JP2019171620A - Method of joining thermoset resin member, thermoset resin member used in the same, and joined body - Google Patents

Method of joining thermoset resin member, thermoset resin member used in the same, and joined body Download PDF

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勝也 西口
Katsuya Nishiguchi
勝也 西口
耕二郎 田中
Kojiro Tanaka
耕二郎 田中
泰博 森田
Yasuhiro Morita
泰博 森田
杉本 幸弘
Yukihiro Sugimoto
幸弘 杉本
田中 和人
Kazuto Tanaka
和人 田中
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Doshisha Co Ltd
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Abstract

To provide a method of joining a thermoset resin member capable of attaining joining between a thermoset resin member and another member with more than enough bonding strength even in a case in which the thermoset resin member is used.SOLUTION: A method of joining a thermoset resin member of this invention is a method according to a thermo-pressure-type joining method including: overlapping the thermoset resin member containing reinforcing fibers onto another member via thermoplastic resin; softening the thermoplastic resin by applying heat and pressure; and joining the thermoset resin member and the other member; in which the thermoset resin member that includes the reinforcing fibers whose exposing ratio at a joining surface with the other member is 2% or higher is used as the thermoset resin member.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、熱硬化樹脂部材の接合方法、その方法において使用される熱硬化樹脂部材および接合体に関する。   The present invention relates to a thermosetting resin member joining method, a thermosetting resin member used in the method, and a joined body.

従来、自動車、鉄道車両、航空機等の分野では軽量化が求められている。例えば、自動車の分野では、ハイテン材の利用により薄鋼板化が進められ、またスチール材の代替材としてアルミ合金材が用いられ、さらには樹脂材の利用も進んでいる。このような分野において金属部材と樹脂部材との接合技術の開発は、単に車体の軽量化に留まらず、接合部材の高強度化や高剛性化、生産性の向上を実現させる観点からも重要である。   Conventionally, weight reduction is required in the fields of automobiles, railway vehicles, airplanes, and the like. For example, in the field of automobiles, the use of high-tensile materials has made it possible to make steel sheets thinner, aluminum alloy materials have been used as substitutes for steel materials, and resin materials have also been increasingly used. In these fields, development of joining technology for metal members and resin members is important not only for reducing the weight of the car body, but also for increasing the strength and rigidity of the joining members and improving productivity. is there.

これまで、例えば、金属部材と樹脂部材との接合方法として、いわゆる摩擦撹拌接合(FSW:friction stir welding)方法が提案されている。摩擦撹拌接合方法とは、図11に示すように、金属部材511と樹脂部材512とを重ね合わせ、回転ツール516を回転させつつ、金属部材511に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱で樹脂部材512を溶融させた後、固化させて金属部材511と樹脂部材512とを接合する方法である(例えば、特許文献1〜2)。しかしながら、樹脂部材として熱硬化樹脂部材を用いたとき、当該樹脂部材は熱により溶融しないため、接合が達成されないことが問題となっていた。   So far, for example, a so-called friction stir welding (FSW) method has been proposed as a method for joining a metal member and a resin member. As shown in FIG. 11, the friction stir welding method is a method in which a metal member 511 and a resin member 512 are overlapped, and the rotary tool 516 is rotated and pressed against the metal member 511 to generate frictional heat. In this method, the resin member 512 is melted and then solidified to join the metal member 511 and the resin member 512 (for example, Patent Documents 1 and 2). However, when a thermosetting resin member is used as the resin member, since the resin member is not melted by heat, it has been a problem that bonding cannot be achieved.

そこで、熱硬化樹脂部材と金属部材との間に熱可塑性樹脂を介在させることにより、これらの接合を達成する技術が開示されているが(特許文献3)、十分な接合強度を得ることはできなかった。このため、熱硬化樹脂部材前駆体の最表面に熱可塑性樹脂を積層し、これを金属部材と接合する方法が考えられるが、熱硬化樹脂の完全硬化前に、熱可塑性樹脂を積層する必要があり、工程が煩雑であった。   In view of this, a technique has been disclosed in which a thermoplastic resin is interposed between the thermosetting resin member and the metal member to achieve these joining (Patent Document 3), but sufficient joining strength can be obtained. There wasn't. For this reason, a method of laminating a thermoplastic resin on the outermost surface of the thermosetting resin member precursor and joining it to a metal member is conceivable, but it is necessary to laminate the thermoplastic resin before the thermosetting resin is completely cured. Yes, the process was complicated.

特開2017−042972号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2017-042972 特開2017−104885号公報JP 2017-104885 A 特開2017−177465号公報JP 2017-177465 A

本発明の発明者等は、熱硬化樹脂部材と金属部材との間に熱可塑性樹脂を介在させた場合において熱硬化樹脂部材の表面粗さを調節しても、十分な接合強度はやはり得られないことを見い出した。詳しくは、従来技術においては、熱硬化樹脂部材の表面粗さを調節することにより樹脂自体の表面の凹凸によるアンカー効果が期待でき、また樹脂自体の表面積の増大により接合表面積が増大するため、接合強度は十分に上昇するものと考えられていた。しかしながら、このような熱硬化樹脂部材の表面粗さの調節によっても、十分な接合強度は得られなかった。   Even if the inventors of the present invention adjust the surface roughness of the thermosetting resin member when a thermoplastic resin is interposed between the thermosetting resin member and the metal member, sufficient bonding strength is still obtained. I found no. Specifically, in the prior art, by adjusting the surface roughness of the thermosetting resin member, the anchor effect due to the unevenness of the surface of the resin itself can be expected, and the bonding surface area increases due to the increase in the surface area of the resin itself. The strength was thought to increase sufficiently. However, sufficient bonding strength could not be obtained even by adjusting the surface roughness of the thermosetting resin member.

熱硬化樹脂部材を用いた場合に十分な接合強度が得られない問題は、熱硬化樹脂部材と金属部材との接合時だけでなく、熱硬化樹脂部材同士の接合時、および熱硬化樹脂部材と熱可塑性樹脂部材との接合時においても生じた。   When a thermosetting resin member is used, the problem that sufficient bonding strength cannot be obtained is not only when the thermosetting resin member and the metal member are bonded, but also when the thermosetting resin members are bonded to each other and with the thermosetting resin member. It also occurred at the time of joining with the thermoplastic resin member.

また熱硬化樹脂部材を用いた場合に十分な接合強度が得られない問題は、摩擦撹拌接合法だけでなく、超音波加熱接合方法、レーザー加熱接合方法、抵抗加熱接合方法、誘導加熱接合方法等の他の熱圧式接合方法においても生じた。   In addition, when a thermosetting resin member is used, the problem that sufficient bonding strength cannot be obtained is not only the friction stir welding method, but also the ultrasonic heating bonding method, laser heating bonding method, resistance heating bonding method, induction heating bonding method, etc. This also occurred in other hot-pressure bonding methods.

本発明は、熱硬化樹脂部材を用いる場合であっても、熱硬化樹脂部材と他の部材との接合をより十分な接合強度で達成できる熱硬化樹脂部材の接合方法を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a method for joining thermosetting resin members that can achieve joining of the thermosetting resin member and other members with more sufficient bonding strength even when a thermosetting resin member is used. To do.

本発明は、
強化繊維を含む熱硬化樹脂部材と他の部材とを、熱可塑性樹脂を介して重ね合わせ、熱および圧力を付与することにより、前記熱可塑性樹脂を軟化させて前記熱硬化樹脂部材と前記他の部材とを接合する熱圧式接合方法による熱硬化樹脂部材の接合方法であって、
前記熱硬化樹脂部材として、前記他の部材との接合表面における前記強化繊維の露出率が2%以上である熱硬化樹脂部材を用いる、熱硬化樹脂部材の接合方法に関する。
The present invention
The thermosetting resin member including the reinforcing fiber and another member are overlapped with each other through the thermoplastic resin, and heat and pressure are applied to soften the thermoplastic resin and the thermosetting resin member and the other member. A thermosetting resin member joining method by a hot-pressure joining method for joining members,
The present invention relates to a thermosetting resin member joining method using a thermosetting resin member having an exposure rate of 2% or more of the reinforcing fibers on the joining surface with the other member as the thermosetting resin member.

本発明の接合方法によれば、熱硬化樹脂部材を用いる場合であっても、熱硬化樹脂部材と他の部材との接合をより十分な接合強度で達成できる。   According to the bonding method of the present invention, even when a thermosetting resin member is used, the bonding between the thermosetting resin member and another member can be achieved with more sufficient bonding strength.

本発明にかかる金属部材と熱硬化樹脂部材との接合方法に好適な摩擦撹拌接合装置の一部の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a part of friction stir welding apparatus suitable for the joining method of the metal member and thermosetting resin member concerning this invention. 本発明の接合方法に使用される押圧部材としての回転ツールの一例の先端部の拡大図である。It is an enlarged view of the front-end | tip part of an example of the rotation tool as a press member used for the joining method of this invention. 本発明の予熱工程の一例を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating an example of the preheating process of this invention. 本発明の接合方法に使用される熱硬化樹脂部材の一例の端部の概略見取り図である。It is a schematic sketch of the edge part of an example of the thermosetting resin member used for the joining method of the present invention. 本発明の接合方法に使用される熱硬化樹脂部材表面における、繊維露出処理された複数の領域の写真の一例である。It is an example of the photograph of the several area | region in which the fiber exposure process was carried out in the thermosetting resin member surface used for the joining method of this invention. 本発明の押込み撹拌工程、撹拌維持工程及び保持工程の一例を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating an example of the pushing stirring process of this invention, a stirring maintenance process, and a holding process. 実施例における接合強度の測定方法を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the measuring method of the joint strength in an Example. 実施例における熱硬化樹脂部材の繊維露出率と接合体の接合強度との関係を示す。The relationship between the fiber exposure rate of the thermosetting resin member in an Example and the joint strength of a joined body is shown. 実施例における熱硬化樹脂部材の繊維露出率と接合体の接合強度との関係を示す。The relationship between the fiber exposure rate of the thermosetting resin member in an Example and the joint strength of a joined body is shown. 実施例における熱硬化樹脂部材の表面粗さRaと接合体の接合強度との関係を示す。The relationship between surface roughness Ra of the thermosetting resin member in an Example and the joint strength of a joined body is shown. 従来技術における金属部材と樹脂部材との接合方法を説明するための該略断面図である。It is this schematic sectional drawing for demonstrating the joining method of the metal member and resin member in a prior art.

[熱硬化樹脂部材の接合方法]
本発明に係る熱硬化樹脂部材の接合方法は、熱硬化樹脂部材と他の部材との間に熱可塑性樹脂を介在させ、当該熱可塑性樹脂の軟化(詳しくは溶融および固化)により、熱硬化樹脂部材と他の部材との接合を達成するものである。本発明に係る熱硬化樹脂部材の接合方法は、後述の熱硬化樹脂部材が使用され、かつ、熱硬化樹脂部材と他の部材との間に介在する熱可塑性樹脂の軟化により接合が達成される限り、特に限定されず、あらゆる熱圧式接合方法であってもよい。
[Method of joining thermosetting resin members]
The method for joining thermosetting resin members according to the present invention includes interposing a thermoplastic resin between a thermosetting resin member and another member, and softening (specifically, melting and solidifying) the thermoplastic resin, thereby thermosetting resin. The joining of a member and another member is achieved. The thermosetting resin member joining method according to the present invention uses a thermosetting resin member, which will be described later, and is achieved by softening a thermoplastic resin interposed between the thermosetting resin member and another member. As long as it is not particularly limited, any hot-pressure bonding method may be used.

熱圧式接合方法は、押圧部材により圧力を付与しつつ、押圧部材または別手段により熱を付与する方法である。熱圧式接合方法の具体例として、例えば、摩擦撹拌接合方法、超音波加熱接合方法、レーザー加熱接合方法、抵抗加熱接合方法、誘導加熱接合方法等が挙げられる。好ましくは摩擦撹拌接合方法および誘導加熱接合方法が採用される。   The hot-pressure bonding method is a method in which heat is applied by the pressing member or another means while applying pressure by the pressing member. Specific examples of the hot-pressure bonding method include a friction stir welding method, an ultrasonic heating bonding method, a laser heating bonding method, a resistance heating bonding method, an induction heating bonding method, and the like. Preferably, a friction stir welding method and an induction heating welding method are employed.

摩擦撹拌接合方法とは、後で詳述するように、熱硬化樹脂部材と他の部材(特に金属部材)とを、熱可塑性樹脂を介して重ね合わせ、押圧部材としての回転ツールを回転させつつ、他の部材に局所的に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱で熱可塑性樹脂を軟化および溶融させた後、固化させて接合する方法である。   As will be described in detail later, the friction stir welding method is a method in which a thermosetting resin member and other members (particularly metal members) are overlapped with each other via a thermoplastic resin, and a rotary tool as a pressing member is rotated. In this method, frictional heat is generated by locally pressing the other member, and the thermoplastic resin is softened and melted by the frictional heat, and then solidified and joined.

超音波加熱接合方法とは、熱硬化樹脂部材と他の部材(特に金属部材)とを重ね合わせ、押圧部材により他の部材を加圧しながら、押圧部材及び他の部材に超音波振動を起こさせ、該振動により生じる他の部材と熱硬化樹脂部材との間の摩擦熱で熱可塑性樹脂を軟化および溶融させた後、固化させて接合する方法である。   The ultrasonic heating bonding method is a method in which a thermosetting resin member and another member (particularly a metal member) are overlapped, and while pressing the other member with the pressing member, ultrasonic vibration is caused in the pressing member and the other member. In this method, the thermoplastic resin is softened and melted by frictional heat between another member generated by the vibration and the thermosetting resin member, and then solidified and joined.

レーザー加熱接合方法とは、熱硬化樹脂部材と他の部材(特に金属部材)とを重ね合わせ、押圧部材による加圧によりこれらを拘束した状態で、レーザーを他の部材に照射することにより熱を発生させ、この熱で熱可塑性樹脂を軟化および溶融させた後、固化させて接合する方法である。レーザーとしては、YAGレーザー、ファイバーレーザーまたは半導体レーザーなどが使用される。   The laser heat bonding method is a method in which a thermosetting resin member and another member (particularly a metal member) are overlapped and heat is applied by irradiating the other member with a laser in a state in which these are constrained by pressing with a pressing member. In this method, the thermoplastic resin is softened and melted with this heat and then solidified and joined. As the laser, a YAG laser, a fiber laser, a semiconductor laser, or the like is used.

抵抗加熱接合方法とは、熱硬化樹脂部材と他の部材(特に金属部材)とを重ね合わせ、押圧部材による加圧によりこれらを拘束した状態で、他の部材に直接電流を流すことにより生じる熱で熱可塑性樹脂を軟化および溶融させた後、固化させて接合する方法である。   The resistance heating bonding method refers to heat generated by directly applying a current to another member in a state where a thermosetting resin member and another member (particularly a metal member) are overlapped and constrained by pressurization by a pressing member. In this method, the thermoplastic resin is softened and melted and then solidified and joined.

誘導加熱接合方法とは、熱硬化樹脂部材と他の部材(特に金属部材)とを重ね合わせ、押圧部材による加圧によりこれらを拘束した状態で、電磁誘導作用により他の部材に誘導電流を生じさせ、該電流により生じる熱で熱可塑性樹脂を軟化および溶融させた後、固化させて接合する方法である。   The induction heating joining method is a state in which a thermosetting resin member and other members (particularly metal members) are superposed and restrained by pressurization by a pressing member, and an induction current is generated in the other members by electromagnetic induction. The thermoplastic resin is softened and melted with heat generated by the current, and then solidified and joined.

以下、摩擦撹拌接合方法を採用した本発明の接合方法について、図面を用いて詳しく説明する。後述の熱硬化樹脂部材が使用され、かつ、熱硬化樹脂部材と他の部材との間の熱可塑性樹脂の軟化により接合が達成される限り、上記した他の接合方法を用いても本発明の効果が得られることは明らかである。図面に示す各種の要素は、本発明の理解のために模式的に示したにすぎず、寸法比および外観などは実物と異なり得ることに留意されたい。尚、本明細書で直接的または間接的に用いる「上下方向」、「左右方向」および「表裏方向」は、図中における上下方向、左右方向および表裏方向に対応した方向に相当する。また特記しない限り、これらの図において、共通する符号は同じ部材、部位または領域を示すものとする。   Hereinafter, the joining method of the present invention employing the friction stir welding method will be described in detail with reference to the drawings. As long as the thermosetting resin member described later is used and joining is achieved by softening the thermoplastic resin between the thermosetting resin member and the other member, the above-described other joining methods can be used. It is clear that an effect can be obtained. It should be noted that the various elements shown in the drawings are merely schematically shown for understanding of the present invention, and the dimensional ratio and appearance may differ from the actual ones. The “vertical direction”, “left / right direction”, and “front / back direction” used directly or indirectly in the present specification correspond to directions corresponding to the vertical direction, left / right direction, and front / back direction in the drawing. Unless otherwise specified, in these drawings, common reference numerals indicate the same members, parts, or regions.

[摩擦撹拌接合方法による熱硬化樹脂部材と他の部材との接合方法]
本発明の接合方法(摩擦撹拌接合方法)について詳しく説明する。
[Method of joining thermosetting resin member and other members by friction stir welding method]
The joining method (friction stir welding method) of the present invention will be described in detail.

(1)接合装置
まず図1は、本発明の接合方法を実施するのに適した摩擦撹拌接合装置の一部の一例を模式的に示す図である。図1に示される摩擦撹拌接合装置1は、熱硬化樹脂部材12と他の部材11とを摩擦撹拌接合する装置として構成されており、押圧部材としての円柱状の回転ツール16を具備している。
(1) Joining Device First, FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a part of a friction stir welding device suitable for carrying out the joining method of the present invention. A friction stir welding device 1 shown in FIG. 1 is configured as a device for friction stir welding a thermosetting resin member 12 and another member 11 and includes a columnar rotary tool 16 as a pressing member. .

