(57)【要約】【課題】バリの形成を防止する金属部材と樹脂部材との接合方法および該方法において使用される樹脂部材を提供すること。【解決手段】金属部材１１と樹脂部材１２とを重ね合わせ、熱および圧力を金属部材１１側から付与することにより樹脂部材１２を軟化させて金属部材１１と樹脂部材１２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、樹脂部材１２の金属部材との接合表面１２ａおよび／または金属部材１１の樹脂部材との接合表面１１ａにおいて、接合時に軟化する樹脂を流入させるための溜まり溝１２０が形成されている金属部材と樹脂部材との接合方法、および上記接合方法において使用される金属部材と樹脂部材とからなる接合部材セット。【選択図】図２
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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重ね合わせ、熱および圧力を金属部材側から付与することにより樹脂部材を軟化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、
樹脂部材の金属部材との接合表面および／または金属部材の樹脂部材との接合表面において、接合時に軟化する樹脂を流入させるための溜まり溝が形成されてい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】
溜まり溝が接合表面において環状に形成されており、該環状溜まり溝の内側領域内において、熱および圧力が付与される請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
樹脂部材および／または金属部材が、接合表面において形成される誘導溝および／または厚さ方向において貫通する誘導孔をさらに有し、該誘導溝および誘導孔は接合時に溜まり溝内に流入する軟化樹脂を系外に誘導する請求項１または２に記載の接合方法。
【請求項４】
樹脂部材が溶融成形法により成形されてなり、該溶融成形法において使用される金型の成形面を転写させることにより溜まり溝が形成される請求項１〜３のいずれかに記載の接合方法。
【請求項５】
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１〜４のいずれかに記載の接合方法：
金属部材と樹脂部材とを重ね合わせる第１ステップ；および
回転ツールを回転させつつ、金属部材に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱で樹脂部材を軟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６】
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５に記載の接合方法。
【請求項７】
上記第２ステップが、押込み撹拌工程の前に、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６に記載の接合方法。
【請求項８】
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７に記載の接合方法。
【請求項９】
上記第２ステップが、回転ツール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８に記載の接合方法。
【請求項１０】
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９に記載の接合方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の接合方法において使用される金属部材と樹脂部材とからなる接合部材セット。
【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該方法において使用される金属部材と樹脂部材とからなる接合部材セットに関する。
【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１６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。
【０００３】
このような摩擦撹拌接合方法においては、例えば、接合強度および簡易接合の観点から、回転ツールの形状や押込み量を特定範囲内に設定する技術（特許文献１）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
しかしながら、従来の摩擦撹拌接合方法においては、図１７（Ａ）および（Ｂ）に示すように樹脂部材２１２における金属部材との接合表面２１２ａは平面であるため、図１７（Ｃ）に示すように、回転ツール２１６と金属部材２１１との摩擦熱により軟化した樹脂の一部が、端面において、金属部材２１１と樹脂部材２１２との間から漏れ出し、冷却後において、いわゆるバリ２２０が形成されることがある。このようなバリは、接合体の見栄えを悪化させるだけでなく、当該接合体を他の部材と組み付けるに際し、作業効率を悪化させる原因となる。
【０００６】
特に、金属部材２１１と樹脂部材２１２との接合強度をさらに増大させるために、回転ツール２１６の金属部材２１１への押し込み量を大きくして、金属部材と樹脂部材との界面温度を上昇させた場合において、バリ形成の問題が顕著になることがある。
【０００７】
本発明は、バリの形成を防止する金属部材と樹脂部材との接合方法および該方法において使用される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】
【０００８】
本発明は、
