(57)【要約】      （修正有）【課題】樹脂部材、金属部材および樹脂部材の３つの部材を接合する、金属部材と樹脂部材との接合方法および接合された接合体を提供する。【解決手段】第１樹脂部材１２Ａと、該第１樹脂部材の直下に配置される金属部材１１と、該金属部材の直下に配置される第２樹脂部材１２Ｂとを重ね合わせ、押圧部材１６により熱および圧力を第１樹脂部材側から金属部材１１に付与することにより、第１樹脂部材１２Ａ、金属部材１１および第２樹脂部材１２Ｂ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、第１樹脂部材１２Ａを貫通させ、押圧部材による押圧領域の外周において、金属部材１１の構成材料が押圧方向とは反対方向Ｉで盛り上がってなる盛り上がり部１５０を形成させるとともに、該盛り上がり部１５０を第１樹脂部材１２Ａ内に埋入させ、第２樹脂部材１２Ｂの金属部材側表面部を軟化・溶融させ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】
第１樹脂部材と、該第１樹脂部材の直下に配置される金属部材と、該金属部材の直下に配置される第２樹脂部材とを重ね合わせ、押圧部材により熱および圧力を第１樹脂部材側から金属部材に付与することにより、第１樹脂部材、金属部材および第２樹脂部材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、
押圧部材による熱および圧力の付与により、（ｉ）第１樹脂部材を貫通させ、（ｉｉ）金属部材の第１樹脂部材側表面における押圧部材による押圧領域の外周において、金属部材の構成材料が少なくとも押圧方向とは反対方向で盛り上がってなる盛り上がり部を形成させるとともに、該盛り上がり部を第１樹脂部材内に埋入させ、（ｉｉｉ）第２樹脂部材の金属部材側表面部における押圧部材直下部およびその外周部を軟化・溶融させることを特徴とする金属部材と樹脂部材との接合方法。
【請求項２】
盛り上がり部が、第１樹脂部材内において押圧部材により形成された貫通孔とは反対方向に反り曲がったアンダーカット型盛り上がり部である請求項１に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
【請求項３】
押圧部材として、外周側面に切削刃を備えた回転ツールを回転させつつ使用する請求項２に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
【請求項４】
第１樹脂部材と金属部材との接合境界面において、アンダーカット型盛り上がり部に基づく機械的接合が達成されるとともに、金属部材の第１樹脂部材側表面におけるアンダーカット型盛り上がり部の外周領域およびアンダーカット型盛り上がり部の表面で熱的接合が達成される請求項２または３に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
【請求項５】
金属部材と第２樹脂部材との接合境界面において、第２樹脂部材の金属部材側表面における押圧部材直下領域およびその外周領域で熱的接合が達成される請求項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。
【請求項６】
押圧部材により熱および圧力を第１樹脂部材側から金属部材に付与しながら、第１樹脂部材における金属部材側とは反対側の表面に圧力を付与して、第１樹脂部材の金属部材側表面と金属部材の第１樹脂部材側表面との接触を確保する請求項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。
【請求項７】
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１〜６のいずれかに記載の金属部材と樹脂部材との接合方法：
第１樹脂部材と該第１樹脂部材の直下に配置される金属部材と該金属部材の直下に配置される第２樹脂部材とを重ね合わせる第１ステップ；および
押圧部材として回転ツールを回転させつつ、第１樹脂部材側から金属部材に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱で第１樹脂部材および第２樹脂部材を軟化・溶融させた後、固化させて第１樹脂部材、金属部材および第２樹脂部材を接合する第２ステップ。
【請求項８】
上記第２ステップが、回転ツールを金属部材に押し込んで金属部材と第２樹脂部材との接合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７に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
【請求項９】
上記第２ステップが、押込み撹拌工程の前に、回転ツールを第１樹脂部材に押し込んで第１樹脂部材を貫通させた後、回転ツールの先端部のみを金属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さらに備えている請求項８に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
【請求項１０】
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、
上記押込み撹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る請求項９に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
【請求項１１】
上記第２ステップが、回転ツールを金属部材と第２樹脂部材との接合境界面に達しない深さまで進入させた位置で、回転ツールの回転動作を継続させる撹拌維持工程をさらに備え、
