JP7247996B2 - 両面摩擦撹拌接合用回転ツール及び両面摩擦撹拌接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、対向する一対の回転ツールを互いに逆方向に回転させながら、板厚が異なる２枚の鋼板を接合する両面摩擦撹拌接合に用いる両面摩擦撹拌接合用回転ツール、及び両面摩擦撹拌接合方法に関する。

摩擦攪拌接合方法は、重ね合わせた又は突き合せた被加工材（例えば鋼板等）の未接合部の両面又は片面に回転工具（例えば回転ツール）を挿入し、この回転ツールを回転しながら移動し、これにより鋼板に摩擦熱を生じさせて軟化させながら、その軟化した部位を回転ツールで撹拌して塑性流動を起こすことによって、鋼板を接合する方法である。

摩擦撹拌接合方法は、回転ツールと鋼板との摩擦熱による金属の塑性流動を利用した固相接合であるので、未接合部を溶融することなく接合できる。鋼板が溶融されないので接合部の欠陥が少ないこと、また加熱温度が低いので接合後の変形が少ないこと、さらに接合に溶加材を必要としないこと等の多くの利点がある。

なお、本明細書では、鋼板を重ね合わせた又は突き合わせただけで未だ接合されていない状態にある、重ね合わせ部分又は突き合わせ部分を「未接合部」と称し、接合されて一体化された部分を「接合部」と称する。

自動車や船舶といった輸送機械において、燃費向上の観点から軽量化が強く求められている。その流れの中で、輸送機械に用いられる部材等として、異種の鋼板、例えば板厚が異なる２種以上の鋼板を突き合わせて接合し素材とすることで、一枚の素材の中で複数の特性を持つテーラードブランク材の需要がある。

自動車分野におけるテーラードブランク材の接合では、レーザ溶接が多く用いられている。しかし、レーザ溶接は溶融接合であり、超高張力鋼や高炭素材をレーザ溶接で溶接すると溶接部はフルマルテンサイト組織となり硬化が顕著となる結果、脆弱な溶接部となってしまう。

板厚が異なる鋼板を摩擦攪拌接合する方法として、例えば特許文献1、２の技術がある。

特許文献１には、摩擦撹拌接合方法をアルミニウム材のテーラードブランク部材へ適用することが記載されている。特許文献１では、回転ツール（接合工具の回転子）の回転軸線を、低位側の接合部材側に傾斜させ、接合部材の合わせ部に挿入する。すなわち、回転ツールは接合方向に対して垂直方向に傾斜させた状態で、合わせ部に沿って接合方向に移動することで、接合部材の表面側から接合している。

特許文献２には、摩擦撹拌接合方法を、アルミニウムやマグネシウムなどを材料とする被接合部材のテーラードブランク部材へ適用することが記載されている。特許文献２は、回転ツールとして、曲面形状のショルダーを有するボビンツールを用いる。このボビンツールは、上基部、上部ショルダー、下基部、下部ショルダー及びショルダー間のプローブが一体に回転可能に構成される。

上述のように、摩擦攪拌接合方法は、回転ツールによって接合界面を撹拌して鋼板を接合する。回転ツールは接合時に大きな負荷を受けるため、これに起因して継手の接合不良が発生する恐れがある。そのため、回転ツールには、接合時における接合不良の発生を抑制することが求められている。

接合不良の発生を抑制するものとして、例えば特許文献３、４の技術がある。

特許文献３には、摩擦攪拌接合用ツールを被加工物の接合部に回転させながら押圧挿入して移動させる際に生じる、被加工物へのツールの押付け深さの変動に起因する欠陥を抑制するために、ツール深さを一定にする技術が記載されている。具体的には、ショルダ及びピンを有するツールにおいて、被加工物にピンが押圧挿入されたときに該被加工物に接触するショルダの端面の外周側を傾斜面に形成する。この傾斜面によりツール押付け深さを制御する。

特許文献４には、ショルダ面に渦状の条溝を有する円錐台状に形成されたツールを用いて、接合を行う技術が記載されている。このツールによって、摩擦攪拌加工時におけるツールのショルダ部の沈み込みの抑制、及び加工部におけるバリの発生や肉厚の減少が少なく、また加工痕を目立ちにくくすることが可能となる。

特開２００２－３５９６１号公報 特開２０１３－７６１号公報 特開２００３－２９０９３７号公報 特開２００７－３０１５７９号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、接合部材として、アルミニウム又はその合金製を対象としており、例えば鉄鋼材料のような剛性の高い材料については全く考慮されていない。特許文献１は、板厚が異なる鋼板の接合時に、回転ツールの回転軸線を低位側の接合部材側（接合方向に対して垂直方向）に傾斜させるため、剛性の高い材料を接合しようとすると、回転ツールを傾斜させることで生じる大きな負荷に耐えられない。その結果、回転ツールが破損するため、接合が困難である。また、この大きな負荷に耐えるために、回転ツールを設置する装置に十分な剛性が必要である。

特許文献２の技術は、曲面形状の上部ショルダー及び下部ショルダーを有するボビンツールを用いて接合する。しかし、ボビンツールを用いているため、上側及び下側のボビンツールの回転方向が同一となる。これにより塑性流動が上側と下側で同様の動きをするため、特に上側及び下側のボビンツール間の距離が短い薄板の接合時や高速での接合時には、接合方向とボビンツールの回転方向が反対方向となるリトリーティングサイド側で、ボビンツールが通過した際に塑性流動によって空孔が生じ、接合部に線状の欠陥が生じやすくなるという問題がある。

特許文献３の技術では、装置にツールの押付け深さを制御するための機構が必要である。また特許文献３は、被加工物としてアルミニウム合金を用いているが、特許文献３にはツールの強度特性に関する言及は特にない。そのため、被加工物として別の金属、特に高融点材や高硬度材を用いる際には、ツールの強度が足りず、うまく接合できない問題がある。

特許文献４の技術では、軟化した材料が食い込むことによるバリを発生しないようにするため、加工中に軟化した被加工材料を渦状の条溝に食い込ませて、ショルダ面に適度に保持し留める。そのため、特許文献４には、ツールの外周部から中央に近づくほど溝が深い方が良いと記載されている。しかし、ツールに巻き込む金属量が増加すると、鉄鋼材料のような高剛性の材料を対象とする際には、ツールの破損を生じ、接合が困難である。

