JP2007009265A

JP2007009265A - マスキング部材及びめっき方法

Info

Publication number: JP2007009265A
Application number: JP2005190486A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Tanida; 芳夫谷田; Satoshi Nanba; 智南場; Shinji Kadoshima; 信司角島
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2007-01-18

Abstract

【課題】ワークを段積みして電気めっきにより一括してめっき皮膜を形成するに際し、より均一な膜厚及び膜質を得られると共に、より短時間でめっき皮膜を形成し得るマスキング部材及びめっき方法を提供すること。
【解決手段】貫通した開口部を有するワークＷを、当該開口部が互いに連通するように複数段積みにして各々の前記ワークの前記開口部の内周面にめっき皮膜を電気めっきにより一括析出する際に、隣接する前記ワーク間に液密に介挿されるマスキング部材１０において、前記開口部と略同形状の穴部と、前記穴部を規定する端縁１２の両側部にそれぞれ形成され、当該端縁の両側部を前記ワークと離間させる切り欠き１３と、を有することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は複数のワークを段積みして電気めっきによりめっき皮膜を一括して形成する際に、各ワーク間に介挿されるマスキング部材及びこれを用いためっき方法に関するものである。

エンジンのシリンダ内周面のような摺動面には、その耐磨耗性を確保するために電気めっきにより各種のめっき皮膜が形成される。電気めっきによりめっき皮膜を形成する場合の問題点として、被めっき箇所の形状に依存して膜厚や膜質の不均一を生じることが知られている。これは、例えば、被めっき箇所が平坦な部分とエッジ状の部分とで電極からの電流密度が局所的に異なるために生じるものであり、エッジ状の部分においては電流密度が大きくなるため、めっきが多く析出してしまって狙った膜厚よりも厚い膜厚が形成されたり、析出しためっき粒子が粗くなる。このような現象は、比較的厚みの厚いめっき皮膜を形成する場合に傾向にあり、また、Ｃｒめっきのようにより大きな電流密度が必要とされるめっき皮膜の形成時に顕著に現れる。膜厚や膜質の不均一が発生すると、これを改善するためのめっき後の機械加工に手間がかかると共に、めっき皮膜を破損しかねない。

このような問題の改善方法として、エッジ部分近傍にワークと導通した補助電極部材を設けて、この補助電極に意図的にめっきを析出させる一方でエッジ部分の電流密度を下げる方法、陽極とワークのエッジ部分との間においてエッジ部分に流れ込む電流を減少させる遮蔽物を配置する方法等が提案されており、実用化されている。しかし、これらの方法はワークの形状によっては補助電極部材や遮蔽物の設置が困難となり、採用できない場合がある。

別の改善方法としては例えば特許文献１に記載されるように電極の極性を所定の間隔で反転させるＰＲ法と呼ばれるめっき法も提案されている。このＰＲ法では、電極の極性を反転することでめっき皮膜の析出とエッチングとを交互に行なうものであり上記の問題を改善し得るものであるが、めっき皮膜のエッチングが行なわれるため、意図する膜厚のめっき皮膜が析出されるまでに時間がかかるという問題がある。

ところで、ワークが貫通した開口部を有する筒状をなし、その内周面にめっき皮膜を形成する場合には、工程数の削減のため、複数のワークをその開口部が同芯上に位置するように上下に段積みし、相互に連通した開口部内に電極を設けると共に開口部内にめっき液を流し込み、各ワークの内周面にめっき皮膜を一括析出する方法が採用される場合がある。この方法では複数のワークに一括してめっき皮膜を形成できるだけでなく、めっき浴槽の小型化を図れると共に、めっき浴槽の小型化に伴って排水処理が比較的簡易であるという利点を有する。また、この方法では段積みされたワーク間にめっき液が漏出することを防止するため並びに複数のワーク間に跨ってめっき皮膜が連続して形成されることを防止するために、ワーク間をシールするマスキング部材が併用される。マスキング部材はワークの開口部と略同形状の穴部を有すると共に、非導電性の材料を用いて形成され、ワークの開口部内に露出するマスキング部材の端縁にめっき皮膜が形成されないようにされる。

