JP7188613B2 - 金属－繊維強化樹脂材料複合体、金属－繊維強化樹脂複合ユニット、金属－繊維強化樹脂材料複合体の製造方法、及び自動車部品 - Google Patents

Description

本発明は、金属－繊維強化樹脂材料複合体、金属－繊維強化樹脂複合ユニット、金属－繊維強化樹脂材料複合体の製造方法、及び自動車部品に関する。

熱可塑性樹脂等をマトリクス樹脂として炭素繊維等の繊維材料で強化された繊維強化樹脂材料（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）は、軽量であり、引張強度等の力学特性に優れるため、民生分野から産業用途まで広く利用されている。一方、ＦＲＰは加工性が制限されることと、価格などの経済的理由から、従来の金属材料を代替するものにはなっていない。特に、自動車は高強度化や軽量化が求められている反面、複雑形状の部品が多く、その加工性や、経済性が求められており、自動車用部材へのＦＲＰの適用は限界がある。及びそこで、従来の金属部材とＦＲＰのいいところを組合せて複合した金属－繊維強化樹脂材料複合体（金属－ＦＲＰ複合体）の適用が検討されている。

金属部材とＦＲＰとを複合化する方法としては、金属部材とＦＲＰ間に接着樹脂層を設けることが知られている（例えば、特許文献１～４）。また、その他の方法としては、金属部材とＦＲＰとを、ボルトやリベットで機械締結する方法が知られている。

国際公開第２０１８／１２４２１５号 特開２０１９－１１９２１２号公報 特開２０１９－１１９２１３号公報 特開２０１３－１５９０１９号公報

金属部材とＦＲＰを複合化する場合、金属部材とＦＲＰの熱膨張差により生じる内部応力（熱応力）が問題となる。即ち、鋼材等の金属部材と、熱可塑性樹脂等の樹脂を主成分とするＦＲＰとでは、線膨張係数が大きく異なる。したがって、接着や機械締結により金属部材とＦＲＰが強固に接合された金属－ＦＲＰ複合体（以下、本明細書において単に「複合体」という場合がある。）は、温度が上昇した場合、両部材間の熱膨張係数のミスフィットによる内部応力が発生する。内部応力が発生すると、複合体に大きな熱歪みが生じる。接着により接合された複合体の場合は、この熱歪みの発生により接着層が破壊しＦＲＰが金属部材から剥離するおそれがある。機械締結により複合化した場合は、ＦＲＰに大きな引張応力が発生しＦＲＰが破断するおそれがある。そうすると、金属－ＦＲＰ複合体として設計通りの特性が担保できないだけでなく、金属部材の表面に凹凸やしわ等の外観不良（面ひずみ（面歪））が発生し、問題となる。この問題は材料の両端で部分的に金属部材とＦＲＰとを接合する場合においても同様である。

他方で、部品を金属部材のみ、あるいはＦＲＰのみで構成した場合、当該部品には温度変化による内部応力は発生しないが、軽量化及び高強度化の両立や加工性という観点において、金属－ＦＲＰ複合体に比べて劣る。また、炭素繊維は非常に高価なため、炭素繊維を用いたＦＲＰ（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）のみで部品を製造した場合、当該部品は非常に高価なものとなるため、例えば一般量産自動車のコストレンジに入らなくなり現実的ではない。ＣＦＲＰよりも安価な金属を用いた金属－ＦＲＰ複合体で部品を製造することで、これを改善することができる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、金属－繊維強化樹脂材料複合体（金属－ＦＲＰ複合体）において、複合体としての力学特性を担保しつつ、内部応力（熱応力）を緩和して複合体の外観不良（面ひずみ）の発生を抑制することを課題とする。そして、そのような金属－繊維強化樹脂材料複合体、金属－繊維強化樹脂複合ユニット、金属－繊維強化樹脂材料複合体の製造方法、及び、そのような複合体を有する自動車部品を提供することを目的とする。

本発明者らは、金属－繊維強化樹脂材料複合体（金属－ＦＲＰ複合体）において、金属部材とＦＲＰとの間の内部応力（熱応力）を抑制するために、金属部材とＦＲＰとが互いに拘束されていない状態で複合化することが有効であると考えた。そのために、金属部材にＦＲＰを接着または機械締結などで接合するのではなく、ただ押し付けて疑似的な複合状態にすることを見出した。即ち、金属部材にＦＲＰを強固に接合するのではなく、ただ押し付けて疑似的な複合状態にすることで、外部応力に対しては従来の金属－ＦＲＰ複合体と同様に機能するが、温度上昇により熱膨張が生じた際でも金属－ＦＲＰ界面で相互拘束されていないため、内部応力（熱応力）が緩和された状態になることを見出した。その結果、複合体の外観不良（面ひずみ）の発生を抑制できることを見出して、本発明を成すに至った。

本発明は、上記知見を基になされたものであり、その主旨は以下のとおりである。
［１］
第１の金属部材と、
第２の金属部材と、
前記第１の金属部材と前記第２の金属部材との間に挟まれた繊維強化樹脂材料とを有し、前記繊維強化樹脂材料は、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材の重なった部分の少なくとも一部に配置され、
前記第１の金属部材または第２の金属部材の少なくとも一方と前記繊維強化樹脂材料との間が全面的に接合されていない、金属－繊維強化樹脂複合体。
［２］
前記繊維強化樹脂材料と、前記接合されていない第１の金属部材または第２の金属部材との間のせん断剥離強度が１Ｎ／ｍｍ^２以下、及び１８０°引き剥がし粘着力が５Ｎ／１０ｍｍ以下である、［１］に記載の金属－繊維強化樹脂複合体。
［３］
前記第１の金属部材または前記第２の金属部材の少なくとも一方と前記繊維強化樹脂材料との間に中間部材を備え、前記中間部材を介して前記繊維強化樹脂材料が前記第１の金属部材と第２の金属部材との間に挟まれる、［１］または［２］に記載の金属－繊維強化樹脂複合体。
［４］
前記中間部材が金属材料、ゴム材料、発泡材料及び板バネから選択される１つまたは２つ以上からなる、［３］に記載の金属－繊維強化樹脂複合体。
［５］
前記第１の金属部材及び前記第２の金属部材が鋼材である、［１］～［４］のいずれか１つに記載の金属－繊維強化樹脂複合体。
［６］
前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とが、前記繊維強化樹脂材料が配置されていない部分で接合されている、［１］～［５］のいずれか１つに記載の金属－繊維強化樹脂複合体。
［７］
前記第１の金属部材と前記第２の金属部材との接合が、機械締結、もしくは溶接、またはこれらの組み合わせである、［６］に記載の金属－繊維強化樹脂複合体。
［８］
上記［１］～［７］のいずれか１つに記載の金属－繊維強化樹脂複合体を有する自動車用部品。
［９］
前記第１の金属部材及び前記第２の金属部材の少なくとも１つが自動車のインナーまたはレインフォースである、［８］に記載の自動車部品。
ここで、インナーとは自動車の内部にある部品であり、レインフォースとは補強部品のことである。ともに自動車の外面に面しない部品である。
［１０］
前記［１］～［７］のいずれか１つに記載の金属－繊維強化樹脂複合体に用いる金属－繊維強化樹脂複合ユニットであって、
第１の金属部材と、
前記第１の金属部材の少なくとも片側に配置された繊維強化樹脂材料を有する、金属－繊維強化樹脂複合ユニット。
［１１］
前記第１の金属部材と前記繊維強化樹脂材料との間に、発泡材料、金属材料、ゴム材料及び板バネから選択される少なくとも１つの中間部材を有し、
前記中間部材は、前記第1の金属部材の表面内の少なくとも一部に配置される、［１０］に記載の金属－繊維強化樹脂複合ユニット。
［１２］
前記第１の金属部材が自動車部品におけるインナーもしくはレインフォースである、［１０］または［１１］に記載の金属－繊維強化樹脂複合ユニット。
［１３］
前記第１の金属部材が鋼材である、［１０］～［１２］のいずれか１つに記載の金属－繊維強化樹脂複合ユニット。
［１４］
［１］～［７］のいずれか１つに記載の金属－繊維強化樹脂複合体の製造方法であって、
第１の金属部材の表面上に繊維強化樹脂材料を配置して金属－繊維強化樹脂複合ユニットを形成する複合ユニット形成工程、及び
前記金属－繊維強化樹脂複合ユニットの前記繊維強化樹脂材料を、第２の金属部材の表面内に配置するように押し付けて金属－繊維強化樹脂複合体を形成する複合化工程を含み、前記第１の金属部材または第２の金属部材の少なくとも一方と前記繊維強化樹脂材料との間を接合しない金属－繊維強化樹脂複合体の製造方法。
［１５］
前記複合ユニット形成工程が、前記第１の金属部材の表面上に、発泡材料、金属材料、ゴム材料及び板バネから選択される少なくとも１つからなる中間部材を配置し、その上に前記繊維強化樹脂材料を配置する、［１４］に記載の金属－繊維強化樹脂複合体の製造方法。
［１６］
前記複合化工程が、前記第２の金属部材と前記金属－繊維強化樹脂複合ユニットの間に発泡材料、金属材料、ゴム材料及び板バネから選択される少なくとも１つからなる中間部材を配置してから、前記金属－繊維強化樹脂複合ユニットを前記第２の金属に対し押し付けることを含む、［１４］または［１５］に記載の金属－繊維強化樹脂複合体の製造方法。
［１７］
前記中間部材が発泡材料である、［１４］～［１６］のいずれか１つに記載の金属－繊維強化樹脂複合体の製造方法。
［１８］
前記第１の金属部材及び前記第２の金属部材が鋼材である、［１４］～［１７］のいずれか１つに記載の金属－繊維強化樹脂複合体の製造方法。
［１９］
前記複合化工程が、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とを、機械締結、接着もしくは溶接、またはこれらの組み合わせから選択される方法で接合することを含む、［１４］～［１８］のいずれか１つに記載の金属－繊維強化樹脂複合体の製造方法。
［２０］
前記複合化工程が、前記金属－繊維強化樹脂複合ユニットを前記第２の金属に対し押し付けた後、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とを、接合することを含む、［１９］に記載の金属－繊維強化樹脂複合体の製造方法。

