JPWO2017163408A1 - めっき層付き繊維強化部材、及び繊維強化部材のめっき方法 - Google Patents
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Abstract
樹脂（２１）に複数の強化用繊維（２３）が分散された繊維複合材料（２４）よりなり、複数の強化用繊維（２３）のうち、一部の強化用繊維（２３Ａ）の一部分が樹脂（２１）の表面（２１ａ）から突出した繊維強化部材（２３Ａ）と、樹脂（２１）の表面（２１ａ）、及び表面（２１ａ）から突出する強化用繊維（２３Ａ）の一部分を覆うように設けられた無電解めっき層（１８）と、を含む。
Description
本発明は、繊維強化部材の表面にめっき層が形成されためっき層付き繊維強化部材、及び繊維強化部材のめっき方法に関する。
従来、不導電性物質である樹脂により構成された部材の表面に、金属層を形成する手段として、無電解めっき法が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
無電解めっき法により形成されためっき層を基盤に強固に密着させるためには、触媒が付与される基板の表面を予め粗面化処理する必要がある。
無電解めっき法により形成されためっき層を基盤に強固に密着させるためには、触媒が付与される基板の表面を予め粗面化処理する必要がある。
例えば、ＡＢＳ樹脂で構成された部材の表面に、Ｎｉめっき層を形成する場合には、触媒を形成する前に、加熱したクロム酸−硫酸溶液中に部材を浸漬させて、ＡＢＳ樹脂をエッチングすることで、部材の表面に複数の微小な凹凸を形成することが行われている。
ところで、回転機械に使用されるインペラにおいては、高強度で、かつ耐熱性が高いことが望まれる。このため、インペラは、高強度、かつ高耐熱のマトリックス樹脂と、マトリックス樹脂に分散された複数の炭繊維と、を含む繊維複合材料で構成することが好ましい。
特許文献１に開示された無電解めっき法（前処理も含む）を用いて、繊維強化部材であるインペラとインペラの表面に形成される無電解めっき層との密着性を十分に得るために、インペラの材料に、上述したＡＢＳ樹脂のような樹脂（複数の微小な凹凸を形成可能な樹脂）を添加すると、インペラの強度や耐熱性を十分に確保することが困難になる恐れがあった。
また、インペラの強度や耐熱性を十分に確保する観点に基づいて樹脂を選択する場合、樹脂の種類によっては、インペラの材料である繊維複合材料と混ぜ合わせることすら困難な場合があった。
また、インペラの強度や耐熱性を十分に確保する観点に基づいて樹脂を選択する場合、樹脂の種類によっては、インペラの材料である繊維複合材料と混ぜ合わせることすら困難な場合があった。
つまり、特許文献１に開示された方法を用いて、繊維強化部材の強度や耐熱性を十分に確保した上で、繊維強化部材と繊維強化部材の表面に形成された無電解めっき層との間の密着性を十分に確保することは困難であった。
そこで、本発明は、繊維強化部材の強度や耐熱性を十分に確保した上で、繊維強化部材と繊維強化部材の表面に形成された無電解めっき層との間の密着性を十分に確保することの可能なめっき層付き繊維強化部材、及び繊維強化部材のめっき方法を提供する。
本発明の第１の態様に係るめっき層付き繊維強化部材は、樹脂に複数の強化用繊維が分散された繊維複合材料よりなり、前記複数の強化用繊維のうち、一部の強化用繊維の一部分が前記樹脂の表面から突出した繊維強化部材と、前記樹脂の表面、及び該表面から突出する前記強化用繊維の一部分を覆うように設けられた無電解めっき層と、を含む。
本発明の第１の態様に係るめっき層付き繊維強化部材によれば、樹脂の表面から突出する強化用繊維の一部分を覆う無電解めっき層を有することで、繊維強化部材と無電解めっき層との間の密着性を向上させることが可能となる。
これにより、従来のように、ＡＢＳ樹脂をエッチングして、複数の微細な凹凸を形成する必要がなくなるため、繊維強化部材に要求される強度や耐熱性を満たすような樹脂を用いることが可能となる。
したがって、繊維強化部材の強度や耐熱性を十分に確保した上で、繊維強化部材と繊維強化部材の表面に形成された無電解めっき層との間の密着性を十分に確保することができる。
これにより、従来のように、ＡＢＳ樹脂をエッチングして、複数の微細な凹凸を形成する必要がなくなるため、繊維強化部材に要求される強度や耐熱性を満たすような樹脂を用いることが可能となる。
したがって、繊維強化部材の強度や耐熱性を十分に確保した上で、繊維強化部材と繊維強化部材の表面に形成された無電解めっき層との間の密着性を十分に確保することができる。
また、本発明の第２の態様に係るめっき層付き繊維強化部材において、前記樹脂の表面には、複数の凹部が設けられていてもよい。
このように、樹脂の表面に複数の凹部を設けることで、複数の凹部内に無電解めっき層を配置させることが可能となる。これにより、アンカー効果を得ることが可能となるので、樹脂と無電解めっき層との間の密着性を向上させることができる。
また、本発明の第３の態様に係るめっき層付き繊維強化部材において、前記樹脂の表面には、複数の微細な凹凸が設けられていてもよい。
このように、樹脂の表面には、複数の微細な凹凸を設けることで、複数の微細な凹凸を埋め込むように無電解めっき層を配置することが可能となる。これにより、アンカー効果を高めることができる。
また、本発明の第４の態様に係るめっき層付き繊維強化部材において、前記めっき層付き繊維強化部材は、インペラであってもよい。
一般的に、インペラが室外の空気を吸引すると、水滴、酸、ＮＯＸ（窒素酸化物）、及びＳＯＸ（硫黄酸化物）等も吸引される。そして、吸引した水滴が高速でインペラに衝突すると、エロージョン摩耗が発生してしまう。
