(57)【要約】【課題】１液性エポキシ接着剤により、ＣＦＲＰパイプと金属部品の接着を強固に行う構造と接着方法を提供する。【解決手段】図１に示したように、ＣＦＲＰパイプ２の接着面と金属部品１０の接着面の双方の接着面をテーパー面７とする。この両テーパー面間に、１液性エポキシ接着剤を埋めるように充填して、加圧した状態で加熱して硬化させる。接着剤硬化物層の層厚を薄くするために、加圧状態にて熱風乾燥機等で加熱し、硬化させる。この結果、接着剤硬化層内に生じるボイドは減少し、接着強度も強くなる。【選択図】  図１
2016221784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＦＲＰパイプの端部に、金属部品を接合したＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品において、
前記ＣＦＲＰパイプの端部の内周面又は外周面に形成されたテーパー面であるＣＦＲＰ接着面が形成され、
前記金属部品の円筒部の内周面又は外周面に、前記ＣＦＲＰ接着面と実質的に同一テーパー角度のテーパー面である金属部品接着面が形成されており、
前記ＣＦＲＰ接着面と前記金属部品接着面とが隙間を置いて対向し、
前記隙間に1液性エポキシ接着剤を充填して、前記ＣＦＲＰ材接着面と前記金属部品接着面とが一体に接着されている
ことを特徴とするＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品。
【請求項２】
請求項１に記載のＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品において、
前記金属部品は、前記金属部品の前記内周面が前記金属部品接着面であり、
中心部が前記ＣＦＲＰパイプの内周孔に挿入される挿入部を備えている
ことを特徴とするＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品の接着方法であって、
前記金属部品接着面に化学的表面処理を加えて、前記外周面テーパーに微細凹凸を形成する微細凹凸形成工程と、
前記ＣＦＲＰ接着面、及び／又は、前記金属部品接着面に1液性エポキシ接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、
前記ＣＦＲＰ接着面に前記金属部品接着面を押圧し固定した状態で、１５０〜１８０℃の温度で加熱し前記1液性エポキシ接着剤を硬化する接着硬化工程と
からなるＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品の接着方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品の接着方法において、
前記加熱は、熱風乾燥機内で行う
ことを特徴とするＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品の接着方法。
【請求項５】
請求項３に記載のＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品の接着方法において、
前記金属部品は、前記加熱のために通電して発熱するヒーターを収納するためのヒーター収納穴と、前記加熱時の温度を測定する温度測定素子を配置するための測定素子収納穴が形成されている
ことを特徴とするＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品の接着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品とその接着方法に関する。更に詳しくは、軽量化等の理由から、例えば、自動車、自転車等の移動機械の構造部材に用いられるＣＦＲＰパイプと金属部品を強固に接着するためのＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品とその接着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
端部に金属部品が固着されたＦＲＰ（Fiber reinforced plastics）製のパイプ材は、自動車用のプロペラシャフト等が知られている（特許文献１）。また、ＣＦＲＰ（Carbon fiber reinforced plastics）製のパイプ材は、例えば、Ｆ１レーシングマシン等の超軽量が要求される自動車のボディの素材として、一部使用されている。また、ＣＦＲＰ製の翼を有する新型航空機は、ＣＦＲＰとチタン合金製リベット、ボルト等の金属部品と機械的に固着した後、金属部品同士を相互に連結する構造である。ＣＦＲＰと金属部品との接着の信頼性が高まれば、これらの技術分野での連結構造を機械的に固着した構造ではなく、簡素化、作業の簡素化等のために、金属製のリベット等の締結具とＣＦＲＰとを、直接的に接着剤により接着する接着構造が求められている。
【０００３】
一方、ＣＦＲＰは、その軽量で高強度の物性のみで採用されているわけではなく、錆びないことが近年では注目されており、その意味の自動車等の移動機械だけではなく、屋外で使用する各種機械や長期のメンテナンスフリーを求められる種々の設備、一般機械等にもその用途が広がっている。それ故に、ＣＦＲＰと金属の複合体は、今後、、防錆が要求される部品、構造部材として、あらゆる産業分野のものに適用可能である。
【０００４】
（ＮＡＴ理論）
金属材同士、及び金属材とＣＦＲＰを接着剤により、接着する技術に関し、本発明者等が提唱するＮＡＴ（Nano adhesion technologyの略）理論の概略を説明する。このＮＡＴ理論の基本は、金属材同士を強く接着剤で接合させる技術に関するものであり、以下の必要条件を金属材、接着剤、接着操作工程等に求めている。即ち、
（１）金属材には０．８〜１０μｍ周期の凹凸ある粗面があり（ミクロンオーダー周期の粗面があり）、
（２）更に上記粗面上に１０〜３００ｎｍ周期の微細凹凸面があり、
（３）且つ、前記粗面及び微細凹凸面である２重凹凸面表面を成す表面層は金属酸化物や金属リン酸化物その他のセラミック質の硬質薄層で成っていること、
（４）接着剤には１液性エポキシ接着剤を使用すること、及び
（５）接着操作中に「染み込まし処理」という金属材表面の微細凹凸面形状の微細凹部の奥底まで接着剤が入り込むようにする操作工程があること、
の５条件である。
【０００５】
ＮＡＴ理論は、当初は仮説として提唱した。この仮説に基づいて、本発明者等は各種金属種毎に、上記（１）〜（５）を試験した。この仮説に従って、可能な限り表面処理を上記の条件に合致するように形成して各種の試験をした。この結果、接着力（剪断破断応力）がＮＡＴ理論を提唱した以前のデータより、常に２倍程度を示したので、この仮説は間違っていない理論だと認識するようになった。即ち、Ａｌ合金に関しては特許文献２、Ｍｇ合金に関しては特許文献３、ステンレス鋼に関しては特許文献４、銅に関しては特許文献５、チタン合金に関しては特許文献６、７、一般鋼材に関しては特許文献８、アルミ鍍金鋼板に関しては特許文献９、亜鉛鍍金鋼板に関しては特許文献１０に記載した。既にこれらの多くが電子機器や移動機械の一部で、商業化、又は商業化前の量産品を試作している状況にある。
【０００６】
