(57)【要約】【課題】軽量、高剛性で、かつ放熱性、耐熱寸法安定性に優れた枠状部材と、この枠状部材を用いた筐体を提供する。【解決手段】枠状部材１は長方形状であり、長辺部材２が炭素繊維強化合成樹脂（ＣＦＲＰ）よりなり、短辺部材３がアルミ又はアルミ合金よりなる。ＣＦＲＰの炭素繊維の繊維軸方向の引張弾性率が４００ＧＰａ以上であり、該炭素繊維の繊維軸方向の熱伝導率が６０Ｗ／ｍＫ以上であり、該炭素繊維の重量平均繊維長が０．３〜２５ｍｍであり、該炭素繊維のうち、繊維長が２〜５０ｍｍのものの割合が５０ｗｔ％以上であり、ＣＦＲＰ中の炭素繊維含有率が３０〜８０重量％である。【選択図】図１
2012028508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４辺を有した方形の枠状部材であって、一部の辺が炭素繊維強化合成樹脂を用いた成形体よりなり、他の辺の少なくとも一部が金属部材よりなる枠状部材。
【請求項２】
請求項１において、枠状部材が長方形枠状であり、１対の長辺が炭素繊維強化合成樹脂よりなり、１対の短辺の少なくとも一部が金属部材よりなることを特徴とする枠状部材。
【請求項３】
請求項１又は２において、前金属部材がアルミ又はアルミ合金よりなることを特徴とする枠状部材。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、ピッチ系炭素繊維とマトリックス樹脂とを含む炭素繊維強化合成樹脂を用いて平均肉厚０．２〜３ｍｍに熱プレス成形した成形体よりなり、
該炭素繊維の繊維軸方向の引張弾性率が４００ＧＰａ以上であり、該炭素繊維の繊維軸方向の熱伝導率が６０Ｗ／ｍＫ以上であり、
該炭素繊維の重量平均繊維長が０．３〜２５ｍｍであり、該炭素繊維のうち、繊維長が２〜５０ｍｍのものの割合が５０ｗｔ％以上であり、
該成形体の炭素繊維含有率が３０〜８０重量％であることを特徴とする枠状部材。
【請求項５】
請求項４において、厚さ方向に突出又は凹陥する凸部又は凹部を有することを特徴とする枠状部材。
【請求項６】
請求項５において、該凸部又は凹部が設けられた放熱性成形体の板面に正対したときの該凸部又は凹部の形状がトラス形、フィン形、筋交い形又は梯子形であることを特徴とする枠状部材。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の枠状部材を備えてなる筐体。
【請求項８】
請求項７において、該枠状部材の炭素繊維強化合成樹脂よりなる辺に発光装置又は回路装置が設置されていることを特徴とする筐体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化合成樹脂よりなる成形体と金属部材とで構成された枠状部材に関する。詳しくは、本発明は、例えばパソコンやＯＡ機器、携帯機器、フラットパネルディスプレイ等の部品や筐体部分として用いるのに好適な枠状部材に関する。また、本発明は、この枠状部材を備えた筐体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パソコン、ＯＡ機器、ＡＶ機器、携帯電話、電話機、ファクシミリ、家電製品、玩具用品、フラットパネルディスプレイなどの電気・電子機器の携帯化、薄型化、軽量化が進むにつれ、高放熱性・高耐熱寸法安定性が要求されている。その要求を達成するためにこれらの電子機器に搭載される光源、バッテリー、ＩＣ回路などの高集積化により、機器を構成する部品、特に筐体には、薄型化による製品の捩じれを抑制し、これらに搭載される内蔵部品の破損を防ぐ必要があるため、高剛性、軽量化を達成しつつ、かつ高放熱性、高耐熱寸法安定性が求められている。
【０００３】
中でも、薄型を目的とする液晶ＴＶに搭載される導光板を用いるタイプのバックライトについては、ＬＥＤ光源化に伴い、その発熱によるバックライトシャーシの熱変形が問題となっている。熱変形が大きいと、ＬＥＤ光源と導光板との光軸が維持できず、画像の表示品位が低下するという問題があった。このため、ＬＥＤ光源を用いた筐体用部材は従来使用されてきた筐体用部材に対し更なる高剛性、高放熱性、高耐熱寸法安定性が要求されている。
【０００４】
