(57)【要約】【課題】層間剥離を抑えつつ炭素繊維強化プラスチックのせん断加工が容易になる炭素繊維強化プラスチックの加工装置および炭素繊維強化プラスチックの加工方法を提供する。【解決手段】炭素繊維強化プラスチックＣをせん断加工する加工方法であって、炭素繊維強化プラスチックＣにおける炭素繊維とプラスチックからなる層と交差する交差方向に沿って炭素繊維強化プラスチックに通電する電流供給行程と、炭素繊維強化プラスチックＣにおいて電流供給工程で通電された位置近傍を一対の切断刃２ａ，２ｂによって交差方向からせん断するせん断工程と、を順に行うものであり、電流供給工程では、炭素繊維強化プラスチックＣを通過させ得る電流を供給して導電経路ＰＷを形成する導電経路形成工程と、導電経路形成工程において形成された導電経路ＰＷに通電する通電加熱工程と、を順に行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維強化プラスチックをせん断加工する加工方法であって、
炭素繊維強化プラスチックにおける炭素繊維とプラスチックからなる層と交差する交差方向に沿って炭素繊維強化プラスチックに通電する電流供給行程と、
炭素繊維強化プラスチックにおいて前記電流供給工程で通電された位置近傍を一対の切断刃によって前記交差方向からせん断するせん断工程と、を順に行うものであり、
前記電流供給工程では、
炭素繊維強化プラスチックを通過させ得る電流を供給して導電経路を形成する導電経路形成工程と、
前記導電経路形成工程において形成された導電経路に通電する通電加熱工程と、を順に行う
ことを特徴とする炭素繊維強化プラスチックの加工方法。
【請求項２】
前記導電経路形成工程において炭素繊維強化プラスチックに通電される前記電流が、炭素繊維強化プラスチックにおけるプラスチック材料を炭化させ得る大きさである
ことを特徴とする請求項１記載の炭素繊維強化プラスチックの加工方法。
【請求項３】
前記導電経路形成工程において炭素繊維強化プラスチックに通電される電流がパルス電流である
ことを特徴とする請求項１または２記載の炭素繊維強化プラスチックの加工方法。
【請求項４】
炭素繊維強化プラスチックに電流を通電する一対の電極を備えており、
該一対の電極は、前記炭素繊維強化プラスチックと接触する部分が閉ループとなるように形成されている
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の炭素繊維強化プラスチックの加工方法。
【請求項５】
炭素繊維強化プラスチックに前記一対の切断刃から通電する
ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の炭素繊維強化プラスチックの加工方法。
【請求項６】
炭素繊維強化プラスチックをせん断加工する加工装置であって、
炭素繊維強化プラスチックに電流を通電し得るように設けられた一対の電極と、
該一対の電極に接続され、該一対の電極に供給する電流を制御する制御部と、
炭素繊維強化プラスチックにおいて電流が通電された位置近傍をせん断する一対の切断刃と、を備えており、
前記制御部は、
前記一対の電極を炭素繊維強化プラスチックに接触させた状態において、該一対の電極間に電流を供給するものであり、
炭素繊維強化プラスチックに対し、炭素繊維強化プラスチックを通過する導電経路形成電流を前記一対の電極間に供給した後、前記導電経路形成電流によって形成された導電経路に通電するように制御するものである
ことを特徴とする炭素繊維強化プラスチックの加工装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記導電経路形成電流が、炭素繊維強化プラスチックにおけるプラスチック材料を炭化させ得る大きさとなるように制御する
ことを特徴とする請求項６記載の炭素繊維強化プラスチックの加工装置。
【請求項８】
前記導電経路形成電流がパルス電流である
ことを特徴とする請求項６または７記載の炭素繊維強化プラスチックの加工装置
【請求項９】
前記一対の電極は、
前記炭素繊維強化プラスチックと接触する部分が閉ループとなるように形成されている
ことを特徴とする請求項６，７または８記載の炭素繊維強化プラスチックの加工装置。
【請求項１０】
前記一対の切断刃が、
前記一対の電極として機能するように形成されている
ことを特徴とする請求項６、７、８または９記載の炭素繊維強化プラスチックの加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化プラスチックの加工方法および炭素繊維強化プラスチックの加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高い強度と軽量さを併せ持つ材料として、プラスチックに繊維を入れて強度を向上させた複合材料である繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）が知られている。とくに、繊維として炭素繊維を用いた炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）は非常に強度が高く、さまざまな用途に適用が進められている。
