(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維から構成される不織布の厚み方向の一方の側に、熱可塑性樹脂が含浸されるとともに、当該不織布の厚み方向のもう一方の側に、接着剤が含浸されてなる繊維強化樹脂シートであって、不織布を構成する強化繊維の単繊維が、熱可塑性樹脂が含浸された層および接着剤が含浸された層の両方に貫入しており、前記シート中において、熱可塑性樹脂と接着剤とが最大高さＲｙ５０μｍ以上、平均粗さＲｚ３０μｍ以上の凹凸形状を有して界面層を形成してなる、繊維強化樹脂シート。
【請求項２】
接着剤層における強化繊維の体積割合Ｖｆｍが２０体積％以下である、請求項１に記載の繊維強化樹脂シート。
【請求項３】
前記不織布は、不連続性強化繊維が略モノフィラメント状に分散してなる、請求項１または２に記載の繊維強化樹脂シート。
【請求項４】
前記シート中における強化繊維の面外角度θｚが５°以上、１５°以下の範囲内である、請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化樹脂シート。
【請求項５】
前記不織布を構成する強化繊維の長さが１ｍｍ以上、１０ｍｍ未満である、請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化樹脂シート。
【請求項６】
前記不織布を構成する強化繊維が炭素繊維である、請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化樹脂シート。
【請求項７】
熱可塑性樹脂が、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアリーレンスルフィドおよびポリエーテルケトンからなる群より選択される少なくとも１種である、請求項１〜６のいずれかに記載の繊維強化樹脂シート。
【請求項８】
接着剤が、エポキシ樹脂系接着剤、ポリエステル系接着剤、ゴム系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、ユリア樹脂系接着剤、フェノール樹脂系接着剤、メラミン樹脂系接着剤、からなる群より選択される少なくとも１種である、請求項１〜７のいずれかに記載の繊維強化樹脂シート。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の繊維強化樹脂シートを製造する方法であって、次の（Ｉ）および（ＩＩ）の工程を有する、繊維強化樹脂シートの製造方法。
（Ｉ）強化繊維から構成される不織布の厚み方向の一方の側に、熱可塑性樹脂を含浸するとともに、不織布の厚み方向のもう一方の側に、不織布を構成する強化繊維が露出した領域を、その領域における強化繊維の体積割合Ｖｆｍが２０体積％以下となるように、形成する工程
（ＩＩ）不織布を構成する強化繊維が露出した領域に、接着剤を含浸する工程
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれかに記載の繊維強化樹脂シートを含んでなる第１の部材と、金属から構成される第２の部材とを、繊維強化樹脂シート中の接着剤で接着してなる、一体化成形品。
【請求項１１】
金属が、アルミニウム、マグネシウム、鉄、銅、チタンおよびそれらのいずれかを含む合金からなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項１０に記載の一体化成形品。
【請求項１２】
自動車内外装、電気・電子機器筐体、自転車、スポーツ用品用構造材、航空機内装材、または輸送用箱体として用いられる、請求項１０または１１に記載の一体化成形品。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれかに記載の一体化成形品を製造する方法であって、第１の部材を加圧および加熱を有する手段により第２の部材に接着する、一体化成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂シート、一体化成形品およびそれらの製造方法に関し、より詳しくは、繊維強化複合材料と金属材料という、異なる部材での接合技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
強化繊維とマトリックス樹脂からなる繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、軽量性や力学特性に優れることから、各種産業用途に幅広く利用されている。中でも、熱可塑性樹脂を用いたＦＲＰは、上述した軽量性や力学特性に加え、高速成形による大量生産が可能であり、リサイクル性にも優れることから、近年、特に注目を集めている。
【０００３】
一般的にＦＲＰを用いた部品や構造体の製造においては、複数の部材を一体化することにより製造されるため、部材ないし材料同士を接合する工程が必要となる。この接合手法としては、ボルト、リベット、ビスなどの機械的接合方法や、接着剤を使用する接合方法が一般に知られている。機械的接合方法は汎用性の高い手法だが、接合部分の加工コストやボルト等による重量増加、加工部の応力集中による脆弱化が課題となる場合がある。また、接着剤を使用する接合方法では、接着剤の接合強度の限界が接着剤のせん断強度に依存することなどが問題となる場合がある。
【０００４】
一方、繊維強化複合材料と金属材料の接合、接着手段に関しては、主に金属部材と接着剤の親和性の観点から、技術開発が活発に行われている。特許文献１では、金属層との親和性を向上させ、接着強度を向上させる技術が開示されている。しかしながら、本技術では、金属材料の種類ごとに新規な接着剤を選定しなければならず、多種多様な金属材料には用いることが出来ない。また、特許文献２では、ガラス繊維からなる不織布に熱硬化性樹脂を含浸し、それを金属箔上に積層する技術が提供されている。本方法によれば、金属箔と、熱硬化性樹脂を含浸せしめたガラス繊維基材により、高い曲げ強度が発現され、かつ、中間層にクラフト紙を用いることで経済性に優れるものである。しかしながら、金属箔とガラス繊維基材の接着性については、言及されていないことに加え、ガラス繊維を基材として用いていることから、熱硬化性樹脂を含浸した層のせん断強度は低いものと考えられる。また、特許文献３では、樹脂成形体の表面を加工し、フィブリルを形成させて接着剤などの他成分を含浸させて接着性を向上させる技術が開示されている。しかしながら、本技術では、樹脂成形体とそれからなるフィブリルは同種であるため、接着強度を向上させるには、不十分である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２１４７２５号公報
【特許文献２】特開昭６１−２５５８５０号公報
【特許文献３】国際公開第２００３／０１３８４４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、上述した技術課題を解消し、繊維強化複合材料と金属材料という、異なる部材の接合においても、強固な接合強度を有する一体化成形品を提供することにあり、斯かる一体化成形品を製造し得る繊維強化樹脂シートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の繊維強化樹脂シートは次の構成を採用する。
・強化繊維から構成される不織布の厚み方向の一方の側に、熱可塑性樹脂が含浸されるとともに、当該不織布の厚み方向のもう一方の側に、接着剤が含浸されてなる繊維強化樹脂シートであって、不織布を構成する強化繊維の単繊維が、熱可塑性樹脂が含浸された層および接着剤が含浸された層の両方に貫入しており、前記シート中において、熱可塑性樹脂と接着剤とが最大高さＲｙ５０μｍ以上、平均粗さＲｚ３０μｍ以上の凹凸形状を有して界面層を形成してなる、繊維強化樹脂シート。
【０００８】
また、前記課題を解決するために、本発明の繊維強化樹脂シートの製造方法は次の構成を採用する。
・前記した繊維強化樹脂シートを製造する方法であって、次の（Ｉ）および（ＩＩ）の工程を有する、繊維強化樹脂シートの製造方法。
（Ｉ）強化繊維から構成される不織布の厚み方向の一方の側に、熱可塑性樹脂を含浸するとともに、不織布の厚み方向のもう一方の側に、不織布を構成する強化繊維が露出した領域を、その領域における強化繊維の体積割合Ｖｆｍが２０体積％以下となるように、形成する工程
（ＩＩ）不織布を構成する強化繊維が露出した領域に、接着剤を含浸する工程
【０００９】
また、前記課題を解決するために、本発明の一体化成形品は次の構成を採用する。
・前記した繊維強化樹脂シートを含んでなる第１の部材と、金属から構成される第２の部材とを、繊維強化樹脂シート中の接着剤で接着してなる、一体化成形品。
【００１０】
さらに、前記課題を解決するために、本発明の一体化成形品の製造方法は次の構成を採用する。
