(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6792313
(24)【登録日】2020年11月10日
(45)【発行日】2020年11月25日
(54)【発明の名称】繊維強化樹脂構造物の製造方法、繊維強化樹脂構造物の製造システム及び繊維強化樹脂構造物
(51)【国際特許分類】
B29C 65/70 20060101AFI20201116BHJP
B29C 70/44 20060101ALI20201116BHJP
B29C 70/48 20060101ALI20201116BHJP
B29C 70/74 20060101ALI20201116BHJP
【FI】
B29C65/70
B29C70/44
B29C70/48
B29C70/74
【請求項の数】26
【全頁数】20
(21)【出願番号】特願2017-546419(P2017-546419)
(86)(22)【出願日】2016年6月29日
(86)【国際出願番号】JP2016069294
(87)【国際公開番号】WO2017068812
(87)【国際公開日】20170427
【審査請求日】2019年6月5日
(31)【優先権主張番号】特願2015-208949(P2015-208949)
(32)【優先日】2015年10月23日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】595050374
【氏名又は名称】スーパーレジン工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100126480
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 睦
(72)【発明者】
【氏名】田山 紘介
(72)【発明者】
【氏名】國田 麻衣子
【審査官】
関口 貴夫
(56)【参考文献】
【文献】
登録実用新案第3012866(JP,U)
【文献】
特開2012−016330(JP,A)
【文献】
特開2004−249585(JP,A)
【文献】
特表2006−517879(JP,A)
【文献】
特開昭63−288720(JP,A)
【文献】
発泡プラスチック断熱材を用いた木造壁体の断熱工法と防火性能に関する研究,北方建築総合研究所平成23年度年報,地方独立行政法人北海道立総合研究機構,2012年 9月,54,URL,https://www.hro.or.jp/list/building/pdf/23nenpou/54.pdf
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B29C 65/00−65/82
B29C 70/00−70/88
B32B 5/00− 5/32
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂を有する本体部と、その本体部の表面に形成される付加構造部とを有する繊維強化樹脂構造物の製造方法であって、
付加構造部の形状に対応して形成された金型の溝に熱硬化性樹脂を充填し、当該熱硬化性樹脂が半硬化の状態の半硬化付加構造部を形成する工程と、
繊維強化樹脂の熱硬化性樹脂が半硬化の状態の半硬化本体部を形成する工程と、
前記金型の溝の前記半硬化付加構造部と前記半硬化本体部とを圧接して加熱し、前記半硬化付加構造部及び前記半硬化本体部の熱硬化性樹脂を硬化して、付加構造部と本体部を接着する工程と、
前記金型を前記付加構造部から離脱させる工程と、を有する、繊維強化樹脂構造物の製造方法。
【請求項2】
前記金型の溝に前記熱硬化性樹脂を充填する工程は、ノズルから金型の溝に熱硬化性樹脂を吐出することにより行う、請求項1に記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
【請求項3】
前記半硬化本体部を形成する工程は、複数種類の繊維強化樹脂のプリプレグ片を組み合わせて板状体を形成し、その両面を、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂のプリプレグシートで挟むことにより行う、請求項1又は2に記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
【請求項4】
前記半硬化本体部を形成する工程は、第1の種類の繊維強化樹脂のプリプレグ片の開口部に、第2の種類の繊維強化樹脂のプリプレグ片を入れ込むことで板状体を形成する、請求項3に記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
【請求項5】
前記第1の種類の繊維強化樹脂は、CFRPであり、
前記第2の種類の繊維強化樹脂は、誘電体からなる繊維強化樹脂である、請求項4に記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
【請求項6】
前記半硬化本体部を形成する工程は、発泡樹脂を含有する板状体を形成し、その両面を、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂のプリプレグシートで挟むことにより行う、請求項1又は2に記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
【請求項7】
前記板状体の発泡樹脂は、前記プリプレグシートで挟んでから発泡させる、請求項6に記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
【請求項8】
前記板状体の発泡樹脂は、前記プリプレグシートで挟む前に発泡させる、請求項6に記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
【請求項9】
前記半硬化本体部に段差を形成する工程をさらに有する、請求項6〜8のいずれかに記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
【請求項10】
前記半硬化本体部の厚みを調整する工程をさらに有する、請求項6〜9のいずれかに記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
【請求項11】
前記半硬化本体部の厚みを1mm以下に調整する、請求項10に記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
【請求項12】
