JP2013159832A - 止まり穴用電解めっき装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定なめっき皮膜を形成することができ、生産性の高い止まり穴用電解めっき装置を提供する。
【解決手段】一端に開口部を有し、他端に底壁部Ｂを有する止まり穴Ｈの内部を電解めっきする装置１０は、液体を貯留する処理槽１１ａ〜１１ｄと、弁機構を有する配管１２、１３を介して処理槽と連通するマニホールド１４と、マニホールドから液体が供給される、又は、マニホールドに液体を排出する第１液体流路１５を備え、パイプ形状の不溶性陽極１６と、不溶性陽極が陽極、且つ、止まり穴が陰極となるように電圧を供給する電源部ＰＳと、止まり穴からマニホールドに液体を排出する、又は、マニホールドから止まり穴に液体を供給する第２液体流路１７を備え、開口部の位置に関わらず止まり穴に不溶性陽極を位置決めするマグネットチャック１８と、処理槽から第１液体流路と第２液体流路とを介して液体を流動させるポンプＰと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、止まり穴の内部を電解めっきする止まり穴用電解めっき装置に関する。

従来より特許文献１、２に記載の電解めっき装置が知られている。例えば、特許文献１に記載の電解めっき装置１００は、電解液１０２を満たしためっき槽１０１に、直流電源１０３の陽極側に接続しためっき材としての亜鉛棒１０５と、陰極側に接続したワーク材としての屈曲した鋼パイプ１０７を浸漬し、この鋼パイプ１０７の内側に、陽極側に接続した補助電極１０８を配置するとともに、鋼パイプ１０７の内側に亜鉛イオンを含む電解液１０２を送り込む還流ポンプ１０９を設置し、前記補助電極１０８の可撓な電極線１１３に、電極としての真鍮製リング１１４と、この真鍮製リング１１４よりも大径の合成樹脂性リング１１５を交互に嵌め込むことにより、補助電極１０８と鋼パイプ１０７内面との短絡を防止し、鋼パイプ１０７の内面をめっきできるようにしたのである。

特開平１１‐１２７９１号公報 特開２００９‐２４２４２号公報

この特許文献１に記載の電解めっき装置１００は、Ｕ字型、Ｌ字型の導波管の内面を電解めっきするものであり、電極と電解液循環システムが別体に構成されているため、この電解めっき装置１００を用いて、例えば金型の止まり穴のような細い止まり穴を電解めっきすることは流路が確保できず不可能であった。

