(57)【要約】【課題】フランジ等のような接合面積が限られた部材について金属部材と樹脂部材との間に接着剤を塗布する場合であっても、より良好な接合強度が得られる金属部材と樹脂部材との接合方法を提供すること。【解決手段】金属部材１１と樹脂部材１２とを、両者間に接着剤３を塗布して、重ね合わせ、圧力および熱を金属部材側から付与することにより樹脂部材を溶融させて金属部材と樹脂部材とを接合する熱圧式接合方法による金属部材と樹脂部材との接合方法であって、前記樹脂部材１２の前記金属部材１１との対向面１２０または前記金属部材１１の前記樹脂部材１２との対向面１１０の少なくとも一方において、前記重ね合わせ状態における前記接着剤３の接合領域への流動Ｆを抑制する流動抑制溝５が形成されている、金属部材と樹脂部材との接合方法【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部材と樹脂部材とを、両者間に接着剤を塗布して、重ね合わせ、圧力および熱を金属部材側から付与することにより樹脂部材を溶融させて金属部材と樹脂部材とを接合する熱圧式接合方法による金属部材と樹脂部材との接合方法であって、
前記樹脂部材の前記金属部材との対向面または前記金属部材の前記樹脂部材との対向面の少なくとも一方において、前記重ね合わせ状態における前記接着剤の接合領域への流動を抑制する流動抑制溝が形成されている、金属部材と樹脂部材との接合方法。
【請求項２】
前記流動抑制溝は、前記重ね合わせ時および前記接合時において、前記接着剤の接合領域への流動を抑制する、請求項１に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
【請求項３】
前記接着剤が前記流動抑制溝に流入することにより、前記流動抑制溝は前記流動を抑制する、請求項１または２に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
【請求項４】
前記圧力は押圧部材により付与され、
前記流動抑制溝は、平面視において少なくとも、前記押圧部材の直下領域と前記接着剤の塗布領域との間に位置付けられている、請求項１〜３のいずれかに記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
【請求項５】
前記圧力は押圧部材により付与され、
前記流動抑制溝は、前記押圧部材の直下領域の周りに環状で形成されており、
前記環状の前記流動抑制溝を規定する内側境界線は以下の領域内に表され得る環形状および寸法を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の金属部材と樹脂部材との接合方法：
前記押圧部材の最大幅（直径）をＤ１とし、かつ短径＝１．５×Ｄ１および長径＝２．５×Ｄ１の楕円Ｅｓおよび短径＝３×Ｄ１および長径＝５×Ｄ１の楕円Ｅｂを、ｘ−ｙ座標上、各楕円の２つの焦点間の中点を原点として、それぞれ表したとき、前記楕円Ｅｓと前記楕円Ｅｂとの間に形成される領域。
【請求項６】
前記圧力は押圧部材により付与され、
前記流動抑制溝は、前記押圧部材の直下領域の周りに環状で形成されており、
前記環状の前記流動抑制溝を規定する内側境界線は以下の領域内に表され得る楕円形状および寸法を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の金属部材と樹脂部材との接合方法：
前記押圧部材の最大幅（直径）をＤ１とし、かつ短径＝１．５×Ｄ１および長径＝２．５×Ｄ１の楕円Ｅｓおよび短径＝３×Ｄ１および長径＝５×Ｄ１の楕円Ｅｂを、ｘ−ｙ座標上、各楕円の２つの焦点間の中点を原点として、それぞれ表したとき、前記楕円Ｅｓと前記楕円Ｅｂとの間に形成される領域。
【請求項７】
前記押圧部材は、前記押圧部材による前記金属部材表面の押圧領域の中心が、平面視において、前記ｘ−ｙ座標の原点と重複するように、金属部材を押圧する、請求項５または６に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
【請求項８】
前記流動抑制溝は０．０１×Ｄ１〜０．５×Ｄ１の幅を有する、請求項５〜７のいずれかに記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
【請求項９】
前記流動抑制溝は０．０１×Ｄ１〜０．５×Ｄ１の深さを有する、請求項５〜８のいずれかに記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
【請求項１０】
熱圧式接合方法が摩擦撹拌接合方法であり、
該摩擦撹拌接合方法が以下のステップを含む請求項１〜９のいずれかに記載の金属部材と樹脂部材との接合方法：
前記金属部材と前記樹脂部材とを重ね合わせる第１ステップ；および
押圧部材としての回転ツールを回転させつつ、前記金属部材に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱で前記樹脂部材を溶融させた後、固化させて金属部材と樹脂部材とを接合する第２ステップ。
【請求項１１】
前記第２ステップが、前記回転ツールを前記金属部材に押し込んで前記金属部材と前記樹脂部材との境界面に達しない深さまで進入させる押込み撹拌工程を備えている請求項１０に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
【請求項１２】
前記第２ステップが、押込み撹拌工程の前に、前記回転ツールのショルダー面を前記金属部材の表面部に接触させた状態で前記回転ツールを回転させる予熱工程をさらに備えている請求項１１に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
【請求項１３】
前記予熱工程では前記回転ツールを第１の加圧力で押圧しつつ第１の加圧時間だけ回転させ、
前記押込み撹拌工程では前記回転ツールを前記第１の加圧力より大きい第２の加圧力で押圧しつつ前記第１の加圧時間より短い第２の加圧時間だけ回転させる請求項１２に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
【請求項１４】
前記第２ステップが、前記回転ツールを前記境界面に達しない深さまで進入させた位置で、前記回転ツールの回転動作を継続させる撹拌維持工程をさらに備え、
前記撹拌維持工程では前記回転ツールを前記第１の加圧力より小さい第３の加圧力で押圧しつつ前記第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１３に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
【請求項１５】
前記第２ステップが、撹拌維持工程の後に、前記回転ツールの回転を停止し、その状態で前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さらに備えている請求項１４に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載の金属部材と樹脂部材との接合方法において使用され、前記樹脂部材との対向面に前記流動抑制溝を有する金属部材。
【請求項１７】
請求項１〜１５のいずれかに記載の金属部材と樹脂部材との接合方法において使用され、前記金属部材との対向面に前記流動抑制溝を有する樹脂部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材と樹脂部材との接合方法およびその方法において使用される金属部材または樹脂部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車、鉄道車両、航空機等の分野では軽量化が求められている。例えば、自動車の分野では、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。このような分野において金属部材と樹脂部材との接合技術の開発は、単に軽量化に留まらず、接合部材の高強度化および高剛性化、ならびに生産性の向上を実現させる観点からも重要である。
