JP7129379B2 - メッキ線におけるメッキ密着強度の評価方法、及びこれに適用される試験サンプルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、芯線の表面に金属メッキ層を形成したメッキ線におけるメッキ密着強度の評価方法、及びこれに適用される試験サンプルの製造方法に関する。

近年、軽量でありながら高い引張耐力を有する高強度繊維からなる芯線の表面に装飾や導電性などの機能を与えるメッキを施したメッキ線が提案されている。かかるメッキ線を各種用途に適用するには、芯線とメッキ層とが均一かつ高信頼性をもって密着し、装飾や機能を担うメッキ層が脱落しないようにする必要がある。このため、芯線とメッキ層との密着性を定量的に評価するメッキ密着強度の評価方法が求められている。

メッキ材料の密着性試験方法については、ＪＩＳ Ｈ ８５０４において、押出し試験、引張試験、曲げ試験、巻き付け試験、引きはがし試験等の１１種類の手法が規定されている。しかしながら、これらの手法は、ほとんどがメッキ材料と被着体との定性的な評価をするものである。

例えば、特許文献１では、汎用エンジニアリングプラスチックの表面に金属メッキを施した複合材料の金属メッキ層の密着強度の非破壊評価方法として、メッキ被着体であるエンジニアリングプラスチックの表面の官能基を赤外分光法によって測定し、その結果に基づいて金属メッキと被着体との密着強度を推定する方法が開示されている。

一般的に、金属メッキは比較的面積の大きい平面や曲面に与えられることが多く、上記したような金属メッキ層の密着強度の評価方法を繊維表面のメッキ密着強度の評価にそのまま適用することは難しい。一方、マトリクス中に繊維を分散させた繊維強化複合材料においては、繊維とマトリクス樹脂材料との密着強度の評価が行われている。

例えば、特許文献２では、繊維強化複合材料において、マトリクス樹脂材料と繊維フィラーとの界面接着強度をマイクロドロップレット試験によって測定する方法が開示されている。まず、一定長さの繊維フィラーの両端を水平方向に移動可能なホルダに固着し、該繊維フィラーに溶融状態のマトリクス樹脂を付着させてマイクロドロップレットを形成させる。マイクロドロップレットを固化もしくは硬化させた後、繊維フィラーのマイクロドロップレットの移動方向前側に繊維フィラーの移動を許容し該マイクロドロップレットの移動を阻止するブレードを配設する。この上で、ブレード及びホルダの一方を固定して他方を移動させ、ブレードによりマイクロドロップレットを該繊維フィラーから剥離させる。この移動中に作用する荷重を複数回測定し、これらの値を測定前のマイクロドロップレットと繊維フィラーとの接触面積で除した値から、ブレードとマイクロドロップレット端の距離がゼロとなる推定値を界面接着強度とするとしている。

特開２００５－４９１９１号公報 特開２０１５－１０１６５１号公報

繊維強化複合材料における繊維とマトリクス樹脂材料との界面接着強度の測定方法として、上記したようなマイクロドロップレット試験や、プッシュアウト試験など、繊維とマトリクスとの接合界面を模擬的に形成して試験を行う方法が知られている。一方、メッキ線における芯線とメッキ層との密着性の定量評価においては、例えば、マイクロドロップレット試験のドロップレットをメッキで形成することは現実的でない。また、実際の繊維とメッキ層との界面との整合性の評価も難しい。そこで、実際に供されるメッキ線においてメッキ密着強度を直接かつ定量的に推定できる評価方法が求められた。

本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、メッキ線における芯線と金属メッキ層との間のメッキ密着強度を直接かつ定量的に推定できる評価方法を提供することにある。

本発明は、芯線の表面に金属メッキ層を形成したメッキ線におけるメッキ密着強度の評価方法であって、前記メッキ線の一方の端部から所定長さの埋め込み部分について、前記金属メッキ層の外周を保持するように係止部材に埋め込んだ試験サンプルから前記メッキ線を一直線に配置した上で、これに沿って前記係止部材から前記メッキ線を引き抜いたときの引抜荷重から前記メッキ密着強度を算出することを特徴とする。