上記撹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１０に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
【請求項１２】
上記第２ステップが、撹拌維持工程の後に、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】
請求項１〜１２のいずれかに記載の接合方法により接合された接合体。
【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より接合された接合体に関する。
【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や高剛性化、生産性の向上を実現させる観点からも重要である。これまで、金属部材と樹脂部材との接合方法として、いわゆる摩擦撹拌接合（ＦＳＷ：ｆｒｉｃｔｉｏｎ  ｓｔｉｒ  ｗｅｌｄｉｎｇ）方法が提案されている。摩擦撹拌接合方法とは、図１０に示すように、金属部材２１１と樹脂部材２１２とを重ね合わせ、回転ツール２１６を回転させつつ、金属部材２１１に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱で樹脂部材２１２を溶融・軟化させて金属部材２１１と樹脂部材２１２とを接合する方法である（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５８８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の摩擦撹拌接合方法は、金属部材および樹脂部材の２つの部材を金属部材側から接合する技術に関するものであるので、金属部材側からの接合を２回繰り返すことにより、金属部材、樹脂部材および金属部材の３つの部材をこの順序で接合することはできても、樹脂部材、金属部材および樹脂部材の３つの部材をこの順序で接合することはできないものと考えられていた。
【０００５】
本発明は、樹脂部材、金属部材および樹脂部材の３つの部材をこの順序で同時かつ十分な強度で接合することができる金属部材と樹脂部材との接合方法およびその方法により接合された接合体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】
【０００６】
本発明は、
第１樹脂部材と、該第１樹脂部材の直下に配置される金属部材と、該金属部材の直下に配置される第２樹脂部材とを重ね合わせ、押圧部材により熱および圧力を第１樹脂部材側から金属部材に付与することにより、第１樹脂部材、金属部材および第２樹脂部材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、
押圧部材による熱および圧力の付与により、（ｉ）第１樹脂部材を貫通させ、（ｉｉ）金属部材の第１樹脂部材側表面における押圧部材による押圧領域の外周において、金属部材の構成材料が少なくとも押圧方向とは反対方向で盛り上がってなる盛り上がり部を形成させるとともに、該盛り上がり部を第１樹脂部材内に埋入させ、（ｉｉｉ）第２樹脂部材の金属部材側表面部における押圧部材直下部およびその外周部を軟化・溶融させることを特徴とする金属部材と樹脂部材との接合方法に関する。
【０００７】
本発明はまた、
上記接合方法において、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金属部材と樹脂部材との接合方法：
第１樹脂部材と、該第１樹脂部材の直下に配置される金属部材と、該金属部材の直下に配置される第２樹脂部材とを重ね合わせる第１ステップ；および
押圧部材として回転ツールを回転させつつ、第１樹脂部材側から金属部材に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱で第１樹脂部材および第２樹脂部材を軟化・溶融させた後、固化させて第１樹脂部材、金属部材および第２樹脂部材を接合する第２ステップ。
【０００８】
本発明はまた、上記接合方法により接合された接合体に関する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の接合方法によれば、樹脂部材、金属部材および樹脂部材の３つの部材をこの順序で同時かつ十分な強度で接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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図である。
【図２】（Ａ）は本発明にかかる金属部材と樹脂部材との接合方法で使用される回転ツールの一例の先端部の拡大図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＹ−Ｙ断面を矢印方向で見たときの概略断面図である。
【図３】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る。
【図４】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。
【図５】本発明の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６】（Ａ）は本発明の接合方法で得られた接合体の一例の概略断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の接合体から第１樹脂部材と金属部材を強制的に剥離させ、（Ａ）の上方から観察したときの第２樹脂部材の表面状態を示す概略模式図である。