【０００３】
しかし、ＣＦＲＰは、炭素繊維をプラスチックで固めているので、非常に硬くなっており、その加工が難しい。しかも、ＣＦＲＰは、炭素繊維とプラスチックからなるシート（例えばプリプレグ）が複数枚積層されて形成されているので、加工の際に、シート間で層間剥離が生じる場合がある。特に、一方向繊維強化プリプレグを積層した積層板の場合、織物プリプレグからなる積層板と比較して、加工の際の層間剥離の抑制が困難である。かかる層間剥離が生じた部分は不良部分となるので、その部分を除去するための追加加工が必要になるなどの問題が生じる。
【０００４】
そこで、層間剥離を抑えつつＣＦＲＰを加工する技術として、特許文献１の技術が開発されている。
【０００５】
この特許文献１には、加熱された切断刃によってＣＦＲＰを軟化させて加工する技術が開示されている。具体的には、切断刃をヒータによって加熱し、この加熱された切断刃をＣＦＲＰに接触させることによって、ＣＦＲＰのプラスチックをガラス転移温度付近まで軟化させる技術が開示されている。そして、特許文献１には、プラスチックをガラス転移温度付近まで軟化させればＣＦＲＰの加工が容易になるし、ＣＦＲＰを切断刃で加工しても層間剥離を抑えることができる旨が記載されている。
【０００６】
しかるに、この方法では、切断刃からの伝熱によってＣＦＲＰに熱を加えているので、ＣＦＲＰは、切断刃が接触した箇所だけでなく、その周囲の広範囲の部分も高温になる。すると、切断刃のせん断力が加わる部分だけでなく、その部分の周囲のプラスチックも柔らかくなってしまい、切断する際にＣＦＲＰが撓みやすくなる。ＣＦＲＰは、隣接する層の繊維同士はその軸方向が互いに交差するように配列されているので、各層で撓みやすい方向が異なる。このため、同じせん断力が加わっても、層間で撓み量に差が生じてしまい、撓み量の差に起因する層間剥離が生じてしまう。つまり、特許文献１の技術でも、加工の際に生じる層間剥離を十分に防ぐことは難しい。
【０００７】
ところで、被加工物を軟化させることによって、被加工物の加工を容易にする技術として、以下の技術が開発されている（特許文献２〜４）。
【０００８】
特許文献２、３には、被加工物とポンチ等との間に通電し被加工物に自己発熱させることによって被加工物を軟化させる技術が開示されている。特許文献２、３の技術では、特許文献１の技術のように外部から熱を加える訳ではないので、ポンチ等のせん断力が加わる部分近傍の狭い範囲だけを軟化させることも可能となる。
【０００９】
また、特許文献４には、導電性を有しない材料（誘電体）を加熱することによって穴あけ加工を容易にする技術が開示されている。特許文献４の技術でも、誘電加熱によって、せん断力が加わる部分近傍の狭い範囲だけを軟化させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１７５６５７号公報
【特許文献２】特開平９−６６４２０号公報
【特許文献３】特開２００４−１７０８３号公報
【特許文献４】特開平１−１９９７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかるに、特許文献２、３の技術は、被加工物に通電することによって自己発熱を生じさせる技術であるので、ＣＦＲＰのように面内方向に比べ、厚さ方向における導電性が非常に小さい材料では十分な自己発熱を生じさせることができない。つまり、特許文献２、３の技術でＣＦＲＰを加工しようとしても、プラスチックを軟化させることができないので、ＣＦＲＰを加工することは難しい。
一方、特許文献４の技術は、あくまでも誘電体を加熱する技術であり、内部に導体である炭素繊維を含有するＣＦＲＰには適用することができない。
【００１２】
以上のごとく、現状では、ＣＦＲＰのせん断加工を容易にしつつ層間剥離を十分に抑えることができる技術は開発されておらず、かかる技術が求められている。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑み、層間剥離を抑えつつ炭素繊維強化プラスチックのせん断加工が容易になる炭素繊維強化プラスチックの加工方法および炭素繊維強化プラスチックの加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（炭素繊維強化プラスチックの加工方法）
第１発明の炭素繊維強化プラスチックの加工方法は、炭素繊維強化プラスチックをせん断加工する加工方法であって、炭素繊維強化プラスチックにおける炭素繊維とプラスチックからなる層と交差する交差方向に沿って炭素繊維強化プラスチックに通電する電流供給行程と、炭素繊維強化プラスチックにおいて前記電流供給工程で通電された位置近傍を一対の切断刃によって前記交差方向からせん断するせん断工程と、を順に行うものであり、前記電流供給工程では、炭素繊維強化プラスチックを通過させ得る電流を供給して導電経路を形成する導電経路形成工程と、前記導電経路形成工程において形成された導電経路に通電する通電加熱工程と、を順に行うことを特徴とする。
