JP7020184B2 - 金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材の加工方法、金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材及び自動車用部品。 - Google Patents

Description

本発明は、金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材の加工方法、金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材及び自動車用部品に関する。

強化繊維（例えば、ガラス繊維、強化繊維など）をマトリクス樹脂に含有させて複合化した繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）は、軽量で引張強度や加工性等に優れる。そのため、民生分野から産業用途まで広く利用されている。自動車産業においても、燃費、その他の性能の向上につながる車体軽量化のニーズを満たすため、ＦＲＰの軽量性、引張強度、加工性等に着目し、自動車部材へのＦＲＰの適用が検討されている。

ＦＲＰ自体を自動車部材として用いる場合、例えば以下のような様々な問題点がある。第１に、ＦＲＰは圧縮強度が低いため、高い圧縮強度が要求される自動車部材にそのまま用いることは難しい。第２に、ＦＲＰのマトリクス樹脂は、一般に、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂であるため脆性を有していることから、変形すると脆性破壊する可能性がある。第３に、ＦＲＰ（特に、強化繊維に強化繊維を用いた強化繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ））は価格が高いため、自動車部材のコストアップの要因となる。第４に、上述したように、マトリクス樹脂として熱硬化性樹脂を用いることから硬化時間が長くかかり、タクトタイムが長いため、短いタクトタイムが要求される自動車部材の製造には適さない。第５に、熱硬化性樹脂をマトリクス樹脂として用いるＦＲＰは、塑性変形しないことから、一度硬化させてしまうと曲げ加工ができない。

これらの問題点を解決するため、最近では、金属部材とＦＲＰとを積層して一体化（複合化）させた金属部材－ＦＲＰ複合材料が検討されている。上記第１の問題点については、圧縮強度の高い金属部材とＦＲＰとを複合化させることで、複合材料の圧縮強度も高めることができる。上記第２の問題点については、延性を有する鋼材等の金属部材と複合化することで、脆性が低下し、複合材料を変形できるようになる。上記第３の問題点については、低価格の金属部材とＦＲＰを複合化することで、ＦＲＰの使用量を減らすことができるため、自動車部材のコストを低下できる。

金属部材とＦＲＰとを複合化するためには、金属部材とＦＲＰとを接合又は接着することが必要であり、接合方法としては、一般に、エポキシ樹脂系の熱硬化性接着剤を使用する方法が知られている。

例えば、以下の特許文献１では、接着剤により軽金属材とＣＦＲＰとが接着された構造材が提案されている。

また、金属部材－ＦＲＰ複合体の製造にあたり、低消費エネルギー、低コストで製造可能な方法の開発が進められている。

以下の特許文献２では、熱間プレス加工された金属材料に表面に、強化繊維材料及び熱硬化性樹脂材料からなるＣＦＲＰプリプレグをプレス成型して金属－ＣＦＲＰ複合構造体を製造する方法が提案されている。

国際公開第１９９９／１０１６８号 特開２０１４－１００８２９号公報

上記特許文献１には、予め所定の形状に加工された金属材に、接着剤でＣＦＲＰが接着された金属－ＣＦＲＰ構造材は記載されているものの、金属－ＣＦＲＰ構造材を一体加工する方法については記載されていない。

また、上記特許文献２に開示されている技術では、金属部材とＣＦＲＰの接合前に、金属材の熱間プレス等の曲げ加工工程が必要であるため、製造コストが依然として高いという問題がある。さらに、ＣＦＲＰのマトリクス樹脂に熱硬化性樹脂を使用した金属－ＣＦＲＰ複合構造体は、金属とＣＦＲＰとの接合界面で剥離が生じやすいという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、金属部材と繊維強化樹脂材料とが強固に接合された、低コストで一体加工が可能な、金属－熱可塑性繊維強化樹脂材料複合体の加工方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、熱可塑性樹脂を含有するマトリクス樹脂及び強化繊維材料を有する繊維強化樹脂材料が少なくとも一方の面に配置された金属板を、前記繊維強化樹脂材料単独では形状を保持できない所定の温度に加熱した後、所定の形状を有する金型を介して所定の圧力を印加して前記金型の前記所定の形状に倣った形状に一体加工する一体加工工程と、一体加工された前記金属板及び前記繊維強化樹脂材料を、前記繊維強化樹脂材料の形状が定まりきっていない所定の温度で前記金型から離型する離型工程と、を含み、前記熱可塑性樹脂は、融点Ｔｍを有する結晶性樹脂であり、前記一体加工工程における加熱温度は、（Ｔｍ－２０）～（Ｔｍ＋１０）℃の温度範囲の温度であり、前記離型工程における離型温度は、（Ｔｍ－３０）～（Ｔｍ＋１０）℃の温度範囲の温度である、金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材の加工方法が提供される。

前記熱可塑性樹脂は、前記繊維強化樹脂材料の全体積に対して、２０～８０体積％含まれ、前記強化繊維材料と前記マトリクス樹脂との合計が１００体積％となることが好ましい。

前記強化繊維材料は、前記繊維強化樹脂材料の全体積に対して、２０～７０体積％含まれ、前記強化繊維材料と前記マトリクス樹脂との合計が１００体積％となるように含有されることが好ましい。

前記金属板の厚みが０．１～６．０ｍｍであり、前記金属板の降伏応力とヤング率の比が０．８×１０^－３以上であることが好ましい。

前記金属板の材質は、鉄鋼材料であることが好ましい。

前記強化繊維材料は、炭素繊維材料であることが好ましい。

前記金型の表面には、所定の離型処理が施されていることが好ましい。

また、上記課題を解決するために、さらに本発明の別の観点によれば、厚みが０．１～６ｍｍであり、降伏応力とヤング率の比が０．８×１０^－３以上である金属板と、前記金属板の少なくとも一方の面に配置され、厚みが２～１２ｍｍであり、フェノキシ樹脂を含有するマトリクス樹脂及び強化繊維材料を有する繊維強化樹脂材料と、を備え、前記繊維強化樹脂材料は、前記フェノキシ樹脂を少なくとも２０～８０体積％含有し、前記金属板と前記繊維強化樹脂材料とが、一体となって所定の形状を有する、金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材が提供される。

本発明に係る金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材は、ＪＩＳ Ｋ ６８５４－３に記載のＴ形剥離試験で規定された９０°剥離接着強さ試験により測定される、幅１５ｍｍの試験片の剥離強度が２０Ｎ以上であることが好ましい。

また、上記課題を解決するために、さらに本発明の別の観点によれば、厚みが０．１～６．０ｍｍであり、降伏応力とヤング率の比が０．８×１０^－３以上である金属板と、前記金属板の少なくとも一方の面に配置され、厚みが２～１２ｍｍであり、フェノキシ樹脂を含有するマトリクス樹脂及び強化繊維材料を有する繊維強化樹脂材料と、を備え、前記繊維強化樹脂材料は、前記フェノキシ樹脂を少なくとも２０～８０体積％含有し、前記金属板と前記繊維強化樹脂材料とが、一体となって所定の形状を有する、自動車用部品が提供される。
また、上記課題を解決するために、さらに本発明の別の観点によれば、厚みが０．１～６．０ｍｍであり、降伏応力とヤング率との比が０．８×１０ ^―３ 以上である金属板と、前記金属板の少なくとも一方の面に配置され、厚みが２～１２ｍｍであり、結晶性の熱可塑性樹脂を含有するマトリクス樹脂及び炭素繊維材料を有する繊維強化樹脂材料と、を備え、前記繊維強化樹脂材料は、前記熱可塑性樹脂を少なくとも２０～８０体積％含有し、前記金属板と前記繊維強化樹脂材料とが、所定の形状を一体となって有する、金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材が提供される。
本発明に係る金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材は、ＪＩＳ Ｋ ６８５４－３に記載のＴ形剥離試験で規定された９０°剥離接着強さ試験により測定される、幅１５ｍｍの試験片の剥離強度が２０Ｎ以上であることが好ましい。
また、上記課題を解決するために、さらに本発明の別の観点によれば、厚みが０．１～６．０ｍｍであり、ヤング率と降伏応力の比が０．８×１０ ^―３ 以上である金属板と、前記金属板の少なくとも一方の面に配置され、厚みが２～１２ｍｍであり、結晶性の熱可塑性樹脂を含有するマトリクス樹脂及び炭素繊維材料を有する繊維強化樹脂材料と、を備え、前記繊維強化樹脂材料は、前記熱可塑性樹脂を少なくとも２０～８０体積％含有し、前記金属板と前記繊維強化樹脂材料とが、一体となって所定の形状を有する、自動車用部品が提供される。

以上説明したように、本発明によれば、金属部材と繊維強化樹脂材料とが高い接着性を有し、金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材の一体加工が可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る金属－ＦＲＰ複合部材の断面構造を示す模式図である。 同実施形態に係る金属－ＦＲＰ複合部材の別の態様の断面構造を示す模式図である。 同実施形態に係る金属－ＦＲＰ複合部材の加工方法の一例を示す説明図である。 同実施形態に係る金属－ＦＲＰ複合部材の剥離強度試験に使用する試験片を示す模式図である。 同実施形態に係る金属－ＦＲＰ複合部材の別の態様の加工方法の一例を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る金属－ＦＲＰ複合部材の断面構造を示す模式図である。 同実施形態に係る金属－ＦＲＰ複合部材の別の態様の断面構造を示す模式図である。 同実施形態に係る金属－ＦＲＰ複合部材の加工方法の一例を示す説明図である。 同実施形態に係る金属－ＦＲＰ複合部材の別の態様の加工方法の一例を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．背景＞
先だって説明したように、自動車産業において、車体軽量化のニーズを満たすため、ＦＲＰの軽量性、引張強度、加工性等に着目し、例えば、サイドシルやピラー、バックドアなどの骨格部材を含む自動車部材へのＦＲＰの適用が検討されている。例えば、自動車が衝突等の衝撃を受けた場合に、圧縮応力を受ける部分の一部にＦＲＰを貼付して、ＦＲＰが優先的に破壊することにより衝撃エネルギーを吸収する等の利用方法が検討されている。また、自動車が衝撃を受けた場合に、引張り応力を受ける部分に引張強度の高いＦＲＰを使用することで、部材強度を向上させることが検討されている。

上記自動車用部材へのＦＲＰとして、強度と軽量性を兼ね備えた炭素繊維とマトリクス樹脂には一般的に熱硬化性樹脂で形成されたＣＦＲＰが使用されている。本発明者らは、金属部材と、熱硬化性樹脂が使用されたＦＲＰが一体となった部材を曲げなどの加工を加えることで、ＦＲＰが破壊するとともに金属部材から剥離する知見を得た。また、金属部材と熱硬化性ＣＦＲＰをホットプレスして複合化させた場合、加工後、複合体が常温に戻る際に、金属部材の線膨張係数とＣＦＲＰの線膨張係数の差により、ＣＦＲＰに圧縮応力が生じる結果、金属部材とＣＦＲＰとの接着面で剥離するという問題が生じることを発見した。プレス荷重によるＣＦＲＰの破壊は、ＣＦＲＰの低圧縮強度による低曲げ強度が原因であり、接着面での剥離は、金属部材の線膨張率とＣＦＲＰの線膨張率の違いにより、ホットプレスからの冷却時にＦＲＰと鋼板の界面の樹脂が鋼板の収縮に追随せず、金属部材から剥離してしまうことが原因であると考えられる。上記問題に対し、金属部材及びＣＦＲＰを個別に賦形して、接着剤を用いて賦形された金属部材にＣＦＲＰを貼付する方法で解決することは可能であるものの、かかる方法では、工程が増加し、また、接着剤の使用により、製造コストが増大してしまう。

また、上記のような自動車部材には、車体の軽量化を目的に、高張力鋼が使用されることが多い。高張力鋼とＦＲＰとの複合体をプレス加工した場合、荷重除荷後に高張力鋼は、加工前の形状に戻ろうとする変形（スプリングバック）が生じる。本発明者らは、このスプリングバックにより、高張力鋼とＦＲＰとの界面で剥離が生じるという知見を得た。

