(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維強化プラスチックの内表面を研磨して粗な面を形成し、
洗浄後この粗な面にエポキシ樹脂を塗布し、
前記エポキシ樹脂が硬化しない間に金属粒子を散布し、
加熱もしくは室温放置により前記エポキシ樹脂を乾燥硬化し、
乾燥硬化した前記エポキシ樹脂を研磨することにより前記金属粒子を切断して露出させた研磨面に形成し、
洗浄後前記研磨面に化学めっき又は電気めっきを施すことによって金属を被覆することを特徴とする炭素繊維強化プラスチックの金属被覆方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、炭素繊維強化プラスチックにおいて、特に密着性及び耐摩耗性の優れためっきを得る金属被覆方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆるエンジニアリングプラスチックは、金属と比較して軽量であり、金型による射出成形など成形性と量産性に富み、耐食性や自己潤滑性、装飾性に優れる反面、耐熱性、耐候性、特に機械的強度の面で不十分な点があった。このプラスチックの特性を保持しつつ欠陥をカバーするものに、各種繊維を強化材とし熱硬化性樹脂をマトリックスとした複合材、つまり繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）がある。なかでも炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）は、現在航空機の部品をはじめ、機械、電子工業などからスポーツ用品に至るまで諸工業において広く普及し、使用されている。
【０００３】
しかし耐摩耗性や硬度を必要とする部位には、ＣＦＲＰ材をそのままで使用することができないので、めっきや溶射により金属を被覆することが行われており、めっきした金属ダイカスト部品に劣らない機能や長所を発揮している。この場合、基材となるプラスチックはＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル、ブタジエン及びスチレンの３成分から成る）が一般的であった。これは化学的なエッチングのみで十分な密着性のある金属のめっき膜が得られるためである。ＡＢＳ素材を酸化性のエッチング液に浸すとブタジエンゴム成分が選択的に溶解し、表面に無数の微小凹凸が形成され、微小凹凸の中にめっきが食い込み、これがめっき層のアンカー効果をもたらすメカニズムと考えられている。
【０００４】
ここで強化プラスチックとして機械的特性や熱的特性に優れ、一般に用いられているエポキシ樹脂には、エッチング液によって溶出する部分がなく、金属めっきの密着性に問題があった。そこで、普通のプラスチックや繊維強化プラスチックについて密着強度を向上する試みが種々なされている。
【０００５】
例えば特開昭６０−１５１４２号公報にみられるものは、繊維強化プラスチックの円筒上に金属繊維を巻き付けて一体化した金属繊維層を設け、この上に金属の溶射皮膜を設けたものである。溶射された金属皮膜が金属繊維層のみならず、一体化された繊維強化プラスチックにも食い込み融着して密着力を高め、剥離抵抗性が優れ、摺動摩耗性が良好な円筒を得る技術が開示されている。
【０００６】
また特開昭６１−１２８７２号公報には、強化プラスチックの表面に金属粉末を分散させ、硬化した繊維強化プラスチックの表面をエッチング処理して、金属粉末を溶出させ、その上に化学めっきを施したものであって、密着性の高い金属めっき法が示されている。
【０００７】
さらに特開昭６２−１３３０６０号公報には、プラスチック成形品等に合成樹脂溶液を塗布し、得られた被膜が乾燥、固化する前に金属又は合金を低温溶射して被覆する方法が示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特開昭６０−１５１４２号公報に示されたものは、繊維強化プラスチックの円筒上に金属繊維を巻き付けるものであるから、巻き付けに適した形状に制限される。
【０００９】
また、特開昭６１−１２８７２号公報のものは、繊維強化プラスチックの表面に金属粉末を分散塗布させた後に、繊維強化プラスチックを硬化するプロセスであるから、硬化後に金属層が除去された場合における補修加工が出来にくい。また金属粉末の大きさを１０μｍ以下としているので、高いアンカー効果を得るのは難しい。
