JPS6353280B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔要約〕 鋼片の一面または両面に電気亜鉛メツキするた
めの方法と装置が開示される。不溶性メツキ陽極
が被加工物に対し密な間隔で配置されて、陽極と
被加工物との間に均一なメツキ溶液流路が設定さ
れる。溶液は陽極を通じて圧送され時々刻々被加
工物に接触すると共に液溜めへ落ちて再循環され
る。陽極と被加工物との間の電位差により電解液
を通じて電流が流れ、被加工物の電気メツキを行
なわせる。液溜めから溶液は金属亜鉛イオンの補
給のため反応帯域へ送向される。この溶液はつい
で過されて主貯槽へ戻され、そこから再びメツ
キ用陽極へポンプで送られる。

〔発明の背景〕

保護亜鉛コーチングがなかつたら製品寿命が受
け入れ難いほど短かいであろう種々の用途に亜鉛
メツキ鋼を使用するのが普通である。比較的最近
まで製品全部を亜鉛コーチングで保護するのが普
通であつた。先に亜鉛コーチングをした帯鋼が製
作に使用されるか、または最終製品を作つておい
てから亜鉛でコーチングするかのいずれかであつ
た。いずれにしても製品のすべて、またはほとん
どすべてが亜鉛でコーチングされた。

比較的近時、帯鋼の一面だけに亜鉛メツキする
ことが望ましい分野が開けたが、それは他の表面
が滑らかな装飾的コーチングを施されるべきだか
らで、これは亜鉛コーチングの上からではできた
としてもむづかしいからである。かような片面亜
鉛メツキ鋼が使用される場合の例は建物の壁パネ
ルおよび自動車部品である。例えば自動車の揺動
パネルは、パネル内側に捉えられた水、特にその
水が相当量の路面の塩分を含んでいる場合、それ
による腐食を避けるため、その内表面にしばしば
亜鉛メツキされ、外表面には外観および保護のた
め滑らかな仕上がなされる。

片面だけに亜鉛メツキされた鋼に対する必要は
起きているものの、過去に使用されてきた技術は
無駄で効率が悪いか、または非常に高い投資を要
するか、その両方であつた。

片面コーチングのための１つの技術は、片面が
コーチングされないように意図された方法で処理
しておいて鋼を溶融亜鉛に熱浸漬することであ
る。しかし、亜鉛を帯鋼の片面上に保つ技術は実
行困難である。熱浸漬技術はまたメツキされつつ
ある鋼の性状を物理的に変えてしまうし、電気メ
ツキ技術でなら実現可能な均一コーチングを生成
することがない。

２番目の公知の技術は、メツキされつつある帯
鋼の下表面だけがメツキされるように下表面だけ
と接触する液位にメツキ溶液を維持するよう修正
した、比較的ありふれた帯鋼電解メツキラインを
使用することである。しかし不幸にしてメツキ溶
液の液位をきわめて精密に調節した場合でも、相
当な「かぶり」（splash over）があり、帯鋼上表
面の縁部はこのためメツキされてしまう。この技
術を用いるなら、上表面のメツキされた縁部は切
り落して帯鋼の中央部だけが使用可能な片面メツ
キ製品となる。切り落した部分は典型的にスクラ
ツプとなるか、または粗悪な品質の鋼を要する用
途に使用される。なぜなら下表面には多分有効に
メツキされていても、かぶりのある表面は不規則
でメツキの質も悪く、高品質鋼を要求する製品に
は向かないからである。

片面メツキのための他の技術は、１つの表面を
メツキしている間他の面にマスクをかけるものが
開発されている。例えば柔軟な帯鋼をローラに掛
装し、そのローラはメツキ浴に一部浸漬されてい
て、ローラに接触している面をマスクし、その間
に他の面をメツキするというものである。この種
の装置で有効なコーチングが実現される場合で
も、装置は複雑であつて、非常に大きな投資を要
することが理解されるであろう。自動車用途につ
いては亜鉛メツキコーチングは比較的厚いもので
なければならず、これは緩慢な生産を意味する
か、またはさもなければ効率的な生産ラインとす
るには所望の厚いコーチングを得させるための比
較的長い高価なラインを意味するから、所要の投
資は高いものになる。

大多数の公知電気メツキ装置は消耗式電極を使
用している。すなわち電極が各々被加工物上に析
出した亜鉛イオンを補給するための陽極溶液とし
てかなり大きい亜鉛片を包含している。電極亜鉛
が消耗すると電極―被加工物間隔が変化し、この
こととその他の要因とに起因して、きわめて精密
で均一なメツキ厚は実現が困難になる。

