(57)【要約】【課題】官能基を有する樹脂製部材と金属製部材とを高強度に接合する。【解決手段】異種部材の接合方法は、金属製部材１１と官能基を有する樹脂製部材１２とを重ね合わせる第１ステップと、回転ツール１６を回転させつつ金属製部材１１側から樹脂製部材１２側に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱で樹脂製部材１２を軟化させて金属製部材１１と樹脂製部材１２とを接合する第２ステップとを含み、第２ステップは、回転ツール１６を金属製部材１１に押し込んで金属製部材１１と樹脂製部材１２との接合境界面に達しない深さまで進入さ近接させる押込み攪拌工程と、接合境界面に達しない深さまで進入させ近接させた位置で回転ツール１６の回転動作を継続させる攪拌維持工程とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製部材と、官能基を有する樹脂製部材とを重ね合わせる第１ステップと、
回転ツールを回転させつつ金属製部材側から樹脂製部材側に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱で樹脂製部材を軟化させて金属製部材と樹脂製部材とを接合する第２ステップとを含み、
上記第２ステップは、上記回転ツールを金属製部材に押し込んで金属製部材と樹脂製部材との接合境界面に達しない深さまで進入させ近接させる押込み攪拌工程と、上記接合境界面に達しない深さまで進入させ近接させた位置で上記回転ツールの回転動作を継続させる攪拌維持工程とを含むことを特徴とする異種部材の接合方法。
【請求項２】
請求項１に記載の異種部材の接合方法において、
上記第２ステップは、上記押込み攪拌工程の前に、上記回転ツールの先端部のみを金属製部材の表面部に接触させた状態で上記回転ツールを回転させる予熱工程を含むことを特徴とする異種部材の接合方法。
【請求項３】
請求項２に記載の異種部材の接合方法において、
上記予熱工程では上記回転ツールを第１の加圧力で押圧しつつ第１の加圧時間だけ回転させ、
上記押込み攪拌工程では上記回転ツールを上記第１の加圧力より大きい第２の加圧力で押圧しつつ上記第１の加圧時間より短い第２の加圧時間だけ回転させ、
上記攪拌維持工程では上記回転ツールを上記第１の加圧力より小さい第３の加圧力で押圧しつつ上記第１の加圧時間より長い第３の加圧時間だけ回転させることを特徴とする異種部材の接合方法。
【請求項４】
請求項３に記載の異種部材の接合方法において、
上記第１の加圧力は７００Ｎ以上１２００Ｎ未満の値であり、上記第１の加圧時間は０．５秒以上２．０秒未満の値であり、
上記第２の加圧力は１２００Ｎ以上１８００Ｎ未満の値であり、上記第２の加圧時間は０．１秒以上０．５秒未満の値であり、
上記第３の加圧力は１００Ｎ以上７００Ｎ未満の値であり、上記第３の加圧時間は１．０秒以上１０秒未満の値であることを特徴とする異種部材の接合方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の異種部材の接合方法において、
上記第２ステップは、上記攪拌維持工程の後に、上記回転ツールの回転を停止し、その状態で上記回転ツールを所定の加圧力で所定の加圧時間だけ保持する保持工程を含むことを特徴とする異種部材の接合方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の異種部材の接合方法において、
前記官能基は、Ｎ，Ｏ，Ｆ，Ｓｉ，Ｓ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉの少なくとも１つの元素を含有することを特徴とする異種部材の接合方法。
【請求項７】
請求項６に記載の異種部材の接合方法において、
前記官能基として、Ｏ，Ｓ，Ｃｌの少なくとも１つの元素を含有するものを用いることを特徴とする異種部材の接合方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の異種部材の接合方法において、
上記樹脂製部材の樹脂は、ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、又はポリ乳酸であることを特徴とする異種部材の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相互に種類の異なる異種部材、特に、金属製部材と樹脂製部材との接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車、鉄道車両、航空機、家電製品等は軽量化が求められている。例えば、自動車では、ハイテン材の利用により薄鋼板化が進められ、あるいはスチール材の代替材としてアルミ合金材が用いられ、さらには樹脂材の利用も進んでいる。これら異種材の接合技術は、単に軽量化に留まらず、車体の高強度化や高剛性化を実現できると共に、生産性向上の観点からも車体製造技術として重要である。これまで、スチール材とアルミ合金材との接合法として、溶接法に代わり、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ：ｆｒｉｃｔｉｏｎ  ｓｔｉｒ  ｗｅｌｄｉｎｇ）が有用であるとして多くの技術が特許文献として示されている。
【０００３】
すなわち、相互に種類の異なる、例えばアルミニウム材よりなる金属製部材と、例えばポリプロピレン（ＰＰ）よりなる樹脂製部材とを接合する技術として、特許文献１に開示されたものがある。この技術は、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）を用いるものであって、金属製部材の一方の面に、樹脂製部材の熱可塑性樹脂と相溶可能な熱可塑性樹脂よりなる塗膜を形成し、上記塗膜が形成された金属製部材の面を樹脂製部材側にして上記金属製部材と上記樹脂製部材とを重ね合わせ、その後、金属製部材側から回転ツールを回転させつつ押圧することにより摩擦熱を発生させ、塗膜と樹脂製部材との界面を加熱して両者を相溶させ、その後、冷却して両者を一体化することにより金属製部材と樹脂製部材とを接合するものである。
【０００４】
