カーボンマットブラケット
【課題】カーボン繊維で織られたカーボンクロスを、透明な樹脂シートまたは樹脂板で両面から挟み込み接着したベース材を加熱して、成形型で加圧成形することで表面が滑らかでカーボンクロスの織目文様に乱れの無い、薄くても十分な強度とデザイン性を兼備えたカーボンマットブラケット及び成形法を提供することを目的とする。
【解決手段】補強繊維材で織られた織布材２と、該織布材の両面を熱可塑性樹脂３ａからなる表層材３を積層して接着されたベース材１を、成形型６により前記ベース材１を加熱して軟化させて加圧成形することで所定の形状１０に成形されることを特徴とするカーボンマットブラケット。
【解決手段】補強繊維材で織られた織布材２と、該織布材の両面を熱可塑性樹脂３ａからなる表層材３を積層して接着されたベース材１を、成形型６により前記ベース材１を加熱して軟化させて加圧成形することで所定の形状１０に成形されることを特徴とするカーボンマットブラケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボン繊維で織られたカーボンクロスを熱可塑性樹脂材で両面を挟み加熱し加圧成形された、強度とデザイン性を兼備えたカーボンマットブラケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンマットブラケットは、複合材料の一種でＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ、カーボン繊維強化プラスチック）と呼ばれ、航空機やスポーツカーの車体やパネルを成形する際に、軽量で強度の高い素材として広く使用されている。従来のカーボンマットブラケットの成形は、カーボン繊維で織った織布材（以下、カーボンクロスと記す）を型の上に敷いて、硬化剤を混ぜたエポキシ樹脂等の液体樹脂に浸し、ローラや刷毛等で塗り固めて成形する熱硬化法と、熱可塑性樹脂を加熱して軟化させ型に嵌めて成形する方法が一般的である。
【０００３】
図４に示す熱硬化法は、柔らかいカーボンクロス４１を型４７に嵌めて、硬化剤を混ぜた液体樹脂４４をローラ４６で塗り重ねるため、カーボンマットブラケットの成形を簡単に行うことができる。
【０００４】
熱可塑性樹脂を使用した加熱加圧成形は、例えば成形型の表面を局所的に加熱し、ワークを加熱することにより熱可塑性樹脂を軟化させて変形加工を容易にし、または射出成形型の表面を加熱して加圧加工を容易にして熱可塑性樹脂の流動を円滑にする方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１１９８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のカーボンマットブラケットは、成形する工程で液体樹脂４４を均等にカーボンクロス４１の繊維に浸み込ませる必要から、図４に示すようにカーボンクロス４１を液体樹脂４４に浸しながら、ローラ４６や刷毛等で掃いて液体樹脂４４を浸透させている。ローラ４６や刷毛でカーボンクロス４１の表面を掃く際に、カーボンクロス４１の織目の間隔が開いて織目文様が乱れてしまうという問題がある。
【０００７】
また、機械による射出成形の場合、重ねたカーボンクロスと熱可塑性樹脂板の周辺は固定されているが織目は自由な状態で保持されるため、型に入れて射出成形される際に軟化した熱可塑性樹脂の流動により織目が乱れることがあり、完成したカーボンマットブラケットの表面に浮き出たカーボンクロスの織目文様が乱れて、美観を損なう製品となってしまう問題がある。
【０００８】
本発明は以上の点に着目し成されたもので、透明な熱可塑性の樹脂シートまたは樹脂板からなる表層材でカーボンクロスを両面から挟み込み一旦接着したベース材を作成し、カーボンクロスの織目文様を固定して織目の乱れをなくした後、ベース材を加熱し軟化させ成形型で加圧成形する２段階の成形法を実施することで、表面は表層材の樹脂層により滑らかとなり、浮出るカーボンクロスの織目文様も均一で見栄えも良く、薄くても十分な強度とデザイン性を兼備えたカーボンマットブラケット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】
【０００９】
本発明は上述の目的を達成するため、以下（１）〜（３）の構成を備えるものである。
【００１０】
（１）補強繊維材で織られた織布材と、該織布材の両面を熱可塑性樹脂からなる表層材を積層して接着されたベース材を、成形型により前記ベース材を加熱して軟化させて加圧成形することで所定の形状に成形されることを特徴とするカーボンマットブラケット。
【００１１】
