(57)【要約】【課題】薄い樹脂基材を破壊することなく、その表面に貫通孔なく平滑性を有して強固に密着形成した銅またはアルミニウム被膜を有する複合材料を提供すること。【解決手段】厚みが３０μｍ〜１ｍｍである樹脂基材の表面に衝突して薄くつぶれた銅またはアルミニウム粉体が積層された溶射被膜を備える複合材料であって、溶射被膜は、フレーム溶射またはプラズマ溶射によって、銅またはアルミニウム粉体の少なくとも一部を半溶融から溶融状態である軟化状態まで加熱して、該銅またはアルミニウム粉体粉体を３００ｍ／ｓ以上の粒子速度で樹脂基材表面に衝突させて、薄くつぶれた銅またはアルミニウム粉体を厚みが１０μｍ〜５００μｍとなるまで積層することにより形成された積層体であり、貫通孔を有さず、樹脂基材に対する高い密着性を有し、かつ、その表面粗さＲａが１０μｍ以下である。【選択図】      図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
厚みが３０μｍ〜１ｍｍである樹脂基材と、
該樹脂基材の表面に衝突して薄くつぶれた銅またはアルミニウム粉体が積層された溶射被膜と、を備える複合材料であって、
前記溶射被膜は、薄くつぶれた銅またはアルミニウム粉体を厚みが１０μｍ〜５００μｍとなるまで積層して形成された積層体であり、
前記溶射被膜は貫通孔がなく、前記樹脂基材に対する高い密着性を有し、その表面粗さＲａが１０μｍ以下であることを特徴とする薄い樹脂上に銅またはアルミニウム被膜を有する複合材料。
【請求項２】
厚みが３０μｍ〜１ｍｍである樹脂基材と、
該樹脂基材の表面に衝突して薄くつぶれた銅またはアルミニウム粉体が積層された溶射被膜と、を備える複合材料であって、
前記溶射被膜は、フレーム溶射またはプラズマ溶射によって、銅またはアルミニウム粉体の少なくとも一部を半溶融から溶融状態である軟化状態まで加熱して、該銅またはアルミニウム粉体を３００ｍ／ｓ以上の粒子速度で樹脂基材表面に衝突させて、薄くつぶれた銅またはアルミニウム粉体を厚みが１０μｍ〜５００μｍとなるまで積層することにより、形成された積層体であり、前記溶射被膜は貫通孔がなく、前記樹脂基材に対する高い密着性を有し、その表面粗さＲａが１０μｍ以下であることを特徴とする薄い樹脂上に銅またはアルミニウム被膜を有する複合材料。
【請求項３】
請求項１または２記載の複合材料において、
前記溶射被膜は、前記樹脂基材表面への衝突によって銅またはアルミニウム粉体が薄くつぶれて広がったスプラットの堆積体であることを特徴とする薄い樹脂上に銅またはアルミニウム被膜を有する複合材料。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の複合材料において、前記樹脂基材はポリイミド樹脂からなることを特徴とする薄い樹脂上に銅またはアルミニウム被膜を有する複合材料。
【請求項５】
請求項４記載の複合材料において、前記樹脂基材は環状のベルトであり、該ベルトの表面に前記溶射被膜が形成されていることを特徴とする薄い樹脂上に銅またはアルミニウム被膜を有する複合材料。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の複合材料において、
前記溶射被膜が前記樹脂基材表面をマスキングしてパターニングされた溶射被膜であることを特徴とする薄い樹脂上に銅またはアルミニウム被膜を有する複合材料。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の複合材料において、
前記銅またはアルミニウム粉体の粒径が５μｍ以上、６０μｍ以下であることを特徴とする薄い樹脂上に銅またはアルミニウム被膜を有する複合材料。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
薄い樹脂基材上に溶射被膜を有する複合材料に関し、特に、シート状またはフィルム状の樹脂基材の表面に貫通孔を有さず、高い密着性かつ平滑性を示す銅またはアルミニウムの溶射被膜を備えた複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
高機能性の金属被膜を形成することにより、基材表面に耐食性、耐摩耗性、耐熱性、高強度、高硬度、強磁性、軟磁性などの機能性を付与することが知られている。しかし、薄い材料、特に薄い樹脂基材に対して金属被膜を形成する方法については、基材が破損したり、金属被膜が剥がれ易かったりと、現時点で充分に確立されたものがなかった。
