JP4169848B2

JP4169848B2 - 電解電極及び電解電極の製造方法

Info

Publication number: JP4169848B2
Application number: JP35870998A
Authority: JP
Inventors: 一幸加納
Original assignee: 株式会社加納製作所
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2018-12-17
Also published as: JP2000178798A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解電極の長寿命化によるコスト低減、電流分布の均一化を特徴とする電解電極及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、めっきの一種としてのクロムめっき陽極の材質には、鉛と錫の合金等が用いられている。また、クロムめっきは、図１０（ａ）、図１１（ａ），（ｂ）に示す通り、めっき浴槽８０に陽極５０と、被クロムめっき物及び陰極１００とがめっき液７０に浸漬され、陽極５０と、被クロムめっき物及び陰極１００とが電源９０を介して接続され、被めっき物の表面がめっきされるようになっている。めっき浴の陽極として、Ｆｅ，Ｐｂ，Ｔｉの外周にＰｔを被覆したもの（クラッドと呼ばれる）、カーボンが一般的に採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来技術では、電流が流れやすいところから流れて行くので、電流分布が不均一化し、また、陽極電流の抵抗損失が大きいため電力を消費する。電流分布が不均一であるため製品の不良品率が減らない。電極の消耗が不均一であるため電極の寿命が短いといった欠点がある。さらにスラッジが発生し、廃棄物処理費用が高くなるおそれがある。
【０００４】
したがって、本発明は、電解電極の電流分布を均一化させて、不良品率を低減させ、電極の長寿命化によるコスト低減を実現することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１記載の発明は、良導電性の長尺状の金属芯である銅、アルミニウム又はそれらの合金の外面に前記金属芯よりも導電性が低く、かつ、電解液に不溶性の被覆金属であるチタン、ニッケル、タンタル又はそれらの合金を圧着、又は圧延してなり、前記被覆金属の外表面に前記金属芯よりも導電性が低く、かつ、前記電解液に不溶性の金属酸化物を被覆してなり、さらに、前記金属芯と前記被覆金属とを合金化させ金属的に接合し一体化した断面円形の長尺形状であることを特徴とする電解電極であるから、電解質浴、例えば、脱脂浴、めっき浴等に適用される。前記金属芯の材質は、Ｃｕ，Ａｌ又はそれらの合金（例えば、Ｃｕの場合、リン青銅等の銅合金など）から選択されるものが挙げられる。また、被覆金属は、Ｎｉ，Ｔｉ，Ｔａ又はそれらの合金から選択されるものが挙げられる。前記金属芯と、前記被覆金属との材質の組み合わせは、電解の種類によって前記各群からそれぞれ選択するものである。また、Ｔｉについては、その外表面に金属を被覆したもの、例えば、クラッド又はめっき物でもよく、これについては、例えば、Ｔｉ−Ｐｔ，Ｔｉ−Ｐｄ，Ｔｉ−Ｒｈの組み合わせが挙げられる。なお、圧延の例として鍛伸が挙げられる。
【０００６】
こうして、電解電極を、金属芯の周囲に被覆金属層を被覆した二重構造とすることにより、電解電極に均一な電流を流すことができ、長寿命の電極となり、電極全体の抵抗を顕著に低下させることができるのである。
【０００７】
前記金属酸化物としては、ＰｂＯ_２,ＩｒＯ_２，Ｔａ_２Ｏ_５，ＰｂＯ_２，ＩｒＯ_２／Ｔａ_２Ｏ_５（複合膜）等が挙げられる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、良導電性の長尺状の金属芯である銅、アルミニウム又はそれらの合金の表面積を増大させる機械加工工程と、前記金属芯の表面に接合度を高めるための金属であるチタン、ニッケル、タンタル又はそれらの合金を被覆する被覆工程と、前記金属芯の表面にフラックスを施すフラックス付着工程と、前記金属芯の表面に、該金属芯よりも導電性が低く、かつ、電解液に不溶性の被覆金属を被覆する被覆工程と、前記金属芯及び被覆金属を低周波加熱加工する低周波加熱工程と、前記被覆金属の表面にスエージング加工を行うスエージング加工工程と、からなり、前記低周波加熱工程により前記金属芯と被覆金属とを合金化させ金属的に接合した上で、スエージング工程を行い、前記金属芯と被覆金属とを一体化した断面円形の長尺形状とすることを特徴とする電解電極の製造方法である。