JP2555892B2 - 電気めっき用貴金属系電極の寿命識別方法及び装置 - Google Patents

電気めっき用貴金属系電極の寿命識別方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、帯状の金属体などに連続的に電気めっき
を施す際に使用する不溶性電極の寿命測定に関連し、チ
タン基体に被覆した貴金属系皮膜の劣化度を測定する方
法及び装置に関する。
[従来技術] 自動車や建材或は家電製品や缶用材等には、安価で品
質の良い材料として電気めっきを施された鋼板が多量に
使用されているが、このような電気めっき鋼板の大半は
鋼帯に連続的に電気めっきが施されている。
連続電気めっきでは、安定した品質の維持と生産性の
向上とのために、めっき用の陽極はかっての金属補給を
兼ねた可溶性電極から不溶性電極へと置替わりつつあ
る。これは、連続電気めっきでは回分方式に較べ、適用
するめっき電流の電流密度が大きく陽極と被めっき金属
帯との間隔が狭く且つ電極の位置が挿入し難い等の特徴
があり、可溶性電極の場合その劣化或は電極補給や交換
の頻度が品質の維持や生産性に影響するからである。不
溶性電極はこのような欠点を補うものであり量産方式に
適したものであるが、現状ではこの不溶性電極にも寿命
がある。かっては、不溶性電極として硫酸系のめっき浴
などでは鉛が多用されたが、浴組成の複雑化の影響もあ
り鉛の溶出が避けられず、チタンの普及に伴いこれが使
われるようになってきた。チタンの場合、硫酸系の浴で
は陽極として使用すると不動態化するので、現在では、
チタンを基体としこれに白金や酸化イリジウム或は酸化
ルテニウム等の被覆を施しいわゆる貴金属系電極として
用いることが多い。
このような貴金属系電極は高価なものであり、その寿
命を延ばすべく工夫が重ねられているが(例えば、特公
昭58-11000号公報)、長時間の使用により貴金属系皮膜
が消耗し電極の劣化が避けられない。皮膜の消耗が甚だ
しくなると、その電極からの通電量が減少しめっき品質
の変動を招くので、その交換時期を逸しないよう劣化度
を判定する必要がある。この判定には、目視判定や皮膜
厚測定或は電極電位測定等の方法があり、目視判定では
皮膜の無くなった箇所を調べ、皮膜厚測定では蛍光X線
分析により貴金属量を測定し、電極電位測定では皮膜が
失せて露出したチタンの電位或は皮膜とチタンの混成電
位と皮膜の電位との差から判定する。しかし、これらの
方法では、酸化イリジウムのように目視では下地と判別
できない皮膜があったり、蛍光X線分析や電極電位測定
では電極板をめっき槽から取り外して定装置に持ち込ま
なければならない。このため、従来では、電極板を交換
する目安としてめっき浴電圧の変化を捉えていた。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、複数の電極板を用いる連続電気めっき
では、めっき浴電圧の変化と貴金属系皮膜の消耗度とは
十分な対応が得られず、電極交換が円滑に行われないと
いう問題があった。この問題を解決するためにこの発明
はなされたもので、電極をめっき槽から取り出すことな
く操業状態でも電極の劣化状態を簡便に判定し、電極寿
命を的確に識別することを目的とする。
[課題を解決するための手段] この目的を達成するための手段は、チタン基体に貴金
属系皮膜を被覆した不溶性の連続電気めっき用電極の寿
命を識別するに際して、電極への陽極側分岐点と各電極
板との間の電位差を継続的に測定し、この電位差を全め
っき電流で除した商の変化から前記電極板の劣化度を判
定する電気めっき用貴金属系電極の寿命識別方法であ
り、この方法を実行し易くする装置、即ち、測定点切り
替え器と電位差計と全めっき電流指示系と演算器及び警
報器とからなり、前記演算器が前記電位差計で測定され
た電位差を前記全めっき電流指示計からの全めっき電流
で除して商を演算し、且つ同一測定点についてその前に
演算した商と比較し、比較値が一定値に達したとき前記
警報器を作動させる電気めっき用貴金属系電極の寿命識
別装置である。
[作用] 貴金属系の電極では、前述したように、白金や酸化イ
リジウム、酸化ルテニウム等の貴金属系皮膜が、厚さ数
μmから数10μmでチタン基体を被覆しているが、陽極
として使用しているうちにこれら貴金属系の被覆が消耗
し、チタン基体の面が剥き出しになってくる。剥き出し
になったチタン基体の表面は陽極酸化により不動態化し
この部分は電気的にも不導体となり、めっき電流が流れ