【０００３】
溶射法
例えば、金属などの基材表面に金属被膜を形成する溶射法がある。溶射は、加熱された溶射粒子を高速で基材表面に衝突・積層させて被膜を形成する方法である。そのため、大面積の基材表面に金属及び金属を含むサーメットの被膜を比較的簡便に直接的に形成できること、基材表面にのみ高機能性材料を被覆するので軽量化や経済性に優れていること、ドライプロセスであり廃水処理などの問題がない、などの点で他の金属被膜形成方法に比べて有利な方法である。
【０００４】
従来の溶射法では、強固に密着した溶射被膜を形成するに、溶射粒子を充分に加熱して溶融した状態で基材に衝突させることが重要となる。しかし、溶融した粒子が基材表面に衝突すると、基材に過大な熱エネルギーが加わってしまう。特に金属溶射を樹脂製の基材に施した場合、樹脂基材の表面が溶けてしまい、基材が薄いと樹脂基材に孔が開いてしまう。また、孔が開くことなく金属溶射できたとしても、溶融した粒子が基材表面で冷却されることで、被膜中には残留応力が発生する。基材が薄いと、基材がこの残留応力の影響を受けてしまい、変形や破壊が生じやすくなる。
【０００５】
一方、溶射被膜による特性を十分発揮させるために、緻密で基材に強固に密着した溶射被膜の形成が要求されることが多い。このような溶射被膜形成のためには、通常、溶射距離を短くし、溶射粒子を十分に溶融させて高速で基材に衝突させることが必要である。特に、薄い基材は粗面化のためにブラスト処理すると変形しやすいため、基材表面を十分粗面化することが困難であり、溶射被膜を強固に密着させるためにはより厳しい条件が必要となる。
しかしながら、通常、薄い樹脂基材はこのような厳しい条件に耐えることができず、上記のように変形したり破壊されたりしてしまう。例えば、従来のプラズマ溶射の場合、短い溶射距離では、基材が高温のプラズマジェットの影響を受け、薄い樹脂基材の場合には基材の変形や破壊を免れない。
このように従来の溶射による薄い樹脂基材への緻密で基材に強固に密着した金属被膜の形成は非常に困難であった。
【０００６】
コールドスプレー法
上記のような樹脂基材への熱負荷の影響を抑えるため、被膜原料の金属粒子を融点以下の状態で基材表面に吹き付けることにより基材表面に金属被膜を形成する方法が知られている（特許文献１〜３参照）。この方法では、高速で金属粒子を基材表面に衝突させて塑性変形させるとともに、衝突による摩擦熱で金属粒子の一部を溶かして基材表面に密着させている。いわゆるコールドスプレーである。
【０００７】
特許文献１には、金属粒子として、アルミニウム、銅、チタン、シリコン、ニッケル、銀、バナジウム、ダングステン、モリブデンを用いて、ＰＥＴやＡＢＳなどの樹脂基材をコールドスプレーする方法が記載されている。金属粒子は、いずれも単体の結晶構造であり、３０〜４５０ｍ／ｓの粒子速度で樹脂基材に当てられる。粒子速度が大きいと、樹脂基材に加わる運動エネルギーが過大となって、基材表面のエロージョン摩耗が大きくなってしまうと説明されている。また、特許文献２には、樹脂基材として熱硬化樹脂を用いたものが示されている。
【０００８】
また、特許文献３には、ＣＦＲＰやＧＦＲＰ等の基材に対して被膜形成粒子（銅、アルミニウム）をその融点、若しくは軟化点より低い温度に加熱し、噴射ガスにより超音速で噴射して、固相のまま基材に打ち付けて被膜を形成する方法が記載されている。超音速で打ち付けられた粒子は、塑性変形を起こして基材表面に堆積し、被膜を形成するというものである。
【０００９】
これら特許文献１〜３に記載のコールドスプレーでは、溶融されずに硬い固体質が残る金属粒子の衝撃力によって樹脂基材が曝される。そのため、樹脂基材の硬度よりも硬い粒子が衝突すれば基材表面が著しく摩耗してしまう。従って、コールドスプレーを薄い樹脂製の基材に施した場合、摩耗によって薄い樹脂基材に孔が開いてしまう。
このように、従来の溶射法やコールドスプレー法では、薄い樹脂基材を破壊することなく密着性に優れた金属被膜を形成することは非常に困難であった。
【００１０】
