(57)【要約】【課題】めっき層が形成された金属材料を予備処理を行うことなく、良好に接合することのできる積層構造接合体を提供する。【解決手段】鋼板にアルミニウムを主成分とする材料をめっき層１２で被覆してなる複数の金属複合体を重ね合わせて摩擦攪拌接合で接合してなる積層構造接合体１において、各金属複合体１０ａ，１０ｂの接合部１５は、アルミニウム材料が分散された状態であり、かつ、接合部１５の界面近傍にはアルミニウム材料からなる金属酸化物が存在しない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属材料に前記第１の金属材料より融点の低い第２の金属材料を被覆してなる複数の金属複合体を重ね合わせて摩擦攪拌接合で接合してなる積層構造接合体において、
前記各金属複合体の接合部は、前記第２の金属材料が分散された状態であり、かつ、前記接合部の界面近傍には前記第２の金属材料からなる金属酸化物が存在しないことを特徴とする積層構造接合体。
【請求項２】
前記第１の金属材料は鉄を主成分とする鋼板であり、前記第２の金属材料は、アルミニウムを主成分とするめっき層であることを特徴とする請求項１に記載の積層構造接合体。
【請求項３】
前記第１の金属材料が冷間圧延鋼板であり、前記第２の金属材料がＡｌ−Ｓｉ合金からなるめっき層であることを特徴とする請求項２に記載の積層構造接合体。
【請求項４】
前記各金属複合体の接合部の金属組織の平均結晶粒径は３．３μｍ〜７．３μｍであることを特徴とする請求項３に記載の積層構造接合体。
【請求項５】
第１の金属材料に前記第１の金属材料より融点の低い第２の金属材料を被覆した複数の金属複合体を重ね合わせて、接合ツールを回転させながら挿入することによって塑性流動部を形成し、前記塑性流動部を攪拌することにより、前記各金属複合体を摩擦攪拌接合で接合する積層構造接合体の製造方法において、
前記第１の金属材料は鉄を主成分とする鋼板であり、前記第２の金属材料は、アルミニウムを主成分とするめっき層であり、
以下の条件をすべて満足する加工条件で前記各金属複合体を接合することを特徴とする積層構造接合体の製造方法。
ａ）１００≦Ｖ≦３００
ｂ）６００≦Ｒ≦１０００
ｃ）Ｖ≦０．５Ｒ−１００（Ｒ≧６００）
ｄ）Ｖ≧０．５Ｒ−３００（Ｒ≧８００）
ここで、Ｖは接合ツールの接合速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、Ｒは接合ツール回転数（ｒｐｍ）である。
【請求項６】
第１の金属材料に前記第１の金属材料より融点の低い第２の金属材料を被覆した複数の金属複合体を重ね合わせて、接合ツールを回転させながら挿入することによって塑性流動部を形成し、前記塑性流動部を攪拌することにより、前記各金属複合体を摩擦攪拌接合で接合する積層構造接合体の製造方法において、
前記第１の金属材料は鉄を主成分とする鋼板であり、前記第２の金属材料は、亜鉛を主成分とするめっき層であり、
以下の条件をすべて満足する加工条件で前記各金属複合体を接合することを特徴とする積層構造接合体の製造方法。
ａ）１００≦Ｖ≦３５０
ｂ）２８０≦Ｒ≦５５０
ｃ）Ｖ≦０．９３Ｒ−１６０．４（Ｒ≧２８０）
ここで、Ｖは接合ツールの接合速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、Ｒは接合ツール回転数（ｒｐｍ）である。
【請求項７】
前記積層構造接合体は、燃料タンク用容器であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の積層構造接合体もしくは積層構造接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層構造接合体および積層構造接合体の製造方法に係り、特に、表面にめっき層が形成された金属複合体を接合するのに好適な積層構造接合体および積層構造接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、金属材料同士を接合する方法として、摩擦熱によって金属を軟化させて接合する摩擦攪拌接合方法が多く用いられている（特許文献１を参照）。
