WO2018062101A1 - 孔あけ加工方法、レジスト層及び繊維強化プラスチック - Google Patents

孔あけ加工方法、レジスト層及び繊維強化プラスチック Download PDF

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WO2018062101A1
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workpiece
opening
resist layer
reinforced plastic
drilling method
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巧一 井上
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新東工業株式会社
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    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/04—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass
    • B24C1/045—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass for cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C5/00—Devices or accessories for generating abrasive blasts
    • B24C5/02—Blast guns, e.g. for generating high velocity abrasive fluid jets for cutting materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B24C5/02—Blast guns, e.g. for generating high velocity abrasive fluid jets for cutting materials
    • B24C5/04—Nozzles therefor

Definitions

  • the present disclosure relates to a drilling method, a resist layer, and a fiber reinforced plastic.
  • Fiber reinforced plastic is made of resin (polyester resin, vinyl ester resin, epoxy resin, phenol resin, and thermoplastic resin) made of reinforced fiber (glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, polyethylene fiber, silon fiber, boron fiber, etc.) It is a composite material with improved strength by being used in a wide range of fields such as daily necessities, sporting goods, automobiles and aerospace industry.
  • FRP may be drilled to improve bonding or sound absorption.
  • drilling using a drill and sandblasting are used.
  • Patent Document 1 describes that a resist layer having sandblast resistance is disposed on the surface of a workpiece, and a region of the workpiece that is not covered with the resist layer is removed by sandblasting.
  • Drilling using a drill is not preferable from the viewpoint of productivity because the processing time becomes long when the number of holes to be processed is large. Further, in drilling using a drill, fluffing may occur around the hole formed in the workpiece, or peeling may occur on the surface of the workpiece.
  • a drilling method for forming a hole having a desired diameter in a workpiece made of fiber reinforced plastic is provided.
  • a resist layer having an opening smaller than a desired diameter is disposed on the workpiece, and the periphery of the opening of the resist layer is cut while being exposed from the opening of the workpiece. Injecting an injection material onto a workpiece through a resist layer to cut a portion to be processed.
  • the spray material is continuously projected onto the workpiece through the resist layer, the spray material that has passed through the opening of the resist layer may enter the lower portion of the resist layer, and peeling may occur on the surface of the workpiece. When such peeling occurs, the reinforcing fiber of the workpiece is exposed on the surface of the workpiece as fuzz.
  • an injection material is injected onto a workpiece through a resist layer in which an opening having a diameter smaller than a desired diameter is formed.
  • the spray material that has collided with the resist layer cuts the peripheral edge of the opening formed in the resist layer, the diameter of the opening gradually increases as the processing time elapses.
  • the ratio of the opening diameter to the desired diameter may be 0.84 or more and 0.94 or less.
  • the ratio of the diameter of the opening to the desired diameter it is possible to process efficiently while maintaining the accuracy of the diameter of the hole after processing.
  • an angle between the surface of the workpiece and the injection direction of the injection material from the nozzle is injected from the nozzle toward the workpiece. May be 90 ° ⁇ 5 °.
  • the nozzle may be configured to suck the injection material by introducing compressed air into the nozzle and to inject it as a solid-gas two-phase flow together with the compressed air.
  • Fiber reinforced plastics are difficult to cut with respect to blasting, and require a considerable amount of time to complete the processing.
  • processing efficiency can be improved.
  • the workpiece may be composed of a fiber reinforced plastic in which cut reinforcing fibers are dispersed in a resin.
  • reinforcing fibers are dispersed without directionality. Therefore, in the conventional drilling method, the surface peels from the reinforcing fibers as a starting point, and the fiber reinforced plastic may be damaged.
  • the drilling method of one embodiment it is possible to suppress the occurrence of peeling or fluffing on the surface of the workpiece even for such a workpiece.
  • the workpiece may be composed of a fiber reinforced plastic in which a woven reinforcing fiber is infiltrated with a resin.
  • This type of fiber reinforced plastic is obtained by alternately laminating reinforced fibers and resin woven in a cloth shape, so that the conventional drilling process may cause delamination between layers and damage the fiber reinforced plastic.
  • the drilling method of one embodiment it is possible to suppress the occurrence of peeling or fluffing on the surface of the workpiece even for such a workpiece.
  • a resist layer used in the above-described drilling method is provided.
  • This resist layer is a polymer containing, as a main component, unsaturated polyurethane or abrasion-resistant rubber.
  • a fiber reinforced plastic in which holes are formed by the above drilling method has a plate shape with a thickness of 1.0 mm or more and 2.0 mm or less, and an angle between a plane perpendicular to the central axis of the hole and a wall surface defining the hole is 80 ° or more and 90 ° or less. If the angle between the plane perpendicular to the central axis of the hole and the wall surface defining the hole is 80 ° or more and 90 ° or less, the uniformity of the hole diameter in the thickness direction of the fiber reinforced plastic is improved. Can be made.
  • plate shape here includes not only flat plate shape but curved plate shape.
  • a fiber reinforced plastic workpiece having a front surface and a back surface is formed with a hole having openings on the front surface and the back surface, and the first opening on the front surface side has a first area.
  • a drilling method is provided. This method is a step of disposing a resist layer having a blast resistance higher than that of the workpiece on the workpiece, and the resist layer has a shape corresponding to the shape of the first opening, and A second opening having a second area smaller than the first area is formed, and the step is exposed from the second opening of the workpiece while cutting the peripheral edge of the opening of the resist layer. Injecting an injection material onto the workpiece through the resist layer to cut the portion.
  • the spray material When the spray material is continuously projected onto the workpiece through the resist layer, the spray material that has passed through the second opening may enter the lower portion of the resist layer, and peeling may occur on the surface of the workpiece. When such peeling occurs, the reinforcing fiber of the workpiece is exposed on the surface of the workpiece as fuzz.
  • the spray material is sprayed onto the workpiece through the resist layer in which the second opening having the second area smaller than the first area is formed. In this method, since the spray material that has collided with the resist layer cuts the peripheral edge of the second opening, the area of the second opening gradually increases as the processing time elapses.
  • FIG. 1 is a front view showing a part of a sandblasting machine 01 according to an embodiment in a cutaway manner.
  • the sandblasting machine 01 is an apparatus for projecting an injection material onto a work W (workpiece) made of fiber reinforced plastic to form a hole in the work W.
  • the sandblast machine 01 includes a housing 10, a quantitative supply mechanism 20, a separation mechanism 30, a suction mechanism 40, a nozzle 50, and a control device 60.
  • the casing 10 defines a processing chamber R therein.
  • a door 11 is provided in front of the housing 10, and an operator can access the processing chamber R by opening the door 11.
  • a nozzle fixing jig 12 In the processing chamber R, a nozzle fixing jig 12, a processing table 13, and a moving mechanism 14 are provided.
  • the nozzle fixing jig 12 is a mechanism for holding the nozzle 50, and can move the nozzle 50 along the height direction. Therefore, the nozzle fixing jig 12 is configured so that the distance between the nozzle 50 and the workpiece W can be freely adjusted.
  • the moving mechanism 14 is provided on a gantry 15 provided in the lower part of the housing 10, and is arranged below the nozzle 50.
  • the moving mechanism 14 may be a plate-like body in which a large number of through holes are formed. By forming such a through hole in the moving mechanism 14, the spray material sprayed from the nozzle 50 can be passed toward the bottom of the housing 10.
  • the processing table 13 is provided on the moving mechanism 14 and supports the workpiece W placed thereon.
  • the moving mechanism 14 can transport the processing table 13 and the workpiece W supported on the processing table 13 in the horizontal direction, for example, by a driving force of a motor.
  • the moving mechanism 14 is an XY stage that extends in the horizontal direction and moves the workpiece W along the X and Y directions (see FIG. 3) orthogonal to each other.
  • the fixed amount supply mechanism 20 includes a storage hopper 21 and a conveyance path 22, and supplies the injection material in the storage hopper 21 to the nozzle 50 via the conveyance path 22 in a fixed amount.
  • the structure of the fixed amount supply mechanism 20 is not limited as long as a fixed amount of the injection material can be supplied to the nozzle 50.
  • a screw feeder, a vibration feeder, or a table feeder can be used as the quantitative supply mechanism 20.
  • a screw feeder is used as the quantitative supply mechanism 20.
  • a separation mechanism 30 is provided above the storage hopper 21 of the quantitative supply mechanism 20.
  • the separation mechanism 30 is connected to the storage hopper 21 of the fixed amount supply mechanism 20.
  • the separation mechanism 30 has a substantially inverted pyramid shape, collects the used injection material, and classifies it into reusable injection material and dust.
  • One end of the first transport pipe P1 is connected to the separation mechanism 30.
