JP6134822B1 - 繊維強化樹脂材の加工方法および繊維強化樹脂材 - Google Patents
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Abstract
【課題】加工後の強度低下、コストアップ、加工時間の長期化および加工精度の悪化を招くことのない繊維強化樹脂材の加工方法、およびその加工方法によって加工された繊維強化樹脂材を提供すること。【解決手段】繊維強化樹脂材の加工方法は、突出部４１ａが形成された上金型４１と、突出部４１ａに対応する凹部４２ａが形成された下金型４２との間に、経糸と緯糸とが交互に交差した構造の強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸された繊維強化樹脂材１ａを配置する配置ステップと、繊維強化樹脂材１ａを加熱して熱可塑性樹脂を軟化させるとともに、上金型４１と下金型４２とを接近させることにより、強化繊維の経糸と緯糸との間に突出部４１ａを差し込み、経糸と緯糸との間を押し広げるように貫通孔３１，３１Ａを形成する貫通孔形成ステップと、を含んでいる。【選択図】図３
Description
本発明は、繊維強化樹脂材の加工方法および繊維強化樹脂材に関する。
ノートブック型のパーソナルコンピュータ（ノート型ＰＣ）、タブレット型のパーソナルコンピュータ（タブレット型ＰＣ）、スマートフォンおよび携帯電話等の各種の電子機器の筐体は、軽量、薄型かつ高強度である必要がある。そこで、このような電子機器の筐体として、炭素繊維等の強化繊維に樹脂を含浸させた繊維強化樹脂（例えば炭素繊維強化プラスチック（Carbon Fiber Reinforced Plastics：CFRP））が広く用いられている。
ここで、例えば図１０に示すように、繊維強化樹脂材１０１に、ねじ締結用の貫通孔３１や、吸排気口用の貫通孔３１Ａを形成する場合、従来は、繊維強化樹脂材１０１を成形する一次加工の後に、カッタープレスを用いたプレスカット、フライス盤を用いた切削加工、またはレーザーによる切断加工等により二次加工を行っていた。例えば特許文献１には、レーザーによって繊維強化樹脂材を切断加工する技術が開示されている。
しかしながら、従来の加工方法では、図１１および図１２に示すように、穴あけ加工の際に貫通孔３１，３１Ａに相当する部分の強化繊維１０を全て切断・除去してしまうため、貫通孔３１，３１Ａの周囲の強度が低下するという問題があった。なお、同図に示した繊維強化樹脂材１０１は、経糸１１と緯糸１２とからなる強化繊維１０にマトリックス樹脂２０が含浸されたものである。
また、繊維強化樹脂材は高強度であるため、プレスカットや切削加工では工具寿命が縮んでコストアップを招くという問題があった。さらに、特許文献１でも開示されているレーザー加工では、繊維強化樹脂材に高出力のレーザーを長時間照射する必要があるため、貫通孔の周囲のマトリックス樹脂が焦げてしまい、正常な貫通孔を形成することができないという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加工後の強度低下、コストアップ、加工時間の長期化および加工精度の悪化を招くことのない繊維強化樹脂材の加工方法およびそのような加工方法によって加工した繊維強化樹脂材を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る繊維強化樹脂材の加工方法は、突出部が形成された上金型と、前記突出部に対応する凹部が形成された下金型との間に、経糸と緯糸とが交互に交差した構造の強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸された繊維強化樹脂材を配置する配置ステップと、前記繊維強化樹脂材を加熱して前記熱可塑性樹脂を軟化させるとともに、前記上金型と前記下金型とを接近させることにより、前記強化繊維の前記経糸と前記緯糸との間に前記突出部を差し込み