一方、特許文献４には、金属ガラスからなるアモルファス相の溶射粉末を過冷却液体状態で基材表面に溶射することにより、アモルファス相の金属ガラス溶射被膜層を形成することが記載されている。溶射方法には、高速フレーム溶射法を用いている。しかしながら、特許文献４記載の方法を用いた場合であっても、薄い樹脂基材に対しては、基材の変形や破損が生じることなく溶射被膜層を形成することが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−３０５７６５号公報
【特許文献２】特開平１０−２８０１６５号公報
【特許文献３】特開２０１０−４７８２５号公報
【特許文献４】特許３９４６２２６号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１２】
本考案は、前記背景技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、非常に薄い樹脂基材を破壊することなく、その表面に貫通孔なく平滑性を有して強固に密着形成した銅またはアルミニウムの被膜を有する複合材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために本考案者らが鋭意検討を行った結果、溶射材料として銅またはアルミニウム粉体を用い、特定条件下で溶射すれば、薄い樹脂基材を破壊することなく、しかもその表面に銅またはアルミニウム溶射被膜層を貫通孔なく平滑性を有して強固に密着形成できることを見出し、本考案を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本考案にかかる薄い樹脂上に銅またはアルミニウム被膜を有する複合材料は、厚みが３０μｍ〜１ｍｍである樹脂基材と、該樹脂基材の表面に衝突して薄くつぶれた銅またはアルミニウム粉体が積層された溶射被膜と、を備える複合材料であって、
前記溶射被膜は、薄くつぶれた銅またはアルミニウム粉体を厚みが１０μｍ〜５００μｍとなるまで積層して形成された積層体であり、
前記溶射被膜は貫通孔がなく、前記樹脂基材に対する高い密着性を有し、その表面粗さＲａが１０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
また、本考案は、前記複合材料において、前記溶射被膜が、フレーム溶射またはプラズマ溶射によって、銅またはアルミニウム粉体の少なくとも一部を半溶融から溶融状態である軟化状態まで加熱して、該銅またはアルミニウム粉体を３００ｍ／ｓ以上の粒子速度で樹脂基材表面に衝突させることにより、形成された積層体であることを特徴とする。
ここで、粒子速度３００ｍ／ｓ以上のフレーム溶射およびプラズマ溶射を以下、「高速フレーム溶射」および「高速プラズマ溶射」という。
【００１６】
さらに、本考案は、前記何れかに記載の複合材料において、前記溶射被膜が、前記樹脂基材表面への衝突によって銅またはアルミニウム粉体が薄くつぶれて広がったスプラットの堆積体であることが好ましい。
また、本考案は、前記何れかに記載の複合材料において、前記樹脂基材はポリイミド樹脂からなることが好ましい。
さらに、本考案は、前記何れかに記載の複合材料において、前記樹脂基材は環状のベルトであり、該ベルトの表面に前記溶射被膜が形成されていることが好ましい。
【００１７】
また、本考案は、前記何れかに記載の複合材料において、前記溶射被膜が、前記樹脂基材表面をマスキングしてパターニングした溶射被膜であることが好ましい。
さらに、本考案は、前記何れかに記載の複合材料において、前記銅またはアルミニウム粉体の粒径が５μｍ以上、６０μｍ以下であることが好ましい。
【考案の効果】
【００１８】
本考案によれば、特定の銅またはアルミニウム粉体を用いて特定の条件下で溶射を行うことによって、３０μｍ厚〜１ｍｍ厚の樹脂基材の表面に、基材を破壊することなく銅またはアルミニウム溶射被膜層が貫通孔なく平滑性を有して強固に密着形成された複合材料が提供される。すなわち、銅またはアルミニウム粉体は、基材表面に衝突して、衝突によって薄くつぶれて広がったスプラットの堆積構造体となる。銅またはアルミニウムの溶射粒子を軟化状態にするには、半溶融から溶融まで加熱さえすればよく、必ずしも融点を超える必要はない。ワイヤーを完全溶融して溶射粒子とする従来のアーク溶射のように過度の熱エネルギーを溶射粒子に加えなくとも、充分に軟化させることができる。
さらに、本考案によれば、衝突に必要な溶射粒子の飛行速度は、従来のプラズマ溶射のように極端に溶射距離を短くしなくとも、高速フレーム溶射または高速プラズマ溶射を用いることで、３００ｍ／ｓ以上の高速にできる。
