■ ■■解析・実験方法■■■■ キーワード：異種材料接合，易解体性接合，生体模倣■ ■■■緒言■樹脂材料と金属材料のハイブリッド構造により，車両の重量を効果的に削減し，二酸化炭素排出量低減を満たすことができる■■．高比強度，高破壊靱性，優れた耐溶剤性，およびリサイクル性を備えた炭素繊維強化プラスチックff■■■■■は，信頼性の高い構造強度を備えた車両の軽量化を実現する最も可能性のあるコンポジット材料の■つである ■．しかし，■■■■と金属材料の間には極端な物性の相違があるため，接合技術研究者にとって大きな課題となっている．一方，深刻なエネルギーの浪費や環境汚染の原因となる懸念のあるマルチマテリアルを多用する使用済先進車両のリサイクル，回収，再利用の効率が低いことを考慮すると，製造プロセスの環境規制や法的規制を踏まえ，製品を分解しやすい設計にすることが求められている■■．分解しやすく，良好な機械的特性が得られるように■■■■と金属の接合部を設計することは，製造の初期段階で考慮する必要がある．■従来の接合方法は異種材料を半永久接合することで接合部の高い機械的強度を追求しているが，製品が寿命に達した際のリサイクルや分解工程が無視されている．従来の接合方法と■■■■の特徴のこの欠点を考慮して，金属表面に付加的に形成された突起構造を介した金属と樹脂の革新的な接合技術が提案されている■■■■．■人工突起は形成方法に応じて，コンデンサ放電スタッド溶接（■■■■■■，コールドメタルトランスファー（■■■）■■■■■，積層造形（■■）■■■，レーザ処理■ ■■■■がある．形成後，突起は金属表面に組み込まれて分布し，その後樹脂材料に挿入される．また，突起の形態や配列パターンを制御することで，樹脂と金属の接合部の分解を実現できる．樹脂と金属を接合するために金属表面に付加製造された突起構造を使用する利点は，繊維に優しい荷重伝達と，接合領域の繊維配向の最適化が可能であることである．さらに，埋め込まれた突起により，樹脂と金属の部材間に強固な機械的締結強度が得られる■■■■■■．■以上のような背景を踏まえ，本研究では金属基材として冷間圧延鋼を選択した．そして，選択的レーザ溶融（■■■）法■■■を適用して，鋼材表面上にマイクロメートルサイズの単一の突起を作製し，上記の欠点を克服した．先行研究■■■■■■によれば，突起構造の形状は樹脂と金属の■大阪大学大学院■工学研究科■（ ■■■年度■一般研究開発助成■■■■ ■■■ ■■■■）■講師■安田■清和■接合部の接合強度に重要な役割を果たしている．最も重要なことは，金属表面の突起形態とサイズを制御することで，リサイクルの観点から樹脂と金属を容易に分離できることである■■■■■．したがって，ポリマーと金属間の接合プロセスと分解プロセスの両方に有効な微細突起の形成メカニズムを調査し，形態を制御することが重要である．■接合強度の向上や解体性の向上を図るため，積層造形技術により金属表面に微細な突起構造を形成する方法は，設計の自由度が高く，機能の付加にも貢献しやすい．本研究報告では，まず初めに植物の棘の生物学的構造にヒントを得た棘状ffしじょう■突起モデルを提案し，各種形状パラメータと応力分布や最大主応力との関係を有限要素法を用いた構造計算により調査し，分解が容易な高強度異材接合の設計可能性を提示する．次にこれを実際に形成する端緒として，選択的レーザ溶融法による付加製造技術により，金属板表面に単純な微細突起構造を形成するための加工システムを構築し，球状突起形成加工プロセスの適正条件を探索した．さらに，垂直加振による超音波接合システムを構築し，今後突起構造の有用性比較のレファレンスとして必要となる炭素繊維強化樹脂ff■■■■■と突起構造のない鉄鋼材料との異種材料接合の接合原理の明確化ならびに高能率で環境負荷の低い新規接合プロセス条件を調査した．■ ■■■■棘状突起モデル■■弾性有限要素解析（■■■）を用いて棘状構造に発生する内部応力を計算し，接合に最適な棘状構造を探索した．突起の扁平率，高さ，および傾きを変化させた．生体構造を模倣した突起モデルを作成するために，■■■解析ソフトの機能により，底面の水平断面，突起頂点，突起頂点から■■ の高さ位置を指定し，棘状突起構造を作成した．図■に解析に使用した植物模倣棘状モデルを示す．突起の底面を楕円形に設定し，扁平率α（■長軸■■短軸■）を■■■とし，その中心を原点に設定した．棘状突起の高さが■■ の位置における断面では，長軸と短軸はそれぞれ底面での長さの半分の楕円であり，■座標は■■とし，先端頂点の高さは■■■■■，■■■■■ に設定した．■− 294 −レーザによる金属表面上への植物模倣棘状構造形成と■ハイサイクル異種材料接合への適用■
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