ここでいう機械加工工程は、ローレット加工、転造加工、ねじ切り加工等が好適である。前記金属芯及び被覆金属の断面が円形であることが好適である。低周波加熱工程とスエージング加工工程により、前記被覆工程の金属と被覆金属とが一体化、例えば合金化することで接合強度が高まる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図９を参照して、本発明の実施形態のめっき電極及びその製造方法について説明する。
まず、図１（ａ），（ｂ）に示す通り、断面円形で線状電極１は、補助電極の場合は、その径は、１〜３０ｍｍの範囲（例えば２ｍｍ）、通常電極の場合は、一般的には、補助電極よりも太くする。線状電極１は、表面積を増大させる機械加工処理をした円柱形状の銅芯２（場合により銀芯でも良い）を、チタン層３で均一厚みで被覆し、チタン層３の外周を酸、アルカリにも溶けない不溶解金属層４で２〜５μｍの均一厚みでめっき又は溶射等により被覆したものである。不溶解金属層４は、クラッドが例示され、また、材質については、Ｔｉ−Ｐｔ，Ｔｉ−Ｐｄ，Ｔｉ−Ｒｈ等の組み合わせが挙げられる。これに代えて又は加えて、ＰｂＯ_２，ＩｒＯ_２，Ｔａ_２Ｏ_５，ＰｂＯ_２，ＩｒＯ_２／Ｔａ_２Ｏ_５（／は複合膜を意味する。）等でも良い。銅芯２は、後述の通り、ローレット加工又は転造等、表面積を増大させつつ、表面を苛めて硬化させ、金属めっき処理、フラックス処理を施してから、チタン層３を被覆し、低周波誘導加熱処理、スエージング加工を施したものである。製造工程の例は後述する。
【００１２】
実施形態では、銅芯２が６０％程度、チタン層３が４０％程度、不溶解金属層４は、残り０．１％程度の厚みに設定されている。不溶解金属層４は、本来、厚くするのが好適であるが、白金等、高価であるから薄くしてコストを削減している。銅芯２の下端は、チタン層３で閉端されたもの、開端のもの双方が含まれる。予め加工しておいても良いし、任意寸法で切って使用しても良い。特注で製作することもある。チタン層３は、１００％純粋なものでも良いし、チタンに他の成分が補助的に入ったものでも良いし、さらには、チタン合金でも可能である。例えば、前述の白金等を混ぜたチタン層３でも良い。
【００１３】
＜線状電極１の製造方法＞
線状電極１の製造方法は、まず、円柱形状の銅芯２を用意し、その表面積を増大させる機械加工処理をする（図２（ａ）参照）。すなわち銅芯２に表面積増大処理と表面硬化処理（表面に傷をつける）を施す。表面を苛めて硬くし電流の流れをより一層良くするためである。ロ−レット加工又は転造等を施せば、１個の処理で、表面硬化と、表面積増加処理をおこなうことができ、銅芯２の表面に凹凸を形成し、ファスナー効果で接着力を増大させる。銅芯２のメッシュの程度は様々に設定できる（図２（ｂ）参照）。
【００１４】
銅芯２に表面処理を施す（図２（ｃ）参照）。例えば、チタン層３との接合強度を上げたり接合を容易にすることができるような金属をめっきし、後述の工程において、チタン層３と合金化させ金属的に接合させる。図示の通り、めっき液が含浸された含浸スポンジを使う。ハンダコートでも良い。
【００１５】
銅芯２の表面にフラックス（flux）付着処理を施す（図２（ｄ）参照）。フラックス付着処理により表面酸化物を除去し、濡れ性を向上させる。
【００１６】
銅芯２の形状に適合した形状に成形した中空円筒形状のチタン層３を用意し、銅芯２をチタン層３の中空部に挿入し線状電極１とする。チタン層３の厚みは均等とする。なお、銅芯２の形状に適合した形状に成形した板状のチタン層３を用意し、銅芯２に巻きつけても良く、被覆方法は様々な技術が採用できる。なお、ここで、必要により、適宜、圧着しても良い。
【００１７】
線状電極１の低周波誘導加熱処理をおこなう（図２（ｅ）参照）。目的は銅芯２の接合強度を上げるためである。
【００１８】
