(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化樹脂成形品の表面を粗面化する表面処理装置であって、
熱可塑性樹脂によって形成された複数の粒子と、
前記粒子を冷却させる冷却部と、
前記粒子を前記繊維強化樹脂成形品に投射する投射部と、
を備える、表面処理装置。
【請求項２】
前記投射部に供給される複数の前記粒子を収容した収容部を備え、前記冷却部は当該収容部に設けられる、請求項１に記載の表面処理装置。
【請求項３】
前記収容部には、前記投射部に連通する開口部、および当該開口部に向かって先細りとなるように傾斜したテーパ部が設けられ、前記冷却部は、当該テーパ部の内側に配置されて前記粒子を前記開口部へと案内する、請求項２に記載の表面処理装置。
【請求項４】
前記繊維強化樹脂成形品として、当該繊維強化樹脂成形品を形成した成形型の表面に残された微細な凹凸状の加工目が転写されたものが用いられ、前記投射部は、当該加工目が転写された凹凸形状を有する前記繊維強化樹脂成形品の表面に前記粒子を投射する、請求項１〜請求項３のうちのいずれか１つに記載の表面処理装置。
【請求項５】
前記粒子は、ナイロンによって形成されている、請求項１〜請求項４のうちのいずれか１つに記載の表面処理装置。
【請求項６】
繊維強化樹脂成形品に対して複数の粒子を投射し、前記繊維強化樹脂成形品の表面を粗面化する表面処理方法であって、
熱可塑性樹脂によって形成された前記粒子を冷却し、冷却された当該粒子によって前記表面を粗面化する、表面処理方法。
【請求項７】
複数の前記粒子を収容する収容部において前記粒子を冷却し、当該冷却した粒子を前記繊維強化樹脂成形品に投射する、請求項６に記載の表面処理方法。
【請求項８】
前記収容部には、投射される前記粒子を送り出す開口部、および当該開口部に向かって先細りとなるように傾斜したテーパ部が設けられるとともに、前記粒子を冷却する冷却部が前記テーパ部の内側に配置されており、当該冷却部によって前記粒子を前記開口部へと案内する、請求項７に記載の表面処理方法。
【請求項９】
前記繊維強化樹脂成形品として、当該繊維強化樹脂成形品を形成した成形型の表面に残された微細な凹凸状の加工目が転写されたものを用い、当該加工目が転写された凹凸形状を有する前記繊維強化樹脂成形品の表面に前記粒子を投射することによって、前記繊維強化樹脂成形品の表面を粗面化する、請求項６〜請求項８のうちのいずれか１つに記載の表面処理方法。
【請求項１０】
ナイロンによって形成された前記粒子を前記繊維強化樹脂成形品に対して投射する、請求項６〜請求項９のうちのいずれか１つに記載の表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面処理装置および表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、軽量化等の観点から、様々な自動車部品が樹脂成形品によって形成されている。車体等で用いられる比較的大きな自動車部品等は、複数の樹脂成形品同士を接着して形成される。この場合、接着の前処理として、樹脂成形品同士の接着部の表面に例えばブラスト加工が施される。ブラスト加工では、加工対象物に向かって粒子が投射される。
【０００３】
接着部の表面に粒子が投射されることによって、接着部の表面が粗面化され、接着面積が増大する。そのため接着強度が向上する（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４８１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、加工対象物が繊維強化樹脂成形品であり、また、これに投射する粒子が、ガラス、アルミナ等によって形成された硬質な粒子であると、加工条件によっては硬質粒子が繊維を破断させ、その結果、強度を低下させることがある。このように強度が低下した接着部で繊維強化樹脂成形品を接着した場合、負荷がかかった際に接着部に破断が生じ、接着強度の低下を招く虞がある。
【０００６】
一方、切削性の低い粒子を投射した場合、繊維の破断は抑制されるものの、繊維強化樹脂成形品の表面を十分に粗面化できない虞がある。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、繊維の破断を抑制しつつ繊維強化樹脂成形品の表面を粗面化し得る表面処理装置および表面処理方法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】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明は、繊維強化樹脂成形品の表面を粗面化する表面処理装置である。本発明の表面処理装置は、熱可塑性樹脂によって形成された複数の粒子と、粒子を冷却させる冷却部と、粒子を繊維強化樹脂成形品に投射する投射部と、を備える。
