(57)【要約】【課題】炭素繊維と熱可塑性樹脂を含む複合材料同士を、機械締結などの方法を用いずに、簡便な方法で直接接合し、接合強度に優れた接合部材を製造する方法を提供すること。【解決手段】（ｉ）平均繊維長が１０〜１００ｍｍの範囲の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを、炭素繊維１００重量部に対し、熱可塑性樹脂を３０〜２００重量部の割合で含む複数の複合材料を準備し、（ｉｉ）少なくとも一方の複合材料に空隙を有するエネルギーダイレクタを設け、（ｉｉｉ）当該エネルギーダイレクタを有する接合予定部を、他方の複合材料の接合予定部と重ね、圧着する各工程を含むことを特徴とする、接合部材の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）平均繊維長が１０〜１００ｍｍの範囲の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを、炭素繊維１００重量部に対し、熱可塑性樹脂を３０〜２００重量部の割合で含む複数の複合材料を準備し、
（ｉｉ）少なくとも一方の複合材料に、空隙を有し嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ３以上１．４ｇ／ｃｍ３以下であるエネルギーダイレクタを設け、
（ｉｉｉ）当該エネルギーダイレクタを有する接合予定部を、他方の複合材料の接合予定部と重ね、圧着する
各工程を含むことを特徴とする、接合部材の製造方法。
【請求項２】
振動溶着または超音波溶着によって圧着する、請求項１に記載の接合部材の製造方法。
【請求項３】
複合材料はシート状であって、炭素繊維はシートの面内方向にランダムに配置されている、請求項１または２に記載の接合部材の製造方法。
【請求項４】
複合材料は、目付けが２５〜４５００ｇ／ｍ２の範囲であり、下記式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束について、当該熱可塑性樹脂複合材料中の繊維全量に対する割合が体積割合で２０％以上９９％未満であり、かつ、強化繊維束中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たす、請求項３に記載の接合部材の製造方法。
臨界単糸数＝６００／Ｄ      （１）
０．６×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜１×１０５／Ｄ２    （２）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
【請求項５】
接合部材以外の接着剤または接合部品を用いない、請求項１〜４のいずれかに記載の接合部材の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の接合部材の製造方法によって製造された、接合部分の破壊強度が１５ＭＰａ以上である接合部材。
【請求項７】
平均繊維長が１０〜１００ｍｍの範囲の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを、炭素繊維１００重量部に対し、熱可塑性樹脂を３０〜２００重量部の割合で含んでなる、複数の複合材料が接合された接合部材であって、接合部分の破壊強度が１５ＭＰａ以上であり、かつ当該複合材料は
（ｉ）シート状であって、
（ｉｉ）当該炭素繊維はシートの面内方向にランダムに配置されており、
（ｉｉｉ）目付けが２５〜４５００ｇ／ｍ２の範囲であり、下記式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束について、当該複合材料中の炭素繊維全量に対する割合が体積割合で２０％以上９９％未満であり、かつ、炭素繊維束中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たす、接合部材。
臨界単糸数＝６００／Ｄ      （１）
０．６×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜１×１０５／Ｄ２    （２）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は接合部材の製造方法に関する。特に詳しくは、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含有する複数の複合材料を接合した接合部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に樹脂を接合する場合にはボルト・ナット、リベットなどの機械的な接合や、接着剤、溶着などを用いた接合法が用いられている。ボルト・ナットなどによる機械的な接合は一般に重量増が嵩むほか、樹脂のクリープ現象による締結力低下、接合点への応力集中により、最悪の場合、最初の応力集中点を起点として次々に破壊が進行していく懸念がある。接着剤を用いる接合では一般に実用強度を得るまでに時間が掛かるため養生工程を考慮しなければならないほか、強度を確保するため一定厚の接着剤層を確保することが必要であり、特に大型部材を接合する場合には相当量の接着剤を要し、結果として得られた部材の大幅な重量増が懸念される。さらにその強度も接着剤のみでは必ずしも充分でないという欠点があった。
