(57)【要約】【課題】 表面でシンボルなどの表示も確実に行うことができる繊維強化積層材およびその製造方法を提供する。【解決手段】  図１（ａ）に示すように、繊維強化積層材２１は、表面にシンボルマーク２１ａが形成され、さらに表面全体に梨地状の凹凸２１ｂが形成されている。繊維強化積層材２１は、全体としては厚さが約２ｍｍ程度の炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）である。図１（ｂ）に示すように、繊維強化積層材２１は、プリプレグ積層材２２を熱硬化させて製造する。プリプレグ積層材２２は、多孔性の離型フィルムであるリリースフィルム２２，２３で挟み、さらに厚さ１ｍｍ程度のシンボル形状転写型２５を挟んで、両側をブリーダクロス２６，２７で挟み、さらに押え板２８，２９で挟む。押え板２８，２９で挟まれた全体は、バキュームバッグに収納し、オートクレーブ中で加熱して加圧する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂の母材を複数の繊維層で強化した繊維強化積層材であって、
表面が凹凸模様面であり、かつ予め定めるシンボル形状が該凹凸模様よりも大きな凹凸で形成されていることを特徴とする繊維強化積層材。
【請求項２】
前記繊維層は、全体に対する体積で２０〜７０％を占めることを特徴とする請求項１記載の繊維強化積層材。
【請求項３】
前記繊維層は、繊維束を開繊処理した開繊糸を使用する織物で形成されることを特徴とする請求項１または２記載の繊維強化積層材。
【請求項４】
複数の繊維層を含む板状の合成樹脂材料の両側を多孔性の離型フィルムで挟み、
離型フィルムの少なくとも一方の一部に、シンボル形状転写型を配置し、
シンボル形状転写型を含む離型フィルムの両側を、樹脂吸収層で挟み、
樹脂吸収層の両側から硬質板で挟んで成形することを特徴とする繊維強化積層材の製造方法。
【請求項５】
前記合成樹脂材料は、熱硬化性樹脂のプリプレグであることを特徴とする請求項４記載の繊維強化積層材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＲＰなどの繊維強化積層材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、繊維材料で強化した合成樹脂は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）と呼ばれ、広く使用されている。繊維強化プラスチックは、積層板として利用されることが多い。積層材は、繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸して形成されるプリプレグのシートを複数枚重ねて加熱加圧して製造する。加熱加圧の方法は、プレス加工法とオートクレーブ加工法とに大別される。
【０００３】
図５は、プレス加工法の概要を示す。プレス加工法では、プリプレグ積層物１をプレスの熱板２，３で積層方向の両側から挟んで加熱しながら加圧する。加熱によってプリプレグ積層物１中の樹脂成分がいったん低粘度の液状となり、外部にしみ出す。プリプレグ積層物１の表裏両面は多孔性シートであるピールフライで覆われ、さらに離型フィルム６，７で覆われる。離型フィルム６，７の両側は、成形ジグ８，９で挟まれ、さらに緩衝材１０，１１を介して、プレスの熱板２，３からの加圧が行われる。
【０００４】
図６は、オートクレーブ加工法の一例についての概要を示す。図６に示すオートクレーブ加工法では、プリプレグ積層物１の上方の表面を多孔性離型フィルム１２で覆い、さらに樹脂を吸収するブリーダクロス１３で覆い、さらに離型フィルム１４で覆った全体をブリーダクロス１５で包む。プリプレグ積層物１は、離型フィルム１６上に載置し、離型フィルム１６と離型フィルム１４とで、包込むようにする。下側の離型フィルム１６には、バキュームバッグ１７を被せ、周囲を真空用シール材１８で気密にシールする。バキュームバッグ１７の内部は、真空引口１７ａからの真空吸引で低圧にしておき、外圧でプリプレグ積層物１を加圧する。バキュームバッグ１７を被せたプリプレグ積層物１を含む組立体は、成形ジグ１９上に載置して、オートクレーブに装入し、加熱する。加熱温度は、熱電対２０で測定する。
【０００５】
図７は、オートクレーブ加工法の他の例についての概要を示す。プリプレグ積層物１は、成形ジグ１９上に載置した離型フィルム１６上に載置する。プリプレグ積層物１の上面側には、離型フィルム１４ブリーダクロス１５およびバキュームバッグ１７で順次覆う。バキュームバッグ１７の周囲は真空用シール材１８で気密にシールする。
