JPS58197279A - 一体型の陰極基体および支持体の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の関連する技術分野〕 この発明は一体型の陰極基体と支持体の選択エツチング
法に関し、特にそｈだけではないが、一体型の円筒形バ
イメタル陰極基体と支持スリーブの選択エツチング法の
改良に関する。

〔従来技術〕

一体型のバイメタル陰極基体と支持スリーブは１９７６
年７月２３日発送のアールｅシー・ニー技報（ＲＣＡ　
　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　　Ｎｏｔｅｓ　）第１１５９Ｊ
８−掲載のターンプル（Ｊ、Ｃ，Ｔｕｒｎｂｕｌｌ　）
の論文に開示さｈている。この一体型部品は一般的にニ
ッケルクロム合金のような構造合金の薄い円筒および端
壁に一体に支持されたカップ状のニッケル合金製陰極基
体として説明され、圧着その他の方法で接合された２つ
の合金層より成るバイメタル積層板から製造される。

この一体型バイメタル部品は米国特許第３４３２９００
号開示の一般的方法によシ製造さｈて来た。この方法で
は、カップ部とスリーブ部をバイメタルの積層板から深
絞りした後、そのニッケル合金層の所要部分を耐食性材
料で一時的に被覆し、無被覆部分をエツチング液でエツ
チングする。捷た１９８０年１１月２５日付米国特許願
第２１０２４６号開示の別の方法では、ニッケル合金層
の所要部分をこり、にシリコンゴム板のような耐食可圧
縮性薄板の表面部分を一時的に押し付けることにより選
択的に被覆する。こわらの従来法では伺わもエツチング
液槽にその部品を浸漬するか、その部品にエツチング液
を圧送接触させることによフニッケル合金層の無被覆部
分をエツチングする。

後者の方法の大量生産型式では、複数個の円筒状部品を
各別の心細に取付け、その各端壁を同一平面上において
共通の可圧縮性薄板に押し込む。

この薄板はこの全部品を収容する共通の９房の１壁面を
構成する。この９房にエツチング液を圧送溢出させてこ
ｈをエツチング液で満たす。この方法によシ部品を大量
生産してエツチング時間を短縮すると共に９房の部品収
容数を増すことを試みら九たが、エツチングした部品に
汚れその他の欠点が生ずることで失敗に終った。これら
の欠点は空房内の小気泡が部品表面の局部領域のエツチ
ングを妨げたシ遅らせたりすることによシ発生すると考
えらり、空房内のエツチング液の流量を増したシその方
向を制御する等によシこの問題を解く種々の試みにより
、いくつかの欠陥は減少したが他の欠陥が増加した。

〔発明の開示〕

この発明の方法によるエツチングでは、エツチングする
部品にエツチング液の一様な軟弱流を交互に接触させた
り離したりすると共に、そのエツチング液が重力により
その部品から流れ去るようにしてあり、これによってエ
ツチング液に含まわるガスやエツチングで発生するガス
をエツチング中に放出することができる。その上部品に
対して流ｈ−を動かすことはエツチング液を新しく供給
するば力・りでなく、部品の周囲に存在するガスを強制
的に追出すことになる。このエツチングは上記米国特許
願第２’１０２４６号の従来法主りとの発明の方法によ
る方が短時間かつ小流量で達せらｆＬることか判ってい
る。

こ＼で使用する「軟弱流」とは、方向が原理的に重力に
よシ決定される液体の流りであり、「下方」とは重力の
方向である。

〔発明の実施例〕

第１図は外側が陰極基体用ニンケル合金層１３で内側が
構造用ニッケルクロム合金層１５のカップ状構体にバイ
メタル板から深絞シされた代表的成形バイメタル部品す
なわち素材１１を示す。代表的な陰極基体合金は本質的
に９４．９０重量％以上のニッケルと約０．０５重量％
以上のシリコンおよびマグネシウムとよシ成る。部品１
１は最小外径約２．１６＋がｙｒｌ、全長約８．７６ｆ
ｆＷの円筒形スリーブ１７より成り、その一端１９が広
が乃、他端が端壁２１で閉じられている。