図５は、上記条件（１）、（２）、及び（３）を含んだ金属材の表面を示す断面模式図である。このＮＡＴ理論が、昨今、実際の各種機器に適用で注目を浴び出した理由は、ＮＡＴ理論の根本は、金属材と１液性エポキシ接着剤の硬化物の間に、強い接着力を生む技術であることからきている。それ故に、双方の被着材が金属材である場合だけでなく、一方がエポキシ樹脂硬化物からなる形状物、例えば、ＣＦＲＰ、ガラスエポキシ板片等でも適用できることである。即ち、Ａ７０７５Ａｌ合金（超々ジュラルミン）、チタン合金等の金属と、ＣＦＲＰとを、１液性エポキシ接着剤を使用して接着による一体化にも、ＮＡＴ理論が適用できることが認識され出した。
【０００７】
（新ＮＡＴ理論（仮説））
本発明者等は、ＮＡＴ理論を深化させた認識で、新ＮＡＴ理論を新たに提唱した（特許文献１１）。この新ＮＡＴ理論は、仮説であり実証不足の部分もあるが、その概要は以下の通りである。即ち、ＮＡＴ理論で要求している金属側の２条件に、上述の（１）と（２）の条件に、必ずしも縛られるのではない（ただし、この新仮説は、この条件と矛盾するものではない。）。その金属側の表面微細形状の概略の断面構造を、図６（ａ）〜（ｆ）にそれぞれ示す。厳密には金属の種類によって異なるが、化成処理でこの何れかの断面形状と同一又は類似の形状に形成することが出来れば、１液性エポキシ接着剤を使用して、高強度の金属片同士の接着一体化物、及び、金属片とＣＦＲＰ片とを接着により一体化した複合体が得られる。なお、ＮＡＴ理論で要求しているその他の必要条件（（３）〜（５））は、新ＮＡＴ理論でも同一条件である。
【０００８】
そして、そのように接着一体化したものにおける「せん断接着強さ」及び「引っ張り接着強さ」は、理想的には接着剤を加熱して硬化させた硬化物自身のせん断強度、引っ張り強度とほぼ同一になる。要するに、ＮＡＴ理論、新ＮＡＴ理論は、金属とエポキシ接着剤の間の接着力を、本発明者等の認識では、これ以上はないレベルに到達させることに成功し、その本質は金属側の特徴的な表面微細形状が重要なことを示したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１７１７
【特許文献２】ＷＯ２００８／１１４６６９
【特許文献３】ＷＯ２００８／１３３０９６
【特許文献４】ＷＯ２００８／１３３２９６
【特許文献５】ＷＯ２００８／１２６８１２
【特許文献６】ＷＯ２００８／１３３０３０
【特許文献７】特開２０１０−０６４３９７
【特許文献８】ＷＯ２００８／１４６８３３
【特許文献９】ＷＯ２００９／０８４６４８
【特許文献１０】ＷＯ２００９／１１６４８４
【特許文献１１】特願２０１５−９７７５０
【特許文献１２】特開２０１１−２６４５７
【特許文献１３】特開２０１１−１４８９３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
自転車等のフレームにＣＦＲＰ製のパイプを用いる場合、特許文献１に示されているように、このパイプの端部に金属部品が一体に接着された構造用フレーム部品が必要となる。既に、パイプ状のＣＦＲＰ（ＣＦＲＰ製パイプ）の製造技術は、釣竿、ゴルフ用シャフト等の分野で完成されており市販されている。一方、本発明者等は、提唱したＮＡＴ理論、新ＮＡＴ理論により、それに従って金属材を機械加工して金属部品とし、これにＮＡＴ処理や新ＮＡＴ処理をして、これと市販のＣＦＲＰ製パイプとを接着すれば、パイプ状のＣＦＲＰと金属部品を強固に固着することができる。
【００１１】
実際の作業に当たっての問題は、強固な接着強度を得るために、金属部品とＣＦＲＰパイプの接着構造、即ち接着剤層が入る両者間の隙間形状をどうするかである。このために、本発明者等は、最適な接着構造を探るために、簡易的な実験を行った。図３は、ＣＦＲＰパイプ２の端部の内周孔に、金属部品１の一部が挿入された断面図である。本発明者等は、ＣＦＲＰパイプ２と金属部品１の接着において、最適な接着方法と接着剤の層厚を探るために、次のような簡易的な実験をした。接着剤の塗布厚が１ｍｍ程度となるように、円筒型の金属部品１の隙間寸法を設計して実行した。即ち、ＣＦＲＰパイプ２の端部に、その一部が挿入された金属部品１を準備し、金属部品１の小径部である凹部（隙間は約１ｍｍ）３を満たすように、１液性エポキシ接着剤を塗り付け、この山盛りとなった接着剤を塗布したまま金属部品１の挿入部４を、ＣＦＲＰパイプ２の開口部にゆっくり挿入して押し込んだ。
【００１２】
ＣＦＲＰパイプ２と金属部品１の継目から外部に押し出された接着剤は、拭き取り、継目に接着剤が流れ出さないようにするために、テフロンシールテープ（図示せず）を巻き付け固定した。そして、ＣＦＲＰパイプ２を上部にし、金属部品１を下にして立てた状態で、これを熱風乾燥機に入れて、接着剤を加熱硬化させた。しかし、この接着方法では、全て適正な接着剤の分布が得られなかった。即ち、Ｘ線による非破壊検査で観察すると、接着剤が意図した凹部３に留まって硬化している硬化物は、約５０％程度であることが判明した。原因は、金属部品１の凸部であるシール部４が、凹部３内に充填された接着剤の封印機能が充分でないということである。この接着剤の硬化工程時に、１液性エポキシ接着剤が昇温する過程で微量の不純物、例えば水分等が気化して内圧が上がり、溶融している接着剤諸共、シール部を通過したことによる。
【００１３】
そこで、金属部品１のシール部４の外径を、ＣＦＲＰパイプ２の内径と同一寸法に加工し、ＣＦＲＰパイプ２への嵌め合いを「締まり嵌め」構造にした。なおかつ、図４に示すように、パイプ部に貫通孔５を開けて、この貫通孔５から接着剤を注射器等で注入し、凹部３内に隙間、空洞が生じないように充填した。更に、貫通孔５の外周に、接着剤を封入するためにテフロンシールテープ（図示せず）を巻き付け固定した後、これを加熱して硬化させた。この接着方法で、接着剤が意図した凹部３に留まって硬化した率は、Ｘ線透視で８０〜９０％と確認されたが、切断して凹部３を見ると接着剤の硬化層にボイドが確認された。それ故、接着剤のシールを厳密にして、加熱硬化させて接着剤の充填を完全にすることよりも、接着剤相のボイド発生の原因物質である不純物、水分等を減らす方が重要であると判断した。
【００１４】
以上のように、接着剤硬化層の接着剤の充填率（接着層の接着剤の割合）は、接着力向上に重要な条件であるが、硬化した接着剤層中にボイド（泡、気泡）があれば意味がない。しかしながら、一般に接着剤から低沸点の不純物、水分等の完全除去は難しい。又、ボイドレスにするには、一般的な方法としては、オートクレーブで、昇温しつつ減圧／加圧操作することが必要とみられるが、前述したＮＡＴ理論等による高い接着力のデータは、常圧下の作業で得られたものである。製造コストを考慮すると、オートクレーブ等を用いることなく、常圧の接着操作が好ましい。結局、上記実験で得られた結論は、結果としては簡単な結論であるが、ボイド等をなくし、かつ接着剤層の厚さを可能な限り薄くし、かつ接着力を確保すれば解決する。言い換えると、高い接着力を確保するには、接着剤層の厚さではなく、接着剤層にボイド等の欠陥部を減らすことである。
【００１５】
本発明は、これらを全て勘案してＣＦＲＰと金属を接着剤接合する上で、ＣＦＲＰがパイプ材で、金属部品が円筒形である場合、最善とみられる固着方法を開発したものであり、次の目的を達成するものである。