本発明によれば、外部応力に対しＦＲＰと金属部材が接着または機械締結された複合体と同等程度の力学特性（強度、剛性等）を得つつ、金属部材と繊維強化樹脂材料との線膨張係数の差異による内部応力の発生を抑制することができる。また、本発明によれば、金属部材と繊維強化樹脂材料との間に接着樹脂層を設ける必要がないため、工程コスト（例えば、塗布、加熱硬化、養生工程等に関するコスト）の増加を抑制し、さらに既存の製造ライン、特に、自動車用部材の製造ラインに適用することができる。

本発明に係る例示の複合体（中間部材なし）の断面を示す概要図である。図１（ａ）はハット型断面の部品に適用した例を、図１（ｂ）は平板状の部品に適用した例の概要図である。 本発明に係る例示の複合体（中間部材：発泡材料）の断面を示す概要図である。 本発明に係る例示の複合体（中間部材：金属材料）の断面を示す概要図である。 本発明に係る例示の複合体（中間部材：板バネ材料）の断面を示す概要図である。 本発明におけるせん断剥離強度の測定の概要図である。 本発明における１８０°引き剥がし粘着力の測定の概要図である。 実施例で使用した試料及び３点曲げ試験の概要図である。 実施例における代表的な例のストローク－曲げ荷重の関係を示す図である。 本発明に係る異なる例示の複合体の断面の概要図を示す。図９（ａ）は中間部材がない場合の、図９（ｂ）は発泡材料の中間部材を備えた場合の、図９（ｃ）は金属材料の中間部材を備えた場合の、それぞれの断面を示す概要図である。 従来の金属－ＦＲＰ複合体の一例の断面を示す概要図である。

［従来の金属－ＦＲＰ複合体］
従来の金属－ＦＲＰ複合体は、金属部材とＦＲＰ間に樹脂による接着層を設け、両部材を複合化している。図１０に従来の金属－ＦＲＰ複合体の一例を示す。２つの金属部材１０１，１０２の間にＦＲＰ１０３が接着層１０６を介して配置されている。ＦＲＰ１０３は接着層１０６により、強固に金属部材１０１，１０２と接着せれている。当該接着層１０６の接着強度の改善や、機能の付与等の目的で様々な開発が行われている。また図示はしていないが、金属部材１０１，１０２とＦＲＰ１０３とをボルトやリベット等により機械締結する方法もある。これらの複合化の方法は、複合体の用途または要求される機能等に応じて適宜選択される。

しかし、例えば自動車用部材（例えばピラーもしくはサイドシル等の骨格部材、またはルーフ、ボンネットもしくはドア等の外板部材）に従来の複合体を使用した場合、当該複合体の温度が上昇すると、金属部材及びＦＲＰの線膨張係数のミスフィットによる内部応力（熱応力）が発生する。内部応力の発生により、接着層やＦＲＰ自体に大きな力が発生し、接着層が破壊し金属部材からＦＲＰが剥離するか、またはＦＲＰに細かい破断や亀裂が発生することがある。そのような場合、複合体としての力学特性が得られない（例えば、強度低下、剛性低下）だけでなく、複合体の外観に凹凸やしわ（これらを総括して面ひずみという。）が容易に生じる。また、複合体の力学的特性が得られないと鋼材を補強することができず、小径の固形物（例えば小石）の衝突により複合体の表面に凹部が生じやすくなる（耐デント性が低下する）。特に、自動車用部材は優れた外観性も要求されるため、このような外観上の問題は看過できない。この内部応力の発生に起因する複合体が有する問題は、接着及び機械締結のいずれの場合においても、金属部材とＦＲＰとが水平方向（積層方向と垂直な方向。即ち、金属部材とＦＲＰの界面の面内方向）に強固に拘束されているために起こるものである。

また、複合体を形成するための接着層においては、通常、複合体としての形態を維持するために強力かつ耐久性の高い接着剤が必要となるので、コスト増加の原因となる。場合によっては十分な密着性を担保する接着剤が存在しない可能性すらある。また、接着剤は、一般的に、塗布工程、加熱硬化工程及び／または養生工程などを要するため、工程上の時間もコストも増大することが懸念される。さらに、そのため接着剤の導入は、既存の製造ライン（例えば自動車用部材の製造ライン）に適用することが困難な場合がある。

［本発明に係る金属－ＦＲＰ複合体］
本発明に係る金属－ＦＲＰ複合体は、２つの金属部材（第１の金属部材と第２の金属部材）のうち少なくとも一方とＦＲＰを接合することなく、２つの金属部材の間にＦＲＰを挟むことにより構成される。これによりＦＲＰが接合されていない金属部材とＦＲＰの界面面内方向の拘束をなくすことができるので、金属とＦＲＰ間に生じる内部応力を緩和し、一方で外部応力に対しては複合体としての機能を発揮することができる。

ＦＲＰは２つの金属部材が重なった部分の少なくとも一部に配置される。２つの金属部材が重なった部分とは、一方の金属部材表面の垂直上方から見た時に、２つの金属部材が重なって投影される部分（以下、「重なった部分」という場合がある。）を指す。ＦＲＰは、この重なった部分の全部と重なるように配置してもよい。しかし、後で説明するように、２つの金属部材同士を接合する場合、ＦＲＰが配置されていないところで接合することが好ましい。このため、２つの金属部材が重なった部分は、ＦＲＰが配置されていない部分が存在する方が好ましい。

本発明に係る金属－ＦＲＰ複合体は、ＦＲＰと金属部材の間は接合（接着、溶接、機械締結など総称して接合という。）されないことが特徴である。つまり、ＦＲＰと金属部材の界面には接着層などは存在しない。ＦＲＰは、２つの金属部材の間に挟まれることにより、金属部材に押し付けられ、金属部材に接触することになる。この時、ＦＲＰと金属部材との間には、界面に垂直方向に押し付け力が作用することになる。このことにより、ＦＲＰは、金属部材から拘束されることはないないが、疑似的な複合状態を確保することができる。

このような構成にすることで、たとえ温度が上昇した場合であっても、金属部材とＦＲＰとが水平方向（積層方向と垂直な方向。金属部材とＦＲＰの界面の面内方向。）に互いに自由に動けるため、内部応力が緩和される。一方、当該複合体では、ＦＲＰが金属部材に押し付けられることで疑似的に金属－ＦＲＰの複合化状態が得られるため、金属部材がＦＲＰにより補強・補剛され、従来の複合体同等程度の力学特性を有することができる。