前記板状体は、熱硬化性樹脂を含有する、請求項6〜11のいずれかに記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
【請求項13】
前記付加構造部と前記本体部を接着する工程において、前記半硬化本体部を所望の形状にプレス成形する、請求項1〜12のいずれかに記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
【請求項14】
前記付加構造部と前記本体部を接着する工程は、前記金型の前記半硬化付加構造部を前記半硬化本体部に押し付けて圧接するプレス成形を用いて行われる、請求項1〜12のいずれかに記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
【請求項15】
前記付加構造部と前記本体部を接着する工程は、前記金型の前記半硬化付加構造部と前記半硬化本体部を真空引きして圧接するオートクレーブ成形又は真空バック成形を用いて行われる、請求項1〜12のいずれかに記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
【請求項16】
前記半硬化本体部を形成する工程と前記付加構造部と前記本体部を接着する工程は、RTM成形又はVaRTM成形を用いて行われる、請求項1又は2に記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
【請求項17】
熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂を有する本体部と、その本体部の表面に形成される付加構造部とを有する繊維強化樹脂構造物の製造方法であって、
付加構造部の形状に対応して形成された金型の溝に熱硬化性樹脂を充填し、当該熱硬化性樹脂を硬化させて付加構造部を形成する工程と、
繊維強化樹脂の熱硬化性樹脂が半硬化の状態の半硬化本体部を形成する工程と、
前記金型の溝の前記付加構造部と前記半硬化本体部とを圧接して加熱し、前記半硬化本体部の熱硬化性樹脂を硬化して、付加構造部と本体部を接着する工程と、
前記金型を前記付加構造部から離脱させる工程と、を有する、繊維強化樹脂構造物の製造方法。
【請求項18】
熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂を有する本体部と、その本体部の表面に形成される付加構造部とを有する繊維強化樹脂構造物の製造方法であって、
付加構造部の形状に対応して形成された金型の溝に熱硬化性樹脂を充填し、当該熱硬化性樹脂を硬化させて付加構造部を形成する工程と、
熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂の第1のプリプレグシートを前記付加構造部に接触させた状態で加熱し、前記第1のプリプレグシートの熱硬化性樹脂を硬化して、前記第1のプリプレグシートを前記付加構造部に接着させる工程と、
熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂の第2のプリプレグシートと、未発泡の発泡樹脂を含有するシートを重ねて接着させる工程と、
加熱により前記シートの発泡樹脂を発泡させて板状体を形成しつつ、当該板状体を前記第1のプリプレグシートに接着させて、前記板状体とその両面に接着された第1のプリプレグシート及び第2のプリプレグシートからなる本体部と前記付加構造部とを接着した状態にする工程と、
前記金型を前記付加構造部から離脱させる工程と、を有する、繊維強化樹脂構造物の製造方法。
【請求項19】
熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂を有する本体部と、その本体部の表面に形成される付加構造部とを有する繊維強化樹脂構造物の製造システムであって、
付加構造部の形状に対応して形成された金型の溝に熱硬化性樹脂を充填し当該熱硬化性樹脂が半硬化の状態の半硬化付加構造部を形成し、繊維強化樹脂の熱硬化性樹脂が半硬化の状態の半硬化本体部を形成し、前記金型の溝の前記半硬化付加構造部と前記半硬化本体部とを圧接して加熱し前記半硬化付加構造部及び前記半硬化本体部の熱硬化性樹脂を硬化して付加構造部と本体部を接着し、前記金型を前記付加構造部から離脱させる、繊維強化樹脂構造物の製造システム。
【請求項20】
繊維強化樹脂構造物であって、
熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂からなる本体部と、
前記本体部の表面に設けられた、熱硬化性樹脂からなる付加構造部と、を有し、
前記本体部は、複数種類の繊維強化樹脂片を組み合わせた板状体と、前記板状体の両面に設けられた、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂のシートとを有する、繊維強化樹脂構造物。
【請求項21】
前記板状体は、開口部を有する第1の種類の繊維強化樹脂片と、当該開口部に配置された、第2の種類の繊維強化樹脂片とを有する、請求項20に記載の繊維強化樹脂構造物。
【請求項22】
前記第1の種類の繊維強化樹脂片は、CFRPであり、
前記第2の種類の繊維強化樹脂片は、誘電体からなる繊維強化樹脂である、請求項21に記載の繊維強化樹脂構造物。
【請求項23】
繊維強化樹脂構造物であって、
熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂を有する本体部と、
前記本体部の表面に設けられ、突状物を有し、熱硬化性樹脂からなる付加構造部と、を有し、
前記本体部は、発泡樹脂を含有する板状体と、前記板状体の両面に設けられた、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂のシートとを有する、繊維強化樹脂構造物。
【請求項24】
繊維強化樹脂構造物であって、
熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂を有する本体部と、
前記本体部の表面に設けられた、熱硬化性樹脂からなる付加構造部と、を有し、
前記本体部は、発泡樹脂を含有する板状体と、前記板状体の両面に設けられた、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂のシートとを有し、
前記本体部は、段差を有する、繊維強化樹脂構造物。
【請求項25】
繊維強化樹脂構造物であって、
熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂を有する本体部と、