（２）前記補強繊維材が、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維を含む化学繊維からなること特徴とする前記（１）記載のカーボンマットブラケット。
【００１２】
（３）前記ベース材の厚さに応じて、前記ベース材を軟化させる加熱の温度を任意に設定できることを特徴とする前記（１）または（２）記載のカーボンマットブラケット。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のカーボンマットブラケットでは、予めカーボンクロスの織目文様の乱れをなくすため、製品仕様の厚さに応じて透明な熱可塑性の樹脂シートまたは樹脂板の表層材で、カーボンクロスの両面を挟み込んで接着し、カーボンマットブラケットのベース材を作成する。次に作成したベース材を加熱して樹脂を軟化させ、型に入れて加圧成形する２段階の成形法を実施することで、表面は表層材の樹脂層により滑らかで光沢があり、且つカーボンクロスの織目文様にも乱れのない均一な仕上がりに成形することが可能となり、カーボンクロスの持つ強度と均一な織目文様からなるデザイン性を兼備えたカーボンマットブラケットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施例に係るカーボンマットブラケットのベース材の構成図、（ａ）ベース材の外観図、（ｂ）ベース材の分解図
【図２】本実施例に係るカーボンマットブラケットの成形法を示す図、（ａ）成形型による加圧成形の構成図、（ｂ）加圧成形されたカーボンマットブラケットを示す図
【図３】本実施例に係るカーボンマットブラケットの斜視図、（ａ）加圧成形されたカーボンマットブラケットの斜視図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図
【図４】従来のカーボンマットブラケットの成形方法を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づいて詳しく説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は、本実施例に係るカーボンマットブラケットのベース材で、図１（ａ）はベース材の外観図、図１（ｂ）はサンドイッチ構造を示すベース材の分解図である。図中において、１はカーボンマットブラケット１０のベース材、２はカーボンクロス、及び３はカーボンクロス２を挟み込む透明な熱可塑性樹脂の表層材で、同じ厚さの樹脂板３ａを２枚合わせにして構成される。
【００１７】
本実施例に係るカーボンマットブラケット１０のベース材１の作成方法は、製品仕様の厚さに応じて、２枚の透明な熱可塑性の樹脂板３ａの片面に熱可塑性樹脂からなる接着剤を塗布し、その内側にカーボンクロス２を挟み積層して接着する方法と、接着剤を使用せず２枚の透明な樹脂板３ａの間にカーボンクロス２を挟み込んで加熱し、熱可塑性の樹脂板３ａを軟化させ接着を行う方法とにより、カーボンクロス２と表層材３を構成する樹脂板３ａとが一体となったサンドイッチ構造のベース材１を作成する。
【００１８】
サンドイッチ構造のベース材１を作成する目的は、表層材３を構成する樹脂板３ａでカーボンクロス２を挟み込んで接着し一体化することで、予め織目を固定して織目文様の乱れをなくし、カーボンマットブラケット１０を加圧成形する際、カーボンクロス２が表層材３の厚さの中央位置に来るようにすることである。
【００１９】
尚、本実施例における表層材３については、厚さにおいて１ｍｍ未満をシート、１ｍｍ以上を板とする。また表層材３に使用する樹脂板３ａの厚さにより熱可塑性樹脂が軟化する温度が異なるため、樹脂を軟化する際に１００℃〜３００℃の間で任意に温度が設定できるものとする。
【００２０】
図２はカーボンマットブラケット１０の成形法を示す図である。最初にカーボンクロス２と表層材３とが一体となったサンドイッチ構造のベース材１を作成し、次に該ベース材１の厚さに合わせ任意の温度で加熱して表層材３の熱可塑性樹脂を軟化させ、所定の形状の成形型６で加圧成形を行う２段階の成形法によりカーボンマットブラケット１０を作成する。図２（ａ）に示す予め製品型６ｃが成形された成形型６の凹型６ａと凸型６ｂとの間に、加熱して軟化させたベース材１を挟み込み加圧成形することで、図２（ｂ）に示す所定の製品型６ｃの形状に型抜きされたカーボンマットブラケット１０が成形される。
【００２１】