  • the other end of the first transport pipe P1 is connected to the bottom of the housing 10. Therefore, the space in the processing chamber R and the space in the quantitative supply mechanism 20 are continuous via the first transport pipe P1.
  • a cyclone classifier is used as the separation mechanism 30, but any other classifier such as another wind classifier or screen classifier is used as the separation mechanism 30. Can do.
  • the suction mechanism 40 is a mechanism for setting the processing chamber R to a negative pressure so that the spray material does not leak out of the processing chamber R and sucking particles containing the sprayed spray material.
  • the suction mechanism 40 includes light particles classified by the separation mechanism 30 (cyclone classifier) via the second transport pipe P2 (the injection material having a size unsuitable for reuse, the work W, and the cutting powder of the sheet 70) ). Further, the suction mechanism 40 has a function of making the internal space of the separation mechanism 30 have a negative pressure and transferring the used injection material collected at the bottom of the housing 10 to the separation mechanism 30.
  • the nozzle 50 is a mechanism for injecting an injection material onto the workpiece W, and includes a nozzle holder 51, an air nozzle 52, and an injection nozzle 53.
  • the nozzle holder 51 is connected to the fixed amount supply mechanism 20 via the injection material hose H2.
  • a compressor C is connected to the air nozzle 52 via an air hose H1.
  • the solenoid valve VL1 and the valve VL2 may be provided between the air nozzle 52 and the compressor C. When this compressor C is operated, compressed air is injected from the air nozzle 52, and the inside of the nozzle holder 51 becomes negative pressure.
  • the spray material stored in the storage hopper 21 is sucked into the nozzle holder 51 via the transport path 22 and the spray material hose H2, and mixed with the compressed air therein to form a solid-gas two-phase flow. It is injected toward the workpiece W from 53 injection ports. Since the nozzle 50 having such a configuration can continuously inject the injection material, the workpiece W can be processed continuously for a long time.
  • a so-called direct pressure type nozzle may be used as another type of nozzle.
  • the direct pressure type nozzle is superior in cutting ability as compared with the nozzle 50 of the present embodiment, it is difficult to process continuously for a long time.
  • the spray material sprayed from the nozzle includes metallic or non-metallic shots, grids, cut wires, ceramic particles (alumina, silicon carbide, zircon, etc.), natural stone particles (emery, silica, diamond, etc.) ), Plant particles (walnut shell, peach seed, apricot seed, etc.), resin particles (nylon, melamine, urea, etc.) and the like. Since the fiber reinforced plastic is a hard-to-cut material, the workpiece W can be cut efficiently when a relatively hard material is selected as the spray material.
  • the control device 60 is a computer including a processor, a storage unit, an input device, a display device, and the like, and controls each unit of the sandblast machine 01.
  • the control device 60 sends control signals to the movement mechanism 14, the quantitative supply mechanism 20, the suction mechanism 40, and the electromagnetic valve VL ⁇ b> 1, and the positions of the movement mechanism 14 in the X and Y directions, the quantitative supply mechanism 20.
  • the operation, the operation of the suction mechanism 40, the opening and closing of the electromagnetic valve VL1, and the like are controlled.
  • control device various arithmetic devices such as a personal computer, motion controllers such as a programmable logic controller (PLC) and a digital signal processor (DSP), a high function mobile terminal, a high function mobile phone, and the like can be used.
  • PLC programmable logic controller
  • DSP digital signal processor
  • a hole H having a desired diameter d 1 is formed in a work W made of fiber reinforced plastic.
  • the workpiece W has a flat plate shape and has an upper surface (front surface) 82 and a lower surface (back surface) 84 facing each other (see FIG. 4).
  • the hole H to be formed in the workpiece W is a through hole extending from the upper surface 82 to the lower surface 84 and opens to the upper surface 82 and the lower surface 84.
  • the top surface 82 side of the hole H opening (first opening) 86 has a desired diameter d 1.
  • the hole H to be formed on the workpiece W is a through hole having an opening 86 of the area corresponding to the desired diameter d 1 to the upper surface 82 side (the first area).
  • workpiece work W is comprised with the glass fiber reinforced plastic (GFRP) which is a kind of fiber reinforced plastic is demonstrated.
  • GFRP glass fiber reinforced plastic
  • the desired diameter d 1 of the opening 86 indicates the length of the widest portion of the diameter of the opening 86.
  • the major axis of the ellipse becomes a desired diameter d 1
  • the longest of the straight lines connecting any two corners of the polygon is the longest.
  • the length of the straight line becomes a desired diameter d 1.
  • the diameter of the aperture 86 has a desired diameter d 1.
  • step S1 is first performed.
  • step S1 a sheet 70 that functions as a resist layer is prepared.
  • the sheet 70 is softer than the propellant and is made of a material that can absorb the impact force of the propellant. Accordingly, the sheet 70 has higher blast resistance than the workpiece W made of fiber reinforced plastic.
  • One or a plurality of openings (second openings) 71 are formed in the sheet 70 (see FIG. 4).
  • the opening 71 has a shape corresponding to the shape of the opening 86 of the hole H.
  • the opening 71 has a planar shape such as a circle, an ellipse, or a polygon according to the shape of the opening 86.
  • the opening 71 of the sheet 70 has the same shape as the opening 86 of the workpiece W.
  • the diameter d 2 of the opening 71 is smaller than the desired diameter d 1.
  • the opening 71 has an area (second area) smaller than the area of the opening 86.
  • the ratio (d 2 / d 1 ) of the diameter d 2 of the opening 71 to the desired diameter d 1 is set in the range of 0.84 to 0.94, particularly in the range of 0.90 to 0.94. May be. As will be described later, if the ratio is too small, the opportunity for the workpiece W and the spray material to collide is too small, and the time for drilling becomes longer. On the other hand, if this ratio is too large, the surface layer of the workpiece W tends to be peeled off.
  • the diameter d 2 of the opening 71 indicates the largest diameter among the diameters defined by the opening 71.
  • the planar shape of the opening 71 forms a polygonal shape of the elliptical shape in the case where the planar shape of the opening 71 forms an elliptical shape
  • the length of the longest straight line among the straight lines connecting the two becomes the diameter d2.
  • the diameter of the aperture 71 is the diameter d 2.
  • the material of the sheet 70 for example, various kinds of rubber, nylon, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyurethane, acrylic, and other thermoplastic resins are used.
  • a wear resistant rubber can be used as the material of the sheet 70.
  • the abrasion resistance of rubber can be easily adjusted by changing the blending ratio of a filler reinforcing material such as calcium carbonate with respect to natural rubber or synthetic rubber as a main raw material. Therefore, by using an abrasion resistant rubber as the material of the sheet 70, it is possible to easily obtain a resist material having abrasion resistance suitable for drilling.
  • wear-resistant rubber in which a reinforcing filler is blended with natural rubber or synthetic rubber at a ratio of 60 wt% or more and 70 wt% or less may be used as the material of the sheet 70.
  • the accuracy of the diameter of the hole H formed in the workpiece W can be improved by using polyurethane as the material of the sheet 70. Can do. Further, an opening 71 having a small diameter (for example, ⁇ 2 mm or less) can be easily formed in the polyurethane sheet 70. As will be described later, in the method according to the embodiment, a portion of the workpiece W exposed from the opening 71 is cut while cutting the peripheral edge 72 of the opening 71 of the sheet 70 with the spray material. At this time, if the peripheral edge 72 of the sheet 70 is cut more than necessary, the surface of the workpiece W may become fluffed or peeled, or the dimensional accuracy may be reduced.
  • the material of the sheet 70 is selected in consideration of stretchability, thermal deformation temperature, and impact resistance.
  • the sheet 70 may be made of a polymer containing unsaturated polyurethane as a main component.
  • the content of unsaturated polyurethane may be 50 wt% or more, or 50 wt% or more and 70 wt% or less.
  • the sheet 70 may be formed of a photosensitive resin formed into a film shape.
  • a transparent pattern mask on which an opening pattern is printed is placed on the sheet 70, and the sheet is passed through the pattern mask from the ultraviolet light emitting source provided above the sheet 70.
  • 70 is irradiated with ultraviolet rays.
  • the region of the sheet 70 that does not overlap the printed pattern is cured by the irradiation of the ultraviolet rays, but the portion that overlaps the printed opening pattern becomes a shadow and becomes uncured.
  • the uncured region of the sheet 70 is removed by washing away the sheet 70 after irradiation with ultraviolet rays using a developer. From such a series of steps, a plurality of openings 71 can be formed in the sheet 70.
  • step S1 the prepared sheet 70 is placed on the workpiece W.
  • the sheet 70 may have adhesiveness.
  • the sheet 70 after attaching the sheet 70 to the upper surface of the workpiece W, the sheet 70 can be brought into close contact with the workpiece W by reducing the pressure in the vacuum chamber.
