(57)【要約】【課題】本発明は、接着剤を用いることなく金属材料と炭素繊維、あるいは炭素繊維同士を接合できることを課題とする。【解決手段】金属材料３と炭素繊維５とを、電気溶接法によりスポット電圧１６０〜２３０Ｖで接合することを特徴とする金属材料と炭素繊維の接合方法。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料と炭素繊維とを、電気溶接法によりスポット電圧１６０〜２３０Ｖで接合することを特徴とする金属材料と炭素繊維の接合方法。
【請求項２】
前記金属材料は炭素鋼であることを特徴とする請求項１記載の金属材料と炭素繊維の接合方法。
【請求項３】
炭素繊維同士を電気溶接法によりスポット電圧１８０〜１９０Ｖで接合することを特徴とする炭素繊維同士の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属材料・炭素繊維間及び炭素繊維同士の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の如く、炭素繊維は複合材料として軽量、高比強度等優れた機械的特性を有しているため、航空、宇宙、スポーツ用品分野を中心に需要を伸ばし、また一般産業用途、鉄道、自動車、土木建築等の広い分野での利用が促進される材料として定着している。
【０００３】
ところで、炭素繊維同士叉は炭素繊維と他の材料との接合は、一般的に接着剤に頼っているのが現状である。しかし、接着剤無しで接合することが可能ならば接点に接着剤を用いる必要がなく、温度センサー等の機能性デバイスの一部に炭素繊維が用いられる場合、非常に有益である。
【０００４】
なお、従来、上記のような金属材料・炭素繊維間及び炭素繊維同士の接合方法については知られていないが、似た技術としては、ダイヤモンドと貴金属との常温接合に関する技術が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】
日本金属学会講演概要、２０００年秋期（第１２７回）大会、（８４０）ダイヤモンドと貴金属の常温接合
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこうした事情を考慮してなされてもので、金属材料と炭素繊維とを、電気溶接法によりスポット電圧１６０〜２３０Ｖで接合することにより、接着剤を用いることなく金属材料と炭素繊維とを接合しえる金属材料と炭素繊維の接合方法を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、炭素繊維同士を電気溶接法によりスポット電圧１８０〜１９０Ｖで接合することにより、接着剤を用いることなく炭素繊維同士を接合しえる炭素繊維同士の接合方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願第１の発明は、金属材料と炭素繊維とを、電気溶接法によりスポット電圧１６０〜２３０Ｖで接合することを特徴とする金属材料と炭素繊維の接合方法である。第１の発明で、スポット電圧を上記の範囲としたのは、スポット電圧が１６０Ｖ未満の場合適度な接合強度が得られず、２３０Ｖを越えると接合の際の炭素繊維が溶けて消えてしまうので、通常は１６０〜２３０Ｖとする。但し、更に好ましくは、Ｆｅにおいては１８０〜２００Ｖ、Ｓ４５Ｃにおいては１７０〜２００Ｖである。
【０００９】
また、上記金属材料としては、例えば工業用純鉄、ステンレス（ＳＵＳ３０４）、ニッケル、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）が挙げられる。これらの金属材料のうち、工業用鉄、ついで炭素鋼Ｓ４５Ｃの接合が強いことがあきらかになった。金属材料と炭素繊維との接合状態を模式的に示すと、図７のように炭素繊維の一部が金属材料に埋まっており、これにより炭素繊維と金属材料の界面での摩擦により接合強度が保たれていると推測される。
【００１０】
第１の発明によれば、従来接着剤を用いてしかできなかった炭素繊維と金属の接合方法が実現でき、接着剤を用いた接合に近い引張破断応力を得ることができる。
【００１１】
本願第２の発明は、炭素繊維同士を電気溶接法によりスポット電圧１８０〜１９０Ｖで接合することを特徴とする炭素繊維同士の接合方法である。第２の発明で、スポット電圧を上記の範囲としたのは、この範囲を外れると、炭素繊維同士の接合ができないからである。
【００１２】
第２の発明によれば、従来は切削加工によって成形していたために作製できる部品が限られていた炭素繊維−炭素繊維複合材料が、より複雑な形状のものを作製できるようになるだけでなく、炭素繊維グラファイト構造の電子状態が連続的につながり、熱起電力が生じにくい長尺温度センサーの作成が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施例について図面を参照して説明する。
（実施例１）
本実施例１は、金属材料と炭素繊維を接合する例を示す。
図１は、金属材料と炭素繊維を接合する場合の状態を模式的に示した図である。図中の符番１は溶接電源を示す。この溶接電源１には、リード線２を介して接合試料（金属材料）３に接続され、他方のリード線４を介して直径６μｍの炭素繊維５に接続されている。ここで、金属材料３としては、工業用純鉄、ステンレス（ＳＵＳ３０４）、ニッケル、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）を用いた。また、炭素繊維としては、東レ製の商品名：トレカＭ３０ＳＣを用いた。更に、前記接合試料３と炭素繊維５との接合には電気溶接法を用い、１６０〜２３０Ｖのスポット電圧を印加した。
