JP6007137B2 - 異種材接合品及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属材又は無機材のいずれかからなる第１部材の第１接合面と、熱可塑性樹脂からなる第２部材の第２接合面とを接合して得られる異種材接合品及びその製造方法に関する。

従来より、金属材又は無機材からなる部材と、熱可塑性樹脂からなる部材とを熱溶着により接合し、いわゆる異種材接合品を得る技術が周知である。この周知技術は、低融点である熱可塑性樹脂を溶融して金属材又は無機材に付着させ、その後、冷却固化することによって両部材を接合するものである。

ところで、溶融した熱可塑性樹脂の金属材又は無機材に対する濡れ性は、さほど大きくはない。すなわち、熱可塑性樹脂は、金属材又は無機材から弾かれ易い傾向にある。従って、熱可塑性樹脂の金属材又は無機材に対する接触面積を大きくすることには困難を伴う。このような理由から、異種材接合品の接合強度を向上させることは困難であると認識されている。

しかしながら、特に構造材では、異種材接合品の接合強度が大きいことが臨まれる。そこで、特許文献１、２には、金属材の接合面に化学エッチング処理を施して微細孔を形成し、該微細孔に溶融した熱可塑性樹脂を進入させ、この状態で冷却固化することが提案されている。この場合、いわゆるアンカー効果を発現させ、これにより接合強度を向上させることを試みている。

特開２００９−２５５４２９号公報 特開２０１０−６４３９７号公報

化学エッチング処理には、エッチング液を貯留するための貯留槽や、化学エッチング処理後の廃液を処理するための処理槽をはじめとする設備が必要である。すなわち、処理のための環境の規模が大きくならざるを得ない。しかも、廃液を処理するためにコストが高騰する。その上、化学エッチング処理は長時間を要するため、異種材接合品を効率よく得ることができないという不具合が顕在化している。さらに、小形状の部材であれば多数個に対してバッチ処理を行うことが可能であるが、大形状の部材を処理する場合には処理槽として大型のものが必要となり、また、局部的な処理を行うことも困難であるためにコストが高騰する。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、接合強度に優れ、しかも、簡素な設備にて低コストで作製することが可能な異種材接合品及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、高分子材、金属材又は無機材のいずれかからなる第１部材の第１接合面と、少なくとも熱可塑性樹脂（ただし、前記高分子材と同一の樹脂を除く）を含む第２部材の第２接合面とを接合した異種材接合品において、
前記第１接合面に、ＣとＳｉを含み、Ｃ／Ｓｉ原子濃度比（ａｔｏｍｉｃ％／ａｔｏｍｉｃ％）が１を下回るとともに、溶融したナイロン−６の接触角度が２５°を下回り且つ水に対して高親水性を示す表面を有する膜が形成され、
且つ前記第２接合面に前記熱可塑性樹脂のトランスクリスタルが生成していることを特徴とする。なお、本発明においては、「疎水性」及び「親水性」を、膜の表面のＣ／Ｓｉ原子濃度比に基づく該膜における水の接触角度の大小を対比した相対的な性質として示している。さらに、親水性で水の接触角度が１０°以下の場合を「高親水性」といい、９０°以上の場合を「撥水性」という。

膜の高度に親水な表面とトランスクリスタルを対向させることにより、優れた接合強度を示す接合部を得ることができる。しかも、前記表面では、溶融したナイロン−６の接触角度が２５°を下回るので、溶融した熱可塑性樹脂に対する濡れ性に優れている。このために第１部材に対する第２部材の接触面積が大きくなる。以上のような理由から、第１部材と第２部材とが互いに剥離し難くなる。

撥水性膜が形成された第１部材と、トランスクリスタルが生成していない第２部材とを、接着剤を介して接合しても、その接合強度は小さく、しかも、撥水性膜が内部破壊を起こす。このことから、本発明において、第１部材と第２部材の間に強固な接合力が発現する理由は、高親水な表面とトランスクリスタルとの間に大きな親和力が作用するためであると推察される。