また、亜鉛棒１０５のような溶性電極では、安定なめっき皮膜を形成することはできないという問題があった。さらに、めっき処理に付随する他の処理、例えばエッチング処理等を行うためには、他の処理槽を用意する必要があり、工程数の増加による生産性の低下、多数の処理槽を用意するための設備費の増加、さらには多数の処理槽を配置するための広い設備空間の確保等の問題があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、安定なめっき皮膜を形成することができ、生産性の高い止まり穴用電解めっき装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
一端に開口部を有し、他端に底壁部（例えば、後述の実施形態における底壁部Ｂ）を有する止まり穴（例えば、後述の実施形態における止まり穴Ｈ）の内部を電解めっきする止まり穴用電解めっき装置（例えば、後述の実施形態における電解めっき装置１０）であって、
それぞれ液体を貯留する複数の処理槽（例えば、後述の実施形態における脱脂槽１１ａ、エッチング槽１１ｂ、スマット除去槽１１ｃ、めっき槽１１ｄ）と、
弁機構を有する配管（例えば、後述の実施形態における配管１２、１３）を介して前記複数の処理槽と連通する集液部（例えば、後述の実施形態におけるマニホールド１４）と、
前記集液部から液体が供給される、又は、前記集液部に液体を排出する第１液体流路（例えば、後述の実施形態における第１液体流路１５）を備え、パイプ形状を有する不溶性陽極電極（例えば、後述の実施形態における不溶性陽極電極１６）と、
前記不溶性陽極電極が陽極、且つ、前記止まり穴が陰極となるように電圧を供給する電源部（例えば、後述の実施形態における電源部ＰＳ）と、
前記止まり穴から前記集液部に液体を排出する、又は、前記集液部から前記止まり穴に液体を供給する第２液体流路（例えば、後述の実施形態における第２液体流路１７）を備え、前記開口部の位置に関わらず前記止まり穴に前記不溶性陽極電極を位置決めする位置決め部材（例えば、後述の実施形態におけるマグネットチャック１８）と、
前記複数の処理槽から前記第１液体流路と前記第２液体流路を介して液体を流動させるポンプ（例えば、後述の実施形態におけるポンプＰ）と、
を備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、
前記不溶性陽極電極を前記止まり穴の内部で位置決めする他の位置決め部材（例えば、後述の実施形態における絶縁ホルダ３０）をさらに備え、
前記他の位置決め部材は、不溶性陽極電極側から止まり穴側に向かって先細となる絶縁性材料からなる固定部（例えば、後述の実施形態における固定部３１）を有することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２の構成に加えて、
前記他の位置決め部材は、前記止まり穴の表面に点接触することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかの構成に加えて、
前記位置決め部材は、マグネットチャックであることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれかの構成に加えて、
前記不溶性陽極電極は、Ｔｉ又はＴｉ上に導電性材料からなる少なくとも１つの層が被覆されていることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれかの構成に加えて、
前記不溶性陽極電極は、先端形状が前記止まり穴の前記底壁部と同形状であることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれかの構成に加えて、
前記止まり穴は、金型に形成されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、不溶性陽極電極が液体流路を備えるパイプ形状なので、止まり穴に対して液体を流入又は排出する流路を確保することができ、細い止まり穴であっても電解めっき処理を行うことができる。また、陽極電極が不溶性陽極電極なので、電解液による溶解がなく、均一なめっき皮膜を形成することができる。
また、それぞれ液体を貯留する複数の処理槽が弁機構を有する配管を介して集液部に連通するので、処理に応じて処理槽を切り替えることで、処理毎に処理槽を変更する必要がなく、作業性を向上させることができる。
また、位置決め部材により不溶性陽極電極が止まり穴に位置決めされるので、止まり穴の開口部の位置に関わらず、止まり穴の内部を全面に亘って電解めっきすることができる。

請求項２の発明によれば、他の位置決め部材により不溶性陽極電極の止まり穴に対する平行度が維持されるので、例え止まり穴の径寸法が小さくても、液体の流路を確保しながら短絡を防止することができる。

請求項３の発明によれば、接触部が電解めっきされないことを抑制することができる。

請求項４の発明によれば、簡易な構成で止まり穴の開口部の位置に関わらず、止まり穴に不溶性陽極電極を位置決めすることができる。

請求項５の発明によれば、不溶性であるものの酸化しやすいＴｉを、電気伝導性に優れ、且つ、電解液中でも安定な材料で被覆することで、電極としての機能を長期間に亘って向上させることができる。

請求項６の発明によれば、不溶性陽極電極は、先端形状が止まり穴の底壁部と同形状であるので、止まり穴の底壁部においても均一な膜を形成することができる。

請求項７の発明によれば、上面又は側面に配置された止まり穴を効率よく電解めっきすることができる。

本発明の一実施形態の止まり穴用電解めっき装置の模式図である。 （ａ）は半球状の先端形状を持つ不溶性陽極電極の部分断面図であり、（ｂ）は円筒状の先端形状を持つ不溶性陽極電極の部分断面図である。 （ａ）は絶縁ホルダを備えた不溶性陽極電極における（ｂ）のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は絶縁ホルダを備えた不溶性陽極電極の軸直交方向の断面図である。 特許文献１に記載の電解めっき装置の正面図である。

以下、本発明の一実施形態の止まり穴用電解めっき装置について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態の止まり穴用電解めっき装置（以下、電解めっき装置と呼ぶ。）は、金型に形成される止まり穴に好適に用いられるため、以下の説明では金型に形成され止まり穴用電解めっき装置を例に説明するが、これに限定されるものではない。また、本明細書における止まり穴とは、一端に開口部を有し、他端に底壁部を有する穴をいう。

