JP5973690B2 - 繊維強化プラスチック接合体、繊維強化プラスチック接合体の製造方法、および繊維強化成形体 - Google Patents

Description

本発明は、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化プラスチック接合体に関わるものである。さらに詳しくは、生産性及び接合強度が良好な繊維強化プラスチック接合体に関わるものであり、自動車に代表される構造部品に好適に使用することができる。

近年、機械分野において、炭素繊維と熱可塑性樹脂を含む繊維強化樹脂材が注目されており、部品や構造体の製造で必要となる、繊維強化樹脂材同士の接合において、閉断面を作ることで剛性を高める方法が提案されている。マトリクスとして熱可塑性樹脂を用いた繊維強化樹脂材同士を接合する際には、ボルト・ナット、リベット等を用いた機械的な締結や、接着剤を用いた化学的な接合、超音波溶着、振動溶着などを用いた熱的な接合が従来から提案されているが、中でも、超音波溶着は第３の材料を必要としないことに加え、サイクルタイムが短いなどの理由で、各種の産業分野で広く用いられている。

超音波溶着とは、溶着ホーンと呼ばれる共振体を被接合体に押し付けると共に、この共振体から高周波の機械的振動を加え、被接合体に伝えられた機械的振動を摩擦熱に変換し、被接合体の一部を加熱・溶融する事で、被接合体とそれに接触する別の被接合体を溶着する方法である。

超音波溶着には大きく二つの手法がある。一つが繊維強化樹脂材を直接接触させて超音波を印加し、溶着する方法であり（特許文献１）、もう一つが繊維強化樹脂材の表面にエネルギーダイレクターと呼ばれる突起を作成し、超音波を印加する際にエネルギーダイレクターを集中的に振動・溶融させ、溶着する方法である（特許文献２、特許文献３）。

一般的に、前者の方法はフィルムラミネートなどの薄物を溶着するのに用いられるが、特許文献１には、炭素繊維と熱可塑性樹脂を含んだ等方基材からハット形状の成形品を作成し、この成形品一対をスポットで超音波溶着して管状接合体を作成する発明が記載されている。

後者の方法はフィルムより厚いサンプルを溶着するのに用いる事ができるが、超音波を印加する時間が長くなる傾向になる。これは、超音波による機械的振動が樹脂の内部で減衰し、超音波による機械振動が、効率的に溶着に用いられない事に起因する。

近年、より接合強度に優れた接合体を、効率よく製造することが求められている。

日本国特開２０１２−１５８１４１号公報 日本国特開２０１３−２３３７２９号公報 日本国特開２００７−３１３７７８号公報

しかしながら、溶着効率性を上げるために特許文献１に記載の接合方法を用いると、スポット溶着を用いて繊維強化樹脂を接合しているため、仕上がった接合体に深い凹部が発生してしまい外観上好ましくない。特許文献２に記載の接合方法に関しても、超音波印加面に凹部が存在し、やはり外観が好ましくない。また、特許文献３の繊維強化樹脂成形体では、超音波印加しない複合材の接合部を予め予熱して軟化させる必要があり、製造工程上好ましくない。

そこで、本発明の目的は、生産性及び接合強度に優れ、表面が意匠性の良い繊維強化プラスチック接合体を提供することである。

本発明者らは鋭意検討した結果、以下に示す手段により、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
［１］ 炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含み、接合面ｘを有する繊維強化成形体Ｘと、接合面ｙを有する熱可塑性樹脂部材Ｙとを、繊維強化成形体Ｘに超音波印加し、接合面ｘと接合面ｙとを介して溶着する繊維強化プラスチック接合体の製造方法であって、
（１）繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂のガラス転移温度±１００℃の範囲内において、繊維強化成形体Ｘの粘弾性測定によるｔａｎδの最大値が、繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂の粘弾性測定によるｔａｎδの最大値の７０％未満であり、
（２）接合面ｘと接合面ｙの少なくともいずれか一方に、エネルギーダイレクターを有し、
（３）超音波印加される繊維強化成形体Ｘの印加面が平滑であり、
エネルギーダイレクターが、以下（４）乃至（６）を満たす山形状エネルギーダイレクターである、繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
（４）山形状エネルギーダイレクターは、その麓部から頂部に至る間に凸状部を有する。
（５）山形状エネルギーダイレクターは、頂部から麓部に向かい、接合面方向のエネルギーダイレクター断面面積が増加する遷移区間を有する。
（６）遷移区間におけるエネルギーダイレクター横断面の面積の変化量が、接合方向に対して垂直方向に１ｍｍ当たり０．１ｍｍ^２以上である。
［２］ 前記遷移区間におけるエネルギーダイレクター横断面の面積の変化量が、接合面方向に対して垂直方向に１ｍｍ当たり０．５ｍｍ^２以上である、［１］に記載の繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
［３］ 前記山形状エネルギーダイレクターの稜線は、曲率半径が０．１〜２ｍｍである円弧である［１］〜［２］いずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
［４］ 前記山形状エネルギーダイレクターの投影面積が、接合後の溶着部分の投影面積の２５〜１０５％である［１］〜［３］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
［５］ 前記山形状エネルギーダイレクターの投影面積が、接合後の溶着部分の投影面積の３５〜９５％である［４］に記載の繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
［６］ 繊維強化成形体Ｘは炭素繊維１００重量部に対し、熱可塑性樹脂を３質量部〜１０００質量部含む［１］〜［５］いずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
［７］ 繊維強化成形体Ｘは炭素繊維束を含む［１］〜［６］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
［８］ 繊維強化成形体Ｘに含まれる炭素繊維は、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）と臨界単糸数未満の炭素繊維束（Ｂ１）および／または炭素繊維単糸（Ｂ２）とが混在し、炭素繊維束（Ａ）の繊維全量に対する割合が２０〜９９体積％であり、さらに、上記炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が、下記式の条件を満たす［１］〜［７］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
臨界単糸数＝６００／Ｄ （ａ）
０．６×１０^４／Ｄ^２＜Ｎ＜６×１０^５／Ｄ^２ （ｂ）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である。）
［９］ 炭素繊維の平均繊維長が１〜１００ｍｍである［１］〜［８］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
［１０］ 熱可塑性樹脂部材Ｙが炭素繊維を含有する［１］〜［９］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
［１１］ ２次元ランダムに配向した不連続炭素繊維を含む繊維強化成形体Ｘ、又は２次元ランダムに配向した不連続炭素繊維を含む熱可塑性樹脂部材Ｙの少なくともいずれか一方に、エネルギーダイレクターが一体化されたものであって、
エネルギーダイレクター部分の炭素繊維体積割合（Ｖｆ）が、該エネルギーダイレクターが一体化している、繊維強化成形体Ｘ又は熱可塑性樹脂部材Ｙの炭素繊維体積割合（Ｖｆ）よりも低い［１］〜［１０］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
［１２］ 繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂がポリアミド６であって、繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂のガラス転移温度±１００℃の範囲内において、繊維強化成形体Ｘの粘弾性測定によるｔａｎδの最大値が、０．０２〜０．１である［１］〜［１１］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
［１３］ 炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む、接合面ｘを有する繊維強化成形体Ｘであって、繊維強化成形体Ｘは、超音波印加されて繊維強化プラスチック接合体の製造に利用され、
（１）繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂のガラス転移温度±１００℃の範囲内において、繊維強化成形体Ｘの粘弾性測定によるｔａｎδの最大値が、繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂の粘弾性測定によるｔａｎδの最大値の７０％未満であり、
（２）接合面ｘにエネルギーダイレクターを有し、
（３）超音波印加される繊維強化成形体Ｘの印加面が平滑であり、
エネルギーダイレクターが、以下（４）乃至（６）を満たす山形状エネルギーダイレクターである、繊維強化成形体Ｘ。
（４）山形状エネルギーダイレクターは、その麓部から頂部に至る間に凸状部を有する。
（５）山形状エネルギーダイレクターは、頂部から麓部に向かい、接合面方向のエネルギーダイレクター断面面積が増加する遷移区間を有する。
（６）遷移区間におけるエネルギーダイレクター横断面の面積の変化量が、接合方向に対して垂直方向に１ｍｍ当たり０．１ｍｍ^２以上である。
なお、本発明は上記［１］〜［１３］に関するものであるが、参考のためその他の事項（たとえば下記１．〜１３．に記載した事項など）についても記載した。

１．炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含み、接合面ｘを有する繊維強化成形体Ｘと、接合面ｙを有する熱可塑性樹脂部材Ｙとを、繊維強化成形体Ｘに超音波印加し、接合面ｘと接合面ｙとを介して溶着させた繊維強化プラスチック接合体であって、
（１）繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂のガラス転移温度±１００℃の範囲内において、繊維強化成形体Ｘの粘弾性測定によるｔａｎδの最大値が、繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂の粘弾性測定によるｔａｎδの最大値の７０％未満であり、
（２）接合面ｘと接合面ｙの少なくともいずれか一方に、エネルギーダイレクターを有し、
（３）超音波印加される繊維強化成形体Ｘの印加面が平滑である、繊維強化プラスチック接合体。
２．繊維強化成形体Ｘは炭素繊維１００重量部に対し、熱可塑性樹脂を３質量部〜１０００質量部含む前記１に記載の繊維強化プラスチック接合体。
３．繊維強化成形体Ｘは炭素繊維束を含む前記１〜２のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体。
４．繊維強化成形体Ｘに含まれる炭素繊維は、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）と臨界単糸数未満の炭素繊維束（Ｂ１）および／または炭素繊維単糸（Ｂ２）とが混在し、炭素繊維束（Ａ）の繊維全量に対する割合が２０〜９９体積％であり、さらに、上記炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が、下記式の条件を満たす前記１〜３のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体。
臨界単糸数＝６００／Ｄ（ａ）
０．６×１０^４／Ｄ^２＜Ｎ＜６×１０^５／Ｄ^２（ｂ）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である。）
５． 炭素繊維の平均繊維長が１〜１００ｍｍである前記１〜４のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体。
６． 熱可塑性樹脂部材Ｙが炭素繊維を含有する前記１〜５のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体。
７． ２次元ランダムに配向した不連続炭素繊維を含む繊維強化成形体Ｘ、又は２次元ランダムに配向した不連続炭素繊維を含む熱可塑性樹脂部材Ｙの少なくともいずれか一方に、エネルギーダイレクターが一体化されたものであって、
エネルギーダイレクター部分の炭素繊維体積割合（Ｖｆ）が、該エネルギーダイレクターが一体化している、繊維強化成形体Ｘ又は熱可塑性樹脂部材Ｙの炭素繊維体積割合（Ｖｆ）よりも低い前記１〜５のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体。
８． エネルギーダイレクターが、以下（４）乃至（６）を満たす山形状エネルギーダイレクターである、前記１〜７いずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体。
（４）山形状エネルギーダイレクターは、その麓部から頂部に至る間に凸状部を有する。
（５）山形状エネルギーダイレクターは、頂部から麓部に向かい、接合面方向のエネルギーダイレクター断面面積が増加する遷移区間を有する。
（６）遷移区間におけるエネルギーダイレクター横断面の面積の変化量が、接合方向に対して垂直方向に１ｍｍ当たり０．１ｍｍ^２以上である。
９． 前記山形状エネルギーダイレクターの稜線は、曲率半径が０．１〜２ｍｍである円弧である前記８に記載の繊維強化プラスチック接合体。
１０． 前記山形状エネルギーダイレクターの投影面積が、接合後の溶着部分の投影面積の２５〜１０５％である前記８〜９のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体。
１１． 繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂がポリアミド６であって、繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂のガラス転移温度±１００℃の範囲内において、繊維強化成形体Ｘの粘弾性測定によるｔａｎδの最大値が、０．０２〜０．１である前記１〜１０のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体。
１２． 炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含み、接合面ｘを有する繊維強化成形体Ｘと、接合面ｙを有する熱可塑性樹脂部材Ｙとを、繊維強化成形体Ｘに超音波印加し、接合面ｘと接合面ｙとを介して溶着する繊維強化プラスチック接合体の製造方法であって、
（１）繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂のガラス転移温度±１００℃の範囲内において、繊維強化成形体Ｘの粘弾性測定によるｔａｎδの最大値が、繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂の粘弾性測定によるｔａｎδの最大値の７０％未満であり、
（２）接合面ｘと接合面ｙの少なくともいずれか一方に、エネルギーダイレクターを有し、
（３）超音波印加される繊維強化成形体Ｘの印加面が平滑である、
繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
１３． 炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む、接合面ｘを有する繊維強化成形体Ｘであって、繊維強化成形体Ｘは、超音波印加されて繊維強化プラスチック接合体の製造に利用され、
（１）繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂のガラス転移温度±１００℃の範囲内において、繊維強化成形体Ｘの粘弾性測定によるｔａｎδの最大値が、繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂の粘弾性測定によるｔａｎδの最大値の７０％未満であり、
（２）接合面ｘにエネルギーダイレクターを有し、
（３）超音波印加される繊維強化成形体Ｘの印加面が平滑である、
繊維強化成形体Ｘ。

