JP3841789B2 - 電鋳装置及び電鋳方法 - Google Patents

Description

発明の属する技術分野
本発明は、電鋳装置及び電鋳方法に関し、特に、光ファイバー等の接続端子部に用いられる筒状部材（いわゆるフェルール）を電鋳により製造する装置及び方法に関する。
発明の背景
光ファイバーケーブルの接続端子部には、接続すべき光ファイバーを所定位置で同軸上に固定するための筒状部材（いわゆるフェルール）が用いられる。図６には、このようなフェルールを用いた光ファイバーの接続例を示す。図示されるように、フェルール２０１Ａ、２０１Ｂには、それぞれ光ファイバー２０２Ａ、２０２Ｂが挿通される。フェルール２０１Ａ、２０１Ｂは、スリーブ２０３内にはめ込まれ、光ファイバー２０２Ａ、２０２Ｂの端部を対向させるように配置される。
このようなフェルールとして、従来は、セラミック製のものが用いられていた。しかしながら、セラミック製フェルールは加工が難しく、また製造コストもかかる。また、フェルールの中空部（光ファイバーを挿入する部分）には、座繰り部（段部）が必要となる場合があるが（図５参照）、セラミック製フェルールでは、このような座繰り部を二次加工で形成するのは困難である。
そこで、ＷＯ００／３１５７４、ＷＯ００／４８２７０、ＷＯ０１／４８２７１、特開昭５９−３８５９号公報、特開平１２−１６２４７０号公報等には、電鋳により金属製のフェルールを製造する方法が提案されている。このような電鋳式のフェルール製造装置では、例えば、電鋳用の型部材である線材を、電鋳槽に充填された電解液内に配設して、電鋳を行う。そして、中空部への座繰り部の形成は、電鋳により形成された電鋳体の中空部を二次加工するのが一般であった。
しかしながら、光ファイバーの接続は極めて高精度に行われる必要があり、その接続用のフェルールは寸法に関して極めて高い品質が要求される（μｍ以下の単位の精度が要求される）ので、金属製フェルールを二次加工する従来方法では、十分な精度の座繰り部を形成するのは容易でない。特に、座繰り部を中空部の奥まった部分に形成することや、２段、３段の座繰り部を形成することは、二次加工によるのでは困難である。
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、電鋳体の整形（特に、中空部内の座繰り形状等の整形）を容易に精度よく行いうる電鋳装置及び電鋳方法を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明の電鋳装置では、電解液が充填される電鋳槽（例えば電鋳槽１）と、この電鋳槽に充填された電解液の上部に泡部（例えばエアーバブル層１２）を形成する泡部形成手段（例えばエアー供給装置１１）と、電鋳用の型部材（例えば母線５０）をこの型部材の少なくとも一部が前記泡部内に位置するように前記電鋳槽内に配置する配置手段（例えば治具搬送装置２０）と、前記型部材に電気的に接続される第１の電極（例えば上側母線固定部４５）と、前記電鋳槽内に配設される第２の電極（例えばアノード電極１６）と、前記第１と第２の電極間に電圧を印加する電源（例えばプログラマブル電源１８）と、前記泡部において前記型部材周囲に形成される電鋳体の形状を整形する整形手段（例えば保持治具３０の母線収容部３３を上下動させる機構）とを備えた。これにより、泡部において形成される電鋳体の形状（例えば一次電鋳体５１のテーパ部５２）を、容易に精度よく整形することができる。詳しく説明すると、泡部においては、発生する電流密度が小さく、電着物の付着量が少なくなるので、泡部に浸されていた時間が長かった部分は電鋳体の形状が太くなり、泡部に浸されていた時間が短かった部分は電鋳体の形状が細くなる。したがって、電鋳工程中における泡部と型部材の位置関係を調整することにより、電鋳体を所望の形状（例えば上端部にテーパ部５２を有する形状）に整形できる。このように、電鋳工程の段階で、電鋳体を所望の形状に形成することができるので、二次加工の手間を削減できる。