【０００９】
上記目的を達成するための本発明は、繊維強化樹脂成形品に対して複数の粒子を投射し、その表面を粗面化する表面処理方法である。本発明の表面処理方法は、熱可塑性樹脂によって形成された粒子を冷却し、冷却された粒子によって繊維強化樹脂成形品の表面を粗面化する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、熱可塑性樹脂によって形成された粒子が、冷却にともなう温度低下によって適度な硬さと柔らかさとを有した状態で繊維強化樹脂成形品を切削するため、繊維の破断を抑制しつつ繊維強化樹脂成形品の表面を粗面化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態の表面処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】ポリカーボネート（ＰＣ）およびナイロン（ＰＡ）の弾性率の温度変化を示すグラフである。
【図３】実施形態の繊維強化樹脂成形品の概略構成を示す断面図である。
【図４】繊維強化樹脂成形品が成形型によって成形される様子を模式的に示す断面図である。
【図５】繊維強化樹脂によって形成された車体部品の例を示す斜視図である。
【図６】図５の車体部品を接着して構成された車体を示す斜視図である。
【図７】表面が粗面化された比較例の繊維強化樹脂成形品の断面図である。
【図８】表面が粗面化された実施形態の繊維強化樹脂成形品の断面図である。
【図９】ホッパー内にラットホールが形成された状態を示す断面図である。
【図１０】第２実施形態の表面処理装置の概略構成を示す図である。
【図１１】繊維強化樹脂（ＦＲＰ）およびナイロン（ＰＡ）の弾性率の温度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる。
【００１３】
＜第１実施形態＞
図１に示すように、第１実施形態の表面処理装置１０は、複数の粒子１００と、ブラストガン１１０（投射部）と、高圧供給源１２０と、ホッパー１３０（収容部）と、ドライアイス１４０（冷却部）と、を備える。表面処理装置１０は、繊維強化樹脂成形品１５０の表面を粗面化する。
【００１４】
ブラストガン１１０は、粒子１００が吹き出るノズル１１１を有する。ブラストガン１１０には、流路１１２および流路１１３が形成されている。流路１１２は、例えば可撓性を有する管を介して、高圧供給源１２０と連通している。流路１１３は、例えば可撓性を有する管を介して、ホッパー１３０と連通している。流路１１２と流路１１３とは合流し、ノズル１１１に連通する。
【００１５】
ブラストガン１１０は、例えば移動装置（不図示）によって、繊維強化樹脂成形品１５０の面に沿って移動可能である。ブラストガン１１０を移動させる移動装置は、例えばロボットアームである。作業者がブラストガン１１０を移動させてもよい。
【００１６】
高圧供給源１２０は、例えば、コンプレッサまたは工場内圧縮空気供給源等である。高圧供給源１２０からノズル１１１へと流れる圧縮ガスによって、粒子１００は加速する。
【００１７】
ホッパー１３０は、ブラストガン１１０に供給される複数の粒子１００を収容する容器である。ホッパー１３０には、流路１１３に連通する開口部１３１、および開口部１３１に向かって先細りとなるように傾斜したテーパ部１３２が設けられている。
【００１８】
ホッパー１３０内の粒子１００は、高圧供給源１２０からの圧縮ガスがノズル１１１へと流れるのにともない、開口部１３１から流路１１３を通じてノズル１１１へと引き込まれる。粒子１００は、加速されてノズル１１１の先端から飛び出す。
【００１９】
ドライアイス１４０は、テーパ部１３２の内側に配置されている。ドライアイス１４０は、ホッパー１３０内の粒子１００を冷却する。ドライアイス１４０は、粒子１００を例えば０℃以下に冷却するが、これに限定されない。粒子１００は、冷却された状態でノズル１１１から投射される。ドライアイス１４０は、粒子１００を開口部１３１へと案内する。
【００２０】
粒子１００は、ナイロン（熱可塑性樹脂）によって形成されている。粒子１００を形成するナイロンとして、例えばバリ取り用の研磨材で使用されているものが挙げられる。
【００２１】
図２に示すように、低温環境でのナイロン（ＰＡ）の弾性率の向上率は、例えばポリカーボネート（ＰＣ）のような他の熱可塑性樹脂に比べて大きい。ナイロンの弾性率は、低温環境では室温環境下に比べて２倍近く向上することが確認された。
