(57)【要約】【課題】一般的に使用されている安価な熱源を用いて金属材と樹脂材とを強固に直接接合する方法及び強固な接合部を有する金属樹脂接合体を提供する。【解決手段】金属材と樹脂材とを直接接合する方法であって、アーク熱源を用いて金属材の少なくとも一部に加熱領域を形成させる加熱工程を有し、加熱領域からの入熱によって、樹脂材の少なくとも一部を樹脂材の溶融温度以上に昇温し、接合部を形成すること、を特徴とする金属樹脂接合方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材と樹脂材とを直接接合する方法であって、
アーク熱源を用いて前記金属材の少なくとも一部に加熱領域を形成させる加熱工程を有し、
前記加熱領域からの入熱によって、前記樹脂材の少なくとも一部を前記樹脂材の溶融温度以上に昇温し、接合部を形成すること、
を特徴とする金属樹脂接合方法。
【請求項２】
前記接合部の形成過程又は形成直後に前記接合部を加圧すること、
を特徴とする請求項１に記載の金属樹脂接合方法。
【請求項３】
前記加熱工程において、前記金属材と前記樹脂材とを重ね合わせた状態で、前記アーク熱源を前記金属材の側に配置すること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の金属樹脂接合方法。
【請求項４】
前記加熱工程で前記金属材の少なくとも一部に前記加熱領域を形成させた後に、前記加熱領域の少なくとも一部と重畳するように前記樹脂材を配置し、前記樹脂材の一部を前記樹脂材の溶融温度以上に昇温すること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の金属樹脂接合方法。
【請求項５】
前記加熱工程において、前記アーク熱源の使用に代えて、前記金属材と前記樹脂材とを重ね合わせた状態でワンサイド抵抗スポット溶接を施し、前記金属材の少なくとも一部に前記加熱領域を形成させること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の金属樹脂接合方法。
【請求項６】
前記加熱工程において、前記金属材と前記樹脂材との被接合界面の最高温度を４５０〜６００℃とすること、
を特徴とする請求項１〜５のうちのいずれかに記載の金属樹脂接合方法。
【請求項７】
前記加熱工程において、前記金属材と前記樹脂材との前記被接合界面の温度を２７５〜６００℃とすること、
を特徴とする請求項１〜６のうちのいずれかに記載の金属樹脂接合方法。
【請求項８】
前記加圧を１．４０〜１．８５ＭＰａとすること、
を特徴とする請求項２〜７のうちのいずれかに記載の金属樹脂接合方法。
【請求項９】
樹脂材と金属材との重ね接合部材であって、
前記樹脂材と前記金属材とは直接接合されており、
前記金属材には加熱処理による熱影響部が形成され、
前記熱影響部の外側にも接合界面が形成されていること、
を特徴とする金属樹脂接合体。
【請求項１０】
前記接合領域に存在する気泡の最大直径が０．１ｍｍ未満であること、
を特徴とする請求項９に記載の金属樹脂接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属材と樹脂材とを接合する方法及び金属材と樹脂材とが接合された金属樹脂接合体に関し、より具体的には、接着剤やリベット締結等を用いることなく金属材と樹脂材とを強固に直接接合する方法及び強固な接合部を有する金属樹脂接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属材と樹脂材との接合には、接着剤やリベット締結を用いるのが一般的である。接着剤を用いる場合は物理的吸着力や化学的吸着力により接合が達成され、リベット締結を用いる場合はリベットによる物理的な締結によって接合が達成される。【０００３】
しかしながら、接着剤を用いる場合、接着剤が濡れ広がるために接合領域が限定される精密な接合には不向きであることに加え、接合強度が被接合面の状態（表面粗さ等）に大きく影響されるという問題がある。更に、接着剤の硬化に必要な時間が生産性を律速すると共に、接着剤の状態維持や管理が難しい等の課題が存在する。【０００４】
また、リベット締結を用いる場合、締結部の大きさや重量によって部品が大型化・重量化することに加え、設計の自由度も低下することから、適用できる部品が限定されてしまう。【０００５】
これに対し、近年、レーザを用いて金属材と樹脂材を直接接合する技術が検討されている。例えば、特許文献１（特開２００８−２１３１５６号公報）においては、レーザ光源を用いて金属材料と樹脂材料を合わせた状態で接合部の樹脂材料に気泡を発生させる温度まで加熱することにより金属材料と樹脂材料を接合する方法において、レーザ光源として、樹脂材料を溶融させる温度に加熱する樹脂溶融用レーザ光源と樹脂材料を分解させる温度に加熱する樹脂分解用レーザ光源を使用することを特徴とする金属樹脂接合方法、が提案されている。【０００６】
前記特許文献１に記載の金属樹脂接合方法では、接合部の樹脂材料に特定の大きさの気泡を発生させる温度まで加熱することにより金属材料と樹脂材料を接合する方法において、加熱源として樹脂溶融用レーザ光源と樹脂分解用レーザ光源を併用しているので、樹脂の加熱場所及び加熱温度の制御が極めて容易かつ効率的であり、結果として高い強度の金属樹脂接合部の均一な形成に大きく寄与することができる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２１３１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記特許文献１に記載の金属樹脂接合方法では高価なレーザ設備が必須であり、多額の設備費用及び新興国等への技術移転に関して問題がある。また、樹脂側からレーザを照射して金属表面を加熱する必要があるため、適用できる樹脂材が制限されることに加えて接合温度等の制御が困難である。更には、接合部の信頼性等の観点から、接合領域に残存する気泡を除去することが望まれる。【０００９】
以上のような従来技術における問題点に鑑み、本発明の目的は、一般的に使用されている安価な熱源を用いて金属材と樹脂材とを強固に直接接合する方法及び強固な接合部を有する金属樹脂接合体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は上記目的を達成すべく、金属材と樹脂材の接合方法について鋭意研究を重ねた結果、アーク熱源や抵抗スポット熱源を用いて金属材を加熱すること等が効果的であることを見出し、本発明に到達した。【００１１】