【０００３】
これまで、金属部材と樹脂部材との接合方法として、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ：friction stir welding）方法、抵抗加熱接合方法（通電加熱接合方法）、誘導加熱接合方法、超音波加熱接合方法等のような、加圧しながら加熱を行う熱圧式接合方法が知られている（例えば、特許文献１、２）。
【０００４】
一方、熱圧式接合方法において、金属部材と樹脂部材との間から漏れ出した溶融樹脂に基づくバリの形成を防止するために、金属部材または樹脂部材の少なくとも一方に、溶融樹脂を流入させるための溜まり溝を形成する技術が開示されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０２３５８３号公報
【特許文献２】特開２０１１−０８８１９７号公報
【特許文献３】特開２０１５−１３１４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の発明者等は、従来の熱圧式接合方法による金属部材と樹脂部材との接合に際し、両者間に接着剤およびシール材等のような第３成分が介在すると、十分な接合強度を確保することが困難であることを見い出した。金属部材と樹脂部材との接合領域において接着剤が存在すると、当該接着剤は両者の接合を阻害するため、十分な接合強度が得られないものと考えられる。
【０００７】
そこで、本発明の発明者等は、例えば摩擦撹拌接合方法において、図１４に示すように、金属部材２１１と樹脂部材２１２とを重ね合わせるに際し、接着剤の塗布領域を制御する試みを行った。すなわち、樹脂部材２１２の金属部材２１１との対向面２１２０において、回転ツール２１６の直下領域Ｑを回避して接着剤２０３を線状（ビード状）に塗布し、摩擦撹拌接合を行った。しかしながら、接着剤の接合領域への流動を十分に抑制することはできず、接合強度はやはり低下することがあった。
【０００８】
本発明の発明者等は、摩擦撹拌接合方法以外の他の熱圧式接合方法において、上記と同様の方法により接着剤の塗布領域を制御してみても、接合強度はやはり低下することがあった。
【０００９】
このように金属部材と樹脂部材との間に接着剤を塗布する熱圧式接合を、フランジ等のような接合面積が限られた部材に対して実施する場合、接合強度低下の問題は特に深刻なものであった。詳しくは、接着剤による接合強度の低下を回避するために、接着剤を回転ツールの直下領域から十分に離れたところに塗布することはできないため、接合強度がやはり低下した。
【００１０】
本発明は、金属部材と樹脂部材との間に接着剤を塗布する場合であっても、より良好な接合強度が得られる金属部材と樹脂部材との接合方法およびその方法において使用される金属部材または樹脂部材を提供することを目的とする。
【００１１】
本発明はまた、接合面積が限られた金属部材と樹脂部材との間に接着剤を塗布する場合であっても、より良好な接合強度が得られる金属部材と樹脂部材との接合方法およびその方法において使用される金属部材または樹脂部材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】
本発明は、
金属部材と樹脂部材とを、両者間に接着剤を塗布して、重ね合わせ、圧力および熱を金属部材側から付与することにより樹脂部材を溶融させて金属部材と樹脂部材とを接合する熱圧式接合方法による金属部材と樹脂部材との接合方法であって、
前記樹脂部材の前記金属部材との対向面または前記金属部材の前記樹脂部材との対向面の少なくとも一方において、前記重ね合わせ状態における前記接着剤の接合領域への流動を抑制する流動抑制溝が形成されている、金属部材と樹脂部材との接合方法
に関する。
【００１３】
本発明はまた、上記接合方法において使用される金属部材または樹脂部材に関する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の接合方法によれば、あらゆる熱圧式接合方法において、金属部材と樹脂部材との間に接着剤を塗布する場合であっても、より良好な接合強度を得ることができる。
本発明の接合方法は、施工性にも優れており、フランジ等のような接合面積が限られた金属部材と樹脂部材との間に接着剤を塗布する場合であっても、より良好な接合強度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明にかかる金属部材と樹脂部材との接合方法に好適な摩擦撹拌接合装置の一部の一例を示す模式的斜視図である。
【図２】本発明において接着剤が塗布された樹脂部材の一例を示す模式的斜視図である。
【図３】本発明において接着剤が塗布された樹脂部材の別の一例を示す模式的斜視図である。
【図４】上図は、図１で使用される樹脂部材の一例の概略上面見取り図であり、下図は、上図のＡ−Ａ断面を矢印方向で見たときの概略断面図である。
【図５】図４の樹脂部材を用いた本発明の一実施態様に係る接合方法における重ね合わせ工程および予熱工程を説明するための概略断面図である。
【図６】図４の樹脂部材を用いた本発明の一実施態様に係る接合方法における押込み撹拌工程、撹拌維持工程及び保持工程を説明するための概略断面図である。
【図７】本発明の接合方法に使用される樹脂部材の一例の概略断面図である。
【図８】上図は、本発明の接合方法に使用される金属部材の一例の概略上面見取り図であり、下図は、上図のＡ−Ａ断面を矢印方向で見たときの概略断面図である。
【図９】図８の金属部材を用いた本発明の一実施態様に係る接合方法における重ね合わせ工程および予熱工程を説明するための概略断面図である。
【図１０】本発明の接合方法に使用される回転ツールの一例の先端部近傍の拡大図である。
【図１１Ａ】流動抑制溝が有し得る環形状を規定する内側境界線の一例を説明するための、ｘ−ｙ座標である。
【図１１Ｂ】流動抑制溝が有し得る楕円形状を規定する内側境界線の一例を説明するための、ｘ−ｙ座標である。
【図１２】図４の樹脂部材を用い、かつ本発明の一実施態様に係る接合方法で得られた接合体から金属部材を強制的に剥離させて得られた樹脂部材の概略平面図である。
【図１３】実施例で得られた結果を示すグラフである。
【図１４】従来技術における金属部材と樹脂部材との接合方法を説明するための摩擦撹拌接合装置の模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の接合方法は、金属部材と樹脂部材とを重ね合わせ、圧力および熱を、金属部材側から付与することにより、好ましくは金属部材側から局所的に付与することにより、樹脂部材を軟化および溶融させて金属部材と樹脂部材とを接合する熱圧式接合方法に関する。本発明の接合方法において採用される接合方式は、加圧しながら加熱を行う方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、摩擦撹拌接合方法、抵抗加熱接合方法（通電加熱接合方法）、誘導加熱接合方法、超音波加熱接合方法等であってもよい。中でも、好ましくは摩擦撹拌接合方法が採用される。
【００１７】
摩擦撹拌接合方法においては、後で詳述するように、金属部材と樹脂部材とを重ね合わせ、押圧部材として回転ツールを回転させつつ金属部材に対して押圧することにより発生する摩擦熱を利用して、金属部材と樹脂部材との接合を行う。
