JP2019171460A - Dissimilar material joining method - Google Patents

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Abstract

To provide a dissimilar material joining method by which a peel strength can be improved, and a joined metallic component and a joined resin component can be easily joined.SOLUTION: A dissimilar material joining method comprises: a process in which a joined resin component having a first face, a second face and an open hole is prepared, and a joined metallic component and a metallic component for joining are prepared; a process in which the joined metallic component, the joined resin component and the metallic component for joining are overlapped so that the open hole of the joined resin component is covered with the joined metallic component from the first face side, and is covered with the metallic component for joining from the second face side; and a process in which the metallic component for joining is pushed into the open hole by a rotating joining tool, and is friction stir-joined to the joined metallic component.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、被接合金属部材と被接合樹脂部材とを接合する異材接合方法に関する。   The present invention relates to a dissimilar material joining method for joining a metal member to be joined and a resin member to be joined.

従来より、2つの被接合部材を接合する方法として種々の方法が知られている。   Conventionally, various methods are known as methods for joining two members to be joined.

例えば、2つの被接合部材を接合する方法として、リベットを用いた方法が知られている。例えば、特許文献1では、リベットが座金を介して2つの積層板材(CFRP)を接合している。座金は、リベットを打ち込む際の衝突力を受け止めて、積層板材の層間剥離を抑制するために用いられている。また、2つの被接合部材を接合する方法としては、リベット以外にも、ボルト等を用いる方法も挙げられる。   For example, a method using rivets is known as a method for joining two members to be joined. For example, in Patent Document 1, a rivet joins two laminated plate materials (CFRP) via a washer. The washer is used to receive a collision force when driving a rivet and to suppress delamination of the laminated sheet material. Moreover, as a method of joining two to-be-joined members, the method of using a volt | bolt etc. other than a rivet is also mentioned.

しかしながら、リベットやボルトを用いる方法では、被接合部材同士の接合部における重量が増大し得る。とりわけ、2つの被接合部材のうちの少なくとも一方が、軽量化を目的として樹脂材料で形成されている場合には、リベットやボルトを用いることは、軽量化の目的に反してしまうという問題が生じる。   However, in the method using rivets and bolts, the weight at the joint between the members to be joined can increase. In particular, when at least one of the two members to be joined is formed of a resin material for the purpose of reducing the weight, there is a problem that using rivets or bolts is contrary to the purpose of reducing the weight. .

そこで、2つの被接合部材を接合する方法として、摩擦撹拌接合を用いる方法が知られている(例えば、特許文献2〜5参照)。摩擦撹拌接合は、上述したリベットやボルトを用いないため、接合部の重量が増大することを防止できる。   Therefore, a method using friction stir welding is known as a method for joining two members to be joined (see, for example, Patent Documents 2 to 5). Since the friction stir welding does not use the rivet or bolt described above, it is possible to prevent the weight of the joint from increasing.

摩擦撹拌接合は、摩擦熱を利用して2つの被接合部材を接合する方法である。特許文献2、3では、被接合金属部材と被接合樹脂部材とを重ね合わせて、回転する接合ツールを被接合金属部材に押し当てる。すると、接合ツールと被接合金属部材との間の摩擦によって摩擦熱が発生し、この摩擦熱が被接合金属部材と被接合樹脂部材との界面を通じて被接合樹脂部材に伝達され、被接合樹脂部材が融点以上に加熱されて局部的に溶融する。その後、接合ツールを被接合金属部材から離して冷却させると、被接合樹脂部材の溶融部分が硬化し、被接合金属部材との界面に溶着される。このことにより、被接合金属部材が被接合樹脂部材に接合される。   Friction stir welding is a method of joining two members to be joined using frictional heat. In Patent Documents 2 and 3, the metal member to be bonded and the resin member to be bonded are overlapped, and a rotating bonding tool is pressed against the metal member to be bonded. Then, frictional heat is generated by friction between the welding tool and the metal member to be bonded, and this frictional heat is transmitted to the resin member to be bonded through the interface between the metal member to be bonded and the resin member to be bonded. Is heated above its melting point and melts locally. Thereafter, when the welding tool is separated from the bonded metal member and cooled, the molten portion of the bonded resin member is cured and welded to the interface with the bonded metal member. As a result, the metal member to be bonded is bonded to the resin member to be bonded.

また、被接合金属部材と被接合樹脂部材とを接合する他の方法として、接着剤を用いて被接合金属部材と被接合樹脂部材とを接着する方法もある。一般に機械構造用に使用される高強度接着剤の多くは、せん断強度が高い一方で剥離強度が低いことが知られている。このため、接着剤を用いて被接合金属部材と被接合樹脂部材とを接着させた場合や、特許文献2、3に示すような方法で被接合金属部材の金属材料を被接合樹脂部材に溶着させた場合、被接合金属部材と被接合樹脂部材の接合部におけるせん断強度は確保することができるが、剥離強度を確保することは困難である。   As another method for joining the metal member to be joined and the resin member to be joined, there is also a method of bonding the metal member to be joined and the resin member to be joined using an adhesive. It is known that many high-strength adhesives generally used for mechanical structures have high shear strength but low peel strength. For this reason, when the metal member to be bonded and the resin member to be bonded are bonded using an adhesive, the metal material of the metal member to be bonded is welded to the resin member to be bonded by the methods shown in Patent Documents 2 and 3. In this case, the shear strength at the bonded portion between the metal member to be bonded and the resin member to be bonded can be secured, but it is difficult to ensure the peel strength.

更に、被接合金属部材と被接合樹脂部材とを接合する他の方法として、レーザリベット接合法が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。これは、被接合金属部材と金属座金との間に、貫通孔が形成された被接合樹脂部材を挟み込み、貫通孔を介して被接合金属部材と金属座金とをレーザ光で溶接することにより、被接合金属部材と被接合樹脂部材とを接合する方法である。被接合金属部材と金属座金とをレーザ光で溶接させるためには、被接合金属部材と金属座金とのギャップが設けられていないか、またはギャップは小さい方が好ましい。このため、被接合金属部材と金属座金は、貫通孔内に入り込むような形状にそれぞれ形成されている。   Furthermore, a laser rivet bonding method has been proposed as another method for bonding a metal member to be bonded and a resin member to be bonded (for example, see Non-Patent Document 1). This is by sandwiching a bonded resin member in which a through hole is formed between the bonded metal member and the metal washer, and welding the bonded metal member and the metal washer with a laser beam through the through hole. In this method, the metal member to be bonded and the resin member to be bonded are bonded. In order to weld the metal member to be joined and the metal washer with laser light, it is preferable that the gap between the metal member to be joined and the metal washer is not provided or that the gap is small. For this reason, the to-be-joined metal member and the metal washer are each formed in a shape that enters the through hole.

特許第5838537号公報Japanese Patent No. 5838537 特開2015−131443号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-131443 特許第5817140号公報Japanese Patent No. 5817140 特許第3429475号公報Japanese Patent No. 3429475 特許第5854451号公報Japanese Patent No. 5854451

Development of High Power Direct Diode Laser Equipped Remote Laser Welding Robot System “LAPRISS” and Welding Process、川本 溶接学会誌 第85巻 (2016) 第8号 PP.7-9Development of High Power Direct Diode Laser Equipped Remote Laser Welding Robot System “LAPRISS” and Welding Process, Kawamoto Welding Society Journal Vol.85 (2016) No.8 PP.7-9

しかしながら、非特許文献1に示す方法では、上述した形状への被接合金属部材と金属座金の加工には高い精度が要求される。一方、被接合金属部材と金属座金との間にある程度のギャップが形成されると、被接合金属部材と金属座金との溶接が不十分になり、十分な強度が得られなくなるおそれがある。このため、ギャップの管理にコストと労力を費やされ、被接合金属部材と被接合樹脂部材とを接合することが困難になると考えられる。   However, in the method shown in Non-Patent Document 1, high accuracy is required for processing the metal member to be bonded and the metal washer to the above-described shape. On the other hand, if a certain amount of gap is formed between the metal member to be bonded and the metal washer, welding between the metal member to be bonded and the metal washer becomes insufficient, and sufficient strength may not be obtained. For this reason, it is considered that cost and labor are spent on managing the gap, and it becomes difficult to join the metal member to be joined and the resin member to be joined.

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、剥離強度を向上させることができるとともに、被接合金属部材と被接合樹脂部材とを容易に接合することができる異材接合方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such points, and provides a dissimilar material joining method that can improve peel strength and can easily join a metal member to be joined and a resin member to be joined. The purpose is to do.

本発明は、
被接合金属部材と被接合樹脂部材とを接合用金属部材を用いて接合する異材接合方法であって、
第1面と、前記第1面とは反対側に設けられた第2面と、前記第1面から前記第2面にわたって形成された貫通孔と、を有する前記被接合樹脂部材を準備するとともに、前記被接合金属部材および前記接合用金属部材を準備する工程と、
前記被接合樹脂部材の前記貫通孔が前記第1面の側から前記被接合金属部材で覆われるとともに、前記第2面の側から前記接合用金属部材で覆われるように、前記被接合金属部材、前記被接合樹脂部材および前記接合用金属部材を重ね合わせる工程と、
回転する接合ツールで前記接合用金属部材を前記貫通孔内に押し込み、前記被接合金属部材に摩擦撹拌接合させる工程と、を備えた、異材接合方法、
を提供する。
The present invention
A dissimilar material joining method for joining a joined metal member and a joined resin member using a joining metal member,
While preparing the said to-be-joined resin member which has a 1st surface, the 2nd surface provided in the opposite side to the said 1st surface, and the through-hole formed ranging from the said 1st surface to the said 2nd surface. Preparing the bonded metal member and the bonding metal member;
The to-be-joined metal member so that the through-hole of the to-be-joined resin member is covered with the to-be-joined metal member from the first surface side and is covered with the to-be-joined metal member from the second surface side. A step of superimposing the bonded resin member and the bonding metal member;
A step of pushing the metal member for joining into the through-hole with a rotating joining tool and friction stir joining the metal member to be joined.
I will provide a.

上述した異材接合方法において、
前記接合用金属部材は、前記被接合樹脂部材の側に設けられた平坦状の第1面と、前記第1面とは反対側に設けられた平坦状の第2面と、を有している、
ようにしてもよい。
In the dissimilar material joining method described above,
The bonding metal member has a flat first surface provided on the bonded resin member side, and a flat second surface provided on the side opposite to the first surface. Yes,
You may do it.

上述した異材接合方法において、
前記被接合金属部材は、前記被接合樹脂部材とは反対側に設けられた平坦状の第1面と、前記被接合樹脂部材の側に設けられた平坦状の第2面と、を有している、
ようにしてもよい。
In the dissimilar material joining method described above,
The bonded metal member has a flat first surface provided on the side opposite to the bonded resin member, and a flat second surface provided on the bonded resin member side. ing,
You may do it.

上述した異材接合方法において、
前記被接合金属部材が、鋼、銅、銅合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金またはチタン合金で形成されている、
ようにしてもよい。
In the dissimilar material joining method described above,
The bonded metal member is formed of steel, copper, copper alloy, aluminum alloy, magnesium alloy or titanium alloy,
You may do it.

上述した異材接合方法において、
前記被接合樹脂部材が、繊維強化プラスチック材料で形成されている、
ようにしてもよい。
In the dissimilar material joining method described above,
The bonded resin member is formed of a fiber reinforced plastic material,
You may do it.

上述した異材接合方法において、
前記被接合樹脂部材が、熱硬化性樹脂で形成されている、
ようにしてもよい。
In the dissimilar material joining method described above,
The bonded resin member is formed of a thermosetting resin.
You may do it.

上述した異材接合方法において、
前記被接合樹脂部材が、熱可塑性樹脂で形成されている、
ようにしてもよい。
In the dissimilar material joining method described above,
The bonded resin member is formed of a thermoplastic resin.
You may do it.

上述した異材接合方法において、
前記被接合金属部材、前記被接合樹脂部材および前記接合用金属部材を重ね合わせる工程において、前記被接合金属部材と前記被接合樹脂部材との間、および前記被接合樹脂部材と前記接合用金属部材との間の少なくとも一方に、絶縁性部材がそれぞれ介在されている、
ようにしてもよい。
In the dissimilar material joining method described above,
In the step of superimposing the metal member to be bonded, the resin member to be bonded, and the metal member for bonding, between the metal member to be bonded and the resin member to be bonded, and the resin member to be bonded and the metal member for bonding. Insulating members are interposed in at least one of
You may do it.

上述した異材接合方法において、
前記絶縁性部材は、接着剤、シール材または樹脂シートである、
ようにしてもよい。
In the dissimilar material joining method described above,
The insulating member is an adhesive, a sealing material, or a resin sheet.
You may do it.

上述した異材接合方法において、
前記被接合樹脂部材の前記貫通孔の平面形状は、円形である、
ようにしてもよい。
In the dissimilar material joining method described above,
The planar shape of the through hole of the bonded resin member is a circle.
You may do it.

上述した異材接合方法において、
前記被接合金属部材は、前記被接合樹脂部材とは反対側に設けられた第1面と、前記被接合樹脂部材の側に設けられた第2面と、を有し、
前記接合ツールは、ツール本体と、ツール本体の先端から突出する球状のプローブと、を有しており、
前記プローブのツール半径をr、前記被接合金属部材の厚さをt、前記被接合樹脂部材の厚さをt、前記接合用金属部材の厚さをt、摩擦撹拌接合時における前記プローブの押込深さをD、前記プローブが前記押込深さDで押し込まれている押込位置に押し込まれた前記プローブの先端と前記被接合金属部材の前記第1面との距離をd、前記ツール本体の径をφ、前記貫通孔の半径をRとしたとき、前記貫通孔の径φは、
を満たしている、
ようにしてもよい。
In the dissimilar material joining method described above,
The bonded metal member has a first surface provided on the opposite side to the bonded resin member, and a second surface provided on the bonded resin member side,
The joining tool has a tool body and a spherical probe protruding from the tip of the tool body,
The tool radius of the probe is r, the thickness of the metal member to be bonded is t 1 , the thickness of the resin member to be bonded is t 2 , the thickness of the metal member for bonding is t 3 , and The probe pressing depth is D, the distance between the tip of the probe pressed into the pressing position where the probe is pressed at the pressing depth D and the first surface of the bonded metal member is d, the tool When the diameter of the main body is φ S and the radius of the through hole is R, the diameter φ M of the through hole is
Meets
You may do it.

