JP5458529B2 - 接合方法および一体化成形品 - Google Patents
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Description
本発明は、２つの異なる材料が接合される接合部において、接合強度の優れた一体化成形品を製造するための接合方法に関する。詳しくは、本発明の接合方法は、端部に開口部を有した繊維強化複合材料板に溶融させた状態の熱可塑性樹脂を充填させることで、とりわけ端部での接合性に優れた特性を有する。
さらに、この接合方法を用いて得られた一体化成形体は、電気・電子機器、オフィスオートメーション機器、家電機器、医療機器または自動車部品、航空機部品、建材などに好ましく用いられる。
多数本の連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂より構成される成形体（ＦＲＰ）は、各種の部品や構造体を形成する部材として、広く用いられている。近年では、これらの熱硬化性樹脂からなるＦＲＰは軽量性および力学特性に優れることから様々な用途に使用されており、各用途に応じてＦＲＰと他の部材とを接合した部品や構造体が多く用いられるようになってきている。
特許文献１には、熱可塑性樹脂をコアとしたサンドイッチ構造を有する複合成形品が記載されており、該成形品の熱可塑性樹脂部に他の部材の少なくとも一部が凸形状を形成しており、嵌め合わせにより異種材料と優れた接合を発現することが可能である。このように特許文献１に記載の成形品は機械的構造により優れた接合を発現する製造方法であるが、さらなる多種多様な用途への適用を想定して、積層板の端部断面における接合を強化することが強く望まれていた。
特開２００７−３８５１９号公報
本発明は、かかる従来技術の問題点の改善を試み、繊維強化複合材料板の端部と他の部材との端部における優れた接合強度を発現する、繊維強化複合材料板と他の部材の接合方法を提供する事を目的とする。この接合方法を用いて得られた一体化成形品は、電気・電子機器、携帯情報端末などの筐体や自動車、航空機などの輸送羽機器の構造材に好適に使用される。
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、連続した強化繊維からなる繊維強化複合材料板（Ｉ）の端部に開口部を設け、該開口部に熱可塑性樹脂（Ａ）からなる部材（II）の端部を結合させる接合方法であって、前記開口部は、繊維強化複合材料板（Ｉ）を構成する連続した強化繊維からなる繊維強化樹脂部に形成され、該開口部の間口高さｈ１と該開口部の最大高さｈ２とが、ｈ１＜ｈ２の関係を満たすものであり、前記開口部に前記部材（II）を構成する熱可塑性樹脂（Ａ）を溶融させた状態で充填させることで、前記開口部と前記部材（II）の端部とを結合させる接合方法である。
また、かかる接合方法を用いて、前記繊維強化複合材料板（Ｉ）と前記部材（II）を接合した一体化成形体は、電気・電子機器、オフィスオートメーション機器、家電機器、医療機器、自動車部品、航空機部品および建材のいずれかに好ましく用いられる。
本発明の接合方法を用いることにより、繊維強化複合材料板の端部と他の部材との端部における優れた接合強度を有する一体化成形品を得ることができる。
本発明の繊維強化複合材料板の端部断面の模式断面図の一例を図１に示す。なお、本発明で規定する強化繊維、マトリックス樹脂、熱可塑性樹脂等の界面に関する各パラメータの測定・評価は、評価・測定する領域内において、強化繊維群を形成する強化繊維２の径方向の断面積が、強化繊維２の最小断面積の１５０％以下である強化繊維２の断面が可視できる繊維強化複合材料板１の断面の画像で評価・測定されたものを前提として行っている。すなわち、作成した繊維強化複合材料板１の端部断面（成形した状態での端部断面）において、図２のような強化繊維２の断面積が強化繊維２の最小断面積の１５０％以下とならない場合には、切出し加工等によって、評価・観察を行う部分の強化繊維２が、図１のように測定・評価面において強化繊維２の最小断面積の１５０％以下の断面の強化繊維２を可視できる断面を端部断面とすることで、統一した測定・評価を行うこととする。本発明の場合では、以下に述べる評価方法４についてである。
また、繊維強化複合材料板（Ｉ）や部材（II）、一体化成形品の形状に関する各パラメータの測定・評価は、測定・評価を行う任意の位置を強化繊維２の配向方向に関係なく切断し、その断面の画像で観察・評価されたものを前提として行っている。本発明の場合では、以下に述べる評価方法１〜３についてである。
図３は、繊維強化複合材料板１の端部に開口部が設けられている例である。本発明に係る接合方法において用いられる繊維強化複合材料板１は、開口部の間口高さｈ１と該開口部の最大高さｈ２とが、ｈ１＜ｈ２の関係であることが重要である。
かかる構成とすることにより、該繊維強化複合材料板１の端部において、前記熱可塑性樹脂（Ａ）からなる部材（II）との接合強度を高くすることができるからである。すなわち、間口高さｈ１と前記開口部の最大高さｈ２の関係をｈ１＜ｈ２とすることで、該繊維強化複合材料板１の端部において該繊維強化複合材料板１の板厚を維持した状態で端部と熱可塑性樹脂（Ａ）からなる部材（II）とを嵌め合わせすることができ、優れた端部の接合強度を発現することが可能となる一体化成形品を製造することができる。このような観点から、ｈ１は０．８×ｈ２未満が好ましく、０．５×ｈ２未満がさらに好ましい。嵌合構造による接合性と加工性の観点から、特に限定されないが、ｈ１が０．２×ｈ２以上であれば十分な接合強度と易加工性の両立が可能である。
ここで、本発明で規定する「端部」について、図４に例示される繊維強化複合材料板１を用いて説明すると、繊維強化複合材料板１の一方の表面５ａおよび他方の表面５ｂ以外の面６のことを意味する。すなわち繊維強化複合材料板１の厚み方向のある断面において、表面５ａと面６との交点７ａと、他方の表面５ｂと面６との交点７ｂとを結ぶ面とする。なお、「開口部」は、端部６である７ａ−７ｂ間に形成される凹形状のことを意味する。図３に例示される繊維強化複合材料板１の７ｃ−７ｄ−７ｅ−７ｆに限定した箇所と規定し、開口部８の最大高さｈ２は、開口部の面８ａと面８ｃを前記繊維強化複合材料板の一方の表面５ａと他方の表面５ｂの二等分線９に垂直な線に平行に結んだ距離の中で最大のものとする。繊維強化複合材料板１を例示した図３では、７ｄ−７ｅに相当する。さらに、端部に形成される開口部の「間口」は、７ｃと７ｆを結ぶ位置とし、それらを結んだ距離を間口高さｈ１とする。なお、開口部の面８ａと面８ｃが平行の場合、ｈ１＝ｈ２となることは言うまでもないが、例えば、後述の表２、比較例２に示すような開口部形状（間口から繊維強化複合材料板１の内部に進むにつれて、常に開口部の断面積が減少もしくは一定となる形状）の場合も、最大高さをとる箇所が開口部の間口と一致し、その結果ｈ１＝ｈ２となる。
また、本発明の接合方法は、開口部に部材（II）を構成する熱可塑性樹脂（Ａ）を溶融させた状態で充填をさせることが重要である。かかる熱可塑性樹脂（Ａ）を溶融させた状態で充填させることで、複雑な形状である開口部に対しても十分な充填が行われ、強固な部材を形成することが可能となり、優れた接合強度を発現しうる。
