JP6135538B2 - めっき装置及びめっき方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載のめっき装置は、めっき液が貯留された槽の中に複数個のワークを浸漬し、噴射ノズルから槽内にめっき液を噴射することで、槽内のめっき液を攪拌しつつ、めっき処理を行っている。
また、このめっき装置は、槽の上部の開口から溢れためっき液のみが循環し、それ以外のめっき液は槽内に貯留された状態を保っている。そのため、ワークの界面付近を流れるめっき液の金属イオン濃度が低くなり、ワークの界面に金属イオンが十分に供給されないおそれがある。この場合、ワークの焼き焦げを防ぐために限界電流密度を低くしなければならず、金属皮膜が析出する時間が長くなる。したがって、生産個数を増加するため、このめっき装置を使用して複数個のワークを一度にめっき処理すると、設備が大型化すると共に、めっき処理の前後の工程でワークの中間製品の在庫管理などの工数がかかることになる。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、めっき処理を高速で行うことの可能なめっき装置及びめっき方法を提供することを目的とする。
また、管状空間を流れためっき液を重力方向下側へ排出することにより、管状空間にめっき液が滞留しないので、管状空間を流れるめっき液の圧力損失が低減される。そのため、めっき装置は、管状空間に管内乱流流れを容易に形成し、ワークの界面を流れるめっき液に含まれる金属イオン濃度を高い状態に保つことができる。
これにより、このめっき方法は、ワークの界面付近を流れるめっき液の流速を速くすることで、限界電流密度を高くすることが可能になるので、ワークにめっき皮膜を短時間で成膜することができる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を図1から図8に示す。本実施形態によるめっき装置1は、ワーク2としてのターミナル等の小物部品を1個ずつ高速でめっき処理を行うものである。
図1から図4に示すように、めっき装置1は、上ケース11、下ケース12、陽極31,32及び陰極30などを備えている。以下、上ケース11と下ケース12を総称してケース11,12という。
管状空間13は、1個のワーク2を収容可能な狭小空間であり、流路断面が長方形の管状に形成され、板状のワーク2と平行に延びている。管状空間13の内壁とワーク2の外壁との距離は短いことが好ましい。本実施形態では、管状空間13の内壁とワーク2の外壁との距離h1、h2は、例えば2mm程度である。
上ケース11と下ケース12との接合面には、環状のパッキン15が設けられている。パッキン15は、ケース11,12の内側に形成された管状空間13及び開放空間14を流れるめっき液がケース11,12の外側に漏れ出すこと防ぐものである。
下ケース12の溝17には、ワーク2の非めっき処理部22が固定される。したがって、管状空間13にはめっき処理部21のみが露出する。ワーク2のめっき処理部21は、管状空間13の軸方向に平行に固定される。
また、管状空間13を形成する上ケース11の内壁と下ケース12の内壁には、それぞれ陽極31,32が設けられる。上下の陽極31,32は、めっき液を噴射可能な複数の噴射口33,34を有する。
陰極30と陽極31,32には、そこに接続された配線35を通じて電源36から電流が供給される。本実施形態の陰極30、陽極31,32、配線35及び電源36は、特許請求の範囲に記載の「電流供給手段」の一例に相当する。
本実施形態の供給孔41,42、複数の分路43,44及び複数の噴射口33,34は、特許請求の範囲に記載の「噴射手段」の一例に相当する。
ここで、管状空間13の流路断面積、潤辺、及びめっき液の流量は、管状空間13に管内乱流流れを発生させるため、レイノルズ数が2300以上となるように調整されている。図5(A)に管内乱流流れの流速分布を模式的に示し、図5(B)に層流流れの流速分布を模式的に示す。図5(A)に示すように、管内乱流流れは、中央部の流速とワーク2の界面の流速とが近似する。図5(B)に示すように、層流流れは、中央部の流速に対しワーク2の界面の流速が極めて遅い。したがって、管状空間13に管内乱流流れを発生させることで、ワーク2の界面付近の流速を速くし、ワーク2の界面に金属イオンを大量に供給することが可能になる。
まず、ステップ1では、このめっき処理が行われる前工程でプレス加工などにより所定の形状に形成されたワーク2を図示しないチャックなどにより上ケース11と下ケース12との間に搬送する。
