JP5129903B2 - マグネシウム合金複合体とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、運輸機械、電気機器、医療機器、一般機械、その他の産業機械、又は民生機器等に用いられている、マグネシウム合金とマグネシウム合金、マグネシウム合金とその他の金属合金、及び、マグネシウム合金と繊維強化プラスチック、等の複合体に関する。更に詳しくは、自動車部品、航空機部品、自転車部品等のように軽量化が要求される運輸機械等を構成する部品、構造体に、最適なマグネシウム合金部品と炭素繊維強化プラスチック等の繊維強化プラスチックとを一体に接合する、マグネシウム合金複合体に関する。

金属と金属、及び金属と樹脂を接着等の何らかの接合手段により一体化する技術は、自動車、家電製品、産業機器等の部品製造等の広い分野から求められており、このために多くの接着剤が開発されている。この中には非常に優れた接着剤が知られている。例えば、常温、又は加熱により機能を発揮する接着剤は、金属と合成樹脂を一体化する接合に使用され、この方法は現在では一般的な接着技術である。

一方、接着剤を使用しない製造方法も研究されてきた。マグネシウム、アルミニウムやその合金である軽金属類、又、ステンレス等の鉄合金類に対し、接着剤の介在なしで高強度のエンジニアリング樹脂を一体化する方法がその例である。例えば、射出成形等の方法で、金属と熱可塑性合成樹脂を接合する方法（以下、「射出接合」という。）として、アルミニウム合金に対して結晶性の熱可塑性樹脂であるポリブチレンテレフタレート系樹脂（以下「ＰＢＴ」という。）、又はポリフェニレンサルファイド系樹脂（以下「ＰＰＳ」という。）を射出接合させる製造技術を開発し提案した（例えば、特許文献１、２参照）。加えて昨今、マグネシウム合金、銅合金、チタン合金、ステンレス鋼等も同系統の樹脂の使用で射出接合できることを実証し提案した（特許文献３、４、５、６）。

これらの発明は全て本発明者等によるが、これらは単純な接合理論に因っている。アルミニウム合金の射出接合に関する「ＮＭＴ」理論仮説、あらゆる金属合金の射出接合に関する「新ＮＭＴ」理論仮説である。より広義に使用できる「新ＮＭＴ」について提案者である本発明者の１人、安藤直樹が唱える理論的な仮説は以下の通りである。強力な接合力を生じるための射出接合は、金属合金側と射出樹脂側の双方に各々条件があり、まず金属側については、以下の３条件を必要としている。即ち、条件（１）は、金属合金を化学エッチング法により１〜１０μｍの周期（山から山、又は谷から谷の間隔）で、その山谷高低差がその約半分程度、即ち０．５〜５μｍ程度、までの粗度面（粗さ面）を形成したものが好ましいということである。

このような粗度面を化学反応で１００％得ることは、実際には不可能であり、具体的には表面粗さ計で見て、０．２〜２０μｍ範囲の不定期な周期の凹凸でその最大高低差（粗さ）が０．２〜５μｍ範囲である粗度曲線（粗さ曲線）が描けるもの、又は走査型プローブ顕微鏡で走査解析して、ＪＩＳ規格（ＪＩＳＢ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７））で言う平均長さ（ＲＳｍ）が０．８〜１０μｍ、最大高さ粗さ（Ｒｚ）が０．２〜５μｍである粗度面であれば、条件（１）を満たすと判断した。

本発明者等は、これを「ミクロンオーダーの粗度ある表面」と称している。さらに条件（２）があり、前記した大きな凹凸面、強いて言えばその凹凸面の内部の凹部の内壁面に、更に１０ｎｍ以上、好ましくは５０ｎｍ周期程度の微細凹凸面が形成されていることである。そして最後の条件（３）は、前記の微細凹凸面を為す表面がセラミック質、具体的には自然酸化層よりも厚い金属酸化物層、又は、意図的に作った金属リン酸化物層が形成されていることである。更に言えば、この硬質層は、数ｎｍ〜数十ｎｍの厚さの薄層であることが好ましい。一方、樹脂側の条件だが、硬質の結晶性樹脂であって、これらに適切な別ポリマーをコンパウンドする等で、急冷時での結晶化速度を遅くしたものが使用できる。実際には、ＰＢＴ、ＰＰＳ等に、適切な別ポリマー及びガラス繊維等をコンパウンドした樹脂組成物が使用できる。

これらの樹脂を使用して一般の射出成形機、射出成形金型で射出接合できるが、この過程を本発明者等の「新ＮＭＴ」仮説に従って説明する。射出された溶融樹脂は、融点よりも１５０℃程度温度が低い射出成形金型内に導かれるが、このスプルー、ランナ等の流路で、冷やされ融点以下の温度になっているとみられる。即ち、溶融した結晶性樹脂が急冷された場合、融点以下になったとしても、直ちにゼロ時間で結晶が生じ固体に相変化しないことは理解されよう。要するに、融点以下ながら溶融している状態、過冷却状態が極短時間であるが存在するのである。前記のように特殊なコンパウンドをしたＰＢＴやＰＰＳでは、この過冷却時間が少し長くできたと考えており、これを利用して大量の微結晶が生じることによる粘度急上昇が起こる前に、ミクロンオーダーの金属上の大きな凹部に侵入できるようにした。溶融樹脂がこの凹部に侵入後も冷え続け、微結晶の数が急激に増えて粘度は急上昇するので、凹部内の奥底まで到達できるか否かは、この凹部の大きさや形状次第でもある。

実験結果では金属種を選ばず、１μｍ以上の直径の凹部で、且つ０．５〜５μｍ深さの物であれば結構奥まで侵入するようであった。更に、その凹部内壁面が前記のようにミクロの目で見て（電子顕微鏡の写真観察）、ザラザラ面であれば、その超微細凹凸の隙間にも一部樹脂が侵入し、その結果、樹脂側に引き抜き力が負荷されても引っかかって抜け難くなるようである。このザラザラ面が金属酸化物であれば、硬度が高くスパイクのように引っ掛かりが効果的になる。凹凸周期が１０μｍ以上であると、結果的に接合力が弱くなるのだがこの理由は明らかである。即ち、例としてディンプル状の凹部集合体を考えると、凹部直径が大きいほど面積当たりのディンプル数が減る計算になるし、凹部が大きくなるに従って、前記のスパイクの引っ掛け効果が小さくなるからである。又、接合そのものは樹脂成分と金属合金表面の問題だが、樹脂組成物に強化繊維や無機フィラーが入っていると、樹脂全体の線膨張率が金属合金に近づけられるので接合後の接合力維持が容易になる。

このような仮説に従ってマグネシウム合金、銅合金、チタン合金、ステンレス鋼等に、ＰＢＴやＰＰＳ系樹脂を射出接合したものは、せん断破断力で言って２００〜３００ｋｇｆ/ｃｍ^２（約２０〜３０Ｎ/ｍｍ^２＝２０〜３０ＭＰａ）の強い一体化物となった。本発明者等は、「新ＮＭＴ」理論が多くの金属合金の射出接合で実証できたことで正しいものとしているが、使った仮説は高分子物理化学の基礎的な部分に関連する推論が基本になっており、本来は多数の化学者、科学者から批判を頂かねばならない。例えば、急冷時の溶融した結晶性樹脂の挙動について推論しているが、高分子物理学の側面からは従来論議されていなかった領域である。本発明者等は正しい推論であると認識しているが、正面から実証したわけではない。即ち、高温高圧下の高速反応であり直接的な観測ができない。又、仮説は接合について全くの物理的なアンカー効果説を唱えており、従来常識から若干逸脱している。なお、現行の接着に関する専門家が編集した単行本等に記載されている理論では、化学的要因で接着を説明する記述が多い。

本発明者等は、この仮説の証明に至る直接的確認実験をすることは実験的困難さから諦め、逆手を取ることを考えた。即ち、接着剤接合に関しても「新ＮＭＴ」理論仮説が応用できると見て、類似理論による高性能接着現象が実証できないか挑戦することとした。即ち、市販の汎用エポキシ系接着剤を使用して被接着材の表面状況だけを工夫し、従来にない接合系が発見できないか探ろうとした。

接着剤による異材質の接合に関しては、既に素晴らしい発展があり、特に、その高度技術の利用は航空機の構造部品の組み立てで使用されている。金属合金に耐食性と微妙な凹凸性を与える表面処理を為し、高性能な接着剤を使用して接着する技術である。しかし調べてみると、金属の表面処理法は、リン酸化、クロメート化、陽極酸化等、４０年以上前に開発された処理法が今でも定番処理法として使用されており、昨今の発展が停止しているように見受けられた。一方の接着剤自体の開発も数十年前に瞬間接着剤の量産が始まり、且つ第２世代アクリル接着剤が華々しく登場してからは、本発明者が知る限りでは革新的なものは聞かれない。加えて、接着理論に関しても、ごく昨今の学会動向は本発明者等にとって不明だが、市販されている単行本等の記載では、化学的な説明と物理的な説明が併記されているが明快さがなく、更なる発展を予期する材料に乏しい印象を受ける。

