(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の形状に形成され、熱可塑性樹脂に強化繊維が含有された繊維強化熱可塑性樹脂製の第１の構成部材と、
前記第１の構成部材の所望の位置に設置され、一方の側に開口部が形成された構造部材であって、内周部の表面に、プライマー塗布、レーザによる表面処理、機械的処理による表面処理、及び、化学的処理による表面処理から選択される１種以上の処理が施された金属製の第２の構成部材と、
前記第１の構成部材と前記第２の構成部材との間に設けられ、他方の面及び側面が前記第２の構成部材の前記処理が施された前記内周部の表面に一体に固着されるとともに、一方の面が前記第１の構成部材の前記熱可塑性樹脂と一体に固着される熱可塑性樹脂製の接合樹脂部材とからなり、
前記第２の構成部材は、前記側面が、前記他方の面側より前記一方の面側が拡がる斜面であって、前記一方の面に対して１５°以上９０°未満の範囲内の傾斜角度を有するものである
ことを特徴とする金属と繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体。
【請求項２】
熱可塑性樹脂に強化繊維が含有された繊維強化熱可塑性樹脂製の第１の構成部材を所望の形状に形成する第１工程と、
一方の側に開口部が形成された金属製の第２の構成部材を所望の形状に成形する第２工程と、
前記第２の構成部材の内周部の表面に、プライマー塗布、レーザによる表面処理、機械的処理による表面処理、及び、化学的処理による表面処理から選択される１種以上の処理を施す第３工程と、
金型内にインサートされた前記第２の構成部材の前記内周部に接合樹脂部材の熱可塑性樹脂組成物を射出、充填し、前記処理が施された前記内周部の表面に前記接合樹脂部材の他方の面及び側面が一体に固着した金属樹脂部材を製造する第４工程と、
前記第１の構成部材の所望の位置に前記金属樹脂部材を設置し、前記第１の構成部材に前記金属樹脂部材を他方の側から熱圧着し、部分的に溶融した前記第１の構成部材の熱可塑性樹脂と前記接合樹脂部材の一方の面とを一体に固着する第５工程とからなり、
前記第２の構成部材は、前記側面が、前記他方の面側より前記一方の面側が拡がる斜面であって、前記一方の面に対して１５°以上９０°未満の範囲内の傾斜角度を有するものであり、
前記金属樹脂部材は、前記第２の構成部材の前記一方の面より前記接合樹脂部材が所定量突出するように形成され、前記第５工程で熱圧着する時に、前記突出している部分が溶け代となっているものである
ことを特徴とする金属と繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体の製造方法。
【請求項３】
熱可塑性樹脂に強化繊維が含有された繊維強化熱可塑性樹脂製の第１の構成部材を所望の形状に形成する第１工程と、
一方の側に開口部が形成された金属製の第２の構成部材を所望の形状に成形する第２工程と、
前記第２の構成部材の内周部の表面に、プライマー塗布、レーザによる表面処理、機械的処理による表面処理、及び、化学的処理による表面処理から選択される１種以上の処理を施す第３工程と、
前記第１の構成部材の所望の位置に、前記第１の構成部材に前記第２の構成部材の一方の面を当接させ、金型内にセットする第４工程と、
前記金型を閉じ、前記第１の構成部材と前記第２の構成部材の前記内周部とから形成される空間部に、接合樹脂部材の熱可塑性樹脂組成物を射出、充填し、前記熱可塑性樹脂組成物が冷却される過程で、前記接合樹脂部材の一方の面と前記第１の構成部材、及び、前記接合樹脂部材の他方の面及び側面と前記処理が施された前記第２の構成部材の前記内周部とを一体に固着する第５工程とからなり、
前記第２の構成部材は、前記側面が、前記他方の面側より前記一方の面側が拡がる斜面であって、前記一方の面に対して１５°以上９０°未満の範囲内の傾斜角度を有するとともに、前記熱可塑性樹脂組成物を前記空間部に注入するための穴が少なくとも一つ以上形成されており、
前記第５の工程は、前記穴を介して、接合樹脂部材の熱可塑性樹脂組成物を射出、充填する工程である
ことを特徴とする金属と繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体の製造方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載された金属と繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体の製造方法において、
前記強化繊維は、炭素繊維である
ことを特徴とする金属と繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属と強化繊維熱可塑性樹脂を一体化して、高強度と軽量化を図った金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体とその製造方法に関する。更に詳しくは、所望の形状に成形された強化繊維熱可塑性樹脂製の構造部材と、強化繊維熱可塑性樹脂製の構成部材の所望の位置に設置される金属製の構造部材とを一体化した金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維強化熱硬化性樹脂は、強化材に炭素繊維を用いた強化繊維樹脂（強化プラスチック）であり、鉄の１／４〜１／５と軽量ながら、十分な剛性を有している材料として知られている。この炭素繊維強化熱硬化性樹脂は、ゴルフクラブのシャフト、釣り竿等から実用化され、高剛性でありながら軽量化が求められる航空機等の構成部材にも使用されている。この炭素繊維強化熱硬化性樹脂からなる構成部材は、炭素繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたシート（プリプレグ）を、加圧可能なオートクレーブと呼ばれている窯内等で、高温高圧化で焼き固めるオートクレープ法などにより成形されている。
