JP2016125064A - 表面処理装置及び表面処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの表面を均一に処理することが可能な表面処理装置及び表面処理方法を提供する。【解決手段】表面処理装置１００は、スクリュ４とガイド部材５とを備える。スクリュ４は、軸方向が水平方向と一致するように設けられる回転軸１１、回転軸１１の外周に形成される螺旋状の溝部１３を有する。ガイド部材５は、ワーク２の外周部と当接する当接部を有し、スクリュ４の径方向外側にスクリュ４に沿うように設けられ、溝部１３内に底部を収容されたワーク２を、スクリュ４の回転時にワーク２の外周部を当接部に当接させて回転軸１１の軸方向の一方から他方へ案内する。回転軸１１の軸方向と直交する平面内において、回転軸１１の中心軸Ｃを通り鉛直方向上方へ延びる仮想線と当接部とのなす角度は０度より大きく９０度より小さい。以上の構成により、スクリュ４の回転時にワーク２が溝部１３内で回転し、ワーク２の表面を均一に処理することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、ワークに対して表面処理を施す表面処理装置、及び表面処理方法に関する。

従来、自動車部品や電気電子部品として使用される金属製のワークの表面に、耐食性向上および外観品質向上を目的としてめっき処理を施す表面処理装置が知られている。こうした表面処理装置としては、例えば特許文献１に記載されるような噴流方式、その他、めっき液が貯留されたタンク内に、ワークを収容する容器と、ワークと対向する電極とを浸漬し、ワークを陰極に接続し、陽極に接続する電極との間で電析反応させる浸漬方式などがある。

上記浸漬方式では、複数のワークを収容した容器を揺動もしくは回転させることでワークを容器内で揺り動かして、ワークの外面全体が万遍なくめっき液に触れるようにし、めっき膜厚を均一にするようにしていた。

特開２０１０−２１６００６号公報

しかしながら、揺動する容器内でのワークの回転は無作為に行われ、また個々のワークの重なり方や、電極間距離が異なるため、十分に均一に処理することができないという問題が生じていた。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、ワークの表面を均一に処理することが可能な表面処理装置及び表面処理方法を提供することにある。

本発明の表面処理装置は、ワークを搬送しつつワークの表面に処理体により表面処理を施すものである。表面処理装置は、スクリュと、ガイド部材とを備える。

スクリュは、軸方向が水平方向と一致するように設けられる回転軸、回転軸の外周に形成される螺旋状の溝部、を有する。

ガイド部材は、ワークの外周部と当接する当接部を有し、スクリュの径方向外側にスクリュに沿うように設けられ、溝部内に底部を収容されたワークを、スクリュの回転時にワークの外周部を当接部に当接させて軸方向の一方から他方へ案内する。

軸方向と直交する平面内において、回転軸の中心軸を通り鉛直方向上方へ延びる仮想線と当接部とのなす角度は０度より大きく９０度より小さく形成されている。

本構成によれば、スクリュを回転させたとき、スクリュの溝部内に底部を収容されたワークは、ワークの軸方向が鉛直方向から斜めに傾いた状態で、回転軸の軸方向の一方から他方へ搬送される。このとき、ワークの自重は、スクリュとガイド部材とに分散されて作用する。

例えば棒状または筒状のワークを溝部内で自転させる回転力は、ワークが接触する溝部の底、ガイド部材の当接部、及び溝部の側面との各摩擦力によって決定される。この摩擦力は、使用する処理体の種類や、ワークの自重、当接部へのワークの当接長さ等によって変わるものの、本出願人の検討により、ガイド部材の当接部を鉛直方向から斜めに傾けることによってワークの回転力が得られ、搬送中のワークが回転可能なことが分かっている。

すなわち、本構成の表面処理装置では、ワークはスクリュの溝部内で自転しつつ軸方向へ搬送され、搬送される間に処理体により表面処理が施される。ワークが回転することで、ワークの外面に対して満遍なく処理体を当てることができ、ワークの表面を均一に処理することができる。

特に、ワークが金属製の点火プラグのハウジングであり、処理体がめっき処理やその前後処理に一般に用いられるめっき液や洗浄液、水等である場合には、当接部と仮想線とのなす角度θを３０度以上６０度以下とすることで、ワークの回転速度が十分に得られ、より好適にワークの表面を均一に処理することが可能である。

