JP6098606B2

JP6098606B2 - 金属部材と樹脂部材との接合方法

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Publication number: JP6098606B2
Application number: JP2014201792A
Authority: JP
Inventors: 勝也西口; 宣夫坂手; 耕二郎田中; 嗣久宮本; 小林　めぐみ; めぐみ小林
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2034-09-30
Also published as: JP2016068130A

Description

本発明は、金属部材と樹脂部材との接合方法に関する。

従来より、自動車、鉄道車両、航空機等の分野では軽量化が求められている。例えば、自動車の分野では、ハイテン材の利用により薄鋼板化が進められ、あるいはスチール材の代替材としてアルミ合金材が用いられ、さらには樹脂材の利用も進んでいる。このような分野において金属部材と樹脂部材との接合技術の開発は、単に軽量化に留まらず、接合部材の高強度化や高剛性化、生産性の向上を実現させる観点からも重要である。これまで、金属部材と樹脂部材との接合方法として、いわゆる摩擦撹拌接合（ＦＳＷ：ｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｗｅｌｄｉｎｇ）方法が提案されている。摩擦撹拌接合方法とは、図１４に示すように、金属部材２１１と樹脂部材２１２とを直接的に重ね合わせ、回転ツール２１６を回転させつつ、金属部材２１１に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱で樹脂部材２１２を溶融・軟化させて金属部材２１１と樹脂部材２１２とを接合する方法である（特許文献１）。

しかしながら、従来の摩擦撹拌接合方法においては、樹脂部材自体の強度を向上させる観点から、樹脂部材に強化繊維を含有させた場合、接合時において樹脂部材の金属部材との接合表面で溶融・軟化による流動が十分に起こり難い。詳しくは、樹脂部材における回転ツールの直下領域で溶融・軟化が起こっても、強化繊維が溶融樹脂の流動を阻害するため、接合強度が低下することがある。

特開２０１０−１５８８８５号公報

そこで、接合強度の向上の観点から、図１５に示すように、金属部材２１１と樹脂部材２１２との間に熱可塑性樹脂シート２５０を介在させて、押圧部材２１６で熱および圧力を金属部材側から付与することにより、当該シートを溶融させて金属部材２１１と樹脂部材２１２とを接合する試みが本発明の発明者等によりなされている。このとき、図１６に示すように、摩擦熱により軟化し溶融状態の熱可塑性樹脂シート２５０は押圧部材直下部において押し退けられ、金属部材２１１と樹脂部材２１２との間で周囲方向（図中、矢印方向）に流動し、これらの間の接合が達成される。一方で、金属部材２１１と樹脂部材２１２とは押圧部材直下部において直接的に接触するようになる。このような試みにおいて、熱可塑性樹脂シート２５０は接合強度の向上のために使用され、また従来からよく問題となる得られる接合体の接合部の外観不良を回避するために、図１６に示すように、溶融状態の熱可塑性樹脂シート２５０は、金属部材２１１と樹脂部材２１２との間からはみ出ることはなかった。

しかしながら上記のような試みにおいては、樹脂部材２１２の表面上に配置された金属部材２１１の端部の端面２１１Ａおよび金属部材２１１と樹脂部材２１２との合わせ部における熱可塑性樹脂シート２５０の未充填部、および金属部材２１１の樹脂部材側表面における熱可塑性樹脂シート２５０との接触領域に隣接する領域２１１Ｂが比較的早期に腐食するという新たな問題が生じている。

本発明の発明者等は、このような金属部材の腐食を鋭意検討した結果、当該腐食はカルバニック腐食による以下のメカニズムに基づいて生じることを見い出し、本発明をなすに至ったものである。例えば、樹脂部材２１２の表面上に配置された金属部材２１１の端部の端面２１１Ａにおいては、図１７に示すように、金属部材２１１と樹脂部材２１２とは押圧部材によるワーク痕２５１の直下部において直接的に接触しているため、金属部材２１１を構成する金属と、樹脂部材２１２に含有される強化繊維（例えば炭素繊維等）とのイオン化傾向の差から、金属部材２１１から樹脂部材２１２に向けて電子（ｅ⁻）が流れようとする。そこで、塩素成分（Ｃｌ⁻）を含む水２５２が、樹脂部材２１２の表面２１２Ａおよび金属部材２１１の端部の端面２１１Ａに接触して滞留すると、金属部材２１１が例えば、Ａｌからなる場合、水２５２に接触するＡｌが電子を放出してＡｌ^３＋となり水２５２に溶出される。放出された電子はワーク痕２５１の直下部における金属部材２１１と樹脂部材２１２との界面を経由して、水２５２と樹脂部材２１２との界面に至り、水２５２と反応してＯＨ⁻が生成する。このＯＨ⁻は水２５２中に溶出されたＡｌ^３＋と反応し、錆が発生する。このような一連の反応は電子・イオンループ（図１７参照）を形成するために、比較的早期に腐食が起こるものと考えられる。図１７は図１６における金属部材端部近傍の拡大模式図である。また、図１６に示すような金属部材２１１の樹脂部材側表面における熱可塑性樹脂シート２５０との接触領域に隣接する領域２１１Ｂにおいても、上記と同様のメカニズムにより、腐食が起こる。

本発明は、導電性材料を含有する樹脂部材を金属部材に十分な強度で接合することができるとともに、金属部材の腐食を十分に防止することができる金属部材と樹脂部材との接合方法を提供することを目的とする。