ここで、好ましく用いられる熱可塑性樹脂（Ａ）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）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮｐ）、液晶ポリエステル等のポリエステル系樹脂や、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、スチレン系樹脂、ウレタン樹脂の他や、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、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）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、変性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）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、変性ＰＳＵ、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、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）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、フェノール系樹脂およびフェノキシ樹脂が挙げられる。また、熱可塑性樹脂（Ａ）は、上記の樹脂の共重合体や変性体および／または２種類以上ブレンドした樹脂などであってもよい。これらの中でも、特定の目的に対して、下記の熱可塑性樹脂の１種または２種以上が、熱可塑性樹脂中に６０重量％以上含まれることが好ましい。成形品の強度および耐衝撃性の観点から、ポリアミド（ＰＡ）とポリエステルが好ましく用いられる。また、耐熱性および耐薬品性の観点から、ポリアリーレンンスルフィド、中でもポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）が好ましく用いられる。成形品外観および寸法安定性の観点から、ポリカーボネート（ＰＣ）やスチレン系樹脂が特に好ましく用いられる。成形性および軽量性の観点から、ポリオレフィン系樹脂が好ましく、例えば、ポリプロピレン樹脂である。なかでも、成形品の強度の観点から、ポリアミド樹脂が特に好ましく用いられる。
また、本発明に係る接合方法は、図５に示すように、前記開口部の表面の少なくとも一部に、熱可塑性樹脂（Ｂ）を存在させることが好ましい。熱可塑性樹脂（Ｂ）を存在させることで、該繊維強化複合材料板１の開口部の表面において前記熱可塑性樹脂（Ａ）からなる部材（II）との接着剤となる要素が増加することとなり、接合強度の観点から優れた特性を発現しうる。前記熱可塑性樹脂（Ｂ）の量は、特に限定はされないが、接合強度を強くする観点から接合面に対して３％以上の面積が好ましく、１０％以上さらに好ましく、３０％以上がより好ましい。
前記接合方法において、特に限定はされないが、熱可塑性樹脂（Ａ）からなる部材（II）の成形によって、開口部の表面に存在させた熱可塑性樹脂（Ｂ）が溶融されるように、開口部に前記部材（II）の熱可塑性樹脂（Ａ）を溶融させた状態で充填させることが好ましい。このような状態とすることで、熱可塑性樹脂（Ａ）を有してなる部材（II）が開口部に充填されたときに、開口部の表面に存在する熱可塑性樹脂（Ｂ）と溶融混合され、各熱可塑性樹脂が固化したときに強固な接合を発現しうる。
ここで、好ましく用いられる熱可塑性樹脂（Ｂ）としては、目的に応じて、上記熱可塑性樹脂（Ａ）と同じ理由で熱可塑性樹群から選択することが可能である。接着強度の観点から、ポリアミド樹脂が好ましく、熱可塑性樹脂（Ａ）と同じ種類の熱可塑性樹脂を選択することも好ましい。
前記接合方法において、接合される繊維強化複合材料板（Ｉ）の一例を図６に示す。図示される開口部の間口高さｈ１が０．１ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．３ｍｍ以上、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上である。さらに、前記開口部の最大高さｈ２が前記間口高さｈ１に対して１．２５倍以上の大きさであることが好ましく、より好ましくは１．５倍以上、さらに好ましくは２倍以上である。これらの形状とすることで、前記熱可塑性樹脂からなる部材（II）を十分に充填することが可能となり、嵌合形状の効果も得ることができる。前記開口部の間口高さｈ１の上限については特に限定されないが、ｈ１とｈ２との関係から得られる嵌合形状による効果を発現するには、ｈ１を２ｍｍ以下とすることで端部における十分な接合強度を得ることができる。
本発明では、開口部の内部の奥行きＬが０．１ｍｍ以上であることが好ましい。本発明では、端部断面奥行きＬを以下のように定義する。図６に例示される繊維強化複合材料板１を用いて説明すると、繊維強化複合材料板１に設けられた開口部の間口から開口部の根元部までの前記繊維強化複合材料板１の表面５ａまたは５ｂに平行な直線距離のことを意味する。すなわち、このＬをこの値以上にすることで、該繊維強化複合材料板１の端部断面において該繊維強化複合材料板１の板厚を維持した状態で端部断面と他の部材（II）との接触面積を増加することができ、優れた接着強度を発現することが可能となるからである。端部断面奥行きＬは、接着の観点から０．５ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは１ｍｍ以上である。前記端部断面奥行きＬの上限は特に限定されないが、繊維強化複合材料板の加工性の観点より３０ ｍｍ以下とすることで端部断面における十分な接着強度と加工性を両立することができる。
また、前記部材（II）の充填を行なう時の成形性の観点から、特に限定はされないが、開口部の形状のパラメータである開口部の最大奥行きＬと開口部の間口高さｈ１から得られるＬ／ｈ１の値が小さいことが好ましい。特に上限は規定されないが、Ｌ／ｈ１が１５以下であることで、前記開口部に前記部材（II）が十分に充填することが可能であり、１０以下がより好ましく、５以下がさらに好ましい。
本発明の接合方法に用いる繊維強化複合材料板（Ｉ）の開口部の形状の代表例を図６〜図１０に示す。前記内部の形状としては、特に限定されないが多角形または球状であることが好ましく、接合強度の観点から部材（II）が抜け難い構造であることがより好ましい。さらに、開口部の内部の形状は、繊維強化複合材料板の反りの観点から、繊維強化複合材料板の厚み方向に対して、内部形状が該内部形状の中心軸より対称な形状であることが好ましい。
図１１に端部に開口部が２つ設けられた繊維強化複合材料板の例を示す。接合強度の観点から開口部の数を増やすことによって、嵌合構造の効果が増大するため好ましい。開口部の内部の形状と同様に、繊維強化複合材料板の反りの観点から、繊維強化複合材料板の厚み方向の中心軸より、各開口部が対称となるように配置されていることが好ましい。
本発明の繊維強化複合材料板の板厚Ｔについては、０．３〜３０ｍｍであることが好ましく、電気・電子機器、オフィスオートメーション機器、家電機器、医療機器、自動車部品、航空機部品および建材のいずれかに用いられることを目的としているため、剛性・軽量化の両立を行なう観点から０．５〜１０ [ｍｍ]がより好ましく、０．８〜５[ｍｍ]がさらに好ましい。
本発明の繊維強化複合材料板の端部における開口部の製造法については特に制限はないが、例えば、開口部を形成する部分において、あらかじめ積層するプリプレグや熱可塑性樹脂の層状基材のサイズを開口部形状の分だけ小さく切り出し、生じた空隙部分にはスペーサーを挟み込んで加熱プレス成形する方法や、開口部の凹形状と対応する凸形状が施された成形用金型に積層されたプリプレグや熱可塑性樹脂の層状基材を投入して加熱プレス成形する方法、繊維強化複合材料板を成形した後に、カッター、フライス等の切削加工機械で開口部の凹形状に加工して形成させる方法などがある。
また、繊維強化複合材料板（Ｉ）をどのように加工しても開口部に必ず熱可塑性樹脂が存在し、開口部における優れた接合強度が発現できることから、前記繊維強化複合材料板（Ｉ）のマトリックス樹脂として熱可塑性樹脂（Ｃ）が用いられることが好ましい。熱可塑性樹脂（Ｃ）としては、前記熱可塑性樹脂（Ａ）および／または（Ｂ）と同様に、目的に応じて上記熱可塑性樹脂群の中から選択することが可能である。特に限定はされないが、被着部材(II)を構成する熱可塑性樹脂（Ｃ）が前記熱可塑性樹脂（Ｂ）および／または（Ａ）との接着強度を高める観点から、前記熱可塑性樹脂（Ｃ）の溶解度パラメータ（ＳＰ値）（ＳＰ１）と、前記熱可塑性樹脂（Ｂ）および／または（Ａ）のＳＰ値（ＳＰ２）との差の絶対値（｜ＳＰ１−ＳＰ２｜）が１以下であることが好ましい。より好ましくは０．８以下、さらに好ましくは０．６以下である。ここでＳＰ値とは、フェダーズ（Fedors）の方法により決定される２５℃におけるポリマーの繰り返し単位をもとに算出される値を指し、求める化合物の構造式において、原子および原子団の蒸発エネルギーとモル体積のデータ、式（１）より決定される。
