JP2015186869A - 接合方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】少なくとも一方が樹脂内に強化用繊維材が混合されてなる繊維強化樹脂からなる樹脂部材同士を接合するに当たり、樹脂部材同士の接合強度を効果的に高めることのできる接合方法を提供する。
【解決手段】繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２を当接させ、繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２との当接面に隣接する繊維強化樹脂部材１の樹脂および樹脂部材２の樹脂を軟化もしくは溶融させ、軟化もしくは溶融させた繊維強化樹脂部材１の樹脂等からなる接合形成部３を当接面に直交する方向へ撹拌して硬化させる。
【選択図】図１
【解決手段】繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２を当接させ、繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２との当接面に隣接する繊維強化樹脂部材１の樹脂および樹脂部材２の樹脂を軟化もしくは溶融させ、軟化もしくは溶融させた繊維強化樹脂部材１の樹脂等からなる接合形成部３を当接面に直交する方向へ撹拌して硬化させる。
【選択図】図１
Description
本発明は接合方法に関し、たとえば、マトリックス樹脂内に強化用繊維材が混合されてなる繊維強化樹脂部材の接合方法に関するものである。
従来から、熱可塑性樹脂からなる樹脂部材や樹脂（マトリックス樹脂）内にガラス繊維や炭素繊維などの強化用繊維材が含有された繊維強化樹脂部材を接合する方法として、たとえば、振動、超音波、樹脂部材同士の摩擦、熱板などを利用した方法が知られている。
しかしながら、上記した従来の方法のいずれにおいても、接合面付近が溶融された状態で接合面同士を所定の加圧力で押圧するため、接合部分にバリが発生するといった問題を有している。また、繊維強化樹脂材は、繊維材の配向方向に平行な方向の応力に強く、繊維材の配向方向と直交する方向の応力には弱いため、そのような繊維強化樹脂部材の接合時には各繊維材を接合面に直交する方向に配向させることが望ましいものの、上記したように接合時に部材同士を接合面に直交する方向で押圧すると、接合面付近の各繊維材が接合面と平行となるように配向されるといった問題を有している。
このような問題に対し、特許文献１には、バリの発生を抑止しながら高い接合強度を得ることのできる繊維強化樹脂部材の接合方法が開示されている。
特許文献１に開示されている繊維強化熱可撓性樹脂部材の接合方法は、第１熱可塑性樹脂部材と第２熱可塑性樹脂部材の少なくとも一方が繊維強化樹脂からなり、前記第１熱可塑性樹脂部材と前記第２熱可塑性樹脂部材を当接後、前記第１熱可塑性樹脂部材と前記第２熱可塑性樹脂部材との表面境界線の所定部分を含む前記第１熱可塑性樹脂部材と前記第２熱可塑性樹脂部材の表面部に回転するプローブを押し当てて前記表面境界線に沿って移動させる方法である。
特許文献１に開示されている繊維強化熱可撓性樹脂部材の接合方法によれば、プローブの前方部分で溶融した熱可塑性樹脂部材中の繊維材がプローブの回転に引きずられて配向方向が変更され、プローブの後方部分で当接部の当接面にほぼ直交する方向に繊維材が配向された状態で固化するため、部材同士の接合強度を高めることができる。
しかしながら、特許文献１に開示されている繊維強化熱可撓性樹脂部材の接合方法においては、第１熱可塑性樹脂部材と第２熱可塑性樹脂部材の表面部に回転するプローブを押し当ててその表面境界線に沿って移動させるため、第１熱可塑性樹脂部材と第２熱可塑性樹脂部材の内部に存在する繊維材の配向方向を変化させることができず、部材同士の接合強度を十分に高めることができないといった問題が残存し得る。
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、少なくとも一方が樹脂内に強化用繊維材が混合されてなる繊維強化樹脂からなる樹脂部材同士を接合するに当たり、樹脂部材同士の接合強度を効果的に高めることのできる接合方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成すべく、本発明による接合方法は、第１樹脂内に繊維材が混合されてなる第１部材と少なくとも第２樹脂を含む第２部材とを接合する接合方法であって、前記第１部材と前記第２部材を当接させ、前記第１部材と前記第２部材との当接面に隣接する前記第１部材の第１樹脂および前記第２部材の第２樹脂を軟化もしくは溶融させ、軟化もしくは溶融させた前記第１部材の第１樹脂および前記第２部材の第２樹脂と軟化もしくは溶融させた前記第１部材の第１樹脂に含まれる繊維材とからなる接合形成部を前記当接面に対して傾斜する方向へ撹拌して硬化させる方法である。