本発明は、金属部材と導電性材料を含有する樹脂部材とを、一方の部材の少なくとも一部の端部が他の部材の表面上に配置されるように、重ね合わせ、熱および圧力を付与することにより樹脂部材を軟化および溶融させる熱圧式接合方法による金属部材と樹脂部材との接合方法であって、
金属部材と樹脂部材との間に熱可塑性樹脂シートを介在させて、熱および圧力を付与することにより、前記一方の部材の少なくとも一部の端部と前記他方の部材の表面との間から熱可塑性樹脂シートの一部を溶融状態にて他方の部材の表面上にはみ出させることを特徴とする金属部材と樹脂部材との接合方法に関する。

本発明はまた、
上記接合方法において、熱圧式接合方法が摩擦撹拌接合方法であり、
該摩擦撹拌接合方法が以下のステップを含む接合方法に関する：
金属部材と樹脂部材とを重ね合わせる第１ステップ；および
回転ツールを回転させつつ、金属部材に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱で熱可塑性樹脂シートおよび樹脂部材を軟化・溶融させた後、固化させて金属部材と樹脂部材とを接合する第２ステップ。

本発明の接合方法によれば、一方の部材の少なくとも一部の端部と他方の部材の表面との間から熱可塑性樹脂シートの一部を溶融状態にて他方の部材の表面上にはみ出させて固化させる。このようにはみ出して形成された熱可塑性樹脂シートの溶融固化物５１が、一方の部材の端部と他方の部材の表面との間での水の滞留を阻害する。たとえ水が一方の部材の端部と他方の部材の表面との間で滞留したとしても、上記溶融固化物５１の存在により、当該水が一方の部材の端部の端面と他方の部材の表面との両方に同時に接触することが回避される。それらの結果、上記カルバニック腐食の発生メカニズムにおける電子・イオンループの形成が阻害され、腐食が十分に防止される。
また本発明の接合方法によれば、熱可塑性樹脂シートを介して、樹脂部材と金属部材との接合を行うので、樹脂部材と金属部材とを十分な強度で接合することができる。

本発明にかかる金属部材と樹脂部材との接合方法に好適な摩擦撹拌接合装置の一部の一例を示す模式図である。本発明の接合方法に使用される回転ツールの一例の先端部の拡大図である。図１におけるＺ−Ｚ断面を矢印方向で見たときの概略断面図であって、本発明の接合方法における予熱工程の一例を説明するための概略断面図である。図３における予熱工程の後に行われる、本発明の接合方法における押込み撹拌工程、撹拌維持工程及び保持工程を説明するための概略断面図である。本発明の別の実施態様における予熱工程の一例を説明するための概略断面図である。図５における予熱工程の後に行われる、本発明の接合方法における押込み撹拌工程、撹拌維持工程及び保持工程を説明するための概略断面図である。本発明のまた別の実施態様における予熱工程の一例を説明するための概略断面図である。図７における予熱工程の後に行われる、本発明の接合方法における押込み撹拌工程、撹拌維持工程及び保持工程を説明するための概略断面図である。本発明のまた別の実施態様における予熱工程の一例を説明するための概略断面図である。図９における予熱工程の後に行われる、本発明の接合方法における押込み撹拌工程、撹拌維持工程及び保持工程を説明するための概略断面図である。本発明のまた別の実施態様における予熱工程の一例を説明するための概略断面図である。図１１における予熱工程の後に行われる、本発明の接合方法における押込み撹拌工程、撹拌維持工程及び保持工程を説明するための概略断面図である。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。従来技術における金属部材と樹脂部材との接合方法を説明するための該略見取り図である。従来技術における予熱工程の一例を説明するための概略断面図である。図１５における予熱工程の後に行われる、押込み撹拌工程、撹拌維持工程及び保持工程を説明するための概略断面図である。従来技術において起こる腐食の発生メカニズムを説明するための概略断面図である。

本発明の接合方法は、金属部材と樹脂部材とを重ね合わせ、熱および圧力を付与することにより、好ましくは金属部材側から局所的に付与することにより、樹脂部材を軟化させて金属部材と樹脂部材とを接合する熱圧式接合方法である。本発明の接合方法において採用される接合方式は、加圧しながら加熱を行う方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、摩擦撹拌接合方法、レーザー加熱接合方法、抵抗加熱接合方法（通電加熱接合方法）、誘導加熱接合方法、超音波加熱接合方法等であってもよい。中でも、好ましくは摩擦撹拌接合方法が採用される。

摩擦撹拌接合方法とは、後で詳述するように、金属部材と樹脂部材とを重ね合わせて拘束した状態で、回転ツールを回転させつつ金属部材に対して押圧することにより発生する摩擦熱を利用して接合する方法である。
レーザー加熱接合方法とは、金属部材と樹脂部材とを重ね合わせて拘束した状態で、レーザーを金属部材に照射することにより生じる熱を利用して接合する方法である。レーザーとしては、ＹＡＧレーザー、ファイバーレーザーまたは半導体レーザーなどが使用される。
抵抗加熱接合方法とは、金属部材と樹脂部材とを重ね合わせて拘束した状態で、金属部材に直接電流を流すことにより生じる熱を利用して接合する方法である。
誘導加熱接合方法とは、金属部材と樹脂部材とを重ね合わせて拘束した状態で、電磁誘導作用により金属部材に誘導電流を生じさせ、該電流により生じる熱を利用して接合する方法である。
超音波加熱接合方法とは、金属部材と樹脂部材とを重ね合わせて拘束した状態で金属部材側から加圧しながら、金属部材に超音波振動を起こさせ、該振動により生じる金属部材/樹脂部材間の摩擦熱を利用して接合する方法である。