線状電極１のスエージング加工を行う（図２（ｆ）参照）。即ち、周囲から力を加え、界面の接合を良くし、チタン層３中の欠陥を取り除く。スエージング加工とは、鍛伸（swaging）とも呼ばれ、材料（棒材）の一部を軸方向に直角方向から順次圧縮し長さを増加させる自由鍛造をいう。
【００１９】
こうして成形した線状電極１から様々に加工して多様な形態の電極を製造するのである。本実施形態の線状電極１は、亜鉛めっき、クロムめっき、電解めっき等、ほとんどすべてのめっき陽極又は陰極として適用できる。陰極酸洗浄の陽極としても使用できる。また、被めっき物や用途によって陽極、陰極にも適用できる。用途によって、コイル、直線状いろいろな形態を取り得る。基本的には陽極に適用されるが、錆取り等のための陰極電解洗浄の場合、陰極での適用が可能である。陰極電解洗浄とは、製品を陰極にして、製品の表面から水素を発生させ、その水素とともに油、酸化物などの汚れを表面から離脱させるものである。湿式の表面洗浄では、最も高い洗浄度の表面が得られる。
【００２０】
＜電極の具体的適用例１＞
通常電極５としては、線状電極１の銅芯２に電流の供給口となる取付部６をろうづけ又は溶接等で接合するものが挙げられる（図３（ａ），（ｂ）参照）。その形態としては、様々な形態の電極５１，５２，５３が例示できる（図４参照）。なお、銅芯２の下端部は、上記圧接でチタン層３により被覆しても良いし、又は、酸素溶接、プラズマ溶接、イナート溶接等の溶接加工により、チタン層３を接合させても良い。通常電極５は、陽極として、めっき液７の満たされためっき槽８に浸漬され、電源９を介してめっき液７中の被めっき製品１０（陰極）と接続される（図５参照）。
【００２１】
＜電極の具体的適用例２＞
次に補助電極１１としては、線状電極１をコイル電極１２とする（図６（ａ）参照）。表面積を大きくするため、コイルにしたものである。そして、コイル電極１２を多数の孔１３が開けられたプラスチック、例えば透明塩化ビニール樹脂製の接触防止筒１４（場合により、接触防止リング等の他の構造でも良い。）に挿入し、コイル電極１２の先端に電流の供給口となる取付部１５が装着されているものである（図６（ｂ）参照）。ショート防止のためである。なお、銅芯２の下端部は、上記圧接でチタン層３により被覆しても良いし、又は、酸素溶接、プラズマ溶接、イナート溶接等の溶接加工により、チタン層３を接合させても良い。細い線状としたのは、狭い場所や、小さなもの等、通常電極５では、めっきが不充分となるような箇所に補助的に用いるためである。例えば、自動車部品であるシュートホブ１６の一部をカバー（マスキング）して、一部にクロムめっきを行うのである（図７（ａ），（ｂ），（ｃ）参照）。シュートホブ１６の根元にめっきが付かないことがあるため、開閉可能な陰極１７に、陽極として補助電極１１を装着するのである（図８参照）。シュートホブ１６は、ピン１８（図７（ａ）参照）に挿脱可能である。
この補助電極１１を適用した例を図９に示す。通常電極５は、陽極として、めっき液７の満たされためっき槽８に浸漬され、電源９を介してめっき液７中の陰極１７に接続され、陰極１７に保持されたシュートホブ１６がめっきされる。
さらに、ガソリンを給油するアダプタの内面を亜鉛めっき等する場合にも使うことができる。
なお、めっきに使用する電圧は低ければ低いほど良好である。陰極の電流密度は、めっき面積、電極の大きさ、めっき液等の条件によりいろいろ設定可能である。
【００２２】
（実施形態の効果）
図１１（ａ），（ｂ）は従来のものの電流分布を示すものであるが、本実施形態では、図１１（ｃ），（ｄ）に示す通り、電流分布が均一となる。なお、図１１（ｂ），（ｄ）のものは、パイプ形状の陰極１００’，１０’の中心に陽極５０’，５’が配置されたものである。
従来の電極では、２週間しか使えないが、本実施形態では、線状電極１から製造される各種電極を１年以上継続使用することができる。つまり寿命は、１００倍位となる。また、従来のように、チタンと白金だけでは、チタンに電流が流れないので、電極が発熱し、白金がはがれてしまうが、銅芯２の働きで、そのようなことが防止できる。
大幅なコスト削減、省電力を図ることができる。
さらに、線状電極１の生産アップにより、標準仕様にでき、標準品として市場に供給することができ、費用対効果の面で有利である。
補助電極１１により、通常電極５では、被めっき製品のめっきの難しい箇所（形状の複雑な箇所等）にも、めっきができるようになり、めっき範囲が拡大する。また、クロムめっき、電解めっき、亜鉛めっき等、様々なめっきにも適用できる。