本発明の電鋳装置では、前記整形手段は、前記型部材の上下動を制御することにより、前記型部材周囲に形成される電鋳体の形状を整形する。これにより、泡部と型部材の位置関係を変更でき、電鋳体の上端部における電着物の付着量を調整することができるので、電鋳体の形状（例えば電鋳体上端部のテーパ形状）の整形を、容易に、精度よく行うことができる。
本発明の電鋳装置では、前記整形手段は、前記泡部の厚みを変動させることにより、前記型部材周囲に形成される電鋳体の形状を整形する。これにより、型部材を上下動させる機構を設けなくても、泡部と型部材の位置関係を変更することができるので、電鋳体の形状の整形（例えば電鋳体上端部のテーパ形状への整形）を、容易に、精度よく行うことができる。
本発明の電鋳装置では、前記整形手段により整形された電鋳体（一次電鋳体５１）を型部材として、更に電鋳を行う。これにより、結果として得られる電鋳体（例えば二次電鋳体５３）の中空部（例えば中空部５４）の形状を、容易に精度よく形成することができる。例えば、光ファイバー等の接続端子用筒状部材（例えばフェルール６１、７１）の中空部（例えば中空部６２、７２）に、座繰り形状（例えば座繰り部６２Ａ、７２Ａ）を形成する場合には、型となる電鋳体（例えば一次電鋳体５１）に整形手段によりテーパ形状を形成し、この型となる電鋳体の上に、さらに電鋳体（例えば二次電鋳体５３）を形成すれば、型となる電鋳体を象った形状の座繰り形状を有する中空部を形成することをできる。
本発明の電鋳方法では、電鋳槽上部に泡部を形成し、電鋳用の型部材をこの型部材の少なくとも一部が前記泡部内に位置するように前記電鋳槽内に配置し、前記泡部内で前記型部材の周囲に形成される電鋳体の形状を整形する。これにより、泡部においては電着物の付着量が少なくなることを利用して、泡部において形成される電鋳体の形状を、容易に精度よく整形することができる。したがって、電鋳工程の段階で、電鋳体を所望の形状に形成することができるので、二次加工の手間を削減できる。
本発明の電鋳方法では、前記型部材を上下動することにより、前記泡部内で前記型部材の周囲に形成される電鋳体の形状を整形する。これにより、電鋳体の整形を、容易に、精度よく行える。
本発明の電鋳方法では、前記泡部の厚みを調整することにより、前記泡部内で前記型部材の周囲に形成される電鋳体の形状を整形する。これにより、電鋳体の整形を、容易に、精度よく行える。
本発明の電鋳方法では、前記泡部内で整形された電鋳体を型部材として、更に電鋳を行う。これにより、結果として得られる電鋳体の中空部の形状（例えばフェルール６１、７１の中空部６２、７２の座繰り部６２Ａ、７２Ａの形状）を、容易に精度よく形成することができる。
発明を実施するための好ましい形態
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図１には、本発明の第１実施形態の電鋳装置を示す。
図示されるように、電鋳装置は、上部に開口を有する電鋳槽１を備える。この電鋳槽１には、電解液（電鋳液）２が充填される。電解液としては、例えば、スルファミン酸ニッケル液に光沢剤及びビット防止剤を加えた液が用いられる。
電鋳槽１は、供給配管４及び排出配管７を介して、管理槽５と接続される。管理槽５は、供給配管４と連通する供給室５Ａと、排出配管７と連通する回収室５Ｂとを備えている。供給室５Ａと回収室５Ｂは、液隔離板５Ｃによって隔てられている。
このような構成により、電鋳槽１内の電解液２は、排出配管７を通って、管理槽５の回収室５Ｂに回収される。回収室５Ｂに回収された不純物を含む電解液２は、濾過器９で濾過されたうえで、供給室５Ａに送り込まれる。この供給室５Ａにおいて、電解液２は、液温、水素イオン濃度、硬度等が適切に調整される。例えば、液温は４５〜５５℃に、水素イオン濃度は４．０〜４．５ｐＨに調整される。また、光沢剤の添加量を調節することにより、電鋳体の硬度が適切に調整される。供給室５Ａ内の適切に調整された濾過済みの電解液２は、循環ポンプ６により、供給配管４を通って、電鋳槽１に供給される。電鋳液２の供給は、電鋳槽１内の電解液２の液面３が、一定の水位に保たれるように制御される。
