(57)【要約】【課題】炭素繊維強化樹脂成形体と、他の部品を充分な接合強度により一体化できるようにする。【解決手段】複合樹脂成形体１は、炭素繊維強化樹脂成形体２と、炭素繊維強化樹脂成形体２に接合された樹脂成形体３と、を備える。炭素繊維強化樹脂成形体２の、樹脂成形体３との接合界面部において、炭素繊維強化樹脂成形体２に含まれる炭素繊維４と、樹脂成形体３と、が接合されている。その場合、樹脂成形体３を接合するに先立って、炭素繊維強化樹脂成形体２の表層の樹脂層７を除去し、長さないし面積比率において少なくとも１０％以上、また、炭素繊維強化樹脂成形体２の炭素繊維体積含有率（ＶＦ）以下の範囲で、炭素繊維強化樹脂成形体２に含まれる炭素繊維４を表層に露出させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維強化樹脂成形体と、炭素繊維強化樹脂成形体に接合された樹脂成形体と、を備えた樹脂部品であって、
炭素繊維強化樹脂成形体の、前記樹脂成形体との接合界面部において、前記炭素繊維強化樹脂成形体に含まれる炭素繊維と、前記樹脂成形体と、が接合されている樹脂部品。
【請求項２】
請求項１に記載の樹脂部品において、前記炭素繊維強化樹脂成形体と前記樹脂成形体の接合界面部の断面の少なくとも１０％以上の領域で、前記炭素繊維強化樹脂成形体に含まれる炭素繊維と、前記樹脂成形体と、が接合されている樹脂部品。
【請求項３】
請求項１または２に記載の樹脂部品において、前記炭素繊維強化樹脂成形体に含まれる炭素繊維が前記炭素繊維強化樹脂成形体の一端から他端まで連続した連続繊維である樹脂部品。
【請求項４】
請求項３に記載の樹脂部品において、前記連続繊維が筒状の組紐構造体に製紐されている樹脂部品。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項記載の樹脂部品において、前記炭素繊維強化樹脂成形体、および前記樹脂成形体に含まれる樹脂が熱可塑性樹脂である樹脂部品。
【請求項６】
請求項５に記載の樹脂部品において、前記炭素繊維強化樹脂成形体、および前記樹脂成形体に含まれる樹脂がポリカーボネートである樹脂部品。
【請求項７】
請求項５または６に記載の樹脂部品において、前記樹脂成形体に含まれるポリカーボネートが短繊維を含有する樹脂部品。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項記載の樹脂部品を構成部材として含む鏡筒部品。
【請求項９】
請求項８に記載の鏡筒部品を備えたことを特徴とする光学機器。
【請求項１０】
請求項９に記載の光学機器において、前記鏡筒部品は着脱可能であることを特徴とする光学機器。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の光学機器において、前記鏡筒部品が光学素子を保持または調整する鏡筒の躯体部を構成する光学機器。
【請求項１２】
炭素繊維強化樹脂成形体と、炭素繊維強化樹脂成形体に接合された樹脂成形体と、を備えた樹脂部品の製造方法において、
炭素繊維強化樹脂成形体を成形する第１の成形工程と、
成形された炭素繊維強化樹脂成形体の表層の少なくとも一部の樹脂層を除去し、前記炭素繊維強化樹脂成形体に含まれる炭素繊維を前記炭素繊維強化樹脂成形体の表面に露出させる除去工程と、
前記炭素繊維強化樹脂成形体を金型に収容し、樹脂材料を射出成形し、前記樹脂成形体をインサート成形し、前記除去工程で前記炭素繊維強化樹脂成形体の表面に露出させた炭素繊維と接合する第２の成形工程と、を含む樹脂部品の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の樹脂部品の製造方法において、前記除去工程では、前記第２の成形工程で前記樹脂成形体が接合される前記炭素繊維強化樹脂成形体の接合界面部において、表面積比で前記接合界面部の少なくとも１０％以上、前記炭素繊維強化樹脂成形体の表層の樹脂層を除去して前記炭素繊維強化樹脂成形体に含まれる炭素繊維を前記炭素繊維強化樹脂成形体の表面に露出させる樹脂部品の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の樹脂部品の製造方法において、前記第２の成形工程において、前記炭素繊維強化樹脂成形体と前記樹脂成形体の接合界面部の断面の少なくとも１０％以上の領域で、前記炭素繊維強化樹脂成形体に含まれる炭素繊維と、前記樹脂成形体と、が接合されるよう、前記樹脂成形体をインサート成形する樹脂部品の製造方法。
【請求項１５】