この摩擦攪拌点接合方法によれば、一般に、接合時の入熱を少なくでき、かつ金属組織を微細化できるので、接合体の歪みを抑制でき、かつ優れた機械的性質を得ることができる。
このような特徴から、摩擦攪拌点接合方法は、輸送機器（自動車、鉄道車両、航空機など）および電気製品などの製造工程において採用されている（特許文献１を参照）。
【０００３】
ところで、近年、輸送機器および電気製品などにおいては、防錆および防食に対する要求が高まっており、例えば、めっき鋼板など、防錆性および防食性に優れためっき層を施した金属材料を接合することが求められている。
しかしながら、金属材料の表面にめっき層を施した金属材料を接合する場合、めっき層により十分な接合強度を得ることができないという問題があった。
【０００４】
そのため、従来から、例えば、予備工程では、第１鋼板の両面のうちの少なくとも一方の面のめっき層に対して、当該めっき層の溶融を防止するための予備処理を施し、配置工程では、第１鋼板の予備処理が施された面が下面となるように、かつ、当該予備処理が施された部分が回転工具の下方に位置するように、第１鋼板および第２鋼板を配置し、攪拌工程では、回転工具のピン部を回転させながら第１鋼板および第２鋼板に挿入することによって塑性流動部を形成し、塑性流動部を攪拌するようにした技術が開示されている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−０３０００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の技術では、めっき層を施した金属材料の接合を良好に行うことができるものの、めっき層を除去する予備処理が必要であり、接合工程に手間がかかってしまうという問題を有している。
【０００７】
本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、めっき層が形成された金属材料を予備処理を行うことなく、良好に接合することのできる積層構造接合体および積層構造接合体の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため本発明に係る積層構造接合体は、第１の金属材料に前記第１の金属材料より融点の低い第２の金属材料を被覆してなる複数の金属複合体を重ね合わせて摩擦攪拌接合で接合してなる積層構造接合体において、前記各金属複合体の接合部は、前記第２の金属材料が分散された状態であり、かつ、前記接合部の界面近傍には前記第２の金属材料からなる金属酸化物が存在しないことを特徴とする。
【０００９】
これによれば、各金属複合体の接合部において、各金属複合体の材料の組織が細かく良好に混ざり合うとともに、界面部分における欠陥もなく、めっき層が分散された適正な攪拌接合が行われている積層構造接合体を得ることができる。その結果、接合部における脆性を低減させることができ、接合強度を高く維持することができる。
【００１０】
また、前記構成において、前記第１の金属材料は鉄を主成分とする鋼板であり、前記第２の金属材料は、アルミニウムを主成分とするめっき層であることを特徴とする。
これによれば、各金属複合体の接合部は、アルミニウムが分散された状態であり、かつ、接合部の界面およびその近傍にはアルミニウムからなる金属酸化物が存在せず、各金属複合体の接合部において、各金属複合体の材料の組織が細かく良好に混ざり合うとともに、界面部分における欠陥もなく、めっき層が分散された適正な攪拌接合が行われている積層構造接合体を得ることができる。
【００１１】
また、前記構成において、前記第１の金属材料が冷間圧延鋼板であり、前記第２の金属材料がＡｌ−Ｓｉ合金からなるめっき層であることを特徴とする。
これによれば、各金属複合体の接合部は、Ａｌ−Ｓｉ合金材料が分散された状態であり、かつ、接合部の界面およびその近傍にはＡｌ−Ｓｉ合金材料からなる金属酸化物が存在せず、各金属複合体の接合部において、各金属複合体の材料の組織が細かく良好に混ざり合うとともに、界面部分における欠陥もなく、めっき層が分散された適正な攪拌接合が行われている積層構造接合体を得ることができる。
【００１２】
また、前記構成において、前記積層構造接合体は、燃料タンク用容器であることを特徴とする。
これによれば、めっき層が形成された金属複合体を用い、防錆性および防食性に優れた燃料タンク用容器を得ることができる。