・前記した一体化成形品を製造する方法であって、第１の部材を加圧加熱により第２の部材に接着する、一体化成形品の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、繊維強化複合材料と金属材料という、異なる部材からなる被着体同士を接合しても、強化繊維のアンカリング効果に由来する接着領域のせん断強度の向上効果により、強固な接合強度を有する一体化成形品を与えることができる。さらには、本発明の繊維強化樹脂シートは、多種の金属部材と接着可能な接着面を含むことから、それから得られる一体化成形品は、多様な製品への展開に優れ、上述効果により、自動車部材、電気・電子機器筐体、航空機部材、などの用途における実装部材として好適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の繊維強化樹脂シートの一例を示す模式図。
【図２】本発明の繊維強化樹脂シートの界面層の一例を示す模式図。
【図３】本発明で用いる強化繊維からなる不織布における強化繊維の分散状態の一例を示す模式図。
【図４】本発明の繊維強化樹脂シートの断面の一例を示す模式図。
【図５】本発明で用いる強化繊維からなる不織布における繊維束の質量分率の一例を示すグラフ。
【図６】本発明の実施例および比較例にて用いる引張せん断接着試験片を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の繊維強化樹脂シートは、その構成要素として強化繊維から構成される不織布（以下、強化繊維から構成される不織布を強化繊維不織布とも称する。）を含む。ここで、不織布とは、強化繊維から構成される面状体であって、強化繊維不織布は強化繊維マットの一種である。強化繊維不織布には、強化繊維以外に粉末形状や繊維形状の樹脂成分を含んでもよい。
【００１４】
本発明の繊維強化樹脂シートは、強化繊維不織布の厚み方向の一方の側に、熱可塑性樹脂が含浸されるとともに、当該不織布の厚み方向のもう一方の側に、接着剤が含浸されてなる。すなわち、強化繊維不織布の厚み方向の一方の側に、熱可塑性樹脂が含浸された層（以下、熱可塑性樹脂層ともいう）を有するとともに、当該不織布の厚み方向のもう一方の側に、接着剤が含浸された層（以下、接着剤層ともいう）を形成してなるのである。そして、本発明の繊維強化樹脂シートは、不織布を構成する強化繊維の単繊維が、熱可塑性樹脂層と接着剤層の両方に貫入した構造を有し、前記シート中において、熱可塑性樹脂と接着剤とが最大高さＲｙ５０μｍ以上、平均粗さＲｚ３０μｍ以上の凹凸形状を有して界面層を形成する。
【００１５】
ここで、図１に本発明における繊維強化樹脂シートの一態様を示す。図１では、強化繊維不織布（図１における強化繊維２）に熱可塑性樹脂および接着剤が含浸している状態を指し示す（図１における熱可塑性樹脂３、および接着剤４）。すなわち、不織布を構成する強化繊維が状態を実質的に同じくして、熱可塑性樹脂および接着剤が不織布に含浸されて、界面層を形成している態様を指す。そして、強化繊維の単繊維が熱可塑性樹脂層および接着剤層の両方に貫入した貫入構造を有している。強化繊維樹脂シート中において、熱可塑性樹脂層と接着剤層の両方ともに貫入した単繊維が存在することにより、熱可塑性樹脂と接着剤の接合に優れたものとなる。さらに、斯かる繊維強化樹脂シートはそれを異なる部材（被着体）と繊維強化樹脂シート中の接着剤で接合した際に、接着剤層においても、強化繊維の貫入に由来するせん断強度の向上効果が得られ、接合強度が向上するばかりか、本来、勘案すべきであった接着剤と被着体との親和性などを考慮する必要性は低い。このような貫入構造が存在しない場合、被着体と繊維強化樹脂シートは、接着剤本来のせん断強度のみで接着することとなり、その接合強度は接着剤のせん断強度に依存するため、一体化成形品とした場合、必ずしも満足する接合強度が得られるとは限らない。
【００１６】
斯かる貫入構造は、繊維強化樹脂シートの厚み方向の断面を光学顕微鏡または電子顕微鏡を用いて観察することで容易に判別することができる。
【００１７】
本発明の繊維強化樹脂シートは、熱可塑性樹脂と接着剤とが、最大高さＲｙ５０μｍ以上、平均粗さＲｚ３０μｍ以上の凹凸形状を有して界面層を形成することが熱可塑性樹脂層と接着剤層の接合が強固となることから好ましい。ここで、本発明の繊維強化樹脂シートにおける、熱可塑性樹脂と接着剤とが形成する界面層について、図２を用いて詳細に説明する。図２は、繊維強化樹脂シート５の面方向Ｘに対する垂直断面に基づく、熱可塑性樹脂と接着剤との界面層を拡大した図である。図２において、熱可塑性樹脂６と接着剤７とが、強化繊維不織布（図示せず）に含浸されており、繊維強化樹脂シートの厚み方向Ｚの略中央にて、面方向Ｘに拡がる凹凸形状を有する界面層が、強化繊維不織布を介して形成されている。斯かる界面層は、厚み方向Ｚにおいて、複数の凹部と凸部を有しており、そのうち、最も窪みの大きい凹部９と最も突出した凸部８とのＺ方向における落差をｄｍａｘとして定義する。なお、凸部８は図上において独立した島状に見られるが、これも含めて、最も侵入量の深い部分を凹凸部それぞれの最端とする。一方、界面層における凹凸形状のうち、最も窪みの小さい凹部１１と最も突出の小さい凸部１０とのＺ方向における落差をｄｍｉｎとして定義する。ここで、ｄｍａｘが本発明で言うところの最大高さＲｙとなり、ｄｍａｘとｄｍｉｎの平均値が本発明で言うところの平均粗さＲｚとして定義される。
【００１８】
本発明の繊維強化樹脂シートは、上述した界面層が形成されていることにより、強化繊維に由来する接着剤への補強効果に加え、熱可塑性樹脂層と接着剤層との強固な接合を有する繊維強化樹脂シートが与えられる。さらに、前記態様の界面層によれば、適用する熱可塑性樹脂と接着剤の組合せに特段の制限を設けなくてよくなる。すなわち、熱可塑性樹脂と接着剤が強化繊維不織布を介して複雑に入り組んだアンカリング構造を形成することで、各樹脂間を機械的に接合するため、従来勘案すべきであった、熱可塑性樹脂と接着剤の親和性を無視することができ、本来共存が難しいとされる組合せであっても、容易かつ強固に接合できる点に、本発明の格別の効果がある。それに対して、界面層における、最大高さＲｙが５０μｍ未満である場合、アンカリング構造の形成が不十分となり、これにより一体化成形品の界面層において、満足のいく接合強度を発現できない。平均粗さＲｚが３０μｍ未満の場合、凹凸形状に斑を生じるため、界面層における強度発現が不安定となり、信頼性の低下をともなう。なお、界面層における最大高さＲｙは５０μｍ以上、平均粗さＲｚは３０μｍ以上あれば、本発明の効果を十分に達成されるが、最大で、Ｒｙ３００μｍ、Ｒｚ１００μｍもあれば本発明の効果を確保するのに申し分ない。
【００１９】
界面層における最大高さＲｙおよび平均粗さＲｚは、繊維強化樹脂シートの断面観察に基づき測定する方法が例示できる。繊維強化樹脂シートを熱可塑性樹脂が溶融しない温度にて、接着剤を硬化させる。その後、接着剤が硬化した繊維強化樹脂シートから小片を切り出し、エポキシ樹脂にて包埋し、厚み方向の垂直断面が観察面となるように研磨することで試料を用意する。前記試料を顕微鏡にて観察することで、視野中において図２に相当する像が確認できる。ここから、上記にて定義される、凹凸界面のうち、最も窪みの大きい凹部と最も突出の大きい凸部との垂直落差ｄｍａｘ、最も窪みの小さい凹部と最も突出の小さい凸部との垂直落差ｄｍｉｎをそれぞれ測定する。この操作を異なる像について１０回おこない、測定されるｄｍａｘのうち、最も大きい値を界面層における凹凸形状の最大高さＲｙ（μｍ）とすることができる。また、測定されるｄｍａｘおよびｄｍｉｎの総和をＮ数で除した値を、界面層における凹凸形状の平均粗さＲｚとすることができる。
【００２０】
本発明における強化繊維不織布は、熱可塑性樹脂および接着剤が互いにアンカリングした界面層を形成するための含浸媒体としての機能を持つ。熱可塑性樹脂は、一般的に粘度が高いものが多く、熱硬化性樹脂の数十倍から数千倍以上である。したがって、強化繊維不織布は、熱可塑性樹脂を容易に含浸できる構造であることが好ましく、そのため該不織布における強化繊維の体積割合Ｖｆｍを２０体積％以下とすることが好ましい。不織布における強化繊維の体積割合Ｖｆｍが２０体積％以下であることにより、接着剤層における強化繊維の占める体積割合も２０体積％以下となる。
【００２１】
不織布における強化繊維の体積割合Ｖｆｍとは、不織布の単位体積あたりに含まれる強化繊維の体積含有率のことを指す。不織布における強化繊維の体積割合Ｖｆｍを上記範囲とすることで、不織布中に多くの空隙部が存在し、接着剤を含浸する際の流路が形成されるため、接着剤を容易に含浸することができる。これによって、一体化成形品とした際に優れた接着性と信頼性が付与される。また、不織布中の流路が複雑化することで、接着剤の含浸が入り組んで進行し、熱可塑性樹脂および接着剤の界面層における凹凸形状を有するアンカリング構造の形成を促進する。そのため、得られる繊維強化樹脂シートは異なる樹脂の強固な接合を有しており、一体化成形品とした際の高い接合強度を実現することができる。
