JP2008207522A - 炭素繊維強化プラスチック製支持バーおよびその成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
炭素繊維強化プラスチック製支持バーは、軽量で高剛性という優れた性能を持つが、成形後の加工性という点においては、金属素材に対して優れているとは言えない。特に切断や穿孔などの機械加工性については、割れや欠けなどの現象が生じやすく、不良品を生じる原因となっていた。
本発明は、上記従来技術の背景に鑑み、炭素繊維強化プラスチックの持つ軽量、高剛性という優れた特性を維持しつつ、機械加工性の悪さを改善し、加工時に不良を起こすことのない炭素繊維強化プラスチック製支持バーを提供せんとするものである。
【解決手段】
長さ１．５〜３．０ｍ、長手方向に垂直な断面積５０〜４００ｍｍ^２である炭素繊維強化プラスチックの表面に、破断伸度が３〜２０％である繊維を強化材とした繊維強化プラスチックが配されていることを特徴とする繊維強化プラスチック製支持バー。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板用カセットにおいて、基板を下方側から支持するためにカセットの両端に渡って設置される支持バーに関するものである。

液晶ディスプレイパネル等の製造プロセスにおいて、工程間におけるガラス基板の移動やストックのために、ガラス基板を複数枚収納する基板用カセットが用いられている。近年、ガラス基板の大型化に伴い、カセット収納時のガラス基板のたわみ量を抑えつつ、かつカセットの重量増を最小限とするために、基板を下方側から支持する支持バーの素材として、特許文献１や特許文献２に示すように炭素繊維強化プラスチックが採用される例が増えている。
特開２００４−１４６５７８号公報 特開２００５−３４０４８０号公報

炭素繊維強化プラスチック製支持バーは、軽量で高剛性という優れた性能を持つが、成形後の加工性という点においては、金属素材に対して優れているとは言えない。特に切断や穿孔などの機械加工性については、割れや欠けなどの現象が生じやすく、不良品を生じる原因となっていた。

本発明は、上記従来技術の背景に鑑み、炭素繊維強化プラスチックの持つ軽量、高剛性という優れた特性を維持しつつ、課題であった機械加工性の悪さを改善し、加工時に不良を起こすことのない炭素繊維強化プラスチック製支持バーを提供せんとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。

炭素繊維強化プラスチック製支持バーが、切断や穿孔などの機械加工時に、割れや欠けなどの現象を生じやすい理由は、炭素繊維強化プラスチックが延性に乏しい材料であるためである。このため、課題を解決するための手段として、本発明では、長さ１．５〜３．０ｍ、長手方向に垂直な断面積５０〜４００ｍｍ^２である炭素繊維強化プラスチックの表面に、破断伸度が３〜２０％である繊維を強化材とした繊維強化プラスチックが配されていることを特徴とする繊維強化プラスチック製支持バーを提供するものである。

本発明によると、軽量で高剛性という優れた特性を有すると共に、成形後の加工性、特に切断や穿孔などの加工時においても、割れや欠けなどの現象を生じにくく、それによる不良品の発生の少ない炭素繊維強化プラスチック製支持バーを得ることができ、高性能の製品を安定して安価に生産することができる。

本発明の支持バーは、長さ１．５〜３．０ｍ、長手方向に垂直な断面積５０〜４００ｍｍ^２である炭素繊維強化プラスチックが主構造であり、破断伸度が３〜２０％である繊維を強化材とした繊維強化プラスチックが表面に配されていることを特徴とするものである。

本発明の支持バーは、長さ１．５〜３．０ｍの範囲の支持バーに関するものである。かかる長さの支持バーを必要な剛性を保ちつつ得ようとすると長手方向に垂直な断面積としては、５０〜４００ｍｍ^２である必要がある。断面積が５０ｍｍ^２に満たないと支持バーの剛性が不足するため基板を積載したときのたわみが大きくなりすぎ、４００ｍｍ^２を超えると支持バーの重量が大きくなり、カセットの重量を増加させてしまうことからかかる断面積であることが必要であり、１００〜３００ｍｍ^２であれば好ましい。

一般的に、炭素繊維の破断伸度は、大きなものでも２％程度であるため、連続繊維で強化された炭素繊維強化プラスチック、特に繊維体積含有率が５０％を超える炭素繊維強化プラスチックは、その成形後の機械加工性において、素材に延性がないゆえの加工性の悪さを伴っている。具体的には、炭素繊維強化プラスチック製の支持バーの生産においては、成形後の端部の切断や固定用または基材保持ピン用の穴を穿孔する際に、割れや欠け等が生じるため、不良品として扱わなければならない製品がある頻度で発生する。これを防止するためには、切削送り速度を遅くしたり、切削工具の刃を交換する頻度を増すなどの手段を取らざるを得ず、加工に長時間を要し、生産性が悪くならざるを得なかった。さらに本願発明にかかる長手方向に垂直な断面積が、５０〜４００ｍｍ^２においては、切断時の切削送り速度を遅くすることは、加工にかかる時間を大幅に増加させ、生産性を大きく悪化させることとなる。