【００２２】
また、低温環境でのナイロンの圧縮強度の向上率は、例えばポリカーボネートのような他の熱可塑性樹脂に比べて大きい。ナイロンの圧縮強度は、低温環境では室温環境下に比べて１．２倍近く向上することが確認された。
【００２３】
図３に示すように、繊維強化樹脂成形品１５０は、繊維基材１５１と、マトリックス樹脂１５２と、を有する。マトリックス樹脂１５２は、繊維基材１５１の上に形成されるとともに、繊維基材１５１に含浸されている。
【００２４】
繊維強化樹脂成形品１５０は、例えば、ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法によって形成されるが、これに限定されない。
【００２５】
図４に示すように、ＲＴＭ成形法では、一対の成形型１６０が形成するキャビティ１６１に繊維基材１５１が設置され、型締め後、そこに液状の樹脂が注入される。注入された樹脂は、繊維基材１５１を形成する繊維１５３の間の隙間、および繊維基材１５１と成形型１６０との間の隙間に入り込む。キャビティ１６１内で樹脂は硬化する。
【００２６】
本実施形態では、繊維強化樹脂成形品１５０の面方向全体において、繊維基材１５１の上にマトリックス樹脂１５２が形成されているが、本発明はこれに限定されない。繊維基材１５１の上の一部だけに、マトリックス樹脂１５２が形成されてもよい。この場合、例えば、キャビティ１６１の一部を溝状に形成し、キャビティ１６１のそれ以外の箇所は繊維基材１５１と接するように形成しておけばよい。
【００２７】
マトリックス樹脂１５２には、成形型１６０の表面の微細な凹凸状の加工目１６２が転写されており、これによって、マトリックス樹脂１５２は、微細な凹凸形状を表面に有する。加工目１６２は、成形型１６０を切削加工によって形成する際に生じる微細な凹凸形状をした加工跡である。
【００２８】
成形型１６０の切削加工後、成形型１６０の表面を研磨し、例えば鏡面仕上げにすることによって加工目１６２を除去できるが、成形型１６０は、加工目１６２が表面に残されたままの状態で用いられる。
【００２９】
マトリックス樹脂１５２を形成する材料は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂であるが、これに限定されない。マトリックス樹脂１５２を形成する材料は、例えば、ポリカーボネート、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂であってもよい。
【００３０】
繊維１５３は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維等である。繊維基材１５１は、繊維１５３を織るまたは編むことによってシート状に形成されるが、これに限定されない。繊維基材１５１は、繊維１５３が一方向に配向されたシート状の一方向材であってもよい。
【００３１】
繊維強化樹脂成形品１５０は、成形型１６０から取り出された後、表面処理装置１０によって表面処理される。表面処理装置１０は、繊維強化樹脂成形品１５０に対して複数の粒子１００を投射し、繊維強化樹脂成形品１５０の表面を粗面化する。粒子１００は、ドライアイス１４０によって冷却された状態のまま繊維強化樹脂成形品１５０の表面に当る。粒子１００は、ドライアイス１４０によって冷却されて温度低下することによって、弾性率および圧縮強度が向上し、その結果、切削力が向上する。
【００３２】
表面処理装置１０は、ブラストガン１１０を移動させつつ、繊維強化樹脂成形品１５０の表面の所望の範囲を粗面化する。繊維強化樹脂成形品１５０において粗面化される箇所は、他の繊維強化樹脂成形品１５０と接着される接着部である。繊維強化樹脂成形品１５０のうち接着部だけにおいて繊維基材１５１の上にマトリックス樹脂１５２を形成してもよい。繊維基材１５１の上にマトリックス樹脂１５２が形成されることによって、粗面化の際に繊維基材１５１が粒子１００から保護される。
【００３３】
繊維強化樹脂成形品１５０は、接着部に塗布される接着剤によって、他の繊維強化樹脂成形品１５０と接着される。接着部の表面が粗面化されることによって接着面積が増大するため、接着強度が向上する。
【００３４】
例えば図５に示すように、繊維強化樹脂によって形成された骨格部品１７１同士、および骨格部品１７１と外板部品１７２とが接着剤によって互いに接着され、図６に示すように自動車の車体１７０が形成される。この場合、接着の前処理として、各部品同士の接着部の表面が粗面化されることによって、各部品同士の接着強度を向上させることができる。
【００３５】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００３６】