本発明の第１実施形態によるめっき処理装置の全体を示す模式図。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。 図２に対応する図であって、スクリュ、ガイド部材、電極およびワークのみを示す図。 ワークの全体を示す模式図。 図３のＶ方向矢視図であり、ワークの回転力を模式的に説明する図。 ガイド部材の角度θと、ワークと回転軸の摩擦力、との関係をグラフに示した図。 ガイド部材の角度θと、ワークとガイド部材の摩擦力、との関係をグラフに示した図。 ガイド部材の角度θと、ワークの回転力との関係をグラフに示した図。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
〈第１実施形態〉
［構成］
本発明の第１実施形態の構成について、図１〜図４を参照しつつ説明する。本実施形態の表面処理装置としてのめっき処理装置１００は、ワーク２の外面にめっき処理を施す装置であり、棒状または筒状のワークの処理に適している。ここで、本明細書で「棒状または筒状」とは、軸を中心として自転可能な回転体全般を意味し、突起や溝の有無や、直径と軸方向長さとの比等を問わない。また、厳密に同心のものに限らず、技術常識の範囲で安定して自転可能であれば、多少偏心していてもかまわない。そのような回転体のうち、概して中実の形状を「棒状」といい、中空の形状を「筒状」という。

図１に示すように、処理体としてのめっき液Ｐを貯留するタンク１、スクリュ４、ガイド部材５、電極板６、モータ７、投入レール８、処理済のワーク２を収容する収容容器９等を備えている。ワーク２の搬送方向へ、モータ７、タンク１、収容容器９の順に配置されている。以下、各部材について説明する。

スクリュ４は樹脂製であり、図１に示すように、回転軸１１と、回転軸１１の外周に形成される螺旋状の羽根部１２と、隣り合う羽根部１２間に形成される溝部１３とを有する。

スクリュ４は、回転軸１１の中心軸Ｃが水平方向と一致するようにタンク１内に浸漬されている。回転軸１１は、駆動源としてのモータ７に接続されており、中心軸Ｃを中心に回転駆動されるようになっている。羽根部１２は、回転軸１１の径方向外側へ突出しており、鉛直方向からの傾きＩは、概ね２０度程度である。羽根部１２の形成ピッチは、棒状のワーク２の直径よりも大きく設定されている。また、羽根部１２の突出高さＨは、ワーク軸方向長さの３分の１程度となっている。

スクリュ４の一端側には、ワーク２をスクリュ４の溝部１３に投入するための投入レール８が鉛直方向から約４５度傾いて上方へ延びるように設けられている（図２参照）。投入レール８の内径は、ワーク２の軸方向と投入レール８の延設方向とを一致させた状態で、ワーク２がレール内を通過できるようにワーク２の直径より大きく形成されている。回転軸１１は、搬出側となる他端側に向けて外径が大きくなるように形成されている。ガイド部材５は、スクリュ４の径方向外側に設けられる板状部材であり、搬出側がスクリュ４のテーパ形状に沿うように上方へ屈曲している。

図３は、図２と同じく図１のＩＩ−ＩＩ線断面図に対応する図であり、スクリュ４、ガイド部材５、電極板６およびワーク２のみを示している。また、断面ハッチは省略して示してある。ガイド部材５は樹脂製であり、図３に示すように、板状体であるガイド部材５の上面側に形成され、ワーク２の外周部２１と当接する当接部２２を有する。回転軸１１の軸方向と直交する鉛直平面内において、鉛直方向をなし上方へ延びる仮想線Ｌと当接部２２とのなす角度θは、約４５度である。すなわち、当接部２２は鉛直方向から斜めに傾いた状態に形成されている。

本実施形態において、「当接部の角度」と「ガイド部材の角度」とは同じであり、以下、角度θを、ガイド部材の角度θとも言う。当接部２２は、ワーク２の概ね２分の１〜３分の１程度のワーク軸方向長さと当接する。

電極板６は、ワーク２を挟んでガイド部材５と対向配置される板状部材であり、投入レール８側から、ガイド部材５が上方へ屈折する手前までの直線部分に沿うように形成されている。電極板６は、水平方向においてガイド部材５よりも中心軸Ｃ寄りに位置し、ガイド部材５と同様に、鉛直方向から約４５度傾いて設けられている。

