JP2002069811A - 炭素繊維層の成形方法 - Google Patents

炭素繊維層の成形方法

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東祥 林
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】炭素繊維からなる高強度を有する成形素子を製
作するための成形方法及びその成形素子を用いた成型品
を提供する。 【解決手段】（ａ）第１の繊維方向を有する第１の炭素
繊維層を提供するステップと、（ｂ）第２の繊維方向を
有する第２の炭素繊維層を提供するステップと、（ｃ）
前記第２の炭素繊維層を前記第１の炭素繊維層上に敷設
して複繊維層を形成し、この時前記第２の繊維方向を前
記第１の繊維方向と平行するようにしたステップと、
（ｄ）成形装置を提供するステップと、（ｅ）前記複繊
維層を前記成形装置内に置くと共に、加熱及び加圧する
ことにより成形素子を得るステップと、を備えてなるも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高強度の成形素子を
製作する炭素繊維の成形方法に関し、（ａ）第１の炭素
繊維層を提供するステップと、（ｂ）第２の炭素繊維層
を提供するステップと、（ｃ）複繊維層を敷設形成する
ステップと、（ｄ）成形装置提供するステップと、
（ｅ）加熱及び加圧を行い、該成形素子を形成するステ
ップとを備えてなる炭素繊維層の成形方法に関する。こ
れにより、実用性ある２層炭素繊維の成形効果を達成す
ることができる。
【０００２】
【従来の技術】一般に、台湾で使用されている炭素繊維
は多くは輸入に頼るものであり、鋼材に比較して材質が
より軽くかつ高強度であるので、目前の民生方面の用途
においては運動器材、例えばアルミ合金に添加してゴル
フクラブを製造、又はプラスチック内に添加して炭素繊
維強化複合材料（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎ
ｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ，ＣＦＲＰ）を形成し自
転車のタイヤを製造する等に使用されている。また一体
に組み合せた炭素繊維も軍用器具上に応用されており、
その原料自体が厳格に管理されている材料である。
【０００３】なお、単一層の炭素繊維も成形可能である
が、単一層そのものは第２層の炭素繊維と結合していな
いので、それ自体相補性効果を有していないために容易
に破裂し単独に使用できない。したがって、他の材質と
結合してから使用でき、例えば、皮革の製造に使用さ
れ、もしくはコンクリート薄板に添加して橋梁の割れ目
の作業に用いられ、割れ目の拡大を防止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図５（Ａ）（Ｂ）は従
来技術における平面らっぱの立体見取り図である。これ
らの図から分るように現在炭素繊維の別の用途はフレー
ム１１内に位置する発音板１０の製作に用いられると共
に、駆動器（Ｅｘｃｉｔｅｒ）１２を利用して発音板１
０を振動させ、平面らっぱ１３を製造することに用いら
れる。また、図６（Ａ）に示されている発音板１０は三
層の炭素繊維層により組成されているが、相互に結合さ
れる前は、上層、中層及び下層の三層１０１、１０２、
１０３を直接的に１次加熱、加圧を行うことにより炭素
繊維複層１０７の成形を得ると共に、中層１０２の繊維
方向１０５をフレーム１１の縦方向１１１に垂直させる
ことにより強度を幾らか向上させている。けれども、駆
動器１２から言えば、使用時発音板１０が過度に重い虞
れがあり、余り理想的でない。
【０００５】また、図５（Ａ）における発音板１０の成
