JP6098607B2 - Method of joining metal member and resin member - Google Patents
Method of joining metal member and resin member Download PDFInfo
- Publication number
- JP6098607B2 JP6098607B2 JP2014201874A JP2014201874A JP6098607B2 JP 6098607 B2 JP6098607 B2 JP 6098607B2 JP 2014201874 A JP2014201874 A JP 2014201874A JP 2014201874 A JP2014201874 A JP 2014201874A JP 6098607 B2 JP6098607 B2 JP 6098607B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- resin member
- metal member
- joining
- resin
- rotary tool
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
- B29C66/74—Joining plastics material to non-plastics material
- B29C66/742—Joining plastics material to non-plastics material to metals or their alloys
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
- B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
- B29C65/06—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using friction, e.g. spin welding
- B29C65/0681—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using friction, e.g. spin welding created by a tool
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
- B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
- B29C65/44—Joining a heated non plastics element to a plastics element
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
- B29C65/56—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using mechanical means or mechanical connections, e.g. form-fits
- B29C65/64—Joining a non-plastics element to a plastics element, e.g. by force
- B29C65/645—Joining a non-plastics element to a plastics element, e.g. by force using friction or ultrasonic vibrations
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
- B29C65/82—Testing the joint
- B29C65/8207—Testing the joint by mechanical methods
- B29C65/8215—Tensile tests
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
- B29C66/05—Particular design of joint configurations
- B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
- B29C66/11—Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
- B29C66/112—Single lapped joints
- B29C66/1122—Single lap to lap joints, i.e. overlap joints
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
- B29C66/05—Particular design of joint configurations
- B29C66/20—Particular design of joint configurations particular design of the joint lines, e.g. of the weld lines
- B29C66/21—Particular design of joint configurations particular design of the joint lines, e.g. of the weld lines said joint lines being formed by a single dot or dash or by several dots or dashes, i.e. spot joining or spot welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/40—General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
- B29C66/41—Joining substantially flat articles ; Making flat seams in tubular or hollow articles
- B29C66/43—Joining a relatively small portion of the surface of said articles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
- B29C66/72—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
- B29C66/721—Fibre-reinforced materials
- B29C66/7214—Fibre-reinforced materials characterised by the length of the fibres
- B29C66/72143—Fibres of discontinuous lengths
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
- B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
- B29C66/739—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
- B29C66/7392—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
- B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
- B29C66/814—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
- B29C66/8141—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined
- B29C66/81427—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined comprising a single ridge, e.g. for making a weakening line; comprising a single tooth
- B29C66/81429—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined comprising a single ridge, e.g. for making a weakening line; comprising a single tooth comprising a single tooth
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
- B29C66/83—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof characterised by the movement of the joining or pressing tools
- B29C66/832—Reciprocating joining or pressing tools
- B29C66/8322—Joining or pressing tools reciprocating along one axis
- B29C66/83221—Joining or pressing tools reciprocating along one axis cooperating reciprocating tools, each tool reciprocating along one axis
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
- B29C66/83—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof characterised by the movement of the joining or pressing tools
- B29C66/836—Moving relative to and tangentially to the parts to be joined, e.g. transversely to the displacement of the parts to be joined, e.g. using a X-Y table
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
- B29C66/72—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
- B29C66/721—Fibre-reinforced materials
- B29C66/7212—Fibre-reinforced materials characterised by the composition of the fibres
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
- B29C66/74—Joining plastics material to non-plastics material
- B29C66/742—Joining plastics material to non-plastics material to metals or their alloys
- B29C66/7422—Aluminium or alloys of aluminium
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
本発明は、金属部材と樹脂部材との接合方法およびその方法において使用される樹脂部材に関する。 The present invention relates to a method for joining a metal member and a resin member, and a resin member used in the method.
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。これまで、金属部材と樹脂部材との接合方法として、いわゆる摩擦撹拌接合(FSW:friction stir welding)方法が提案されている。摩擦撹拌接合方法とは、図9に示すように、金属部材211と樹脂部材212とを重ね合わせ、回転ツール216を回転させつつ、金属部材211に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱で樹脂部材212を溶融させた後、固化させて金属部材211と樹脂部材212とを接合する方法である。
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. So far, 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. 9, the friction stir welding method is a method in which a
このような摩擦撹拌接合方法においては、例えば、接合強度および簡易接合の観点から、回転ツールの形状や押込み量を特定範囲内に設定する技術(特許文献1)が開示されている。 In such a friction stir welding method, for example, a technique (Patent Document 1) is disclosed in which the shape and push-in amount of the rotary tool are set within a specific range from the viewpoint of joining strength and simple joining.
一方、樹脂部材に強化繊維を含有させて、樹脂部材の強度を向上させる技術が知られている。例えば、圧縮成形方法の分野では、樹脂の劣化防止、生産性の向上、高強度・高弾性率化の観点から、強化繊維と熱可塑性樹脂により構成される繊維強化熱可塑性樹脂複合材料であって、特定繊維長の強化繊維が特定の体積含有率および同一の繊維軸方向で含有される圧縮成形用材料が開示されている(特許文献2)。 On the other hand, a technique for improving the strength of a resin member by adding a reinforcing fiber to the resin member is known. For example, in the field of compression molding methods, it is a fiber reinforced thermoplastic resin composite material composed of reinforced fibers and a thermoplastic resin from the viewpoint of preventing resin deterioration, improving productivity, and increasing strength and elastic modulus. A compression molding material in which reinforcing fibers having a specific fiber length are contained in a specific volume content and the same fiber axis direction is disclosed (Patent Document 2).
しかしながら、従来の摩擦撹拌接合方法において、従来の繊維強化樹脂部材を用いた場合、接合強度が低下することがあった。 However, in the conventional friction stir welding method, when a conventional fiber reinforced resin member is used, the bonding strength may be reduced.