電鋳槽１の上方には、治具搬送装置２０が備えられる。この治具搬送装置２０は、保持治具３０を電鋳槽１上方に配設し搬送する装置であり、小径のローラ２１と、大径のローラ２２と、これらのローラ２１、２２に掛け回されたベルト２３とを備えている。ローラ２１、２２は、図示されない駆動手段により回転駆動され、これにより、ベルト２３は、図の反時計回りに循環する。
複数の保持治具３０は、ベルト２３の外周に固定されている。各保持治具３０は、電鋳用の型部材である母線５０を保持するものである（詳細は図２とともに後述する）。保持治具３０は、ベルト２３の循環とともに、ベルト２３の外周に沿って搬送される。ベルト２３のローラ２１、２２の下側を循環する部分に固定された保持治具３０は、その一部が電鋳液２内に浸された状態で、ローラ２１側からローラ２２側に向けて移動する。なお、母線５０は、ローラ２１付近の取り付け位置Ｘにおいて、保持治具３０に装着される。
ベルト２３は、ローラ２１、２２の上側では、略水平に架け渡されている一方で、ローラ２１、２２の下側では、所定の位置において、案内ローラ２５、２６に案内され、段差２４を形成している。この段差２４の高さは、ローラ２１と２２の径の差に相当する。治具搬送装置２０により搬送される保持治具３０は、この段差２４を過ぎると、段差２４の高さ分だけ下降することになる。
電鋳槽１は、段差２４の前後で、一次電鋳部１Ａと二次電鋳部１Ｂに分かれている。つまり、電鋳槽１において、段差２４よりも手前側（ローラ２１側）は一次電鋳部１Ａであり、段差２４の奥側（ローラ２２側）は二次電鋳部１Ｂである。後述するように、一次電鋳部１Ａにおいては、バブルを用いた一次電鋳が行われ、二次電鋳部１Ｂにおいては、一次電鋳部１Ａで形成された一次電鋳体の上に二次電鋳が行われる。
電鋳槽１の一次電鋳部１Ａ下部には、エアー供給装置１１が備えられる。このエアー供給装置１１は、一次電鋳部１Ａの電鋳液２内に、多数のエアーバブルを発生させる。これらのエアーバブルは、電解液２の液面３上にエアーバブル層１２を形成する。なお、エアー供給装置１１からのエアー供給量は、図示されない制御手段によって制御可能となっており、これによりエアーバブル層１２の厚み（液面３からの高さ）を調整できるようになっている。
一次電鋳においては、このエアーバブル層１２において、一次電鋳体の上端部が、所望の形状（例えばテーパ形状）に整形される。そして、保持治具３０が、段差２４を超えて二次電鋳部１Ｂ内に搬入されると、保持治具３０の高さは段差２４の高さだけ下降し、一次電鋳体の上端部（一次電鋳においてエアーバブル層１２に配置されていた部分）よりも上側まで、母線５０が電解液２内に浸される。この結果、二次電鋳は、一次電鋳体の外周及び一次電鋳体の上端部よりも上側の母線５０の外周になされる（図４参照）。
電鋳槽１の電鋳液２内には、一対のアノード電極１６が備えられる（図１には一つのみを示す）。これらのアノード電極１６は、一次電鋳部１Ａから二次電鋳部１Ｂにわたって保持治具３０の搬送方向（図の左右方向）に延び、保持治具３０を両側から挟み込むように配置されている。各アノード電極１６は、例えばチタン鋼からなるメッシュ状又は穴あきのケース内に、電鋳用の金属ペレット（例えばニッケルペレット）を収納して構成されている。アノード電極１６のケースは、プログラマブル電源１８のプラス極に接続される。
電鋳槽１と治具搬送装置２０の間には、導電性の線材からなる電極ワイヤ１７が、複数の保持治具３０の上端部に沿って架け渡されている。電極ワイヤ１７は、プログラマブル電源１８のマイナス極に接続されている。
図２には、保持治具３０の詳細を示す。