形時には成分が高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）である
吸振層１０８を含んでおり、この吸振層１０８上には複
数個の花１０９が印刷されている。この吸振層１０８に
より比較的高いダンピング効果を得、低周波音声の出力
に有利であるが、この吸振層１０８の増設は駆動器１２
のより大きな負担となる。また、炭素繊維複層１０７の
上層１０１及び下層１０３の繊維方向１０４、１０６は
いずれもフレーム１１の縦方向１１１と相互に平行して
おり、これにより比較的良好な剛性（即ち曲げ応力が比
較的高い）を有し、駆動器１２が出力する高周波の音響
に有利であるが、発音板１０に吸振層１０８のダンピン
グがあるとは言え、そのダンピングの効果は依然として
小さく、低周波の出力に依然として不利である。
【０００６】なお図６（Ｂ）は図５（Ａ）における発音
板１０の別のタイプを示し、ニ層の炭素繊維層１４、１
５を応用して、それぞれ先に単一層の成形を行った後、
グリューウォーター１６により２炭素繊維層１４、１５
を一平面板１７に粘着結合する。この製造プロセスは、
合計３ステップ（即ち、２次炭素繊維層の成形および一
次グリュー粘着結合の動作）を必要とすることから、図
６（Ａ）の一次加圧で成形できるモードに比較してはる
かに複雑である。
【０００７】また、図６（Ｃ）は、縦、横の二つの異な
る方向の炭素繊維層１８、１９の成形結果を示す図であ
り、縦方向層１８の繊維方向１８１が横方向層１９の繊
維方向１９１と相互に直交しているので、ここでは２層
しか結合できず、かつ、そのために繊維同士の伸び方向
が異なり、結果各層の表面が応力を受けると、発生した
弾力方向が互いの間で一致できず、ついに一弯曲板１８
０に弯曲し、実用性に欠如している。このことは日本Ｔ
ＯＨＯ及びＴＯＲＡＹの２会社、及び圏内の交通大学複
合材料実験室でのテスト結果から、成形後いずれも両側
に弯曲しやすいことが裏付けられた。したがって該２層
を成形に利用することは不可能であるので、通常成形の
層数はいずれも３層以上であり、このようにして始めて
比較的広い応用範囲に適用される。
【課題を解決するための手段】したがって、発明者によ
りいかに炭素繊維複層の成形モードを改善するかをテス
ト及び研究を重ねた結果、効果的に従来技術の問題点を
解決でき、かつ、炭素繊維の成形層が２層でも所要の効
果を達成できる炭素繊維層の成形方法を開発した。
【０００８】本発明の主たる目的は同一方向に配設した
炭素繊維複層により、２繊維層の弾力方向が一致する炭
素繊維層の成形方法を提供することにある。
【０００９】本発明の次の目的は強度が十分な２層炭素
繊維構造を構成することにより発音板の製造コストを低
減できる炭素繊維層を提供することにある。
【００１０】本発明の又次の目的は高強度の薄材の成形
層数が最少化できるように成形可能な２炭素繊維層を使
用した炭素繊維層の成形方法を提供することにある。
【００１１】本発明に係る請求項１の発明は、高強度を
有する成形素子を製作するための炭素繊維層の成形方法
であって、（ａ）第１の繊維方向を有する第１の炭素繊
維層を提供するステップと、（ｂ）第２の繊維方向を有
する第２の炭素繊維層を提供するステップと、（ｃ）前
記第２の炭素繊維層を前記第１の炭素繊維層上に敷設し
て複繊維層を形成し、この時前記第２の繊維方向を前記
第１の繊維方向と平行するようにしたステップと、
（ｄ）成形装置を提供するステップと、（ｅ）前記複繊
維層を前記成形装置内に置くと共に、加熱及び加圧する
ことにより成形素子を得るステップと、を備えてなるも
のである。
【００１２】請求項２に係る発明は上記請求項１記載の
炭素繊維層の成形方法において、さらに、前記第１の炭
素繊維層と前記第２の炭素繊維層との間に位置する第１