【００２２】
不織布における強化繊維の体積割合Ｖｆｍは、好ましくは１５体積％以下であって、より好ましくは１０体積％以下である。不織布における強化繊維の体積割合Ｖｆｍの下限値は特に制限はないが、不織布の取扱性や繊維強化樹脂シートにした際の成形性、などの実用性に鑑みて３体積％程度で十分である。
【００２３】
前述した強化繊維の体積割合Ｖｆｍは、強化繊維不織布の質量と容積から測定する方法を例示できる。繊維強化樹脂シートを金属メッシュで狭持して熱可塑性樹脂成分を焼失させて残った強化繊維不織布、あるいは、同じく金属製メッシュで狭持された状態で、熱可塑性樹脂が可溶な溶剤に浸漬して樹脂成分を溶解させて残った強化繊維不織布から、厚みを測定する。強化繊維不織布の厚みｔｍは、ＪＩＳ  Ｒ７６０２（１９９５）に規定される「炭素繊維織物の厚さ測定方法」に準拠し、５０ｋＰａを２０秒間付与したのちに測定される値とする。なお、測定に際して、強化繊維不織布の形態保持が難しい場合は、金属製メッシュ越しに厚みの測定をおこない、その後、金属メッシュ分の厚みを差し引けばよい。強化繊維不織布の質量Ｗｍは、ＪＩＳ  Ｒ７６０２（１９９５）に規定される「炭素繊維織物の単位面積当たりの重量測定方法」に準拠して測定される値とする。強化繊維不織布の容積は、質量測定に供した強化繊維不織布の面積と厚みから算出した値を用いる。上記にて測定される質量Ｗｍ、厚みｔｍから、次式により強化繊維の体積割合Ｖｆｍ（体積％）を算出する。ここで、式中のρｆは強化繊維の密度（ｇ／ｃｍ３）、Ｓは強化繊維不織布の切り出し面積（ｃｍ２）である。
・Ｖｆｍ（体積％）＝（Ｗｍ／ρｆ）／（Ｓ×ｔｍ）×１００
【００２４】
本発明における強化繊維不織布は、熱可塑性樹脂および接着剤の界面層における補強材としての機能も有する。上述した強化繊維の体積割合Ｖｆｍを満足する強化繊維不織布は、強化繊維の立体障害に原因する嵩高さを持つゆえ、強化繊維不織布の厚み方向に対する繊維配向が生まれる。そのため、繊維強化樹脂シートの面内方向に拡がる界面層と強化繊維とが一定の角度を形成し、強化繊維が界面層を跨って配置される確率が高まる。これにより、付加されるせん断荷重に対し、繊維破断や界面剥離を効果的に生じさせることができ、界面層における強固な接合を与える。一方、強化繊維の体積割合Ｖｆｍが上述した範囲を外れる場合、強化繊維が界面層の存在する面内方向に対して略並行に配置されるため、補強効果を有効に活用できず、界面層でのせん断強度が損なわれる。
【００２５】
本発明において強化繊維は、上述したとおり、その集合体の中に多くの空隙部を有する必要があり、かかる態様を満足するうえで、不織布の形態をとる。さらに、不織布を構成する強化繊維の形態としては、所定長に切断された有限長の不連続性強化繊維が、不織布を容易に調整できる観点からは、不連続性強化繊維であることが好ましい。
【００２６】
ここで、不織布の形態とは、強化繊維のストランドおよび／またはモノフィラメント（以下、ストランドとモノフィラメントを総称して細繊度ストランドと称す）が面状に分散した形態を指し、チョップドストランドマット、コンティニュアンスストランドマット、抄紙マット、カーディングマット、エアレイドマット、などが例示できる。ストランドとは、複数本の単繊維が並行に配列して集合したもので、繊維束とも言われる。不織布の形態において、細繊度ストランドは分散状態に通常、規則性を有しない。かかる不織布の形態とすることで、賦形性に優れることから、複雑形状への成形が容易である。また、不織布中の空隙が樹脂含浸の進行を複雑化するため、かかる一体化成形品とした際に熱可塑性樹脂および接着剤がより複雑な界面を形成し、優れた接着能力を発現する。
【００２７】
前記不織布形態として、より好ましくは、不連続性強化繊維が略モノフィラメント状に分散した不織布である。ここで、略モノフィラメント状に分散するとは、強化繊維不織布を構成する不連続性強化繊維のうち、フィラメント数１００本未満の細繊度ストランドが５０質量％以上含まれることを指す。かかる不連続性強化繊維が略モノフィラメント状に分散していることで、強化繊維同士の立体障害がより大きくなり、一体化成形品とした際に強化繊維と熱可塑性樹脂のアンカリング構造が強固なものとなるため好ましい。さらに、細繊度ストランドの構成単位が小さいことで、複雑かつ緻密な繊維ネットワーク構造が形成され、これに由来する接着剤への補強効果により、一体化成形品としたときの接合強度を向上させることができるため好ましい。さらには、しばしば破壊の起点となる繊維束端において、弱部が極小化されるため、上述した補強材としての機能が高まり、補強効率および信頼性に優れた接着剤層を形成する。かかる観点から、不連続性強化繊維の７０質量％以上がフィラメント数１００本未満の細繊度ストランドにて存在することが好ましい。
【００２８】
かかる強化繊維不織布を構成する不連続性強化繊維のフィラメント状の状態は、次に例示する方法により測定される。繊維強化樹脂シートを金属メッシュで挟持して熱可塑性樹脂成分を焼失させて残った不織布を取り出す。取り出した該不織布について、質量Ｗｍを測定した後、視認される繊維束をピンセットにより全て抽出し、それら全ての繊維束について、長さＬｓを１／１００ｍｍの精度で、質量Ｗｓを１／１００ｍｇの精度で測定する。経験則上、視認により抽出できる繊維束は、フィラメント数５０本程度までであって、抽出される殆どの繊維束はフィラメント数１００本以上の領域に属し、片や残分は１００本未満とする。また、後に算出されるフィラメント数の結果において、フィラメント数が１００本未満となる場合、これについてはＷｓの積算対象から除外する。ｉ番目（ｉ＝１〜ｎ）に抽出された繊維束の長さＬｓｉおよび質量Ｗｓｉから、次式により繊維束におけるフィラメント数Ｆｉを算出する。ここで、式中におけるＤはフィラメントの繊度（ｍｇ／ｍｍ）である。
・Ｆｉ（本）＝Ｗｓｉ／（Ｄ×Ｌｓｉ）  
【００２９】
上記にて算出されるＦｉをもとに、繊維束の選別をおこなう。図５は、本発明の繊維強化樹脂シートを構成する不織布においてフィラメント数５０本毎の階級別で見た、各階級に占める質量分率の内訳を示す。図５において、フィラメント数の小さい側から２階級（フィラメント０〜１００本）の棒グラフと、全ての棒グラフの総和との比率が、フィラメント数１００本未満の繊維束の質量分率Ｒｗ（ｗｔ％）に相当する。これは、上記にて実測された数値を用いて、次式により算出できる。
・Ｒｗ（質量％）＝｛Ｗｍ−Σ（Ｗｓｉ）｝／Ｗｍ×１００
【００３０】
さらに、不織布の形態として、とりわけ好ましくは、不連続性強化繊維がモノフィラメント状かつランダムに分散した不織布である。ここで、モノフィラメント状に分散しているとは、繊維強化樹脂シートにおいて任意に選択した不連続性強化繊維について、その二次元接触角が１度以上である単繊維の割合が８０％以上であることを指し、換言すれば、構成要素中において単繊維の２本以上が接触して並行した束が２０％未満であることをいう。従って、ここでは、少なくとも繊維強化樹脂シートの不織布を構成する不連続性強化繊維について、フィラメント数１００本以下の繊維束の質量分率Ｒｗが１００％に該当するものを対象とする。
【００３１】
ここで、二次元接触角とは、該不織布における不連続性強化繊維の単繊維と該単繊維と接触する単繊維とで形成される角度のことであり、接触する単繊維同士が形成する角度のうち、０度以上９０度以下の鋭角側の角度と定義する。この二次元接触角について、図面を用いてさらに説明する。図３（ａ）、（ｂ）は本発明における一実施態様であって、該不織布における強化繊維を面方向（ａ）および厚み方向（ｂ）から観察した場合の模式図である。単繊維１１を基準とすると、単繊維１１は図３（ａ）では単繊維１２〜１６と交わって観察されるが、図３（ｂ）では単繊維１１は単繊維１５および１６とは接触していない。この場合、基準となる単繊維１１について、二次元接触角度の評価対象となるのは単繊維１２〜１４であり、接触する２つの単繊維が形成する２つの角度のうち、０度以上９０度以下の鋭角側の角度１７である。
【００３２】
かかる二次元接触角を測定する方法としては、特に制限はないが、例えば、繊維強化樹脂シートの表面から強化繊維の配向を観察する方法、強化繊維の体積割合Ｖｆｍの測定時と同様の方法にて取り出した不織布を、透過光を利用して強化繊維の配向を観察する方法、光学顕微鏡または電子顕微鏡を用いて、強化繊維の配向を観察する方法が例示できる。さらに、繊維強化樹脂シートをＸ線ＣＴ透過観察して強化繊維の配向画像を撮影する方法も例示できる。前記観察方法に基づき、繊維分散率は次の手順で測定する。無作為に選択した単繊維（図３における単繊維１１）に対して接触している全ての単繊維（図３における単繊維１２〜１４）との二次元接触角を測定する。これを１００本の単繊維についておこない、二次元接触角を測定した全ての単繊維の総本数と、二次元接触角が１度以上である単繊維の本数との比率から、割合を算出する。
【００３３】
