(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素及び不活性ガスの少なくとも一方及び界面活性剤を含む電気メッキ液を超臨界状態又は亜臨界状態で被処理物の表面に電気メッキする被処理物の表面処理方法において、
前記被処理物を対極と互いに対向させると共に、前記被処理物及び対極を同時に同方向又は互いに異なる方向に回転運動させながら電気メッキを行うことを特徴とする被処理物の表面処理方法。
【請求項２】
前記被処理物及び対極を同時に同方向又は互いに異なる方向に回転運動及び往復運動させながら電気メッキを行うことを特徴とする請求項１に記載の被処理物の表面処理方法。
【請求項３】
前記被処理物及び対極の回転運動を、電気メッキ中に定期的又はランダムに一時的に停止させることを特徴とする請求項１又は２に記載の被処理物の表面処理方法。
【請求項４】
前記被処理物及び対極の往復運動を、電気メッキ中に定期的又はランダムに一時的に停止させることを特徴とする請求項２に記載の被処理物の表面処理方法。
【請求項５】
前記一時的に停止させる時間は、予め定めた一定時間、又は、予め定めた所定時間範囲内でランダムに定められた時間であることを特徴とする請求項３又は４に記載の被処理物の表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物の表面処理方法及び表面処理装置に関し、特に電気メッキが高温・高圧下の超臨界流体又は亜臨界流体を使用して行われる被処理物の表面処理方法及び処理装置において、広い面積に亘って均一なメッキ被膜が高速で得られる被処理物の表面処理方法及び表面処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気メッキ工程は大別すると、前処理工程、メッキ工程及び後処理工程に分けられる。前処理工程には酸洗工程、脱脂工程が含まれる。酸洗工程は硫酸や硝酸等の酸水溶液に被処理物を浸漬することにより表面の酸化物等を溶解させる工程であり、また脱脂工程は水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液に燐酸ナトリウムや珪酸ナトリウム等を添加した溶液を用いてケン化作用により脱脂するアルカリ脱脂や有機溶剤を用いた溶剤脱脂、石油と水と界面活性剤とを混ぜてエマルジョン化作用を利用するエマルジョン脱脂、或いは電解時に発生した油による撹拌作用を利用した電解脱脂等が使用されている。
【０００３】
従来のこれらの前処理工程は、通常、専用の電気メッキ槽に所定の処理薬剤を収容して加温し、この処理薬剤に被処理物を所定時間浸漬或いは処理液の蒸気に曝すことにより行なっているため、複数の電気メッキ槽が必要であるとともに作業スペ−スを要するため、設備費が高価になり、しかも、処理薬剤の飛散や有害なガスが発生するために作業環境が悪く、また、浸漬処理には長時間を要するために生産性が悪いというような問題点が存在していた。
【０００４】
また、従来の電気メッキ法は、概してメッキのつき廻りが悪く、電流密度の低い被処理物の裏面や凹部にはメッキが殆ど付かないため、このような場所をメッキする場合、非メッキ物の向きを変えてメッキするか、補助極を配置する必要があり、特に異形の被処理物のメッキに対応し難いという問題点が存在している。
【０００５】
更に、従来の電気メッキ工程後の後処理工程としては、電気メッキ後にメッキ液を洗い流すために水洗工程が必要であるため、電気メッキ処理装置に隣接して複数の水洗槽を必要とし、その主要な水洗槽に常時給水するため、設備費が高価になるとともに水の使用料が嵩む等の問題が存在している。しかも、被処理物へのメッキ後、水洗ないし湯洗いして乾燥していたが、この乾燥に時間が掛かり、生産性が悪かった。加えて、メッキ槽から被メッキ物を取り出す際のメッキ液の回収工程、いわゆるくみ戻し工程が非常に煩雑で手間が掛かり、しかもその回収液に濃縮工程が必要であるため、生産性が非常に低いという問題点が存在している。
【０００６】
更に、メッキ工場から排出される排水はその水質が法規制されているが、メッキ作業から発生する排水のうち、洗浄排水は一般に所定の薬品を添加し無害化処理してからＰＨ調整により重金属を水酸化物として除去し、濃厚排水は洗浄排水に少しずつ加えて処理するか、別途処理してその処理液を薄い洗浄排水中に混合して処理していたため、従来の排水処理工程は高価な設備と種々の薬品、多量の水及び多くの時間を要し、生産性が非常に悪いという問題点も存在している。
【０００７】
このような従来の電気メッキ法の問題点を改善するため、下記特許文献１及び２には、二酸化炭素によって超臨界状態ないし亜臨界状態となされた流体を用い、電気メッキの前処理工程、電気メッキ工程及び後処理工程を密閉雰囲気下で行うようにした被処理物の表面処理方法及び処理装置の発明が開示されている。このうち、下記特許文献１に開示されている被処理物の表面処理装置を図４を用いて説明する。
【０００８】