前記本体部の表面に設けられた、熱硬化性樹脂からなる付加構造部と、を有し、
前記本体部は、発泡樹脂を含有する板状体と、前記板状体の両面に設けられた、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂のシートとを有し、
前記本体部の厚みが、1mm以下である、繊維強化樹脂構造物。
【請求項26】
前記板状体は、熱可塑性樹脂を含有する、請求項23〜25のいずれかに記載の繊維強化樹脂構造物。
【発明の詳細な説明】
【0001】
本出願は、2015年10月23日に出願された日本特許出願番号2015−208949に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
【技術分野】
【0002】
本発明は、繊維強化樹脂構造物の製造方法、繊維強化樹脂構造物の製造システム及び繊維強化樹脂構造物に関する。
【背景技術】
【0003】
近年、軽くて丈夫な炭素繊維強化樹脂(CFRP)やガラス繊維強化樹脂(GFRP)等の繊維強化樹脂を用いた構造物が注目されている。例えばこのような繊維強化樹脂構造物は、コンピュータや携帯電話などの電子機器の筐体に採用されている(特許文献1参照)。
【0004】
ところで、上述のような電子機器の筐体等の構造物を成形する際には、繊維強化樹脂の本体部に、ボスやリブなどの細かい付加構造部を形成する必要がある。この付加構造部は、従来より金型内に繊維強化樹脂の本体部を固定し、そこに熱可塑性樹脂を注入するインサート成形を用いて形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2011−165206号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上述のインサート成形を用いた場合、一般的に本体部の繊維強化樹脂の含浸樹脂は熱硬化性樹脂であり、付加構造部の樹脂は熱可塑性樹脂となるため、異種材料の樹脂同士の接着となり、接着強度が低くなる。またインサート成形時には、200℃以上に加熱溶融された熱可塑性樹脂が高圧下で注入されるため、インサート成形後の製品に熱収縮による変形や歪みが発生しやすくなる。この結果、繊維強化樹脂製品の歩留まりの低下や品質の低下が引き起こされ、結果的に製品価格が高くなっていた。
【0007】
本出願はかかる点に鑑みてなされたものであり、繊維強化樹脂構造物における繊維強化樹脂の本体部と付加構造部との接着強度を向上し、従来のインサート成形のような熱収縮による変形や歪みの発生を低減できる、繊維強化樹脂構造物の製造方法、繊維強化樹脂構造物の製造システム、繊維強化樹脂構造物を提供することをその目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者らは、鋭意検討した結果、金型の溝に付加構造部となる熱硬化性樹脂を充填して熱硬化性樹脂が半硬化の状態の半硬化付加構造部を形成し、繊維強化樹脂の熱硬化性樹脂が半硬化の状態の半硬化本体部を形成し、前記半硬化付加構造部と前記半硬化本体部とを圧接して加熱し、前記半硬化付加構造部及び前記半硬化本体部の熱硬化性樹脂を硬化して、付加構造部と本体部を接着することにより、上記問題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0009】
すなわち、本発明は以下の態様を含む。
(1)熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂を有する本体部と、その本体部の表面に形成される付加構造部とを有する繊維強化樹脂構造物の製造方法であって、付加構造部の形状に対応して形成された金型の溝に熱硬化性樹脂を充填し、当該熱硬化性樹脂が半硬化の状態の半硬化付加構造部を形成する工程と、繊維強化樹脂の熱硬化性樹脂が半硬化の状態の半硬化本体部を形成する工程と、前記金型の溝の前記半硬化付加構造部と前記半硬化本体部とを圧接して加熱し、前記半硬化付加構造部及び前記半硬化本体部の熱硬化性樹脂を硬化して、付加構造部と本体部を接着する工程と、前記金型を前記付加構造部から離脱させる工程と、を有する、繊維強化樹脂構造物の製造方法。
(2)前記金型の溝に前記熱硬化性樹脂を充填する工程は、ノズルから金型の溝に熱硬化性樹脂を吐出することにより行う、(1)に記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
(3)前記半硬化本体部を形成する工程は、複数種類の繊維強化樹脂のプリプレグ片を組み合わせて板状体を形成し、その両面を、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂のプリプレグシートで挟むことにより行う、(1)又は(2)に記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
(4)前記半硬化本体部を形成する工程は、第1の種類の繊維強化樹脂のプリプレグ片の開口部に、第2の種類の繊維強化樹脂のプリプレグ片を入れ込むことで板状体を形成する、(3)に記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
(5)前記第1の種類の繊維強化樹脂は、CFRPであり、前記第2の種類の繊維強化樹脂は、誘電体からなる繊維強化樹脂である、(4)に記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
(6)前記半硬化本体部を形成する工程は、発泡樹脂を含有する板状体を形成し、その両面を、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂のプリプレグシートで挟むことにより行う、(1)又は(2)に記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
(7)前記板状体の発泡樹脂は、前記プリプレグシートで挟んでから発泡させる、(6)に記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
(8)前記板状体の発泡樹脂は、前記プリプレグシートで挟む前に発泡させる、(6)に記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
(9)前記半硬化本体部に段差を形成する工程をさらに有する、(6)〜(8)のいずれかに記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
