JPH06306700A - 電気化学的処理方法とそのための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属の電気化学的処理，即ち電解研削・研磨
と電気めっきを高速で実施するための装置とこの装置を
用いた電解研削・研磨，電気めっき等の高速電気化学的
処理の実施方法を提供する。 【構成】 本発明は，基本的に，使用する電気化学的装
置として，円筒状回転セル部とこのセルから処理液の
飛散を防止するための周辺カバー，回転セルを変速・
作動するための駆動系，処理液貯槽，処理液を高速
噴射するためのポンプ・配管系，および電気化学的処
理制御用電源で構成されていて，この装置を用いて各種
金属の被覆または電着のための高速電気化学的処理を実
施する。本発明の電気化学的装置およびこの装置を用い
た電気化学的処理方法では，噴流ポンプ能力と電解セル
の大きさにも依るが，噴流と被処理物に加わる回転の組
合せによる合力速度として５〜３７ｍ／秒，処理電流密
度としては，１〜２００Ａ／ｄｍ^２程度が容易に実現す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，金属の電気化学的処
理，即ち電解研削・研磨とその反対となる処理に当たる
電気めっきを高速で実施するための装置とこの装置を用
いた電解研削・研磨，電気めっき等の高速電気化学的処
理の実施方法を提供する。

【０００２】更に，これらの電気化学的処理は，高速電
解研削・研磨と高速電気めっきを実施するためのコンパ
クトで新規な電気化学的処理装置とこの装置を用いた電
気化学的処理方法を提供することにある。

【０００３】この場合，電解研削・研磨の対象となる金
属は，アルミニウムとその合金，銅とその合金，鉄とス
テンレス等の鉄合金等で特に鉄，非鉄の種類を問わな
い。

【０００４】また，電気めっきに関しても種類として
は，ニッケルめっきとニッケル合金めっき，金めっきと
金合金めっき，銀めっき，亜鉛めっきと亜鉛合金めっ
き，錫めっき，ハンダめっき等で，高速めっき用の組成
が得られるものなら特に制限は無い。

【０００５】

【従来の技術】従来から，高速電解研削・研磨および高
速電気めっきに関する技術は種々提案されて来たが，い
ずれも高価で大掛かりな装置を必要とし，中小の企業が
生産設備を導入を検討する場合や，中小企業であるなし
に関わらず高速研磨やめっきに関する研究開発のために
装置を導入する際，従来の高速処理装置では，余りに高
価であり，また装置自体が大きいために設置スペースが
狭い工場内や実験室に簡便に設置することは困難であっ
た。

【０００６】本発明では，高速電解研削・研磨および高
速電気めっきを簡易に実施する方法とそのための装置を
提供するもので，主に全面研削や研磨または全面めっき
を行うものであるが，場合によっては研削・研磨または
めっきを必要としない部分にマスキングを施して，部分
処理することも可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来技術の問題点は，
高速電解研削・研磨および高速電気めっきを実施するに
当たって，特に連続処理を検討する場合，研削・研磨液
やめっき液組成，研削・研磨またはめっき条件を設定・
検討する必要があっても，設備装置が高価であると同時
に装置自体が大掛かりで，装置メーカーが設備を設置・
調製が終了したとしても，装置の所有者が実際に装置を
生産のために使用するには，必要な容量の処理液を調製
し，無視出来ない量の被処理素材を使用して条件設定を
行わなければならなかった。

【０００８】この結果，運良くすぐに生産可能になれば
良いが，条件が整わずに何度も実機テストを繰り返さな
ければならない場合の素材消費コストは漠大で大きな損
失となっていた。

【０００９】また従来の装置は，少品種多量生産には向
いているが，多品種少量生産の場合には向かず，特に加
工受注を前提として更に少量のサンプル付けを実施した
り，新しい加工に関する研究開発を実施する際にこれら
の従来装置は特に向かず，作業・生産効率や開発効率が
殆ど望めない。

【００１０】この様な従来の状況に対して，本発明は，
小型であってしかも従来設備が持つ高速電気化学的処理
能力を損なわずに，電解研削，電解研磨や電気めっき等
を高速で実現する電気電気化学的処理方法とそのための
高速処理装置を提供する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の高速電気化学的
処理装置は，最も小さい場合は，事務机上に充分設置出
来る大きさであり，処理液槽容量も最小限では２〜５Ｌ
程度で賄うことが出来る。これに対して，上限は設置ス
ペース，設備予算，生産計画その他の制限次第で特に限
定はない。