  • seat 70 can be firmly stuck by heating the workpiece
  • step S2 Preparation of sandblasting machine>
  • the sandblasting machine 01 is prepared.
  • the suction mechanism 40 is first operated to suck the processing chamber R.
  • the door 11 is unlocked, the door 11 is opened, and a predetermined amount of the injection material is introduced into the processing chamber R by an operator, for example.
  • the injection material is transferred to the storage hopper 21 of the fixed amount supply mechanism 20 through the first transport pipe P1 and the separation mechanism 30 by the suction force of the suction mechanism 40.
  • the door 11 is closed and locked. Since the inside of the processing chamber R becomes a negative pressure by the suction of the suction mechanism 40, the outside air flows into the processing chamber R from a suction hole (not shown) provided to communicate with the outside.
  • step S2 for example, the control device 60 of the sandblast machine 01 is operated, the electromagnetic valve VL1 provided in the path for supplying the compressed air to the nozzle 50 is set to “open”, and the quantitative supply mechanism 20 is set to “ON”. Is done. With such a setting, the spray material is supplied to the nozzle 50 and sprayed from the nozzle 50. When the injection material is injected from the nozzle 50, the opening degree of the valve VL2 that adjusts the supply pressure of the compressed air is adjusted, and the injection speed of the injection material is adjusted.
  • the control device 60 of the sandblasting machine 01 is operated, the electromagnetic valve VL1 is set to “closed”, and the quantitative supply mechanism 20 is set to “OFF”.
  • the injection of the injection material from the nozzle 50 is stopped.
  • the door 11 is opened, and the workpiece W is placed on the processing table 13 and fixed.
  • the distance and angle between the nozzle 50 and the workpiece W are adjusted by operating the nozzle fixing jig 12.
  • the door 11 is closed and locked.
  • the workpiece W placed on the processing table 13 may be a plate-like body having a thickness of 1.0 to 2.0 mm.
  • step S2 processing conditions such as the trajectory of the movement of the moving mechanism 14 (distances in the X direction and Y direction in FIG. 3), the moving speed, and the number of scans are input to the control device 60.
  • step S3 Drilling step>
  • step S3 is performed.
  • step S3 in order to cut a portion exposed from the opening 71 of the work W while cutting the peripheral edge 72 of the opening 71 of the sheet 70, the spray material is directed toward the work W via the sheet 70. Is injected.
  • step S3 an example of step S3 will be described in detail.
  • step S3 first, the control device 60 is operated, the electromagnetic valve VL1 is set to “open”, and the quantitative supply mechanism 20 is set to “ON”. Thereby, the injection material is injected from the nozzle 50.
  • the moving mechanism 14 is set to “ON”, and the moving mechanism 14 operates so that the workpiece W moves in the horizontal direction. For example, as shown in FIG. 3, the moving mechanism 14 moves the workpiece W in the + X direction by a predetermined distance, and then shifts the position of the workpiece W in the + Y direction at a predetermined pitch, and then moves the workpiece W in the ⁇ X direction. By repeating the movement, the workpiece W is scanned in a comb shape with respect to the injection region A of the injection material.
  • the moving mechanism 14 moves the workpiece W along such a scanning trajectory T, thereby causing the spray material to collide with the entire surface of the workpiece W substantially uniformly.
  • the hole H may be formed in the workpiece W by performing such scanning a plurality of times.
  • the injection port of the nozzle 50 may have a rectangular planar shape.
  • the injection port of the nozzle 50 has a rectangular planar shape and is arranged so that its long side coincides with the Y direction, so that the injection material collides when the workpiece W is scanned in the X direction. The area can be increased, and as a result, the machining efficiency of the workpiece W can be improved.
  • step S3 As described above, when the workpiece W is conveyed in the X direction and the Y direction by the moving mechanism 14, a hole H is formed in a region of the workpiece W that is not covered by the opening 71 of the sheet 70.
  • the spray material is projected from the nozzle 50 toward an area including the opening 71 and the peripheral edge 72 of the opening 71. Therefore, in step S3, as shown in FIG. 4, the region exposed from the opening 71 of the workpiece W is cut while the peripheral edge 72 of the opening 71 is cut. Since the sheet 70 has higher blast resistance than the fiber reinforced plastic composing the workpiece W, the peripheral edge 72 of the sheet 70 is cut more slowly than the workpiece W.
  • step S3 the area exposed through the opening 71 of the workpiece W is cut so that the diameter (area) of the opening 71 of the sheet 70 gradually increases and the cutting area of the workpiece W is not excessive. .
  • the workpiece W is prevented from peeling off at the surface layer.
  • step S3 the projection of the injection material until the diameter of the hole H formed in the workpiece W has a desired diameter d 1 is continued.
  • FIG. 5 shows the shape of the hole H formed in the workpiece W when the diameter d 2 of the opening 71 and the desired diameter d 1 are set to be the same. That is, FIG. 5 shows a conventional method in which the hole H having a desired diameter d 1 is formed directly on the workpiece W without cutting the peripheral edge 72 of the sheet 70.
  • the fiber reinforced plastic constituting the workpiece W has a structure in which the reinforced fiber cut into resin is dispersed in the resin, when the spray material is projected onto the workpiece W, the reinforced fiber dispersed without directionality starts to break. As a result, peeling occurs on the surface of the workpiece W.
  • the cloth-like reinforcing fiber becomes a starting point of the breakage and the surface of the work W is peeled off. To do. If the cutting is further continued after these peelings occur, the diameter of the hole H formed in the workpiece W finally becomes larger than the desired diameter d 1 , the surface layer portion is not circular, and further the hole H Reinforced fiber fuzz occurs on the wall surface (see the circle in the figure).
  • the injection material collides with the workpiece W from the direction of cutting the reinforcing fiber of the workpiece W.
  • the fuzz of fibers can be further suppressed.
  • the collision energy of the spray material becomes insufficient, and the hole H cannot be formed in the workpiece W, or the reinforcing fibers can be cut.
  • the reinforcing fiber may be exposed as fuzz on the outer peripheral surface of the hole H.
  • the nozzle 50 may be arranged so as to be 85 ° or more and 95 ° or less (that is, a range of 90 ° ⁇ 5 °) with respect to the surface of the workpiece W.
  • the nozzle 50 is arranged so that the angle formed between the surface of the workpiece W and the injection direction of the injection material is 85 ° or more and 95 ° or less.
  • the gap between the bonding member such as a bolt and the wall surface of the hole H is thicker as the verticality of the wall surface defining the hole H is higher. It becomes equal in the vertical direction, and as a result, rattling after joining can be suppressed.
  • the hole H formed in the workpiece W is intended to improve sound absorption, the higher the perpendicularity of the wall surface defining the hole H, the more the reflection of sound from the wall surface of the hole H can be prevented.
  • the angle formed by the wall surface with respect to the plane orthogonal to the central axis AX of the hole H is preferably close to 90 ° in terms of performance, but the productivity decreases as the angle approaches 90 °. Therefore, from the viewpoint of productivity and performance, the angle of the wall surface defining the hole H with respect to the plane orthogonal to the central axis AX of the hole H may be 80 ° or more and 90 ° or less, and is 80 or more and 85 ° or less. May be.
  • step S3 the particles including the propellant projected onto the workpiece W are collected at the bottom of the housing 10 and transferred to the separation mechanism 30 via the first transport pipe P1 by the suction force of the suction mechanism 40.
  • the particles transferred to the separation mechanism 30 are separated into a reusable propellant and dust in the separation mechanism 30.
  • the reusable spray material is stored in the storage hopper 21, and the light dust is sucked by the suction mechanism 40 and collected by a collection filter provided inside the suction mechanism 40.
  • the reusable injection material stored in the storage hopper 21 is transferred to the nozzle 50 by a fixed amount and is injected again toward the workpiece W.
  • step S4 After the hole H is formed in the workpiece W in step S3, step S4 is performed.
  • step S4 the control device 60 is operated, and the moving mechanism 14 is set to “OFF”, the electromagnetic valve VL1 is set to “closed”, and the quantitative supply mechanism 20 is set to “OFF”.
  • the door 11 is unlocked, the door 11 is opened, and the workpiece W is collected from the processing chamber R.
  • the spray material and dust adhering to the workpiece W are removed using an air blower, an ultrasonic cleaner, or the like, and a series of drilling processes is completed.
  • a sheet (thickness 0.5 mm) in which an opening having a shape corresponding to a hole to be processed was formed using unsaturated polyurethane or acrylic resin as a main component.
  • Resist A unsaturated polyurethane as the main component (contains 53 wt%)
  • Resist B unsaturated polyurethane as the main component (73 wt% content)
  • Resist C Main component (containing 60 wt%) of acrylic resin
  • arbitrary 10 holes were selected from the 100 holes formed, and observed and evaluated using an electron microscope.