本発明の発明者等は、このような接合強度の低下の現象を鋭意研究した結果、当該現象は、樹脂部材に含有される強化繊維のスプリングバックに起因することを見い出した。具体的には、図10(A)に示すように、押圧部材216を金属部材211に押し込んで、摩擦熱により、樹脂部材212の押圧部材直下領域221およびその外周領域を溶融させた後、固化させると、樹脂部材212の当該溶融固化領域において強化繊維が露出するスプリングバックが生じた。スプリングバックとは、湾曲した強化繊維が樹脂部材212の溶融時に拘束力から解放され、まっすぐに戻ろうと変形する現象である。このようなスプリングバックが生じると、図10(B)に示すように、樹脂部材212における溶融固化領域において、気泡が混入して、見掛け上、発泡したように見える気泡層222が形成され、強度の低い気泡層222内で層内破断が生じることで接合強度が低下するものと考えられる。
The inventors of the present invention have intensively studied the phenomenon of such a decrease in bonding strength, and as a result, have found that the phenomenon is caused by springback of reinforcing fibers contained in the resin member. Specifically, as shown in FIG. 10A, the
本発明は、樹脂部材と金属部材との接合を十分な強度で達成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。 An object of this invention is to provide the joining method of the metal member and resin member which can achieve joining with sufficient intensity | strength of a resin member and a metal member.
本発明は、
金属部材と強化繊維を含有する樹脂部材とを重ね合わせ、熱および圧力を金属部材側から付与し、樹脂部材を軟化および溶融させた後、固化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、
樹脂部材として、少なくとも金属部材との接合部に強化繊維として連続繊維を含有する樹脂部材を用いることを特徴とする金属部材と樹脂部材との接合方法に関する。
The present invention
The metal member and the resin member containing the reinforcing fiber are superposed, heat and pressure are applied from the metal member side, the resin member is softened and melted, and then solidified by the hot-pressure bonding method of solidifying the metal member and the resin member. A joining method,
The present invention relates to a method for joining a metal member and a resin member, wherein a resin member containing continuous fibers as reinforcing fibers is used as a resin member at least in a joint portion with the metal member.
本発明はまた、
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上記の金属部材と樹脂部材との接合方法に関する:
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
押圧部材として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、この摩擦熱により樹脂部材を軟化および溶融させた後、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。
The present invention also provides
The hot-pressure bonding method is a friction stir welding method,
The friction stir welding method relates to a method for joining the metal member and the resin member including the following steps:
A first step of superimposing the metal member and the resin member; and, while rotating the rotary tool as the pressing member, pressing the metal member to generate frictional heat, and softening and melting the resin member by this frictional heat, A second step of solidifying and joining the metal member and the resin member;
本発明はまた、上記接合方法において使用される樹脂部材に関する。 The present invention also relates to a resin member used in the joining method.
本発明の接合方法によれば、樹脂部材に強化繊維を含有させた場合であっても、樹脂部材と金属部材との接合を十分な強度で達成することができる。 According to the joining method of the present invention, even when the reinforcing fiber is contained in the resin member, the joining of the resin member and the metal member can be achieved with sufficient strength.
本発明の接合方法は、金属部材と樹脂部材とを重ね合わせ、熱および圧力を、金属部材側または樹脂部材側から付与することにより、好ましくは金属部材側から局所的に付与することにより、樹脂部材を軟化および溶融させた後、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、熱および圧力を付与する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、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であってもよい。好ましくは熱および圧力を金属部材側から局所的に付与する方法であり、より好ましくは摩擦撹拌接合方法が採用される。 In the joining method of the present invention, the metal member and the resin member are overlapped, and heat and pressure are applied from the metal member side or the resin member side, preferably by applying locally from the metal member side. This is a hot-pressure joining method in which a member is softened and melted and then solidified to join a metal member and a resin member. The joining method employed in the joining method of the present invention is not particularly limited as long as it is a method of applying heat and pressure. For example, friction stir welding method, ultrasonic heating joining method, laser heating joining method, resistance A heat bonding method, an induction heat bonding method, or the like may be used. A method of applying heat and pressure locally from the metal member side is preferable, and a friction stir welding method is more preferably used.
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、押圧部材としての回転ツールを回転させつつ、金属部材に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱で樹脂部材を軟化および溶融させた後、固化させて金属部材と樹脂部材とを接合する方法である。 As will be described in detail later, the friction stir welding method is a method in which a metal member and a resin member are overlapped and a rotating tool as a pressing member is rotated to press the metal member to generate frictional heat. In this method, the resin member is softened and melted by heat and then solidified to join the metal member and the resin member.
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、押圧部材により樹脂部材を加圧しながら、押圧部材及び樹脂部材に超音波振動を起こさせ、該振動により生じる樹脂部材/金属部材の摩擦熱で樹脂部材を軟化および溶融させた後、固化させて金属部材と樹脂部材とを接合する方法である。 The ultrasonic heating bonding method is a resin member / metal member produced by superposing a metal member and a resin member and causing the pressing member and the resin member to ultrasonically vibrate while pressing the resin member with the pressing member. In this method, the resin member is softened and melted by the frictional heat, and then solidified to join the metal member and the resin member.
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、押圧部材により金属部材を加圧した状態で、レーザーを金属部材に照射することにより熱を発生させ、この熱で樹脂部材を軟化および溶融させた後、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 heating joining method is a method in which a metal member and a resin member are overlapped, heat is generated by irradiating the metal member with a laser in a state where the metal member is pressed by the pressing member, and the resin member is softened by this heat. Further, after melting, the metal member and the resin member are joined by solidifying. 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、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。 The resistance heating bonding method is a method of bonding using heat generated by flowing a current directly through a metal member in a state where the metal member and the resin member are superposed and restrained.
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。 The induction heating bonding method is a method in which an induction current is generated in a metal member by an electromagnetic induction action in a state where the metal member and the resin member are superposed and restrained, and bonding is performed using heat generated by the current.
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が、後述する樹脂部材を用いる限り、上記した他の接合方法を用いても本発明の効果が得られることは明らかである。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。 Hereinafter, the joining method of the present invention that employs the friction stir welding method will be described in detail with reference to the drawings. However, as long as the resin member described later is used, the effects of the present invention can be obtained even if other joining methods described above are used. It is clear. In these drawings, common reference numerals indicate the same members, parts, dimensions, or regions.