本発明者等は、幸いながら数ｎｍの解像度を有する電子顕微鏡を自由安価に使用できる年代に当たったおかげで、高解像度の電子顕微鏡写真を見つつ本発明者が提唱する「ＮＭＴ」、「新ＮＭＴ」の射出接合に関する仮説を論じて来られた。その結果、アンカー効果に全面的に基づいた前記仮説を提案するに至った。それ故、接着剤による接合での接着理論に於いても、物理的側面を重視しつつ実施したら新現象が出てくるのではないかと予期した。一方、マグネシウム合金は、実用金属中で最軽量であり、比重は１．７前後である。本発明者等は既に開発した射出接合法（特許文献３）を使用して、ＡＺ９１Ｂマグネシウム合金板材とＰＰＳ系樹脂から携帯電話の筐体の試作を開始しているが、射出接合でなく接着剤を使用しても、超軽量のモバイル電子機器等の筐体やシャーシー、その他部品が製造できるのではないかと考えた。

特に、炭素繊維強化プラスチック（以下、「ＣＦＲＰ」という。）は、強度に関し金属を含むあらゆる構造材料のうちで最高レベルであり、且つ比重は１．６〜１．７とマグネシウム合金と同等の軽さである。双方を強固に接合することが出来れば、超軽量で高強度の構造部材が出来上がることになる。幸い、ＣＦＲＰの元となるＣＦＲＰプリプレグは、未硬化のエポキシ樹脂が染み込んだ炭素繊維の織物や集合体であり、金属側に塗布するエポキシ系接着剤との相性を合わせれば同時硬化が可能で一体化は簡単である。従って、前記目的を達成するには、マグネシウム合金とエポキシ系接着剤の間の接合力（接着力）だけを、如何に上げ安定化させるかが、まず最初に研究開発すべき課題であると考えた。以上から、マグネシウム合金の表面処理技術の開発を中心にして繊維強化プラスチック（以下、「ＦＲＰ」という。）、特にＣＦＲＰとの強固な接合を得る方法を開発せんとした。

ＷＯ ０３／０６４１５０ Ａ１ ＷＯ ２００４／０４１５３２ Ａ１ ＷＯ２００８／０６９２５２ Ａ１ ＷＯ２００８／０４７８１１ Ａ１ ＷＯ２００８／０７８７１４ Ａ１ ＷＯ２００８／０８１９３３ Ａ１

本発明は、前記目的を達成するために次の手段をとる。
本発明１のマグネシウム合金複合体は、
化学エッチングによる、平均長さ（ＲＳｍ）が０．８〜１０μｍ、最大高さ粗さ（Ｒｚ）が０．２〜５μｍの粗度があり、且つ化成処理により、その表面は、電子顕微鏡観察で、５〜２０ｎｍ径で２０〜２００ｎｍ長さの棒状物が無数に錯綜した形で表面を覆っている超微細凹凸形状であり、且つ前記表面がマンガン酸化物の薄層であるマグネシウム合金の第１金属部品と、
前記超微細凹凸形状に侵入したエポキシ系接着剤を接着剤として接着された他の被着材とからなり、
接着後の前記マグネシウム合金の第１金属部品と、前記被着材との平均せん断破断力が５０〜６３Ｍｐａである、ことを特徴とする。

本発明２のマグネシウム合金複合体は、
化学エッチングによる、平均長さ（ＲＳｍ）が０．８〜１０μｍ、最大高さ粗さ（Ｒｚ）が０．２〜５μｍの粗度があり、且つ化成処理により、その表面は、電子顕微鏡観察で、５〜２０ｎｍ径で１０〜３０ｎｍ長さの棒状突起が無数に生えた直径８０〜１２０ｎｍの球状物が不規則に積み重なった形、又は前記棒状突起が無数に生えた８０〜１２０ｎｍ周期の凹凸で表面を覆っている超微細凹凸形状であり、且つ前記表面がマンガン酸化物の薄層であるマグネシウム合金の第１金属部品と、
前記超微細凹凸形状に侵入したエポキシ系接着剤を接着剤として接着された他の被着材とからなり、
接着後の前記マグネシウム合金の第１金属部品と、前記被着材との平均せん断破断力が５０〜６３Ｍｐａである、ことを特徴とする。

本発明３のマグネシウム合金複合体は、
化学エッチングによる、平均長さ（ＲＳｍ）が０．８〜１０μｍ、最大高さ粗さ（Ｒｚ）が０．２〜５μｍの粗度があり、且つ化成処理により、その表面は、電子顕微鏡観察で、直径２０〜４０ｎｍの粒径物、又は不定多角形状物が積み重なった形状である溶岩台地のデコボコ地面のような超微細凹凸形状で、ほぼ全面が覆われており、且つ前記表面がマンガン酸化物の薄層であるマグネシウム合金の第１金属部品と、
前記超微細凹凸形状に侵入したエポキシ系接着剤を接着剤として接着された他の被着材とからなり、
接着後の前記マグネシウム合金の第１金属部品と、前記被着材との平均せん断破断力が５０〜６３Ｍｐａである、ことを特徴とする。

本発明４のマグネシウム合金複合体は、本発明１ないし３において、
前記被着材は、前記超微細凹凸形状が形成されたマグネシウム合金製の第２金属部品であることを特徴とする。
本発明５のマグネシウム合金複合体は、本発明１ないし３において、
前記被着材は、前記エポキシ系接着剤を含み長繊維、短繊維、及び繊維布から選択される１種以上を充填、積層して強化した繊維強化プラスチックであることを特徴とする。

本発明６のマグネシウム合金複合体は、本発明１ないし５において、
前記化学エッチングは、酸性水溶液への浸漬処理によるものであり、且つ、最終表面処理は過マンガン酸塩水溶液への浸漬処理によるものであることを特徴とする。

本発明７のマグネシウム合金複合体は、本発明１ないし６において、
前記エポキシ系接着剤の硬化物の樹脂は、樹脂分合計１００質量部に対してエラストマー成分が３０質量部以下が含まれていることを特徴とする。
本発明８のマグネシウム合金複合体は、本発明１ないし６において、
前記エポキシ系接着剤の硬化物の樹脂は、樹脂分合計１００質量部に対し充填剤の合計が１００質量部以下が配合されていることを特徴とする。

本発明９のマグネシウム合金複合体は、本発明８において、
前記充填剤は、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種以上の強化繊維、並びに炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、シリカ、タルク、粘土、及びガラスから選択される１種以上の粉末フィラーであることを特徴とする。

本発明１０のマグネシウム合金複合体は、本発明７において、
前記エラストマー成分は、１〜１５μｍの粒径であり、加硫ゴム粉体、半架橋ゴム、未加硫ゴム、水酸基末端ポリエーテルスルホンの融点軟化点の温度が３００℃以上である末端修飾型の熱可塑性樹脂、及びポリオレフィン系樹脂から選ばれた１種以上であることを特徴とする。
以下、上記本発明を構成する各要素について、詳細に説明する。

〔マグネシウム合金部品〕
本発明に使用するマグネシウム合金は、国際標準機構（ＩＳＯ）、日本工業規格（ＪＩＳ）、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）等に規定されるＡＺ９１Ｄ等の鋳物用マグネシウム合金が使用できる。鋳物用マグネシウム合金であれば、砂型、金型、ダイカストのいずれかの方法で形状化された部品、またそれを更に、切削、研削等の機械加工して形状を整えた部品、構造体が使用できる。又、展伸用マグネシウム合金では、中間材である板材その他、又それらを温間プレス加工等の塑性加工を加えて形状化した部品、構造体が使用できる。

〔マグネシウム合金部品の表面処理／化学エッチング〕
マグネシウム合金部品は、まず脱脂槽に浸漬して機械加工で付着した油剤や指脂を除くのが好ましい。具体的には、市販のマグネシウム合金用脱脂材を、薬剤メーカーの指定通りの濃度で湯に投入して水溶液を用意し、これに浸漬した後、これを水洗するのが好ましい。通常の市販品では、一般的には濃度５〜１０％、液温を５０〜８０℃とし、これに５〜１０分浸漬する。次に、酸性水溶液に短時間浸漬した後、これを水洗しマグネシウム合金の化学エッチングを行う。この脱脂工程で除き切れなかった汚れを含めマグネシウム合金表層が剥がされ、同時にミクロンレベルの粗度、即ち、走査型プローブ顕微鏡観察測定によるＪＩＳ規格（ＪＩＳＢ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７））で言えば、粗さ曲線の平均長さ（ＲＳｍ）が１〜１０μｍ、粗さ曲線の最大高さ粗さ（Ｒｚ）が０．２〜５μｍである凹凸具合が良く、又、従来型の粗度計を使用するコンピュータ計算を使用しない測定法で言えば、０．５〜２０μｍ範囲の不定期な周期で、高低差が０．２〜５μｍ範囲の粗さ曲線がある粗さ面にする。

上記で行う化学エッチング用の使用液としては、１％〜数％濃度のカルボン酸や鉱酸の水溶液、特にクエン酸、マロン酸、酢酸、硝酸等の水溶液が好ましい。エッチングでは、通常マグネシウム合金に含まれるアルミニウムや亜鉛は、溶解せず黒色のスマットとしてマグネシウム合金表面に付着残存するから、次に弱塩基性水溶液に浸漬してアルミニウムスマットを溶解して除き、次に強塩基水溶液に浸漬して亜鉛スマットを溶解して除くのが好ましい。これらの処理で前処理を終える。

