JPH09254265A

JPH09254265A - 炭素繊維強化型樹脂板及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09254265A
Application number: JP8069778A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsubara; 隆松原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 1997-09-30

Abstract

(57)【要約】【課題】平面性に優れ、かつ歩留まりの良い、安価な
炭素繊維強化型樹脂板とその製造方法を提供する。【解決手段】炭素繊維で強化された樹脂板の表面に所
定ピッチの凹凸網目模様を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平面性に優れた炭
素繊維強化型樹脂板及びその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、フィルム感度の向上や新しい映像
表現の欲求などの理由から、カメラのシャッタスピード
やストロボ同調速度の高速化の要望があり、実際に１／
８０００秒までの高速シャッタスピードや同調速度１／
２５０秒を実現したカメラが提供されている。

【０００３】このようなフォーカルプレーンシャッタに
おいて、ストロボ同調速度を超える高速シャッタスピー
ドは、先幕と後幕をタイミングをずらして動かし始め、
先幕の一番羽根と後幕の一番羽根との隙間（スリット）
の量をある間隔に固定あるいは速度に合わせて変更させ
たスリット露光を行なうことにより実現している。この
シャッターは４枚又は５枚の分割羽根（遮光羽根）とこ
れらを駆動する駆動機構から構成されている。一例とし
て４枚構成の遮光羽根は、移動量の多い２枚は炭素繊維
強化型樹脂板（以下ＣＦＲＰ板と言う）、移動量の少な
い２枚はアルミニウム板とで構成したものなどがある。

【０００４】ＦＲＰで構成された羽根は、軽量で曲げ剛
性も高く、１／８０００秒という高速度のシャッタース
ピードでも、走行中及び停止直後の羽根の波うちが非常
に小さく、また仮に波うっても、例えばアルミニウム製
の羽根に比べ、その波うち（振動）状態は素早く収まる
ため、羽根が波うったまま次のシャッター動作を行って
羽根同士またはアパーチャ（画角を決定するもの）に衝
突し、羽根が破損したり、シャッターが動作不能になっ
たりすることもなく、非常に高い耐久性能を実現するこ
とが可能となる。

【０００５】ＣＦＲＰは、例えば特開昭５９−６１８２
７号公報にも開示されているように、強化繊維として一
方向に引き揃えられた炭素繊維、マトリックス樹脂とし
てエポキシ樹脂を使用したものである。ＣＦＲＰ板は、
前駆体であるプリプレグ・シート（ｐｒｅｐｒｅｇｓ
ｈｅｅｔ）を複数枚積層（その繊維方向は互いに直交ま
たはほぼ直交するように積層する）し、この積層板全体
をプレスしたまま加熱して硬化させることにより製造さ
れる。このようにして製造されたＣＦＲＰ板は、目的と
する遮光羽根の形状に切断される。切断は一般にプレス
による打ち抜きである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
のＣＦＲＰを用いた遮光羽根は、板厚が５０〜２００μ
ｍというその薄さに起因して、製造後の板材の段階で平
面性が悪い（ソリがある）という問題がある。また、こ
の段階で平面性が良くても、ＣＦＲＰ板から１枚の遮光
羽根形状に打ち抜いたあとでの平面性が悪い（反りがあ
る）という問題点がある。更に、製造時において、製造
ロット間の良品率が大きく変動するという問題もある。
その結果、ＣＦＲＰ板や遮光羽根の良品率が低下し、歩
留まりが悪く、遮光羽根のコストが非常に高いものにな
っているのが現状である。

【０００７】本発明の目的は、平面性に優れ、かつ歩留
まりの良い、安価な炭素繊維強化型樹脂板とその製造方
法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明者らは、ＣＦＲＰ板を製造する際に、その表
面に５０μｍ〜５００μｍピッチの凹凸網目模様を形成
することで、平面性の向上を狙った。上述したように、
ＣＦＲＰ製の板材からプレス抜きされた遮光羽根のそり
が大きくなる要因として、炭素繊維の直径は３〜８μｍ
であることから、製造ロットによっては、炭素繊維の配
列が乱れやすく、局所的に繊維が多くなったり、少なく
なったりして、それにともない、マトリックス樹脂の分
布が不均一となる。その結果、ＣＦＲＰ製の板材におけ
る樹脂の硬化収縮時の内部応力にアンバランスが生ま
れ、ＣＦＲＰ製の板材および遮光羽根のそりが大きくな
るものと推察している。