金属部材と樹脂部材とを重ね合わせ、熱および圧力を金属部材側から付与することにより樹脂部材を軟化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であって、
樹脂部材として、金属部材との接合表面において、接合時に軟化する樹脂を流入させるための溜まり溝を有している樹脂部材を用い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。
【０００９】
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接合方法に関する：
金属部材と樹脂部材とを重ね合わせる第１ステップ；および
回転ツールを回転させつつ、金属部材に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱で樹脂部材を軟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。
【００１０】
本発明はまた、上記接合方法において使用される樹脂部材に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の接合方法によれば、樹脂部材が金属部材との接合表面において溜まり溝を有するため、接合時に軟化する樹脂を該溜まり溝に流入させることができる。このため、金属部材と樹脂部材との間からの軟化樹脂の流出が回避され、バリの形成が十分に防止される。また、併せて溜まり溝の内側において溶融した樹脂の流動状態を安定化させることで、接合強度のバラツキが低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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）は本発明の接合方法に使用される第１実施態様の樹脂部材における金属部材との接合表面を示す概略見取り図であり、（Ｂ）は（Ａ）における樹脂部材のＡ−Ａ断面を矢印方向で見たときの概略断面見取り図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の樹脂部材を用いて本発明の接合方法を実施したときの概略断面図である。
【図３】（Ａ）は本発明の接合方法に使用される第２実施態様の樹脂部材における金属部材との接合表面を示す概略見取り図であり、（Ｂ）は（Ａ）における樹脂部材のＡ−Ａ断面を矢印方向で見たときの概略断面見取り図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の樹脂部材を用いて本発明の接合方法を実施したときの概略断面図である。
【図４】（Ａ）は本発明の接合方法に使用される第３実施態様の樹脂部材における金属部材との接合表面を示す概略見取り図であり、（Ｂ）は（Ａ）における樹脂部材のＡ−Ａ断面を矢印方向で見たときの概略断面見取り図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の樹脂部材を用いて本発明の接合方法を実施したときの概略断面図である。
【図５】（Ａ）は本発明の接合方法に使用される第４実施態様の樹脂部材における金属部材との接合表面を示す概略見取り図であり、（Ｂ）は（Ａ）における樹脂部材のＡ−Ａ断面を矢印方向で見たときの概略断面見取り図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の樹脂部材を用いて本発明の接合方法を実施したときの概略断面図である。
【図６】（Ａ）は本発明の接合方法に使用される第５実施態様の樹脂部材における金属部材との接合表面を示す概略見取り図であり、（Ｂ）は（Ａ）における樹脂部材のＡ−Ａ断面を矢印方向で見たときの概略断面見取り図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の樹脂部材を用いて本発明の接合方法を実施したときの概略断面図であり、（Ｄ）は得られた接合体を（Ｃ）のＢ方向で見たときの概略断面見取り図である。る。
【図７】（Ａ）は本発明の接合方法に使用される第６実施態様の樹脂部材における金属部材との接合表面を示す概略見取り図であり、（Ｂ）は（Ａ）における樹脂部材のＡ−Ａ断面を矢印方向で見たときの概略断面見取り図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の樹脂部材を用いて本発明の接合方法を実施したときの概略断面図である。
【図８】（Ａ）は本発明の接合方法に使用される第１実施態様の金属部材における樹脂部材との接合表面を示す概略見取り図であり、（Ｂ）は（Ａ）における金属部材のＡ−Ａ断面を矢印方向で見たときの概略断面見取り図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の金属部材を用いて本発明の接合方法を実施したときの概略断面図である。
【図９】（Ａ）は本発明の接合方法に使用される第２実施態様の金属部材における樹脂部材との接合表面を示す概略見取り図であり、（Ｂ）は（Ａ）における金属部材のＡ−Ａ断面を矢印方向で見たときの概略断面見取り図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の金属部材を用いて本発明の接合方法を実施したときの概略断面図である。
【図１０】（Ａ）は本発明の接合方法に使用される第３実施態様の金属部材における樹脂部材との接合表面を示す概略見取り図であり、（Ｂ）は（Ａ）における金属部材のＡ−Ａ断面を矢印方向で見たときの概略断面見取り図であり、（Ｃ）は図１０（Ｂ）の金属部材および図２（Ａ）〜（Ｃ）の樹脂部材を用いて本発明の接合方法を実施したときの概略断面図である。
【図１１Ａ】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の拡大図である。