以下、摩擦撹拌接合方法を採用した本発明の接合方法について、図１〜図１２を用いて説明するが、金属部材または樹脂部材のうち一方の部材の少なくとも一部の端部と他方の部材の表面との間から熱可塑性樹脂シートの一部を溶融状態にて他方の部材の表面上にはみ出させる限り、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。これらの図において、共通する符号は同じ部材、部位、寸法または領域を示すものとする。

まず図１は、本発明の接合方法を実施するのに適した摩擦撹拌接合装置の一部の一例を模式的に示す図である。図１に示される摩擦撹拌接合装置１は、金属部材１１と樹脂部材１２とを摩擦撹拌接合する装置として構成されており、円柱状の回転ツール１６を具備している。回転ツール１６は、図示したように、金属部材１１が上、樹脂部材１２が下になるように重ね合わされたワーク１０に対し、図外の駆動源により、矢印Ａ１のように該回転ツール１６の中心軸線Ｘ（図２参照）回りに回転しつつ、押圧領域Ｐ（押圧予定領域）において、矢印Ａ２のように下方に向けて金属部材１１を押圧する。この回転ツール１６の押圧により摩擦熱が発生し、この摩擦熱が樹脂部材１２に伝導して樹脂部材１２が軟化・溶融し、その結果、金属部材１１と樹脂部材１２とが接合される。

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。

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。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。

回転ツール１６の素材及び各部の寸法は、主として、回転ツール１６が押圧する金属部材１１の金属の種類に応じて設定される。例えば、金属部材１１がアルミニウム合金よりなる場合、回転ツール１６は工具鋼（例えばＳＫＤ６１等）で作製され、ショルダ部１６ｂの直径Ｄ１は１０ｍｍ、ピン部１６ａの直径Ｄ２は２ｍｍ、ピン部１６ａの突出長さｈは０．５ｍｍに設定される。また、例えば、金属部材１１がスチールよりなる場合、回転ツール１６は窒化珪素やＰＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素焼結体）等で作製され、ショルダ部１６ｂの直径Ｄ１は１０ｍｍ、ピン部１６ａの直径Ｄ２は３ｍｍ、ピン部１６ａの突出長さｈは０．５ｍｍに設定される。もっとも、これらは例示に過ぎず、これらに限定されないことはいうまでもない。例えば、ショルダ部１６ｂの直径Ｄ１は通常、５〜１００、特に５〜２０ｍｍである。

摩擦撹拌接合装置１は、多関節ロボット等からなる図外の駆動制御装置に装着されている。そして、回転ツール１６及び受け具１７の座標位置、回転ツール１６の回転数（ｒｐｍ）、加圧力（Ｎ）、加圧時間（秒）等が上記駆動制御装置により適宜制御される。なお、図１には図示を省略したが、摩擦撹拌接合装置１は、予めワーク１０を固定し、また回転ツール１６を押圧したときの金属部材１１の浮き上がりを防止するためのスペーサやクランプ等の治具を備えている。

（１）本発明に係る接合方法の一実施態様（摩擦撹拌接合方法）
本発明においては、金属部材１１と導電性材料を含有する樹脂部材１２とを、一方の部材の端部が他の部材の表面上に配置されるように、重ね合わせ、熱および圧力を付与することにより樹脂部材を軟化および溶融させる。このとき、金属部材１１と樹脂部材１２との間に熱可塑性樹脂シート５０を介在させて、熱および圧力を付与することにより、前記一方の部材の少なくとも一部の端部と前記他方の部材の表面との間から熱可塑性樹脂シートの一部を溶融状態にて他方の部材の表面上にはみ出させて、溶融固化部５１を形成する。

一方の部材の端部が他の部材の表面上に配置されるとは、一方の部材が他方の部材上に配置される態様において、両方の部材の端面がひとつの面を形成する面一の態様以外の態様を意味するものである。詳しくは、図３に示すように、金属部材１１の端部１１０が樹脂部材１２の表面１２Ｂ上に配置される第１態様および樹脂部材１２の端部１２０が金属部材１１の表面上に配置される第２態様の両方の態様を包含して意味するものとする。第１態様においては、金属部材１１の端部１１０の端面１１Ａと樹脂部材１２の表面１２Ｂとの間で水が滞留し易いので、端面１１Ａで上記カルバニック腐食が起こり易い。第２態様においては、樹脂部材１２の端部１２０の端面１２Ａと金属部材１１の表面との間で水が滞留し易いので、金属部材１１の樹脂部材側表面における熱可塑性樹脂シート５０との接触領域に隣接する領域１１Ｂで上記カルバニック腐食が起こり易い。しかしながら、本発明においては、図４に示すように、これらの間から熱可塑性樹脂シート５０の一部を溶融状態にて他方の部材の表面上にはみ出させるため、いずれの態様においても、はみ出した溶融固化物５１が水の滞留を阻害する。たとえ水が滞留したとしても、上記溶融固化物５１の存在により、当該水が前記一方の部材の端部の端面と前記他方の部材の表面との両方に同時に接触することが回避される。それらの結果、上記カルバニック腐食の発生メカニズムにおける電子・イオンループの形成が阻害され、腐食が十分に防止される。

熱可塑性樹脂シート５０の一部を溶融状態にて他方の部材の表面上にはみ出させるとは、例えば図４中、回転ツール１６の軸方向において上方から下方に向かって、または下方から上方に向かって観察したとき、金属部材１１の端面１１Ａと樹脂部材１２との間から、または樹脂部材１２の端面１２Ａと金属部材１１との間から流出した、熱可塑性樹脂シートの溶融固化物５１を形成する溶融物が認められるという意味である。