の吸振層を含んでなり、これにより前記成形素子の振動
エネルギーをダンピングして当該成形素子を第１の発音
板とし、そしてこの第１の吸振層が高密度ポリエチレン
（ＨＤＰＦ）であり、かつ、前記振動エネルギーが駆動
器（Ｅｘｃｉｔｅｒ）から送られて来たものである、こ
とを特徴とする。
【００１３】前記請求項３に係る発明は上記請求項１記
載の炭素繊維層の成形方法において、さらに前記複繊維
層の上表面に位置することにより前記成形素子を第２の
発音板とした第２の吸振層と、前記複繊維層の下表面に
位置することにより前記成形素子を第３の発音板とし、
そして該成形素子に対して切開動作を行い、前記第３の
発音板を一平面らっぱ上に取り付けた、第３の吸振層
と、を備えてなることを特徴とする。
【００１４】請求項４に係る発明は上記請求項１記載の
炭素繊維層の成形方法において、加熱温度が１３０℃で
あり、受けた圧力が３００ｐｓｉ、かつ持続成形の時間
が６０秒であり、前記第１の炭素繊維層及び前記第２の
炭素繊維層が全体の炭素繊維層を直接折り畳んで形成さ
れたものであり、前記複繊維層が一コンクリート薄板中
に位置し、橋梁の亀裂の補強作業方面に用いられる、こ
とを特徴とする。
【００１５】請求項５に係る発明は高強度を有する成形
素子を製作するために炭素繊維層の成形方法であって、
（ａ）第１の繊維方向を有する第１の炭素繊維層を提供
するステップと、（ｂ）第２の繊維方向を有する第２の
炭素繊維層を提供するステップと、（ｃ）前記第２の炭
素繊維層を前記第１の炭素繊維層上に敷設して複繊維層
を形成し、かつ、前記第２の繊維方向を前記第１の繊維
方向と平行するようにしたステップと、（ｄ）該複繊維
層を同時に加熱及び加圧して前記成形素子を得るステッ
プと、を備えてなるものである。
【００１６】請求項６に係る発明は上記請求項の炭素繊
維層の成形方法において、さらに前記複繊維層の加熱及
び加圧を同時に行う成形装置を提供するステップを含ん
でなることを特徴とする。
【００１７】請求項７に係る発明は高強度を有する成形
素子を製作するための炭素繊維層の成形方法であって、
（ａ）第１の全体繊維方向を有する全体炭素繊維層を提
供するステップと、（ｂ）前記全体の炭素繊維層を折り
畳んでそれぞれ第１の繊維方向を有する第１の炭素繊維
層と第２の繊維方向を有する第２の炭素繊維層とを得る
ステップと、（ｃ）前記第２の炭素繊維層を前記第１の
炭素繊維層上に敷設して複繊維層を形成し、かつ、前記
第２の繊維方向を前記第１の繊維方向と平行するように
したステップと、（ｄ）成形装置を提供するステップ
と、（ｅ）前記複繊維層を前記成形装置内に置くと同時
に加熱及び加圧を行うことにより、前記成形素子を得る
ステップと、を備えてなるものである。
【００１８】請求項８に係る発明は上記請求項７記載の
炭素繊維層の成形方法において、さらに、前記第１の炭
素繊維層と前記第２の炭素繊維層との間に位置すること
により前記成形素子の振動エネルギーをダンピングし、
前記成形素子を第１の発音板とする第１の吸振層を含ん
でなる。
【００１９】このように上記の解説により、本発明に係
る炭素繊維層の成形方法は２同一方向の炭素繊維層によ
り炭素繊維複層を形成することができ、かつ平坦表面の
特色を有していることが観察される。より容易に説明す
るために、本発明は下記の好適な実施例及び図示によ
り、より明瞭に理解できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１及び図２は高強度を有する成
形素子を製造するための炭素繊維層の成形方法を示す図
である。これらの図に示すように、本発明の炭素繊維層
の成形方法は（ａ）第１の繊維方向２２を有する第１の
炭素繊維層２１を提供するステップと、（ｂ）第２の繊
