JP2008254105A - 穴開け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維で強化された樹脂を積層して形成された積層体について、積層する樹脂の剥離や亀裂が進展するのを抑制しつつ、貫通穴を開ける穴開け方法を提供すること。
【解決手段】積層体５０にドリル１１の貫通位置を決定し、積層体５０のドリル１１を当てる面とは反対側の面、つまり第１の繊維強化樹脂シート５１の表面について、貫通位置の周囲の繊維を切断しておき、積層体５０の貫通位置にドリル１１を当て、ドリル１１を回転させて貫通穴６０を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、穴開け方法に関する。詳しくは、繊維で強化された樹脂を積層して形成された積層体に貫通穴を開ける穴開け方法に関する。

従来より、自動車の車体を構成する各種部材は、取付部に貫通穴が開けられ、この貫通穴にボルトが挿通されることにより、他の部材に対して締結される。

上述の貫通穴は、ドリルを回転させながら先端をワークに当てて、ドリル先端をワークに貫通させることで形成される。

ところで、以上により貫通穴を開けると、ワークのドリルを当てた面とは反対側の面において、貫通穴の近傍にバリが生じる場合がある。そこで、このバリを除去できるバリ取り機能付きドリルを用いた穴開け方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に示された穴開け方法によれば、ドリルの先端近傍に、ドリルが延びる方向と交差する方向に突出してバリ取りチップを設ける。そして、ドリルを回転させながらワークの一方の面に所定の速度で送り出して、ドリルの先端およびバリ取りチップがワークの他方の面から貫通した後、ドリルを回転させながら上述の所定の速度よりも高速度で後退させる。以上により、ドリルを後退させる際に、ドリルを中心に回転するバリ取りチップにより、バリを除去できる。
特開２００３−２３１０１１号公報

ところで、自動車の車体を構成するボンネットやルーフ等は、軽量且つ高強度であることが要求されるため、いわゆる繊維強化樹脂（ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics））が用いられる。

具体的には、例えば、図５（Ａ）に示すように、連続する繊維で強化された樹脂からなるシートが４枚積層された積層体１００が用いられる。すなわち、この積層体１００は、第１の繊維強化樹脂シート１０１、第２の繊維強化樹脂シート１０２、第３の繊維強化樹脂シート１０３、および第４の繊維強化樹脂シート１０４の順に積層して形成される。

このような積層体１００に、上述のバリ取りチップ１１１が設けられたバリ取り機能付きドリル１１０を用いて貫通穴を開けると、以下のようになる。

図５（Ｂ）に示すように、バリ取り機能付きドリル１１０を回転させながら、このバリ取り機能付きドリル１１０の先端を積層体１００に当てて、第４の繊維強化樹脂シート１０４、第３の繊維強化樹脂シート１０３、第２の繊維強化樹脂シート１０２の順に穴を開ける。

次に、図５（Ｃ）に示すように、第１の繊維強化樹脂シート１０１の穴開けを開始する。すると、第１の繊維強化樹脂シート１０１を構成する繊維は、バリ取り機能付きドリル１１０の回転方向に引っ張られる。これにより、第１の繊維強化樹脂シート１０１と第２の繊維強化樹脂シート１０２との間にわずかな剥離が発生したり、第１の繊維強化樹脂シート１０１を構成する繊維が延在する方向に沿って、貫通穴を基点とする亀裂が発生したりする場合があった。その結果、図５（Ｄ）に示すように剥離が進展したり、亀裂が進展したりして、外観の美観が損なわれるとともに、強度が低下する場合があった。

本発明は、連続する繊維で強化された樹脂を積層して形成された積層体について、積層する樹脂の剥離や亀裂が進展するのを抑制しつつ、貫通穴を開ける穴開け方法を提供することを目的とする。

本発明の穴開け方法は、少なくとも両表面が連続する繊維で強化された樹脂を配置して形成された積層体に貫通穴を形成する穴開け方法であって、前記積層体にドリルの貫通位置を決定し、前記積層体の前記ドリルを当てる面とは反対側の面について、前記貫通位置の周囲の繊維を切断しておき、前記積層体の前記貫通位置に前記ドリルを当て、当該ドリルを回転させて前記貫通穴を形成することを特徴とする。

この発明によれば、少なくとも両表面が連続する繊維で強化された樹脂を配置して形成された積層体にドリルで貫通穴を開けるより前に、この積層体のドリルを当てる面とは反対側の面について、貫通穴を開ける位置の周囲の繊維を切断する。このため、積層体に貫通穴を開ける際に、この積層体のドリルを当てる面とは反対側の面に剥離や亀裂が発生しても、貫通穴の周囲の繊維が切断されているので、剥離や亀裂が進展するのを抑制できる。

