JP5422070B1 - 金属イオン供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】槽内の圧力が低下して金属粒の溶解が阻害されるといった問題が生じることなく、槽内における金属粒の流動が抑制され、かつ金属粒間の空間を可及的に狭くすることを可能とした金属イオン供給装置を提供すること。
【解決手段】金属粒群ｇ内にめっき液を流通させて金属粒ｍを溶解させ、生成された金属イオンをめっき液に供給する金属イオン供給装置１０であり、その下端にめっき液を槽内に流通させる多孔板２を有している槽１と、槽１内に配設され、収容された金属粒群ｇを下方に加圧するとともに第１のマグネット５を備えた加圧板４と、槽１の外周において槽１の高さ方向に昇降自在な第２のマグネット６を備え、第２のマグネット６の昇降に応じて第２のマグネット６に磁気吸引された第１のマグネット５が同期して加圧板４を昇降させるようになっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、金属粒群内にめっき液を流通させて金属粒を溶解させ、生成された金属イオンをめっき液に供給する金属イオン供給装置に関するものである。

鋼板等の金属板に錫やニッケル、亜鉛、銅などの各種電気めっきを施すに当たり、槽内にめっき液を流通させ、この流通過程で金属イオンをめっき液に補給する方法が一般に適用されている。

より具体的には、槽内に所望の金属イオンを発生させる金属粒群を収容しておき、槽内に電気めっき槽から流れてきためっき液を流通させ、金属粒群と接触させることにより、金属粒を溶解させて生成された金属イオンがめっき液に提供される。金属イオンが供給されためっき液は、槽に取り付けられた配管を介して電気めっき槽に流出されることになる。

ところで、金属粒である錫を溶解させる場合を取り上げると、めっき液が槽内の金属粒に接触した際に、めっき液中に溶け込んでいる酸素と金属粒が化学反応を起こし、金属粒が溶解して金属イオンがめっき液中に溶出するために、金属イオンを含むめっき液中の酸素が過多な場合には金属イオンが酸化されて酸化物（錫の場合はSnO₂）が生成される。このような酸化物は不溶性であることからめっき液中にスラッジとして蓄積され、めっきの品質低下や、操業および設備保全の面で不具合を生じさせる要因となり得る。

そこで、このようなスラッジの発生を抑制する方策として、金属粒の溶解速度を向上させることが挙げられる。たとえば、金属粒群が収容されてめっき液が流通する槽内において金属粒とめっき液を接触させるに当たっては、めっき液の流路となる金属粒間の空間が狭いほど、めっき液の流速が向上して金属粒の溶解速度が高くなる。このことから、槽内における金属粒の流動を抑制しながら、金属粒間にできる空間を狭い状態に維持することが重要である。

ここで、特許文献１には、加圧板によって槽内の金属粒群を加圧することで槽内における金属粒の流動を抑制するとともに、加圧板を槽の軸心周りに回転させることで金属粒群を均して密度を高め、金属粒間の空間を可及的に狭くすることを可能とした、めっき液へ金属イオンを補給する装置が開示されている。

ここで開示される装置においては、その構成要素である槽の天井に開口を設け、この開口を介してロッドを貫通させ、ロッドの一端は槽内にある加圧板に固定され、ロッドの他端は槽外にあるモータおよび減速機に取り付けられた構成が適用されている。なお、このロッドはさらにその他端が槽外にあるシリンダにも取り付けられており、このシリンダでロッドおよび加圧板を押し込むことができ、モータおよび減速機の回転によってロッドおよび加圧板を回転させることができる。

このように、槽の天井に加圧板を昇降および回転させるためのロッドが貫通する開口を備えた構成においては、槽内の気密性を確保する観点から、開口とロッドの間にシール構造を形成することが必要となる。仮に開口とロッドの間がシールされていないと、槽内の圧力が低下し、このことによって槽内における金属粒の溶解が不十分となり、めっき液への金属イオンの供給が不十分となってしまう。

しかしながら、開口とロッドの間にシール構造が形成されている場合であっても、錫等の金属の結晶がロッドやシール部材に付着することは避けられず、この金属粒の付着によってシール部材が劣化してシール性が低下するといった問題がある。

