JP6137104B2 - 金属部材と樹脂部材との接合方法 - Google Patents

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、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１０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。

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。また従来の摩擦撹拌接合方法においては、定置式接合装置やロボット接合装置を含め、金属部材と樹脂部材の固定方法は様々であるが、接合作業の終了時に回転ツールを金属部材から離すと同時に、接合部近傍は拘束状態から解除されるのが一般的である。

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）。

特開２０１０−１５８８８５号公報 特開２００４−１４２１６５号公報

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。

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１１（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１１（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。

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。

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、第１押圧部材による金属部材側からの押圧により熱および圧力を局所的に付与し、樹脂部材を軟化および溶融させた後、第１押圧部材による押圧を終了し、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、
遅くとも第１押圧部材による押圧の終了時から、第２押圧部材により金属部材側から押圧して金属部材と樹脂部材との圧締めを行い、
該第２押圧部材による押圧を、第１押圧部材による押圧の終了後も継続して行う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、
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
第１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、この摩擦熱により樹脂部材を軟化および溶融させた後、回転ツールによる押圧を終了し、固化させて金属部材と樹脂部材とを接合する第２ステップを含む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であって、
遅くとも回転ツールによる押圧の終了時から、第２押圧部材としてのクランプ部材により金属部材側から押圧して金属部材と樹脂部材との圧締めを行い、
該クランプ部材による押圧を、回転ツールによる押圧の終了後も継続して行う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。

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第１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１における第１押圧部材としての回転ツールと第２押圧部材としてのクランプ部材の拡大見取り図である。 本発明の第１実施態様におけるクランプ開始工程の一例を説明するための概略断面図である。 本発明の第１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。 本発明の第１実施態様および第２実施態様における押込み撹拌工程、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。 本発明の第１実施態様および第２実施態様におけるクランプ継続工程の一例を説明するための概略断面図である。 本発明の第２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。 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。 （Ａ）は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概略断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の方法により得られた接合体における金属部材と樹脂部材との接合境界面の拡大図である。

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、第１押圧部材による金属部材側または樹脂部材側からの押圧により熱および圧力を局所的に付与し、樹脂部材を軟化および溶融させた後、第１押圧部材による押圧を終了し、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、第１押圧部材により熱および圧力を局所的に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等であってもよい。好ましくは第１押圧部材により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。

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、第１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。

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、第１押圧部材により樹脂部材を加圧しながら、第１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。

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、当該説明により、他の方法においても、本発明の効果が得られることは明らかである。なお第１押圧部材による押圧を樹脂部材側から行う場合、第２押圧部材による押圧も通常、樹脂部材側から行う。

［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８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一例を示す模式図である。図２は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３は図１における回転ツールとクランプ部材の拡大見取り図である。図４は本発明の第１実施態様におけるクランプ開始工程の一例を説明するための概略断面図である。図５は本発明の第１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６は本発明の第１実施態様および第２実施態様における押込み撹拌工程、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は本発明の第１実施態様および第２実施態様におけるクランプ継続工程の一例を説明するための概略断面図である。図８は本発明の第２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。これらの図において、共通する符号は同じ部材を示すものとする。

（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、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、第１押圧部材としての円柱状の回転ツール１６および第２押圧部材としての円筒状のクランプ部材１８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、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は金属部材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。

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、５〜３０ｍｍ、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。

クランプ部材１８は、金属部材１１表面における回転ツール１６による押圧領域Ｐ以外の領域に圧力を付与して、金属部材１１と樹脂部材１２との圧締めを行うためのものである。圧締めとは、金属部材１１側から圧力を付与することで樹脂部材１２に圧縮作用を与えるもので、結果として、金属部材１１と樹脂部材１２とのズレを防止するだけでなく、溶融した樹脂部材１２のスプリングバックも防止することができる。