【０００９】これらの課題を解決する方法を鋭意研究し
た結果、樹脂の不均一性が存在するようなシートであっ
ても、これを積層し、成形する際に、その表面に、５０
μｍ〜５００μｍピッチの凹凸模様を形成することで、
最外層の樹脂分布の不均一性からくる内部応力のアンバ
ランスを改善でき、遮光羽根の平面性の向上を図ること
ができることを見出した。

【００１０】これより本発明の請求項１では、炭素繊維
で強化された樹脂板において、該樹脂板表面に所定ピッ
チの凹凸網目模様を形成したことを特徴とする。また、
本発明の請求項２では、請求項１に付け加え、前記凹凸
網目模様のピッチが５０μｍから５００μｍであること
を特徴とする。また、本発明の請求項３では、請求項１
及び２の記載に付け加え、５０μｍ〜２００μｍの板厚
を有することを特徴とする。

【００１１】また、本発明の請求項４では、請求項１、
２及び３の記載に付け加え、一方向に引き揃えられた炭
素繊維に樹脂を含浸させた複数のプリプレグシートの各
繊維方向が互いに直交するように、かつ面対称になるよ
うに３層以上積層した構成とした。さらに、本発明の請
求項５では、一方向に揃えられた炭素繊維に樹脂を含浸
させたプリプレグ・シートを複数枚重ねて、加熱加圧成
形することにより炭素繊維強化型樹脂板を製造する方法
において、加熱加圧成形する前に、予め前記プリプレグ
・シートと加圧板との間に凹凸模様を有するメッシュを
配置するとともに、前記プリプレグシートと前記メッシ
ュとの間に離型性を有する離型フィルムを配置すること
により、メッシュの凹凸網目模様に対応した模様を前記
プリプレグシートの表面に転写させることを特徴とす
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態である炭素繊
維強化型樹脂板の凹凸模様の形態について、図１、図２
を用いて説明する。図１は、本発明のＣＦＲＰ板材及び
遮光羽根の表面の規則的な凹凸模様を実体顕微鏡を用い
低倍率で広い視野で２次元的に観察したときの模式構成
図である。また、図２は、図１の表面の凹凸模様の形態
を説明するための部分拡大断面形状図であり、メッシュ
の凹凸模様が離型シートを介してプリプレグ積層シート
に転写された断面凹凸形状を１次元的に示した図であ
る。プリプレグ積層シート３は、一方向に揃えられた炭
素繊維で強化された樹脂シートがその繊維方向が直交す
るように、かつ面対称に積層された構成となっている。
また、４はメッシュ、５は離型シートである。

【００１３】図２のように炭素繊維強化型樹脂板の表面
の凹凸模様とメッシュ模様を転写する離型シートの表面
凹凸模様とは完全な対応はしていない。しかしこのよう
な断面形状であっても、実体顕微鏡を用い低倍率で観察
したときには、遮光羽根の表面の凹凸模様は、図１のよ
うに、はっきりと確認が出来る。断面形状で見た場合す
なわち一次元で見た場合に、この５０μｍ〜５００μｍ
ピッチの凹凸模様は、整然としたものではなく、広い視
野の平面（２次元）で見て、凹凸模様が形成されている
ことがわかる程度のものである。また、観察の倍率を大
きくするとこの模様は見にくくなってしまう場合もあ
る。すなわち、狭い範囲で観察すると、この模様はあま
りはっきりとしない。これは、その部分の樹脂が少なけ
れば、凸になるべきところであっても、盛り上がりが出
来ないためと考えている。

【００１４】また、この模様の高さは、樹脂分布の不均
一性によって異なり、樹脂が多ければ高くなり、少なけ
れば低くなる。実際に計測した結果では、０．１μｍ〜
１０μｍとばらついており、隣合う凹凸の高さは、まち
まちであった。なおこのように、樹脂の多さにしたがっ
て、凹凸形状が出来上がることが、樹脂分布の不均一性
を打ち消してくれる要因と考えている。

【００１５】なお、この模様を形成するのに簡便な手法
は、メッシュを利用することである。これにより、簡易
的に５０μｍ〜５００μｍのピッチの網目模様を形成で
きる。またメッシュに限らず、様々な模様を形成したシ
ートや、加熱硬化する際に使用する加圧板に直接凹凸模
様を加工しても、凹凸模様をプリプリグシート面に転写
することは容易である。薄いプリプレグ積層シートの平
面性を確保するためには、シート両面に凹凸網目模様を
転写することが望ましい。

