(57)【要約】  【課題】過剰な張力や衝撃を与えることなく、しかも繊維切れの発生がなく、確実な開繊を可能とした均一な金属被覆がなされ高品質の製品を製造することを可能にする炭素繊維束に対する金属被覆方法を提供する。  【解決手段】開繊が最も適切になされる真円度が５０％以上９５％未満の炭素繊維からなる炭素繊維束(1) をロール電極(5,7) を介して電気メッキ槽(9) 中に導き、炭素繊維束(1) の張力を炭素繊維の切断が発生せずに且つ開繊の容易な１０ｇ以上５０ｇ未満の範囲に制御して金属を被覆処理する。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真円度が５０％以上９５％未満の炭素繊維からなる炭素繊維束をロール電極を介して電気メッキ槽中に導き、炭素繊維束の張力が１０ｇ以上５０ｇ未満の範囲で金属を被覆する金属被覆炭素繊維の製造方法。
【請求項２】
炭素繊維が、その表面に繊維軸方向に沿った皺を有し、該皺の最大深さの値が３ｎｍ以上である炭素繊維である請求項１記載の金属被覆炭素繊維の製造方法。  
【請求項３】
ロール電極上での炭素繊維束の幅が炭素繊維１０００本当たり０．２５〜２．５ｍｍである請求項１又は２記載の金属被覆炭素繊維の製造方法。
【請求項４】
ロール電極の外周速度が、駆動機器により制御されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属被覆炭素繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数本の炭素繊維束に連続して電気メッキを施す金属被覆炭素繊維の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属メッキされた炭素繊維は、コンピューター、デジタル機器の電磁波遮蔽用材料、いわゆるＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）シールド材として、また、電子機器から放射する電磁波をシールドする材料として注目をあびている。
【０００３】
従来、これら炭素繊維に均一な金属被覆を施す方法として、メッキ液流を炭素繊維に円弧状又は円錐状に噴出させて炭素繊維束を開繊して金属被覆を施す方法や、メッキ槽内の底部側から炭素繊維にメッキ液を噴出させ金属被覆を施す方法、更には、炭素繊維をメッキ槽中のメッキ液上面近傍に接触するように導糸しながら金属被覆を施す方法が知られている。ここに用いるメッキ液は、その濃度管理やＰＨ調整等においては、一般的にある範囲内の管理領域にて管理するようなメンテナンスを実施すべきであり、これら管理されたメッキ液をメッキ槽内から抜液するとともに、ポンプにてメッキ液に吐出圧力を与え、前述した如く噴出等を行っていた。或いはメッキ槽からオーバーフローしたり、炭素繊維に保持され槽外に持ち出されるメッキ液を循環、又は新規にメッキ槽中に補充し、メッキ槽中の液量や組成を確保していた。これらの公知技術に関し、特に炭素繊維束の電気メッキ槽中での開繊状態をコントロールすることが、均一な金属被覆状態の発現には重要であるため、種々の発明がなされてきた。
【０００４】
具体的には、例えば特開平３−１０４９８４号公報（特許文献１）には、炭素繊維束にかかる断面積当たりの張力を７６ｇ／ｍｍ2 以上１２７ｇ／ｍｍ2 以下の範囲とし、エアーバブリングを行いながら金属被覆を行う方法が開示されている。ここで言う炭素繊維束の断面積は、炭素繊維束を構成する炭素繊維の径やフィラメント数によって異なった値を示し、各種炭素繊維束に適用可能な範囲であると判断されるため、例えば、炭素繊維直径が９〜１２μｍであり、炭素繊維１２０００本からなる炭素繊維束の総実断面積値で、上記張力範囲を除すると、５６ｇ／トウ〜１６７ｇ／トウの範囲となり、この範囲においてエアバブリングを行いながら金属被覆を実施すると良好な製品が得られる、との記載内容であることが理解できる。
【０００５】