熱可塑性樹脂シート５０のはみ出し幅は、腐食が防止される限り特に限定されず、通常は、０．５ｍｍ以上であり、好ましくは３ｍｍ以上である。はみ出し幅とは、例えば図４中、回転ツール１６の軸方向において観察したとき、金属部材１１と樹脂部材１２との間から明らかにはみ出している金属部材１１の端面１１Ａからの溶融固化物５１の幅のことである。

以下、金属部材１１の端部１１０が樹脂部材１２の表面１２Ｂ上に配置される態様について詳しく説明するが、以下の説明を参酌することにより、樹脂部材１２の端部１２０が金属部材の表面上に配置される態様においても、腐食が防止されることは十分に理解され得る。また本発明においては、一方の部材の全ての端部が他の部材の表面上に配置されなければならないというわけではなく、一方の部材の少なくとも一部の端部が他の部材の表面上に配置されて、当該一方の部材の端部と他の部材の表面との間から熱可塑性樹脂シート５０の溶融状態でのはみ出しが達成されればよい。

熱可塑性樹脂シート５０は、熱および圧力の付与により、金属部材１１の端部１１０の端面１１Ａと樹脂部材１２の表面１２Ｂとの間から溶融状態にて樹脂部材１２の表面上にはみ出るものである。熱可塑性樹脂シート５０はそのような挙動を示す限り、その構成材料、寸法および形状は特に限定されるものではない。

熱可塑性樹脂シート５０の構成材料は、溶融状態において樹脂部材１２と相溶可能なポリマー材料が好ましく使用される。具体的には、樹脂部材を構成する熱可塑性ポリマーの後述の具体例と同様の材料が例示できる。熱可塑性樹脂シート５０の好ましい構成材料は変性ポリオレフィン系樹脂である。樹脂部材１２がポリオレフィン系樹脂を含む場合、変性ポリオレフィン系樹脂が特に好ましい。変性ポリオレフィン系樹脂とは、ポリオレフィン系樹脂の酸変性物という意味である。変性ポリオレフィン系樹脂の具体例として、エチレン、プロピレンなどのポリオレフィン系樹脂の構成モノマーとともに、マレイン酸、無水マレイン酸等のカルボキシル基含有モノマーを共重合またはグラフト重合させてなる共重合体が挙げられる。

熱可塑性樹脂シート５０の構成材料の分子量は、接合時に軟化・溶融可能な限り、特に限定されるものではなく、通常はメルトフローレート（ＭＦＲ）が２〜２００、好ましくは２〜５５のポリマーが使用される。

本明細書中、ＭＦＲはメルトフローレートであって、ＪＩＳＫ７２１０に基づいて２３０℃で測定された値（ｇ／１０分間）を用いている。

熱可塑性樹脂シート５０の形状は、四角形状、円形状等、様々な形状であってよいが、熱可塑性樹脂シート５０の溶融状態でのはみ出しの観点からは、円形状が好ましい。熱可塑性樹脂シート５０は、金属部材１１と樹脂部材１２との重ね合わせ時において、熱可塑性樹脂シート５０の中心が回転ツール１６の回転軸上に位置するように配置されることが好ましい。

熱可塑性樹脂シート５０は、金属部材１１の全面または樹脂部材１２の全面にあらかじめ塗布（プレコート）されていてもよい。このような態様も、熱可塑性樹脂シート５０を介在させる態様に包含されるものとする。

本発明に係る接合方法は少なくとも以下のステップを含むものである：
金属部材１１と樹脂部材１２とを熱可塑性樹脂シート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、この摩擦熱で樹脂部材１２を軟化・溶融させた後、固化させて金属部材１１と樹脂部材１２とを接合する第２ステップ。
なお、第１ステップにおいて得られる金属部材１１と樹脂部材１２とが重ね合わされたものを「ワーク」１０と呼ぶ。

第１ステップ：
第１ステップにおいては、図１および図３に示すように、金属部材１１と樹脂部材１２とを所望の接合部位で熱可塑性樹脂シート５０を介して重ね合わせる。詳しくは、樹脂部材１２において上記のような充填材含有率勾配を有する表面（例えば１２０）が金属部材１１と接触するように、金属部材１１と樹脂部材１２とを重ね合わせる。

第２ステップ：
第２ステップにおいては、回転ツール１６を金属部材１１に押し込んで、金属部材１１と樹脂部材１２との接合境界面１３０に達しない深さまで進入させる押込み撹拌工程Ｃ２を少なくとも行う。

本発明においては、第２ステップにおいて、押込み撹拌工程の前に、回転ツール１６の先端部のみを金属部材１１の表面部に接触させた状態で上記回転ツール１６を回転させる予熱工程Ｃ１を行うことが好ましいが、必ずしも行わなければならないというわけではない。
押込み撹拌工程の後には、回転ツール１６を接合境界面に達しない深さまで進入させた位置で、回転ツール１６の回転動作を継続させる撹拌維持工程Ｃ３を行うことが好ましいが、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。

以下、各工程について詳しく説明する。

（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。図３は、図１におけるＺ−Ｚ断面を矢印方向で見たときの概略断面図であって、本発明の接合方法における予熱工程を説明するための概略断面図である。

具体的には、予熱工程Ｃ１では、回転ツール１６の押圧により金属部材１１の表面部（図例では上面部）で摩擦熱が発生する。摩擦熱は金属部材１１の内部に伝わり、金属部材１１の上記押圧領域Ｐの範囲及び上記押圧領域Ｐの近傍の範囲が予熱される。これにより、次の押込み撹拌工程Ｃ２で、回転ツール１６を金属部材１１に押込み易くなる。

