JP2010511780A - 物品をめっきするための方法および装置 - Google Patents

Abstract

めっき処理において少なくとも１つの適合可能なアノード（４０）を利用して物品（１０）にめっきを塗布する方法および装置を提供する。コーティングされる物品の領域のおおよその形状に適合するように、アノードに適切なワイヤまたは他の材料が成形される。アノードは電源（４４）によって駆動され、物品はカソードとして機能する。アノードおよび物品は、両方ともめっき槽（３８）に浸漬される。物品およびアノードは、物品の中心軸（２２）を中心に互いに対して回転される。アノードと物品との間の相対的な移動によって、アノードを通過する物品の選択領域に均一なめっき（４６）が塗布される。別のアノード（５０）を物品に対して固定して設け、他のアノードと同時に物品の別個の選択領域をめっきすることができる。

Description

本願は、２００５年７月２６日付米国仮出願第６０／７０２，４８３号の権利を主張し、ここにその全体を引用によって援用する。

発明の背景
１．技術分野
本発明は概して、物品、たとえば限定はしないが燃焼機関用ピストンをめっきするための方法および装置に関する。

２．関連技術
めっき槽に物品を浸漬して、アノード／カソード配置を設けることによって物品をめっきし、それにより物品の１つ以上の面を電解槽溶液の材料でめっきすることが知られている。たとえば、一部の物品は、この一般的な技術を用いてクロムでめっきされる。

起伏した表面および／または鋭角を有する物品をめっきする際に生じる課題の１つは、物品の形状がコーティングの均一な発現を妨げ、所望される以上にコーティングされる部分と、所望されるほどコーティングされない部分とが生じ得る点である。

発明の概要
本発明は、めっき槽からのコーティングで物品をめっきするための装置および方法、たとえばクロムベースのコーティングをピストンの表面に塗布することに関する。当該装置は、物品の外側輪郭形状の少なくとも一部に輪郭を合わせた成形アノードを含む。物品自体がカソードとなり、カソードおよびアノードをめっき中に互いに対して移動させ、物品に対するめっきの塗布を制御する。

特定の実施形態によれば、成形アノードは静止して保持され、ピストンは成形アノードに対してめっき槽内で回転される。この相対的な移動、特に相対的な回転移動によって、コーティングが必要なピストンの所望の領域へのコーティングの塗布をより良く制御することができる。この点に関し、本発明は、アノードの形状を固定することができ、かつ物品がアノードに対して回転して、めっき中に物品とアノードの輪郭との間に一定の間隔を維持するような回転対称性を有する物品に特に良く適する。この点に関し、ピストンの外側面と、環状溝と、上面と、多くの場合燃焼ボウルとを含む特徴のうちの多くがピストン本体の中心長手軸に対する対称性、または少なくともおおよその対称性を有する点で、ピストンが特に良く適する。

ピストンのコーティングに関して、外側面がコーティングされるだけでなく、上側環状溝の表面、上面および燃焼ボウルもコーティングされる利点がある。一部のピストン構造では、燃焼ボウルがボウルの外周上側リップをアンダーカットするように、燃焼ボウルは凹状のボウル構造を有しているため、従来のめっき槽装置では、これらの領域をめっきするのは特に困難である。本発明は、上側環状溝の場合は、アノードの一部分を環状溝内に延在させ、アノードを上面を横切って燃焼ボウルに入るように、かつ必要であれば燃焼ボウルの凹状の構成を含むように成形することによって、このような難しい輪郭に対応することができる。したがって、成形アノードに関連付けられた所望の領域においてめっき材料を均一に堆積させるために、ピストンの長手軸を中心にアノードに対してピストンが回
転するにつれて、めっき処理中に所望量のコーティングが所望通りに表面に塗布される。

発明のさらなる特定の特徴によれば、当該装置および方法は、めっきされる物品に対して静止し、かつ第１のアノードに対して移動可能な少なくとも第２のアノードを任意に含み得る。好ましい一配置では、この第２のアノードは、第１の固定アノードによって接近不可能なまたは接近しにくい物品の他の領域を同時にめっきするために第１のアノードに対して物品とともに回転するように設計される。たとえば物品は、物品の外側から接近不可能な内部構成または通路（たとえば、通路もしくはボアまたは非円形特徴）を有し得る。ピストンの場合、たとえばめっき槽からピンボアをめっきすることが望ましい場合がある。ピン成形アノードがピンボア内に位置決めされ、ピストンの長手軸を中心にピストンとともに回転するように支持され、関連する整流器に連結されて、制御されためっきをピンボアの表面に与え得る。これは、回転するように固定された第１のアノードに対して回転するにつれてピストンの外側面がめっきされるのと同時に行われ得る。この装置および方法によれば、１つの処理工程ですべての所望の表面において所望の軟度および均一性のめっきを実現するように、第１のアノードによってピストンのピストンスカート、上部環状溝および燃焼ボウルをコーティングしつつ、同じめっき槽において同時に第２のアノードによってピンボアもめっきすることが可能となる。

