(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-10
(45)【発行日】2024-06-18
(54)【発明の名称】異種構造材を含む接合一体化物とその製造方法
(51)【国際特許分類】
B32B 37/12 20060101AFI20240611BHJP
C09J 163/00 20060101ALI20240611BHJP
B29C 45/14 20060101ALI20240611BHJP
B29C 65/02 20060101ALI20240611BHJP
B29C 65/48 20060101ALI20240611BHJP
B29C 65/70 20060101ALI20240611BHJP
B29C 65/72 20060101ALI20240611BHJP
【ＦＩ】
B32B37/12
C09J163/00
B29C45/14
B29C65/02
B29C65/48
B29C65/70
B29C65/72
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2020018513
(22)【出願日】2020-02-06
(65)【公開番号】P2021123035
(43)【公開日】2021-08-30
【審査請求日】2023-01-26
(73)【特許権者】
【識別番号】000206141
【氏名又は名称】大成プラス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100093687
【弁理士】
【氏名又は名称】富崎 元成
(74)【代理人】
【氏名又は名称】町田 光信
(72)【発明者】
【氏名】安藤 直樹
【審査官】大村 博一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－２１７７０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２５５４２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１３８３８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０６００５１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ３２Ｂ １／００－４３／００
Ｂ２９Ｃ ４５／００－４５／８４
Ｂ２９Ｃ ６５／００－６５／８２
Ｃ０９Ｊ １／００－ ５／１０
Ｃ０９Ｊ ９／００－２０１／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＦＲＰ材、及び、構造用金属材群から選択される「Ａ」材、及び「Ｂ」材の異種２材を両端とし、前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の線膨張率の差が、０．３×１０－５Ｋ－１以上ある部材を接着剤で接合した一体化物であって、
前記一体化物は、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の間に、「Ｄ」材である厚さ１．５～５．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムの板状物、又は構造物が積層されたものであり、
前記「Ａ」材、前記「Ｄ」材、及び「Ｂ」材の順に接合面が固着積層された３材からなる
ことを特徴とする異種構造材を含む接合一体化物。
【請求項2】
ＦＲＰ材、及び、構造用金属材群から選択される「Ａ」材、及び「Ｂ」材の異種２材を両端とし、前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の線膨張率の差が、０．３×１０－５Ｋ－１以上ある部材を接着剤で接合した一体化物であって、
前記一体化物は、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の間に、「Ｃ」材である耐力が１５０ＭＰａより高い金属材の１．０ｍｍ厚以下の薄板、及び「Ｄ」材である厚さ１．５～５．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムの板状物、又は構造物が積層されたものであり、
前記「Ａ」材、前記「Ｃ」材、前記「Ｄ」材、及び「Ｂ」材の順に接合面が固着積層された４材からなる
ことを特徴とする異種構造材を含む接合一体化物。
【請求項3】
ＦＲＰ材、及び、構造用金属材群から選択される「Ａ」材、及び「Ｂ」材の異種２材を両端とし、前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の線膨張率の差が、０．３×１０－５Ｋ－１以上ある部材を接着剤で接合した一体化物であって、
前記一体化物は、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の間に、「Ｃ」材である耐力が１５０ＭＰａより高い金属材の１．０ｍｍ厚以下の薄板、及び「Ｄ」材である厚さ１．５～５．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムの板状物であり、
前記「Ａ」材、前記「Ｃ」材、前記「Ｄ」材、前記「Ｃ」材、及び「Ｂ」材の順に接合面が固着積層された５材からなる
ことを特徴とする異種構造材を含む接合一体化物。
【請求項4】
ＦＲＴＰ材を「Ａ」材、構造用金属材群から選択される「Ｂ」材の異種２材を両端とし、前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の線膨張率の差が、０．３×１０－５Ｋ－１以上ある部材を接合した一体化物であって、
前記一体化物は、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の間に、「Ｃ」材である耐力が１５０ＭＰａより高い金属材の１．０ｍｍ厚以下の薄板、及び「Ｄ」材である厚さ１．５～５．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムの板状物、又は構造物が積層されたものであり、
前記「Ａ」材、前記「Ｃ」材、前記「Ｄ」材、及び前記「Ｂ」材の順に接合面が固着積層された４材からなり、
前記ＦＲＴＰ材と前記「Ｃ」材の接合法は、前記「Ｃ」材に射出接合法により、前記ＦＲＴＰ材のマトリックス樹脂と同種の樹脂を前記「Ｃ」材に接合した後、前記ＦＲＴＰ材と前記樹脂を熱融着により接合されたものであり、
前記熱融着以外の他の接合の前記接合面は、接着剤による接合されたものである
ことを特徴とする異種構造材を含む接合一体化物。
【請求項5】
ＦＲＴＰ材を「Ａ」材、構造用金属材群から選択される「Ｂ」材の異種２材を両端とし、前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の線膨張率の差が、０．３×１０ －５ Ｋ －１ 以上ある部材を接合した一体化物であって、
前記一体化物は、
前記「Ａ」材、前記「Ｂ」材の間に、「Ｃ」材である耐力が１５０ＭＰａより高い金属材の１．０ｍｍ厚以下の薄板、及び「Ｄ」材である厚さ１．５～５．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムの板状物、又は構造物が積層されたものであり、
前記「Ａ」材、前記「Ｃ」材、前記「Ｄ」材、前記「Ｃ」材、及び「Ｂ」材の順に接合面が固着積層された５材からなり、
前記ＦＲＴＰ材と前記「Ｃ」材の接合法は、前記「Ｃ」材に、前記ＦＲＴＰ材のマトリックス樹脂と同種の樹脂をインサート成形で接合した後、前記ＦＲＴＰ材と前記樹脂を熱融着により接合されたものであり、
前記熱融着以外の他の接合部の前記接合面は、接着剤により接合されたものである
ことを特徴とする異種構造材を含む接合一体化物。
【請求項6】
請求項１～５から選択される１項に記載の異種構造材含む接合一体化物において、前記「Ｄ」材は、純アルミニウム系アルミニウムであり、日本工業規格Ａ１０８０、Ａ１０８５、及びＡ１０５０から選択される１種であることを特徴とする異種構造材を含む接合一体化物。
【請求項7】
請求項２～５から選択される１項に記載の異種構造材含む接合一体化物において、前記「Ｃ」材は、日本工業規格のＡ５０５２アルミニウム合金、Ａ５０８３アルミニウム合金、Ａ６０６１アルミニウム合金、及びＳＵＳ３０４ステンレス鋼から選択される１種であることを特徴とする異種構造材を含む接合一体化物。
【請求項8】
請求項１～５から選択される１項に記載の異種構造材含む接合一体化物において、前記接合面は、平面、曲面、及び円筒面から選択される１以上の面を含むものであることを特徴とする異種構造材を含む接合一体化物。
【請求項9】
請求項１～８から選択される１項に記載の異種構造材含む接合一体化物において、前記「Ｄ」材は、一面は平面又は曲面であり、他面には断面積０．０５～０．２５ｃｍ２の円形又は角状の柱状物が並列して多数林立している板状体であることを特徴とする異種構造材を含む接合一体化物。
【請求項10】
請求項１～８から選択される１項に記載の異種構造材含む接合一体化物において、前記「Ｄ」材は、一面は平面又は曲面であり、他面には厚さ３～５ｍｍの壁が幅２～３ｍｍの間隔あけて多数林立している壁状突起、又は、厚さ３～５ｍｍの壁が幅２～３ｍｍの間隔あけて同心円状の壁状突起を有する板状体であることを特徴とする異種構造材を含む接合一体化物。
【請求項11】
請求項１０の異種構造材含む接合一体化物において、前記同心円状の前記壁状突起の中心は、１～５ｃｍ２の部分は厚さ１～５ｍｍの円形の厚板状であることを特徴とする異種構造材を含む接合一体化物。
【請求項12】
請求項３又は５に記載の異種構造材含む接合一体化物において、前記「Ａ」材、前記「Ｂ」材、前記「Ｃ」材、及び前記「Ｄ」材の５材間の接合において、接着剤で接合された接合部に存在する接着剤硬化層は、全て１液性エポキシ接着剤の硬化層、又は、２液性エポキシ接着剤の硬化層が含まれたものであることを特徴とする異種構造材を含む接合一体化物。
【請求項13】
請求項２～５から選択される１項に記載の異種構造材含む接合一体化物において、前記「Ａ」材、前記「Ｂ」材、前記「Ｃ」材、及び前記「Ｄ」材の４材以上が接合されたものにおいて、接着剤で接合された接合部に換えて一部がクラッド結合部であることを特徴とする異種構造材を含む接合一体化物。
【請求項14】
請求項１２に記載の異種構造材を含む接合一体化物において、前記１液性エポキシ接着剤は、引張り破断試験において、せん断接着強さが２３℃下で５０ＭＰａ以上を示し、かつ、１５０℃下で２５ＭＰａ以上を示す耐熱型１液性エポキシ接着剤であることを特徴とする異種構造材を含む接合一体化物。
【請求項15】
請求項１～１４から選択される１項に記載の異種構造材を含む接合一体化物であって、前記「Ａ」材、及び前記「Ｂ］材は、ＣＦＲＰ材とチタン合金材、ＣＦＲＰ材と一般鋼材、ＣＦＲＰ材とステンレス鋼材、ＣＦＲＰ材と高強度アルミニウム合金材、ＧＦＲＰ材と高強度アルミニウム合金材、ＣＦＲＴＰ材とチタン合金材、ＣＦＲＴＰ材と一般鋼材、ＣＦＲＴＰ材とステンレス鋼材、ＣＦＲＴＰ材と高強度アルミニウム合金材、チタン材と一般鋼材、チタン材とステンレス鋼材、チタン材と高強度アルミニウム合金材、一般鋼材とステンレス鋼材、一般鋼材と高強度アルミニウム合金材、フェライト系ステンレス鋼材とオーステナイト系ステンレス鋼材、及び、ステンレス鋼材と高強度アルミニウム合金材から選択される１種であることを特徴とする異種構造材を含む接合一体化物。
【請求項16】
請求項４又は５に記載の異種構造材含む接合一体化物において、前記「Ａ」材のＦＲＴＰがＣＦＲＴＰであり、
前記樹脂は、０．５ｍｍ厚以上の高結晶性熱可塑性合成樹脂組成物であり、前記「Ｃ」材と前記樹脂の厚みの合計は、厚さ２ｍｍ以下の複合板であり、
前記「Ａ」材と前記「Ｃ」材の接合は、前記ＣＦＲＴＰのマトリックス樹脂と高結晶性熱可塑性合成樹脂組成物を熱融着により固着したものであり、
前記「Ｂ」材は、チタン合金材、一般鋼材、ステンレス鋼材、及び、高強度アルミニウム合金材から選択される１種であることを特徴とする異種構造材を含む接合一体化物。
【請求項17】
請求項１５に記載の異種構造材含む接合一体化物において、前記高強度アルミニウム合金材は、日本工業規格のＡ２０１４、Ａ２０１７、Ａ２０２４、及びＡ７０７５から選択されるジュラルミン類、又は、日本工業規格のＡ５０５２、Ａ５０８３、Ａ６０６１、及びＡ６０６３から選択される１種のアルミニウム合金であることを特徴とする異種構造材を含む接合一体化物。
【請求項18】
ＦＲＴＰ材を「Ａ」材、構造用金属材群から選択される「Ｂ」材の異種２材を両端とし、前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の線膨張率の差が、０．３×１０－５Ｋ－１以上ある部材を接合した一体化物であって、
前記一体化物は、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の間に、「Ｃ」材である耐力が１５０ＭＰａより高い金属材の１．０ｍｍ厚以下の薄板、及び「Ｄ」材である厚さ１．５～５．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムの板状物、又は構造物が積層されたものであり、
前記「Ａ」材、前記「Ｃ」材、前記「Ｄ」材、及び前記「Ｂ」材の順に接合面が固着積層された４材からなる異種構造材を含む接合一体化物の製造方法であって、
前記ＦＲＴＰ材のマトリックス樹脂と同種の樹脂を前記「Ｃ」材に接合するために、前記「Ｃ」材を金型にインサートした後、前記樹脂を射出してＦＲＴＰ材と前記「Ｃ」材を接合する射出接合工程と、
前記射出接合後、前記ＦＲＴＰ材と前記樹脂を熱融着により接合する熱融着工程と、
他の接合部は、接着剤による接合工程法と
からなることを特徴とする異種構造材を含む接合一体化物の製造方法。
【請求項19】
ＦＲＴＰ材を「Ａ」材、構造用金属材群から選択される「Ｂ」材の異種２材を両端とし、前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の線膨張率の差が、０．３×１０－５Ｋ－１以上ある部材を接合した一体化物であって、
前記一体化物は、
前記「Ａ」材、前記「Ｂ」材の間に、「Ｃ」材である耐力が１５０ＭＰａより高い金属材の１．０ｍｍ厚以下の薄板、及び「Ｄ」材である厚さ１．５～５．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムの板状物、又は構造物が積層されたものであり、
前記「Ａ」材、前記「Ｃ」材、前記「Ｄ」材、前記「Ｃ」材、及び「Ｂ」材の順に接合面が固着積層された５材からなる異種構造材を含む接合一体化物の製造方法であって、
前記ＦＲＴＰ材のマトリックス樹脂と同種の樹脂を前記「Ｃ」材に接合するために、前記「Ｃ」材を金型にインサートした後、前記樹脂を射出してＦＲＴＰ材と前記「Ｃ」材を接合する射出接合工程と、
前記射出接合後、前記ＦＲＴＰ材と前記樹脂を熱融着により接合する熱融着工程と、
他の接合部は、接着剤による接合工程法と
からなることを特徴とする異種構造材を含む接合一体化物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、各種金属材、ＦＲＰ材、ＦＲＴＰ材等、高強度材料の異材同士を高強度に接合した、異種構造材を含む接合一体化物とその製造方法に関する。更に詳しくは、線膨張率の差が大きく異なった各種金属材、ＧＦＲＰ材、ＣＦＲＴＰ材等の繊維強化プラスチックス等の各種の異材同士を高強度に接合し積層した、異種構造材を含む接合一体化物とその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
本発明の発明者は、アルミニウム合金部材、マグネシウム合金部材、ステンレス鋼材、銅合金材、チタン合金材、鋼材、アルミ鍍金鋼板等の各種金属材と、各種ＦＲＰ材を接着剤で接合する接着構造、接着方法等を提案した（特許文献１～９）。また、これに使用する１液性エポキシ接着剤と接着方法も提案した（特許文献１０、１１）。これらの接着剤による接合技術は、基本的には各種金属材によって異なる化成処理をし、この化成処理された各種金属材と、ＦＲＰ、ＦＲＴＰとの接着剤による接合技術の集成物（積層体）である。
【0003】
（高度接着技術：ＮＡＴ）
本発明者等は、ＮＡＴ（Nano adhesion technologyの略）と称する、接着力を高くするための高度接着技術を開発し提唱した。これは接着剤を高性能化するという技術ではなく、接着する金属片、即ち被着物である金属片の表面処理法に関係する技術である。即ち、ＮＡＴは、全金属種が対象の接着剤による接合技術であり、ＮＡＴはその成立の必要条件として、以下５点を規定した。このうち、使用する金属片に関しては、下記の３点（（１）～（３））が必要条件であり、この３点を満足するように化学処理する表面処理法を「ＮＡＴ処理」と称した。
本発明者等は、ＮＡＴ（Nano adhesion technologyの略）と称する、接着力を高くするための高度接着技術を開発し提唱した。これは接着剤を高性能化するという技術ではなく、接着する金属片、即ち被着物である金属片の表面処理法に関係する技術である。即ち、ＮＡＴは、全金属種が対象の接着剤による接合技術であり、ＮＡＴはその成立の必要条件として、以下５点を規定した。このうち、使用する金属片に関しては、下記の３点（（１）～（３））が必要条件であり、この３点を満足するように化学処理する表面処理法を「ＮＡＴ処理」と称した。
【0004】
ＮＡＴでの必要条件は、
（１）金属表面を０．８～１０μｍ周期の凹凸ある粗面にすること、
（２）その粗面上に５～３００ｎｍ周期の超微細凹凸があるようにすること、
（３）上記（１）及び（２）の２重凹凸面を成す表面は、金属酸化物、金属リン酸化物等の硬質なセラミック質の薄層で成っていること、
の３条件を満たすようにする処理法である。更に、ＮＡＴで使用する接着剤種、及び、接着操作に関する次の２条件が必要である。
（４）接着剤として、１液性接着剤の使用を優先的に使用し、１液性接着剤が存在しない場合には、硬化剤として最も遅効性の物を選んで採用すること、
（５）接着操作において、「染み込まし処理」の工程を含むこと、
の２条件である。
（１）金属表面を０．８～１０μｍ周期の凹凸ある粗面にすること、
（２）その粗面上に５～３００ｎｍ周期の超微細凹凸があるようにすること、
（３）上記（１）及び（２）の２重凹凸面を成す表面は、金属酸化物、金属リン酸化物等の硬質なセラミック質の薄層で成っていること、
の３条件を満たすようにする処理法である。更に、ＮＡＴで使用する接着剤種、及び、接着操作に関する次の２条件が必要である。
（４）接着剤として、１液性接着剤の使用を優先的に使用し、１液性接着剤が存在しない場合には、硬化剤として最も遅効性の物を選んで採用すること、
（５）接着操作において、「染み込まし処理」の工程を含むこと、
の２条件である。
【0005】
上記の条件（４）は、接着剤が未硬化の低分子量分子のままで金属材表面に付着させることを求め、条件（５）は、その低分子量分子が条件（２）記載の超微細凹凸面上の超微細凹部の奥底まで侵入するように仕向けるための工程である。即ち、ＮＡＴの目指すものを端的に言えば、被着材としての金属の表面形状として好ましいのは、５～３００ｎｍ周期の超微細凹凸面の存在であること、かつ、ミクロンオーダー周期の粗面を有することは、上記（２）の超微細凹凸面の存在密度が高いこと、及び、接着剤が低分子量状態のまま（粘度の低いまま）塗布され、かつ、前記超微細凹凸面の凹部底まで侵入し、その後に重合が促進され硬化させるのが、最も強い接着力を生むとの簡単な理由を整理したものである。
【0006】
このＮＡＴ理論は、各種金属材で実証された（特許文献１～７）。又、条件（４）に１液性接着剤が好ましいとしたが、接着強度の観点から、ＮＡＴが最も有効な接着剤は、現在の技術水準ではエポキシ接着剤であると本発明者等は判断し、前記実証試験は殆どが１液性エポキシ接着剤によるものとなった。実際、ＮＡＴが示した強力な接着力は、多くの当業者である技術者等に衝撃を与えた。実例から言えば、例えば、汎用の１液性エポキシ接着剤「ＥＰ１０６ＮＬ（セメダイン株式会社（本社：日本国東京都）製）」を使用して、ほぼ全金属種で、前述のＮＡＴ処理した同種金属片同士の接着対のせん断接着強さは、２３℃下で約７０ＭＰａが得られ、従来の接着法の倍近いせん断接着強さを示したからである。
【0007】
（１液性エポキシ接着剤とその耐熱性）
特許文献１に記載した試験において、ＮＡＴ処理した日本工業規格Ａ７０７５アルミニウム合金（以下、「日本工業規格」の呼称のみで、また、「アルミニウム合金」を「Ａｌ」とも表記する。）片同士接合したものは、上記「ＥＰ１０６ＮＬ」使用の接着対（図１に示した試験片）を引張り破断して得られるせん断接着強さであり、その値が７０ＭＰａと高く安定していた。このことから、市場で広く市販されている１液性エポキシ接着剤を入手し、前述した同じＡ７０７５Ａｌ片の接着対で、せん断接着強さを測定することで、接着剤の接着力評価が可能と考えた。そこで、日本国内外で市販されている１液性エポキシ接着剤を十数種類購入して、それぞれせん断接着強さを測定した。更には、それら接着剤を使用したＡ７０７５Ａｌの試験対で、１５０℃の環境下、そのせん断接着強さを測定し、各接着剤の耐熱性能を得た。その結果、現行の市販の１液性エポキシ接着剤の中では、「ＥＷ２０４０（３Ｍジャパン株式会社（本社：日本国東京都）製）」が、上記ＮＡＴに最も適していると判断した。即ち、前記試験にて、せん断接着強さが２３℃下で約６０ＭＰａ、１５０℃下で３０ＭＰａを示したからである。但し、この後、本発明者は耐熱性ある１液性エポキシ接着剤の開発に努め、同じＡ７０７５Ａｌ使用の接着対（試験片）に関し、１５０℃下でのせん断接着強さが、３５ＭＰａ以上になる１液性エポキシ接着剤を開発し提案した（特許文献９）。
特許文献１に記載した試験において、ＮＡＴ処理した日本工業規格Ａ７０７５アルミニウム合金（以下、「日本工業規格」の呼称のみで、また、「アルミニウム合金」を「Ａｌ」とも表記する。）片同士接合したものは、上記「ＥＰ１０６ＮＬ」使用の接着対（図１に示した試験片）を引張り破断して得られるせん断接着強さであり、その値が７０ＭＰａと高く安定していた。このことから、市場で広く市販されている１液性エポキシ接着剤を入手し、前述した同じＡ７０７５Ａｌ片の接着対で、せん断接着強さを測定することで、接着剤の接着力評価が可能と考えた。そこで、日本国内外で市販されている１液性エポキシ接着剤を十数種類購入して、それぞれせん断接着強さを測定した。更には、それら接着剤を使用したＡ７０７５Ａｌの試験対で、１５０℃の環境下、そのせん断接着強さを測定し、各接着剤の耐熱性能を得た。その結果、現行の市販の１液性エポキシ接着剤の中では、「ＥＷ２０４０（３Ｍジャパン株式会社（本社：日本国東京都）製）」が、上記ＮＡＴに最も適していると判断した。即ち、前記試験にて、せん断接着強さが２３℃下で約６０ＭＰａ、１５０℃下で３０ＭＰａを示したからである。但し、この後、本発明者は耐熱性ある１液性エポキシ接着剤の開発に努め、同じＡ７０７５Ａｌ使用の接着対（試験片）に関し、１５０℃下でのせん断接着強さが、３５ＭＰａ以上になる１液性エポキシ接着剤を開発し提案した（特許文献９）。
【0008】
（接着力の測定方法）
特許文献１～７には、各種金属材に対して、ＮＡＴ処理とＮＡＴ操作をした１液性エポキシ接着剤のせん断接着強さ、及び、引張り接着強さが開示されている。しかし、本発明の実験等で使用した接着剤は、上記「ＥＰ１０６ＮＬ」から上記「ＥＷ２０４０」に換えた。その理由は、超軽量の高強度構造材として量産が始まっていたＣＦＲＰ材についても、金属材との接着技術として完成させ、航空機、自動車等の移動機械の主要々素にするには、接着剤の耐熱性が欠かせないと判断したことによる。特許文献８では、耐熱性に優れた上記「ＥＷ２０４０」を前述したＮＡＴの標準使用接着剤とした後、このＮＡＴ処理法の改良結果を開示し、２３℃下での各種金属材の接着対におけるせん断接着強さがより安定化し、引張り接着強さが高くなったことを開示した。
特許文献１～７には、各種金属材に対して、ＮＡＴ処理とＮＡＴ操作をした１液性エポキシ接着剤のせん断接着強さ、及び、引張り接着強さが開示されている。しかし、本発明の実験等で使用した接着剤は、上記「ＥＰ１０６ＮＬ」から上記「ＥＷ２０４０」に換えた。その理由は、超軽量の高強度構造材として量産が始まっていたＣＦＲＰ材についても、金属材との接着技術として完成させ、航空機、自動車等の移動機械の主要々素にするには、接着剤の耐熱性が欠かせないと判断したことによる。特許文献８では、耐熱性に優れた上記「ＥＷ２０４０」を前述したＮＡＴの標準使用接着剤とした後、このＮＡＴ処理法の改良結果を開示し、２３℃下での各種金属材の接着対におけるせん断接着強さがより安定化し、引張り接着強さが高くなったことを開示した。
【0009】