【０００３】
しかしながら、炭素繊維に含浸させる樹脂材料が熱硬化性樹脂になっているため、加熱することにより固化し、再加熱しても軟化することがない。また、オートクレーブ法等では構成部材の成形にかかる時間が長くなることが多いので生産性が低く、廃棄材料や不良品を再成形してリサイクルすることもできないなどの問題が生じており、非常に高価なものとなっている。そのため、炭素繊維強化熱硬化性樹脂からなる構成部材は、例えば、量産車のような自動車の構成部材としては採用されることがなかった。
【０００４】
そのため、量産車の構造部材に採用可能なものとして、熱可塑性樹脂をマトリックスとする炭素繊維強化熱可塑性樹脂の開発が進められている。この炭素繊維強化熱可塑性樹脂は、加熱後、プレス装置の金型にセットし、型締めプロセスで成形する高速スタンピング成形等が可能であり、成形時間も数分以下と従来より短縮が可能である。また、再加熱することにより部品の接合やリサイクルすることが可能とされている。
【０００５】
用途に従い、いろいろな形状に成形された炭素繊維強化熱可塑性樹脂製の構造部材は、組み立てられて製品化されていく。すなわち、製品として完成するためには、金属製の構造部材と同様に、各構造部材同士を組み合わせ、締結、固定したりしなければならない。そのため、この炭素繊維強化熱可塑性樹脂の接合に関する技術は、いろいろ研究開発が進められ、種々の提案がされている。特許文献に従って、炭素繊維強化熱可塑性樹脂の接合に関する従来の技術について説明を行う。
【０００６】
例えば、炭素繊維で強化した熱可塑性樹脂であるＣＦＲＴＰ材を融着する方法であって、ＣＦＲＴＰ材への電圧印加と、加圧とを実施して部分的に溶融させ、電圧印加を停止し、ＣＦＲＴＰ材の接合部を冷却して融着する方法に関する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、少なくとも一方が炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合体である一対の接合物を、抵抗溶着を利用して接合する方法に関する技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
さらに、熱可塑性樹脂をマトリックス（母材）とする炭素繊維複合材料と金属とを接合させてなる接合部材を製造する方法であって、金属表面に凹凸形状を形成させる工程と、熱可塑性樹脂層を設ける工程と、熱可塑性樹脂層を溶融させることで金属と炭素繊維複合材料とを接合させる接合方法に関する技術が知られている（例えば、特許文献３参照）。また、熱可塑性樹脂をマトリックスとした炭素繊維強化複合材料に金属部材への付加をインサート成形により行う接合部材の接合方法に関する技術が知られている（例えば、特許文献４参照）。
【０００８】
さらに、主構造材と、少なくとも一枚の繊維強化材層が積層され、主構造材の面に接着される補強部材とから構成される接着構造部材であって、補強部材の主構造体と接着される面に溝が加工された溝加工部を有する接着構造部材に関する技術が知られている（例えば、特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−１８７９０３号公報
【特許文献２】特開２０１２−１６８６７号公報
【特許文献３】ＷＯ２０１３／１４６９００（Ａ１）
【特許文献４】特開２０１２−１５８１４２号公報
【特許文献５】特開２０１２−１７１２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１、２の技術は、炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合体からなる接合物または類似するものを接合する技術であり、炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合体と金属とを接合することができないものである。特許文献３の技術は、熱可塑性樹脂層と金属表面との接合力を強化するためには、有機物の薄層を設ける工程を含む必要がある技術であった。また、熱可塑性樹脂層を有することで、剛性が低下するおそれもあった。特許文献４の技術は、炭素繊維複合材料でインサート成形を行うと、複雑な形状に形成されているキャビティ全体に炭素繊維複合材料が充填されないおそれがあり、高精度で、信頼性の高い射出成形を行えないおそれが生じた。また、特許文献５の技術は、優れた接着強度を発現するための溝加工部を加工する工程が必要であり、生産性の低下が生じてしまうという問題点が生じている。