しかし、上述したように、繊維強化部材と、繊維強化部材の表面を覆う無電解めっき層と、を含むようにインペラを構成することで、無電解めっき層（繊維強化部材よりも硬い金属層）により、繊維強化部材にエロージョン摩耗が発生することを抑制できる。
しかし、上述したように、繊維強化部材と、繊維強化部材の表面を覆う無電解めっき層と、を含むようにインペラを構成することで、無電解めっき層（繊維強化部材よりも硬い金属層）により、繊維強化部材にエロージョン摩耗が発生することを抑制できる。
本発明の第５の態様に係る繊維強化部材のめっき方法において、樹脂に複数の強化用繊維が分散された繊維複合材料よりなる繊維強化部材の表面を、前記樹脂を選択的に溶解するエッチング液を用いてエッチングすることで、前記樹脂の表面から前記複数の強化用繊維のうち、一部の強化用繊維の一部分を露出させるエッチング工程と、前記繊維強化部材を振動させることで、前記エッチングされた前記樹脂から完全に露出された前記強化用繊維を前記樹脂から脱落させる振動工程と、前記エッチング工程及び前記振動工程により、前記繊維強化部材が脱落することで前記樹脂の表面に形成された複数の凹部を含む前記樹脂の表面、及び前記樹脂から露出された前記強化用繊維の一部分の表面に触媒を吸着させる触媒吸着工程と、前記触媒吸着工程後に、無電解めっき法により、前記触媒を核として、前記繊維強化部材の表面に無電解めっき層を形成する無電解めっき層形成工程と、を含む。
本発明の第５の態様に係る繊維強化部材のめっき方法によれば、複数の強化用繊維のうち、一部の強化用繊維の一部分を樹脂の表面から露出させ、強化用繊維の一部分の表面、及び複数の凹部を含む繊維強化部材の表面に触媒を吸着させた後、無電解めっき法により、繊維強化部材の表面に無電解めっき層を形成することで、強化用繊維の一部分を覆うように、無電解めっき層が形成されるため、繊維強化部材と無電解めっき層との間の密着性を向上させることができる。
また、上述した手法で無電解めっき層を形成することで、複数の凹部内にも無電解めっき層が形成されるため、アンカー効果を得ることが可能となる。これにより、ＡＢＳ樹脂をエッチングして、複数の微細な凹凸を形成する必要がなくなるため、繊維強化部材に要求される強度や耐熱性を満たすような樹脂を用いることができる。
つまり、繊維強化部材の強度や耐熱性を十分に確保した上で、繊維強化部材と無電解めっき層との間の密着性を十分に確保することができる。
つまり、繊維強化部材の強度や耐熱性を十分に確保した上で、繊維強化部材と無電解めっき層との間の密着性を十分に確保することができる。
また、本発明の第６の態様に係る繊維強化部材のめっき方法において、前記エッチング工程と、前記振動工程と、を同時に行ってもよい。
このように、エッチング工程と、振動工程と、を同時に行うことで、エッチングされた樹脂から完全に露出された強化用繊維を樹脂から効率良く脱落させることができる。
また、本発明の第７の態様に係る繊維強化部材のめっき方法において、前記エッチング工程の前、或いは前記エッチング工程後で、かつ前記触媒吸着工程の前に、前記樹脂の表面を粗化する粗化工程を有してもよい。
強化用繊維の露出が多い部分では、エッチング処理で凹凸を形成できるが、露出が少ない部分はエッチング処理で凹凸を形成することは難しい。
しかし、粗化工程（例えば、ブラスト処理）を行うことで、強化用繊維の露出が少ない部分でも複数の微細な凹凸を形成することが可能となる。
つまり、粗化工程を有することで、強化用繊維の露出が少ない部分でも複数の微細な凹凸を形成することが可能となるので、上述したアンカー効果を高めることができる。
しかし、粗化工程（例えば、ブラスト処理）を行うことで、強化用繊維の露出が少ない部分でも複数の微細な凹凸を形成することが可能となる。
つまり、粗化工程を有することで、強化用繊維の露出が少ない部分でも複数の微細な凹凸を形成することが可能となるので、上述したアンカー効果を高めることができる。
また、本発明の第８の態様に係る繊維強化部材のめっき方法において、前記粗化工程後の前記樹脂の表面粗さＲａは、３μｍ以上８μｍ以下が好ましい。
粗化工程後の樹脂の表面粗さＲａが３μｍ未満であると、樹脂の表面と無電解めっき層との間の密着性が悪くなる恐れがある。
一方、粗化工程後の樹脂の表面粗さＲａが８μｍを超えると、樹脂の表面に形成される複数の微細な凹凸の形状が大きくなりすぎて、無電解めっきの膜厚管理が難しくなる恐れがある。
したがって、樹脂の表面粗さＲａが３μｍ以上８μｍ以下の範囲内とすることで、無電解めっき層１８の厚さの管理を容易とした上で、樹脂と無電解めっき層との間の密着性を十分に確保することができる。
一方、粗化工程後の樹脂の表面粗さＲａが８μｍを超えると、樹脂の表面に形成される複数の微細な凹凸の形状が大きくなりすぎて、無電解めっきの膜厚管理が難しくなる恐れがある。
したがって、樹脂の表面粗さＲａが３μｍ以上８μｍ以下の範囲内とすることで、無電解めっき層１８の厚さの管理を容易とした上で、樹脂と無電解めっき層との間の密着性を十分に確保することができる。
本発明によれば、繊維強化部材の強度や耐熱性を十分に確保した上で、繊維強化部材と繊維強化部材の表面に形成された無電解めっき層との間の密着性を十分に確保することができる。
以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の繊維強化部材及びめっき層付き繊維強化部材の寸法関係とは異なる場合がある。
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係るめっき層付き繊維強化部材の一例であるインペラを示す斜視図である。図１では、めっき層付き繊維強化部材１０の一例としてインペラを図示している。