なお、特許文献１～９、及び、後述する本発明にて採用した接着力測定法は、一般的な接着力測定法とは異なる。即ち、これらの特許文献に記載されたせん断接着強さと、引張り接着強さは、ＪＩＳ（日本工業規格）Ｋ６８４９、Ｋ６８５０等に規定された測定手法で測定したものではない。これらの規格化されている測定手法では、接着力が強く、正確なせん断接着強さ（tensile lap-shear strength）が測定出来できないと判断した。この引張り接着強さ（tensile strength）測定に関しては、規格化された手法で決められた形状の金属片の入手が困難であり、特に０．５～３．０ｍｍ厚の板材として、市販されている多くの金属材にとっては、正確な値が測定出来る形になっていない故である。即ち、本発明者等が開示したＮＡＴに関係する各特許及び本発明では、後述した図１に示した試験片を使用してせん断接着強さを測定した。又、引張り接着強さを測定する接着対の形状は、特許文献１に記載の発明を発明した時点では、１８ｍｍ×４ｍｍ×３ｍｍ厚の金属片２個の４ｍｍ×３ｍｍ端面同士を接着した形の接着対で測定した。その後、変遷があって、本発明に至っては、後述する４５ｍｍ×１８ｍｍ×１．５ｍｍ厚の金属片２個の１８ｍｍ×１．５ｍｍ厚端面同士を接着した形、即ち、本発明の図２に示した形状となっている。
【0010】
（ＣＦＲＰ片のせん断接着強さ）
本発明者の接着技術に関する最終目標は、ＣＦＲＰ材とＡ７０７５Ａｌとを完全接着して、究極の軽量化が要求される航空機等の基本構造の製作に役立てることであった。一方、本発明の発明者等が提唱したＮＭＴ（Nano molding technologyの略）は、金属材と高結晶性熱可塑性樹脂を射出成形により、金属と樹脂を高強度に接合一体化する接合技術である。本発明の発明者は、このＮＭＴで用いた金属表面処理技術を転用すれば、接着剤による異材質の接着においても、金属材同士の高強度接着技術に繋がると判断し、前述したＮＡＴを完成させた。そして、このＮＡＴを一部利用して、ＣＦＲＰ材同士、ＣＦＲＰ材とＡ７０７５Ａｌの高度接着が成功すれば、前記目標がかなり近くなると考えた。但し、ＣＦＲＰ片同士の上記「ＥＷ２０４０」による図１に示した形状の試験片である接着対の示したせん断接着強さは、意外な数値となった。
本発明者の接着技術に関する最終目標は、ＣＦＲＰ材とＡ７０７５Ａｌとを完全接着して、究極の軽量化が要求される航空機等の基本構造の製作に役立てることであった。一方、本発明の発明者等が提唱したＮＭＴ（Nano molding technologyの略）は、金属材と高結晶性熱可塑性樹脂を射出成形により、金属と樹脂を高強度に接合一体化する接合技術である。本発明の発明者は、このＮＭＴで用いた金属表面処理技術を転用すれば、接着剤による異材質の接着においても、金属材同士の高強度接着技術に繋がると判断し、前述したＮＡＴを完成させた。そして、このＮＡＴを一部利用して、ＣＦＲＰ材同士、ＣＦＲＰ材とＡ７０７５Ａｌの高度接着が成功すれば、前記目標がかなり近くなると考えた。但し、ＣＦＲＰ片同士の上記「ＥＷ２０４０」による図１に示した形状の試験片である接着対の示したせん断接着強さは、意外な数値となった。
【0011】
炭素繊維（以下、「ＣＦ」という。）メーカーとの共同研究の結果であるが、航空機用ＣＦＲＰ材に使用されている、最新型のＣＦは引張り強さ６ＧＰａ程度を有する高強度繊維である。その電顕写真は、断面がほぼ真円形であり側面は縦筋はなく、かつ滑らかである。このＣＦを使用したプリプレグを積層して得たＣＦＲＰ厚板からＣＦＲＰ片を切り出し、その表面端部を粗面化する等の表面加工をした上で、上記「ＥＷ２０４０」を使用して、図１に示す形状の接着対とし、そのせん断接着強さを測定すると約４０ＭＰａとなる。一方で、ＣＦメーカー各社がこの最新型のＣＦの工業化の以前から製造しているＣＦ、
これを旧型ＣＦとすると、これは引張り強度が約３ＧＰａ程度の高強度繊維であり、その電顕写真は断面形状が楕円形、瓢箪型等を成している物など種々である。このＣＦの側面には、縦筋が常に１～２本あり、かつ、所々に小さな凸部や凹部が見られる。このＣＦを使用したＣＦＲＰ厚板から同様に、上記「ＥＷ２０４０」を使用して、図１に示す形状の接着対とし、せん断接着強さを測定すると約６０ＭＰａになる。要するに、ＣＦＲＰ片同士の１液性エポキシ接着剤による接着対を強引にせん断破断した場合、その破断開始箇所は、接着剤とＣＦが接着されている表面層部ではなく、これと離れたマトリックス樹脂層であった。
これを旧型ＣＦとすると、これは引張り強度が約３ＧＰａ程度の高強度繊維であり、その電顕写真は断面形状が楕円形、瓢箪型等を成している物など種々である。このＣＦの側面には、縦筋が常に１～２本あり、かつ、所々に小さな凸部や凹部が見られる。このＣＦを使用したＣＦＲＰ厚板から同様に、上記「ＥＷ２０４０」を使用して、図１に示す形状の接着対とし、せん断接着強さを測定すると約６０ＭＰａになる。要するに、ＣＦＲＰ片同士の１液性エポキシ接着剤による接着対を強引にせん断破断した場合、その破断開始箇所は、接着剤とＣＦが接着されている表面層部ではなく、これと離れたマトリックス樹脂層であった。
【0012】
ＣＦとマトリックス樹脂硬化物間の真の接着力は約４０ＭＰａと推定され、新型ＣＦを使用したＣＦＲＰ片では、その数値がせん断接着強さとなるが、旧型ＣＦ使用のＣＦＲＰ片では、その表面積が大きいことを示している。即ち、新型ＣＦは、真円の断面近い繊維であるが、旧型ＣＦは真円でないために、呼称されている見かけの表面積より実際の表面積が大きくなり、約６０ＭＰａのせん断接着強さとなったものである（特許文献９）。要するに、本発明者の目指したＣＦＲＰ材とＡ７０７５Ａｌとの強い接着構造を、素材の持つ極限強度まで近づけるには、どうするかである。本発明では、航空機用の高強度ＣＦＲＰ材等の使用が前提になるから、耐熱性ある１液性エポキシ接着剤で高強度の上記「ＥＷ２０４０」使用の場合でも、接着剤とＣＦＲＰ材間の最高の接着力として、接着剤の強度以下の約４０ＭＰａというやや予期したよりも低い接着力が前提になるという意味である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0013】
【文献】ＷＯ２００８／１１４６６９
【文献】ＷＯ２００８／１３３０９６
【文献】ＷＯ２００８／１３３２９６
【文献】ＷＯ２００８／１２６８１２
【文献】ＷＯ２００８／１３３０３０
【文献】ＷＯ２００８／１４６８３３
【文献】ＷＯ２００９／０８４６４８
【文献】特開２０１６－２１０９４２
【文献】特開２０１１－０７３１９１
【文献】特開２０１１－００６５４４
【文献】特開２０１１－０２６４５７
【文献】特開２０１６－６００５１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
ＣＦＲＰ材が超軽量高強度材として、旅客機の主構造材に本格使用されるようになって既に１０年以上経過している。複数のＣＦＲＰ部材同士の組立構造（固着構造）の構築、ＣＦＲＰ部材と超々ジュラルミン（日本工業規格のＡ７０７５Ａｌ）の組立構造（連結構造）を構築するとき、航空機製造企業が苦心した経過はよく知られている。ＣＦＲＰの剛性は、高強度金属以上の機械的強度を備えているが実質はプラスチックであり、これを構造物として締結構造にするとき種々の問題が発生する。例えば、ＣＦＲＰ材に貫通孔を開けて、この貫通孔に挿入するボルトと他構造材とを締結するとき、ナットを締め込み過ぎるとＣＦＲＰ材は破壊される。
【0015】
仮に、ＣＦＲＰ材とＡ７０７５Ａｌ材等の金属材とが強力に接着が出来たとしても、自動車や航空機等の移動機械としてその接着構造物を採用するには、使用環境から受ける温度変化、移動時や停止時に受けるエンジンの熱による温度衝撃サイクルによる影響がある。更に、季節や気候による温度変化もあり、かつ、航空機であれば、成層圏の－５０～－６０℃という極低温と熱帯地帯の砂漠の空港での例えば、＋５０℃という高温、そして機体表面では＋８０℃以上にもなる高温環境との間を往復する温度変化に耐えねばならない。又、アラスカやシベリア等の極寒で使用される自動車は、現行の試験方法である－５０℃／＋８０℃の温度衝撃３千サイクル試験に対応する必要があるし、エンジンルーム内、発光器等の近傍では－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃３千サイクル試験に耐えねばならない。
【0016】
前述した接着技術における化成処理を開発した当初において、本発明者等は、そのような温度変化に対しても接着力を著しく向上させることにより、容易に解決できるだろうと考えていた。しかしながら、その後の実用のための耐久試験を始めると必ずしも解決できるものではなかった。ＣＦＲＰ材は、その線膨張率が（０．１～０．２）×１０－５Ｋ－１とされ、超々ジュラルミンと呼称されるＡ７０７５Ａｌは２．３×１０－５Ｋ－１であるから、両者間の線膨張率差は２．２×１０－５Ｋ－１もある。もし－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃３千サイクル試験の中で温度が２００℃も下がったら（又は上がったら）、その積の４．４×１０－３、即ち０．４４％だけ両材間の長さが変化する。
【0017】
要するに、接着力が弱ければこのような温度衝撃による変形に耐えられず直ちに破断するし、接着力が高いと温度変化によっても破断せずに２材の形状が小さく変形し、温度変化によるその変形サイクルを繰り返すことになる。その温度変化サイクルが数千回も繰り返されていると、推定であるが低温時に突然に「ピシッ」等の破断音を立て破断することになる。そして、仮に接着力が非常に高く、かつ、その接着剤硬化物には耐湿熱性がある等の耐久性があり、しかも金属材が錆び難い種類である場合であっても、温度変化による変形は半永久に続く。但し、両材の厚さが、例えば１０ｍｍ以上ある剛性のある物同士の接合物であれば、双方共に剛性が大きく曲がり変形し難いから、この場合は、素材の内部に大きな内部応力が発生し、接着力が強い場合でも、大きな温度変化があれば接着部は破断する。
【0018】
本発明者等は、各種金属とＣＦＲＰ材との接着の強度を上げる提案をした。しかしながら、これらの提案した最大の接着力持つ試験片を厳しい温度衝撃数千サイクル試験をすれば、接着面積を広げた大きな試験片ほど、むしろ破壊されることを確認した。即ち、線膨張率の差を押し込め通すための接着手法の改良の開発は、使用環境によっては限界がある。取り分け、線膨張率差が大きい各種金属とＣＦＲＰ材等の非金属材との接着には限界がある。
【0019】
本発明は上記の課題を解決するものであり、以下の目的を達成するものである。
本発明の目的は、各種の構造用金属材、ＣＦＲＰ材、及びＣＦＲＴＰ材から選択される線膨張率差が大きい２種の高強度材を、接着剤による接合により接合積層した、異種構造材を含む接合一体化物とその製造方法を提供するにある。
本発明の他の目的は、各種の構造用金属材、ＣＦＲＰ材、及びＣＦＲＴＰ材から選択される線膨張率の差の大きい２種以上の高強度構造材を接着剤による接合法により接合積層したものであり、温度変化に強い、異種構造材を含む接合一体化物とその製造方法を提供するにある。
本発明の更に他の目的は、各種の構造用金属材、ＦＲＰ材、及びＦＲＴＰ材から選択される線膨張率の差の大きい２種以上の高強度構造材を、接着剤による接合、クラッド接合等を含む、異種構造材を含む接合一体化物とその製造方法において、市販の１液性エポキシ接着剤、及び、２液性エポキシ接着剤を使用して接合積層加工ができる、異種構造材を含む接合一体化物とその製造方法を提供することにある。
本発明の目的は、各種の構造用金属材、ＣＦＲＰ材、及びＣＦＲＴＰ材から選択される線膨張率差が大きい２種の高強度材を、接着剤による接合により接合積層した、異種構造材を含む接合一体化物とその製造方法を提供するにある。
本発明の他の目的は、各種の構造用金属材、ＣＦＲＰ材、及びＣＦＲＴＰ材から選択される線膨張率の差の大きい２種以上の高強度構造材を接着剤による接合法により接合積層したものであり、温度変化に強い、異種構造材を含む接合一体化物とその製造方法を提供するにある。
本発明の更に他の目的は、各種の構造用金属材、ＦＲＰ材、及びＦＲＴＰ材から選択される線膨張率の差の大きい２種以上の高強度構造材を、接着剤による接合、クラッド接合等を含む、異種構造材を含む接合一体化物とその製造方法において、市販の１液性エポキシ接着剤、及び、２液性エポキシ接着剤を使用して接合積層加工ができる、異種構造材を含む接合一体化物とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0020】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の手段を採る。
本発明１の異臭構造材を含む接合一体化物（例えば、図４の３層、３材）は、
ＦＲＰ材、及び、構造用金属材群から選択される「Ａ」材、及び「Ｂ」材の異種２材を両端とし、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の線膨張率の差が、０．３×１０－５Ｋ－１以上ある部材を接着剤で接合した一体化物であって、
前記一体化物は、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の間に、「Ｄ」材である厚さ１．５～５．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムの板状物、又は前記純アルミニウム系アルミニウムの構造物が積層されたものであり、
前記「Ａ」材、前記「Ｄ」材、及び「Ｂ」材の順に接合面が固着積層された３材からなることを特徴とする。
本発明１の異臭構造材を含む接合一体化物（例えば、図４の３層、３材）は、
ＦＲＰ材、及び、構造用金属材群から選択される「Ａ」材、及び「Ｂ」材の異種２材を両端とし、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の線膨張率の差が、０．３×１０－５Ｋ－１以上ある部材を接着剤で接合した一体化物であって、
前記一体化物は、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の間に、「Ｄ」材である厚さ１．５～５．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムの板状物、又は前記純アルミニウム系アルミニウムの構造物が積層されたものであり、
前記「Ａ」材、前記「Ｄ」材、及び「Ｂ」材の順に接合面が固着積層された３材からなることを特徴とする。
【0021】
本発明２の異臭構造材を含む接合一体化物（例えば、図６の４層、４材）は、
ＦＲＰ材、及び、構造用金属材群から選択される「Ａ」材、及び「Ｂ」材の異種２材を両端とし、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の線膨張率の差が、０．３×１０－５Ｋ－１以上ある部材を接着剤で接合した一体化物であって、
前記一体化物は、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の間に、「Ｃ」材である耐力が１５０ＭＰａより高い金属材の１．０ｍｍ厚以下の薄板、及び「Ｄ」材である厚さ１．５～５．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムの板状物、又は構造物が積層されたものであり、
前記「Ａ」材、前記「Ｃ」材、前記「Ｄ」材、及び「Ｂ」材の順に接合面が固着積層された４材からなることを特徴とする。
ＦＲＰ材、及び、構造用金属材群から選択される「Ａ」材、及び「Ｂ」材の異種２材を両端とし、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の線膨張率の差が、０．３×１０－５Ｋ－１以上ある部材を接着剤で接合した一体化物であって、
前記一体化物は、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の間に、「Ｃ」材である耐力が１５０ＭＰａより高い金属材の１．０ｍｍ厚以下の薄板、及び「Ｄ」材である厚さ１．５～５．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムの板状物、又は構造物が積層されたものであり、
前記「Ａ」材、前記「Ｃ」材、前記「Ｄ」材、及び「Ｂ」材の順に接合面が固着積層された４材からなることを特徴とする。
【0022】
本発明３の異臭構造材を含む接合一体化物（例えば、図５の５層、５材）は、
ＦＲＰ材、及び、構造用金属材群から選択される「Ａ」材、及び「Ｂ」材の異種２材を両端とし、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の線膨張率の差が、０．３×１０－５Ｋ－１以上ある部材を接着剤で接合した一体化物であって、
前記一体化物は、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の間に、「Ｃ」材である耐力が１５０ＭＰａより高い金属材の１．０ｍｍ厚以下の薄板、及び「Ｄ」材である厚さ１．５～５．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムの板状物であり、
前記「Ａ」材、前記「Ｃ」材、前記「Ｄ」材、前記「Ｃ」材、及び「Ｂ」材の順に接合面が固着積層された５材からなることを特徴とする。
ＦＲＰ材、及び、構造用金属材群から選択される「Ａ」材、及び「Ｂ」材の異種２材を両端とし、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の線膨張率の差が、０．３×１０－５Ｋ－１以上ある部材を接着剤で接合した一体化物であって、
前記一体化物は、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の間に、「Ｃ」材である耐力が１５０ＭＰａより高い金属材の１．０ｍｍ厚以下の薄板、及び「Ｄ」材である厚さ１．５～５．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムの板状物であり、
前記「Ａ」材、前記「Ｃ」材、前記「Ｄ」材、前記「Ｃ」材、及び「Ｂ」材の順に接合面が固着積層された５材からなることを特徴とする。
【0023】
本発明４の異臭構造材を含む接合一体化物（例えば、図６の４層、４材の変形）は、
ＦＲＴＰ材を「Ａ」材、構造用金属材群から選択される「Ｂ」材の異種２材を両端とし、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の線膨張率の差が、０．３×１０－５Ｋ－１以上ある部材を接合した一体化物であって、
前記一体化物は、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の間に、「Ｃ」材である耐力が１５０ＭＰａより高い金属材の１．０ｍｍ厚以下の薄板、及び「Ｄ」材である厚さ１．５～５．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムの板状物が積層されたものであり、
前記「Ａ」材、前記「Ｃ」材、前記「Ｄ」材、及び前記「Ｂ」材の順に接合面が固着積層された４材からなり、
前記ＦＲＴＰ材と前記「Ｃ」材の接合法は、前記「Ｃ」材に射出接合法により、前記ＦＲＴＰ材のマトリックス樹脂と同種の樹脂を前記「Ｃ」材に接合した後、前記ＦＲＴＰ材と前記樹脂を熱融着により接合されたものであり、
前記熱融着以外の他の接合の前記接合面は、接着剤による接合されたものであることを特徴とする。
ＦＲＴＰ材を「Ａ」材、構造用金属材群から選択される「Ｂ」材の異種２材を両端とし、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の線膨張率の差が、０．３×１０－５Ｋ－１以上ある部材を接合した一体化物であって、
前記一体化物は、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の間に、「Ｃ」材である耐力が１５０ＭＰａより高い金属材の１．０ｍｍ厚以下の薄板、及び「Ｄ」材である厚さ１．５～５．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムの板状物が積層されたものであり、
前記「Ａ」材、前記「Ｃ」材、前記「Ｄ」材、及び前記「Ｂ」材の順に接合面が固着積層された４材からなり、
前記ＦＲＴＰ材と前記「Ｃ」材の接合法は、前記「Ｃ」材に射出接合法により、前記ＦＲＴＰ材のマトリックス樹脂と同種の樹脂を前記「Ｃ」材に接合した後、前記ＦＲＴＰ材と前記樹脂を熱融着により接合されたものであり、
前記熱融着以外の他の接合の前記接合面は、接着剤による接合されたものであることを特徴とする。
【0024】
本発明５の異臭構造材を含む接合一体化物は、
ＦＲＴＰ材を「Ａ」材、構造用金属材群から選択される「Ｂ」材の異種２材を両端とし、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の線膨張率の差が、０．３×１０ －５ Ｋ －１ 以上ある部材を接合した一体化物であって、
前記一体化物は、
前記「Ａ」材、前記「Ｂ」材の間に、「Ｃ」材である耐力が１５０ＭＰａより高い金属材の１．０ｍｍ厚以下の薄板、及び「Ｄ」材である厚さ１．５～５．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムの板状物、又は構造物が積層されたものであり、
前記「Ａ」材、前記「Ｃ」材、前記「Ｄ」材、前記「Ｃ」材、及び「Ｂ」材の順に接合面が固着積層された５材からなり、
前記ＦＲＴＰ材と前記「Ｃ」材の接合法は、前記「Ｃ」材に、前記ＦＲＴＰ材のマトリックス樹脂と同種の樹脂をインサート成形で接合した後、前記ＦＲＴＰ材と前記樹脂を熱融着により接合されたものであり、
前記熱融着以外の他の接合部の前記接合面は、接着剤により接合されたものであることを特徴とする。
ＦＲＴＰ材を「Ａ」材、構造用金属材群から選択される「Ｂ」材の異種２材を両端とし、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の線膨張率の差が、０．３×１０ －５ Ｋ －１ 以上ある部材を接合した一体化物であって、
前記一体化物は、
前記「Ａ」材、前記「Ｂ」材の間に、「Ｃ」材である耐力が１５０ＭＰａより高い金属材の１．０ｍｍ厚以下の薄板、及び「Ｄ」材である厚さ１．５～５．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムの板状物、又は構造物が積層されたものであり、
前記「Ａ」材、前記「Ｃ」材、前記「Ｄ」材、前記「Ｃ」材、及び「Ｂ」材の順に接合面が固着積層された５材からなり、
前記ＦＲＴＰ材と前記「Ｃ」材の接合法は、前記「Ｃ」材に、前記ＦＲＴＰ材のマトリックス樹脂と同種の樹脂をインサート成形で接合した後、前記ＦＲＴＰ材と前記樹脂を熱融着により接合されたものであり、
前記熱融着以外の他の接合部の前記接合面は、接着剤により接合されたものであることを特徴とする。
【0025】
本発明６の異臭構造材を含む接合一体化物は、本発明１～５の異種構造材含む接合一体化物において、前記「Ｄ」材は、純アルミニウム系アルミニウムであり、日本工業規格Ａ１０８０、Ａ１０８５、及びＡ１０５０から選択される１種であることを特徴とする。
【0026】
本発明７の異臭構造材を含む接合一体化物は、本発明２～５の異臭構造材を含む接合一体化物において、前記「Ｃ」材は、日本工業規格のＡ５０５２アルミニウム合金、Ａ５０８３アルミニウム合金、Ａ６０６１アルミニウム合金、及びＳＵＳ３０４ステンレス鋼から選択される１種であることを特徴とする。
【0027】
本発明８の異臭構造材を含む接合一体化物は、本発明１～５の異種構造材含む接合一体化物において、前記接合面は、平面、曲面、及び円筒面から選択される１以上の面を含むものであることを特徴とする。
【0028】
本発明９の異臭構造材を含む接合一体化物は、本発明１～８の異種構造材含む接合一体化物において、前記「Ｄ」材は、一面は平面又は曲面であり、他面には断面積０．０５～０．２５ｃｍ２の円形又は角状の柱状物が並列して多数林立している板状体であることを特徴とする。
【0029】
本発明１０の異臭構造材を含む接合一体化物は、本発明１～７の異種構造材含む接合一体化物において、前記「Ｄ」材は、一面は平面又は曲面であり、他面には厚さ３～５ｍｍの壁が幅２～３ｍｍの間隔あけて多数林立している壁状突起、又は、厚さ３～５ｍｍの壁が幅２～３ｍｍの間隔あけて同心円状の壁状突起を有する板状体であることを特徴とする。
【0030】
本発明１１の異臭構造材を含む接合一体化物は、本発明１０の異種構造材含む接合一体化物において、
前記同心円状の前記壁状突起の中心は、１～５ｃｍ２の部分は厚さ１～５ｍｍの円形の厚板状であることを特徴とする。
前記同心円状の前記壁状突起の中心は、１～５ｃｍ２の部分は厚さ１～５ｍｍの円形の厚板状であることを特徴とする。
【0031】
本発明１２の異臭構造材を含む接合一体化物は、本発明３又は５の異種構造材含む接合一体化物において、前記「Ａ」材、前記「Ｂ」材、前記「Ｃ」材、及び前記「Ｄ」材の５材間の接合において、接着剤で接合された接合部に存在する接着剤硬化層は、全て１液性エポキシ接着剤の硬化層、又は、２液性エポキシ接着剤の硬化層が含まれたものであることを特徴とする。
【0032】
本発明１３の異臭構造材を含む接合一体化物は、本発明２～５の異種構造材含む接合一体化物において、前記「Ａ」材、前記「Ｂ」材、前記「Ｃ」材、及び前記「Ｄ」材の４材以上が接合されたものにおいて、接着剤で接合された接合部に換えて一部がクラッド結合部であることを特徴とする。
