JP7013873B2 - 加工品の製造方法および加工品 - Google Patents

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Description

本発明は、樹脂と強化繊維と空隙からなる構造体を加工する加工品の製造方法および加工品に関するものである。
近年、航空宇宙分野、自動車分野、スポーツ分野において、軽量性や剛性などの機械的特性に優れる部材が求められている。このような要求に応えるべく、空隙を含有することにより軽量性を満足させる樹脂発泡体や、軽量性かつ高機械特性を満たす繊維強化樹脂が各産業用途の構造体として用いられている（特許文献１）。これらの構造体が各産業用途に供される際には、金型を用いたプレス成形や押し出し成形、射出成形、あるいはバギング成形などにより成形されるが、複雑形状の成形が難しいことや熱収縮などの寸法安定性の問題、成形時に発生する構造体端部の突起（バリ）の存在などにより、加工なく所望の製品の大きさや形状を得ることは難しいとされている。そこで、一般には、所望の形状よりも大きい構造体を用意し、二次元または三次元に研削、切断、穿穴などの加工を施すことにより製品が得られる。
そのため、軽量性および高機械特性を満たすだけではなく、加工性に優れる構造体が必要とされている。軽量性に優れる樹脂発泡体においては、樹脂が柔軟であるために、細かいリブや細穴、細溝などの微細加工が出来ない。そこで、柔軟である樹脂の加工性を向上させるために、樹脂の配合割合を調製して樹脂発泡体の硬度を上げることが検討されている（特許文献２）。しかし、樹脂発泡体は、そもそも構造体としての機械特性が劣るため、コア材としての利用など使用用途が限定される。一方で、機械的特性に優れる繊維強化樹脂においては、加工時の振動や破片によりエッジ部の表裏面に亀裂や剥離が発生することが多い。これらの不具合を抑制するために、樹脂や繊維の種類や構成が検討されている（特許文献３）。しかしながら、繊維強化樹脂の強度や剛性が高すぎるために、加工工具の磨耗が早く、加工工具の耐用年数が短い。以上のことから、軽量性および機械的特性に優れ、加工性にも優れる構造体を加工してなる加工品を提供することが急務となっている。
国際公開第２０１４／１６２８７３号公報 特開２００２－３３８７２２号公報 特許第５９０８１８８号公報
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、軽量性および機械的特性に優れ、加工性に優れる構造体を加工してなる加工品およびその製造方法を提供することにある。
本発明に係る加工品の製造方法は、以下の（１）又は（２）である。なお、以下において、（１）に記載の発明を本発明の実施の形態１、（２）に記載の発明を本発明の実施の形態２として、本発明の実施の形態１と実施の形態２を総称して、本発明という。
（１） 構造体を加工してなる加工品の製造方法であって、
前記構造体は、強化繊維と樹脂と空隙からなり、
前記構造体は、密度が０．０１～１ｇ／ｃｍ３の範囲内であり、
前記構造体は、圧縮弾性率が０．２～２０ＧＰａの範囲内であり、
前記加工が、前記構造体と加工具とを接触させることで切削加工する、加工品の製造方法。
（２） 構造体を加工してなる加工品の製造方法であって、
前記構造体は、強化繊維と樹脂と空隙からなり、
前記構造体は、密度が０．０１～１ｇ／ｃｍ３の範囲内であり、
前記構造体は、比熱が０．０５～０．５０ｃａｌ／（ｇ・Ｋ）の範囲内であり、
前記加工が、前記構造体を溶断加工する、加工品の製造方法。
また、本発明の加工品は、構造体を加工して得られる加工品であって、
前記構造体は、強化繊維と樹脂と空隙からなり、
前記構造体において、前記強化繊維の体積含有率が０．５体積％以上５５体積％以下であるとともに、前記空隙の体積含有率が１０体積％以上９７体積％以下の範囲内にあり、
前記加工品の加工端面は前記強化繊維及び樹脂からなり、前記加工端面の面粗度（Ｒｚ）が、５μｍ以上５０μｍ以下の範囲である。
本発明の加工品の製造方法によれば、剛性及び軽量性に優れ、微細な切削または／および溶断加工により加工品を製造可能であり、工具の磨耗も少ない加工品の製造方法を提供できる。
図１は、本発明に係る構造体の断面構造を示す模式図である。 図２は、本発明に係る構造体における強化繊維の分散状態の一例を示す模式図である。 図３は、本発明に係る加工品の一例を示す模式図である。 図４は、本発明に係る強化繊維マットの製造装置の一例を示す模式図である。
まず、本発明の加工品の製造方法における加工の対象となる構造体について説明する。
図１は、本発明に係る構造体１の断面構造を示す模式図である。図１に示すように、本発明に係る構造体１は、樹脂２と強化繊維３と空隙４から構成されている。
ここで、樹脂２としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を例示できる。また、本発明においては、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とがブレンドされていてもよい。本発明における樹脂２に用いられる熱可塑性樹脂としては、「ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、液晶ポリエステル等のポリエステル、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン等のポリオレフィン、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等のポリアリーレンスルフィド、ポリケトン（ＰＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）」等の結晶性樹脂、「スチレン系樹脂の他、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリサルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート（ＰＡＲ）」等の非晶性樹脂、その他、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、さらにポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素系樹脂、及びアクリロニトリル系等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体及び変性体等から選ばれる熱可塑性樹脂を例示できる。中でも、得られる構造体の軽量性の観点からはポリオレフィンが好ましく、強度の観点からはポリアミドが好ましく、表面外観の観点からポリカーボネートやスチレン系樹脂のような非晶性樹脂が好ましく、耐熱性の観点からポリアリーレンスルフィドが好ましく、連続使用温度の観点からポリエーテルエーテルケトンが好ましく、さらに耐薬品性の観点からフッ素系樹脂が好ましく用いられる。