【００１９】
また、溶射粒子が基材に衝突した後、過度な熱エネルギーでない溶射粒子の熱は容易に冷却して放散されるため、銅またはアルミニウムの軟化温度が樹脂基材の耐熱温度よりも高くても、樹脂基材に加わる熱エネルギーは過度とならず、基材表面が溶けて孔が開くこともない。
また、軟化状態であるから、高速で溶射粒子が衝突しても瞬時に薄くつぶれて広がって堆積構造体が形成されるため、樹脂基材であっても基材表面が摩耗することもない。従来のコールドスプレー法によって金属粒子を融点より低い温度に加熱して基材に吹き付ける場合、金属粒子が充分に軟化されず、硬い固体質が残ったまま基材に衝突してしまい、樹脂基材の表面が著しく摩耗してしまうが、本考案では高速フレーム溶射または高速プラズマ溶射によって金属粒子が充分に軟化した状態になるため、樹脂基材が破壊されることなく溶射被膜が形成される。
従って、本考案によれば、３０μｍ厚〜１ｍｍ厚の薄いシート状やフィルム状の樹脂基材の表面に対して、貫通孔なく平滑性を有して強固に密着した銅またはアルミニウム被膜層を形成することができる。このような複合材料は、各種部材の軽量化やコスト低減に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】銅粉末をポリイミド基材（０．０７ｍｍ厚）に高速プラズマ溶射して得られた複合材料（試験例１）の断面写真である。
【図２】試験例１の溶射材料をテフロングラスシート基材（０．０７５ｍｍ厚）に高速プラズマ溶射して得られた複合材料（試験例２）の断面写真である。
【図３】アルミニウム粉末をポリイミド基材（０．０７ｍｍ厚）に高速プラズマ溶射して得られた複合材料（試験例３）の外観写真である。
【図４】比較材料として、銅ワイヤー溶射材をポリイミド基材（０．０７ｍｍ厚）にアーク溶射して得られた複合材料の断面写真である。（比較例１）
【図５】比較材料として、銅ワイヤー溶射材をテフロングラスシート基材（０．０７５ｍｍ厚）にアーク溶射して得られた複合材料の正面からの外観写真である。（比較例２）
【図６】比較例２で得られた複合材料の斜めからの外観写真である。
【図７】試験例１を更に圧縮加工して得られた複合材料（試験例８−１）の断面写真である。
【図８】試験例５を更に圧縮加工して得られた複合材料（試験例８−３）の断面写真である。
【考案を実施するための形態】
【００２１】
樹脂基材
本考案で用いる薄い樹脂基材とは、厚みが３０μｍ〜１ｍｍのものを意味する。好ましくは３００μｍ以下である。特に溶射被膜層を有する複合材料として、フレキシブル性（可撓性）を備えたものが好ましい。樹脂の種類は特に制限されるものではないが、例えば、ＣＦＲＰ、ＧＦＲＰ、テフロングラスシート、ナフロン、ベークライト、ポリイミド等から選択される樹脂材料が好適に用いられる。また、ポリカーボネートのような熱可塑性樹脂でもよい。
樹脂基材の温度は、樹脂の種類に応じて変わるが、溶射中３００℃以下、さらには１５０℃以下を確保することが重要であり、より好ましくは１２０℃以下である。本考案では、樹脂基材の変形・破壊を防ぐため、樹脂基材の耐熱温度以下となるように、樹脂基材を冷却する。
【００２２】
溶射方法
本考案においては、銅またはアルミニウムの粉体を用い、その少なくとも一部が半溶融から溶融状態である軟化状態にまで加熱され、３００ｍ／ｓ以上の粒子速度で前記基材表面に凝固及び積層するように溶射する。
粒子速度が３００ｍ／ｓ未満では緻密性や密着性が不十分となる。また、溶射粒子が溶射フレームに滞在する時間が長くなれば、過度に熱エネルギーを与えてしまう。
【００２３】
通常の溶射のように溶射粒子を溶融する溶射方法では酸化により溶射被膜特性が低下してしまう。さらに、完全溶融状態から冷却されて固化する場合には、半溶融状態から冷却された場合に比べて凝固収縮が大きい。これに対して、本考案では銅またはアルミニウム粉体を過度に完全溶融せずに半溶融から溶融状態である軟化状態にして溶射するので、酸化の影響が少なく、残留応力も少ない溶射被膜が形成される。
【００２４】