本発明の繊維強化プラスチック接合体は、特定の粘弾性強度を有する繊維強化成形体に、超音波印加を行うことで、優れた生産性、接合強度および、意匠性を有する。

超音波溶着時の模式図。 （測定雰囲気の）温度と、繊維強化成形体Ｘのｔａｎδの関係を示した模式図。 繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂として、ポリアミドを用いた際の、各種サンプルの「温度−ｔａｎδ」の測定結果。 エネルギーダイレクターの例を示す模式図。 山形状エネルギーダイレクターの、麓部から頂部中央に至る間に凸状部を有する形状の模式図。 （ａ）（ｂ）超音波印加開始する際の、エネルギーダイレクターの形状の違いによる、エネルギーダイレクター高さの違い及び繊維強化成形体Ｘと熱可塑性樹脂部材Ｙとの間の距離を示した模式図。（ｃ）（ｄ）図面左側のエネルギーダイレクターの部分に、１回目の超音波溶着を行った後の模式図。（ｅ）図面右側のエネルギーダイレクターの部分に、２回目の超音波溶着を行った後、寸法安定性が良好な接合体の例。（ｆ）図面右側のエネルギーダイレクターの部分に、２回目の超音波溶着を行った後、寸法安定性が悪くなる接合体の例。 （ａ）（ｂ）超音波印加開始する際の、エネルギーダイレクターの形状の違いによる、エネルギーダイレクター高さの違い及び繊維強化成形体Ｘと熱可塑性樹脂部材Ｙとの間の距離を示した模式図。（ｃ）寸法安定性が良好な接合体の例。（ｄ）寸法安定性が悪い接合体の例。 エネルギーダイレクターの遷移区間（１１０）を示す模式図。 （ａ）（ｂ）（ｃ）本発明におけるエネルギーダイレクターの例を示した模式図。 本発明におけるエネルギーダイレクターの立体図（一例）の模式図。 本発明の一例であるプリン状のエネルギーダイレクターを示した模式図。 本発明の一例である四角錘状のエネルギーダイレクターを示した模式図。 エネルギーダイレクターの一例を示した模式図。 （ａ）スポット溶着の例を示した模式図。（ｂ）超音波溶着の溶着ホーンの共振体の表面が平滑なものを用いて超音波溶着した例を示した模式図。 超音波溶着に用いる溶着ホーンの大きさ、山形状エネルギーダイレクターの大きさと個数の例を示した模式図で、接合方向から見たもの。なお、エネルギーダイレクターは繊維強化成形体Ｘと熱可塑性樹脂部材Ｙとの間に存在するので通常見えないが、便宜上、溶着ホーンに対するエネルギーダイレクターの大きさと個数が見えるように描いている。

１．繊維強化成形体Ｘ
本発明における繊維強化成形体Ｘは、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含むものである。

１．１ 炭素繊維
炭素繊維については特に限定は無いが、具体的にはＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維を挙げることができる。中でもＰＡＮ系炭素繊維は軽量であるため構造材の軽量化などに好適に用いることができる。なお、炭素繊維は単独で用いても、２種以上の炭素繊維を併用して使用しても構わない。炭素繊維の形態はとくに限定されず、連続繊維、不連続繊維のいずれでもよい。

炭素繊維が連続繊維の場合は、編物、織物の形態であっても、一方向に配列させてシート状にした、いわゆるＵＤシートであってもよい。ＵＤシートの場合は、各層の繊維配列方向が互いに交差するよう多層に積層（例えば直交方向に交互に積層）したものを使用することもできる。連続繊維の平均繊維径は、通常、５〜２０μｍが適当である。

また、不連続の炭素繊維の場合には、炭素繊維は熱可塑性樹脂中の特定方向に配向していてもよく、平面内に２次元的に無秩序に分散していてもよく、３次元的に無秩序に分散した状態のいずれでもよい。炭素繊維は、その平均繊維径としては５〜２０μｍ、平均繊維長としては１〜１００ｍｍのものを用いることができる。

炭素繊維は、一つの繊維強化成形体Ｘ中に、連続繊維のものと不連続繊維のものとを組み合わせて用いてもよい。また、連続繊維を含む一つの繊維強化成形体と、不連続繊維を含む他の繊維強化成形体とを積層するなどして組合せられていてもよい。

炭素繊維が不連続であって、２次元的に無秩序に分散している場合、後述するプレス成形によって得られた繊維強化成形体Ｘを得ることになるが、炭素繊維は湿式抄造してシート状にしたものでもよく、不連続の炭素繊維が分散して重なるように配置させてシート状あるいはマット状（以下、あわせてマットということがある）にしたものであってもよい。この場合の平均繊維径は５〜２０μｍ、平均繊維長は好ましくは１〜１００ｍｍ、より好ましくは３〜１００ｍｍ、更に好ましくは１０〜１００ｍｍ、中でも１２〜５０ｍｍがより一層好ましい。後者のマットでは、マット中に含まれる炭素繊維の平均繊維長が重要であり、平均繊維長が１ｍｍより長い場合、炭素繊維としての役割を容易に果たすことができ、十分な強度が得られやすい。逆に平均繊維長が１００ｍｍより短い場合、成形する時の流動性が良好となり、望む成形体が得られやすい。

本発明では、炭素繊維が綿状に絡み合うなどして、炭素繊維の長軸方向がＸＹＺの各方向においてランダムに分散している３次元等方性の炭素繊維マットであっても良いが、後述するプレス成形を用いる場合、炭素繊維が上記平均繊維長の範囲のものであって、実質的に２次元ランダムに配向しているマット（以下、ランダムマットという）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、繊維強化プラスチックの面内方向において一方向のような特定方向ではなく無秩序に配向しており、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状態を言う。このランダムマットを用いて得られる繊維強化成形体Ｘ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。

上記ランダムマットでは、炭素繊維の全部またはほとんどが単糸状に開繊した状態で存在していてもよいが、ある本数以上の単糸が集束した繊維束と単糸またはそれに近い状態の繊維束が所定割合で混在している等方性ランダムマットとしたものが特に好ましい。このような等方性ランダムマットおよびその製造法については、国際出願第２０１２／１０５０８０号パンフレット、特開２０１３−４９２９８号公報の明細書に詳しく記載されている。

上述した好適なランダムマットは、下記式（ａ）で定義される臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）と臨界単糸数未満の炭素繊維束（Ｂ１）および／または炭素繊維単糸（Ｂ２）とが混在する等方性ランダムマットであって、該等方性ランダムマットにおける炭素繊維束（Ａ）の繊維全量に対する割合が２０〜９９Ｖｏｌ％、好ましくは３０〜９０Ｖｏｌ％、であり、さらに、上記炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が、下記式（ｂ）を満たすものである。

臨界単糸数＝６００／Ｄ （ａ）
０．６×１０^４／Ｄ^２＜Ｎ＜６×１０^５／Ｄ^２ （ｂ）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である。）
炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が０．６×１０^４／Ｄ^２以下の場合、高い炭素繊維体積割合（Ｖｆ）のものを得ることが困難となり、優れた強度を有する繊維強化プラスチックを得るのが困難になる。また、炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が６×１０^５／Ｄ^２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。さらに、このようなランダムマットを用いた繊維強化プラスチックは、その表面に凸部を形成することが容易であるという利点を有する。より好ましい平均繊維数（Ｎ）の範囲は、０．６×１０^４／Ｄ^２＜Ｎ＜１×１０^５／Ｄ^２である。

１．２ 炭素繊維の平均繊維径
本発明に用いる繊維強化成形体Ｘにおいて、炭素繊維の平均繊維径は５〜２０μｍ、中でも５〜１２μｍが好ましい。具体的には、繊維強化プラスチックを構成する炭素繊維の平均繊維径が５〜７μｍの場合、上記式（ａ）定義される臨界単糸数は８６〜１２０本となる。そして、炭素繊維の平均繊維径が５μｍの場合、炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数は２４０〜２４０００本未満の範囲となるが、好ましくは２４０〜４０００本、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。また、炭素繊維の平均繊維径が７μｍの場合、炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数は１２２〜１２２４５本となるが、１２２〜２０４０本が好ましく、中でも１５０〜１５００本であることが好ましく、より好ましくは２００〜８００本である。

１．３ 炭素繊維の長さ
繊維強化成形体Ｘに含まれる炭素繊維の長さは、接合後の繊維強化プラスチック接合体における、繊維強化成形体Ｘに該当する箇所の炭素繊維の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、例えば、無作為に抽出した１００本の繊維の繊維長をノギス等により１ｍｍ単位まで測定し、その平均を求める方法が採用される。炭素繊維の好ましい平均繊維長は上述した通りである。前記ランダムマットの場合、単一の繊維長の炭素繊維で構成してもよく、異なる繊維長の炭素繊維が混在しても構わない。

炭素繊維の平均繊維長は、ロータリーカッター等で炭素繊維を一定長に切断して用いた場合は、そのカット長が平均繊維長にあたり、これは数平均繊維長でもあり、重量平均繊維長でもある。個々の炭素繊維の繊維長をＬｉ、測定本数をｊとすると、数平均繊維長（Ｌｎ）と重量平均繊維長（Ｌｗ）とは、以下の式（２），（３）により求められる（一定カット長の場合は、数平均繊維長（Ｌｎ）の計算式（２）で重量平均繊維長（Ｌｗ）を算出していることにもなる）。

Ｌｎ＝ΣＬｉ／ｊ ・・・式（２）
Ｌｗ＝（ΣＬｉ^２）／（ΣＬｉ） ・・・式（３）
なお、本発明における平均繊維長の測定は、数平均繊維長であっても、重量平均繊維長であっても良い。

さらに、繊維強化成形体Ｘは、異なる配列状態の炭素繊維が含まれていてもよい。

異なる配列状態の炭素繊維が含まれる態様としては、例えば、（ｉ）繊維強化成形体Ｘの面内方向に配列状態が異なる炭素繊維が配置されている態様、（ｉｉ）繊維強化成形体Ｘの厚み方向に配列状態が異なる炭素繊維が配置されている態様を挙げることができる。

また、基材が複数の層からなる積層構造を有する場合には、（ｉｉｉ）各層に含まれる炭素繊維の配列状態が異なる態様を挙げることができる。さらに、上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）の各態様を複合した態様も挙げることができる。

１．４ 炭素繊維の目付
繊維強化成形体Ｘは、炭素繊維の目付けが２５〜１００００ｇ／ｍ^２の範囲であって、上記式（ａ）で定義される臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）について、炭素繊維全量に対する割合が上記範囲にあり、かつ炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が上記式（ｂ）を満たすことにより、繊維強化成形体Ｘの複合材料としての成形性と機械強度のバランスが良好となる。炭素繊維の目付量は、２５ｇ／ｍ^２〜４５００ｇ／ｍ^２以下であることが好ましい。

１．５ 熱可塑性樹脂
１．５．１ 熱可塑性樹脂の種類
繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂に特に限定はないが、例えば、塩化ビニル系樹脂、塩化ビニリデン系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン系樹脂（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン系樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、各種の熱可塑性ポリアミド系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリエチレンナフタレート系樹脂、ポリブチレンナフタレート系樹脂、ボリブチレンテレフタレート系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、ポリ乳酸系樹脂などが挙げられる。なかでも、ナイロン（熱溶融性ポリアミド）、ポリカーボネート、ポリオキシメチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂等が挙げられる。