本発明における樹脂２に用いられる熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、熱硬化性ポリイミド、これらの共重合体、変性体、及びこれらの少なくとも２種類をブレンドした樹脂を例示できる。
また、本発明の目的を損なわない範囲で、樹脂２は、エラストマー又はゴム成分等の耐衝撃性向上剤、他の充填材や添加剤を含有してもよい。充填材や添加剤の例としては、無機充填材、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤、または、カップリング剤を例示できる。
本発明の構造体１は、構造体１全体の体積を１００体積％とした際に、強化繊維３の体積含有率が０．５体積％以上５５体積％以下、樹脂２の体積含有率が２．５体積％以上８５体積％以下、空隙４の体積含有率が１０体積％以上９７体積％以下であることが好ましい。つまり構造体１中の樹脂２の体積含有率は、２．５体積％以上８５体積％以下であることが好ましい。樹脂２の体積含有率が２．５体積％未満である場合、構造体１中の強化繊維３同士を結着し、強化繊維３の補強効果を十分なものとすることができず、構造体１の力学特性、とりわけ曲げ特性を満足できなくなるので好ましくない。一方、樹脂２の体積含有率が８５体積％より大きい場合には、樹脂量が多すぎることから、空隙構造をとることが困難となるので好ましくない。
強化繊維３としては、アルミニウム、黄銅、ステンレス等の金属繊維、ＰＡＮ系、レーヨン系、リグニン系、ピッチ系の炭素繊維、黒鉛繊維、ガラス等の絶縁性繊維、アラミド、ＰＢＯ、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステル、アクリル、ナイロン、ポリエチレン等の有機繊維、シリコンカーバイト、シリコンナイトライド等の無機繊維を例示できる。また、これらの繊維に表面処理が施されているものであってもよい。表面処理としては、導電体として金属の被着処理の他に、カップリング剤による処理、サイジング剤による処理、結束剤による処理、添加剤の付着処理等がある。また、これらの繊維は１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。中でも、軽量化効果の観点から、比強度、比剛性に優れるＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系等の炭素繊維が好ましく用いられる。また、加工中に構造体中に熱がこもらないよう、熱伝導性を向上させる観点からは、ＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系等の炭素繊維あるいは金属繊維が好ましい。また、得られる構造体１の経済性を高める観点からは、ガラス繊維が好ましく用いられ、とりわけ力学特性と経済性とのバランスから炭素繊維とガラス繊維とを併用することが好ましい。さらに、得られる構造体１の衝撃吸収性や賦形性を高める観点からは、アラミド繊維が好ましく用いられ、とりわけ力学特性と衝撃吸収性とのバランスから炭素繊維とアラミド繊維とを併用することが好ましい。また、得られる構造体１の導電性を高める観点からは、ニッケルや銅やイッテルビウム等の金属を被覆した強化繊維を用いることもできる。これらの中で、強度と弾性率等の力学的特性に優れるＰＡＮ系の炭素繊維をより好ましく用いることができる。
強化繊維３の形態としては、構造体１と同程度の長さの連続性強化繊維、又は、所定長に切断された有限長の不連続性強化繊維のいずれであってもよいが、樹脂２を容易に含浸させたり、その量を容易に調整できたりする観点からは、不連続性強化繊維であることが好ましい。
強化繊維３は、不連続であり、略モノフィラメント状、且つ、構造体１中にランダムに分散していることが望ましい。強化繊維３をかかる態様とすることで、シート状の構造体１の前駆体ないし構造体１を、外力を加えて成形する場合に、複雑形状への賦形が容易となる。また、強化繊維３が略モノフィラメント状、且つランダムに分散することで、強化繊維３によって形成された空隙４が緻密化し、安定して加工を行うことができる。
ここで、略モノフィラメント状とは、強化繊維単糸が５００本未満の細繊度ストランドにて存在することを指す。さらに望ましくは、モノフィラメント状、つまり単糸として分散していることである。
また、略モノフィラメント状、又は、モノフィラメント状に分散しているとは、構造体１中にて任意に選択した強化繊維３について、その二次元接触角が１°以上である単繊維の割合（以下、繊維分散率とも称す）が８０％以上であることを指し、言い換えれば、構造体１中において単繊維の２本以上が接触して平行した束が２０％未満であることをいう。従って、ここでは、少なくとも強化繊維３におけるフィラメント数１００本以下の繊維束の質量分率が１００％に該当するものが特に好ましい。
さらに、強化繊維３はランダムに分散していることが、とりわけ望ましい。強化繊維３がランダムに分散しているとは、構造体１における任意に選択した強化繊維３の二次元配向角の算術平均値が３０°以上、６０°以下の範囲内にあることをいう。かかる二次元配向角とは、強化繊維３の単繊維とこの単繊維と交差する単繊維とで形成される角度のことであり、交差する単繊維同士が形成する角度のうち、０°以上、９０°以下の範囲内にある鋭角側の角度と定義する。
この二次元配向角について、図面を用いてさらに説明する。図２は、本発明に係る構造体１における強化繊維３の分散状態の一例を示す模式図であり、図２（ａ）は面方向、図２（ｂ）は厚み方向から見た図である。図２（ａ）、（ｂ）において、単繊維９ａを基準とすると、単繊維９ａは他の単繊維９ｂ～９ｆと交差している。ここで、交差とは、観察する二次元平面において、基準とする単繊維が他の単繊維と交わって観察される状態のことを意味し、単繊維９ａと単繊維９ｂ～９ｆとが必ずしも接触している必要はなく、投影して見た場合に交わって観察される状態についても例外ではない。つまり、基準となる単繊維９ａについて見た場合、単繊維９ｂ～９ｆの全てが二次元配向角の評価対象であり、図２（ａ）中において二次元配向角は交差する２つの単繊維が形成する２つの角度のうち、０°以上、９０°以下の範囲内にある鋭角側の角度Ａである。
二次元配向角を測定する方法としては、特に制限はないが、例えば、構成要素の表面から強化繊維３の配向を観察する方法を例示でき、上述した二次元接触角の測定方法と同様の手段をとることができる。二次元配向角の平均値は、次の手順で測定する。すなわち、無作為に選択した単繊維（図２における単繊維９ａ）に対して交差している全ての単繊維（図２における単繊維９ｂ～９ｆ）との二次元配向角の平均値を測定する。例えば、ある単繊維に交差する別の単繊維が多数の場合には、交差する別の単繊維を無作為に２０本選び測定した算術平均値を代用してもよい。この測定を別の単繊維を基準として合計５回繰り返し、その算術平均値を二次元配向角の算術平均値として算出する。