[摩擦撹拌接合方法による金属部材と樹脂部材との接合方法]
本発明の接合方法(摩擦撹拌接合方法)について図1〜図7を用いて具体的に説明する。図1は本発明にかかる金属部材と樹脂部材との接合方法に好適な摩擦撹拌接合装置の一部の一例を示す模式図である。図2(A)は本発明の接合方法に使用される樹脂部材の一例の端部の概略斜視図であり、図2(B)は図2(A)の樹脂部材の端部の概略上面見取り図であり、図2(C)は図2(B)の樹脂部材のW−W断面を矢印方向で見たときの概略断面図である。図3(A)〜(C)は本発明の接合方法に使用される樹脂部材の一例をインサート成形により製造するときの製造方法を説明するための概略断面図である。図4は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。図5は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。図6は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。図7は本発明の方法により接合された金属部材と樹脂部材との接合体の一例の概略断面図である。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。
[Method of joining metal member and resin member by friction stir welding method]
The joining method (friction stir welding method) of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic view showing an example of a part of a friction stir welding apparatus suitable for a method for joining a metal member and a resin member according to the present invention. 2A is a schematic perspective view of an end portion of an example of a resin member used in the bonding method of the present invention, and FIG. 2B is a schematic top view of the end portion of the resin member in FIG. 2A. FIG. 2C is a schematic cross-sectional view when the WW cross section of the resin member in FIG. 2B is viewed in the arrow direction. 3A to 3C are schematic cross-sectional views for explaining a manufacturing method when an example of a resin member used in the bonding method of the present invention is manufactured by insert molding. FIG. 4 is an enlarged view of a tip portion of an example of a rotary tool as a pressing member used in the joining method of the present invention. FIG. 5 is a schematic sectional view for explaining an example of the preheating step of the present invention. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the indentation stirring process, stirring maintaining process and holding process of the present invention. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of an example of a joined body of a metal member and a resin member joined by the method of the present invention. In these drawings, common reference numerals indicate the same members, parts, dimensions, or regions.
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4参照)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が軟化および溶融し、その後、溶融樹脂が固化する。その結果、金属部材11と樹脂部材12とが接合される。
First, FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a part of a friction stir welding apparatus suitable for carrying out the joining method of the present invention. A friction
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
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。
The friction
(1)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強化繊維を含有する複合樹脂部材であり、少なくとも金属部材11との接合部に強化繊維として連続繊維を含有する。
(1) Resin Member In the present invention, the
強化繊維は、ポリマー含有複合材料の分野で、強度向上のために、ポリマー中に含有される繊維であり、一般に、連続繊維と不連続繊維とに大別される。本発明においてこのような強化繊維のうち、連続繊維を少なくとも金属部材との接合部に含有させる。これにより、樹脂部材12の接合時におけるスプリングバックを十分に防止することができる。スプリングバック防止のメカニズムの詳細は明らかではないが、以下の現象に基づくものと考えられる。強化繊維のうち、不連続繊維は一般に、成形工程において湾曲した状態になりやすく、そのままで周辺樹脂が固化するため、接合部の強化繊維は湾曲した状態で拘束されている。接合時において熱可塑性ポリマーの溶融により、その拘束力から解放されると、湾曲されていた強化繊維が直線状に戻ろうとする力によって、樹脂を跳ね返す現象が起こる。その隙間に気泡が混入し見かけ上の気泡層が形成される。これがスプリングバックの原因となる。すなわちこの現象によって強化繊維が表面に押し出され、露出することをスプリングバックと言い、結果的に接着強度の低下をもたらす。一方、連続繊維は、不連続繊維と比較して十分に長く、その成形工程においても湾曲した状態になりにくい。さらに、後述するように、織編物形態などのような、連続繊維同士が絡み合って拘束し合う形態を有しながら樹脂部材中に含有されるため、熱可塑性ポリマーが溶融しても、スプリングバックは発生しない。このため、連続繊維を金属部材との接合部に含有させることにより、スプリングバックが防止される。
In the field of polymer-containing composite materials, reinforcing fibers are fibers that are contained in a polymer in order to improve strength, and are generally divided into continuous fibers and discontinuous fibers. In the present invention, among such reinforcing fibers, continuous fibers are contained at least in the joint portion with the metal member. Thereby, the spring back at the time of joining of the
連続繊維は、一般に樹脂部材中、織編物などのファブリック状、または一方向のシート状で含有されるため、連続繊維の繊維長は特に限定されるものではない。織編物とは、平織、綾織、朱子織、二重織などの織物、およびニット基材などの編物を包含する概念で用いるものとする。 Since the continuous fibers are generally contained in a resin member, a fabric shape such as a woven or knitted fabric, or a unidirectional sheet shape, the fiber length of the continuous fibers is not particularly limited. The woven or knitted fabric is used in a concept including a woven fabric such as a plain woven fabric, a twill woven fabric, a satin weaving fabric, and a double woven fabric, and a knitted fabric such as a knitted base material.
連続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。 The average fiber diameter of the continuous fibers is not particularly limited, and is, for example, 2 to 20 μm, preferably 6 to 15 μm.
連続繊維の種類としては、特に制限されず、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維、天然繊維等が挙げられる。 The type of continuous fiber is not particularly limited, and examples thereof include carbon fiber, glass fiber, organic fiber, and natural fiber.