ここで、上記する接合方法の好ましい実施の形態は、前記接合形成部を前記当接面に直交する方向へ撹拌して硬化させる方法である。
上記する接合方法によれば、第１部材と第２部材との当接面に隣接する領域で軟化もしくは溶融された第１部材の第１樹脂および第２部材の第２樹脂と軟化もしくは溶融させた前記第１部材の第１樹脂に含まれる繊維材とからなる接合形成部を前記当接面に対して傾斜する方向、特に前記当接面に直交する方向へ撹拌して硬化させることにより、前記接合形成部に含まれる第１部材の繊維材を第１部材と第２部材との当接面に対して傾斜する方向、特にその当接面に直交する方向へ配向させて硬化させることができるため、第１部材と第２部材との接合強度を格段に高めることができる。
ここで、第１部材および第２部材を構成する第１樹脂および第２樹脂は熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれであってもよく、熱硬化性樹脂としては、たとえば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂、メラミン樹脂などを挙げることができ、熱可塑性樹脂としては、たとえば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、メタクリル樹脂、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエステル、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、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）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリフッ化ビニリデン、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリアミドイミド、熱可塑性エポキシ樹脂などのいずれか一種もしくは二種以上の混合材を挙げることができる。また、前記熱可塑性樹脂を主成分とする共重合体やグラフト樹脂やブレンド樹脂、たとえばエチレン−塩化ビニル共重合体、酢酸ビニル−エチレン共重合体、酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体、ウレタン−塩化ビニル共重合体、アクリル酸変性ポリプロピレン、マレイン酸変性ポリエチレンなどを導入することもできる。
また、第１部材を構成する繊維材としては、たとえば、ボロンやアルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニアなどのセラミック繊維や、ガラス繊維や炭素繊維といった無機繊維、銅や鋼、アルミニウム、ステンレス等の金属繊維、ポリアミドやポリエステル、セルロースなどの有機繊維のいずれか一種もしくは二種以上の混合材を挙げることができる。
また、上記する接合方法の好ましい実施の形態は、前記接合形成部に撹拌部材を挿入し、挿入された該撹拌部材を前記当接面に直交する方向へ移動させて前記接合形成部を前記当接面に直交する方向へ撹拌する方法である。
上記する接合方法によれば、接合形成部に挿入された撹拌部材を当接面に直交する方向へ移動させて前記接合形成部を当接面に直交する方向へ撹拌することにより、前記接合形成部に含まれる第１部材の繊維材を第１部材と第２部材との当接面に直交する方向へ容易に且つ確実に配向させることができる。
また、上記する接合方法の好ましい実施の形態は、前記撹拌部材を前記第１部材の前記当接面と対向する対向面もしくは前記第２部材の前記当接面と対向する対向面に接触させ、該撹拌部材により前記第１部材の対向面もしくは前記第２部材の対向面から前記第１部材の第１樹脂および前記第２部材の第２樹脂を軟化もしくは溶融させて該撹拌部材を前記接合形成部に挿入する方法である。
上記する接合方法によれば、第１部材の当接面と対向する対向面もしくは第２部材の当接面と対向する対向面に接触させた撹拌部材により第１部材の対向面もしくは第２部材の対向面から第１部材の第１樹脂および第２部材の第２樹脂を軟化もしくは溶融させて該撹拌部材を接合形成部に挿入することにより、接合形成部を撹拌する撹拌部材を用いて第１部材の第１樹脂および第２部材の第２樹脂を軟化もしくは溶融できるとともに、前記撹拌部材を比較的簡便に接合形成部に挿入することができる。
