JP2008223109A

JP2008223109A - めっき装置及びめっき方法

Info

Publication number: JP2008223109A
Application number: JP2007066100A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hoshi; 裕之星; Setsuo Ando; 節夫安藤; Atsushi Okamoto; 篤志岡本
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】高温のめっきプロセスを用いた場合にも、高い生産性でめっきを行う。
【解決手段】攪拌機２に回転軸３が接続され、回転軸３には複数のワーク４を収納する容器５が接続される。また、回転軸３は鉛直方向から傾いた角度で設置され、容器５はめっき用電解液６に浸漬される。また、回転軸３は中空の筒状となっており、その中を通電線７が挿通している。通電線７の一端は電源に接続され、他端は容器５の中に設けられる。容器５は金属製であり、複数の開口部が設けられている。あるいは、金属のメッシュで形成されている。ただし、その表面は絶縁層でコーティングされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に小型のワークにアルミニウムコーティングをめっきによって施すめっき装置、及びめっき方法に関する。

小型の金属部品にアルミニウムコーティングを施した部品は、自動車を初めとした各種の機械に用いられている。こうした部品にアルミニウムコーティングを行うことは、一般にめっき法、特に電解めっき法によって行われる。

このために、バレルめっき装置が特に好ましく用いられる。電解めっきの場合には、めっきされる部品（ワーク）をめっき用電解液中に浸漬し、かつこれらの部品を負電極側として通電をする必要がある。この際、大きな板にめっきを施す場合と異なり、小型の部品にめっきを行う場合は、同時に多数の部品に対してめっきを行うことが製造コストの観点から好ましい。この場合、全てのワークに対して均一なコーティングを行うためには、全てのワークに通電を行い、かつ電解液及び全てのワークを攪拌することも必要である。

従って、バレルめっき装置においては、こうした動作を実現するための工夫がなされている。

例えば、特許文献１に記載の技術においては、電源に接続された金属製のメッシュで形成された容器中に多数のワークが収納され、この容器ごと電解液中に浸漬される。また、この容器は、歯車を用いて電解液中で上下方向に回転運動する。これにより、電解液及び多数のワークは攪拌されると同時に、一様に金属製の容器から通電され、各ワークに均一にめっき層を形成することができた。

しかしながら、こうした構造においては、金属製のメッシュで形成された容器や回転駆動用の歯車にも通電されるため、これらが電解液に浸漬された箇所には同様にめっき層が形成された。このめっき層が堆積して厚くなると、歯車の駆動が困難になったり、メッシュの空瞭が狭くなり、攪拌が不充分となることがあった。このため、歯車や容器の耐用期間は短く、これらを定期的に交換する必要があり、その生産性は低かった。

このため、例えば、特許文献２には、容器全体を絶縁性樹脂で形成し、通電は容器下部に形成した電極によって行う技術が記載されている。また、この技術においては、鉛直方向から傾いた角度で設置された回転軸で容器を回転させるため、歯車を用いずに容器を回転させている。これにより、容器にはめっき層が形成されることがなく、その耐用期間を長くすることができた。

実公昭５７−５５３３７号公報特開２０００−３４６００

しかしながら、例えばアルミニウムめっきの場合には、電解液温度は１００℃以上の高温で行う。この際、バレルめっき装置においては、多数のワークが絶えず容器中で攪拌されるため、ワークを収納する容器には高温における機械的な耐久性も要求される。一般に、絶縁性樹脂はこうした温度においては軟化し、変形しやすくなる。従って、容器自体を絶縁性樹脂で形成した場合には、一度に多数のワークを処理した場合には、その重みによって容器自身が変形し、本来の性能が発揮されなくなるという問題があった。従って、この場合には一度に処理できるワークの数は限定され、その生産性が低くなった。