樹脂部材12において連続繊維が含有される金属部材11との接合部とは、接合後において溶融および固化が起こる溶融固化領域(接合前においては接合予定領域)のことであり、樹脂部材表面から所定深さまでの表面近傍の表層部のことである。本発明において連続繊維が含有される接合部は通常、樹脂部材の片面における一部の領域であるが、樹脂部材の片面全面または両面全面の領域であってもよい。
The joint portion of the
本明細書中、表層部とは表面から深さL1(図2(C)参照)までの部分を指すものとし、L1は、樹脂部材12の厚みをt(mm)としたとき、好ましくはt/6以上t未満であり、より好ましくはt/6以上2×t/3以下、さらに好ましくはt/6以上t/2以下である。
In this specification, the surface layer portion refers to a portion from the surface to a depth L1 (see FIG. 2C), and L1 is preferably t when the thickness of the
本発明において連続繊維を含有する金属部材11との接合部は、具体的には、図2(A)に示すように、樹脂部材12の金属部材11との接合表面120における、少なくとも領域P’を含む領域の少なくとも表層部であり、例えば領域P’の表層部、領域Qの表層部、領域Rの表層部、樹脂部材12における金属部材11との接合側表面120の全面領域の表層部が挙げられる。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、金属部材11と樹脂部材12との間での好ましい接合のために軟化および溶融が起こる樹脂部材表面の領域であり、上記領域P’を包含する領域であるが、必ずしも厳密に領域Qの全領域で軟化および溶融が起こらなければならないというわけではない。領域R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と接触する樹脂部材12表面上の領域である。図2(A)は本発明の接合方法に使用される樹脂部材の一例の端部の概略斜視図である。
Specifically, in the present invention, the joining portion with the
樹脂部材の製造コストと接合強度とのバランスの観点から好ましい実施態様においては、図2(B)および図2(C)に示すように、連続繊維を含有する金属部材11との接合部122(以下、単に「接合部」ということがある)は、領域Qの表層部である。本実施態様において、領域Qは、回転ツール16の押圧領域P(図1参照)およびその直下の領域P’(図2(A)参照)と同心円形状を有するが、当該領域Qを含む限り、形状は特に制限されるものではない。円形状以外の領域Qの形状として、例えば、図2(A)および(B)における領域Qを内接する方形形状、多角形形状が挙げられる。図2(B)は図2(A)の樹脂部材の端部の概略上面見取り図であり、図2(C)は図2(B)の樹脂部材のW−W断面を矢印方向で見たときの概略断面図である。
In a preferred embodiment from the viewpoint of the balance between the manufacturing cost of the resin member and the bonding strength, as shown in FIGS. 2 (B) and 2 (C), the bonding portion 122 (with the
領域Qの寸法S1(直径)(図2(C)参照)は、回転ツール16の直径をD1(mm)としたとき、好ましくはD1超5×D1以下であり、より好ましくは1.2×D1以上4×D1以下、さらに好ましくは2×D1以上3×D1以下である。
The dimension S1 (diameter) of the region Q (see FIG. 2C) is preferably more than D1 and not more than 5 × D1, more preferably 1.2 × when the diameter of the
接合部122において、連続繊維の含有量は特に限定されるものではなく、通常は当該接合部122の全量に対して、10重量%以上、特に10〜80重量%であり、好ましくは20〜60重量%である。
In the
本明細書中、接合部に含有される連続繊維の量は、樹脂部材の製造時における各材料の使用量に基づく値を使用することができるし、以下の方法により測定される値を使用することもできる。
まず、樹脂部材の接合部を、電気炉等により、熱可塑性ポリマーの分解温度以上、連続繊維の分解温度以下で加熱することによって、熱可塑性ポリマーを取り除き、連続繊維のみを取り出す。加熱前後の重量測定により、連続繊維の含有量を加熱前の重量に対する割合として算出することができる。または、比重を測定することによっても、含有量の測定ができる。
In this specification, the amount of continuous fibers contained in the joint can be a value based on the amount of each material used during the production of the resin member, or a value measured by the following method. You can also.
First, the joining portion of the resin member is heated by the electric furnace or the like at a temperature not lower than the decomposition temperature of the thermoplastic polymer and not higher than the decomposition temperature of the continuous fiber, thereby removing the thermoplastic polymer and taking out only the continuous fiber. By measuring the weight before and after heating, the content of the continuous fiber can be calculated as a ratio to the weight before heating. Alternatively, the content can be measured by measuring the specific gravity.
接合部に含有される連続繊維の平均繊維径は、樹脂部材の製造時において接合部の形成に使用される連続繊維に基づく値を使用することができる。上記接合部に含有される連続繊維の量の測定方法の際に得られる連続繊維の平均繊維径を直接測定する方法によって測定することもできる。 As the average fiber diameter of the continuous fibers contained in the bonded portion, a value based on the continuous fibers used for forming the bonded portion at the time of manufacturing the resin member can be used. It can also measure by the method of measuring directly the average fiber diameter of the continuous fiber obtained in the case of the measuring method of the quantity of the continuous fiber contained in the said junction part.
接合部122は、スプリングバックが防止される限り、後述する不連続繊維を含有してもよいが、スプリングバックをより一層、十分に防止する観点から、不連続繊維を含有しないことが好ましい。
The joining
樹脂部材12において、接合部122以外の部分123は、不連続繊維をランダム配向形態で含有することが好ましい。不連続繊維は、スプリングバックを起こすものと考えられるところ、本発明においてはそのような不連続繊維が接合部122以外の部分123に含有される場合であっても、スプリングバックを十分に防止できるためである。
In the
不連続繊維は、平均繊維長が通常、0.1〜50mm、好ましくは1〜50mmであるが、本発明は1mm未満の繊維長の不連続繊維が含有されることを妨げるものではない。 The discontinuous fibers usually have an average fiber length of 0.1 to 50 mm, preferably 1 to 50 mm. However, the present invention does not prevent the discontinuous fibers having a fiber length of less than 1 mm from being contained.
不連続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。 The average fiber diameter of the discontinuous fibers is not particularly limited, and is, for example, 2 to 20 μm, preferably 6 to 15 μm.
不連続繊維の種類としては、特に制限されず、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維、天然繊維等が挙げられる。 The type of discontinuous fiber is not particularly limited, and examples thereof include carbon fiber, glass fiber, organic fiber, and natural fiber.
樹脂部材12における接合部122以外の部分123において、不連続繊維の含有量は、強度の向上および成形加工性の観点から、該接合部122以外の部分123全量に対して、10重量%以上、特に20〜50重量%であることが好ましく、より好ましくは30〜40重量%である。
In the
接合部以外の部分の全量に対する不連続繊維の含有量は、接合部以外の部分のみを切り出して測定を行うこと以外、上記接合部に含有される連続繊維の量の測定方法と同様の方法により測定することができるし、樹脂部材の製造時における各材料の使用量に基づく値を使用することもできる。 The content of the discontinuous fibers relative to the total amount of the parts other than the joints is determined by the same method as the method for measuring the amount of continuous fibers contained in the joints, except that only the parts other than the joints are cut out and measured. It can be measured, and a value based on the amount of each material used in manufacturing the resin member can also be used.