強化繊維３が略モノフィラメント状、且つ、ランダムに分散していることで、上述した略モノフィラメント状に分散した強化繊維３により与えられる性能を最大限まで高めることができる。また、構造体１において力学特性に等方性を付与できる。かかる観点から、強化繊維３の繊維分散率は９０％以上であることが望ましく、１００％に近づくほどより望ましい。また、強化繊維３の二次元配向角の算術平均値は、４０°以上、５０°以下の範囲内にあることが望ましく、理想的な角度である４５°に近づくほど望ましい。
前述のとおり、構造体１中の強化繊維３の体積含有率は、０．５体積％以上５５体積％以下の範囲内であることが好ましい。強化繊維３の体積含有率が０．５体積％未満である場合、強化繊維３に由来する補強効果を十分なものとすることができないので好ましくない。一方、強化繊維３の体積含有率が５５体積％より大きい場合には、強化繊維３に対する樹脂２の体積含有率が相対的に少なくなるため、構造体１中の強化繊維３同士を結着し、強化繊維３の補強効果を十分なものとすることができず、構造体１の力学特性、とりわけ曲げ特性を満足できなくなるので好ましくない。また、強化繊維３の体積含有率が５５体積％を超える場合は、強化繊維３の強度や剛性が高いために切削が困難になるばかりでなく、切削加工時の工具の磨耗が早くなり、切削工具の耐用年数が短くなるため好ましくない。
構造体１において、強化繊維３は樹脂２に被覆されており、強化繊維３を被覆する樹脂２の被覆厚みが１μｍ以上１５μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。樹脂２に被覆された強化繊維３の被覆状態は、少なくとも構造体１を構成する強化繊維３の単繊維同士の交差する点が被覆されていれば、構造体１の形状安定性や、厚み制御の容易さ及び自由度の観点から十分であるが、さらに好ましい態様とすれば、樹脂２は、強化繊維３の周囲に、被覆厚み１μｍ以上１５μｍ以下で被覆した状態であることが好ましい。この状態は、強化繊維３の表面が樹脂２によって露出していない、言い換えれば、強化繊維３が樹脂２により電線状の皮膜を形成していることを意味する。このことにより、構造体１は、形状の安定性を有すると共に、力学特性の発現を十分なものとし、さらに、加工時に発生し蓄積される樹脂２内の熱を、強化繊維の熱伝導により効率的に分散することが出来るため、切削性が向上する。また、樹脂２に被覆された強化繊維３の被覆状態は、その強化繊維３の全てにおいて被覆されている必要は無く、構造体１の形状安定性や、圧縮弾性率、曲げ弾性率、曲げ強度を損なわない範囲内であればよい。つまり本発明においては、構造体１中の強化繊維３の少なくとも一部が樹脂２に被覆されており、樹脂２の被覆厚みが１μｍ以上１５μｍ以下の範囲内となっている部分を少なくとも有することが好ましい。
構造体１中の強化繊維３の質量平均繊維長は、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましい。これにより、強化繊維３の補強効率を高めることができ、構造体１に優れた力学特性を与えられる。また強化繊維３の質量平均繊維長を上記の範囲内とすることで、力学特性が向上するだけでなく、加工の際に樹脂２で発生・蓄積する熱を、強化繊維３を通じて効率よく分散することが出来るため好ましい。質量平均繊維長は、構造体１の樹脂２成分を焼失や溶出等の方法により取り除き、残った強化繊維３から無作為に４００本を選択し、その長さを１０μｍ単位まで測定し、それらの平均長さとして算出できる。
本発明の構造体１は、空隙４を有する。ここで本発明における空隙４とは、樹脂２により被覆された強化繊維３が柱状の支持体となり、それが重なり合い、又は、交差することにより形成された空間のことを指す。例えば強化繊維３に樹脂２が予め含浸された構造体前駆体を加熱して構造体１を得る場合、加熱に伴う樹脂２の溶融ないしは軟化により、強化繊維３が起毛することで空隙４が形成される。これは、構造体前駆体において、加圧により圧縮状態とされていた内部の強化繊維３が、その弾性率に由来する起毛力によって起毛する性質に基づく。
また、空隙４は各個の空隙が独立した空間を有して独立気泡体の形態をとっていても、互いに接続され連続気泡体の形態をとっていても良い。連続気泡体の形態をとる場合、連続した空隙に液体を含蓄できるようになるため、構造体１の吸水性が向上する。構造体１を連続気泡体とし、液体状の冷却媒を構造体１中の空隙に含蓄させて切削加工を行うことで、切削時に発生する熱を冷却媒により冷却しながら加工できるため、加工精度が向上し、好ましい。
前述のとおり、構造体１中の空隙４の体積含有率は、１０体積％以上９７体積％以下であることが好ましい。空隙４の体積含有率が１０体積％未満である場合、構造体１の密度が高くなるため軽量性を満足できないため好ましくない。一方、空隙４の体積含有率が９７体積％より大きい場合には、強化繊維３の周囲に被覆された樹脂２の厚みが薄くなるため、構造体１中における強化繊維３同士の補強が十分に行われないために、力学特性が低くなるので好ましくない。空隙４の体積含有率の上限値は９７体積％であることが好ましい。本発明において、体積含有率は構造体１を構成する樹脂２と強化繊維３と空隙４のそれぞれの体積含有率の合計を１００体積％とする。
本発明の構造体１は、曲げ弾性率をＥｃ、密度をρとしたとき、Ｅｃ１／３・ρ－１として表される比曲げ剛性が３以上、２０以下の範囲内にあることが好ましい。上記の範囲内であることで、軽量と高剛性を両立した構造体１となる。
また、構造体１の曲げ弾性率Ｅｃは、３ＧＰａ以上であることが好ましく、さらに好ましくは６ＧＰａ以上であるとよい。構造体１の曲げ弾性率Ｅｃが３ＧＰａ未満である場合、構造体１として使用する範囲に制限が生じるため好ましくない。また、構造体１の設計を容易にするために、曲げ弾性率Ｅｃは等方性を有していることが好ましい。曲げ弾性率Ｅｃの上限については制限を設けないが、一般的に強化繊維３と樹脂２とからなる構造体１では、その構成成分である強化繊維３及び樹脂２それぞれの弾性率から算出される値が上限となり得る。本発明に係る構造体１は、構造体１を単独で使用する場合においても、他の部材とあわせて使用する場合においても、構造体１自身の曲げ弾性率Ｅｃを用いて部材の設計を行い、実用に供するためには５ＧＰａもあれば十分である。
本発明の構造体１は、密度ρは０．０１ｇ／ｃｍ３以上１．０ｇ／ｃｍ３以下の範囲にある。構造体１の密度ρが１．０ｇ／ｃｍ３より大きい場合、構造体１とした場合の質量が増すことを意味し、結果、製品とした場合の質量の増加を招くこととなるので好ましくない。また、構造体１の密度ρは、使用する強化繊維３や樹脂２により異なるが、構造体１の力学特性を保持するという観点から、０．０１ｇ／ｃｍ３以上である。本発明に係る構造体１は、構造体１を単独で使用する場合においても、他の部材とあわせて使用する場合においても、構造体１の密度は、軽量性の観点から、０．０１ｇ／ｃｍ３以上０．８ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましい。