また、特許文献２にも、摩擦攪拌接合を用いて樹脂製部材と金属製部材とを接合する方法が開示されている。それによれば、ＰＥＴ（ポリエチテンテレフタレート）製の樹脂製部材とアルミニウム合金製の金属製部材とを重ね合わせ、金属製部材側から回転ツールで摩擦攪拌して両部材を接合する場合に、十分な引張強度の実現と摩擦攪拌接合装置の過負荷の防止との観点から、回転ツールの押込み量を金属製部材の板厚の５％以上２０％以下に設定すること、あるいは、回転ツールの外径を金属製部材の板厚の２倍以上５倍以下に設定することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２７９８５８号公報（段落０００７）
【特許文献２】特開２０１０−１５８８８５号公報（段落００５９〜００７１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示の技術では、摩擦攪拌接合をする前に、予め、金属製部材の表面に、樹脂製部材の熱可塑性樹脂と相溶性の良い熱可塑性樹脂よりなる塗膜を形成するので、工程が増え、コストアップを招くという不利益がある。また、塗膜の厚みコントロール等の新たな課題を克服する必要も生じる。
【０００７】
上記特許文献２に開示の技術では、樹脂製部材として、代表的な汎用樹脂であるポリプロピレン製の樹脂製部材を用いた場合に、金属製部材との接合強度が不足する可能性がある。その理由は、ポリプロピレンは、炭素（Ｃ）及び水素（Ｈ）のみからなる飽和炭化水素骨格を有する樹脂であり、分子構造に官能基が存在せず、反応性に乏しいため、金属材料と接合し難い樹脂だからである。また、ポリプロピレンは、他の樹脂と比べて熱伝導率が低いため（０．１２５Ｗ／ｍ・Ｋ）、軟化・溶融に時間がかかり、この点からも金属材料との接合性が低い樹脂だからである。
【０００８】
これに対し、ＰＥＴ樹脂は、分子構造に官能基であるカルボニル基（Ｃ＝Ｏ）を有し、熱伝導率も比較的高いため（０．３１Ｗ／ｍ・Ｋ）、特許文献２に開示の技術では、特許文献１のような樹脂塗膜を形成しなくても、ＰＥＴ製の樹脂製部材とアルミニウム合金製の金属製部材とが接合されるものと考えられる。
【０００９】
したがって、分子構造に官能基を有する樹脂よりなる樹脂製部材は、塗膜の形成等の工程を増やすことなく、金属製部材との摩擦攪拌接合が可能と考えられる。しかし、特許文献２に開示の技術では、回転ツールの押込み量を金属製部材の板厚の２０％以下に設定するので、摩擦熱が樹脂製部材から比較的離間した金属製部材の表面部で発生する。そのため、樹脂製部材の軟化・溶融に時間がかかる、あるいは樹脂製部材に摩擦熱が十分伝わらない、等の理由により、たとえ官能基を有する樹脂製部材であっても、金属製部材との接合強度が不足する可能性がある。
【００１０】
この問題に対処するために、回転ツールの加圧力を高めて回転ツールを金属製部材に深く押し込むことが考えられる。しかし、回転ツールを深く押し込み過ぎると、回転ツールが金属製部材を貫通し、回転ツールが通過した孔が開いた孔開き状態となり、接合不良が起きる可能性がある。
【００１１】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、官能基を有する樹脂製部材と金属製部材とを、孔開き状態とすることなく、高強度に接合できる異種部材の接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するためのものとして、本発明は、金属製部材と、官能基を有する樹脂製部材とを重ね合わせる第１ステップと、回転ツールを回転させつつ金属製部材側から樹脂製部材側に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱で樹脂製部材を軟化させて金属製部材と樹脂製部材とを接合する第２ステップとを含み、上記第２ステップは、上記回転ツールを金属製部材に押し込んで金属製部材と樹脂製部材との接合境界面に達しない深さまで進入させ近接させる押込み攪拌工程と、上記接合境界面に達しない深まで進入させ近接させた位置で上記回転ツールの回転動作を継続させる攪拌維持工程とを含むことを特徴とする異種部材の接合方法である（請求項１）。
【００１３】
本発明によれば、摩擦攪拌接合を用いて金属製部材と樹脂製部材とを接合する方法において、樹脂製部材として、例えば飽和炭化水素骨格のみよりなる樹脂製部材等に比べて、ある程度の反応性又は相互作用性を有する官能基を有する樹脂製部材が用いられる。そのため、塗膜の形成等の工程を増やすことなく、金属製部材と樹脂製部材とを接合することが可能となる。
【００１４】
その上で、回転ツールは、押込み攪拌工程で、金属製部材と樹脂製部材との接合境界面に達しない深さまで進入され近接された後、攪拌維持工程で、上記接合境界面に達しない深さまで進入され近接された位置（これを「基準位置」という）で回転動作が継続される。そのため、回転ツールを金属製部材に深く押し込む場合に、回転ツールが金属製部材を貫通し、回転ツールが通過した孔が開いた孔開き状態となることが防がれる。そして、樹脂製部材に近接した基準位置で摩擦熱が発生し、その摩擦熱の発生が継続されるので、多量の摩擦熱が発生し、発生した摩擦熱の大部分が樹脂製部材に移動する。そのため、樹脂製部材の軟化・溶融が促進され、樹脂製部材が広い範囲で十分に軟化・溶融して金属製部材と樹脂製部材とが広い範囲で高強度に接合された異種部材の接合体が得られる。以上により、官能基を有する樹脂製部材と金属製部材とを、孔開き状態とすることなく、高強度に接合できる異種部材の接合方法が提供される。
【００１５】
本発明において、好ましくは、上記第２ステップは、上記押込み攪拌工程の前に、上記回転ツールの先端部のみを金属製部材の表面部に接触させた状態で上記回転ツールを回転させる予熱工程を含む（請求項２）。
【００１６】
この構成によれば、押込み攪拌工程の前の予熱工程で、金属製部材の表面部で発生した摩擦熱が金属製部材の内部に伝わり、金属製部材が予熱される。これにより、次の押込み攪拌工程で、回転ツールを金属製部材に容易に押し込むことができる。
【００１７】
本発明において、好ましくは、上記予熱工程では上記回転ツールを第１の加圧力で押圧しつつ第１の加圧時間だけ回転させ、上記押込み攪拌工程では上記回転ツールを上記第１の加圧力より大きい第２の加圧力で押圧しつつ上記第１の加圧時間より短い第２の加圧時間だけ回転させ、上記攪拌維持工程では上記回転ツールを上記第１の加圧力より小さい第３の加圧力で押圧しつつ上記第１の加圧時間より長い第３の加圧時間だけ回転させる（請求項３）。
【００１８】