図１において、Ｐはめっき層付き繊維強化部材１０（第１の実施形態の場合、インペラ）の回転軸（以下、「回転軸Ｐ」という）、Ｗは冷媒（以下、「冷媒Ｗ」という）をそれぞれ示している。
図２は、図１に示すめっき層付き繊維強化部材をＡ１−Ａ２線で切断した断面図である。図２において、図１に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。図２において、Ｘ方向はブレード２１の厚さ方向、Ｚ方向はＸ方向に対して直交する紙面の奥行方向、Ｙ方向はＸ方向及びＺ方向に対して直交する方向をそれぞれ示している。
図３は、図２に示すめっき層付き繊維強化部材のうち、領域Ｂで囲まれた部分の断面図である。図３において、図１及び図２に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るめっき層付き繊維強化部材の一例であるインペラを示す斜視図である。図１では、めっき層付き繊維強化部材１０の一例としてインペラを図示している。
図１において、Ｐはめっき層付き繊維強化部材１０（第１の実施形態の場合、インペラ）の回転軸（以下、「回転軸Ｐ」という）、Ｗは冷媒（以下、「冷媒Ｗ」という）をそれぞれ示している。
図２は、図１に示すめっき層付き繊維強化部材をＡ１−Ａ２線で切断した断面図である。図２において、図１に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。図２において、Ｘ方向はブレード２１の厚さ方向、Ｚ方向はＸ方向に対して直交する紙面の奥行方向、Ｙ方向はＸ方向及びＺ方向に対して直交する方向をそれぞれ示している。
図３は、図２に示すめっき層付き繊維強化部材のうち、領域Ｂで囲まれた部分の断面図である。図３において、図１及び図２に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
図１〜図３を参照するに、第１の実施形態のめっき層付き繊維強化部材１０（インペラ）は、ディスク１１と、複数（図１の場合、一例として１７枚）のブレード１３と、複数の流路１５と、を有する。
また、めっき層付き繊維強化部材１０は、繊維複合材料２４よりなり、ディスク１１及び複数のブレード１３の形状に対応した繊維強化部材１７と、無電解めっき層１８と、で構成されている。
また、めっき層付き繊維強化部材１０は、繊維複合材料２４よりなり、ディスク１１及び複数のブレード１３の形状に対応した繊維強化部材１７と、無電解めっき層１８と、で構成されている。
ディスク１１は、図１に示す状態において、冷媒Ｗが流入する上面１１ａが、冷媒Ｗの流れの上流側から下流側に向かうにつれて、回転軸Ｐの径方向内側から外側に漸次拡径された曲面とされている。
複数のブレード１３は、羽根状とされており、曲面とされた上面１１ａから立ち上がるように設けられている。複数のブレード１３は、回転軸Ｐの回転方向に所定の間隔で配置されている。
流路１５は、隣り合うように配置されたブレード１３間に形成された空間である。冷媒Ｗは、流路１５の上流側から下流側に流れる。
複数のブレード１３は、羽根状とされており、曲面とされた上面１１ａから立ち上がるように設けられている。複数のブレード１３は、回転軸Ｐの回転方向に所定の間隔で配置されている。
流路１５は、隣り合うように配置されたブレード１３間に形成された空間である。冷媒Ｗは、流路１５の上流側から下流側に流れる。
繊維複合材料２４は、樹脂２１に複数の強化用繊維２３が分散された材料である。樹脂２１は、マトリックス樹脂であり、表面側の一部がエッチングにより除去されている。つまり、樹脂２１の表面２１ａは、エッチングされた面である。樹脂２１の表面２１ａは、無電解めっき層１８が形成される面である。
樹脂２１の表面２１ａは、複数の凹部１７Ａを有する。複数の凹部１７Ａは、上記エッチングにより、樹脂２１に収容されていた強化用繊維２３（後述する図６に示す強化用繊維２３Ｃ）が脱落することで形成される窪みである。
樹脂２１の表面２１ａは、複数の凹部１７Ａを有する。複数の凹部１７Ａは、上記エッチングにより、樹脂２１に収容されていた強化用繊維２３（後述する図６に示す強化用繊維２３Ｃ）が脱落することで形成される窪みである。
このように、無電解めっき層１８が形成される樹脂２１の表面２１ａが複数の凹部１７Ａを有することで、複数の凹部１７Ａ内を埋め込むように無電解めっき層１８を配置させることが可能となる。これにより、繊維強化部材１７と樹脂２１の表面２１ａに形成された無電解めっき層１８との間の密着性を十分に確保することができる。
上記マトリックス樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂（ＣＦＲＴＳ）や熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）等を用いることが可能である。
熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることが可能である。
熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることが可能である。
熱可塑性樹脂としては、例えば、ナイロン（ＰＡ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）樹脂等を用いることが可能である。
複数の強化用繊維２３は、樹脂２１の表面２１ａ側に配置され、かつ一部分が表面２１ａから突出する強化用繊維２３Ａ（一部の強化用繊維）と、樹脂２１に完全に覆われた強化用繊維２３Ｂと、で構成されている。
強化用繊維２３Ａは、いろいろな方向に延在している。樹脂２１の表面２１ａから露出された強化用繊維２３Ａの一部分には、無電解めっき層１８が形成されている。強化用繊維２３Ａは、残部が樹脂２１内に配置されることで、樹脂２１により支持されている。