【図１１Ｂ】本発明の接合方法における予熱工程を説明するための断面図である。
【図１１Ｃ】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断面図である。
【図１１Ｄ】本発明の接合方法で得られた接合体の断面図である。
【図１２】（Ａ）は実施例１で使用された樹脂部材を示す概略見取り図であり、（Ｂ）は（Ａ）における樹脂部材のＡ−Ａ断面を矢印方向で見たときの概略断面見取り図である。
【図１３】（Ａ）は実施例２で使用された樹脂部材を示す概略見取り図であり、（Ｂ）は（Ａ）における樹脂部材のＡ−Ａ断面を矢印方向で見たときの概略断面見取り図である。
【図１４】（Ａ）は実施例３で使用された樹脂部材を示す概略見取り図であり、（Ｂ）は（Ａ）における樹脂部材のＡ−Ａ断面を矢印方向で見たときの概略断面見取り図である。
【図１５】（Ａ）は実施例４で使用された樹脂部材を示す概略見取り図であり、（Ｂ）は（Ａ）における樹脂部材のＡ−Ａ断面を矢印方向で見たときの概略断面見取り図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の樹脂部材を用いて得られた接合体を（Ｂ）のＢ方向で見たときの概略断面見取り図である。
【図１６】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模式図である。
【図１７】（Ａ）は従来の接合方法に使用される樹脂部材を示す概略見取り図であり、（Ｂ）は（Ａ）における樹脂部材のＡ−Ａ断面を矢印方向で見たときの概略断面見取り図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の樹脂部材を用いて従来の接合方法を実施したときの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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、熱および圧力を、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、レーザー加熱接合方法、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、摩擦撹拌接合方法は付与される圧力が最も大きいためにバリの発生が顕著であるところ、本発明の接合方法によりそのようなバリの発生を有効に防止することができる。このため、好ましくは摩擦撹拌接合方法が採用される。
【００１４】
摩擦撹拌接合方法とは、後で詳述するように、接合部材セットを重ね合わせて拘束した状態で、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接合する方法である。以下、接合されるべき接合前の金属部材と樹脂部材との組み合わせを「接合部材セット」と呼ぶものとする。
レーザー加熱接合方法とは、接合部材セットを重ね合わせて拘束した状態で、レーザーを金属部材に照射することにより生じる熱を利用して接合する方法である。レーザーとしては、ＹＡＧレーザー、ファイバーレーザーまたは半導体レーザーなどが使用される。
抵抗加熱接合方法とは、接合部材セットを重ね合わせて拘束した状態で、金属部材に直接電流を流すことにより生じる熱を利用して接合する方法である。
誘導加熱接合方法とは、接合部材セットを重ね合わせて拘束した状態で、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接合する方法である。
超音波加熱接合方法とは、接合部材セットを重ね合わせて拘束した状態で金属部材側から加圧しながら、金属部材に超音波振動を起こさせ、該振動により生じる金属部材/樹脂部材間の摩擦熱を利用して接合する方法である。
【００１５】
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、図面を用いて説明するが、後述する樹脂部材を用いる限り、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。
【００１６】
まず図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、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１１Ａ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、この摩擦熱が樹脂部材１２に伝導して樹脂部材１２が軟化・溶融し、その結果、金属部材１１と樹脂部材１２とが接合される。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
（１）接合部材セット
本発明の接合方法において使用される金属部材と樹脂部材とからなる接合部材セットは、樹脂部材の金属部材との接合表面および／または金属部材の樹脂部材との接合表面において、接合時に軟化する樹脂を流入させるための溜まり溝が形成されている。すなわち、樹脂部材として、金属部材との接合表面において、接合時に軟化する樹脂を流入させるための溜まり溝を有している樹脂部材を用いるか、かつ／または金属部材として、樹脂部材との接合表面において、接合時に軟化する樹脂を流入させるための溜まり溝を有している金属部材を用いる。以下、特記しない限り、樹脂部材が金属部材との接合表面において溜まり溝を有する場合について説明するが、接合時に金属部材と樹脂部材との間で軟化した樹脂が溜まり溝に流入し得る限り、溜まり溝は樹脂部材の金属部材との接合表面または金属部材の樹脂部材との接合表面の一方のみに形成されていてもよいし、またはそれらの両方に形成されていてもよい。
【００２０】
（１．１）樹脂部材