  • the evaluation criteria were as follows. ⁇ Processing progress> ⁇ All the holes are penetrating, and the angles of the wall surfaces of all the holes are 80 ° or more and 90 ° or less. ⁇ : All the holes are penetrating, and the angles of the wall surfaces of all the holes are 60 ° or more and 80 ° or less. X: There is a hole that does not penetrate, or there is a hole whose wall surface angle is 59 ° or less. ⁇ Diameter of hole> ⁇ : The diameter on the surface to be processed is less than ⁇ 7% of the target dimension ( ⁇ 2.0 mm).
  • ⁇ All the diameters on the processed surface side are ⁇ 8% or more and 15% or less of the target dimension ( ⁇ 2.0 mm).
  • X There are holes whose diameter on the processed surface side is ⁇ 16% or more of the target dimension ( ⁇ 2.0 mm).
  • ⁇ There are holes in the vicinity of the outer periphery where the surface layer is peeled off, but less than 1 mm from the outer periphery of the circle.
  • ⁇ There is a hole in the vicinity of the outer periphery where the surface layer is traced, and the size is 1 mm or more from the outer periphery of the circle.
  • Table 2 represents an evaluation result related to “processing progress”
  • “Peeling” represents an evaluation result related to “existence of peeling”
  • “Fuzzing” represents an evaluation result related to “existence of fuzzing”.
  • “Nozzle angle” in Table 2 represents the angle of the jet flow of the spray material with respect to the surface of the workpiece W, and 0 ° is directed toward the scanning direction in the longitudinal direction of the workpiece W at the start of scanning. The angle at which it is sprayed horizontally. That is, the state where the jet flow is flowing in the + X direction shown in FIG.
  • Example 1 Example 6, and Comparative Example 6, the same processing conditions are used except for the material of the resist layer.
  • Example 1 and Example 6 in which the main component of the resist layer was unsaturated polyurethane all evaluation items were evaluated as “good”, and it was confirmed that the drilling process was performed well.
  • the diameter of the hole after processing is higher in Example 1 where the content of unsaturated polyethylene is in the range of 50% to 70% compared to Example 6. A tendency closer to the target size was observed.
  • Comparative Example 6 in which the main component of the resist layer is an acrylic resin, the evaluation items of the hole diameter, peeling, and fluffing were ⁇ .
  • the evaluation was a reduction in quality to the extent that there was no problem in practical use, but it was confirmed that the processing accuracy was lower than when a resist layer containing unsaturated polyurethane as a main component was used.
  • step S1 the sheet 70 in which the opening is formed in advance is arranged on the workpiece W.
  • the sheet 70 in which the opening 71 is not formed. May be formed on the workpiece W, and the opening 71 may be formed in the sheet 70.
  • the drilling process for the workpiece W made of glass fiber reinforced plastic has been described.
  • the drilling method according to the above-described embodiment includes carbon fiber reinforced plastic (CFRP), aramid fiber reinforced plastic (AFRP), Dyneema fiber reinforced plastic (DFRP), Zylon fiber reinforced plastic, Boron fiber reinforced plastic (BFRP) and the like, and can be applied to drilling of workpieces W made of any fiber reinforced plastic.

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Abstract

一実施形態では、繊維強化プラスチック製の被加工物に所望の径を有する孔を形成する孔あけ加工方法が提供される。この方法は、所望の径よりも小さい径を有する開口が形成されたレジスト層を被加工物上に配置する工程と、レジスト層の開口の周縁部を切削しながら被加工物のうち開口から露出する部分を切削するために、レジスト層を介して被加工物に噴射材を噴射する工程と、を含む。

Description

孔あけ加工方法、レジスト層及び繊維強化プラスチック
　本開示は、孔あけ加工方法、レジスト層及び繊維強化プラスチックに関する。
　繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、強化繊維（ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、サイロン繊維及びボロン繊維等）を樹脂（ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及び熱可塑性樹脂）の中に入れて強度を向上させた複合材料であり、日用品、スポーツ用品、自動車及び航空宇宙産業用途等、幅広い分野で利用されている。
　ＦＲＰには、接合又は吸音性向上のために孔あけ加工が施されることがある。ＦＲＰ製の被加工物に孔を形成する手法としては、ドリルを用いた孔あけ加工、及び、サンドブラスト加工が利用されている。例えば、特許文献１には、サンドブラスト耐性を有するレジスト層を被加工物の表面上に配置し、被加工物のうちレジスト層に覆われていない領域をサンドブラストで除去することが記載されている。
特開２０１２－１９６７５１号公報