この構成によれば、押込み攪拌工程では、予熱工程のときよりも加圧力を大きくすることにより、回転ツールを金属製部材に深く押し込むことができる。その場合に、押込み攪拌工程では、予熱工程のときよりも加圧時間を短くすることにより、回転ツールが金属製部材と樹脂製部材との接合境界面を行き過ぎて金属製部材を貫通することを防ぐことができる。
【００１９】
また、攪拌維持工程では、予熱工程のときよりも加圧力を小さくすることにより、回転ツールが金属製部材と樹脂製部材との接合境界面を行き過ぎて金属製部材を貫通することを防ぐことができる。その場合に、攪拌維持工程では、予熱工程のときよりも加圧時間を長くすることにより、樹脂製部材に近接した基準位置で多量の摩擦熱を発生させることができる。
【００２０】
本発明において、好ましくは、上記第１の加圧力は７００Ｎ以上１２００Ｎ未満の値であり、上記第１の加圧時間は０．５秒以上２．０秒未満の値であり、上記第２の加圧力は１２００Ｎ以上１８００Ｎ未満の値であり、上記第２の加圧時間は０．１秒以上０．５秒未満の値であり、上記第３の加圧力は１００Ｎ以上７００Ｎ未満の値であり、上記第３の加圧時間は１．０秒以上１０秒未満の値である（請求項４）。
【００２１】
この構成によれば、例えば、１ｍｍ以上２ｍｍ以下の厚みの金属製部材と２ｍｍ以上４ｍｍ以下の厚みの樹脂製部材とを接合する場合の生産性（時間短縮と歩留まりとのバランス）の観点から、予熱工程、押込み攪拌工程、及び攪拌維持工程における各加圧力及び各加圧時間の好ましい具体的数値が示される。
【００２２】
本発明において、好ましくは、上記第２ステップは、上記攪拌維持工程の後に、上記回転ツールの回転を停止し、その状態で上記回転ツールを所定の加圧力で所定の加圧時間だけ保持する保持工程を含む（請求項５）。
【００２３】
この構成によれば、攪拌維持工程の後の保持工程で、回転が停止された回転ツールが金属製部材と樹脂製部材との接合部を所定の加圧力でクランプするので、摩擦攪拌接合終了後の冷却期間中の金属製部材と樹脂製部材との間の密着力が高められ、冷却完了後の接合強度が高められる。
【００２４】
本発明において、上記官能基として、Ｎ，Ｏ，Ｆ，Ｓｉ，Ｓ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉの少なくとも１つの元素を含有するものが好ましい（請求項６）。
【００２５】
このようにすれば、樹脂製部材と金属製部材との相互作用をより確実に促進することができ、樹脂製部材と金属製部材との接合性をより確実に高めることができる。
【００２６】
ここで、上記元素のうちＯ，Ｓ，Ｃｌを含有する官能基は入手性と電気陰性度の高さに起因する接合性向上効果を両立するため、上記官能基としてこれら元素を含有するものを用いれば、比較的安価に樹脂製部材と金属製部材との接合性をより高めることができる（請求項７）。
【００２７】
また本発明において、好ましくは、上記樹脂製部材の樹脂は、ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、又はポリ乳酸である（請求項８）。
【００２８】
この構成によれば、特に接合強度の高い異種部材の接合体が得られる。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、本発明は、樹脂製部材と金属製部材とを高強度に接合する技術を提供するので、軽量化が求められる自動車、鉄道車両、航空機、家電製品等の技術分野において産業の発展向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態にかかる異種部材の接合方法に好適な摩擦攪拌接合装置の一例を模式的に示す図である。
【図２】上記摩擦攪拌接合装置の回転ツールの先端部の拡大図である。
【図３】上記異種部材の接合方法の工程表である。
【図４】上記異種部材の接合方法の予熱工程を説明するための断面図である。
【図５】上記異種部材の接合方法の押込み攪拌工程、攪拌維持工程及び保持工程を説明するための断面図である。
【図６】上記異種部材の接合方法で得られた接合体の断面図である。
【図７】上記実施形態において、種々の樹脂製部材について、金属製部材との接合強度を示すグラフである。
【図８】上記実施形態において、各工程と接合強度との関係を調べた結果を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
（１）接合装置
まず、本実施形態にかかる異種部材の接合方法を実施するのに用いられる摩擦攪拌接合装置について概略的に説明する。
【００３３】
図１は、上記摩擦攪拌接合装置の一例を模式的に示す図である。図１に示される摩擦攪拌接合装置１は、金属製部材１１と樹脂製部材１２とを摩擦攪拌接合する装置である。
【００３４】
摩擦攪拌接合装置１は、円柱状の回転ツール１６を具備している。回転ツール１６は、矢印Ａ１のように中心軸線Ｘ（図２参照）回りに回転しつつ、金属製部材１１が上、樹脂製部材１２が下になるように重ね合わされたワーク１０の接合部Ｐ（接合予定箇所）に押し付けられる。このとき、回転ツール１６は、矢印Ａ２のように金属製部材１１側から樹脂製部材１２側に向かって下方に押圧される。この回転ツール１６の押圧により、少なくとも接合部Ｐにおいて摩擦熱が発生する。この摩擦熱を受けて樹脂製部材１２は、軟化・溶融し、これにより、金属製部材１１と樹脂製部材１２とが接合される。
【００３５】
図２は、回転ツール１６の先端部の拡大図である。図２において、右半分は回転ツール１６の外観を示し、左半分は断面を示している。図２に示すように、円柱状の回転ツール１６は、先端部（図２では下端部）にピン部１６ａ及びショルダ部１６ｂを有している。ショルダ部１６ｂは、回転ツール１６の円形の先端面を含む回転ツール１６の先端の部分である。ピン部１６ａは、回転ツール１６の中心軸線Ｘ上において、回転ツール１６の円形の先端面から外方（図２では下方）に突設された、ショルダ部１６ｂよりも小径の円柱状の部分である。ピン部１６ａは、回転している回転ツール１６をワーク１０に接触させて押圧するときに回転ツール１６を位置決めするためのものである。
【００３６】
