JP2604531B2 - ラジアル・セル電気メッキの電流移送を改良する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は金属ストリップ上に金属コーティングを電着
する装置に関し、特にラジアル・セル型電気メッキ装置
におけるストリップへの電流の移送を改良する装置に関
する。

自動車の車体パネルや建造物の外装パネルのような、
腐食させる条件にさらされる多くの用途において鋼スト
リップが使用されている。鋼ストリップの耐食性を改良
するため、しばしば亜鉛又は亜鉛合金のような耐食材料
のメッキが施行される。このコーティングは熱間浸漬法
によっても着けられるが、優れたコーティング接着性、
塗装性、及び成形性は、ストリップへ金属材料を電気メ
ッキすることによって得られる。

背景技術 電気メッキ装置には、水平型、垂直型、又はラジアル
型のような幾つかの基本的な型式のものがある。本発明
は、ラジアル・セル電着装置において用いられる装置を
目標としている。ラジアル・セル電着装置においては陰
極として大型の回転ドラムが使用され、そして電解液を
容れたタンクの中へストリップが送られ、陰極ドラムの
周囲に通される。ストリップが回転するドラム陰極の外
周に沿って電解浴の中を通過していく間に、１つ又はそ
れ以上の陽極から電流が電解液を通してストリップへと
流される。ストリップのドラム側の面に金属がメッキさ
れるのを防止するため、電解浴の上方に偏向ロールを備
え、これらロールによってストリップを押してラジアル
・ドラムに対し緘封係合状態に接触させる。

セルに供給される電流の量によって、ストリップが電
解浴に浸漬している間にストリップにメッキされるコー
ティングの厚さが決まる。より厚いコーティングを着合
するため、あるいは又、ある所定の厚さのコーティング
が着合する間のストリップのセル通過速度を高くするた
めには、より多量の電流が必要である。商業的電着工程
に必要な高いメッキ速度を達成するためには、ストリッ
プに比較的高い密度の電流を供与しなければならない。
この電流がストリップへ均等に伝送されないと、導体ド
ラムの導体バンドとストリップとの間の接触が非常に良
好な区域が局部的に加熱され、この結果、ストリップの
変色した「ホット・スポット」と称される非常に小さな
区域、又はストリップの変形した「アーク・スポット」
と称される非常に小さな区域ができる。その材料は普通
外装に使用されるものであるから、顧客の仕様は非常に
厳しく、従って非常に僅少な上記のような欠陥があって
もその材料は返却される。それらの欠陥を避けるために
メッキ・ラインの操業速度が最適より低いものにされる
が、この結果として生産性は落ちる。

ストリップと導体バンドとの間の接触の均等性を改良
する１つの方法は、ストリップに掛ける引張力を大きく
して導体ドラム周りにぴったり引付け、これによってス
トリップを導体バンドに対しより堅く押付けることであ
る。しかし鋼ストリップは全て比較的薄い厚さであり、
従ってその降伏応力は比較的低い。許容可能なストリッ
プ−導体バンド接触を行わせるに必要な引張力は、標準
的なストリップ・ゲージ（約0.005から0.010インチ〔0.
13から0.25mm〕厚）の降伏応力の直ぐ下であり、そし
て、引抜きに使用されるインタースティシャル・フリー
（IF）鋼のような低降伏応力鋼等級のストリップ及び比
較的薄いゲージ即ち厚さのストリップの降伏応力の上に
ある。従ってそれらの鋼は上記方法によって効果的にコ
ーティングを被覆することはできない。

そこで、導体バンドとストリップとの間の効果的な電
流伝送に必要な引張力を小さくすると共に、その電流伝
送を改良して電流に誘因する欠陥を無くし、そして生産
性を改良する、ラジアル型電気メッキ・セルで使用され
る装置を得ることが、本発明の目的である。