強化用繊維２３Ｂは、強化用繊維２３Ａと同様にいろいろな方向に延在している。強化用繊維２３Ｂは、完全に樹脂２１に覆われているため、無電解めっき層１９が形成されていない。強化用繊維２３Ｂは、樹脂２１に内設されることで、繊維強化部材１７の強度を高める機能を有する。
強化用繊維２３Ａは、いろいろな方向に延在している。樹脂２１の表面２１ａから露出された強化用繊維２３Ａの一部分には、無電解めっき層１８が形成されている。強化用繊維２３Ａは、残部が樹脂２１内に配置されることで、樹脂２１により支持されている。
強化用繊維２３Ｂは、強化用繊維２３Ａと同様にいろいろな方向に延在している。強化用繊維２３Ｂは、完全に樹脂２１に覆われているため、無電解めっき層１９が形成されていない。強化用繊維２３Ｂは、樹脂２１に内設されることで、繊維強化部材１７の強度を高める機能を有する。
強化用繊維２３としては、例えば、炭素繊維（カーボン繊維）、ガラス繊維、クォーツ（石英ガラス）繊維等を用いることが可能である。
繊維複合材料２４としては、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、クォーツ繊維強化プラスチック（ＱＦＲＰ）等を用いることが可能である。
繊維複合材料２４としては、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、クォーツ繊維強化プラスチック（ＱＦＲＰ）等を用いることが可能である。
繊維複合材料２４としては、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いる場合、強化用繊維２３となる炭素繊維としては、例えば、直径が５〜１０μｍ、長さが５０μｍ〜５ｍｍのものを用いることができる。
また、例えば、樹脂２１となるポリアミド樹脂に複数の炭素繊維を配合させる場合、繊維複合材料２４を１００重量％とすると、炭素繊維の配合割合は、例えば、１０〜４０重量％の範囲内で設定することができる。
また、例えば、樹脂２１となるポリアミド樹脂に複数の炭素繊維を配合させる場合、繊維複合材料２４を１００重量％とすると、炭素繊維の配合割合は、例えば、１０〜４０重量％の範囲内で設定することができる。
無電解めっき層１８は、繊維強化部材１７の表面１７ａ（樹脂２１の表面２１ａ、及び表面２１ａから突出した強化用繊維２３の表面を含む面）を覆うように設けられている。
無電解めっき層１８は、繊維強化部材１７の表面１７ａに触媒を吸着させ、この触媒を核として析出成長させることで形成する。このため、樹脂２１の表面２１ａに吸着させた触媒のみでなく、表面２１ａから突出した強化用繊維２３Ａの表面に吸着した触媒をも核として成長する。これにより、無電解めっき層１８の表面１８ａは、複数の凹凸を有する凹凸面とされている。
無電解めっき層１８は、繊維強化部材１７の表面１７ａに触媒を吸着させ、この触媒を核として析出成長させることで形成する。このため、樹脂２１の表面２１ａに吸着させた触媒のみでなく、表面２１ａから突出した強化用繊維２３Ａの表面に吸着した触媒をも核として成長する。これにより、無電解めっき層１８の表面１８ａは、複数の凹凸を有する凹凸面とされている。
このように、無電解めっき層１８の表面１８ａを凹凸面とすることで、例えば、無電解めっき層１８の表面１８ａをセラミックコーティングする場合において、アンカー効果により、無電解めっき層１８とセラミック層（図示せず）との間の密着性を向上させることができる。
なお、めっき層付き繊維強化部材１０としてインペラを用いる場合には、無電解めっき層１８のみで十分である。この場合、無電解めっき層１８の厚さは、例えば、５〜３０μｍの範囲内とすることができる。
なお、めっき層付き繊維強化部材１０としてインペラを用いる場合には、無電解めっき層１８のみで十分である。この場合、無電解めっき層１８の厚さは、例えば、５〜３０μｍの範囲内とすることができる。
無電解めっき層１８は、電解めっき層と比較して、硬度が高く、均一な厚さで形成可能であるという利点を有する。また、無電解めっき法は、大型の部材をめっきしやすいという利点を有する。
無電解めっき層１８としては、例えば、無電解Ｎｉ−Ｐめっき層（化学組成；Ｎｉ：９０〜９６％、Ｐ：４〜１０％）や無電解Ｃｕめっき層等を用いることが可能である。
無電解めっき層１８としては、例えば、無電解Ｎｉ−Ｐめっき層（化学組成；Ｎｉ：９０〜９６％、Ｐ：４〜１０％）や無電解Ｃｕめっき層等を用いることが可能である。
第１の実施形態のめっき層付き繊維強化部材１０によれば、樹脂２１に複数の強化用繊維２３が分散された繊維複合材料２４よりなり、複数の強化用繊維２３のうち、一部の強化用繊維２３Ａの一部分が樹脂２１の表面２１ａから突出した繊維強化部材１７と、樹脂２１の表面２１ａ、及び表面２１ａから突出する強化用繊維２３Ａの一部分を覆うように設けられた無電解めっき層１８と、を有することで、表面２１ａから突出する強化用繊維２３Ａの一部分を覆う無電解めっき層１８により、繊維強化部材１７と無電解めっき層１８との間の密着性を向上させることが可能となる。
これにより、従来のように、ＡＢＳ樹脂をエッチングして、微細な凹凸を形成する必要がなくなるため、繊維強化部材１７に要求される強度や耐熱性を満たすような樹脂２１を用いることが可能となる。
したがって、繊維強化部材１７の強度や耐熱性を十分に確保した上で、繊維強化部材１７と繊維強化部材１７の表面１７ａに形成された無電解めっき層１８との間の密着性を十分に確保することができる。
したがって、繊維強化部材１７の強度や耐熱性を十分に確保した上で、繊維強化部材１７と繊維強化部材１７の表面１７ａに形成された無電解めっき層１８との間の密着性を十分に確保することができる。