また、アルミニウム合金やマグネシウム合金に代表される低融点金属材料と比べて、高温強度の高い鉄鋼材料は、低入熱かつ高い接合速度の接合条件で摩擦攪拌接合する場合、未接合部で十分な塑性流動を得られないことが多い。そのため、接合部材として鉄鋼材料を用いる場合であっても、接合時の欠陥発生の抑制、および接合速度の高速度化が求められている。

さらに、鋼板の片面に配置した１つの回転ツールで摩擦攪拌接合する場合、未接合部の一方面側では回転ツールにより十分な塑性流動が得られるものの、他方面側では温度上昇およびせん断応力の負荷が十分でなく、十分な塑性流動を得られないことが多い。そのため、被接合部材の板厚方向に対して十分に均質な塑性流動が得られない課題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、対向する一対の回転ツールを互いに逆方向に回転させながら、板厚が異なる２枚の鋼板を接合する両面摩擦撹拌接合に用いる両面摩擦撹拌接合用回転ツール、及び両面摩擦撹拌接合方法を提供することを目的とする。

本発明では、上記した課題を解決するために鋭意検討した。

図１３を用いて、従来例である回転ツールについて説明する。
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）には、従来例である、プローブ１０１及びショルダー１０２のみで構成された回転ツール１００の概略図を示す。なお、図１３（ａ）には、従来の回転ツール１００の一例として、ショルダー１０２が断面形状で平面に形成された回転ツール１００を示す。図１３（ｂ）には、従来の回転ツール１００の別例として、ショルダー１０２が断面形状で凹形状に形成された回転ツール１００を示す。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、上側に回転ツール１００の断面図を示し、下側に回転ツール１００の平面図をそれぞれ示す。

図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示す従来の回転ツール１００を用いて、板厚の異なる鋼板を突き合わせて摩擦攪拌接合する場合、回転ツール１００は接合方向に対して垂直な方向に傾斜させて接合する必要がある。板厚差があることによって、板厚の厚い鋼板側ではツールに大きな負荷がかかる。その結果、回転ツール１００が破損しやすく、接合部において適正なビード形状の形成が困難となる。

そこで、本発明者らは、接合部において適正なビード形が得られる手段について鋭意検討を行い、次の結論を得た。

板厚差を有する２枚の鋼板を両面摩擦攪拌接合する場合には、回転ツールの外周部をテーパ形状とすることで、回転ツール通過時に鋼板の段差は平滑になり、適正なビードを形成できる。すなわち、回転ツールの外周部をテーパ形状にすることが有効である。また、高温強度の高い鋼板を摩擦撹拌接合するためには、該鋼板に触れる回転ツールの特定の領域を鋼板よりも硬い材質とすることが有効である。

以上のことから、本発明者らは、板厚差を有する２枚の鋼板を突き合わせて接合する際に、回転ツールの回転軸を接合方向に対して垂直方向に傾斜させる必要がない、両面摩擦撹拌接合用回転ツールを見出した。また、この回転ツールを好適に用いることができる両面摩擦攪拌接合方法を見出した。

本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであり、以下を要旨とするものである。
［１］ 板厚が異なる２枚の鋼板を突き合わせた未接合部の一方面側と他方面側に配置した一対の回転ツールを、互いに逆方向に回転させて鋼板同士を接合する両面摩擦撹拌接合に用いる両面摩擦撹拌接合用回転ツールであって、
前記回転ツールは、該回転ツールの中央にある先端部と、該先端部の外側にある外周部を有し、
前記外周部はテーパ形状であり、
前記先端部および前記外周部は、前記鋼板よりも硬い材質であることを特徴とする両面摩擦撹拌接合用回転ツール。
［２］ 前記外周部のテーパ面と前記回転ツールの回転軸に対して垂直な面とのなす角度が、２～２０°であることを特徴とする[１]に記載の両面摩擦撹拌接合用回転ツール。
［３］ 前記外周部は、テーパ部分に、前記回転ツールの回転方向と同じ向きあるいは回転方向と逆向きの渦状の凹部および／または凸部を有することを特徴とする[１]または[２]に記載の両面摩擦撹拌接合用回転ツール。
［４］ 前記先端部は、円形かつ平面状、円形かつ凸型の曲面状、および円形かつ凹型の曲面状のうちから選択される１種に形成したことを特徴とする[１]～[３]のいずれか１つに記載の両面摩擦撹拌接合用回転ツール。
［５］ 前記先端部は、前記ツールの回転方向と逆向きの渦状の凹部および／または凸部を有することを特徴とする[４]に記載の両面摩擦撹拌接合用回転ツール。
［６］ [１]～[５]のいずれか１つに記載の両面摩擦攪拌接合用回転ツールを用いた両面摩擦攪拌接合方法であって、
板厚が異なる２枚の鋼板を、該鋼板の未接合部の一方の面側が板厚方向に段差を有する状態で突き合わせ、前記未接合部の前記段差を有する面側、あるいは前記未接合部の両方の面側に、前記回転ツールを配置し、
前記段差を有する面側に配置した前記回転ツールの回転方向が、板厚の大きい鋼板側で前記回転ツールの移動方向と反対方向となるように、かつ板厚の小さい鋼板側で前記回転ツールの移動方向と同一方向となるように、前記回転ツールを回転させながら前記未接合部に沿って移動させ、該鋼板同士を接合する両面摩擦撹拌接合方法。

本発明によれば、板厚が異なる２枚の鋼板を突き合わせて接合する場合であっても、回転軸の角度の調整が不要な両面摩擦攪拌接合用回転ツールを提供できる。
また、本発明の両面摩擦撹拌接合用回転ツールを用いることにより、対向する一対の回転ツールを互いに逆方向に回転させながら、板厚が異なる２枚の鋼板を接合する両面摩擦攪拌接合方法を提供できる。