接合部以外の部分に含有される不連続繊維の平均繊維長および平均繊維径は、樹脂部材の製造時において接合部以外の部分123の形成に使用される不連続繊維に基づく値を使用することができる。また、上記した接合部以外の部分の全量に対する不連続繊維の含有量の測定方法において、得られる不連続繊維の平均繊維長および平均繊維径を直接測定する方法によって測定することもできる。
For the average fiber length and average fiber diameter of the discontinuous fibers contained in the parts other than the joints, use values based on the discontinuous fibers used for forming the
樹脂部材12を構成する熱可塑性ポリマーとしては、熱可塑性を有するあらゆるポリマーが使用可能である。中でも、自動車の分野で使用されている熱可塑性ポリマーが好ましく使用される。そのような熱可塑性ポリマーの具体例として、例えば、以下のポリマーおよびそれらの混合物が挙げられる:
ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂およびその酸変性物;
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);
アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー系樹脂(ABS);
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)。
As the thermoplastic polymer constituting the
Polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene and acid-modified products thereof;
Polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polytrimethylene terephthalate (PTT), polylactic acid (PLA);
Polyacrylate resins such as polymethyl methacrylate resin (PMMA);
Polyether resins such as polyether ether ketone (PEEK) and polyphenylene ether (PPE);
Polyacetal (POM);
Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer resin (ABS);
Polyphenylene sulfide (PPS);
PA6, PA66, PA11, PA12, PA6T, PA9T, MXD6 and other polyamide-based resins (PA);
Polycarbonate resin (PC);
Polyurethane resin;
A fluoropolymer resin; and a liquid crystal polymer (LCP).
樹脂部材12を構成する熱可塑性ポリマーとしては、安価で機械特性に優れるポリオレフィン系樹脂、特にポリプロピレンおよびポリアミド系樹脂が好ましく使用される。
As the thermoplastic polymer constituting the
熱可塑性ポリマーの分子量は特に限定されるものではなく、例えば230℃でのMFR(メルトフローレート値)が2〜200g/10分間、特に2〜55g/10分間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. For example, the molecular weight may be such that the MFR (melt flow rate value) at 230 ° C. is 2 to 200 g / 10 minutes, particularly 2 to 55 g / 10 minutes. .
本明細書中、ポリマーのMFRはJIS K 7210により測定された値を用いている。 In this specification, the value measured by JIS K 7210 is used for the MFR of the polymer.
接合部122を構成する熱可塑性ポリマーおよび接合部以外の部分123を構成する熱可塑性ポリマーはそれぞれ独立して上記熱可塑性ポリマーから選択される。接合部122を構成する熱可塑性ポリマーおよび接合部以外の部分123を構成する熱可塑性ポリマーはそれぞれ2種類以上組み合わせて含有されてもよい。
The thermoplastic polymer constituting the
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。
The
樹脂部材12における金属部材11直下の部分の厚みt(接合処理前の厚み;図2(C)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. 2C) of the portion immediately below the
樹脂部材12には、例えば安定剤、難燃剤、着色材などの添加剤がさらに含有されてもよい。
The
樹脂部材12はインサート成形法により製造することができる。
インサート成形法においては、まず、図3(A)に示すように、前記連続繊維を含有する接合部122として、インサート部材125を、金型124Aおよび124B内に挿入する。インサート部材125は、連続繊維に予め熱可塑性ポリマーを含浸させた中間基材のプリプレグであってもよいし、プリプレグを積層して固化させた連続繊維の成形体でもよい。インサート部材125の寸法、連続繊維、およびその含有量ならびに熱可塑性ポリマーは、前記した接合部122においてと同様である。インサート部材125の厚みは前記接合部122の深さに相当する。インサート部材125は、例えば、市販のTEPEX dynalite 101(サンワトレーディング社製)、TEPEX dynalite 201(サンワトレーディング社製)、TEPEX dynalite 102(サンワトレーディング社製)として入手可能である。
The
In the insert molding method, first, as shown in FIG. 3A, an
その後、図3(B)に示すよう、金型124Aおよび124Bを閉じる。次いで、図3(C)に示すように、射出機126内で熱可塑性ポリマーおよび不連続繊維などの所望の添加剤を予め溶融および混合しておき、溶融混合物を金型内に射出注入した後、冷却・固化させて、樹脂部材12を得る。ここで使用される熱可塑性ポリマーは、インサート部材125の熱可塑性ポリマーと相溶できる限り特に限定されるものではない。混合される不連続繊維およびその含有量はそれぞれ、前記した接合部以外の部分123における不連続繊維およびその含有量と同様である。
Thereafter, as shown in FIG. 3B, the
(2)金属部材
金属部材11は、図1等において、全体形状として略平板形状を有しているが、これに限定されるものではなく、少なくとも樹脂部材12との重ね合わせ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。
(2) Metal Member Although the
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(図5参照)は特に制限されるものではなく、通常、2〜10mmである。
The thickness T (see FIG. 5) of the substantially flat plate-shaped portion that overlaps the
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。
As the metal constituting the
Aluminum and aluminum alloys such as 5000 series and 6000 series;
steel;
Magnesium and its alloys;
Titanium and its alloys.