消耗電極メツキに固有の可変要因のゆえに機器
および調節装置は高価で費用のかかるものになつ
ている。たとえば、消耗電極で均一メツキを実現
しようとして、現実のメツキ条件を感知し修正す
る洗練された電気制御装置が開発されている。

他のものは非消耗電極を使用することを提唱し
ている。非消耗電極は被加工物に対し異なる電位
に維持された導電材料であつて、電極と被加工物
との間の電流がその間を満たしている導電性メツ
キ溶液からの亜鉛イオンを被加工物上に析出させ
るようにする。イオンが被加工物上で金属状態に
なると、被加工物近辺の溶液は金属亜鉛イオンに
不足するようになり、高速効率的なメツキは適切
な亜鉛イオン濃度が被加工物表面に維持されてい
なければ実現され得なくなる。亜鉛イオンを効率
的に補給または維持することの問題が公知の非消
耗式陽極の性能を妨げており、その結果大きな商
業的成功を収めるに至つていない。

〔発明の要説〕

本発明によれば帯鋼の片面だけを亜鉛メツキす
るのに特に適した改良メツキ技術が開発された。
この技術によれば、陽極組立体が被加工物に比較
的密な間隔で配置される。この組立体と被加工物
はメツキ溶液の流路を設定するように形状づけら
れる。メツキ溶液は、被加工物の幅全体を通じて
メツキがなされるよう、被加工物の幅を横切る前
記流路の少なくとも一部が流れている溶液によつ
て常時実質的に満たされているのに十分な量で供
給される。

溶液は前記流路から液溜めへ流れ込んでそこに
集められ、亜鉛イオン補給帯域へ送られ、亜鉛イ
オンが補給されると再びフイルタを通つて循環さ
れ、前記流路へ戻される。

本発明の装置は多くの明白な利点を有する。主
たる利点は溶液が被加工物の片面だけなどのよう
に選定された部分上だけを流れるということであ
る。他の大きな利点は比較的高い流速であるた
め、良好なイオン補給率がもたらされ、非消耗式
陽極の特徴であるメツキにおける利点をもたらす
ように非消耗式陽極の使用を可能ならしめる一
方、従来の限られた使用における非消耗式の欠点
を克服することである。

本発明の好適実施態様において、陽極は帯鋼の
上方に取付けられ、メツキ溶液を受け入れるため
の不溶性陽極容器（室）を形成する。陽極容器
は、メツキを受ける被加工物の表面に平行なメツ
キ用表面を有する。メツキ溶液はポンプで陽極容
器の中へ送られ、陽極のメツキ用表面の多数孔を
通つて流される。この溶液は帯鋼表面と接触し、
陽極と帯鋼の間の隙間を満たす。帯鋼が陽極を通
過移動する時、陽極と帯鋼の間を流れる電流によ
つてメツキがなされる。溶液は帯鋼の縁部から流
れ落ちて、後の陽極への再循環のため液溜めによ
り捕捉される。陽極容器から離れた場所で、亜鉛
イオン給源がメツキ工程で消費されたイオンを継
続的に補給する。

均一なメツキを得ようとするなら満たすべき１
つの条件は、陽極と帯鋼の間に均一な隙間を維持
することである。可溶性陽極の陽極溶液を用いる
と、メツキ電流は陽極の物理的形状の変化によつ
て不均一となる。非消耗式陽極を使用すれば隙間
幅は一定のままであり、従つてメツキの均一性の
維持が保証される。

本発明の重要な１つの特徴は陽極から帯鋼への
電流の制御である。帯鋼の幅方向の均一メツキ厚
を保証するため、マスキングプレートが溶液の流
路に挿入される。これらプレートは電気的に絶縁
されていて、「樹木状の成長」（tree growth）お
よび「エツジ堆積」（edge buildup）として知ら
れる２つの現象を減じるため帯鋼縁部におけるメ
ツキ電流を減少させる。幅の異なる帯鋼がメツキ
されるので、これら絶縁体またはマスクはより均
一なメツキ析出を実現するよう動かされる。

以上から明らかなように、本発明の一目的な帯
鋼または類似物の片面メツキのための方法および
装置を提供することである。不溶性陽極の使用は
陽極と帯鋼の間の隙間幅が時間と共に変化しない
ことを保証し、この隙間内部またはその近くに配
置された電気絶縁体は帯鋼幅方向に均一なメツキ
を保証する。本発明のこれらの特徴およびその他
の特徴は以下図面を参照しつつ本発明を詳説する
ところから一層明らかになるであろう。

〔好適実施態様の説明〕

第１図を参照すると、本発明を利用したメツキ
装置１０が略示的に示されている。この装置は、
帯鋼などのような被加工物１１の片面にメツキを
つけるのに特に適している。