回転ツール１６の素材及び各部の寸法は、主として、回転ツール１６が押圧する金属製部材１１の金属の種類に応じて設定される。例えば、金属製部材１１がアルミニウム合金よりなる場合、回転ツール１６は工具鋼（例えばＳＫＤ６１等）で作製され、ショルダ部１６ｂの直径Ｄ１は１０ｍｍ、ピン部１６ａの直径Ｄ２は２ｍｍ、ピン部１６ａの突出長さｈは０．５ｍｍに設定される。また、例えば、金属製部材１１がスチールよりなる場合、回転ツール１６は窒化珪素やＰＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素焼結体）等で作製され、ショルダ部１６ｂの直径Ｄ１は１０ｍｍ、ピン部１６ａの直径Ｄ２は３ｍｍ、ピン部１６ａの突出長さｈは０．５ｍｍに設定される。もっとも、これらは例示に過ぎず、これらに限定されないことはいうまでもない。
【００３７】
図１に戻り、回転ツール１６の下方には、回転ツール１６と同径又は回転ツール１６よりも大径の円柱状の受け具１７が、回転ツール１６と同軸に配置されている。受け具１７は、図外の駆動源により、矢印Ａ３のようにワーク１０に向かって上方に移動される。受け具１７は、遅くとも回転ツール１６がワーク１０の押圧を開始するまでに、その上端面がワーク１０の下面（より詳しくは樹脂製部材１２の下面）に当接する位置まで移動される。受け具１７は、回転ツール１６との間にワーク１０を挟んで、回転ツール１６が接合部Ｐを押圧している期間中、つまり摩擦攪拌接合中、回転ツール１６の押圧力に抗してワーク１０を下方から支持する。
【００３８】
なお、受け具１７は必ずしも矢印Ａ３方向へ移動させる必要はなく、受け具１７にワーク１０を載せた後に回転ツール１６を矢印Ａ２の方向に移動させる方法を採用することもできる。
【００３９】
このような回転ツール１６及び受け具１７を含む摩擦攪拌接合装置１は、多関節ロボット等からなる図外の駆動制御装置に装着されている。そして、回転ツール１６及び受け具１７の座標位置、回転ツール１６の回転数（ｒｐｍ）、加圧力（Ｎ）、加圧時間（秒）等が上記駆動制御装置により適宜制御される。
【００４０】
なお、図１には図示を省略したが、摩擦攪拌接合装置１は、予めワーク１０を固定し、また回転ツール１６を押圧したときの金属製部材１１の浮き上がりを防止するためのスペーサやクランプ等の治具を備えている。
【００４１】
（２）接合方法
次に、上記摩擦攪拌接合装置１を用いて実施される本実施形態にかかる異種部材の接合方法（摩擦攪拌接合）の具体的内容について説明する。
【００４２】
本実施形態では、上記樹脂製部材１２として、官能基を有する樹脂製部材を用いる。官能基は、例えば飽和炭化水素骨格等に比べて、ある程度の反応性又は相互作用性を有している。そのため、官能基を有する樹脂製部材１２を用いれば、塗膜の形成等の工程を増やすことなく、金属製部材１１との摩擦攪拌接合が可能となる。
【００４３】
すなわち、官能基を介して、樹脂製部材１２の素材である樹脂と、金属製部材１１との相互作用が促進され、樹脂製部材１２と金属製部材１１との接合性が向上する。
【００４４】
具体的には、金属製部材１１の表面（より詳しくは樹脂製部材１２との対接面）に酸化物層（例えば、酸化アルミニウムや酸化鉄の層）がある領域（例えば後述する図５の円βで示される領域）では、官能基がこの酸化物層と相互作用する。より詳しくは、官能基は、金属酸化物層に存在する酸素やヒドロキシ基（−ＯＨ）等と相互作用する。また、酸化物層がない領域（例えば後述する図５の円αで示される領域）では、金属製部材１１の新生面（例えば、アルミニウム合金（Ａｌ）や鉄）と相互作用する。この相互作用により、樹脂製部材１２と金属製部材１１とは接合しやすくなる。
【００４５】
上記樹脂製部材１２として、例えば下記の樹脂材よりなるものを採用することができる。下記において、各樹脂材が有する官能基を併せて付記する。なお、下記樹脂材及び官能基は、あくまで例示に過ぎないことはいうまでもない。
・    ポリアミド樹脂（ＰＡ（ＰＡ６、ＰＡ６６、ＰＡ１１、ＰＡ１２、ＰＡ６Ｔ、ＰＡ９Ｔ、ＭＸＤ６等））：アミド結合（−ＣＯＮＨ−）
・    ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）：カルボニル基（Ｃ＝Ｏ）
・    ポリ乳酸（ＰＬＡ）：カルボニル基（Ｃ＝Ｏ）、ヒドロキシ基（−ＯＨ）
・    ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）：カルボニル基（Ｃ＝Ｏ）
・    ポリカーボネート（ＰＣ）：カーボネート基（−Ｏ・ＣＯ・Ｏ−）
・    ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）：カルボニル基（Ｃ＝Ｏ）
・    ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）：カルボニル基（Ｃ＝Ｏ）
・    液晶ポリマー（ＬＣＰ）：カルボニル基（Ｃ＝Ｏ）
・    ウレタン樹脂：ウレタン結合（−ＮＨ・ＣＯ・Ｏ−）
・    フッ素樹脂：フッ素（−Ｆ）
・    ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）：エーテル結合（−Ｏ−）
・    ポリアセタール（ＰＯＭ）：エーテル結合（−Ｏ−）
・    ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）：チオエーテル結合（−Ｓ−）
ただし、本発明者らは、複数の官能基について、樹脂製部材と金属製部材との接合性への影響を調べた結果、電気陰性度が高い元素を有する官能基を用いるほど、樹脂製部材１１と金属製部材１２との接合強度が高くなること、および、官能基を有しない樹脂製部材１１にＳｉ（例えば、シランカップリング剤）を導入すれば、金属製部材１２との接合性が向上することを突き止めた。そのため、樹脂製部材に導入する官能基としては、電気陰性度の高い元素（電気陰性度が２．５以上の元素）であるＮ，Ｏ，Ｆ，Ｓ，Ｓｉ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉの少なくとも１つの元素を含有するものを用いるのが好ましい。ここで、これら元素のうち、Ｏ，Ｓ，Ｃｌを含む官能基は、入手性の高さとより高い電気陰性度を両立する。そのため、樹脂製部材として、Ｏ，Ｓ，Ｃｌを含む官能基を炭素繊維に導入すれば、比較的安価に樹脂製部材と金属製部材との接合性をより高めることができる。
【００４６】
また、上記官能基を有する樹脂製部材１２として、官能基を有しないマトリックス樹脂に、官能基を導入した炭素繊維を含有させることで、樹脂製部材１２中に官能基を含ませるようにしたものを用いてもよい。例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂をマトリックス樹脂とし、官能基が導入された炭素繊維が混合された樹脂製部材１２を用いてもよい。
