JP2012214856A - バレルめっきにおけるバレル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非開放型のバレルを使用し、長いボルト類も問題なくめっきすることができ、かつまた、小さいワークから大きいワークのめっきにおいて電気抵抗を減少させ、ＣＯ_２排出量を削減することができるものとする。
【解決手段】非開放型のバレルを使用し、上記バレル内部にワークを収容してめっき液に浸漬し、バレル内部に配置した陰極とめっき液中に配置した陽極に通電し、バレルを中心軸周りに回転させながら電気めっきを行うバレルめっきにおいて、バレル内部のワークＷに接触する位置に配置した陰極１１と、バレル内部のワークと接触しない位置に配置した陽極１２とを具備し、上記バレルは、ほぼ円筒型ないしはほぼ多角筒型の形態を有し、その直径と長さの比が１：０．７〜１：１の範囲にあるように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非開放型のバレルを使用し、上記バレル内部にワークを収容してめっき液に浸漬し、バレル内部に配置した陰極とめっき液中に配置した陽極に通電し、バレルを中心軸周りに回転させながら電気めっきを行うバレルめっきにおけるバレル装置に関するもので、特に、環境対応策として有効性を発揮するものである。

工業用めっき装置では、複数個のバレルに１台の整流器から電力を供給する定電圧制御を行っている。図５は、そのような電力供給方式の典型例を示しており、バレルごとに投入されるワークが異なる場合には、ワークの表面積が各バレルで同等になるように投入量をあらかじめ計算して投入しなければならない。しかし、図５から明らかなように整流器から各バレルに至る配線の長さが異なっていると、整流器に近い順に電気が流れやすくなるので、厳密には、全てのバレルについて同じ条件ではない。

めっきはファラデーの法則によって成り立ち、電解質溶液の電気分解により析出する物質の量は通過電気量に比例し、１グラム当量の物質を析出させるのに要する電気量は物質の種類によらず一定である。亜鉛めっきでは、単位面積１ｄｍ^２（１０ｃｍ×１０ｃｍ＝１００ｃｍ^２）に１．０Ａの電流を１時間流したとすると、１７．１μｍの厚さのめっき被膜が析出することになる。０．２８５μｍ／分の析出速度であるが、バレルめっきでは回転するバレルの内部に配置されている、コンタクトと呼ばれる通電体（リード線）とワークが接触することにより通電しめっき被膜が析出するので、計算の妨げになる要素が多く、作業者の熟練に頼ることも多い。

めっき被膜の析出に必要なエネルギーを削減するには、電気量に影響する要素を洗い出すことが必要になる。めっき被膜の析出に使用する総電気量を削減することにより、ＣＯ_２排出量を削減することができる。ここで、ＣＯ_２排出量削減とランニングコスト削減につながる要素を列挙すれば、以下のとおりである。
・バレル内の亜鉛金属濃度は、時間の経過とともに低下する。
・バレルの回転数は、ワーク表面に形成されるめっき被膜の析出量（膜厚）に影響する。
・バレル容積と投入されたワークの表面積は、めっき被膜の析出量（膜厚）に影響する。
・めっき槽内の亜鉛金属濃度を一定に管理する必要がある。
・めっき槽内の液温は、めっき被膜の析出量（膜厚）に影響する。
・投入されたワークの容量は、めっき被膜の析出量（膜厚）に影響する。
・アノード（陽極）の表面積は、電気抵抗に影響する。
・バレル内電極への通電時、通電に係る接点の形状は、電気抵抗に影響する。
・めっき被膜析出（膜厚）に要する電気量は、電流密度の設定に影響する。
・バレル孔の形状は、薬品の汲み出し量に影響する。
・薬品の汲み出し量は、給水量に影響する。
・薬品の汲み出し量は、排水処理におけるスラッジに影響する。
・給水量は排水処理に影響する。