特開２００７−３８５１９（特許文献１）には、強化繊維を含んでいる熱可塑性樹脂成形品を積層部材の硬質部材部分や、該積層部材の周囲の樹脂部材として使用してなる筐体が記載されている。この筐体は、剛性や強度が高いことは記載されているが、放熱性に関する記載は無く、特に強化繊維として、比機械的特性（弾性率）や比弾性率の点からポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維が好ましいとされている（第００１２段落）。しかしながら、一般的なＰＡＮ系の炭素繊維は熱伝導率及び引張弾性率が低いために、成形品は放熱特性及び剛性等に劣ったものとなる。また、筐体の少なくとも一辺に金属を用いて、放熱性を高めることについての記載も無い。
【０００５】
特開２００６−２９７９２９（特許文献２）には、電子機器用筐体の金属／繊維強化樹脂の積層複合材料が記載され、該繊維強化樹脂層を、炭素繊維を熱可塑性樹脂中に分散させた熱可塑性樹脂組成物にて構成することが記載されている。しかし、炭素繊維の種類及び好適な物性については記載がない。また、力学特性や電磁波シールド性の良好な筐体を目的としており、筐体の天板として使用することは記載されているが、枠体の材質に関する記載は無く、少なくとも一辺が金属を用いた材料とすることについても記載が無い。
【０００６】
特開２００８−２３０２３７（特許文献３）には、連続した炭素繊維を含んだ熱可塑性樹脂よりなる複合構造体が記載されているが、連続繊維を用いているためにリブや放熱フィンなどを有した複雑な形状の成形品の成形が困難である。また、連続繊維を使用しているため、強度や放熱性に異方性があり、粒子状の熱伝導性物質を用いた被覆層を設ける必要があり、成形が煩雑である。
【０００７】
特開２００６−４９８７８（特許文献４）には、連続した炭素繊維とマトッリクス樹脂からなる熱伝導性部材が記載されているが、当該文献においてはＰＡＮ系の炭素繊維（東レ（株）製  トレカＭ４０Ｊ、熱伝導率８５Ｗ／ｍ・Ｋ、引張弾性率３７７ＧＰａ）を用いることしか記載されていない（第００８０段落）。また、第1の部材として、マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂のものを用い、第２の部材としては、マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂のものを用い、これらの両者を一体化しているものの、少なくとも一辺に金属を用いることについては記載もなく、さらに、連続繊維を使用するため、強度に異方性がある。
【０００８】
特開２００４−２００５８６（特許文献５）には、炭素繊維を含有した樹脂モールド材で形成された筐体熱伝導部と、グラファイトシートあるいは金属箔を用いた熱伝導部材を使用した筐体が記載されているが、炭素繊維としていかなる特性のものが好適であるかについての記載はなく、枠体形状のものの記載も無い。さらに、これらは熱膨張による耐熱寸法安定性の向上や高剛性化による軽量化に関する効果も望めないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−３８５１９号公報
【特許文献２】特開２００６−２９７９２９号公報
【特許文献３】特開２００８−２３０２３７号公報
【特許文献４】特開２００６−４９８７８号公報
【特許文献５】２００４−２００５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、軽量、高剛性で、かつ放熱性、耐熱寸法安定性に優れた枠状部材と、この枠状部材を用いた筐体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】
【００１１】
本発明（請求項１）の枠状部材は、４辺を有した方形の枠状部材であって、一部の辺が炭素繊維強化合成樹脂を用いた成形体よりなり、他の辺の少なくとも一部が金属部材よりなるものである。
【００１２】
請求項２の枠状部材は、請求項１において、枠状部材が長方形枠状であり、１対の長辺が炭素繊維強化合成樹脂よりなり、１対の短辺の少なくとも一部が金属部材よりなることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３の枠状部材は、請求項１又は２において、前記金属部材がアルミ又はアルミ合金よりなることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４の枠状部材は、請求項１ないし３のいずれか１項において、ピッチ系炭素繊維とマトリックス樹脂とを含む炭素繊維強化合成樹脂を用いて平均肉厚０．２〜３ｍｍに熱プレス成形した成形体よりなり、該炭素繊維の繊維軸方向の引張弾性率が４００ＧＰａ以上であり、該炭素繊維の繊維軸方向の熱伝導率が６０Ｗ／ｍＫ以上であり、該炭素繊維の重量平均繊維長が０．３〜２５ｍｍであり、該炭素繊維のうち、繊維長が２〜５０ｍｍのものの割合が５０ｗｔ％以上であり、該成形体の炭素繊維含有率が３０〜８０重量％であることを特徴とするものである。