〔マグネシウム合金部品の表面処理／微細表面処理〕
前記の前処理を終えたマグネシウム合金部品を、所謂、化成処理する。即ち、マグネシウムは、イオン化傾向の非常に高い金属であるから空気中の湿気と酸素による酸化速度が他の金属に比べて速い。マグネシウム合金には、自然酸化膜があるが耐食性の点から見て十分強いものではなく、通常の環境下でも自然酸化膜を拡散した水分子や酸素で酸化腐食が進行する。それ故、通常のマグネシウム合金部品は、クロム酸や重クロム酸カリ等の水溶液に浸漬して酸化クロムの薄層で全面を覆う（クロメート処理と呼ばれる）か、又はリン酸を含むマンガン塩の水溶液に浸漬して、リン酸マンガン系化合物で全面を覆う処理を行って、腐食防止処置を行う。これらの処置をマグネシウム業界では化成処理と呼んでいる。

要するに、マグネシウム合金に行う化成処理とは、金属塩を含む水溶液にマグネシウム合金を浸漬して、その表面を金属酸化物及び／又は金属リン酸化物の薄層で覆う処置を言う。現在では、６価のクロム化合物を使用するクロメート型の化成処理は環境汚染の観点から忌避されており、ノンクロメート処理と言われるクロム以外の金属塩を使用した化成処理、実際には、前記したリン酸マンガン系化成処理、又は珪素系化成処理が行われる。本発明ではこれらの方法と相違して、弱酸性とした過マンガン酸カリの水溶液を、化成処理用水溶液として使用するのが特に好ましい。この場合、表面を覆う皮膜（化成皮膜という）は、二酸化マンガンとなる。

具体的な本処理法としては、前処理を終えたマグネシウム合金部品を非常に希薄な酸性水溶液に短時間浸漬した後、これを水洗し、前処理で洗浄し切れず残存しているナトリウムイオンを中和して除き、次に化成処理用水溶液に浸漬した後、これを水洗する方法が好ましい。希薄な酸性水溶液として、クエン酸やマロン酸の０．１〜０．３％の水溶液を使用するのが好ましく、常温付近で１分程度浸漬するのが好ましい。化成処理用水溶液としては、過マンガン酸カリを１．５〜３％、酢酸を１％前後、及び酢酸ナトリウムを０．５％前後含む水溶液を、温度４０〜５０℃で使用するのが好ましく、この水溶液では浸漬時間は１分程度が好ましい。これらの操作により、マグネシウム合金はニ酸化マンガンの化成皮膜で覆われたものとなり、その表面形状は、ミクロンオーダーの大きな粗度（粗さ面）を有し、且つ電子顕微鏡で観察するとナノオーダーの超微細凹凸あるものとなる。

図６及び図７は、それぞれ１０万倍のナノオーダーの超微細凹凸形状の電子顕微鏡写真である。これらの超微細凹凸の表面形状を、文章表現で表現するのは困難であるが、敢えて言えば、図７の電子顕微鏡写真からは、５〜２０ｎｍ径で２０〜２００ｎｍ長さの棒状、又は球状物のような無数に錯綜した凹凸で表面が覆われている超微細凹凸形状と言える。図６の電子顕微鏡写真からは、この超微細凹凸形状は、５〜２０ｎｍ径で１０〜３０ｎｍ長さの棒状、又は球状のような突起が無数に生えた直径８０〜１２０ｎｍの球状物が、不規則に積み重なったような形状の表面を呈している、と言うしかない。約１０ｎｍ径の棒状（針状）物質は、電子顕微鏡観察から言えば完全に結晶であると言うべきだが、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）からはマンガン酸化物で見られる回折線は認められなかった。

Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）は、結晶の量が少ないと検出できないので、今のところ学問的にこれらが結晶であると判断して良いか否かは、結晶学の学徒でない本発明者等には分からない。少なくとも、これらがアモルファス（非結晶）というには形が整い過ぎており、本発明者はこれがアモルファスとも言えないと考える。なお、ＸＰＳ分析からは、マンガン（イオンであり０価のマンガンではない）と酸素の大きなピークが認められ、表層はマンガン酸化物であることは間違いない。この表面は、色調が暗色であり、二酸化マンガンが少なくとも主体のマンガン酸化物である。

又、前記と全く異なる微細表面形状であるが、直径２０〜４０ｎｍの粒径物や不定多角形状物が積み重なった形状、言わば溶岩台地の斜面にあるようなデコボコ形状の地面のような超微細凹凸形状で、ほぼ全面が覆われている場合もある。要するに、５〜２０ｎｍ直径の棒状物が認められない場合には、このような溶岩台地の表面のような形状になることが多く、組成的にはアルミニウム含量の多い場合である。この表面の一例の写真を図８に示したが、これは鋳造用マグネシウム合金であるＡＺ９１Ｄの処理例である。

〔エポキシ系樹脂（接着剤）及びその塗布〕
本発明で使用するエポキシ系接着剤は、特殊なものは必要なく、優れたものが市販されておりこれらのものが使用できる。自作する場合であっても、原材料は市販されているものから容易に調達できる。即ち、市販のビスフェノール型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、多官能ポリフェノール型エポキシ樹脂、脂環型エポキシ樹脂、等が市販されており、何れも材料として使用できる。又、これらエポキシ樹脂同士を多官能の第三成分、例えば複数の水酸基を有する多官能オリゴマー等、と反応させて繋ぎ合わせたものも使用できる。これらエポキシ樹脂に多官能アミン系化合物を硬化剤として加え、混合してエポキシ系接着剤となすのが好ましい。

［エラストマー成分、充填材成分等］
エラストマー成分、充填材成分等を前記成分に加えることは、その線膨張率をマグネシウム合金及び／又はＣＦＲＰ材と同様な数値にすることにより、この複合体に温度衝撃、機械的な応力が加わったとき緩和剤となり得ることからして、好ましい。エラストマー成分として、前記樹脂分（エポキシ樹脂成分＋硬化剤成分）合計１００質量部に対し、０〜３０質量部（３０質量部以下）含めることは、耐衝撃性、耐温度衝撃性を高めるので好ましい。３０質量部以上を添加すると、接合力を低下させるので好ましくない。エラストマー成分の一つは、粒径１〜１５μｍの加硫ゴム粉体である。エラストマー成分が数μｍ径の大きさであると、接着剤塗布に於いても、アルミニウム合金上の超微細凹部には大き過ぎて侵入できず、その意味でアンカー部分には影響せずもっぱら接着剤層に残ってくれる。

それ故、接合力を落とさず、且つ温度衝撃に耐える役目を持ってくれる。本発明の加硫ゴムとしては、あらゆる種類が使用できるが、実際にはゴム種に関らず数μｍ径にまで粉砕するのが困難である。本発明者等が調査した範囲では、微粒子加硫ゴムの製造法については研究開発があまり為されていない。本発明者等は、液体窒素でゴム加硫物やゴム未加硫物、及び熱可塑性樹脂類を凍結した上で、機械粉砕し分級する方法を取った。この製造効率やコストは現状では残念ながらあまり商業的ではない。もう一つは、未加硫や半架橋性のゴム、及び修飾したスーパーエンプラやポリオレフィン系樹脂の使用である。修飾したスーパーエンプラの例として、水酸基末端ポリエーテルスルホン「ＰＥＳ１００Ｐ（三井化学株式会社（日本国東京都）製）」等がある。

又、ポリオレフィン系樹脂には、エポキシ系樹脂に混合しやすい物が既に開発されておりこれらを好ましく使用できる。温度衝撃に対する耐久性は、理論的には粉末加硫ゴムより劣ると本発明者等は認識しているが、実際には未だよく分からない。この評価法自体が本発明者等の実験方法では、極限値を確認する程度まで完成していない。何れにせよ、これら未加硫型のエラストマーであっても、混入させた方が温度衝撃に強い。このようなポリオレフィン系樹脂としては、無水マレイン酸変性エチレン系共重合体、グリシジルメタクリレート変性エチレン系共重合体、グリシジルエーテル変性エチレン共重合体、エチレンアルキルアクリレート共重合体等がある。

該無水マレイン酸変性エチレン系共重合体としては、例えば無水マレイン酸グラフト変性エチレン重合体、無水マレイン酸−エチレン共重合体、エチレン−アクリル酸エステル−無水マレイン酸三元共重合体等を挙げることができ、その中でも特に優れた複合体が得られることからエチレン−アクリル酸エステル−無水マレイン酸三元共重合体であることが好ましく、該エチレン−アクリル酸エステル−無水マレイン酸三元共重合体の具体的例示としては、「ボンダイン（アルケマ社（フランス・パリ市）の登録商標）」等が挙げられる。該グリシジルメタクリレート変性エチレン系共重合体としては、グリシジルメタクリレートグラフト変性エチレン重合体、グリシジルメタクリレート−エチレン共重合体を挙げることができ、その中でも特に優れた複合体が得られることからグリシジルメタクリレート−エチレン共重合体であることが好ましく、該グリシジルメタクリレート−エチレン共重合体の具体例としては、「ボンドファースト（住友化学株式会社（日本国東京都）製）」等が挙げられる。

該グリシジルエーテル変性エチレン共重合体としては、例えばグリシジルエーテルグラフト変性エチレン共重合体、グリシジルエーテル−エチレン共重合体を挙げることができ、該エチレンアルキルアクリレート共重合体の具体例としては、「ロトリル（アルケマ社製）」等が挙げられる。次に、充填材について述べる。エラストマー成分を含めた樹脂分合計１００質量部に対し、さらに充填材０〜１００質量部（１００質量部以下）、より好ましくは１０〜６０質量部を含んでなるエポキシ接着剤組成物が好ましい。