【0033】
本発明１４の異臭構造材を含む接合一体化物は、本発明１２の異種構造材を含む接合一体化物において、前記１液性エポキシ接着剤は、引張り破断試験において、せん断接着強さが２３℃下で５０ＭＰａ以上を示し、かつ、１５０℃下で２５ＭＰａ以上を示す耐熱型１液性エポキシ接着剤であることを特徴とする。
【0034】
本発明１５の異臭構造材を含む接合一体化物は、本発明１～１４の異種構造材を含む接合一体化物であって、
前記「Ａ」材、及び前記「Ｂ］材は、ＣＦＲＰ材とチタン合金材、ＣＦＲＰ材と一般鋼材、ＣＦＲＰ材とステンレス鋼材、ＣＦＲＰ材と高強度アルミニウム合金材、ＧＦＲＰ材と高強度アルミニウム合金材、ＣＦＲＴＰ材とチタン合金材、ＣＦＲＴＰ材と一般鋼材、ＣＦＲＴＰ材とステンレス鋼材、ＣＦＲＴＰ材と高強度アルミニウム合金材、チタン材と一般鋼材、チタン材とステンレス鋼材、チタン材と高強度アルミニウム合金材、一般鋼材とステンレス鋼材、一般鋼材と高強度アルミニウム合金材、フェライト系ステンレス鋼材とオーステナイト系ステンレス鋼材、及び、ステンレス鋼材と高強度アルミニウム合金材から選択される１種であることを特徴とする。
前記「Ａ」材、及び前記「Ｂ］材は、ＣＦＲＰ材とチタン合金材、ＣＦＲＰ材と一般鋼材、ＣＦＲＰ材とステンレス鋼材、ＣＦＲＰ材と高強度アルミニウム合金材、ＧＦＲＰ材と高強度アルミニウム合金材、ＣＦＲＴＰ材とチタン合金材、ＣＦＲＴＰ材と一般鋼材、ＣＦＲＴＰ材とステンレス鋼材、ＣＦＲＴＰ材と高強度アルミニウム合金材、チタン材と一般鋼材、チタン材とステンレス鋼材、チタン材と高強度アルミニウム合金材、一般鋼材とステンレス鋼材、一般鋼材と高強度アルミニウム合金材、フェライト系ステンレス鋼材とオーステナイト系ステンレス鋼材、及び、ステンレス鋼材と高強度アルミニウム合金材から選択される１種であることを特徴とする。
【0035】
本発明１６の異臭構造材を含む接合一体化物は、本発明４又は５の異種構造材含む接合一体化物において、
前記「Ａ」材のＦＲＴＰがＣＦＲＴＰであり、
前記樹脂は、０．５ｍｍ厚以上の高結晶性熱可塑性合成樹脂組成物であり、前記「Ｃ」材と前記樹脂の厚みの合計は、厚さ２ｍｍ以下の複合板であり、
前記「Ａ」材と前記「Ｃ」材の接合は、前記ＣＦＲＴＰのマトリックス樹脂と高結晶性熱可塑性合成樹脂組成物を熱融着により固着したものであり、
前記「Ｂ」材は、チタン合金材、一般鋼材、ステンレス鋼材、及び、高強度アルミニウム合金材から選択される１種であることを特徴とする。
前記「Ａ」材のＦＲＴＰがＣＦＲＴＰであり、
前記樹脂は、０．５ｍｍ厚以上の高結晶性熱可塑性合成樹脂組成物であり、前記「Ｃ」材と前記樹脂の厚みの合計は、厚さ２ｍｍ以下の複合板であり、
前記「Ａ」材と前記「Ｃ」材の接合は、前記ＣＦＲＴＰのマトリックス樹脂と高結晶性熱可塑性合成樹脂組成物を熱融着により固着したものであり、
前記「Ｂ」材は、チタン合金材、一般鋼材、ステンレス鋼材、及び、高強度アルミニウム合金材から選択される１種であることを特徴とする。
【0036】
本発明１７の異臭構造材を含む接合一体化物は、本発明１５の異種構造材含む接合一体化物において、
前記高強度アルミニウム合金材は、日本工業規格のＡ２０１４、Ａ２０１７、Ａ２０２４、及びＡ７０７５から選択されるジュラルミン類、又は、日本工業規格のＡ５０５２、Ａ５０８３、Ａ６０６１、及びＡ６０６３から選択される１種のアルミニウム合金であることを特徴とする。
前記高強度アルミニウム合金材は、日本工業規格のＡ２０１４、Ａ２０１７、Ａ２０２４、及びＡ７０７５から選択されるジュラルミン類、又は、日本工業規格のＡ５０５２、Ａ５０８３、Ａ６０６１、及びＡ６０６３から選択される１種のアルミニウム合金であることを特徴とする。
【0037】
本発明１の異臭構造材を含む接合一体化物の製造方法は、、
ＦＲＴＰ材を「Ａ」材、構造用金属材群から選択される「Ｂ」材の異種２材を両端とし、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の線膨張率の差が、０．３×１０－５Ｋ－１以上ある部材を接合した一体化物であって、
前記一体化物は、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の間に、「Ｃ」材である耐力が１５０ＭＰａより高い金属材の１．０ｍｍ厚以下の薄板、及び「Ｄ」材である厚さ１．５～５．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムの板状物、又は構造物が積層されたものであり、
前記「Ａ」材、前記「Ｃ」材、前記「Ｄ」材、及び前記「Ｂ」材の順に接合面が固着積層された４材からなる異種構造材を含む接合一体化物の製造方法であって、
前記ＦＲＴＰ材のマトリックス樹脂と同種の樹脂を前記「Ｃ」材に接合するために、前記「Ｃ」材を金型にインサートした後、前記樹脂を射出してＦＲＴＰ材と前記「Ｃ」材を接合する射出接合工程と、
前記射出接合後、前記ＦＲＴＰ材と前記樹脂を熱融着により接合する熱融着工程と、
他の接合部は、接着剤による接合工程法とからなることを特徴とする。
ＦＲＴＰ材を「Ａ」材、構造用金属材群から選択される「Ｂ」材の異種２材を両端とし、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の線膨張率の差が、０．３×１０－５Ｋ－１以上ある部材を接合した一体化物であって、
前記一体化物は、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の間に、「Ｃ」材である耐力が１５０ＭＰａより高い金属材の１．０ｍｍ厚以下の薄板、及び「Ｄ」材である厚さ１．５～５．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムの板状物、又は構造物が積層されたものであり、
前記「Ａ」材、前記「Ｃ」材、前記「Ｄ」材、及び前記「Ｂ」材の順に接合面が固着積層された４材からなる異種構造材を含む接合一体化物の製造方法であって、
前記ＦＲＴＰ材のマトリックス樹脂と同種の樹脂を前記「Ｃ」材に接合するために、前記「Ｃ」材を金型にインサートした後、前記樹脂を射出してＦＲＴＰ材と前記「Ｃ」材を接合する射出接合工程と、
前記射出接合後、前記ＦＲＴＰ材と前記樹脂を熱融着により接合する熱融着工程と、
他の接合部は、接着剤による接合工程法とからなることを特徴とする。
【0038】
本発明２の異臭構造材を含む接合一体化物の製造方法は、、
ＦＲＴＰ材を「Ａ」材、構造用金属材群から選択される「Ｂ」材の異種２材を両端とし、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の線膨張率の差が、０．３×１０－５Ｋ－１以上ある部材を接合した一体化物であって、
前記一体化物は、
前記「Ａ」材、前記「Ｂ」材の間に、「Ｃ」材である耐力が１５０ＭＰａより高い金属材の１．０ｍｍ厚以下の薄板、及び「Ｄ」材である厚さ１．５～５．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムの板状物、又は構造物［である前記「Ｃ」材］が積層されたものであり、
前記「Ａ」材、前記「Ｃ」材、前記「Ｄ」材、前記「Ｃ」材、及び「Ｂ」材の順に接合面が固着積層された５材からなる異種構造材を含む接合一体化物の製造方法であって、
前記ＦＲＴＰ材のマトリックス樹脂と同種の樹脂を前記「Ｃ」材に接合するために、前記「Ｃ」材を金型にインサートした後、前記樹脂を射出してＦＲＴＰ材と前記「Ｃ」材を接合する射出接合工程と、
前記射出接合後、前記ＦＲＴＰ材と前記樹脂を熱融着により接合する熱融着工程と、
他の接合部は、接着剤による接合工程法とからなることを特徴とする
ＦＲＴＰ材を「Ａ」材、構造用金属材群から選択される「Ｂ」材の異種２材を両端とし、
前記「Ａ」材と前記「Ｂ」材の線膨張率の差が、０．３×１０－５Ｋ－１以上ある部材を接合した一体化物であって、
前記一体化物は、
前記「Ａ」材、前記「Ｂ」材の間に、「Ｃ」材である耐力が１５０ＭＰａより高い金属材の１．０ｍｍ厚以下の薄板、及び「Ｄ」材である厚さ１．５～５．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムの板状物、又は構造物［である前記「Ｃ」材］が積層されたものであり、
前記「Ａ」材、前記「Ｃ」材、前記「Ｄ」材、前記「Ｃ」材、及び「Ｂ」材の順に接合面が固着積層された５材からなる異種構造材を含む接合一体化物の製造方法であって、
前記ＦＲＴＰ材のマトリックス樹脂と同種の樹脂を前記「Ｃ」材に接合するために、前記「Ｃ」材を金型にインサートした後、前記樹脂を射出してＦＲＴＰ材と前記「Ｃ」材を接合する射出接合工程と、
前記射出接合後、前記ＦＲＴＰ材と前記樹脂を熱融着により接合する熱融着工程と、
他の接合部は、接着剤による接合工程法とからなることを特徴とする
【0039】
以下、上記本発明を構成する各要素について説明する。
［本発明の「Ａ」材、「Ｂ」材、「Ｃ」材、及び「Ｄ」材の概要］
本発明でいう「Ａ」材、「Ｂ」材とは、積層体である本発明の異種構造材を含む接合一体化物の両端部の部材を意味する。「Ｃ」材、「Ｄ」材は、「Ａ」材と「Ｂ」材の間に固着されて積層された部材を意味する。本発明の「Ａ」材、「Ｂ」材、及び「Ｃ」材は、下記の「（１）ＦＲＰ材、ＦＲＴＰ材」、及び「（２）構造用金属材」から選択される１種を指す。本発明の「Ｄ」材］とは後述する「（３）「Ｄ」材」を意味する。
［本発明の「Ａ」材、「Ｂ」材、「Ｃ」材、及び「Ｄ」材の概要］
本発明でいう「Ａ」材、「Ｂ」材とは、積層体である本発明の異種構造材を含む接合一体化物の両端部の部材を意味する。「Ｃ」材、「Ｄ」材は、「Ａ」材と「Ｂ」材の間に固着されて積層された部材を意味する。本発明の「Ａ」材、「Ｂ」材、及び「Ｃ」材は、下記の「（１）ＦＲＰ材、ＦＲＴＰ材」、及び「（２）構造用金属材」から選択される１種を指す。本発明の「Ｄ」材］とは後述する「（３）「Ｄ」材」を意味する。
【0040】
（１）ＦＲＰ材、ＦＲＴＰ材
本発明でいうＦＲＰ材は、一般的な繊維強化プラスチック（Fiber Reinforced Plastics）であり、マトリックス樹脂である熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂等にガラス繊維、炭素繊維等の繊維を複合して強度を向上させた成形材料、又は成形品のことである。炭素繊維を用いたＦＲＰはＣＦＲＰであり、ガラス繊維を用いたＦＲＰはＧＦＲＰである。一方、ＦＲＴＰ材（Fiber Reinforced Thermo-plastics）は、結晶性等を有する熱可塑性樹脂であるポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂（以下、ＰＰＳという。）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（以下、ＰＥＥＫ）等をマトリックス樹脂とし、ガラス
繊維、炭素繊維等の繊維を入れて強化改良した成形材料、又は成形品若しくは管材、板材等の汎用材のことである。炭素繊維を用いたＦＲＴＰはＣＦＲＴＰと称されており、ガラス繊維を用いたＦＲＴＰはＧＦＲＴＰと称されている。これらのＦＲＰ材、ＦＲＴＰ材の成形品は、板材、管材、棒材、シート等の規格化された汎用材、個々に設計された成形品を含むものである。
本発明でいうＦＲＰ材は、一般的な繊維強化プラスチック（Fiber Reinforced Plastics）であり、マトリックス樹脂である熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂等にガラス繊維、炭素繊維等の繊維を複合して強度を向上させた成形材料、又は成形品のことである。炭素繊維を用いたＦＲＰはＣＦＲＰであり、ガラス繊維を用いたＦＲＰはＧＦＲＰである。一方、ＦＲＴＰ材（Fiber Reinforced Thermo-plastics）は、結晶性等を有する熱可塑性樹脂であるポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂（以下、ＰＰＳという。）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（以下、ＰＥＥＫ）等をマトリックス樹脂とし、ガラス
繊維、炭素繊維等の繊維を入れて強化改良した成形材料、又は成形品若しくは管材、板材等の汎用材のことである。炭素繊維を用いたＦＲＴＰはＣＦＲＴＰと称されており、ガラス繊維を用いたＦＲＴＰはＧＦＲＴＰと称されている。これらのＦＲＰ材、ＦＲＴＰ材の成形品は、板材、管材、棒材、シート等の規格化された汎用材、個々に設計された成形品を含むものである。
【0041】
（２）構造用金属材
本発明でいう構造用金属材とは、日本工業規格等で規格化された、又は、特殊なＴｉ合金材、各種の構造用鋼材、各種ステンレス鋼、各種アルミニウム合金等の構造用金属材を意味する。アルミニウム合金には、Al-Cu系（日本工業規格の２０００系）、Al-Mn系（日本工業規格の３０００系）、Al-Si系（日本工業規格の４０００系）、Al-Mg系（日本工業規格の５０００系）、Al-Mg-Si系（日本工業規格の６０００系）、Al-Zn-Mg系（日本工業規格の７０００系）、及び、純アルミニウム系アルミニウム（日本工業規格の１０００系）等がある。また、本発明で使用されるアルミニウムは、日本工業規格で規定する１０００～８０００系の伸展用アルミニウム合金、更にはＡＤＣ１２等の鋳造用アルミニウム合金が含まれる。従って、本発明の構造用アルミニウム合金材は、伸展用アルミニウム合金、鋳造用アルミニウム合金の両方が含まれる。
本発明でいう構造用金属材とは、日本工業規格等で規格化された、又は、特殊なＴｉ合金材、各種の構造用鋼材、各種ステンレス鋼、各種アルミニウム合金等の構造用金属材を意味する。アルミニウム合金には、Al-Cu系（日本工業規格の２０００系）、Al-Mn系（日本工業規格の３０００系）、Al-Si系（日本工業規格の４０００系）、Al-Mg系（日本工業規格の５０００系）、Al-Mg-Si系（日本工業規格の６０００系）、Al-Zn-Mg系（日本工業規格の７０００系）、及び、純アルミニウム系アルミニウム（日本工業規格の１０００系）等がある。また、本発明で使用されるアルミニウムは、日本工業規格で規定する１０００～８０００系の伸展用アルミニウム合金、更にはＡＤＣ１２等の鋳造用アルミニウム合金が含まれる。従って、本発明の構造用アルミニウム合金材は、伸展用アルミニウム合金、鋳造用アルミニウム合金の両方が含まれる。
【0042】
（３）本発明の「Ｄ」材
本発明でいう「Ｄ」材は、本発明を構成する構成要素の中で重要な機能、作用を受け持っている。即ち、本発明の「Ｄ」材は、機械的性質としては展伸性を有する軟質金属であり、かつ、接合性の高いもの、例えば、前述した１液性エポキシ接着剤「ＥＷ２０４０」に対して、十分強い接着力（せん断接着強さ）を有している部材である。これに加えて、基本的な特性としては、前述した「Ａ」材と「Ｂ」材の間に挟まれて、十分に高い接着力で接着されて、「Ａ」材、「Ｄ」材、「Ｂ」材、及び「Ｃ」材の３材、又は4材で接合一体化物となるものである。その一体化物は－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃３千サイクル試験にかけられても破壊されない特性が要求される。本発明では、「Ａ」材、「Ｂ」材間の線膨張率に大きな差異がある。このために、激しい温度変化で、「Ａ」材、「Ｂ」材の長さは変化する。この結果、３層３材の場合、その上下面で「Ａ」材、「Ｂ」材と強く接着されている「Ｄ」材の両面で、長さの伸び、又は縮みが異なるので、「Ｄ」材には変形への応力が発生する。しかし、「Ｄ」材は、展性があり軟性がある部材であるので自ら変形し、その熱収縮による応力を吸収して抑制され、温度衝撃数千サイクル試験に投入されても接着状態を保つことができる。この「Ｄ」材として、金属材で最も適しているのは、純アルミニウム系アルミニウムアルミニウムであり、好ましくは日本工業規格でいうＡ１０８５、Ａ１０８０、Ａ１０５０等の純アルミニウム系アルミニウムアルミニウムが好ましく使用できる。
本発明でいう「Ｄ」材は、本発明を構成する構成要素の中で重要な機能、作用を受け持っている。即ち、本発明の「Ｄ」材は、機械的性質としては展伸性を有する軟質金属であり、かつ、接合性の高いもの、例えば、前述した１液性エポキシ接着剤「ＥＷ２０４０」に対して、十分強い接着力（せん断接着強さ）を有している部材である。これに加えて、基本的な特性としては、前述した「Ａ」材と「Ｂ」材の間に挟まれて、十分に高い接着力で接着されて、「Ａ」材、「Ｄ」材、「Ｂ」材、及び「Ｃ」材の３材、又は4材で接合一体化物となるものである。その一体化物は－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃３千サイクル試験にかけられても破壊されない特性が要求される。本発明では、「Ａ」材、「Ｂ」材間の線膨張率に大きな差異がある。このために、激しい温度変化で、「Ａ」材、「Ｂ」材の長さは変化する。この結果、３層３材の場合、その上下面で「Ａ」材、「Ｂ」材と強く接着されている「Ｄ」材の両面で、長さの伸び、又は縮みが異なるので、「Ｄ」材には変形への応力が発生する。しかし、「Ｄ」材は、展性があり軟性がある部材であるので自ら変形し、その熱収縮による応力を吸収して抑制され、温度衝撃数千サイクル試験に投入されても接着状態を保つことができる。この「Ｄ」材として、金属材で最も適しているのは、純アルミニウム系アルミニウムアルミニウムであり、好ましくは日本工業規格でいうＡ１０８５、Ａ１０８０、Ａ１０５０等の純アルミニウム系アルミニウムアルミニウムが好ましく使用できる。
【0043】
（４）本発明の「Ｃ」材
本発明でいう「Ｃ」材は、「Ｄ」材とは異なる特殊な役目を受け持っている。即ち、本発明の異種高強度構造材を含む接合一体化物は、高強度で、かつ軽量なものが求められており、それを実現するのに最適なものはＣＦＲＰ材、ＣＦＲＴＰ材等である。しかしながら、ＣＦＲＰ片同士を、例えば、上記１液性エポキシ接着剤「ＥＷ２０４０」で接着して、図１に示した試験片の接着対で試験した場合、そのせん断接着強さは約４０ＭＰａになる。その理由は前述した通りであるが、それ故に、例えば「Ａ」材にＣＦＲＰ片を使用した場合には、上述した通りその展伸性を利用した上記「Ｄ」材を使用すると良い。その「Ｄ」材に接着に最適な表面の化成処理がなされていると、金属材である「Ｄ」材と接着剤硬化物間の接着力は約６０ＭＰａになる。しかし、「Ａ」材にＣＦＲＰ片を使用した場合、「Ａ」材と「Ｄ」材間の直接接着物では、最強度の接着力が得られたとしても、前述した理由でＣＦとマトリックス樹脂硬化物間の真の接着力は約４０ＭＰａとみられので、低い方の接着力に引きずられ、接合一体化物である積層体のせん断接着強さである接着力は、約４０ＭＰａ以下になる。
本発明でいう「Ｃ」材は、「Ｄ」材とは異なる特殊な役目を受け持っている。即ち、本発明の異種高強度構造材を含む接合一体化物は、高強度で、かつ軽量なものが求められており、それを実現するのに最適なものはＣＦＲＰ材、ＣＦＲＴＰ材等である。しかしながら、ＣＦＲＰ片同士を、例えば、上記１液性エポキシ接着剤「ＥＷ２０４０」で接着して、図１に示した試験片の接着対で試験した場合、そのせん断接着強さは約４０ＭＰａになる。その理由は前述した通りであるが、それ故に、例えば「Ａ」材にＣＦＲＰ片を使用した場合には、上述した通りその展伸性を利用した上記「Ｄ」材を使用すると良い。その「Ｄ」材に接着に最適な表面の化成処理がなされていると、金属材である「Ｄ」材と接着剤硬化物間の接着力は約６０ＭＰａになる。しかし、「Ａ」材にＣＦＲＰ片を使用した場合、「Ａ」材と「Ｄ」材間の直接接着物では、最強度の接着力が得られたとしても、前述した理由でＣＦとマトリックス樹脂硬化物間の真の接着力は約４０ＭＰａとみられので、低い方の接着力に引きずられ、接合一体化物である積層体のせん断接着強さである接着力は、約４０ＭＰａ以下になる。
【0044】
又、「Ａ」材にＣＦＲＴＰ材が使用された場合、ＣＦＲＴＰと「Ｄ」材間の接合に接着法は使用できない。その理由は、ＣＦＲＴＰ材の表面はそのマトリックス樹脂である熱可塑性樹脂であり、熱可塑性樹脂と金属材を直接的に強く接合する一般的な技術はないからである。それ故、本発明の発明者が提案した接合方法では、ＣＦＲＴＰ材に使用されているマトリックス樹脂、例えば、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂の場合に以下の工程で接合させる。即ち、金属薄板材に、射出接合用の表面処理（前述したＮＭＴ処理、新ＮＭＴ処理等）を加えた後に、これを射出成形金型にインサートし、射出接合用に調整したＰＥＥＫ系樹脂を射出接合させ、インサートした金属薄板に、ＰＥＥＫ系樹脂の薄板状物が面接合した複合板状物を一旦作成する。そして、この複合板とＰＥＥＫ樹脂製のＣＦＲＴＰ厚板を、熱プレス融着させて金属薄板付きのＣＦＲＴＰ厚板を作成する（特許文献１２参照）。
【0045】
要するに、ＣＦＲＴＰ材と金属材の接合一体化物を作成する方法として、例えば、この特許文献１２で提案した接合方法がある。この接合方法の場合、ＣＦＲＴＰ材を用いた場合、本発明の接合一体化物のＣＦＲＴＰ材と金属薄板材間の接合力（せん断接合強度）は、表面処理した金属材と射出接合用に使用したＰＥＥＫ系樹脂間の射出接合力と同値になる。現在の処、金属材に軟質材の「Ｄ」材、例えばＡ１０５０Ａｌを使用した場合、射出接合用ＰＥＥＫ系樹脂との射出接合されたもののせん断破断強さは、約４５ＭＰａ付近である。この４５ＭＰａの数値は、「Ａ」材に金属材を使った接合一体化物において、「Ａ」材と「Ｄ」材と直接的に接着剤で接着した場合の予想値の６０ＭＰａより低い。更に言えば、ＣＦＲＴＰ材のマトリックス樹脂がＰＰＳ系樹脂の場合には、上記の数値が約４０ＭＰａになり、ＣＦＲＴＰ材のマトリックス樹脂が半芳香族型ポリアミド樹脂の場合には上記の数値が４５～５０ＭＰａになり、やはり６０ＭＰａより低い。
【0046】
要するに、「Ａ」材、「Ｂ」材として、ＣＦＲＰ材、ＣＦＲＴＰ材等を使用した場合、接着力が約４０～５０ＭＰａに留まる。また、新たな合金が出現したとき、その表面の化成処理が最適でないと、その金属材との接着力が約４０～５０ＭＰａに留まる可能性もある。それ故に、「Ａ」材、「Ｂ」材の接合面の基本的な接着力は、約４０ＭＰａやそれより低くなった場合、この接合部分が弱いことから、この接合一体化物は機械的な強度が弱いものとなる。このために、この接合一体化物の「Ａ」材と「Ｄ」材間、「Ｂ」材と「Ｄ」材間等の接着力が、他の接合部分と同一レベルになるように、結果的に６０ＭＰａ付近の強度に至るように、全接着構造を構築する必要がある。このために「Ａ」材と「Ｄ」材間、「Ｂ」材と「Ｄ」材間に、金属薄板材の「Ｃ」材を更に挟み込む理由である。
【0047】
（「Ｃ」材の役割、機能）
以上の説明から理解されるように、結論として、本発明の「Ｃ」材は「Ｄ」と異なる特性の展性のある薄板金属であることが好ましい。線膨張率が大きく異なる構造材同士であっても、双方材のエポキシ接着剤に対する接着力が十分に高い場合には、一方が薄板材であれば、他方に追従してそのまま強く接着し、厳しい環境温度変化にも耐え得る。要するに「Ａ」材と「Ｄ」材の間に、「Ｄ」材より剛性のある薄板の「Ｃ」材を挟んで接着剤接合すれば、この３者が一体化した一体化物に、大きな温度変化や温度衝撃があっても、薄板で「Ｄ」材より剛性を有する「Ｃ」材は、先ずこれより剛性のある「Ａ」材の伸縮に追従し、「Ａ」材の伸縮に追従して「Ｃ」材の伸縮は、そのまま軟質材の「Ｄ」材に伝わる。
以上の説明から理解されるように、結論として、本発明の「Ｃ」材は「Ｄ」と異なる特性の展性のある薄板金属であることが好ましい。線膨張率が大きく異なる構造材同士であっても、双方材のエポキシ接着剤に対する接着力が十分に高い場合には、一方が薄板材であれば、他方に追従してそのまま強く接着し、厳しい環境温度変化にも耐え得る。要するに「Ａ」材と「Ｄ」材の間に、「Ｄ」材より剛性のある薄板の「Ｃ」材を挟んで接着剤接合すれば、この３者が一体化した一体化物に、大きな温度変化や温度衝撃があっても、薄板で「Ｄ」材より剛性を有する「Ｃ」材は、先ずこれより剛性のある「Ａ」材の伸縮に追従し、「Ａ」材の伸縮に追従して「Ｃ」材の伸縮は、そのまま軟質材の「Ｄ」材に伝わる。
【0048】
同様に、「Ｂ」材と「Ｄ」材の間に、上記とは別の薄板「Ｃ」材を挟んで接着剤で接合すれば、この３者が一体化した接着物に温度変化や温度衝撃があっても、この「Ｃ」材は先ず「Ｂ」材の伸び縮みに追従し、「Ｂ」材の伸び縮みに追従したこの「Ｃ」材の伸び縮みは、そのまま「Ｄ」材に伝わる。この思考パターンで、「Ａ」材、「Ｃ」材、「Ｄ」材、「Ｃ」材、及び「Ｂ」材からなる５層の積層構造を接着一体化（例えば、図５の積層体）した全接着構造を想定すれば、「Ａ」材の伸縮と「Ｂ」材の伸縮が共に中央部の「Ｄ」材の上下面に伝わる。このとき、「Ｄ」材は純アルミニウム系アルミニウムである軟質金属が故に、全ての力は接着面に破断を引き込むことなく変形を吸収する。言い換えれば、「Ｃ」材は、「Ａ」材と「Ｄ」材の間、「Ｂ」材と「Ｄ」材の間の変形の緩衝機能がある。但し、「Ｃ」材は、「Ａ」材の伸縮と「Ｂ」材の伸縮を吸収する緩衝機能のみではない。