重量平均繊維長が０．３ｍｍ未満では、急激に成形体の弾性率が低下し、軽量化効果が低い。また、２５ｍｍを超えた成形体を得ることは、成形工程での切断が起こるため、実質的に困難である。
【００１５】
請求項５の枠状部材は、請求項４において、厚さ方向に突出又は凹陥する凸部又は凹部を有することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項６の枠状部材は、請求項５において、該凸部又は凹部が設けられた放熱性成形体の板面に正対したときの該凸部又は凹部の形状がトラス形、フィン形、筋交い形又は梯子形であることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明（請求項７）の筐体は、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の枠状部材を備えてなるものである。
請求項８の筐体は、請求項７において、該枠状部材の炭素繊維強化合成樹脂よりなる辺に発光装置又は回路装置が設置されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の枠状部材及び筐体にあっては、枠状部材の一部の辺が金属部材よりなり、他の辺の少なくとも一部が炭素繊維強化合成樹脂よりなる。好ましくは、枠状部材が長方形であり、１対の長辺が炭素繊維強化合成樹脂よりなり、１対の短辺の少なくとも一部が金属部材よりなる。また、好ましくは、金属部材はアルミ（アルミニウム）又はアルミ合金よりなる。
【００１９】
この炭素繊維強化合成樹脂は、熱膨張係数がきわめて小さいので、枠状部材は寸法安定性に優れる。また、炭素繊維強化合成樹脂は黒色であり、熱の放射特性が良好である。加えて、比剛性が高いので、枠状部材の剛性も高い。
【００２０】
金属部材は高強度であり、枠状部材の強度が高いものとなる。また、金属部材は熱伝導度が高い（アルミ及びアルミ合金の場合、通常９０〜２４０ｗ／ｍＫ（面方向）程度）ので、枠状部材の炭素繊維強化合成樹脂部分の熱が金属部材に伝播し易い。特にアルミ又はアルミ合金は、軽量、高強度であり、熱伝導度が大きく、安価であり、好適である。ただし、金属部材は熱膨張係数が大きいので、長方形の枠状部材の短辺の少なくとも一部を金属部材にて構成し、枠状部材の熱寸法安定性を確保することが好ましい。
特に、この枠状部材を有する筐体にあっては、発光装置や回路装置などの熱を発生させる機器は、炭素繊維強化合成樹脂よりなる辺に配置されるのが好ましい。そうすることにより、発生した熱による熱膨張が極めて低い(或いは無い)、炭素繊維強化合成樹脂部材を使用するので、寸法安定性に優れる。
しかも黒色であるので熱放射特性が高いが、金属のように熱伝導性が高く無いので、筐体の強度を確保するために熱源と離れた位置に金属部材を用いても、該金属部材の部分にまで過剰な熱が伝搬しないので金属の熱膨張による部材の伸びや変形が起きず、寸法精度に優れる。
【００２１】
炭素繊維強化合成樹脂の炭素繊維を高引張弾性率かつ高熱伝導率のピッチ系炭素繊維とすることにより、枠状部材及び筐体の熱伝導率、放射特性及び剛性が高いものとなる。特に、本発明の炭素繊維強化合成樹脂を用いた成形体ではこのような熱伝導率の高い炭素繊維を使用することにより、熱伝導率が５〜６０Ｗ／ｍＫ（面方向）という極めて高い熱伝導率を有している。これは従来用いられている一般的なＰＡＮ系の炭素繊維を使用した場合の２Ｗ／ｍＫ（面方向）という熱伝導率に比べても非常に高い値であり、成形品に熱源からの熱が即座に分散し、放熱性が向上する。なお、該炭素繊維強化剛性樹脂成形体としては、熱伝導率が２０〜４０Ｗ／ｍＫ（面方向）であるものがより好ましい。
【００２２】