なお、第２部材の好適な例としては、強化繊維を含む繊維強化樹脂が挙げられる。

また、本発明は、高分子材、金属材又は無機材のいずれかからなる第１部材の第１接合面と、少なくとも熱可塑性樹脂（ただし、前記高分子材と同一の樹脂を除く）を含む第２部材の第２接合面とを接合する異種材接合品の製造方法において、
前記第１接合面に、ＣとＳｉを含み、Ｃ／Ｓｉ原子濃度比（ａｔｏｍｉｃ％／ａｔｏｍｉｃ％）が１を上回るとともに、該第１接合面よりも水の接触角度が大きな疎水性の撥水性膜を形成する工程と、
前記撥水性膜に対してアクチベーション処理を施すことで、該撥水性膜の表面を、Ｃ／Ｓｉ原子濃度比（ａｔｏｍｉｃ％／ａｔｏｍｉｃ％）が１を下回るとともに、溶融したナイロン−６の接触角度が２５°を下回り、且つ水に対して高親水性を示すものに改質する工程と、
前記第１接合面を前記第２接合面に重畳し、加熱することで前記第２部材を溶融する工程と、
溶融した前記第２部材を冷却固化させて前記第１接合面と前記第２接合面を接合するとともに、前記第２接合面の、前記第１接合面との界面近傍にトランスクリスタルを生成させる工程と、
を有することを特徴とする。

上記した過程を経ることにより、第１部材と第２部材との接合部が、優れた接合強度を示して互いに剥離し難いものとして形成される。なお、撥水性膜に対してアクチベーション処理を施さない場合、第２部材をなす熱可塑性樹脂に対する濡れ性が向上しない。また、Ｃ／Ｓｉ原子濃度比（ａｔｏｍｉｃ％／ａｔｏｍｉｃ％）が１を下回る疎水性が小さい膜に対してアクチベーション処理を施しても、溶融状態にある第２部材（熱可塑性樹脂）の接触角度を低減する効果に乏しい。従って、溶着を行ってもトランスクリスタルが生成しない。このため、その接合強度は、アクチベーション処理を施した場合に比して小さくなる。

撥水性膜を得る好適な手法としては、プラズマ装置を用いた化学的気相成長（ＣＶＤ）法による成膜が挙げられる。すなわち、出発材料に対してプラズマガスを接触させ、これにより生じた分解物を第１部材の表面で化学反応により膜状に堆積させる。これにより出発材料を源とする撥水性膜が第１部材に形成される。

また、撥水性膜に対するアクチベーション処理はプラズマ処理によって行うことができる。すなわち、撥水性膜に対してプラズマガスを接触させればよい。こにより撥水性膜の表面の化学組成が効果的に改質され、その結果、第２部材をなす熱可塑性樹脂に対する濡れ性が著しく向上し、第１部材との溶着を行う際にトランスクリスタルが生成する。

第１接合面に撥水性膜を形成する前には、該第１接合面を予め清浄化することが好ましい。第１接合面に不純物が残留した状態では、成膜が阻害される懸念があるからである。

この清浄化も、プラズマ処理によって行うことができる。すなわち、該第１接合面にプラズマガスを接触させればよい。

同様に、第１接合面を第２接合面に重畳する前に、該第２接合面を清浄化することが好ましい。第２接合面に不純物が残留した状態では、溶着が阻害される懸念があるからである。

この清浄化も、プラズマ処理によって行うことができる。すなわち、該第２接合面にプラズマガスを接触させればよい。

以上のように、本発明においては、清浄化処理、成膜（撥水性膜の形成）、及びアクチベーション処理をプラズマ処理によって行うことも可能である。この場合、処理ごとに別個の機器を用意する必要がないので、設備が簡素となるとともに設備投資が低廉化するという利点がある。

また、プラズマガスを大気中に導出する、いわゆる大気圧プラズマ処理を行うことも可能である。この場合、排気用ポンプやチャンバ等の設備が不要であるので、設備が一層簡素となり、設備投資も一層低廉化する。

本発明によれば、第１部材の第１接合面に、溶融した第２部材の接触角度が著しく小さい表面を有する膜を形成する処理を施した後、該第１接合面に第２部材の第２接合面を重畳して溶着を行うようにしている。このため、第２部材には、接合界面近傍にトランスクリスタルが生成する。すなわち、膜の高親水性な表面とトランスクリスタルが対向した接合部が形成される。

この接合部においては、強固な接合力が発現する。すなわち、接合強度に優れ互いに剥離し難い異種材接合品が得られる。

なお、第１部材への成膜及びアクチベーション処理は、プラズマを用いて行うことができる。必要に応じ、第１部材又は第２部材の清浄化をプラズマ処理によって行うようにしてもよい。

本実施の形態に係る異種材接合品の全体概略斜視図である。 図１の異種材接合品の接合界面近傍の要部拡大縦断面図である。 前記接合界面近傍の偏光顕微鏡写真である。 図１の異種材接合品を得る過程で使用されるプラズマ発生装置の要部概略縦断面図である。 比較例１の異種材接合品の接合界面近傍の偏光顕微鏡写真である。 比較例３の異種材接合品の接合界面近傍の偏光顕微鏡写真である。