なくなる。一つの電極板の一部分が通電不能となって
も、電極板全体としては通電量がその分だけ減少するだ
けである。したがって、チタンの露出部が少ないうち
は、電極板に印加する電圧を高めることによって通電量
を確保することが出来る。しかし、電極板表面のうちあ
る面積以上が露出すると、残存する被覆部だけでは所定
の通電量を確保できなくなる。このときが、その電極板
の寿命となる。
連続電気めっきでは、一般に複数の陽極が並列に使用
されている。このため、一つの電極板が劣化しても、め
っき浴電圧を高めて、他の電極板からの通電量を増やす
ことによってこれを補い、全通電量は確保することが出
来る。そして、浴電圧が限界に達した時に全電極板が寿
命に達したと判断され、交換されてきた。しかし、この
時点に達する以前に既に相当に劣化している電極板もあ
れば、又、反対にこの時点でもそれほど劣化していない
電極板もある。この様子を第5図及び第6図を用いて説
明する。第5図で縦軸は浴電圧、横軸は通電時間であ
る。通電時間が長くなると所定のめっき電流を流すため
に浴電圧は高くなるが、3800時間で限界電圧Eに達す
る。この過程で、酸化イリジウムで被覆された個々の電
極板について、イリジウムの減量率を測定した結果が第
6図に示されている。電極板Cでは、3800時間使用して
もイリジウムの減量率は30%程度であるが、電極板Aで
は50%以上であり、この電極板Aは3000時間では既にそ
の減量率が40%に達していた。この電極板Aのような電
極板が存在するままに操業を続けていると、この電極板
の近傍ではめっき条件が異なり製品の品質を一定に保つ
ことが難かしくなる。
これに対して、電極への陽極側分岐点と各電極板との
間の電位差を測定してやれば各々の電極板の劣化状況を
知ることが出来る。第1図はめっき槽の模式図であり、
1は電極板、2は陰極板、3は通電ロール、4は通電バ
ーである。電源から出ためっき電流は通電バー4によっ
て電極1まで導かれ、電極板1から流れ出てめっき液
(図示せず)を通って陰極板2に流れ込み、通電ロール
3を経て電源に戻る。一つの電極板について、その等価
回路を考えるとこれは第2図に示すようになる。図で、
ROは陽極側通電バー抵抗、RCは陽極側分岐点から電極板
1入り側までの抵抗、RPは電極板1出側の抵抗、Rn,Rl,
Rbはめっき浴中の一点と各々、電極表面、隣の電極表
面、陰極板2との間の抵抗である。電極板が劣化してく
ると、チタン基体表面の抵抗RPが増大してくる。RCとRP
とについて、更に説明を付け加えると、電極板に電位測
定用の端子を取り付けた時、端子は電極板に埋め込まれ
るので電極板内部の電位を測定することになる。このた
め、電極板の抵抗は入り側抵抗と出側抵抗とに分けて考
える必要があり、チタン表面の抵抗は出側抵抗に含まれ
ることになる。陽極側分岐点と各電極板との間の電位差
EO−EPはRCの両端の電位の差であり、電極板を流れるめ
っき電流をiとすると、EO−EP=i・RCである。今、電
極板が劣化してRPが増大したとすると、電位EOは余り変
化せず、RPを流れる電流iはRPにほぼ反比例するので明
らかに減少する。このように、RCを流れる電流iは減少
するが、RCは分岐点以降の配線及び電極入り側の抵抗と
これらの接触抵抗との和であって電極板表面の変化とは
関係が無く一定である。即ち、電極表面の劣化に基づく
一電極を流れるめっき電流の変化は、EO−EPの変化とし
て捉えることが出来る。
各電極板について、陽極側分岐点と電極板とを測定点
として、これらの測定点を順番に切り替えて測定できる
ように、測定点切り替え器を通して測定点と電位差計と
を接続すると、全ての電極板のEO−EPを一台の電位差計
で継続的に測定することが出来る。この測定値を演算器
に送り、全めっき電流で除すことによって測定時による
めっき電流の相違を補正する。この補正された商につい
て前の値と比較することによってEO−EPの変動即ち電極
板表面の変化が捉えられる。比較は前の値との差或は比
を演算させてもよく、又、前前回の値も考慮してもよい
が、比較した値が一定値を超えた場合警報器を作動させ
ることによって、劣化の始まった電極板を指摘すること
ができる。
[実施例] 鉄−亜鉛合金電気めっき槽の不溶性電極について、寿
命識別を行った。不溶性電極の基体はチタンで表面に酸
化イリジウムを約20μmの厚さにコーティングしたもの
であった。電極板は220mm×400mmの大きさのものが10
枚、400mm×280mmのもの8枚及び300mm×600mmのもの2