この枠状部材に、厚さ方向に突出又は凹陥する凸部又は凹部を設けることにより、放熱性成形体の比表面積が大きくなり、放熱特性が向上する。また、凸部を設けた場合には、放熱性成形体の強度及び剛性が大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施の形態に係る枠状部材の斜視図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】図２のIII部分の拡大断面斜視図である。
【図４】図３のIV−IV線斜視図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】別の実施の形態に係る枠状部材の図４と同様部分の構成図である。
【図７】さらに別の実施の形態に係る枠状部材の図４と同様部分の構成図である。
【図８】図８のIX−IX線斜視図である。
【図９】さらに異なる実施の形態に係る枠状部材の図４と同様部分の構成図である。
【図１０】実施の形態に係る枠状部材を備えた液晶表示装置の断面図である。
【図１１】別の実施の形態に係る枠状部材の斜視図である。
【図１２】さらに別の実施の形態に係る枠状部材の断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明について図面を参照してさらに詳細に説明する。
【００２５】
第１図は実施の形態に係る枠状部材１の斜視図、第２図は第１図のII−II線断面図、第３図は第２図のIII部分の拡大断面斜視図、第４図は第３図のIV−IV斜視図、第５図は第３図のＶ−Ｖ線断面図である。
【００２６】
この枠状部材１は長方形状であり、長辺部材２が炭素繊維強化合成樹脂（以下、ＣＦＲＰと記載することがある。）よりなり、短辺部材３がアルミ又はアルミ合金製である。枠状部材１の内側は開口部１ａとなっている。
【００２７】
この枠状部材１の１方の長辺部材２にあっては、厚さ方向に突出する凸部４が該長辺方向に延設され、この凸部４の裏側には、厚さ方向に凹陥する凹部５が設けられている。この凹部５を横断するように複数のリブ部６が所定間隔をあけて設けられている。リブ部６の板面は該長辺方向と直交方向に延在している。第４図の通り、多数のリブ部６が所定間隔をあけて平行に配列されているので、このリブ部６の配列は梯子状である。
【００２８】
１対の長辺部材２，２の両端にアルミ又はアルミ合金製の短辺部材３，３の両端がリベット、接着、溶着等の一般的な接合方法によって固着されている。アルミとしては、例えばＡ１０５０やＡ１０７０等、アルミ合金としては、例えば押出し成形、板金加工用のＡｌ−Ｍｇ系であるＡ５０５４等の５０００番台やＡｌ−Ｃｕ系であるＡ２０１４等の２０００番台、ダイカスト用のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金（ＪＩＳ規格  ＡＤＣ１２やＡＤＣ１０等）などを用いることができるが、これに限定されない。このアルミ又はアルミ合金製の短辺部材は、軽量、高強度、高剛性であり、熱伝導性が高く（例えば、面方向の熱伝導率が、アルミダイキャストの場合は９０Ｗ／ｍＫ〜であり、金属アルミ板の場合２４０Ｗ／ｍＫ程度）、しかも安価である。一方、長辺部材はＣＦＲＰ製としているが、発光装置等の熱源が長辺部材に沿って設置されているからで、発光装置等の熱源が短辺側にある場合は、アルミ又はアルミ合金は長辺部材に使用する必要がある。これは、アルミ又はアルミ合金は熱膨張係数が大きく、熱変形が起きやすいので、該短辺部材には、熱が伝搬しないようにする。ＣＦＲＰ製の長辺部材２は、放熱性に優れ、熱伝導率が金属程高く無いので、該長辺部材近辺で発生した熱が短辺部材３側へ伝搬しにくく、さらにＣＦＲＰは室温付近における熱膨張係数が１０―６〜１０−７／Ｋというアルミの１／１０程度の非常に低い値（アルミの場合は通常２４×１０−６）であるので、枠状部材１の熱寸法安定性が確保される。
【００２９】
第６図〜第９図に、リブの構成を異ならせた枠状部材１Ａ〜１Ｃの長辺部材を示す。第６図の枠状部材１Ａは、凹部４にさらに斜交方向のリブ部７を設け、トラス構造としたものである。第７図の枠状部材１Ｂは、斜め十字形のリブ部８を設けた筋交い構造としたものである。第８，９図の枠状部材１Ｃは、リブ部９を凹部５の長手方向に延設したフィン構造としたものである。これらのリブ構造を有した長辺部材も強度及び剛性が高く、放熱特性も良好である。
【００３０】