そこで、本発明者らは、金属部材とＦＲＰとを一体加工し、製品安定性の高い金属－ＦＲＰ複合部材とするために、ＦＲＰのマトリクス樹脂として、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に替えて、主成分に熱可塑性樹脂を用いた熱可塑性ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｔｈｅｒｍｏ Ｐｌａｓｔｉｃｓ：ＦＲＴＰ）を用いることに着想した。本発明者らは、マトリクス樹脂の主成分として熱可塑性樹脂を用いることから、高温でＦＲＴＰを塑性変形させることが可能になることで脆性を低下でき、一体加工も容易となると考えた。本発明者らは、この考えを基に研究を進めた結果、金属部材とＦＲＴＰを積層し、ＦＲＴＰ単体では形状を維持できないような温度まで金属部材とＦＲＴＰとの積層体を加熱することで、金型を用いた一体加工が可能であるという知見を得た。さらに、本発明者らは、積層体を一体加工した後においても、ＦＲＴＰを構成するマトリクス樹脂が容易に変形可能な温度で、一体加工した金属部材とＦＲＴＰとの複合材を金型から離型することで、スプリングバックにより生じる金属部材とＦＲＴＰとの界面剥離を抑制できることを発見した。

そして、本発明者らは、鋭意研究を重ね、熱可塑性樹脂を含有するマトリクス樹脂及び強化繊維材料を有する繊維強化樹脂材料が少なくとも一方の面に配置された金属板を、所定の温度に加熱した後、所定の形状を有する金型を介して所定の圧力を印加して一体加工する一体加工工程と、一体加工された前記金属板及び前記繊維強化樹脂材料を、所定の温度で前記金型から離型する離型工程とを含む、金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材の加工方法を発明した。本願発明は、金属部材とＦＲＴＰとを積層し、ＦＲＴＰ単独では形状を保持できない温度でＦＲＴＰを加工した後、ＦＲＴＰの形状が定まりきっていない温度で離型することで、金属部材とＦＲＴＰを一体加工し、金属部材のスプリングバックに追随させて、金属部材とＦＲＴＰとが強固に接合された複合体を加工可能とするものである。

本実施形態において、熱可塑性樹脂が結晶性樹脂又は非晶性樹脂のいずれであるかに応じて、加工時における加熱温度及び離型温度が異なる。従って、以下では、本実施形態に係る熱可塑性樹脂が、結晶性樹脂である場合、及び、非晶性樹脂である場合に分けて実施形態を説明する。

＜２．第１の実施形態＞
＜２．１．金属－繊維強化樹脂材料複合体の構成＞
まず、図１、２を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る金属－繊維強化樹脂材料複合体の構成について説明する。図１、２は、本実施形態に係る金属－繊維強化樹脂材料複合体としての金属－ＦＲＴＰ複合部材１の積層方向における断面構造を示す模式図である。

金属－ＦＲＴＰ複合部材１は、ＦＲＴＰ１２の結晶性の熱可塑性樹脂を含有するマトリクス樹脂１０１により複合化されたものである。金属－ＦＲＴＰ複合部材１は、図１に示すように、金属部材１１と、ＦＲＴＰ１２と、を備える。金属部材１１とＦＲＴＰ１２とは、ＦＲＴＰ１２に含まれるマトリクス樹脂１０１によって複合化されている。ここで、「複合化」とは、金属部材１１とＦＲＴＰ１２とが接合されて、一体化していることを意味する。また、「一体化」とは、金属部材１１及びＦＲＴＰ１２が、加工や変形の際、一体として動くことを意味する。

本実施形態では、ＦＲＴＰ１２は、金属部材１１の少なくとも片側の面に接するように設けられている。ただし、ＦＲＴＰ１２は、金属部材１１の片面のみに設けられている場合のみならず、両面にそれぞれ設けられていてもよい。また、２つの金属部材１１の間にＦＲＴＰ１２を含む積層体が挟み込まれるような構造にしてもよい。

以下、金属－ＦＲＴＰ複合部材１の各構成要素及びその他の構成について詳述する。

＜２．１．１．金属部材１１＞
金属部材１１の材質は、特段制限されるものではなく、例えば、鉄、チタン、アルミニウム、マグネシウム及びこれらの合金等が挙げられる。ここで、合金の例としては、例えば、鉄系合金（ステンレス鋼含む）、Ｔｉ系合金、Ａｌ系合金、Ｍｇ合金などが挙げられる。本実施形態に係る金属部材として、高張力鋼等のスプリングバック量が大きい金属材を使用することも可能であり、このようなスプリングバック量の大きな金属部材１１を用いるときに、本発明は特に優れた効果を発揮する。金属部材１１の厚みは、プレス等による成形加工が可能であれば特に限定されるものではないが、０．１～６．０ｍｍであると好ましい。金属部材１１の厚みが０．１ｍｍより薄い場合、自動車用の骨格部材に使用したときに十分な材料強度とすることが難しい。また、金属部材１１の厚みが６．０ｍｍよりも厚い場合は、自動車の車体軽量化の効果が減少する。また、金属部材１１の形状は薄板状が好ましい。

一般に、降伏応力が高く、ヤング率が小さい材料ほどスプリングバック量は大きくなる。本実施形態に係る加工方法は、降伏応力とヤング率の比が０．８×１０^－３以上である金属部材１１に対して、高い接着性を維持したまま、一体加工された複合材を得ることができる。上述したように、スプリングバック量の大きな金属部材１１を用いるときに、本発明は特に優れた効果を発揮することから、金属部材１１の降伏応力とヤング率の比は、より好ましくは１．０×１０^－３以上であり、さらにより好ましくは２．０×１０^－３以上である。

金属部材１１の材料となる鉄鋼材料には、任意の表面処理が施されていてもよい。ここで、表面処理とは、例えば、亜鉛めっき及びアルミニウムめっきなどの各種めっき処理、クロメート処理及びノンクロメート処理などの化成処理、並びに、サンドブラストのような物理的もしくはケミカルエッチングのような化学的な表面粗化処理が挙げられるが、これらに限られるものではない。また、複数種の表面処理が施されていてもよい。表面処理としては、少なくとも防錆性の付与を目的とした処理が行われていることが好ましい。

金属部材１１の表面は、ＦＲＴＰ１２との接着性を高めるために、プライマーにより処理されたものであってもよい。この処理で用いるプライマーとしては、例えば、シランカップリング剤やトリアジンチオール誘導体が好ましい。シランカップリング剤としては、エポキシ系シランカップリング剤やアミノ系シランカップリング剤、イミダゾールシラン化合物が例示される。トリアジンチオール誘導体としては、６－ジアリルアミノ－２，４－ジチオール－１，３，５－トリアジン、６－メトキシ－２，４－ジチオール－１，３，５－トリアジンモノナトリウム、６－プロピル－２，４－ジチオールアミノ－１，３，５－トリアジンモノナトリウム及び２，４，６－トリチオール－１，３，５－トリアジンなどが例示される。

＜２．１．２．ＦＲＴＰ１２＞
ＦＲＴＰ１２は、結晶性の熱可塑性樹脂を主成分として含有するマトリクス樹脂１０１と、当該マトリクス樹脂１０１中に含有され、複合化された強化繊維１０２と、を有する。ＦＲＴＰ１２としては、例えば、ＦＲＰ成形用プリプレグを用いて形成されたものや、強化繊維１０２を含有するマトリクス樹脂１０１が固化したコンポジットを使用することができる。ＦＲＴＰ１２は、１層に限らず、例えば図２に示すように、２層以上であってもよい。ＦＲＴＰ１２の厚みや、ＦＲＴＰ１２を複数層とする場合のＦＲＴＰ１２の層数ｎは、使用目的に応じて適宜設定すればよい。ＦＲＴＰ１２が複数層ある場合、各層は、同一の構成であってもよいし、異なっていてもよい。また、ＦＲＴＰ１２を構成する強化繊維１０２の種類や含有比率なども、層ごとに異なっていてもよい。

（マトリクス樹脂１０１）
主成分として結晶性樹脂の熱可塑性樹脂を含むマトリクス樹脂１０１により、金属部材１１とＦＲＴＰ１２とが強固に接着され、本実施形態に係る加工方法が実施されることで、強固に接着された状態を保持したまま、金属部材１１とＦＲＴＰ１２とを一体加工することができる。

結晶性樹脂とは、示差走査熱量計（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ：ＤＳＣ）又は、示唆熱分析（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ：ＤＴＡ）を用いて融点測定を行ったときに、融点Ｔｍが観測される樹脂である。マトリクス樹脂１０１に含有される結晶性の熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリエステル（ＰＥｓ）、ナイロン類、芳香族ポリエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、変性ポリイミド等が挙げられる。例えば、ポリエチレン（ＰＥ）には、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、超高分子ポリエチレン（ＵＨＰＥ）などが挙げられ、ポリエステル（ＰＥｓ）としては、ポリエチレンテレフラタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフラタレート（ＰＢＴ）などが挙げられ、ナイロン類としては、６ナイロン（ＰＡ６）、６，６－ナイロン（ＰＡ６６）などが挙げられ、芳香族ポリエーテルケトン（ＰＡＥＫ）としては、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトンケトン（ＰＥＥＫＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）などが挙げられる。マトリクス樹脂１０１に結晶性の熱可塑性樹脂が含有されることで、熱硬化性樹脂を使用した場合に生じる、ＦＲＰが脆性を有するため曲げ加工ができないことを解消することが可能となる。

また、金属部材１１とＦＲＴＰ１２の接着性を高めるために、骨格や末端基が変性された結晶性の熱可塑性樹脂がマトリクス樹脂１０１に含有されてもよい。結晶性の熱可塑性樹脂の変性には、無水マレイン酸や無水カルボン酸等の酸を使用することが可能である。

マトリクス樹脂１０１には、その接着性や物性を損なわない範囲において、例えば、天然ゴム、合成ゴム、エラストマー等や、種々の無機フィラー、溶剤、顔料、着色剤、酸化防止剤、紫外線防止剤、難燃剤、難燃助剤等その他添加物を配合してもよい。エラストマーとしては、例えば、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、アルケン系エラストマー、塩化ビニル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、アミド系エラストマー等が使用可能である。添加物の含有率は、熱可塑性樹脂の含有率と、強化繊維１０２の含有率と添加物の含有率との合計で１００体積％となるように配合されることが好ましい。

マトリクス樹脂１０１に含有される熱可塑性樹脂の含有率は、ＦＲＴＰ１２の全体積に対して、２０体積％以上８０体積％以下であることが好ましい。熱可塑性樹脂の含有率が２０体積％未満であると、金属部材１１とＦＲＴＰ１２との加熱圧着が不十分となり、圧着面で剥離する可能性がある。一方、熱可塑性樹脂の含有率が８０体積％超であると、プレス加工時に軟化溶融した樹脂が金型に流れ出し、熱可塑性炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＴＰ）中のボイドや欠陥が入るのを促し、複合材の強度が低下するという問題が発生する可能性がある。より好ましくは、マトリクス樹脂１０１に含有される熱可塑性樹脂の含有率は、３５体積％以上７５体積％以下である。マトリクス樹脂１０１は、マトリクス樹脂１０１の含有率と強化繊維１０２との含有率の合計が１００体積％となるように含有されることが好ましい。

（強化繊維１０２）
強化繊維１０２としては、特に制限はないが、例えば、炭素繊維、ボロン繊維、シリコンカーバイド繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などが好ましく、軽量化の観点から、炭素繊維がより好ましい。炭素繊維の種類については、例えば、ＰＡＮ系、ピッチ系のいずれも使用でき、目的や用途に応じて選択すればよい。また、強化繊維１０２として、上述した繊維を１種類単独で使用してもよいし、複数種類を併用してもよい。

