湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品
【課題】高強度化、軽量化に加えて、従来の方法では達成できなかった湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品の良好な外観を得ることができ、この特性が要求される用途に適した湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品を提供する。
【解決手段】連続繊維束を有する連続繊維強化シートを含む少なくとも３層以上からなる積層体からなり、意匠面を構成する最表層１１から２層目に不織布シート１３が挟まれるとともに、最表層１１の連続繊維束の配向方向に直交する方向に湾曲してなることを特徴とする湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品１０。
【解決手段】連続繊維束を有する連続繊維強化シートを含む少なくとも３層以上からなる積層体からなり、意匠面を構成する最表層１１から２層目に不織布シート１３が挟まれるとともに、最表層１１の連続繊維束の配向方向に直交する方向に湾曲してなることを特徴とする湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品１０。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばパソコンやＯＡ機器、携帯電話等の部品や筐体部分として用いられる、軽量、高強度・高剛性、高意匠性が要求される繊維強化プラスチック成形品に関する。特に本発明は、高意匠性が要求され、湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
パソコン、携帯電話等の電気・電子機器製品に用いられるケーシングに対しては、高強度、軽量化（薄肉化）の両立に加え、さらに製品として顧客の目に触れる箇所であることから、外観がきれいなこと、すなわち高意匠性が求められるようになってきている。意匠性の面においては、使いやすさの観点等からも、湾曲形状等といった曲面を有する形状が求められるようになってきている。
【０００３】
ケーシングの高強度、軽量化(薄肉化)を両立させるため、ガラス繊維や炭素繊維などの高機能繊維で樹脂を強化した繊維強化部材を使用した材料が多数提案されている。繊維強化部材に用いられる繊維基材としては、複数の強化繊維を束ねた強化繊維束を織物にしたクロス材や、強化繊維束を一方向に引きそろえたＵＤ材（Ｕｎｉ−Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ材）等が挙げられる。
【０００４】
また、繊維強化部材の外観に高意匠性を持たせるため、繊維強化部材の最表層に強化繊維束の織り模様が現れるように繊維基材を配置することが提案されている。このとき、繊維強化部材の表面に織り模様が一様に形成されている場合は製品として使用出来るものの、織り模様が乱れたりすると、たとえ強度等は満足していても、意匠性が失われるため、もはや製品に使用することができなくなることも少なくない。
【０００５】
ここで、クロス材やＵＤ材を最表層に使用する場合は、クロス材やＵＤ材の織り模様がそのまま意匠面として用いられるものの、製品形状によっては、加工時に織り模様を一様に保持できない等により、しばしば意匠性が得られないことがある。例えば、携帯電話ケーシングのように屈曲部を持つ形状にクロス材を適用した場合、強化繊維束の織り模様にズレが生じ、均一な格子模様が損なわれることがある。また、ＵＤ材を適用した場合には、強化繊維束が拘束されないＵＤ材特有の構成により、強化繊維束の目曲がりが生じたり、隣接する繊維基材の表面状態の影響を受けたりするため、一様な織り模様が得られにくくなっている。
【０００６】
これまでにも、高強度化と軽量化（薄肉化）の両立に加え、高意匠性を実現させる様々な繊維強化部材が提案されている。特許文献１では、コア材と表面材とから構成されるパネルにおいて表面材に繊維が斜交する一対以上の一方向性炭素繊維プリプレグからなる炭素繊維強化プラスチックを使用し、コア材として芳香族ポリアミド不織布で成形されたハニカムを使用することで、軽量且つ耐衝撃性に優れたサンドイッチパネルを提供している。しかし、コア材の形状をハニカムとしているため、炭素繊維プリプレグがハニカムの凹部に落ち込むことがあり、凹凸のない意匠面を目指す筐体への適応は難しいと考えられる。
【０００７】
特許文献２では、炭素繊維強化熱硬化性樹脂シートの双方の面にそれぞれ熱可塑性樹脂フィルムを積層させ、高温環境下にもその表面の平滑性が損なわれることがない炭素繊維強化樹脂成形物を実現している。しかしながら、この方法では表面の平滑性は実現できるものの、意匠面最表層に新たにフィルム層を設けることは薄肉化を目指す筐体に適応するのは非現実的であるとともに、屈曲部を形成する際に強化繊維シートが横滑りして積層体形状が維持できず、所定の強度を発現することは困難と思われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２０８４６５号公報
【特許文献２】特開平１０−１３８３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、高強度化、軽量化に加えて、従来の方法では達成できなかった湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品の良好な外観を得ることができるものであり、この特性が要求される用途に適した湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
（１）連続繊維束を有する連続繊維強化シートを含む少なくとも３層以上からなる積層体からなり、意匠面を構成する最表層から２層目に不織布シートが挟まれるとともに、最表層の連続繊維束の配向方向に直交する方向に湾曲してなることを特徴とする湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品。
（２）前記不織布シートの厚さが０．００５ｍｍ〜０．１ｍｍである（１）に記載の湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品。
（３）前記連続繊維強化シートが、強化繊維束を一方向に配向した連続繊維強化シートである（１）または（２）に記載の湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品。
（４）前記連続強化繊維シートの強化繊維が炭素繊維である（１）〜（３）のいずれかに記載の湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品。
（５）（１）〜（４）のいずれかの湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品を含むことを特徴とする電子機器筐体。
である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、軽量性、高剛性を維持したまま、厚さをほとんど変えることなく、連続繊維強化シート中の繊維の流動を抑制し、また不織布層を挟むことで下層の織り模様を最表層に出現させなくすることで、意匠性を向上させることができ、これらの特性を有するパソコンや携帯情報端末などの電気・電子機器の筐体を製造するのに適した複合成形品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品における（ａ）斜視図、（ｂ）連続繊維強化シートと不織布シートの積層構成を示す概略図、（ｃ）最表層における強化繊維束のばらつきを示す模式図、である。