　ドリルを用いた孔あけ加工では、加工すべき孔の数が多い場合に加工時間が長くなるので、生産性の観点から好ましくない。また、ドリルを用いた孔あけ加工では、被加工物に形成された孔の周囲に毛羽立ちが発生したり、被加工物の表面に剥離が発生したりすることがある。
　また、特許文献１に記載の方法のように、サンドブラスト加工によって被加工物に孔を形成した場合にも、ドリルを用いた孔あけ加工に比べると程度は低いものの、被加工物に毛羽立ち又は剥離が発生することがある。
　したがって、毛羽立ち及び剥離の発生を抑制しつつ、繊維強化プラスチックに孔を形成することが求められている。
　本開示の一側面では、繊維強化プラスチック製の被加工物に所望の径を有する孔を形成する孔あけ加工方法が提供される。この方法は、所望の径よりも小さい径を有する開口が形成されたレジスト層を被加工物上に配置する工程と、レジスト層の開口の周縁部を切削しながら被加工物のうち開口から露出する部分を切削するために、レジスト層を介して被加工物に噴射材を噴射する工程と、を含む。
　レジスト層を介して被加工物に噴射材を継続して投射すると、レジスト層の開口を通過した噴射材がレジスト層の下方に入り込むことで被加工物の表面に剥離が発生することがある。このような剥離が発生すると、被加工物の強化繊維が毛羽立ちとして被加工物の表面に露出する。上記側面に係る方法では、所望の径よりも小さな径を有する開口が形成されたレジスト層を介して被加工物に噴射材が噴射される。この方法では、レジスト層に衝突した噴射材がレジスト層に形成された開口の周縁部を切削するので、加工時間が経過するにつれて当該開口の径は徐々に拡大することとなる。このように、レジスト層の開口の径を徐々に拡大させながら被加工物に孔を形成していくと、被加工物に剥離が発生したとしても被加工物の加工が進行につれて剥離部分が除去されることとなる。その結果、加工後の被加工物の表面に剥離及び毛羽立ちが生じることを抑制することができる。
　一実施形態では、所望の径に対する開口の径の比が０．８４以上０．９４以下であってもよい。このように所望の径に対する開口の径の比を設定することで、加工後の孔の径の精度を保った上で効率よく加工することができる。
　一実施形態では、上記被加工物に噴射材を噴射する工程において、ノズルから被加工物に向けて噴射材を噴射し、被加工物の表面とノズルからの噴射材の噴射方向とのなす角度が９０°±５°であってもよい。このような角度で噴射材を被加工物に噴射することによって、樹脂の表層に剥離が発生することを抑制することができ、その結果、毛羽立ちを抑制することができる。
　一実施形態では、ノズルは、該ノズルの内部に圧縮空気を導入することで噴射材を吸引し、該圧縮空気と共に固気二相流として噴射する構成であってもよい。繊維強化プラスチックはブラスト加工に対して難切削性であり、加工が完了するまで相当の時間を要する。この実施形態では、ノズルから噴射材を連続して噴射することができるので、加工効率を向上させることができる。
　一実施形態では、被加工物が、裁断された強化繊維が樹脂に分散された繊維強化プラスチックから構成されていてもよい。このタイプの繊維強化プラスチックには方向性なく強化繊維が分散されているので、従来の孔あけ加工方法では強化繊維を起点として表面が剥離し、繊維強化プラスチックが破損する場合がある。これに対し、一実施形態の孔あけ加工方法によれば、このような被加工物に対しても、被加工物の表面に剥離又は毛羽立ちが発生することを抑制することができる。
　一実施形態では、被加工物が、織布された強化繊維が樹脂に浸潤された繊維強化プラスチックから構成されていてもよい。このタイプの繊維強化プラスチックは、布状に織られた強化繊維と樹脂とを交互に積層して得られるので、従来の孔あけ加工方法では層間で剥離し、繊維強化プラスチックが破損する場合がある。一実施形態の孔あけ加工方法によれば、このような被加工物に対しても、被加工物の表面に剥離又は毛羽立ちが発生することを抑制することができる。
　本開示の別の側面では、上述の孔あけ加工方法に用いるレジスト層が提供される。このレジスト層は、不飽和ポリウレタン又は耐摩耗性が付与されたゴムを主成分として含むポリマーである。レジスト層の材料としてこのようなポリマーを用いることで、被加工物の孔あけ加工の際にレジスト層が過剰に変形することが抑制されるので、被加工物に形成される孔の寸法精度を高めることができる。
　本開示の別の側面では、上述の孔あけ加工方法によって孔が形成された繊維強化プラスチックが提供される。この繊維強化プラスチックは厚みが１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の板状であり、孔の中心軸線に直交する平面と孔を画成する壁面とのなす角度が８０°以上９０°以下である。孔の中心軸線に直交する平面と孔を画成する壁面とのなす角度が８０°以上９０°以下の角度を有していると、繊維強化プラスチックの厚み方向において孔の径の均一性を向上させることができる。なお、ここでいう板状とは、平板状だけでなく、湾曲板状を含む。
　本開示の別の側面では、表面及び裏面を有する繊維強化プラスチック製の被加工物に、表面及び裏面で開口し、且つ、表面側の第１の開口が第１の面積を有する孔を形成する孔あけ加工方法が提供される。この方法は、被加工物よりも高い耐ブラスト性を有するレジスト層を被加工物上に配置する工程であり、レジスト層には、第１の開口の形状に対応する形状を有し、且つ、第１の面積よりも小さな第２の面積を有する第２の開口が形成されている、該工程と、レジスト層の開口の周縁部を切削しながら被加工物のうち第２の開口から露出する部分を切削するために、レジスト層を介して被加工物に噴射材を噴射する工程と、を含む。
　レジスト層を介して被加工物に噴射材を継続して投射すると、第２の開口を通過した噴射材がレジスト層の下方に入り込むことで被加工物の表面に剥離が発生することがある。このような剥離が発生すると、被加工物の強化繊維が毛羽立ちとして被加工物の表面に露出する。上記側面に係る方法では、第１の面積よりも小さな第２の面積を有する第２の開口が形成されたレジスト層を介して被加工物に噴射材が噴射される。この方法では、レジスト層に衝突した噴射材が第２の開口の周縁部を切削するので、加工時間が経過するにつれて第２の開口の面積は徐々に拡大することとなる。このように、第２の開口の面積を徐々に拡大させながら被加工物に孔を形成していくと、被加工物に剥離が発生したとしても被加工物の加工が進行につれて剥離部分が除去されることとなる。その結果、加工後の被加工物の表面に剥離及び毛羽立ちが生じることを抑制することができる。
　本開示の種々の側面及び実施形態によれば、毛羽立ち及び剥離の発生を抑制しつつ、繊維強化プラスチックに孔を形成することができる。
一実施形態で用いたサンドブラスト機の一部を破断して示す正面図である。 一実施形態の孔あけ加工方法を示すフローチャートである。 一実施形態のワークの走査軌跡を模式的に示す図である。 一実施形態の孔あけ加工方法が適用されたワークを示す断面図である。 従来の孔あけ加工方法が適用されたワークを示す断面図である。
　以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととし、同一又は相当の部分に対する重複した説明は省略する。また、各図面の寸法比率は、必ずしも実際の寸法比率とは一致していない。なお、説明における左右上下方向は特に断りのない限り図中の方向を指す。
　図１は、一実施形態に係るサンドブラスト機０１の一部を破断して示す正面図である。サンドブラスト機０１は、繊維強化プラスチック製のワークＷ（被加工物）に噴射材を投射し、ワークＷに孔を形成する装置である。図１に示すように、サンドブラスト機０１は、筐体１０、定量供給機構２０、分離機構３０、吸引機構４０、ノズル５０及び制御装置６０を備えている。
　筐体１０はその内部に処理室Ｒを画成している。筐体１０の正面には扉１１が設けられており、その扉１１を開けることで作業者が処理室Ｒにアクセスすることができるようになっている。処理室Ｒには、ノズル固定治具１２、処理テーブル１３及び移動機構１４が設けられている。
　ノズル固定治具１２は、ノズル５０を保持するための機構であり、高さ方向に沿ってノズル５０を移動可能である。したがって、ノズル固定治具１２は、ノズル５０とワークＷとの間の距離を自在に調整できるように構成されている。
　移動機構１４は、筐体１０の下部に設けられた架台１５上に設けられており、ノズル５０の下方に配置されている。一実施形態では、移動機構１４は、多数の貫通孔が形成された板状体であってもよい。移動機構１４にこのような貫通孔が形成されていることで、ノズル５０より噴射された噴射材を筐体１０の底部に向けて通過させることができる。
　移動機構１４上には、処理テーブル１３が設けられており、その上に載置されたワークＷを支持する。移動機構１４は、例えばモータの駆動力によって、処理テーブル１３及び当該処理テーブル１３上に支持されたワークＷを水平方向に搬送できるようになっている。例えば、移動機構１４は、水平方向に延び、且つ、互いに直交するＸ方向及びＹ方向（図３参照）に沿ってワークＷを移動させるＸ－Ｙステージである。
　処理室Ｒの上部には、定量供給機構２０が設けられている。定量供給機構２０は、貯留ホッパ２１及び搬送路２２を含んでおり、貯留ホッパ２１内の噴射材を搬送路２２を介してノズル５０に定量で供給する。なお、定量供給機構２０は、一定量の噴射材をノズル５０に供給することができればその構造は限定されない。例えば、定量供給機構２０としては、スクリュフィーダ、振動フィーダ、テーブルフィーダを用いることができる。図１に示す実施形態では、定量供給機構２０としてスクリュフィーダを用いている。