特開２００４−１０７７５１号公報

ここで、マスキング部材の穴部の形状をワークの開口部の形状と完全に一致させることはそもそも容易ではないが、仮に両者の形状を完全に一致させて開口部の内周面とマスキング部材の端縁とを面一にできたとしても、隣接する各ワーク間の境界部分において電流密度が局所的に小さくなり、開口部の内周面の他の部分と比べて当該境界部分においてめっき皮膜が薄くなる。また、マスキング部材の端縁が開口部内に突出すると、その周囲にガス溜まりが生じてワークの境界部分において緻密なめっき皮膜が得られない場合がある。逆に、マスキング部材の端縁が開口部の内周面から引っ込む場合には、隣接する各ワーク間の境界部分に空隙を生じてエッジ状の部分が生じ、電流密度が局所的に大きくなってめっき皮膜が過剰に析出されてしまう。

従って、本発明の目的は、ワークを段積みして電気めっきにより一括してめっき皮膜を形成するに際し、より均一な膜厚及び膜質を得られると共に、より短時間でめっき皮膜を形成し得るマスキング部材及びめっき方法を提供することにある。

本発明によれば、貫通した開口部を有するワークを、当該開口部が互いに連通するように複数段積みにして各々の前記ワークの前記開口部の内周面にめっき皮膜を電気めっきにより一括析出する際に、隣接する前記ワーク間に液密に介挿されるマスキング部材において、前記開口部と略同形状の穴部と、前記穴部を規定する端縁の両側部にそれぞれ形成され、当該端縁の両側部を前記ワークと離間させる切り欠きと、を有することを特徴とするマスキング部材が提供される。

本発明のマスキング部材によれば、前記穴部を前記開口部と略同形状とする一方で前記端縁の両側部に前記切り欠きを設けることで、段積みされた前記ワークの境界部分に作用する電流の電流密度の大きさを、他の部分に作用する電流の電流密度の大きさに略一致させることができ、より均一な膜厚及び膜質を得られる。また、前記境界部分に過剰なめっき皮膜が析出されることを防止するために上記のＰＲ法のような電極の極性の反転は必要なく、より短時間でめっき皮膜が形成できる。

本発明においては、前記切り欠きがテーパ形状の切り欠き又は断面が略Ｌ字型の切り欠きである構成を採用できる。このような切り欠きであれば、前記境界部分に作用する電流の電流密度の大きさをより簡易に調整できる。

また、本発明においては、前記マスキング部材は複数枚の板状の部材を積層して形成されたものである構成を採用できる。この構成によれば、前記切り欠きをより簡易に形成できる。

また、本発明においては、前記マスキング部材は、独立気泡構造の発泡樹脂からなる構成を採用できる。この構成によれば、前記マスキング部材の液密性と非導電性とを簡易に得られる。

また、本発明によれば、貫通した開口部を有するワークを、当該開口部が互いに連通するように複数段積みにして各々の前記ワークの前記開口部の内周面にめっき皮膜を電気めっきにより一括析出するめっき方法において、隣接する前記ワーク間に液密にマスキング部材を介挿し、該マスキング部材が、前記開口部と略同形状の穴部と、前記穴部を規定する端縁の両側部にそれぞれ形成され、当該端縁の両側部を前記ワークと離間させる切り欠きと、を有することを特徴とするめっき方法が提供される。

本発明のめっき方法によれば、前記穴部を前記開口部と略同形状とする一方で前記端縁の両側部に前記切り欠きを設けることで、段積みされた前記ワークの境界部分に作用する電流の電流密度の大きさを、他の部分に作用する電流の電流密度の大きさに略一致させることができ、より均一な膜厚及び膜質を得られる。また、前記境界部分に過剰なめっき皮膜が析出されることを防止するために上記のＰＲ法のような電極の極性の反転は必要なく、より短時間でめっき皮膜が形成できる。

以上述べた通り、本発明によれば、ワークを段積みして電気めっきにより一括してめっき皮膜を形成するに際し、より均一な膜厚及び膜質を得られると共に、より短時間でめっき皮膜を形成し得るマスキング部材及びめっき方法を提供することができる。