また、上記する接合方法の好ましい実施の形態は、前記第１部材の第１樹脂および前記第２部材の第２樹脂を軟化もしくは溶融させる際、前記撹拌部材を前記当接面に直交する方向に平行な回転軸周りで回転させる方法であり、前記撹拌部材を前記第１部材の対向面もしくは前記第２部材の対向面から前記第１部材と前記第２部材の内部へ移動させながら、前記第１部材の第１樹脂および前記第２部材の第２樹脂を軟化もしくは溶融させて該撹拌部材を前記接合形成部に挿入する方法である。
上記する接合方法によれば、当接面に直交する方向に平行な回転軸周りで回転する撹拌部材を第１部材の対向面もしくは第２部材の対向面から第１部材と第２部材の内部へ移動させながら、第１部材の第１樹脂および第２部材の第２樹脂を軟化もしくは溶融させて該撹拌部材を接合形成部に挿入することにより、撹拌部材と第１部材もしくは第２部材との摩擦によって撹拌部材の先端部で発生する熱に起因して、接合形成部の大きさを撹拌部材の先端部近傍で相対的に大きくでき、当該接合形成部を硬化させた際にそのアンカー効果によって第１部材と第２部材との接合強度をより高めることができる。
以上の説明から理解できるように、本発明の接合方法によれば、少なくとも一方が樹脂内に繊維材が混合されてなる繊維強化樹脂からなる樹脂部材同士を接合するに当たり、第１部材と第２部材との当接面に隣接する領域で軟化もしくは溶融された第１部材の第１樹脂および第２部材の第２樹脂とその第１部材の第１樹脂に含まれる繊維材とからなる接合形成部を前記当接面に対して傾斜する方向、特にその当接面に直交する方向へ撹拌して硬化させることで、前記接合形成部に含まれる第１部材の繊維材を所望の方向に配向させることができる。
以下、図面を参照して本発明の接合方法の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の接合方法の実施の形態を説明した縦断面図であり、図１（ａ）はその配置工程を説明した図であり、図１（ｂ）はその押込工程を説明した図であり、図１（ｃ）はその引抜工程を説明した図であり、図１（ｄ）はその取外し工程を説明した図である。
＜本発明の接合方法の実施の形態で用いる摩擦撹拌接合装置＞
本発明の実施の形態に係る接合方法は、摩擦攪拌接合装置の代表的な一例としての複動式摩擦攪拌接合装置を用いて実施される。そのため、まず、本実施の形態に係る接合方法で用いられる複動式摩擦攪拌接合（ＦＳＷ：Friction Stir Welding）装置の代表的な一例について、図１（ａ）を参照して概説する。
本発明の実施の形態に係る接合方法は、摩擦攪拌接合装置の代表的な一例としての複動式摩擦攪拌接合装置を用いて実施される。そのため、まず、本実施の形態に係る接合方法で用いられる複動式摩擦攪拌接合（ＦＳＷ：Friction Stir Welding）装置の代表的な一例について、図１（ａ）を参照して概説する。
図１（ａ）に示すように、本実施の形態に係る接合方法で用いられるＦＳＷ装置５０は、主に、回転工具部（撹拌部材）５１、クランプ部材５４、裏当て部材５５、図１（ａ）には示されていないが、これらを支持する支持部材、回転工具部５１を駆動する駆動機構等を備えている。クランプ部材５４は、スプリング５３を介して不図示の支持部材に固定されている。
回転工具部（撹拌部材）５１は、ピン部材１１およびショルダ部材１２から構成されている。ピン部材１１は、略円柱形状を呈し、不図示の駆動機構により軸線（回転軸）Ｘｒ周りに回転するとともに、破線矢印Ｐ１方向すなわち軸線Ｘｒ方向（図１（ａ）中では上下方向）に沿ってショルダ部材１２に対して相対的に移動自在に構成されている。ショルダ部材１２は、中空を有する略円筒形状を呈し、その中空内にピン部材１１が内挿され、ピン部材１１の外側において当該ピン部材１１を囲むように不図示の支持部材により支持されている。このショルダ部材１２は、不図示の駆動機構によりピン部材１１と同一の軸線Ｘｒ周りに回転するとともに、破線矢印Ｐ２方向すなわち軸線Ｘｒ方向に沿って、ピン部材１１に対して相対的に（ピン部材１１と同一方向に或いはピン部材１１と反対方向に）移動自在に構成されている。したがって、回転工具部５１を構成するピン部材１１およびショルダ部材１２は、いずれも軸線Ｘｒ周りに一体的に回転するとともに、軸線Ｘｒ方向に沿って相対的に（同一方向に或いは反対方向に）移動自在に構成されている。