上述した異材接合方法において、
前記被接合金属部材は、前記被接合樹脂部材とは反対側に設けられた第1面と、前記被接合樹脂部材の側に設けられた第2面と、を有し、
前記接合ツールは、ツール本体と、ツール本体の先端から突出する円錐台状のプローブと、を有しており、
前記プローブは、平坦状の先端面と、前記ツール本体から前記先端面に向かって縮径する傾斜面と、を含み、
前記プローブのツール半径をr、前記被接合金属部材の厚さをt、前記被接合樹脂部材の厚さをt、前記接合用金属部材の厚さをt、摩擦撹拌接合時における前記プローブの押込深さをD、前記プローブが前記押込深さDで押し込まれている押込位置における前記プローブの先端と前記被接合金属部材の前記第1面との距離をd、前記プローブの前記先端面の半径をr、前記押込位置に押し込まれた前記プローブの前記被接合樹脂部材の前記第2面における半径をr、前記押込位置に押し込まれた前記プローブと前記貫通孔の壁面との前記被接合樹脂部材の前記第2面における距離をr、前記プローブの突出寸法をL、前記貫通孔の半径をR、前記ツール本体の径をφとしたとき、前記貫通孔の径φは、
を満たしている、ようにしてもよい。
In the dissimilar material joining method described above,
The bonded metal member has a first surface provided on the opposite side to the bonded resin member, and a second surface provided on the bonded resin member side,
The joining tool has a tool body and a truncated cone-shaped probe protruding from the tip of the tool body,
The probe includes a flat tip surface, and an inclined surface whose diameter decreases from the tool body toward the tip surface,
The tool radius of the probe is r 1 , the thickness of the metal member to be bonded is t 1 , the thickness of the resin member to be bonded is t 2 , the thickness of the metal member for bonding is t 3 , and at the time of friction stir welding The probe pressing depth is D, the distance between the tip of the probe and the first surface of the metal member to be joined at the pressing position where the probe is pressed at the pressing depth D is d, The radius of the tip surface is r 2 , the radius of the second surface of the bonded resin member of the probe pushed into the pushing position is r 3 , and the probe pushed into the pushing position and the wall surface of the through-hole distance r 4 in the second surface of the object to be bonded resin members, the protruding dimension of the probe L, when the radius of the through hole was R, the diameter of the tool body and phi S, the diameter of the through hole φ M is
May be satisfied.

上述した異材接合方法において、
前記被接合樹脂部材の前記貫通孔の平面形状は、長手方向を有している、
ようにしてもよい。
In the dissimilar material joining method described above,
The planar shape of the through hole of the bonded resin member has a longitudinal direction.
You may do it.

本発明によれば、剥離強度を向上させることができるとともに、被接合金属部材と被接合樹脂部材とを容易に接合することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to improve peeling strength, a to-be-joined metal member and a to-be-joined resin member can be joined easily.

図1は、本実施の形態による異材接合方法により得られた接合構造体を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a bonded structure obtained by the dissimilar material bonding method according to the present embodiment. 図2は、図1の接合構造体の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the joint structure of FIG. 図3は、本発明の実施の形態による異材接合方法を実施するための接合装置一例を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic view showing an example of a joining apparatus for carrying out the dissimilar material joining method according to the embodiment of the present invention. 図4は、図3の接合装置の接合ツールを示す拡大図である。4 is an enlarged view showing a joining tool of the joining apparatus of FIG. 図5(a)は、本実施の形態における異材接合方法において、金属板、樹脂板および金属座金を準備する工程を示す図であり、図5(b)は、金属板、樹脂板および金属座金を重ね合わせる工程を示す図であり、図5(c)は、接合ツールを金属座金に押し付ける前の状態を示す図であり、図5(d)は、接合ツールを押し込んだ状態を示す図であり、図5(e)は、接合ツールを上昇させた状態を示す図である。FIG. 5A is a diagram illustrating a process of preparing a metal plate, a resin plate, and a metal washer in the dissimilar material joining method according to the present embodiment, and FIG. 5B is a diagram illustrating a metal plate, a resin plate, and a metal washer. 5 (c) is a diagram showing a state before the joining tool is pressed against the metal washer, and FIG. 5 (d) is a diagram showing a state in which the joining tool is pushed in. FIG. 5 (e) is a view showing a state where the joining tool is raised. 図6は、図5(b)に示す工程の変形例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a modification of the process shown in FIG. 図7は、図1の接合構造体の変形例を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a modification of the bonded structure of FIG. 図8は、図7の接合構造体の平面図である。FIG. 8 is a plan view of the joint structure of FIG. 図9は、図4の接合ツールの変形例を示す図である。FIG. 9 is a view showing a modification of the joining tool of FIG. 図10(a)は、実施例1としての接合構造の断面を示す写真であり、図10(b)は、図10(a)の断面の一部を拡大して示す写真である。FIG. 10A is a photograph showing a cross section of the joining structure as Example 1, and FIG. 10B is a photograph showing an enlarged part of the cross section of FIG. 図11は、比較例1−1としての接合構造体の断面の一部を拡大して示す写真である。FIG. 11 is a photograph showing an enlarged part of a cross section of the bonded structure as Comparative Example 1-1. 図12(a)は、引張せん断強度試験で使用する試験片を示す平面図であり、図12(b)は、図12(a)の試験片を用いた引張せん断強度試験方法を説明するための図である。FIG. 12A is a plan view showing a test piece used in the tensile shear strength test, and FIG. 12B is a diagram for explaining a tensile shear strength test method using the test piece of FIG. FIG. 図13は、実施例1における引張せん断強度と、比較例1−2における引張せん断強度を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing the tensile shear strength in Example 1 and the tensile shear strength in Comparative Example 1-2. 図14(a)は、十字引張強度の試験方法で使用する試験片を示す平面図であり、図14(b)は、図14(a)の試験片を用いた十字引張強度試験方法を説明するための模式図である。FIG. 14A is a plan view showing a test piece used in the test method for cross tensile strength, and FIG. 14B illustrates a cross tensile strength test method using the test piece shown in FIG. It is a schematic diagram for doing. 図15は、実施例1および比較例1−3における引張せん断強度および十字引張強度を示すグラフである。FIG. 15 is a graph showing the tensile shear strength and the cross tensile strength in Example 1 and Comparative Example 1-3. 図16は、実施例1および比較例1−3における単位接合面積当たりの引張せん断強度および単位接合面積当たりの十字引張強度を示すグラフである。FIG. 16 is a graph showing the tensile shear strength per unit bonding area and the cross tensile strength per unit bonding area in Example 1 and Comparative Example 1-3. 図17は、実施例2−2としての接合構造体の断面の一部を拡大して示す写真である。FIG. 17 is an enlarged photograph showing a part of the cross section of the bonded structure as Example 2-2. 図18は、実施例2における引張せん断強度を示すグラフである。FIG. 18 is a graph showing the tensile shear strength in Example 2. 図19は、実施例3における引張せん断強度を示すグラフである。FIG. 19 is a graph showing the tensile shear strength in Example 3. 図20は、実施例4における引張せん断強度を示すグラフである。FIG. 20 is a graph showing the tensile shear strength in Example 4. 図21は、実施例5における引張せん断強度を示すグラフである。FIG. 21 is a graph showing the tensile shear strength in Example 5. 図22は、実施例6における引張せん断強度を示すグラフである。FIG. 22 is a graph showing the tensile shear strength in Example 6. 図23は、実施例3〜実施例6により得られた引張せん断強度試験結果をまとめた表である。FIG. 23 is a table summarizing the tensile shear strength test results obtained in Examples 3 to 6. 図24は、図23に示す試験結果をプロットしたグラフである。FIG. 24 is a graph plotting the test results shown in FIG. 図25は、図23および図24に示す貫通孔の予測値を求めるための幾何学モデルを示す図である。FIG. 25 is a diagram showing a geometric model for obtaining a predicted value of the through hole shown in FIGS. 23 and 24. 図26は、図9に示す接合ツールについての幾何学モデルを示す図である。FIG. 26 is a diagram showing a geometric model for the joining tool shown in FIG. 9.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1〜図8を参照して、本発明の実施の形態における異材接合方法について説明する。本実施の形態における異材接合方法は、被接合金属部材と被接合樹脂部材とを接合用金属部材を用いて接合するための方法である。ここではまず、本実施の形態による異材接合方法により得られる接合構造体10について図1を用いて説明する。本実施の形態による接合構造体10は、金属板11(被接合金属部材)と樹脂板12(被接合樹脂部材)とを接合した構造体であって、より具体的には、金属板11と金属座金13(接合用金属部材)とを、樹脂板12を挟み込んだ状態で摩擦撹拌接合することにより得られる構造体である。摩擦撹拌接合とは、接合ツールの回転力により生じる摩擦熱によって部材を軟化させて撹拌し、硬化させることで複数の部材を接合することをいう。   With reference to FIGS. 1-8, the dissimilar material joining method in embodiment of this invention is demonstrated. The dissimilar material joining method in the present embodiment is a method for joining a metal member to be joined and a resin member to be joined using a metal member for joining. First, a bonded structure 10 obtained by the dissimilar material bonding method according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The bonded structure 10 according to the present embodiment is a structure in which a metal plate 11 (bonded metal member) and a resin plate 12 (bonded resin member) are bonded, and more specifically, the metal plate 11 and It is a structure obtained by friction stir welding a metal washer 13 (metal member for joining) with a resin plate 12 sandwiched therebetween. Friction stir welding refers to joining a plurality of members by softening, stirring, and curing the members by frictional heat generated by the rotational force of the welding tool.

図1および図2に示すように、接合構造体10は、金属板11と、金属板11上に直接的に重ね合わされた樹脂板12と、樹脂板12上に直接的に重ね合わされた金属座金13と、を備えている。このうち金属板11は、樹脂板12とは反対側に設けられた第1面11aと、第1面11aとは反対側(樹脂板12の側)に設けられた第2面11bと、を有している。第1面11aおよび第2面11bはいずれも平坦状に形成されており、金属板11は、平板状に形成されている。樹脂板12は、金属板11の側に設けられた第1面12aと、第1面12aとは反対側に設けられた第2面12bと、貫通孔14と、を有している。第1面12aおよび第2面12bはいずれも平坦状に形成されており、樹脂板12は、平板状に形成されている。金属座金13は、樹脂板12の側に設けられた第1面13aと、第1面13aとは反対側に設けられた第2面13bと、を有している。第1面13aおよび第2面13bはいずれも平坦状に形成されており、金属座金13は、平板状に形成されている。そして、金属板11の第2面11bに樹脂板12の第1面12aが重ね合わされ、樹脂板12の第2面12bに、金属座金13の第1面13aが重ね合わされている。このようにして、金属板11と樹脂板12と金属座金13は、この順番で積層されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the joining structure 10 includes a metal plate 11, a resin plate 12 directly superimposed on the metal plate 11, and a metal washer directly superimposed on the resin plate 12. 13. Among these, the metal plate 11 includes a first surface 11a provided on the opposite side to the resin plate 12, and a second surface 11b provided on the opposite side (resin plate 12 side) to the first surface 11a. Have. Both the first surface 11a and the second surface 11b are formed in a flat shape, and the metal plate 11 is formed in a flat plate shape. The resin plate 12 has a first surface 12a provided on the metal plate 11 side, a second surface 12b provided on the opposite side of the first surface 12a, and a through hole 14. The first surface 12a and the second surface 12b are both formed in a flat shape, and the resin plate 12 is formed in a flat plate shape. The metal washer 13 has a first surface 13a provided on the resin plate 12 side and a second surface 13b provided on the side opposite to the first surface 13a. Both the first surface 13a and the second surface 13b are formed in a flat shape, and the metal washer 13 is formed in a flat plate shape. The first surface 12 a of the resin plate 12 is overlaid on the second surface 11 b of the metal plate 11, and the first surface 13 a of the metal washer 13 is overlaid on the second surface 12 b of the resin plate 12. Thus, the metal plate 11, the resin plate 12, and the metal washer 13 are laminated in this order.

貫通孔14は、図1に示すように、樹脂板12の第1面12aから第2面12bにわたって形成されており、樹脂板12を貫通している。また、貫通孔14は、図2に示すように、金属板11と樹脂板12とが重なり合う領域よりも小さな形状であって、金属座金13と樹脂板12とが重なり合う領域よりも小さな形状を有している。すなわち、貫通孔14の全体が、樹脂板12の第1面12aの側から金属板11で覆われている。また、貫通孔14の全体が、樹脂板12の第2面12bの側から金属座金13で覆われている。言い換えると、金属座金13は、樹脂板12の貫通孔14の全体を覆うことができる平面形状を有している。貫通孔14の平面形状は、任意であるが、例えば、図2に示すように、円形であってもよい。この場合、金属板11と金属座金13とは、摩擦撹拌点接合される。   As shown in FIG. 1, the through hole 14 is formed from the first surface 12 a to the second surface 12 b of the resin plate 12, and penetrates the resin plate 12. In addition, as shown in FIG. 2, the through hole 14 has a shape smaller than the region where the metal plate 11 and the resin plate 12 overlap, and has a shape smaller than the region where the metal washer 13 and the resin plate 12 overlap. is doing. That is, the entire through hole 14 is covered with the metal plate 11 from the first surface 12 a side of the resin plate 12. Further, the entire through hole 14 is covered with a metal washer 13 from the second surface 12 b side of the resin plate 12. In other words, the metal washer 13 has a planar shape that can cover the entire through hole 14 of the resin plate 12. The planar shape of the through hole 14 is arbitrary, but may be circular as shown in FIG. In this case, the metal plate 11 and the metal washer 13 are friction stir spot joined.

金属座金13の一部は、樹脂板12の貫通孔14に入り込んで、摩擦撹拌接合部15の一部を形成している。摩擦撹拌接合部15は、貫通孔14内に押し込まれた金属座金13の軟化部分と、金属板11の軟化部分とによって構成されている。この摩擦撹拌接合部15は、金属板11と金属座金13とを接合して一体化している。また、金属座金13は、後述する接合ツール42によって樹脂板12の第2面12bに押圧されている。このようにして、樹脂板12は金属板11に接合されている。すなわち、金属板11と樹脂板12との間で作用する摩擦力および樹脂板12と金属座金13との間で作用する摩擦力によって、積層方向および積層方向に直交する方向(図2における左右方向および上下方向)のそれぞれに、金属板11と樹脂板12が相対移動不能になり、互いに固定されている。ここで、金属板11と樹脂板12とが接合するという説明は、金属板11を形成する金属材料と樹脂板12を形成する樹脂材料とが互いに直接的に接合しているか否かに関わるのではなく、金属座金13が金属板11に接合することにより、接合構造体10の強度よりも小さな力が付加された場合であっても、金属板11と樹脂板12とが3次元的に任意の方向に相対移動不能に固定されていることを意味するものとして扱う。なお、図1においては、摩擦撹拌接合部15が、樹脂板12の貫通孔14に嵌合している例が示されているが、これに限られることはない。   A part of the metal washer 13 enters the through hole 14 of the resin plate 12 to form a part of the friction stir welding part 15. The friction stir joint 15 is constituted by a softened portion of the metal washer 13 pushed into the through hole 14 and a softened portion of the metal plate 11. The friction stir welding part 15 joins and integrates the metal plate 11 and the metal washer 13. The metal washer 13 is pressed against the second surface 12b of the resin plate 12 by a joining tool 42 described later. In this way, the resin plate 12 is joined to the metal plate 11. That is, by the friction force acting between the metal plate 11 and the resin plate 12 and the friction force acting between the resin plate 12 and the metal washer 13, the stacking direction and the direction orthogonal to the stacking direction (the horizontal direction in FIG. 2). And the vertical direction), the metal plate 11 and the resin plate 12 are immovable relative to each other and are fixed to each other. Here, the description that the metal plate 11 and the resin plate 12 are joined relates to whether or not the metal material forming the metal plate 11 and the resin material forming the resin plate 12 are directly joined to each other. Instead, even when a force smaller than the strength of the bonded structure 10 is applied by bonding the metal washer 13 to the metal plate 11, the metal plate 11 and the resin plate 12 can be arbitrarily three-dimensionally. It is treated as meaning that it is fixed so that relative movement is impossible in the direction of. In FIG. 1, an example in which the friction stir joint 15 is fitted in the through hole 14 of the resin plate 12 is shown, but the present invention is not limited to this.