溶射方法としては、例えば、大気圧プラズマ溶射、減圧プラズマ溶射、フレーム溶射、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ、ＨＶＡＦ）、アーク溶射、コールドスプレーなどがあるが、本考案においては、溶射粒子速度を３００ｍ／ｓ以上に加速でき、且つ溶射粒子の少なくとも一部を半溶融から溶融状態である軟化状態となるように加熱できる溶射方法を用いる。このような溶射方法の好適な例としては、標準的な大気プラズマ溶射より高速で溶射を行う高速プラズマ溶射や高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ、ＨＶＡＦ）が挙げられる。
【００２５】
プラズマ溶射には大気圧プラズマ溶射と減圧プラズマ溶射があるが、標準的なプラズマ溶射は、粒子速度が１５０〜３００ｍ／ｓ、プラズマフレーム温度は１０，０００〜１５，０００Ｋの範囲であり、プラズマジェット（フレーム）は熱源から４０ｍｍ程度の距離でも約５，０００Ｋである。標準的な燃焼を熱源とするフレーム溶射は、粒子速度が１００〜２００ｍ／ｓ、フレーム温度は２，３００〜２，９００Ｋの範囲である。アーク溶射の粒子速度も、１８０〜２２０ｍ／ｓであり、フレーム溶射と同等である。
【００２６】
これに対して、高速プラズマ溶射ではフレーム温度は通常のプラズマ溶射と同等で、粒子速度が３００ｍ／ｓ以上であり、標準的なプラズマ溶射の２倍以上にもなる。高速プラズマ溶射に用いられる装置としては特に制限されないが、複数（例えば３本以上）の電極を備え、これにより高速でも安定かつ連続的にプラズマジェットを発生させることができるものが好適に用いられる。また、高速のプラズマ溶射フレーム外部から溶射粉末を供給し、バレルも無く溶射粒子のプラズマフレーム滞在時間が短いため、溶射粒子への過度な熱エネルギーを与える事が無い。このような装置としては、例えばＴｒｉｐｌｅｘＰｒｏＴＭ−２００（Ｓｕｌｚｅｒ  Ｍｅｔｃｏ社）が挙げられる。
【００２７】
このような高速の溶射粒子は通常薄い基材に大きなダメージを与えるので、通常は樹脂基材の破壊なしに溶射被膜を形成することは困難である。しかしながら、本考案のように銅またはアルミニウムの粉末を溶射材料として用い、高速プラズマ溶射や高速フレーム溶射で銅またはアルミニウム粉末を半溶融から溶融状態である軟化状態にまで加熱して低温の樹脂基材へ溶射した場合には、基材を破壊することなく緻密で密着性に優れた溶射被膜を形成することができる。すなわち、銅またはアルミニウム粉体は、基材表面に衝突して、衝突によって薄くつぶれて広がったスプラットの堆積構造体となる。半溶融から溶融状態である軟化状態であるから、高速で溶射粒子が衝突しても瞬時に薄くつぶれて広がるため、樹脂基材であっても基材表面が摩耗することもない。高速プラズマ溶射において、大気圧での溶射距離は通常１００ｍｍ以上、好ましくは２５０ｍｍ以下である。また、高速プラズマ溶射は大気圧、減圧何れの条件でも可能であるが、本考案においては大気圧条件下でも高品位の複合材料を得ることができる。
【００２８】
一方、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ、ＨＶＡＦ）のフレーム温度は通常のフレーム溶射と同等で、溶射粒子の溶射フレーム滞在時間も短いため、銅またはアルミニウム粉末を半溶融から溶融状態である軟化状態に加熱することが可能であり、３００ｍ／ｓ以上の粒子速度を与えることもできる。従って、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ、ＨＶＡＦ）によっても、樹脂基材に金属ガラス溶射被膜層を形成できる。
なお、溶射粒子速度を３００ｍ／ｓ以上にできる溶射方法としてコールドスプレーもあるが、コールドスプレーは５７３〜７７３Ｋ程度に加熱したガスで粒子を加速し、粒子の衝突速度を５００ｍ／ｓ以上とするもので、銅またはアルミニウム粉末に軟化するような熱量が与えられ、衝突による摩擦熱の発生が無ければ適用可能であるが、このような条件を満たすことは困難である。
【００２９】
粉末粒子の形状は特に限定されるものではなく、板状、チップ状、粒状、粉体状などが挙げられるが、好ましくは溶射時に衝突する際の基材損傷を避け、負荷を軽減できる形状であり、高速な溶射フレームから均一に熱量を与えられる粒状あるいは粉体状である。銅またはアルミニウム粒子の調製方法としては、アトマイズ法、ケミカルアロイング法、メカニカルアロイング法などがあるが、生産性と球状化を考慮すればアトマイズ法によって調製されたものが特に好ましい。
【００３０】