上記枠状部材１を用いた液晶表示装置の断面構成の一例を第１０図に示す。なお、第１０図は厚さ方向に拡大した模式図であり、枠状部材の寸法は第１図〜第５図のものとは異なっている。
【００３１】
この液晶表示装置１０にあっては、開口部１ａに天板１８が設けられ、その上に反射層１１を介して導光板１２が配置されている。この導光板１２の端面に沿ってＬＥＤ等の発光装置１３が設置されている。この発光装置１３は枠状部材１に形成された凸部４に沿って配置されている。導光板１２上に光学シート１４を介して液晶パネル１５が設置され、その前面がガラス板１６で覆われている。
【００３２】
発光装置１３で発生した熱は、主として凸部４及びリブ部６を介して放散されると共に、アルミ又はアルミ合金製の短辺部材３へ伝播する。多数のリブ部６を設けて放熱面積を大きくしているので、長辺部材２の素材であるＣＦＲＰの熱伝導率が高いことと相俟って放熱特性に優れたものとなっている。また、前述の通り、長辺部材２に凸部４及びリブ６を設けているので、ＣＦＲＰの高剛性と合わせて、枠状部材１の強度、剛性が高いものとなっていると共に、短辺部材２をアルミ又はアルミ合金製としたことにより、材料コストを大幅に低減することができる。
【００３３】
第１１図は別の実施の形態に係る枠状部材３０の斜視図である。この枠状部材３０も長方形枠状であり、この枠状部材３０の１対の長辺部材３１は、ＣＦＲＰ製であり、１対の短辺部材３２はアルミ又はアルミ合金製である。各部材３１，３２の長手方向の両端が斜めにカットされ、各々の端面同士が突き合わされ、接着、溶着等により接合されている。
【００３４】
第１２図は、ＣＦＲＰ製長辺部材２１及びアルミ又はアルミ合金製短辺部材２３よりなる枠状部材２０と、積層構造の板状体２２とを備えた放熱性成形体の一例を示す断面斜視図である。枠状部材２０の内周面に突状部２１ａが設けられ、板状体２２の端面の凹条が係合しているが、板状体２２と枠状部材２０との係合方式はこれに限定されない。例えば、枠状部材２０の内周縁に凹段部を切欠状に設け、板状体２２の周縁部を該凹段部に係合させてもよい。また、板状体２２と枠状部材２０とを接着や溶着によって結合してもよい。
【００３５】
この第１２図の実施の形態では、板状体２２はＣＦＲＰよりなる１対の表皮材２２ａ，２２ａと、該表皮材２２ａ，２２ａに挟持された芯材２２ｂとを有したサンドイッチ構造体よりなる。芯材２２ｂとしては、合成樹脂板、発泡合成樹脂板、合成樹脂のハニカム、発泡合成樹脂のハニカム、パンチングメタル、金属メッシュ、金属パネルなどのいずれでもよい。金属としてはアルミ、アルミ合金、マグネシウム合金、チタン、チタン合金、鋼などが例示される。なお、樹脂に難燃剤が配合されていることが望ましい。
【００３６】
上記枠状部材の長辺部材及び表皮材は、ピッチ系炭素繊維とマトリックス樹脂とを含む組成物を平均肉厚０．２〜３ｍｍに熱プレス成形した成形体よりなることが好ましい。次に、このピッチ系炭素繊維について説明する。
【００３７】
［ピッチ系炭素繊維］
本発明におけるピッチ系炭素繊維は、好ましくは単繊維を１００〜５００００本集束剤により集束したものである。
【００３８】
ピッチ系炭素繊維の炭素質原料としては、配向しやすい分子種が形成されており、光学的には異方性の炭素繊維を与えるようなものであれば特に制限はない。例えば、石炭系のコールタール、コールタールピッチ、石炭液化物、石油系の重質油、タール、ピッチ、または、ナフタレンやアントラセンの触媒反応による重合反応生成物等が挙げられる。これらの炭素質原料には、フリーカーボン、未溶解石炭、灰分、窒素分、硫黄分、触媒等の不純物が含まれているが、これらの不純物は、濾過、遠心分離、あるいは溶剤を使用する静置沈降分離等の周知の方法であらかじめ除去しておくことが望ましい。
【００３９】
また、前記炭素質原料を、例えば、加熱処理した後、特定溶剤で可溶分を抽出するといった方法、あるいは、水素供与性溶剤、水素ガスの存在下に水添処理するといった方法で予備処理を行っておいても良い。
【００４０】
本発明で用いる炭素繊維の繊維径は３〜２０μｍ、特に５〜１２μｍであることが好ましい。炭素繊維の繊維径が細過ぎると、取り扱い性に劣り、また、一般に極細の炭素繊維は高コストであるため、製品コストを押し上げる原因となる。炭素繊維の繊維径が太過ぎると、繊維強度が低下し、折れ易くなるため、好ましくない。
【００４１】