以下、本発明に係る異種材接合品及びその製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る異種材接合品１０の全体概略斜視図である。この異種材接合品１０は、第１部材１２と第２部材１４の一部同士が重畳され、該重畳部位が接合されて構成される。以下、接合部を含む第１部材１２の上端面を第１接合面１６、第２部材１４の下端面を第２接合面１８と表記する。

第１部材１２は、高分子材、金属材又は無機材からなる。高分子材の具体例としては各種の熱硬化性樹脂が挙げられるが、熱可塑性樹脂であってもよい。また、金属材の好適な具体例としてはアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、鉄及びステンレス鋼等が挙げられ、無機材の好適な具体例としては、炭素材やガラス、セラミックス等が挙げられる。

接合界面近傍の断面を拡大した図２に示すように、第１部材１２の第１接合面１６には、該第１接合面１６に形成された撥水性膜（後述）に対してアクチベーション処理を施すことにより、高親水性を示す高親水性膜２０が設けられている。この高親水性膜２０は、溶融した第２部材１４（熱可塑性樹脂）の接触角度が著しく小さい表面性状を有する。

また、第２部材１４は、ポリアミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂、スチロール樹脂、ＡＢＳ樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート、アセタール樹脂等のような熱可塑性樹脂単体、又は炭素繊維やガラス繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂（ＦＲＴＰ）からなる。ただし、第１部材１２が熱可塑性樹脂からなる高分子材である場合、第２部材１４の熱可塑性樹脂は、高分子材とは別の熱可塑性樹脂である。

ここで、接合界面近傍の偏光顕微鏡写真を図３に示す。なお、この図３は、第１部材１２としてアルミニウム合金であるＡ５０５２板を選定するとともに、第２部材１４として、ポリアミド樹脂の１種であるナイロン−６が炭素繊維に含浸されたＦＲＴＰ（ＣＦＲＴＰ）板を選定したときのものであり、左方の黒色部分がＡ５０５２板に対応する。また、アルミニウム板には、ヘキサメチルジシロキサンを出発材料として形成された撥水性膜に対しアクチベーション処理を施すことによって得られた高親水性膜２０が設けられている。

図３中の左方上方には、接合界面近傍を一層拡大して示している。この図３から諒解されるように、第２部材１４の第２接合面１８には、接合界面に対して直交する方向に成長するようにして、ポリアミドのトランスクリスタル２２が生成している。すなわち、異種材接合品１０の接合部においては、高親水性膜２０（図２参照）と、トランスクリスタル２２（図３参照）とが互いに対向した状態が形成されている。

このような接合部では、高親水性膜２０及びトランスクリスタル２２が存在しない接合部に比して接合強度に優れる。従って、異種材接合品１０の第１部材１２、第２部材１４の各々を図１中の矢印Ｘ、矢印Ｙ方向に引っ張って破断させると、第１部材１２の破断面には、第２部材１４（ＣＦＲＴＰ板）由来の樹脂成分や強化繊維が残留する。このことは、第１部材１２と第２部材１４の接合界面に剥離が生じているのではなく、第２部材１４に内部破壊が生じていることを意味する。すなわち、接合部の引っ張り剪断強度は、第２部材１４の引っ張り剪断強度を上回る。

しかも、高親水性膜２０は絶縁体であるため、第１部材１２が金属材からなる場合であっても電蝕が発生することが回避される。このため、腐蝕や電蝕によって異種材接合品１０が劣化することが回避される。

このような異種材接合品１０は、以下のようにして製造することができる。

はじめに、第１部材１２に対して清浄化処理を施す。この清浄化処理は、アセトン等の各種有機溶剤を用いて行うようにしてもよいし、プラズマ処理によって行うようにしてもよい。

プラズマ処理を行う場合には、例えば、プラズマトリート社製のオープンエア（登録商標）プラズマシステムを用いることができる。図４は、そのようなプラズマ発生装置の一例である。

このプラズマ発生装置３０は、中空状のケーシング３２と、該ケーシング３２の内部に収容された電極３４とを有し、この中の電極３４には、通電を行うための電源３６が電気的に接続される。なお、ケーシング３２の内壁には、円環形状のインシュレータ３８が電極３４を囲繞するようにして設けられる。

ケーシング３２において、図４中の下端部にはノズル部材４０が連結される。このノズル部材４０には、第１部材１２の第１接合面１６に対してプラズマガスを吐出するための吐出孔４２が形成されている。

