DE112017002505B4

DE112017002505B4 - Faservertärkter Schichtstoff, Verschlussvorrichtung und optisches Gerät

Info

Publication number: DE112017002505B4
Application number: DE112017002505.2T
Authority: DE
Inventors: Munetoshi YOSHIKAWA; Fumio Shimada; Mizuho Igawa; Minoru Kobayashi; Keita Hanawa; Junichi Onosaka; Naoaki Maruyama
Original assignee: Canon Electronics Inc
Current assignee: Canon Electronics Inc
Priority date: 2016-05-16
Filing date: 2017-05-12
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2037-05-13
Also published as: US20200061958A1; JP2018083426A; DE112017002505T5; US10493717B2; JP6568960B2; US10807343B2; WO2017199886A1; US20190070827A1; JPWO2017199886A1; JP6276902B1

Abstract

Faserverstärkter Schichtstoff mit:einem Substrat; einer schwarzen Beschichtung; und einer faserverstärkten Kunststoffschicht, wobeidie schwarze Beschichtung zwischen dem Substrat und der faserverstärkten Kunststoffschicht vorgesehen ist und ein Bindemittelharz und schwarze Partikel enthält,die faserverstärkte Kunststoffschicht ein Matrixharz hat undauf beiden Oberflächen des Substrats die schwarzen Beschichtungen und die faserverstärkten Kunststoffschichten vorgesehen sind,dadurch gekennzeichnet, dassdie schwarze Beschichtung außerdem einen Füllstoff enthält,eine Grenzfläche zwischen der schwarzen Beschichtung und der faserverstärkten Kunststoffschicht eine konvexe und konkave Struktur hat, die durch den Füllstoff ausgebildet wird und in die das Matrixharz eintritt, undeine Dicke der schwarzen Beschichtung, eine Dicke des Substrats und eine Dicke der faserverstärkten Kunststoffschicht die folgende Ungleichung erfüllen:wobei die Dicke der schwarzen Beschichtung a (µm) beträgt, die Dicke des Substrats b (µm) beträgt und die Dicke der faserverstärkten Kunststoffschicht c (µm) beträgt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen faserverstärkten Schichtstoff, der durch Stapeln faserverstärkter Schichten gebildet wird, eine Verschlusslamelle, welche den faserverstärkten Schichtstoff verwendet, und eine Verschlussvorrichtung und ein optisches Gerät, welche die Verschlusslamelle verwenden.
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass als ein faserverstärkter Schichtstoff abwechselnd kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) gestapelt werden, um seine Festigkeit zu verbessern. Ein solcher faserverstärkte Schichtstoff hat ein geringes Gewicht und eine hohe Steifigkeit und er wird vorzugsweise für Verschlusslamellen für einen Schlitzverschluss oder dergleichen verwendet, welcher für eine Spiegelreflexkamera als ein Beispiel eines optischen Geräts verwendet wird und sich innerhalb äußerst kurzer Zeit bewegt und anhält, um den Strahlengang zu kreuzen.
Obwohl ein faserverstärkter Schichtstoff wie CFK, in dem Fasern gestapelt sind, hervorragende Eigenschaften, d. h. ein geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit, hat, tritt gelegentlich ein „Maschenöffnungs“-Phänomen auf, bei dem sich in der Phase des Stapelns von CFK-Prepregs Kohlenstofffasern biegen. Darüber hinaus kann sich an der Stelle dieser Maschenöffnung das Lichtabschirmvermögen verschlechtern.
PTL1 offenbart ein lichtabschirmendes Lamellenmaterial für ein optisches Gerät, um das Lichtabschirmvermögen zu verbessern. Es hat einen Schichtstoffaufbau mit: einem Kunststofffilm als Basismaterial; lichtabschirmenden Beschichtungsfilmen mit Lichtabschirmvermögen, welche auf beiden Oberflächen ausgebildet sind; Verstärkungselementen, in denen Kohlenstofffasern hinsichtlich ihrer Richtungen gleichmäßig sind und die auf den lichtabschirmenden Beschichtungsfilmen aufgestapelt sind; und schmierenden schwarzen Beschichtungsfilmen, welche auf den Verstärkungselementen ausgebildet sind. Genauer gesagt offenbart die PTL1 einen faserverstärkten Schichtstoff gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1, 2 und 4.
Indem gemäß PTL1 in dem Schichtstoff, der das Lamellenmaterial bildet, zwischen den kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschichten die lichtabschirmenden Beschichtungsfilme eingebracht werden, wird das Lichtabschirmvermögen erzielt, das für eine Verschlusslamelle benötigt wird.
Darüber hinaus ist aus der PTL2 ein faserverstärkter Schichtstoff für einen Schaltkreis bekannt, der eine faserverstärkte Kunststoffschicht umfasst, auf deren beiden Oberflächen schwarze Beschichtungen vorgesehen sind, die ein Bindemittelharz, Ruß und einen Füllstoff enthalten und auf denen jeweils eine Kupferfolie oder eine transparente Harzschicht ausgebildet ist.
Die PTL3 offenbart eine lichtabschirmende Beschichtung für Verschlusslamellen, die ein Bindemittelharz, schwarze Füllstoffpartikel und anorganische Partikel, die den Glanz reduzieren sollen, enthält.
Die PTL4 offenbart eine lichtabschirmende Beschichtung für ein optisches Gerät, das ein Bindemittelharz, schwarze Partikel und ein partikelförmiges Mattierungsmittel enthält.
Die PTL5 offenbart einen lichtabschirmenden Schichtstoff aus einem Substratschicht und einer darauf angeordneten Beschichtung, die neben einem Bindemittelharz und einem schwarzen Pigment einen Füllstoff enthalten kann.
Entaeaenhaltunasliste
Patentliteratur

PTL1: US 6 818 287 B1
PTL2: JP 2008-221624 A
PTL3: US 2013 / 0 065 039 A1
PTL4: US 2014 / 0 016 203 A1
PTL5: JP 2008-114463 A

Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Eine Verschlusslamelle, die ein geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit hat, trägt zu einer hohen Haltbarkeit eines Verschlusses bei. Die Verschlussgeschwindigkeit wird höher, und von dem faserverstärkten Schichtstoff, der für die Verschlusslamelle verwendet wird, wird in letzter Zeit verlangt, als Strukturkörper eine noch höhere Festigkeit zu haben.
Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts der oben genannten Umstände und sie soll einen faserverstärkten Schichtstoff mit Lichtabschirmvermögen zur Verfügung stellen, der dazu imstande ist, die Haltbarkeitseigenschaften weiter zu verbessern.
Lösung des Problems
Um das oben genannte Problem zu lösen, sieht die Erfindung einen faserverstärkten Schichtstoff gemäß Patentanspruch 1, 2 oder 4 vor. Die Unteransprüche 3 und 5 bis 7 geben Weiterbildungen dieses Schichtstoffs an.
Die Erfindung sieht außerdem eine Verschlussvorrichtung gemäß Patentanspruch 8 und ein optisches Gerät gemäß Patentanspruch 9 vor.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem faserverstärkten Schichtstoff der Erfindung kann Lichtabschirmvermögen gesichert werden und es kann der Volumenanteil an Verstärkungsfasern auf der Seite der Oberflächenschicht der faserverstärkten Kunststoffschicht gesteigert werden. Dadurch kann ausreichendes Lichtabschirmvermögen gesichert werden und es kann ein faserverstärkter Schichtstoff mit hoher Biegefestigkeit realisiert werden. Eine Verschlusslamelle, die den faserverstärkten Schichtstoff der vorliegenden Erfindung hat, hat verbesserte Haltbarkeitseigenschaften, und mit einer Kamera, die diese Verschlusslamelle verwendet, können eine hohe Haltbarkeit, eine Verbesserung der Verschlussgeschwindigkeit und dergleichen realisiert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen aus der folgenden Beschreibung. Es ist zu beachten, dass in allen beigefügten Zeichnungen gleiche Bezugszahlen die gleichen oder ähnliche Komponenten bezeichnen.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und werden zusammen mit ihrer Beschreibung verwendet, um das Prinzip der vorliegenden Erfindung zu erläutern.

1A ist ein Schaubild, das einen Querschnitt von faserverstärkten Schichten eines faserverstärkten Schichtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
1B ist ein Schaubild, das einen anderen Querschnitt der faserverstärkten Schichten des faserverstärkten Schichtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
2A ist ein Schaubild, das einen Anhaftungszustand an einer Abziehfolie zeigt.
2B ist eine lichtmikroskopische Aufnahme, die exemplarisch die Abziehfolie zeigt.
3A ist eine Oberflächenaufnahme eines faserverstärkten Schichtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Elektronenmikroskop.
3B ist ein erläuterndes Schaubild von Vorsprüngen und Vertiefungen auf der Oberfläche eines faserverstärkten Schichtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4A ist eine teilvergrößerte Ansicht eines Vorsprungsteils mit einem Elektronenmikroskop.
4B ist ein schematisches Schaubild von 4A.
5A ist eine Schnittansicht eines faserverstärken Schichtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel.
5B ist eine Schnittansicht eines faserverstärkten Schichtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel.
6 ist ein Schaubild, das eine Verschlussvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt.
7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II' in 6.
8 ist ein Schaubild, das Beurteilungsergebnisse eines Beispiels zeigt.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die vorliegende Erfindung wird anhand von später erwähnten Ausführungsbeispielen beschrieben, die sich auf einen faserverstärkten Schichtstoff beziehen, der Folgendes aufweist: ein Substrat; eine schwarze Beschichtung; und eine kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschicht, wobei die schwarze Beschichtung zwischen dem Substrat und der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht vorgesehen ist und ein Bindemittelharz, schwarze Partikel und einen Füllstoff enthält. Ein solcher faserverstärkte Schichtstoff hat hohe Biegefestigkeit und ausreichendes Lichtabschirmvermögen und kann vorzugsweise als ein Material für Verschlusslamellen und dergleichen verwendet werden.
Im Einzelnen bringt der in der schwarzen Beschichtung enthaltene Füllstoff an der Grenzfläche zwischen der schwarzen Beschichtung und der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht eine Struktur aus feinen Konvexitäten und Konkavitäten mit sich. Die Konvexitäten und Konkavitäten an dieser Grenzfläche der schwarzen Beschichtung erhöhen einen Haftflächenbereich zwischen der schwarzen Beschichtung und der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht, der das Haftvermögen zwischen beiden weiter steigert. Darüber hinaus fließt während des Heizformens ein Matrixharz, etwa ein wärmehärtendes Harz, das in den kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen enthalten ist, in diese Konvexitäten und Konkavitäten. Somit erhöht sich an der Grenzfläche zwischen der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht und der schwarzen Beschichtung relativ gesehen der Volumenanteil des Matrixharzes. Indessen erhöht sich infolge der Reduzierung des Matrixharzes in der Nähe der Oberflächenschicht der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht (in der Nähe der Oberflächenschicht des faserverstärkten Schichtstoffs) getrennt von dieser Grenzfläche der schwarzen Beschichtung relativ gesehen der Volumenanteil an Kohlenstofffasern.