詳しいことは解明されていないが、ＦＲＰが金属部材に押し付けられることによりＦＲＰと金属部材間の密接面の摩擦力が働く。このため、外部応力に対しては、両金属部材とＦＲＰが一体的になって力が作用するものと考えられる。一方、内部応力（熱応力）に対しては、金属部材とＦＲＰ間とが水平方向に互いに自由に動けるため、摩擦限度を超えると界面でスリップし、内部応力が緩和されると考えられる。

一方の金属部材とＦＲＰを接合しない場合、補強・補剛（以下、これらを合わせて補強という。）したい金属部材をＦＲＰと接合しないようにするとよい。補強したい金属部材とＦＲＰ間の拘束がなくなるので、金属－ＦＲＰ複合体の内部応力が緩和されつつ、外部応力には複合体としての効果が期待できるからである。ＦＲＰに対してどちらの金属部材を非接合接触させるかは、金属部材ごとに熱や力の条件を考慮して適宜選択するとよい。特に、ＦＲＰと接合しない金属部材は内部応力が抑制されるため面ひずみが生じにくい。そのため、例えば自動車の外板（外側に面した部材）をＦＲＰと接合しない金属部材にするとよい。

２つの金属部材ともＦＲＰと接合しなくてもよい。金属－ＦＲＰ複合体は一つの部品として同一温度環境下に置かれる場合が多いので、両金属部材ともにＦＲＰとの間で内部応力が発生する場合が多いからである。この場合、製造中の取り扱いを容易にするため、製造中に剥離しない程度にＦＲＰをどちらかの金属部材と軽度に接合して固定してもよい。

ここで、金属部材とＦＲＰが接合されていないということは、例えば、ＦＲＰと金属部材の間のせん断剥離強度が１Ｎ／ｍｍ^２以下、及び１８０°引き剥がし粘着力が５Ｎ／１０ｍｍ以下であるとよい。

両金属部材は、一方の金属部材表面の垂直上方から見た時にＦＲＰが配置されていない領域で接合されていることが好ましい。両金属部材同士が接合されることにより、ＦＲＰと金属部材間に作用する押し付け力を維持することができるからである。一方、両金属部材の間にＦＲＰが配置されている領域で両金属部材を接合すると、ＦＲＰが両金属部材に接合されてしまう。このためＦＲＰが両金属部材に拘束されてしまい、金属－ＦＲＰ複合体の内部応力を緩和することができない。そのため、一方の金属部材表面の垂直上方から見た時に両金属部材が重なった部分であって、かつ、ＦＲＰが配置されていない領域で両金属部材を接合するとよい。接合方法は、機械締結（リベット、ボルトナットなど）や溶接（アーク溶接、スポット溶接、レーザー溶接など）を適宜選択可能であり、その方法は限定されない。

本発明に係る金属－ＦＲＰ複合体は、例えば第１の金属部材上にＦＲＰを配置し、第２の金属部材に押し付けるようにして複合化（両金属部材でＦＲＰを挟み固定）すれば得られるため、製造工程が非常に単純であり、製造コストを大きく低減でき、なおかつ既存の製造ラインを適用することができる。

以下、図を基に説明する。 説明の便宜上補強したい金属部材を第２の金属部材とし、第２の金属部材とＦＲＰは接合されない場合を例として説明する。
図１は、本発明に係る複合体１００の一例を示し、図１（ａ）はハット型断面の部品に適用した一例を、図１（ｂ）は平板状の部品に適用した例を示している。図１（以下、図（ａ）（ｂ）の両方を指す場合、単に図１という。）とも、複合体１００は、第１の金属部材１０１と、第２の金属部材１０２と、それらの間に挟まれたＦＲＰ１０３とを備える。

図１に示すように第１の金属部材１０１と第２の金属部材１０２は一方の金属部材表面の垂直上方から見た時に重なっており、その重なった部分の少なくとも一部にＦＲＰ１０３を挟んだ構造となっている。ＦＲＰ１０３は両金属部材（第１の金属部材１０１と第２の金属部材１０２）の間に挟まっているだけであり、接合（接着等）はされていない。ＦＲＰ１０３は第１の金属部材１０１と第２の金属部材１０２との間に挟まれることにより、両方の金属部材１０１、１０２に押し付けられた状態になっている。このことにより、ＦＲＰ１０３は、第１の金属部材１０１と第２の金属部材１０２から拘束されることはないないが、第１の金属部材１０１と第２の金属部材１０２に押し付けられたことにより疑似的な複合状態になっている。

図１は、第１の金属部材１０１と第２の金属部材１０２が、固定部材１０４（例えばボルトまたはリベットなどの機械締結手段）により接合している複合体を示す。第１の金属部材１０１と第２の金属部材１０２を接合することにより、複合体の構造を維持することができる。図１に示す接合方法は一例であって、本実施形態における接合方法は特に限定されない。このため、固定部材１０４は、機械締結だけでなく、接着または溶接であってもよい。ただし、工程コスト及び既存の製造ライン（特に、自動車用部品の製造ライン）への適用性の観点から、機械締結、溶接またはこれらの組み合わせが好ましい。

図示はしていないが、他の接合方法として、第１の金属部材１０１に対し、ＦＲＰ１０３の方向に向けて別の部材により外力を加えることで、ＦＲＰ１０３を第２の金属部材１０２に押し付けることができる。すなわち、第一の金属部材１０１上にＦＲＰ１０３が配置され、ＦＲＰ１０３上に第二の金属部材１０２が配置されており、図示しない部材により、第一の金属部材１０１を下方より上方に向けて圧力を加えることにで、その圧力は第一の金属部材１０１とＦＲＰ１０３を介して第二の金属部材１０２に加えられる。これにより、ＦＲＰ１０３は第二の金属部材１０２の下面に押し付けられ、第１と第２の金属部材の間に挟まれる。例えば、図１（ｂ）に示す平板状の複合体をプレス加工して、図１（ａ）のようなハット型断面にすることができる。

図１における複合体１００において、第２の金属部材１０２とＦＲＰ１０３とは、ある押し付け荷重の下で接触してはいるものの、両部材間は接合されておらず互いに拘束されていない。これにより、複合体１００は、金属－ＦＲＰ複合体としての力学特性（強度、剛性等）を得つつ、内部応力の発生を抑制することができる。

図２～４も、片方の金属部材（図では第１の金属部材１０１）とＦＲＰ１０３の間に中間部材１０５を備えた態様の一例を示している。中間部材１０５を介して、ＦＲＰ１０３が第１の金属部材１０１と第２の金属部材１０２の間に挟まれている。本実施形態における中間部材１０５は、一方の金属部材（第１の金属部材１０１または第２の金属部材１０２）とＦＲＰ１０３の間に積層されている。中間部材１０５は積層方向（金属部材表面に対して垂直な方向）に圧縮されることにより力（復元力）を発生させ、ＦＲＰ１０３を金属部材（第１の金属部材１０１、第２の金属部材１０２）に押し付けることができるものである。このような機能を有していれば、中間部材１０５の形状や材料は特に限定されない。中間部材１０５としては一例として、金属材料、ゴム材料、発泡材料及び板バネなどを適用することができる。

発泡材料とは、細かい孔もしくは空隙が多数空いている材料のことを指し、発泡材料の種類としては、圧縮した際に反発（復元）するような材料であれば特に限定されない。発泡材料は具体的には例えば、低反発ウレタン材、発泡ウレタン材、発泡ＥＶＡ材、ウレタンフォーム、エチレンプロピレンゴム等が挙げられる。
発泡材料の発泡倍率は、第２の金属部材１０２に対するＦＲＰ１０３の押し付け荷重と関係しているため、発泡倍率は用途に応じて選択することができる。通常、押し付け荷重が高いほど良好な複合化状態を形成できるため、強い弾性力を発揮できるように発泡倍率が小さい方が好ましい。