【００１２】このために処理される金属素材は，１バッ
チ当りの必要量が３ｄｍ^２程度が可能となり，装置設
備，処理液，素材のいずれも従来では考えられない程ス
ケールを小さくすることが出来る。

【００１３】それにも関わらず，本発明では，実施され
る電気化学的処理は噴流ポンプ能力と電解セルの大きさ
にも依るが，噴流と被処理物に加わる回転の組合せによ
る合力速度として５〜３７ｍ／秒，処理電流密度として
は，１〜２００Ａ／ｄｍ^２程度が容易に実現出来る。

【００１４】また必要ならば，電解研削と電解研磨を同
時一工程で実施する目的のために，本発明の装置に付属
装置として電解液を流動させるポンプの速度制御と電解
電圧（または電流密度）を同期させて制御する機構を付
随させることが出来る。

【００１５】この目的のためには，電解液の流速と電解
電圧（または電流密度）を同期させて交互に繰り返し
て，電解研削の際には高流速／高電解電圧（または高電
流密度）とし，電解研磨の際には低流速／低電解電圧
（または低電流密度）にして，金属表面の大きな凹凸を
削り取る研削作用と，ミクロな凹凸を削りって鏡面を形
成する研磨を一工程で実施するもので，原理自体は本発
明者らが特願 平５−２８２３８の記載に基づくもの
で，本発明は更に高速加工を実現したものである。

【００１６】

【手段の詳細な説明】本発明は，基本的に使用する電気
化学的装置として，被処理物保持機構と対向電極を持
った回転円筒状セル部とこのセルから処理液の飛散を防
止するための周辺カバー，回転セルを変速・作動する
ための駆動系，処理液貯槽，処理液を高速噴射する
ためのポンプ・配管系，および電気化学的処理制御用
電源で構成されているが，更にオプションとして，噴
流ポンプと電気化学的処理制御電源の同期制御装置を持
つ場合も本発明装置の１つとして含む。

【００１７】この装置は，円筒状電解セル内へ円筒の中
心部から円周方向へ電解液を噴射し，電解セル内では被
処理物と電極とが５ｍｍ以下の狭間隔で対向していて少
なくともどちらか一方が回転する回転セル機構を有し，
被処理物を任意の極性に於いて電解電圧または電解電流
密度を制御する機構を有した金属表面の高速電気化学的
処理装置であり，本発明装置を用いて各種金属の被覆ま
たは電着のための高速電気化学的処理を実施する方法も
また本発明の目的の１つである。

【００１８】本発明の電気化学的処理装置を図１の装置
概念図に基づいて説明すると，図の右側が本体装置の回
転セル部１，電解液（処理液）貯槽５，噴射ポンプ吸入
口６，電解液（処理液）７，噴射ポンプ８によって電解
液の噴流輸送系が構成されている。

【００１９】また，図１の左側は本発明の装置の電解電
源部１５を含む電解電源部１７，噴流ポンプ駆動電源１
６，およびこれらを同期制御する電源制御装置１８から
構成されていて，この制御装置１８は電解研削・電解研
磨や電気めっきを同時実施する際に「噴流流量と，任意
の極性に於ける電解電圧（または電流密度）」を同期制
御するのに用いることが出来る。

【００２０】更に，図１のセルカバー４で覆われた部分
の上部に位置する円筒状の回転セル部１を，図２に従っ
て詳細に説明すると，回転セル部１の中にあって下向き
に被処理物９を保持して回転する被処理物支持台２，回
転の中心となる被処理物固定軸１４と，これに対して上
向き垂直方向に処理液を噴射供給する噴射ポンプ噴出口
１０および噴射ポンプから電解液をセルまで導く液輸送
経路１３からなり，この処理液噴出口の周囲には被処理
物９と平行に対向する電極１１を固定して持つ電極部か
ら構成されていて，このうち被処理物９側と対向する電
極１１側の少なくともどちらか一方が回転する。