さらに、かかる不連続性強化繊維がランダムに分散しているとは、繊維強化樹脂シート中にて任意に選択した不連続性強化繊維の二次元配向角の平均値が３０〜６０度であることをいう。二次元配向角とは、不連続性強化繊維の単繊維と該単繊維と交差する単繊維とで形成される角度のことであり、交差する単繊維同士が形成する角度のうち、０度以上９０度以下の鋭角側の角度と定義する。この二次元配向角について、図面を用いてさらに説明する。図３（ａ）、（ｂ）において、単繊維１１を基準とすると、単繊維１１は他の単繊維１２〜１６と交差している。ここで交差とは、観察する二次元平面において、基準とする単繊維が他の単繊維と交わって観察される状態のことを意味し、単繊維１１と単繊維１２〜１６が必ずしも接触している必要はなく、投影して見た場合に交わって観察される状態についても例外ではない。つまり、基準となる単繊維１１について見た場合、単繊維１２〜１６の全てが二次元配向角の評価対象であり、図３（ａ）中において二次元配向角は交差する２つの単繊維が形成する２つの角度のうち、０度以上９０度以下の鋭角側の角度１７である。
【００３４】
繊維強化樹脂シートから二次元配向角を測定する方法としては、特に制限はないが、例えば、構成要素の表面から強化繊維の配向を観察する方法が例示でき、上述した二次元接触角の測定方法と同様の手段を取ることができる。二次元配向角の平均値は、次の手順で測定する。無作為に選択した単繊維（図３における単繊維１１）に対して交差している全ての単繊維（図３における単繊維１２〜１６）との二次元配向角の平均値を測定する。例えば、ある単繊維に交差する別の単繊維が多数の場合には、交差する別の単繊維を無作為に２０本選び測定した平均値を代用してもよい。前記測定について別の単繊維を基準として合計５回繰り返し、その平均値を二次元配向角の平均値として算出する。
【００３５】
さらに、不連続性強化繊維がモノフィラメント状かつランダムに分散していることで、上述した略モノフィラメント状に分散した不織布により与えられる性能を最大限まで高めることができ、界面層において、とりわけ優れた接着性を発現するため好ましい。また、繊維強化樹脂シートおよびこれを用いた一体化成形品において等方性を付与することができ、該繊維強化樹脂シートの取り扱いにおいて力学特性の方向性を考慮する必要がないうえ、力学特性の方向性に起因する界面層での内部応力が小さいため、界面層での優れた機械特性が与えられる。かかる観点から、強化繊維の二次元配向角の平均値としては、４０〜５０度が好ましく、理想的な角度である４５度に近づくほど好ましい。
【００３６】
かかる不連続性強化繊維の平均繊維長Ｌｎとしては、１〜２５ｍｍの範囲であることが好ましい。平均繊維長Ｌｎをかかる範囲とすることで、強化繊維の補強効率を高めることができ、繊維強化樹脂シートをはじめ一体化成形品において優れた機械特性や接合強度が与えられる。また、強化繊維不織布における強化繊維の面外角度の調整が容易となる。平均繊維長Ｌｎは、繊維強化樹脂シートの熱可塑性樹脂成分を焼失させて残った強化繊維から無作為に４００本を選択し、その長さを１０μｍ単位まで測定し、それらの数平均を算出して平均繊維長Ｌｎとして用いる。
【００３７】
上述した機能をより効果的に発現できる態様として、繊維強化樹脂シートにおける強化繊維の面外角度θｚを５°以上とすることが好ましい。ここで、強化繊維の面外角度θｚとは、繊維強化樹脂シートを構成する強化繊維不織布の厚さ方向に対する傾き度合いであって、値が大きいほど厚み方向に立って傾いていることを示し、０〜９０°の範囲で与えられる。すなわち、強化繊維の面外角度θｚをかかる範囲内とすることで、上述した界面層における補強機能をより効果的に発現でき、接着層により強固な接合を与えることができる。強化繊維の面外角度θｚの上限値は特に制限ないが、繊維強化樹脂シートとした際の取り扱い性の観点から１５°以下であることが好ましく、より好ましくは１０°以下である。
【００３８】
ここで、強化繊維の面外角度θｚは、繊維強化樹脂シートの面方向に対する垂直断面の観察に基づき測定する方法が例示できる。図４は、測定される繊維強化樹脂シートにおける面方向に対する垂直断面（ａ）とその奥行き方向（ｂ）を示すものである。図４（ａ）において、強化繊維１９、２０の断面は、測定を簡便にするため、楕円形状に近似されている。ここで、強化繊維１９の断面は、楕円アスペクト比（＝楕円長軸／楕円短軸）が小さく見られ、対して強化繊維２０の断面は、楕円アスペクト比が大きく見られる。一方、図４（ｂ）によると、強化繊維１９は、奥行き方向Ｙに対してほぼ平行な傾きを持ち、強化繊維２０は、奥行き方向Ｙに対して一定量の傾きを持っている。この場合、図４（ａ）における断面の強化繊維１９については、繊維強化樹脂シートの面方向Ｘと繊維主軸（楕円における長軸方向）αとがなす角度θｘが、強化繊維の面外角度θｚとほぼ等しくなる。一方、強化繊維６については、角度θｘと面外角度θｚの示す角度に大きな乖離があり、角度θｘが面外角度θｚを反映しているとはいえない。したがって、繊維強化樹脂シートにおける面方向に対する垂直断面から面外角度θｚを読み取る場合、繊維断面の楕円アスペクト比が一定以上のものについて、抽出することで面外角度θｚの検出精度を高めることができる。
【００３９】
ここで、抽出対象となる楕円アスペクト比の指標としては、単繊維の断面形状が真円に近い、すなわち強化繊維の長尺方向に垂直な断面における繊維アスペクト比が１．１以下である場合、楕円アスペクト比が２０以上の強化繊維についてＸ方向と繊維主軸αの為す角度を測定し、これを面外角度θｚとして採用する方法を利用できる。一方、単繊維の断面形状が楕円形や繭形等であり、繊維アスペクト比が１．１より大きい場合には、より大きな楕円アスペクト比を持つ強化繊維に注目し、面外角度を測定した方がよく、繊維アスペクト比が１．１以上１．８未満の場合には楕円アスペクト比が３０以上、繊維アスペクト比が１．８以上２．５未満の場合には楕円アスペクト比が４０以上、繊維アスペクト比が２．５以上の場合には楕円アスペクト比が５０以上の強化繊維を選び、面外角度θｚを測定するとよい。
【００４０】
本発明において、強化繊維不織布を構成する強化繊維としては、例えば、アルミニウム、黄銅、ステンレスなどの金属繊維や、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、レーヨン系、リグニン系、ピッチ系の炭素繊維や、黒鉛繊維や、ガラスなどの絶縁性繊維や、アラミド、ＰＢＯ、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステル、アクリル、ナイロン、ポリエチレンなどの有機繊維や、シリコンカーバイト、シリコンナイトライドなどの無機繊維が挙げられる。また、これらの繊維に表面処理が施されているものであってもよい。表面処理としては、導電体として金属の被着処理のほかに、カップリング剤による処理、サイジング剤による処理、結束剤による処理、添加剤の付着処理などがある。また、これらの強化繊維は１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。中でも、軽量化効果の観点から、比強度、比剛性に優れるＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系などの炭素繊維が好ましく用いられる。また、得られる成形品の経済性を高める観点からは、ガラス繊維が好ましく用いられ、とりわけ力学特性と経済性のバランスから炭素繊維とガラス繊維を併用することが好ましい。さらに、得られる成形品の衝撃吸収性や賦形性を高める観点からは、アラミド繊維が好ましく用いられ、とりわけ力学特性と衝撃吸収性のバランスから炭素繊維とアラミド繊維を併用することが好ましい。また、得られる成形品の導電性を高める観点からは、ニッケルや銅やイッテルビウムなどの金属を被覆した強化繊維を用いることもできる。これらの中で、強度と弾性率などの力学的特性に優れるＰＡＮ系の炭素繊維は、より好ましく用いることができる。
【００４１】
本発明の繊維強化樹脂シートを構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、「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）等のポリエステルや、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン等のポリオレフィンや、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）などのポリアリーレンスルフィド、ポリケトン（ＰＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）」などの結晶性樹脂、「スチレン系樹脂の他、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリサルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート（ＰＡＲ）」などの非晶性樹脂、その他、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、更にポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素系樹脂、およびアクリロニトリル系等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体および変性体等から選ばれる熱可塑性樹脂が挙げられる。中でも、得られる成形品の軽量性の観点からはポリオレフィンが好ましく、強度の観点からはポリアミドやポリエステルが好ましく、表面外観の観点からポリカーボネートのような非晶性樹脂が好ましく、耐熱性の観点からポリアリーレンスルフィドやポリエーテルケトンが好ましく用いられる。
