(57)【要約】  【課題】金型を複数個用意したり、被加工材に特殊な処理をしたりすることなく、加工端面のバリ発生量が微小で加工精度に優れる繊維強化樹脂成形板の打ち抜き加工方法を提供する。  【解決手段】繊維強化樹脂成形板の打ち抜き加工において、パンチとダイプレートのクリアランスが１〜２０μｍの範囲である打ち抜き型を用いて、同一箇所を２〜１０回繰り返し前記パンチを作動させて打ち抜くことを特徴とする繊維強化樹脂成形板の加工方法。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化樹脂成形板の打ち抜き加工において、パンチとダイプレートのクリアランスが１〜２０μｍの範囲である打ち抜き型を用いて、同一箇所を２〜１０回繰り返し前記パンチを作動させて打ち抜くことを特徴とする繊維強化樹脂成形板の加工方法。
【請求項２】
被加工材をストリッパープレートで押さえた状態で、パンチのみが打ち抜き部分を２〜１０回上下することを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂成形板の加工方法。
【請求項３】
パンチとストリッパープレートとのクリアランスが５〜１００μｍの範囲である打ち抜き型を使用して加工することを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化樹脂成形板の加工方法。
【請求項４】
繊維強化樹脂成形板の繊維が炭素繊維であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形板の加工方法。
【請求項５】
繊維強化樹脂成形板の樹脂が熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形板の加工方法。
【請求項６】
繊維強化樹脂成形板が０．１〜１．５ｍｍの厚さであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形板の加工方法。
【請求項７】
繊維強化樹脂成形板が、繊維織物、または一方向にシート状に並べた連続繊維に樹脂組成物を含浸させたものを積層して成形した積層板であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形板の加工方法。
【請求項８】
繊維強化樹脂成形板を打ち抜く際の加工速度が１〜１００ｍｍ／ｓｅｃの速度であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形板の加工方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形板の加工方法で打ち抜かれた繊維強化樹脂成形板の開口部の角部における曲率半径が０．０１〜０．５ｍｍであることを特徴とする繊維強化樹脂成形板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工面の品位と加工精度に優れた繊維強化樹脂成形品の加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
強化繊維とマトリックス樹脂からなる繊維強化樹脂成形品は、比強度、比剛性、耐熱性および耐環境性に優れているため、スポーツ分野や航空機分野、電化製品などを始め、幅広く普及し使用されている。
【０００３】
繊維強化樹脂成形板を所望の形状に加工するにあたり、一般的には切削加工が行われているが、加工に時間がかかるためコストは高くなり、加工精度は高くない。また、切削端面に強化繊維のバリが発生することもあり、バリを除去するための工程が別途必要になることがある。さらに、多角形の開口部を中抜き加工する際、使用する略円筒状の刃物の半径分に相当する円弧状部分が角部に残ってしまい、角の尖った略矩形状に開口部を加工することが困難であった。
【０００４】
一方、所望の形状に寸法精度良く加工する手段として打ち抜き加工が広く知られているが、繊維強化樹脂成形板に打ち抜き加工を行った場合、加工端面に強化繊維のバリが発生してしまう。このような発生したバリを除去して加工端面を平滑にするために、１つの抜き穴に対して２つの金型を用いて二段階で打ち抜き加工する方法（例えば、特許文献１参照）、発生したバリを熱可塑性樹脂で被覆し加工端面を平滑にする方法（例えば、特許文献２参照）などが提案されている。
【０００５】
しかしながら、これら従来の方法では金型が二つ必要になることや、被加工材に予め熱可塑性樹脂を積層して成形する必要があり工程が複雑になることがあった。
【特許文献１】特開平４―２４１２号公報