本発明においては、本発明の特徴を損なわない範囲において、構造体１又は構造体前駆体をコア層に用い、且つ、連続した強化繊維に樹脂を含浸せしめたシート状中間基材をスキン層に用いたサンドイッチ構造体とすることもできる。ここで、連続した強化繊維とは、少なくとも一方向に１００ｍｍ以上の長さで連続したものであり、その多数本が一方向に配列した集合体、いわゆる強化繊維束は、サンドイッチ構造体の全長にわたり連続している。連続した強化繊維からなるシート状中間基材の形態としては、多数本の連続した強化繊維からなる強化繊維束から構成されたクロス、多数本の連続した強化繊維が一方向に配列された強化繊維束（一方向性繊維束）、この一方向性繊維束から構成された一方向性クロス等である。強化繊維は、同一の形態の複数本の繊維束から構成されていても、又は、異なる形態の複数本の繊維束から構成されていてもよい。一つの強化繊維束を構成する強化繊維数は、通常、３００～４８，０００本であるが、プリプレグの製造やクロスの製造を考慮すると、好ましくは３００～２４，０００本であり、より好ましくは１，０００～１２，０００本である。
連続性強化繊維を使用する場合、構造体１の曲げ弾性率をコントロールするために、強化繊維の方向を変えて積層する形態が好ましく用いられる。特に、サンドイッチ構造体の弾性率や強度を効率的に高める上で、繊維束を一方向に引きそろえた連続した強化繊維（ＵＤと称する）を使用し、強化繊維の配向方向を変えて積層することが好ましい。
続いて、本発明の実施の形態１に係る加工品の製造方法について説明する。
本発明の実施の形態１は、以下の構造体１－１と加工具とを接触させることで切削加工する、加工品の製造方法である。そして構造体１－１は、強化繊維３と樹脂２と空隙４からなり、密度が０．０１～１ｇ／ｃｍ３の範囲内であり、圧縮弾性率が０．２～２０ＧＰａの範囲内である。
本発明の実施の形態１において、切削加工とは、ある程度以上の硬さを有する材質より構成される工具（加工具）を通じて、材料（構造体１－１）に物理的な力を作用させ、当該材料の一部を分離して除去しながら目的とする寸法、形状、表面状態などを有する加工品を作り出すことである。切削加工としては、バンドソー加工、ジグソー加工、ダイヤモンドソー加工、ブレードソー加工、ワイヤーソー加工、ダイヤモンド研削加工、せん断加工、旋盤加工、エンドミル加工、穿孔加工、およびウォータージェット加工が例示される。工具磨耗の少なさ、つまり工具耐久性の観点からはダイヤモンドソー加工またはダイヤモンド研削加工が好ましく、３次元形状切削加工容易性の観点からはエンドミル加工、切削時の加工熱による熱影響の少なさの観点からはウォータージェット加工が好ましく用いられる。
上記の切削加工を行う観点から、構造体１－１の圧縮弾性率は、０．２ＧＰａ以上２０ＧＰａ以下の範囲にある。切削加工時、構造体１－１の加工部に局所的に振動・圧力が負荷される。薄いリブや細い溝、および小径の孔などの微細加工時に、構造体１－１の加工部が所望の切削領域以上に破壊せず、形状を維持し、精度よく加工できるよう、構造体１－１の圧縮弾性率は、０．２ＧＰａ以上２０ＧＰａ以下である。構造体１－１の圧縮弾性率は、ＩＳＯ－８４４：２００４にて測定される。構造体１－１の圧縮弾性率が０．２ＧＰａ未満の場合、構造体１－１が柔らかいために、微細加工を行うことができない。一方で、構造体１－１の圧縮弾性率が２０ＧＰａよりも大きい場合、構造体１－１の剛性が高すぎるために、加工具の磨耗が早くなる。
構造体１－１の圧縮弾性率は、少なくとも一つの方向について０．２ＧＰａ以上２０ＧＰａ以下であればよいが、構造体１－１が異方性を有する場合、面内方向、面外方向の両方の圧縮弾性率が、０．２ＧＰａ以上２０ＧＰａ以下であることが好ましい。使用する樹脂２、強化繊維３の種類によって異なるが、加工品の軽量高剛性を適える観点からは、圧縮弾性率は０．２ＧＰａ以上８ＧＰａ以下がより好ましく、０．４ＧＰａ以上８ＧＰａ以下が特に好ましい。尚、面内方向とは、構造体１－１において、平面方向に対する垂直断面の観察に基づき測定される強化繊維３の配向方向とし、図２におけるＸ・Ｙ方向である。面外方向とは、面内方向と直交する方向とし、図２におけるＺ方向である。ここで、配向方向とは強化繊維３の長さ方向を意味する。
また、上記切削加工を行う際、工具の接触により構造体１－１の加工部には局所的に熱が発生することがある。該加工部が効率よく発熱し樹脂２が軟化することで、切削抵抗が減り、加工部周辺の不必要な発熱・溶融を防ぐことが出来るため、構造体１－１の比熱は０．１ｃａｌ／（ｇ・Ｋ）以上０．２５ｃａｌ／（ｇ・Ｋ）であることがより好ましい。
続いて、本発明の実施の形態２に係る加工品の製造方法について説明する。
本発明の実施の形態２は、以下の構造体１－２を溶断加工する加工品の製造方法である。そして構造体１－２は、強化繊維３と樹脂２と空隙４からなり、密度が０．０１～１ｇ／ｃｍ３の範囲内であり、比熱が０．０５～０．５０ｃａｌ／（ｇ・Ｋ）の範囲内である。
本発明の実施の形態２において、溶断加工とは、ある程度以上の熱を対象物に付与できる物質または物体を通じて、材料（構造体１－２）に熱を与え、当該材料の一部を加熱・溶融し除去しながら目的とする寸法、形状、表面状態などを有する加工品を作り出すことである。溶断加工としては、レーザー加工、ワイヤ放電加工、および「加熱刃によるせん断加工」などが例示される。材料と非接触で加工するため工具磨耗の少ないという観点からはレーザー加工やワイヤ放電加工が好ましい。
上記の溶断加工を行う際には、構造体１－２の比熱は０．０５ｃａｌ／（ｇ・Ｋ）以上０．５０ｃａｌ／（ｇ・Ｋ）以下の範囲内である。構造体１－２の溶断加工部には、局所的に構造体に熱が付与される。一方で、溶断加工時に熱が長時間付与されると、加工部周辺の樹脂２にも熱が伝わり、広い範囲で溶融することがある。薄いリブや細い溝、および小径の孔などの微細加工時に、構造体１－２の加工部が所望の加工領域以上で溶融、変形せずに、形状を維持し、精度よく加工できるよう、構造体１－２は短時間で効率よく溶断される必要がある。従って、構造体１－２の比熱は、０．０５ｃａｌ／（ｇ・Ｋ）以上０．５０ｃａｌ／（ｇ・Ｋ）以下の範囲内である。構造体１－２の比熱が０．０５ｃａｌ／（ｇ・Ｋ）未満であると、過剰に加熱されてしまい、周囲の樹脂も溶融してしまう。一方で、構造体１－２の比熱が０．５０ｃａｌ／（ｇ・Ｋ）よりも大きい場合、熱せられにくく、加熱時間が長くなり、周囲の樹脂が溶融してしまう。より精度高く効率的に加熱、溶断するために、構造体１－２の比熱は０．１ｃａｌ／（ｇ・Ｋ）以上０．２５ｃａｌ／（ｇ・Ｋ）以下であることがより好ましい。