樹脂部材は、金属部材との接合表面において、溜まり溝を有している。溜まり溝とは、接合時において軟化・溶融する樹脂を流入させ、収容するための窪みである。本発明において使用されるこのような樹脂部材の実施態様を示す図２〜図７を用いて詳しく説明する。図２〜図７は溜まり溝１２０の形状または／および後で詳述する凸部１２２、誘導溝１２５Ａおよび誘導孔１２５Ｂの有無が異なる樹脂部材１２の概略図である。図２〜図７において、（Ａ）は各実施態様の樹脂部材における金属部材との接合表面を示す概略見取り図であり、（Ｂ）は（Ａ）における樹脂部材のＡ−Ａ断面を矢印方向で見たときの概略断面見取り図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の樹脂部材を用いて本発明の接合方法を実施したときの概略断面図である。図６（Ｄ）は得られた接合体を図６（Ｃ）のＢ方向で見たときの概略断面見取り図である。図２〜図７ならびに他の図面（図１、図８〜図１０、図１１Ａ〜図１１Ｄおよび図１２〜図１５）において、同じ符号で示される部材、領域および寸法等は部材の形状が異なること以外、それぞれ同じ部材、領域および寸法を指すものとする。
【００２１】
本発明において、接合表面１２ａに溜まり溝１２０を有する樹脂部材１２は、接合時において、図２（Ｃ）、図３（Ｃ）、図４（Ｃ）、図５（Ｃ）、図６（Ｃ）および図７（Ｃ）に示すように、軟化した樹脂１２１を該溜まり溝１２０内に流入させ得るので、バリの形成を十分に防止することができる。
【００２２】
樹脂部材１２が溜まり溝１２０を有する金属部材１１との接合表面１２ａとは、接合のために金属部材１１と重ね合わせたとき、当該金属部材１１と接触する樹脂部材１２の表面領域という意味である。
【００２３】
接合表面１２ａ上における溜まり溝１２０の全体形状は、接合時に金属部材１１と樹脂部材１２との間において軟化した樹脂を流入させ得るような形状であれば特に限定されない。例えば、溜まり溝１２０は接合表面１２ａ上において、図２（Ａ）、図３（Ａ）、図４（Ａ）、図５（Ａ）、図６（Ａ）および図７（Ａ）に示すように環状に形成されてもよいし、Ｃの字形状に形成されてもよいし、または単に線状もしくは点状に形成されてもよい。溜まり溝内に軟化樹脂を効率よく収容させることにより、バリの形成をより一層十分に防止する観点から、溜まり溝１２０は接合表面１２ａ上、環状に形成されることが好ましく、同観点からより好ましくは、当該環状溜まり溝１２０の内側領域１２６内において熱および圧力が局所的に付与されることである。環状溜まり溝１２０の内側領域１２６は、環状溜まり溝１２０により規定される島状領域である。このような内側領域１２６内において熱および圧力が局所的に付与されるとは、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）の直下に対応する接合表面１２ａ上の領域Ｐ’（破線で示される斜線領域；図２〜図７参照）が当該内側領域１２６内に位置するように、樹脂部材１２を金属部材１１とを重ね合わせ、該金属部材１１に対して回転ツールを押圧する、という意味である。
【００２４】
接合表面１２ａ上における溜まり溝１２０の具体的な全体形状のうち、好ましい環形状としては特に限定されるものではなく、例えば、図２（Ａ）、図４（Ａ）、図５（Ａ）、図６（Ａ）および図７（Ａ）に示すような略円形状であってもよいし、図３（Ａ）に示すような略四角形状であってもよい。好ましくは略円形状である。溜まり溝１２０の全体形状が略円形状の場合、当該略円形状は、バリの形成をより一層十分に防止する観点から、接合表面１２ａ上における熱および圧力の局所的付与領域（すなわち、斜線領域Ｐ’）を略中心とする略円形状であることが好ましい。すなわち、該略円形状の略中心に、熱および圧力が局所的に付与されることが好ましい。
【００２５】
溜まり溝１２０の断面形状は、接合時に軟化した樹脂を収容できる形状であれば特に限定されず、例えば、図２（Ｂ）、図３（Ｂ）、図５（Ｂ）、図６（Ｂ）および図７（Ｂ）に示すような略四角形状であってもよいし、図４（Ｂ）に示すような略半円形状であってもよいし、略三角形状であってもよい。
【００２６】
樹脂部材１２は、接合時における溶融樹脂の流動を促進して高強度な接合を安定して達成する観点から、接合表面１２ａにおいて凸部１２２（例えば図５参照）を有することが好ましい。特に、接合表面１２ａ上における溜まり溝１２０の全体形状が環状の場合、樹脂部材１２は、当該環状溜まり溝１２０の内側領域１２６内に凸部１２２を有することが、上記と同様の観点から、より好ましい。最も好ましくは、図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、内側領域１２６内における熱および圧力の局所的付与領域（すなわち、斜線領域Ｐ’）に凸部１２２を有する。樹脂部材１２が環状溜まり溝１２０の内側領域１２６内に凸部１２２を有する場合、環状溜まり溝１２０の内側領域１２６内の全域にわたって凸部が有されていてもよい。
【００２７】
溜まり溝１２０の深さ、幅および長さ等の寸法は、樹脂部材１２が溜まり溝を有さなかった場合にバリを形成する軟化樹脂を収容できる程度の容積が確保され、かつ樹脂部材１２自体の強度が確保される限り特に制限されない。溜まり溝１２０の容積Ｖ（ｍｍ３）は通常、回転ツール１６の金属部材１１に対する押し込み体積ｖ１（ｍｍ３）と凸部１２２の体積ｖ２（ｍｍ３）（凸部を有さない場合はｖ２＝０）に応じて決定され、通常はｖ１＋ｖ２〜（ｖ１＋ｖ２）×２．０ｍｍ３、好ましくはｖ１＋ｖ２〜（ｖ１＋ｖ２）×１．４ｍｍ３である。回転ツール１６の金属部材１１に対する押し込み体積ｖ１（ｍｍ３）は、得られた接合体におけるツール痕容積に相当する体積であり、例えば図１１Ｄにおいて破線で示される領域の体積である。
【００２８】
具体的には、溜まり溝１２０の深さｔ１は、樹脂部材１２の厚みをＴ（ｍｍ）としたとき、通常、０．０５Ｔ〜０．７Ｔであり、好ましくは０．１Ｔ〜０．５Ｔである。同様のとき、溜まり溝１２０の幅ｗ１は通常、０．５Ｔ〜１．５Ｔであり、好ましくは０．６Ｔ〜１．２Ｔである。