発明者は、このような観点からバレルめっきについて見直しを行った結果、開放型バレルについては一定の成果を得たので、その一部について出願をした。しかし、開放型バレルはバレルの回転軸方向の端面に開口部分があり、その開口径とバレル内径によって規定される部分にワークが収容される構造であるため、例えば、長いボルト等は開口からこぼれる可能性が高くなるなど問題があるので適していない。バレルの搬送方式がキャリヤー方式（前記図５）か、或いはエレベーター方式（図６）かということも考慮すべき事項である。キャリヤー方式は、キャリヤーと呼ばれる搬送台車がバレルを移動させながら各工程を処理していく方式であり、エレベーター方式は、一定のピッチでエンドレスに前処理処理槽とめっき槽が配置された工程を、バレルがピッチごとに一定の時間で上昇−横行−下降−浸漬を繰り返し、各工程を処理する方式である。このキャリヤー方式では、バレルの直径Ｄが小さく軸方向長さＬが大きいものとなっており（図７Ａ、Ｂ参照）、そのような細長いバレルを用いて、容積が小さいワークをめっきした場合、長さ方向でワーク同士が離れ易い傾向となり、通電上の問題を生じてめっきができないことも起こり得る。この問題は、Ｍ２〜Ｍ４のように小さいねじでより顕著であるが、これらをバレルに投入した場合、投入量５０ｋｇで容積１５ｌ（以下、「ｌ」はリットル）程度である。これに対してＭ１６のように大きなねじでは投入量１００ｋｇで容積６０ｌ程度であり、投入量５０ｋｇでは容積３０ｌ程度と、小さいねじの２倍の容積であるから上記の問題は起こりにくい。なお、細長いバレルの例は、特開２００８−９５１４３号などに見られるように、キャリヤー方式のバレルでは普通の形態である。

本発明は、こうした知見によりバレルは非開放型とし、かつ、その長さＬは、長いよりも短くあるべきであるという知見を確認してなされたもので、バレル装置はエレベーター方式であることをその前提としている。エレベーター方式ではバレルは回転軸方向がバレル搬送方向と一致する向きに配置され、一定の周回経路をめぐるエンドレスの移動方式を取る。その結果、一定のピッチ（隣接バレル間隔）の中でバレルの長さが制約を受けることになるが、この制約は、バレルの形態として直径Ｄが大きく軸方向長さＬが小さいものを意味することになるので（図８Ａ、Ｂ）、本発明には好都合なのである。バレル内において、陰極とワークが安定的に接触するには、最低限度の容積のワークを投入する必要があり、そのためには、バレルの長さＬが短く、直径Ｄは大きい方がワーク投入量の条件も緩和されるからである。

特開２００８−９５１４３号

本発明は前記の点に着目してなされたもので、その課題は、非開放型のバレルを使用することで、長いボルト類も問題なくめっきすることができ、かつまた、小さいワークから大きいワークのめっきにおいて電気抵抗を減少させ、ＣＯ_２排出量を削減することができるバレルめっきにおけるバレル装置を提供することである。また、本発明の他の課題は、既存のめっき装置に根本的な変更を加えることなく実施し得るとともに、ＣＯ_２排出量削減とランニングコスト削減を達成することができるバレルめっきにおけるめっき装置を提供することである。

前記の課題を解決するため、本発明は、非開放型のバレルを使用し、上記バレル内部にワークを収容してめっき液に浸漬し、バレル内部に配置した陰極とめっき液中に配置した陽極に通電し、バレルを中心軸周りに回転させながら電気めっきを行うバレルめっきにおいて、バレル内部のワークに接触する位置に配置した陰極と、バレル内部のワークと接触しない位置に配置した陽極とを具備し、上記バレルは、ほぼ円筒型ないしはほぼ多角筒型の形態を有し、その直径と長さの比が１：０．７〜１：１の範囲にあるものとするという手段を講じたものである。

本発明は、前述したようにエレベーター方式におけるバレル装置であることを前提としている。エレベーター方式のめっき装置は、図６に示したように、一定の周回経路をめぐるエンドレスの移動方式を取り、上昇→横行→下降→浸漬（横行または上昇）のサイクルの中で前処理・めっきを繰り返す。従って、全バレルがめっき液濃度としても電気的にも同じ条件の下で処理されるので、めっき条件は同一と考えて良い。本発明において使用する非開放型のバレル１０は、図９に示すように、バレル中心軸方向の両端面が閉じ、回転胴の周側面に開口部分が設けられ、上記開口部分には蓋Ｃが設けられている。このバレル内部にワークを収容してめっき液に浸漬し、バレル内部に配置した陰極とめっき液中に配置した陽極に通電し、バレル１０を中心軸周りに回転させながら行うバレルめっきが、本発明の対象である。

