するとともに、前記基端側ピンの外周面を前記第一金属部材の表面に接触させつつ、前記先端側ピン及び前記基端側ピンの外周面を少なくとも前記第一金属部材に接触させた状態で、前記隙間に前記第一金属部材を流入させながら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、前記第一傾斜面の鉛直面に対する傾斜角度をβとし、前記第二傾斜面の鉛直面に対する傾斜角度をβ’とし、前記先端側ピンの外周面の前記回転中心軸に対する傾斜角度をαとし、前記基端側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且つ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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