使用する充填材として、強化繊維系では炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などが挙げられ、粉末系充填材としては、炭酸カルシウム、マイカ、ガラスフレーク、ガラスバルーン、炭酸マグネシウム、シリカ、タルク、粘土、及び炭素繊維やアラミド繊維の粉砕物等が挙げられる。次に、具体的なエポキシ接着剤の調整作業について述べる。エポキシ樹脂主材、硬化剤、エラストマー、充填材をよく混合し、粘度によってはエポキシ接着剤用の溶剤（これらも市販されている。）少量を混合して接着剤組成物（未硬化エポキシ接着剤）とする。接着剤組成物を前工程で得た金属合金部品の必要箇所に塗布する。手動による筆塗りであれ、自動的なコートマシンによる塗布であれ、塗布方法は問わない。

〔エポキシ樹脂接着剤を塗布後の処理工程〕
エポキシ樹脂接着剤を塗布後、減圧容器又は圧力容器に塗布物を置き、真空近くまで減圧して数分置いた後で空気を入れて常圧（大気圧）に戻すか、この後に数気圧や数十気圧の圧力下にするのが好ましい。更に、減圧と昇圧のサイクルを繰り返すのも好ましい。このことにより塗布材と金属合金間の空気やガスが抜け、塗布したエポキシ樹脂接着剤が超微細凹部に侵入し易くなる。実際の量産に当たっては、圧力容器を使用して高圧空気を使用するのは設備上も経費上もコストアップに繋がるので、減圧容器を使用しての減圧／常圧戻し１回もしくは数回が経済的であろう。本発明のマグネシウム合金であれば、数回の減圧／常圧戻しサイクルで十分安定した接合力を得ることができる。マグネシウム合金部品を減圧容器より取り出し、常温若しくは温度４０℃程度の環境下に、３０分程度以上置くことが好ましい。即ち、このことで、エポキシ接着剤組成物中に、多少の溶剤を添加した物であっても溶剤のかなりの部分を揮発させることができる。

〔ＦＲＰプリプレグ〕
繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）には、種々のものが知られているが、このＦＲＰにはガラス繊維を使用したガラス繊維強化プラスチック（以下、「ＧＦＲＰ」という。）、アラミド繊維を使用したＦＲＰ（以下、「ＡＦＲＰ」という。）、ボロン繊維を使用したＦＲＰ（以下、「ＢＦＲＰ」という。）、炭素繊維を使用したＣＦＲＰ等が知られている。これらに使用される樹脂分は、不飽和ポリエステルかエポキシ樹脂であって、本発明では樹脂分がエポキシ樹脂であるものが好ましく使用できる。エポキシ樹脂使用のＣＦＲＰで接合することが分かれば、同じことがエポキシ樹脂使用のＦＲＰ全般について可能なことは自明である。

ここでは最も軽量で高強度のＣＦＲＰについて、本発明の複合体に効果的に使用できるのでこれを以下に説明する。ＣＦＲＰを製造するためＣＦＲＰプリプレグは、市販の一般的なＣＦＲＰプリプレグをそのまま使用できる。市販品のＣＦＲＰプリプレグとしては、前記したエポキシ系接着剤を炭素繊維織物に含浸させた物、又、未硬化の前記エポキシ樹脂からフィルム状物を一旦作成して炭素繊維織物と重ねた形にした物、等がプリプレグとして販売されているので、これらを使用できる。又、炭素繊維織物と１液性エポキシ系接着剤を使って、自らＣＦＲＰプリプレグを容易に作成することも出来る。使用するエポキシ樹脂はジシアンジアミドやアミン硬化型の物が多く、常温ではＢステージ（固体に近いが未硬化状態）を保っており、これを百数十℃に昇温する過程で一旦溶融させ、その後にゲル化し硬化するように仕組んである。その意味で、マグネシウム合金部品に塗布するエポキシ系接着剤と、ＣＦＲＰプリプレグに使用するエポキシ系未硬化樹脂（接着剤）の硬化温度特性が一致していることが好ましい。ただ、本発明者等の実験ではこれらの硬化温度特性を特に調整することなく、加熱硬化させたものでも強い接合力を生じたので詳細検討を行えば更に優れた一体化物が得られるとみられた。

必要形状に切断し、かつ必要な形に重ね合わせてプリプレグ部分の準備をする。即ち、単方向プリプレグ（縦糸が多く横糸がごく僅かな織り方の織物からのプリプレグ）を、複数枚重ねる場合はその方向を重ねたり角度を傾けて重ねたりすることで、最終的なＣＦＲＰ板材としての強度の方向性が制御できるため、その組み付けには多くのノウハウがあるとされる。又、炭素繊維の正織り品では、縦糸横糸の数が同じであり、この繊維の方向を４５度ずつ角度を変えてプリプレグを重ねると、強度的には全方向に対し等しくなると言われている。要するに、プリプレグを必要な枚数、その重ね方を前もって設計し、それに従って各プリプレグを切断し、設計通り重ね合わせて準備を終える。

〔プリプレグの重ね合わせ及び複合体の製造方法〕
前記したエポキシ系接着剤を塗布済みのマグネシウム合金部品に、前記ＣＦＲＰプリプレグを載せる。この状態で、加熱すればエポキシ系接着剤とプリプレグ中のエポキシ樹脂が一旦溶融し引き続いてこれらが硬化する。両者を確実に接合するには、両者を押し付けた状態で加熱し、この間に含まれている空気が樹脂の溶融時に追い出される必要がある。例えば、マグネシウム合金の接合すべき面の裏面である支持面の形状に合わせた支持台座を予め作成しておき、アルミ箔やポリエチレンフィルムを敷いた後で前記マグネシウム合金部品を置き、この上にプリプレグを乗せ、更にプリプレグの上にポリエチレンフィルムを敷き、構造材等で別途製作した最終品プリプレグ形状に合わせた固定用部材を載せ、更にその上に重量物を載せることで、両者の加熱硬化中の押し付けと固定が出来る。

勿論、双方を押し付けつつ硬化させればよいので重力だけでなく種々の方法が利用できる。航空機の構造部材では、上記のように組み付けた全体を耐熱性のフィルム袋に封じ減圧しつつ加熱し、全エポキシ分が溶融したときに内部の空気が強制的に抜けるようにしている。空気がある程度抜けるとプリプレグが締まるので、その後にフィルム袋内に空気を送って昇圧下で硬化させる仕掛けである。本発明者等はそこまで行う実験設備がないので、プリプレグ内の空気はエポキシ分の溶融時に押え付けている圧力でかなり抜けるだろうと期待して実験を行った。

複合体の加熱は、組み立てた全体を熱風乾燥機、又はオートクレーブの中に入れて行い、通常は温度１１０〜１４０℃で加熱して数十分間置いて接着剤成分を一旦溶融させてゲル化し、更に温度１５０〜１７０℃に上げて数十分間加熱し、硬化させるのが好ましい。この最適な温度条件は、エポキシ成分や硬化剤成分によって変わる。放冷し金型を外し、成形物を取り出す。成形物を取り出すとき、離型ができるように前述したアルミ箔やポリエチレンフィルムを使用した場合は、これを剥がし取る。

〔焼成治具１〕
図１は、マグネシウム合金板片とＣＦＲＰの接着のための焼成用のための焼成治具の断面図である。図２に示すものは、この焼成治具１でマグネシウム合金板片１１とＣＦＲＰ１２を焼成して作成した、マグネシウム合金板片とＣＦＲＰの複合体１０である一体化物である。焼成治具１は、マグネシウム合金板片１１とＣＦＲＰ１２とを焼成するときの固定治具である。金型本体２は、上面が開放されており長方体状に金型凹部３が形成されている。この底部には金型貫通孔４が形成されている。

金型貫通孔４には、金型底板５の底板突起部６が挿入されている。底板突起部６は、金型本体２の金型底板７から突出するように突き出ている。金型本体２の底面は、金型台座８上に搭載されている。焼成治具１は、金型底板５を金型本体２の金型凹部３に挿入して載置した状態で、図２に示すようなマグネシウム合金板片１１とＣＦＲＰ１２を接合した、マグネシウム合金複合体１０を焼成して製造する。このマグネシウム合金複合体１０を製造するには、概略すると次のような手順で行う。まず、金型底板５の全上面に離型用フィルム１７を敷く。離型用フィルム１７の上に、マグネシウム合金板片１１と板状のＰＴＦＥスペーサ１６を載せる。このＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン樹脂）製のＰＴＦＥスペーサ１６の上と、マグネシウム合金板片１１の端部の上に、所要のサイズに切断した正織りされた布状の炭素繊維（Ｔ−３００（東レ株式会社製））を、３〜５枚積層する。炭素繊維織物には、未硬化のエポキシ系接着剤（ＥＰ−１０６）を、約１ｃｃの容量を注射器から吐出させて含浸させる。これにより、未硬化のＣＦＲＰプリプレグを作成した。