クランプ部材５４は、回転工具部５１のショルダ部材１２の外側に設けられ、ショルダ部材１２と同様に、中空を有する略円筒形状を呈し、その中空内にショルダ部材１２が内挿されている。したがって、ピン部材１１の外周に略円筒形状のショルダ部材１２が位置し、そのショルダ部材１２の外周に略円筒形状のクランプ部材５４が位置している。言い換えれば、クランプ部材５４、ショルダ部材１２およびピン部材１１が、それぞれ同軸上の入れ子構造となっている。このクランプ部材５４は、加工材（繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２）を一方面（図１（ａ）中では樹脂部材２の上面）から押圧するように、スプリング５３を介して不図示の支持部材に支持されている。したがって、クランプ部材５４は、加工材側に付勢された状態で、破線矢印Ｐ３方向すなわち軸線Ｘｒ方向に移動自在に構成されている。
上記構成の回転工具部５１を構成するピン部材１１およびショルダ部材１２、並びにクランプ部材５４は、それぞれ当接面１１ａおよび当接面１２ａ、並びに当接面５４ａを備え、これらの当接面１１ａ、１２ａ、５４ａが、不図示の駆動機構により軸線Ｘｒ方向に移動して加工材の一方面に当接するようになっている。
また、裏当て部材５５は、クランプ部材５４や回転工具部５１に対向する位置に設けられ、加工材の他方面（図１（ａ）中では繊維強化樹脂部材１の下面）に当接するようになっている。
なお、本実施の形態における回転工具部５１の具体的な構成は、前述した構成に限定されず、ＦＳＷの分野で公知の構成を適宜に用いることができる。また、ＦＳＷ装置５０の構成上で、裏当て部材５５は省略してもよい。また、摩擦攪拌接合装置としては、上記構成のＦＳＷ装置５０に限定されず、ピン部材１１のみを備える単動式の摩擦攪拌接合装置であってもよい。また、この摩擦攪拌接合装置は、ピン部材１１の外側にクランプ部材５４を備える構成であってもよいし、前述したＦＳＷ装置５０では説明していない他の部材等を備えていてもよい。
＜摩擦撹拌接合装置を用いた接合方法＞
次に、本実施の形態に係るＦＳＷ装置５０を用いた接合方法について、図１を参照して概説する。なお、以下では、主に、樹脂（マトリックス樹脂）内に繊維材が混合されてなる繊維強化樹脂からなる繊維強化樹脂部材１と繊維材を含まない樹脂のみからなる樹脂部材２とを接合する方法について説明するが、接合対象となる部材の双方に強化用の繊維材が含有されていてもよいことは勿論である。また、以下では、繊維強化樹脂部材１上に樹脂部材２を載置し、樹脂部材２の上面にＦＳＷ装置５０の回転工具部５１を接触させて当該樹脂部材２側から回転工具部５１を挿入する方法について説明するが、繊維強化樹脂部材１側からＦＳＷ装置５０の回転工具部５１を挿入させてもよいことは勿論である。さらに、以下では、２枚の樹脂部材（繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２）同士を接合する形態について説明するが、少なくとも繊維強化樹脂からなる繊維強化樹脂部材が含まれていれば、３枚以上の樹脂部材同士を重ね合わせて接合してもよいことは勿論である。
次に、本実施の形態に係るＦＳＷ装置５０を用いた接合方法について、図１を参照して概説する。なお、以下では、主に、樹脂（マトリックス樹脂）内に繊維材が混合されてなる繊維強化樹脂からなる繊維強化樹脂部材１と繊維材を含まない樹脂のみからなる樹脂部材２とを接合する方法について説明するが、接合対象となる部材の双方に強化用の繊維材が含有されていてもよいことは勿論である。また、以下では、繊維強化樹脂部材１上に樹脂部材２を載置し、樹脂部材２の上面にＦＳＷ装置５０の回転工具部５１を接触させて当該樹脂部材２側から回転工具部５１を挿入する方法について説明するが、繊維強化樹脂部材１側からＦＳＷ装置５０の回転工具部５１を挿入させてもよいことは勿論である。さらに、以下では、２枚の樹脂部材（繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２）同士を接合する形態について説明するが、少なくとも繊維強化樹脂からなる繊維強化樹脂部材が含まれていれば、３枚以上の樹脂部材同士を重ね合わせて接合してもよいことは勿論である。
本実施の形態に係る接合方法は、図１で示すように、主に、配置工程と、押込工程と、引抜工程と、取外し工程とを含んでいる。
まず、配置工程では、図１（ａ）で示すように、略平板状の繊維強化樹脂部材（第１部材）１上に略平板状の樹脂部材（第２部材）２を載置（当接して配置）し、樹脂部材２の上面（対向面）２ａがピン部材１１およびショルダ部材１２、並びにクランプ部材５４の当接面１１ａ、１２ａ、５４ａと当接するように、繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２をＦＳＷ装置５０にセットする。ここで、裏当て部材５５は不図示の支持部材により支持されており、繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２はクランプ部材５４と裏当て部材５５とによって挟持されることとなる。