枚で、これらの20枚が一群の電極を構成し、同一電源か
らめっき電流が供給されていた。めっき浴は硫酸亜鉛及
び硫酸鉄を主成分とする硫酸浴で、浴温は50℃、めっき
電流は1万A乃至1万5千Aであった。めっき電流が変
わるのは、鋼帯幅、ライン速度、合金成分比などが製品
によって異なるからである。
通電時間と陽極側分岐点と各電極板との間の電位差
を、第3図に示す寿命識別装置で測定し、その寿命を識
別した。図で、5は測定点切り替え器、6はミリボルト
メータ、7は演算器、8は警報付き記録計、9はめっき
電流指示計である。測定点切り替え器5は、陽極側分岐
点と電極板との測定点について、20枚の電極板を順次切
り替えて行き、50時間乃至1000時間に一回の測定を行っ
た。1mvレンジのミリボルトメータ6を電位差計として
使用し、演算器7には常時めっき電流値がめっき電流指
示計9から入力するようにした。比較は電位差をめっき
電流で除した商で行い、この商を記録計8に記録させる
と同時に、前回の商との比が続いて1.05を超えた場合に
警報が作動するようにした。警報は警報灯を点滅させる
ことにした。寿命識別の一例を第4図に示す。図で、縦
軸は測定電位とめっき電流の比、横軸は電極板の使用時
間である。この例では、4000時間の商が49で、前回の39
00時間の商52との比が1.06,4100時間の商が45で前回の
商49との比が1.09、と続いて1.05を超えたので、4100時
間で警報が作動し寿命を識別した。
なお、この寿命識別を行わない場合、全体の電極の交
換時期に近づくと合金成分の鋼帯の位置による変動が見
られることがあったが、寿命識別によってこの変動はな
くなった。その様子を第7図に示す。図は鉄−亜鉛合金
めっき層の鉄濃度の分布を示すのもので、縦軸は鉄−亜
鉛合金めっき層中の鉄濃度、横軸はめっき鋼帯のエッジ
からの幅方向距離である。グラフAは寿命識別を行わな
いときに見られたもので、グラフBは寿命識別を行うこ
とによって変動の無くなったもので、鉄濃度が非常に安
定している。
又、寿命識別を行うことによって、電極板の交換が適
切となり従来に比べ消耗電極板数は約75%に低減した。
[発明の効果] 以上のように、この発明によれば一枚一枚の電極板の
劣化状況を継続的に測定するので、個々の電極板の寿命
を的確に識別することができる。このため、電極板の適
切な交換が可能となり、劣化した電極板の使用によるめ
っき層特性の変動が避けられ、同時に貴金属系電極の無
駄な消費も回避することが出来た。このように、製品品
質の向上及び省資源化に対するこの発明の効果は特に大
きい。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の作用を説明するためのめっき槽の模
式図、第2図はめっき電流回路の等価回路図、第3図は
この発明の一実施例である電気めっき用貴金属系電極の
寿命識別装置、第4図は寿命識別の一実施例を示す識別
グラフ、第5図は従来技術である浴電圧の経時曲線図、
第6図は電極板の劣化曲線図、第7図はめっき層の鉄濃
度分布図である。 1……電極板、2……陰極板、3……通電ロール、4…
…通電バー、5……測定点切り替え器、6……ミリボル
トメータ、7……演算器、8……警報付き記録計、9…
…めっき電流指示計。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−4894(JP,A) 実開 昭63−199165(JP,U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】チタン基体に貴金属系皮膜を被覆した不溶
    性の連続電気めっき用電極の寿命を識別するに際して、
    電極への陽極側分岐点と各電極板との間の電位差を継続
    的に測定し、この電位差を全めっき電流で除した商の変
    化から前記電極板の劣化度を判定することを特徴とする
    電気めっき用貴金属系電極の寿命識別方法。
  2. 【請求項2】測定点切替え器と電位差計と全めっき電流
    指示計と演算器及び警報器とからなり、前記演算器が前
    記電位差計で測定された電位差を前記全めっき電流指示
    計からの全めっき電流で除して商を演算し、且つ同一測
    定点についてその前に演算した商と比較し、比較値が一
    定値に達したとき前記警報機を作動させることを特徴と
    する電気めっき用貴金属系電極の寿命識別装置。
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