このＣＦＲＰプリプレグの作成後に、離型用のポリエチレンフィルムである離型用フィルム１３を、マグネシウム合金板片１１、及びＣＦＲＰプリプレグ１２の上に更に積層する。この上に、ウェイトとしてＰＴＦＥ製のＰＴＦＥブロック１４，１５を載せる。更に、必要に応じて、この上に数百ｇの錘（図示せず）を載せる。この状態で焼成炉に焼成治具１を投入して加熱し、プリプレグを硬化させて放冷した後、錘、及び台座８等を外して、底板突起部６の下端を床面に押し付けると離型用フィルム１３、１７と共に、マグネシウム合金板片１１とＣＦＲＰを接合したマグネシウム合金複合体１０（図２参照）が取り出せる。ＰＴＦＥスペーサ１６、離型用フィルム１３、１７は、接着性のない素材であるからＣＦＲＰから容易に剥がすことができる。

〔マグネシウム合金複合体の使用例〕
図３は、本発明のマグネシウム合金複合体を、ノート型パソコンの蓋２０に用いた例を示す外観図である。蓋２０の外周部分を構成する外枠２１は、マグネシウム合金製で作られている。この外枠２１の中央部分の平面は、ＣＦＲＰプリプレグを硬化させた平板部分２２である。マグネシウム合金製の外枠２１と平板部分２２の外周面とは、前述した接着方法により接着されている。携帯用のノート型パソコンは、可能な限り軽くする必要があり、かつ落下等の衝撃荷重から内部の電子回路を保護するために頑丈でなければならない。マグネシウム合金製の外枠２１とＣＦＲＰ製の平板部分２２は、これらの目的の仕様に合致する特性を備えている。

図４は、平板状のＣＦＲＰの表裏面にマグネシウム合金板を接着したＣＦＲＰとマグネシウム合金板の複合板材を用いた構造例を示すものである。この積層材であるマグネシウム合金複合板材２３は、中層部にＣＦＲＰ２４が配置され、この表裏面にマグネシウム合金板２５が接着された３層構造のものである。マグネシウム合金複合板材２３は、貫通孔２６が開けられている。この貫通孔２６には、ボルト２７が挿入されており、このボルト２７は下部に配置された断面形状がＬ字状の金属製のＬ字材２８を貫通しており、この下面に配置したナット（図示せず）にねじ込まれている。

このボルトとナットの締結により、マグネシウム合金複合板材２３とアングル材２８は、一体の構造物となる。ＣＦＲＰ２４は、表裏面にマグネシウム合金板２５が接着されているので、ボルト２７で締め付けられても、ボルトによる締付圧力、又はボルト２７との摩擦等により破断されることはない。従って、マグネシウム合金複合板材２３は、ＣＦＲＰ２４とマグネシウム合金板２５の両方の特性を発揮した、軽くて機械的強度が強い構造物を構成することができる。

以上詳記したように、本発明のマグネシウム合金複合体は、マグネシウム合金とＣＦＲＰ等が接着剤により強く一体化したものであるから、軽量で、且つ機械的な強度が高いので、各種機器の本体、筐体、部品等を構成することができる。例えば、自動車、自転車、移動型ロボット等の移動機械の本体、筐体、部品を構成する複合体として使用できる。

以下、本発明の実施の形態を実験例によって説明する。なお、図２に示すものは、最も単純なマグネシウム合金複合体の構造例であり、マグネシウム合金とＦＲＰ間の接着力をせん断破断力の測定で計れるようにした、一体化品である複合体の標準形状を示す。又、図５に示すものは、本発明による処理法で得た２枚のマグネシウム合金板片３０，３１を、エポキシ系接着剤で接合したものを示しており、マグネシウム合金同士の接着力を測定するための試験片である。なお、図５中に示した接合面３２は、２枚のマグネシウム合金板片３０，３１の接着面であり、その面積はｍ×ｌである。

〔使用した実験機器〕
後述する実験例で具体例を示すが、測定等に使用した機器類は以下に示したものである。
（ａ）Ｘ線表面観察（ＸＰＳ観察）
数μｍ径の表面を深さ１〜２ｎｍまでの範囲で、構成元素を観察する形式のＥＳＣＡ「ＡＸＩＳ−Ｎｏｖａ（クラトス／株式会社島津製作所（日本国京都府）製）」を使用した。
（ｂ）電子顕微鏡観察
ＳＥＭ型の電子顕微鏡「Ｓ−４８００（株式会社日立製作所（日本国東京都）製）」及び「ＪＳＭ−６７００Ｆ（日本電子株式会社（日本国東京都））」を使用し１〜２ＫＶにて観察した。
（ｃ）走査型プローブ顕微鏡観察
「ＳＰＭ−９６００（株式会社島津製作所製）」を使用した。
（ｄ）Ｘ線回折分析（ＸＲＤ観察）
「ＸＲＤ６１００（株式会社島津製作所製）」を使用した。
（ｅ）複合体の接合強度の測定
引っ張り試験機「モデル１３２３（アイコーエンジニアリング株式会社（日本国大阪府）製）」を使用し、引っ張り速度１０ｍｍ／分でせん断破断力を測定した。

［実験例１］（マグネシウム合金と接着剤）
市販の１ｍｍ厚ＡＺ３１Ｂ板材を入手し、切断して４５ｍｍ×１８ｍｍの長方形片多数とした。浸漬槽に市販のマグネシウム合金用脱脂剤「クリーナー１６０（メルテックス株式会社（日本国東京都）製）」を、水に投入して温度６５℃、濃度７．５％の水溶液とした。これに前記マグネシウム合金板材を５分浸漬した後、これをよく水洗した。次に別の浸漬槽に、温度４０℃とした１％濃度の水和クエン酸水溶液を用意し、これに前記の合金板材を４分浸漬してよく水洗した。次に別の浸漬槽に、１％濃度の炭酸ナトリウムと１％濃度の炭酸水素ナトリウムの両方を含む温度６５℃とした水溶液を用意し、先ほどのマグネシウム合金板材を５分浸漬した後、これをよく水洗した。この弱塩基性水溶液への浸漬と水洗で、アルミニウムスマットが溶解除去できたものと判断した。

次に、別の浸漬槽に、温度６５℃とした１５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記合金板材を５分浸漬した後、水洗した。この強塩基水溶液への浸漬と水洗で、亜鉛スマットが除去できたものと判断した。次に別の浸漬槽に、温度４０℃とした０．２５％濃度の水和クエン酸水溶液に、１分浸漬した後、これを水洗した。次に、過マンガン酸カリを２％、酢酸を１％、水和酢酸ナトリウムを０．５％含む、温度４５℃とした水溶液に１分浸漬した後、１５秒間水洗し、更に温度９０℃にした温風乾燥機に１５分入れて乾燥した。

この乾燥後、アルミ箔で前記マグネシウム合金板材をまとめて包み、更にこれをポリ袋に入れて封じ保管した。４日後、その１個を電子顕微鏡で観察した。その写真を図６に示す。この表面は、５〜２０ｎｍ径で、１０〜３０ｎｍ長さの棒状突起が無数に生えた直径８０〜１２０ｎｍの球状物が、不規則に積み重なった形の超微細凹凸面であった。又、別の１個を走査型プローブ顕微鏡で走査して粗度観測を行ったところ、日本工業規格（ＪＩＳ）及び国際標準機構（ＩＳＯ）で規定する、平均長さ、即ち凹凸周期の平均長さ（ＲＳｍ）が２．１μｍ、最大高さ粗さ（Ｒｚ）が１．１μｍであった。

同日、前記マグネシウム合金片を取り出して、市販の液状一液型ジシアンジアミド硬化型エポキシ接着剤「ＥＰ−１０６（セメダイン株式会社製）」を、マグネシウム合金片の端部に薄く塗った。塗った面を上にしてデシケータに入れ、真空ポンプで３ｍｍＨｇまで減圧し、この減圧後１分置いてから空気を入れて常圧（大気圧）に戻した。減圧と常圧に戻す操作を３回繰り返して、マグネシウム合金片をデシケータから取り出した。マグネシウム合金片３０、及び３１の端面に、接着剤を塗りつけ端面同士を重ね合わせて、図５に示すようにして、接合面３２の面積が０．５ｃｍ^２程度になるようにした。これらを温度１３５℃とした熱風乾燥機に入れて、２枚重ねのマグネシウム合金片３０、３１の上に、１００ｇの錘を載せ加熱した。この加熱の４０分後に、熱風乾燥機の温度設定を、１６５℃に変えて昇温を待ち、温度１６５℃になってから２０分置いて、熱風乾燥機のスイッチを切り、扉を開けたままとして放冷した。

その２日後に、引っ張り破断試験をしたところ、４組の平均でせん断破断力は６３ＭＰａであり非常に強かった。破断試験前の一体化物の厚さ測定から固化したエポキシ接着剤層の厚さを測定したところ、０．０８〜０．１１ｍｍであり平均で言えば０．０９ｍｍであった。本実験では、対になるマグネシウム合金片３０、３１同士をむやみに押し付けておらず、金属間距離も通常の接着操作で得られる範囲のものであった。接着学からは、金属片同士を接着剤接合する場合、接着剤層の厚さが薄いほど高い破壊強度が観測されると言われている。本実験はそのように接合強度の記録を狙う意図は全くなく、所謂通常操作による接合で如何に強い物を得るかに注目している。接着剤層の厚さに違いがあるにも係らず、４個の破壊強度のバラツキが±１０％の中に収まっていた。接着剤接合物の破壊について本発明者等は門外漢であるが、この程度で収まれば非常に良い再現性と言える。