【００４２】
本発明の繊維強化樹脂シートを構成する接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂系接着剤、ポリエステル系接着剤、ゴム系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、ユリア樹脂系接着剤、フェノール樹脂系接着剤、メラミン樹脂系接着剤から選ばれる接着剤を使用することができる。中でも、取り扱い性および種類の豊富さからエポキシ樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤が好ましく用いられる。
【００４３】
前記熱可塑性樹脂および接着剤には、本発明の目的を損なわない範囲で、エラストマーあるいはゴム成分などの耐衝撃性向上剤、他の充填材や添加剤を含有しても良い。これらの例としては、無機充填材、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、、発泡剤、制泡剤、あるいは、カップリング剤が挙げられる。
【００４４】
次いで、本発明の繊維強化樹脂シートを効率よく製造できる方法について説明する。本発明の繊維強化樹脂シートを製造する方法としては、次の（Ｉ）および（ＩＩ）の工程を有するようにするのがよい。
（Ｉ）強化繊維から構成される不織布の厚み方向の一方の側に、熱可塑性樹脂を含浸するとともに、不織布の厚み方向のもう一方の側に、不織布を構成する強化繊維が露出した領域を、その領域における強化繊維の体積割合Ｖｆｍが２０体積％以下となるように、形成する工程
（ＩＩ）不織布を構成する強化繊維が露出した領域に、接着剤を含浸する工程
【００４５】
例えば、強化繊維を予め、ストランドおよび／またはモノフィラメント状に分散した不織布を製造しておき、その不織布の厚み方向の一方の側に、まず熱可塑性樹脂を含浸せしめる。強化繊維不織布の製造方法としては、強化繊維を空気流にて分散シート化するエアレイド法や強化繊維を機械的にくし削りながら形成してシート化するカーディング法などの乾式プロセス、強化繊維を水中にて攪拌して抄紙するラドライト法による湿式プロセスを公知技術として挙げることができる。前記において強化繊維をよりモノフィラメント状に近づける手段としては、乾式プロセスにおいては、開繊バーを設ける方法やさらに開繊バーを振動させる方法、さらにカードの目をファインにする方法や、カードの回転速度を調整する方法などが例示できる。湿式プロセスにおいては、強化繊維の攪拌条件を調整する方法、分散液の強化繊維濃度を希薄化する方法、分散液の粘度を調整する方法、分散液を移送させる際に渦流を抑制する方法などが例示できる。特に、湿式法で製造することが好ましく、投入繊維の濃度を増やしたり、分散液の流速（流量）とメッシュコンベアの速度を調整したり、することで強化繊維不織布における強化繊維の体積割合Ｖｆｍを容易に調整することができる。例えば、分散液の流速に対して、メッシュコンベアの速度を遅くすることで、得られる強化繊維不織布中の繊維の配向が引き取り方向に向き難くなり、嵩高い強化繊維不織布を製造可能である。強化繊維不織布としては、強化繊維単体から構成されていてもよく、強化繊維が粉末形状や繊維形状のマトリックス樹脂成分と混合されていたり、強化繊維が有機化合物や無機化合物と混合されていたり、強化繊維同士が樹脂成分で目留めされていてもよい。
【００４６】
上記強化繊維不織布を用いて、その不織布の一方の側に熱可塑性樹脂を含浸させることで、その不織布のもう一方の側に不織布を構成する強化繊維が露出した領域が形成される。さらにその強化繊維が露出した領域における強化繊維の体積割合が２０体積％以下とすることにより、強化繊維の露出面に、過剰に強化繊維が存在することがないため、後の工程によって含浸させる接着剤の含浸しやすさが向上することから、繊維強化樹脂シートの製造が容易となり工程安定性に優れる。具体的には、強化繊維不織布の厚み方向の一方の側に熱可塑性樹脂を配置した状態で熱可塑性樹脂を溶融含浸させる方法、が例示できる。また、上記方法を実現するための設備としては、圧縮成形機、ダブルベルトプレス、カレンダーロールを好適に用いることができる。バッチ式の場合は前者であり、加熱用と冷却用の２機を並列した間欠プレスシステムとすることで生産性の向上が図れる。連続式の場合は後者であって、ロールからロールへの加工を容易におこなうことができ、連続生産性に優れる。なお、強化繊維が露出した領域における強化繊維の体積割合は、不織布における強化繊維の体積割合Ｖｆｍと一致するので、不織布における強化繊維の体積割合Ｖｆｍを測定すれば特定できるが、工程（Ｉ）で得たシートにおいて、不織布を構成する強化繊維が露出した領域を切り出して、その領域における強化繊維の体積割合を、不織布における強化繊維の体積割合Ｖｆｍと同様の方法で測定してもよい。
【００４７】
上記工程（Ｉ）に次いで、不織布を構成する強化繊維が露出した領域に、接着剤を含浸することで、本発明の繊維強化樹脂シートは得られる。かかる接着剤を含浸させる工程（工程（ＩＩ）は、強化繊維不織布を構成する強化繊維が露出した面に、強化繊維の体積割合が２０体積％を超えない分量の接着剤を配置し、強化繊維が露出した面と接着剤間に気泡が入らないように含浸させることが、この後、他材との接着に用いる際の接着工程の容易さや、他材との接着強度を担保する観点から好ましい。具体的には、工程（Ｉ）で得られるシートの繊維露出側の厚み方向の側に、フィルム状や塊状の接着剤を配置した状態で加熱加圧して溶融含浸させる方法が例示できる。また、上記方法を実現するための設備としては、真空成形機、ダブルベルトプレス、カレンダーロールを好適に用いることができる。接着剤の含浸工程は、バッチ式、連続式とも、強化繊維不織布に熱可塑性樹脂を含浸させる工程と同様の基準で装置を選択することができる。
【００４８】
本発明では、前記した繊維強化樹脂シートを含む第１の部材と、金属から構成される第２の部材とを、繊維強化樹脂中の接着剤で接着することで一体化成形品を得る。すなわち、第1の部材における接着剤層と第２の部材が接触した状態で、第１の部材を加熱および加圧を有する手段にて第２の部材に接着するのである。
【００４９】
本発明の繊維強化樹脂シートは、該シートにおける熱可塑性樹脂層と接着剤層のアンカリング効果並びに、接着剤層が強化繊維の単繊維によりせん断強度が強化されていることから、被着体たる金属材料との接着・接合性に優れる。
【００５０】
かかる金属としては、種類は特には問わないが、アルミニウム、マグネシウム、チタニウム、鉄、銅および、それらのいずれかを含む合金からなる群より選択される少なくとも一種を例示できる。これらの金属材料は、目的の用途、物性に応じて選択することが可能であるが、例えば、アルミニウムおよび、アルミニウムを含むアルミニウム合金としては、工業用純アルミニウムのＡ１０５０やＡ１１００、Ａ１２００、Ａｌ−Ｃｕ系のＡ２０１７、Ａ２０２４、Ａｌ−Ｍｎ系のＡ３００３、Ａ３００４、Ａｌ−Ｓｉ系のＡ４０３２、Ａｌ−Ｍｇ系のＡ５００５、Ａ５０５２、Ａ５０８３、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のＡ６０６１、Ａ６０６３、Ａｌ−Ｚｎ系のＡ７０７５等が挙げられる。
【００５１】
マグネシウムおよび、マグネシウムを含むマグネシウム合金としては、例えば、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系のＡＺ３１やＡＺ６１、ＡＺ９１等が挙げられる。純マグネシウムについては、板状のものは流通が乏しく、マグネシウム合金が一般的とされる。
【００５２】
チタンおよび、チタンを含むチタン合金としては、工業用純チタンである１〜４種のＴＰ２７０Ｈや１１〜２３種のパラジウムを添加した合金やコバルトとパラジウムを添加した合金、５０種（α合金）、６０種（α−β合金）、８０種（β合金）に該当するＴｉ−６Ａｌ−４Ｖなどが挙げられる。
【００５３】