このように、特許文献１〜５の技術は、金属製の構造部材と強化繊維熱可塑性樹脂（炭素繊維強化熱可塑性樹脂）製の構造部材とを一体に強固に固着するには、まだ課題があり、改良の余地が残されているものであった。
【００１１】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、下記の目的を達成する。
本発明の目的は、金属製の構造部材と強化繊維熱可塑性樹脂製の構造部材とを強固に固着することにより、軽量化と高剛性化が図れ、組立作業等が容易な金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
本発明１の金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体は、
所望の形状に形成され、熱可塑性樹脂に強化繊維が含有された繊維強化熱可塑性樹脂製の第１の構成部材と、前記第１の構成部材の所望の位置に設置され、一方の側に開口部が形成された構造部材であって、内周部の表面に、プライマー塗布、レーザによる表面処理、機械的処理による表面処理、及び、化学的処理による表面処理から選択される１種以上の処理が施された金属製の第２の構成部材と、前記第１の構成部材と前記第２の構成部材との間に設けられ、他方の面及び側面が前記第２の構成部材の前記処理が施された前記内周部の表面に一体に固着されるとともに、一方の面が前記第１の構成部材の前記熱可塑性樹脂と一体に固着される熱可塑性樹脂製の接合樹脂部材とからなり、前記第２の構成部材は、前記側面が、前記他方の面側より前記一方の面側が拡がる斜面であって、前記一方の面に対して１５°以上９０°未満の範囲内の傾斜角度を有するものであることを特徴とする。
【００１７】
本発明２の金属と繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体の製造方法は、
熱可塑性樹脂に強化繊維が含有された繊維強化熱可塑性樹脂製の第１の構成部材を所望の形状に形成する第１工程と、一方の側に開口部が形成された金属製の第２の構成部材を所望の形状に成形する第２工程と、前記第２の構成部材の内周部の表面に、プライマー塗布、レーザによる表面処理、機械的処理による表面処理、及び、化学的処理による表面処理から選択される１種以上の処理を施す第３工程と、金型内にインサートされた前記第２の構成部材の前記内周部に接合樹脂部材の熱可塑性樹脂組成物を射出、充填し、前記処理が施された前記内周部の表面に前記接合樹脂部材の他方の面及び側面が一体に固着した金属樹脂部材を製造する第４工程と、前記第１の構成部材の所望の位置に前記金属樹脂部材を設置し、前記第１の構成部材に前記金属樹脂部材を他方の側から熱圧着し、部分的に溶融した前記第１の構成部材の熱可塑性樹脂と前記接合樹脂部材の一方の面とを一体に固着する第５工程とからなり、前記第２の構成部材は、前記側面が、前記他方の面側より前記一方の面側が拡がる斜面であって、前記一方の面に対して１５°以上９０°未満の範囲内の傾斜角度を有するものであり、前記金属樹脂部材は、前記第２の構成部材の前記一方の面より前記接合樹脂部材が所定量突出するように形成され、前記第５工程で熱圧着する時に、前記突出している部分が溶け代となっているものであることを特徴とする。
【００１８】
本発明３の金属と繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体の製造方法は、
熱可塑性樹脂に強化繊維が含有された繊維強化熱可塑性樹脂製の第１の構成部材を所望の形状に形成する第１工程と、一方の側に開口部が形成された金属製の第２の構成部材を所望の形状に成形する第２工程と、前記第２の構成部材の内周部の表面に、プライマー塗布、レーザによる表面処理、機械的処理による表面処理、及び、化学的処理による表面処理から選択される１種以上の処理を施す第３工程と、前記第１の構成部材の所望の位置に、前記第１の構成部材に前記第２の構成部材の一方の面を当接させ、金型内にセットする第４工程と、前記金型を閉じ、前記第１の構成部材と前記第２の構成部材の前記内周部とから形成される空間部に、接合樹脂部材の熱可塑性樹脂組成物を射出、充填し、前記熱可塑性樹脂組成物が冷却される過程で、前記接合樹脂部材の一方の面と前記第１の構成部材、及び、前記接合樹脂部材の他方の面及び側面と前記処理が施された前記第２の構成部材の前記内周部とを一体に固着する第５工程とからなり、前記第２の構成部材は、前記側面が、前記他方の面側より前記一方の面側が拡がる斜面であって、前記一方の面に対して１５°以上９０°未満の範囲内の傾斜角度を有するとともに、前記熱可塑性樹脂組成物を前記空間部に注入するための穴が少なくとも一つ以上形成されており、前記第５の工程は、前記穴を介して、接合樹脂部材の熱可塑性樹脂組成物を射出、充填する工程であることを特徴とする。
【００１９】