【特許文献２】特開２００７−１９２９６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来の方法のように金型を複数個用意したり、被加工材に特殊な処理をしたりすることなく、加工端面のバリ発生量が微小で加工精度に優れる繊維強化樹脂成形板の打ち抜き加工方法、および加工品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】
【０００７】
本発明者らは、繊維強化樹脂成形板の打ち抜き加工について鋭意検討したところ、特定の条件範囲の下、加工部を数回打ち抜くことで加工端面にバリの発生が少ない繊維強化樹脂成形板の打ち抜き加工方法および加工品を提供できることを見出した。すなわち、本発明で用いる加工方法は、
（１）繊維強化樹脂成形板の打ち抜き加工において、パンチとダイプレートのクリアランスが１〜２０μｍの範囲である打ち抜き型を用いて、同一箇所を２〜１０回繰り返し前記パンチを作動させて打ち抜くことを特徴とする繊維強化樹脂成形板の加工方法。
（２）被加工材をストリッパープレートで押さえた状態で、パンチのみが打ち抜き部分を２〜１０回上下することを特徴とする（１）に記載の繊維強化樹脂成形板の加工方法。
（３）ストリッパープレートとパンチとのクリアランスが５〜１００μｍの範囲である打ち抜き型を使用して加工することを特徴とする（１）または（２）に記載の繊維強化樹脂成形板の加工方法。
（４）繊維強化樹脂成形板の繊維が炭素繊維であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形板の加工方法。
（５）繊維強化樹脂成形板の樹脂が熱硬化性樹脂であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形板の加工方法。
（６）繊維強化樹脂成形板が０．１〜１．５ｍｍの厚さであることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形板の加工方法。
（７）繊維強化樹脂成形板が、繊維織物、または一方向にシート状に並べた連続繊維に樹脂組成物を含浸させたものを積層して成形した積層板であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形板の加工方法。
（８）繊維強化樹脂成形板を打ち抜く際の加工速度が１〜１００ｍｍ／ｓｅｃの速度であることを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形板の加工方法。
（９）上記（１）〜（８）のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形板の加工方法で打ち抜かれた繊維強化樹脂成形板の開口部の角部における曲率半径が０．０１〜０．５ｍｍであることを特徴とする繊維強化樹脂成形板。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、成形品端面に強化繊維のバリ発生量が少なく、寸法精度高い繊維強化樹脂成形品を簡便に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明についてさらに詳しく述べる。本発明の繊維強化樹脂成形板の加工方法は、パンチとダイプレートのクリアランスが１〜２０μｍの範囲である打ち抜き型を用いて、同一箇所を２〜１０回繰り返し前記パンチを作動させて打ち抜くことを特徴とする繊維強化樹脂成形板の加工方法である。
【００１０】
本発明の実施の形態における繊維強化樹脂成形板打ち抜き金型を、図１を参照して説明する。打ち抜き金型は、ダイセット１、パンチバッキングプレート２、パンチプレート３、パンチ４、板押さえバネ５、ストリッパープレート６、ダイプレート７、ダイバッキングプレート８からなる。
【００１１】
各部品に使用される材質は特に限定されるものでなく、一般構造用圧延鋼（ＳＳ材）、炭素工具綱（ＳＫ材）、合金工具綱（ＳＫＳ材、ＳＫＤ材）、高速度工具綱（ＳＫＨ材）、超硬鋼材（ＵＨ材）等の鋼材が使用できる。また、金型の耐久性を向上させるため、熱処理や、メッキ処理、窒化処理等の表面処理を施してもよい。
【００１２】
本発明に使用する金型は、図２に示したパンチ４とダイプレート７のクリアランス９が１〜２０μｍとなるように製作されている。クリアランス９が１μｍより小さい金型では、加工時に発生する切り子等のゴミが噛み込み、金型が破損することがある。クリアランス９が２０μｍより大きいと、繊維強化樹脂成形板１１の加工端面に発生するバリが大きくなる傾向にある。このクリアランス９は、パンチ４の全周に亘って１〜２０μｍの範囲にあることが好ましい。
【００１３】
さらに好ましくは、パンチ４とストリッパープレート６のクリアランス１０が５〜１００μｍであることである。クリアランス１０が５μｍより小さい金型では、加工時に発生する切り子等のゴミが噛み込み、金型が破損することがある。クリアランス１０が１００μｍより大きいと、繊維強化樹脂成形板１１の加工端面にササクレ状の凹凸が発生することがある。このクリアランス１０は、パンチ４の全周に亘って５〜１００μｍの範囲にあることが好ましい。