第２発明の炭素繊維強化プラスチックの加工方法は、第１発明において、前記導電経路形成工程において炭素繊維強化プラスチックに通電される前記電流が、炭素繊維強化プラスチックにおけるプラスチック材料を炭化させ得る大きさであることを特徴とする。
第３発明の炭素繊維強化プラスチックの加工方法は、第１または第２発明において、前記導電経路形成工程において炭素繊維強化プラスチックに通電される電流がパルス電流であることを特徴とする。
第４発明の炭素繊維強化プラスチックの加工方法は、第１、第２または第３発明において、炭素繊維強化プラスチックに電流を通電する一対の電極を備えており、該一対の電極は、前記炭素繊維強化プラスチックと接触する部分が閉ループとなるように形成されていることを特徴とする。
第５発明の炭素繊維強化プラスチックの加工方法は、第４発明において、炭素繊維強化プラスチックに前記一対の切断刃から通電することを特徴とする。
（炭素繊維強化プラスチックの加工装置）
第５発明の炭素繊維強化プラスチックの加工装置は、炭素繊維強化プラスチックをせん断加工する加工装置であって、前記炭素繊維強化プラスチックをせん断する一対の切断刃と、該一対の切断刃によって前記炭素繊維強化プラスチックがせん断される位置にパルス電流を通電し得るように設けられた一対の電極と、該一対の電極に接続され、該一対の電極へのパルス電流の供給を制御する制御部と、を備えており、該制御部は、前記炭素繊維強化プラスチックに対し、該炭素繊維強化プラスチックを通過するパルス電流を前記一対の電極間に供給した後、前記パルス電流によって形成された導電経路を形成し、その電流を制御するものであることを特徴とする。
第６発明の炭素繊維強化プラスチックの加工装置は、第５発明において、前記パルス電流が、前記炭素繊維強化プラスチックにおけるプラスチック材料を炭化させ、導電経路を形成させるとともに、繰り返しパルス電流を通電させることによって導電経路近傍をジュール熱によって加温し、軟化させることを特徴とする。
第７発明の炭素繊維強化プラスチックの加工装置は、第５または第６発明において、前記一対の電極は、前記炭素繊維強化プラスチックと接触する部分が閉ループとなるように形成されていることを特徴とする。
第８発明の炭素繊維強化プラスチックの加工装置は、第５、第６または第７発明において、前記一対の切断刃が、前記一対の電極として機能するように形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
（炭素繊維強化プラスチックの加工方法）
第１発明によれば、電流供給工程の導電経路形成工程で炭素繊維強化プラスチックに電流を通電させれば、炭素繊維強化プラスチックにおいて電流が通過した位置に導電経路を形成することができる。すると、通電加熱工程において導電経路に電流を流せば、導電経路の素材のジュール熱によって導電経路近傍の温度を上昇させることができるから、導電経路近傍のプラスチックを軟化させることができる。そして、せん断工程では、電流供給工程で電流が通過した位置とその近傍、つまり、プラスチックが炭化および／または軟化した導電経路近傍を一対の切断刃によってせん断するので、炭素繊維強化プラスチックを容易にせん断することができる。しかも、導電経路近傍の狭い領域だけを軟化させることができるので、せん断の際に層間剥離が生じることを防ぐことができる。
第２発明によれば、電流が通過した位置に導電性を有する素材だけが存在する導電経路を形成することができる。すると、導電経路は他の部分に比べて電流が流れやすい状態となっているので、この部分に集中して電流を流すことができる。したがって、導電経路が形成された部分近傍の狭い領域だけを軟化させることができる。
第３発明によれば、パルス電流を供給するので、炭素繊維強化プラスチックに導電経路を形成しやすくなる。
第４発明によれば、一対の電極間に電流を供給した際に、一対の電極間において電流密度を一定にすることができる。すると、一対の電極が接触している部分は炭素繊維強化プラスチックの軟化状態や通電抵抗をほぼ同じ状態とすることができるので、炭素繊維強化プラスチックにおいて切断刃によって囲まれた部分をきれいに切断除去することができる。
第５発明によれば、一対の切断刃を一対の電極として機能させるので、炭素繊維強化プラスチックにおいて電流が通過した位置とその近傍を確実にせん断することができる。しかも、一対の切断刃と一対の電極を両方設ける場合に比べて、装置を簡単な構造とすることができる。
（炭素繊維強化プラスチックの加工装置）
第６発明によれば、一対の電極間に電流を供給すれば、炭素繊維強化プラスチックに電流を通電できるので、炭素繊維強化プラスチックにおいて電流が通過した位置に導電経路を形成することができる。その後、導電経路に電流を流せば、導電経路の素材のジュール熱によって導電経路近傍の温度を上昇させることができるから、導電経路近傍のプラスチックを軟化させることができる。そして、一対の切断刃によって炭素繊維強化プラスチックをせん断する際には、通電された位置とその近傍、つまり、プラスチックが炭化した領域および／またはその近傍の軟化した領域を一対の切断刃によってせん断するので、炭素繊維強化プラスチックを容易にせん断することができる。しかも、導電経路近傍の狭い領域だけを軟化させることができるので、せん断の際に層間剥離が生じることを防ぐことができる。