維方向２４を有する第２の炭素繊維層２３を提供するス
テップと、（ｃ）前記第２の炭素繊維層２３を前記第１
の炭素繊維層２１上に敷設して複繊維層２５を形成し、
この時前記第２の繊維方向２４を前記第１の繊維方向２
２と平行するようにしたステップと、（ｄ）成形装置を
提供するステップと、（ｅ）前記複繊維層２５を前記成
形装置内に置くと共に、加熱及び加圧することにより成
形素子２０を形成するステップと、を備えてなる。
【００２１】図２における複繊維層２５は平面素子では
あるが、曲率固定の曲面成形素子（図示せず）に作製し
てもよい。また、実用性はらっぱ上の発音板に限定され
ず、高強度を必要とするすべての炭素繊維層材料にも応
用される。この複繊維層２５は図６Ｃに示された縦、横
方向の２炭素繊維層１８、１９と異なる。すなわち、正
常の室温状態下では複繊維素層２５は図６Ｃのように平
面素子が自分で弯曲板１８０に弯曲するようなことがな
い。
【００２２】また本方法は一次成形の時、さらに第１の
炭素繊維層２１と第２の炭素繊維層との間に位置する第
１の吸振層を含んでなり、これにより成形素子２０の振
動エネルギーをダンピングして成形素子２０を第１の発
音板２６１のタイプにする。これは図６に示されたグリ
ュー１６を別に貼付ける必要がないので第１の吸振層２
６を加えた後の第１の発音板２６１の重量は依然として
図６（Ａ）の炭素繊維複層１０７よりもはるかに軽く、
そのダンピングの効果も比較的よい。
【００２３】この第１の吸振層２６は高密度ポリエチレ
ンであり、そして該振動エネルギーは駆動器（図５
（Ａ）で符号１２と付したもの）から送られて来たもの
である。当然ながら、本方法は一次成形の時、複繊維層
２５の上表面２５１に位置する第２の吸振層２７を含ん
でなり、これにより成形素子２０を４層構造の第２の発
音板にする（図示せず）。また本発明は一次成形時、さ
らに複繊維層２５の下表面２５２上に位置することによ
り成形素子２０を図３の５層構造の第３の発音板２８１
とし、かつ、成形素子２０に対して切開動作を行い、第
３の発音板２８１を一平面らっぱ上（例えば図５（Ｂ）
に符号１３を付したもの）に取り付けた、第３の吸振層
２８を含んでもよい。
【００２４】また、本発明における成形素子２０の加熱
温度は１３０℃であり、受けた圧力は３００ｐｓｉ、か
つ、持続成形の時間は６０秒である。図６（Ａ）のよう
な中層炭素繊維１０２を具備していないが、第１の炭素
繊維層２１及び第２の炭素繊維層２２は全体炭素繊維層
（図示せず）を直接折り畳んでなるものに変えることが
できる。
【００２５】図４に示すように、複繊維層２５は最少の
成形層数でコンクリート薄板２９中（すなわち、ダンピ
ング効果を必要としないので、中間には図１のような第
１の吸振層２６が設置されていない）に位置し、橋梁の
亀裂の補強作業方面に用いられる。
【００２６】本発明の他の実施形態である炭素繊維層の
成形方法は（ａ）第１の繊維方向２２を有する第１の炭
素繊維層２１を提供するステップと、（ｂ）第２の繊維
方向２４を有する第２の炭素繊維層２３を提供するステ
ップと、（ｃ）第２炭素繊維層２３を第１の炭素繊維層
２１上に敷設して複繊維層２５を形成し、かつ、第２の
繊維方向２４を第１の繊維方向２２と平行するようにし
たステップと、（ｄ）複繊維層２４の加熱及び加圧を同
時に行う成形素子２０を得るステップと、を備えてな
る。この場合の方法はさらに、複繊維層２５の加熱及び
加圧を同時に行う成形装置を提供するステップを含んで
なる。
【００２７】さらには本発明は高強度を有する成形素子
２０を製造するための炭素繊維層の成形方法であって、
（ａ）第１の全体繊維方向を有する全体炭素繊維層を提
供するステップと、（ｂ）全体の炭素繊維を折り畳んで
それぞれ第１の繊維方向２２を有する第１の炭素繊維層