抵抗加熱接合方法においては、電極（押圧部材）により金属部材側から加圧しながら、金属部材に電流を流すことにより生じる熱を利用して、金属部材と樹脂部材との接合を行う。
誘導加熱接合方法とは、押圧部材により金属部材側から加圧しながら、電磁誘導作用により金属部材に誘導電流を生じさせ、該電流により生じる熱を利用して。金属部材と樹脂部材との接合を行う。
超音波加熱接合方法とは、押圧部材により金属部材側から加圧しながら、超音波の印加により板間の微小すべりにより生じる摩擦熱を利用して、金属部材と樹脂部材を行う。
【００１８】
以下、摩擦撹拌接合方法を採用した本発明の接合方法について、図１〜図１３を用いて説明する。以下の摩擦撹拌接合方法に関する説明を参照すれば、当該摩擦撹拌接合方法における作用および効果と同様の作用および効果が、他の熱圧式接合方法においても得られることは明らかである。例えば、他の熱圧式接合方法においても、金属部材と樹脂部材とを、両者間に接着剤を塗布して、重ね合わせ、圧力および熱を金属部材側から付与するに際し、樹脂部材または金属部材の少なくとも一方の対向面に予め流動抑制溝を形成しておく。これにより、重ね合わせた状態において、接着剤が流動抑制溝に流入するようになり、接着剤の接合領域への流動が抑制される。その結果、より良好な接合強度が得られる。図１〜図１３において、共通する符号は、特記しない限り、同じ部材、部位、寸法または領域を示すものとする。
【００１９】
［摩擦撹拌接合方法による金属部材と樹脂部材との接合方法］
図１は、本発明の接合方法を実施するのに適した摩擦撹拌接合装置の一部の一例を模式的に示す図である。図１に示される摩擦撹拌接合装置１は、金属部材１１と樹脂部材１２とを摩擦撹拌接合する装置として構成されており、押圧部材としての円柱状の回転ツール１６を具備している。回転ツール１６は、図示したように、金属部材１１が上、樹脂部材１２が下になるように重ね合わされたワーク１０に対し、図外の駆動源により、矢印Ａ１のように該回転ツール１６の中心軸線Ｘ（図１０参照）回りに回転しつつ、押圧領域Ｐ（押圧予定領域）において、矢印Ａ２のように下方に向けて金属部材１１を押圧する。この回転ツール１６の押圧により摩擦熱が発生し、樹脂部材１２に伝導する。
【００２０】
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、上記ワーク１０に対し、図外の駆動源により、矢印Ａ３のように上方に移動される。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、上端面がワーク１０の下面（より詳しくは樹脂部材１２の下面）に当接する。そして、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による押圧期間中、つまり摩擦撹拌接合中、上記押圧力に抗してワーク１０を下方から支持する。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。
【００２１】
摩擦撹拌接合装置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。なお、図１には図示を省略したが、摩擦撹拌接合装置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。
【００２２】
本発明において金属部材１１または樹脂部材１２の少なくとも一方は他方の部材との対向面に流動抑制溝５を有している。流動抑制溝は、接着剤の流動を抑制するための溝のことである。本発明において「流動」は「流れながら移動する」という意味である。
例えば、図４および図５に示すように、樹脂部材１２は金属部材１１との対向面１２０に流動抑制溝５を有し、かつ金属部材１１は樹脂部材１２との対向面１１０に流動抑制溝を有さず、平面形状を有していてもよい（以下、「態様Ａ１」という）。
また例えば、図８及び図９に示すように、金属部材１１は樹脂部材１２との対向面１１０に流動抑制溝５を有し、かつ樹脂部材１２は金属部材１１との対向面１２０に流動抑制溝を有さず、平面形状を有していてもよい（以下、「態様Ａ２」という）。
また例えば、樹脂部材１２は図４および図５に示すように金属部材１１との対向面１２０に流動抑制溝５を有し、かつ金属部材１１は図８および図９に示すように樹脂部材１２との対向面１１０に流動抑制溝５を有してもよい（以下、「態様Ａ３」という）。
【００２３】
接合強度および施工性のさらなる向上の観点から、少なくとも樹脂部材１２が流動抑制溝５を有することが好ましい。当該好ましい実施態様においては、上記した態様Ａ１および態様Ａ３が包含される。同様の観点と、製造コストの観点とのバランスから、より好ましくは態様Ａ１である。金属部材１１の流動抑制溝５および樹脂部材１２の流動抑制溝５の形状、寸法および配置等は、流動抑制溝５の形成面が異なること以外、共通する。
【００２４】
本発明において施工性とは、フランジ等のような接合面積が限られた金属部材と樹脂部材との間に接着剤を塗布する場合であっても、より良好な接合強度が得られ得る性能のことである。特に、流動抑制溝５が平面視形状として後述のような環形状を有するとき、施工性は、その内側面積（すなわち内側境界線５１により規定される面積）が比較的小さくても、より良好な接合強度を達成し得る性能のことである。接合面積が限られているとは、金属部材と樹脂部材とを重ね合わせたとき、これらの接触面積が比較的小さいために、接合領域が限られているという意味である。平面視とは、押圧部材（例えば後述の回転ツール）の軸方向について上方から見たときの平面図のことである。断面視とは、押圧部材（例えば後述の回転ツール）の軸方向について平行な断面図のことである。
【００２５】
本発明においては金属部材１１または樹脂部材１２の少なくとも一方が流動抑制溝５を有するので、図５または図９に示すように、塗布された接着剤３が、少なくとも重ね合わせ時において、接合領域（矢印方向Ｆ）へ流動するのが抑制され得る。詳しくは、接着剤３が流動抑制溝５に流入することにより、接着剤の接合領域への流動および移動が抑制される。接合時においても、接着剤の接合領域への流動および移動は抑制される。接合領域とは、金属部材１１と樹脂部材１２との間において、樹脂部材１２の溶融および固化により金属部材１１との接合および結合を達成する領域のことである。接合領域は、金属部材１１と樹脂部材１２との間における少なくとも押圧部材（例えば回転ツール）の直下領域を含む。接合時において樹脂部材１１における押圧部材の直下領域の溶融樹脂は、図６に示すように、外周側方向Ｋに向けて、すなわち該直下領域６０の中心から外周領域６１に向けて、放射状に流動および移動する。このため、接合領域は金属部材１１と樹脂部材１２との間における押圧部材（例えば回転ツール）の直下領域およびその外周領域を含む。
【００２６】
流動抑制溝５は、平面視において少なくとも、押圧部材の直下領域と接着剤の塗布領域との間に位置付けられ、さらにその他の領域にも位置付けられてもよい。
【００２７】
例えば、図１、図２、図４および図８等に示すように、流動抑制溝５は平面視において、押圧部材の直下領域（例えば、Ｐ'、Ｐ''）の周りに一定の距離をおいて環状で形成されていてもよい（以下、「態様Ｂ１」という）。環状は、直線、曲線またはこれらの混合線において始点と終点とがつながった形状であり、図１および図４に示すような楕円形状であってもよいし、図２および図８に示すような円形状であってもよいし、またはこれらの形状以外の環形状であってもよい。なお、本発明において楕円形状は円形状を包含する概念で用いるものとする。
【００２８】