図示の装置１０は２０に図示した陽極室から成
る。この室は被加工物の上方に離されていて、メ
ツキ溶液を受け入れるように構成されている。例
示の目的のため１個の陽極室だけが図示されてい
るが、商業的なメツキラインでは30個またはそれ
以上の陽極室が含まれるものである。溶液はメツ
キ材料の貯槽１７から２個のポンプ１２および導
管１３を経て循環される。導管から溶液は陽極室
２０へ入り、そこから被加工物の上へ流れ出る。

陽極室は、被加工物と陽極室との間に小さな隙
間を保つて、被加工物の上方に架設されている。
メツキ溶液は陽極室を出た後この隙間を満たし、
ついで被加工物から流れ落ちて液溜め１４に集め
られる。集まつた溶液はついで反応帯域１５へ戻
され、フイルタ１６を経て主たる貯槽へ至り、陽
極へ循環される。第１図に示す略示例において、
液溜め１４は被加工物からの溶液の流れを示すた
めその一側を切除して図示してある。

メツキ工程が始まると、PH4.5までの範囲、好
適に1.5〜2.5の範囲で、常温より高温、好適に60
℃の範囲の適当な亜鉛メツキ溶液が流れる。この
溶液は工業等級の硫酸亜鉛から調製され、炭素お
よび亜鉛末で精製される。硫酸亜鉛は解離してメ
ツキ用の亜鉛イオンを与える。

被加工物と陽極室とは、直流整流器により与え
られるような電気エネルギー源により異なる電位
に維持される。この電位差により電子が陽極から
被加工物へ流れるため被加工物上に電気メツキが
行なわれる。電気メツキ反応は公知の式により行
なわれる。

2e^-＋Zn⁺⁺→Zn⁰ この反応を完結させるに必要な電子は陽極を通
じて流れるから、陽極は金属または適当な導電性
材料製でなければならない。本発明の一実施態様
において、陽極は鉛―銀合金材料から構成され
る。陽極の構成として適当な耐腐蝕性材料の１つ
は、0.5％の銀と99.5％の鉛とから成る。

整流器電流は、ライン速度と帯鋼幅に比例した
制御出力をもつ制御モジユールにより制御され
る。この整流器電流制御の詳細は、本発明の出願
人に譲渡されている「メツキ制御」なる名称の同
時係属米国特許出願第 号に見られる（同
出願を参考としてここに引用する）。

被加工物にメツキが付着すると、亜鉛イオン濃
度は減少する。イオン濃度を維持するため貯槽１
７は反応帯域１５で常に亜鉛イオンを補給されて
いる。好適なイオン補給は、反応帯域に含まれて
いるメツキ溶液に金属亜鉛と酸化亜鉛を入れるこ
とにより実行される。亜鉛イオンの析出が生じる
と、陽極に硫酸が発生する。この酸は金属亜鉛と
酸化亜鉛の溶液中に硫酸亜鉛を生成させるのに使
用され、この硫酸亜鉛は解離してメツキ工程用の
亜鉛イオンを造り出す。

陽極室２０と被加工物１１との間の相対的長手
方向運動が駆動ローラ１９により与えられる。被
加工物上の電流密度、望まれるメツキ厚、および
陽極の数が、これら駆動ローラがどのくらいの速
さで被加工物を駆動すべきかを規定する。

陽極室２０と被加工物１１との間の隙間幅は調
整可能である。この調整は陽極室２０の両側に配
置されたガイドローラ２２により実現される。ガ
イドローラが陽極に対し上下動されると、被加工
物と陽極の間の隙間は減少または増加される。

陽極室２０の１つの好適な実施態様は第２図に
示されている。それは底壁（メツキ用表面）２３
に陽極のメツキ溶液を被加工物へ流す1/4インチ
（約6.3mm）径の孔２４を多数有する矩形状容器で
ある。メツキ用表面のほか、陽極室は容器を形成
する四壁表面２５を有している。頂壁２６が陽極
室の周囲に延びているフランジ２７沿いに陽極に
ボルト止めされている。陽極はこれをボルト止め
してあるフレーム３６によつて被加工物上方に維
持されている。頂壁はLucite（米国登録商標）な
どのような非導電性材料製で、接触バー２８を所
定位置に維持するのに役立つ。接触バー２８は、
メツキ反応のための電流を維持するため陽極を直
流電流電源に接続する便宜な手段として役立つ。

図示の実施例において導管１３は陽極室へ頂部
から入つているのが見られる。陽極の中へ入つた
ら導管はＴ字形またはその他適当な取付具に分岐
して、メツキ溶液を陽極室の両側へふり分ける。