【００１６】次に、図３を参照しながら本発明の実施の
形態である炭素繊維強化樹脂製遮光羽根の製造方法につ
いて説明する。加圧板６の間にプリプレグ積層シート３
と前記プリプレグ積層シート３に凹凸模様を転写させる
ためのメッシュ４を離型フィルム５を介して挟んで配置
する。このように配置した後、これらをホットプレス機
にセットし、１２０〜１４０℃の温度で１〜２時間、５
ｋｇ〜１５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で、加熱加圧成形して、
未硬化の熱硬化型樹脂液は、架橋硬化して固まり室温ま
で徐冷される。その結果、離型フィルムを通して、５０
μｍ〜５００μｍピッチの網目模様がププレグ積層表面
に転写形成される。こうしてＣＦＲＰ製の板材（厚さ５
０μｍ〜２００μｍ) が得られる。

【００１７】メッシュ４は、＃５０〜＃５００を用いる
とよく、好ましくは＃１５０〜＃３５０が最適である。
なお、このメッシュは、市販のものが流用でき、例え
ば＃５０の場合、メッシュの糸の太さ（線径）が１５０
〜２００μｍ、メッシュの糸と糸の間隔（オープニン
グ）が３００μｍ程度である。参考までに＃１５０が線
径５０〜６０μｍ、オープニング１００〜１２０μｍ、
＃２５０が線径３０〜４０μｍ、オープニング５０〜６
０μｍ、＃３５０が線径２０〜３０μｍ、オープニング
４０〜５０μｍ、＃５００が線径約２０μｍ、オープニ
ング約３０μｍ、程度となっている。

【００１８】いずれの場合にしても、図３に示したよう
に、離型フィルム５を挟むことで、原版の凹凸を汚すこ
となく再利用が可能であり、好ましい。また、この離型
フィルム５に、サンドブラストや、エッチング等によ
り、微細な凹凸処理を施すことは、この微細な凹凸も遮
光羽根に転写することができるため遮光羽根の表面反射
率の低減につながり、シャッターとして組み込んだとき
の幕間漏光の防止になるため、より好ましい。

【００１９】つぎに、本発明の炭素繊維強化型樹脂板の
素材について、説明する。遮光羽根の板として使用して
いるＣＦＲＰは、炭素繊維とマトリックス樹脂から構成
されている。繊維には、炭素繊維の連続繊維や短繊維な
どが用いられる。マトリックス樹脂には、主に、エポキ
シ樹脂、ポリエステル、ポリウレタンなどの熱硬化性樹
脂が使用できる。

【００２０】ＣＦＲＰは一応の遮光性があるが、さらに
遮光性を高めるため、プリプレグ・シートを作製する際
に、マトリックス樹脂の前駆体となる樹脂液中にカーボ
ンブラックを予め添加分散させておいてもよい。あるい
は、カーボンブラックを高濃度に混合した樹脂液を別途
用意し、これをロールコーター等を使用して通常のプリ
プレグ・シートに圧入浸透させてもよい。カーボンブラ
ックは、羽根の滑りを良くする効果がある。仮に羽根が
擦れても、滑り易いと、摩耗が少ない。

【００２１】カーボンブラックは、平均粒子径0.１μｍ
以下のものが好ましい。カーボンブラックの配合量は樹
脂液（固形分１００重量部）に対し３〜１５重量％が
好ましい。１５重量％以上では繊維の配列が悪くなりす
ぎ平面性に悪影響を及ぼす。また樹脂液の流動性も悪く
なりすぎるため内部に空孔が発生したり、層間剥離が起
きたりする。プリプレグ・シートの樹脂量は、３０〜５
０重量％特に３８〜４８％が適当である。樹脂量が少な
いと、外観上、空孔や微細クラックが見られ、塗装性も
悪化する。更に、素材表面に凹凸が生じるので、羽根の
耐摩耗性、潤滑性が劣り、さらには美観が悪化する。そ
のほか、樹脂量が少ないと樹脂フローの際、縞模様とな
って現れる事があり、これも外観を悪化させる。

【００２２】プリプレグ・シートの繊維目付（１ｍ2当
り何ｇの繊維が含まれるか）は、１０ｇ／ｍ2 〜６０ｇ
／ｍ2 である。プリプレグ・シート１層の厚さは、１５
〜７０μｍである。プリプレグ・シートは全て同じ板厚
である必要はない。中立面に対して厚さ方向に面対称に
なるように使用すれば、種々の板厚、種々の目付のもの
を組み合わせることも可能である。もし、板厚が規定値
以内に入るものであれば、全体の曲げ剛性を上げるため
中間層の板厚や目付を表材層（この場合は、表面または
裏面の１層のみを指す）よりも厚くあるいは多くする方
が有利となる。