【００４７】
また、上記樹脂製部材１２には、上記のような炭素繊維のほか、樹脂製部材単体での性能を高めるため各種添加剤が含まれていてもよい。例えば、剛性を高めるための添加剤として、タルク等のフィラーや、ガラス繊維等が含まれていてもよい。また、樹脂製部材１２を、所定の形状に成形する具体的方法も特に限定されるものではなく、射出成形法、プレス成形法、押出成形法、引抜成形法、オートクレーブ成形法等が適宜用いられれば良い。
【００４８】
以下では、上記金属製部材１１および樹脂製部材１２が、それぞれ板状を有する場合について説明する。
【００４９】
本実施形態では、摩擦攪拌接合装置１は、金属製部材１１と樹脂製部材１２とが重ね合わされたワーク１０に対し、回転ツール１６を回転させつつ金属製部材１１側から樹脂製部材１２側に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱で樹脂製部材１２を軟化・溶融させて金属製部材１１と樹脂製部材１２とを接合する。すなわち、摩擦攪拌接合装置１は、金属製部材１１と、官能基を有する樹脂製部材１２とを重ね合わせる第１ステップと、回転ツール１６を回転させつつ金属製部材１１側から樹脂製部材１２側に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱で樹脂製部材１２を軟化・溶融させて金属製部材１１と樹脂製部材１２とを接合する第２ステップとを実行する。回転ツール１６をワーク１０に押圧する第２ステップでは、さらに、図３に示す４つの工程（予熱工程Ｃ１、押込み攪拌工程Ｃ２、攪拌維持工程Ｃ３、保持工程Ｃ４）が実行される。
【００５０】
第２ステップの各工程の詳細について次に説明する。
【００５１】
最初の予熱工程Ｃ１では、回転ツール１６と受け具１７とを相互に近接させる。そして、図４に示すように、回転ツール１６の先端部のみを金属製部材１１の表面部（図例では上面部）に接触させた状態で、回転ツール１６を回転させる。
【００５２】
この予熱工程Ｃ１では、回転ツール１６を、第１の加圧力で、第１の加圧時間だけ、所定回転数で回転させる。
【００５３】
予熱工程Ｃ１では、回転ツール１６の押圧により金属製部材１１の表面部（図例では上面部）で摩擦熱が発生する。この摩擦熱は、金属製部材１１の内部に伝わり、金属製部材１１の上記接合部Ｐの範囲及び上記接合部Ｐの近傍の範囲を予熱する。このように金属製部材１１が予熱されることで、次の押込み攪拌工程Ｃ２での、回転ツール１６の金属製部材１１への押し込みが容易になる。
【００５４】
また、上記摩擦熱は、金属製部材１１と樹脂製部材１２との接合境界面を介して、樹脂製部材１２にも伝わる。摩擦熱は、樹脂製部材１２の内部に伝わり、樹脂製部材１２の上記接合部Ｐの範囲及び上記接合部Ｐの近傍の範囲を予熱する。このように樹脂製部材１２が予熱されることで、次の押込み攪拌工程Ｃ２で、樹脂製部材１２が軟化・溶融し易くなる。
【００５５】
予熱工程Ｃ１の第１の加圧力及び第１の加圧時間は、上記のような回転ツール１６の押込み易さの観点及び樹脂製部材１２の軟化・溶融し易さの観点から設定される。例えば、各値は、回転ツール１６の回転数や金属製部材１１及び樹脂製部材１２の素材の種類等に応じて設定される。図３に示す例では、第１の加圧力は９００Ｎ、第１の加圧時間１．００秒、所定回転数は３０００ｒｐｍとされる。
【００５６】
予熱工程Ｃ１の次の押込み攪拌工程Ｃ２では、回転ツール１６と受け具１７とをさらに相互に近接させ、回転ツール１６を金属製部材１１に押し込む。具体的には、この押込み撹拌工程Ｃ２では、回転ツール１６の加圧力を第１の加圧力より高い第２加圧力とする。そして、この第２の加圧力で、第１の加圧時間より短い第２の加圧時間だけ、所定回転数で回転ツール１６を回転させる。
【００５７】
加圧力が予熱工程Ｃ１での加圧力よりも大きくなることにより、図５に示すように、回転ツール１６が金属製部材１１に押し込まれる。すなわち、回転ツール１６が金属製部材１１の内部に深く進入する。この回転ツール１６の押込みにより、金属製部材１１と樹脂製部材１２との接合境界面は、受け具１７側（図例では下側）に移動する。
【００５８】
ここで、仮に、回転ツール１６がさらに押し込まれると（つまり加圧力が高過ぎ及び／又は加圧時間が長過ぎると）、回転ツール１６のショルダ部１６ｂが、金属製部材１１と樹脂製部材１２との接合境界面を超えて、回転ツール１６が金属製部材１１を貫通し、樹脂製部材１２に接触し、金属製部材１１に回転ツール１６が通過した孔が開いた孔開き状態となり、接合不良が起きる。
【００５９】
そこで、本実施形態では、この押込み攪拌工程Ｃ２において、回転ツール１６のショルダ部１６ｂが上記接合境界面に達しない深さまで進入し近接した時点で、回転ツール１６の押込みを停止する。換言すれば、回転ツール１６を上記接合境界面に達しない深さまで進入させ近接させる。これにより、次の攪拌維持工程Ｃ３で、樹脂製部材１２に近い基準位置で摩擦熱が発生し、多量の摩擦熱が樹脂製部材１２に伝わり、樹脂製部材１２の軟化・溶融が促進される。
【００６０】
押込み攪拌工程Ｃ２の第２の加圧力及び第２の加圧時間は、上記のような金属製部材１１の孔開き回避の観点及び回転ツール１６をできるだけ樹脂製部材１２に近接させる観点から設定され、各値は、例えば回転ツール１６の回転数や金属製部材１１及び樹脂製部材１２の素材の種類等に応じて設定される。図３に示す例では、第２の加圧力は１５００Ｎ、第２の加圧時間は０．２５秒、所定回転数は３０００ｒｐｍとされる。
【００６１】
上記押込み攪拌工程Ｃ２では、金属製部材１１と樹脂製部材１２との接合境界面が変形することにより、例えば図５の円αで示される領域において、金属製部材１１の表面（より詳しくは樹脂製部材１２との対接面）の酸化物層（酸化アルミニウムや酸化鉄等の層）が破壊され、金属製部材１２（アルミニウム合金や鉄等）の新生面が出現する。そして、樹脂製部材１２が酸化物層と新生面との双方と接触し、先に説明したように、樹脂製部材１２に含まれる官能基がアルミニウム合金の酸化物層（より詳しくは金属酸化物層に存在する酸素やヒドロキシ基（−ＯＨ））及び新生面の双方と相互作用し、金属製部材１１と樹脂製部材１２とが接合されていく。
【００６２】