発明の開示 本発明の、金属ストリップの一方の側面に金属をメッ
キするための改良されたラジアル型電着装置は、メッキ
電解液の浴を収容する槽、該ストリップの幅より小さい
幅の中央導体バンドと可撓性の不導体両縁部とを有し該
電解浴中に部分的に浸漬されるラジアル陰極、このラジ
アル陰極の浸漬部分の周囲に配置される陽極、及び、該
電解浴の上方に設置され該ラジアル陰極と協働して偏向
ロール間のストリップ部分に引張力を掛けるための偏向
ロールを備え、その引張力が、該金属ストリップを該ラ
ジアル陰極の導体バンドに対し、該ストリップの面と導
体バンドの面に直角の力で押付ける如く構成された装置
であり、そしてこのラジアル型電着装置は、該ストリッ
プと導体バンドとの間の電流の伝送を改良する装備を備
え、この装備が、該ストリップの該ラジアル陰極への正
接点の近傍で該ストリップに接触して該ストリップの面
に直角な接触力を加えることはより該ストリップを該ラ
ジアル陰極の導体バンドに対し均等に押付け、該接触力
を加えることにより、該ストリップと導体バンドとの間
の均等な電流伝送に必要な前記引張力の量を少なくする
ことができるように改良されている。

図面の簡単な説明 第１図は、金属ストリップの電気メッキをする従来技
術のラジアル・セルの側立面図、 第２図は、ラジアル・セルで使用されるラジアル・ド
ラム陰極の斜視図、 第３図は、本発明による金属ストリップ電気メッキ用
ラジアル・セルの側立面図、 第４図は、本発明による改良された電流移送装置の軸
心における断面平面図、 第５図は、本発明による改良された電流移送装置の変
化形実施例の軸心における断面平面図である。

発明を実施する最良の態様 本発明は特に、この明細書で参照される米国特許第4,
882,457号に記載されているような通常のラジアル・セ
ル電気メッキ・システムで使用するのに適したものであ
る。第１図は単一の通常のラジアル型電気メッキ・セル
10を示し、これは一般的に他のメッキ・セルと組合せて
使用され、その各セルにおいてストリップに所定の厚さ
のコーティングが着合され、そこでそれらの個々のメッ
キ・セルのシステムによって着合される全コーティング
が所要の厚さになる。それぞれのメッキ・セル10におい
てストリップ12が矢印14の方向で偏向ロール16の外周を
廻って送られる。偏向ロール16はストリップを下方の導
体ロール18の周縁へ向ける。導体ロールは、タンク22内
に収容された電解液の浴20の中に部分的に浸漬してい
る。乾燥及びケーキングを防ぐためスプレー23から流
体、通常は水又は電解液が導体ロール18に散布される。
電解浴20内の導体ロール18の周囲に近接して陽極24が備
えられる。ストリップ12は導体ロール18と陽極24との間
の小さな隙間26を通って導体ロール18によって担送され
る。ストリップはそこから上方へ動いて送出偏向ロール
28に掛かり、そこから次のメッキ・セルへ送られるか又
はシステムから送出される。好適な実施例において、導
体ロール18は直径が約８フィート（240cm）であり、そ
して偏向ロール16と28は直径が好適には約54インチ（14
0cm）である。

第２図は導体ロールの好適な構造を示す。この導体ロ
ール18は好適には１個の鋼ロールで作られ、この鋼ロー
ル上に導体バンド30が焼嵌めされる。導体バンド30は好
適には、ハステロイ又はウィスカロイ合金のような優れ
た耐食性と電導性を有する材料で作られる。導体バンド
30は好適には、メッキ・セル10内で電気メッキされる最
も幅の狭いストリップの幅よりも少しく幅の狭いものに
される。導体バンド18の両縁部分32は、ポリウレタン・
ゴムのような可撓性の材料で覆われる。

第１図と第２図で分かるように、偏向ロール16と28は
協働して、ストリップ12のそれらのロール16、28間の部
分に引張力を掛ける。この引張力は、ストリップ12が接
触する導体ロール18の部分の近くで直角方向の力33に変
換され、この直角方向力33がストリップ12を導体ロール
18に対し堅く押付け、これによってストリップの中央部
分が導体バンド30に接触し、そしてストリップの両縁部
分が可撓性部分32に対し堅く保持される。ホット・スポ
ットやアーク・スポットのような電流に誘因される欠陥
を作り易い電流伝送の多大な区域の生じるのを防ぐため
には、ストリップと導体バンドとの間の接触が均等でな
ければならない。従来のラジアル・メッキ・セルにおい
てそのような均等な接触を行わせるためには、両偏向ロ
ール間の引張力を、材料の降伏応力に非常に近い高いレ
ベルに維持する必要がある。その引張力は又、導体ロー
ル18の両縁部の可撓性材料に対してストリップの両縁部
を緘封状態に接触させる働きをする。この緘封状態は又
マスキングとも称されるが、このマスキングによって電
解液がストリップ12と導体ロール18との間に流れないよ
うにされ、これによってストリップの導体ロール18と接
触する側の面がメッキされることが防止されるのであ
る。