即ち、本発明は、
金属材と樹脂材とを直接接合する方法であって、
アーク熱源を用いて前記金属材の少なくとも一部に加熱領域を形成させる加熱工程を有し、
前記加熱領域からの入熱によって、前記樹脂材の少なくとも一部を前記樹脂材の溶融温度以上に昇温し、接合部を形成すること、
を特徴とする金属樹脂接合方法、を提供する。【００１２】
一般的に、アーク熱源は金属材を溶かして接合するアーク溶接に用いられるが、本発明の接合方法においては、通常のアーク溶接で設定される電流値からは大きくかけ離れた小さな電流値（入熱）を用いることで、金属材と樹脂材とを直接接合できることを見出した。【００１３】
本発明の金属樹脂接合方法においては、前記接合部の形成過程又は形成直後に前記接合部を加圧すること、が好ましい。例えば、レーザ照射による加熱と比較して、アーク熱源を用いる場合は入熱制御や当該入熱に起因する熱変形の抑制等が困難となるが、接合部の形成過程又は形成直後に当該接合部を加圧することで、良好な接合部を安定して得ることができる。【００１４】
また、接合部の形成過程又は形成直後に当該接合部を加圧することにより、加熱工程において接合部の樹脂中に導入される気泡を当該接合部外に移動させることができ、より信頼性の高い接合部を得ることができる。更に、当該加圧によって軟化した樹脂材が金属材の熱影響部の範囲を超えて広がることから、金属材と樹脂材との接合界面を拡大することができる。【００１５】
なお、被接合界面において、溶融した樹脂材が僅かにでも存在する場合、当該溶融樹脂材が加圧によって被接合界面に濡れ広がることで、溶融温度よりも低い部位についても接合が達成される。【００１６】
更に、本発明の金属樹脂接合方法においては、前記加圧を１．４０〜１．８５ＭＰａとすることが好ましく、１．７０〜１．８５ＭＰａとすることがより好ましい。加圧を０．２５ＭＰａ以上とすることで、気泡の低減（移動）に効果があり、１．８５ＭＰａ以下とすることで、接合部における樹脂材が薄くなり過ぎることを抑制することができる。【００１７】
また、本発明の金属樹脂接合方法においては、前記加熱工程において、前記金属材と前記樹脂材とを重ね合わせた状態で、前記アーク熱源を前記金属材の側に配置すること、が好ましい。金属材側からアーク加熱することで、金属材と樹脂材との被接合界面の温度を好適に制御することができることに加え、当該加熱に対して樹脂材が影響しないことから、被接合材として多種多様な樹脂材を用いることができる。また、金属材側から加熱することにより、樹脂材側に空間を設けることができ、当該樹脂材表面からの加圧（詳細は後述）が容易となる。【００１８】
また、金属材と樹脂材とを重ね合わせた状態で加熱することにより、当該加熱工程における被接合界面の温度管理が容易となる。例えば、熱画像カメラ等を用いることで、加熱工程における被接合界面の温度分布を把握することができる。【００１９】
また、本発明の金属樹脂接合方法においては、前記加熱工程で前記金属材の少なくとも一部に前記加熱領域を形成させた後に、前記加熱領域の少なくとも一部と重畳するように前記樹脂材を配置し、前記樹脂材の一部を前記樹脂材の溶融温度以上に昇温すること、が好ましい。【００２０】
金属材と樹脂材とを重ね合わせた状態でアーク加熱を施す態様以外にも、金属材の少なくとも一部に加熱領域を形成させた後に、当該加熱領域の少なくとも一部と重畳するように樹脂材を当接させることで、良好な接合体を得ることができる。ここで、エネルギー効率等の観点から、アーク加熱は金属材の被接合界面となる側から行うことが好ましい。【００２１】
また、金属材の加熱後に樹脂材を当接させる場合、加熱から樹脂材を当接させるまでに金属材表面の温度が低下することを考慮してアーク入熱を設定し、樹脂材の温度を溶融温度以上とする必要がある。【００２２】
また、本発明の金属樹脂接合方法においては、前記加熱工程において、前記アーク熱源の使用に代えて、前記金属材と前記樹脂材とを重ね合わせた状態でワンサイド抵抗スポット溶接を施し、前記金属材の少なくとも一部に前記加熱領域を形成させること、が好ましい。【００２３】
本発明の金属樹脂接合方法で用いる熱源はアークに限られず、例えば、ワンサイド抵抗スポット溶接を好適に用いることができる。当該態様においては、加熱工程と同時に加圧工程を達成できるという利点が存在する。【００２４】
また、本発明の金属樹脂接合方法においては、前記加熱工程において、前記金属材と前記樹脂材との被接合界面の最高温度を４５０〜６００℃とすること、が好ましい。被接合界面の最高温度を４５０℃以上とすることで、被接合界面における樹脂材の温度を溶融温度以上とすることができ、６００℃以下とすることで、入熱過多による樹脂材の脆化を抑制することができる。【００２５】
また、本発明の金属樹脂接合方法においては、前記加熱工程において、前記金属材と前記樹脂材との前記被接合界面の温度を２７５〜６００℃とすること、が好ましい。本発明者は系統的な実験の結果、被接合界面の温度が２７５℃以上となる領域において、金属材と樹脂材との接合強度が十分に高くなることを見出した。一方で、被接合界面の温度を６００℃以下とすることで、入熱過多による樹脂材の脆化を抑制することができる。【００２６】
また、本発明は、
樹脂材と金属材との重ね接合部材であって、
前記樹脂材と前記金属材とは直接接合されており、
前記金属材には加熱処理による熱影響部が形成され、
前記熱影響部の外側にも接合界面が形成されていること、
を特徴とする金属樹脂接合体、も提供する。【００２７】
本発明の金属樹脂接合体は、加熱処理によって形成される金属材の熱影響部の外側にも接合界面が形成されるため、高い接合強度及び信頼性を有している。なお、金属材と樹脂材は直接接合されており、接着剤やリベット締結によって接合されたものではない。【００２８】
また、本発明の金属樹脂接合体においては、前記接合領域に存在する気泡の最大直径が０．１ｍｍ未満であること、が好ましい。気泡の最大直径が０．１ｍｍ未満であることから、当該気泡は継手特性に殆ど影響を及ぼすことがなく、本発明の接合部材は極めて良好な機械的特性を有している。また、目視では接合部の気泡を明瞭に確認することができないことから、接合部に欠陥が存在することによるイメージの低下を抑制することができる。【００２９】