なかでも、コストと物性との兼ね合いから、ナイロン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィドからなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましい。また、ナイロン（以下「ＰＡ」と略記することがある）としては、ＰＡ６（ポリカプロアミド、ポリカプロラクタム、ポリε−カプロラクタムとも称される）、ＰＡ２６（ポリエチレンアジパミド）、ＰＡ４６（ポリテトラメチレンアジパミド）、ＰＡ６６（ポリヘキサメチレンアジパミド）、ＰＡ６９（ポリヘキサメチレンアゼパミド）、ＰＡ６１０（ポリヘキサメチレンセバカミド）、ＰＡ６１１（ポリヘキサメチレンウンデカミド）、ＰＡ６１２（ポリヘキサメチレンドデカミド）、ＰＡ１１（ポリウンデカンアミド）、ＰＡ１２（ポリドデカンアミド）、ＰＡ１２１２（ポリドデカメチレンドデカミド）、ＰＡ６Ｔ（ポリヘキサメチレンテレフタルアミド）、ＰＡ６Ｉ（ポリヘキサメチレンイソフタルアミド）、ＰＡ９１２（ポリノナメチレンドデカミド）、ＰＡ１０１２（ポリデカメチレンドデカミド）、ＰＡ９Ｔ（ポリノナメチレンテレフタラミド）、ＰＡ９Ｉ（ポリノナメチレンイソフタルアミド）、ＰＡ１０Ｔ（ポリデカメチレンテレフタラミド）、ＰＡ１０Ｉ（ポリデカメチレンイソフタルアミド）、ＰＡ１１Ｔ（ポリウンデカメチレンテレフタルアミド）、ＰＡ１１Ｉ（ポリウンデカメチレンイソフタルアミド）、ＰＡ１２Ｔ（ポリドデカメチレンテレフタラミド）、ＰＡ１２Ｉ（ポリドデカメチレンイソフタルアミド）、ポリアミドＭＸＤ６（ポリメタキシリレンアジパミド）からなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましい。これらの熱可塑性樹脂は、必要に応じて、安定剤、難燃剤、顔料、充填剤等の添加剤を含んでも差し支えない。これらの熱可塑性樹脂は１種類のみであってもよく、２種類以上であってもよい。２種類以上の熱可塑性樹脂を併用する態様としては、例えば、相互に軟化点又は融点が異なる熱可塑性樹脂を併用する態様や、相互に平均分子量が異なる熱可塑性樹脂を併用する態様等を挙げることができるが、この限りではない。

１．５．２ 熱可塑性樹脂の含有量
繊維強化成形体Ｘにおける熱可塑性樹脂の含有量としては、炭素繊維１００重量部に対し、３〜１０００重量部であることが好ましい。熱可塑性樹脂が炭素繊維１００重量部に対し３重量部以上では含浸が十分になり、ドライの炭素繊維が増加せずに好ましい。また１０００重量部を超えない場合は、炭素繊維が十分に含まれるため構造材料として安定する。

１．６ 炭素繊維体積割合（Ｖｆ）
本発明における繊維強化成形体Ｘにおいて、下記式（１）で定義される炭素繊維体積割合（以下、単に「Ｖｆ」ということがある）に特に限定は無いが、炭素繊維体積割合（Ｖｆ）は、１０〜７０Ｖｏｌ％であることが好ましい。

Ｖｆ＝１００×炭素繊維体積／（炭素繊維体積＋熱可塑性樹脂体積） 式（１）
炭素繊維の体積割合が１０Ｖｏｌ％以上の場合、所望の機械物性が得られやすい。一方、７０Ｖｏｌ％以下の場合、熱可塑性樹脂が十分になり、ドライの炭素繊維が増加せずに好ましい。繊維強化成形体Ｘ中における炭素繊維体積割合（Ｖｆ）のより好ましい範囲は２０〜６０Ｖｏｌ％であり、さらに好ましい範囲は３０〜５０Ｖｏｌ％である。

１．７ 繊維強化成形体Ｘの厚み
本発明に用いられる繊維強化成形体Ｘの厚みは特に限定されるものではないが、通常、０．０１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内が好ましく、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内がより好ましく、０．１〜５ｍｍの範囲内が更に好ましく、１〜５ｍｍの範囲内がより一層好ましい。

なお、本発明に用いられる繊維強化成形体Ｘが複数の層が積層された構成を有する場合、上記厚みは各層の厚みを指すのではなく、各層の厚みを合計した繊維強化成形体Ｘ全体の厚みを指すものとする。

本発明に用いられる繊維強化成形体Ｘは、単一の層からなる単層構造を有するものであってもよく、又は複数層が積層された積層構造を有するものであってもよい。

繊維強化成形体Ｘが積層構造を有する態様としては、同一の組成を有する複数の層が積層された態様であってもよく、又は互いに異なる組成を有する複数の層が積層された態様であってもよい。また、積層構造を有する態様としては、相互に炭素繊維の配列状態が異なる層が積層された態様であってもよい。このような態様としては、例えば、炭素繊維が一方向配列している層と、炭素繊維が２次元ランダム配列している層を積層する態様を挙げることができる。

３層以上が積層される場合には、任意のコア層と、当該コア層の表裏面上に積層されたスキン層とからなるサンドイッチ構造としてもよい。

１．８ 繊維強化成形体Ｘに含まれる他の剤
また、本発明で用いる繊維強化成形体Ｘ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、安定剤、離型剤、顔料、軟化剤、可塑剤、界面活性剤等の添加剤を含んでいてもよい。また、繊維強化成形体Ｘには、本発明の目的を損なわない範囲において、熱可塑性樹脂に加えて、熱硬化性樹脂を併用しても良い。

１．９ 繊維強化成形体Ｘのより好ましい形態
本発明で使用する特に好適な繊維強化成形体Ｘは、平均繊維長が３〜１００ｍｍ、とりわけ１０〜１００ｍｍ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繊維強化成形体Ｘであって、当該繊維強化樹脂成形体Ｘは、
（ｉ）厚さ０．５〜５ｍｍのシート状であり、
（ｉｉ）炭素繊維が面内方向にランダムに配置されており、
（ｉｉｉ）全体の目付けが２５〜４５００ｇ／ｍ^２の範囲であり、
（ｉｖ）全炭素繊維に対する下記式（ａ）で定義される臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）の割合が５０〜９０Ｖｏｌ％であり、しかも、
（ｖ）炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（ｃ）を満たす、
臨界単糸数＝６００／Ｄ（ａ）
０．７×１０^４／Ｄ^２＜Ｎ＜１×１０^５／Ｄ^２（ｃ）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
ものが挙げられる。

２．繊維強化成形体Ｘの製造方法
本発明における繊維強化成形体Ｘを製造する具体的な方法としては、射出成形、押出成形、プレス成形などが挙げられる。プレス成形の場合、繊維強化成形体Ｘは成形直前に加熱して可塑化し、金型へ導入する。

２．１ 射出成形
射出成形の場合には、従来公知の方法を用いることができるが、例えば、長繊維ペレット、すなわち溶融した熱可塑性樹脂を所定の粘度に調整し連続繊維状の炭素繊維に含浸させた後、３〜１０ｍｍに切断する工程で得られたペレットを用いて射出成形機で所定の形状に製造する方法が挙げられる。

射出成形によって繊維強化成形体Ｘを得た場合、成形体Ｘ中に炭素繊維が平均繊維長０．０１ｍｍ以上の長さで分散しているものが好ましく、より好ましくは平均繊維長０．１ｍｍ以上、更に好ましくは平均繊維長０．４ｍｍ以上の長さで分散しているものである。

残存する炭素繊維の平均繊維長の上限に特に制限は無く、用途や採用される成形方法による。例えば、易含浸性炭素繊維束の周囲に熱可塑性樹脂を被覆したストランドをストランドカッターにてペレット状にして成形用材料として用いて射出成形により得られた成形体については、炭素繊維の平均繊維長１０ｍｍ以下程度が一般的であり、熱可塑性樹脂による含浸された度合が高い炭素繊維束ほど、射出成型時に折損が起きやすいことから、平均繊維長が２ｍｍ以下の場合も多い。

２．２ プレス成形
本発明で用いる繊維強化成形体Ｘをプレス成形により製造するには、例えば、連続繊維が一方向配列したＵＤシートあるいは不連続繊維からなる抄造シート、上記ランダムマット等を、いずれも、熱可塑性樹脂を含む状態で、単層または複数積層して加熱加圧し、それらのシートまたはマット中に存在する熱可塑性樹脂を溶融させ繊維間に含浸させることで熱可塑性樹脂をマトリクスとする繊維強化成形体Ｘを製造することができる。この場合の熱可塑性樹脂は、炭素繊維のシートまたはマットの製造時に供給したものでもよいが、炭素繊維からなるシートまたはマットの製造後に、シートまたはマットの少なくとも一方の面に熱可塑性樹脂からなる層（フィルム、不織布、シート等）を積層し、これらを加熱加圧し、シートまたはマット中に熱可塑性樹脂を含浸させることによっても製造することができる。

より具体的には、プレス成形により製造する場合、例えば金型内に、連続繊維のストランドを並行に引き揃えた一方向配列シート（ＵＤシート）、織物、上述した等方性のランダムマットを設置し、ついで熱可塑性樹脂を注入し溶融含浸させたり加熱溶融した熱可塑性樹脂を注入し含浸させたのち、冷却する方法が挙げられる。また、熱可塑性樹脂として、そのフィルム等を炭素繊維と一緒に金型内に配置して加熱し、プレスする方法も挙げられる。また、前記したような、熱可塑性樹脂を包含する等方性ランダムマットを所定の温度に設定した金型内に入れ、プレスする方法も好ましい。加熱温度としては熱可塑性樹脂の溶融温度＋１５℃以上かつ分解温度−３０℃の範囲がよい。

本発明では、上述した熱可塑性樹脂を含む等方性ランダムマットをプレス成形することにより、繊維強化成形体Ｘを製造すると生産性、等方性に優れるので好ましい。等方性ランダムマットを用いて得られた繊維強化成形体Ｘは、所望の形状に形成したり、表面性が維持向上される。

具体的には、熱可塑性樹脂の軟化点＋３０℃以上の温度に加熱してやわらかくしたのち、金型内に配置して加圧する。その際、加圧条件としては０．１〜２０ＭＰａ、好ましくは０．２〜１５ＭＰａ、さらに０．５〜１０ＭＰａの圧力をかけることが好ましい。圧力が０．１ＭＰａ未満の場合、等方性ランダムマットを十分に押し切れず、スプリングバックなどが発生し素材強度が低下することがある。また圧力が２０ＭＰａを超える場合、例えば等方性ランダムマットが大きい場合、きわめて大きなプレス機が必要となり、経済的に好ましくない場合がある。また加圧中の加熱条件としては、金型内の温度としては、熱可塑性樹脂の種類によるが、溶融した熱可塑性樹脂が冷却されて固化し、繊維強化プラスチックが形作られるために、熱可塑性樹脂が結晶性の場合は結晶溶解温度、非晶性の場合はガラス転移温度、それぞれより２０℃以下であることが好ましい。例えばナイロンの場合には、通常１２０〜１８０℃であり、好ましくは１２５〜１７０℃であり、さらにより好ましくは１３０〜１６０℃である。

なお、熱可塑性樹脂のガラス転移温度は、走査型示差熱量計（ＤＳＣ）を用いて、測定パンに樹脂をいれ、これを窒素気流中で、１０℃／分で３０℃から３００℃まで昇温した後（１ｓｔ−ｒｕｎ）、３０℃まで−１０℃／分で冷却し、再度１０℃／分で３０℃から３００℃まで昇温した（２ｎｄ−ｒｕｎ）。２ｎｄ−ｒｕｎでベースラインが低温側から偏奇し始める温度をガラス転移温度（Ｔｇ）として、求めることができる。