請求項１２から１４のいずれか１項に記載の樹脂部品の製造方法において、前記除去工程では、前記第２の成形工程で前記樹脂成形体が接合される前記炭素繊維強化樹脂成形体の接合界面部において、表面積比で前記炭素繊維強化樹脂成形体の炭素繊維体積含有率以下の範囲で、前記炭素繊維強化樹脂成形体の表層の樹脂層を除去して前記炭素繊維強化樹脂成形体に含まれる炭素繊維を前記炭素繊維強化樹脂成形体の表面に露出させる樹脂部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化樹脂成形体と、炭素繊維強化樹脂成形体に接合された樹脂成形体と、を備えた樹脂部品、樹脂部品の製造方法、鏡筒部品、および光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カメラの交換式レンズ、例えば、焦点距離が３００ｍｍを超えるような望遠レンズは大型で、重量もＫｇのオーダに達するものがある。このような焦点距離レンジの光学製品でも、持ち運びのしやすさ、撮影時の操作性向上の観点から、軽量で高強度な製品が望まれている。
【０００３】
従来では、この種の大型の光学製品の鏡筒の材質には、耐衝撃性の観点からアルミニウム合金やマグネシウム合金が用いられていた。また、そのレンズに取付けられるフードにも、耐衝撃性の観点からその材質にアルミニウム合金が採用されてきた。しかし、この種の金属材料は軽金属に属するものであっても、軽量化には限界があった。
【０００４】
そのため、近年、長繊維の炭素繊維にエポキシ等の熱硬化樹脂を含浸させた炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）を用いて、鏡筒やフードのような光学部品を製造することが考えられている。ただし、鏡筒やフードなどの製品の場合、他部品との着脱を行うための着脱部が必要であり、この部位は形状が比較的複雑であることもあり、ＣＦＲＰ自体で形成することは困難である。
【０００５】
そこで、従来では、ＣＦＲＰで主要骨格部を形成し、複雑が形状な着脱部は射出成形により製造し、主要骨格部と接着するような構成が知られているが、しばしば接合強度不足となる場合があった。また、主要骨格部の炭素繊維強化樹脂に用いる樹脂を熱可塑性樹脂とし、また、着脱部などとなる射出成形部にも同種の熱可塑性樹脂を用い、インサート成形の手法により両者を一体化させる構成も考えられている（例えば下記の特許文献１）。この構成では、主要骨格部と、着脱部などとなる射出成形部に同種の材料が用いられ、両者の親和性が高く良好な接合強度を得られる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−３６９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
接着や、インサート成形などにより、炭素繊維強化樹脂成形体と、他の部品を一体化する場合、炭素繊維強化樹脂成形体の表面に形成されている樹脂層が問題となることがある。例えば、ＣＦＲＴＰの場合、炭素繊維を含浸樹脂で空隙無く十分に含浸させることで、所期の強度が発現される。そして、炭素繊維強化樹脂成形体に充分に樹脂が含浸されている場合、その表層には極薄い樹脂層が形成されていることが多い。しかしながら、この極薄い樹脂層は、ＣＦＲＴＰにおいては炭素繊維のサイジング剤等の影響により、内層にある炭素繊維との密着力が低く、接合強度に影響する可能性があった。例えば、炭素繊維と、表面の樹脂層との間で剥離が起こるなどして、充分な接合強度が得られない可能性があった。
【０００８】
本発明の課題は、炭素繊維強化樹脂成形体と、他の部品を充分な接合強度により一体化できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明においては、炭素繊維強化樹脂成形体と、炭素繊維強化樹脂成形体に接合された樹脂成形体と、を備えた樹脂部品であって、炭素繊維強化樹脂成形体の、前記樹脂成形体との接合界面部において、前記炭素繊維強化樹脂成形体に含まれる炭素繊維と、前記樹脂成形体と、が接合されている構成を採用した。
【００１０】
あるいは、炭素繊維強化樹脂成形体と、炭素繊維強化樹脂成形体に接合された樹脂成形体と、を備えた樹脂部品の製造方法において、炭素繊維強化樹脂成形体を成形する第１の成形工程と、成形された炭素繊維強化樹脂成形体の表層の少なくとも一部の樹脂層を除去し、前記炭素繊維強化樹脂成形体に含まれる炭素繊維を前記炭素繊維強化樹脂成形体の表面に露出させる除去工程と、前記炭素繊維強化樹脂成形体を金型に収容し、樹脂材料を射出成形し、前記樹脂成形体をインサート成形し、前記除去工程で前記炭素繊維強化樹脂成形体の表面に露出させた炭素繊維と接合する第２の成形工程と、を含む構成を採用した。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成により、炭素繊維強化樹脂成形体と、他の部品としての樹脂成形体を充分な接合強度により一体化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る複合樹脂成形体の断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の実施形態に係る複合樹脂成形体の上面図、および断面図である。