【０００６】
プレス加圧法での加熱の際に、微細凹凸形状と離型性とを有するフィルムを挟んで、微細凹凸を積層材の表面に転写させる技術が開示されている（たとえば、特許文献１参照。）。プリプレグを加熱加圧する金型の表面に凹凸を形成して、成型品の表面に凹凸を転写する技術も開示されている（たとえば、特許文献２、３、４参照。）。絵柄や模様が施されたプリプレグシートを、シート・モールディング・コンパウンド（ＳＭＣ）と一体的に成型して、繊維強化プラスチック成形品を製造する技術も開示されている（たとえば、特許文献５、６参照。）。
【０００７】
プリプレグの各層は炭素繊維を一方向に引き揃え、複数層を繊維の方向が直交するように積層して、加熱加圧時にメッシュを挟んで、表面に網目模様を形成する技術も開示されている（たとえば、特許文献７参照。）。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−２１４７１３号公報
【特許文献２】特開平７−３１４４７４号公報
【特許文献３】特開２００１−２６９９５６号公報
【特許文献４】特開２００１−２６９９５７号公報
【特許文献５】特開平９−１０９１６７号公報
【特許文献６】特開平９−１０９１６７号公報
【特許文献７】特開平９−２５４２６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
繊維強化積層材は、軽量で高強度を有するので、自動車、列車、航空機などの移動体の内装材などに好適に使用される。しかしながら、これらの内装材では、乗客などに対する案内などのシンボルや、運行サービスの提供者などのロゴマークなどの表示が必要となることが多い。前述の各特許文献では、表面に凹凸を形成することは可能でも、各種マークやシンボルなどの表示を有効に行うことができない。そのため、シンボルなどの表示が必要であれば、シンボルなどを表示するラベルなどを別に用意し、貼り付けて使用している。ラベルなどを貼り付けるのは、手間がかかる。また、いったん貼り付けたラベルなどは、脱落するおそれもある。
【００１０】
本発明の目的は、表面でシンボルなどの表示も確実に行うことができる繊維強化積層材およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、合成樹脂の母材を複数の繊維層で強化した繊維強化積層材であって、
表面が凹凸模様面であり、かつ予め定めるシンボル形状が該凹凸模様よりも大きな凹凸で形成されていることを特徴とする繊維強化積層材である。
【００１２】
本発明に従えば、繊維強化積層材は、合成樹脂の母材を複数の繊維層で強化してあるので、軽量でも高強度を容易に得ることができる。繊維強化積層材の表面が凹凸模様面であり、かつ予め定めるシンボル形状が該凹凸模様よりも大きな凹凸で形成されているので、シンボル形状を凹凸模様よりも目立つようにして、シンボルについての確実な表示を行うことができる。
【００１３】
また本発明で、前記繊維層は、全体に対する体積で２０〜７０％を占めることを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、繊維層が全体に対する体積で２０〜７０％を占め、残りの合成樹脂で表面の凹凸形成やシンボル形状の表示などに対応する成形を行わせることができる。
【００１５】
また本発明で、前記繊維層は、繊維束を開繊処理した開繊糸を使用する織物で形成されることを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、繊維層は、繊維束を開繊処理した開繊糸を使用する織物で形成されるので、厚さは薄くても、充分な強度となるように強化することができ、合成樹脂の占める割合を大きくして、成形性を高めることができる。
【００１７】
さらに本発明は、複数の繊維層を含む板状の合成樹脂材料の両側を多孔性の離型フィルムで挟み、
離型フィルムの少なくとも一方の一部に、シンボル形状転写型を配置し、
シンボル形状転写型を含む離型フィルムの両側を、樹脂吸収層で挟み、
樹脂吸収層の両側から硬質板で挟んで成形することを特徴とする繊維強化積層材の製造方法である。
【００１８】