凸部１２２の高さｈ１は特に制限されるものではない。
【００２９】
樹脂部材１２は、接合時に溜まり溝１２０内に流入する軟化樹脂を系外に誘導するための誘導溝および／または誘導孔をさらに有していてもよい。
【００３０】
誘導溝は、例えば図６（Ａ）〜（Ｄ）において１２５Ａで示され、樹脂部材１２における金属部材１１との接合表面１２ａにおいて、溜まり溝１２０に連続して形成される。誘導溝１２５Ａは、接合時に溜まり溝１２０内に流入する軟化樹脂１２１を端面から系外に誘導する。誘導溝１２５Ａの断面形状は特に限定されず、例えば、略半円形状、略四角形状、略三角形状等であってよい。誘導溝１２５Ａの深さｔ２および幅ｗ２は軟化樹脂１２１を系外に誘導できる限り特に制限されない。
【００３１】
誘導孔は、例えば図７（Ａ）〜（Ｃ）において１２５Ｂで示され、樹脂部材１２の厚さ方向において貫通して形成される。誘導孔１２５Ｂは、接合時に溜まり溝１２０内に流入する軟化樹脂１２１を、接合表面１２ａとは反対側の面から系外に誘導する。誘導孔１２５Ｂの断面形状は特に限定されず、例えば、略円形状、略四角形状、略三角形状等であってよい。誘導孔１２５Ｂの幅（略円形状の場合は直径）ｒ１および長さｓ１は軟化樹脂１２１を系外に誘導できる限り特に制限されない。
【００３２】
樹脂部材１２が上記のような誘導溝１２５Ａおよび／または誘導孔１２５Ｂを有することにより、溜まり溝１２０内での軟化樹脂１２１の流入を検知・検査することができる。すなわち、外部からの観察により誘導溝１２５Ａおよび誘導孔１２５Ｂ内に樹脂の存在が検知された接合体は、少なくとも溜まり溝１２０に軟化樹脂が流入しているため、溜まり溝１２０の内側領域１２６内の良好な接合を保証することができる。一方、外部からの観察により誘導溝１２５Ａおよび誘導孔１２５Ｂ内に樹脂を検知できない接合体は、金属部材１１と樹脂部材１２との間における樹脂の軟化が不十分な可能性があるため、良好な接合を保証することができない。また、溶融樹脂が誘導溝１２５Ａおよび／または誘導孔１２５Ｂから排出されバリが発生した場合でも、溜まり溝１２０がない場合に発生しうるバリと比較して少量であり、その除去は容易である。
【００３３】
以上、樹脂部材１２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く、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と接触する面が前記したような接合表面１２ａを有する限り、いかなる形状を有していてもよい。
【００３４】
樹脂部材における接合表面１２ａを有する部分の厚みＴは通常、２〜５ｍｍであるがこれに限定するものではない。
【００３５】
樹脂部材１２はあらゆる公知の方法により製造可能である。例えば、熱可塑性ポリマーおよびその他所望の添加剤を含むポリマー組成物を、熱可塑性ポリマーが溶融する溶融成形法に供することにより、樹脂部材１２を成形することができる。溶融成形法とは、加熱して溶融もしくは軟化させた樹脂部材を後に冷却固化させて部品形状を得る成形方法全てを含むものであり、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が挙げられる。
【００３６】
樹脂部材１２の溜まり溝１２０、凸部１２２、誘導溝１２５Ａおよび誘導孔１２５Ｂは、例えば、上記成形方法において、使用される金型の成形面を転写させることにより形成することができる。特に溜まり溝１２０、誘導溝１２５Ａおよび誘導孔１２５Ｂは、樹脂部材１２の平面状表面を、切削工具等を用いて切削することにより形成することもできる。
【００３７】
樹脂部材１２は射出成形法により成形されてなり、該射出成形方法において使用される金型の成形面を転写させることにより溜まり溝１２０が形成されることが好ましい。
【００３８】
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）。
【００３９】
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。
【００４０】
（１．２）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、接合のために樹脂部材１２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。
【００４１】
金属部材１１において樹脂部材１２と重ね合わせる略平板形状部分の厚み（Ｋ）は通常、０．５〜４ｍｍであるがこれに限定するものではない。
【００４２】
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。
【００４３】
金属部材１１は、樹脂部材１２が溜まり溝１２０を有する代わりに、または誘導溝１２５Ａおよび／または誘導孔１２５Ｂを有する代わりに、溜まり溝１２０、誘導溝１２５Ａおよび／または誘導孔１２５Ｂを有していてもよい。なお、溜まり溝１２０は樹脂部材の金属部材との接合表面または金属部材の樹脂部材との接合表面の少なくとも一方に形成されていればよい。また誘導溝１２５Ａおよび／または誘導孔１２５Ｂが形成される場合、誘導溝１２５Ａおよび／または誘導孔１２５Ｂは樹脂部材の金属部材との接合表面または金属部材の樹脂部材との接合表面の少なくとも一方に形成されていればよい。金属部材１１の誘導溝１２５Ａは金属部材１１における樹脂部材１２との接合表面１１ａにおいて、金属部材１１および／または樹脂部材１２の溜まり溝１２０に連続して形成される。金属部材１１の誘導孔１２５Ｂは金属部材１１の厚さ方向において貫通して形成される。金属部材１１が溜まり溝１２０を有する樹脂部材１２との接合表面１１ａとは、接合のために樹脂部材１２と重ね合わせたとき、当該樹脂部材１２と接触する金属部材１１の表面領域という意味である。