図１に示すクランプ部材１８の拡大図を、回転ツール１６とともに、図３に示す。クランプ部材１８は、図３において、円柱体形状に軸方向で貫通孔を有してなる円筒形状を有しており、当該貫通孔内に回転ツール１６が配置されているが、クランプ部材の形状はこれに限定されるものではない。クランプ部材１８は、例えば、楕円柱体形状、三角柱形状、四角柱形状等の柱体形状に軸方向で貫通孔を有してなる筒形状を有していてもよい。このとき、貫通孔の形状は、回転ツール１６が収容されれば、特に制限されない。クランプ部材１８は、スプリングバックをより一層、十分に防止する観点から、筒形状、特に円筒形状を有していることが好ましい。クランプ部材１８は、金属部材１１と樹脂部材１２との圧締めを行うことができる限り、貫通孔を有さない形状を有していてもよく、例えば、楕円柱体形状、三角柱形状、四角柱形状等の単なる柱体形状を有していてもよい。

クランプ部材１８が筒形状を有する場合、その貫通孔の大きさ（内径）Ｓ１は、当該貫通孔の内部に回転ツール１６を配置できる範囲であることが好ましく、後述する間隙距離Ｓ３を確保できるような範囲であることがより好ましい。貫通孔の大きさ（内径）Ｓ１は通常、回転ツール１６の直径をＤ１（ｍｍ）としたとき、Ｄ１〜３×Ｄ１、特に１．０５×Ｄ１〜３×Ｄ１であり、好ましくは１．０５×Ｄ１〜２×Ｄ１である。厚みＳ２は通常、０．２×Ｄ１〜２×Ｄ１であり、好ましくは０．５×Ｄ１〜１×Ｄ１ｍｍである。間隙距離Ｓ３は、スプリングバックをより一層、十分に防止する観点から、１０ｍｍ以下、特に０．１〜１０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．１〜０．５ｍｍである。クランプ部材１８の軸方向高さやその押圧機構は所定の押圧力が保持可能な限り特に制限されるものではない。

クランプ部材１８を構成する素材は、クランプ部材による金属部材表面への押圧に耐えることができれば特に制限されず、例えば、工具鋼（例えばＳＫＤ６１等）、アルミニウム合金等が使用可能である。

回転ツール１６およびクランプ部材１８の下方には、回転ツール１６およびクランプ部材１８による圧力を受けることができる大きさの平板状の受け具が配置される。特にクランプ部材１８が円筒形状を有する場合には、回転ツール１６およびクランプ部材１８と同軸に配置されている受け具１７は当該クランプ部材１８の外径と同径又は当該外径よりも大径の円柱状であることが好ましいが、形状はこれに限定されるものではない。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またはクランプ部材１８がワーク１０の押圧を最初に開始するまでに、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およびクランプ部材１８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またはクランプ部材１８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。

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、クランプ部材１８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）および加圧時間（秒）およびクランプ部材１８の加圧力（Ｎ）および加圧時間（秒）等が上記駆動制御装置により適宜制御される。

（２）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
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、回転ツール１６による押圧を終了し、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。

本発明においては、遅くとも回転ツール１６による押圧の終了時から、クランプ部材１８により、金属部材側から押圧して、金属部材と樹脂部材との圧締めを行い、かつ、当該クランプ部材１８による押圧を、回転ツール１６による押圧の終了後も継続して行う。

回転ツール１６による押圧の終了時とは、回転ツール１６が金属部材１１から離れる時、という意味である。

クランプ部材１８による押圧は、回転ツール１６による押圧の終了時またはそれ以前に開始すればよく、例えば、回転ツール１６による押圧の開始時点またはそれ以前に開始してもよいし、回転ツール１６による押圧の終了時点またはその直前に開始してもよい。
回転ツール１６による押圧の開始時点とは、回転ツール１６が金属部材１１に初めて接触して加圧する時、という意味である。

具体的には、後述する予熱工程Ｃ１、押込み撹拌工程Ｃ２、撹拌維持工程Ｃ３もしくは維持工程Ｃ４を有する条件にて接合する場合、クランプ部材１８による押圧の開始時期は、後述する予熱工程Ｃ１、押込み撹拌工程Ｃ２、撹拌維持工程Ｃ３もしくは維持工程Ｃ４の開始時点、終了時点または最中であってもよい。

クランプ部材１８による押圧を、回転ツール１６による押圧の終了後も継続して行うとは、回転ツール１６が金属部材１１から離れた後も、クランプ部材１８により金属部材表面を押圧し、金属部材と樹脂部材との圧締めを行う、という意味である。