本実施形態と異なり、ガラス、アルミナ等の硬質な材料によって形成された粒子は、高い切削性を有する。このため、このような粒子を繊維強化樹脂成形品１５０に投射した場合、図７に示すように、表面のマトリックス樹脂１５２が切削されて荒らされるだけでなく、繊維１５３も切削され、繊維１５３の損傷ひいては破断が生じる虞がある。また、逆に、軟質で切削性の低い粒子を投射した場合、繊維１５３の破断は防止されるものの、マトリックス樹脂１５２を十分に荒らすことができない虞がある。
【００３７】
一方、本実施形態では、熱可塑性樹脂によって形成された粒子１００が、冷却されて温度低下することによって、適度な硬さと柔らかさとを有する。このため、図８に示すように、繊維１５３の切削が抑制される一方、マトリックス樹脂１５２が選択的に切削されて荒らされる。従って、本実施形態によれば、繊維１５３の破断を抑制しつつ繊維強化樹脂成形品１５０の表面を粗面化できる。
【００３８】
また、冷却にともない、粒子１００では水分が凍って微小な氷が生じる。粒子１００が繊維強化樹脂成形品１５０に当った後、常温になる過程でそのような氷は溶ける。その結果、繊維強化樹脂成形品１５０の表面に水分が付着するため、繊維強化樹脂成形品１５０の帯電防止効果が見込める。
【００３９】
本実施形態と異なり、ドライアイスによって形成された粒子を繊維強化樹脂成形品１５０に投射して粗面化する場合、粒子は繊維強化樹脂成形品１５０に当った後に昇華して消失するため、粒子を繰り返し利用することはできない。
【００４０】
一方、本実施形態では、粒子１００は熱可塑性樹脂によって形成されているため、繊維強化樹脂成形品１５０に当った後も消失しない。また、粒子１００が冷却されるため、繊維強化樹脂成形品１５０に粒子１００が当った際、衝突エネルギーによる粒子１００の溶融が防止される。従って、粒子１００を繰り返し使用できる。
【００４１】
本実施形態では、ドライアイス１４０がホッパー１３０に設けられ、そこで粒子１００を冷却することによって、複数の粒子１００が一度に速やかに冷却される。従って、粒子１００を効率良く冷却できる。
【００４２】
図９に示すように、本実施形態と異なりテーパ部１３２の内側にドライアイス１４０がない場合、ラットホール１０１が形成されるようにテーパ部１３２の内側に粒子１００が留まる虞がある。この場合、ホッパー１３０内の全ての粒子１００が使用されないため、無駄が生じる。
【００４３】
一方、本実施形態では、テーパ部１３２の内側にドライアイス１４０が配置されており、これによって粒子１００が開口部１３１に案内される。このため、粒子１００は、テーパ部１３２の内側に留まり難く、開口部１３１から円滑に送り出される。従って、ホッパー１３０内の粒子１００を無駄なく有効に使用できる。
【００４４】
本実施形態の繊維強化樹脂成形品１５０の表面には、加工目１６２が転写されて微細な凹凸形状が付与されており、これによって繊維強化樹脂成形品１５０の表面が予め荒らされている。このため、凹凸のない平らな面を一から粗面化する手間が省け、従って粗面化が容易である。
【００４５】
また、加工目１６２を残したままの成形型１６０によって形成された繊維強化樹脂成形品１５０が用いられるため、成形型１６０の表面を研磨して加工目１６２を除去しなくてもよい。従って、成形型１６０の加工時間を短縮でき、また成形型１６０の加工費を低減できる。
【００４６】
粒子１００がナイロンによって形成されているため、例えばポリカーボネートのような他の熱可塑性樹脂によって形成されている場合に比べ、低温における弾性率および圧縮強度の向上率が大きい。従って、冷却によって切削力を向上させ易い。
【００４７】
＜第２実施形態＞
図１０に示すように、第２実施形態の表面処理装置２０は、ホッパー１３０に第１実施形態のようにドライアイス１４０が設けられず、冷却装置２４０を有する点で、第１実施形態と異なる。他の構成については、第２実施形態は第１実施形態と同様である。第１実施形態と同様の構成については第１実施形態と同様の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４８】
冷却装置２４０は、繊維強化樹脂成形品１５０を冷却する。冷却装置２４０は、冷風を吹きかけることによって、繊維強化樹脂成形品１５０の表面の粒子１００が当たる箇所を冷却する。
【００４９】
冷却装置２４０は、冷風を噴射するノズルを例えばロボットアームによって移動させ、繊維強化樹脂成形品１５０の所望の位置を冷却できる。
【００５０】
