JP3178373B2 - 連続電気めっき方法と装置 - Google Patents

連続電気めっき方法と装置

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宏久 瀬戸
武 服部
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、連続電気めっき方
法およびそのための装置、特に連続走行する素材の進行
方向に沿って電流密度分布を均一化して行う連続電気め
っき方法およびそのための装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、フープ材、すなわち鋼帯、線材な
どの電気めっきは、生産性向上の要請から高電流密度の
高速めっきが行われている。線材や帯材へのめっきは耐
食性や電気的特性を得るために行われるものであり、め
っきされた製品の性能は、均一なめっき付着量が確保さ
れているか、合金めっき組成が安定化しているか、そし
て物理的性質の均一なめっき皮膜が実現されているか否
か等によって大幅に変動する。
【0003】電流密度は、付着量の均一化や合金めっき
時の析出成分の均一化に大きな影響を与える。そしてそ
の電流密度は、特に、連続めっきの場合、極間距離や、
陽極、陰極の電流密度分布によって大きく影響される。
極間距離を一定に保持するには、まず、鋼帯や線材のパ
スライン精度を正確に保つことが必要であり、またその
ためには、通板ロールなどの調整と、めっき素材の平坦
度、真直度を確保することが必要となる。
【0004】また、陽極電極内の電流密度を均一化する
ためには、陽極内で生じるIRドロップ成分を少なくす
る必要があり、そのためには高電気伝導度の材料を使用
したり、あるいは不溶性電極などの場合、高電気伝導度
の材料を芯材にして外周のみを電極材料でライニングし
たり、あるいは可溶性電極の場合、電極内の電流の流れ
る方向に対しての断面積を大きくして抵抗値を少なくす
る等の手段により、電極の構造面からIRドロップ成分
を少なくする方法がとられている。
【0005】まためっき電解時にエッジ部に電流集中す
る現象を防ぐために遮蔽板などを取り付けてめっき電解
槽内での電力線の集中を防いでいるが、めっきすべき素
材である帯鋼や線材自体の固有抵抗から生じるIRドロ
ップは防ぐことが困難であって、板厚が薄くなるほど、
また線径が細くなるほど、発生するIRが大きくなり陰
極に不均一電流密度分布が発生する。
【0006】めっき素材として鉄材を用いる場合、水溶
液のめっきは常温から60℃では電気抵抗値は比較的少な
いが、高温下でめっきを行う溶融塩めっきにおいては電
気抵抗が大きくなりIRドロップが発生するから陰極電
流密度分布は大きく変動し、めっきへの影響は大きい。
【0007】また連続めっきではめっき素材に給電する
ためにめっき槽の外から金属製通電ロールで給電を行
う。そのときの給電点から離れる程、めっき母材の固有
抵抗×距離の関係で母材のIRドロップによる電気が流
れにくくなる。めっき母材である帯鋼や線材自体の固有
抵抗から生じるIRドロップを防ぐことが困難で、特に
板厚が薄くなるほど、また線径が細くなるほど、IRド
ロップが大きくなり陰極での電流密度分布は大きくな
る。また、めっき母材、つまりめっき素材として鉄材に
めっきする場合が多いが、一般に金属材料の特性として
温度が高くなるほど電気抵抗値は増加する傾向があり、
水溶液のめっきでは常温から60℃程度で行うため電気抵
抗は比較的少なく影響は少ない。しかし、高温下でめっ
きを行う溶融塩めっきでは電気抵抗値も大きくなり、I
Rドロップ成分も大きく、従って陰極電流密度がめっき
素材の進行方向に対して大きく変化する。それらの対策
としては連続めっきにおいて陽極配置を陰極のパスライ
ンに対して傾斜して取り付け極間距離制御から電流密度
を均一化する対策が行われている。
【0008】現在の高速電気めっきでは高電流密度めっ
きでもめっき焼けを防ぐため、めっき液の高速流動を行
ってイオンの供給を促進し、めっきの焼けを防止してい
る。しかし、電極配置が傾斜している場合、電極間の距
離(断面積)が異なると、めっき液の流動速度が部位に
より異なり、流動の遅い所でめっき焼けが生じるため、
そのような対策は高速めっきでは実施困難である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来技術
にあって電流密度の長手方向の分布を均一化するために
種々の提案がされているが、いずれも、十分な効果を上
げているとは言えなかった。