陰極基体用合金層１３け厚さ約０．０Ｑ’８酊、構造用
合金層１５は厚さ約ｃ）、ｏ４ａｍｍである。陰極基体
用合金層１３は内層１５よりある種のエツチング液特に
比較的薄い酸に溶解し易く、この違いがこの発明の方法
に利用されている。理想的に／′ｉ外層１３がエツチン
グ液に可溶で内層１５が実質的に不溶なことが好ましい
。

この発明の方法の第１実施例では、成形カップ状部品１
１を基板２５上に支持された直立円柱状６軸２３に嵌め
、その端壁２１の内面を心細２３の頂面２７に接触させ
る。この両接触面は実質的に整合することが望ましい。

頂面の外面には可圧縮耐食性の板２９を押し付けてこれ
が側壁の隣接部にも接触し、部品１１の所定領域を覆う
ようにする。押圧力が大きいほど板２９が覆う側壁部分
も大きくなる。次にこの構体を心細２３が水平で基板２
５と板２９の間隙が垂直の第１図の位置まで回転する。

部品１１と板２９をこの位置においてノズル３２から基
板２５と板２９の間隙を通り下方にエツチング液（こ＼
では約８０°Ｃの３２重量係稀硝酸）の一様な軟弱流を
間欠的に流す。この酸は陰極基体層１３の無被覆部に接
触してこれを溶解する。エツチング液はまた構造用合金
層１５に接触するとともあるが、そｈがエツチング液に
実質的に不溶のため溶解は起こらない。エツチング液は
第１図に示すように被覆部を除いて部品１１の全表面を
流ハる。この流ｈ３１はノズル３２を部品１１の上方で
水平に前後に移動することにより間欠的に供給すること
ができる。流れが部品に衝突しなければ、スリーブ１７
に接触した酸は重力によ多流下して化学反応で発生する
ガスは周囲に逸出する。また流れ３１が部品に衝突４る
ときはとｈがスリーブ１７上の酸を更新してガスを部品
から放逐する。従ってガスが反応を妨げないため無被覆
面のエツチングがより均一に々る。

こｈらの効果は部品に対する従来の酸供給法よシ遥かに
少ない酸使用量で得らｈる。部品の無被覆面に酸液を吹
付けた場合は均一なエツチングが得らｈず、とべて述べ
る軟弱流法よりも多くの酸を必要とする。

エツチングが完了するとエツチング液の流り、　３１と
板２９を除去し、エツチングさハた部品１１を６軸２３
から取外し、真空容器中の純水で洗浄して余分のエツチ
ング液を除去した後室温で乾燥する。次に板２９で被覆
されていた端壁２１外面に陰極被覆を行う。第２図に示
すように、この陰極被覆３３け第１図の層１３のエツチ
ングされない部分である陰極基体用ニッケル合金カップ
３５上にあり、このカップ３５ｉｌ′ｉ：使用するエツ
チング液に実質的に不溶で第１図の無食刻構造層１５で
ある端壁３７および側壁３９に支持さｈている。

この発明の方法の第２の実施例は第３図および第４図に
示す治具４０を用Ａて実施することができる。この治具
４０けピン保持台４３ととｈに定間隔で行列に配列され
たピンまたは６軸４１から成シ、その６軸４１け一方の
方向には第３図に示すように約６．３５ｆｆｍ間隔で２
５本、他の方向には第４図に示すように約６．”＋５ｍ
ｍ間隔で１２本配置されて因る。ピン保持台４３は直立
した一体の側壁４７を有する基台４５に嵌まり、その基
台４５の側壁４７上に有孔圧え板４９が乗っている。こ
の圧え板４９ハ第３図に示すように両側に下向きの２つ
の側壁５１を有し、とｈで基台４５の側壁４７上に支持
される。圧え板４９の他の２側面は開いていて第４図に
５３で示す両端の開いた空隙を形成する。圧え板４つは
ピン４１が通る複数個の開孔５５を有し、各開孔５５は
直径がエツチングすべき部品の外径より約０．’７ｆｌ
ｌｊＷ大きく、またピン保持台４３側が皿大のように広
がっている。