【図７】本発明の第２実施態様にかかる金属部材と樹脂部材との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８】本発明にかかる金属部材と樹脂部材との接合方法で使用される回転ツールの別の一例の先端部の拡大図である。
【図９】図８の回転ツールを使用した本発明の第３実施態様にかかる金属部材と樹脂部材との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１０】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該略見取り図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の接合方法は、第１樹脂部材と、該第１樹脂部材の直下に配置される金属部材と、該金属部材の直下に配置される第２樹脂部材とを重ね合わせ、押圧部材により熱および圧力を、第１樹脂部材側から金属部材に付与することにより、好ましくは第１樹脂部材側から金属部材に局所的に付与することにより、第１樹脂部材および第２樹脂部材を軟化させて第１樹脂部材、金属部材および第２樹脂部材を接合する熱圧式接合方法である。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。
【００１２】
摩擦撹拌接合方法とは、後で詳述するように、第１樹脂部材と金属部材と第２樹脂部材とを前記順序で重ね合わせて拘束した状態で、押圧部材としての回転ツールを回転させつつ第１樹脂部材側から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接合する方法である。
【００１３】
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９を用いて説明するが、上記した他の接合方法を用いても本発明の効果が得られることは明らかである。これらの図において、共通する符号は同じ部材、部位、寸法または領域を示すものとする。
【００１４】
［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］
＜第１実施態様＞
本実施態様にかかる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に好適な摩擦撹拌接合装置の一例を、まず、図１により説明する。
【００１５】
（１）接合装置
図１に示される摩擦撹拌接合装置１は、第１樹脂部材１２Ａと金属部材１１と第２樹脂部材１２Ｂとを摩擦撹拌接合する装置として構成されており、押圧部材として略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、第１樹脂部材１２Ａが上、金属部材１１が中、第２樹脂部材１２Ｂ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２参照）回りに回転しつつ、矢印Ａ２のように下方に向けて金属部材１１上の押圧領域Ｐ（押圧予定領域）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、この摩擦熱が第１樹脂部材１２Ａおよび第２樹脂部材１２Ｂに伝導してこれらの樹脂部材が軟化・溶融した後、冷却により固化を行う。その結果、第１樹脂部材１２Ａと金属部材１１と第２樹脂部材１２Ｂとが接合される。なお、第１樹脂部材１２Ａと金属部材１１と第２樹脂部材１２Ｂとが重ね合わされたものを「ワーク」１０と呼ぶ。
【００１６】
図２（Ａ）は、回転ツール１６の先端部の拡大図である。図２（Ａ）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（Ａ）に示すように、略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（Ａ）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。
【００１７】
回転ツール１６は、詳しくは、図２（Ａ）および（Ｂ）に示すように、略円柱状本体部１６０の外周側面に切削刃１６ｃを備えた、いわゆるリーマ型回転ツールである。切削刃１６ｃは、図２（Ａ）および（Ｂ）において、回転ツール１６の中心軸線Ｘに平行に直線状に形成されているが、らせん状に形成されていてもよい。切削刃１６ｃの断面形状は、図２（Ｂ）において三角形状を有しているが、後述の盛り上がり部を形成できる限り特に制限されるものではない。回転ツール１６が切削刃１６ｃを有することにより、回転ツール１６の金属部材１１への押し込みが容易になる。また押し込みにより生じた金属部材１１構成材料からなる切削屑が、金属部材１１の押し込み側表面における押し込み孔の開口部外周に盛り上がり部を形成し易くなる。さらに後述するように、形成される盛り上がり部がアンダーカット形状を有するようになる。
【００１８】
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。例えば、ショルダ部１６ｂの直径Ｄ１は通常、５〜１００、特に５〜１５ｍｍである。切削刃１６ｃの深さｊは、特に限定されず、通常は０．１〜１．０ｍｍである。
【００１９】
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。
【００２０】
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を押圧したときの第１樹脂部材１２Ａおよび金属部材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。
【００２１】
（２）接合方法
本実施態様に係る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：