本発明４の金属と繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体の製造方法は、本発明２又は３ににおいて、前記強化繊維は、炭素繊維であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体は、軽量、高剛性で、成形加工が容易な強化繊維熱可塑性樹脂製の第１の構造部材に、他の複合構造体との組立等を容易にするための金属製の第２の構造部材を、容易に、強固に固着することができる。言い換えると、この複合構造体は、主な部位が強化繊維熱可塑性樹脂製の第１の構造部材からなるものであって、軽量、高剛性の構造体とすることができる。また、第２の構造部材は、金属製の構造部材であり、組み立てて製品化するために、連結、結合等を行う部分（部位）を機械加工等で容易に形成することができる。すなわち、この複合構造部材は、従来の全体が金属製の構造部材に比べ軽量化が図れ、従来の全体が金属製の構造部材とほぼ同じような作業で製品を組み立て、製造することができる。
【００２１】
さらに、第１の構造部材は、熱可塑性樹脂に強化繊維が含有された繊維強化熱可塑性樹脂製であり、所望の形状に成形するための時間の短縮、生産性の向上が図れ、廃棄材料や不良品を再成形してリサイクルすることも容易である。また、この複合構造体は、金属製の第２の構造部材が、第１の構造部材に一体に固着されているため、複合構造体同士の結合が、従来の金属製の構造体と同様に、ボルト等の締結部材で締結することができ、組立作業が容易である。例えば、量産車のような自動車のような低価格の製品にも採用することができ、車両重量が削減でき、燃料使用量の減少を図ることができる。
【００２２】
本発明の金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体の製造方法は、強化繊維熱可塑性樹脂製の第１の構造部材と金属製の第２の構造部材とを、接合樹脂部材を介して、一体に、強固に固着している。第２の構造部材には、プライマー塗布、レーザによる表面処理、機械的処理による表面処理、及び、化学的処理による表面処理から選択される１種以上の処理が施されており、接合樹脂部材と強固に固着する。第１の構造部材のマトリックス（母材）である熱可塑性樹脂は、加熱された接合樹脂部材または射出された接合樹脂部材の熱可塑性樹脂組成物と接触する部位（部分）が部分的に溶融した後冷却する過程で、第１構造部材の熱可塑性樹脂と接合樹脂部材とが一体になり強固に固着する。また、第１の構造部材は、成形加工が容易で、安価で製造することができる。このような製造方法により、軽量化と高剛性化が図れた金属と繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体を、生産性を向上させて製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体を示す図であって、（ａ）は外観図、（ｂ）は（ａ）をＢ−Ｂ線で切断した断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態において、金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体が製造される過程を模式的に示した説明図である。
【図３】図３は、強化繊維熱可塑性樹脂製の第１の構造部材と金属樹脂部材とを、固着する前の状態を示す説明図である。
【図４】図４は、第１の構造部材と金属樹脂部材とを、熱圧着により強固に固着している状態を模式的に示した説明図である。
【図５】図５は、第２の実施の形態において、金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体が製造される過程を模式的に示した説明図である。
【図６】図６は、第２の実施の形態において、金型を閉じた状態を示す説明図である。
【図７】図７は、第２の実施の形態において、強化繊維熱可塑性樹脂製の第１の構造部材と金属製の第２の構造部材との間に形成された空間部に接合樹脂部材の熱可塑性樹脂組成物を射出している状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、本発明の金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体とその製造方法の実施の形態について、図面に基づき説明を行う。
【００２５】
図１は、本発明の金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体を示す図であって、（ａ）は外観図、（ｂ）は（ａ）をＢ−Ｂ線で切断した断面図である。図２は、本発明の第１の実施の形態において、金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体が製造される過程（工程）を模式的に示した説明図、図３は、強化繊維熱可塑性樹脂製の第１の構造部材と金属樹脂部材とを、固着する前の状態を示す説明図、図４は、第１の構造部材と金属樹脂部材とを、熱圧着により強固に固着している状態を模式的に示した説明図である。なお、この実施の形態の説明では、強化繊維熱可塑性樹脂を、炭素繊維強化熱可塑性樹脂を例にして説明を行う。
【００２６】
〔第１の実施の形態〕
図１に基づいて、金属と炭素繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体について説明を行う。
金属と、熱可塑性樹脂に炭素繊維が含有されている炭素繊維強化熱可塑性樹脂（Cabon Fiber Reinforced Thermo Plastics；以下、ＣＦＲＴＰと記載する。）の複合構造体（以下、複合構造体と記載する。）１は、自動車、航空機等を構成するための構造部材（構造部品）である。例えば、現状、金属で製造されている金属製の構造部材（構造部品）に相当するものであり、金属製の構造部材と同等、ほぼ同等の強度、剛性が要求される構造部材である。