図３の型抜きされたカーボンマットブラケット１０で、その構造を説明する。図３（ａ）に示す型抜きされたカーボンマットブラケット１０の斜視図より、作成したカーボンマットブラケット１０の表面は、表層材３の樹脂層により滑らかで光沢があり、表面に浮き出るカーボンクロス２の織目文様にも乱れのない均一な仕上がりとなる。図３（ｂ）に示すＡ−Ａ断面図より、カーボンマットブラケット１０は、予めサンドイッチ構造に成形したベース材１を使用することで、カーボンクロス２の位置が表層材３の断面の板厚中央に来るように成形される。カーボンクロス２を覆う透明な表層材３の厚さを均一に成形することで、カーボンクロス２の織目文様の見え方が、表層材３のレンズ効果による視覚的な歪み等の乱れが発生しない均一な見え方を確保することで、カーボンクロス２の織目文様に乱れのない均一な仕上がりとなり、デザイン性と強度を兼備えたカーボンマットブラケット１０を作成することができる。
【００２２】
尚、本実施例の補強繊維材として、カーボン繊維で織られたカーボンクロス２を主に説明したが、表層材で挟み込む補強繊維材で織られた織布材は、ガラス繊維、アラミド繊維等の化学繊維の織布であっても同様に作成することができる。
【００２３】
以上、本発明のカーボンマットブラケットによれば、最初に透明な熱可塑性の表層材でカーボンクロスの両面を挟み込んで接着したカーボンマットブラケットのベース材を作成し、次にベース材を加熱して樹脂を軟化させ、成形型で加圧成形する２段階の成形法を実施することで、表面は表層材の厚さが均一な樹脂層により滑らかで光沢があり、且つカーボンクロスの織目文様にも乱れのない仕上がりとなり、強度とデザイン性を兼備えたカーボンマットブラケットを提供することができる。
【符号の説明】
【００２４】
１ ベース材
２ カーボンクロス（補強繊維材で織られた織布材に対応）
３ 表層材
３ａ 樹脂板（熱可塑性樹脂に対応）
６ 成形型
６ａ 凹型
６ｂ 凸型
６ｃ 製品型
１０ カーボンマットブラケット
４１ カーボンクロス
４４ 液体樹脂
４５ 容器
４６ ローラ
４７ 型
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボン繊維で織られたカーボンクロスを熱可塑性樹脂材で両面を挟み加熱し加圧成形された、強度とデザイン性を兼備えたカーボンマットブラケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンマットブラケットは、複合材料の一種でＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ、カーボン繊維強化プラスチック）と呼ばれ、航空機やスポーツカーの車体やパネルを成形する際に、軽量で強度の高い素材として広く使用されている。従来のカーボンマットブラケットの成形は、カーボン繊維で織った織布材（以下、カーボンクロスと記す）を型の上に敷いて、硬化剤を混ぜたエポキシ樹脂等の液体樹脂に浸し、ローラや刷毛等で塗り固めて成形する熱硬化法と、熱可塑性樹脂を加熱して軟化させ型に嵌めて成形する方法が一般的である。
【０００３】
図４に示す熱硬化法は、柔らかいカーボンクロス４１を型４７に嵌めて、硬化剤を混ぜた液体樹脂４４をローラ４６で塗り重ねるため、カーボンマットブラケットの成形を簡単に行うことができる。
【０００４】
熱可塑性樹脂を使用した加熱加圧成形は、例えば成形型の表面を局所的に加熱し、ワークを加熱することにより熱可塑性樹脂を軟化させて変形加工を容易にし、または射出成形型の表面を加熱して加圧加工を容易にして熱可塑性樹脂の流動を円滑にする方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１１９８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のカーボンマットブラケットは、成形する工程で液体樹脂４４を均等にカーボンクロス４１の繊維に浸み込ませる必要から、図４に示すようにカーボンクロス４１を液体樹脂４４に浸しながら、ローラ４６や刷毛等で掃いて液体樹脂４４を浸透させている。ローラ４６や刷毛でカーボンクロス４１の表面を掃く際に、カーボンクロス４１の織目の間隔が開いて織目文様が乱れてしまうという問題がある。
【０００７】
また、機械による射出成形の場合、重ねたカーボンクロスと熱可塑性樹脂板の周辺は固定されているが織目は自由な状態で保持されるため、型に入れて射出成形される際に軟化した熱可塑性樹脂の流動により織目が乱れることがあり、完成したカーボンマットブラケットの表面に浮き出たカーボンクロスの織目文様が乱れて、美観を損なう製品となってしまう問題がある。
【０００８】
本発明は以上の点に着目し成されたもので、透明な熱可塑性の樹脂シートまたは樹脂板からなる表層材でカーボンクロスを両面から挟み込み一旦接着したベース材を作成し、カーボンクロスの織目文様を固定して織目の乱れをなくした後、ベース材を加熱し軟化させ成形型で加圧成形する２段階の成形法を実施することで、表面は表層材の樹脂層により滑らかとなり、浮出るカーボンクロスの織目文様も均一で見栄えも良く、薄くても十分な強度とデザイン性を兼備えたカーボンマットブラケット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】