Diese Konvexitäten und Konkavitäten an der Grenzfläche der schwarzen Beschichtung erhöhen den Volumenanteil an Kohlenstofffasern in der Nähe der Oberflächenschicht der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht, die auf der entgegengesetzten Seite zum Substrat positioniert ist, relativ gesehen mehr als den Volumenanteil an Kohlenstofffasern in der Nähe der Grenzfläche zwischen der schwarzen Beschichtung und der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht, die nahe am Substrat positioniert ist. Die relative Zunahme der Präsenzrate der Kohlenstofffasern in der Nähe der Oberflächenschicht der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht ermöglicht eine hohe Biegefestigkeit als faserverstärkter Schichtstoff und eine Verbesserung der Steifigkeit.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch faserverstärkte Schichtstoffe der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird insbesondere ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem ein faserverstärkter Schichtstoff der vorliegenden Erfindung für eine Verschlusslamelle einer Verschlussvorrichtung verwendet wird. Es ist dennoch überflüssig zu sagen, dass der faserverstärkte Schichtstoff der vorliegenden Erfindung auch bei Rollos und verschiedenen Strukturwerkstoffen angewandt werden kann.
6 zeigt eine Höhenform einer Verschlussvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die in 6 gezeigte Verschlussvorrichtung 10 ist eine Schlitzverschlusseinheit. Darüber hinaus ist 7 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II' in 6. Die Schlitzverschlusseinheit 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht einer Vertikalbewegungsbauart. Und zwar hat die Schlitzverschlusseinheit 10 einen vorderen Vorhang 11 und einen hinteren Vorhang 12, die sich in der Vertikalrichtung bewegen, und der Öffnungsteil der Verschlussgrundplatte 24 wird unter Verwendung des vorderen Vorhangs 11 und des hinteren Vorhangs 12 geöffnet und geschlossen. Der vordere Vorhang 11 und der hintere Vorhang 12 bestehen jeweils aus ein oder mehr Verschlusslamellen. Im Einzelnen besteht der vordere Vorhang 11 aus fünf einander überlappenden Verschlusslamellen 13, 14, 15, 16 und 17 und der hintere Vorhang 12 besteht aus vier einander überlappenden Verschlusslamellen 18, 19, 20 und 21. Die Längsrichtung von jeder der Verschlusslamellen 13 bis 21 ist im Wesentlichen senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung.
An der rahmenförmigen Verschlussgrundplatte 24 ist parallel dazu über eine Vielzahl von Abstandshaltern 22 eine rahmenförmige Abdeckplatte 23 angebracht, die verhindert, dass sich die Verschlusslamellen 13 bis 17 des vorderen Vorhangs 11 in der Richtung senkrecht zur Lamellenbewegungsrichtung ausbreiten. Darüber hinaus ist zwischen der Abdeckplatte 23 und der Verschlussgrundplatte 24 schräg zur Verschlussgrundplatte 24 eine rahmenförmige Trennplatte 25 angebracht, die einen Bewegungsraum für den vorderen Vorhang 11 und einen Bewegungsraum für den hinteren Vorhang 12 voneinander abtrennt. Der vordere Vorhang 11 ist zwischen der Abdeckplatte 23 und der Trennplatte 25 angeordnet und der hintere Vorhang 12 ist zwischen der Trennplatte 25 und der Verschlussgrundplatte 24 angeordnet.
Die einen Enden (auf der linken Seite in 6) in Längsrichtung der Verschlusslamellen 13 bis 17, die den vorderen Vorhang 11 bilden, sind mit Verstemmstiften jeweils an einem den vorderen Vorhang tragenden Arm 26 und einem den vorderen Vorhang antreibenden Arm 27 angebracht, wobei die Verschlusslamellen 13 bis 17, so gestaltet sind, dass sie sich miteinander verbunden in der Vertikalrichtung bewegen. Der den vorderen Vorhang tragende Arm 26 und der den vorderen Vorhang antreibende Arm 27 sind an ihren jeweils nahen Endteilen drehbar an der Verschlussgrundplatte 24 angebracht.
Entsprechend sind die einen Enden in Längsrichtung der Verschlusslamellen 18 bis 21, die den hinteren Vorhang 12 bilden, mit Verstemmstiften jeweils an einem den hinteren Vorhang tragenden Arm 28 und einem den hinteren Vorhang antreibenden Arm 29 angebracht, wobei die Verschlusslamellen 18 bis 21 so gestaltet sind, dass sie sich miteinander verbunden in der Vertikalrichtung bewegen. Der den hinteren Vorhang tragende Arm 28 und der den hinteren Vorhang antreibende Arm 29 sind an ihren jeweils nahen Endteilen drehbar an der Verschlussgrundplatte 24 angebracht.
Der den vorderen Vorhang antreibende Arm 27 und der den hinteren Vorhang antreibende Arm 29 sind jeweils gleitend mit bogenförmigen Führungsnuten 30 und 31 in Eingriff, die in der Abdeckplatte 23 und der Verschlussgrundplatte 24 ausgebildet sind. Wenn sich der den vorderen Vorhang antreibende Arm 27 und der den hinteren Vorhang antreibende Arm 29 bei Aufnahme einer Antriebskraft von einer (nicht gezeigten) Antriebseinheit drehen, bewegen sich zudem der den vorderen Vorhang tragende Arm 26 und der den hinteren Vorhang tragende Arm 28 miteinander verbunden, sodass die Verschlusslamellen 13 bis 17 und 18 bis 21 übereinandergelegt oder auseinandergezogen werden.
Und zwar befinden sich in einem Bilderfassungsbereitschaftszustand die Verschlusslamellen 13 bis 17 des vorderen Vorhangs 11 in einem auseinandergezogenen Zustand und die Verschlusslamellen 18 bis 21 des hinteren Vorhangs 12 in einem übereinanderliegenden Zustand. Bei Durchführung der Bilderfassung beginnen die Verschlusslamellen 13 bis 17 des vorderen Vorhangs 11 dann so betätigt zu werden, dass sie übereinanderliegen. Zusätzlich dazu beginnen nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeit vom Beginn dieses Vorgangs an die Verschlusslamellen 18 bis 21 des hinteren Vorhangs 12 so betätigt zu werden, dass sie sich auseinanderziehen. Nach dem Ende der Bilderfassung sind die Verschlusslamellen 13 bis 17 des vorderen Vorhangs 11 und die Verschlusslamellen 18 bis 21 des hinteren Vorhangs 12 so eingestellt, dass sie sich im Bilderfassungsbereitschaftszustand befinden.
Durch diese Bewegung der Verschlusslamellen 13 bis 17 des vorderen Vorhangs 11 und der Verschlusslamellen 18 bis 21 des hinteren Vorhangs 12 wird in der Mitte der Trennplatte 25, der Verschlussgrundplatte 24 und der Abdeckplatte 23 eine rahmenförmige Lichtdurchlassöffnung ausgebildet, die einem Bilderfassungslichtstrahl erlaubt hindurchzugehen. Der auf eine (nicht gezeigte) Linse fallende Bilderfassungslichtstrahl geht durch die oben genannte Lichtdurchgangsöffnung und belichtet einen Bildsensor, etwa ein CCD (ladungsgekoppeltes Bauteil) oder einen Film.
Eine solche Gestaltung der Schlitzverschlusseinheit 10 wie oben ist bloß ein Beispiel dafür, und dafür können bekannte Gestaltungen verwendet werden, die in der JP H10 - 186 448 A , JP 2002 - 229 097 A , JP 2003 - 280 065 A und dergleichen offenbart sind.
Darüber hinaus kann die Verschlussvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels in einem optischen Gerät wie zum Beispiel einer Kamera implementiert und verwendet werden. Und zwar kann die Verschlussvorrichtung in einer Kamera, die ein Gehäuse, ein optisches System wie eine Linse und eine Bilderfassungseinheit wie einen Bildsensor aufweist, so angeordnet sein, dass sie den Weg des Lichts, das durch das optische System auf den Bildsensor fällt, verschließt.
Als Nächstes wird eine Gestaltung der Verschlusslamellen 13 bis 21 beschrieben. Mindestens eine der Verschlusslamellen 13 bis 21 kann eine Verschlusslamelle sein, die aus einem faserverstärkten Schichtstoff der vorliegenden Erfindung besteht.
Die aus dem faserverstärkten Schichtstoff bestehende Verschlusslamelle wird im Folgenden eine Verschlusslamelle gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel genannt. Sämtliche der Verschlusslamellen 13 bis 21 sind angesichts von Haltbarkeit und Lichtabschirmvermögen vorzugsweise Verschlusslamellen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Indessen können die Verschlusslamellen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zusammen mit anderen Verschlusslamellen verwendet werden, um Kosten zu senken. Da die Verschlusslamelle gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine hohe Festigkeit hat, wird sie vorzugsweise als eine Verschlusslamelle verwendet, die eher dazu tendiert, einen Stoß zu erfahren. Im Einzelnen kann die Verschlusslamelle gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als eine Verschlusslamelle verwendet werden, deren Bewegungsmenge beim Verschlussöffnen und -schließen groß ist. Die Verschlusslamellen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können in dem Beispiel von 6 als die Verschlusslamellen 13, 14, 20 und 21 verwendet werden, deren Bewegungsmenge größer ist und die mehr dazu tendieren, einen Stoß zu erfahren. Die anderen Verschlusslamellen sind nicht speziell eingeschränkt, jedoch schließen Beispiele davon Verschlusslamellen ein, die aus Aluminiumlegierungsplattenwerkstoffen bestehen. Insbesondere dann, wenn sie für die Verschlusslamellen 14 und 20 verwendet werden, deren Bewegungsmenge die zweitgrößte ist, kann dies unterdrücken, dass sich die Verschlusslamellen 15 und 19, deren Bewegungsmenge die drittgrößte ist, biegen. Falls die Verschlusslamellen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel für die Elemente 14 und 20 verwendet werden, können zudem, wenn für die Verschlusslamellen 13 und 21, deren Bewegungsmenge am größten ist und die oben und unten angeordnet sind, und die Verschlusslamellen 15 und 19, deren Bewegungsmenge der drittgrößte ist, Lamellen mit flacher Oberfläche verwendet werden, ihre Kontaktflächen mit ihren oberen und unteren Lamellen verringert werden, wodurch ein hervorragendes Gleitvermögen erreicht werden kann. Die flache Oberfläche kann durch eine schwärzende Beschichtung ausgebildet werden und das Objekt der schwärzenden Beschichtung kann eine Metalllamelle oder eine Harzverschlusslamelle sein. Insbesondere in dem Fall, in dem der hintere Vorhang so angeordnet ist, dass er sich nahe am Bildsensor befindet, kann dies, wenn die Verschlusslamelle gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel für die Verschlusslamelle 20 des hinteren Vorhangs verwendet wird, deren Bewegungsmenge die zweitgrößte ist, wirksam unterdrücken, dass sich die Verschlusslamelle 19 zur Seite des Bildsensors bewegt.