図２は、中間部材１０５として発泡材料が用いられる場合を示している。発泡材料で構成される中間部材１０５は、第１の金属部材１０１とＦＲＰ１０３との間に、金属部材表面に対して垂直な方向に圧縮された状態で配置されている。圧縮された中間部材１０５の弾性力（復元力）により、第２の金属部材１０２に対してＦＲＰ１０３を押し付けることができ、それにより疑似的に第２の金属部材１０２とＦＲＰ１０３とを複合化させることができる。また、図２に示されるように、第１の金属部材１０１（平板状）及び第２の金属部材１０２（ハット型）は必ずしも同一の形状ではないため、中間部材１０５により、金属部材１０１、１０２間の空間を埋めることもできる。
なお、第１の金属部材１０１（中間部材１０５が接触する側の金属部材）と中間部材１０５は、接着層１０６により接着されていてもよい。図２は、接着層１０６を有する場合を例示する。さらに、図２の態様において、剛性をより向上させるために、中間部材１０５は、第２の金属部材１０２の縦壁部と接合（接着も含む）されていてもよい。
中間部材１０５の復元力は、ＦＲＰ１０３と第一の金属部材１０１の両方に働き、その結果、ＦＲＰ１０３が第二の金属部材１０２に押し付けられる。

図３は、図２と外形上同じハット型断面を有する複合体の一例を示す。図３の複合体１００の中間部材１０５は金属材料からなり、第２の金属部材１０２に対応する形状であり、ハット型断面の天板部１１１’と、縦壁部１１２’とを有する。その中間部材１０５の天板部１１１’と第２の金属部材１０２との間にＦＲＰ１０３が挟まれるように配置され、かつ、ＦＲＰ１０３が配置されていない部分（図３の場合、ハット型のフランジ部。）において第一の金属部材１０１と中間部材１０５と第２の金属部材１０２とが、固定部材１０４で互いに接合されている。また、第２の金属部材１０２と中間部材１０５を重ねた時に、両者の天板部１１１、１１１’が重なる領域での第２の金属部材１０２と中間部材１０５との間隔がＦＲＰ１０３の厚さよりも薄いことが好ましい。これにより、中間部材１０５の天板部１１１’から第２の金属部材１０２の天板部１１１に対しＦＲＰ１０３を介して圧力が加わり、ＦＲＰ１０３は第２の金属部材１０２に押し付けられて、挟まっている。

中間部材１０５を金属材料で構成すると、複合体１００の全体重量は増加する可能性があるが、強度面では有利なものとなるため、用途に応じてこのような構成としてもよい。
中間部材１０５としての金属材料を使用する時、その材質や板厚などは特に限定されない。熱膨張係数を揃えられる観点から、第１及び第２の金属部材（１０１，１０２）と同質の材料を用いることが好ましい。この時の中間部材１０５の板厚は、複合体１００の軽量化やＦＲＰ１０３の押し付け力の観点から決めればよい。例えば、鋼板を用いる場合、薄板（例えば０．１～２．０ｍｍ）を用いるとよい。

図４も、図２と外形上同じハット型断面を有する複合体の一例を示す。図４の複合体１００の中間部材１０５は断面形状Ｍ字型の板バネである。中間部材１０５である板バネが第一の金属部材１０１の上面とＦＲＰ１０３の下面に接するとともに、第一の金属部材１０１と第２の金属部材１０２とが図４のように固定部材１０４で接合されることで、中間部材（板バネ）１０５の弾性力が作用してＦＲＰ１０３を第２の金属部材１０２に押し付けることができる。

なお、説明の便宜上、第１の金属部材及び第２の金属部材をそれぞれ「１０１」及び「１０２」で示しているが、図中の「１０１」を第２の金属部材、「１０２」を第１の金属部材にしてもよい。

図示はしていないが、第２の金属部材１０２（補強対象の金属部材）とＦＲＰ１０３との間に中間部材１０５を備えていてもよい。したがって、補強対象の第２の金属部材１０２にＦＲＰ１０３が、中間部材１０５を介して間接的に押し付けられていてもよい。このような場合は、第２の金属部材１０２にＦＲＰ１０３が直接的に押し付けられている場合に比べ、複合体の剛性はやや劣る場合がある。しかし、複合体としての強度は、金属部材単体に比べ高いものとすることができると考えられる。

また、電食防止のために、中間部材１０５を第２の金属部材１０２とＦＲＰ１０３との間に配置してもよい。この場合は、ＦＲＰ１０３による補強効果と電食防止効果を有効に得つつ、第２の金属部材１０２に均一に押し付け荷重がかかるように、中間部材１０５はゴム材料であるのが好ましい。なお、第２の金属部材（補強される金属部材）とＦＲＰとの間に中間部材を設ける場合、当該中間部材と第２の金属部材との間、及び中間部材とＦＲＰとの間は接合されない。

図９（ａ）～（ｃ）は、図２～図４のハット型形状の複合体と同形状であるが、ＦＲＰの配置を、ハット型の天板部から縦壁部にかけて配置した場合の一例を示している。

図９（ａ）は図１に対応し、中間部材がなく、第１の金属部材１０１と第２の金属部材１０２の間にＦＲＰ１０３が挟まれている。図９（ａ）におけるＦＲＰ１０３はハット型天板部１１１から縦壁部１１２にまたがるように（角（コーナー）をまたぐように）配置されている。これにより、ハット型の肩部（天板部１１１と縦壁部１１２で構成する角（コーナー））におけるＦＲＰへの押し込み荷重が増加し、全体としてより大きな複合化効果が得られる。つまり、ＦＲＰ１０３によりハット型の天板部１１１から縦壁部１１２にまたがって補強できるため、部品全体の剛性を高めるだけでなく、捩り剛性も高めることができる。そのため、内部応力を緩和しつつ、複雑な外部応力に対応することができる。

また、図示はしていないが、ハット型の天板部１１１と縦壁部１１２それぞれに対し、別個にＦＲＰを配置してもよい。しかし、上記効果を得る観点から、天板部１１１と縦壁部１１２にかけて連続してＦＲＰを配置することが好ましい。なお、ＦＲＰをフランジ部まで配置してもよいが、その場合はＦＲＰを配置する面積が大きくなりすぎる。このため経済的観点、必要な剛性の観点からＦＲＰを配置する領域を決めるとよい。なお、両金属部材は、ＦＲＰが配置されていない重なった部分で締結されることが望ましいので、ＦＲＰを配置する場合、どの領域で両金属部材を締結するかを考慮する必要がある。

図９（ｂ）は図２に対応し、例えば発泡材料を中間部材１０５として配置し、ハット型の天板部１１１と縦壁部１１２にまたがるようにＦＲＰ１０３を配置した複合体の例である。基本的に図９（ａ）の場合と同様な効果が得られる。ただし、中間部材１０５でＦＲＰ１０３の全面を押し付けるように中間部材１０５を配置するとよい。ＦＲＰ１０３のうち金属部材に押し付けられない部分があると、その部分のＦＲＰ１０３が金属部材間で挟まれた状態とならず、ＦＲＰの補強効果が得られないからである。

図９（ｃ）は図３に対応し、例えば金属材料からなる中間部材１０５を配置し、ハット型の天板部１１１と縦壁部１１２にまたがるようにＦＲＰ１０３を配置した複合体の例である。基本的に、この例も図９（ａ）の場合と同様な効果が得られる。

図９ではハット型断面の複合体を例に説明したが、断面形状で角を有する複合体（断面視多角形状の複合体）であっても、角をまたいで連続してＦＲＰを配置すれば、同様の効果が得られる。例えば、第２の金属部材がＬ字断面の場合、断面視で第２の金属部材の２つの辺がなす角をまたいでＦＲＰを配置すると（即ち、第２の金属部材の２つの辺に連続してＦＲＰを配置すると）、角部においてＦＲＰの押し込み荷重が増加し、より大きな複合化効果が得られる。

もちろん、断面視において、第２の金属部材に角が複数あってもよく、それぞれの角をまたぐように連続的にＦＲＰを配置してもよく、複数の角を連続的にまたぐように配置してもよい。また、角の角度（断面視での角度）も特に限定されず、鋭角、直角、鈍角を問わない。いかなる多角形状であっても、上記説明したハット型断面の場合と同様に、角をまたいで連続的にＦＲＰを配置することで、内部応力を緩和しつつ、複雑な外部応力に対応することができ、より大きな複合効果を得ることができる。

［押し付け荷重の判別方法］
ＦＲＰ１０３が第２の金属部材１０２に押し付けられているかの判別は、以下のようにするとよい。複合体が形成された状態での断面図を光学顕微鏡で観察（ＦＲＰ１０３と第２の金属部材１０２の積層方向に切断して観察）し、金属部材間のＦＲＰ１０３、及び存在する場合は中間部材１０５の厚さ（積層方向の長さ）を測定する。測定した厚さを、各部材の通常状態（すなわち複合化されていない状態）での厚さと比較し、厚さの差（通常状態の厚さ－複合体での厚さ）がある場合（通常状態の厚さ＞複合体での厚さ）は、第２の金属部材にＦＲＰ１０３が押し付けられていると判別する。好ましくは、厚さの差が、通常状態の厚さの１％以上、さらに好ましくは２％以上あるとよい。