【００１０】
他方、特開昭６２−１３３０６０号公報のものは、低温溶射の条件が、金属を約１３５０℃でアーク溶融すると同時に窒素等の不活性気体を圧縮空気圧約５〜１０ｋｇ／ｃｍ2で噴射させるものであるから、制御やそのための装置が複雑かつ重装備となる。さらに、他の溶射法に較べ、より微細な凹凸状の表面を持つ溶射被膜が得られるとしているが、全体を一度にめっきする化学めっきや電気めっきに比べ作業効率は良くない。また溶射ノズルが届きにくい内表面には適応が不十分である。
【００１１】
以上のように、繊維強化プラスチックの表面に金属を被覆する技術は種々の方法が開発されているが、それらは被覆対象部品が単純な形状に限定されたり、ＦＲＰの強化繊維を損傷するおそれがあり、あるいは制御やそのための装置が複雑となるなど多くの課題があった。この発明はこのような課題を解決することを目的として、一般的な塗装手段と従来一般に行われているめっき手段を用いた、簡易で低コストの方法により、円筒形状の外表面は勿論のこと、一般的な塗装手段であるスプレー塗装を行うことが困難な円筒形状の内表面などの狭隘部にも適用することが容易な密着性及び耐摩耗性の優れた金属めっき被膜を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、炭素繊維強化プラスチックの内表面を研磨して粗な面を形成し、洗浄後この粗な面にエポキシ樹脂を塗布し、前記エポキシ樹脂が硬化しない間に金属粒子を散布し、加熱もしくは室温放置により前記エポキシ樹脂を乾燥硬化し、乾燥硬化した前記エポキシ樹脂を研磨することにより前記金属粒子を切断して露出させた研磨面に形成し、洗浄後前記研磨面に化学めっき又は電気めっきを施すことを特徴とする。
【００１３】
これにより、寸法的に小さいＣＦＲＰ材の内表面に対しても、合成樹脂を流し塗りなど一般に行われている塗布方法により塗布し、塗布面に金属粒子をふりかけて金属粒子を含浸させ研磨して金属粒子を切断し露出させ、一般に行われているめっき方法により、ＣＦＲＰ材に金属を被覆することができるので、特殊な器具、複雑な装置などを用いず、低コストである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態を説明するにあたり、まず本実施の形態に関連する参考例として炭素繊維強化プラスチック製（以下ＣＦＲＰとする）円筒の外表面に硬質クロムめっきを施す場合について第１、第２の参考例をそれぞれ図１、図２により説明し、ＣＦＲＰ円筒の内表面に硬質クロムめっきする場合を本実施の形態として図３により説明する。
【００１５】
まず第１、第２の参考例の説明に入る前に、その概要を述べる。
ＣＦＲＰ円筒の外表面を研磨して粗な面を形成し、この粗な面に金属粒子を予め混和させた合成樹脂の混和性物質を塗布する。塗布する方法は、塗装において一般に行われているエアースプレーガンやブラシ塗りなどによる。その後、ＣＦＲＰ円筒を乾燥させ、加熱もしくは室温放置により塗布面を硬化する。次にこの塗布面を手作業もしくは機械装置を用いて研磨し、金属粒子を切断して露出させる。そしてこの金属粒子の断面が露出した研磨面に、一般に行われている化学めっき又は電気めっきを施すことによって金属を被覆するものである。なお研磨工程の後は洗浄を行うのは勿論である。
【００１６】
このプロセスにより、化学めっき又は電気めっきによるめっき（金属）が研磨された面に露出している金属粒子の切断断面に付着する。続いて各々の金属粒子上のめっきが時間と共に厚く広く成長し、露出した金属粒子断面間がはしかけとなって研磨面全体がめっきでカバーされる。したがって金属粒子を介して合成樹脂とめっきとが付着するので、密着力及び耐摩耗性の優れた金属めっき被膜が生成されるのである。
【００１７】
（第１の参考例）
第１の参考例を図１により説明する。炭素繊維一方向の織物状又は繊条状などの強化繊維に樹脂を含浸させ、半硬化させた樹脂と強化繊維との混合物であるプリプレグシートを積層し、硬化してＣＦＲＰ円筒１１を製作する。このＣＦＲＰ円筒１１の外表面１２を研磨する。研磨粗さは＃４００相当の耐水研磨紙で研磨した粗さ程度がよい。以上、図１（ａ）参照。
【００１８】
