JP2007065495A - 光学用遮蔽部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 羽根本体と軸部とが一体化されている構造であって、実用性を備えた絞り羽根を実現することを目的とする。
【解決手段】 羽根本体１１と軸部１２とが一体化してある。この材料は、基材が高流動性タイプのＰＯＭ(Polyoxymethylene)であり、このＰＯＭに、平均直径が２００ｎｍ以下で、アスペクト比（長さ／直径）が５００以下であるカーボンナノファイバを１０〜１２ｗｔ％混合したものである。絞り羽根１０は、この材料をホットプレス成形して形成してある。
【選択図】 図１

Description

本発明は光学用遮蔽部品に係り、特にデジタルカメラの絞り羽根に関する。

フィルムカメラ及びデジタルカメラのレンズ部分には、光量を調整する絞り機構が組み込んである。絞り機構は複数の絞り羽根が並んでいる構成である。

一般的に、絞り羽根は、絞り羽根本体に軸部品が固定してある構成である

製造コストを安価にするために、絞り羽根本体に軸部分を一体化した構造の絞り羽根が提案されている。

この絞り羽根は樹脂成形によって製造することが予定されていると考えられるけれども、絞り羽根に要求される特性を考慮すると実現性が困難であった。

なお、絞り羽根には、（１）光を遮る遮光性が良いこと、（２）擦れ合う動作による摩擦熱の発生が少ないこと、即ち、動摩擦係数が低いこと、（３）擦れ合う動作時に静電気が帯電しないこと、即ち、所定の導電性を有して表面抵抗値が低いこと、（４）擦れ合う動作による摩擦熱が発生しても放熱しやすいこと、即ち、熱伝導率が良いこと、等が要求される。

レンズシャッタ装置のシャッタ羽根についても、上記の絞り羽根と同じ特性が要求される。

本発明は、上記の点に鑑みてなされた光学用遮蔽部品を提供することを目的とする。

本発明は、基材が自己潤滑性を有する合成樹脂であり、これにカーボンナノファイバを所定のｗｔ％添加してなる材料を使用し、ホットプレス成形によって形成したことを特徴とする。

本発明によれば、基材自体が自己潤滑性を有していることに加えて、カーボンナノファイバを添加したことによって、動摩擦係数が低くなり、また、カーボンナノファイバを所定のｗｔ％添加したことによって、十分に高い光学濃度、十分に低い表面抵抗値、十分に高い熱伝導率となり、実用的な光学用遮蔽部品が実現出来る。

次に本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明の実施例1になる絞り羽根１０を示す。この絞り羽根１０は、デジタルカメラのレンズ部分の絞り装置２０を構成している複数の絞り羽根の一枚である。

絞り羽根１０は、羽根本体１１と、羽根本体１１より突き出ている軸部１２とよりなり、羽根本体１１と軸部１２とが一体化されている構造である。羽根本体１１の厚さｔは７０〜１００μｍ程度である。軸部１２の突き出し寸法ａは約０，５ｍｍ程度である。羽根本体１１の表面は微小な凹凸が不規則に並んでいるマット状であり、色は黒である。

絞り羽根１０の材料は、基材が高流動性タイプのＰＯＭ(Polyoxymethylene、通称：ポリアセタール)であり、このＰＯＭに、平均直径が２００ｎｍ以下で、アスペクト比（長さ／直径）が５００以下で、多層の構造であるカーボンナノファイバを、４〜２０ｗｔ％、望ましくは、８〜１４ｗｔ％、更に望ましくは、１０〜１２ｗｔ％混合したものである。基材であるＰＯＭは自己潤滑性に優れている。自己潤滑性を有するとは、他の樹脂に比べて結晶化度が高く（分子間の結合力が強く）、これによって摩擦係数が低いことをいう。基材であるＰＯＭには、流動性に優れている高流動性タイプのものを使用する。高流動性タイプとは、分子量を少なく調整して製造されたＰＯＭであり、メルトフローレイトが２０gr／１０min以上のものをいう。カーボンナノファイバとは、多層の構造のカーボンナノチューブであり、数ｎｍの超微細な鉄等の金属粒子で成長し、直径も約２００ｎｍ以下の範囲に調整され、昭和電工株式会社よりＶＧＣＦ（登録商標）として市販されているものである。