すなわち、ケーシング３２の上端部にはガス供給管４４が連結され、このガス供給管４４からは、ケーシング３２の内部に向かってイグニッションガスが導出される。イグニッションガスの一部は電極３４の作用下にプラズマ化し、プラズマガスとして吐出孔４２から吐出される。プラズマガスは、吐出孔４２に対向するように位置決め固定された第１部材１２に向かって流通する。

該吐出孔４２の近傍には、図示しない出発材料供給源に接続された出発材料供給管４６が配設される。該出発材料供給管４６の位置は、ケーシング３２とノズル部材４０との間に図示しないスペーサを介装したり、又は該スペーサを取り外したりすることにより、電極３４に対して離間又は接近するように可変である。すなわち、電極３４と出発材料供給管４６の離間距離は、適宜変更することが可能となっている。

また、この出発材料供給管４６からは、プラズマガスの流通方向に対して直交する方向に流通するように、撥水性膜を形成するための出発材料が導出される。ただし、出発材料は、後述する成膜時にのみ供給され、清浄化処理時には供給されない。

このようなプラズマ発生装置３０で清浄化処理を実施するには、電源３６から電極３４に通電を行うとともに、ガス供給管４４を介してケーシング３２の内部にイグニッションガス（例えば、乾燥空気）を導入する。通電により、電極３４とノズル部材４０との間でアーク放電が起こるようになる。このアーク放電により、イグニッションガスの一部がプラズマガスとなる。

このようにして得られたプラズマガスは、吐出孔４２から第１部材１２に向かって吐出される。従って、プラズマ発生装置３０を第１部材１２に沿って走査することにより、その一端面（第１接合面１６）が清浄化される。

次に、清浄化された第１接合面１６上に撥水性膜を形成する。このためには、吐出孔４２からプラズマガスを吐出すると同時に、前記出発材料供給管４６から、撥水性膜を形成するための出発材料を供給する。

この際の好適なイグニッションガスは、乾燥窒素である。また、出発材料としては、例えば、シロキサン類やケイ素系アルコキシド類の化合物を用いることができる。具体的には、ヘキサメチルジシロキサン、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン等を用いることができる。ペンタメチルジシロキサン、テトラメチルジシロキサンのように、有機基の一部が水素置換されたものや、オクタメチルトリシロキサンのようにシロキサンの繰り返し構造を有するものであってもよい。なお、ヘキサメチルジシロキサンの構造式は以下の通りである。

プラズマガスの高エネルギにより、出発材料が部分的に分解する。すなわち、分解物が得られる。この分解物は、プラズマガスとともに第１接合面１６に吹き付けられて該第１接合面１６に付着した後、重合して高分子化する。その結果、第１接合面１６上にケイ酸塩ポリマーからなる膜が形成される。

ここで、出発材料が同一であっても、プラズマガスの発生位置や、電極３４と出発材料供給管４６との間の離間距離等の諸条件を変更すると、性質が相違する膜が形成される。この点は、Plasma Plocess. Polym. 2009, 6, PP642-648に記載されるように公知である。例えば、プラズマガスによるシロキサン化合物の分解を抑制する条件に設定した場合、分解物中に残留する有機成分の量が増加する。従って、膜（ケイ酸塩ポリマー）としては、有機成分含有量が多く、疎水性が大きなものが形成される。

従って、この工程では、撥水性膜が形成される条件下でプラズマガスを発生させる。シロキサン化合物を出発材料とした場合には、Ｃ／Ｓｉ原子濃度比（ａｔｏｍｉｃ％／ａｔｏｍｉｃ％）が１を上回るようにすればよい。なお、このためには予備試験を行い、如何なる条件下で如何なる性質の膜が形成されるかを事前に把握しておけばよい。

撥水性膜では、該撥水性膜が存在しない状態の第１接合面１６に比して水の接触角度が大きい。すなわち、第１接合面１６では、撥水性膜が形成されることに伴って水の接触角度が大きくなる。

このような撥水性膜に対し、アクチベーション処理を施す。この際にも、図４に示すプラズマ発生装置３０を使用することが好ましい。

すなわち、イグニッションガスとして、例えば、乾燥空気を供給してプラズマガスを得る。このプラズマガスを、吐出孔４２を介して撥水性膜に吐出する。勿論、この工程では、出発材料を供給する必要はない。

プラズマ処理後の撥水性膜のＣ／Ｓｉ原子濃度比は、アクチベーション処理を施す前に比して著しく小さくなる。Ｃの組成比が低減するからである。また、Ｏの組成比が増加する。このことから、アクチベーション処理前はＳｉ−Ｃ結合であった部分が、アクチベーション処理によってＳｉ−ＯＨ基に変化したと推察される。