なお、ここで、炭素繊維の繊維径は、炭素繊維の顕微鏡観察またはレーザー計測器により２０〜３０個の繊維径を測定し、その測定値の平均値で求められる。また、炭素繊維の繊維軸方向の引張弾性率および熱伝導率は、炭素繊維とエポキシ樹脂の一方向材を作製し、その繊維軸方向の引張弾性率および熱伝導率を測定した値を、複合則に則って、炭素繊維の体積含有率で割り返して、繊維単体の物性としたものである。さらに具体的には、引張弾性率については、ＪＩＳ  Ｋ７０７３に準拠し、万能試験機で測定された値からの計算値である。また、熱伝導率は、ＪＩＳ  Ｒ１６１１に準拠し、真空理工（株）製レーザーフラッシュ法熱定数測定装置「ＴＣ−３０００」で測定された値からの計算値である。後掲の実施例においても同様である。
【００４２】
また、成形体中における、炭素繊維の重量平均繊維長は重要な要素である。重量平均繊維長は重量としての存在率を示す。同種の繊維の場合は繊維の長さが重さと関係するため、重量平均繊維長は長い繊維が少ない場合、大きく低減する。繊維長さが短いと、例えば熱伝導や電気伝導などのパスの形成に関与する特性に関し、強化効果が低減する。この重量平均繊維長は０．３〜２５ｍｍ、特に１〜２０ｍｍであることが好ましい。また、炭素繊維は、２〜５０ｍｍのものの割合が５０ｗｔ％以上、好ましくは５０〜９０ｗｔ％の繊維長分布を有することが好ましい。重量平均繊維長が０．３ｍｍ未満では、急激に成形体の弾性率が低下し、軽量化効果が低い。また、２５ｍｍを超えた成形体を得ることは、成形工程での切断が起こるため、実質的に困難である。
【００４３】
本発明で用いる炭素繊維の繊維軸方向の引張弾性率は好ましくは４００ＧＰａ以上、特に好ましくは４４０ＧＰａ以上、例えば５００〜９００ＧＰａで、また、繊維軸方向の熱伝導率は、好ましくは６０Ｗ／ｍＫ以上、特に好ましくは１１０Ｗ／ｍＫ以上、例えば１２０〜６００Ｗ／ｍＫである。
【００４４】
このように、それ自体、引張弾性率および熱伝導率の高い炭素繊維を用いることにより、得られる炭素繊維強化樹脂シートおよび炭素繊維強化樹脂成形体の曲げ弾性率および熱伝導率を高くすることができる。
【００４５】
炭素繊維の体積抵抗値は、１〜２０μΩ・ｍ特に２〜１５μΩ・ｍ程度が好ましい。
【００４６】
炭素繊維は黒鉛化処理することにより、引張弾性率や熱伝導率が向上する。従って、本発明では、炭素繊維不織布として黒鉛化炭素繊維を用いてもよく、また、黒鉛化していない低弾性率・低熱伝導率の炭素繊維を不織布とした後に、樹脂と複合化する前の段階で黒鉛化処理して、炭素繊維の繊維軸方向の引張弾性率や熱伝導率を高めるようにしてもよい。
【００４７】
［マトリックス樹脂］
次に、炭素繊維と複合化するマトリックス樹脂について説明する。
【００４８】
炭素繊維と複合化する樹脂は、熱可塑性樹脂、硬化性樹脂のいずれでもよい。
【００４９】
熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリプロリレン樹脂（ＰＰ）、ポリメチルペンテン樹脂（ＰＭＰ）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン共重合体（ＡＢＳ）、ポリメチルメタアクリレート樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル樹脂（変性ＰＰＥ）、ポリエーテルサルホン樹脂（ＰＥＳ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＩ）、ポリエーテルニトリル樹脂（ＰＥＮ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルケトン樹脂（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリフェニルサルフォン樹脂（ＰＰＳＵ）、ポリフタルアミド樹脂（ＰＰＡ）等の芳香族ポリアミド樹脂などが挙げられる。  
これらの樹脂は１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００５０】
なお、樹脂が熱可塑性である場合、後述のように、表皮材と芯材とを熱融着によって接合して一体化して３層構造の板状体を製造することができる。
【００５１】