シール性の低下により、めっき液が槽外へ漏れ出したり、槽内の圧力低下によって金属粒の溶解が阻害されるといった問題に繋がる。

特開昭６２−９３３９９号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、槽内の圧力が低下して金属粒の溶解が阻害されるといった問題が生じることなく、槽内における金属粒の流動が抑制され、かつ金属粒間の空間を可及的に狭くすることを可能とした金属イオン供給装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明による金属イオン供給装置は、金属粒群内にめっき液を流通させて金属粒を溶解させ、生成された金属イオンをめっき液に供給する金属イオン供給装置であって、金属粒群を収容する槽であって、その下端にめっき液を該槽内に流通させる多孔板を有している槽と、槽内に配設され、収容された金属粒群を下方に加圧するとともに第１のマグネットを備えた加圧板と、槽の外周において槽の高さ方向に昇降自在な第２のマグネットと、を備え、第２のマグネットの昇降に応じて該第２のマグネットに磁気吸引された第１のマグネットが同期して加圧板を昇降させるようになっているものである。

本発明の金属イオン供給装置は、槽の天井に開口を設け、加圧板を押圧および回転させるロッドをこの開口に貫通させる従来の装置に改良を加えて、槽の天井に開口を設けることを廃し、槽内の加圧板の昇降を、加圧板に取り付けられたマグネット（第１のマグネット）と、槽外のマグネット（第２のマグネット）を磁気吸引させ、第２のマグネットを昇降させることで槽内の第１のマグネットを昇降させ、もって加圧板の昇降を可能としたものである。

この構成により、槽の天井に開口を設け、加圧板を押圧および回転させるロッドをこの開口に貫通させる場合の様々な課題が解消され、しかも、槽内に収容された金属粒群を加圧板によって加圧することで、金属粒の流動を抑制でき、金属粒間の空間を狭い状態に維持することが可能となる。なお、加圧板はそれ自身の自重で金属粒群を加圧してその流動を抑制することもできるし、必要に応じて加圧板を金属粒群に対して押し込んでもよい。

たとえば筒状の槽の内側に円盤状の加圧板が配設され、この円盤状の加圧板の上面に加圧板の周方向に間隔を置いて複数の第１のマグネットが配設され、槽外にも、それぞれの第１のマグネットに対応する基数の第２のマグネットがたとえば環状の部材上に載置され、この環状の部材とともに第２のマグネットが昇降することで磁気吸引力を利用して第１のマグネットおよび加圧板の昇降をおこなうことができる。

ここで、より具体的な実施の形態として、槽の外周に環状の第１のステージが配設され、該第１のステージに第２のマグネットが配設されており、第１のステージにアクチュエータが取付けられ、槽の高さ方向に該第１のステージが昇降自在となっている形態を挙げることができる。

環状の第１のステージを昇降させるアクチュエータとしては、シリンダ機構やピストン機構、モータなどが挙げられる。

また、本発明による金属イオン供給装置の好ましい実施の形態としては、第１のステージには環状のレールが配設され、該レールの上に環状の第２のステージが配設され、該第２のステージに前記第２のマグネットが配設されており、第２のステージの周端にはギアが相互に回転係合した姿勢で取り付けられ、該ギアの軸心にモータが取付けられており、モータの回転によってギアを介して第２のステージが槽の周囲を公転し、第２のステージの公転の際に第２のマグネットに磁気吸引された第１のマグネットが同期して移動することで加圧板が軸心回りに自転する形態を挙げることができる。

本実施の形態の装置は、加圧板の昇降のみならず、加圧板の回転をも可能とするべく、槽外にある第２のマグネットを載置するステージ（第２のステージ）をモータにて槽の周囲で公転させ、加圧板の昇降はシリンダ機構等のアクチュエータにて実行させるものである。

めっき液の流通過程で金属粒が場所ごとに異なる態様で小さくなってくると、めっき液の流れる流路幅が大きくなる部位も生じ、たとえば加圧板の自重（たとえば200kg程度）によって金属粒群を抑えるのみでは、金属粒の溶解を十分に促進させることができない場合もある。また、いわゆる棚吊（金属粒同士が固着し、空隙を生じさせる現象）などによって空隙ができる場合も同様である。

このような場合には、加圧板を回転させることで金属粒群に周方向のせん断力を付与し、強制的に横方向に移動させるようにすることでこれらの問題を効果的に解消することができる。

なお、加圧板のうち、槽に収容される金属粒群に対向する端面から突部材が突出しており、加圧板の回転に応じて突部材が金属粒群を攪拌するようになっている形態がより好ましい。

突部材による攪拌により、金属粒間にできた広い隙間を解消したり、棚吊を解消することができる。

また、第２のマグネットを上昇させ、これに応じて第１のマグネットを上昇させて加圧板を持ち上げ、第１、第２のマグネットの磁気吸引を解除して加圧板を自由落下させる制御を実行することは、特に棚吊を強制的に解消する際に効果的である。

