JP6300062B2 - ドラム電極、ドラム電極の製造方法、めっき装置、樹脂成形体の製造方法及び金属多孔体の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)即ち、本発明は、導電性を有する長尺状の基材の表面に金属をめっきする装置用のドラム電極であって、給電層、前記給電層の表面を被覆する絶縁層、及び前記絶縁層の表面から突出し前記給電層と導通している突起電極を有し、前記ドラム電極の円周方向に前記突起電極が線状に設けられており、前記突起電極は金属製であり、前記基材が三次元網目状構造を有する樹脂成形体である、三次元網目状構造を有する樹脂成形体とその表面に形成された金属めっき膜とを有する樹脂構造体製造用のドラム電極、である。
(1)本発明に係るドラム電極は、導電性を有する長尺状の基材の表面に金属をめっきする装置用のドラム電極であって、給電層、前記給電層の表面を被覆する絶縁層、及び前記絶縁層の表面から突出し前記給電層と導通している突起電極を有し、前記ドラム電極の円周方向に前記突起電極が線状に設けられているドラム電極、である。
上記(1)に記載のドラム電極を用いることにより、めっき槽中で長尺状の基材に給電して基材の表面に金属を電着させることができる。また、本発明者等の鋭意探求の結果、ドラム電極の表面に円周方向に線状の突起電極を設けることで、めっき槽中において長尺状の基材に対して充分均一に金属を電気めっきすることが可能となることが見出された。
なお、本発明のドラム電極においては、突起電極が線状に設けられているとは、円周方向に連続してつながっている線状の場合と、一部に切り欠き部があって不連続な線状の場合とを含むものとする。さらに、突起電極は円周方向に対して完全に平行である必要はなく、60°以内の傾きを有していてらせん状に形成されている場合も含むものとする。
後述するように、本発明の実施形態に係るドラム電極は、使用中のメンテナンスの方法によっては突起電極の高さが位置によって異なるようになるが、そのようなドラム電極であっても基材表面に金属めっきをするために好ましく用いることができる。このためドラム電極の使用中のメンテナンス方法の選択肢が多くなる。
本発明の実施形態であるドラム電極は、例えば銅板のように電気抵抗が小さい長尺状の基材に対しても好ましく用いることができるが、基材が三次元網目状構造を有する樹脂成形体の場合により高い効果が発揮される。すなわち、基材がカーボンを塗布して導電化処理した三次元網目状構造を有する樹脂成形体などの場合には、電気抵抗が大きいため、従来のドラム電極ではめっき電圧が高くなって基材である樹脂が焼き切れる可能性がある。また、樹脂成形体の厚み方向の中心部やドラム電極と接触する面と反対側の面にまで均一にめっき膜を形成することが困難である。これに対し、本発明の実施形態に係るドラム電極は、円周方向に線状の突起電極が設けられていることにより液中で直接めっきできるため、基材の抵抗を小さくすることができる。また、樹脂成形体の多孔質部の内部にまで均一にめっき膜を形成することができる。
なお、以下では三次元網目状構造を有する樹脂成形体のことを単に樹脂成形体とも記載する。
(5)本発明の別の実施形態であるドラム電極の製造方法は、中央に貫通孔を有するドーナッツ状の絶縁性円板及び金属製円板を交互に重ねて円筒状にする工程と、前記絶縁性円板及び前記金属製円板の前記貫通孔に円柱状の給電材を挿入して固定する工程と、を有するドラム電極の製造方法、である。
上記(4)又は上記(5)に記載のドラム電極の製造方法により、上記(1)に記載の本発明のドラム電極を容易に製造することができる。
上記(6)に記載のめっき装置は、上記(1)又は上記(2)に記載のドラム電極を用いることから、従来のめっき装置に比べてドラム電極の過度のメンテナンスが不要であり、容易に表面に金属めっき膜を有する樹脂構造体を製造することが可能となる。