［実験例２］（マグネシウム合金と接着剤）
市販の１ｍｍ厚ＡＺ３１Ｂ板材を入手し、切断して４５ｍｍ×１８ｍｍの長方形状のマグネシウム合金板材とした。浸漬槽に市販のマグネシウム合金用脱脂剤「クリーナー１６０（メルテックス株式会社製）」を水に投入して、温度６５℃、濃度７．５％の水溶液とした。これに前記マグネシウム合金板材を５分浸漬しよく水洗した。次に別の浸漬槽に、温度４０℃とした１％濃度の水和クエン酸水溶液を用意し、これに前記マグネシウム合金板材を４分浸漬してよく水洗した。一方、大型バケツに温度３０℃で市販アルミニウム合金用の脱脂剤「ＮＥ−６（メルテックス株式会社製）」７．５％濃度を溶かした懸濁液９リットルを用意し、ドライアイス総量５００ｇをゆっくり投入して炭酸ガスを吸収させた。この液を浸漬槽に移し６５℃に昇温して用意しておいた。ここへ先ほどの合金板材を５分浸漬してよく水洗した。

次に、別の浸漬槽に、温度６５℃とした１５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記マグネシウム合金板材を５分浸漬した後、水洗した。次に別の浸漬槽に、過マンガン酸カリを３％、酢酸を１％、水和酢酸ナトリウムを０．５％含む、温度４５℃とした水溶液にし、この水溶液に１．５分間浸漬し、この後に１５秒水洗し、更に温度９０℃にした温風乾燥機に１５分入れて乾燥した。この乾燥後、アルミ箔で前記マグネシウム合金板材をまとめて包み、更にこれをポリ袋に入れて封じ保管した。４日後、その１個を電子顕微鏡観察した。その写真を図７に示す。この表面は、５〜２０ｎｍ径で２０〜２００ｎｍ長さの棒状物が無数に錯綜した形で表面を覆っている、超微細凹凸形状が観察された。以降は実験例１と全く同様に実験を進めた。エポキシ接着剤で、マグネシウム合金板片同士を接着し、引っ張り破断試験をしたところ、４組の平均でせん断破断力は５０ＭＰａあり非常に強かった。

［実験例３］（マグネシウム合金と接着剤）
ＡＺ９１Ｄマグネシウム合金を使用して、厚さ１．２ｍｍの平板状物をダイカスト成形した。これを削り取り厚さ１ｍｍとし、切断して４５ｍｍ×１８ｍｍの長方形片状のマグネシウム合金板材とした。浸漬槽に、市販のマグネシウム合金用脱脂剤「クリーナー１６０（メルテックス株式会社製）」を、水に投入してこれを温度６５℃、濃度７．５％の水溶液とした。これに前記マグネシウム合金板材を５分浸漬し、よく水洗した。次に、別の浸漬槽に、温度４０℃とした１％濃度のマロン酸水溶液を用意し、これに前記のマグネシウム合金板材を２分浸漬して、化学エッチングした後、これを水洗した。次に、別の浸漬槽に、１％濃度の炭酸ナトリウムと１％濃度の炭酸水素ナトリウムの両方を含む、温度６５℃とした水溶液を用意し、先ほどのマグネシウム合金板材を５分浸漬した後、これをよく水洗した。

次に、別の浸漬槽に、温度６５℃とした１５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記マグネシウム合金板材を５分浸漬した後、これを水洗した。次に別の浸漬槽に、温度４０℃とした０．２５％濃度の水和クエン酸の水溶液に１分浸漬した後、これを水洗した。次に、過マンガン酸カリを２％、酢酸を１％、水和酢酸ナトリウムを０．５％含む、温度４５℃の水溶液に１分浸漬し、この後に１５秒水洗し、温度９０℃にした温風乾燥機に１５分入れて乾燥した。この乾燥後、アルミ箔で前記マグネシウム合金板材をまとめて包み、更にこれをポリ袋に入れて封じ保管した。電子顕微鏡で１万倍、及び１０万倍にて観察した結果を図８の写真に示した。

実験例３は、実験例１や２と異なり、直径２０〜４０ｎｍの粒径物や不定多角形状物が積み重なった形状、言わば、溶岩台地の斜面のデコボコな地面のような超微細凹凸形状で、ほぼ全面が覆われていることが分かった。又、別の１個を走査型プローブ顕微鏡で走査して表面粗さの測定を行ったところ、日本工業規格（ＪＩＳ）、及び国際標準機構（ＩＳＯ）で定義する、表面粗さ平均長さ（ＲＳｍ）が４．５μｍ、最大高さ粗さ（Ｒｚ）が１．８μｍであった。それ以外は、実験例１と全く同様に実験を進めた。エポキシ接着剤で、マグネシウム合金板片同士を接着し、引っ張り破断試験をしたところ、４組の平均でせん断破断力は５５ＭＰａあり非常に強かった。又、このときのエポキシ系接着剤硬化層の平均厚さは、０．１０ｍｍであった。

［実験例４］（マグネシウム合金と接着剤）
ＡＺ９１Ｄマグネシウム合金を使用して、厚さ３．５ｍｍの平板状物をダイカスト成形した。これを削り取り機械加工も加えて、３ｍｍ×４ｍｍ×１８ｍｍの各棒状物を多数用意した。この端部に、１．５ｍｍΦの貫通孔を開けて、塩化ビニールの被覆銅線が通るようにした。この棒状物の試料片を、実験例３の板状片に代えて使用した他は、全く実験例３と全く同様に液処理した。即ち、ＡＺ９１Ｄの棒状片を脱脂した後、これを水洗し、更に酸エッチングした後に水洗して、前述した第１、第２スマット処理をした後、微細エッチングして水洗し、更に、過マンガン酸カリ系水溶液で化成処理して水洗し、乾燥した。

その後も実験例３とほぼ同様にして、エポキシ接着剤「ＥＰ−１０６」を使用して２本ずつを端部同士で接着剤接合した。即ち、貫通孔をあけていない方の端部に接着剤を塗り、減圧と常圧の反復操作も行い、塗布面をつき合わせて対にした後に、粘着テープで巻いて両者間を固定し、横置きにして熱風乾燥機の中に放置し、加熱硬化させた。

接合後２日目に、引っ張り試験機にかけ、引っ張り破断力を測定したところ４組の平均で５０ＭＰａであった。又、破断面を観察して接着剤層の厚さを見たところ平均で０．１８ｍｍであった。この接着から、せん断破断力（実験例３）と引っ張り破断力がほぼ同等の数値であるように感じられた。

［実験例５］（接着剤）
市販の液状一液型ジシアンジアミド硬化型エポキシ接着剤「ＥＰ−１０６（セメダイン株式会社製）」を入手した。一方、ポリオレフィン系樹脂であるエチレン−アクリル酸エステル−無水マレイン酸三元共重合体「ボンダインＴＸ８０３０（アルケマ社製）」を、入手して液体窒素の温度で凍結粉砕し、３０μｍパスの粉末を得た。又、平均繊維径９μｍ、繊維長３ｍｍのガラス繊維「ＲＥＳ０３−ＴＰ９１（日本板硝子社製）」を、入手し乳鉢で軽く破砕した。エポキシ接着剤「ＥＰ−１０６」１００ｇ、前記粉末ポリオレフィン系樹脂５ｇ、前記ガラス繊維１０ｇをポリエチレン製のビーカーに取り、十分に攪拌し、１時間放置してから再度攪拌して馴染ませた。これをエポキシ接着剤組成物とした。得られた接着剤組成物を、「ＥＰ−１０６」に代えて使用した他は実験例１と全く同様に実験を行った。接着剤を硬化した２日後に、引っ張り破断試験をしたところ４組の平均でせん断破断力は５８ＭＰａあった。

［実験例６］（接着剤）
市販のエポキシ接着剤「ＥＰ−１０６」を入手した。一方、ポリオレフィン系樹脂であるグリシジルメタクリレート−エチレン共重合体「ボンドファーストＥ（住友化学株式会社製）」を入手して、液体窒素の温度に凍結させ、これを粉砕し３０μｍパスの粉末を得た。エポキシ接着剤「ＥＰ−１０６」１００ｇ、前記粉末ポリオレフィン系樹脂５ｇ、実験例４と同様にガラス繊維「ＲＥＳ０３−ＴＰ９１」を粗砕した物１０ｇを、ポリエチレン製のビーカーに取り、十分に攪拌し、１時間放置してから再度攪拌して馴染ませた。これをエポキシ接着剤組成物とした。得られた接着剤組成物を、「ＥＰ−１０６」に代えて使用した他は実験例１と全く同様に実験を行った。接着剤を硬化した２日後に、引っ張り破断試験をしたところ４組の平均でせん断破断力は６０ＭＰａあった。

本実験例６、及び実験例１、５の結果から見て、基本的な接合力の強さは金属表面の形状や物性で決まることが明らかである。即ち、本実験例の結果が実験例１、５とほぼ同じであるということは、接着剤自体の基本性能は本実験例と「ＥＰ−１０６」で変化していないことを示すものと考えた。実際には、本実験例の接着剤には、エラストマーが含まれており、且つ線膨張率もフィラーの混入で金属に近づいているはずであるから、振動を経験した後や高温を経験した後では従来常識から言って良い効果が得られると予期した。これらは高分子化学や接着剤化学の実務技術者の常識である。