【００２１】更にセル部１に於いて，被処理物支持合２
は，ステンレス，テフロンを被覆した鉄鋼材，または塩
化ビニル，ポリプロピレン等のプラスチックで形成され
ており，被処理物が円盤状の平板であれば支持合はステ
ンレス製で良いが，プレス成形したリードフレーム材・
コネクタ材等の場合は，プラスチック製支持台上にステ
ンレス製の被処理物固定軸１４に被処理物を密着させ
て，更に図３で示す様にプラスチック製の固定軸カバー
１５で支持台上に固定して処理する。

【００２２】ここで被処理物固定軸１４は，金属製の被
処理物支持台２を介して被処理物に給電するか，または
被処理物支持台が非通電性材質の場合は直接被処理物に
密着接触して必要な電流を給電する役割を持つ。

【００２３】本発明の装置各部分の材質は，電解研削，
電解研磨あるいは電気めっきで用いられる腐食性溶液に
耐えるために，金属材質としては上記ステンレス材やゴ
ムライニングを施した鉄鋼材，プラスチック材としては
塩化ビニル，ポリプロピレン，テフロン等が使用可能で
ある。

【００２４】

【作用】本発明にあっては，装置がコンパクトなので仮
に噴流ポンプの吐出容量が１０〜７０Ｌ／秒程度であっ
ても，本装置では少量の液量で大きな噴流速度を生じさ
せることが出来る。

【００２５】そのためには，電極と被処理物で形成され
る噴流経路の距離（幅）を５ｍｍ以下（望ましくは，３
ｍｍ以下）としていて，例えば，噴流経路の距離（幅）
を１ｍｍとした場合を以下に説明する。

【００２６】上記で分速で表示したポンプ吐出容量は，
毎秒０．１６７〜１．１６７Ｌとなる。

【００２７】処理液噴流は，セルの中心部から円筒セル
外周方向へ放射状に広がって，厚み１ｍｍ，半径０．２
〜０．６ｍ／秒の円盤を形成することになり，平均噴流
速度はこの時の半径に等しく，０．２〜０．６ｍ／秒が
得られることになる。

【００２８】しかし，直径１００ｍｍφの被処理物の場
合，被処理物の外周を１秒間で通過する液量は，上述の
毎秒当りのポンプ流量から被処理物面積（７８．５ｃｍ
^２）の厚み１ｍｍ分の体積を差し引いた量になる。

【００２９】被処理物外周を１秒間に通過する噴流の速
度は，この外周通過液量を被処理物外周長さと幅１ｍｍ
を持つ断面積で除して得られ，ポンプ流量の１０〜７０
Ｌ／秒に対応して，５〜３７ｍ／秒となり，装置自体が
非常にコンパクトであるにも関わらず，電気化学的処理
を高速で実施するのに充分な速度効果が得られことが分
かる。

【００３０】ところで，本装置は円筒状セルの中心部か
ら円周方向への上記の液噴流が得られるのに加えて，更
にセル自体が回転運動する機構を持つ。

【００３１】本発明の装置では，この回転運動は可変で
あって，０〜１００回転／秒が得られる。

【００３２】被処理物直径１００ｍｍφでは，１回転／
秒の場合，周速０．３ｍ／秒程度が得られ，結局，噴流
の被処理物外周通過速度と回転速度のベクトル和で現さ
れる速度が加わることになり，被処理物外周に於ける噴
流通過速度が５〜３７ｍ／秒の場合，全ベクトル和速度
も５〜３７ｍ／抄となる。

【００３３】外周噴流通過速度が低い場合は，セル回転
によってベクトル和速度を大幅に押し上げる効果があ
り，同じ被処理物直径１００ｍｍφで，外周噴流通過速
度が例えば０．２ｍ／秒であっても，１回転／秒とする
と，被処理物外周速度は０．３１ｍ／分，全ベクトル和
は約１．２倍の０．３７ｍ／秒となり，回転数に応じて
回転作用が速度を押し上げる効果がある。

【００３４】この様にベクトル和速度は，平均噴流速度
が小さい程，回転による周速の関与の影響が大きくな
り，外周噴流速度が大きいと回転の周速にあまり影響さ
れなくなる。

【００３５】もう１つ本発明の装置上の長所として挙げ
られるのは，本発明の装置では噴流が通過する経路の幅
が従来装置に比べて非常に狭く，この経路へ強制的に噴
流を通過させるので，通路壁面近傍と沖合いの流速差が
出来にくい。