【００２７】
複合構造体１は、所望の形状に成形されたＣＦＲＴＰ製の第１の構造部材（以下、ＣＦＲＴＰ製部材と記載する。）１１と、ＣＦＲＴＰ製部材１１の所望の位置に設けられている金属製の第２の構造部材（以下、金属製部材と記載する。）１２と、ＣＦＲＴＰ製部材１１と金属製部材１２とを一体に固着するための熱可塑性樹脂からなる接合樹脂部材１３とから構成されている。
【００２８】
複合構造体１の金属製部材１２は、他の複合構造体と、ボルト等の公知の締結部材で締結され、複合構造体同士を容易に組み立てられるようにするものであり、図示はしていないが、例えば、ねじ穴、取付部、ボルト穴等からなる締結部、結合部等が形成されているものである。このようにすることで、いろいろな形状に形成されている複合構造体１と他の複合構造体とが、容易に、かつ、強固に締結され、生産性の低下を生じさせない。
図２から４に基づいて、第１の実施の形態における金属と炭素繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体の製造方法について説明を行う。
【００２９】
〔ＣＦＲＴＰ製部材〕
ＣＦＲＴＰ製部材１１は、ＣＦＲＴＰ素材１１ａを所定の大きさに形成し、所望の形状に形成する。ＣＦＲＴＰ素材１１ａは、熱可塑性樹脂〔例えば、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＡ（ポリアミド）〕に炭素繊維が６０％以下含有されたものであるとよい。ＣＦＲＴＰ素材１１ａを所望の形状に形成するには、ＣＦＲＴＰ素材１１ａを所定の温度に加熱した後、所望の形状に形成されている金型内にＣＦＲＴＰ素材１１ａを挿入し、金型でプレス成形し所定の形状のＣＦＲＴＰ製成形部材を製造する熱プレス法（例えば、スタンピング成形法）が多く採用されている。このスタンピング成形に関する技術は公知な技術（例えば、特開２０１２−２１３９４６号公報参照）であり、この実施の形態の説明では詳細な説明を省略する。その後、ＣＦＲＴＰ製成形部材は、外周面等にトリミング加工等が施され、所望の形状のＣＦＲＴＰ製部材１１に製造される〔図２の工程（ａ），（ｂ）〕。
【００３０】
〔金属製部材〕
本発明で対象とする金属製部材１２は、主にアルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金、銅合金等の軽合金と、鋼材、ステンレス鋼である。所定の厚みの板状の金属素材を所望の大きさに切断する。所望の大きさに切断された金属素材を所望の形状に形成する。この金属製部材１２は、上面（他方の側に位置する他方の面１２ｂ）側よりＣＦＲＴＰ製部材１１と固着される底面（一方の側に位置する一方の面１２ａ）側のほうが大きい面積を有するように形成されたものであり、底面（一方の面１２ａ）側には開口部が形成されている。この金属製部材１２は、側面が、上面（他方の面１２ｂ）側より底面（一方の面１２ａ）側が拡がっているとともに、底面に対して所定の傾斜角度αを有する斜面になっている。例えば、ＣＦＲＴＰ製部材１１に接合される金属製部材１２の底面（一方の面１２ａ）に対して、１５°以上９０°未満の範囲の傾斜角度αを有する斜面になっている。このような、成形はプレス成形により容易に行うことができ、この実施の形態の金属製部材１２は、断面視略台形形状をしたものであって、底面側が開口している〔図２の工程（ｃ），（ｄ）〕。なお、金属製部材は、例えば、円錐台状または略円錐台状の構造部材、角錐台状または略角錐台状の構造部材等であればよい。すなわち、金属製部材は、前述した傾斜角度αを有する側面を有する断面視略台形形状のものであればよい。
【００３１】
金属製部材１２は、断面視略台形形状の内周部１２ｃの表面に熱可塑性樹脂と容易に接合できる処理が施されている〔図２の工程（ｅ）〕。これら金属製部材１２の内周部１２ｃの表面に何らの処理も施さない状態で熱可塑性樹脂組成物を射出成形したとしても充分な接合力を得られない場合が多い。特に、高信頼性が要求される場合には不十分である。従って、本発明においては、金属製部材１２の内周部１２ｃの表面にエッチング処理を施し、これにより接合力を高めている。本発明者らは、金属合金と樹脂とを強い接合力で一体化すべくエッチング手法を開発しており、これらの技術は一部開示されている。〔例えば、特開２００７−３０１９７２号公報、ＷＯ２００４／０４１５３２（Ａ１）、特許第３９５４３７９号公報等参照〕。
【００３２】
〔アルミニウム合金の例〕
その概要をアルミニウム合金を例に説明する。アルミニウム合金として規格化されたものが使用されるが、製品化するために板状の素材からプレス加工が施され、所望の形状に成形する。その加工された形状物の表面には、油脂類や微細な塵が付着しているおそれがあり、アルミニウム脱脂剤で洗浄する。
【００３３】
〔化学エッチング〕