ＦＲＴＰ１２に用いられるＦＲＰにおいて、強化繊維１０２の基材となる強化繊維基材としては、例えば、チョップドファイバーを使用した不織布基材や連続繊維を使用したクロス材、一方向強化繊維基材（ＵＤ材）、短繊維基材などを使用することができる。補強効果の面からは、強化繊維基材としてクロス材やＵＤ材を使用することが好ましい。

（繊維密度）
ＦＲＴＰ１２の繊維密度（ＶＦ：Ｖｏｌｕｍｅ Ｆｒａｃｔｉｏｎ）は、強度に影響する因子であり、一般には、ＶＦが高いほどＦＲＴＰ１２の強度は高くなる。本実施形態において、強化繊維１０２はＦＲＴＰ１２の全体積に対して２０～７０体積％含まれることが好ましい。強化繊維１０２として連続繊維を用いた場合、ＦＲＴＰ１２のＶＦは、４０体積％以上７０体積％以下であることが好ましい。連続繊維を用いたときの強化繊維１０２のＶＦが７０体積％超となると、高い配向性を有するＦＲＴＰ１２を製造することが難しくなる。また、連続繊維を用いたときの強化繊維１０２のＶＦが４０体積％未満となると、加熱硬化の過程において、強化繊維１０２が樹脂中で配向しづらいため、連続繊維特有の強度が得られないことがある。ＶＦが大きすぎる場合、ＦＲＴＰ１２にボイドや欠陥が生じやすくなり、高い強度を得ることが困難になるため、強化繊維１０２として連続繊維を用いた場合のＦＲＴＰ１２のＶＦは、５５体積％以上６５体積％以下であることがより好ましい。

また、強化繊維１０２として使用する繊維が短繊維の場合は、２０体積％以上５０体積％以下であることが好ましい。短繊維を用いたときの強化繊維１０２のＶＦが５０体積％超となると、高い配向性を有するＦＲＴＰ１２を製造することが難しくなる。また、短繊維を用いたときの強化繊維１０２のＶＦが２０体積％未満となると、強度部材としての十分な強度が得られないことがある。強化繊維１０２として短繊維を用いた場合のＦＲＴＰ１２のＶＦは、２５体積％以上４５％体積％以下であることがより好ましい。なお、短繊維とは、長さが０．１ｍｍ～１２ｍｍの繊維を言う。

本実施形態に係る金属－ＦＲＴＰ複合部材１において、ＦＲＴＰ１２は、少なくとも１枚以上のＣＦＲＴＰ成形用プリプレグを用いて形成されたものである。ＦＲＴＰ１２は、１層に限らず、例えば図３に示すように、２層以上であってもよい。ＦＲＴＰ１２の厚みや、ＦＲＴＰ１２を複数層とする場合のＦＲＴＰ１２の層数ｎは、使用目的に応じて適宜設定すればよい。ＦＲＴＰ１２が複数層ある場合、各層は、同一の構成であってもよいし、異なっていてもよい。また、ＦＲＴＰ１２を構成する強化繊維１０２の種類や含有比率なども、層ごとに異なっていてもよい。

＜２．２．金属－ＦＲＴＰ複合部材１の加工方法＞
以上、本実施形態に係る金属－繊維強化樹脂材料複合体としての金属－ＦＲＴＰ複合部材１の構成を詳細に説明した。続いて、図３、４を参照しながら、本実施形態に係る金属－ＦＲＴＰ複合部材１の加工方法について説明する。図３、４は、金属－ＦＲＴＰ複合部材１の加工工程例を示す説明図である。

金属－ＦＲＴＰ複合部材１は、所定の形状を有する、ＦＲＴＰ１２と金属部材１１とを、所定の加熱温度に加熱した後、所定の形状を有する金型を介して所定の圧力を印加して一体加工する一体加工工程と、一体加工された金属部材１１及びＦＲＴＰ１２を、所定の温度で金型から離型する離型工程とを経ることにより得られる。本発明における一体加工とは、ＦＲＴＰ１２と金属部材１１をマトリクス樹脂１０１により接着し、金属部材１１とＦＲＴＰ１２が剥離することなく加工することである。以下に、金属部材１１とＦＲＴＰ１２とを加熱圧着することによって複合化（一体化）する方法について説明する。

＜２．２．１．方法１＞
まず、図３（ａ）に示すように、金属部材１１の少なくとも片側の面にＦＲＴＰ１２を配置して積層し、積層体とする。図３では、凸状形状を有する金型を上部金型ｍ１、凹状形状を有する金型を下部金型ｍ２とし、金属部材１１の上部、すなわち上部金型ｍ１側にＦＲＴＰ１２が配置される場合を示している。このとき、ＦＲＴＰ１２の、金属部材と接着する接着面は、例えば、ブラスト処理等による粗化や、プラズマ処理、コロナ処理などによる活性化がなされていることが好ましい。また、金属部材１１に対して、予め表面の付着物の除去や脱脂を行うことが好ましい。かかる付着物の除去や脱脂は、公知の技術で行うことができる。

なお、図３（ａ）において、ＦＲＴＰ１２に代えて、ＦＲＰ成形用プリプレグを積層した積層体を後述する一体加工時に、ＦＲＰ成形用プリプレグと金属部材１１とを複合化しながら一体加工することも可能である。また、予め金属部材１１とＦＲＴＰ１２とが複合化したものを、後述する方法で一体加工することも可能である。また、ＦＲＴＰ１２は、図２に示したように、１層に限らず、複数層であってもよい。

次に、この金属部材１１とＦＲＴＰ１２の積層体を所定の加熱温度Ｔ_１まで加熱する（図２（ｂ））。上記、加熱温度Ｔ_１は、ＦＲＴＰ単体が、長時間、例えば１時間以上その温度に保持されるとＦＲＴＰの自重により変形が生じてしまう、すなわち単独では形状を保持できない温度である。具体的には、加熱温度Ｔ_１は、ＦＲＰのマトリクス樹脂１０１に含有される熱可塑性樹脂の融点をＴｍとしたとき、（Ｔｍ－２０）℃以上（Ｔｍ＋１０）℃以下の範囲内の温度であることが好ましい。加熱温度Ｔ_１が（Ｔｍ－２０）℃未満であると、金属部材１１とＦＲＴＰ１２との界面で剥離が生じる可能性が高くなる。また、加熱温度Ｔ_１が（Ｔｍ－２０）℃未満であると、マトリクス樹脂１０１の流動性が低いため、複数層のＦＲＴＰ１２が積層されているときに、曲げ加工時にＦＲＴＰ１２の層の間でせん断ずれが生じる可能性が高くなる。加熱温度Ｔ_１が（Ｔｍ＋１０）℃超であると、マトリクス樹脂１０１の流動性が高くなり過ぎることで、マトリクス樹脂１０１が金型ｍから流出し、ＦＲＴＰ１２の全体積に対するマトリクス樹脂１０１の含有率が減少し、複合体の強度が低下する可能性が高くなる。マトリクス樹脂１０１の含有率が減少することで、ＦＲＴＰ１２中でボイドが発生しやすくなり、ＦＲＴＰ１２の強度が低下する可能性がある。また、ＦＲＴＰ１２の全体積に対するマトリクス樹脂１０１に含まれる熱可塑性樹脂の含有率が減少することで、金属部材１１とＦＲＴＰ１２の接着強度が低下して剥離が促進される結果、強度が低下する可能性がある。加熱温度Ｔ_１は、より好ましくは、（Ｔｍ－１０）℃以上（Ｔｍ＋０）℃以下である。

金属－ＦＲＴＰ複合部材１の離型性を向上するために、金型ｍの表面には、離型処理が施されることが好ましい。離型処理方法としては、特段制限されず、例えば、離型剤塗布、金型ｍの表面改質、皮膜形成等が挙げられる。離型剤には、シリコーン、鉱物湯、エステル等を主成分としたものを適宜使用することができ、オイル型、溶液型、エマルジョン型、オイルコンパウンド型、焼き付け型の離型剤を適宜選択して使用することができる。

また、金型ｍは予熱されておくことが好ましい。金型ｍの予熱としては、特段制限されず、例えば、ガスバーナによる燃焼加熱や、赤外線加熱、高周波誘電加熱等により実施することができる。金型ｍを予熱しておくことで、この金属部材１１とＦＲＴＰ１２の積層体が所定の温度に到達するまでの時間を短縮し、生産効率を向上させることができる。

次いで、図３（ｃ）に示すように、金型ｍを用いて、金属部材１１とＦＲＴＰ１２に所定の圧力を印加し、上記の加熱温度Ｔ_１で一体化して所定の形状に加工する一体加工を行う。

加工時のプレス荷重は、０．１ｋＮ以上１００ｋＮ以下であることが好ましい。０．１ｋＮ未満であると、厚みが１２ｍｍ未満のＦＲＴＰ１２と、厚みが０．１ｍｍ以上の鋼板の複合材とを所定の形状に加工することができない場合がある。一方、プレス荷重が１００ｋＮであると、繊維が破壊する可能性の場合があり好ましくない。

金属部材１１とＦＲＰとの積層体の加工速度は、材料のひずみ速度で定義し、その範囲は０．０５～１０ｓ^－１であることが好ましい。材料のひずみ速度は、金型ｍの速度を材料の厚みで除した値である。このひずみ速度が０．０５ｓ^－１未満であると一体成型は可能であるが、生産性が著しく低下する。１０ｓ^－１超であるとＦＲＴＰ１２中の樹脂が鋼板の加工に追随できず、ＦＲＴＰ１２の層間でずれが生じる可能性がある。より好ましくは、加工速度は、金属部材１１とＦＲＰとの積層体のひずみ速度が０．５ｓ^－１以上５ｓ^－１以下となる範囲の加工速度である。

プレス時間は、少なくとも１分以上であれば、ＦＲＴＰ中の樹脂が鋼板に移動し、接着性が担保されるため一体化した金属－ＦＲＴＰ複合部材１の加工が可能であり、５分以上であると好ましい。特に上限はないが、生産性の観点から１０分以下であると好ましい。

その後、図３（ｄ）に示すように、離型温度Ｔ_２で金型ｍによる圧力を除去し、金型ｍから取り外して金属－ＦＲＴＰ複合部材１を得る。

このときの離型温度Ｔ_２は、ＦＲＴＰ単体が上記温度で保持された際に、微小な力、例えば、１Ｎ以上の力が加えられた時にＦＲＴＰ内の炭素繊維や樹脂に亀裂などが入らず簡単に変形してしまう温度、すなわち形状が定まりきっていない温度である。具体的には、加熱温度Ｔ_２は、（Ｔｍ－３０）℃以上（Ｔｍ＋１０）℃以下の範囲内の温度であることが好ましい。離型温度Ｔ_２が（Ｔｍ－３０）℃未満であると、金属部材１１のスプリングバックにＦＲＴＰ１２が追随できず、金属部材１１とＦＲＴＰ１２との界面で剥離が生じる場合がある。また、離型温度Ｔ_２が（Ｔｍ＋１０）℃超であると、マトリクス樹脂１０１の流動性が高くなり過ぎることで、マトリクス樹脂１０１が金型ｍから流出しすることがある。その結果、ＦＲＴＰ１２中のマトリクス樹脂が減少し、複合体の強度が低下する可能性がある。離型温度Ｔ_２は、より好ましくは、（Ｔｍ－２０）℃以上（Ｔｍ＋０）℃以下である。

離型温度Ｔ_２が上記温度範囲であれば、ＦＲＴＰ１２中の樹脂が金属部材１１のスプリングバックに追随できるような流動性を有しているため、金属－ＦＲＴＰ複合部材１からの圧力除去速度は特段制限されない。