【０００９】
本発明は上述の目的を達成するため、以下（１）〜（３）の構成を備えるものである。
【００１０】
（１）補強繊維材で織られた織布材と、該織布材の両面を熱可塑性樹脂からなる表層材を積層して接着されたベース材を、成形型により前記ベース材を加熱して軟化させて加圧成形することで所定の形状に成形されることを特徴とするカーボンマットブラケット。
【００１１】
（２）前記補強繊維材が、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維を含む化学繊維からなること特徴とする前記（１）記載のカーボンマットブラケット。
【００１２】
（３）前記ベース材の厚さに応じて、前記ベース材を軟化させる加熱の温度を任意に設定できることを特徴とする前記（１）または（２）記載のカーボンマットブラケット。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のカーボンマットブラケットでは、予めカーボンクロスの織目文様の乱れをなくすため、製品仕様の厚さに応じて透明な熱可塑性の樹脂シートまたは樹脂板の表層材で、カーボンクロスの両面を挟み込んで接着し、カーボンマットブラケットのベース材を作成する。次に作成したベース材を加熱して樹脂を軟化させ、型に入れて加圧成形する２段階の成形法を実施することで、表面は表層材の樹脂層により滑らかで光沢があり、且つカーボンクロスの織目文様にも乱れのない均一な仕上がりに成形することが可能となり、カーボンクロスの持つ強度と均一な織目文様からなるデザイン性を兼備えたカーボンマットブラケットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施例に係るカーボンマットブラケットのベース材の構成図、（ａ）ベース材の外観図、（ｂ）ベース材の分解図
【図２】本実施例に係るカーボンマットブラケットの成形法を示す図、（ａ）成形型による加圧成形の構成図、（ｂ）加圧成形されたカーボンマットブラケットを示す図
【図３】本実施例に係るカーボンマットブラケットの斜視図、（ａ）加圧成形されたカーボンマットブラケットの斜視図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図
【図４】従来のカーボンマットブラケットの成形方法を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づいて詳しく説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は、本実施例に係るカーボンマットブラケットのベース材で、図１（ａ）はベース材の外観図、図１（ｂ）はサンドイッチ構造を示すベース材の分解図である。図中において、１はカーボンマットブラケット１０のベース材、２はカーボンクロス、及び３はカーボンクロス２を挟み込む透明な熱可塑性樹脂の表層材で、同じ厚さの樹脂板３ａを２枚合わせにして構成される。
【００１７】
本実施例に係るカーボンマットブラケット１０のベース材１の作成方法は、製品仕様の厚さに応じて、２枚の透明な熱可塑性の樹脂板３ａの片面に熱可塑性樹脂からなる接着剤を塗布し、その内側にカーボンクロス２を挟み積層して接着する方法と、接着剤を使用せず２枚の透明な樹脂板３ａの間にカーボンクロス２を挟み込んで加熱し、熱可塑性の樹脂板３ａを軟化させ接着を行う方法とにより、カーボンクロス２と表層材３を構成する樹脂板３ａとが一体となったサンドイッチ構造のベース材１を作成する。
【００１８】
サンドイッチ構造のベース材１を作成する目的は、表層材３を構成する樹脂板３ａでカーボンクロス２を挟み込んで接着し一体化することで、予め織目を固定して織目文様の乱れをなくし、カーボンマットブラケット１０を加圧成形する際、カーボンクロス２が表層材３の厚さの中央位置に来るようにすることである。
【００１９】
尚、本実施例における表層材３については、厚さにおいて１ｍｍ未満をシート、１ｍｍ以上を板とする。また表層材３に使用する樹脂板３ａの厚さにより熱可塑性樹脂が軟化する温度が異なるため、樹脂を軟化する際に１００℃〜３００℃の間で任意に温度が設定できるものとする。
【００２０】