上記の溶断加工の中でも、加熱刃によるせん断加工など、加熱された工具の熱を接触させることにより構造体１－２に付与し、溶断を行う加工法がある。加工時に、構造体１－２の加工部が所望の切削領域以上に破壊せず、形状を維持し、精度よく加工できるよう、構造体１－２の圧縮弾性率は、０．２ＧＰａ以上２０ＧＰａ以下であることが好ましく、軽量高剛性を適える観点からは、圧縮弾性率は０．２ＧＰａ以上８ＧＰａ以下がより好ましく、０．４ＧＰａ以上８ＧＰａ以下が特に好ましい。尚、構造体１－２の圧縮弾性率は、ＩＳＯ－８４４：２００４にて測定される。
また、上記の切削加工および溶断加工により、加工部の樹脂２が溶融および流動し、加工端面の空隙４を塞ぐことで、加工端面上には空隙４がなくなり、強化繊維３および樹脂２のみからなる。また、該加工により、加工端面より端面と垂直に０ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の範囲で空隙４の含有率が０体積％以上８０体積％未満の範囲に低減することがある。加工品の端面における空隙４の含有率がかかる範囲に変化することで、端面の面粗度が向上し、また、樹脂２の体積含有率が上昇するため端面の力学特性が向上する。さらに、加工により端面の空隙４が樹脂２により塞がれることで、端面からの吸水を防ぎ、防水性や塗装性が向上するなどの効果も期待される。
本発明の加工品、すなわち、上記した実施の形態１の構造体１－１、および実施の形態２の構造体１－２の加工により形成される、加工品の端面の面粗度（Ｒｚ）は５μｍ以上５０μｍ以下の範囲にあることが好ましい。加工品の端面の面粗度（Ｒｚ）が５０μｍよりも大きい場合、加工品の塗装などの後工程において、塗装ムラなどの欠陥の原因となる。
本発明における構造体１－１の切削加工または構造体１－２の溶断加工により形成される加工品は、加工により形成される端面の任意の点において、前記端面と直交方向に測定した厚みの最小値が１０ｍｍ以下である領域を少なくとも含有することが好ましい。加工品の軽量化において、リブなどの突起は構造設計上、多機能化、軽量化あるいは高剛性化に大きく寄与する。軽量化の観点から、本発明の方法により加工品に厚さおよび／または幅が５ｍｍ以下のリブを形成する場合、加工により形成される端面の任意の点において、前記端面と直交方向に測定した厚みの最小値が５ｍｍ以下、さらには３ｍｍ以下となる領域を有する加工品が好ましい。
本発明においては、構造体１－１または構造体１－２の加工により加工品に少なくとも１つの穴が形成され、前記穴の径が１０ｍｍ以下であることが好ましい。ボルトやリベットをはじめとする機械式継手のための小径孔の加工は、加工品の軽量化および小型化に寄与する。本発明における構造体１－１または構造体１－２を加工した加工品においては、嵌め合い誤差の少ない小径を設けることが可能であり、さらに、小型化の観点から、孔径５ｍｍ以下である孔を少なくとも１つ以上形成された加工品が好ましく、さらに好ましくは孔径３ｍｍ以下である孔を少なくとも１つ以上形成される加工品である。
本発明においては、構造体１－１または構造体１－２の加工により、幅の平均が１０ｍｍ以下の溝部を形成することが好ましい。構造体１－１を加工した加工品においては、構造体１－１へのスリットなどの細溝の形成が可能であり、前記加工により、幅の平均が１０ｍｍ以下の溝を形成することができる。さらに、小型化の観点から、幅の平均が５ｍｍ以下の溝が形成された加工品が好ましい。より好ましくは、幅の平均が３ｍｍ以下の溝が形成された加工品である。
加工品は、例えば、「パソコン、ディスプレイ、ＯＡ機器、携帯電話、携帯情報端末、ＰＤＡ（電子手帳等の携帯情報端末）、ビデオカメラ、音響機器、光学機器、オーディオ、エアコン、照明機器、娯楽用品、玩具用品、その他家電製品等の筐体、トレイ、シャーシ、内装部材、又はそのケース」等の電気、電子機器部品、「各種メンバ、各種フレーム、各種ヒンジ、各種アーム、各種車軸、各種車輪用軸受、各種ビーム」、「フード、ルーフ、ドア、フェンダ、トランクリッド、サイドパネル、リアエンドパネル、フロントボディー、アンダーボディー、各種ピラー、各種メンバ、各種フレーム、各種ビーム、各種サポート、各種レール、各種ヒンジ」等の、外板、又は、ボディー部品、「バンパー、バンパービーム、モール、アンダーカバー、エンジンカバー、整流板、スポイラー、カウルルーバー、エアロパーツ」等の外装部品、「インストルメントパネル、シートフレーム、ドアトリム、ピラートリム、ハンドル、各種モジュール」等の内装部品、又は、「モーター部品、ＣＮＧタンク、ガソリンタンク」等の自動車、二輪車用構造部品、「バッテリートレイ、ヘッドランプサポート、ペダルハウジング、プロテクター、ランプリフレクター、ランプハウジング、ノイズシールド、スペアタイヤカバー」等の自動車、二輪車用部品、「遮音壁、防音壁等の壁内部材」等の建材、「ランディングギアポッド、ウィングレット、スポイラー、エッジ、ラダー、エレベーター、フェイリング、リブ、シート、小型無人航空機のボディー」等の航空機用部品、「義肢、プロテクター、サポーター、医療機器、衝撃吸収部材」等の医療用部品などに用いることができる。力学特性の観点からは、本発明の製造方法により得られる加工品は、自動車内外装、電気・電子機器筐体、自転車、スポーツ用品用構造材、航空機内装材、輸送用箱体、建材に好ましく用いられる。なかでも、とりわけ複数の部品から構成されるモジュール部材に好適である。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
（１）強化繊維の密度ρｆ
ＪＩＳ Ｒ７６０３（１９９９）Ａ法液置換法により強化繊維の密度ρｆを測定した。
（２）樹脂シートの密度ρｒ
ＪＩＳ Ｋ７１１２（１９９９）Ａ法水中置換法により樹脂シートの密度ρｒを測定した。
（３）構造体における強化繊維の体積含有率Ｖｆ
構造体の質量Ｗｓを測定した後、構造体を空気中５００℃で３０分間加熱して樹脂成分を焼き飛ばし、残った強化繊維の質量Ｗｆを測定し、次式により算出した。
Ｖｆ（体積％）＝（Ｗｆ／ρｆ）／｛Ｗｆ／ρｆ＋（Ｗｓ－Ｗｆ）／ρｒ｝×１００
ρｆ：強化繊維の密度（ｇ／ｃｍ３）
ρｒ：樹脂の密度（ｇ／ｃｍ３）
（４）構造体の曲げ試験
構造体から試験片を切り出し、ＩＳＯ１７８法（１９９３）に従い曲げ弾性率Ｅｃを測定した。試験片は、任意の方向を０°方向とした場合に＋４５°、－４５°、９０°方向の４方向について切り出した試験片を作製し、それぞれの方向について測定数ｎ＝５とし、算術平均値を曲げ弾性率Ｅｃとした。測定装置としては“インストロン（登録商標）”５５６５型万能材料試験機（インストロン・ジャパン（株）製）を使用した。得られた結果より次式により、構造体の比曲げ剛性を算出した。
比曲げ剛性＝Ｅｃ１／３／ρ
（５）構造体の密度ρ