【０００３】
樹脂が熱可塑性の場合は接合部を溶融させることにより該樹脂そのものの強度が得られる上、接合による重量増がなく、処理時間も短く、極めて有効な方法である。溶着方法には熱板、熱線、赤外線など熱を加えて密着させる方法もあるが、機械的振動を接合面に加えその摩擦熱によって温度上昇させ、溶融・冷却して被接合体を固着する、振動溶着、超音波溶着は高効率、ハイサイクルで知られ極めて有用な接合方法であることが知られている。これら溶着を行う場合、より効率的に行われるために、溶着のきっかけとして、特許文献１ではリブ状の、特許文献２では円錐状のエネルギーダイレクタと呼ばれる突起を形成することが記載されている。溶着の際には、圧着力がダイレクタを介して接合面に十分伝える必要があるため、エネルギーダイレクタは中密な突起である。
【０００４】
一方、これら振動溶着・超音波溶着を行うと擦れた樹脂が溶融されないと樹脂屑がバリとなって広がるため、例えば特許文献３のようにあらかじめバリ溜まりを設置して外部にバリが出ないようにすることが記されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１００３６４号公報
【特許文献２】特開平８−２９４９７２号公報
【特許文献３】特開平６−１３４８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
炭素繊維と熱可塑性樹脂を含む複合材料は、それ同士を機械締結などで接合すると、接合部にかかる力が集中したときに該部の炭素繊維が破壊、ついには接合部全体が破壊されるため、複合材料本来の強度が生かされない。
【０００７】
さて、溶着しようとする２以上の前記複合材料を加圧密着し、加振等することによって密着面が昇温し溶融され、その後冷却することにより固着、接合される。中密な突起であるエネルギーダイレクタを有する複合材料を用いるとエネルギーダイレクタ面が優先的に接触するため、超音波や振動エネルギーが集中することで溶融しやすくなり、効率的な溶着が実施される。
【０００８】
しかしながら、炭素繊維等の充填材を含む熱可塑性樹脂複合材料において、充填材は基本的に溶融しないため、エネルギーダイレクタ上で樹脂を含む大量の屑が発生する。その結果、接合界面に不溶の屑が大量に存在するため、そもそも溶融・固着が阻害され、効率的な接合ができず期待する接合強度が発現しない不具合があった。
【０００９】
本発明の目的は、炭素繊維と熱可塑性樹脂を含む複合材料同士を、機械締結などの方法を用いずに、簡便な方法で直接接合し、接合強度に優れた接合部材を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記のような複合材料同士を接合する際には上述のように振動溶着や超音波溶着が極めて有用であり、かつ溶着しようとする部分にエネルギーダイレクタを付与することにより効率的に溶着が達成されることに着目した。そして、エネルギーダイレクタ自体の表または裏に空隙を設けることにより屑が該空隙に収納され、そのため接合が阻害されず、効率的な溶着ができることを見出した。
【００１１】
すなわち、本発明は、次のとおりのものである。
［１］（ｉ）平均繊維長が１０〜１００ｍｍの範囲の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを、炭素繊維１００重量部に対し、熱可塑性樹脂を３０〜２００重量部の割合で含む複数の複合材料を準備し、
（ｉｉ）少なくとも一方の複合材料に、空隙を有し嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ３以上１．４ｇ／ｃｍ３以下であるエネルギーダイレクタを設け、
（ｉｉｉ）当該エネルギーダイレクタを有する接合予定部を、他方の複合材料の接合予定部と重ね、圧着する
各工程を含むことを特徴とする、接合部材の製造方法。
［２］振動溶着または超音波溶着によって圧着する、上記の接合部材の製造方法。
［３］複合材料はシート状であって、炭素繊維はシートの面内方向にランダムに配置されている、上記の接合部材の製造方法。
［４］複合材料は、目付けが２５〜４５００ｇ／ｍ２の範囲であり、下記式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束について、当該熱可塑性樹脂複合材料中の繊維全量に対する割合が体積割合で２０％以上９９％未満であり、かつ、強化繊維束中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たす、上記の接合部材の製造方法。
臨界単糸数＝６００／Ｄ      （１）
０．６×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜１×１０５／Ｄ２    （２）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
［５］接合部材以外の接着剤または接合部品を用いない、上記の接合部材の製造方法。