かかる発明によれば、メッキ線を係止部材に埋め込んだ試験サンプルを直接引抜試験して引抜荷重を得て、この引抜荷重からメッキ密着強度を算出するため、メッキ線における芯線と金属メッキ層との間のメッキ密着強度を直接かつ定量的に推定できる。

上記した発明において、前記メッキ線の前記一方の端部における端面が、前記係止部材の表面と面一に裸出していることを特徴としてもよい。このとき、前記端面は前記係止部材の切断面に裸出していてもよい。かかる発明によれば、係止部材に埋め込まれたメッキ線の長さと金属メッキ層と係止部材との接触長さとが一致するため、正確な引抜荷重を得ることができる。

上記した発明において、前記メッキ密着強度は、前記金属メッキ層の前記埋め込み部分に含まれる面積と前記引抜荷重とから計算される剪断力であることを特徴としてもよい。このとき、前記係止部材から前記メッキ線を引き抜いた後、前記埋め込み部分の前記金属メッキ層が前記係止部材に残存して前記メッキ線と分離していてもよい。かかる発明によれば、メッキ線における芯線と金属メッキ層との間の密着強度を直接かつ定量的に推定できる。

上記した発明において、前記係止部材の上面における前記メッキ線との境界部にマーカー層を与えた上で、前記係止部材から前記メッキ線を引き抜くことを特徴としてもよい。このとき、前記係止部材は透明樹脂からなる埋込材料で構成されており、また前記透明樹脂が凝固収縮の小さいエポキシ樹脂又はポリエステル樹脂であってもよい。かかる発明によれば、係止部材からメッキ線が確実に引き抜かれたこと、及び係止部材の内部に金属メッキ層が残存していることを確認できる。

更に、本発明は、上記したメッキ密着強度の評価方法に用いられる試験サンプルの製造方法であって、メッキ線を鉛直に配置した上で、前記メッキ線の下方端部の近傍を液状の埋込材料に与えた状態で、前記埋込材料を固化させて係止部材としたことを特徴とする。また、前記メッキ線の前記下方端部に錘を取り付けて前記メッキ線を鉛直に配置し、前記埋込材料を固化させた後に、前記メッキ線から前記錘を分離するように前記メッキ線ごと前記埋込材料を切断するようにしてもよい。

かかる発明によれば、芯線を真っすぐに伸ばした状態で係止部材に埋め込むため、メッキ線における芯線と金属メッキ層との間の引抜荷重を測定するための試験に適する。

メッキ線におけるメッキ密着強度の評価方法に適用される試験サンプルの一例を示す斜視図及び部分断面図である。 図１に示した試験サンプルの製造方法の一例を示す部分断面図である。 メッキ線におけるメッキ密着強度の評価方法の具体的な一例を示す部分断面図である。 図３で示したメッキ密着強度の評価方法で得られたメッキ密着強度の一例を示すグラフである。

以下、本発明の代表的な一例によるメッキ線におけるメッキ密着強度の評価方法の１つの実施例について、図１乃至図４を用いて説明する。

まず、図１を参照して、代表的な一例による評価方法に適用される試験サンプルの概要を説明する。図１（ａ）に示すように、試験サンプル１００は、メッキ線１１０の一部を係止部材１２０に埋め込んだものとして構成される。

図１（ｂ）に示すように、メッキ線１１０は、芯線１１２の側面（外周）に長手方向の全長にわたって金属メッキ層１１４が形成された構造を有している。芯線１１２は、高い引張耐力を要求される電線材料として適用する場合などを考慮すると、高強度でかつ伸びが小さく、摩耗に強い素材であることが好ましいとされ、このような芯線１１２としては、１０乃至５０μｍ程度の超高分子ポリエチレン系繊維や、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール系繊維、ポリアリレート系繊維、アラミド系繊維等のスーパー繊維、あるいは炭素繊維が例示できる。

金属メッキ層１１４は、芯線１１２の側面に被覆された厚さ数μｍ程度の金属層であって、メッキ線１１０に各種機能、例えば、通電性を付与するために形成される。金属メッキ層１１４は、例えば銅メッキであって、電解メッキや無電解メッキ等の公知の手法により形成される。また、芯線１１２の外周に無電解メッキにより導電性を付与した後に電解メッキして金属メッキ層１１４を与えても良い。