３．熱可塑性樹脂部材Ｙ
次に、本発明における熱可塑性樹脂部材Ｙについて述べる。

３．１ 熱可塑性樹脂部材Ｙに含まれる熱可塑性樹脂
上記熱可塑性樹脂部材Ｙ（以下、単に部材Ｙと称することがある）に含まれる熱可塑性樹脂としては、少なくとも超音波溶着により接合する事が可能であれば特に制限はないが、具体例としては、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ＡＢＳ、アクリル樹脂などの汎用プラスチック類、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエステル（ＰＥＴ、ＰＢＴ等）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）などのエンジニアリングプラスチック類、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン、熱可塑性ポリイミド、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリアミドイミド等のスーパーエンジニアリングプラスチック類を挙げることができる。これらの熱可塑性樹脂は１種類のみであってもよく、２種類以上であってもよい。２種類以上の熱可塑性樹脂を併用する態様としては、例えば、相互に軟化点又は融点が異なる熱可塑性樹脂を併用する態様や、相互に平均分子量が異なる熱可塑性樹脂を併用する態様等を挙げることができるが、この限りではない。

また、本発明では、特に接合強度と軽量性のバランスの点から、繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂と同一の熱可塑性樹脂を含んだ部材Ｙであることが好ましい。

３．２ 熱可塑性樹脂部材Ｙに含まれる強化繊維
部材Ｙには、強化繊維として、ガラス繊維、炭素繊維などの無機繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維などの有機繊維を含んでいてもよい。

部材Ｙに含まれる強化繊維は、目的に応じて、繊維強化成形体Ｘに含まれる炭素繊維と同じ炭素繊維であってもよいし、異なっていてもよいが、生産上の点から同じ炭素繊維であることが好ましい。

３．３ 部材Ｙに強化繊維を含む場合の熱可塑性樹脂の含有量
部材Ｙに強化繊維を含む場合、熱可塑性樹脂の含有量は、樹脂の種類や強化繊維の種類等に応じて適宜決定することができるものであり特に限定されるものではないが、通常、強化繊維１００質量部に対して３質量部〜１０００質量部の範囲内である。より好ましくは３０〜２００重量部、更に好ましくは３０〜１５０重量部、更に好ましくは３５〜１００重量部である。熱可塑性樹脂が強化繊維１００重量部に対し３重量部未満では、下記で述べる製造方法における含浸が不十分なドライの強化繊維が増加してしまうことがある。また１０００重量部を超えると強化繊維が少なすぎて構造材料として不適切となることが多い。本発明における繊維強化成形体Ｘと部材Ｙにおいて、熱可塑性樹脂と強化繊維との割合は、同じであってもよく、用途の応じて異なっていてもよいが、生産上の点から同じ割合であることが好ましい。

３．４ 部材Ｙに含まれる炭素繊維の形態
本発明における部材Ｙに含まれる強化繊維が炭素繊維の場合、平均繊維長や開繊度などの繊維形態は、上述した繊維強化成形体Ｘに含まれる形態と同じであっても、異なっていてもよいが、生産上の点から同じ形態であることが好ましい。

３．５ 部材Ｙに含まれるその他の剤
本発明で用いる部材Ｙ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、安定剤、離型剤、顔料、軟化剤、可塑剤、界面活性剤等の添加剤を含んでいてもよい。また、部材Ｂには、本発明の目的を損なわない範囲において、熱可塑性樹脂に加えて、熱硬化性樹脂を併用しても良い。

４．部材Ｙの製造方法
部材Ｙの製造方法に特に限定はなく、従来使用されている射出成形やプレス成形が適宜用いられる。部材Ｙに炭素繊維を含む場合には、前述した「繊維強化成形体Ｘの製造方法」と同様の製造方法が好ましく用いられる。
５．接合面
本発明における繊維強化成形体Ｘと熱可塑性部材Ｙは、それぞれ接合面ｘと接合面ｙを有する。接合面ｘ（図１のｘ）と接合面ｙ（図１のｙ）は、超音波溶着後して接合体となったときに互いに接している面である。従って、繊維強化プラスチック接合体は、繊維強化成形体Ｘに超音波印加された後は、接合面ｘと接合面ｙとを介して溶着される。

６．エネルギーダイレクター
本発明における繊維強化プラスチック接合体は、接合面ｘと接合面ｙの少なくともいずれか一方に、エネルギーダイレクターを有する。エネルギーダイレクターとは、例えば図１の３に示すような突起であり、エネルギーダイレクターが接合面に設けられているため、超音波による振動が集中する傾向にあるため、好適に溶着することができる。

６．１ エネルギーダイレクターの位置
本発明において繊維強化プラスチック接合体は、エネルギーダイレクターを有する繊維強化成形体Ｘと熱可塑性樹脂部材Ｙの表面同士の接合したい面（接合面ｘと接合面ｙ）を向かい合わせ（例えば図１）、その繊維強化成形体Ｘに超音波を印加、繊維強化成形体Ｘと熱可塑性樹脂部材Ｙに含まれる熱可塑性樹脂を溶融し、ついで冷却することによって熱可塑性樹脂を固化させることで、繊維強化成形体Ｘと熱可塑性樹脂部材Ｙが固定され接合が完了する。エネルギーダイレクターの役割は、超音波による振動を集中させ、より効率的に溶着を進行させることにある。

本発明におけるエネルギーダイレクターは接合面に設けられていれば、繊維強化成形体Ｘと熱可塑性樹脂Ｙのいずれの接合面（接合面ｘ、接合面ｙ）に設けられていても良い。
図１に、本発明の一例である超音波溶着による接合時の模式図を示すが、この場合は繊維強化成形体Ｘ（図１の１）の接合面ｘ側にエネルギーダイレクター（図１の３）が設けられている。

また、エネルギーダイレクターは、超音波印加する印加面に対応する位置に設けることが好ましい。

６．２ エネルギーダイレクターの炭素繊維体積割合（Ｖｆ）
本発明における繊維強化プラスチック接合体は、２次元ランダムに配向した不連続炭素繊維を含む繊維強化成形体Ｘ、又は２次元ランダムに配向した不連続炭素繊維を含む熱可塑性樹脂部材Ｙの少なくともいずれか一方に、エネルギーダイレクターが一体化されて製造したものであって、エネルギーダイレクター部分の炭素繊維体積割合（Ｖｆ）が、該エネルギーダイレクターが一体化している、繊維強化成形体Ｘ又は熱可塑性樹脂部材Ｙの炭素繊維体積割合（Ｖｆ）よりも低いことが好ましい。

以下、エネルギーダイレクターが繊維強化成形体Ｘ、又は熱可塑性樹脂部材Ｙに一体化されたものについて、それぞれ説明する。

６．２．１ 繊維強化成形体Ｘと一体化されている場合
本発明における繊維強化プラスチック接合体は、エネルギーダイレクターが繊維強化成形体Ｘと一体化された場合、エネルギーダイレクター部分の炭素繊維体積割合（Ｖｆ）は、繊維強化成形体Ｘ全体の炭素繊維体積割合（Ｖｆ）よりも低いことが好ましい。

繊維強化成形体Ｘに含まれる炭素繊維が不連続繊維であって、２次元方向にランダムに配向している場合、炭素繊維の存在が繊維強化プラスチック接合体の接合強度に貢献することはほとんど無い。これは、板厚方向に配向している炭素繊維が少ないため、繊維強化成形体Ｘと熱可塑性樹脂部材Ｙとを橋渡しする繊維が少ないためであると考えている。仮に、熱可塑性樹脂部材Ｙに炭素繊維が存在していたとしても、繊維強化成形体Ｘに含まれる炭素繊維が２次元方向にランダム配向している以上、繊維強化成形体Ｘと熱可塑性樹脂部材Ｙに含まれる炭素繊維同士は、互いにほとんど絡み合わない。

したがって、接合強度（溶着強度）は、主に繊維強化成形体Ｘと熱可塑性樹脂部材Ｙに含まれる熱可塑性樹脂が互いに溶着することにより発揮される。そこで、エネルギーダイレクター部分に熱可塑性樹脂を多く含ませる、すなわち、ネルギーダイレクター部分の炭素繊維体積割合（Ｖｆ）を一体化した繊維強化成形体Ｘの全体の炭素繊維体積割合（Ｖｆ）に比べて低くすることで、超音波印加後の接合強度の安定性を向上させることができる。なお、接合強度の安定性評価の方法については後述する。

６．２．２ 熱可塑性樹脂部材Ｙと一体化されている場合
熱可塑性樹脂部材Ｙが２次元ランダムに配向した不連続炭素繊維を含んだ繊維強化プラスチック接合体であって、エネルギーダイレクターが熱可塑性樹脂Ｙと一体化された場合、エネルギーダイレクター部分の炭素繊維体積割合（Ｖｆ）は、熱可塑性樹脂Ｙ全体の炭素繊維体積割合（Ｖｆ）よりも低いことが好ましい。

上述と同様、炭素繊維が不連続繊維であって、２次元ランダムに配向している場合、炭素繊維の存在が接合強度に貢献することはほとんど無いためである。エネルギーダイレクター部分に熱可塑性樹脂を多く含ませることで、超音波印加後の接合強度の安定性が向上する。

６．３ エネルギーダイレクターの形状
本発明におけるエネルギーダイレクターの形状に特に限定は無いが、好ましい形状については「１３．山形状のエネルギーダイレクター」で述べる。
６．４ エネルギーダイレクターの個数
本発明におけるエネルギーダイレクターの個数は特に制限なく、適宜必要な個数を設ければ良い。ただし、接合後の溶着部分の投影面積を調整するための、好ましいエネルギーダイレクターの個数に関しては後述する。

７．超音波溶着
本発明の繊維強化プラスチック接合体は、接合面ｘを有する繊維強化成形体Ｘと、接合面ｙを有する熱可塑性樹脂部材Ｙとを、繊維強化成形体Ｘに超音波印加し、接合面ｘと接合面ｙとを介して溶着させたものである。

すなわち、図１に示すように、繊維強化成形体Ｘ（図１の１）と熱可塑性樹脂部材Ｙ（図１の２）の表面同士の接合したい部分（接合面ｘと接合面ｙ）を向かい合わせ、その接合面へ繊維強化成形体Ｘ側（図１の紙面上側）から超音波を印加、熱可塑性樹脂を溶融、ついで冷却することによって熱可塑性樹脂を固化させることで、繊維強化成形体Ｘと熱可塑性樹脂部材Ｙが固定され接合が完了する。

本発明における超音波溶着とは、溶着ホーン（図１の４）と呼ばれる共振体を繊維強化成形体Ｘに押し付けると共に、この共振体から高周波の機械的振動を加え、繊維強化成形体Ｘに伝えられた機械的振動を摩擦熱に変換し、被接合体の一部を溶融する事で、被接合体同士を溶着する方法であり、例えば超音波溶着機（ブランソン社製、製品名：２０００Ｘｄｔ）を用いて行うことができる。

ここで、超音波印加して溶着させる制御因子としては、超音波の振幅、超音波の印加時間、サンプルを押し付ける圧力等がある。超音波の振幅、超音波の印加時間、サンプルを押し付ける圧力が上がる程、接合強度が上がる傾向にあるが、装置の使用、求めるサイクルタイム等を鑑みて、適宜制御することができる。

本発明の繊維強化プラスチック接合体を得る場合の、超音波溶着時の制御条件としては、溶着時間、振幅、加圧力などがあるが、好ましい条件としては、溶着時間は０．１〜５秒、振幅は３０〜１００μｍ、加圧力は５００〜２０００Ｎの範囲であると良い。溶着における生産性から、溶着時間０．５〜２秒、加圧力５００〜１５００Ｎの範囲がより好ましい。

また、超音波溶着の際、被接合体の位置を固定して溶着位置を固定する場合、アンビルと称する治具を用いてもよい。

８．繊維強化成形体Ｘの粘弾性測定によるｔａｎδ
８．１ ｔａｎδの値
本発明では、繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂のガラス転移温度±１００℃の範囲内において、繊維強化成形体Ｘの粘弾性測定によるｔａｎδの最大値が、繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂の粘弾性測定によるｔａｎδの最大値の７０％未満である。