この装置は圧え板４９の周壁５９に乗る下向きの外周壁
５つを有する背板５ワで覆われ、この背板５７の周壁５
９内の空間は例えばシリコンゴムのような可圧縮性の板
６１が詰っている。この可圧縮性の板６１ばこの方法に
使用されるエツチング液に実質的に溶解も反応もしなＡ
固型ゴム捷たはプラスチックと（ワ　） することができ、背板５７を圧え板４９上に乗せたとき
圧縮さｈ５るように背板５７の側壁５９の高さより大き
いほぼ均一な厚さを有する。ピン４１は開孔５５を通っ
て板６１を圧縮するだけの長さを有する。この構体はそ
の両側の各板の整合開孔を通る２個の位置決めボルト６
３および締付ナツト６５により保持さｈ、背板５７上に
は補強材６７が溶接され、この補強材には端部に押手（
図示せず）を有する２本の棒６９が取付けられている。

この発明の方法の第２の実施例を実施するには、部品１
１を実質的に第１図で説明したようにピン４１に嵌め、
ピン保持台４３を基台４５に嵌め、圧え板４９を基台４
５に乗せてその開孔５５にピン４１ト部品ヲ通す。次に
可圧縮性シリコンゴム板６１を背板５７に嵌め、その構
体を圧え板４９に乗せる。上記各板の開孔に２本の位置
決めボルト６３を通し、締付ナツト６５によシ圧え板４
９に背板５７を締付ける。すると可圧縮性ゴム・板６１
が部品の端壁と側壁の隣接部に押し付けられて部品の所
定表面部分を被覆する。

上記のように素材部品を装着した２個の治具４゜（８） を第５図に示す静止治具スタンドワｌに取付ける。

スタンド７１はテーブルワ３に支持され、同様にテーブ
ル７３に支持された槽ワ５ＶＣ嵌っている。槽７５は可
撓性プラスチック管８３、ポンプ８５および弁８９を介
して分配槽８２に結合された中央排出ロア９を有する。

分配槽８２けエツチング中比較的少量のエツチング液ヲ
貯え、その底壁の２つのノズル８１からエツチング液を
重力により各治具４０［付き１つずつ合計２つの一様な
軟弱流３１として流下させることができる。分配槽８２
とノズル８１ケ治具４０の上方で空気シリンダ９３のピ
ストン桿９１に結合された往復腕８９に取付けられてい
る。装置を作動させるには、槽７５にエツチング液を注
ぎ、ポンプ８５を連続運転し、弁８７を調節して各ノズ
ル８１が各均一軟弱流３１ごとに毎分３．８４を排出す
るようにする。空気シリング９３を作動させ、ピストン
桿９１を治具の長さよシ若干短かい距離を約５．５秒（
６〜３０秒の範囲で調節することができる）で水平に移
動させる。（′ノズルは各治具４０の間隙５３を通って
エツチング液を流し、エツチング液はエツチングが完了
するまで治具から槽７５に出て再びノズル８１に循環す
る。