【００４４】
金属部材１１が樹脂部材との接合表面１１ａにおいて溜まり溝１２０を有する場合における、金属部材の実施態様を図８〜図９に示す。図８〜図９は、誘導溝１２５Ａの有無が異なる金属部材１１の概略図である。図８〜図９において、（Ａ）は各実施態様の金属部材１１における樹脂部材との接合表面１１ａを示す概略見取り図であり、（Ｂ）は（Ａ）における樹脂部材のＡ−Ａ断面を矢印方向で見たときの概略断面見取り図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の金属部材を用いて本発明の接合方法を実施したときの概略断面図である。図８（Ｃ）および図９（Ｃ）において樹脂部材１２は溜まり溝１２０も誘導溝１２５Ａも誘導孔１２５Ｂも有さない。図８〜図９において領域Ｐ''（破線で示される斜線領域）は、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との接合表面１１ａ上の領域である。
【００４５】
また金属部材１１が溜まり溝を有さず、誘導孔１２５Ｂを有する場合における、金属部材の実施態様を図１０に示す。図１０において、（Ａ）は第３実施態様の金属部材１１における樹脂部材との接合表面１１ａを示す概略見取り図であり、（Ｂ）は（Ａ）における樹脂部材のＡ−Ａ断面を矢印方向で見たときの概略断面見取り図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の金属部材を用いて本発明の接合方法を実施したときの概略断面図である。図１０（Ｃ）において樹脂部材１２は溜まり溝１２０を有する前記第１実施態様の樹脂部材である。図１０において領域Ｐ''（破線で示される斜線領域）は図８〜図９においてと同様である。
【００４６】
金属部材１１に形成される溜まり溝１２０、誘導溝１２５Ａおよび誘導孔１２５Ｂはそれぞれ、樹脂部材１２に形成される前記した溜まり溝１２０、誘導溝１２５Ａおよび誘導孔１２５Ｂと同様の全体形状、断面形状および寸法を有する。なお、樹脂部材１２の厚みＴ（ｍｍ）に対する割合で表す寸法は、厚みＴを金属部材１１の厚みＫに置き換えて適用するものとする。金属部材１１における溜まり溝１２０の形成位置は、金属部材１１と樹脂製部材１２とを重ね合わせたとき、前記した樹脂部材１２における溜まり溝１２０の形成位置に対応する位置である。誘導溝１２５Ａおよび誘導孔１２５Ｂの形成位置は、接合時に溜まり溝１２０内に流入する軟化樹脂を系外に誘導できる位置であれば特に制限されない。
【００４７】
金属部材１１の溜まり溝１２０、凸部１２２、誘導溝１２５Ａおよび誘導孔１２５Ｂは、例えば、金属部材１１を、切削工具等を用いて切削することにより形成することができる。
【００４８】
（２）回転ツール
図１１Ａは、回転ツール１６の先端部の拡大図である。図１１Ａ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１１Ａに示すように、円柱状の回転ツール１６は、先端部（図１１Ａ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１１Ａ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。
【００４９】
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、５〜３０ｍｍ、好ましくは５〜１５ｍｍであるがこれに限定されるものではない。
【００５０】
（３）本発明に係る接合方法の一実施態様（摩擦撹拌接合方法）
上記摩擦撹拌接合装置１を用いて実施される本発明の接合方法（摩擦撹拌接合方法）について具体的に説明する。
【００５１】
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り、前記した溜まり溝を有する樹脂部材１２および／または金属部材１１を使用することを特徴とする：
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
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。
【００５２】
第１ステップにおいては、樹脂部材１２が接合表面１２ａにおいて、図２（Ａ）〜図７（Ａ）に示されるように、環状の溜まり溝１２０を有する場合、該環状溜まり溝１２０の内側領域１２６内に破線の斜線領域Ｐ’が位置するように、金属部材１１と樹脂部材１２とを重ね合わせることが好ましい。破線の斜線領域Ｐ’とは、前記したように、金属部材１１における回転ツール１６の押圧領域Ｐ（押圧予定領域；図１参照）の直下に対応する領域である。また金属部材１１が接合表面１１ａにおいて、図８（Ａ）〜図９（Ａ）に示されるように、環状の溜まり溝１２０を有する場合は、該環状溜まり溝１２０の内側領域１２６と樹脂部材１２の所望の接合部位とが接触するように、金属部材１１と樹脂部材１２とを重ね合わせることが好ましい。
【００５３】
第２ステップにおいては、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。
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。
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。
【００５４】
以下、図２に示す第１実施態様の樹脂部材１２と、溜まり溝１２０も誘導溝１２５Ａも誘導孔１２５Ｂも有さない金属部材１１とを用いた場合を例にとり、各工程について詳しく説明する。
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１１Ｂに示すように、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。