【0049】
より具体的に説明すれば、本発明の接合一体化物において、ＣＦＲＰ材、ＣＦＲＴＰ材等の「Ａ」材と、接着剤硬化物との接着力が、例えば約３０ＭＰａしかなく、その他の「Ｂ」材、「Ｃ」材、「Ｄ」材等と接着剤硬化物との接着力が、せん断破断強度が全て例えば約６０ＭＰａである場合、「Ａ」材と「Ｃ」材間の接着面積は、同じせん断破断強度を保つためには、構造設計上「Ｃ」材と「Ｄ」材の接着面積に対して２倍にする必要がある。要するに、実際の接着力は、せん断接着強さと接着面積の積であるから、このようにして接着力を増幅する処置を行えることから、「Ｃ」材を用いた理由である。そして、この増幅作用が実際に生じるようにするには、「Ｃ」材にも高い耐力（又は設計上の許容応力）が必要であり、しかも、薄板であってもその弾性変形の範囲の中で、「Ａ」材や「Ｂ」材の伸び縮みに追従させる必要である。しかも、これは接合強度を大きくする増幅の役目を果たすために、引き千切れ現象（破断破壊）を起こさぬ条件が耐力の大きさに関係する。本発明で「Ｃ」材を用いるのは、４材で４層以上で、かつ強度が要求される場合である。展性のある軟質金属からなる「Ｄ」材は、機械的な強度が弱く、「Ａ」材、又は「Ｂ」材と直接的に接着しても接着強度が所望の大きさに達しない。
【0050】
そこで、上記したように、「Ｃ」材に接着力の増幅材としての役目を与えるには、薄板となっても自身が引き千切れ現象を起こしてはならず、一般的な接着強度程度に耐える耐力（許容応力）がある素材でなければならぬことと同時に、引張り強さが必要である。この点は、後述する実験例（図１に示した試験片）に記載した試験実験の結果（表６参照）からであるが、耐力は約１５０ＭＰａ以上であることが望ましく（「Ｃ」材は、後述する実験では、実用的にはＡ５０５２Ａｌ合金より、高耐力の金属材が望ましく）、ＳＵＳ３０４では０．２８ｍｍ厚の薄板が使用できたので、縦弾性係数≒１９０ＧＰａ、厚さ０．２８ｍｍの積の５３ＧＰａ・ｍｍを一応の標準にすることが出来る。要するに、「縦弾性係数×厚さ＝５３ＧＰａ・ｍｍ」を「Ｃ」材の上限基準と置いた。
【0051】
上式から言えば、アルミニウム合金の全ては、その縦弾性係数が７０ＧＰａ付近であるから、好ましい「Ｃ」材の厚さは０．７５ｍｍ以下となる（後述する表６参照）。ＮＡＴ処理法の開発がよく進んでいて高接着力を示し、かつ、実用性があり錆難いのはアルミニウム合金、ステンレス鋼であり、この式から見て「Ｃ」材厚さでは１ｍｍ厚以下の薄板となる。後述する実施例に実証できた「Ｃ」材の例があるが、実証書した例では、Ａ５０５２、Ａ６０６１アルミニウム合金、そしてＳＵＳ３０４ステンレス鋼、等である。それ故に、好ましく使用できる金属類として、Ａ５０５２、Ａ５０８３、Ａ６０６１のアルミニウム合金類、そしてＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６のオーステナイト系ステンレス鋼がある。
【0052】
［本発明の接合面を固着積層する手段、部材］
本発明の接合面を固着積層する方法は、接着剤、及びクラッド接合である。
（１）接着剤
本発明の接合面を固着積層する接着剤は、本発明で使用する各種ＦＲＰ材、及びＦＲＴＰ材と本発明で使用する各種構造用金属材を、要求される環境下において、設計値の強度で接合できるものであればいかなる種類でも良い。ただし、本発明で重要な高強度構造材の一つはＣＦＲＰ材であり、このＣＦＲＰ材のマトリックス樹脂は、一般的にはエポキシ系樹脂であるので、接着剤としてはエポキシ接着剤が好ましい。しかもエポキシ接着剤は、各種金属材の接着用としても最適であるのでこの点でも好ましい。このエポキシ接着剤は、１液性、又は２液性エポキシ接着剤のどちらにも使用できる。２液性エポキシ接着剤は、主剤となる液状のエポキシ樹脂と、ポリアミン類と呼ばれる硬化剤の２液を常温で化学反応させることで共重合硬化する接着剤である。１液性エポキシ接着剤は、硬化剤を含んだもので、加熱により反応させて重合するものであり、耐熱性、強度に優れたものがあるので、耐熱性が要求される接合一体化物に用いる。
本発明の接合面を固着積層する方法は、接着剤、及びクラッド接合である。
（１）接着剤
本発明の接合面を固着積層する接着剤は、本発明で使用する各種ＦＲＰ材、及びＦＲＴＰ材と本発明で使用する各種構造用金属材を、要求される環境下において、設計値の強度で接合できるものであればいかなる種類でも良い。ただし、本発明で重要な高強度構造材の一つはＣＦＲＰ材であり、このＣＦＲＰ材のマトリックス樹脂は、一般的にはエポキシ系樹脂であるので、接着剤としてはエポキシ接着剤が好ましい。しかもエポキシ接着剤は、各種金属材の接着用としても最適であるのでこの点でも好ましい。このエポキシ接着剤は、１液性、又は２液性エポキシ接着剤のどちらにも使用できる。２液性エポキシ接着剤は、主剤となる液状のエポキシ樹脂と、ポリアミン類と呼ばれる硬化剤の２液を常温で化学反応させることで共重合硬化する接着剤である。１液性エポキシ接着剤は、硬化剤を含んだもので、加熱により反応させて重合するものであり、耐熱性、強度に優れたものがあるので、耐熱性が要求される接合一体化物に用いる。
【0053】
（２）クラッド接合
本発明でいうクラッド接合とは、各種の異種合金同士を重ね合わせて火薬の爆発力に依る方法（爆着）、熱間圧延、昇温圧延等により接合することをいう。クラッド接合に使う部材は、前述したような昇温加圧処理法であり、この処理法は溶接したが如く強接合し、一般的には接着剤による接合より接合力は高い。但し、前もって何らかの表面処理を行うことが多く、特に昇温圧延等アルミニウム合金を使用する場合には必要である。要するに、２種材をクラッド接合したい場合には、その手法にどの手法を選ぶべきか、最も簡易な昇温圧延法を選択するのであれば、接合が確実に成功するように、その各２材に対する最適な表面処理法を先ず開発する必要がある。
本発明でいうクラッド接合とは、各種の異種合金同士を重ね合わせて火薬の爆発力に依る方法（爆着）、熱間圧延、昇温圧延等により接合することをいう。クラッド接合に使う部材は、前述したような昇温加圧処理法であり、この処理法は溶接したが如く強接合し、一般的には接着剤による接合より接合力は高い。但し、前もって何らかの表面処理を行うことが多く、特に昇温圧延等アルミニウム合金を使用する場合には必要である。要するに、２種材をクラッド接合したい場合には、その手法にどの手法を選ぶべきか、最も簡易な昇温圧延法を選択するのであれば、接合が確実に成功するように、その各２材に対する最適な表面処理法を先ず開発する必要がある。
【0054】
［本発明の線膨張率の差(０．３×１０－５Ｋ－１以上)］
本発明の「異種構造材を含む接合一体化物」に用いる「Ａ」材と「Ｂ」材の線膨張率の差は、最大で０．３×１０－５Ｋ－１以上あるものをいう。その理由は、以下の通りである。本発明を構成するＦＲＰ材、例えば、ＣＦＲＰ材の線膨張率は（０．１～０．２）×１０－５Ｋ－１とされる。一方、本発明を構成する各種の構造用金属材の線膨張率は、超々ジュラルミンと呼称されるＡ７０７５アルミニウム合金は、約２．３×１０－５Ｋ－１である。汎用されている各種構造用金属材の中で、最も線膨張率が低いのはＴｉ合金材であり、約０．８×１０－５Ｋ－１である。一般鋼材及びフェライト系ステンレス鋼は約１．１×１０－５Ｋ－１、オーステナイト系ステンレス鋼は約１．７×１０－５Ｋ－１、ジュラルミンやアルミニウム合金は約２．３×１０－５Ｋ－１である。更に構造材とは言い難いが、その他の金属材では、銅材が約１．８×１０－５Ｋ－１、銀材は約１．９×１０－５Ｋ－１、錫材は約２．３×１０－５Ｋ－１、マグネシウム材は約２．５×１０－５Ｋ－１、鉛材は約２．９×１０－５Ｋ－１とされる（なお、これら数値は、文献により０．１×１０－５Ｋ－１程度異なる）。
本発明の「異種構造材を含む接合一体化物」に用いる「Ａ」材と「Ｂ」材の線膨張率の差は、最大で０．３×１０－５Ｋ－１以上あるものをいう。その理由は、以下の通りである。本発明を構成するＦＲＰ材、例えば、ＣＦＲＰ材の線膨張率は（０．１～０．２）×１０－５Ｋ－１とされる。一方、本発明を構成する各種の構造用金属材の線膨張率は、超々ジュラルミンと呼称されるＡ７０７５アルミニウム合金は、約２．３×１０－５Ｋ－１である。汎用されている各種構造用金属材の中で、最も線膨張率が低いのはＴｉ合金材であり、約０．８×１０－５Ｋ－１である。一般鋼材及びフェライト系ステンレス鋼は約１．１×１０－５Ｋ－１、オーステナイト系ステンレス鋼は約１．７×１０－５Ｋ－１、ジュラルミンやアルミニウム合金は約２．３×１０－５Ｋ－１である。更に構造材とは言い難いが、その他の金属材では、銅材が約１．８×１０－５Ｋ－１、銀材は約１．９×１０－５Ｋ－１、錫材は約２．３×１０－５Ｋ－１、マグネシウム材は約２．５×１０－５Ｋ－１、鉛材は約２．９×１０－５Ｋ－１とされる（なお、これら数値は、文献により０．１×１０－５Ｋ－１程度異なる）。
【0055】
この各種構造用金属材の中で、線膨張率は、Ｔｉ合金材と一般鋼材及びフェライト系ステンレス鋼の間が最も近く、しかもこれらの金属部材は、本発明の接合一体化物である積層体として、併用して使用されることもある。この各種構造用金属材での線膨張率差は、約０．３×１０－５Ｋ－１であり、これ以下の線膨張率差の場合は接着面への負荷は実質的小さいので考慮する必要はない。従って、本発明の異種構造材を含む接合一体化物は、最も近い異種構造材の組み合わせた場合の線膨張率は、約０．３×１０－５Ｋ－１以上とした。また、本発明における実験による温度衝撃試験（３千サイクル）では、低温室－５０℃、高温室１５０℃で試験を行った。即ち、自動車部品等に要求される環境温度である約２００℃の温度変化（－５０℃から１５０℃）において、最も線膨張率差が大きいＣＦＲＰ材とＡ２０１７アルミニウム合金（ジュラルミン）を「Ａ」材、「Ｂ」材とし、本発明の「Ａ」材、「Ｃ」材、「Ｄ」材、及び「Ｂ」材の４層型の接着一体化物での温度衝撃３千サイクル試験を行った。この結果、最も接着構造が破壊される可能性があった「Ｃ」材と「Ｄ」材間のせん断接着強度に関し、全く問題なく許容値以内に収まった。因みに、温度衝撃サイクル試験は約２００℃の温度変化（－５０℃から１５０℃）を繰り返し前記「Ａ」材と「Ｂ」材間に与えたわけだが、「Ａ」材と「Ｂ」材間には２．１×１０－５Ｋ－１の線熱膨率差があり、この２００℃の温度変化で０．４２％の長さ差が生じたから、「Ａ」「Ｂ」材がもし直接接着されていたならば、これは確実に破断していたものだった。
【発明の効果】
【0056】
以上詳記したように、本発明の異種構造材を含む接合一体化物その製造方法は、線膨張率差が大きい２種以上の高強度材を直接的にではなく、間接的に接着することにより大きな温度衝撃があっても、その接着積層構造を保ち得る効果がある。それ故に、基本的に環境温度が激しく変化する場所、又、環境温度が激しく変化するだけでなくその温度変化が繰り返し数千回もなされる場所に設置してもその基本構造に変化はない。それ故に、屋外設置用の機械や設備、そして自動車、航空機、その他の移動機械用の部品部材として非常に好ましく使用できる。特に、ＣＦＲＰ材とジュラルミン材を「Ａ」材と「Ｂ」材とする本発明品は超軽量であり、移動機械用部品部材として最高に好ましい。
【図面の簡単な説明】
【0057】
【図3】図３は、０．３ｍｍ厚のＡ５０５２アルミニウム合金薄板５枚と０．３ｍｍ厚のＣＦＲＰプリプレグを、耐熱性に優れる１液性エポキシ接着剤で接着積層したものであり、９層に積層した接合一体化物の端部写真である。
【図5】図５は、線膨張率に差異ある高強度構造材「Ａ」材、「Ｂ」材を両端とし、「Ｃ」材であるＡ５０５２Ａｌ薄板、「Ｄ」材である純アルミ系アルミニウムのＡ１０５０アルミニウム板を挟み込んだ、「Ａ」材、「Ｃ」材、「Ｄ」材、「Ｃ」材、及び「Ｂ」材の、５材、５層型の接着構造の積層体の例である。
【0058】
【図10】図１０は、図６に示したものと同じ４層型の積層例であるが、「Ａ」材にＣＦＲＰ厚板を使用し、「Ｂ」材にジュラルミン材を使用した例であり、厳しい温度衝撃数千サイクル試験に投入するために作成した物である。
【0059】
【図19】図１９は、ＣＦＲＰ材の端部にＡ７０７５アルミニウム合金厚板を接着した４層型の構造例であり、ＣＦＲＰ材がＡ７０７５アルミニウム合金厚板を介して、他材とボルト・ナット締結が出来る構造例を示したものである。
【図20】図２０は、ＣＦＲＰ材の端部にＡ７０７５アルミニウム合金厚板を接着した４層型の構造例であり、ＣＦＲＰ材がＡ７０７５アルミニウム合金厚板を介して、他材とボルト・ナット締結が出来る構造例を示したものである。
【図21】図２１は、ＣＦＲＰ材の端部にＡ７０７５アルミニウム合金厚板を接着した４層型の構造例であり、ＣＦＲＰ材がＡ７０７５アルミニウム合金厚板を介して、他材とボルト・ナット締結が出来る構造例を示したものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0060】
本発明による各種素材の表面処理法、その処理後の接着方法、その接着物の物性測定法、及び、本発明の異種構造材を含む接合一体物のせん断接着強さ、せん断接着粘り性等につき、以下の説明と実施例で具体的に説明する。
【実施例】
【0061】
以下、本発明の実施例に換えて実験例で詳記する。
（ａ）電子顕微鏡観察
本実施例として用いた基材表面の観察のために電子顕微鏡を用いた。この電子顕微鏡は、走査型（ＳＥＭ）の電子顕微鏡「ＳＳＭ－７０００Ｆ（製品名）」（日本電子株式会社（本社:日本国東京都）製）を使用し、１～２ｋＶにて観察した。
（ａ）電子顕微鏡観察
本実施例として用いた基材表面の観察のために電子顕微鏡を用いた。この電子顕微鏡は、走査型（ＳＥＭ）の電子顕微鏡「ＳＳＭ－７０００Ｆ（製品名）」（日本電子株式会社（本社:日本国東京都）製）を使用し、１～２ｋＶにて観察した。
【0062】
（ｂ）接着強度の測定
引張り試験機「ＡＧ－５００Ｎ／１ｋＮ」（株式会社 島津製作所（本社：日本国東京都））を使用し、接着剤接合物（例えば、図１の試験片）を引張り破断するときの破断力を「せん断接着強さ」（x－y平面）とした。又、端面で接着された試験片（図２参照）を引張り試験機で引っ張り、この引っ張りで破断するときの破断力を「引張り接着強さ」（ｙ－ｚ平面）とした。使用した引張り試験機は、引張り速度１０ｍｍ／分で測定した。
引張り試験機「ＡＧ－５００Ｎ／１ｋＮ」（株式会社 島津製作所（本社：日本国東京都））を使用し、接着剤接合物（例えば、図１の試験片）を引張り破断するときの破断力を「せん断接着強さ」（x－y平面）とした。又、端面で接着された試験片（図２参照）を引張り試験機で引っ張り、この引っ張りで破断するときの破断力を「引張り接着強さ」（ｙ－ｚ平面）とした。使用した引張り試験機は、引張り速度１０ｍｍ／分で測定した。
【0063】
（ｃ）せん断接着ねばり性の測定
本実験例でいう「せん断接着ねばり性」とは、以下の実験方法で得た結果をいう。せん断接着ねばり性の測定を行うときは、引張り試験機で試験片（図１）により、「せん断接着強さ」を前もって測定しておく。そして、この試験片に、この「せん断接着強さ」の約７５％程度の引張り力を、３００回だけ連続的に繰り返し与える試験を始める。この試験方法による引張り試験機による荷重方法は、その試験機の制御装置の運転ソフトで設定して行う。この運転ソフトは、最大引張り力を上記約７５％、最小引張り力を前記最大引張り力の約２／３とし、かつ、引張り速度を±１０ｍｍ／分を１サイクルとする。この繰り返し荷重で、せん断破断しなければ、約２ＭＰａだけ最大引張り荷重を大きくし、かつ最小引張り力を修正して、同じ３００回の繰り返し負荷を加える試験をする。それでも破断しない場合は、更に、約２ＭＰａ程を加えて同操作を繰り返し、この繰り返しを図１に示した試験片が破断するまで続ける。破断したら、破断前の最大引張り力をもって、その力量をＭＰａ表示し、本実験ではこれを「せん断接着ねばり性」値とした。
本実験例でいう「せん断接着ねばり性」とは、以下の実験方法で得た結果をいう。せん断接着ねばり性の測定を行うときは、引張り試験機で試験片（図１）により、「せん断接着強さ」を前もって測定しておく。そして、この試験片に、この「せん断接着強さ」の約７５％程度の引張り力を、３００回だけ連続的に繰り返し与える試験を始める。この試験方法による引張り試験機による荷重方法は、その試験機の制御装置の運転ソフトで設定して行う。この運転ソフトは、最大引張り力を上記約７５％、最小引張り力を前記最大引張り力の約２／３とし、かつ、引張り速度を±１０ｍｍ／分を１サイクルとする。この繰り返し荷重で、せん断破断しなければ、約２ＭＰａだけ最大引張り荷重を大きくし、かつ最小引張り力を修正して、同じ３００回の繰り返し負荷を加える試験をする。それでも破断しない場合は、更に、約２ＭＰａ程を加えて同操作を繰り返し、この繰り返しを図１に示した試験片が破断するまで続ける。破断したら、破断前の最大引張り力をもって、その力量をＭＰａ表示し、本実験ではこれを「せん断接着ねばり性」値とした。
【0064】
（ｄ）接着面の非破壊検査
接着面に剥離が発生しているか否かの判定、観察は、以下の方法で行った。簡易的には、着色した水性浸透液を接着層の外観部に塗布して拭き取り、この着色部が拭き取れるか否かで検査する試験法で確認できる。接着面積のどの範囲まで剥離が拡がっているか否かを詳しく確認したい場合には、接着面に超音波を照射して観察ができる非破壊検査機「ＭＳライン（日立パワーソリューションズ式会社（本社：日本国茨城県））」を使用した。
接着面に剥離が発生しているか否かの判定、観察は、以下の方法で行った。簡易的には、着色した水性浸透液を接着層の外観部に塗布して拭き取り、この着色部が拭き取れるか否かで検査する試験法で確認できる。接着面積のどの範囲まで剥離が拡がっているか否かを詳しく確認したい場合には、接着面に超音波を照射して観察ができる非破壊検査機「ＭＳライン（日立パワーソリューションズ式会社（本社：日本国茨城県））」を使用した。
【0065】
（ｅ）温度衝撃サイクル試験
温度衝撃サイクル試験は、温度衝撃サイクル試験機「小型冷熱衝撃装置ＴＳＥ-１２-Ａ」（エスペック株式会社（本社：日本国大阪府））を使用した。標準的に行った温度衝撃サイクル試験の条件は、低温室温度－５０℃、高温室温度＋１５０℃とし、各室の滞在時間２５分、移動時間約５分とした。この試験機を設置した室温は、２７℃に常時温調されている室内であり、かつ、定期的に冷室温度を室温にまで昇温させて、上記試験機の氷結部を自然溶解させる自動運転に設定した。
温度衝撃サイクル試験は、温度衝撃サイクル試験機「小型冷熱衝撃装置ＴＳＥ-１２-Ａ」（エスペック株式会社（本社：日本国大阪府））を使用した。標準的に行った温度衝撃サイクル試験の条件は、低温室温度－５０℃、高温室温度＋１５０℃とし、各室の滞在時間２５分、移動時間約５分とした。この試験機を設置した室温は、２７℃に常時温調されている室内であり、かつ、定期的に冷室温度を室温にまで昇温させて、上記試験機の氷結部を自然溶解させる自動運転に設定した。
【0066】
［実験例Ａ］各素材の表面処理
以下、本発明を構成する構造用金属材の表面を処理する化成処理の実験例を説明する。即ち、下記に説明する実験による化成処理は、各種構造用金属材毎の最適な化成処理方法を探索するものである。
以下、本発明を構成する構造用金属材の表面を処理する化成処理の実験例を説明する。即ち、下記に説明する実験による化成処理は、各種構造用金属材毎の最適な化成処理方法を探索するものである。
【0067】
［実験例Ａ１－１］Ａ１０５０アルミニウム（以下、「Ａ１０５０Ａｌ」という。）の表面処理（ＮＡＴ処理）
厚さ０．５～３．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムのＡ１０５０Ａｌの板材を入手し、これを長方形片に機械加工し、この端部に孔を開けて試験片である合金片とした。この合金片の孔に、園芸用の塩ビカバー付き針金を通して、これを吊り下げて、各液処理に浸漬が出来るようにした。超音波発振端付き水槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＡ－６」（メルテックス株式会社（本社：日本国東京都））１０％含む水溶液６０℃のものを満たし、前記合金片を５分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃で１％濃度の塩酸水溶液を用意し、１分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１．５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、この水酸化ナトリウム水溶液に前記Ａｌ片を４分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした３％濃度の硝酸水溶液を用意し、この硝酸水溶液に、前記Ａｌ片を３分間浸漬した後、これを水洗した。
厚さ０．５～３．０ｍｍの純アルミニウム系アルミニウムのＡ１０５０Ａｌの板材を入手し、これを長方形片に機械加工し、この端部に孔を開けて試験片である合金片とした。この合金片の孔に、園芸用の塩ビカバー付き針金を通して、これを吊り下げて、各液処理に浸漬が出来るようにした。超音波発振端付き水槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＡ－６」（メルテックス株式会社（本社：日本国東京都））１０％含む水溶液６０℃のものを満たし、前記合金片を５分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃で１％濃度の塩酸水溶液を用意し、１分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１．５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、この水酸化ナトリウム水溶液に前記Ａｌ片を４分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした３％濃度の硝酸水溶液を用意し、この硝酸水溶液に、前記Ａｌ片を３分間浸漬した後、これを水洗した。
【0068】
次に別の槽に、６０℃とした３．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液を用意し、前記Ａ１０５０Ａｌ片を２分間浸漬し、次に別の槽に、３３℃とした０．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液に０．５分浸漬した後、水洗した。そして別の槽に、５％濃度の過酸化水素水を用意し、前記Ａ１０５０Ａｌ片を５分間浸漬した後、これをよく水洗した。これらの処理後、６７℃に設定した温風乾燥機に１５分間入れて乾燥させた。
【0069】
［実験例Ａ１－２］Ａ１０５０Ａｌの表面処理（ＮＡＴ７処理：参考例）
実験例Ａ１－１と同様に、浸漬処理が出来るようにしたＡ１０５０Ａｌ片を用意した。超音波発振端付き水槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％含む水溶液で６０℃のものを満たし、前記Ａ１０５０Ａｌ片を５分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃で１０％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、１分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１％濃度の塩化アルミニウム水和物と、５％濃度の塩酸含む水溶液を用意し、これに前記Ａｌ片を１０分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした２％濃度の１水素２弗化アンモンと１０％濃度の硫酸含む水溶液を用意し、これにＡ１０５０Ａｌ片を１分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１．５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記Ａ１０５０Ａｌ片を２分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした３％濃度の硝酸水溶液を用意し、これに前記Ａ１０５０Ａｌ片を２分間浸漬した後、これを水洗した。
実験例Ａ１－１と同様に、浸漬処理が出来るようにしたＡ１０５０Ａｌ片を用意した。超音波発振端付き水槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％含む水溶液で６０℃のものを満たし、前記Ａ１０５０Ａｌ片を５分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃で１０％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、１分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１％濃度の塩化アルミニウム水和物と、５％濃度の塩酸含む水溶液を用意し、これに前記Ａｌ片を１０分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした２％濃度の１水素２弗化アンモンと１０％濃度の硫酸含む水溶液を用意し、これにＡ１０５０Ａｌ片を１分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１．５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記Ａ１０５０Ａｌ片を２分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした３％濃度の硝酸水溶液を用意し、これに前記Ａ１０５０Ａｌ片を２分間浸漬した後、これを水洗した。