図面の簡単な説明
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、以下の詳細な実施形態の説明および最良の形態、添付の請求項ならびに添付の図面を参照して考慮すると、より容易に理解されるであろう。

本方法によってめっきされた物品の斜視図である。 めっき装置に関連付けて示された物品の概略断面図である。 物品の中心軸を中心に９０°回転させた、図２と同様の図である。

好ましい実施形態の詳細な説明
本発明は、適合可能なアノードをめっき処理において利用して、めっき材料を物品に塗布する方法および装置を提供する。アノードに適切なワイヤまたは他の材料が、物品のコーティングされる領域のおおよその形状に適合するように成形される。アノードは、電源、たとえば整流器によって駆動され、物品はカソードとして機能し、アノードおよび物品が両方ともめっき槽に浸漬される。浸漬されている間、アノードと物品との間に相対的な移動が与えられる。ここで好ましい１つの実施形態では、物品は、物品の中心軸を中心にアノードに対して回転され、アノードは中心軸を中心に回転しないように固定され得る。アノードと物品との間の相対的な移動の結果、アノードの傍を通過する物品の領域に均一なめっきが塗布され、それによって、所望であれば物品の３６０°めっきが行われる。

当該方法および装置は、物品に対して位置が固定され（したがって、他の形状のアノードに対して相対的に移動可能であって、他の形状のアノードによって接近不可能な、または従来コーティングしにくかった物品の他の領域をめっきし）得る１つ以上の追加的なアノードも含み得る。たとえば、物品の回転軸を横切って設けられたボアを物品が有する場合、当該装置および方法は、対応する形状のアノードをボアに挿入することを意図する。アノードは、成形アノードに関連して他の面がめっきされるのと同じ槽において同時にボアの表面がめっきされるように、物品とともに回転することができる。

図面を参照し、例として、限定はしないが、図１から図３は、めっきされる物品として以下にピストンと称するピストン物品１０を示す。ピストン１０は、燃焼ボウル１６が形
成される中心軸２２に対してほぼ垂直に延在する上側面１４を有するピストンヘッド１２を含む。燃焼ボウル１６は、エッジまたはリップ１８と、リップ１８から径方向外方に延在するアンダーカット領域２０とを有し得る。ピストン１０は中心長手軸２２を有し、ピストンのさまざまな外側面が長手軸を中心に少なくとも部分的に対称的に延在する。ピストン１０は、１対の水平方向に離間されたピンボス２４も含み、そこに、共通ピンボア軸２８を有する整列されたピンボア２６が形成される。ピンボア軸２８は中心軸２２を横切って延在し、中心軸２２に対して垂直であり得る。ピストン１０は、ピンボス２４と一体として形成され、外側面３２を有する１対の対向するピストンスカート部分３０をさらに含み得る。ピストンヘッド１２は複数の環状溝を伴って形成され、ピストン物品１０の上側面１４に最も近い上側環状溝３４を含む。

図２および図３は、めっき装置３６と併せてピストン１０を示す。装置３６は好ましくは、ピストン１０が浸漬され得る選択的めっき溶液のめっき槽３８（たとえばクロミウムベースのコーティングを生成するもの等）を含む。装置３６は第１の成形アノード４０を含み、アノードとして機能し得るワイヤまたは他の適切な材料の形態であり得る。アノード４０はピストン１０の外側に沿って設けられ、ピストン１０の外側面の全領域よりも領域が小さい。アノード４０は、めっきされる表面についてアノード４０に与えられるピストンの長手方向断面に関するピストンの外側面の概略形状に対応する形状を有するように形成される。したがって、軸方向断面において幾何学的に不連続な形状を有する領域、たとえば直線的な表面から非直線的および／または曲線をなす表面に移行する表面上でも、アノード４０は当該表面の起伏に従うように適合する。これは、さまざまな環状溝およびアンダーカット領域２０にわたって均一なコーティングを塗布できるようにするために特に重要である。