図１は本発明のめっき方法を実施可能な電気めっき設備Ａの構成概略図である。電気めっき設備Ａは、めっき皮膜を形成する対象となるワークＷ１〜Ｗ１０（総称するときは単にワークＷという。）が載置される中空の載置部１と、ワークＷの上方に配設される蓋部２と、載置部１の下方に配設され、めっき液が貯留される浴槽３と、浴槽３内のめっき液を圧送するポンプ４と、ポンプ４から圧送されるめっき液を蓋部２周囲に導く円筒状の配管５と、配管５の外周に配設された円筒状の電極６と、電極６とワークＷとの間に電流を流す電源回路７と、を備える。

ワークＷ１乃至Ｗ１０はいずれも同種のワークであり、上下方向に段積みされている。隣接するワーク間にはマスキング部材１０が介挿されている。図２はワークＷ及びマスキング部材１０の斜視図である。ワークＷは本実施形態ではロータリエンジンのロータハウジングを想定している。ワークＷはその互いに向かい合う端面間を貫通する開口部Ｗａを有する筒状をなしており、開口部Ｗａの内周面（ワークＷの内周面）がめっき皮膜の形成対象となる。

マスキング部材１０は平板状の部材からなり、開口部Ｗａと略同形状の穴部１１を有する。本実施形態ではワークＷの端面が略平坦面である場合を想定しているため、マスキング部材１０を平板状の部材から構成しているが、ワークＷの端面に凹凸がある場合は、その端面形状に即した形状に構成できる。また、本実施形態では開口部Ｗａの断面形状がワークＷの厚み方向の各箇所でいずれも略等しい場合を想定するが、開口部Ｗａの断面形状がワークＷの厚み方向の各箇所で異なる場合、穴部１１の形状は開口部Ｗａの端部の断面形状と略同形状に設定される。

穴部１１を規定するマスキング部材１０の端縁１２の両側部（図２では上下側部）には切り欠き１３が形成されている。本実施形態では切り欠き１３はその断面が略Ｌ字型の切り欠きとして形成され、端縁１２はその両側部に厚みの段差が付けられた段付き形状になっている。図１に示すように、ワークＷ１〜Ｗ１０はそれぞれの開口部Ｗａが互いに連通するように段積みされ、全体として筒状をなして、配管５及び電極６を内包するようにして載置部１上に載置される。隣接するワークＷ間にはそれぞれマスキング部材１０がその穴部１１と開口部Ｗａとが略一致するように介挿され、ボルト（不図示）による締結等によりワークＷとマスキング部材１０とが一体的に固定される。切り欠き１３は、マスキング部材１０の端縁のうち、最端面１２ａはワークＷの開口部Ｗａの表面と略面一か、開口部Ｗａの中心側へ僅かに突出するように、また、切り欠き１３により形成された奥側端面１２ｂは、開口部Ｗａの表面よりも奥まった位置（ワークＷ及びマスキング部材１０の外周側）に位置するように形成される。切り欠き１３を設けたことにより、端縁１２の両側部はワークＷの端面から離間している。

マスキング部材１０はワークＷ間で圧接状態とされ、隣接するワークＷの端面間にめっき液が漏出しないように液密に介挿される。マスキング部材１０はワークＷ間のシール材として機能すると共に端縁１２にめっき皮膜が形成されないように非導電性を有することが必要となる。従って、一定の弾性を有する非導電性材料から構成されることが望ましく、例えば、独立気泡構造の発泡樹脂から構成すれば気泡の存在により弾性を有して液密性を発揮し、また、非導電性の物質であることからマスキング部材１０の液密性と非導電性とを簡易に得られる。

しかして、図１に示すように、ワークＷの内周面にめっき皮膜を形成する場合には、ポンプ４により浴槽３からめっき液を圧送する。めっき液は電極６とワークＷの内周面との空隙を通って上昇し、蓋部２の内部に至る。めっき液は蓋部２から配管５を通って流れ落ち、浴槽３へ還流し、再びポンプ４により圧送されることになる。このようにしてめっき液が循環する。また、電源回路７により電極６を正電位にワークＷを負電位に設定して通電することで、電極６からワークＷの内周面に向けて電流が流れ、各ワークＷの内周面にめっき皮膜が一括して析出されることになる。

次に、マスキング部材１０の端縁１２に切り欠き１３を設けたことによる作用について説明する。図３（ａ）はマスキング部材１０の端縁１２周辺の電流分布を示す図であり、矢印が電流の経路を示す。図３（ｂ）及び（ｃ）は比較例として切り欠き１３の無い従来のマスキング部材２０、３０を用いた場合の端縁周辺の電流分布を示す図であり、図３（ｂ）はマスキング部材２０の端面をワークＷの内周面と略面一にした場合、図３（ｃ）はマスキング部材３０の端面をワークＷの内周面よりも奥側にした場合を示す。