ただし、式中、ΔｅiおよびΔｖiは、それぞれ原子または原子団の蒸発エネルギーおよびモル体積を表す。求める化合物の構造式はＩＲ、ＮＭＲ、マススペクトルなどの通常の構造分析手法を用いて決定する。
ＳＰ値を求めるに際し、詳細には文献１、２に記載の方法を適用できる。
［文献１］R.F.Fedors,Polym.Eng.Sci.,14(2)，147(1974)
［文献２］向井淳二及び金城徳幸著「技術者のための実学高分子」（講談社，１９８１年１０月１日発行）第６６〜８７頁（２）。
［文献１］R.F.Fedors,Polym.Eng.Sci.,14(2)，147(1974)
［文献２］向井淳二及び金城徳幸著「技術者のための実学高分子」（講談社，１９８１年１０月１日発行）第６６〜８７頁（２）。
また、熱可塑性樹脂（Ｃ）には、耐衝撃性向上のために、他のエラストマーあるいはゴム成分を添加してもよいし、用途等に応じ、本発明の目的を損なわない範囲で適宜、他の充填材や添加剤を含有しても良い。充填材や添加剤として、例えば、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、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤およびカップリング剤などが挙げられる。
また、本発明の繊維強化複合材料板を構成するマトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂を用いても良い。前記熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ、フェノール（レゾール型）、ユリア・メラミン、ポリイミド、ビスマレイミドおよびシアネートエステル等が挙げられ、これらの共重合体、変性体およびこれらの少なくとも２種をブレンドした樹脂も使用することができる。熱硬化性樹脂には、衝撃性向上のために、エラストマーもしくはゴム成分が添加されていても良い。
前記マトリックス樹脂を熱硬化性樹脂とした場合に、前記マトリックス樹脂を熱可塑性樹脂（Ｃ）とした場合と同様に繊維強化複合材料板（Ｉ）をどのように加工しても開口部に必ず熱可塑性樹脂が存在し、開口部における優れた接合強度が発現できることから、図１３に示すように熱可塑性樹脂（Ｂ）は該繊維強化複合材料板の全領域にわたって連続して層形状をなしていることが好ましい。なお、ここで言う「連続して」とは、端部断面において、前記熱可塑性樹脂（Ｂ）が板の全領域（幅または長さ方向）で途切れることなくつながっている状態を意味する。
ただし、観察・評価を行う端部断面の同一の（１つの）熱可塑性樹脂（Ｂ）の層形状において、熱可塑性樹脂（Ｂ）の不連続な部分の長さが１００μｍ以下であり、かつ、端部断面画像の繊維強化複合材料板（Ｉ）において、熱可塑性樹脂の不連続な部分の長さの総和が繊維強化複合材料板（Ｉ）の評価領域の幅と比較して３０％以下であれば、「連続して」いると判断して良いものとする。なお、ここで言う「不連続な部分の長さ」とは熱可塑性樹脂（Ｂ）が途切れた部分において、一方の熱可塑性樹脂（Ｂ）と他方の熱可塑性樹脂（Ｂ）の最も近い位置間の最短距離のこととする。
前記熱可塑性樹脂（Ａ）を有してなる部材(II)としては、特に力学特性の観点からは、強化繊維を含む熱可塑性樹脂（「繊維強化熱可塑性樹脂」と称することもある。）が好ましく用いられ、また成形性の観点からは熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。どちらの場合も使用する熱可塑性樹脂としては、特に制限はなく、上記の繊維強化複合材料（Ｉ）を構成する熱可塑性樹脂（Ｃ）と同様の思想により選定することができる。
また、これらの繊維強化複合材料板（Ｉ）や、部材(II)の好ましい態様である繊維強化熱可塑性樹脂で使用される強化繊維の繊維素材としては、例えば、アルミニウム繊維、黄銅繊維、ステンレス繊維などの金属繊維、ガラス繊維、ポリアクリロニトリル系、レーヨン系、リグニン系、ピッチ系の炭素繊維や黒鉛繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリアラミド繊維、ＰＢＯ繊維、ポリフェニレンスルフィド繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ナイロン繊維、ポリエチレン繊維などの有機繊維、および、シリコンカーバイト繊維、シリコンナイトライド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維などがある。なかでも比重が小さく、高強度、高弾性率である炭素繊維が好ましく使用される。これらは、単独または２種以上併用して用いられる。これらの繊維素材は、表面処理が施されているものであっても良い。表面処理としては、金属の被着処理、カップリング剤による処理、サイジング剤による処理、添加剤の付着処理などが挙げられる。
繊維強化複合材料板（Ｉ）としては、該繊維強化複合材料板および／または成形品の剛性の観点から、強化繊維が多く含まれていることが好ましく、強化繊維の重量含有量Ｗｆは、繊維強化複合材料板（Ｉ）に対して、５〜７５重量％が好ましく、より好ましくは４０〜７０重量％である。また、部材（II）は、該部材（II）の熱可塑性樹脂を溶融させた状態で成形することにより形状を形成するため、強化繊維は短繊維とし、熱可塑性樹脂中に均一に分散していることが好ましい。この場合の強化繊維の重量含有量Ｗｆは、成形性、強度および軽量性とのバランスの観点から、熱可塑性樹脂（Ａ）に対して、５〜７５重量％が好ましく、より好ましくは１０〜５０重量％である。
前記接合方法において、熱可塑性樹脂（Ａ）を有してなる部材（II）を繊維強化複合材料板（Ｉ）の開口部に充填する方法として、射出成形機によるアウトサート成形またはインサート成形が好ましい。射出成形機の種類や使用する金型については特に制限されないが、使用する金型のキャビティ内に納まる寸法に加工された前記繊維強化複合材料板（Ｉ）をキャビティ内に挿入して、金型を型締めした状態で、溶融した状態の熱可塑性樹脂（Ａ）を充填させて一体化成形品を得る。キャビティ内に挿入される前記繊維強化複合材料板（Ｉ）の固定方法としては特に限定はされないが、金型の型締めによって金型に挟む状態で固定する方法や金型内部から前記繊維強化複合材料板（Ｉ）を吸引して固定する方法、接着剤等を使用して金型に直接仮止めする方法などが挙げられる。
本発明の接合方法を用いて接合された一体化成形品の用途としては、パソコン、ディスプレー、携帯電話、携帯情報端末などの電気または電子機器、オフィスオートメーション機器、家電機器、医療機器の用途で好ましく用いられる。
さらに、力学特性に優れた大型成形品に複雑形状などの他の部材を強固に接合できることから、自動車、二輪車、自転車、または航空機、建材用の部品、部材やパネル外板にも好適に用いられる。
これらの用途群を例示すると、以下のようになる。
これらの用途群を例示すると、以下のようになる。
＜電気・電子機器＞
本発明の接合方法を用いて接合された一体化成形品は、例えば、各種ギヤー、各種ケース、センサー、ＬＥＤランプ、コネクター、ソケット、抵抗器、リレーケース、スイッチ、コイルボビン、コンデンサー、光ピックアップ、発振子、各種端子板、変成器、プラグ、プリント配線板、チューナー、スピーカー、マイクロフォン、ヘッドフォン、小型モーター、磁気ヘッドベース、パワーモジュール、半導体、ディスプレー、ＦＤＤキャリッジ、シャーシ、ＨＤＤ、ＭＯ、モーターブラッシュホルダー、パラボラアンテナ、ノートパソコン、携帯電話、デジタルスチルカメラ、ＰＤＡ、ポータブルＭＤ、ミュージックプレイヤー、液晶ディスプレー、プラズマディスプレー等の電気・電子機器製品、またはその部品、部材、筐体に好ましく用いられる。