超音波印加により発生する振動は、超音波の印加対象である成形体そのものを振動させる。この振動により溶着を行うので、超音波印加による溶着を効率的に行うためには超音波印加による成形体の振動をいかに減衰させないかが重要になる。本発明における超音波印加は、溶着ホーンとの接触箇所の熱可塑性樹脂を溶融させることなく、被接合間を局所的に振動させて加熱溶融させなければならない（図１）。従って、溶着ホーンと被接合体との接触面を溶融させる従来技術（特許文献１）であるスポット溶着の場合は、本発明における振動減退という課題は存在しないか、あるいは振動減衰の影響は極めて軽微である。

したがって、繊維強化成形体Ｘの粘弾性測定におけるｔａｎδは振動の減衰性能を意味し、一般的に貯蔵弾性率を損失弾性率で除算したものであり損失正接と呼ばれ、これを制御するのが超音波溶着にとって大きな意味を持つ。

熱可塑性樹脂のみで作成された成形体に超音波印加して溶着した場合、ｔａｎδの値が大きすぎて超音波印加による成形体の振動は減衰してしまう。これに対して、本発明における繊維強化成形体Ｘは、繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂のガラス転移温度±１００℃の範囲内において、繊維強化成形体Ｘの粘弾性測定によるｔａｎδの最大値が、繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂の粘弾性測定によるｔａｎδの最大値の７０％未満であるため、超音波の減衰を抑制する事ができ、短時間で、また板厚が厚い繊維強化成形体Ｘでも超音波溶着を実施できる様になる。

なお、繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂のガラス転移温度±１００℃の範囲内とは、結晶性樹脂の場合、融点（Ｔｍ）までの間に、加えられた超音波が減衰しないことを意味している。

好ましい繊維強化成形体Ｘの粘弾性測定によるｔａｎδの最大値は、繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂の粘弾性測定によるｔａｎδの最大値の５５％以下であり、より好ましくは５０％以下であり、更に好ましくは４５％未満である。

また、繊維強化成形体のｔａｎδは温度依存性があり、一般的な繊維強化成形体は例えば図２に示すような挙動を示す。

８．２ 繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂がポリアミド６の場合
繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂がポリアミド６の場合、繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂のガラス転移温度±１００℃の範囲内における、繊維強化成形体Ｘの粘弾性測定によるｔａｎδの最大値が０．０２〜０．１の範囲のとき、超音波の減衰を抑制する事ができ、短時間で、また厚膜品でも超音波溶着を実施できる様になる。

ｔａｎδの最大値が０．１以下の場合、超音波による振動の減衰が小さくなるため、短時間での超音波溶着が容易になり、とりわけ厚膜品では超音波溶着が困難にならない。逆に、ｔａｎδの最大値が０．０２以上である成形体Ｘは炭素繊維が大量に含まれていないため、超音波溶着時に熱可塑性樹脂の流動性が良好となり、溶着効率が上がる。好ましい成形体のｔａｎδの最大値は０．０５〜０．０９であり、更に好ましくは０．０５〜０．０８であり、より一層好ましくは０．０５〜０．０７である。

８．３ 繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂がポリカーボネートの場合
繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂がポリカーボネートの場合、繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂のガラス転移温度±１００℃の範囲内における、繊維強化成形体Ｘの粘弾性測定によるｔａｎδの最大値が０．６〜１．０の範囲のとき、超音波の減衰を抑制する事ができ、短時間で、また厚膜品でも超音波溶着を実施できる様になる。

ｔａｎδの最大値が１．０以下の場合、超音波による振動の減衰が小さくなるため、短時間での超音波溶着が容易になり、とりわけ厚膜品では超音波溶着が困難にならない。逆に、ｔａｎδの最大値が０．６以上である成形体Ｘは炭素繊維が大量に含まれていないため、超音波溶着時に熱可塑性樹脂の流動性が良好となり、溶着効率が上がる。好ましい成形体のｔａｎδの最大値は０．７〜０．９である。

８．４ 繊維強化成形体Ｘの粘弾性測定によるｔａｎδの最大値の制御法
繊維強化成形体Ｘの粘弾性測定によるｔａｎδの最大値の制御法に特に制限は無いが、具体的には炭素繊維の含有量、引張強度等の機械強度、炭素繊維の有するアスペクト比などが挙げられる。アスペクト比は（炭素繊維の繊維長）／（炭素繊維の繊維径）で求める事ができるが、炭素繊維を束にする事により炭素束を疑似的に大きくしても構わない。通常は、炭素繊維の含有量が大きいほど、機械強度が大きいほど、アスペクト比が大きいほど、ｔａｎδの最大値の値は小さくなる傾向になる。言い換えると、炭素繊維を開繊して繊維強化成形体Ｘを作製した場合、前述した平均繊維数（Ｎ）が増加すると、繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂のガラス転移温度±１００℃の範囲内において、ｔａｎδの最大値が増加する傾向にある。

９．繊維強化成形体Ｘの印加面
本発明における繊維強化成形体Ｘの印加面は平滑である。

ここで、印加面が平滑とは、印加面がエネルギーダイレクターの最大高さ以上の変動が無いものをいう。例えば、エネルギーダイレクターの高さが２００μｍのとき、２００μｍ以上印加面が変動しない状態を、平滑な印加面とする。印加面が平滑であることにより、作成した接合体の意匠性が向上し、超音波印加を効率的に行うことができる。

１０．接合形態
本発明の繊維強化プラスチック接合体は、繊維強化成形体Ｘと部材Ｙが接合してなるものであるが、接合形態は、１つの繊維強化成形体Ｘに部材Ｙ以外の他の１つの部材が接合されていてもよく、他の２以上の部材が接合されていてもよい。さらには、複数の繊維強化成形体Ｘに他の複数の部材Ｙが接合されていてもよい。接合部の形状としては、一直線型、Ｔ型、Ｌ型、Ｖ型、Ｘ型、Ｆ型、Ｅ型、Ｈ型、Ａ型、Ｙ型、コの字型等を挙げることができる。

１１．接合強度
本発明の繊維強化プラスチック接合体における接合強度は、引張せん断強度で３０ＭＰａ以上である事が好ましい。引張せん断強度が３０ＭＰａを下回る場合、構造部材等に用いるのに十分な強度を得られにくい。

１２．接合体の外観
本発明における超音波溶着を用いた場合、スポットで溶着された接合体と比べて表面意
匠性が向上する。すなわち、スポットで溶着された接合体には、凹部として直径３ｍｍ前
後の穴がどうしても発生する。一方、本発明における超音波溶着は被接合体に接触する溶
着ホーンと呼ばれる共振体の表面が平滑であるため、このような凹部は存在せず、超音波
溶着面は実質的に平滑な表面を有している。スポット溶着した場合の模式図を図１４（ａ）に示す。図１４の４’がスポット溶着用の溶着ホーンであるが、溶着ホーンの表面が平滑であるものを用いた場合（図１４（ｂ））に比べて表面意匠性が悪化する。

１３．山形状のエネルギーダイレクター
次に、山形状のエネルギーダイレクターを使用した場合について説明する。

以下、「１３．山形状のエネルギーダイレクター」の欄において、山形状のエネルギーダイレクターは、いずれも上記「１〜１２」で述べてきたエネルギーダイレクターの一例であり、単に「エネルギーダイレクター」と称した場合は、特に言及しない限り、山形状のものであって、以下の（４）〜（５）を満たすものを指すものとする。

（４）山形状エネルギーダイレクターは、その麓部から頂部に至る間に凸状部を有する。

（５）山形状エネルギーダイレクターは、頂部から麓部に向かい、接合面方向のエネルギーダイレクター断面面積が増加する遷移区間を有する。

（６）遷移区間におけるエネルギーダイレクター横断面の面積の変化量が、接合方向に対して垂直方向に１ｍｍ当たり０．１ｍｍ^２以上である。

１３．１ 本発明における更なる課題
上述の特許文献２（日本国特開２０１３−２３３７２９号公報）ではエネルギーダイレクター自体の表又は裏に空隙を設ける技術が開示されている。また、一般的に樹脂と樹脂を超音波溶着する際、エネルギーダイレクターを集中的に振動・溶着させるために、エネルギーダイレクターの先端は、図９（ａ）に示すような鋭角の三角形の形状をしているものがほとんどである（例えば上述した特許文献３「日本国特開２００７−３１３７７８」）。近年、より接合強度に優れた接合体を、効率よく製造することが求められている。

しかしながら、特許文献２に記載されているエネルギーダイレクターでは、エネルギーダイレクターの頂部から麓部にかけての、エネルギーダイレクター横断面の面積変化が必ずしも大きくなく、エネルギーダイレクターを高効率で振動・溶融することが難しい。また、空隙を設けた部分を有するため、接合体の強度は必ずしも高いものでは無い。

また、特許文献３に記載されている先端が鋭角なエネルギーダイレクターの溶着体積を大きくして溶着強度（接合強度）を向上させようとした場合、エネルギーダイレクターの麓部から頂部に至る間に凸状部を有しておらず、エネルギーダイレクターの高さがどうしても高くなり、作製する接合体の寸法安定的が不安定となる。

したがって、本発明の更なる目的は、生産性、接合強度、及び寸法安定性に優れる、繊維強化プラスチック接合体を提供することである。

１３．２ 山形状エネルギーダイレクターを用いた場合の効果
本発明の繊維強化プラスチック接合体は、特定のエネルギーダイレクター形状を用いて超音波溶着を行うことで、優れた生産性、接合強度を維持したまま、寸法安定性を向上させることができる。

１３．３ 山形状エネルギーダイレクターを実施するための形態
１３．３．１ エネルギーダイレクター
本発明におけるエネルギーダイレクターは、接合面ｘと接合面ｙの少なくともいずれか一方の接合面に存在し、以下（４）乃至（６）を満たすことが好ましい。
（４）山形状エネルギーダイレクターは、その麓部から頂部に至る間に凸状部を有する。
（５）山形状エネルギーダイレクターは、頂部から麓部に向かい、接合面方向のエネルギーダイレクター断面面積が増加する遷移区間を有する。
（６）遷移区間におけるエネルギーダイレクター横断面の面積の変化量が、接合方向に対して垂直方向に１ｍｍ当たり０．１ｍｍ^２以上である。

１３．３．２ 山形状エネルギーダイレクターの形状
本発明におけるエネルギーダイレクターは、山形状エネルギーダイレクターであって、その麓部から頂部に至る間に凸状部を有することが好ましい。

山形状とは、例えば台形、半円形、弧形（円、楕円の一部）など、裾部から頂部に向かって断面が小さくなる断面形状をいう。山形状の具体例を図５に示す。

山形状エネルギーダイレクターの形状は、半球状又は球冠状が好ましい。ここで、「球冠」とは、球や楕円球を一平面で切ったときの曲面部分を意味し、球や楕円球の中心点から隔てた位置で球を平面で切断した場合における、球の中心を含まない小さな体積のほうの部分である（例えば図４の（ｂ）や図１０（ａ）の形状）。

また、山形状エネルギーダイレクターは、その麓部から頂部に至る間に凸状部を有する。一例としては、図５に示すようなエネルギーダイレクターがあり、麓部（図５の１０５）と頂部（図５の１０６）を有し、麓部から頂部にかけて直線（図５の１０８）を引いた場合、図５の１０９で示す凸状部が存在する。ここで円錐台のような明確な頂点（最頂部）がない、図４の（ｃ）、図１１のような山形状のエネルギーダイレクターの場合、麓部から頂部の中央をめがけて直線を引けばよい。

同じ溶着体積を形成する場合、凸状部が無いエネルギーダイレクターと比較して、凸状部があるものは、エネルギーダイレクターの高さが低くなる。それゆえ、溶着前後で繊維強化成形体Ｘと、熱可塑性樹脂部材Ｙの相対的な位置関係があまり変化しない。結果、超音波印加開始の際にＸとＹとの相対的な位置関係が離れている場合に比べて、接合体の寸法と形状安定性が向上する。