また、この押込み攪拌工程Ｃ２では、金属製部材１１と樹脂製部材１２との接合境界面が変形しない領域（例えば図５の円βで示される領域）において、金属製部材１１の表面（より詳しくは樹脂製部材１２との対接面）に破壊されずに残った酸化物層（より詳しくは金属酸化物層に存在する酸素やヒドロキシ基（−ＯＨ））と樹脂製部材１２に含まれる官能基とが相互作用して、金属製部材１１と樹脂製部材１２とが接合されていく。
【００６３】
押込み攪拌工程Ｃ２の次の攪拌維持工程Ｃ３では、回転ツール１６と受け具１７との相互近接を停止する。そして図５に示すように、金属製部材１１と樹脂製部材１２との接合境界面に達しない深さ位置（これを「基準位置」という）で回転ツール１６の回転動作を継続させる。
【００６４】
具体的には、攪拌維持工程Ｃ３では、回転ツール１６を、第１の加圧力より小さい第３の加圧力で、第１の加圧時間より長い第３の加圧時間だけ、所定回転数で回転させる。
【００６５】
このように加圧力が予熱工程Ｃ１よりも小さくなることにより（もちろん押込み攪拌工程Ｃ２よりも小さくなることにより）、この撹拌維持工程Ｃ３では、回転ツール１６が上記基準位置に維持される。
【００６６】
そして、樹脂製部材１２に近い基準位置で回転ツール１６の回転動作が継続されることで、撹拌維持工程Ｃ３では、多量の摩擦熱が発生し、発生した摩擦熱の大部分が樹脂製部材１２に移動する。そのため、樹脂製部材１２は、上記接合部Ｐの範囲及び上記接合部Ｐの近傍の範囲を超えて、広い範囲で十分に軟化・溶融する。
【００６７】
攪拌維持工程Ｃ３の第３の加圧力及び第３の加圧時間は、上記のような樹脂製部材１２の広い範囲での十分な軟化・溶融の観点から設定され、各値は、例えば回転ツール１６の回転数や金属製部材１１及び樹脂製部材１２の素材の種類等に応じて設定される。図３に示す例では、第３の加圧力は５００Ｎ、第３の加圧時間は５．７５秒、所定回転数は３０００ｒｐｍとされる。
【００６８】
最後の保持工程Ｃ４では、回転ツール１６の回転を停止し、その状態で回転ツール１６を所定の加圧力で所定の時間だけ保持する。保持工程Ｃ４では、回転ツール１６を、第３の加圧力より大きいが第２の加圧力より小さい第４の加圧力で、第３の加圧時間より短いが第２の加圧時間より長い第４の加圧時間だけ保持する。
【００６９】
保持工程Ｃ４では、回転ツール１６の回転が停止されることにより、摩擦熱の発生が終了する。すなわち、摩擦攪拌接合としての実質的な動作が終了し、ワーク１０の冷却が開始する。このワーク１０の冷却期間中において、上述のように、加圧力は、押込み攪拌工程Ｃ２よりも小さいが攪拌維持工程Ｃ３よりも大きくされる。そのため、金属製部材１１と樹脂製部材１２との接合部Ｐは、回転が停止された回転ツール１６と受け具１７とによって、適度な圧力でクランプされた状態、すなわち密着力が高められた状態で冷却される。このように、密着力が高められた状態で冷却されることにより、金属製部材１１と樹脂製部材１２との間の接合強度は高められる。
【００７０】
保持工程Ｃ４の第４の加圧力及び第４の加圧時間は、上記のような冷却期間中の接合部Ｐの密着力向上の観点から設定され、各値は、例えば金属製部材１１及び樹脂製部材１２の素材の種類等に応じて設定される。図３に示す例では、第４の加圧力は１０００Ｎ、第４の加圧時間は５．００秒とされる。
【００７１】
なお、図３に示す加圧力、加圧時間、及びツール回転数は、あくまで一例であって、適宜変更が可能である。ただし、例えば、１ｍｍ以上２ｍｍ以下の厚みの金属製部材１１と２ｍｍ以上４ｍｍ以下の厚みの樹脂製部材１２とを接合する場合の、主として生産性（時間短縮と歩留まりとのバランス）の観点から、予熱工程Ｃ１における第１の加圧力は、７００Ｎ以上１２００Ｎ未満の値、第１の加圧時間は、０．５秒以上２．０秒未満の値が好ましく、押込み攪拌工程Ｃ２における第２の加圧力は、１２００Ｎ以上１８００Ｎ未満の値、第２の加圧時間は、０．１秒以上０．５秒未満の値が好ましく、攪拌維持工程Ｃ３における第３の加圧力は、１００Ｎ以上７００Ｎ未満の値、第３の加圧時間は、１．０秒以上１０秒未満の値が好ましい。また、保持工程Ｃ４における第４の加圧力は、例えば７００Ｎ以上１２００Ｎ未満の値、第４の加圧時間は、例えば１秒以上の値が好ましい。
【００７２】
本実施形態では、以上のような工程Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を経て、最終的に、図６に示すように、回転ツール１６の回転及び押圧で発生した摩擦熱により樹脂製部材１２が軟化・溶融して金属製部材１１と樹脂製部材１２とが広い範囲で高強度に接合された異種部材の接合体２０が得られる。
【００７３】
（３）接合試験
本実施形態において、官能基を有する樹脂製部材１２と金属製部材１１との接合強度を調べるために、ＪＩＳ  Ｚ  ３１３６に準じる接合試験を行った。ここでは、種々の樹脂製部材１２について、それぞれ接合強度を調べた。また、比較例１として、官能基を有しない樹脂製部材と金属製部材との接合強度を調べた。
【００７４】
［試験条件］
・金属製部材：６０００系のアルミニウム合金製の板状部材（厚さ１．２ｍｍ）を用いた。
・樹脂製部材：ポリアミド樹脂（ＰＡ６、ナイロン６）製（実施例１）、ポリアミド樹脂（ＰＡ６６、ナイロン６６）製（実施例２）、ポリエチテンテレフタレート（ＰＥＴ）製（実施例３）、及びポリ乳酸（ＰＬＡ）製（実施例４）の板状部材（厚さ３．０ｍｍ）を用いた。
・比較例１の樹脂製部材：ポリプロピレン（ＰＰ）製の板状部材（厚さ３．０ｍｍ）を用いた。
・回転ツール：図２の各部の寸法がＤ１＝１０ｍｍ、Ｄ２＝２ｍｍ、ｈ＝０．５ｍｍの工具鋼製のものを用いた。
【００７５】
［押圧条件］
・予熱工程Ｃ１：加圧力９００Ｎ、加圧時間１．００秒、ツール回転数３０００ｒｐｍとした。
・押込み攪拌工程Ｃ２：加圧力１５００Ｎ、加圧時間０．２５秒、ツール回転数３０００ｒｐｍとした。
・攪拌維持工程Ｃ３：加圧力５００Ｎ、加圧時間５．７５秒、ツール回転数３０００ｒｐｍとした。
・保持工程Ｃ４：加圧力１０００Ｎ、加圧時間５．００秒とした。
【００７６】
［接合強度］
ＪＩＳ  Ｚ  ３１３６に規定されている方法により、金属製部材と樹脂製部材とが接合された接合体を図１の矢印Ｙ，Ｙに示す方向に引っ張り、せん断引張試験を行った。結果を図７に示す。
【００７７】
樹脂製部材が官能基を有しない比較例１すなわちポリプロピレン（ＰＰ）製の場合は、金属製部材と樹脂製部材とが満足に接合されず、接合強度は極めて低かった。そして、この比較例１では、破壊は図１の接合部Ｐで起こった。