［６］上記の接合部材の製造方法によって製造された、接合部分の破壊強度が１５ＭＰａ以上である接合部材。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、溶着の際に発生するバリが溶着を妨げることなく空隙に収納することができる。これにより、溶着効率が上がり、溶着接合強度が非常に増大した接合部材を提供することができる。また、接着剤または接合部品等の第三の異種材料を用いないで、簡便な方法で接合強度の高い複合材料からなる接合部材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明におけるエネルギーダイレクタの斜視図の一例である。
【図２】本発明におけるエネルギーダイレクタの断面図の一例である。
【図３】本発明におけるエネルギーダイレクタの断面図の一例である。
【図４】本発明の実施例１で作製した接合片の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について説明する。
［熱可塑性複合材料］
本発明で使用する複合材料は、炭素繊維と、マトリクスとして熱可塑性樹脂を含むシート形態のものである。ここで、厚みとしては、成形性、特に金型との賦形性を考慮すると、例えば０．５〜５ｍｍの範囲のものが好適である。また、かかる複合材料は、２枚以上積層して使用することができる。炭素繊維は、繊維長が１０〜１００ｍｍ、好ましくは１０ｍｍ超５０ｍｍ未満の範囲のものである。
【００１５】
複合材料は、炭素繊維が、該複合材料中に実質的に２次元ランダムに配向しているものが好ましい。ここで、実質的に２次元ランダムに配向している、とは、炭素繊維が、複合材料の面内方向において、一方向のような特定の方向に配向していることなく、無秩序で、全体的には特定の方向性を示すことなくシート面内に配置されていることをいう。したがって、本発明における複合材料は、面内に異方性を有しない、実質的に等方性の材料である。
【００１６】
上記複合材料は、目付けが２５〜４５００ｇ／ｍ２の範囲であって、下記式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）について、炭素繊維全量に対する割合が体積で２０％以上９９％未満であり、かつ強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たすことが、成形性と機械強度のバランスが良好である。
臨界単糸数＝６００／Ｄ      （１）
０．６×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜１×１０５／Ｄ２      （２）
ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である。
【００１７】
好ましくは、上記式（１）で定義される臨界単糸数未満の繊維束および単糸と、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）が同時に存在し、炭素繊維束（Ａ’）について、マットの繊維全量に対する割合が体積で５０％以上９０％未満であり、かつ炭素繊維束（Ａ’）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（３）を満たす。
０．７×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜６×１０４／Ｄ２    （３）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
【００１８】
上記したように、本発明における複合材料の面内において、炭素繊維は特定の方向に配向しておらず、無作為な方向に分散して配置されている。
このように、本発明で使用する複合材料は面内等方性の材料である。複合材料より成形体を得た場合に、複合材料中の炭素繊維の等方性は、成形体においても維持される。複合材料からプレス成形等により成形体を得て、互いに直交する二方向の引張弾性率の比を求めることで、複合材料およびそれからの成形体の等方性を定量的に評価できる。複合材料から得られた成形体における２方向の弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った比が２を超えないときに等方性であるとする。比が１．３を超えないときは等方性に優れているとする。
【００１９】
本発明で使用する複合材料における炭素繊維の目付けとしては、好ましくは２５〜４５００ｇ／ｍ２の範囲である。複合材料はプリプレグとして有用であり、所望の成形に合わせて各種目付けが選択できる。複合材料を構成する炭素繊維は不連続であり、ある程度長い炭素繊維を含んで強化機能が発現できる。繊維長は、得られた複合材料における炭素繊維の繊維長を測定して求めた平均繊維長で表現される。平均繊維長の測定方法としては無作為に抽出した１００本の繊維の繊維長をノギス等を用いて１ｍｍ単位まで測定し、その平均を求める方法が挙げられる。炭素繊維の平均繊維長は好ましくは１０ｍｍ超５０ｍｍ以下である。繊維長の分布としては、単一であっても構わないし、２種類以上の混合であっても構わない。複合材料を構成する炭素繊維は、軽量でありながら強度に優れた複合材料が提供できる。