図示されるように、保持治具３０は、治具搬送装置２０のベルト２３に固定された取り付け板３１、取り付け板３１の下方に複数の連結シャフト３４を介して昇降可能に支持された支持ブロック３２、この支持ブロック３２に軸周りで回転可能に支持された母線収容部３３等から構成される。
母線収容部３３は、上側基部４１及び下側基部４２を上下に設けた筒部４３を備えている。母線５０は、母線収容部３３の同軸上に収容される。筒部４３は、例えばチタンから形成され、その内側に電解液２及びエアー供給装置１１からのバブルを導入し得るようにされたパイプ状の部材であり、例えばメッシュ状となっているか、或いは複数の穴が形成されている。また、下側基部４２にも複数の穴部４２Ａが形成されており、電解液２及びエアー供給装置１１からのバブルが、これらの穴部４２Ａを通って、筒部４３の内側に導入されるようになっている。
上側基部４１は、支持ブロック３２に軸周りで回転可能に支持され、支持ブロック３２に備えられた駆動モータ（図示せず）により、回転駆動されるようになっている。これにより、母線収容部３３及び母線５０は、軸周りで回転駆動される。
取り付け板３１と支持ブロック３２の間には、アクチュエータ３５が設けられる。このアクチュエータ３５としては、例えばエアシリンダーや電磁シリンダーが用いられる。アクチュエータ３５の駆動により、支持ブロック３２は、略垂直に配置された複数の連結シャフト３４に沿って、上下方向に駆動される。これにより、電鋳工程中に、母線収容部３３を上下に動かすことができるようになっている。
上側基部４１にはテンションユニット４４及び上側母線固定部４５が、また下側基部４２には下側母線固定部４６が、それぞれ固定されている。母線５０は、上側母線固定部４５と下側母線固定部４６に上下端を固定されて、筒部４３の中心軸上に配置される。これにより、母線収容部３３の回転により、母線５０は軸周りで自転することになる。なお、母線５０には、テンションユニット４４により適切なテンションが付与される。
支持ブロック３２の上部には、電極ローラ４７が回転自在に取り付けられている。この電極ローラ４７は、電極ワイヤ１７と接触する。さらに、支持ブロック３２、上側基部４１及びテンションユニット４４の内部には、図示されない導電性部材（例えば電線）が備えられ、電極ローラ４７は、この導電性部材を介して、導電性部材からなる上側母線固定部４５と電気的に接続される。これにより、上側母線固定部４５はカソード電極として作用する。
さらに、この電極ローラ４７と上側母線固定部４５を電気的に接続する導電性部材には、図示されないスイッチ手段が備えられ、電極ローラ４７と上側母線固定部４５の電気的接続は、このスイッチ手段により断続（オン／オフ）できるようになっている。これにより、母線５０への電圧印加は、電鋳槽１内の一つ一つの母線５０毎にオン／オフすることができ、この結果、各母線５０へ電鋳を個別に制御できるようになっている。
図３には、上側母線固定部４５への母線５０の取り付けの詳細を示す。
図示されるように、母線５０の端部には、環状のフック部５０Ａが形成されており、このフック部５０Ａを上側母線固定部４５の取り付けピン４５Ａに係合することにより、母線５０が上側母線固定部４５に取り付けられる。なお、下側母線固定部４６への取り付けも同様であるので説明を省略する。
次に、図４にしたがって、本実施形態の電鋳装置による電鋳方法について説明する。なお、図４では、電鋳槽１内の異なる位置を、１０Ａ〜１０Ｆで表している。位置１０Ａ〜１０Ｃは、一次電鋳部１Ａ内の位置を示し、位置１０Ｄ〜１０Ｆは、二次電鋳部１Ｂ内の位置を示す。
治具搬送装置２０の取り付け位置Ｘにおいて保持治具３０が取り付けられた母線５０は、ベルト２３の循環により、電鋳槽１の一次電鋳部１Ａ内に搬入される。この母線５０は、所定の回転速度で自転しながら、一次電鋳部１Ａ内を、位置１０Ａから位置１０Ｃに向けて順次移動していく。