また、樹脂２１の表面２１ａに複数の凹部１７Ａを設けることで、複数の凹部１７Ａ内に無電解めっき層１８を配置させることが可能となる。これにより、アンカー効果を得ることが可能となるので、繊維強化部材１７と無電解めっき層１８との間の密着性をさらに高めることができる。
一般的に、インペラが室外の空気を吸引すると、水滴、酸、ＮＯＸ（窒素酸化物）、及びＳＯＸ（硫黄酸化物）等も吸引される。そして、吸引した水滴が高速でインペラに衝突すると、エロージョン摩耗が発生してしまう。
しかし、上述したように、繊維強化部材１７と、繊維強化部材１７の表面１７ａを覆う無電解めっき層１８と、を含むようにインペラを構成することで、無電解めっき層１８（繊維強化部材１７よりも硬い金属層）により、繊維強化部材１７にエロージョン摩耗が発生することを抑制できる。
しかし、上述したように、繊維強化部材１７と、繊維強化部材１７の表面１７ａを覆う無電解めっき層１８と、を含むようにインペラを構成することで、無電解めっき層１８（繊維強化部材１７よりも硬い金属層）により、繊維強化部材１７にエロージョン摩耗が発生することを抑制できる。
図４は、第１の実施形態のめっき層付き繊維強化部材のめっき方法（めっき前処理を含む）を説明するためのフローチャートである。
図５〜図９は、第１の実施形態のめっき層付き繊維強化部材のめっき前処理及びめっき処理を説明するための断面図である。図４〜図９において、第１の実施形態のめっき層付き繊維強化部材１０と同一構成部分には、同一符号を付す。
なお、図６は、エッチング途中の状態を模式的に図示している。図７は、エッチング工程が完了後の繊維強化部材１７を模式的に示している。
図５〜図９は、第１の実施形態のめっき層付き繊維強化部材のめっき前処理及びめっき処理を説明するための断面図である。図４〜図９において、第１の実施形態のめっき層付き繊維強化部材１０と同一構成部分には、同一符号を付す。
なお、図６は、エッチング途中の状態を模式的に図示している。図７は、エッチング工程が完了後の繊維強化部材１７を模式的に示している。
次に、図４〜図９を参照して、第１の実施形態のめっき層付き繊維強化部材１０のめっき方法（めっき前処理を含む）について説明する。
図４の処理を開始する前に、周知の手法により、図５に示すように、エッチングされる前の繊維強化部材１７を準備する。この段階では、繊維強化部材１７の表面１７ａから強化用繊維２３Ａは、突出していない。また、この段階において、複数の強化用繊維２３には、樹脂２１から脱落する強化用繊維２３Ｃも含まれている。
図４の処理を開始する前に、周知の手法により、図５に示すように、エッチングされる前の繊維強化部材１７を準備する。この段階では、繊維強化部材１７の表面１７ａから強化用繊維２３Ａは、突出していない。また、この段階において、複数の強化用繊維２３には、樹脂２１から脱落する強化用繊維２３Ｃも含まれている。
次いで、図４に示す処理が開始されると、Ｓ１では、図６に示すように、図５に示す繊維強化部材１７の表面１７ａのエッチングが行われる（エッチング工程）。
具体的には、樹脂２１を選択的に溶解するエッチング液を用いて、樹脂２１に複数の強化用繊維２３が分散された繊維複合材料２４よりなる繊維強化部材１７の表面１７ａをエッチングする。樹脂２１がポリアミド樹脂の場合、上記エッチング液としては、例えば、クロム酸と硫酸との混酸液等を用いることができる。
具体的には、樹脂２１を選択的に溶解するエッチング液を用いて、樹脂２１に複数の強化用繊維２３が分散された繊維複合材料２４よりなる繊維強化部材１７の表面１７ａをエッチングする。樹脂２１がポリアミド樹脂の場合、上記エッチング液としては、例えば、クロム酸と硫酸との混酸液等を用いることができる。
図６に示すように、エッチングが進行すると、エッチング前の繊維強化部材１７の表面１７ａの近傍に配置された強化用繊維２３Ｃの全体が露出され、樹脂２１から強化用繊維２３Ｃが脱落する。
そして、図６に示すように、強化用繊維２３Ｃが脱落した樹脂２１の表面２１ａに、強化用繊維２３Ｃの形状に対応した凹部１７Ａが複数形成される。
そして、図６に示すように、強化用繊維２３Ｃが脱落した樹脂２１の表面２１ａに、強化用繊維２３Ｃの形状に対応した凹部１７Ａが複数形成される。
さらに、目的とするエッチング量まで、樹脂２１のエッチングを行うと、複数の強化用繊維２３Ａの一部分が樹脂２１から露出されるとともに、残りの強化用繊維２３Ｃが樹脂２１から脱落し、図７に示すように新たに複数の凹部１７Ａが形成される。
上記目的とするエッチング量は、樹脂２１に配合させる強化用繊維２３の直径と長さにも依存するが、例えば、５〜３０μｍの範囲内で適宜選択することができる。また、上記エッチング工程では、樹脂２１のエッチングレート、及び目的とするエッチング量に基づいて、エッチング時間を算出する。
次いで、図４に示すＳ２では、エッチング工程後の図７に示す繊維強化部材１７を振動させることで、樹脂２１から完全に露出され、樹脂２１の表面２１ａに残存する強化用繊維２３Ｃを除去する（振動工程）。
なお、図４では、一例として、エッチング工程と、振動工程と、を別々に行う場合を例に挙げて説明したが、エッチング工程と振動工程とを同時に行ってもよい。
このように、エッチング工程と振動工程とを同時に行うことで、エッチングされた樹脂２１から完全に露出された強化用繊維２３Ｃを樹脂２１から効率良く脱落させることができる。
繊維強化部材１７の振動は、例えば、超音波、エッチング液の撹拌、エッチング液の噴流等により行うことができる。
このように、エッチング工程と振動工程とを同時に行うことで、エッチングされた樹脂２１から完全に露出された強化用繊維２３Ｃを樹脂２１から効率良く脱落させることができる。