(8)本発明の金属多孔体の製造方法は、三次元網目状構造を有する樹脂成形体の表面に導電性を付与する工程と、めっき槽中に設けられたドラム電極を用いて、前記樹脂成形体の表面に金属をめっきして樹脂構造体を得る工程と、前記樹脂構造体から前記樹脂成形体を除去して金属多孔体を得る工程と、を有する金属多孔体の製造方法であって、前記ドラム電極が上記(1)又は上記(2)に記載のドラム電極である金属多孔体の製造方法、である。
上記(7)に記載の樹脂構造体の製造方法及び上記(8)に記載の金属多孔体の製造方法は、上記(1)から上記(3)のいずれか一項に記載のドラム電極を用いることからドラム電極の製造にかかるコストを抑制することができ、樹脂構造体又は金属多孔体をより安価に提供することが可能となる。また、ドラム電極のメンテナンスが比較的容易なことから操業中の管理の負担を少なくすることができ、樹脂構造体又は金属多孔体をより容易に提供することが可能となる。
本発明の実施形態に係るドラム電極等の具体例を以下に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
本発明の実施形態に係るドラム電極は、導電性を有する長尺状の基材の表面に金属をめっきする装置用のドラム電極である。そして、前記ドラム電極は、図1に示すように、給電層11、絶縁層12、及び突起電極13を備えている。絶縁層12は給電層11の表面を被覆しており、突起電極13は絶縁層12の表面から突出し給電層11と導通するように形成されている。そして、突起電極13はドラム電極1の円周方向に線状に形成されている。
例えば、カーボン塗布により導電性を付与した発砲ウレタン樹脂に溶融塩中でアルミニウムをめっきする場合には、絶縁層12の幅が4〜12mm程度、突起電極13の幅が1〜4mm程度で交互に並べて形成されていることによって良好に電気めっきを行うことができる。
また、前述のように、基材が三次元網目状構造を有する樹脂成形体の場合には、本発明の実施形態に係るドラム電極の能力が高く発揮される。
三次元網目状構造を有する樹脂成形体としては、例えば、ポリウレタン、メラミン樹脂等を用いて作製された発泡樹脂成形体を利用することができる。なお、発泡樹脂成形体と表記したが、連続した気孔(連通気孔)を有するものであれば任意の形状の樹脂成形体を選択できる。例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン等の繊維状の樹脂を絡めて不織布のような形状を有するものも発泡樹脂成形体に代えて使用可能である。
また、めっきを行う金属の種類は特に限定されず、基材表面の加工用途に応じて適宜選択可能である。例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、亜鉛、スズ、クロム、銀、金などが挙げられる。
(製造方法の実施形態1)
前記本発明の実施形態に係るドラム電極は、円柱状の給電層の表面を絶縁層で被覆する工程(絶縁層形成工程)と、前記絶縁層の表面の一部を円周方向に線状に前記給電層の表面に達するまで除去する工程(絶縁層の一部除去工程)と、前記給電層の線状に露出した表面に金属をめっきして前記絶縁層の表面よりも高くなるように突起電極を形成する工程(突起電極形成工程)と、を有するドラム電極の製造方法により製造することができる。
まず、給電層となる円柱状の導電性材料を用意する。給電層の材質は前述のように導電性のものであれば特に限定されず、各種金属を好ましく用いることができる。また、給電層は一層であってもよいし二層以上が積層されていてもよい。
絶縁層は前述のように絶縁性であり、また、ドラム電極を設置するめっき槽中で接触するめっき液に対して安定なものであればよい。例えば、絶縁性の樹脂を用いる、給電層の表面に陽極酸化膜を形成する、などの方法により絶縁層を形成することができる。
前記の工程を経ることで、給電層の表面全体が絶縁層でコーティングされた状態となっているので、この絶縁層の表面のうち、突起電極を形成する部分に溝を形成する。そしてこの溝が絶縁層の下側にある給電層の表面に達するまで絶縁層を除去する。
