JP2018003092A - Method for manufacturing plating coated roll and mechanism for inhibiting adhesion of hydrogen gas for plating - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、めっき被覆ロールの製造方法及びめっき用水素ガス付着抑制機構に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a plating coating roll and a hydrogen gas adhesion suppressing mechanism for plating.
従来、印刷用ロールや工業用ロールは、ロール母材に炭素鋼管やアルミニウム管を使用してその表面にめっきを施工したものであった。 Conventionally, printing rolls and industrial rolls have been plated on the surface using a carbon steel pipe or an aluminum pipe as a roll base material.
炭素鋼管は、強度、加工の容易性、材料コストの観点で優れることから、ロール母材として広く用いられている。しかし、フィルム成形用送りロールやオフセット印刷用ロールのように、高速回転で用いるロールに炭素鋼管を用いると、剛性不足でたわみが生じ易いことから、振動や回転ムラが発生する等の不具合が発生していた。特に、ワークの広幅化の要求に応じるためにロールを広幅化しようとすると、幅が大きくなる分発生するたわみが一層大きくなる問題がある。 Carbon steel pipes are widely used as roll base materials because they are excellent in terms of strength, ease of processing, and material cost. However, if a carbon steel pipe is used for a roll used for high-speed rotation, such as a film forming feed roll or an offset printing roll, it is prone to bend due to insufficient rigidity, causing problems such as vibration and uneven rotation. Was. In particular, if the roll is to be widened in order to meet the demand for widening the workpiece, there is a problem that the generated deflection is further increased as the width is increased.
このような高速回転時のたわみを抑制するため、ロールの剛性を大きくすることが考えられる。剛性を大きくするためには、ロールの外径や肉厚を大きくする必要があるので、ロールの重量が増加してしまう。重量が増加すると慣性モーメントが大きくなるため、回転ムラや振動が発生しやすくなる。このように、高速回転用ロールのロール母材に炭素鋼管を用いることは困難であった。 In order to suppress such deflection during high-speed rotation, it is conceivable to increase the rigidity of the roll. In order to increase the rigidity, it is necessary to increase the outer diameter and thickness of the roll, which increases the weight of the roll. When the weight increases, the moment of inertia increases, so that rotation unevenness and vibration are likely to occur. Thus, it has been difficult to use a carbon steel pipe for the roll base material of the roll for high-speed rotation.
また、アルミニウム管はロールの軽量化のために使用されていた。しかし、アルミニウム管も炭素鋼管と同じく、ロールの剛性を大きくしようとすると、ロールの重量が増加してしまうので、高速回転用ロールのロール母材にアルミニウム管を用いることもまた困難であった。 Aluminum pipes have been used to reduce the weight of rolls. However, the aluminum tube, like the carbon steel tube, increases the weight of the roll when it is attempted to increase the rigidity of the roll. Therefore, it is also difficult to use the aluminum pipe for the roll base material of the roll for high-speed rotation.
一方、例えばフィルム、製紙、印刷分野等に使用されるロールは、ワークの高速化によりロールの回転ムラが発生しやすく、ワークに傷やしわなどの損失が出てしまうことがあった。生産性向上のためには、ロールの剛性を大きくし、たわみを小さく、慣性モーメントを小さくする必要があって、軽量化されたロールが求められていた。 On the other hand, rolls used in, for example, the field of film, papermaking, and printing tend to cause uneven rotation of the rolls due to the speeding up of the work, and the work may be damaged or damaged. In order to improve productivity, it is necessary to increase the rigidity of the roll, to reduce the deflection, and to reduce the moment of inertia. Thus, a lightweight roll has been demanded.
そこでロール母材として、炭素鋼やアルミニウムに比べて比重の小さい炭素繊維強化プラスチック(以下「CFRP」と表記)を使用し、ロール母材の表面にクロムめっきを施したロールが提案されている。例えば特許文献1に記載の「グラビア製版ロール」が挙げられる。
Therefore, a roll has been proposed in which a carbon fiber reinforced plastic (hereinafter referred to as “CFRP”) having a specific gravity smaller than that of carbon steel or aluminum is used as a roll base material, and the surface of the roll base material is subjected to chromium plating. For example, “gravure plate making roll” described in
ところで、クロムめっきを施す際には、形成中のめっき表面から多量の水素ガスが発生して、めっき実施中のロール表面に付着する。また、水素ガスの発生に伴いめっき表面のpH上昇が生じることから、めっき不良(例えば、多数のピンホール、粉末状クロム酸化物の異常めっき、めっき表面に筋状の凹凸が形成される等)を生じさせ、高品質なめっき表面が得られないことがある。 By the way, when performing chromium plating, a large amount of hydrogen gas is generated from the plating surface being formed and adheres to the roll surface during plating. In addition, since the pH of the plating surface rises with the generation of hydrogen gas, plating defects (for example, numerous pinholes, abnormal plating of powdered chromium oxide, streaky irregularities formed on the plating surface, etc.) In some cases, a high-quality plated surface cannot be obtained.
そこで本発明は、ロール母材としてCFRPを使用し、めっき不良が生じることを抑制して高品質なめっき表面が得られる、めっき被覆ロールの製造方法及びめっき用水素ガス付着抑制機構を提供することを課題とする。 Accordingly, the present invention provides a manufacturing method of a plating coating roll and a plating hydrogen gas adhesion suppression mechanism that uses CFRP as a roll base material and suppresses the occurrence of plating defects to obtain a high-quality plating surface. Is an issue.
本発明は、円筒状の炭素繊維強化プラスチックからなるロール母材の表面を平滑化する平滑化工程と、前記平滑化工程を経た前記ロール母材に金属めっきを行う下地めっき工程と、前記下地めっき工程を経た前記ロール母材に3価クロムめっきを行う表面めっき工程とを有し、前記表面めっき工程は、形成中のめっき表面に生じる水素ガスを除去する水素除去工程を含む、めっき被覆ロールの製造方法である。 The present invention includes a smoothing step for smoothing the surface of a roll base material made of cylindrical carbon fiber reinforced plastic, a base plating step for performing metal plating on the roll base material that has undergone the smoothing step, and the base plating. A surface plating step of performing trivalent chromium plating on the roll base material that has undergone the step, and the surface plating step includes a hydrogen removal step of removing hydrogen gas generated on the plating surface being formed. It is a manufacturing method.