本発明の目的は、ＣＦＲＰパイプと金属部品の間の接着剤層に、必ずしも減圧／加圧操作することなく、ボイド等の欠陥が少なく接着を強固にするためのＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品とその接着方法を提供するものである。
本発明の他の目的は、接着剤の使用量が少ない、かつ組立作業が容易なＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品とその接着方法を提供するものである。
本発明の更に他の目的は、接着剤を硬化させるための熱風乾燥装置等が使えない大型の一体組立品の組立もできる、ＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品とその接着方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、記課題を解決するために以下の手段を採る。
本発明１のＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品は、
ＣＦＲＰパイプの端部に、金属部品を接合したＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品において、
前記ＣＦＲＰパイプの端部の内周面又は外周面に形成されたテーパー面であるＣＦＲＰ接着面が形成され、
前記金属部品の円筒部の内周面又は外周面に、前記ＣＦＲＰ接着面と実質的に同一テーパー角度のテーパー面である金属部品接着面が形成されており、
前記ＣＦＲＰ接着面と前記金属部品接着面とが隙間を置いて対向し、
前記隙間に1液性エポキシ接着剤を充填して、前記ＣＦＲＰ材接着面と前記金属部品接着面とが一体に接着されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明２のＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品は、本発明１のＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品において、
前記金属部品は、前記金属部品の前記内周面が前記金属部品接着面であり、
中心部が前記ＣＦＲＰパイプの内周孔に挿入される挿入部を備えていることを特徴とする
【００１８】
本発明１のＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品の接着方法は、本発明１又は２のＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品において、
前記金属部品接着面に化学的表面処理を加えて、前記外周面テーパーに微細凹凸を形成する微細凹凸形成工程と、
前記ＣＦＲＰ接着面、及び／又は、前記金属部品接着面に1液性エポキシ接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、
前記ＣＦＲＰ接着面に前記金属部品接着面を押圧し固定した状態で、１５０〜１８０℃の温度で加熱し前記1液性エポキシ接着剤を硬化する接着硬化工程とからなる。
【００１９】
本発明２のＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品の接着方法は、本発明１又は２のＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品において、
前記加熱は、熱風乾燥機内で行うことを特徴とする。
本発明３のＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品の接着方法は、本発明３のＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品において、
前記金属部品は、前記加熱のために通電して発熱するヒーターを収納するためのヒーター収納穴と、前記加熱時の温度を測定する温度測定素子を配置するための測定素子収納穴が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
［本発明の接着方法の技術思想］
本発明の接着方法の技術思想は、接着剤層にボイドなどの欠陥を減少させるために、接着剤層を必要最小限の層厚に近づけることである。即ち、接着剤は接着面に十分に塗布するが、接着剤を加熱硬化させるときに、ＣＦＲＰパイプの接着面と金属部品の接着面を互いに押し付けて（加圧）、両者の間の隙間（層厚）を可能な限り薄くして、その隙間を保ったまま硬化させる。接着剤層を必要最小限の層厚に近づけることであり、接着に関与しない余分な接着剤を接着面から押し出し（排出）、接着に事実上関与する接着剤量を減らす。接着剤量を減らせば当然ボイドが発生する確率が減少する。
【００２１】
多くの接着作業現場において、接着剤層の肉厚は薄ければ薄い方がよいとの考え方は一般的ではない。これはそれなりの理由があるからであるが、本発明に関しては、接着剤層の層厚が小さければ、当然ながらボイドの発生率は下がり、その接着力は前述したＮＡＴ理論、新ＮＡＴ理論で得たデータそのものになるはずである。本発明は、例えば、直径１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の中空菅であるＣＦＲＰパイプの端部に、金属部品を一体に強固に接着するために、ＣＦＲＰパイプと金属部品の双方の接着面に、テーパーを付けて密着し易くし、それを利用して接着剤の層厚を薄くし、その層厚を保持したまま加熱硬化する手法である。
【００２２】
従来、接着の実務、接着学において、接着剤層の厚さに関する各論は以下の理由によるものと本発明者等は認識している。即ち、接着剤による接着は、通常は異種材料間を相互に固着するための接着である。この両者間に線膨張率の差異がある場合、接着剤層の層厚が薄いと、温度変化による温度衝撃で接着剤層が破壊され易い。1液性エポキシ接着剤を接着のために硬化させる場合、一般的には１５０〜１８０℃に昇温させる。処がエポキシ接着剤の接着力
は、高温ほど弱く、接着硬化操作後の１５０℃付近から室温まで放冷される過程で破壊することさえある。この理由は、例えば、ＣＦＲＰの線膨張率は、（０．４〜０．６）×１０−５℃−１であり、金属部品にアルミ合金を使った場合、その線膨張率は、２．３×１０−５℃−１であるから両者間の線膨張率の差は更に大きい。
【００２３】
それ故に、この両者を汎用の（耐熱性のない）１液性エポキシ接着剤で接着したとき、加熱硬化の操作後の放冷時に、線膨張率の違いによる収縮で接着剤層が破壊されることがある。このような場合、接着剤に高分子、軟質金属粉等のフィラーを多く含ませて自身を変形可能として破壊を逃れている。また、接着剤の層厚をある程度以上の厚さにして、接着面に生じる内部歪応力を、接着剤でより多く吸収させる対策が取られてきた。それ故、接着剤の層厚をできるだけ薄くする本発明では、線膨張率の違いによる温度変化から生じる接着剤層の破壊が生じないように、対策も考えておく必要がある。一つは前述したＮＡＴ理論、新ＮＡＴ理論を適用することである。これらは接着力自体を本質的に強くするので、多少の問題点をカバーすることが出来る。そして接着剤には、耐熱性のある１液性エポキシ接着剤を使用することも同じ理由で好ましい。そして、最も本質的なことは、金属材としてその線膨張率がＣＦＲＰに近い物、例えば、最も近いのは純チタン、チタン合金等の金属を選ぶべきということである。
