JP2015214727A - Ｃｆｒｐ円筒のメッキ方法及び外面メッキ層を有するｃｆｒｐ円筒 - Google Patents

Abstract

【課題】エッチング処理を要することなく、ＣＦＲＰ円筒表面に高精度の金属層を形成することができるメッキ方法及び外面メッキ層を有するＣＦＲＰ円筒を得る。【解決手段】金属箔層と、熱硬化性接着剤層を有する接着性金属箔フィルム７０を準備するステップ；熱硬化性樹脂中に炭素繊維を含ませて熱硬化させたＣＦＲＰ円筒１００の外周に、該ＣＦＲＰ円筒１００の有効長をカバーする幅を有する上記接着性金属箔フィルム７０を巻回し、熱硬化性接着剤を介して接着する接着性金属箔フィルム７０巻回ステップ；該接着性金属箔フィルム７０を有するＣＦＲＰ円筒１００を熱処理してＣＦＲＰ円筒１００の外周に金属箔円筒層を一体化する金属箔層一体化ステップ；及び研削された金属箔円筒層の外面に外面金属メッキを施す外面金属メッキステップ；を有するＣＦＲＰ円筒１００のメッキ方法。【選択図】図３

Description

本発明は、ＣＦＲＰ（Carbon-Fiber-Reinforced Plastic、炭素繊維強化プラスチック）製円筒のメッキ方法及び外面メッキ層を有するＣＦＲＰ円筒に関する。

車両、飛行機等の軽量化を要求される分野において、金属製の部品をＣＦＲＰ円筒に置き換える動きが活発化している。中でも円筒状（棒状）の金属部品をＣＦＲＰ円筒に置き換えるとき、問題点の一つは、表面の強度（硬さ）と円筒としての寸法精度を如何に達成するかにある。具体的に、車両のショックアブソーバのピストンロッドをＣＦＲＰ円筒から構成するとき、ＣＦＲＰ円筒は、硬度、表面粗さ、寸法精度等を確保することが困難であり、必要な摺動性能（耐久性）を得ることができない。

樹脂製の円筒状部品の精度及び硬度を高めるために、樹脂材料の表面にエッチング処理を施して微小な孔を形成し、同表面に金属メッキ（一般的にニッケルメッキ）を施してアンカー効果により外面メッキ金属層を一体化する技術が知られている。しかし、このエッチング処理は、処理工数が多いだけでなく、環境負荷物質の使用が避けられない。また、樹脂製円筒状部品の外周に金属線材を螺旋状に巻き付けた後でメッキする方法（特許文献１）あるいは外面メッキ層の下地層として鉄メッキを施す方法（特許文献２）が提案されているが、いずれも、高い表面精度と寸法精度を持つ円筒状部品を得ることは困難である。

特開平３-２６７３９２号公報 特開平７-２０７４６０号公報

本発明は、エッチング処理を要することなく、ＣＦＲＰ円筒表面に高精度の金属層を形成することができるＣＦＲＰ円筒のメッキ方法及び外面メッキ層を有するＣＦＲＰ円筒を得ることを目的とする。

本発明は、ＣＦＲＰ円筒と外面金属メッキ層の間に、金属箔を介在させ、かつこの金属箔をＣＦＲＰ円筒を構成する熱硬化性樹脂と同じ熱硬化性樹脂（接着剤）を熱硬化させて予め一体化すれば、強固にＣＦＲＰ円筒に結合された円筒度の高いメッキ下地金属層を形成できるという着眼に基づいて完成されたものである。

すなわち、本発明によるＣＦＲＰ円筒のメッキ方法は、金属箔層と、熱硬化性接着剤層を有する接着性金属箔フィルムを準備するステップ；熱硬化性樹脂中に炭素繊維を含ませて熱硬化させたＣＦＲＰ円筒の外周に、該ＣＦＲＰ円筒の有効長をカバーする幅を有する上記接着性金属箔フィルムを巻回し、熱硬化性接着剤を介して接着する接着性金属箔フィルム巻回ステップ；該接着性金属箔フィルムを有するＣＦＲＰ円筒を熱処理してＣＦＲＰ円筒の外周に金属箔円筒層を一体化する金属箔層一体化ステップ；及び研削された金属箔円筒層の外面に外面金属メッキを施す外面金属メッキステップ；を有することを特徴としている。

金属箔層一体化ステップは、接着性金属箔フィルムを巻回したＣＦＲＰ円筒の外周に、ラッピングテープを巻いて接着性金属箔フィルムをＣＦＲＰ円筒外周に押し付けて相対移動を防ぎ、その状態で加熱処理することが好ましい。