図１は、本発明の両面摩擦撹拌接合方法の一例を説明する概略図である。 図２は、本発明の両面摩擦撹拌接合用回転ツールの第１実施形態を説明する図であり、上側の図が側面図であり、下側の図が平面図である。 図３（ａ）および図３（ｂ）は、本発明の面摩擦撹拌接合用回転ツールの第２実施形態を説明する図であり、それぞれ上側の図が側面図であり、下側の図が平面図である。 図４（ａ）～図４（ｃ）は、本発明の両面摩擦撹拌接合用回転ツールの第３実施形態を説明する図であり、それぞれ上側の図が側面図であり、下側の図が平面図である。 図５（ａ）～図５（ｃ）は、本発明の両面摩擦撹拌接合用回転ツールの第４実施形態を説明する図であり、それぞれ上側の図が側面図であり、下側の図が平面図である。 図６（ａ）～図６（ｃ）は、本発明の両面摩擦撹拌接合用回転ツールの第５実施形態を説明する図であり、それぞれ上側の図が側面図であり、下側の図が平面図である。 図７（ａ）～図７（ｃ）は、本発明の両面摩擦撹拌接合用回転ツールの第６実施形態を説明する図であり、それぞれ上側の図が側面図であり、下側の図が平面図である。 図８（ａ）～図８（ｃ）は、本発明の両面摩擦撹拌接合用回転ツールの第６実施形態を説明する図であり、それぞれ上側の図が側面図であり、下側の図が平面図である。 図９（ａ）～図９（ｃ）は、本発明の両面摩擦撹拌接合用回転ツールの第６実施形態を説明する図であり、それぞれ上側の図が側面図であり、下側の図が平面図である。 図１０（ａ）～図１０（ｃ）は、本発明の両面摩擦撹拌接合用回転ツールの第７実施形態を説明する図であり、それぞれ上側の図が側面図であり、下側の図が平面図である。 図１１は、本発明の両面摩擦撹拌接合用回転ツールを適用した両面摩擦撹拌接合方法を説明する、接合時の断面図である。 図１２は、本発明の両面摩擦撹拌接合方法の他の例を説明する概略図である。 図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、従来の回転ツールを説明する図であり、上側の図が側面図であり、下側の図が平面図である。

以下、各図を参照して、本発明の両面摩擦撹拌接合用回転ツールについて説明する。なお、本発明はこの実施形態に限定されない。

まず、本発明の両面摩擦撹拌接合用回転ツールについて説明する。

本発明の両面摩擦撹拌接合用回転ツール（以下、回転ツールと称する。）は、板厚の異なる２枚の鋼板を接合する両面摩擦攪拌接合方法に好適に用いることができる。

図１には、板厚方向に段差を設けて突き合せた鋼板に対して両面摩擦攪拌接合を実施する場合の一例を示す。図１に示すように、この両面摩擦攪拌接合方法では、板厚が異なる２枚の鋼板３、４の端面を互いに突き合わせて未接合部６とし、未接合部６の一方面側（上面側）及び他方面側（下面側）に一対の回転ツール１、２を配置する。回転ツール１、２は、互いに逆方向に回転しながら未接合部６に沿って接合方向（図１に示した矢印Ｆの方向）に移動する。この際、段差を有する面側（図１に示す例では、未接合部６の上面側）に配置した回転ツールの回転方向が、板厚の大きい鋼板側で上記回転ツールの移動方向（矢印Ｆの方向、接合方向）に対して反対方向となるように、かつ板厚の小さい鋼板側で上記回転ツールの移動方向（矢印Ｆの方向）に対して同一方向となるように回転させる。回転ツール１、２は未接合部６で鋼板に接触し、突き合せた部分は摩擦熱を生じて軟化し、回転ツールで塑性流動を起こすことで固相接合し、接合部５が形成される。

本発明の回転ツールは、未接合部６の上面側および下面側に配置した一対の回転ツール１、２のうち、少なくとも段差を設けた面側に配置される回転ツールに適用すれば、本発明の効果を得られる。図１に示す例では、鋼板の上面側（一方面側）に板厚方向の段差を設けている。この場合には、未接合部６の上面側に配置される回転ツール１のみに本発明を適用してもよく、あるいは未接合部６の上面側及び下面側に配置される回転ツール１、２に本発明を適用してもよい。

なお、図１には、２枚の鋼板を突き合せた未接合部に対して両面摩擦攪拌接合を実施する場合を示した。この場合に限らず、本発明は、２枚の鋼板を重ね合わせた未接合部に対して両面摩擦攪拌接合を実施する場合にも、当然に適用できる。

図２～図１０を用いて、本発明の回転ツールにおける各実施形態を説明する。
図２には本発明の回転ツールの第１実施形態を示し、図３（ａ）および図３（ｂ）には本発明の回転ツールの第２実施形態を示し、図４（ａ）～図４（ｃ）には本発明の回転ツールの第３実施形態を示し、図５（ａ）～図５（ｃ）には本発明の回転ツールの第４実施形態を示し、図６（ａ）～図６（ｃ）には本発明の回転ツールの第５実施形態を示し、図７（ａ）～図７（ｃ）、図８（ａ）～図８（ｃ）および図９（ａ）～図９（ｃ）には本発明の回転ツールの第６実施形態を示し、図１０（ａ）～図１０（ｃ）には本発明の回転ツールの第７実施形態を示す。
なお、各図において、上側に示した図が回転ツールを側面視した断面図であり、下側に示した図が回転ツールを上面視した平面図である。未接合部６の上面側に配置された回転ツール１および下面側に配置された回転ツール２は、先端部を中心として点対称の形状であるため、ここでは上面側に配置された回転ツール１のみを示す。

本発明の回転ツール（図１に示す例では、対向する一対の回転ツール１、２、あるいはいずれか一方（鋼板の上面側）の回転ツール１）は、図２～図１０に示すように、回転ツールの中央にある先端部９と、この先端部９の外側にある外周部１０を有する。

なお、先端部９は、図２～図３に示すように、その中央にプローブ９ａを有していてもよい。この場合には、先端部９は、プローブ９ａおよびショルダー部９ｂからなる。すなわち、図２～図３に示す例では、本発明の回転ツールは、プローブ９ａおよびショルダー部９ｂからなる先端部９と、その外側にある外周部１０とを有する。

回転ツール１、２の先端部９および外周部１０は、接合時に高温状態に晒される。したがって、先端部９および外周部１０は、接合される鋼板よりも硬い材質で形成する。これにより、接合時に、回転ツール１、２は先端部９および外周部１０の形状を保持したまま鋼板に変形を加えることができる。その結果、高い撹拌能を持続的に実現することができ、適正な接合が可能となる。

なお、鋼板および回転ツールの上記した硬さを比較する際には、例えば高温ビッカース硬さ試験方法（ＪＩＳ Ｚ ２２５２）を用いればよい。回転ツール１、２は、その先端部９および外周部１０を上記した硬さとしてもよく、あるいは回転ツール１、２全体を上記した硬さとしてもよい。