回転ツール16は、図示したように、他の部材11が上、熱硬化樹脂部材12が下になるように熱可塑性樹脂(図示せず)を介して重ね合わされたワーク10に対し、図外の駆動源により、矢印A1のように該回転ツール16の中心軸線X(図2参照)回りに回転しつつ、矢印A2のように下方に向けて移動する。このとき、回転ツール16は他の部材11表面における押圧領域P(押圧予定領域)において圧力を付与する。この回転ツール16の押圧により摩擦熱が発生し、この摩擦熱が熱可塑性樹脂に伝導して熱可塑性樹脂が軟化および溶融し、その後、溶融樹脂が固化する。その結果、他の部材11と樹脂部材12とが接合される。   As shown in the figure, the rotary tool 16 is not shown in the figure with respect to the workpiece 10 overlaid with a thermoplastic resin (not shown) so that the other member 11 is on top and the thermosetting resin member 12 is on the bottom. The drive source moves downward as indicated by an arrow A2 while rotating around the central axis X (see FIG. 2) of the rotary tool 16 as indicated by an arrow A1. At this time, the rotary tool 16 applies pressure in the pressing region P (the pressing scheduled region) on the surface of the other member 11. Friction heat is generated by the pressing of the rotary tool 16, and the frictional heat is conducted to the thermoplastic resin, so that the thermoplastic resin is softened and melted, and then the molten resin is solidified. As a result, the other member 11 and the resin member 12 are joined.

図2は、回転ツール16の先端部の拡大図である。図2において、右半分は回転ツール16の外観を示し、左半分は断面を示している。図2に示すように、円柱状の回転ツール16は、先端部(図2では下端部)にピン部16a及びショルダ部16bを有している。ショルダ部16bは、回転ツール16の円形の先端面を含む回転ツール16の先端の部分である。ショルダ部16bは特に、回転ツール16の円形の先端面(ショルダ面)を指すことがある。ピン部16aは、回転ツール16の中心軸線X上において、回転ツール16の円形の先端面から外方(図2では下方)に突設された、ショルダ部16bよりも小径の円柱状の部分である。ピン部16aは、回転している回転ツール16をワーク10に最初に接触させて押圧するときに回転ツール16を位置決めするためのものである。すなわち、回転ツール16は先端部に、当該回転ツール16の円形の先端面を含むショルダ部16b、および当該回転ツール16の円形の先端面から外方に突設された、ショルダ部16bよりも小径の円柱状のピン部16aを有している。   FIG. 2 is an enlarged view of the distal end portion of the rotary tool 16. In FIG. 2, the right half shows the appearance of the rotary tool 16, and the left half shows a cross section. As shown in FIG. 2, the columnar rotary tool 16 has a pin portion 16 a and a shoulder portion 16 b at the distal end portion (lower end portion in FIG. 2). The shoulder portion 16 b is a portion at the tip of the rotary tool 16 including the circular tip surface of the rotary tool 16. In particular, the shoulder portion 16b may refer to a circular tip surface (shoulder surface) of the rotary tool 16. The pin portion 16a is a cylindrical portion having a smaller diameter than the shoulder portion 16b, which protrudes outwardly (downward in FIG. 2) from the circular tip surface of the rotary tool 16 on the central axis X of the rotary tool 16. is there. The pin portion 16a is for positioning the rotating tool 16 when the rotating tool 16 that is rotating is first brought into contact with the workpiece 10 and pressed. That is, the rotating tool 16 has a shoulder portion 16b including the circular tip surface of the rotating tool 16 at the tip portion, and a smaller diameter than the shoulder portion 16b projecting outward from the circular tip surface of the rotating tool 16. The cylindrical pin portion 16a is provided.

回転ツール16の素材及び各部の寸法は、主として、回転ツール16が押圧する他の部材11の金属の種類に応じて設定される。例えば、他の部材11がアルミニウム合金よりなる場合、回転ツール16は工具鋼(例えばSKD61等)で作製され、ショルダ部16bの直径D1は10mm、ピン部16aの直径D2は2mm、ピン部16aの突出長さhは0.5mmに設定される。また、例えば、他の部材11がスチールよりなる場合、回転ツール16は窒化珪素やPCBN(立方晶窒化ホウ素焼結体)等で作製され、ショルダ部16bの直径D1は10mm、ピン部16aの直径D2は3mm、ピン部16aの突出長さhは0.5mmに設定される。もっとも、これらは例示に過ぎず、これらに限定されないことはいうまでもない。例えば、ショルダ部16bの直径D1は通常、5〜30mm、好ましくは5〜15mmであるがこれに限定されるものではない。   The material of the rotary tool 16 and the dimensions of each part are mainly set according to the metal type of the other member 11 pressed by the rotary tool 16. For example, when the other member 11 is made of an aluminum alloy, the rotary tool 16 is made of tool steel (for example, SKD61), the diameter D1 of the shoulder portion 16b is 10 mm, the diameter D2 of the pin portion 16a is 2 mm, and the pin portion 16a The protrusion length h is set to 0.5 mm. For example, when the other member 11 is made of steel, the rotary tool 16 is made of silicon nitride, PCBN (cubic boron nitride sintered body) or the like, the diameter D1 of the shoulder portion 16b is 10 mm, and the diameter of the pin portion 16a. D2 is set to 3 mm, and the protruding length h of the pin portion 16a is set to 0.5 mm. Needless to say, these are merely examples, and the present invention is not limited thereto. For example, the diameter D1 of the shoulder portion 16b is usually 5 to 30 mm, preferably 5 to 15 mm, but is not limited thereto.

回転ツール16の下方には、回転ツール16と同径又は回転ツール16よりも大径の円柱状の受け具17が回転ツール16と同軸に配置されている。受け具17は、上記ワーク10に対し、図外の駆動源により、矢印A3のように上方に移動される。受け具17は、遅くとも回転ツール16がワーク10の押圧を開始するまでに、上端面がワーク10の下面(より詳しくは樹脂部材12の下面)に当接する。そして、受け具17は、回転ツール16との間にワーク10を挟んで、回転ツール16による押圧期間中、つまり摩擦撹拌接合中、上記押圧力に抗してワーク10を下方から支持する。なお、受け具17は必ずしも矢印A3方向へ移動させる必要はなく、受け具17にワーク10を載せた後に回転ツール16を矢印A2の方向に移動させる方法を採用することもできる。   Below the rotary tool 16, a cylindrical receiving member 17 having the same diameter as the rotary tool 16 or a larger diameter than the rotary tool 16 is arranged coaxially with the rotary tool 16. The receiving member 17 is moved upward with respect to the work 10 as shown by an arrow A3 by a driving source (not shown). The upper end surface of the receiving member 17 abuts on the lower surface of the workpiece 10 (more specifically, the lower surface of the resin member 12) by the time the rotating tool 16 starts pressing the workpiece 10 at the latest. The support 17 sandwiches the workpiece 10 between the rotary tool 16 and supports the workpiece 10 from below against the pressing force during a pressing period by the rotary tool 16, that is, during friction stir welding. Note that the receiving tool 17 does not necessarily have to be moved in the direction of the arrow A3, and a method of moving the rotary tool 16 in the direction of the arrow A2 after placing the workpiece 10 on the receiving tool 17 can also be adopted.

摩擦撹拌接合装置1は、多関節ロボット等からなる図外の駆動制御装置に装着されている。そして、回転ツール16及び受け具17の座標位置、回転ツール16の回転数(rpm)、加圧力(N)、加圧時間(秒)等が上記駆動制御装置により適宜制御される。なお、図1には図示を省略したが、摩擦撹拌接合装置1は、予めワーク10を固定し、また回転ツール16を押圧したときの他の部材11の浮き上がりを防止するためのスペーサやクランプ等の治具を備えている。   The friction stir welding apparatus 1 is attached to a drive control device (not shown) composed of an articulated robot or the like. The coordinate positions of the rotary tool 16 and the receiving tool 17, the rotational speed (rpm) of the rotary tool 16, the pressure (N), the pressurization time (second), and the like are appropriately controlled by the drive control device. Although not shown in FIG. 1, the friction stir welding apparatus 1 fixes a workpiece 10 in advance and spacers, clamps, and the like for preventing other members 11 from lifting when the rotary tool 16 is pressed. The jig is equipped.

(2)熱可塑性樹脂
熱可塑性樹脂50(図3参照)は、熱硬化樹脂部材12と他の部材11との接合を媒介する、いわゆる中間接着層である。付与される熱による熱可塑性樹脂50の溶融およびその後の冷却による固化により、他の部材11と樹脂部材12との接合が達成される。
(2) Thermoplastic Resin The thermoplastic resin 50 (see FIG. 3) is a so-called intermediate adhesive layer that mediates bonding between the thermosetting resin member 12 and the other member 11. Joining of the other member 11 and the resin member 12 is achieved by melting of the thermoplastic resin 50 by the applied heat and solidification by subsequent cooling.

熱可塑性樹脂50は、他の部材11と樹脂部材12との間に介在する限り、いかなる形態を有していてもよい。熱可塑性樹脂は、例えば、シートの形態、他の部材11表面に形成された皮膜の形態、樹脂部材12表面に形成された皮膜の形態、またはそれらの複合形態を有していてもよい。シートの形態とは、他の部材11に対しても、樹脂部材12に対しても付着していない、独立して取り引きの対象となり得る薄板形状のことであり、熱可塑性樹脂を熱プレスすることにより形成され得る。他の部材11表面または樹脂部材12表面に形成された皮膜の形態とは、他の部材11表面または樹脂部材12表面に付着して形成される薄膜形状のことであり、熱可塑性樹脂の溶液または分散液を当該表面に塗布し、乾燥することにより形成され得る。熱可塑性樹脂が複合形態を有するとは、熱可塑性樹脂が上記形態のうち2種以上の形態で他の部材11と樹脂部材12との間に介在するという意味である。図3は後述する予熱工程の一例を説明するための概略断面図であって、図1におけるX−X断面を矢印方向で見たときの断面図である。   The thermoplastic resin 50 may have any form as long as it is interposed between the other member 11 and the resin member 12. The thermoplastic resin may have, for example, the form of a sheet, the form of a film formed on the surface of another member 11, the form of a film formed on the surface of the resin member 12, or a composite form thereof. The form of the sheet is a thin plate shape that is not attached to the other member 11 or the resin member 12 and can be an object of the transaction independently, and hot pressing a thermoplastic resin. Can be formed. The form of the film formed on the surface of the other member 11 or the surface of the resin member 12 is a thin film shape formed by adhering to the surface of the other member 11 or the surface of the resin member 12, and a solution of a thermoplastic resin or It can be formed by applying the dispersion to the surface and drying. That the thermoplastic resin has a composite form means that the thermoplastic resin is interposed between the other member 11 and the resin member 12 in two or more of the above forms. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a preheating process to be described later, and is a cross-sectional view when the XX cross section in FIG. 1 is viewed in the arrow direction.

熱可塑性樹脂の種類は特に限定されず、熱可塑性を有するあらゆるポリマーが使用可能である。中でも、自動車の分野で使用されている熱可塑性ポリマー、特に官能基を有する熱可塑性ポリマーが好ましく使用される。他の部材11と樹脂部材12との間に介在する熱可塑性樹脂が官能基を有することにより、接合時において熱可塑性樹脂と樹脂部材12との間および熱可塑性樹脂と他の部材11との間で相互作用がさらに働くようになり、接合強度をさらに向上させることができる。   The kind of thermoplastic resin is not particularly limited, and any polymer having thermoplasticity can be used. Among these, a thermoplastic polymer used in the field of automobiles, particularly a thermoplastic polymer having a functional group is preferably used. Since the thermoplastic resin interposed between the other member 11 and the resin member 12 has a functional group, it is between the thermoplastic resin and the resin member 12 and between the thermoplastic resin and the other member 11 at the time of joining. Thus, the interaction further works, and the bonding strength can be further improved.

熱可塑性ポリマーが有することが好ましい官能基は、酸素原子、窒素原子、フッ素原子および硫黄原子からなる群から選択される1種以上の原子を含有する基である。より好ましい官能基は少なくとも酸素原子および/または窒素原子を含み、さらに好ましくは少なくとも酸素原子を含む。   The functional group that the thermoplastic polymer preferably has is a group containing one or more atoms selected from the group consisting of an oxygen atom, a nitrogen atom, a fluorine atom, and a sulfur atom. A more preferred functional group contains at least an oxygen atom and / or a nitrogen atom, and more preferably contains at least an oxygen atom.

このような官能基の具体例として、例えば、カルボキシル基(−COOH)、ヒドロキシル基(−OH)、アミド結合基(−CO−NH−)、エステル結合基(−CO−O−)、エーテル基(−O−)、チオエーテル基(−S−)、カルボキシレート基(−COOR(式中、Rは炭素原子数1〜3のアルキル基である))、フッ素原子(−F)、ウレタン結合基(−NH−CO−O−)およびカーボネート基(−O−CO−O−)が挙げられる。官能基はこれらの基からなる群から選択される1種以上の基であってよい。好ましい官能基はカルボキシル基(−COOH)、ヒドロキシル基(−OH)、アミド結合基(−CO−NH−)、エステル結合基(−CO−O−)からなる群から選択される1種以上の基である。より好ましい官能基はカルボキシル基(−COOH)、ヒドロキシル基(−OH)、アミド結合基(−CO−NH−)からなる群から選択される1種以上の基である。さらに好ましい官能基はカルボキシル基(−COOH)、アミド結合基(−CO−NH−)からなる群から選択される1種以上の基である。最も好ましい官能基はアミド結合基(−CO−NH−)である。なお、エステル結合基は、カルボキシル基、カルボキシレート基、ウレタン結合基およびカーボネート基を包含するものではない。   Specific examples of such a functional group include, for example, a carboxyl group (—COOH), a hydroxyl group (—OH), an amide bond group (—CO—NH—), an ester bond group (—CO—O—), an ether group. (—O—), thioether group (—S—), carboxylate group (—COOR (wherein R is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms)), fluorine atom (—F), urethane bonding group (—NH—CO—O—) and carbonate groups (—O—CO—O—). The functional group may be one or more groups selected from the group consisting of these groups. A preferred functional group is one or more selected from the group consisting of a carboxyl group (—COOH), a hydroxyl group (—OH), an amide bond group (—CO—NH—), and an ester bond group (—CO—O—). It is a group. A more preferred functional group is at least one group selected from the group consisting of a carboxyl group (—COOH), a hydroxyl group (—OH), and an amide bond group (—CO—NH—). Further preferred functional groups are one or more groups selected from the group consisting of a carboxyl group (—COOH) and an amide bond group (—CO—NH—). The most preferred functional group is an amide bond group (—CO—NH—). The ester bond group does not include a carboxyl group, a carboxylate group, a urethane bond group, or a carbonate group.

上記官能基は熱可塑性ポリマーの主鎖および/または側鎖の少なくとも一部を構成すればよい。   The functional group may constitute at least a part of the main chain and / or side chain of the thermoplastic polymer.

熱可塑性ポリマーは通常、上記官能基のほか、水素原子をその主鎖および/または側鎖に含む。このため、他の部材11が金属部材である場合、熱可塑性ポリマーの当該水素原子と、他の部材11表面の金属酸化物の酸素原子との間で水素結合による相互作用が働く。他方、樹脂部材12を構成する後述の熱硬化樹脂は通常、少なくとも水素原子および酸素原子を有するため、これらの原子と熱可塑性ポリマーの官能基との間でやはり水素結合による相互作用が働く。これらの結果、他の部材11と樹脂部材12との接合強度がさらに向上する。   Thermoplastic polymers usually contain hydrogen atoms in the main chain and / or side chain in addition to the above functional groups. For this reason, when the other member 11 is a metal member, the interaction by a hydrogen bond acts between the said hydrogen atom of a thermoplastic polymer, and the oxygen atom of the metal oxide of the other member 11 surface. On the other hand, since the thermosetting resin described later constituting the resin member 12 usually has at least a hydrogen atom and an oxygen atom, an interaction due to hydrogen bonding works between these atoms and the functional group of the thermoplastic polymer. As a result, the bonding strength between the other member 11 and the resin member 12 is further improved.

官能基を有する熱可塑性ポリマーの具体例として、例えば、酸変性ポリオレフィン、熱可塑性エポキシポリマー、ポリアミド、酢酸ビニル含有ポリマー、ポリエステル、ポリ(メタ)アクリル酸アルキル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエーテル、液晶ポリマー、フッ素含有ポリマーが挙げられる。熱可塑性ポリマーは官能基を必ずしも有さなければならないというわけではなく、例えば、ポリオレフィンであってもよい。熱可塑性ポリマーはこれらのうちの1種以上のポリマーを組み合わせて用いてもよい。接合強度のさらなる向上の観点から好ましい熱可塑性ポリマーは、酸変性ポリオレフィン、熱可塑性エポキシポリマー、ポリアミド、酢酸ビニル含有ポリマーおよびこれらの混合物である。同観点からより好ましい熱可塑性ポリマーは、酸変性ポリオレフィン、熱可塑性エポキシポリマー、ポリアミドおよびこれらの混合物である。同観点からさらに好ましい熱可塑性ポリマーは、酸変性ポリオレフィン、ポリアミドおよびこれらの混合物である。同観点から最も好ましい熱可塑性ポリマーは、ポリアミドである。   Specific examples of the thermoplastic polymer having a functional group include, for example, acid-modified polyolefin, thermoplastic epoxy polymer, polyamide, vinyl acetate-containing polymer, polyester, poly (meth) acrylate, polycarbonate, polyurethane, polyether, liquid crystal polymer, Examples include fluorine-containing polymers. The thermoplastic polymer does not necessarily have a functional group, and may be, for example, a polyolefin. The thermoplastic polymer may be used in combination of one or more of these polymers. From the viewpoint of further improving the bonding strength, preferred thermoplastic polymers are acid-modified polyolefins, thermoplastic epoxy polymers, polyamides, vinyl acetate-containing polymers and mixtures thereof. More preferable thermoplastic polymers from the same viewpoint are acid-modified polyolefins, thermoplastic epoxy polymers, polyamides, and mixtures thereof. Further preferred thermoplastic polymers from the same viewpoint are acid-modified polyolefins, polyamides, and mixtures thereof. The most preferred thermoplastic polymer from the same viewpoint is polyamide.