例えば、図６に示すように、２カ所を２回に分けて超音波溶着する場合には、寸法安定性の良し悪しを観察できる。例えば、図６の（ａ）に示すような凸状部を有する山形状のエネルギーダイレクターを用い、左側のエネルギーダイレクター付近を超音波溶着した後（図６の（ｃ））に右側のエネルギーダイレクター付近を超音波溶着して順次溶着した場合、寸法安定性が良好であり、図６の（ｅ）のような接合体が得られる。一方、例えば図６の（ｂ）のように、エネルギーダイレクターの体積は図６（ａ）のエネルギーダイレクターと同一であるが、高さが高いエネルギーダイレクターは、超音波溶着開始時に繊維強化成形体Ｘと熱可塑性樹脂部材Ｙとの相対的な位置関係が離れているために、左側のエネルギーダイレクター付近を超音波溶着した後、右側のエネルギーダイレクター付近を超音波溶着すると図６（ｆ）のように寸法安定性が悪化した接合体となってしまう。図６（ｆ）の１で示された繊維強化成形体Ｘは曲がって接合されているのに対し、図６（ｅ）の１で示された繊維強化成形体Ｘでは曲がっていない。

特に、Ｌの字状に曲がった繊維強化成形体Ｘと熱可塑性樹脂部材Ｙを、２回に分けて超音波溶着する場合には寸法安定性の良し悪しがより顕著に表れる。例えば図７（ａ）に示すような凸状部を有する山形状のエネルギーダイレクターを用いて紙面上側から超音波溶着した後に紙面右側から超音波溶着して順次溶着した場合、寸法安定性が良好であり、図７（ｃ）のような接合体が得られる。一方、例えば図７（ｂ）のように、エネルギーダイレクターの体積は図７（ａ）のエネルギーダイレクターと同一であるが、高さが高いものは、超音波溶着開始時に繊維強化成形体Ｘと熱可塑性樹脂部材Ｙとの相対的な位置関係が離れているために、紙面上側から超音波溶着した後、紙面右側から超音波溶着すると図７（ｄ）のように寸法安定性が悪化した接合体となってしまう。

凸状部（例えば図５の１０９）の好ましい体積は、エネルギーダイレクターの全体体積の５％以上を占めれば上記効果を奏しやすく、７％以上であればより好ましい。

１３．３．３ エネルギーダイレクターの断面面積
本発明における好ましい形態である山形状エネルギーダイレクターは、頂部から麓部に向かい、接合面方向のエネルギーダイレクター断面面積が増加する遷移区間を有することが好ましい。図８の（ａ）〜（ｅ）に遷移区間（図８の１１０）を例示する。

本発明では、遷移区間におけるエネルギーダイレクター横断面の面積の変化量が、接合方向に対して垂直方向に１ｍｍ当たり０．１ｍｍ^２以上であると好ましい。

遷移区間におけるエネルギーダイレクターの横断面の面積の変化量が、接合方向に対して垂直方向に０．１ｍｍ^２以下である図９（Ｃ）のような円柱状のエネルギーダイレクターを設けてしまうと、エネルギーダイレクターを局所的に振動・溶融することが難しくなる。

好ましい遷移区間におけるエネルギーダイレクター横断面の面積の変化量は、接合面方向に対して垂直方向に１ｍｍ当たり０．５ｍｍ^２以上であり、より好ましくは１ｍｍ当たり１ｍｍ^２以上であり、更に好ましくは１ｍｍ当たり１．５ｍｍ^２以上であり、より一層好ましくは１ｍｍ当たり１．７ｍｍ^２以上であり、最も好ましくは１ｍｍ当たり２．０ｍｍ^２以上である。

１３．３．４ 好ましいエネルギーダイレクターの形状
本発明における好ましい形態である山形状エネルギーダイレクターは、頂部（最頂点）に向かう稜線の曲率半径が０．１〜２ｍｍの円弧であるものが好ましく、例えば図４（ａ）、図（ｂ）のようなエネルギーダイレクターが好ましい。

エネルギーダイレクターの曲率半径がこの範囲にある時、効率的に溶着を進行する事ができる。曲率半径が０．１ｍｍ以上である場合、１個のエネルギーダイレクターが小さくなり、大面積を溶着する際に非常に多くのエネルギーダイレクターが必要とならず、成形が容易となる。逆に曲率半径が２ｍｍ以下である場合、エネルギーダイレクターの頂部が鈍すぎず、溶着時間が長時間にならないので好ましい。より好ましい曲率半径は０．５〜１．３ｍｍであり、さらに好ましくは０．５〜０．８ｍｍである。

なお、この時、山形状エネルギーダイレクターの形状は、半球状又は球冠状であることが好ましい。

１３．３．５ 好ましいエネルギーダイレクターの投影面積
本発明における好ましい形態である山形状エネルギーダイレクターの投影面積は、接合後の溶着部分の投影面積の２５〜１０５％であることが好ましい。ここでいう山形状エネルギーダイレクターの投影面積とは、山形状エネルギーダイレクターの接合面垂直方向から見たエネルギーダイレクター部分の投影面の面積を指す。溶着部分の投影面積とは、繊維強化プラスチック接合体となった際の、接合面垂直方向から見た溶着部分の投影面の面積を指す。

接合後の溶着部分の投影面積に対する、山形状エネルギーダイレクターの投影面積の割合は、溶着ホーンの大きさに対する、山形状エネルギーダイレクターの大きさや、山形状エネルギーダイレクターの個数によって調整できる。図１５（ａ）（ｂ）は超音波溶着の溶着ホーンの大きさと、山形状エネルギーダイレクターの大きさと数を模式的に示したものである。溶着ホーンの直下（図１５の１１１）はエネルギーダイレクター（図１５の１）が溶けることにより、溶着部分（図１５の１１２で示された溶着面積）となる。例えば、図１５（ａ）のように、山形状エネルギーダイレクターの数を多くした場合は、図１５（ｂ）に比べて、山形状エネルギーダイレクターの投影面積は、接合後の溶着部分の投影面積に対して、相対的に大きくなる。

エネルギーダイレクターの投影面積が上記範囲にある時、成形性と溶着性のバランスが取れる様になる。エネルギーダイレクターの投影面積が、溶着部分の投影面積の２５％以上である場合、複数のエネルギーダイレクターを併設した場合に、互いの距離が長くならず、隙間なく溶着部分を形成しやすい。逆に、１０５％以下の場合、溶着に伴う溶着樹脂を十分に受けきれるので、外部に巨大なバリとして排出する可能性が低くなる。好ましい山形状エネルギーダイレクターの投影面積は、接合後の溶着部分の３５〜９５％であり、更に好ましくは４０〜９０％であり、より一層好ましくは５０〜８０％である。

以下に実施例を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。

１．評価方法
本実施例における各値は、以下の方法に従って求めた。
（１）繊維長の測定
（プレス成形して得られた成形体に含まれる繊維の平均繊維長の測定）
炭素繊維の平均繊維長の測定は、成形板から無作為に抽出した１００本の繊維の繊維長をノギスにより１ｍｍ単位まで測定し、測定した全ての炭素繊維の長さ（Ｌｉ）から、式（３）により平均繊維長（Ｌａ）を求めた。なお、式（３）は重量平均繊維長の計算方法であるが、ロータリーカッターで一定長にカットした場合は、数平均繊維長（上述の式（２））で計算した値と一致する。

Ｌａ＝（ΣＬｉ^２）／（ΣＬｉ） 式（３）
（射出成形して得られた成形体に含まれる繊維の平均繊維長の測定）
得られた成形体から２０ｍｍ×１０ｍｍの試験片を切出し、５５０℃にて１．５時間有酸素雰囲気下で加熱し樹脂成分を燃焼除去した。残った炭素繊維を界面活性剤入りの水に投入し、超音波振動により十分に攪拌させた。攪拌させた分散液を計量スプーンによりランダムに採取し評価用サンプルを得て、ニレコ社製画像解析装置Ｌｕｚｅｘ ＡＰにて、繊維数３０００本の長さを計測し、長さ平均を算出し、成形体中における炭素繊維の重量平均繊維長を求めた。
（２）成形板の繊維束分析は、ＷＯ２０１２／１０５０８０パンフレットに記載の方法に準じて実施した。
（３）繊維強化プラスチック接合体の引張せん断強度は、自動車技術会１９８７年３月発行（The Society of Automotive Engineers of Japan （JSAE）） Ｎｏ．Ｍ４０６−８７に従って測定した。具体的に、引張せん断強度は、試験片のサイズが２５ｍｍ×１００ｍｍ×２．５ｍｍ、引張速度５ｍｍ／秒で行った。
（４）繊維強化成形体Ｘの粘弾性測定によるｔａｎδは、ＪＩＳ Ｋ７２４４−５（１９９９年度）に従って測定した。測定時の振動モードの周波数は１００Ｈｚとし、繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂のガラス転移点±１００℃の範囲での最大値を求めた。
（５）炭素繊維体積割合（Ｖｆ）
下記式（１）の定義式に基づいて、繊維強化成形体中の炭素繊維体積割合（Ｖｆ）を求めた。

Ｖｆ＝１００×炭素繊維体積／（炭素繊維体積＋熱可塑性樹脂体積） 式（１）
なお、エネルギーダイレクター部分のＶｆに関しては、成形体からエネルギーダイレクターを１００個切り出して、同じように測定する。
（６）超音波溶着後の寸法安定性の評価は、以下の指標で行った。

図７（ａ）（ｂ）に示すような屈曲部を有する成形体Ｘと部材Ｙにおいて、屈曲部を挟んだ両側を図７（ａ）（ｂ）の紙面上側から成形体Ｘに超音波溶着した後、紙面右側から成形体Ｘに超音波溶着を順次行う。

◎（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ）：成形体Ｘの屈曲部のひずみがほとんどない。

○（Ｇｏｏｄ）：成形体Ｘの屈曲部のひずみが多少確認される。

△（Ｂｅｔｔｅｒ）：成形体の屈曲部のひずみが多く観察されたもものの、用途によっては使用可能な場合もある。

×（Ｂａｄ）：成形体Ｘの屈曲部のひずみが大きく、接合前の成形体Ｘの形状から乖離あるいは、屈曲部に近接するエネルギーダイレクターの溶け残りが著しい。
（７）溶着部分の投影面積
得られた繊維強化プラスチック接合体に関し、熱可塑性樹脂部材Ｙを剥がして目視により、接合面垂直方向から観察し、超音波を印加した後の溶着面積中の最も長い軸を長辺として、長辺に直交する軸を短辺としてそれぞれ定規で１０分の１ｍｍの単位まで測定した後、楕円面積として算出した。
（９）超音波溶着の安定性評価
３０か所の超音波溶着を連続して行い、以下の基準で評価した。

ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ：全ての箇所で問題なく超音波溶着できたか、欠陥が発生したとしても１カ所であった。

ｇｏｏｄ：２〜４か所で、超音波溶着が完全に完了しておらず、エネルギーダイレクターの溶け残りが確認された。

ｂａｄ：５か所以上で、超音波溶着が完全に完了しておらず、エネルギーダイレクターの溶け残りが確認された。

２．製造例
以下、各サンプルの製造例について説明する。

２．１ 製造例１
炭素繊維として、平均繊維長３０ｍｍにカットした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（平均繊維径７μｍ）を使用し、熱可塑性樹脂として、ユニチカ社製のナイロン６樹脂Ａ１０３０（ガラス転移温度５０℃）を用いて、ＷＯ２０１２／１０５０８０パンフレットに記載された方法に基づき、炭素繊維目付け１８００ｇ／ｍ^２、ナイロン６樹脂目付け１５００ｇ／ｍ^２、である等方的に炭素繊維が配向した、ナイロン６樹脂を含有する炭素繊維マットを作成した。また、炭素繊維の繊維長は３０ｍｍとなるようにカットするようにした。

ナイロン６樹脂に関しては、（ユニチカ株式会社製「Ａ１０３０ＢＲＦ―ＢＡ」）を用い、カーボンブラック（オイルファーネスカーボンブラック、キャボットジャパン株式会社製、「ＢＬＡＣＫ ＰＥＡＲＬＳ ８００」、平均１次粒子径１７ｎｍ、イオウ含有量０．５ｗｔ％）を混合したマスターバッチを用意し、このマスターバッチとナイロン６樹脂ペレットをコンパウンドし、カーボンブラックを１．８重量％となるように混合した後に、粉砕加工したものを使用した。