電力が直流（D.C.）電源34からケーブル36を通して導
体ロール18へ供給される。ケーブル38がD.C.電源34の陽
極側を、陽極ブリッジ39を介して陽極24へ接続する。制
御されたレベルのD.C.電流が、ストリップにメッキされ
る金属のイオンを含んだ導電性の電気メッキ液に通っ
て、陰極−液−陽極の電気回路を作り、この結果鋼スト
リップ上に制御された厚さの金属コーティングが着合す
る。陽極は、使用される電解液の陰イオンに応じて、可
溶性のものと不溶性のものとのいずれにすることもでき
る（例えばCl^-には可撓性、SO^-には不溶性）。不溶性陽
極システムの場合、メッキ金属又は合金を定期的に追加
して電解液のイオン補充を行わなければならない。好適
な実施例において、亜鉛陽極は可溶性であり、そして電
気メッキが行われる間に溶ける亜鉛は、電解液中の金属
イオンを最適のメッキ効果を挙げる所要のレベルに維持
する。

本発明で使用するに適した電解液は塩化亜鉛溶液であ
る。鋼ストリップ上に10−20％Fe−Zn合金コーティング
を電気メッキするための好適な電解液が、本明細書にお
いて参照される米国特許第4,540,472号に記載されてい
る。これも本明細書で参照される米国特許第4,541,903
合に記載の塩化亜鉛溶液も有用である。更に本発明は、
硫酸塩その他の電解溶液が使われるシステムにも広く適
用できる。

本発明のラジアル・セルは好適には、電解浴へ入る前
のストリップ12の面に電解液の均等なフィルムを付着さ
せるヘッダー40を備える。この電解液を付着させる好適
な方法とヘッダーの好適な型式は、先に参照された米国
特許第4,822,457号により詳細に記述されている。その
ストリップへの電解液の付着を行うことによって、前の
処理ステーションからきたストリップに着いているフィ
ルムの不均等を実質的に無くすことができる。

好適には導体ロール18の中心点42に軸受が備えられ、
これら軸受は導体ロールの軸心周りの回転を助け、又ケ
ーブル36を導体ロールへ電気接続する装備（図示せず）
を備えられるようにする。軸受と電気接続部を電解液か
ら緘封する必要性を少なくするため、中心点42は電解浴
20のレベルより上方に設定するのがよい。又、水平方向
に離間した偏向ロール16と28の間の間隔は導体ロール18
の直径より僅かに小さくするのが好適である。このよう
な間隔によってストリップは導体ロール18の周囲を180
度より多少大きく、好適には186度程度包みこむ。

第３図は、直列に配置された２つのラジアル電気メッ
キ・セル10に設置された電流伝送改良装置44を示す。こ
の装置44は好適には、ストリップ12が導体ロール18に接
触又は正接する点46の近傍でそのストリップに接触す
る。装置44は、この装置とストリップ12との間の接触点
において、そのストリップと導体ロール18に対し直角方
向の力を加える。この直角方向力はストリップを導体バ
ンドに対し均等に押付け、これにより導体バンドとスト
リップとの間の電流伝送を均等にさせる。上記直角方向
力は、ストリップを偏向ロール16と28の間で引張するこ
とにより生じる直角方向力の量を補足し、そこで偏向ロ
ール16と28の間の引張力を充分小さいものにしてセル10
を操作させることができ、従って薄いゲージ即ち厚さの
鋼及び降伏応力が比較的小さい等級の鋼のような降伏応
力の小さい材料の電気メッキを可能にする。この装置を
使用した場合の最小のストリップ引張力がどれほどのも
のになるか未だ確定されていないが、実験的に、装置を
使用しない場合の60％以下のライン引張力での操作が成
功しており、そして多分その減少率は更に大きいものと
思われる。