第７発明によれば、電流が通過した位置に導電性を有する素材だけが存在する導電経路を形成することができる。すると、導電経路は他の部分に比べて電流が流れやすい状態となっているので、この部分に集中して電流を流すことができる。したがって、導電経路が形成された部分近傍の狭い領域だけを軟化させることができる
第８発明によれば、パルス電流を供給するので、炭素繊維強化プラスチックに導電経路を形成しやすくなる。
第９発明によれば、一対の電極間に電流を供給した際に、一対の電極間において電流密度を一定にすることができる。すると、一対の電極が接触している部分は炭素繊維強化プラスチックの軟化状態や通電抵抗をほぼ同じ状態とすることができるので、炭素繊維強化プラスチックにおいて切断刃によって囲まれた部分をきれいに切断除去することができる。
第１０発明によれば、一対の切断刃を一対の電極として機能させるので、炭素繊維強化プラスチックにおいて電流が通電された位置とその近傍を確実にせん断することができる。しかも、一対の切断刃と一対の電極を両方設ける場合に比べて、装置を簡単な構造とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態の炭素繊維強化プラスチックの加工装置１の概略説明図であり、（Ａ）は概略側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面矢視図である。
【図２】（Ａ）は一対の切断刃２ａ，２ｂ間にパルス電流Ａが流れている状態の概略説明図であり、（Ｂ）は炭素繊維強化プラスチックＣに導電経路ＰＷが形成されている状況の概略説明図である。
【図３】本実施形態の炭素繊維強化プラスチックの加工装置１により、炭素繊維強化プラスチックＣを加工している状況の概略説明図である。
【図４】（Ａ）は実験に使用したパンチの写真であり、（Ｂ）は実験に使用したダイスの写真である。
【図５】実験結果を示した図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）は比較例の結果を示した写真であり、（Ｃ）、（Ｄ）は実施例の結果を示した写真である。
【図７】パルス電流Ａを炭素繊維強化プラスチックＣに供給する電源部１０の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の炭素繊維強化プラスチックの加工方法は、炭素繊維強化プラスチックを切断する加工に適した方法であり、炭素繊維とプラスチックによって形成された複数の層の層間での剥離を抑制することができるようにしたことに特徴を有している。
【００１８】
なお、炭素繊維強化プラスチックにおいて、炭素繊維とプラスチックからなる層（以下炭素繊維層という）を設ける数はとくに限定されず、製造する製品や目的に応じて異なる。以下では、炭素繊維強化プラスチックが、３層の炭素繊維層を有する場合（図２参照）について例示する。
【００１９】
（炭素繊維強化プラスチックの加工装置１）
まず、本発明の炭素繊維強化プラスチックの加工方法に使用できる加工装置１について、簡単に説明する。
【００２０】
図１において、符号２は、炭素繊維強化プラスチックＣの切断に使用される切断刃を示している。この刃２は、一対の切断刃２ａ，２ｂ（上刃２ａ、下刃２ｂ）から構成されている。
下刃２ｂには、上刃２ａの断面形状と略相似形の貫通孔２ｈが形成されている。この貫通孔２ｈは、上刃２ａの外形よりもわずかに大きく形成されている。つまり、下刃２ｂの貫通穴２ｈは、上刃２ａの先端を挿入し得る大きさに形成されている。
例えば、図１であれば、上刃２ａとして断面が円形のポンチを使用し、下刃２ｂとして円形の貫通孔２ｈを有するダイスを使用している場合を示している。
なお、上刃２ａは、先端部に中空な空間を有しており、その先端縁に尖った刃が形成されている。先端縁が尖った刃となっている理由は後述する。
【００２１】
この一対の切断刃２ａ，２ｂは、互いに接近離間できるように設けられている。具体的には、一対の切断刃２ａ，２ｂが接近させると、上刃２ａの先端を下刃２ｂの貫通孔２ｈ内に挿入し得るように設けられている。
【００２２】
したがって、一対の切断刃２ａ，２ｂの間に炭素繊維強化プラスチックＣを配置して、一対の切断刃２ａ，２ｂを接近させれば、炭素繊維強化プラスチックＣを一対の切断刃２ａ，２ｂによってせん断することができる。しかも、各刃２ａ，２ｂが炭素繊維強化プラスチックＣと接触する部分は閉ざされたライン（閉ループ）となるので、閉ループで囲まれた領域を炭素繊維強化プラスチックＣから除去して、炭素繊維強化プラスチックＣに孔や開口を形成することができる。
【００２３】
（パルス電流供給機構）
図１に示すように、一対の切断刃２ａ，２ｂは制御部１０と電気的に接続されている。具体的には、制御部１０から一対の切断刃２ａ，２ｂにパルス電流を供給できるように、両者は接続されている。
【００２４】