酸変性ポリオレフィンはカルボキシル基を側鎖に有する熱可塑性ポリマーである。酸変性ポリオレフィンはポリオレフィンの酸変性物という意味である。酸変性ポリオレフィンの具体例として、カルボキシル基含有モノマーとオレフィン系モノマーとの共重合体が挙げられる。カルボキシル基含有モノマーとしては炭素原子数(カルボキシル基の炭素原子も含む)3〜8、好ましくは3〜6の不飽和カルボン酸が挙げられ、その具体例としてアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、無水シトラコン酸等が挙げられる。オレフィン系モノマーとしては炭素原子数2〜8、好ましくは2〜4の不飽和炭化水素が挙げられ、その具体例としてエチレン、プロピレン、ブチレン等が挙げられる。酸変性ポリオレフィンを構成する全モノマーに対するカルボキシル基含有モノマーの割合は10モル%以上、特に10〜90モル%であり、好ましくは30〜70モル%である。本明細書中、炭素原子数は特記しない限り、当該化合物がカルボキシル基を有する場合は当該カルボキシル基の炭素原子数も含むものとする。   The acid-modified polyolefin is a thermoplastic polymer having a carboxyl group in the side chain. The acid-modified polyolefin means an acid-modified product of polyolefin. Specific examples of the acid-modified polyolefin include a copolymer of a carboxyl group-containing monomer and an olefin monomer. Examples of the carboxyl group-containing monomer include unsaturated carboxylic acids having 3 to 8, preferably 3 to 6, carbon atoms (including carbon atoms of the carboxyl group), and specific examples thereof include acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, and anhydrous. Examples include maleic acid, fumaric acid, citraconic acid, and citraconic anhydride. Examples of the olefinic monomer include unsaturated hydrocarbons having 2 to 8 carbon atoms, preferably 2 to 4 carbon atoms, and specific examples thereof include ethylene, propylene, butylene and the like. The ratio of the carboxyl group-containing monomer to the total monomer constituting the acid-modified polyolefin is 10 mol% or more, particularly 10 to 90 mol%, preferably 30 to 70 mol%. In the present specification, unless otherwise specified, when the compound has a carboxyl group, the number of carbon atoms of the carboxyl group is included.

熱可塑性エポキシポリマーは、ヒドロキシ基を側鎖に有する熱可塑性ポリマーである。熱可塑性エポキシポリマーはジエポキシ化合物とジオール化合物との重付加反応物である。ジエポキシ化合物は、1分子中、エポキシ基を2個有する化合物であれば特に限定されない。ジエポキシ化合物は芳香族ジエポキシ化合物が好ましい。芳香族ジエポキシ化合物の具体例として、例えば、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールAジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、ビスフェノールAFジグリシジルエーテル、4,4’−ジヒドロキシビフェニルジグリシジルエーテル等が挙げられる。ジオール化合物は、1分子中、ヒドロキシル基を2個有する化合物であれば特に限定されない。ジオール化合物は脂肪族ジオール化合物が好ましい。脂肪族ジオール化合物としては炭素原子数2〜6、好ましくは2〜4の飽和脂肪族ジオール化合物が挙げられ、その具体例として、例えば、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール等が挙げられる。ジエポキシ化合物およびジオール化合物はそれぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。   The thermoplastic epoxy polymer is a thermoplastic polymer having a hydroxy group in the side chain. The thermoplastic epoxy polymer is a polyaddition reaction product of a diepoxy compound and a diol compound. The diepoxy compound is not particularly limited as long as it is a compound having two epoxy groups in one molecule. The diepoxy compound is preferably an aromatic diepoxy compound. Specific examples of the aromatic diepoxy compound include, for example, bisphenol A diglycidyl ether, bisphenol F diglycidyl ether, brominated bisphenol A diglycidyl ether, hydrogenated bisphenol A diglycidyl ether, bisphenol S diglycidyl ether, and bisphenol AF diglycidyl ether. 4,4′-dihydroxybiphenyl diglycidyl ether and the like. The diol compound is not particularly limited as long as it is a compound having two hydroxyl groups in one molecule. The diol compound is preferably an aliphatic diol compound. Examples of the aliphatic diol compound include saturated aliphatic diol compounds having 2 to 6 carbon atoms, preferably 2 to 4 carbon atoms. Specific examples thereof include, for example, ethylene glycol, 1,2-propanediol, and 1,3-propane. Examples include diol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2,3-butanediol, and the like. The diepoxy compound and the diol compound can be used alone or in combination of two or more.

ポリアミドはアミド結合基を主鎖に有する熱可塑性ポリマーである。ポリアミドはジカルボン酸化合物とジアミン化合物との重縮合反応物または環状アミド化合物の開環重合物である。前者の重縮合反応物の反応モノマーとして環状アミド化合物を併用してもよい。ジカルボン酸化合物は、1分子中、カルボキシル基を2個有する化合物であれば特に限定されない。ジカルボン酸化合物は脂肪族ジカルボン酸および芳香族ジカルボン酸が好ましい。脂肪族ジカルボン酸は炭素原子数3〜12、好ましくは4〜10の飽和脂肪族ジカルボン酸が挙げられ、その具体例として、例えば、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸が挙げられる。芳香族ジカルボン酸は炭素原子数8〜12のものが好ましく、その具体例として、テレフタル酸、イソフタル酸、1,8−ナフタレンジカルボン酸等が挙げられる。ジアミン化合物は、1分子中、アミノ基を2個有する化合物であれば特に限定されない。ジアミン化合物は脂肪族ジアミンおよび芳香族ジアミンが好ましい。脂肪族ジアミンは炭素原子数2〜12、好ましくは4〜10の飽和脂肪族ジアミンが挙げられ、その具体例として、例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ノナンジアミン、2−メチル−1,5−ペンタンジアミン等が挙げられる。芳香族ジアミンは炭素原子数6〜12、好ましくは6〜8のものが挙げられ、その具体例として、例えば、o−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、メタキシリレンジアミン等が挙げられる。環状アミド化合物は炭素原子数4〜14のものが挙げられ、その具体例として、例えば、ε−カプロラクタム、ウンデカンラクタム、ラウリルラクタム等が挙げられる。ジカルボン酸化合物、ジアミン化合物および環状アミド化合物はそれぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。ポリアミドの好ましい具体例として、例えば、PA6、PA66、PA11、PA12、PA6T、PA9T、MXD6が挙げられる。   Polyamide is a thermoplastic polymer having an amide bond group in the main chain. Polyamide is a polycondensation reaction product of a dicarboxylic acid compound and a diamine compound or a ring-opening polymerization product of a cyclic amide compound. A cyclic amide compound may be used in combination as a reaction monomer of the former polycondensation reaction product. The dicarboxylic acid compound is not particularly limited as long as it is a compound having two carboxyl groups in one molecule. The dicarboxylic acid compound is preferably an aliphatic dicarboxylic acid or an aromatic dicarboxylic acid. Examples of the aliphatic dicarboxylic acid include saturated aliphatic dicarboxylic acids having 3 to 12 carbon atoms, preferably 4 to 10 carbon atoms. Specific examples thereof include, for example, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, and suberin. Examples include acids, azelaic acid, and sebacic acid. The aromatic dicarboxylic acid preferably has 8 to 12 carbon atoms, and specific examples thereof include terephthalic acid, isophthalic acid, 1,8-naphthalenedicarboxylic acid and the like. The diamine compound is not particularly limited as long as it is a compound having two amino groups in one molecule. The diamine compound is preferably an aliphatic diamine or an aromatic diamine. Examples of the aliphatic diamine include saturated aliphatic diamines having 2 to 12 carbon atoms, preferably 4 to 10 carbon atoms. Specific examples thereof include ethylene diamine, propylene diamine, trimethylene diamine, tetramethylene diamine, pentamethylene diamine, hexa Examples include methylenediamine, nonanediamine, 2-methyl-1,5-pentanediamine, and the like. Aromatic diamines include those having 6 to 12 carbon atoms, preferably 6 to 8 carbon atoms, and specific examples thereof include o-phenylenediamine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, metaxylylenediamine, and the like. Can be mentioned. Examples of the cyclic amide compound include those having 4 to 14 carbon atoms, and specific examples thereof include ε-caprolactam, undecane lactam, lauryl lactam, and the like. The dicarboxylic acid compound, the diamine compound and the cyclic amide compound can be used alone or in combination of two or more. Preferable specific examples of the polyamide include PA6, PA66, PA11, PA12, PA6T, PA9T, and MXD6.

酢酸ビニル含有ポリマーはエステル結合基を側鎖に有する熱可塑性ポリマーである。酢酸ビニル含有ポリマーは酢酸ビニルとオレフィン系モノマーとの共重合体である。オレフィン系モノマーとしては炭素原子数2〜8、好ましくは2〜4の不飽和炭化水素が挙げられ、その具体例としてエチレン、プロピレン、ブチレン等が挙げられる。酢酸ビニル含有ポリマーを構成する全モノマーに対する酢酸ビニルの割合は10モル%以上、特に10〜90モル%であり、好ましくは30〜70モル%である。   The vinyl acetate-containing polymer is a thermoplastic polymer having an ester bond group in the side chain. The vinyl acetate-containing polymer is a copolymer of vinyl acetate and an olefin monomer. Examples of the olefinic monomer include unsaturated hydrocarbons having 2 to 8 carbon atoms, preferably 2 to 4 carbon atoms, and specific examples thereof include ethylene, propylene, butylene and the like. The ratio of vinyl acetate to all monomers constituting the vinyl acetate-containing polymer is 10 mol% or more, particularly 10 to 90 mol%, preferably 30 to 70 mol%.

ポリエステルはエステル結合基を主鎖に有する熱可塑性ポリマーである。ポリエステルはジオール化合物とジカルボン酸化合物との重縮合反応物またはモノヒドロキシモノカルボン酸化合物の重縮合反応物である。前者の重縮合反応物の反応モノマーとしてモノヒドロキシモノカルボン酸化合物を併用してもよい。ジオール化合物は、1分子中、ヒドロキシル基を2個有する化合物であれば特に限定されない。ジオール化合物は炭素原子数2〜10のものが挙げられ、その具体例として、例えば、エチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。ジカルボン酸化合物は、1分子中、カルボキシル基を2個有する化合物であれば特に限定されない。ジカルボン酸化合物は炭素原子数4〜14のものが挙げられ、その具体例として、例えば、テレフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸等が挙げられる。モノヒドロキシモノカルボン酸化合物は、1分子中、1個のカルボキシル基および1個のヒドロキシル基を有する化合物であれば特に限定されない。モノヒドロキシモノカルボン酸化合物は炭素原子数2〜8のものが挙げられ、その具体例として、例えば、乳酸が挙げられる。   Polyester is a thermoplastic polymer having an ester bond group in the main chain. Polyester is a polycondensation reaction product of a diol compound and a dicarboxylic acid compound or a polycondensation reaction product of a monohydroxymonocarboxylic acid compound. A monohydroxymonocarboxylic acid compound may be used in combination as a reaction monomer of the former polycondensation reaction product. The diol compound is not particularly limited as long as it is a compound having two hydroxyl groups in one molecule. Examples of the diol compound include those having 2 to 10 carbon atoms, and specific examples thereof include ethylene glycol, 1,4-butanediol, 1,3-propanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol and the like. . The dicarboxylic acid compound is not particularly limited as long as it is a compound having two carboxyl groups in one molecule. Examples of the dicarboxylic acid compound include those having 4 to 14 carbon atoms. Specific examples thereof include terephthalic acid and 2,6-naphthalenedicarboxylic acid. The monohydroxymonocarboxylic acid compound is not particularly limited as long as it is a compound having one carboxyl group and one hydroxyl group in one molecule. Examples of the monohydroxymonocarboxylic acid compound include those having 2 to 8 carbon atoms, and specific examples thereof include lactic acid.

ポリ(メタ)アクリル酸アルキルはカルボキシレート基を側鎖に有する熱可塑性ポリマーである。アルキル基としては、炭素原子数1〜3のアルキル基が挙げられる。ポリ(メタ)アクリル酸アルキルの好ましい具体例として、例えば、ポリ(メタ)アクリル酸メチル(PMMA)、ポリ(メタ)アクリル酸エチル等が挙げられる。   An alkyl poly (meth) acrylate is a thermoplastic polymer having a carboxylate group in the side chain. Examples of the alkyl group include an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. Preferable specific examples of the alkyl poly (meth) acrylate include, for example, methyl poly (meth) acrylate (PMMA), ethyl poly (meth) acrylate, and the like.

ポリカーボネートはカーボネート基を主鎖に有する熱可塑性ポリマーである。ポリカーボネートは、ビスフェノールAとホスゲンもしくはジフェニルカーボネートとの重合物である。   Polycarbonate is a thermoplastic polymer having carbonate groups in the main chain. Polycarbonate is a polymer of bisphenol A and phosgene or diphenyl carbonate.

ポリウレタンはウレタン結合基を主鎖に有する熱可塑性ポリマーである。ポリウレタンは、例えば、ジオール化合物とジイソシアネート化合物との重合物である。   Polyurethane is a thermoplastic polymer having a urethane bond group in the main chain. Polyurethane is a polymer of a diol compound and a diisocyanate compound, for example.

ポリエーテルは主鎖にエーテル結合基を有する熱可塑性ポリマーであり、エーテル結合基の代わりに、または加えて、チオエーテル結合基を有していてもよい。ポリエーテルはさらにカルボニル基を有していてもよい。ポリエーテルの好ましい具体例として、例えば、ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリアセタール(POM)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などが挙げられる。   The polyether is a thermoplastic polymer having an ether bond group in the main chain, and may have a thioether bond group instead of or in addition to the ether bond group. The polyether may further have a carbonyl group. Preferable specific examples of the polyether include, for example, polyphenylene ether (PPE), polyacetal (POM), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK) and the like.

液晶ポリマーは主鎖にエステル結合基を有する熱可塑性ポリマーである。   The liquid crystal polymer is a thermoplastic polymer having an ester bond group in the main chain.

熱可塑性ポリマーとして使用可能なポリオレフィンとしては、エチレン、プロピレン、ブチレンなどのオレフィン系モノマーの単独重合体または共重合体が挙げられる。   Examples of the polyolefin that can be used as the thermoplastic polymer include homopolymers or copolymers of olefinic monomers such as ethylene, propylene, and butylene.

熱可塑性ポリマーは、接合強度のさらなる向上の観点から、上記官能基を側鎖に有するポリマーが好ましい。より好ましい熱可塑性ポリマーは、上記官能基のうち1価の官能基が側鎖として主鎖の炭素原子に直接的に結合されているポリマーである。そのような熱可塑性ポリマーとして、例えば、酸変性ポリオレフィン、熱可塑性エポキシポリマーが挙げられる。   The thermoplastic polymer is preferably a polymer having the functional group in the side chain from the viewpoint of further improving the bonding strength. A more preferable thermoplastic polymer is a polymer in which a monovalent functional group among the functional groups is directly bonded to a carbon atom of the main chain as a side chain. Examples of such thermoplastic polymer include acid-modified polyolefin and thermoplastic epoxy polymer.

熱可塑性ポリマーの分子量は、当該熱可塑性ポリマーが接合時に溶融可能な限り特に限定されるものではなく、例えば、融点が140〜350℃、特に140〜300℃となるような分子量であればよい。   The molecular weight of the thermoplastic polymer is not particularly limited as long as the thermoplastic polymer can be melted at the time of joining. For example, the molecular weight may be such that the melting point is 140 to 350 ° C, particularly 140 to 300 ° C.

熱可塑性樹脂には、例えば炭素繊維およびガラス繊維などのフィラー、可塑剤などの添加剤がさらに含有されてもよい。   The thermoplastic resin may further contain, for example, fillers such as carbon fibers and glass fibers, and additives such as plasticizers.

熱可塑性樹脂は、上記したあらゆる形態で使用される場合においても、他の部材11と樹脂部材12との間に、厚み10〜600μm、特に100〜550μmで介在することが好ましい。この厚みは接合前の厚みである。熱可塑性樹脂が厚すぎると、溶融し難くなり、接合に十分に貢献しない。熱可塑性樹脂が薄すぎると、溶融量が不足し、接合に十分に貢献しない。熱可塑性樹脂が上記形態のうちの複合形態で使用される場合は、それらの合計厚みが上記範囲内であればよい。   Even when the thermoplastic resin is used in any form described above, the thermoplastic resin is preferably interposed between the other member 11 and the resin member 12 with a thickness of 10 to 600 μm, particularly 100 to 550 μm. This thickness is the thickness before joining. If the thermoplastic resin is too thick, it will be difficult to melt and will not contribute sufficiently to the joining. If the thermoplastic resin is too thin, the amount of melting will be insufficient and will not contribute sufficiently to the joining. When the thermoplastic resin is used in a composite form among the above forms, the total thickness thereof may be within the above range.