構造体から試験片を切り出し、ＪＩＳ Ｋ７２２２（２００５）を参考にして構造体の見かけ密度を測定した。試験片の寸法は縦１００ｍｍ、横１００ｍｍとした。試験片の縦、横、厚みをマイクロメーターで測定し、得られた値より試験片の体積Ｖを算出した。また、切り出した試験片の質量Ｍを電子天秤で測定した。得られた質量Ｍ及び体積Ｖを次式に代入することにより構造体の密度ρを算出した。
ρ［ｇ／ｃｍ３］＝１０３×Ｍ［ｇ］／Ｖ［ｍｍ３］
（６）構造体の空隙の体積含有率
構造体から縦１０ｍｍ、横１０ｍｍの試験片を切り出し、断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（（株）日立ハイテクノロジーズ製 Ｓ－４８００型）により観察し、構造体の表面から、等間隔に１０箇所を１０００倍の倍率で撮影した。それぞれの画像について、画像内の空隙の面積Ａａを求めた。さらに、空隙の面積Ａａを画像全体の面積で除算することにより空隙率を算出した。構造体の空隙の体積含有率は、５枚の試験片でそれぞれ１０箇所ずつ撮影した合計５０箇所の空隙率から算術平均により求めた。なお、構造体において、表面から厚み方向の中点位置までの空隙率と残りの部分の空隙率とが異なる場合を判断するために、前記等間隔に撮影した１０箇所において、各々の空隙の体積含有率を算出し、空隙の体積含有率が０体積％以上、１０体積％未満の範囲内にあるものと、空隙の体積含有率が１０体積％以上、９９体積％以下のものとに分別して求めた。
（７）構造体の樹脂の体積含有率
上記により得られる強化繊維および空隙の体積含有率の和を１００体積％から引いた値を樹脂の体積含有率として求めた。
（８）強化繊維を被覆した樹脂の被覆厚み
構造体を縦１０ｍｍ、横１０ｍｍに試験片を切り出し、断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（（株）日立ハイテクノロジーズ製 Ｓ－４８００型）により観察し、任意の１０箇所を３０００倍の倍率で撮影した。得られた画像の強化繊維の断面がカットされた任意の５０ヶ所から、強化繊維に被覆している樹脂の被覆厚さを測定した。強化繊維を被覆した樹脂の厚みとしては、かかる５０ヶ所の測定結果の算術平均値を用いた。
（９）加工品の端面の面粗度（Ｒｚ）
加工品の端面の面粗度（Ｒｚ）は、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１により測定した。
（１０）構造体の比熱
構造体の比熱は、ＩＳＯ－１１３５７－４：２０１４にて測定した。
（１１）構造体の圧縮弾性率
構造体の圧縮弾性率は、ＩＳＯ－８４４：２００４にて測定した。
（１２）一体成形品重量（金属部除く）
一体成形品重量（金属部除く）は、電子天秤（研精工業（株） ＧＸ－２０００Ｒ）により測定した。
（１３）塗装性
塗装性は、加工品に施した塗装につき、下記の３段階での主観評価を実施した。
○：ムラ無く、均質な塗装面を有している。
△：局所的に色が濃くなっているなどのムラがあるが、概ね良好な塗装面を有している。
×：ムラが多く、不良である。
下記の実施例および比較例において、以下の材料を使用した。
［炭素繊維Ａ］
ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体から紡糸、焼成処理、及び表面酸化処理を行い、総単糸数１２，０００本の連続炭素繊維を得た。この連続炭素繊維の特性は次に示す通りであった。
単繊維径：７μｍ
密度：１．８ｇ／ｃｍ３
引張強度：４６００ＭＰａ
引張弾性率：２２０ＧＰａ
［ＰＰ樹脂］
未変性ポリプロピレン樹脂（プライムポリマー（株）製“プライムポリプロ”（登録商標）Ｊ１０５Ｇ）８０質量％と、酸変性ポリプロピレン樹脂（三井化学（株）製“アドマー”ＱＢ５１０）２０質量％とからなる目付１００ｇ／ｍ２の樹脂シートを作製した。得られた樹脂シートは目付１００ｇ／ｍ２、密度０．９２ｇ／ｃｍ３、融点１６５℃、分解開始温度２９８℃であった。
［強化繊維マットＡ］
炭素繊維Ａをカートリッジカッターで６ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維を得た。水と界面活性剤（ナカライテスク（株）製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル（商品名））とからなる濃度０．１質量％の分散液を作製し、この分散液とチョップド炭素繊維とを用いて図４に示す強化繊維マットの製造装置を用いて、強化繊維マットを製造した。図４に示す製造装置は、分散槽としての容器下部に開口コックを有する直径１０００ｍｍの円筒形状の容器、分散槽と抄紙槽とを接続する直線状の輸送部（傾斜角３０°）を備えている。分散槽の上面の開口部には撹拌機が付属し、開口部からチョップド炭素繊維及び分散液（分散媒体）を投入可能である。抄紙槽は、底部に幅５００ｍｍの抄紙面を有するメッシュコンベアを備え、炭素繊維基材（抄紙基材）を運搬可能なコンベアをメッシュコンベアに接続している。抄紙は分散液中の炭素繊維濃度を０．０５質量％として行った。抄紙した炭素繊維基材は２００℃の乾燥炉で３０分間乾燥し、強化繊維マットＡを得た。得られた目付は５０ｇ／ｍ２であった。
［ＰＰコンパウンド］
炭素繊維ＡとＰＰ樹脂とを、２軸押出機（日本製鋼所（株）製、ＴＥＸ－３０α）を用いてコンパウンドし、繊維含有量３０重量％の射出成形用ペレット（ＰＰコンパウンド）を製造した。
（実施例１）
強化繊維マットとして強化繊維マットＡ、樹脂シートとしてＰＰ樹脂を、［樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート］の順番に配置した積層物を９枚重ね、積層体を作製した。次いで、以下の工程（Ｉ）～（Ｖ）を経ることにより構造体を得た。得られた構造体では、断面観察から強化繊維を柱状の支持体とした空隙が確認された。得られた構造体（縦３００ｍｍ、横２１０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの矩形体）の特性を表１に示す。
（Ｉ）積層体を２３０℃に予熱したプレス成形用金型キャビティ内に配置して金型を閉じる。
（ＩＩ）次いで、１２０秒間保持した後、３ＭＰａの圧力を付与してさらに６０秒間保持する。
（ＩＩＩ）工程（ＩＩ）の後、金型キャビティを開放し、その末端に金属スペーサーを挿入し、構造体を得る際の厚みが３０．６ｍｍとなるように調整する。
（ＩＶ）その後、再度、金型キャビティを締結し、圧力を保持した状態でキャビティ温度を５０℃まで冷却する。
（Ｖ）金型を開いて構造体を取り出す。