トルエン等の溶剤で洗浄後、銅粒子１３を予め合成樹脂１４中に混和させて調合した塗料１５をエアースプレーガンを用いて塗布する。ここで用いた塗料１５は、米国のＳＰＲＡＹＬＡＴ Ｃｏｒｐ製の商品番号が５９９−Ａ８５７４−１の導電塗料のもので、銅粒子１３の大きさは長さが略３０μｍ一定の形状を呈し、合成（ウレタン）樹脂１４中に８１重量％で混和されているものである。塗布する厚さが薄いと銅めっきの際の十分な導通が得られない他、その後の加工精度がシビアになる。一方、塗布する厚さが厚いとムラとなって凹凸が発生するため、１００〜３００μｍ程度が良好である。その後、乾燥させ、室温で放置し硬化させた。以上、図１（ｂ）参照。
【００１９】
次にＣＦＲＰ円筒１１の塗料１５を塗布した塗布面を、回転砥石で研磨して銅粒子１３を切断し断面を露出させる研磨面Ｓに形成する。この発明はエッチング処理で金属を溶出させる方式とは異なり、研磨により金属粒子の切断断面を露出させる点に特徴を有する。よってプラスチックの部品形状に応じて、塗布面を研磨する手段は、＃４００相当の耐水研磨紙を用いて手により研磨しても或いは研磨砥石等を用いても可能で、選択の自由度は大きい。研磨後の塗布層の厚さＴが８０〜２００μｍ程度になるようにする。以上、図１（ｃ）参照。
【００２０】
この塗布面の研磨により、銅粒子１３切断断面を露出させた研磨面上に、一般に行われている硫酸銅電気めっきを実施する（２０℃で４時間）。銅めっき層１６を９０μｍ被覆した後、回転砥石で研磨して銅めっき層１６の厚さｔを約７０μｍとする。以上、図１（ｄ）参照。
【００２１】
そしてこの研磨した銅めっき層１６の上に、一般に行われているサージェント浴の硬質クロムめっきを５０℃で１０時間以上行い、約１３０μｍのクロムめっき層１７を被覆する。被覆した硬質クロムめっき層１７を回転砥石で研磨し、約１００μｍの厚さに仕上げる。以上、図１（ｅ）参照。
【００２２】
このようにして得られた第１の参考例について、その密着性を前記特開昭６１−１２８７２号公報に示された粘着テープによる引き剥がしテストによる方法で評価した。このテスト結果を表１に示す。表１中の「比較例」は遠心分離法によって前記導電塗料の塗料１５から銅粒子１３を除去したもので、その他の塗装条件および研磨もしくは研磨条件、めっき条件は同一とした結果である。また第１の参考例の試料に関するデータは、研磨後の塗布層厚さは８０μｍ、研磨後の銅めっき厚さは７０μｍ、研磨後の硬質クロムめっき厚さは１００μｍである。なお、表１中の分母の数字は試験片のテストサンプル数を示し、その数は８個である。
0003686527.tif 000002
【００２３】
この結果、第１の参考例は、銅めっき研磨面、硬質クロムめっき研磨面ともに、試験片の全数について良好な密着性を発揮した。これに対して比較例は全数剥がれを生じて不良であった。
【００２４】
（第２の参考例）
第２の参考例は、第１の参考例が３０μｍ長の金属粒子を用いたのに対し、径が約１０〜２００μｍの範囲の金属粒子を用いたものである。
樹脂を含浸した炭素繊維のプリプレグを積層し、硬化してＣＦＲＰ円筒２１を製作する。このＣＦＲＰ円筒２１の外表面２２を＃４００相当の耐水研磨紙を用いて研磨する。以上、図２（ａ）参照。
【００２５】
トルエン等の溶剤で洗浄後、塗布する塗料２５は径が約１０〜２００μｍの球状の銅粒子２３を加熱硬化型エポキシ樹脂２４（米国ＤＥＸＴＥＲ Ｃｏｒｐ製のＥＡ−９３９４）中に６０〜９０重量％で混和させ、トルエン溶剤を加えたものとする。この塗料２５をエアースプレーガンを用いて約２００μｍ塗布する。その後、乾燥させ、メーカーの加熱条件により１２０℃で硬化する。ここで用いた銅粒子２３は福田金属箔粉工業（株）製のもので商品名はＣｕ−Ａｔ−１００である。以上、図２（ｂ）参照。
【００２６】
次に乾燥硬化させたＣＦＲＰ円筒２１の塗布面を回転砥石により研磨する。この塗布面の研磨により金属粒子である銅粒子２３が切断され、その断面が露出した研磨面Ｓを形成する。そして研磨後の塗布層の厚さＴ２が８０〜２００μｍ程度になるようにする。以上、図２（ｃ）参照。
【００２７】
洗浄後、この銅粒子２３の露出した研磨面上に第１の参考例と同様の硫酸銅電気めっきを実施する（２０℃で４時間）。銅めっき層２６を約９０μｍ被覆した後、回転砥石により研磨してめっき層ｔ２を７０μｍ以上とする。以上、図２（ｄ）参照。
【００２８】