この間、アノード電極１６とカソード電極（上側母線固定部４５）の間には、電鋳液２内に適切な電流密度が発生するように、適切な電圧が与えられる。これにより、母線５０の周囲には、電鋳による電着物が付着し、一次電鋳体５１が形成されていく。また、このとき、母線５０は、所定の回転速度（例えば１５ｒｐｍ以下の適切な値）で、軸周りで回転駆動される。これにより、母線５０の周囲に形成される一次電鋳体５１の周方向の均一性を高めることができる。
図示されるように、位置１０Ａ、１０Ｂにおいては、エアー供給装置１１から発生するエアーバブルによって、電鋳液２の液面３の上にエアーバブル層１２が形成されている。このエアーバブル層１２において、一次電鋳体５１の上端のテーパ部５２が整形される。つまり、エアーバブル層１２における電流密度は、下方の電鋳液２内における電流密度よりも希薄であるので、エアーバブル層１２においては、電鋳体の付着量が、電鋳液２内におけるよりも相対的に減少する。これを利用して、一次電鋳体５１の本体側よりも細径のテーパ部５２を形成する。
詳しく説明すると、アクチュエータ３５で母線収容部３３とともに母線５０を上下動させることにより、一次電鋳体５１の上端側の各部分が、エアーバブル層１２に浸される時間と電鋳液２に浸される時間の割合を調整する。これにより、一次電鋳体５１の上端側であるほど、相対的に長い時間にわたってエアーバブル層１２に浸されることになり、結果として、一次電鋳体５１の上端部には、先細り形状のテーパ部５２が形成される。
なお、本実施形態では、母線５０を上下動させることによりテーパ部５２の整形を行うが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、エアー供給装置１１からのエアーバブル供給量を制御して、エアーバブル層１２の高さを変更することにより、テーパ部５２の整形を行ってもよい。さらに、母線５０の上下動とエアーバブル層１２の高さの調整を組み合わせて、テーパ部５２の整形を行ってもよい。
このようにして、所定の寸法の一次電鋳体５１が形成されたならば、母線５０への電圧印加を停止する。その後、母線５０は、位置１０Ｃに示すように、一次電鋳部１Ａ内をしばらく搬送され、この間に、一次電鋳体５１の周囲に酸化膜が形成されるようにする。この酸化膜の形成により、後に行われる一次電鋳体５１と二次電鋳体５３の分離作業が容易とされる。なお、一次電鋳体５１の周囲に効果的に酸化膜を形成するために、一次電鋳体５１をいったん電鋳液２の外に取り出すようにしてもよい。
続いて、母線５０は、段差２４を超えて下降し、第二電鋳部１Ｂに搬入される。二次電鋳部１Ａにおいては、再び、アノード電極１６とカソード電極（上側母線固定部４５）の間に適切な電圧を付加する。これにより、母線５０が位置１０Ｄ〜１０Ｆに順次搬送されていく間に、母線５０及び一次電鋳体５１に周囲に、二次電鋳体５３が形成されていく。このようにして形成された二次電鋳体５３は、一次電鋳体５１及び母線５０を象った中空部５４を備え、この中空部５４内にテーパ形状の座繰り部５５を有するものとなる。
このようにして、筒状部材である二次電鋳体５３が形成されたならば、母線５０、一次電鋳体５１及び二次電鋳体５３を、電鋳槽１から取り出し、二次電鋳体５３から母線及び一次電鋳体５１を分離する。さらに、この二次電鋳体５３を洗浄、乾燥し、必要に応じて、整形加工を施す。これにより、図５（Ａ）に示すように、中空部６２内にテーパ状の座繰り部６２Ａを有するフェルール６１が完成する。
以上のように本実施の形態によれば、エアーバブル層１２において一次電鋳体５１のテーパ部５２を形成し、二次電鋳体５３の中空部５４に、テーパ部５２を象った座繰り部５５を形成するので、二次電鋳体の中空部５４（フェルール６１の中空部６２）を、所望の形状に、容易に精度よく形成することができる。したがって、面倒な二次加工等が不要となり、製造コストを削減できる。また、エアーバブル層１２におけるテーパ部５２の整形は、母線５０の上下動を制御するか、エアーバブル層１２の厚みを調整することにより行うので、簡単な構成で達成できる。また、二次電鋳体５３は、電鋳液２の中で、一次電鋳体５１及び母線５０から抜き取られるので、抜き取り作業はスムーズに行える。