この構成によれば、表面めっき工程は、形成中のめっき表面に生じる水素ガスを除去する水素除去工程を含む。このため、表面めっき実施中のロール母材の表面に水素ガスが付着すること、また、水素ガスの発生によりめっき液のpHが局所的(特にロール母材の表面近傍)に高くなることを抑制できる。 According to this configuration, the surface plating step includes a hydrogen removal step of removing hydrogen gas generated on the plating surface being formed. This prevents hydrogen gas from adhering to the surface of the roll base material during surface plating, and prevents the pH of the plating solution from becoming locally high (particularly near the surface of the roll base material) due to the generation of hydrogen gas. it can.
また、前記水素除去工程では、形成中のめっき表面に気泡を放出し、当該放出された気泡が前記水素ガスを取り込みつつ形成中のめっき表面を通って、めっき液の液面まで上昇するものとできる。 Further, in the hydrogen removal step, bubbles are discharged to the plating surface being formed, and the discharged bubbles rise to the surface of the plating solution through the plating surface being formed while taking in the hydrogen gas. it can.
この構成によれば、放出された気泡が水素ガスを取り込みつつめっき液の液面まで上昇する。このため、形成中のめっき表面に生じる水素ガスを効率良くめっき液から除去できる。 According to this configuration, the released bubbles rise to the surface of the plating solution while taking in hydrogen gas. For this reason, hydrogen gas generated on the plating surface being formed can be efficiently removed from the plating solution.
また、金属クロムを酸で溶解し洗浄した上でめっき液に投入することでクロムイオンの補給を行うものとできる。 In addition, chromium ions can be replenished by dissolving the metal chromium with an acid and washing it before putting it in the plating solution.
この構成によれば、金属クロムの表面を酸で一部溶解させることで表面の酸化膜を溶解させ、その後、酸で洗浄することで前記溶解させた酸化膜を金属クロムから除去する処理を行うことができる。これにより、酸化膜の除去された清浄な金属クロムがめっき浴中で溶解されるので、不純物を混入させることなく、かつ、速やかにクロムイオンを補給できる。 According to this configuration, the surface of the metal chromium is partially dissolved with an acid to dissolve the surface oxide film, and then the oxide film is washed with an acid to remove the dissolved oxide film from the metal chromium. be able to. As a result, clean metal chromium from which the oxide film has been removed is dissolved in the plating bath, so that chromium ions can be replenished promptly without introducing impurities.
また、前記下地めっき工程にて電解ニッケルめっきを行うものとできる。 Moreover, electrolytic nickel plating can be performed in the base plating step.
この構成によれば、電解ニッケルめっきによると、膜厚の均一性、表面平滑性の点からめっき後の表面加工が不要となる。 According to this configuration, the electrolytic nickel plating eliminates the need for surface processing after plating in terms of film thickness uniformity and surface smoothness.
また本発明は、めっき浴に縦方向にセットされた、円筒状の炭素繊維強化プラスチックからなるロール母材の下部に連結される、中空部分を有する気泡発生ブロックと、前記気泡発生ブロックに気体を供給する気体供給機構と、を備え、前記気泡発生ブロックは、めっき浴に配置された状態における上面に、前記気体供給機構により供給された気体を形成中のめっき表面に放出する複数の気体噴出穴を備える、めっき用水素ガス付着抑制機構である。 Further, the present invention provides a bubble generating block having a hollow portion connected to a lower part of a roll base material made of a cylindrical carbon fiber reinforced plastic, which is set in a vertical direction in a plating bath, and gas is supplied to the bubble generating block. A plurality of gas ejection holes for releasing the gas supplied by the gas supply mechanism to the plating surface being formed on the upper surface in a state where the bubble generation block is disposed in the plating bath. A hydrogen gas adhesion suppression mechanism for plating.
この構成によれば、気泡発生ブロックの気体噴出穴から形成中のめっき表面に放出される気体(空気、不活性ガス等)が、形成中のめっき表面に生じる水素ガスを除去する。このため、めっき実施中のロール母材の表面に水素ガスが付着すること、また、水素ガスの発生によりめっき液のpHが局所的(特にロール母材の表面近傍)に高くなることを抑制できる。 According to this configuration, the gas (air, inert gas, etc.) released from the gas ejection hole of the bubble generation block to the plating surface being formed removes hydrogen gas generated on the plating surface being formed. For this reason, it can suppress that hydrogen gas adheres to the surface of the roll base material during plating, and that the pH of the plating solution locally increases (particularly near the surface of the roll base material) due to the generation of hydrogen gas. .
本発明は、めっき実施中のロール母材の表面に水素ガスが付着すること、また、水素ガスの発生によりめっき液のpHが局所的(特にロール母材の表面近傍)に高くなることを抑制できる。このため、水素ガスが引き起こすピンホール等のめっき不良を抑制して、高品質なめっき表面が得られる。 The present invention suppresses that hydrogen gas adheres to the surface of the roll base material during plating, and that the pH of the plating solution locally increases (particularly near the surface of the roll base material) due to the generation of hydrogen gas. it can. For this reason, plating defects such as pinholes caused by hydrogen gas are suppressed, and a high-quality plated surface can be obtained.
次に、本発明のめっき被覆ロールの製造方法について一実施例を挙げて説明する。本実施例の概要を述べると、円筒状のロール母材であるCFRP素管2を脱脂し、導電性塗料による導電処理後、CFRP素管2の表面を平滑化する平滑加工処理を行い(平滑化工程)、下地めっきとしてニッケルめっき等のめっきを施し(下地めっき工程)、その後、下地めっきされたCFRP素管2の表面に3価クロムめっきを被覆すること(表面めっき工程)でめっき被覆ロールとする。 Next, an example is given and demonstrated about the manufacturing method of the plating coating roll of this invention. The outline of the present embodiment is as follows. After the CFRP element tube 2 which is a cylindrical roll base material is degreased and subjected to a conductive treatment with a conductive paint, a smoothing process is performed to smooth the surface of the CFRP element tube 2 (smoothness). ), Plating such as nickel plating as the base plating (base plating step), and then coating the surface of the CFRP base tube 2 plated with the base with trivalent chromium plating (surface plating step). And
CFRPはピッチ系とPAN系が存在するが、どちらも使用できる。 CFRP has a pitch system and a PAN system, and both can be used.