次に、アルミニウム合金の内周部１２ｃの表面に化学エッチング処理を施す。これは、本発明における必須の処理ではないものの、これを行うことでアルミニウム合金形状物と熱可塑性樹脂組成物との接合がより効果的なものとなる。具体的には、アルミニウム合金を塩基性水溶液（ｐＨ＞７）に浸漬し、その後に水洗する。塩基性水溶液に用いる塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ソーダ灰、又はアンモニア等である。この処理を行うことでアルミニウム合金表面は、水素を放ちつつアルミン酸イオンになって溶解し、アルミニウム合金表面は削られて、エッチングが行われ新しい面になる。
【００３４】
〔化成処理〕
次に、化学エッチングを施したアルミニウム合金表面に化成処理（内面表面処理）を施す〔図２の工程（ｅ）〕。これは、本発明における必須の処理である。具体的には、アルミニウム合金をアンモニア、ヒドラジン及び／又は水溶性アミン化合物の水溶液に浸漬する。この処理を行うことで、アルミニウム合金表面を微妙に浸して微細凹凸を形成し、窒素含有化合物を吸着させるのである。３〜１０％のヒドラジン一水和物水溶液を４０℃〜７０℃とし、これにアルミニウム合金を数分浸漬した後、水洗する方法が好ましい。臭気が無く、扱いも容易だからである。
【００３５】
なお、金属製部材１２は、内周部１２ｃの表面に、プライマー（下塗り材）を塗布する内面表面処理が施されたものであってもよい。また、金属製部材１２は、内周部１２ｃの表面が所望の表面あらさの凹凸面になるように、レーザ加工により表面処理加工（内面表面処理）が施されたものであってもよい。さらに、金属製部材１２は、切削加工、研削加工等等による機械的処理により、内周部１２ｃの表面が所望の表面あらさの凹凸面になるように表面処理（内面表面処理）が施されたものであってもよい。また、金属製部材１２は、内周部１２ｃの表面が化学的処理による表面処理（内面表面処理）が施されたものであってもよい。さらに、これらの表面処理から選択される１種以上の処理を行ったものであってもよい。すなわち、金属製部材１２は、内周部１２ｃの表面に、接合樹脂部材１３との接合を強固にするための表面処理を施してあればよい。
【００３６】
〔金属製部材と接合樹脂部材との接合〕
次に、このように化成処理のされたアルミニウム合金表面に対して、接合樹脂部材１３の組成物である結晶性の熱可塑性樹脂組成物（以下、接合樹脂組成物と記載）を射出成形させる。その接合樹脂組成物は、ポニフェニレンスフィド（以下、「ＰＰＳ」という。）又は、ポリブチレンテレフタレート（以下、「ＰＢＴ」という。）を主成分とするものを用いる。また、フィラーを含有させることは、機械的特性を改善し、アルミニウム合金形状物と接合樹脂組成物との線膨張率を一致させるという観点から非常に重要である。繊維フィラーとしては、ガラス繊維、炭素繊維、及びアラミド繊維から選択される１種以上を用いると良く、粉末型フィラーとしては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、シリカ、タルク、ガラス、及び粘土から選択される１種以上を用いると良い。
【００３７】
金属製部材１２は、内周部１２ｃの表面を化成処理した後、金型（図示せず）内にインサートされる。所定の温度に加熱されるとともに所定の圧力に加圧された接合樹脂組成物が金型のキャビティ内に射出、充填される。充填された接合樹脂組成物が冷却され接合樹脂部材１３となる過程で、金属製部材１２の内周部１２ｃの表面と、接合樹脂部材１３の他方の面及び側面が強固に接合され、金属製部材１２と接合樹脂部材１３とが一体化された金属樹脂部材１４が製造される〔図２の工程（ｆ）〕。なお、金属樹脂部材１４は、接合樹脂部材１３が金属製部材１２の底面の端面（開口部側端面）より所定量ａ（例えば、０．３ｍｍ）分、下方に突出するように形成されている。この突出するように形成された部位（部分）は、ＣＦＲＴＰ製部材１１と金属樹脂部材１４とを熱圧着装置２０による熱圧着で一体に固着するときの接合樹脂部材１３の溶け代となるものである。
【００３８】
〔ＣＦＲＴＰ製部材と金属樹脂部材との固着〕
所望の形状に成形されたＣＦＲＴＰ製部材１１には、所定の位置に金属樹脂部材１４が一体に固着される。この所定の位置とは、複合構造体１を組み付ける際の結合位置に相当するものである。
【００３９】
ＣＦＲＴＰ製部材１１を基台２５上に載置、固定する。ＣＦＲＴＰ製部材１１の所望の位置に金属樹脂部材１４を載置するとともに、熱圧着ヘッド２１を被せる。熱圧着ヘッド２１には、ヒーター２４が内蔵されている。熱圧着ヘッド２１により、接合樹脂部材１３を溶融させるための所定の温度（例えば、接合樹脂部材の熱可塑性樹脂の融点より＋２０〜３０℃高い温度）に加熱するとともに、接合樹脂部材１３と、部分的に溶融しているＣＦＲＴＰ製部材１１のマトリックス（母材）である熱可塑性樹脂とが冷却される過程で一体化するように所定の圧力Ｐを加える〔図２の工程（ｇ）〕。これらの制御は、熱圧着制御装置２２で行われる。所定の温度に加熱された接合樹脂部材１３は、溶融状態になるとともに、この熱をＣＦＲＴＰ製部材１１側に熱伝導する。ＣＦＲＴＰ製部材１１の熱可塑性樹脂は、加熱された接合樹脂部材１３と接触している部位及びその近傍が部分的に溶融する。ヒーター２４による加熱を停止し、冷却されることで、溶融状態にあった接合樹脂部材１３と、ＣＦＲＴＰ部材１１の熱可塑性樹脂の部分的に溶融した部位とは一体となって固化し、ＣＦＲＴＰ部材１１の熱可塑性樹脂と接合樹脂部材１３の一方の面とが一体となり強固に固着される。すなわち、ＣＦＲＴＰ製部材１１と金属製部材１２とは、接合樹脂部材１３を介して一体に強固に固着される。