なお、本実施形態では、電鋳槽１に一次電鋳部１Ａ及び二次電鋳部１Ｂを備え、二段階の電鋳を行うようにしたが、本発明はこのような形態に限られるものではなく、三次以上の複数次（Ｎ次）の電鋳を行い、Ｎ−１段の座繰り部を有するＮ次電鋳体を得るようにしてもよい。つまり、電鋳槽にＮ次電鋳部を備え、前段の電鋳部（ｎ次電鋳部）で形成された電鋳体（ｎ次電鋳体）の上に高次の電鋳体（ｎ＋１次電鋳体）を順次形成していくことにより、Ｎ−１段のテーパ部を有するＮ−１次電鋳体を得て、このＮ−１次電鋳体の上に、Ｎ−１段の座繰り部を有するＮ次電鋳体を形成するようにしてもよい。例えば、電鋳槽に一次〜三次電鋳部を備え、二次電鋳体の上に三次電鋳体を形成することにより、図５（Ｂ）に示すように、中空部７２内に二段の座繰り部７２Ａ、７２Ｂを有するフェルール７１が得られる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施形態における電鋳装置を示す構成図である。
図２は、保持治具を示す斜視図である。
図３は、上側母線固定部（カソード電極）への母線の装着を示す斜視図である。
図４は、電鋳の手順を示す図であり、一次電鋳体及び二次電鋳体の形成工程を示す。
図５は、電鋳の手順を示す図であり、母線及び一次電鋳体からの二次電鋳体の分離工程を示す。
図５は、本発明の実施形態により製造されるフェルールの例を示す断面図である。
図６は、フェルールによる光ファイバーの接続例を示す断面図である。

Claims (10)

1. 電解液が充填される電鋳槽と、
   この電鋳槽に充填された電解液の上部に泡部を形成する泡部形成手段と、
   電鋳用の型部材をこの型部材の少なくとも一部が前記泡部内に位置するように前記電鋳槽内に配置する配置手段と、
   前記型部材に電気的に接続される第１の電極と、
   前記電鋳槽内に配設される第２の電極と、
   前記第１と第２の電極間に電圧を印加する電源と、
   前記泡部において前記型部材周囲に形成される電鋳体の形状を整形する整形手段と、
   を備えたことを特徴とする電鋳装置。
2. 前記整形手段は、前記型部材の上下動を制御することにより、前記型部材周囲に形成される電鋳体の形状を整形することを特徴とする請求項１に記載の電鋳装置。
3. 前記整形手段は、前記泡部の厚みを変動させることにより、前記型部材周囲に形成される電鋳体の形状を整形することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電鋳装置。
4. 前記整形手段により整形された電鋳体を型部材として、更に電鋳を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の電鋳装置。
5. 電鋳槽上部に泡部を形成し、電鋳用の型部材をこの型部材の少なくとも一部が前記泡部内に位置するように前記電鋳槽内に配置し、前記泡部内で前記型部材の周囲に形成される電鋳体の形状を整形することを特徴とする電鋳方法。
6. 前記型部材を上下動することにより、前記泡部内で前記型部材の周囲に形成される電鋳体の形状を整形することを特徴とする請求項５に記載の電鋳方法。
7. 前記泡部の厚みを調整することにより、前記泡部内で前記型部材の周囲に形成される電鋳体の形状を整形することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電鋳方法。
8. 前記泡部内で整形された電鋳体を型部材として、更に電鋳を行うことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一つに記載の電鋳方法。
9. 請求項５から請求項８のいずれか一つの電鋳方法により形成された電鋳体。
10. 請求項８の電鋳方法により形成された光ファイバーの接続端子用の筒状部材。

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