、前記経糸と前記緯糸との間を押し広げるように貫通孔を形成する貫通孔形成ステップと、を含むことを特徴とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る繊維強化樹脂材の加工方法は、突出部が形成された上金型と、前記突出部に対応する凹部が形成された下金型との間に、経糸と緯糸とが交互に交差した構造の強化繊維に硬化前の熱硬化性樹脂が含浸された繊維強化樹脂材を配置する配置ステップと、前記熱硬化性樹脂が完全に硬化する前に、前記上金型と前記下金型とを接近させることにより、前記強化繊維の前記経糸と前記緯糸との間に前記突出部を差し込み、前記経糸と前記緯糸との間を押し広げるように貫通孔を形成する貫通孔形成ステップと、を含むことを特徴とする。
また、本発明に係る繊維強化樹脂材の加工方法は、上記発明において、前記配置ステップは、前記凹部として、第１凹部と、前記第１凹部の上方に形成され、前記第１凹部の開口よりも大きな開口を有する第２凹部とが形成された前記下金型を用い、前記貫通孔形成ステップは、前記突出部を前記経糸と前記緯糸との間に差し込むことにより、前記経糸と前記緯糸との間を前記強化繊維の厚み方向に直交する方向に押し広げるとともに、前記熱可塑性樹脂を前記第２凹部に流入させることを特徴とする。
また、本発明に係る繊維強化樹脂材の加工方法は、上記発明において、前記配置ステップは、前記凹部として、第１凹部と、前記第１凹部の上方に形成され、前記第１凹部の開口よりも大きな開口を有する第２凹部とが形成された前記下金型を用い、前記貫通孔形成ステップは、前記突出部を前記経糸と前記緯糸との間に差し込むことにより、前記経糸と前記緯糸との間を前記強化繊維の厚み方向に直交する方向に押し広げるとともに、前記熱硬化性樹脂を前記第２凹部に流入させることを特徴とする。
また、本発明に係る繊維強化樹脂材の加工方法は、上記発明において、前記配置ステップの前に、前記貫通孔形成ステップで前記貫通孔が形成される範囲における前記強化繊維の一部を切断する切断ステップを含むことを特徴とする。
また、本発明に係る繊維強化樹脂材の加工方法は、上記発明において、前記強化繊維は、炭素繊維であることを特徴とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る繊維強化樹脂材は、経糸と緯糸とが交互に交差した構造の強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸された繊維強化樹脂材において、厚み方向に貫通孔が形成されており、前記貫通孔の周囲の前記強化繊維の密度は、前記厚み方向に直交する方向において、その他の部分の密度よりも高いことを特徴とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る繊維強化樹脂材は、経糸と緯糸とが交互に交差した構造の強化繊維に熱硬化性樹脂が含浸された繊維強化樹脂材において、厚み方向に貫通孔が形成されており、前記貫通孔の周囲の前記強化繊維の密度は、前記厚み方向に直交する方向において、その他の部分の密度よりも高いことを特徴とする。
また、本発明に係る繊維強化樹脂材は、上記発明において、前記貫通孔の周囲から前記厚み方向に突出したリブ部を備え、前記リブ部の前記強化繊維の密度は、その他の部分の密度よりも低いことを特徴とする。
また、本発明に係る繊維強化樹脂材は、上記発明において、前記強化繊維は、炭素繊維であることを特徴とする。
本発明に係る繊維強化樹脂材の加工方法によれば、強化繊維を切断・除去するのではなく、強化繊維の経糸と緯糸との間を押し広げて貫通孔を形成するため、従来の加工方法のようなコストアップ、加工時間の長期化および加工精度の悪化を招くことなく、繊維強化樹脂材を加工することが可能となる。
また、本発明に係る繊維強化樹脂材によれば、貫通孔の周囲の強化繊維の密度がその他の部分の密度よりも高くなっているため、貫通孔の周囲が強化繊維によって補強され、貫通孔の周囲の強度低下が防止される。