係止部材１２０は、後述するメッキ密着強度の評価方法においては、試験機に保持される部材として機能するとともに、メッキ線１１０をその引張方向に対して真っすぐに密着保持するように構成されている。係止部材１２０は、その一例としては、液体状態でメッキ線１１０の周囲に供給され、固化状態でメッキ線１１０の金属メッキ層１１４の外周と密着する樹脂からなる埋込材料である。

このような樹脂としては、透明で凝固収縮の小さい室温硬化型のエポキシ樹脂やポリエステル樹脂が例示できる。メッキ線１１０を埋め込む材料として透明樹脂を用いることにより、メッキ線１１０の埋込状態（曲がりがないか等）を確認できるとともに、試験後に金属メッキ層１１４がどの範囲で残存したかを目視で把握できる。また、室温硬化型の樹脂とすることで、熱収縮によって埋め込まれたメッキ線１１０が縮んだりするのを抑制できる。

係止部材１２０は、その一例として円柱形状を呈し、その底面１２０ａと上面１２０ｂとが平行でかつそれらの間隔が所定距離Ｄとなるように形成されている。また、メッキ線１１０の一方の端面１１０ａは、係止部材１２０の内部、もしくは、係止部材１２０の底面１２０ａと面一となるように裸出していてもよい。これにより、メッキ線１１０の金属メッキ層１１４と係止部材１２０を構成する埋込材料とは、常に一定の接触長さＤで密着して埋め込み部分Ｂを形成する。

また、図１（ｂ）に特に示すように、係止部材１２０の上面１２０ｂにおけるメッキ線１１０との境界部にマーカー１３０を形成しておいてもよい。マーカー１３０は、例えば着色塗料であって、メッキ線１１０の係止部材１２０の上面１２０ｂの根元から所定長さ上側まで形成されていてもよい。このマーカー１３０により、後述の評価方法でメッキ線１１０を引き抜いた後に、マーカー１３０の一部がメッキ線１１０の外周に残存するため、メッキ線１１０が埋め込まれていた位置を特定することができる。

次に、図２を参照して、図１に示した試験サンプルの製造方法の一例を説明する。

図２（ａ）に示すように、まずメッキ線１１０の一端に錘１２を取り付けた状態で、成形型１０の内部空間Ｓに、メッキ線１１０が鉛直方向に真っすぐとなるように配置する。このとき、錘１２が吊り下げられることにより、メッキ線１１０には鉛直下向きに重力Ｇが負荷され、これに伴い、メッキ線１１０には、鉛直上向きに張力Ｔが与えられる。

この状態で、埋込材料供給管１４から、液状の埋込材料（樹脂）を内部空間Ｓに供給する。これにより、メッキ線１１０の錘１２を含む下方端部の近傍が埋込材料で充填される。

ここで、成形型１０は、その一例として有底の筒状部材であって、上記したとおり、埋込材料として室温硬化型のエポキシ樹脂やポリエステル樹脂を適用した場合は、ポロプロピレンやポリスチレン等の樹脂管が適用される。一方、埋込材料として高温で溶融した液状の樹脂を適用するような場合には、樹脂を流し込んだ際に成形型１０自体が温度の影響を受けないような素材で構成される。このような成形型１０としては、透明なガラス製の試験管が例示できる。

図２（ｂ）に示すように、成形型１０に流し込んだ埋込材料が固化した後、メッキ線１１０が一体に埋め込まれた埋込材料Ｒは、成形型１０から取り出される。そして、錘１２を取り付けたメッキ線１１０の下方端部の近傍を分離するように、上面１２０ｂから距離Ｄだけ平行に離間したＡ－Ａ面において、埋込材料Ｒはメッキ線１１０ごと切断される。このとき、切断の前後のいずれかにおいて、埋込材料Ｒの上面１２０ｂに上記したマーカー層１３０を形成してもよい。

図２（ｃ）に示すように、メッキ線１１０の一端側が埋込材料Ｒからなる厚さＤの係止部材１２０に埋め込まれた試験サンプル１００が得られる。このとき、上記したとおり、係止部材１２０の底面１２０ａと上面１２０ｂとは平行に離間しており、メッキ線１１０の一方の端面１１０ａは、切断面である底面１２０ａに裸出している。