【００１４】
本金型を使用して同一箇所を２〜１０回打ち抜く方法は特に限定されないが、繊維強化樹脂成形板１１をストリッパープレート６で押さえた状態で、パンチ４を上下させる方法がより好ましい。このような打ち抜き動作ができるプレス機としては、例えば（株）アマダ社製のサーボモーター制御式電動プレス等がある。
【００１５】
次に、本発明に使用される繊維強化樹脂成形板１１について説明する。
【００１６】
繊維強化樹脂成形板１１に用いられる強化繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリアラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維などが使用できる。これらは単独または２種以上を併用して使用する。これらの強化繊維は、表面処理剤、集束剤などで処理されていてもよい。なかでも、成形品の強度、剛性、軽量性をバランスよく実現できる炭素繊維が好ましく使用される。
【００１７】
繊維強化樹脂成形板１１に用いられる樹脂としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が使用できる。熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂（レゾール型）、ユリア・メラミン樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂およびシアネートエステル樹脂等があり、これらの共重合体、変性体、および、これらの少なくとも２種をブレンドした樹脂であってもよい。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮｐ）樹脂、液晶ポリエステル樹脂等のポリエステル系樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ樹脂）、ポリブチレン樹脂等のポリオレフィン樹脂、スチレン系樹脂、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂、変性ＰＰＥ樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂、ポリスルホン（ＰＳＵ）樹脂、変性ＰＳＵ樹脂、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリケトン（ＰＫ）樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂等が挙げられる。なかでも、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂が、成形品の機械特性の高さ、成形時の取り扱いやすさなどから好ましく使用される。
【００１８】
また、これらの熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂には、必要に応じてヒンダードフェノール系、含硫黄化合物系、含リン有機化合物系などの酸化防止剤、フェノール系、アクリレート系などの熱安定剤、ベンゾトリアゾール系、ベンソフェノン系、サクシレート系などの紫外線吸収剤、有機ニッケル系、ヒンダードアミン系などの光安定剤などの各種安定剤、高級脂肪酸の金属塩類、高級脂肪酸アミド類などの滑剤、フタル酸エステル類、リン酸エステル類などの可塑剤、臭素化化合物やリン酸エステル、赤燐等の各種難燃剤、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムなどの難燃助剤、アルキルカルボン酸やアルキルスルホン酸の金属塩、カーボンブラック、顔料および染料などを添加することもできる。
【００１９】
繊維強化樹脂成形板１１は、繊維織物、連続した繊維を一方向にシート状にしたもの、強化繊維の短繊維を交錯させマット状にしたものに樹脂組成物を含浸させたものを成形した積層板、または強化繊維の短繊維と樹脂組成物を混連してシート状に成形したもの、もしくはこれらを２つ以上積層して成形した積層板として作られる。特に好ましい形態としては、繊維織物、または一方向にシート状に並べた連続繊維に樹脂組成物を含浸させたものを積層して成形した積層板であると、得られる成形品の強度が高く好ましい。
【００２０】
繊維強化樹脂成形板１１の厚みは特に限定されるものではないが、０．１〜１．５ｍｍ厚みの範囲が好ましい。０．１ｍｍより薄い繊維強化樹脂成形板１１を作ることは実質的に困難であり、１．５ｍｍより厚いと金型の摩耗の進行が早くなり、バリが発生しやすくなる。
【００２１】