【００２３】プリプレグ・シートは、表材層と中間層と
が各層の繊維方向が互いに直交またはほぼ直交するよう
に、かつ中央面から厚さ方向に面対称となるように、少
なくとも３枚以上、例えば３枚、４枚、５枚積層する。

【００２４】

【実施例１】次に、本発明の実施の形態の一実施例であ
るＣＦＲＰ板の製造方法及び平面性の歩留まり評価結果
について述べる。本実施例のプリプレグ積層シートは、
次のように構成した。まず最初に、炭素繊維が連続繊維
で、一方向に揃えられており、マトリックス樹脂がエポ
キシ樹脂で、厚さが２０〜４０μｍのプリプレグ・シー
トＡを用意した。次に、炭素繊維が長さ１〜３０ｍｍの
短繊維で、一方向に揃えられており、マトリックス樹脂
がエポキシ樹脂で、厚さが２０〜６０μｍのプリプレグ
・シートＢを用意した。これら上記シートＡ２枚とシー
トＢ１枚を、それらの繊維方向が、０°（表材層）／９０°（中間層）／０°（表材層）となるように、かつシートの種類が、Ａ（表材層）／Ｂ（中間層）／Ａ（表材層）となるように、上記３枚を面対称になるように積層す
る。

【００２５】このプリプレグ積層シート３を、図３で示
したように、離型フィルム５で覆い、＃５０〜＃５００
好ましくは＃１５０〜＃３５０のメッシュ４を被せ、加
圧板（プレスプレート）６で挟み込む。その上で、ホッ
トプレスにセットし、１２０〜１４０℃の温度で１〜２
時間、５ｋｇ〜１５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で、加熱プレス
成形して、エポキシ樹脂を硬化させ、その後、室温まで
徐冷することにより、板厚６０〜１４０μｍの板材を得
た。（板材）次に、上記シートＡ２枚とシートＢ１枚の代わりに、製
造ロットの違うシートＡ′、Ｂ′を用意し、上記方法で
同様にして、板材を得た。同様にして多数の板材を製
造し、得られた板材について、平面性の良好な板材が何
枚あるか歩留り（以下、第１歩留りという）を求めた。

【００２６】上記板材・のうち平面性の良好な１枚
の板材から、プレス抜き加工により、２０〜５０枚の遮
光羽根を製造した。ただし中間層の繊維方向が、遮光羽
根の長手方向と直角を成すように打ち抜いた。この時得
られた遮光羽根について、ソリの有無を測定して、平面
性の良好な遮光羽根が何枚有るか、歩留り（以下、第２
歩留りという）を求めた。以上の結果を表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】本発明の実施の形態の一実施例と比較する
ために、メッシュを用いないＣＦＲＰ板を製造し、ＣＦ
ＰＲ板及び遮光羽根のそりを測定した。実施例１で使用
したプリプレグ・シートＡ・Ｂ、Ａ′・Ｂ′を用意し、
これらのシートが０°／９０°／０°となるように積層
し、メッシュを使用しないほかは、実施例１と同様にし
て板材・、遮光羽根を製造し、ソリの有無を測定し
て、第１〜第２歩留りを求めた。この結果を表１に示
す。

【００２９】

【実施例２】実施例１で使用したプリプレグ・シート
Ｂ、Ｂ′の代わりにプリプレグ・シートＡ、Ａ′を使用
するほかは実施例１と同様にして、板材、、遮光羽
根を順次製造した。

【００３０】

【実施例３】実施例１で使用したプリプレグ・シート
Ａ、Ａ′と同じであるが、ただし、平均粒子径が０．１
μｍ以下のカーボンブラックを樹脂１００重量部当たり
１０重量％添加したプリプレグ・シート（Ａ）、
（Ａ′）を準備した。以下、プリプレグ・シートＡ、
Ａ′の代わりにプリプレグ・シート（Ａ）、（Ａ′）を
使用するほかは実施例１と同様にして、板材、、遮
光羽根を順次製造した。

【００３１】

【実施例４】実施例１で使用したプリプレグ・シート
Ａ、Ａ′と同じであるが、ただし、平均粒子径が０．１
μｍ以下のカーボンブラックを樹脂１００重量部当たり
１０重量％添加したプリプレグ・シート（Ａ）、
（Ａ′）を準備した。以下、プリプレグ・シートＢ、
Ｂ′の代わりにプリプレグ・シート（Ａ）、（Ａ′）を
使用するほかは実施例１と同様にして、板材、、遮
光羽根を順次製造した。