本発明の装置は、バレル１０の内部のワークに接触する位置に配置した陰極１１と、バレル１０の内部のワークＷと接触しない位置に配置した陽極１２とを具備している。図８は上記バレル内部の陰極１１と陽極１２及びワークＷとの関係を模式的に示したもので、この場合バレル１０は中心軸１３に対して反時計方向の回転を想定している。即ち、左回転となるバレル１０の内部にて、その下部かつ右寄りに堆積するワークＷに対して、上記ワークＷから離れたバレル内部の上部かつ左寄りの位置に、陽極１２を配置するという手段を講じている。

上記バレルは、ほぼ円筒型ないしはほぼ多角筒型の形態を有し、その直径と長さの比が１：０．７〜１：１の範囲にあることを特徴とする。設定することができる。図９は上記バレル１０の直径Ｄと長さＬの比を模式的に示したものである。直径Ｄと長さＬの比において、長さの下限を０．７とした理由は、補助陽極がワークと接触し易くなり、接触した場合はショートしてしまい、整流器が破損する危険性があるのに対して、バレルの直径を相対的に大きくすることによって、それらのリスクを回避することができるからである。従って、本発明では、ピッチ９００ｍｍの場合、バレルは、例えば、長さ５８０ｍｍで直径６５０ｍｍとし、比率は１：０．８９とした例が好適であった。しかし、ワークの投入量増加やワークの寸法が長いものを投入する場合、上記直径と長さの比の範囲内においてバレルの直径を大きくする方向で設計することになる。なお、バレルの直径としては、素材をＰＶＣ（塩化ビニル樹脂）又はＰＰ（ポリプロピレン）とした場合８００ｍｍ程度が限界である。かくして、１：０．７が好適な比率である。

また、バレル内部の陽極は補助陽極を構成し、めっき液を満たしためっき槽の内部に、バレルの周囲にほぼ沿うように主陽極を配置した構成を取ることができる。バレル外部に配置する従来の主陽極のみの通電では、バレル本体が通電の妨げになるため電圧が高めになる傾向となる。本発明ではバレル内部の空間を直径方向に広くし、広くした空間に補助陽極をバレル内部に設置することができるので、電圧を下げる効果を期待することができる。バレル本体はその周側面に多数のバレル孔を有している。本発明では、バレル孔は薬品が流入流出し易いように長孔状の形状を有し、かつ、長孔の向きを回転方向に対して傾斜させた構成とすることができる。

本発明は以上のように構成されかつ作用するものであるから、非開放型のバレルを使用するとともに、その直径と長さの比を１：０．７〜１：１とすることで、長いボルト類も問題なくめっきすることができ、かつまた、小さいワークから大きいワークのめっきにおいて電気抵抗を減少させることができるという効果を奏する。また、本発明によれば、ＣＯ_２排出量を削減することができるバレルめっきにおけるバレル装置を提供することができるとともに、既存のめっき装置に根本的な変更を加えなくても、ＣＯ_２排出量削減とランニングコスト削減を達成することができる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態をより詳細に説明する。図１は本発明に係るバレルめっきにおけるバレル装置の一例を示す正面図であり、各図において、１５はバレルめっき装置の支柱、１６は昇降機であり、昇降機１６は支柱１５をガイドレールとして昇降可能に設けられるとともに、エレベーター方式のラインにおいては、図１の紙面に直交する方向へ搬送されるように設けられるものとする。１７、１８は左右一対の部材から成るハンガーアームであり、基端部にて昇降機１６に取り付けられ、先端部にはバレル回転軸のための軸受け部１９、２１がそれぞれ設けられている。本発明に係るバレル装置のバレル本体２０は、その前後両端部の軸受け部１９、２１の部分にて、吊り下げ状態で取り付けられている。