［実験例７］（市販型プリプレグの作成）
プリプレグは、カーボン、ガラス等の織布に熱硬化性樹脂を染込ませたシート状の成形用の中間材料であり、加熱硬化させることで軽くて強い繊維強化プラスチック(ＦＲＰ)になるものである。本実験例７では、このプリプレグを作るために次の表１からなる熱硬化性樹脂を作った。

この表１の成分からなる熱硬化性樹脂を常温で混合し、ロールでシート状化した。得られた熱硬化性樹脂フィルムをプリプレグマシンにセットし、強化繊維として一方向に引き揃えた炭素繊維「Ｔ−３００（東レ株式会社製）」の両面から常法により加圧下で圧着し、樹脂含有率３８％に調整したプリプレグを得た。繊維目付は１９０ｇ／ｍ^２ であった。

［実験例８］（複合体の作成とその評価）
１ｍｍ厚ＡＺ３１Ｂマグネシウム合金板材を切断して、４５ｍｍ×１５ｍｍの長方形片多数とした。実験例１と全く同様にして液処理した。即ち、マグネシウム合金用脱脂剤「クリーナ１６０」水溶液で脱脂した後、水洗し、次に１％濃度の水和クエン酸水溶液でエッチングし水洗し、次に１％濃度の炭酸ナトリウムと１％濃度の炭酸水素ナトリウムを含む水溶液で第１スマット処理した後に、これを水洗した。次に、１５％濃度の苛性ソーダ水溶液で第２スマット処理し水洗し、次に０．２５％濃度の水和クエン酸水溶液で微細エッチングし水洗し、次に過マンガン酸カリを２％濃度、酢酸を１％濃度、水和酢酸ナトリウムを0．５％濃度含む水溶液で化成処理した後、水洗し、温度９０℃にした温風乾燥機に１５分入れて乾燥したものである。

乾燥後、アルミ箔で前記マグネシウム合金板材をまとめて包み保管した。同日、前記マグネシウム合金片を取り出して、液状一液型ジシアンジアミド硬化型エポキシ系接着剤「ＥＰ−１０６（セメダイン株式会社製）」を、このマグネシウム合金片の端部に薄く塗った。塗った面を上にしてデシケータに入れ、真空ポンプで３ｍｍＨｇまで減圧して１分置いてから、空気を入れて常圧（大気圧）に戻した。減圧と常圧に戻す操作を３回繰り返し、デシケータから取り出した。

一方、図１に示す焼成治具１を用意し、０．０５ｍｍポリエチレン製のフィルムを短冊状に切った離型用フィルム１７を金型本体２内に敷き、先ほどのマグネシウム合金板１１を置く。ＰＴＦＥ製スペーサ１６、及び別途切断しておいた炭素繊維「Ｔ−３００（東レ株式会社製）」からの正織り布を図１のＣＦＲＰプリプレグとして敷く。これに注射器から出すエポキシ系接着剤「ＥＰ−１０６」を積層面に塗りながら３枚重ね、次にマグネシウム合金板１１側の上部に離型用フィルムであるポリエチレンフィルム片１３を置いた。

使用した「ＥＰ−１０６」は約１ｃｃであった。ポリエチレンフィルム片１３の上に、ＰＴＦＥ製の押さえのためのブロック１４，１５を載せ、熱風乾燥機に入れた。そこで更にブロック１４，１５の上に各々０．５ｋｇの鉄の錘をのせて乾燥機に通電し温度１３５℃まで昇温させた。温度１３５℃で４０分加熱し、更に５分間かけて温度１６５℃に昇温させ、温度１６５℃で２０分保持し、通電を止めて扉を閉めたまま放冷した。翌日に乾燥機から出し焼成治具１から成形物を離型しポリエチレンフィルム片１３，１７を剥ぎ取って、図２に示すマグネシウム合金複合体１０を得た。同じ操作を繰り返し８個のマグネシウム合金板片１１とＣＦＲＰ１２の一体化物であるマグネシウム合金複合体１０を得た。

接合後２日目に、４個を引っ張り破断試験した。ＣＦＲＰ部分は紙やすりをかけた１ｍｍ厚のＳＵＳ３０４ステンレス鋼片２枚で挟み、これをチャック板で挟んで固定する方法を取った。４組の平均でせん断破断力は、６５ＭＰａあり非常に強かった。但し、接合面積は図２に記すように、ｌ×ｍとして計算した。次に残り４個について、引っ張り試験機に一体化物を前記と同様に挟み込み、約３０ＭＰａまで負荷をかけたところで、引っ張り操作を止めて１０分放置し、その後チャックを緩めて試験機から取り外し休ませる操作を加えた。翌日、これらについて引っ張り破断試験をしたところ、平均で６３ＭＰａあり特に接合強度が低下した様子はみられなかった。

［実験例９］（複合体の作成とその評価）
実験例８と同じ１ｍｍ厚のＡＺ３１Ｂマグネシウム合金板材の４５ｍｍ×１５ｍｍの長方形片を使用し、同様な接着強度測定用の試験片を作成した。即ち、マグネシウム合金片に接着剤を塗布し、デシケータに入れ、真空ポンプによる減圧と常圧に戻す操作等を３回繰り返し、接着剤塗布済みマグネシウム合金片を用意した。次に、図１に示す焼成用のための焼成治具１を用意し、０．０５ｍｍポリエチレンフィルムを短冊状に切断した離型用フィルム１７を、金型底板５の全上面に敷き、先ほどのマグネシウム合金片１１として置いた。ここまでは実験例８と同じであるが使用したＣＦＲＰプリプレグは実験例７で作成したものとした。

即ち、切断しておいた実験例７のプリプレグを３枚重ねたものを、図１に示すＣＦＲＰプリプレグとして使用した。マグネシウム合金側の上部に離型用フィルム１３を置いた後、ＰＴＦＥ製の押さえ９を乗せ、熱風乾燥機に入れた。そこで更に押さえ９の上には各０．５ｋｇの鉄の錘をのせて乾燥機に通電し１３５℃まで昇温した。温度１３５℃で６０分加熱し、更に１０分かけて１７０℃に昇温し、この温度１７０℃で４０分保持し、乾燥のための通電を止めて扉を閉めたまま放冷した。翌日に、乾燥機から出し金型から成形物を離型しポリエチレンフィルムを剥ぎ取って図２に示す形状物を得た。

接合後２日目に、引っ張り破断試験をした。ＣＦＲＰ部分は紙やすりをかけた１ｍｍ厚のＳＵＳ３０４ステンレス鋼片２枚で挟み、これをチャック板で挟んで固定する方法を取った。４組の平均でせん断破断力は５７ＭＰａあり非常に強かった。但し、接合面積は図２に於けるｌ×ｍとして計算した。

［実験例１０］（マグネシウム合金と接着剤：比較例）
金属結晶粒径が、１４〜２０μｍであるＡＺ３１Ｂマグネシウム合金の１ｍｍ厚板材をマグネシウム合金メーカーから入手した。現在の市販されているＡＺ３１Ｂ板材の金属結晶粒径は、過去によく生産されたものより細かくて５〜７μｍとなっている物が多い。それ故、敢えて不良品に近い金属結晶粒径の大きなＡＺ３１Ｂ材を入手した。金属結晶粒径が大きいと化学エッチング工程をそれほど工夫することなく粗度の荒い表面の金属材が得られるからである。

これを切断して４５ｍｍ×１８ｍｍの長方形片であるマグネシウム合金板材とした。浸漬槽に、市販のマグネシウム合金用脱脂剤「クリーナー１６０（メルテックス株式会社製）」を水に投入して、温度６５℃、濃度７．５％の水溶液とした。これに前記マグネシウム合金板材を５分浸漬した後、これをよく水洗した。次に、別の浸漬槽に、温度５０℃とした１％濃度の水和クエン酸水溶液を用意し、これに前記の合金板材を１分浸漬した後、これをよく水洗した。次に別の浸漬槽に、１％濃度の炭酸ナトリウムと１％濃度の炭酸水素ナトリウムの両方を含む、温度６５℃とした水溶液を用意し、先ほどのマグネシウム合金板材を５分浸漬してよく水洗した。この弱塩基性水溶液への浸漬と水洗で、アルミニウムスマットが溶解除去できたものと判断した。

次に、別の浸漬槽に、温度６５℃とした１５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記合金板材を５分浸漬した後、これを水洗した。この強塩基水溶液への浸漬と水洗で、亜鉛スマットが除去できたものと見た。次に別の浸漬槽に、温度４０℃とした０．２５％濃度の水和クエン酸水溶液に、１分浸漬した後、これを水洗した。次に温度４５℃とした過マンガン酸カリを２％、酢酸を１％、水和酢酸ナトリウムを０．５％含む水溶液に１分浸漬し、この後１５秒間水洗し、温度９０℃にした温風乾燥機に１５分入れて乾燥した。乾燥後、アルミ箔で前記マグネシウム合金板材をまとめて包み、更にこれをポリ袋に入れて封じ保管した。