硬化性樹脂としては、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂（例えば紫外線硬化性樹脂）、湿気硬化性樹脂等が挙げられる。
【００５２】
熱硬化性樹脂としては、常温で流動性を示し、加熱により硬化性を示す樹脂であれば特に限定されない。例えば、ポリウレタン、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリブタジエン、シリコーン樹脂等を挙げることができる。特に、炭素繊維との接着性や剛性、取り扱い易さの観点からエポキシ樹脂が好ましい。
【００５３】
光硬化性樹脂としては、ラジカル重合性成分及び光ラジカル重合開始剤、カチオン重合性成分及び光カチオン重合開始剤からなる組成物が用いることができる。本発明では、特に制限はないが好ましくは硬化後の樹脂剛性を考慮した場合、カチオン重合性成分及び光カチオン重合開始剤からなる組成物を用いることが好ましい。
【００５４】
湿気硬化性樹脂としては、特開平２−１６１８０、特開２０００−０３６０２６、特開２０００−２１９８５５、特開２０００−２１１２７８、特開２０００−２１９８５５、特開２００２−１７５５１０等に記載の樹脂、具体的には、ウレタン系樹脂、アルコキシド基含有シリコーン系樹脂などが挙げられる。湿気硬化型接着剤の１例として、分子末端にイソシアネート基含有ウレタンポリマーを主成分とし、このイソシアネート基が水分と反応して架橋構造を形成するものがある。湿気硬化型接着剤としては、例えば積水化学工業社製９６１３Ｎ、住友スリーエム社製ＴＥ０３０、ＴＥ１００、日立化成ポリマー社製ハイボン４８２０、カネボウエヌエスシー社製ボンドマスター１７０シリーズ、Ｈｅｎｋｅｌ社製ＭａｃｒｏｐｌａｓｔＱＲ３４６０等があげられる。
【００５５】
これらの樹脂には、難燃剤、カップリング剤、導電性付与剤、無機フィラー、紫外線吸収剤、酸化防止剤、各種染顔料等、通常、樹脂に配合される各種の添加剤を配合してもよい。
【００５６】
［長辺部材等の成形体の製造方法］
＜繊維混抄マット状成形体＞
炭素繊維強化合成樹脂を用いた成形体を製造する手法として、マトリックス樹脂である熱可塑性樹脂も繊維状にしておき、炭素繊維と樹脂繊維からなる繊維混抄マット状成形体（不織布）とした後、熱プレスして樹脂を溶融させて成形するのが好ましい。ただし、マトリックス樹脂の一部を平均粒径０．１〜１００μｍ特に０．５〜２０μｍ程度の粉体としてもよい。
繊維混抄成形体の製造に用いる炭素繊維の短繊維の長さは、好ましくは５０ｍｍ以下特に１〜５０ｍｍとりわけ３〜２０ｍｍである。繊維の長さが短か過ぎると、繊維同士の絡み合いがなくなって不織布を形成し難くなり、また得られる成形体の曲げ弾性率や熱伝導率を十分に高めることができない恐れがある。一方、原料繊維の長さが長過ぎると繊維同士の絡まりや開繊不良などを生じやすく、熱可塑性樹脂繊維と炭素繊維の混合が不均一になる恐れがある。
【００５７】
熱可塑性樹脂繊維の製造方法としては、例えば単軸押出機、二軸押出機を用いた方法としてマルチフィラメントダイやモノフィラメントダイを用いた溶融紡糸方法、メルトブロー法やフラッシュ紡糸法、ポリマーブレンド法、エレクトロスピニング法、海島複合紡糸法、割繊複合紡糸法などの種々の方法を用いることが可能であり、通常は繊維径０．１μｍ〜５００μｍ程度である。
【００５８】
樹脂繊維の長さは、好ましくは５０ｍｍ以下特に１〜５０ｍｍとりわけ３〜２０ｍｍである。繊維の長さが短か過ぎると、繊維同士の絡み合いが不十分となり、マット状成形体の成形や形状維持が困難となる。一方、樹脂繊維の長さが長過ぎると繊維同士の絡まりや開繊不良などを生じやすく、樹脂繊維と炭素繊維の混合が不均一になる恐れがある。
【００５９】
上記の繊維混抄マット状成形体は不織布と言われるものであり、前述した樹脂繊維及び炭素繊維を所定の長さに切断して短繊維状とし、それらを面状（２次元）にランダムに分散させてシート状とすることにより製造することができる。
【００６０】
短繊維から繊維混抄マット状成形体を製造する方法としては湿式法、乾式法など様々な方法を採用することができる。
【００６１】
湿式法による作成方法としては、繊維を溶媒中に分散させ、製紙工業で使われるビーター、パルパーなどの装置を使用して解繊させた後に網上に抄き上げ、付着した溶媒を乾燥除去してシート化する所謂湿式抄紙法などがある。
【００６２】