このとき、溝を複数形成し、各溝を円周方向に平行に連続して形成すれば、絶縁層と突起電極とが交互に並んだドラム電極を製造することができる。また、各溝において、円周方向に完全には連続させずに、一部において溝を形成しない部分を設けておけば、一部に切り欠きを有する突起電極を形成することができる。更には、溝を円柱方向に若干の角度(60°以内)をもって連続して形成すれば、ドラム電極表面にらせん状に突起した突起電極を形成することができる。
上記のようにして絶縁層に溝が形成されて給電層の表面が露出した部分に突起電極を形成する。突起電極は導電性のものであれば特に限定されず、各種金属材料を好ましく用いることができる。また、前述のように、基材にめっきする金属と同じ材質の金属で形成されていることが好ましい。
前記本発明の実施形態に係るドラム電極は、中央に貫通孔を有するドーナッツ状の絶縁性円板及び金属製円板を交互に重ねて円筒状にする工程と、前記絶縁性円板及び前記金属製円板の前記貫通孔に円柱状の給電材を挿入して固定する工程と、を有するドラム電極の製造方法、によっても製造することができる。
金属製円板23は前述の突起電極となるものであるから、導電性のものであれば特に限定されず、各種金属材料を好ましく用いることができる。また、基材にめっきする金属と同じ材質の金属であることが好ましい。
給電層は前述のように導電性のものであれば特に限定されず、各種金属を好ましく用いることができる。また、給電層は、一層であってもよいし、二層以上が積層されていてもよい。
図4及び図5に、上記の方法によって得られるドラム電極の表面部分の拡大断面図をしめす。図4は、給電層を複数層積層して形成し、その表面部分を絶縁層42で被覆し、当該絶縁層42に溝を設けてその部分に突起電極43を形成した例である。また、図5は、絶縁性円板52と金属製円板53とを交互に並べて固定することによって作製した例である。
本発明に係るめっき装置は、めっき槽中に設けられたドラム電極を用いて、導電性が付与された長尺状の基材の表面に金属をめっきするめっき装置であって、ドラム電極が前記本発明のドラム電極であるめっき装置、である。
本発明に係る樹脂構造体の製造方法は、長尺状の樹脂製の基材の表面に導電性を付与する工程と、めっき槽中に設けられたドラム電極を用いて、前記基材の表面に金属をめっきして表面に金属めっき膜を有する樹脂構造体を得る工程と、を有する樹脂構造体の製造方法であって、前記ドラム電極が前記本発明のドラム電極である樹脂構造体の製造方法、である。
本発明の樹脂構造体の製造方法は、ドラム電極に上記の本発明のドラム電極を用いていれば、その他の工程は従来の樹脂構造体の製造方法と同様にして行うことができる。
また、基材となる長尺状の樹脂製の基材は、前述のように表面に金属をめっきする用途のあるものであればよい。基材の表面に導電性を付与する方法としては、例えば、ペースト状にしたカーボン粉末を基材表面に塗布する方法などが挙げられる。
本発明に係る金属多孔体の製造方法は、三次元網目状構造を有する樹脂成形体の表面に導電性を付与する工程と、めっき槽中に設けられたドラム電極を用いて、前記樹脂成形体の表面に金属をめっきして樹脂構造体を得る工程と、前記樹脂構造体から前記樹脂成形体を除去して金属多孔体を得る工程と、を有する金属多孔体の製造方法であって、ドラム電極が前記本発明のドラム電極である金属多孔体の製造方法、である。本発明の金属多孔体の製造方法は、ドラム電極に上記の本発明のドラム電極を用いていれば、その他の工程は従来の金属多孔体の製造方法と同様にすることができる。
<ドラム電極1の製造>
厚さが1mmで直径が200mmのアルミニウム製の円板を24枚用意し、全ての円板の中央部に直径40mmの貫通孔を形成した。
厚さが4mmで直径199mmの塩化ビニル製の絶縁性円板を25枚用意し、全ての円板の中央部に直径40mmの貫通孔を形成した。
そして、上記アルミニウム製円板と絶縁性円板とを交互に並べてボルトによりしっかりと固定した。中央の貫通孔部には直径が39mmで長さが250mmのチタン製の給電層を挿入し、治具によってしっかりと固定した。これにより、円周方向に連続した線状の幅1mmの突起電極が4mmごとに形成されたドラム電極1が得られた。
このようにして得られたドラム電極1の突起電極について、表面を粗くするためにアルミニウムめっき処理を行った。