また、加熱処理の終了後にラッピングテープを剥離した後、金属箔層の外周を研磨・研削して金属箔層の外面の清浄化、外径精度の向上を図ることが好ましい。

金属箔層一体化ステップによって金属箔円筒層を形成した後、上記金属箔円筒層上に下地メッキを施す下地メッキステップを介在させることが好ましい。この下地メッキステップの後には、金属箔円筒層の円筒度を向上させる研削ステップを介在させることが好ましい。

上記接着性金属箔フィルムは、金属箔と熱硬化性接着剤層の二層構造とすることができる。その金属箔の厚さは、１５〜７０μｍ、熱硬化性接着剤層（一般的にエポキシ樹脂層）の厚さは、２０〜１００μｍとすることが好ましい。金属箔の厚さが１５μｍ未満では、研削による樹脂除去および寸法調整が困難であり、７０μｍを超えると、接着性金属箔フィルムの切断や金属箔巻回時に曲げにくく成形が困難である。また熱硬化性接着剤層の厚さが２０μｍ未満では、ＣＦＲＰ円筒表面と金属箔の密着が困難であり、１００μｍを超えると、熱硬化時、表面へ流出する樹脂量が増えることがあり、好ましくない。金属箔は、銅箔が好ましいが、ニッケル等の金属箔を用いることも可能である。

上記接着性金属箔フィルム巻回ステップにおいて、ＣＦＲＰ円筒上に上記接着性金属箔フィルムを巻回するとき、巻回開始端部上に巻回終了端部をオーバラップさせることが好ましい。

本発明は、外面メッキ層を有するＣＦＲＰ円筒の態様では、炭素繊維を含む熱硬化性樹脂を熱硬化させて形成したＣＦＲＰ円筒；上記ＣＦＲＰ円筒の外周面に形成された一連のシート材からなる金属箔円筒層；及び上記金属箔円筒層の外周面に形成された外面金属メッキ層；を有することを特徴としている。

上記金属箔円筒層の巻回開始端部は、上記ＣＦＲＰ円筒に食い込んでいることが好ましい。また、上記金属箔は、具体的には銅箔が好ましく、上記外面金属メッキは、具体的には（硬質）クロムメッキが好ましい。

本発明は、ＣＦＲＰ円筒と外面金属メッキ層の間に、接着性金属箔フィルムを介して、ＣＦＲＰ円筒を構成する熱硬化性樹脂と同じ熱硬化性樹脂（接着剤）を介して金属箔層を介在させ、これを熱硬化させて予め一体化するので、強固にＣＦＲＰ円筒に結合されたメッキ下地金属層を形成できる。従って、この金属箔層（メッキ下地金属層）上に、高強度かつ高精度の外面金属メッキ層を形成することができる。

ＣＦＲＰ円筒に対する接着性銅箔フィルムの巻回ステップを示す斜視図である。 接着性銅箔フィルムを巻回したＣＦＲＰ円筒に対してラッピングテープを巻回する状態を示す斜視図である。 同接着性銅箔フィルムの巻回ステップ、巻き終わり端処理ステップ、研削ステップ及び外層メッキ処理ステップを示す模式断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、接着性銅箔フィルムの巻き終わり部分の異なる状態例を示す模式断面図である。 接着性銅箔フィルムの巻き終わり部分の好ましくない状態例を示す模式断面図である。 接着性銅箔フィルムの外周に硬質メッキ処理を施しさらに研削した状態を示す模式断面図である。 ＣＦＲＰ円筒にメッキ処理を施す際のメッキ装置を示す概念図である。

以下、図面を参照して、本発明によるＣＦＲＰ円筒のメッキ方法の一実施形態を説明する。本実施形態では、直径が２０ｍｍφ前後の硬質クロムメッキＣＦＲＰ円筒を作製するステップ例を示している。

熱硬化性樹脂中に炭素繊維を含ませて熱硬化させたＣＦＲＰ円筒１００自体は既によく知られており、市販もされている（例えば(株)信濃工業製）。またその作製方法も、主にプリプレグタイプと、フィラメントワインディングタイプが知られている。プリプレグタイプは、熱硬化性樹脂中に種々の繊維方向と量の炭素強化繊維を含ませた複数のシート（プリプレグ）を用意し、このプリプレグを芯金に複数層巻回して作製するものであり、フィラメントワインディングタイプは、熱硬化性樹脂を含浸させた炭素強化繊維を芯金に多数回巻き付けて作製するものである。いずれも成形後加熱硬化することによりＣＦＲＰ円筒１００が得られる。炭素強化繊維の種類、太さ、弾性率等の物理的性質は、種々知られている。また、炭素強化繊維に含浸させる熱硬化性樹脂は、基本的にいかなるものでも使用し得る。例えばエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、ピーク樹脂、ポリイミド樹脂などを用いることができるが、中でもエポキシ樹脂が好ましい。いずれにしても、本発明は、ＣＦＲＰ円筒１００自体の構成を問うものではない。