5A zeigt exemplarisch eine Schnittansicht des faserverstärkten Schichtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der faserverstärkte Schichtstoff hat kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschichten 41, ein Substrat 42 und schwarze Beschichtungen 43. Die schwarze Beschichtung 43 ist zwischen der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht 41 und dem Substrat 42 vorgesehen. Darüber hinaus enthält die schwarze Beschichtung 43 ein Bindemittelharz 46, schwarze Partikel 47 und einen Füllstoff 48. Die kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschicht 41 enthält ein Matrixharz 45, das eine Kohlenstofffasern 44 haltende Harzzusammensetzung ist.
In dem faserverstärkten Schichtstoff können zwei oder mehr kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschichten 41 aufgestapelt sein und/oder zwei oder mehr schwarze Beschichtungen 43 enthalten sein. In dem faserverstärkten Schichtstoff von 5A sind die schwarzen Beschichtungen 43 und die kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschichten 41 auf beiden Oberflächen des Substrats 42 vorgesehen.
Die Grenzfläche zwischen der schwarzen Beschichtung 43 und der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht 41 hat eine konvexe und konkave Struktur, das Matrixharz 45 der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht 41 tritt in die konvexe und konkave Struktur ein, und das Haftvermögen zwischen der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht 41 und der schwarzen Beschichtung 43 ist verbessert. Darüber hinaus hat die Grenzfläche zwischen der schwarzen Beschichtung 43 und dem Substrat 42 eine konvexe und konkave Struktur, wobei die Konvexitäten und Konkavitäten an der Grenzfläche der schwarzen Beschichtung 43 auf der Seite der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht größer als die Konvexitäten und Konkavitäten an ihrer Grenzfläche auf der Seite des Substrats sein können. Wenn die Konvexitäten und Konkavitäten wie oben gezielt an der Grenzfläche auf der Seite der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht ausgebildet werden, sodass sie größer als die Konvexitäten und Konkavitäten an der Grenzfläche auf der Seite des Substrats sind, nimmt eine Kontaktfläche zwischen der schwarzen Beschichtung 43 und der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht 41 zu, und das in der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht 41 enthaltene Matrixharz 45 kommt vorzugsweise mit den Konvexitäten und Konkavitäten auf der Oberfläche der schwarzen Beschichtung 43 auf der Seite der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht in Kontakt, was das Haftvermögen verbessert.
- Schwarze Beschichtung -
Die schwarze Beschichtung enthält einen Füllstoff, ein Bindemittelharz und schwarze Partikel, die der Reihe nach beschrieben werden.
Der in der schwarzen Beschichtung enthaltene Füllstoff ist eine partikelförmige, faserförmige, plattenartige oder amorphe anorganische Verbindung oder organische Verbindung und er ist bei Umgebungstemperatur feste Partikel. Der Füllstoff ergibt Konvexitäten und Konkavitäten an der Grenzfläche der schwarzen Beschichtung, um das Haftvermögen zwischen der schwarzen Beschichtung und der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht zu stärken, und eine Zunahme des relativen Volumenanteils an Kohlenstofffasern in der Nähe der Oberflächenschicht des faserverstärkten Schichtstoffs, um die Biegefestigkeit des faserverstärkten Schichtstoffs zu steigern, was seine Steifigkeit verbessert.
Für den Füllstoff können beliebige organische Stoffe wie vernetzte Acrylharzkugeln und anorganische Stoffe wie Siliziumdioxid, Magnesium, Aluminium-Metasilikat und Magnesium verwendet werden, und es können einer davon oder eine Mischung von zwei oder mehr davon verwendet werden. Angesichts von Dispergierbarkeit und geringen Kosten wird vor allem ein anorganischer Füllstoff, insbesondere Siliziumdioxid, bevorzugt. Der anorganische Füllstoff kann leicht gehandhabt werden, da sich seine Form unter Erhitzen weniger verformt.
Ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser im Fall eines partikelförmigen Füllstoffs oder ein durchschnittlicher Durchmesser in Querrichtung im Fall eines faserförmigen Füllstoffs kann kleiner als ein durchschnittlicher Durchmesser in Querrichtung von Kohlenstofffasern in der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht sein. Wenn der durchschnittliche Partikeldurchmesser (durchschnittliche Durchmesser in Querrichtung) des Füllstoffs kleiner als der durchschnittliche Durchmesser in Querrichtung der Kohlenstofffasern der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht ist, dringen die Kohlenstofffasern nicht in Konkavitäten an der Grenzfläche ein, was die Festigkeit verbessert. Darüber hinaus kann der durchschnittliche Partikeldurchmesser (durchschnittliche Durchmesser in Querrichtung) des Füllstoffs größer als ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser der schwarzen Partikel sein, die in der schwarzen Beschichtungsschicht enthalten sind.
Um die konvexe und konkave Struktur an der Grenzfläche der schwarzen Beschichtung auszubilden, kann der durchschnittliche Partikeldurchmesser (durchschnittliche Durchmesser in Querrichtung) des Füllstoffs in einem Ausführungsbeispiel 0,5 µm oder mehr, in einem anderen Ausführungsbeispiel 1,0 µm oder mehr und in noch einem anderen Ausführungsbeispiel 2,0 µm oder mehr betragen. Um die Bindungsfähigkeit der schwarzen Beschichtung zu verbessern, kann der durchschnittliche Partikeldurchmesser (durchschnittliche Durchmesser in Querrichtung) des Füllstoffs in einem Ausführungsbeispiel 10,0 µm oder weniger, in einem anderen Ausführungsbeispiel 8,0 µm oder weniger und in noch einem anderen Ausführungsbeispiel 6,0 µm oder weniger betragen.
Der durchschnittliche Partikeldurchmesser (durchschnittliche Durchmesser in Querrichtung) des Füllstoffs und der durchschnittliche Durchmesser in Querrichtung der Kohlenstofffasern wird durch ein arithmetisches Mittel von Werten von Partikeldurchmessern ermittelt, die unter Verwendung eines Elektronenmikroskops ermittelt werden. Das „Mittel“ meint einen Mittelwert, der durch Messen einer statistisch verlässlichen Anzahl an Füllstoffstücken oder Kohlenstofffasern ermittelt wird, wobei die Anzahl typischerweise 10 oder mehr, vorzugsweise 50 oder mehr, besser noch 100 oder mehr beträgt.
Um die konvexe und konkave Struktur an der Grenzfläche der schwarzen Beschichtung auszubilden, kann der Gehalt des Füllstoffs in der schwarzen Beschichtung in einem Ausführungsbeispiel 0,5 Masse% oder mehr, in einem anderen Ausführungsbeispiel 1,0 Masse% oder mehr und in noch einem anderen Ausführungsbeispiel 2,0 Masse% oder mehr betragen. Um die Bindungsfähigkeit der schwarzen Beschichtung zu verbessern, kann der Gehalt des Füllstoffs in einem Ausführungsbeispiel 10,0 Masse% oder weniger, in einem anderen Ausführungsbeispiel 8,0 Masse% oder weniger und in noch einem anderen Ausführungsbeispiel 5,0 Masse% oder weniger betragen.
Das Bindemittelharz, das in der schwarzen Beschichtung enthalten ist, ist bei Umgebungstemperatur ein flüssiges oder festes Harz, in dem der Füllstoff und die schwarzen Partikel dispergiert sind und gut festgehalten werden. Um einen bevorzugten Oberflächenmodus zu erzielen, kann das Bindemittelharz gemäß einem Ausführungsbeispiel ein flüssiges Harz sein, das eine schwarze Beschichtungslösung ausbilden kann, in der die schwarzen Partikel und der Füllstoff gleichmäßig dispergiert sind.
Beispiele des Bindemittelharzes schließen thermoplastische Harze und wärmehärtende Harze ein, etwa Harze auf Poly(meth)acrylatbasis, Polyesterharze, ein Polyvinylacetatharz, Polyvinylchlorid, ein Polyvinylbutyralharz, Harze auf Cellulosebasis, Polystyrol-Polybutadienharz, Polyurethanharze, Alkydharze, Acrylharze, ungesättigte Polyesterharze, Epoxyesterharze, Epoxidharze, Harze auf Epoxyacrylatbasis, Harze auf Urethanacrylatbasis, Harze auf Polyesteracrylatbasis, Harze auf Polyetheracrylatbasis, Harze auf Phenolbasis, Harze auf Melaminbasis, Harze auf Harnstoffbasis und Harze auf Diarylphthalatbasis. Es kann eines davon oder eine Mischung von zwei oder mehr davon verwendet werden.
Um das Haftvermögen zwischen dem Substrat und der schwarzen Beschichtung zu verbessern, kann der Gehalt des Bindemittelharzes in der schwarzen Beschichtung in einem Ausführungsbeispiel 60 Masse% oder mehr, in einem anderen Ausführungsbeispiel 65 Masse% oder mehr und in noch einem anderen Ausführungsbeispiel 70 Masse% oder mehr betragen. Um ein ausreichendes Lichtabschirmvermögen zu erzielen, kann der Gehalt des Bindemittelharzes in einem Ausführungsbeispiel 85 Masse% oder weniger, in einem anderen Ausführungsbeispiel 80 Masse% oder weniger und in noch einem anderen Ausführungsbeispiel 75 Masse% oder weniger betragen.
Insbesondere wenn das Bindemittelharz und das Matrixharz der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht die gleiche Art an Harz sind, kann ein hervorragendes Haftvermögen erzielt werden. Da ein Acrylharz und ein Epoxidharz ein relativ gutes Haftvermögen zeigen, kann zudem das Haftvermögen unter Erwärmung hervorragend sein, wenn das Bindemittel das Acrylharz ist und das Matrixharz der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht das Epoxidharz ist. Andernfalls kann das Bindemittelharz das Epoxidharz und das Matrixharz das Acrylharz sein.