次にステップ2では設置工程として、図7に示すように、下ケース12に設けられた溝17にワーク2の非めっき処理部22が設置される。その後、上ケース11と下ケース12とを密着することにより、ワーク2の非めっき処理部22を固定し、管状空間内にめっき処理部21のみを露出させる。
この実験では、ワーク2として、真鍮製テストピース(長さ44mm×幅11mm×厚さ0.6mm)を使用した。管状空間13は、ワーク2の外壁とケース内壁との距離を2mmとした。噴射口33,34から噴射されるめっき液の流量を12L/min.として、めっき液供給時のレイノルズ数が3000となるように設定した。めっき液は高濃度スルファミン酸Ni浴(スルファミン酸Ni:600g/L、塩化Ni:10g/L、ホウ酸:40g/L)を使用し、浴温を70℃とした。
その結果、限界電流密度225A/dm2、めっき析出速度46μm/min.を達成した。これは、従来の浸漬めっきに対し、約100倍のめっき速度である。
(1)第1実施形態では、狭小空間とした管状空間13を軸方向の一方へ流れるめっき液に管内乱流流れを発生させ、その管状空間内でワーク2にめっき処理を行う。管状空間13を流れるめっき液は、その先に設けられた排出口16から重力方向下側に排出される。
これにより、管状空間13でワーク2の界面を流れるめっき液の流速が速くなる。そのため、ワーク2の界面付近を流れるめっき液の金属イオン濃度が高い状態に保たれ、ワーク2の界面に金属イオンが次々に供給されるので、電気めっきを行う際の限界電流密度を高くすることが可能である。したがって、めっき装置1は、ワーク2にめっき皮膜を短時間で成膜することができる。
また、管状空間13を流れためっき液を重力方向下側へ排出することにより、管状空間13にめっき液が滞留しないので、管状空間13を流れるめっき液の圧力損失が低減される。そのため、管状空間13に管内乱流流れを容易に形成し、ワーク2の界面を流れるめっき液の金属イオン濃度を高い状態に保つことができる。
これにより、上ケース11と下ケース12を密着する1つの動作により、管状空間13を形成すると同時にワーク2を固定することが可能である。したがって、めっき処理の時間を短くすることができる。
これにより、ワーク2のめっき処理部21のみにめっき皮膜が成膜され、非めっき処理部22にはめっき皮膜が殆ど成膜されないので、めっき処理に必要な電流量及びめっき液量等を低減することができる。
これにより、管状空間13を流れるめっき液の圧力損失が低減されるので、噴射口33,34から噴射されためっき液はその流速が低下することなく、開放空間14へ流れる。したがって、管状空間13に管内乱流流れを容易に発生させることができる。
これにより、レイノルズ数を調整し、管内乱流流れを発生させることが可能である。なお、管内乱流の形成には、レイノルズ数2300以上とすることが好ましく、レイノルズ数3000以上とすることがさらに好ましい。
これにより、管状空間13に管内乱流流れを容易に発生させ、ワーク2の界面に次々に金属イオンを供給することができる。
これにより、管状空間13に管内乱流流れを容易に発生させることができる。
これにより、陽極31,32からめっき液に溶解した金属イオンをワーク2に十分に供給することができる。
これにより、ワーク2の界面付近を流れるめっき液の流速が速くなり、陰極30と陽極31,32に電流を供給する限界電流密度を高くすることが可能になるので、ワーク2にめっき皮膜を短時間で成膜することができる。したがって、めっき製品の生産ラインの中で、ワーク2を1個ずつ高速でめっき処理工程を行うことが可能になるので、生産ラインにおける前後工程との同期一貫化を実現できる。その結果、大型のめっき槽を廃止し、設備を小型化することが可能である。さらに、複数のワーク2を一度に大量にめっき処理することがないので、中間製品の在庫管理や輸送等を廃止することができる。
これにより、上ケース11と下ケース12を密着する1つの動作により、管状空間13を形成すると同時にワーク2を固定することが可能である。したがって、めっき処理を高速で行うことができる。
本発明の第2実施形態のめっき装置1の要部拡大断面図を図9及び図10に示す。第2実施形態では、めっき装置1は、ケース11,12の管状空間13の内壁に複数のディンプル18を備えている。ディンプル18は、管状空間13の内壁に設けられた略半球状の溝であり、噴射口33,34から管状空間13に噴射されためっき液の方向を複雑に変化させる。そのため、第2実施形態では、管状空間13に管内乱流流れを容易に発生させることができる。