カットした炭素繊維は、ナイロン６樹脂の混合体を帯状に堆積させた。そして、定着ネット上に、炭素繊維と熱可塑性樹脂が混合されたマット状の等方性基材を得た。かかる等方性基材中の炭素繊維は、二次元ランダムに分散、配向していた。

この等方性基材を、上部に凹部を有する金型を用いて２６０℃に加熱したプレス装置にて、２．０ＭＰａにて５分間加熱し、厚さ２．３ｍｍの平板の成形板を得た。この成形板中の炭素繊維は、単糸状のものと一部が開繊された繊維束状のものとが混在していた。炭素繊維は、成形板中の平面方向に等方的に分散していた。臨界単糸数８６であり、平均繊維数は８８０、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。

得られた成形板を３９０ｍｍ×３９０ｍｍの大きさに切り出し、１２０℃の熱風乾燥機で４時間乾燥した後、赤外線加熱機により成形板の温度を２８０℃まで昇温した。図１の３に示すような球冠状のエネルギーダイレクターを形成するように彫り込まれた金型を準備し、この金型を１４０℃に設定し、上記加熱した成形板を同金型内に導入した。ついで、プレス圧力５ＭＰａで１分間加圧し、４００×４００×２．３ｍｍの平板状の成形体（Ｉ）を得た。これを、２５ｍｍ×１００ｍｍにカットした。エネルギーダイレクターは球冠状で、曲率半径０．５７ｍｍ、高さ０．３ｍｍであった。

また、エネルギーダイレクター部分を１００個削りだし、切り出した部分のＶｆを測定した平均は１３％であった。結果を表１に示す。

２．２ 製造例２
炭素繊維目付け１２００ｇ／ｍ^２、ナイロン６樹脂目付け１５００ｇ／ｍ^２とした以外は製造例１と同様にして、炭素繊維体積割合を３４％とした成形体（ＩＩ）を製造した。結果を表１に示す。

２．３ 製造例３
炭素繊維目付け６００ｇ／ｍ^２、ナイロン６樹脂目付け１５００ｇ／ｍ^２とした以外は製造例１と同様にして、炭素繊維体積割合を２０％とした成形体（ＩＩＩ）を製造した。結果を表１に示す。

２．４ 製造例４
炭素繊維として、平均繊維長２０ｍｍにカットした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を１００重量部と、熱可塑性樹脂として、ユニチカ社製のナイロン６樹脂Ａ１０３０を３２０重量部とを、二軸混練押出機に投入し、混練して繊維強化樹脂組成物を作成した。この樹脂組成物中の炭素繊維は、単糸状になっており、炭素繊維体積割合は１７％であった。得られた繊維強化樹脂組成物を用い、日本製鋼所製１１０ｔｏｎ電動射出成形機（日本製鋼社製ＪＳＷ１８０Ｈ）を用い、１００×１００ｍｍの金型に導入して１００×１００×２．３ｍｍの成形体（ＩＶ）を製造した。エネルギーダイレクターは射出成形時に一体成形し、エネルギーダイレクターのＶｆを実施例１と同様に測定したところ、１５％であった。また、炭素繊維は、繊維長が０．９ｍｍであった。結果を表１に示す。

２．５ 製造例５
含浸助剤として、芳香族縮合リン酸エステルであるビスフェノールＡ ビス（ジフェニルホスフェート）（大八化学株式会社製；ＣＲ―７４１）を用い、これを不揮発分１２質量％にエマルジョン化した溶液内に、炭素繊維束としてＰＡＮ系炭素繊維フィラメント（東邦テナックス社製ＳＴＳ４０）を通過させた後、ニップロールにて過剰に付着した溶液を取り除き、更にその後、１８０℃に加熱された熱風乾燥炉内を２分間かけて通過させ、乾燥させた。上記処理により得られた易含浸性炭素繊維束を、出口径３ｍｍの電線被覆用クロスヘッドダイを用いて、ポリカーボネート（帝人株式会社製：Ｌ−１２２５Ｙ）で被覆し、これを長さ６ｍｍに切断し、炭素繊維体積割合が２５％、直径３．２ｍｍ、長さ６ｍｍの、射出成形に適した芯鞘型ペレットである成形用材料を得た。この成形用材料を、日本製鋼所製１１０ｔｏｎ電動射出成形機（Ｊ１１０ＡＤ）を用い、１００×１００ｍｍの金型に導入して１００×１００×２．３ｍｍの成形体（Ｖ）を製造した。エネルギーダイレクターは射出成形時に一体成形した。

成形体（Ｖ）の炭素繊維体積割合は２５％であり、エネルギーダイレクターのＶｆを実施例１と同様に測定したところ、２３％であった。成形体中に含まれる、平均繊維長は０．９ｍｍであった。結果を表１に示す。

２．６ 製造例６
芯鞘型ペレットの炭素繊維体積割合を１５％にしたこと以外は、製造例５と同様にして、成形体（ＶＩ）を得た。結果を表１に示す。

２．７ 製造例７
用いた樹脂をポリカーボネート（帝人株式会社製：Ｌ−１２２５Ｙ）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、成形体（ＶＩＩ）を得た。結果を表１に示す。

２．８ 製造例８
エネルギーダイレクターをプレス成形時に一体成形せず、平板状の成形板に炭素繊維強化樹脂を射出成形することでエネルギーダイレクターを作成したこと以外は、製造例１と同様にして、成形体（ＶＩＩＩ）を得た。成形体（ＶＩＩＩ）全体のＶｆ、エネルギーダイレクター部分のＶｆはともに４３％であった。結果を表１に示す。

２．５ 参考製造例１
炭素繊維目付け１５０ｇ／ｍ^２、ナイロン６樹脂目付け１５００ｇ／ｍ^２とし、炭素繊維体積割合を６％とした以外は製造例１と同様にして成形板（ＩＸ）を製造した。結果を表１に示す。

２．５ 参考製造例２
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を使用し、熱可塑性樹脂として、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／ｍ^２、ナイロン樹脂目付１５００ｇ／ｍ^２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、印加面が凹形状になるような成形型を用いてプレス装置にて、２．０ＭＰａにて５分間加熱し、ｔ＝２．３ｍｍの平板状の成形体（Ｘ）を得た。

得られた成形体（Ｘ）について、前記式（ａ）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。得られた成形体（Ｘ）の繊維体積割合は４３Ｖｏｌ％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。また、エネルギーダイレクター部分のＶｆは、成形体（Ｘ）全体のＶｆと同じ４３％であった。結果を表１に示す。

２．６ 参考製造例３
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をニードルパンチした不織布基材に、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂ＰＡ６（ナイロン６樹脂、宇部興産社製）を含浸させた中間材料を、プレス成形機にて０．１ＭＰａの圧力をかけながら２６０℃で１０分間加熱した。かかる圧縮成形により、厚さが３．０ｍｍ、Ｖｆ２８％の成形体を得た（成形体ＸＩ）。炭素繊維をカットしない連続繊維を用いたため、束の割合及び平均繊維数（Ｎ）の測定は行わなかった。

２．７ 参考製造例４
エネルギーダイレクターをプレス成形時に作製しなかった以外は、製造例１と同様にして成形体（ＸＩＩ）を製造した。結果を表１に示す。

２．８ その他
ナイロン６樹脂（ユニチカ社製Ａ１０３０）のみ、ポリカーボネート（帝人株式会社製：Ｌ−１２２５Ｙ）のみでプレス成形し、成形板を得た。上記繊維強化樹脂と同様にしてｔａｎδを求めた。結果を表１に示す。

２．９
なお、成形体（ＩＩ）、成形体（ＩＶ）、ナイロン６樹脂のみを、それぞれSample1、Sample2、Sample3 として、ｔａｎδを測定したときのグラフを図３に示す。
３．以下、山形状エネルギーダイレクターの形状を変えて成形体を製造した。

３．１ 製造例２０１
平均繊維数は４２０になるように調整したこと以外は実施例１と同様にして、図４（ｂ）に示すような球冠状のエネルギーダイレクターを複数形成するように彫り込まれた金型を準備し、この金型を１４０℃に設定し、上記加熱した成形板を同金型内に導入した。ついで、プレス圧力５ＭＰａで１分間加圧し、４００×４００×２．３ｍｍの成形体を得た。ここから、エネルギーダイレクターを含むように２５ｍｍ×１００ｍｍにカットした成形体（Ｘ２０１）を切出した。成形体に設けられたエネルギーダイレクターの曲率半径、高さ、体積、断面積変化量の値を表３に示す。

また、寸法安定性の評価のために、別途図７（ａ）の１に示す成形体（Ｘ２０１’）も準備した。

なお、接合後の溶着部分の投影面積に対する、山形状エネルギーダイレクターの投影面積の割合は、６７％となるように、溶着ホーンの大きさに対して、山形状エネルギーダイレクターの個数を調整して設計した。

３．２ 製造例２０２
エネルギーダイレクターの形状を図４（ｃ）、図１１に示すプリン状にしたこと以外は、製造例１と同様にして成形体（Ｘ２０２）と成形体（Ｘ２０２’）を得た。

３．３ 製造例２０３
表３に示した球冠状のエネルギーダイレクターを用いたこと以外は、製造例２０１と同様にして成形体（Ｘ２０３）と成形体（Ｘ２０３’）を得た。

３．４ 製造例２０４
表３に示した球冠状のエネルギーダイレクターを用いたこと以外は、製造例２０１と同様にして成形体（Ｘ２０４）と成形体（Ｘ２０４’）を得た。

３．５ 製造例２０５
表３に示した半球状のエネルギーダイレクターを用いたこと以外は、製造例２０１と同様にして成形体（Ｘ２０５）と成形体（Ｘ２０５’）を得た。

３．６ 製造例２０６
表３に示したプリン状のエネルギーダイレクターを用いたこと以外は、製造例２０２と同様にして成形体（Ｘ２０６）と成形体（Ｘ２０６’）を得た。

３．７ 製造例２０７
山形状エネルギーダイレクターの個数を減らすことで、溶着部分の投影面積に対するエネルギーダイレクターの投影面積の割合を３０％に設計する以外は、製造例２０１と同様にして、成形体（Ｘ２０７）と成形体（Ｘ２０７’）を得た。

３．８ 製造例２０８
山形状エネルギーダイレクターの個数をさらに減らすことで、溶着部分の投影面積に対するエネルギーダイレクターの投影面積の割合を２０％に設計したこと以外は、製造例２０１と同様にして、成形体（Ｘ２０８）と成形体（Ｘ２０８’）を得た。

３．９ 製造例２０９
エネルギーダイレクターを図１０（ｂ）に示す形状とし、表３に示した高さ、体積、断面積変化量となるように設計したこと以外は、製造例２０１と同様にして、成形体（Ｘ２０９）と成形体（Ｘ２０９’）を得た。

３．１０ 製造例２１０
エネルギーダイレクターの形状を図９（ａ）のような断面を有するにしたこと（図１２のような四角錘形状のエネルギーダイレクター）以外は、製造例１と同様にして成形体（Ｘ２１０）を得た。また、寸法安定性評価のために図７（ｂ）の１に示す成形体（Ｘ２１０’）を得た。図９（ａ）、図１２に示すように、製造例２１０で用いた山形状エネルギーダイレクターは、その麓部から頂き部に至る間に凸状部は存在しない。

３．１１ 製造例２１１
エネルギーダイレクターの形状を図９（ｂ）のような断面を有するにしたこと（図１３のような形状のエネルギーダイレクター）以外は、製造例１と同様にして成形体（Ｘ２１１）を得た。また、寸法安定性評価のために図７（ｂ）の１に示す成形体（Ｘ２１１’）を得た。図９（ｂ）、図１３に示すように、製造例２１１で用いた山形状エネルギーダイレクターは、その麓部から頂き部に至る間に凸状部は存在しない。