Die schwarzen Partikel, die in der schwarzen Beschichtung enthalten sind, sind eine partikelförmige, faserförmige, plattenartige oder amorphe anorganische Verbindung oder organische Verbindung, sie sind bei Umgebungstemperatur feste Partikel, und sie können das Bindemittelharz schwarz färben, um ihm vorzugsweise Lichtabschirmvermögen zu verleihen. Um die Dispergierbarkeit in der schwarzen Beschichtung zu verbessern, kann der durchschnittliche Partikeldurchmesser der schwarzen Partikel in einem Ausführungsbeispiel 0,01 µm oder mehr, in einem anderen Ausführungsbeispiel 0,05 µm oder mehr und in noch einem anderen Ausführungsbeispiel 0,1 µm oder mehr betragen. Um das Lichtabschirmvermögen der schwarzen Beschichtung zu verbessern, kann der durchschnittliche Partikeldurchmesser der schwarzen Partikel in einem Ausführungsbeispiel 2,0 µm oder weniger, in einem anderen Ausführungsbeispiel 1,0 µm oder weniger und in noch einem anderen Ausführungsbeispiel 0,5 µm oder weniger betragen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel schließen Beispiele der schwarzen Partikel Ruß ein. Um ausreichendes Lichtabschirmvermögen zu erzielen, beträgt der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Rußes vorzugsweise weniger als 1 µm, besser noch 0,5 µm oder weniger. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser der schwarzen Partikel wird durch ein Partikelgrößenverteilungsmessgerät der dynamischen Lichtbeugungsbauart oder dergleichen als ein 50%-Summenwert einer volumenbasierten Partikeldurchmesserverteilung gemessen.
Um das Lichtabschirmvermögen der schwarzen Beschichtung zu verbessern, kann der Gehalt der schwarzen Partikel in der schwarzen Beschichtung zudem in einem Ausführungsbeispiel 5 Masse% oder mehr, in einem anderen Ausführungsbeispiel 10 Masse% oder mehr und in noch einem anderen Ausführungsbeispiel 15 Masse% oder mehr betragen. Um das Haftvermögen und die Beschichtungsfestigkeit bezüglich des Substrats und der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht zu verbessern, kann der Gehalt der schwarzen Partikel in einem Ausführungsbeispiel 30 Masse% oder weniger, in einem anderen Ausführungsbeispiel 20 Masse% oder weniger und in noch einem anderen Ausführungsbeispiel 18 Masse% oder weniger betragen.
Um das Lichtabschirmvermögen der schwarzen Beschichtung und die Festigkeit der schwarzen Beschichtung selbst zu verbessern, kann die Dicke der schwarzen Beschichtung in einem Ausführungsbeispiel 0,5 µm oder mehr, in einem anderen Ausführungsbeispiel 1,0 µm oder mehr und in noch einem anderen Ausführungsbeispiel 3,0 µm oder mehr betragen. Um die Haftung bezüglich des Substrats und der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht zu verbessern, kann die Dicke der schwarzen Beschichtung in einem Ausführungsbeispiel 15,0 µm oder weniger, in einem anderen Ausführungsbeispiel 10,0 µm oder weniger und in noch einem anderen Ausführungsbeispiel 7,0 µm oder weniger betragen.
Wenn für das Substrat ein Kunststoffmaterial verwendet wird, das eine Dicke von nicht weniger als 10 µm und nicht mehr als 15 µm hat, überschreitet die Gesamtfilmdicke der schwarzen Beschichtungen, die auf dem Kunststoffmaterial vorgesehen sind, vorzugsweise nicht die Dicke des Kunststoffmaterials, um einen Verzug des Kunststoffmaterials zu verhindern. Die schwarzen Beschichtungen können auf beiden Oberflächen des Kunststoffmaterials vorgesehen sein.
Des Weiteren hat die schwarze Beschichtung an der Grenzfläche zwischen der schwarzen Beschichtung selbst und der darauf angeordneten kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht und an der Grenzfläche zwischen der schwarzen Beschichtung selbst und dem Substrat eine konvexe und konkave Struktur. Eine durchschnittliche Höhendifferenz von Konvexitäten und Konkavitäten an der Grenzfläche zwischen der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht und der schwarzen Beschichtung ist größer als eine durchschnittliche Höhendifferenz von Konvexitäten und Konkavitäten an der Grenzfläche zwischen der schwarzen Beschichtung und dem Substrat. Indem man dafür sorgt, dass die schwarze Beschichtung den Füllstoff enthält, um an ihrer Grenzfläche mit der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht gezielt die Konvexitäten und Konkavitäten auszubilden, erhöht sich die Fläche der Grenzfläche zwischen der schwarzen Beschichtung und der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht. Das Matrixharz, das in der aufgestapelten kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht enthalten ist, kommt vorzugsweise mit der konvexen und konkaven Oberfläche der schwarzen Beschichtung in Kontakt, deren Fläche erhöht worden ist, was das Haftvermögen verbessert. Infolgedessen wird das Haftvermögen zwischen dem Substrat und der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht durch die schwarze Beschichtung sehr stark, was den faserverstärkten Schichtstoff ergeben kann, in dem die Stapelschichten hervorragend eng aneinanderhaften. Das Verhältnis der durchschnittlichen Höhendifferenz der Konvexitäten und Konkavitäten an der Grenzfläche mit der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht relativ zur durchschnittlichen Höhendifferenz der Konvexitäten und Konkavitäten an der Grenzfläche mit dem Substrat kann in einem Ausführungsbeispiel 1,5 oder mehr, in einem anderen Ausführungsbeispiel 2 oder mehr und in noch einem anderen Ausführungsbeispiel 5 oder mehr betragen, damit das Haftvermögen verbessert wird.
Die durchschnittliche Höhendifferenz der Konvexitäten und Konkavitäten wird für die Konvexitäten und Konkavitäten in einem Querschnitt mit einem die Grenzfläche enthaltenden 10 µm x 10 µm großen Messfeld in der Dickenrichtung des faserverstärkten Schichtstoffs als die Summe des Mittels des Abstands der konvexen Seiten von einer Bezugslinie und des Mittels des Abstands der konkaven Seiten von der Bezugslinie ermittelt, wobei die Bezugslinie die Konvexitäten und Konkavitäten kreuzt und parallel zur Substratoberfläche ist. Ein solcher Querschnitt des faserverstärkten Schichtstoffs wird insbesondere mit einem Elektronenmikroskop untersucht.
Die schwarze Beschichtung kann wie folgt ausgebildet werden. Im Voraus wird eine schwarze Beschichtungslösung vorbereitet, die das oben genannte Bindemittelharz, die schwarzen Partikel (Ruß oder dergleichen) und den Füllstoff enthält. Die schwarze Beschichtungslösung wird durch ein herkömmliches Beschichtungsverfahren wie Tauchbeschichten, Streichbeschichten, Düsenbeschichten, Rakelstreichen und Luftbürstenbeschichten aufgebracht und sie wird bei Bedarf nach dem Trocknen erhitzt und/oder mit Druck beaufschlagt. Als Lösungsmittel der schwarzen Beschichtungslösung kann insbesondere Wasser, ein organisches Lösungsmittel, ein Gemisch aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel oder dergleichen verwendet werden.
Wenn der Gehalt und der Partikeldurchmesser des Füllstoffs, der in die schwarze Beschichtungslösung gegeben wird, passend eingestellt werden, wird der Zustand der Konvexitäten und Konkavitäten an der Grenzfläche zwischen der schwarzen Beschichtung und der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht gesteuert. Die konvexe und konkave Oberfläche wird dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Länge des Abstands zwischen benachbarten Konvexitäten oder benachbarten Konkavitäten unter den Konvexitäten und Konkavitäten kleiner als der Einzelfaserdurchmesser der Kohlenstofffasern ist, die die kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffe bilden.
Wenn in der Grenzfläche der schwarzen Beschichtung Konvexitäten und Konkavitäten ausgebildet werden, fließen während des Heizformens nicht die Kohlenstofffasern selbst in die Konkavitäten, sondern es fließt hauptsächlich das Matrixharz, das in der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht enthalten ist, in die Konkavitäten der schwarzen Beschichtung. Daher nimmt in der Nähe der Grenzfläche zwischen der schwarzen Beschichtung und der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht der Volumenanteil des Matrixharzes relativ gesehen vorzugsweise zu. Dadurch kann stabil der faserverstärkte Schichtstoff ausgebildet werden, der in dem Oberflächenabschnitt der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht einen hohen Volumenanteil an Kohlenstofffasern hat.
So bedeckt in 5A das Bindemittelharz 46 der schwarzen Beschichtung 43 den Füllstoff 48 und haftet an dem Matrixharz 45 der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht 41 an. Die Grenzfläche der schwarzen Beschichtung zwischen der schwarzen Beschichtung und der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht kann dennoch aus dem Füllstoff und/oder dem Bindemittelharz bestehen. Wenn zumindest das Bindemittelharz 46 der schwarzen Beschichtung die Grenzfläche bildet, die als Ganzes oder teilweise Konvexitäten und Konkavitäten enthält, wird seine Haftfestigkeit gegenüber dem in der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht enthaltenen Matrixharz, das eine organische Substanz der gleichen Art ist, verbessert.
- Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschicht -
Die kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschicht kann eine kohlenstofffaserverstärkte Prepregkunststofflage (nachstehend als CFK-Prepreglage bezeichnet) sein, die durch Imprägnieren von Kohlenstoffverstärkungsfasern mit einem thermoplastischen Harz oder dergleichen ausgebildet wird. Um eine gleichmäßige Verteilung im Matrixharz zu erreichen und die Festigkeit zu verbessern, kann die Dicke der CFK-Prepreglage in einem Ausführungsbeispiel 10 µm oder mehr, in einem anderen Ausführungsbeispiel 15 µm oder mehr und in noch einem anderen Ausführungsbeispiel 20 µm oder mehr betragen. Um mit der für eine Verschlusslamelle genutzten CFK-Prepreglage die Verschlussantriebsgeschwindigkeit so zu steigern, dass sie hoch ist, und um die Verschlusseinheit dünner zu machen, kann ihre Dicke in einem Ausführungsbeispiel 80 µm oder weniger, in einem anderen Ausführungsbeispiel 60 µm oder weniger und in noch einem anderen Ausführungsbeispiel 40 µm oder weniger betragen.
Wenn ein faserverstärkter Schichtstoff aus Schichten ausgebildet wird, die Materialien unterschiedlicher Biegefestigkeit bestehen, ist bei der Biegefestigkeit des faserverstärkten Schichtstoffs zudem die Biegefestigkeit der Außenschicht bestimmend. Deswegen enthält die Außenschicht wünschenswerterweise Kohlenstofffasern, die eine hohe Festigkeit haben. Wenn eine CFK-Prepreglage mit zweimal oder mehr der Dicke des Substrats verwendet wird, kann ein faserverstärkter Schichtstoff mit großer Biegefestigkeit erzielt werden.