図1に示すように、摩擦撹拌接合部15には連続状の凹面16が形成されている。この凹面16は、下方に向かって凸となるように湾曲状に形成されている。すなわち、凹面16は、後述するプローブ44で押圧されたことにより形成される面であり、プローブ44の湾曲面44aに沿うように形成されている。摩擦撹拌接合時、プローブ44が金属板11に入り込むことにより、凹面16の一部は、樹脂板12の第1面12aよりも金属板11の側に入り込むように形成されている。   As shown in FIG. 1, a continuous concave surface 16 is formed in the friction stir welding portion 15. The concave surface 16 is formed in a curved shape so as to be convex downward. That is, the concave surface 16 is a surface formed by being pressed by a probe 44 described later, and is formed along the curved surface 44 a of the probe 44. When the probe 44 enters the metal plate 11 during friction stir welding, a part of the concave surface 16 is formed so as to enter the metal plate 11 side with respect to the first surface 12 a of the resin plate 12.

金属板11に用いる材料は、金属座金13と好適に摩擦撹拌接合することができれば特に限られることはない。例えば、金属板11は、鋼、銅、銅合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金またはチタン合金で形成されていてもよい。金属板11の板厚(接合前の厚さ)は、例えば、0.1mm〜50mm、好ましくは、0.5mm〜5mmである。   The material used for the metal plate 11 is not particularly limited as long as it can be suitably friction stir welded to the metal washer 13. For example, the metal plate 11 may be formed of steel, copper, a copper alloy, an aluminum alloy, a magnesium alloy, or a titanium alloy. The plate thickness (thickness before joining) of the metal plate 11 is, for example, 0.1 mm to 50 mm, preferably 0.5 mm to 5 mm.

樹脂板12に用いる材料は、特に限られることはないが、樹脂板12は、例えば、繊維強化プラスチック材料で形成されていてもよい。繊維強化プラスチック材料は、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)であってもよい。また、繊維強化プラスチック材料は、熱硬化性樹脂を含浸していてもよく、熱可塑性樹脂を含浸していてもよい。また、樹脂板12は、繊維を含まずに、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂で形成されていてもよい。樹脂板12の板厚(接合前の厚さ)は、例えば、0.1mm〜10mm、好ましくは、0.5mm〜5mmである。   The material used for the resin plate 12 is not particularly limited, but the resin plate 12 may be formed of, for example, a fiber reinforced plastic material. The fiber reinforced plastic material may be carbon fiber reinforced plastic (CFRP). Further, the fiber reinforced plastic material may be impregnated with a thermosetting resin or may be impregnated with a thermoplastic resin. Further, the resin plate 12 may be formed of a thermosetting resin or a thermoplastic resin without including fibers. The plate thickness (thickness before joining) of the resin plate 12 is, for example, 0.1 mm to 10 mm, preferably 0.5 mm to 5 mm.

金属座金13に用いる材料は、金属板11と好適に摩擦撹拌接合することができれば特に限られることはない。例えば、金属座金13は、鋼、銅、銅合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金またはチタン合金で形成されていてもよい。金属座金13の板厚(接合前の厚さ)は、例えば、0.1mm〜10mm、好ましくは、0.5mm〜3mmである。   The material used for the metal washer 13 is not particularly limited as long as it can be suitably friction stir welded to the metal plate 11. For example, the metal washer 13 may be formed of steel, copper, a copper alloy, an aluminum alloy, a magnesium alloy, or a titanium alloy. The plate thickness (thickness before joining) of the metal washer 13 is, for example, 0.1 mm to 10 mm, preferably 0.5 mm to 3 mm.

次に、このような接合構造体10を形成するための接合装置30の一例について、図3を用いて説明する。   Next, an example of the bonding apparatus 30 for forming such a bonded structure 10 will be described with reference to FIG.

図3に示すように、接合装置30は、ベース31と、ベース31上に固定された筐体32と、を備えている。筐体32内にはサーボモータ33が設けられている。このサーボモータ33から上方にボールねじ34が延びている。ボールねじ34にはボールナット35が螺合しており、ボールナット35にはスライダー36が固定されている。筐体32には上下方向に延びるガイドレール37が設けられており、スライダー36は、このガイドレール37に案内されて上下方向に移動可能になっている。   As shown in FIG. 3, the joining device 30 includes a base 31 and a housing 32 fixed on the base 31. A servo motor 33 is provided in the housing 32. A ball screw 34 extends upward from the servo motor 33. A ball nut 35 is screwed to the ball screw 34, and a slider 36 is fixed to the ball nut 35. The housing 32 is provided with a guide rail 37 extending in the vertical direction, and the slider 36 is guided by the guide rail 37 and is movable in the vertical direction.

スライダー36にはインダクションモータ38が固定されている。インダクションモータ38から下方に出力軸39が延びている。出力軸39は、スライダー36に固定された軸受部材40に回転可能に支持されている。軸受部材40の下方にはツール保持部41が設けられている。このツール保持部41は、出力軸39に固定されており、接合ツール42を保持するようになっている。   An induction motor 38 is fixed to the slider 36. An output shaft 39 extends downward from the induction motor 38. The output shaft 39 is rotatably supported by a bearing member 40 fixed to the slider 36. A tool holding portion 41 is provided below the bearing member 40. The tool holding portion 41 is fixed to the output shaft 39 and holds the joining tool 42.

このような構成により、サーボモータ33が駆動されるとボールねじ34が回転し、スライダー36が上昇または下降する。スライダー36の上昇または下降に応じて、ツール保持部41に保持された接合ツール42が上昇または下降する。そして、インダクションモータ38が駆動されることにより、接合ツール42が回転するようになっている。   With such a configuration, when the servo motor 33 is driven, the ball screw 34 rotates and the slider 36 moves up or down. As the slider 36 is raised or lowered, the joining tool 42 held by the tool holding portion 41 is raised or lowered. Then, when the induction motor 38 is driven, the welding tool 42 is rotated.

図4に示すように、ツール保持部41に保持された接合ツール42は、上下方向に延びる軸線に沿って形成された円筒状のツール本体43と、ツール本体43に取り付けられたプローブ44と、を有している。ツール本体43は、平坦状のショルダー面43aを含んでいる。このショルダー面43aは、ツール本体43の先端面(下端面)を構成しており、ショルダー径φSを有している。プローブ44は、図4に示すツール径φを有しており、ショルダー面43aから下方に突出(図25に示す突出寸法L参照)している。プローブ44は、球状に形成されており、球面状の湾曲面44aを含んでいる。すなわち、本実施の形態によるプローブ44のツール径φは、湾曲面44aによって構成される球体の直径に相当している。湾曲面44aは、金属座金13に押し当てられるようになっている。図4に示す接合ツール42は、球面状の湾曲面44aを含むプローブ44を有していることから、球形ツールとも称される。 As shown in FIG. 4, the joining tool 42 held by the tool holding portion 41 includes a cylindrical tool body 43 formed along an axis extending in the vertical direction, a probe 44 attached to the tool body 43, have. The tool main body 43 includes a flat shoulder surface 43a. The shoulder surface 43a constitutes the front end surface (lower end surface) of the tool main body 43 and has a shoulder diameter φ S. Probe 44 has a tool diameter phi T shown in FIG. 4, and protrudes from the shoulder surface 43a downward (see protrusion dimension shown in FIG. 25 L). The probe 44 is formed in a spherical shape and includes a spherical curved surface 44a. That is, the tool diameter phi T of the probe 44 according to this embodiment, and corresponds to the diameter of the formed sphere by a curved surface 44a. The curved surface 44 a is pressed against the metal washer 13. Since the joining tool 42 shown in FIG. 4 has a probe 44 including a spherical curved surface 44a, it is also called a spherical tool.

プローブ44に用いる材料は、摩擦撹拌接合時の温度上昇に耐え得る材料であれば特に限られることはない。例えば、プローブ44は、セラミックス(例えば、窒化珪素)や超硬合金(例えば、タングステン合金)、耐熱合金(例えば、コバルト合金、ニッケル合金)、立方晶窒化ホウ素(PCBN)で形成されていてもよい。ツール本体43は、プローブ44と同様の材料で形成されていてもよく、温度上昇に耐え得れば、鋼材で形成されていてもよい。   The material used for the probe 44 is not particularly limited as long as it can withstand the temperature rise during friction stir welding. For example, the probe 44 may be formed of ceramics (for example, silicon nitride), cemented carbide (for example, tungsten alloy), heat-resistant alloy (for example, cobalt alloy, nickel alloy), or cubic boron nitride (PCBN). . The tool main body 43 may be formed of the same material as that of the probe 44, and may be formed of a steel material as long as it can withstand the temperature rise.

接合ツール42の下方には、金属板11、樹脂板12および金属座金13を保持するワーク保持部45が設けられている。ワーク保持部45は、上述したベース31に固定されている。また、筐体32には、上述したサーボモータ33およびインダクションモータ38を制御する制御盤46が設けられている。   A work holding part 45 that holds the metal plate 11, the resin plate 12, and the metal washer 13 is provided below the joining tool 42. The work holding part 45 is fixed to the base 31 described above. The housing 32 is provided with a control panel 46 for controlling the servo motor 33 and the induction motor 38 described above.

次に、本実施の形態による異材接合方法、すなわち、金属板11と樹脂板12を接合する方法について図5を用いて説明する。   Next, a dissimilar material joining method according to the present embodiment, that is, a method of joining the metal plate 11 and the resin plate 12 will be described with reference to FIG.

まず、第1ステップとして、図5(a)に示すように、金属板11と樹脂板12と金属座金13とを準備する。このうち樹脂板12には、上述した貫通孔14を下穴として予め機械加工などによって形成しておく。金属座金13は、樹脂板12の貫通孔14を覆うことができる平面形状を有しており、平板状に形成されていることが好適である。   First, as a first step, as shown in FIG. 5A, a metal plate 11, a resin plate 12, and a metal washer 13 are prepared. Among these, the resin plate 12 is previously formed by machining or the like with the above-described through hole 14 as a pilot hole. The metal washer 13 has a planar shape that can cover the through hole 14 of the resin plate 12, and is preferably formed in a flat plate shape.

続いて、第2ステップとして、図5(b)に示すように、金属板11、樹脂板12および金属座金13を重ね合わせる。この場合、まず、接合装置30のワーク保持部45(図3参照)上に金属板11を載置する。続いて、貫通孔14が第1面12aの側から金属板11で覆われるように樹脂板12を金属板11上に重ね合わせる。次に、貫通孔14が第2面12bの側から覆われるように金属座金13を樹脂板12に重ね合わせる。そして、互いに重ね合わされた金属板11、樹脂板12および金属座金13が、図示しない固定手段でワーク保持部45に固定される。   Subsequently, as a second step, as shown in FIG. 5B, the metal plate 11, the resin plate 12, and the metal washer 13 are overlapped. In this case, first, the metal plate 11 is placed on the work holding part 45 (see FIG. 3) of the joining device 30. Subsequently, the resin plate 12 is overlaid on the metal plate 11 so that the through hole 14 is covered with the metal plate 11 from the first surface 12a side. Next, the metal washer 13 is overlaid on the resin plate 12 so that the through hole 14 is covered from the second surface 12b side. Then, the metal plate 11, the resin plate 12, and the metal washer 13 that are overlaid on each other are fixed to the work holding unit 45 by a fixing unit (not shown).

次に、第3ステップとして、接合装置30の回転する接合ツール42で、金属座金13を貫通孔14内に押し込み金属板11に摩擦撹拌接合させる。   Next, as a third step, the metal washer 13 is pushed into the through hole 14 with the rotating joining tool 42 of the joining device 30 and friction stir joined to the metal plate 11.

この場合、まず、図5(c)に示すように、制御盤46からの指令によりインダクションモータ38(図3参照)を回転駆動させる。このことにより、出力軸39とともにツール保持部41に保持された接合ツール42が所望の回転数で回転する。   In this case, first, as shown in FIG. 5 (c), the induction motor 38 (see FIG. 3) is rotationally driven by a command from the control panel 46. As a result, the joining tool 42 held by the tool holding portion 41 together with the output shaft 39 rotates at a desired number of rotations.

続いて、制御盤46からの指令によりサーボモータ33を回転駆動させる。このことにより、ボールねじ34が回転し、スライダー36とともに接合ツール42が下降する。この間、インダクションモータ38が回転駆動され続け、接合ツール42が回転し続けている。   Subsequently, the servo motor 33 is driven to rotate by a command from the control panel 46. As a result, the ball screw 34 rotates and the joining tool 42 moves down together with the slider 36. During this time, the induction motor 38 continues to be driven to rotate, and the welding tool 42 continues to rotate.

接合ツール42が下降すると、金属座金13の第2面13bにプローブ44の先端が達し、回転するプローブ44が押し当てられる。このことにより、金属座金13とプローブ44との間の摩擦によって摩擦熱が発生する。発生した摩擦熱により、金属座金13のうちプローブ44の近傍の部分(貫通孔14に重なり合う部分)が軟化する。   When the joining tool 42 is lowered, the tip of the probe 44 reaches the second surface 13b of the metal washer 13, and the rotating probe 44 is pressed against it. As a result, frictional heat is generated by friction between the metal washer 13 and the probe 44. Due to the generated frictional heat, a portion of the metal washer 13 near the probe 44 (a portion overlapping the through hole 14) is softened.

接合ツール42は回転しながら下降し続ける。このことにより、図5(d)に示すように、金属座金13の軟化した部分が、接合ツール42の下降に伴って樹脂板12の貫通孔14内に押し込まれる。貫通孔14内に押し込まれた軟化部分は、貫通孔14内で押し広げられるとともに、金属板11に向かって押し下げられる。金属座金13の軟化部分は、押し下げられることにより金属板11に接触する。この軟化部分が金属板11に接触すると、発生した摩擦熱が金属座金13から金属板11に伝わり、金属板11のうちプローブ44の近傍の部分も軟化する。   The joining tool 42 continues to descend while rotating. As a result, the softened portion of the metal washer 13 is pushed into the through hole 14 of the resin plate 12 as the joining tool 42 is lowered, as shown in FIG. The softened portion pushed into the through hole 14 is expanded and pushed down toward the metal plate 11 in the through hole 14. The softened portion of the metal washer 13 comes into contact with the metal plate 11 by being pushed down. When the softened portion comes into contact with the metal plate 11, the generated frictional heat is transmitted from the metal washer 13 to the metal plate 11, and the portion of the metal plate 11 near the probe 44 is also softened.