本発明の穴開け方法は、繊維で強化された樹脂を積層して形成された積層体に貫通穴を形成する穴開け方法であって、前記積層体にドリルの貫通位置を決定し、前記積層体の前記ドリルを当てる面とは反対側の面について、前記貫通位置の周囲の繊維を切断しておき、前記積層体の前記貫通位置に前記ドリルを当て、当該ドリルを回転させて前記貫通穴を形成することを特徴とする。

この発明によれば、繊維で強化された樹脂を積層して形成された積層体にドリルで貫通穴を開けるより前に、この積層体のドリルを当てる面とは反対側の面について、貫通穴を開ける位置の周囲の繊維を切断する。このため、上述の効果と同様の効果がある。

本発明の穴開け方法は、連続する繊維で強化された樹脂を積層して形成された積層体に貫通穴を形成する穴開け方法であって、前記積層体にドリルの貫通位置を決定し、前記積層体の前記ドリルを当てる面とは反対側の面について、前記貫通位置の周囲の繊維を切断しておき、前記積層体の前記貫通位置に前記ドリルを当て、当該ドリルを回転させて前記貫通穴を形成することを特徴とする。

この発明によれば、連続する繊維で強化された樹脂を積層して形成された積層体にドリルで貫通穴を開けるより前に、この積層体のドリルを当てる面とは反対側の面について、貫通穴を開ける位置の周囲の繊維を切断する。このため、上述の効果と同様の効果がある。

この場合、前記積層体の前記ドリルを当てる面とは反対側の面に対して、レーザを照射することにより、前記貫通位置の周囲の繊維を切断することが好ましい。

この発明によれば、レーザにより、積層体のドリルを当てる面とは反対側の面の表層の繊維を切断できる。

本発明によれば、積層体にドリルで貫通穴を開けるより前に、積層体のドリルを当てる面とは反対側の面について、貫通穴を開ける位置の周囲の繊維を切断する。このため、積層体に貫通穴を開ける際に、この積層体のドリルを当てる面とは反対側の面に剥離や亀裂が発生しても、貫通穴の周囲の繊維が切断されているので、剥離や亀裂が進展するのを抑制できる。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の穴開け方法が適用された穴開け装置１０の概略構成を示すブロック図である。

穴開け装置１０は、回転可能なドリル１１と、レーザを照射するレーザ照射部１２と、これらドリル１１およびレーザ照射部１２を制御する制御部１３と、を備える。

図２は、穴開け装置１０により貫通穴６０が開けられる積層体５０の斜視図である。

積層体５０は、連続する繊維で強化された樹脂からなるシートが４枚積層されて構成される。すなわち、積層体５０は、第１の繊維強化樹脂シート５１、第２の繊維強化樹脂シート５２、第３の繊維強化樹脂シート５３、および第４の繊維強化樹脂シート５４の順に積層して形成される。

穴開け装置１０は、この積層体５０の上面、つまり第４の繊維強化樹脂シート５４の表面にドリル１１を当てて、この積層体５０の下面、つまり第１の繊維強化樹脂シート５１の表面までドリル１１を貫通させることで、貫通穴６０を開けるものとする。

積層体５０に貫通穴６０を開ける手順について、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）および図４を用いて、以下に説明する。

まず、図３（Ａ）に示すように、積層体５０の貫通穴６０を開ける位置、つまり貫通位置６０Ａを決定する。

次に、図３（Ｂ）に示すように、レーザ照射部１２により、ドリル１１を当てる面とは反対側の面、つまり第１の繊維強化樹脂シート５１の表面の貫通位置６０Ａを囲む環状の領域６０Ｂに、レーザを照射する。これにより、環状の領域６０Ｂの表層の繊維、ここでは、第１の繊維強化樹脂シート５１を切断する。この環状の領域６０Ｂの径は、貫通位置６０Ａの径よりもわずかに大きく設定されている。

次に、図３（Ｃ）に示すように、ドリル１１を回転させながら、このドリル１１の先端を積層体５０に当てて、第４の繊維強化樹脂シート５４、第３の繊維強化樹脂シート５３、第２の繊維強化樹脂シート５２の順に穴を開ける。

次に、図３（Ｄ）に示すように、第１の繊維強化樹脂シート５１の穴開けを開始する。すると、第１の繊維強化樹脂シート５１を構成する繊維は、ドリル１１の回転方向に引っ張られる。これにより、第１の繊維強化樹脂シート５１と第２の繊維強化樹脂シート５２との間にわずかな剥離Ｘが発生したり、図４にも示すように、第１の繊維強化樹脂シート５１を構成する繊維が延在する方向に沿って、貫通穴６０を基点とする亀裂Ｙが発生したりする。