【００１３】
また、本発明に係る積層構造接合体の製造方法は、第１の金属材料に前記第１の金属材料より融点の低い第２の金属材料を被覆した複数の金属複合体を重ね合わせて、接合ツールを回転させながら挿入することによって塑性流動部を形成し、前記塑性流動部を攪拌することにより、前記各金属複合体を摩擦攪拌接合で接合する積層構造接合体の製造方法において、前記第１の金属材料は鉄を主成分とする鋼板であり、前記第２の金属材料は、アルミニウムを主成分とするめっき層であり、以下の条件を全て満足する加工条件で前記各金属複合体を接合することを特徴とする。
ａ）１００≦Ｖ≦３００
ｂ）６００≦Ｒ≦１０００
ｃ）Ｖ≦０．５Ｒ−１００（Ｒ≧６００）
ｄ）Ｖ≧０．５Ｒ−３００（Ｒ≧８００）
ここで、Ｖは接合ツールの接合速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、Ｒは接合ツール回転数（ｒｐｍ）である。
この製造方法によれば、各金属複合体の接合部において、各金属複合体の材料の組織が細かく良好に混ざり合うとともに、界面部分における欠陥もなく、めっき層が分散された適正な攪拌接合が行われている積層構造接合体を得ることができる。その結果、接合部における脆性を低減させることができ、接合強度も高く維持することができる。
【００１４】
また、本発明に係る積層構造接合体の他の製造方法は、第１の金属材料に前記第１の金属材料より融点の低い第２の金属材料を被覆した複数の金属複合体を重ね合わせて、接合ツールを回転させながら挿入することによって塑性流動部を形成し、前記塑性流動部を攪拌することにより、前記各金属複合体を摩擦攪拌接合で接合する積層構造接合体の製造方法において、前記第１の金属材料は鉄を主成分とする鋼板であり、前記第２の金属材料は、亜鉛を主成分とするめっき層であり、以下の条件をすべて満足する加工条件で前記各金属複合体を接合することを特徴とする。
ａ）１００≦Ｖ≦３５０
ｂ）２８０≦Ｒ≦５５０
ｃ）Ｖ≦０．９３Ｒ−１６０．４（Ｒ≧２８０）
ここで、Ｖは接合ツールの接合速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、Ｒは接合ツール回転数（ｒｐｍ）である。
この製造方法によれば、各金属複合体を接合することにより、鋼板に亜鉛を主成分とするめっき層を形成してなる各金属複合体の接合部において、各金属複合体の材料の組織が細かく良好に混ざり合うとともに、界面部分における欠陥もなく、亜鉛材料のめっき層が分散された適正な攪拌接合が行われている積層構造接合体を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、接合部における脆性を低減させることができ、接合強度を高く維持することのできる積層構造接合体を得ることができる。また、めっき層を除去する予備処理が不要であり、接合工程を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る積層構造接合体を示す説明図である。
【図２】本発明に係る接合方法を示す説明図である。
【図３】本発明に係る接合ツールの挿入状態を示す説明図である。
【図４】本発明に係る接合方法を示す斜視図である。
【図５】第１実施形態の各金属複合体を接合した際のビード外観の実験結果を示す図である。
【図６】第１実施形態の金属複合体接合部断面の顕微鏡写真を示す図である。
【図７】第１実施形態の金属複合体接合部断面を示す図である。
【図８】第１実施形態の各金属複合体接合部近傍におけるビッカース硬さを測定した実験結果を示す図である。
【図９】第１実施形態の各金属複合体の接合部近傍におけるビッカース硬さを測定した実験結果を示す図である。
【図１０】第１実施形態における種々の実験条件での金属複合体接合部界面近傍のアルミニウム（Ａｌ）元素分析（ＥＰＭＡ）結果を示す図である。
【図１１】第１実施形態における接合速度２００ｍｍ／ｍｉｎ、ツール回転数４００ｒｐｍでの金属複合体接合部における鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）および酸素（Ｏ）の元素分析（ＥＰＭＡ）結果を示す図である。