この制御部１０は、一対の切断刃２ａ，２ｂ間にパルス電流Ａを供給する電源部１１と、電源部１１から一対の切断刃２ａ，２ｂへの通電を制御する通電制御部１２と、を備えている。
【００２５】
電源部１１は、一対の切断刃２ａ，２ｂ間に炭素繊維強化プラスチックＣを通過する程度のパルス電流Ａを発生させることができるものである。例えば、炭素繊維強化プラスチックＣの厚さが０．５〜１ｍｍ程度であれば、ピーク電流が１．５ｋＡ程度、立ち上がり時間が１μｓ程度、パルス幅が２μｓ程度のパルス電流Ａを炭素繊維強化プラスチックＣに通電すれば、通電した電流を炭素繊維強化プラスチックＣに通過させることができる。
【００２６】
通電制御部１２は、電源部１１からの一対の切断刃２ａ，２ｂに供給するパルス電流Ａを制御する機能を有している。この通電制御部１２は、複数回のパルス電流Ａを一対の切断刃２ａ，２ｂ間に供給して炭素繊維強化プラスチックＣに複数回通電が生じるように、一対の切断刃２ａ，２ｂに供給するパルス電流Ａを制御する。
【００２７】
そして、通電制御部１２は、複数回のパルス電流Ａのうち、最初のパルス電流Ａで炭素繊維強化プラスチックＣに導電経路を形成することができるように、一対の切断刃２ａ，２ｂに最初に供給するパルス電流Ａを制御する機能を有している。具体的には、通電制御部１２は、最初のパルス電流Ａを生じさせる充電電圧（つまり通電するパルス電流の電流値）を制御する機能を有している。すると、上述したような炭素繊維強化プラスチックＣを通過する程度のパルス電流Ａを最初のパルス電流Ａとして一対の切断刃２ａ，２ｂに供給することができる。かかるパルス電流Ａが供給されると、一対の切断刃２ａ，２ｂが炭素繊維強化プラスチックＣと接触している位置、つまり、パルス電流Ａが通過した位置において、炭素繊維強化プラスチックＣのプラスチックが絶縁破壊すると同時に炭化する。したがって、最初に供給するパルス電流Ａが通過した位置では、導電性を有する素材だけが存在する導電経路ＰＷを形成することができる（図２参照）。
【００２８】
また、通電制御部１２は、２回目以降に一対の切断刃２ａ，２ｂ間に供給するパルス電流Ａを制御する機能を有している。具体的には、通電制御部１２は、２回目以降のパルス電流Ａを生じさせる充電電圧（つまり通電するパルス電流の電流値）およびパルス電流を供給する回数を制御する機能を有している。炭素繊維強化プラスチックＣには最初の通電によって導電経路ＰＷが形成されており、この導電経路ＰＷは他の部分に比べて電流が流れやすい状態となっている。したがって、２回目以降の通電では、この部分に集中して電流を流すことができる。導電経路ＰＷに電流が流れると導電経路ＰＷの材料が自己発熱するので、この自己発熱した熱（ジュール熱）によって導電経路ＰＷの周囲の部分を加熱することができる。しかも、導電経路ＰＷの発熱によって加熱される領域は、導電経路ＰＷが形成された部分近傍の狭い領域になるので、かかる狭い領域の炭素繊維強化プラスチックＣだけを軟化させることができる。
【００２９】
そして、導電経路ＰＷの材料の自己発熱量は、導電経路ＰＷに流す電流量（つまり、一対の切断刃２ａ，２ｂ間に供給する電流値）や電流を流す回数、また、電流を流す周期によって変化する。したがって、通電制御部１２は、加工する炭素繊維強化プラスチックＣの状態に応じて上記条件を適切に制御して、導電経路ＰＷの周囲の狭い範囲の炭素繊維強化プラスチックＣだけを加工に適した状態となるように加熱することができる。したがって一対の切断刃２ａ，２ｂによって炭素繊維強化プラスチックＣを容易にせん断することができるし、せん断の際に層間剥離が生じることを防ぐことができる。
【００３０】
ここで、炭素繊維強化プラスチックＣの加工に適した状態とは、炭素繊維強化プラスチックＣの温度が、室温より高く、炭素繊維強化プラスチックＣのガラス転移温度より低い温度となっている状態を意味している。
【００３１】
なお、制御部１０の構成は、上述した機能を有するのであれば、とくに限定されない。例えば、電源部１１として直流電源等から供給される電力を充電し得るコンデンサを備え、通電制御部１２としてコンデンサからの放電を制御するスイッチとを備えた回路とすることができる（図７参照）。かかる構成の場合、コンデンサが所定の充電電圧となった状態でスイッチをＯＮにすれば、パルス電流Ａを一対の切断刃２ａ，２ｂ間に供給することができる。しかも、スイッチをＯＮＯＦＦする周期や回数を調整すれば、パルス電流Ａを一対の切断刃２ａ，２ｂ間に供給するタイミングや周期、回数を制御することができる。そして、スイッチをＯＮＯＦＦするタイミングを調整することによって、コンデンサの充電電圧も調整できるので、一対の切断刃２ａ，２ｂ間に供給するパルス電流Ａの電流量も制御することが可能である。
【００３２】
（炭素繊維強化プラスチックＣの加工方法）
上述したような加工装置１を使用すれば、以下のような方法により、炭素繊維強化プラスチックＣの層間剥離を抑えて加工することができる。
【００３３】
図３（Ａ）に示すように、まず、一対の切断刃２ａ，２ｂ間に被加工物である炭素繊維強化プラスチックＣを配置する。例えば、下刃２ｂ上に炭素繊維強化プラスチックＣを載せる。