(10)前記半硬化本体部の厚みを調整する工程をさらに有する、(6)〜(9)のいずれかに記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
(11)前記半硬化本体部の厚みを1mm以下に調整する、(10)に記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
(12)前記板状体は、熱硬化性樹脂を含有する、(6)〜(11)のいずれかに記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
(13)前記付加構造部と前記本体部を接着する工程において、前記半硬化本体部を所望の形状にプレス成形する、(1)〜(12)のいずれかに記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
(14)前記付加構造部と前記本体部を接着する工程は、前記金型の前記半硬化付加構造部を前記半硬化本体部に押し付けて圧接するプレス成形を用いて行われる、(1)〜(12)のいずれかに記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
(15)前記付加構造部と前記本体部を接着する工程は、前記金型の前記半硬化付加構造部と前記半硬化本体部を真空引きして圧接するオートクレーブ成形又は真空バック成形を用いて行われる、(1)〜(12)のいずれかに記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
(16)前記半硬化本体部を形成する工程と前記付加構造部と前記本体部を接着する工程は、RTM成形又はVaRTM成形を用いて行われる、(1)又は(2)に記載の繊維強化樹脂構造物の製造方法。
(17)熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂を有する本体部と、その本体部の表面に形成される付加構造部とを有する繊維強化樹脂構造物の製造方法であって、付加構造部の形状に対応して形成された金型の溝に熱硬化性樹脂を充填し、当該熱硬化性樹脂を硬化させて付加構造部を形成する工程と、繊維強化樹脂の熱硬化性樹脂が半硬化の状態の半硬化本体部を形成する工程と、前記金型の溝の前記付加構造部と前記半硬化本体部とを圧接して加熱し、前記半硬化本体部の熱硬化性樹脂を硬化して、付加構造部と本体部を接着する工程と、前記金型を前記付加構造部から離脱させる工程と、を有する、繊維強化樹脂構造物の製造方法。
(18)熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂を有する本体部と、その本体部の表面に形成される付加構造部とを有する繊維強化樹脂構造物の製造方法であって、付加構造部の形状に対応して形成された金型の溝に熱硬化性樹脂を充填し、当該熱硬化性樹脂を硬化させて付加構造部を形成する工程と、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂の第1のプリプレグシートを前記付加構造部に接触させた状態で加熱し、前記第1のプリプレグシートの熱硬化性樹脂を硬化して、前記第1のプリプレグシートを前記付加構造部に接着させる工程と、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂の第2のプリプレグシートと、未発泡の発泡樹脂を含有するシートを重ねて接着させる工程と、加熱により前記シートの発泡樹脂を発泡させて板状体を形成しつつ、当該板状体を前記第1のプリプレグシートに接着させて、前記板状体とその両面に接着された第1のプリプレグシート及び第2のプリプレグシートからなる本体部と前記付加構造部とを接着した状態にする工程と、前記金型を前記付加構造部から離脱させる工程と、を有する、繊維強化樹脂構造物の製造方法。
(19)熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂を有する本体部と、その本体部の表面に形成される付加構造部とを有する繊維強化樹脂構造物の製造システムであって、付加構造部の形状に対応して形成された金型の溝に熱硬化性樹脂を充填し当該熱硬化性樹脂が半硬化の状態の半硬化付加構造部を形成し、繊維強化樹脂の熱硬化性樹脂が半硬化の状態の半硬化本体部を形成し、前記金型の溝の前記半硬化付加構造部と前記半硬化本体部とを圧接して加熱し前記半硬化付加構造部及び前記半硬化本体部の熱硬化性樹脂を硬化して付加構造部と本体部を接着し、前記金型を前記付加構造部から離脱させる、繊維強化樹脂構造物の製造システム。
(20)繊維強化樹脂構造物であって、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂からなる本体部と、前記本体部の表面に設けられた、熱硬化性樹脂からなる付加構造部と、を有し、前記本体部は、複数種類の繊維強化樹脂片を組み合わせた板状体と、前記板状体の両面に設けられた、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂のシートとを有する、繊維強化樹脂構造物。
(21)前記板状体は、開口部を有する第1の種類の繊維強化樹脂片と、当該開口部に配置された、第2の種類の繊維強化樹脂片とを有する、(20)に記載の繊維強化樹脂構造物。
(22)前記第1の種類の繊維強化樹脂片は、CFRPであり、前記第2の種類の繊維強化樹脂片は、誘電体からなる繊維強化樹脂である、(21)に記載の繊維強化樹脂構造物。
(23)繊維強化樹脂構造物であって、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂を有する本体部と、前記本体部の表面に設けられた、熱硬化性樹脂からなる付加構造部と、を有し、前記本体部は、発泡樹脂を含有する板状体と、前記板状体の両面に設けられた、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂のシートとを有する、繊維強化樹脂構造物。
(24)前記板状体は、熱可塑性樹脂を含有する、(23)に記載の繊維強化樹脂構造物。
(25)前記本体部は、段差を有する、(23)又は(24)に記載の繊維強化樹脂構造物。