第１樹脂部材１２Ａと該第１樹脂部材１２Ａの直下に配置される金属部材１１と第２樹脂部材１２Ｂとを重ね合わせる第１ステップ；および
押圧部材として回転ツール１６を回転させつつ、第１樹脂部材１２Ａ側から金属部材１１に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱で第１樹脂部材１２Ａおよび第２樹脂部材１２Ｂを軟化・溶融させた後、固化させて第１樹脂部材１２Ａ、金属部材１１および第２樹脂部材１２Ｂを接合する第２ステップ。
【００２２】
第１ステップ：
第１ステップにおいては、図１および図４に示すように、第１樹脂部材１２Ａと金属部材１１と第２樹脂部材１２Ｂとを所望の接合部位で重ね合わせる。図４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る。
【００２３】
第２ステップ：
第２ステップにおいては、回転ツール１６を第１樹脂部材１２Ａ側から金属部材１１に押し込んで、金属部材１１と第２樹脂部材１２Ｂとの接合境界面１３Ｂ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。
【００２４】
本実施態様においては、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を第１樹脂部材１２Ａに押し込んで第１樹脂部材１２Ａを貫通させた後、回転ツール１６の先端部のみを金属部材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を金属部材１１と第２樹脂部材１２Ｂとの接合境界面１３Ｂ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。
【００２５】
以下、各工程について詳しく説明する。
【００２６】
（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４に示すように、回転ツール１６を第１樹脂部材１２Ａに押し込んで第１樹脂部材１２Ａを貫通させた後、回転ツール１６の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。
【００２７】
具体的には、予熱工程Ｃ１では、回転ツール１６での押圧により、第１樹脂部材１２Ａに貫通孔１５１が形成され、金属部材１１の第１樹脂部材１２Ａ側表面部１１１（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の第１樹脂部材側表面１１５および金属部材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、第１樹脂部材１２Ａの金属部材側表面部１２０、特に当該表面部１２０における貫通孔１５１の近傍部、が軟化・溶融し易くなる。また、これにより、次の押込み撹拌工程Ｃ２で、盛り上がり部が第１樹脂部材１２Ａ内に埋入され易くなる。さらに、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。
【００２８】
予熱工程Ｃ１では、摩擦熱は、金属部材１１と第２樹脂部材１２Ｂとの接合境界面１３Ｂを介して、第２樹脂部材１２Ｂにも伝わる。摩擦熱は第２樹脂部材１２Ｂの内部に伝わり、第２樹脂部材１２Ｂにおける上記押圧領域Ｐ直下の領域６０の範囲及び当該領域６０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、第２樹脂部材１２Ｂが軟化・溶融し易くなる。
【００２９】
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第１樹脂部材１２Ａおよび第２樹脂部材１２Ｂ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未満の値が好ましい。第１の加圧時間は、０．５秒以上２．０秒未満の値が好ましい。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。なお、第１の加圧力および第１の加圧時間が上記の観点から設定されれば、第１樹脂部材１２Ａは十分に貫通される。
【００３０】
（押込み撹拌工程Ｃ２）
押込み撹拌工程Ｃ２では、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に示すように、回転ツール１６を金属部材１１に押し込む。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５に示すように、回転ツール１６を金属部材１１に押し込む。このとき、回転ツール１６を金属部材１１と第２樹脂部材１２Ｂとの接合境界面１３Ｂに達しない深さまで進入させる。これにより、金属部材１１の第１樹脂部材側表面１１５における回転ツール１６による押圧領域の外周において、盛り上がり部１５０が形成されるとともに、該盛り上がり部１５０が第１樹脂部材１２Ａ内に埋入される。
【００３１】
盛り上がり部１５０は、回転ツール１６の金属部材１１への押し込みにより、押し退けられた金属部材の構成材料が少なくとも押圧方向とは反対方向Ｉで盛り上がった凸状部である。本実施態様においては、上記したように、押圧部材として、図２（Ａ）および（Ｂ）に示すような切削刃を備えた回転ツールを使用し、盛り上がり部が形成され易いので、盛り上がり部１５０としては、第１樹脂部材１２Ａ内において回転ツール１６により形成された貫通孔１５１とは反対方向Ｊに反り曲がったアンダーカット型盛り上がり部が形成される。アンダーカット型とは、アンダーカット形状を有するという意味であり、詳しくは、金属部材１１からの第１樹脂部材１２Ａの重ね合わせ方向での引き抜きを阻害するような形状という意味である。本実施態様において、盛り上がり部１５０は、アンダーカット形状として、第１樹脂部材１２Ａ内において押圧方向とは反対方向Ｉに盛り上がるとともに、貫通孔１５１とは反対方向Ｊに反り曲がった形状を有する。このため、第１樹脂部材１２Ａと金属部材１１との間で、盛り上がり部１５０のアンダーカット形状に基づくによる機械的接合が達成される。盛り上がり部１５０の高さｋは、金属部材１１の厚みをＴ（ｍｍ）としたとき、通常０．１Ｔ〜１．０Ｔ、好ましくは０．２Ｔ〜１．０Ｔであり、より好ましくは０．５Ｔ〜１．０Ｔである。