　定量供給機構２０の貯留ホッパ２１の上方には、分離機構３０が設けられている。分離機構３０は、定量供給機構２０の貯留ホッパ２１に連結されている。分離機構３０は、略逆角錐形状を有しており、使用済みの噴射材を回収し、再使用可能な噴射材と粉塵とに分級する。この分離機構３０には、第１の輸送管Ｐ１の一端が接続されている。第１の輸送管Ｐ１の他端は、筐体１０の底部に接続されている。したがって、処理室Ｒ内の空間と定量供給機構２０内の空間とは第１の輸送管Ｐ１を介して連続している。なお、図１に示す実施形態では、分離機構３０としてサイクロン式分級機を用いているが、分離機構３０としては、その他の風力式分級機、スクリーン式分級機等、任意の分級機を用いることができる。
　また、分離機構３０には、第２の輸送管Ｐ２の一端が接続されている。第２の輸送管Ｐ２の他端は、吸引機構４０に接続されている。吸引機構４０は、処理室Ｒを負圧にして処理室Ｒの外部に噴射材が漏出しないようにすると共に、噴射された噴射材を含む粒子を吸引するための機構である。吸引機構４０は、第２の輸送管Ｐ２を介して分離機構３０（サイクロン式分級機）において分級された軽い粒子（再使用に適さないサイズとなった噴射材、ワークＷ及びシート７０の切削粉）を回収する。また、吸引機構４０は、分離機構３０の内部空間を負圧にし、筐体１０の底部に集められた使用済みの噴射材を分離機構３０に移送する機能を有している。
　ノズル５０は、ワークＷに噴射材を噴射するための機構であり、ノズルホルダ５１、エアノズル５２及び噴射ノズル５３を有している。ノズルホルダ５１は噴射材ホースＨ２を介して定量供給機構２０に連結されている。エアノズル５２には、エアホースＨ１を介してコンプレッサＣが連結されている。一実施形態では、エアノズル５２とコンプレッサＣとの間には、電磁弁ＶＬ１及びバルブＶＬ２が設けられていてもよい。このコンプレッサＣを作動させるとエアノズル５２から圧縮空気が噴射され、ノズルホルダ５１内が負圧となる。これにより、貯留ホッパ２１内に蓄えられた噴射材が搬送路２２及び噴射材ホースＨ２を介してノズルホルダ５１内に吸引され、その内部で圧縮空気と混合されて固気二相流として噴射ノズル５３の噴射口からワークＷに向けて噴射される。このような構成を有するノズル５０は、噴射材を連続して噴射することができるので、長時間にわたって連続してワークＷを加工することができる。
　なお、別の形態のノズルとして、いわゆる直圧式のノズルを使用してもよい。直圧式のノズルは本実施形態のノズル５０に比べて切削能力に優れているが、長時間にわたって連続して加工することは難しい。
　ノズルから噴射される噴射材としては、金属又は非金属のショットやグリッドやカットワイヤ、セラミックス系粒子（アルミナ系、炭化珪素系、ジルコン系、等）、天然石の粒子（エメリー、珪石、ダイヤモンド、等）、植物系粒子（くるみの殻、桃の種、杏の種、等）、樹脂系粒子（ナイロン、メラミン、ユリア、等）等が例示される。繊維強化プラスチックは難切削性の材料であるので、噴射材としては比較的硬い材料を選択すると効率よくワークＷを切削できる。
　制御装置６０は、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、サンドブラスト機０１の各部を制御する。一実施形態では、制御装置６０は、移動機構１４、定量供給機構２０、吸引機構４０及び電磁弁ＶＬ１に制御信号を送出し、移動機構１４のＸ方向及びＹ方向の位置、定量供給機構２０の動作、吸引機構４０の動作及び電磁弁ＶＬ１の開閉などを制御する。制御装置としては、パーソナルコンピュータなどの各種演算装置、プログラマルロジックコントローラ（ＰＬＣ）及びデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）などのモーションコントローラ、高機能携帯端末及び高機能携帯電話等を用いることができる。
　以下、図２を参照して、一実施形態のサンドブラスト機０１による孔あけ加工方法について説明する。この方法では、繊維強化プラスチック製のワークＷに所望の径ｄ１を有する孔Ｈが形成される。このワークＷは、平板形状をなしており、互いに対向する上面（表面）８２及び下面（裏面）８４を有している（図４参照）。ワークＷに形成されるべき孔Ｈは、上面８２から下面８４まで延びる貫通孔であり、上面８２及び下面８４に開口している。孔Ｈの上面８２側の開口（第１の開口）８６は、所望の径ｄ１を有する。言い換えれば、ワークＷに形成されるべき孔Ｈは、上面８２側に所望の径ｄ１に応じた面積（第１の面積）の開口８６を有する貫通孔である。以下では、ワークＷが、繊維強化プラスチックの一種であるガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）により構成されている例について説明する。
　なお、開口８６の所望の径ｄ１とは、開口８６の径のうち最も幅広の部分の長さを示している。例えば、開口８６が楕円形状をなす場合には当該楕円の長径が所望の径ｄ１となり、開口８６が多角形状である場合には当該多角形の任意の２つの角を結ぶ直線のうち最も長い直線の長さが所望の径ｄ１となる。以下では、開口８６が円形である実施形態について説明する。この実施形態では、開口８６の直径が所望の径ｄ１となる。
＜Ｓ１：レジスト層の準備＞
　一実施形態に係る孔あけ加工方法では、まず工程Ｓ１が行われる。工程Ｓ１では、レジスト層として機能するシート７０が準備される。シート７０は噴射材より軟質であり、噴射材の衝撃力を吸収できる材質から構成されている。したがって、シート７０は繊維強化プラスチックから構成されるワークＷよりも高い耐ブラスト性を有している。
　シート７０には、１つ又は複数の開口（第２の開口）７１が形成されている（図４参照）。開口７１は、孔Ｈの開口８６の形状に対応した形状を有している。例えば、開口７１は、開口８６の形状に応じて、円形、楕円形、多角形等の平面形状を有している。一実施形態では、シート７０の開口７１は、ワークＷの開口８６と同一の形状を有している。ただし、開口７１の径ｄ２は、所望の径ｄ１よりも小さく形成されている。言い換えれば、開口７１は、開口８６の面積よりも小さな面積（第２の面積）を有している。所望の径ｄ１に対する開口７１の径ｄ２の比（ｄ２／ｄ１）は０．８４以上０．９４以下の範囲内、特に０．９０以上０．９４以下の範囲内に設定されていてもよい。後述するように、この比が小さすぎるとワークＷと噴射材とが衝突する機会が少なすぎるので孔あけ加工の時間が長くなる。反対に、この比が大きすぎると、ワークＷの表層に剥離が生じやすくなる。ここで、開口７１の径ｄ２とは、開口７１によって規定される径のうち最も大きな径を示している。例えば、開口７１の平面形状が楕円形状をなす場合には当該楕円形状の開口７１の長径が径ｄ２となり、開口７１の平面形状が多角形状をなす場合には多角形の任意の２つの角を結ぶ直線のうち最も長い直線の長さが径ｄ２となる。以下では、開口７１の平面形状は円形である実施形態について説明する。この実施形態では、開口７１の直径が径ｄ２となる。
　シート７０の材料としては、例えば、各種ゴム、ナイロン、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリウレタン及びアクリル等の熱可塑性樹脂が用いられる。例えば、シート７０の材料としては、耐摩耗性ゴムを用いることができる。ゴムの耐摩耗性は、主原料である天然ゴム又は合成ゴムに対する炭酸カルシウム等の充填補強材の配合割合を変化させることで容易に調整できる。したがって、シート７０の材料として耐摩耗性ゴムを用いることで、孔あけ加工に適した耐摩耗性を有するレジスト材を容易に得ることが可能である。一実施形態では、天然ゴム又は合成ゴムに補強充填材が６０ｗｔ％以上７０ｗｔ％以下の割合で配合された耐摩耗性ゴムをシート７０の材料として用いてもよい。
　また、ポリウレタンは伸縮性及び熱変形温度及び衝撃強さが総合的に優れているので、シート７０の材料としてポリウレタンを用いることで、ワークＷに形成される孔Ｈの径の精度を向上させることができる。また、ポリウレタン製のシート７０には、小径（例えばφ２ｍｍ以下）の開口７１を容易に形成することが可能である。後述するように、一実施形態の方法では、噴射材によってシート７０の開口７１の周縁部７２を切削しながら、ワークＷのうち開口７１から露出している部分が切削される。この際、シート７０の周縁部７２が必要以上に切削されるとワークＷの表面に毛羽立ち又は剥離が発生したり、寸法精度が低下したりする原因となる。したがって、シート７０の材料は、伸縮性、熱変形温度及び耐衝撃力を考慮して選定される。例えば、不飽和ポリウレタンは伸縮性、熱変形温度及びシャルビー衝撃強さが総合的に優れているので、不飽和ポリウレタンを主成分として含むポリマーからシート７０が構成されてもよい。また不飽和ポリウレタンの含有率は５０ｗｔ％以上としてもよく、５０ｗｔ％以上７０ｗｔ％以下としてもよい。
　一実施形態では、シート７０は、フィルム状に成形された感光性樹脂から形成されてもよい。感光性樹脂からシート７０を形成する際には、まず開口パターンが印刷された透明のパターンマスクをシート７０上に配置し、シート７０の上方に設けられた紫外線発光源からパターンマスクを介してシート７０に紫外線が照射される。この紫外線の照射によってシート７０のうち印刷パターンに重なっていない領域は硬化するが、印刷された開口パターンに重なる部分は影となるので未硬化となる。次いで、現像液を用いて紫外線照射後のシート７０を洗い流すことでシート７０の未硬化の領域が除去される。このような一連の工程から、シート７０に対して複数の開口７１を形成することができる。