「接着性金属箔（銅箔）フィルム準備ステップ」
接着性銅箔フィルム（接着性銅箔シート、銅箔樹脂積層シート（フィルム））７０は、図１、図４に示すように、外側の銅箔層７０Ａと、内側の熱硬化性接着剤層７０Ｂの二層構造からなるもので、熱硬化性樹脂層７０Ｂを構成する熱硬化性樹脂は、ＣＦＲＰ円筒１００を構成する熱硬化性樹脂と同様に、例えばエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、ピーク樹脂、ポリイミド樹脂などを用いることができるが、中でもエポキシ樹脂が好ましい。

「接着性金属箔（銅箔）フィルム巻回ステップ」
ＣＦＲＰ円筒１００は、加熱硬化後その外周に研削・研磨処理を施して円筒度を高めたものを使用する。接着性銅箔フィルム７０の幅Ｗは、ＣＦＲＰ円筒１００の有効長Ｌに対応しており、展開長Ｄは、接着性銅箔フィルム７０を１回（１層）巻回することで、ＣＦＲＰ円筒１００の外周面全面に接着性銅箔フィルム７０（銅箔層７０Ａ）を位置させることができる長さに設定されている。つまり、接着性銅箔フィルム７０の展開長ＤはＣＦＲＰ円筒１００の周長より僅かに長く、巻き終わり（巻回終了端部７０Ｅ）が巻き始め（巻回開始端部７０Ｓ）上に若干オーバラップする（図３上中）。

「ラッピングテープ巻回工程」
接着性銅箔フィルム７０を巻回したＣＦＲＰ円筒１００は、次に、図２及び図３上右に示すように、耐熱性のラッピングテープＷＴを巻回して、接着性銅箔フィルム７０とＣＦＲＰ円筒１００とをしっかりと密着固定する。このラッピングテープＷＴは、例えば信越フィルム(株)製で厚さ２５μｍ程度のラッピングテープを用いることができる。このラッピングテープＷＴは、次の加熱工程において接着性銅箔フィルム７０とＣＦＲＰ円筒１００を強固に一体化するために有用である。

銅箔層７０Ａの厚さは、１５〜７０μｍとし、熱硬化性樹脂層７０Ｂの厚さは、２０〜１００μｍとすることが好ましい。金属箔の厚さが７０μｍを超えると、後の研削ステップでの研削量を多くとれるため寸法及び真円度調整が容易である反面、曲げ難くなるため小径であるほど巻付時の作業性が悪くなる。逆に１５μｍ未満では、研削による樹脂除去および寸法調整が困難であり、また、薄いため巻回作業中に接着性金属箔フィルムの切断が生じるおそれがある。また熱硬化性接着剤層の厚さが２０μｍ未満では、ＣＦＲＰ円筒表面と金属箔の密着が困難であり、１００μｍを超えると、熱硬化時、表面へ流出する樹脂量が増加する、あるいはラッピングテープＷＴのテープ痕が深くなることがある。

「熱処理ステップ（金属箔層一体化ステップ）」
ＣＦＲＰ円筒１００に対する接着性銅箔フィルム７０の巻回を終了した後、加熱装置により加熱して熱硬化性樹脂層７０Ｂを硬化させる。ＣＦＲＰ円筒１００には、熱硬化性樹脂材料が含まれており、接着性銅箔フィルム７０の熱硬化性樹脂層７０Ｂが加熱硬化すると、ＣＦＲＰ円筒との一体性を高めることができる。両熱硬化性樹脂は、ともにエポキシ樹脂とするのが実際的である。この熱処理ステップでは、例えば１３０℃程度で、１時間程度加熱すると、ＣＦＲＰ円筒１００と接着性銅箔フィルム７０（銅箔層７０Ａ）を強固に結合することができる。熱処理ステップが終了したら、ラッピングテープＷＴを剥離する。