【００３６】このことは，電解研削・電解研磨，および
電気めっきに於いて噴流流速によって可能な被加工金属
面のコントロール，例えば電気二重層の形成・除去が効
率よく実施出来ることになる。

【００３７】

【実施例】次に実施例を上げて本発明の効果を説明す
る。

【００３８】＜実施例１＞図１に示した装置を用いて，
１００ｍｍφ×０．３ｍｍｔの真鍮材（ＪＩＳＨ３１０
０：Ｃ２８０１）を，ユケン工業株式会社製の電解研磨
液パクナＥを用い，セル回転数を１回転／秒として，２
４Ａ／ｃｍ^２で１秒間電解研削した結果，素材の表面傷
が除去され，目視では殆ど鏡面状の仕上がりが得られ
た。

【００３９】＜実施例２＞実施例１と同様に図１に示し
た装置を用いた。被めっき素材は，実施例１で鏡面研磨
処理した１００ｍｍφ×０．３ｍｍｔの真鍮材を酸活性
化，水洗して下記組成に調製したスルファミン酸ニッケ
ルめっき浴を用いて，１０Ｌ／分のポンプ流量，セル回
転数を３回転／秒としてめっき電流密度１００Ａ／ｄｍ
^２で１５秒間めっきして，３．１μｍのニッケル電着皮
膜を得た。

【００４０】スルファミン酸ニッケルめっき浴： スルファミン酸ニッケル・・・・・・・・５００ｇ／Ｌ 塩化ニッケル ・・・・・・・・ ５ｇ／Ｌ ホウ酸 ・・・・・・・・ ４０ｇ／Ｌ 市販ピット防止剤 ・・・・・・・・ １ｍｌ／Ｌ ＰＨ ・・・・・・・・ ４．１ 温度 ・・・・・・・・ ５５℃

【００４１】

【発明の効果】本発明の効果としては，実施例で示した
様に，噴流と被処理物の回転の組合せを行うことによっ
て，従来の電解研削・電解研磨，電気めっきのための高
速加工装置に比べて，非常にコンパクトかつ簡易な機構
を持つ装置により，多品種少量規模の生産，加工サンプ
ルを作成する上で処理液量・被処理素材を浪費すること
なく，１〜２００Ａ／ｄｍ^２程度をカバーする高効率加
工が実現出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高速電気化学的処理装置の概念を図示
したものである。

【図２】本発明の高速電気化学的処理装置セル部分を拡
大して示したものである。

【図３】図２のセル部に於いて，非円盤状素材，例えば
リードフレーム材を処理する際に，プラスチック製の被
処理物支持台１上に，被処理物（リードフレーム材）９
をプラスチック製固定軸カバー１９で固定した例を図示
したもの。

【符号の説明】 １．．．回転セル部 １４．．．ポンプの液輸送経路 ２．．．被処理物支持合 １５．．．直流電源出力部 ３．．．セル回転駆動部 １６．．．ポンプ駆動電源 ４．．．セルカバー １７．．．電解電源部 ５．．．電気化学的処理液貯槽 １８．．．噴流／電解電流同期の ６．．．噴射ポンプ吸入口 ための電源制御装置 ７．．．電気化学的処理処理液 １９．．．回転軸カバー ８．．．噴射ポンプ （プラスチック製） ９．．．被処理物 １０．．．噴射ポンプ噴射口 １１．．．電極 １２．．．電解液（処理液）噴出方向 １３．．．処理液の流出方向

【手続補正書】

【提出日】平成５年７月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状電解セル内へ円筒の中心部から円
   周方向へ電解液を噴射する機構と，電解セル内に被処理
   物と電極とが５ｍｍ以下の狭間隔で対向して少なくとも
   どちらか一方が回転する回転セル機構を有し，更に被処
   理物を任意の極性に於ける電解電圧または電解電流密度
   を制御する機構を有した金属表面の高速電気化学的処理
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載した該高速電気化学的装
   置に於いて，被処理物を任意の極性に於ける電解電圧ま
   たは電解電流密度を噴流ポンプ流量と同期して制御する
   機構を有した金属表面の高速電気化学的処理装置。
3. 【請求項３】 請求項１・２に記載した高速電気化学的
   処理装置を用いて，電解研削・電解研磨および電気めっ
   きを高速で行う方法。