(3)回転ツール
図4は、回転ツール16の先端部の拡大図である。図4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4に示すように、円柱状の回転ツール16は、先端部(図4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4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。
(3) Rotating Tool FIG. 4 is an enlarged view of the tip portion of the
回転ツール16の素材及び各部の寸法は、主として、回転ツール16が押圧する金属部材11の金属の種類に応じて設定される。例えば、金属部材11がアルミニウム合金よりなる場合、回転ツール16は工具鋼(例えばSKD61等)で作製され、ショルダ部16bの直径D1は10mm、ピン部16aの直径D2は2mm、ピン部16aの突出長さhは0.5mmに設定される。また、例えば、金属部材11がスチールよりなる場合、回転ツール16は窒化珪素やPCBN(立方晶窒化ホウ素焼結体)等で作製され、ショルダ部16bの直径D1は10mm、ピン部16aの直径D2は3mm、ピン部16aの突出長さhは0.5mmに設定される。もっとも、これらは例示に過ぎず、これらに限定されないことはいうまでもない。例えば、ショルダ部16bの直径D1は通常、5〜30mm、好ましくは5〜15mmであるがこれに限定されるものではない。
The material of the
(4)本発明に係る接合方法の一実施態様(摩擦撹拌接合方法)
本発明に係る摩擦撹拌接合方法による金属部材と樹脂部材との接合方法は少なくとも以下のステップ:
金属部材11と樹脂部材12とを重ね合わせる第1ステップ;および
押圧部材として回転ツール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、この摩擦熱により樹脂部材12を軟化および溶融させた後、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:
を含むものである。
(4) One embodiment of the joining method according to the present invention (friction stir welding method)
The method of joining the metal member and the resin member by the friction stir welding method according to the present invention is at least the following steps:
A first step of superimposing the
Is included.
第1ステップ:
第1ステップにおいては、図1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重ね合わせる。詳しくは、樹脂部材12における前記金属部材11との接合部122の表面が金属部材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。
First step:
In the first step, as shown in FIG. 1, the
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。
Second step:
In the second step, at least a push-in stirring step C2 is performed in which the
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。
In the second step, it is preferable to perform the preheating step C1 in which the
After the indentation stirring step, it is preferable to perform the stirring maintenance step C3 in which the rotation operation of the
以下、各工程について詳しく説明する。 Hereinafter, each step 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5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5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。
(Preheating process C1)
In the preheating step C1, by bringing the
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。
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
予熱工程C1では、摩擦熱は、金属部材11と樹脂部材12との接合境界面13を介して、樹脂部材12にも伝わる。摩擦熱は樹脂部材12の内部に伝わり、樹脂部材12における上記押圧領域P直下の領域P'(図2参照)の範囲及び当該P’領域の近傍の範囲が予熱される。これにより、次の押込み撹拌工程C2で、樹脂部材12が軟化および溶融し易くなる。
In the preheating step C <b> 1, the frictional heat is also transmitted to the
予熱工程C1の第1の加圧力及び第1の加圧時間は、上記のような回転ツール16の押込み易さの観点及び樹脂部材12の軟化および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。
The first pressurizing force and the first pressurizing time in the preheating step C1 are set from the viewpoints of ease of pushing in the
(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6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と樹脂部材12との接合境界面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110を樹脂部材12側に突出変形させることが好ましい。これにより、接合境界面13において回転ツールの直下領域P’で溶融している樹脂部材表面の溶融樹脂121を該直下領域P’の外周領域まで流動させることができる(図6の矢印方向)。図6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。
(Indentation stirring step C2)
The pushing agitation step C2 is a step of pushing the rotating
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
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110において、金属部材11と樹脂部材12との接合境界面13が受け具17側(図例では下側)に移動し、当該直下部110が樹脂部材12側に突出変形する。これにより、接合境界面13において回転ツールの直下領域60で溶融している樹脂部材表面の溶融樹脂121が該直下領域P’を超えて、その外周領域まで流動する。溶融樹脂は回転ツール直下領域P’を中心とする略円形状で広がる。その結果、溶融樹脂と金属部材11との接触面積が拡大され、また、得られる接合体において冷却により溶融樹脂が固化してなる溶融固化域(接合領域)も拡大されるため、樹脂部材と金属部材との接合を十分な強度で達成することがでる。
In the indentation stirring step C2, the rotating
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。
If the
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、多量の摩擦熱が樹脂部材12に伝わり、樹脂部材12の軟化および溶融および流動が促進される。
Therefore, in the present invention, in the indentation stirring step C2, the indentation of the
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。
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
(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、上記接合境界面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、6.75秒)だけ、所定回転数(例えば、3000rpm)で回転させる。
(Stirring maintenance step C3)
In the stirring maintaining step C3, by stopping the mutual proximity of the
撹拌維持工程C3では、加圧力が予熱工程C1よりも小さくなることにより(もちろん押込み撹拌工程C2よりも小さくなることにより)、回転ツール16が上記基準位置に維持される。この樹脂部材12に近い基準位置で回転ツール16の回転動作が継続されるため、多量の摩擦熱が発生し、発生した摩擦熱の大部分が樹脂部材12に移動する。そのため、樹脂部材12は、上記押圧領域P直下の領域P’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
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および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。
The third pressurizing force and the third pressurizing time in the stirring maintaining step C3 are set from the viewpoint of sufficient softening and melting of the
(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 indentation stirring step C2 or the stirring maintaining step C3, a holding step C4 is performed in which the rotation of the
Similarly, as shown in FIG. 6, the holding step C <b> 4 is a step in which the rotation of the
保持工程C4では、回転ツール16の回転が停止されることにより、摩擦熱の発生が終了する。すなわち、摩擦撹拌接合としての実質的な動作が終了し、ワーク10の冷却が開始する。ワーク10の冷却期間中、加圧力が押込み撹拌工程C2よりも小さいが撹拌維持工程C3よりも大きくなることにより、回転が停止された回転ツール16が金属部材11と樹脂部材12とを押圧領域Pで受け具17との間に挟んでクランプする。これにより、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。
In the holding step C4, the rotation of the
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少なくとも押圧領域P’で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。
The fourth pressurizing force and the fourth pressurizing time in the holding step C4 are set from the viewpoint of improving the adhesion force at least in the pressing region P ′ during the cooling period as described above, and the values thereof are, for example, the
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、その後、必要に応じてさらに工程C4を経て、最終的に、図7に示すように、金属部材11と樹脂部材12とが、スプリングバックの発生なしに、高強度に接合された接合体20が得られる。図7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る。
In the present invention, at least through the above-described step C2, preferably through the above-described steps C1 and C2, more preferably through the above-described steps C1 to C3, and then further through step C4 as necessary, finally. As shown in FIG. 7, a joined
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。 After performing a predetermined process in the second step, cooling is usually performed to solidify the molten resin. The cooling method is not particularly limited, and examples thereof include a standing cooling method and air cooling.