【００２３】
以下、図１２〜図１６を参照して、本発明の実施形態のニッケルめっき電極及びその製造方法について説明する。
図１２ないし図１４に示す通り、ニッケルめっき陽極１０１は、銅芯電極要素１０２がチタンケース１０５に溶接で接続されたものである。即ち、ニッケルめっき陽極１０１は、表面積を増大させる機械加工処理をした銅芯１０３を、被覆材としてのチタン層１０４で外面から圧着して一体に結合して銅芯電極要素１０２と、該銅芯電極要素１０２が溶接されたチタンケース１０５とからなることを特徴とする。そして、チタンケース１０５に銅芯電極要素１０２を接合（スポット溶接等の溶接が好ましい）するものである。
【００２４】
銅芯電極要素１０２は、その製造工程は、前述した図２に示す工程と同様である。まず、表面積を増大させる機械加工処理をした円柱形状の銅芯１０３を、チタン層１０４で均一厚みで被覆したものである。銅芯１０３は、前述の通り、ローレット加工又は転造等、表面積を増大させつつ、表面を苛めて硬化させ、金属めっき処理、フラックス処理を施してから、チタン層１０４を被覆し、低周波誘導加熱処理、スエージング加工を施したものである（図２参照）。銅芯１０３の働きにより、下まで電気が均一に流れる。
【００２５】
図１４に示すチタンケース１０５は、チタン製エキスパンドメタルから金網ケースに角型ボックスに曲げて成形したものが好適である。チタンケース１０５に投入されるニッケルチップ１０６がチタン層１０４に接触してイオン化する。チタン層１０４の電気抵抗は高いが、銅芯電極要素１０２により、電圧降下が著しく緩和され、末端での電気供給が十分となるので、銅芯電極要素１０２が均一な電流密度となり、めっき厚の均一化につながる。従来、流入電流が１００％とすると、上側の方が７０％を消費、下側の方が３０％を消費する分布となっているが、これを改善できる。
【００２６】
実施形態では、銅芯１０３が６０％程度、チタン層１０４が４０％程度に設定されている。銅芯１０３の下端は、チタン層１０４で閉端されたもの、開端のもの双方が含まれる。予め加工しておいても良いし、任意寸法で切って使用しても良い。特注で製作することもある。チタン層１０４は、１００％純粋なものでも良いし、チタン層１０４に他の成分が補助的に入ったものでも良いし、さらには、チタン合金でも可能である。例えば、白金等を混ぜたチタン層１０４でも良いこともある。
【００２７】
＜ニッケルめっき陽極１０１の適用例＞
図１４に示す通り、ニッケルめっき陽極１０１は、１つのチタンケース１０５に銅芯電極要素１０２が縦方向に溶接されたものである。図１５、図１６に示す通り、ニッケルめっき陽極１０１がめっき槽１０８の両側に吊下用線状導電部材１１１（プラス電気）に吊り下げて配置され、被めっき製品及び陰極１１０が真中の吊下用線状導電部材１１２（マイナス電気）に吊り下げて配置されている。必要によってはチタンケース１０５を５０ないし１００個等、多数、配置したものもある。めっき液槽は、１０ｍないし２０ｍ程度のものもある。理論的には銅芯電極要素１０２に３３倍の電気が流れ、めっき厚の均一性を確保する。ニッケルチップ１０６を目視し、これが溶けるとニッケルチップ１０６を適宜追加する。ニッケルチップ１０６でなく、その他、ニッケルの塊でも良い。
なお、めっきに使用する電圧は低ければ低いほど良好である。陰極の電流密度は、めっき面積、電極の大きさ、めっき液等の条件によりいろいろ設定可能である。
【００２８】
（実施形態の効果）
本実施形態では、電極を従前と比較して長期間継続使用することができ、大幅なコスト削減、省エネルギーに資する。また３０μのめっき厚でめっきする場合、厚みの誤差は、±１μ以下になる等、めっき厚が均等になる。
【００２９】
なお、本発明は、上述の実施の形態又は実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲に於て、改変、追加等を加えることが出来るものであり、それらの変更等も本発明の技術的範囲に含まれることとなる。
例えば、図１７（ａ），（ｂ）に示す通り、本発明の電解電極には、２つのタイプがあり、電解の種類、性質、製品の種類等によって、使い分けることができる。即ち、図１７（ａ）は、タイプ１のものであり、不溶解金属層４が形成されていないもの、図１７（ｂ）はタイプ２のものであり、不溶解金属層４が設けられたものである。被覆金属がＴｉの場合については、その外表面に金属を被覆したもの、例えば、クラッド又はめっき物でもよく、これについては、例えば、Ｔｉ−Ｐｔ，Ｔｉ−Ｐｄ，Ｔｉ−Ｒｈの組み合わせが挙げられる。