以下、本発明に係る繊維強化樹脂材の加工方法および繊維強化樹脂材について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る繊維強化樹脂材の加工方法は、図１および図２に示すように、繊維強化樹脂材１に貫通孔３１，３１Ａを形成するための方法である。本実施形態で加工の対象とする繊維強化樹脂材１は、経糸１１と緯糸１２とが交互に交差した構造（例えば織物構造）の強化繊維１０にマトリックス樹脂２０が含浸されたプリプレグである。そして、この繊維強化樹脂材１は、具体的には、複数のプリプレグが所望の積層構成に従って積層されたＣＦＲＰ（プリプレグを積層した板）、または複数のプリプレグを所望の積層構成に従って重ねた状態のものであり、強化繊維１０として炭素繊維を、マトリックス樹脂２０として熱可塑性樹脂を用いている。また、繊維強化樹脂材１に形成する貫通孔３１，３１Ａは、例えばねじ締結用の穴、吸排気口、スピーカ穴、イルミネーション用の穴として利用されるものである。
本発明の第１実施形態に係る繊維強化樹脂材の加工方法は、図１および図２に示すように、繊維強化樹脂材１に貫通孔３１，３１Ａを形成するための方法である。本実施形態で加工の対象とする繊維強化樹脂材１は、経糸１１と緯糸１２とが交互に交差した構造（例えば織物構造）の強化繊維１０にマトリックス樹脂２０が含浸されたプリプレグである。そして、この繊維強化樹脂材１は、具体的には、複数のプリプレグが所望の積層構成に従って積層されたＣＦＲＰ（プリプレグを積層した板）、または複数のプリプレグを所望の積層構成に従って重ねた状態のものであり、強化繊維１０として炭素繊維を、マトリックス樹脂２０として熱可塑性樹脂を用いている。また、繊維強化樹脂材１に形成する貫通孔３１，３１Ａは、例えばねじ締結用の穴、吸排気口、スピーカ穴、イルミネーション用の穴として利用されるものである。
本実施形態に係る繊維強化樹脂材の加工方法は、配置ステップと、貫通孔形成ステップと、を含んでいる。配置ステップは、図３（ａ）に示すように、上金型４１と下金型４２とからなる金型４０に加工前の繊維強化樹脂材１ａを配置するステップである。配置ステップでは、具体的には突出部４１ａが形成された上金型４１と、突出部４１ａに対応する凹部４２ａが形成された下金型４２とを用意し、これらの間に繊維強化樹脂材１ａを配置する。
ここで、上金型４１の突出部４１ａは、後段の貫通孔形成ステップで繊維強化樹脂材１ａに貫通孔３１，３１Ａを形成するためのものである。突出部４１ａの断面形状は、図３のように、下金型４２側に向かうほど細くなるテーパ状に形成される。また、突出部４１ａを下金型４２側から見た場合の平面形状は、貫通孔形成ステップで形成される貫通孔３１，３１Ａの平面形状に対応したものとなる。
例えば図１に示すように、繊維強化樹脂材１ａに丸穴形状の貫通孔３１を形成する場合、下金型４２側から見た場合の突出部４１ａの平面形状は、円形状に形成される。そして、この場合の突出部４１ａの全体形状は、例えば底面が円形の円錐状に形成される。一方、図２に示すように、繊維強化樹脂材１ａに長穴形状の貫通孔３１Ａを形成する場合、下金型４２側から見た場合の突出部４１ａの平面形状は、角丸長方形状または楕円形状に形成される。そして、この場合の突出部４１ａの全体形状は、例えば底面が角丸長方形の四角錐状に形成される。
続いて、貫通孔形成ステップは、繊維強化樹脂材１ａに貫通孔３１，３１Ａを形成するステップである。貫通孔形成ステップでは、例えば金型４０を加熱することによる接触伝熱、または図示しない加熱装置等を利用して、繊維強化樹脂材１ａを加熱し、熱可塑性樹脂（マトリックス樹脂２０）を溶融・軟化させる。そして、このように繊維強化樹脂材１ａの熱可塑性樹脂を溶融・軟化させている状態で、図３（ｂ）に示すように、上金型４１と下金型４２とを接近させ、繊維強化樹脂材１ａを熱間プレスする。