プローブ44は、所望の押込深さ(金属座金13の第2面13bからの深さ、例えば、プローブ44の先端が、金属板11の第2面11bよりも下方に達するまでの深さ)となる押込位置まで押し込まれる。この押込位置で、制御盤46からの指令によってサーボモータ33の回転駆動を停止させることにより接合ツール42は押込位置で停止する。この停止状態は所定時間(以下、押込保持時間と記す)維持される。この間、プローブ44の回転の遠心力によって、金属座金13の軟化部分がプローブ44の先端から押しのけられ、プローブ44の湾曲面44aに沿って周囲に移動する。そして、金属板11の軟化部分の一部がプローブ44の先端から押しのけられ、プローブ44の湾曲面44aに沿って周囲に移動する。このようにして、プローブ44の湾曲面44aに沿うように、摩擦撹拌接合部15の凹面16(図1参照)が形成される。なお、プローブ44が押込位置よりも下降しないことにより、金属板11のうち樹脂板12とは反対側の部分(下側部分)は残存する。   The probe 44 has a desired pushing depth (depth from the second surface 13b of the metal washer 13, for example, depth until the tip of the probe 44 reaches below the second surface 11b of the metal plate 11). It is pushed to the pushing position. At this pushing position, the rotation of the servo motor 33 is stopped by a command from the control panel 46, whereby the welding tool 42 is stopped at the pushing position. This stop state is maintained for a predetermined time (hereinafter referred to as indentation holding time). During this time, the softened portion of the metal washer 13 is pushed away from the tip of the probe 44 by the centrifugal force of the rotation of the probe 44, and moves to the periphery along the curved surface 44a of the probe 44. A part of the softened portion of the metal plate 11 is pushed away from the tip of the probe 44 and moves to the periphery along the curved surface 44 a of the probe 44. In this way, the concave surface 16 (see FIG. 1) of the friction stir welding portion 15 is formed along the curved surface 44a of the probe 44. In addition, since the probe 44 does not descend from the pushing position, the portion of the metal plate 11 opposite to the resin plate 12 (the lower portion) remains.

なお、プローブ44は、押込位置に達した後、樹脂板12の第1面12a(または第2面12b)に沿う方向(図2における左右方向および上下方向)には移動しない。このため、本実施の形態により得られる摩擦撹拌接合は、より正確には摩擦撹拌点接合となる。   Note that the probe 44 does not move in the direction along the first surface 12a (or the second surface 12b) of the resin plate 12 (the left-right direction and the up-down direction in FIG. 2) after reaching the pushing position. For this reason, the friction stir welding obtained by the present embodiment is more accurately the friction stir spot welding.

また、プローブ44が押込位置に位置付けられている間、ツール本体43のショルダー面43aが金属座金13の第2面13b(とりわけ、金属座金13の軟化部分)に当接するようにしてもよい。このことにより、ショルダー面43aが金属座金13を下方に押圧し、金属座金13の軟化部分が上方に盛り上がることを抑制できる。また、このように金属座金13の軟化部分の盛り上がりを抑制するように金属座金13を樹脂板12の第2面12bに押圧することができ、金属板11と樹脂板12との間で摩擦力を作用させるとともに樹脂板12と金属座金13との間で摩擦力を作用させて、樹脂板12を金属板11と金属座金13とによって強固に挟持することができる。なお、図5(d)においては、図面を簡略化するために、ショルダー面43aと金属座金13の第2面13bとが離間した状態で示しているが、上述のように、ショルダー面43aが金属座金13の第2面13bまたは金属座金13の軟化部分に当接させるようにしてもよい。   Further, the shoulder surface 43a of the tool main body 43 may be in contact with the second surface 13b of the metal washer 13 (particularly, the softened portion of the metal washer 13) while the probe 44 is positioned at the pushing position. Accordingly, it is possible to prevent the shoulder surface 43a from pressing the metal washer 13 downward and the softened portion of the metal washer 13 from rising upward. Further, the metal washer 13 can be pressed against the second surface 12b of the resin plate 12 so as to suppress the swelling of the softened portion of the metal washer 13 in this way, and the frictional force between the metal plate 11 and the resin plate 12 can be reduced. In addition, the resin plate 12 can be firmly held between the metal plate 11 and the metal washer 13 by applying a frictional force between the resin plate 12 and the metal washer 13. In FIG. 5D, in order to simplify the drawing, the shoulder surface 43a and the second surface 13b of the metal washer 13 are shown separated from each other. However, as described above, the shoulder surface 43a You may make it contact | abut to the 2nd surface 13b of the metal washer 13, or the softened part of the metal washer 13.

プローブ44を押込位置で押込保持時間が経過した後、図5(e)に示すように、制御盤46からの指令によってサーボモータ33を逆方向に回転させることにより、接合ツール42を上昇させる。このことにより、プローブ44が金属板11および金属座金13から離れる。その後、金属座金13の軟化部分および金属板11の軟化部分が冷却されて硬化し、金属板11と金属座金13とを接合する摩擦撹拌接合部15(図1参照)が形成される。   After the push-in holding time has elapsed at the push-in position, as shown in FIG. 5E, the joining tool 42 is raised by rotating the servo motor 33 in the reverse direction in response to a command from the control panel 46. As a result, the probe 44 is separated from the metal plate 11 and the metal washer 13. Thereafter, the softened portion of the metal washer 13 and the softened portion of the metal plate 11 are cooled and hardened to form a friction stir joint 15 (see FIG. 1) that joins the metal plate 11 and the metal washer 13 together.

このようにして金属板11と金属座金13とが摩擦撹拌接合される。金属座金13は樹脂板12の第2面12b(上面)に押圧されて金属板11と接合されている。このことにより、金属板11と樹脂板12は、3次元的に任意の方向に相対移動不能になり、互いに固定される。このようにして、金属板11と樹脂板12とが接合され、図1に示す接合構造体10が得られる。   In this way, the metal plate 11 and the metal washer 13 are friction stir welded. The metal washer 13 is pressed against the second surface 12 b (upper surface) of the resin plate 12 and joined to the metal plate 11. As a result, the metal plate 11 and the resin plate 12 cannot be moved relative to each other in a three-dimensional manner and are fixed to each other. In this way, the metal plate 11 and the resin plate 12 are joined, and the joined structure 10 shown in FIG. 1 is obtained.

このように本実施の形態によれば、樹脂板12の貫通孔14が第1面12aの側から覆われるように金属板11が樹脂板12に重ね合わされるとともに、貫通孔14が第2面12bの側から覆われるように金属座金13が樹脂板12に重ね合わされて、回転する接合ツール42で金属座金13が貫通孔14内に押し込まれる。このことにより、接合装置30の接合ツール42が摩擦熱によって金属座金13を軟化させて押し込み、樹脂板12を挟み込むようにして金属板11と金属座金13とを摩擦撹拌接合することができる。この場合、金属材料同士で摩擦撹拌接合された金属板11と金属座金13とが樹脂板12を挟み込んでいるため、金属板11と樹脂板12との剥離強度を向上させることができる。   Thus, according to the present embodiment, the metal plate 11 is overlaid on the resin plate 12 so that the through hole 14 of the resin plate 12 is covered from the first surface 12a side, and the through hole 14 is on the second surface. The metal washer 13 is superimposed on the resin plate 12 so as to be covered from the side of 12b, and the metal washer 13 is pushed into the through hole 14 by the rotating joining tool 42. Thus, the metal tool 11 of the bonding apparatus 30 softens and pushes the metal washer 13 by frictional heat, and the metal plate 11 and the metal washer 13 can be friction-stir welded so as to sandwich the resin plate 12. In this case, since the metal plate 11 and the metal washer 13 which are friction stir welded with metal materials sandwich the resin plate 12, the peel strength between the metal plate 11 and the resin plate 12 can be improved.

また、本実施の形態によれば、金属座金13と金属板11とが摩擦撹拌接合されて、金属板11と金属座金13で樹脂板12を挟み込んでいる。このことにより、リベットやボルトによる締結と比較すると、金属板11と樹脂板12とを接合するために追加される部材(本実施の形態では金属座金13)の質量を低減することができる。このため、金属板11と樹脂板12との接合部の質量が増大することを抑制でき、樹脂板12を用いて軽量化を図るという目的に反することを抑制できる。   Further, according to the present embodiment, the metal washer 13 and the metal plate 11 are friction-stir joined and the resin plate 12 is sandwiched between the metal plate 11 and the metal washer 13. This can reduce the mass of a member added to join the metal plate 11 and the resin plate 12 (in this embodiment, the metal washer 13) as compared to fastening with rivets or bolts. For this reason, it can suppress that the mass of the junction part of the metal plate 11 and the resin plate 12 increases, and it can suppress that it opposes the objective of achieving weight reduction using the resin plate 12. FIG.

また、本実施の形態によれば、金属板11は、樹脂板12に重ね合わせる際、樹脂板12の貫通孔14を第1面12aの側から覆い、金属座金13は、樹脂板12に重ね合わせる際、樹脂板12の貫通孔14を第2面12bの側から覆う。そして、金属座金13と金属板11とが、接合ツール42によって金属座金13を軟化させて貫通孔14内に押し込むことができる。このことにより、金属板11および金属座金13を貫通孔14に入り込むような形状に予め形成しておくことを不要にできる。すなわち、本実施の形態によれば、金属座金13は平板状に形成されているとともに金属板11は平板状に形成されている。この場合であっても、貫通孔14内において金属座金13と金属板11とを摩擦撹拌接合することができる。このため、金属板11と金属座金13の準備工程を簡素化することができ、金属板11と樹脂板12とを容易に接合することができる。   Further, according to the present embodiment, when the metal plate 11 is overlapped with the resin plate 12, the through hole 14 of the resin plate 12 is covered from the first surface 12 a side, and the metal washer 13 is overlapped with the resin plate 12. When matching, the through hole 14 of the resin plate 12 is covered from the second surface 12b side. The metal washer 13 and the metal plate 11 can be pushed into the through hole 14 by softening the metal washer 13 by the joining tool 42. This eliminates the need to previously form the metal plate 11 and the metal washer 13 into a shape that enters the through hole 14. That is, according to the present embodiment, the metal washer 13 is formed in a flat plate shape and the metal plate 11 is formed in a flat plate shape. Even in this case, the metal washer 13 and the metal plate 11 can be friction stir welded in the through hole 14. For this reason, the preparation process of the metal plate 11 and the metal washer 13 can be simplified, and the metal plate 11 and the resin plate 12 can be easily joined.

また、本実施の形態によれば、樹脂板12に貫通孔14が設けられているため、樹脂板12を形成する樹脂材料が、金属座金13の軟化部分と撹拌されることを防止できる。このことにより、樹脂板12が変形したり変質したりすることを防止できる。とりわけ、樹脂板12が、繊維強化プラスチック材料で形成されている場合、強化繊維が、プローブ44の回転によって変形したり破断したりすることを防止できる。このため、繊維強化プラスチック材料の強度を維持することができ、樹脂板12の強度が低下することを防止できる。   Moreover, according to this Embodiment, since the through-hole 14 is provided in the resin plate 12, it can prevent that the resin material which forms the resin plate 12 is stirred with the softened part of the metal washer 13. FIG. This can prevent the resin plate 12 from being deformed or altered. In particular, when the resin plate 12 is formed of a fiber-reinforced plastic material, the reinforcing fiber can be prevented from being deformed or broken by the rotation of the probe 44. For this reason, the strength of the fiber reinforced plastic material can be maintained, and the strength of the resin plate 12 can be prevented from decreasing.

また、本実施の形態によれば、樹脂板12に貫通孔14が設けられて金属板11が金属座金13と摩擦撹拌接合することにより、樹脂板12を形成する樹脂材料が撹拌することを不要にできる。このため、樹脂板12が熱硬化性樹脂であっても、金属板11と樹脂板12とを容易に接合することができる。   Further, according to the present embodiment, the resin plate 12 is provided with the through hole 14 and the metal plate 11 is friction stir joined to the metal washer 13 so that the resin material forming the resin plate 12 does not need to be stirred. Can be. For this reason, even if the resin plate 12 is a thermosetting resin, the metal plate 11 and the resin plate 12 can be joined easily.

また、本実施の形態によれば、樹脂板12が熱可塑性樹脂で形成されている場合には、金属板11と金属座金13とを摩擦撹拌接合する際に発生した熱により、熱可塑性樹脂が溶融する。このことにより、冷却後には金属板11は樹脂板12の第1面12aに溶着することができるとともに、金属座金13は樹脂板12の第2面12bに溶着することができる。このため、金属板11と樹脂板12との引張せん断強度を向上させることができる。   Further, according to the present embodiment, when the resin plate 12 is formed of a thermoplastic resin, the thermoplastic resin is caused by the heat generated when the metal plate 11 and the metal washer 13 are friction stir joined. Melt. Thus, after cooling, the metal plate 11 can be welded to the first surface 12 a of the resin plate 12, and the metal washer 13 can be welded to the second surface 12 b of the resin plate 12. For this reason, the tensile shear strength between the metal plate 11 and the resin plate 12 can be improved.

また、本実施の形態によれば、樹脂板12の貫通孔14の平面形状は、円形になっている。このことにより、金属板11と金属座金13とは、接合装置30のプローブ44によって摩擦撹拌点接合される。すなわち、プローブ44を所定の押込位置まで押し込んだ状態では、プローブ44を含む接合ツール42を、樹脂板12の第1面12aまたは第2面12bに沿う方向に移動させることを不要にできる。このため、作業効率を向上させて、金属板11と樹脂板12とを容易に接合することができる。また、接合装置30の構成を簡素化させることができる。   Moreover, according to this Embodiment, the planar shape of the through-hole 14 of the resin board 12 is circular. As a result, the metal plate 11 and the metal washer 13 are friction stir spot joined by the probe 44 of the joining device 30. That is, in a state where the probe 44 is pushed to a predetermined pushing position, it is unnecessary to move the joining tool 42 including the probe 44 in the direction along the first surface 12a or the second surface 12b of the resin plate 12. For this reason, work efficiency can be improved and the metal plate 11 and the resin plate 12 can be joined easily. Moreover, the structure of the joining apparatus 30 can be simplified.

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明してきたが、本発明による異材接合方法は、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention has been described in detail, the dissimilar material joining method by this invention is not limited to the said embodiment at all, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, various changes are possible. Is possible.