ポンプ１２により供給される圧は陽極を通る流
体の流れを変更するため調整され得る。圧が高け
れば孔を通る流体の流れは速くなり、被加工物と
陽極との隙間をメツキ操作中満たしておくことを
保証する。隙間に一杯の電解液を満たすに必要な
流れは隙間から液溜めへの溢流の断面積に依存す
る。この面積は陽極長さに陽極から被加工物への
距離を掛けたものである。入口端および出口端の
溢流は、陽極の両端に配置した邪魔板４２（第２
図参照）により最少減にされ得る。邪魔板は陽極
の幅方向に延び、被加工物に直接接触してその両
側からの溶液を液溜めに追い込む。邪魔板を通り
過ぎて溶液がしみ出したら、一対の絞液ロール４
３，４４（第１図参照）により溶液が液溜めを通
り過ぎないようにする。

試験が示すところでは、完全に満たされた隙間
を維持するに要する流速は大体溢流面積に比例す
る。従つて陽極長さが一定を保つたまゝ隙間幅を
半分にすると、隙間を満たすに要する溶液流速も
半分にされ得る。

第２図は被加工物を陽極室に対し位置づけるガ
イドローラ２２を示している。ローラ２２の両側
の一対のコネクタ２３をゆるめることによりガイ
ドローラの垂直位置は調整され得る。この調整は
被加工物と陽極との間の隙間を固定する。陽極―
被加工物間隔を修正することにより、使用者は隙
間が完全に溶液で満たされることを実験的に確保
し、それにより最大メツキ電流を実現することが
できる。

各メツキ陽極室２０の下に配置されている２個
のマスキンプブレート３１はメツキ溶液流に出入
するよう動かされる。これらマスキングプレート
３１は被加工物のエツジへの電流を制限して「エ
ツジ堆積」および「樹木状の成長」として知られ
る２つの現象を防止するよう調整される。本発明
の好適実施例において、これらマスクは1.9mm厚
のステンレス鋼板を1.0mmのペイントで被覆して
電気絶縁性にして成る。

樹木状の成長とエツジ堆積はメツキ溶液が陽極
から被加工物へ無制限に流れるようにしたとき起
こり得る。樹木状の成長は第３図に略示的に示し
てある。いわゆる樹木（tree）は被加工物のエツ
ジに沿つて成長し、エツジ付近のメツキを劣化さ
せる。エツジ堆積は大きなコブが被加工物のエツ
ジ沿いにできる現象で、不均質なメツキを結果す
る。

電流の一部を継続的に遮蔽することにより、こ
れら現象をなくすことができると認められた。メ
ツキの間中マスキングプレートはその縁部がほぼ
被加工物のエツジに重なるよう位置づけられる
（第４図参照）。マスクがこの位置にあれば、樹木
（tree）もコブも被加工物のエツジ沿いにできな
いことが認められた。電流通路が帯鋼の縁部を越
えて連続していないから帯鋼縁部またはその近く
における過剰なメツキの析出が妨げられるのであ
る。

メツキ用マスクを取付ける１つの技術が第２図
に示されている。マスキングプレート用ガイド３
３がフレーム３６に取付けられ、従つて陽極室に
対して固定される。マスク３１は陽極のメツキ表
面に平行なガイドの部分４０に沿つて摺動する。
ガイド３３の垂直位置ぎめは、マスク３１をこの
部分４０に沿つて摺動させることによりマスクが
陽極と帯鋼の間の隙間内の電流の面積を減ずるよ
うにする。マスクの位置ぎめはメツキする材料の
幅に応じて変わる。樹木またはコブの成長により
調整が必要と認められたら、使用者はマスキング
プレートをガイド３３に沿つて動かすことにより
再び位置ぎめする。こうして使用者はマスク幅に
ついての調節を維持し、メツキ工程中に得られる
結果に応じてその位置ぎめを変化させることがで
きる。

本発明の範囲を逸脱することなく或る設計上の
修正をなし得ることを認めるべきである。特に、
メツキ室を垂直形状に配置し、メツキ溶液を垂直
に位置づけた被加工物上に圧送し得ることが認め
られるべきである。この溶液は被加工物と陽極と
に時々刻々接触し、それから重力により被加工物
から流れ落ちる。また、陽極を被加工物の下に配
置し、溶液を被加工物と陽極の間の隙間に強制流
入させ、陽極の両側から流れ落ちるようにさせる
ことも可能である。