なお、ディンプル18の形状、配置及び個数等は、管内乱流流れの形成に適するように変更することが可能である。
本発明の第3実施形態のめっき装置1の要部拡大断面図を図11及び図12に示す。第3実施形態では、めっき装置1は、ケース11,12の管状空間13の内壁から管状空間13に突出する複数の柱19を備えている。この柱19は、噴射口33,34から管状空間13に噴射されためっき液の方向を複雑に変化させる。そのため、第3実施形態では、管状空間13に管内乱流流れを容易に発生させることができる。
なお、柱19の形状、配置及び個数等は、管内乱流流れの形成に適するように変更することが可能である。
本発明の第4実施形態のめっき装置1の要部拡大断面図を図13に示す。第4実施形態では、ケース11,12は開放空間を有していない。ケース11,12の管状空間13の軸方向の一方には、ケース12の下側に排出口16が設けられる。排出口16は、管状空間13を流れためっき液を重力方向下側へ排出する。この排出口16の流路断面積は、管状空間13の流路断面積よりも大きい。そのため、管状空間13を流れるめっき液の圧力損失が低減されるので、管状空間13に管内乱流流れを発生させることが可能である。
第4実施形態は、第1実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
上述した第1実施形態の実験例では、Niめっき処理を行った。これに対し、本発明は、例えばZnめっき、Cuめっき、Auめっき、Crめっき、Niめっき等、種々のめっき処理に適用することが可能である。
以上、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、上記第1−第4実施形態を組み合わせることに加え、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
2 ・・・ワーク
11・・・上ケース(ケース)
12・・・下ケース(ケース)
13・・・管状空間
16・・・排出口
17・・・溝
30・・・陰極(電流供給手段)
31,32・・・陽極(電流供給手段)
33,34・・・噴射口(噴射手段)
Claims (13)
- ワーク(2)を収容可能な管状空間(13)を有するケース(11,12)と、
前記管状空間内に前記ワークを固定する固定手段(11,12,17)と、
前記ワークに接続する陰極(30)、及び前記管状空間に設けられた陽極(31,32
)を有し、両電極に電流を供給可能な電流供給手段(30、31,32,35,36)と
、
前記管状空間に固定された前記ワークに向けてめっき液を噴射し、前記管状空間を軸方
向の一方へ流れるめっき液に管内乱流流れを発生させる噴射手段(33,34,41,4
2、43,44)と、
前記管状空間の軸方向の一方に設けられ、前記管状空間を流れためっき液を重力方向下
側へ排出する排出口(16)と、を備え、
前記ケースは、前記管状空間を形成可能な上ケース(11)と下ケース(12)とを有
し、
前記固定手段は、前記上ケース又は前記下ケースの接合面に設けられた溝(17)に前
記ワークを固定することを特徴とするめっき装置(1)。 - 前記ワークは、めっき処理を行うめっき処理部(21)と、めっき処理を行わない非め
っき処理部(22)を有し、
前記固定手段は、前記ケースの前記溝に前記非めっき処理部を固定することにより、前
記めっき処理部のみを前記管状空間に露出させることを特徴とする請求項1に記載のめっ
き装置。 - 前記噴射手段は、前記管状空間の流路断面積、潤辺、及びめっき液の流量を調整し、前
記管状空間内に管内乱流流れを発生させることを特徴とする請求項1または2に記載のめっき装置。 - ワーク(2)を収容可能な管状空間(13)を有するケース(11,12)と、
前記管状空間内に前記ワークを固定する固定手段(11,12,17)と、
前記ワークに接続する陰極(30)、及び前記管状空間に設けられた陽極(31,32
)を有し、両電極に電流を供給可能な電流供給手段(30、31,32,35,36)と
、
前記管状空間に固定された前記ワークに向けてめっき液を噴射し、前記管状空間を軸方
向の一方へ流れるめっき液に管内乱流流れを発生させる噴射手段(33,34,41,4
2、43,44)と、
前記管状空間の軸方向の一方に設けられ、前記管状空間を流れためっき液を重力方向下
側へ排出する排出口(16)と、を備え、
前記噴射手段は、前記管状空間の流路断面積、潤辺、及びめっき液の流量を調整し、前
記管状空間内に管内乱流流れを発生させることを特徴とするめっき装置(1)。 - 前記ケースは、管状空間の軸方向の一方に、前記管状空間よりも流路断面積が大きい開