例えば、上述した本実施の形態においては、金属板11に樹脂板12が直接的に重ね合わされ、樹脂板12に金属座金13が直接的に重ね合わされている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはない。例えば、図6に示すように、金属板11、樹脂板12および金属座金13を重ね合わせる際、金属板11と樹脂板12との間におよび樹脂板12と金属座金13との間の少なくとも一方に、絶縁性部材50が介在されるようにしてもよい。図6に示す例では、金属板11と樹脂板12との間におよび樹脂板12と金属座金13との間の両方に、絶縁性部材50がそれぞれ介在されている。この場合、金属板11と樹脂板12とを電気的に絶縁することができるとともに、樹脂板12と金属座金13とを電気的に絶縁することができる。例えば、樹脂板12が炭素繊維強化プラスチック材料で形成されている場合には、電食を防止することができる。   For example, in the present embodiment described above, an example in which the resin plate 12 is directly superimposed on the metal plate 11 and the metal washer 13 is directly superimposed on the resin plate 12 has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 6, when the metal plate 11, the resin plate 12, and the metal washer 13 are overlapped, at least one between the metal plate 11 and the resin plate 12 and between the resin plate 12 and the metal washer 13. Further, the insulating member 50 may be interposed. In the example shown in FIG. 6, insulating members 50 are respectively interposed between the metal plate 11 and the resin plate 12 and between the resin plate 12 and the metal washer 13. In this case, the metal plate 11 and the resin plate 12 can be electrically insulated, and the resin plate 12 and the metal washer 13 can be electrically insulated. For example, when the resin plate 12 is formed of a carbon fiber reinforced plastic material, electrolytic corrosion can be prevented.

絶縁性部材50は、接着剤、シール材または樹脂シートであってもよい。このうち接着剤には、絶縁性を有しつつ、金属板11と樹脂板12とを接着するとともに樹脂板12と金属座金13とを接着する機能を有していれば、任意の材料を用いることができるが、例えば、ウエルドボンド用接着剤を用いることができる。絶縁性部材50に接着剤を用いる場合には、摩擦撹拌接合による接合力と接着剤による接合力との相乗効果で、金属板11と樹脂板12との剥離強度を含む接合強度を増大させることができる。シール材には、絶縁性を有しつつ、金属板11と樹脂板12とを密着させるとともに樹脂板12と金属座金13とを密着させる機能を有していれば、任意の材料を用いることができるが、例えば、スポット溶接時に使用するスポットシーラーを用いることができる。絶縁性部材50にシール材を用いる場合には、摩擦撹拌接合による接合力とシール材による防水効果との相乗効果で、金属板11と樹脂板12との電食を防止することができる。樹脂シートとしては、絶縁性を有していれば任意の材料を用いることができるが、例えば、フッ素樹脂フィルムを用いることができる。   The insulating member 50 may be an adhesive, a sealing material, or a resin sheet. Of these, any material may be used for the adhesive as long as it has a function of bonding the metal plate 11 and the resin plate 12 and bonding the resin plate 12 and the metal washer 13 while having insulating properties. For example, an adhesive for weld bonding can be used. When an adhesive is used for the insulating member 50, the joint strength including the peel strength between the metal plate 11 and the resin plate 12 is increased by a synergistic effect of the joint force by friction stir welding and the joint force by the adhesive. Can do. Any material may be used for the sealing material as long as it has a function of bringing the metal plate 11 and the resin plate 12 into close contact with each other and having the function of bringing the resin plate 12 and the metal washer 13 into close contact with each other. For example, a spot sealer used at the time of spot welding can be used. In the case where a sealing material is used for the insulating member 50, electrolytic corrosion of the metal plate 11 and the resin plate 12 can be prevented by a synergistic effect of the joining force by friction stir welding and the waterproof effect by the sealing material. As the resin sheet, any material can be used as long as it has insulating properties. For example, a fluororesin film can be used.

絶縁性部材50に液状の接着剤を用いる場合には、金属板11の第2面11bまたは樹脂板12の第2面12bに接着剤を塗布するとともに、樹脂板12の第1面12aまたは金属座金13の第1面13aに接着剤を塗布して絶縁性部材50をそれぞれ形成してもよい。絶縁性部材50に液状のシール材を用いる場合も同様である。   When a liquid adhesive is used for the insulating member 50, the adhesive is applied to the second surface 11b of the metal plate 11 or the second surface 12b of the resin plate 12, and the first surface 12a of the resin plate 12 or the metal The insulating member 50 may be formed by applying an adhesive to the first surface 13 a of the washer 13. The same applies to the case where a liquid sealing material is used for the insulating member 50.

また、上述した本実施の形態においては、樹脂板12の貫通孔14が、円形の平面形状を有している例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、貫通孔14は、図7および図8に示すように、長手方向dLを有していてもよい。図7および図8においては、貫通孔14は、紙面の左右方向に延びる長手方向dLを有している。貫通孔14は、この長手方向dLに沿うように長孔(長円または楕円など)で形成されていてもよい。接合装置30にプローブ44を平面方向に移動させる機能を持たせることにより、プローブ44を金属板11に押し込んだ際に、貫通孔14の長手方向dLに移動させることができる。このため、摩擦撹拌接合の領域を増大させることができ、金属板11と樹脂板12との接合強度をより一層向上させることができる。   Moreover, in this Embodiment mentioned above, the through-hole 14 of the resin board 12 demonstrated the example which has circular planar shape. However, the present invention is not limited to this, and the through hole 14 may have a longitudinal direction dL as shown in FIGS. 7 and 8. 7 and 8, the through-hole 14 has a longitudinal direction dL extending in the left-right direction on the paper surface. The through hole 14 may be formed as a long hole (such as an ellipse or an ellipse) along the longitudinal direction dL. By providing the bonding device 30 with a function of moving the probe 44 in the plane direction, the probe 44 can be moved in the longitudinal direction dL of the through hole 14 when the probe 44 is pushed into the metal plate 11. For this reason, the area | region of friction stir welding can be increased, and the joining strength of the metal plate 11 and the resin plate 12 can be improved further.

また、上述した本実施の形態においては、接合ツール42のプローブ44が、球状に形成されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、図9に示すように、接合ツール42のプローブ44は、円錐台状に形成されていてもよい。この場合、プローブ44は、図9に示すツール径φ(ツール根元径、ショルダー面43aにおける直径)を有しており、ショルダー面43aから下方に突出(図26に示す突出寸法L参照)している。プローブ44は、平坦状の先端面44bと、ツール本体43のショルダー面43aから先端面44bに向かって次第に縮径する傾斜面44cと、を含んでいる。図9に示す接合ツール42は、円錐台状のプローブ44を有していることから、円錐形ツールとも称される。 Moreover, in this Embodiment mentioned above, the probe 44 of the joining tool 42 demonstrated the example formed in spherical shape. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 9, the probe 44 of the joining tool 42 may be formed in a truncated cone shape. In this case, the probe 44 has a tool diameter φ T (tool base diameter, diameter at the shoulder surface 43a) shown in FIG. 9, and protrudes downward from the shoulder surface 43a (see the protrusion dimension L shown in FIG. 26). ing. The probe 44 includes a flat distal end surface 44b and an inclined surface 44c that gradually decreases in diameter from the shoulder surface 43a of the tool main body 43 toward the distal end surface 44b. Since the joining tool 42 shown in FIG. 9 has a truncated cone-shaped probe 44, it is also referred to as a conical tool.

また、上述した本実施の形態においては、金属座金13が平板状に形成されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、金属座金13は、平坦状の第1面13aに凸部が設けられて、この凸部が貫通孔14内に入り込むように形成されていてもよく、あるいは、第1面13aの一部が貫通孔14内に入り込むように金属座金13が折れ曲がるように形成されていてもよい。後者の場合、貫通孔14内に入り込む第1面13aの部分は、湾曲状に形成されていてもよく、若しくは、貫通孔14内に平坦部が位置付けられるように第1面13aが段差を有するように形成されていてもよい。   Moreover, in this Embodiment mentioned above, the example in which the metal washer 13 was formed in flat form was demonstrated. However, the present invention is not limited to this, and the metal washer 13 may be formed such that a convex portion is provided on the flat first surface 13 a and the convex portion enters the through hole 14. Alternatively, the metal washer 13 may be bent so that a part of the first surface 13 a enters the through hole 14. In the latter case, the portion of the first surface 13 a that enters the through hole 14 may be formed in a curved shape, or the first surface 13 a has a step so that the flat portion is positioned in the through hole 14. It may be formed as follows.

さらに、上述した本実施の形態においては、金属板11が平板状に形成されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、金属板11は、平坦状の第2面11bに凸部が設けられて、この凸部が貫通孔14内に入り込むように形成されていてもよく、あるいは、第2面11bの一部が貫通孔14内に入り込むように金属板11が折れ曲がるように形成されていてもよい。後者の場合、貫通孔14内に入り込む第2面11bの部分は、湾曲状に形成されていてもよく、若しくは、貫通孔14内に平坦部が位置付けられるように第2面11bが段差を有するように形成されていてもよい。   Furthermore, in this Embodiment mentioned above, the example in which the metal plate 11 was formed in flat form was demonstrated. However, the present invention is not limited to this, and the metal plate 11 may be formed such that a convex portion is provided on the flat second surface 11b and the convex portion enters the through hole 14, Alternatively, the metal plate 11 may be bent so that a part of the second surface 11 b enters the through hole 14. In the latter case, the portion of the second surface 11b that enters the through hole 14 may be formed in a curved shape, or the second surface 11b has a step so that the flat portion is positioned in the through hole 14. It may be formed as follows.

上述した本発明によれば、剥離強度を向上させることができるとともに、被接合金属部材と被接合樹脂部材とを容易に接合することができる異材接合方法を提供することができる。このため、本発明は産業上利用可能な発明である。例えば、本発明は、各種機械等の工業製品や、構造物等において、被接合金属部材と被接合樹脂部材との接合に広く利用可能である。   According to the present invention described above, it is possible to provide a dissimilar material joining method capable of improving the peel strength and easily joining the metal member to be joined and the resin member to be joined. For this reason, the present invention is an industrially applicable invention. For example, the present invention can be widely used for joining a metal member to be joined and a resin member to be joined in industrial products such as various machines, structures, and the like.

上述した本実施の形態による異材接合方法によって得られた金属板11と樹脂板12を備えた接合構造体10の強度試験を、種々の条件下で行った。各実施例および各比較例共に、金属板11の材料は冷間圧延鋼板とし、樹脂板12の材料は熱硬化性樹脂(ポリアミド6)含浸の炭素繊維強化プラスチックとし、金属座金13の材料は冷間圧延鋼板とした。接合ツール42には、図4に示す球形ツールを用いた。   The strength test of the joined structure 10 including the metal plate 11 and the resin plate 12 obtained by the dissimilar material joining method according to the present embodiment described above was performed under various conditions. In each example and each comparative example, the material of the metal plate 11 is a cold rolled steel plate, the material of the resin plate 12 is a carbon fiber reinforced plastic impregnated with a thermosetting resin (polyamide 6), and the material of the metal washer 13 is cold. A rolled steel sheet was used. As the joining tool 42, the spherical tool shown in FIG. 4 was used.

(実施例1)
実施例1では、以下の条件で接合構造体10を得た。
・金属板11の板厚:1mm
・樹脂板12の板厚:1mm
・金属座金13の板厚:1mm
・プローブ44のツール径φ:9.53mm(3/8インチ)
・貫通孔14の径φ:10mm
・押込深さ(金属座金13の第2面13bからの深さ):2.6mm
Example 1
In Example 1, the bonded structure 10 was obtained under the following conditions.
-Thickness of the metal plate 11: 1 mm
・ Thickness of resin plate 12: 1 mm
-Metal washer 13 thickness: 1 mm
Tool diameter of probe 44 φ T : 9.53 mm (3/8 inch)
-Diameter φ M of through-hole 14: 10 mm
Indentation depth (depth from the second surface 13b of the metal washer 13): 2.6 mm

実施例1によって得られた接合構造体10の断面写真を図10に示す。図10(a)は、接合構造体10を示す断面写真であり、図10(b)は、図10(a)の摩擦撹拌接合部15を拡大して示す断面写真である。   A cross-sectional photograph of the bonded structure 10 obtained in Example 1 is shown in FIG. 10A is a cross-sectional photograph showing the bonded structure 10, and FIG. 10B is an enlarged cross-sectional photograph showing the friction stir weld 15 in FIG. 10A.

図10(a)、(b)に示すように、金属座金13の軟化部分と金属板11の軟化部分とによって構成される摩擦撹拌接合部15において、金属座金13の軟化部分と金属板11の軟化部分との間に、後述する図11に示すような樹脂板12の樹脂材料は介在されていないとみなせる。このことにより、金属座金13の軟化部分と金属板11の軟化部分とは直接的に良好に接合されていることが確認できた。このため、金属板11と樹脂板12との剥離強度を含む接合強度を向上させることができていると言える。   As shown in FIGS. 10A and 10B, in the friction stir joint 15 constituted by the softened portion of the metal washer 13 and the softened portion of the metal plate 11, the softened portion of the metal washer 13 and the metal plate 11 It can be considered that the resin material of the resin plate 12 as shown in FIG. 11 described later is not interposed between the softened portion. This confirmed that the softened portion of the metal washer 13 and the softened portion of the metal plate 11 were directly and well joined. For this reason, it can be said that the joint strength including the peel strength between the metal plate 11 and the resin plate 12 can be improved.

また、図10(a)、(b)に示すように、樹脂板12の断面には、左右方向に延びる強化繊維が示されているが、貫通孔14の近傍において、強化繊維の配向は乱れていないと言うことができ、少なくとも摩擦撹拌接合によって強化繊維は破断されていないとみなせる。このことにより、繊維強化プラスチック材料の強度を維持し、樹脂板12の強度低下が防止できていることが確認できた。   10A and 10B, the cross section of the resin plate 12 shows reinforcing fibers extending in the left-right direction. However, the orientation of the reinforcing fibers is disturbed in the vicinity of the through holes 14. It can be said that the reinforcing fibers are not broken by at least friction stir welding. Thus, it was confirmed that the strength of the fiber reinforced plastic material was maintained and the strength reduction of the resin plate 12 could be prevented.

ここで、比較例1−1について説明する。比較例1−1では、以下の条件で、接合構造体を得た。
・金属板11の板厚:1mm
・樹脂板12の板厚:1mm
・金属座金13の板厚:1mm
・プローブ44のツール径:12.70mm(1/2インチ)
・貫通孔14の径:−(貫通孔14は形成されていない)
・押込深さ(金属座金13の第2面13bからの深さ):2.6mm
Here, Comparative Example 1-1 will be described. In Comparative Example 1-1, a bonded structure was obtained under the following conditions.
-Thickness of the metal plate 11: 1 mm
・ Thickness of resin plate 12: 1 mm
-Metal washer 13 thickness: 1 mm
Tool diameter of probe 44: 12.70 mm (1/2 inch)
-Diameter of the through hole 14:-(the through hole 14 is not formed)
Indentation depth (depth from the second surface 13b of the metal washer 13): 2.6 mm

比較例1−1によって得られた接合構造体の拡大断面写真を図11に示す。   An enlarged cross-sectional photograph of the joined structure obtained in Comparative Example 1-1 is shown in FIG.