【００７８】
一方、樹脂製部材が官能基を有する実施例１〜４、すなわち、ポリアミド樹脂（ＰＡ６）製、ポリアミド樹脂（ＰＡ６６）製、ポリエチテンテレフタレート（ＰＥＴ）製、及びポリ乳酸（ＰＬＡ）製の場合は、接合強度が飛躍的に高くなり、破壊は接合部Ｐで起こらず樹脂製部材で起こった。つまり、接合強度は、それぞれ、ポリアミド樹脂（ＰＡ６）自体の破断強度、ポリアミド樹脂（ＰＡ６６）自体の破断強度、ポリエチテンテレフタレート（ＰＥＴ）自体の破断強度、ポリ乳酸（ＰＬＡ）自体の破断強度と同等レベルであった。なかでも、樹脂製部材がポリエチテンテレフタレート製の場合は、接合強度が最も高かった。なお、図７には示していないが、樹脂製部材１２として、クロロ基が導入された炭素繊維を４０重量％含むポリプロピレン（ＰＰ）を用いた場合においても、高いせん断強度を得ることができるとの試験結果が得られた。
【００７９】
（４）作用等
以上のように、本実施形態では、摩擦攪拌接合を用いて金属製部材１１と樹脂製部材１２とを接合する方法において、樹脂製部材１２として、例えば飽和炭化水素骨格のみよりなるポリプロピレン（ＰＰ）等のような樹脂製部材等に比べて、ある程度の反応性又は相互作用性を有する官能基を有する樹脂製部材を用いたため、塗膜の形成等の工程を増やすことなく、金属製部材１１と樹脂製部材１２とを高い強度で接合することが可能となる。
【００８０】
特に、本実施形態では、回転ツール１６の先端部のみを金属製部材１１の表面部に接触させた状態で回転ツール１６を回転させる予熱工程Ｃ１、回転ツール１６を金属製部材１１と樹脂製部材１２との接合境界面に達しない深さまで進入させる押込み攪拌工程Ｃ２、回転ツール１６を上記接合境界面に達しない深さ位置（基準位置）で継続して回転させる攪拌維持工程Ｃ３、回転ツール１６の回転を停止し、その状態で回転ツール１６を所定期間保持する保持工程Ｃ４とを順に実施したため、樹脂製部材１２と金属製部材１１とを、孔開き状態とすることなく、高強度に接合することができる。
【００８１】
すなわち、本実施形態では、回転ツール１６が、押込み攪拌工程Ｃ２で、金属製部材１１と樹脂製部材１２との接合境界面に達しない深さまで進入され近接された後、攪拌維持工程Ｃ３で、上記接合境界面に達しない深さまで進入され近接された基準位置で回転動作が継続される。そのため、回転ツール１６を金属製部材１１に深く押し込む場合に、回転ツール１６が金属製部材１１を貫通し、金属製部材１１に回転ツール１６が通過した孔が開いた孔開き状態となることを防ぐことができる。また、樹脂製部材１２に近接した基準位置で摩擦熱が発生し、その摩擦熱の発生が継続されるので、多量の摩擦熱を発生させて、発生した摩擦熱の大部分を樹脂製部材１２に移動させることができ、樹脂製部材１２の軟化・溶融を促進して、樹脂製部材１２を広い範囲で十分に軟化・溶融して金属製部材１１と樹脂製部材１２とを広い範囲で高強度に接合することができる。
【００８２】
さらに、本実施形態では、押込み攪拌工程Ｃ２の前に、上記回転ツール１６の先端部のみを金属製部材１１の表面部に接触させた状態で上記回転ツール１６を回転させる予熱工程を実施している。
【００８３】
そのため、押込み攪拌工程Ｃ２の前の予熱工程Ｃ１で、金属製部材１１の表面部で発生した摩擦熱を金属製部材１１の内部に伝えて、金属製部材１１を予熱し、これにより、次の押込み攪拌工程Ｃ２で、回転ツール１６を金属製部材１１に容易に押し込むことができる。
【００８４】
具体的には、本実施形態では、上記予熱工程Ｃ１では上記回転ツール１６を第１の加圧力で押圧しつつ第１の加圧時間だけ回転させ、上記押込み攪拌工程Ｃ２では上記回転ツール１６を上記第１の加圧力より大きい第２の加圧力で押圧しつつ上記第１の加圧時間より短い第２の加圧時間だけ回転させ、上記攪拌維持工程Ｃ３では上記回転ツール１６を上記第１の加圧力より小さい第３の加圧力で押圧しつつ上記第１の加圧時間より長い第３の加圧時間だけ回転させる。
【００８５】
これによれば、押込み攪拌工程Ｃ２では、予熱工程Ｃ１のときよりも加圧力を大きくすることにより、回転ツール１６を金属製部材１１に深く押し込むことができる。その場合に、押込み攪拌工程Ｃ２では、予熱工程Ｃ１のときよりも加圧時間を短くすることにより、回転ツール１６が金属製部材１１と樹脂製部材１２との接合境界面を行き過ぎて金属製部材１１を貫通すること、すなわち、孔開き状態となることを防ぐことができる。
【００８６】
また、攪拌維持工程Ｃ３では、予熱工程Ｃ１のときよりも加圧力を小さくすることにより、回転ツール１６が金属製部材１１と樹脂製部材１２との接合境界面を行き過ぎて金属製部材１１を貫通することを防ぐことができる。その場合に、攪拌維持工程Ｃ３では、予熱工程Ｃ１のときよりも加圧時間を長くすることにより、樹脂製部材１２に近接した基準位置で多量の摩擦熱を発生させることができる。
【００８７】
しかも、本実施形態では、攪拌維持工程Ｃ３の後に、回転ツール１６の回転を停止し、その状態で上記回転ツール１６を第４の加圧力で第４の加圧時間だけ保持する保持工程Ｃ４を実施して、回転が停止された回転ツール１６が金属製部材１１と樹脂製部材１２との接合部Ｐを第４の加圧力でクランプしている。そのため、金属製部材１１と樹脂製部材１２との間の冷却中の密着力を高めて、冷却完了後の接合強度を高めることができる。
【００８８】
ここで、上記予熱工程Ｃ１および保持工程Ｃ４は省略可能である。ただし、上述のように、これらを押込み攪拌工程Ｃ２、攪拌維持工程Ｃ３と合わせて実施すれば、金属製部材１１と樹脂製部材１２とをより確実に孔開き状態となるのを回避しつつより高い接合強度で接合することができる。
【００８９】
実施する工程と接合強度との関係について調べた結果を、図８に示す。この図８において、実施例１は、予熱工程Ｃ１と、押込み攪拌工程Ｃ２と、攪拌維持工程Ｃ３とを実施する一方、保持工程Ｃ４を省略した場合の結果であり、実施例２は、これら工程Ｃ１〜Ｃ３に加えて保持工程Ｃ４を実施した場合の結果であり、比較例１および比較例２は、押込み攪拌工程Ｃ２のみを実施した場合の結果である。また、この図８において、Ｃ１〜Ｃ４は、それぞれ工程Ｃ１〜Ｃ４を表し、時間は各工程の時間（回転ツール１６を押し付ける時間）、加圧力は各工程において回転ツール１６を押し付ける力、回転数は回転ツール１６の回転数を表している。なお、この図８に示す試験結果は、金属製部材１１として６０００系のアルミニウム合金製の板状部材（厚さ１．２ｍｍ）を用い、樹脂製部材としてクロロ基が導入された炭素繊維を４０重量％含むポリプロピレンを用い、回転ツール１６として上記（３）試験で用いたものと同じものを用い、ＪＩＳ  Ｚ  ３１３６に規定されている方法により、金属製部材と樹脂製部材とが接合された接合体を図１の矢印Ｙ，Ｙに示す方向に引っ張ってせん断引張試験を行った結果である。