本発明の接合方法を用いて接合された一体化成形品は、例えば、各種ギヤー、各種ケース、センサー、ＬＥＤランプ、コネクター、ソケット、抵抗器、リレーケース、スイッチ、コイルボビン、コンデンサー、光ピックアップ、発振子、各種端子板、変成器、プラグ、プリント配線板、チューナー、スピーカー、マイクロフォン、ヘッドフォン、小型モーター、磁気ヘッドベース、パワーモジュール、半導体、ディスプレー、ＦＤＤキャリッジ、シャーシ、ＨＤＤ、ＭＯ、モーターブラッシュホルダー、パラボラアンテナ、ノートパソコン、携帯電話、デジタルスチルカメラ、ＰＤＡ、ポータブルＭＤ、ミュージックプレイヤー、液晶ディスプレー、プラズマディスプレー等の電気・電子機器製品、またはその部品、部材、筐体に好ましく用いられる。
＜オフィスオートメーション機器＞
また、接合方法を用いて接合された一体化成形品は、例えば、電話、ファクシミリ、コピー機、タイプライター、ワードプロセッサー等の事務製品、またはその部材および筐体に好ましく用いられる。
また、接合方法を用いて接合された一体化成形品は、例えば、電話、ファクシミリ、コピー機、タイプライター、ワードプロセッサー等の事務製品、またはその部材および筐体に好ましく用いられる。
＜家電機器＞
また、接合方法を用いて接合された一体化成形品は、筐体、ＶＴＲ、コピー機、テレビ、アイロン、ヘアードライヤー、炊飯器、電子レンジ、音響機器、掃除機、トイレタリー用品、レーザーディスク、コンパクトディスク、照明、冷蔵庫、エアコン等の家電製品、またはその部材および筐体に好ましく用いられる。
また、接合方法を用いて接合された一体化成形品は、筐体、ＶＴＲ、コピー機、テレビ、アイロン、ヘアードライヤー、炊飯器、電子レンジ、音響機器、掃除機、トイレタリー用品、レーザーディスク、コンパクトディスク、照明、冷蔵庫、エアコン等の家電製品、またはその部材および筐体に好ましく用いられる。
＜医療機器＞
また、接合方法を用いて接合された一体化成形品は、Ｘ線カセッテなどの医療機器製品またはその部品および部材に好ましく用いられる。
また、接合方法を用いて接合された一体化成形品は、Ｘ線カセッテなどの医療機器製品またはその部品および部材に好ましく用いられる。
＜自動車部品＞
また、接合方法を用いて接合された一体化成形品は、モーター部品、オルタネーターターミナル、オルタネーターコネクター、IＣレギュレーター、ライトディヤー用ポテンショメーターベース、サスペンション部品、排気ガスバルブなどの各種バルブ、燃料関係、排気系または吸気系各種パイプ、エアーインテークノズルスノーケル、エアクリーナーボックス、レゾネーター、インテークマニホールド、スタビライザー、各種アーム、各種フレーム、各種ヒンジ、各種軸受、燃料ポンプ、ガソリンタンク、ＣＮＧタンク、エンジン冷却水ジョイント、キャブレターメインボディー、キャブレタースペーサー、排気ガスセンサー、冷却水センサー、油温センサー、ブレーキパットウェアーセンサー、スロットルポジションセンサー、クランクシャフトポジションセンサー、エアーフローメーター、ブレーキバット磨耗センサー、エアコン用サーモスタットベース、暖房温風フローコントロールバルブ、ラジエーターモーター用ブラッシュホルダー、ウォーターポンプインペラー、タービンべイン、ワイパーモーター関係部品、ディストリビュター、スタータースィッチ、スターターリレー、トランスミッション用ワイヤーハーネス、ウィンドウオッシャーノズル、エアコンパネルスィッチ基板、燃料関係電磁気弁用コイル、ヒューズ用コネクター、バッテリートレイ、ＡＴブラケット、ヘッドランプサポート、ペダルハウジング、ハンドル、ドアビーム、プロテクター、シャーシ、バルクヘッド、フレーム、サブフレーム、アームレスト、ホーンターミナル、ステップモーターローター、ランプソケット、ランプリフレクター、ランプハウジング、ブレーキピストン、ノイズシールド、ラジエターサポート、スペアタイヤカバー、シートシェル、ソレノイドボビン、エンジンオイルフィルター、点火装置ケース、アンダーカバー、スカッフプレート、ピラートリム、プロペラシャフト、ドライブシャフト、ホイール、ホイールカバー、フェンダー、ドアミラー、ルームミラー、フェイシャー、バンパー、バンパービーム、ボンネット、トランクフード、エアロパーツ、プラットフォーム、カウルルーバー、ルーフ、インストルメントパネル、スポイラーおよび各種モジュール等の二輪車を含む自動車部品、または自動車部材および外板に好ましく用いられる。
また、接合方法を用いて接合された一体化成形品は、モーター部品、オルタネーターターミナル、オルタネーターコネクター、IＣレギュレーター、ライトディヤー用ポテンショメーターベース、サスペンション部品、排気ガスバルブなどの各種バルブ、燃料関係、排気系または吸気系各種パイプ、エアーインテークノズルスノーケル、エアクリーナーボックス、レゾネーター、インテークマニホールド、スタビライザー、各種アーム、各種フレーム、各種ヒンジ、各種軸受、燃料ポンプ、ガソリンタンク、ＣＮＧタンク、エンジン冷却水ジョイント、キャブレターメインボディー、キャブレタースペーサー、排気ガスセンサー、冷却水センサー、油温センサー、ブレーキパットウェアーセンサー、スロットルポジションセンサー、クランクシャフトポジションセンサー、エアーフローメーター、ブレーキバット磨耗センサー、エアコン用サーモスタットベース、暖房温風フローコントロールバルブ、ラジエーターモーター用ブラッシュホルダー、ウォーターポンプインペラー、タービンべイン、ワイパーモーター関係部品、ディストリビュター、スタータースィッチ、スターターリレー、トランスミッション用ワイヤーハーネス、ウィンドウオッシャーノズル、エアコンパネルスィッチ基板、燃料関係電磁気弁用コイル、ヒューズ用コネクター、バッテリートレイ、ＡＴブラケット、ヘッドランプサポート、ペダルハウジング、ハンドル、ドアビーム、プロテクター、シャーシ、バルクヘッド、フレーム、サブフレーム、アームレスト、ホーンターミナル、ステップモーターローター、ランプソケット、ランプリフレクター、ランプハウジング、ブレーキピストン、ノイズシールド、ラジエターサポート、スペアタイヤカバー、シートシェル、ソレノイドボビン、エンジンオイルフィルター、点火装置ケース、アンダーカバー、スカッフプレート、ピラートリム、プロペラシャフト、ドライブシャフト、ホイール、ホイールカバー、フェンダー、ドアミラー、ルームミラー、フェイシャー、バンパー、バンパービーム、ボンネット、トランクフード、エアロパーツ、プラットフォーム、カウルルーバー、ルーフ、インストルメントパネル、スポイラーおよび各種モジュール等の二輪車を含む自動車部品、または自動車部材および外板に好ましく用いられる。
＜航空機部品＞
また、接合方法を用いて接合された一体化成形品は、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、リブ等の航空機部品、または部材および外板に好ましく用いられる。
また、接合方法を用いて接合された一体化成形品は、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、リブ等の航空機部品、または部材および外板に好ましく用いられる。
＜建材＞
また、接合方法を用いて接合された一体化成形品は、防音パネル、断熱パネルに挙げられるパネル等の建材用部材または部品に好ましく用いられる。
また、接合方法を用いて接合された一体化成形品は、防音パネル、断熱パネルに挙げられるパネル等の建材用部材または部品に好ましく用いられる。
＜その他＞
さらに、接合方法を用いて接合された一体化成形品は、各種ラケット、ゴルフクラブシャフト、ヨット、ボード、スキー用品、釣り竿、自転車などのスポーツ関連部品、部材および人工衛星関連部品、パチンコ、スロットマシン、ゲーム機などの遊技または娯楽製品部品、部材および筐体、顕微鏡、双眼鏡、カメラ、時計などの光学機器、精密機械関連部品、部材および筐体等に好ましく用いられる。