また、貫通孔形成ステップでは、繊維強化樹脂材１ａを熱間プレスすると同時に、図３（ｂ）に示すように突出部４１ａを繊維強化樹脂材１ａに貫通させ、図３（ｃ）に示すような貫通孔３１，３１Ａを形成する。ここで、貫通孔形成ステップでは、貫通孔３１，３１Ａを形成する際に、図１および図２に示すように、強化繊維１０の経糸１１と緯糸１２との織目１３に突出部４１ａを差し込み、当該織目１３を押し広げるように貫通孔３１，３１Ａを形成する。このように、貫通孔形成ステップでは、成形後の繊維強化樹脂材１ａのマトリックス樹脂２０を溶融・軟化させた状態で貫通孔３１，３１Ａを形成する。なお、前記した「織目」とは、強化繊維１０の経糸１１と緯糸１２との間のことを意味している。
本実施形態に係る繊維強化樹脂材の加工方法によって加工した繊維強化樹脂材１は、図１および図２に示すように、厚み方向に貫通孔３１，３１Ａが形成されている。この貫通孔３１，３１Ａは、従来のように強化繊維１０を切断・除去して形成したものではなく、強化繊維１０の織目１３を厚み方向に直交する方向（経方向および緯方向）に押し広げて（強化繊維１０を押しのけて）形成したものである。
そのため、加工後の繊維強化樹脂材１は、貫通孔３１，３１Ａの周囲の強化繊維１０の密度が、厚み方向に直交する方向において、その他の部分の密度よりも高くなっている。すなわち、貫通孔３１，３１Ａの周囲には、当該貫通孔３１，３１Ａの形成時に押しのけられた強化繊維１０が密集しており、貫通孔３１，３１Ａの周囲における経糸１１同士の間隔および緯糸１２同士の間隔が、その他の部分における経糸１１同士の間隔および緯糸１２同士の間隔よりも狭くなっている。従って、貫通孔３１，３１Ａの周囲が強化繊維１０によって補強され、貫通孔３１，３１Ａの周囲の強度低下が防止される。
また、本実施形態に係る繊維強化樹脂材の加工方法によれば、強化繊維１０を切断・除去するのではなく、強化繊維１０の経糸１１と緯糸１２との間にある織目１３を押し広げて貫通孔３１，３１Ａを形成するため、従来の加工方法のようなコストアップ、加工時間の長期化および加工精度の悪化を招くことなく、繊維強化樹脂材１を加工することができる。また、本実施形態に係る繊維強化樹脂材の加工方法では、マトリックス樹脂２０として熱で溶融・軟化する熱可塑性樹脂を用いるため、貫通孔形成ステップで貫通孔３１，３１Ａを形成すると同時に、熱間プレス成形により繊維強化樹脂材１を所望の形状に加工することもできる。
［第２実施形態］
以下、第２実施形態に係る繊維強化樹脂材の加工方法について、図１〜図３を参照しながら説明する。
以下、第２実施形態に係る繊維強化樹脂材の加工方法について、図１〜図３を参照しながら説明する。
第２実施形態に係る繊維強化樹脂材の加工方法は、マトリックス樹脂２０として熱硬化性樹脂を用いること以外は第１実施形態と同様である。本実施形態で加工の対象とする繊維強化樹脂材１は、第１実施形態と同様に、経糸１１と緯糸１２とが交互に交差した構造（例えば織物構造）の強化繊維１０にマトリックス樹脂２０が含浸されたプリプレグである。そして、この繊維強化樹脂材１は、例えば、複数のプリプレグを所望の積層構成に従って重ねた状態のものであり、強化繊維１０として炭素繊維を、マトリックス樹脂２０として熱硬化性樹脂を用いている。
本実施形態に係る繊維強化樹脂材の加工方法は、配置ステップと、貫通孔形成ステップと、を含んでいる。配置ステップは、図３（ａ）に示すように、突出部４１ａが形成された上金型４１と、突出部４１ａに対応する凹部４２ａが形成された下金型４２との間に、強化繊維１０に硬化前の熱硬化性樹脂（マトリックス樹脂２０）が含浸された繊維強化樹脂材１ａを配置する。すなわち、第１実施形態の配置ステップでは、既に熱可塑性樹脂が硬化している成形後の繊維強化樹脂材１ａを金型４０に配置していたが、本実施形態の配置ステップでは、熱硬化性樹脂が硬化していない成形前の繊維強化樹脂材１ａを金型４０に配置する。なお、上金型４１および下金型４２は、第１実施形態と同様のものを用いる。