クランプ部材１８による押圧を、遅くとも回転ツール１６による押圧の終了時に開始し、かつ、回転ツール１６による押圧の終了後も継続して行うことにより、スプリングバックを十分に防止することができ、接合強度が向上する。詳しくは、接合時において樹脂部材における樹脂成分の溶融により、湾曲した強化繊維が樹脂成分による拘束力から解放されても、クランプ部材１８による押圧により、樹脂部材１２に圧縮作用が働くため、強化繊維が直線状に変形しようとする挙動、すなわちスプリングバックを十分に防止することができる。クランプ部材１８による押圧の開始時期が、回転ツール１６による押圧の終了時点よりも遅いと、クランプ部材１８による押圧の開始までに、もしくは樹脂部材１２が固化するまでにスプリングバックが生じるため、これを十分に解消することは困難である。クランプ部材１８による押圧の終了時期が、回転ツール１６による押圧の終了時点またはそれ以前であると、スプリングバックが発生する。

以下、クランプ部材１８による押圧の開始時期を、回転ツール１６による押圧の開始前とする場合（後述する予熱工程Ｃ１の開始前とする場合）を第１実施態様として詳しく説明し、押込み撹拌工程Ｃ２の開始時点とする場合を第２実施態様として詳しく説明する。クランプ部材１８による押圧の開始時期を、例えば、回転ツール１６による押圧の開始時点とする場合、後述する予熱工程Ｃ１、撹拌維持工程Ｃ３もしくは維持工程Ｃ４の開始時点または最中とする場合、または後述する押込み撹拌工程Ｃ２の最中とする場合の説明は、クランプ部材１８による押圧の開始のタイミングをそれぞれの場合に合わせること以外、第１実施態様においてと同様であるため、それらの説明は省略する。

＜第１実施態様＞
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。

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。

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。
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なされてもいいし、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なされても良い。

以下、各工程について詳しく説明するが、本実施態様においては、最初の工程に先立って、クランプ部材１８による押圧を開始する（クランプ開始工程）。

（クランプ開始工程）
クランプ開始工程では、図４に示すように、クランプ部材１８により金属部材１１表面を押圧し、金属部材１１と樹脂部材１２との圧締めを行う。

クランプ部材１８による加圧力は、スプリングバックの防止および過度な加圧の回避の観点から設定され、その値は通常、５〜５００Ｎであり、スプリングバックをより一層、十分に防止する観点から好ましくは１０〜３００Ｎである。この加圧力は一連のプロセスにより樹脂部材１２が溶融する領域、つまり樹脂部材１２のスプリングバックが生じうる領域に対し、そのスプリングバックを防止するために必要な総加圧力であり、クランプ部材１８の形状に依らない。そのため、クランプ部材１８の形状により変化する押圧領域の単位面積当たりの加圧力は規定しない。クランプ部材１８による押圧は、回転ツール１６による押圧を終了した後も継続して行われ、すなわち後述する押込み撹拌工程Ｃ２、撹拌維持工程Ｃ３もしくは維持工程Ｃ４のうち最後に行われる工程が終了した後も継続して行われる。クランプ部材１８による押圧中の加圧力は通常、一定であるが、上記範囲内で変動してもよい。

図４においてクランプ部材１８は円筒形状を有しているが、いかなる形状を有している場合においても、金属部材１１表面において回転ツール１６による押圧領域とクランプ部材１８による押圧領域との距離Ｍは、スプリングバックをより一層、十分に防止する観点から、１０ｍｍ以下、特に０．１〜１０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．１〜０．５ｍｍである。なお、当該距離Ｍは最短距離であって、クランプ部材１８が円筒形状を有する場合において前記間隙距離Ｓ３に相当する距離である。

（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。

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（回転ツール１６による押圧領域）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。

（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、図６に示すように、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、回転ツールの直下領域で溶融している樹脂部材表面の溶融樹脂１２１について、その溶融と該直下領域から外周領域への流動（図６の矢印方向）を促進させることができる。

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。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で溶融している樹脂部材表面の溶融樹脂１２１の溶融が促進されると共に、該直下領域を超えて、その外周領域まで流動する（図６の矢印方向）。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、溶融樹脂と金属部材１１との接触面積が拡大され、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）もまた拡大されるため、樹脂部材と金属部材との接合が十分に良好な作業効率かつ十分な強度で達成することができる。