まず、図３（ｂ）の例では、マスキング部材２０に電流が流れないので、ワークＷの内周面のうち、ワークＷの端面近傍では電流密度が他の箇所よりも小さくなる。なお、図３（ｂ）では、マスキング部材２０に近づくに従って矢印の間隔が大きくなっているが、これは電流密度が減少していることを表している。従って、形成されるめっき皮膜は、線Ｌｂでその輪郭を示すようにワークＷの端面近傍において他の箇所よりも薄くなってしまい、狙った膜厚が得られない。従って、ワークＷの内周面に略均一な所定膜厚のめっき皮膜を形成するのに大幅な処理時間を要することになる。

次に、図３（ｃ）の例では、マスキング部材３０の端面がワークＷの内周面よりも奥側に位置していることからワークＷ_nとワークＷ_n+1との境界部分においてエッジ状の部分が生じ、内周面のみならずワークＷ_nの上端面、ワークＷ_n+1の下端面にも電流が流れ込む。このため、ワークＷの端面近傍では電流密度が他の箇所よりも大きくなる。なお、図３（ｃ）では、マスキング部材２０に近づくに従って矢印の間隔が小さくなっているが、これは電流密度が高まっていることを表している。従って、形成されるめっき皮膜は、線Ｌｃでその輪郭を示すようにワークＷの端面近傍において他の箇所よりも厚くなってしまい、やはり狙った膜厚が得られない。また、電流密度が大きいのでめっき析出粒子が粗大化して、めっき処理後の研削加工時に欠けてしまう虞もある。

一方、図３（ａ）に示すように本実施形態のマスキング部材１０では、切り欠き１３を設けたことにより、ワークＷ_nとワークＷ_n+1との境界部分においてエッジ状の部分が生じるので内周面のみならずワークＷ_nの上端面、ワークＷ_n+1の下端面にも電流が流れるが、切り欠き１３に挟まれる部分の存在により、図３（ｃ）の場合よりも流れる電流は小さくなる。従って、図３（ｂ）の例のようにワークＷの端面近傍において電流密度が他の箇所よりも小さくならず、かつ、図３（ｂ）のように大きくもならない。なお、図３（ａ）では、マスキング部材２０に近づくか否かに関わらず、矢印の間隔が略均等となっているが、これは電流密度にほとんど変化がないことを表している。しかして、形成されるめっき皮膜は線Ｌａでその輪郭を示すようにワークＷの端面近傍も他の箇所と略同じ膜厚となり、狙った膜厚が得られる。つまり、切り欠き１３の、マスキング部材１０の厚み方向の幅を調整することでワークＷの端面近傍の電流密度を調整でき、めっき皮膜の膜厚を最適化できる。

以上のように、本実施形態では、マスキング部材１０の穴部１１を開口部Ｗａと略同形状とする一方で端縁１２の両側部に切り欠き１３を設けることで、段積みされたワークＷの境界部分に作用する電流の電流密度の大きさを、他の部分に作用する電流の電流密度の大きさに略一致させることができ、より均一な膜厚及び膜質を得られる。また、ＰＲ法のような電極の極性の反転は必要なく、より短時間でめっき皮膜が形成できる。

＜他の実施形態＞
上記実施形態では、切り欠き１３をその断面が略Ｌ字型の切り欠きとして形成したが、ワークＷと端縁１２とを離間させることができればどのような形状でもよく、例えば、図４（ａ）に示すように、端縁１２の厚みを穴部１１側へ向かうにつれて小さくするテーパ形状の切り欠き１３’としてもよい。

また、上記実施形態では、マスキング部材１０を一体成形品の板状の部材としたが、複数枚の板状の部材を積層して形成してもよい。図４（ｂ）はその例を示すマスキング部材１０’の部分断面図であり、面方向の幅が異なる板状の部材１０ａ、１０ｂを用い、部材１０ｂの両側に部材１０ａを配設して積層した例である。この構成によれば、切り欠き１３をより簡易に形成できる。