予熱工程Ｃ１では、摩擦熱は、金属部材１１と樹脂部材１２との間の熱可塑性樹脂シート５０および樹脂部材１２にも伝わり、次の押込み撹拌工程Ｃ２で、熱可塑性樹脂シート５０および樹脂部材１２が軟化・溶融し易くなる。

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シート５０および樹脂部材１２の軟化・溶融し易さの観点から設定され、その値は、例えば回転ツール１６の回転数や金属部材１１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、第１の加圧時間は０．５秒以上２．０秒未満の値、回転ツールの回転数は５００ｒｐｍ以上１００００ｒｐｍ以下の値が好ましい。

（押込み撹拌工程Ｃ２）
押込み撹拌工程Ｃ２は、回転ツール１６と受け具１７とを相互に近接させることにより、図４に示すように、回転ツール１６を金属部材１１に押し込む工程である。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４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と樹脂部材１２との接合境界面１３０に達しない深さまで進入させると共に、金属部材１１の回転ツール直下部を樹脂部材１２側に突出変形させる。これにより、回転ツールの直下領域およびその外周領域で溶融している熱可塑性樹脂シート５０をさらに外周方向まで流動させ、結果として、金属部材１１の端部１１０の端面１１Ａと樹脂部材１２の表面１２Ｂとの間から樹脂部材１２の表面上にはみ出させる。

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。

押込み撹拌工程Ｃ２では、加圧力が予熱工程Ｃ１よりも大きくなることにより、回転ツール１６が金属部材１１に押し込まれる。すなわち、回転ツール１６が金属部材１１の内部に深く進入する。この回転ツール１６の押込みにより、金属部材１１の回転ツール直下部において、金属部材１１と樹脂部材１２との接合境界面１３０が受け具１７側（図例では下側）に移動し、当該直下部が樹脂部材１２側に突出変形する。これにより、熱可塑性樹脂シート５０が溶融状態でその外周方向に移動し、金属部材１１と樹脂部材１２との間から樹脂部材１２の表面上にはみ出る。

仮に、回転ツール１６がさらに押し込まれると（つまり加圧力が高過ぎ及び／又は加圧時間が長過ぎると）、回転ツール１６のショルダ部１６ｂが上記接合境界面を超える。すなわち、回転ツール１６が金属部材１１を貫通し、樹脂部材１２に接触する。すると、金属部材１１に回転ツール１６が通過した孔が開いた孔開き状態となり、接合不良が起きる。

そこで、本発明では、この押込み撹拌工程Ｃ２において、回転ツール１６のショルダ部１６ｂが上記接合境界面に達しない深さまで進入した時点で、回転ツール１６の押込みを停止する。換言すれば、回転ツール１６を上記接合境界面に達しない深さまで進入させる。これにより、次の撹拌維持工程Ｃ３で、樹脂部材１２に近い基準位置で摩擦熱が発生し、多量の摩擦熱が熱可塑性樹脂シート５０および樹脂部材１２に伝わり、熱可塑性樹脂シート５０および樹脂部材１２の軟化・溶融および流動が促進される。

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、第２の加圧時間は０．１秒以上０．５秒未満の値、回転ツールの回転数は５００ｒｐｍ以上１００００ｒｐｍ以下の値が好ましい。

（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４に示すように、上記接合境界面１３０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。

撹拌維持工程Ｃ３では、加圧力が予熱工程Ｃ１よりも小さくなることにより（もちろん押込み撹拌工程Ｃ２よりも小さくなることにより）、回転ツール１６が上記基準位置に維持される。この樹脂部材１２に近い基準位置で回転ツール１６の回転動作が継続されるため、多量の摩擦熱が発生し、発生した摩擦熱の大部分が熱可塑性樹脂シート５０および樹脂部材１２に移動する。

撹拌維持工程Ｃ３の第３の加圧力及び第３の加圧時間は、上記のような樹脂部材１２の広い範囲での十分な軟化・溶融の観点から設定され、その値は、例えば回転ツール１６の回転数や金属部材１１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、特に１００Ｎ以上６００Ｎ以下の値が好ましい。第３の加圧時間は１．０秒以上１０秒未満の値、回転ツールの回転数は５００ｒｐｍ以上１００００ｒｐｍ以下の値が好ましい。

（保持工程Ｃ４）
押込み撹拌工程Ｃ２または撹拌維持工程Ｃ３の後には、上記回転ツール１６の回転を停止し、その状態で上記回転ツール１６を所定の加圧力で所定の加圧時間だけ保持する保持工程Ｃ４を行ってもよい。
保持工程Ｃ４は、同じく図４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。

保持工程Ｃ４では、回転ツール１６の回転が停止されることにより、摩擦熱の発生が終了する。すなわち、摩擦撹拌接合としての実質的な動作が終了し、ワーク１０の冷却が開始する。ワーク１０の冷却期間中、加圧力が押込み撹拌工程Ｃ２よりも小さいが撹拌維持工程Ｃ３よりも大きくなることにより、回転が停止された回転ツール１６が金属部材１１と熱可塑性樹脂シート５０と樹脂部材１２とを押圧領域Ｐで受け具１７との間に挟んでクランプする。これにより、熱可塑性樹脂シート５０を介した金属部材１１と樹脂部材１２との間の冷却中の密着力が高められ、冷却・固化完了後の接合強度が高められる。