なお、本実施形態のワーク２は、図４に模式的に示すように、例えば点火プラグのハウジングであって、ワーク２は、図示しないシリンダヘッドへ固定されるねじ部２３、脱着の際に把持される六角部２４等を有して形成されている。図４以外の他の図面においては、ワーク２の形状は簡略化して単に円筒形状として示してある。

ワーク２の表面処理時には、スクリュ４の溝部１３内にワーク２の底部２５が収容されるとともに、ガイド部材５の当接部２２にワーク２の外周部２１を当接させた状態で、ワーク２が投入側から搬出側の収容容器９まで順次搬送される。以下、めっき処理装置１００の作用について詳しく説明する。

［作用］
次に、本実施形態のめっき処理装置１００によるめっき処理方法について説明する。まず、モータ７を回転駆動し、スクリュ４を図１に示す矢印Ｓｒの方向へ回転させ、投入レール８から矢印Ｄ１に示す方向にワーク２を一つずつスクリュ４へ向けて投入する。投入レール８内を下降したワーク２は、その底部２５がスクリュ４の溝部１３内に収容され、その外周部２１がガイド部材５の当接部２２に当接する。そして、ガイド部材５の傾斜角度であるθだけ鉛直方向から斜めに傾いた状態で、スクリュ４に設置される。

このとき、ワーク２の自重は、図３に示すように、スクリュ４とガイド部材５とに分散されて作用する。ここで、ワーク２の質量をｍ、重力加速度をｇ、ガイド部材５の角度をθとすると、スクリュ４にはｍｇｃｏｓθ、ガイド部材５にはｍｇｓｉｎθの分力がそれぞれ作用する。図５は、図３のＶ方向矢視図であり、ワーク２の回転力を模式的に説明するため、スクリュ４、ガイド部材５及びワーク２のみを示してある。図５に示すように、スクリュ４が回転すると、ワーク２には、回転軸１１との摩擦力Ｆ１、ガイド部材５との摩擦力Ｆ２及びスクリュ４の羽根部１２との摩擦力Ｆ３の３つの摩擦力が作用する。そして、ワーク２には矢印Ｗｒに示す方向の回転力が作用し、ワーク２は溝部１３内で自転する。

そして、スクリュ４の溝部１３内にワーク２が投入されたのち、スクリュ４が１回転したとき、ワーク２はガイド部材５に押されてスクリュ４の回転とともに、回転軸１１の軸方向において投入側から搬出側、すなわち、図１の矢印Ｄ２に示す方向に水平に搬送される。これに続いて、次のワーク２が溝部１３内に投入される。このように、隣り合う溝部１３内に順次ワーク２が投入される。

この状態で、電極板６を陽極（図示略）に接続し、ワーク２を陰極（図示略）に接続すると、ワーク２と電極板６間に電位差が生じ、ワーク２の表面にめっき液Ｐ中の金属イオンが析出してワーク２がめっきされる。なお、ワーク２へ通電する陰極の形態は、例えば、スクリュ４に巻いておくことや、ガイド部材５に取り付けることにより実施できる。

以上のように、ワーク２はスクリュ４の溝部１３内で自転しつつ、図１の矢印Ｄ２に示す方向へ搬送され、スクリュ４の搬出側端部から矢印Ｄ３に示すように収容容器９内へ搬出される。ワーク２は、投入レール８からガイド部材５が上方へ屈曲する手前までの直線部分であって電極板６が配置される部分を搬送される間に、めっき液Ｐによりめっき処理が施される。

なお、ワーク２の底面と回転軸１１とは点接触しており、ワーク２が回転することで接触点が変化しながら搬送される。スクリュ４の回転軸１１上にもめっき液Ｐが付着しているため、ワーク２の底面についてもめっき処理される。

以上説明したように、本実施形態のめっき処理方法は、スクリュ４の回転時にワーク２が溝部１３内で回転する段階と、回転したワーク２が回転軸１１の一方から他方へ搬送されつつめっき処理される段階と、を含む。

次に、本実施形態のめっき処理装置１００において、ガイド部材５の角度θによって、ワーク２に回転力がどのように生じるかについて、図６〜図８を参照して説明する。ワーク２と回転軸１１の摩擦係数をμ１とすると、ワーク２と回転軸１１の摩擦力Ｆ１は、次式（１）で与えられる。
Ｆ１＝μ１ｍｇｃｏｓθ ・・・（１）