ＰＯＭにカーボンナノファイバを添加することによって、遮光性、帯電防止性、潤滑性、熱伝導性等が付加される。これについては後述する。

絞り羽根１０は、後述するようにホットプレス成形でもって製造されたものである。
［絞り羽根１０の製造方法］
ホットプレス成形は、先ず、素材４０を作成し、この素材４０をホットプレス金型装置５０で加工して成される。

素材４０を作成するには、先ず、米粒のサイズのペレットを形成する。ペレットは、図２に示すように、ＰＯＭ樹脂を粉砕して平均粒径が０．５ｍｍ以下のパウダー状とし（工程３０）、これに前記のカーボンナノファイバを所定量（４〜２０ｗｔ％、望ましくは、８〜１４ｗｔ％、更に望ましくは、１０〜１２ｗｔ％）加え、攪拌して混合し（工程３１）、これを押し出し機にかけてペレットを製造し（工程３２）、次いで、ペレットを乾燥させ（工程３３）、乾燥させたペレットを再度押し出し機にかけることによって（工程３４）、完成品としてのペレット、即ち、ＰＯＭ樹脂中にカーボンナノファイバが分散したペレット３５が製造される。ここで、工程３４はカーボンナノファイバがＰＯＭ樹脂中でより平均的に分散するようにするための行なわれる。

このペレット３５を成形機に供給することによって、成形機からフープ状或いは短冊状の素材４０が製造される。素材４０の融点は約１７０℃である。

図３（Ａ）に示すように、ホットプレス金型装置５０は、ヒータが内蔵してある下側の固定した金型５１と、ヒータが内蔵してあって上下動する上側の金型５５とを有する構成である。図４（Ａ）に示すように、金型５１は、マット状の面５２と、孔５３とを有する。金型５５は、マット状の面５６と、凹部５７と、ピン５８とを有する。金型５１、５５は素材４０の融点よりも少し低い温度である１５０℃に加熱されている。金型５５は、図４（Ｂ）の状態を経て、図４（Ｃ）に示す最終位置まで下動する。金型５１と金型５５との間に素材４０が挟み込まれて加圧されると、素材４０が展伸される。図４（Ｂ）は素材４０が展伸され始めたときの状態を示す。図４（Ｃ）は素材４０の展伸が完了した状態を示す。面５２と面５６とで挟まれた部分には、羽根本体１１の部分が形成される。凹部５７の部分には素材４０が相対的に入り込み、軸部１２が形成される。ピン５８は位置決め用孔１３，１４を形成する。

金型５５が上動して金型５１から離されると、図３（Ｂ）に示す半完成品１０Ａが得られる。半完成品１０Ａは、羽根本体１１となる部分１１Ａとこの部分から突き出た軸部１２とを一体に有し、更に位置決め用孔１３，１４を有する。素材４０は、熱伝導率が良いため、金型５１と金型５５との間に挟まれたときに全体に亘って均一に加熱され、良好に展伸される。

この半完成品１０Ａを、位置決め用孔１３，１４を位置決め用ピンに嵌合させて位置決めしてプレス機にセットし打ち抜くことによって、図３（Ｃ）に示すように絞り羽根１０が製造される。１５は不要部分である。

ここで、素材４０は、熱伝導率が良く金型５１と金型５５との間に挟まれたときに全体に亘って均一に加熱され、良好に展伸され、通常の一眼レフのカメラの絞り羽根に使用できる程度に大きいものまでも製造可能である。
［カーボンナノファイバの添加量と絞り羽根１０の特性との関係］
本発明者はＰＯＭへのカーボンナノファイバの添加量を種々変えたペレットを用意し、これで絞り羽根又は絞り羽根に似た形状のものを成形し、成形した絞り羽根又は絞り羽根に似た形状のものについて、種々の特性が、カーボンナノファイバの添加量によってどのように変化するかを調査した。

次に、これについて、特性毎に説明する
（１）遮光性（光学濃度Ｄ）
図５は、カーボンナノファイバの添加量と絞り羽根の光学濃度（Ｄ）との関係を示す。これはこの度実験によって得られたものである。