２１と第２の繊維方向２４を有する第２の炭素繊維層２
３とを得るステップと、（ｃ）第２の炭素繊維層２３を
第１の炭素繊維層２１上に敷設して複繊維層２５を形成
し、かつ、第２の繊維方向２４を第１の繊維方向２２と
平行するようにしたステップと、（ｄ）成形装置を提供
するステップと、（ｅ）複繊維層２５のを該成形装置内
に置くと同時に加熱及び加圧を行うことにより成形装置
を得るステップとを備えてなる。この方法はさらに、第
１の炭素繊維層２１と第２の炭素繊維層２３との間に位
置することにより、成形素子２０の振動エネルギーをダ
ンピングし、成形素子２０を第１の発音板２６１とする
第１の吸振層２６を含んでなる。
【００２８】要するに、本発明による炭素繊維層の成形
方法は２同一方向の炭素繊維層により炭素繊維複層を形
成すれば、最小の成形層数の目的を達成することができ
る。かつ、運用される作業モードは、直接２層炭素繊維
の一次成形を行うのみで事足りるので、効果的にフロー
を短縮し、工業上の生産に寄与できる。
【００２９】本発明は上記実施の形態に限定されず、添
付のクレームの範囲を逸脱しない限り、当業者による単
なる変更、修飾、置換はいずれも本発明の技術的範囲に
属する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る炭素繊維層成形方法の好適な実施
例の各層が互いに結合する前の立体見取り図である。
【図２】図１における複繊維層の立体見取り図である。
【図３】図１における成形素子の立体見取り図である。
【図４】本発明に係る炭素繊維層成形方法の又別の好適
な実施例を示す立体見取図である。
【図５】（Ａ）は先行技術の平面らっぱの立体見取図で
あり、（Ｂ）は、図５（Ａ）における平面らっぱの別の
面の立体見取り図である。
【図６】（Ａ）は、図５（Ａ）における発音板の各層結
合前の立体見取り図であり、（Ｂ）は、図５（Ａ）にお
ける発音板の別タイプの断面見取り図であり（Ｃ）は、
二つの不同方向の炭素繊維層が成形された後の立体見取
り図である。
【符号の説明】
１０ 発音板 １１ フレーム １２ 駆動器 １３ 平面らっぱ １４、１５ 炭素繊維層 １６ グリューウォーター １７ 平面板 １８ 縦方向層 １９ 横方向層 ２０ 成形素子 ２１ 第１の炭素繊維層 ２２ 第２の繊維方向 ２３ 第２の炭素繊維層 ２４ 第２の繊維方向 ２５ 複繊維層 ２６ 第１の吸振層 ２７ 第２の吸振層 ２８ 第３の吸振層 ２９ コンクリート薄板 １０１ 上層 １０２ 中層 １０３ 下層 １０４、１０５、１０６ 繊維方向 １０７ 複炭素繊維層 １０８ 吸振層 １０９ 花 １１１ 縦方向 １１２ 横方向 １８０ 弯曲板 １８１ 繊維方向 １９１ 繊維方向 ２１１ 左側縁 ２３１ 左側縁 ２５１ 上表面 ２５２ 下表面 ２６１ 第１の発音板 ２８１ 第３の発音板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 昭憲 台湾台北市内湖区東湖路106巷７弄23号１ Ｆ Ｆターム(参考） 2D059 AA14 GG02 GG40 4L047 AA03 AA14 BD02 CA02 CB01 CB03 CC10 EA10 EA22

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高強度を有する成形素子を製作するため
    の炭素繊維層の成形方法であって、 （ａ）第１の繊維方向を有する第１の炭素繊維層を提供
    するステップと、 （ｂ）第２の繊維方向を有する第２の炭素繊維層を提供
    するステップと、 （ｃ）前記第２の炭素繊維層を前記第１の炭素繊維層上
    に敷設して複繊維層を形成し、この時前記第２の繊維方
    向を前記第１の繊維方向と平行するようにしたステップ