さらに洗浄した後、この研磨した銅めっき層２６の上に、一般に行われているサージェント浴の硬質クロムめっきを５０℃で１０時間以上行い、約１３０μｍの硬質クロムめっき層２７を被覆する。被覆した硬質クロムめっき層２７を研磨し、硬質クロムめっき層２７の厚さが約１００μｍ以上になるように仕上げる。以上、図２（ｅ）参照。
【００２９】
このようにして得られた第２の参考例について、その密着性を前記第１の参考例と同様のテストを実施した。このテスト結果を表２に示す。ここで、第２の参考例を比較するための「比較例」は、銅粒子２３を加えず、エポキシ樹脂（前記ＥＡ−９３９４）にトルエン溶剤を加えたもので、その他の塗装条件は同一である。また第２の参考例の試料に関するデータは、研磨後の塗装厚さが１５０μｍ、研磨後の銅めっき厚さが７０μｍ、研磨後の硬質クロムめっきが１００μｍである。
0003686527.tif 000003
【００３０】
この結果、第２の参考例でも、銅めっき研磨面、硬質クロムめっき研磨面ともに、試験片の全数について良好な密着性を発揮した。これに対して比較例は全数剥がれを生じて不良であった。
【００３１】
これら２つの参考例の結果から、ＣＦＲＰ円筒の外表面に銅めっきおよび硬質クロムめっき層が形成しやすく、粘着テープによっても、また研磨中の研磨砥石によっても剥がれを生じない、密着強度の大きい金属めっき被膜が得られることが裏付けられた。
【００３２】
以上述べた第１、第２の参考例においては、合成樹脂の中に予め金属粒子を混和させて塗料化したものをエアースプレーにより塗装するものであった。この方法は部品の外表面を塗装するには適しているが、小径の円筒内面などの狭隘部に対しては問題がある。すなわち、めっきによる金属被覆は下地となる金属粒子を均一に連続して分散させることが基本であり、そのためにはスプレーガンの塗布面に対する角度や距離を一定にする必要がある。このような点からスプレーガンは塗装面から少なくとも１０ｃｍ程度離す必要があり、１０ｃｍより径が小さい例えば円筒の内表面にはスプレー塗装をすることができない。このため本発明はさらにエアースプレーにはよらない、言い換えれば径の小さい部位にも適用できる金属被覆方法を提供するもので、以下本発明の実施の形態を説明する。
【００３３】
ここで実施の形態の説明に入る前に、その概要を述べることとする。ＣＦＲＰ円筒の内表面を研磨して粗な面を形成し、洗浄後この粗な面に加熱硬化型エポキシ樹脂を内表面全体に塗布する。塗布する方法は、一般に行われている流し塗りや浸漬塗りなどによる。エポキシ樹脂の塗布面に金属粒子をふりかけ、金属粒子を含浸させる。その後、加熱して樹脂を硬化する。次にこの塗布面を手作業もしくは機械装置を用いた研磨により研磨し、金属粒子を切断しその断面を露出させる。そして洗浄後、この金属粒子が露出した研磨面に、一般に行われている化学めっき又は電気めっきを施すことによって金属を被覆するものである。
【００３４】
このプロセスにより、銅めっき（金属）が研磨された面に露出している銅粒子の切断断面に析出する。続いて各々の銅粒子上の銅めっきが時間と共に厚く広く成長し、露出している銅粒子間がはしかけとなって内表面全体が銅めっきで結合する。したがって大きい銅粒子を介してエポキシ樹脂と銅めっきとが付着するので、密着力の優れた金属めっき被膜がＣＦＲＰ円筒の内表面に形成される。
【００３５】
（実施の形態）
実施の形態を図３に基づいて述べる。樹脂を含浸した炭素繊維のプリプレグシートを積層し、硬化してＣＦＲＰ円筒３１を製作する。このＣＦＲＰ円筒３１の内表面３２を＃４００相当の研磨紙で研磨する。以上、図３（ａ）参照。
【００３６】
研磨した内表面３２をトルエン等の溶剤で洗浄後、加熱硬化型のエポキシ樹脂３４（一例として、米国ＤＥＸＴＥＲ Ｃｏｒｐ製のＥＡ−９３９４）を塗布する。塗布する方法は、塗装において一般に行われている流し塗り或いは浸漬塗りによる。以上、図３（ｂ）参照。
【００３７】