図６に示すように、ワーク２と回転軸１１の摩擦力Ｆ１は、角度θが０度から９０度になるにつれて減少する。また、ワーク２とガイド部材５と摩擦係数をμ２とすると、ワーク２とガイド部材５の摩擦力Ｆ２は、次式（２）で与えられる。
Ｆ２＝μ２ｍｇｓｉｎθ ・・・（２）

図７に示すように、ワーク２とガイド部材５の摩擦力Ｆ２は、角度θが０度から９０度になるにつれて増大する。そして、ワーク２と羽根部１２の摩擦力をＦ３とすると、ワーク２を自転させる回転力Ｆｒは、次式（３）で与えられる。
Ｆｒ＝Ｆ３−Ｆ２−Ｆ１ ・・・（３）

図８に示すように、ワーク２を自転させる回転力Ｆｒは、摩擦係数μ１，μ２によって変動するものの、角度θが３０度以上６０度以下の範囲で所定の閾値Ｆｏ以上となり、ワーク２が回転可能であると考えられる。

［効果］
（１）本実施形態では、ガイド部材５を斜めに形成することで、ワーク２を斜めに配置し、ワーク２をスクリュ４の溝部１３内で自転させつつ軸方向へ搬送する。そして、搬送する間にめっき処理するようにしている。このように、ワーク２が回転することで、ワーク２の主に外面に対して満遍なくめっき液Ｐを当てることができ、ワーク２の表面を均一に処理することができる。

（２）本実施形態では、電極板６とガイド部材５とが平行に配置されており、搬送中、各ワーク２と電極板６との距離が一定に保たれる。これにより、例えば、多量のワーク２を揺動装置内に投入して一度に処理を行うバッチ処理と比較して、それぞれのワーク２に対して均一にめっき処理することができる。

（３）また、上記バッチ処理では、各ワーク２に確実にめっき処理するためには、処理時間を延ばすことで対応するしかなく、これにより生産効率が低下していた。しかし、本実施形態によれば、従来のバッチ処理に比べて処理のばらつきがないため、結果的に多量のワーク２を短い時間で処理することができ、生産効率を向上させることができる。

（４）本実施形態では、ワーク２が溝部１３内で回転することで、スクリュ４の回転軸１１との接触点が変化する。これにより、ワーク２の底面全体についてもめっき処理することができる。

（５）さらに、例えば、ガイド部材５の角度θが０度である場合、すなわちガイド部材が鉛直方向に設けられる場合には、ワーク２が回転しないため、ほぼ同じ点で回転軸１１と接触し、点接触部での回転軸１１の摩耗が懸念される。その点、本実施形態では、接触点が変化し１点集中を避けることができるため、回転軸１１の摩耗を低減することができる。

（６）本実施形態では、ガイド部材５の角度θを４５度に設定することで、ワーク２の回転力Ｆｒが最も好適に得られ、ワーク２を確実かつ好適に回転させることができる。

〈他の実施形態〉
上記実施形態のガイド部材５は板状部材としたが、ガイド部材５の当接部２２がワーク２を所定角度傾けた状態で支持するとともに搬送可能であれば良く、その他の形状でも良い。

また、ガイド部材５の角度θについても、４５度に限定されるものではない。ワーク２を回転させる回転力Ｆｒを得る観点上は３０度以上６０度以下がより好ましく、その他、０度より大きく９０度より小さい範囲で適宜変更可能である。

上記実施形態では、処理済みのワーク２を収容容器９に搬出するように構成したが、複数の工程を連続して表面処理を行う場合には、収容容器９に搬出せず、例えばベルトコンベアに搬出して、次の工程に連続させるように構成しても良い。

上記実施形態のスクリュ４は、搬出側に向けて外径が大きくなるように形成されているが、ワーク２の投入および搬出が可能であれば良く、スクリュ４の外形形状はその他の形状でも良い。

また、上記実施形態では、スクリュ４に羽根部１２が形成されているが、羽根部１２を設けず、回転軸１１に溝部１３を凹設する構成としても良く、ワーク２を収容し搬送可能な溝部１３が形成されていれば良い。羽根部１２が形成されない形態の場合、ワーク２を溝部内で回転させる回転力は、ワーク２が接触する溝部の底、ガイド部材の当接部、及び溝部の側面との各摩擦力によって決定される。