また、特許第１６４５８５１号公報（特許文献２）には、繊維束をメッキ槽に通して連続的にメッキする方法において、繊維束のメッキ槽への導入を連続的に行い、かつ、繊維束のメッキ槽からの導出を間欠的に行うことにより、メッキ槽内において繊維束が間欠的に無張力状態となって開繊することを特徴とする金属被覆の方法が開示されている。
【０００６】
更には、特許第１６７５８４５号公報（特許文献３）には、繊維束をメッキ槽に通して連続的に金属被覆する方法において、複数のメッキ槽内にて繊維束の無張力状態のたるみを順次、または同時に形成させながら繊維束の開繊状態を保持して金属被覆を行うことを特徴とする方法が開示されている。
【特許文献１】特開平３−１０４９８４号公報
【特許文献２】特許第１６４５８５１号公報
【特許文献３】特許第１６７５８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの従来技術よれば、以下のような課題があった。
すなわち、上記特許文献１にあっては、炭素繊維束に所定張力を掛け、炭素繊維束の収束状態を保ちつつ、エアーバブリングを行うことによって強制的に収束状態の炭素繊維束を開繊し、均質な金属被覆を行う方法であるが、このエアーバブリングなどの衝撃によって、炭素繊維束が切断されることにより毛羽が発生する頻度が増えるばかりでなく、メッキ槽中に沈降していた繊維の毛羽が舞い上がり、炭素繊維束に付着した状態で金属被覆が施され、結果として商品品質が良好ではなくなる場合があった。
【０００８】
また、特許文献２又は特許文献３にあっては、メッキ槽内において繊維束を間欠的に、或いは連続的に無張力状態とおいて開繊する。メッキ槽内にあって繊維束は無張力状態にあるため形態保持性はなく、炭素繊維束の開繊状態にも斑が発生するため、時折、金属被覆斑が発生することがあるばかりでなく、一度無張力状態とおいて極めて広範囲に開繊した繊維束を、改めて所定巾の繊維束に収束することは容易ではなく、これらの文献には開示されてはいないが、当然にダイス等の細孔を通過させる等の工程を採用する必要がある。ダイス等の細孔を通過させる際に、これもまた当然のことながらフィラメントが切断されることが多く、仮に金属被覆が良好に行われたとしても、得られる製品品質が悪化することがあった。
【０００９】
そのため、炭素繊維束を無張力状態におき広範囲に開繊を行う方法や、或いは炭素繊維束に適度な張力を加えなから、同時にエアバブリング等に行って衝撃を与えて開繊する方法を採用せずに、良好で均一な金属被覆を行う方法が強く望まれていた。
【００１０】
本発明は前述のような課題を解決すべくなられたものであり、具体的な目的は過剰な張力や衝撃を与えることなく、しかも繊維切れの発生がなく、確実な開繊を可能とした均一な金属被覆がなされ高品質の製品を製造することが可能な炭素繊維束に対する金属被覆方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的を達成すべく、本発明者等は鋭意検討の結果、炭素繊維束への金属メッキが安定して且つ良好に行うことのできる方法に関する発明をするに至った。すなわち本発明の主要な構成は、複数の炭素繊維からなる炭素繊維束を連続的にボビンから巻き出し、第一電極ロールを介して電気メッキ槽に導入することにより得られる金属被覆炭素繊維の製造方法において、該炭素繊維の真円度が５０％以上９５％未満であり、かつ該電気メッキ槽中の炭素繊維束の張力が１０ｇ以上５０ｇ未満の範囲であることを特徴とする金属被覆炭素繊維の製造方法にある。
【００１２】
上記炭素繊維の表面に繊維軸方向に沿った皺を有し、該皺の最大深さの値が３ｎｍ以上である炭素繊維束を用いることが好ましく、同時に電極ロール群上にある炭素繊維束を構成する炭素繊維１０００本当たりの巾が０．２５〜２．５ｍｍであることが望ましく、更には前述の電極ロール群において、該電極ロール群を構成する各電極ロールの外周速度が、駆動機器により制御されることが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の金属被覆炭素繊維の製造方法により、炭素繊維束を無張力状態にて広範囲な開繊を行わことなく、炭素繊維束に適度な張力を加えた状態にあり、しかもエアバブリング等の炭素繊維束に対して衝撃力を与えるような開繊方法を採用せずに、炭素繊維束に良好で安定した金属被覆を行うことが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の製造方法の好適な実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は、本発明の製造方法に適用可能な連続繊維の金属メッキ方法の一例を示す概略図である。