【図２】比較例として用いる湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品における（ａ）斜視図、（ｂ）連続繊維強化シートの積層構成を示す概略図、（ｃ）最表層における強化繊維束のばらつきを示す模式図、である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品について、図面を用いて説明する。
【００１４】
図１（ａ）は、本発明に係る湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品１０の斜視図である。湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品１０は、図１（ｂ）に示すように、最表層１１と支持層１２との間に不織布シート１３が挟まれた積層構成からなる。最表層１１は連続繊維強化シートであり、支持層１２は１又は複数の連続繊維強化シートが積層されたものである。
【００１５】
最表層１１、支持層１２を構成する連続繊維強化シートに用いられる強化繊維としては、例えばアルミニウム繊維、黄銅繊維、ステンレス繊維などの金属繊維、ポリアクリロニトリル系、レーヨン系、リグニン系、ピッチ系等の炭素繊維や黒鉛繊維、ガラス繊維、シリコンカーバイト繊維、シリコンナイトライド繊維などの無機繊維や、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、ポリフェニレンスルフィド繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ナイロン繊維、ポリエチレン繊維などの有機繊維等が使用できる。これらの強化繊維は単独で用いても、また、２種以上併用しても良い。なかでも、比強度、比剛性、軽量性のバランスの観点から炭素繊維が好ましく、比強度・比弾性率に優れる点でポリアクリロニトリル系炭素繊維を少なくとも含むことが好ましい。
【００１６】
最表層１１，支持層１２に用いられる連続繊維強化シートは、ＵＤ材、クロス材やその他の織物を使用できる。ＵＤ材としては一方向の強化繊維束で強化したシートであり、クロス材としては縦方向の繊維束と横方向の強化繊維束を織ったシートが挙げられる。これら以外においても強化繊維が配向されているシート状の織物であれば使用可能である。これらの中でも特に、縦クロス材のような織り目の凹凸なく平滑であるという観点から、ＵＤ材が好ましい。なお、強化繊維束を構成する強化繊維の本数には特に制限はないものの、３，０００〜２４，０００本の範囲とすることが好ましい。３，０００本未満になると、強化繊維束自身が細くなり、シートに十分な繊維束が配列されず、ＵＤ材やクロス材を構成しづらくなる。また、２４，０００本を越えると、逆に強化繊維束が太くなり、均一な厚みの連続繊維強化シートを構成しづらくなる。特に好ましくは、６，０００〜１２，０００本の範囲である。また、連続繊維強化シートの目付は、特に制限するものではないものの、１４０〜１７０ｇ／ｍ２程度の範囲であることが、積層時、ハンドリング性がよいという点で好ましい。
【００１７】
支持層１２に用いられる強化繊維を含んだシートは、強化繊維を含む複数の層から構成されるものであっても良い。
【００１８】
なお、支持層１２に用いられる連続繊維強化シートは、複数の強化繊維を組み合わせた連続繊維強化シートを用いてもよく、また、一部が強化繊維以外の繊維を含んだ連続繊維強化シートであってもよい。
【００１９】
連続繊維強化シートのマトリックス樹脂として使用される樹脂としては、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂のいずれでも好適に用いることができる。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（ＰＥＮ）樹脂、液晶ポリエステル樹脂等のポリエステル樹脂や、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や、スチレン系樹脂の他や、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、ポリメチレンメタクリレート（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、熱可塑性ポリイミド（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、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）樹脂、ポリアリレート（ＰＡＲ）樹脂、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）樹脂、熱可塑性フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂などのフッ素系樹脂、更にポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリブタジエン系樹脂、ポリイソプレン系樹脂、フッ素系樹脂等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体、変性体、および２種類以上ブレンドした樹脂があげられる。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（レゾール型）樹脂、ユリア・メラミン樹脂、ポリイミド樹脂等や、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があげられる。これらの中でも、剛性、強度に優れることから、熱硬化性樹脂が好ましく、とりわけエポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂が成形品の力学特性の観点からより好ましい。マトリックス樹脂には更に耐衝撃性向上等のために、熱硬化性樹脂に熱可塑性樹脂および／またはその他のエラストマーもしくはゴム成分等を添加した樹脂を用いてもよい。
【００２０】
また、マトリックスの別の好ましい態様として、樹脂以外にも、チタン、マグネシウム、アルミニウム等の金属を用いることも可能である。
【００２１】
不織布シート１３としては、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂からなる不織布を用いることができる。この中でも、高温で軟化し、繊維強化樹脂シートとの密着性がよい熱可塑性樹脂がとくに好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、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や、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ）樹脂等のスチレン系樹脂や、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（ＰＥＮ）樹脂、液晶ポリエステル樹脂等のポリエステル樹脂や、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、熱可塑性ポリイミド（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、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）樹脂、ポリアリレート（ＰＡＲ）樹脂、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）樹脂、熱可塑性フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂などのフッ素系樹脂、更にポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素系等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体、変性体、および２種類以上のブレンド、ポリマーアロイなどがあげられる。これらのうち耐熱性、コストの観点からとくにポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）樹脂が好ましい。また、不織布シート１３に樹脂が含浸されたシートを用いても良い。含浸させる樹脂としては、特に制限するものではないが、軽量かつ高強度の繊維強化プラスチック成形品を得るためには、前述のマトリックス樹脂と同じ樹脂が用いられていることが好ましい。