【００９０】
この図８の比較例１に示されるように、押込み攪拌工程Ｃ２のみを実施した場合であって、回転ツール１６の加圧力が比較的高い場合、具体的には、１５００Ｎの加圧力で７．００秒間回転ツール１６を金属製部材１１に押し付けた場合には、金属製部材１１に孔が開いてしまい、金属製部材１１と樹脂製部材１２との接合体を得ることができなかった。また、図８の比較例２に示されるように、孔開き状態を回避するべく加圧力を９００Ｎに抑えた状態で押込み攪拌工程Ｃ２のみを実施した場合では、孔開き状態を回避して金属製部材１１と樹脂製部材１２とを接合することができたものの、その接合強度は、１．５５ｋＮと比較的小さい値となった。
【００９１】
これに対して、図８の実施例１に示されるように、予熱工程Ｃ１と押込み攪拌工程Ｃ２と攪拌維持工程Ｃ３とを実施した場合、具体的には、回転ツール１６を９００Ｎで１．００秒間金属製部材１１に押し付け（予熱工程Ｃ１）、その後、回転ツール１６を１５００Ｎで０．２５秒間金属製部材１１に押し付けて接合境界面に達しない深さまで進入させ（押込み攪拌工程Ｃ２）、その後、接合境界面に達しない基準位置で回転ツール１６を５００Ｎで５．７５秒間回転させた（攪拌維持工程Ｃ３）場合では、孔開き状態を回避しつつ金属製部材１１と樹脂製部材１２とを、せん断強度２．８１ｋＮという高い強度で接合することができた。
【００９２】
さらに、図８の実施例２で示されるように、上記実施例１に加えてさらに保持工程Ｃ４を実施した場合、具体的には、上記実施例１での攪拌維持工程Ｃ３の後に、回転ツール１６の回転を停止させつつ１０００Ｎの加圧力で５．００秒間接合体に押し付けた場合では、接合体のせん断強度を３．０４という実施例１よりも高い値まで高めることができた。
【００９３】
このように、押込み攪拌工程Ｃ２と攪拌維持工程Ｃ３とを実施すれば、孔開き状態を回避しつつ接合強度をある程度高めることはできるが、孔開き状態をより確実に回避しつつ接合強度をより一層高めるためには、上述のように、押込み攪拌工程Ｃ２と攪拌維持工程Ｃ３に加えて予熱工程Ｃ１、保持工程Ｃ４を実施するのが好ましい。なお、図示していないが、押込み攪拌工程Ｃ２と攪拌維持工程Ｃ３とのみを実施した場合は、予熱工程Ｃ１を実施した場合と同等のせん断強度を得ることができるが、この場合には、押込み撹拌工程Ｃ２の開始時の温度条件等（金属製部材１１の温度が低温の場合等）によって回転ツール１６に金属製部材１１が凝着する場合があり、高強度の接合材を安定して得ることができないおそれがある。そのため、より確実に高強度の接合材を得るためには、予熱工程Ｃ１を実施して金属製部材１１を予熱した後に、押込み撹拌工程Ｃ２を実施するのが好ましい。
【００９４】
また、前記実施形態（接合試験）では、樹脂自体に官能基を含有させる場合の樹脂として、ポリアミド樹脂（ＰＡ６、ナイロン６）、ポリアミド樹脂（ＰＡ６６、ナイロン６６）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）を用いた場合について説明したが、樹脂の種類はこれらに限られない。ただし、これらを用いれば、上記「（３）接合試験」で説明したように、特に接合強度の高い異種部材の接合体２０が得られる。
【００９５】
また、上記実施形態（接合試験）では、金属製部材１１として、アルミニウム合金製の金属製部材を用いたが、金属製部材１１の具体的種類はこれに限らず、融点が樹脂製部材よりも高い金属全般に適用可能である。具体的には、自動車の分野に適用する場合では、この分野で多く使用される、５０００系、６０００系アルミニウム合金、スチール、マグネシウムおよびその合金、チタンおよびその合金等が挙げられる。
【００９６】
例えば、金属製部材１１として合金化溶融亜鉛めっき鋼板を用い、樹脂製部材１２として４０重量％の炭素繊維（官能基が導入されたもの）を含有するポリプロピレンを用い、上記実施形態に係る接合方法（ただし、押込み攪拌工程Ｃ２における加圧力、攪拌維持工程Ｃ３の加圧力は、それぞれ上記実施形態（押圧条件）と異なる値、具体的には、２５００Ｎ、１５００Ｎとした。）によりこれらを接合した場合では、樹脂製部材破断となる接合材すなわち接合部ではなく樹脂製部材で破断が生じ接合強度が炭素繊維強化ポリプロピレン自体の破断強度と同等レベルとなる接合材を得ることができた。
【００９７】
また、上記実施形態では、板状の金属製部材１１と樹脂製部材１２とを接合する場合について説明したが、接合する金属製部材１１と樹脂製部材１２の具体的形状はこれに限らない。
【００９８】
また、上記実施形態では、回転ツール１６として、ピン部１６ａを有するものを用いたが、これに限らず、ピン部１６ａを有しないものを用いることもできる。
【００９９】
また、上記実施形態では、「（３）接合試験」で、回転ツール１６として、図２の各部の寸法がＤ１＝１５ｍｍ、Ｄ２＝３ｍｍ、ｈ＝０．５ｍｍの工具鋼製のものを用いても、結果は同様であった。
【０１００】
また、上記実施形態では、回転ツール１６を、金属製部材１１と樹脂製部材１２との重ね合わせ部分に対して、これらに接離する方向にのみ移動させ、これらを点接合する場合、すなわち、この重ね合わせ部分の１点のみを接合する場合について説明したが、これらを線接合してもよい。すなわち、回転ツール１６を金属製部材１１に押圧しながらこの金属製部材１１の表面に沿って移動させて、金属製部材１１と樹脂製部材１２とを線状に接合させていってもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
１    摩擦攪拌接合装置
１０  ワーク
１１  金属製部材
１２  樹脂製部材
１６  回転ツール
１７  受け具
２０  接合体
Ｐ    接合部
【図１】
2014208461.tif 000003
【図２】
2014208461.tif 000004
【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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