(26)前記本体部の厚みが、1mm以下である、(23)〜(25)のいずれかに記載の繊維強化樹脂構造物。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、繊維強化樹脂構造物における繊維強化樹脂を有する本体部と付加構造部との接着強度を向上し、従来のインサート成形のような熱収縮による変形や歪みの発生を低減できるので、繊維強化樹脂構造物の歩留まりや品質が向上し、繊維強化樹脂製品の価格を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図1】繊維強化樹脂構造物が電子機器の筐体である場合の一例を示す平面図である。
【
図2】半硬化本体部の成形プロセスを示す模式図である。
【
図3】半硬化本体部の3層構造を示す説明図である。
【
図5】金型の溝に熱硬化性樹脂を充填する例を示す説明図である。
【
図6】金型の溝に熱硬化性樹脂を充填する例を示す説明図である。
【
図9】接合装置において金型の半硬化付加構造部と半硬化本体部を圧接した様子を示す説明図である。
【
図10】接合装置において半硬化本体部をプレス成形する様子を示す説明図である。
【
図11】接合装置において金型を付加構造部から離脱させた様子を示す説明図である。
【
図12】第2の実施の形態の半硬化本体部の3層構造を示す説明図である
【
図13】半硬化本体部の形成手順を示す説明図である。
【
図14】半硬化本体部の他の形成手順を示す説明図である。
【
図15】半硬化本体部の厚みの調整例を示す説明図である。
【
図16】半硬化本体部に段差を形成する手順を示す説明図である。
【
図17】半硬化本体部に段差を形成する他の手順を示す説明図である。
【
図18】半硬化本体部に段差を形成する他の手順を示す説明図である。
【
図19】半硬化本体部に段差を形成する他の手順を示す説明図である。
【
図20】第3の実施の形態における本体部と付加構造部の接着手順を示す説明図である。
【
図21】本体部と付加構造部の他の接着手順を示す説明図である。
【
図22】第4の実施の形態における本体部と付加構造部の接着手順を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
【0013】
本実施の形態にかかる繊維強化樹脂構造物は、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂を有する本体部に、熱硬化性樹脂からなる付加構造部を付加した構造を有している。例えば
図1に示すように繊維強化樹脂構造物1がモバイル機器の筐体である場合には、繊維強化樹脂構造物1は、トレイ状の本体部10と、本体部10の表面に形成されたリブやボスなどの突状物からなる付加構造部11を有している。
【0014】
なお、本明細書において「熱硬化性樹脂」には、樹脂単体のものだけでなく、フィラーなどの含有物を含むものも含まれる。フィラーには、例えばチョップドガラスフィラー、ミルドガラスフィラー、カーボンブラック、チョップドカーボンフィラー、ミルド カーボンフィラー、シリカフィラー、中空ガラスフィラー等の無機フィラーが用いられてもよい。
【0015】
以下、繊維強化樹脂構造物1の製造方法の一例について説明する。
【0016】
(第1の実施の形態)
図2は、硬化して本体部10となる前の半硬化本体部20を形成するプロセスを示す。先ず2種類の繊維強化樹脂、例えば第1の種類としてのCFRP(炭素繊維強化樹脂)と第2の種類としてのGFRP(ガラス繊維強化樹脂)のプリプレグ30、31が用意される(
図2の(a))。各プリプレグ30、31には、硬化していない(未硬化(Aステージ)或いは半硬化(Bステージ))の例えばエポキシ系樹脂などの熱硬化性樹脂が含浸されている。
【0017】
次に、各プリプレグ30、31が切断機によりそれぞれ所定の形に切断され、それぞれのプリプレグ片が形成される(
図2の(b))。例えばCFRPのプリプレグ片30は、所望の位置に開口部30aを有する方形状に形成され、GFRPのプリプレグ片31は、開口部30aに合致する大きさに切断される。
【0018】
続いて各プリプレグ片30、31が平面上で組み合わされて方形状の板状体40が形成される(
図2の(c))。このとき、CFRPのプリプレグ片30の開口部30aにGFRPのプリプレグ片31がはめ込まれて、板状体40が形成される。
【0019】
次に板状体40の両面に、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂のプリプレグシート、例えばマイクロガラスのプリプレグシート41が貼り付けられる(
図2の(d))。プリプレグシート41は、
図3に示すように板状体40と同じ大きさの方形状を有し、板状体40の両面全面を覆うように貼り付けられる。プリプレグシート41は、例えば0.005mm〜0.5mm程度の厚みを有している。板状体40及びプリプレグシート41の熱硬化性樹脂は、半硬化(Bステージ)の状態で維持、制御される。こうして、熱硬化性樹脂が半硬化の状態の3層(板状体40及びプリプレグシート41)からなる半硬化本体部20が形成される。かかる半硬化本体部20の製造は、例えばプリプレグ30、31を供給し、その供給されたプリプレグ30、31を切断し、切断されてできたプリプレグ片30、31を組み合わせて板状体40を形成し、さらに板状体40にプリプレグシート41を張り合わせる本体部形成装置Aを用いて行われる。
【0020】
次に、硬化して付加構造部11となる前の半硬化付加構造部50を形成するプロセスについて説明する。
図4に示すように付加構造部11の形状に対応する溝61を有する金型60が形成される。そして、金型60の溝61に、半硬化本体部20と同じ、硬化していない例えばエポキシ系樹脂などの熱硬化性樹脂が充填される。かかる充填は、例えば
図5に示すように樹脂タンク70とノズル71を有する樹脂充填装置72により行われる。金型60の溝61が横に広い場合には、ノズル71から液状の熱硬化性樹脂Bを吐出しながらノズル71を横に移動させて、溝61に熱硬化性樹脂を充填する。また、
図6に示すように金型60の溝61が深い場合には、ノズル71を溝61の中に入れ込み、液状の熱硬化性樹脂Bを吐出しながらノズル71を上昇させて溝61に熱硬化性樹脂Bを充填する。なお、溝61の形状に応じて、かかるノズル71の横方向の移動と上下動を組み合わせて樹脂を充填してもよい。充填された熱硬化性樹脂は、半硬化(Bステージ)の状態で維持、制御される。こうして、金型60に、熱硬化性樹脂が半硬化の状態の半硬化付加構造部50が形成される。
【0021】
次に、
図7に示すように半硬化本体部20と、金型60の半硬化付加構造部50が接合装置80に設置される。接合装置80は、例えば
図7及び