鉄および、鉄を含む合金としては、自動車用熱延鋼板である、ＳＰＨＣ，ＳＰＫＨ、Ｓ−Ｃ等が挙げられる。また、クロムやニッケルなどを添加したステンレス鋼、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４０５等を例示することができる。
【００５４】
銅および銅を含む合金としては、純銅に加えＦｅ、Ｐｂ、Ａｌを添加した系、例えばＣ１１００、Ｃ２７２０、Ｃ６１４０等を例示することができる。このような金属材料は、本発明の繊維強化樹脂シートと一体化することにより、実用的な接合強度を有することから各種製品の部材、部品として好ましく用いることができる。
【００５５】
かかる一体化成形品を得るために、第１の部材と第２の部材とを接合させる手段としては、特に限定されない。例えば、加熱および加圧を有する一般的な手段としては、プレス成形法が例示できる。プレス成形法としては、予め成形型を接着剤の硬化温度に昇温しておき、加熱された成形型内に、第１の部材（繊維強化樹脂シート）と第２の部材（金属から構成される被着体）を配置し、型締めして加圧し、次いでその状態を維持しながら成形型を冷却し成形品を得る方法、いわゆるホットプレス成形がある。また、接着剤層が存在する面と被着体とを真空圧や機械的な締結により密着させ、接着剤が硬化するまで加熱・加圧し続ける方法を採ることもできる。
【００５６】
本発明の繊維強化樹脂シートおよびそれからなる一体化成形品により与えられる実装部材の用途としては、例えば、「パソコン、ディスプレイ、ＯＡ機器、携帯電話、携帯情報端末、ＰＤＡ（電子手帳などの携帯情報端末）、ビデオカメラ、光学機器、オーディオ、エアコン、照明機器、娯楽用品、玩具用品、その他家電製品などの筐体、トレイ、シャーシ、内装部材、またはそのケース」などの電気、電子機器部品、「各種メンバ、各種フレーム、各種ヒンジ、各種アーム、各種車軸、各種車輪用軸受、各種ビーム」、「フード、ルーフ、ドア、フェンダ、トランクリッド、サイドパネル、リアエンドパネル、フロントボディー、アンダーボディー、各種ピラー、各種メンバ、各種フレーム、各種ビーム、各種サポート、各種レール、各種ヒンジなどの、外板、またはボディー部品」、「バンパー、バンパービーム、モール、アンダーカバー、エンジンカバー、整流板、スポイラー、カウルルーバー、エアロパーツなど外装部品」、「インストルメントパネル、シートフレーム、ドアトリム、ピラートリム、ハンドル、各種モジュールなどの内装部品」、または「モーター部品、ＣＮＧタンク、ガソリンタンク」などの自動車、二輪車用構造部品、「その他、バッテリートレイ、ヘッドランプサポート、ペダルハウジング、プロテクター、ランプリフレクター、ランプハウジング、ノイズシールド、スペアタイヤカバー」などの自動車、二輪車用部品、「ランディングギアポッド、ウィングレット、スポイラー、エッジ、ラダー、エレベーター、フェイリング、リブ」などの航空機用部品が挙げられる。力学特性の観点からは、自動車内外装、電気・電子機器筐体、自転車、スポーツ用品用構造材、航空機内装材、輸送用箱体に好ましく用いられる。なかでも、とりわけ複数の部品から構成されるモジュール部材に好適である。
【実施例】
【００５７】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
【００５８】
（１）強化繊維が露出した領域における強化繊維の体積割合Ｖｆｍ
強化繊維不織布の片面に熱可塑性樹脂が含浸されたシートから熱可塑性樹脂が含浸した末端と露出した強化繊維の間にかみそりを当て、注意深く、露出した強化繊維部分を分離し、ステンレス製メッシュにより挟み込むことで試料とした。前記試料について、ＪＩＳ  Ｒ７６０２（１９９５）に規定される「炭素繊維織物の厚さ測定方法」に準拠し、５０ｋＰａを２０秒間付与したのちの厚みを測定し、該厚みから予め同条件にて測定したステンレス製メッシュの厚みを差し引いた値を強化繊維不織布の厚みｔｍとした。また、前記試料からステンレス製メッシュを取り外した後、ＪＩＳ  Ｒ７６０２（１９９５）に規定される「炭素繊維織物の単位面積当たりの重量測定方法」に準拠して単位面積当たりの質量Ｗｍを測定した。得られたＷｍ、ｔｍから次式により、強化繊維の体積割合Ｖｆｍを算出した。
・Ｖｆｍ（体積％）＝（Ｗｍ／ρｆ）／（Ｓ×ｔｍ）×１００
ρｆ：強化繊維の密度（ｇ／ｃｍ３）
Ｓ  ：試料の切り出し面積（ｃｍ２）
【００５９】
（２）繊維強化樹脂シートにおける強化繊維の体積割合Ｖｆ
繊維強化樹脂シートの質量Ｗｓを測定したのち、該繊維強化樹脂シートを空気中５００℃で３０分間加熱して熱可塑性樹脂成分および接着剤成分を焼き飛ばし、残った強化繊維不織布の質量Ｗｆを測定し、次式により算出した。
・Ｖｆ（体積％）＝（Ｗｆ／ρｆ）／｛Ｗｆ／ρｆ＋（Ｗｓ−Ｗｆ）／ρｒ｝×１００
ρｆ：強化繊維の密度（ｇ／ｃｍ３）
ρｒ：熱可塑性樹脂と接着剤の密度の合計（ｇ／ｃｍ３）。
【００６０】
（３）繊維強化樹脂シートの界面層における凹凸形状（Ｒｙ、Ｒｚ）
繊維強化樹脂シートを熱可塑性樹脂が溶融しない温度にて、接着剤を硬化させた。その後、接着剤が硬化した繊維強化樹脂シートから幅２５ｍｍの小片を切り出し、エポキシ樹脂にて包埋し、厚み方向の垂直断面が観察面となるように研磨して試料を作製した。前記試料をレーザー顕微鏡（キーエンス（株）製、ＶＫ−９５１０）で２００倍に拡大し、無作為に選定した１０ヶ所（互いの視野は重複しない）について、撮影をおこなった。撮影した画像から、熱可塑性樹脂と接着剤とが形成する界面層を、樹脂のコントラストにより確認した。コントラストが不鮮明な場合は、画像処理により濃淡を明確化した。上記にて撮影した１０視野について、それぞれの視野中における凹凸界面のうち、最も窪みの大きい凹部と最も突出の大きい凸部との垂直落差ｄｍａｘ、最も窪みの小さい凹部と最も突出の小さい凸部との垂直落差ｄｍｉｎをそれぞれ測定した。これら各視野による１０点のｄｍａｘのうち、最も大きい値を界面層における凹凸形状の最大高さＲｙ（μｍ）とした。また、上記にて得られたｄｍａｘおよびｄｍｉｎから、界面層における凹凸形状の平均粗さＲｚを、次式により算出した。
・Ｒｚ（μｍ）＝Σ（ｄｉｍａｘ＋ｄｉｍｉｎ）／２ｎ
ｄｉｍａｘ：各視野における最大垂直落差（ｉ＝１、２、・・・１０）（μｍ）
ｄｉｍｉｎ：各視野における最小垂直落差（ｉ＝１、２、・・・１０）（μｍ）
ｎ：測定視野数
【００６１】
（４）強化繊維不織布における細繊度ストランドの質量分率（Ｒｗ）
上記（２）と同様の方法にて、繊維強化樹脂シートから強化繊維不織布を取り出し、質量Ｗｍを測定した。次いで、強化繊維不織布から、視認される繊維束をピンセットにより抽出し、１／１００ｍｍの精度で繊維束の長さＬｓ、１／１００ｍｇの精度で繊維束の質量Ｗｓを測定した。これを強化繊維不織布中に存在する全ての繊維束（ｎ個）について繰り返した。得られた繊維束の長さＬｓおよび質量Ｗｓから、次式により繊維束におけるフィラメント数Ｆを算出した。
・Ｆｉ（本）＝Ｗｓｉ／（Ｄ×Ｌｓｉ）  
Ｆｉ：繊維束におけるフィラメント数の個別値（本）（ｉ＝１〜ｎ）
Ｗｓｉ：繊維束の質量（ｍｇ）
Ｌｓｉ：繊維束の長さ（ｍｍ）
Ｄ：フィラメント１本当たりの繊度（ｍｇ／ｍｍ）
【００６２】
前記にて算出されたＦｉをもとに、フィラメント数が１００本以上の繊維束を選別した。選別した繊維束の質量Ｗｉから次式にて、フィラメント数が１００本未満の繊維束の質量分率Ｒｗを算出した。
・Ｒｗ（質量％）＝｛Ｗｍ−Σ（Ｗｓｉ）｝／Ｗｍ×１００
Ｗｍ：強化繊維不織布の質量（ｍｇ）
【００６３】
（５）強化繊維不織布の繊維分散率
上記（２）と同様の方法にて、繊維強化樹脂シートから強化繊維不織布を取り出した。得られた強化繊維不織布を電子顕微鏡（キーエンス（株）製、ＶＨＸ−５００）を用いて観察し、無作為に単繊維を１本選定し、該単繊維に接触する別の単繊維との二次元接触角を測定した。二次元接触角は接触する２つの単繊維とのなす２つの角度のうち、０°以上９０°以下の角度（鋭角側）を採用した。二次元接触角の測定は、選定した単繊維に接触する全ての単繊維を対象とし、これを１００本の単繊維について実施した。得られた結果から、二次元接触角を測定した全ての単繊維の総本数と、二次元接触角度が１度以上である単繊維の本数とからその比率を算出し、繊維分散率を求めた。
【００６４】
（６）強化繊維不織布の二次元配向角
上記（２）と同様の方法にて、繊維強化樹脂シートから強化繊維不織布を取り出した。得られた強化繊維不織布を電子顕微鏡（キーエンス（株）製、ＶＨＸ−５００）を用いて観察し、無作為に単繊維を１本選定し、該単繊維に交差する別の単繊維との二次元配向角を画像観察より測定した。配向角は交差する２つの単繊維とのなす２つの角度のうち、０°以上９０°以下の角度（鋭角側）を採用した。選定した単繊維１本あたりの二次元配向角の測定数はｎ＝２０とした。同様の測定を合計５本の単繊維を選定しておこない、その平均値をもって二次元配向角とした。
【００６５】
（７）繊維強化樹脂シート中における強化繊維の面外角度θｚ