粒子１００は、冷却された繊維強化樹脂成形品１５０に当ることによって、もしくは冷却装置２４０からの冷風に直接当ることによって、またはこれらの両方によって、冷却される。本実施形態にあっては、冷却された繊維強化樹脂成形品１５０および冷却装置２４０のうちの少なくとも一方が、粒子１００を冷却する冷却部としての役割を果たしている。
【００５１】
図１１に示すように、熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂として含む繊維強化樹脂（ＦＲＰ）の低温での弾性率の向上率は、概して、ナイロン（ＰＡ）の弾性率の向上率よりも小さい。
【００５２】
従って、繊維強化樹脂成形品１５０が、熱硬化性樹脂によって形成されたマトリックス樹脂１５２を含む場合、粒子１００に対する繊維強化樹脂成形品１５０の耐切削性は、冷却にともなって向上し難い。このため、繊維強化樹脂成形品１５０が冷却されたとしても、粒子１００による粗面化が妨げられ難い。
【００５３】
第１実施形態のようにホッパー１３０にドライアイス１４０を設けた方が、粒子１００を効率良く冷却でき、またテーパ部１３２に粒子１００が留まるのを防止できるが、それ以外の他の作用効果については、本実施形態によっても第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００５４】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変できる。
【００５５】
例えば、粒子を形成する材料はナイロンに限定されない。粒子を形成する材料は、例えば、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン等、ナイロン以外の他の熱可塑性樹脂であってもよい。
【００５６】
上記第２実施形態においては、冷却装置２４０から冷風が吹き付けられることによって、繊維強化樹脂成形品１５０が冷却されるが、本発明はこれに限定されない。表面処理前、繊維強化樹脂成形品１５０を例えば低温室内に一定時間置くことによって冷却してもよい。または、繊維強化樹脂成形品１５０において、粒子１００が当たる面と反対側の面にドライアイスを配置することによって繊維強化樹脂成形品１５０を冷却してもよい。
【００５７】
また、冷却された圧縮ガスを高圧供給源１２０が供給することによって、粒子１００を冷却してもよい。この場合、高圧供給源１２０が冷却部としての役割を果たす。
【００５８】
また、例えば、ドライアイス１４０によって冷却された粒子を、冷却された繊維強化樹脂成形品１５０に対して投射させるようにしてもよい。
【００５９】
上記実施形態では、加工目１６２を有する成形型１６０によって形成された繊維強化樹脂成形品１５０が用いられたが、本発明はこれに限定されない。鏡面仕上げの成形型によって形成された繊維強化樹脂成形品に対して上記実施形態のような表面処理を行ってもよい。
【００６０】
実施形態の繊維強化樹脂成形品１５０では、繊維基材１５１の上にマトリックス樹脂１５２が形成されているが、本発明はこれに限定されない。繊維基材１５１の上にマトリックス樹脂１５２が形成されることなく繊維１５３が表面に露出し、かつ繊維１５３同士の間の隙間にマトリックス樹脂１５２が形成された繊維強化樹脂成形品を本発明は含む。
【符号の説明】
【００６１】
１０、２０    表面処理装置、
１００    粒子、
１０１    ラットホール、
１１０    ブラストガン（投射部）、
１１１    ノズル、
１１２    流路、
１１３    流路、
１２０    高圧供給源、
１３０    ホッパー（収容部）、
１３１    開口部、
１３２    テーパ部、
１４０    ドライアイス（冷却部）、
１５０    繊維強化樹脂成形品、
１５１    繊維基材、
１５２    マトリックス樹脂、
１５３    繊維、
１６０    成形型、
１６１    キャビティ、
１６２    加工目、
１７０    自動車の車体、
１７１    骨格部品、
１７２    外板部品、
２４０    冷却装置（冷却部）。
【図１】
0006295895.tif 000002
【図２】
0006295895.tif 000003
【図３】
0006295895.tif 000004
【図４】
0006295895.tif 000005
【図５】
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【図６】
0006295895.tif 000007
【図７】
0006295895.tif 000008
【図８】
0006295895.tif 000009
【図９】
0006295895.tif 000010
【図１０】
0006295895.tif 000011
【図１１】
0006295895.tif 000012