さらに、接合方法を用いて接合された一体化成形品は、各種ラケット、ゴルフクラブシャフト、ヨット、ボード、スキー用品、釣り竿、自転車などのスポーツ関連部品、部材および人工衛星関連部品、パチンコ、スロットマシン、ゲーム機などの遊技または娯楽製品部品、部材および筐体、顕微鏡、双眼鏡、カメラ、時計などの光学機器、精密機械関連部品、部材および筐体等に好ましく用いられる。
すなわち、接合方法を用いて接合された一体化成形品は、上記電気・電子機器、オフィスオートメーション機器、家電機器、医療機器、自動車部品、航空機部品、または建材等に用いられることが好ましい。また、これらの中でも、軽量かつ高剛性が要求される、パソコン、ディスプレー、携帯電話、携帯情報端末などの電気・電子機器、オフィスオートメーション機器、家電機器、または医療機器の用途で好ましく用いられる。
さらに、上記用途の中でも、複雑形状が多い電子機器筐体に、本発明に係る接合方法を用いて接合された一体化成形品が用いられると、薄肉でフレーム部分との優れた接着性を十分に発揮できるという点で好ましい。従って、本発明に係る接合方法を用いて接合された一体化成形品は電子機器筐体に好ましく用いられ、中でも、前記繊維強化複合材料板と、前記フレーム部分とが端部の開口部に存在する熱可塑性樹脂を介して一体化された電子機器筐体により好ましく用いられる。
実施例および比較例に基づき、本発明をさらに詳細かつ具体的に説明する。なお、各項目の評価方法を記述する。
［端部断面観察用サンプルの作成方法］
製造された繊維強化複合材料板より、端部の開口部全体を含む１０ｍｍ角のサンプルを切り出し、その断面を湿式研磨し、端部断面観察用のサンプル１とした。
製造された繊維強化複合材料板より、端部の開口部全体を含む１０ｍｍ角のサンプルを切り出し、その断面を湿式研磨し、端部断面観察用のサンプル１とした。
＜評価方法１：繊維強化複合材料板の板厚Ｔ＞
研磨したサンプル１の端部断面の板厚Ｔ×幅５００μｍの範囲を超深度カラー３Ｄ形状測定顕微鏡ＶＫ−９５００（コントローラー部）／ＶＫ−９５１０（測定部）（（株）キーエンス製）を使用して拡大倍率４００倍で撮影した。本発明の実施例において、表面と他方の表面の距離を板厚Ｔとして測定した。
研磨したサンプル１の端部断面の板厚Ｔ×幅５００μｍの範囲を超深度カラー３Ｄ形状測定顕微鏡ＶＫ−９５００（コントローラー部）／ＶＫ−９５１０（測定部）（（株）キーエンス製）を使用して拡大倍率４００倍で撮影した。本発明の実施例において、表面と他方の表面の距離を板厚Ｔとして測定した。
＜評価方法２：開口部の間口高さｈ１、内部の最大高さｈ２＞
評価方法１と同様の範囲の画像において、繊維強化複合材料板の開口部の最端部を間口とし、その間口の高さをｈ１、開口部において最大高さをｈ２として測定し、ｈ１＜ｈ２の関係が成り立っているか確認した。
評価方法１と同様の範囲の画像において、繊維強化複合材料板の開口部の最端部を間口とし、その間口の高さをｈ１、開口部において最大高さをｈ２として測定し、ｈ１＜ｈ２の関係が成り立っているか確認した。
＜評価方法３：開口部の最大奥行きＬ＞
評価方法１で撮影した画像において、観察アプリケーションＶＫ−Ｈ１Ｖ９を使用して繊維強化複合材料板の端部に存在する開口部の間口から開口部の最も離れた位置までの距離を測定した。このＬが０．１ｍｍ以上であるか確認した。
評価方法１で撮影した画像において、観察アプリケーションＶＫ−Ｈ１Ｖ９を使用して繊維強化複合材料板の端部に存在する開口部の間口から開口部の最も離れた位置までの距離を測定した。このＬが０．１ｍｍ以上であるか確認した。
＜評価方法４：熱可塑性樹脂の割合＞
評価方法１で撮影した画像において、接合部の長さを測定した。このとき、「長さ」とは、本発明の構成をより明確にするために用いられる用語であって、例えば、図３模式断面図における７ａ−７ｂ間の長さを意図しているが、繊維強化複合材料板１は図３の模式断面図に垂直な方向に所定の長さを有する立体であるため、繊維強化複合材料板１の断面は、当該「線」の集合体により形成されていることとなる。さらに、評価方法１と同様の方法で強化繊維２の断面積が強化繊維２の最小断面積の１５０％以下となるようなサンプルを作成し、開口部の表面に存在する熱可塑性樹脂の長さを測定した。これらの長さと式（２）より、接合部に対する熱可塑性樹脂の割合を算出した。
評価方法１で撮影した画像において、接合部の長さを測定した。このとき、「長さ」とは、本発明の構成をより明確にするために用いられる用語であって、例えば、図３模式断面図における７ａ−７ｂ間の長さを意図しているが、繊維強化複合材料板１は図３の模式断面図に垂直な方向に所定の長さを有する立体であるため、繊維強化複合材料板１の断面は、当該「線」の集合体により形成されていることとなる。さらに、評価方法１と同様の方法で強化繊維２の断面積が強化繊維２の最小断面積の１５０％以下となるようなサンプルを作成し、開口部の表面に存在する熱可塑性樹脂の長さを測定した。これらの長さと式（２）より、接合部に対する熱可塑性樹脂の割合を算出した。
＜評価方法５：接合強度の測定＞
図１４示した繊維強化樹脂複合材料板１と熱可塑性樹脂からなる部材(II)１１が一体化された成形品１２より、一体化された部分の端部が図１５で示されるＬａ＝４５ｍｍ、Ｌｂ＝７ｍｍ、ｂ＝１５ｍｍのサンプルを切出して、図１５に示す熱可塑性樹脂からなる部材(II)１１の点線部分を削り取り、図１５のような形状にしたサンプルを引張試験装置"インストロン"（登録商標）５５６５型万能材料試験機（インストロン・ジャパン（株）製）の上下に取り付けたチャックで固定し、引張速度１．６ｍｍ／分で評価サンプル数ｎを５として評価を行った。この時の最大破断荷重Ｐ、繊維強化複合材料板１の板厚Ｔと幅ｂと式（３）より成形品の接着強度を算出した。
図１４示した繊維強化樹脂複合材料板１と熱可塑性樹脂からなる部材(II)１１が一体化された成形品１２より、一体化された部分の端部が図１５で示されるＬａ＝４５ｍｍ、Ｌｂ＝７ｍｍ、ｂ＝１５ｍｍのサンプルを切出して、図１５に示す熱可塑性樹脂からなる部材(II)１１の点線部分を削り取り、図１５のような形状にしたサンプルを引張試験装置"インストロン"（登録商標）５５６５型万能材料試験機（インストロン・ジャパン（株）製）の上下に取り付けたチャックで固定し、引張速度１．６ｍｍ／分で評価サンプル数ｎを５として評価を行った。この時の最大破断荷重Ｐ、繊維強化複合材料板１の板厚Ｔと幅ｂと式（３）より成形品の接着強度を算出した。
評価は、母材破壊（被着部材（II）が破断）の場合を◎、５ＭＰａ以上を○、３ＭＰａ以上５ＭＰａ未満を△、３ＭＰａ未満を×とした。
（実施例１）
（実施例１−１：繊維強化複合材料板Ａ１）
熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂で、一方向に配列された多数本の炭素繊維からなる強化繊維群からなり、強化繊維の含有量が、重量割合（Ｗｆ）で６７％のプリプレグ（東レ（株）製トレカプリプレグＰ３０５２Ｓ−１２）から、所定の大きさ有する長方形のプリプレグシート１３を１０枚、共重合ポリアミド樹脂（東レ（株）製"アミラン"（登録商標）ＣＭ８０００、ポリアミド６／６６／６１０／６１２共重合体、融点１２８℃）製フィルム（厚み５０μｍ）を１枚切り出した。図１６において、これら２０枚のプリプレグシート１３と４枚のフィルム１４が、斜視図をもって示される。
（実施例１−１：繊維強化複合材料板Ａ１）
熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂で、一方向に配列された多数本の炭素繊維からなる強化繊維群からなり、強化繊維の含有量が、重量割合（Ｗｆ）で６７％のプリプレグ（東レ（株）製トレカプリプレグＰ３０５２Ｓ−１２）から、所定の大きさ有する長方形のプリプレグシート１３を１０枚、共重合ポリアミド樹脂（東レ（株）製"アミラン"（登録商標）ＣＭ８０００、ポリアミド６／６６／６１０／６１２共重合体、融点１２８℃）製フィルム（厚み５０μｍ）を１枚切り出した。図１６において、これら２０枚のプリプレグシート１３と４枚のフィルム１４が、斜視図をもって示される。