そこで、本発明の支持バーにおいては、破断伸度の小さい炭素繊維強化プラスチックで本体を形成し、その表面に破断伸度３％以上の強化繊維を用いた繊維強化プラスチックを配することにより、特に表面で発生しやすい機械加工時の割れや欠け等の発生を防ぎ、通常の加工方法、および、加工速度で機械加工性を高めることができることを見出したものである。

また、本発明の繊維強化プラスチック製支持バーの表面に用いる破断伸度３〜２０％の強化繊維としては、本発明では特にこれを限定するものではないが、ガラス繊維や有機繊維が好ましい、機械加工時の割れや欠けを防ぐという観点からは、破断伸度がより大きい強化繊維を用いることが好ましく、ポリエステル繊維などの有機繊維がより好ましい。また、破断伸度３〜２０％の強化繊維は、機械加工時の割れや欠けを防ぐという観点からは多方向に配向していることが好ましく、直交する長繊維の織物や、ランダムに配向された長繊維不織布を用いることが好ましい。

また、本発明の繊維強化プラスチック製支持バーは、繊維配向方向が該繊維強化プラスチック製支持バーの長手方向である炭素繊維が炭素繊維強化プラスチックに含まれる全炭素繊維中の９０〜１００重量％であることが好ましい。ここで繊維配向方向が繊維強化プラスチック製支持バーの長手方向であるとは、繊維の配向方向が、繊維強化プラスチック製支持バーの長手方向に対し±５°以内であることを指すものとする。繊維配向方向がかかる角度範囲の炭素繊維が炭素繊維強化プラスチックに含まれる全炭素繊維中の９０〜１００重量％であることにより、炭素繊維の持つ高い弾性率を有効に利用し、支持バーの剛性をより高めることができるので好ましい。

本発明における繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂とは、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂、またはナイロン樹脂、ポリエチレン樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられるが、下記する引き抜き成形法による一体成形を行う場合には、常温で強化繊維への樹脂含浸が行えること、金型温度が低くて済むことなどより、熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。

本発明の支持バーは、例えばプリプレグを用いたオートクレーブ法やホットプレス法、またハンドレイアップ法や同一断面の外型内を移動させながら樹脂を硬化させる引き抜き成形法など、一般的な繊維強化プラスチック成形方法のいずれかによって成形することができる。特に、支持バーの断面形状が均一である場合は、引き抜き成形方法が低コストでの量産に適しており好ましい。

本発明における支持バーは、表面の繊維強化プラスチック層と炭素繊維プラスチックの境界での剥離の発生を防ぐために、炭素繊維強化プラスチックと表面の繊維強化プラスチックが同じマトリクス樹脂で形成されていることが好ましい。また、マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂である場合には、一度の樹脂硬化プロセスによって一体的に成形されていることが同様に、表面の繊維強化プラスチック層と炭素繊維プラスチックの境界での剥離の発生を防げることから望ましい。かかる構造の繊維強化プラスチック製支持バーは、上記の引き抜き成形方法を採用して容易に実現することが可能である。

以下、本発明の実施態様の例を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の炭素繊維強化プラスチック製支持バーの一例を示す斜視図である。本実施態様では、支持バー１は、中実の矩形断面を持つ棒状部材であり、その両端にはカセットの取付部との締結用貫通穴２が、また、長さ方向に分布した基材保持ピン用の非貫通穴３が加工されている。

図２は、本発明の炭素繊維強化プラスチック製支持バーの一例を示す、長さ方向に垂直な面における断面図である。断面の構造は、炭素繊維強化プラスチックからなる本体４の表面に、破断伸度３〜２０％の強化繊維を用いた繊維強化プラスチック５が配置されている。このとき、支持バーは長さ方向に対して高い曲げ剛性を持つことが好ましいため、炭素繊維強化プラスチック内の炭素繊維は、支持バーの長手方向に配向されることが好ましい。

図３は、本発明の支持バーを、熱硬化性樹脂を用いた引き抜き成形法で成形する場合の状況を示した概略図である。

炭素繊維強化プラスチックを形成する炭素繊維６は、ボビンに巻かれた状態からクリールスタンド７によって供給される。糸道ガイド８によって引き揃えられた炭素繊維６の束は、樹脂バス９にためられたマトリクス樹脂１０を含浸される。さらに、炭素繊維６の束の外側を覆うように、繊維強化プラスチックを形成する強化繊維によるテープ状の布帛１１を配置し、加熱された金型１２へと導く。マトリクス樹脂１０は金型１２を通過中に硬化し、金型１２の下流で所望の成形品を得る。クリールスタンド７から金型１２に至るまでの移動力は、すべてプラー１３による引き抜き力によって与えられる。こうして得られた連続する成形品を、１．５〜３．０ｍの長さに切断、穿孔などの機械加工を施して、支持バー１を得ることができる。