図３下左及び図４は、熱処理が終了しラッピングテープＷＴを除去した状態における接着性銅箔フィルム７０の巻回終了端部７０Ｅと巻回開始端部７０Ｓの状態を誇張して描いている。同図（Ａ）は、接着性銅箔フィルム７０の巻回終了端部７０Ｅの巻回開始端部７０Ｓに対する重畳量（オーバラップ量、長さ）が小さい状態を示し、同（Ｂ）は、同重畳量が若干大きい状態を示している。いずれの状態でも熱処理終了状態では、接着性銅箔フィルム７０の巻回開始端部７０ＳがＣＦＲＰ円筒１００内に食い込んでいる状態が確認された。この食い込みは、ラッピングテープＷＴと熱処理の相乗効果と考えられる。

一方、図５は、この熱処理ステップ及びラッピングテープＷＴの剥離が終了した状態において、接着性銅箔フィルム７０の巻き終わりにエポキシ樹脂７０Ｂ’がはみ出している状態を示している。このはみ出し接着剤７０Ｂ’は、例えば、接着性銅箔フィルム７０とＣＦＲＰ円筒１００との間に付加熱硬化性樹脂層を介在させたとき、その付加熱硬化性樹脂層が過剰な場合に生じる。このはみ出し接着剤７０Ｂ’を除去するため、円筒度を高めるため、あるいはラッピングテープＷＴによる微細な凹凸（テープ痕）を除去するために、ラッピングテープＷＴの除去後に、研磨・研削処理を行うことが好ましい。あるいは、はみ出し接着剤７０Ｂ’の除去を容易にするように、ラッピングテープＷＴを巻回する前に銅箔層７０Ａの表面に離型剤を塗布してもよい。

「銅メッキ（下地メッキ）処理ステップ」
以上の処理が終了した状態では、接着性銅箔フィルム７０の表面、特にその巻回開始端部７０Ｓと巻回終了端部７０Ｅのオーバラップ部に微細な段差が生じるのが避けられない（図３下左、図４）。そこで、接着性銅箔フィルム７０上に銅メッキ（下地メッキ）処理を施す。図７はメッキ処理装置８０の概念図である。メッキ処理装置８０は、メッキ液を投入するメッキ液槽８１と、メッキ電源８２を備えている。銅メッキ液を投入したメッキ液槽８１に、ＣＦＲＰ円筒１００と陽極８３を浸漬し、接着性銅箔フィルム（銅箔円筒）７０をメッキ電源８２の陰極に接続して、メッキ電流を流すことにより、銅箔円筒７０の表面に銅メッキ円筒層７１（図３下中、図６）を形成する。この銅メッキ処理により、ＣＦＲＰ円筒１００上の接着性銅箔フィルム７０（銅箔層７０Ａ）の巻き始め７０Ｓと巻き終わり７０Ｅの段差が埋まり、銅箔層７０Ａ表面の微細な凹凸が埋まって円筒度が高まる。図３では、この同メッキ円筒層７１を模式的に描いているが、同メッキ円筒層７１は、接着性銅箔フィルム７０の巻き始め７０Ｓと巻き終わり７０Ｅの段差を埋める（あるいは接着剤層７０Ｂの露出を防ぐ）厚さであればよい。具体的には、メッキ円筒層７１の厚さは、５０〜３００μｍ程度であり、メッキ処理条件は、この範囲のメッキ厚が得られるように定める。

「研削処理ステップ」
以上の銅メッキ処理を施したＣＦＲＰ円筒１００に対して、好ましくは、研削・研磨処理を施してさらに円筒度を高める。

「硬質クロムメッキ処理（外面金属メッキ層形成）ステップ」
研削処理の終了したＣＦＲＰ円筒１００の銅箔円筒７０（同メッキ層７１）の上に、さらに硬質クロムメッキを施す処理である。メッキ工程自体は周知であり、図７に概念的に示したメッキ処理装置８０によって行うことができる。この硬質クロムメッキ処理によって、図３下右及び図６に概念的に示すように、ＣＦＲＰ円筒１００の最外周にクロム円筒層９０が形成される。周知のように、クロムは硬質な金属であり、機械的強度及び摺動性に優れる。このクロム円筒層９０の厚さは、例えば、２０〜３０μｍ程度であり、メッキ処理条件は、この範囲のメッキ厚が得られるように定める。

「寸法調整研削処理ステップ」
最終的に、メッキ付きＣＦＲＰ円筒１００の外径寸法を機械的に整える処理である。この処理を終了することで、金属部品と同等の寸法精度、機械強度をもちながら、軽量なシャフト状部品を得ることができる。