【００２２】
本発明の湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品１０は、前述のように、連続繊維強化シートからなる最表層１１と、連続繊維強化シートを積層した支持層１２との間に、不織布シート１３を挟んだ構成からなるものである。最表層１１は１層とし、支持層１２は連続繊維強化シートを２層以上積層した構成とすることが好ましい。
【００２３】
最表層１１、支持層１２を構成する連続繊維強化シートの組み合わせについて、特に限定されるものではないものの、少ない積層枚数で所定の強度等を発揮させるためには、同一の織り組織を有する連続繊維強化シートを用いることが好ましい。
【００２４】
最表層１１および支持層１２の積層方法について、不織布シート１３を除いた最表層１１と支持層１２からなる積層体が、積層体の中心から両表層に向かって対称となるように連続繊維強化シートの織り組織を配置することが好ましい。ここで対称となるように配置するとは、最表層１１と支持層１２を構成する連続繊維強化シートの枚数が偶数の場合は、その積層枚数の半分にあたる連続繊維強化シートの接する面に対して対称となるように配置されることをいい、奇数の場合は中心に配置される連続繊維強化シートに対して、その両側に配置される連続繊維強化シートが対称に配置されることである。さらに、それぞれの連続繊維強化シートの繊維配向も対称になるように配置されることがさらに好ましい。例えば、同一の織り組織からなるＵＤ材を６層積層（偶数）する場合、繊維配列方向が上から０°／９０°／０°／０°／９０°／０°となるように積層させることができる。また、ＵＤ材を７層積層（奇数）する場合、繊維配列方向が上から０°／９０°／０°／９０°／０°／９０°／０°となるように積層させることができる。ここで、０°とは、図１（ａ）において強化繊維束配列方向の矢印と平行に強化繊維束が配向する状態を、９０°は矢印に直交するように強化繊維束が配向する状態を指す。このように連続繊維強化シートを対称に配置すると、反りや撓みのない繊維強化プラスチック成形品が得られる。逆に対称に配置しないと、強化繊維束の配向によって、反りや撓みを発生させる原因となる。
【００２５】
そして、本発明は、意匠面となる最表層１１から２層目に不織布シート１３を挟むことが重要である。不織布シート１３は、連続繊維強化シートの強化繊維束の凹凸を吸収するとともに、不織布シート１３を含む連続繊維強化シートの積層体を湾曲形状にする場合に、図１（ｃ）に示すように、最表層１１を構成する強化繊維束のばらつきを抑制して、最表層１１の意匠性を高めることができる。
【００２６】
最表層１１および支持層１２は、前述のように、９０°ずつ直交させるように、異なる繊維方向に積層することがある。断面が略円形や略楕円形の連続繊維束を同一方向に複数配列されたＵＤ材は、連続繊維束同士が接する境界近傍では、構造上凹部が形成されるため、積層した連続繊維強化シートの強化繊維束が、この凹部に落ち込み、表面に凹凸を形成することがある。さらに、ＵＤ材等の連続繊維強化シートは、連続繊維束の断面形状が一様とは限らず、また連続繊維束同士の間隙にもばらつき（繊維密度差）が有ることも多い。このため、積層枚数が増えると、このような強化繊維束のばらつき等に起因して、表面に凹凸が形成されやすくなる。本発明においても、支持層１２の表面は、このような凹凸が形成されていることが考えられ、この支持層１２の上に直接最表層１１を積層させると、支持層１２表面の凹凸の影響を受け、最表層１１の表面を平滑にすることが困難になる。
【００２７】
このような支持層１２の表面に不織布シート１３を配置すると、不織布シート１３のランダムな繊維配向により、支持層１２表面の凹凸を吸収することができる。また、最表層１１を不織布シート１３上に載置しても、最表層１１自身の強化繊維束のばらつきに起因する凹凸が不織布シート１３に吸収されるため、支持層１２にまで影響を与えることがない。したがって、図１（ｃ）に示すように、最表層１１自身の平滑性が、そのまま繊維強化プラスチック成形品の意匠性として発現できるのである。
【００２８】
さらに、不織布シート１３は、繊維方向がランダムであるため、最表層１１や支持層１２の方向、すなわち、繊維強化プラスチック成形品の厚さ方向に向く繊維が存在し、この繊維が最表層１１や支持層１２の表面に引っかかることにより、アンカー効果を発揮して最表層１１や支持層１２と高い接着性を発現させることができる。
【００２９】
ここで、本発明のように、最表層の連続繊維束の配向方向に直交する方向に湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品において、図２（ｂ）のように不織布シート１３がない場合には、図２（ｃ）に示すように、湾曲部において強化繊維束同士の間隔にばらつきが生じやすくなる。湾曲形状では樹脂が流動しやすく、繊維密度に差が出るため、部分的には強化繊維が存在しない樹脂のみの部分が形成される。後述するように、樹脂を硬化させると、この樹脂のみの部分にヒケが発生して、最表層１１の表面に凹凸を生じさせることもある。不織布シート１３を載置すると、支持層１２表面の凹凸の影響を受けないばかりでなく、繊維強化プラスチック成形品の厚さ方向に向く繊維により最表層１１の強化繊維束が湾曲に沿ってばらつきにくくなり、また軟化した樹脂が不織布シート１３内に流れることで密度差のばらつきが生じにくくなり、強化繊維束が均等に配列された湾曲形状を形成することができる。これによって、最表層１１には樹脂のみの部分も形成されにくくなり、硬化時におけるヒケも発生しにくく、平滑で高意匠性を発現することができるのである。
【００３０】
なお、図１（ｃ）、図２（ｃ）ともに、最表層１１として強化繊維束が一方向に配向したＵＤ材を連続繊維強化シートとした例で説明したが、本発明はこれに限定されることなく、クロス材を用いることも可能である。クロス材の場合、強化繊維束が直交するように構成されているため、いずれか一方の強化繊維束の配向方向に直交する方向に湾曲形状を有するものであればよい。
【００３１】
ここで、不織布シート１３の厚さは、湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品１０全体の厚みを抑制するためにも、０．００５ｍｍ〜０．１ｍｍであることが好ましい。０．１ｍｍより厚いと連続繊維強化シートの対称性が失われ、反りが発生するおそれがある。０．００５ｍｍより薄い場合は、その薄さのため、下層の凹凸を十分な吸収できず、下層の織り模様が現れるのを抑制する効果を期待することは難しい。厚みの増加と反りの影響を考慮すると、０．００５ｍｍ〜０．０３ｍｍがさらに好ましい。