ここで、繊維強化樹脂部材１を構成する樹脂（マトリックス樹脂）は熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれであってもよく、熱硬化性樹脂としては、たとえば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂、メラミン樹脂などを挙げることができ、熱可塑性樹脂としては、たとえば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、メタクリル樹脂、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエステル、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、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）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリフッ化ビニリデン、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリアミドイミド、熱可塑性エポキシ樹脂などのいずれか一種もしくは二種以上の混合材を挙げることができる。また、前記熱可塑性樹脂を主成分とする共重合体やグラフト樹脂やブレンド樹脂、たとえばエチレン−塩化ビニル共重合体、酢酸ビニル−エチレン共重合体、酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体、ウレタン−塩化ビニル共重合体、アクリル酸変性ポリプロピレン、マレイン酸変性ポリエチレンなどを導入することもできる。
また、繊維強化樹脂部材１を構成する繊維材としては、たとえば、ボロンやアルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニアなどのセラミック繊維や、ガラス繊維や炭素繊維といった無機繊維、銅や鋼、アルミニウム、ステンレス等の金属繊維、ポリアミドやポリエステル、セルロースなどの有機繊維のいずれか一種もしくは二種以上の混合材を挙げることができる。
また、樹脂部材２を構成する樹脂としては、上記した繊維強化樹脂部材１を構成する樹脂と同様の樹脂を適用し得るが、繊維強化樹脂部材１との密着性の観点から、線膨張係数やヤング率等の物性が繊維強化樹脂部材１を構成する樹脂と同等である樹脂を適用することが好ましい。
次に、押込工程では、図１（ｂ）で示すように、ピン部材１１およびショルダ部材１２を軸線Ｘｒ周りに一体的に回転させながら、ショルダ部材１２を軸線Ｘｒ方向に沿って所定量だけ下方へ（たとえば繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２との当接面近傍まで若しくはその当接面よりも下方まで）移動させつつピン部材１１を軸線Ｘｒ方向に沿って上方へ移動させ、ピン部材１１およびショルダ部材１２の当接面１１ａ、１２ａと樹脂部材２の表面等との間で生じる摩擦熱を利用して、樹脂部材２の上面（対向面）２ａ側から繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２との当接面（繊維強化樹脂部材１の上面１ａと樹脂部材２の下面２ｂ）に隣接する繊維強化樹脂部材１の樹脂および樹脂部材２の樹脂を軟化もしくは溶融させる。
このように、回転工具部５１のピン部材１１およびショルダ部材１２を軸線Ｘｒ周りに一体的に回転させながら、ショルダ部材１２を軸線Ｘｒ方向に沿って下方へ移動させつつピン部材１１を軸線Ｘｒ方向に沿って上方へ移動させることにより、回転工具部５１（特にそのショルダ部材１２）の周りに、軟化もしくは溶融された繊維強化樹脂部材１の樹脂および樹脂部材２の樹脂と軟化もしくは溶融された繊維強化樹脂部材１の樹脂に含まれる繊維材とからなる接合形成部（繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２とを接合する接合部となり得る部分）３が形成されるともに、当該接合形成部３が上下方向（繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２との当接面に直交する方向）で撹拌される。これにより、図２で示すように、接合形成部３に含まれる繊維強化樹脂部材１の樹脂および樹脂部材２の樹脂等が接合形成部３内で矢印Ｘ方向へ流動し、接合形成部３に含まれる繊維強化樹脂部材１の繊維材が上下方向に配向されることとなる。