電解めっき装置１０は、それぞれ液体を貯留する複数の処理槽１１ａ〜１１ｄと、不図示の弁機構を有する配管１２、１３を介して複数の処理槽１１ａ〜１１ｄと連通する集液部としてのマニホールド１４と、マニホールド１４から液体が供給される第１液体流路１５を備え、パイプ形状を有する不溶性陽極電極１６と、不溶性陽極電極１６が陽極、且つ、止まり穴Ｈが陰極となるように電圧を供給する電源部ＰＳと、止まり穴Ｈからマニホールド１４に液体を排出する第２液体流路１７を備える位置決め部材としてのマグネットチャック１８と、複数の処理槽１１ａ〜１１ｄから第１液体流路１５と第２液体流路１７を介して液体を流動させるポンプＰと、を備える。

複数の処理槽１１ａ〜１１ｄは、脱脂槽１１ａ、エッチング槽１１ｂ、スマット除去槽１１ｃ、めっき槽１１ｄに加えて、水及び空気が供給可能に構成され、マニホールド１４を含めて多槽式液供給タンク２０を構成している。脱脂槽１１ａには、止まり穴Ｈの表面に付着した油分を除去するための洗浄剤が貯留される。エッチング槽１１ｂには、止まり穴Ｈの表面の酸化皮膜や加工変質層を除去するための酸が貯留される。スマット除去槽１１ｃには、スマットと呼ばれる、エッチング残りの合金成分を除去するための電解液が貯留される。めっき槽１１ｄは、めっき液が貯留されており、亜鉛めっきをする場合には、めっき液は例えば塩化亜鉛と塩化アンモニウムを含む電解液から構成される。水及び空気は、各処理の間の配管及び止まり穴の洗浄に使用される。

各処理槽１１ａ〜１１ｄは、弁機構を有する配管１２、１３を介して集液部としてのマニホールド１４と連通しており、各処理槽１１ａ〜１１ｄとマニホールド１４を結ぶ配管１２、１３には、液体を流動させるポンプＰが設けられている。従って、例えばめっき処理を行う際には、めっき槽１１ｄにつながる配管の弁機構を開弁し、且つ、他の全ての弁機構を閉弁するとともに、めっき槽１１ｄにつながる配管のポンプＰを稼動することで、めっき槽１１ｄからマニホールド１４に液体が供給されるとともに、マニホールド１４からめっき槽１１ｄへ液体が排出される。マニホールド１４から供給される液体は、パイプ形状を有する不溶性陽極電極１６の内周部に形成された第１液体流路１５に供給される。

不溶性陽極電極１６は、マグネットチャック１８が金型Ｍに固定されることにより止まり穴Ｈと接触しないように止まり穴Ｈの内部に位置決めされる。マグネットチャック１８は、止まり穴Ｈの開口部と連通する第２液体流路１７が形成されており、第２液体流路１７を囲うように金型Ｍとの当接面にシール部材１９が収容されている。マグネットチャック１８が金型Ｍに固定されると、シール部材１９により第２液体流路１７と止まり穴Ｈとが密閉される。また、マグネットチャック１８には、不溶性陽極電極１６が不図示の絶縁部材を介して挿通される。従って、不溶性陽極電極１６の第１液体流路１５を通って止まり穴Ｈに供給された液体は、不溶性陽極電極１６の外周部と止まり穴Ｈとにより区画された空間を通って、さらにマグネットチャック１８に形成された第２液体流路１７を経由して、マニホールド１４に排出される。

なお、位置決め部材は、止まり穴Ｈの開口部の位置に関わらず止まり穴Ｈに不溶性陽極電極１６を位置決めすることができるように構成されていればよく、本実施形態ではマグネットチャック１８を例示したが、これに限らず、吸引機構を備えた吸引式位置決め部材、ボルトやピン等の固定機構を備えた機械式位置決め部材等を採用することができる。従って、止まり穴の開口部が金型Ｍの上面、下面、側面のいずれに開口している場合であっても、止まり穴Ｈに不溶性陽極電極１６を位置決めすることができ、止まり穴の内部を全面に亘って電解めっきすることができる。