続いて、貫通孔形成ステップでは、熱硬化性樹脂（マトリックス樹脂２０）が完全に硬化する前に、上金型４１と下金型４２とを接近させることにより、図１および図２に示すように、強化繊維１０の経糸１１と緯糸１２との織目１３に突出部４１ａを差し込み、当該織目１３を押し広げるように貫通孔３１，３１Ａを形成する。ここで、本実施形態における貫通孔形成ステップでは、熱間プレスと冷間プレスのいずれかの方法を利用して貫通孔３１，３１Ａを形成することができる。
熱間プレスを利用する場合、第１実施形態と同様に、繊維強化樹脂材１ａを加熱するとともに、熱硬化性樹脂（マトリックス樹脂２０）が完全に硬化していない状態で、図３（ｂ）に示すように、上金型４１と下金型４２とを接近させ、繊維強化樹脂材１ａを熱間プレスする。これにより、突出部４１ａが繊維強化樹脂材１ａを貫通し、図３（ｃ）に示すような貫通孔３１，３１Ａが形成されるとともに、繊維強化樹脂材１ａが成形される。
一方、冷間プレスを利用する場合、複数のプリプレグを所望の積層構成に従って金型４０に配置した後、上金型４１と下金型４２とを接近させ、繊維強化樹脂材１ａを冷間プレスする。そしてその後に、例えば金型４０を加熱して繊維強化樹脂材１ａを熱硬化させる。これにより、突出部４１ａが繊維強化樹脂材１ａを貫通し、図３（ｃ）に示すような貫通孔３１，３１Ａが形成されるとともに、繊維強化樹脂材１ａが成形される。
本実施形態に係る繊維強化樹脂材の加工方法によって加工した繊維強化樹脂材１は、図１および図２に示すように、強化繊維１０の経糸１１と緯糸１２との間にある織目１３を厚み方向に直交する方向（経方向および緯方向）に押し広げて（強化繊維１０を押しのけて）形成された貫通孔３１，３１Ａが設けられている。
そのため、加工後の繊維強化樹脂材１は、貫通孔３１，３１Ａの周囲の強化繊維１０の密度が、厚み方向に直交する方向において、その他の部分の密度よりも高くなり、貫通孔３１，３１Ａの周囲における経糸１１同士の間隔および緯糸１２同士の間隔が、その他の部分における経糸１１同士の間隔および緯糸１２同士の間隔よりも狭くなっている。従って、貫通孔３１，３１Ａの周囲が強化繊維１０によって補強され、貫通孔３１，３１Ａの周囲の強度低下が防止される。
また、本実施形態に係る繊維強化樹脂材の加工方法によれば、従来の加工方法のようなコストアップ、加工時間の長期化および加工精度の悪化を招くことなく、繊維強化樹脂材１を加工することができる。また、本実施形態に係る繊維強化樹脂材の加工方法では、マトリックス樹脂２０として熱で硬化する熱硬化性樹脂を用いるため、貫通孔形成ステップにおいて、繊維強化樹脂材１を成形すると同時に貫通孔３１，３１Ａを形成することができる。
［その他変形例］
ここで、前記した第１実施形態および第２実施形態における貫通孔形成ステップでは、形成しようとする貫通孔３１，３１Ａの大きさまたはアスペクト比によっては、貫通孔３１，３１Ａに相当する強化繊維１０を全て押しのけることが困難な場合もある。このような場合、配置ステップの前に切断ステップを行うことが望ましい。
ここで、前記した第１実施形態および第２実施形態における貫通孔形成ステップでは、形成しようとする貫通孔３１，３１Ａの大きさまたはアスペクト比によっては、貫通孔３１，３１Ａに相当する強化繊維１０を全て押しのけることが困難な場合もある。このような場合、配置ステップの前に切断ステップを行うことが望ましい。
切断ステップでは、図４および図５に示すように、貫通孔形成ステップで貫通孔３１，３１Ａが形成される範囲における強化繊維１０の一部を切断する。以下、切断ステップを含む繊維強化樹脂材の加工方法について説明する。
まず、強化繊維１０にマトリックス樹脂２０を含浸させてプリプレグを作成する。続いて、切断ステップとして、前記プリプレグについて、貫通孔３１，３１Ａが形成される範囲Ａ，Ｂに含まれる強化繊維１０の一部を切断する。続いて、切断済みのプリプレグを所望の積層構成に沿って重ねた状態にする。ここで、マトリックス樹脂２０が熱可塑性樹脂である場合は、重ねた状態のプリプレグを熱間プレスすることにより、プリプレグを積層した板（繊維強化樹脂材１ａ）を作成してもよい。そして最後に、第１実施形態および第２実施形態における貫通孔形成ステップを行うことにより、貫通孔３１，３１Ａを形成する。