【0010】連続電気めっき、特に帯状および線形の素
材を一方向に連続的に通して電気めっきを行う連続電気
めっきの場合、素材の電気抵抗からIRドロップを生
じ、進行方向に電流密度の不均一化が生じる。電流密度
の不均一化が生じるとめっき母材の通電点に近い所に異
常に高い電流密度域が発生してめっきの焼けが生じる。
また合金めっきの場合、組成比は電流密度依存があるた
め析出物の組成不均一化がめっき厚さ方向で生じる。
【0011】ここに、本発明の目的は、そのような電流
密度不均一化を防止することで、品質の優れためっきを
実現できる技術を開発することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】ここに、本発明者らは、
連続電気めっきのめっき電解槽内の陽極と陰極との間に
多孔絶縁材を設置して孔の大きさと単位面積当たりの孔
数を変化させることにより開口率を調整して、陰極電流
密度を均一化することができ、さらに可溶性タイプのペ
レット電極方式に使用する場合は、孔を設けその開口密
度を調節した絶縁多孔板をペレット電極箱の正面に使用
して電極箱自体で電流分布を調節する。
【0013】ここに、本発明は、連続走行する陰極であ
る素材に電気めっきを行うに際して、対向する陰極を構
成する素材と陽極との間に絶縁物で作られた多孔板を設
置して素材の進行方向に沿って該多孔板の開口率を調整
することにより電流密度分布を均一化することを特徴と
する連続電気めっき方法である。
【0014】また、本発明は、別の面からは、連続走行
する素材に電気めっきを行う装置であって、陽極および
該陽極と連続走行する素材の通過領域との間に設置され
多孔板を備え、該多孔板かつ絶縁物で作られ、素材進行
方向に開口率が調整されていることを特徴とする連続電
気めっき装置である。
【0015】このように、本発明によれば、めっき素材
の進行方向に沿って電流密度分布が均一化した電気めっ
き方法および装置が提供されるが、別の観点からは、本
発明は、水溶液による連続電気めっき、あるいは溶融塩
による連続電気めっきに際して、素材の長手方向に生じ
る電流密度分布を陽極、陰極の間に絶縁物で作られた多
孔板を設置してこの多孔板の開口率を調整することによ
り電流密度分布を均一化する方法および装置である。
【0016】
【発明の実施の形態】連続電気めっきにおけるめっき時
の電流密度分布はめっき素材への給電点の数と位置、電
解槽の大きさ (電解槽内の素材長さ) が大きく影響す
る。それはめっき素材の固有の電気抵抗が長さ方向に抵
抗成分としてあるため、めっき電流が流れるとIRドロ
ップが生じ給電点に近い程電気が流れやすく給電点から
離れると電気が流れにくくなり、すなわち電流密度分布
の不均一化がめっき素材の長手方向に生じる。
【0017】IRドロップ自体は素材の種類と素材の断
面形状 (面積) まためっき時の温度が大きく作用する。
極薄板、極細径線などはIRドロップの影響を受けやす
く、高温で電気めっきを行う溶融塩めっきはめっき素材
が金属の場合、一般には高温ほど電気抵抗値が大きくな
るため影響は大きい。
【0018】ここに、本発明によれば、絶縁物に孔を明
けた多孔板を、陽極と、陰極を構成する素材との間に平
行に設置する。多孔板の大きさはめっき素材の形状によ
って異なるが、好ましくは電極面全体を遮蔽できるだけ
十分広い面積を有するものであればよい。
【0019】孔の大きさおよび数で調整して、給電点に
近いほど開口度を少なく、給電点から離れるほど開口率
を大きくすることにより、めっきすべき素材の固有電気
抵抗値を打ち消すように多孔板の開口率を調整する。開
口率は電流密度分布に影響するものであって、通常は20
〜60%の範囲内で2〜5ゾーンに分けてそれぞれほぼ10
%程度の差違をつけて設ける。もちろん連続的に変化さ
せてもよい。
【0020】多孔板は絶縁物であればどのような材料で
も使用可能であり、孔加工やめっき液中での安定度か
ら、例えば硬質塩化ビニル板、エポキシ板、アクリル
板、ポリイミド板、などの樹脂材が使用できる。孔の形
状は丸、三角、四角などどのような形状でもいいが加工
するに際し、また開口度を調節するうえで丸孔が好まし
い。
【0021】図1は本発明にかかる連続電気めっき装置
の模式的説明図であり、図中、鋼帯のめっきすべき素材
1は、図面に向かって左手側から右手側に連続走行し、
陽極である電極4の入出側でそれぞれダムロール2によ
り支持され、極間距離を可及的一定にしようとしてい
る。外部電源 (図示せず) からの電流は陽極である電極