この発明の方法の第２の実施例の推奨形式では、当初エ
ツチング液は本質的に７１重量％硝酸４５重量部と、８
５５重量部燐酸１０重量部と、濃硫酸（比重１．２１５
８）　５重量部と、純水４０重量部より成り、エツチン
グ巾約８０°Ｃ±５°Ｃの温度に維持される。エツチン
グはこの温度で約６分（２〜６分の範囲で可変）行わｈ
、これによってノズルが治具４０上を６６回（３３サイ
クル）通過する。エツチングが完全な場合は部品のエツ
チングされた部分が鈍め金属色を呈するが、不完全な場
合は鈍贋金属色を呈すべきところに光沢領域が存在する
ため判別することができる。エツチング完了後治具４０
をスタンド７１から取外して６０±５°Ｃの純水を約５
分間通し、治具４０を解体してエツチングされた部品を
ピンから外し、オーバーフロ一式洗浄槽に入れて流量約
１１．４４／分温度約６０±５°Ｃ純水で約５分間洗浄
する。

可圧縮性シリコンゴム板６１の代りにエツチング液の化
学作用に耐える他の可圧縮性固体材料の板を使用するこ
ともできる。この推奨材料は室温加硫のシリコンゴムで
ある。可圧縮性シリコンゴム板は約５４重活部の液体シ
リコンエラストマ（例えばダウ・コーニング社（Ｄｏｗ
　−Ｃｏｒｎｉｎｇ　）より市販のシルガード（Ｓｙｌ
ｇａｒｄ　）　１８６　）と、６係のエンストマ用触媒
と、４０％の液体粘度低下剤（例えばゼネラルエレクト
リック社（Ｇｅｎｅｒａｌ　　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏ
、）より市販のシリコンゴム希釈液９１０）との混合物
を成形することにより製造することもできる。成形物は
ほぼ室温で一晩硬化させる。粘度低下剤の量を減すると
生成するシリコンゴムが固くなって圧縮性が低下するが
、増すと柔かくなって圧縮性が増大する。

米国特許願第２１０２．４６号明細書記載の従来法のエ
ツチングでは、部品を治具に人りで酸に浸漬し、酸液を
マニホールドから水平方向を向いた治具間隙を通って噴
出させる。このマニホールド法はエツチング不十分また
は不完全による種々の問題を生じたが、その主要欠陥は
「涙滴」と呼ばれるもので所要のエツチング線から下に
部分的にエッチ（１１） ングさり、た領域がはみ出たものである。この欠陥の大
きさは処理工程の調節により小さくすることができるが
、「スネークバイラ（５ｎａｋｅ　ｂｉｔｅｓ　）Ｊと
呼ばれる微小欠陥を生じる。こｈはエツチング線の真下
の小さな部分的エツチング領域である。

これらの欠陥を除去するだめにいくつかの方法が試みら
ｈたが、これらを一括して次に示す。

（１）流量の変化・・・流量を加減したり、交互に流し
たり止めたりしたが、どの場合においてもその化学変化
が既に得らｈた結果よシ悪い結果を示し、不良率が大き
くなった。

（２）治具の回転・・・欠陥は一般に治具の１側面に限
られることが判ったため、エツチングの途中で治具をマ
ニホールド中で回転して酸を反対側から流したところ、
欠陥は小さくなったがなくならなかった。

（３）　　エツチング時間の増加・・・エツチング時間
を長くしても欠陥は改善されなかった。

（４）治具の向き・・・治具の設計により、亜酸化窒素
や水素の気泡が圧え板の凡人に捕獲されると考（１２） えたため、この気泡が凡人から上昇し逃げるように治具
を回転してみたが、欠陥減少効果はなく、捷たマニホー
ルドを捕えらｈた気泡が再び逃げられるような角度に配
置してみたが同様に欠陥は改善さｈなかった。

このようにマニホールド法を種々に変えて試験するとき
けエツチング法苑変える必要があることが判り、いくつ
かの方法を試験してマニホールド法より良いエツチング
結果を得たが、なお欠陥が存在した。こｈらの方法は次
の通りである。

（５）回転浸漬・・・この方法はいくつかの変形を試験
したが、基本的な考え方は酸浴中に治具を吊り下げて回
転させ、治具間隙に新しい酸が供給されるようにするこ
とである。治具を同一方向に回転するか往復回転すると
少しは良くなったが欠陥はなくならなかった。