放空間(14)を有し、
前記排出口は、前記開放空間の重力方向下側に設けられることを特徴とする請求項1か
ら4のいずれか一項に記載のめっき装置。 - 前記ワークは、前記管状空間の軸方向に平行に固定され、
前記噴射手段は、前記ワークに対し垂直にめっき液を噴射することを特徴とする請求項
1から5のいずれか一項に記載のめっき装置。 - 前記噴射手段は、前記陽極に設けられた噴射口(33,34)からめっき液を噴射する
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のめっき装置。 - 前記噴射手段は、前記上ケース側から前記管状空間にめっき液を噴射する上噴射口(3
3)と、前記下ケース側から前記管状空間にめっき液を噴射する下噴射口(34)とを有
し、
前記上噴射口から噴射されためっき液と前記下噴射口から噴射されためっき液とは前記
管状空間で衝突することを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載のめっき装置
。 - 前記ケースの内壁に形成されたディンプル(18)を備えることを特徴とする請求項1
から8のいずれか一項に記載のめっき装置。 - ワーク(2)を収容可能な管状空間(13)を有するケース(11,12)と、
前記管状空間内に前記ワークを固定する固定手段(11,12,17)と、
前記ワークに接続する陰極(30)、及び前記管状空間に設けられた陽極(31,32
)を有し、両電極に電流を供給可能な電流供給手段(30、31,32,35,36)と
、
前記管状空間に固定された前記ワークに向けてめっき液を噴射し、前記管状空間を軸方
向の一方へ流れるめっき液に管内乱流流れを発生させる噴射手段(33,34,41,4
2、43,44)と、
前記管状空間の軸方向の一方に設けられ、前記管状空間を流れためっき液を重力方向下
側へ排出する排出口(16)と、
前記ケースの内壁に形成されたディンプル(18)と、を備えるめっき装置(1)。 - 前記ケースの内壁から前記管状空間に突出する柱(19)を備えることを特徴とする請
求項1から10のいずれか一項に記載のめっき装置。 - ワーク(2)を収容可能な管状空間(13)を有するケース(11,12)と、
前記管状空間内に前記ワークを固定する固定手段(11,12,17)と、
前記ワークに接続する陰極(30)、及び前記管状空間に設けられた陽極(31,32
)を有し、両電極に電流を供給可能な電流供給手段(30、31,32,35,36)と
、
前記管状空間に固定された前記ワークに向けてめっき液を噴射し、前記管状空間を軸方
向の一方へ流れるめっき液に管内乱流流れを発生させる噴射手段(33,34,41,4
2、43,44)と、
前記管状空間の軸方向の一方に設けられ、前記管状空間を流れためっき液を重力方向下
側へ排出する排出口(16)と、
前記ケースの内壁から前記管状空間に突出する柱(19)と、を備えるめっき装置(1)。 - ワーク(2)を収容可能な管状空間(13)を有するケース(11,12)と、
前記管状空間内に前記ワークを固定する固定手段(11,12,17)と、
前記ワークに接続する陰極(30)、及び前記管状空間に設けられた陽極(31,32
)を有し、両電極に電流を供給可能な電流供給手段(30、31,32,35,36)と
、
前記管状空間に固定された前記ワークに向けてめっき液を噴射し、前記管状空間を軸方
向の一方へ流れるめっき液に管内乱流流れを発生させる噴射手段(33,34,41,4
2、43,44)と、
前記管状空間の軸方向の一方に設けられ、前記管状空間を流れためっき液を重力方向下
側へ排出する排出口(16)と、を備えるめっき装置を使用しためっき方法において、
前記固定手段により前記ワークを前記管状空間内に固定する設置工程(S2)と、
前記ワークに接続する前記陰極と前記管状空間に設けられた前記陽極に電流を供給する
電流供給工程(S4)と、
前記噴射手段によりめっき液を前記管状空間に噴射し、前記管状空間を軸方向の一方へ
流れるめっき液に管内乱流流れを発生させ、そのめっき液を前記排出口から排出する乱流
形成工程(S3)と、を含み
前記設置工程は、前記ケースを構成する上ケース又は下ケースに設けられた溝に前記ワークの非めっき処理部を設置した後、前記上ケースと前記下ケースを密着することにより
、前記ワークの前記非めっき処理部を固定し、前記めっき処理部のみを前記管状空間内に
露出させることを特徴とするめっき方法。
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