【００２４】
しかしながら、金属材としてアルミ合金を使用するときは、線膨張率差が大きい。それ故に、小型の接着対（試験片）を作り予備実験をしてみた。どの程度に小型のもので可能かは、大きさの異なる接着対を多数作り、温度衝撃試験機に１０００〜３０００サイクルかけ接着力が低下しない物は、どの大きさかを探し出さねばならない。これはＣＦＲＰ、金属材の材質の違いによる剛性によっても決まる。即ち、ＣＦＲＰパイプの肉厚が厚い場合、又は、接合すべき２枚のＣＦＲＰ板状物の厚さが厚い場合は、ＣＦＲＰ側の剛性は高く、他方の金属材も材質、又は肉厚が厚い等の形状、肉厚等の違いによる剛性が高いとなれば、接着面において温度変化が起こす内部歪応力が大きくなるから、安定的に接着力を保つ接着面は、ごく小さいものにならざるを得ない。
【００２５】
逆に、金属材と、これに接合されるＣＦＲＰパイプの肉厚が薄い、又、接合すべきＣＦＲＰ板が薄い物であるときは、金属材が線膨張率の高いアルミ合金材であっても、又、直径１０ｍｍ以上の比較的大きな金属材でも、ある程度の接着面積は、恒久的な接着力を保てるということになる。要するに、双方の剛性が高ければ、温度変化で接合力が下がり、一方若しくは双方が、剛性が低いものであれば温度変化に耐え易い。当然だが、接着対が受ける温度変化（温度衝撃サイクル試験での高低温差）が大きいと、恒常的に高強度が保てる接着面は小さくなり、その温度変化が小さければこの接着面積は大きくなる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品とその接着方法は、テーパーに形成されたＣＦＲＰ接着面と金属部品接着面で接着するので、接着剤層にボイド等の欠陥が少ない接着強度を得ることができた。また、使用する接着剤の使用量も少なくて済み、接着作業は容易である。大型のＣＦＲＰパイプと金属部品の一体組立品は、金属部品にヒーターを配置して、接着剤を加熱硬化させることもできる。その結果、作業性よく経済的で且つ、その接着力に再現性ある接着一体化物を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、ＣＦＲＰパイプの端部に金属部品を接着したときの断面図であり、図１（ａ）はＣＦＲＰパイプの端部の内周面を切削してテーパーにした例、図１（ｂ）はＣＦＲＰパイプの端部を変形させてテーパーにした例である。
【図２】図２は、ＣＦＲＰパイプの端部に金属部品を接着したときの断面図であり、ＣＦＲＰパイプの外周面を接着面にした例である。
【図３】図３は、ＣＦＲＰパイプ端部に金属部品を接着したときの試験片であり、接着剤層の層厚を１ｍｍにした場合の例である。
【図４】図４は、ＣＦＲＰパイプ端部に金属部品を接着したときの試験片であり、接着剤層の層厚を１ｍｍ程度にした場合の例で、接着剤を密封して加熱硬化させた例である。
【図５】図５は、ＮＡＴ処理をしたときの金属表面の断面模式図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｆ）は、新ＮＡＴ処理をした金属表面の断面の形状の模式図である。
【図７】図７は、ＣＦＲＰパイプと金属部品（鋼材）を固着した構造例であり、図７（ａ）はＣＦＲＰパイプの端部のテーパーを示す断面図、図７（ｂ）はＣＦＲＰパイプの端部に固着する金属部品の断面図である。
【図８】図８は、図７（ａ）のＣＦＲＰパイプと図７（ｂ）の金属部品を接着して得た一体化物の断面形状である。
【図９】図９は、鋼材「ＳＳ４００」片をＮＡＴ処理した物の電顕写真であり、図９（ａ）は１万倍、図９（ｂ）は１０万倍の写真である。
【図１０】図１０は、金属片同士の接着対（試験片）の形であり、せん断接着強さが測定できる接着対の形を示した立体外観図である。
【図１１】図１１は、接着強度測定試験に使用したＣＦＲＰ片の形状を示した立体外観図である。
【図１２】図１２は、ＣＦＲＰ片と鋼材片の接着対（試験片）の形であり、引張り接着強さが測定できる接着対の立体外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
[１．金属材]
本発明で使用できる金属材の材質は、公知のあらゆる実用的な金属、金属合金材が使用できる。但し、前述したＮＡＴ処理法、新ＮＡＴ処理法が開発されていない金属合金種もある。それらについては、新たに表面処理法の開発が必要である。本発明者等が本発明に有効用いることを確認していない金属種は、純ニッケル、錫、鉛、金、銀、純鉄等である。これ以外のＮＡＴ処理法で確認したＡｌ合金、Ｍｇ合金、ステンレス鋼、銅、チタン合金、一般鋼材、アルミ鍍金鋼板、亜鉛鍍金鋼板等は、少なくとも本発明の金属材として使用することができる。
【００２９】
[１−１．ＣＦＲＰパイプと金属材の接着構造]
本発明の技術思想に沿って、市販されているＣＦＲＰパイプに、連結部品のような一般的な金属部品を接着した一体組立品の接着構造を完成した。即ち、ＣＦＲＰパイプは、例えば、肉厚２ｍｍで、外径１６ｍｍの細いパイプである。本実施の形態では、ＣＦＲＰパイプとして、グライダー、ボート、車等のように、軽量化が求められている本体の骨格として用いられている、汎用の外径２５ｍｍのものを用いた。なお、ＣＦＲＰパイプによる構造物の設計は、一般に曲げ荷重に対する耐潰れ性（断面係数）等を考慮すると、大径のものではなく、複数本を束ねたパイプ構造が好ましい。例えば、ＦＦＲＰパイプの直径３２ｍｍの大径のものではなく、直径１６ｍｍのＦＦＲＰパイプを、４本並列に束ねて使用する構造である。以上のように、ＣＦＲＰパイプと金属部品とを強固に接着できると、軽量化が要求される自動車等の移動機械用のフレーム等に適用可能である。このフレーム構造を、例えば、直径１６ｍｍのＦＦＲＰパイプを標準パイプ（標準要素）とし、これに締結部品である各種の金属部品を接着すれば、これを組み合わせれば、所望の各種構造の大型の構造物でも構築が可能となる。多種類の直径のＦＦＲＰパイプを用意することなく、自由なフレーム設計が可能となる。
【００３０】
図１（ａ）、図１（ｂ）、及び図２は、ＣＦＲＰパイプの端部に金属部品を接着したときの断面図である。図１（ａ）に示す連結構造の例では、ＣＦＲＰパイプ２の端部の内周はテーパー孔７に形成されている。このテーパー孔７は、テーパーリーマ等で切削加工により形成される。また、このテーパー孔７に挿入される金属部品１０の形状は、外周がテーパーに形成された挿入部１１を有している。ＣＦＲＰパイプ２のテーパー孔７は、挿入部１１と同一のテーパーに形成されている。テーパー孔７に金属部品１０の挿入部１１が挿入されると、その挿入圧による分力で、接着剤層が加圧されるので層厚を薄くすることができる。図１（ｂ）に示す連結構造の例では、ＣＦＲＰパイプ２の端部のテーパー孔８は、ＣＦＲＰパイプ２の製造時に、この端部の内孔を拡径させて形成したものである。図１（ａ）に示した連結構造と同様に、図１（ｂ）の連結構造は、金属部品１０の挿入部１１の挿入圧の分力で、接着剤層が加圧されるので層厚を薄く、かつ均一にすることができる。
【００３１】