具体的な計測の手段としては、例えば、図２の複合体１００の場合は、複合体１００の状態でＦＲＰ１０３と中間部材１０５の合計の厚さを５箇所で測定してその平均値を平均厚さＡとして算出する。次いで、それぞれの部材に解体分離した後に、ＦＲＰ１０３と中間部材１０５の厚さを５箇所で測定してそれぞれの平均値を算出する。ＦＲＰ１０３と中間部材１０５の平均値を合計し平均厚さＢを算出する。平均厚さＡと平均厚さＢに実質的な差がある場合（平均厚さＢ＞平均厚さＡ）は、第２の金属部材にＦＲＰ１０３が押し付けられていると判別することができる。

押し付け荷重の測定は以下のようにするとよい。
まず、複合化された状態での第２の金属部材、ＦＲＰ、及び存在する場合は中間部材の厚さを記録する。そして、複合体を解体して、複合化されていない状態での、第２の金属部材、ＦＲＰの間に薄型の圧力センサーを挿入し、ＦＲＰが複合体の時の厚さになるまで圧力をかけ、どれだけの荷重で押し付けられているかを測定する。圧力をかける方法は、油圧の機械を用いても、万力やクランプのような器具を用いても構わず、切断前と同じ形状や厚み等の寸法となっておればよく、その方法は問わない。第２の金属部材とＦＲＰの間に、例えばゴムシートが入っている場合は、ゴムシートの金属部材側でもＦＲＰ側でも、どちらかに挿入しても構わない。また、グリース等があっても構わない。すなわち、計測するのは圧力なので、どの位置であっても「押し付け荷重」を測定することができるため、中間部材とＦＲＰの間や、中間部材と第１（または第２）の金属部材の間でも構わない。薄型の圧力センサーとしては、例えば、キャノン化成株式会社製のＣＫＳ１８Ｌ－Ｆを用いた感圧測定器やＴｅｋｓｃａｎ社製の薄型圧力センサーを用いたタクタイル社製のＩ－Ｓｃａｎシステムがある。センサーは薄い方が好ましく、０．１～０．２ｍｍ厚みのものを用いるとよい。測定点数は、部品の中で５点以上選択して測定し、いずれかの点において、０．０１ｋｇ／ｃｍ^２以上、好ましくは測定値の平均で０．０１ｋｇ／ｃｍ^２以上の圧力がかかっているとよい。
押し付け荷重は用途に応じて適宜選択すればよいが、第２の金属部材とＦＲＰとを良好に複合化する観点から、測定値の平均で、例えば０．０１ｋｇ／ｃｍ^２以上、０．１０ｋｇ／ｃｍ^２以上、０．２０ｋｇ／ｃｍ^２以上、さらには０．３０ｋｇ／ｃｍ^２以上であるとよい。

金属部材とＦＲＰとの間に、例えば、グリース、ワックス等の潤滑剤を塗布したり、薄いゴムシート等を設けたりすることもできる。

［金属部材］
金属部材の材質は、特に限定されず、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などが挙げられる。ここで、合金の例としては、例えば、鋼（ステンレス鋼を含む鉄系合金）、Ｔｉ合金、Ａｌ合金、Ｍｇ合金などが挙げられる。

また、強度や加工性の観点から、金属部材の材質は鋼が好ましい。使用可能な鋼としては、特に限定されないが、例えば、日本工業規格（ＪＩＳ）等で規格された鋼があり、一般構造用や機械構造用として使用される炭素鋼、合金鋼、高張力鋼等を挙げることができる。鋼の成分は、特に規定するものではないが、Ｆｅ、Ｃに加え、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｐ、Ａｌ、Ｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｃｅ、Ｈｆ、Ｌａ、Ｚｒ及びＳｂから選ばれる１種または２種以上を含有してもよい。例えば、鉄鋼材料は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ及びＮを含み、残部が鉄及び不純物からなる成分を有することができる。第１の金属部材及び第２の金属部材は、同じ材質でも異なる材質であってもいいが、加工性等の観点から、同じ材質であることが好ましい。よって、第１の金属部材及び第２の金属部材が鋼であることがより好ましい。なお、第１の金属部材及び第２の金属部材は、同一の形状（例えば図１の態様）を有していても異なる形状（例えば図２～４の態様）を有していてもよい。

金属部材が鋼である場合、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（溶融亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛めっき等）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、これらに限定されるものではない。また、めっきの合金化や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。

金属部材の形状は特に限定しない。ＦＲＰを挟み易いことから、板状であることが好ましい。ここでいう板状とは、平板状の金属材料を加工したものも含む。例えば断面視でハット型（図１（ａ））やＬ字型などの多角形のもの、さらには管状のものなども含む。金属部材を得るための加工方法も限定しない。既存の加工方法（プレス加工、曲げ加工、テーラードブランクなど）を適宜適用するとよい。また、部品の一部分に、局所的に複合体を形成してもよい。例えば、自動車用ピラーなどの自動車部品の一部分（補強したい部分など）に複合体を形成してもよい。
金属部材が板状である場合、その厚みは、特に限定されないが、複合体１００の強度及び加工性等の観点から決めればよい。例えば鋼板の場合、０．１～３．５ｍｍであればよい。また、第１及び第２の金属部材のそれぞれの厚みは同じであっても異なっていてもよい。

２つの金属部材の接合方法は、特に限定されない。例えば、接着剤による接着、ボルトまたはリベット等の機械締結、溶接、またはこれら２種以上の組み合わせであってもよい。ただし、接着剤の使用は工程コスト（例えば、塗布、加熱硬化、養生工程等に関するコスト）の増加を招くおそれがあるため、接合方法は、好ましくはボルトまたはリベット等の機械締結、溶接、またはこれらの組み合わせにするとよい。図１～図４においては、２つの金属部材の接合方法の一例として、固定部材１０４（より具体的にはボルト）による機械締結が例示されている。

［繊維強化樹脂材料（ＦＲＰ）］
ＦＲＰは、マトリクス樹脂を繊維材料で強化したものであれば、材料や樹脂は特に限定しない。例えば、ＦＲＰは、マトリクス樹脂及び繊維材料のみからなっていてもよい。代替的に、ＦＲＰは、機能性を付与する等の目的のために、導電性粒子、無機フィラー、ゴム材料、顔料、着色剤、酸化防止剤、難燃剤などを含んでいてもよい。ＦＲＰは、単層であっても多層であってもよく、用途に応じて積層数は適宜選択すればよい。ＦＲＰの厚みは、好ましくは、０．２～３．０ｍｍであり、当該厚みは複合体１００の断面を観察することで求めることができる。

また、ＦＲＰの形状は特に限定されるものではなく、平板であっても金属部材と部分的に一致するような形状であっても、どのような形状であっても構わない。

［マトリクス樹脂］
ＦＲＰのマトリクス樹脂は、特に限定されず、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂のいずれも使用することができる。好ましくは、良好な曲げ強度を有し加工性に優れる熱可塑性樹脂が用いられる。例えば、樹脂成分１００質量部に対して、５０質量部以上、６０質量部以上、７０質量部以上、８０質量部以上、または９０質量部以上の熱可塑性樹脂を含むとよい。マトリクス樹脂は熱可塑性樹脂のみであってもよい。マトリクス樹脂に用いることができる熱可塑性樹脂として、特に制限されないが、例えば、ポリオレフィン及びその酸変性物、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、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート等の熱可塑性芳香族ポリエステル、ポリカーボネート、熱可塑エポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンエーテル及びその変性物、ポリフェニレンスルフィド、ポリオキシメチレン、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、並びにナイロン等から選ばれる１種または２種以上を使用できる。このうち、マトリクス樹脂に用いることができる熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、及び、ウレタン樹脂から選ばれる１種以上を使用することができる。

［繊維材料］
ＦＲＰに含まれる繊維材料としては、特に限定されないが、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、アラミド繊維などを使用することができる。繊維材料は、長繊維であっても短繊維であってもよい。ＦＲＰの強度を効率的に向上させる観点から炭素繊維を使用するのが好ましい。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、繊維材料として、上述した繊維を１種単独で使用してもよいし、複数種を併用してもよい。