次に、図３を参照して、メッキ線のメッキ密着強度の評価方法の代表的な一例を説明する。

図３（ａ）に示すように、メッキ線１１０の芯線１１２と金属メッキ層１１４とのメッキ密着強度の評価方法を実施するには、図１で示した試験サンプル１００を保持機構２０に保持させる。保持機構２０は、その一例として、ベース部材２２と、当該ベース部材２２の両端に回動自在に取り付けられた一対の回動アーム２４ａ、２４ｂとを含む。

一対の回動アーム２４ａ、２４ｂは、その一端が回動軸２５ａ、２５ｂを中心に回動自在となるように、ベース部材２２に取り付けられている。また、その他端には、保持される試験サンプル１００の係止部材１２０における上面１２０ｂと係合する鉤爪２６ａ、２６ｂがそれぞれ形成されている。これにより、鉤爪２６ａ、２６ｂは、係止部材１２０の抜け止めの機能を備える。

続いて、図３（ｂ）に示すように、試験サンプル１００の係止部材１２０を保持機構２０に保持固定した状態で、メッキ線１１０に所定の引抜荷重Ｆを負荷する。このとき、引抜荷重Ｆの方向は、係止部材１２０にメッキ線１１０が埋め込まれた方向に沿って、これと一直線上となる方向（図２に示した張力Ｔと同一方向）に設定される。

そして、図３（ｃ）に示すように、引抜荷重Ｆがメッキ線１１０の芯線１１２と金属メッキ層１１４とのメッキ密着強度を超えた時点で、メッキ線１１０は係止部材１２０から引き抜かれる。

ここで、図３（ｃ）の領域Ｅを拡大した図３（ｄ）に示すように、金属メッキ層１１４の一部は、残留メッキ層１１４ｂとして係止部材１２０に付着した状態で残留する。一方、引き抜かれたメッキ線１１０の一部は、芯線１１２の一部が露出芯線１１２ｂとして長さＤだけ露出する。

このとき、メッキ密着強度は、図３（ｄ）に示す係止部材１２０の埋め込み部分Ｂに残存する残留メッキ層１１４ｂの内周面積の総和と、上記引抜荷重Ｆとから算出される剪断力として定義できる。すなわち、残留メッキ層１１４ｂの残留長さ（剥離長さ）は係止部材１２０の厚さＤと一致するため、メッキ線１１０の芯線１１２の外径がわかれば上記した内周面積の総和を算出できる。また、上記残留長さは露出芯線１１２ｂの長さＤとも一致するため、残留メッキ層１１４ｂの内周面積の総和を算出する際に、露出芯線１１２ｂの長さと外径とで代用してもよい。

こうして算出した内周面積の総和で引抜荷重Ｆを除することで、芯線１１２と金属メッキ層１１４との剪断力としてのメッキ密着強度を算出することができる。これにより、メッキ線１１０の芯線１１２と金属メッキ層１１４とのメッキ密着強度を定量的に把握することが可能となる。

図４は、図３に示した評価方法を用いて得られた、残留メッキ層の残留長さとメッキ密着強度との関係の代表的な一例を示すグラフである。上記したとおり、図１等で示したメッキ線１１０の金属メッキ層１１４は、係止部材１２０と厚さＤの全長で密着しているため、残留メッキ層１１４ｂの残留長さも厚さＤと等しくなる。そこで、係止部材１２０の厚さＤとメッキ密着強度との関係を調べた。

図４に示すように、横軸に残留長さ、縦軸にメッキ密着強度を取った場合、いくつかの実測データは、所定の直線上で模擬できるいわゆる正の線形関係にあることがわかった。これにより、上記したメッキ密着強度の評価方法は、メッキ線１１０の芯線１１２と金属メッキ層１１４との界面のメッキ密着強度を定量的に推定することが可能である。

上記したメッキ線におけるメッキ密着強度の評価方法によれば、メッキ線を係止部材に埋め込んだ試験サンプルを直接引抜試験して引抜荷重を得て、この引抜荷重からメッキ密着強度を算出する。これにより、メッキ線における芯線とメッキ層との間のメッキ密着強度を直接かつ定量的に推定できる。