【００３２】
本発明の対象とする成形プロセスは、マトリックス樹脂があらかじめ含浸されたプリプレグを連続強化繊維シートとした積層体を、加圧すると同時に加熱硬化して板状の成形品を得るプロセスであり、このような成形が可能な方法であれば特に限定されるものではない。例えば、加熱された一対の成形型間に油圧等により加圧力を加え、離型フィルムを用いてプレスする方法や、一つの成形型上に配置したプリプレグの積層体の上にバッグフィルムを配置し、成形型とバッグフィルム間を真空吸引することにより加圧力を得るバッグ法、さらにバッグフィルムの外側を気体で加圧するオートクレーブ法等が挙げられるが、いずれの成形プロセスも用いることが可能であり、成形品の要求特性やマトリックス樹脂の種類に応じて選択することができる。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明の骨子は以下の実施例に限定されるものではない。表１に実施例１〜６の積層構成および効果、表２に比較例１〜５の表層、２層目の積層構成および効果を示す。
【００３４】
（実施例１）
最表層として炭素繊維一方向プリプレグ（ＵＤ ＰＰ）Ｐ３０５２Ｓ−１５（東レ（株）製 炭素繊維Ｔ７００Ｓ使い マトリックス樹脂：エポキシ樹脂 炭素繊維含有率６７％ 厚さ０．１４３ｍｍ）とし、２層目に不織布シート（ＰＥＴ不織布 厚さ０．０３８ｍｍ）、意匠面から３〜６層目に繊維強化部材として炭素繊維一方向プリプレグ（ＵＤ ＰＰ）Ｐ３０５２Ｓ−１５（東レ（株）製 炭素繊維Ｔ７００Ｓ使い マトリックス樹脂：エポキシ樹脂 炭素繊維含有率６７％ 厚さ０．１４３ｍｍ）、７層目には最表層と同じ炭素繊維一方向プリプレグを順に積層した。なお、ＰＥＴ不織布の厚さはＪＩＳ Ｋ７１３０（１９９９）に基づき、マイクロメーターで測定した。プリプレグの積層構成は、繊維強化プラスチック成形品の長手方向を０°としたとき、炭素繊維の配向を、最表層から順に０°／不織布／９０°／０°／０°／９０°／０°となるように積層させた。この積層体を離型フィルムで挟んだものを、プレス成形（金型温度１５０℃、圧力１．５ＭＰａ、硬化時間３０分、プレス後の狙い厚み０．８ｍｍ）し、図１（ａ）のような湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品を得た。この成形品を２４２．９０ｍｍ×１８９．７５ｍｍのサイズに加工し、射出成形金型内にセットし、型締めを行った後、樹脂部材として長繊維ペレット ＴＬＰ１１４６Ｓ（東レ（株）製 炭素繊維含有量２０％、ベースレジン：ポリアミド６；溶解度パラメータδ（ＳＰ値）１３．６、樹脂流動方向成形収縮率：０．１％）を成形品の周縁部に射出成形した複合成形品を製造した。その結果、湾曲した最表層の端部に黒いスジ状の凹凸やヒケは全く見られず、極めて高い意匠性を有する良好な外観の複合成形品が得られた。
【００３５】
（実施例２）
最表層および最表層から７層目に用いるプリプレグを炭素繊維一方向プリプレグ（ＵＤ ＰＰ）Ｐ３０５２Ｓ−１７（東レ（株）製 炭素繊維Ｔ７００Ｓ使い マトリックス樹脂：エポキシ樹脂 炭素繊維含有率６７％ 厚さ０．１６７ｍｍ）とした以外は実施例１と同様の構成からなる積層体を形成し、実施例１と同じ条件でプレス成形を行い、実施例１と同じ長繊維ペレットを射出成形して複合成形品を製造した。最表層の樹脂が比較的厚めとなったものの、最表層において成形品端部に黒いスジ状の凹凸やヒケは全く見られず、極めて高い意匠性を有する良好な外観の複合成形品が得られた。
【００３６】
（実施例３）
最表層および最表層から７層目に用いるプリプレグを炭素繊維一方向プリプレグ（ＵＤ ＰＰ）Ｐ３２５１Ｓ−１５（東レ（株）製 炭素繊維Ｔ７００Ｓ使い マトリックス樹脂：エポキシ樹脂 炭素繊維含有率６３％ 厚さ０．１５１ｍｍ）とした以外は実施例１と同様にして複合成形品を製造した。この複合成形品は実施例１よりも最表層の樹脂割合を高くしたものであるが、最表層において成形品端部に黒いスジ状の凹凸やヒケは全く見られず、極めて高い意匠性を有する良好な外観の複合成形品が得られた。
【００３７】
（実施例４）
最表層および最表層から７層目に用いるプリプレグを炭素繊維一方向プリプレグ（ＵＤ ＰＰ）Ｐ３２５５Ｓ−１７（東レ（株）製 炭素繊維Ｔ７００Ｓ使い マトリックス樹脂：エポキシ樹脂 炭素繊維含有率７５％ 厚さ０．１４２ｍｍ）とした以外は実施例１と同様にして複合成形品を製造した。実施例１〜３と同様に、最表層において成形品端部に黒いスジ状の凹凸やヒケは全く見られず、極めて高い意匠性を有する良好な外観の複合成形品が得られた。
【００３８】
（実施例５）
２層目の不織布シート目付を厚いもの（ＰＥＴ不織布 厚さ０．１５ｍｍ）とした以外は、実施例１と同様にして複合成形品を製造した。最表層において外観上問題ない程度の樹脂不足部分が発生し、成形品端部に黒いスジ状の凹凸やヒケは全く見られない良好な外観の複合成形品が得られた。
【００３９】
（実施例６）
２層目の不織布シートをガラス不織布とした以外は実施例１と同様に複合成形品を製造した。不織布シートの材質としてガラス不織布を用いた場合でも、最表層において成形品端部に黒いスジ状の凹凸やヒケは全く見られず、極めて高い意匠性を有する良好な外観の複合成形品が得られた。
【００４０】
（比較例１〜４）
不織布シートを最表層と支持層との間に挟まないこと以外は、実施例１〜４と同様のプリプレグを組み合わせて複合成形品を製造した。その結果、いずれの成形品においても、湾曲した最表層の端部に、強化繊維束の繊維密度のばらつきに起因する黒いスジ状の凹凸やヒケが高い割合で発生した。
【００４１】
（比較例５）
実施例１と同じ炭素繊維一方向プリプレグを用意し、最表層から２層目ではなく、３層目に実施例１と同じ不織布シートを積層した以外は、実施例１と同様の構成からなる積層体を形成し、実施例１と同じ条件で複合成形品を製造した。その結果、湾曲した最表層の端部に黒いスジ状の凹凸やヒケが発生した。３層目に不織布シートを配置しても意匠性の向上に対し効果が上がらないことが確認できた。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明にかかる繊維強化シートからなる電子機器筐体の用途としては、例えば、パラボナアンテナ、パソコン、ノートパソコン、携帯電話、デジタルスチールカメラ、デジタルビデオカメラ、ＰＤＡ、ポータブルＭＤ、家庭用ゲーム機などの電子機器筐体に有用である。中でも、高剛性かつ軽量であって、意匠性も同時に求められる、ノートパソコン、携帯電話、ＰＤＡなどの電子機器筐体に有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品
１１ 最表層
１２ 支持層
１３ 不織布シート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばパソコンやＯＡ機器、携帯電話等の部品や筐体部分として用いられる、軽量、高強度・高剛性、高意匠性が要求される繊維強化プラスチック成形品に関する。特に本発明は、高意匠性が要求され、湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
パソコン、携帯電話等の電気・電子機器製品に用いられるケーシングに対しては、高強度、軽量化（薄肉化）の両立に加え、さらに製品として顧客の目に触れる箇所であることから、外観がきれいなこと、すなわち高意匠性が求められるようになってきている。意匠性の面においては、使いやすさの観点等からも、湾曲形状等といった曲面を有する形状が求められるようになってきている。
