(57)【要約】【課題】本発明の課題は、金属製部材に対して溶接により接合した際に、高い接合強度が得られる繊維強化樹脂複合材及びそれを用いた自動車用部材を提供することである。【解決手段】繊維強化樹脂複合材は、複数の強化繊維束に樹脂が含浸されてなり、強化繊維束は、炭素繊維フィラメントと金属繊維フィラメントとが撚り合わされてなることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の強化繊維束に樹脂が含浸された繊維強化樹脂複合材であって、
前記強化繊維束は、炭素繊維フィラメントと金属繊維フィラメントとが撚り合わされてなることを特徴とする繊維強化樹脂複合材。
【請求項２】
請求項１に記載の繊維強化樹脂複合材からなることを特徴とする自動車用部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂複合材及び自動車用部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、繊維強化樹脂複合材（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）は、航空機、自動車、船舶等の構造用部材として広く用いられている。
繊維強化樹脂複合材は、炭素繊維束やガラス繊維束、金属繊維束等の無機物系強化繊維束を縦横に配して織り込んだ織物に、エポキシ樹脂等の樹脂を含浸硬化させて形成される。このような繊維強化樹脂複合材を構成する無機物系強化繊維束は、複数の強化繊維フィラメントが撚り合わされて構成される。
【０００３】
このような繊維強化樹脂複合材としては、例えば、炭素繊維束とフェノール樹脂を含み、更にガラス繊維等の補強繊維束が炭素繊維束に対して所定の体積含有率で含有されていることにより、線膨張係数を所定の値とした繊維強化樹脂複合材が提供されている（例えば、特許文献１参照）。なお、炭素繊維束は複数の炭素繊維フィラメントが撚り合わされてなり、ガラス繊維束は複数のガラス繊維フィラメントが撚り合わされてなる。
【０００４】
上記したような繊維強化樹脂複合材を金属製の部材に接合する場合、採用され得る接合方法としては、ボルト締結等による機械的接合方法、接着剤を用いる化学的接合方法、繊維強化樹脂複合材を一部溶融して熱溶着する接合方法等が挙げられる。
熱溶着による方法は、抵抗加熱やレーザー等の外部熱源を用いて、繊維強化樹脂複合材と金属製部材の接合箇所を局所的に加熱し溶融させることによって、当該接合箇所にて金属製部材と接合（溶接）する技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８０２１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、炭素繊維束に樹脂を含浸させてなる繊維強化樹脂複合材を、金属製部材に対して熱溶着で接合する場合、繊維強化樹脂複合材の接合箇所を局所的に加熱すると、接合箇所の樹脂成分は溶融して金属製部材と接合するが、炭素繊維束は不活性であるため金属製部材に接合しない。このため、熱溶着により接合した繊維強化樹脂複合材と金属製部材との接合箇所は、接合強度が弱いという問題があった。
【０００７】
したがって、本発明の課題は、金属製部材に対して溶接により接合した際に、高い接合強度が得られる繊維強化樹脂複合材及びそれを用いた自動車用部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
複数の強化繊維束に樹脂が含浸された繊維強化樹脂複合材であって、
前記強化繊維束は、炭素繊維フィラメントと金属繊維フィラメントとが撚り合わされてなることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、自動車用部材であって、
請求項１に記載の繊維強化樹脂複合材、すなわち、複数の強化繊維束に樹脂が含浸され、前記強化繊維束が、炭素繊維フィラメントと金属繊維フィラメントとが撚り合わされてなる繊維強化樹脂複合材からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、繊維強化樹脂複合材を構成する強化繊維束が、炭素繊維フィラメントと金属繊維フィラメントとが撚り合わされて構成されているので、金属製部材に対して溶接により接合した際に、金属繊維フィラメントが溶融して金属製部材に接合（溶接）され、高い接合強度が得られる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための形態・態様について詳細な説明をする。なお、本願において、数値範囲を表す「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用している。
【００１２】
本発明の繊維強化樹脂複合材は、複数の強化繊維束と、当該強化繊維束に含浸される樹脂とから構成されている。
【００１３】
本発明に係る強化繊維束は、炭素繊維フィラメントと金属繊維フィラメントとが撚り合わされて構成されているものである。この強化繊維束は、炭素繊維フィラメント及び金属繊維フィラメントが、例えば、合わせて数百本〜数万本撚り合わされて構成されている。金属繊維フィラメントは、炭素繊維フィラメントに対して重量比で約１％以上含まれていれば良い。強化繊維束における金属繊維フィラメントの含有量の上限については特に規定しないが、当該強化繊維束に含まれる炭素繊維フィラメントの機能を阻害しない程度の含有量であれば良い。