図１ないし図３に示された例において、バレル本体２０はほぼ多角筒型の形態を有しており、その直径は６５０ｍｍ、長さは６５０ｍｍである。従って、バレル本体２０の直径と長さの比は１：１であるから、１：０．７〜１：１の範囲にあることが了解されるであろう。例示したバレル本体２０は、９角形の横断面形状を有する多角筒型のもので、バレル中心軸方向の両端面が端板２２、２３によって閉じ、その一方２３は大歯車を兼ねている。バレル本体回転胴の多角形周側面にはバレル孔が多数開口されているとともに、ワークＷの出し入れ口として開口部分２４が用意されており、上記開口部分２４は蓋２５によって開閉可能に設けられている。バレル孔の形状は、薬品の汲み出し量に影響するので、長孔状の形状を有するものとし（図示せず）、かつ、薬品が流入流出し易いように長孔の向きを傾斜させて形成することが望ましい。バレルの直径を相対的に大きくした結果、薬品流入流出時の距離が半径方向へ長くなるので、バレル孔を長孔とし、かつ、回転方向に対して傾斜させることで薬品の流入流出を円滑化することができる。

本発明のバレル装置は、バレル本体２０の内部、かつ、ワークＷに接触する位置に配置した左右一対の陰極２６、２６と、バレル１０の内部のワークＷと接触しない位置に配置した内部陽極２７とを具備している（本例における内部陽極２７は補助陽極に当たる）。上記バレル内部の陰極２６、２６は、前記軸受け部１９、２１の位置にてバレル本体２０に取り付けられている。また、図１の例では右回転となるバレル本体２０の内部にて、その下部かつ左寄りに堆積するワークＷに対して、上記ワークＷから離れたバレル内部の上部かつ右寄りの位置に、内部陽極２７が配置されている。この場合、バレル本体２０は中心軸に対して時計方向の回転を想定している。なお、２６ａは陰極リード線を示す（図１及び図３参照）。

上記の内部陽極２７は、横長の長方形状を有し、その長手方向がバレル本体２０の中心軸方向と平行になる向きで、板面が、投入時、回転時にワークと接触せず、回転方向に対して左寄りのワークに相対するように、ワーク側へ傾斜させて配置している。このようにして、バレル本体内にブラケット２８を両端にて前後の軸受け部１９、２１にボルト止めし、このブラケット２８に内部陽極２７を取り付けている（図２及び図３参照）。ブラケット２８は通電部材の一部を兼ねており、その両端を止め付けているボルトによって、内部陽極用のリード部材２９、３１が共締めされ、それによって部材の取り付けと通電経路の確保がなされている。リード部材２９、３１には図外の通電経路からの配線が接続される。

上記バレル本体２０の回転のために、駆動機構３０が設けられている。駆動機構３０はハンガーアーム基部に設置したモーター３２と、ピニオン３３、３４とチェーン３５によりモーター３２と結合された中間軸３６と、中間軸３６の他端の減速歯車３７、３８とを有し、減速歯車３８と前記端板２３の外周に設けられている大歯車２３ａを駆動するものである。なお、陰極リード線２６ａの他端２６ｂは摺動機構３９に通じており、移動しながら電力の供給を受けることができる。

図示の例におけるバレル装置では、バレル内部の陽極は補助陽極を構成しており、めっき液を満たしためっき槽４０の内部には、バレルの周囲にほぼ沿うように主陽極４１を配置した構成を有する。主陽極４１は、左寄りに堆積するワークＷに対して、それをバレル外側から囲むように配置した部分４１ａと、内部陽極２７の外方に配置した部分４１ｂとを備えている。上記二つの部分４１ａはバレル回転によって左寄りに堆積するワークＷに通電しやすいように設けられており、４１ｂは陽極面積をより大きくするために設けられている。特に、３個の陽極２７、４１ａ、４１ｂは左寄りに堆積するワークＷの周囲を囲む配置となっており、これによって電流が流れやすくなる効果を狙ったものである。図中４２ａ、４２ｂは陽極用リード部材であり、図外の通電経路からの配線と接続される。また、４３はめっき槽基台を示す。