ここで、例えば図４に示すように、後段の貫通孔形成ステップで丸穴形状の貫通孔３１を形成する場合、切断ステップでは、貫通孔３１が形成される範囲Ａの中心を基準として経方向および緯方向に強化繊維１０（経糸１１および緯糸１２）を切断し、十字形状の切り込みＣ１を形成する。なお、切り込みＣ１の長さ、すなわち切断する経糸１１および緯糸１２の本数は、形成しようとする貫通孔３１の大きさを考慮して決定する。
また、丸穴形状の貫通孔３１を形成する場合の切り込みＣ１の形状は十字形状に限定されず、例えば経方向の強化繊維１０（緯糸１２）のみを切断してもよく、あるいは緯方向の強化繊維１０（経糸１１）のみを切断してもよい。
さらに、例えば図５に示すように、後段の貫通孔形成ステップで経方向に伸びる長穴形状の貫通孔３１Ａを形成する場合、切断ステップでは、貫通孔３１Ａが形成される範囲Ｂの中心を基準として経方向に強化繊維１０（緯糸１２）を切断し、直線状の切り込みＣ２を形成する。なお、切り込みＣ２の長さ、すなわち切断する緯糸１２の本数は、形成しようとする貫通孔３１Ａの大きさを考慮して決定する。
また、長穴形状の貫通孔３１Ａを形成する場合、貫通孔３１Ａが伸びる方向と平行な方向のみに切り込みＣ２を形成することが望ましい。例えば図５に示すように、後段の貫通孔形成ステップで経方向に伸びる長穴形状の貫通孔３１Ａを形成する場合、貫通孔３１Ａが伸びる経方向に交差する緯糸１２のみを切断し、経糸１１は切断しない。これにより、切断ステップで強化繊維１０を切断することによる強度低下を最小限に留めることができる。
以上のような切断ステップを第１実施形態および第２実施形態に係る繊維強化樹脂材の加工方法に含めることにより、形成しようとする貫通孔３１，３１Ａの大きさやアスペクト比にかかわらず、後段の貫通孔形成ステップにおいて、強化繊維１０を押しのけて貫通孔３１，３１Ａを確実に形成することが可能となる。また、前記した切断ステップでは、最小限の強化繊維１０を切断するのみであり、除去はしていない。従って、貫通孔形成ステップを経て貫通孔３１，３１Ａを形成した場合、切断ステップで切断された強化繊維１０は、押しのけられた強化繊維１０とともに貫通孔３１，３１Ａの周囲に配置され、貫通孔３１，３１Ａの周囲の強度向上にも寄与することになる。
ここで、前記した第１実施形態および第２実施形態における貫通孔形成ステップでは、繊維強化樹脂材１に対する加工として貫通孔３１，３１Ａのみを形成していたが、例えばリブ部やボス部等を同時に形成することも可能である。
例えば貫通孔３１，３１Ａと同時にリブ部３２を形成する場合、図６に示すように、第１実施形態および第２実施形態に係る繊維強化樹脂材の加工方法で用いた金型４０とは異なる金型４０Ａを用いる。この金型４０Ａは、上金型４１と下金型４２Ａとからなり、上金型４１は第１実施形態および第２実施形態に係る繊維強化樹脂材の加工方法で用いたものと同様である。一方、下金型４２Ａは、第１凹部４２ｂと、第１凹部４２ｂの上方に形成され、第１凹部４２ｂの開口よりも大きな開口を有する第２凹部４２ｃとが形成されている。
そして、配置ステップでは、図６（ａ）に示すように、突出部４１ａが形成された上金型４１と、第１凹部４２ｂおよび第２凹部４２ｃが形成された下金型４２Ａとの間に、繊維強化樹脂材１ａを配置する。続いて、貫通孔形成ステップでは、繊維強化樹脂材１ａを加熱し、熱可塑性樹脂を溶融・軟化（第１実施形態の場合）、あるいは熱硬化性樹脂を硬化（第２実施形態の場合）させ、図６（ｂ）に示すように、繊維強化樹脂材１ａを熱間プレスする。