【０００３】
ケーシングの高強度、軽量化(薄肉化)を両立させるため、ガラス繊維や炭素繊維などの高機能繊維で樹脂を強化した繊維強化部材を使用した材料が多数提案されている。繊維強化部材に用いられる繊維基材としては、複数の強化繊維を束ねた強化繊維束を織物にしたクロス材や、強化繊維束を一方向に引きそろえたＵＤ材（Ｕｎｉ−Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ材）等が挙げられる。
【０００４】
また、繊維強化部材の外観に高意匠性を持たせるため、繊維強化部材の最表層に強化繊維束の織り模様が現れるように繊維基材を配置することが提案されている。このとき、繊維強化部材の表面に織り模様が一様に形成されている場合は製品として使用出来るものの、織り模様が乱れたりすると、たとえ強度等は満足していても、意匠性が失われるため、もはや製品に使用することができなくなることも少なくない。
【０００５】
ここで、クロス材やＵＤ材を最表層に使用する場合は、クロス材やＵＤ材の織り模様がそのまま意匠面として用いられるものの、製品形状によっては、加工時に織り模様を一様に保持できない等により、しばしば意匠性が得られないことがある。例えば、携帯電話ケーシングのように屈曲部を持つ形状にクロス材を適用した場合、強化繊維束の織り模様にズレが生じ、均一な格子模様が損なわれることがある。また、ＵＤ材を適用した場合には、強化繊維束が拘束されないＵＤ材特有の構成により、強化繊維束の目曲がりが生じたり、隣接する繊維基材の表面状態の影響を受けたりするため、一様な織り模様が得られにくくなっている。
【０００６】
これまでにも、高強度化と軽量化（薄肉化）の両立に加え、高意匠性を実現させる様々な繊維強化部材が提案されている。特許文献１では、コア材と表面材とから構成されるパネルにおいて表面材に繊維が斜交する一対以上の一方向性炭素繊維プリプレグからなる炭素繊維強化プラスチックを使用し、コア材として芳香族ポリアミド不織布で成形されたハニカムを使用することで、軽量且つ耐衝撃性に優れたサンドイッチパネルを提供している。しかし、コア材の形状をハニカムとしているため、炭素繊維プリプレグがハニカムの凹部に落ち込むことがあり、凹凸のない意匠面を目指す筐体への適応は難しいと考えられる。
【０００７】
特許文献２では、炭素繊維強化熱硬化性樹脂シートの双方の面にそれぞれ熱可塑性樹脂フィルムを積層させ、高温環境下にもその表面の平滑性が損なわれることがない炭素繊維強化樹脂成形物を実現している。しかしながら、この方法では表面の平滑性は実現できるものの、意匠面最表層に新たにフィルム層を設けることは薄肉化を目指す筐体に適応するのは非現実的であるとともに、屈曲部を形成する際に強化繊維シートが横滑りして積層体形状が維持できず、所定の強度を発現することは困難と思われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２０８４６５号公報
【特許文献２】特開平１０−１３８３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、高強度化、軽量化に加えて、従来の方法では達成できなかった湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品の良好な外観を得ることができるものであり、この特性が要求される用途に適した湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
（１）連続繊維束を有する連続繊維強化シートを含む少なくとも３層以上からなる積層体からなり、意匠面を構成する最表層から２層目に不織布シートが挟まれるとともに、最表層の連続繊維束の配向方向に直交する方向に湾曲してなることを特徴とする湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品。
（２）前記不織布シートの厚さが０．００５ｍｍ〜０．１ｍｍである（１）に記載の湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品。
（３）前記連続繊維強化シートが、強化繊維束を一方向に配向した連続繊維強化シートである（１）または（２）に記載の湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品。
（４）前記連続強化繊維シートの強化繊維が炭素繊維である（１）〜（３）のいずれかに記載の湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品。
（５）（１）〜（４）のいずれかの湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品を含むことを特徴とする電子機器筐体。
である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、軽量性、高剛性を維持したまま、厚さをほとんど変えることなく、連続繊維強化シート中の繊維の流動を抑制し、また不織布層を挟むことで下層の織り模様を最表層に出現させなくすることで、意匠性を向上させることができ、これらの特性を有するパソコンや携帯情報端末などの電気・電子機器の筐体を製造するのに適した複合成形品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品における（ａ）斜視図、（ｂ）連続繊維強化シートと不織布シートの積層構成を示す概略図、（ｃ）最表層における強化繊維束のばらつきを示す模式図、である。
【図２】比較例として用いる湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品における（ａ）斜視図、（ｂ）連続繊維強化シートの積層構成を示す概略図、（ｃ）最表層における強化繊維束のばらつきを示す模式図、である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品について、図面を用いて説明する。
【００１４】
図１（ａ）は、本発明に係る湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品１０の斜視図である。湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品１０は、図１（ｂ）に示すように、最表層１１と支持層１２との間に不織布シート１３が挟まれた積層構成からなる。最表層１１は連続繊維強化シートであり、支持層１２は１又は複数の連続繊維強化シートが積層されたものである。
【００１５】
最表層１１、支持層１２を構成する連続繊維強化シートに用いられる強化繊維としては、例えばアルミニウム繊維、黄銅繊維、ステンレス繊維などの金属繊維、ポリアクリロニトリル系、レーヨン系、リグニン系、ピッチ系等の炭素繊維や黒鉛繊維、ガラス繊維、シリコンカーバイト繊維、シリコンナイトライド繊維などの無機繊維や、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、ポリフェニレンスルフィド繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ナイロン繊維、ポリエチレン繊維などの有機繊維等が使用できる。これらの強化繊維は単独で用いても、また、２種以上併用しても良い。なかでも、比強度、比剛性、軽量性のバランスの観点から炭素繊維が好ましく、比強度・比弾性率に優れる点でポリアクリロニトリル系炭素繊維を少なくとも含むことが好ましい。
【００１６】