図２に示す連結構造は、ＣＦＲＰパイプ２の端部の外周面がテーパー面９に形成されており、これと連結される金属部品１５にはスリット状のテーパー溝１６が形成されている。ＣＦＲＰパイプ２と金属部品１５は、金属部品１５の挿入部１１をＣＦＲＰパイプ２の内周面に挿入すると、ＣＦＲＰパイプ２の外周面のテーパー面（接着面）９と、金属部品１５のテーパー溝１６が接着剤で固着される。図２に示す連結構造は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示した連結構造と同様に、金属部品１５のテーパー溝１６とＣＦＲＰパイプ２の外周のテーパー面９との間の接着剤層が、加圧されるのでこの層厚を薄くすることができる。また、テーパー溝（接着面）１６内に接着剤が閉じ込められるので、ボイドが生じ難い。なお、接着剤の加熱硬化時の接着剤の加圧は、ＣＦＲＰパイプ２若しくは金属部品１５、又は固定治具、錘等によって行う。
【００３２】
図７及び図８に示す連結構造は、図１（ａ）に示す接着構造のものと実質的に同一構造である。しかしながら、この接着構造は、この例では直径１６ｍｍのパイプであるが、大型構造物に使うことを想定したものである。図７（ｂ）は、その金属部品２０の断面図である。金属部品２０は、ＣＦＲＰパイプ２の外径が大きくて熱風乾燥機が加熱硬化のときに使用できないとき、接着剤を硬化させるとき、加熱を棒ヒーターで行うときに使用するものである。金属部品２０の中心部に、棒ヒーター挿入用のヒーター穴２１を開け、その近くに加熱時の温度を計測するための、熱電対（図示せず）挿入用の計測穴２２が配置されている。ヒーター穴２１は、金属部品２０が１５０〜１８０℃まで棒ヒーター（図示せず）で昇温できる能力のものを用いる。ヒーター穴２１は、短い時間と適性温度で加熱できる能力のものを、かつ最小径の棒ヒーターが挿入できる穴径である。ネジ穴２３は、ＣＦＲＰパイプ２と金属部品２０を接着後、棒ヒーター及び熱電対を取り出し後、ビス（図示せず）で塞ぐためのネジ穴である。計測穴２２は、その加熱温度を計測するために、極細の熱電対を挿入するための細穴である。接着部を棒ヒーターで加熱し、この加熱温度を計測穴２２に挿入した熱電対で計測し、最適な加熱温度になるように棒ヒーターの発熱を制御する。
【００３３】
[１−２．各種金属とその化学的表面処理］
各種金属の表面処理は、接着力を大きくする意味で、ＮＡＴ理論、新ＮＡＴ理論に沿ったものが好ましい。仮に、ＮＡＴ理論でいう２条件（前述の（１）及び（２））から外れた断面形状であっても、新ＮＡＴ理論ではその表面の断面形状が、図６（ａ）〜（ｆ）に示す形状であれば良い。その他に必要な金属側の条件は、前述したＮＡＴ理論の条件（３）となる。これらの具体例は、前述した特許文献２〜１１に記載されているので、その詳細な説明は省略する。その化学的表面処理の標準的手順は、以下である。即ち、（ｉ）脱脂、（ii）化学エッチング、（iii）微細エッチング、（iv）表面硬化、の４工程に依っている。基本的な考え方は、（ii）の化学エッチングで表面を整える（汚れや錆を除く）のと同時に、前述したＮＡＴ理論で要求する（１）のミクロンオーダー周期の粗面を先ず作成することであり、次に、（iii）の微細エッチングは、化学手法を駆使して、（２）の１０〜３００ｎｍ周期の微細凹凸面を作成することである。
【００３４】
これらの処理により、ミクロンオーダー粗面と数十ｎｍ周期の微細凹凸が成す２重凹凸面形状になり、その表面組成物も、ＮＡＴ理論の条件（３）の金属酸化物、金属リン酸化物、又は鋼材中のセメンタイトのように、硬質でセラミック質と言える薄い表面硬化膜構造が自然に出来上がっている場合もある。その表面層が極めて薄い場合、又は湿気で早々に金属水酸化物（錆）になり易い場合には、その対応で（iv）の表面硬化工程を追加することがある。
【００３５】
[２．ＣＦＲＰ］
本発明で使用するＣＦＲＰは、特殊なものではなく市場で市販されている一般的なものである。このＣＦＲＰの製造は、この成形冶具内に、シート状のＣＦＲＰプリプレグの裁断品を積層して詰め込み固定し、そのままオートクレーブに入れて真空加熱して、マトリックス樹脂を溶融させ、更には加圧し昇温して、ボイドのない硬化物とするのが標準的な作成法である。この成形物の基本的な物性は、プリプレグに使用される炭素繊維（以下、「ＣＦ」という。）の種類、及び、プリプレグに使用されるマトリックス樹脂（熱硬化型エポキシ樹脂組成物）の種類によって異なる。
【００３６】
ＣＦの種類、マトリックス樹脂の種類の双方は、本発明に使用する１液性エポキシ接着剤との関係で重要である。即ち、ＮＡＴ処理済み金属片、新ＮＡＴ処理済み金属片と、ＣＦＲＰ成形物とを１液性エポキシ接着剤で接着一体化した場合、その接着面ではなく、最も接着力の弱い部分は通常はＣＦＲＰ成形物内にあり、具体的にはＣＦとマトリックス樹脂間の接着力が約４０ＭＰａで最も弱い。即ち、得られた金属ＣＦＲＰ一体化物に外力を、強引に加えて破断した場合、応力集中がＣＦ繊維束部分にかかる場合には、金属部と接着剤硬化物層の間、又は接着剤硬化物層とマトリックス樹脂との間で破断しない。破断は、ＣＦＲＰ成形物内のＣＦ繊維束群とそれに接着していたマトリックス樹脂の間で、最初の破断が生じ、これが連鎖して全破断に至る。
【００３７】
要するに、このような場合、ＣＦとマトリックス樹脂間の接着強度を上げるしかなく、ＣＦが最新型の引っ張り強度が６ＧＰａレベルの物の場合には、繊維断面が真円に近く、且つその側面も非常に円滑なので、繊維容積当たりの表面積は最小であり、前述した４０ＭＰａが、複合体の破断強度そのものになってしまう。それ故に、マトリックス樹脂とＣＦ間の接着力を上げるには、旧型のＣＦ、即ち、引っ張り強度が３ＧＰａレベルのＣＦを使うことで、ＣＦ表面積を増加させる手法をとることが可能である。旧型ＣＦは繊維断面形状が、楕円形や瓢箪型等で真円形から外れている上に、側面に小突起や凹部や縦筋のあることが多くマトリックス樹脂との接着力を見かけで６０ＭＰａレベルに上げることが出来る。
【００３８】
これらのことは次の２点を示唆している。即ち、ＣＦ束やＣＦクロスの作る面、具体的にはプリプレグシートの積層面に応力集中がかかる場合は、前述した４０ＭＰａ、６０ＭＰａの強度が、そのまま金属部とＣＦＲＰ部間の接着力に現れる。しかしながら、それと異なって積層面に対して直角な面に応力集中がかかる場合は、金属部品と接着剤硬化物との間の接着力か、又は、接着剤硬化物層とマトリックス樹脂相間、の接着力の何れか弱い方で最初の破断が生じることになり、ＣＦの種類は直接的には関係しない。そして、このようなＣＦＲＰ側の設計方針の場合、金属側は、好ましくは本発明で推奨する図６（ａ）〜（ｆ）に示したような、接着強を最高にするために最善の表面微細凹凸形状とする処理法で処理した物を使用する意味がある。
【００３９】
［２−１．ＣＦＲＰのマトリックス樹脂］
一方、本発明のＣＦＲＰのマトリックス樹脂は、熱硬化型エポキシ樹脂である。この熱硬化型エポキシ樹脂は、大別して２種類あり、通常のＣＦＲＰでは本発明で使用する１液性エポキシ接着剤とほぼ同じ組成物が使用する。その多くはジシアンジアミド硬化型のエポキシ樹脂組成物であり、低温ではジシアンジアミドがエポキシ樹脂群に溶解せぬこともあって殆ど反応せず、１５０℃程度に昇温することで溶け込み、重合開始剤のように働いて硬化反応が進むタイプである。使用されるエポキシ樹脂の主成分が分子量の低い物、即ち室温環境下では、やや粘度ある液状物にて作成された樹脂組成物は粘性ある液状物となり、ＣＦ束、ＣＦクロスを含ませたプリプレグもべた付いたシート状物となる。このタイプのプリプレグから作成したＣＦＲＰは、その耐熱物性が１００℃、改良された物でも１５０℃までとされる。即ち、エポキシ樹脂分内の組成を色々変化させることで耐熱性を上げることもできるがそれも１５０℃が限界という意味である。