4から素材1を経て、この場合、通電ロール3に向かっ
て流れ、それに伴って陰極を構成する素材1の表面に金
属がめっきされる。ここに、本発明によれば対向する各
電極4と素材1との間には、それぞれ絶縁材から成る多
孔板5が、好ましくは素材1および電極4とに対しほぼ
中間位置において平行に配置されている。多孔板5の形
状は、同じく図1に示すように長矩形材であって、その
大きさは電極4を少なくとも覆うに十分な大きさとす
る。図示例では、幅は電極のそれと同様であるが、長さ
は上流側および下流側のいずれにおいても多少長く伸び
ている。電極4に密着させて設けてもよい。また図示例
では、長手方向にかけて第1ないし第3ゾーンに区画さ
れ、それぞれの開口率を給電点を構成する通電ロールに
近い方から30%、40%、50%と変更させている。
【0022】図2は、図1のそれと実質上同一である
が、図2の場合は多孔板5が長手方向に第1ないし第4
の各ゾーンに区画され、それぞれの開口率を25%、35
%、45%、55%に調整している。なお、図2において図
1と同一部材は同一符号をもって表わす。
【0023】図4は、別の変更例を示すもので、めっき
素材1を竪型めっき装置で連続めっきする装置を示す。
めっき浴中に浸漬された浸漬ロールを周回してめっき素
材1、例えばSUS 鋼板がめっきされる。図示例では、素
材1が下方に走行するときだけめっきされる態様を示す
が、両側においてめっきしてもよい。
【0024】図1、図2の場合、不溶性電極、可溶性電
極のいずれであってもよいが、図4は可溶性電極ペレッ
ト6を用いてこれを電極箱5に入れて電極として用いる
場合である。電極箱5の正面、つまりめっき素材1と対
向する側の面は絶縁材料の多孔板から構成されており、
図示のように上下方向に第1、第2ゾーンに区画されて
いて、例えばそれぞれ35%、45%の開口率でもって開口
が設けられている。
【0025】図6は、図1、図2、図4の多孔板5にお
ける開口率の定義を説明するもので、図中、開口として
丸形開口を考えた場合、その直径d、それと取り込む平
均四角形の各辺の長さA、Bとすると、本発明における
開口率は下式で定義される。
【0026】
【数1】
【0027】
【実施例】次に、本発明の作用効果を実施例によってさ
らに具体的に説明する。 (実施例1)図1に示す連続横型電気めっき装置を使用し
て、鋼帯に電気亜鉛めっきを行った。図1の数字は寸法
(mm)を表わす。通板速度10 m/minでめっきを行って限界
電流密度とめっきの焼け発生とを調べた。
【0028】 めっき液流速:30 m/min (向流) めっき素材:冷延鋼板(0.2厚さ×1000幅mm) 多孔板は、厚さ5mmのガラス補強エポキシ板を用い、通
電ロール側から3つのゾーンに分けて通電ロールに近い
ゾーンの開口率を30%、次のゾーンを40%、そして50%
の順で丸孔を明けた。
【0029】本例の結果は次の通りであった。本発明に
したがって多孔板を使用した時の限界電流密度は未使用
の場合に比べてほぼ1.4 倍程度上昇した。亜鉛めっきの
焼け発生は多孔板使用時が85A/dm2 に対して多孔板を未
使用では60A/dm2 であった。
【0030】(実施例2)本例では図2に示す連続横型電
気めっき装置を使用して、ニッケル−亜鉛合金電気めっ
きを行った。図中の数字は寸法(mm)を表わす. 多孔板使
用、未使用時の析出金属組成を調べた。
【0031】 電流密度:80 A/dm2 めっき液流速:60 m/min (順流) 通板速度:6 m/min めっき素材:冷延鋼板(0.6厚さ×750 幅mm) 多孔板としては厚さ10mmアクリル板に丸孔を明け、通電
ロールに近いゾーンから最も遠い位置までを4分割して
開口率を通電ロールに近い所から25%、35%、45%、55
%の順で孔を明けて調整した。
【0032】その結果は次の通りであった。めっき皮膜
を厚さ方向のEPMA線分析した。結果を図3にグラフ
で示すが、本発明にしたがって多孔板を使用した時のめ
っき皮膜中のNiは14.5〜16%になったが、未使用時は12
〜18%と大きくバラついた。
【0033】(実施例3)本例では、図4に示す竪型めっ
き装置を使用して溶融塩Al−Mn合金めっきを縦型めっき
セルで行い、めっき組成とめっき焼けとから多孔板の効
果を調べた。
【0034】 めっき条件:温度 200℃ 液速度1m/S (順流) 通板速度:5 m/min 陽極電極箱の陰極に対応する正面に多孔板を張り付け
た。孔径は5mmで開口率を上から30%、45%の2分割と
した。多孔板および電極箱は10mmのガラス積層ポリイミ
ド板で製作した。