(基材)
基材として、厚さ1mm、気孔率95体積%、1インチ当たりの気孔数(セル数)約50個の発泡ウレタンを用意した。そして、この発泡ウレタンをカーボン懸濁液に浸漬して乾燥させることにより導電性を付与させた。カーボン懸濁液の成分は、黒鉛とカーボンブラックを17質量%、樹脂バインダーを7質量%含み、更に、浸透剤及び消泡剤を含むものとした。カーボンブラックの粒径は0.5μmとした。
めっき液として、塩化アルミニウム(AlCl3)と1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(EMIC)との混合比がモル比で2:1となるように混合して溶融塩を準備し、これをめっき槽中に充填した。
めっき槽中にはアノード電極としてアルミニウム製の電極と、カソード電極として上記で作製したドラム電極1を設置した。
上記の構成の金属多孔体の製造装置に、上記で用意した導電性を付与した発泡ウレタンを基材として供給し、アルミニウムの電気めっきを行うことで金属多孔体1を製造した。基材の速度は17mm/minとし、通電電流密度は8A/dm2とした。
また、ドラム電極1の上方部分に切削用バイトを設け、突起電極表面に電着するアルミニウムを適宜切削する構成とした。切削用バイトの設置位置は、絶縁層の表面から1mmの位置とし、円周方向と直行する方向に往復して動かすようにした。
<ドラム電極2の製造>
直径が200mmのアルミニウム製ドラムを用意し、その表面に、円周方向に連続した線状の突起を4mmごとに24本形成した。前記突起の幅は1mmとした。また、前記突起の高さは1.5mmとした。
前記アルミニウム製ドラムの全面にフッ素樹脂(ETFE)を0.6mm厚でコートした。前記突起の表面にも前記フッ素樹脂層が形成されたため、前記突起の表面が露出するまでフッ素樹脂コート面を削って面出しを行った。そして、フッ素樹脂の表面から露出した突起(アルミニウム)の表面にアルミニウムめっきを0.5mm成長させた。これにより、円周方向に連続した線状の幅1mmの突起電極が4mmごとに形成されたドラム電極2が得られた。図6に、ドラム電極2の表面部分の拡大断面図を示す。図6中の62は絶縁層としてのフッ素樹脂である。
<金属多孔体2の製造>
実施例1における金属多孔体1の製造において、ドラム電極1の替わりにドラム電極2を用いた以外は実施例1と同様にして金属多孔体2を製造した。
<ドラム電極3の製造>
直径が200mmのアルミニウム製ドラムを用意し、その表面をアルマイト処理することでアルミニウムの陽極酸化皮膜を形成した。アルミニウムの陽極酸化皮膜の厚さは10μm程度であった。
前記陽極酸化皮膜を形成したドラムの表面に、円周方向に連続した溝を4mmごとに24本形成した。溝の幅は1mmとした。また、溝の深さは0.5mmとした。そして、このドラムの表面をアルミニウムめっき処理することで、前記溝にアルミニウムめっきを成長させた。アルミニウムめっきは陽極酸化皮膜の表面から0.5mm突出するように形成した。これにより、円周方向に連続した線状の幅1mmの突起電極が4mmごとに形成されたドラム電極3が得られた。図7にドラム電極3の表面部分の拡大断面図を示す。図7中の72は絶縁層としてアルマイトである。
<金属多孔体3の製造>
実施例1における金属多孔体1の製造において、ドラム電極1の替わりにドラム電極3を用いた以外は実施例1と同様にして金属多孔体3を製造した。
<ドラム電極4の製造>
実施例1におけるドラム電極1の製造において、突起電極の幅を2mmとし、絶縁層部分の幅を4mmとした以外は実施例1と同様にしてドラム電極4を製造した。
<金属多孔体4の製造>
実施例1における金属多孔体1の製造において、ドラム電極1の替わりにドラム電極4を用いた以外は実施例1と同様にして金属多孔体4を製造した。
<ドラム電極5の製造>
実施例1におけるドラム電極1の製造において、突起電極の幅を2mmとし、絶縁層部分の幅を8mmとした以外は実施例1と同様にしてドラム電極5を製造した。
<金属多孔体5の製造>