なお、本発明の金属樹脂接合部体は、本発明の金属樹脂接合方法を用いて好適に得ることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の金属樹脂接合方法及び金属樹脂接合体によれば、一般的に使用されている安価な熱源を用いて金属材と樹脂材とを強固に直接接合する方法及び強固な接合部を有する金属樹脂接合体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の金属樹脂接合方法の一態様（重ね加熱接合）を示す概念図である。
【図２】本発明の金属樹脂接合方法の一態様（板間加熱接合）を示す概念図である。
【図３】本発明の金属樹脂接合体の概略断面図である。
【図４】金属材と樹脂材とを重ね合わせた状態を示す模式図である。
【図５】せん断強度測定の状態を示す模式図及び写真である。
【図６】実施例１で得られた金属樹脂接合体のせん断強度を示すグラフである。
【図７】実施例１で得られた金属樹脂接合体のせん断試験後の概観写真である。
【図８】実施例２で得られた金属樹脂接合体のせん断強度を示すグラフである。
【図９】実施例３で得られた金属樹脂接合体のせん断強度を示すグラフである。
【図１０】実施例３において溶接電流を１０Ａとした場合の温度分布である。
【図１１】実施例３において溶接電流を１２Ａとした場合の温度分布である。
【図１２】実施例３において溶接電流を２２Ａとした場合の温度分布である。
【図１３】実施例３において接合速度を変化させて得られた実施金属樹脂接合体のせん断強度を示すグラフである。
【図１４】実施例４で得られた金属樹脂接合体のせん断強度を示すグラフである。
【図１５】実施例４において溶接電流を１４Ａとした場合の温度分布である。
【図１６】実施例４において溶接電流を２０Ａとした場合の温度分布である。
【図１７】実施例４において接合速度を変化させて得られた実施金属樹脂接合体のせん断強度を示すグラフである。
【図１８】実施例５で得られた金属樹脂接合体のせん断強度を示すグラフである。
【図１９】実施例５で得られた金属樹脂接合体のせん断試験後の概観写真である。
【図２０】実施例６において接合速度を２０ｃｍ／分として得られた金属樹脂接合体のせん断強度を示すグラフである。
【図２１】実施例６において接合速度を３０ｃｍ／分として得られた金属樹脂接合体のせん断強度を示すグラフである。
【図２２】実施例６において溶接電流を６０Ａとして得られた金属樹脂接合体のせん断強度を示すグラフである。
【図２３】実施例６で得られた金属樹脂接合体のせん断試験後の概観写真である。
【図２４】実施例６における加熱領域の最高温度変化を示すグラフである。
【図２５】実施例７において接合速度を２０ｃｍ／分として得られた金属樹脂接合体のせん断強度を示すグラフである。
【図２６】実施例７において接合速度を３０ｃｍ／分として得られた金属樹脂接合体のせん断強度を示すグラフである。
【図２７】実施例７において溶接電流を５０Ａとして得られた金属樹脂接合体のせん断強度を示すグラフである。
【図２８】実施例７において溶接電流を６０Ａとして得られた金属樹脂接合体のせん断強度を示すグラフである。
【図２９】実施例７における加熱領域の最高温度変化を示すグラフである。
【図３０】実施例７で得られた金属樹脂接合体の代表的な金属／樹脂界面のＳＥＭ観察像である。
【図３１】実施例７で得られた金属樹脂接合体の代表的な金属／樹脂界面のＴＥＭ観察像である。
【図３２】実施例８で得られた各接合部の概観写真である。
【図３３】被接合材の配置状況を示す概略図である。
【図３４】ワンサイド抵抗スポット溶接を用いた接合時の状況を示す模式図である。
【図３５】ワンサイド抵抗スポット溶接を用いた接合時の状況を示す外観写真である。
【図３６】実施例９で通電電流を１．５ｋＡとした場合のせん断強度を示すグラフである。
【図３７】実施例９で通電電流を２．０ｋＡとした場合のせん断強度を示すグラフである。
【図３８】実施例９で通電電流を２．５ｋＡとした場合のせん断強度を示すグラフである。
【図３９】実施例１０におけるせん断強度を示すグラフである。
【図４０】実施例１１におけるせん断強度を示すグラフである。
【図４１】実施例１２におけるせん断強度を示すグラフである。
【図４２】実施例１３におけるせん断強度を示すグラフである。
【図４３】ＳＴＥＭ観察用薄片試料の全体像（ＳＴＥＭ−ＢＦ像）である。
【図４４】図４３に示す各領域の高倍率観察像である。
【図４５】実施例１４におけるせん断強度を示すグラフである。
【図４６】実施例１５におけるせん断強度を示すグラフである。
【図４７】実施例１６におけるせん断強度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照しながら本発明の樹脂金属接合方法及び樹脂金属接合体の代表的な実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、図面は、本発明を概念的に説明するためのものであるから、表された各構成要素の寸法やそれらの比は実際のものとは異なる場合もある。
【００３３】
（１）金属樹脂接合方法
本発明の金属樹脂接合方法においては、金属材と樹脂材とを重ね合わせた状態で当該金属材を加熱する方法（重ね加熱接合）と、金属材を加熱した後に樹脂材を当接させる方法（板間加熱接合）と、が存在する。
【００３４】
（１−１）重ね加熱接合
重ね加熱接合の概念図を図１に示す。重ね加熱接合においては、金属材２と樹脂材４を重ね合わせた状態で、金属材２の側にプラズマ溶接トーチ６を配置し、アーク８によって金属材２を加熱する。ここで、プラズマ溶接トーチ６は特に限定されず、従来公知の種々のプラズマ溶接トーチを用いることができる。
【００３５】
プラズマ溶接トーチ６の移動に伴ってアーク８も移動するため、所望の加熱領域１０を形成することができる。加熱領域１０からの入熱によって、樹脂材４の少なくとも一部を樹脂材４の溶融温度以上に昇温することで、接合部を形成することができる。
【００３６】
金属材２としては、本発明の効果を損なわない範囲で従来公知の種々の金属材を用いることができる。金属材２としては、各種鋼材、亜鉛めっき鋼材、アルミニウム合金、マグネシウム合金等を例示することができるが、各種鋼材又は亜鉛めっき鋼材を用いることが好ましい。
【００３７】
また、樹脂材４としては、本発明の効果を損なわない範囲で従来公知の種々の樹脂材を用いることができる。樹脂材４としては、例えば、ポリアミドやＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）等を例示することができる。
【００３８】