最表層１１，支持層１２に用いられる連続繊維強化シートは、ＵＤ材、クロス材やその他の織物を使用できる。ＵＤ材としては一方向の強化繊維束で強化したシートであり、クロス材としては縦方向の繊維束と横方向の強化繊維束を織ったシートが挙げられる。これら以外においても強化繊維が配向されているシート状の織物であれば使用可能である。これらの中でも特に、縦クロス材のような織り目の凹凸なく平滑であるという観点から、ＵＤ材が好ましい。なお、強化繊維束を構成する強化繊維の本数には特に制限はないものの、３，０００〜２４，０００本の範囲とすることが好ましい。３，０００本未満になると、強化繊維束自身が細くなり、シートに十分な繊維束が配列されず、ＵＤ材やクロス材を構成しづらくなる。また、２４，０００本を越えると、逆に強化繊維束が太くなり、均一な厚みの連続繊維強化シートを構成しづらくなる。特に好ましくは、６，０００〜１２，０００本の範囲である。また、連続繊維強化シートの目付は、特に制限するものではないものの、１４０〜１７０ｇ／ｍ２程度の範囲であることが、積層時、ハンドリング性がよいという点で好ましい。
【００１７】
支持層１２に用いられる強化繊維を含んだシートは、強化繊維を含む複数の層から構成されるものであっても良い。
【００１８】
なお、支持層１２に用いられる連続繊維強化シートは、複数の強化繊維を組み合わせた連続繊維強化シートを用いてもよく、また、一部が強化繊維以外の繊維を含んだ連続繊維強化シートであってもよい。
【００１９】
連続繊維強化シートのマトリックス樹脂として使用される樹脂としては、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂のいずれでも好適に用いることができる。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（ＰＥＮ）樹脂、液晶ポリエステル樹脂等のポリエステル樹脂や、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や、スチレン系樹脂の他や、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、ポリメチレンメタクリレート（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、熱可塑性ポリイミド（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、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）樹脂、ポリアリレート（ＰＡＲ）樹脂、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）樹脂、熱可塑性フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂などのフッ素系樹脂、更にポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリブタジエン系樹脂、ポリイソプレン系樹脂、フッ素系樹脂等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体、変性体、および２種類以上ブレンドした樹脂があげられる。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（レゾール型）樹脂、ユリア・メラミン樹脂、ポリイミド樹脂等や、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があげられる。これらの中でも、剛性、強度に優れることから、熱硬化性樹脂が好ましく、とりわけエポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂が成形品の力学特性の観点からより好ましい。マトリックス樹脂には更に耐衝撃性向上等のために、熱硬化性樹脂に熱可塑性樹脂および／またはその他のエラストマーもしくはゴム成分等を添加した樹脂を用いてもよい。
【００２０】
また、マトリックスの別の好ましい態様として、樹脂以外にも、チタン、マグネシウム、アルミニウム等の金属を用いることも可能である。
【００２１】
不織布シート１３としては、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂からなる不織布を用いることができる。この中でも、高温で軟化し、繊維強化樹脂シートとの密着性がよい熱可塑性樹脂がとくに好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、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や、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ）樹脂等のスチレン系樹脂や、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（ＰＥＮ）樹脂、液晶ポリエステル樹脂等のポリエステル樹脂や、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、熱可塑性ポリイミド（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、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）樹脂、ポリアリレート（ＰＡＲ）樹脂、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）樹脂、熱可塑性フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂などのフッ素系樹脂、更にポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素系等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体、変性体、および２種類以上のブレンド、ポリマーアロイなどがあげられる。これらのうち耐熱性、コストの観点からとくにポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）樹脂が好ましい。また、不織布シート１３に樹脂が含浸されたシートを用いても良い。含浸させる樹脂としては、特に制限するものではないが、軽量かつ高強度の繊維強化プラスチック成形品を得るためには、前述のマトリックス樹脂と同じ樹脂が用いられていることが好ましい。
【００２２】
本発明の湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品１０は、前述のように、連続繊維強化シートからなる最表層１１と、連続繊維強化シートを積層した支持層１２との間に、不織布シート１３を挟んだ構成からなるものである。最表層１１は１層とし、支持層１２は連続繊維強化シートを２層以上積層した構成とすることが好ましい。
【００２３】
最表層１１、支持層１２を構成する連続繊維強化シートの組み合わせについて、特に限定されるものではないものの、少ない積層枚数で所定の強度等を発揮させるためには、同一の織り組織を有する連続繊維強化シートを用いることが好ましい。
【００２４】