回転ツール１、２の外周部１０は、テーパ形状に形成する。図１３に示した従来の回転ツール１００と比べると、本発明の回転ツール１、２の外周部１０はテーパ形状を有していることがわかる。ここで、外周部１０におけるテーパ形状とは、図２～図１０に示すように円錐台形状に形成されていることを意味する。

外周部１０がテーパ形状に形成されることによって、次の作用効果を得ることができる。図１１を用いて説明する。図１１には、接合時に鋼板３、４が軟化した部分において、回転ツール１、２が板厚方向で中心位置まで侵入している状態を示す。

図１１に示すように、回転ツール１、２の外周部１０は、接合時に鋼板３、４に接触する。外周部１０をテーパ形状にすることによって、板厚が異なる２枚の鋼板３、４の段差は回転ツール１、２の通過時に平滑になり、適正なビードを形成できる。その結果、欠陥の無い継手の作製が可能となる。これに対し、上記した特許文献１に開示されたような従来の回転ツールを用いる場合、適正なビードを形成するためには、回転ツールの回転軸を接合方向に対して垂直な方向（回転ツールの回転軸を低位側の鋼板側）に傾ける必要があった。また、高融点材や高硬度材の接合時には、回転ツールを傾斜させることで生じる大きな負荷に耐えられず、回転ツールが破損するため、接合が困難であった。この大きな負荷に耐えるためには、回転ツールを設置する装置に十分な剛性が必要であった。

しかし、本発明では、回転ツールの外周部１０がテーパ形状を有することで、板厚の大きい鋼板（厚板）（図１１に示す例では鋼板３）および板厚の小さい鋼板（薄板）（図１１に示す例では鋼板４）の段差を考慮に入れる必要がなく、適正なビード形成のための回転ツールの回転軸角度の裕度が向上する。すなわち、本発明によれば、従来の回転ツールのように、接合時に、回転ツールの回転軸を接合方向に対して垂直な方向（回転ツールの回転軸を低位側の鋼板側）に傾斜させることなく、接合方向に移動することができる。

この効果を得るためには、例えば図１１に示すように、回転ツールの狙い位置（被接合鋼板と回転ツールの位置関係）を、回転ツールのテーパ形状部（回転ツールの外周部１０のテーパ形状部分）が鋼板３、４と回転ツールの接触部の最外部に位置し、かつ、回転ツールの中心部が被接合鋼板の突合せ部から板幅方向に±２ｍｍ以内とすることが好ましい。
なお、回転ツールの外周部１０がテーパ形状であることによって、ツール狙い位置が接合方向に対して鋼板表面の法線方向にずれた場合においても、ツールのテーパ角度に従って押圧することができるため、予定した適切なビード形状を得られる。

本発明の回転ツールは、上述した構成要件を有することによって本発明の効果を得ることができる。なお、より一層効果を向上させることを目的として、上記した構成要件に加えて、更に次の構成要件を有することができる。

回転ツール１、２の外周部１０は、外周部のテーパ面と回転ツールの回転軸に対して垂直な面がなす角度をα（図２を参照）とするとき、２°≦α≦２０°の傾き（傾斜）となるテーパを有することができる。

テーパの角度（傾斜）αが２°より小さい場合には、板厚が異なる２枚の鋼板の突き合わせ部分の段差間を回転ツールが通過する時に、段差部分を平滑にする能力が低下する恐れがある。また、回転ツールの外周部１０に大きな応力がかかることで、回転ツールが破損する恐れがある。一方、テーパの角度αが２０°より大きい場合には、外周部１０と２枚の鋼板との接触面積が減少することで接合能力が低下する。したがって、テーパの角度αは２°以上２０°以下とすることが好ましい。より好ましくは８°以上であり、より好ましくは１５°以下である。

なお、図２に示す例のように、本発明の回転ツールは、円錐台形状のテーパ面が外周部１０であり、その内側を先端部９とする。テーパ面は、変位計を用いたツール計測により、指定したツール寸法に対して円錐台形状の形状誤差が±０．００５ｍｍ以内であれば、上記した効果が得られやすい。

また、回転ツールの外周部１０は、テーパ部分に渦状の凹部および／または凸部１１を有することができる。渦状（螺旋状、スパイラル状）の凹部および／または凸部１１は、各回転ツール１、２の回転方向に対して同じ向き（同一方向）でもよく、あるいは逆向き（反対方向）でもよい。渦状の凹部および／または凸部１１として、例えば溝や段差などを設けることが好ましい。溝として、例えば断面形状が四角状あるいは半円状に形成されたものを挙げることができる。段差として、例えば階段状に形成されたものを挙げることができる。

図３（ａ）および図３（ｂ）には、外周部１０に渦状の凹部および／または凸部１１を設けた回転ツール１を示しており、図３（ａ）の回転ツール１は回転方向に対して同じ方向の渦の凹部および／または凸部１１を有する例であり、図３（ｂ）の回転ツール１は回転方向に対して逆向きの渦の凹部および／または凸部１１を有する例である。ここでは、凹部および／または凸部１１として、凹状の溝を設けた一例を示している。

図３（ａ）に示すように、回転ツール１、２の回転方向に対して同じ向きの渦状の凹部および／または凸部１１を外周部１０のテーパ面に設けることで、回転ツール１、２による鋼板（厚板および薄板）の押圧時および撹拌時に生じる、回転ツール１、２の内側から外側へ向かう摩擦熱によって、軟化した金属材料を流動させる。これにより、厚板と薄板との板厚差によって生じる余剰な金属材料を、回転ツール１、２による押圧部分の外側へ流出することができる。その結果、回転ツールにかかる負荷を軽減することが可能となる。

一方、図３（ｂ）に示すように、回転ツール１、２の回転方向に対して逆向きの渦状の凹部および／または凸部１１を外周部１０に設けることで、回転ツール１、２による鋼板（厚板および薄板）の押圧時および撹拌時に生じる、回転ツール１、２の外側から内側へ向かう摩擦熱によって、軟化した金属材料を流動させる。これにより、金属材料が回転ツール１、２による押圧部分の外側へ流出することを抑制できる。その結果、押圧部分の塑性流動を促進することができる。また、接合部の厚さが母材の板厚との比で減少することを抑止することができる。さらに、バリの少ない接合部表面を形成することができる。

なお、渦状の凹部および／または凸部１１は、１つ以上設けることが好ましい。一方、渦状の凹部および／または凸部１１は、６つを超えて設けると金属材料の流動を向上する効果が乏しくなる。また、形状が複雑化することによって回転ツール１、２の外周部１０の渦状の凹部および／または凸部１１が破損しやすくなる恐れがある。このような理由から、６つ以下とすることが好ましい。なお、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す例では、いずれも渦状の凹部および／または凸部１１の数は４つである。