また例えば、図３に示すように、流動抑制溝５は平面視において、押圧部材の直下領域（例えば、Ｐ'、Ｐ''）の周りに一定の距離をおいて、曲線形状および直線形状を含む複合線形状で形成されていてもよい（以下、「態様Ｂ２」という）。
【００２９】
また例えば、流動抑制溝５は平面視において、押圧部材の直下領域から一定の距離をおいて曲線形状または直線形状のみで形成されていてもよい（以下、「態様Ｂ３」という）。
【００３０】
接合強度および施工性のさらなる向上の観点から、態様Ｂ１およびＢ３が好ましく、同様の観点と、製造コストの観点とのバランスから、より好ましくは態様１である。
【００３１】
流動抑制溝５と押圧部材の直下領域（例えば、Ｐ'、Ｐ''）との距離Ｌ１（図４および図８）は通常、押圧部材（例えば、回転ツール１６）の最大幅（直径）Ｄ１（ｍｍ）について、０．１×Ｄ１〜５×Ｄ１である。当該距離Ｌ１は、接合強度および施工性のさらなる向上の観点から、好ましくは０．２×Ｄ１〜３×Ｄ１であり、より好ましくは０．２５×Ｄ１〜１×Ｄ１である。流動抑制溝５と押圧部材の直下領域との距離Ｌ１は、流動抑制溝５と押圧部材の直下領域との距離のうち、最短の距離のことである。
【００３２】
押圧部材（回転ツール１６）の最大幅（直径）Ｄ１は通常、後で詳述する回転ツール１６の直径と同様の範囲内である。
【００３３】
流動抑制溝５の幅Ｗ１および深さｔ１（図４および図８）は、接着剤３の接合領域への流動を抑制できる限り特に限定されない。例えば、流動抑制溝５は必ずしも接合領域へ流動する全ての接着剤３を収容しなければならないという訳ではない。また例えば、流動抑制溝５の幅Ｗ１および深さｔ１がそれぞれ、たとえ０．５ｍｍおよび０．５ｍｍであって、当該流動抑制溝５が接合領域へ流動する全ての接着剤３を到底、収容できない場合であっても、当該流動抑制溝５は接着剤の接合領域への流動を阻害し、結果として当該流動の抑制が達成される。
【００３４】
従って、流動抑制溝５の幅Ｗ１は、特に限定されず、例えば、押圧部材（例えば、回転ツール１６）の最大幅（直径）Ｄ１（ｍｍ）について、通常０．０１×Ｄ１以上、特に０．０１×Ｄ１〜０．５×Ｄ１である。接合強度および施工性のさらなる向上の観点から、流動抑制溝５の幅Ｗ１は、０．１×Ｄ１〜０．５×Ｄ１の幅を有することが好ましい。幅Ｗ１は通常、一定であるが、上記範囲内で変化してもよい。
【００３５】
流動抑制溝５の深さｔ１は、特に限定されず、例えば、押圧部材（例えば、回転ツール１６）の最大幅（直径）Ｄ１（ｍｍ）について、通常０．０１×Ｄ１以上、特に０．０１×Ｄ１〜０．５×Ｄ１である。接合強度および施工性のさらなる向上の観点から、流動抑制溝５の深さｔ１は、０．１×Ｄ１〜０．５×Ｄ１の幅を有することが好ましい。深さｔ１は通常、一定であるが、上記範囲内で変化してもよい。
【００３６】
流動抑制溝５が平面視において楕円形状を有する場合、流動抑制溝５を規定する内側境界線５１に規定される楕円形状は、接合強度および施工性のさらなる向上の観点から、以下の寸法を有することが好ましい：
短径ｄｓは０．５×Ｄ１〜４．５×Ｄ１、好ましくは１×Ｄ１〜４×Ｄ１、より好ましくは１．５×Ｄ１〜３×Ｄ１である；
長径ｄＬは１．５×Ｄ１〜６．５×Ｄ１、好ましくは２×Ｄ１〜６×Ｄ１、より好ましくは２．５×Ｄ１〜５×Ｄ１である。
【００３７】
流動抑制溝５の断面視形状は、接着剤の流動を抑制できる形状であれば特に限定されず、例えば、図４および図８に示すような略矩形状であってもよいし、略半円形状であってもよいし、または略三角形状であってもよい。
【００３８】
流動抑制溝５が樹脂部材１２に備わっている場合、当該流動抑制溝５は樹脂部材１２の一体成形により形成されることが好ましい。流動抑制溝５を有さない樹脂部材１２を製造した後で、流動抑制溝５を切削により形成してもよい。
流動抑制溝５が金属部材１１に備わっている場合、当該流動抑制溝５を有さない金属部材１１を製造した後で、流動抑制溝５を切削により形成することが好ましい。流動抑制溝５は金属部材１１の一体成形により形成されてもよい。
【００３９】
接着剤３は、金属部材１１と樹脂部材１２との間に塗布されれば、いずれの部材に塗布されてもよい。例えば、接着剤は、例えば、図１〜図３に示すように樹脂部材１２のみに塗布されてもよいし、金属部材１１のみに塗布されてもよいし、または金属部材１１と樹脂部材１２との両方に塗布されてもよい。接合強度および施工性のさらなる向上と、製造コストとのバランスの観点から、接着剤は樹脂部材１２のみに塗布されることが好ましい。
【００４０】
接着剤３の塗布方法および塗布形状は、所望の領域に接着剤を塗布できる限り特に限定されない。接着剤３の塗布方法および塗布形状は通常、流動抑制溝５と接着剤３の塗布領域との距離Ｌ２が確保されつつ、あらゆる方法において、あらゆる形状で塗布されてもよい。例えば、接着剤３は、ライン塗布法、ドット塗布法、面塗布法またはロール塗布法等により、線状（ビード状）（直線状、曲線状またはこれらの複合線状）（図１〜図３）、点状、面状またはこれらの複合形状で塗布されてもよい。
【００４１】
流動抑制溝５と接着剤３の塗布領域との距離Ｌ２は通常、押圧部材（例えば、回転ツール１６）の最大幅（直径）Ｄ１（ｍｍ）について、０．５×Ｄ１〜１０×Ｄ１である。当該距離Ｌ２は、接合強度および施工性のさらなる向上の観点から、好ましくは０．５×Ｄ１〜５×Ｄ１であり、より好ましくは０．５×Ｄ１〜３×Ｄ１である。流動抑制溝５と接着剤３の塗布領域との距離Ｌ２は、流動抑制溝５と接着剤３の塗布領域との距離のうち、最短の距離のことである。
【００４２】
接着剤３は、従来から金属部材１１と樹脂部材１２との接着に寄与し得るあらゆる材料を包含する。従って、接着剤３は、当該分野において接着剤として使用される材料だけでなく、金属部材１１と樹脂部材１２との間のシーリングに使用されているシール材等も包含する概念で用いるものとする。接着剤３を構成する材料として、例えば、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂およびこれらの混合物等の熱硬化性樹脂、合成ゴム系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、およびこれらの混合物等の熱可塑性樹脂が挙げられる。接着剤３として、熱硬化性樹脂を用いる場合、通常は樹脂部材１２の軟化点よりも低い硬化温度を有する熱硬化性樹脂が使用される。
【００４３】
接着剤３の使用量（塗布量）は通常、接合後の接着層の厚みが０．１〜１．５ｍｍ、特に０．２〜０．５ｍｍとなるような量である。接着剤３の使用量（塗布量）は通常、１０〜５００ｍｇ／ｍ２であり、接合強度のさらなる向上の観点から、好ましくは５０〜３００ｍｇ／ｍ２である。
【００４４】
接着剤３は、上記構成材料のみからなっていてもよいし、または上記構成材料および有機溶剤、その他の添加剤を含んでいてもよい。
【００４５】
以下、好ましい実施態様１および２について説明する。実施態様１および２は、接合強度および施工性のさらなる向上の観点から好ましく、同様の観点からは実施態様２がより好ましい。実施態様１は実施態様２を包含する。
【００４６】
（１）実施態様１
本実施態様において、流動抑制溝５は、押圧部材１６の直下領域の周りに、一定の距離をおいて環形状で形成されている。当該環形状の流動抑制溝５を規定する内側境界線５１および外側境界線５２のうち、内側境界線５１は以下の領域内に表され得る環形状および寸法を有する：
押圧部材の最大幅（直径）Ｄ１（ｍｍ）について、図１１Ａに示すように、短径＝１．５×Ｄ１および長径＝２．５×Ｄ１の楕円Ｅｓおよび短径＝３×Ｄ１および長径＝５×Ｄ１の楕円Ｅｂを、ｘ−ｙ座標上、各楕円の２つの焦点間の中点を原点として、それぞれ表したとき、前記楕円Ｅｓと前記楕円Ｅｂとの間に形成される領域。