【００１４】
図２は、工業用純鉄のスポット電圧と引張破断応力との関係を示す。この結果、スポット電圧が１９０Ｖの時に工業用純鉄において最も高い引張破断応力を示し、最も高い接合強度を持つことがわかった。しかし、スポット電圧は大体１６０〜２１０Ｖであれば、おおむね良好な引張破断応力が得られる。
【００１５】
図３は、炭素鋼Ｓ４５Ｃのスポット電圧と引張破断応力との関係を示す。この結果、スポット電圧が１９０Ｖの時に炭素鋼Ｓ４５Ｃにおいて最も高い引張破断応力を示し、最も高い接合強度を持つことがわかった。しかし、スポット電圧は大体１６０〜２００Ｖであれば、おおむね良好な引張破断応力が得られる。
【００１６】
図４は、本発明法により接合を行った各試料（Ｆｅ，Ｓ４５Ｃ，Ｎｉ，ＳＵＳ３０４）のスポット電圧と引張破断応力の関係を示した。図４より、Ｆｅが高く、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）が最も引張破断応力が低いことがわかった。
【００１７】
図５は、接着剤を用いて接合した試料と電気溶接法により接合した試料の破壊率と引張破断応力の関係を示す。図５より、接着剤（アロンアルファ）を用いて接合した試料の引張破断応力が最も高いことが分かった。更に、電気溶接法により接合した工業用純鉄は接着剤を用いて接合したものに近い引張破断応力を持っていることが分かった。このことは、本発明による金属材料と炭素繊維の都合が十分実用的であることを示している。なお、図５中の各金属材料のカッコ内の数字はスポット電圧を示す。
【００１８】
このように、実施例１によれば、金属材料と炭素繊維とを、電気溶接法によりスポット電圧１６０〜２１０Ｖで接合することにより、接着剤を用いることなく金属材料と炭素繊維を十分実用的なレベルで接合することができる。
【００１９】
（実施例２）
本実施例２は、直径６μｍの炭素繊維同士の接合を行う例を示す。図６は、通常の炭素繊維と接合した炭素繊維−炭素繊維試料の破壊率と引張破断応力の関係を示す。なお、比較のため、炭素繊維のデータと炭素繊維−炭素繊維接合試料のデータも図６に示す。
【００２０】
図６において、（イ）〜（ホ）は電気溶接法による場合で、下記のとおりである。
（イ）…スポット電圧１９０Ｖにおいて、Ｓ４５Ｃと炭素繊維を接合した試料の引張破断応力と破壊率との関係を示す。
（ロ）…スポット電圧１９０Ｖにおいて、Ｆｅと炭素繊維を接合した試料の引張破断応力と破壊率との関係を示す。
（ハ）…スポット電圧１９０Ｖにおいて、Ｎｉと炭素繊維を接合した試料の引張破断応力と破壊率との関係を示す。
（二）…スポット電圧１９０Ｖにおいて、ＳＵＳ３０４と炭素繊維を接合した試料の引張破断応力と破壊率との関係を示す。
（ホ）…アロンアルファを用いて金属材料と炭素繊維を接合した試料の引張破断応力と破壊率との関係を示す。
（ヘ）…炭素繊維の引張破断応力と破壊率の関係を示す。
（ト）…スポット電圧１８５±５Ｖの範囲において炭素繊維と炭素繊維を接合した試料の引張破断応力と破壊率の関係を示す。
【００２１】
図６より、炭素繊維と炭素繊維の接合は可能であるが、非常に接合力が弱いことがわかった。しかし、この接合は強度よりも電気的に接合することが要求される温度センサーに応用されることを期待しているので、現時点において十分利用技術として期待できる。特に、接合部で熱起電力等のノイズの原因がほとんど生じず、本発明の新規性の重要な部分である。
【００２２】
実施例２によれば、炭素繊維同士の接合力は弱いが、従来は切削加工によって成形していたために作製できる部品が限られていた炭素繊維−炭素繊維複合材料が、より複雑な形状のものを作製できる。また、炭素繊維グラファイト構造の電子状態が連続的につながり、熱起電力が生じにくい長尺温度センサーの作成が可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、金属材料と炭素繊維とを、電気溶接法によりスポット電圧１６０〜２３０Ｖで接合することにより、接着剤を用いることなく金属材料と炭素繊維とを接合しえ、接着剤を用いた接合に近い引張破断応力を持ちえる金属材料と炭素繊維の接合方法を提供できる。
【００２４】
また、本発明によれば、炭素繊維同士を電気溶接法によりスポット電圧１８０〜１９０Ｖで接合することにより、接着剤を用いることなく炭素繊維同士を接合しえ、炭素繊維−炭素繊維複合材料からより複雑な形状のものを作製でき、また長尺温度センサーの作成が可能となる炭素繊維同士の接合方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る炭素繊維と接合試料との接合方法を示す説明図。
【図２】工業用純鉄のスポット電圧と引張破断応力との関係を示す特性図。
【図３】Ｓ４５Ｃのスポット電圧と引張破断応力との関係を示す特性図。
【図４】各試料のスポット電圧と引張破断応力との関係を示す特性図。
【図５】各試料の破壊率と引張破断応力との関係を示す特性図。
【図６】炭素繊維と接合した炭素繊維−炭素繊維試料の破壊率と引張破断応力の関係を示す特性図。
【図７】本発明において、金属材料と炭素繊維との接合状態を模式的に示した図。
【符号の説明】
１…溶接電源、
２，４…リード線、
３…接合試料（金属材料）、
５…炭素繊維。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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