【0070】
次に別の槽に、６０℃とした３．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液を用意し、前記Ａ１０５０片を２分間浸漬し、次に別の槽に、３３℃とした０．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液に０．５分浸漬した後、これを水洗した。そして別の槽に、５％濃度の過酸化水素水を用意し、前記Ａ１０５０Ａｌ片を５分間浸漬した後、これをよく水洗した。これを６７℃に設定した温風乾燥機に１５分間入れて乾燥させた。
【0071】
［実験例Ａ１－３］Ａ１０５０Ａｌの表面処理（ＮＡＴ５処理）
実験例Ａ１－１と同様に、浸漬処理が出来るようにしたＡ１０５０Ａｌ片を用意した。超音波発振端付き水槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％含む水溶液を６０℃のものを満たし、前記Ａ１０５０Ａｌ片を５分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃で１０％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意した後、これを１分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１％濃度の水和塩化アルミと５％濃度の塩酸含む水溶液を用意し、これに前記Ａ１０５０片を３分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１．５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記Ａ１０５０合金片を４分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした３％濃度の硝酸水溶液を用意し、これに前記Ａ１０５０Ａｌ片を１．５分間浸漬した後、これを水洗した。
実験例Ａ１－１と同様に、浸漬処理が出来るようにしたＡ１０５０Ａｌ片を用意した。超音波発振端付き水槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％含む水溶液を６０℃のものを満たし、前記Ａ１０５０Ａｌ片を５分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃で１０％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意した後、これを１分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１％濃度の水和塩化アルミと５％濃度の塩酸含む水溶液を用意し、これに前記Ａ１０５０片を３分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１．５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記Ａ１０５０合金片を４分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした３％濃度の硝酸水溶液を用意し、これに前記Ａ１０５０Ａｌ片を１．５分間浸漬した後、これを水洗した。
【0072】
次に別の槽に、６０℃とした３．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液を用意し、前記Ａ１０５０片を２分間浸漬し、次に別の槽に、３３℃とした０．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液に０．５分浸漬した後、これを水洗した。そして別の槽に、５％濃度の過酸化水素水を用意し、前記Ａ１０５０片を５分間浸漬した後、これをよく水洗した。これを６７℃に設定した温風乾燥機に１５分間入れて乾燥させた。
【0073】
［実験例Ａ１－４］Ａ１０５０Ａｌの表面処理（ＮＡＴ（２０分）処理）
上記実験例Ａ１－１と同様の処理を全処理工程で進め、最後の反応工程、即ち、５％濃度の過酸化水素水を用意して、Ａ１０５０Ａｌ片を過酸化水素水への５分間浸漬する部分だけを変更して、２０分に延長するだけが異なる。
上記実験例Ａ１－１と同様の処理を全処理工程で進め、最後の反応工程、即ち、５％濃度の過酸化水素水を用意して、Ａ１０５０Ａｌ片を過酸化水素水への５分間浸漬する部分だけを変更して、２０分に延長するだけが異なる。
【0074】
［実験例Ａ１－５］Ａ１０５０Ａｌの表面処理（ＮＡＴ５（２０分））
上記実験例Ａ１－３と同様の処理を全工程で進め、最後の反応工程、即ち、５％濃度の過酸化水素水を用意して、Ａ１０５０Ａｌ片を５分間浸漬する部分だけを変更して２０分に時間変更だけ異なるものにした。
上記実験例Ａ１－３と同様の処理を全工程で進め、最後の反応工程、即ち、５％濃度の過酸化水素水を用意して、Ａ１０５０Ａｌ片を５分間浸漬する部分だけを変更して２０分に時間変更だけ異なるものにした。
【0075】
［実験例Ａ１－６］Ａ１０５０Ａｌの表面処理（ＮＡＴ－Ａｎｏ（陽極酸化）処理）
［実験例Ａ１－１］と同様の処理工程を進めて、４０℃とした３％濃度の硝酸水溶液を用意して、これに前記Ａｌ片を３分間浸漬した後、これを水洗する。次に別の槽に、２５℃とした１０％濃度のリン酸水溶液を用意し、前記Ａｌ片をＴｉ製の陽極に繋ぎ、炭素棒製の陰極を浸漬槽の端部に挿入し、直流２０Ｖをかけて１５分間、陽極酸化した。この陽極酸化した前記Ａｌ片を３０分間水洗した後、６７℃に設定した温風乾燥機に１５分間入れて乾燥させ、更に１００℃に設定した温風乾燥機に３０分間入れて乾燥させた。
［実験例Ａ１－１］と同様の処理工程を進めて、４０℃とした３％濃度の硝酸水溶液を用意して、これに前記Ａｌ片を３分間浸漬した後、これを水洗する。次に別の槽に、２５℃とした１０％濃度のリン酸水溶液を用意し、前記Ａｌ片をＴｉ製の陽極に繋ぎ、炭素棒製の陰極を浸漬槽の端部に挿入し、直流２０Ｖをかけて１５分間、陽極酸化した。この陽極酸化した前記Ａｌ片を３０分間水洗した後、６７℃に設定した温風乾燥機に１５分間入れて乾燥させ、更に１００℃に設定した温風乾燥機に３０分間入れて乾燥させた。
【0076】
［実験例Ａ１－７］Ａ１０５０Ａｌの表面処理（ＮＡＴ５－Ａｎｏ（陽極酸化）処理）
［実験例Ａ１－３］と同様に工程を進めて、４０℃とした３％濃度の硝酸水溶液を用意し、これに前記Ａ１０５０Ａｌ片を１．５分間浸漬した後、これを水洗したところまでは同一の処理を行った。この処理後に、ＮＡＴ５の処理法を変更し、次に別の槽に、２５℃とした１０％濃度のリン酸水溶液を用意し、前記Ａ１０５０Ａｌ片をＴｉ製の陽極に繋ぎ、炭素棒製の陰極を浸漬槽の端部に挿入し、直流２０Ｖをかけて１５分間、陽極酸化した。この陽極酸化された前記Ａ１０５０Ａｌ片を３０分間水洗した後、６７℃に設定した温風乾燥機に１５分間入れて乾燥させ、更に１００℃に設定した温風乾燥機に３０分間入れて乾燥させた。
［実験例Ａ１－３］と同様に工程を進めて、４０℃とした３％濃度の硝酸水溶液を用意し、これに前記Ａ１０５０Ａｌ片を１．５分間浸漬した後、これを水洗したところまでは同一の処理を行った。この処理後に、ＮＡＴ５の処理法を変更し、次に別の槽に、２５℃とした１０％濃度のリン酸水溶液を用意し、前記Ａ１０５０Ａｌ片をＴｉ製の陽極に繋ぎ、炭素棒製の陰極を浸漬槽の端部に挿入し、直流２０Ｖをかけて１５分間、陽極酸化した。この陽極酸化された前記Ａ１０５０Ａｌ片を３０分間水洗した後、６７℃に設定した温風乾燥機に１５分間入れて乾燥させ、更に１００℃に設定した温風乾燥機に３０分間入れて乾燥させた。
【0077】
［実験例Ａ２－１］Ａ５０５２Ａｌ合金の表面処理（ＮＡＴ７処理法）
厚さ０．５～３．０ｍｍのＡ５０５２Ａｌ合金板材を入手し、多種の大きさの長方形片に機械加工し、端部に孔を開けた。前記Ａ５０５２Ａｌ合金片の孔に園芸用の塩ビカバー付き針金を通して吊り下げ、各液で浸漬処理が出来るようにした。浸漬槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％を含む水溶液を６０℃とし、前記Ａ５０５２Ａｌ合金片を５分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１０％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記Ａ５０５２Ａｌ合金片を１分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１％濃度の塩化アルミニウム水和物と５％濃度の塩酸を含む水溶液を用意し、これに前記Ａ５０５２Ａｌ合金片を６分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした２％濃度の１水素２弗化アンモンと１０％濃度の硫酸含む水溶液を用意し、これに前記Ａ５０５２Ａｌ合金片を４分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１．５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記Ａ５０５２Ａｌ合金片を１分間浸漬した後、水洗した。次に別の槽に、４０℃とした３％濃度の硝酸水溶液を用意し、これに前記Ａ５０５２Ａｌ合金片を１．５分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、６０℃とした３．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液を用意してこれに２分間浸漬した後、次に別の槽に、３３℃とした０．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液に０．５分浸漬した後、これを水洗した。そしてこれを５％濃度の過酸化水素水に５分間浸漬した後、これをよく水洗した後、６７℃に設定した温風乾燥機に１５分間入れて乾燥させた。
厚さ０．５～３．０ｍｍのＡ５０５２Ａｌ合金板材を入手し、多種の大きさの長方形片に機械加工し、端部に孔を開けた。前記Ａ５０５２Ａｌ合金片の孔に園芸用の塩ビカバー付き針金を通して吊り下げ、各液で浸漬処理が出来るようにした。浸漬槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％を含む水溶液を６０℃とし、前記Ａ５０５２Ａｌ合金片を５分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１０％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記Ａ５０５２Ａｌ合金片を１分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１％濃度の塩化アルミニウム水和物と５％濃度の塩酸を含む水溶液を用意し、これに前記Ａ５０５２Ａｌ合金片を６分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした２％濃度の１水素２弗化アンモンと１０％濃度の硫酸含む水溶液を用意し、これに前記Ａ５０５２Ａｌ合金片を４分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１．５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記Ａ５０５２Ａｌ合金片を１分間浸漬した後、水洗した。次に別の槽に、４０℃とした３％濃度の硝酸水溶液を用意し、これに前記Ａ５０５２Ａｌ合金片を１．５分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、６０℃とした３．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液を用意してこれに２分間浸漬した後、次に別の槽に、３３℃とした０．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液に０．５分浸漬した後、これを水洗した。そしてこれを５％濃度の過酸化水素水に５分間浸漬した後、これをよく水洗した後、６７℃に設定した温風乾燥機に１５分間入れて乾燥させた。
【0078】
［実験例Ａ２－２］Ａ５０５２Ａｌ合金の表面処理（ＮＡＴ処理：参考例）
実験例Ａ２－１と同様に、浸漬処理が出来るようにしたＡ５０５２Ａｌ合金片を用意した。浸漬槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％を含む水溶液を６０℃とし、前記Ａ５０５２Ａｌ合金片を５分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１％濃度の塩酸水溶液を用意し、これに前記Ａ５０５２Ａｌ合金片を１分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１．５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記Ａ５０５２Ａｌ合金片を４分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした３％濃度の硝酸水溶液を用意し、これに前記Ａ５０５２Ａｌ合金片を３分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、６０℃とした３．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液を用意してこれに２分間浸漬した後、次に別の槽に、３３℃とした０．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液に０．５分浸漬した後、これを水洗した。そして５％濃度の過酸化水素水に５分間浸漬した後、これをよく水洗した後、これを６７℃に設定した温風乾燥機に１５分間入れて、前記処理を終えた前記Ａ５０５２Ａｌ合金片を乾燥し、清浄なアルミ箔でまとめて包み保管した。
実験例Ａ２－１と同様に、浸漬処理が出来るようにしたＡ５０５２Ａｌ合金片を用意した。浸漬槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％を含む水溶液を６０℃とし、前記Ａ５０５２Ａｌ合金片を５分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１％濃度の塩酸水溶液を用意し、これに前記Ａ５０５２Ａｌ合金片を１分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１．５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記Ａ５０５２Ａｌ合金片を４分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした３％濃度の硝酸水溶液を用意し、これに前記Ａ５０５２Ａｌ合金片を３分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、６０℃とした３．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液を用意してこれに２分間浸漬した後、次に別の槽に、３３℃とした０．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液に０．５分浸漬した後、これを水洗した。そして５％濃度の過酸化水素水に５分間浸漬した後、これをよく水洗した後、これを６７℃に設定した温風乾燥機に１５分間入れて、前記処理を終えた前記Ａ５０５２Ａｌ合金片を乾燥し、清浄なアルミ箔でまとめて包み保管した。
【0079】
［実験例Ａ３］Ａ６０６１Ａｌ合金の表面処理（ＮＡＴ処理）
厚さ０．５～３．０ｍｍのＡ６０６１Ａｌ合金板材を入手し、多種の大きさの長方形片に機械加工し、端部に孔を開けた。前記Ａ６０６１Ａｌ合金片の孔に園芸用の塩ビカバー付き針金を通してぶら下げ、各液で浸漬処理が出来るようにした。その後の表面処理法は、実験例Ａ１－１に示されたＮＡＴ処理法と全く同じである。
厚さ０．５～３．０ｍｍのＡ６０６１Ａｌ合金板材を入手し、多種の大きさの長方形片に機械加工し、端部に孔を開けた。前記Ａ６０６１Ａｌ合金片の孔に園芸用の塩ビカバー付き針金を通してぶら下げ、各液で浸漬処理が出来るようにした。その後の表面処理法は、実験例Ａ１－１に示されたＮＡＴ処理法と全く同じである。
【0080】
［実験例Ａ４－１］Ａ２０１７Ａｌ合金の表面処理（ＮＡＴ７処理法）
厚さ０．５～３．０ｍｍのＡ２０１７Ａｌ合金板材を入手し、多種の大きさの長方形片に機械加工し、端部に孔を開けた。前記Ａ２０１７Ａｌ合金片の孔に園芸用の塩ビカバー付き針金を通してぶら下げ、各液で浸漬処理が出来るようにした。浸漬槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％を含む水溶液を６０℃とし、前記Ａ２０１７Ａｌ合金片を５分間浸漬して水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１０％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記Ａ２０１７Ａｌ合金片を１分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１％濃度の塩化アルミニウム水和物と、５％濃度の塩酸を含む水溶液を用意し、これに前記Ａ２０１７合金片を１分間浸漬し、水洗した。次に別の槽に、４０℃とした２％濃度の１水素２弗化アンモンと１０％濃度の硫酸含む水溶液を用意し、これに前記Ａ２０１７Ａｌ合金片を３分間浸漬した後、これを水洗した。
厚さ０．５～３．０ｍｍのＡ２０１７Ａｌ合金板材を入手し、多種の大きさの長方形片に機械加工し、端部に孔を開けた。前記Ａ２０１７Ａｌ合金片の孔に園芸用の塩ビカバー付き針金を通してぶら下げ、各液で浸漬処理が出来るようにした。浸漬槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％を含む水溶液を６０℃とし、前記Ａ２０１７Ａｌ合金片を５分間浸漬して水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１０％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記Ａ２０１７Ａｌ合金片を１分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１％濃度の塩化アルミニウム水和物と、５％濃度の塩酸を含む水溶液を用意し、これに前記Ａ２０１７合金片を１分間浸漬し、水洗した。次に別の槽に、４０℃とした２％濃度の１水素２弗化アンモンと１０％濃度の硫酸含む水溶液を用意し、これに前記Ａ２０１７Ａｌ合金片を３分間浸漬した後、これを水洗した。
【0081】
次に別の槽に、４０℃とした１．５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記Ａ２０１７合金片を２分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした３％濃度の硝酸水溶液を用意し、これに前記Ａ２０１７Ａｌ合金片を２．５分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、６０℃とした３．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液を用意して、これに前記Ａ２０１７Ａｌ合金片を２分間浸漬した後、次に別の槽に、３３℃とした０．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液に０．５分浸漬した後、これを水洗した。そして５％濃度の過酸化水素水に５分間浸漬し水洗した後、これを６７℃に設定した温風乾燥機に１５分入れ乾燥させた。
【0082】
［実験例Ａ４－２］Ａ２０１７Ａｌ合金の表面処理（ＮＡＴ処理：参考例）
厚さ０．５～３．０ｍｍのＡ２０１７Ａｌ合金板材を入手し、多種の大きさの長方形片に機械加工し、端部に孔を開けた。前記Ａ２０１７Ａｌ金属片の穴に園芸用の塩ビカバー付き針金を通してぶら下げ、各液で浸漬処理が出来るようにした。その後の表面処理法は、実験例Ａ１－１に示されたＮＡＴ処理法と全く同じである。
厚さ０．５～３．０ｍｍのＡ２０１７Ａｌ合金板材を入手し、多種の大きさの長方形片に機械加工し、端部に孔を開けた。前記Ａ２０１７Ａｌ金属片の穴に園芸用の塩ビカバー付き針金を通してぶら下げ、各液で浸漬処理が出来るようにした。その後の表面処理法は、実験例Ａ１－１に示されたＮＡＴ処理法と全く同じである。
【0083】
［実験例Ａ５］Ａ７０７５Ａｌ合金の表面処理（ＮＡＴ処理）
厚さ１．５～３．０ｍｍのＡ７０７５Ａｌ合金板材を入手し、多種の大きさの長方形片に機械加工し、端部に孔を開けた。前記Ａ７０７５Ａｌ合金片の孔に園芸用の塩ビカバー付き針金を通して吊り下げ、各液での浸漬処理が出来るようにした。その後の表面処理法は、実験例Ａ１に示されたＮＡＴ処理法と全く同じである。
厚さ１．５～３．０ｍｍのＡ７０７５Ａｌ合金板材を入手し、多種の大きさの長方形片に機械加工し、端部に孔を開けた。前記Ａ７０７５Ａｌ合金片の孔に園芸用の塩ビカバー付き針金を通して吊り下げ、各液での浸漬処理が出来るようにした。その後の表面処理法は、実験例Ａ１に示されたＮＡＴ処理法と全く同じである。
【0084】
［実験例Ａ６］ＡＤＣ１２Ａｌ合金の表面処理（ＮＡＴ７処理）
アルミダイカスト素材である日本工業規格のＡＤＣ１２Ａｌ合金を使用して鋳造した、４５ｍｍ×１８ｍｍ×厚さ１．５ｍｍの小片形状で端部に孔が開いている前記ＡＤＣ１２Ａｌ合金小片を入手し、以下の各液処理を行った。浸漬槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％を含む水溶液を６０℃とし、前記ＡＤＣ１２Ａｌ合金片を５分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１０％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記ＡＤＣ１２Ａｌ合金片を１分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１％濃度の塩化アルミニウム水和物と５％濃度の塩酸を含む水溶液を用意し、これに前記ＡＤＣ１２Ａｌ合金片を４分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした２％濃度の１水素２弗化アンモンと１０％濃度の硫酸含む水溶液を用意し、これに前記ＡＤＣ１２Ａｌ合金片を１分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１．５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記ＡＤＣ１２Ａｌ合金片を４分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした３％濃度の硝酸水溶液を用意し、これに前記ＡＤＣ１２Ａｌ合金片を２分間浸漬した後、超音波発信端付きの水槽に５分浸漬した。次に、先ほどの４０℃とした３％濃度の硝酸水溶液が入った浸漬槽に戻し、前記ＡＤＣ１２Ａｌ合金片を０．５分間浸漬した後、これを水洗した。
アルミダイカスト素材である日本工業規格のＡＤＣ１２Ａｌ合金を使用して鋳造した、４５ｍｍ×１８ｍｍ×厚さ１．５ｍｍの小片形状で端部に孔が開いている前記ＡＤＣ１２Ａｌ合金小片を入手し、以下の各液処理を行った。浸漬槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％を含む水溶液を６０℃とし、前記ＡＤＣ１２Ａｌ合金片を５分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１０％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記ＡＤＣ１２Ａｌ合金片を１分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１％濃度の塩化アルミニウム水和物と５％濃度の塩酸を含む水溶液を用意し、これに前記ＡＤＣ１２Ａｌ合金片を４分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした２％濃度の１水素２弗化アンモンと１０％濃度の硫酸含む水溶液を用意し、これに前記ＡＤＣ１２Ａｌ合金片を１分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１．５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記ＡＤＣ１２Ａｌ合金片を４分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした３％濃度の硝酸水溶液を用意し、これに前記ＡＤＣ１２Ａｌ合金片を２分間浸漬した後、超音波発信端付きの水槽に５分浸漬した。次に、先ほどの４０℃とした３％濃度の硝酸水溶液が入った浸漬槽に戻し、前記ＡＤＣ１２Ａｌ合金片を０．５分間浸漬した後、これを水洗した。