図11に示すように、金属座金13の軟化部分と金属板11の軟化部分とによって構成される摩擦撹拌接合部15において、金属座金13の軟化部分と金属板11の軟化部分との間に、樹脂板12の樹脂材料の介在が見られた。このことにより、金属座金13の軟化部分と金属板11の軟化部分との直接的な接合が阻害されていることが確認できた。樹脂板12に貫通孔14が設けられていないため、摩擦撹拌接合時に、樹脂材料の軟化した部分が、金属座金13の軟化部分と金属板11の軟化部分との間に残存したためと考えられる。   As shown in FIG. 11, in the friction stir welding portion 15 constituted by the softened portion of the metal washer 13 and the softened portion of the metal plate 11, between the softened portion of the metal washer 13 and the softened portion of the metal plate 11, Interposition of the resin material of the resin plate 12 was observed. This confirmed that direct bonding between the softened portion of the metal washer 13 and the softened portion of the metal plate 11 was hindered. Since the through hole 14 is not provided in the resin plate 12, it is considered that the softened portion of the resin material remained between the softened portion of the metal washer 13 and the softened portion of the metal plate 11 during the friction stir welding.

また、図11に示すように、貫通孔14の近傍において、強化繊維の配向は乱れ、強化繊維の破断が確認できた。このことにより、樹脂板12に貫通孔14が設けられていないため、摩擦撹拌接合時に回転するプローブ44の影響を受けて、強化繊維が破断したと考えられる。   Further, as shown in FIG. 11, the orientation of the reinforcing fibers was disturbed in the vicinity of the through hole 14, and the reinforcing fibers were confirmed to be broken. Accordingly, since the through hole 14 is not provided in the resin plate 12, it is considered that the reinforcing fiber is broken under the influence of the probe 44 that rotates during the friction stir welding.

また、実施例1による接合構造体10の引張強度を得るために、引張せん断強度試験を行った。すなわち、実施例1と同様の条件で、図12(a)に示すような平面形状を有する試験片(接合構造体10)を作製した。また、プローブ44のツール径を9.53mm(3/8インチ)とした点以外では比較例1−1と同様の条件で、同様の平面形状を有する試験片を作製した(比較例1−2)。そして、両者の引張せん断強度試験を行った。引張せん断強度試験では、図12(b)に示すように、金属板11を左右方向の一方(図12(b)では右側)に引っ張るとともに、樹脂板12を左右方向の他方(図12(b)では左側)に引っ張り、破断荷重値を測定した。その結果を、図13に示す。   In order to obtain the tensile strength of the bonded structure 10 according to Example 1, a tensile shear strength test was performed. That is, a test piece (joined structure 10) having a planar shape as shown in FIG. 12A was produced under the same conditions as in Example 1. Further, a test piece having the same planar shape was produced under the same conditions as in Comparative Example 1-1 except that the tool diameter of the probe 44 was 9.53 mm (3/8 inch) (Comparative Example 1-2). ). And the tensile shear strength test of both was done. In the tensile shear strength test, as shown in FIG. 12B, the metal plate 11 is pulled in one of the left and right directions (right side in FIG. 12B), and the resin plate 12 is pulled in the other in the left and right direction (FIG. 12B). ) Was pulled to the left side) and the breaking load value was measured. The result is shown in FIG.

図13に示すように、実施例1(貫通孔14有り)の方が、比較例1−2(貫通孔14無し)よりも引張せん断強度が大きくなることが確認できた。上述した図10および図11の断面写真で示されていたように、実施例1では、金属座金13の軟化部分と金属板11の軟化部分との間に樹脂材料の介在が見られなかったため、金属座金13の軟化部分と金属板11の軟化部分とは直接的に良好に接合されている。一方、比較例1−2では、金属座金13の軟化部分と金属板11の軟化部分との間の一部に、樹脂板12の樹脂材料が介在していると考えられ、金属座金13の軟化部分と金属板11の軟化部分との接合が不十分になっている。このため、比較例1−2よりも実施例1の方が、接合構造体10の引張せん断強度が高くなっていると言える。   As shown in FIG. 13, it was confirmed that Example 1 (with through-hole 14) has a higher tensile shear strength than Comparative Example 1-2 (without through-hole 14). As shown in the cross-sectional photographs of FIG. 10 and FIG. 11 described above, in Example 1, since no resin material was interposed between the softened portion of the metal washer 13 and the softened portion of the metal plate 11, The softened part of the metal washer 13 and the softened part of the metal plate 11 are directly and well joined. On the other hand, in Comparative Example 1-2, it is considered that the resin material of the resin plate 12 is interposed between a softened portion of the metal washer 13 and a softened portion of the metal plate 11. The joint between the portion and the softened portion of the metal plate 11 is insufficient. For this reason, it can be said that the tensile shear strength of the joining structure 10 is higher in Example 1 than in Comparative Example 1-2.

また、実施例1による接合構造体10の剥離強度を得るために、十字引張強度試験を行った。すなわち、実施例1と同様の条件で、図14(a)に示すような十字状の平面形状を有する試験片(接合構造体10)を作製した。また、比較例1−3として、同様に十字状の平面形状を有するように、摩擦撹拌接合せずに接着剤によって金属板11と樹脂板12とを接着した試験片を作製した。比較例1−3では、単なる接着試験片となるため、金属座金13は用いていない。比較例1−3で用いた接着剤は、機械構造用の高強度エポキシ接着剤である。そして、両者の十字引張強度試験を行った。十字引張強度試験では、図14(b)に示すように、金属板11を下方に引っ張るとともに、樹脂板12を上方に引っ張り、破断荷重値を測定した。その結果を、図15に示す。図15には、引張せん断強度も示す。   In order to obtain the peel strength of the bonded structure 10 according to Example 1, a cross tensile strength test was performed. That is, a test piece (joined structure 10) having a cross-shaped planar shape as shown in FIG. 14A was manufactured under the same conditions as in Example 1. Further, as Comparative Example 1-3, a test piece was prepared in which the metal plate 11 and the resin plate 12 were bonded by an adhesive without friction stir welding so as to have a cross-shaped planar shape. In Comparative Example 1-3, the metal washer 13 is not used because it is a simple adhesion test piece. The adhesive used in Comparative Example 1-3 is a high-strength epoxy adhesive for machine structure. And the cross tensile strength test of both was done. In the cross tensile strength test, as shown in FIG. 14B, the metal plate 11 was pulled downward and the resin plate 12 was pulled upward, and the breaking load value was measured. The result is shown in FIG. FIG. 15 also shows the tensile shear strength.

図15に、荷重値としての引張せん断強度と十字引張強度を実測値でそれぞれ示している。引張せん断強度については、比較例1−3よりも実施例1の方が小さい値になっているが、これは接合面積の違いによるものと考えられる。実施例1における接合面積は、図1に示すように、金属座金13の軟化部分と金属板11の軟化部分との重なり合っている領域で示される。この領域は、図1に示す直径φを有する円形になっていると考えられ、同条件で作製された接合構造体10を示す図10の断面写真から177mmと求められる。比較例1−3における接合面積は、単に金属板11と樹脂板12とが重なり合っている領域の面積となる。引張せん断試験用の試験片では、接合面積は750mmと求められ、十字引張強度試験用の試験片では、接合面積は、2500mmと求められる。 In FIG. 15, the tensile shear strength and the cross tensile strength as load values are shown as measured values. Regarding the tensile shear strength, Example 1 has a smaller value than Comparative Example 1-3, which is considered to be due to the difference in the bonding area. As shown in FIG. 1, the bonding area in the first embodiment is indicated by a region where the softened portion of the metal washer 13 and the softened portion of the metal plate 11 overlap each other. This region is considered to have become circular with a diameter phi J shown in FIG. 1, obtained as 177 mm 2 from a cross-sectional photograph of FIG. 10 showing the joint structure 10 fabricated under the same conditions. The bonding area in Comparative Example 1-3 is simply the area of the region where the metal plate 11 and the resin plate 12 overlap. In the test piece for the tensile shear test, the bonding area is determined to be 750 mm 2, and in the test piece for the cross tensile strength test, the bonding area is determined to be 2500 mm 2 .

実施例1における接合面積と図15に示す引張せん断強度とに基づいて、単位接合面積当たりの引張せん断強度(平均応力に相当)が得られる。また、実施例1における接合面積と図15に示す十字引張強度とに基づいて、単位接合面積当たりの十字引張強度(平均応力に相当)が得られる。その結果を図16に示す。図16においては、実施例1と同様にして比較例1−3による単位接合面積当たりの引張せん断強度と、単位接合面積当たりの十字引張強度を示す。   Based on the bonding area in Example 1 and the tensile shear strength shown in FIG. 15, the tensile shear strength (corresponding to the average stress) per unit bonding area is obtained. Further, based on the joint area in Example 1 and the cross tensile strength shown in FIG. 15, a cross tensile strength (corresponding to an average stress) per unit joint area is obtained. The result is shown in FIG. FIG. 16 shows the tensile shear strength per unit bonding area and the cross tensile strength per unit bonding area according to Comparative Example 1-3 in the same manner as in Example 1.

図16に示すように、比較例1−3よりも実施例1の方が、単位接合面積当たりの引張せん断強度および単位接合面積当たりの十字引張強度が大きくなることが確認できた。とりわけ、単位接合面積当たりの十字引張強度は、比較例1−3よりも実施例1の方が、著しく大きくなっていることがわかる。このことにより、実施例1では、金属板11と樹脂板12とを接合した接合構造体10の剥離強度が大いに向上したと言える。   As shown in FIG. 16, it was confirmed that the tensile shear strength per unit bonding area and the cross tensile strength per unit bonding area were higher in Example 1 than in Comparative Example 1-3. In particular, it can be seen that the cross tensile strength per unit bonding area is significantly larger in Example 1 than in Comparative Example 1-3. Thus, in Example 1, it can be said that the peel strength of the joint structure 10 in which the metal plate 11 and the resin plate 12 are joined is greatly improved.

(実施例2)
実施例2では、図6に示す接合構造体10について引張せん断強度を測定した。すなわち、実施例2−1として、絶縁性部材50を用いずに図12(a)に示すような平面形状を有する試験片(すなわち、図1に示す接合構造体10に相当する試験片)を作製し、実施例2−2として、絶縁性部材50にウエルドボンド用接着剤を用いた同様の試験片(すなわち、図6に示す接合構造体10に相当する試験片)を作製した。比較例2として、摩擦撹拌接合せずにウエルドボンド用接着剤を用いて同様の試験片を作製した。比較例2では、単なる接着試験片となるため、金属座金13は用いていない。ここで実施例2−2および比較例2で用いたウエルドボンド用接着剤は、自動車産業でスポット溶接と併用して使用される接着剤である。ウエルドボンド用接着剤は、金属板11の第2面11bに塗布し、実施例2−2では金属座金13の第1面13aにも塗布した。
(Example 2)
In Example 2, the tensile shear strength was measured for the bonded structure 10 shown in FIG. That is, as Example 2-1, a test piece having a planar shape as shown in FIG. 12A without using the insulating member 50 (that is, a test piece corresponding to the joint structure 10 shown in FIG. 1). It produced and the same test piece (namely, test piece corresponded to the junction structure 10 shown in FIG. 6) using the adhesive for weld bonds to the insulating member 50 as Example 2-2 was produced. As Comparative Example 2, a similar test piece was prepared using a weld bond adhesive without friction stir welding. In Comparative Example 2, the metal washer 13 is not used because it is a simple adhesion test piece. Here, the adhesive for weld bonding used in Example 2-2 and Comparative Example 2 is an adhesive used in combination with spot welding in the automobile industry. The weld bond adhesive was applied to the second surface 11b of the metal plate 11, and also applied to the first surface 13a of the metal washer 13 in Example 2-2.

絶縁性部材50以外の点では、実施例2−1、2−2の接合構造体10は、以下の条件で作製した。
・金属板11の板厚:1mm
・樹脂板12の板厚:1mm
・金属座金13の板厚:1mm
・プローブ44のツール径:9.53mm(3/8インチ)
・樹脂板12の貫通孔14の径:10mm
・押込深さ(金属座金13の第2面13bからの深さ):2.6mm
比較例2では、実施例2−1、2−2と同様の板厚を有する金属板11と同様の板厚を有する樹脂板12とを用いた。
Except for the insulating member 50, the bonded structures 10 of Examples 2-1 and 2-2 were manufactured under the following conditions.
-Thickness of the metal plate 11: 1 mm
・ Thickness of resin plate 12: 1 mm
-Metal washer 13 thickness: 1 mm
Tool diameter of probe 44: 9.53 mm (3/8 inch)
-Diameter of the through hole 14 of the resin plate 12: 10 mm
Indentation depth (depth from the second surface 13b of the metal washer 13): 2.6 mm
In Comparative Example 2, the metal plate 11 having the same plate thickness as in Examples 2-1 and 2-2 and the resin plate 12 having the same plate thickness were used.

実施例2−2によって得られた接合構造体10の拡大断面写真を図17に示す。図17に示すように、ウエルドボンド用接着剤からなる絶縁性部材50を用いた場合であっても、金属座金13の軟化部分と金属板11の軟化部分とが良好に接合されていることが確認できた。すなわち、金属座金13の軟化部分と金属板11の軟化部分との間に、絶縁性部材50の材料は介在されていないとみなせる。   An enlarged cross-sectional photograph of the bonded structure 10 obtained in Example 2-2 is shown in FIG. As shown in FIG. 17, even when the insulating member 50 made of a weld bond adhesive is used, the softened portion of the metal washer 13 and the softened portion of the metal plate 11 are well bonded. It could be confirmed. That is, it can be considered that the material of the insulating member 50 is not interposed between the softened portion of the metal washer 13 and the softened portion of the metal plate 11.

実施例2−1、2−2、比較例2により得られた各接合構造体10について、引張せん断強度試験を行った。引張せん断強度試験は、実施例1と同様の方法で行った。結果を図18に示す。   A tensile shear strength test was performed on each joint structure 10 obtained in Examples 2-1 and 2-2 and Comparative Example 2. The tensile shear strength test was performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.