CFRP素管2の寸法精度及び表面粗度に問題がなければ脱脂処理を行う。脱脂はCFRP素管2の表面の汚染程度にもよるが、通常、界面活性剤による脱脂後に水洗し、溶剤洗浄を行う。その後十分に乾燥させる。 If there is no problem in the dimensional accuracy and surface roughness of the CFRP element tube 2, a degreasing process is performed. Although degreasing depends on the degree of contamination of the surface of the CFRP base tube 2, it is usually washed with water and solvent after degreasing with a surfactant. Then dry thoroughly.
次に、テスター等を用いてCFRP素管2の表面における通電を、抵抗率が100kΩ・cm未満、好ましくは1kΩ・cm以下であることを確認する。 Next, using a tester or the like, it is confirmed that the resistivity is less than 100 kΩ · cm, preferably 1 kΩ · cm or less.
CFRP素管2の表面に平滑性のない場合、導電性塗料を下記表面加工できる膜厚となるように表面に塗布する導電処理を行う。導電性塗料の塗布方法は、スプレー、浸漬、刷毛等種々の方法を用いることができる。導電性塗料に含まれる導電成分は、例えば金属系、酸化物系、炭素系、イオン系の物質であるが、金属系あるいは炭素系の物質が好ましい。前記導電成分は複数組み合わせて用いることもできる。導電性塗料に含まれる樹脂成分は特に限定されないが、CFRPとの相性の良いエポキシ系、ウレタン系、アクリル系の樹脂が好ましい。塗布膜厚は、好ましくは1〜200μm、より好ましくは60〜100μmとする。 When the surface of the CFRP element tube 2 is not smooth, a conductive treatment is performed by applying a conductive coating to the surface so as to have a film thickness that allows the following surface processing. As a method for applying the conductive paint, various methods such as spraying, dipping, and brushing can be used. The conductive component contained in the conductive paint is, for example, a metal-based, oxide-based, carbon-based or ionic-based material, and a metal-based or carbon-based material is preferable. A plurality of the conductive components may be used in combination. The resin component contained in the conductive paint is not particularly limited, but an epoxy-based, urethane-based, or acrylic-based resin having good compatibility with CFRP is preferable. The coating thickness is preferably 1 to 200 μm, more preferably 60 to 100 μm.
導電性塗料の硬化後、表面粗さを、好ましくは1.0s以下、より好ましくは0.5s以下、さらに好ましくは0.2s以下とする表面加工を行う。表面加工は、砥石を使用する乾式または湿式研磨加工、バイトを使用した旋削加工、乾式あるいは湿式ペーパーを用いたペーパー処理加工など、完成製品の要求精度に適した加工を適宜選定する。好ましい加工は、研磨加工及びペーパー処理加工である。 After the conductive coating is cured, surface treatment is performed so that the surface roughness is preferably 1.0 s or less, more preferably 0.5 s or less, and even more preferably 0.2 s or less. As the surface processing, processing suitable for the required accuracy of the finished product, such as dry or wet polishing using a grindstone, turning using a cutting tool, paper processing using dry or wet paper, is appropriately selected. Preferred processing is polishing processing and paper processing processing.
表面加工された表面の導電性は、以下の下地めっきが可能な範囲として、好ましくは10kΩ・cm以下、より好ましくは1kΩ・cm以下とする。前記導電性塗料の塗布によっても導電性が不十分な場合は、再度導電性塗料を塗布できる。 The conductivity of the surface processed surface is preferably 10 kΩ · cm or less, more preferably 1 kΩ · cm or less, in a range where the following base plating is possible. If the conductivity is insufficient even by application of the conductive paint, the conductive paint can be applied again.
導電処理後のCFRP素管2に下地めっきを行う前処理として、アルカリ脱脂または溶剤脱脂を行い、その後、水洗して酸洗いを行う。好ましくは、溶剤脱脂を行い、その後、水洗して酸洗いを行う。 As a pretreatment for performing base plating on the CFRP element tube 2 after the conductive treatment, alkali degreasing or solvent degreasing is performed, and then water washing and pickling are performed. Preferably, solvent degreasing is performed, followed by washing with water and pickling.
下地めっきとしては、ニッケルめっき、銅めっき、鉄めっき等の種々の金属めっきが可能である。好ましくはニッケルめっきであり、このニッケルめっきとして電解ニッケルめっきあるいは無電解ニッケルめっきが可能である。このうち電解ニッケルめっきは、浴寿命が無電解ニッケルめっきに比べて長く、めっき液の廃棄時の処理が無電解ニッケルめっきに比べて容易であり、めっき被膜に関する膜厚の均一性及び表面平滑性の点から、めっき後の表面加工が不要となるメリットがあるため好ましい。 As the base plating, various metal platings such as nickel plating, copper plating, and iron plating are possible. Nickel plating is preferred, and as this nickel plating, electrolytic nickel plating or electroless nickel plating is possible. Of these, electrolytic nickel plating has a longer bath life than electroless nickel plating, and is easier to dispose of the plating solution than electroless nickel plating. From this point, it is preferable because there is a merit that the surface processing after plating is unnecessary.
電解ニッケルめっきの施工は、例えば硫酸ニッケル240〜300g/L、塩化ニッケル45〜50g/Lおよびホウ酸30〜40g/Lからなるめっき液を用いためっき浴において、導電処理後のCFRP素管2を縦方向にセットし、電流密度2〜8A/dm2のめっき条件でめっき厚さ20〜50μmのめっきを行うものである。
For example, the electrolytic nickel plating is carried out in a plating bath using a plating solution consisting of nickel sulfate 240 to 300 g / L,
下地めっき後、必要により表面加工を行い、その後、アルカリ脱脂、水洗、酸洗い、水洗乾燥後、3価クロムめっきを行う。 After the base plating, surface treatment is performed if necessary, and then trivalent chromium plating is performed after alkaline degreasing, water washing, acid washing, water washing and drying.