また、金属製部材１２の底面がＣＦＲＴＰ製部材１１の上面に当接するように固着されること、金属製部材１２が接合樹脂部材１３により中実状態になっていること、金属樹脂部材１４が底面（金属樹脂部材１４の固着面となる金属製部材１２の一方の側に位置する一方の面１２ａ）側の面積が大きくなるように形成されていること、金属製部材１２の側面が所定の角度を有する斜面に形成されていることなどで強固に固着されることになる。言い換えると、ＣＦＲＴＰ製部材１１と金属製部材１２とが、接合樹脂部材１３を介して強固に一体化されている。このような構成にすることにより、金属製部材１２に形成され、ボルト等締結部材によって他の構造部材と締結されている締結部（図示せず）側から荷重が作用した場合でも、接合樹脂部材１３を介して一体に固着している部分に問題が発生することがないようにしている。
【００４０】
熱圧着ヘッド２１とＣＦＲＴＰ製部材１１とは、３次元方向に、相対的に、移動、位置決めを行うことができる構成になっている。例えば、熱圧着ヘッド２１には、図示しない移動、位置決めが容易に行うことができる軸移動装置が設けられており、ＣＦＲＴＰ製部材１１に対して、熱圧着ヘッド２１が、３次元方向に、相対的に、移動、位置決めを行うことができる構成になっている。すなわち、ＣＦＲＴＰ製部材１１に対して金属製部材１２を所望の位置に位置決めして固着することができる構成となっている。
【００４１】
この複合構造体１は、軽量、高剛性で、成形加工が容易なＣＦＲＴＰ製部材１１に、他の複合構造体との組立等を容易にするための金属製部材１２を、容易に、強固に固着することができる。言い換えると、この複合構造体１は、主な部位がＣＦＲＴＰ製部材１１からなるものであって、軽量、高剛性の構造体とすることができる。また、金属製部材１２は金属加工等が容易な金属製の部材であり、組み立てて製品化するために、連結、結合等を行う部分（部位）を機械加工等で容易に形成することができる。すなわち、この複合構造部材１は、従来の全体が金属製の構造部材に比べ軽量化が図れ、従来の全体が金属製の構造部材とほぼ同じような作業で製品を組み立て、製造することができる。
【００４２】
さらに、ＣＦＲＴＰ部材１１は、熱可塑性樹脂に強化繊維が含有された繊維強化熱可塑性樹脂製であり、所望の形状に成形するための時間の短縮、生産性の向上が図れ、廃棄材料や不良品を再成形してリサイクルすることも容易である。また、この複合構造体１は、金属製部材１２が、ＣＦＲＴＰ部材１１に一体に固着されているため、複合構造体１同士の結合が、従来の金属製の構造体と同様に、ボルト等の締結部材で締結することができ、組立作業が容易である。例えば、量産車のような自動車のような低価格の製品にも採用することができ、この複合構造体を採用すると、車両重量が削減でき、燃料使用量の減少を図ることができる。
【００４３】
この複合構造体１の製造方法は、ＣＦＲＴＰ部材１１と金属製部材１２とを、接合樹脂部材１３を介して、一体に、強固に固着している。金属製部材１２には、プライマー塗布、レーザによる表面処理、機械的処理による表面処理、及び、化学的処理による表面処理から選択される１種以上の処理が施されており、接合樹脂部材１３と強固に固着する。ＣＦＲＴＰ部材１１の熱可塑性樹脂は、加熱された接合樹脂部材１３との接触部位（部分）が部分的に溶融した後、冷却される過程で、ＣＦＲＴＰ部材１１の熱可塑性樹脂と接合樹脂部材１３とが一体になり強固に固着する。また、第１の構造部材は、成形加工が容易で、安価で製造することができる。このような製造方法により、軽量化と高剛性化が図れた金属と繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体を、生産性を向上させて製造することができ、普及拡大が図れる。
【００４４】
〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態における金属と炭素繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体とその製造方法について、図５〜７に従って説明を行う。図５は、第２の実施の形態において、金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体が製造される過程（工程）を模式的に示した説明図、図６は、第２の実施の形態において、金型を閉じた状態を示す説明図、図７は、第２の実施の形態において、強化繊維熱可塑性樹脂製の第１の構造部材と金属製の第２の構造部材との間に形成されたキャビティ（空間部）に接合樹脂部材の熱可塑性樹脂組成物を射出している状態を示す説明図である。
【００４５】
この第２の実施の形態の金属と炭素繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体とその製造方法は、前述した第１の実施の形態に対して、金属と炭素繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体を製造する製造工程の一部が異なるものであって、金属と炭素繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体としては同一、または、ほぼ同一のものである。第２の実施の形態について、製造方法の異なる工程の部分を中心にして説明を行う。なお、この第２の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付与して詳細な説明を省略する。