繊維強化部材１７の振動は、例えば、超音波、エッチング液の撹拌、エッチング液の噴流等により行うことができる。
次いで、図４に示すＳ３では、図８に示すように、周知の手法により、複数の凹部１７Ａを含む樹脂２１の表面２１ａ、及び樹脂２１から露出された強化用繊維２３Ａの一部分の表面に触媒２６を吸着させる（触媒吸着工程）。
具体的には、図３に示す無電解めっき層１８として、無電解Ｎｉ−Ｐめっき層を形成する場合、触媒としては、例えば、パラジウムを用いることができる。
具体的には、図３に示す無電解めっき層１８として、無電解Ｎｉ−Ｐめっき層を形成する場合、触媒としては、例えば、パラジウムを用いることができる。
次いで、図４に示すＳ４では、図９に示すように、周知の無電解めっき法により、触媒２６を核として、繊維強化部材の表面（具体的には、樹脂２１の表面２１ａ、及び樹脂２１から露出された強化用繊維２３Ａの一部分の表面）に無電解めっき層１８を形成する（無電解めっき層形成工程）。
これにより、図１に示すめっき層付き繊維強化部材１０が製造され、図４に示す処理は終了する。
これにより、図１に示すめっき層付き繊維強化部材１０が製造され、図４に示す処理は終了する。
無電解めっき層１８を形成時において、樹脂２１の表面２１ａ、及び樹脂２１から露出された強化用繊維２３Ａの一部分の表面に触媒２６が形成されているため、樹脂２１の表面２１ａ及び強化用繊維２３Ａの表面において同時に無電解めっき層１８の析出が開始される。
このため、樹脂２１から露出された強化用繊維２３Ａの一部分が無電解めっき層１８に押し上げられて、樹脂２１の表面２１ａに対する強化用繊維２３Ａの一部分の傾斜角度が大きくなる。また、強化用繊維２３Ａの一部分に沿うように無電解めっき層１８が形成されることで、無電解めっき層１８の表面１８ａに複数の凹凸が形成される。
このため、樹脂２１から露出された強化用繊維２３Ａの一部分が無電解めっき層１８に押し上げられて、樹脂２１の表面２１ａに対する強化用繊維２３Ａの一部分の傾斜角度が大きくなる。また、強化用繊維２３Ａの一部分に沿うように無電解めっき層１８が形成されることで、無電解めっき層１８の表面１８ａに複数の凹凸が形成される。
上記無電解めっき層１８としては、例えば、無電解Ｎｉ−Ｐめっき層や無電解Ｃｕめっき層等を例示することができる。
また、図１に示すめっき層付き繊維強化部材１０としてインペラを用いる場合、無電解めっき層１８の厚さは、例えば、５〜２０μｍの範囲内とすることができる。
また、図１に示すめっき層付き繊維強化部材１０としてインペラを用いる場合、無電解めっき層１８の厚さは、例えば、５〜２０μｍの範囲内とすることができる。
第１の実施形態の繊維強化部材のめっき方法によれば、複数の強化用繊維２３のうち、一部の強化用繊維２３Ａの一部分を樹脂２１の表面２１ａから露出させ、強化用繊維２３Ａの一部分の表面、及び複数の凹部１７Ａを含む繊維強化部材１７の表面１７ａに触媒２６を吸着させた後、無電解めっき法により、繊維強化部材１７の表面１７ａに無電解めっき層１８を形成することで、強化用繊維２３Ｃの一部分を覆うように、無電解めっき層１８が形成されるため、繊維強化部材１７と無電解めっき層１８との間の密着性を向上させることができる。
また、上述した手法で無電解めっき層１８を形成することで、複数の凹部１７Ａ内にも無電解めっき層１８が形成されるため、アンカー効果を得ることが可能となる。
これにより、ＡＢＳ樹脂をエッチングして、複数の微細な凹凸を形成する必要がなくなるため、繊維強化部材１７に要求される強度や耐熱性を満たすような樹脂２１を用いることができる。
つまり、繊維強化部材１７の強度や耐熱性を十分に確保した上で、繊維強化部材１７と無電解めっき層１８との間の密着性を十分に確保することができる。
これにより、ＡＢＳ樹脂をエッチングして、複数の微細な凹凸を形成する必要がなくなるため、繊維強化部材１７に要求される強度や耐熱性を満たすような樹脂２１を用いることができる。
つまり、繊維強化部材１７の強度や耐熱性を十分に確保した上で、繊維強化部材１７と無電解めっき層１８との間の密着性を十分に確保することができる。
なお、第１の実施形態では、めっき層付き繊維強化部材１０の一例として、回転機械に使用されるインペラを例に挙げて説明したが、めっき層付き繊維強化部材１０の他の例としては、例えば、自動車用樹脂部品や航空機用樹脂部品等を例示することができる。
また、図９に示すめっき層付き繊維強化部材１０を構成する無電解めっき層１８の表面１８ａを覆うセラミック層（図示せず）を形成する工程を別途設けてもよい。
図１０は、本発明の第２の実施形態に係るめっき層付き繊維強化部材の一部を拡大した断面図である。図１０において、図１〜図３に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
図１０を参照するに、第２の実施形態のめっき層付き繊維強化部材３０は、第１の実施形態のめっき層付き繊維強化部材１０を構成する樹脂２１の表面２１ａが、複数の凹部１７Ａの他に、複数の微細な凹凸３１を有すること以外は、めっき層付き繊維強化部材１０と同様に構成されている。微細な凹凸には、無電解めっき層１８が形成されている。
第２の実施形態のめっき層付き繊維強化部材３０によれば、樹脂２１の表面２１ａが、複数の凹部１７Ａの他に、無電解めっき層１８が形成された複数の微細な凹凸３１を有することで、樹脂２１と無電解めっき層１８との間のアンカー効果を高めることができる。
なお、第２の実施形態のめっき層付き繊維強化部材３０は、第１の実施形態のめっき層付き繊維強化部材１０と同様な効果を得ることができる。
なお、第２の実施形態のめっき層付き繊維強化部材３０は、第１の実施形態のめっき層付き繊維強化部材１０と同様な効果を得ることができる。