上記繊維材料の基材となる強化繊維基材（プリプレグ）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）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。

繊維材料の繊維体積含有率Ｖｆは、特に限定されないが、強度及び加工性の観点から、２０体積％以上７０体積％以下であると好ましい。ＦＲＰ中の繊維材料のＶｆは、好ましくは、２５体積％以上、または３０体積％以上にするとよく、また、６５体積％以下、６０体積％以下にするとよい。Ｖｆの測定は、当業者に公知の方法において行うことができる。

複合体１００の積層構造及び各部材の厚さは、複合体をエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に埋め込み、切断機にて観察すべき箇所において、厚さ方向と平行となるように試料を切断して断面を出し、当該断面を電子顕微鏡で観察することで測定することができる。より具体的には、断面画像から、第１の金属部材１０１、第２の金属部材１０２、及びＦＲＰ１０３、並びに、存在する場合は中間部材１０５及び他の層の各領域を特定し、画像上で各領域の厚みを測定することができる。

［せん断剥離強度及び１８０°引き剥がし粘着力］
上述したように、金属部材とＦＲＰとが拘束されていないので、金属部材とＦＲＰとの間のこのせん断剥離強度が１Ｎ／ｍｍ^２以下、及び１８０°引き剥がし粘着力が５Ｎ／１０ｍｍ以下であるとよい。せん断剥離強度及び１８０°引き剥がし粘着力の下限は特に限定されないが、金属部材にＦＲＰが接合されておらず、直接的または間接的に押し込まれていれば十分であるため、せん断剥離強度及び１８０°引き剥がし粘着力の下限はそれぞれ０Ｎ／ｍｍ^２及び０Ｎ／１０ｍｍであってよい。

［せん断剥離強度の測定］
金属部材とＦＲＰとの間のせん断剥離強度の測定について、図５を参照して以下で説明する。まず、対象となる複合体から補強対象の金属部材に該当する部材及びＦＲＰを含む試験片を図５のような形状で取り出す。なお、図５（ａ）は試験片の側面図であり、図５（ｂ）は試験片の上面図である。取り出す試験片の金属部材及びＦＲＰの厚みｔは複合体の形状によるが、それぞれ０．１ｍｍ以上とし、幅ｗは５ｍｍ及び長さｌは５０ｍｍとするとよい。次いで、図５に示す矢印の方向に、金属部材及びＦＲＰ自体が破断しない速度で試験片に荷重を付加して、破断力（Ｎ）を求め、これをせん断面積（ｍｍ^２）で除することでせん断剥離強度（Ｎ／ｍｍ^２）を算出する。同様の操作を５個の試験片について行い、それらの平均値を「せん断剥離強度（Ｎ／ｍｍ^２）」とする。なお、第２の金属部材とＦＲＰとの間に中間部材及び／または他の層を備える場合は、中間部材及び／または他の層も含めて試験片を取り出し、金属部材とＦＲＰとに対して荷重を付加すればよい。もし、試験片のサンプリング中に、金属部材とＦＲＰとが分離した場合は、これらの部材が接着していないことを意味し、せん断剥離強度が０Ｎ／ｍｍ^２（当然、せん断剥離強度が１Ｎ／ｍｍ^２以下）であるとみなすことができる。

［１８０°引き剥がし粘着力の測定］
金属部材とＦＲＰとの間の１８０°引き剥がし粘着力の測定について、図６を参照して以下で説明する。まず、対象となる複合体から金属部材及びＦＲＰを含む試験片を図６のような形状で取り出す。金属部材とＦＲＰの面に対して垂直な方向に引き剥がす力の測定ができるように、界面を剥がして試験片を作成する。なお、図６（ａ）は試験片の側面図であり、図６（ｂ）は試験片の正面図である。金属部材、ＦＲＰともに図６に示すような形状に曲げることができない場合は、界面にテープ材等を挟んで、それを測定機に取り付けて、第２の金属部材とＦＲＰの面に対して垂直な方向に引き剥がす力の測定を行う。試験片の金属部材及びＦＲＰの厚みｔは複合体の形状によるが、それぞれ０．１ｍｍ以上とし、幅ｗは１０ｍｍ及び長さｌは５０ｍｍ程度とするとよい。次いで、図６に示す矢印の方向に、金属部材及びＦＲＰ自体が破断しない速度で試験片に荷重を付加して、荷重（Ｎ）を求め、これを測定幅（１０ｍｍ）で除することで１８０°引き剥がし粘着力（Ｎ／１０ｍｍ）を算出する。同様の操作を５個の試験片について行い、平均値を「１８０°引き剥がし粘着力（Ｎ／１０ｍｍ）」とする。なお、金属部材とＦＲＰとの間に中間部材及び／または他の層を備える場合は、中間部材及び／または他の層も含めて試験片を取り出し、金属部材とＦＲＰとに対して荷重を付加すればよい。もし、試験片のサンプリング中に、第２の金属部材とＦＲＰとが分離した場合は、これらの部材が接着していないことを意味し、せん断剥離強度が５Ｎ／１０ｍｍ（当然、せん断剥離強度が５Ｎ／１０ｍｍ以下）であるとみなすことができる。

［金属－繊維強化樹脂複合ユニット］
本発明に係る金属－繊維強化樹脂複合ユニット（以下、単に「複合ユニット」ということがある。）は、金属－ＦＲＰ複合体を製造するための中間製品である。複合ユニットは、一つの金属部材（例えば第１の金属部材）と、その金属部材の少なくとも片側に配置されたＦＲＰとを有するものである。また、第１の金属部材とＦＲＰとの間に、発泡材料、金属材料、ゴム材料及び板バネから選択される中間部材を備えてもよい。ＦＲＰ及び中間部材は、金属部材の両側に配置されていてもよい。特に、複合ユニットにおいても、金属部材は鋼材であると好ましく、及び／または中間部材は発泡材料であると好ましい。

金属－繊維強化樹脂複合ユニットは、ＦＲＰ側を第２の金属部材（補強する金属部材）に押し付け接触させて複合体を形成する。よって、第１の金属部材とＦＲＰを接合する場合（つまり、第２の金属部材とＦＲＰを接合しない複合体の場合）には、複合ユニットにおいても、第１の金属部材とＦＲＰとを接着してもよい。

一方、両方の金属部材とＦＲＰを接合しない複合体の場合、第１の金属部材とＦＲＰは接合されないので、金属部材とＦＲＰ界面には接着樹脂層は形成されない。しかし、複合ユニットの取り扱い上の観点から、金属部材とＦＲＰを軽度に接着してもよい。中間部材を介在させる場合は、中間部材とＦＲＰとの間、及び／または、金属部材と中間部材との間も軽度に接着されていてもよい。ここで、軽度に接着とは、せん断剥離強度が１Ｎ／ｍｍ^２以下、及び１８０°引き剥がし粘着力が５Ｎ／１０ｍｍ以下になる接着をいう。

［金属－繊維強化樹脂複合体の製造方法］
［複合ユニット形成工程］
複合ユニット形成工程では、第１の金属部材（例えば鋼材）にＦＲＰを配置して金属－繊維強化樹脂複合ユニットを形成する。または、複合ユニット形成工程では、第１の金属部材とＦＲＰとの間に、発泡材料、金属材料、ゴム材料及び板バネ材料から選択される少なくとも１つの中間部材を配置し、その上にＦＲＰを配置して複合ユニットを形成してもよい。

上述したように、第１の金属部材とＦＲＰは接合されない場合、第１の金属部材上にＦＲＰを配置する時に接着しないことが望ましい。しかし、複合ユニットの取り扱い上の観点から、金属部材とＦＲＰを軽度に接着してもよい。中間部材を介在させる場合は、中間部材とＦＲＰとの間、及び／または、金属部材と中間部材との間も軽度に接着してもよい。