このような化学変化が起こることに伴い、撥水性膜が高親水性膜２０となる。この高親水性膜２０では、溶融した熱可塑性樹脂の接触角度が著しく低下する。すなわち、溶融した熱可塑性樹脂に対する濡れ性が著しく向上する。

以上のように、本実施の形態によれば、清浄化処理、撥水性膜の形成、及びアクチベーション処理を、１個のプラズマ発生装置３０を用いて実施するようにしている。このため、上記の作業を効率よく実施することができる。しかも、このプラズマ発生装置３０では、チャンバや排気ポンプ等の真空設備が不要である。従って、設備が簡素化し、設備投資も低廉化する。なお、各工程に最適化したノズルを有する複数のプラズマ発生装置を組み合わせて用いるようにしてもよいことは勿論である。

次に、上記の高親水性膜２０が形成された第１接合面１６に対し、第２部材１４の第２接合面１８を重畳する。これにより形成された重畳部に対し、加熱処理を施す。必要に応じ、荷重を付与する（すなわち、加圧を行う）ようにしてもよい。

加熱により、第２部材１４（熱可塑性樹脂）が溶融する。ここで、高親水性膜２０は、上記したようにアクチベーション処理が施され、このために溶融した熱可塑性樹脂に対する濡れ性が大きい。すなわち、溶融した熱可塑性樹脂は、高親水性膜２０を十二分に濡らす。従って、溶融した熱可塑性樹脂と高親水性膜２０、ひいては第１接合面１６との接触面積が十分に大きくなる。

この状態で、熱可塑性樹脂を冷却固化することにより、第１接合面１６と第２接合面１８が互いに接合（溶着）する。この固化の過程で、接合界面では、熱可塑性樹脂が第１部材１２を核として成長し、その結果、トランスクリスタル２２が生成する。

以上により、接合界面に高親水性膜２０及びトランスクリスタル２２が存在する異種材接合品１０が得られるに至る。このような接合界面を有する接合部では、接合強度が大きい。すなわち、接合強度に優れる異種材接合品１０を得ることができる。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、高親水性膜２０を、プラズマを用いない化学的気相成長（ＣＶＤ）法や物理的気相成長（ＰＶＤ）法等、プラズマＣＶＤ以外の手法で成膜するようにしてもよい。また、アクチベーション処理を、プラズマ処理に代替して酸化雰囲気中での加熱、紫外光等の光照射、オゾン処理、コロナ放電等によって実施するようにしてもよい。

さらに、プラズマＣＶＤを行う場合であっても、従来周知のように真空プロセスで実施するようにしてもよい。

そして、高親水性膜２０は、図２に示すように、第１接合面１６中の少なくとも接合する部位に形成すればよく、第１接合面１６の全体にわたって形成する必要は特にない。

［実施例１］
第１部材１２として、Ａｌ−Ｍｇ合金からなる厚み１．５ｍｍのＡ５０５２（ＪＩＳ）板を選定した。この第１部材１２の一端面（第１接合面１６）につき水の接触角度を測定したところ、１０２°であった。

この第１接合面１６に対し、図４に示すプラズマ発生装置３０からプラズマガスを吐出することで清浄化処理を施した。この際、イグニッションガスとして乾燥空気を３０００リットル／時間で供給し、プラズマ電圧を３００Ｖ、プラズマ電流を２０Ａとした。また、吐出孔４２と第１接合面１６との離間距離を４ｍｍとし、ケーシング３２を５ｍ／分の速度で第１接合面１６上を走査した。

次に、イグニッションガスを乾燥窒素に切り替えて１７４０リットル／時間で供給し、且つプラズマ電圧を２８３Ｖ、プラズマ電流を１３Ａとしてプラズマ放電を行った。出発材料供給管４６は、イグニッションガスに乾燥空気を用いてＣ／Ｓｉ（ａｔｏｍｉｃ％／ａｔｏｍｉｃ％）＝０．６〜０．８の親水性膜が得られる位置から３ｍｍ下方、すなわち、電極３４から一層離間する位置に設定した。

また、１２０リットル／時間で供給した乾燥窒素ガスをキャリアガスとし、ヘキサメチルジシロキサンを３７ｇ／時間で出発材料供給管４６から導出した。これにより、ヘキサメチルジシロキサンを第１接合面１６上で重合させ、撥水性膜を形成した。なお、吐出孔４２と第１接合面１６との離間距離は４ｍｍとし、ケーシング３２を５ｍ／分の速度で第１接合面１６上を走査した。