【図３】本発明の実施形態において、炭素繊維強化樹脂成形体の製造に用いられる組紐装置を示した斜視図である。
【図４】炭素繊維強化樹脂成形体の加工の様子を示した説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態に係る複合樹脂成形体に対するインサート成形の様子を示した説明図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施形態に係る複合樹脂成形体の炭素繊維強化樹脂成形体と、樹脂成形体の接合界面部の断面を示した説明図である。
【図７】一般的な手法で接合した炭素繊維強化樹脂成形体と、樹脂成形体の接合界面部の断面を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す構成はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。
【００１４】
図１は本実施形態に係る樹脂部品、特に複合樹脂部品において、炭素繊維強化樹脂成形体と樹脂成形体の接合部を炭素繊維方向に対して直交する方向に切断した断面を示している。
【００１５】
図１において、複合樹脂成形体１は、炭素繊維強化樹脂成形体２と、これに接合された樹脂成形体３と、から成る。一方、図７は、従来手法によって接合された炭素繊維強化樹脂成形体２と樹脂成形体３から成る複合樹脂成形体１の断面構造を図１と同様の様式で示している。
【００１６】
図１、図７のいずれの場合でも、樹脂成形体３を、例えば接着、インサート成形などの手法で接合する前に、炭素繊維強化樹脂成形体２は、炭素繊維４を含浸樹脂６に含浸、固化済みである。その場合、強度などの諸条件を考慮して充分、含浸樹脂６を含浸させている場合には、上述のように、炭素繊維強化樹脂成形体２の表面に図７に示すような含浸樹脂６のみから成る薄い樹脂層７が形成される。
【００１７】
図７に示すように、この樹脂層７を残したまま樹脂成形体３を接合すると、炭素繊維４で「強化」されていない樹脂の膜を介して炭素繊維強化樹脂成形体２と樹脂成形体３とが接合され、上述のように充分な強度を得られない場合がある。
【００１８】
これに対して、本実施形態の樹脂部品である複合樹脂成形体１（図１）では、樹脂成形体３の接合に先立ち、樹脂成形体３の接合界面５において、極薄い厚みの樹脂層７が残る程度まで除去し、炭素繊維４を炭素繊維強化樹脂成形体２の表層に露出させる。その後、樹脂成形体３を接着ないしインサート成形などの手法により接合する。その時、炭素繊維強化樹脂成形体２と樹脂成形体３との接合界面５に炭素繊維４が炭素繊維強化樹脂成形体２から露出する形態で存在している。炭素繊維４との接合強度の低い極薄い樹脂層７が除去、ないし極薄い厚みまで減少されている。このため、樹脂成形体３は樹脂層７を介してではなく、炭素繊維４と、直接、接合界面５において高い強度で接合される。
【００１９】
炭素繊維強化樹脂成形体２の表層を除去する場合、好ましくは、樹脂成形体３との接合界面５の炭素繊維４を、面積比で１０％以上、表層に露出させる。また、炭素繊維４を炭素繊維強化樹脂成形体２の表層への露出の上限は、炭素繊維強化樹脂成形体２の炭素繊維体積含有率（ＶＦ）以下の範囲とする。
【００２０】
このような加工を行っておくことにより、炭素繊維強化樹脂成形体２と樹脂成形体３を接合した後では、接合界面部の断面の少なくとも１０％以上の領域で、炭素繊維強化樹脂成形体２の炭素繊維４と、樹脂成形体と、が接合された状態が形成される。
【００２１】
以上のような構造により、本実施形態によれば、炭素繊維４との接合強度の低い極薄い樹脂層７を確実に減少させることができ、樹脂部品の接合強度を高めることができる。なお、炭素繊維４の炭素繊維強化樹脂成形体２の表層への露出が少ない、例えば接合面の面積比で１０％以下にすると、残留する樹脂層７の影響で、上記の効果を期待できない可能性がある。また、炭素繊維強化樹脂成形体２の炭素繊維体積含有率（ＶＦ）を超えて炭素繊維４を露出させると、炭素繊維強化樹脂成形体２の樹脂成形体３との界面近傍に炭素繊維４を極めて多く存在させる必要が生じる。そのために、炭素繊維強化樹脂成形体２に意図しない反りなどの変形が生じる可能性がある。このような理由で、炭素繊維４の表層への露出は、炭素繊維強化樹脂成形体２の炭素繊維体積含有率（ＶＦ）以下に制限するのが好ましい。