図１１Ａは、流動抑制溝５が有し得る環形状を規定する内側境界線の一例を説明するための、ｘ−ｙ座標である。
【００４７】
内側境界線５１の環形状は上記領域内において表すことができるあらゆる環形状および寸法であってもよい。ただし、当該環形状は上記領域のｘ−ｙ座標上、第１象限、第２象限、第３象限および第４象限を必ず通るものである。当該環形状に対する接線の傾きは通常、連続的に変化してもよい。このような環形状の具体例として、例えば、図１１Ａに示す環形状Ｅ１が挙げられる。
【００４８】
流動抑制溝５の外側境界線５２は通常、上記内側境界線５１から、前記した幅Ｗ１の分だけ距離をあけて規定される。
【００４９】
金属部材１１または樹脂部材１２の少なくとも一方が本実施態様において規定される環形状の流動抑制溝５を有する場合、押圧部材１６は通常、以下の重複が起こるように、金属部材１１を押圧する：
平面視における、押圧部材１６による金属部材１１表面の押圧領域Ｐ（または押圧部材の直下領域（例えば、Ｐ'、Ｐ''））の中心と、上記ｘ−ｙ座標の原点との重複。ここで平面視は、透視を含む平面視である。
上記重複は、必ずしも厳密に起こらなければならないというわけではなく、例えば、±１×Ｄ１のズレは許容される。
【００５０】
流動抑制溝５が本実施態様のように環形状を有し、かつ接着剤が全体として主軸を有する塗布形状を有する場合、当該環形状を規定するｘ−ｙ座標上の楕円ＥｓおよびＥｂの長径方向が、塗布形状の主軸方向と平行になるように、接着剤は塗布されることが好ましい。主軸を有する塗布形状とは、図１〜図２および図８に示すような直線状を含む線状（ビード状）のことである。このような主軸を有する塗布形状を構成する最も長い直線状部分の軸方向が主軸方向である。
【００５１】
（２）実施態様２
本実施態様において、流動抑制溝５は、押圧部材１６の直下領域の周りに、一定の距離をおいて環形状で形成されている。当該環形状の流動抑制溝５を規定する内側境界線５１および外側境界線５２のうち、内側境界線５１は以下の領域内に表され得る楕円形状および寸法を有する：
押圧部材の最大幅（直径）Ｄ１（ｍｍ）について、図１１Ｂに示すように、短径＝１．５×Ｄ１および長径＝２．５×Ｄ１の楕円Ｅｓおよび短径＝３×Ｄ１および長径＝５×Ｄ１の楕円Ｅｂを、ｘ−ｙ座標上、各楕円の２つの焦点間の中点を原点として、それぞれ表したとき、前記楕円Ｅｓと前記楕円Ｅｂとの間に形成される領域。
図１１Ｂは、流動抑制溝５が有し得る楕円形状を規定する内側境界線の一例を説明するための、ｘ−ｙ座標である。
【００５２】
内側境界線５１の楕円形状は上記領域内において表すことができるあらゆる楕円形状および寸法であってもよい。ただし、当該楕円形状は上記領域のｘ−ｙ座標上、第１象限、第２象限、第３象限および第４象限を必ず通るものである。このような楕円形状の具体例として、例えば、図１１Ｂに示す環形状Ｅ２〜Ｅ４が挙げられる。
【００５３】
流動抑制溝５の外側境界線５２は通常、上記内側境界線５１から、前記した幅Ｗ１の分だけ距離をあけて規定される。
【００５４】
金属部材１１または樹脂部材１２の少なくとも一方が本実施態様において規定される楕円形状の流動抑制溝５を有する場合、押圧部材１６は通常、以下の重複が起こるように、金属部材１１を押圧する：
平面視における、押圧部材１６による金属部材１１表面の押圧領域Ｐ（または押圧部材の直下領域（例えば、Ｐ'、Ｐ''））の中心と、上記ｘ−ｙ座標の原点との重複。ここで平面視は、透視を含む平面視である。
上記重複は、必ずしも厳密に起こらなければならないというわけではなく、例えば、±１×Ｄ１のズレは許容される。
【００５５】
流動抑制溝５が本実施態様のように楕円形状を有し、かつ接着剤が全体として主軸を有する塗布形状を有する場合、当該楕円形状の長径方向が、塗布形状の主軸方向と平行になるように、接着剤は塗布されることが好ましい。主軸を有する塗布形状とは、図１〜図２および図８に示すような直線状を含む線状（ビード状）のことである。このような主軸を有する塗布形状を構成する最も長い直線状部分の軸方向が主軸方向である。
【００５６】
（３）樹脂部材
樹脂部材１２は、流動抑制溝５を有する場合であっても、有さない場合であっても、例えば、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のあらゆる公知の溶融成形方法により製造することができる。樹脂部材１２が流動抑制溝５を有する場合、使用される金型の成形面を転写させることにより、樹脂部材１２を流動抑制溝５とともに一体的に成形することができる。
【００５７】
樹脂部材１２は、ポリマーおよびその他所望の添加剤からなっている。ポリマーとしては、熱可塑性ポリマーが使用されてもよいし、または熱硬化性ポリマーが使用されてもよい。
【００５８】
樹脂部材１２を構成する熱可塑性ポリマーとしては、熱可塑性を有するあらゆるポリマーが使用可能である。中でも、自動車の分野で使用されている熱可塑性ポリマーが好ましく使用される。そのような熱可塑性ポリマーの具体例として、例えば、以下のポリマーおよびそれらの混合物が挙げられる：
ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂；
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ））などのポリエステル系樹脂；
ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）などのポリアクリレート系樹脂；
ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）などのポリエーテル系樹脂；
ポリアセタール（ＰＯＭ）；
ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）；
ＰＡ６、ＰＡ６６、ＰＡ１１、ＰＡ１２、ＰＡ６Ｔ、ＰＡ９Ｔ、ＭＸＤ６などのポリアミド系樹脂（ＰＡ）；
ポリカーボネート系樹脂（ＰＣ）；
ポリウレタン系樹脂；
フッ素系ポリマー樹脂；および
液晶ポリマー（ＬＣＰ）。
【００５９】
熱可塑性ポリマーの分子量は、接合時に軟化・溶融可能な限り特に限定されるものではなく、通常はメルトフローレート（ＭＦＲ）が２〜２００、好ましくは２〜５５の熱可塑性ポリマーが使用される。
【００６０】
本明細書中、ＭＦＲはメルトフローレートであって、ＪＩＳ  Ｋ７２１０に基づいて２３０℃で測定された値（ｇ／１０分間）を用いている。
【００６１】
熱硬化性ポリマーとしては、自動車の分野で使用されている熱硬化性ポリマーが好ましく使用される。そのような熱硬化性ポリマーの具体例として、例えば、以下のポリマーおよびそれらの混合物が挙げられる：
エポキシ樹脂（ＥＰ）；
フェノール樹脂（ＰＦ）；
不飽和ポリエステル樹脂（ＵＰ）；
メラミン樹脂（ＭＦ）；
ポリウレタン（ＰＵＲ）。
【００６２】
樹脂部材１２に含まれる添加剤としては、タルク等のフィラー、炭素繊維、ガラス繊維等の強化繊維が挙げられる。
【００６３】
以上、樹脂部材１２は接合部分が略平板形状を有するものについて説明したが、これに限定されるものではなく、少なくとも押圧部材直下の部分が略平板形状を有する限り、いかなる形状を有していてもよい。樹脂部材１２の厚みｔは特に限定されず、通常は１ｍｍ以上、特に１〜２０ｍｍである。
【００６４】
樹脂部材１２が流動抑制溝５を有する場合、樹脂部材１２は、図７に示すように、樹脂部材１２の強度向上の観点から、少なくとも押圧部材の直下領域６０を肉厚化することが好ましい。肉厚化部分の厚みｔ２は、上記厚みｔと同様の範囲内で選択されてもよい。
【００６５】
（４）金属部材