次いでエポキシ樹脂３４が硬化しない間に銅粒子３３をエポキシ樹脂３４中に含浸させる。具体的には、ＣＦＲＰ円筒３１の一端を高くして約６０度傾け保持し、上から銅粒子３３（ここで銅粒子３３は第２の参考例で用いたものと同じ、福田金属箔粉工業（株）製の商品名：Ｃｕ−Ａｔ−１００である）をＣＦＲＰ円筒３１の内表面３２全体に沿わせて落下させる。この場合ＣＦＲＰ円筒３１の傾斜は約３０度から８０度の範囲が良い。傾斜角度が小さいと銅粒子３３が滑らかにエポキシ樹脂３４の表面を覆っていかず、傾斜角度が大きいと銅粒子３３のエポキシ樹脂３４への含浸が不均一になり易いため、この範囲が好ましい。ＣＦＲＰ円筒３１の上方から落下させた銅粒子３３がＣＦＲＰ円筒３１の下部まで行き渡ったら、ＣＦＲＰ円筒３１を回して同様に銅粒子３３を落下させ、順次これを繰返してＣＦＲＰ円筒３１の内表面３２の全周を銅粒子３３で覆う。また銅粒子３３を落下させる際、ＣＦＲＰ円筒３１の中に穴、溝あるいは網付きの治具を用いてもよい。銅粒子３３が含浸されつくすと、樹脂が不足状態になるので、余分な銅粒子３３は樹脂には付着されなくなる。この段階まで銅粒子３３をふりかけたら、ＣＦＲＰ円筒３１を垂直に立てるなどして過剰の銅粒子３３を除去する。以上、図３（ｃ）参照。
【００３８】
そしてＣＦＲＰ円筒３１を加熱炉に入れ、エポキシ樹脂３４：ＥＡ−９３９４の硬化条件にしたがって１２０℃で１時間加熱硬化する。硬化後回転砥石で研磨して平滑面とする。この研磨により金属粒子である銅粒子３３が切断されその断面が露出した研磨面Ｓを形成する。研磨後の銅粒子３３を含んだエポキシ樹脂層の厚さＴ３は次の電気めっきの導電化のために、少なくとも８０μｍ程度必要である。以上、図３（ｄ）参照。
【００３９】
次いで洗浄後、一般に行われている硫酸銅めっきを施す。銅めっき層３６を１００μｍ以上付加した後、回転砥石で研磨して銅めっき層３６の厚さｔ３を約８０μｍとする。以上、図３（ｅ）参照。
【００４０】
さらに洗浄後、研削した銅めっき層３６の上に、一般に行われているサージェント浴の硬質クロムめっきを行い、約１３０μｍの硬質クロムめっき層３７を付加し、回転砥石で研磨して約１００μｍの硬質クロムめっき層３７になるように仕上げる。以上、図３（ｆ）参照。
【００４１】
こうして得られた実施の形態について、その密着性を前記第１の参考例と同様のテストを実施した。このテスト結果を表３に示す。
0003686527.tif 000004
【００４２】
この結果、本実施の形態でも、銅めっき研磨面、硬質クロムめっき研磨面ともに、試験片の全数について良好な密着性を発揮した。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明は、寸法的に小さいＣＦＲＰ材の内表面に対して合成樹脂を流し塗りや浸漬塗りなど一般に行われている塗布方法により塗布し、塗布面に金属粒子をふりかけて金属粒子を含浸させる。乾燥硬化した後、研磨して前記金属粒子を切断してその断面を露出させ、更に一般に行われている化学めっき又は電気めっき方法により、ＣＦＲＰ材に金属を被覆することができるので、特殊な器具、複雑な装置などを用いず、低コストである。
【００４４】
化学めっき又は電気めっきのめっき（金属）が研磨された面に露出している金属粒子の切断断面に付着し、合成樹脂中に混和又は含浸された金属粒子を介して合成樹脂とめっきとが付着するので、密着力の優れた金属めっき被膜が生成される。
【００４５】
また、プラスチック部品の上に金属を混和又は含浸した樹脂層を形成し、その上に金属を被覆するから、炭素繊維強化プラスチック材料に限らず一般のプラスチック材料、その他樹脂層が形成されていれば、適用可能であり応用範囲が広い。また、樹脂を塗布するから部品は凹凸のある形状でも良く、部品選択に制約を受けず、適用範囲が広い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明に係る第１の参考例を示す図である。
【図２】  この発明に係る第２の参考例を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１１、２１、３１ ＣＦＲＰ円筒
１２、２２ ＣＦＲＰ円筒の外表面
３２ ＣＦＲＰ円筒の内表面
１３、２３、３３ 銅粒子（金属粒子）
１４、２４、３４ 合成樹脂、エポキシ樹脂
１５、２５ 塗料
１６、２６、３６ 銅めっき層（電気めっき層）
１７、２７、３７ 硬質クロムめっき層
Ｓ 研磨面
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３ 研磨後の塗布層（エポキシ樹脂）の厚さ
【図１】
0003686527.tif 000005
【図２】
0003686527.tif 000006
【図３】
0003686527.tif 000007