また、ショルダ部材１２を軸線Ｘｒ周りに回転させながら軸線Ｘｒ方向に沿って下方へ移動させて接合形成部３に挿入することにより、ショルダ部材１２と樹脂部材２等との摩擦によってショルダ部材１２の先端部（下端部）が他の部分よりもより加熱されるため、そのショルダ部材１２の先端部で発生する熱に起因して、図示するように、接合形成部３の大きさ（たとえば接合形成部３の横断面積）がショルダ部材１２の先端部近傍（すなわち、接合形成部３の下方部分）で相対的に大きくなる。
なお、接合形成部３の下方部分の大きさをより大きくするために、ショルダ部材１２を軸線Ｘｒ方向に沿って移動させた際、その下端位置で当該ショルダ部材１２を所定時間だけ維持してもよい。
次に、引抜工程では、図１（ｃ）で示すように、ピン部材１１およびショルダ部材１２の回転を停止し、ショルダ部材１２を軸線Ｘｒ方向に沿って所定量だけ上方へ移動させつつピン部材１１を軸線Ｘｒ方向に沿って下方へ移動させ、ピン部材１１の当接面１１ａとショルダ部材１２の当接面１２ａの高さが略同一となるようにする。すなわち、ピン部材１１およびショルダ部材１２を、図１（ａ）で示す元の位置に移動させる。
このように、ショルダ部材１２を軸線Ｘｒ方向に沿って上方へ移動させつつピン部材１１を軸線Ｘｒ方向に沿って下方へ移動させることにより、当該接合形成部３が上下方向で更に撹拌され、図３で示すように、接合形成部３に含まれる繊維強化樹脂部材１の樹脂および樹脂部材２の樹脂等が接合形成部３内で矢印Ｙ方向へ流動し、接合形成部３内に含まれる繊維強化樹脂部材１の繊維材がより均一に上下方向へ配向されることとなる。
そして、取外し工程では、図１（ｄ）で示すように、接合形成部３に含まれる繊維強化樹脂部材１の樹脂および樹脂部材２の樹脂を硬化させた後、繊維強化樹脂部材１および樹脂部材２からＦＳＷ装置５０を取り外す。これにより、接合形成部３が硬化してなる接合部４（繊維強化樹脂部材１を構成する樹脂および繊維材と樹脂部材２を構成する樹脂が混合してなる部分）を介して、繊維強化樹脂部材１および樹脂部材２が一体に接合されることとなる。
このように、本実施の形態の接合方法によれば、樹脂内に繊維材が所定の配向で分散して混合されてなる繊維強化樹脂からなる繊維強化樹脂部材１と樹脂のみからなる樹脂部材２とを接合するに当たり、繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２とを当接して配置し、繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２との当接面に隣接する繊維強化樹脂部材１の樹脂および樹脂部材２の樹脂を軟化もしくは溶融させ、軟化もしくは溶融された繊維強化樹脂部材１の樹脂等からなる接合形成部３を当接面に直交する方向へ撹拌して硬化させることで、接合形成部３に含まれる繊維材を当接面に直交する方向に配向させることができるため、繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２との接合強度、具体的には繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２の当接面（界面）に平行な剪断方向の強度や繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２の当接面に直交する引張方向の強度を効果的に高めることができる。
また、本実施の形態の接合方法によれば、ＦＳＷ装置５０のクランプ部材５４で繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２を押圧した状態で、当該クランプ部材５４の内部で回転工具部５１を上下方向に摺動させ、その回転工具部５１の下方の閉空間で接合形成部３および接合部４を形成できるため、当該接合部４におけるバリの発生を確実に抑止することができる（たとえば、図３参照）。
さらに、本実施の形態の接合方法によれば、接合形成部３、すなわち繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２とを接合する接合部４の下方部分の大きさを相対的に大きくできるため、そのアンカー効果によって繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２の接合強度をより高めることができる。