図8に示すように載置台90と、その載置台90に内蔵したヒータ91と、載置台90の周囲に配置されたサイドプレス機92を有している。半硬化本体部20は、
図7に示すように載置台90上に設置され保持される。半硬化付加構造部50は、金型60の溝61を下に向けた状態で載置台90の上方に設置される。次に
図9に示すように金型60が下降し、金型60の半硬化付加構造部50が、載置台90上の半硬化本体部20に押し付けられプレス成形により圧接される。この状態で例えば載置台90に内蔵されたヒータ91により半硬化本体部20と半硬化構造部50が例えば150℃程度に加熱され、それぞれの半硬化状態の熱硬化性樹脂が硬化(Cステージ状態に)する。こうして、半硬化本体部20が硬化して本体部10となり、半硬化付加構造部50が硬化して付加構造部11となり、このとき本体部10と付加構造部11が接着して一体化する。
【0022】
そして、この半硬化本体部20と半硬化付加構造部50の加熱接着時に
図10に示すようにサイドプレス機92が内側に移動し、半硬化本体部20の周囲がプレス成形される。
【0023】
その後、
図11に示すよう金型60が上昇し、一体化した付加構造部11と本体部10から離脱する。こうして、本体部10と付加構造部11を一体的に備えた繊維強化樹脂構造物1が成形される。すなわち、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂からなる本体部10と、本体部10の表面に設けられた、熱硬化性樹脂からなる付加構造部11と、を有し、本体部10が、2種類の繊維強化樹脂片30、31を組み合わせた板状体40と、板状体40の両面に設けられた、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂のプリプレグシート41とを有する繊維強化樹脂構造物1が製造される。その後、繊維強化樹脂構造物1は、バリを取り除く処理や塗装処理等が行われ、完成する。なお、本実施の形態では、本体部形成装置A、樹脂充填装置72及び接合装置80により繊維強化樹脂構造物の製造システムが構成されている。
【0024】
本実施の形態によれば、半硬化の熱硬化性樹脂からなる半硬化付加構造部50と、熱硬化性樹脂が半硬化の状態の半硬化本体部20と圧接し硬化して、付加構造部50と本体部10を接着できるので、同種材料の接着が可能になり、本体部10と付加構造部11の接着強度を向上できる。また、本体部10と付加構造部11が類似組成であることから、インサート成形を用いず、低温、低圧下で本体部10と付加構造部11を接着できるので、従来のインサート成形のような熱収縮による変形や歪みの発生を低減できる。この結果、繊維強化樹脂構造物1の製品の歩留まりや品質が向上し、繊維強化樹脂構造物1の製品価格を下げることができる。
【0025】
金型60の溝61に液状の熱硬化性樹脂を充填する工程において、ノズル71から金型60の溝61に熱硬化性樹脂を吐出するようにしたので、熱硬化性樹脂の充填を簡単かつ適正に行うことができる。
【0026】
半硬化本体部20を形成する工程では、2種類の繊維強化樹脂のプリプレグ片30、31を組み合わせて板状体40を形成し、その両面を、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂のプリプレグシート41で挟むようにした。これにより、繊維強化樹脂構造物1において部分的に種類の異なる繊維強化樹脂を用いることができ、繊維強化樹脂構造物1の用途を広げることができる。例えば
図1に示したように本体部10を主に強度の高いCFRP片30で構成し、本体部10の一部に電波を通しやすい誘電体からなるGFRP片31を用いることにより、通信機能の付いたモバイル機器の筐体として用いることができる。この場合、軽量で薄型のモバイル機器の筐体を低価格で実現できる。なお、誘電体からなる繊維強化樹脂としては、GFRPに限られず、ポリエステルなどのその他の有機繊維、無機繊維等を用いてもよい。
【0027】
また、半硬化本体部20を形成する工程において、第1の種類の繊維強化樹脂(CFRP)のプリプレグ片30の開口部31aに、第2の種類の繊維強化樹脂(GFRP)のプリプレグ片31を入れ込むことで板状体40を形成した。これにより、複数種類の繊維強化樹脂からなる本体部10を簡単に製造できる。
【0028】
付加構造部11と本体部10を接着する工程において、半硬化本体部20を所望の形状にプレス成形しているので、別途半硬化本体部20の全体形状を成形する工程を行う必要がなく、繊維強化樹脂構造物1の製造時間を短縮できる。
【0029】
(第2の実施の形態)
第1の実施の形態で記載した半硬化本体部20を形成する工程では、2種類の繊維強化樹脂のプリプレグ片30、31を組み合わせて板状体40を形成し、その両面を、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂のプリプレグシート41で挟むようにしていたが、
図12に示すように発泡樹脂を含有する板状体100を形成し、その両面を、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂のプリプレグシート41で挟むようにしてもよい。すなわち、半硬化本体部20が硬化されてできる本体部10は、発泡樹脂を含有する板状体100と、板状体100の両面に設けられた、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂のシート41とを有するものであってもよい。ここで発泡樹脂とは、樹脂内に多数の発泡体が混在するものをいう。発泡体には、例えば加熱により発泡するアクリルなどの球状体が用いられ、発泡体を含有する樹脂には、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられる。
【0030】
半硬化本体部20を形成するプロセスでは、例えば
図13に示すように加熱により発泡樹脂が発泡して板状体100が形成され、その後板状体100の両面にプリプレグシート41が接着される。
【0031】
別の半硬化本体部20を形成するプロセスでは、
図14に示すように未発泡の発泡樹脂シート101が2枚のプリプレグシート41で挟まれ、その後加熱により発泡樹脂が発泡し樹脂が硬化して板状体100が形成される。この場合、発泡樹脂の発泡の際にプリプレグシート41と板状体100が接着される。
【0032】