たとえば、図１から図３に示すピストン１０の例に関して、成形アノード４０は、スカート部分３０の外側面３２と、上側環状溝３４と、好ましくは燃焼ボウル１６の全面とにおいてめっきを発現させるために、ピストン１０の形状に相関して構成される。このため、成形アノード４０は、中心軸２２に対して概ね平行な長手方向に、かつピストン１２のヘッドに沿ったスカート部分３０の外側面３２に隣接するピストン１０の外側面に沿って、少なくとも部分的に延在する。アノード４０は、中心軸２２に対して概ね垂直な上側環状溝３４内に延在する部分４２を有するものとして示され、ピストン１０の上側面１４を包囲し、燃焼ボウル１６内に下降する部分も有する。アノード４０の燃焼ボウル内の部分はアンダーカット領域２０の輪郭に従い、中心長手軸２２において終端し得る。したがって、アンダーカット領域２０を、所望通り均一な厚さのコーティング材料でめっきすることができる。隣接する表面からアノード４０が離間される距離は、高精度で制御できることが望ましい。したがって、ピストン物品１０をアノード４０に対して（またはその逆に）回転させると、相対的な移動によって、コーティングしたいピストン１０の領域の外側面全体が、成形アノードに対して露出する。換言すれば、各回転ごとに、固定された成形アノード４０の傍を外側面が通過する。

めっき処理において、成形アノード４０は、対応する電源、たとえば整流器４４に連結され、ピストン１０は、アノード４０に関連してカソードとなるように電気的に連結される。成形アノード４０とともにめっき槽３８に浸漬されたピストン１０は、成形アノード４０に対して回転され、上述のように、ピストン１０の目的の領域上に、制御された厚さのめっき４６を発現させる。もちろん、他の領域もコーティングされ得るが、成形アノードによって、これらの目的の領域が注意して制御されることが確実となる。

ピンボア２６の内径面４８を槽３８のめっき材料でコーティングすることがさらに望ましい場合がある。これは、以下でピンボアアノード５０と称する別のアノードをピンボア２６内に位置決めし、ピストン１０に対してピンボアアノード５０を相対的に固定して支
持する一方、めっき処理中に長手中心軸２２を中心に、したがって成形アノード４０に対して、ピストン１０と同時にピンボアアノード５０を回転できるようにすることによって、外側面がコーティングされるのと同時に行なうことができる。ピンボアアノード５０は、関連付けられた整流器５２に連結され、その結果、めっき材料がピンボア面４８に堆積される。他の整流器４４とは別個のそれ自身の整流器５２にピンボアアノード５０を連結することにより、成形アノード４０とは独立したピンボアアノード５０の独立制御および対応するピンボア面４８のめっきと、所望であれば上側面１４、燃焼ボウル１６、スカート部分３０、１本以上の環状溝を含む他の表面の対応するめっきとが可能になる。

したがって、本発明の一局面は、めっき処理、たとえば高強度（ＨＤ）鋼ピストンをコーティングするのに用いられるめっき処理でめっきされる表面の変動する幾何学的形状に適合可能なアノードの使用をもたらす。４０で示すようなワイヤ、またはピストン上のめっきされる表面（スカート領域３０からスカート領域上の環状領域から上側ボウル領域１４まで）のおおよその形状に適合する他の予備成形アノード部材を利用して、注目する領域にコーティングを堆積させることができる。これは、整流器４４などのめっき用電源によって駆動される。適合可能なアノード４０を通過して回転し、その結果目的の領域上にコーティングを堆積させるように、ピストンアセンブリ全体がめっき槽３８内で回転される。また、共通カソード接続が同じ鋼ピストン１０である第２のアノード５０が利用され、この第２の適合可能なアノード５０がピンボア２６内に配置され、その結果ピンボア２６の内径面４８上にコーティングを堆積させる。これは、上述のように整流器４４とは別個の整流器５２によって駆動される。

ピストン１０の表面をめっきするために、適合可能なアノード４０，５０を使用することによって、所望の厚さでのコーティングが望まれる領域においてコーティングを堆積させることができる。ピストン１０を回転させることによって、ピストン１０の外周全体の周囲に均一に堆積させることができる。２つの別個の整流器４４、５２およびアノード４０、５０の使用によって（共通カソードはここではピストン１０で示される）、１つの整流器／アノード構成ではコーティングすることができない領域に互いに別個にコーティングを堆積させることが可能となり、所望の厚さのめっき材料を必要な箇所に塗布することが可能となる。

ピストン１０は、ホルダに嵌合するか、またはピストン１０に対して共通カソード接続をなす部材によって他の方法で支持される適合可能なアノード４０を通過して回転することができるように中心軸２２を中心にピストン１０を回転させるための機構としても機能する。ピンボア２６は、ピンボア領域内に配置された円柱状アノード５０によってめっきされ、上述のとおり第２の整流器５２によって駆動される。これにより、めっきされる２つの別個の領域の各々について、適切なめっき密度および厚さの塗布が可能となる。したがって、１回のめっき処理において、別個のアノード４０、５０によってめっきされるピストン領域は、異なるめっき密度および厚さを有し得る。