光学濃度Ｄと透過濃度とは、光学濃度が１Ｄでは透過度は０．１であり、光学濃度が２Ｄでは透過度は０．０１であり、光学濃度が３Ｄでは透過度は０．００１である関係にある。

同図より、カーボンナノファイバを添加すると絞り羽根の光学濃度が増し、カーボンナノファイバの添加量を増やすと光学濃度がそれに応じて増加していることが分かる。また、カーボンナノファイバの添加量を約８ｗｔ％とすると絞り羽根の光学濃度は３Ｄとなり、カーボンナノファイバの添加量を更に増やして約１０ｗｔ％とすると光学濃度は４Ｄとなっている。

カメラに組み込まれる絞り羽根１０としては、光学濃度２Ｄ以上、望ましくは、光学濃度３Ｄ以上、更に望ましくは、光学濃度４Ｄ以上が要求される。絞り羽根１０の光学濃度が４Ｄを越えていると、絞り羽根１０は安定的な遮光性を有する。

よって、遮光性の観点からは、ＰＯＭへのカーボンナノファイバの添加量は５ｗｔ％以上であればよい。
（２）動摩擦係数（μ）
図６は、カーボンナノファイバの添加量と絞り羽根の動摩擦係数（μ）との関係を示す。これはこの度実験によって得られたものである。

同図より、カーボンナノファイバを添加しても添加量が約８ｗｔ％までは絞り羽根の動摩擦係数は約０．２１であり、殆ど変化していず、カーボンナノファイバを８ｗｔ％を越えて添加すると、動摩擦係数が０．２以下にまで低下していることが分かる。

カーボンナノファイバの添加量が少なくても動摩擦係数が約０．２１と低い理由は、素材であるＰＯＭ樹脂が自己潤滑性を有しているからである。

カメラに組み込まれる絞り羽根１０としては、円滑に動作するためには、動摩擦係数が０．２１以下であることが要求される。

よって、動摩擦係数の観点からは、ＰＯＭへのカーボンナノファイバの添加量は２ｗｔ％以上であればよい。
（３）表面抵抗値（Ω・ｃｍ）
図７は、カーボンナノファイバの添加量と絞り羽根の表面抵抗値との関係を示す。これはこの度実験によって得られたものである。

同図より、カーボンナノファイバを添加すると添加量が４ｗｔ％を越えたところより絞り羽根の表面抵抗値が下がり、カーボンナノファイバの添加量を更に増やすとそれに応じて表面抵抗値が低下していることがわかる。カーボンナノファイバの添加量を４ｗｔ％とすると絞り羽根の表面抵抗値は１０^８（Ω・ｃｍ）となり、添加量を１０ｗｔ％とすると絞り羽根の表面抵抗値は１０^３（Ω・ｃｍ）となって、導電性を有するレベルとなる。

カメラに組み込まれる絞り羽根１０としては、動作したときに他の絞り羽根と擦れて発生した静電気が絞り羽根に帯電しないようにするためには、絞り羽根の表面抵抗値が１０^６（Ω・ｃｍ）以下であることが要求される。

よって、表面抵抗値の観点からは、ＰＯＭへのカーボンナノファイバの添加量は約６ｗｔ％以上であればよい。
（４）熱伝導率（Ｗ／ｍ・ｋ）
図８は、カーボンナノファイバの添加量と絞り羽根の熱伝導率との関係を示す。これはこの度実験によって得られたものである。

同図より、カーボンナノファイバを添加すると絞り羽根の熱伝導率が比例的に増加していることが分かる。カーボンナノファイバの添加量を４ｗｔ％とすると絞り羽根の熱伝導率は約０．４（Ｗ／ｍ・ｋ）となり、添加量を８ｗｔ％とすると絞り羽根の熱伝導率は約０．６（Ｗ／ｍ・ｋ）となる。

カメラに組み込まれる絞り羽根１０としては、動作したときに他の絞り羽根と擦れて発生した摩擦熱がそこに留まらないで拡散するようにするためには、絞り羽根の熱伝導率は約０．４（Ｗ／ｍ・ｋ）以上であることが要求される。