【００３２】
本工程においてはまた、回転ツール１６の金属部材１１への押し込みにより、第１樹脂部材１２Ａの金属部材側表面部、特に当該表面部における貫通孔１５１の近傍部１５２、が軟化・溶融する。また盛り上がり部１５０の形成時、その表面は高温状態にある。これらの結果、盛り上がり部１５０の表面および金属部材１１の第１樹脂部材側表面１１５における盛り上がり部１５０の外周領域（貫通孔近傍部１５２の領域）において、第１樹脂部材１２Ａと金属部材１１との熱的接合が達成される。
【００３３】
本工程においてはさらに、回転ツール１６の金属部材１１への押し込みにより、第２樹脂部材１２Ｂの金属部材側表面部における回転ツール直下部１２１およびその外周部１２２が軟化・溶融する。その結果として、第２樹脂部材１２Ｂの金属部材側表面１２５における回転ツール直下領域６０およびその外周領域６１（外周近傍領域）において金属部材１１と第２樹脂部材１２Ｂとの熱的接合が達成される。
【００３４】
回転ツール１６を金属部材１１と第２樹脂部材１２Ｂとの接合境界面１３Ｂに達しない深さまで進入させるに際し、金属部材１１の回転ツール直下部１１０を図５に示すように第２樹脂部材１２Ｂ側に必ずしも突出変形させる必要はないが、突出変形させることが好ましい。これにより、第２樹脂部材１２Ｂの金属部材側表面部において回転ツールの直下領域６０で溶融している溶融樹脂１２１を該直下領域６０の外周領域６１まで流動させることができ、金属部材１１と第２樹脂部材１２Ｂとの接合強度がさらに向上する。さらには、上記盛り上がり部１５０がより一層大きく形成される。なお、溶融樹脂１２１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。
【００３５】
押込み撹拌工程Ｃ２では、詳しくは、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。
【００３６】
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が上記接合境界面１３Ｂを超える。すなわち、回転ツール１６が金属部材１１を貫通し、第２樹脂部材１２Ｂ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。
【００３７】
そこで、本実施態様では、この押込み撹拌工程Ｃ２において、回転ツール１６のショルダ部１６ｂが上記接合境界面１３Ｂ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１３Ｂに達しない深さまで進入させる。これにより、盛り上がり部１５０の形成が促進されるとともに、第１樹脂部材１２Ａの金属部材側表面部における貫通孔近傍部１５２の軟化・溶融が促進される。また、第２樹脂部材１２Ｂに近い基準位置で摩擦熱が発生し、多量の摩擦熱が第２樹脂部材１２Ｂに伝わり、第２樹脂部材１２Ｂの軟化・溶融が促進される。
【００３８】
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、盛り上がり部１５０の形成の観点、第１樹脂部材１２Ａの金属部材側表面部における貫通孔近傍部１５２の軟化・溶融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未満の値が好ましい。第２の加圧時間は、０．１秒以上０．５秒未満の値が好ましい。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。
【００３９】
（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５に示すように、上記接合境界面１３Ｂ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。
【００４０】
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第２樹脂部材１２Ｂに移動する。そのため、第２樹脂部材１２Ｂ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・溶融する。摩擦熱は第１樹脂部材１２Ａの金属部材側表面部にも移動する。そのため、当該表面部おける貫通孔近傍部１５２は比較的広い範囲で十分に軟化・溶融する。
【００４１】
撹拌維持工程Ｃ３の第３の加圧力及び第３の加圧時間は、上記のような第１樹脂部材１２Ａおよび第２樹脂部材１２Ｂ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未満の値が好ましい。第３の加圧時間は、１．０秒以上１０秒未満の値が好ましい。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。
【００４２】
（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５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。
【００４３】