【００３４】
ついで、上刃２ａを下刃２ｂに接近するように移動させて、その先端（図３では下端）が炭素繊維強化プラスチックＣに接触するまで下降させる。あるいは下刃２ｂを上刃２ａに接近するように移動させて、その先端（図３では上端）が炭素繊維強化プラスチックＣに接触するまで上昇させる。あるいは上刃２ａと下刃２ｂを同時に移動させて、それらの先端が炭素繊維強化プラスチックＣに接触するまで、それぞれ下降または上昇させる。つまり、一対の切断刃２ａ，２ｂ間に炭素繊維強化プラスチックＣが挟まれた状態となるように、一対の切断刃２ａ，２ｂを接近させる（図３（Ｂ））。
【００３５】
なお、一対の切断刃２ａ，２ｂ間に炭素繊維強化プラスチックＣが挟まれた状態において、炭素繊維強化プラスチックＣに若干加圧力が加わるようにすることが望ましい。かかる状態とすれば、２回目以降のパルス電流Ａを通電する際に、初回のパルス電流Ａの通電により形成される導電経路ＰＷに電流を流しやすくなる。
【００３６】
（電流供給工程の導電経路形成工程）
一対の切断刃２ａ，２ｂ間に炭素繊維強化プラスチックＣを挟むと、制御部１０によって、一対の切断刃２ａ，２ｂ間に電流（導電経路形成電流）が供給され、一対の切断刃２ａ，２ｂ間に最初のパルス電流Ａが供給される。すると、パルス電流Ａが炭素繊維強化プラスチックＣを通過して、パルス電流Ａが通過した箇所では、炭素繊維強化プラスチックＣのプラスチックが炭化する。すると、パルス電流Ａが通過した箇所には、炭素繊維とプラスチックが炭化したものだけが存在する状態となる。
【００３７】
（電流供給工程の通電加熱工程）
最初のパルス電流Ａを供給した後、所定の時間経過後（例えば０．１秒後）、制御部１０によって、一対の切断刃２ａ，２ｂ間に２回目のパルス電流Ａが供給される。すると、このパルス電流Ａの電流は、導電経路ＰＷを通過して一対の切断刃２ａ，２ｂ間に流れるので、導電経路ＰＷの素材が自己発熱する。導電経路ＰＷの素材が自己発熱すると、その熱（ジュール熱）によって導電経路ＰＷ周囲の炭素繊維強化プラスチックＣが加熱される。
【００３８】
２回目以降も、複数回、制御部１０によって一対の切断刃２ａ，２ｂ間にパルス電流Ａが供給され、導電経路ＰＷの素材の自己発熱が生じ、導電経路ＰＷの温度が上昇するとともに、導電経路ＰＷ周囲の炭素繊維強化プラスチックＣも温度が上昇する。
【００３９】
（せん断工程）
やがて、導電経路ＰＷ周囲の炭素繊維強化プラスチックＣも温度が、加工に適した温度となると、上刃２ａがさらに下降され、炭素繊維強化プラスチックＣにおいて、一対の切断刃２ａ，２ｂに挟まれている部分がせん断される。
このとき、一対の切断刃２ａ，２ｂは、導電経路ＰＷが形成された部分近傍をせん断することになる。つまり、一対の切断刃２ａ，２ｂは、プラスチックが炭化した部分および／またはプラスチックが適度に軟化している部分を切断するので、比較的容易に炭素繊維強化プラスチックＣをせん断することができる。
【００４０】
また、せん断の際には、一対の切断刃２ａ，２ｂによって炭素繊維強化プラスチックＣの厚さ方向に力が加わる。つまり、層間剥離を生じさせる方向の力が炭素繊維強化プラスチックＣに加わる。
炭素繊維強化プラスチックＣにおいて、軟化している領域が広かったり軟化しすぎていたりすると、上記力によって層間剥離が生じやすくなる。
しかし、上述したように、炭素繊維強化プラスチックＣは、導電経路ＰＷ近傍の狭い領域だけが軟化しており、しかも、軟化の程度が上述したような状態となっているので、せん断の際の層間剥離を抑えることができる。
【００４１】
なお、炭素繊維強化プラスチックＣの温度が加工に適した温度となったか否かを判断する方法はとくに限定されない。例えば、温度センサによって炭素繊維強化プラスチックＣの温度を測定してもよいし、加工する材料に応じて予め定められた回数や条件で電流を通電すると加工に適した温度となっていると判断してもよい。
【００４２】
（一対の切断刃２ａ，２ｂの形状について）
なお、刃２は、一対の切断刃２ａ，２ｂによって炭素繊維強化プラスチックＣをせん断できる形状に形成されていればよく、上記のごとき形状に限定されない。例えば、上刃２ａの断面および下刃２ｂの貫通孔２ｈの形状は、矩形や三角形などでもよい。
【００４３】
また、上刃２ａの先端（図１では下端）の刃の形状、つまり、刃の角度や先端部の厚さなどはとくに限定されない。孔や開口を形成する炭素繊維強化プラスチックＣの厚さや層数、形成する孔や開口の大きさ、形状に応じて適切に選択すればよい。しかし、上刃２ａの先端が尖っていれば、通電の際に電流密度を高くできるので、好ましい。もちろん、下刃２ｂの先端（図１では上端）も尖っていてもよい。
【００４４】
（一対の切断刃２ａ，２ｂのクリアランスについて）
一対の切断刃２ａ，２ｂのクリアランス、つまり、上刃２ａの先端を下刃２ｂの貫通孔２ｈ内に挿入した際に両者間に形成される隙間Ｇ（図１（Ｂ）参照）は特に限定されない。孔や開口を形成する炭素繊維強化プラスチックＣの厚さや層数、形成する孔や開口の大きさ、形状に応じて適切に選択すればよい。
【００４５】
（一対の切断刃２ａ，２ｂの移動機構について）