In der Dickenrichtung der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht nimmt in der Nähe der Oberflächenschicht der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht auf der entgegengesetzten Seite des Substrats zudem der Volumenanteil an Kohlenstofffasern relativ gesehen mehr als der Volumenanteil an Kohlenstofffasern in der Nähe der Grenzfläche der schwarzen Beschichtung nahe am Substrat zu. Eine kontinuierliche oder periodische Änderung des Volumenanteils an Kohlenstofffasern in der Dickenrichtung der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht kann bestätigt werden, indem mit einem Elektronenmikroskop oder dergleichen ein in Dickenrichtung verlaufender Querschnitt des faserverstärkten Schichtstoffs untersucht wird.
- Substrat -
Das Substrat ist ein plattenartiges Element, das aus einer organischen Verbindung, einer anorganischen Verbindung oder einem Metall besteht, auf der oder dem die schwarzen Beschichtungen und die kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffbeschichtungen vorgesehen werden können. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Substrat aus einem Kunststoffmaterial bestehen. Beispiele verwendbarer Kunststoffmaterialien schließen Kunstharzfilme wie Polyesterfilme, Polyimidfilme, Polystyrolfilme und Polycarbonatfilme ein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird angesichts der Verbesserung der mechanischen Festigkeit und Abmessungsstabilität ein Polyesterfilm verwendet, der ein biaxial gestreckter Polyesterfilm (biaxial gestreckter PET-Film oder dergleichen) ist, der durch Verstrecken, insbesondere biaxiales Verstrecken, erzielt wird. Es kann eine faserverstärkte Schicht verwendet werden, die Kohlenstofffasern oder dergleichen verwendet. Wenn Hitzetoleranz und Haltbarkeit berücksichtigt werden, wird vorzugsweise PEN oder dergleichen verwendet, dessen Glasübergangstemperatur nicht weniger als 120°C beträgt. Eine Glasübergangstemperatur von nicht weniger als 200°C, die durch PEEK- und Polyimidfilme oder dergleichen erreicht wird, ermöglicht auch unter kondensiertem Sonnenlicht mit einer Linse, dass eine Verschlechterung oder dergleichen des Harzes vermindert wird. Für ein Beispiel der vorliegenden Erfindung wird unten insbesondere die Verwendung von PET beschrieben, das ein transparentes Harz ist. Gleichwohl ermöglicht die Verwendung eines gefärbten Polyimidfilms oder dergleichen, dass ein schwarzer Beschichtungsfilm dünner wird. Ein Polyimidfilm ist insbesondere braun, und als schwarzes Harzsubstrat kann ein anderer transparenter und ungefärbter Harzfilm, der mit Ruß gemischt ist, verwendet werden.
Das Kunststoffmaterial kann natürlich für sichtbares Licht durchlässig sein, und dafür können geeignet nach seiner Verwendung ausgewählt ein geschäumter Polyesterfilm oder ein Kunstharzfilm, der ein Rußpigment oder ein anderes Pigment enthält, verwendet werden.
Um die Festigkeit des Kunststoffmaterials selbst zu verbessern und die Verschlussantriebsgeschwindigkeit in dem Fall, in dem der faserverstärkte Schichtstoff als eine Verschlusslamelle verwendet wird, so zu steigern, dass sie hoch ist, kann die Dicke des Kunststoffmaterials in einem Ausführungsbeispiel 5 µm oder mehr, in einem anderen Ausführungsbeispiel 10 µm oder mehr und in noch einem anderen Ausführungsbeispiel 20 µm oder mehr betragen. Um die Verschlusseinheit in dem Fall, dass der faserverstärkte Schichtstoff als ihre Verschlusslamelle verwendet wird, dünner zu machen, kann die Dicke des Kunststoffmaterials in einem Ausführungsbeispiel 100 µm oder weniger, in einem anderen Ausführungsbeispiel 60 µm oder weniger und in noch einem anderen Ausführungsbeispiel 30 µm oder weniger betragen.
Angesichts der Verbesserung des Haftvermögens zwischen dem Kunststoffmaterial und der schwarzen Beschichtung kann beim Ausbilden der schwarzen Beschichtung auf der Oberfläche des Kunststoffmaterials auf dem Kunststoffmaterial bei Bedarf insbesondere eine UV-Ozonbehandlung oder CoronaBehandlung erfolgen. Da der Kunstharzfilm, der ein Rußpigment oder ein anderes Pigment enthält, im Innern feine gefärbte Partikel enthält, wird der Einfluss der Größe der feinen gefärbten Partikel auf die Flachheit des Substrats relativ gesehen insbesondere dann größer, wenn die Dicke des Substrats kleiner wird. Wenn ein Kunststoffmaterial mit nicht weniger als 10 µm und nicht mehr als 15 µm verwendet wird, wird daher vorzugsweise ein transparentes Kunststoffmaterial ohne feine gefärbte Partikel verwendet, um eine hervorragende Flachheit zu erzielen.
Um die Festigkeit zu verbessern und die Verschlussantriebsgeschwindigkeit so zu steigern, dass sie hoch ist, kann die Gesamtdicke der Verschlusslamelle in einem Ausführungsbeispiel 60 µm oder mehr, in einem anderen Ausführungsbeispiel 80 µm oder mehr und in noch einem anderen Ausführungsbeispiel 90 µm oder mehr betragen. Um die Verschlusseinheit dünner zu machen, kann die Gesamtdicke der Verschlusslamelle in einem Ausführungsbeispiel 140 µm oder weniger, in einem anderen Ausführungsbeispiel 120 µm oder weniger und in noch einem anderen Ausführungsbeispiel 100 µm oder weniger betragen.
Um eine Verschlusslamelle zu erzielen, die eine große Biegefestigkeit hat, wird vorzugsweise eine kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschicht verwendet, die eine Dicke hat, die größer als die Gesamtdicke des Kunststoffmaterials und der auf beiden Oberflächen des Kunststoffmaterials ausgebildeten schwarzen Beschichtungen ist.
Wenn als Substrat ein Kunststoffmaterial mit nicht weniger als 10 µm und nicht mehr als 15 µm verwendet wird, erfüllen die einzelnen Schichten vorzugsweise die folgende Ungleichung (1), um leicht eine Verschlusslamelle herstellen zu können, die eine hohe Festigkeit hat: $a < 2a < b < (b + 2a) < 2b < c < (2a + b + 2c)$
wobei die Dicke der schwarzen Beschichtung a (µm) beträgt, die Dicke des Kunststoffmaterials b (µm) beträgt und die Dicke der Prepreglage c (µm) beträgt, was die Dicken der Schichten in ihren Zuständen vor der Wärmebehandlung betrifft.
5B zeigt exemplarisch eine Schnittansicht eines faserverstärkten Schichtstoffs gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel. Auf den kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschichten 41 sind neben Vertiefungsteilen 41a außerdem Vorsprungsteile 41b und Vorsprungsteile 41c ausgebildet. Ein faserverstärkter Schichtstoff ist als Schichtstoff durch Stapeln von Prepregs, die durch Imprägnieren von Kohlenstofffasern mit einem Harz erzielt werden, gefolgt durch eine Wärmehärtung von ihnen, da solche Fasern selbst eine schlechte Haftung mit Umfangsfasern haben, ausgebildet worden. Da nach einer Reduzierung des Verzugs solcher Prepregs verlangt worden ist, kann gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein faserverstärkter Schichtstoff mit weniger Verzug realisiert werden, und wenn der faserverstärkte Schichtstoff für eine Verschlusslamelle verwendet wird, kann eine Verschlusslamelle mit weniger Verzug zur Verfügung gestellt werden.
Um einen solchen Verzug zu verringern, offenbart die JP 5 411 841 B2 ein lichtabschirmendes Lamellenmaterial für ein optisches Gerät, auf dessen Oberfläche kuppelartige Vorsprungsteile ausgebildet sind, in die keine Verstärkungsfasern eintreten. Es kann mit einem einfachen Aufbau ein faserverstärkter Schichtstoff mit weniger Verzug zur Verfügung gestellt werden, indem ein faserverstärkter Schichtstoff verwendet wird, der Folgendes aufweist: ein Substrat; und faserverstärkte Schichten, die jeweils auf beiden Oberflächen des Substrats vorgesehen sind, und der dadurch gekennzeichnet ist, dass auf den Oberflächen der faserverstärkten Schichten entlang der Oberflächenrichtung eine Vielzahl von Vorsprungsteilen ausgebildet ist und dass die Oberseiten der Vielzahl von Vorsprungsteilen konkave Oberflächen haben.
1A ist ein Querschnitt von faserverstärkten Schichten 1, wobei nur ihre Vorsprungsteilen 1b herausgepickt sind. In 1B weist ein faserverstärkter Schichtstoff die faserverstärkten Schichten 1 auf, die auf beiden Oberflächen eines Substrats 2 vorgesehen sind. Auf der Oberfläche der faserverstärkten Schicht 1 ist entlang der Oberflächenrichtung eine Vielzahl von Vorsprungsteilen 1b und 1c ausgebildet, wobei die Oberseiten der Vielzahl von Vorsprungsteilen 1b und 1c konkave Oberflächen sind.
Mit anderen Worten sind auf der faserverstärkten Schicht 1 die Vorsprungsteile 1b, die in der Dickenrichtung des Schichtstoffs vorstehen, mit einem Vertiefungsteil 1a versehen, der als ein Bezug dient, und der Vorsprungsteil 1b wird ausgehend vom Mittelabschnitt des Vorsprungsteils 1b in Richtung des Vertiefungsteils 1a dicker. In 1B, in der ein anderer Querschnitt als in 1A gezeigt ist, sind auf dem faserverstärkten Schichtstoff abwechselnd mit dem Vertiefungsteil 1a, der als Bezug dient, die Vorsprungsteile 1b und die Vorsprungsteile 1c, die eine geringere Breite als die Vorsprungsteile 1b haben, vorgesehen.