【００２０】
炭素繊維の平均繊維径は好ましくは３〜１２μｍである。炭素繊維とマトリクスである熱可塑性樹脂との密着強度は、ストランド引張りせん断試験における強度が５ＭＰａ以上であることが望ましい。この強度は、マトリクス樹脂の選択に加え、炭素繊維の表面酸素濃度比（Ｏ／Ｃ）を変更する方法や、炭素繊維にサイジング剤を付与して、繊維とマトリクス樹脂との密着強度を高める方法などの改質が挙げられる。
なお、本発明に用いる複合材料は、耐衝撃性を付与する等のためにガラス繊維やアラミド繊維などを含んでも構わない。
【００２１】
［炭素繊維の開繊程度］
前述したように、本発明における複合材料は、好適には、下記式（１）
臨界単糸数＝６００／Ｄ      （１）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
で定義する臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％未満であり、マット中には炭素繊維束（Ａ）以外の炭素繊維として、単糸の状態または臨界単糸数未満で構成される繊維束が存在する。
【００２２】
さらに臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たしている。
０．６×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜１×１０５／Ｄ２      （２）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
【００２３】
炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）を上記範囲とするには、後述する好ましい製法において、カット工程に供する繊維束の大きさ、例えば束の幅や幅当たりの繊維数を調整することでコントロールすることができる。具体的には開繊するなどして繊維束の幅を広げてカット工程に供すること、カット工程の前にスリット工程を設ける方法が挙げられる。また繊維束をカットと同時に、スリットしても良い。
【００２４】
具体的には、複合材料を構成する炭素繊維の平均繊維径が５〜７μｍの場合、臨界単糸数は８６〜１２０本となり、炭素繊維の平均繊維径が５μｍの場合、繊維束中の平均繊維数は２４０超〜４０００本未満の範囲となるが、なかでも３００〜２５００本であることが好ましい。より好ましくは４００〜１６００本である。炭素繊維の平均繊維径が７μｍの場合、繊維束中の平均繊維数は１２２超〜２０４０本未満の範囲となるが、なかでも１５０〜１５００本であることが好ましい。より好ましくは２００〜８００本である。
【００２５】
炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が０．６×１０４／Ｄ２以下の場合、高い繊維体積含有率（Ｖｆ）を得ることが困難となる。また炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が１×１０５／Ｄ２以上の場合、局部的に厚い部分が生じ、ボイドの原因となりやすい。
【００２６】
さらに、炭素繊維束（Ａ）の形態としては、厚さが１００μｍ以上である炭素繊維束の割合が、全炭素繊維束（Ａ）数の３％未満であることが好ましい。厚さが１００μｍ以上である炭素繊維束が３％未満であれば、熱可塑性樹脂が繊維束内部に含浸しやすくなるので好ましい。より好ましくは厚さが１００μｍ以上である炭素繊維束の割合は１％未満である。厚さが１００μｍ以上である炭素繊維束の割合を３％未満とするには、使用する繊維を拡幅し、薄肉にした繊維を用いる等によりコントロールすることができる。
【００２７】
［マトリクス樹脂］
本発明に用いる複合材料に含まれるマトリクス樹脂としては特に限定はないが、下記のものを例示することができる。
すなわち、熱可塑性樹脂の種類としては、例えば、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド６樹脂、ポリアミド１１樹脂、ポリアミド１２樹脂、ポリアミド４６樹脂、ポリアミド６６樹脂、ポリアミド６１０樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリブチレンナフタレート樹脂、ボリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリ乳酸樹脂などが挙げられる。
これらの熱可塑性樹脂は、単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００２８】
マトリクス樹脂の存在量としては、炭素繊維１００重量部に対し、３０〜２００重量部であることが好ましい。より好ましくは、炭素繊維１００重量部に対し、マトリクス樹脂３０〜１５０重量部、さらに好ましくは炭素繊維１００重量部に対し、マトリクス樹脂３５〜１００重量部である。
また、本発明で用いる複合材料中には、本発明の目的を損なわない範囲で、有機繊維または無機繊維の各種繊維状または非繊維状のフィラー、難燃剤、耐ＵＶ剤、顔料、離型剤、軟化剤、可塑剤、界面活性剤の添加剤を含んでいてもよい。