【００２２】
試作した複合樹脂成形体１で、樹脂成形体３との接合界面部における炭素繊維強化樹脂成形体２に含まれる炭素繊維の存在する比率を確認するには、例えば複合樹脂成形体１を切断するなどして図１に示すような断面を作成する。その際、炭素繊維強化樹脂成形体２の炭素繊維４の繊維方向と直交する方向の任意の断面を作成する。そして、接合界面５を観察する。接合界面５には、炭素繊維４と樹脂成形体３との境界面と、含浸樹脂６と樹脂成形体３の境界面が存在する。その際、含浸樹脂６と樹脂成形体３とが仮に同種の樹脂であっても、接合工程で生じる熱履歴により樹脂成形体３側には屈折率が異なるスキン層が生じ、それにより、界面を認識することができる。これにより、例えば、接合界面５における炭素繊維４と樹脂成形体３との境界面の長さと、含浸樹脂６と樹脂成形体３との境界面長さの比率を求めることができる。また、任意の接合界面を数か所確認し、結果として得られる境界面長さの比から、全接合長さに対する炭素繊維４と樹脂成形体３の長さを計算し、その結果から得られる比率を例えば接合界面の面積比として取得できる。
【００２３】
このようにして、接合界面部における炭素繊維４と、樹脂成形体３と、が直接接合されている長さないし面積比を求めることができ、その値が上記の接合界面部の長さないし面積の１０％以上になっていればよい。また、同時に、炭素繊維４と、樹脂成形体３と、が直接接合されている長さないし面積比の上限としては、炭素繊維体積含有率（ＶＦ）を超えていなければよい。
【００２４】
炭素繊維強化樹脂成形体２の含浸樹脂６と、樹脂成形体３の樹脂材料としては、例えば熱可塑性樹脂を用いることができる。例えば、ナイロン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチルなどの任意の熱可塑性の樹脂材料である。炭素繊維強化樹脂成形体２の含浸樹脂６と、樹脂成形体３の樹脂材料には、好ましくは同一ないし同等の組成の材料を用いるのがよいが、場合によっては、両者の樹脂は必ずしも同一の組成でなくても構わない。ただし、その場合には、含浸樹脂６と樹脂成形体３に用いる熱可塑性樹脂は、親和性の高い樹脂の組合せが好ましい。
【００２５】
図２（ａ）、（ｂ）は、炭素繊維強化樹脂成形体２と樹脂成形体３とを接合して構成した複合樹脂成形体１の平面および断面構造の一例を示している。図２の複合樹脂成形体１は例えば、光学機器の一例である交換レンズ等の撮影光学系を構成するレンズを保持するための、円筒状に形成された、内筒、外筒などの鏡筒部品である。あるいは、光学機器の一例であるレンズを通過した光を用いて画像を形成する、カメラ等の画像形成装置、あるいは交換レンズに装着可能なレンズフードなどの鏡筒部品である。即ち、図２の複合樹脂成形体１は例えば、光学機器本体に対して着脱可能な遮光部品としての鏡筒部品や、レンズなどの光学素子を保持または調整する鏡筒の躯体部など構成部材に相当する鏡筒部品として構成される。
【００２６】
図２（ｂ）に示すように、この炭素繊維強化樹脂成形体２は、複数層、例えば３層構造である。この例では、外周側、内周側に製紐された組紐層８、９の間に一方向プリプレグシート層１０を介在させた構造である。このような組紐層８、９、一方向プリプレグシート層１０の３層構造は後述のような製紐機（図３）によって製紐することができる。その場合、組紐層８、９は、筒構造の一端から他端にかけて連続した連続繊維である複数の炭素繊維（下記の中間体１１）によって、周方向に無端の形態で製紐される。
【００２７】
図２（ａ）に示すように組紐層８（９も同様）は、プリプレグシートの炭素繊維をストライプ、テープ、ないし、糸、紐状に切断するなどして作成した中間体１１から製紐され、その組角２９０は例えば図示のような１０〜数１０°付近に選ばれる。本実施形態では、好ましくは、複数層のうち、少なくとも１層に中間体１１により製紐された組紐層８（あるいは９）を有する構造を取る。このような構造により、高強度の筒状の炭素繊維強化樹脂成形体２を得ることができる。
【００２８】
例えば、従来の鏡筒では、矩形のプリプレグシートの炭素繊維を筒状に丸めて端部を接着などにより接合して筒状の炭素繊維強化樹脂成形体とする構造が考えられている。このような従来構造では、シートの継ぎ目の部分での形状の歪みや強度劣化が生じる可能性がある。これに対して、上記のように、周方向に無端に筒状製紐された複数層からなる構造により、レンズ鏡筒等に適合可能な高強度の筒状の炭素繊維強化樹脂成形体２を得ることができる。
【００２９】