一対の切断刃２ａ，２ｂを接近離間させる構造（移動機構）もとくに限定されない。例えば、上刃２ａを油圧シリンダや空圧シリンダ、ネジ機構など、種々の移動機構を使用することができる。
そして、上述したように、一対の切断刃２ａ，２ｂを接近離間させる場合、下刃２ｂに接近するように移動機構によって上刃２ａを移動させてもよいし、上刃２ａに接近するように移動機構によって下刃２ｂを移動させてもよい。また、移動機構によって上刃２ａと下刃２ｂの両方を移動させて両者を接近離間させてもよい。
【００４６】
（一対の切断刃２ａ，２ｂの形状について）
また、各刃２ａ，２ｂとして、平板状の刃などのように、炭素繊維強化プラスチックＣと接触する部分が閉じていない形状のものをしてもよい。しかし、各刃２ａ，２ｂとして、炭素繊維強化プラスチックＣと接触する部分が閉ループとなっているものを使用すれば、一対の切断刃２ａ，２ｂ間でパルス電流Ａを発生させた際に、一対の切断刃２ａ，２ｂ間（つまり一対の電極間）において電流密度を一定にすることができる。つまり、一対の切断刃２ａ，２ｂの先端縁に沿ったどの位置でも一対の切断刃２ａ，２ｂ間に流れる電流の電流密度をほぼ同じにすることができる。すると、一対の切断刃２ａ，２ｂが接触している部分は、炭素繊維強化プラスチックＣの軟化状態や通電抵抗をほぼ同じ状態とすることができるので、炭素繊維強化プラスチックＣにおいて一対の切断刃２ａ，２ｂによって囲まれた部分をきれいに切断除去することができる。
【００４７】
（刃２の素材について）
刃２の素材はとくに限定されない。一対の切断刃２ａ，２ｂ間に通電するので導電性を有していればよい。とくに、耐久性などを考慮すれば、工具鋼（ＳＫＤ材など）等が好ましい。
【００４８】
上記例では、一対の切断刃２ａ，２ｂを一対の電極としても機能させたが、一対の切断刃２ａ，２ｂとは別に、炭素繊維強化プラスチックＣにパルス電流Ａを加えるための一対の電極を設けてもよい。例えば、上刃２ａと電極を二重管構造としてもよい。すると、上刃２ａがアーク放電により損傷することを防ぎつつ、パルス電流Ａが供給された位置と一対の切断刃２ａ，２ｂがせん断する位置をほぼ同じ位置とすることができる。この場合には、刃２の素材は導電性を有していなくてもよい。
【００４９】
しかし、上記のごとく、一対の切断刃２ａ，２ｂを一対の電極として機能させれば、炭素繊維強化プラスチックＣにおいてパルス電流Ａが供給された位置近傍を確実にせん断することができる。しかも、一対の切断刃２ａ，２ｂと一対の電極を両方設ける場合に比べて、装置を簡単な構造とすることができる。
【００５０】
（パルス電流以外による通電）
上記例では、導電経路形成工程および通電形成工程のいずれも、一対の電極間にパルス電流を供給し炭素繊維強化プラスチックＣにパルス電流を通電する場合を説明した。このように、一対の電極間にパルス電流を供給するようにすれば、比較的、小型の装置でも導電経路を形成できる程度の大きさの電流を炭素繊維強化プラスチックＣに供給できるので、好ましい。
【００５１】
しかし、導電経路形成工程および通電形成工程において、一対の電極間に供給する電流（つまり炭素繊維強化プラスチックＣに通電する電流）は、パルス電流に限られない。
例えば、通電加熱工程の通電（つまり、２回目以降の通電）では、高周波交流等の電流を供給しても、導電経路ＰＷに自己発熱させることができるし、その発熱量も制御することが可能である。
【００５２】
また、導電経路形成工程における通電は、パルス電流の方が通電導電経路を形成しやすくなるので、パルス電流が好ましい。しかし、導電経路形成工程における通電も、プラスチックを炭化でき炭素繊維とプラスチックが炭化したものだけが存在する導電経路を形成できる程度の大きさの電流を炭素繊維強化プラスチックＣに供給できるのであれば、パルス電流に限られない。
【実施例】
【００５３】
本発明の炭素繊維強化プラスチックの加工方法の有効性を確認した。
実験では、炭素繊維強化プラスチックに穴あけ加工を行い、層間剥離の発生状況を確認した。
穴あけ加工は、手動式油圧プレス機に取り付けられた一対の切断刃によって実施した。切断時の切断荷重は、手動式油圧プレス機を作動させることによって付与した。
そして、実施例では、一対の切断刃による穴あけ加工の前にパルス電流を複数回通電させ、比較例では、パルス電流を通電させずに一対の切断刃による穴あけ加工のみを実施した。
【００５４】
試験に使用した試料は、直交積層構成[０°／９０°／９０°／０°]、縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍのＣＦＲＰを使用した。ＣＦＲＰに使用されているプラスチックはエポキシ樹脂である。
【００５５】
実験では、図４に示すような一対の切断刃を使用した。一対の切断刃として、焼き入れ処理を施したダイス鋼（ＳＫＤ材）からなるすり鉢状の上刃（図４（Ａ））と円孔の空いた下刃（図４（Ｂ））を用いた。上刃には、その直径が１０．０ｍｍものを使用し、下刃には、円孔の直径が１０．１ｍｍものを使用した。
なお、一対の切断刃は、パルス電流を炭素繊維強化プラスチックに通電させる際の一対の電極としても使用している。