湿式抄紙法による繊維混抄マット状成形体の製造において、炭素短繊維を均一に分散させるための溶媒としては、水、アセトン、炭素数１〜５のアルコール、アントラセン油、その他の有機溶媒が例示されるが、好ましくは水を使用する。
【００６３】
乾式法による繊維混抄マット状成形体の作製方法としては、針や凹凸のついたロール間に繊維を通して機械的に叩解・解繊してシート化するカード法、あるいは、繊維を気流中で浮遊・解繊した後にスクリーン上に吸引してシート化するエアレイ法などがある。具体的には、例えば、炭素短繊維と樹脂繊維とを予備的に、例えば袋や容器等の中に両者を収容して軽く上下や左右に１分程度撹拌し、その後ヘンシェルミキサー、二軸式混合撹拌機などにより予備混合した後に、エアレイド装置等、乾式混合機を用いた装置中で、繊維を気流で撹拌した後、回転バーで叩き撹拌する等して更に撹拌混合し、これを気流搬送して金網ベルト上にベルト下部より吸引積層して不織布とする。
【００６４】
繊維混抄マット状成形体の目付、すなわち単位面積あたりの繊維の重量（Fiber  Areal  Weight、以下ＦＡＷと記すことがある。）は２５０〜２０００ｇ／ｍ２特に５００〜１０００ｇ／ｍ２であることが好ましい。ＦＡＷの小さいものは繊維混抄マット状成形体自体の強度不足により取り扱いが困難となる上、所望の厚さの成形体を得るためには、後述する成形工程で不織布および／または炭素繊維強化樹脂シートの積層枚数を多くする必要があり、製造工程が煩雑となる。逆にＦＡＷの大きすぎるものは樹脂の含浸性が悪く、樹脂の複合化が容易ではなくなる。
【００６５】
繊維混抄マット状成形体には、金属繊維を少量たとえば１０重量％以下混合してもよい。金属繊維の好適な径、長さは炭素繊維の場合と同様である。
【００６６】
＜繊維混抄マット状成形体からの長辺部材等の繊維強化成形体の製造方法＞
上記の繊維混抄マット状成形体を、当該混抄マット状成形体中の熱可塑性樹脂の短繊維の流動開始温度（Ｔｆ）以上においてプレス成形することにより繊維強化成形体が製造される。なお、繊維混抄マット状成形体から繊維強化成形体を直接に成形してもよいが、繊維混抄マット状成形体を溶融プレス成形することによりプレスシートを成形し、このプレスシートをプレス成形することにより繊維強化成形体を成形してもよい。
【００６７】
このプレス成形時の温度は、流動開始温度Ｔｆよりも１０〜１００℃特に２０〜５０℃程度高い温度であることが好ましい。プレス成形時の圧力は１〜２０ＭＰａ特に３〜１０ＭＰａ程度が好適であり、プレス時間は１〜３０ｍｉｎ特に３〜２０ｍｉｎ程度が好適である。このプレス成形に際し、繊維混抄マット状成形体又はプレスシートを１層だけプレスしてもよく、２枚以上重ねて複層プレス成形してもよい。この複層プレス成形によれば、厚みの大きい繊維強化成形体を製造することができる。
【００６８】
製造された繊維強化樹脂成形体中における炭素繊維と樹脂との合計に対する炭素繊維の割合は３０〜８０重量％、特に３５〜６０重量％であることが好ましい。
また、炭素繊維強化樹脂成形体としての面方向の熱伝導率が５〜６０Ｗ／ｍＫが好ましく、より好ましくは２０〜４０Ｗ／ｍＫである。
製造された繊維強化樹脂成形体は、好ましくは、平均厚みが０．３〜２．０ｍｍ特に０．５〜１．５ｍｍの板状である。平均厚みは、板状の成形体の体積を板面の投影面積で除した値である。
【符号の説明】
【００６９】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，２０，３０  枠状部材
２  枠状部
３  板状部
４  凸部
５  凹部
６〜９  リブ部
【図１】
2012028508.tif 000003
【図２】
2012028508.tif 000004
【図３】
2012028508.tif 000005
【図４】
2012028508.tif 000006
【図５】
2012028508.tif 000007
【図６】
2012028508.tif 000008
【図７】
2012028508.tif 000009
【図８】
2012028508.tif 000010
【図９】
2012028508.tif 000011
【図１０】
2012028508.tif 000012
【図１１】
2012028508.tif 000013
【図１２】
2012028508.tif 000014