長方形に切り出したシートの長辺の方向を０°として、繊維方向が、上から[９０/０/９０/フィルム/０/９０/９０/０/フィルム/９０/０/９０]ｓ（ｓは[]内を対称積層とする意味）となるように、２０枚のプリプレグシート１３と４枚のフィルム１４を、下から順次積層した（矢印Ａで示される）。
次に、プレス成形機にて、プリプレグシート１３とフィルム１４からなる積層体１５を、０．６ＭＰａの面圧をかけながら、１５０℃で３０分間加熱して熱硬化性樹脂を硬化させた。硬化終了後、室温で冷却し、平均の厚み２．６ｍｍの繊維強化複合材料板を得た。
得られた繊維強化複合材料板の端部に、ＮＣ加工機を使用して開口部のｈ１が１ｍｍ、ｈ２が１．８ｍｍ、Ｌが３ｍｍとなるように開口部を形成させ、繊維強化複合材料板Ａ１を得た。
実施例で製造した繊維強化複合材料板を評価方法１〜３で評価した。結果は表１に示す。
実施例で製造した繊維強化複合材料板を評価方法１〜３で評価した。結果は表１に示す。
（実施例１−２：成形品Ａ２）
図１４に示される成形品Ａ２を製造する。端部に開口部を有する繊維強化複合材料板Ａ１を射出成形用金型（図示せず）にインサートした。マトリックス樹脂がポリアミド系樹脂からなり、炭素繊維含有率が重量割合（Ｗｆ）で２０％の長繊維ペレット（東レ（株）製ＴＬＰ１１４６Ｓ）を用意した。このペレットを用いて、図１４の熱可塑性樹脂からなる部材１１のような形状を有する射出成形材を射出成形にて形成させ、一体化成形品Ａ２を製造した。射出成形は、日本製鋼所（株）製Ｊ３５０ＥIII射出成形機を用いて行い、シリンダー温度は２８０℃とした。実施例で製造した一体化成形品を評価方法４で評価した。結果を表１に示す。
図１４に示される成形品Ａ２を製造する。端部に開口部を有する繊維強化複合材料板Ａ１を射出成形用金型（図示せず）にインサートした。マトリックス樹脂がポリアミド系樹脂からなり、炭素繊維含有率が重量割合（Ｗｆ）で２０％の長繊維ペレット（東レ（株）製ＴＬＰ１１４６Ｓ）を用意した。このペレットを用いて、図１４の熱可塑性樹脂からなる部材１１のような形状を有する射出成形材を射出成形にて形成させ、一体化成形品Ａ２を製造した。射出成形は、日本製鋼所（株）製Ｊ３５０ＥIII射出成形機を用いて行い、シリンダー温度は２８０℃とした。実施例で製造した一体化成形品を評価方法４で評価した。結果を表１に示す。
（実施例２）
（実施例２−１：繊維強化複合材料板Ｂ１）
繊維方向が上から[９０/０/９０/０/９０/シート/９０/０/９０/０/９０]となるように、前記実施例１−１と同じプリプレグシート１０枚と共重合ポリアミド製シート（厚み１．４ｍｍ）１枚を下から順次積層した。前記実施例１−１と同じ条件で成形・加工を行い、端部に開口部を有した平均の厚み２．６ｍｍの繊維強化複合材料Ｂ１を製造した。
（実施例２−１：繊維強化複合材料板Ｂ１）
繊維方向が上から[９０/０/９０/０/９０/シート/９０/０/９０/０/９０]となるように、前記実施例１−１と同じプリプレグシート１０枚と共重合ポリアミド製シート（厚み１．４ｍｍ）１枚を下から順次積層した。前記実施例１−１と同じ条件で成形・加工を行い、端部に開口部を有した平均の厚み２．６ｍｍの繊維強化複合材料Ｂ１を製造した。
（実施例２−２：成形品Ｂ２）
前記実施例１−２と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板Ｂ１を射出成形用金型にインサートし、成形品Ｂ２を製造した。
前記実施例１−２と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板Ｂ１を射出成形用金型にインサートし、成形品Ｂ２を製造した。
（実施例３）
（実施例３−１：繊維強化複合材料板（Ｃ１）
マトリックス樹脂が共重合ポリアミド樹脂（東レ（株）製"アミラン"（登録商標）ＣＭ８０００、ポリアミド６／６６／６１０／６１２共重合体、融点１２８℃）で、一方向に配列された多数本の炭素繊維からなる強化繊維群からなり、強化繊維の含有量が、重量割合（Ｗｆ）で６７％の熱可塑プリプレグシート１６から、所定の大きさ有する長方形の熱可塑プリプレグシート１６を１０枚切り出した。図１７において、これら１０枚の熱可塑プリプレグシート１６が、斜視図をもって示される。
（実施例３−１：繊維強化複合材料板（Ｃ１）
マトリックス樹脂が共重合ポリアミド樹脂（東レ（株）製"アミラン"（登録商標）ＣＭ８０００、ポリアミド６／６６／６１０／６１２共重合体、融点１２８℃）で、一方向に配列された多数本の炭素繊維からなる強化繊維群からなり、強化繊維の含有量が、重量割合（Ｗｆ）で６７％の熱可塑プリプレグシート１６から、所定の大きさ有する長方形の熱可塑プリプレグシート１６を１０枚切り出した。図１７において、これら１０枚の熱可塑プリプレグシート１６が、斜視図をもって示される。
長方形に切り出したシートの長辺の方向を０°として、繊維方向が、上から[９０/０/９０/０/９０/９０/０/９０/０/９０]ｓ（ｓは[]内を対称積層とする意味）となるように、２０枚の熱可塑プリプレグシート１６を、下から順次積層した（矢印Ａで示される）。
次に、プレス成形機にて、熱可塑プリプレグシート１６からなる積層体１５を、０．６ＭＰａの面圧をかけながら、１５０℃で３０分間加熱し、加圧した状態で冷却を開始し、積層体の温度が５０℃になるまで加圧を続けて熱可塑性樹脂を固化させた。固化完了後、前記実施例１−１と同じ条件で加工を行い、端部に開口部を有した平均の厚み２．４ｍｍの繊維強化複合材料板Ｃ１を製造した。
（実施例３−２：成形品Ｃ２）
前記実施例１−２と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板Ｃ１を射出成形用金型にインサートし、成形品Ｃ２を製造した。
前記実施例１−２と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板Ｃ１を射出成形用金型にインサートし、成形品Ｃ２を製造した。
（実施例４）
（実施例４−１：繊維強化複合材料板Ｄ１）
繊維方向が上から[９０/０/９０/フィルム/０/９０/９０/０/フィルム/９０/０/９０]ｓ（ｓは[]内を対称積層とする意味）となるように、前記実施例１−１と同じ２０枚のプリプレグシート１３と４枚のフィルム１４を、下から順次積層した。前記実施例１−１と同じ条件で成形した繊維強化複合材料板の端部に、ＮＣ加工機を使用して開口部のｈ１が０．４ｍｍ、ｈ２が０．８ｍｍ、Ｌが３ｍｍとなるように開口部を２つ形成させた平均の厚み２．６ｍｍの繊維強化複合材料板Ｄ１を製造した。
（実施例４−１：繊維強化複合材料板Ｄ１）
繊維方向が上から[９０/０/９０/フィルム/０/９０/９０/０/フィルム/９０/０/９０]ｓ（ｓは[]内を対称積層とする意味）となるように、前記実施例１−１と同じ２０枚のプリプレグシート１３と４枚のフィルム１４を、下から順次積層した。前記実施例１−１と同じ条件で成形した繊維強化複合材料板の端部に、ＮＣ加工機を使用して開口部のｈ１が０．４ｍｍ、ｈ２が０．８ｍｍ、Ｌが３ｍｍとなるように開口部を２つ形成させた平均の厚み２．６ｍｍの繊維強化複合材料板Ｄ１を製造した。
（実施例４−２：成形品Ｄ２）
前記実施例１−２と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板Ｄ１を射出成形用金型にインサートし、成形品Ｄ２を製造した。
前記実施例１−２と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板Ｄ１を射出成形用金型にインサートし、成形品Ｄ２を製造した。
（実施例５）
（実施例５−１：繊維強化複合材料板（Ｅ１）
繊維方向が上から[９０/０/９０/フィルム/０/９０/９０/０/フィルム/９０/０/９０]ｓ（ｓは[]内を対称積層とする意味）となるように、前記実施例１−１と同じ２０枚のプリプレグシート１３と４枚のフィルム１４を、下から順次積層した。前記実施例１−１と同じ条件で成形した繊維強化複合材料板の端部に、ＮＣ加工機を使用して開口部のｈ１が１ｍｍ、ｈ２が１．６ｍｍ、Ｌが１．５３ｍｍとなるような開口部の断面形状が五角形の開口部を形成させた平均の厚み２．６ｍｍの繊維強化複合材料Ｅ１を製造した。