【図１２】第１実施形態における接合速度２００ｍｍ／ｍｉｎ、ツール回転数８００ｒｐｍでの金属複合体の接合部における鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）および酸素（Ｏ）の元素分析（ＥＰＭＡ）結果を示す図である。
【図１３】第1実施形態における接合ツールの接合速度および回転数を変化させた各条件において、各金属複合体（アルミメッキ膜）を接合した場合の実験結果を示す図である。
【図１４】第２実施形態における接合ツールの接合速度および回転数を変化させた各条件において、各金属複合体（亜鉛メッキ膜）を接合した場合の実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る積層構造接合体を示す説明図である。図２は、本発明に係る接合方法を示す説明図である。図３は、本発明に係る接合ツールの挿入状態を示す説明図である。図４は、本発明に係る接合方法を示す斜視図である。
【００１８】
図１に示すように、本発明においては、積層構造接合体１は、複数（本実施形態においては、２枚）の金属複合体１０ａ，１０ｂを重ねて接合することにより構成されている。
金属複合体１０ａ，１０ｂは、第１の金属材料としての鋼板１１を、第１の金属材料より融点の低い第２の金属材料としてのめっき層１２により被覆して構成されている。
鋼板１１は、鉄を主成分とする板材であり、より具体的には、冷間圧延鋼板である。
めっき層１２は、鉄より融点の低いアルミニウムを主成分とするめっき層１２であり、より具体的には、Ａｌ−Ｓｉ合金からなる溶融アルミニウムめっき層１２あるいは亜鉛めっき層１２である。めっき層１２は、鋼板１１の両面に形成されている。
【００１９】
このように鋼板１１の表面にめっき層１２が形成された２枚の金属複合体１０ａ，１０ｂを互いに重ね合わせ、この状態で、摩擦攪拌接合により２枚の金属複合体１０ａ，１０ｂを接合して積層構造接合体１を構成するものである。
この積層構造接合体１は、その接合部１５においてめっき層１２が分散された状態であり、かつ、積層構造接合体１の接合部１５の界面近傍にはめっき層１２を構成する金属材料からなる金属酸化物が存在しないように構成されている。
ここで、金属酸化物が存在しないとは、金属酸化物が全く存在しない場合の他、少量の金属酸化物が存在する場合を含むものとする。
なお、本実施形態における積層構造接合体は、商用車や建設車両などの車両の燃料タンク用容器に好適である。
【００２０】
本発明に係る積層構造接合体１の製造方法に用いられる摩擦攪拌接合装置は、図２に示すように、支持台２０と接合ツール２１を備えている。支持台２０は、２枚の金属複合体１０ａ，１０ｂを載置し、接合ツール２１は支持台２０の上方に配置され、上下方向に移動自在とされるとともに、回転駆動自在とされる。接合ツール２１は、円柱状のショルダー部２２と、ショルダー部２２の下面中心部から下方に突出する円柱状のピン部２３とから構成されている。
なお、本発明は、公知の摩擦攪拌接合装置を用いて実施することが可能であるため、摩擦攪拌接合装置の詳細な説明は省略する。
【００２１】
次に、本発明に係る積層構造接合体１の製造方法について説明する。
まず、図２に示すように、摩擦攪拌接合装置の支持台２０の上面に、めっき層１２が形成された２枚の金属複合体１０ａ，１０ｂを上下に重ね合わせて載置する。
次に、この状態で、接合ツール２１を回転させながら、接合ツール２１のピン部２３を上側の金属複合体１０ａ，１０ｂに挿入する。
なお、接合ツール２１は、φ５〜φ１０ｍｍのものを用いた。
【００２２】
接合ツール２１は、所定の接合速度（移動速度）Ｖ、所定の回転数Ｒ、下側の金属複合体１０ａ，１０ｂへのピン部２３の所定の挿入量ｄ、所定の押圧力Ｐにより挿入される。本実施形態においては、接合ツール２１の接合速度Ｖは、例えば、後述する第１実施形態では、５０ｍｍ／ｍｉｎ以上３００ｍｍ／ｍｉｎ以下であり、接合ツール２１の回転数Ｒは、例えば、２００ｒｐｍ以上、１０００ｒｐｍ以下の条件で接合される。また、後述する第２実施形態では、接合ツール２１の接合速度Ｖは、例えば、１００ｍｍ／ｍｉｎ以上３５０ｍｍ／ｍｉｎ以下であり、接合ツール２１の回転数Ｒは２００ｒｐｍ以上５５０ｒｐｍ以下の条件で接合される。