【0085】
次に別の槽に、６０℃とした３．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液を用意して、これに前記ＡＤＣ１２Ａｌ合金片を２分間浸漬した後、次に別の槽に、３３℃とした０．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液に０．５分浸漬した後、これを水洗した。そして５％濃度の過酸化水素水に５分間浸漬した後、これを水洗した。これを６７℃に設定した温風乾燥機に１５分入れ、更に１００℃に設定した温風乾燥機に１５分入れて乾燥した後、再び、超音波発信端付きの水槽に５分浸漬した後、これを６７℃に設定した温風乾燥機に１５分入れて乾燥した。
【0086】
［実験例Ａ７］ＳＵＳ３０４ステンレス鋼の表面処理（最新ＮＡＴ処理）
厚さ０．３～３．０ｍｍのＳＵＳ３０４－２Ｂ鋼板を入手し、多種の大きさの長方形片に機械加工し、端部に孔を開けた。前記金属片の孔に園芸用の塩ビカバー付き針金を通して吊り下げ、各液で浸漬処理が出来るようにした。浸漬槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％を含む水溶液を６０℃とし、これに鋼片を５分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、６５℃とした１０％濃度の硫酸と１％濃度の１水素２弗化アンモンを含む水溶液を用意し、これに前記ＳＵＳ３０４ステンレス鋼片を１０分間浸漬した後、これを水洗した。次に超音波発振端付き水槽に、５分浸漬し、前記ＳＵＳ３０４ステンレス鋼片に付着しているスマットを分離した。次に別の浸漬槽に、６０℃とした５％濃度の硫酸と０．５％濃度の１水素２弗化アンモンを含む水溶液を用意し、これに前記ＳＵＳ３０４ステンレス鋼片を２０分間浸漬した後、これを水洗した。次に超音波発振端付き水槽に５分浸漬して、前記ＳＵＳ３０４ステンレス鋼片に付着したスマットを分離した。次いで４０℃とした３％濃度の硝酸水溶液を用意し、これに前記ＳＵＳ３０４ステンレス鋼片を３分間浸漬して水洗した。次に別の浸漬槽で、５５℃とした１０％濃度の苛性ソーダと５％濃度の亜塩素酸ソーダを含む水溶液に６分間浸漬した後、これを水洗した。そして、８０℃に設定した温風乾燥機に１５分間入れて乾燥させた。
厚さ０．３～３．０ｍｍのＳＵＳ３０４－２Ｂ鋼板を入手し、多種の大きさの長方形片に機械加工し、端部に孔を開けた。前記金属片の孔に園芸用の塩ビカバー付き針金を通して吊り下げ、各液で浸漬処理が出来るようにした。浸漬槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％を含む水溶液を６０℃とし、これに鋼片を５分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、６５℃とした１０％濃度の硫酸と１％濃度の１水素２弗化アンモンを含む水溶液を用意し、これに前記ＳＵＳ３０４ステンレス鋼片を１０分間浸漬した後、これを水洗した。次に超音波発振端付き水槽に、５分浸漬し、前記ＳＵＳ３０４ステンレス鋼片に付着しているスマットを分離した。次に別の浸漬槽に、６０℃とした５％濃度の硫酸と０．５％濃度の１水素２弗化アンモンを含む水溶液を用意し、これに前記ＳＵＳ３０４ステンレス鋼片を２０分間浸漬した後、これを水洗した。次に超音波発振端付き水槽に５分浸漬して、前記ＳＵＳ３０４ステンレス鋼片に付着したスマットを分離した。次いで４０℃とした３％濃度の硝酸水溶液を用意し、これに前記ＳＵＳ３０４ステンレス鋼片を３分間浸漬して水洗した。次に別の浸漬槽で、５５℃とした１０％濃度の苛性ソーダと５％濃度の亜塩素酸ソーダを含む水溶液に６分間浸漬した後、これを水洗した。そして、８０℃に設定した温風乾燥機に１５分間入れて乾燥させた。
【0087】
［実験例Ａ８－１］ＳＰＣＣの表面処理（新ＮＡＴ処理：参考例）
市販の厚さ１．６ｍｍ及び３．２ｍｍのＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）を購入し、所望の種々の形状に切断したこの鋼片を試験片とした。このＳＰＣＣ試験片にショットブラスト機を使用して、白色アルミナ紛（ＷＡＦ１００）によりブラスト処理をして、接着面となるべき部分を粗面化した。この試験片を超音波発信端付きの浸漬槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％を含む水溶液を６０℃として用意し、前記ＳＰＣＣ試験片を５分浸漬した後、これを水洗した。次に別の浸漬槽に、６５℃とした１％濃度の１水素２弗化アンモンと１０％濃度の硫酸含む水溶液を用意し、これに前記ＳＰＣＣ試験片を１分浸漬した後、これを水洗した。次に別の浸漬槽に、１％濃度のアンモニア水を用意し、これに前記ＳＰＣＣ試験片を１分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の浸漬槽に、４５℃とした２％濃度の過マンガン酸カリと１％濃度の酢酸と０．５％濃度の水和酢酸ソーダを含む水溶液を用意し、これに前記ＳＰＣＣ試験片を５分間浸漬した後、これを水洗した。そして超音波発振端付きの水槽に、７分間浸漬してスマットを除き水洗した。水洗したＳＰＣＣ試験片を、８０℃に設定した温風乾燥機に１５分入れて乾燥させた。
市販の厚さ１．６ｍｍ及び３．２ｍｍのＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）を購入し、所望の種々の形状に切断したこの鋼片を試験片とした。このＳＰＣＣ試験片にショットブラスト機を使用して、白色アルミナ紛（ＷＡＦ１００）によりブラスト処理をして、接着面となるべき部分を粗面化した。この試験片を超音波発信端付きの浸漬槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％を含む水溶液を６０℃として用意し、前記ＳＰＣＣ試験片を５分浸漬した後、これを水洗した。次に別の浸漬槽に、６５℃とした１％濃度の１水素２弗化アンモンと１０％濃度の硫酸含む水溶液を用意し、これに前記ＳＰＣＣ試験片を１分浸漬した後、これを水洗した。次に別の浸漬槽に、１％濃度のアンモニア水を用意し、これに前記ＳＰＣＣ試験片を１分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の浸漬槽に、４５℃とした２％濃度の過マンガン酸カリと１％濃度の酢酸と０．５％濃度の水和酢酸ソーダを含む水溶液を用意し、これに前記ＳＰＣＣ試験片を５分間浸漬した後、これを水洗した。そして超音波発振端付きの水槽に、７分間浸漬してスマットを除き水洗した。水洗したＳＰＣＣ試験片を、８０℃に設定した温風乾燥機に１５分入れて乾燥させた。
【0088】
［実験例Ａ８－２］ＳＰＣＣの表面処理（最新ＮＡＴ処理）
市販の厚さ１．６ｍｍ及び３．２ｍｍのＳＰＣＣを購入し、所望の種々の形状に機械加工により切断してＳＰＣＣ鋼片を試験片とした。浸漬槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％を含む水溶液を６０℃とし、前記ＳＰＣＣ試験片を５分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、６５℃とした５％濃度の１水素２弗化アンモン水溶液を用意し、これに前記ＳＰＣＣ試験片を２５分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、１％濃度のアンモニア水を用意し、これに前記試験片を１分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４５℃とした２％濃度の過マンガン酸カリと、１％濃度の酢酸と、０．５％濃度の水和酢酸ソーダを含む水溶液を用意し、これに前記ＳＰＣＣ試験片を５分間浸漬した後、これを水洗した。そして超音波発振端付きの水槽に、７分間浸漬してスマットを除き水洗した。次に別の槽に、４０℃とした０．２％濃度のトリエタノールアミン含む水溶液を用意し、これに前記ＳＰＣＣ試験片を３０分間浸漬した後、これを水洗した。そして、これを８０℃に設定した温風乾燥機に１５分入れて乾燥させた。
市販の厚さ１．６ｍｍ及び３．２ｍｍのＳＰＣＣを購入し、所望の種々の形状に機械加工により切断してＳＰＣＣ鋼片を試験片とした。浸漬槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％を含む水溶液を６０℃とし、前記ＳＰＣＣ試験片を５分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、６５℃とした５％濃度の１水素２弗化アンモン水溶液を用意し、これに前記ＳＰＣＣ試験片を２５分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、１％濃度のアンモニア水を用意し、これに前記試験片を１分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４５℃とした２％濃度の過マンガン酸カリと、１％濃度の酢酸と、０．５％濃度の水和酢酸ソーダを含む水溶液を用意し、これに前記ＳＰＣＣ試験片を５分間浸漬した後、これを水洗した。そして超音波発振端付きの水槽に、７分間浸漬してスマットを除き水洗した。次に別の槽に、４０℃とした０．２％濃度のトリエタノールアミン含む水溶液を用意し、これに前記ＳＰＣＣ試験片を３０分間浸漬した後、これを水洗した。そして、これを８０℃に設定した温風乾燥機に１５分入れて乾燥させた。
【0089】
［実験例Ａ９－１］６４Ｔｉ合金の表面処理（新ＮＡＴ処理）
金属加工メーカーに依頼して作成した１５０ｍｍ×５０×３ｍｍ、及び、４５ｍｍ×１８ｍｍ×３ｍｍ、４５ｍｍ×１８ｍｍ×１．５ｍｍ、等の６４Ｔｉ合金片［元材は「ＫＳ６－４」（株式会社神戸製鋼所（本社：日本国兵庫県）製）］を用意した。その表面処理方法は、特許文献８等に記載の新ＮＡＴと称する処理方法、表面性状をそのまま適用したものであり、公知技術であるので処理方法は省略する。この表面処理後は、清浄なアルミ箔でまとめて包み保管した。
金属加工メーカーに依頼して作成した１５０ｍｍ×５０×３ｍｍ、及び、４５ｍｍ×１８ｍｍ×３ｍｍ、４５ｍｍ×１８ｍｍ×１．５ｍｍ、等の６４Ｔｉ合金片［元材は「ＫＳ６－４」（株式会社神戸製鋼所（本社：日本国兵庫県）製）］を用意した。その表面処理方法は、特許文献８等に記載の新ＮＡＴと称する処理方法、表面性状をそのまま適用したものであり、公知技術であるので処理方法は省略する。この表面処理後は、清浄なアルミ箔でまとめて包み保管した。
【0090】
［実験例Ａ９－２］６４Ｔｉ合金の表面処理（最新ＮＡＴ処理）
前記の実験例と同様に、６４Ｔｉ合金片を入手しこれを試験片とした。浸漬槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％を含む水溶液を６０℃とし、前記６４Ｔｉ合金片を５分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、６５℃とした５％濃度の１水素２弗化アンモン水溶液を用意し、これに前記６４Ｔｉ合金片を５分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、３％濃度の硝酸水溶液を用意し、これに前記６４Ｔｉ合金片である試験片を３分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、７０℃とした２％濃度の過マンガン酸カリと３％濃度の苛性カリを含む水溶液を用意し、これに前記６４Ｔｉ合金片を３０分間浸漬した後、これを水洗した。そして、更に新開発した調整薬を１５％含む５５℃とした水溶液に２０分浸漬した後、これを水洗した。そして、８０℃に設定した温風乾燥機に１５分入れて乾燥させた。
前記の実験例と同様に、６４Ｔｉ合金片を入手しこれを試験片とした。浸漬槽に、アルミ用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％を含む水溶液を６０℃とし、前記６４Ｔｉ合金片を５分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、６５℃とした５％濃度の１水素２弗化アンモン水溶液を用意し、これに前記６４Ｔｉ合金片を５分浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、３％濃度の硝酸水溶液を用意し、これに前記６４Ｔｉ合金片である試験片を３分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、７０℃とした２％濃度の過マンガン酸カリと３％濃度の苛性カリを含む水溶液を用意し、これに前記６４Ｔｉ合金片を３０分間浸漬した後、これを水洗した。そして、更に新開発した調整薬を１５％含む５５℃とした水溶液に２０分浸漬した後、これを水洗した。そして、８０℃に設定した温風乾燥機に１５分入れて乾燥させた。
【0091】
［実験例Ａ１０］Ｔｉ合金「ＫＳＴｉ－９」の表面処理（新ＮＡＴ処理）
耐熱チタン合金である１ｍｍ厚の「ＫＳＴｉ－９」（株式会社神戸製鋼所（本社：日本国兵庫県）製）板材を入手し、必要な大きさに裁断して用意した。その表面処理は、前述した実験例Ａ９と全く同一である。以上が本実験例で使用した各種金属片の表面処理方法である。次に、これらの金属片と接着するときのＣＦＲＰ材の表面処理方法について説明する。
耐熱チタン合金である１ｍｍ厚の「ＫＳＴｉ－９」（株式会社神戸製鋼所（本社：日本国兵庫県）製）板材を入手し、必要な大きさに裁断して用意した。その表面処理は、前述した実験例Ａ９と全く同一である。以上が本実験例で使用した各種金属片の表面処理方法である。次に、これらの金属片と接着するときのＣＦＲＰ材の表面処理方法について説明する。
【0092】
［実験例Ａ１１］ＣＦＲＰ材の表面処理
本実験で使用したＣＦＲＰ材は２種あり、一つはＣＦとして、引張り強度が約３ＧＰａのＣＦ（市販品）を使用した物であり、単方向型のプリプレグを、方向を揃えて重ねて硬化した４５ｍｍ×１５ｍｍ×３ｍｍ厚との物である。
本実験で使用したＣＦＲＰ材は２種あり、一つはＣＦとして、引張り強度が約３ＧＰａのＣＦ（市販品）を使用した物であり、単方向型のプリプレグを、方向を揃えて重ねて硬化した４５ｍｍ×１５ｍｍ×３ｍｍ厚との物である。
【0093】
もう一種類は、０．２ｍｍ厚のＣＦＲＰ単方向プリプレグ「Ｐ２２５Ｓ－２５」（東レ株式会社（本社：日本国東京都）製）を入手し、専門の加工企業に委託して、ＣＦ方向を揃えて厚さ３ｍｍの５００ｍｍ×５００ｍｍのＣＦＲＰ厚板材の作成を依頼し、厚板を作成した。この厚板の一部を４５ｍｍ×１５ｍｍの長辺にＣＦが平行となるＣＦＲＰ片に切断した。使用したＣＦは、「Ｔ８００ＳＣ」（東レ株式会社（本社：日本国東京都）製）であり、ＣＦ糸の引張り強度は約６ＧＰａである。何れも耐熱仕様のマトリックス樹脂が使用されている。
【0094】
接着剤接合のためのＣＦＲＰ材の表面の前処理は、＃６００のサンドペーパーで強く研磨して、一部のＣＦが剥き出しになる程度に研磨する。研磨後のＣＦＲＰ片は、超音波付きの脱脂槽（６０℃としたアルミ材用の脱脂材入り水槽）に浸漬してその付着汚れを分離した後、これをよく水洗した。この後、これを１００℃とした熱風乾燥機で１５分程度入れて乾燥した後、これを清浄なアルミ箔でまとめて包み保管した。
【0095】
［実験例Ａ１２］ＣＦＲＰ材とＡｌ合金薄板の接着一体化物の作成
ＣＦＲＰ片とＡｌ合金薄板の接着一体化物を、ＣＦＲＰプリプレグから一挙に作成する方法も実施した。即ち、予め０．７５ｍｍ厚のＡ５０５２Ａｌ合金薄板を９８ｍｍ×９８ｍｍに切断し、実験例Ａ３と全く同じ処理をした。その片面に１液性エポキシ接着剤「ＥＷ２０４０（スリーエム ジャパン株式会社（本社：日本国東京都）製）」を薄く塗り、その上にテフロンシートを押し付けて接着準備物とし保管した。この接着準備物とＣＦＲＰプリプレグ「Ｐ２２５Ｓ－２５」（東レ株式会社（本社：日本国東京都）製）の双方を使って１００ｍｍ×１００ｍｍＡ５０５２Ａｌ合金薄板付きの厚さ３．５ｍｍのＣＦＲＰ厚板形状物を作成した。この作成は減圧したオートクレーブ内で加熱して接着する方法であり、最高加熱条件として１５０℃×４０分とした。得られたＡ５０５２Ａｌ合金薄板付きのＣＦＲＰ厚板は、４５ｍｍ×１５ｍｍの長辺にＣＦが平行となる様にして切断した。
ＣＦＲＰ片とＡｌ合金薄板の接着一体化物を、ＣＦＲＰプリプレグから一挙に作成する方法も実施した。即ち、予め０．７５ｍｍ厚のＡ５０５２Ａｌ合金薄板を９８ｍｍ×９８ｍｍに切断し、実験例Ａ３と全く同じ処理をした。その片面に１液性エポキシ接着剤「ＥＷ２０４０（スリーエム ジャパン株式会社（本社：日本国東京都）製）」を薄く塗り、その上にテフロンシートを押し付けて接着準備物とし保管した。この接着準備物とＣＦＲＰプリプレグ「Ｐ２２５Ｓ－２５」（東レ株式会社（本社：日本国東京都）製）の双方を使って１００ｍｍ×１００ｍｍＡ５０５２Ａｌ合金薄板付きの厚さ３．５ｍｍのＣＦＲＰ厚板形状物を作成した。この作成は減圧したオートクレーブ内で加熱して接着する方法であり、最高加熱条件として１５０℃×４０分とした。得られたＡ５０５２Ａｌ合金薄板付きのＣＦＲＰ厚板は、４５ｍｍ×１５ｍｍの長辺にＣＦが平行となる様にして切断した。
【0096】
［実験例Ｂ］接着力の確認試験
［実験例Ｂ１］接着力（せん断接着強さ、引張り接着強さ）の測定
前記した［実験例Ａ１～Ａ１２］群の物と同処理を行った４５ｍｍ×１８ｍｍ×（３～６）ｍｍ厚の各種試験片を使用し、図１、図２形状の接着対とした。更に詳細言えば、図１（ａ）に示した試験片の形状では、これは引張り荷重をかけるために、試験片の形状が４５ｍｍ×１８ｍｍ×（４．５～６．０）ｍｍ厚となっている。しかし、Ａｌ合金材が柔らかいとき、特に、薄い純アルミニウム系アルミニウムＡｌ使用時は、６．０ｍｍ厚、その他は４．５ｍｍ厚で使用するようにした。このために１．５ｍｍ厚品を３枚重ねか４枚重ねに接着して、４．５ｍｍ厚か６．０ｍｍ厚にした物も多用したが、これを図１（ｂ）に示した形状物として示している。又、実験例Ａ１１以降に記載あるＣＦＲＰ片に関しては、ＣＦＲＰ片形状を４５ｍｍ×１５ｍｍ×３ｍｍ厚とした。これらはそのまま図１（ａ）に示す積層構造とした。
［実験例Ｂ１］接着力（せん断接着強さ、引張り接着強さ）の測定
前記した［実験例Ａ１～Ａ１２］群の物と同処理を行った４５ｍｍ×１８ｍｍ×（３～６）ｍｍ厚の各種試験片を使用し、図１、図２形状の接着対とした。更に詳細言えば、図１（ａ）に示した試験片の形状では、これは引張り荷重をかけるために、試験片の形状が４５ｍｍ×１８ｍｍ×（４．５～６．０）ｍｍ厚となっている。しかし、Ａｌ合金材が柔らかいとき、特に、薄い純アルミニウム系アルミニウムＡｌ使用時は、６．０ｍｍ厚、その他は４．５ｍｍ厚で使用するようにした。このために１．５ｍｍ厚品を３枚重ねか４枚重ねに接着して、４．５ｍｍ厚か６．０ｍｍ厚にした物も多用したが、これを図１（ｂ）に示した形状物として示している。又、実験例Ａ１１以降に記載あるＣＦＲＰ片に関しては、ＣＦＲＰ片形状を４５ｍｍ×１５ｍｍ×３ｍｍ厚とした。これらはそのまま図１（ａ）に示す積層構造とした。
【0097】
［試験片の作成手順］
以下、図１、図２に示した試験片の作成に関する具体的な接着法を説明する。本発明者が用いた多種の金属片の基本形状は、４５ｍｍ×１８ｍｍ×１．５ｍｍ厚が多く、ＣＦＲＰ片やＣＦＲＴＰ片は４５ｍｍ×１５ｍｍ×３ｍｍ厚とした。また、金属片で元材が圧延板の場合は、圧延方向を長方形の長辺の４５ｍｍの方向とし、その直角方向が１８ｍｍの幅方向となり、厚さは元材の圧延板の厚さ方向とした。それ故に、ＳＰＣＣ片だけが厚さ１．６ｍｍや３．２ｍｍ等と１．６ｍｍの整数倍厚さとなっている。これはこの厚さ品しか生産されていないからである。厚板や塊で元材が供給されるＡ６０６３アルミニウム合金や６４チタン合金では、そのような決め事はできず、金属加工の加工精度による。又、ＣＦＲＰ材は、束型ＣＦ入りのプリプレグ使用品で、かつＣＦ束の並び方向が皆揃っているＣＦＲＰについては、束並び方向線が４５ｍｍ長さの線とした。図１（ｂ）に示した形状の場合、多くの金属片の枚数を積層することになるので、前述した個々の全ての金属片を、所定の処理方法で表面処理した後に接着する。
以下、図１、図２に示した試験片の作成に関する具体的な接着法を説明する。本発明者が用いた多種の金属片の基本形状は、４５ｍｍ×１８ｍｍ×１．５ｍｍ厚が多く、ＣＦＲＰ片やＣＦＲＴＰ片は４５ｍｍ×１５ｍｍ×３ｍｍ厚とした。また、金属片で元材が圧延板の場合は、圧延方向を長方形の長辺の４５ｍｍの方向とし、その直角方向が１８ｍｍの幅方向となり、厚さは元材の圧延板の厚さ方向とした。それ故に、ＳＰＣＣ片だけが厚さ１．６ｍｍや３．２ｍｍ等と１．６ｍｍの整数倍厚さとなっている。これはこの厚さ品しか生産されていないからである。厚板や塊で元材が供給されるＡ６０６３アルミニウム合金や６４チタン合金では、そのような決め事はできず、金属加工の加工精度による。又、ＣＦＲＰ材は、束型ＣＦ入りのプリプレグ使用品で、かつＣＦ束の並び方向が皆揃っているＣＦＲＰについては、束並び方向線が４５ｍｍ長さの線とした。図１（ｂ）に示した形状の場合、多くの金属片の枚数を積層することになるので、前述した個々の全ての金属片を、所定の処理方法で表面処理した後に接着する。
【0098】
接着の前に下処理として、接着剤容器に、１液性エポキシ接着剤「ＥＷ２０４０」をごく少量とり、これに溶剤であるＭＩＢＫ（メチルイソブチルケトン）を加えて、ごく薄い溶液としておき、木製棒材の先端に容器からの接着剤を付着させて、これを化成処理された試験片である前記金属片の接着すべき個所に塗り付ける。そして、その試験片を５０℃セットの温風乾燥機内に２０分おいて溶剤を揮発させる。そしてその下塗り部に上記接着剤「ＥＷ２０４０」を塗り付ける。せん断破壊試験に関係しない積層された接着面は、このようなプライマー塗り操作は不要であって、試験片に直接に接着剤を全面に塗り、そして図１（ｂ）に示すように積層して、これを治具（文具用クリップ）で加圧固定して積層体とする。
【0099】
前記接着操作をしている間に、大型デシケータを５０℃セットの温風乾燥機内に置いて予熱しておく。このデシケータを取り出し、前記操作で作成した治具固定の積層体をそのままデシケータに入れる。そして、真空ポンプでデシケータ内の空気を抜き、５分ほど経ったら空気を入れるという減圧／加圧操作を２回以上繰り返してデシケータから出し、次は熱風乾燥機に入れて１７０℃×２０分間加熱し、硬化処理を済ませた後に固定治具を外す。硬化処理終えた試験片には、接着剤が接着面から溢れて硬化した部分が多々あり、これらをルータで削り取る操作をする。この機械加工は、機械加工の影響を少なくするために硬化処理した翌日に行い、そして引張試験機による「せん断接着強さ」、「せん断接着粘り性」の夫々の数値を測定した。「引っ張り強度」を測定する図２に示した試験片の作成方法は、上記の方法と同一である。
【0100】
以上の化成処理、接着方法により接着した同種の試験片を接着したものについて、測定したせん断接着強さの結果のデータの要部を表１に示す。表１で理解されるように、同種の金属片同士でのせん断接着強さは、概ね約６０ＭＰａであり、数値が低いものは軟質金属である純アルミニウム系アルミニウムであるＡ１０５０Ａｌ合金の約５４ＭＰａのみだった。一方、実験例Ａ１１で作成したＣＦＲＰ片同士の試験片では、ＣＦとして引張り強度３ＧＰａ付近の物を使用して作成したＣＦＲＰ片同士の試験片では、約６０ＭＰａが得られた。しかし、同じＣＦＲＰ片同士の試験片でも、ＣＦとして引張り強度６ＧＰａ付近の物を使用して作成した、ＣＦＲＰ片同士の試験片では約４０ＭＰａとなった。表１のデータは、接着面の処理は研磨等の機械的な表面処理ではなく、本発明者等が提唱する各種化成処理による接着法が接着強度には有効であることを示している。また、せん断接着強さよりも引張り接着強さ（後述する図２の試験片）強いことが判明した。この理由は、金属の圧延方向、即ち、後述する金属繊維の方向が接着強さに影響していることが理解される。
【表1】
【0101】
［実験例Ｂ２］表面処理済み各種金属材の引張り接着強さの測定
前記した実験例Ａ１～Ａ９と同処理を行った４５ｍｍ×１８ｍｍ×１．５ｍｍの各種金属片を使用して、図２形状の試験片とした。即ち、図２に示した試験片の形状では、金属片の端部形状が１８ｍｍ×１．５ｍｍなので、ＩＳＯ１９０９５でのせん断接合強度測定用の各種金属片が試験片の作成企業で製造され、市販されている。それ故にそれをそのままその試験片を転用した。