アークを発生させる条件は、金属材２及び樹脂材４の種類や熱伝導率等の物性、及び板厚等によって適宜設定する必要があるが、従来実施されているアーク溶接と比較すると大幅に入熱量が小さな条件（通常のアーク溶接では用いられない条件）を用いる必要がある。
【００３９】
加熱工程において、金属材２と樹脂材４との被接合界面の最高温度は４５０〜６００℃とすること、が好ましい。被接合界面の最高温度を４５０℃以上とすることで、被接合界面における樹脂材４の温度を溶融温度以上とすることができ、６００℃以下とすることで、入熱過多による樹脂材４の脆化を抑制することができる。
【００４０】
また、加熱工程において、金属材２と樹脂材４との被接合界面の温度は２７５〜６００℃とすること、が好ましい。被接合界面の温度を２７５℃以上とすることで、金属材２と樹脂材４との接合強度を十分に高くすることができる。一方で、被接合界面の温度を６００℃以下とすることで、入熱過多による樹脂材４の脆化を抑制することができる。なお、被接合界面の温度は熱画像カメラや熱電対等の従来公知の種々の方法で測定することができる。
【００４１】
ここで、金属材２としてフェライト系耐熱鋼板：ＳＵＨ４０９Ｌ板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×１．５ｍｍ）、樹脂材４としてＰＥＴ板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×２ｍｍ）を用いる場合は、アーク８の移動速度を２０ｃｍ／分とし、アーク電流を４〜１０Ａとすることで良好な金属樹脂接合体を得ることができる。なお、当該好適な接合条件については、例えば後述の図５に示されている。
【００４２】
また、金属材２として亜鉛めっき鋼板：ＳＰＣＭ２−５５／５５（１００ｍｍ×３０ｍｍ×１．６ｍｍ）、樹脂材４としてＰＥＴ板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×２ｍｍ）を用いる場合は、アーク８の移動速度を２０ｃｍ／分とし、アーク電流を１２〜１８Ａとすることで良好な金属樹脂接合体を得ることができる。なお、当該好適な接合条件については、例えば後述の図８に示されている。
【００４３】
また、金属材２としてフェライト系耐熱鋼板：ＳＵＨ４０９Ｌ板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×１．５ｍｍ）、樹脂材４としてポリアミド板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×２ｍｍ）を用いる場合は、アーク８の移動速度を２０ｃｍ／分とし、アーク電流を１２〜２０Ａとすることで良好な金属樹脂接合体を得ることができる。なお、当該好適な接合条件については、例えば後述の図９に示されている。
【００４４】
更に、金属材２として亜鉛めっき鋼板：ＳＰＣＭ２−５５／５５（１００ｍｍ×３０ｍｍ×１．６ｍｍ）、樹脂材４としてポリアミド板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×２ｍｍ）を用いる場合は、アーク８の移動速度を２０ｃｍ／分とし、アーク電流を１４〜２２Ａとすることで良好な金属樹脂接合体を得ることができる。なお、当該好適な接合条件については、例えば後述の図１４に示されている。
【００４５】
なお、本実施形態においてはアーク８によって金属材２を加熱しているが、簡便なワンサイド抵抗スポット溶接を用いることもできる。ワンサイド抵抗スポット溶接を用いる場合は、加熱工程と同時に加圧工程を達成できるという利点が存在する。
【００４６】
（１−２）板間加熱接合
板間加熱接合の概念図を図２に示す。板間加熱接合においては、アーク８によって金属材２を加熱して加熱領域１０を形成させた後、加熱領域１０に樹脂材４を当接させることで接合部が形成される。
【００４７】
ここで、好適に用いることができる金属材２、樹脂材４、プラズマ溶接トーチ６及び被接合界面の最高温度及び温度分布は上述の重ね加熱接合の場合と同様であるが、加熱領域１０の形成から樹脂材４を当接させるまでに生じる加熱領域１０の温度低下に留意して接合条件を設定する必要がある。
【００４８】
金属材２としてフェライト系耐熱鋼板：ＳＵＨ４０９Ｌ板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×１．５ｍｍ）、樹脂材４としてＰＥＴ板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×２ｍｍ）を用いる場合は、アーク８の移動速度を２０ｃｍ／分とし、アーク電流を３０〜４０Ａとすることで良好な金属樹脂接合体を得ることができる。なお、当該好適な接合条件については、例えば後述の図１８に示されている。
【００４９】
また、金属材２として亜鉛めっき鋼板：ＳＰＣＭ２−５５／５５（１００ｍｍ×３０ｍｍ×１．６ｍｍ）、樹脂材４としてＰＥＴ板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×２ｍｍ）を用いる場合は、アーク８の移動速度を２０ｃｍ／分とし、アーク電流を５０〜６０Ａとすることで良好な金属樹脂接合体を得ることができる。
【００５０】
また、金属材２としてフェライト系耐熱鋼板：ＳＵＨ４０９Ｌ板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×１．５ｍｍ）、樹脂材４としてポリアミド板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×２ｍｍ）を用いる場合は、アーク８の移動速度を２０ｃｍ／分とし、アーク電流を２５〜６０Ａとすることで良好な金属樹脂接合体を得ることができる。なお、当該好適な接合条件については、例えば後述の図２０に示されている。
【００５１】
更に、金属材２として亜鉛めっき鋼板：ＳＰＣＭ２−５５／５５（１００ｍｍ×３０ｍｍ×１．６ｍｍ）、樹脂材４としてポリアミド板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×２ｍｍ）を用いる場合は、アーク８の移動速度を２０ｃｍ／分とし、アーク電流を４０〜７０Ａとすることで良好な金属樹脂接合体を得ることができる。なお、当該好適な接合条件については、例えば後述の図２５に示されている。
【００５２】
（１−３）加圧工程
上述の重ね加熱接合及び板間加熱接合においては、加圧工程を付加することで接合部の強度や信頼性等を向上させることができる。
【００５３】