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。 As described above, the case where the metal member and the resin member are joined in a point shape without moving the rotary tool in the surface direction on the contact surface of the metal member (point joining) has been described. 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 being moved (line joining).
[実施例1]
(樹脂部材)
樹脂部材12をインサート成形により製造した。詳しくは、図3(A)に示すように上型124Aおよび下型124Bからなる金型内にインサート部材125を挿入および載置し、図3(B)に示すように金型を閉じた。予め、射出機126内で、不連続繊維として重量平均繊維長3mmに成形したガラス繊維を30重量%含むナイロン66ペレット(プラストロンPA66-CF30;ダイセルポリマー社製)を280℃で溶融し、溶融物を、図3(C)に示すように、金型(40℃)内に射出速度100mm/秒で射出注入した後、冷却・固化させ、図2(A)〜(C)に示すような縦100mm×横(幅)30mm×厚み3mm寸法の樹脂部材12を得た。
[Example 1]
(Resin member)
The
インサート部材125は、編物形態のガラス繊維(連続繊維)にナイロン66を含浸および固化させてなる複合材料の積層体であり、TEPEX dynalite 101(サンワトレーディング社製、厚み1mm)を直径20mm×厚み1mmの円板形状に切り出したものを使用した。インサート部材125において、連続繊維の含有量は50重量%であった。
The
樹脂部材12において、不連続繊維の含有量は接合部以外の部分の全量に対して30重量%であった。
In the
(金属部材)
金属部材としては、6000系のアルミニウム合金製の平板状部材(厚さ1.2mm)を用いた。
(Metal member)
As the metal member, a flat plate member (thickness: 1.2 mm) made of a 6000 series aluminum alloy was used.
(回転ツール)
回転ツールとしては、図4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。
(Rotation tool)
As the rotating tool, a tool tool having dimensions of D1 = 10 mm, D2 = 2 mm, and h = 0.5 mm in each part of FIG. 4 was used.
(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、樹脂部材12表面の円形状インサート部材125部分が金属部材12と接触するように、重ね合わせた(図1)。
(Joining method)
The joined body of the
First step:
The end of the
第2ステップ:
まず、図5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)。このとき、樹脂部材12における円形状インサート部材125部分の軸と、回転ツール16の回転軸とは重なっていた。
Second step:
First, as shown in FIG. 5, the
その後、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と樹脂部材12との接合境界面13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を接合境界面13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6.75秒、ツール回転数3000rpm)。
次いで、図7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。
Thereafter, as shown in FIG. 6, the
Next, as shown in FIG. 6, the rotation operation of the
Next, as shown in FIG. 7, the
(接合強度)
図8に示すように、金属部材11と樹脂部材12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剪断強度Sを測定した。
◎;4.00≦S;
○;3.00≦S<4.00(実用上問題なし);
×;S<3.00。
(Joint strength)
As shown in FIG. 8, the joined body of the
A: 4.00 ≦ S;
○: 3.00 ≦ S <4.00 (no problem in practical use);
X: S <3.00.
[実施例2]
インサート部材の種類および寸法およびペレットの種類を表に記載のように変更したこと以外、実施例1と同様の方法により、樹脂部材と金属部材との接合およびその評価を行った。
[Example 2]
The resin member and the metal member were joined and evaluated by the same method as in Example 1 except that the type and size of the insert member and the type of pellet were changed as shown in the table.
[比較例1]
インサート部材を使用しなかったこと以外、それぞれ実施例1と同様の方法により、樹脂部材と金属部材との接合およびその評価を行った。
[Comparative Example 1]
The resin member and the metal member were joined and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the insert member was not used.
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。 The joining method according to the present invention is useful for joining a metal member and a resin member 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:樹脂部材
13:金属部材と樹脂部材との接合境界面
16:回転ツール
17:受け具
100:接合強度を測定するための治具
110:金属部材の回転ツール直下部
121:回転ツールの直下領域で溶融している溶融樹脂
122:樹脂部材における金属部材との接合部
123:樹脂部材における金属部材との接合部以外の部分
124A:樹脂部材をインサート成形するための上型
124B:樹脂部材をインサート成形するための下型
125:インサート成形において使用される連続繊維含有複合材料(例えば、プリプレグ)
1: Friction stir welding apparatus 10: Workpiece 11: Metal member 12: Resin member 13: Joining interface between metal member and resin member 16: Rotating tool 17: Receiving tool 100: Jig for measuring joint strength 110: Directly below the rotating tool of the metal member 121: Molten resin melted in the region immediately below the rotating tool 122: Joining portion of the resin member to the metal member 123: Portion other than the joining portion of the resin member to the
Claims (16)
樹脂部材として、少なくとも金属部材との接合部に強化繊維として連続繊維を含有する樹脂部材を用いることを特徴とする金属部材と樹脂部材との接合方法。 The metal member and the resin member containing the reinforcing fiber are superposed, heat and pressure are applied from the metal member side, the resin member is softened and melted, and then solidified by the hot-pressure bonding method of solidifying the metal member and the resin member. A joining method,
A method of joining a metal member and a resin member, wherein a resin member containing continuous fibers as reinforcing fibers is used as a resin member at least in a joint portion with the metal member.
前記深さL1が、樹脂部材の厚みをt(mm)としたとき、t/6以上t未満である請求項1に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。 The joining portion is a portion from the surface to a depth L1 in a predetermined joining planned region on the resin member surface,
The method for joining a metal member and a resin member according to claim 1, wherein the depth L1 is t / 6 or more and less than t, where t (mm) is the thickness of the resin member.