本発明は、斯かる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
請求項１記載の発明の要旨は、ワークを収納する金属製の容器が電解液中に浸漬され、前記ワークが通電されることにより前記ワーク表面で電気化学反応を生じさせるめっき装置であって、軸方向に沿って中空部を有し、鉛直方向から傾いた角度で設置され、前記容器に接続され、前記容器を回転させる筒状の回転軸と、前記中空部を挿通し、一端が電源に接続され、他端が前記容器の中に設けられる通電線とを具備し、前記容器には複数の開口部が設けられ、前記容器の表面は絶縁層によりコーティングされていることを特徴とするめっき装置に存する。
請求項２記載の発明の要旨は、前記容器は、前記金属製のメッシュで形成されることを特徴とする請求項１に記載のめっき装置に存する。
請求項３記載の発明の要旨は、前記絶縁層はテフロン（登録商標）で形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のめっき装置に存する。
請求項４記載の発明の要旨は、前記電解液は、アルミニウムめっき用電解液であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のめっき装置に存する。
請求項５記載の発明の要旨は、前記電解液の温度は１００℃以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のめっき装置に存する。
請求項６記載の発明の要旨は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のめっき装置を用い、前記容器中に複数のワークを収納し、前記容器を前記回転軸によって回転させ、前記通電線に電圧を印加することにより、前記複数のワークにめっき層を形成することを特徴とするめっき方法に存する。

本発明は以上のように構成されているので、高温のめっきプロセスを用いた場合にも、高い生産性でめっきを行うことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、ここでいうめっき装置とは、電解液中でワーク表面で電気化学反応を発生させる装置である。ここでは、例としてワーク表面を陰極としてめっき層を形成する装置につき説明するが、、逆にワーク表面を陽極として酸化層を形成する装置もこれに含まれるものとする。

本実施の形態のめっき装置１の構成を示す図が図１である。図１において、攪拌機２に回転軸３が接続され、回転軸３には複数のワーク４を収納する容器５が接続される。また、回転軸３は鉛直方向から傾いた角度で設置され、容器５はめっき用電解液６に浸漬される。また、回転軸３は中空の筒状となっており、その中を通電線７が挿通している。通電線７の一端は電源に接続され、他端は容器５の中に設けられる。このめっき装置１を用いて、ワーク４の表面にめっきを施して金属コーティングすることができる。

攪拌機２は例えばモーターで構成され、回転軸３及び容器５を図１中の矢印に示すように回転させる。その回転速度は、例えば３０ｒｐｍ程度である。

回転軸３は中空構造であるが、多数のワーク４を収容した容器５を支持するための機械的強度は充分なものである必要がある。このため、例えば外径７ｍｍ、内径５ｍｍ程度のＳＵＳ３０４が用いられる。また、この回転軸３は鉛直方向から傾いた角度、例えば４５°程度の角度で設置される。

ワーク４は、めっき層が形成される部品である。このめっき装置１によってワーク４には電解めっきが施されるため、ワーク４は導電性の材料で構成される。この材料は、例えば鉄鋼であるが、これに限られるものではない。めっき用電解液６中で溶解すること等により定形性を保てない材料ではなく、かつ導電性であれば同様に用いることができる。また、めっき層を形成するに際しては、多数のワーク４が同時に容器５中に収納されていることが好ましい。この際、ワーク４の形状は全て同一である必要はない。

容器５は金属、例えばＳＵＳ３０４製であり、複数の開口部が設けられている。あるいは、金属のメッシュで形成されている。ただし、その表面は絶縁層でコーティングされている。この絶縁層は、例えば３００μｍの厚さのテフロン（登録商標）である。容器５は回転軸３と機械的に接続されることにより、回転運動をする。このため、容器５中の金属とめっき用電解液６とは電気的に絶縁されている。なお、回転軸３にも同様のコーティングを施すことが好ましい。この絶縁層としては、めっき用電解液６中で溶解せず、電気的絶縁性が保たれ、テフロンと同等の機械的強度を有するものであれば同様に用いることができる。また、めっき工程を行なう際の温度において軟化する材料であっても用いることができる。なお、開口部の大きさ、あるいはメッシュの間隔は、ワークの大きさに応じて適宜決定される。すなわち、ワークをこの容器５中に安定して収納でき、攪拌が充分に行われるべく決定される。