本発明に従えば、複数の繊維層を含む板状の合成樹脂材料の両側を多孔性の離型フィルムで挟むので、成形時に合成樹脂材料から樹脂成分がはみ出してきても、樹脂成分を透過させ、合成樹脂材料の硬化後には、容易に離型フィルムを剥がして、繊維強化積層材を得ることができる。離型フィルムの少なくとも一方の一部に、シンボル形状転写型を配置し、シンボル形状転写型を含む離型フィルムの両側を、樹脂吸収層で挟み、樹脂吸収層の両側から硬質板で挟んで成形する。成形された繊維強化積層材は、表面に樹脂吸収層の表面の凹凸が転写され、さらにシンボル形状転写型からシンボル形状が転写されるので、繊維強化積層材の表面でシンボル形状を表示することができる。繊維強化積層材の表面に直接シンボル形状などが形成されるので、ラベルのように剥がれるおそれをなくすることができる。
【００１９】
また本発明で、前記合成樹脂材料は、熱硬化性樹脂のプリプレグであることを特徴とする。
【００２０】
本発明に従えば、熱硬化性樹脂のプリプレグを加熱して硬化させる際に、表面の凹凸形成と、シンボル形状の形成とを、容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、繊維強化積層材の表面が凹凸模様面であり、かつ予め定めるシンボル形状が該凹凸模様よりも大きな凹凸で形成されているので、シンボル形状を凹凸模様よりも目立つようにして、シンボルについての確実な表示を行うことができる。
【００２２】
また本発明によれば、繊維層が全体に対する体積で２０〜７０％を占め、残りの合成樹脂で表面の凹凸形成やシンボル形状の表示などに対応する成形を行わせることができる。
【００２３】
また本発明によれば、繊維層は、開繊糸を使用する織物で形成されるので、厚さは薄くても、充分な強度となるように強化することができる。
【００２４】
さらに本発明によれば、成形された繊維強化積層材は、表面に樹脂吸収層の表面の凹凸が転写され、さらにシンボル形状転写型からシンボル形状が転写されるので、繊維強化積層材の表面でシンボル形状を表示することができる。繊維強化積層材の表面に直接シンボル形状などが形成されるので、ラベルのように剥がれるおそれをなくすることができる。
【００２５】
また本発明によれば、熱硬化性樹脂のプリプレグを加熱して硬化させる際に、表面の凹凸形成と、シンボル形状の形成とを、容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本発明の実施の一形態である繊維強化積層材２１とその製造方法を示す。図１（ａ）は繊維強化積層材２１として製造された状態を示し、図１（ｂ）はオートクレーブ加工法で成形する工程での加熱加圧状態を示す。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、繊維強化積層材２１は、表面にたとえば「Ａ」のようなシンボルマーク２１ａが凹所として形成され、さらに表面全体に梨地状の凹凸２１ｂが形成されている。繊維強化積層材２１は、全体としては厚さが約２ｍｍ程度の炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）である。すなわち繊維強化積層材２１は、合成樹脂の母材を複数の繊維層で強化した繊維強化積層材であって、表面に梨地状の凹凸２１ｂが形成される凹凸模様面であり、かつ予め定めるシンボルマーク２１ａによるシンボル形状が凹凸模様よりも大きな凹凸で形成されている。
【００２８】
繊維強化積層材２１は、合成樹脂の母材を複数の繊維層で強化してあるので、軽量でも高強度を容易に得ることができる。繊維強化積層材２１の表面が凹凸模様面であり、かつ予め定めるシンボル形状が凹凸模様よりも大きな凹凸で形成されているので、シンボル形状を凹凸模様よりも目立つようにして、シンボルについての確実な表示を行うことができる。なお、シンボルマーク２１ａは、機械的な切削加工などによって形成されていないので、強化繊維が切断されるようなことはなく、強度を維持することができる。
【００２９】
図１（ｂ）に示すように、繊維強化積層材２１は、プリプレグ積層材２２を熱硬化させて製造する。プリプレグ積層材２２は、多孔性の離型フィルムであるリリースフィルム２３，２４で挟み、さらに厚さ１ｍｍ程度のシンボル形状転写型２５を挟んで、両側をブリーダクロス２６，２７で挟み、さらに押え板２８，２９で挟む。ブリーダクロス２６と押え板２８との間には、樹脂が押え板２８に付着してしまうことを防ぐため、無孔の離型フィルム４０が介在される。押え板２８，２９は板厚が数ｍｍ〜１０数ｍｍ程度のアルミニウム板である。前記シンボル形状転写型２５および各押え板２８，２９の表面は、樹脂の付着を防ぐため、ポリテトラフルオロエチレン（商品名テフロン）から成る薄膜によって被覆されている。
【００３０】
押え板２８，２９で挟まれた全体は、図６および図７に示すようなオートクレーブ加工法と同様に、バキュームバッグに収納し、たとえば０．４ＭＰａ程度に加圧したオートクレーブ中で、たとえば１２０℃、２時間の加熱を行う。