図18に示すように、ウエルドボンド用接着剤を用いていない単なる摩擦撹拌接合で作製された試験片を用いた実施例2−1よりも、単なる接着継手試験片を用いた比較例2の方が、荷重値としての引張せん断強度が大きくなっており、図15と同じ傾向が示されている。ウエルドボンド用接着剤を用いた摩擦撹拌接合で作製された試験片を用いた実施例2−2の方が、実施例2−1や比較例2よりも、引張せん断強度が大きくなっていることが確認できた。これは、実施例2−2では、金属板11と樹脂板12がウエルドボンド用接着剤で接合されているとともに、樹脂板12と金属座金13がウエルドボンド用接着剤で接合されていることにより、摩擦撹拌接合による接合力とウエルドボンド用接着剤による接合力との相乗効果で、金属板11と樹脂板12との接合強度が増大したためと言える。   As shown in FIG. 18, Comparative Example 2 using a simple adhesive joint test piece was used rather than Example 2-1 using a test piece produced by simple friction stir welding without using an adhesive for weld bonding. However, the tensile shear strength as a load value is large, and the same tendency as in FIG. 15 is shown. Example 2-2 using a test piece produced by friction stir welding using an adhesive for weld bonds has a higher tensile shear strength than Example 2-1 and Comparative Example 2. Was confirmed. This is because in Example 2-2, the metal plate 11 and the resin plate 12 are joined with the weld bond adhesive, and the resin plate 12 and the metal washer 13 are joined with the weld bond adhesive. It can be said that the joint strength between the metal plate 11 and the resin plate 12 is increased by the synergistic effect of the joint force by the friction stir welding and the joint force by the weld bond adhesive.

(実施例3)
実施例3では、以下の条件で、図12(a)に示すような試験片(すなわち、図1に示す接合構造体10に相当する試験片)を作製し、引張せん断強度試験を行った。
・金属板11の板厚:1mm
・樹脂板12の板厚:1mm
・金属座金13の板厚:0.6mm
・プローブ44のツール径:6.35mm(1/4インチ)
・貫通孔14の径:4mm、6mm、8mm、10mm
・押込深さ(金属座金13の第2面13bからの深さ):2.2mm
(Example 3)
In Example 3, a test piece as shown in FIG. 12A (that is, a test piece corresponding to the bonded structure 10 shown in FIG. 1) was produced under the following conditions, and a tensile shear strength test was performed.
-Thickness of the metal plate 11: 1 mm
・ Thickness of resin plate 12: 1 mm
-Plate thickness of metal washer 13: 0.6 mm
-Tool diameter of probe 44: 6.35 mm (1/4 inch)
-Diameter of the through hole 14: 4 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm
・ Indentation depth (depth from the second surface 13b of the metal washer 13): 2.2 mm

引張せん断強度試験は、実施例1と同様の方法で行った。結果を図19に示す。   The tensile shear strength test was performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.

図19に示すように、貫通孔14の径を4mm以上にすることにより、引張せん断強度を高めることができることが確認できた。すなわち、図19に示す結果によれば、貫通孔14の径を4mm以上にすることで、引張せん断強度を大きく高められることがわかる。これは、貫通孔14の径が大きくなればなるほど、金属座金13の軟化部分と金属板11の軟化部分との間に、樹脂板12の樹脂材料の介在が少なくなる、若しくは無くなるためと考えられる。また、貫通孔14の径が4mm、6mmの場合には、引張せん断試験時の破断が摩擦撹拌接合部15での破断であったが、貫通孔14の径が8mm、10mmの場合には、引張せん断試験時の破断が樹脂板12の母材破断であった。後者の場合、摩擦撹拌接合部15における接合強度としては、図19に示す数値よりも高いと考えられる。   As shown in FIG. 19, it was confirmed that the tensile shear strength could be increased by setting the diameter of the through hole 14 to 4 mm or more. That is, according to the result shown in FIG. 19, it can be seen that the tensile shear strength can be greatly increased by setting the diameter of the through hole 14 to 4 mm or more. This is probably because the resin material of the resin plate 12 is less or less interposed between the softened portion of the metal washer 13 and the softened portion of the metal plate 11 as the diameter of the through hole 14 is larger. . In addition, when the diameter of the through hole 14 is 4 mm and 6 mm, the break at the time of the tensile shear test was the break at the friction stir joint 15, but when the diameter of the through hole 14 is 8 mm and 10 mm, The fracture at the time of the tensile shear test was the base material fracture of the resin plate 12. In the latter case, it is considered that the bonding strength at the friction stir welding portion 15 is higher than the numerical value shown in FIG.

(実施例4)
実施例4では、以下の条件で、図12(a)に示すような試験片(すなわち、図1に示す接合構造体10に相当する試験片)を作製し、引張せん断強度試験を行った。
・金属板11の板厚:1mm
・樹脂板12の板厚:1mm
・金属座金13の板厚:1mm
・プローブ44のツール径:9.53mm(3/8インチ)
・貫通孔14の径:3mm、6mm、10mm、12mm
・押込深さ(金属座金13の第2面13bからの深さ):2.6mm
(Example 4)
In Example 4, a test piece as shown in FIG. 12A (that is, a test piece corresponding to the bonded structure 10 shown in FIG. 1) was produced under the following conditions, and a tensile shear strength test was performed.
-Thickness of the metal plate 11: 1 mm
・ Thickness of resin plate 12: 1 mm
-Metal washer 13 thickness: 1 mm
Tool diameter of probe 44: 9.53 mm (3/8 inch)
-Diameter of the through hole 14: 3 mm, 6 mm, 10 mm, 12 mm
Indentation depth (depth from the second surface 13b of the metal washer 13): 2.6 mm

引張せん断強度試験は、実施例1と同様の方法で行った。結果を図20に示す。   The tensile shear strength test was performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.

図20に示すように、貫通孔14の径を6mm以上にすることにより、引張せん断強度を高めることができることが確認できた。すなわち、図20に示す結果によれば、貫通孔14の径を6mm以上にすることで、貫通孔14の径が3mmの場合よりも引張せん断強度を大きく高められることがわかる。また、貫通孔14の径が6mm以上の場合には、引張せん断試験時の破断が樹脂板12の母材破断であり、摩擦撹拌接合部15における接合強度としては、図20に示す数値よりも高いと考えられる。   As shown in FIG. 20, it was confirmed that the tensile shear strength can be increased by setting the diameter of the through hole 14 to 6 mm or more. That is, according to the result shown in FIG. 20, it can be seen that by setting the diameter of the through hole 14 to 6 mm or more, the tensile shear strength can be greatly increased as compared with the case where the diameter of the through hole 14 is 3 mm. Moreover, when the diameter of the through-hole 14 is 6 mm or more, the fracture | rupture at the time of a tensile shear test is a base material fracture | rupture of the resin board 12, and it is more than the numerical value shown in FIG. It is considered high.

(実施例5)
実施例5では、以下の条件で、図12(a)に示すような試験片(すなわち、図1に示す接合構造体10に相当する試験片)を作製し、引張せん断強度試験を行った。
・金属板11の板厚:1mm
・樹脂板12の板厚:1mm
・金属座金13の板厚:1mm
・プローブ44のツール径:12.70mm(1/2インチ)
・貫通孔14の径:3mm、6mm、10mm、12mm
・押込深さ(金属座金13の第2面13bからの深さ):2.6mm
(Example 5)
In Example 5, a test piece as shown in FIG. 12A (that is, a test piece corresponding to the bonded structure 10 shown in FIG. 1) was produced under the following conditions, and a tensile shear strength test was performed.
-Thickness of the metal plate 11: 1 mm
・ Thickness of resin plate 12: 1 mm
-Metal washer 13 thickness: 1 mm
Tool diameter of probe 44: 12.70 mm (1/2 inch)
-Diameter of the through hole 14: 3 mm, 6 mm, 10 mm, 12 mm
Indentation depth (depth from the second surface 13b of the metal washer 13): 2.6 mm

引張せん断強度試験は、実施例1と同様の方法で行った。結果を図21に示す。   The tensile shear strength test was performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.

図21に示すように、貫通孔14の径を6mm以上にすることにより、引張せん断強度を高めることができることが確認できた。すなわち、図21に示す結果によれば、貫通孔14の径を6mm以上にすることで、貫通孔14の径が3mmの場合よりも引張せん断強度を大きく高められることがわかる。また、貫通孔14の径が6mm以上の場合には、引張せん断試験時の破断が樹脂板12の母材破断であり、摩擦撹拌接合部15における接合強度としては、図21に示す数値よりも高いと考えられる。   As shown in FIG. 21, it was confirmed that the tensile shear strength can be increased by setting the diameter of the through hole 14 to 6 mm or more. That is, according to the result shown in FIG. 21, it can be seen that by setting the diameter of the through-hole 14 to 6 mm or more, the tensile shear strength can be greatly increased as compared with the case where the diameter of the through-hole 14 is 3 mm. Further, when the diameter of the through hole 14 is 6 mm or more, the fracture at the time of the tensile shear test is the base material fracture of the resin plate 12, and the bonding strength at the friction stir welding portion 15 is more than the numerical value shown in FIG. It is considered high.

(実施例6)
実施例6では、以下の条件で、図12(a)に示すような試験片(すなわち、図1に示す接合構造体10に相当する試験片)を作製し、引張せん断強度試験を行った。
・金属板11の板厚:2mm
・樹脂板12の板厚:1mm
・金属座金13の板厚:1mm
・プローブ44のツール径:12.70mm(1/2インチ)
・貫通孔14の径:3mm、6mm、8mm、10mm、13mm、14mm
・押込深さ(金属座金13の第2面13bからの深さ):3.6mm
(Example 6)
In Example 6, a test piece as shown in FIG. 12A (that is, a test piece corresponding to the bonded structure 10 shown in FIG. 1) was produced under the following conditions, and a tensile shear strength test was performed.
-Thickness of the metal plate 11: 2 mm
・ Thickness of resin plate 12: 1 mm
-Metal washer 13 thickness: 1 mm
Tool diameter of probe 44: 12.70 mm (1/2 inch)
-Diameter of the through hole 14: 3 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm, 13 mm, 14 mm
Indentation depth (depth from the second surface 13b of the metal washer 13): 3.6 mm

引張せん断強度試験は、実施例1と同様の方法で行った。結果を図22に示す。   The tensile shear strength test was performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.

図22に示すように、貫通孔14の径を6mm以上にすることにより、引張せん断強度を高めることができることが確認できた。すなわち、図22に示す結果によれば、貫通孔14の径を6mm以上にすることで、貫通孔14の径が3mmの場合よりも引張せん断強度を大きく高められることがわかる。また、貫通孔14の径が6mm以上の場合には、引張せん断試験時の破断が樹脂板12の母材破断であり、摩擦撹拌接合部15における接合強度としては、図22に示す数値よりも高いと考えられる。   As shown in FIG. 22, it was confirmed that the tensile shear strength could be increased by setting the diameter of the through hole 14 to 6 mm or more. That is, according to the result shown in FIG. 22, it can be seen that by setting the diameter of the through-hole 14 to 6 mm or more, the tensile shear strength can be greatly increased as compared with the case where the diameter of the through-hole 14 is 3 mm. Further, when the diameter of the through hole 14 is 6 mm or more, the fracture at the time of the tensile shear test is the base material fracture of the resin plate 12, and the joint strength at the friction stir weld 15 is more than the numerical value shown in FIG. It is considered high.

上述した実施例3〜実施例6で得られた引張せん断強度試験結果をまとめて表にしたものを図23に示す。ここでは、実施例毎に、比較的高い引張せん断強度が得られた貫通孔14の径を有する接合構造体10を良品(図23ではOKと記す)とし、それ以外の接合構造体10を不良品(図23ではNGと記す)とした。そして、図24に示すようなグラフに、良品を○印でプロットし、不良品を×印でプロットした。図24の縦軸は、貫通孔14の径φ(いずれも図4参照)とした。横軸は、貫通孔14の予測径φを示している。以下に、予測径φについて図25を用いて説明する。ここでは、接合ツール42が球形ツールである場合について説明する。 FIG. 23 shows a summary of the tensile shear strength test results obtained in Examples 3 to 6 described above. Here, in each example, the bonded structure 10 having a diameter of the through-hole 14 with a relatively high tensile shear strength is determined as a non-defective product (denoted as OK in FIG. 23), and the other bonded structures 10 are not used. Non-defective product (denoted as NG in FIG. 23). Then, in the graph as shown in FIG. 24, non-defective products are plotted with ◯ marks, and defective products are plotted with X marks. The vertical axis in FIG. 24 is the diameter φ M of the through hole 14 (see FIG. 4 for both). The horizontal axis shows the predicted diameter phi E of the through-hole 14. It will be described below with reference to FIG. 25 for the predicted diameter phi E. Here, a case where the joining tool 42 is a spherical tool will be described.

予測径φは、接合ツール42のプローブ44の形状と、金属板11、樹脂板12および金属座金13の板厚から、貫通孔14の径φを幾何学的に求めた予測値である。この予測値は、図25に示す断面における貫通孔14の壁面と樹脂板12の第2面12bとの交点Pからプローブ44の湾曲面44aまでの距離が金属座金13の板厚tに等しいと仮定した場合の予測値である。より具体的には、図25に示すように、プローブ44のツール半径をr(=φ/2)、金属板11の板厚をt、樹脂板12の板厚をt、金属座金13の板厚をt、プローブ44の押込深さ(金属座金13の第2面13bからの深さ)をD、押込位置に押し込まれたプローブ44の先端と金属板11の第1面11aとの距離(残深さ)をdとしたとき、貫通孔14の予測半径R(=φ/2)は、以下の式で表わされる。
The predicted diameter φ E is a predicted value obtained by geometrically determining the diameter φ M of the through hole 14 from the shape of the probe 44 of the joining tool 42 and the plate thickness of the metal plate 11, the resin plate 12 and the metal washer 13. . This prediction value is the distance from the intersection P between the second surface 12b of the wall surface and the resin plate 12 through holes 14 in the cross section shown in FIG. 25 to the curved surface 44a of the probe 44 is equal to the thickness t 3 of the metal washer 13 It is a predicted value when it is assumed. More specifically, as shown in FIG. 25, the tool radius of the probe 44 r (= φ T / 2 ), t 1 the thickness of the metal plate 11, the thickness of the resin plate 12 t 2, metal washer 13 is the thickness t 3 , the pressing depth of the probe 44 (depth from the second surface 13 b of the metal washer 13) is D, the tip of the probe 44 pushed into the pushing position and the first surface 11 a of the metal plate 11. The predicted radius R (= φ E / 2) of the through hole 14 is expressed by the following equation, where d is the distance (remaining depth).

貫通孔14の予測径φ(=2×R)は、幾何学的には式(1)および式(2)から予測することができる。図23および図24の横軸に示す予測径φは、このようにして求められている。 The predicted diameter φ E (= 2 × R) of the through hole 14 can be geometrically predicted from the equations (1) and (2). The predicted diameter φ E shown on the horizontal axis in FIGS. 23 and 24 is obtained in this way.