実施例1における金属多孔体1の製造において、ドラム電極1の替わりにドラム電極5を用いた以外は実施例1と同様にして金属多孔体5を製造した。
<ドラム電極6の製造>
厚さが1mmで直径が200mmの銅製の円板を24枚用意し、全ての円板の中央部に直径40mmの貫通孔を形成した。
厚さが4mmで直径が199mmの塩化ビニル製の絶縁性円板を25枚用意し、全ての円板の中央部に直径40mmの貫通孔を形成した。
そして、上記で用意した銅製円板と絶縁性円板とを交互に並べてボルトによりしっかりと固定した。中央の貫通孔には直径が39mmで長さが250mmのチタン製の給電層を挿入し、治具によってしかりと固定した。これにより、円周方向に連続した線状の幅1mmの突起電極が4mmごとに形成されたドラム電極6が得られた。
<金属多孔体6の製造>
実施例1における金属多孔体1の製造において、めっき液としてアルミニウムめっき液の替わりに銅めっき液を、アノード電極としてアルミニウム製の電極の替わりに銅製の電極を、ドラム電極1の替わりにドラム電極6を用いた以外は実施例1と同様にして金属多孔体6を製造した。なお、銅めっき液としては、硫酸銅70g/L、硫酸200g/Lの組成のものを用いた。
<ドラム電極7の製造>
実施例6におけるドラム電極6の製造において、幅が9mmの絶縁性円板を用いた以外は実施例6と同様にしてドラム電極7を製造した。
<金属多孔体7の製造>
実施例6における金属多孔体6の製造において、ドラム電極6の替わりにドラム電極7を用いた以外は実施例6と同様にして金属多孔体7を製造した。
実施例1〜実施例7において作製した金属多孔体は、発泡ウレタンの表面にアルミニウム又は銅が良好にめっきされていることが確認された。アルミニウム又は銅の目付量の幅方向のばらつきは、狙いの目付量の±15%以内であった。
11 給電層
12、22、42、52、62、72 絶縁層
13、23、43、53、63、73 突起電極
32 分割された絶縁層
81 従来のドラム電極
82 突起
83 アノード
84 めっき槽
85 めっき液
Claims (6)
- 導電性を有する長尺状の基材の表面に金属をめっきする装置用のドラム電極であって、
給電層、前記給電層の表面を被覆する絶縁層、及び前記絶縁層の表面から突出し前記給電層と導通している突起電極を有し、
前記ドラム電極の円周方向に前記突起電極が線状に設けられており、
前記突起電極は金属製であり、
前記基材が三次元網目状構造を有する樹脂成形体である、
三次元網目状構造を有する樹脂成形体とその表面に形成された金属めっき膜とを有する樹脂構造体製造用のドラム電極。 - 前記ドラム電極上の位置において、前記突起電極の高さに差がある請求項1に記載のドラム電極。
- 円柱状の給電層の表面を絶縁層で被覆する工程と、
前記絶縁層の表面の一部を円周方向に線状に前記給電層の表面に達するまで除去する工程と、
前記給電層の線状に露出した表面に金属をめっきして前記絶縁層の表面よりも高くなるように突起電極を形成する工程と
を有するドラム電極の製造方法。 - めっき槽中に設けられたドラム電極を用いて、導電性が付与された三次元網目状構造を有する長尺状の基材の表面に金属をめっきするめっき装置であって、
前記ドラム電極が請求項1に記載のドラム電極であるめっき装置。 - 三次元網目状構造を有する長尺状の樹脂製の基材の表面に導電性を付与する工程と、
めっき槽中に設けられたドラム電極を用いて、前記基材の表面に金属をめっきして表面に金属めっき膜を有する樹脂構造体を得る工程と、
を有する樹脂構造体の製造方法であって、
前記ドラム電極が請求項1に記載のドラム電極である樹脂構造体の製造方法。 - 三次元網目状構造を有する樹脂成形体の表面に導電性を付与する工程と、
めっき槽中に設けられたドラム電極を用いて、前記樹脂成形体の表面に金属をめっきして樹脂構造体を得る工程と、
前記樹脂構造体から前記樹脂成形体を除去して金属多孔体を得る工程と、
を有する金属多孔体の製造方法であって、
前記ドラム電極が請求項1に記載のドラム電極である金属多孔体の製造方法。
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