得られた撥水性膜に対しては、大気中で１２０℃にて３０分間の加熱処理を施した。この時点で、第１接合面１６（撥水性膜）につき水の接触角度を測定したところ、１５１°であり、撥水性膜を形成する前に比して接触角度が大きくなっていることが確認された。また、ナイロン−６に対する接触角度は、１３８°であった。さらに、Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）にてＣ／Ｓｉを測定すると１．２５であり、Ｓｉに比してＣの組成比が大きかった。また、Ｏは４８．６ａｔｍ％であった。

次に、出発材料供給管４６を清浄化処理時と同位置に戻すとともに、イグニッションガスを乾燥空気に切り替えて３０００リットル／時間で供給し、且つプラズマ電圧を３００Ｖ、プラズマ電流を２０Ａ、吐出孔４２と第１接合面１６との離間距離を７ｍｍとしてプラズマガスを撥水性膜に供給することで、該撥水性膜にアクチベーション処理を施して高親水性膜２０を形成した。なお、ケーシング３２を２０ｍ／分の速度で第１接合面１６上を走査した。

この時点で、第１接合面１６（高親水性膜２０）につき、溶融したナイロン−６の接触角度を測定したところ、２５°を下回る１４°であり、アクチベーション処理を施す前に比して接触角度が著しく小さくなっていることが確認された。また、ＥＳＣＡにてＣ／Ｓｉを測定すると０．３２であり、アクチベーション処理を施す前と対比すると、その値が著しく小さくなり、しかも、Ｃに比するＳｉの組成比が大きくなっていた。さらに、Ｏは６４．６ａｔｍ％であり、アクチベーション処理を施す前に比して増加していた。

以上の分析結果から、アクチベーション処理により、撥水性膜に−ＯＨ基等の官能基が形成されたと推察される。

その一方で、炭素繊維の体積含有率が約４０％であり、母材がナイロン−６であるＣＦＲＴＰの第２接合面１８にも清浄化処理を施した。すなわち、イグニッションガスとして乾燥空気を３０００リットル／時間で供給するとともに、プラズマ電圧を３００Ｖ、プラズマ電流を２０Ａ、吐出孔４２と第１接合面１６との離間距離を７ｍｍに設定した。また、ケーシング３２を５ｍ／分の速度で第１接合面１６上を走査した。

次に、清浄化されたＡ５０５２の第１接合面１６とＣＦＲＴＰの第２接合面１８の一部同士を重畳し、この状態で、ホットプレス装置内に配置した。Ａ５０５２が当接した下型の温度を２８０℃とし、ＣＦＲＴＰに対向する上型の温度を１４０℃とした後、型締めを行った。この際、荷重が溶着面積当たり１．５ｋｇ／ｍｍ²となるようにして加圧を５分間継続した。

その後、金型の温度が１２０℃となるまで放置して型開きを行ったところ、Ａ５０５２とＣＦＲＴＰが互いに接合した異種材接合品１０が得られた。これを実施例１とする。

前記図３は、この異種材接合品１０の接合界面近傍の偏光顕微鏡写真である。該図３から、ＣＦＲＴＰの接合界面近傍に、ナイロン−６のトランスクリスタル２２が生成していることが認められる。

この異種材接合品１０を幅２５．４ｍｍの短冊状に切断し、両端部にＡｌ製のタブを接着してラップシェア引っ張り試験を実施した。その結果、溶着面積当たりの破断荷重は１５．７ＭＰａであった。

また、Ａ５０５２の破断面を光学顕微鏡にて観察したところ、該Ａ５０５２の破断面に樹脂成分や炭素繊維が残留していることが確認された。このことから、Ａ５０５２とＣＦＲＴＰとの接合部が破断する前に、ＣＦＲＴＰに内部破壊が生じていることが明らかである。

［比較例１］
比較のため、Ａ５０５２及びＣＦＲＴＰに対して清浄化処理や撥水性膜の形成を行うことなく、上記と同一条件下で加圧を行ってＡ５０５２とＣＦＲＴＰとの接合を試みた。これを比較例１とする。

この比較例１において、接合前の第１接合面１６につき水の接触角度を測定したところ、上記したように１０２°であった。

比較例１では、接合はしたものの、常温に到達した後に数分が経過すると、接合部がＡ５０５２とＣＦＲＴＰに分離した。

また、偏光顕微鏡にて接合界面近傍を観察したが、図５に示すように、トランスクリスタル２２が生成していることは認められなかった。

［比較例２］
また、成膜を行う際、出発材料供給管４６の位置を実施例１の場合よりも３ｍｍ上方、すなわち、電極３４に一層接近させ、且つイグニッションガスを乾燥空気とした以外は実施例１と同様にして、Ａ５０５２の第１接合面１６上に膜を得た。これを比較例２とする。