熱可塑性樹脂の配置および寸法(厚み以外の寸法)は他の部材11と樹脂部材12との接合が達成される限り特に限定されず、通常は、熱可塑性樹脂50が他の部材11と樹脂部材12との接合予定領域に存在していればよい。摩擦撹拌接合法においては、熱可塑性樹脂50の配置および寸法(厚み以外の寸法)は通常、図3に示すように、熱可塑性樹脂50が、樹脂部材12の他の部材11側表面121における少なくとも直下領域112を覆うような配置および寸法であればよい。具体的には、回転ツール16の直径をD1としたとき、熱可塑性樹脂50は、通常、D1〜2×D1、好ましくは1.1×D1〜1.5×D1の直径を有する円形シートであり、その中心が回転ツールの軸上に配置されるように使用される。直下領域112とは、樹脂部材12の他の部材11側表面121における回転ツール16の直下領域のことである。図3における直下領域112は平面視において、例えば、図4における領域P’に対応する。平面視とは、対象物(例えば、ワーク10または接合により得られた接合体)を載置してその厚み(高さ)方向の真上から見たときの状態のことであり、平面図と同意である。載置は、対象物(例えば、ワーク10または接合体)の外観を構成する最大面積の面(平面)を底面にした載置である。図4は、本発明の接合方法に使用される熱硬化樹脂部材の一例の端部の概略見取り図である。   The arrangement and dimensions (dimensions other than the thickness) of the thermoplastic resin are not particularly limited as long as the joining between the other member 11 and the resin member 12 is achieved. Usually, the thermoplastic resin 50 is the other member 11 and the resin member. 12 should just exist in a joining plan area | region. In the friction stir welding method, the arrangement and dimensions (dimensions other than the thickness) of the thermoplastic resin 50 are usually such that the thermoplastic resin 50 is at least on the other member 11 side surface 121 of the resin member 12 as shown in FIG. Any arrangement and dimensions that cover the region 112 directly below may be used. Specifically, when the diameter of the rotary tool 16 is D1, the thermoplastic resin 50 is usually a circular sheet having a diameter of D1 to 2 × D1, preferably 1.1 × D1 to 1.5 × D1. And is used so that its center is located on the axis of the rotating tool. The region 112 directly below is a region directly below the rotary tool 16 on the other member 11 side surface 121 of the resin member 12. 3 corresponds to, for example, the region P ′ in FIG. 4 in plan view. The plan view is a state when an object (for example, the workpiece 10 or a joined body obtained by joining) is placed and viewed from directly above in the thickness (height) direction. It is consent. The placement is placement with the surface (plane) having the maximum area constituting the appearance of the object (for example, the workpiece 10 or the joined body) as the bottom surface. FIG. 4 is a schematic sketch of an end portion of an example of a thermosetting resin member used in the bonding method of the present invention.

(3)樹脂部材
樹脂部材12は強化繊維を含む熱硬化樹脂部材である。熱硬化樹脂部材は熱によって溶融しない、硬化された樹脂部材という意味である。熱硬化樹脂部材は熱によって硬化されていてもよいし、または光(特に紫外線)によって硬化されていてもよい。従って、熱硬化樹脂部材は熱硬化性樹脂から構成された硬化物であってもよいし、または光硬化性樹脂から構成された硬化物であってもよい。生産性の観点からは、熱硬化樹脂部材は熱硬化性樹脂から構成された硬化物であることが好ましい。熱硬化性樹脂および光硬化性樹脂はそれぞれ、熱および光により硬化する特性を有する樹脂という意味である。硬化とは、三次元的に網目構造が形成されることをいう。
(3) Resin member The resin member 12 is a thermosetting resin member containing reinforcing fibers. The thermosetting resin member means a cured resin member that is not melted by heat. The thermosetting resin member may be cured by heat, or may be cured by light (particularly ultraviolet rays). Accordingly, the thermosetting resin member may be a cured product composed of a thermosetting resin, or may be a cured product composed of a photocurable resin. From the viewpoint of productivity, the thermosetting resin member is preferably a cured product composed of a thermosetting resin. The thermosetting resin and the photocurable resin mean a resin having a property of being cured by heat and light, respectively. Curing means that a network structure is formed three-dimensionally.

熱硬化性樹脂としては、例えば、熱硬化性エポキシ樹脂、熱硬化性フェノール樹脂、熱硬化性メラミン樹脂、および熱硬化性尿素樹脂が挙げられる。接合強度のさらなる向上の観点から好ましい熱硬化性樹脂は熱硬化性エポキシ樹脂である。   Examples of the thermosetting resin include a thermosetting epoxy resin, a thermosetting phenol resin, a thermosetting melamine resin, and a thermosetting urea resin. A preferable thermosetting resin from the viewpoint of further improving the bonding strength is a thermosetting epoxy resin.

熱硬化性エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂および硬化剤を含む。
エポキシ樹脂は、エポキシ基を2個以上有する化合物であれば特に制限されない。エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、臭素化ビスフェノールA型、水添ビスフェノールA型、ビスフェノールS型、ビスフェノールAF型、ビフェニル型のようなビスフェニル基を有するエポキシ化合物、ポリアルキレングリコール型、アルキレングリコール型のエポキシ化合物、ナフタレン環を有するエポキシ化合物、フルオレン基を有するエポキシ化合物等の二官能型のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂;フェノールノボラック型、オルソクレゾールノボラック型、トリスヒドロキシフェニルメタン型、テトラフェニロールエタン型のような多官能型のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂;ダイマー酸のような合成脂肪酸のグリシジルエステル型エポキシ樹脂;N,N,N′,N′−テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン(TGDDM)、テトラグリシジル−m−キシリレンジアミン、トリグリシジル−p−アミノフェノール、N,N−ジグリシジルアニリンのようなグリシジルアミノ基を有する芳香族エポキシ樹脂;トリシクロデカン環を有するエポキシ化合物(例えば、ジシクロペンタジエンとm−クレゾールのようなクレゾール類またはフェノール類を重合させた後、エピクロルヒドリンを反応させる製造方法によって得られるエポキシ化合物)等が挙げられる。また、例えば、東レ・ファインケミカル社製のフレップ10のようなエポキシ樹脂主鎖に硫黄原子を有するエポキシ樹脂が挙げられる。エポキシ樹脂はそれぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。これらの中でもビスフェノールA型および/またはビスフェノールF型が好ましい。また、ビスフェノールA型エポキシ樹脂および/またはビスフェノールF型エポキシ樹脂の量は、エポキシ樹脂中、0質量部よりも大きく100質量部以下であるのが好ましく、0質量部よりも大きく70質量部以下であるのがより好ましい。本発明においてビスフェノールA型エポキシ樹脂およびビスフェノールF型エポキシ樹脂の含有量は、添加量とする。
The thermosetting epoxy resin includes an epoxy resin and a curing agent.
The epoxy resin is not particularly limited as long as it is a compound having two or more epoxy groups. Examples of the epoxy resin include bisphenol A type, bisphenol F type, brominated bisphenol A type, hydrogenated bisphenol A type, bisphenol S type, bisphenol AF type, and biphenyl type epoxy compounds, polyalkylene Difunctional glycidyl ether type epoxy resin such as glycol type, alkylene glycol type epoxy compound, epoxy compound having naphthalene ring, epoxy compound having fluorene group; phenol novolak type, orthocresol novolak type, trishydroxyphenylmethane type, Polyfunctional glycidyl ether type epoxy resin such as tetraphenylolethane type; Glycidyl ester type epoxy resin of synthetic fatty acid such as dimer acid; N, N, N ′, N′-tetraglyce Aromatic epoxy resins having a glycidylamino group such as dildiaminodiphenylmethane (TGDDM), tetraglycidyl-m-xylylenediamine, triglycidyl-p-aminophenol, N, N-diglycidylaniline; having a tricyclodecane ring An epoxy compound (for example, an epoxy compound obtained by a production method in which epichlorohydrin is reacted after polymerizing cresols or phenols such as dicyclopentadiene and m-cresol) and the like. Moreover, for example, an epoxy resin having a sulfur atom in the main chain of the epoxy resin, such as Flep 10 manufactured by Toray Fine Chemical Co., Ltd. can be mentioned. The epoxy resins can be used alone or in combination of two or more. Among these, bisphenol A type and / or bisphenol F type are preferable. The amount of bisphenol A-type epoxy resin and / or bisphenol F-type epoxy resin is preferably greater than 0 parts by mass and less than or equal to 100 parts by mass, more than 0 parts by mass and less than or equal to 70 parts by mass. More preferably. In the present invention, the contents of bisphenol A type epoxy resin and bisphenol F type epoxy resin are additive amounts.

エポキシ樹脂とともに含有され得る硬化剤としてはポリアミン、酸無水物またはこれらの混合物が挙げられる。ポリアミンとしては、特に限定されず、例えばo−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、m−キシリレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン、ジアミノジエチルジフェニルメタン等の芳香族ポリアミン:エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ブチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、ヘキサメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、1,2−プロパンジアミン、イミノビスプロピルアミン、メチルイミノビスプロピルアミン、デュポン・ジャパン社製品MPMD等の脂肪族ポリアミン:N−アミノエチルピペラジン、3−ブトキシイソプロピルアミン等の主鎖にエーテル結合を有するモノアミンやサンテクノケミカル社製品ジェファーミンEDR148によって代表されるポリエーテル骨格のジアミン:イソホロンジアミン、1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン、1−シクロヘキシルアミノ−3−アミノプロパン、3−アミノメチル−3,3,5−トリメチルシクロヘキシルアミン等の脂環式ポリアミン:三井化学製品NBDAに代表されるノルボルナン骨格のジアミン:ポリアミドの分子末端にアミノ基を有するポリアミドアミン:2,5−ジメチル−2,5−ヘキサメチレンジアミン、メンセンジアミン、1,4−ビス(2−アミノ−2−メチルプロピル)ピペラジン、ポリプロピレングリコール(PPG)を骨格に持つサンテクノケミカル社製品ジェファーミンD230、ジェファーミンD400等が、具体例として挙げられる。酸無水物としては、例えばトリメリット酸無水物、ピロメリット酸無水物、ヘキサヒドロフタル酸無水物、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物、ナジック酸無水物、メチルナジック酸無水物、テトラヒドロフタル酸無水物、メチルテトラヒドロフタル酸無水物、ドデセニルコハク酸無水物(DSA)等が挙げられる。   Curing agents that can be included with the epoxy resin include polyamines, acid anhydrides or mixtures thereof. The polyamine is not particularly limited. For example, aromatic polyamines such as o-phenylenediamine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, m-xylylenediamine, diaminodiphenylmethane, diaminodiphenylsulfone, diaminodiethyldiphenylmethane: ethylenediamine, propylene Diamine, Butylenediamine, Diethylenetriamine, Triethylenetetramine, Tetraethylenepentamine, Pentaethylenehexamine, Hexamethylenediamine, Trimethylhexamethylenediamine, 1,2-propanediamine, Iminobispropylamine, Methyliminobispropylamine, DuPont Japan Products such as MPMD aliphatic polyamines: N-aminoethylpiperazine, 3-butoxyisopropylamine, etc. Polyether skeleton diamines represented by monoamines having a ether bond and products of Sun Techno Chemical Co., Ltd. product Jeffamine EDR148: isophoronediamine, 1,3-bisaminomethylcyclohexane, 1-cyclohexylamino-3-aminopropane, 3-aminomethyl- Alicyclic polyamines such as 3,3,5-trimethylcyclohexylamine: diamine having a norbornane skeleton typified by Mitsui Chemicals, Inc. NBDA: Polyamidoamine having an amino group at the molecular end of the polyamide: 2,5-dimethyl-2,5 -Jefamine D230, a product of Sun Techno Chemical Co., which has hexamethylenediamine, mensendiamine, 1,4-bis (2-amino-2-methylpropyl) piperazine, polypropylene glycol (PPG) as a skeleton 400 or the like may be mentioned as specific examples. Examples of acid anhydrides include trimellitic acid anhydride, pyromellitic acid anhydride, hexahydrophthalic acid anhydride, methylhexahydrophthalic acid anhydride, nadic acid anhydride, methyl nadic acid anhydride, tetrahydrophthalic acid anhydride. Methyltetrahydrophthalic anhydride, dodecenyl succinic anhydride (DSA), and the like.

熱硬化性フェノール樹脂はフェノールおよび/またはその誘導体、およびホルムアルデヒドを含む。
熱硬化性メラミン樹脂はメラミンおよび/またはその誘導体、およびホルムアルデヒドを含む。
熱硬化性尿素樹脂は尿素および/またはその誘導体、およびホルムアルデヒドを含む。
The thermosetting phenolic resin contains phenol and / or a derivative thereof and formaldehyde.
The thermosetting melamine resin contains melamine and / or a derivative thereof and formaldehyde.
The thermosetting urea resin contains urea and / or a derivative thereof and formaldehyde.

強化繊維は、ポリマー含有複合材料の分野で、樹脂部材の靭性等の向上のために、ポリマー中に含有または分散される繊維であり、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、またはそれらの混合繊維等が挙げられる。接合強度のさらなる向上の観点から、強化繊維は炭素繊維であることが好ましい。   Reinforcing fibers are fibers that are contained or dispersed in polymers in the field of polymer-containing composite materials in order to improve the toughness of resin members, for example, carbon fibers, glass fibers, or mixed fibers thereof. Can be mentioned. From the viewpoint of further improving the bonding strength, the reinforcing fiber is preferably a carbon fiber.

強化繊維は一般に、連続繊維と不連続繊維とに大別される。本発明において強化繊維は、不連続繊維であってもよいし、または連続繊維であってもよい。   Reinforcing fibers are generally roughly classified into continuous fibers and discontinuous fibers. In the present invention, the reinforcing fiber may be a discontinuous fiber or a continuous fiber.

強化繊維が不連続繊維である場合、当該強化繊維は樹脂部材12中、ランダム配向形態で含有され、平均繊維長は通常、50mm以下、特に1mm〜50mm、好ましくは1mm〜30mm以下である。強化繊維の平均繊維径は特に制限されるものではなく、例えば、2〜20μmであり、好ましくは6〜15μmである。   When the reinforcing fiber is a discontinuous fiber, the reinforcing fiber is contained in the resin member 12 in a randomly oriented form, and the average fiber length is usually 50 mm or less, particularly 1 mm to 50 mm, preferably 1 mm to 30 mm. The average fiber diameter of the reinforcing fibers is not particularly limited, and is, for example, 2 to 20 μm, preferably 6 to 15 μm.

強化繊維が連続繊維である場合、当該強化繊維は樹脂部材12中、規則的配向形態で含有され、平均繊維長は特に限定されない。平均繊維径は、不連続繊維の平均繊維径と同様の範囲内であってもよい。規則的配向形態は、例えば、織物配向形態であってもよい。   When the reinforcing fiber is a continuous fiber, the reinforcing fiber is contained in the resin member 12 in a regularly oriented form, and the average fiber length is not particularly limited. The average fiber diameter may be in the same range as the average fiber diameter of the discontinuous fibers. The regular orientation form may be, for example, a fabric orientation form.

強化繊維の含有量は、後述の繊維露出率が達成される限り特に限定されず、通常は、樹脂部材全量に対して30〜70体積%程度である。   The content of the reinforcing fiber is not particularly limited as long as the fiber exposure rate described later is achieved, and is usually about 30 to 70% by volume with respect to the total amount of the resin member.

強化繊維の含有量は、樹脂部材12における厚み方向に対する平行断面において、強化繊維が占める総面積の、樹脂部材12の総面積に対する割合として測定することができる。本発明において強化繊維の含有量は、樹脂部材12の任意の5つの平行断面における測定値の平均値を用いている。   The content of the reinforcing fibers can be measured as a ratio of the total area occupied by the reinforcing fibers to the total area of the resin member 12 in a parallel section with respect to the thickness direction of the resin member 12. In the present invention, the content of reinforcing fibers uses an average value of measured values in any five parallel cross sections of the resin member 12.

樹脂部材12は他の部材11との接合表面における強化繊維の露出率が2%以上であり、接合強度のさらなる向上の観点から、好ましくは5%以上、より好ましくは10%以上、さらに好ましくは20%以上、特に好ましくは30%以上であり、最も好ましくは55%以上である。強化繊維の露出率は、接合強度の観点からは、大きいほど好ましく、その上限値は特に限定されず、100%であってもよい。強化繊維の露出率は、後述する繊維露出処理の作業容易性と、接合強度のさらなる向上とのバランスの観点から、通常は、95%以下であり、好ましくは90%以下、より好ましくは80%以下、さらに好ましくは70%以下であり、特に好ましくは60%以下である。   The resin member 12 has a reinforcement fiber exposure rate of 2% or more on the bonding surface with the other member 11, and is preferably 5% or more, more preferably 10% or more, and still more preferably from the viewpoint of further improving the bonding strength. It is 20% or more, particularly preferably 30% or more, and most preferably 55% or more. The exposure rate of the reinforcing fibers is preferably as large as possible from the viewpoint of bonding strength, and the upper limit value is not particularly limited, and may be 100%. The exposure rate of the reinforcing fiber is usually 95% or less, preferably 90% or less, more preferably 80%, from the viewpoint of the balance between the workability of the fiber exposure process described later and the further improvement of the bonding strength. Hereinafter, it is more preferably 70% or less, particularly preferably 60% or less.

本発明においては、樹脂部材12に対して、一般的に靭性等の向上の目的で含有される強化繊維を含有させ、かつ上記の露出率を達成することにより、樹脂部材12が熱硬化樹脂部材であっても、他の部材(例えば金属部材)11との接合強度をより十分に向上させ得る。そのメカニズムの詳細は明らかではないが以下の理論に基づくものと考えられる。熱可塑性樹脂を介した熱硬化樹脂部材と他の部材との接合系においては、熱可塑性樹脂50の軟化(および溶融)により、樹脂部材12表面に露出した強化繊維間に、軟化した熱可塑性樹脂が滲入し、結果として露出強化繊維が当該熱可塑性樹脂に埋包され、固化が起こる。これにより、強化繊維の露出によるアンカー効果が発揮され、接合強度の上昇に、より十分に貢献する。強化繊維の露出率が2%未満であると、強化繊維の露出によるアンカー効果が十分に発揮されず、接合強度の上昇に十分に貢献しない。   In the present invention, the resin member 12 contains a reinforcing fiber that is generally contained for the purpose of improving toughness and the like, and achieves the above-described exposure rate, whereby the resin member 12 is a thermosetting resin member. Even so, the bonding strength with other members (for example, metal members) 11 can be improved more sufficiently. Although the details of the mechanism are not clear, it is thought to be based on the following theory. In the joining system between the thermosetting resin member and another member via the thermoplastic resin, the thermoplastic resin softened between the reinforcing fibers exposed on the surface of the resin member 12 due to the softening (and melting) of the thermoplastic resin 50. As a result, the exposed reinforcing fibers are embedded in the thermoplastic resin and solidification occurs. Thereby, the anchor effect by exposure of a reinforced fiber is exhibited, and it contributes more fully to the raise of joint strength. When the exposure rate of the reinforcing fibers is less than 2%, the anchor effect due to the exposure of the reinforcing fibers is not sufficiently exhibited, and the bonding strength is not sufficiently increased.