なお、図２では、組紐層８、９の間に一方向プリプレグシート層１０を配置した構成を例示したが、場合によっては一方向プリプレグシート層１０を省略しても構わない。また、内周側の組紐層９を省略しても構わないし、一方向プリプレグシート層１０の代わりに別の組紐層を配置しても構わない。また、組紐層８のさらに外周により多層に組紐層を設けても良い。また、中層の一方向プリプレグシート層１０は、１枚のシートではなく筒状の炭素繊維強化樹脂成形体２の軸方向に沿って何枚かに分離されたテープ、ストライプ状の材料を複数本軸に沿って並べたものに変更してもよい。またその際、中層のストライプ状のテープ間に隙間が無い方が好ましいが、間隙を置いて配置されていてもよい。ただし、その場合、一方向プリプレグシート層１０の炭素繊維の方向は、例えば、鏡筒の強度を維持できるよう、筒状の炭素繊維強化樹脂成形体２の円筒軸と平行に配向されているのが好ましい。
【００３０】
また、炭素繊維強化樹脂成形体２における炭素繊維体積含有率（ＶＦ）は、好ましくは、３５％〜７０％の範囲とする。また、炭素繊維強化樹脂成形体２を製紐する中間体１１には、連続炭素繊維に熱可塑性樹脂が予め含浸されている材料を用いる。この中間体１１は、例えば連続炭素繊維シート材と熱可塑性樹脂フィルムを加熱ロール等で挟み込んで一体化させたプリプレグシートをテープ状にカットすることで製作することができる。また、中間体１１は、例えば連続炭素繊維シート材に熱可塑性樹脂の粉末を静電付着させ、それを加熱することで作成されるプリプレグシートをテープ状にカットすることにより製作してもよい。あるいは、中間体１１は、例えば連続炭素繊維と熱可塑性樹脂糸を混繊させた混繊糸であっても良い。
【００３１】
なお、中間体１１における連続炭素繊維への熱可塑性樹脂の含浸度合は中間体１１の製造上、細かな空隙までなくすことは困難であり、また、組紐層８、９を形成する際に中間体１１に柔軟性を持たせる必要があることから、半含浸状態が好ましい。ここでは、例えば、中間体１１の設定されたＶＦ（繊維体積含有率）値で理論通り空隙無く（１００％）含浸した状態に対して、密度が４０％〜７０％の状態を半含浸という。なお、熱可塑性樹脂の含浸工程では、炭素繊維と熱可塑性樹脂との親和性を高めるためにサイジング剤を用いても良い。例えば、エポキシエマルジョン系のサイジング剤を炭素繊維に付着させることで、炭素繊維と熱可塑性樹脂のとの界面密着性を高めることができる。熱可塑性樹脂の含浸に際しては、炭素繊維束は、開繊されていることが好ましい。
【００３２】
また、図２では円柱、筒形状の炭素繊維強化樹脂成形体２を図示したが、任意である。円錐（台）状のコーン形状や、円錐（台）形状の傾き角度が軸方向で変化するコーン、ないしホーン形状、くびれ形状など任意の形状を採用することができる。また、筒状の複合樹脂成形体１の形状は、円錐（台）形状に限らず、角錐（台）形状などであってもよい。また、傾き角度が軸方向で変化するコーン形状やくびれ形状において、傾き角度が変化する点にはＲ形状を付与することができる。
【００３３】
また、本実施形態では、炭素繊維に予め含浸させる熱可塑性樹脂をポリカーボネートとしている。ポリカーボネート自体の耐衝撃性能により、筒状の炭素繊維強化樹脂成形体２の靱性を向上し、高強度な例えば鏡筒部品を得ることができる。また、本実施形態のような用途において、固化用の熱可塑性樹脂としてのポリカーボネートの粘度平均分子量は、凡そ１８０００以上２５０００以下の範囲が好適である。ポリカーボネートの粘度平均分子量が１８０００以下では靱性が低下し、２５０００以上では溶融粘度が高くなる傾向があり、固化（焼結）工程での含浸性が低下する可能性がある。
【００３４】
また、樹脂成形体３には、繊維を混入した熱可塑性樹脂、例えばポリカーボネートを用いることが考えられる。ここでいう繊維とは、繊維状であれば特に材質は限定されないが、一般的には長さ１ｍｍ以下の短繊維状のガラス繊維もしくは炭素繊維もしくはその両方が考えられる。樹脂成形体３の（短）繊維の含有率は特に限定されないが、例えば２０％〜４０％が好ましい。
【００３５】
図３は、図２の炭素繊維の組紐層８、９を製紐する（組む）成形工程に用いることができる製紐装置１２の構成を示している。図３において、製紐装置１２は、貫通孔１５を有する環状フレーム１３を有する。マンドレル１４は、環状フレーム１３の貫通孔１５の軸芯付近に挿通された状態で不図示の手段によって位置決めされる。環状フレーム１３は、組紐層８、９の中間体１１を構成する組糸１８、１９を巻装したキャリア１６、１７を備える。キャリア１６、１７は、不図示の駆動手段により、パイプ体２１の周囲に形成された８の字軌道２０上を変位しながら環状フレーム１３上を互いに逆方向に周回する。これにより、図２の筒状の炭素繊維強化樹脂成形体２の組紐層８ないし９が、例えばブレーディング法によって組糸１８、１９から製紐される。図３において、２２は途中まで製紐された炭素繊維強化樹脂成形体２を簡略に図示している。