金属部材１１は、ダイカスト鋳造等のあらゆる公知の成形方法により製造することができるが、通常は市販品として入手可能である。金属部材１１は、流動抑制溝５を有する場合、流動抑制溝５を切削により形成することができる。
【００６６】
金属部材１１は接合部分が略平板形状を有するものについて説明するが、これに限定されるものではなく、少なくとも押圧部材直下の部分が略平板形状を有する限り、いかなる形状を有していてもよい。金属部材１１の厚みＴは特に制限されるものではなく、通常、０．６〜３．０ｍｍ程度である。
【００６７】
金属部材１１を構成する金属としては、融点が、樹脂部材１２を構成するポリマーよりも高いあらゆる金属が使用可能である。中でも、自動車の分野で使用されている以下の金属および合金が好ましく使用される：
アルミニウムおよび５０００系、６０００系などのアルミニウム合金；
スチール；軟鋼板、高張力鋼板など
マグネシウムおよびその合金；
チタンおよびその合金。
【００６８】
（５）回転ツール
図１０は、回転ツール１６の先端部近傍の拡大図である。図１０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１０に示すように、円柱状の回転ツール１６は、先端部（図１０では下端部）にピン部１６ａ及びショルダ面１６ｂを有している。ショルダ面１６ｂは、回転ツール１６の円形の先端面のことである。回転ツール１６はショルダ面１６ｂにピン部１６ａを有する。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１０では下方）に突設された、ショルダ面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に最初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。
【００６９】
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が押圧する金属部材１１の金属の種類に応じて設定される。例えば、金属部材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、ショルダ面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、ショルダ面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。例えば、回転ツール１６の直径は通常、ショルダ面１６ｂの直径Ｄ１のことであり、通常、５〜１００ｍｍ、特に５〜２０ｍｍである。
【００７０】
（６）摩擦撹拌接合方法に基づく金属部材と樹脂部材との接合方法の具体例
本発明に係る摩擦撹拌接合方法に基づく接合方法は少なくとも以下のステップを含むものである：
接着剤３を金属部材１１または樹脂部材１２の少なくとも一方に塗布し、金属部材１１と樹脂部材１２とを重ね合わせる第１ステップ；および
押圧部材としての回転ツール１６を回転させつつ、金属部材１１に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱で樹脂部材１２を軟化・溶融させた後、固化させて金属部材１１と樹脂部材１２とを接合する第２ステップ。
なお、第１ステップにおいて得られる金属部材１１と樹脂部材１２とが重ね合わされたものを「ワーク」１０と呼ぶ。
【００７１】
第１ステップ：
第１ステップにおける接着剤３の塗布については前記した通りであるため、ここでの説明を省略する。
【００７２】
接着剤３の塗布後、金属部材１１と樹脂部材１２とを、例えば図５および図９に示すように、それらの対向面１１０および１２０が相互に対向するように重ね合わせる。このとき、接着剤３の接合領域への流動は、流動抑制溝５への接着剤３の流入により抑制される。
【００７３】
第２ステップ：
第２ステップにおいては、図６に示すように、回転ツール１６を金属部材１１に押し込んで、金属部材１１と樹脂部材１２との接合境界面１３０に達しない深さまで進入させる押込み撹拌工程Ｃ２を少なくとも行う。
【００７４】
本発明においては、第２ステップにおいて、押込み撹拌工程の前に、回転ツール１６のショルダー面１６ｂ（先端部（ピン部およびショルダー面）のみ）を金属部材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Ｃ１を行うことが好ましいが、必ずしも行わなければならないというわけではない。
押込み撹拌工程の後には、回転ツール１６を接合境界面に達しない深さまで進入させた位置で、回転ツール１６の回転動作を継続させる撹拌維持工程Ｃ３を行うことが好ましいが、当該工程も必ずしも行わなければならないというわけではない。
【００７５】
以下、各工程について詳しく説明する。
【００７６】
（予熱工程Ｃ１）
予熱工程Ｃ１は、回転ツール１６と受け具１７とを相互に近接させることにより、図５および図９に示すように、回転ツール１６のピン部１６ａおよびショルダー面１６ｂのみ（先端部のみ）を金属部材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を回転させる工程である。予熱工程Ｃ１では、回転ツール１６を、第１の加圧力（例えば、９００Ｎ）で、第１の加圧時間（例えば、１．００秒）だけ、所定回転数（例えば、３０００ｒｐｍ）で回転させる。図５および図９は、図１におけるＺ−Ｚ断面を矢印方向で見たときの概略断面図であって、本発明の接合方法における予熱工程を説明するための概略断面図である。
【００７７】
具体的には、予熱工程Ｃ１では、回転ツール１６の押圧により金属部材１１の表面部（図例では上面部）で摩擦熱が発生する。摩擦熱は金属部材１１の内部に伝わり、金属部材１１の上記押圧領域Ｐの範囲及び上記押圧領域Ｐの近傍の範囲が予熱される。これにより、次の押込み撹拌工程Ｃ２で、回転ツール１６を金属部材１１に押込み易くなる。本工程において接着剤３の流動が起こったとしても、接着剤３の接合領域への流動は、流動抑制溝５への接着剤３の流入により抑制される。
【００７８】
予熱工程Ｃ１では、摩擦熱は、金属部材１１と樹脂部材１２との境界面を介して樹脂部材１２に伝導する。接着剤が熱硬化性樹脂を含む場合、本工程において、接着剤の熱硬化が起こってもよい。
【００７９】
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部材１２の軟化・溶融し易さの観点から設定され、その値は、例えば回転ツール１６の回転数や金属部材１１の厚みおよび素材の種類等に依存して変化する。例えば、１ｍｍ以上２ｍｍ以下の厚みのアルミニウム合金製金属部材１１を使用する場合、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、回転ツールの回転数は５００回転/分以上１００００回転/分以下の値が好ましい。
【００８０】
（押込み撹拌工程Ｃ２）
押込み撹拌工程Ｃ２は、回転ツール１６と受け具１７とを相互に近接させることにより、図６に示すように、回転ツール１６を金属部材１１に押し込む工程である。押込み撹拌工程Ｃ２を予熱工程Ｃ１に次いで行う場合には、回転ツール１６と受け具１７とをさらに相互に近接させることにより、図６に示すように、回転ツール１６を金属部材１１に押し込む。すなわち、回転ツール１６を金属部材１１と樹脂部材１２との境界面１３０に達しない深さまで進入させる。これにより、溶融樹脂を、平面視で、矢印方向Ｋ（図６）において回転ツール１６の直下領域６０からその外周側に向けて、すなわち該直下領域６０の中心から外周領域６１に向けて、放射状に流動する。
【００８１】