　また、工程Ｓ１では、準備されたシート７０がワークＷ上に配置される。一実施形態では、シート７０は粘着性を有していてもよい。この場合には、ワークＷの上面にシート７０を貼付した後、真空チャンバ内で減圧することでシート７０をワークＷ上に密着させることができる。さらに、その後ワークＷを６０℃以上９０℃以下の温度で加熱することで、ワークＷとシート７０とを強固に密着させることができる。
＜Ｓ２：サンドブラスト機の準備＞
　次いで、一実施形態に係る孔あけ加工方法では、工程Ｓ２が行われる。この工程Ｓ２では、サンドブラスト機０１の準備が行われる。工程Ｓ２では、まず吸引機構４０が作動され処理室Ｒが吸引される。次いで、扉１１の施錠が解除され、扉１１が開放され、例えば作業者によって所定量の噴射材が処理室Ｒ内に投入される。次いで、吸引機構４０の吸引力によって、第１の輸送管Ｐ１及び分離機構３０を介して噴射材が定量供給機構２０の貯留ホッパ２１に移送される。その後、扉１１が閉鎖され、施錠される。吸引機構４０の吸引によって処理室Ｒ内は負圧となるので、処理室Ｒ内には外部と連通するように設けられた吸引孔（図示せず）から外気が流入する。
　工程Ｓ２では、例えばサンドブラスト機０１の制御装置６０が操作され、圧縮空気をノズル５０に供給する経路に設けられた電磁弁ＶＬ１が「開」に設定され、定量供給機構２０が「ＯＮ」に設定される。このような設定により、噴射材がノズル５０に供給され、ノズル５０から噴射される。ノズル５０から噴射材が噴射される際に、圧縮空気の供給圧力を調整するバルブＶＬ２の開度が調整され、噴射材の噴射速度が調整される。
　次いで、サンドブラスト機０１の制御装置６０が操作され、電磁弁ＶＬ１が「閉」に設定され、定量供給機構２０が「ＯＦＦ」に設定される。このような設定により、ノズル５０からの噴射材の噴射が停止する。その後、扉１１が開放され、処理テーブル１３上にワークＷが載置され、固定される。次いで、ノズル固定治具１２を操作することでノズル５０とワークＷとの間の距離及び角度が調整される。これらの作業が終了したら、扉１１が閉鎖され、施錠される。なお、処理テーブル１３上に載置されるワークＷは、厚みが１．０以上２．０ｍｍ以下の板状体であってもよい。
　次いで、工程Ｓ２では、移動機構１４の移動の軌跡（図３におけるＸ方向、Ｙ方向の距離）、移動速度及び走査回数等の加工条件が制御装置６０に入力される。
＜Ｓ３：孔あけ工程＞
　次いで、工程Ｓ３が行われる。工程Ｓ３では、後述するように、シート７０の開口７１の周縁部７２を切削しながらワークＷのうち開口７１から露出する部分を切削するために、シート７０を介してワークＷに向けて噴射材が噴射される。以下、工程Ｓ３の一例について詳細に説明する。
　工程Ｓ３では、まず制御装置６０が操作され、電磁弁ＶＬ１が「開」に設定され、定量供給機構２０が「ＯＮ」に設定される。これにより、ノズル５０から噴射材が噴射される。次いで、移動機構１４が「ＯＮ」に設定され、ワークＷが水平方向に移動するように移動機構１４が作動する。例えば、図３に示すように、移動機構１４は、ワークＷを＋Ｘ方向に所定距離だけ移動させ、その後所定のピッチでワークＷの位置を＋Ｙ方向にずらした後に、ワークＷを－Ｘ方向に移動させることを繰り返すことで、ワークＷを噴射材の噴射領域Ａに対して櫛歯状に走査する。移動機構１４は、このような走査軌跡Ｔに沿ってワークＷを移動させることで、ワークＷの全面に略均一に噴射材を衝突させる。一実施形態では、このような走査が複数回行うことでワークＷに孔Ｈを形成してもよい。なお、ノズル５０の噴射口は長方形状の平面形状を有していてもよい。ノズル５０の噴射口が長方形状の平面形状を有し、且つ、その長辺がＹ方向に一致するように配置されることで、ワークＷをＸ方向の走査させたときに噴射材が衝突する面積を大きくすることができ、その結果、ワークＷの加工効率を向上させることができる。
　上述のように、移動機構１４によってワークＷがＸ方向及びＹ方向に搬送されることでワークＷのうちシート７０の開口７１に覆われていない領域に孔Ｈが形成される。ここで、図４に示すように、ノズル５０から噴射材は、開口７１及び当該開口７１の周縁部７２を含む領域に向けて投射される。したがって、工程Ｓ３では、図４に示すように、開口７１の周縁部７２が切削されながら、ワークＷのうち開口７１から露出している領域が切削される。シート７０は、ワークＷを構成する繊維強化プラスチックよりも高い耐ブラスト性を有しているので、シート７０の周縁部７２はワークＷに比べてゆっくりと切削されることとなる。したがって、工程Ｓ３では、シート７０の開口７１の径（面積）が徐々に拡大しながら、ワークＷの切削面積が過大とならないようにワークＷのうち開口７１を介して露出する領域が切削される。その結果、ワークＷが表層で剥離することが抑制される。工程Ｓ３では、ワークＷに形成される孔Ｈの径が所望の径ｄ１になるまで噴射材の投射が継続される。
　図５は、開口７１の径ｄ２と所望の径ｄ１とを同じに設定したときにワークＷに形成される孔Ｈの形状を示している。すなわち、図５は、シート７０の周縁部７２を切削することなく、ワークＷに直接所望の径ｄ１の孔Ｈを形成する従来手法を示している。ワークＷを構成する繊維強化プラスチックが裁断された強化繊維を樹脂に分散させた構造である場合には、ワークＷに噴射材が投射されると、方向性なく分散された強化繊維が破壊の起点となってワークＷの表面に剥離が発生する。また、ワークＷを構成する繊維強化プラスチックが織布された強化繊維が樹脂に浸潤された構造である場合には、布状の強化繊維が破壊の起点となってワークＷの表面に剥離が発生する。これらの剥離が発生した後に、更に切削を継続すると、ワークＷに形成される孔Ｈの径は、最終的に所望の径ｄ１よりも大きくなり、表層部は円形ではなく、更に孔Ｈの壁面には強化繊維の毛羽立ちが発生する（同図の丸囲い部を参照）。
　噴射材の噴射流をミクロで捉えた場合、噴射流がワークＷの表面に沿って流れると、繊維強化プラスチックの特性上、ワークＷの表層が剥離しやすい。ワークＷの表層に剥離が発生すると、強化繊維が表層に露出することとなり毛羽立ちが発生する。一方、噴射流がシート７０の開口の壁面に沿う方向（すなわち、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向）に流れると、ワークＷの表層での剥離を抑制することができ、その結果、強化繊維の毛羽立ちを抑制することができる。なお、ワークＷを構成する繊維強化プラスチックが織布された強化繊維を樹脂に浸潤させた構造である場合は、ワークＷの強化繊維を切断する方向から噴射材がワークＷに衝突するので、強化繊維の毛羽立ちをより抑制することができる。また、噴射流がワークＷの表面に対して大きく傾斜している場合には、噴射材の衝突エネルギーが不十分となり、ワークＷに孔Ｈを形成できないことや、強化繊維を切断することができず強化繊維が孔Ｈの外周面に毛羽立ちとして露出することがある。そこで、一実施形態では、ノズル５０をワークＷの表面に対して８５°以上９５°以下（即ち、９０°±５°の範囲）となるように配置してもよい。言い換えれば、ワークＷの表面と噴射材の噴射方向とのなす角度が８５°以上９５°以下になるようにノズル５０が配置される。
　ワークＷに形成された孔Ｈの壁面の角度が適正となるように加工すると、性能的に有利となる。例えば、ワークＷに形成された孔Ｈが接合の為のものである場合には、孔Ｈを画成する壁面の垂直性が高いほどボルト等の接合部材と孔Ｈの壁面との隙間が厚さ方向において均等となり、その結果、接合後のがたつきを抑制ことができる。また、ワークＷに形成された孔Ｈが吸音性の向上を目的としている場合には、孔Ｈを画成する壁面の垂直性が高いほど孔Ｈの壁面による音の反射を防ぐことができる。これらの例のように、孔Ｈの中心軸線ＡＸに直交する平面に対する当該壁面のなす角度は９０°に近い方が性能的には好ましいが、９０°に近づくほど生産性は悪くなる。したがって、生産性と性能の観点から、孔Ｈの中心軸線ＡＸに直交する平面に対する孔Ｈを画成する壁面の角度は８０°以上９０°以下であってもよく、８０以上８５°以下であってもよい。
　工程Ｓ３においてワークＷに投射された噴射材を含む粒子は筐体１０の底部に集められ、吸引機構４０の吸引力によって第１の輸送管Ｐ１を介して分離機構３０に移送される。分離機構３０に移送された粒子は、分離機構３０内で再使用可能な噴射材と粉塵とに分離される。再使用可能な噴射材は貯留ホッパ２１に蓄えられ、軽い粉塵は吸引機構４０に吸引されて吸引機構４０の内部に設けられた捕集フィルタに捕集される。貯留ホッパ２１に蓄えられた再利用可能な噴射材は、ノズル５０に一定量で移送されて再びワークＷに向けて噴射される。
＜Ｓ４：回収工程＞
　工程Ｓ３においてワークＷに孔Ｈを形成した後に、工程Ｓ４が行われる。工程Ｓ４では、制御装置６０が操作され、移動機構１４が「ＯＦＦ」、電磁弁ＶＬ１が「閉」、定量供給機構２０が「ＯＦＦ」にそれぞれ設定される。その後、扉１１の施錠を解除して扉１１が開放され、処理室ＲからワークＷが回収される。次いで、ワークＷに貼付したシート７０が剥離された後、ワークＷに付着した噴射材及び粉塵がエアブロー及び超音波洗浄機等を用いて除去され、一連の孔あけ加工が終了される。
　次に、一実施形態の孔あけ加工方法を用いてＦＲＰの孔あけ加工を行った実験例について説明する。実験例では、ガラス繊維強化ガラス（ＧＦＲＰ）の板状（２００ｍｍ×２００ｍｍ×ｔ１．０ｍｍ）のワークＷに対して、直径φ２．０ｍｍ（被加工面側）の略円形の孔を１００個（１０個×１０個）形成する加工を行った。