銅またはアルミニウム粉末の粒子径は、５〜６０μｍの範囲のものを用いる。粒子径が大きすぎると、基材が破壊されたり、溶射被膜中に気孔が多くなったり、連続気孔を生じることがある。粒子径が小さすぎると、溶射粒子の溶融によって溶射被膜中の酸化物量が増大したり、所望の膜厚とするのに溶射回数が増えるなど生産性が低下する。
【００３１】
溶射熱源は高速プラズマ溶射では電気エネルギー、または高速フレーム溶射では燃焼エネルギーである。プラズマガスとしては、アルゴン、水素、ヘリウム等を用いることができる。
また、溶射では通常搬送ガスとしてＮ２ガスが使用されるが、窒化物の形成により被膜組成や緻密性などに影響を及ぼすことがある。これは、空気（ドライエアー）、酸素、不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ等）などを搬送ガスとして用いることにより改善される。空気や酸素では酸化の懸念があるので、最も好ましくは搬送ガスとして不活性ガスを用いる。
【００３２】
銅またはアルミニウム溶射被膜の厚みは目的に応じて適宜設定できるが、溶射被膜の緻密性、密着性、加工性などの点から、被覆しようとする基材表面上に通常１０μｍ以上、典型的には５０μｍ以上、さらには１００μｍ以上形成することが好適である。上限は特に制限されないが、厚くなりすぎると経済性や軽量性が低下するので、５００μｍ以下、さらには２５０μｍ以下とすることが好ましい。
溶射被膜は、様々な形状の基材上に形成することができ、また、マスキング等によりパターン化して形成することもできる。表面に凹凸形状を有するものや多孔質体を基材として用いることもできる。
【００３３】
銅またはアルミニウムの高機能性を発揮させるために、溶射被膜層が酸化物をできるだけ含まず、緻密性や均一性が高いことが好ましい。また、銅またはアルミニウム溶射被膜層に酸化物が含まれると、溶射後に加圧処理や変形加工処理した場合に破損等を生じやすい。
均一な銅またはアルミニウムの溶射被膜を形成するために、銅またはアルミニウム粉末を溶射原料とし、銅またはアルミニウム粒子を過度に完全溶融させず、その少なくとも一部が半溶融から溶融状態である軟化状態で溶射することが好適である。
【００３４】
半溶融から溶融状態である軟化状態では、銅またはアルミニウムは基材表面に衝突すると、瞬時に薄く潰れて基材表面に広がり、スプラットを形成することができる。そして、このようなスプラットの堆積により、溶射被膜を形成することができる。
本考案のように、軟化状態で溶射された銅またはアルミニウム溶射被膜層の断面や表面（基材側あるいは非基材側）を電子顕微鏡等で観察した場合、薄くつぶれたスプラットの積層が溶射膜中に認められる。なお、スプラットの堆積の過程では、スプラットが成形される基材表面がもともと凹凸形状であったり、ブラスト処理表面であったりする。また、既に溶射された粒子によるスプラットの上や谷間にさらにスプラットが成形される。このため、溶射被膜は、殆どの場合、スプラットが複雑に変形や分離した状態で堆積している。
【００３５】
また、一般に大気中での溶射材料を完全溶融する溶射の場合、溶射材料の酸化物が多く被膜中に含まれてしまい、被膜の特性に悪影響を及ぼすが、半溶融から溶融状態である軟化状態で衝突させれば、大気中で溶射したとしても酸化の影響が少ない。
従って、銅またはアルミニウム溶射粒子が完全溶融されずに半溶融から溶融状態である軟化状態で基材表面において凝固及び積層して溶射被膜を形成すれば、均一な銅またはアルミニウムからなる溶射被膜を得るのに有利である。
【００３６】
本考案において、銅またはアルミニウム粉末は半溶融から溶融状態である軟化状態にまで加熱されるが、その際、銅またはアルミニウム粉末の表面などごく一部は溶融することがあるかもしれない。しかしながら、そのような場合であっても表面部分は中心部に比べて冷却されやすく、基材への影響は少ない。
【００３７】
本考案の複合材料は、銅またはアルミニウム溶射被膜層によって伝導性、耐磨耗性、耐熱性、耐食性などを発揮し、基材が樹脂でありフレキシブル性を具備させることが容易なため、加工性、軽量性などにも優れる。
また、本考案の複合材料は平滑面を持つ部材で圧縮加工することにより、表面粗さＲａを５μｍ以下にすることもできる。