より具体的には、接合部の樹脂材４は高温に加熱されるため、樹脂材４の分解温度を超えた領域では気泡が発生し、冷却後も当該領域に留まって欠陥となる。これに対し、接合部の形成過程又は形成直後に接合部を加圧することで、加熱工程において接合部の樹脂中に導入される気泡を除去することができ、より信頼性の高い接合部を得ることができる。更に、当該加圧によって軟化した樹脂材が金属材の熱影響部の範囲を超えて広がることから、金属材と樹脂材との接合界面を拡大することができる。
【００５４】
接合部の加圧は１．４０〜１．８５ＭＰａとすることが好ましく、１．７０〜１．８５ＭＰａとすることがより好ましい。加圧を１．４０ＭＰａ以上とすることで、気泡の低減（移動）に効果があり、１．８５ＭＰａ以下とすることで、接合部における樹脂材が薄くなり過ぎることを抑制することができる。なお、当該好適な加圧条件については、例えば後述の図３２に示されている。
【００５５】
板間加熱接合の場合は、金属材２の加熱領域１０に樹脂材４を当接させた後、単純に金属材２及び樹脂材４の両側から圧力を印加すればよい。また、重ね加熱接合の場合は、例えば金属材２と樹脂材４を重ね合わせた状態で、金属材２を固定し、樹脂材４の側からシリンダー等で圧力を印加してもよい。なお、重ね加熱接合においては、加熱工程終了後、板間加熱接合の場合と同様に、単純に金属材２及び樹脂材４の両側から圧力を印加してもよい。
【００５６】
（２）金属樹脂接合体
本発明の金属樹脂接合体の概略断面図を図３に示す。金属樹脂接合体１２は、金属材２と樹脂材４とが直接接合されたものであり、接合部に接着剤やリベット等は使用されていない。
【００５７】
金属材２には、外部加熱によって形成された熱影響部１０が形成され、金属材２と樹脂材４との接合界面１４は熱影響部１０の外側にまで広がっている。従来の金属材と樹脂材の直接接合体においては、接合されている領域は熱影響部１０の内側であるが、金属樹脂接合体１２においてはより広い面積で接合が達成されているため、高い接合強度及び信頼性を実現することができる。
【００５８】
金属樹脂接合体１２の接合部においては、接合領域に存在する気泡の最大直径が０．１ｍｍ未満であること、が好ましい。気泡の最大直径が０．１ｍｍ未満であることから、当該気泡は継手特性に殆ど影響を及ぼすことがなく、金属樹脂接合体１２は極めて良好な機械的特性を有している。また、目視では接合部の気泡を明瞭に確認することができないことから、接合部に欠陥が存在することによるイメージの低下を抑制することができる。
【００５９】
なお、金属樹脂接合体１２は、本発明の金属樹脂接合方法を用いて好適に得ることができ、特に、上述の加圧工程を伴った接合によって気泡の低減と接合界面１４の拡大を同時に達成することができる。
【００６０】
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能であり、それら設計変更は全て本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【００６１】
１．アーク加熱を用いた接合
≪実施例１≫
金属材としてフェライト系耐熱鋼板：ＳＵＨ４０９Ｌ板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×１．５ｍｍ）、樹脂材としてＰＥＴ板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×２ｍｍ）を用い、図４に示す状態に重ね合わせて金属材側からアーク加熱することで、「重ね加熱接合」を施した。アーク溶接熱源には日鉄住金溶接工業製のプラズマ溶接機（３５０Ａ用）を用い、タングステン電極をφ３．２ｍｍ、インサートチップをφ３．２ｍｍとし、６軸ロボットにより動作制御を行った。なお、パイロットガス流量は０．４Ｌ／分で一定とした。【００６２】
接合速度（アーク熱源の移動速度）を２０ｃｍ／分で固定し、溶接電流（アーク電流）を４〜１２Ａで変化させて種々の実施金属樹脂接合体を製造した。図５に示す態様で引張試験を行い、せん断強度を測定した。得られた結果を図６に示す。全ての実施金属樹脂接合体において、接合部はせん断強度の測定が可能な程度以上の強度を有しているが、溶接電流を４〜１０Ａとすることで、高いせん断強度が安定して得られていることが分かる。なお、溶接電流を１２Ａとした場合、入熱過多に起因する樹脂材の劣化による強度低下が認められる。ここで、１２Ａの場合はせん断強度が樹脂材の強度未満となるが、それ以外の条件では樹脂材の強度と同等程度のせん断強度が得られている。【００６３】
樹脂材と同等程度のせん断強度を示した実施金属樹脂接合体に関し、せん断強度試験によって樹脂材が伸長した状態における実施金属樹脂接合体の概観写真を図７に示す。せん断試験後も接合部における破断は認められず、接合部近傍の樹脂材の伸長が確認できる。加えて、接合領域はアーク加熱による加熱領域の外側にも形成されている。【００６４】
各接合工程中の接合界面近傍の温度を熱画像カメラ（日本アビオニクス株式会社製，Ｒ３００ＳＲ−Ｈ）にて測定したところ、溶接電流が４〜１０Ａの場合は最高温度部位の平均温度が３００〜４５０℃であり、２７５℃以上の領域が広範囲に存在していた。一方で、１２Ａの場合は６００℃を超える温度領域が認められた。【００６５】
≪実施例２≫
金属材として亜鉛めっき鋼板：ＳＰＣＭ２−５５／５５（１００ｍｍ×３０ｍｍ×１．６ｍｍ）、樹脂材としてＰＥＴ板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×２ｍｍ）を用い、溶接電流（アーク電流）を５〜１２Ａで変化させた以外は実施例１と同様にして「重ね加熱接合」を施した。【００６６】
得られた実施金属樹脂接合体に関し、実施例１と同様にしてせん断強度を測定した。得られた結果を図８に示す。全ての実施金属樹脂接合体において、接合部はせん断強度の測定が可能な程度以上の強度を有しているが、溶接電流を１２Ａとすることで、高いせん断強度が安定して得られている。なお、溶接電流を１２Ａとした場合、樹脂材の強度と同等程度のせん断強度となっている。【００６７】
各接合工程中の接合界面近傍の温度を熱画像カメラにて測定したところ、溶接電流が１２Ａの場合は最高温度部位の平均温度が３００〜４５０℃であり、２７５℃以上の領域が広範囲に存在していた。【００６８】
≪実施例３≫