金属部材１１とＦＲＴＰ１２との間の剥離強度は、「ＪＩＳ Ｋ ６８５４－３ 接着剤－剥離接着強さ試験方法―第３部：Ｔ形はく離」で規定された方法により測定することができる。図４は、剥離強度試験に使用する試験片２を示す図である。詳細には、ＦＲＴＰ１２の両方の面に金属部材１１を接合させた幅１５ｍｍ、長さ９０ｍｍの試験片を加工後の金属－ＦＲＴＰ複合部材１から切り出す。切り出した試験片の金属部材１１をＦＲＴＰ１２から３０ｍｍ引きはがし、金属部のみを９０度に曲げ加工する。９０度に曲げ加工された金属部をチャックでつかみ剥離試験機にセットし、剥離試験機のクロスヘッドスピードを３００ｍｍ／分として、剥離強度試験を行い、得られる最大荷重を剥離強度とする。また、ＦＲＴＰ１２の片方の面のみに金属部材１１を接合し一体加工した金属－ＦＲＴＰ複合部材については、以下の方法によって試験片を作製し、剥離強度試験を行うことができる。金属―ＦＲＴＰ複合部材から幅１５ｍｍ、長さ９０ｍｍの複合部材を切り出し、切り出した複合部材の金属部材１１をＦＲＴＰ１２から３０ｍｍ引きはがし、引きはがされた金属部を９０度に曲げ加工する。金属部材１１が接合した面とは反対側のＦＲＴＰ１２の面には、室温硬化型接着剤を用いて９０度に曲げ加工した金属部材を接着する。上記のようにして作製された試験片を上記と同様に剥離試験機にセットし、剥離強度試験に用いることが可能である。なお、使用する室温硬化型接着剤と、ＦＲＴＰ１２との接着強度を別途検討したところ、２００Ｎ以上であったため、本剥離強度試験結果は、金属部材１１とＦＲＴＰ１２との間の剥離強度を反映したものとなる。

上記では、金属部材１１の上部にＦＲＴＰ１２を積層した場合について説明したが、図５に示すように、ＦＲＴＰ１２の上部に金属部材１１を積層して加工することも可能である。以下に、図５を参照しながら、ＦＲＴＰ１２の上部に金属部材１１を積層して一体加工する方法について説明する。

＜２．２．２．方法２＞
ＦＲＴＰ１２の上部に金属部材１１を積層して一体加工する場合、図５（ａ）に示すように、ＦＲＴＰ１２の上部に金属部材１１を積層した積層体を、図５（ｂ）に示すように、支持板ｂに載せ、金型ｍを介して圧力を印加して加熱圧着する。

ＦＲＴＰ１２の、金属部材１１と接着する接着面は、方法１と同様に、例えば、ブラスト処理等による粗化や、プラズマ処理、コロナ処理などによる活性化がなされていることが好ましい。なお、図５（ａ）において、ＦＲＴＰ１２に代えて、ＦＲＰ成形用プリプレグを積層することもできる。また、ＦＲＴＰ１２は、図２に示したように、１層に限らず、複数層であってもよい。

次に、図５（ｂ）に示すように、ＦＲＴＰ１２と金属部材１１の積層体を支持板ｂに載せ、所定の加熱温度Ｔ_１まで加熱する。このときの加熱温度Ｔ_１は、方法１の加熱温度Ｔ_１と同様である。

金属－ＦＲＴＰ複合部材１の離型性を向上するために、金型ｍの表面には、方法１と同様の離型処理が施されることが好ましい。また、支持板ｂの表面にも、方法1と同様の離型処理が施されることが好ましい。また、積層体加熱時は、方法１と同様の方法で金型ｍを予熱しておくことが好ましい。

次いで、図５（ｃ）に示すように、金型ｍを用いて、金属部材１１とＦＲＴＰ１２の成形体及び支持板ｂに圧力を印加し、上記の加熱温度Ｔ_１で、所定の形状に加工する。このとき、金型ｍの形状は、金属部材１１とＦＲＴＰ１２の積層体が所望の形状の金属－ＦＲＴＰ複合部材１となるように、支持板ｂの厚み等を考慮したものであることが好ましい。

プレス荷重、加工速度、圧力印加時間等は、方法１と同様の条件に設定することができる。

その後、図５（ｄ）に示すように、離型温度Ｔ_２で金型ｍによる圧力を除去し、金型ｍから取り外して金属－ＦＲＴＰ複合部材１を得る。このときの、離型温度Ｔ_２は、方法１の離型温度Ｔ_２と同様である。

本実施形態では、ＦＲＴＰ１２は、金属部材１１の少なくとも片側の面に接するように設けられている場合について説明したが、ＦＲＴＰ１２は、金属部材１１の片面のみに設けられている場合のみならず、両面にそれぞれ設けられていてもよい。ＦＲＴＰ１２が金属部材１１の両面に設けられる場合は、上記方法２を適用して加工することが可能である。また、２つの金属部材１１の間にＦＲＴＰ１２を含む積層体が挟み込まれるような構造にしてもよい。

上述した本実施形態によれば、予め金属部材１１とＦＲＴＰ１２とを貼り合わせる工程や、賦形する工程を要することなく、金属部材１１とＦＲＴＰ１２とが強固に接合された金属－ＦＲＴＰ複合部材１の一体加工が可能となる。なお、本方法では、金属部材１１とＦＲＴＰ１２とが予め接合されたものを用いて次工程で一体加工してもよい。

＜３．第２の実施形態＞
＜３．１．金属－繊維強化樹脂材料複合体の構成＞
本発明の第２の実施形態に係る金属－繊維強化樹脂材料複合体は、マトリクス樹脂１０１Ａとして非晶性の熱可塑性樹脂を含有し、複合化されたものである。図６、７を参照しながら、本発明の第２の実施形態に係る金属－繊維強化樹脂材料複合体の構成について説明する。

金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａは、ＦＲＴＰ１２Ａの非晶性の熱可塑性樹脂を含有するマトリクス樹脂１０１Ａにより複合化されたものである。金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａは、図６に示すように、金属部材１１と、ＦＲＴＰ１２Ａと、を備える。金属部材１１とＦＲＴＰ１２Ａとは、ＦＲＴＰ１２Ａに含まれるマトリクス樹脂１０１Ａによって複合化されている。

本実施形態では、ＦＲＴＰ１２Ａは、金属部材１１の少なくとも片側の面に接するように設けられている。ただし、ＦＲＴＰ１２Ａは、金属部材１１の片面のみに設けられている場合のみならず、両面にそれぞれ設けられていてもよい。また、２つの金属部材１１の間にＦＲＴＰ１２Ａを含む積層体が挟み込まれるような構造にしてもよい。

以下、金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａの各構成要素及びその他の構成について詳述する。本実施形態に係る金属部材１１については、第１の実施形態と同様であるため、ここでは、詳細な説明は省略する。

＜３．１．１．ＦＲＴＰ１２Ａ＞
ＦＲＴＰ１２Ａは、非晶性の熱可塑性樹脂を含有するマトリクス樹脂１０１Ａと、当該マトリクス樹脂１０１Ａ中に含有され、複合化された強化繊維１０２と、を有する。ＦＲＴＰ１２Ａとしては、方法１と同様に、例えば、ＦＲＰ成形用プリプレグを用いて形成されたものや、強化繊維１０２を含有するマトリクス樹脂１０１Ａが固化したコンポジットを使用することができ、１層に限らず、例えば図７に示すように、２層以上であってもよい。

（マトリクス樹脂１０１Ａ）
主成分として結晶性樹脂の熱可塑性樹脂を含むマトリクス樹脂１０１Ａにより、金属部材１１とＦＲＴＰ１２Ａとが強固に接着され、本実施形態に係る加工方法が実施されることで、強固に接着された状態を保持したまま、金属部材１１とＦＲＴＰ１２Ａとを一体加工することができる。

非晶性樹脂とは、示差走査熱量計、又は、示唆熱分析を用いて融点測定を行ったときに、結晶化に伴う発熱ピークが観測されず、ガラス転移点Ｔｇのみが観測される樹脂である。マトリクス樹脂１０１Ａに含有される非晶性樹脂としては、例えば、フェノキシ樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、非晶ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）等が挙げられる。マトリクス樹脂１０１に結晶性の熱可塑性樹脂が含有されることで、熱硬化性樹脂を使用した場合に生じる、ＦＲＰが脆性を有するため曲げ加工ができないことを解消することが可能となる。

また、マトリクス樹脂１０１Ａとしては、強化繊維１０２Ａとして炭素繊維を使用した場合、金属部材１１との接着性、炭素繊維表面との親和性の観点から、フェノキシ樹脂を含有することが好ましい。フェノキシ樹脂を使用することが好ましい。「フェノキシ樹脂」とは、２価フェノール化合物とエピハロヒドリンとの縮合反応、又は２価フェノール化合物と２官能エポキシ樹脂との重付加反応から得られる線形の高分子であり、非晶質の熱可塑性樹脂である。フェノキシ樹脂は、溶液中又は無溶媒下で従来公知の方法で得ることができ、粉体、ワニス及びフィルムのいずれの形態でも使用することができる。

フェノキシ樹脂は、エポキシ樹脂と分子構造が酷似しているため、エポキシ樹脂と同程度の耐熱性を有し、また、金属部材１１との接着性が良好となる。さらに、フェノキシ樹脂に、エポキシ樹脂のような硬化成分を添加して共重合させることで、いわゆる部分硬化型樹脂とすることができる。このような部分硬化型樹脂をマトリクス樹脂１０１Ａとして使用することにより、強化繊維１０２への含浸性に優れるマトリクス樹脂とすることができる。さらには、この部分硬化型樹脂中の硬化成分を熱硬化させることで、通常の熱可塑性樹脂のようにＦＲＴＰ１２Ａ中のマトリクス樹脂１０１Ａが高温に曝された際に溶融又は軟化することを抑制できる。フェノキシ樹脂への硬化成分の添加量は、強化繊維１０２への含浸性と、ＦＲＴＰ１２Ａの脆性、タクトタイム及び加工性等とを考慮し、適宜決めればよい。このように、フェノキシ樹脂をマトリクス樹脂１０１Ａとして使用することで、自由度の高い硬化成分の添加と制御を行うことが可能となる。

なお、例えば、強化繊維１０２の表面には、エポキシ樹脂と馴染みのよいサイジング剤が施されていることが多い。フェノキシ樹脂は、エポキシ樹脂の構造と酷似していることから、マトリクス樹脂１０１Ａとしてフェノキシ樹脂を使用することにより、エポキシ樹脂用のサイジング剤をそのまま使用することができる。そのため、コスト競争力を高めることができる。

また、熱可塑性樹脂の中でもフェノキシ樹脂は、良成形性を備え、強化繊維１０２との接着性に優れる他、酸無水物やイソシアネート化合物、カプロラクタム等を架橋剤として使用することで、成形後に高耐熱性の熱硬化性樹脂と同様の性質を持たせることもできる。よって、本実施形態では、マトリクス樹脂１０１Ａの樹脂成分として、樹脂成分１００質量部に対してフェノキシ樹脂を５０質量部以上含む樹脂組成物の固化物又は硬化物を用いることが好ましい。このような樹脂組成物を使用することによって、金属部材１１とＦＲＴＰ１２Ａとを強固に接合することが可能になる。樹脂組成物は、樹脂成分１００質量部のうちフェノキシ樹脂を５５質量部以上含むことがより好ましい。接着樹脂組成物の形態は、例えば、粉体、ワニスなどの液体、フィルムなどの固体とすることができる。なお、単に「固化物」というときは、樹脂成分自体が固化したものを意味し、「硬化物」というときは、樹脂成分に対して各種の硬化剤を含有させて硬化させたものを意味する。なお、硬化物に含有されうる硬化剤には、後述するような架橋剤も含まれ、上記の「硬化物」は、架橋硬化物を含むものとする。

なお、フェノキシ樹脂の含有量は、以下のように、赤外分光法（ＩＲ：ＩｎｆｒａＲｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて測定可能であり、赤外分光法で対象とする樹脂組成物からフェノキシ樹脂の含有割合を分析する場合、透過法やＡＴＲ反射法など、赤外分光分析の一般的な方法を使うことで、測定することができる。