【００４０】
これは１液性エポキシ接着剤の耐熱性能と全く同じであって、硬化物における重合架橋度をかなり上昇させて、引っ張り強度、せん断強度を上げる方向に改良したとしても樹脂としての限界がある。これら以上に耐熱性ある熱硬化型エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と芳香族ジアミン化合物の交互重合物である。即ち、エポキシ樹脂と芳香族ジアミンのほぼ等モル比の混合組成物を使用する。硬化温度は、前者と似たようなものだが、この硬化物の耐熱性は２００℃程度になる。航空機組立で言えば、エンジン周辺のＣＦＲＰはこのタイプのマトリックス樹脂使用のプリプレグから作成するとされる。このマトリックス樹脂の製造に当たっては、大量の芳香族ジアミンを使用することと、芳香族ジアミンは常温下で固体である物が殆どであることから、その混合作業は加熱ロール等で芳香族ジアミンを溶融しつつエポキシ樹脂と混ぜ合わせることとなり、且つ、冷えると混合組成物は固体化する。それ故にＣＦＲＰプリプレグシートも、べた付きのない固体シートとなる。逆に言えば、プリプレグを入手した時点でそのべた付き加減を見て通常型か耐熱型かが確認出来る。
【００４１】
要するに、本発明において最終品の使用温度域をまず予想し、常温域での使用だけを条件としてよい場合、使用するＣＦＲＰやＣＦＲＰプリプレグは前記の通常型（汎用型）でよいし、使用する１液性エポキシ接着剤も市販の汎用型品を使用することで十分である。一方、最高１５０℃付近になる可能性のある製品に用いるものの場合、汎用性のものは使用できないが、このＣＦＲＰに使用するマトリックス樹脂は、プリプレグの当業者であれば製造方法を変更して所望の仕様のものを作成できる。一方、その場合の１液性エポキシ接着剤としては、後述するような僅かな種類だが硬化物の引っ張り強度（１５０℃下）が３５ＭＰａ程度ある耐熱型接着剤も存在する。ただし、環境温度が２００℃下においても、十分な強度保持が出来る金属樹脂複合体を作成したいとの場合は、残念ながら本発明は有効でない。即ち、１液性エポキシ接着剤にそのような耐熱仕様のある物は現在のところ、本発明者等は知らない。
【００４２】
[２−２．ＣＦＲＰ製パイプ材］
本発明で使用するＣＦＲＰ製パイプは、特殊なものではなく市販されているものを用いる。ＣＦＲＰ製パイプは、例えば、日本国内でも数社の専門メーカーがあり、種々の径（外径、内径）のＣＦＲＰ製パイプが市販されており、これらのものを好ましく使用できる。ＣＦＲＰパイプのマトリックス樹脂は、前述した熱硬化型エポキシ樹脂を本発明では支障なく使用できる。
【００４３】
［３．液性エポキシ接着剤］
日本国及び日本国外において、１液性エポキシ接着剤が多数市販されている。本発明に用いる１液性エポキシ接着剤は、これらのほぼ全てが使用できる。ＮＡＴ処理された金属片、新ＮＡＴ処理された金属片を、後述する接着手法を用いて接着（これを「ＮＡＴ接着法」と称する。）した接着対（試験片、図１０参照）を引っ張り破断させて、その接着対のせん断接着強度を測定した。この試験により、常温下での接着力は、市販されている大半の接着剤で、６０〜９０ＭＰａの範囲内に分布し、多くは７０〜８０ＭＰａだった。要するに、常温下での接着力は、市販の１液性エポキシ接着剤の中で大差がなく、同一の接着剤を使用したとき、金属種、金属合金等のように金属の種類によらないことが判明した。なお、本発明者らが多用している１液加熱硬化形エポキシ系接着剤は、「ＥＰ１０６ＮＬ」（セメダイン株式会社（本社：日本国東京都）製）、「スコッチ・ウエルド『ＥＷ２０４０』」（スリーエムジャパン株式会社（本社：日本国東京都）製）であり、双方共にジシアンジアミド硬化型の物である。
【００４４】
なお、常温下の接着力のみならず、高温下、例えば環境温度が１５０℃下での接着力が重要な場合、前記「スコッチ・ウエルド『ＥＷ２０４０』」の使用が好ましい。即ち、ＮＡＴ処理したＡ７０７５Ａｌ合金同士のＮＡＴ接着では、この接着剤を使うことで、環境温度が１５０℃下のせん断接着強さが３５ＭＰａを記録した。環境温度が１５０℃下の接合力が最高の接着剤は、市販していないが、本発明者等が調整し提案した１液性エポキシ接着剤（特許文献１２、１３参照）であり、４５ＭＰａ程度を示した。
【００４５】
［４．接着剤の塗布操作］
過去提案したＮＡＴ接着法では、「染み込まし処理」という操作が必要だが、これは本発明でも同様である。「染み込まし処理」は、常温で粘度がある１液性エポキシ接着剤の粘度を意図的に下げ、金属表面上の超微細凹部にも接着剤が効果的に侵入するようにするための操作である。以下、この「染み込まし処理」の実験例を具体的に以下の２方法で示す。
【００４６】
［４−１．密閉容器を使用する方法］
金属片の必要個所に接着剤を塗り、この金属片を予め５０〜７０℃に加熱したデシケータに入れ、デシケータ内部を真空ポンプで減圧する。数分間減圧したら空気を入れて常圧に戻す。そして再び減圧にする、という減圧／常圧戻し操作を数回繰り返し、その後にデシケータから金属片を出す。元々糊状の接着剤は、一旦液状になったことを示す外観形状になっており、この接着剤付き金属片同士を接合してクリップ等で固定し、そのまま熱風乾燥機に入れて硬化工程とする。
【００４７】
［４−２．ケトン溶剤を使用する］
上記方法は、金属片が大型だと超大型バッグやオートクレーブが必要となり商業化が困難である。ケトン溶剤を使用する方法は、それ故に発案した方法である。ただし、使用する１液性エポキシ接着剤が、ジシアンジアミド硬化型の１液性エポキシ接着剤の場合しか使用できないものの非常に有効である。ただ、好都合なことに、市販の１液性エポキシ接着剤の殆どがジシアンジアミド硬化型であるから実際にはほぼ全使用できる（特許文献１２、１３）。具体的用法は以下の通りである。
【００４８】
先ず、１液性エポキシ接着剤に、少量のＭＩＢＫ（メチルイソブチルケトン）を加えよく混合して低粘度懸濁液とする。金属片の必要個所に、前述した懸濁液を塗り、これを５０〜６０℃にした温風乾燥機に、約２０分間入れて溶剤を完全に揮発させる。これがＮＡＴ理論でいう「（５）染み込まし処理」工程となる。本発明はこのＭＩＢＫ使用の「染み込まし処理」を重視しているが、その理由は実用的である上に、染み込み具合は上述した「密閉容器を使用する方法」より確実なことによる。温風乾燥機から出した後、金属上の接着剤量が薄い少ないと感じたら元の接着剤を追加し厚塗りする。そして、接着剤付き金属片同士を接合しクリップ、錘等の固定治具で固定し、かつ加圧した状態で接着剤の層厚を可能な限り薄くし、そのまま熱風乾燥機に入れて硬化される、又は前述した棒ヒーターに通電して加熱して硬化させる。
【００４９】
［５．接着剤の硬化操作（棒ヒーター使用時）］
使用する棒ヒーターは、可能な限り細く、且つ、発熱部が短く発熱量も大きいものを用いた。具体的には、本試験では、シーズ径２．３ｍｍφ、発熱部長さ２０ｍｍ、最大発熱量１０Ｗのものを用いた。それ故に、金属部に開ける穴径は最小で２．５ｍｍφ、その穴深さは２０ｍｍ以上とするのが好ましい。なお、実際の製品は、金属部の最小の大きさは、この穴を設けた上で強度的に支障ない設計にすべきである。更に言えば金属部の温度調節をする上で熱電対の挿入口を設けるべきであり、市販のシーズ型熱電対は、最も細い物で０．１５ｍｍφであり直径０．３ｍｍφの穴を設ければ温度測定が可能である。