保持工程Ｃ４の第４の加圧力及び第４の加圧時間は、上記のような冷却期間中の押圧領域Ｐの密着力向上の観点から設定され、その値は、例えば金属部材１１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、第４の加圧時間は、例えば１秒以上の値が好ましい。

本発明では、少なくとも前記した工程Ｃ２を経て、好ましくは前記した工程Ｃ１およびＣ２を経て、より好ましくは前記した工程Ｃ１〜Ｃ３を経て、最も好ましくは前記した工程Ｃ１〜Ｃ４を経て、金属部材１１と樹脂部材１２とが熱可塑性樹脂シート５０を介して広い範囲で高強度に接合された金属部材１１と樹脂部材１２との接合体２０が得られる。

第２ステップにおいて所定の工程を行った後、通常は冷却を行い、溶融樹脂を固化させる。冷却方法は特に限定されず、例えば、放置冷却法、空冷等が挙げられる。

以上、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。

（２）樹脂部材
本発明において樹脂部材１２は熱可塑性ポリマーおよび導電性充填材を含有する。導電性充填材とは、金属部材と樹脂部材との接合方法の分野において、樹脂部材中に補強、剛性向上等の目的で添加される導電性を有する添加剤であって、樹脂部材中、熱可塑性ポリマー成分とは独立して存在する無機系の添加剤である。そのような導電性充填材の具体例として、例えば、炭素繊維、タルク等の導電性材料が挙げられる。

充填材は、金属部材を構成する金属材料とは異なる導電性材料を含むことが好ましい。樹脂部材が金属部材を構成する金属材料とは異なる導電性材料を含む場合にガルバニック腐食が起こるところ、本発明においては樹脂部材がそのような導電性材料を含む場合であっても、当該腐食を有効に防止することができるためである。金属部材を構成する金属材料とは、金属部材を主として構成する金属材料のことである。導電性材料が金属部材を構成する材料とは異なるとは、導電性材料と金属部材構成材料とは異なる化学式で表される、という意味である。例えば、導電性材料がＡｌ_２Ｏ_３で表され、金属部材を主として構成する材料がＡｌで表される場合、これらの材料は異なっている。

充填材は、粒子形状、繊維形状、織物等の各種形状を有していてもよいが、繊維形状を有していることが好ましい。炭素繊維、等の繊維状充填材は、溶融樹脂の流動を阻害するため、接合強度が低下するところ、本発明においては樹脂部材がそのような繊維状充填材を含む場合であっても、接合強度の低下を有効に防止することができるためである。

樹脂部材１２は導電性充填材、特に繊維状導電性充填材を全量に対して、通常５〜５０重量％の含有率で含有している。このような含有率は樹脂部材全体を樹脂成分が溶解し得る溶剤に溶解させ、充填材を濾別し、該充填材重量の全量に対する割合を算出することにより求めることができる。

熱可塑性ポリマーとしては、熱可塑性を有するあらゆるポリマーが使用可能である。中でも、自動車の分野で使用されている熱可塑性ポリマーが好ましく使用される。そのような熱可塑性ポリマーの具体例として、例えば、以下のポリマーおよびそれらの混合物が挙げられる：
ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂およびそれらの変性物；
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）などのポリエステル系樹脂；
ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）などのポリアクリレート系樹脂；
ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）などのポリエーテル系樹脂；
ポリアセタール（ＰＯＭ）；
ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）；
ＰＡ６、ＰＡ６６、ＰＡ１１、ＰＡ１２、ＰＡ６Ｔ、ＰＡ９Ｔ、ＭＸＤ６などのポリアミド系樹脂（ＰＡ）；
ポリカーボネート系樹脂（ＰＣ）；
ポリウレタン系樹脂；
フッ素系ポリマー樹脂；および
液晶ポリマー（ＬＣＰ）。

熱可塑性ポリマーの分子量は、接合時に軟化・溶融可能な限り、特に限定されるものではなく、通常はメルトフローレート（ＭＦＲ）が２〜２００、好ましくは２〜５５の熱可塑性ポリマーが使用される。

樹脂部材１２は他の添加剤を含有してもよい。

以上、樹脂部材１２は全体形状として略平板形状を有するものについて説明するが、これに限定されるものではなく、接合のために金属部材１１と重ね合わせたときに、金属部材１１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における金属部材１１直下の部分の厚みｔは通常、２〜１０ｍｍである。

（３）金属部材
金属部材１１は、図１等において、全体形状として略平板形状を有しているが、これに限定されるものではなく、接合のために樹脂部材１２と重ね合わせる部分のみが少なくとも略平板形状を有する限り、いかなる形状を有していてもよい。

金属部材１１において樹脂部材１２と重ね合わせる略平板形状部分の厚みＴは特に制限されるものではなく、通常、２〜１０ｍｍである。

金属部材１１を構成する金属としては、融点が、樹脂部材１２を構成する熱可塑性ポリマーよりも高いあらゆる金属が使用可能である。中でも、自動車の分野で使用されている以下の金属および合金が好ましく使用される：
アルミニウムおよび５０００系、６０００系などのアルミニウム合金；
スチール；
マグネシウムおよびその合金；
チタンおよびその合金。

本発明においては、腐食防止の観点から好ましい実施態様において、金属部材として、端部が樹脂部材との間で熱可塑性樹脂シートの溶融物が溜まる溜まり空間を形成するように変形または加工されている金属部材を使用する。