（実施例５−１：繊維強化複合材料板（Ｅ１）
繊維方向が上から[９０/０/９０/フィルム/０/９０/９０/０/フィルム/９０/０/９０]ｓ（ｓは[]内を対称積層とする意味）となるように、前記実施例１−１と同じ２０枚のプリプレグシート１３と４枚のフィルム１４を、下から順次積層した。前記実施例１−１と同じ条件で成形した繊維強化複合材料板の端部に、ＮＣ加工機を使用して開口部のｈ１が１ｍｍ、ｈ２が１．６ｍｍ、Ｌが１．５３ｍｍとなるような開口部の断面形状が五角形の開口部を形成させた平均の厚み２．６ｍｍの繊維強化複合材料Ｅ１を製造した。
（実施例５−２：成形品Ｅ２）
前記実施例１−２と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板Ｅ１を射出成形用金型にインサートし、成形品Ｅ２を製造した。
前記実施例１−２と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板Ｅ１を射出成形用金型にインサートし、成形品Ｅ２を製造した。
（実施例６）
（実施例６−１：繊維強化複合材料板Ｆ１）
繊維方向が上から[９０/０/９０/フィルム/０/９０/９０/０/フィルム/９０/０/９０]ｓ（ｓは[]内を対称積層とする意味）となるように、前記実施例１−１と同じ２０枚のプリプレグシート１３と４枚のフィルム１４を、下から順次積層した。前記実施例１−１と同じ条件で成形した繊維強化複合材料板の端部に、ＮＣ加工機を使用して開口部のｈ１が１ｍｍ、ｈ２が２ｍｍ、Ｌが１．２ｍｍとなるような開口部の断面形状が円状の開口部を形成させた平均の厚み２．６ｍｍの繊維強化複合材料Ｆ１を製造した。
（実施例６−１：繊維強化複合材料板Ｆ１）
繊維方向が上から[９０/０/９０/フィルム/０/９０/９０/０/フィルム/９０/０/９０]ｓ（ｓは[]内を対称積層とする意味）となるように、前記実施例１−１と同じ２０枚のプリプレグシート１３と４枚のフィルム１４を、下から順次積層した。前記実施例１−１と同じ条件で成形した繊維強化複合材料板の端部に、ＮＣ加工機を使用して開口部のｈ１が１ｍｍ、ｈ２が２ｍｍ、Ｌが１．２ｍｍとなるような開口部の断面形状が円状の開口部を形成させた平均の厚み２．６ｍｍの繊維強化複合材料Ｆ１を製造した。
（実施例６−２：成形品Ｆ２）
前記実施例１−２と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板Ｆ１を射出成形用金型にインサートし、成形品Ｆ２を製造した。
前記実施例１−２と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板Ｆ１を射出成形用金型にインサートし、成形品Ｆ２を製造した。
（実施例７）
（実施例７−１：繊維強化複合材料板Ｇ１）
繊維方向が上から[９０/０/９０/０/９０/９０/０/９０/０/９０]ｓ（ｓは[]内を対称積層とする意味）となるように、前記実施例３−１と同じ１０枚の熱可塑プリプレグシート１６を下から順次積層した。前記実施例３−１と同じ条件で成形した繊維強化複合材料板の端部に、ＮＣ加工機を使用して開口部のｈ１が１ｍｍ、ｈ２が１．６ｍｍ、Ｌが１．５３ｍｍとなるような開口部の断面形状が五角形の開口部を形成させた平均の厚み２．４ｍｍの繊維強化複合材料Ｇ１を製造した。
（実施例７−１：繊維強化複合材料板Ｇ１）
繊維方向が上から[９０/０/９０/０/９０/９０/０/９０/０/９０]ｓ（ｓは[]内を対称積層とする意味）となるように、前記実施例３−１と同じ１０枚の熱可塑プリプレグシート１６を下から順次積層した。前記実施例３−１と同じ条件で成形した繊維強化複合材料板の端部に、ＮＣ加工機を使用して開口部のｈ１が１ｍｍ、ｈ２が１．６ｍｍ、Ｌが１．５３ｍｍとなるような開口部の断面形状が五角形の開口部を形成させた平均の厚み２．４ｍｍの繊維強化複合材料Ｇ１を製造した。
（実施例７−２：成形品Ｇ２）
前記実施例１−２と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板Ｅ１を射出成形用金型にインサートし、成形品Ｇ２を製造した。
前記実施例１−２と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板Ｅ１を射出成形用金型にインサートし、成形品Ｇ２を製造した。
（実施例８）
（実施例８−１：繊維強化複合材料板Ｈ１）
繊維方向が上から[９０/０/９０/０/９０/９０/０/９０/０/９０]ｓ（ｓは[]内を対称積層とする意味）となるように、前記実施例３−１と同じ２０枚の熱可塑プリプレグシート１６を下から順次積層した。前記実施例３−１と同じ条件で成形した繊維強化複合材料板の端部に、ＮＣ加工機を使用して開口部のｈ１が１ｍｍ、ｈ２が２ｍｍ、Ｌが１．２ｍｍとなるような開口部の断面形状が円状の開口部を形成させた平均の厚み１．２０ｍｍの繊維強化複合材料Ｈ１を製造した。
（実施例８−２：成形品Ｈ２）
前記実施例１−２と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板Ｅ１を射出成形用金型にインサートし、成形品Ｈ２を製造した。
（実施例８−１：繊維強化複合材料板Ｈ１）
繊維方向が上から[９０/０/９０/０/９０/９０/０/９０/０/９０]ｓ（ｓは[]内を対称積層とする意味）となるように、前記実施例３−１と同じ２０枚の熱可塑プリプレグシート１６を下から順次積層した。前記実施例３−１と同じ条件で成形した繊維強化複合材料板の端部に、ＮＣ加工機を使用して開口部のｈ１が１ｍｍ、ｈ２が２ｍｍ、Ｌが１．２ｍｍとなるような開口部の断面形状が円状の開口部を形成させた平均の厚み１．２０ｍｍの繊維強化複合材料Ｈ１を製造した。
（実施例８−２：成形品Ｈ２）
前記実施例１−２と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板Ｅ１を射出成形用金型にインサートし、成形品Ｈ２を製造した。
（比較例１）
（比較例１−１：繊維強化複合材料板Ｉ１）
繊維方向が上から[９０/０/９０/フィルム/０/９０/９０/０/フィルム/９０/０/９０]ｓ（ｓは[]内を対称積層とする意味）となるように、前記実施例１−１と同じ２０枚のプリプレグシート１３と４枚のフィルム１４を、下から順次積層した。前記実施例１−１と同じ条件で成形し、平均の厚み２．６ｍｍの繊維強化複合材料板Ｉ１を製造した。
（比較例１−１：繊維強化複合材料板Ｉ１）
繊維方向が上から[９０/０/９０/フィルム/０/９０/９０/０/フィルム/９０/０/９０]ｓ（ｓは[]内を対称積層とする意味）となるように、前記実施例１−１と同じ２０枚のプリプレグシート１３と４枚のフィルム１４を、下から順次積層した。前記実施例１−１と同じ条件で成形し、平均の厚み２．６ｍｍの繊維強化複合材料板Ｉ１を製造した。
（比較例１−２：成形品Ｉ２）
前記実施例１−２と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板Ｈ１を射出成形用金型にインサートし、成形品Ｉ２を製造した。
前記実施例１−２と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板Ｈ１を射出成形用金型にインサートし、成形品Ｉ２を製造した。
（比較例２）
（比較例２−１：繊維強化複合材料板Ｊ１）
繊維方向が上から[９０/０/９０/フィルム/０/９０/９０/０/フィルム/９０/０/９０]ｓ（ｓは[]内を対称積層とする意味）となるように、前記実施例１−１と同じ２０枚のプリプレグシート１３と４枚のフィルム１４を、下から順次積層した。前記実施例１−１と同じ条件で成形した繊維強化複合材料板の端部に、ＮＣ加工機を使用して開口部のｈ１が１ｍｍ、ｈ２が１ｍｍ、Ｌが３ｍｍとなるように開口部を形成させた平均の厚み２．６ｍｍの繊維強化複合材料板Ｊ１を製造した。
（比較例２−１：繊維強化複合材料板Ｊ１）