明らかに、上記の教示に鑑みて、本発明の多くの修正および変更が可能である。したがって、添付の請求項の範囲内において具体的に記載した以外の方法で本発明を実施し得ると理解される。

Claims (20)

1. めっき槽においてカソードとして機能する物品の表面をめっきするための方法であって、表面は物品の中心軸を中心に少なくとも部分的に対称的に延在し、表面は軸方向断面において幾何学的に不連続な形状を有する部分を含み、
   前記部分の前記幾何学的に不連続な形状にほぼ適合する形状を有する少なくとも１つのアノードを設けるステップと、
   前記アノードが前記表面の前記部分にほぼ従うように、前記物品から所定の距離のところに前記アノードを設置するステップと、
   物品および前記アノードを前記めっき槽に配置するステップと、
   前記物品および前記アノードを互いに対して回転させ、前記めっき槽において前記アノードに通電して、前記部分に所定の厚さのめっきを塗布するステップとを含む、方法。
2. 前記アノードの一部分が前記軸に対してほぼ垂直に延在し、かつ前記アノードの別の部分が前記軸に対してほぼ垂直に延在するように前記アノードを形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 軸を中心に周方向に延在する円形環状溝を有するピストンとして物品を供給するステップと、回転ステップ中に環状溝がめっきされるように、前記アノードの一部分を前記環状溝内に延在するように形成するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
4. ピストンは、軸に対して概ね垂直に延在する燃焼ボウルを有し、回転ステップ中に燃焼ボウルがめっきされるように、前記アノードの一部分を燃焼ボウルの輪郭に従うように形成するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
5. ピストンを鋼ピストンとして供給するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
6. 軸に対して概ね垂直に延在する燃焼ボウルを有するピストンとして物品を供給するステップを含み、燃焼ボウルは、軸を中心に周方向に延在する円形アンダーカット領域を有し、回転ステップ中にアンダーカット領域がめっきされるように、前記アノードの一部分をアンダーカット領域の輪郭に従うように形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 別のアノードを設けるステップと、前記回転ステップ中に、物品の、前記１つのアノードとは別の一部分をめっきするステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. 燃焼ボウルとピンボアを規定する１対のピンボスとを有するピストンとして物品を供給するステップと、燃焼ボウルを前記１つのアノードによってめっきするステップと、回転ステップ中に前記別のアノードによってピンボアをめっきするステップとをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 回転ステップ中に前記１つのアノードを前記別のアノードに対して移動させるステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 軸を中心に周方向に延在する円形環状溝をピストンに設けるステップと、回転ステップ中に前記１つのアノードによって環状溝をめっきするステップとをさらに含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記１つのアノードの少なくとも一部分を前記環状溝内に延在させて、環状溝に均一なめっきを塗布することを容易にするステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. カソードとして機能する物品の表面をめっきするための装置であって、表面は物品の中心軸を中心に少なくとも部分的に対称的に延在し、かつ軸方向断面において幾何学的に不連続な形状を有する一部分を含み、
    めっき材料を内部に有するめっき槽と、
    電源と、
    前記電源と電気的に連通する少なくとも１つのアノードとを備え、前記アノードは、物品の一部分の幾何学的に不連続な形状にほぼ適合する形状を有する、装置。
13. 物品の、前記１つのアノードによってめっきされる一部分とは別の一部分をめっきするための別のアノードをさらに備える、請求項１２に記載の装置。
14. 前記１つのアノードおよび前記別のアノードは、互いに対して同時に移動する、請求項１３に記載の装置。
15. 前記部分のうち１つをめっきする間、前記１つのアノードは前記めっき槽に対して静止したままであり、物品の他の部分をめっきする間、前記別のアノードは物品の中心軸を中心にめっき槽に対して回転する、請求項１３に記載の装置。
16. 前記少なくとも１つのアノードは、ピストンの燃焼ボウルをめっきするように設けられ、前記別のアノードは、ピストンの１対のピンボアを同時にめっきするように設けられる、請求項１３に記載の装置。
17. 前記少なくとも１つのアノードは、中心軸に対して部分的に概ね平行に延在し、前記別のアノードは、中心軸に対して概ね垂直に延在する、請求項１３に記載の装置。
18. 前記１つのアノードの少なくとも一部分は、前記軸に対して概ね垂直に延在する、請求項１３に記載の装置。
19. 前記少なくとも１つのアノードはワイヤである、請求項１２に記載の装置。
20. 前記少なくとも１つのアノードとは別個の前記別のアノードと電気的に連通する別の電源をさらに備える、請求項１３に記載の装置。

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