また、上述した作用が得られれば、渦状の凹部および／または凸部１１の形状は特に規定しない。

回転ツール１、２の先端部９は、円形かつ平面状、円形かつ凸型の曲面状（凸面状）、および円形かつ凹型の曲面状（凹面状）のうちから選択される１種に形成することができる。
図４（ａ）～図４（ｃ）には、円形かつ凸面状、すなわち先端部９を平面視で円形、かつ側面視で凸面状に形成した回転ツール１を示す。図５（ａ）～図５（ｃ）には、円形かつ平面状、すなわち先端部９を平面視で円形、かつ側面視で平面状に形成した回転ツール１を示す。図６（ａ）～図６（ｃ）には、円形かつ凹面状、すなわち先端部９を平面視で円形、かつ側面視で凹面状に形成した回転ツール１を示す。各図（ａ）は外周部１０に渦状の凹部および／または凸部を有しない例であり、各図（ｂ）は外周部１０に回転ツール１の回転方向に対して同じ向きの渦状の凹部および／または凸部１１を有する例であり、各図（ｃ）は外周部１０に回転ツール１の回転方向に対して逆向きの渦状の凹部および／または凸部１１を有する例である。

なお、凸面状の先端部９とは、図４に示すように、鋼板と接する先端面が中心方向に向かって膨らむ一つの曲面（放物面、長球面もしくは球面）を意味する。また、凹面状の先端部９とは、図６に示すように、鋼板と接する先端面が中心方向に向かって窪む一つの曲面（放物面、長球面もしくは球面）を意味する。また、平面状の先端部９とは、図５に示すように、鋼板と接する先端部が平坦な面であることを意味する。

例えば図１３に示すように、従来の先端部にプローブを有する回転ツールでは、鋼板のような高剛性材料を接合対象とした際にプローブに応力が集中し、ツールの耐久性が低下する傾向があった。しかし、本発明のように、先端部９を上述した円形かつ凸面状、円形かつ平面状、あるいは円形かつ凹面状とする場合には、プローブがないことで応力集中が緩和され、ツール耐久性をより一層向上できる。

特に、凸面状では凸高さが高いほど、接合時の塑性流動を生じさせる能力が増加するが、凹面状では凹深さが大きいほど、接合時の塑性流動を生じさせる能力が減少する。また、平面状では凸面状時と凹面状時との中間となる塑性流動を生じさせる能力を有する。このように、回転ツールの凸面高さや凹面深さを調整することで塑性流動性を操作することができるため、本発明では、接合材の強度や必要な特性に応じて、適切な先端部９の形状およびサイズを適宜選択すればよい。

また、回転ツールの先端部９は、上述した円形かつ平面状、円形かつ凸面状、および円形かつ凹面状のうちから選択される１種に形成した場合、さらに、先端部９に渦状（螺旋状、スパイラル状）の凹部および／または凸部１２を有することができる。渦状の凹部および／または凸部１２の形状として、例えば溝や段差などを設けることが好ましい。溝として、例えば断面形状が四角状あるいは半円状に形成されたものを挙げることができる。段差として、例えば階段状に形成されたものを挙げることができる。先端部９に設ける渦状の凹部および／または凸部１２は、各回転ツール１、２の回転方向と逆向き（反対方向）に形成する。

渦状の凹部および／または凸部１２は、１つ以上設けることが好ましい。一方、渦状の凹部および／または凸部１２は、６つを超えて設けると金属材料の流動を向上する効果が乏しくなる。また、形状が複雑化することによって回転ツール１、２の先端部９が破損しやすくなる恐れがある。このような理由から、６つ以下とすることが好ましい。なお、図７（ａ）～図７（ｃ）、図８（ａ）～図８（ｃ）、図９（ａ）～図９（ｃ）に示す例では、いずれも渦の数は４つであり、また渦状の凹部および／または凸部１２として「溝」を設けている。
ここでは「溝」の一例を示したが、例えば図１０（ａ）～図１０（ｃ）に示すように「段差」としてもよい。

前述のように、外周部１０および先端部９は、渦状の凹部および／または凸部の有無、および渦状や凸部の形成方向（回転方向と同じ向きあるいは回転方向と逆向き）を選択することで、回転ツールの回転軸の中心方向や法線方向へ摩擦熱によって軟化した金属材料を選択的に流動させることができるため、材料の攪拌を制御することが可能となる。

なお、被接合材は、接合対象として超ハイテンなどの鋼板を対象とすることが好ましい。ただし、被接合材は、この例に限られるものではない。
被接合材の板厚は２０ｍｍ以下が好ましく、板厚比（板厚の大きい鋼板の板厚／板厚の小さい鋼板の板厚）は１．６以下が好ましい。

被接合材として鋼板を用いる場合、対象鋼種としては一般的な構造用鋼や炭素鋼、例えばＪＩＳ（日本工業規格）Ｇ ３１０６の溶接構造用圧延鋼材、ＪＩＳ Ｇ ４０５１の機械構造用炭素鋼などを好適に用いることができる。また、引張強さが８００ＭＰａ以上の高強度構造用鋼も好適に用いることができる。このような鋼板を用いる場合であっても、接合部において、鋼板（母材）の引張強さの８５％以上の強度、さらには９０％以上の強度、さらに好ましくは９５％以上の強度を得ることができる。

次に、本発明の両面摩擦撹拌接合方法の一実施形態について説明する。
なお、本発明の両面摩擦攪拌接合方法は、上述した両面摩擦撹拌接合用回転ツール（以下、回転ツールと称する。）を好適に用いることができる。ここでは、上述した図１を用い、両面摩擦撹拌接合方法の一例として突合せ接合を実施する場合について説明する。

図１に示すように、両面摩擦撹拌接合方法では、１対の回転ツール１、２、把持装置（図示せず）および回転ツール１、２の動作を制御する制御装置（図示せず）を備える両面摩擦撹拌接合装置を用いる。制御装置では、例えば回転ツール１、２の傾斜角度、回転ツール１、２の先端部同士の距離、接合速度、および回転ツール１、２の回転数等を制御する。把持装置では、鋼板３、４を固定することにより、回転ツール１、２の進行に伴う鋼板３、４の位置の変動を防止する。把持装置としてはこの変動を防止できるものを使用すれば良いため、本発明ではその構成を特に限定しない。