最表層１１および支持層１２の積層方法について、不織布シート１３を除いた最表層１１と支持層１２からなる積層体が、積層体の中心から両表層に向かって対称となるように連続繊維強化シートの織り組織を配置することが好ましい。ここで対称となるように配置するとは、最表層１１と支持層１２を構成する連続繊維強化シートの枚数が偶数の場合は、その積層枚数の半分にあたる連続繊維強化シートの接する面に対して対称となるように配置されることをいい、奇数の場合は中心に配置される連続繊維強化シートに対して、その両側に配置される連続繊維強化シートが対称に配置されることである。さらに、それぞれの連続繊維強化シートの繊維配向も対称になるように配置されることがさらに好ましい。例えば、同一の織り組織からなるＵＤ材を６層積層（偶数）する場合、繊維配列方向が上から０°／９０°／０°／０°／９０°／０°となるように積層させることができる。また、ＵＤ材を７層積層（奇数）する場合、繊維配列方向が上から０°／９０°／０°／９０°／０°／９０°／０°となるように積層させることができる。ここで、０°とは、図１（ａ）において強化繊維束配列方向の矢印と平行に強化繊維束が配向する状態を、９０°は矢印に直交するように強化繊維束が配向する状態を指す。このように連続繊維強化シートを対称に配置すると、反りや撓みのない繊維強化プラスチック成形品が得られる。逆に対称に配置しないと、強化繊維束の配向によって、反りや撓みを発生させる原因となる。
【００２５】
そして、本発明は、意匠面となる最表層１１から２層目に不織布シート１３を挟むことが重要である。不織布シート１３は、連続繊維強化シートの強化繊維束の凹凸を吸収するとともに、不織布シート１３を含む連続繊維強化シートの積層体を湾曲形状にする場合に、図１（ｃ）に示すように、最表層１１を構成する強化繊維束のばらつきを抑制して、最表層１１の意匠性を高めることができる。
【００２６】
最表層１１および支持層１２は、前述のように、９０°ずつ直交させるように、異なる繊維方向に積層することがある。断面が略円形や略楕円形の連続繊維束を同一方向に複数配列されたＵＤ材は、連続繊維束同士が接する境界近傍では、構造上凹部が形成されるため、積層した連続繊維強化シートの強化繊維束が、この凹部に落ち込み、表面に凹凸を形成することがある。さらに、ＵＤ材等の連続繊維強化シートは、連続繊維束の断面形状が一様とは限らず、また連続繊維束同士の間隙にもばらつき（繊維密度差）が有ることも多い。このため、積層枚数が増えると、このような強化繊維束のばらつき等に起因して、表面に凹凸が形成されやすくなる。本発明においても、支持層１２の表面は、このような凹凸が形成されていることが考えられ、この支持層１２の上に直接最表層１１を積層させると、支持層１２表面の凹凸の影響を受け、最表層１１の表面を平滑にすることが困難になる。
【００２７】
このような支持層１２の表面に不織布シート１３を配置すると、不織布シート１３のランダムな繊維配向により、支持層１２表面の凹凸を吸収することができる。また、最表層１１を不織布シート１３上に載置しても、最表層１１自身の強化繊維束のばらつきに起因する凹凸が不織布シート１３に吸収されるため、支持層１２にまで影響を与えることがない。したがって、図１（ｃ）に示すように、最表層１１自身の平滑性が、そのまま繊維強化プラスチック成形品の意匠性として発現できるのである。
【００２８】
さらに、不織布シート１３は、繊維方向がランダムであるため、最表層１１や支持層１２の方向、すなわち、繊維強化プラスチック成形品の厚さ方向に向く繊維が存在し、この繊維が最表層１１や支持層１２の表面に引っかかることにより、アンカー効果を発揮して最表層１１や支持層１２と高い接着性を発現させることができる。
【００２９】
ここで、本発明のように、最表層の連続繊維束の配向方向に直交する方向に湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品において、図２（ｂ）のように不織布シート１３がない場合には、図２（ｃ）に示すように、湾曲部において強化繊維束同士の間隔にばらつきが生じやすくなる。湾曲形状では樹脂が流動しやすく、繊維密度に差が出るため、部分的には強化繊維が存在しない樹脂のみの部分が形成される。後述するように、樹脂を硬化させると、この樹脂のみの部分にヒケが発生して、最表層１１の表面に凹凸を生じさせることもある。不織布シート１３を載置すると、支持層１２表面の凹凸の影響を受けないばかりでなく、繊維強化プラスチック成形品の厚さ方向に向く繊維により最表層１１の強化繊維束が湾曲に沿ってばらつきにくくなり、また軟化した樹脂が不織布シート１３内に流れることで密度差のばらつきが生じにくくなり、強化繊維束が均等に配列された湾曲形状を形成することができる。これによって、最表層１１には樹脂のみの部分も形成されにくくなり、硬化時におけるヒケも発生しにくく、平滑で高意匠性を発現することができるのである。
【００３０】
なお、図１（ｃ）、図２（ｃ）ともに、最表層１１として強化繊維束が一方向に配向したＵＤ材を連続繊維強化シートとした例で説明したが、本発明はこれに限定されることなく、クロス材を用いることも可能である。クロス材の場合、強化繊維束が直交するように構成されているため、いずれか一方の強化繊維束の配向方向に直交する方向に湾曲形状を有するものであればよい。
【００３１】
ここで、不織布シート１３の厚さは、湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品１０全体の厚みを抑制するためにも、０．００５ｍｍ〜０．１ｍｍであることが好ましい。０．１ｍｍより厚いと連続繊維強化シートの対称性が失われ、反りが発生するおそれがある。０．００５ｍｍより薄い場合は、その薄さのため、下層の凹凸を十分な吸収できず、下層の織り模様が現れるのを抑制する効果を期待することは難しい。厚みの増加と反りの影響を考慮すると、０．００５ｍｍ〜０．０３ｍｍがさらに好ましい。
【００３２】
本発明の対象とする成形プロセスは、マトリックス樹脂があらかじめ含浸されたプリプレグを連続強化繊維シートとした積層体を、加圧すると同時に加熱硬化して板状の成形品を得るプロセスであり、このような成形が可能な方法であれば特に限定されるものではない。例えば、加熱された一対の成形型間に油圧等により加圧力を加え、離型フィルムを用いてプレスする方法や、一つの成形型上に配置したプリプレグの積層体の上にバッグフィルムを配置し、成形型とバッグフィルム間を真空吸引することにより加圧力を得るバッグ法、さらにバッグフィルムの外側を気体で加圧するオートクレーブ法等が挙げられるが、いずれの成形プロセスも用いることが可能であり、成形品の要求特性やマトリックス樹脂の種類に応じて選択することができる。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明の骨子は以下の実施例に限定されるものではない。表１に実施例１〜６の積層構成および効果、表２に比較例１〜５の表層、２層目の積層構成および効果を示す。
【００３４】
（実施例１）
最表層として炭素繊維一方向プリプレグ（ＵＤ ＰＰ）Ｐ３０５２Ｓ−１５（東レ（株）製 炭素繊維Ｔ７００Ｓ使い マトリックス樹脂：エポキシ樹脂 炭素繊維含有率６７％ 厚さ０．１４３ｍｍ）とし、２層目に不織布シート（ＰＥＴ不織布 厚さ０．０３８ｍｍ）、意匠面から３〜６層目に繊維強化部材として炭素繊維一方向プリプレグ（ＵＤ ＰＰ）Ｐ３０５２Ｓ−１５（東レ（株）製 炭素繊維Ｔ７００Ｓ使い マトリックス樹脂：エポキシ樹脂 炭素繊維含有率６７％ 厚さ０．１４３ｍｍ）、７層目には最表層と同じ炭素繊維一方向プリプレグを順に積層した。なお、ＰＥＴ不織布の厚さはＪＩＳ Ｋ７１３０（１９９９）に基づき、マイクロメーターで測定した。プリプレグの積層構成は、繊維強化プラスチック成形品の長手方向を０°としたとき、炭素繊維の配向を、最表層から順に０°／不織布／９０°／０°／０°／９０°／０°となるように積層させた。この積層体を離型フィルムで挟んだものを、プレス成形（金型温度１５０℃、圧力１．５ＭＰａ、硬化時間３０分、プレス後の狙い厚み０．８ｍｍ）し、図１（ａ）のような湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品を得た。この成形品を２４２．９０ｍｍ×１８９．７５ｍｍのサイズに加工し、射出成形金型内にセットし、型締めを行った後、樹脂部材として長繊維ペレット ＴＬＰ１１４６Ｓ（東レ（株）製 炭素繊維含有量２０％、ベースレジン：ポリアミド６；溶解度パラメータδ（ＳＰ値）１３．６、樹脂流動方向成形収縮率：０．１％）を成形品の周縁部に射出成形した複合成形品を製造した。その結果、湾曲した最表層の端部に黒いスジ状の凹凸やヒケは全く見られず、極めて高い意匠性を有する良好な外観の複合成形品が得られた。
【００３５】
（実施例２）
最表層および最表層から７層目に用いるプリプレグを炭素繊維一方向プリプレグ（ＵＤ ＰＰ）Ｐ３０５２Ｓ−１７（東レ（株）製 炭素繊維Ｔ７００Ｓ使い マトリックス樹脂：エポキシ樹脂 炭素繊維含有率６７％ 厚さ０．１６７ｍｍ）とした以外は実施例１と同様の構成からなる積層体を形成し、実施例１と同じ条件でプレス成形を行い、実施例１と同じ長繊維ペレットを射出成形して複合成形品を製造した。最表層の樹脂が比較的厚めとなったものの、最表層において成形品端部に黒いスジ状の凹凸やヒケは全く見られず、極めて高い意匠性を有する良好な外観の複合成形品が得られた。
【００３６】
（実施例３）
最表層および最表層から７層目に用いるプリプレグを炭素繊維一方向プリプレグ（ＵＤ ＰＰ）Ｐ３２５１Ｓ−１５（東レ（株）製 炭素繊維Ｔ７００Ｓ使い マトリックス樹脂：エポキシ樹脂 炭素繊維含有率６３％ 厚さ０．１５１ｍｍ）とした以外は実施例１と同様にして複合成形品を製造した。この複合成形品は実施例１よりも最表層の樹脂割合を高くしたものであるが、最表層において成形品端部に黒いスジ状の凹凸やヒケは全く見られず、極めて高い意匠性を有する良好な外観の複合成形品が得られた。
【００３７】
（実施例４）
最表層および最表層から７層目に用いるプリプレグを炭素繊維一方向プリプレグ（ＵＤ ＰＰ）Ｐ３２５５Ｓ−１７（東レ（株）製 炭素繊維Ｔ７００Ｓ使い マトリックス樹脂：エポキシ樹脂 炭素繊維含有率７５％ 厚さ０．１４２ｍｍ）とした以外は実施例１と同様にして複合成形品を製造した。実施例１〜３と同様に、最表層において成形品端部に黒いスジ状の凹凸やヒケは全く見られず、極めて高い意匠性を有する良好な外観の複合成形品が得られた。
【００３８】
（実施例５）
２層目の不織布シート目付を厚いもの（ＰＥＴ不織布 厚さ０．１５ｍｍ）とした以外は、実施例１と同様にして複合成形品を製造した。最表層において外観上問題ない程度の樹脂不足部分が発生し、成形品端部に黒いスジ状の凹凸やヒケは全く見られない良好な外観の複合成形品が得られた。
【００３９】
（実施例６）
２層目の不織布シートをガラス不織布とした以外は実施例１と同様に複合成形品を製造した。不織布シートの材質としてガラス不織布を用いた場合でも、最表層において成形品端部に黒いスジ状の凹凸やヒケは全く見られず、極めて高い意匠性を有する良好な外観の複合成形品が得られた。
【００４０】
（比較例１〜４）
不織布シートを最表層と支持層との間に挟まないこと以外は、実施例１〜４と同様のプリプレグを組み合わせて複合成形品を製造した。その結果、いずれの成形品においても、湾曲した最表層の端部に、強化繊維束の繊維密度のばらつきに起因する黒いスジ状の凹凸やヒケが高い割合で発生した。
【００４１】
（比較例５）
実施例１と同じ炭素繊維一方向プリプレグを用意し、最表層から２層目ではなく、３層目に実施例１と同じ不織布シートを積層した以外は、実施例１と同様の構成からなる積層体を形成し、実施例１と同じ条件で複合成形品を製造した。その結果、湾曲した最表層の端部に黒いスジ状の凹凸やヒケが発生した。３層目に不織布シートを配置しても意匠性の向上に対し効果が上がらないことが確認できた。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明にかかる繊維強化シートからなる電子機器筐体の用途としては、例えば、パラボナアンテナ、パソコン、ノートパソコン、携帯電話、デジタルスチールカメラ、デジタルビデオカメラ、ＰＤＡ、ポータブルＭＤ、家庭用ゲーム機などの電子機器筐体に有用である。中でも、高剛性かつ軽量であって、意匠性も同時に求められる、ノートパソコン、携帯電話、ＰＤＡなどの電子機器筐体に有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品
１１ 最表層
１２ 支持層
１３ 不織布シート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続繊維束を有する連続繊維強化シートを含む少なくとも３層以上からなる積層体からなり、意匠面を構成する最表層から２層目に不織布シートが挟まれるとともに、最表層の連続繊維束の配向方向に直交する方向に湾曲してなることを特徴とする湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品。
【請求項２】
前記不織布シートの厚さが０．００５ｍｍ〜０．１ｍｍである請求項１に記載の湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品。
【請求項３】
前記連続繊維強化シートが、強化繊維束を一方向に配向した連続繊維強化シートである請求項１または２に記載の湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品。
【請求項４】
前記連続強化繊維シートの強化繊維が炭素繊維である請求項１〜３のいずれかに記載の湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品を含むことを特徴とする電子機器筐体。
【請求項１】
連続繊維束を有する連続繊維強化シートを含む少なくとも３層以上からなる積層体からなり、意匠面を構成する最表層から２層目に不織布シートが挟まれるとともに、最表層の連続繊維束の配向方向に直交する方向に湾曲してなることを特徴とする湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品。
【請求項２】
前記不織布シートの厚さが０．００５ｍｍ〜０．１ｍｍである請求項１に記載の湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品。
【請求項３】
前記連続繊維強化シートが、強化繊維束を一方向に配向した連続繊維強化シートである請求項１または２に記載の湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品。
【請求項４】
前記連続強化繊維シートの強化繊維が炭素繊維である請求項１〜３のいずれかに記載の湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの湾曲形状を有する繊維強化プラスチック成形品を含むことを特徴とする電子機器筐体。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−２５５５３３（Ｐ２０１１−２５５５３３Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２９７９５（Ｐ２０１０−１２９７９５）
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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