作用において、メツキ溶液が給源１５から陽極
室２０へ、ついで被加工物へと圧送されると、駆
動ローラが陽極室を通り過ぎるように被加工物を
移動させる。適切なメツキ厚を実現するのに必要
な陽極室の数は被加工物の速度、メツキ電流密度
および所要厚に依存する。陽極と被加工物間の電
位差によりメツキ反応が起こり、隙間が満たされ
たままでいることを確保することにより電流の均
一度が保たれる。異なる隙間幅については、溶液
流を監視し、電流の連続が確保されるように調整
する。

第５図を参照すると２個の陽極メツキ帯域５０
が示されている。この帯域は２個の陽極室と多数
のローラを取付けるための枠組５２から成る。ロ
ーラは帯鋼と陽極の相対位置を維持し、さらに二
者の間の電位差を維持する。

第２図に示した陽極室の場合と同じに、第５図
に示した各室は陽極容器の周りに延びているフラ
ンジ２７を備えた不溶性陽極から成る。陽極容器
は、メツキ帯域を通るメツキ溶液を入口導管１３
から帯鋼へ流すための多数の孔をその底部にもつ
ている（第５図には示してない）。第５図の陽極
容器は、枠組５２の調整可能部分５８に連結され
た支持枠組５６に乗つている。この支持枠組５６
は陽極のフランジを受け入れる適当な内部寸法を
もつ矩形表面５９を形成する。枠組５２と支持枠
組５６はそれらの周囲部材に対し固定されている
から陽極も同様に固定される。

枠組５２に取付けられているのは一対の位置ぎ
めローラ６０と二対の絞液ローラ６２，６３であ
る。位置ぎめローラ６０は帯鋼がメツキ帯域を通
るとき帯鋼を陽極表面から固定距離に位置ぎめす
るのに役立つ。絞液ローラ６２，６３はメツキ溶
液が帯鋼に沿つて液溜めの縁部を通り過ぎて流れ
るのを防止する（帯鋼への電気的接触を妨げるか
もしれないから）。上方の絞液ローラ６２は枠組
５２に付設されたブラケツト６４に回転可能に取
付けられる。ブラケツト６４は帯鋼表面に平行な
軸線６５の周囲に枢動するように取付けられてい
る。この回転の自由が絞液ローラに異なる厚さの
帯鋼を挿通させることを許容し、また帯鋼の凹凸
を通過させることを許容する。

想像線で示すのは保持ロール６６と接触ロール
６７である。接触ロールは帯鋼がメツキ帯域を通
る時帯鋼を一定電位に維持するのに使用される。
保持ロールはその名が示すように帯鋼をそのメツ
キ帯域通過路内に維持するのに役立つだけであ
る。

第５図に示す導管１３は３本の取入管６８に分
岐し、溶液流が陽極容器を完全に満たすようにす
る。第２図の実施例の場合と同様に、各取入管は
液を容器内へ噴射するためのＴ字管で終つてい
る。液が陽極容器の孔から射出されると、液は帯
鋼に接触し、ついで帯鋼の縁部から液溜めへ流れ
落ち、メツキ工程の続く間循環および補給に使わ
れる。

以上本発明を詳細に記述したが、前記特許請求
の範囲に記載した本発明の精神または範囲を逸脱
することなく種々変更をなし得ることは当業者に
理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の技術を利用したメツキライン
の略示斜視図、第２図は本発明を具体化したメツ
キ陽極室の一部を断面で示す斜視図、第３図はマ
スクしてないメツキ室の形状を略示する図、第４
図は均一メツキ厚を保証するためマスクを定位置
に用いたメツキ室を略示する図、第５図は第１図
のメツキ帯域と類似の２個のメツキ室を有する態
様の斜視図である。 １１……帯鋼（被加工物）、１２……ポンプ、
１３……導管、１５……反応帯域、１７……貯
槽、２０……陽極室（陽極容器）、２３……メツ
キ用表面、２４……孔、２８……接触バー、３１
……マスキングプレート（マスク）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属帯鋼の一表面をメツキする方法であつ
   て、 (a) 前記帯鋼と電極との間に電位差源を設ける段
   階： (b) メツキ溶液を前記金属帯鋼の一表面と前記電
   極との間の領域に送り、前記電極と前記帯鋼と
   の間に実質的に連続的な電流通路を形成する段
   階： (c) 前記帯鋼からの前記溶液の重力による流れを
   受け入れるための液溜めを設定し、同時に前記
   帯鋼を前記液溜め内のメツキ溶液の液面より上
   方に維持する段階； 並びに (d) 前記帯鋼から及び前記電極から分離した遮蔽
   手段を使用することによつて前記電極に面する
   前記帯鋼面の一部を前記溶液の衝突から遮蔽す
   る段階； から成る方法。