本発明において樹脂部材12が所定の繊維露出率を有すべき他の部材11との接合表面は、図4に示すように、樹脂部材12における他の部材11との接合側表面121の全面であっても、または領域Rであってもよいが、後述の繊維露出処理の容易性の観点から、少なくとも領域P’を含む領域、好ましくは少なくとも領域Qを含む領域であればよい。樹脂部材12が所定の繊維露出率を有すべき他の部材11との接合表面は、後述の繊維露出処理の容易性と、接合強度のさらなる向上とのバランスの観点から、好ましくは領域P’、より好ましくは領域Qである。領域Rは、他の部材11と樹脂部材12とを重ね合わせたとき、他の部材11と接触する樹脂部材12表面上の領域である。領域P’は、図4中、破線の内部の領域であって、他の部材11と樹脂部材12とを重ね合わせたとき、他の部材11上における回転ツール16の押圧領域P(図1参照)の直下に対応する樹脂部材12表面上の領域である。領域Qは、図4中、破線の内部の領域であって、回転ツール16の直径をD1(mm)としたとき、1.1×D1〜5×D1の直径を有する略円形状の領域である。領域Qの直径は、強化繊維の露出のための後述の繊維露出処理の容易性と、接合強度のさらなる向上とのバランスの観点から、好ましくは1.2×D1〜4×D1、より好ましくは1.3×D1〜3×D1であり、さらに好ましくは1.4×D1〜3×D1であり、最も好ましくは1.5×D1〜2.5×D1である。本発明において、領域P’および領域Qは相互に同心円形状を有していてもよい。   In the present invention, the bonding surface of the resin member 12 with the other member 11 that should have a predetermined fiber exposure rate is the entire surface of the bonding side surface 121 with the other member 11 of the resin member 12 as shown in FIG. However, from the viewpoint of ease of fiber exposure processing described later, at least a region including the region P ′, preferably a region including at least the region Q may be used. The bonding surface of the resin member 12 with the other member 11 that should have a predetermined fiber exposure rate is preferably a region P ′ from the viewpoint of the balance between the ease of fiber exposure processing described later and the further improvement of the bonding strength. The region Q is more preferable. The region R is a region on the surface of the resin member 12 that comes into contact with the other member 11 when the other member 11 and the resin member 12 are overlapped. The region P ′ is a region inside the broken line in FIG. 4, and when the other member 11 and the resin member 12 are overlapped, the pressing region P of the rotary tool 16 on the other member 11 (see FIG. 1). ) Is a region on the surface of the resin member 12 corresponding directly below. The region Q is a region inside the broken line in FIG. 4, and is a substantially circular region having a diameter of 1.1 × D1 to 5 × D1 when the diameter of the rotary tool 16 is D1 (mm). is there. The diameter of the region Q is preferably 1.2 × D1 to 4 × D1, more preferably from the viewpoint of the balance between the ease of fiber exposure processing to be described later for exposing the reinforcing fibers and the further improvement of the bonding strength. 1.3 × D1 to 3 × D1, more preferably 1.4 × D1 to 3 × D1, and most preferably 1.5 × D1 to 2.5 × D1. In the present invention, the region P ′ and the region Q may have a concentric shape.

強化繊維の露出率は、樹脂部材12表面の写真もしくは顕微鏡またはマイクロスコープ等による画像から、強化繊維が露出する部分(領域)を目視判別し、その面積率を画像処理で計算することにより測定できる。例えば、図5に示す樹脂部材12表面の写真において、強化繊維が露出する部分(繊維露出処理領域)を破線領域として目視判別し、破線領域を画像処理して、破線領域内において強化繊維が占める総面積の、破線領域の総面積に対する割合として露出率を得ることができる。図5中の破線領域は、例えば、図4における領域Qに相当していてもよい。複数の繊維露出領域が存在する場合は、各繊維露出処理領域において、前記露出率が達成されていればよい。繊維露出処理領域の判別に際しては、無処理領域は後述するように強化繊維の露出率が通常、1%以下であって、無処理領域と繊維露出処理領域との間で明らかな明度の差が生じているため、当該判別は容易に行うことができる。図5は、本発明の接合方法に使用される熱硬化樹脂部材表面における、繊維露出処理された複数の領域の写真の一例である。   The exposure rate of the reinforcing fiber can be measured by visually discriminating a portion (region) where the reinforcing fiber is exposed from a photograph of the surface of the resin member 12 or an image with a microscope or a microscope, and calculating the area ratio by image processing. . For example, in the photograph of the surface of the resin member 12 shown in FIG. 5, the portion where the reinforcing fiber is exposed (fiber exposure processing region) is visually determined as a broken line region, the broken line region is image-processed, and the reinforcing fiber occupies the broken line region The exposure rate can be obtained as a ratio of the total area to the total area of the broken line region. The broken line area in FIG. 5 may correspond to, for example, the area Q in FIG. When there are a plurality of exposed fiber regions, it is only necessary that the exposure rate is achieved in each exposed fiber treatment region. When discriminating the fiber-exposed region, the untreated region usually has a reinforcing fiber exposure rate of 1% or less, as will be described later, and there is a clear difference in brightness between the untreated region and the fiber-exposed region. Since this occurs, the determination can be easily performed. FIG. 5 is an example of a photograph of a plurality of regions exposed to fibers on the surface of the thermosetting resin member used in the bonding method of the present invention.

樹脂部材12における他の部材11との接合表面の表面粗さRaは、当該接合表面において、上記繊維露出率が達成されている限り特に限定されず、通常は1〜100μm、特に2〜50μmであってもよい。本発明において樹脂部材12が上記表面粗さを有する他の部材11との接合表面は、樹脂部材12が所定の繊維露出率を有すべき他の部材11との接合表面と同様の領域であってもよい。   The surface roughness Ra of the bonding surface of the resin member 12 with the other member 11 is not particularly limited as long as the fiber exposure rate is achieved on the bonding surface, and is usually 1 to 100 μm, particularly 2 to 50 μm. There may be. In the present invention, the bonding surface of the resin member 12 with the other member 11 having the above surface roughness is the same region as the bonding surface of the resin member 12 with the other member 11 that should have a predetermined fiber exposure rate. May be.

表面粗さRaは、任意の10点においてレーザー顕微鏡(キーエンス社製)により測定された値の平均値を用いている。表面粗さRaは、樹脂部材12における樹脂自体の表面の凹凸に基づく表面粗さであり、露出する強化繊維の存在には依存しない値である。   As the surface roughness Ra, an average value of values measured by a laser microscope (manufactured by Keyence Corporation) at an arbitrary 10 points is used. The surface roughness Ra is a surface roughness based on the unevenness of the surface of the resin itself in the resin member 12, and is a value that does not depend on the presence of exposed reinforcing fibers.

樹脂部材12は、図1等において、全体形状として略平板形状を有しているが、これに限定されるものではなく、接合のために他の部材11と重ね合わせたときに、他の部材11直下の部分が略平板形状を有する限り、いかなる形状を有していてもよい。樹脂部材12における他の部材11直下の部分は両面ともに通常、平面から構成されている。   The resin member 12 has a substantially flat plate shape as a whole in FIG. 1 and the like, but is not limited to this, and when the resin member 12 is overlapped with another member 11 for joining, the other member As long as the part immediately below 11 has a substantially flat plate shape, it may have any shape. The part immediately below the other member 11 in the resin member 12 is generally composed of a flat surface on both sides.

樹脂部材12における他の部材11直下の部分の厚みt(接合処理前の厚み;図3参照)は通常、2〜10mm、特に2〜5mmであるがこれに限定されるものではない。   The thickness t (thickness before joining treatment; see FIG. 3) of the portion immediately below the other member 11 in the resin member 12 is usually 2 to 10 mm, particularly 2 to 5 mm, but is not limited thereto.

樹脂部材12には、強化繊維以外の添加剤、例えば安定剤、難燃剤、着色材、発泡剤などがさらに含有されてもよい。   The resin member 12 may further contain additives other than reinforcing fibers, such as stabilizers, flame retardants, colorants, foaming agents, and the like.

樹脂部材12は、熱硬化性樹脂、強化繊維および所望の添加剤(例えば、硬化剤等)を含む樹脂部材用組成物を成形および硬化させた後、繊維露出処理することにより製造できる。繊維露出処理を行わない場合、仮に強化繊維の含有量が80体積%であっても、表面の繊維露出率は通常、1%以下(特に1%未満)となるため、本発明で使用される熱硬化樹脂部材を得る上で、繊維露出処理は必須の処理である。   The resin member 12 can be produced by molding and curing a resin member composition containing a thermosetting resin, reinforcing fibers, and a desired additive (for example, a curing agent), and then performing fiber exposure treatment. When the fiber exposure treatment is not performed, even if the content of the reinforcing fiber is 80% by volume, the fiber exposure rate on the surface is usually 1% or less (particularly less than 1%), and therefore used in the present invention. In obtaining a thermosetting resin member, the fiber exposure process is an essential process.

成形方法は、特に限定されず、例えば、オートクレーブ法、ハンドレイアップ法、RTM法(Resin Transfer Molding)、フィラメントワインディング法、射出成形法、プレス成形法等が挙げられる。硬化方法は、樹脂の特性に応じて、加熱硬化法および/または光照射法等を採用すればよい。   The molding method is not particularly limited, and examples thereof include an autoclave method, a hand layup method, an RTM method (Resin Transfer Molding), a filament winding method, an injection molding method, and a press molding method. As the curing method, a heat curing method and / or a light irradiation method may be employed depending on the characteristics of the resin.

繊維露出処理は、樹脂部材表面の樹脂を削って、または剥離して、強化繊維を露出させるための処理である。繊維露出処理により、上記した強化繊維の露出率が達成される。繊維露出処理は、強化繊維の露出が達成される限り特に限定されず、例えば、ショットブラスト処理、レーザー照射処理、研磨処理等が挙げられる。露出効率の観点からは、ショットブラスト処理を行うことが好ましい。   The fiber exposure treatment is a treatment for exposing the reinforcing fibers by scraping or peeling the resin on the surface of the resin member. By the fiber exposure treatment, the above-described exposure rate of the reinforcing fibers is achieved. The fiber exposure treatment is not particularly limited as long as the exposure of the reinforcing fibers is achieved, and examples thereof include a shot blast treatment, a laser irradiation treatment, and a polishing treatment. From the viewpoint of exposure efficiency, it is preferable to perform shot blasting.

ショットブラスト処理は、粒子を樹脂部材表面に吹き付けて、表面の樹脂を削るまたは剥離する処理である。粒子の種類および粒径、吹きつけ速度等を調整することにより、繊維露出率を制御することができる。ショットブラスト処理として、例えば、サンドショットブラスト処理、ドライアイスショットブラスト処理、ソフトショットブラスト処理(ドライアイス洗浄)等が挙げられる。   The shot blasting process is a process of spraying particles on the surface of the resin member to scrape or peel off the resin on the surface. The fiber exposure rate can be controlled by adjusting the particle type, particle size, spraying speed, and the like. Examples of the shot blasting include sand shot blasting, dry ice shot blasting, and soft shot blasting (dry ice cleaning).

サンドショットブラスト処理は、セラミック、金属等の硬質粒子を樹脂部材表面に吹き付けて、表面の樹脂を削るまたは剥離する処理である。硬質粒子の種類および粒径、吹きつけ速度等を調整することにより、繊維露出率を制御することができる。   The sand shot blasting process is a process in which hard particles such as ceramic and metal are sprayed on the surface of the resin member to scrape or peel off the resin on the surface. The fiber exposure rate can be controlled by adjusting the type and particle size of the hard particles, the spraying speed, and the like.

ドライアイスショットブラスト処理は、ドライアイス粒子を樹脂部材表面に吹き付けて、表面の樹脂を削るまたは剥離する処理である。ドライアイス粒子の粒径、吹きつけ速度等を調整することにより、繊維露出率を制御することができる。   The dry ice shot blasting process is a process of spraying dry ice particles on the surface of the resin member to scrape or peel off the resin on the surface. The fiber exposure rate can be controlled by adjusting the particle size of the dry ice particles, the spraying speed, and the like.

ソフトショットブラスト処理(ドライアイス洗浄)は、ドライアイスを0.3mm程度のパウダー状に細かくし、樹脂部材表面に吹き付けて、表面の樹脂を削るまたは剥離する処理である。投射時間、吹きつけ速度等を調整することにより、繊維露出率を制御することができる。   The soft shot blasting process (dry ice cleaning) is a process in which dry ice is finely divided into a powder of about 0.3 mm and sprayed onto the surface of the resin member to scrape or peel off the resin on the surface. The fiber exposure rate can be controlled by adjusting the projection time, spraying speed, and the like.

レーザー照射処理は、ビームを樹脂部材表面に照射して、表面の樹脂を削るまたは剥離する処理である。ビームの種類、照射範囲(粒径)および出力を調整することにより、繊維露出率を制御することができる。レーザー照射処理においては、ビームによる樹脂部材の貫通が起こり易いが、照射範囲を広く設定する、出力を低減すること等によって、樹脂部材表面の樹脂を削るまたは剥離することができる。   The laser irradiation process is a process of irradiating the surface of the resin member with a beam to scrape or peel off the resin on the surface. The fiber exposure rate can be controlled by adjusting the beam type, irradiation range (particle size), and output. In the laser irradiation treatment, penetration of the resin member by the beam is likely to occur, but the resin on the surface of the resin member can be scraped or peeled by setting a wide irradiation range, reducing output, or the like.

研磨処理は、研磨材を用いて樹脂部材表面を研磨して、表面の樹脂を削るまたは剥離する処理である。研磨材の種類および粒径ならびに押圧力を調整することにより、繊維露出率を制御することができる。   The polishing process is a process of polishing or peeling off the resin on the surface by polishing the surface of the resin member using an abrasive. The fiber exposure rate can be controlled by adjusting the type and particle size of the abrasive and the pressing force.

(4)他の部材
他の部材11は金属部材であってもよいし、または樹脂部材であってもよい。他の部材11が樹脂部材であるとき、当該樹脂部材は熱可塑性樹脂部材であってもよいし、または熱硬化樹脂部材であってもよい。ここで、熱可塑性樹脂部材は、熱硬化樹脂部材12と他の部材11との間に介在する前記した熱可塑性樹脂と同様の範囲内から選択される熱可塑性樹脂を含む。他の部材11としての熱硬化樹脂部材は、前記した熱硬化樹脂部材12と同様の範囲内から選択されてもよい。摩擦撹拌接合方法における摩擦熱の生成の観点から、他の部材11は金属部材であることが好ましい。
(4) Other members The other members 11 may be metal members or resin members. When the other member 11 is a resin member, the resin member may be a thermoplastic resin member or a thermosetting resin member. Here, the thermoplastic resin member includes a thermoplastic resin selected from the same range as the above-described thermoplastic resin interposed between the thermosetting resin member 12 and the other member 11. The thermosetting resin member as the other member 11 may be selected from the same range as the thermosetting resin member 12 described above. From the viewpoint of generating frictional heat in the friction stir welding method, the other member 11 is preferably a metal member.

他の部材11が金属部材である場合、当該金属部材を構成する金属としては、融点が、熱可塑性樹脂50を構成する熱可塑性ポリマーよりも高いあらゆる金属が使用可能である。中でも、自動車の分野で使用されている以下の金属および合金が好ましく使用される:
アルミニウムおよびアルミニウム合金(5000系、6000系);
スチール;
マグネシウムおよびその合金;
チタンおよびその合金。
When the other member 11 is a metal member, any metal having a melting point higher than that of the thermoplastic polymer constituting the thermoplastic resin 50 can be used as the metal constituting the metal member. Among these, the following metals and alloys used in the automotive field are preferably used:
Aluminum and aluminum alloys (5000 series, 6000 series);
steel;
Magnesium and its alloys;
Titanium and its alloys.

本発明において使用される他の部材11は、図1等において、全体形状として略平板形状を有しているが、これに限定されるものではなく、少なくとも樹脂部材12と重ね合わせる部分が略平板形状を有する限り、いかなる形状を有していてもよい。他の部材11における樹脂部材12と重ね合わせる部分は両面ともに通常、平面から構成されている。   The other member 11 used in the present invention has a substantially flat plate shape as a whole in FIG. 1 or the like, but is not limited to this, and at least a portion overlapping with the resin member 12 is a substantially flat plate. As long as it has a shape, it may have any shape. The part of the other member 11 that is overlapped with the resin member 12 is generally formed of a flat surface on both sides.

他の部材11において樹脂部材12と重ね合わせる略平板形状部分の厚みT(接合処理前の厚み;図3参照)は通常、0.5〜4mmであるがこれに限定されるものではない。   The thickness T (thickness before joining treatment; see FIG. 3) of the substantially flat plate-shaped portion that is superimposed on the resin member 12 in the other member 11 is usually 0.5 to 4 mm, but is not limited thereto.

(5)接合方法
本発明に係る摩擦撹拌接合方法による熱硬化樹脂部材の接合方法は、上記したいずれの他の部材11に対しても適用可能であるが、摩擦熱の効率的な生成に基づく接合強度のさらなる向上の観点から、金属部材に対して適用することが好ましい。以下、本発明に係る摩擦撹拌接合方法による熱硬化樹脂部材と金属部材との接合方法について詳しく説明する。しかし、他の部材11として金属部材以外の他の部材を用いる場合においても、金属部材を用いる場合と同様に、露出した強化繊維のアンカー効果に基づく接合強度の向上効果が得られることは明らかである。
(5) Joining method The joining method of the thermosetting resin member by the friction stir welding method according to the present invention can be applied to any other member 11 described above, but is based on the efficient generation of frictional heat. From the viewpoint of further improving the bonding strength, it is preferable to apply to a metal member. Hereinafter, the joining method of the thermosetting resin member and the metal member by the friction stir welding method according to the present invention will be described in detail. However, even when a member other than the metal member is used as the other member 11, it is clear that the effect of improving the bonding strength based on the anchor effect of the exposed reinforcing fiber can be obtained as in the case of using the metal member. is there.