両面摩擦撹拌接合装置の回転ツール１、２は、被接合材である板厚の異なる２枚の鋼板（鋼板３、鋼板４）の一方面側（上面側）と他方面側（下面側）にそれぞれ配置する。なお、以降の説明において、鋼板３、４の上面側に配置される回転ツールを「上面側回転ツール１」と称し、鋼板３、４の下面側に配置される回転ツールを「下面側回転ツール２」と称する場合もある。

２枚の鋼板３、４は、板厚方向に段差を有する状態で鋼板３、４の端面（突き合わせ面）を互いに突き合わせて配置し、把持装置（図示せず）で把持する。図１に示す例では、上面側回転ツール１の回転方向Ｔ_Ｓが接合方向（図１に示した矢印Ｆの方向）に対して反対方向（逆向き）となる側に鋼板３を配置し、上面側回転ツール１の回転方向Ｔ_Ｓが接合方向に対して同一方向（同じ向き）となる側に鋼板４を配置する。鋼板３は、鋼板４よりも板厚が大きい。鋼板３、４は、一方面側にのみ段差を有するように突き合わせる。

なお、図１２に示すように、鋼板３、４は、一方面側および他方面側（上面側及び下面側）の両方に板厚方向の段差を有するように突き合せてもよい。この際、突き合わせ部分の上面側では鋼板３が鋼板４に対して突出するように段差を設け、突き合わせ部分の下面側では鋼板４が鋼板３に対して突出するように段差を設ける。

図１に示すように、回転ツール１、２は、接合中央線８上に位置する鋼板３と鋼板４の未接合部６に挿入する。回転ツール１、２は、未接合部６において、鋼板３および鋼板４を押圧しつつ、回転しながら接合する部分に沿って接合方向に移動する。これにより、回転ツール１、２と鋼板３、４の摩擦熱によって両鋼板を軟化させつつ、その軟化した部位を回転ツール１、２で撹拌することによって塑性流動を生じさせて、鋼板３と鋼板４を接合する。突き合わせた部分において接合が完了した部分は接合部５である。

なお、本発明の効果は、未接合部６において、少なくとも鋼板３、４の段差を設けた面側に配置する回転ツールに、本発明の回転ツールを用いることで得ることができる。当然、鋼板３、４の段差を設けた面側および段差を設けない平坦な面側の両方に配置する回転ツールに、本発明の回転ツールを用いても、同様に本発明の効果は得ることができる。

図１に示す例では、上面側回転ツール１に上述した本発明の回転ツールを用いる。鋼板の段差を有する面に配置した回転ツール１は、その回転方向Ｔ_Ｓが、板厚の大きい鋼板３側では、回転ツール１の移動方向（接合方向）と反対方向になるように回転させる。かつ、板厚の小さい鋼板４側では、回転ツール１の移動方向（接合方向）と同一方向となるように回転させる。

板厚の大きい鋼板（厚板）３側において、接合方向に対して反対方向に回転ツール１を回転させることによって、その金属を接合方向の後方に塑性流動させることになる。接合方向後方への塑性流動は流動のための移動量が少なく、金属量が多い鋼板（厚板）３側においても、十分に塑性流動が得られ、適正な接合が可能になる。また、板厚の小さい鋼板（薄板）４側において、接合方向に対して同一方向に回転ツール１を回転させることによって、金属を接合方向の前方に塑性流動させることになる。接合方向前方への塑性流動は流動のための移動量が大きくなるが、鋼板（薄板）４側では金属量が少ないため、十分に接合が可能である。

しかし、回転ツール１の回転方向が上記した方向と逆になった場合には、板厚の大きい鋼板（厚板）３側において、接合方向に対して同一方向に回転ツール１は回転することとなり、接合方向の前方に塑性流動させることになる。その結果、流動のための移動量が大きくなり、金属量が多い鋼板（厚板）３側では十分に塑性流動が出来ず、接合欠陥が発生する。

なお、対向する回転ツール１、２の回転方向Ｔ_Ｓ、Ｔ_ｂは、図１に示すように、鋼板３、４の上面側（又は下面側）から見て、上面側と下面側で逆方向とする。図１に示す例では、上面側回転ツール１の回転方向を矢印Ｔ_Ｓで示し、下面側回転ツール２の回転方向を矢印Ｔ_ｂで示している。逆方向とすることにより、回転ツール１、２から鋼板３、４に加わる回転トルクを打ち消し合うことができる。その結果、従来技術である、鋼板の一方面側に配置した１つの回転ツールのみによって未接合部を押圧して接合する摩擦撹拌接合法と比較して、被接合材を拘束する治具の構造を簡略化することが可能となる。

これに対し、対向する回転ツール１、２の回転方向は、上面側と下面側で同方向とすると、一方の回転ツールに対する他方の回転ツールの相対速度はゼロに近づく。その結果、鋼板３、４の塑性流動が均質状態に近づくほど塑性変形が小さくなり、金属材料の塑性変形による発熱も得られなくなる。そのため、良好な接合状態を達成することが難しい。よって、良好な接合状態を達成するのに十分な温度上昇とせん断応力を、鋼板の厚さ方向に対して均質的に得るためには、対向する回転ツール１、２の回転方向を上面側と下面側（一方面側と他方面側）で逆方向とすることが有効である。

上記以外の接合条件については、常法に従えばよい。
例えば、本発明の両面摩擦撹拌接合方法では、回転ツール１、２の回転数は１００～５０００ｒ／ｍｉｎが好ましく、さらに好ましくは５００～３０００ｒ／ｍｉｎとする。回転数を当該範囲内とすることで、表面形状を良好に保ちながら過度な熱量の投入による機械特性の低下を抑制する効果がある。
接合速度は、１０００ｍｍ／ｍｉｎ以上が好ましく、さらに好ましくは２０００ｍｍ／ｍｉｎ以上に高速化する。接合速度を当該範囲内とすることで、過度な熱量の投入による機械特性の低下を抑制する効果がある。
回転ツールの傾斜角度（回転ツールの回転軸を、鋼板の鉛直方向の垂線７から接合方向後方に傾斜させたときの、回転軸と鋼板の鉛直方向の垂線とのなす角）は３度以下が好ましい。