また、貫通孔形成ステップでは、繊維強化樹脂材１ａを熱間プレスすると同時に、図１、図２および図６（ｂ）に示すように強化繊維１０の経糸１１と緯糸１２との織目１３に突出部４１ａを差し込み、当該織目１３を押し広げるように貫通孔３１，３１Ａを形成する。また同時に、マトリックス樹脂２０（熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂）を第２凹部４２ｃに流入させ、図６（ｃ）および図７に示すように、貫通孔３１，３１Ａの周囲から厚み方向に突出したリブ部３２を形成する。
ここで、貫通孔３１，３１Ａの形成時に押し分けられた強化繊維１０は、図７に示すように、基本的には貫通孔３１，３１Ａの周囲に配置される。従って、リブ部３２は、ほとんどがマトリックス樹脂２０によって構成されており、当該リブ部３２における強化繊維１０の密度は、その他の部分、すなわち繊維強化樹脂材１Ａのリブ部３２以外の部分の密度よりも低くなっている。
以上のような貫通孔形成ステップを第１実施形態および第２実施形態に係る繊維強化樹脂材の加工方法で行うことにより、複数の加工を同時に行うことができる。また、貫通孔３１，３１Ａの形成時に第２凹部４２ｃにマトリックス樹脂２０を逃がすことができるため、貫通孔３１，３１Ａの形成が容易となる。さらに、貫通孔３１，３１Ａの周囲にリブ部３２を形成することにより、貫通孔３１，３１Ａの周囲がリブ部３２によって補強され、貫通孔３１，３１Ａの周囲の強度低下がより防止される。
また、以上述べたような加工方法によって加工した繊維強化樹脂材１は、例えば図８に示すようなノート型ＰＣ５０の筐体として用いることが可能である。同図に示したノート型ＰＣ５０は、キーボード装置５１１を有する機器本体５１と、液晶ディスプレイ等からなるディスプレイ装置５２１を有する矩形平板状の蓋体５２とを備え、蓋体５２を左右のヒンジ５２２により機器本体５１に対して開閉可能に連結したクラムシェル型である。また、機器本体５１の内部には、図示しない基板、演算処理装置、ハードディスク装置およびメモリ等の各種電子部品が収納されている。
第１実施形態および第２実施形態に係る繊維強化樹脂材の加工方法を利用することにより、例えば図９に示すように、機器本体５１の背面カバー５１２に、ねじ締結用の穴としての貫通孔３１や、吸排気口としての貫通孔３１Ａを容易に形成することが可能となる。
以上、本発明に係る繊維強化樹脂材の加工方法および繊維強化樹脂材について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
例えば、強化繊維１０は、炭素繊維に限定されず、金属繊維や植物繊維等を用いてもよい。また、強化繊維１０は、図１および図２に示すような織物構造ではなく、例えば繊維を一方向に引き揃えた一方向配列材（ＵＤ（Uni Derection）材）のプリプレグを経方向および緯方向に積層した構造であってもよい。このような構造においては、経方向に並んだ繊維と、緯方向に並んだ繊維との間を上金型４１の突出部４１ａによって押し広げることにより、貫通孔３１，３１Ａを形成することができる。また、強化繊維１０は、図１および図２に示すような織物構造ではなく、繊維を絡みあわせた不織布のプリプレグを積層した構造であってもよい。
１，１ａ，１Ａ，１０１ 繊維強化樹脂材
１０ 強化繊維
１１ 経糸
１２ 緯糸
１３ 織目
２０ マトリックス樹脂
３１，３１Ａ 貫通孔
３２ リブ部
４０，４０Ａ 金型
４１ 上金型
４１ａ 突出部
４２，４２Ａ 下金型
４２ａ 凹部
４２ｂ 第１凹部
４２ｃ 第２凹部
５０ ノート型ＰＣ
５１ 機器本体
５１１ キーボード装置
５１２ 背面カバー
５２ 蓋体
５２１ ディスプレイ装置
５２２ ヒンジ
Ｃ１，Ｃ２ 切り込み
１０ 強化繊維
１１ 経糸
１２ 緯糸
１３ 織目
２０ マトリックス樹脂
３１，３１Ａ 貫通孔
３２ リブ部
４０，４０Ａ 金型
４１ 上金型
４１ａ 突出部
４２，４２Ａ 下金型
４２ａ 凹部
４２ｂ 第１凹部
４２ｃ 第２凹部
５０ ノート型ＰＣ
５１ 機器本体
５１１ キーボード装置
５１２ 背面カバー