【００２９】
［エネルギーダイレクタ］
本発明で用いるエネルギーダイレクタとは、複合材料を溶着する平面上に形成される突状のものである。このエネルギーダイレクタは、複合材料の成形と同時、または平坦な複合材料の表面に別途接合または接着するなどによって付与できるが、成形と同時に設けることが好ましい。エネルギーダイレクタの形状としては、円柱、円錐、円錐台、角柱、角錐、角錐台などであり、その大きさは任意に設定すればよいがそれぞれ概ね高さが０．５ｍｍ〜１００ｍｍが好ましく、円柱、円錐、円錐台の場合は根元の直径が１ｍｍ〜１００ｍｍが好ましく、角柱、角錐、角錐台の場合は、長さが１ｍｍ〜３０００ｍｍが好ましく、幅は１ｍｍ〜１００ｍｍが好ましい。他の複合材料の接着予定部に、一度に（一回で）溶着するエネルギーダイレクタの個数は任意に設定すればよいが、一度に溶着するエネルギーダイレクタの根元の面積の合計が概ね０．８ｍｍ２〜２０ｍ２が好ましい。
【００３０】
本発明で使用する複合材料中には溶融しない炭素繊維が含まれているため、後述する振動溶着あるいは超音波溶着を行なう際に接合界面に大量の炭素繊維屑が発生する。本発明で熱可塑性複合材料に付与するエネルギーダイレクタには空隙部分を設けてあるので、溶着で生じた屑をこの空隙部分に収納することができる。空隙はエネルギーダイレクタ内部でもよいが、製造の簡易さからエネルギーダイレクタの接合面または接合の反対面またはそれら両方に設けることができる。
【００３１】
エネルギーダイレクタの空隙率としては、屑が十分収納され、かつ加圧によりエネルギーダイレクタが変形しない程度の剛性が必要であることから、１５容積％以上６５容積％以下であり、好ましくは２０容積％以上６０容積％以下であり、より好ましくは２５容積％以上５５容積％以下が好ましいが、エネルギーダイレクタの嵩密度で換算すれば０．４０ｇ／ｃｍ３以上１．４０ｇ／ｃｍ３以下、好ましくは０．４３ｇ／ｃｍ３以上１．０５ｇ／ｃｍ３以下、０．４７ｇ／ｃｍ３以上０．８４ｇ／ｃｍ３以下である。ダイレクタの空隙は連続であっても、独立気泡の形で存在していても良い。エネルギーダイレクタの嵩密度は、例えば図１に示すようにエネルギーダイレクタ裏側に空隙がある場合、点線の部分の体積と重量を実測することによって嵩密度が算出できる。
【００３２】
なお、このエネルギーダイレクタを構成する材料としては、前記複合材料を構成する熱可塑性樹脂を挙げることができるが、前記複合材料で用いた熱可塑性樹脂と同じものを用いることが、下記溶着において好適である。より好ましくは、前記複合材料と同じ材料である。
【００３３】
［溶着方法］
本発明においては、例えば、２枚の複合材料を準備し、上述した方法により、一方の複合材料にエネルギーダイレクタを設ける。次に、エネルギーダイレクタを設けた部分の一部または全部を接合予定部とし、この接着予定部を、溶着したいもう一方の複合材料の接合予定部と重ね、圧着して接合する。もう一方の複合材料にもエネルギーダイレクタが設けられていてもよい。また、例えば３枚の複合材料を用意し、そのうち１枚の複合材料にエネルギーダイレクタを設けそこの２ヶ所を接合予定部とし、その２ヶ所の接合予定部を他の２枚の複合材料の接合予定部と重ねて接合することもできる。
【００３４】
溶着時の圧着条件としては溶着面に、０．０１〜２ＭＰａの圧力をかけることが好ましく、０．０２〜１．５ＭＰａがより好ましく、０．０５〜１ＭＰａがさらに好ましい。圧力が０．０１ＭＰａ未満では良好な接合力が得られないことがあり、また加熱時に複合材料がスプリングバックして形状を保持できず素材強度も低下する場合がある。また圧力が２ＭＰａを超えると加圧部分が潰れ、形状保持が困難となったり、素材強度が低下したりすることがある。
【００３５】
溶着方法としては、振動溶着や超音波溶着が好ましい。振動溶着は１００〜３００Ｈｚ程度が好ましく、超音波振動の場合は１０〜５０ｋＨｚが好ましい。また総振動回数は振動溶着の場合３００〜１００００回が好ましく、超音波振動の場合は１万〜１５万回が好ましい。
【００３６】
［接合部材］
本発明における接合部材は、上記方法により熱可塑性複合材料が２以上組み合わされて接合されたものであり、用いられる熱可塑性複合材料の形状はその用途、接合部位に合わせたものとなる。本発明により複合材料同士が効率よく強固に接合され、１５ＭＰａ以上の強度を得ることができ、構造部材として好適に用いることができる。かかる構造部材としては、例えば自動車などの移動体を構成する部品などが挙げられる。接合強度は引っ張り試験等で評価することができる。
【００３７】
すなわち、本発明は以下のものも包含される。
平均繊維長が１０〜１００ｍｍの範囲の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを、炭素繊維１００重量部に対し、熱可塑性樹脂を３０〜２００重量部の割合で含んでなる、複数の複合材料から構成され、接合部分の破壊強度が１５ＭＰａ以上である接合部材であって、
当該複合材料は
（ｉ）シート状であって、
（ｉｉ）当該炭素繊維は面内方向にランダムに配置されており、