鋭利な刃物等でＦＲＴＰ１２Ａを削り出し、可能な限り繊維をピンセットなどで除去して、ＦＲＴＰ１２Ａから分析対象となる樹脂組成物をサンプリングする。透過法の場合は、ＫＢｒ粉末と分析対象となる樹脂組成物の粉末とを乳鉢などで均一に混合しながら潰すことで薄膜を作製して、試料とする。ＡＴＲ反射法の場合は、透過法同様に粉末を乳鉢で均一に混合しながら潰すことで錠剤を作製して、試料を作製しても良いし、単結晶ＫＢｒ錠剤（例えば直径２ｍｍ×厚み１．８ｍｍ）の表面にヤスリなどで傷をつけ、分析対象となる樹脂組成物の粉末をまぶして付着させて試料としても良い。いずれの方法においても、分析対象となる樹脂と混合する前のＫＢｒ単体におけるバックグラウンドを測定しておくことが重要である。ＩＲ測定装置は、市販されている一般的なものを用いることができるが、精度としては吸収（Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ）は１％単位で、波数（Ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ）は１ｃｍ－１単位で区別が出来る分析精度をもつ装置が好ましく、例えば、日本分光株式会社製のＦＴ／ＩＲ－６３００などが挙げられる。

フェノキシ樹脂の含有量を調査する場合、フェノキシ樹脂の吸収ピークは、例えば１４５０～１４８０ｃｍ－１、１５００ｃｍ－１近傍、１６００ｃｍ－１近傍などに存在する。そのため、予め作成しておいた、上記吸収ピークの強度とフェノキシ樹脂の含有量との関係を示した検量線と、測定された吸収ピークの強度と、に基づいて、フェノキシ樹脂の含有量を計算することが可能である。

フェノキシ樹脂の平均分子量は、質量平均分子量（Ｍｗ）として、例えば、１０，０００以上２００，０００以下の範囲内であるが、好ましくは２０，０００以上１００，０００以下の範囲内であり、より好ましくは３０，０００以上８０，０００以下の範囲内である。フェノキシ樹脂のＭｗを１０，０００以上の範囲内とすることで、成形体の強度を高めることができ、この効果は、Ｍｗを２０，０００以上、さらには３０，０００以上とすることで、さらに高まる。一方、フェノキシ樹脂のＭｗを２００，０００以下とすることで、作業性や加工性に優れるものとすることができ、この効果は、Ｍｗを１００，０００以下、さらには８０，０００以下とすることで、さらに高まる。

本実施形態で用いるフェノキシ樹脂の水酸基当量（ｇ／ｅｑ）は、例えば、５０以上１０００以下の範囲内であるが、好ましくは５０以上７５０以下の範囲内であり、より好ましくは５０以上５００以下の範囲内である。フェノキシ樹脂の水酸基当量を５０以上とすることで、水酸基が減ることで吸水率が下がるため、硬化物の機械物性を向上させることができる。一方、フェノキシ樹脂の水酸基当量を１０００以下とすることで、水酸基が少なくなるのを抑制できるので、金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａの機械物性を向上させることができる。この効果は、水酸基当量を７５０以下、さらには５００以下とすることでさらに高まる。

フェノキシ樹脂としては、上記の物性を満足するものであれば特に限定されないが、好ましいものとして、ビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂（例えば、新日鉄住金化学株式会社製フェノトートＹＰ－５０、フェノトートＹＰ－５０Ｓ、フェノトートＹＰ－５５Ｕとして入手可能）、ビスフェノールＦ型フェノキシ樹脂（例えば、新日鉄住金化学株式会社製フェノトートＦＸ－３１６として入手可能）、ビスフェノールＡとビスフェノールＦの共重合型フェノキシ樹脂（例えば、新日鉄住金化学株式会社製ＹＰ－７０として入手可能）、上記に挙げたフェノキシ樹脂以外の臭素化フェノキシ樹脂やリン含有フェノキシ樹脂、スルホン基含有フェノキシ樹脂などの特殊フェノキシ樹脂（例えば、新日鉄住金化学株式会社製フェノトートＹＰＢ－４３Ｃ、フェノトートＦＸ２９３、ＹＰＳ－００７等として入手可能）などを挙げることができる。これらの樹脂は、１種を単独で、又は２種以上を混合して使用できる。

◇架橋性樹脂組成物
フェノキシ樹脂（以下、「フェノキシ樹脂（Ａ）」ともいう。）を含有する樹脂組成物に、例えば、酸無水物、イソシアネート、カプロラクタムなどを架橋剤として配合することにより、架橋性樹脂組成物（すなわち、樹脂組成物の硬化物）とすることもできる。架橋性樹脂組成物は、フェノキシ樹脂（Ａ）に含まれる２級水酸基を利用して架橋反応させることにより、樹脂組成物の耐熱性が向上するため、より高温環境下で使用される部材への適用に有利となる。フェノキシ樹脂（Ａ）の２級水酸基を利用した架橋形成には、架橋硬化性樹脂（Ｂ）と架橋剤（Ｃ）を配合した架橋性樹脂組成物を用いることが好ましい。架橋硬化性樹脂（Ｂ）としては、例えばエポキシ樹脂等を使用できるが、特に限定するものではない。このような架橋性樹脂組成物を用いることによって、樹脂組成物のガラス転移点Ｔｇがフェノキシ樹脂（Ａ）単独の場合よりも大きく向上した第２の硬化状態の硬化物（架橋硬化物）が得られる。架橋性樹脂組成物の架橋硬化物のガラス転移点Ｔｇは、例えば、１６０℃以上であり、１７０℃以上２２０℃以下の範囲内であることが好ましい。

架橋性樹脂組成物において、フェノキシ樹脂（Ａ）に配合する架橋硬化性樹脂（Ｂ）としては、２官能性以上のエポキシ樹脂が好ましい。２官能性以上のエポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡタイプエポキシ樹脂（例えば、新日鉄住金化学株式会社製エポトートＹＤ－０１１、エポトートＹＤ－７０１１、エポトートＹＤ－９００として入手可能）、ビスフェノールＦタイプエポキシ樹脂（例えば、新日鉄住金化学株式会社製エポトートＹＤＦ－２００１として入手可能）、ジフェニルエーテルタイプエポキシ樹脂（例えば、新日鉄住金化学株式会社製ＹＳＬＶ－８０ＤＥとして入手可能）、テトラメチルビスフェノールＦタイプエポキシ樹脂（例えば、新日鉄住金化学株式会社製ＹＳＬＶ－８０ＸＹとして入手可能）、ビスフェノールスルフィドタイプエポキシ樹脂（例えば、新日鉄住金化学株式会社製ＹＳＬＶ－１２０ＴＥとして入手可能）、ハイドロキノンタイプエポキシ樹脂（例えば、新日鉄住金化学株式会社製エポトートＹＤＣ－１３１２として入手可能）、フェノールノボラックタイプエポキシ樹脂、（例えば、新日鉄住金化学株式会社製エポトートＹＤＰＮ－６３８として入手可能）、オルソクレゾールノボラックタイプエポキシ樹脂（例えば、新日鉄住金化学株式会社製エポトートＹＤＣＮ－７０１、エポトートＹＤＣＮ－７０２、エポトートＹＤＣＮ－７０３、エポトートＹＤＣＮ－７０４として入手可能）、アラルキルナフタレンジオールノボラックタイプエポキシ樹脂（例えば、新日鉄住金化学株式会社製ＥＳＮ－３５５として入手可能）、トリフェニルメタンタイプエポキシ樹脂（例えば、日本化薬株式会社製ＥＰＰＮ－５０２Ｈとして入手可能）等が例示されるが、これらに限定されるものではない。また、これらのエポキシ樹脂は、１種類を単独で使用してもよく、２種類以上を混合して使用してもよい。

また、架橋硬化性樹脂（Ｂ）としては、特に限定する意味ではないが、結晶性エポキシ樹脂が好ましく、融点が７０℃以上１４５℃以下の範囲内で、１５０℃における溶融粘度が２．０Ｐａ・ｓ以下である結晶性エポキシ樹脂がより好ましい。このような溶融特性を示す結晶性エポキシ樹脂を使用することにより、樹脂組成物としての架橋性樹脂組成物の溶融粘度を低下させることができ、ＦＲＴＰ１２Ａの接着性を向上させることができる。溶融粘度が２．０Ｐａ・ｓを超えると、架橋性樹脂組成物の成形性が低下し、金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａの均質性が低下することがある。

架橋硬化性樹脂（Ｂ）として好適な結晶性エポキシ樹脂としては、例えば、新日鉄住金化学株式会社製エポトートＹＳＬＶ－８０ＸＹ、ＹＳＬＶ－７０ＸＹ、ＹＳＬＶ－１２０ＴＥ、ＹＤＣ－１３１２、三菱化学株式会社製ＹＸ－４０００、ＹＸ－４０００Ｈ、ＹＸ－８８００、ＹＬ－６１２１Ｈ、ＹＬ－６６４０等、ＤＩＣ株式会社製ＨＰ－４０３２、ＨＰ－４０３２Ｄ、ＨＰ－４７００等、日本化薬株式会社製ＮＣ－３０００等が挙げられる。

架橋剤（Ｃ）は、フェノキシ樹脂（Ａ）の２級水酸基とエステル結合を形成することにより、フェノキシ樹脂（Ａ）を３次元的に架橋させる。そのため、熱硬化性樹脂の硬化のような強固な架橋とは異なり、加水分解反応により架橋を解くことができるので、金属部材１１とＦＲＴＰ１２Ａとを容易に剥離することが可能となる。

架橋剤（Ｃ）としては、酸無水物が好ましい。酸無水物は、常温で固体であり、昇華性があまり無いものであれば特に限定されるものではないが、金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａへの耐熱性付与や反応性の点から、フェノキシ樹脂（Ａ）の水酸基と反応する酸無水物を２つ以上有する芳香族酸無水物が好ましい。特に、ピロメリット酸無水物のように２つの酸無水物基を有する芳香族化合物は、トリメリット酸無水物と水酸基の組み合わせと比べて架橋密度が高くなり、耐熱性が向上するので好適に使用される。芳香族酸二無水物でも、例えば、４，４’―オキシジフタル酸、エチレングリコールビスアンヒドロトリメリテート、４，４’－（４，４’－イソプロピリデンジフェノキシ）ジフタル酸無水物といったフェノキシ樹脂及びエポキシ樹脂に対して相溶性を有する芳香族酸二無水物は、ガラス転移点Ｔｇを向上させる効果が大きくより好ましい。特に、ピロメリット酸無水物のように２つの酸無水物基を有する芳香族酸二無水物は、例えば、酸無水物基を１つしか有しない無水フタル酸に比べて架橋密度が向上し、耐熱性が向上するので好適に使用される。すなわち、芳香族酸二無水物は、酸無水物基を２つ有するために反応性が良好で、短い成形時間で脱型に十分な強度の架橋硬化物が得られるとともに、フェノキシ樹脂（Ａ）中の２級水酸基とのエステル化反応により、４つのカルボキシル基を生成させるため、最終的な架橋密度を高くできる。

フェノキシ樹脂（Ａ）、架橋硬化性樹脂（Ｂ）としてのエポキシ樹脂、及び架橋剤（Ｃ）の反応は、フェノキシ樹脂（Ａ）中の２級水酸基と架橋剤（Ｃ）の酸無水物基とのエステル化反応、更にはこのエステル化反応により生成したカルボキシル基とエポキシ樹脂のエポキシ基との反応によって架橋及び硬化される。フェノキシ樹脂（Ａ）と架橋剤（Ｃ）との反応によってフェノキシ樹脂架橋体を得ることができるが、エポキシ樹脂が共存することで樹脂組成物の溶融粘度を低下させられるため、被着体との含浸性の向上、架橋反応の促進、架橋密度の向上、及び機械強度の向上などの優れた特性を示す。