【００３６】
製紐装置１２は環状フレーム１３を備えており、環状フレーム１３の貫通孔１５にマンドレル１４が挿通される。環状フレーム１３には一方の組糸１８を供給するキャリア１６と他方の組糸１９を供給するキャリア１７が配置されている。個々のキャリア１６、１７にはそれぞれ不図示のボビンが組み込まれており、事前にボビンに中間体である組糸１８、１９が巻装されている。個々のキャリア１６、１７は、組糸１８、１９がマンドレル１４へ巻き付けるためのテンションを図示しないバネ力等で発生させる機構を有している。キャリア１６、キャリア１７は環状フレーム１３に形成された８の字軌道２０に沿って移動するが、キャリア１６、キャリア１７の周回方向はお互いに逆である。このキャリア１６、１７の動作によって、マンドレル１４で交差した組糸１８、１９から組紐層８、９が形成される。なお、図３では、簡略化のため、２つの組糸１８、１９のみを示しているが、各キャリアからそれぞれに対応する組糸が、マンドレル１４へ供給されるのはいうまでもない。また図３ではキャリア１６、１７の数を３６個と想定しているが、所期の鏡筒部品のサイズや形状に応じて、必要な組糸の数に対応する数のキャリア１６、１７を配置することができる。また、環状フレーム１３の一方面には複数のパイプ体２１が環状に配置され、そのパイプ体２１からマンドレル１４へ向けて組糸を供給しながら編組する構成としてもよい。
【００３７】
なお、図２に示したように炭素繊維の組紐層８、９の間に一方向プリプレグシート層１０を位置させるには、例えばまず内周側の組紐層９の上で、外周側の組紐層８の端部を少量、組む。そして、そこで一方向プリプレグシート層１０の炭素繊維材の先端を挿入する。また、可能であれば、内周側の組紐層９の上に外周側の組紐層８を必要長、組んだ後に、組紐層８、９の間に一方の端部から一方向プリプレグシート層１０の炭素繊維材を挿入する手法を取ってもよい。
【００３８】
上記のようにマンドレル１４で製紐した筒状の炭素繊維強化樹脂成形体２は、不図示の加熱手段（ヒータなどなど）を用いて加熱し、また、必要に応じてオートクレーブなどによる加圧などを行い、含浸樹脂の焼結、固化工程を行う。この時、外型のプレスや、金属テープ等の巻き付ける張力により成形圧力を加えることができる。この焼結工程により、中間体１１内の炭素繊維と熱可塑性樹脂の含浸度合を進行させ、その後冷却、マンドレル１４からの脱芯、端部の切断工程などを経て、上述の組紐構造体を樹脂により含浸固化させた炭素繊維強化樹脂成形体２を製造することができる。なお、本実施形態では、含浸樹脂に熱可塑性樹脂（ポリカーボネート）を用いているため、例えば熱硬化樹脂に対して、焼結工程時間が短く、生産性を向上できる利点がある。なお、炭素繊維強化樹脂成形体２をマンドレル１４からスムーズに脱芯できるよう、予め、マンドレル１４に離型剤を塗布する、適当な表面処理を施す、などの前処理を行うことが考えられる。この種の表面処理としては、硬質Ｃｒメッキやポリテトラフルオロエチレンメッキ、セラミックコーティングなどが考えられる。
【００３９】
図４、図５は、上記のようにして成形（第１の成形工程）した炭素繊維強化樹脂成形体２に樹脂成形体３を接合（第２の成形工程）し、複合樹脂成形体１を製造する様子を示している。
【００４０】
図４は、樹脂成形体３を接合する部位において炭素繊維強化樹脂成形体２の表層の樹脂層７（図１）の少なくとも一部、ないし１０％よりも多くの部位、除去し、炭素繊維強化樹脂成形体２に含まれる炭素繊維４を表層に露出させる除去工程の様子を示している。ここでは、砥石を用いた研削ないし研磨によって表層の樹脂層を除去する例を示す。
【００４１】
図４において、炭素繊維強化樹脂成形体２はヤトイ２３に装着され、図示しない回転機構によりヤトイを回転させる。この状態で砥石２４を後に樹脂成形体が接合される箇所に接触、走査させ、炭素繊維強化樹脂成形体２の表面の樹脂層を削り取ることにより、内部の炭素繊維４を表層に露出させる。このようにして、固化時に形成された炭素繊維強化樹脂成形体２の表層の樹脂層を除去し、内部の炭素繊維４を表層に露出させることができ、炭素繊維強化樹脂成形体２と樹脂成形体３の接合強度を高めることができる。
【００４２】
なお、砥石２４による研削ないし研磨においては、上述のように樹脂成形体３が接合される接合界面となる部位において、炭素繊維強化樹脂成形体２の表面に、炭素繊維４が長さや面積の比で少なくとも１０％以上、露出させる加工を行う。また、同時に、この炭素繊維４の露出は、炭素繊維強化樹脂成形体２の炭素繊維体積含有率以下（ＶＦ以下）となるよう制限するのが望ましい。炭素繊維を露出させた長さや面積の比を確認するには、上記の砥石２４により研削ないし研磨した面を必要であれば顕微鏡などを用いて観察することにより確認できる。