この装置は又その他の利点も有している。導体バンド
の乾燥とケーキングに伴なう破片はストリップに望まし
くないマークを付けることがあるから、その乾燥とケー
キングを防ぐため、スプレー47から流体、通常は水又は
電解液が導体ドラム18に散布される。ストリップの速度
が増大すると、それらスプレーの流体はストリップをド
ラム表面から持上げ、これによってストリップと導体バ
ンドとの間の電気接触が悪くなることがある。このハイ
ドロプレーニングは、本発明の装置では、流体フィルム
の力に打克つ充分な力でストリップを導体バンドに対し
て押付けることによって防止される。

装置44は、実験において、装置をストリップ12に、正
接点46及びその正接点より下方１度までの個所で接触さ
せた場合、良好に操作することが知られた。その範囲か
ら多少外れた場合でもうまくいくと思われる。しかしス
トリップへの装置44の接触点が正接点46より上方へ移動
した場合、装置44はストリップに望ましくない曲げ応力
を掛けるようになる。装置44のプロフィルにもよるが、
そのような曲げ応力があると、ストリップはこれと接触
する装置44によってか、又は導体ロール18の導体バンド
30によってしわを作られる。従ってストリップ18に対す
る装置44の好適な接触範囲は接触点46に対して０度とそ
れより下方の１度との間である。

第３図の好適な実施例において、本発明の装置44は各
導体ロール18の両側に備えられる。装置44を導体ロール
18の送入側48に備えただけでも装置を備えない場合より
改良された結果が得られよう。しかし装置を導体ロール
18の送出側50だけに備えた場合には電解液はやはりスト
リップ12と導体ロール18との間に入りこみ、この結果ス
トリップの導体ロール18と接触する側の面の接触が緩く
なり、この面に望ましくない金属メッキが着くことにな
る。導体ロールの両側に装置44を備えるのが好適であ
る。というのはこの場合それら２つの装置44が協働して
ストリップ12を導体ロール18に対し堅く保持し、これに
よって、ストリップにホット・スポット又はアーク・ス
ポットを作ることなく、より大きいメッキ電流が使われ
るようになるからである。ライン引張力が小さくされる
と、送出側50の装置44は又ストリップを導体ロール18上
の正しい軌道に維持するのを助ける。即ちストリップは
導体ロール18の中央部近くに保持される。

装置44は抑えロールとすることができ、そしてこの抑
えロールは好適にはフレーム52のような固定のフレーム
部材上に装架され、そして調節可能な力でストリップに
対して偏倚される。支持54がこれの一方の端部で装置44
に結合され、そしてフレーム52に枢架点56において枢架
される。フレーム52と装置44との間に偏倚装置58が取付
けられ、装置44をストリップに対し押付ける。好適には
偏倚装置58は、測定可能且つ制御可能な圧力で装置44を
ストリップ12に対し押付けできるようにされる。又好適
には、ストリップを送る場合、偏倚力を外せるようにさ
れる。そこで好適な実施例において偏倚部材58は油圧又
は空圧シリンダの形にされる。

偏倚力が小さ過ぎる場合、ストリッブと導体バンドと
の間の接触は、ストリップ面に電流で誘引される欠陥が
生じるのを防ぐに充分なだけ良好なものにならない。最
低限の偏倚力は10psi（0.70kg/cm²）のオーダーである
と思われる。好適な偏倚力の範囲は15から45psi（1.1か
ら3.2kg/cm²）である。

第４図は、ストリップ12と接触してこれを導体ロール
18に対して押付ける装置44の断面を示す。導体ロール18
は一般的に84から86インチ（210から220cm）程度の幅を
有する。導体バンド30は一般的に約29インチ（74cm）の
幅であり、そして導体ロール18の中央部の周囲に取付け
られる。装置44は第４図に示されるような形状にするこ
とができ、そして導体ロールと同じ長さの幅にされる。
そこで図示の形状において装置44は84から86インチ（21
0から220cm）の幅にされよう。装置44は又、この装置
が、導体バンド30の幅より僅かに大きい幅でストリップ
12に接触するようなプロフィルにした場合良好な結果が
得られることが実験で知られた。ストリップとそのよう
に接触する装置の実施例が第５図に示される。このよう
な装置の１つの変化形実施例（図示せず）は、装置とス
トリップとの間で必要な接触幅よりちょっとだけ長い、
例えば30インチ（76cm）の装置になろう。