金属材としてフェライト系耐熱鋼板：ＳＵＨ４０９Ｌ板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×１．５ｍｍ）、樹脂材としてポリアミド板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×２ｍｍ）を用い、溶接電流（アーク電流）を１０〜２２Ａ、接合速度（アーク熱源の移動速度）を１５〜２５ｃｍ／分
で変化させた以外は実施例１と同様にして「重ね加熱接合」を施した。【００６９】
得られた実施金属樹脂接合体に関し、実施例１と同様にしてせん断強度を測定した。得られた結果を図９に示す。全ての実施金属樹脂接合体において、接合部はせん断強度の測定が可能な程度以上の強度を有しているが、溶接電流が２０Ａを超える場合、入熱過多に起因する樹脂材の劣化による強度低下が認められる。ここで、２０Ａを超える場合はせん断強度が樹脂材の強度未満となるが、それ以外の条件では樹脂材の強度と同等程度のせん断強度が得られている。【００７０】
各接合工程中の接合界面近傍の温度を熱画像カメラにて測定したところ、溶接電流が１０Ａ及び１２Ａの場合は最高温度部位の平均温度が３００〜４５０℃であり、２７５℃以上の領域が広範囲に存在していた。一方で、２２Ａの場合は６００℃を超える温度領域が認められた。測定結果の例として、１０Ａ、１２Ａ及び２２Ａの場合の温度分布を図１０、図１１及び図１２にそれぞれ示す。なお、当該温度分布は加熱開始〜加熱終了の中間時点におけるものであり、図中の数値は当該時点における最高到達温度を示している。【００７１】
溶接電流を１５Ａで一定とし、接合速度を変化させて得られた実施金属樹脂接合体のせん断強度を図１３に示す。溶接電流を１５Ａとした場合、接合速度を変化させても高いせん断強度を有する金属樹脂接合体が得られることが分かる。【００７２】
なお、溶接電流を１５Ａで一定とし、接合速度を変化させた場合において、各接合工程中の接合界面近傍の温度を熱画像カメラにて測定したところ、最高温度部位の平均温度は３００〜４５０℃であり、２７５℃以上の領域が広範囲に存在していた。【００７３】
≪実施例４≫
金属材として亜鉛めっき鋼板：ＳＰＣＭ２−５５／５５（１００ｍｍ×３０ｍｍ×１．６ｍｍ）、樹脂材としてポリアミド板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×２ｍｍ）を用い、溶接電流（アーク電流）を１２〜３０Ａ、接合速度（アーク熱源の移動速度）を２０〜３０ｃｍ／分
で変化させた以外は実施例１と同様にして「重ね加熱接合」を施した。【００７４】
得られた実施金属樹脂接合体に関し、実施例１と同様にしてせん断強度を測定した。得られた結果を図１４に示す。全ての実施金属樹脂接合体において、接合部はせん断強度の測定が可能な程度以上の強度を有しているが、溶接電流が１４〜２０Ａの範囲において高いせん断強度が得られている。ここで、１４〜２０Ａで得られた実施金属樹脂接合体のせん断強度は樹脂材の強度と同等程度になっている。【００７５】
各接合工程中の接合界面近傍の温度を熱画像カメラにて測定したところ、溶接電流が１４〜２０Ａの場合は最高温度部位の平均温度が３００〜４５０℃であり、２７５℃以上の領域が広範囲に存在していた。測定結果の例として、１４Ａ及び２０Ａの場合の温度分布を図１５及び図１６にそれぞれ示す。なお、当該温度分布は加熱開始〜加熱終了の中間時点におけるものであり、図中の数値は当該時点における最高到達温度を示している。【００７６】
溶接電流を１８Ａで一定とし、接合速度を変化させて得られた実施金属樹脂接合体のせん断強度を図１７に示す。溶接電流を１８Ａとした場合、接合速度を変化させても高いせん断強度を有する金属樹脂接合体が得られることが分かる。【００７７】
なお、溶接電流を１８Ａで一定とし、接合速度を変化させた場合において、各接合工程中の接合界面近傍の温度を熱画像カメラにて測定したところ、最高温度部位の平均温度は３００〜４５０℃であり、２７５℃以上の領域が広範囲に存在していた。【００７８】
≪実施例５≫
金属材としてフェライト系耐熱鋼板：ＳＵＨ４０９Ｌ板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×１．５ｍｍ）、樹脂材としてＰＥＴ板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×２ｍｍ）を用い、ＳＵＨ４０９Ｌ板をアーク加熱した直後にＰＥＴ板を当接させ、被接合部を加圧することで「板間加熱接合」を施した。なお、ＳＵＨ４０９Ｌ板のアーク加熱箇所及びＳＵＨ４０９Ｌ板とＰＥＴ板を当接させる際の配置は、「重ね加熱接合」の場合と同様に、図４に示す状態とし、接合部への加圧は０．６ＭＰａとした。【００７９】
アーク溶接熱源には日鉄住金溶接工業製のプラズマ溶接機（３５０Ａ用）を用い、タングステン電極をφ３．２ｍｍ、インサートチップをφ３．２ｍｍとし、６軸ロボットにより動作制御を行った。なお、パイロットガス流量は０．４Ｌ／分で一定とした。【００８０】
接合速度（アーク熱源の移動速度）を２０ｃｍ／分で固定し、溶接電流（アーク電流）を３０Ａ又は５０Ａとして実施金属樹脂接合体を製造した。得られた実施金属樹脂接合体に関し、実施例１と同様にしてせん断強度を測定した。得られた結果を図１８に示す。全ての実施金属樹脂接合体において、高いせん断強度が得られていることが分かる。ここで、実施金属樹脂接合体のせん断強度は樹脂材の強度と同等程度になっている。【００８１】
樹脂材と同等程度のせん断強度を示した実施金属樹脂接合体に関し、せん断強度試験によって樹脂材が伸長した状態における実施金属樹脂接合体の概観写真を図１９に示す。せん断試験後も接合部における破断は認められず、接合部近傍の樹脂材の伸長が確認できる。加えて、接合領域はアーク加熱による加熱領域の外側にも形成されている。【００８２】
≪実施例６≫
金属材としてフェライト系耐熱鋼板：ＳＵＨ４０９Ｌ板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×１．５ｍｍ）、樹脂材としてポリアミド板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×２ｍｍ）を用い、溶接電流（アーク電流）を３０〜６０Ａ、接合速度（アーク熱源の移動速度）を２０〜５５ｃｍ／分
で変化させた以外は実施例５と同様にして「板間加熱接合」を施した。【００８３】
得られた実施金属樹脂接合体に関し、実施例１と同様にしてせん断強度を測定した。接合速度を２０ｃｍ／分及び３０ｃｍ／分とした場合のせん断強度を図２０及び図２１にそれぞれ示す。２０ｃｍ／分の場合は２５Ａ、３０ｃｍ／分の場合は３０Ａで値がばらついているものの、何れの条件においても高いせん断強度が得られている。ここで、得られたせん断強度は樹脂材の強度と同程度となっている。【００８４】