以上説明したように、本発明の両面摩擦撹拌接合用回転ツールにより、異なる板厚の２枚の鋼板に対して、適用板厚によって回転軸の角度を調整する必要なく、欠陥のない継手が作製可能となる。さらに、回転ツールの外周部および先端部のいずれか、または両方に、渦状の凹部および／または凸部を設けることで、撹拌部の塑性流動をより効果的に操作することができる。その結果、例えばバリの排出や抑制が可能となる。

また上述したように、回転ツールの形状を検討することによって、高速接合速度時においても接合部の欠陥発生を抑制でき、また回転ツールへの負荷を軽減が可能となる。

以下、本発明の作用および効果について、実施例を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。

表１に示す板厚、化学組成、引張強さ、ビッカース硬さの鋼板から２種類を選択し、表２－１～表２－５に示す接合条件で両面摩擦撹拌接合を実施し、接合継手を作製した。

板厚が異なる２枚の鋼板の端面をフライス加工により平坦化し、その端面を図１に示すように突き合せた。その後、上面側回転ツールは、接合方向に対して垂直方向の傾斜をつけずに（すなわち、回転ツールの回転軸を低位側の鋼板側に傾けずに）、未接合部の一方面側（上面側）および他方面側（下面側）に一対の回転ツールを配置した。鋼板の上面側および下面側の両方から回転ツールを押圧し、接合方向に移動させて接合を行った。

なお、本発明の接合を行う際には、上面側回転ツールを反時計周りに回転させ、下面側回転ツールを時計回りに回転させた。また、上面側回転ツールの回転方向が接合方向に対して反対方向となる側に、板厚の大きい鋼板を配置した。この板厚の大きい鋼板を、表２－１～表２－３の中では「供試鋼板Ａ」と称する。一方、上面側回転ツールの回転方向が接合方向に対して同一方向となる側に、板厚の小さい鋼板を配置した。この板厚の小さい鋼板を、表２－１～表２－３の中では「供試鋼板Ｂ」と称する。図１に示す例では、鋼板３が供試鋼板Ａであり、鋼板４が供試鋼板Ｂである。

本実施例では、図２、図３（ａ）～図３（ｂ）、図４（ａ）～図４（ｃ）、図７（ａ）～図７（ｃ）に示した９種類の本発明の回転ツールと、図１３（ｂ）に示した１種類の従来の回転ツールを用いた。

各回転ツールの寸法は、次の通りである。
図２、図３（ａ）～図３（ｂ）に示す先端部９にプローブ９ａを有する各回転ツールの寸法は、ツール径Ｄ_１：２５ｍｍ、プローブ径Ｄ_３：７ｍｍ、ショルダー径Ｄ_４：１２ｍｍ、プローブ長さ：０．５ｍｍである。また、図４（ａ）～図４（ｃ）、図７（ａ）～図７（ｃ）に示す先端部９を円形かつ凸面状に形成した各回転ツールの寸法は、ツール径Ｄ_１：２５ｍｍ、先端部径Ｄ_２：１２ｍｍ、凸面高さ：０．５ｍｍである。また、溝を有するすべての図において溝深さ：０．５ｍｍ、溝幅：０．５ｍｍである。
図１３（ｂ）に示すショルダーを凹面状に形成した従来の回転ツールの寸法は、ツール径Ｄ_１：２５ｍｍ、プローブ径Ｄ_３：７ｍｍ、プローブ長さ：０．５ｍｍ、凹面深さ：０．３ｍｍである。

なお、これらの回転ツールは、その素材としてビッカース硬さが１０９０の炭化タングステン（ＷＣ）を用いた。

また、図３（ａ）～図３（ｂ）、図４（ｂ）～図４（ｃ）、図７（ｂ）～図７（ｃ）に示す回転ツールは、外周部１０のテーパ部分に渦状の凹部および／または凸部１１を設けた。外周部１０の渦状の凹部および／または凸部１１の数は、いずれも４つである。図７（ａ）～図７（ｃ）に示す回転ツールは、さらに先端部９にも渦状の凹部および／または凸部１２を設けた。先端部９の渦状の凹部および／または凸部１２の数は、いずれも４つである。

得られた接合継手を用いて、以下に示す評価をそれぞれ行った。

（１）継手外観観察での表面欠陥の有無
観察には、得られた接合継手において、接合速度ＴＳが表２－１～表２－５に記載の値となった部位を用いた。表面欠陥の有無は、塑性流動不足によって溝状に未接合状態が見られるか、あるいは接合部が凹形状となる状態が見られるか、否かを目視で判定する。表面欠陥の有無は、溝状の未接合状態あるいは接合部の凹形状の状態が見られる場合には、その溝状あるいは凹形状の深さＤ_ｄ（ｍｍ）を、レーザ変位計を用いて測定し、以下の基準により評価した。
＜基準＞
・無し：上記の表面欠陥がいずれも見られない。
・良好：上記の表面欠陥のいずれかが見られる。しかし、上記深さＤ_ｄ（ｍｍ）と鋼板の平均板厚（ここでは、供試鋼板Ａと供試鋼板Ｂの板厚の平均とする。）ｔ（ｍｍ）との比率(Ｄ_ｄ／ｔ)が０．１以下であった。
・有り：上記の表面欠陥のいずれかが見られる。さらに、上記深さＤ_ｄ（ｍｍ）と鋼板の平均板厚ｔ（ｍｍ）との比率(Ｄ_ｄ／ｔ)が０．１を超えた。
もしくは、溝状の未接合状態が鋼板の表面から裏面に貫通した。ただし、貫通した場合は、接合不成立とみなし、内部欠陥および継手強度の評価は行わない。

（２）継手断面観察での内部欠陥の有無
観察には、得られた接合継手において、接合速度ＴＳが表２－１～表２－５に記載の値となった部位を用いた。この部位から、接合開始側の端部から２０ｍｍの位置、接合終了側の端部から２０ｍｍの位置、および両端部（上記開始側の端部と上記終了側の端部）の中間となる位置の３箇所における断面をそれぞれ切断し、試験片とした。内部欠陥の有無は、塑性流動不足により接合部内部に形成した未接合状態が見られるか否かを、光学顕微鏡（倍率：１０倍）を用い、以下の基準により評価した。
＜基準＞
・無し：上記した３箇所のいずれの位置においても、トンネル状に形成した未接合状態が見られない。
・良好：上記した３箇所の位置において、接合部内部に形成した未接合状態が１箇所見られた。
・有り：上記した３箇所の位置において、接合部内部に形成した未接合状態が２箇所以上見られた。