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および第２樹脂部材１２Ｂ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と第２樹脂部材１２Ｂ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。
【００４４】
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部材間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１０秒未満の値が好ましい。
【００４５】
本実施態様では、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、図６（Ａ）に示すように、第１樹脂部材１２Ａと金属部材１１、および金属部材１１と第２樹脂部材１２Ｂ、が広い範囲で高強度に接合された第１樹脂部材１２Ａと金属部材１１と第２樹脂部材１２Ｂとの接合体２０が得られる。
【００４６】
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、空冷、水冷等が挙げられる。
【００４７】
（３）接合体
本実施態様の接合方法により接合された接合体２０は、図６（Ａ）に示すように、接合境界面１３Ａにおいて、アンダーカット型盛り上がり部１５０に基づく機械的接合が達成されるとともに、金属部材１１の第１樹脂部材側表面１１５におけるアンダーカット型盛り上がり部の外周領域（貫通孔近傍部１５２の領域）およびアンダーカット型盛り上がり部１５０の表面で熱的接合が達成される。
接合境界面１３Ｂにおいては、図６（Ａ）に示すように、第２樹脂部材１２Ｂの金属部材側表面１２５における押圧部材直下領域６０およびその外周領域６１（外周近傍領域）で熱的接合が達成される。
なお、熱的接合とは、樹脂が溶融および固化することにより達成される接合のことである。
【００４８】
まず、接合境界面１３Ｂについて説明する。
接合境界面１３Ｂにおける、上記熱的接合の達成は、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。
【００４９】
具体的には、接合体２０から第１樹脂部材１２Ａおよび金属部材１１を強制的に剥離させると、例えば、図６（Ｂ）に示すような、第２樹脂部材１２Ｂの金属部材側表面１２５が観察できる。このような第２樹脂部材１２Ｂの金属部材側表面１２５において、溶融固化域は回転ツール直下領域６０にある破面固化域１２１Ａ（斜線領域）と、その外周領域６１にある非破面固化域１２１Ｂ（格子領域）とからなっている。
【００５０】
破面固化域１２１Ａは、その表面に、金属部材１１の突出変形により生じた金属部材１１の破面が転写されており、表面粗さが非破面固化域１２１Ｂよりも明らかに大きい。表面粗さの差は目視によっても認識可能である。
【００５１】
非破面固化域１２１Ｂは、その表面に、金属部材１１表面の非突出領域が転写されており、表面粗さが破面固化域１２１Ａよりも明らかに小さい。
【００５２】
第２樹脂部材１２Ｂの金属部材側表面１２５において、溶融が生じていない領域１２１Ｃと非破面固化域１２１Ｂとの間には、目視可能な厚みの違い（数ミクロンの段差）が存在する。
【００５３】
第２樹脂部材１２Ｂの金属部材側表面１２５は、溶融固化域（１２１Ａ，１２１Ｂ）の直径をＲ（ｍｍ）、回転ツールの直径をＤ１（ｍｍ）としたとき、以下の関係を満たしている：
０．５≦Ｒ／Ｄ１；
特に１≦Ｒ／Ｄ１≦９；
好ましくは２≦Ｒ／Ｄ１≦９；
より好ましくは３≦Ｒ／Ｄ１≦９。
Ｒ／Ｄ１が小さすぎると、接合強度が十分ではない。直径Ｒは、溶融固化域（１２１Ａ，１２１Ｂ）の最大寸法である。
【００５４】
次に、接合境界面１３Ａについて説明する。
接合境界面１３Ａにおける機械的接合の達成は、接合体２０から第１樹脂部材１２Ａを強制的に剥離させ、金属部材１１の第１樹脂部材側表面１１５を観察して、貫通孔とは反対方向Ｊにおける盛り上がり部１５０の反り曲がり形状を確認することにより、検知できる。
【００５５】
接合境界面１３Ａにおける熱的接合の達成は、剥離させた第１樹脂部材１２Ａの金属部材側表面１２４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貫通孔１５１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。
具体的方法は、第１樹脂部材１２Ａの金属部材側表面１２４において、溶融が生じていない領域と、貫通孔近傍部１５２における溶融固化域としての非破面固化域とを区別すること以外、接合境界面１３Ｂにおいてと同様である。溶融が生じていない領域と、貫通孔近傍部１５２における溶融固化域としての非破面固化域との区別は、目視可能な厚みの違い（数ミクロンの段差）の検知により可能である。
【００５６】
第１樹脂部材１２Ａの金属部材側表面１２４は、溶融固化域の直径をＲ’（ｍｍ）、回転ツールの直径をＤ１（ｍｍ）としたとき、以下の関係を満たしている：
１≦Ｒ’／Ｄ１≦９；
好ましくは２≦Ｒ’／Ｄ１≦９。
Ｒ’／Ｄ１が小さすぎると、接合強度が十分ではない。直径Ｒ’は、第１樹脂部材１２Ａの金属部材側表面１２４において、貫通孔１５１を溶融固化域とみなしたときの溶融固化域全体の最大寸法である。
【００５７】
（４）第１樹脂部材および第２樹脂部材
第１樹脂部材１２Ａおよび第２樹脂部材１２Ｂは熱可塑性ポリマーおよび所望の添加剤からなっている。
【００５８】
第１樹脂部材１２Ａおよび第２樹脂部材１２Ｂを構成する熱可塑性ポリマーは、それぞれ独立して選択され、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】
第１樹脂部材１２Ａおよび第２樹脂部材１２Ｂ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。