【００４６】
ＣＦＲＴＰ素材１１ａをスタンピング成形で所望の形状に形成してＣＦＲＴＰ製部材１１を製造する。ＣＦＲＴＰ製部材１１にトリミング加工等を施す〔図５の工程（ａ），（ｂ）〕。金属素材を所望の大きさに切断した後、切断された金属素材をプレス成形により所望の形状に形成して金属製部材１２を製造する〔図５の工程（ｃ），（ｄ）〕。金属製部材１２の内周部１２ｃの表面に内面表面処理を施す〔図５の工程（ｅ）〕。これらの各工程は、第１の実施の形態と同一である。また、金属製部材１２には、接合樹脂部材１３の熱可塑性樹脂組成物をキャビティ（空間部）１５に射出、充填するための穴１６（図６参照）が少なくとも一つ以上形成されている。
【００４７】
一方の金型３１と他方の金型３２とからなる金型３０に、ＣＦＲＴＰ製部材１１、金属製部材１２をセットし、金型３０を閉じる。ＣＦＲＴＰ製部材１１と金属製部材１２との間に形成されるキャビティ１５に、ノズル３３から接合樹脂組成物（接合樹脂部材１３の熱可塑性樹脂組成物）が射出、充填され、いわゆるインサート成形が行われる。このとき、接合樹脂組成物は、所定の温度（例えば、接合樹脂部材の熱可塑性樹脂の融点より＋２０〜３０℃高い温度）に加熱され、所定の射出圧力でキャビティ１５内に射出、充填されることになる。そのため、接合樹脂部材１３の他方の面及び側面と金属製部材１２の表面処理が施された内周部１２ｃの表面とは、充填された接合樹脂組成物が冷却して接合樹脂部材１３となる過程で強固に固着する。また、ＣＦＲＴＰ製部材１１は、接合樹脂組成物が充填されたとき、マトリックス（母材）である熱可塑性樹脂が、充填された接合樹脂組成物と接触している部位及びその近傍が部分的に溶融する。そして、充填された接合樹脂組成物が冷却され接合樹脂部材１３となる過程において、接合樹脂組成物と部分的に溶融したＣＦＲＴＰ部材の熱可塑性樹脂とは一体に固化する。言い換えると、接合樹脂部材１３の一方の面とＣＦＲＴＰ製部材１１とは、充填された接合樹脂組成物と部分的に溶融した熱可塑性樹脂とが冷却されて固化する過程で、一体に強固に固着される〔図５の工程（ｈ）〕。すなわち、ＣＦＲＴＰ製部材１１と金属製部材１２とは、接合樹脂部材１３を介して一体に強固に固着される。
【００４８】
また、金属製部材１２の底面（一方の面１２ａ）がＣＦＲＴＰ製部材１１の上面に当接して固着されること、金属製部材１２が接合樹脂部材１３により中実状態になっていること、接合樹脂部材１３、金属製部材１２の固着面となる底面（一方の面１２ａ）側の面積が大きくなるように形成されていること、金属製部材１２の側面が所定の角度を有する斜面に形成されていることなどで強固に固着される。言い換えると、ＣＦＲＴＰ製部材１１と金属製部材１２とが、接合樹脂部材１３を介して強固に一体化されている。このような構成にすることにより、金属製部材１２に形成され、ボルト等締結部材によって他の構造部材と締結されている締結部（図示せず）側から荷重が作用した場合でも、接合樹脂部材１３を介して一体に固着している部分に問題が発生しないようにしている。
【００４９】
金型３０を開いて、一体に固着された複合構造体１を取り出す。なお、この金型は、複合構造体１が小さいものであれば、１回の射出成形でＣＦＲＴＰ製部材１１に複数の金属製部材１２が一体に形成された複合構造体１を製造できるものとするとよい。また、ＣＦＲＴＰ製部材１１が大型の場合には、ＣＦＲＴＰ製部材１１と金型３０とを相対移動可能な構成にし、金型３０とＣＦＲＴＰ製部材１１とを相対移動させながらＣＦＲＴＰ製部材１１に一つ又は複数の金属製部材１２を固着させるとよい。例えば、ＣＦＲＴＰ製部材１１を移動台上に載置固定し、金型３０に対してＣＦＲＴＰ製部材１１を相対移動させながら、前述した固着作業を行って複合構造体１を製造するとよい。この第２の実施の形態の複合構造体１とその製造方法は、前述した第１の実施の形態とほぼ同様な効果を呈することになる。
【００５０】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されることはなく、本発明の目的、趣旨を逸脱しない範囲内で変更が可能なことはいうまでもない。例えば、繊維強化熱可塑性樹脂製構造部材を炭素繊維強化熱可塑性樹脂製構造部材で説明を行っているが、熱可塑性樹脂に他の種類の繊維が含有されたもの（例えば、ガラス繊維強化熱可塑性樹脂製構造部材）であってもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体
１１…強化繊維熱可塑性樹脂製の第１の構造部材（炭素繊維強化熱可塑性樹脂製の第１の構造部材，ＣＦＲＴＰ製部材）
１２…金属製の第２の構造部材（金属製部材）
１３…接合樹脂部材
１４…金属樹脂部材
２０…熱圧着装置
２１…熱圧着ヘッド
２２…熱圧着制御装置
３０…金型
３１…一方の金型
３２…他方の金型
【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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