    と、 （ｄ）成形装置を提供するステップと、 （ｅ）前記複繊維層を前記成形装置内に置くと共に、加
    熱及び加圧することにより成形素子を得るステップと、
    を備えてなる炭素繊維層の成形方法。
  2. 【請求項２】 さらに、前記第１の炭素繊維層と前記第
    ２の炭素繊維層との間に位置する第１の吸振層を含んで
    なり、これにより前記成形素子の振動エネルギーをダン
    ピングして当該成形素子を第１の発音板とし、 そしてこの第１の吸振層は高密度ポリエチレンであり、
    かつ、前記振動エネルギーは駆動器から送られて来たも
    のである、ことを特徴とする請求項１記載の炭素繊維層
    の成形方法。
  3. 【請求項３】 さらに、前記複繊維層の上表面に位置す
    ることにより前記成形素子を第２の発音板とした第２の
    吸振層と、 前記複繊維層の下表面に位置することにより、前記成形
    素子を第３の発音板とし、かつ、該成形素子に対して切
    開動作を行い、前記第３の発音板を一平面らっぱ上に取
    付けた、第３の吸振層と、を備えてなることを特徴とす
    る請求項２記載の炭素繊維層の成形方法。
  4. 【請求項４】 加熱温度が１３０℃であり、受けた圧力
    が３００ｐｓｉ、かつ持続時間が６０秒であり、 前記第１の炭素繊維層及び前記第２の炭素繊維層は全体
    炭素繊維層を直接折り畳んで形成されたものであり、 前記複繊維層はコンクリート薄板中に位置し、橋梁の亀
    裂の補強作業方面に用いられる、ことを特徴とする請求
    項１記載の炭素繊維層の成形方法。
  5. 【請求項５】 高強度を有する成形素子を製作するため
    の炭素繊維層の成形方法であって、 （ａ）第１の繊維方向を有する第１の炭素繊維層を提供
    するステップと、 （ｂ）第２の繊維方向を有する第２の炭素繊維層を提供
    するステップと、 （ｃ）前記第２の炭素繊維層を前記第１の炭素繊維層上
    に敷設して複繊維層を形成し、かつ、前記第２の繊維方
    向を前記第１の繊維方向と平行するようにしたステップ
    と、 （ｄ）前記複繊維層を同時に加熱及び加圧して前記成形
    素子を得るステップと、を備えてなる炭素繊維層の成形
    方法。
  6. 【請求項６】 さらに、前記複繊維層の加熱及び加圧を
    同時に行う成形装置を提供するステップを含んでなるこ
    とを特徴とする請求項５記載の炭素繊維層の成形方法。
  7. 【請求項７】 高強度を有する成形素子を製作するため
    の炭素繊維層の成形方法であって、 （ａ）第１の全体繊維方向を有する全体炭素繊維層を提
    供するステップと、 （ｂ）前記全体炭素繊維層を折畳んでそれぞれ第１の繊
    維方向を有する第１の炭素繊維層と第２の繊維方向を有
    する第２の炭素繊維層とを得るステップと、 （ｃ）前記第２の炭素繊維層を前記第１の炭素繊維層上
    に敷設して複繊維層を形成し、かつ、前記第２の繊維方
    向を前記第１の繊維方向と平行するようにしたステップ
    と、 （ｄ）成形装置を提供するステップと、 （ｅ）前記複繊維層を前記成形装置内に置くと同時に加
    熱及び加圧を行うことにより、前記成形素子を得るステ
    ップと、を備えてなる炭素繊維層の成形方法。
  8. 【請求項８】 さらに、前記第１の炭素繊維層と前記第
    ２の炭素繊維層との間に位置することにより前記成形素
    子の振動エネルギーをダンピングし、前記成形素子を第
    １の発音板とする第１の吸振層を含んでなる、請求項７
    記載の炭素繊維層の成形方法。
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