【００４３】
なお、図４では、炭素繊維強化樹脂成形体２に含まれる炭素繊維４を表層に露出させる除去工程として、砥石を用いる方法を記したが、この除去工程の手法は砥石による研削や研磨に限定されるものではない。例えば、砥石以外の切削工具を用いても構わないし、有機溶剤により、炭素繊維強化樹脂成形体２の表面の極薄い樹脂層を溶解除去する方法を用いても構わない。また、レーザーを用いて、表面の極薄い樹脂層を焼き飛ばす手法を用いても構わない。あるいは、研磨材の粉体を用いてブラスト加工を行うことで、表面の極薄い樹脂層を除去しても構わない。その場合、研磨材の粉体にはドライアイス等の室温消滅する材を用いると、完成した複合樹脂成形体１に不純物などが付着、残留するのを防止できる。
【００４４】
炭素繊維強化樹脂成形体２の表層を除去して炭素繊維を露出させた接合界面に樹脂成形体３を接合するには、接着などの手法の他、図５（ａ）〜（ｄ）に示すようなインサート成形の手法を用いることができる。図５（ａ）〜（ｄ）において、インサート成形用金型２５は、固定型２６および可動型２７を備え、これらの型の間には、樹脂成形体３を成形するためのキャビティ２８が形成されている。
【００４５】
本実施形態では、まず、図５（ａ）に示すように炭素繊維強化樹脂成形体２をインサート成形用金型２５の可動型２７のキャビティ２８にインサートする。その後、図５（ｂ）のようにインサート成形用金型２５の固定型２６と可動型２７を型締めする。図５（ｃ）に示すようにキャビティ２８に不図示の射出成形機のスクリューにより溶融樹脂をインサート成形用金型２５のスプール、ランナー、ゲートを介して充填する。このようにして、インサート成形の手法によって、炭素繊維強化樹脂成形体２に樹脂成形体３を接合することができる。上記のように、本実施形態では、樹脂成形体３の接合界面部において、炭素繊維強化樹脂成形体２の炭素繊維が表層に露出するよう樹脂層を除去するため、インサート成形された樹脂成形体３は極めて強固に炭素繊維強化樹脂成形体２と接合される。
【００４６】
＜実施例＞
以下、図１〜図５、図６を参照して、本実施形態の複合樹脂成形体１の、より具体的なの実施例につき、説明する。本実施例では、炭素繊維強化樹脂成形体２は、図２に示すように、組紐層８、一方向プリプレグシート層１０、組紐層９の３層構造とした。炭素繊維強化樹脂成形体２を製紐する中間体１１には、開繊された炭素繊維シート材に熱可塑性樹脂の粉末を静電付着させ、それを加熱することで作成されるプリプレグシートをテープ状にカットしたものを用いた。一方向プリプレグシート層１０は、シート材を３層目の組紐層８を編組する前に予め組紐層９に巻き付けておき、組紐層８を編組しながら、組紐層８、９の層間に配置した。
【００４７】
中間体１１、一方向プリプレグシート層１０に用いるシートの炭素繊維体積含有率（ＶＦ）は共に５０％とした。また、両者とも含浸樹脂には粘度平均分子量が２００００のポリカーボネートを用いた。また、中間体１１の１００％含浸時の理論厚みは例えば０．１１５ｍｍとし、組紐層８、９を形成した時の中間体１１の半含浸状態の密度は５０％〜６０％となるように設定した。組紐層８の組角は３０°、組紐層９の組角は６０°とし、一方向プリプレグシート層１０の炭素繊維の繊維方向は、炭素繊維強化樹脂成形体２の円筒軸と平行に配向させた。
【００４８】
図３に示した製紐装置１２を用いて、筒状の炭素繊維強化樹脂成形体２をブレーディングし、マンドレル１４に巻き付いた状態で編組した炭素繊維強化樹脂成形体２を不図示の加熱手段を用いて加熱した。また、加熱した炭素繊維強化樹脂成形体２には金属テープを巻き付け、その張力により圧力を加えることで、中間体１１内の炭素繊維と熱可塑性樹脂の含浸度合を進行させる。その後、冷却、マンドレル１４からの脱芯、端部カットの工程を経て、固化済みの炭素繊維強化樹脂成形体２を製造した（第１の成形工程）。
【００４９】
なお、図３に示した製紐装置１２では、離型処理としてポリテトラフルオロエチレンメッキを施した径はΦ６９ｍｍのマンドレルを用い、固化後に得られた炭素繊維強化樹脂成形体２の理論厚みは０．５７５ｍｍであった。
【００５０】
そして、固化後に得られた炭素繊維強化樹脂成形体２を図４に示したように、ヤトイ２３にセットし、図示しない回転機構によりヤトイを回転させ、炭素繊維強化樹脂成形体２を回転駆動した。この状態で砥石２４を接触、走査させ、固化時に炭素繊維強化樹脂成形体２の表層に形成された樹脂層を除去し、炭素繊維強化樹脂成形体２に含まれる炭素繊維を表層に露出させた（除去工程）。
【００５１】