なお、上記した実施の形態では、まず、ショルダ部材１２を軸線Ｘｒ方向に沿って下方へ移動させつつピン部材１１を軸線Ｘｒ方向に沿って上方へ移動させ、次いで、ショルダ部材１２を軸線Ｘｒ方向に沿って上方へ移動させつつピン部材１１を軸線Ｘｒ方向に沿って下方へ移動させたが、接合形成部３を上下方向（繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２との当接面に直交する方向）で撹拌でき、接合形成部３に含まれる繊維強化樹脂部材１の樹脂および樹脂部材２の樹脂等を接合形成部３内で流動できれば、回転工具部５１のピン部材１１およびショルダ部材１２の移動形態は適宜に変更することができる。
また、上記した実施の形態では、繊維強化樹脂部材１と樹脂部材２とを接合するために摩擦攪拌接合装置を使用したが、繊維強化樹脂部材１の樹脂および樹脂部材２の樹脂を軟化もしくは溶融させ、軟化もしくは溶融させた繊維強化樹脂部材１の樹脂等とからなる接合形成部３を当接面に直交する方向へ撹拌できれば、如何なる装置を使用してもよい。たとえば、摩擦熱に代えて、超音波振動による発熱や予め加熱された熱板等を利用して繊維強化樹脂部材１の樹脂および樹脂部材２の樹脂を軟化もしくは溶融させてもよい。また、回転工具部５１に代えて、接合形成部３の内部に適宜の方法で挿入された撹拌装置を介して接合形成部３を撹拌してもよい。
また、上記した実施の形態では、軟化もしくは溶融させた繊維強化樹脂部材１の樹脂等とからなる接合形成部３を当接面に対して直交する方向へ撹拌したが、少なくともその接合形成部３を当接面に対して傾斜する方向へ撹拌できれば、上記した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、上記した実施の形態では、略平板状の繊維強化樹脂部材１と略平板状の樹脂部材２とを接合する方法について説明したが、接合対象となる各部材の形状は適宜に設定できることは勿論である。
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
１…繊維強化樹脂部材（第１部材）、１ａ…繊維強化樹脂部材の上面（当接面）、２…樹脂部材（第２部材）、２ａ…樹脂部材の上面（対向面）、２ｂ…樹脂部材の下面（当接面）、３…接合形成部、４…接合部、１１…ピン部材、１２…ショルダ部材、５０…複動式摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）装置、５１…回転工具部（撹拌部材）、５３…スプリング、５４…クランプ部材、５５…裏当て部材
Claims (7)
- 第１樹脂内に繊維材が混合されてなる第１部材と少なくとも第２樹脂を含む第２部材とを接合する接合方法であって、
前記第１部材と前記第２部材を当接させ、前記第１部材と前記第２部材との当接面に隣接する前記第１部材の第１樹脂および前記第２部材の第２樹脂を軟化もしくは溶融させ、軟化もしくは溶融させた前記第１部材の第１樹脂および前記第２部材の第２樹脂と軟化もしくは溶融させた前記第１部材の第１樹脂に含まれる繊維材とからなる接合形成部を前記当接面に対して傾斜する方向へ撹拌して硬化させる、接合方法。 - 前記接合形成部を前記当接面に直交する方向へ撹拌して硬化させる、請求項１に記載の接合方法。
- 前記接合形成部に撹拌部材を挿入し、挿入された該撹拌部材を前記当接面に直交する方向へ移動させて前記接合形成部を前記当接面に直交する方向へ撹拌する、請求項２に記載の接合方法。
- 前記撹拌部材を前記第１部材の前記当接面と対向する対向面もしくは前記第２部材の前記当接面と対向する対向面に接触させ、該撹拌部材により前記第１部材の対向面もしくは前記第２部材の対向面から前記第１部材の第１樹脂および前記第２部材の第２樹脂を軟化もしくは溶融させて該撹拌部材を前記接合形成部に挿入する、請求項３に記載の接合方法。
- 前記第１部材の第１樹脂および前記第２部材の第２樹脂を軟化もしくは溶融させる際、前記撹拌部材を前記当接面に直交する方向に平行な回転軸周りで回転させる、請求項４に記載の接合方法。
- 前記撹拌部材を前記第１部材の対向面もしくは前記第２部材の対向面から前記第１部材と前記第２部材の内部へ移動させながら、前記第１部材の第１樹脂および前記第２部材の第２樹脂を軟化もしくは溶融させて該撹拌部材を前記接合形成部に挿入する、請求項５に記載の接合方法。
- 前記第２部材が繊維材を更に含んでいる、請求項１から６のいずれか一項に記載の接合方法。
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