Wie in 2A gezeigt ist, wird in einer solchen Verstärkungsfaserschicht der Vorsprungsteil 1b ausgebildet, indem das Matrixharz der faserverstärkten Schicht erweicht wird und es danach in dem Zustand, in dem sich die faserverstärkte Schicht 1 in teilweisem Kontakt mit der Spitze eines Faserbündels 1B einer Abziehfolie 1A befindet, gehärtet wird. Der in 1B gezeigte Vorsprungsteil 1c wird durch Kontakt mit der Spitze eines Faserbündels 1C ausgebildet, das in der Richtung gewebt ist, die das Faserbündel 1B der Abziehfolie 1A schneidet. In dieser Phase sind die Formen der Oberflächen der Vorsprungsteile 1b und 1c, die die entgegengesetzten Oberflächen zum Substrat 2 sind, konkave Oberflächen. Auf der Seite der Abziehfolie der faserverstärkten Schicht 1 wird das erweichte Matrixharz in dem Zustand gehärtet, in dem es durch Kapillarität von einem Abschnitt in Kontakt mit Fasern der Abziehfolie allmählich zu Fasern, die von dem Kontaktende der Verstärkungsfaserschicht getrennt sind, aufgesaugt wird. In dieser Phase befindet sich der Vertiefungsteil mit der Abziehfolie nicht in Kontakt, sondern er bleibt so erhalten, dass er sich frei ausdehnen oder schrumpfen kann. Daher behält der Vertiefungsteil entsprechend den Formen von Elementen, die die Abziehfolie in die Mitte nehmen (von flachen Oberflächen von Pressplatten oder erhitzten Matrizen einer Heißpresse) die Form bei. Dadurch haben die in der Dickenrichtung vorstehenden Vorsprungsteile mit dem Vertiefungsteil als Bezug ebenfalls die Formen entsprechend dem Vertiefungsteil, was einen Verzug des faserverstärkten Schichtstoffs reduziert. Das oben genannte Ausführungsbeispiel ist zwar anhand eines wärmehärtenden Harzes beschrieben worden, die Vorsprünge und Vertiefungen können aber auch ausgebildet werden, indem das Erweichen und Härten bei Verwendung eines thermoplastischen Harzes angepasst wird.
Für diese Abziehfolie 1A wird vorzugsweise eine Abziehfolie verwendet, in der freisetzbare Partikel auf gewobene Fasern geklebt werden, wobei die gewobenen Fasern dazwischen periodisch Poren haben. 2B zeigt exemplarisch als eine solche Abziehfolie eine lichtmikroskopische Aufnahme einer Abziehfolie. Während der Vorsprungsteil 1b und der Vorsprungsteil 1c von den Kontaktenden aus radial dicker werden, wenn sich ihre Mitten mehr in Richtung Vertiefungsteil 1a bewegen, sind ihre Richtungen, in denen sie sich tendenziell schrittweise verdicken über die gesamten Vorsprungsteile senkrecht zueinander. Mit anderen Worten liegen die schrittweisen Änderungen der konkaven Oberflächen des Vorsprungsteils 1b und des Vorsprungsteils 1c in Richtungen, die einander schneiden. Der Vorsprungsteil 1b oder der Vorsprungsteil 1c ist insbesondere so ausgebildet, dass er vorspringt, indem er relativ zum Vertiefungsteil dicker wird. Dies kann das Auftreten einer „Maschenöffnung“ reduzieren, bei der sich das Matrixharz in der senkrechten Richtung zu der Ebene erhebt, auf der die Kohlenstofffasern liegen, was Lücken zwischen den Kohlenstofffasern weitet. Um eine solche Maschenöffnung zu reduzieren, ist die Fläche der Vorsprungsteile relativ zur Fläche einer Oberfläche der Verschlusslamelle vorzugsweise groß und beträgt vorzugsweise 30% oder mehr. Wenn sie indessen zu groß ist, führt dies zu einem Mangel des Matrixharzes, sodass die Fläche der Vorsprungsteile relativ zur Fläche der einen Oberfläche der Verschlusslamelle nicht mehr als 90% beträgt. Besser noch beträgt die Fläche der Vorsprungsteile relativ zur Fläche der einen Oberfläche der Verschlusslamelle vorzugsweise nicht weniger als 40% und nicht mehr als 80%. Die Oberflächen der Vorsprungsteile können insbesondere mit einer schwarzen Beschichtung oder dergleichen beschichtet sein. Selbst wenn die Vorsprungsteile mit der schwarzen Beschichtung beschichtet werden, ist bereits weniger Verzug erreicht worden. Daher können die Formen der Vorsprungsteile auf der Oberfläche vorhanden sein, oder die Vorsprungsteile können aufgrund der Glättung mit dem Beschichtungsfilm zu niedrigen Profilen führen.
3A zeigt eine Oberflächenaufnahme eines faserverstärkten Schichtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einem Elektronenmikroskop. 3B ist ein schematisches Schaubild von 3A, in dem auf dem Vertiefungsteil 1a als Bezug abwechselnd die Vorsprungsteile 1b und die Vorsprungsteile 1c ausgebildet sind. In dem Fall, dass er als eine Verschlusslamelle verwendet wird, kann zudem der Gleitwiderstand klein gemacht werden, wenn die Vorsprungsteile 1b und die Vorsprungsteile 1c entlang der Bewegungsrichtung der Verschlusslamelle verbunden werden, sodass sie Schienen ausbilden, die in Richtung des Vertiefungsteils 1a dicker werden. Ein solcher Abschnitt, in dem die Vorsprungsteile 1b und die Vorsprungsteile 1c verbunden sind, ist als Vorsprungsteil 1d gezeigt, wobei der Vorsprungsteil 1d sich so erstreckt, dass er sich in einer Richtung dahinwindet, die die Faserrichtung der faserverstärkten Schicht 1 schneidet. Die Gratlinie des Vorsprungsteils 1d kann sich so erstrecken, dass sie sich teilweise in der Querrichtung der Verschlusslamelle oder vollständig in der Querrichtung der Verschlusslamelle dahinschlängelt.
4A ist eine vergrößerte Aufnahme eines Spitzenteils der Verschlusslamelle, wobei in den Vorsprungsteil eine Vielzahl von Fasern eintritt. Wie in 4B gezeigt ist, das ein schematisches Schaubild von 4A ist, existieren in einem Abschnitt des Vorsprungsteils 1b, der die gleiche Dicke wie der Vertiefungsteil 1a hat, Querschnitte zylinderförmiger Fasern. Da der Vorsprungsteil in Richtung seines Endteils dicker wird, längt sich der Durchmesser einer Faser, die in den Vorsprungsteil eintritt, in Richtung des Vertiefungsteils neben dem Vorsprungsteil. Deswegen hat der Vorsprungsteil eine stärkere Elastizität mehr in Richtung des Vertiefungsteils. Die Vorsprungsteile werden somit aufgrund in sie eintretender Fasern gestärkt, wodurch der faserverstärkte Schichtstoff erreicht werden kann, der ein geringes Gewicht und eine hohe Biegeelastizität hat, da auf seiner in der Dickenrichtung verlaufenden Oberflächenschichtseite solche Materialien mit hoher Biegeelastizität angeordnet sind. Wie in 4A gezeigt ist, zeigt der Vertiefungsteil als Verstärkungsfaserschicht aufgrund von weniger Matrixharz auf seiner Oberfläche die Form der Fasern und bildet somit eine konvexe und konkave Oberfläche aus, deren Intervalle mit den Durchmessern der Fasern übereinstimmen. Dementsprechend bildet in der Verschlusslamelle der Vertiefungsteil eine feine konvexe und konkave Oberfläche aus, deren Intervalle entlang der Querrichtung der Verschlusslamelle mit den Durchmessern der Fasern übereinstimmen, was Abschnitte von ihr reduzieren kann, die die gleiche Ebene teilen, und ihren Verzug reduzieren kann.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann ein faserverstärkter Schichtstoff zur Verfügung gestellt werden, der ein Substrat und auf beiden Oberflächen des Substrats ein Paar faserverstärkter Schichten aufweist, wobei jede der beiden faserverstärkten Schichten Vorsprungsteile auf der entgegengesetzten Oberfläche zur Substratseitenoberfläche und einen Vertiefungsteil hat, der an die Vorsprungsteile angrenzt und als Bezug der Dicken der Vorsprungsteile dient, und die Vorsprungsteile in Richtung des Vertiefungsteils dicker werden. Wenn der Vorsprungsteil um insbesondere 1,5 Fasern dicker als der Vertiefungsteil ist, ist er tendenziell schwach, und wenn er um 0,5 Fasern dünner als der Vertiefungsteil ist, ist er aufgrund kaum hineingelangender Fasern tendenziell schwach. Angesichts von 7 µm Einzelfaserdurchmesser von Kohlenstofffasern auf PAN-Basis ist der dickste Abschnitt daher vorzugsweise ungefähr 3 bis 10 µm dick. Ein solcher faserverstärkte Schichtstoff kann mit einem einfachen Aufbau vorzugsweise als ein Material für zum Beispiel eine Verschlusslamelle mit weniger Verzug verwendet werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden zwar für die Lamelle selbst insbesondere Langfasern verwendet, die in der Längsrichtung der Verschlusslammelle zusammenhängend sind, doch es können auch Kurzfasern verwendet werden. Wenn solche Kurzfasern verwendet werden, deren Größe es ihnen erlaubt, in die Vorsprungsteile einzutreten, können die Vorsprungsteile leicht verstärkt werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden zwar Kohlenstofffasern auf PAN-Basis verwendet, doch andere Kohlenstofffasern sind vorzugsweise Fasern mit geringem Gewicht und hoher Steifigkeit, etwa Kohlenstoffnanoröhren (CNT) und Cellulosenanofasern (CNF). Darüber hinaus kann die faserverstärkte Schicht aus anorganischen Fasern wie Glasfasern, Borfasern und Metallfasern oder organischen Fasern wie Aramidfasern ausgebildet werden.
Auf den entgegengesetzten Oberflächenseiten der beiden faserverstärkten Schichten zu den substratseitigen Oberflächen können andere Vorsprungsteile 1c (Vorsprungsteile 1d) vorgesehen werden, die eine größere Oberfläche als die Vorsprungsteile 1b haben. Durch die anderen Vorsprungsteile 1c (Vorsprungsteile 1d), die in Richtung des Vertiefungsteils 1a dicker werden, kann erreicht werden, dass der faserverstärkte Schichtstoff mit einfachem Aufbau eine Lage mit weniger Verzug ist. Da die Vorsprungsteile 1b und die anderen Vorsprungsteile 1c ausgebildet werden, indem Lücken zwischen Fasern der Abziehfolie genutzt werden, werden sie zudem in Richtung des angrenzenden Vertiefungsteils 1a schrittweise dicker. Außerdem ist die Richtung, in der die anderen Vorsprungsteile 1c schrittweise dicker werden, eine Richtung, die die Richtung schneidet, in der die Vorsprungsteile 1b schrittweise dicker werden. Dadurch kann der Bereich der Oberflächen, die die gleiche Ebene teilen, reduziert werden, und es kann ein faserverstärkter Schichtstoff erreicht werden, der kaum einen Verzug hervorruft.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann zwischen dem Substrat und der faserverstärkten Schicht die schwarze Beschichtung vorhanden sein, oder das Substrat und die faserverstärkte Schicht können direkt oder indirekt miteinander verbunden sein. Das Substrat oder die schwarze Beschichtung, das/die an die faserverstärkte Schicht angrenzt, kann mit der faserverstärkten Schicht an einer flachen Oberfläche oder an einer rauen Oberfläche verbunden sein. Selbst wenn sie an einer im Wesentlichen flachen Oberfläche oder einer rauen Oberfläche miteinander verbunden sind, sind zudem Vorsprünge und Vertiefungen (Vorsprungsteile 1a, Vorsprungsteile 1b, Vorsprungsteile 1c, Vorsprungsteile 1d und dergleichen), die in der faserverstärkten Schicht auf der entgegengesetzten Seite zur substratseitigen Oberfläche vorgesehen sind, wünschenswerter Weise Vorsprünge und Vertiefungen, die größer als Vorsprünge und Vertiefungen auf der substratseitigen Oberfläche sind. Unter dem Vorhandensein der Vorsprungsteile 1b und 1c und dergleichen kann ungeachtet der Oberflächenform insbesondere das Haftvermögen einer schwarzen Beschichtung gesteigert werden, wenn, um eine solche schwarze Beschichtung auszubilden, eine Beschichtung mit einem Harz erfolgt.