さらに、場合により、図２（ｃ）,（ｄ）の工程を省略することもある。図２（ｅ）,（ｆ）の工程の順序は交換することもある。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
請求項１又は２に記載の発明によれば、電解電極の電流分布を均一化し、省電力を実現し、不良品率を低減させ、電極の長寿命化によるコスト低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態を示す線状電極の正面図、（ｂ）は同線状電極の縦断面図である。
【図２】（ａ）は線状電極の転造工程を示す説明図、（ｂ）は転造のメッシュの程度を示す説明図、（ｃ）はめっき工程の説明図、（ｄ）はフラックス付着工程の説明図、（ｅ）は低周波誘導加熱工程の説明図、（ｆ）はスエージング工程の説明図である。
【図３】（ａ）は通常電極の斜視図、（ｂ）は同電極の横断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、通常電極の種々の態様を示す斜視図である。
【図５】通常電極の使用例を示す説明図である。
【図６】（ａ）はコイル電極の正面図、（ｂ）は補助電極の斜視図である。
【図７】（ａ）はシュートホブが取り付けられ、蓋の開いた状態の陰極を示す斜視図、（ｂ）はシュートホブの斜視図、（ｃ）は陰極の側面図である。
【図８】陰極に補助電極が取り付けられた状態の斜視図である。
【図９】通常電極と補助電極の使用例を示す説明図である。
【図１０】（ａ）は従来のめっきの欠点を示す説明図、（ｂ）は本発明の特徴を示す説明図である。
【図１１】（ａ），（ｂ）は従来のめっきの電流分布を示す説明図、（ｃ），（ｄ）は本実施形態の電流分布を示す説明図である。
【図１２】（ａ）は銅芯電極要素の斜視図、（ｂ）は同銅芯電極要素の横断面図である。
【図１３】同銅芯電極要素の縦断面図である。
【図１４】ニッケルめっき陽極の斜視図である。
【図１５】ニッケルめっき陽極の使用例を示す正面説明図である。
【図１６】ニッケルめっき陽極の使用例を示す平面説明図である。
【図１７】（ａ）はタイプ１の電解電極の縦断面図、（ｂ）はタイプ２の電解電極の縦断面図である。
【符号の説明】
１線状電極
２銅芯
３チタン層
４不溶解金属層
５通常電極
６取付部
５１，５２，５３電極
７めっき液
８めっき槽
９電源
１０被めっき製品
１１補助電極
１２コイル電極
１３孔
１４接触防止筒
１５取付部
１６シュートホブ
１７陰極
１８ピン
１０１ニッケルめっき陽極
１０２銅芯電極要素
１０３銅芯
１０４チタン層
１０５チタンケース
１０６ニッケルチップ
１０７めっき液
１０８めっき槽
１１０被めっき製品及び陰極
１１１吊下用線状導電部材
１１２吊下用線状導電部材

Claims

良導電性の長尺状の金属芯である銅、アルミニウム又はそれらの合金の外面に前記金属芯よりも導電性が低く、かつ、電解液に不溶性の被覆金属であるチタン、ニッケル、タンタル又はそれらの合金を圧着、又は圧延してなり、前記被覆金属の外表面に前記金属芯よりも導電性が低く、かつ、前記電解液に不溶性の金属酸化物を被覆してなり、さらに、前記金属芯と前記被覆金属とを合金化させ金属的に接合し一体化した断面円形の長尺形状であることを特徴とする電解電極。
良導電性の長尺状の金属芯である銅、アルミニウム又はそれらの合金の表面積を増大させる機械加工工程と、
前記金属芯の表面に接合度を高めるための金属であるチタン、ニッケル、タンタル又はそれらの合金を被覆する被覆工程と、
前記金属芯の表面にフラックスを施すフラックス付着工程と、
前記金属芯の表面に、該金属芯よりも導電性が低く、かつ、電解液に不溶性の被覆金属を被覆する被覆工程と、
前記金属芯及び被覆金属を低周波加熱加工する低周波加熱工程と、
前記被覆金属の表面にスエージング加工を行うスエージング加工工程と、
からなり、
前記低周波加熱工程により前記金属芯と被覆金属とを合金化させ金属的に接合した上で、スエージング工程を行い、前記金属芯と被覆金属とを一体化した断面円形の長尺形状とすることを特徴とする電解電極の製造方法。