該比較例２において、アクチベーション処理前の第１接合面１６につき水の接触角度を測定したところ８９°であり、成膜前の第１接合面１６に比して小さくなった。すなわち、親水膜が形成されていた。

また、アクチベーション処理前後で第１接合面１６につきナイロン−６の接触角度を測定したところ、それぞれ、８０°、４３°であった。すなわち、アクチベーション処理を施しても、実施例１のような大幅な濡れ性の変化や、溶融したナイロン−６の接触角度が２５°を下回るような高度な濡れ性の発現は認められなかった。また、ＥＳＣＡにてＣ／Ｓｉ（ａｔｏｍｉｃ％／ａｔｏｍｉｃ％）を測定すると、それぞれ、０．７５、０．５５と組成の変化は小さく、且つＯの表面原子濃度（ａｔｏｍｉｃ％）も４６．１から５８．７に増加したに留まり、その増加幅は実施例１に比して小さかった。

そして、上記のＡ５０５２を実施例１に準拠してＣＦＲＴＰに重畳し、加圧を行ったが、型開きを行った時点でＡ５０５２とＣＦＲＴＰに分離していた。

［比較例３］
さらに、成膜を行う際、電極３４と出発材料供給管４６との離間距離を清浄化処理時よりも１．５ｍｍ大きくしたことを除いては実施例１と同様にしてＡ５０５２の第１接合面１６上に膜を得た。これを比較例３とする。

この比較例３において、アクチベーション処理前の第１接合面１６につき水の接触角度を測定したところ９５°であり、成膜前の第１接合面１６に比して小さくなっていた。すなわち、比較例３でも親水膜が形成されていた。なお、Ｃ／Ｓｉは０．９５、Ｏの組成比は４６．１ａｔｍ％であった。

また、アクチベーション処理前後で第１接合面１６につきナイロン−６の接触角度を測定したところ、それぞれ、８８°、２５°であった。

そして、上記のＡ５０５２を実施例１に準拠してＣＦＲＴＰに重畳し、加圧を行ったところ、両者が接合していることが確認された。しかしながら、その後数日間室温にて放置すると、接合部がＡ５０５２とＣＦＲＴＰに分離した。

さらに、接合状態を維持しているときに偏光顕微鏡にて接合界面近傍を観察したが、図６に示すように、トランスクリスタル２２が生成していることは認められなかった。

以上の実施例１と比較例１〜３との対比から、接合面に撥水性膜を形成した後、該撥水性膜に対してアクチベーション処理を施すことで高親水性な表面を形成することにより、異種材同士でありながら接合強度に優れた接合部が得られることが明らかである。

［比較例４〜７］
さらなる比較のため、実施例１と同一条件下でＡ５０５２に対して清浄化処理、親水膜の形成、該親水膜のアクチベーション処理を行った後、第２世代アクリル接着剤を用いてＡ５０５２とＣＦＲＴＰを接合した。これを比較例４とする。

また、比較例１と同様に、Ａ５０５２に対して清浄化処理、親水膜の形成、該親水膜のアクチベーション処理等を全く行うことなく、第２世代アクリル接着剤を用いてＡ５０５２とＣＦＲＴＰを接合した。これを比較例５とする。

さらに、比較例２、３と同一条件下でＡ５０５２に対して清浄化処理、親水膜の形成、該親水膜のアクチベーション処理を行った後、第２世代アクリル接着剤を用いてＡ５０５２とＣＦＲＴＰを接合した。各々を比較例６、７とする。

以上の比較例４〜７においては、ＣＦＲＴＰの母材である熱可塑性樹脂を溶融していないので、接合界面にトランスクリスタル２２は生成していない。

これらの異種材接合品につき、実施例１と同様にしてラップシェア引っ張り試験を実施した。その結果、破断荷重（引っ張り剪断強度）は、大きい方から比較例６、比較例５、比較例７、比較例４の順であった。ただし、その値はいずれも、実施例１を下回っていた。

すなわち、実施例１と比較例２、３との対比では、第１接合面１６に形成した膜のＣ／Ｓｉが小さいほど接合強度が大きかったが、比較例４、６、７の対比では、該膜のＣ／Ｓｉが大きいほど接合強度が大きくなっている。

そこで、比較例４の破断面につきエネルギ分散型Ｘ線分析を行ったところ、ＣＦＲＴＰ側にＳｉが検出された。このことは、Ａ５０５２とＣＦＲＴＰとの接合部が破断する前に、高親水性膜２０に内部破壊が生じていることを意味する。換言すれば、高親水性膜２０自体の強度はさほど大きくないことが分かる。