（ｉｉｉ）目付けが２５〜４５００ｇ／ｍ２の範囲であり、下記式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束について、当該複合材料中の炭素繊維全量に対する割合が体積割合で２０％以上９９％未満であり、かつ、炭素繊維束中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たす、接合部材。
臨界単糸数＝６００／Ｄ      （１）
０．６×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜１×１０５／Ｄ２    （２）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
【実施例】
【００３８】
以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３９】
［参考例］
炭素繊維として、東邦テナックス社製の炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＳＴＳ４０−２４ＫＳ（繊維径７μｍ  繊維幅１０ｍｍ  引張強度４０００ＭＰａ）を使用し、マトリクス樹脂として、ユニチカ社製のナイロン６樹脂Ａ１０３０を用い、炭素繊維目付１８００ｇ／ｍ２、ナイロン樹脂目付１５００ｇ／ｍ２であるランダムに炭素繊維が配向したマットを作成した。このマットを２６０℃に加熱したプレス装置にて、２．０ＭＰａにて５分間加熱し、ｔ＝２．３ｍｍの成形板（複合材料）を得た。
得られた複合材料について、前記式（１）で定義される臨界単糸数は８６、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）中の平均単糸数（Ｎ）は４２０であり、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）の割合は体積で８５Ｖｏｌ％であった。得られた複合材料の繊維体積含有率は４３Ｖｏｌ％であった。
【００４０】
成形板より０度と９０度方向からｎ＝５ずつ２５０×２５ｍｍの試験片を切り出しＪＩＳ  Ｋ  ７１６４に準拠し測定した結果、引張弾性率の比Ｅδ＝１．０２であり、引張強度は５１０ＭＰａであった。
また、得られたランダムマットの炭素繊維の平均繊維長は１２ｍｍであり、厚さ１００μｍ以上の繊維束は観測されなかった。使用した繊維とマトリクス樹脂の密着強度を測定したところ、５０ＭＰａであった。
【００４１】
［実施例１］
（Ａ片）参考例で得られた平板をそのまま長手１００ｍｍ、短手２５ｍｍに切り出した。
（Ｂ片）参考例で得られた平板を、図２で示すような１０φのエネルギーダイレクタが形成されるよう彫りこんだ金型を用いて２６０℃、２．５ＭＰａでプレスしたのち、エネルギーダイレクタの中心が短手方向の中心、長手方向の端から１２．５ｍｍの交点になるよう長手１００ｍｍ、短手２５ｍｍに切り出した。
（接合片）Ａ片とＢ片のエネルギーダイレクタ側とを長さ２５ｍｍオーバーラップするようにセットし、エマソン社製超音波溶着機２０００Ｘｄｔのホーンを１５０Ｎの力で加圧した。ついで、２０ｋＨｚの超音波振動を振幅設定値８０％で３秒間かけ溶着し、１０秒間常温で冷却して接合片を取り出した（図４参照）。かかる接合片を５枚製作し、インストロン社製５５８７万能試験機を用いて（ＪＩＳ  Ｋ  ７１６４に準拠して試験）１本ずつ１ｍｍ／分で引張試験を行い、接合部の破壊強度を求めたところ、５本の測定値の平均は７１．２ＭＰａであった。エネルギーダイレクタ部を切り出して嵩密度を測定したところ０．９２ｇ／ｃｍ３であった。
【００４２】
［実施例２］
Ｂ片のエネルギーダイレクタ形状は図３の通りである。Ａ片とＢ片のエネルギーダイレクタ側を長さ２５ｍｍオーバーラップするようにセットし、エマソン社製振動溶着機Ｍ−１０７を用い、１１０Ｎの力で加圧し、振幅１．５ｍｍで２４０Ｈｚの振動を３秒間掛け溶着し、１０秒間常温で冷却して接合片を取り出した。かかる接合片を５枚製作し、実施例１と同様に、インストロン社製５５８７万能試験機１本ずつ１ｍｍ／分で引張試験を行い、接合部の破壊強度を求めたところ、５本の測定値の平均は６８．７ＭＰａであった。エネルギーダイレクタ部を切り出して嵩密度を測定したところ１．０２ｇ／ｃｍ３であった。
【００４３】
［実施例３］
Ｂ片のエネルギーダイレクタ形状が図２で示す１０φのものである以外は実施例１と同様にして接合片を５枚製作し、実施例１と同様に、インストロン社製５５８７万能試験機１本ずつ１ｍｍ／分で引張試験を行い、接合部の破壊強度を求めたところ、５本の測定値の平均は２８．０ＭＰａであった。
【００４４】
［比較例］
Ｂ片を用いず、Ａ片を２つ用いた以外は実施例１と同様にして接合片を５枚製作し、実施例１と同様に、インストロン社製５５８７万能試験機１本ずつ１ｍｍ／分で引張試験を行い、接合部の破壊強度を求めたところ、５本の測定値の平均は９．８ＭＰａであった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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