表３－１及び表３－２に、上記（１）および（２）の評価結果をそれぞれ示す。さらに、次の評価も行った。

（３）回転ツールが破損するまでの接合回数の評価
この評価では、一対の回転ツール（上面側回転ツール及び下面側回転ツール）を用いて、接合長０．５ｍの両面摩擦攪拌接合を複数回行い、接合の際に回転ツールが破損したときの接合回数を表３－１及び表３－２に示す。なお、最大接合回数は１０回とし、最大接合回数に達するまでに回転ツールが破損しなかった接合条件に対して、表３－１及び表３－２に「無し」と表記した。

（４）接合継手の引張強さ
上記（３）の評価において、複数回の接合を行った際に得られた接合継手を用いて引張強さの評価を行った。得られた接合継手からＪＩＳ Ｚ ３１２１に規定する１号試験片の寸法の引張試験片を採取し、この試験片による引張試験（ＪＩＳ Ｚ ３１２１）を行い、測定した引張強さを表３－１及び表３－２に示す。なお、１度目の接合で回転ツールが破損し、接合継手が作製できなかった場合は、表３－１及び表３－２に「（測定値）無し」と表記した。
なお、本実施例では、継手強度は、母材の２種類の鋼板のうち、引張強さが低い鋼板の引張強さに対して８５％以上の引張強さが得られていれば、健全な接合状態にあると評価できる。

表３－１及び表３－２より、発明例１～発明例６９では、接合速度を１．０ｍ／分以上と高速化した場合であっても、継手外観観察で表面欠陥は認められず、また継手断面観察でも内部欠陥は認められなかった。このことから、健全な接合状態である接合継手を得られたことが確認された。そして、１０回の接合を行った際にも、回転ツールは破損しなかった。さらに、継手強度は、母材の２種類の鋼板のうち、引張強さが低い鋼板の引張強さに対して９５％以上の引張強さが得られた。

これに対して、比較例１～比較例３３では次のとおりであった。

比較例１～比較例９では、接合方向とツール回転方向が反対方向となる鋼板（供試鋼板Ａ）が、接合方向とツール回転方向が同一方向となる鋼板（供試鋼板Ｂ）より板厚が小さい接合条件で接合を行った。金属量の多い供試鋼板Ｂ側において、接合方向に対して同一方向に回転したため、接合方向の前方に塑性流動させることになった。これにより、流動のための金属移動量が大きく、十分な塑性流動が出来なかった。その結果、得られた接合継手には、表面欠陥及び内部欠陥が認められ、健全な接合状態が得られなかった。さらに、継手強度は、母材の２枚の鋼板のうち低い引張強さの鋼板の引張強さに対して８０％以下であった。

比較例１０～比較例１８では、上面側回転ツールとして、外周部に所定のテーパ形状を有しない従来の回転ツールを用いたため、突き合わせ部分の段差を平滑にする能力が低下した。その結果、得られた接合継手は表面欠陥及び内部欠陥が認められ、健全な接合状態が得られなかった。さらに、継手強度は、母材の２枚の鋼板のうち低い引張強さの鋼板の引張強さに対して８０％以下となった。

比較例１９～２７では、上面側回転ツールおよび下面側回転ツールの回転方向を同一方向として接合を行ったため、一方の回転ツールに対する他方の回転ツールの相対速度はゼロに近づく。これにより、被接合部の塑性流動が均質状態に近づくほど塑性変形が小さくなり、材料の塑性変形による発熱も得られなくなった。その結果、得られた接合継手は、表面欠陥及び内部欠陥が認められ、健全な接合状態が得られなかった。さらに、継手強度は、母材の２枚の鋼板のうち低い引張強さの鋼板の引張強さに対して８０％以下となった。

比較例２８～比較例３３では、上面側回転ツールのテーパ角度αが３０°であったため、未接合部において回転ツールと鋼板との接触面積が減少し、接合能力が低下した。その結果、得られた接合継手は、表面欠陥及び内部欠陥が認められ、健全な接合状態が得られなかった。さらに、継手強度は、母材の２枚の鋼板のうち低い引張強さの鋼板の引張強さに対して８０％以下となった。

１、２ 回転ツール
３、４ 鋼板
５ 接合部
６ 未接合部
７ 鋼板に対して鉛直方向の垂直線
８ 接合中央線
９ 先端部
９ａ プローブ部
９ｂ ショルダー部
１０ 外周部
１１、１２ 渦状の凹部および／または凸部
１００ 回転ツール
１０１ プローブ
１０２ ショルダー

Claims (5)

1. 板厚が異なる２枚の鋼板を突き合わせた未接合部の一方面側と他方面側に配置した一対の回転ツールを、互いに逆方向に回転させて鋼板同士を接合する両面摩擦撹拌接合に用いる両面摩擦撹拌接合用回転ツールであって、
   前記回転ツールは、該回転ツールの中央にあるプローブを有しない先端部と、該先端部の外側にある外周部を有し、
   前記外周部はテーパ形状であり、かつ、前記外周部のテーパ面と前記回転ツールの回転軸に対して垂直な面とのなす角度が２～２０°であり、
   前記先端部および前記外周部は、前記鋼板よりも硬い材質であることを特徴とする両面摩擦撹拌接合用回転ツール。
2. 前記外周部は、テーパ部分に、渦状の凹部および／または凸部を有することを特徴とする請求項１に記載の両面摩擦撹拌接合用回転ツール。
3. 前記先端部は、円形かつ平面状、円形かつ凸型の曲面状、および円形かつ凹型の曲面状のうちから選択される１種に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の両面摩擦撹拌接合用回転ツール。
4. 前記先端部は、渦状の凹部および／または凸部を有することを特徴とする請求項３に記載の両面摩擦撹拌接合用回転ツール。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の両面摩擦攪拌接合用回転ツールを用いた両面摩擦攪拌接合方法であって、
   板厚が異なる２枚の鋼板を、該鋼板の未接合部の一方の面側が板厚方向に段差を有する状態で突き合わせ、前記未接合部の前記段差を有する面側、あるいは前記未接合部の両方の面側に、前記回転ツールを配置し、
   前記段差を有する面側に配置した前記回転ツールの回転方向が、板厚の大きい鋼板側で前記回転ツールの移動方向と反対方向となるように、かつ板厚の小さい鋼板側で前記回転ツールの移動方向と同一方向となるように、前記回転ツールを回転させながら前記未接合部に沿って移動させ、該鋼板同士を接合する両面摩擦撹拌接合方法。

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