以上の実施形態の各ステップにおいて、「銅メッキ処理ステップ」、「研削処理ステップ」、「寸法調整研削処理ステップ」は省略することが可能である。

１００ ＣＦＲＰ円筒
７０ 接着性銅箔フィルム（接着性金属箔フィルム）
７０Ａ 銅箔層（金属箔層）
７０Ｂ 熱硬化性樹脂層(熱硬化性接着剤層)
７１ 同メッキ円筒層
８０ メッキ処理装置
８１ メッキ槽
８２ メッキ電源
８３ 陽極
９０ クロム円筒層

Claims (14)

1. 金属箔層と、熱硬化性接着剤層を有する接着性金属箔フィルムを準備するステップ；
   炭素繊維を含む熱硬化性樹脂を熱硬化させて形成したＣＦＲＰ円筒の外周に、該ＣＦＲＰ円筒の有効長をカバーする幅を有する上記接着性金属箔フィルムを巻回し、上記熱硬化性接着剤を介して接着する接着性金属箔フィルム巻回ステップ；
   該接着性金属箔フィルムを有するＣＦＲＰ円筒を熱処理してＣＦＲＰ円筒の外周に一体化された金属箔円筒層を形成する金属箔層一体化ステップ；及び
   上記金属箔円筒層の外面に外面金属メッキを施す外面金属メッキステップ；を有することを特徴とするＣＦＲＰ円筒のメッキ方法。
2. 請求項１記載のＣＦＲＰ円筒のメッキ方法において、上記金属箔層一体化ステップと外面金属メッキステップとの間に、上記金属箔円筒層上に下地メッキを施す下地メッキステップが介在しているＣＦＲＰ円筒のメッキ方法。
3. 請求項２記載のＣＦＲＰ円筒のメッキ方法において、上記下地メッキステップの次に、上記金属箔円筒層の表面を研削して円筒度を高める研削ステップが介在しているＣＦＲＰ円筒のメッキ方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項記載のＣＦＲＰ円筒のメッキ方法において、上記接着性金属箔フィルムの金属箔層の厚さは、１５〜７０μｍ、熱硬化性接着剤層の厚さは、２０〜１００μｍであるＣＦＲＰ円筒のメッキ方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項記載のＣＦＲＰ円筒のメッキ方法において、上記接着性金属箔フィルム巻回ステップにおいてＣＦＲＰ円筒上に上記接着性金属箔フィルムを巻回するとき、巻回開始端部上に巻回終了端部をオーバラップさせるＣＦＲＰ円筒のメッキ方法。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項記載のＣＦＲＰ円筒のメッキ方法において、上記金属箔層一体化ステップは、接着性金属箔フィルムを巻回したＣＦＲＰ円筒の外周に、ラッピングテープを巻いて接着性金属箔フィルムをＣＦＲＰ円筒外周に押し付けた状態で行われるＣＦＲＰ円筒のメッキ方法。
7. 請求項６記載のＣＦＲＰ円筒のメッキ方法において、上記ラッピングテープを剥離した後、金属箔層の外周を研磨・研削ステップが介在しているＣＦＲＰ円筒のメッキ方法。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項記載のＣＦＲＰ円筒のメッキ方法において、上記金属箔は銅箔であるＣＦＲＰ円筒のメッキ方法。
9. 請求項１ないし６のいずれか１項記載のＣＦＲＰ円筒のメッキ方法において、上記外面金属メッキはクロムメッキであるＣＦＲＰ円筒のメッキ方法。
10. 請求項２ないし９のいずれか１項記載のＣＦＲＰ円筒のメッキ方法において、上記下地メッキは銅メッキであるＣＦＲＰ円筒のメッキ方法。
11. 炭素繊維を含む熱硬化性樹脂を熱硬化させて形成したＣＦＲＰ円筒；
    上記ＣＦＲＰ円筒の外周面に形成された一連のシート材からなる金属箔円筒層；及び
    上記金属箔円筒層の外周面に形成された外面金属メッキ層；
    を有することを特徴とする外面メッキ層を有するＣＦＲＰ円筒。
12. 請求項１１記載の外面メッキ層を有するＣＦＲＰ円筒において、上記金属箔円筒層の巻回開始端部は、上記ＣＦＲＰ円筒に食い込んでいる外面メッキ層を有するＣＦＲＰ円筒。
13. 請求項１１または１２記載の外面メッキ層を有するＣＦＲＰ円筒において、上記金属箔円筒層は銅箔からなる外面メッキ層を有するＣＦＲＰ円筒。
14. 請求項１１ないし１３のいずれか１項記載の外面メッキ層を有するＣＦＲＰ円筒において、上記外面金属メッキ層はクロムからなる外面メッキ層を有するＣＦＲＰ円筒。
    

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