めっき用電解液６は、ワーク４にコーティング層を形成する材料の電解液である。例えば、アルミニウムコーティングを行う場合には、ジメチルスルホン（ＤＭＳＯ_２）を溶媒とし、無水塩化アルミニウム（III）（ＡｌＣｌ_３）を溶質としたものを用いる。そのモル比はＤＭＳＯ_２：ＡｌＣｌ_３で５：１とする。また、その温度は、電解反応が好ましく行われる温度として、１００℃以上、例えば１１０℃が好ましい。

通電線７は導電性であり、かつ可塑性であることが好ましい。このため、例えば径０．５ｍｍ程度の銅線を用いることができる。また、その一端が電源の負極に接続されることにより、めっき用電解液６中で通電線７は負電極となる。また、めっき用電解液６中では、通電線７は自己の重量により、その他端が容器５における底部に位置する。

回転軸３が攪拌機２によって駆動されると、回転軸３及び容器５は図１中の矢印で示す回転運動をする。容器５には複数の開口部が設けられている、あるいはメッシュ形状であるため、これによりめっき用電解液６は攪拌される。

また、通電線７の他端が容器５内に設けられているため、複数のワーク４が容器５に収納された状態では、通電線７の他端は複数のワーク４の一群の下側に位置し、かつ通電線７は容器５中においていずれかのワーク４に接触した状態となる。

通電線７は、回転軸３の中空部を挿通しているため、この回転運動に際しても、その影響を受けない。すなわち、その他端が容器中に位置し、かつこれに通電されているという状況はこの回転運動に際しても変わりがない。

この状態で容器５が回転運動すると、この回転軸３が鉛直方向に対して傾いた角度となっているため、一群となった複数のワーク４は重力とこの回転運動によって攪拌される。この際、通電線７は可塑性であるため、この一群となった複数のワーク４の運動に際しても、その他端は容器５の底部に位置する。これにより、ワーク４が攪拌されても、通電線７は容器５中で常にいずれかのワーク４に接触する。

また、重力によって、攪拌に際しても、複数のワーク４は図１中の容器５における最下部に集中するため、複数のワーク４は一群となることに変わりはなく、いずれのワーク４も隣接するワーク４と接触している状態となる。これにより、間接的に全てのワーク４は通電線７と電気的に接触した状態となる。従って、全てのワーク４はめっき用電解液６中で負側の電極となり、電解めっきが施される。ワーク４同士が接触した部分にはめっき層が形成されないが、ワーク４が攪拌されているため、この接触した部分は常に一定の個所となることはない。従って、一様なめっき層が形成される。

なお、この際の通電線７の通電電流は、全てのワーク４の表面積の総和で規格化した電流密度として、前記のめっき用電解液を用いた場合には１０Ａ／ｄｍ^２程度が好ましい。この電流密度を一定とした場合、その通電時間によりめっき層の厚さ、すなわち、アルミニウムコーティング層の厚さが決定される。

なお、全てのワーク４に対して一様なめっき層を形成するためには、同時に処理を行うワーク４の数はより多いことが好ましい。このため、各ワーク４の大きさは小型であり、かつ容器５にこれを多数収納する形態が好ましい。

このめっき装置１においては、容器５の母材は金属（例えばＳＵＳ３０４）となっている。このため、その機械的強度を充分なものとすることができる。この場合、例えば絶縁層であるテフロンは１１０℃では軟化傾向を有するものの、容器５の機械的支持は金属によりなされているため、容器５の機械的強度は充分に保たれる。従って、ワーク４の数が多く、その総重量が大きい場合においても、容器５が変形することはない。このため、絶縁層が溶融する温度でない限り、容器５を用いて安定してめっきを行うことができる。

また、このめっき装置１においては、通電線７はめっき用電解液６中に設置され、かつ通電されるため、ワーク４と同様にその表面にはめっき層が形成される。しかしながら、仮にその上にめっき層が堆積して厚いアルミニウム層が形成され、このめっき装置の動作に支障を生ずる場合であっても、通電線７のみを新品に交換することにより、正常な動作が可能である。この際、通電線７は単純な構造の金属線であるため安価であり、かつその交換も図１の構成においては極めて容易である。