【００１４】
炭素繊維フィラメントとしては、例えば、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、ピッチ系、レーヨン系等、いずれの炭素繊維フィラメントであっても使用することができる。これらの中では、ＰＡＮ系炭素繊維フィラメントが生産性及び入手容易性の観点から好ましい。
炭素繊維フィラメントの径は、繊維強化樹脂複合材の用途に応じて適宜変更され得るが、例えば、５〜７μｍのものが好ましい。
【００１５】
金属繊維フィラメントとしては、例えば、スチール、チタン、アルミニウム、銅等のいずれの金属又は合金からなる繊維であっても使用することができる。これらの中では、スチール繊維フィラメントが生産性及び強度の観点から好ましい。
金属繊維フィラメントの径は、繊維強化樹脂複合材の用途に応じて適宜変更され得るが、例えば、７０μｍ程度のものが好ましい。
【００１６】
本発明の繊維強化樹脂複合材は、接合対象物である金属製部材に接触された状態で局部加熱が行われることで、繊維強化樹脂複合材内部の金属繊維フィラメントと金属製部材とが溶融して混合され、更に冷却されることで両金属が一体化し、高い接合強度を発現する。したがって、金属繊維フィラメントに用いられる金属材料としては、接合対象物である金属製部材に対して溶接可能な金属材料が用いられ、接合対象物である金属製部材と同じ金属材料であると好ましい。
【００１７】
本発明に係る強化繊維束を形成する方法としては、例えば、複数の炭素繊維フィラメントが撚り合わされてなる炭素繊維束を開繊し、開繊された複数の炭素繊維フィラメントに金属繊維フィラメントを加えて、再びこれらを撚り合わせて紡糸することによって強化繊維束を形成する方法が好適に用いられる。ここで、開繊とは、複数のフィラメントから構成される繊維束をほぐしてばらけさせ、幅方向にほぼ均一に分散させることをいう。このような開繊及び紡糸の方法については、従来公知のいずれの手法を適用しても良い。
【００１８】
上記した強化繊維束に含浸される樹脂としては、従来公知のものが用いられ、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂及びビスマレイミド樹脂等が挙げられる。
【００１９】
以上、上記した実施形態によれば、複数の強化繊維束に樹脂が含浸された繊維強化樹脂複合材であって、強化繊維束は、炭素繊維フィラメントと金属繊維フィラメントとが撚り合わされてなるので、繊維強化樹脂複合材と金属製部材とを溶接によって接合する際に、強化繊維束に含まれる金属繊維フィラメントが溶融し、当該金属繊維フィラメントを金属製部材に溶接することができる。これにより、繊維強化樹脂複合材と金属製部材との接合箇所において、高い接合強度を得ることができる。また、強化繊維束に含まれる金属繊維フィラメントを溶接することができれば良いので、高額な設備を用いることなく既存の外部熱源を用いて接合することができるため、コストを抑えることができる。
【００２０】
以上のように、本発明の繊維強化樹脂複合材は、金属製部材に対して溶接することによって高い接合強度が得られるため、加工性に優れ、様々な構造体の材料として用いることができる。例えば、金属製部材に対して高い接合強度が要求される自動車用部材として用いることができる。より具体的には、例えば、自動車の内装材や外装材等として用いることが好適である。
【実施例】
【００２１】
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２２】
《繊維強化樹脂複合材の作製》
炭素繊維束としてはＰＡＮ系炭素繊維束（東レ（株）製トレカＴ３００Ｓ（６Ｋ））を用い、金属繊維フィラメントとしては径が５０μｍのスチール繊維（鈴木金属工業（株）製）を用いた。
まず、上記ＰＡＮ系炭素繊維束を開繊した。開繊したＰＡＮ系炭素繊維束に対し、上記金属繊維フィラメントを、金属繊維／炭素繊維比で３０重量％加え、これらを撚り合わせて紡糸した。このようにして強化繊維束を形成した。
【００２３】
続いて、上記形成した強化繊維束を複数用いて平織りシートを作製した。作製した平織りシートを１ｍｍ厚となるように複数積層し、熱可塑性樹脂を含浸した。
これにより、本発明の繊維強化樹脂複合材を作製した。
【００２４】
《繊維強化樹脂複合材の評価》
上記のようにして作製した繊維強化樹脂複合材を裁断加工して、ＪＩＳ  Ｋ７１６５号に準拠して試験片Ａを作製した。また、金属製部材として、スチール材を試験片Ａと同じ寸法で断裁加工し、試験片Ｂを作製した。
作製した試験片Ａと試験片Ｂとを重ね合わせてスポット溶接を行い、接合体Ｃを作製した。
【００２５】
作製した接合体Ｃに対して、ＪＩＳ  Ｋ７１６５号に準拠して、油圧サーボ式強度試験機  Ｅ１００ｋＮ（島津製作所製）を用いて引っ張りせん断試験を行い、その引っ張りせん断強度によって繊維強化樹脂複合材の金属製部材に対する接合強度を評価した。
【００２６】
本発明の繊維強化樹脂複合材と金属製部材との接合体に対する引っ張りせん断試験の結果、引っ張りせん断強度は１０ｋＮであった。これにより、本発明の繊維強化樹脂複合材は、金属製部材に対して溶接により接合した際に、高い接合強度が得られることが示された。
なお、金属繊維フィラメントを含まず上記ＰＡＮ系炭素繊維束のみからなる繊維強化樹脂複合材から試験片Ａ１を作製したが、試験片Ｂに溶接することができず、本発明のような高い接合強度は得られなかった。