よって、熱伝導率の観点からは、ＰＯＭへのカーボンナノファイバの添加量は約４ｗｔ％以上であればよい。

以上から、カーボンナノファイバの添加量は４〜２０ｗｔ％、望ましくは、８〜１４ｗｔ％、更に望ましくは、１０〜１２ｗｔ％であればよいことが分かる。

カーボンナノファイバの添加量の上限は、添加を増やしても特性が差ほど変化しなくなる値、及び、製造コスト（カーボンナノファイバの添加量を増やすと製造コストが上がる）考慮して決定される。
［変形例］
絞り羽根１０の材料は、基材が自己潤滑性を有する別の材料であるＰＡ(Polyamides)であってもよい。即ち、ＰＡに、平均直径が２００ｎｍ以下で、アスペクト比（長さ／直径）が５００以下で、多層の構造であるカーボンナノファイバを、４〜２０ｗｔ％、望ましくは、８〜１４ｗｔ％、更に望ましくは、１０〜１２ｗｔ％混合したものであってもよい。

また、基材が自己潤滑性を有する別の材料であるＰＯＭ或いはＰＡに、平均直径が２００ｎｍ以下で、アスペクト比（長さ／直径）が５００以下で、多層の構造であるカーボンナノファイバを、４〜２０ｗｔ％、望ましくは、８〜１４ｗｔ％、更に望ましくは、１０〜１２ｗｔ％混合したものを使用して、絞り羽根１０の他に、別の光学用遮蔽部品、例えば、図９（Ａ）に示すレンズシャッタ機構に適用されるシャッタ羽根６０、図９（Ｂ）に示すファインダマスク７０を製造することも可能である。

本発明の実施例１になる絞り羽根を絞り装置と併せて示す図である。 ペレットの製造工程を示す図である。 絞り羽根をホットプレス成形で製造することを説明するための図である。 素材が展伸されるときの状態を示す図である。 カーボンナノファイバの添加量と絞り羽根の光学濃度との関係を示す図である。 カーボンナノファイバの添加量と絞り羽根の動摩擦係数との関係を示す図である。 カーボンナノファイバの添加量と絞り羽根の表面抵抗値との関係を示す図である。 カーボンナノファイバの添加量と絞り羽根の熱伝導率との関係を示す図である。 本発明の別の実施例を示す図である。

符号の説明

１０ 絞り羽根
１１ 羽根本体
１２ 軸部
６０ シャッタ羽根
７０ ファインダマスク

Claims (8)

1. 基材が自己潤滑性を有する合成樹脂であり、これにカーボンナノファイバを所定のｗｔ％添加してなる材料を使用し、ホットプレス成形によって形成したことを特徴とする光学用遮蔽部品。
2. 請求項１に記載の光学用遮蔽部品において、
   前記基材は、ＰＯＭ(Polyoxymethylene)であることを特徴とする光学用遮蔽部品。
3. 請求項１に記載の光学用遮蔽部品において、
   前記基材は、ＰＡ(Polyamides)であることを特徴とする光学用遮蔽部品。
4. 請求項１に記載の光学用遮蔽部品において、
   前記カーボンナノファイバは、平均直径が２００ｎｍ以下で、アスペクト比（長さ／直径）が５００以下のものであることを特徴とする光学用遮蔽部品。
5. 請求項１に記載の光学用遮蔽部品において、
   前記カーボンナノファイバは、平均直径が２００ｎｍ以下で、アスペクト比（長さ／直径）が５００以下のものであり、
   且つ、前記の所定のｗｔ％が５〜２０であることを特徴とする光学用遮蔽部品。
6. 請求項１に記載の光学用遮蔽部品において、
   前記カーボンナノファイバは、平均直径が２００ｎｍ以下で、アスペクト比（長さ／直径）が５００以下のものであり、
   且つ、前記の所定のｗｔ％が８〜１４であることを特徴とする光学用遮蔽部品。
7. 請求項１に記載の光学用遮蔽部品において、
   前記カーボンナノファイバは、平均直径が２００ｎｍ以下で、アスペクト比（長さ／直径）が５００以下のものであり、
   且つ、前記の所定のｗｔ％が１０〜１２であることを特徴とする光学用遮蔽部品。
8. 光学用遮蔽部品の製造方法であって、基材が自己潤滑性を有する合成樹脂であり、これにカーボンナノファイバを所定のｗｔ％添加してなる材料を使用し、ホットプレス成形によって製造することを特徴とする光学用遮蔽部品の製造方法。
   

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