【００１５】
図１において、炭素繊維束１はボビン２から巻き出される。
本発明に用いられる炭素繊維束１は、例えば、炭素繊維が１０００から１０００００本束ねられたようなものであり、その本数は、１０００本から４８０００本程度が好ましい。１０００本を下回る本数であると、得られる金属被覆炭素繊維の生産性が不十分なことから価格が高くなり、一方４８０００本を上回ると、金属メッキを施す際に炭素繊維１本１本の間にメッキ液が入り込みにくくなるため、均質な金属被覆が困難になる傾向がある。また炭素繊維束１は、１束の炭素繊維束に限らず、複数の炭素繊維束を同時に工程に供給することも可能である。
【００１６】
これら炭素繊維束１を巻き出すボビン２は、一般的な巻き形態を適用することができ、そのときの巻き出し張力についても、炭素繊維束のフィラメント数等により適宜調整すれば良い。
【００１７】
ボビン２から巻き出された炭素繊維束１は、炭素繊維束１に付着した異物等を除去する目的で、洗浄装置により表面を洗浄されることが好ましい。洗浄装置３は、例えば洗浄槽３ａ、複数のロール３ｂ〜３ｄ、洗浄液３ｅ等を備え、連続的に炭素繊維束１を洗浄することができる。また洗浄液３ｅの種類は、例えば酸やアルカリ、水などを用いることが可能であり、被洗浄物に合わせて適宜選定することができる。また、複数種類の洗浄液を用いる場合は、図示の洗浄槽３ａを複数槽使用することが可能である。
【００１８】
洗浄工程３にて異物が除去された炭素繊維束１は、メッキ工程４に導入され、金属被覆が施され、その後、メッキ工程４から送り出される。メッキ工程４は例えば、メッキ工程４の導入部に配された電極ロール５、メッキ槽９の上部に配されメッキ液１０中に浸漬された２本のロール６，６及び各ロール６，６に対峙して配された陽極を備えている。メッキ工程４は、施すメッキ厚さや炭素繊維束１の工程速度などによりその仕様を適宜決定すればよく、例えばそのメッキ工程４のメッキ速度を向上させるためには、メッキ槽９を複数槽併置することが可能である。
【００１９】
またメッキ槽９中のメッキ液についても、施す金属被覆の種類により、その組成を適宜選定することができる。ここで、メッキの種類とは、通常の電気メッキが可能な全ての金属が対象となり、例えば、ニッケルや銅、コバルト、スズ、銀、金、さらにはそれらの合金が挙げられる。
【００２０】
本発明のメッキ工程４は、洗浄槽３から送り出された炭素繊維束１が電極ロール５に接触しながら一方向に走行する。電極ロール５は陰極であり、メッキ液１０中に陽極８を配置しており、メッキ液１０中で炭素繊維束１を介して通電することにより、メッキ液１０中の金属成分を炭素繊維束１の構成繊維の表面に付着させる。炭素繊維束１に通電する電流値は、金属メッキの種類や厚さ、炭素繊維束１の工程速度等により適宜決定することができる。
【００２１】
炭素繊維束１は、前述の如く電極ロール５に接した後にメッキ液１０中で複数のロール類６にて担持された状態でメッキが施され、その後、ロール７を介してメッキ工程４から導出される。
【００２２】
本発明の炭素繊維束１を用いた金属被覆炭素繊維の製造方法においては、該炭素繊維の真円度が５０％以上９５％未満であり、かつ、該電気メッキ槽中の炭素繊維束の張力が１５ｇ以上８５ｇ未満の範囲であることが重要である。
【００２３】
すなわち、炭素繊維束１を構成する炭素繊維の真円度が５０％以上９５％未満であることによって、炭素繊維束１の開繊性が極めて良好となり、特に電気メッキ槽９中の炭素繊維束１に１０ｇ以上５０ｇ未満の張力を付与した場合において、炭素繊維束の良好な収
束状態によって、金属被覆が均質に付与され、かつ、毛羽の発生を抑制することが可能となると同時に、再集束の容易さも同時に発現することが可能となる。