（６）静止浸漬・・・治具を通る酸の流りをどのような
形状にしても欠陥が残ったので、治具を静止させて酸も
流さない方法を試み、治具を気泡が逃げ得るような角度
に配置したが、エツチング生成品に改善は見らｔなかっ
た。

（７）圧え板の開孔寸法の増大・・・陰極が開孔にあ捷
りにも接近していたため発生したガスの気泡が圧え板の
皿孔に捕獲されることがあり、開孔の直径を増すと気泡
が大きく々つて逃げ易かろうと考えたが、開孔を大きく
すると欠陥水準は低下するがカップのエツチング端縁が
不均一になることが判った。すなわち欠陥数は減少した
が陰極の品質が低下した。

（８）軟弱流エツチング・・・この方法は上記すべての
方法を試験して殆んどまたは全く改善が得らｈなかった
ときに到達したもので、これを導いた主目的は次の必要
性であった。

（イ）機械の設計か余シ複雑でなく、工程が簡単なこと
。

０口）発生したガ・スの気泡を治具から逃がす方法。

（ハ）欠陥のないエツチング部品を生産するよフ、１．
・°１ 良好で効率のよいエツチング法。

（ニ）１つの方向からしか酸の流れを必要としないエツ
チング法。

最初考えたのは滝の下に治具を置くことで、これは首尾
よシ作動したが、捷だ完全に欠陥を取除くことができな
かった。これは酸の交換比率が大きすぎて酸が均一なエ
ツチングが得らｈるほど十分な時間部品に接触し々いた
めである。この問題を解決するために流れのパタンを変
え、６．３５１／ｒｍ　（Ｄ管から毎分約１１．４１の
流量が主として重力によシ流下する１本の均−軟弱流と
した。これは非常に効果があシ、欠陥が０に近く、残っ
た欠陥も極めて小さく許容できるものであった。蒸発に
よる熱損失を最小にするために流量を少なくすることが
望ましく、最終的には３１．１８Ｆｌｌ’ｍの管を使用
して毎分３．８〜５．７４とした。試験中にこの発明の
エツチング法は処理反応を促進することが観察さｈた。

すなわち最初６分かかったエツチングを４分以下に短縮
し得ることが判つ麺。軟弱流は各部品にかかったシかか
らなかったシするように移動させるが、これは部品と流
り、の一方を静止させるか両方を移動させることにより
その間に相対運動を生成して行うことができる。また代
シに両方とも静止（１５） させておいて流れを間欠させてもよい。接触回数は毎分
２〜１０回とするととができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例によシエッチングさする
成形バイメタル部品の部分破断圧面図、第２図はエツチ
ングを終った第１図のバイメタル部品の陰極基体に陰極
被覆を行ったところを示す部分破断正面図、第３図およ
び第４図はそれそｈとの発明の方法の第２の実施例によ
９１組のバイメタル部品をエツチングする装置の部分断
面正面図および側面図、第５図は第３図および第４図に
示す治具２台に取付けた部品をエツチングする装置の側
面図である。 １１・・・成形金属部品、１３・・・陰極基体、１５・
・・支持部、２つ・・・耐食マスク、３１・・・エツチ
ング液。 特許出願人　　アールシーニー　コーポレーション化　
理　人　　清　　水　　哲　ほか２名Ｃ１６）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）陰極基体およびそｈと一体のその支持体を含む成
   形金属部品を準備し、この部品の所定の表面部分を耐食
   性マスクで被覆し、上記部品表面の被覆され々い部分を
   所要の深さまでエツチングし、次いで上記マスクを除去
   する各段階を含み、上記エツチング段階がエツチング液
   の一様で緩やかな流れを上記部品に交互に接触させたり
   離したシし去 なから重力によりその部品から流れるようにして八 行わする一体型の陰極基体および支持体の製造法。