繊維強化樹脂シートを熱可塑性樹脂が溶融しない温度にて、接着剤を硬化させた。その後、接着剤が硬化した繊維強化樹脂シートから幅２５ｍｍの小片を切り出し、エポキシ樹脂にて包埋し、厚み方向の垂直断面が観察面となるように研磨して試料を作製した。前記試料をレーザー顕微鏡（キーエンス（株）製、ＶＫ−９５１０）で４００倍に拡大し、繊維断面形状の観察をおこなった。観察画像を汎用画像解析ソフト上に展開し、ソフトに組み込まれたプログラムを利用して観察画像中に見える個々の繊維断面を抽出し、該繊維断面を内接する楕円を設け、形状を近似した（以降、繊維楕円と呼ぶ）。さらに、繊維楕円の長軸長さα／短軸長さβで表されるアスペクト比が２０以上の繊維楕円に対し、Ｘ軸方向と繊維楕円の長軸方向の為す角を求めた。繊維強化樹脂シートの異なる部位から抽出した観察試料について上記操作を繰り返すことにより、計６００本の強化繊維について面外角度を測定し、その平均値を繊維強化樹脂シートの面外角度θｚとして求めた。
【００６６】
（８）一体化成形品における接合部の接合強度τ２
ＪＩＳ  Ｋ６８５０（１９９９）に規定される「接着剤−剛性被着材の引張せん断接着強さ試験法」を参考して、一体化成形品における接合部の接合強度τ２の評価をおこなった。本試験における試験片は、実施例で得られる一体化成形品を切り出して使用した。試験片を図６に示す。試験片２１は長さｌ、幅ｗの中心部分から１／２インチの位置にて第１の部材と第２の部材との接合部が形成されている。前記試験片を５本用意し、万能試験機（インストロン社製、万能試験機４２０１型）にて引張試験をおこなった。試験により得られた全てのデータ（ｎ＝５）の平均値を、一体化成形品における接合部の接合強度τ２（ＭＰａ）とした。
【００６７】
（９）熱可塑性樹脂と接着剤の界面層における強化繊維の貫入
繊維強化樹脂シートを熱可塑性樹脂が溶融しない温度にて、接着剤を硬化させた。その後、接着剤が硬化した繊維強化樹脂シートから幅２５ｍｍの小片を切り出し、エポキシ樹脂にて包埋し、厚み方向の垂直断面が観察面となるように研磨して試料を作製した。前記試料をレーザー顕微鏡（キーエンス（株）製、ＶＫ−９５１０）で４００倍に拡大し、強化繊維の貫入状態の観察をおこなった。貫入状態の判断は、試料断面１００μｍ毎研磨するごとに同一箇所を観察し、強化繊維が熱可塑性樹脂層と接着剤層にまたがり連続性を持って存在しているかを判断基準とした。また、観察においては繊維強化樹脂シートの異なる部位から抽出した観察試料について上記操作を繰り返すことにより、計１０視野について観察し、強化繊維の貫入の有無を求めた。
【００６８】
［強化繊維１］
ポリアクリロニトリルを主成分とする重合体から紡糸、焼成処理を行い、総フィラメント数１２０００本の連続炭素繊維を得た。さらに該連続炭素繊維を電解表面処理し、１２０℃の加熱空気中で乾燥して強化繊維１を得た。この炭素繊維１の特性は次に示す通りであった。
密度：１．８０ｇ／ｃｍ３
単繊維径：７μｍ
引張強度：４．９ＧＰａ
引張弾性率：２３０ＧＰａ
【００６９】
［樹脂シート１］
未変性ポリプロピレン樹脂（プライムポリマー（株）製、“プライムポリプロ”（登録商標）Ｊ１０６ＭＧ）９０質量％と、酸変性ポリプロピレン樹脂（三井化学（株）製、“アドマー”（登録商標）ＱＥ８００）１０質量％とからなるマスターバッチを用いて、目付１００ｇ／ｍ２のシートを作製した。得られた樹脂シートの特性を表１に示す。
【００７０】
［樹脂シート２］
ポリアミド６樹脂（東レ（株）製“アミラン”（登録商標）ＣＭ１０２１Ｔ）からなる目付１２４ｇ／ｍ２の樹脂フィルムを作製した。得られた樹脂シートの特性を表１に示す。
【００７１】
［樹脂シート３］
ポリカーボネート樹脂（三菱エンジニアリングプラスチック（株）製“ユーピロン”（登録商標）Ｈ−４０００）からなる目付１３２ｇ／ｍ２の樹脂フィルムを作製した。得られた樹脂シートの特性を表１に示す。
【００７２】
［樹脂シート４］
ポリフェニレンサルファイド樹脂（東レ（株）製“トレリナ”（登録商標）Ｍ２８８８）からなる目付６７ｇ／ｍ２の樹脂不織布を作製した。得られた樹脂シートの特性を表１に示す。
【００７３】
［６ｍｍマット］
強化繊維１をカートリッジカッターで６ｍｍにカットし、チョップド強化繊維を得た。水と界面活性剤（ナカライテスク（株）製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル（商品名））からなる濃度０．１質量％の分散媒を４０リットル作製し、かかる分散媒を抄造装置に投入した。抄造装置は、回転翼付き攪拌機を備えた上部の抄造槽（容量３０リットル）と、下部の貯水槽（容量１０リットル）からなり、抄造槽と貯水槽の間には多孔支持体を設けてある。まず、かかる分散媒を攪拌機にて空気の微小気泡が発生するまで撹拌した。その後、所望の目付となるように、質量を調整したチョップド強化繊維を、空気の微小気泡が分散した分散媒中に投入して攪拌することにより、強化繊維が分散したスラリーを得た。次いで、貯水層からスラリーを吸引し、多孔支持体を介して脱水して強化繊維抄造体とした。前記抄造体を熱風乾燥機にて１５０℃、２時間の条件下で乾燥させ、目付け１００ｇ／ｍ２の６ｍｍマットを得た。特性を表２に示す。
【００７４】
［３ｍｍマット］
強化繊維不織布に用いる強化繊維の繊維長さを３ｍｍとした以外は、６ｍｍマットと同様の方法によって、３ｍｍマットを得た。特性を表２に示す。
【００７５】
［２５ｍｍマット］
強化繊維不織布に用いる強化繊維の繊維長さを２５ｍｍとした以外は、６ｍｍマットと同様の方法によって、２５ｍｍマットを得た。特性を表２に示す。
【００７６】
［ストランドマット］
強化繊維１をカートリッジカッターで２５ｍｍにカットし、チョップド強化繊維を得た。得られたチョップド強化繊維を８０ｃｍ高さから自由落下させて、チョップド炭素繊維がランダムに分布した、ストランドマットを得た。特性を表２に示す。
【００７７】
［織物基材］
強化繊維１を並行に引き揃え、１．２本／ｃｍの密度で一方向に配列してシート状の強化繊維群を形成した。強化繊維１を、１．２本／ｃｍの密度で、前記強化繊維群と直交する方向に配列し、強化繊維１同士を交錯させ、織機を用いて平織組織の二方向性織物を形成した。前記二方向性織物を織物基材として取り扱った。特性を表２に示す。
【００７８】
（実施例１）
６ｍｍマットと熱可塑性樹脂として樹脂シート１を［樹脂シート１／６ｍｍマット／樹脂シート１／６ｍｍマット／樹脂シート１／６ｍｍマット／６ｍｍマット］の順番に配置し、積層体を作製した。
【００７９】
前記積層体を２３０℃に予熱したプレス成形用金型キャビティ内に配置して金型を閉じ、１２０秒間保持したのち、３ＭＰａの圧力を付与してさらに６０秒間保持した後、圧力を保持した状態でキャビティ温度を５０℃まで冷却し、金型を開いて、厚み方向の片面に強化繊維が露出した繊維強化樹脂シートを得た。
【００８０】
得られた繊維強化樹脂シートの強化繊維が露出した面に接着剤として、東レ・ファインケミカル（株）社製“ケミット”ＴＥ２２２０を付与し、真空圧にて３０分間減圧することで、繊維強化シートの強化繊維が露出した面に接着剤を含浸させた。
【００８１】
次いで、該接着剤を含浸させた繊維強化樹脂シートの接着剤面を接合面となるように第２の部材として金属材料（アルミニウム、Ａ５０５２）に圧着し、図６に示す一体化成形品を得た。このとき、接着条件は２３℃にて２４時間放置して、接着剤を硬化させた。得られた繊維強化樹脂シート（第１の部材）および一体化成形品の特性をまとめて表３に示す。
【００８２】
（実施例２）
熱可塑性樹脂として樹脂シート１の代わりに樹脂シート２を用い、積層体の予熱温度を２４０℃とした以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂シートを得、さらに、実施例１と同様の方法にて一体化成形品を得た。得られた繊維強化樹脂シート（第１の部材）および一体化成形品の特性をまとめて表３に示す。
【００８３】
（実施例３）
熱可塑性樹脂として樹脂シート１の代わりに樹脂シート３を用い、積層体の予熱温度を２８０℃とした以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂シートを得、さらに、実施例１と同様の方法にて一体化成形品を得た。得られた繊維強化樹脂シート（第１の部材）および一体化成形品の特性をまとめて表３に示す。
【００８４】
（実施例４）
熱可塑性樹脂として樹脂シート１の代わりに樹脂シート４を用い、積層体の予熱温度を２８０℃とした以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂シートを得、さらに実施例１と同様の方法にて一体化成形品を得た。得られた繊維強化樹脂シート（第１の部材）および一体化成形品の特性をまとめて表３に示す。
【００８５】
（実施例５）
強化繊維不織布として６ｍｍマットの代わりに３ｍｍマットを用いた以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂シートを得、さらに実施例１と同様の方法にて一体化成形品を得た。得られた繊維強化樹脂シート（第１の部材）および一体化成形品の特性をまとめて表３に示す。