＜実施例＞
以下、図３（ａ）に示す切り欠き１３を有するマスキング部材１０を用いた場合の実施例について、図３（ｃ）に示す切り欠きが無くかつ端面がワークＷの内周面よりも奥側に位置しているマスキング３０を用いた場合を比較例として説明する。

１．めっき液の浴組成（単位：ｇ／ｌ）
ＣｒＯ₃：２６０
Ｈ₂ＳＯ₄：２．９
Ｍｏ：６０
Ｃｒ₂Ｏ₃：４（±３）
Ｆｅ³⁺：５以下

２．マスキング部材
板厚：３ｍｍ
切り欠き１３：厚み方向に１ｍｍ、面方向に３ｍｍ
なお、マスキング部材３０の端面はワークＷの内周面から３ｍｍ奥側とした。

３．ワーク
１２個のワークＷを段積みにして一括してめっき皮膜を形成した。なお、ワークＷの内周面の幅は約８０ｍｍである。

４．めっき条件
めっき液の浴温を摂氏４５度（±１度）維持し、ワークＷを３分間予熱した後にワークＷの内周面の下地処理（表面エッチング）として、電流密度５６．６Ａ／ｄｍ²で３分間逆電（電極６を負電位、ワークＷを正電位）し、その後、更に、ワークＷの内周面の下地処理（めっきの密着性向上）として、電流密度４８．５Ａ／ｄｍ²で２分間正電した。

次に、めっき皮膜を析出するために、電流密度３０．３Ａ／ｄｍ²で６．５時間正電した。その後、ワークＷの内周面に油溜まりを形成するため、電流密度３０．３Ａ／ｄｍ²で３．５分間逆電した。

５．結果
各ワークＷの内周面のめっき皮膜の厚みを、ワークＷの上下の各端部、中央部にて計測し、前者の平均値と後者の値との差分を算出した。図５は算出した差分（膜厚差）をマスキング部材３０を用いた比較例と、マスキング部材１０を用いた実施例と、でまとめたものである。なお、各ワークＷの内周面のめっき皮膜の厚みは、めっき皮膜の実測値とめっきの形成前に計測した各ワークＷの内周面の表面粗さとの合成値としている。図５に示すように、実施例では比較例よりも膜厚差が格段に小さくなっていると共に、各ワーク間の膜厚差のバラツキも低減している。

本発明のめっき方法を実施可能な電気めっき設備Ａの構成概略図である。ワークＷ及びマスキング部材１０の斜視図である。（ａ）はマスキング部材１０の端縁１２周辺の電流分布を示す図、（ｂ）及び（ｃ）は比較例として切り欠き１３の無い従来のマスキング部材２０、３０を用いた場合の端縁周辺の電流分布を示す図である。（ａ）及び（ｂ）は本発明のマスキング部材の他の実施形態を示す図である。実施例の結果を示す図である。

符号の説明

Ａ電気めっき設備
Ｗワーク
Ｗａ開口部
１０マスキング部材
１１穴部
１２端縁
１３切り欠き

Claims

貫通した開口部を有するワークを、当該開口部が互いに連通するように複数段積みにして各々の前記ワークの前記開口部の内周面にめっき皮膜を電気めっきにより一括析出する際に、隣接する前記ワーク間に液密に介挿されるマスキング部材において、
前記開口部と略同形状の穴部と、
前記穴部を規定する端縁の両側部にそれぞれ形成され、当該端縁の両側部を前記ワークと離間させる切り欠きと、
を有することを特徴とするマスキング部材。
前記切り欠きがテーパ形状の切り欠き又は断面が略Ｌ字型の切り欠きであることを特徴とする請求項１に記載のマスキング部材。
前記マスキング部材は複数枚の板状の部材を積層して形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のマスキング部材。
前記マスキング部材は、独立気泡構造の発泡樹脂からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のマスキング部材。
貫通した開口部を有するワークを、当該開口部が互いに連通するように複数段積みにして各々の前記ワークの前記開口部の内周面にめっき皮膜を電気めっきにより一括析出するめっき方法において、
隣接する前記ワーク間に液密にマスキング部材を介挿し、
該マスキング部材が、
前記開口部と略同形状の穴部と、
前記穴部を規定する端縁の両側部にそれぞれ形成され、当該端縁の両側部を前記ワークと離間させる切り欠きと、
を有することを特徴とするめっき方法。