以上の説明から理解できるように、本発明の金属イオン供給装置によれば、槽内の加圧板の昇降を、加圧板に取り付けられたマグネット（第１のマグネット）と、槽外のマグネット（第２のマグネット）を磁気吸引させ、第２のマグネットを昇降させることで槽内の第１のマグネットを昇降させるようにしたことで、槽内の圧力低下の問題を解消しながら、槽内における金属粒の流動を抑制することができ、かつ金属粒間の空間を可及的に狭くすることができ、もって金属粒の溶解速度を向上させてめっき液に金属イオンを効果的に供給することができる。

本発明の金属イオン供給装置の実施の形態１の斜視図であって一部を破断して槽の内部を視認可能とした図である。 図１のII−II矢視図である。 装置の作動態様を説明するとともに、槽内を流通するめっき液に金属イオンを供給している状態を説明した図である。 本発明の金属イオン供給装置の実施の形態２の斜視図であって一部を破断して槽の内部を視認可能とした図である。 （ａ）は図４のV−V矢視図であり、（ｂ）は第１、第２のステージのみを取り出した斜視図である。 装置の作動態様を説明するとともに、槽内を流通するめっき液に金属イオンを供給している状態を説明した図である。

以下、図面を参照して本発明の金属イオン供給装置の実施の形態１，２を説明する。

（金属イオン供給装置の実施の形態１）
図１は本発明の金属イオン供給装置の実施の形態１の斜視図であって一部を破断して槽の内部を視認可能とした図であり、図２は図１のII−II矢視図である。また、図３は装置の作動態様を説明するとともに、槽内を流通するめっき液に金属イオンを供給している状態を説明した図である。

図示する金属イオン供給装置１０は、多数の金属粒ｍからなる金属粒群ｇを収容する槽１と、槽１の下方に配設されてめっき液を槽１内に流通させる多数の孔２ａを備えた多孔板２と、槽１の上方に配設されて収容された金属粒群ｇを下方に加圧する加圧板４と、加圧板４の上面においてその周方向に間隔をおいて載置された複数の第１のマグネット５と、槽１の外周において槽の高さ方向に昇降自在でその上面に第１のマグネット５と同基数でかつ対応する位置に第２のマグネット６が載置された第１のステージと、から大略構成されている。

多孔板２に開設された多数の孔２ａは、槽１内に収容される金属粒ｍよりも小径であり、不図示の電気めっき槽から送られてくるめっき液を槽１内に流通させる一方で、槽１内に収容された金属粒ｍが下方に脱落しないようになっている。

加圧板４はたとえば自重が200kg程度あり、自重のみで下方に収容された金属粒群ｇを所望に加圧できるものである。

この加圧板４にも金属粒ｍよりも小径の多数の孔４ａが開設されており、槽１内を流通しためっき液が多数の孔４ａを通過し、その上方の槽１の側面に流体連通する管路３にスムーズに流れ込むようになっている。

槽１の上方の外周には、環状の支持台８ｂが配設され、ここにシリンダ機構７が固定されており、シリンダ機構を構成するロッドの先端が下方に配設された環状の第１のステージ８ａと繋がっている。

シリンダ機構７を作動させることにより、第１のステージ８ａとその上面に載置された第２のマグネット６を昇降させることができる（Ｙ１方向）。

円盤状の加圧板４の上面の周方向に載置された複数の第１のマグネット５と、その周囲にある第１のステージ８ａ上に載置された複数の第２のマグネット６は、それぞれが対応する位置にあり、相互に磁気吸引力ｆで引き付け合っている。

したがって、シリンダ機構７の作動によって第１のステージ８ａが昇降すると（Ｙ１方向）、この昇降に応じてマグネット同士の磁気吸引力ｆを介して槽１内の加圧板４も同期して昇降することができる（Ｙ２方向）。

この構成により、従来の装置のように、槽１の天井１ａにはロッドが貫通する開口は存在せず、この開口がある場合の様々な課題、すなわち、開口とロッドの間のシール材が金属粒の付着によって劣化し、シール性が低下して槽内の圧力が低下したり、開口とロッドの隙間からめっき液が外部へ漏れ出すといった課題は生じ得ない。

なお、第１、第２のマグネット５，６は、所定の自重を有する加圧板４をスムーズに昇降できる磁気吸引力を発揮できる素材であって、かつ入手も容易なネオジム磁石が好適である。