次に、前述の金型を用いて、繊維強化樹脂成形板１１を打ち抜き加工する際の加工方法について図３を参照して説明する。
【００２２】
まず、図３（ａ）で示されるように、繊維強化樹脂成形板１１を、ガイドや位置決めピン（いずれも図示しない）に沿って金型のダイプレート７上に配置する。そして、金型の上型部（ダイセット１上側、パンチバッキングプレート２、パンチプレート３、パンチ４、ストリッパープレート６）を１〜１００ｍｍ／ｓｅｃの速度で降下させる。まずストリッパープレート６が、繊維強化樹脂成形板１１に接触して上側から押さえ、繊維強化樹脂成形板１１の位置を固定する。ついで、図３（ｂ）で示されるように、ストリッパープレート６の隙間からパンチ４が出てきて、繊維強化樹脂成形板１１を穿孔する。そして、パンチ４が繊維強化樹脂成形板１１を貫通してダイプレート７の表面より下の位置まで達した後、図３（ｃ）で示されるように、金型の上型部は１〜２００ｍｍ／ｓｅｃの速度で加工前の位置、もしくはストリッパープレート６が繊維強化樹脂成形板１１を押さえ、かつパンチ４が繊維強化樹脂成形板１１から抜ける位置まで戻った後、図３（ｄ）で示されるように、再度同じ速度で金型の上型部が降下する。図３（ｃ）と図３（ｄ）を繰り返す往復動を２〜１０回繰り返した後、繊維強化樹脂成形板１１を取り出す。
【００２３】
ここで、パンチが繊維強化樹脂成形板を貫通すると、繊維強化樹脂成形板の裏側に返りが発生するとともに、穿孔した孔の側面には、断裂した強化繊維がケバ状に突出している。したがって、パンチを２〜１０回往復動させると、返りやケバ状に突出した強化繊維が削り落とされる。１０回より多く往復動させても加工端面の状態に差はなく、加工時間が長くなるだけとなる。
【００２４】
繊維強化樹脂成形板を打ち抜く際の加工速度は特に限定されないが、１〜１００ｍｍ／ｓｅｃの速度であることが好ましい。１ｍｍ／ｓｅｃより小さいと加工時間が長くなり生産性が悪くなる。１００ｍｍ／ｓｅｃより大きいと加工端面のバリ発生量が多くなる傾向にある。
【００２５】
なお、本発明に記載の加工方法を用いれば、開口部における角部の曲率半径が０．０１〜０．５ｍｍである繊維強化樹脂成形板を後加工の必要なく作製することができる。
【００２６】
曲率半径が０．０１〜０．５ｍｍの範囲で有れば、角部を削ることなくほぼ鋭角な角部と視認できる。特に製品のロゴ部分などは意匠性の観点から角部が鋭角であることを要求されることが多い。通常の切削加工で微細な曲率半径を有する角部を開口しようとした場合、使用する略円筒状の刃物の半径分に相当する円弧状部分が角部に残ってしまい、別工程で角部を削る必要があるのに対し、本発明の加工方法では繊維強化樹脂成形板を所望の形状のパンチで打ち抜くことで、後加工の必要なく微細な曲率半径を有する角部を開口することができる。
【００２７】
ただし、開口部における角部の曲率半径が０．０１ｍｍより小さくしようとした場合、加工を行うパンチの角部の曲率半径が０．０１ｍｍより小さくしなければならず、その結果パンチの角部の摩耗の進行が速くメンテナンス頻度が増えて好ましくない。また、角部の曲率半径が０．５ｍｍより大きいものは通常の切削加工方法でも作ることは可能である。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２９】
実施例、比較例に使用した繊維強化樹脂成形板の調製方法、および実施例、比較例で得られた打ち抜き加工品、切削加工品の評価項目およびその方法を以下に示す。
【００３０】
（ａ）繊維強化樹脂成形板
東レ（株）製炭素繊維“トレカ”（登録商標）プリプレグＰ３０５２Ｓ−１５（１方向プリプレグ、マトリックス樹脂：エポキシ樹脂）を５枚、０／９０／０／９０／０°の角度で積層し、金型温度１５０℃、面圧力５ＭＰａ、３０分で硬化した後、６０×６０ｍｍの正方形に切断し加工試験に使用した。成形品の厚みは０．７５ｍｍであった。
【００３１】
（ｂ）打ち抜き加工使用装置
プレス機：株式会社アマダ社製  デジタル電動サーボプレス  ＳＤＥ−４５１４Ｃ
金型：２０×２０ｍｍ正方形形状打ち抜き型
パンチ角部のＲは０．２ｍｍ
パンチとダイプレートのクリアランスはパンチの交換によって変更した。
【００３２】
クリアランスが４、１０、２５μｍとなるパンチを準備した。
【００３３】
（ｃ）切削加工装置
加工機：ローランドＤＧ（株）社製  ＭＤＸ−５４０
切削刃物：京セラ（株）社製  ダイヤ目ルータービット
ＤＲ−１００Ｌ  刃物径φ１．０ｍｍ
（ｄ）加工端面外観の評価
２０×２０ｍｍの正方形を抜いた加工品１０枚の加工端面を光学顕微鏡（株式会社キーエンス社製  デジタルマイクロスコープＶＨＸ−５００  レンズ倍率５０倍）で観察し、加工部端面周囲に発生しているバリの総面積を計測し、１０枚の平均を算出した。バリ総面積の平均値が５ｍｍ２以下を◎、５ｍｍ２を超え１０ｍｍ２以下を○、１０ｍｍ２を超えるものを×とした。