【００３１】
プリプレグ積層材２２は、たとえば炭素繊維の束を開繊処理した開繊糸を平織状に製織した基材を、８枚積層し、エポキシ樹脂を含浸させ、硬化の反応を途中まで進めておく。樹脂に対する繊維材の体積割合は、４０％としておく。一般の繊維強化複合材料では、樹脂の割合が比較的少ないけれども、開繊糸を使用した薄い基材を積層することによって、樹脂の割合を多くすることができる。
【００３２】
ブリーダクロス２６，２７は、リリースフィルム２３，２４に設ける孔からしみ出す液状樹脂を吸収するために用いられる。ブリーダクロス２６，２７としては、不織布を好適に用いることができる。不織布の表面は平滑ではないけれども、この凹凸がリリースフィルム２３，２４を介して繊維強化積層材２１の表面に転写され、梨地状の凹凸２１ｂとなる。さらに、シンボル形状転写型２５の形状が繊維強化積層材２１の表面に転写され、シンボルマーク２１ａが形成される。
【００３３】
前述のように、プリプレグ積層材２２中の繊維層は、全体に対する体積の割合で４０％程度であるけれども、２０〜７０％の範囲であれば、良好なシンボルマーク２１ａの転写が可能である。繊維層の割合が大きくなると、樹脂の割合が少なくなり、凹凸がある成形が困難となる。また、繊維層の割合が小さくなると、シンボル形状転写型２５がオートクレーブでの加熱加圧処理中にプリプレグ積層材２２中に沈み込んでしまい、表面に良好なシンボルマーク２１ａを残せなくなってしまう。特に、３０〜５０％で樹脂の割合が大きければ、充分凹凸でシンボルマーク２１ａ，３１ａを形成することができる。
【００３４】
プリプレグとしての熱硬化性樹脂材料としては、エポキシ樹脂ばかりではなく、ポリエステルやフェノールなども同様に使用することができる。また、樹脂中には、充填材などを混入させることもできる。エポキシ樹脂などを透明に近い状態で母材として使用すると、繊維層の意匠が表面から見えるようになる。炭素繊維の開繊糸を使用すると、黒色で細い繊維が同一方向に向いて帯状になっている状態で、平織などの組織を形成しているので、独特の質感が得られる。また、繊維としては、ガラス繊維やアラミド繊維などを使用することもでき、ガラス繊維では白色、アラミド繊維では黄色など、その繊維特有の着色で繊維強化積層材２１を形成することができる。異種の繊維を混在させれば、色彩模様を組合わせることができる。
【００３５】
なお、炭素繊維ばかりではなく、ガラス繊維やアラミド繊維なども、単繊維を集束させ、繊維束を開繊処理した開繊糸を使用する織物で強化繊維として使用することができる。繊維層は、繊維束を開繊処理した開繊糸を使用する織物で形成されるので、厚さは薄くても、充分な強度となるように強化することができ、合成樹脂の占める割合を大きくして、成形性を高めることができる。
【００３６】
図２は、本発明の実施の他の形態である繊維強化積層材３１とその製造のためのシンボル形状転写型３５とを示す。図２（ａ）に示すように、繊維強化積層材３１の表面には、浮立つシンボルマーク３１ａと梨地状の凹凸３１ｂとが形成される。このような浮立つシンボルマーク３１ａは、図２（ｂ）に示すようなシンボル形状転写型３５を図１（ｂ）のシンボル形状転写型２５に代えて用いることによって形成することができる。すなわち、シンボル形状転写型３５では、凹所としてシンボルマーク３１ａに対応する形状が形成されており、周囲は大略的にフラットである。梨地状などの凹凸が形成されていれば、その凹凸も転写される。このシンボル形状転写型３５もまた、前述の実施の形態のシンボル形状転写型２５と同様に、樹脂の付着を防ぐため、ポリテトラフルオロエチレン（商品名テフロン）によって被覆されている。
【００３７】
図３は、本発明の実施のさらに他の形態である繊維強化積層材製造のための押え板３８の形状を示す。押え板３８の表面にシンボル形状に対応する凹凸を形成しておき、図１（ｂ）のシンボル形状転写型２５を使用しないで、押え板２８に代えて押え板３８を使用すれば、図１と同様な繊維強化積層材２１を形成することができる。
【００３８】
図４は、図１〜図３に示すような実施形態で繊維強化積層材２１，３１を製造するための大略的な製造工程を示す。ステップｓ０でシンボル形状転写型２５，３５または押え板３８など、シンボルマークの転写可能な資材の用意を含めて、成形に必要な準備を行う。ステップｓ１では、プリプレグを積層する工程を行う。ステップｓ２では、図１（ｂ）に示すように、プリプレグ積層材２２を押え板２８，２９などで挟む工程を行う。この工程で、シンボル形状転写型２５やブリーダクロス２６，２７などがプリプレグ積層材２２と押え板２８，２９との間に挟み込まれる。ステップｓ３では、図６，７と同様に、バキュームバッグ中に封入する工程を行う。ステップｓ４では、オートクレーブ中で加熱加圧する工程を行う。ステップｓ５では、バキュームバッグ中から繊維強化積層材２１などを取出す工程を行い、ステップｓ６で製造工程を終了する。