3価クロムめっきの施工は、例えば、クロム源として塩化クロムあるいは硫酸クロム塩を80〜110g/L、錯化剤としてギ酸塩やリンゴ酸塩を10〜80g/L、pH緩衝剤としてホウ酸を40〜60g/L、導電剤として塩化アンモニウム、硝酸カリウム、硫酸アトリウム等を50〜150g/Lの範囲で調整し、界面活性剤を微量添加しためっき液12を用いたクロムめっき浴1において、電解ニッケルめっきを施したCFRP素管2を縦方向にセットし、電流密度3〜10A/dm2のめっき条件でめっき厚さ20〜100μmのめっきを行うものである。
For example, trivalent chromium plating can be performed by using chromium chloride or chromium sulfate as a chromium source at 80 to 110 g / L, complexing agent formate or malate at 10 to 80 g / L, and pH buffering agent boric acid. In a
ここで、3価クロムめっきでは、白金、黒鉛、および酸化物電極等の不溶性アノードを使用する必要がある。この場合、めっきの進行に伴いめっき液中のクロムイオン(Cr3+イオン)が消費されて減少するため、クロムイオンの補給が必要になる。ところで、例えば特開2006−249518には、水酸化クロムによりクロムイオンを補給することが記載されている。しかし、当該記載の水酸化クロムは含水ゲル状であって、固液分離が難しいことから表面の洗浄が難しいため、この含水ゲル状である水酸化クロムをめっき液に投入すると、未洗浄であるが故にめっき液が多量の不純物を含んでしまう欠点がある。また、含水ゲル状の水酸化クロムは多量の水分を含むため、水酸化クロム沈殿後に脱水が必要となり、この脱水乾燥過程において水酸化クロムがコランダム構造となってしまいめっき液に溶解しにくくなる。そこで本実施例では、下記の方法によりクロムイオンを補給する。 Here, in trivalent chromium plating, it is necessary to use insoluble anodes such as platinum, graphite, and oxide electrodes. In this case, chromium ions (Cr 3+ ions) in the plating solution are consumed and reduced with the progress of plating, so that it is necessary to supply chromium ions. Incidentally, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-249518 describes that chromium ions are replenished with chromium hydroxide. However, since the described chromium hydroxide is in a water-containing gel form, and it is difficult to separate the solid and liquid, it is difficult to clean the surface. Therefore, when this water-containing gel-like chromium hydroxide is put into the plating solution, it is not washed. Therefore, there is a drawback that the plating solution contains a large amount of impurities. In addition, since the hydrous gel-like chromium hydroxide contains a large amount of water, dehydration is required after the precipitation of chromium hydroxide. In this dehydration and drying process, the chromium hydroxide has a corundum structure and is difficult to dissolve in the plating solution. Therefore, in this embodiment, chromium ions are replenished by the following method.
本実施例では、3価クロムめっき浴に電解析出により消費されたクロムイオンを補給するにあたり、例えば粒状である金属クロムの表面を酸(具体的には塩酸あるいは硫酸)で一部溶解させることで表面の酸化膜を溶解させ、その後、酸(具体的には硫酸)で洗浄することで前記溶解させた酸化膜を金属クロムから除去する処理を行う。その上で前記処理後の清浄な金属クロムをめっき液12に投入することで、めっき液12にクロムイオンを補給する。このクロムイオンの補給方法は、具体例として、80℃に加熱した20%塩酸あるいは20%硫酸に金属クロムを投入し、気泡が発生した時点で金属クロムを取り出し、2%硫酸で洗浄した後、3価クロムめっき浴1に投入する。これにより、酸化膜の除去された金属クロムがめっき浴1中で溶解されるので、不純物を混入させることなく、かつ、速やかにクロムイオンを補給できる。
In this embodiment, in order to replenish chromium ions consumed by electrolytic deposition in a trivalent chromium plating bath, for example, the surface of metallic chromium that is granular is partially dissolved with an acid (specifically hydrochloric acid or sulfuric acid). Then, the oxide film on the surface is dissolved, and then the oxide film is washed with an acid (specifically sulfuric acid) to remove the dissolved oxide film from the metallic chromium. Then, clean metal chromium after the treatment is added to the
クロムめっきとして従来広く用いられてきた6価クロムめっきは、物性、生産性、およびコスト面に優れている。しかし、めっき液の主成分がCr6+イオンであるため、製造時におけるCr6+イオンを含むミストによる作業従事者の健康障害や大気汚染、環境汚染への影響が懸念されるため、代替技術の開発が待望されていた。そこで本実施例では、6価クロムに代えて3価クロムを用いることとした。 Hexavalent chromium plating, which has been widely used as chromium plating, is excellent in physical properties, productivity, and cost. However, since the main component of the plating solution is Cr 6+ ions, there are concerns about the impact on health, air pollution, and environmental pollution of workers due to mist containing Cr 6+ ions during manufacturing. The development of was awaited. Therefore, in this example, trivalent chromium was used instead of hexavalent chromium.
Cr3+イオンからなるめっき浴(3価クロム浴)は、環境意識の高まりにより、めっき厚みの小さい(膜厚2μm以下)装飾用途に限って工業的に実用化されている。しかし3価クロム浴では、性状の優れた厚膜(膜厚5μm以上、望ましくは20μm以上)を得ることが難しく、装飾以外の工業用途では実用化されていなかった。3価クロムめっきは、めっき実施時間の経過に伴うめっき速度の急激な低下、カソード側の水素発生に伴ってめっき表面に筋状の凹凸が形成されてしまう問題があったためである。この問題を解決するためには、3価クロムめっき時においてカソードとなるロール母材(CFRP素管2)の表面に発生する泡状の水素ガスを除去する必要がある。 Plating baths composed of Cr 3+ ions (trivalent chromium baths) have been industrially put to practical use only for decorative applications with a small plating thickness (thickness of 2 μm or less) due to increased environmental awareness. However, with a trivalent chromium bath, it is difficult to obtain a thick film with excellent properties (film thickness of 5 μm or more, desirably 20 μm or more), and it has not been put into practical use for industrial purposes other than decoration. This is because the trivalent chromium plating has a problem that streaks and depressions are formed on the plating surface due to a rapid decrease in plating speed with the elapse of the plating time and generation of hydrogen on the cathode side. In order to solve this problem, it is necessary to remove the foam-like hydrogen gas generated on the surface of the roll base material (CFRP base tube 2) that becomes the cathode during the trivalent chromium plating.