【００５５】
予熱工程Ｃ１の次の押込み撹拌工程Ｃ２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１１Ｃ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との接合境界面に達しない深さまで進入させる工程である。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。
【００５６】
押込み撹拌工程Ｃ２の次の撹拌維持工程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１１Ｃに示すように、上記接合境界面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。
【００５７】
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１１Ｃ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。
【００５８】
上で例示した加圧力、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以下の厚みの金属部材１１と２ｍｍ以上４ｍｍ以下の厚みの樹脂部材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秒未満の値が好ましく、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。
【００５９】
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に押し込み易くなる。
【００６０】
予熱工程Ｃ１では、摩擦熱は、金属部材１１と樹脂部材１２との接合境界面を介して、樹脂部材１２にも伝わる。摩擦熱は樹脂部材１２の内部に伝わり、樹脂部材１２における上記押圧領域Ｐ直下の対応領域Ｐ’の範囲及び当該領域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、樹脂部材１２が軟化・溶融し易くなる。
【００６１】
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及び樹脂部材１２の素材の種類等に依存して変化する。
【００６２】
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、金属部材１１と樹脂部材１２との接合境界面が受け具１７側（図例では下側）に移動する。
【００６３】
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。
【００６４】
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の軟化・溶融が促進される。
【００６５】
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及び樹脂部材１２の素材の種類等に依存して変化する。
【００６６】
押込み撹拌工程Ｃ２では、樹脂部材１２が上記押圧領域Ｐ直下の対応領域Ｐ’の範囲及び当該領域Ｐ’の近傍の範囲で軟化・溶融し、かつ金属部材１１と樹脂部材１２との接合境界面が変形するため、当該軟化樹脂が端面に向かって流動する。しかしながら、樹脂部材１２は前記したように金属部材１１との接合表面１２ａにおいて溜まり溝１２０を有するため、軟化樹脂は該溜まり溝１２０内に流入する。このため、金属部材１１と樹脂部材１２との接合体の端面において、金属部材１１と樹脂部材１２との間からの軟化樹脂の流出が回避され、バリの形成が十分に防止される。
【００６７】
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直下の対応領域Ｐ’の範囲及び上当該領域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。
【００６８】
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及び樹脂部材１２の素材の種類等に依存して変化する。
【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との押圧領域Ｐ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、冷却完了後の接合強度が高められる。
【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及び樹脂部材１２の素材の種類等に依存して変化する。
【００７１】
本実施態様では、少なくとも前記した工程Ｃ２を経て、好ましくは以上のような工程Ｃ１，Ｃ２およびＣ３ならびに所望により工程Ｃ４を経て、最終的に、図１１Ｄ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部材１２が軟化・溶融して金属部材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。接合体２０においては、軟化・溶融した樹脂は溜まり溝１２０内に流入しており、冷却されて固化しているので、当該軟化樹脂１２１が金属部材１１と樹脂部材１２との接合に寄与しつつ、バリの発生が防止される。
【００７２】
以上、回転ツールを金属部材の接触面上、面方向で連続的に移動させることなく、点状に金属部材と樹脂部材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連続的に移動させながら、線状に金属部材と樹脂部材との接合を行う場合（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】