図１１は、第２の実施形態のめっき層付き繊維強化部材のめっき前処理及びめっき処理を説明するためのフローチャートである。図１１において、先に説明した図４に示すフローチャートと同一のステップには、同一の符号を付す。
図１２は、エッチング工程、振動工程、及び粗化工程後の繊維強化部材の表面部分を拡大した断面図である。図１２において、図１０に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
図１２は、エッチング工程、振動工程、及び粗化工程後の繊維強化部材の表面部分を拡大した断面図である。図１２において、図１０に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
次に、主に図１１及び図１２を参照して、第２の実施形態のめっき層付き繊維強化部材３０のめっき方法（めっき前処理を含む）について説明する。
図１１の処理を開始する前に、周知の手法により、図５に示す繊維強化部材１７を準備する。
図１１の処理を開始する前に、周知の手法により、図５に示す繊維強化部材１７を準備する。
次いで、図１１に示す処理が開始されると、Ｓ１では、図４、図６、及び図７において、先に説明したエッチング工程が行われる。
次いで、Ｓ２では、図４及び図７において、先に説明した振動工程が行われる。なお、第２の実施形態においてもエッチング工程と振動工程とを同時に行ってもよい。
次いで、Ｓ２では、図４及び図７において、先に説明した振動工程が行われる。なお、第２の実施形態においてもエッチング工程と振動工程とを同時に行ってもよい。
続く、Ｓ５では、触媒吸着工程（Ｓ３）の前に、樹脂２１の表面２１ａを粗化する（粗化工程）。
これにより、図１２に示すように、複数の凹部１７Ａが形成された樹脂２１の表面２１ａに複数の微細な凹凸３１が形成される。樹脂２１の表面２１ａの粗化方法としては、例えば、ブラスト処理を用いることができる。
これにより、図１２に示すように、複数の凹部１７Ａが形成された樹脂２１の表面２１ａに複数の微細な凹凸３１が形成される。樹脂２１の表面２１ａの粗化方法としては、例えば、ブラスト処理を用いることができる。
強化用繊維２３Ａの露出が多い部分では、エッチング処理で凹凸を形成できるが、露出が少ない部分はエッチング処理で凹凸を形成することは難しい。
しかし、上述した粗化工程（例えば、ブラスト処理）を行うことで、強化用繊維２３Ａの露出が少ない部分でも複数の微細な凹凸３１を形成することが可能となる。
つまり、粗化工程を有することで、強化用繊維２３Ａの露出が少ない部分でも複数の微細な凹凸３１を形成することが可能となるので、上述したアンカー効果を高めることができる。
しかし、上述した粗化工程（例えば、ブラスト処理）を行うことで、強化用繊維２３Ａの露出が少ない部分でも複数の微細な凹凸３１を形成することが可能となる。
つまり、粗化工程を有することで、強化用繊維２３Ａの露出が少ない部分でも複数の微細な凹凸３１を形成することが可能となるので、上述したアンカー効果を高めることができる。
粗化工程後の樹脂２１の表面粗さＲａは、例えば、３μｍ（最大高さＲｙが１２．５μｍ）以上８μｍ（最大高さＲｙが３２μｍ）以下であることが好ましい。
粗化工程後の樹脂の表面粗さＲａが３μｍ（最大高さＲｙが１２．５μｍ）未満であると、樹脂２１の表面２１ａと無電解めっき層１８との間の密着性が悪くなる恐れがある。
一方、粗化工程後の樹脂２１の表面粗さＲａが８μｍ（最大高さＲｙが３２μｍ）を超えると、樹脂２１の表面２１ａに形成される複数の微細な凹凸３１の形状が大きくなりすぎて、無電解めっき層１８の厚さの管理が難しくなる恐れがある。
したがって、樹脂の表面粗さＲａを３μｍ（最大高さＲｙが１２．５μｍ）以上８μｍ（最大高さＲｙが３２μｍ）以下の範囲内とすることで、無電解めっき層１８の厚さの管理を容易にした上で、樹脂２１と無電解めっき層１８との間の密着性を十分に確保することができる。
一方、粗化工程後の樹脂２１の表面粗さＲａが８μｍ（最大高さＲｙが３２μｍ）を超えると、樹脂２１の表面２１ａに形成される複数の微細な凹凸３１の形状が大きくなりすぎて、無電解めっき層１８の厚さの管理が難しくなる恐れがある。
したがって、樹脂の表面粗さＲａを３μｍ（最大高さＲｙが１２．５μｍ）以上８μｍ（最大高さＲｙが３２μｍ）以下の範囲内とすることで、無電解めっき層１８の厚さの管理を容易にした上で、樹脂２１と無電解めっき層１８との間の密着性を十分に確保することができる。
次いで、Ｓ３では、図４及び図８において、先に説明した触媒吸着工程が行われる。このとき、図８に示す触媒２６は、図１２に示す複数の微細な凹凸３１にも吸着する。
次いで、Ｓ４では、図４及び図９において、先に説明した無電解めっき層形成工程が行われる。これにより、図１０に示す第２の実施形態のめっき層付き繊維強化部材３０が製造され、図１１に示す処理が終了する。
次いで、Ｓ４では、図４及び図９において、先に説明した無電解めっき層形成工程が行われる。これにより、図１０に示す第２の実施形態のめっき層付き繊維強化部材３０が製造され、図１１に示す処理が終了する。
第２の実施形態の繊維強化部材のめっき方法によれば、粗化工程を有することで、樹脂２１と無電解めっき層１８との間の密着性をさらに高めることができる。
なお、第２の実施形態の繊維強化部材のめっき方法は、第１の実施形態の繊維強化部材のめっき方法と同様な効果を得ることができる。
なお、第２の実施形態の繊維強化部材のめっき方法は、第１の実施形態の繊維強化部材のめっき方法と同様な効果を得ることができる。