【0035】なお比較用の電極箱の多孔板には直径6mm
の孔を開口率50%一定にして設けた。 電極材料:Alペレット (10mm径) めっき素材:SUS304 (0.4 mm厚さ×1000mm幅) その結果、開口率50%一定の電極箱でめっきした場合、
電流密度50 A/dm2焼けが発生した。開口率を30、45%と
調整した電極箱でめっきした場合、電流密度65A/dm2
焼けが発生し、開口率の調整はめっきの限界電流密度上
昇に効果があることが分かる。
【0036】めっき組成分布については図5にその結果
をグラフで示すが、開口率一定の電極箱でめっきすると
めっきの厚さ方向で23から30%のMn組成変化がある。開
口率を30、45%と変化させた電極箱でめっきを行うとめ
っき膜厚さ方向でのMn変化は24から28%とバラツキは少
なく開口率の調整による効果はあった。
【0037】
【発明の効果】連続電気めっきのめっき電解槽内の陽
極、陰極との間に多孔板を設置することにより、めっき
の限界電流密度が上昇して高速めっきが可能となった。
合金電気めっきにおいてはめっき皮膜中の厚さ方向の組
成バラツキが減少できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる電気めっき装置の一つの構成例
を示す略式説明図である。
【図2】本発明にかかる電気めっき装置の別の例の構成
を示す略式説明図である。
【図3】本発明にかかる多孔板の有無がめっき組成に及
ぼす影響を示すグラフである。
【図4】本発明にかかる電気めっき装置のさらに別の例
の構成を示す略式説明図である。
【図5】本発明にかかる多孔板の開口率の調整の有無が
めっき組成に及ぼす影響を示すグラフである。
【図6】多孔板の開口率の定義の説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀬戸 宏久 大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友 金属工業株式会社内 (72)発明者 服部 武 大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友 金属工業株式会社内 (72)発明者 板野 重夫 広島市西区観音新町4丁目6番22号 三 菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 上野 静昭 広島市西区観音新町4丁目6番22号 三 菱重工業株式会社広島製作所内 (56)参考文献 実開 昭61−198277(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C25D 7/06 C25D 17/10

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 連続走行する素材に電気めっきを行うに
    際して、対向する陰極を構成する素材と陽極との間に絶
    縁物で作られた多孔板を設置して素材進行方向に沿って
    該多孔板の開口率を調整することにより素材進行方向の
    電流密度分布を均一化することを特徴とする連続電気め
    っき方法。
  2. 【請求項2】 連続走行する素材に電気めっきを行う装
    置であって、陽極および該陽極と連続走行する素材の通
    過領域との間に設置された多孔板を備え、該多孔板が絶
    縁物で作られ、素材進行方向に開口率が調整されている
    ことを特徴とする連続電気めっき装置。
JP13221297A 1997-05-22 1997-05-22 連続電気めっき方法と装置 Expired - Fee Related JP3178373B2 (ja)

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DE112018002512T5 (de) 2017-05-16 2020-01-30 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Aluminium-Plattierfilm und Verfahren zur Herstellung eines Aluminium-Plattierfilms
JP7079224B2 (ja) * 2019-06-14 2022-06-01 株式会社荏原製作所 めっき方法、めっき装置、プログラムを記憶する不揮発性の記憶媒体

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