また、不溶性陽極電極１６は、Ｔｉから形成され、Ｔｉ上にＩｒＯ_２、Ｐｔ、ＲｕＯ_２等の導電性材料からなる少なくとも１つの層が被覆されており、その先端形状は、止まり穴Ｈの底壁部Ｂと同形状を有するように構成されることが好ましい。例えば、図２（ａ）に示すように、止まり穴Ｈの底壁部Ｂが半球状に形成されている場合には、不溶性陽極電極１６の先端形状も同様に外周面が底壁部Ｂの半球面に沿うように形成され、図２（ｂ）に示すように、止まり穴Ｈの底壁部Ｂが円板状に形成されている場合には、不溶性陽極電極１６の先端形状も同様に外周面が底壁部Ｂの円板面に沿うように円筒状に形成されることが好ましい。

このように、不溶性陽極電極１６の先端形状を止まり穴Ｈの底壁部Ｂと同形状とすることで、電解めっきする際に、止まり穴Ｈの底壁部Ｂ及びその近傍に均一な膜を形成することができる。

電源部ＰＳは、不溶性陽極電極１６が陽極、且つ、止まり穴Ｈが陰極となるように電圧を供給する。これにより、例えば、めっき処理として亜鉛めっきをする場合には、不溶性陽極電極１６では、下記（１）式の化学反応が起こり、金型Ｍの止まり穴Ｈでは、下記（２）式の化学反応が起こり、止まり穴Ｈの表面に亜鉛めっき皮膜が形成される。
陽極：２Ｈ_２Ｏ → Ｏ_２＋４ｅ⁻＋４Ｈ^＋ （１）
陰極：Ｚｎ^２＋＋２ｅ⁻→ Ｚｎ （２）
止まり穴Ｈの表面に形成される亜鉛めっき皮膜は、Ｆｅよりイオン化傾向が大きいので、犠牲防食効果を発揮し、Ｆｅよりも優先的に溶けることで金型Ｍの母材であるＦｅの腐食を防止することができ、これにより応力腐食割れを防止することができる。また、犠牲防食効果を発揮するＦｅよりイオン化傾向が大きい金属でめっきすることにより、例え皮膜に欠陥（ピンホール）があった場合でも、バリア型防食効果を発揮する金属でめっきした場合に比べて、高い防食効果を奏する。なお、電解めっき装置１０は、めっきする金属に関わらず適用することができる。

続いて、電解めっき装置１０を用いためっき処理について、亜鉛めっきをする場合を例に説明する。
めっき処理は、好ましくはアルカリ脱脂工程と、エッチング工程と、スマット除去工程と、亜鉛めっき工程とから構成される。

アルカリ脱脂工程は、洗浄剤が貯留している脱脂槽１１ａと止まり穴Ｈとをマニホールド１４を介して連通させて、他の処理槽１１ｂ〜１１ｄとは非連通状態でポンプＰを稼動させることで、脱脂槽１１ａに貯留していた洗浄剤は、マニホールド１４、不溶性陽極電極１６の第１液体流路１５を経由して、不溶性陽極電極１６の外周部と止まり穴Ｈとにより区画された空間に供給されて、止まり穴Ｈの表面に付着した油分を除去する。そして、油分を含む廃液が、マグネットチャック１８の第２液体流路１７、マニホールド１４を経由して不図示のフィルタを通って再び脱脂槽１１ａへと循環する。

エッチング工程は、酸が貯留しているエッチング槽１１ｂと止まり穴Ｈとをマニホールド１４を介して連通させて、他の処理槽１１ａ、１１ｃ、１１ｄとは非連通状態でポンプＰを稼動することにより、酸がアルカリ脱脂工程と同様の経路で循環して、止まり穴Ｈの表面をエッチングすることで止まり穴Ｈの表面の酸化皮膜や加工変質層を除去する。