なお、第２の実施形態では、一例として、エッチング工程後で、かつ触媒吸着工程の前に、粗化工程を行う場合を例に挙げて説明したが、粗化工程は、エッチング工程の前に行ってもよい。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
次に、実験例について説明するが、本発明は、下記実験例に限定されない。
実験例では、炭素繊維で強化されたポリアミド樹脂よりなる板材と、炭素繊維で強化されたポリアミド樹脂よりなるインペラと、を用いて、板材及びインペラの表面を株式会社不二製作所製のブラスト装置（型番；自動回転テーブル型：ＡＴＣＭ）を用いて、粗化処理した時の炭素繊維で強化されたポリアミド樹脂の表面粗さＲａと、剥離の有無と、を調べた。以下、炭素繊維で強化されたポリアミド樹脂を単に樹脂という。
板材の粗化工程では、研磨材の平均粒径として、４９μｍと、６９μｍと、９８μｍと、を用いた。
インペラの粗化工程では、研磨材の平均粒径として、１１６μｍと、１６５μｍと、２３１μｍと、３２８μｍと、を用いた。
インペラの粗化工程では、研磨材の平均粒径として、１１６μｍと、１６５μｍと、２３１μｍと、３２８μｍと、を用いた。
ブラストの条件としては、研磨材の噴射圧力を０．３〜０．４ＭＰａとし、ブラスト時間を５〜２０ｓｅｃとした。
表面粗さＲａの測定には、Ｔａｙｌｏｒ Ｈｏｂｓｏｎ社製の表面粗さ測定装置であるフォームタリサーフ（Ｓ４Ｃ-シリーズ２）を用いた。
表面粗さＲａの測定には、Ｔａｙｌｏｒ Ｈｏｂｓｏｎ社製の表面粗さ測定装置であるフォームタリサーフ（Ｓ４Ｃ-シリーズ２）を用いた。
この結果を図１３に示す。
図１３は、研磨材の平均粒径と樹脂の表面粗さＲａと剥離の有無との関係を示す実験例のグラフである。図１３に示すＯＫは、剥離が無い結果を示しており、ＮＧは剥離が確認された結果を示している。
図１３を参照するに、板材の剥離有無の結果から表面粗さＲａは、３μｍ以上必要であることが確認でききた。
また、インペラの結果から、３．２〜９．０μｍの範囲内であると、剥離が無いことが確認できた。
図１３は、研磨材の平均粒径と樹脂の表面粗さＲａと剥離の有無との関係を示す実験例のグラフである。図１３に示すＯＫは、剥離が無い結果を示しており、ＮＧは剥離が確認された結果を示している。
図１３を参照するに、板材の剥離有無の結果から表面粗さＲａは、３μｍ以上必要であることが確認でききた。
また、インペラの結果から、３．２〜９．０μｍの範囲内であると、剥離が無いことが確認できた。
本発明は、繊維強化部材の表面にめっき層が形成されためっき層付き繊維強化部材、及び繊維強化部材のめっき方法に適用可能である。
１０，３０ めっき層付き繊維強化部材
１１ ディスク
１１ａ 上面
１３ ブレード
１５ 流路
１７ 繊維強化部材
１７ａ，２１ａ 表面
１７Ａ 凹部
１８ 無電解めっき層
２１ 樹脂
２３，２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ 強化用繊維
２４ 繊維複合材料
２６ 触媒
３１ 微細な凹凸
Ｐ 回転軸
Ｗ 冷媒
１１ ディスク
１１ａ 上面
１３ ブレード
１５ 流路
１７ 繊維強化部材
１７ａ，２１ａ 表面
１７Ａ 凹部
１８ 無電解めっき層
２１ 樹脂
２３，２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ 強化用繊維
２４ 繊維複合材料
２６ 触媒
３１ 微細な凹凸
Ｐ 回転軸
Ｗ 冷媒
Claims (8)
- 樹脂に複数の強化用繊維が分散された繊維複合材料よりなり、前記複数の強化用繊維のうち、一部の強化用繊維の一部分が前記樹脂の表面から突出した繊維強化部材と、
前記樹脂の表面、及び該表面から突出する前記強化用繊維の一部分を覆うように設けられた無電解めっき層と、
を含むことを特徴とするめっき層付き繊維強化部材。 - 前記樹脂の表面には、複数の凹部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のめっき層付き繊維強化部材。
- 前記樹脂の表面には、複数の微細な凹凸が設けられていることを特徴とする請求項２記載のめっき層付き繊維強化部材。
- 前記めっき層付き繊維強化部材は、インペラであることを特徴とする請求項１ないし３のうち、いずれか１項記載のめっき層付き繊維強化部材。
- 樹脂に複数の強化用繊維が分散された繊維複合材料よりなる繊維強化部材の表面を、前記樹脂を選択的に溶解するエッチング液を用いてエッチングすることで、前記樹脂の表面から前記複数の強化用繊維のうち、一部の強化用繊維の一部分を露出させるエッチング工程と、
前記繊維強化部材を振動させることで、前記エッチングされた前記樹脂から完全に露出された前記強化用繊維を前記樹脂から脱落させる振動工程と、
前記エッチング工程及び前記振動工程により、前記繊維強化部材が脱落することで前記樹脂の表面に形成された複数の凹部を含む前記樹脂の表面、及び前記樹脂から露出された前記強化用繊維の一部分の表面に触媒を吸着させる触媒吸着工程と、
前記触媒吸着工程後に、無電解めっき法により、前記触媒を核として、前記繊維強化部材の表面に無電解めっき層を形成する無電解めっき層形成工程と、
を含むことを特徴とする繊維強化部材のめっき方法。 - 前記エッチング工程と、前記振動工程と、を同時に行うことを特徴とする請求項５記載の繊維強化部材のめっき方法。
- 前記エッチング工程の前、或いは前記エッチング工程後で、かつ前記触媒吸着工程の前に、前記樹脂の表面を粗化する粗化工程を有することを特徴とする請求項５または６記載の繊維強化部材のめっき方法。
- 前記粗化工程後の前記樹脂の表面粗さＲａは、３μｍ以上８μｍ以下であることを特徴とする請求項７記載の繊維強化部材のめっき方法。
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