しかしながら、図３（Ｅ）に示すように、剥離Ｘや亀裂Ｙが発生しても、貫通位置６０Ａを囲む環状の領域６０Ｂの繊維が切断されているので、剥離Ｘや亀裂Ｙは、環状の領域６０Ｂより外側に進展しない。すなわち、第１の繊維強化樹脂シート５１のうち貫通穴６０から環状の領域６０Ｂに至る部分のみが剥離したり、貫通穴６０から環状の領域６０Ｂに至る部分にのみ亀裂が入ったりすることになる。
この現象は、不連続な、すなわち切断され、且つある一定以上の長さをもった繊維で強化された樹脂を積層して積層体を構成しても同様である。つまり、最下層である繊維強化樹脂シートを構成する一定の長さ以上の不連続な繊維がドリル１１の外径刃先で切断されずに、ドリル１１の軸線に方向に押されて、或いは曲げられて、繊維強化樹脂シートを引っ張り、結果として、上述の剥離や亀裂を生じることになる。また、この場合、繊維が浮き出るといった好ましくない現象も生じる。当然のことながら、連続する繊維で強化された樹脂を積層して積層体を構成した方が、上述の剥離や亀裂が顕著に現れる。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）積層体５０にドリル１１で貫通穴６０を開けるより前に、第１の繊維強化樹脂シート５１の表面の貫通位置６０Ａを囲む環状の領域６０Ｂに、レーザを照射して、環状の領域６０Ｂの表層の繊維を切断する。このため、積層体５０に貫通穴６０を開ける際に、第１の繊維強化樹脂シート５１の表層に剥離Ｘや亀裂Ｙが発生しても、環状の領域６０Ｂの表層の繊維が切断されているので、環状の領域６０Ｂより外側に、剥離Ｘや亀裂Ｙが進展するのを抑制できる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は、本発明に含まれるものである。
例えば、積層体５０を、連続する繊維で強化された樹脂からなる４枚のシートを積層して形成したが、これに限らず、５枚や６枚のシートを積層して形成してもよい。
また、積層体５０を構成するシートのうち、数枚が一定の長さ以上の不連続な繊維で強化された樹脂からなるシートでもよく、全部が不連続な繊維で強化された樹脂でもよく、また、全部が連続する繊維で強化された樹脂でもよい。
また、積層体のバリエーションとして、積層体５０を構成するシートのうち、少なくとも両表面に連続する樹脂を配置して成形体を形成し、この成形体に貫通穴を開けてもよく、このような構成も本発明に含まれるものである。

本発明の穴開け方法が適用された穴開け装置の概略構成を示すブロック図である。 前記穴開け装置により貫通穴が開けられる積層体の斜視図である。 前記積層体に貫通穴を開ける手順を説明するための図である。 前記積層体に貫通穴を開ける手順を説明するための図である。 従来例に係る積層体に貫通穴を開ける手順を説明するための図である。

符号の説明

１０ 穴開け装置
１１ ドリル
１２ レーザ照射部
１３ 制御部
５０、１００ 積層体
５１、１０１ 第１の繊維強化樹脂シート
５２、１０２ 第２の繊維強化樹脂シート
５３、１０３ 第３の繊維強化樹脂シート
５４、１０４ 第４の繊維強化樹脂シート
６０ 貫通穴
６０Ａ 貫通位置
６０Ｂ 環状の領域
Ｘ 剥離
Ｙ 亀裂

Claims (4)

1. 少なくとも両表面が連続する繊維で強化された樹脂を配置して形成された積層体に貫通穴を形成する穴開け方法であって、
   前記積層体にドリルの貫通位置を決定し、
   前記積層体の前記ドリルを当てる面とは反対側の面について、前記貫通位置の周囲の繊維を切断しておき、
   前記積層体の前記貫通位置に前記ドリルを当て、当該ドリルを回転させて前記貫通穴を形成することを特徴とする穴開け方法。
2. 繊維で強化された樹脂を積層して形成された積層体に貫通穴を形成する穴開け方法であって、
   前記積層体にドリルの貫通位置を決定し、
   前記積層体の前記ドリルを当てる面とは反対側の面について、前記貫通位置の周囲の繊維を切断しておき、
   前記積層体の前記貫通位置に前記ドリルを当て、当該ドリルを回転させて前記貫通穴を形成することを特徴とする穴開け方法。
3. 連続する繊維で強化された樹脂を積層して形成された積層体に貫通穴を形成する穴開け方法であって、
   前記積層体にドリルの貫通位置を決定し、
   前記積層体の前記ドリルを当てる面とは反対側の面について、前記貫通位置の周囲の繊維を切断しておき、
   前記積層体の前記貫通位置に前記ドリルを当て、当該ドリルを回転させて前記貫通穴を形成することを特徴とする穴開け方法。
4. 請求項１乃至３に記載の穴開け方法において、
   前記積層体の前記ドリルを当てる面とは反対側の面に対して、レーザを照射することにより、前記貫通位置の周囲の繊維を切断することを特徴とする穴開け方法。

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