［複合化工程］
複合化工程では、複合ユニット形成工程で得た金属－繊維強化樹脂複合ユニットを第２の金属部材に押し付けて複合化し、金属－繊維強化樹脂複合体を形成する。
複合化方法は特に限定されないが、第１の金属部材と第２の金属部材とを接合することが好ましい。第１の金属部材と第２の金属部材を接合する場合、ＦＲＰが配置されていない部分で接合するとよい。ＦＲＰも含めて接合すると、金属部材とＦＲＰが拘束され、内部応力を抑制することができないからである。第１の金属部材及び第２の金属部材との接合方法は、特に限定されない。例えば、接着剤による接着、ボルトまたはリベット等の機械締結、溶接（スポット溶接、レーザー溶接、アーク溶接など、溶接方法は特に限定はされない。）、またはこれらの任意の組み合わせであってもよい。しかし、工程コストや既存の製造ラインへの適用性の観点から、ボルトまたはリベット等の機械締結、溶接、またはこれらの任意の組み合わせであると好ましい。複合ユニットを第２の金属部材に押し付ける際の荷重（押し付け荷重）は、用途に応じて適宜決定することができる。例えば発泡材料の発泡倍率を調整する等により変更することができる。
押し付け荷重は０．０１／ｃｍ^２以上であればよい。押し付け荷重は高いほど良好な複合化状態を形成できるため、押し付け荷重は高いほど好ましい。例えば、押し付け荷重は、０．１０ｋｇ／ｃｍ^２以上、０．１５ｋｇ／ｃｍ^２以上、０．２０ｋｇ／ｃｍ^２以上または０．３０ｋｇ／ｃｍ^２以上であるとよい。第２の金属部材とＦＲＰとの間に、中間部材を設けることもでき、その場合は、例えば、第２の金属部材の表面に中間部材を配置し、そこに複合ユニットを押し付けて複合体を形成するとよい。

以下、実施例を説明するが、実施例は本発明の一態様であり、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

［金属部材］
第１の金属部材及び第２の金属部材としては、日本製鉄社製ティンフリースチール鋼板（板厚０．１８ｍｍ）：「ＴＦＳ０．１８」、日本製鉄社製電気亜鉛めっき鋼板（板厚０．４５ｍｍ）：「ＥＧ０．４５」、及び日鉄ケミカル＆マテリアル社製ステンレス鋼箔ＳＵＳ３０４（板厚０．１０ｍｍ）：「ＳＵＳ０．１０」を準備した。次いで、これらを、図７（ａ）に示すように、第１の金属部材１０１（図７（ａ）の下側の金属部材）には平板材としてそのまま使用し、第２の金属部材１０２にはハット型材（図７（ｂ）の上側のハット型の金属部材）に折り曲げ加工して使用した。ハット材は、図７（ａ）に示されるように、縦壁部の高さ５ｍｍ及び天板部の幅３０ｍｍとした。

［補強部材］
ＦＲＰとして、東レ社製炭素繊維Ｔ－７００をクロス織りし、繊維体積含有率（Ｖｆ）が６０％であり、マトリックス樹脂にエポキシ樹脂を用いた厚さ１ｍｍのＣＦＲＰを準備した。当該ＣＦＲＰの力学特性は引張弾性率７５ＧＰａ、引張強度は１２００ＭＰａであった。
その他の補強部材として、プラスチック板（板厚１．０ｍｍ）：「ＰＣ－１．０」、鋼板（板厚０．４ｍｍ）、及び板バネを準備した。板バネは、厚さ０．５ｍｍの焼き入れリボン鋼を図４に示すようにＭ字型に折り曲げて使用した。また、試料Ｎｏ．３０においては、図９（ａ）に示されるように、ＣＦＲＰの形状を平板ではなく第２の金属部材と天板部と縦壁部にまたがって一致するような形状とした。

［中間部材］
中間部材として、発泡材料の「低反発ウレタン」、「発泡ＥＶＡ」、「ウレタンフォーム」、「エチレンプロピレンゴム」、もしくは「低反発ウレタン（半分）」、板バネ、及び鋼板（ハット状）を準備した。低反発ウレタンはエスコ社製ＥＡ９４４ＫＤ－８４を用い、無荷重の状態で厚さが約３５ｍｍのものを使用した。低反発ウレタン（半分）は、上記低反発ウレタンの厚さを半分にカットし、無荷重の状態で約１７．５ｍｍのものを使用した。発泡ＥＶＡはｕｘｃｅｌｌ社製スポンジテープ５ｍｍ厚さを使用した。ウレタンフォームはＨｅｎｋｅｌ社Ｓｉｓｔａ発泡ウレタンＭ５２５０を用い、これを噴射して発泡体の塊を作製し、硬化後、これを厚さ５ｍｍ、幅３０ｍｍの大きさに切り出して使用した。エチレンプロピレンゴムは厚さ５ｍｍのＴＲＵＳＣＯ社製気密防水テープＴＷＳＴ－１０５０を使用した。鋼板（ハット状）は、図３に示されるように、中間部材として、第２の金属部材と同形状のハット状の鋼板（板厚０．１８ｍｍ）を用いた。なお、当該ハット状の鋼板は第２の金属部材の方向へ押し付けて固定した。中間部材として使用される板バネは、補強部材として使用したものと同様である。

準備した第１の金属部材、第２の金属部材、補強部材、及び中間部材を表１～表６に記載の組み合わせ及び順番で積層して複合体を作製した。各部材の固定方法は、ネジ径２ｍｍのステンレス製ボルト及びナットで機械締結するか（表中「ボルト」）、またはセメダイン社製のメタルロック（接着剤）により接着した（表中「接着」）。補強部材を含む全ての試料において、補強部材が第２の金属部材に押し付けられて接触することにより、両金属部材に挟まれた状態となった。表中の固定方法の「なし」（Ｎｏ．１５）は、各部材を固定せず（すなわち積層のみして）、後述する３点曲げ試験を行ったことを示し、３点曲げ試験により付加した外力により、間接的にＣＦＲＰが第２の金属部材に押し付けられている状態となった。

表中の補強部材の「位置」は、補強部材と中間部材の位置関係を表している。「上」は補強部材が中間部材に対して上にあり、すなわち補強部材が第２の金属部材と直接接触して積層されていることを意味する。「下」は補強部材が中間部材に対して下にあり、すなわち補強部材が第２の金属部材と中間部材を介して積層されていることを意味する。また、表中の「上側構成」は補強部材の上側（第２の金属部材側）の構成を表しており、「接合なし」は接合していないことを意味し、グリース等を介在する場合は、介在するものも記載している。「接着あり」は補強部材と第２の金属部材が接着剤で接着されていることを意味する。「グリース」はＪＸ日鉱日石社製カップグリース１種３号を５ｇ／ｍ^２の量でＣＦＲＰの上面、すなわち第２の金属部材と接する面に塗布したことを意味する。「ハイトレル」は、ＣＦＲＰ上に三井化学社製ハイトレル３０４６を２００℃で熱プレスして０．５ｍｍの厚さに作製したシートを設けたことを意味する。「シリコンゴムシート」はＣＦＲＰ上に厚さ０．５ｍｍのタイガースポリマー社製シリコンゴムシートＳＲ－５０を設けたことを意味する。表中の「下側接合」は、補強部材における下側の部材（第１の金属部材または中間部材）との接合（接着）の有無を表す。接着ありの場合は、上記接着剤を使用した。「押し付け荷重」がある場合は、補強部材が第１の金属部材（または中間部材）と第２の金属部材に挟まっている状態を示している。

表１～表６のように構成した試料を、図５及び図６に従って、第２の金属部材と補強部材との間のせん断剥離強度（Ｎ／ｍｍ^２）及び１８０°引き剥がし粘着力（Ｎ／１０ｍｍ）を測定した。それぞれのサンプルの取得方法及び測定は上記説明したとおりである。表中の「せん断剥離強度の測定」及び「１８０°引き剥がし粘着力」において、サンプルの準備段階、すなわち試験をする前に第２の金属部材と補強部材とが分離された場合、「＜０．０１」と示した。表中の「押し付け荷重」は、上記説明したように、薄型圧力センサー：キャノン化成株式会社製のＣＫＳ１８Ｌ－Ｆを用いて測定し、単位面積当たりの応力で示した。

［面ひずみ（面歪）の評価］
各試料について、作成直後、大気圧下において１５０℃に加熱し、１時間保持して、放冷した後に第２の金属部材の面（ハット型材の天板部）の面ひずみの有無を、目視により確認した。確認方法は蛍光灯などの明るい光をあてて、面内の陰影（場合によっては、表面に反射する蛍光灯の直線部の歪みでも観察できる。）から歪みや凹凸の有無を観察した。歪みや凹凸が確認できるものを「面ひずみあり（記号：×）」、確認できないものを「面ひずみなし（記号：○）」とした。各試料の結果を表１～表６に示す。