- Härtungsformverfahren faserverstärkter Schichtstoff -
Als Nächstes wird ein Härtungsformverfahren zur bevorzugten Ausbildung des faserverstärkten Schichtstoffs des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben. Das Härtungsformverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist ein Härtungsformverfahren für insbesondere einen faserverstärkten Schichtstoff, in dem ein Substrat, auf dem als eine Zwischenschicht schwarze Beschichtungen vorgesehen sind, wie in den 5A und 5B gezeigt zwischen zwei kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen angeordnet und gestapelt wird. Als Härtungsformverfahren sind zum Beispiel ein Heißpressverfahren und ein Autoklavverfahren anwendbar. Für das vorliegende Ausführungsbeispiel wird insbesondere die Anwendung des Heißpressverfahrens beschrieben.
Zunächst werden zum Beispiel gemäß einem Ausführungsbeispiel als Vorläufer für kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschichten zwei CFK-Prepreglagen verwendet, in denen das Matrixharz ein Epoxidharz ist. Als Nächstes wird durch das oben genannte Beschichtungsverfahren auf beiden Oberflächen eines Kunststoffmaterials (Kunststofflage), die die Zwischenschicht ist, eine schwarze Beschichtungslösung als Schicht aufgebracht, die durch Mischen des Bindemittelharzes, Ruß als die schwarzen Partikel und des Füllstoffs in einem vorbestimmten Mischverhältnis erzielt wird, wonach ein Trocknen erfolgt, was die schwarzen Beschichtungen ausbildet.
Die Kunststofflage, auf der die schwarzen Beschichtungen vorgesehen sind, wird mit den vorbereiteten CFK-Prepreglagen in einem Zustand in Überlappung gebracht, in der sie durch diese in die Mitte genommen wird, was eine Schichtstofflage ergibt. Um diese Schichtstofflage zum faserverstärkten Schichtstoff zu machen, werden danach Abziehfolien, die aus Polytetrafluorethylenlagen (PTFE-Lagen) und dergleichen bestehen, mit den Oberflächen der CFK-Prepreglagen in Überlappung gebracht. In dem Ausführungsbeispiel, in dem auf dem faserverstärkten Schichtstoff Vorsprungsteile ausgebildet werden, werden mit den Oberflächen der CFK-Prepreglagen Abziehfolien in Überlappung gebracht, die aus PTFE-Lagen und dergleichen bestehen, in denen an gewobenen Fasern PTFE anhaftet und zwischen den gewobenen Fasern periodisch Poren vorkommen.
Die Schichtstofflage, mit der die Abziehfolien in Überlappung gebracht werden, wird zwischen Pressplatten einer Heißpressmaschine platziert, um einem Heizhärtungsformen unter den Bedingungen einer Temperatur von nicht weniger als 120°C und nicht mehr als 140°C und einem Druck von nicht weniger als 0,1 MPa und nicht mehr als 0,5 MPa für eine Zeit von nicht weniger als einer Stunde und nicht mehr als zwei Stunden unterzogen zu werden. Dieses Heizhärtungsformen verringert die Viskosität des ungehärteten Matrixharzes in den CFK-Prepreglagen, wobei das Matrixharz in die Konkavitäten fließt, die auf den Oberflächen der schwarzen Beschichtungen ausgebildet sind. Danach polymerisiert das Matrixharz mit einer dreidimensionalen Vernetzung, was die Härtungsreaktion des Matrixharzes voranschreiten lässt und den faserverstärkten Schichtstoff ergibt, der aus einem Schichtstoff besteht, in dem die Schichten gestapelt sind und eng aneinanderhaften.
Wenn die aus PTFE-Lagen und dergleichen bestehenden Abziehfolien verwendet werden, in denen auf der Abziehfolienseite zwischen gewobenen Fasern periodisch Poren vorkommen, bilden Abschnitte, die sich nicht mit der Abziehfolie in Kontakt befinden, den Vertiefungsteil 41a, der bezüglich der Dicken der Vorsprungsteile 41b und 41c einen Bezug darstellt. Zudem wird das erwärmte und erweichte Matrixharz zusammen mit Kohlenstofffasern von Kontaktspitzen zwischen der Abziehfolie und dem Matrixharz aus durch Kapillarität von Abschnitten, wo sich das Matrixharz mit Fasern der Abziehfolie in Kontakt befindet, in Lücken von Umfangsfasern aufgesaugt. Dadurch werden auf den kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschichten als den faserverstärkten Kunststoffschichten die Vorsprungsteile 41b und 41c ausgebildet, die in Richtung des Vertiefungsteils 41a dicker werden. Auf den Vorsprungsteilen 41b und 41c sind die konkaven Oberflächen ausgebildet, die den oben genannten Zusammenhang erfüllen.
Danach wird das Erhitzen durch die Heißpressmaschine für ein allmähliches Abkühlen gestoppt. Die Temperatur, bei der die Schichtstofflage aus den Pressplatten der Heißpressmaschine genommen wird, kann gemäß einem Ausführungsbeispiel 50°C oder weniger betragen. Die Abziehfolien, die auf den beiden Oberflächen des entnommenen faserverstärkten Schichtstoffs angeordnet sind, werden entfernt, was den faserverstärkten Schichtstoff zum Ausbilden einer Verschlusslamelle ergibt. In dem Ausführungsbeispiel, in dem die Vorsprungsteile auf dem faserverstärkten Schichtstoff vorkommen, können die Abziehfolien zudem leicht abgetrennt werden, da sich der faserverstärkte Schichtstoff mit den Abziehfolien nur teilweise in Kontakt befindet.
Der faserverstärkte Schichtstoff wird nach dem Härtungsformen einem Stanzen unterzogen, damit er eine gewünschte Umrissform hat und als eine Verschlusslamelle fertiggestellt wird. Der faserverstärkte Schichtstoff nach dem Härtungsformen, der die Vorsprungsteile hat, hat eine Lagenform mit weniger Verzug und wird dem Stanzen unterzogen, damit er eine gewünschte Umrissform hat und um als eine Verschlusslamelle mit weniger Verzug fertiggestellt zu werden. Verfahren für dieses Stanzen schließen Drahtschneiden und Pressstanzen ein. Das Stanzverfahren ist bei Berücksichtigung der geringen Kosten gemäß einem Ausführungsbeispiel Pressstanzen.
Wenn der faserverstärkte Schichtstoff des vorliegenden Ausführungsbeispiels wie oben als eine Verschlusslamelle verwendet wird, können die Steifigkeit und das Lichtabschirmvermögen, die für die Verschlusslamelle benötigt werden, realisiert werden und an Grenzflächen der Schichten des faserverstärkten Schichtstoffs, der aus verschiedenen Materialien besteht, kann das Haftvermögen verbessert werden. Dadurch kann ein faserverstärkter Schichtstoff für eine Verschlusslamelle zur Verfügung gestellt werden, der, falls er als ein Ultrahochgeschwindigkeitsverschluss verwendet wird, die Antriebshaltbarkeitseigenschaften verbessert.
Beispiel
Im Folgenden wird das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weiter anhand eines Beispiels beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
Zunächst wurden als kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschichten, die ein Verschlusslamellenmaterial bildeten, CFK-Prepreglagen verwendet, in denen Kohlenstofffasern in einer Richtung ununterbrochen gleichmäßig waren und ein Epoxidharz sein Hauptbestandteil war (Produktname: Pyrofil Prepreg CFRP, Mitsubishi Rayon Co. Ltd.; 32 µm Dicke; 130°C empfohlene Härtungstemperatur). Der Durchmesser (Durchmesser in Querrichtung) einer Einzelfaser der Kohlenstofffasern, die für diese CFK-Prepreglage verwendet wurden, betrug 7 µm.
Als Nächstes wurde als ein Kunststoffmaterial, das ein Substrat bildete, eine biaxial gestreckte transparente PET-Lage (12 µm Dicke) verwendet. Um auf den Oberflächen der PET-Lage schwarze Beschichtungen auszubilden, wurde zudem eine Lichtabschirmfilmbeschichtungslösung angefertigt, die 72 Masse% Bindemittelharz, das aus einem Acrylharz bestand, 13 Masse% Ruß (0,1 µm durchschnittlicher Partikeldurchmesser) und 4 Masse% Siliziumdioxidpartikel (3 µm durchschnittlicher Partikeldurchmesser), die ein Füllstoff waren, enthielt. Die Lichtabschirmfilmbeschichtungslösung wurde durch ein Streichbeschichtungsverfahren derart auf beiden Oberflächen der PET-Lage aufgebracht, dass die durchschnittliche Dicke nach dem Trocknen jeweils 5 µm betrug, und sie wurde getrocknet, um die schwarzen Beschichtungen auszubilden, was die mit den schwarzen Beschichtungen versehene PET-Lage ergab, die in diesem Beispiel verwendet werden sollte.
Als Nächstes wurden die oben genannte PET-Lage und die CFK-Prepreglagen (CFK) miteinander in Überlappung gebracht, um einen CFK/PET/CFK-Schichtaufbau auszubilden, was eine Schichtstofflage ergab. In dieser Phase wurden die CFK-Prepreglagen derart in Flächensymmetrie platziert, dass ihre Faserrichtungen parallel zueinander waren. Darüber hinaus wurden mit beiden Oberflächen der oben genannten Schichtstofflage als Abziehfolien 50 µm dicke PTFE-Lagen in Überlappung gebracht.