従って、このめっき装置１は、高温のめっきプロセスを用いた場合にも、生産性の高いめっき装置となる。すなわち、高い生産性でめっきを行うことができる。

なお、回転軸３の鉛直方向からの設置角度は４５°としたが、これに限られるものではなく、その回転によって一群となった複数のワークを攪拌できる角度であれば、任意とすることができる。

なお、上記の実施の形態においては、アルミニウムめっきを行う場合につき説明したが、これに限られるものではなく、他の電解めっき、特にめっき用電解液の温度を１００℃以上の高温とする場合には本願発明が特に有効であることは明らかである。

また、容器５の形状としては、メッシュ形状の場合につき説明したが、これに限られるものではなく、内部のめっき液及び収納された複数のワークを攪拌できる形状であれば、任意である。

また、上記の実施の形態においては、ワークを負側に通電し、めっき層を形成する場合につき説明したが、これに限られるものではない。例えば、ワークを正側に通電し、ワーク表面を陽極酸化する場合にもこのめっき装置を用いれば、同様の効果が得られることは明らかである。

以下、本発明の実施例について述べる。図１に示しためっき装置を用いて、５個の９ｍｍφ×３ｍｍｔの希土類磁石製のワークに対してアルミニウムめっきを行った。

用いためっき用電解液は、ジメチルスルホン（ＤＭＳＯ_２）を溶媒とし、無水塩化アルミニウム（III）（ＡｌＣｌ_３）を溶質としたものを用いた。そのモル比はＤＭＳＯ_２：ＡｌＣｌ_３で５：１とした。その温度は１１０℃とした。

容器は、ＳＵＳ３０４製のメッシュとし、網目の大きさは１ｍｍとした。その表面に対して、一様に３００μｍのテフロンコーティングを行った。

回転軸は外径７ｍｍ、内径５ｍｍのＳＵＳ３０４製とした。その設置角度は鉛直方向から４５°とした。

通電線は、径０．５ｍｍの銅製とした。

この容器をモーターにより３０ｒｐｍで回転し、通電線を陰極として電流密度３．０Ａ／ｄｍ^２の電流を１６分間流すことにより、めっきを行った。

その結果、各ワークには平均厚さ１０μｍの一様なアルミニウム層が形成された。これにより、このめっき装置を用いて１１０℃の温度でアルミニウムめっきを均一に生産性よく行うことができた。この際、本発明のめっき装置はワークを収容する容器が金属製であるため、めっき液が１００℃を超える高温でも容器の強度が低下することがないので一度に多くのワークを処理しても容器が変形することはなかった。金属製の容器は絶縁層によりコーティングされているので容器にめっき層が形成されることはなくメッシュの隙間を狭くしたりめっき液の撹拌が不充分になることもなかった。絶縁層をテフロン（登録商標）樹脂で形成した場合は、めっき液が１００℃を超える高温であっても絶縁層とめっき液が反応することがなく耐久性に優れた絶縁層とすることができた。

本発明の実施の形態となるめっき装置の構成を示す図である。

符号の説明

１めっき装置
２攪拌機
３回転軸
４ワーク
５容器
６めっき用電解液
７通電線

Claims

ワークを収納する金属製の容器が電解液中に浸漬され、前記ワークが通電されることにより前記ワーク表面で電気化学反応を生じさせるめっき装置であって、
軸方向に沿って中空部を有し、鉛直方向から傾いた角度で設置され、前記容器に接続され、前記容器を回転させる筒状の回転軸と、
前記中空部を挿通し、一端が電源に接続され、他端が前記容器の中に設けられる通電線とを具備し、
前記容器には複数の開口部が設けられ、前記容器の表面は絶縁層によりコーティングされていることを特徴とするめっき装置。
前記容器は、前記金属製のメッシュで形成されることを特徴とする請求項１に記載のめっき装置。
前記絶縁層はテフロン（登録商標）で形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のめっき装置。
前記電解液は、アルミニウムめっき用電解液であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のめっき装置。
前記電解液の温度は１００℃以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のめっき装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のめっき装置を用い、
前記容器中に複数のワークを収納し、
前記容器を前記回転軸によって回転させ、
前記通電線に電圧を印加することにより、前記複数のワークにめっき層を形成することを特徴とするめっき方法。