＜めっき試験＞
上記のように構成されたバレルめっき装置を使用して、亜鉛めっきによるめっき試験を行ったので、その内容及び結果を次に説明する。
＜めっき試験の内容＞
試験工程：酸洗い（濃度３５％の塩酸使用、室温にて１５分間）→アルカリ電解（亜鉛めっきに一般的に用いる電解剤使用、室温にて５分間）→一時防錆（濃度１％の苛性ソーダ使用、室温にて１分間）→めっき（下記の表１の条件による）→後処理（クロメート処理材使用、ｐＨ２．４、２５℃にて３０秒間）。
めっきに用いたワークは、Ｍ４×１２のタッピングビスで、バレル投入量４０ｋｇ、表面積２５．０ｄｍ_２／ｋｇ、総表面積１０００ｄｍ_２、めっき液はＺｎ１３ｇ／ｌ、ＮａＯＨ１３０ｇ／ｌ、ＮａＣＯ_３３０ｇ／ｌ、他に光沢剤としてＭ３剤２ｍｌ／ｌ、Ｂ剤０．３ｍｌ／ｌを用いた。
表１（めっき条件）

＜めっき試験の結果＞
表２（補助陽極有無による膜厚の差）

表２によれば、補助陽極ありの場合の平均膜厚８．３４μｍは、補助陽極を使用しない場合の平均膜厚７．１７μｍに対して１１．６％増大に当たり、著しい効果を得られたことが理解される。この結果をグラフに示したものが図４であり、補助陽極有りの場合の膜厚のピークはほぼ８μｍであるのに対して、補助陽極無しの場合の膜厚のピークは７μｍ足らずであり、表２との数値とともにその差は有意のものであることが分かる。

本発明のバレルめっきにおけるバレル装置では、以上のように、めっき時間を短くしてめっきを行うことが可能になるので、電気量が低減可能であり、その結果としてＣＯ_２排出量を削減することができるものである。

上記実施形態では、本発明のバレルめっきにおけるバレル装置を亜鉛めっきに適用した場合について説明した。しかし、亜鉛めっきは、飽くまでめっきの典型例として取り上げたものであり、本発明が亜鉛めっきだけに限定されないことは言うまでもない。

本発明に係るバレルめっきにおけるバレル装置の一例を示す正面図である。 同上の装置を示す側面説明図である。 同上の装置の要部を示す平面説明図である。 本発明による効果を示すグラフである。 従来の電力供給方式の典型例を示す説明図である。 本発明を適用するエレベーター方式のめっき装置を示す説明図である。 従来の非開放型バレルを示すもので、Ａは側面図、Ｂは正面図である。 本発明の非開放型バレルを模式的に説明するもので、Ａは側面図、Ｂは正面図である。 同じく本発明の非開放型バレルの一例を示すもので、Ａは側面図、Ｂは正面図である。

１０ 模式的に示したバレル
１１ 陰極
１２ 陽極
１３ 中心軸
１５ 支柱
１６ 昇降機
１７、１８ ハンガーアーム
１９、２１ 軸受け部
２０ バレル本体
２２、２３ 端板
２４ 開口部分
２５ 蓋
２６ 陰極
２７ 内部陽極
２８ ブラケット
２９、３１ リード部材
３０ 駆動機構
３２ モーター
３３、３４ ピニオン
３５チェーン
３６ 中間軸
３７、３８ 減速歯車
３９ 大歯車
４０ めっき槽
４１ 主陽極

Claims (3)

1. 非開放型のバレルを使用し、上記バレル内部にワークを収容してめっき液に浸漬し、バレル内部に配置した陰極とめっき液中に配置した陽極に通電し、バレルを中心軸周りに回転させながら電気めっきを行うバレルめっきにおいて、
   バレル内部のワークに接触する位置に配置した陰極と、
   バレル内部のワークと接触しない位置に配置した陽極とを具備し、
   上記バレルは、ほぼ円筒型ないしはほぼ多角筒型の形態を有し、その直径と長さの比が１：０．７〜１：１の範囲にあることを特徴とする
   バレルめっきにおけるバレル装置。
2. バレル内部の陽極は補助陽極を構成し、めっき液を満たしためっき槽の内部に、バレルの周囲にほぼ沿うように主陽極を配置した構成を有する
   請求項１記載のバレルめっきにおけるバレル装置。
3. バレル本体はその周側面に多数のバレル孔を有しており、バレル孔は薬品が流入流出し易いように長孔状の形状を有し、かつ、長孔の向きを回転方向に対して傾斜させた構成を備えている請求項１記載のバレルめっきにおけるバレル装置。

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