【００３９】
ステップｓ２の押え板で挟む工程では、複数の繊維層を含む板状の合成樹脂材料であるプリプレグ積層材２２の両側を、前述のように多孔性の離型フィルムであるリリースフィルム２３，２４で挟む。さらに、離型フィルムの少なくとも一方の一部に、シンボル形状転写型２５，３５を配置し、シンボル形状転写型２５，３５を含む離型フィルムの両側を、樹脂吸収層であるブリーダクロス２６，２７で挟む。さらに樹脂吸収層の両側から硬質板である押え板２８，２９で挟む。まず、プリプレグ積層材２２の両側を多孔性の離型フィルムであるリリースフィルム２３，２４で挟むので、成形時にプリプレグ積層材２２から樹脂成分がはみ出してきても、樹脂成分を透過させ、合成樹脂材料の硬化後には、容易にリリースフィルム２３，２４を剥がして、繊維強化積層材２１を得ることができる。リリースフィルム２３，２４の少なくとも一方の一部に、シンボル形状転写型２５，３５を配置し、シンボル形状転写型２５，３５を含むリリースフィルム２３，２５の両側を、フリーダクロス２６，２７で挟み、ブリーダクロス２６，２７の両側から押え板２８，２９で挟んで成形する。成形された繊維強化積層材２１は、表面にブリーダクロス２６，２７の表面の凹凸が転写され、さらにシンボル形状転写型２５，３５からシンボル形状が転写されるので、繊維強化積層材２１，３１の表面でシンボルマーク２１ａ，３１ａを表示することができる。繊維強化積層材２１，３１の表面に直接シンボル形状などが形成されるので、ラベルのように剥がれるおそれをなくすることができる。
【００４０】
なお、シンボル形状転写型２５，３５に代えて、押え板３８によってシンボル形状を転写させることもできる。また、加熱および加圧は、オートクレーブを利用するばかりではなく、プレスを利用して行うこともできる。
【００４１】
さらに、合成樹脂材料は、熱硬化性樹脂のプリプレグを用いているので、加熱して硬化させる際に、表面の凹凸形成と、シンボル形状の形成とを、容易に行うことができる。しかしながら、ナイロン、オレフィン、エステルなどの熱可塑性樹脂を繊維で強化した積層材を用いても、加熱時には少なくとも軟化し、加圧によって形状の転写が可能になるので、同様にシンボルマークや凹凸を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の一形態である繊維強化積層材２１とその製造方法を示す斜視図および分解側面図である。
【図２】本発明の実施の他の形態である繊維強化積層材３１とその製造のためのシンボル形状転写型３５とを示す斜視図である。
【図３】本発明の実施のさらに他の形態である繊維強化積層材製造のための押え板３８の形状を示す斜視図である。
【図４】図１〜図３に示すような実施形態で繊維強化積層材２１，３１を製造するための大略的な製造工程図である。
【図５】従来からのプレス加工による繊維強化積層材の製造方法を示す分解側面図である。
【図６】従来からのオートクレーブ処理による繊維強化積層材の製造方法の一例を示す側面断面図である。
【図７】従来からのオートクレーブ処理による繊維強化積層材の製造方法の他の例を示す側面断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
２１，３１  繊維強化積層材
２２  プリプレグ積層材
２５，３５  シンボル形状転写型
２６，２７  ブリーダクロス
２８，２９，３８  押え板
【図１】
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【図２】
2005305673.tif 000004
【図３】
2005305673.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005305673.tif 000007
【図６】
2005305673.tif 000008
【図７】
2005305673.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成16年4月19日(2004.4.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005305673.tif 000010