前記した実験例Ａ１～Ａ９と同処理を行った４５ｍｍ×１８ｍｍ×１．５ｍｍの各種金属片を使用して、図２形状の試験片とした。即ち、図２に示した試験片の形状では、金属片の端部形状が１８ｍｍ×１．５ｍｍなので、ＩＳＯ１９０９５でのせん断接合強度測定用の各種金属片が試験片の作成企業で製造され、市販されている。それ故にそれをそのままその試験片を転用した。
【0102】
この図２に示した試験片を使用した引張り接着強さの測定結果も表１に示した。前述したように、供給金属板のｙ－ｚ面を対象とする引張り接着強さが測定される。この引張り接着強さの実験結果によると、純アルミニウム系アルミニウムのＡ１０５０Ａｌだけが突出しており、約９５ＭＰａを記録している。実際の測定では約１００ＭＰａを示した試験対もあり、約９５ＭＰａは数個の平均値であり、実験のバラツキによる異常値ではない。推測であるが、金属を成形加工するときの圧延ロール加工等の延伸加工により、形成されＡｌ合金の金属結晶系形が関係している。晶系形が細長く繊維のようになることでｘ方向の引張強度が高く、これが引張り接着強さに関係していると考えられる。この推論の通りであれば、圧延加工品では、図２に示した試験片を使って引張り接着強さ値が高く出る処理法を開発しても、金属繊維の方向を考慮しない接着方法は、その処理品におけるせん断接着強さが大きくなるわけではない。逆に、鍛造加工により、一旦金属塊とした金属塊を機械加工して、板型小片にした物であれば、引張り接着強さ値と、せん断接着強さ値に比例関係らしきものがあると推定される。
【0103】
［実験例Ｂ３］金属板々面（ｘ－ｙ面）の「引張り接着強さ」の測定実験
表１示すように、例えば、実験例Ａｌのｙ－ｚ面の「引張り接着強さ」は、約９５ＭＰａと異常に高い。その理由は、上述したようにｘ－y面の接着面とは、金属繊維の方向が異なるためと推定される。表１に記録した純アルミニウム系アルミニウムであるＡｌ０５０の数値を解析し、この板面（板面：ｘ－ｙ面）での「引張り接着強さ」は、図２に示した試験片で測定した板断面（ｙ－ｚ面）基準の「引張り接着強さ」とは異なると予測される。圧延方向である板断面（ｘ－ｙ面）基準の「引張り接着強さ」の測定方法は、規格化された試験方法がないので、以下に説明する方法で試験片を作成し測定した。
表１示すように、例えば、実験例Ａｌのｙ－ｚ面の「引張り接着強さ」は、約９５ＭＰａと異常に高い。その理由は、上述したようにｘ－y面の接着面とは、金属繊維の方向が異なるためと推定される。表１に記録した純アルミニウム系アルミニウムであるＡｌ０５０の数値を解析し、この板面（板面：ｘ－ｙ面）での「引張り接着強さ」は、図２に示した試験片で測定した板断面（ｙ－ｚ面）基準の「引張り接着強さ」とは異なると予測される。圧延方向である板断面（ｘ－ｙ面）基準の「引張り接着強さ」の測定方法は、規格化された試験方法がないので、以下に説明する方法で試験片を作成し測定した。
【0104】
（１）板面（板面：ｘ－ｙ面）での「引張り接着強さ」の測定方法
図１６～図１８は、板面（ｘ－ｙ面（図２））での「引張り接着強さ」の測定をするために、その試験片の作成手順の概要を示す略図である。最初に、４５ｍｍ長さ×１８ｍｍ幅×１．５ｍｍ厚のＡ５０５２Ａｌ合金である６枚の板材を、一液性エポキシ接着剤で接着し積層した。これを加熱硬化させた後、図１６（下段）に示すように板厚方向に鋸刃で切断し、更にエンドミル加工で、１８ｍｍ幅×９ｍｍ長さ×１．５ｍｍ厚に機械加工した。これを図１７に示すように、この機械加工片と、肉厚と幅で同材である上記Ａ５０５２Ａｌ合金の二つの板材（４５ｍｍ長さ×１８ｍｍ幅×１．５ｍｍ厚）の端面に、上記と同じ接着剤で接着し、硬化後に余分な部分は切削した（図１７の下段）。
図１６～図１８は、板面（ｘ－ｙ面（図２））での「引張り接着強さ」の測定をするために、その試験片の作成手順の概要を示す略図である。最初に、４５ｍｍ長さ×１８ｍｍ幅×１．５ｍｍ厚のＡ５０５２Ａｌ合金である６枚の板材を、一液性エポキシ接着剤で接着し積層した。これを加熱硬化させた後、図１６（下段）に示すように板厚方向に鋸刃で切断し、更にエンドミル加工で、１８ｍｍ幅×９ｍｍ長さ×１．５ｍｍ厚に機械加工した。これを図１７に示すように、この機械加工片と、肉厚と幅で同材である上記Ａ５０５２Ａｌ合金の二つの板材（４５ｍｍ長さ×１８ｍｍ幅×１．５ｍｍ厚）の端面に、上記と同じ接着剤で接着し、硬化後に余分な部分は切削した（図１７の下段）。
【0105】
この接着した状態で、引張り負荷をかけてもどの接着面が破断するかは確定できないので、試験方法としては好ましくはない。そこで、図１８の下段に示すように、中央部分をエンドミルで円孤状に切削加工により切除した。そして上記積層した試験片の中で、中央部の接着面から破断するようにこの接着面の幅方向を最も狭くした（９ｍｍ幅×１．５ｍｍ厚）。この接着面の破断したときの負荷を、ｘ－ｙ面の引張り接着強さとした。この結果、ｘ－ｙ面の引張り接着強さは、同一材質の純アルミニウム系アルミニウムのＡ１０５０Ａｌで、同じ接着剤で同じ化成処理（ＮＡＴ）品のとき４６．０ＭＰａであり、ｙ－ｚ面の９５．０ＭＰａより低い（表１参照）。同様に、Ａ５０５２Ａｌで、５１．３ＭＰａであり、ｙ－ｚ面の７６．４ＭＰａより低い、６４Ｔｉ合金で４７．０ＭＰａであり、ｙ－ｚ面の７５．２ＭＰａより低い。
【0106】
本発明において、圧延して製造された金属片の板面の物性が、接着操作には重要である。ＮＡＴ処理において、図１に示した試験片の形状物を使用した、せん断接着強さをどうやって向上させるかが具体的なＮＡＴ処理法の改良研究になり、本発明も常温下６０ＭＰａ、１５０℃下３０ＭＰａを示す強力な接着力の確保が基礎にあり、本発明の開発に成功した。しかしながら、各種金属合金の表面処理法の改良研究は、そのせん断接着強さが約６０ＭＰａに近づくと限界となり停滞する。これは間違いなく上限値に近づくからである。それ故に、この最高値に近づいた後に使用する明快な指標がない。理論的に言えば、せん断接着強さは、多くの金属片でその板面にて測定しているから、その板面における引張り接着強さが測定できれば、「その数値がより高い方がより良い接着面部の構造になっている」と言える。それ故、せん断接着強さが６０ＭＰａに達したなら、次は、この部分の引張り接着強さを測定しつつ表面処理法を試行錯誤すればよいと判断した。これが上記した「実験例Ｂ３」の実施理由である。しかしながら、余りにも試験方法が難しく実験ミスも出易いので、本発明において、表面処理を試行錯誤しつつ改良を進めるための改良度評価法としては不適と判断した。
【0107】
［実験例Ｂ４］各種金属材の接着力（せん断接着粘り性値）の測定
前述した経緯から、更に、単純な引張り負荷ではなく、接着力測定が容易に測定でき、実際の機器に用いたときその負荷に近い接着力評価法を探索した。本発明者の出した結論であり、提唱する「せん断接着粘り性」の測定である。表２は、同一材質の金属材同士を接着したとき、図１に示した試験片で前述した「せん断接着粘り性」の測定結果である。即ち、既述したように、先に測定したせん断接着強さ値を参考にして、その約７５％の力量を３００回かけ、破断しなければ２ＭＰａほど力量を上げてそのまま３００回加え、それでも破断しなければこれを繰り返すものである。表２に示した結果で分かるように、ＮＡＴ処理品で全ての対象金属については測定し、ＮＡＴ５、ＮＡＴ７処理品についても「せん断接着粘り性」値を測定した。なお、実用的な判断としては、「せん断接着粘り性」は５０ＭＰａ以上が好ましい。
前述した経緯から、更に、単純な引張り負荷ではなく、接着力測定が容易に測定でき、実際の機器に用いたときその負荷に近い接着力評価法を探索した。本発明者の出した結論であり、提唱する「せん断接着粘り性」の測定である。表２は、同一材質の金属材同士を接着したとき、図１に示した試験片で前述した「せん断接着粘り性」の測定結果である。即ち、既述したように、先に測定したせん断接着強さ値を参考にして、その約７５％の力量を３００回かけ、破断しなければ２ＭＰａほど力量を上げてそのまま３００回加え、それでも破断しなければこれを繰り返すものである。表２に示した結果で分かるように、ＮＡＴ処理品で全ての対象金属については測定し、ＮＡＴ５、ＮＡＴ７処理品についても「せん断接着粘り性」値を測定した。なお、実用的な判断としては、「せん断接着粘り性」は５０ＭＰａ以上が好ましい。
【表2】
【0108】
［実験例Ｂ５］異種金属材同士の１液性エポキシ接着剤の接着力（せん断接着強さ）の測定
上述の実験例Ａ内に示したのと同じ化成処理を行った４５ｍｍ×１８ｍｍ×（４．５～６．０）ｍｍの金属片を、１液性エポキシ接着剤「ＥＷ２０４０」を使用して、異種金属片同士の試験片（図１に示す形状物）を１７０℃×２０分の硬化条件で作成した。その結果を表３に示した。前述したように、１液性エポキシ接着剤は、通常１５０～１８０℃、１５～３０分で硬化する。本発明の実験では、「ＥＷ２０４０」使用したとき、その硬化条件は全て１７０℃×２０分とした。それ故、硬化を終えて熱風乾燥機から出すと、直ちに放冷され１時間も放置すれば完全に常温に戻る。即ち、接着面は１７０℃下で固定され、常温に戻った後は、約１５０℃も環境温度は下げられたことになる。図１に示した試験片である形状物が、異種金属材同士の接着対であり、その異材間に大きな線膨張率差があれば、接着剤硬化層の一部、又は全破損が進むか、又は、接着状況は変わらぬものの、目視では不明瞭でも正確にはやや変形するはずである。試験片の変形に見合った内部応力が発生して、接着力がその分だけ低下しているはずである。何れにしてもそのまま引張り試験機でせん断接着強さを測定すれば数値は必ず低下する。もし、硬化後の接着対を－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃試験にかければ、より明確に悪化状況が分かるであろうと推定した。
上述の実験例Ａ内に示したのと同じ化成処理を行った４５ｍｍ×１８ｍｍ×（４．５～６．０）ｍｍの金属片を、１液性エポキシ接着剤「ＥＷ２０４０」を使用して、異種金属片同士の試験片（図１に示す形状物）を１７０℃×２０分の硬化条件で作成した。その結果を表３に示した。前述したように、１液性エポキシ接着剤は、通常１５０～１８０℃、１５～３０分で硬化する。本発明の実験では、「ＥＷ２０４０」使用したとき、その硬化条件は全て１７０℃×２０分とした。それ故、硬化を終えて熱風乾燥機から出すと、直ちに放冷され１時間も放置すれば完全に常温に戻る。即ち、接着面は１７０℃下で固定され、常温に戻った後は、約１５０℃も環境温度は下げられたことになる。図１に示した試験片である形状物が、異種金属材同士の接着対であり、その異材間に大きな線膨張率差があれば、接着剤硬化層の一部、又は全破損が進むか、又は、接着状況は変わらぬものの、目視では不明瞭でも正確にはやや変形するはずである。試験片の変形に見合った内部応力が発生して、接着力がその分だけ低下しているはずである。何れにしてもそのまま引張り試験機でせん断接着強さを測定すれば数値は必ず低下する。もし、硬化後の接着対を－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃試験にかければ、より明確に悪化状況が分かるであろうと推定した。
【0109】
この測定用接着対として４対を作成し、この２対は接着操作の翌日に接着力測定を行い、残り２対は－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃１００サイクル試験後に測定した。しかしながら、前者２対と後者２対で明確な差異はなかったので、表３には４対の平均値を記載した。その結果、一方がＡ１０５０ＡｌとＡ７０７５Ａｌと接着した異材同士の接着対では、せん断接着強さが５５～５７ＭＰａであり、線膨張率差が殆どないわけだから当然ながら接着力は全て高かつた。又、純アルミニウム系アルミニウムであるＡ１０５０アルミニウムと線膨張係数が大きく異なる異材質と接着したとき、約５５MＰａ以上と不思議なことであるが、温度衝撃試験の前後の物双方共に強い接着力の得られていることが分かる。このデータは、本発明では重要な意味を有し、本発明の原点である。
【0110】
一方、表３の下部の欄に示したが、線膨張率差が明確に大きく異なる高強度材同士の１液性エポキシ接着剤による接着物は、せん断接着強さが大きく低下する。硬化後の放冷で、接着剤硬化層の一部が破損したと推定される。図１に示す形状物である試験片での接着面積は、０．７ｃｍ２程度である。このような小面積でも、線膨張率差は大きく影響することが分る。要するに、表３のデータにおいて、せん断接着強さの低下が見られない明確な事実は、純アルミニウム系アルミニウムであるＡ１０５０、Ａ１０８５アルミニウムによる軟質金属の物性が生んだ現象である。
【表3】
【0111】
［実験例Ｂ６］多層金属接着物における各試験片間の接着力（せん断接着強さ）の測定
本発明の異材質構造材を含む積層された接合一体化物は、「Ａ」材と「Ｂ」材を両端部材とし、この「Ａ」材と「Ｂ」材の間に、前述した「Ｃ」材、「Ｄ」材を挟み込んだ４層又は５層に接着剤で積層された接合一体化物である。この接合一体化物は、接着面が３面又は４面がある。そこで、これらの各接着面においての実際の接着力（せん断接着強さ）は、どのようになっているかを実測せんとした。この４層又は５層の接着物の積層例は、図５（５層）、図６（４層）に示す。しかしながら、図５（５層）、及び図６（４層）に示す積層体のままでは、せん断接着強さ、温度衝撃強さは測定できない。５層の積層体と
して図７に示す試験片、４層の積層体として図８の試験片により得られた測定結果を表４に示した。
本発明の異材質構造材を含む積層された接合一体化物は、「Ａ」材と「Ｂ」材を両端部材とし、この「Ａ」材と「Ｂ」材の間に、前述した「Ｃ」材、「Ｄ」材を挟み込んだ４層又は５層に接着剤で積層された接合一体化物である。この接合一体化物は、接着面が３面又は４面がある。そこで、これらの各接着面においての実際の接着力（せん断接着強さ）は、どのようになっているかを実測せんとした。この４層又は５層の接着物の積層例は、図５（５層）、図６（４層）に示す。しかしながら、図５（５層）、及び図６（４層）に示す積層体のままでは、せん断接着強さ、温度衝撃強さは測定できない。５層の積層体と
して図７に示す試験片、４層の積層体として図８の試験片により得られた測定結果を表４に示した。
【0112】
表４には、９例の測定例を示したが、ここでは「Ａ」材、「Ｂ」材として、６４Ｔｉ合金、Ａ２０１７Ａｌ合金（ジュラルミン）、Ａ７０７５Ａｌ合金（超々ジュラルミン）、ＳＵＳ３０４鋼、ＣＦＲＰ片、等を使用した。又、Ｃ材として、Ａ５０５２Ａｌ合金０．７５ｍｍ薄板、Ａ６０６１Ａｌ合金０．５ｍｍ厚薄板、ＳＵＳ３０４の０．２８ｍｍ薄板、を使用し、「Ｄ」材としてＡ１０５０Ａｌが１．５ｍｍ板を使用した。各接着部のせん断接着強さ（表4の／／の部分）は、５５～５８ＭＰａと高く、同じ試験片を－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃千サイクル試験に投入後のせん断接着強さの差も少なく、温度衝撃試験後も、接着部の接着強度上問題ないものであった。このデータは、図７及び図８の接着例から理解されるように、純アルミニウム系アルミニウムであるＡ１０５０Ａｌと接着する接着部分が接着面積も狭く最も弱い。従って、この試験により、少なくともＡ１０５０Ａｌと接着される部材と接着される部分のせん断接着強さ、温度衝撃強さのデータは得られた。
【表4】
【0113】
［実験例Ｂ７］図１に示す形状の１液性エポキシ接着剤の試験片の耐湿熱性試験の実験
前述した表４のデータは、高温、高湿度の環境下での試験データではない。本発明は、「Ａ」材と「Ｂ」材の間に、「Ｃ」材、「Ｄ」材を挟み込んだ３層、４層、又は５層の積層された接着物である。この接着物でまず必要なことは、「Ｃ」材、「Ｄ」材共に、自動車等の構造材として使用されたとき、厳しい環境下において、その接着面の接着力が強度的に耐えうるか否かである。具体的には前述した温度衝撃試験で問題がないとしても、高湿度環境下での試験も必要である。一般的な高湿度試験では、温度５０℃、湿度９５％の湿度試験であるが、本実験では、これを加速させて、温度８５℃、湿度８５％の高温高湿試験機に、千時間晒す試験を実施した。但し、アルミニウム合金は、その表面に薄い水酸化物（錆）が発生し色調が変化し、かつ、試験中に試験機扉を開け閉めする時に水滴が付着すると錆がでる。そこで、試験片を試験機に投入前に、本実験では一般的に市販されているエンジンオイル（１０Ｗ－３０）を塗布した後、これを試験機に投入した。試料は、表５に示すように、「Ｃ」材、「Ｄ」材で使用するＡ１０８５Ａｌ、Ａ１０５０Ａｌ、Ａ６０６１Ａｌ合金、及びＳＵＳ３０４であるが、参考に「Ａ」材、「Ｂ」材として使用する可能性が高い、６４チタン合金も試験をした。接着剤は、前述した「ＥＷ２０４０」である。その結果を表５に示した。この表５に示すデータは、純アルミニウム系アルミニウムは、対湿熱試験にかけてもせん断接着強さは低下していないが、他の素材は低下した。
前述した表４のデータは、高温、高湿度の環境下での試験データではない。本発明は、「Ａ」材と「Ｂ」材の間に、「Ｃ」材、「Ｄ」材を挟み込んだ３層、４層、又は５層の積層された接着物である。この接着物でまず必要なことは、「Ｃ」材、「Ｄ」材共に、自動車等の構造材として使用されたとき、厳しい環境下において、その接着面の接着力が強度的に耐えうるか否かである。具体的には前述した温度衝撃試験で問題がないとしても、高湿度環境下での試験も必要である。一般的な高湿度試験では、温度５０℃、湿度９５％の湿度試験であるが、本実験では、これを加速させて、温度８５℃、湿度８５％の高温高湿試験機に、千時間晒す試験を実施した。但し、アルミニウム合金は、その表面に薄い水酸化物（錆）が発生し色調が変化し、かつ、試験中に試験機扉を開け閉めする時に水滴が付着すると錆がでる。そこで、試験片を試験機に投入前に、本実験では一般的に市販されているエンジンオイル（１０Ｗ－３０）を塗布した後、これを試験機に投入した。試料は、表５に示すように、「Ｃ」材、「Ｄ」材で使用するＡ１０８５Ａｌ、Ａ１０５０Ａｌ、Ａ６０６１Ａｌ合金、及びＳＵＳ３０４であるが、参考に「Ａ」材、「Ｂ」材として使用する可能性が高い、６４チタン合金も試験をした。接着剤は、前述した「ＥＷ２０４０」である。その結果を表５に示した。この表５に示すデータは、純アルミニウム系アルミニウムは、対湿熱試験にかけてもせん断接着強さは低下していないが、他の素材は低下した。
【表5】
【0114】
即ち、表５の結果から見て、８５℃８５％湿度の千時間の高温高湿下に置かれる経過を受けて、その接着力は純アルミニウム系アルミニウム（日本工業規格の１０００番台）を除いて、せん断接着強さで約４５ＭＰａ付近に低下した。その結果から、この理由は、接着剤硬化物（エポキシ樹脂硬化物）が長期の高温高湿下で水分子を吸湿し、やや軟化によるものと判断した。純アルミニウム系アルミニウムで、接着力低下が僅かに収まったのは、吸湿し軟化した接着剤硬化物と、純アルミニウム系アルミニウムの硬度が近づき応力が分散されたためと理解した。即ち、接着剤との間で硬度差が大きいＡ６０６１Ａl合金、ＳＵＳ３０４等の場合、金属と接着剤の硬度差が大きくなり、応力集中により破断し易くなったものと解された。
【0115】
それ故に、この吸湿した接着対を温度８０℃で９２時間加熱し、次に１７０℃×１時間の熱風乾燥をして、狭い接着剤硬化層内に落ち着いていた水分子を追い出せたと判断した。この８５℃８５％湿度の千時間の高温高湿試験は、実際の環境ではあり得ない厳しい条件に置く加速試験であり、問題は接着対から水分を除いて不可逆な問題がどれだけ残るかを知ることだった。それ故に、上記のような乾燥工程を実施した。最初に、８０℃で長時間加熱したのは当初から１５０℃以上の高温下に置くと、十分に吸水した接着剤硬化物から蒸気が噴出して、その接着剤硬化物構造を壊すことを防いだのである。そして過半の水分子を除いた後に１５０℃以上で加熱してほぼ完全に吸湿物を追い出したと考えた。
【0116】
表５の結果から分かることは、厳しい吸湿条件を経た１液性エポキシ接着剤「ＥＷ２０４０」硬化物による、同種金属片同士の接着対は、ＮＡＴ処理６４Ｔｉを除いて、全て５３～５５ＭＰａであり、本発明者は好結果だと判断した。要するに、自動車等の地上を移動する移動機械が晒される地球上の環境湿度条件は、最大で概ね４０℃で百％湿度であり、又、世界で最も多雨のインド北東部でも気温は２５～３０℃である。それ故に、表５に示す６４チタン合金で、せん断接着強さの低下がやや大きく４３ＭＰａである。しかしながらチタン材については、本発明で言う「Ａ」材と「Ｂ」材に使われるので、「Ｃ」材として使用する薄板材のチタン材に対する接着力が弱いときは、接着面積を増加させることでカバーできる。逆に言えば、「Ｃ」材と「Ｄ」材の接着性能が、この高湿度環境での加速試験で、接着力の不可逆的な低下がみられなければ、本発明が実用面で厄介な大問題を抱えなくて済むことになる。その意味で、「Ｃ」材として使用できるＡ６０６１アルミニウム合金、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼、そして「Ｄ」材として使用できるＡ１０５０、Ａ１０８５アルミニウムに関して、同じ金属種同士の接着ではあるが、高温高湿下で強い接着強度が得られることが判明した。
【0117】
［実験例Ｂ８］６４Ｔｉ／純アルミニウム系アルミニウムＡｌの面接着物（予備試験１）
以上の実験の考察から、「Ｄ」材として純アルミニウム系アルミニウムが、積層体としての有効性を確認するために、一液性エポキシ加熱硬化型接着剤によるＴｉ合金と純アルミアルニウム系アルミニウムとの接着強度を測定した。４５ｍｍ×１８ｍｍ×３ｍｍ厚の６４Ｔｉ合金の［実験例Ａ９－１］に記載の新ＮＡＴ処理物と、４５ｍｍ×１８ｍｍ×１．５ｍｍ厚のＡ１０８０Ａｌ板の［実験例Ａ１－１］に記載のＮＡＴ処理物を、一液性エポキシ加熱硬化型接着剤である「ＥＷ２０４０」でＮＡＴ接着法により面接着した。次に、４５ｍｍ×１８ｍｍ×３ｍｍ厚の６４Ｔｉ合金の上記と同様の表面処理物と、４５ｍｍ×１８ｍｍ×１．５ｍｍ厚のＡ１０５０Ａｌ板のＮＡＴ処理物を、前述の「ＥＷ２０４０」でＮＭＴ接着法により面接着した。
以上の実験の考察から、「Ｄ」材として純アルミニウム系アルミニウムが、積層体としての有効性を確認するために、一液性エポキシ加熱硬化型接着剤によるＴｉ合金と純アルミアルニウム系アルミニウムとの接着強度を測定した。４５ｍｍ×１８ｍｍ×３ｍｍ厚の６４Ｔｉ合金の［実験例Ａ９－１］に記載の新ＮＡＴ処理物と、４５ｍｍ×１８ｍｍ×１．５ｍｍ厚のＡ１０８０Ａｌ板の［実験例Ａ１－１］に記載のＮＡＴ処理物を、一液性エポキシ加熱硬化型接着剤である「ＥＷ２０４０」でＮＡＴ接着法により面接着した。次に、４５ｍｍ×１８ｍｍ×３ｍｍ厚の６４Ｔｉ合金の上記と同様の表面処理物と、４５ｍｍ×１８ｍｍ×１．５ｍｍ厚のＡ１０５０Ａｌ板のＮＡＴ処理物を、前述の「ＥＷ２０４０」でＮＭＴ接着法により面接着した。
【0118】
更に、４５ｍｍ×１８ｍｍ×３ｍｍ厚の６４Ｔｉ合金の前述した同じ表面処理物と、４５ｍｍ×１８ｍｍ×１．５ｍｍ厚のＡ１１００Ａｌ板のＮＡＴ処理物を、前述した「ＥＷ２０４０」にて、ＮＭＴ接着法により面接着した。要するに、６４Ｔｉ厚板に対し、Ａ１０８０、Ａ１０５０、Ａ１１００というＡｌ板を、同様の方法で接着面積４５ｍｍ×１８ｍｍの８．１ｃｍ２で面接着した。各３個単位で合計９個作成し、これら接着物を、－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃サイクル試験機に投入して、千サイクルの負荷をかけた。この負荷試験により、６４Ｔｉ／Ａ１１００Ａｌの接着物は、３個共に面破断しており、他の６個には異常が見つからなかった。それ故に、温度衝撃試験を続け、２千サイクル時に取り出すと、６４Ｔｉ／Ａ１０５０Ａｌの接着物は、その４隅の１カ所か２か所に、小さい剥がれらしき様相が非破壊検査機で２個とも観察され、６４Ｔｉ／Ａ１０８０Ａｌの試験片は、３個共に剥がれは観察されなかった。
【0119】
この実験により、軟質のＡｌであっても最も軟質なＡ１０８０はともかく、Ａ１０５０ＡｌではＴｉ材との接着面で僅かだが明確に問題を生じた。前述した表２によると、実験例ＡｌのＡ１０５０（ＮＡＴ処理品）での試験片における「せん断接着粘り性」値は、本実験で想定する許容せん断粘り性の値として、５０．５ＭＰａとギリギリレベルであり、［実験例Ａ９－1］の６４Ｔｉ（新型ＮＡＴ処理品）での「せん断接着粘り性」値は、４５．８ＭＰａと明らかに低い。この実験開始時には、[実験例Ａ９－１]の６４Ｔｉ合金（最新型ＮＡＴ処理品）は未だ見つかっていなかったのである。それ故に、この結果を受けて、［実験例Ａ１０］のＴｉ合金である前述の「ＫＳＴｉ－９」の新型ＮＡＴ処理品を作り、これで４５ｍｍ×１８ｍｍ×１ｍｍ厚板を３枚重ね接着したＴｉ合金「ＫＳＴｉ－９」の新型ＮＡＴ処理物と、４５ｍｍ×１８ｍｍ×１．５ｍｍ厚のＡ１０５０Ａｌ板のＮＡＴ処理物を、前述の「ＥＷ２０４０」にてＮＡＴ接着した物を２枚作った。使用した「ＫＳＴｉ－９」は、表２に記録したように「せん断接着粘り性」値が５６．５ＭＰａと非常に高く、仮に、６４ＴｉとＡｌ０５０Ａｌの間の接着力不足により、温度衝撃２千サイクル付近で端部剥がれを生じさせたのであれば、被接着力の弱い方のＴｉ材を置き換えれば良いと考えたからである。温度衝撃３千サイクル試験にかけた結果、全く支障なく端部剥がれは生じなかった。