発泡樹脂を含有する板状体100は、発泡体が圧縮変形するため加工性に優れている。そこで、例えば板状体100及びプリプレグシート41からなる三層構造の半硬化本体部20(本体部10)の厚みを調整してもよい。このとき半硬化本体部20の厚みを1mm以下に調整してもよい。かかる厚みの調整は、例えば上述の
図9で示した半硬化本体部20と半硬化付加構造部50とを接合する際に、金型60の半硬化付加構造部50と載置台90の半硬化本体部20との間の圧縮力を調整することにより行うことができる。また、かかる厚みの調整は、
図15に示すように未発泡の発泡樹脂シート101をプリプレグシート41で挟み、当該発泡樹脂シート101及びプリプレグシート41を所望の間隔(最終的な半硬化本体部20の厚みに合わせた間隔)の狭持体110の間に配置し、その状態で加熱により発泡樹脂を発泡させることにより行うこともできる。このとき発泡樹脂の発泡(膨張)が狭持体110により規制され、半硬化本体部20の厚みが2つの狭持体110の間隔と等しくなる。さらに、発泡後の板状体100を所定の厚みにプレス加工し、その後プリプレグシート41で挟むことにより行うこともできる。かかる例によれば、1mm以下の極めて薄くて軽い半硬化本体部20(本体部10)を形成できるので、軽くて強度のある繊維強化樹脂構造物1を実現できる。
【0033】
また、板状体100が加工性に優れていることを利用して、半硬化本体部20(本体部10)に段差を形成してもよい。かかる段差130の形成は、例えば
図16に示すように発泡時に板状体100に所望の形状、例えば凹状の段差120を形成し、その板状体100とプリプレグシート41を併せてプレス加工することにより行うことができる。また、かかる段差130の形成は、
図17に示すように発泡後の平板状の板状体100とプリプレグシート41を併せて凸部のあるプレス機によりプレス加工することにより行うこともできる。さらに、
図18に示すように未発泡の発泡樹脂シート101をプリプレグシート41で挟み、当該発泡樹脂シート101及びプリプレグシート41を所望の間隔(最終的な半硬化本体部20の厚みに合わせた間隔)の凸部のある狭持体110の間に配置し、その状態で加熱により発泡樹脂を発泡させることにより行うこともできる。さらに、
図19に示すように1枚のプリプレグシート41に予め凹状の段差140を形成しておき、その段差140のあるプリプレグシート41と平板状の他のプリプレグシート41と板状体100を所望の間隔(最終的な半硬化本体部20の厚みに合わせた間隔)の狭持体110の間に配置し、その状態で加熱により発泡樹脂を発泡させることにより行うこともできる。かかる例によれば、1mm以下の薄い半硬化本体部20であっても、例えば電池の収容部等に利用可能な所望の段差を有する半硬化本体部20を形成できる。また、1mm以下の薄い半硬化本体部20であっても、厚み変化率が50%以上の段差を形成できる。よって、軽くて強度がありなおかつ多様な形状の繊維強化樹脂構造物1を実現できる。
【0034】
なお、上記例で調整される半硬化本体部20の厚みや、半硬化本体部20の段差の形状は、上記例に限定されるものではない。また、第2の実施の形態において特に言及していない繊維強化樹脂構造物1の構造や製造工程は、例えば第1の実施の形態と同様である。
【0035】
(第3の実施の形態)
上記第2の実施の形態では、半硬化付加構造部と半硬化本体部を加熱し硬化させることにより接着していたが、半硬化付加構造部を予め硬化させておき、その硬化した付加構造部と半硬化本体部を加熱し半硬化本体部を硬化させることにより接着させてもよい。かかる場合、例えば
図20に示すように付加構造部11の形状に対応して形成された金型60の溝61に熱硬化性樹脂が充填され、加熱により熱硬化性樹脂が硬化されて付加構造部11が形成される。また、繊維強化樹脂の熱硬化性樹脂が半硬化の状態の半硬化本体部20が形成される。この半硬化本体部20は、例えば第2の実施の形態のように発泡樹脂を含有する板状体100を形成し、その両面を、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂のプリプレグシート41で挟むことにより形成される。なお、半硬化本体部20は、第1の実施の形態のように複数種類の繊維強化樹脂のプリプレグ片を組み合わせて板状体40を形成し、その両面を、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂のプリプレグシート41で挟むことにより形成することもできる。その後半硬化本体部20は、例えば接合装置80の載置台90に載置される。
【0036】
次に、金型60の溝61の付加構造部11と半硬化本体部20とが圧接され加熱され、半硬化本体部20のプリプレグシート41の熱硬化性樹脂が硬化して、付加構造部11と本体部10が接着される。このとき、金型60と載置台90との距離を調整して本体部10の厚みを調整してもよい。その後、金型60が付加構造部11から外され、繊維強化樹脂構造物1ができる。
【0037】
上記例において、
図21に示すように未発泡の発泡樹脂シート101と、その両面の2枚のプリプレグシート41からなる三層構造を、載置台90に載置しておき、その三層構造を加熱し発泡樹脂を発泡させることで、三層構造からなる本体部10と付加構造部11を接着するようにしてもよい。この場合、例えば金型60と載置台90の間隔は、所望の間隔(最終的な本体部10の厚みに合わせた間隔)に調整され、その状態で加熱により発泡樹脂を発泡させる。こうすることにより、発泡樹脂シート101が発泡して膨張し、上側のプリプレグシート41が付加構造部11に接触し、さらにプリプレグシート41の熱硬化性樹脂が硬化して、本体部10と付加構造部11が接着する。
【0038】
(第4の実施の形態)
第3の実施の形態では、三層構造の本体部10が一体的に形成されていたが、本体部10の三層構造を分離し、付加構造部11と第1のプリプレグシート41aを予め接着してもよい。かかる場合、例えば