本実施例では、この除去工程での炭素繊維の露出の表面積の比率は、後述の表１に示すように、作成例１、２の通り、１０％、５０％のものを作成した。また、比較のために作成例３のように炭素繊維を露出させる工程を省いたものも作成した。なお、炭素繊維４の露出の面積比を１０％にする際は砥石の番手は２０００番、５０％にする際は砥石の番手は３２０番を用いた。炭素繊維の露出度合の面積比は、炭素繊維強化樹脂成形体２の表面の樹脂層を除去した後、顕微鏡等を用いて観察することにより確認した。
【００５２】
その後、インサート成形により、鏡筒の支持部材などとして用いる樹脂成形体３を表層を除去した炭素繊維強化樹脂成形体２の接合面に接合した（第２の成形工程）。この接合工程では、図５に示すように、炭素繊維強化樹脂成形体２をインサート成形用金型２５の可動型２７のキャビティ２８にインサート（収容）し、インサート成形用金型２５の固定型２６と可動型２７を型締めする。そして、キャビティ２８に不図示の射出成形機のスクリューで溶融樹脂をインサート成形用金型２５のスプール、ランナー、ゲートを介して充填し、樹脂成形体３を成形、接合し、複合樹脂成形体１を得た。炭素繊維強化樹脂成形体２の表面の少なくともその後に樹脂成形体３が接合される箇所は上記のように、内部の炭素繊維が露出するよう加工済みである。これらの工程は、作成例１〜３の各々の複合樹脂成形体１に対して同様に行った。
【００５３】
その後、作成例１〜３の各々の複合樹脂成形体１を短冊状に切り、炭素繊維強化樹脂成形体２と樹脂成形体３とにせん断力がかかる方向に引張せん断試験を実施した。その結果を下表１に示す。なお、この引張せん断試験を実施した個数は作成例１〜３についてそれぞれ５個とし、表１の結果の数値はその平均値である。また、表１では、砥石２４により炭素繊維強化樹脂成形体２の炭素繊維を露出させた工程の後の炭素繊維強化樹脂成形体２の表面粗さも併せて記載している。
【００５４】
【表１】
2020055252.tif 000003
【００５５】
上記の表１に示すように、炭素繊維強化樹脂成形体２の表層の樹脂層を除去する除去工程を省略した作成例３に対して、作成例１、２のように炭素繊維強化樹脂成形体２の表層の樹脂層を除去し炭素繊維を露出させた方が接合強度が大きくなることが判った。また、表１の表面粗さと引張せん断に相間がみられないことから、表面のアンカー効果による接合強度向上ではなく、炭素繊維の露出そのものによる接合強度の向上効果が大きいことも確認された。
【００５６】
図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ作成例１（１０％露出）および作成例３（表層除去なし）で得られた複合樹脂成形体１の炭素繊維強化樹脂成形体２と樹脂成形体３の接合界面の断面を示している。この切断面は、炭素繊維強化樹脂成形体２の炭素繊維と直交する方向の断面に相当する。図６（ａ）、（ｂ）において、２９は、炭素繊維強化樹脂成形体２の側の炭素繊維４と樹脂層７の境界に相当する。また、５は、インサート成形された樹脂成形体３の界面部に相当する。
【００５７】
図６（ａ）、（ｂ）において、２９、５のような接合界面部において炭素繊維４の存在する、比率は、例えば表面積比は、界面２９と接合界面５とが重なっている長さを接合界面長さで割った数値に１００を掛けた結果から得られる比率で評価することができる。写真より作成例１（図６（ａ））の接合長さに対する炭素繊維の露出比率は１０．４％であることが確認された。そのため、接合面における面積比も１０．４％と想定される。また、作成例３（図６（ｂ））の接合長さに対する炭素繊維の露出比率は４．８％であり、面積比も４．８％は想定された。
【００５８】
以上のように、上記実施例では、炭素繊維強化樹脂成形体の表層の樹脂層を除去し、例えば長さや面積の比率で１０％、露出させた炭素繊維を介してインサート成形により樹脂成形体３を接合する。このような複合樹脂成形体の製造方法、ないし構造によって接合強度に優れた樹脂部品が得られることが確認された。
【符号の説明】
【００５９】
１…複合樹脂成形体、２…炭素繊維強化樹脂成形体、３…樹脂成形体、４…炭素繊維、５…接合界面、６…含浸樹脂、７…樹脂層、８…組紐層、９…組紐層、１０…一方向プリプレグシート層、１１…中間体、１２…製紐装置、１３…環状フレーム、１４…マンドレル、２３…ヤトイ、２４…砥石、２５…インサート成形用金型。
【図１】
2020055252.tif 000004
【図２】
2020055252.tif 000005
【図３】
2020055252.tif 000006
【図４】
2020055252.tif 000007
【図５】
2020055252.tif 000008
【図６】
2020055252.tif 000009
【図７】
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