この中の１個を、走査型プローブ顕微鏡で６回走査して、表面粗さの測定を行ったところ、日本工業規格（ＪＩＳ）等で言う、粗さ曲線の平均長さ、即ち凹凸周期の平均値（ＲＳｍ）が１３μｍ、最大高さ粗さ（Ｒｚ）の平均値が２．１μｍであった。要するに、粗度（表面粗さ）が、本発明者等が期待する平均長さ（ＲＳｍ）で１〜１０μｍのミクロンオーダー範囲内ではなく、周期が大ぶりの凹凸であった。一方、微細凹凸は微細エッチング工程と化成処理法が実験例１と同じであり、電子顕微鏡写真の結果は図６と同じである。その後は実験例１と全く同様にして、市販の液状一液型ジシアンジアミド硬化型エポキシ接着剤「ＥＰ−１０６（セメダイン株式会社製）」を使用して、この小片同士を接着して硬化させた。この接着硬化の２日後に、引っ張り破断試験をしたところ４組の平均でせん断破断力は４７ＭＰａであり、実験例１よりもかなり低かった。

［実験例１１］（マグネシウム合金と接着剤：比較例）
実験例１で使用したのと同じＡＺ３１Ｂマグネシウム合金の１ｍｍ厚板材の４５ｍｍ×１８ｍｍの切断品を使用した。浸漬槽に市販のマグネシウム合金用脱脂剤「クリーナー１６０（メルテックス株式会社製）」を水に投入して温度６５℃、濃度７．５％の水溶液とした。これに前記マグネシウム合金板材を５分浸漬しよく水洗した。次に別の浸漬槽に、温度４０℃とした１％濃度の水和クエン酸水溶液を用意し、これに前記の合金板材を１０秒浸漬してよく水洗した。

それほどスマットは付着していなかったが、次に１％濃度の炭酸ナトリウムと１％濃度の炭酸水素ナトリウムの両方を含む、温度６５℃とした水溶液の浸漬槽に５分浸漬してよく水洗し、次に別の浸漬槽に、温度６５℃とした１５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記合金板材を５分浸漬し水洗した。次に別の浸漬槽に、温度４０℃とした０．２５％濃度の水和クエン酸水溶液に１分浸漬して水洗した。次に温度４５℃とした過マンガン酸カリを２％、酢酸を１％、水和酢酸ナトリウムを０．５％含む水溶液に１分浸漬し、１５秒水洗し、温度９０℃にした温風乾燥機に１５分入れて乾燥した。

乾燥後、アルミ箔で前記マグネシウム合金板材をまとめて包み、更にこれをポリ袋に入れて封じ保管した。１個を走査型プローブ顕微鏡で６回走査して表面粗さの計測を行ったところ、日本工業規格（ＪＩＳ）で言う平均長さ、即ち凹凸周期の平均値（ＲＳｍ）が０．５μｍ、最大高さ粗さ（Ｒｚ）の平均値が０．２μｍであった。要するに、表面粗さが、本発明者等が期待する平均長さ（Ｒｓｍ）で１〜１０μｍのミクロンオーダー範囲内でなく、この周期が小さい値の凹凸であった。一方、この微細凹凸は、微細エッチング工程と化成処理法が実験例１と同じであり電子顕微鏡写真の結果は図６の写真と同じである。

その後は実験例１と全く同様にして、市販の液状一液型ジシアンジアミド硬化型エポキシ接着剤「ＥＰ−１０６（セメダイン株式会社製）」を使用して、このマグネシウム合金板材同士を接着硬化した。接着硬化の２日後に引っ張り破断試験をしたところ４組の平均でせん断破断力は４２ＭＰａであり、実験例１よりもかなり低かった。

図１は、マグネシウム合金片とＦＲＰプリプレグを熱風乾燥機内で硬化させる為の焼成治具の断面図である。 図２は、マグネシウム合金片とＦＲＰプリプレグをエポキシ系接着剤で接合したマグネシウム合金複合体の試験片を示したものであり、引っ張り破断して両者間の接合力を測定する目的のものである。 図３は、本発明のマグネシウム合金複合体をノート型パソコンの蓋に用いた例を示す外観図である。 図４は、マグネシウム合金板材でＣＦＲＰを挟んだ形の一体化品の構造例の外観を示したものである。 図５は、２枚のマグネシウム合金板片同士をエポキシ系接着剤で接合した試験片を示したものであり、引っ張り破断して接合力を測定する目的のものである。 図６は、ＡＺ３１Ｂマグネシウム合金を実験例１に従って表面処理した試験片の１０万倍電子顕微鏡写真である。 図７は、ＡＺ３１Ｂマグネシウム合金を実験例２に従って表面処理した試験片の１０万倍電子顕微鏡写真である。 図８は、ＡＺ９１Ｄマグネシウム合金を、実験例２に従って表面処理した試験片の１万倍と１０万倍電子顕微鏡写真である。

Claims (10)

1. 化学エッチングによる、平均長さ（ＲＳｍ）が０．８〜１０μｍ、最大高さ粗さ（Ｒｚ）が０．２〜５μｍの粗度があり、且つ化成処理により、その表面は、電子顕微鏡観察で、５〜２０ｎｍ径で２０〜２００ｎｍ長さの棒状物が無数に錯綜した形で表面を覆っている超微細凹凸形状であり、且つ前記表面がマンガン酸化物の薄層であるマグネシウム合金の第１金属部品と、
   前記超微細凹凸形状に侵入したエポキシ系接着剤を接着剤として接着された他の被着材とからなり、
   接着後の前記マグネシウム合金の第１金属部品と、前記被着材との平均せん断破断力が５０〜６３Ｍｐａである、
   ことを特徴とするマグネシウム合金複合体。
2. 化学エッチングによる、平均長さ（ＲＳｍ）が０．８〜１０μｍ、最大高さ粗さ（Ｒｚ）が０．２〜５μｍの粗度があり、且つ化成処理により、その表面は、電子顕微鏡観察で、５〜２０ｎｍ径で１０〜３０ｎｍ長さの棒状突起が無数に生えた直径８０〜１２０ｎｍの球状物が不規則に積み重なった形、又は前記棒状突起が無数に生えた８０〜１２０ｎｍ周期の凹凸で表面を覆っている超微細凹凸形状であり、且つ前記表面がマンガン酸化物の薄層であるマグネシウム合金の第１金属部品と、
   前記超微細凹凸形状に侵入したエポキシ系接着剤を接着剤として接着された他の被着材とからなり、
   接着後の前記マグネシウム合金の第１金属部品と、前記被着材との平均せん断破断力が５０〜６３Ｍｐａである、
   ことを特徴とするマグネシウム合金複合体。
3. 化学エッチングによる、平均長さ（ＲＳｍ）が０．８〜１０μｍ、最大高さ粗さ（Ｒｚ）が０．２〜５μｍの粗度があり、且つ化成処理により、その表面は、電子顕微鏡観察で、直径２０〜４０ｎｍの粒径物、又は不定多角形状物が積み重なった形状である溶岩台地のデコボコ地面のような超微細凹凸形状で、ほぼ全面が覆われており、且つ前記表面がマンガン酸化物の薄層であるマグネシウム合金の第１金属部品と、
   前記超微細凹凸形状に侵入したエポキシ系接着剤を接着剤として接着された他の被着材とからなり、
   接着後の前記マグネシウム合金の第１金属部品と、前記被着材との平均せん断破断力が５０〜６３Ｍｐａである、
   ことを特徴とするマグネシウム合金複合体。
4. 請求項１ないし３から選択される１項に記載のマグネシウム合金複合体において、
   前記被着材は、前記超微細凹凸形状が形成されたマグネシウム合金製の第２金属部品である
   ことを特徴とするマグネシウム合金複合体。
5. 請求項１ないし３から選択される１項に記載のマグネシウム合金複合体において、
   前記被着材は、前記エポキシ系接着剤を含み長繊維、短繊維、及び繊維布から選択される１種以上を充填、積層して強化した繊維強化プラスチックである
   ことを特徴とするマグネシウム合金複合体。
6. 請求項１ないし５から選択される１項に記載のマグネシウム合金複合体において、
   前記化学エッチングは、酸性水溶液への浸漬処理によるものであり、且つ、最終表面処理は過マンガン酸塩水溶液への浸漬処理によるものである
   ことを特徴とするマグネシウム合金複合体。
7. 請求項１ないし６から選択される１項に記載のマグネシウム合金複合体において、
   前記エポキシ系接着剤の硬化物の樹脂は、樹脂分合計１００質量部に対してエラストマー成分が３０質量部以下が含まれている
   ことを特徴とするアルミニウム合金複合体。
8. 請求項１ないし６から選択される１項に記載のマグネシウム合金複合体において、
   前記エポキシ系接着剤の硬化物は、樹脂分合計１００質量部に対し充填剤の合計が１００質量部以下が配合されている
   ことを特徴とするマグネシウム合金複合体。
9. 請求項８に記載のマグネシウム合金複合体において、
   前記充填剤は、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種以上の強化繊維、並びに、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、シリカ、タルク、粘土、及びガラスから選択される１種以上の粉末フィラーである
   ことを特徴とするマグネシウム合金複合体。
10. 請求項７に記載のマグネシウム合金複合体において、
    前記エラストマー成分は、１〜１５μｍの粒径であり、加硫ゴム粉体、半架橋ゴム、未加硫ゴム、水酸基末端ポリエーテルスルホンの融点軟化点の温度が３００℃以上である末端修飾型の熱可塑性樹脂、及びポリオレフィン系樹脂から選ばれた１種以上である
    ことを特徴とするマグネシウム合金複合体。