図22に示すように付加構造部11の形状に対応して形成された金型60の溝61に熱硬化性樹脂が充填され、加熱により熱硬化性樹脂が硬化されて付加構造部11が形成される。次に、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂の第1のプリプレグシート41aを付加構造部11に接触させ、その状態で加熱し、第1のプリプレグシート41aの熱硬化性樹脂が硬化されて、第1のプリプレグシート41aが付加構造部11に接着する。一方で、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂の第2のプリプレグシート41bと、未発泡の発泡樹脂を含有する発泡樹脂シート101が重ねられて接着された状態(二層構造)で載置台90に載置される。次に加熱により発泡樹脂シート101の発泡樹脂が発泡されて板状体100が形成される。このとき、例えば金型60と載置台90の間隔が所望の間隔(最終的な本体部10の厚みに合わせた間隔)に調整されており、板状体100が膨張し上方の第1のプリプレグシート41aに接着される。こうして、板状体100とその両面に接着された第1のプリプレグシート41a及び第2のプリプレグシート41bからなる本体部10と付加構造部11とが接着した状態になる。最後に金型60が付加構造部11から外され、繊維強化樹脂構造物1ができる。
【0039】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【0040】
例えば上記実施の形態において、本体部10が2種類の繊維強化樹脂から構成されていたが、2種類に限られず、1種類或いは3種類以上の繊維強化樹脂から構成されている場合にも本発明は適用できる。また、繊維強化樹脂の種類も、CFRP、GFRPに限られず、クオーツ、ポリエステル、ボロン、アラミド、ケブラー、ポリエチレン、ザイロン、ポリイミドなどの有機、無機繊維を用いた他の繊維強化樹脂を使用してもよい。
【0041】
上記実施の形態では、付加構造部11と本体部10を接着する工程において、半硬化本体部20を所望の形状にプレス成形していたが、このプレス成形は、付加構造部11と本体部10を接着させる工程の前或いは後に行ってもよい。
【0042】
上述の半硬化本体部20を形成する工程では、2種類の繊維強化樹脂のプリプレグ片30、31を組み合わせて板状体40を形成し、その両面をプリプレグシート41で挟むようにしていたが、他の方法で、繊維強化樹脂の熱硬化性樹脂が半硬化の状態の半硬化本体部20を形成するようにしてもよい。また、半硬化が必要ない場合は、半硬化を行わなくてもよい。
【0043】
また、本体部10の繊維強化樹脂に含有される熱硬化性樹脂と、付加構造部11の熱硬化性樹脂には、同じ樹脂を用いていたが、熱硬化性樹脂であれば異なる樹脂を用いてもよい。また、本体部10と付加構造部11の熱硬化性樹脂の種類は、特に限定されることなく、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ホ■リエステル樹脂、ケイ素樹脂、ホ■リウレタン樹脂、ヒ■スマレイミト■樹脂等の樹脂を用いてもよい。
【0044】
上記実施の形態において、金型60の溝61に液状の熱硬化性樹脂を充填する工程は、ノズル71から金型60の溝61に熱硬化性樹脂を吐出することにより行っていたが、他の方法を用いて行ってもよい。例えば真空注型、レジンインジェクション、RTM、VaRTM等の方法を用いてもよい。
【0045】
上記実施の形態では、付加構造部11と本体部10を接着する工程は、金型60の半硬化付加構造部50を半硬化本体部20に押し付けて圧接するプレス成形を用いて行われていたが、プレス成形以外の方法で接着を行う場合も本発明に含まれる。例えば一般的な、金型60の半硬化付加構造部50と半硬化本体部20を真空バック内で真空引きして圧接するオートクレーブ成形、真空バック成形を用いる場合も本発明に含まれる。
【0046】
さらに、本発明における、繊維強化樹脂の熱硬化性樹脂が半硬化の状態の半硬化本体部20を形成する工程と、金型60の溝61の半硬化付加構造部50と半硬化本体部20とを圧接して加熱し、半硬化付加構造部50及び半硬化本体部20の熱硬化性樹脂を硬化して、付加構造部11と本体部10を接着する工程には、これらの工程を同時に行うRTM成形、VaRTM成形等を用いる場合も含まれる。すなわち、RTM成形においては、金型60の半硬化付加構造部50に、強化繊維(樹脂なし)を重ねその強化繊維に熱硬化性樹脂を圧力をかけて流し込むことで、半硬化の状態の半硬化本体部20を形成しつつ、それと同時に金型60の半硬化付加構造部50と半硬化本体部20を互いに圧接して、付加構造部11と本体部10を接着する。また、VaRTM成形においては、金型60の半硬化付加構造部50に、強化繊維(樹脂なし)を重ねその強化繊維に熱硬化性樹脂を真空引きして流し込んで、半硬化の状態の半硬化本体部20を形成しつつ、それと同時に金型60の半硬化付加構造部50と半硬化本体部20を互いに圧接して、付加構造部11と本体部10を接着する。
【0047】
また、上記RTM成形及びVaRTM成形を用いる例において、複数種類の繊維強化樹脂、例えばCFRPとGFRPの2種類の繊維強化樹脂からなる半硬化本体部20を形成する場合には、例えばCFRPとGFRPのドライクロス(樹脂未含浸の強化繊維)をそれぞれ任意の形状に切断し、それらのドライクロス片を同一平面上で互いに組み合わせて平面状にし、その両面を別の平面状のドライクロスで挟み込む。そして、3層になったドライクロス上に金型60の半硬化付加構造部50を設置し、加圧或いは真空吸引しながらドライクロスに熱硬化性樹脂を流し込む。
【0048】
上記実施の形態では、繊維強化樹脂構造物1として、コンピュータや携帯電話等の電子機器の筐体に用いる例を示したが、本発明は、車や日用品、家電製品、産業機器などのあらゆる繊維強化樹脂構造物に適用できる。本体部10はトレイ状のものに限られず、付加構造部11は、リブやボスの突起状物に限られない。
【0049】
繊維強化樹脂構造物の製造システムも上記実施の形態の構成に限定されるものではない。
【0050】
参考までに、発泡樹脂を含有する熱硬化性樹脂を有する板状体と、前記板状体の両面に設けられた、熱硬化性樹脂を含有する繊維強化樹脂のシートとを有する、三層構造の繊維強化樹脂構造物を提案できる。かかる技術によれば、極めて薄くて軽い強度のある繊維強化樹脂構造物が実現できる。繊維強化樹脂構造物は、段差を有していてもよい。また、繊維強化樹脂構造物は、厚みが1mm以下であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【0051】
本発明は、繊維強化樹脂構造物における繊維強化樹脂を有する本体部と、その本体部に付加する付加構造部との接着強度を向上し、なおかつ従来のインサート成形のような熱収縮による変形や歪みの発生を低減する際に有用である。
【符号の説明】
【0052】
1 繊維強化樹脂構造物
10 本体部
11 付加構造部
20 半硬化本体部
30、31 プリプレグ片
40 板状体
41 プリプレグシート
50 半硬化付加構造部
60 金型
61 溝
71 ノズル
B 熱硬化性樹脂