なお、ピン部２３の所定の挿入量ｄおよび所定の押圧力Ｐは、任意に設定される。
【００２３】
そして、図３に示すように、既述の摩擦攪拌接合法により、塑性流動部２５を形成する。
その後、ピン部２３の底面が金属複合体１０ｂの上面より深い（０．１〜０．２ｍｍ）位置に位置するまで、接合ツール２１を押し下げる。この状態で、ピン部２３の回転を継続することによって、塑性流動部２５において各金属複合体１０ａ，１０ｂを攪拌する。
この状態のまま、図４に示すように、各金属複合体１０ａ，１０ｂの接合箇所に沿って接合ツール２１を移動させ、最後に、接合ツール２１を金属複合体１０ａ，１０ｂから引き抜き、接合が完了する。
なお、図中のＡＳ（Advancing  Side；前進側）とは、接合ツールの回転方向と接合方向が一致する側のことであり、ＲＳ（Retreating Side；後退側）とは、接合ツールの回転方向と接合方向が反対となる側のことである。
また、観察方向とは実験結果あるいは測定結果である図６〜図１２の試料観察方向である。
【００２４】
図５は、第１実施形態の金属複合体１０a、１０ｂを接合した際のビード外観の実験結果を示す図である。
図５には、接合ツール２１の接合速度が１００ｍｍ／ｍｉｎの場合に、接合ツール２１の回転数を、２００ｒｐｍ、４００ｒｐｍ、６００ｒｐｍ、８００ｒｐｍとして接合した場合および接合ツール２１の接合速度が２００ｍｍ／ｍｉｎの場合に、接合ツール２１の回転数を、４００ｒｐｍ、６００ｒｐｍ、８００ｒｐｍとして接合した場合のビードを示している。
【００２５】
これによれば、接合ツール２１の回転数が２００ｒｐｍまたは４００ｒｐｍの場合、接合速度がいずれの場合も、ビードの表面が粗く、各金属複合体１０ａ，１０ｂの材料が混ざり合っていないことがわかる。
これに対して、接合ツール２１の回転数が６００ｒｐｍまたは８００ｒｐｍの場合は、いずれの接合速度の場合もビードの表面が滑らかであり、各金属複合体１０ａ，１０ｂの材料が適正に混ざり合っていることがわかる。
【００２６】
図６は、第１実施形態の金属複合体接合部の断面顕微鏡写真を示す図である。
図６には、接合ツール２１の接合速度が１００ｍｍ／ｍｉｎの場合に、接合ツール２１の回転数を、２００ｒｐｍ、４００ｒｐｍ、６００ｒｐｍ、８００ｒｐｍとして接合した場合および接合ツール２１の接合速度が２００ｍｍ／ｍｉｎの場合に、接合ツール２１の回転数を、４００ｒｐｍ、６００ｒｐｍ、８００ｒｐｍとして接合した場合の断面を示している。
【００２７】
これによれば、接合ツール２１の回転数が２００ｒｐｍの場合には、各金属複合体１０ａ，１０ｂの材料が混ざり合っておらず、接合ツール２１の回転数が４００ｒｐｍの場合には、各金属複合体１０ａ，１０ｂの界面部分に割れなどの欠陥（図６中破線丸印で示す）が発生していることが確認できた。
これに対して、接合ツール２１の回転数が６００ｒｐｍまたは８００ｒｐｍの場合は、各金属複合体１０ａ，１０ｂの材料が混ざり合っており、界面部分における欠陥も確認できなかった。
【００２８】
図７は、第１実施形態の金属複合体接合部断面の拡大顕微鏡写真を示す図である。
図７には、接合ツール２１の接合速度が１００ｍｍ／ｍｉｎの場合に、接合ツール２１の回転数を、２００ｒｐｍ、４００ｒｐｍ、６００ｒｐｍ、８００ｒｐｍとして接合した場合の接合部１５を拡大した顕微鏡写真を示している。
【００２９】
これによれば、接合ツール２１の接合速度が１００ｍｍ／ｍｉｎで、接合ツール２１の回転数が２００ｒｐｍの場合は、各金属複合体１０ａ，１０ｂの接合部１５に割れなどの欠陥が確認された。接合ツール２１の回転数が４００ｒｐｍの場合は、各金属複合体１０ａ，１０ｂの組織が粗く、各金属複合体１０ａ，１０ｂの材料が混ざり合っていないことがわかる。
これに対して、接合ツール２１の回転数が６００ｒｐｍおよび８００ｒｐｍの場合は、各金属複合体１０ａ，１０ｂの材料が良好に混ざり合っていることがわかる。しかも、各金属複合体１０ａ，１０ｂの材料の金属組織の平均結晶粒径も、接合ツール２１の回転数が６００ｒｐｍの場合は、３．３μｍ、８００ｒｐｍの場合は、７．３μｍと、細かく、かつ、良好に混ざり合っており、適正な攪拌接合が行われていることがわかる。
【００３０】