【００７３】
［実施例１］
（樹脂部材）
図１２（Ａ）および（Ｂ）に示すような寸法および形状の溜まり溝１２０を端部に有する平板状樹脂部材１２をＰＡ６６（旭化成ケミカルズ社製）から射出成形法により製造した。溜まり溝１２０は射出成形法において使用される金型の成形面の転写により形成した。
（金属部材）
金属部材としては、６０００系のアルミニウム合金製の平板状部材（厚さ１．２ｍｍ）を用いた。
（回転ツール）
回転ツールとしては、図１１Ａ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。
【００７４】
（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：
金属部材１１の端部と樹脂部材１２の端部とを図１に示すように重ね合わせた。詳しくは、樹脂部材１２における環状溜まり溝１２０の内側領域１２６の中心部に押圧領域Ｐ直下の対応領域Ｐ’が位置するように、金属部材１１と樹脂部材１２とを重ね合わせた。
【００７５】
第２ステップ：
図１１Ｂに示すように、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１１Ｃ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１１Ｃに示すように、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１１Ｄ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。
【００７６】
（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。
【００７７】
（バリの発生）
接合体の端面における外観を目視により観察したところ、バリは全く発生していなかった。
【００７８】
［比較例１］
樹脂部材に溜まり溝を形成しなかったこと以外、実施例１と同様の方法により、樹脂部材の製造ならびに接合強度およびバリ発生についての評価を行った。
接合強度は実施例１と同等であったが、バリが著しく発生していた。
【００７９】
［実施例２］
樹脂部材を、図１３（Ａ）および（Ｂ）に示すような溜まり溝１２０および凸部１２２を端部に有する樹脂部材１２としたこと以外、実施例１と同様の方法により、樹脂部材の製造ならびに接合強度およびバリ発生についての評価を行った。
バリは全く発生していなかった。
【００８０】
［比較例２］
樹脂部材に溜まり溝を形成しなかったこと以外、実施例２と同様の方法により、樹脂部材の製造ならびに接合強度およびバリ発生についての評価を行った。
接合強度は実施例２と同等であったが、バリが著しく発生していた。
【００８１】
［実施例３］
樹脂部材を、図１４（Ａ）および（Ｂ）に示すような溜まり溝１２０および凸部１２２を端部に有する樹脂部材１２としたこと以外、実施例１と同様の方法により、樹脂部材の製造ならびに接合強度およびバリ発生についての評価を行った。
バリは全く発生していなかった。
【００８２】
［比較例３］
樹脂部材に溜まり溝を形成しなかったこと以外、実施例３と同様の方法により、樹脂部材の製造ならびに接合強度およびバリ発生についての評価を行った。
接合強度は実施例３と同等であったが、バリが著しく発生していた。
【００８３】
［実施例４］
樹脂部材を、図１５（Ａ）および（Ｂ）に示すような溜まり溝１２０および誘導溝１２５Ａを端部に有する樹脂部材１２としたこと以外、実施例１と同様の方法により、樹脂部材の製造ならびに接合強度およびバリ発生についての評価を行った。
バリは全く発生していなかった。
図１５（Ｃ）は得られた接合体を図１５（Ｂ）のＢ方向で見たときの概略断面見取り図である。
【００８４】
［比較例４］
樹脂部材に溜まり溝および誘導溝を形成しなかったこと以外、実施例４と同様の方法により、樹脂部材の製造ならびに接合強度およびバリ発生についての評価を行った。
接合強度は実施例４と同等であったが、バリが著しく発生していた。
【００８５】
【表１】
2015131444.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
１１ａ：金属部材表面における樹脂部材との接触領域
１２：樹脂部材
１２ａ：樹脂部材表面における金属部材との接触領域
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）
Ｐ’：押圧領域Ｐの直下に対応する樹脂部材表面の領域
Ｐ’’：押圧領域Ｐの直下に対応する金属部材表面の領域
１２０：溜まり溝
１２１：溜まり溝に流入した軟化樹脂
１２５Ａ：誘導溝
１２５Ｂ：誘導孔
１２６：環状溜まり溝の内側領域
【図１】
2015131444.tif 000004
【図２】
2015131444.tif 000005
【図３】
2015131444.tif 000006
【図４】
2015131444.tif 000007
【図５】
2015131444.tif 000008
【図６】
2015131444.tif 000009
【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１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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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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