このため本実施例では水素除去工程を行っている。この水素除去工程にて、クロムめっき浴1の水素ガスをロール母材(CFRP素管2)の表面から除去させるため、図1及び図2に示すように、水素ガス付着抑制機構4をクロムめっき浴1に設けた。水素ガス付着抑制機構4は、中空部分を有する気泡発生ブロック41と、この気泡発生ブロック41に空気を供給する、コンプレッサー等を有する気体供給機構42とを備える。気体供給機構42は、例えば図1に示すように、気体供給源421、気圧調整機構422、送気配管423を備える。気体供給源421は、空気を送る場合にはコンプレッサー等が用いられる。また、不活性ガス(例えば窒素ガス)を送る場合は、不活性ガスを充填したボンベが用いられる。気圧調整機構422としては、例えば指定ガス圧力にできるレギュレターを用いることができる。気体供給機構42には、前記の他、気体をろ過するためのフィルターを付加することができる。
For this reason, in this embodiment, a hydrogen removal step is performed. In this hydrogen removal step, in order to remove the hydrogen gas in the
ここで、めっき槽11には冷却機構6が設けられている。この冷却機構6は例えば、温度調整装置61、接続部62、めっき浴冷却部63を備える。めっき浴冷却部63はめっき槽11の内部において、めっき液12に触れる部分に設けられている。冷却機構6は例えば、冷媒配管である接続部62を介して温度調整装置61とめっき浴冷却部63との間で冷媒を循環させるように構成することができる。または、通電により冷却される冷却素子を備えためっき浴冷却部63に対し、電気配線である接続部62を介して温度調整装置61を電気的に接続するよう構成することもできる。これらの構成により、めっき浴冷却部63がめっき液12を冷却することができる。
Here, the
ここで、本実施例におけるクロムめっきは電気めっきであるので、電力をクロムめっき浴1に供給するに伴い、めっき液12が加熱されてめっき液12の温度が上昇する。特に、3価クロムめっきの場合、6価クロムめっき等の他のめっきよりも必要な電力が大きいから、めっき液12の温度上昇が顕著である。そこで、冷却機構6によりめっき液12を冷却することで、めっき液12の温度上昇を抑制して、良好な環境で3価クロムめっきを行うことができる。
Here, since the chromium plating in the present embodiment is electroplating, the
なお、図1及び図2中の符号3は、カソードと対になる電極であるアノードである。本実施例のクロムめっき浴1では平板状のアノード3が4か所に設けられているが、形状や数量はこれに限定されるものではない。なお、めっき槽11の形状も図示したものに限られず、種々の形状とできる。カソードであるCFRP素管2には、整流器51の−極につながった電線52aが接続される。そして、アノード3には電力供給機構5である整流器51の+極につながった電線52bが接続される。
気泡発生ブロック41は、電解ニッケルめっきを施したCFRP素管2の下方に接続され、CFRP素管2よりも大径に形成された略円盤状の部分である。図1に示すように、気泡発生ブロック41の上面は、CFRP素管2との接続部の周囲において平面に形成され、途中からは径外に向かうにつれ上昇する斜面411に形成されている。図2に示すように、気泡発生ブロック41の斜面411には複数の気体噴出穴412が、例えば円形状に並んで形成されている。気体供給機構により気泡発生ブロック41に供給された空気は気体噴出穴412からクロムめっき浴1に噴出する。
The bubble generation block 41 is a substantially disk-shaped portion that is connected to the lower side of the CFRP element tube 2 that has been subjected to electrolytic nickel plating and has a larger diameter than the CFRP element tube 2. As shown in FIG. 1, the upper surface of the bubble generation block 41 is formed as a flat surface around the connection portion with the CFRP element tube 2, and is formed on a
気体噴出穴412から噴出した空気は、図1に示すように粒状の気泡Bとなって形成中のクロムめっき表面を通って、クロムめっき浴1を上昇する。この際、気泡Bは形成中のクロムめっき表面に発生する水素ガスを取り込みつつめっき液12の液面まで上昇する。前記取り込みにより、クロムめっき実施中のCFRP素管2の表面への水素ガスの付着が防止され、これと共に付着した水素ガスが除去される。また、気泡発生ブロック41からの気泡Bの放出に伴いめっき液12に流れが生じることにより、めっき液12の撹拌がなされる。
The air ejected from the gas ejection holes 412 becomes granular bubbles B as shown in FIG. 1, passes through the chrome plating surface being formed, and ascends the
この水素ガス付着抑制機構4により、ロール母材(CFRP素管2)の表面に水素ガスが付着した状態のままめっきが進行することにより、ピンホールが多数発生してしまうことを抑制できる。また、気泡発生ブロック41からクロムめっき浴1に放出された空気によりめっき液12が撹拌されるため、水素ガスの発生によりめっき液12のpHが局所的に高くなり、クロム酸化物やクロム水酸化物等のクロム化合物が形成中のクロムめっき表面に発生してしまい、金属クロムの析出が阻害されることを抑制できる。
By this hydrogen gas adhesion suppressing mechanism 4, it is possible to suppress the occurrence of a large number of pinholes as plating proceeds while the hydrogen gas is adhered to the surface of the roll base material (CFRP base tube 2). Further, since the
このように本実施例では、水素ガス付着抑制機構4を用いることにより、従来の3価クロムめっきによる問題点が解決され、性状の優れた厚膜を得ることができるようになった。このため、装飾以外の工業用途においても、有害性のある6価クロムを使用しないめっき被覆ロールを製造できるようになった。 As described above, in this embodiment, the problem caused by the conventional trivalent chromium plating is solved by using the hydrogen gas adhesion suppressing mechanism 4, and a thick film having excellent properties can be obtained. For this reason, the plating coating roll which does not use harmful hexavalent chromium also in industrial uses other than a decoration came to be manufactured.
本実施例によると、炭素鋼やアルミニウムに比べて比重の小さい材料であるCFRPを用いて、回転しても生じる振れの小さいロールを形成できるので、ワークの回転ムラや搬送トラブルを防止することができる。そして、ロールが軽量化されるので、ラインスピードの高速化、歩留まりの向上および広幅化に対応したロール製品の提供が期待できる。 According to the present embodiment, a CFRP, which is a material having a specific gravity smaller than that of carbon steel or aluminum, can be used to form a roll having a small runout even if it is rotated. it can. And since the roll is lightened, it can be expected to provide a roll product corresponding to an increase in line speed, an improvement in yield, and a widening.