【００６２】
第１樹脂部材１２Ａの厚みｔ１および第２樹脂部材１２Ｂの厚みｔ２は特に制限されず、通常は、それぞれ独立して、２ｍｍ以上程度である。
【００６３】
以上、第１樹脂部材１２Ａおよび第２樹脂部材１２Ｂは全体形状として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い。
第１樹脂部材１２Ａの形状は、接合のために金属部材１１と重ね合わせたときに、金属部材１１と重なる面が略平面形状を有する限り、いかなる形状を有していてもよい。
第２樹脂部材１２Ｂの形状は、接合のために金属部材１１と重ね合わせたときに、金属部材１１と重なる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。
【００６４】
（２）金属部材
金属部材１１は、図１等において、全体形状として略平板形状を有しているが、これに限定されるものではなく、接合のために第１樹脂部材１２Ａおよび第２樹脂部材１２Ｂと重ね合わせる部分のみが少なくとも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。
【００６５】
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、０．６〜５．０ｍｍ程度である。
【００６６】
金属部材１１を構成する金属としては、融点が、第１樹脂部材１２Ａおよび第２樹脂部材１２Ｂを構成する熱可塑性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；
５０００系、６０００系などのアルミニウム合金；
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。
【００６７】
＜第２実施態様＞
本実施態様に係る接合装置は、図７に示す圧力付与部材１７０を用いること以外、第１実施態様の接合装置と同様である。
図７に示す圧力付与部材１７０は、第１樹脂部材１２Ａにおける金属部材側とは反対側の表面１２６（図中、上面）に、当該表面に対して垂直方向に圧力を付与する部材である。このような圧力付与部材１７０を用いることにより、接合時において、第１樹脂部材１２Ａの金属部材側表面１２４と金属部材１１の第１樹脂部材側表面１１５との接触を確保することができる。その結果、第１樹脂部材１２Ａの金属部材側表面１２４と金属部材１１の第１樹脂部材側表面１１５との接合強度がより一層、向上する。
【００６８】
圧力付与部材１７０は、図７において、円筒形状（ドーナツ型形状）を有し、かつ単独で使用されているが、このような形状および使用形態に限定されるものではない。例えば、所定間隔で配置された複数の圧力付与部材により、第１樹脂部材１２Ａの金属部材側表面１２４と金属部材１１の第１樹脂部材側表面１１５との接触を確保してもよい。図７は、本発明の第２実施態様にかかる金属部材と樹脂部材との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。
【００６９】
本実施態様に係る接合方法、接合体、第１樹脂部材１２Ａ、第２樹脂部材１２Ｂおよび金属部材１１は、図７に示すように、接合方法において圧力付与部材１７０が使用されること、このために第１樹脂部材１２Ａの金属部材側表面１２４と金属部材１１の第１樹脂部材側表面１１５との接触が確保されること、およびこれに伴い、接合体において第１樹脂部材１２Ａの金属部材側表面１２４と金属部材１１の第１樹脂部材側表面１１５との接合強度のさらなる向上が達成されること以外、第１実施態様においてと同様である。
【００７０】
＜第３実施態様＞
本実施態様に係る接合装置は、回転ツール１６として、図８に示す回転ツール１６’を用いること以外、第１実施態様の接合装置と同様である。
図８に示す回転ツール１６’は完全円柱状の回転ツールであり、切削刃を備えないこと以外、図２に示す回転ツール１６と同様である。従って、回転ツール１６’は、構成部材も寸法も回転ツール１６と同様である。
【００７１】
本実施態様に係る接合方法、接合体、第１樹脂部材１２Ａ、第２樹脂部材１２Ｂおよび金属部材１１は、接合方法において、図９に示すように、回転ツール１６’が使用されること、このために、盛り上がり部１５０とは形状の異なる盛り上がり部１５０’が形成されること、およびこれに伴い、接合方法および接合体において、第１樹脂部材１２Ａと金属部材１１との間において、アンダーカット形状に基づく機械的接合は達成されず、熱的接合のみが達成されること以外、第１実施態様においてと同様である。図９は、図８の回転ツール１６’を使用した本発明の第３実施態様にかか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。
【００７２】
回転ツール１６’を用いて形成される盛り上がり部１５０’は、第１樹脂部材１２Ａ内において回転ツール１６’により形成された貫通孔１５１とは反対方向に反り曲がらない非アンダーカット型盛り上がり部である。盛り上がり部１５０’が貫通孔１５１とは反対方向に反り曲がらないとは、盛り上がり部１５０’が、押圧方向とは反対方向Ｉに盛り上がるだけで、貫通孔１５１とは反対方向Ｊには反り曲がらない、という意味である。このため、第１樹脂部材１２Ａと金属部材１１との間でアンダーカット形状に基づく機械的接合は達成されないが、盛り上がり部１５０’の表面および金属部材１１の第１樹脂部材１２Ａ側表面１１５における盛り上がり部１５０’の外周領域における熱的接合は、第１実施態様と同程度に達成される。盛り上がり部１５０’の高さｋ’は、第１実施態様における盛り上がり部１５０の高さｋと同様の範囲内である。
【００７３】