【００３４】
（ｅ）加工品角部形状の評価
２０×２０ｍｍの正方形を抜いた加工品１０枚の各４隅を光学顕微鏡（株式会社キーエンス社製  デジタルマイクロスコープＶＨＸ−５００  レンズ倍率５０倍）で観察し、角部の曲率半径を計測し１０枚の平均を算出した。平均値が０．３ｍｍ以下を○、０．３ｍｍを超えるものを×とした。
【００３５】
（ｆ）加工時間の評価
プレス機の実稼働時間（金型の上型部が下降を開始してから一連の打ち抜き動作を終え、上型部が完全に元の位置に戻るまでの時間）を測定し、稼働時間が５秒以下を◎、５秒を超え１０秒以下を○、１０秒を超えるものを×とした。
【００３６】
（ｇ）総合評価
加工端面と加工時間の総合で評価を行い、いずれも◎の場合は◎、◎と○の組み合わせの場合は○、いずれか一方でも×の場合は×とした。
【００３７】
［実施例１］
パンチとダイプレートのクリアランスが４μｍとなるパンチを使用した金型に、ダイプレートに空いた正方形の１辺と繊維強化樹脂成形板の表層の繊維の方向が平行になるように、ダイプレート上に置き、加工速度１０ｍｍ／ｓｅｃで打ち抜いた後、ストリッパープレートが繊維強化樹脂成形板を押さえた状態でパンチが繊維強化樹脂成形板表面から抜ける高さ上型を上昇させ、次いで同一の加工速度で再度上型を下降させた。繰り返し打ち抜き加工数は２回。評価結果を表１に示す。
【００３８】
［実施例２］
繰り返し打ち抜き加工回数を１０回に変更した以外は実施例１と同様に行った。評価結果を表１に示す。
【００３９】
［実施例３］
パンチとダイプレートのクリアランスが１０μｍとなるパンチを使用し、加工速度４０ｍｍ／ｓｅｃで繰り返し打ち抜き加工を５回行った。上型の稼動範囲は実施例１と同様に行った。評価結果を表１に示す。
【００４０】
［比較例１］
繰り返し打ち抜き加工を行わない点を除いては、実施例１と同様に加工を行った。評価結果を表１に示す。
【００４１】
［比較例２］
パンチとダイプレートのクリアランスが２５μｍとなるパンチを使用し、実施例２と同様に加工を行った。評価結果を表１に示す。
【００４２】
［比較例３］
繰り返し打ち抜き加工を２０回まで行う点を除いては、実施例３と同様に加工を行った。評価結果を表１に示す。
【００４３】
［比較例４］
前述した加工機と刃物を用いて、刃物回転数１００００ｒｐｍ、加工速度５００ｍｍ／ｍｉｎで繊維強化樹脂成形板に一辺が２０ｍｍの正方形状の加工を行った。評価結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
2009172753.tif 000003
【００４５】
表１の結果より、本発明の繊維強化樹脂成形板の加工方法により加工した繊維強化樹脂成形板（実施例１〜３）は、いずれもバリ発生量が小さく、加工時間も短い。（総合評価：○または◎）。
【００４６】
これに対し、打ち抜き回数が少ない（比較例１）、パンチとダイプレートのクリアランスが大きい（比較例２）、本発明の範囲を超えるものはバリの発生量が多くなる。また、打ち抜き回数が多い場合（比較例３）は、加工時間が長くなる。切削加工（比較例４）は加工部のバリの発生が多いだけでなく、角部の曲率半径は使用する刃物の半径になり、加工時間も長い。（総合評価：×）
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の繊維強化樹脂成形板の加工方法を用いれば、加工端面のバリ発生量が微小で、加工精度に優れる繊維強化樹脂成形板をコスト低く得ることができ、その結果、外観良好で機械特性に優れた成形品を得られ、パソコン、ＯＡ機器、ＡＶ機器、家電製品、玩具用品などの電気・電子機器の部品や機構部品、筐体、車両の外装部品などに広く利用することができるが、その応用範囲は、これらに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明における打ち抜き金型の一例を示す概略図である。
【図２】パンチとダイプレートとのクリアランスを示す概略図である。
【図３】本発明における加工時の金型の動きを示す模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１：ダイセット
２：パンチバッキングプレート
３：パンチプレート
４：パンチ
５：板押さえバネ
６：ストリッパープレート
７：ダイプレート
８：ダイバッキングプレート
９：クリアランス（パンチとダイプレートとのクリアランス）
１０：クリアランス（パンチとストリッパープレートとのクリアランス）
１１：繊維強化樹脂成形板（被加工材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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