ここで、図３を参照して、めっき液に金属イオンを提供する方法を説明する。

図示すように、槽１内に金属粒群ｇを収容し、その上に加圧板４を載置する。加圧板４は所定の重量を有し、記述するようにその自重のみで金属粒群ｇに所望の圧力ｑを付与することができるが、さらにシリンダ機構７を作動させて第１のステージ８ａを降下させ、加圧板４を降下させて加圧力を高めることもできる。

ここで、槽１に収容される金属粒ｍとしては、錫やニッケル、亜鉛、銅など、電気めっきの種類に応じた金属種が適用される。

不図示の電気めっき槽から金属イオン供給装置１０を構成する槽１に送られてきた（Ｘ１方向）めっき液は、多孔板２の多数の孔２ａを介してその上方に送られ、多孔板２と加圧板４の間に収容された金属粒群ｇ内の隙間を介して上方に流通していく（Ｘ２方向）。

槽１内に収容された金属粒群ｇは加圧板４の自重によって、必要に応じてシリンダ機構７の作動によってさらに付加された加圧力によって加圧されることで、金属粒ｍの流動が抑制され、金属粒ｍ間の空間を狭い状態に維持することが可能となる。そのため、金属粒群ｇ内を流通するめっき液の流速を高く維持することができ、金属粒ｍの溶解速度を高くすることができる。

めっき液が金属粒群ｇ内の隙間を介して上方に流通していく過程でめっき液が金属粒群ｇと接触し、金属粒ｍが溶解して生成された金属イオンがめっき液に供給される。そして、金属イオンが供給されためっき液は、加圧板４の多数の孔４ａを介して上方に流出し、槽１に取り付けられた管路３を介して電気めっき槽に流出される（Ｘ３方向）。

金属粒ｍが錫からなる場合は、めっき液の流速が高く維持されることに起因して、スラッジの発生を抑止できるという効果も得られる。

ところで、金属粒ｍが溶解する過程で、金属粒ｍ同士が固着して大きな空隙を生じさせる、いわゆる吊棚が発生することがある。

そこで、この吊棚を解消するべく、シリンダ機構７を作動して第１のステージ８ａと第２のマグネット６を上昇させ、これに応じて第１のマグネット５を上昇させて加圧板４を持ち上げ、第１、第２のマグネット５，６の磁気吸引を解除して加圧板４を自由落下させる制御を実行するのがよい。たとえば、図示を省略するが、第１のステージ８ａ上で第２のマグネット６を槽１の径方向にスライド自在に構成しておき、あるタイミングで全ての第２のマグネット６を径方向外側にスライドさせて第１のマグネット５とのギャップを広げることで、双方の磁気吸引が瞬時に解除されるような装置構成を挙げることができる。

このような制御は、一定時間ごとに実行するのがよく、また、吊棚解消のみならず、衝撃荷重を金属粒群ｇに付与して金属粒群ｇを強制的に均す効果も奏される。

（金属イオン供給装置の実施の形態２）
図４は本発明の金属イオン供給装置の実施の形態２の斜視図であって一部を破断して槽の内部を視認可能とした図であり、図５ａは図４のV−V矢視図であり、図５ｂは第１、第２のステージのみを取り出した斜視図である。また、図６は装置の作動態様を説明するとともに、槽内を流通するめっき液に金属イオンを供給している状態を説明した図である。

図示する金属イオン供給装置１０Ａは、金属イオン供給装置１０に対して、加圧板４を回転させる回転機構を付加し、さらに、加圧板４の下方に複数の突部材９が付加された装置である。

回転機構について説明すると、第１のステージ８ａの上面に環状のレール８ｃが配設され、レール８ｃの上に環状の第２のステージ８ｄが配設され、第２のステージ８ｄの上面に第２のマグネット６が配設されている。

第２のステージ８ｄの周端にはねじ切りが施されており、このねじ切りにギア８ｅが噛合い、相互に回転係合している。

ギア８ｅの軸心にはサーボモータ８ｆが取付けられており、サーボモータ８ｆの回転（Ｚ１方向）によってギア８ｅを介して第２のステージ８ｄが槽の軸心Ｌの周囲を公転する（Ｚ２方向）。このように、金属イオン供給装置１０Ａでは第２のステージ８ｄが公転するが、金属粒ｍを管路３より槽１内に供給するべく第１のステージ８ａと第２のステージ８ｄを管路３より上方に移動させる際に、これらのステージが管路３と干渉してしまう。そこで、この干渉を解消するべく、図５ｂで示すように、第１のステージ８ａ、第２のステージ８ｄにはそれぞれ、切欠き８ａ’、８ｄ’が設けられている。そして、第２のステージ８ｄの公転は、第１のステージ８ａと第２のステージ８ｄが管路３よりも下方に位置するときにのみ実行される。