なお、架橋性樹脂組成物においては、架橋硬化性樹脂（Ｂ）としてのエポキシ樹脂が共存してはいるが、熱可塑性樹脂であるフェノキシ樹脂（Ａ）を主成分としており、その２級水酸基と架橋剤（Ｃ）の酸無水物基とのエステル化反応が優先していると考えられる。すなわち、架橋剤（Ｃ）として使用される酸無水物と、架橋硬化性樹脂（Ｂ）として使用されるエポキシ樹脂との反応は時間がかかる（反応速度が遅い）ため、架橋剤（Ｃ）とフェノキシ樹脂（Ａ）の２級水酸基との反応が先に起こり、次いで、先の反応で残留した架橋剤（Ｃ）や、架橋剤（Ｃ）に由来する残存カルボキシル基とエポキシ樹脂とが反応することで更に架橋密度が高まる。そのため、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を主成分とする樹脂組成物とは異なり、架橋性樹脂組成物によって得られる架橋硬化物は熱可塑性樹脂であり、貯蔵安定性にも優れる。

フェノキシ樹脂（Ａ）の架橋を利用する架橋性樹脂組成物においては、フェノキシ樹脂（Ａ）１００質量部に対して、架橋硬化性樹脂（Ｂ）が５質量部以上８５質量部以下の範囲内となるように含有されることが好ましい。フェノキシ樹脂（Ａ）１００質量部に対する架橋硬化性樹脂（Ｂ）の含有量は、より好ましくは９質量部以上８３質量部以下の範囲内であり、さらに好ましくは１０質量部以上８０質量部以下の範囲内である。架橋硬化性樹脂（Ｂ）の含有量を８５質量部以下とすることにより、架橋硬化性樹脂（Ｂ）の硬化時間を短縮できるため、脱型に必要な強度を短時間で得やすくなる他、ＦＲＴＰ１２Ａのリサイクル性が向上する。この効果は、架橋硬化性樹脂（Ｂ）の含有量を８３質量部以下、更には８０質量部以下とすることにより、さらに高まる。一方、架橋硬化性樹脂（Ｂ）の含有量を５質量部以上とすることにより、架橋硬化性樹脂（Ｂ）の添加による架橋密度の向上効果を得やすくなり、架橋性樹脂組成物の架橋硬化物が１６０℃以上のガラス転移点Ｔｇを発現しやすくなり、また、流動性が良好になる。ここで、架橋性樹脂組成物は、フェノキシ樹脂（Ａ）がＦＲＴＰ１２Ａの全体積に対して、２０～８０体積％含まれ、ＦＲＴＰ１２Ａの全体積に対して強化繊維１０２が２０～７０体積％含まれる範囲において、上記に記載した、フェノキシ樹脂（Ａ）と架橋性樹脂組成物との割合を満たすように含有されることが好ましい。なお、架橋硬化性樹脂（Ｂ）の含有量は、上述したような赤外分光法を用いた方法によって、エポキシ樹脂由来のピークについて同様に測定することで、架橋硬化性樹脂（Ｂ）の含有量を測定できる。

架橋剤（Ｃ）の配合量は、通常、フェノキシ樹脂（Ａ）の２級水酸基１モルに対して酸無水物基０．６モル以上１．３モル以下の範囲内の量であり、好ましくは０．７モル以上１．３モル以下の範囲内の量であり、より好ましくは１．１モル以上１．３モル以下の範囲内である。酸無水物基の量が０．６モル以上であると、架橋密度が高くなるため、機械物性や耐熱性に優れる。この効果は、酸無水物基の量を０．７モル以上、更には１．１モル以上とすることにより、さらに高まる。酸無水物基の量が１．３モル以下であると、未反応の酸無水物やカルボキシル基が硬化特性や架橋密度に悪影響を与えることを抑制できる。このため、架橋剤（Ｃ）の配合量に応じて、架橋硬化性樹脂（Ｂ）の配合量を調整することが好ましい。具体的には、例えば、架橋硬化性樹脂（Ｂ）として用いるエポキシ樹脂により、フェノキシ樹脂（Ａ）の２級水酸基と架橋剤（Ｃ）の酸無水物基との反応により生じるカルボキシル基を反応させることを目的に、エポキシ樹脂の配合量を架橋剤（Ｃ）との当量比で０．５モル以上１．２モル以下の範囲内となるようにするとよい。好ましくは、架橋剤（Ｃ）とエポキシ樹脂の当量比が、０．７モル以上１．０モル以下の範囲内である。

架橋剤（Ｃ）をフェノキシ樹脂（Ａ）、架橋硬化性樹脂（Ｂ）と共に配合すれば、架橋性樹脂組成物を得ることができるが、架橋反応が確実に行われるように触媒としての促進剤（Ｄ）を更に含有させてもよい。促進剤（Ｄ）は、常温で固体であり、昇華性が無いものであれば特に限定はされるものではなく、例えば、トリエチレンジアミン等の３級アミン、２－メチルイミダゾール、２－フェニルイミダゾール、２－フェニルー４－メチルイミダゾール等のイミダゾール類、トリフェニルフォスフィン等の有機フォスフィン類、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート等のテトラフェニルボロン塩などが挙げられる。これらの促進剤（Ｄ）は、１種類を単独で使用してもよく、２種類以上を併用してもよい。なお、架橋性樹脂組成物を微粉末とし、静電場による粉体塗装法を用いて強化繊維基材に付着させてマトリクス樹脂１０１Ａを形成する場合は、促進剤（Ｄ）として、触媒活性温度が１３０℃以上である常温で固体のイミダゾール系の潜在性触媒を用いることが好ましい。促進剤（Ｄ）を使用する場合、促進剤（Ｄ）の配合量は、フェノキシ樹脂（Ａ）、架橋硬化性樹脂（Ｂ）及び架橋剤（Ｃ）の合計量１００質量部に対して、０．１質量部以上５重量部以下の範囲内とすることが好ましい。

架橋性樹脂組成物は、常温で固形であり、その溶融粘度は、１６０～２５０℃の範囲内の温度域における溶融粘度の下限値である最低溶融粘度が３，０００Ｐａ・ｓ以下であることが好ましく、２，９００Ｐａ・ｓ以下であることがより好ましく、２,８００Ｐａ・ｓ以下であることが更に好ましい。１６０～２５０℃の範囲内の温度域における最低溶融粘度が３，０００Ｐａ・ｓ以下とすることにより、熱プレスなどによる加熱圧着時に架橋性樹脂組成物を被着体へ十分に含浸させることができ、ＦＲＴＰ１２Ａにボイド等の欠陥を生じることを抑制できるため、金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａの機械物性が向上する。この効果は、１６０～２５０℃の範囲内の温度域における最低溶融粘度を２，９００Ｐａ・ｓ以下、更には２，８００Ｐａ・ｓ以下とすることにより、更に高まる。

マトリクス樹脂１０１には、その接着性や物性を損なわない範囲において、例えば、天然ゴム、合成ゴム、エラストマー等や、種々の無機フィラー、溶剤、顔料、着色剤、酸化防止剤、紫外線防止剤、難燃剤、難燃助剤等その他添加物を配合してもよい。エラストマーとしては、例えば、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、アルケン系エラストマー、塩化ビニル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、アミド系エラストマー等が使用可能である。添加物は、熱可塑性樹脂と、強化繊維１０２とを含む合計が１００体積％となるように配合されることが好ましい。

マトリクス樹脂１０１Ａに含有される熱可塑性樹脂の含有率は、ＦＲＴＰ１２の全体積に対して、２０体積％以上８０体積％以下であることが好ましい。熱可塑性樹脂の含有率が２０体積％未満であると、金属部材１１とＦＲＴＰ１２との加熱圧着が不十分となり、圧着面で剥離する可能性がある。一方、熱可塑性樹脂の含有率が８０体積％超であると、プレス加工時に軟化溶融した樹脂が金型に流れ出し、ＣＦＲＴＰ中にボイドや欠陥が入るのを促し、複合材の強度が低下するという問題が発生する可能性がある。より好ましくは、マトリクス樹脂１０１に含有される熱可塑性樹脂の含有率は、３５体積％以上７５体積％以下である。マトリクス樹脂１０１Ａは、マトリクス樹脂１０１Ａの含有率と強化繊維１０２との含有率の合計が１００体積％となるように含有されることが好ましい。

（強化繊維１０２）
本実施形態に用いられる強化繊維１０２の材質及び強化繊維基材は、第１の実施形態に用いられる強化繊維１０２と同様のものが用いられることが好ましい

（繊維密度）
ＦＲＴＰ１２Ａの繊維密度（ＶＦ：Ｖｏｌｕｍｅ Ｆｒａｃｔｉｏｎ）は、第１の実施形態と同様に、強化繊維１０２はＦＲＴＰ１２の全体積に対して２０～７０体積％含まれることが好ましい。強化繊維１０２として連続繊維を用いた場合、ＦＲＴＰ１２のＶＦは、４０体積％以上７０体積％以下であることが好ましく、５５体積％以上６５体積％以下であることがより好ましい。また、強化繊維１０２として短繊維を用いた場合、ＦＲＴＰ１２のＶＦは、２０体積％以上５０体積％以下であることが好ましく、２５体積％以上４５％体積％以下であることがより好ましい。

本実施形態に係る金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａにおいて、ＦＲＴＰ１２Ａは、少なくとも１枚以上のＣＦＲＴＰ成形用プリプレグを用いて形成されたものである。ＦＲＴＰ１２Ａは、１層に限らず、例えば図７に示すように、２層以上であってもよい。ＦＲＴＰ１２Ａの厚みや、ＦＲＴＰ１２Ａを複数層とする場合のＦＲＴＰ１２Ａの層数ｎは、使用目的に応じて適宜設定すればよい。ＦＲＴＰ１２Ａが複数層ある場合、各層は、同一の構成であってもよいし、異なっていてもよい。また、ＦＲＴＰ１２Ａを構成する強化繊維１０２の種類や含有比率なども、層ごとに異なっていてもよい。

＜３．２．金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａの加工方法＞
以上、本実施形態に係る金属－繊維強化樹脂材料複合体としての金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａの構成を詳細に説明したが、続いて、図８、９を参照しながら、本実施形態に係る金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａの加工方法について説明する。図８、９は、金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａの加工工程例を示す説明図である。

金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａは、所望の形状に加工されたＦＲＴＰ１２Ａと金属部材１１とを、所定の加熱温度に加熱した後、所定の形状を有する金型を介して所定の圧力を印加して一体加工する一体加工工程と、一体加工された金属部材１１及びＦＲＴＰ１２Ａを、所定の温度で金型から離型する離型工程とを経ることにより一体加工される。本発明における一体加工とは、ＦＲＴＰ１２Ａと金属部材１１がマトリクス樹脂１０１Ａにより接着し、金属部材１１とＦＲＴＰ１２Ａが剥離することなく加工することである。以下に、金属部材１１とＦＲＴＰ１２Ａとを加熱圧着することによって複合化（一体化）する方法について説明する。

＜３．２．１．方法１＞
まず、図８（ａ）に示すように、金属部材１１の少なくとも片側の面にＦＲＴＰ１２Ａを配置して積層し、積層体とする。図８では、第１の実施形態と同様に、凸状形状を有する金型を上部金型ｍ１、凹状形状を有する金型を下部金型ｍ２とし、金属部材１１の上部、すなわち上部金型ｍ１側にＦＲＴＰ１２が配置される場合を示している。金属部材１１の上部にＦＲＴＰ１２Ａが配置される場合を示している。このとき、ＦＲＴＰ１２Ａの、金属部材と接着する接着面は、第１の実施形態と同様の方法で活性化がなされていることが好ましい。また、金属部材１１に対しても、第１の実施形態と同様の方法により、予め表面の付着物の除去や脱脂を行うことが好ましい。なお、図８（ａ）において、ＦＲＴＰ１２Ａに代えて、ＦＲＰ成形用プリプレグを積層することもできる。