溶接電流を６０Ａとし、接合速度を変化させて得られた実施樹脂金属接合体のせん断強度を図２２に示す。溶接電流を６０Ａとした場合、接合速度を５５ｃｍ／分まで増加させても高いせん断強度が得られている。【００８５】
樹脂材と同等程度のせん断強度を示した実施金属樹脂接合体に関し、せん断強度試験によって樹脂材が伸長した状態における実施金属樹脂接合体の概観写真を図２３に示す。せん断試験後も接合部における破断は認められず、接合部近傍の樹脂材の伸長が確認できる。加えて、接合領域はアーク加熱による加熱領域の外側にも形成されている。【００８６】
アーク加熱された金属材表面の温度変化を熱画像カメラにて測定した。加熱開始部、加熱中間部及び加熱終了部における最高温度変化を図２４に示す（接合条件：２５Ａ，２０ｃｍ／分）。当該加熱領域への樹脂材の当接は、加熱終了後約１秒であることから、接合中の最高温度部位は約４００℃であると思われる。【００８７】
≪実施例７≫
金属材として亜鉛めっき鋼板：ＳＰＣＭ２−５５／５５（１００ｍｍ×３０ｍｍ×１．６ｍｍ）、樹脂材としてポリアミド板（１００ｍｍ×３０ｍｍ×２ｍｍ）を用い、溶接電流（アーク電流）を３０〜７０Ａ、接合速度（アーク熱源の移動速度）を２０〜４０ｃｍ／分
で変化させた以外は実施例１と同様にして「板間加熱接合」を施した。【００８８】
得られた実施金属樹脂接合体に関し、実施例１と同様にしてせん断強度を測定した。接合速度を２０ｃｍ／分及び３０ｃｍ／分とした場合のせん断強度を図２５及び図２６にそれぞれ示す。接合速度を２０ｃｍ／分として３０Ａの溶接電流を用いた場合はやや低いせん断強度を有する樹脂金属接合体が含まれているが、それ以外の樹脂金属接合体は良好なせん断強度を有している。ここで、２０ｃｍ／分、３０Ａ以外の条件で得られた実施金属樹脂接合体のせん断強度は、樹脂材の強度と同等程度になっている。【００８９】
溶接電流を５０Ａ及び６０Ａとした場合のせん断強度を図２７及び図２８にそれぞれ示す。全ての樹脂金属接合体は樹脂材の強度と同等程度の良好なせん断強度を有している。【００９０】
アーク加熱された金属材表面の温度変化を熱画像カメラにて測定した。加熱開始部、加熱中間部及び加熱終了部における最高温度変化を図２９に示す（接合条件：４０Ａ，２０ｃｍ／分）。当該加熱領域への樹脂材の当接は、加熱終了後約１秒であることから、接合中の最高温度部位は約３００℃であると思われる。ここで、接合界面近傍の温度は広範囲で２７５℃以上となるが、加熱開始部においては時間の経過と共に樹脂の融点を下回る温度となっている。融点以下の領域では加圧による樹脂材の流動が損なわれるが、溶融部の樹脂材が加圧によって接合界面に濡れ広がることにより、低温部においても接合が達成されていると思われる。【００９１】
実施金属樹脂接合体に関し、代表的な金属／樹脂界面のＳＥＭ観察像及びＴＥＭ観察像を図３０及び図３１にそれぞれ示す。何れの観察においても金属と樹脂は直接接合されており、剥離等の欠陥は認められなかった。なお、ＳＥＭ観察には株式会社日立ハイテクサイエンス製のＳＭＩ３０５０ＳＥを用い、ＴＥＭ観察には日本電子株式会社製のＪＥＭ−２１００Ｆを用いた。また、ＳＥＭ観察及びＴＥＭ観察の加速電圧は、それぞれ５ｋＶ及び２００ｋＶとした。【００９２】
≪実施例８≫
接合部へ印加する加圧力を０．３〜１．７ＭＰａ（加圧部面積：４５０ｍｍ2）の範囲で変化させ、接合速度及び溶接電流をそれぞれ２０ｃｍ／分及び８Ａとした以外は実施例５と同様にして、実施金属樹脂接合体を得た。【００９３】
得られた各接合部の概観写真を図３２に示す。加圧力が１．４ＭＰａの場合、接合部の樹脂材における気泡が低減されていることが分かる。また、１．７ＭＰａの加圧によって、気泡はほぼ消失しており、目視においては確認されない状態となっている。加えて、何れの接合部においても樹脂材厚さの顕著な減少は認められず、接合領域はアーク加熱による加熱領域の外側にも形成されていた。【００９４】
２．ワンサイド抵抗スポット加熱を用いた接合
≪実施例９≫
金属材として亜鉛めっき鋼板：ＳＰＣＭ２−５５／５５（１００ｍｍ×２５ｍｍ×０．８ｍｍ）、樹脂材としてポリアミド板（１００ｍｍ×２５ｍｍ×２ｍｍ）を用い、樹脂金属接合用に設計した専用電極を備えた定置抵抗スポット溶接機にてワンサイド通電することでワンサイド抵抗スポット溶接を用いた「重ね加熱接合」を施した。図３３に亜鉛めっき鋼板とポリアミド板の配置状況を示す。亜鉛めっき鋼板は上側、ポリアミド板は下側に配置され、通電は重ね部材上側（亜鉛めっき鋼板側）から、加圧は重ね部材下側（樹脂側）から行った（溶接機の下部に加圧用の治具を配置した）。【００９５】
接合時の状況を示す模式図及び外観写真を図３４及び図３５にそれぞれ示す。亜鉛めっき鋼板の上側に電極を配置し、当該電極を亜鉛めっき鋼板の表面に押し当てることで被接合部材同士を密着させた後、電極間に通電して抵抗発熱を被接合界面に伝導させることにより接合が達成される。なお、装置上部に配置された電極による加圧力は０．４ｋｇｆ／ｃｍ2〜１．２ｋｇｆ／ｃｍ2の荷重範囲に設定した。これに対し、装置下部に配置した治具は通電完了後直ちに一定圧力を接合界面に印加するものであり、最大で１．８４ＭＰａの圧力を設定した。【００９６】
接合時の通電電流を０．５〜４．０ｋＡ、通電回数を１回に設定し、通電時間（Ｃｙｃｌｅ）を変化させて種々の実施金属樹脂接合体を製造した。通電電流を１．０ｋＡとし、通電時間を変化させて得られた実施金属樹脂接合体のせん断強度を図３６に示す。また、通電電流を１．５ｋＡとし、通電時間を変化させて得られた実施金属樹脂接合体のせん断強度を図３７に示す。更に、通電電流を２．０ｋＡとし、通電時間を変化させて得られた実施金属樹脂接合体のせん断強度を図３８に示す。【００９７】
何れの実施金属樹脂接合体においても比較的良好なせん断強度を示しているが、通電電流１．５ｋＡかつ通電時間１５０Ｃｙｃｌｅ以上、及び通電電流２．０ｋＡかつ通電時間７０Ｃｙｃｌｅ以上の接合条件において、２５００Ｎ（接合領域２５ｍｍ幅）以上の高いせん断強度が得られている。更に、通電電流１．５ｋＡかつ通電時間１８０Ｃｙｃｌｅ以上、及び通電電流２．０ｋＡかつ通電時間９０Ｃｙｃｌｅ以上の接合条件において、３０００Ｎ以上の極めて高いせん断強度が得られている。【００９８】
≪実施例１０≫