第２のステージ８ｄの公転の際に、第２のマグネット６に磁気吸引された第１のマグネット５が同期して移動することで、加圧板４を軸心Ｌの回りに自転させることができる（Ｚ３方向）。このように加圧板４が回転することで、金属粒群ｇに周方向（横方向）のせん断力を付与することができ、このせん断力によって金属粒群ｇを効果的に均すことができる。

さらに、加圧板４が下方の金属粒群ｇ内に延びる突部材９を具備していることで、加圧板４の回転の際に突部材９によって金属粒群ｇを攪拌することができるため、より一層効率的に金属粒群ｇの均しを実行することができる。また、上記する吊棚を効果的に解消することもできる。

上記する金属イオン供給装置１０、１０Ａを適用することで、金属粒群ｇの効果的な均しが実現され、金属粒間の隙間を狭く維持することでここを流通するめっき液の流速を高くすることができる。そして、このことに起因して金属粒群ｇの溶解を十分に促進することができ、めっき液への金属イオンの供給を効率的におこなうことが可能となる。

「試作結果」
本発明者等は、図４で示す金属イオン供給装置の試作をおこなった。試作された装置では、槽がSUS316製で直径700mmの大きさであり、加圧板の重量が200kgで直径が700mmである。また、第１、第２のマグネットにはネオジム磁石を適用しており、このネオジム磁石は、高さ100mm、平面寸法における縦が64mm程度、横が200〜250mmの寸法を有しており、第１、第２のマグネット間のギャップを30mmとしている。

この試作モデルにおいて、第１、第２のマグネットをともに6個適用することで、加圧板のスムーズな回転と昇降を実現できることが特定されている。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…槽、１ａ…天井、２…多孔板、２ａ…孔、３…管路、３Ａ…ホース（管路）、４…加圧板、４ａ…孔、５…マグネット（第１のマグネット）、６…マグネット（第２のマグネット）、７…アクチュエータ（シリンダ機構）、８ａ…第１のステージ、８ｃ…レール、８ｄ…第２のステージ、８ｅ…ギア、８ｆ…サーボモータ、９…突部材、１０，１０Ａ…金属イオン供給装置、ｍ…金属粒、ｇ…金属粒群

Claims (4)

1. 金属粒群内にめっき液を流通させて金属粒を溶解させ、生成された金属イオンをめっき液に供給する金属イオン供給装置であって、
   金属粒群を収容する槽であって、その下端にめっき液を該槽内に流通させる多孔板を有している槽と、
   槽内に配設され、収容された金属粒群を下方に加圧するとともに第１のマグネットを備えた加圧板と、
   槽の外周に配設された環状の第１のステージと、該第１のステージの上に配設された環状の第２のステージと、該第２のステージに配設された第２のマグネットと、を備え、
   第１のステージにアクチュエータが取付けられ、槽の高さ方向に該第１のステージと第２のステージと第２のマグネットが昇降自在となっており、
   第２のマグネットの昇降に応じて該第２のマグネットに磁気吸引された第１のマグネットが同期して加圧板を昇降させるようになっており、
   第２のステージは槽の周囲を公転自在に配設されており、第２のステージの公転の際に第２のマグネットに磁気吸引された第１のマグネットが同期して移動することで加圧板が軸心回りに自転する金属イオン供給装置。
2. 第１のステージに環状のレールが配設され、該レールの上に環状の第２のステージが配設されており、
   第２のステージの周端にはギアが相互に回転係合した姿勢で取り付けられ、該ギアの軸心にモータが取付けられており、
   モータの回転によってギアを介して第２のステージが槽の周囲を公転する請求項１に記載の金属イオン供給装置。
3. 加圧板のうち、槽に収容される金属粒群に対向する端面から突部材が突出しており、加圧板の回転に応じて突部材が金属粒群を攪拌するようになっている請求項１または２に記載の金属イオン供給装置。
4. 第２のマグネットを上昇させ、これに応じて第１のマグネットを上昇させて加圧板を持ち上げ、第１、第２のマグネットの磁気吸引を解除して加圧板を自由落下させる制御を実行する請求項１〜３のいずれかに記載の金属イオン供給装置。

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