よって、これらの性能が要求される各種用途において非常に有用であり、例えば、ポリイミドベルトへ整磁溶射膜の下地溶射膜を形成して印刷機用の定着ベルトとして用いたりする場合に好適な製造方法となる。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例に基づき本考案をさらに説明するが、本考案はこれらに限定されるものではない。
以下の試験例において、ステンレス（アルミニウム、銅などの伝熱性の良い金属でもよい）製の裏当て材を用いた。裏当て材を台座に動かないよう固定し、裏当て材に樹脂基材の裏面を貼り付けて溶射を行った。なお、基材を冷却するため溶射面には１〜２本のノズルから、裏当て材の後ろには適宜、エアーをあて、溶射を行った。基材温度は裏当て材の温度を熱電対で測定することで行った。各試験例で用いた測定方法は次の通りである。
【００３９】
（基材破壊）
溶射後の基材について、貫通孔、粉砕、破断、分断、割れ、歪みなどの有無を観察した。なお、歪みとは、基材表面にできた起伏が、溶射後の複合材料厚みの５倍を超えるようなものをいう。
【００４０】
（表面粗さ：Ｒａ）
ＲａはＪＩＳ  Ｂ０６０１に規定する算術平均粗さであり、その測定は、（株）ミツトヨ製  表面粗さ測定器ＳＶ−５１４（評価長さ：４．０ｍｍ、カットオフ値：０．８ｍｍ）で行った。測定は３回繰り返した。
【００４１】
（密着性）
密着性試験は、スクラッチ試験（ＪＩＳ  Ｈ８６９０「ドライプロセス  窒化チタンコーティング」の付属書２「スクラッチ法による密着性試験方法」）を準用した。スクラッチ試験機はネムス社製Nanovea Micro Scratch Tester を用いた。試験では、試験対象の１０ｍｍの長さ範囲を１０．０２ｍｍ／ｍｉｎの速度でスクラッチした。その際、荷重を初期荷重(Initial load : ０．２Ｎ )から最終荷重(Final load : １００Ｎ )まで１００Ｎ／ｍｉｎの荷重変化率(loading rate )で連続してかけた。スクラッチ痕を光学顕微鏡で観察し、剥離の起点となる荷重を測定値とした。なお、試験は３回繰り返した。
【００４２】
基材は、以下の樹脂材料を市中より購入して使用した。なお、テフロンは登録商標である。炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の母材はアクリル系樹脂である。
ＣＦＲＰ            ：厚さ０．２ｍｍ              耐熱温度１２０℃
テフロングラスシート：厚さ０．０７５ｍｍ、        耐熱温度２６０℃
ポリイミド          ：厚さ０．０７ｍｍ            耐熱温度３５０℃
但し、耐熱温度は、ＪＩＳ  Ｋ７１９１−２「プラスチック−荷重たわみ温度の試験方法−第２部」に規定するＢ法による荷重たわみ温度である。
【００４３】
試験例１
銅のガスアトマイズ粉末（粉末の粒径：５〜４５μｍ、福田金属箔粉工業製を分級）をポリイミド基材に高速プラズマ溶射装置により溶射して銅被膜の複合材料を得た。
【００４４】
ポリイミド基材に対して銅溶射被膜層（約５０μｍ）が形成され、基材の破壊や変形は全く認められなかった。表面粗さＲａは５〜６μｍ程度であった。
なお、溶射条件は次の通りであった。
【００４５】
（高速プラズマ溶射条件）
プラズマ溶射装置：Ｓｕｌｚｅｒ  Ｍｅｔｃｏ社製  ＴｒｉｐｌｅｘＰｒｏ−２００
（高速モード）
電流：４５０Ａ
電力：５０Ｋｗ
使用プラズマガス：Ａｒ８０（ＮＬＭ）
溶射距離（溶射ガン先端から基材表面までの距離）：１５０ｍｍ
溶射ガン移動速度：６７０ｍｍ／ｓｅｃ
【００４６】
また、試験例１により得られた複合材料の断面写真を図１に示す。
図１からもわかるように、貫通孔が無い銅溶射被膜層が形成され、基材の破壊は全く認められなかった。
【００４７】
試験例２
基材をテフロングラスシートに変えて試験例１と同じ溶射材料と溶射条件で高速プラズマ溶射により溶射を行った。
試験例２により得られた複合材料の断面写真を図２に示す。
図２からもわかるように、試験例１同様に貫通孔が無い銅溶射被膜層が形成され、基材の破壊は全く認められなかった。
【００４８】
試験例３
アルミニウムのガスアトマイズ粉末（粉末の粒径：５〜４５μｍ、ヒカリ素材工業製を分級）をポリイミド基材に高速プラズマ溶射装置により溶射してアルミニウム被膜の複合材料を得た。
【００４９】