通電回数を２回とし、一次通電条件を通電電流：２．５ｋＡ、通電時間：１５Ｃｙｃｌｅとして二次通電条件を変化させて得られた実施金属樹脂接合体のせん断強度を図３９に示す。なお、一次通電から二次通電へのアップスロープは９Ｃｙｃｌｅとし、二次通電条件は通電電流：３．０〜３．５ｋＡ、通電時間：１０〜１５Ｃｙｃｌｅとした。なお、その他の条件は実施例９と同様とした。【００９９】
図３９において、二次通電による発熱量（ジュール発熱）の増加に伴いせん断強度が低下している。通電加熱による発熱量が増加すると接合温度が樹脂の分解温度以上となり、樹脂の分解及び結晶性の低下が生じることが原因であると思われる。一方で、通電回数が１回の場合と比較して、短時間で３０００Ｎ程度の極めて高いせん断強度が得られている。【０１００】
≪実施例１１≫
一次通電条件を通電電流：２．５ｋＡ、通電時間：２０Ｃｙｃｌｅ、二次通電条件を通電電流：２．０ｋＡ、通電時間：４０Ｃｙｃｌｅとし、加圧用治具を用いて通電完了後直ちに一定圧力をポリアミド板側から接合界面に印加することで、せん断強度に及ぼす加圧力の影響を検討した。なお、その他の条件は実施例９と同様とした。各加圧力条件で得られた実施金属樹脂接合体のせん断強度を図４０に示す。【０１０１】
加圧力の印加により、せん断強度が３０００Ｎ以上の高い値で略一定となっており、安定した品質の実施金属樹脂接合体が得られている。一方で、加圧力を大きくすることによるせん断強度の増加は認められないが、抵抗スポット溶接では通電時に被接合材同士を密着させるに十分な圧力が電極によって既に印加されていることが理由であると思われる。【０１０２】
≪実施例１２≫
次に、加圧用治具を用いた加圧を行うことなく、通電時の電極による荷重を０．４ｋｇｆ／ｃｍ2〜１．２ｋｇｆ／ｃｍ2の範囲で変化させた。なお、一次通電条件は通電電流：２．５ｋＡ、通電時間：２０Ｃｙｃｌｅ、二次通電条件は通電電流：２．０ｋＡ、通電時間：４０Ｃｙｃｌｅとした。なお、その他の条件は実施例９と同様とした。得られた実施金属樹脂接合体のせん断強度を図４１に示す。【０１０３】
３０００Ｎ前後のせん断強度が得られているが、印加荷重の増加に伴う強度上昇は認められない。ここで、図４０と図４１の比較により、加圧用治具を用いて通電完了後直ちに一定圧力をポリアミド板側から接合界面に印加することで、より信頼性の高い金属樹脂接合体が得られることが分かる。【０１０４】
≪実施例１３≫
一次通電条件を通電電流：０．７ｋＡ、通電時間：９９Ｃｙｃｌｅ、二次通電条件を通電電流：１．８ｋＡ又は２．０ｋＡ、通電時間：４０Ｃｙｃｌｅ、三次通電条件を通電電流：１．０ｋＡ、通電時間：９９Ｃｙｃｌｅとして得られた実施金属樹脂接合体のせん断強度を図４２に示す。なお、その他の条件は実施例９と同様とした。【０１０５】
加圧用治具を用いた加圧を印加していないが、三次通電まで行ったものは非常に安定したせん断強度を示している。つまり、ワンサイド抵抗スポット溶接で得られる金属樹脂接合体の品質を安定させるためには、通電完了後直ちに一定圧力を接合界面に印加することや、通電回数を増加させることが効果的である。【０１０６】
実施金属樹脂接合体（亜鉛めっき鋼板／ポリアミド樹脂）の接合界面をＳＴＥＭにより観察した。なお、観察用薄片試料はＦＩＢを用い、電極直下における接合界面を含む領域から切出した。観察用薄片試料の全体像（ＳＴＥＭ−ＢＦ像）を図４３に、図４３に示す各領域（（１）〜（７））の高倍率観察像を図４４にそれぞれ示す。【０１０７】
ポリアミド樹脂と亜鉛めっき鋼板の接合領域に剥離やポア等の欠陥は認められず、良好な接合が達成されている。また、図４４において、亜鉛めっき鋼板の表面に形成された酸化物層を介して、亜鉛めっき鋼板とポリアミド樹脂が強固に接合されていることが分かる。なお、ＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析の結果、酸化物層からはアルミニウムが検出された。【０１０８】
≪実施例１４≫
樹脂材をＧＦＲＰ（３０％ガラス繊維添加強化によるポリアミド樹脂）、金属材を亜鉛めっき鋼板とした場合の金属樹脂接合について評価を行った。なお、被接合材のサイズ及び形状は実施例９と同様である。一次通電条件を通電電流：２．５ｋＡ、通電時間：３０Ｃｙｃｌｅ、二次通電条件を通電電流：２．０ｋＡ、通電時間：４０Ｃｙｃｌｅとし、加圧用治具を用いて通電完了後直ちに一定圧力をＧＦＲＰ板側から接合界面に印加することで、せん断強度に及ぼす加圧力の影響を検討した。なお、その他の条件は実施例９と同様とした。各加圧力条件で得られた実施金属樹脂接合体のせん断強度を図４５に示す。【０１０９】
樹脂材がポリアミド樹脂の場合と同様に、高いせん断強度を有する実施金属樹脂接合体が安定して得られている。なお、せん断強度に及ぼす加圧力の影響は殆ど認められない。【０１１０】
≪実施例１５≫
金属材としてアルミニウム合金：５０００系（１００ｍｍ×２５ｍｍ×０．９ｍｍ）、樹脂材としてポリアミド板（１００ｍｍ×２５ｍｍ×２ｍｍ）を用い、通電回数１回で実施金属樹脂接合体を製造した。通電電流を２．５ｋＡ、通電時間を１７５〜２７５Ｃｙｃｌｅとして得られた実施金属樹脂接合体のせん断強度を図４６に示す。なお、その他の条件は実施例９と同様とした。【０１１１】
アルミニウム合金／ポリアミド樹脂の組合せにおいても良好な接合体が得られており、２５００Ｎ以上のせん断強度を示している。また、通電時間を長くすることでせん断強度が増加すると共に、より安定した接合体が得られている。【０１１２】
≪実施例１６≫
金属材としてアルミニウム合金：５０００系（１００ｍｍ×２５ｍｍ×０．９ｍｍ）、樹脂材としてＧＦＲＰ（３０％ガラス繊維添加強化によるポリアミド樹脂，１００ｍｍ×２５ｍｍ×２ｍｍ）用い、通電回数１回で実施金属樹脂接合体を製造した。通電電流を２．５〜３．５ｋＡ、通電時間を１３８〜２７５Ｃｙｃｌｅとして得られた実施金属樹脂接合体のせん断強度を図４７に示す。なお、その他の条件は実施例９と同様とした。【０１１３】
その他の組合せと同様に、アルミニウム合金／ＧＦＲＰにおいても良好な接合体が得られており、３５００Ｎ前後の高いせん断強度を示している。
【符号の説明】
【０１１４】
２・・・金属材、
４・・・樹脂材、
６・・・プラズマ溶接トーチ、
８・・・アーク、
１０・・・加熱領域、
１２・・・金属樹脂接合体、
１４・・・接合界面。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【国際調査報告】
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