【００２４】
該炭素繊維の真円度については、該真円度が５０％未満であると、メッキ槽９中での炭素繊維束１の収束状態が悪くなり、必要以上の開繊がなされるため毛羽が多く発生すると共に、再集束が困難となる。また、該真円度が９５％以上となると、メッキ槽９中での炭素繊維束１の開繊性が悪化し、炭素繊維束１を構成する炭素繊維１本１本に均一な金属被覆が困難となる。
【００２５】
一方、該真円度が前述した範囲内であっても、炭素繊維束１に付与する張力が１０ｇ未満の場合は、メッキ槽９中における炭素繊維束１の収束状態が悪くなり、必要以上の開繊がなされるため毛羽が多く発生すると共に、再集束が困難となる。また、該張力が５０ｇ以上であると、メッキ槽９中における炭素繊維束１の開繊性が悪化し、炭素繊維束１を構成する炭素繊維１本１本に対する均一の金属被覆が困難となる。該炭素繊維の真円度が７５％以上９５％未満であり、かつ、該電気メッキ槽中の炭素繊維束の張力が１０ｇ以上５０ｇ未満の範囲であることにより、均質であり、かつ毛羽等の異物が含まれない良好な金属被覆炭素繊維を得ることが可能となる。また、該張力の範囲は、１５ｇ以上４５ｇ未満の範囲であることが、良好な金属被覆炭素繊維を得る点でより好ましい。
【００２６】
本発明に使用可能な炭素繊維束１の種類については特に限定されるものではないが、炭素繊維束１を構成する炭素繊維の本数に関しては、前述の開繊性効果が発現されやすくなる面から１０００本以上４８０００本未満が好ましく、３０００本以上２４０００本以上がより好ましい。
【００２７】
本発明の金属被覆炭素繊維の製造方法においては、該炭素繊維の表面に繊維軸方向に沿った皺を有し、該皺の最大深さの値が３ｎｍ以上である炭素繊維束を用いることが好ましい。すなわち、該皺の最大深さの値が３ｎｍ以上であることにより、炭素繊維同士の接触面積が減少し、該炭素繊維束１の開繊性が向上する傾向にあるばかりでなく、被覆された金属が剥離しにくくなる傾向になるためである。該皺の最大深さについては、３ｎｍ以上が好ましく、１０ｎｍ以上がより好ましい。また該皺の本数としては、１０本以上が好ましく、２０本以上がより好ましい。
【００２８】
また、電極ロール５上の該炭素繊維束１を構成する炭素繊維１０００本当たりの巾が０．２５〜２．５ｍｍであることが好ましい。すなわち、前述の如く、炭素繊維の真円度や炭素繊維束に与える張力を、所定の範囲とした場合に、更に、該炭素繊維束１に与える電流値が一定となるように制御し、炭素繊維束１の導出側に配された電極ロール７への接触面積を炭素繊維束１のサイズに適した範囲とすることで、炭素繊維束１への金属被覆精度がより向上する傾向にあるためである。
【００２９】
更には、前述の電極ロール７において、該電極ロール７の外周速度が、駆動機器により制御されることが好ましい。すなわち、特に、該炭素繊維束１の金属被覆状態を所定の状態とするためには、該炭素繊維束１のメッキ槽９中の滞在時間を制御することが好ましく、従って、該炭素繊維束１の移動速度は、所望される金属被覆状態を得るよう所定速度となるよう制御されることが好ましいが、一方、該炭素繊維束１の前記電極ロール７との接触状態をも同時に制御されることが好ましく、電極ロール７の外周速度を制御し、該炭素繊維束１の移動速度を該外周速度と合致させることによって、前述の所望された金属被覆状態を発現することができる。
【００３０】
ここで記載する、前記電極ロール７の外周速度の駆動機器を用いた制御方法については特に限定されるものでないが、例えば駆動機器にインバーターモーターを用い、制御部において周波数制御を行うことは、設備構成が簡便であるばかりではなく、簡易に該外周速度を変更可能とする上に、速度変動もほとんど発生しない点で好ましい方法である。
【００３１】