【００５０】
［６．本発明が更に出来ること、又、本発明の弱点とその克服方法］
［６．１  接着したリベット状物は再び抜くことが出来る］
１液性エポキシ接着剤は前述したように、常温下での最高接着力はせん断接着強さ、引っ張り接着強さ共に、約７０〜１００ＭＰａと非常に高い。しかしながら、１５０℃の環境下で測定された最高接着力とみられる測定値は、発明者等が提案し作成した接着剤で（特許文献１２、１３）４５ＭＰａ、市販品では３５ＭＰａに留まった。この熱物性を利用することを考えれば、本発明で得られた接着対のリベット状物を、約２００℃まで昇温すれば、接着されたものであっても、僅かな衝撃力でリベット状物を穴から抜くことが可能ということである。この利点は本発明の接着面であるテーパー面に接着された金属部品が故に可能なことであり、再利用等のことを考慮すれば、分解性が高いことは利点とも言える。
【００５１】
［６．２  接着剤層厚の薄ことが来たす弱点、及びその対処案］
従来、接着剤の層厚を厚く設計して、金属とＣＦＲＰを接着する理由は前述した。本発明は接着剤の層厚を可能な限り薄くすることで、絶対的な接着力の確保に努めることを目指している。前述したように、本発明の技術思想が最も生かされるのが、熱膨張率の差が少ないＣＦＲＰとチタン合金の接着である。しかしながら、ＣＦＲＰと接着したい金属片として、一般鋼材（線膨張率は、１．１×１０−１℃−１付近）、ステンレス鋼（線膨張率は、（１．１〜１．６）×１０−１℃−１）等もあるし、軽量なＡｌ合金（線膨張率は、２．３×１０−１℃−１）もある。
【００５２】
そこで、線膨張率差が大きく、且つ、受ける温度変化も大きい場合、そのような状況の中で、接着状態を長期に保つには一般に３つの方法がある。一つは弾性ある接着剤を使い、且つ適切な接着剤の層厚を想定して接着すること、二つは、一方の材料が厚く丈夫な物（剛性が大きい）ものであればもう一方の材料は薄く丈夫でない形状（剛性が低い）にすること、そして最後の一つは接着面を必要最小限の面積にすることである。本発明は、最初から接着剤の層厚を可能な限り薄くすべきとしているから、上述した３つの内の後の２点でカバーするしかない。
【００５３】
例えば、図１及び２に示した実施の形態では、ＣＦＲＰパイプに金属製であるテーバーを有する金属部品を接着しているが、この想定の金属材は一般鋼材である。接着面はテーバーを有する円筒型であり、円筒径、円筒長さに関してはＣＦＲＰと鋼材間の線膨張率差が直接影響する。その意味で、本例では、平均円筒径１３ｍｍ、円筒長さ１５ｍｍのＣＦＲＰパイプと、鋼材とを接着した一体化物が、規定した環境温度変化に耐えられるか否かということになる。即ち、金属側は明らかに剛性体であり、ＣＦＲＰパイプの肉厚は、本例では１．２５〜２ｍｍであり、薄いとも厚いとも言えない中途半端なものである。結局、同様の試験片である接着対を多数作成し、数本を引っ張り破断して接着力を数値化し、他の接着対は温度衝撃サイクル試験機に数千サイクルかけた後に引っ張り破断してその変化をみるしかないと判断される。
【００５４】
本発明者が主張したいのは、純チタン、チタン合金以外の金属材料を使用して、前述したようなＣＦＲＰパイプと金属部品を接着し、その温度衝撃に関する耐久性を見て実用化する必要がある。このために、先ずは図７（ａ）に示した接着構造を有する細いパイプから試験を開始した。温度衝撃試験機に、インプットする最低温度と最高温度によっては、Ａｌ合金の種類を図７（ｂ）に示した断面形状に形成した場合でも十分使用可能になる。そして要求される使用分野によっては、ＣＦＲＰ／金属材の一体化物の引っ張り強度が非常に高くて一体化物が１本では足りないという場合、太いＣＦＲＰパイプを使用するのではなく、この一体化物を２本、３本等と複数のものを並列にして、一体化した物を使用すべきである。これはＣＦＲＰ材と接合すべき金属材が変われば、その温度衝撃レベルに応じた標準の形があり、この標準化されたものを機械設計技術により対応すると良い。要するに、大型構造物のフレームであっても、本例のような細いパイプを組み合わせて使用すれば実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
以下、本発明を実施例によって説明する。
（ａ）ＳＥＭ型の電子顕微鏡「Ｓ−４８００」（株式会社日立製作所（本社：日本国東京都）製）、及び「ＪＳＭ−６７００Ｆ」（日本電子株式会社（本社：日本国東京都）製）を使用し、１〜２ＫＶにて観察した。
（ｂ）走査型プローブ顕微鏡観察
「ＳＰＭ−９６００」（株式会社島津製作所（本社：日本国東京都）製）を使用した。
【００５６】
［作成例１］
ＣＦＲＰパイプの端部に、金属部品が接着され、ＣＦＲＰ製パイプと一体化した複合体（又は積層体）を想定した。この接着構造は、高強度の耐引っ張り強度、耐変形強度とする目的の構造に使えるような構造要素として想定した。本発明に沿ったテーパー付き金属部品を金属材とした、ＣＦＲＰと金属材の複合体である。これを図７、図８に示した。
【００５７】
その製造法は、先ず外径１６ｍｍφ、内径１２ｍｍφのＣＦＲＰパイプを市場から入手した。その一方で、１／２０のテーパー持つリーマーを機械加工で作成した。そして作成したリーマーを使用して、図７（ａ）に示すように、テーパー付き開口部を有するＣＦＲＰパイプ２とした。リーマー加工後は、削り面を＃１０００サンドペーパーで研磨し、これを超音波振動付きの脱脂槽（アルミ用脱脂材を１０％含む６０℃温水槽）に、５分間浸漬した後、これを水道水でよく洗浄した後、室内放置して乾燥した。
【００５８】
一方、一般構造用圧延鋼材（ＳＳ４００）ブロックから、機械加工して図７（ｂ）に示した金属部品２０を得た。この金属部品２０の作成と同時に、同一素材で４５ｍｍ×１５ｍｍ×３ｍｍの鋼材小片を数個作成した（図１０、１２参照）。そして金属部品２０と前記小片の双方を後述する作成例２に示した表面処理を行った。作成例２に示した表面処理法は、前述したＮＡＴ処理法に含まれたものである。
【００５９】
一方、市場から前述の１液性エポキシ接着剤である「スコッチ・ウエルド『ＥＷ２０４０』」を入手した。紙コップに、その数ｇを取り、同重量のＭＩＢＫ（メチルイソブチルケトン）を加えて、これをよく混合攪拌して、低粘度の懸濁液を得た。この懸濁液を筆先に取り、前述のＣＦＲＰパイプ２の内周面であるテーパー部分と金属部品２０のテーパー面に塗った。ＣＦＲＰパイプ２の塗布部は送風機で風を送って溶剤ＭＩＢＫを揮発させ、金属部品２０側は５５℃とした温風乾燥機に２０分ほど入れて溶剤を揮発させた。双方が揃った後に、金属部品２０の方だけはそのテーパー部に、上記の「ＥＷ２０４０」である接着剤を箸先で重ね塗りした。
【００６０】