繊維方向が上から[９０/０/９０/フィルム/０/９０/９０/０/フィルム/９０/０/９０]ｓ（ｓは[]内を対称積層とする意味）となるように、前記実施例１−１と同じ２０枚のプリプレグシート１３と４枚のフィルム１４を、下から順次積層した。前記実施例１−１と同じ条件で成形した繊維強化複合材料板の端部に、ＮＣ加工機を使用して開口部のｈ１が１ｍｍ、ｈ２が１ｍｍ、Ｌが３ｍｍとなるように開口部を形成させた平均の厚み２．６ｍｍの繊維強化複合材料板Ｊ１を製造した。
（実施例４−２：成形品Ｊ２）
前記実施例１−２と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板Ｄ１を射出成形用金型にインサートし、成形品Ｊ２を製造した。
前記実施例１−２と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板Ｄ１を射出成形用金型にインサートし、成形品Ｊ２を製造した。
（比較例３）
（比較例３−１：繊維強化複合材料板Ｋ１）
繊維方向が上から[９０/０/９０/フィルム/０/９０/９０/０/フィルム/９０/０/９０]ｓ（ｓは[]内を対称積層とする意味）となるように、前記実施例１−１と同じ２０枚のプリプレグシート１３と４枚のフィルム１４を、下から順次積層した。前記実施例１−１と同じ条件で成形した繊維強化複合材料板の端部に、ＮＣ加工機を使用して開口部のｈ１が０．１ｍｍ、ｈ２が１ｍｍ、Ｌが３ｍｍとなるように開口部を形成させた平均の厚み２．６ｍｍの繊維強化複合材料板Ｋ１を製造した。
（比較例３−１：繊維強化複合材料板Ｋ１）
繊維方向が上から[９０/０/９０/フィルム/０/９０/９０/０/フィルム/９０/０/９０]ｓ（ｓは[]内を対称積層とする意味）となるように、前記実施例１−１と同じ２０枚のプリプレグシート１３と４枚のフィルム１４を、下から順次積層した。前記実施例１−１と同じ条件で成形した繊維強化複合材料板の端部に、ＮＣ加工機を使用して開口部のｈ１が０．１ｍｍ、ｈ２が１ｍｍ、Ｌが３ｍｍとなるように開口部を形成させた平均の厚み２．６ｍｍの繊維強化複合材料板Ｋ１を製造した。
（比較例３−２：成形品Ｋ２）
前記実施例１−２と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板Ｄ１を射出成形用金型にインサートし、成形品Ｋ２を製造した。
前記実施例１−２と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板Ｄ１を射出成形用金型にインサートし、成形品Ｋ２を製造した。
実施例１では、繊維強化複合材料板と他の部材とが端部の開口部おいて接合性に優れていた。また繊維強化複合材料板をサンドイッチ構造とした実施例２、繊維強化複合材料板のマトリックス樹脂を熱可塑性樹脂とした実施例３、７、８では、開口部に有する熱可塑性樹脂と部材（II）が溶融混合し、優れた接合性を発揮した。開口部の数を増加した実施例でも、嵌合構造が強固となり、より優れた接合性を発揮した。開口部の断面形状が異なる実施例５、６においても嵌合構造の効果を伴い、優れた接合性を発揮した。
一方比較例１では、熱可塑性樹脂が存在するが開口部が形成されていないために、嵌合構造でないために部材（II）との接合性が不足するものであった。比較例２では、嵌合構造となっているが、ｈ１＜ｈ２の関係を満たしておらず、部材（II）が抜けやすい形状となっており、接合性が不足していた。比較例３では、部材（II）が開口部に完全に充填することができず、本来の十分な接合性を得ることが出来なかった。
１ 繊維強化複合材料板（Ｉ）
２ 強化繊維
３ マトリックス樹脂
４ａ 部材（II）を構成する熱可塑性樹脂
４ｂ 開口部に存在する熱可塑性樹脂
４ｃ 繊維強化複合材料板（Ｉ）を構成する熱可塑性樹脂
５ａ 繊維強化複合材料板の一方の表面
５ｂ 繊維強化複合材料板の他方の表面
６ 端部
７ 交点
８ 開口部
９ 繊維強化複合材料板（Ｉ）の厚み方向の二等分線
１０ コア層
１１ 熱可塑性樹脂（Ｂ）からなる部材（II）
１２ 一体化成形品
１３ プリプレグシート
１４ フィルム
１５ 積層体
１６ 熱可塑プリプレグシート
２ 強化繊維
３ マトリックス樹脂
４ａ 部材（II）を構成する熱可塑性樹脂
４ｂ 開口部に存在する熱可塑性樹脂
４ｃ 繊維強化複合材料板（Ｉ）を構成する熱可塑性樹脂
５ａ 繊維強化複合材料板の一方の表面
５ｂ 繊維強化複合材料板の他方の表面
６ 端部
７ 交点
８ 開口部
９ 繊維強化複合材料板（Ｉ）の厚み方向の二等分線
１０ コア層
１１ 熱可塑性樹脂（Ｂ）からなる部材（II）
１２ 一体化成形品
１３ プリプレグシート
１４ フィルム
１５ 積層体
１６ 熱可塑プリプレグシート
Claims (16)
- 連続した強化繊維からなる繊維強化複合材料板（Ｉ）の端部に開口部を設け、該開口部に、熱可塑性樹脂（Ａ）からなる部材（II）の端部を結合させる接合方法であって、前記開口部は、繊維強化複合材料板（Ｉ）を構成する連続した強化繊維からなる繊維強化樹脂部に形成され、該開口部の間口高さｈ１と該開口部の最大高さｈ２とが、ｈ１＜ｈ２の関係を満たすものであり、前記開口部に前記部材（II）を構成する熱可塑性樹脂（Ａ）を溶融させた状態で充填させることで、前記開口部と前記部材（II）の端部とを結合させる接合方法。
- 前記繊維強化複合材料板（Ｉ）の端部に設けられた開口部の表面の少なくとも一部に熱可塑性樹脂（Ｂ）を存在させる、請求項１に記載の接合方法。
- 前記開口部の間口高さｈ１が０．１ｍｍ以上である、請求項１または２に記載の接合方法。
- 前記開口部の奥行きＬが、０．１ｍｍ以上の大きさである、請求項１〜３のいずれかに記載の接合方法。
- 前記開口部の断面形状が多角形または円状である、請求項１〜４のいずれかに記載の接合方法。
- 前記開口部が独立した孔形状であって１つの端部において２つ以上の開口部が存在する、請求項１〜５のいずれかに記載の接合方法。
- 前記繊維強化複合材料板の板厚Ｔが０．３〜３０ｍｍである、請求項１〜６のいずれかに記載の接合方法。
- 前記繊維強化複合材料板（Ｉ）を構成するマトリックス樹脂が熱可塑性樹脂（Ｃ）である、請求項１〜７のいずれかに記載の接合方法。
- 前記部材（II）が繊維強化熱可塑性樹脂である、請求項１〜８のいずれかに記載の接合方法。
- 前記繊維強化複合材料板（Ｉ）を構成する強化繊維が炭素繊維である、請求項１〜９のいずれかに記載の接合方法。
- 前記部材（II）を構成する熱可塑性樹脂（Ａ）が、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン系樹脂、およびポリアリーレンスルフィド樹脂から選択される少なくとも１種の熱可塑性樹脂である、請求項１〜１０のいずれかに記載の接合方法。
- 前記繊維強化複合材料板（Ｉ）に含まれる強化繊維の重量含有量Ｗｆが５〜７５重量％である、請求項１〜１１のいずれかに記載の接合方法。
- 前記部材（II）に含まれる強化繊維の重量含有量Ｗｆが５〜７５重量％である、請求項１０〜１２のいずれかに記載の接合方法。
- 前記繊維強化複合材料板（Ｉ）に対して、前記部材（II）を構成する熱可塑性樹脂（Ａ）を射出成形することによって、該部材（II）をインサート成形またはアウトサート成形する、請求項１〜１３のいずれかに記載の接合方法。
- 前記繊維強化複合材料板（Ｉ）と前記部材（II）を、請求項１〜１４のいずれかに記載の接合方法を用いて接合した一体化成形品
- 請求項１５に記載の一体化成形品が、電気・電子機器、オフィスオートメーション機器、家電機器、医療機器、自動車部品、航空機部品および建材のいずれかに用いられるものである一体化成形品。
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| JP2008213892A JP5458529B2 (ja) | 2008-08-22 | 2008-08-22 | 接合方法および一体化成形品 |
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