【0120】
［実験例Ｂ９］Ａ１０５０板挟んだ純アルミニウム系アルミニウムＡｌとＴｉ合金の試験片（予備試験２）
図４に示す形状の３層型接着物を作成した。４５ｍｍ×１８ｍｍ×３ｍｍ厚の６４Ｔｉ合金の新型ＮＡＴ処理物と４５ｍｍ×１８ｍｍ×１．５ｍｍ厚のＡ１０５０ＡｌのＮＡＴ処理物と４５ｍｍ×１８ｍｍ×３ｍｍ厚のＡ７０７５Ａｌ合金のＮＡＴ処理物を「ＥＷ２０４０」にて、ＮＡＴ接着法で面接着した。３層型とは言うが、正確には本実験では、全て１．５ｍｍ厚の金属片を使用し、６４Ｔｉ合金は２枚重ね、Ａ７０７５Ａｌ合金も２枚重ねの積層接着物であり、全体は５枚重ねの面接着物となった。同じ物を２個作成し、これを‐５０℃／＋１５０℃の温度衝撃３千サイクル試験にかけた。
図４に示す形状の３層型接着物を作成した。４５ｍｍ×１８ｍｍ×３ｍｍ厚の６４Ｔｉ合金の新型ＮＡＴ処理物と４５ｍｍ×１８ｍｍ×１．５ｍｍ厚のＡ１０５０ＡｌのＮＡＴ処理物と４５ｍｍ×１８ｍｍ×３ｍｍ厚のＡ７０７５Ａｌ合金のＮＡＴ処理物を「ＥＷ２０４０」にて、ＮＡＴ接着法で面接着した。３層型とは言うが、正確には本実験では、全て１．５ｍｍ厚の金属片を使用し、６４Ｔｉ合金は２枚重ね、Ａ７０７５Ａｌ合金も２枚重ねの積層接着物であり、全体は５枚重ねの面接着物となった。同じ物を２個作成し、これを‐５０℃／＋１５０℃の温度衝撃３千サイクル試験にかけた。
【0121】
試験機から出した接着物は目視観察では何処にも支障がなかった。前述の実験結果から、６４Ｔｉ合金部とＡ１０５０Ａｌ板の間の４隅部に剥がれがある可能性が十分にあり、この点は非破壊検査機にて調べた。その結果、この４隅部の１カ所に剥がれのシグナルが得られた。そして、その他の部分には全く剥がれの信号は検出できなかった。結果的に、この試験結果は実験Ｂ８と同じ結果を示したに過ぎなかった。
【0122】
［実験例Ｂ１０］Ａｌ合金とＴｉ合金の間にＡ５０５２Ａｌ合金薄板とＡ１０５０Ａｌ板を挟み込んだ試験片（本試験１）
図５に示す接合一体化物は、５材、５層からなる積層体である。図６に示す接合一体化物は、４材、４層からなる積層体である。図５に示す接合一体化物は、４５ｍｍ×１８ｍｍ×３ｍｍ厚の６４Ｔｉ合金（Ａ材）の最新型ＮＡＴ処理物、４５ｍｍ×１８ｍｍ×０．７５ｍｍ厚のＡ５０５２Ａｌ合金薄板（Ｃ材）のＮＡＴ７処理物、４５ｍｍ×１８ｍｍ×１．５ｍｍ厚のＡ１０５０Ａｌ（Ｄ材）のＮＡＴ処理物、４５ｍｍ×１８ｍｍ×０．７５ｍｍ厚のＡ５０５２Ａｌ合金（Ｃ材）薄板のＮＡＴ７処理物、及び、４５ｍｍ×１８ｍｍ×３ｍｍ厚のＡ２０１７Ａｌ合金（Ｂ材）のＮＡＴ７処理物を、前述した接着剤「ＥＷ２０４０」により積層した全５層型の接着物を作成した。
図５に示す接合一体化物は、５材、５層からなる積層体である。図６に示す接合一体化物は、４材、４層からなる積層体である。図５に示す接合一体化物は、４５ｍｍ×１８ｍｍ×３ｍｍ厚の６４Ｔｉ合金（Ａ材）の最新型ＮＡＴ処理物、４５ｍｍ×１８ｍｍ×０．７５ｍｍ厚のＡ５０５２Ａｌ合金薄板（Ｃ材）のＮＡＴ７処理物、４５ｍｍ×１８ｍｍ×１．５ｍｍ厚のＡ１０５０Ａｌ（Ｄ材）のＮＡＴ処理物、４５ｍｍ×１８ｍｍ×０．７５ｍｍ厚のＡ５０５２Ａｌ合金（Ｃ材）薄板のＮＡＴ７処理物、及び、４５ｍｍ×１８ｍｍ×３ｍｍ厚のＡ２０１７Ａｌ合金（Ｂ材）のＮＡＴ７処理物を、前述した接着剤「ＥＷ２０４０」により積層した全５層型の接着物を作成した。
【0123】
図６に示した接合一体化物は、図５に示した積層体の簡略形であり、４材、４層からなる積層体である。この積層体は、４５ｍｍ×１８ｍｍ×３ｍｍ厚の６４Ｔｉ合金（Ａ材）の最新型ＮＡＴ処理物、４５ｍｍ×１８ｍｍ×０．７５ｍｍ厚のＡ５０５２Ａｌ（Ｃ材）合金薄板の表面処理物、４５ｍｍ×１８ｍｍ×１．５ｍｍ厚のＡ１０５０Ａｌ（Ｄ材）の表面処理物、及び４５ｍｍ×１８ｍｍ×３ｍｍ厚のＡ２０１７Ａｌ合金（Ｂ材）の表面処理物の積層体であり、前述した接着剤「ＥＷ２０４０」による全４層型の接着物である。
【0124】
予備的な実験例での温度衝撃試験結果を検討し、これらの積層複合体により、本実験例では６４Ｔｉ合金とＡ１０５０Ａｌの間に、Ａ５０５２Ａｌ合金薄板を挿入（介在）しても何ら支障がないことを確認した。６４Ｔｉ合金とＡ５０５２Ａｌ合金薄板とが接着すると、「Ｃ」材のＡ５０５２Ａｌ合金薄板は、温度衝撃試験からの加熱、又は冷却を受けて、６４Ｔｉ合金厚板の肉厚が厚く剛性が大きいので、６４Ｔｉ合金厚板が伸縮に追従して伸縮する。従って、せん断破断的な内部応力が発生するのは、「Ｃ」材のＡ５０５２Ａｌ合金の薄板が伸縮に応じて、剛性が低く軟質のためにこれに追従する「Ｄ」材のＡ１０５０Ａｌの間である。ここでの内部応力がＡ５０５２とＡ１０５０間の接着力を越えると、破断が生じるが、理論的には双方共に自らの試験片におけるせん断接着粘り性が強いこと、そして内部応力がＡ１０５０Ａｌ内の弾性的変形と塑性的変形（比喩的）の双方によって小さくなっていることである。この実験時点では、Ａ１０５０はＮＡＴ処理物を使用し、Ａ５０５２Ａｌ合金薄板はＮＡＴ７処理品を使用しているので、両者間の接着力は十分に高いはずである。
【0125】
［実験例Ｂ１１］高強度材厚板と薄板材との接着力を測定する
次に、構造用金属製の薄板材とチタン合金材とのせん断接着強さを計測した。これは、チタン合金材の線膨張率が０．８×１０－５Ｋ－１と金属中では最も小さく、他の構造用金属材はＳＵＳ３０４でも１．７×１０－５Ｋ－１程度、ジュラルミン含むアルミニウム合金は全て２．３×１０－５Ｋ－１程度なので、これらの金属片とチタン材片とを１液性エポキシ接着剤で接着すると、通常は高いせん断接着強さは得られぬ。これは１液性エポキシ接着剤の硬化条件が１５０～１８０℃と高いからである。硬化後の放冷で常温下になると接着剤硬化層の一部が壊れるからである。唯一接着剤硬化物が破壊されず強い接着状態が得られ保たれるのは、チタン材に接着する金属素材を薄板にして剛性を低くする以外ない。ただし、どの程度の薄板が使用可能か、又、耐力と縦弾性係数がどの程度までの金属材が使用できるのか、を知るには実際に接着対を作成し、そのせん断接着強さを測定して決めるべきである。図１５は、この試験のための試験片の作り方を示す説明図である。薄板材は剛性がないので、せん断試験にかけても曲げ変形するので、これを補強するために厚板材の部材を接着する（図１５の下段）。なお、一般に金属片の厚さを４～６ｍｍにはしないと、せん断破断前に薄板材側が変形し、変形による応力集中で剥がれが起きて早く破断する。又は、薄板での引き千切れ破断が起きる。チタン合金材と、ＳＵＳ又はアルミニウム合金とを接着したときのせん断接着強さ、せん断接着粘り性の測定結果を表６に示す。
次に、構造用金属製の薄板材とチタン合金材とのせん断接着強さを計測した。これは、チタン合金材の線膨張率が０．８×１０－５Ｋ－１と金属中では最も小さく、他の構造用金属材はＳＵＳ３０４でも１．７×１０－５Ｋ－１程度、ジュラルミン含むアルミニウム合金は全て２．３×１０－５Ｋ－１程度なので、これらの金属片とチタン材片とを１液性エポキシ接着剤で接着すると、通常は高いせん断接着強さは得られぬ。これは１液性エポキシ接着剤の硬化条件が１５０～１８０℃と高いからである。硬化後の放冷で常温下になると接着剤硬化層の一部が壊れるからである。唯一接着剤硬化物が破壊されず強い接着状態が得られ保たれるのは、チタン材に接着する金属素材を薄板にして剛性を低くする以外ない。ただし、どの程度の薄板が使用可能か、又、耐力と縦弾性係数がどの程度までの金属材が使用できるのか、を知るには実際に接着対を作成し、そのせん断接着強さを測定して決めるべきである。図１５は、この試験のための試験片の作り方を示す説明図である。薄板材は剛性がないので、せん断試験にかけても曲げ変形するので、これを補強するために厚板材の部材を接着する（図１５の下段）。なお、一般に金属片の厚さを４～６ｍｍにはしないと、せん断破断前に薄板材側が変形し、変形による応力集中で剥がれが起きて早く破断する。又は、薄板での引き千切れ破断が起きる。チタン合金材と、ＳＵＳ又はアルミニウム合金とを接着したときのせん断接着強さ、せん断接着粘り性の測定結果を表６に示す。
【0126】
表６に記載のせん断接着強さ、せん断接着粘り性値から見て、０．２８ｍｍ厚のＳＵＳ３０４鋼薄板は、「Ｃ」材として使用可能と判断される。又、Ａ５０５２アルミニウム合金は０．７５ｍｍ厚以下であれば使用可能であるが、より薄くした０．５ｍｍ厚では、強いせん断方向の外力が負荷された場合に、破断してしまい構造材、増幅材の役目が果たせなく場合があることを示している。次に０．５ｍｍ厚Ａ６０６１アルミニウム合金は「Ｃ」材として全く問題がないと判断される。この実験で更に言えることは、「Ａ」材にＣＦＲＰ材やＣＦＲＴＰ材が使用される場合には、「Ａ」材と「Ｃ」材間の線膨張率差が、この実験シリーズより更に大きくなることである。「Ｃ」材がアルミニウム合金の場合、「Ａ」材がチタン材の場合の線膨張率差は１．５×１０－５Ｋ－１に対して、「Ａ」材が例えばＣＦＲＰ材の場合には２．２×１０－５Ｋ－１となり、その差異が５割増しになる。表６に示すデータでは、「Ａ」材のチタン合金と「Ｂ」材の高強度Ａｌ合金との接着においては、最も従順に「Ａ」材に追従しうる「Ｃ」材としては、０．７５ｍｍ厚のＡｌ合金が好ましいことが判明した。
【0127】
しかしながら、「Ａ」材としてＣＦＲＰ材を使い、「Ｂ」材として高強度Ａｌ合金を使う接着した接着一体物おいて、「Ｃ」材に０．７５ｍｍ厚のＡｌ合金が使用可能かは疑問になる。即ち、仮に、線膨張率差が５割増しになるなら、「Ｃ」材の厚さは、１／１．５の０．５ｍｍ厚にすべきだという意味である。この考えに従えば、「Ｃ」材として使用できるのは、０．５ｍｍ厚でも引き千切り現象が生じない耐力を有するアルミニウム合金であり、それはＡ５０５２ではなく、少なくともＡ５０８３、又は、Ａ６０６１Ａｌ合金以上の高耐力を有するアルミニウム合金である。即ち、表６に示したデータでは、０．５ｍｍ厚のＡ６０６１Ａｌ合金が、この性能要求に耐えうると判断される。同様の考えで、ＳＵＳ３０４鋼薄板について推察すると、先ずは対Ｔｉ合金に関して０．２８ｍｍ厚の薄板が使えるが、これを対ＣＦＲＰ材への接着とすると、厚さを１／１．５の１．８～１．９ｍｍ厚にすべきとなる。ただ、この厚さのＳＵＳ３０４薄板の入手は、市場ではやや困難であり、かつ、ＳＵＳ３０４鋼での化成処理であるＮＡＴ型処理で、厚さが両面で０．０２ｍｍ程度は減少するので、鋼材自身の化学安定性も特に信頼性の高いものが必要になる。本発明者は、これらの実験結果から「Ｃ」材の標準使用物としては、０．５ｍｍ厚のＡ６０６１Ａｌ合金を選ぶべきと考えられる。
【0128】
【表6】
【0129】
［実験例Ｂ１２］ＣＦＲＰ片とジュラルミン材の間にＡ６０６１薄板とＡ１０５０軟質金属材含む全接着構造物の作成と温度衝撃試験（本試験２）
前述した表６のデータで理解されるように、「Ｃ」材として０．５ｍｍ厚のＡ６０６１アルミニウム合金が最も対応性あるものらしいことが判明した。この「Ｃ」材に接着される「Ｄ」材として、少なくとも１．５ｍｍ厚のＡ１０５０アルミニウムが使用可能とみられる。この考察を実際の接合一体化物で確認するために、図１０に示すような、ＣＦＲＰ（Ａ材）、アルミニウム合金（Ｃ材）、純アルミニウム系アルミニウム（Ｄ材）、及びアルミニウム合金（Ｂ材）の４材を積層した接合一体化物を作成した。そこで「Ａ」材としてＣＦＲＰ厚板、「Ｂ」材としてＡ２０１７アルミニウム合金厚板を使用した全接着構造物を作成し、そして、この積層した接合一体化物を、－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃３千サイクル試験で試験した。
前述した表６のデータで理解されるように、「Ｃ」材として０．５ｍｍ厚のＡ６０６１アルミニウム合金が最も対応性あるものらしいことが判明した。この「Ｃ」材に接着される「Ｄ」材として、少なくとも１．５ｍｍ厚のＡ１０５０アルミニウムが使用可能とみられる。この考察を実際の接合一体化物で確認するために、図１０に示すような、ＣＦＲＰ（Ａ材）、アルミニウム合金（Ｃ材）、純アルミニウム系アルミニウム（Ｄ材）、及びアルミニウム合金（Ｂ材）の４材を積層した接合一体化物を作成した。そこで「Ａ」材としてＣＦＲＰ厚板、「Ｂ」材としてＡ２０１７アルミニウム合金厚板を使用した全接着構造物を作成し、そして、この積層した接合一体化物を、－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃３千サイクル試験で試験した。
【0130】
但し、「Ａ」材であるＣＦＲＰ材と「Ｃ」材の間の接着に、接着ミスが生じないように、全体の接着構造物の作成方法は以下のようにした。即ち、９０ｍｍ×１８ｍｍ×３ｍｍ厚のＣＦＲＰ片（「Ａ」材）に、４５ｍｍ×１８ｍｍ×０．５ｍｍ厚のＡ６０６１Ａｌ合金薄板（「Ｃ」材）がエポキシ接着剤で接着して、複合板材であるＣＦＲＰ材とＡ６０６１Ａｌ合金薄板の接合一体化物を作成した。その製作手法は、予め０．５ｍｍ厚のＡ６０６１合金薄板を上記矩形形状に切断し、これをＮＡＴ７処理した上で、その片面に前述した１液性エポキシ接着剤「ＥＷ２０４０」を薄く塗った。この塗った面上に、テフロンシートを押し付けて、更にポリエチ袋に入れて密閉し、５℃冷蔵庫に入れさせて接着準備物として保管した。この接着準備物と、ＣＦＲＰプリプレグである「Ｐ２２５Ｓ－２５」（東レ株式会社（本社：日本国東京都）製）の双方を使って４５ｍｍ×１８ｍｍのＡ５０５２Ａｌ合金薄板付きの９０ｍｍ×１８ｍｍ×３ｍｍ厚のＣＦＲＰ厚板形状物が出来るように加工専門企業に作成を委託した。この作成はオートクレーブ法であり、加熱条件として１５０℃×４０分とするよう指定して加熱した。
【0131】
こうして得られたＡ６０６１アルミニウム合金薄板付きのＣＦＲＰ厚板は、Ａ６０６１合金薄板の露出部がこれら作業で汚れている可能性があるので、＃６００のサンドペーパーで研磨して金属光沢を得た後、ＣＦＲＰ板を接着させた状態で、ＣＦＲＰが接着されていない表面にＮＡＴ処理を行った。この液処理後、Ａ６０６１合金薄板付きのＣＦＲＰ厚板材は、次工程用として用意しておいた。他にＮＡＴ処理した４５ｍｍ×１５ｍｍ×１．５ｍｍ厚のＡ１０５０Ａｌ合金、及び、ＮＡＴ７処理した４５ｍｍ×１８ｍｍ×３ｍｍ厚のＡ２０１７Ａｌ合金を用意して、これらと共に１液性エポキシ接着剤「ＥＷ２０４０」を使用して３つの材料をＮＡＴ接着（染み込まし処理付きの接着操作をこのように称する。）法で面接着し、最終的には図１０に示す形状とした。この図１０に示す接合一体化物を－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃３千サイクル試験に投入した。その結果、どの接着面にも異状は生じていなかった。
【0132】
［実験例Ｂ１３］大型の全接着構造物の作成
前述した本発明でいう「Ｄ」材である純アルミニウム系アルミニウムは、平板の板材の部材であった。しかしながら、この「Ｄ」材は、平板でなく図１３に示すように、下面は平面又は曲面であり、上面には円形又は角状の柱状物が並列して多数林立している板状体であっても良い。なお、本例の板状体では、円形又は角状の柱状物の断面積は、０．０５～０．２５ｃｍ２である。この板状体の製造方法は、純アルミニウム系アルミニウムであるＡ１０５０Ａｌの厚板を、機械加工して図１３に示す寸法、形状になるように切断鋸等の工具で機械加工により製造した。この板状体を前述した実験例Ａ１に従って、ＮＡＴ処理をした。
前述した本発明でいう「Ｄ」材である純アルミニウム系アルミニウムは、平板の板材の部材であった。しかしながら、この「Ｄ」材は、平板でなく図１３に示すように、下面は平面又は曲面であり、上面には円形又は角状の柱状物が並列して多数林立している板状体であっても良い。なお、本例の板状体では、円形又は角状の柱状物の断面積は、０．０５～０．２５ｃｍ２である。この板状体の製造方法は、純アルミニウム系アルミニウムであるＡ１０５０Ａｌの厚板を、機械加工して図１３に示す寸法、形状になるように切断鋸等の工具で機械加工により製造した。この板状体を前述した実験例Ａ１に従って、ＮＡＴ処理をした。
【0133】
更に、２００ｍｍ×１００ｍｍ×０．７５ｍｍのＡ５０５２Ａｌ合金薄板片を［実験例Ａ２－１］に記載の方法でＮＡＴ７処理をした。又、前述のＣＦＲＰプリプレグ「Ｐ２２５Ｓ－２５」と、上記の表面処理済みＡ５０５２Ａｌ合金片１枚とを１液性エポキシ接着剤「ＥＷ２０４０」を使用して、３００ｍｍ×１００ｍｍ×５ｍｍ厚のＣＦＲＰ厚板片の上に、２００ｍｍ×１００ｍｍ×０．７５ｍｍのＡｌ合金薄板が一方の端面で一致する形の金属板付きＣＦＲＰ板をオートクレーブ法で作成した。ＣＦＲＰ上のＡ５０５２Ａｌ合金板が汚れていたのでその全面を＃１０００サンドペーパーで研磨し、その上で、ＣＦＲＰ板に接着させたまま再度実験例Ａ２の表面処理を行った。
【0134】
又、３００ｍｍ×１００ｍｍ×３ｍｍ厚の６４Ｔｉ合金厚板片を入手し、実験例Ａ９の記載した通りに表面処理して用意した。その上で、全てを接着剤「ＥＷ２０４０」を使用して全接着した。即ち、６４Ｔｉ合金板の上にＡ５０５２Ａｌ合金薄板を接着し、そのＡ５０５２Ａｌ合金薄板の上に、最初に得たＡ１０５０Ａｌの立体化物を接着し、更にその上にＡ５０５２Ａｌ合金薄板付きのＣＦＲＰ板を金属部が下になる形で接着した。これでＡ１０５０Ａｌ片が担当する面積、即ち見かけの接着面積が２００ｍｍ×１００ｍｍ＝２００ｃｍ２の大型の全接着の構造物が作成出来た。
【0135】
この接着物は図５に示したものと類似しているが、Ａ１０５０Ａｌ部が単純な板材でなく、空隙ある立体化物であることが大きく異なっている。この空隙部の占める面積率であるが、接着面が２００ｍｍ×１００ｍｍ＝２００ｃｍ２に対して実接着面積は２００ｍｍ×１００ｍｍ×（９／２５）＝７２ｃｍ２であり、６４％となる。これを－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃試験機に３千サイクルかけ、非破壊検査機で柱上部が接着している面を観察したが、剥がれは観察されなかった。
【0136】
［実験例Ｂ１４］大型の全接着構造物の作成
厚さ３ｍｍ厚のＡ１０５０Ａｌ厚板を入手し、機械加工して図１４に示す形状物を得た。即ち、直径１０ｍｍの中心部はそのままで、幅２ｍｍ深さ２ｍｍの溝を円形に切って３ｍｍ幅の円周型の壁が２ｍｍ幅の間隔で沢山重なった形の２００ｍｍ×１００ｍｍの厚板を作成した。そして、多数の線状の壁付きのＡ１０５０Ａｌ片を、前述した［実験例Ａ１］と同様の化成処理に従って表面処理をした。
厚さ３ｍｍ厚のＡ１０５０Ａｌ厚板を入手し、機械加工して図１４に示す形状物を得た。即ち、直径１０ｍｍの中心部はそのままで、幅２ｍｍ深さ２ｍｍの溝を円形に切って３ｍｍ幅の円周型の壁が２ｍｍ幅の間隔で沢山重なった形の２００ｍｍ×１００ｍｍの厚板を作成した。そして、多数の線状の壁付きのＡ１０５０Ａｌ片を、前述した［実験例Ａ１］と同様の化成処理に従って表面処理をした。
【0137】
一方、実験例Ｂ１２で使用したＣＦＲＰ材とＡ５０５２Ａｌ合金薄板に代えて３００ｍｍ×１００ｍｍ×３ｍｍ厚のＳＵＳ３０４ステンレス鋼の表面処理物（実験例Ａ７と同じ処理法）、及び、表面処理済みのＡ５０５２Ａl合金薄板０．７５ｍｍ厚を用意した。これらを使用して、実験例Ｂ１１で示した図１０形状物を使用した２００ｃｍ２の大型の全接着構造物とＡ１０５０Ａｌ部の立体形状、ＣＦＲＰ材ではなくＳＵＳ３０４鋼が使われている形状は同じ外観の物を作成した。これを－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃試験機に３千サイクル試験にかけ、非破壊検査機で柱上部が接着している面を観察したが、剥がれは観察されなかった。
【0138】
［実験例Ｃ］追加の接着力向上の為の実験と試験
［実験例Ｃ１］Ａ１０５０Ａｌの接着力向上の新アイデアを実践する
前述した［実験例Ｂ７］で得た表５、そして［実験例Ｂ１１］で得た表６の結果から、本発明の実際の接合一体化物は、「Ａ」材、又は「Ｂ」材と、「Ｃ」材の接着性能が最重要であることが判明した。本発明の接合一体化物は、せん断接着強さのみでの評価ではなく、「せん断接着粘り性」値の評価法に変え、かつ、耐湿熱性などの耐久性能も確認して来た。しかし、接合一体化物として見れば、「Ａ」材、又は「Ｂ」材と、「Ｃ」材の接着性能のみで十分ではなく、「Ｄ」材に必要な基本性能、即ち、その軟性とその表皮の接着性能につき再検討すべきと考えた。
［実験例Ｃ１］Ａ１０５０Ａｌの接着力向上の新アイデアを実践する
前述した［実験例Ｂ７］で得た表５、そして［実験例Ｂ１１］で得た表６の結果から、本発明の実際の接合一体化物は、「Ａ」材、又は「Ｂ」材と、「Ｃ」材の接着性能が最重要であることが判明した。本発明の接合一体化物は、せん断接着強さのみでの評価ではなく、「せん断接着粘り性」値の評価法に変え、かつ、耐湿熱性などの耐久性能も確認して来た。しかし、接合一体化物として見れば、「Ａ」材、又は「Ｂ」材と、「Ｃ」材の接着性能のみで十分ではなく、「Ｄ」材に必要な基本性能、即ち、その軟性とその表皮の接着性能につき再検討すべきと考えた。
【0139】
要するに、表５に示した純アルミニウム系アルミニウムであるＡ１０８５、Ａ１０５０合金のせん断接着強さのデータでは、高温高湿試験の前後で大きく変化しなかった。Ａ１０８５では５５ＭＰａ同士で変化なし、Ａ１０５０では試験前が５４ＭＰａで試験後は５０ＭＰａまで低下したが、乾燥すると５４ＭＰａで元に戻る。高温高湿熱の供与で最も変化するのは、金属材ではなく接着剤硬化物の吸湿であり、これは接着剤硬化物が若干軟化したことを示している。それ故に、Ａ１０８５やＡ１０５０で接着力があまり変化なかったということは、接着剤硬化物の硬度変化が、Ａ１０８５やＡ１０５０の硬度レベルと近い故に引張り破断力がかかった場合に、例えば地盤（金属側）と釘（接着剤硬化物）の硬さが近い故に、金属側と接着剤硬化物が共に変形して、破断を遅らせる効果あると推定した。硬質の金属、表５ではＳＵＳ３０４や６４チタン合金では、当初のせん断接着強さは、約６０ＭＰａ付近だったのが、樹脂部吸湿による軟化で４３～４５ＭＰａに急低下している。そして、ＳＵＳ３０４では樹脂部の乾燥で５３ＭＰａまで回復した。金属側が硬質で、かつ金属側の表面形状が高湿度で変化しなければ、このＳＵＳ３０４と同様に、せん断接着強さの変動を起こしたと本発明者は理解した。要するに、純アルミニウム系アルミニウムであるＡ１０８５やＡ１０５０は、軟質故にＳＵＳ３０４等と異なる経過を辿った。
【0140】
そこで、Ａ１０５０やＡ１０８５の表面処理法の最終工程を少し変更して表皮だけをより硬質にすればどうなるかを予期した。軟質金属である純アルミニウム系アルミニウムの外皮が硬質で、内部が軟質の構造である。表皮をより硬く、かつ、少し厚くして外皮は硬く内部は柔らかな軟質のままとすることである。少なくとも表６と同じ試験をしてせん断接着強さが５４～５５ＭＰａという他材より明らかに低い状態は抜け出せるのではないかと推定した。その結果、Ａ１０５０アルミニウムの新しい表面処理法に関して試験実験を開始した。［実験例Ａ］の中の［実験例Ａ１－３］～［実験例Ａ１－７］の５項目は、［実験例Ａ］と［実験例Ｂ］の全項目が終了した後に、上記したように表５、表６のデータを分析し後に、前述した表面処理法とは異なる実験をしたものである。その実験結果を表７にしたものである。即ち、表７に示すデータは、純アルミニウム系アルミニウムの表面のみをより硬化させた化成処理である。
【0141】
【表7】
【0142】
表７に示したデータの上部を見ると、ＮＡＴ処理品やＮＡＴ５処理品では最終の５％濃度の過酸化水素水への浸漬時間は、５分だったのだが２０分にすると、ＮＡＴ処理品ではせん断接着強さが５７．５ＭＰａから６０ＭＰａに上昇し、せん断接着粘り性値は５０．５ＭＰａ付近で変わらなかった。一方、ＮＭＴ５処理品では過酸化水素水への浸漬を５分から２０分に変えると、せん断接着強さが５５．５ＭＰａから５７ＭＰａに上昇し、せん断接着粘り性値は５１ＭＰａから５３．４ＭＰａに上昇した。最も変化が大きいのは、陽極酸化処理品であり、ＮＡＴ－Ａｎｏ処理品でせん断接着強さ６８ＭＰａという高値が得られ、せん断接着粘り性値はこれも高い５７．５ＭＰａが得られ、ＮＡＴ５－Ａｎｏ処理品でせん断接着強さ６３ＭＰａ、せん断接着粘り性値は５４ＭＰａが得られている。
【0143】
過酸化水素処理を長く行うことで表面の酸化アルミ薄層が強化されたことは間違いなく、「Ｄ」材の外皮を硬く、内部を柔らかくすることが有効なことが確認できた。又、Ａ１０５０の表面層が陽極酸化による未封孔型アルマイトになって、更に硬い表層を有する構造になり、驚く高さのせん断接着強さとせん断接着粘り性を発揮したことを確認した。純アルミニウム系アルミニウムではない別のＡ６０６１、Ａ２０２４アルミニウム合金の場合には、過酸化水素水処理の強化品と陽極酸化品にてせん断接着粘り性で差異がつかない例の方が多く、これは軟性アルミニウム合金の特徴と推察される。要するに、Ａ１０５０アルミニウム合金のような軟質金属では、間違いなく表面層を硬度高くすることで、接着力を向上し得ること、又、それは陽極酸化法等でより確実に達成できることがした確認された。
【産業上の利用可能性】
【0144】
異種構造材を含む接合一体化物は、航空機、自動車等の移動機械、工作機械等の産業機械等の構造物に適用できる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】