また、3価クロムめっきの被膜は、従来用いられてきた6価クロムめっきの被膜よりも硬度が高いため、めっき被覆ロールの耐摩耗性向上も期待できる。また、6価クロムめっきでは膜厚が厚い場合クラック(マイクロクラック)が発生していた。このマイクロクラックは、ワークが精密樹脂フィルムである場合、当該フィルムに微細な凹凸の模様が形成(転写)されてしまう問題が生じ、また、ロールの停止時やワークの段取り替えの際における洗浄の際、異物や油分等がこのマイクロクラックへ侵入し、ロールに錆が発生したり、ワークに異物や油分等が移行したりする問題を生じる可能性があった。これに対し、3価クロムめっきではクラックが発生しないので前述の問題が起こらず耐食性が高くなる。また、本実施例のクロムめっき浴1では3価クロムイオンを定常的に形成中のクロムめっき表面に供給でき、水素発生によるめっき厚みの均一性を確保できるので、浴管理が簡略化され工業用途での使用に耐えうる。
Further, since the trivalent chromium plating film has higher hardness than the conventionally used hexavalent chromium plating film, it is also expected to improve the wear resistance of the plating coating roll. Further, in hexavalent chromium plating, cracks (microcracks) occurred when the film thickness was large. This micro-crack causes a problem that a fine uneven pattern is formed (transferred) on the film when the work is a precision resin film. In addition, the micro-crack is not cleaned when the roll is stopped or when the work is changed. At this time, there is a possibility that foreign matter, oil or the like enters the micro crack, and rust is generated on the roll or foreign matter or oil is transferred to the workpiece. In contrast, since trivalent chromium plating does not generate cracks, the above-described problems do not occur and the corrosion resistance increases. Further, in the
以上、本実施例に係るめっき被覆ロールの製造方法によると多くのメリットを享受できる。 As mentioned above, according to the manufacturing method of the plating coating roll which concerns on a present Example, many merits can be enjoyed.
次に、本願発明の発明者が実際にCFRPロールを試作したので、試作要領及び結果につき、以下説明する。 Next, since the inventor of the present invention actually made a prototype of a CFRP roll, the trial production procedure and results will be described below.
本試作には、ロール母材として、直径(φ)100mm、長さ2000mm、肉厚10mmのCFRP素管2を使用した。CFRP素管2は、三菱レイヨン株式会社製のピッチ系炭素繊維管「カーボリーダー240」を使用した。 In this trial production, a CFRP element tube 2 having a diameter (φ) of 100 mm, a length of 2000 mm, and a wall thickness of 10 mm was used as a roll base material. As the CFRP base tube 2, a pitch-based carbon fiber tube “Carbo Leader 240” manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. was used.
CFRP素管2を脱脂するため、まずは界面活性剤で洗浄し、水洗及び温水洗を行った後、十分に乾燥させた。脱脂後、CFRP素管2の表面の導電性をテスターで計測し、抵抗率が1000Ω・cm以下になるように、表面に炭素系導電性塗料を塗布した。塗布した導電性塗料の膜厚は約60μmであった。導電性塗料が硬化した後、ロール表面全体の表面粗さを0.5s以下となるように表面加工を行った。 In order to degrease the CFRP element tube 2, it was first washed with a surfactant, washed with water and warm water, and then sufficiently dried. After degreasing, the conductivity of the surface of the CFRP element tube 2 was measured with a tester, and a carbon-based conductive paint was applied to the surface so that the resistivity was 1000 Ω · cm or less. The film thickness of the applied conductive paint was about 60 μm. After the conductive coating was cured, surface processing was performed so that the surface roughness of the entire roll surface was 0.5 s or less.
前述のように導電性が確認されたCFRP素管2を、硫酸ニッケル270g/L、塩化ニッケル47.5g/L、ホウ酸35g/L、サッカリン 5 g/L, 1,4-ブチンジオール 0.3 g/Lからなるめっき液を用いためっき浴に縦方向に配置し、下地めっきとして、電流密度5A/dm2のめっき条件で、平均めっき厚さ0.03mmの電解ニッケルめっきを行った。 As described above, the CFRP element tube 2 confirmed to be conductive was added to nickel sulfate 270 g / L, nickel chloride 47.5 g / L, boric acid 35 g / L, saccharin 5 g / L, 1,4-butynediol 0.3 g / An electrolytic nickel plating having an average plating thickness of 0.03 mm was performed as a base plating under a plating condition of a current density of 5 A / dm 2 .
電解ニッケルめっきの施工後、表面加工なしでアルカリ脱脂、水洗、酸洗い、水洗乾燥を行った。そして、クロム源として塩化クロムあるいは硫酸クロム塩を90g/L、錯化剤としてギ酸塩やリンゴ酸塩を45g/L、pH緩衝剤としてホウ酸を50g/L、導電剤として塩化アンモニウム、硝酸カリウム、硫酸ナトリウム等を50〜150g/Lの範囲で調整し、界面活性剤を微量添加しためっき液を用いたクロムめっき浴1に縦方向に配置し、電流密度を6.5A/dm2のめっき条件で、平均めっき厚さ0.05mmの3価クロムめっきを行った。
After the electrolytic nickel plating was applied, alkaline degreasing, washing with water, pickling, and drying with water were performed without surface treatment. And chromium chloride or chromium sulfate salt as a chromium source 90g / L, complexing agent formate and malate 45g / L, pH buffer boric acid 50g / L, conductive agent ammonium chloride, potassium nitrate, Sodium sulfate is adjusted in the range of 50 to 150 g / L and placed vertically in the
3価クロムめっき施工の際、形成中のクロムめっき表面で発生する水素ガスへの対策のため、図1及び図2のような水素ガスをカソード表面へ付着させない機構と併せてロール表面のめっき液の撹拌を促す機構として、カソード下部から発生する水素ガスを逃がす水素ガス付着抑制機構4をめっき槽11に設けた。