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、回転ツール１６の外周部が樹脂部材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、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。

（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。

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直下の領域の範囲を超えて、広い範囲で十分に軟化および溶融する。

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。

（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。

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との押圧領域Ｐを受け具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。

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。

（クランプ継続工程）
本実施態様では、少なくとも前記したクランプ開始工程および工程Ｃ２を経て、好ましくはクランプ開始工程および前記した工程Ｃ１およびＣ２を経て、より好ましくはクランプ開始工程および前記した工程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、回転ツール１６を抜き取った後も、クランプ部材１８による押圧を継続する。これにより、前記したように、スプリングバックを十分に防止することができ、接合強度が向上する。

クランプ継続工程において、クランプ部材１８による加圧力は、クランプ開始工程においてと同様の観点から同様の範囲内であればよい。

クランプ部材１８による押圧は、スプリングバックをより一層、十分に防止する観点から、樹脂部材１２の融点をＴｍ（℃）としたとき、金属部材１２表面において回転ツール１６により押圧されていた領域の直下における金属部材１１と樹脂部材１２の界面温度（≒樹脂部材１２の溶融領域の温度）がＴｍ未満、好ましくはＴｍ−１００〜Ｔｍ−１０）℃、より好ましくはＴｍ−１００〜Ｔｍ−２０℃になるまで行うことが好ましい。換言すると、金属部材１１と樹脂部材１２の界面温度が上記温度範囲まで低下したとき以降に、クランプ部材１８による押圧を終了することが好ましい。クランプ部材１８による押圧の終了時における金属部材１１と樹脂部材１２の界面温度が高すぎると、スプリングバックを十分に防止することができない。

クランプ部材１８による具体的なクランプ継続時間は、金属部材１１の厚みおよび素材の種類、樹脂部材１２の厚みおよび素材の種類、クランプ部材１８の形状、素材の種類等に依存するため、一概に決定できるものではない。クランプ継続時間とは、回転ツール１６が金属部材１１から離れた時点からクランプ部材１８が金属部材１１から離れる時点までの時間である。

本工程においてクランプ部材１８による押圧を継続する間、金属部材１２表面に対して冷却を強制的に行うことがより好ましい。この方法により金属部材１１と樹脂部材１２の界面温度の低下が促進され、クランプ部材１８による押圧時間を短時間化、つまり一連の接合プロセスを短時間化することが可能になる。冷却方法としては、回転ツール１６による押圧領域１１１近傍に空気流を吹き付ける方法が挙げられる。

クランプ継続工程を行った後、すなわちクランプ部材１８を金属部材１１から離してクランプ部材１８による押圧を終了した後は、通常は室温まで冷却を行う。冷却方法は特に限定されず、例えば、放置冷却法、エアー冷却法等が挙げられる。

以上、回転ツールを金属部材の接触面上、面方向で連続的に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連続的に移動させながら、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。

＜第２実施態様＞
本実施態様においては、クランプ部材１８による押圧の開始時期を、押込み撹拌工程Ｃ２の開始時点とする。

第１ステップは第１実施態様においてと同様である。

第２ステップは、押込み撹拌工程Ｃ２を少なくとも行う。第１実施態様においてと同様に、押込み撹拌工程の前に予熱工程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、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、クランプ部材１８による押圧を行わないこと以外、第１実施態様における予熱工程Ｃ１と同様である。具体的には、図８に示すように、クランプ部材１８による押圧を開始することなく、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。

（押込み撹拌工程Ｃ２）
押込み撹拌工程Ｃ２では、クランプ部材１８による押圧を開始するとともに、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。

本実施態様の押込み撹拌工程Ｃ２は、当該工程の開始と同時に、クランプ部材１８による押圧を開始すること以外、第１実施態様の押込み撹拌工程Ｃ２と同様である。
本工程におけるクランプ部材１８による押圧は、第１実施態様のクランプ開始工程においてと同様である。

（撹拌維持工程Ｃ３、保持工程Ｃ４およびクランプ継続工程）
第２実施態様における撹拌維持工程Ｃ３、保持工程Ｃ４およびクランプ継続工程はそれぞれ、第１実施態様においてと同様である。