　レジスト層としては、不飽和ポリウレタン又はアクリル系樹脂を主成分とし、加工する孔に対応した形状を有する開口が形成されたシート（厚さ０．５ｍｍ）を用いた。
　レジストＡ：不飽和ポリウレタンが主成分（５３ｗｔ％含有）
　レジストＢ：不飽和ポリウレタンが主成分（７３ｗｔ％含有）
　レジストＣ：アクリル系樹脂が主成分（６０ｗｔ％含有）
　その他の主な加工条件は表１に示す通りとした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　ワークＷに孔あけ加工を行った後に、形成された１００個の孔のうち任意の１０個の孔を選択し、電子顕微鏡を用いて観察し、評価した。評価基準は以下の通りとした。
＜加工の進行＞
○・・・全ての孔が貫通しており、全ての孔の壁面の角度が８０°以上９０°以下である。
△・・・全ての孔が貫通しており、全ての孔の壁面の角度が６０°以上８０°以下である。
×・・・貫通していない孔がある、又は孔の壁面の角度が５９°以下の孔がある。
＜孔の径＞
○・・・被加工面側の径が全て目標寸法（φ２．０ｍｍ）の±７％未満である。
△・・・被加工面側の径が全て目標寸法（φ２．０ｍｍ）の±８％以上１５％以下である。
×・・・被加工面側の径が目標寸法（φ２．０ｍｍ）の±１６％以上の孔がある。
＜剥離の有無＞
○・・・全ての孔が円形である。
△・・・外周近傍に表層剥離した跡が観察される孔があるが、円の外周より１ｍｍ未満である。
×・・・外周近傍に表層剥離した跡が観察される孔があり、その大きさが円の外周より１ｍｍ以上である。
＜毛羽立ちの有無＞
○・・・全ての孔で毛羽立ちが確認できない。
△・・・若干の毛羽立ちが確認される孔があるが、露出したガラス繊維は０．１ｍｍ未満である。
×・・・毛羽立ちが確認される孔があり、露出したガラス繊維が０．１ｍｍ以上である。
　以下、種々の実施例及び比較例の加工条件及び評価結果を表２に示す。表２中の「加工」は「加工の進行」に関する評価結果を表しており、「剥離」は「剥離の有無」に関する評価結果を表しており、「毛羽立ち」は「毛羽立ちの有無」に関する評価結果を表している。また、表２の「ノズルの角度」はワークＷの表面に対する噴射材の噴射流の角度を表しており、０°は噴射流が走査開始時におけるワークＷの長手方向への走査方向側に向かって水平に噴射される角度である。すなわち、図３に示す＋Ｘ方向に噴射流が流れている状態を０°とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
（１）ｄ２／ｄ１の影響
　実施例１～６では、何れの評価項目も○評価であり、孔あけ加工が良好に行われたことが確認された。なお、定性評価では同じ○評価であったものの、加工後の孔の径は実施例１に比べ実施例２及び実施例３の方が目的の寸法により近い傾向がみられた。
　ｄ２／ｄ１が０．８４より小さい比較例１は「加工の進行」が×評価となった。これは、噴射材がワークＷに接触する機会が少なすぎたことに起因すると推測される。ｄ２／ｄ１が０．９４より大きい比較例２は、「孔の径」、「表層剥離の有無」及び「毛羽立ちの有無」の評価がいずれも△評価となった。△評価は実用上問題がない程度の品質の低下であるが、実施例１～５に比べて品質の低下が見られた。さらに、ｄ２／ｄ１が１を超える（即ち、ｄ２＞ｄ１）比較例３では、「孔の径」、「表層剥離の有無」及び「毛羽立ちの有無」の評価が×評価となった。ｄ２／ｄ１が大きくなるとレジスト層の開口による加工面積の抑制の効果が減少するため、ワークＷの表層が剥離したと推測される。
（２）ノズルの角度の影響
　実施例１～６はいずれも○評価であり、孔あけ加工が良好に行われたことが確認された。角度が９０°±５°を逸脱する比較例４及び比較例５では、「加工の進行」及び「毛羽立ちの有無」の評価で品質の低下がみられた。「加工の進行」については、ワークＷに対する噴射流の傾斜角度が大きく、加工能力が低下したために品質が低下したと推測される。△評価は実用上問題がない程度の品質の低下であるが、ノズルの角度がより大きな比較例５では×評価となった。また、「毛羽立ちの有無」は、噴射流がワークＷの表面に沿って流れたために毛羽立ちが発生したと推測される。
（３）レジスト層の材質の影響
　実施例１、実施例６及び比較例６では、レジスト層の材質を除いて同一の加工条件となっている。レジスト層の主成分が不飽和ポリウレタンである実施例１及び実施例６は、すべての評価項目が○評価であり、孔あけ加工が良好に行われたことが確認された。なお、定性評価では同じ○評価であったものの、加工後の孔の径は実施例６に比べて不飽和ポリエチレンの含有率が５０％以上７０％以下の範囲内にある実施例１の方が目的の寸法により近い傾向がみられた。
　一方、レジスト層の主成分がアクリル系樹脂である比較例６は孔の径、剥離、毛羽立ちの評価項目が△評価となった。△評価は実用上問題がない程度の品質の低下であるが、不飽和ポリウレタンを主成分とするレジスト層を用いた場合に比べ加工精度が低下していることが確認された。
　以上、実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、上記実施形態に係る孔あけ加工方法では、工程Ｓ１において、予め開口が形成されたシート７０をワークＷ上に配置しているが、一実施形態では、開口７１が形成されていないシート７０をワークＷ上に配置した後に、シート７０に開口７１を形成してもよい。
　上記実施形態ではガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）から構成されたワークＷに対する孔あけ加工について説明したが、上記実施形態に係る孔あけ加工方法は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、アラミド繊維強化プラスチック（ＡＦＲＰ）、ダイニーマ繊維強化プラスチック（ＤＦＲＰ）、ザイロン繊維強化プラスチック、ボロン繊維強化プラスチック（ＢＦＲＰ）等あらゆる繊維強化プラスチックから構成されたワークＷの孔あけ加工に適用できる。
　０１…サンドブラスト機、１０…筐体、１１…扉、１２…ノズル固定治具、１３…処理テーブル、１４…移動機構、１５…架台、２０…定量供給機構、３０…分離機構、４０…吸引機構、５０…ノズル、５１…ノズルホルダ、５２…エアノズル、５３…噴射ノズル、６０…制御装置、７０…シート、７１…開口、７２…周縁部、Ａ…噴射領域、Ｈ１…エアホース、Ｈ２…噴射材ホース、Ｒ…処理室、Ｔ…走査軌跡、Ｗ…ワーク。

Claims (9)

  1. 　繊維強化プラスチック製の被加工物に所望の径を有する孔を形成する孔あけ加工方法であって、
    　前記所望の径よりも小さい径を有する開口が形成されたレジスト層を前記被加工物上に配置する工程と、
    　前記レジスト層の前記開口の周縁部を切削しながら前記被加工物のうち前記開口から露出する部分を切削するために、前記レジスト層を介して前記被加工物に噴射材を噴射する工程と、
    を含む、孔あけ加工方法。
  2. 　前記所望の径に対する前記開口の径の比が０．８４以上０．９４以下である、請求項１に記載の孔あけ加工方法。
  3. 　前記被加工物に噴射材を噴射する工程では、ノズルから前記被加工物に向けて前記噴射材を噴射し、
    　前記被加工物の表面と前記ノズルからの前記噴射材の噴射方向とのなす角度が９０°±５°である、請求項１または２に記載の孔あけ加工方法。
  4. 　前記ノズルは、該ノズルの内部に圧縮空気を導入することで前記噴射材を吸引し、該圧縮空気と共に固気二相流として噴射するように構成されている、請求項３に記載の孔あけ加工方法。
  5. 　前記被加工物が、裁断された強化繊維が樹脂に分散された前記繊維強化プラスチックから構成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の孔あけ加工方法。
  6. 　前記被加工物が、織布された強化繊維が樹脂に浸潤された前記繊維強化プラスチックから構成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の孔あけ加工方法。
  7. 　請求項１～６のいずれか１項に記載の孔あけ加工方法に用いるレジスト層であって、
    　前記レジスト層は不飽和ポリウレタン又は耐摩耗性が付与されたゴムを主成分として含むポリマーである、レジスト層。
  8. 　請求項１～６のいずれか１項に記載の孔あけ加工方法によって孔が形成された繊維強化プラスチックであって、
    　前記繊維強化プラスチックは厚みが１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の板状であり、
    　前記孔の中心軸線に直交する平面と前記孔を画成する壁面とのなす角度が８０°以上９０°以下である、繊維強化プラスチック。
  9. 　表面及び裏面を有する繊維強化プラスチック製の被加工物に、前記表面及び前記裏面で開口し、且つ、前記表面側の第１の開口が第１の面積を有する孔を形成する孔あけ加工方法であって、
    　前記被加工物よりも高い耐ブラスト性を有するレジスト層を前記被加工物上に配置する工程であり、前記レジスト層には、前記第１の開口の形状に対応する形状を有し、且つ、前記第１の面積よりも小さな第２の面積を有する第２の開口が形成されている、該工程と、
    　前記レジスト層の前記第２の開口の周縁部を切削しながら前記被加工物のうち前記第２の開口から露出する部分を切削するために、前記レジスト層を介して前記被加工物に噴射材を噴射する工程と、
    を含む、孔あけ加工方法。
     
     
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