なお、図８（ａ）において、ＦＲＴＰ１２Ａに代えて、ＦＲＰ成形用プリプレグを積層した積層体を後述する一体加工時に、ＦＲＰ成形用プリプレグと金属部材１１Ａとを複合化しながら一体加工することも可能である。また、予め金属部材１１ＡとＦＲＴＰ１２Ａとが複合化したものを、後述する方法で一体加工することも可能である。また、ＦＲＴＰ１２Ａは、図７に示したように、１層に限らず、複数層であってもよい。

次に、図８（ｂ）に示すように、この金属部材１１とＦＲＴＰ１２Ａの積層体を所定の加熱温度Ｔ_１まで加熱する。上記加熱温度Ｔ_１は、ＦＲＴＰ単体が長時間、例えば１時間以上その温度に保持されるとＦＲＴＰの自重により変形が生じてしまう温度、すなわち単独では形状を保持できない温度である。具体的には、加熱温度Ｔ_１は、ＦＲＰのマトリクス樹脂１０１Ａに含有される熱可塑性樹脂のガラス転移点をＴｇとしたとき、熱可塑性樹脂の分解温度よりも低温、かつ、（Ｔｇ＋５０）℃以上（Ｔｇ＋２００）℃以下の範囲内の温度であることが好ましい。加熱温度Ｔ_１が熱可塑性樹脂の分解温度以上であると、熱可塑性樹脂が分解して金属部材１１との接着性が低下し、その結果、金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａの強度が低下する可能性がある。本実施形態における分解温度とは、空気雰囲気下でＦＲＴＰ１２に含有される樹脂の熱重量測定を行ったときに、重量減少が１％となる温度をいうものとする。加熱温度Ｔ_１が（Ｔｇ＋５０）℃未満であると、金属部材１１とＦＲＴＰ１２Ａとの界面で剥離が生じる場合がある。また、加熱温度Ｔ_１が（Ｔｇ＋５０）℃未満であると、マトリクス樹脂１０１Ａの流動性が低いため、複数層のＦＲＴＰ１２Ａが積層されているときに、曲げ加工時にＦＲＴＰ１２Ａの層の間でせん断ずれが生じる場合がある。加熱温度Ｔ_１が（Ｔｇ＋２００）℃超であると、マトリクス樹脂１０１Ａの流動性が高くなり過ぎることで、マトリクス樹脂１０１Ａが金型ｍから流出することがある。その結果、ＦＲＴＰ１２Ａ中のマトリクス樹脂が減少し、複合体の強度が低下する可能性がある。加熱温度Ｔ_１は、より好ましくは、（Ｔｇ＋９０）℃以上（Ｔｇ＋１５０）℃以下である。

金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａの離型性を向上するために、金型ｍの表面には、第１の実施形態と同様の方法で、離型処理及び金型ｍの予熱が施されることが好ましい。

次いで、図８（ｃ）に示すように、金型ｍを用いて、金属部材１１とＦＲＴＰ１２Ａに圧力を印加し、上記の加熱温度Ｔ_１で、所定の形状に加工する。

加工時のプレス荷重は、０．１ｋＮ以上１００ｋＮ以下であるであることが好ましい。０．１ｋＮ未満であると、厚みが１２ｍｍ未満のＦＲＴＰ１２と厚みが０．１ｍｍ以上の鋼板の複合材とを所定の形状に加工することができない場合がある。一方、プレス荷重が１００ｋＮであると、繊維が破壊する可能性の場合があり好ましくない。

金属部材１１とＦＲＰとの積層体の加工速度は、材料のひずみ速度で定義し、その範囲は０．０５～１０ｓ^－１であることが好ましい。材料のひずみ速度は、金型ｍの速度を材料の厚みで除した値である。このひずみ速度が０．０５ｓ^－１未満であると一体成型は可能であるが、生産性が著しく低下する。１０ｓ^－１超であるとＦＲＴＰ１２中の樹脂が鋼板の加工に追随できず、ＦＲＴＰ１２の層間でずれが生じる可能性がある。より好ましくは、加工速度は、金属部材１１とＦＲＰとの積層体のひずみ速度が０．５ｓ^－１以上５ｓ^－１以下となる範囲の加工速度である。

プレス時間は、少なくとも１分以上であれば、ＦＲＴＰ中の樹脂が鋼板に移動し、接着性が担保されるため一体化した金属－ＦＲＴＰ複合部材１の加工が可能であり、５分以上であると好ましい。特に上限はないが、生産性の観点から１０分以下であると好ましい。

その後、図８（ｄ）に示すように、離型温度Ｔ_２で金型ｍによる圧力を除去し、金型ｍから取り外して金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａを得る。

このときの離型温度Ｔ_２は、ＦＲＴＰ単体が上記温度で保持された際に、微小な力、例えば、１Ｎ以上の力が加えられた時にＦＲＴＰ内の炭素繊維や樹脂に亀裂などが入らず簡単に変形してしまう温度、すなわち形状が定まりきっていない所定の温度である。具体的には、加熱温度Ｔ_２は、（Ｔｇ＋２０）℃以上（Ｔｇ＋２００）℃以下の範囲内の温度であることが好ましい。離型温度Ｔ_２が（Ｔｇ＋２０）℃未満であると、金属部材１１のスプリングバックにＦＲＴＰ１２Ａが追随できず、金属部材１１とＦＲＴＰ１２Ａとの界面で剥離が生じる場合がある。また、離型温度Ｔ_２が（Ｔｇ＋２００）℃超であると、マトリクス樹脂１０１Ａの流動性が高くなり過ぎることで、マトリクス樹脂１０１Ａが金型ｍから流出しすることがある。その結果、ＦＲＴＰ１２Ａ中のマトリクス樹脂が減少し、複合体の強度が低下する可能性がある。離型温度Ｔ_２は、より好ましくは、（Ｔｇ＋５０）℃以上（Ｔｇ＋１５０）℃以下である。

離型温度Ｔ_２が上記温度範囲であれば、ＦＲＴＰ１２Ａ中の樹脂が金属部材１１のスプリングバックに追随できるような流動性を有しているため、金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａからの圧力除去速度は特段制限されない。

金属部材１１とＦＲＴＰ１２との間の剥離強度は、第１の実施形態と同様に、「ＪＩＳ Ｋ ６８５４－３ 接着剤－剥離接着強さ試験方法―第３部：Ｔ形はく離」で規定された方法により測定することができる。

上記では、金属部材１１の上部にＦＲＴＰ１２Ａを積層した場合について、説明したが、図９に示すように、ＦＲＴＰ１２Ａの上部に金属部材１１を積層して加工することも可能である。以下に、図９を参照しながら、ＦＲＴＰ１２Ａの上部に金属部材１１を積層して一体加工する方法について説明する。

＜３．２．２．方法２＞
ＦＲＴＰ１２Ａの上部に金属部材１１を積層して一体加工する場合、図９（ａ）に示すように、ＦＲＴＰ１２Ａの上部に金属部材１１を積層した積層体を、図９（ｂ）に示すように、支持板ｂに載せ、金型ｍを介して圧力を印加して加熱圧着する。

ＦＲＴＰ１２Ａの、金属部材１１と接着する接着面は、第１の実施例と同様に、例えば、ブラスト処理等による粗化や、プラズマ処理、コロナ処理などによる活性化がなされていることが好ましい。なお、図９（ａ）において、ＦＲＴＰ１２Ａに代えて、ＦＲＰ成形用プリプレグを積層することもできる。また、ＦＲＴＰ１２Ａは、図７に示したように、１層に限らず、複数層であってもよい。

次に、図９（ｂ）に示すように、ＦＲＴＰ１２Ａと金属部材１１の積層体を支持板ｂに載せ、所定の加熱温度Ｔ_１まで加熱する。このときの加熱温度Ｔ_１は、方法１の加熱温度Ｔ_１と同様である。

金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａの離型性を向上するために、金型ｍの表面には、方法１と同様の離型処理が施されることが好ましい。また、支持板ｂの表面にも、方法1と同様の離型処理が施されることが好ましい。また、積層体加熱時は、方法１と同様の方法で金型ｍを予熱しておくことが好ましい。

次いで、図９（ｃ）に示すように、金型ｍを用いて、金属部材１１とＦＲＴＰ１２Ａの成形体及び支持板ｂに成型圧力を印加し、上記の加熱温度Ｔ_１で、所定の形状に加工する。このとき、金型ｍの形状は、金属部材１１とＦＲＴＰ１２Ａの積層体が所望の形状の金属－ＦＲＴＰ複合部材１となるように、支持板ｂの厚み等を考慮したものであることが好ましい。プレス荷重、加工速度、圧力印加時間等は、方法１と同様の条件に設定することができる。

その後、図９（ｄ）に示すように、離型温度Ｔ_２で金型ｍによる圧力を除去し、金型ｍから取り外して金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａを得る。このときの、離型温度Ｔ_２は、方法１の離型温度Ｔ_２と同様である。

上述した本実施形態によれば、予め金属部材１１とＦＲＴＰ１２Ａとを貼り合わせる工程や、賦形する工程を要することなく、金属部材１１とＦＲＴＰ１２Ａとが強固に接合された金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａの一体加工が可能となる。なお、本方法では、金属部材１１とＦＲＴＰ１２Ａとが予め接合されたものを用いて次工程で一体加工してもよい。

以下に実施例により、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、本実施例における各種物性の試験及び測定方法は以下の通りである。

＜４．第１の実施例＞
ＦＲＴＰ１２のマトリクス樹脂１０１に含有される熱可塑性樹脂に結晶性樹脂を用い、先だって説明した方法１により金属部材１１とＦＲＴＰ１２を一体加工して供試体を作製した。表１－１及び表１－２に、各供試体の製造条件を示す。

金属部材１１には、鋼板及びアルミニウム合金板（Ａ５０５２）を使用した。使用した鋼板の降伏応力とヤング率の比は５．５×１０^－３であり、当該鋼板の厚みは、１．５ｍｍであった。使用したアルミニウム合金の降伏応力とヤング率の比は３．５６×１０^－３であり、当該アルミニウム合金の厚みは０．６ｍｍであった。ＦＲＴＰ１２に含有される強化繊維１０２として、炭素繊維クロス（東邦テナックス社製ＰＡＮ系炭素繊維ＳＴＳ６０）、及び、一方向性ガラス繊維を使用した。マトリクス樹脂１０１に含有される結晶性の熱可塑性樹脂には、ポリプロピレン及びナイロンを使用した。また、マトリクス樹脂１０１中の添加物として、オレフィン系エラストマー（住友化学社製、エスポレックスＴＰＥシリーズ）を使用した。一方向性ガラス繊維を含むＦＲＴＰ１２としては、ナイロンをマトリクス樹脂１０１とするＴＥＮＣＡＴＥ社製ガラス繊維プリプレグ：ＣＥＴＥＸ ＴＣ９６０を使用した。上記の金属部材１１の上部にＦＲＴＰ１２を積層した積層体を、表１－１及び表１－２に記載の加熱温度Ｔ_１で加熱し、ひずみ速度１ｓ^－１、プレス荷重を５０ｋＮに設定し、プレス時間５分として、この積層体を加工した。その後、表１－１及び表１－２に記載の離型温度Ｔ_２で金型ｍから離型し、複合体を得た。このとき、離型剤として、ダイキン工業社製ダイフリーを金型にスプレー塗布した。

上記方法で得られた試料について、金属部材１１とＦＲＴＰ１２との界面剥離の有無及びＦＲＴＰ１２のせん断ずれの確認を行った。金属部材１１とＦＲＴＰ１２との界面剥離について、金属部材１１とＦＲＴＰ１２との界面を光学顕微鏡（株式会社キーエンス製、ＶＨ－５５００）を使用して観察し、５０μｍ以上の界面剥離が観察されなかったものを極めて良好（◎）とし、１００μｍ以上の剥離が確認されなかったものを良好（○）とし、１００μｍ以上の剥離が確認された場合を不合格（×）とした。