該構造体を、エンドミルを用いて切削加工を施して、図３に示す形状の加工品１１を製造した。加工品１１の上面ｆ１に、幅３０ｍｍ、高さ５ｍｍ、厚さ１０ｍｍのリブ１２、外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍ、高さ１０ｍｍのボス１４を形成し、側面ｆ２に幅５ｍｍ、深さ１５ｍｍの溝部１３を形成した。エンドミルを使用した切削加工による端面上には、空隙が観察されず、加工端面は強化繊維と樹脂のみからなり、良好な切断端面を有していた。該加工品に塗装を施したところ、ムラのない良好な塗装面を得ることができた。また、加工品１１を第１の部材として、溝部１３が接合面となるように射出成形用金型にインサートして、ＰＰコンパウンドを用いて、第２の部材を射出成形し、一体化成形品を得た。得られた一体化成形品は十分な接合強度を有しているとともに、軽量であり、リブ１２およびボス１４を接合部として、その他の金属部材に取り付けることも出来た。実施例１による加工品１１の特性を表３に示す。
（実施例２）
実施例１と同様の強化繊維マット及び樹脂シートを用いて、実施例１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表１に示す。また、実施例１と同様、該構造体にエンドミルを用いて切削加工を施し、幅３０ｍｍ、高さ５ｍｍ、厚さ１５ｍｍのリブ、幅７ｍｍ、深さ１５ｍｍの溝部、および外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍ、高さ１０ｍｍのボスを形成した加工品を得た。加工品の加工端面には、空隙が観察されず、加工端面は強化繊維と樹脂のみから構成されていた。また、加工端面は良好な切断端面を有しており、優れた塗装性を有していた。該加工品を第１の部材として、実施例１同様、溝部を接合端面としてＰＰコンパウンドを射出、一体化した。得られた一体化成形品は十分な接合強度を有していた。また、実施例１同様、前記リブおよびボスを接合部として、その他の金属部材を取り付けることが出来た。本実施例による加工品の特性を表３に示す。
（実施例３）
実施例１と同様の強化繊維マット及び樹脂シートを用いて、実施例１と同様に積層体を得た。次いで、以下の工程（Ｉ）～（ＶＩ）を経ることにより構造体を得た。得られた構造体の特性を表１に示す。
該構造体に実施例１と同様のエンドミル加工を施し、幅３０ｍｍ、高さ５ｍｍ、厚さ１０ｍｍのリブ、幅５ｍｍ、深さ１５ｍｍの溝部、および外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍ、高さ１０ｍｍのボスを形成した加工品を得た。加工品の加工端面には空隙は観察されず、加工端面は強化繊維と樹脂のみから構成されていた。また、加工端面に塗装を施したところ、局所的に塗料のムラが発生したものの、概ね良好な塗装性を有していた。
該加工品を第１の部材として、実施例１同様、溝部を接合端面としてＰＰコンパウンドを射出、一体化し、一体化成形品を得ることが出来た。得られた一体化成形品は十分な接合強度を有していた。本実施例による加工品の特性を表３に示す。
（Ｉ）積層体を２３０℃に予熱したプレス成形用金型キャビティ内に配置して金型を閉じる。
（ＩＩ）次いで、１２０秒間保持した後、３ＭＰａの圧力を付与してさらに６０秒間保持する。
（ＩＩＩ）工程（ＩＩ）の後、金型キャビティを開放し、その末端に厚みが１６．２ｍｍのスペーサーを挿入し、２０秒間保持した。
（ＩＶ）その後、構造体を得る際の厚みが３０．６ｍｍとなるように調整する。
（Ｖ）その後、再度、金型キャビティを締結し、圧力を保持した状態でキャビティ温度を５０℃まで冷却する。
（ＶＩ）金型を開いて構造体を取り出す。
（実施例４）
実施例１と同様の強化繊維マット及び樹脂シートを用いて、実施例１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表１に示す。該構造体に電動糸鋸を用いて切削加工を施し、幅３０ｍｍ、高さ５ｍｍ、厚さ１０ｍｍのリブ、および幅５ｍｍ、深さ１５ｍｍの溝部を形成した加工品を得た。加工品の加工端面には、空隙が観察されず、加工端面は強化繊維と樹脂のみから構成され、良好な切断端面を有していた。加工品に塗装を施したところ、局所的に塗料のムラが発生したものの、概ね良好な塗装性を有していた。
該加工品を第１の部材として、実施例１同様、溝部を接合端面としてＰＰコンパウンドを射出、一体化したところ、一体化成形品を得ることが出来た。得られた一体化成形品は十分な接合強度を有していた。本実施例による加工品の特性を表３に示す。
（実施例５）
構造体の加工方法をレーザー加工とした以外は、実施例１と同様の条件にて行った。実施例１同様、加工品を得ることができた。加工品の加工端面には、空隙が観察されず、加工端面は強化繊維と樹脂のみから構成され、良好な切断端面を有していた。加工品に塗装を施したところ、実施例１あるいは２同様、良好な塗装性を有していた。また、該加工品を用いた一体化成形品も得ることが出来た。得られた一体化成形品は十分な接合強度を有していた。得られた構造体の特性を表１に、加工品の特性を表３に示す。
（実施例６）
構造体の加工方法をレーザー加工とした以外は、実施例２と同様の条件にて行った。実施例２同様、加工品を得ることができ、実施例５同様、加工端面には空隙が観察されず、加工端面は強化繊維と樹脂のみから構成され、良好な塗装性を有していた。また、該加工品を用いた一体化成形品も得ることが出来た。得られた一体化成形品は十分な接合強度を有していた。得られた構造体の特性を表１に、加工品の特性を表３に示す。
（実施例７）
構造体の加工方法をレーザー加工とした以外は、実施例３と同様の条件にて行った。実施例３同様、加工品を得ることができた。加工品の加工端面には空隙は観察されず、加工端面は強化繊維と樹脂のみから構成されていた。塗装を施したところ、局所的に塗料のムラが発生したものの、概ね良好な塗装性を有していた。また、該加工品を用いた一体化成形品も得ることが出来た。得られた一体化成形品は十分な接合強度を有していた。得られた構造体の特性を表２に、加工品の特性を表４に示す。
（比較例１）
実施例１において使用した積層物を２７枚重ねて積層体とし、次いで、実施例１における工程（ＩＶ）において金属スペーサーを３２．１ｍｍに変更したこと以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表２に示す。
該構造体に、エンドミルを用いて切削加工を施し、実施例１と同様の条件にて同様リブ、溝部、およびボスの加工を行い、射出樹脂を用いた一体化成形品を成形した。加工品の加工端面には空隙は観察されず、加工端面は強化繊維と樹脂のみから構成され、得られた一体化成形品は十分な接合強度を有していた。得られた加工品の特性を表４に示す。
（比較例２）
古河電気工業（株）製低発泡ポリプロプレンシート“エフセル”を構造体として、加工を行った。構造体の特性を表２に示す。
該構造体に、エンドミルを用いて切削加工を施し、実施例１と同様の条件にてリブ、溝部、およびボスの形成を試みたが、加工中に加工部周辺の構造体が破壊してしまった。加工品の加工端面には、発泡体由来の空隙が観察された。加工品の特性を表４に示す。