５２ 蓋体
５２１ ディスプレイ装置
５２２ ヒンジ
Ｃ１，Ｃ２ 切り込み
Claims (7)
- 突出部が形成された上金型と、前記突出部に対応する凹部が形成された下金型との間に、経糸と緯糸とが交互に交差した構造の強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸された繊維強化樹脂材を配置する配置ステップと、
前記繊維強化樹脂材を加熱して前記熱可塑性樹脂を軟化させるとともに、前記上金型と前記下金型とを接近させることにより、前記強化繊維の前記経糸と前記緯糸との間に前記突出部を差し込み、前記経糸と前記緯糸との間を押し広げるように貫通孔を形成する貫通孔形成ステップと、
を含み、
前記配置ステップは、前記凹部として、第１凹部と、前記第１凹部の上方に形成され、前記第１凹部の開口よりも大きな開口を有する第２凹部とが形成された前記下金型を用い、
前記貫通孔形成ステップは、前記突出部を前記経糸と前記緯糸との間に差し込むことにより、前記経糸と前記緯糸との間を前記強化繊維の厚み方向に直交する方向に押し広げるとともに、前記熱可塑性樹脂を前記第２凹部に流入させることを特徴とする繊維強化樹脂材の加工方法。 - 突出部が形成された上金型と、前記突出部に対応する凹部が形成された下金型との間に、経糸と緯糸とが交互に交差した構造の強化繊維に硬化前の熱硬化性樹脂が含浸された繊維強化樹脂材を配置する配置ステップと、
前記熱硬化性樹脂が完全に硬化する前に、前記上金型と前記下金型とを接近させることにより、前記強化繊維の前記経糸と前記緯糸との間に前記突出部を差し込み、前記経糸と前記緯糸との間を押し広げるように貫通孔を形成する貫通孔形成ステップと、
を含み、
前記配置ステップは、前記凹部として、第１凹部と、前記第１凹部の上方に形成され、前記第１凹部の開口よりも大きな開口を有する第２凹部とが形成された前記下金型を用い、
前記貫通孔形成ステップは、前記突出部を前記経糸と前記緯糸との間に差し込むことにより、前記経糸と前記緯糸との間を前記強化繊維の厚み方向に直交する方向に押し広げるとともに、前記熱硬化性樹脂を前記第２凹部に流入させることを特徴とする繊維強化樹脂材の加工方法。 - 前記配置ステップの前に、前記貫通孔形成ステップで前記貫通孔が形成される範囲における前記強化繊維の一部を切断する切断ステップを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の繊維強化樹脂材の加工方法。
- 前記強化繊維は、炭素繊維であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂材の加工方法。
- 経糸と緯糸とが交互に交差した構造の強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸された繊維強化樹脂材において、
厚み方向に貫通孔が形成されており、
前記貫通孔の周囲の前記強化繊維の密度は、前記厚み方向に直交する方向において、その他の部分の密度よりも高く、
前記貫通孔の周囲から前記厚み方向に突出したリブ部を備え、
前記リブ部の前記強化繊維の密度は、その他の部分の密度よりも低いことを特徴とする繊維強化樹脂材。 - 経糸と緯糸とが交互に交差した構造の強化繊維に熱硬化性樹脂が含浸された繊維強化樹脂材において、
厚み方向に貫通孔が形成されており、
前記貫通孔の周囲の前記強化繊維の密度は、前記厚み方向に直交する方向において、その他の部分の密度よりも高く、
前記貫通孔の周囲から前記厚み方向に突出したリブ部を備え、
前記リブ部の前記強化繊維の密度は、その他の部分の密度よりも低いことを特徴とする繊維強化樹脂材。 - 前記強化繊維は、炭素繊維であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の繊維強化樹脂材。
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