例えば、図５〜図６および図７〜図８に示す金属部材１１は、端部１１０が樹脂部材１２との間で熱可塑性樹脂シート５０の溶融物が溜まる溜まり空間１１５を形成するように変形されている。このような金属部材１１においは、端部１１０が樹脂部材１２側とは反対側に屈曲しており、その結果、溜まり空間１１５が形成される。図５は、本発明の一実施態様の金属部材を用いたときの、予熱工程の一例を表す概略断面図である。図６は、図５における予熱工程の後に行われる、本発明の接合方法における押込み撹拌工程、撹拌維持工程及び保持工程を表す概略断面図である。図７は、本発明の別の一実施態様の金属部材を用いたときの、予熱工程の一例を表す概略断面図である。図８は、図７における予熱工程の後に行われる、本発明の接合方法における押込み撹拌工程、撹拌維持工程及び保持工程を表す概略断面図である。

また例えば、図９〜図１０および図１１〜図１２に示す金属部材１１は、端部１１０が樹脂部材１２との間で熱可塑性樹脂シート５０の溶融物が溜まる溜まり空間１１５を形成するように加工されている。このような金属部材１１においは、端部１１０が樹脂部材１２側に切り欠き部を有し、その結果、溜まり空間１１５が形成される。図９は、本発明の別の一実施態様の金属部材を用いたときの、予熱工程の一例を表す概略断面図である。図１０は、図９における予熱工程の後に行われる、本発明の接合方法における押込み撹拌工程、撹拌維持工程及び保持工程を表す概略断面図である。図１１は、本発明の別の一実施態様の金属部材を用いたときの、予熱工程の一例を表す概略断面図である。図１２は、図１１における予熱工程の後に行われる、本発明の接合方法における押込み撹拌工程、撹拌維持工程及び保持工程を表す概略断面図である。

本発明においては、図５，７，９および１１に示すような金属部材１１を用いた場合、熱および圧力を金属部材側から付与すると、熱可塑性樹脂シート５０が溶融する。その後、それぞれ図６，８，１０および１２に示すように、該溶融物は金属部材１１の端部１１０と樹脂部材１２との間の溜まり空間１５に溜まった後、その一部が金属部材１１の端部１１０の端面１１Ａと樹脂部材１２の表面１２Ｂとの間からはみ出す。

金属部材において上記のような変形または加工を行うことにより、水が滞留しても、金属部材の端部１１０の端面１１Ａと樹脂部材の表面１２Ｂとの両方に同時に接触する確率が著しく低下する。その結果、カルバニック腐食の発生メカニズムにおける電子・イオンループの形成が阻害され、腐食がより一層、十分に防止される。

［実施例１］
（樹脂部材）
ポリマーＡとして、ポリアミドのみからなるポリアミドペレット（商品名；ユニチカナイロンＡ１０２０、ユニチカ社製）に炭素繊維を配合したペレットを用いた。当該ペレットの炭素繊維含有率は４０重量％であった。ポリアミドのＭＦＲは２０であった。

ポリマーＡを用いて射出成形法により、（縦１００ｍｍ×横５０ｍｍ×厚み３ｍｍ）寸法の樹脂部材１２を製造した。詳しくは１００重量部のポリマーＡを２５０℃に加熱して、混合溶融物を得た。混合溶融物を、５０℃に加熱された金型内に、射出速度１００ｍｍ／秒で射出注入した後、冷却・固化させ、樹脂部材１２を得た。

（熱可塑性樹脂シート）
変性ポリプロピレンからなる厚み０．２ｍｍのポリマーシート（モディックP565；三菱化学社製）を用いた。変性ポリプロピレンはプロピレンとマレイン酸無水物との共重合体であった。
熱可塑性樹脂シート５０は、直径１２ｍｍの円形シートであった。
熱可塑性樹脂シート５０の面積（１２ｍｍ×１２ｍｍ×３．１４＝４５２ｍｍ^２）は、金属部材１１と樹脂部材１２との重ね合わせ時における重複領域の面積をＸ（３０ｍｍ×３０ｍｍ＝９００ｍｍ^２）としたとき、０．５０×Ｘであった。

（金属部材）
金属部材としては、６０００系のアルミニウム合金製の平板状部材を用いた（縦１００ｍｍ×横３０ｍｍ×厚み１．２ｍｍ）。
（回転ツール）
回転ツールとしては、図２の各部の寸法がＤ１＝１０ｍｍ、Ｄ２＝２ｍｍ、ｈ＝０．５ｍｍの工具鋼製のものを用いた。

（接合方法）
以下の方法により、金属部材１１と樹脂部材１２との接合体を製造した。
第１ステップ：
金属部材１１の端部と樹脂部材１２の端部とを図１および図３に示すように重ね合わせた。それらの間には、円形状熱可塑性樹脂シート５０の中心が回転ツール１６の回転軸上に位置するように、熱可塑性樹脂シート５０を配置させた。

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４に示すように、回転ツール１６を金属部材１１に押し込んで金属部材１１と樹脂部材１２との接合境界面に達しない深さまで進入させた（押込み撹拌工程Ｃ２：加圧力１５００Ｎ、加圧時間０．２５秒、ツール回転数３０００ｒｐｍ）。
次いで、図４に示すように、回転ツール１６を接合境界面に達しない深さまで進入させた位置で、回転ツール１６の回転動作を継続させた（撹拌維持工程Ｃ３：加圧力５００Ｎ、加圧時間５．７５秒、ツール回転数３０００ｒｐｍ）。
次いで、図４に示すように、接合体２０から回転ツール１６を抜き取り、放置冷却した。