そして、金属部品２０のテーパーを、ＣＦＲＰパイプ２のテーパーに押し込み、溢れ出る接着剤には構わず奥まで入れ、その状態のままテフロンテープを何重にも巻いて固定した。更に、金属部品２０が上部になるように、ＣＦＲＰパイプ２を治具使って垂直に立て、かつ錘を金属部品２０に引っかけて、金属部品２０がＣＦＲＰパイプ２に押し付けられる形にした。即ち、この押し付けは、両接着層を互いに加圧した状態で加熱硬化させるためである。そして、棒ヒーター（直径２．３ｍｍ、加熱部長さ２０ｍｍ（図示せず））、及び熱電対（シーズ部外径０．７ｍｍ以下（図示せず））を各穴に差し込み、通電して加熱した。この加熱は、１６０℃で３０分間行った。これを放冷後、ヒーター、熱電対、及び錘を取り除いて、テフロンテープを剥がして、図８に示す形状の物を得た。はみ出した接着剤硬化物２５は、回転砥石で切除した。ＣＦＲＰパイプ２の内部にも、はみ出した接着剤硬化物２６が観察された。
【００６１】
［作成例２］
作成例１で使用した鋼材の表面処理法について記す。先ず、脱脂槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＥ−６（メルテックス株式会社（本社：日本国東京都）製）」１０％を含む水溶液を６０℃の脱脂液を入れた。この脱脂槽に、鋼材片を５分間浸漬した後、これを水道水（群馬県太田市）で水洗した。次いで別の槽に、４０℃とした１．５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに鋼材片を１分間浸漬した後、これを水洗した。次いで別の槽に、６５℃とした１％濃度の１水素２弗化アンモンと５％濃度の硫酸を含む水溶液を用意し、これに鋼材片を１分間浸漬した後、これを水洗した。次いで別の槽に、１％濃度のアンモニア水を用意し、これに鋼材片を１分浸漬した後、これを水洗した。次いで、４５℃とした２％濃度の過マンガン酸カリと１％濃度の酢酸と、０．５％濃度の水和酢酸ソーダを含む水溶液を用意し、これに１分間浸漬した後、これを水洗した。これらを８０℃に設定した温風乾燥機に１５分間入れて乾燥した。
【００６２】
作成例１で作成した４５ｍｍ×１５ｍｍ×３ｍｍの功罪の小片を、上記の方法で液処理し乾燥したものを電子顕微鏡で観察した。この電子顕微鏡による表面写真を、図９（ａ）に１万倍、図９（ｂ）に１０万倍の写真を示す。
［参考実験例１］
作成例１で得たＳＳ４００片の表面処理物同士を、図１０に示す接着試験片を用いて、前述した１液性エポキシ接着剤「ＥＷ２０４０」で、記述したＮＡＴ接着法により接着した（接着操作は作成例１に準じて作成した。）。この鋼材片同士のせん断接着強さを、図１０に示す試験片を引っ張り試験機にかけることで測定した。この結果、４つの接着対の平均で、７５ＭＰａだった。
【００６３】
［参考実験例２］
ＣＦ含量が、４０〜５０％とみられる４５ｍｍ×１５ｍｍ×３ｍｍ（厚）のＣＦＲＰ片多数を、東レ株式会社（本社：日本国東京都）より入手した（２０１０〜２０１１年頃）。その半分は、前述した同社旧型ＣＦを使用して作成されたものであり、ＣＦの正確なグレード名は不明であるが、引張り強度３．５ＧＰａの「トレカＴ３００（東レ株式会社）」だと推定される。これらＣＦＲＰ片のマトリックス樹脂に使われたエポキシ樹脂は、東レ株式会社のカタログの樹脂Ｎｏ．「２５００」か「２５８０」と推定される。何れも耐熱グレードではなく、プリプレグのマトリックス樹脂組成は、１液性エポキシ接着剤に近いものとみられた。要するに、ＣＦＲＰ自体が１００〜１２０℃を、使用温度域の最高温度とされる常用型のＣＦＲＰ片だった。
【００６４】
又、このＣＦＲＰ片の外観形状は、４５ｍｍ×１５ｍｍの平面状に集束した繊維束含むプリプレグ層が１１枚重なった形状（図１１参照）をしており、厚い層が中央にあり薄い層５層がその上下にある形だった。このグレード名の４５ｍｍ×１５ｍｍ面の端面４ｍｍの部分を、＃６００サンドペーパーで強く研磨し、炭素繊維の一部が露出するまで削り込んだ。これらを超音波洗浄できる脱脂槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＥ−６（メルテックス株式会社製）」１０％を含む水溶液を６０℃に保って入れた、この脱脂槽に、上記ＣＦＲＰ片を５分間浸漬した後、これを更に水道水（群馬県太田市）にてよく水洗した。その後は、作成例１と同様に、このＣＦＲＰ片と参考実験例１と同様に処理されたＳＳ４００鋼片を、一液性エポキシ接着剤「ＥＷ２０４０」（スリーエム ジャパン株式会社（本社：日本国東京都））で接着して、既述したＮＡＴ接着法により、図１０に示す接着対を得た。
【００６５】
このＣＦＲＰ片と鋼材片の接着対の引っ張り試験機によって測定したせん断接着強さは、４つの接着対の平均で４１ＭＰａだった。その破断面跡を観察すると、金属片側にＣＦ屑が付着しており、破断はＣＦＲＰ片内で生じたことが分かった。
【００６６】
［参考実験例３］
前記と同じＣＦＲＰ片（図１１）と、前述の鋼材片の接着対における「引張り接着強さの測定を図１２に示す形の接着対で行った。但し、接着前にＣＦＲＰ片も、鋼材片もその端面を、フライス盤で、正確な平面に削り取った後で処理した（即ち、ＣＦＲＰ片は脱脂水洗と乾燥、鋼材片は作成例２に記載の液処理を行った）。前述した「ＥＷ２０４０」を使用してのＮＡＴ接着を行って、図１２に示す接着対のものを得て、この５つ接着対を引っ張り破断した。得られた引張り接着強さの平均値は、６２ＭＰａであり、その金属側の破断面跡にＣＦ屑の付着はなかった。この接着力は接着剤硬化物と（炭素繊維端が混ざった）マトリックス樹脂の間の接着力が現れたものとみられる。
【００６７】
ここで得た引張り接着強さ６２ＭＰａと、前述の試験で得たせん断接着強さ４１ＭＰａの違いについてだが、引張り接着強さもせん断接着強さも同レベルの接着力だと決めつけてみれば、マトリックス樹脂とＣＦ間の接着力は４０ＭＰａ付近であり、マトリックス樹脂と接着剤間の接着力は６０ＭＰａ台であり、接着剤とＮＡＴ処理金属間の接着力が７０ＭＰａ台であると推定される。これらの接着力は、全て接着剤層の層厚が、０．１ｍｍ台のごく薄い物で得られており、図８に示したＣＦＲＰパイプ２と金属部品２０間の接着力は全てＣＦＲＰパイプ２側の特性（マトリックス樹脂内のＣＦクロスの編み方（繊維束の並び方向）が、リーマー削りでどのように露出しているか等）だけで決まることが分かる。
【００６８】
何れにしても、接着力は、４０〜６０ＭＰａの間の数値であり、図８に示したＣＦＲＰパイプ２と金属部品２０の接着の場合、ＣＦＲＰパイプ２から金属部品２０を引き抜く力を算出しようとすれば、この引き抜き抵抗力は、厳密にはテーパーの角度によって異なるが、角度が緩いテーパーであるから、ほぼ接着面のせん断接着強さに依存する。ＣＦＲＰパイプ２の端面の接着部は、引張り接着強さに寄与することが推定され、これらの合力が引き抜き抵抗力となる。なお、ＣＦＲＰパイプ２の内部にはみ出した接着剤硬化物２６は、引き抜き抵抗力に寄与する。
【図１】
2016221784.tif 000003
【図２】
2016221784.tif 000004
【図３】
2016221784.tif 000005
【図４】
2016221784.tif 000006
【図５】
2016221784.tif 000007
【図６】
2016221784.tif 000008
【図７】
2016221784.tif 000009
【図８】
2016221784.tif 000010
【図１０】
2016221784.tif 000011
【図１１】
2016221784.tif 000012
【図１２】
2016221784.tif 000013
【図９】
2016221784.tif 000014