一方、実施例１では、上記したようにＡ５０５２の第１接合面１６に比較例１と同一の高親水性膜２０が形成されている。そうであるにも関わらず、実施例１は、比較例４〜７よりも大きな破断荷重を示す。すなわち、内部破壊が起こり難い。

このことから、ＣＦＲＴＰの接合界面近傍にトランスクリスタル２２が生成することにより高親水性膜２０との親和性が大きくなり、その結果として、Ａ５０５２とＣＦＲＴＰとの間に強固な接合力が発現すると考えられる。

１０…異種材接合品 １２…第１部材
１４…第２部材 １６…第１接合面
１８…第２接合面 ２０…高親水性膜
２２…トランスクリスタル ３０…プラズマ発生装置
３２…ケーシング ３４…電極
３６…電源 ３８…インシュレータ
４０…ノズル部材 ４２…吐出孔
４４…ガス供給管 ４６…出発材料供給管

Claims (10)

1. 高分子材、金属材又は無機材のいずれかからなる第１部材の第１接合面と、少なくとも熱可塑性樹脂（ただし、前記高分子材と同一の樹脂を除く）を含む第２部材の第２接合面とを接合した異種材接合品において、
   前記第１接合面に、ＣとＳｉを含み、Ｃ／Ｓｉ原子濃度比（ａｔｏｍｉｃ％／ａｔｏｍｉｃ％）が１を下回るとともに、溶融したナイロン−６の接触角度が２５°を下回り且つ水の接触角度が１０°以下である高親水性を示す表面を有する膜が形成され、
   且つ前記第２接合面に前記熱可塑性樹脂のトランスクリスタルが生成していることを特徴とする異種材接合品。
2. 請求項１記載の接合品において、前記第２部材が、強化繊維を含む繊維強化樹脂であることを特徴とする異種材接合品。
3. 高分子材、金属材又は無機材のいずれかからなる第１部材の第１接合面と、少なくとも熱可塑性樹脂（ただし、前記高分子材と同一の樹脂を除く）を含む第２部材の第２接合面とを接合する異種材接合品の製造方法において、
   前記第１接合面に、ＣとＳｉを含み、Ｃ／Ｓｉ原子濃度比（ａｔｏｍｉｃ％／ａｔｏｍｉｃ％）が１を上回るとともに、該第１接合面よりも水の接触角度が大きな疎水性の撥水性膜を形成する工程と、
   前記撥水性膜に対してアクチベーション処理を施すことで、該撥水性膜の表面を、Ｃ／Ｓｉ原子濃度比（ａｔｏｍｉｃ％／ａｔｏｍｉｃ％）が１を下回るとともに、溶融したナイロン−６の接触角度が２５°を下回り、且つ水の接触角度が１０°以下である高親水性を示すものに改質する工程と、
   前記第１接合面を前記第２接合面に重畳し、加熱することで前記第２部材を溶融する工程と、
   溶融した前記第２部材を冷却固化させて前記第１接合面と前記第２接合面を接合するとともに、前記第２接合面の、前記第１接合面との界面近傍にトランスクリスタルを生成させる工程と、
   を有することを特徴とする異種材接合品の製造方法。
4. 請求項３記載の製造方法において、前記撥水性膜を、出発材料に対してプラズマガスを接触させることで得ることを特徴とする異種材接合品の製造方法。
5. 請求項３又は４記載の製造方法において、前記撥水性膜に対するアクチベーション処理を、該撥水性膜に対してプラズマガスを接触させることで行うことを特徴とする異種材接合品の製造方法。
6. 請求項３〜５のいずれか１項に記載の製造方法において、前記第１接合面に前記撥水性膜を形成する前に、該第１接合面を清浄化することを特徴とする異種材接合品の製造方法。
7. 請求項６記載の製造方法において、前記第１接合面の清浄化を、該第１接合面にプラズマガスを接触させることによって行うことを特徴とする異種材接合品の製造方法。
8. 請求項３〜７のいずれか１項に記載の製造方法において、前記第１接合面を前記第２接合面に重畳する前に、該第２接合面を清浄化することを特徴とする異種材接合品の製造方法。
9. 請求項８記載の製造方法において、前記第２接合面の清浄化を、該第２接合面にプラズマガスを接触させることによって行うことを特徴とする異種材接合品の製造方法。
10. 請求項４〜９のいずれか１項に記載の製造方法において、前記プラズマガスを大気中に導出することを特徴とする異種材接合品の製造方法。

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