図８は、第１実施形態の各金属複合体１０a、１０ｂ接合部近傍におけるビッカース硬さを測定した実験結果を示す図である。
図８には、接合ツール２１の接合速度が１００ｍｍ／ｍｉｎ、回転数が６００ｒｐｍの場合の測定結果を示している。
【００３１】
これによれば、接合ツール２１の回転数が６００ｒｐｍの場合は、接合部１５においてわずかにビッカース硬度が高まるものの、全体としてほぼ均一な硬度を維持することができ、十分な接合強度が得られていることがわかる。
【００３２】
また、図９は、図８同様、第１実施形態の各金属複合体の接合部近傍におけるビッカース硬さを測定した実験結果を示す図である。
図９には、接合ツール２１の接合速度が２００ｍｍ／ｍｉｎの場合に、接合ツール２１の回転数が８００ｒｐｍの場合の測定結果を示している。
【００３３】
これによれば、接合ツール２１の回転数が８００ｒｐｍの場合は、接合部１５においてわずかにビッカース硬度が高まるものの、全体としてほぼ均一な硬度を維持することができ、十分な接合強度が得られていることがわかる。
【００３４】
さらに、図１０は、第１実施形態における種々の実験条件での金属複合体接合部界面近傍のアルミニウム（Ａｌ）元素分析結果を示す図である。
これによれば、接合ツール２１の接合速度が１００ｍｍ／ｍｉｎおよび２００ｍｍ／ｍｉｎのいずれの場合においても、接合ツール２１の回転数が４００ｒｐｍの場合では、Ａｌ元素が界面に検出されているため、めっき層１２の分散が十分でない。
これに対して、接合ツール２１の回転数が６００ｒｐｍおよび８００ｒｐｍの場合は、Ａｌ元素が界面に殆ど検出されていないことから、めっき層１２の流動が大きく、めっき層１２が分散されていることがわかる。
【００３５】
図１１は、第１実施形態における接合速度２００ｍｍ／ｍｉｎ、接合ツール回転数４００ｒｐｍでの金属複合体を接合した際の接合部における鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）および酸素（Ｏ）の元素分析（ＥＰＭＡ）結果を示す図である。なお、横軸において、０．４〜０．７ｍｍが接合部の界面付近である。
これによれば、接合部１５の界面付近で酸素が増大したピークが示されており、さらに、界面付近の同様の箇所において、金属複合体１０ａ，１０ｂの材料である鉄が減少し、アルミニウムおよびシリコンが増大したピークが確認できた。このことから、接合部１５の界面付近で、アルミニウムあるいはシリコンと酸素との酸化物が生成されている可能性があることがわかる。各金属複合体１０ａ，１０ｂの接合部１５の界面付近に酸化物が存在すると、その界面付近における強度の低下を招くおそれがある。
【００３６】
また、図１２は、第１実施形態における接合速度２００ｍｍ／ｍｉｎ、ツール回転数８００ｒｐｍでの金属複合体接合部における鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）および酸素（Ｏ）の元素分析（ＥＰＭＡ）結果を示す図である。なお、横軸において、０．４５〜０．６ｍｍが接合部の界面付近である。
これによれば、接合部１５の界面付近で酸素が増大したピークは確認されなかった。また、界面付近の同様の箇所において、金属複合体１０ａ，１０ｂの材料である鉄が減少し、アルミニウムおよびシリコンが増大したピークが確認できた。このことから、接合部１５の界面付近で、鉄とアルミニウムあるいはシリコンとの合金相が生成されている可能性があることがわかる。したがって、接合部界面付近に金属酸化物が生成されないため、良好な接合強度が得られることがわかる。
【００３７】
図１３は、第１実施形態における接合ツールの接合速度および回転数を変化させた条件において、各金属複合体（アルミメッキ膜）を接合した場合の実験結果を示す図である。
これによれば、以下の条件をすべて満足する加工条件において、良好な接合が得られることがわかった。
ａ）１００≦Ｖ≦３００
ｂ）６００≦Ｒ≦１０００
ｃ）Ｖ≦０．５Ｒ−１００（Ｒ≧６００）
ｄ）Ｖ≧０．５Ｒ−３００（Ｒ≧８００）
ここで、Ｖは接合ツールの接合速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、Ｒは接合ツール回転数（ｒｐｍ）である。