実施例１
炭素繊維６として東レ（株）製“トレカ”Ｔ７００Ｓ、繊維強化プラスチックを形成する強化繊維の布帛１１として東レ（株）製ポリエステル不織布である“アクスター”Ｈ２０５０、マトリクス樹脂１０としてビニルエステル樹脂を用いて、図３に示す引き抜き成形法により、幅１９ｍｍ×高さ９ｍｍの長方形断面を持つ連続した成形品を得た後、超硬チップを持つ丸鋸にて長さ２０８０ｍｍに切断し、超硬ドリルビットにて４箇所のφ７貫通穴２と８箇所のφ４非貫通穴３を加工して、支持バー１を得た。得られた支持バー１は、切断箇所や穿孔箇所に割れや欠けを生じておらず、性能上も外観上も良好なものであった。

実施例２
炭素繊維６として東レ（株）製“トレカ”Ｔ７００Ｓ、繊維強化プラスチックを形成する強化繊維の布帛１１としてガラス繊維平織クロス、マトリクス樹脂１０としてビニルエステル樹脂を用いて、図３に示す引き抜き成形法により、幅１９ｍｍ×高さ９ｍｍの長方形断面を持つ連続した成形品を得た後、超硬チップを持つ丸鋸にて長さ２０８０ｍｍに切断し、超硬ドリルビットにて４箇所のφ６貫通穴２と５箇所のφ４非貫通穴３を加工して、支持バー１を得た。得られた支持バー１は、切断箇所や穿孔箇所に割れや欠けを生じておらず、性能上も外観上も良好なものであった。

比較例
繊維強化プラスチックを形成する強化繊維の布帛１１を用いないこと以外は実施例２と全く同様にして、炭素繊維強化プラスチックのみからなる支持バーを得た。得られた支持バーは、切断箇所や穿孔箇所に、炭素繊維の配向方向に沿って表面に欠けを生じており、貫通穴を用いてボルトにより固定する場合の強度や、外観上好ましいものとは言えなかった。

本発明の炭素繊維強化プラスチック製支持バーの一例を示す斜視図 本発明の炭素繊維強化プラスチック製支持バーの一例を示す、長さ方向に垂直な面における断面図 本発明の支持バーを、熱硬化性樹脂を用いた引き抜き成形法で成形する場合の状況を示した概略図

符号の説明

１：支持バー
２：締結用貫通
３：基材保持ピン用の非貫通穴
４：炭素繊維強化プラスチックからなる本体
５：破断伸度３％以上の強化繊維を用いた繊維強化プラスチック
６：炭素繊維強化プラスチックを形成する炭素繊維
７：クリールスタンド
８：糸道ガイド
９：樹脂バス
１０：マトリクス樹脂
１１：繊維強化プラスチックを形成する強化繊維によるテープ状の布帛
１２：金型
１３：プラー

Claims (8)

1. 長さ１．５〜３．０ｍ、長手方向に垂直な断面積５０〜４００ｍｍ^２である炭素繊維強化プラスチックの表面に、破断伸度が３〜２０％である繊維を強化材とした繊維強化プラスチックが配されていることを特徴とする繊維強化プラスチック製支持バー。
2. 繊維配向方向が前記繊維強化プラスチック製支持バーの長手方向である炭素繊維が前記炭素繊維強化プラスチックに含まれる全炭素繊維中の９０〜１００重量％である請求項１に記載の繊維強化プラスチック製支持バー。
3. 表面の繊維強化プラスチックの強化繊維が、ガラス繊維である請求項１または２に記載の繊維強化プラスチック製支持バー。
4. 表面の繊維強化プラスチックの強化繊維が、有機繊維である請求項１または２に記載の繊維強化プラスチック製支持バー。
5. 表面の繊維強化プラスチック中の破断伸度が３〜２０％である繊維が、織物または長繊維不織布形態で配されている請求項１から４のいずれかに記載の繊維強化プラスチック製支持バー。
6. 炭素繊維強化プラスチックと表面の繊維強化プラスチックのマトリクス樹脂が、同じマトリクス樹脂である請求項１から５のいずれかに記載の繊維強化プラスチック製支持バー。
7. 炭素繊維強化プラスチックと表面の繊維強化プラスチックを、一度の樹脂硬化プロセスによって一体的に成形することを特徴とする請求項１から６の繊維強化プラスチック製支持バーを成形する成形方法。
8. 引き抜き成形法により連続的に成形した後、１．５〜３．０ｍの長さに切断する請求項７に記載の繊維強化プラスチック製支持バーの成形方法。

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