In order to prevent hydrogen gas generated on the chromium plating surface being formed during trivalent chromium plating, the plating solution on the roll surface is combined with a mechanism for preventing hydrogen gas from adhering to the cathode surface as shown in FIGS. As a mechanism for urging the agitation, a hydrogen gas adhesion suppressing mechanism 4 for releasing hydrogen gas generated from the lower part of the cathode is provided in the
3価クロムめっきの施工に当たり、めっき槽11内に、めっき完了品の取外しが容易なかご型のユニットを設けた上で、めっき実施中に不溶性のアノード3、カソードとして機能するニッケルめっきされた状態のCFRP素管2を縦方向にセットした。ロール下部には、水素ガス付着抑制機構4を構成する、ポリ塩化ビニル製の、空気を送るための穴の開いた気泡発生ブロック41を取り付けた。この気泡発生ブロック41から発生する空気の気泡Bはクロムめっき浴1に放出され、この気泡Bがクロムめっき浴1に発生する水素ガスを取り込んで形成中のクロムめっき表面を通って、めっき液の液面まで上昇する。これにより、ロール表面への水素ガスの付着防止がなされる。また、気泡発生ブロック41から気泡Bが放出されるに伴い、めっき液の撹拌がなされる。これにより、水素ガスによる不具合(発生した水素ガスによりめっき液のpHが局所的(特にCFRP素管2の表面近傍)に高くなること)が防止でき、めっき液を均一に撹拌することができた。
In the installation of trivalent chrome plating, in the
試作に用いた気泡発生ブロック41は、直径160mm、平坦部の厚さが50mmであり、斜面411は45°に形成されている。気体噴出穴412は、気泡発生ブロック41の斜面411に、周方向に32か所設けられており、各気体噴出穴412の直径は0.3mmである。気体噴出穴412からは、垂直方向基準で径内方向へ45°の角度で空気が噴出される。噴出される空気の圧力は0.06MPaとした。
The bubble generation block 41 used in the trial production has a diameter of 160 mm, a flat portion thickness of 50 mm, and the
このように水素ガス付着抑制機構4を用いた3価クロムめっきの施工により、光沢があってマイクロクラックの無い、従来の6価クロムめっきの硬度と同等以上である、高硬度の3価クロムめっきが被覆されためっき被覆ロールを製造できた。クロムめっき後に表面の研磨加工を行った上で検査を行った結果を表1に示す。試作品は、直径(φ)100mm、長さ2000mm、肉厚10mmの炭素鋼管やアルミニウム管(いずれもめっき被覆はなし)と比較して、たわみが小さいことが確認できた。また、ニッケルめっき及び3価クロムめっきのいずれも、めっき被膜の剥離は目視されず、付着性が良好であることが確認できた。 As described above, the trivalent chromium plating using the hydrogen gas adhesion suppressing mechanism 4 has a high hardness, trivalent chromium plating that is glossy and has no microcracks and is equal to or higher than the hardness of the conventional hexavalent chromium plating. Was able to produce a plating coated roll coated with. Table 1 shows the results of inspection after polishing the surface after chromium plating. The prototype was confirmed to have less deflection than carbon steel pipes and aluminum pipes (diameter: φ) 100 mm, length 2000 mm, wall thickness 10 mm (both without plating coating). Moreover, neither nickel plating nor trivalent chromium plating confirmed that the peeling of the plating film was visually observed and the adhesion was good.
ここで、クロムめっき浴1に水素ガス付着抑制機構4を設けなかった場合に製造されためっき被覆ロール(不良品)Rbの例を図3(a)に示す。このめっき被覆ロールRbは、ロール表面の中央部については光沢のある仕上がりであったが、上部及び下部に黒色の不良部Xができてしまった。この不良部Xは、水素ガスの付着により、その部分の表面にクロム酸化物やクロム水酸化物が異常に析出してしまった部分である。不良部Xが上部及び下部にできる理由は、CFRP素管2の角部が、中央部に比べて集中的に電気が流れ、この部分に接するめっき液のpHが上昇したからである。
Here, FIG. 3A shows an example of a plating coating roll (defective product) Rb manufactured when the hydrogen gas adhesion suppressing mechanism 4 is not provided in the
一方、図3(b)に示すめっき被覆ロール(良品)Rgは前記試作により製造された試作品であって、ロール表面の全領域で健全なめっき被膜が形成されている。このように、本実施例のクロムめっき浴1では、水素ガス付着抑制機構4が効果的に機能していることが確認できた。
On the other hand, the plating coating roll (non-defective product) Rg shown in FIG. 3B is a prototype manufactured by the above-mentioned trial manufacture, and a healthy plating film is formed in the entire area of the roll surface. Thus, in the
以上、本発明につき一実施例を説明したが、本発明は前記実施例で示した構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 As mentioned above, although one Example was described per this invention, this invention is not limited to the structure shown by the said Example, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.
例えば、水素ガス付着抑制機構4として、前記実施例の構成のほか、プロペラ等の撹拌手段を併用してもよい。また、気泡発生ブロック41の空気が噴出する部分にはノズルを設けることもできる。このノズルは、例えば空気圧により移動(回転等)する可動式ノズルとすることもできる。また、気泡Bがロール母材(CFRP素管2)の表面に沿って上昇するようにするため、気泡Bを導くための導流部(フィン等)をクロムめっき浴1に設けることもできる。また、前記実施例では粒状の気泡Bを形成したが、膜状の気泡を形成することもできる。また、前記実施例では一重円の周方向に複数の気体噴出穴412を設けたが、二重以上の同心円の周方向に複数の気体噴出穴412を設けることもできる。
For example, as the hydrogen gas adhesion suppressing mechanism 4, in addition to the configuration of the above-described embodiment, a stirring means such as a propeller may be used in combination. In addition, a nozzle can be provided at a portion of the bubble generating block 41 where air is ejected. The nozzle may be a movable nozzle that moves (rotates, etc.) by air pressure, for example. In addition, in order for the bubbles B to rise along the surface of the roll base material (CFRP base tube 2), a flow guide portion (fin or the like) for guiding the bubbles B can be provided in the
また、前記実施例では気泡発生ブロック41から空気を噴出するものとしたが、3価クロムめっきに悪影響を及ぼさないものであれば、例えば不活性ガス等、空気以外の気体を噴出させるよう構成することもできる。 In the above embodiment, air is ejected from the bubble generating block 41. However, as long as it does not adversely affect the trivalent chromium plating, a gas other than air, such as an inert gas, is ejected. You can also