詳しくは、押込み撹拌工程Ｃ２では、回転ツール１６を、第１の加圧力より大きい第２の加圧力（例えば、１５００Ｎ）で、第１の加圧時間より短い第２の加圧時間（例えば、０．２５秒）だけ、所定回転数（例えば、３０００ｒｐｍ）で回転させる。
【００８２】
押込み撹拌工程Ｃ２では、加圧力が予熱工程Ｃ１よりも大きくなることにより、回転ツール１６が金属部材１１に押し込まれる。すなわち、回転ツール１６が金属部材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、図６に示すように、金属部材１１の回転ツール直下部１１５において、金属部材１１と樹脂部材１２との接合境界面１３０が受け具１７側（図例では下側）に移動し、当該直下部１１５が樹脂部材１２側に突出変形する。これによっても、接合境界面１３０において回転ツールの直下領域６０の溶融樹脂が、平面視で、矢印方向Ｋにおいて、回転ツール１６の直下領域６０からその外周側に向けて、すなわち該直下領域６０の中心から外周領域６１に向けて、放射状に流動する。溶融樹脂は、回転ツール直下領域６０を中心とする略円形状で広がる。流動する溶融樹脂は流動抑制溝５に流入してもよい。本工程において接着剤３の流動が起こったとしても、接着剤３の接合領域への流動は、流動抑制溝５への接着剤３の流入により抑制される。接着剤が熱硬化性樹脂を含む場合、本工程において、接着剤の熱硬化が起こってもよい。
【００８３】
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のショルダ面１６ｂが上記接合境界面を超える。すなわち、回転ツール１６が金属部材１１を貫通し、樹脂部材１２に接触する。すると、金属部材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。
【００８４】
そこで、本発明では、この押込み撹拌工程Ｃ２において、回転ツール１６のショルダ面１６ｂが上記接合境界面に達しない深さまで進入した時点で、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る。これにより、次の撹拌維持工程Ｃ３で、樹脂部材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部材１２に伝わり、樹脂部材１２の溶融および流動（移動）が促進される。
【００８５】
押込み撹拌工程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をできるだけ樹脂部材１２に近接させる観点から設定され、その値は、例えば回転ツール１６の回転数や金属部材１１の厚みおよび素材の種類等に依存して変化する。例えば、１ｍｍ以上２ｍｍ以下の厚みのアルミニウム合金製金属部材１１を使用する場合、押込み撹拌工程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、回転ツールの回転数は５００回転/分以上１００００回転/分以下の値が好ましい。
【００８６】
（撹拌維持工程Ｃ３）
撹拌維持工程Ｃ３は、回転ツール１６と受け具１７との相互近接を停止することにより、同じく図６に示すように、上記接合境界面１３０に達しない深さまで進入させた位置（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工程である。撹拌維持工程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（例えば、５００Ｎ）で、第１の加圧時間より長い第３の加圧時間（例えば、５．７５秒）だけ、所定回転数（例えば、３０００ｒｐｍ）で回転させる。
【００８７】
撹拌維持工程Ｃ３では、加圧力が予熱工程Ｃ１よりも小さくなることにより（もちろん押込み撹拌工程Ｃ２よりも小さくなることにより）、回転ツール１６が上記基準位置に維持される。この樹脂部材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ため、多量の摩擦熱が発生し、発生した摩擦熱の大部分が樹脂部材１２に移動する。そのため、樹脂部材１２は、上記押圧領域Ｐ直下の領域６０の範囲を超えて、広い範囲で十分に軟化・溶融し、平面視で、より一層、有効に矢印方向Ｋにおいて、回転ツール１６の直下領域６０からその外周側に向けて、すなわち該直下領域６０の中心から外周領域６１に向けて、放射状に流動および移動する。本工程において接着剤３の流動が起こったとしても、接着剤３の接合領域への流動は、流動抑制溝５への接着剤３の流入により抑制される。接着剤が熱硬化性樹脂を含む場合、本工程において、接着剤の熱硬化が起こってもよい。
【００８８】
撹拌維持工程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、その値は、例えば回転ツール１６の回転数や金属部材１１の厚みおよび素材の種類等に依存して変化する。例えば、１ｍｍ以上２ｍｍ以下の厚みのアルミニウム合金製金属部材１１を使用する場合、撹拌維持工程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、回転ツールの回転数は５００回転/分以上１００００回転/分以下の値が好ましい。
【００８９】
（保持工程Ｃ４）
押込み撹拌工程Ｃ２または撹拌維持工程Ｃ３の後には、上記回転ツール１６の回転を停止し、その状態で上記回転ツール１６を所定の加圧力で所定の加圧時間だけ保持する保持工程Ｃ４を行ってもよい。
保持工程Ｃ４は、同じく図６に示すように、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工程である。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（例えば、１０００Ｎ）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（例えば、５．００秒）だけ保持する。
【００９０】
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、摩擦撹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。ワーク１０の冷却期間中、加圧力が押込み撹拌工程Ｃ２よりも小さいが撹拌維持工程Ｃ３よりも大きくなることにより、回転が停止された回転ツール１６が金属部材１１と樹脂部材１２とを受け具１７との間に挟んでクランプする。これにより、金属部材１１と樹脂部材１２との間の冷却中の密着力が高められ、冷却・固化完了後の接合強度が高められる。
【００９１】
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押圧領域Ｐの密着力向上の観点から設定され、その値は、例えば金属部材１１の素材の種類等に依存して変化する。例えば、アルミニウム合金製金属部材１１を使用する場合、保持工程Ｃ４における第４の加圧力は、例えば７００Ｎ以上１２００Ｎ未満の値が好ましい。第４の加圧時間は、例えば１秒以上の値が好ましい。
【００９２】
本発明では、少なくとも前記した工程Ｃ２を経て、好ましくは前記した工程Ｃ１およびＣ２を経て、より好ましくは前記した工程Ｃ１〜Ｃ３を経て、最も好ましくは前記した工程Ｃ１〜Ｃ４を経て、最終的に、金属部材１１と樹脂部材１２とが広い範囲で高強度に接合された金属部材１１と樹脂部材１２との接合体２０が得られる。
【００９３】
第２ステップにおいて所定の工程を行った後、通常は冷却を行い、溶融樹脂を固化させる。冷却方法は特に限定されず、例えば、放置冷却法等が挙げられる。
【００９４】