スマット除去工程は、電解液が貯留しているスマット除去槽１１ｃと止まり穴Ｈとをマニホールド１４を介して連通させて、他の処理槽１１ａ、１１ｂ、１１ｄとは非連通状態でポンプＰを稼動することにより、電解液がアルカリ脱脂工程と同様の経路で循環して、スマットと呼ばれる、エッチング残りの合金成分を除去することで、止まり穴の表面をきれいに仕上げることができる。

亜鉛めっき工程は、めっき液が貯留しているめっき槽１１ｄと止まり穴Ｈとをマニホールド１４を介して連通させて、他の処理槽１１ａ〜１１ｃとは非連通状態でポンプＰを稼動させることで、めっき槽１１ｄに貯留していためっき液は、マニホールド１４、不溶性陽極電極１６の第１液体流路１５を経由して、不溶性陽極電極１６の外周部と止まり穴Ｈとにより区画された空間に供給される。このとき、電源部ＰＳが不溶性陽極電極１６が陽極、且つ、止まり穴Ｈが陰極となるように電圧を供給することで、上記したように、不溶性陽極電極１６では上記（１）式に記載の化学反応が起こる。また、陰極である止まり穴Ｈの表面では上記（２）式に記載の化学反応が起こり、陰極である止まり穴Ｈの表面に亜鉛が析出し、止まり穴Ｈの表面に亜鉛めっき皮膜が形成される。そして、廃液が、マグネットチャック１８の第２液体流路１７、マニホールド１４を経由して不図示のフィルタを通って再びめっき槽１１ｄへと循環する。

なお、各工程間には、水及び/又は空気を循環させることで、配管及び止まり穴等の流路を洗浄し、各処理槽に貯留している液体が混合するのが防止される。

このように本実施形態の電解めっき装置１０によれば、不溶性陽極電極１６が液体流路を備えるパイプ形状なので、止まり穴Ｈに対して液体を流入又は排出する流路を確保することができ、細い止まり穴であっても電解めっき処理を行うことができる。また、陽極電極が不溶性陽極電極なので、電解液による溶解がなく、均一なめっき皮膜を形成することができるとともに、半永久的に使用することができる。

また、それぞれ液体を貯留する複数の処理槽１１ａ〜１１ｄが不図示の弁機構を有する配管１２、１３を介してマニホールド１４に連通するので、処理に応じて止まり穴Ｈと接続する処理槽を切り替えることで、処理毎に処理槽を変更する必要がなく、作業性を向上させることができる。これにより、めっき処理に付随する他の処理を行う場合でも、他の処理槽を別に用意する必要性やそのための空間を確保する必要性がなく、生産性が向上するともに、少ない工程要員で連続操業を行うことができる。

また、マグネットチャック１８により不溶性陽極電極１６が止まり穴Ｈに位置決めされるので、止まり穴Ｈの開口部の位置に関わらず、止まり穴Ｈの内部を全面に亘って電解めっきすることができる。

図３（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の電解めっき装置１０の変形例として、他の位置決め部材として絶縁ホルダを備えた不溶性陽極電極を示す図であり、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は絶縁ホルダを備えた不溶性陽極電極の軸直交方向の断面図である。
絶縁ホルダ３０は、樹脂又はセラミックから構成され、不溶性陽極電極１６に取り付けられて不溶性陽極電極１６を止まり穴Ｈの内部で位置決めするものであり、不溶性陽極電極１６が止まり穴Ｈに接触することで発生する短絡を防止する。

絶縁ホルダ３０は、不溶性陽極電極１６側から止まり穴Ｈ側に向かって先細となる複数（本変形例では４つ）の固定部３１が周方向に等間隔で設けられており、好ましくは固定部３１の先端部が止まり穴Ｈの表面に点接触するように配置されている。このように、絶縁ホルダ３０により不溶性陽極電極１６の止まり穴Ｈに対する平行度が維持されるので、例え止まり穴Ｈの径寸法が小さくても、液体の流路を確保しながら短絡を防止することができる。さらに、固定部３１の先端部が止まり穴Ｈの表面に点接触するように配置することで、接触部が電解めっきされないことを抑制することができる。