【００５６】
本発明では、パルス電流を通電させることによって試料を加熱するので、試料にパルス電流が与える影響を把握するために、パルス電流を複数回通電させた場合における試料の抵抗値（試料厚さ方向）の変化を確認した。
【００５７】
まず、試料に対してパルス電流を複数回通電させた場合において、試料の抵抗値の変化を確認した。抵抗値の測定は、試料表面のエポキシ樹脂をサンドペーパーで除去した後、デジタルマルチメータ（Tektronix製：型番PMM4050）を用いて測定した。
実験では、電源部としてコンデンサを備えたものを使用し、このコンデンサへの充電電圧を、０．１、０．５、１、５、１０ｋＶとした。そして、コンデンサからの放電によって、一対の切断刃間にパルス幅２μｓのパルス電流を供給して、パルス電流を試料に通電させた。
【００５８】
結果を図５に示す。
図５に示すように、コンデンサの充電電圧に係わらず、パルス電流を１回通電させることによって、抵抗値が低下していることが確認できる。そして、充電電圧が大きくなるほど（つまり通電電流が大ききなるほど）、抵抗値の低下が大きくなっていることが確認できる。
【００５９】
一方、コンデンサの充電電圧に係わらず、２回以上のパルス電流を通電させても、抵抗値はほとんど変わらないことが確認された。これは、最初のパルス電流の通電により形成された導電経路が、その後のパルス電流で変化しないことを意味している。
【００６０】
このことから、コンデンサの充電電圧、つまり最初に通電するパルス電流の電流量を制御することにより、導電経路の抵抗値を制御できると考えられる。
【００６１】
また、２回以降のパルス電流によって導電経路の抵抗値が変化しなければ、導電経路の抵抗値と２回以降のパルス電流の電流量によって、パルス電流による発熱量を把握できる。すると、導電経路の自己発熱による導電経路周囲の加熱状態、つまり、導電経路周囲の加熱温度を制御しやすくなると考えられる。
【００６２】
以上の結果より、電極間へのパルス電流の供給に必要なコンデンサの充電電圧（言い換えれば最初に通電するパルス電流の電流量）や、パルス電流を供給する回数、またパルス電流の周波数（パルス/秒、pps）を調整することによって、ＣＦＰＲを切断に最適な加熱温度となるように加熱できる可能性があることが確認された。
【００６３】
つぎに、試験片に穴あけ加工を実施した場合において、実施例と比較例の結果を確認する。なお、実施例では、ピーク電流１．５ｋＡ、パルス幅２μsのパルス電流を、１０ppsで５s、通電させた。
【００６４】
結果を図６に示す。
図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ比較例の方法で穴あけ加工された試験片の軟Ｘ線写真と断面観察結果である。図６（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ実施例の方法で穴あけ加工された試験片の軟Ｘ線写真と断面観察結果である。なお、図６の軟Ｘ線写真と断面観察は、それぞれ軟Ｘ線撮影装置および光学顕微鏡を使用して撮影したものである。
【００６５】
図６（ｂ）、（ｄ）を比較すると、第１層と第２層間のはく離長さが、比較例に比べて実施例では大幅に減少していることが明瞭に確認できる。
はく離面積と最大剥離長さを確認すると、パルス電流を通電させずに加工した比較例では、はく離面積（図６（ａ）参照）は１６．８ｍｍ２、最大剥離長さＬ１（図６（ｂ）参照）は０．７１ｍｍであるのに対し、パルス電流を通電させて加工した実施例では、はく離面積は１５．８ｍｍ２、最大剥離長さＬ２（図６（ｄ）参照）は０．４７ｍｍとなっていた。はく離面積に大きな差はないが、実施例では、比較例に比べて、最大剥離長さが３４％低減できていることが確認された。
【００６６】
実施例において最大剥離長さが改善された理由は、パルス電流による局所加熱により、ＣＦＲＰの樹脂が適度に軟化し、切断に要するせん断応力が低下したこと、層間破壊じん性が適度な温度で上昇したことなどが考えられる。
【００６７】
以上のごとく、繰り返しパルス電流をＣＦＲＰに通電させることによって、ＣＦＲＰをせん断した際に、切断損傷（層間はく離）を低減することができることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は炭素繊維強化プラスチックの加工方法は、炭素繊維強化プラスチックに貫通孔や開口を形成する方法として適している。
【符号の説明】
【００６９】
１        炭素繊維強化プラスチックの加工装置
２        刃
２ａ      上刃
２ｂ      下刃
１０        制御部
１１        電源部
１２        通電制御部
Ａ        パルス電流
Ｃ        炭素繊維強化プラスチック
ＰＷ        導電経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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