図24に示すように、各実施例において貫通孔14の径φが大きい方が、良品と判定されていることがわかる。すなわち、貫通孔14の径を大きくすることにより、引張せん断強度を高めることができると言える。また、図24に示すように、プロットされた各接合構造体10のうち、良品と判定された接合構造体10のグループが存在するエリアと、不良品と判定された接合構造体10のグループが存在するエリアとは、明確に区分けされていることがわかる。より具体的には、φ=0.4×φで示す直線を境界にして、良品のグループと不良品のグループが区分けされていると言え、当該直線よりも上方(貫通孔14の径φが大きくなる側)のエリアにおいて、良品と判定された接合構造体10が存在している。 As shown in FIG. 24, the larger diameter phi M of the through-hole 14 in each example it can be seen that has been determined as a good product. That is, it can be said that the tensile shear strength can be increased by increasing the diameter of the through hole 14. Further, as shown in FIG. 24, among the plotted joint structures 10, there are an area where a group of the joint structures 10 determined to be non-defective and a group of the joint structures 10 determined to be defective. It can be seen that the existing area is clearly separated. More specifically, it can be said that a non-defective product group and a defective product group are separated from each other with a straight line represented by φ M = 0.4 × φ E as a boundary. In the area on the side where φ M becomes larger, there is a bonded structure 10 determined as a non-defective product.

一方、貫通孔14の径φを、ツール本体43の径(ショルダー径φS、図4参照)よりも小さくすると、摩擦撹拌接合時に、ショルダー面43aで金属座金13(とりわけ、金属座金13の軟化部分)を押圧することができる。このことにより、貫通孔14の径φは、ショルダー径φよりも小さいことが好ましい。 On the other hand, the diameter phi M of the through-hole 14, the diameter of the tool body 43 A smaller than (shoulder diameter phi S, see FIG. 4), when the friction stir welding, the metal washer 13 in the shoulder surface 43a (especially, a metal washer 13 The softened part) can be pressed. Thus, the diameter phi M of the through-hole 14 is preferably smaller than the shoulder diameter phi S.

従って、好ましい貫通孔14の径φは、
で表わすことができる。この式(3)を満たしている場合には、引張せん断強度をより一層高めることができるとともに、金属座金13の軟化部分が上方に盛り上がることを抑制した接合構造体10を得ることができると言える。
Therefore, the preferable diameter φ M of the through hole 14 is
It can be expressed as When this formula (3) is satisfied, it can be said that the tensile shear strength can be further increased and the bonded structure 10 can be obtained in which the softened portion of the metal washer 13 is prevented from rising upward. .

また、接合ツール42が図9に示す円錐形ツールである場合の予測径φについて、図26を用いて以下に説明する。 Further, the welding tool 42 for the predicted diameter phi E when a conical tool shown in FIG. 9 will be described below with reference to FIG. 26.

図26に示す予測径φも、接合ツール42のプローブ44の形状と、金属板11、樹脂板12および金属座金13の板厚から、貫通孔14の径φを幾何学的に求めた予測値である。この予測値は、図26に示す断面における貫通孔14の壁面と樹脂板12の第2面12bとの交点Pからプローブ44の傾斜面44cまでの距離が金属座金13の板厚tに等しいと仮定した場合の予測値である。より具体的には、図26に示すように、プローブ44のツール半径(ツール根元半径、ショルダー面43aにおける半径)をr(=φ/2)、金属板11の板厚をt、樹脂板12の板厚をt、金属座金13の板厚をt、プローブ44の押込深さ(金属座金13の第2面13bからの深さ)をD、押込位置に押し込まれたプローブ44の先端と金属板11の第1面11aとの距離(残深さ)をdとする。そして、ツール本体43のショルダー径をφ、プローブ44の先端面44bの半径(ツール先端半径)をr、押込位置に押し込まれたプローブ44の傾斜面44cの、樹脂板12の第2面12b(または金属座金13の第1面13a)における半径をr、押込位置に押し込まれたプローブ44の傾斜面44cと貫通孔14の壁面(交点P)との、第2面12bにおける距離をr、プローブ44の突出寸法をLとしたとき、貫通孔14の予測半径R(=φ/2)は、以下の式で表わされる。
It predicted diameter phi E shown in FIG. 26, the shape of the probe 44 of the welding tool 42, the metal plate 11, the thickness of the resin plate 12 and metal washer 13, to determine the diameter phi M of the through-hole 14 geometrically It is a predicted value. This prediction value is the distance from the intersection P between the second surface 12b of the wall surface and the resin plate 12 through holes 14 in the cross section shown in FIG. 26 to the inclined surface 44c of the probe 44 is equal to the thickness t 3 of the metal washer 13 It is a predicted value when it is assumed. More specifically, as shown in FIG. 26, the tool radius of the probe 44 (tool root radius, radius at the shoulder surface 43a) is r 1 (= φ T / 2), the plate thickness of the metal plate 11 is t 1 , The plate thickness of the resin plate 12 is t 2 , the plate thickness of the metal washer 13 is t 3 , the push depth of the probe 44 (depth from the second surface 13b of the metal washer 13) is D, and the probe pushed into the push position The distance (remaining depth) between the tip of 44 and the first surface 11a of the metal plate 11 is defined as d. The shoulder diameter of the tool body 43 is φ S , the radius of the distal end surface 44b of the probe 44 (the radius of the distal end of the tool) is r 2 , and the inclined surface 44c of the probe 44 pushed into the pushing position is the second surface of the resin plate 12. 12b (or the first surface 13a of the metal washer 13) has a radius r 3 , and the distance between the inclined surface 44c of the probe 44 pushed into the pushing position and the wall surface (intersection point P) of the through hole 14 on the second surface 12b. When r 4 and the protruding dimension of the probe 44 are L, the predicted radius R (= φ E / 2) of the through hole 14 is expressed by the following equation.

貫通孔14の予測径φ(=2×R)は、幾何学的には式(4)および式(5)から予測することができる。そして、上述した球形ツールの場合と同様にして、円錐形ツールを用いる場合においても、好ましい貫通孔14の径φは、上述した式(3)で表わすことができる。 The predicted diameter φ E (= 2 × R) of the through hole 14 can be geometrically predicted from the equations (4) and (5). And also when using a conical tool similarly to the case of the spherical tool mentioned above, preferable diameter (phi) M of the through-hole 14 can be represented by Formula (3) mentioned above.

11 金属板
11a 第1面
11b 第2面
12 樹脂板
12a 第1面
12b 第2面
13 金属座金
13a 第1面
13b 第2面
14 貫通孔
42 接合ツール
43 ツール本体
44 プローブ
44a 湾曲面
44b 先端面
44c 傾斜面
50 絶縁性部材
dL 長手方向
11 Metal plate 11a First surface 11b Second surface 12 Resin plate 12a First surface 12b Second surface 13 Metal washer 13a First surface 13b Second surface 14 Through hole 42 Joining tool 43 Tool body 44 Probe 44a Curved surface 44b Tip surface 44c Inclined surface 50 Insulating member dL Longitudinal direction

Claims (13)

被接合金属部材と被接合樹脂部材とを接合用金属部材を用いて接合する異材接合方法であって、
第1面と、前記第1面とは反対側に設けられた第2面と、前記第1面から前記第2面にわたって形成された貫通孔と、を有する前記被接合樹脂部材を準備するとともに、前記被接合金属部材および前記接合用金属部材を準備する工程と、
前記被接合樹脂部材の前記貫通孔が前記第1面の側から前記被接合金属部材で覆われるとともに、前記第2面の側から前記接合用金属部材で覆われるように、前記被接合金属部材、前記被接合樹脂部材および前記接合用金属部材を重ね合わせる工程と、
回転する接合ツールで前記接合用金属部材を前記貫通孔内に押し込み、前記被接合金属部材に摩擦撹拌接合させる工程と、を備えた、異材接合方法。
A dissimilar material joining method for joining a joined metal member and a joined resin member using a joining metal member,
While preparing the said to-be-joined resin member which has a 1st surface, the 2nd surface provided in the opposite side to the said 1st surface, and the through-hole formed ranging from the said 1st surface to the said 2nd surface. Preparing the bonded metal member and the bonding metal member;
The to-be-joined metal member so that the through-hole of the to-be-joined resin member is covered with the to-be-joined metal member from the first surface side and is covered with the to-be-joined metal member from the second surface side. A step of superimposing the bonded resin member and the bonding metal member;
A step of pressing the joining metal member into the through-hole with a rotating joining tool and friction stir joining the metal member to be joined.
前記接合用金属部材は、前記被接合樹脂部材の側に設けられた平坦状の第1面と、前記第1面とは反対側に設けられた平坦状の第2面と、を有している、請求項1に記載の異材接合方法。   The bonding metal member has a flat first surface provided on the bonded resin member side, and a flat second surface provided on the side opposite to the first surface. The dissimilar material joining method according to claim 1. 前記被接合金属部材は、前記被接合樹脂部材とは反対側に設けられた平坦状の第1面と、前記被接合樹脂部材の側に設けられた平坦状の第2面と、を有している、請求項1または2に記載の異材接合方法。   The bonded metal member has a flat first surface provided on the side opposite to the bonded resin member, and a flat second surface provided on the bonded resin member side. The dissimilar material joining method according to claim 1 or 2. 前記被接合金属部材が、鋼、銅、銅合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金またはチタン合金で形成されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の異材接合方法。   The dissimilar material joining method as described in any one of Claims 1-3 with which the said to-be-joined metal member is formed with steel, copper, a copper alloy, an aluminum alloy, a magnesium alloy, or a titanium alloy. 前記被接合樹脂部材が、繊維強化プラスチック材料で形成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の異材接合方法。   The dissimilar material joining method as described in any one of Claims 1-4 with which the said to-be-joined resin member is formed with the fiber reinforced plastic material. 前記被接合樹脂部材が、熱硬化性樹脂で形成されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の異材接合方法。   The dissimilar-material joining method as described in any one of Claims 1-5 with which the said to-be-joined resin member is formed with the thermosetting resin. 前記被接合樹脂部材が、熱可塑性樹脂で形成されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の異材接合方法。   The dissimilar-material joining method as described in any one of Claims 1-5 with which the said to-be-joined resin member is formed with the thermoplastic resin. 前記被接合金属部材、前記被接合樹脂部材および前記接合用金属部材を重ね合わせる工程において、前記被接合金属部材と前記被接合樹脂部材との間、および前記被接合樹脂部材と前記接合用金属部材との間の少なくとも一方に、絶縁性部材がそれぞれ介在されている、請求項1〜7のいずれか一項に記載の異材接合方法。   In the step of superimposing the metal member to be bonded, the resin member to be bonded, and the metal member for bonding, between the metal member to be bonded and the resin member to be bonded, and the resin member to be bonded and the metal member for bonding. The dissimilar-material joining method as described in any one of Claims 1-7 by which the insulating member is each interposed in at least one between. 前記絶縁性部材は、接着剤、シール材または樹脂シートである、請求項8に記載の異材接合方法。   The dissimilar material joining method according to claim 8, wherein the insulating member is an adhesive, a sealing material, or a resin sheet. 前記被接合樹脂部材の前記貫通孔の平面形状は、円形である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の異材接合方法。   The planar shape of the said through-hole of the said to-be-bonded resin member is a different material joining method as described in any one of Claims 1-9 which is circular. 前記被接合金属部材は、前記被接合樹脂部材とは反対側に設けられた第1面と、前記被接合樹脂部材の側に設けられた第2面と、を有し、
前記接合ツールは、ツール本体と、ツール本体の先端から突出する球状のプローブと、を有しており、
前記プローブのツール半径をr、前記被接合金属部材の厚さをt、前記被接合樹脂部材の厚さをt、前記接合用金属部材の厚さをt、摩擦撹拌接合時における前記プローブの押込深さをD、前記プローブが前記押込深さDで押し込まれている押込位置に押し込まれた前記プローブの先端と前記被接合金属部材の前記第1面との距離をd、前記ツール本体の径をφ、前記貫通孔の半径をRとしたとき、前記貫通孔の径φは、
を満たしている、請求項10に記載の異材接合方法。
The bonded metal member has a first surface provided on the opposite side to the bonded resin member, and a second surface provided on the bonded resin member side,
The joining tool has a tool body and a spherical probe protruding from the tip of the tool body,
The tool radius of the probe is r, the thickness of the metal member to be bonded is t 1 , the thickness of the resin member to be bonded is t 2 , the thickness of the metal member for bonding is t 3 , and The probe pressing depth is D, the distance between the tip of the probe pressed into the pressing position where the probe is pressed at the pressing depth D and the first surface of the bonded metal member is d, the tool When the diameter of the main body is φ S and the radius of the through hole is R, the diameter φ M of the through hole is
The dissimilar material joining method according to claim 10, wherein:
前記被接合金属部材は、前記被接合樹脂部材とは反対側に設けられた第1面と、前記被接合樹脂部材の側に設けられた第2面と、を有し、
前記接合ツールは、ツール本体と、ツール本体の先端から突出する円錐台状のプローブと、を有しており、
前記プローブは、平坦状の先端面と、前記ツール本体から前記先端面に向かって縮径する傾斜面と、を含み、
前記プローブのツール半径をr、前記被接合金属部材の厚さをt、前記被接合樹脂部材の厚さをt、前記接合用金属部材の厚さをt、摩擦撹拌接合時における前記プローブの押込深さをD、前記プローブが前記押込深さDで押し込まれている押込位置における前記プローブの先端と前記被接合金属部材の前記第1面との距離をd、前記プローブの前記先端面の半径をr、前記押込位置に押し込まれた前記プローブの前記被接合樹脂部材の前記第2面における半径をr、前記押込位置に押し込まれた前記プローブと前記貫通孔の壁面との前記被接合樹脂部材の前記第2面における距離をr、前記プローブの突出寸法をL、前記貫通孔の半径をR、前記ツール本体の径をφとしたとき、前記貫通孔の径φは、
を満たしている、請求項10に記載の異材接合方法。
The bonded metal member has a first surface provided on the opposite side to the bonded resin member, and a second surface provided on the bonded resin member side,
The joining tool has a tool body and a truncated cone-shaped probe protruding from the tip of the tool body,
The probe includes a flat tip surface, and an inclined surface whose diameter decreases from the tool body toward the tip surface,
The tool radius of the probe is r 1 , the thickness of the metal member to be bonded is t 1 , the thickness of the resin member to be bonded is t 2 , the thickness of the metal member for bonding is t 3 , and at the time of friction stir welding The probe pressing depth is D, the distance between the tip of the probe and the first surface of the metal member to be joined at the pressing position where the probe is pressed at the pressing depth D is d, The radius of the tip surface is r 2 , the radius of the second surface of the bonded resin member of the probe pushed into the pushing position is r 3 , and the probe pushed into the pushing position and the wall surface of the through-hole distance r 4 in the second surface of the object to be bonded resin members, the protruding dimension of the probe L, when the radius of the through hole was R, the diameter of the tool body and phi S, the diameter of the through hole φ M is
The dissimilar material joining method according to claim 10, wherein:
前記被接合樹脂部材の前記貫通孔の平面形状は、長手方向を有している、請求項1〜9のいずれか一項に記載の異材接合方法。   The planar shape of the said through-hole of the said to-be-joined resin member is a different material joining method as described in any one of Claims 1-9 which has a longitudinal direction.
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