これらの結果、図４に示すように、金属部材１１の端部の端面１１Ａと樹脂部材１２の表面１２Ｂとの間から熱可塑性樹脂シートの一部が溶融状態にて樹脂部材１２の表面１２Ｂ上にはみ出て、固化した。このはみ出し幅は、０．５〜５ｍｍであった。
また図４に示すように樹脂部材１２の端部の端面１２Ａと金属部材１１の表面との間からも熱可塑性樹脂シートの一部が溶融状態にてはみ出て、固化した。このはみ出し幅は、０．５〜５ｍｍであった。

（接合直後の接合強度）
ＪＩＳＺ３１３６に規定されている方法により、金属部材と樹脂部材とが接合された接合体を図１の矢印Ｙ，Ｙに示す方向に引っ張り、せん断引張試験を行った。せん断強度Ｓに基づいて評価した。
Ａ；３ｋＮ≦Ｓ（良）；
Ｂ；２ｋＮ≦Ｓ＜３ｋＮ（実用上問題なし）；
Ｃ；Ｓ＜２ｋＮ（実用上問題あり）。

（耐腐食性）
接合体に対してＪＩＳＺ２３７１に準じ３０日間の塩水噴霧試験を実施した。その後、腐食の発生の有無に基づいて評価した。
◎；腐食は全く発生していなかった；
○；腐食はわずかに発生していたが、実用上問題なかった；
×；腐食が発生していた。

［実施例２］
金属部材１１の端部１１０を図５および図６に示すように変形したこと以外、実施例１と同様の方法により、金属部材と樹脂部材との接合および評価を行った。

［実施例３］
金属部材１１の端部１１０を図９および図１０に示すように加工したこと以外、実施例１と同様の方法により、金属部材と樹脂部材との接合および評価を行った。

［比較例１］
熱可塑性樹脂シート５０を使用しなかったこと以外、実施例１と同様の方法により、金属部材と樹脂部材との接合および評価を行った。
接合体において金属部材１１と樹脂部材１２との間からのはみ出しは全く起こっていなかった。

本発明に係る接合方法は、自動車、鉄道車両、航空機、家電製品等の分野における金属部材と樹脂部材との接合に有用である。

１：摩擦撹拌接合装置
１０：ワーク
１１：金属部材
１２：樹脂部材
１６：回転ツール
１７：受け具
５０：熱可塑性樹脂シート
Ｐ：金属部材表面における回転ツールによる押圧領域（押圧予定領域）

Claims

金属部材と導電性材料を含有する樹脂部材とを、金属部材の少なくとも一部の端部が樹脂部材の表面上に配置されるように、重ね合わせ、熱および圧力を付与することにより樹脂部材を軟化および溶融させる熱圧式接合方法による金属部材と樹脂部材との接合方法であって、
金属部材と樹脂部材との間に熱可塑性樹脂シートを介在させて、熱および圧力を付与することにより、前記金属部材の少なくとも一部の端部と前記樹脂部材の表面との間から熱可塑性樹脂シートの一部を溶融状態にて樹脂部材の表面上にはみ出させ、
金属部材と樹脂部材との間からはみ出した溶融物が金属部材の当該端部の端面の少なくとも一部を覆うことを特徴とする金属部材と樹脂部材との接合方法。
金属部材として、端部が樹脂部材との間で熱可塑性樹脂シートの溶融物が溜まる溜まり空間を形成するように変形または加工されている金属部材を使用する請求項１に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
金属部材として、端部が樹脂部材側とは反対側に屈曲している金属部材を使用する請求項２に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
金属部材として、端部が樹脂部材側に切り欠き部を有する金属部材を使用する請求項２に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
熱および圧力を金属部材側から付与することにより、熱可塑性樹脂シートを溶融させ、該溶融物を金属部材の端部と樹脂部材との間の溜まり空間に溜めた後、その一部を金属部材の端部と樹脂部材の表面との間からはみ出させる請求項１〜４のいずれかに記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
熱圧式接合方法が摩擦撹拌接合方法であり、
該摩擦撹拌接合方法が以下のステップを含む請求項１〜５のいずれかに記載の接合方法：
金属部材と樹脂部材とを重ね合わせる第１ステップ；および
回転ツールを回転させつつ、金属部材に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱で熱可塑性樹脂シートおよび樹脂部材を軟化・溶融させた後、固化させて金属部材と樹脂部材とを接合する第２ステップ。
上記第２ステップが、回転ツールを金属部材に押し込んで金属部材と樹脂部材との接合境界面に達しない深さまで進入させる押込み撹拌工程を備えている請求項６に記載の接合方法。
上記第２ステップが、押込み撹拌工程の前に、回転ツールの先端部のみを金属部材の表面部に接触させた状態で上記回転ツールを回転させる予熱工程をさらに備えている請求項７に記載の接合方法。
上記予熱工程では上記回転ツールを第１の加圧力で押圧しつつ第１の加圧時間だけ回転させ、
上記押込み撹拌工程では上記回転ツールを上記第１の加圧力より大きい第２の加圧力で押圧しつつ上記第１の加圧時間より短い第２の加圧時間だけ回転させる請求項８に記載の接合方法。
上記第２ステップが、回転ツールを接合境界面に達しない深さまで進入させた位置で、回転ツールの回転動作を継続させる撹拌維持工程をさらに備え、
上記撹拌維持工程では上記回転ツールを上記第１の加圧力より小さい第３の加圧力で押圧しつつ上記第１の加圧時間より長い第３の加圧時間だけ回転させる請求項９に記載の接合方法。
上記第２ステップが、撹拌維持工程の後に、上記回転ツールの回転を停止し、その状態で上記回転ツールを所定の加圧力で所定の加圧時間だけ保持する保持工程をさらに備えている請求項１０に記載の接合方法。