第２ステップにおいて所定の工程を行った後、冷却を行う前において、または冷却後において、接着剤３の熱硬化を行ってもよい。熱硬化温度は、接着剤３の硬化温度に応じて適宜、決定されればよい。
【００９５】
（７）接合体
本発明の接合方法により接合された金属部材１１と樹脂部材１２との接合体は、図１２に示すように、樹脂部材１２の回転ツール直下領域６０およびその外周領域において接合領域を有し、金属部材１１と樹脂部材１２との接合が達成されている。このことは、接合体の接合境界面において、溶融樹脂が固化してなる溶融固化域が回転ツール直下領域６０を中心とする略円形状で広がっていることを確認することにより、検知できる。図１２は、図４の樹脂部材を用い、かつ本発明の一実施態様に係る接合方法で得られた接合体から金属部材を強制的に剥離させて得られた樹脂部材の概略平面図である。
【００９６】
具体的には、接合体から金属部材１１を強制的に剥離させると、例えば、図１２に示すような、樹脂部材１２における金属部材１１との接触面１２２ａが観察できる。このような樹脂部材１２の接触面１２２ａ（溶融固化域）は回転ツール直下領域６０にある樹脂溶融域１３１Ａ（斜線領域）と、その外周領域にある溶融樹脂流動域１３２Ａ（格子領域）とからなっている。
【００９７】
樹脂溶融域１３１Ａは、その表面に、金属部材１１の突出変形により、回転ツール径と略同等の径の凹形状が形成されている。また、金属部材１１表面の微小形状が転写されており、接合強度によっては変色する場合もあることから、元の樹脂部材１２の表面性状（表面粗さ、色他）との比較により、目視による認識は容易に可能である。
【００９８】
溶融樹脂流動域１３２Ａは、その表面に、金属部材１１表面の微小形状が転写されており、接合強度によっては変色する場合もあることから、元の樹脂部材１２の表面性状（表面粗さ、色他）との比較により、目視による認識は容易に可能である。
【００９９】
流動抑制溝５には、図１２に示すように、接着剤３が流入しており、溶融樹脂も流入していてもよい。
【実施例】
【０１００】
［実施例１］
（樹脂部材）
炭素繊維を４０重量％含むポリプロピレンペレット（ＰＰ−ＣＦ４０−１１；ダイセルポリマー社製）を用いて射出成形法により、平面視において、図４に示すような、楕円形状を有する流動抑制溝５を備えた樹脂部材１２を製造した。流動抑制溝５は射出成形法で使用される金型の成形面を転写させることにより形成した。
樹脂部材１２の寸法は以下の通りであった（図４参照）：
全体寸法；縦１００ｍｍ×横６０ｍｍ
流動抑制溝５の幅Ｗ１（一定）＝１ｍｍ；
流動抑制溝５の深さｔ１＝１ｍｍ；
流動抑制溝５の内側境界線５１（楕円形状）の長径ｄＬ＝３０ｍｍ；
流動抑制溝５の内側境界線５１（楕円形状）の短径ｄｓ＝３０ｍｍ；
厚みｔ＝３ｍｍ；
流動抑制溝５と押圧部材の直下領域Ｐ'との距離Ｌ１＝１０ｍｍ。
【０１０１】
（金属部材）
金属部材１１としては、６０００系のアルミニウム合金製の平板部材を用いた。
金属部材１１の寸法は以下の通りであった：
全体寸法；縦１００ｍｍ×横６０ｍｍ×厚み（Ｔ）（接合部）１．２ｍｍ
【０１０２】
（回転ツール）
回転ツールとしては、図１０の各部の寸法がＤ１＝１０ｍｍ、Ｄ２＝２ｍｍ、ｈ＝０．２５ｍｍの工具鋼製のものを用いた。
【０１０３】
（接合方法）
以下の方法により、金属部材１１と樹脂部材１２との接合体を製造した。
第１ステップ：
図１および図４に示すように、樹脂部材１２における流動抑制溝５の形成面１２０において、当該流動抑制溝５を規定する外側境界線５２に沿って接着剤３（エポキシ系樹脂；ＢＦ９０５０Ｌ；ダウ・ケミカル社製）を、接合後の接着層３の厚みが０．２ｍｍ（塗布量１００ｍｇ／ｍ２）となるように、線状（ビード状）で塗布した。流動抑制溝５と接着剤３の塗布領域との距離（一定）Ｌ２＝５ｍｍ。金属部材１１と樹脂部材１２とを図５に示すように重ね合わせた。
【０１０４】
第２ステップ：
平面視において、金属部材１１上における回転ツール１６の押圧領域Ｐ（図１参照）の直下に対応する樹脂部材１２表面上の領域Ｐ’（図４参照）の中心が、流動抑制溝５の内側境界線５１の楕円形状における２つの焦点の中点（＝ｘ−ｙ座標の原点）と重複するように、回転ツール１６を金属部材１１に押し込んだ。
詳しくは、図５に示すように、回転ツール１６のピン部１６ａのみを金属部材１１に押し込み、かつ回転ツール１６のショルダー面１６ｂを金属部材１１の表面部に接触させた状態で回転ツール１６を回転させた（予熱工程Ｃ１：加圧力９００Ｎ、加圧時間１．００秒、ツール回転数３０００ｒ）。
次いで、図６に示すように、回転ツール１６を金属部材１１にさらに押し込んで金属部材１１と樹脂部材１２との接合境界面１３０に達しない深さまで進入させた（押込み撹拌工程Ｃ２：加圧力１５００Ｎ、加圧時間０．２５秒、ツール回転数３０００ｒｐｍ）。
次いで、図６に示すように、回転ツール１６を接合境界面１３０に達しない深さまで進入させた位置で、回転ツール１６の回転動作を継続させた（撹拌維持工程Ｃ３：加圧力５００Ｎ、加圧時間５．７５秒、ツール回転数３０００ｒｐｍ）。
次いで、金属部材１１から回転ツール１６を抜き取り、８０℃に加熱することにより、接着剤３の硬化を行った。
最後に、放置冷却した。
【０１０５】
（接合強度）
ＪＩＳ  Ｚ  ３１３６に規定されている方法により、金属部材と樹脂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。せん断強度Ｓに基づいて評価した。
◎；５．０ｋＮ≦Ｓ（優）；
○；３．０ｋＮ≦Ｓ＜５．０ｋＮ（良）；
△；１．０ｋＮ≦Ｓ＜３．０ｋＮ（実用上問題なし）；
×；Ｓ＜１．０ｋＮ（実用上問題あり）。
【０１０６】
（施工性）
実施例では、施工性は、流動抑制溝を規定する内側境界線内の面積の縮小化の達成度により、以下の基準に従って評価し、最高ランクを示した。
◎：ｄｓ／Ｄ１≦２かつｄＬ／Ｄ１≦４；
○：ｄｓ／Ｄ１≦３かつｄＬ／Ｄ１≦５；
△：ｄｓ／Ｄ１≦４かつｄＬ／Ｄ１≦６；
×：４＜ｄｓ／Ｄ１または６＜ｄＬ／Ｄ１。
【０１０７】
（総合評価）
接合強度の評価結果および施工性の評価結果のうち、低い方の評価結果を総合評価結果として用いた。
【０１０８】
［実施例２〜８および比較例１］
樹脂部材において、流動抑制溝５の平面視形状としての楕円形状の寸法を表に示すように変更したこと以外、実施例１と同様の方法により、金属部材と樹脂部材との接合および評価を行った。
比較例１で使用された樹脂部材は流動抑制溝を有さない。
【０１０９】
【表１】
2019001065.tif 000003
【０１１０】
接合強度の評価結果および施工性の評価結果を図１３のグラフに示した。当該グラフにおいて、プロットされた評価結果は接合強度に基づくものであり、太線による領域で表される結果は施工性に基づくものである。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明に係る接合方法は、自動車、鉄道車両、航空機、家電製品等の分野における金属部材と樹脂部材との接合に有用である。
【符号の説明】
【０１１２】
１：摩擦撹拌接合装置
３：接着剤
５：流動抑制溝
１０：ワーク
１１：金属部材
１２：１２'：１２''：樹脂部材
１６：回転ツール
１７：受け具
２０：接合体
１２０：樹脂部材における金属部材との接合側の表面
Ｐ：金属部材表面における回転ツールによる押圧領域（押圧予定領域）
Ｐ’：押圧領域Ｐの直下に対応する樹脂部材表面の領域
【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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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