例えば、止まり穴Ｈの最小径寸法がφ６ｍｍ以下の場合にのみ、絶縁ホルダ３０を取り付けることで、段付きの止まり穴等の特殊形状の止まり穴においても短絡を防止して確実に電解めっきを行うことができる。

なお、絶縁ホルダ３０は、必ずしも不溶性陽極電極１６の先端に取り付けられている必要はなく、また不溶性陽極電極１６に２つ以上取り付けられていてもよい。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
複数の処理槽の種類は、上記実施例に限定されるものではなく、少なくとも２以上の処理槽を備えていればよく、他の処理槽を備えていてもよい。
また、上記実施形態では、第１液体流路１５をマニホールド１４から液体が供給される流路として、第２液体流路１７を止まり穴Ｈからマニホールド１４に液体を排出する流路として説明したが、これに限らず、第１液体流路１５を止まり穴Ｈからマニホールド１４に液体を排出する流路として、第２液体流路１７をマニホールド１４から液体が供給される流路として用いてもよい。
また、ポンプＰは、複数の処理槽１１ａ〜１１ｄと止まり穴Ｈとの間で液体を流動させるものである限り、各処理槽１１ａ〜１１ｄ毎に設けられている必要はなく、少なくとも一つのポンプがマニホールド１４と止まり穴Ｈとの間に設けられていてもよい。

１０ 電解めっき装置（止まり穴用電解めっき装置）
１１ａ 脱脂槽（処理槽）
１１ｂ エッチング槽（処理槽）
１１ｃ スマット除去槽（処理槽）
１１ｄ めっき槽（処理槽）
１２、１３ 配管
１４ マニホールド（集液部）
１５ 第１液体流路
１６ 不溶性陽極電極
１７ 第２液体流路
１８ マグネットチャック（位置決め部材）
３０ 絶縁ホルダ（他の位置決め部材）
３１ 固定部
Ｂ 底壁部
Ｈ 止まり穴
Ｐ ポンプ
ＰＳ 電源部

Claims (7)

1. 一端に開口部を有し、他端に底壁部を有する止まり穴の内部を電解めっきする止まり穴用電解めっき装置であって、
   それぞれ液体を貯留する複数の処理槽と、
   弁機構を有する配管を介して前記複数の処理槽と連通する集液部と、
   前記集液部から液体が供給される、又は、前記集液部に液体を排出する第１液体流路を備え、パイプ形状を有する不溶性陽極電極と、
   前記不溶性陽極電極が陽極、且つ、前記止まり穴が陰極となるように電圧を供給する電源部と、
   前記止まり穴から前記集液部に液体を排出する、又は、前記集液部から前記止まり穴に液体を供給する第２液体流路を備え、前記開口部の位置に関わらず前記止まり穴に前記不溶性陽極電極を位置決めする位置決め部材と、
   前記複数の処理槽から前記第１液体流路と前記第２液体流路を介して液体を流動させるポンプと、
   を備えることを特徴とする止まり穴用電解めっき装置。
2. 前記不溶性陽極電極を前記止まり穴の内部で位置決めする他の位置決め部材をさらに備え、
   前記他の位置決め部材は、不溶性陽極電極側から止まり穴側に向かって先細となる絶縁性材料からなる固定部を有することを特徴とする請求項１に記載の止まり穴用電解めっき装置。
3. 前記他の位置決め部材は、前記止まり穴の表面に点接触することを特徴とする請求項２に記載の止まり穴用電解めっき装置。
4. 前記位置決め部材は、マグネットチャックであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の止まり穴用電解めっき装置。
5. 前記不溶性陽極電極は、Ｔｉ又はＴｉ上に導電性材料からなる少なくとも１つの層が被覆されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の止まり穴用電解めっき装置。
6. 前記不溶性陽極電極は、先端形状が前記止まり穴の前記底壁部と同形状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の止まり穴用電解めっき装置。
7. 前記止まり穴は、金型に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の止まり穴用電解めっき装置。

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