本発明に係る摩擦撹拌接合方法による熱硬化樹脂部材の接合方法は少なくとも以下のステップ:
熱硬化樹脂部材12と金属部材11とを、熱可塑性樹脂50を介して重ね合わせる第1ステップ;および
回転ツール16を回転させつつ、金属部材11に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱により熱可塑性樹脂50を軟化および溶融させた後、固化させて熱硬化樹脂部材12と金属部材11とを接合する第2ステップ:
を含むものである。
The method for joining thermosetting resin members by the friction stir welding method according to the present invention includes at least the following steps:
A first step of superimposing the thermosetting resin member 12 and the metal member 11 via the thermoplastic resin 50; and while rotating the rotary tool 16, the metal member 11 is pressed against the metal member 11 to generate frictional heat. After the softening and melting of the thermoplastic resin 50 by the second step, the second step of solidifying and joining the thermosetting resin member 12 and the metal member 11:
Is included.

第1ステップにおいては、図1に示すように、熱硬化樹脂部材12と金属部材11とを所望の接合部位で熱可塑性樹脂50(図1中、図示せず)を介して重ね合わせる。   In the first step, as shown in FIG. 1, the thermosetting resin member 12 and the metal member 11 are superposed through a thermoplastic resin 50 (not shown in FIG. 1) at a desired joining site.

第2ステップにおいては、図6に示すように、回転ツール16を金属部材11に押し込んで、金属部材11と熱可塑性樹脂50との境界面13に達しない深さまで進入させる押込み撹拌工程C2を少なくとも行うことが好ましい。   In the second step, as shown in FIG. 6, at least a pushing stirring step C2 is performed in which the rotary tool 16 is pushed into the metal member 11 to enter a depth not reaching the boundary surface 13 between the metal member 11 and the thermoplastic resin 50. Preferably it is done.

第2ステップにおいては、前記押込み撹拌工程C2の前に、回転ツール16の先端部のみを金属部材11の表面部に接触させた状態で回転ツール16を回転させる予熱工程C1を行うことが好ましいが、必ずしも行わなければならないというわけではない。
前記押込み撹拌工程C2の後に、回転ツール16を境界面に達しない深さまで進入させた位置で、回転ツール16の回転動作を継続させる撹拌維持工程C3を行うことが好ましいが、当該工程も必ずしも行わなければならないというわけではない。
In the second step, it is preferable to perform a preheating step C1 in which the rotary tool 16 is rotated in a state where only the front end portion of the rotary tool 16 is in contact with the surface portion of the metal member 11 before the pushing and stirring step C2. It does not necessarily have to be done.
After the indentation stirring step C2, it is preferable to perform the stirring maintenance step C3 in which the rotation operation of the rotary tool 16 is continued at a position where the rotary tool 16 has been advanced to a depth that does not reach the boundary surface. It doesn't have to be.

本発明における各工程は回転ツールの押圧力(加圧力)及び押圧時間の制御によって成されていても良いし、また、回転ツールの押圧方向の移動量(接合部材に接触してからの接合部材への挿入量)及びその移動時間の制御によって成されていても良い。   Each step in the present invention may be performed by controlling the pressing force (pressing force) and pressing time of the rotating tool, and the amount of movement of the rotating tool in the pressing direction (joining member after contacting the joining member) And the movement time thereof may be controlled.

以下、これらの工程について詳しく説明する。   Hereinafter, these steps will be described in detail.

(予熱工程C1)
予熱工程C1は、回転ツール16と受け具17とを相互に近接させることにより、図3に示すように、回転ツール16の先端部のみを金属部材11の表面部(図例では上面部)に接触させた状態で回転ツール16を回転させる工程である。予熱工程C1では、回転ツール16を、第1の加圧力(例えば、900N)で、第1の加圧時間(例えば、1.00秒)だけ、所定回転数(例えば、3000rpm)で回転させる。回転ツール16の先端部のみを金属部材11の表面部に接触させた状態とは、詳しくは回転ツール16の先端部におけるピン部16aおよびショルダ部16bのみを金属部材11の表面部に接触させた状態のことである。
(Preheating process C1)
In the preheating step C1, by bringing the rotary tool 16 and the receiving member 17 close to each other, as shown in FIG. 3, only the tip of the rotary tool 16 is placed on the surface portion (upper surface portion in the illustrated example) of the metal member 11. This is a step of rotating the rotary tool 16 in a contacted state. In the preheating step C1, the rotary tool 16 is rotated at a predetermined rotation speed (for example, 3000 rpm) for a first pressurizing time (for example, 1.00 seconds) with a first pressure (for example, 900 N). Specifically, the state in which only the tip portion of the rotary tool 16 is in contact with the surface portion of the metal member 11 means that only the pin portion 16a and the shoulder portion 16b at the tip portion of the rotary tool 16 are in contact with the surface portion of the metal member 11. It is a state.

具体的には、予熱工程C1では、回転ツール16の押圧により金属部材11の表面部(図例では上面部)で摩擦熱が発生する。摩擦熱は金属部材11の内部に伝わり、金属部材11の押圧領域P(回転ツール16による押圧領域)の範囲及び押圧領域Pの近傍の範囲が予熱される。これにより、次の押込み撹拌工程C2で、回転ツール16を金属部材11に押込み易くなる。   Specifically, in the preheating step C <b> 1, frictional heat is generated at the surface portion (upper surface portion in the illustrated example) of the metal member 11 by pressing of the rotary tool 16. The frictional heat is transmitted to the inside of the metal member 11, and the range of the pressing area P (the pressing area by the rotary tool 16) of the metal member 11 and the area near the pressing area P are preheated. Thereby, it becomes easy to push the rotary tool 16 into the metal member 11 in the next pushing and stirring step C2.

予熱工程C1の第1の加圧力及び第1の加圧時間は、上記のような回転ツール16の押込み易さの観点及び熱可塑性樹脂50の軟化・溶融し易さの他、生産性の観点から設定され、その値は、例えば回転ツール16の回転数や金属部材11の厚みおよび素材の種類等に依存して変化する。例えば、1mm以上2mm以下の厚みのアルミニウム合金製金属部材11を使用する場合、予熱工程C1における第1の加圧力は、700N以上1200N未満の値が好ましい。第1の加圧時間は、0.5秒以上2.0秒未満の値が好ましい。回転ツールの回転数は2000rpm以上4000rpm以下の値が好ましい。   The first pressurizing force and the first pressurizing time in the preheating step C1 are from the viewpoint of productivity in addition to the ease of pressing the rotary tool 16 and the ease of softening and melting of the thermoplastic resin 50 as described above. The value varies depending on, for example, the rotational speed of the rotary tool 16, the thickness of the metal member 11, the type of material, and the like. For example, when the aluminum alloy metal member 11 having a thickness of 1 mm or more and 2 mm or less is used, the first pressing force in the preheating step C1 is preferably a value of 700 N or more and less than 1200 N. The first pressurizing time is preferably 0.5 seconds or more and less than 2.0 seconds. The number of rotations of the rotary tool is preferably 2000 rpm or more and 4000 rpm or less.

(押込み撹拌工程C2)
押込み撹拌工程C2では、回転ツール16と受け具17とを相互に近接させることにより、図6に示すように、回転ツール16を金属部材11に押し込む。押込み撹拌工程C2を予熱工程C1に次いで行う場合には、回転ツール16と受け具17とをさらに相互に近接させることにより、図6に示すように、回転ツール16を金属部材11に押し込む。これにより、回転ツール16を金属部材11と熱可塑性樹脂50との境界面13に達しない深さまで進入させる。このとき、金属部材11の回転ツール直下部を、熱可塑性樹脂50側に突出変形させてもよい(図示せず)。
(Indentation stirring step C2)
In the pushing and stirring step C2, the rotating tool 16 and the receiving member 17 are brought close to each other, thereby pushing the rotating tool 16 into the metal member 11 as shown in FIG. When the pushing and stirring step C2 is performed after the preheating step C1, the rotating tool 16 and the receiving member 17 are brought closer to each other, thereby pushing the rotating tool 16 into the metal member 11 as shown in FIG. Thereby, the rotary tool 16 is advanced to a depth not reaching the boundary surface 13 between the metal member 11 and the thermoplastic resin 50. At this time, the portion immediately below the rotary tool of the metal member 11 may be protruded and deformed toward the thermoplastic resin 50 (not shown).

詳しくは、押込み撹拌工程C2では、回転ツール16を、第1の加圧力より大きい第2の加圧力(例えば、1500N)で、第1の加圧時間より短い第2の加圧時間(例えば、0.25秒)だけ、所定回転数(例えば、3000rpm)で回転させる。   Specifically, in the indentation stirring step C2, the rotary tool 16 is moved at a second pressurizing time (for example, 1500 N) that is larger than the first pressurizing time and shorter than the first pressurizing time (for example, Rotate at a predetermined rotation speed (for example, 3000 rpm) for 0.25 seconds.

押込み撹拌工程C2では、加圧力が予熱工程C1よりも大きくなることにより、回転ツール16が金属部材11に押し込まれる。すなわち、回転ツール16が金属部材11の内部に深く進入する。好ましくは、この回転ツール16の押込みにより、金属部材11の回転ツール直下部において、金属部材11と熱可塑性樹脂50との境界面13が受け具17側(図6では下側)に移動し、当該直下部が熱可塑性樹脂50内で樹脂部材12側に突出変形する。これにより、摩擦熱により、熱可塑性樹脂50が軟化および溶融し、その溶融樹脂が、樹脂部材12の金属部材側表面121において、直下領域112からその外周領域への方向で流動する。溶融樹脂は回転ツール直下領域を中心とする略円形状で広がる。その結果、冷却による固化後において、金属部材11と熱可塑性樹脂50との間および熱可塑性樹脂50と樹脂部材12との間のより広い領域で相互作用が働くようになり、接合が達成される。   In the indentation stirring step C2, the rotating tool 16 is pushed into the metal member 11 when the applied pressure is larger than that in the preheating step C1. That is, the rotary tool 16 enters deep inside the metal member 11. Preferably, the pressing of the rotary tool 16 moves the boundary surface 13 between the metal member 11 and the thermoplastic resin 50 toward the support 17 side (lower side in FIG. 6) immediately below the rotary tool of the metal member 11. The directly lower portion projects and deforms toward the resin member 12 in the thermoplastic resin 50. Thereby, the thermoplastic resin 50 is softened and melted by frictional heat, and the molten resin flows on the metal member side surface 121 of the resin member 12 in the direction from the region 112 directly below to the outer peripheral region. The molten resin spreads in a substantially circular shape centering on the region directly under the rotary tool. As a result, after solidification by cooling, the interaction is performed in a wider region between the metal member 11 and the thermoplastic resin 50 and between the thermoplastic resin 50 and the resin member 12, thereby achieving bonding. .

仮に、回転ツール16がさらに押し込まれると(つまり加圧力が高過ぎ及び/又は加圧時間が長過ぎると)、回転ツール16のショルダ部16bが上記境界面13を超える。すなわち、回転ツール16が金属部材11を貫通し、回転ツール16の外周部が熱可塑性樹脂50および樹脂部材12に接触する。すると、金属部材11に回転ツール16が通過した孔が開いた孔開き状態となり、接合不良が起きる。   If the rotary tool 16 is further pushed in (that is, if the applied pressure is too high and / or the pressurizing time is too long), the shoulder portion 16b of the rotary tool 16 exceeds the boundary surface 13. That is, the rotary tool 16 penetrates the metal member 11, and the outer peripheral portion of the rotary tool 16 contacts the thermoplastic resin 50 and the resin member 12. Then, the metal member 11 is in a holed state in which the hole through which the rotary tool 16 has passed is opened, resulting in poor bonding.

そこで、この押込み撹拌工程C2において、回転ツール16のショルダ部16bが上記境界面13に達しない深さまで進入した時点で、回転ツール16の押込みを停止する。換言すれば、回転ツール16を上記境界面13に達しない深さまで進入させる。これにより、次の撹拌維持工程C3で、樹脂部材12に近い基準位置で摩擦熱が発生し、多量の摩擦熱が樹脂部材12に伝わり、熱可塑性樹脂50の軟化および溶融が促進される。   Therefore, in this indentation stirring step C2, the indentation of the rotation tool 16 is stopped when the shoulder portion 16b of the rotation tool 16 enters a depth that does not reach the boundary surface 13. In other words, the rotary tool 16 is advanced to a depth that does not reach the boundary surface 13. As a result, in the next agitation maintaining step C3, frictional heat is generated at a reference position close to the resin member 12, and a large amount of frictional heat is transmitted to the resin member 12 to promote softening and melting of the thermoplastic resin 50.

押込み撹拌工程C2の第2の加圧力及び第2の加圧時間は、上記のような金属部材11の孔開き回避の観点及び回転ツール16をできるだけ樹脂部材12に近接させる観点から設定され、その値は、例えば回転ツール16の回転数や金属部材11の厚みおよび素材の種類等に依存して変化する。例えば、1mm以上2mm以下の厚みのアルミニウム合金製金属部材11を使用する場合、押込み撹拌工程C2における第2の加圧力は、1200N以上1800N未満の値が好ましい。第2の加圧時間は、0.1秒以上0.5秒未満の値が好ましい。回転ツールの回転数は2000rpm以上4000rpm以下の値が好ましい。   The second pressing force and the second pressurizing time in the indentation stirring step C2 are set from the viewpoint of avoiding the opening of the metal member 11 as described above and the rotating tool 16 as close to the resin member 12 as possible. The value varies depending on, for example, the number of rotations of the rotary tool 16, the thickness of the metal member 11, the type of material, and the like. For example, when the aluminum alloy metal member 11 having a thickness of 1 mm or more and 2 mm or less is used, the second applied pressure in the indentation stirring step C2 is preferably a value of 1200 N or more and less than 1800 N. The second pressurization time is preferably 0.1 seconds or more and less than 0.5 seconds. The number of rotations of the rotary tool is preferably 2000 rpm or more and 4000 rpm or less.

(撹拌維持工程C3)
撹拌維持工程C3は、回転ツール16と受け具17との相互近接を停止することにより、同じく図6に示すように、上記境界面13に達しない深さまで進入させた位置(これを「基準位置」という)で回転ツール16の回転動作を継続させる工程である。撹拌維持工程C3では、回転ツール16を、第1の加圧力より小さい第3の加圧力(例えば、500N)で、第1の加圧時間より長い第3の加圧時間(例えば、5.75秒)だけ、所定回転数(例えば、3000rpm)で回転させる。
(Stirring maintenance step C3)
The agitation maintaining step C3 stops the mutual approach between the rotary tool 16 and the receiving member 17 and, as shown in FIG. 6, the position where it has entered to a depth that does not reach the boundary surface 13 (this is referred to as “reference position”). The rotation tool 16 continues to rotate. In the stirring maintaining step C3, the rotary tool 16 is moved to a third pressurizing time (for example, 5.75) longer than the first pressurizing time with a third pressurizing force (for example, 500 N) smaller than the first pressurizing force. Seconds) at a predetermined rotation speed (for example, 3000 rpm).

撹拌維持工程C3では、加圧力が予熱工程C1よりも小さくなることにより(もちろん押込み撹拌工程C2よりも小さくなることにより)、回転ツール16が上記基準位置にほぼ維持される。この熱可塑性樹脂50に近い基準位置で回転ツール16の回転動作が継続されるため、多量の摩擦熱が発生し、発生した摩擦熱の大部分が熱可塑性樹脂50に移動する。そのため、熱可塑性樹脂50は、押圧領域P直下の領域の範囲を超えて、広い範囲で十分に軟化および溶融する。   In the stirring maintaining step C3, the rotating tool 16 is substantially maintained at the reference position by the applied pressure being smaller than that of the preheating step C1 (of course, being smaller than the pushing stirring step C2). Since the rotation operation of the rotary tool 16 is continued at the reference position close to the thermoplastic resin 50, a large amount of frictional heat is generated, and most of the generated frictional heat is transferred to the thermoplastic resin 50. Therefore, the thermoplastic resin 50 is sufficiently softened and melted in a wide range beyond the range of the region immediately below the pressing region P.

撹拌維持工程C3の第3の加圧力及び第3の加圧時間は、上記のような熱可塑性樹脂50の広い範囲での十分な軟化・溶融および生産性の観点から設定され、その値は、例えば回転ツール16の回転数や金属部材11の厚みおよび素材の種類等に依存して変化する。例えば、1mm以上2mm以下の厚みのアルミニウム合金製金属部材11を使用する場合、撹拌維持工程C3における第3の加圧力は、100N以上700N未満の値が好ましい。第3の加圧時間は、1.0秒以上20秒未満の値、特に3.0秒以上10秒以下の値が好ましい。回転ツールの回転数は2000rpm以上4000rpm以下の値が好ましい。   The third pressurizing force and the third pressurizing time in the stirring maintaining step C3 are set from the viewpoint of sufficient softening / melting and productivity in a wide range of the thermoplastic resin 50 as described above, and the values thereof are: For example, it changes depending on the number of rotations of the rotary tool 16, the thickness of the metal member 11, the type of material, and the like. For example, when the aluminum alloy metal member 11 having a thickness of 1 mm or more and 2 mm or less is used, the third pressing force in the stirring and maintaining step C3 is preferably a value of 100 N or more and less than 700 N. The third pressurizing time is preferably a value of 1.0 second or more and less than 20 seconds, particularly a value of 3.0 seconds or more and 10 seconds or less. The number of rotations of the rotary tool is preferably 2000 rpm or more and 4000 rpm or less.

(保持工程C4)
撹拌維持工程C3の後には、上記回転ツール16の回転を停止し、その状態で上記回転ツール16を所定の加圧力で所定の加圧時間だけ保持する保持工程C4を行ってもよいし、行わなくても良い。
保持工程C4は、同じく図6に示すように、回転ツール16の回転を停止し、その状態で回転ツール16を所定の加圧力で所定の時間だけ保持する工程である。保持工程C4では、回転ツール16を、第3の加圧力より大きいが第2の加圧力より小さい第4の加圧力(例えば、1000N)で、第3の加圧時間より短いが第2の加圧時間より長い第4の加圧時間(例えば、5.00秒)だけ保持する。
(Holding process C4)
After the agitation maintenance step C3, the rotation of the rotary tool 16 may be stopped, and a holding step C4 for holding the rotary tool 16 with a predetermined pressurizing force for a predetermined pressurization time may be performed. It is not necessary.
Similarly, as shown in FIG. 6, the holding step C <b> 4 is a step in which the rotation of the rotary tool 16 is stopped and the rotary tool 16 is held for a predetermined time with a predetermined pressure in that state. In the holding step C4, the rotary tool 16 is moved at a fourth pressure force (for example, 1000 N) that is larger than the third pressure force but smaller than the second pressure force and shorter than the third pressurization time but the second pressure force. Hold for a fourth pressurization time (for example, 5.00 seconds) longer than the pressure time.