以上述べた如く、金属被覆炭素繊維の製造方法において、炭素繊維束を構成する該炭素繊維の真円度が５０％以上９５％未満であり、かつ該電気メッキ槽中の炭素繊維束の張力が１０ｇ以上５０ｇ未満の範囲である製造方法を用いることは、良好な金属被覆炭素繊維を得るための極めて有効な手段である。また、該炭素繊維の表面に繊維軸方向に沿った皺を有し、該皺の最大深さの値が３ｎｍ以上である炭素繊維束を用いた製造方法を用いることは好ましく、あるいは、電極ロール群上の該炭素繊維束を構成する炭素繊維１０００本当たりの巾が０．２５〜２．５ｍｍである製造方法と用いること、更には、前述の電極ロール群において、該電極ロール群を構成する各電極ロールの外周速度が、駆動機器により制御される製造方法を用いることは好ましい。
【００３２】
次に本発明に係わる実施例及び比較例について説明する。
真円度の測定及び皺の深さは、次の方法により求めた。
＜真円度の測定＞
評価すべき炭素繊維単糸を数本纏めて直径１ｍｍのゴムチューブの中を通したものを剃刀で垂直に切断し、走査型電子顕微鏡を用いて炭素繊維断面の形態を観察した。断面の中心を通るように直径を測定し、最も長い直径を直径Ｒａ、最も短いをＲｂとし、真円度Ｒを次の式（１）より計算した。
Ｒ（％）＝（Ｒｂ／Ｒａ）×１００  ……（１）
各サンプルにつき１０点の測定を行い、平均値を求めた。
【００３３】
＜皺の深さ＞
評価すべき炭素繊維単糸を数本ヘモカバーグラス上にのせ、両端を接着液（例えば、文具の修正液）で固定したものをサンプルとし、原子間力顕微鏡（セイコーインスツルメンツ製、ＳＰＩ３７００／ＳＰＡ−３００）によりシリコンナイトライド製のカンチレバーを使用してＡＦＭモードにて測定を行う。各炭素繊維単糸の任意の３μｍの範囲を測定し、得られた測定画像を二次元フーリエ変換を行い、炭素繊維表面の曲率、すなわち、緩やかな凹凸変形など相当する低周波成分をカットした後、逆変換を行い、炭素繊維表面の曲率に由来する凹凸を除き、急峻な皺形状のみを表示するものとする。前記の処理を施して得られる平面画像の任意の断面について、表示されている皺の深さを測定する。すなわちこの方法においては、皺の深さは、概ね円形の断面の外延を仮定し、その外延からの皺の先端までの深さとして測定される。これら得られた測定値のなかで、最も大きい値を「皺の最大深さ」と定義する。
【実施例１】
【００３４】
炭素繊維束に、繊度８０００ｄTex 、フィラメント数１２，０００本、サイジング剤が付着していない炭素繊維束（三菱レイヨン（株）パイロフィルTR50S-12K ）を用いた。該炭素繊維の真円度は６０％、皺の最大深さは５０ｎｍであった。この炭素繊維を、直銅部寸法が、長さ８００ｍｍ、巾５２０ｍｍ、高さが５３５ｍｍであるメッキ槽近傍に付設された電極ロールを経て、メッキ液中に導入し、ロールを経て導出し、金属被覆処理を行った。ここで、電極ロールには、インバーターモータを接続し、インバーター制御を行って、炭素繊維束の処理速度を１．５ｍ／ｍｉｎとした。この時の炭素繊維の張力を、張力計（東京精機(株)ダイヤルテンションゲージＤＴＦ−Ｂ−２５０）を用いて連続的に測定したところ、該張力の値は４５±５ｇであった。
【００３５】
得られた金属被覆炭素繊維を走査型電子顕微鏡で観察した所、金属被覆厚さは０．２５±０．０４μｍであり、被覆剥離状態のない良好な金属被覆炭素繊維を得ることができた。
【比較例１】
【００３６】
実施例１における炭素繊維の張力を１５０ｇとする以外は、全て実施例１と同じ条件下で、炭素繊維束に金属被覆を施した。
【００３７】
得られた金属被覆炭素繊維を走査型電子顕微鏡で観察した所、炭素繊維束の中央部あたりの金属被覆厚さが約０．２μｍと若干薄く、良好で均一な金属被覆炭素繊維を得ることができなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の製造方法に適用可能な連続繊維の金属メッキ工程の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３９】
１          炭素繊維束
２          ボビン
３          洗浄槽
３ａ〜３ｃ  ロール
４          メッキ工程
５          電極ロール
６，７      ロール
８          陽極
９          メッキ槽
１０        メッキ液
【図１】
2005097776.tif 000003