また、前記実施例では、めっき槽11に冷却機構6が設けられていたが、この他に、気体供給機構42に冷却機構を設けておき、この冷却機構で気体を冷却して気泡発生ブロック41に供給することもできる。気体供給機構42により冷却した気体をクロムめっき浴1に供給することで、前記実施例と同様にめっき液12の温度上昇を抑制して、良好な環境で3価クロムめっきを行うことができる。
Further, in the above embodiment, the
更に、水素ガス付着抑制機構4は、前記実施例のように形成中のクロムめっき表面に気泡Bを放出する構成に限定されず、例えば、図4に示すような構成を採用することもできる。この実施例における水素ガス付着抑制機構4は、ガス除去部43、フランジ部44、連結棒45、駆動部46を備える。
Furthermore, the hydrogen gas adhesion suppressing mechanism 4 is not limited to the configuration in which the bubbles B are discharged to the chrome plating surface being formed as in the above-described embodiment, and for example, a configuration as shown in FIG. 4 can also be adopted. The hydrogen gas adhesion suppressing mechanism 4 in this embodiment includes a
ガス除去部43は、めっき槽11に対して不動に設けられる。このガス除去部43は、CFRP素管2の径外に位置し、縦方向に延びる棒状の支持部431と、支持部431に固定された、縦方向に間隔をおいて配置された複数のプレート部432とを備える。図示していないがプレート部432は平面視で円環状とされており、プレート部432の内周縁432aがCFRP素管2の外面を取り巻くように位置する。なお、プレート部432の内周縁432aは、CFRP素管2において形成中のクロムめっき表面に対して密着せず僅かに離れて位置している。これにより、プレート部432がクロムめっきの形成を阻害しないようにされている。なお、プレート部432の材質は問わないが、後述のようにCFRP素管2が上下動する際、プレート部432がCFRP素管2の表面に触れてしまっても3価クロムめっきの被膜が傷つかないよう、柔軟な材質であることが好ましい。
The
フランジ部44は、クロムめっき施工の際、CFRP素管2の下端部に接続される下フランジ部441と、CFRP素管2の上端部に接続される上フランジ部442とを備えている。この実施例では、下フランジ部441の下端部及び上フランジ部442の上端部が先すぼみとなる円錐形状とされている。このため、後述のようにCFRP素管2が上下動する際、共に上下動するフランジ部44により、めっき液12に必要以上の波立ちが生じてしまい、クロムめっき施工に悪影響が生じることを抑制できる。
The
連結棒45は、垂直方向に延びる棒状体であり、上フランジ部442に接続され、めっき槽11の上方に突出する。連結棒45は導電性を有する材料で形成されており、アノード3と共に電力供給機構5に対し、電気的に接続される。
The connecting
駆動部46は、駆動部本体461と、駆動部本体461から横方向に延びており、図4に矢印Mで示したように縦方向に往復動する駆動棒462とを備える。この駆動棒462に前記連結棒45が連結される。駆動棒462が縦方向に往復動することで、クロムめっき浴1においてCFRP素管2を上下動させられる。
The
このCFRP素管2の上下動に伴い、CFRP素管2の表面に上下方向のめっき液12の流れが発生する。このめっき液12の流れにより、クロムめっき実施中のCFRP素管2の表面への水素ガスの付着が防止され、これと共に付着した水素ガスが除去される。また、CFRP素管2の上下動に伴いめっき液12に流れが生じることから、特にCFRP素管2の表面近傍において、めっき液12の撹拌がなされる。
As the CFRP element tube 2 moves up and down, a flow of the
この実施例の水素ガス付着抑制機構4によっても、前記気泡発生ブロック41を備えた実施例と同様に、ロール母材(CFRP素管2)へのピンホールの多数の発生、また、金属クロムの析出が阻害されることを有効に抑制できる。 Also in the hydrogen gas adhesion suppressing mechanism 4 of this embodiment, as in the embodiment provided with the bubble generation block 41, a large number of pinholes are generated in the roll base material (CFRP base tube 2), and metal chromium It can suppress effectively that precipitation is inhibited.
この実施例では、ガス除去部43を不動に設け、CFRP素管2を上下動させるよう構成されていたが、これに限定されず、CFRP素管2を不動に設け、ガス除去部43を上下動させるよう構成したり、ガス除去部43及びCFRP素管2を共に上下動したりするよう構成することもできる。更に、CFRP素管2を上下動させるだけでなく円周方向に回転させることもできる。
In this embodiment, the
また、フランジ部44の形状はこの実施例の形状に限定されず、例えば円柱状等種々の形状とでき、更にはフランジ部44を省略し、CFRP素管2に直接連結棒45を連結することもできる。
Further, the shape of the
1 めっき浴、クロムめっき浴
11 めっき槽
12 めっき液
2 ロール母材、CFRP素管
3 アノード
4 水素ガス付着抑制機構
41 気泡発生ブロック
411 上面の一部、斜面
412 気体噴出穴
42 気体供給機構
43 ガス除去部
44 フランジ部
45 連結棒
46 駆動部
5 電力供給機構
6 冷却機構
B 気泡
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記平滑化工程を経た前記ロール母材に金属めっきを行う下地めっき工程と、
前記下地めっき工程を経た前記ロール母材に3価クロムめっきを行う表面めっき工程と、を有し、
前記表面めっき工程は、形成中のめっき表面に生じる水素ガスを除去する水素除去工程を含む、めっき被覆ロールの製造方法。 A smoothing step of smoothing the surface of a roll base material made of cylindrical carbon fiber reinforced plastic;
A base plating step of performing metal plating on the roll base material that has undergone the smoothing step;
A surface plating step of performing trivalent chromium plating on the roll base material that has undergone the base plating step,
The said surface plating process is a manufacturing method of the plating coating roll including the hydrogen removal process which removes the hydrogen gas which arises on the plating surface in formation.
前記気泡発生ブロックに気体を供給する気体供給機構と、を備え、
前記気泡発生ブロックは、めっき浴に配置された状態における上面に、前記気体供給機構により供給された気体を形成中のめっき表面に放出する複数の気体噴出穴を備える、めっき用水素ガス付着抑制機構。 A bubble generating block having a hollow portion connected to the lower part of a roll base material made of a cylindrical carbon fiber reinforced plastic, which is set in a vertical direction in a plating bath,
A gas supply mechanism for supplying gas to the bubble generating block,
The bubble generating block includes a plurality of gas ejection holes for releasing the gas supplied by the gas supply mechanism to the plating surface being formed on the upper surface in a state where the bubble generation block is disposed in the plating bath. .
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