保持工程C4では、回転ツール16の回転が停止されることにより、摩擦熱の発生が終了する。すなわち、摩擦撹拌接合としての実質的な動作が終了し、ワーク10の冷却が開始する。ワーク10の冷却期間中、加圧力が押込み撹拌工程C2よりも小さいが撹拌維持工程C3よりも大きくなることにより、回転が停止された回転ツール16が熱硬化樹脂部材12と金属部材11とを受け具17との間に挟んでクランプする。これにより、熱硬化樹脂部材12と金属部材11との間の冷却中の密着力が高められ、冷却・固化完了後の接合強度が高められる。   In the holding step C4, the rotation of the rotary tool 16 is stopped, whereby the generation of frictional heat is completed. That is, the substantial operation as the friction stir welding is finished, and cooling of the workpiece 10 is started. During the cooling period of the workpiece 10, the rotating tool 16 that has stopped rotating receives the thermosetting resin member 12 and the metal member 11 because the applied pressure is smaller than the indentation stirring step C 2 but larger than the stirring maintaining step C 3. Clamp it with the tool 17. Thereby, the adhesive force during cooling between the thermosetting resin member 12 and the metal member 11 is enhanced, and the bonding strength after completion of cooling and solidification is enhanced.

保持工程C4の第4の加圧力及び第4の加圧時間は、上記のような冷却期間中の押圧領域P直下の領域の密着力向上の観点から設定され、その値は、例えば金属部材11の素材の種類等に依存して変化する。例えば、アルミニウム合金製金属部材11を使用する場合、保持工程C4における第4の加圧力は、例えば700N以上1200N未満の値が好ましい。第4の加圧時間は、例えば1秒以上の値が好ましい。   The fourth pressurizing force and the fourth pressurizing time in the holding step C4 are set from the viewpoint of improving the adhesion strength of the region immediately below the pressing region P during the cooling period as described above, and the values thereof are, for example, the metal member 11 It depends on the type of material. For example, when the aluminum alloy metal member 11 is used, the fourth pressing force in the holding step C4 is preferably a value of 700 N or more and less than 1200 N, for example. The fourth pressurization time is preferably, for example, a value of 1 second or longer.

上記接合方法において、熱可塑性樹脂50の融点をTm(℃)としたとき、接合温度は通常、Tm−50〜Tm+150℃である。接合強度のさらなる向上の観点から接合温度は熱可塑性樹脂50の種類に応じて以下の範囲が好ましい。
酸変性ポリオレフィンまたはポリアミドのとき、接合温度は好ましくはTm〜Tm+150℃であり、より好ましくはTm+20〜Tm+130℃であり、さらに好ましくはTm+70〜Tm+120℃である。
熱可塑性エポキシポリマーのとき、接合温度は好ましくはTm−50〜Tm+30℃であり、より好ましくはTm−10〜Tm+20℃である。
ポリアミドのとき、接合温度は好ましくはTm+10〜Tm+70℃であり、より好ましくはTm+20〜Tm+60℃である。
酢酸ビニル含有ポリマーのとき、接合温度は好ましくはTm〜Tm+80℃である。
接合温度とは、熱可塑性樹脂50と樹脂部材12との界面における直下領域112の最高温度であり、回転ツール16の押圧力(加圧力)、押圧時間および回転数、または回転ツールの押圧方向の移動量、その移動時間および回転数を調整することにより制御できる。
In the said joining method, when melting | fusing point of the thermoplastic resin 50 is set to Tm (degreeC), joining temperature is Tm-50-Tm + 150 degreeC normally. From the viewpoint of further improving the bonding strength, the bonding temperature is preferably in the following range depending on the type of the thermoplastic resin 50.
When the acid-modified polyolefin or polyamide is used, the joining temperature is preferably Tm to Tm + 150 ° C, more preferably Tm + 20 to Tm + 130 ° C, and further preferably Tm + 70 to Tm + 120 ° C.
In the case of a thermoplastic epoxy polymer, the joining temperature is preferably Tm-50 to Tm + 30 ° C, more preferably Tm-10 to Tm + 20 ° C.
In the case of polyamide, the joining temperature is preferably Tm + 10 to Tm + 70 ° C., more preferably Tm + 20 to Tm + 60 ° C.
In the case of a vinyl acetate-containing polymer, the joining temperature is preferably Tm to Tm + 80 ° C.
The joining temperature is the maximum temperature of the region 112 immediately below the interface between the thermoplastic resin 50 and the resin member 12, and is the pressing force (pressing force), pressing time and number of rotation of the rotary tool 16, or the pressing direction of the rotating tool. It can be controlled by adjusting the moving amount, the moving time and the rotational speed.

上記接合方法は、回転ツールを金属部材の接触面上、面方向で移動させることなく、点状に金属部材と樹脂部材との接合を行う場合(点接合)について説明したが、上記面方向において回転ツールを移動させながら、線状に金属部材と樹脂部材との接合を行う場合(線接合)においても本発明の効果が得られることは明らかである。   Although the said joining method demonstrated the case where a metal member and a resin member are joined to a point shape, without moving a rotation tool on the contact surface of a metal member in a surface direction (point joining), in the said surface direction It is clear that the effect of the present invention can be obtained even when the metal member and the resin member are joined linearly while moving the rotary tool (line joining).

(6)接合体
本発明の方法により得られた熱硬化樹脂部材12と他の部材11との接合体においては、熱硬化樹脂部材12と他の部材11との間に熱可塑性樹脂50が介在している。
(6) Bonded Body In the bonded body of the thermosetting resin member 12 and the other member 11 obtained by the method of the present invention, the thermoplastic resin 50 is interposed between the thermosetting resin member 12 and the other member 11. is doing.

このような接合体においても、熱硬化樹脂部材12は、他の部材11との接合表面における強化繊維の露出率が上記した範囲内である。すなわち、強化繊維の露出率は、本発明の熱硬化樹脂部材の接合方法の実施の前後において、変化しない。例えば、本発明の接合方法の実施前における熱硬化樹脂部材12の強化繊維の露出率Aは、他の樹脂との接合によっても変化せず、実施後において得られた接合体における熱硬化樹脂部材12の強化繊維の露出率Bは、実施前の露出率Aと略同等の値を示す。   Also in such a joined body, the thermosetting resin member 12 has the exposure rate of the reinforcing fiber on the joining surface with the other member 11 within the above-described range. That is, the exposure rate of the reinforcing fiber does not change before and after the implementation of the thermosetting resin member joining method of the present invention. For example, the exposure rate A of the reinforcing fiber of the thermosetting resin member 12 before the bonding method of the present invention is not changed by bonding with another resin, and the thermosetting resin member in the bonded body obtained after the execution. The exposure rate B of the 12 reinforcing fibers shows a value substantially equal to the exposure rate A before the implementation.

接合体における熱硬化樹脂部材12の強化繊維の露出率Bは、熱硬化樹脂部材12を他の部材11から剥離し、熱可塑性樹脂50を溶剤への溶解等によって除去して、上記の測定に供することにより、測定できる。ただし、摩擦撹拌接合方法などのように、温度が部分的(または局所的)に樹脂分解温度以上に上昇する接合方法では、熱硬化樹脂の分解が起こり、当該露出率が変化することがある。熱硬化樹脂の分解は通常、図4における領域P’内でおこり、当該分解部分の位置はその周囲との明度の差により明らかに判別可能である。このため、露出率Bは、例えば、図4における領域Q(繊維露出処理領域)の範囲内であって、領域P’の範囲外の領域において、測定される。換言すると、接合体からの剥離等により得られた熱硬化樹脂部材において、領域Qの範囲内であって、領域P’の範囲外の領域で測定された露出率Bが本発明で規定する露出率範囲の範囲内であれば、本発明の熱硬化樹脂部材が使用されていることが明らかに判別され得る。   The exposure rate B of the reinforcing fiber of the thermosetting resin member 12 in the joined body is determined by the above-described measurement by peeling the thermosetting resin member 12 from the other member 11 and removing the thermoplastic resin 50 by dissolution in a solvent or the like. It can be measured by providing. However, in a joining method in which the temperature partially (or locally) rises above the resin decomposition temperature, such as a friction stir welding method, the thermosetting resin may be decomposed and the exposure rate may change. The decomposition of the thermosetting resin usually takes place in the region P ′ in FIG. 4, and the position of the decomposition portion can be clearly discriminated by the difference in brightness from the surrounding area. Therefore, the exposure rate B is measured, for example, in a region within the region Q (fiber exposure processing region) in FIG. 4 and outside the region P ′. In other words, in the thermosetting resin member obtained by peeling from the joined body or the like, the exposure rate B measured in a region within the region Q and outside the region P ′ is defined by the present invention. If it is in the range of a rate range, it can be discriminate | determined clearly that the thermosetting resin member of this invention is used.

接合体において、熱可塑性樹脂50は通常、1〜500μm、好ましくは10〜400μmの厚み(接合後の厚み)を有している。   In the joined body, the thermoplastic resin 50 usually has a thickness (a thickness after joining) of 1 to 500 μm, preferably 10 to 400 μm.

[実施例1]
(金属部材)
金属部材としては、6000系のアルミニウム合金製の平板状部材を用いた(縦100mm×横30mm×厚み1.2mm)。
[Example 1]
(Metal member)
As the metal member, a flat plate member made of a 6000 series aluminum alloy was used (length 100 mm × width 30 mm × thickness 1.2 mm).

(熱硬化樹脂部材)
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(EP−834、ジャパンエポキシレジン社製)、炭素繊維および硬化剤としてのo−フェニレンジアミンを混合し、熱硬化性エポキシ樹脂組成物を調製した。この熱硬化性エポキシ樹脂組成物を成形し、230℃にて金型内で保持することにより十分に硬化させ、樹脂部材12(縦100mm×横50mm×厚み3mm)を製造した。炭素繊維の含有量は50体積%であり、炭素繊維の平均繊維長は3mm、平均繊維径は7μmであった。
(Thermosetting resin member)
A thermosetting epoxy resin composition was prepared by mixing bisphenol A type epoxy resin (EP-834, manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.), carbon fiber and o-phenylenediamine as a curing agent. This thermosetting epoxy resin composition was molded and sufficiently cured by being held in a mold at 230 ° C. to produce a resin member 12 (length 100 mm × width 50 mm × thickness 3 mm). The carbon fiber content was 50% by volume, the average fiber length of the carbon fibers was 3 mm, and the average fiber diameter was 7 μm.

樹脂部材12における接合表面を繊維露出処理に供した。詳しくは、図4に示すように、樹脂部材12における領域Qに対してサンドショットブラスト処理を行った。サンドショットブラスト処理においては、セラミックス系粒子(粒径500〜600μm)を用いた。図4において、領域P’は、金属部材11と樹脂部材12とを重ね合わせたとき、金属部材11上における回転ツール16の押圧領域P(図1参照)の直下に対応する樹脂部材12表面上の領域である。領域Qは、繊維露出処理を行った領域であり、上記領域P’を包含する領域である。本実施例において、領域P’および領域Qは相互に同心円形状を有しており、領域Qの直径は、回転ツール16の直径をD1(mm)としたとき、2×D1の直径を有している。領域Qにおける強化繊維の露出率は30%、表面粗さRaは3.4μmであった。   The bonding surface in the resin member 12 was subjected to fiber exposure treatment. Specifically, as shown in FIG. 4, the sand shot blasting process was performed on the region Q in the resin member 12. In the sand shot blasting process, ceramic particles (particle size: 500 to 600 μm) were used. In FIG. 4, the region P ′ is on the surface of the resin member 12 corresponding to the region immediately below the pressing region P (see FIG. 1) of the rotary tool 16 on the metal member 11 when the metal member 11 and the resin member 12 are overlapped. It is an area. The region Q is a region where the fiber exposure process has been performed, and is a region including the region P ′. In this embodiment, the region P ′ and the region Q are concentric with each other, and the diameter of the region Q is 2 × D1 when the diameter of the rotary tool 16 is D1 (mm). ing. The exposure rate of the reinforcing fibers in the region Q was 30%, and the surface roughness Ra was 3.4 μm.

(熱可塑性樹脂シート)
ポリアミド12のポリマーシート(東レプラスティック精工社製、厚み500μm)を用いた。ポリアミドは融点が220℃であった。
熱可塑性樹脂シートは、直径12mmの円形シートであり、その中心が回転ツールの軸上に配置されるように用いた。
(Thermoplastic resin sheet)
A polymer sheet of polyamide 12 (Toray Plastic Seiko Co., Ltd., thickness: 500 μm) was used. The polyamide had a melting point of 220 ° C.
The thermoplastic resin sheet was a circular sheet having a diameter of 12 mm, and was used so that the center thereof was disposed on the axis of the rotary tool.

(回転ツール)
回転ツールとしては、図2に示す回転ツール16を用いた。各部の寸法はD1=10mm、D2=2mm、h=0.5mmmmであり、回転ツールは工具鋼製のものであった。
(Rotation tool)
As the rotation tool, the rotation tool 16 shown in FIG. 2 was used. The dimensions of each part were D1 = 10 mm, D2 = 2 mm, h = 0.5 mmmm, and the rotary tool was made of tool steel.

(接合方法)
以下の方法により、熱硬化樹脂部材12と金属部材11との接合体を製造した。
第1ステップ:
熱硬化樹脂部材12と金属部材11とを、それらの間に熱可塑性樹脂シート50を介在させて図1に示すように重ね合わせた。
(Joining method)
The joined body of the thermosetting resin member 12 and the metal member 11 was manufactured by the following method.
First step:
The thermosetting resin member 12 and the metal member 11 were superposed as shown in FIG. 1 with a thermoplastic resin sheet 50 interposed therebetween.

第2ステップ:
図3に示すように、回転ツール16の先端部のみを金属部材11の表面部に接触させた状態で回転ツール16を回転させた(予熱工程C1:加圧力900N、加圧時間1.00秒、ツール回転数3000rpm)。
次いで、図6に示すように、回転ツール16を金属部材11に押し込んで金属部材11と熱可塑性樹脂50との境界面に達しない深さまで進入させた(押込み撹拌工程C2:加圧力1500N、加圧時間0.25秒、ツール回転数3000rpm)。
次いで、図6に示すように、回転ツール16を境界面に達しない深さまで進入させた位置で、回転ツール16の回転動作を継続させた(撹拌維持工程C3:加圧力500N、加圧時間5.75秒、ツール回転数3000rpm)。
次いで、接合体20から回転ツール16を抜き取り、放置冷却した。
Second step:
As shown in FIG. 3, the rotary tool 16 was rotated in a state where only the tip of the rotary tool 16 was in contact with the surface portion of the metal member 11 (preheating step C1: pressure 900N, pressurization time 1.00 seconds). Tool rotation speed 3000 rpm).
Next, as shown in FIG. 6, the rotary tool 16 was pushed into the metal member 11 to a depth not reaching the boundary surface between the metal member 11 and the thermoplastic resin 50 (indentation stirring step C2: applied pressure 1500 N, applied pressure Pressure time 0.25 seconds, tool rotation speed 3000 rpm).
Next, as shown in FIG. 6, the rotation operation of the rotary tool 16 was continued at a position where the rotary tool 16 was advanced to a depth that did not reach the boundary surface (stirring maintenance step C3: pressurizing pressure 500 N, pressurization time 5). 75 seconds, tool rotation speed 3000 rpm).
Subsequently, the rotary tool 16 was extracted from the joined body 20 and allowed to cool.

[実施例2〜11]
様々な繊維露出処理により様々な繊維露出率が達成された樹脂部材を用いたこと以外、実施例1と同様の方法により、接合体を得た。
各実施例における繊維露出処理の種類および達成された露出率および表面粗さRaを表1に示す。
[Examples 2 to 11]
A joined body was obtained by the same method as in Example 1 except that a resin member having various fiber exposure rates achieved by various fiber exposure treatments was used.
Table 1 shows the types of fiber exposure treatment and the achieved exposure rate and surface roughness Ra in each example.

表中、各処理における水準は、処理時間等の処理条件が相互に異なることを意味する。
各処理における投射物を表2に示す。
In the table, the level in each processing means that processing conditions such as processing time are different from each other.
Table 2 shows the projectiles in each process.

[接合強度]
図7に示すように、熱硬化樹脂部材12と金属部材11との接合体を治具100内に配置した。治具100は、該治具100を下方へ引っ張ることにより樹脂部材12の上端部に下方への力が働くように構成されたものである。治具100を固定し、かつ金属部材11を上方へ引っ張ることにより、樹脂部材12の上端部に下方への力が働き、樹脂部材12の母材強度に影響を受けることなく接合部の接合強度(引張せん断強度S)を測定した。繊維露出率と接合強度との関係を図8および図9に示す。表面粗さRaと接合強度との関係を図10に示す。図8および図9において、露出率「1.00」は露出率100%を意味する。
[Joint strength]
As shown in FIG. 7, the joined body of the thermosetting resin member 12 and the metal member 11 was placed in the jig 100. The jig 100 is configured such that a downward force acts on the upper end portion of the resin member 12 by pulling the jig 100 downward. By fixing the jig 100 and pulling the metal member 11 upward, a downward force acts on the upper end portion of the resin member 12, and the joint strength of the joint portion is not affected by the strength of the base material of the resin member 12. (Tensile shear strength S) was measured. FIG. 8 and FIG. 9 show the relationship between the fiber exposure rate and the bonding strength. The relationship between the surface roughness Ra and the bonding strength is shown in FIG. 8 and 9, the exposure rate “1.00” means an exposure rate of 100%.