【００３２】

【実施例５】実施例１で使用したプリプレグ・シートＡ
２枚とプリプレグ・シート（Ａ）２枚を用意し、これら
のシートを繊維方向が０°／９０°／９０°／０°とな
るように、かつシートの種類がＡ／（Ａ）／（Ａ）／Ａ
となるように、上記４枚を面対称に積層し、以下実施例
１と同様にして板材を製造した。この板材は、中間層が
２枚のシートで構成される。この後、実施例１と同様に
して遮光羽根を製造した。同様に、プリプレグ・シート
（Ａ´）、（Ａ′）を使用して、板材、、遮光羽根
を順次製造した。

【００３３】以上、ＣＦＲＰ板及び遮光羽根の歩留まり
（良品率）を測定した結果を表１にまとめて示した。本
発明のＣＦＲＰ板は従来の場合と比べて、１０〜２０％
の良品率向上が図れた。すなわち、従来では、ＣＦＲＰ
の製造ロットの違いにより、ＣＦＲＰ板のソリ不良が多
々発生し、その遮光羽根の良品率は平均約５０％〜６０
％であった。本発明の板材を使用することで、遮光羽根
の良品率は平均約７０％〜９０％となり、歩留まりの向
上が図れた。

【００３４】実施例２〜５についても、ソリの有無を測
定して、平面性の良好な板材が何枚有るか、第１及び第
２歩留りを求めたところ、メッシュを使用しない場合に
比べ、歩留りは高くかつ安定したものであった。また、
網目模様のある本実施例のＣＦＲＰ板と網目模様のない
比較例のＣＦＲＰとの摺動特性について測定した結果を
表２に示した。

【００３５】

【表２】

【００３６】その測定結果によれば、網目模様のある本
実施例のＣＦＲＰ板の摺動特性の方が比較例のＣＦＲＰ
板より優れていることが判明した。実施例１〜５の遮光
羽根を使用し、フォーカルプレーンシャッターを完成さ
せ、高速シャッター耐久試験に供したところ、いずれも
１５万回以上の耐久性能が得られ、充分な高速安定性、
高速走行性が実証された。

【００３７】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、平面性が
良好で歩留りも良いＣＦＲＰ板が得られる。さらに、本
発明のＣＦＲＰ板から小物部品をプレス抜きしてもその
平面性は維持されるとともに、歩留まりも向上した。そ
の結果、プリプレグ・シートは炭素繊維を含む故に非常
に高価であるが、ＣＦＲＰ板の製造コストを大幅に低下
させる事が出来た。また、板厚をより薄くしても平面性
を確保できるとともに摺動特性も良好であるので、幅広
い分野での精密部品や摺動部品への適用が可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の炭素繊維強化型樹脂板の表面の凹凸
網目模様を示す概略斜視図である。

【図２】本発明の炭素繊維強化型樹脂板の表面の凹凸
模様の形態を説明するための部分拡大断面図である。

【図３】本発明の炭素繊維強化型樹脂板の製造時の構
成配置を示す分解斜視図である。

【符号の説明】

１炭素繊維２マトリックス樹脂３プリプレグ積層シート４メッシュ５離型フィルム６加圧板

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２９Ｌ 7:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素繊維で強化された樹脂板において、
該樹脂板表面に所定ピッチの凹凸網目模様を形成したこ
とを特徴とする炭素繊維強化型樹脂板。
【請求項２】前記凹凸網目模様のピッチが５０μｍか
ら５００μｍであることを特徴とする請求項第１記載の
炭素繊維強化型樹脂板。
【請求項３】５０μｍ〜２００μｍの板厚を有するこ
とを特徴とする請求項１及び２記載の炭素繊維強化型樹
脂板。
【請求項４】一方向に引き揃えられた炭素繊維に樹脂
を含浸させた複数のプリプレグシートの各繊維方向が互
いに直交するように、かつ面対称になるように３層以上
積層したことを特徴とする請求項１、２及び３記載の炭
素繊維強化型樹脂板。
【請求項５】一方向に揃えられた炭素繊維に樹脂を含
浸させたプリプレグ・シートを複数枚重ねて、加熱加圧
成形することにより炭素繊維強化型樹脂板を製造する方
法において、加熱加圧成形する前に、予め前記プリプレグ・シートと
加圧板との間に凹凸模様を有するメッシュを配置すると
ともに、前記プリプレグシートと前記メッシュとの間に
離型性を有する離型フィルムを配置することにより、メ
ッシュの凹凸網目模様に対応した模様を前記プリプレグ
シートの表面に転写させることを特徴とする炭素繊維強
化型樹脂板の製造方法。