ＦＲＴＰ１２のせん断ずれについて、加工して得られた試料のＦＲＴＰ１２の表面を観察し、１００μｍ以上の突起が観察されないものを極めて良好（◎）とし、５００μｍ以上の突起が確認されなかったものを良好（○）とし、５００μｍ以上の突起が確認されたものを不合格（×）とした。

また、剥離強度試験は以下の方法で行った。作成された試料から幅１５ｍｍ、長さ９０ｍｍの試験片を切り出し、試験片の金属部材１１をＦＲＴＰ１２から３０ｍｍ引きはがし、金属部のみを９０度に曲げ加工する。金属部材１１が接合した面とは反対側のＦＲＴＰ１２の面には、室温硬化型接着剤を用いて９０度に曲げ加工した金属部材を接着する。上記のようにして作製された試験片を剥離強度試験に用いることが可能である。なお、使用した室温硬化型接着剤と、ＦＲＴＰ１２との接着強度を別途検討したところ、２００Ｎ以上であったため、本剥離強度試験結果は、金属部材１１とＦＲＴＰ１２との間の剥離強度を反映したものとなる。

表１－１及び表１－２に示したように、加熱温度Ｔ_１を（Ｔｍ－２０）℃以上（Ｔｍ＋１０）℃以下の温度範囲内に設定して、金属部材１１及びＦＲＴＰ１２を一体加工した後、離型温度Ｔ_２を（Ｔｍ－３０）℃以上（Ｔｍ＋１０）℃以下の温度範囲内に設定して金属－ＦＲＴＰ複合部材１を金型から離型することで、成形性及び加工性に優れた金属－ＦＲＴＰ複合部材１が得られることが分かった。また、本実施形態に係る加工方法により得られた金属－ＦＲＴＰ複合部材１は、剥離強度２０Ｎ以上を示すことが分かった。

＜５．第２の実施例＞

ＦＲＴＰ１２Ａのマトリクス樹脂１０１Ａに含有される熱可塑性樹脂に非晶性樹脂を用い、先だって説明した第２の実施形態の方法１を適用して、金属部材１１とＦＲＴＰ１２Ａを一体加工して供試体を作製した。表２－１～２－３に、各供試体の製造条件を示す。

金属部材１１には、鋼板、アルミニウム板及びアルミニウム合金板（Ａ５０５２）を使用した。使用した鋼板の降伏応力とヤング率の比は５．５×１０^－３であり、当該鋼板の厚みは、１．５ｍｍであった。使用したアルミニウム板の降伏応力とヤング率の比は１．０×１０^－３であり、当該アルミニウム板の厚みは０．５ｍｍであった。使用したアルミニウム合金の降伏応力とヤング率の比は３．５６×１０^－３であり、当該アルミニウム合金の厚みは０．６ｍｍであった。ＦＲＴＰ１２に含有される強化繊維１０２として、炭素繊維クロス（東邦テナックス社製ＰＡＮ系炭素繊維ＳＴＳ６０）、及び、一方向性ガラス繊維を使用した。マトリクス樹脂１０１に含有される結晶性の熱可塑性樹脂には、ポリプロピレン及びナイロンを使用した。また、マトリクス樹脂１０１中の添加物として、オレフィン系エラストマー（住友化学社製、エスポレックスＴＰＥシリーズ）を使用した。一方向性ガラス繊維を含むＦＲＴＰ１２としては、ポリカーボネートをマトリクス樹脂１０１とするＴＥＮＣＡＴＥ社製ガラス繊維プリプレグ：ＣＥＴＥＸ ＴＣ９２０を使用した。上記の金属部材１１の上部にＦＲＴＰ１２Ａを積層した積層体を、表２－１～表２－３に記載の加熱温度Ｔ_１で加熱し、ひずみ速度１ｓ^－１、プレス荷重を５０ｋＮに設定し、プレス時間５分として、この積層体を加工した。その後、表２－１～表２－３に記載の離型温度Ｔ_２で金型ｍから離型し、複合体を得た。このとき、離型剤として、ダイキン工業社製ダイフリーを金型にスプレー塗布した。

上記方法で得られた試料について、金属部材１１とＦＲＴＰ１２Ａとの界面剥離の有無及びＦＲＴＰ１２Ａのせん断ずれの確認を行った。金属部材１１とＦＲＴＰ１２Ａとの界面剥離について、金属部材１１とＦＲＴＰ１２Ａとの界面を光学顕微鏡（株式会社キーエンス製、ＶＨ－５５００）を使用して観察し、５０μｍ以上の界面剥離が観察されなかったものを極めて良好（◎）とし、１００μｍ以上の剥離が確認されなかったものを良好（○）とし、１００μｍ以上の剥離が確認されたものを不合格（×）とした。

ＦＲＴＰ１２Ａのせん断ずれについて、加工して得られた試料のＦＲＴＰ１２Ａの表面を観察し、１００μｍ以上の突起が観察されないものを極めて良好（◎）とし、５００μｍ以上の突起が確認されなかったものを良好（○）とし、５００μｍ以上の突起が確認されたものを不合格（×）とした。

また、剥離強度試験は以下の方法で行った。作成された試料から幅１５ｍｍ、長さ９０ｍｍの試験片を切り出し、試験片の金属部材１１をＦＲＴＰ１２Ａから３０ｍｍ引きはがし、金属部のみを９０度に曲げ加工する。金属部材１１が接合した面とは反対側のＦＲＴＰ１２Ａの面には、室温硬化型接着剤を用いて９０度に曲げ加工した金属部材を接着する。上記のようにして作製された試験片を剥離強度試験に用いることが可能である。なお、使用した室温硬化型接着剤と、ＦＲＴＰ１２との接着強度を別途検討したところ、２００Ｎ以上であったため、本剥離強度試験結果は、金属部材１１とＦＲＴＰ１２との間の剥離強度を反映したものとなる。

表２－１～表２－３に示したように、加熱温度Ｔ_１を、４００℃未満、かつ、（Ｔｇ＋５０）℃以上（Ｔｇ＋２００）℃以下の温度範囲内に設定して、金属部材１１及びＦＲＴＰ１２Ａを一体加工した後、離型温度Ｔ_２を、４００℃未満、かつ、（Ｔｇ＋２０）℃以上（Ｔｇ＋２００）℃以下の温度範囲内に設定して金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａを金型から離型することで、成形性及び加工性に優れた金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａが得られることが分かった。また、本実施形態に係る加工方法により得られた金属－ＦＲＴＰ複合部材１Ａは、剥離強度２０Ｎ以上を示すことが分かった。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、１Ａ 金属－ＦＲＴＰ複合部材
１１ 金属部材
１２、１２Ａ ＦＲＴＰ
１０１、１０１Ａ マトリクス樹脂
１０２ 強化繊維

Claims (13)

1. 熱可塑性樹脂を含有するマトリクス樹脂及び強化繊維材料を有する繊維強化樹脂材料が少なくとも一方の面に配置された金属板を、前記繊維強化樹脂材料単独では形状を保持できない所定の温度に加熱した後、所定の形状を有する金型を介して所定の圧力を印加して前記金型の前記所定の形状に倣った形状に一体加工する一体加工工程と、
   一体加工された前記金属板及び前記繊維強化樹脂材料を、前記繊維強化樹脂材料の形状が定まりきっていない所定の温度で前記金型から離型する離型工程と、を含み、
   前記熱可塑性樹脂は、融点Ｔｍを有する結晶性樹脂であり、
   前記一体加工工程における加熱温度は、（Ｔｍ－２０）～（Ｔｍ＋１０）℃の温度範囲の温度であり、
   前記離型工程における離型温度は、（Ｔｍ－３０）～（Ｔｍ＋１０）℃の温度範囲の温度である、
   金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材の加工方法。
2. 前記熱可塑性樹脂は、前記繊維強化樹脂材料の全体積に対して、２０～８０体積％含まれ、前記強化繊維材料と前記マトリクス樹脂との合計が１００体積％となる、
   請求項１に記載の金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材の加工方法。
3. 前記強化繊維材料は、前記繊維強化樹脂材料の全体積に対して、２０～７０体積％含まれ、前記強化繊維材料と前記マトリクス樹脂との合計が１００体積％となるように含有される、
   請求項１又は２に記載の金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材の加工方法。
4. 前記金属板の厚みが０．１～６．０ｍｍであり、前記金属板の降伏応力とヤング率の比が０．８×１０ ^－３ 以上である、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材の加工方法。
5. 前記金属板の材質は、鉄鋼材料である、
   請求項１～４のいずれか一項に記載の金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材の加工方法。
6. 前記強化繊維材料は、炭素繊維材料である、
   請求項１～５のいずれか一項に記載の金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材の加工方法。
7. 前記金型の表面には、所定の離型処理が施されている、
   請求項１～６のいずれか一項に記載の金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材の加工方法。
8. 厚みが０．１～６．０ｍｍであり、降伏応力とヤング率との比が０．８×１０ ^―３ 以上である金属板と、
   前記金属板の少なくとも一方の面に配置され、厚みが２～１２ｍｍであり、フェノキシ樹脂を含有するマトリクス樹脂及び強化繊維材料を有する繊維強化樹脂材料と、を備え、
   前記繊維強化樹脂材料は、前記フェノキシ樹脂を少なくとも２０～８０体積％含有し、
   前記金属板と前記繊維強化樹脂材料とが、所定の形状を一体となって有する、
   金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材。
9. ＪＩＳ Ｋ ６８５４－３に記載のＴ形剥離試験で規定された９０°剥離接着強さ試験により測定される、幅１５ｍｍの試験片の剥離強度が２０Ｎ以上である、
   請求項８に記載の金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材。
10. 厚みが０．１～６．０ｍｍであり、ヤング率と降伏応力の比が０．８×１０ ^―３ 以上である金属板と、
    前記金属板の少なくとも一方の面に配置され、厚みが２～１２ｍｍであり、フェノキシ樹脂を含有するマトリクス樹脂及び強化繊維材料を有する繊維強化樹脂材料と、を備え、
    前記繊維強化樹脂材料は、前記フェノキシ樹脂を少なくとも２０～８０体積％含有し、
    前記金属板と前記繊維強化樹脂材料とが、一体となって所定の形状を有する、
    自動車用部品。
11. 厚みが０．１～６．０ｍｍであり、降伏応力とヤング率との比が０．８×１０ ^―３ 以上である金属板と、
    前記金属板の少なくとも一方の面に配置され、厚みが２～１２ｍｍであり、結晶性の熱可塑性樹脂を含有するマトリクス樹脂及び炭素繊維材料を有する繊維強化樹脂材料と、を備え、
    前記繊維強化樹脂材料は、前記熱可塑性樹脂を少なくとも２０～８０体積％含有し、
    前記金属板と前記繊維強化樹脂材料とが、所定の形状を一体となって有する、
    金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材。
12. ＪＩＳ Ｋ ６８５４－３に記載のＴ形剥離試験で規定された９０°剥離接着強さ試験により測定される、幅１５ｍｍの試験片の剥離強度が２０Ｎ以上である、
    請求項１１に記載の金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材。
13. 厚みが０．１～６．０ｍｍであり、ヤング率と降伏応力の比が０．８×１０ ^―３ 以上である金属板と、
    前記金属板の少なくとも一方の面に配置され、厚みが２～１２ｍｍであり、結晶性の熱可塑性樹脂を含有するマトリクス樹脂及び炭素繊維材料を有する繊維強化樹脂材料と、を備え、
    前記繊維強化樹脂材料は、前記熱可塑性樹脂を少なくとも２０～８０体積％含有し、
    前記金属板と前記繊維強化樹脂材料とが、一体となって所定の形状を有する、
    自動車用部品。

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