装置44は好適には、チタン棒材のような耐食材料のむ
くの中心マンドレル60を使って作られる。このマンドレ
ル60の周囲にポリウレタンのような比較的柔軟なロール
材料62がマンドレルと一緒に回転するように取付けられ
る。マンドレルは、例えば軸受（図示せず）を使って、
支持54に対し回転できるように装架される。

好適には、ストリップ12が装置44によって接触された
後そして電解浴20に入る前にそのストリップに電解液の
均等なフィルムを付着させるヘッダーが備えられる。こ
れによって、前のセルからきたストリップに着いている
フィルムに偏向ロール又は装置44によって付けられた様
々な不規則性が無くされ、こうして電解浴中で着合され
る金属コーティングは均等なものになる。特に、第５図
に示される実施例の装置44は搾り器として作用し、スト
リップの中央部には電解液の薄いフィルムしか残さず、
ストリップの両縁部により厚いフィルムを残す。又第４
図の全幅実施例では、幅の違うストリップを処理した場
合装置44に僅かな溝が生じ、これによってストリップ上
に不均等なフィルムができることがある。これらの不規
則性はこれに対応した不規則性を電着されたコーティン
グに付与するが、それらの不規則性も、ストリップが装
置によって接触された後そして電解浴に入る前にそのス
トリップに充分な追加の電解液を与えることによって無
くすことができ、これによって均等なフィルムにするこ
とができる。

操作において、ストリップ12は矢印14の方向に送られ
て偏向ロール16上を通過し、装置44と導体ロール18との
間を抜けて陽極24と導体ロール18との間の間隙26を通
り、それから導体ロール18の送出側の装置44と導体ロー
ル18との間を抜け、そして偏向ロール28上に掛かる。そ
のとき偏倚部材58が作動されて支持54を介して所定の力
を加え、この所定の力で装置44をストリップ12に対して
押付け、そしてそのストリップ12を導体ロール18の導体
バンド30に対して押付ける。以上のプロセスはシステム
の各メッキ・セルにおいて繰返される。偏向ロール16と
28が回転駆動されてストリップ12を電解浴20に通過させ
る。D.C.電流が陽極24と陰極ドラム18との間に供給され
る。電解液はヘッダー40を通して流されストリップ12に
接触する。各セル10内において陽極から金属イオンが間
隙26を通って移動し、これによって所定の厚さの亜鉛又
は亜鉛合金のコーティングがストリップ12上にメッキさ
れる。メッキされたらストリップ12はこのコーティング
被覆システム内の次のセルに入る。これらセルの個数
は、ラインで要求される全コーティング厚さと各セル10
のコーティング被覆容量とによって決まる。各陽極は特
定の電流を流すように規定される。最大の電流におい
て、達成可能な最高ライン速度は、各セルで得られるコ
ーティング厚さと電流密度の計算に基づいて決まる。

装置44を用いることによってストリップは小さいスト
リップ引張力で導体バンド30に堅く接触した状態に保持
される。これによって、導体バンド30の全幅とストリッ
プとの間の接触点において非常に均等な電流伝送が達成
され、そこでストリップへの電流伝送が局部的に大きく
なる微小な区域の数が小さくなるのでストリップ上に電
流で誘因される欠陥ができる頻度が低くなる。又装置44
はストリップ12を可撓性の両縁部分32に対して緘封係合
状態に保持するから電解液がストリップ12と導体ロール
18との間に流れこむことが防がれ、従ってストリップの
導体ロール18に接触する側の面がメッキされることが防
がれる。それら２つの機能が果されるために、偏向ロー
ル16と28の間でストリップに掛けなければならない引張
力を小さくすることができ、これによって、インタース
ティシャル・フリー鋼のような薄い厚さの、幅広い、よ
り軟質の鋼の電気メッキが可能になる。