（３）樹脂部材
本発明の接合方法において使用される樹脂部材１２は熱可塑性ポリマーおよび強化繊維を含むものである。

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）。

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が好ましく使用される。

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。

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。

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。

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４参照）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。

樹脂部材１２に含有される強化繊維は、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が、本発明において強化繊維は、特に不連続繊維を意味するものとする。不連続繊維は、スプリングバックが起こりやすいものと考えられているところ、本発明においてはそのような不連続繊維が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。

強化繊維は樹脂部材中、ランダム配向形態で含有され、平均繊維長が通常、５０ｍｍ以下、特に０．１〜５０ｍｍ、好ましくは１〜５０ｍｍ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。強化繊維の種類としては、特に制限されず、例えば、炭素繊維、ガラス繊維等が挙げられる。

強化繊維の含有量は通常、樹脂部材全量に対して１重量％以上、特に１０〜５０重量％であり、好ましくは２０〜５０重量％、より好ましくは３０〜５０重量％である。

強化繊維の含有量は、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、樹脂部材を、電気炉等により、熱可塑性ポリマーの分解温度以上、強化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、強化繊維のみを取り出す。加熱前後の重量測定により、強化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。

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。

樹脂部材１２は、熱可塑性ポリマーおよび強化繊維ならびに所望の添加剤を含む混合物を、射出成形法、プレス成形法などの成形法に供することにより、製造することができる。

樹脂部材１２の融点Ｔｍは樹脂部材１２の種類によって異なり、通常、１３０〜３５０℃である。
樹脂部材１２の融点Ｔｍは、ＪＩＳ７１２１により測定された値を用いている。

（４）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（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。

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；
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。

［実施例１］
（樹脂部材）
炭素繊維を４０重量％含むポリプロピレンペレット（ＰＰ−ＣＦ４０−１１；ダイセルポリマー社製）を用いて射出成形法により、縦１００ｍｍ×横３０ｍｍ×厚み３ｍｍ寸法の樹脂部材１２を製造した。樹脂部材において炭素繊維の平均繊維長は３ｍｍ、平均繊維径は７μｍであった。樹脂部材の融点Ｔｍは１７０℃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（厚さ１．２ｍｍ）を用いた。
（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。
（クランプ部材）
クランプ部材としては、図３に示すような円筒状の工具鋼製のものを用いた。内径Ｓ１＝１１ｍｍ、厚みＳ２＝５ｍｍ、間隙距離Ｓ３＝０．５ｍｍであった。

（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に示すように重ね合わせた。

第２ステップ：
まず、図４に示すように、クランプ部材１８を金属部材１１に接触させ、金属部材１１表面に圧力を付与し、金属部材１１と樹脂部材１２との圧締めを行った（クランプ開始工程：加圧力２００Ｎ）。なお、このようなクランプ部材１８による押圧は、後述するクランプ継続工程を終了するまで継続して行った。

次いで、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）。

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、金属部材１１から回転ツール１６を抜き取り、押込面１１１を得た後も、クランプ部材１８による金属部材１１表面への押圧を継続した（クランプ継続工程：加圧力２００Ｎ、クランプ継続時間５秒）。クランプ継続時間経過後、直ちに、クランプ部材１８を金属部材１１から離した。クランプ継続時間は、回転ツール１６が金属部材１１から離れた時点から、クランプ部材１８が金属部材１１から離れた時点までの時間である。

（接合強度）
図９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。

（測定）
クランプ部材１８による押圧を終了した直後の金属部材１１と樹脂部材１２の界面温度（回転ツール１６の回転軸位置）をＫ式熱電対にて測定した。

［実施例２〜５および比較例１〜２］
工程条件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。
比較例１および２においては、クランプ部材１８を使用しなかった。

［比較例３］
工程条件を表に記載のように変更したこと、およびクランプ部材１８による押圧の開始時期を、回転ツール１６による押圧の終了時点（撹拌維持工程Ｃ３の終了時点）よりも２秒だけ遅くしたこと以外、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。

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
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
１８：クランプ部材
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
１１１：押込面
１２１：回転ツールの直下領域で溶融している溶融樹脂

Claims (19)