金属部材１１と第２樹脂部材１２Ｂとの熱的接合は、第１実施態様と同様に達成される。
【００７４】
以上に説明した第１〜第３の実施態様においては、回転ツールを、第１樹脂部材１２Ａの貫通後、金属部材１１上、面方向で移動させることなく、点状に、第１樹脂部材１２Ａと金属部材１１と第２樹脂部材１２Ｂとの接合を行う場合（点接合）について説明したが、上記面方向において回転ツールを移動させながら、線状に接合を行う場合（線接合）においても本発明の効果が得られることは明らかである。
【実施例】
【００７５】
［実施例１］（第１実施態様）
（第１樹脂部材および第２樹脂部材）
ポリアミドペレット（商品名；グラマイドＴ−８０３、東洋紡社製、ＭＦＲ４４）を用いて射出成形法により、縦１００ｍｍ×横６０ｍｍ×厚み３ｍｍ寸法の平板形状を有する第１樹脂部材１２Ａおよび第２樹脂部材１２Ｂを製造した。
【００７６】
（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状部材を用いた。
金属部材１１の寸法は縦１００ｍｍ×横６０ｍｍ×厚み（Ｔ）１．２ｍｍであった。
【００７７】
（回転ツール）
回転ツールとしては、図２（Ａ）および（Ｂ）に示すリーマ型回転ツール１６を用いた。各部の寸法はＤ１＝１０ｍｍ、Ｄ２＝２ｍｍ、ｈ＝０．５ｍｍ、ｊ＝０．２ｍｍであり、工具鋼製のものであった。
【００７８】
（接合方法）
以下の方法により、第１樹脂部材１２Ａと金属部材１１と第２樹脂部材１２Ｂとの接合体を製造した。
第１ステップ：
第１樹脂部材１２Ａと金属部材１１と第２樹脂部材１２Ｂとを図１および図３に示すように重ね合わせた。
【００７９】
第２ステップ：
図４に示すように、回転ツール１６を回転させつつ、第１樹脂部材１２Ａを貫通させた後、回転ツール１６の先端部のみを金属部材１１の表面部に接触させた（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５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と第２樹脂部材１２Ｂとの接合境界面１３Ｂ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５に示すように、回転ツール１６を接合境界面１３Ｂ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、図６に示すように、接合体２０から回転ツール１６を抜き取り、放置冷却した。
【００８０】
（接合境界面１３Ａの接合強度）
接合境界面１３Ｂにおいて第２樹脂部材１２Ｂを強制的に剥離し、ＪＩＳ  Ｚ  ３１３６に規定されている方法により、金属部材１１と第１樹脂部材１２Ａ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。
ＡＡ；４．０ｋＮ≦Ｓ（優）；
Ａ；３．０ｋＮ≦Ｓ＜４．０ｋＮ（良）；
Ｂ；２．０ｋＮ≦Ｓ＜３．０ｋＮ（実用上問題なし）；
Ｃ；Ｓ＜２．０ｋＮ（実用上問題あり）。
【００８１】
（接合境界面１３Ｂの接合強度）
接合境界面１３Ａにおいて第１樹脂部材１２Ａを強制的に剥離し、ＪＩＳ  Ｚ  ３１３６に規定されている方法により、金属部材１１と第２樹脂部材１２Ｂ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。
ＡＡ；４．０ｋＮ≦Ｓ（優）；
Ａ；３．０ｋＮ≦Ｓ＜４．０ｋＮ（良）；
Ｂ；２．０ｋＮ≦Ｓ＜３．０ｋＮ（実用上問題なし）；
Ｃ；Ｓ＜２．０ｋＮ（実用上問題あり）。
【００８２】
（その他の測定）
接合体２０から第１樹脂部材１２Ａを強制的に剥離し、金属部材１１の第１樹脂部材側表面１１５にある盛り上がり部を観察することにより、その形状および高さｋを評価した。
第２樹脂部材１２Ｂの金属部材側表面１２５の溶融固化域の直径Ｒおよび第１樹脂部材１２Ａの金属部材側表面１２４の溶融固化域の直径Ｒ’を前記した方法により測定し、Ｒ／Ｄ１およびＲ’／Ｄ１を算出した。
【００８３】
［実施例２］（第２実施態様）
図７に示す円筒状圧力付与部材１７０を使用して、第１樹脂部材１２Ａにおける金属部材側とは反対側の表面１２６を１．５ｋＮで加圧したこと以外、実施例１と同様の方法により、第１樹脂部材１２Ａと金属部材１１と第２樹脂部材１２Ｂとの接合および評価を行った。
【００８４】
［実施例３］（第３実施態様）
図８に示す回転ツール１６’を使用したこと以外、実施例１と同様の方法により、第１樹脂部材１２Ａと金属部材１１と第２樹脂部材１２Ｂとの接合および評価を行った。
回転ツール１６’は、切削刃を有さないこと以外、実施例１で使用の回転ツール１６と同様であった。
【００８５】
【表１】
2015189173.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００８６】
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】
【００８７】
１：摩擦撹拌接合装置
１０：ワーク
１１：金属部材
１２Ａ：第１樹脂部材
１２Ｂ：第２樹脂部材
１６：回転ツール
１７：受け具
２０：接合体
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）
【図１】
2015189173.tif 000004
【図２】
2015189173.tif 000005
【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】
2015189173.tif 000010
【図８】
2015189173.tif 000011
【図９】
2015189173.tif 000012
【図１０】
2015189173.tif 000013