【００８６】
（実施例６）
第２の部材としてアルミニウムＡ５０５２の代わりにステンレスＳＵＳ３０４を用いた以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂シートを得、さらに実施例１と同様の方法にて一体化成形品を得た。得られた繊維強化樹脂シート（第１の部材）および一体化成形品の特性をまとめて表３に示す。
【００８７】
（実施例７  参考例）
第２の部材としてアルミニウムＡ５０５２の代わりにマグネシウムＡＺ３１を用いた以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂シートを得、さらに実施例１と同様の方法にて一体化成形品を得た。得られた繊維強化樹脂シート（第１の部材）および一体化成形品の特性をまとめて表３に示す。
【００８８】
（実施例８  参考例）
第２の部材としてアルミニウムＡ５０５２の代わりに銅Ｃ−１１００を用いた以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂シートを得、さらに実施例１と同様の方法にて一体化成形品を得た。得られた繊維強化樹脂シート（第１の部材）および一体化成形品の特性をまとめて表３に示す。
【００８９】
（実施例９  参考例）
第２の部材としてアルミニウムＡ５０５２の代わりに銅Ｃ−１１００を用いた以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂シートを得、さらに実施例１と同様の方法にて一体化成形品を得た。得られた繊維強化樹脂シート（第１の部材）および一体化成形品の特性をまとめて表３に示す。
【００９０】
（実施例１０）
強化繊維不織布として６ｍｍマットの代わりに２５ｍｍマットを用いた以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂シートを得、さらに実施例１と同様の方法にて一体化成形品を得た。得られた繊維強化樹脂シート（第１の部材）および一体化成形品の特性をまとめて表３に示す。
【００９１】
（実施例１１）
熱可塑性樹脂として樹脂シート１の代わりに樹脂シート２を用い、積層体の予熱温度を２４０℃とした以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂シートを得、さらに、接着剤として、ナガセケムテック（株）社製“ＤＥＮＡＴＩＴＥ”（登録商標）３３２４を用いた以外は、実施例１と同様の方法にて一体化成形品を得た。得られた繊維強化樹脂シート（第１の部材）および一体化成形品の特性をまとめて表３に示す。
【００９２】
（実施例１２）
熱可塑性樹脂として樹脂シート１の代わりに樹脂シート３を用い、積層体の予熱温度を２８０℃とした以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂シートを得、さらに、接着剤として、ＩＴＷパフォーマンスアンドフルイズジャパン（株）社製“ＰＬＥＸＵＳ”（登録商標）３１０を用いた以外は、実施例１と同様の方法にて一体化成形品を得た。得られた繊維強化樹脂シート（第１の部材）および一体化成形品の特性をまとめて表３に示す。
【００９３】
（実施例１３）
熱可塑性樹脂として樹脂シート１の代わりに樹脂シート４を用い、積層体の予熱温度を２８０℃とした以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂シートを得、さらに、接着剤として、ハンツマンジャパン（株）社製、“アラルダイト”（登録商標）２０１８を用いた以外は、実施例１と同様の方法にて一体化成形品を得た。得られた繊維強化樹脂シート（第１の部材）および一体化成形品の特性をまとめて表３に示す。
【００９４】
（比較例１）
強化繊維不織布として６ｍｍマットの代わりに織物基材を用いた以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂シートを得、さらに実施例１と同様の方法にて一体化成形品を得た。得られた繊維強化樹脂シート（第１の部材）および一体化成形品の特性をまとめて表４に示す。
【００９５】
（比較例２）
強化繊維不織布と樹脂シートの積層体の構成を［樹脂シート１／６ｍｍマット／樹脂シート１／６ｍｍマット／６ｍｍマット／樹脂シート１／６ｍｍマット／樹脂シート１］の順番に配置し、積層体を作製した以外は、実施例１と同様にして加熱、加圧して強化繊維の露出割合が０体積％の繊維強化樹脂シートを得、さらに実施例１と同様の方法にて一体化成形品を得た。得られた繊維強化樹脂シート（第１の部材）および一体化成形品の特性をまとめて表４に示す。
【００９６】
（比較例３）
強化繊維不織布として６ｍｍマットの代わりにストランドマットを用いた以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂シートを得、さらに実施例１と同様の方法にて一体化成形品を得た。得られた繊維強化樹脂シート（第１の部材）および一体化成形品の特性をまとめて表４に示す。
【００９７】
【表１】
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【００９８】
【表２】
0006303849.tif 000003
【００９９】
【表３】
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【０１００】
【表４】
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【０１０１】
実施例１〜１３において、いずれにおいても、強化繊維の露出割合Ｖｆｍが適正範囲で各種樹脂シートを片面に含浸せしめた繊維強化樹脂シートを得ることができ、これにより接着剤を十分に強化繊維不織布中に含浸した接着剤含浸繊維強化シートを得ることができた。さらに、これら繊維強化樹脂シートの厚み方向の断面を光学顕微鏡により観察することにより、接着剤層と熱可塑性樹脂層の両者を強化繊維不織布が貫入していることを確認した。また、該シートを用いることで得た金属材料（第２の部材）との一体化成形品は、強化繊維不織布から基づく強化繊維により、接着剤へ十分なせん断強度を与えることができたことから、金属材料との接着・接合性に優れた一体化成形品を得ることができ、かつ、その種類を選ばない繊維強化樹脂シートを得ることができた。
【０１０２】
これは強化繊維不織布中の空隙部が接着剤の複雑な含浸を促進して、界面層における最大高さＲｙ、平均粗さＲｚを十分なサイズにまで成長させたことにより理想的な界面層が形成されていることに加え、強化繊維の面外角度θｚも好適な態様にあったため、第２の部材と繊維強化樹脂シートとが良好な界面層を形成しているためである。
【０１０３】
一方、比較例１においては織物基材を用いていることから、比較例３においては強化繊維が束状かつ連続した状態で存在しているため、第２の部材との接着性を担保する接着剤が十分に含浸せず接合強度が不十分であった。また、比較例２においては強化繊維不織布（６ｍｍマット）を使用したが、該強化繊維の露出がないため接着剤中に強化繊維に基づく繊維が存在せず、接着剤のせん断強度が低いものとなり、一体化成形品の接合強度が不十分であった。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明の繊維強化樹脂シートによれば、露出せしめた強化繊維に接着剤が含浸することによるアンカリング効果により接合部分の界面において強固なせん断強度を有するため、適用する金属材料との組合せに特段の制限なく、繊維強化複合材料と金属材料という、異なる部材のハイブリッド体を容易に得ることが出来る。よって、自動車内外装、電気・電子機器筐体、自転車、スポーツ用品用構造材、航空機内装材、輸送用箱体、などの幅広い用途に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１、５、１８  繊維強化樹脂シート
２、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１９、２０  強化繊維（単繊維）
３  繊維強化樹脂シートにおける熱可塑性樹脂含浸層
４  繊維強化樹脂シートにおける接着剤含浸層
６  熱可塑性樹脂
７  接着剤
８  界面層における最も窪みの大きい凸部
９  界面層における最も突出の大きい凹部
１０  界面層における最も窪みの小さい凸部
１１  界面層における最も突出の小さい凹部
１７  二次元接触角、二次元配向角
２１  せん断強度τ２の評価に供する試験片
２２  第１の部材
２３  第２の部材
【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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