（３点曲げ試験）
各試料について、図７（ｂ）に示す３点曲げ試験を行い、得られたストローク－荷重曲線から「曲げ荷重最大値」を求め、力学特性として評価した。代表的なストローク－荷重曲線として試料Ｎｏ．４（実施例）及びＮｏ．２０（比較例）の結果を図８に示す。ストロークとは、ハット材の第２の金属部材が押し込まれた距離（ｍｍ）をいい、曲げ荷重は、ストローク量に要した荷重（Ｎ）をいう。また、３点曲げ試験により得られた最大荷重とは、当該曲線における荷重の最大値を指す。使用した試験条件は以下のとおりである。各試料の結果を表１～表６に示す。
・サンプル長：１００ｍｍ
・支点間距離：９０ｍｍ
・圧子半径：５ｍｍ
・支点半径：５ｍｍ
・負荷速度：１ｍｍ／分

表１を参照すると、本発明の構成を満たす試料は、ＣＦＲＰが第２の金属部材に接合されず、両金属部材に挟まっているため、十分な力学特性を有し、面ひずみを抑制できた。一方、試料Ｎｏ．２及び３は、金属部材のみで構成されており、十分な力学特性を有さなかった。
表２を参照すると、本発明の構成を満たす試料Ｎｏ．４～１６は、十分な力学特性を有しつつ、面ひずみを抑制できた。また、試料Ｎｏ．４及び１０～１３を比較すると、中間部材として板バネを用いた場合より発泡材料を用いた場合の方が高い強度を有していた。これは、発泡材料の方がＣＦＲＰを均一に第２の金属部材に押し付けることができるのに対し、板バネは押し方にムラが生じたためと考えられる。さらに、試料Ｎｐ．４と１４を比較すると、押し付け荷重が大きい試料Ｎｏ．４の方が力学特性に優れていた。

一方、試料Ｎｏ．１７は、ＣＦＲＰと第２の金属部材を接着したことにより、面ひずみが発生した。また、試料Ｎｏ．１８～２３は、補強部材を用いないか、またはＦＲＰ以外を補強部材として用いたため、第２の金属部材を十分に補強できず、十分な力学特性を有さなかった。試料Ｎｏ．２４は、補強部材として板バネを使用した結果、板バネが平面でないことに起因して天板部で歪みが発生した。

表３、表４、表５を参照すると、本発明の構成を満たす試料Ｎｏ．２５、２７及び２９は、それぞれ補強されていない試料Ｎｏ．２６、２８及び３０に比べて、面ひずみの発生を抑制しつつ、優れた力学特性を有していた。
表６を参照すると、試料Ｎｏ．４１のようにＦＲＰを好適な形状（ハット型材の天板部から縦壁部に連続的に沿わせる形状）にすることで、より本発明の効果を向上させる優れた力学特性を有することを示した。

本発明に係る金属－繊維強化樹脂材料複合体は、あらゆる産業機器の部品、建材などに利用することができる。例えば、自動車用のアウター部材、インナー部材、レインフォースに適用することができる。また、既存の製造ラインに適用することができるので、産業上の利用可能性は極めて高い。

１００ 金属－繊維強化樹脂複合体
１０１ 第１の金属部材
１０２ 第２の金属部材
１０３ 繊維強化樹脂材料（ＦＲＰ）
１０４ 固定部材（ボルトの例）
１０５ 中間部材
１０６ 接着層
１１１ 天板部
１１２ 縦壁
２００ 金属－繊維強化樹脂複合ユニット

Claims (20)

1. 第１の金属部材と、
   第２の金属部材と、
   前記第１の金属部材と前記第２の金属部材との間に挟まれた繊維強化樹脂材料とを有し、
   前記繊維強化樹脂材料は、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材の重なった部分の少なくとも一部に配置され、
   前記第１の金属部材または第２の金属部材の少なくとも一方と前記繊維強化樹脂材料との間が全面的に接合されていない、金属－繊維強化樹脂複合体。
2. 前記繊維強化樹脂材料と、前記接合されていない第１の金属部材または第２の金属部材との間のせん断剥離強度が１Ｎ／ｍｍ^２以下、及び１８０°引き剥がし粘着力が５Ｎ／１０ｍｍ以下である、請求項１に記載の金属－繊維強化樹脂複合体。
3. 前記第１の金属部材または前記第２の金属部材の少なくとも一方と前記繊維強化樹脂材料との間に中間部材を備え、前記中間部材を介して前記繊維強化樹脂材料が前記第１の金属部材と第２の金属部材との間に挟まれる、請求項１または２に記載の金属－繊維強化樹脂複合体。
4. 前記中間部材が金属材料、ゴム材料、発泡材料及び板バネから選択される１つまたは２つ以上からなる、請求項３に記載の金属－繊維強化樹脂複合体。
5. 前記第１の金属部材及び前記第２の金属部材が鋼材である、請求項１～４のいずれか１項に記載の金属－繊維強化樹脂複合体。
6. 前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とが、前記繊維強化樹脂材料が配置されていない部分で接合されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の金属－繊維強化樹脂複合体。
7. 前記第１の金属部材と前記第２の金属部材との接合が、機械締結、もしくは溶接、またはこれらの組み合わせである、請求項６に記載の金属－繊維強化樹脂複合体。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の金属－繊維強化樹脂複合体を有する自動車用部品。
9. 前記第１の金属部材及び前記第２の金属部材の少なくとも１つが自動車のインナーまたはレインフォースである、請求項８に記載の自動車部品。
10. 請求項１～７のいずれか１項に記載の金属－繊維強化樹脂複合体に用いる金属－繊維強化樹脂複合ユニットであって、
    第１の金属部材と、
    前記第１の金属部材の少なくとも片側に配置された繊維強化樹脂材料を有する、金属－繊維強化樹脂複合ユニット。
11. 前記第１の金属部材と前記繊維強化樹脂材料との間に、発泡材料、金属材料、ゴム材料及び板バネから選択される少なくとも１つの中間部材を有し、
    前記中間部材は、前記第1の金属部材の表面内の少なくとも一部に配置される、請求項１０に記載の金属－繊維強化樹脂複合ユニット。
12. 前記第１の金属部材が自動車部品におけるインナーもしくはレインフォースである、請求項１０または１１に記載の金属－繊維強化樹脂複合ユニット。
13. 前記第１の金属部材が鋼材である、請求項１０～１２のいずれか１項に記載の金属－繊維強化樹脂複合ユニット。
14. 請求項１～７のいずれか１項に記載の金属－繊維強化樹脂複合体の製造方法であって、
    第１の金属部材の表面上に繊維強化樹脂材料を配置して金属－繊維強化樹脂複合ユニットを形成する複合ユニット形成工程、及び
    前記金属－繊維強化樹脂複合ユニットの前記繊維強化樹脂材料を、第２の金属部材の表面内に配置するように押し付けて金属－繊維強化樹脂複合体を形成する複合化工程を含む金属－繊維強化樹脂複合体の製造方法。
15. 前記複合ユニット形成工程が、前記第１の金属部材の表面上に、発泡材料、金属材料、ゴム材料及び板バネから選択される少なくとも１つからなる中間部材を配置し、その上に前記繊維強化樹脂材料を配置する、請求項１４に記載の金属－繊維強化樹脂複合体の製造方法。
16. 前記複合化工程が、前記第２の金属部材と前記金属－繊維強化樹脂複合ユニットの間に発泡材料、金属材料、ゴム材料及び板バネから選択される少なくとも１つからなる中間部材を配置してから、前記金属－繊維強化樹脂複合ユニットを前記第２の金属に対し押し付けることを含む、請求項１４または１５に記載の金属－繊維強化樹脂複合体の製造方法。
17. 前記中間部材が発泡材料である、請求項１４～１６のいずれか１項に記載の金属－繊維強化樹脂複合体の製造方法。
18. 前記第１の金属部材及び前記第２の金属部材が鋼材である、請求項１４～１７のいずれか１項に記載の金属－繊維強化樹脂複合体の製造方法。
19. 前記複合化工程が、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とを、機械締結、接着もしくは溶接、またはこれらの組み合わせから選択される方法で接合することを含む、請求項１４～１８のいずれか１項に記載の金属－繊維強化樹脂複合体の製造方法。
20. 前記複合化工程が、前記金属－繊維強化樹脂複合ユニットを前記第２の金属に対し押し付けた後、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とを、接合することを含む、請求項１９に記載の金属－繊維強化樹脂複合体の製造方法。

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