図２はカーボンマットブラケット１０の成形法を示す図である。最初にカーボンクロス２と表層材３とが一体となったサンドイッチ構造のベース材１を作成し、次に該ベース材１の厚さに合わせ任意の温度で加熱して表層材３の熱可塑性樹脂を軟化させ、所定の形状の成形型６で加圧成形を行う２段階の成形法によりカーボンマットブラケット１０を作成する。図２（ａ）に示す予め製品型６ｃが成形された成形型６の凹型６ａと凸型６ｂとの間に、加熱して軟化させたベース材１を挟み込み加圧成形することで、図２（ｂ）に示す所定の製品型６ｃの形状に型抜きされたカーボンマットブラケット１０が成形される。
【００２１】
図３の型抜きされたカーボンマットブラケット１０で、その構造を説明する。図３（ａ）に示す型抜きされたカーボンマットブラケット１０の斜視図より、作成したカーボンマットブラケット１０の表面は、表層材３の樹脂層により滑らかで光沢があり、表面に浮き出るカーボンクロス２の織目文様にも乱れのない均一な仕上がりとなる。図３（ｂ）に示すＡ−Ａ断面図より、カーボンマットブラケット１０は、予めサンドイッチ構造に成形したベース材１を使用することで、カーボンクロス２の位置が表層材３の断面の板厚中央に来るように成形される。カーボンクロス２を覆う透明な表層材３の厚さを均一に成形することで、カーボンクロス２の織目文様の見え方が、表層材３のレンズ効果による視覚的な歪み等の乱れが発生しない均一な見え方を確保することで、カーボンクロス２の織目文様に乱れのない均一な仕上がりとなり、デザイン性と強度を兼備えたカーボンマットブラケット１０を作成することができる。
【００２２】
尚、本実施例の補強繊維材として、カーボン繊維で織られたカーボンクロス２を主に説明したが、表層材で挟み込む補強繊維材で織られた織布材は、ガラス繊維、アラミド繊維等の化学繊維の織布であっても同様に作成することができる。
【００２３】
以上、本発明のカーボンマットブラケットによれば、最初に透明な熱可塑性の表層材でカーボンクロスの両面を挟み込んで接着したカーボンマットブラケットのベース材を作成し、次にベース材を加熱して樹脂を軟化させ、成形型で加圧成形する２段階の成形法を実施することで、表面は表層材の厚さが均一な樹脂層により滑らかで光沢があり、且つカーボンクロスの織目文様にも乱れのない仕上がりとなり、強度とデザイン性を兼備えたカーボンマットブラケットを提供することができる。
【符号の説明】
【００２４】
１ ベース材
２ カーボンクロス（補強繊維材で織られた織布材に対応）
３ 表層材
３ａ 樹脂板（熱可塑性樹脂に対応）
６ 成形型
６ａ 凹型
６ｂ 凸型
６ｃ 製品型
１０ カーボンマットブラケット
４１ カーボンクロス
４４ 液体樹脂
４５ 容器
４６ ローラ
４７ 型
【特許請求の範囲】
【請求項１】
補強繊維材で織られた織布材と、該織布材の両面を熱可塑性樹脂からなる表層材を積層して接着されたベース材を、
成形型により前記ベース材を加熱して軟化させて加圧成形することで所定の形状に成形されることを特徴とするカーボンマットブラケット。
【請求項２】
前記補強繊維材が、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維を含む化学繊維からなること特徴とする請求項１記載のカーボンマットブラケット。
【請求項３】
前記ベース材の厚さに応じて、前記ベース材を軟化させる加熱の温度を任意に設定できることを特徴とする請求項１または請求項２記載のカーボンマットブラケット。
【請求項１】
補強繊維材で織られた織布材と、該織布材の両面を熱可塑性樹脂からなる表層材を積層して接着されたベース材を、
成形型により前記ベース材を加熱して軟化させて加圧成形することで所定の形状に成形されることを特徴とするカーボンマットブラケット。
【請求項２】
前記補強繊維材が、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維を含む化学繊維からなること特徴とする請求項１記載のカーボンマットブラケット。
【請求項３】
前記ベース材の厚さに応じて、前記ベース材を軟化させる加熱の温度を任意に設定できることを特徴とする請求項１または請求項２記載のカーボンマットブラケット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２１８５８１（Ｐ２０１１−２１８５８１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８７０２０（Ｐ２０１０−８７０２０）
【出願日】平成２２年４月５日（２０１０．４．５）
【出願人】（５１００９４７４６）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月５日（２０１０．４．５）
【出願人】（５１００９４７４６）
【Ｆターム（参考）】
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