なお、上記加工条件は図１３の「○（可）」で囲まれた領域内の条件である。
【００３８】
また、図１３において、「可」とは接合時の欠陥が皆無で、メッキ材料が極めて均一に分散している、「不可」は接合部に欠陥が発生していることを示す。
【００３９】
このように上記の条件下において、各金属複合体１０ａ，１０ｂを接合することにより、前述のようなビード、接合断面、ビッカース硬度、元素分析において、極めて良好な結果を得ることができる。
【００４０】
以上述べたように、本実施形態においては、第１の金属材料は鉄を主成分とする鋼板１１、特に、冷間圧延金属複合体１０ａ，１０ｂであり、第２の金属材料はアルミニウムを主成分とするめっき層１２、特に、Ａｌ−Ｓｉ合金からなるめっき層１２であり、以下の条件を全て満足する加工条件で各金属複合体１０ａ，１０ｂを接合するようにしている。
ａ）１００≦Ｖ≦３００
ｂ）６００≦Ｒ≦１０００
ｃ）Ｖ≦０．５Ｒ−１００（Ｒ≧６００）
ｄ）Ｖ≧０．５Ｒ−３００（Ｒ≧８００）
ここで、Ｖは接合ツールの接合速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、Ｒは接合ツール回転数（ｒｐｍ）である。
【００４１】
これにより、各金属複合体１０ａ，１０ｂの接合部１５は、Ａｌ−Ｓｉ合金材料（第２の金属材料）が分散された状態であり、かつ、接合部１５の界面近傍には、Ａｌ−Ｓｉ合金材料からなる金属酸化物が存在しない積層構造接合体１を得ることができる。
この積層構造接合体１は、各金属複合体１０ａ，１０ｂの接合部１５において、各金属複合体１０ａ，１０ｂの材料の組織が細かく良好に混ざり合うとともに、界面部分における欠陥もなく、めっき層１２が分散された適正な攪拌接合が行われており、良好な接合が行われていることがわかった。
【００４２】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態においても前記第１実施形態と同様に、積層構造接合体１は、複数（本実施形態においては、２枚）の金属複合体１０ａ，１０ｂを重ねて摩擦攪拌接合により接合することにより構成されている。
金属複合体１０ａ，１０ｂは、第１の金属材料としての鋼板１１と、第１の金属材料より融点の低い第２の金属材料としてのめっき層１２とから構成されている。鋼板１１は、鉄を主成分とする鋼板であり、より具体的には、冷間圧延鋼板である。めっき層１２は、鉄より融点の低い亜鉛を主成分とするめっき層１２であり、より具体的には、溶融亜鉛めっき層１２である。
【００４３】
このように鋼板１１の表面にめっき層１２が形成された２枚の金属複合体１０ａ，１０ｂを互いに重ね合わせ、この状態で、摩擦攪拌接合により２枚の金属複合体１０ａ，１０ｂを接合して積層構造接合体１を構成するものである。
【００４４】
図１４は、接合ツール２１の接合速度および回転数を変化させた各条件において、各金属複合体１０ａ，１０ｂを接合した場合の実験結果を示す図である。
この図から、以下の条件を全て満足する加工条件において、良好な接合が得られることがわかった。
ここで、Ｖは接合ツールの接合速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、Ｒは接合ツール回転数（ｒｐｍ）である。
ａ）１００≦Ｖ≦３５０
ｂ）２８０≦Ｒ≦５５０
ｃ）Ｖ≦０．９３Ｒ−１６０．４（Ｒ≧２８０）
なお、上記加工条件は図１４で示される「○（可）」で囲まれた領域内の条件である。
【００４５】
なお、図１４において、「可」、「不可」の意味は図１３と同じである。
【００４６】
なお、本発明は、前記各実施形態に記載のものに限定されるものではなく、必要に応じて、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１  積層構造接合体
１０ａ，１０ｂ  金属複合体
１１  鋼板
１２  めっき層
１５  接合部
２０  支持台
２１  接合ツール
２２  ショルダー部
２３  ピン部
２５  塑性流動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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