上記実施形態において、羽根部１２の鉛直方向からの傾きＩは、概ね２０度としたが、この傾きの角度は、ワーク２の搬送速度を考慮して適宜変更可能である。

上記実施形態では、スクリュ４全体がタンク１に浸漬する構成としたが、その他、例えば、ワーク２の搬送経路を狙ってめっき液Ｐを流すように構成しても良い。

上記実施形態では、ワーク２は点火プラグのハウジングとしたが、その他の金属製部材でも良く、また、その形状についても単純な円筒状、棒状や有底円筒形状、円錐状や円錐台形状、外面に溝やねじが形成されているもの、六角形等の多角形状を含む回転体等であっても良い。すなわち、本明細書で上述のように定義した、どのような「棒状または筒状」のワークが適用されてもよい。

本発明の表面処理装置及び表面処理方法は、上記実施形態に示しためっき処理装置１００及びめっき処理方法に限らず、その他の表面処理装置に適用することができる。例えば、めっき処理の前処理や後処理に必要な、洗浄液または水等による洗浄装置、乾燥装置等に適用することができる。また、電極板６については、表面処理の種類によって電極が必要なければ設けなくても良い。さらに、処理体についても、例えば乾燥装置であれば気体の空気が用いられ、表面処理の種類によって適宜変更可能である。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１ ・・・タンク
２ ・・・ワーク
４ ・・・スクリュ
５ ・・・ガイド部材
６ ・・・電極板（電極）
１１ ・・・回転軸
１３ ・・・溝部
２１ ・・・外周部
２２ ・・・当接部
２５ ・・・底部
１００ ・・・めっき処理装置（表面処理装置）
Ｃ ・・・中心軸
Ｐ ・・・めっき液（処理体）

Claims (5)

1. ワーク（２）を搬送しつつ前記ワークの表面に処理体（Ｐ）により表面処理を施す表面処理装置であって、
   軸方向が水平方向と一致するように設けられる回転軸（１１）、前記回転軸の外周に形成される螺旋状の溝部（１３）、を有するスクリュ（４）と、
   前記ワークの外周部（２１）と当接する当接部（２２）を有し、前記スクリュの径方向外側に前記スクリュに沿うように設けられ、前記溝部内に底部（２５）を収容された前記ワークを、前記スクリュの回転時に前記ワークの前記外周部を前記当接部に当接させて前記軸方向の一方から他方へ案内するガイド部材（５）と、
   を備え、前記軸方向と直交する平面内において、前記回転軸の中心軸（Ｃ）を通り鉛直方向上方へ延びる仮想線（Ｌ）と前記当接部とのなす角度（θ）は、０度より大きく９０度より小さいことを特徴とする表面処理装置。
2. 前記ガイド部材に対向して設けられ、陽極に接続される電極（６）をさらに備え、
   前記ワークは陰極に接続され、前記処理体としてのめっき液により、前記ワークの表面にめっき処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。
3. 前記ワークは点火プラグのハウジングであり、
   前記角度は３０度以上６０度以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表面処理装置。
4. 軸方向が水平方向と一致するように設けられる回転軸（１１）、前記回転軸の外周に形成される螺旋状の溝部（１３）、を有するスクリュ（４）と、
   ワーク（２）の外周部（２１）と当接し、前記軸方向と直交する平面内において、前記回転軸の中心軸（Ｃ）を通り鉛直方向上方へ延びる仮想線（Ｌ）とのなす角度（θ）が０度より大きく９０度より小さい範囲となるように形成された当接部（２２）、を有し、前記スクリュの径方向外側に前記スクリュに沿うように設けられるガイド部材（５）と、
   を備える表面処理装置（１００）により、前記ワークの表面に処理体（Ｐ）により表面処理を施す表面処理方法であって、
   底部（２５）は前記溝部内に収容されるとともに前記外周部は前記当接部に当接した前記ワークが、前記スクリュの回転時に前記溝部内で回転する段階と、
   回転した前記ワークが前記回転軸の一方から他方へ搬送されつつ表面処理される段階と、
   を含むことを特徴とする表面処理方法。
5. 前記ワークは点火プラグのハウジングであり、
   前記角度は３０度以上６０度以下であることを特徴とする請求項４に記載の表面処理方法。

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