（比較例３）
構造体の加工方法をレーザー加工とした以外は、比較例１と同様の条件にて行った。実施例２と同様の条件にて同様リブ、溝部、およびボスの加工を行い、射出樹脂を用いた一体化成形品を成形した。加工品の加工端面には空隙は観察されず、加工端面は強化繊維と樹脂のみから構成され、得られた一体化成形品は十分な接合強度を有していた。得られた構造体の特性を表１に、加工品の特性を表２に示す。
（比較例４）
構造体の加工方法をレーザー加工とした以外は、比較例２と同様の条件にて行った。比較例２と同様の条件にてリブ、溝部、およびボスの形成を試みたが、加工中に加工部周辺の構造体が破壊してしまった。加工品の加工端面には、発泡体由来の空隙が観察された。この構造体の特性を表２に、加工品の特性を表４に示す。
Figure 0007013873000001
Figure 0007013873000002
Figure 0007013873000003
Figure 0007013873000004
〔検討〕
本実施例により、空隙と繊維と構造体からなる特定の密度の構造体であって、特定の範囲の圧縮弾性率の構造体を切削加工、または特定の範囲の比熱を満足する構造体を溶断加工した際に、微細加工が可能となり、加工品の特性が向上することが明確となった。実施例２および実施例６においては、微細加工を施すことで、得られる加工品を用いた一体化成形品の特性（軽量性）が向上することが示され、実施例３および実施例７においては、繊維の被覆が十分為されると、端面精度が向上することが示された。実施例４においては、加工方法の選択により、端面精度を向上させることができることが示された。一方、比較例１および比較例３においては、空隙が少なく、樹脂比率が大きいために、従来樹脂構造体にて抱えていた問題である、溶融樹脂による端面精度の著しい低下が見られ、加工中のバリも多く発生した。この端面精度の低下に伴い、加工品の塗装について、塗料溜りが多く発生し、塗装性は不良であった。また、比較例２および比較例４においては、強化繊維の存在がないために、構造体の剛性が不足し、微細部加工時、加工中に生じるひずみにより該部位が壊れ、微細加工が出来なかった。
本発明によれば、軽量性、圧縮特性及び加工精度に優れる加工品を提供することができる。また、本発明によれば、軽量性、衝撃特性精度に優れる加工品を提供することができる。
１ 構造体
２ 樹脂
３ 強化繊維
４ 空隙
９ａ～９ｆ 単繊維
１１ 加工品
１２ リブ
１３ 溝部
１４ ボス

Claims (16)

  1. 構造体を加工してなる加工品の製造方法であって、
    前記構造体は、強化繊維と、樹脂と、前記樹脂により被覆された前記強化繊維が柱状の支持体となり、それが重なり合い、又は、交差することにより形成された空間である空隙からなり、
    前記構造体は、密度が０．０１～１ｇ／ｃｍ３の範囲内であり、
    前記構造体は、圧縮弾性率が０．２～２０ＧＰａの範囲内であり、
    前記加工が、前記構造体と加工具とを接触させる切削加工であり、該切削加工によって加工部の前記樹脂が溶融および流動し、前記構造体の加工により形成される端面の空隙を塞ぐ、加工品の製造方法。
  2. 構造体を加工してなる加工品の製造方法であって、
    前記構造体は、強化繊維と、樹脂と、前記樹脂により被覆された前記強化繊維が柱状の支持体となり、それが重なり合い、又は、交差することにより形成された空間である空隙からなり、
    前記構造体は、密度が０．０１～１ｇ／ｃｍ３の範囲内であり、
    前記構造体は、比熱が０．０５～０．５０ｃａｌ／（ｇ・Ｋ）の範囲内であり、
    前記加工が、前記構造体の溶断加工であり、該溶断加工によって加工部の前記樹脂が溶融および流動し、前記構造体の加工により形成される端面の空隙を塞ぐ、加工品の製造方法。
  3. 前記構造体の圧縮弾性率が、０．２～２０ＧＰａの範囲内である、請求項２に記載の加工品の製造方法。
  4. 前記構造体の加工により前記端面には前記空隙がなくなり、前記強化繊維と前記樹脂のみからなる、請求項１～３のいずれかに記載の加工品の製造方法。
  5. 前記構造体は、前記強化繊維の体積含有率が０．５体積％以上５５体積％以下の範囲内にあり、前記樹脂の体積含有率が２．５体積％以上８５体積％以下の範囲内にあり、前記空隙の体積含有率が１０体積％以上９７体積％以下の範囲内にある、請求項１～４のいずれかに記載の加工品の製造方法。
  6. 前記構造体の密度が、０．１～０．８ｇ／ｃｍ３の範囲内である、請求項１～５のいずれかに記載の加工品の製造方法。
  7. 前記構造体の比熱が、０．１～０．２５ｃａｌ／（ｇ・Ｋ）の範囲内である、請求項１～６のいずれかに記載の加工品の製造方法。
  8. 前記強化繊維を被覆する樹脂の被覆厚みが１μｍ以上１５μｍ以下の範囲内である、請求項１～７のいずれかに記載の加工品の製造方法。
  9. 前記構造体は、曲げ弾性率をＥｃ、密度をρとしたとき、Ｅｃ１／３・ρ－１として表される比曲げ剛性が３以上、２０以下の範囲内にあり、且つ、前記構造体の曲げ弾性率Ｅｃが３ＧＰａ以上である、請求項１～８のいずれかに記載の加工品の製造方法。
  10. 前記加工品は、前記構造体の加工により形成される端面の任意の点において、前記端面と直交方向に測定した厚みの最小値が１０ｍｍ以下である領域を少なくとも含有する、請求項１～９のいずれかに記載の加工品の製造方法。
  11. 前記加工品は、前記構造体の加工により形成された少なくとも１つの穴を有し、前記穴の径が１０ｍｍ以下である、請求項１～９のいずれかに記載の加工品の製造方法。
  12. 前記加工品は、前記構造体の加工により形成された溝部を有し、前記溝部の幅の平均が１０ｍｍ以下である、請求項１～９のいずれかに記載の加工品の製造方法。
  13. 構造体を加工して得られる加工品であって、
    前記構造体は、強化繊維と、樹脂と、前記樹脂により被覆された前記強化繊維が柱状の支持体となり、それが重なり合い、又は、交差することにより形成された空間である空隙からなり、
    前記構造体において、前記強化繊維の体積含有率が０．５体積％以上５５体積％以下であるとともに、前記空隙の体積含有率が１０体積％以上９７体積％以下の範囲内にあり、
    前記加工品の加工端面は、前記空隙が前記樹脂によって塞がれてなくなり、前記強化繊維及び樹脂のみからなる加工品。
  14. 前記構造体において、前記強化繊維は樹脂に被覆されており、前記樹脂の被覆厚みが１μｍ以上１５μｍ以下の範囲内である、請求項１３に記載の加工品。
  15. 前記構造体の圧縮弾性率が、０．２～２０ＧＰａの範囲内である、請求項１３又は１４に記載の加工品。
  16. 前記構造体の比熱が、０．０５～０．５０ｃａｌ／ｇ・Ｋの範囲内である、請求項１３～１５のいずれかに記載の加工品。
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