Die Schichtstofflage, mit der die Abziehfolien in Überlappung gebracht waren, wurde in eine Heißpressmaschine gesetzt, wobei ihr Druck auf 0,3 MPa eingestellt wurde. Danach wurde die Temperatur unter den oben genannten Pressformbedingungen mit 1,5°C pro Minute Aufheizgeschwindigkeit von Zimmertemperatur auf 130°C erhöht und zwei Stunden lang bei 130°C gehalten. Danach wurde das Erhitzen der Heißpressmaschine für ein allmähliches Abkühlen gestoppt, und die Schichtstofflage, die der Schichtstoff war, wurde herausgenommen, nachdem bestätigt wurde, dass die Temperatur der Schichtstofflage nicht mehr als 50°C betrug.
Danach wurden die Abziehfolien, die auf den Oberflächenschichten der Schichtstofflage platziert waren, entfernt, und es wurde der faserverstärkte Schichtstoff zum Erzielen einer Kameraverschlusslamelle erzielt. Um eine vorbestimmte Anzahl an Kameraverschlusslamellen zu erzielen, wurden durch das gleiche Verfahren faserverstärkte Schichtstoffe hergestellt. Die vorbestimmte gewünschte Anzahl an faserverstärkten Schichtstoffen wurde einem Pressstanzen unterzogen, damit sie Verschlusslamellen vorbestimmter Form waren, was die Kameraverschlusslamellen ergab.
Was in diesem Fall die Vorsprungsteile 41b betraf, so waren sie ungefähr 400 µm in der Längsrichtung und ungefähr 150 µm in der Querrichtung groß und sie zeigten die Tendenz, von der Gratlinie zwischen ihrem einen Längsabschnitt und dem Vertiefungsabschnitt in Richtung ihres Mittelabschnitts schrittweise dünner zu werden und vom Mittelabschnitt in Richtung des anderen Längsabschnitts schrittweise dicker zu werden. Was die Vorsprungsteile 41c betraf, so waren sie zudem ungefähr 300 µm in der Längsrichtung und ungefähr 200 µm in der Querrichtung groß und sie zeigten die Tendenz, von der Gratlinie zwischen ihrem einen Endabschnitt und dem Vertiefungsteil in Richtung ihres Mittelabschnitts schrittweise dünner zu werden und vom Mittelteil in Richtung des anderen Längsabschnitts schrittweise dicker zu werden. Außerdem lagen die Längsrichtung der Vorsprungsteile 41b und die Längsrichtung der Vorsprungsteile 41c in den jeweiligen Richtungen im Wesentlichen senkrecht zueinander. Auf der ganzen Lamelle waren die Vorsprungsteile 41b und die Vorsprungsteile 41c teilweise entlang ihrer Querrichtung verbunden, wobei der Anteil der Vorsprungsteile größer als der der Vertiefungsteile war und die Vorsprungsteile im Bereich der gesamten Lamelle 60% belegten.
An den erzielten Verschlusslamellen wurden verschiedene Eigenschaften bewertet. Zunächst wurden die Querschnitte der Verschlusslamellen, die aus den hergestellten faserverstärkten Schichtstoffen bestanden, untersucht, um an den Grenzflächen die Konvexitäts- und Konkavitätszustände zu prüfen. Die durchschnittliche Höhendifferenz der Konvexitäten und Konkavitäten zwischen der PET-Lage und den schwarzen Beschichtungen betrug weniger als 0,3 µm. Die durchschnittliche Höhendifferenz der Konvexitäten und Konkavitäten zwischen den kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen und den schwarzen Beschichtungen betrug 1,9 µm. Wie in den 3A und 3B gezeigt ist, war auf den Oberflächen der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffe bezüglich der Vorsprünge und Vertiefungen die Gratlinie der Vorsprungsteile ausgebildet, die relativ zum Vertiefungsteil 5 bis 8 µm dick war, und in der Nähe der Mitte des Vorsprungsteils war der Mittelteil des Vorsprungsteils ausgebildet, der relativ zum Vertiefungsteil 1 bis 3 µm dick war.
Um das Lichtabschirmvermögen der in diesem Beispiel hergestellten Verschlusslamellen zu beurteilen, wurden die hergestellten Verschlusslamellen zudem auf einen Leuchtkasten platziert, um mit einem Mikroskop das Vorhandensein oder die Abwesenheit von Stiftlöchern zu untersuchen, die Licht durchließen. Eine Verschlusslamelle ohne Stiftlöcher wurde als ein guter Lichtabschirmartikel definiert, und eine Verschlusslamelle mit ein oder mehr Stiftlöchern wurde als ein schadhafter Lichtabschirmartikel definiert. Das Ergebnis war, dass der Anteil an guten Lichtabschirmartikeln der in diesem Beispiel hergestellten Verschlusslamellen 99,7% betrug und ein hervorragendes Lichtabschirmvermögen bestätigt wurde.
Außerdem wurden die in diesem Beispiel hergestellten Verschlusslamellen als Verschlusslamellen für einen vorderen Vorhang und einen hinteren Vorhang vorbereitet, die in einer Verschlussvorrichtung (Schlitzverschluss) zusammengebaut wurden, wie sie in 6 gezeigt ist. Diese Verschlussvorrichtung wurde in einer Kamera eingebaut, die für einen Antriebshaltbarkeitsversuch bei 1/8000 Sekunden Verschlussgeschwindigkeit der Verschlussvorrichtung bereitgestellt wurde.
Die Untersuchungen der Haltbarkeit der Verschlusslamellen ergaben auch nach 0,3 Millionen Mal öffnen und schließen keinerlei Probleme, was zeigte, dass die Verschlusslamellen der vorliegenden Erfindung ausreichende Haltbarkeit für Kameraverschlusslamellen hatten. Was die Kamera nach der oben genannten Haltbarkeitsbeurteilung betraf, wurde zudem die Oberfläche des nahe an der Verschlussvorrichtung angeordneten Bildsensors untersucht. Auf der Oberfläche des Bildsensors wurden keinerlei Kratzer beobachtet, die durch deutliche Gleitnarben hervorgerufen wurden. Die Prüfung ergab daher, dass die in diesem Beispiel hergestellten Verschlusslamellen, als sie angetrieben wurden, nicht mit dem Bildsensor in Kontakt kamen, sondern ausreichende Biegesteifigkeit mit geringer Biegung hatten.
Bezugszeichenliste

1:: Verstärkungsfaserschicht
1a, 41a:: Vertiefungsteil
1b, 1c, 1d, 41b, 41c:: Vorsprungsteil
2, 42:: Substrat (Zwischenschicht)

Claims

Faserverstärkter Schichtstoff mit: einem Substrat; einer schwarzen Beschichtung; und einer faserverstärkten Kunststoffschicht, wobei die schwarze Beschichtung zwischen dem Substrat und der faserverstärkten Kunststoffschicht vorgesehen ist und ein Bindemittelharz und schwarze Partikel enthält, die faserverstärkte Kunststoffschicht ein Matrixharz hat und auf beiden Oberflächen des Substrats die schwarzen Beschichtungen und die faserverstärkten Kunststoffschichten vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die schwarze Beschichtung außerdem einen Füllstoff enthält, eine Grenzfläche zwischen der schwarzen Beschichtung und der faserverstärkten Kunststoffschicht eine konvexe und konkave Struktur hat, die durch den Füllstoff ausgebildet wird und in die das Matrixharz eintritt, und eine Dicke der schwarzen Beschichtung, eine Dicke des Substrats und eine Dicke der faserverstärkten Kunststoffschicht die folgende Ungleichung erfüllen: $a < 2a < b < (b + 2a) < 2b < c < (2a + b + 2c)$
wobei die Dicke der schwarzen Beschichtung a (µm) beträgt, die Dicke des Substrats b (µm) beträgt und die Dicke der faserverstärkten Kunststoffschicht c (µm) beträgt.
Faserverstärkter Schichtstoff mit: einem Substrat; einer schwarzen Beschichtung; und einer faserverstärkten Kunststoffschicht, wobei die schwarze Beschichtung zwischen dem Substrat und der faserverstärkten Kunststoffschicht vorgesehen ist und ein Bindemittelharz und schwarze Partikel enthält und die faserverstärkte Kunststoffschicht ein Matrixharz hat, dadurch gekennzeichnet, dass die schwarze Beschichtung außerdem einen Füllstoff enthält, eine Grenzfläche zwischen der schwarzen Beschichtung und der faserverstärkten Kunststoffschicht eine konvexe und konkave Struktur hat, die durch den Füllstoff ausgebildet wird und in die das Matrixharz eintritt, und ein Durchmesser in Querrichtung des Füllstoffs kleiner als ein Durchmesser in Querrichtung von Verstärkungsfasern der faserverstärkten Kunststoffschicht ist.
Faserverstärkter Schichtstoff nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Grenzfläche eine Grenzfläche ist, an der das Bindemittelharz und das Matrixharz miteinander verbunden sind.
Faserverstärkter Schichtstoff mit: einem Substrat; einer schwarzen Beschichtung; und einer faserverstärkten Kunststoffschicht, wobei die schwarze Beschichtung zwischen dem Substrat und der faserverstärkten Kunststoffschicht vorgesehen ist und ein Bindemittelharz und schwarze Partikel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die schwarze Beschichtung außerdem einen Füllstoff enthält, eine Grenzfläche zwischen der schwarzen Beschichtung und der faserverstärkten Kunststoffschicht eine konvexe und konkave Struktur hat, eine Grenzfläche zwischen der schwarzen Beschichtung und dem Substrat eine andere konvexe und konkave Struktur hat und Konvexitäten und Konkavitäten der Grenzfläche auf der Seite der faserverstärkten Kunststoffschicht größer als Konvexitäten und Konkavitäten der Grenzfläche auf der Seite des Substrats sind.
Faserverstärkter Schichtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die schwarzen Partikel Ruß enthalten und ein Durchmesser in Querrichtung des Füllstoffs größer als ein Partikeldurchmesser des Rußes ist.
Faserverstärkter Schichtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Substrat ein biaxial gestreckter PET-Film ist und das Bindemittelharz ein Acrylharz ist.
Faserverstärkter Schichtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei auf einer Oberfläche der faserverstärkten Kunststoffschicht entlang einer Oberflächenrichtung eine Vielzahl von Vorsprungsteilen ausgebildet ist und Oberseiten der Vielzahl von Vorsprungsteilen konkave Oberflächen sind.
Verschlussvorrichtung mit: einer Grundplatte, in der eine Öffnung ausgebildet ist; einer Vielzahl von Verschlusslamellen, welche die Öffnung öffnen und schließen, wobei eine Längsrichtung von ihnen senkrecht zu einer Bewegungsrichtung ist; und einer Antriebseinheit, welche die Verschlusslamellen antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Verschlusslamellen der faserverstärkte Schichtstoff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ist.
Optisches Gerät, gekennzeichnet durch die Verschlussvorrichtung gemäß Anspruch 8.