３．１１ 参考製造例３０１
エネルギーダイレクターを設けなかったこと以外は、製造例Ｘ２０１と同様として成形体（Ｙ３０１）を得た。また、寸法安定性評価のために図７（ａ）の２に示す成形体（Ｙ３０１’）も同様に作製した。
５．各実施例と比較例
５．１ 実施例１
成形体（Ｉ）と成形体（ＸＩＩ）とを図１に示すように重ね、超音波溶着機（ＢＲＡＮＳＯＮ製、２０００Ｘｄｔ）を用いて、成形体（Ｉ）のエネルギーダイレクターの存在する部分に対応させて、成形体（Ｉ）側から超音波印加し、繊維強化接合体を得た。溶着条件は、溶着時間１秒、振幅６０μｍ、加圧力１ｋＮ、周波数は２０ｋＨｚであった。結果を表２に示す。

５．２ 実施例２
成形体（Ｉ）の代わりに、製造例２で得られた成形体（ＩＩ）を用いた以外は、実施例１と同様にして繊維強化プラスチック接合体を得た。結果を表２に示す。

５．３ 実施例３
成形体（Ｉ）の代わりに、製造例３で得られた成形体（ＩＩＩ）を用いた以外は、実施例１と同様にして繊維強化プラスチック接合体を得た。結果を表２に示す。

５．４ 実施例４
成形体（Ｉ）の代わりに、製造例４で得られた成形体（ＩＶ）を用いた以外は、実施例１と同様にして繊維強化プラスチック接合体を得た。結果を表２に示す。

５．５ 実施例５〜７
成形体（Ｉ）の代わりに、製造例５〜７で得られた成形体（Ｖ）、成形体（ＶＩ）、成形体（ＶＩＩ）を用いた以外は、実施例１と同様にして繊維強化プラスチック接合体を得た。結果を表２に示す。

５．５ 実施例８
成形体（Ｉ）の代わりに、製造例８で得られた成形体（ＶＩＩＩ）を用いた以外は、実施例１と同様にして繊維強化プラスチック接合体を得た。エネルギーダイレクターのＶｆが成形体（Ｉ）に比べて大きかったため、引張せん断強度が低下した。結果を表２に示す。

５．６ 実施例９
成形体（ＸＩＩ）を繊維強化成形体Ｘとし、成形体（Ｉ）を熱可塑性樹脂部材Ｙとし、成形体（Ｉ）と（ＸＩＩ）を重ねた際、成形体（Ｉ）にエネルギーダイレクターが存在する部分に対応させて、成形体（ＸＩＩ）側から超音波印加したこと以外は、実施例１と同様にして繊維強化プラスチック接合体を得た。結果を表２に示す。

５．７ 比較例１
成形体（Ｉ）の代わりに、参考製造例１で得られた成形体（ＩＸ）を用いた以外は、実施例１と同様にして繊維強化プラスチック接合体を得た。結果を表２に示す。

５．８ 比較例２
成形体（Ｉ）の代わりに、参考製造例２で得られた成形体（Ｘ）を用いた以外は、実施例１と同様にして繊維強化プラスチック接合体を得た。結果を表２に示す。なお、成形体（ＶＩ）は印加面が凹形状であったため、印加面は表面外観に劣るものであった。

５．９ 比較例３
成形体（Ｉ）の代わりに、参考製造例３で得られた成形体（ＸＩ）を用いた以外は、実施例１と同様にして繊維強化プラスチック接合体を得た。結果を表２に示す。

５．１０ 比較例４
成形体（ＸＩＩ）を２枚準備し、直径１０ｍｍの溶着ホーンを具備するブランソン社製超音波溶着機２０００ＬＰｔを用い、振動数２０ｋＨｚ、圧力０．２ＭＰａ、上部より２ｍｍ沈み込むまで約１０秒間超音波溶着を行い、片面につき３箇所、両面で６箇所行って、繊維強化プラスチック接合体を得た。溶着ホーン押当て部に穴が形成されてしまったため、外観に劣るものであった（図１４の（ａ）を参照）。

６．以下、山形状エネルギーダイレクターの形状を変えた種々の成形体を用いて接合体を作成した。

６．１ 実施例１０
成形体（Ｘ２０１）のエネルギーダイレクターを設けた面と成形体（Ｙ３０１）の２枚を、超音波溶着機にはＢＲＡＮＳＯＮ製、２０００Ｘｄｔを用いて超音波溶着した。

また、寸法安定性の評価のために成形体（Ｘ２０１’）と成形体（Ｙ３０１’）を超音波溶着した。得られた繊維強化プラスチック接合体の結果を表１に示す。

６．２ 実施例１１
成形体（Ｘ２０２）、及び成形体（Ｘ２０２’）を用いた以外は実施例１と同様にして繊維強化プラスチック接合体を得た。溶着面積の形状は楕円形状であった。結果を表１に示す。

６．３ 実施例１２〜１４
成形体（Ｘ２０３）、成形体（Ｘ２０４）、成形体（Ｘ２０５）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、それぞれ繊維強化プラスチック接合体を得た。また、寸法安定性評価のためには、成形体（Ｘ２０３’）、成形体（Ｘ２０４’）、成形体（Ｘ２０５’）を用いた。

結果を表２に示す。

６．４ 実施例１５
成形体（Ｘ２０６）、及び成形体（Ｘ２０６’）を用いた以外は実施例１と同様にして繊維強化プラスチック接合体を得た。結果を表１に示す。

６．５ 実施例１６〜１７
成形体（Ｘ２０７）、成形体（Ｘ２０８）を用いたこと以外は実施例１と同様にして繊維強化プラスチック接合体を得た。また、寸法安定性評価のためには、成形体（Ｘ２０７’）、成形体（Ｘ２０８’）を用いた。

６．６ 実施例１８
成形体（Ｘ２０９）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして繊維強化プラスチック接合体を得た。また、寸法安定性評価のためには、成形体（Ｘ２０９’）を用いた。

６．７ 実施例１９
成形体（Ｘ２１０）、及び成形体（Ｘ２１０’）を用いた以外は実施例１と同様にして繊維強化プラスチック接合体を得た。結果を表１に示す。

６．８ 実施例２０
成形体（Ｘ２１１）、及び成形体（Ｘ２１１’）を用いた以外は実施例１と同様にして繊維強化プラスチック接合体を得た。溶着面積の形状は楕円形状であった。結果を表１に示す。

本発明の繊維強化プラスチック接合体は、優れた生産性及び接合強度（溶着強度）を有しており、例えば、自動車の構造部品等の優れた溶着強度が要求される用途に用いることが可能であり、車体の軽量化などを確実なものとする。

１：繊維強化成形体Ｘ
２：熱可塑性樹脂部材Ｙ
３：エネルギーダイレクター
４：超音波を印加する溶着ホーン
ｘ：接合面ｘ
ｙ：接合面ｙ
１０３：山形状エネルギーダイレクター
１０５：麓部
１０６：頂部
１０７：頂部までの角度
１０８：麓部から頂部に向けて引いた直線
１０９：麓部から頂部に至る間の凸状部の一例
１１０：頂部から麓部に向かい、接合面方向のエネルギーダイレクター断面面積が増加する遷移区間
１１１：溶着ホーンの直下の範囲
１１２：溶着面積

Claims (13)

1. 炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含み、接合面ｘを有する繊維強化成形体Ｘと、接合面ｙを有する熱可塑性樹脂部材Ｙとを、繊維強化成形体Ｘに超音波印加し、接合面ｘと接合面ｙとを介して溶着する繊維強化プラスチック接合体の製造方法であって、
   （１）繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂のガラス転移温度±１００℃の範囲内において、繊維強化成形体Ｘの粘弾性測定によるｔａｎδの最大値が、繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂の粘弾性測定によるｔａｎδの最大値の７０％未満であり、
   （２）接合面ｘと接合面ｙの少なくともいずれか一方に、エネルギーダイレクターを有し、
   （３）超音波印加される繊維強化成形体Ｘの印加面が平滑であり、
   エネルギーダイレクターが、以下（４）乃至（６）を満たす山形状エネルギーダイレクターである、繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
   （４）山形状エネルギーダイレクターは、その麓部から頂部に至る間に凸状部を有する。
   （５）山形状エネルギーダイレクターは、頂部から麓部に向かい、接合面方向のエネルギーダイレクター断面面積が増加する遷移区間を有する。
   （６）遷移区間におけるエネルギーダイレクター横断面の面積の変化量が、接合方向に対して垂直方向に１ｍｍ当たり０．１ｍｍ ^２ 以上である。
2. 前記遷移区間におけるエネルギーダイレクター横断面の面積の変化量が、接合面方向に対して垂直方向に１ｍｍ当たり０．５ｍｍ ^２ 以上である、請求項１に記載の繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
3. 前記山形状エネルギーダイレクターの稜線は、曲率半径が０．１〜２ｍｍである円弧である請求項１〜２いずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
4. 前記山形状エネルギーダイレクターの投影面積が、接合後の溶着部分の投影面積の２５〜１０５％である請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
5. 前記山形状エネルギーダイレクターの投影面積が、接合後の溶着部分の投影面積の３５〜９５％である請求項４に記載の繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
6. 繊維強化成形体Ｘは炭素繊維１００重量部に対し、熱可塑性樹脂を３質量部〜１０００質量部含む請求項１〜５いずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
7. 繊維強化成形体Ｘは炭素繊維束を含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
8. 繊維強化成形体Ｘに含まれる炭素繊維は、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）と臨界単糸数未満の炭素繊維束（Ｂ１）および／または炭素繊維単糸（Ｂ２）とが混在し、炭素繊維束（Ａ）の繊維全量に対する割合が２０〜９９体積％であり、さらに、上記炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が、下記式の条件を満たす請求項１〜７のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
   臨界単糸数＝６００／Ｄ （ａ）
   ０．６×１０ ^４ ／Ｄ ^２ ＜Ｎ＜６×１０ ^５ ／Ｄ ^２ （ｂ）
   （ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である。）
9. 炭素繊維の平均繊維長が１〜１００ｍｍである請求項１〜８のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
10. 熱可塑性樹脂部材Ｙが炭素繊維を含有する請求項１〜９のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
11. ２次元ランダムに配向した不連続炭素繊維を含む繊維強化成形体Ｘ、又は２次元ランダムに配向した不連続炭素繊維を含む熱可塑性樹脂部材Ｙの少なくともいずれか一方に、エネルギーダイレクターが一体化されたものであって、
    エネルギーダイレクター部分の炭素繊維体積割合（Ｖｆ）が、該エネルギーダイレクターが一体化している、繊維強化成形体Ｘ又は熱可塑性樹脂部材Ｙの炭素繊維体積割合（Ｖｆ）よりも低い請求項１〜１０のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
12. 繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂がポリアミド６であって、繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂のガラス転移温度±１００℃の範囲内において、繊維強化成形体Ｘの粘弾性測定によるｔａｎδの最大値が、０．０２〜０．１である請求項１〜１１のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック接合体の製造方法。
13. 炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む、接合面ｘを有する繊維強化成形体Ｘであって、繊維強化成形体Ｘは、超音波印加されて繊維強化プラスチック接合体の製造に利用され、
    （１）繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂のガラス転移温度±１００℃の範囲内において、繊維強化成形体Ｘの粘弾性測定によるｔａｎδの最大値が、繊維強化成形体Ｘに含まれる熱可塑性樹脂の粘弾性測定によるｔａｎδの最大値の７０％未満であり、
    （２）接合面ｘにエネルギーダイレクターを有し、
    （３）超音波印加される繊維強化成形体Ｘの印加面が平滑であり、
    エネルギーダイレクターが、以下（４）乃至（６）を満たす山形状エネルギーダイレクターである、繊維強化成形体Ｘ。
    （４）山形状エネルギーダイレクターは、その麓部から頂部に至る間に凸状部を有する。
    （５）山形状エネルギーダイレクターは、頂部から麓部に向かい、接合面方向のエネルギーダイレクター断面面積が増加する遷移区間を有する。
    （６）遷移区間におけるエネルギーダイレクター横断面の面積の変化量が、接合方向に対して垂直方向に１ｍｍ当たり０．１ｍｍ ^２ 以上である。

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