ここに本発明の好適な実施例を記述してきたが、本発
明はそこに限定されるものではない。本発明の範囲内で
その他の実施例が可能なことは当該技術者に容易に理解
されよう。

フロントページの続き (72)発明者 フィスター，ラリィ エドワード アメリカ合衆国15237 ペンシルバニア 州グレンショウ，シーバート ロード 108 (72)発明者 レイバック，グレゴリィ アラン アメリカ合衆国48187 ミシガン州カン トン，エンバシィ ドライブ 7643 (72)発明者 ストッダート，ジェームス オリバー ジュニア アメリカ合衆国48138 ミシガン州グロ ッセ アイル，ハンプトン 8522 (56)参考文献 特開 昭62−80293（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属ストリップの一方の側面に金属をメッ
   キするためのラジアル型電着装置であって、メッキ電解
   液の浴を収容する槽、該ストリップの幅より小さい幅の
   中央導体バンドと可撓性の不導体両縁部とを有し該電解
   浴中に部分的に浸漬されるラジアル陰極、このラジアル
   陰極の浸漬部分の周囲に配置される陽極、及び、該電解
   浴の上方に設置され該ラジアル陰極と協働して偏向ロー
   ル間のストリップ部分に引張力を掛けるための偏向ロー
   ルを備え、その引張力が、該金属ストリップを該ラジア
   ル陰極の導体バンドに対し、該ストリップの面と導体バ
   ンドの面とに直角の力で押付ける如く構成されている装
   置において、該ストリップと導体バンドとの間の電流の
   伝送を改良する装備を備え、この装備が、実質的に該ス
   トリップの該ラジアル陰極への正接点で該ストリップに
   接触して該ストリップの面に直角な接触力を加えること
   により該ストリップを該ラジアル陰極の導体バンドに対
   し均等に押付け、該接触力を加えることにより、該スト
   リップと導体バンドとの間の均等な電流伝送に必要な前
   記引張力の量を少なくすることができることを特徴とす
   る装置。
2. 【請求項２】該電流伝送改良装備が抑えロールを備える
   ことを更に特徴とする請求項１の装置。
3. 【請求項３】該電流伝送改良装備が、該ストリップが該
   電解浴に入る前にそのストリップに接触することを更に
   特徴とする請求項２の装置。
4. 【請求項４】該電流伝送改良装備が、該ストリップが該
   電解浴から出た後でそのストリップに接触する第２の抑
   えロールを備えることを更に特徴とする請求項３の装
   置。
5. 【請求項５】該ストリップが該抑えロールによって接触
   された後、しかし該ストリップが該電解浴に入る前にそ
   のストリップの面に電解液の均等なフィルムを付着させ
   るヘッダー装備を備えることを更に特徴とする請求項１
   の装置。
6. 【請求項６】中央導体バンドと可撓性両縁部とを有する
   ラジアル陰極導体ロール、電解液の浴、この電解浴の中
   で該導体ロールに近接して配置される陽極、及び、該電
   解浴の上方に設置される第１と第２の偏向ロールを備
   え、該導体ロールが該電解浴中に部分的に浸漬される如
   き構成のラジアル型電着装置を使用して金属ストリップ
   に金属コーティングを電気メッキする方法であって、該
   金属ストリップを該第１偏向ロール上を越えて該導体ロ
   ールの外周面に沿わせ、該導体ロールと陽極との間で該
   電解浴中に通し、この浴から出し、そして該第２偏向ロ
   ール上に掛けるように送ること、該ストリップへ電流を
   伝送させるように該ストリップを該導体ロールに対し押
   付けるために充分な引張力のレベルまで該第１偏向ロー
   ルと導体ロールと第２偏向ロールとの間で該ストリップ
   に引張力を掛けること、及び、該ストリップを該電解浴
   に通させるために該偏向ロールを回転させることの諸段
   階を備える方法において、該ストリップに掛けられる引
   張力のレベルを低減させるため、該ストリップが該電解
   浴に入る前に実質的に該ストリップと導体ロールとの間
   の接触点で該ストリップに接触して、そのストリップを
   該導体バンドに対し均等に押付ける段階を備えることを
   特徴とする方法。