1. 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、この摩擦熱により樹脂部材を軟化および溶融させた後、回転ツールによる押圧を終了し、固化させて金属部材と樹脂部材とを接合する第２ステップを含む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であって、
   遅くとも回転ツールによる押圧の終了時から、クランプ部材により金属部材側から押圧して金属部材と樹脂部材との圧締めを行い、
   該クランプ部材による押圧を、回転ツールによる押圧の終了後も継続して行い、
   前記第２ステップが、前記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おり、
   クランプ部材による押圧の開始を、前記押込み撹拌工程の開始時点またはそれ以前に行うことを特徴とする金属部材と樹脂部材との接合方法。
2. 前記回転ツールが先端部に、該回転ツールの円形の先端面を含むショルダ部、および該回転ツールの円形の先端面から外方に突設された、前記ショルダ部よりも小径の円柱状のピン部を有し、
   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１に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
3. 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２に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
4. 前記第２ステップが、前記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、
   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３に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
5. 前記第２ステップが、前記撹拌維持工程の後に、前記回転ツールの回転を停止し、その状態で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４に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
6. 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、この摩擦熱により樹脂部材を軟化および溶融させた後、回転ツールによる押圧を終了し、固化させて金属部材と樹脂部材とを接合する第２ステップを含む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であって、
   遅くとも回転ツールによる押圧の終了時から、クランプ部材により金属部材側から押圧して金属部材と樹脂部材との圧締めを行い、
   該クランプ部材による押圧を、回転ツールによる押圧の終了後も継続して行い、
   前記第２ステップが、前記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おり、
   前記回転ツールが先端部に、該回転ツールの円形の先端面を含むショルダ部、および該回転ツールの円形の先端面から外方に突設された、前記ショルダ部よりも小径の円柱状のピン部を有し、
   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回転ツールを回転させる予熱工程をさらに備えており、
   クランプ部材による押圧の開始を、前記予熱工程の開始時点またはそれ以前に行うことを特徴とする金属部材と樹脂部材との接合方法。
7. 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６に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
8. 前記第２ステップが、前記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、
   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７に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
9. 前記第２ステップが、前記撹拌維持工程の後に、前記回転ツールの回転を停止し、その状態で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８に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
10. 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、この摩擦熱により樹脂部材を軟化および溶融させた後、回転ツールによる押圧を終了し、固化させて金属部材と樹脂部材とを接合する第２ステップを含む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であって、
    遅くとも回転ツールによる押圧の終了時から、クランプ部材により金属部材側から押圧して金属部材と樹脂部材との圧締めを行い、
    該クランプ部材による押圧を、回転ツールによる押圧の終了後も継続して行い、
    前記第２ステップが、前記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おり、
    前記回転ツールが先端部に、該回転ツールの円形の先端面を含むショルダ部、および該回転ツールの円形の先端面から外方に突設された、前記ショルダ部よりも小径の円柱状のピン部を有し、
    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回転ツールを回転させる予熱工程をさらに備えており、
    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ことを特徴とする金属部材と樹脂部材との接合方法。
11. 前記第２ステップが、前記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、
    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１０に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
12. 前記第２ステップが、前記撹拌維持工程の後に、前記回転ツールの回転を停止し、その状態で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１１に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
13. クランプ部材による押圧の開始を、前記撹拌維持工程の開始時点またはそれ以前に行う請求項１１または１２のいずれかに記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
14. 樹脂部材の融点をＴｍ（℃）としたとき、金属部材表面において回転ツールにより押圧されていた領域の直下における金属部材及び樹脂部材の界面温度がＴｍ（℃）未満になるまで、クランプ部材による押圧を継続して行う請求項１〜１３のいずれかに記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
15. 金属部材表面において回転ツールによる押圧領域とクランプ部材による押圧領域との距離Ｍが１０ｍｍ以下である請求項１〜１４のいずれかに記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
16. クランプ部材が柱体形状に軸方向で貫通孔を有してなる筒形状を有し、該貫通孔内に回転ツールが配置される請求項１〜１５のいずれかに記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
17. クランプ部材が円筒形状を有する請求項１６に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
18. 強化繊維が０．１〜５０ｍｍの平均繊維長を有する請求項１〜１７のいずれかに記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。
19. 樹脂部材が該樹脂部材全量に対して１０〜５０重量％の割合で強化繊維を含有する請求項１〜１８のいずれかに記載の金属部材と樹脂部材との接合方法。

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