◎◎:8.3kN≦S(最良);
◎:7.5kN≦S<8.3kN(優良);
○:6.0kN≦S<7.5kN(良);
△:3.0kN≦S<6.0kN(実用上問題なし);
×:S<3.0kN(実用上問題あり)。
A: 8.3 kN ≦ S (best);
A: 7.5 kN ≦ S <8.3 kN (excellent);
○: 6.0 kN ≦ S <7.5 kN (good);
Δ: 3.0 kN ≦ S <6.0 kN (no problem in practical use);
X: S <3.0 kN (practical problem).

図10より、表面粗さと接合強度との間には明確な関係が見られなかったが、図8より、露出する繊維が接合により十分に貢献していることが示唆された。
図9より、繊維露出率と接合強度とに相関関係が認められた。
図8〜図10より、以下のことが明からである:熱可塑性樹脂を介した熱硬化樹脂部材と他の部材との接合系においては、樹脂部材12における樹脂自体の表面の凹凸によるアンカー効果よりも、樹脂部材12に含有される強化繊維の露出によるアンカー効果の方が、接合強度の上昇への貢献が有意に大きい。
From FIG. 10, no clear relationship was found between the surface roughness and the bonding strength, but from FIG. 8, it was suggested that the exposed fibers sufficiently contributed to the bonding.
From FIG. 9, a correlation was recognized between the fiber exposure rate and the bonding strength.
From FIG. 8 to FIG. 10, the following is clear: In the joining system between the thermosetting resin member and another member via the thermoplastic resin, the anchor effect due to the unevenness of the surface of the resin itself in the resin member 12 Rather, the anchor effect due to the exposure of the reinforcing fibers contained in the resin member 12 contributes significantly to the increase in bonding strength.

[測定方法]
強化繊維の露出率および表面粗さRaはそれぞれ上記した方法により測定した。
[Measuring method]
The exposure rate and surface roughness Ra of the reinforcing fibers were measured by the methods described above.

本発明に係る接合方法は、自動車、鉄道車両、航空機、家電製品等の分野における熱硬化樹脂部材と他の部材(特に金属部材)との接合に有用である。   The joining method according to the present invention is useful for joining a thermosetting resin member and other members (particularly metal members) in the fields of automobiles, railway vehicles, aircraft, home appliances, and the like.

1:摩擦撹拌接合装置
10:ワーク
11:金属部材
12:熱硬化樹脂部材
13:金属部材と熱可塑性樹脂との境界面
16:回転ツール
17:受け具
50:熱可塑性樹脂(層)
100:接合強度を測定するための治具
111:金属部材の樹脂部材側表面
P:押圧領域(押圧予定領域)
121:熱硬化樹脂部材の金属部材側表面
1: Friction stir welding apparatus 10: Work 11: Metal member 12: Thermosetting resin member 13: Interface between metal member and thermoplastic resin 16: Rotating tool 17: Receiving tool 50: Thermoplastic resin (layer)
100: Jig for measuring joint strength 111: Resin member side surface of metal member P: Pressing region (scheduled pressing region)
121: Metal member side surface of thermosetting resin member

Claims (31)

強化繊維を含む熱硬化樹脂部材と他の部材とを、熱可塑性樹脂を介して重ね合わせ、熱および圧力を付与することにより、前記熱可塑性樹脂を軟化させて前記熱硬化樹脂部材と前記他の部材とを接合する熱圧式接合方法による熱硬化樹脂部材の接合方法であって、
前記熱硬化樹脂部材として、前記他の部材との接合表面における前記強化繊維の露出率が2%以上である熱硬化樹脂部材を用いる、熱硬化樹脂部材の接合方法。
The thermosetting resin member including the reinforcing fiber and another member are overlapped with each other through the thermoplastic resin, and heat and pressure are applied to soften the thermoplastic resin and the thermosetting resin member and the other member. A thermosetting resin member joining method by a hot-pressure joining method for joining members,
A thermosetting resin member joining method using, as the thermosetting resin member, a thermosetting resin member having an exposure rate of the reinforcing fibers of 2% or more on a joining surface with the other member.
前記熱硬化樹脂部材の露出した強化繊維の、前記軟化した熱可塑性樹脂への埋包に基づくアンカー効果が前記熱硬化樹脂部材の接合に貢献する、請求項1に記載の熱硬化樹脂部材の接合方法。   The joining of the thermosetting resin member according to claim 1, wherein an anchor effect based on embedding of the exposed reinforcing fiber of the thermosetting resin member in the softened thermoplastic resin contributes to the joining of the thermosetting resin member. Method. 前記強化繊維は炭素繊維およびガラス繊維からなる群から選択される1種以上の繊維である、請求項1または2に記載の熱硬化樹脂部材の接合方法。   The method for joining thermosetting resin members according to claim 1 or 2, wherein the reinforcing fibers are one or more fibers selected from the group consisting of carbon fibers and glass fibers. 前記強化繊維は1〜50mmの平均繊維長および2〜20μmの平均繊維径を有する、請求項1〜3のいずれかに記載の熱硬化樹脂部材の接合方法。   The method for joining thermosetting resin members according to claim 1, wherein the reinforcing fibers have an average fiber length of 1 to 50 mm and an average fiber diameter of 2 to 20 μm. 前記熱硬化樹脂部材は前記強化繊維を30〜70体積%の含有量で含む、請求項1〜4のいずれかに記載の熱硬化樹脂部材の接合方法。   The said thermosetting resin member is a joining method of the thermosetting resin member in any one of Claims 1-4 which contains the said reinforced fiber by content of 30-70 volume%. 前記強化繊維の露出率をショットブラスト処理、レーザー照射処理または研磨処理により達成する、請求項1〜5のいずれかに記載の熱硬化樹脂部材の接合方法。   The joining method of the thermosetting resin member in any one of Claims 1-5 which achieves the exposure rate of the said reinforced fiber by a shot blast process, a laser irradiation process, or a grinding | polishing process. 前記他の部材は金属部材である、請求項1〜6のいずれかに記載の熱硬化樹脂部材の接合方法。   The said other member is a joining method of the thermosetting resin member in any one of Claims 1-6 which is a metal member. 前記熱可塑性樹脂を接合前の厚み10〜600μmで介在させる、請求項1〜7のいずれかに記載の熱硬化樹脂部材の接合方法。   The method for joining thermosetting resin members according to claim 1, wherein the thermoplastic resin is interposed at a thickness of 10 to 600 μm before joining. 前記熱可塑性樹脂が、シートの形態、前記熱硬化樹脂部材の表面に形成された皮膜の形態、および前記他の部材の表面に形成された皮膜の形態からなる群から選択される1種以上の形態を有する、請求項1〜8のいずれかに記載の熱硬化樹脂部材の接合方法。   The thermoplastic resin is one or more selected from the group consisting of a sheet form, a film form formed on the surface of the thermosetting resin member, and a film form formed on the surface of the other member. The joining method of the thermosetting resin member in any one of Claims 1-8 which has a form. 前記熱可塑性樹脂が官能基を有する熱可塑性ポリマーであり、
該官能基が、酸素原子、窒素原子、フッ素原子および硫黄原子からなる群から選択される1種以上の原子を含有する基である、請求項1〜9のいずれかに記載の熱硬化樹脂部材の接合方法。
The thermoplastic resin is a thermoplastic polymer having a functional group;
The thermosetting resin member according to claim 1, wherein the functional group is a group containing one or more atoms selected from the group consisting of an oxygen atom, a nitrogen atom, a fluorine atom, and a sulfur atom. Joining method.
前記官能基が、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミド結合基、エステル結合基、エーテル基、チオエーテル基、カルボキシレート基、フッ素原子、ウレタン結合基およびカーボネート基からなる群から選択される1種以上の基である、請求項10に記載の熱硬化樹脂部材の接合方法。   The functional group is one or more groups selected from the group consisting of carboxyl group, hydroxyl group, amide bond group, ester bond group, ether group, thioether group, carboxylate group, fluorine atom, urethane bond group and carbonate group. The joining method of the thermosetting resin member of Claim 10 which is. 前記熱可塑性樹脂が、酸変性ポリオレフィン、熱可塑性エポキシポリマー、ポリアミド、酢酸ビニル含有ポリマー、ポリエステル、ポリ(メタ)アクリル酸アルキル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエーテル、液晶ポリマー、フッ素含有ポリマーおよびポリオレフィンからなる群から選択される1種以上のポリマーである、請求項1〜11のいずれかに記載の熱硬化樹脂部材の接合方法。   The thermoplastic resin is a group consisting of acid-modified polyolefin, thermoplastic epoxy polymer, polyamide, vinyl acetate-containing polymer, polyester, alkyl poly (meth) acrylate, polycarbonate, polyurethane, polyether, liquid crystal polymer, fluorine-containing polymer and polyolefin. The method for joining thermosetting resin members according to claim 1, wherein the thermosetting resin member is at least one polymer selected from the group consisting of: 前記熱硬化樹脂部材が熱硬化性エポキシ樹脂、熱硬化性フェノール樹脂、熱硬化性メラミン樹脂、および熱硬化性尿素樹脂からなる群から選択される1種以上の樹脂から構成される、請求項1〜12のいずれかに記載の熱硬化樹脂部材の接合方法。   The said thermosetting resin member is comprised from 1 or more types of resin selected from the group which consists of a thermosetting epoxy resin, a thermosetting phenol resin, a thermosetting melamine resin, and a thermosetting urea resin. The joining method of the thermosetting resin member in any one of -12. 前記他の部材が金属部材であり、
前記熱硬化樹脂部材と前記金属部材とを、前記熱可塑性樹脂を介して重ね合わせ、回転ツールを回転させつつ、前記金属部材に押圧して摩擦熱を発生させ、該摩擦熱により前記熱可塑性樹脂を軟化させて接合を行う摩擦撹拌接合方法による、請求項1〜13のいずれかに記載の熱硬化樹脂部材の接合方法。
The other member is a metal member;
The thermosetting resin member and the metal member are overlapped with each other through the thermoplastic resin, and while rotating a rotary tool, the metal member is pressed against the metal member to generate frictional heat, and the thermoplastic resin is generated by the frictional heat. The method for joining thermosetting resin members according to any one of claims 1 to 13, which is based on a friction stir welding method for softening and joining.
前記摩擦撹拌接合方法が以下のステップを含む、請求項14に記載の熱硬化樹脂部材の接合方法:
前記熱硬化樹脂部材と前記金属部材とを、前記熱可塑性樹脂を介して重ね合わせる第1ステップ;および
前記回転ツールを回転させつつ、前記金属部材に押圧して摩擦熱を発生させ、該摩擦熱により前記熱可塑性樹脂を軟化および溶融させた後、固化させて前記熱硬化樹脂部材と前記金属部材とを接合する第2ステップ。
The method for joining thermosetting resin members according to claim 14, wherein the friction stir welding method includes the following steps:
A first step of superimposing the thermosetting resin member and the metal member through the thermoplastic resin; and while rotating the rotary tool, the metal member is pressed against the metal member to generate frictional heat. A second step of softening and melting the thermoplastic resin and solidifying and joining the thermosetting resin member and the metal member.
前記第2ステップが、前記回転ツールを前記金属部材に押し込んで前記金属部材と前記熱可塑性樹脂との境界面に達しない深さまで進入させる押込み撹拌工程を備えている、請求項15に記載の熱硬化樹脂部材の接合方法。   The heat according to claim 15, wherein the second step includes a pressing and stirring step of pressing the rotating tool into the metal member to enter a depth that does not reach a boundary surface between the metal member and the thermoplastic resin. A method of joining cured resin members. 前記第2ステップが、前記押込み撹拌工程の前に、前記回転ツールの先端部のみを前記金属部材の表面部に接触させた状態で前記回転ツールを回転させる予熱工程をさらに備えている、請求項16に記載の熱硬化樹脂部材の接合方法。   The second step further includes a preheating step of rotating the rotary tool in a state in which only a tip portion of the rotary tool is in contact with a surface portion of the metal member before the pushing and stirring step. The method for joining thermosetting resin members according to 16. 前記予熱工程では前記回転ツールを第1の加圧力で押圧しつつ第1の加圧時間だけ回転させ、
前記押込み撹拌工程では前記回転ツールを前記第1の加圧力より大きい第2の加圧力で押圧しつつ前記第1の加圧時間より短い第2の加圧時間だけ回転させる、請求項17に記載の熱硬化樹脂部材の接合方法。
In the preheating step, the rotary tool is rotated by a first pressurizing time while being pressed with a first pressing force,
18. In the indentation stirring step, the rotary tool is rotated by a second pressurization time shorter than the first pressurization time while pressing the rotary tool with a second pressurization force larger than the first pressurization force. Joining method of thermosetting resin member.
前記第2ステップが、前記回転ツールを前記境界面に達しない深さまで進入させた位置で、前記回転ツールの回転動作を継続させる撹拌維持工程をさらに備え、
該撹拌維持工程では前記回転ツールを前記第1の加圧力より小さい第3の加圧力で押圧しつつ前記第1の加圧時間より長い第3の加圧時間だけ回転させる、請求項18に記載の熱硬化樹脂部材の接合方法。
The second step further comprises an agitation maintaining step of continuing the rotation operation of the rotary tool at a position where the rotary tool has entered to a depth that does not reach the boundary surface,
19. In the stirring maintaining step, the rotary tool is rotated by a third pressurizing time longer than the first pressurizing time while pressing the rotary tool with a third pressurizing force smaller than the first pressurizing force. Joining method of thermosetting resin member.
請求項1〜19のいずれかに記載の熱硬化樹脂部材の接合方法において使用される熱硬化樹脂部材。   The thermosetting resin member used in the joining method of the thermosetting resin member in any one of Claims 1-19. 強化繊維を含む熱硬化樹脂部材と他の部材との接合体であって、
前記熱硬化樹脂部材と前記他の部材との間には熱可塑性樹脂が介在しており、
前記熱硬化樹脂部材は、前記他の部材との接合表面における前記強化繊維の露出率が2%以上である熱硬化樹脂部材である、接合体。
A joined body of a thermosetting resin member containing reinforcing fibers and another member,
A thermoplastic resin is interposed between the thermosetting resin member and the other member,
The said thermosetting resin member is a joined body which is a thermosetting resin member whose exposure rate of the said reinforced fiber in a joining surface with said other member is 2% or more.
前記熱硬化樹脂部材の露出した強化繊維の、前記熱可塑性樹脂への埋包に基づくアンカー効果が前記熱硬化樹脂部材と前記他の部材との接合に貢献している、請求項21に記載の接合体。   The anchor effect based on the embedding of the exposed reinforcing fiber of the thermosetting resin member in the thermoplastic resin contributes to the joining of the thermosetting resin member and the other member. Joined body. 前記強化繊維は炭素繊維およびガラス繊維からなる群から選択される1種以上の繊維である、請求項21または22に記載の接合体。   The joined body according to claim 21 or 22, wherein the reinforcing fibers are one or more fibers selected from the group consisting of carbon fibers and glass fibers. 前記強化繊維は1〜50mmの平均繊維長および2〜20μmの平均繊維径を有する、請求項21〜23のいずれかに記載の接合体。   The joined body according to any one of claims 21 to 23, wherein the reinforcing fibers have an average fiber length of 1 to 50 mm and an average fiber diameter of 2 to 20 µm. 前記熱硬化樹脂部材は前記強化繊維を30〜70体積%の含有量で含む、請求項21〜24のいずれかに記載の接合体。   The joined body according to any one of claims 21 to 24, wherein the thermosetting resin member contains the reinforcing fiber in a content of 30 to 70% by volume. 前記他の部材は金属部材である、請求項21〜25のいずれかに記載の接合体。   The joined body according to any one of claims 21 to 25, wherein the other member is a metal member. 前記熱可塑性樹脂が接合後の厚み1〜500μmで介在している、請求項21〜26のいずれかに記載の接合体。   The joined body according to any one of claims 21 to 26, wherein the thermoplastic resin is interposed at a thickness of 1 to 500 µm after joining. 前記熱可塑性樹脂が官能基を有する熱可塑性ポリマーであり、
該官能基が、酸素原子、窒素原子、フッ素原子および硫黄原子からなる群から選択される1種以上の原子を含有する基である、請求項21〜27のいずれかに記載の接合体。
The thermoplastic resin is a thermoplastic polymer having a functional group;
The joined body according to any one of claims 21 to 27, wherein the functional group is a group containing one or more atoms selected from the group consisting of an oxygen atom, a nitrogen atom, a fluorine atom, and a sulfur atom.
前記官能基が、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミド結合基、エステル結合基、エーテル基、チオエーテル基、カルボキシレート基、フッ素原子、ウレタン結合基およびカーボネート基からなる群から選択される1種以上の基である、請求項28に記載の接合体。   The functional group is one or more groups selected from the group consisting of carboxyl group, hydroxyl group, amide bond group, ester bond group, ether group, thioether group, carboxylate group, fluorine atom, urethane bond group and carbonate group. The joined body according to claim 28, wherein 前記熱可塑性樹脂が、酸変性ポリオレフィン、熱可塑性エポキシポリマー、ポリアミド、酢酸ビニル含有ポリマー、ポリエステル、ポリ(メタ)アクリル酸アルキル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエーテル、液晶ポリマー、フッ素含有ポリマーおよびポリオレフィンからなる群から選択される1種以上のポリマーである、請求項21〜29のいずれかに記載の接合体。   The thermoplastic resin is a group consisting of acid-modified polyolefin, thermoplastic epoxy polymer, polyamide, vinyl acetate-containing polymer, polyester, alkyl poly (meth) acrylate, polycarbonate, polyurethane, polyether, liquid crystal polymer, fluorine-containing polymer and polyolefin. The joined body according to any one of claims 21 to 29, which is one or more kinds of polymers selected from the group consisting of: 前記熱硬化樹脂部材が熱硬化性エポキシ樹脂、熱硬化性フェノール樹脂、熱硬化性メラミン樹脂、および熱硬化性尿素樹脂からなる群から選択される1種以上の樹脂から構成される、請求項21〜30のいずれかに記載の接合体。   The said thermosetting resin member is comprised from 1 or more types of resin selected from the group which consists of a thermosetting epoxy resin, a thermosetting phenol resin, a thermosetting melamine resin, and a thermosetting urea resin. The joined body according to any one of?
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