ポリイミド基材に対してアルミニウム溶射被膜層（約５０μｍ）が形成され、基材の破壊や変形は全く認められなかった。なお、溶射条件は次の通りであった。
【００５０】
（高速プラズマ溶射条件）
プラズマ溶射装置：Ｓｕｌｚｅｒ  Ｍｅｔｃｏ社製  ＴｒｉｐｌｅｘＰｒｏ−２００
（高速モード）
電流：４００Ａ
電力：４１Ｋｗ
使用プラズマガス：Ａｒ７０（ＮＬＭ）
溶射距離（溶射ガン先端から基材表面までの距離）：１５０ｍｍ
溶射ガン移動速度：６７０ｍｍ／ｓｅｃ
【００５１】
また、得られた試験例３の複合材料の外観写真を図３に示す。
図３からもわかるように、試験例１同様な溶射被膜層が形成され、基材の破壊は全く認められなかった。表面粗さＲａは９〜１０μｍ程度であった。
【００５２】
試験例４
銅のガスアトマイズ粉末（粉末の粒径：１５〜４５μｍ、福田金属箔粉工業製を分級）をＣＦＲＰ基材に高速フレーム溶射装置（ＨＶＯＦ）により溶射して銅複合材料を得た。
【００５３】
ＣＦＲＰ基材に対して銅溶射被膜層（約５０μｍ）が形成され、試験例１に同様な溶射被膜層が形成され、基材の破壊や変形は全く認められなかった。表面粗さＲａは５〜６μｍ程度であった。
なお、溶射条件は次の通りであった。
【００５４】
（高速フレーム溶射条件）
ＨＶＯＦ溶射装置：ＰＲＡＸＡＩＲ／ＴＡＦＡ社製  ＪＰ−５０００
粉末搬送ガス：Ｎ２
燃料：灯油、３．５ＧＰＨ
酸素：２０００ＳＣＦＨ
溶射距離（溶射ガン先端から基材表面までの距離）：３５０ｍｍ
溶射ガン移動速度：６７０ｍｍ／ｓｅｃ
【００５５】
試験例５（比較例１）
アーク溶射装置を用い、銅ワイヤー（ワイヤー径１ｍｍ、９９．９９％純銅）を溶射材とし、基材にポリイミド基材を用い、下記条件でアーク溶射を行って複合材料を得た。
得られた複合材料の断面写真を図４に示す。
溶射被膜の積層状態が非常に劣悪で、貫通孔が多く見られた。
【００５６】
溶射条件は次の通りであった。
アーク溶射装置：ラボテック社製  ＬＢ―２０２
電流：１２０〜１４０Ａ
電圧：１７Ｖ
空気圧：７ｋｇ／ｃｍ３
溶射距離（溶射ガン先端から基材表面までの距離）：２５０ｍｍ
溶射ガン移動速度：８００〜１０００ｍｍ／ｓｅｃ程度（手動）
【００５７】
試験例６（比較例２）
基材をテフロングラスシートに変えて、試験例５と同じ溶射材料と溶射条件でアーク溶射により複合材料を得た。
得られた試験例６の複合材料の正面および斜めからの外観写真を図５と図６に示す。
図５と図６からもわかるように、全く被膜が形成できず、著しい基材の歪みによる破壊が認められた。
【００５８】
試験例７（密着性評価）
試験例１と試験例５で得られた複合材料にてスクラッチ試験を行った結果、本考案に係る試験例１では０から１００Ｎまで荷重をかけても、基材からの剥離が全く認められなかった。同じスクラッチ試験を３回（Ｎ＝３）行ったが、剥離は全く認められなかった。一方、比較例である試験例５では、Ｎ＝３の試験結果で、０からそれぞれ２８Ｎ、１５Ｎ、２０Ｎ付近の荷重で基材からの剥離が認められた。
この結果より、アーク溶射複合材に比べ、本考案による複合材が高い密着性を有する事が明らかである。
【００５９】
試験例８（圧縮試験）
試験例１と試験例２と試験例５で得られた複合材料にて、圧縮加工を行った。圧縮加工方法は、常温の室内で、平滑な金床上に、複合材料の溶射被膜側を上にして置き、金槌にて被膜を数回叩くことを繰返し、加工面を得た。この圧縮試験を試験例８−１〜８−３とする。
その結果、試験例１で溶射後の表面粗さＲａは５〜６μｍ程度だったものが、試験例８−１で得られた複合材料のＲａは２μｍ程度となり、表面に金属光沢も見られ、溶射被膜にも基材にも全く損傷が無かった。図７に圧縮加工後の断面写真を示す。
試験例２では、基材のテフロングラスシートの表面に凹凸があるため、溶射後の被膜粗さのみを測定することはできない。しかし、試験例８−２による圧縮加工後は、Ｒａは２〜３μｍとなり、表面に金属光沢も見られ、溶射被膜にも基材にも全く損傷が無かった。
比較例としての試験例５で得られた複合材料は、表面に金属光沢が見られた。しかし試験例８−３では図８の断面写真のように、圧縮加工中に部分的に溶射被膜が剥離してしまい、損傷の無い複合材料を得ることができなかった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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