なお、上記した実施例では、係止部材１２０として底面１２０ａと上面１２０ｂとが間隔Ｄで平行な円柱形状の部材である場合を例示したが、メッキ線１１０の埋め込み部分Ｂにおける接触長さがＤとなるものであれば、必ずしも底面１２０ａと上面１２０ｂとが平行でなくてもよい。また、上記した接触長さＤが一定に確保できる形状であれば、係止部材１２０は角柱形状や球形状であってもよい。

また、上記した実施例では、１本のメッキ線１１０を係止部材１２０に埋め込んだ場合を例示したが、複数本のメッキ線１１０を束ねて係止部材１２０に埋め込んで引抜を行って評価することも可能である。このとき、複数本のメッキ線１１０は、撚り線として埋め込んで評価することも可能である。さらに、複数本のメッキ線１１０をハンダ等で予め一体にまとめた状態で、係止部材１２０に埋め込んで評価を行うようにしてもよい。

以上、本発明の代表的な実施例及びこれに伴う変形例について述べたが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、適宜、当業者によって変更され得る。すなわち、当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。

１０ 成形型
１２ 錘
１４ 埋込材料供給管
２０ 保持機構
２２ ベース部材
２４ａ、２４ｂ 回動アーム
２６ａ、２６ｂ 鉤爪
１００ 試験サンプル
１１０ メッキ線
１１０ａ （メッキ線の）一方の端面
１１２ 芯線
１１２ｂ 露出芯線
１１４ 金属メッキ層
１１４ｂ 残留メッキ層
１２０ 係止部材
１２０ａ （係止部材の）底面
１２０ｂ （係止部材の）上面
１３０ マーカー

Claims (10)

1. 芯線の表面に金属メッキ層を形成したメッキ線におけるメッキ密着強度の評価方法であって、
   前記メッキ線の一方の端部から所定長さの埋め込み部分について、前記金属メッキ層の外周を保持するように係止部材に埋め込んだ試験サンプルから前記メッキ線を一直線に配置した上で、これに沿って前記係止部材から前記メッキ線を引き抜いたときの引抜荷重から前記メッキ密着強度を算出することを特徴とするメッキ密着強度の評価方法。
2. 前記メッキ線の前記一方の端部における端面が、前記係止部材の底面と面一に裸出していることを特徴とする請求項１記載のメッキ密着強度の評価方法。
3. 前記端面は前記係止部材の切断面に裸出していることを特徴とする請求項２記載のメッキ密着強度の評価方法。
4. 前記メッキ密着強度は、前記金属メッキ層の前記埋め込み部分に含まれる面積と前記引抜荷重とから計算される剪断力であることを特徴とする請求項１乃至３のうちの１つに記載のメッキ密着強度の評価方法。
5. 前記係止部材から前記メッキ線を引き抜いた後、前記埋め込み部分の前記金属メッキ層が前記係止部材に残存して前記メッキ線と分離していることを特徴とする請求項４記載のメッキ密着強度の評価方法。
6. 前記係止部材の上面における前記メッキ線との境界部にマーカー層を与えた上で、前記係止部材から前記メッキ線を引き抜くことを特徴とする請求項５記載のメッキ密着強度の評価方法。
7. 前記係止部材は透明樹脂からなる埋込材料で構成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載のメッキ密着強度の評価方法。
8. 前記透明樹脂は凝固収縮の小さいエポキシ樹脂又はポリエステル樹脂であることを特徴とする請求項７記載のメッキ密着強度の評価方法。
9. 請求項１乃至８のうちの１つのメッキ密着強度の評価方法に用いられる試験サンプルの製造方法であって、
   メッキ線を鉛直に配置した上で、前記メッキ線の下方端部の近傍を液状の埋込材料に与えた状態で、前記埋込材料を固化させて係止部材としたことを特徴とする試験サンプルの製造方法。
10. 前記メッキ線の前記下方端部に錘を取り付けて前記メッキ線を鉛直に配置し、前記埋込材料を固化させた後に、前記メッキ線から前記錘を分離するように前記メッキ線ごと前記埋込材料を切断することを特徴とする請求項９記載の試験サンプルの製造方法。
    
    

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