該摩擦撹拌接合方法が以下のステップを含む請求項1〜8のいずれかに記載の金属部材と樹脂部材との接合方法:
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
押圧部材として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、この摩擦熱により樹脂部材を軟化および溶融させた後、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。 The hot-pressure bonding method is a friction stir welding method,
The method for joining a metal member and a resin member according to any one of claims 1 to 8, wherein the friction stir welding method includes the following steps:
A first step of superimposing the metal member and the resin member; and, while rotating the rotary tool as the pressing member, pressing the metal member to generate frictional heat, and softening and melting the resin member by this frictional heat, A second step of solidifying and joining the metal member and the resin member;
前記領域Qの直径S1が、回転ツールの直径をD1(mm)としたとき、D1超5×D1以下であり、
前記深さL1が、樹脂部材の厚みをt(mm)としたとき、t/6以上t未満である請求項9に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。 The joint is a portion from the surface in the region Q on the resin member surface to the depth L1 that is concentric with the pressing region P of the rotary tool,
When the diameter S1 of the region Q is D1 (mm), the diameter of the rotary tool is more than D1 and not more than 5 × D1,
The method for joining the metal member and the resin member according to claim 9, wherein the depth L1 is t / 6 or more and less than t, where t (mm) is the thickness of the resin member.
前記第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における前記ピン部および前記ショルダ部のみを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11に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。 The rotary tool has a shoulder portion including a circular tip surface of the rotary tool at the tip portion, and a cylindrical pin having a smaller diameter than the shoulder portion, which protrudes outward from the circular tip surface of the rotary tool. Part
The second step further includes a preheating step of rotating the rotating tool in a state where only the pin portion and the shoulder portion at the distal end portion of the rotating tool are in contact with the surface portion of the metal member before the pushing and stirring step. The method for joining the metal member and the resin member according to claim 11.
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12に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。 In the preheating step, the rotary tool is rotated by a first pressurizing time while being pressed with a first pressing force,
13. The rotation according to claim 12, wherein, 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. A method of joining a metal member and a resin member.
前記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13に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。 The second step further comprises an agitation maintaining step of continuing the rotating operation of the rotating tool at a position where the rotating tool has entered to a depth that does not reach the joining boundary surface,
The said stirring maintenance process WHEREIN: The said rotating tool is rotated only for the 3rd pressurization time longer than the said 1st pressurization time, pressing with the 3rd pressurization force smaller than the said 1st pressurization force. A method of joining a metal member and a resin member.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014201874A JP6098607B2 (en) | 2014-09-30 | 2014-09-30 | Method of joining metal member and resin member |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014201874A JP6098607B2 (en) | 2014-09-30 | 2014-09-30 | Method of joining metal member and resin member |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016068474A JP2016068474A (en) | 2016-05-09 |
JP6098607B2 true JP6098607B2 (en) | 2017-03-22 |
Family
ID=55865663
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014201874A Active JP6098607B2 (en) | 2014-09-30 | 2014-09-30 | Method of joining metal member and resin member |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6098607B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021261284A1 (en) * | 2020-06-26 | 2021-12-30 | 日本特殊陶業株式会社 | Joined body and electrostatic chuck |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3802138B2 (en) * | 1996-03-05 | 2006-07-26 | 東レ株式会社 | Profile |
JP4626687B2 (en) * | 2008-08-19 | 2011-02-09 | トヨタ自動車株式会社 | Bonding method between resin and metal |
JP5531573B2 (en) * | 2008-12-09 | 2014-06-25 | 日本軽金属株式会社 | Method for joining resin member and metal member, method for manufacturing liquid cooling jacket, and liquid cooling jacket |
JP5817140B2 (en) * | 2011-02-21 | 2015-11-18 | 昭和電工株式会社 | Method of joining metal member and resin member |
JP5827505B2 (en) * | 2011-07-06 | 2015-12-02 | 三菱レイヨン株式会社 | Joining method of fiber reinforced thermoplastic resin |
JP5787150B2 (en) * | 2011-08-23 | 2015-09-30 | 三菱レイヨン株式会社 | Joining method of fiber reinforced thermoplastic resin |
WO2013084963A1 (en) * | 2011-12-06 | 2013-06-13 | 帝人株式会社 | Method for manufacturing joint member |
-
2014
- 2014-09-30 JP JP2014201874A patent/JP6098607B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016068474A (en) | 2016-05-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6098526B2 (en) | Method of joining metal member and resin member | |
JP6315017B2 (en) | Method of joining metal member and resin member | |
JP6102813B2 (en) | Method of joining metal member and resin member | |
JP6098605B2 (en) | Method of joining metal member and resin member | |
JP6102876B2 (en) | Method of joining metal member and resin member | |
JP6102877B2 (en) | Method of joining metal member and resin member | |
JP6384411B2 (en) | Method of joining metal member and resin member, and metal member used in the method | |
JP6098527B2 (en) | Method of joining metal member and resin member | |
JP6098562B2 (en) | Method of joining metal member and resin member | |
JP6098563B2 (en) | Method of joining metal member and resin member | |
JP6098607B2 (en) | Method of joining metal member and resin member | |
JP6098606B2 (en) | Method of joining metal member and resin member | |
JP6330760B2 (en) | Method of joining metal member and resin member | |
JP6056828B2 (en) | Method of joining metal member and resin member and resin member used in the method | |
JP6311677B2 (en) | Method of joining metal member and resin member and resin member used in the method | |
JP7376044B2 (en) | Bonding structure and bonding method between metal and resin components | |
JP6098565B2 (en) | Method of joining metal member and resin member | |
JP6319341B2 (en) | Method of joining metal member and resin member, and joining member set comprising metal member and resin member used in the method | |
JP6314935B2 (en) | Method of joining metal member and resin member | |
JP6614204B2 (en) | Method of joining metal member and resin member and metal member or resin member used in the method | |
JP6327268B2 (en) | Method and apparatus for joining metal member and resin member | |
JP6137104B2 (en) | Method of joining metal member and resin member | |
JP6098564B2 (en) | Method of joining metal member and resin member | |
JP6614205B2 (en) | Method of joining metal member and resin member and metal member or resin member used in the method | |
JP2020138455A (en) | Joining method and apparatus for joining metal members and resin members |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160323 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20161017 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161108 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161222 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170124 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170206 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6098607 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |