炭素繊維強化プラスチック成形体
【課題】振動減衰率の向上及び曲げ弾性率低下の抑制を図りつつ表面に歪みが発生することを防止可能なＣＦＲＰ成形体を提供する。
【解決手段】ＣＦＲＰ成形体１は、ＣＦＲＰ層２とＣＦＲＰ層３との間に制振層４を有しているので振動減衰率が向上される。ＣＦＲＰ成形体１においては、ＣＦＲＰ層２を相対的に厚くすると共にＣＦＲＰ層３を相対的に薄くすることによって、制振層４をＣＦＲＰ成形体１の中心よりも表面１ａ側に配置しているので、曲げ弾性率低下が抑制される。ＣＦＲＰ成形体１においては、ＣＦＲＰ層３に含まれる炭素繊維の配向方向に交差する方向に延びる空隙４ａを制振層４に設けているので、ＣＦＲＰ層３を薄くしても、ＣＦＲＰ成形体１の成型時において、表面１ａに歪みが発生することが防止される。
【解決手段】ＣＦＲＰ成形体１は、ＣＦＲＰ層２とＣＦＲＰ層３との間に制振層４を有しているので振動減衰率が向上される。ＣＦＲＰ成形体１においては、ＣＦＲＰ層２を相対的に厚くすると共にＣＦＲＰ層３を相対的に薄くすることによって、制振層４をＣＦＲＰ成形体１の中心よりも表面１ａ側に配置しているので、曲げ弾性率低下が抑制される。ＣＦＲＰ成形体１においては、ＣＦＲＰ層３に含まれる炭素繊維の配向方向に交差する方向に延びる空隙４ａを制振層４に設けているので、ＣＦＲＰ層３を薄くしても、ＣＦＲＰ成形体１の成型時において、表面１ａに歪みが発生することが防止される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化プラスチック成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維強化プラスチック成形体は、アルミニウムや鉄等の金属に比べて軽量かつ高剛性であるため、金属に代わる新素材として近年注目を集めている。そのような炭素繊維強化プラスチック成形体においては制振性を向上させることが要求されている。そこで、互いに積層された炭素繊維強化プラスチック層の間に、ポリイミド等の粘弾性材料からなる制振層を配置した炭素繊維強化プラスチック成形体が提案されている（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２９１４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、本発明者らの知見によれば、特許文献１に記載されているような炭素繊維強化プラスチック成形体において、一方の炭素繊維強化プラスチック層を薄くすると共に他方の炭素繊維強化プラスチック層を厚くすることによって、炭素繊維強化プラスチック成形体の中心よりも表面側の位置に制振層を配置すれば、全体の厚さを変えずに曲げ弾性率の低下を抑制できる。
【０００５】
一方で、炭素繊維強化プラスチック成形体の成型の際の温度低下時においては、炭素繊維強化プラスチック層は炭素繊維の配向方向に膨張し、制振層は収縮する。このとき、一方の炭素繊維強化プラスチック層が薄く構成されていると、炭素繊維強化プラスチック層の膨張と制振層の収縮とに起因する応力によって、炭素繊維強化プラスチック層の表面に歪みが発生する場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、振動減衰率の向上及び曲げ弾性率低下の抑制を図りつつ表面に歪みが発生することを防止可能な炭素繊維強化プラスチック成形体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の炭素繊維強化プラスチック成形体は、第１の炭素繊維強化プラスチック層と、第１の炭素繊維強化プラスチック層の一方の面上に積層された第２の炭素繊維強化プラスチック層と、第１の炭素繊維強化プラスチック層と第２の炭素繊維強化プラスチック層との間に配置された第１の制振層と、を備え、第２の炭素繊維強化プラスチック層の厚さは、第１の炭素繊維強化プラスチック層の厚さよりも薄く、第１の制振層には、第２の炭素繊維強化プラスチック層に含まれる炭素繊維の配向方向に交差する方向に延びる空隙が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
この炭素繊維強化プラスチック成形体においては、互いに積層された第１及び第２の炭素繊維強化プラスチック層の間に第１の制振層を配置している。このため、振動減衰率が向上される。また、この炭素繊維強化プラスチック成形体においては、第１の炭素繊維強化プラスチックを相対的に厚くすると共に第２の炭素繊維強化プラスチック層を相対的に薄くすることによって、第１の制振層を炭素繊維強化プラスチック成形体の中心よりも表面側に配置している。このため、曲げ弾性率の低下が抑制される。さらに、この炭素繊維強化プラスチック成形体においては、第１の制振層には、第２の炭素繊維強化プラスチック層に含まれる炭素繊維の配向方向に交差する方向に延びる空隙が設けられている。このため、炭素繊維強化プラスチック層の膨張と制振層の収縮とに起因する応力が、その空隙によって緩和される。その結果、第２の炭素繊維強化プラスチック層を薄く構成しても、炭素繊維強化プラスチック成形体の成型時に、第２の炭素繊維強化プラスチック層の表面に歪みが発生することが防止される。
【０００９】
本発明の炭素繊維強化プラスチック成形体においては、空隙は、第１の制振層に複数設けられていることが好ましい。この構成によれば、第２の炭素繊維強化プラスチック層の表面に歪みが発生することが確実に防止される。
【００１０】
また、その場合においては、空隙は、配向方向に沿って略等間隔に配列されていることがさらに好ましい。この構成によれば、第２の炭素繊維強化プラスチック層の表面に歪みが発生することが、炭素繊維の配向方向について一様に防止される。
【００１１】
また、本発明の炭素繊維強化プラスチック成形体においては、配向方向についての空隙の幅は、第２の炭素繊維強化プラスチック層の厚さの５〜２０倍であることが好ましい。この構成によれば、第２の炭素繊維強化プラスチック層の表面に歪みが発生することがより確実に防止される。
【００１２】
ここで、本発明の炭素繊維強化プラスチック成形体においては、第１の炭素繊維強化プラスチック層の他方の面上に積層された第３の炭素繊維強化プラスチック層と、第１の炭素繊維強化プラスチック層と第３の炭素繊維強化プラスチック層との間に配置された第２の制振層と、をさらに備え、第３の炭素繊維強化プラスチック層の厚さは、第１の炭素繊維強化プラスチック層の厚さよりも薄く、第２の制振層には、第３の炭素繊維強化プラスチック層に含まれる炭素繊維の配向方向に交差する方向に延びる空隙が設けられていることが好ましい。この構成によれば、炭素繊維強化プラスチック成形体の構造が、その厚さ方向の中心位置について概ね対称となるので、厚さ方向についての反りの発生が防止される。
【００１３】
さらに、その場合においては、第２の炭素繊維強化プラスチック層の厚さと第３の炭素繊維強化プラスチック層の厚さとは略同一であり、第１の制振層の厚さと第２の制振層の厚さとは略同一であることがさらに好ましい。この構成によれば、炭素繊維強化プラスチック成形体の構造が、その厚さ方向の中心位置について対称となるので、厚さ方向についての反りの発生が確実に防止される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、振動減衰率の向上及び曲げ弾性率低下の抑制を図りつつ表面に歪みが発生することを防止可能な炭素繊維強化プラスチック成形体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の炭素繊維強化プラスチック成形体の一実施形態の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の炭素繊維強化プラスチック成形体の実施例を示す図である。
【図３】振動減衰特性の評価結果を示すグラフである。
【図４】振動減衰特性の評価結果を示すグラフである。
【図５】本発明の炭素繊維強化プラスチック成形体の他の実施例を示す図である。
【図６】曲げ弾性率の評価結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の炭素繊維強化プラスチック成形体の一実施形態の構成を示す斜視図である。図１に示されるように、炭素繊維強化プラスチック（以下、「ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics」と称する）成形体１は、ＣＦＲＰ層（第１の炭素繊維強化プラスチック層）２と、ＣＦＲＰ層２の主面（一方の面）２ａ上に積層されたＣＦＲＰ層（第２の炭素繊維強化プラスチック層）３と、ＣＦＲＰ層２とＣＦＲＰ層３との間に配置された制振層（第１の制振層）４とを備えている。
【００１８】
また、ＣＦＲＰ成形体１は、ＣＦＲＰ層２の裏面（他方の面）２ｂ上に積層されたＣＦＲＰ層（第３の炭素繊維強化プラスチック成形体）５と、ＣＦＲＰ層２とＣＦＲＰ層５との間に配置された制振層（第２の制振層）６とを備えている。つまり、ＣＦＲＰ成形体１は、ＣＦＲＰ層５、制振層６、ＣＦＲＰ層２、制振層４及びＣＦＲＰ層３がこの順に積層されて構成されている。ＣＦＲＰ成形体１は、例えば、幅１５０ｍｍ〜３００ｍｍ、長さ３００ｍｍ〜４００ｍｍ、厚さ２ｍｍ〜５ｍｍ程度の板状に構成することができる。このようにして構成されるＣＦＲＰ成形体１は、例えば、ロボットハンド等の産業用部品に用いることができる。なお、図１には、直交座標系Ｓが示されている。そのｘ軸はＣＦＲＰ成形体１の長さ方向を示しており、ｙ軸はＣＦＲＰ成形体１の厚さ方向を示しており、ｚ軸はＣＦＲＰ成形体１の幅方向を示している。
【００１９】
ＣＦＲＰ層２は、所定の方向に配向された炭素繊維を含む炭素繊維層にマトリックス樹脂（例えばエポキシ樹脂）を含浸してなる炭素繊維プリプレグを複数層（例えば１４層）積層し熱硬化することにより板状に形成されている。
【００２０】
ＣＦＲＰ層３，５は、ＣＦＲＰ層２と同様に炭素繊維プリプレグを熱硬化することによって板状に形成されている。ただし、ＣＦＲＰ層３，５は、ＣＦＲＰ層２よりも炭素繊維プリプレグの積層数を少なくする（例えば１層とする）ことにより、ＣＦＲＰ層２よりも薄く構成されている（例えば０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度）。また、ＣＦＲＰ層３の厚さとＣＦＲＰ層５の厚さとは略同一とされている。したがって、制振層４，６は、ＣＦＲＰ成形体１のｙ軸方向についての中心位置よりもＣＦＲＰ成形体１の表面１ａ，１ｂ側に位置している。
【００２１】
ＣＦＲＰ層２，３，５の炭素繊維プリプレグとしては、例えば、ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＥ８０２６Ｅ−１２Ｓ（炭素繊維：日本グラファイトファイバー（株）製ピッチ系炭素繊維（商品名：グラノックＸＮ−８０）、マトリックス樹脂：１３０℃硬化エポキシ、炭素繊維目付け：１２５ｇ／ｍ２、樹脂含有量：３２．０重量％、プリプレグ厚さ：０．１０６ｍｍ）、ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＥ８０２６Ｃ−２５Ｎ（炭素繊維：日本グラファイトファイバー（株）製ピッチ系炭素繊維（商品名：グラノックＸＮ−８０）、マトリックス樹脂：１３０℃硬化エポキシ、炭素繊維目付け：２５０ｇ／ｍ２、樹脂含有量：３１．４重量％、プリプレグ厚さ：０．２０９ｍｍ）、及び、ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＢ２４Ｎ３３Ｃ２６９（炭素繊維：三菱レイヨン（株）製ＰＡＮ系炭素繊維（商品名：パイロフィルＴＲ３０Ｓ、マトリックス樹脂：１３０℃硬化エポキシ、炭素繊維目付け：２６９ｇ／ｍ２、樹脂含有量：３３．４重量％、プリプレグ厚さ：０．２６０ｍｍ）等を使用することができる。
【００２２】
制振層４は、ＣＦＲＰ層２とＣＦＲＰ層３との間において、ＣＦＲＰ層２の主面２ａを覆うように板状（フィルム状）に形成されている。制振層４には、ＣＦＲＰ層３に含まれる炭素繊維の配向方向（ここではｘ軸方向）に交差する方向（ここではｚ軸方向）に延びる複数（ここでは３つ）の空隙４ａが設けられている。空隙４ａは、制振層４の全幅に渡って延在している。したがって、制振層４は、空隙４ａによって複数（ここでは４つ）の領域４ｂに分割されている。
【００２３】
空隙４ａは、ｘ軸方向に沿って、例えば５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の間隔で、略等間隔に配列されている。また、空隙４ａのそれぞれのｘ軸方向についての幅は、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍ程度とされている。つまり、空隙４ａのそれぞれのｘ軸方向についての幅は、ＣＦＲＰ層３の厚さの５〜２０倍程度とされている。
【００２４】
制振層６は、ＣＦＲＰ層２とＣＦＲＰ層５との間において、ＣＦＲＰ層２の裏面２ｂを覆うように板状（フィルム状）に形成されている。制振層６の厚さは、制振層４の厚さと略同一である。したがって、ＣＦＲＰ成形体１は、ｙ軸方向についての中心位置に対して、略対称的に構成されることとなる。このため、ＣＦＲＰ成形体１のｙ軸方向についての反りが防止される。
【００２５】
制振層６には、ＣＦＲＰ層５に含まれる炭素繊維の配向方向（ここではｘ軸方向）に交差する方向（ここではｚ軸方向）に延びる複数（ここでは３つ）の空隙６ａが設けられている。空隙６ａは、制振層６の全幅に渡って延在している。したがって、制振層６は、空隙６ａによって複数（ここでは４つ）の領域６ｂに分割されている。
【００２６】
空隙６ａは、ｘ軸方向に沿って、例えば５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の間隔で、略等間隔に配列されている。また、空隙６ａのそれぞれのｘ軸方向についての幅は、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍ程度とされている。つまり、空隙６ａのそれぞれのｘ軸方向についての幅は、ＣＦＲＰ層５の厚さの５〜２０倍程度とされている。なお、空隙６ａのそれぞれは、空隙４ａのそれぞれと対向するように設けられている。
【００２７】
このような制振層４，６は、ＣＦＲＰ層２，３，５の剛性よりも低い剛性の粘弾性材料からなる。制振層４，６の粘弾性材料は、２５°における貯蔵弾性率が、０．１ＭＰａ以上２５００ＭＰａ以下の範囲であることが好ましく、０．１ＭＰａ以上２５０ＭＰａ以下の範囲であることがさらに好ましく、０．１ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の範囲であることが一層好ましい。粘弾性材料の貯蔵弾性率が、２５００ＭＰａ以下であれば、十分な制振性能を得ることができ、０．１ＭＰａ以上であれば、曲げ弾性率の低下が少なく、産業用部品として要求される性能を満たすことができる。また、制振層４，６の粘弾性材料は、炭素繊維プリプレグを熱硬化してＣＦＲＰ層２，３，５を作製することから、その際に発生する熱に対して安定であることが好ましい。さらに、制振層４，６の粘弾性材料は、ＣＦＲＰ層２，３，５のマトリックス樹脂との接着性に優れていることが好ましい。
【００２８】
以上の観点から、制振層４，６を構成する粘弾性材料は、例えば、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、及び、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ，ＥＰＤＭ）等のゴム、並びに、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、及び、柔軟鎖を持つポリマーであるゴムやエラストマー等を添加することによって弾性率を低くしたエポキシ樹脂等の、ＣＦＲＰに比べて柔軟な材料とすることができる。
【００２９】
以上説明したように、ＣＦＲＰ成形体１においては、ＣＦＲＰ層２とＣＦＲＰ層３との間及びＣＦＲＰ層２とＣＦＲＰ層５との間に、制振層４及び制振層６をそれぞれ配置している。このため、振動減衰率が向上される。また、このＣＦＲＰ成形体１においては、ＣＦＲＰ層２を相対的に厚くすると共にＣＦＲＰ層３及びＣＦＲＰ層５を相対的に薄くすることによって、制振層４及び制振層６のそれぞれをＣＦＲＰ成形体１の中心よりも表面側の位置に配置している。このため、ｘ軸方向についての曲げ弾性率の低下が抑制される。
【００３０】
さらに、このＣＦＲＰ成形体１においては、ｚ軸方向に延びる空隙４ａが制振層４に設けられると共に、ｚ軸方向に延びる空隙６ａが制振層６に設けられている。このため、ＣＦＲＰ層３の膨張と制振層４の収縮とに起因する応力が空隙４ａによって緩和され、ＣＦＲＰ層５の膨張と制振層６の収縮とに起因する応力が空隙６ａによって緩和される。その結果、ＣＦＲＰ層３，５を薄くしても、ＣＦＲＰ成形体１の成型時に、ＣＦＲＰ成形体１の表面１ａ，１ｂ（すなわちＣＦＲＰ層３の表面３ａ及びＣＦＲＰ層５の表面５ａ）に歪みが発生することが防止される。
【００３１】
また、ＣＦＲＰ成形体１においては、複数の空隙４ａがｘ軸方向に沿って略等間隔に配列されて設けられており、複数の空隙６ａがｘ軸方向に沿って略等間隔に配列されて設けられている。このため、ＣＦＲＰ成形体１の表面１ａ，１ｂに歪みが発生することが、ｘ軸方向について一様に且つ確実に防止される。
【００３２】
また、ＣＦＲＰ成形体１においては、ｘ軸方向についての空隙４ａの幅が、ＣＦＲＰ層３の厚さの５〜２０倍であると共に、ｘ軸方向についての空隙６ａの幅が、ＣＦＲＰ層５の厚さの５〜２０倍となっている。このため、ＣＦＲＰ成形体１の表面１ａ，１ｂに歪みが発生することが確実に防止される。
【００３３】
以上の実施形態は、本発明のＣＦＲＰ成形体の一実施形態を説明したものであり、本発明のＣＦＲＰ成形体は、上記のＣＦＲＰ成形体１に限定されない。例えば、空隙４ａ，６ａは、制振層４及び制振層６の全幅に渡って延在していなくてもよい。また、空隙４ａ，６ａの数や形成位置は、ＣＦＲＰ成形体１の大きさやＣＦＲＰ層３，５の大きさに応じて任意に設定できる。
［実施例１］
【００３４】
本発明に係るＣＦＲＰ成形体の実施例として、図２に示される試験片１０を用意した。この試験片１０の仕様は、下記の表１に示される通りである。なお、表１，２において、「積層角」は、試験片１０及び比較試験片の長手方向と炭素繊維の配向方向との角度を示している。積層角は、０°が各片の長手方向を示し、９０°が各片の幅方向を示し、±４５°がバイアス方向を示している。また、表１，２において、「Ｐｌｙ」は、プリプレグの層数を示しており、「ＭＰＴ」は、１層のプリプレグの厚さを示している。
【００３５】
表１に示されるように、試験片１０においては、ＣＦＲＰ層２として、積層角を０°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＥ８０２６Ｅ−１２Ｓ）２層と、積層角を０°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＥ８０２６Ｃ−２５Ｎ）４層と、積層角を４５°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＥ８０２６Ｃ−２５Ｎ）２層と、積層角を−４５°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＥ８０２６Ｃ−２５Ｎ）２層と、積層角を９０°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＢ２４Ｎ３３Ｃ２６９）４層とを用いた。
【００３６】
また、試験片１０においては、ＣＦＲＰ層３，５として、積層角を０°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＥ８０２６Ｅ−１２Ｓ）１層をそれぞれ用いた。さらに、試験片１０においては、制振層４，６として、ポリウレタン層（日清紡ケミカル（株）製ポリウレタンフィルム（商品名：モビロンフィルム））をそれぞれ用いた。
【００３７】
以上の炭素繊維プリプレグ及びポリウレタン層を、表１の順に積層して、オートクレーブにより真空・加圧しながら熱硬化することにより、長さＬ１が２８０ｍｍ、幅Ｗ１が１０ｍｍ、厚さＴ１が３ｍｍ程度の長尺板状の試験片１０を得た。
【表１】
【００３８】
一方で、試験片１０の比較例として、以下のように比較用試験片を用意した。この比較用試験片の仕様は、下記の表２に示される通りである。つまり、この比較用試験片は、試験片１０に対して、制振層４，６に対応するポリウレタン層を備えていない点で異なっている。表２の順に炭素繊維プリプレグを積層して、オートクレーブにより真空・加圧しながら熱硬化することにより、試験片１０と同程度の大きさの比較用試験片を得た。
【表２】
【００３９】
以上のように準備した試験片１０及び比較用試験片の振動減衰特性を評価した。試験片１０及び比較用試験片の振動減衰特性の評価方法は、以下の通りである。まず、図２に示されるように、試験片１０の一方の端部１０ａを６０ｍｍ程度、保持部材Ａによって保持する。これにより、試験片１０が片持ち梁状態となる。
【００４０】
続いて、試験片１０の他方の端部（先端部）１０ｂに、所定の荷重を与えた後にその荷重を除くことにより、試験片１０に自由振動を発生させる。続いて、自由振動中の試験片１０の先端部１０ｂの変位をレーザ変位計で測定する。以上の工程により、図３のＦ１で示される減衰自由振動波形と、図４のＦ２で示される対数減衰率を得た。一方で、比較用試験片についても同様の工程を行い、図３のＧ１で示される減衰自由振動波形と、図４のＧ２で示される対数減衰率を得た。対数減衰率は、減衰自由振動波形において隣り合う極大値の比の自然対数に相当する。
【００４１】
図３に示される評価結果によれば、曲げひずみが３００μεから１００μεまで減衰するまでの振動収束所要時間は、比較用試験片では約０．８２秒であったのに対して、試験片１０では約０．２３秒であった。つまり、試験片１０によれば、振動収束所要時間が約１／３．６に短縮された。また、図４に示される評価結果によれば、曲げひずみが２００μεであるときの対数減衰率は、比較用試験片では約０．１１であったのに対して、試験片１０では約０．３６であった。つまり、試験片１０によれば、対数減衰率が約３．３倍に改善された。以上により、ＣＦＲＰ成形体において、その表面近くにポリウレタン層を配置することにより、振動減衰特性が向上されることが確認された。
［実施例２］
【００４２】
本発明のＣＦＲＰ成形体の他の実施例として、図５に示される試験片２０を用意した。試験片２０は、その層構造において試験片１０と同様であるが、その大きさが試験片１０と異なる。すなわち、試験片２０は、長さＬ２が１４０ｍｍ、幅Ｗ２が１５ｍｍ、厚さＷ１が３ｍｍ程度に構成されている。一方で、試験片２０の比較例として、制振層４，６に対応するポリウレタン層を有さない点で試験片２０と異なる比較用試験片を用意した。
【００４３】
このように用意した試験片２０及び比較用試験片の曲げ弾性率を評価した。試験片２０及び比較用試験片の曲げ弾性率の評価方法は、所謂３点曲げ試験とした。すなわち、図５に示されるように、試験片２０の両端に位置する２つの保持部材Ｂ１に試験片２０を載置した後に、試験片２０の中央部に重り部材Ｂ２を乗せて荷重を加えた。これにより、図６のＦ３で示される評価結果を得た。また、比較用試験片についても同様の方法により、図６のＧ３で示される評価結果を得た。
【００４４】
図６の評価結果によれば、曲げ弾性率は、比較用試験片では約３３９ＧＰａであったのに対して、試験片２０では約２９１ＧＰａであった。つまり、比較用試験片に対する試験片２０の曲げ弾性率の保持率は、約８５％であった。これにより、ＣＦＲＰ成形体において、ポリウレタン層の配置位置を、その表面近くとすることにより、曲げ弾性率の低下を抑制できることが確認された。
【符号の説明】
【００４５】
１…ＣＦＲＰ成形体（炭素繊維強化プラスチック成形体）、２…ＣＦＲＰ層（第１の炭素繊維強化プラスチック層）、２ａ…主面（一方の面）、２ｂ…裏面（他方の面）、３…ＣＦＲＰ層（第２の炭素繊維強化プラスチック層）、４…制振層（第１の制振層）、４ａ…空隙、５…ＣＦＲＰ層（第３の炭素繊維強化プラスチック層）、６…制振層（第２の制振層）、６ａ…空隙。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化プラスチック成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維強化プラスチック成形体は、アルミニウムや鉄等の金属に比べて軽量かつ高剛性であるため、金属に代わる新素材として近年注目を集めている。そのような炭素繊維強化プラスチック成形体においては制振性を向上させることが要求されている。そこで、互いに積層された炭素繊維強化プラスチック層の間に、ポリイミド等の粘弾性材料からなる制振層を配置した炭素繊維強化プラスチック成形体が提案されている（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２９１４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、本発明者らの知見によれば、特許文献１に記載されているような炭素繊維強化プラスチック成形体において、一方の炭素繊維強化プラスチック層を薄くすると共に他方の炭素繊維強化プラスチック層を厚くすることによって、炭素繊維強化プラスチック成形体の中心よりも表面側の位置に制振層を配置すれば、全体の厚さを変えずに曲げ弾性率の低下を抑制できる。
【０００５】
一方で、炭素繊維強化プラスチック成形体の成型の際の温度低下時においては、炭素繊維強化プラスチック層は炭素繊維の配向方向に膨張し、制振層は収縮する。このとき、一方の炭素繊維強化プラスチック層が薄く構成されていると、炭素繊維強化プラスチック層の膨張と制振層の収縮とに起因する応力によって、炭素繊維強化プラスチック層の表面に歪みが発生する場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、振動減衰率の向上及び曲げ弾性率低下の抑制を図りつつ表面に歪みが発生することを防止可能な炭素繊維強化プラスチック成形体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の炭素繊維強化プラスチック成形体は、第１の炭素繊維強化プラスチック層と、第１の炭素繊維強化プラスチック層の一方の面上に積層された第２の炭素繊維強化プラスチック層と、第１の炭素繊維強化プラスチック層と第２の炭素繊維強化プラスチック層との間に配置された第１の制振層と、を備え、第２の炭素繊維強化プラスチック層の厚さは、第１の炭素繊維強化プラスチック層の厚さよりも薄く、第１の制振層には、第２の炭素繊維強化プラスチック層に含まれる炭素繊維の配向方向に交差する方向に延びる空隙が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
この炭素繊維強化プラスチック成形体においては、互いに積層された第１及び第２の炭素繊維強化プラスチック層の間に第１の制振層を配置している。このため、振動減衰率が向上される。また、この炭素繊維強化プラスチック成形体においては、第１の炭素繊維強化プラスチックを相対的に厚くすると共に第２の炭素繊維強化プラスチック層を相対的に薄くすることによって、第１の制振層を炭素繊維強化プラスチック成形体の中心よりも表面側に配置している。このため、曲げ弾性率の低下が抑制される。さらに、この炭素繊維強化プラスチック成形体においては、第１の制振層には、第２の炭素繊維強化プラスチック層に含まれる炭素繊維の配向方向に交差する方向に延びる空隙が設けられている。このため、炭素繊維強化プラスチック層の膨張と制振層の収縮とに起因する応力が、その空隙によって緩和される。その結果、第２の炭素繊維強化プラスチック層を薄く構成しても、炭素繊維強化プラスチック成形体の成型時に、第２の炭素繊維強化プラスチック層の表面に歪みが発生することが防止される。
【０００９】
本発明の炭素繊維強化プラスチック成形体においては、空隙は、第１の制振層に複数設けられていることが好ましい。この構成によれば、第２の炭素繊維強化プラスチック層の表面に歪みが発生することが確実に防止される。
【００１０】
また、その場合においては、空隙は、配向方向に沿って略等間隔に配列されていることがさらに好ましい。この構成によれば、第２の炭素繊維強化プラスチック層の表面に歪みが発生することが、炭素繊維の配向方向について一様に防止される。
【００１１】
また、本発明の炭素繊維強化プラスチック成形体においては、配向方向についての空隙の幅は、第２の炭素繊維強化プラスチック層の厚さの５〜２０倍であることが好ましい。この構成によれば、第２の炭素繊維強化プラスチック層の表面に歪みが発生することがより確実に防止される。
【００１２】
ここで、本発明の炭素繊維強化プラスチック成形体においては、第１の炭素繊維強化プラスチック層の他方の面上に積層された第３の炭素繊維強化プラスチック層と、第１の炭素繊維強化プラスチック層と第３の炭素繊維強化プラスチック層との間に配置された第２の制振層と、をさらに備え、第３の炭素繊維強化プラスチック層の厚さは、第１の炭素繊維強化プラスチック層の厚さよりも薄く、第２の制振層には、第３の炭素繊維強化プラスチック層に含まれる炭素繊維の配向方向に交差する方向に延びる空隙が設けられていることが好ましい。この構成によれば、炭素繊維強化プラスチック成形体の構造が、その厚さ方向の中心位置について概ね対称となるので、厚さ方向についての反りの発生が防止される。
【００１３】
さらに、その場合においては、第２の炭素繊維強化プラスチック層の厚さと第３の炭素繊維強化プラスチック層の厚さとは略同一であり、第１の制振層の厚さと第２の制振層の厚さとは略同一であることがさらに好ましい。この構成によれば、炭素繊維強化プラスチック成形体の構造が、その厚さ方向の中心位置について対称となるので、厚さ方向についての反りの発生が確実に防止される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、振動減衰率の向上及び曲げ弾性率低下の抑制を図りつつ表面に歪みが発生することを防止可能な炭素繊維強化プラスチック成形体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の炭素繊維強化プラスチック成形体の一実施形態の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の炭素繊維強化プラスチック成形体の実施例を示す図である。
【図３】振動減衰特性の評価結果を示すグラフである。
【図４】振動減衰特性の評価結果を示すグラフである。
【図５】本発明の炭素繊維強化プラスチック成形体の他の実施例を示す図である。
【図６】曲げ弾性率の評価結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の炭素繊維強化プラスチック成形体の一実施形態の構成を示す斜視図である。図１に示されるように、炭素繊維強化プラスチック（以下、「ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics」と称する）成形体１は、ＣＦＲＰ層（第１の炭素繊維強化プラスチック層）２と、ＣＦＲＰ層２の主面（一方の面）２ａ上に積層されたＣＦＲＰ層（第２の炭素繊維強化プラスチック層）３と、ＣＦＲＰ層２とＣＦＲＰ層３との間に配置された制振層（第１の制振層）４とを備えている。
【００１８】
また、ＣＦＲＰ成形体１は、ＣＦＲＰ層２の裏面（他方の面）２ｂ上に積層されたＣＦＲＰ層（第３の炭素繊維強化プラスチック成形体）５と、ＣＦＲＰ層２とＣＦＲＰ層５との間に配置された制振層（第２の制振層）６とを備えている。つまり、ＣＦＲＰ成形体１は、ＣＦＲＰ層５、制振層６、ＣＦＲＰ層２、制振層４及びＣＦＲＰ層３がこの順に積層されて構成されている。ＣＦＲＰ成形体１は、例えば、幅１５０ｍｍ〜３００ｍｍ、長さ３００ｍｍ〜４００ｍｍ、厚さ２ｍｍ〜５ｍｍ程度の板状に構成することができる。このようにして構成されるＣＦＲＰ成形体１は、例えば、ロボットハンド等の産業用部品に用いることができる。なお、図１には、直交座標系Ｓが示されている。そのｘ軸はＣＦＲＰ成形体１の長さ方向を示しており、ｙ軸はＣＦＲＰ成形体１の厚さ方向を示しており、ｚ軸はＣＦＲＰ成形体１の幅方向を示している。
【００１９】
ＣＦＲＰ層２は、所定の方向に配向された炭素繊維を含む炭素繊維層にマトリックス樹脂（例えばエポキシ樹脂）を含浸してなる炭素繊維プリプレグを複数層（例えば１４層）積層し熱硬化することにより板状に形成されている。
【００２０】
ＣＦＲＰ層３，５は、ＣＦＲＰ層２と同様に炭素繊維プリプレグを熱硬化することによって板状に形成されている。ただし、ＣＦＲＰ層３，５は、ＣＦＲＰ層２よりも炭素繊維プリプレグの積層数を少なくする（例えば１層とする）ことにより、ＣＦＲＰ層２よりも薄く構成されている（例えば０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度）。また、ＣＦＲＰ層３の厚さとＣＦＲＰ層５の厚さとは略同一とされている。したがって、制振層４，６は、ＣＦＲＰ成形体１のｙ軸方向についての中心位置よりもＣＦＲＰ成形体１の表面１ａ，１ｂ側に位置している。
【００２１】
ＣＦＲＰ層２，３，５の炭素繊維プリプレグとしては、例えば、ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＥ８０２６Ｅ−１２Ｓ（炭素繊維：日本グラファイトファイバー（株）製ピッチ系炭素繊維（商品名：グラノックＸＮ−８０）、マトリックス樹脂：１３０℃硬化エポキシ、炭素繊維目付け：１２５ｇ／ｍ２、樹脂含有量：３２．０重量％、プリプレグ厚さ：０．１０６ｍｍ）、ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＥ８０２６Ｃ−２５Ｎ（炭素繊維：日本グラファイトファイバー（株）製ピッチ系炭素繊維（商品名：グラノックＸＮ−８０）、マトリックス樹脂：１３０℃硬化エポキシ、炭素繊維目付け：２５０ｇ／ｍ２、樹脂含有量：３１．４重量％、プリプレグ厚さ：０．２０９ｍｍ）、及び、ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＢ２４Ｎ３３Ｃ２６９（炭素繊維：三菱レイヨン（株）製ＰＡＮ系炭素繊維（商品名：パイロフィルＴＲ３０Ｓ、マトリックス樹脂：１３０℃硬化エポキシ、炭素繊維目付け：２６９ｇ／ｍ２、樹脂含有量：３３．４重量％、プリプレグ厚さ：０．２６０ｍｍ）等を使用することができる。
【００２２】
制振層４は、ＣＦＲＰ層２とＣＦＲＰ層３との間において、ＣＦＲＰ層２の主面２ａを覆うように板状（フィルム状）に形成されている。制振層４には、ＣＦＲＰ層３に含まれる炭素繊維の配向方向（ここではｘ軸方向）に交差する方向（ここではｚ軸方向）に延びる複数（ここでは３つ）の空隙４ａが設けられている。空隙４ａは、制振層４の全幅に渡って延在している。したがって、制振層４は、空隙４ａによって複数（ここでは４つ）の領域４ｂに分割されている。
【００２３】
空隙４ａは、ｘ軸方向に沿って、例えば５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の間隔で、略等間隔に配列されている。また、空隙４ａのそれぞれのｘ軸方向についての幅は、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍ程度とされている。つまり、空隙４ａのそれぞれのｘ軸方向についての幅は、ＣＦＲＰ層３の厚さの５〜２０倍程度とされている。
【００２４】
制振層６は、ＣＦＲＰ層２とＣＦＲＰ層５との間において、ＣＦＲＰ層２の裏面２ｂを覆うように板状（フィルム状）に形成されている。制振層６の厚さは、制振層４の厚さと略同一である。したがって、ＣＦＲＰ成形体１は、ｙ軸方向についての中心位置に対して、略対称的に構成されることとなる。このため、ＣＦＲＰ成形体１のｙ軸方向についての反りが防止される。
【００２５】
制振層６には、ＣＦＲＰ層５に含まれる炭素繊維の配向方向（ここではｘ軸方向）に交差する方向（ここではｚ軸方向）に延びる複数（ここでは３つ）の空隙６ａが設けられている。空隙６ａは、制振層６の全幅に渡って延在している。したがって、制振層６は、空隙６ａによって複数（ここでは４つ）の領域６ｂに分割されている。
【００２６】
空隙６ａは、ｘ軸方向に沿って、例えば５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の間隔で、略等間隔に配列されている。また、空隙６ａのそれぞれのｘ軸方向についての幅は、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍ程度とされている。つまり、空隙６ａのそれぞれのｘ軸方向についての幅は、ＣＦＲＰ層５の厚さの５〜２０倍程度とされている。なお、空隙６ａのそれぞれは、空隙４ａのそれぞれと対向するように設けられている。
【００２７】
このような制振層４，６は、ＣＦＲＰ層２，３，５の剛性よりも低い剛性の粘弾性材料からなる。制振層４，６の粘弾性材料は、２５°における貯蔵弾性率が、０．１ＭＰａ以上２５００ＭＰａ以下の範囲であることが好ましく、０．１ＭＰａ以上２５０ＭＰａ以下の範囲であることがさらに好ましく、０．１ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の範囲であることが一層好ましい。粘弾性材料の貯蔵弾性率が、２５００ＭＰａ以下であれば、十分な制振性能を得ることができ、０．１ＭＰａ以上であれば、曲げ弾性率の低下が少なく、産業用部品として要求される性能を満たすことができる。また、制振層４，６の粘弾性材料は、炭素繊維プリプレグを熱硬化してＣＦＲＰ層２，３，５を作製することから、その際に発生する熱に対して安定であることが好ましい。さらに、制振層４，６の粘弾性材料は、ＣＦＲＰ層２，３，５のマトリックス樹脂との接着性に優れていることが好ましい。
【００２８】
以上の観点から、制振層４，６を構成する粘弾性材料は、例えば、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、及び、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ，ＥＰＤＭ）等のゴム、並びに、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、及び、柔軟鎖を持つポリマーであるゴムやエラストマー等を添加することによって弾性率を低くしたエポキシ樹脂等の、ＣＦＲＰに比べて柔軟な材料とすることができる。
【００２９】
以上説明したように、ＣＦＲＰ成形体１においては、ＣＦＲＰ層２とＣＦＲＰ層３との間及びＣＦＲＰ層２とＣＦＲＰ層５との間に、制振層４及び制振層６をそれぞれ配置している。このため、振動減衰率が向上される。また、このＣＦＲＰ成形体１においては、ＣＦＲＰ層２を相対的に厚くすると共にＣＦＲＰ層３及びＣＦＲＰ層５を相対的に薄くすることによって、制振層４及び制振層６のそれぞれをＣＦＲＰ成形体１の中心よりも表面側の位置に配置している。このため、ｘ軸方向についての曲げ弾性率の低下が抑制される。
【００３０】
さらに、このＣＦＲＰ成形体１においては、ｚ軸方向に延びる空隙４ａが制振層４に設けられると共に、ｚ軸方向に延びる空隙６ａが制振層６に設けられている。このため、ＣＦＲＰ層３の膨張と制振層４の収縮とに起因する応力が空隙４ａによって緩和され、ＣＦＲＰ層５の膨張と制振層６の収縮とに起因する応力が空隙６ａによって緩和される。その結果、ＣＦＲＰ層３，５を薄くしても、ＣＦＲＰ成形体１の成型時に、ＣＦＲＰ成形体１の表面１ａ，１ｂ（すなわちＣＦＲＰ層３の表面３ａ及びＣＦＲＰ層５の表面５ａ）に歪みが発生することが防止される。
【００３１】
また、ＣＦＲＰ成形体１においては、複数の空隙４ａがｘ軸方向に沿って略等間隔に配列されて設けられており、複数の空隙６ａがｘ軸方向に沿って略等間隔に配列されて設けられている。このため、ＣＦＲＰ成形体１の表面１ａ，１ｂに歪みが発生することが、ｘ軸方向について一様に且つ確実に防止される。
【００３２】
また、ＣＦＲＰ成形体１においては、ｘ軸方向についての空隙４ａの幅が、ＣＦＲＰ層３の厚さの５〜２０倍であると共に、ｘ軸方向についての空隙６ａの幅が、ＣＦＲＰ層５の厚さの５〜２０倍となっている。このため、ＣＦＲＰ成形体１の表面１ａ，１ｂに歪みが発生することが確実に防止される。
【００３３】
以上の実施形態は、本発明のＣＦＲＰ成形体の一実施形態を説明したものであり、本発明のＣＦＲＰ成形体は、上記のＣＦＲＰ成形体１に限定されない。例えば、空隙４ａ，６ａは、制振層４及び制振層６の全幅に渡って延在していなくてもよい。また、空隙４ａ，６ａの数や形成位置は、ＣＦＲＰ成形体１の大きさやＣＦＲＰ層３，５の大きさに応じて任意に設定できる。
［実施例１］
【００３４】
本発明に係るＣＦＲＰ成形体の実施例として、図２に示される試験片１０を用意した。この試験片１０の仕様は、下記の表１に示される通りである。なお、表１，２において、「積層角」は、試験片１０及び比較試験片の長手方向と炭素繊維の配向方向との角度を示している。積層角は、０°が各片の長手方向を示し、９０°が各片の幅方向を示し、±４５°がバイアス方向を示している。また、表１，２において、「Ｐｌｙ」は、プリプレグの層数を示しており、「ＭＰＴ」は、１層のプリプレグの厚さを示している。
【００３５】
表１に示されるように、試験片１０においては、ＣＦＲＰ層２として、積層角を０°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＥ８０２６Ｅ−１２Ｓ）２層と、積層角を０°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＥ８０２６Ｃ−２５Ｎ）４層と、積層角を４５°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＥ８０２６Ｃ−２５Ｎ）２層と、積層角を−４５°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＥ８０２６Ｃ−２５Ｎ）２層と、積層角を９０°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＢ２４Ｎ３３Ｃ２６９）４層とを用いた。
【００３６】
また、試験片１０においては、ＣＦＲＰ層３，５として、積層角を０°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＥ８０２６Ｅ−１２Ｓ）１層をそれぞれ用いた。さらに、試験片１０においては、制振層４，６として、ポリウレタン層（日清紡ケミカル（株）製ポリウレタンフィルム（商品名：モビロンフィルム））をそれぞれ用いた。
【００３７】
以上の炭素繊維プリプレグ及びポリウレタン層を、表１の順に積層して、オートクレーブにより真空・加圧しながら熱硬化することにより、長さＬ１が２８０ｍｍ、幅Ｗ１が１０ｍｍ、厚さＴ１が３ｍｍ程度の長尺板状の試験片１０を得た。
【表１】
【００３８】
一方で、試験片１０の比較例として、以下のように比較用試験片を用意した。この比較用試験片の仕様は、下記の表２に示される通りである。つまり、この比較用試験片は、試験片１０に対して、制振層４，６に対応するポリウレタン層を備えていない点で異なっている。表２の順に炭素繊維プリプレグを積層して、オートクレーブにより真空・加圧しながら熱硬化することにより、試験片１０と同程度の大きさの比較用試験片を得た。
【表２】
【００３９】
以上のように準備した試験片１０及び比較用試験片の振動減衰特性を評価した。試験片１０及び比較用試験片の振動減衰特性の評価方法は、以下の通りである。まず、図２に示されるように、試験片１０の一方の端部１０ａを６０ｍｍ程度、保持部材Ａによって保持する。これにより、試験片１０が片持ち梁状態となる。
【００４０】
続いて、試験片１０の他方の端部（先端部）１０ｂに、所定の荷重を与えた後にその荷重を除くことにより、試験片１０に自由振動を発生させる。続いて、自由振動中の試験片１０の先端部１０ｂの変位をレーザ変位計で測定する。以上の工程により、図３のＦ１で示される減衰自由振動波形と、図４のＦ２で示される対数減衰率を得た。一方で、比較用試験片についても同様の工程を行い、図３のＧ１で示される減衰自由振動波形と、図４のＧ２で示される対数減衰率を得た。対数減衰率は、減衰自由振動波形において隣り合う極大値の比の自然対数に相当する。
【００４１】
図３に示される評価結果によれば、曲げひずみが３００μεから１００μεまで減衰するまでの振動収束所要時間は、比較用試験片では約０．８２秒であったのに対して、試験片１０では約０．２３秒であった。つまり、試験片１０によれば、振動収束所要時間が約１／３．６に短縮された。また、図４に示される評価結果によれば、曲げひずみが２００μεであるときの対数減衰率は、比較用試験片では約０．１１であったのに対して、試験片１０では約０．３６であった。つまり、試験片１０によれば、対数減衰率が約３．３倍に改善された。以上により、ＣＦＲＰ成形体において、その表面近くにポリウレタン層を配置することにより、振動減衰特性が向上されることが確認された。
［実施例２］
【００４２】
本発明のＣＦＲＰ成形体の他の実施例として、図５に示される試験片２０を用意した。試験片２０は、その層構造において試験片１０と同様であるが、その大きさが試験片１０と異なる。すなわち、試験片２０は、長さＬ２が１４０ｍｍ、幅Ｗ２が１５ｍｍ、厚さＷ１が３ｍｍ程度に構成されている。一方で、試験片２０の比較例として、制振層４，６に対応するポリウレタン層を有さない点で試験片２０と異なる比較用試験片を用意した。
【００４３】
このように用意した試験片２０及び比較用試験片の曲げ弾性率を評価した。試験片２０及び比較用試験片の曲げ弾性率の評価方法は、所謂３点曲げ試験とした。すなわち、図５に示されるように、試験片２０の両端に位置する２つの保持部材Ｂ１に試験片２０を載置した後に、試験片２０の中央部に重り部材Ｂ２を乗せて荷重を加えた。これにより、図６のＦ３で示される評価結果を得た。また、比較用試験片についても同様の方法により、図６のＧ３で示される評価結果を得た。
【００４４】
図６の評価結果によれば、曲げ弾性率は、比較用試験片では約３３９ＧＰａであったのに対して、試験片２０では約２９１ＧＰａであった。つまり、比較用試験片に対する試験片２０の曲げ弾性率の保持率は、約８５％であった。これにより、ＣＦＲＰ成形体において、ポリウレタン層の配置位置を、その表面近くとすることにより、曲げ弾性率の低下を抑制できることが確認された。
【符号の説明】
【００４５】
１…ＣＦＲＰ成形体（炭素繊維強化プラスチック成形体）、２…ＣＦＲＰ層（第１の炭素繊維強化プラスチック層）、２ａ…主面（一方の面）、２ｂ…裏面（他方の面）、３…ＣＦＲＰ層（第２の炭素繊維強化プラスチック層）、４…制振層（第１の制振層）、４ａ…空隙、５…ＣＦＲＰ層（第３の炭素繊維強化プラスチック層）、６…制振層（第２の制振層）、６ａ…空隙。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の炭素繊維強化プラスチック層と、
前記第１の炭素繊維強化プラスチック層の一方の面上に積層された第２の炭素繊維強化プラスチック層と、
前記第１の炭素繊維強化プラスチック層と前記第２の炭素繊維強化プラスチック層との間に配置された第１の制振層と、を備え、
前記第２の炭素繊維強化プラスチック層の厚さは、前記第１の炭素繊維強化プラスチック層の厚さよりも薄く、
前記第１の制振層には、前記第２の炭素繊維強化プラスチック層に含まれる炭素繊維の配向方向に交差する方向に延びる空隙が設けられている、ことを特徴とする炭素繊維強化プラスチック成形体。
【請求項２】
前記空隙は、前記第１の制振層に複数設けられている、ことを特徴とする請求項１記載の炭素繊維強化プラスチック成形体。
【請求項３】
前記空隙は、前記配向方向に沿って略等間隔に配列されていることを特徴とする請求項２記載の炭素繊維強化プラスチック成形体。
【請求項４】
前記配向方向についての前記空隙の幅は、前記第２の炭素繊維強化プラスチック層の厚さの５〜２０倍であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の炭素繊維強化プラスチック成形体。
【請求項５】
前記第１の炭素繊維強化プラスチック層の他方の面上に積層された第３の炭素繊維強化プラスチック層と、
前記第１の炭素繊維強化プラスチック層と前記第３の炭素繊維強化プラスチック層との間に配置された第２の制振層と、をさらに備え、
前記第３の炭素繊維強化プラスチック層の厚さは、前記第１の炭素繊維強化プラスチック層の厚さよりも薄く、
前記第２の制振層には、前記第３の炭素繊維強化プラスチック層に含まれる炭素繊維の配向方向に交差する方向に延びる空隙が設けられている、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の炭素繊維強化プラスチック成形体。
【請求項６】
前記第２の炭素繊維強化プラスチック層の厚さと前記第３の炭素繊維強化プラスチック層の厚さとは略同一であり、
前記第１の制振層の厚さと前記第２の制振層の厚さとは略同一である、ことを特徴とする請求項５に記載の炭素繊維強化プラスチック成形体。
【請求項１】
第１の炭素繊維強化プラスチック層と、
前記第１の炭素繊維強化プラスチック層の一方の面上に積層された第２の炭素繊維強化プラスチック層と、
前記第１の炭素繊維強化プラスチック層と前記第２の炭素繊維強化プラスチック層との間に配置された第１の制振層と、を備え、
前記第２の炭素繊維強化プラスチック層の厚さは、前記第１の炭素繊維強化プラスチック層の厚さよりも薄く、
前記第１の制振層には、前記第２の炭素繊維強化プラスチック層に含まれる炭素繊維の配向方向に交差する方向に延びる空隙が設けられている、ことを特徴とする炭素繊維強化プラスチック成形体。
【請求項２】
前記空隙は、前記第１の制振層に複数設けられている、ことを特徴とする請求項１記載の炭素繊維強化プラスチック成形体。
【請求項３】
前記空隙は、前記配向方向に沿って略等間隔に配列されていることを特徴とする請求項２記載の炭素繊維強化プラスチック成形体。
【請求項４】
前記配向方向についての前記空隙の幅は、前記第２の炭素繊維強化プラスチック層の厚さの５〜２０倍であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の炭素繊維強化プラスチック成形体。
【請求項５】
前記第１の炭素繊維強化プラスチック層の他方の面上に積層された第３の炭素繊維強化プラスチック層と、
前記第１の炭素繊維強化プラスチック層と前記第３の炭素繊維強化プラスチック層との間に配置された第２の制振層と、をさらに備え、
前記第３の炭素繊維強化プラスチック層の厚さは、前記第１の炭素繊維強化プラスチック層の厚さよりも薄く、
前記第２の制振層には、前記第３の炭素繊維強化プラスチック層に含まれる炭素繊維の配向方向に交差する方向に延びる空隙が設けられている、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の炭素繊維強化プラスチック成形体。
【請求項６】
前記第２の炭素繊維強化プラスチック層の厚さと前記第３の炭素繊維強化プラスチック層の厚さとは略同一であり、
前記第１の制振層の厚さと前記第２の制振層の厚さとは略同一である、ことを特徴とする請求項５に記載の炭素繊維強化プラスチック成形体。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１６２０６２（Ｐ２０１２−１６２０６２Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６１７０（Ｐ２０１１−２６１７０）
【出願日】平成２３年２月９日（２０１１．２．９）
【出願人】（０００００４４４４）ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社 (1,898)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月９日（２０１１．２．９）
【出願人】（０００００４４４４）ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社 (1,898)
【Ｆターム（参考）】
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