この下記特許文献１に開示されている被処理物の処理装置５０は、その内面が塩化ビニ−ルや硬質ゴムでライニングされており、その上側の開口部に蓋体（図示略）が気密かつ着脱可能に装着されているステンレス鋼製のメッキ槽５１を備えている。このメッキ槽５１内には、対極５２及び被処理物５３が取り付けられた負極が備えられていると共に、撹拌子６９が配置されている。更に、メッキ槽５１の下部には第１メッキ液供給タンク５４、第２メッキ液供給タンク５５及び酸洗剤供給タンク５６がそれぞれ接続されており、送液ポンプ５７を介して第１メッキ液、第２メッキ液及び酸洗剤がそれぞれ選択的に切換供給されるようになされている。また、メッキ槽５１の上部には圧縮ポンプ５８及びヒータ５９を介して外部の二酸化炭素容器６０からの二酸化炭素が臨界圧７．３８ＭＰａ以上、及び臨界温度３１．１℃以上の高温・高圧にされて供給されるようになされている。
【０００９】
更に、メッキ槽５１の下部には、第１メッキ液回収タンク６１、第２メッキ液回収タンク６２及び酸洗剤回収タンク６３が接続され、メッキ槽５１で使用された第１メッキ液、第２メッキ液及び酸洗剤がそれぞれ選択的に各回収タンク６１〜６３に集められ、必要な処理を経た後にそれぞれ第１メッキ液供給タンク５４、第２メッキ液供給タンク５５及び酸洗剤供給タンク５６に戻されて再利用されるようになされている。また、メッキ槽５１の上部には、二酸化炭素滞留槽６４が接続され、この二酸化炭素滞留槽６４からの二酸化炭素は、水分及び油脂分の吸着カラム６５を経て浄化された後に、圧縮ポンプ５８に戻されて再利用されるようになされている。なお、洗浄水槽６６には送液ポンプ５７内を洗浄するための洗浄水が注入されており、また、エントレーナ６６内には頑固な油脂分の除去用のアルコール等が注入されている。
【００１０】
このような被処理物の処理装置５０を使用して電気メッキを行なう場合は、先ずメッキ槽５１の負極側に、例えば表面を研磨処理し終えた被処理物５３を取り付け、蓋（図示略）を閉めてメッキ槽５１を密閉する。次に圧縮ポンプ５８及びヒータ５９を経て二酸化炭素容器６０からの二酸化炭素ガスを臨界圧以上に加圧すると共に臨界温度以上に加熱し、超臨界二酸化炭素を生成してメッキ槽５１へ導入する。この超臨界二酸化炭素はメッキ槽５１に高速に拡散し、メッキ槽５１内の二酸化炭素も超臨界状態になって被処理物５３に接触し、被処理物５３及び対極５２に付着している油脂分や水分、異物等を高速かつ効率良く洗浄する。
【００１１】
そして、所定時間洗浄後、圧縮ポンプ５８の駆動を停止し、二酸化炭素を二酸化炭素滞留槽６４へ回収すると、臨界条件が維持されなくなるために二酸化炭素は急激に気化又は液化し、二酸化炭素に捕集された油脂分や水分、異物等は二酸化炭素滞留槽６４へ移動し、かつ前記二酸化炭素の移動時に系に流れが発生して、対極５２及び被処理物５３を洗浄し、前述の洗浄と相俟って洗浄精度を高める。次に、酸洗剤供給タンク５６内の酸溶液に界面活性剤溶液タンク６８から所定の界面活性剤を添加してこれらをメッキ槽５１内へ送り込むと、酸溶液と界面活性剤はメッキ槽５１内で二層を形成する。この状況の下で圧縮ポンプ５８及びヒータ５９を経て二酸化炭素容器６０からの二酸化炭素ガスを臨界圧以上に加圧すると共に臨界温度以上に加熱し、超臨界二酸化炭素を生成してメッキ槽５１へ導入すると、超臨界状態の二酸化炭素がメッキ槽５１に高速に拡散し、酸溶液と界面活性剤と急速に混合してエマルジョン化させ、その微粒子が被処理物５３の表面に接触して錆ないしは酸化皮膜を除去して、表面を活性化する。
【００１２】
そして、所定時間酸洗後、バルブを開いてメッキ槽５１と回収タンク６１とを連通すると、メッキ槽５１内が減圧されて臨界点以下の状態に移行し、メッキ槽５１内に使用後の酸溶液と界面活性剤との二層状態が回復される。その間、圧縮ポンプ５８から高圧の二酸化炭素がメッキ槽５１内に導入され、その圧力によって使用後の酸溶液と界面活性剤とが押し出されて回収タンク６１に回収される。その後、脱脂工程の場合と同様にしてメッキ槽５１内に超臨界状態の二酸化炭素を導入して、被処理物５３及び対極５２に付着している水分を高速かつ効率良く洗浄し乾燥するとともに、二酸化炭素を二酸化炭素滞留槽６４へ回収する。
【００１３】
ついで、第１メッキ液供給タンク５４内のメッキ液に界面活性剤溶液タンク６８から所定の界面活性剤を添加してこれらをメッキ槽５１内へ送り込むと、メッキ液と界面活性剤はメッキ槽５１内で二層を形成するから、ここで圧縮ポンプ５８及びヒータ５９を経て二酸化炭素容器６０からの二酸化炭素ガスを臨界圧以上に加圧すると共に臨界温度以上に加熱し、超臨界二酸化炭素を生成してメッキ槽５１へ導入すると、超臨界状態の二酸化炭素がメッキ槽５１に高速に拡散し、メッキ液と界面活性剤とが急速に混合されてエマルジョン化され、二酸化炭素が分散されたメッキ液、あるいはメッキ液の泡がメッキ槽５１内に高密度に拡散し、被処理物５３の表面に接触する。
【００１４】
この状況の下で対極５２及び負極に通電すると、対極片（例えば純ニッケル）が電解してエマルジョン化したメッキ液に溶出し、これが被処理物５３の表面に析出してメッキされる。その際、ニッケルイオンの電解溶出、析出ないし付着を超臨界状態で行なっているから、ニッケルイオンがメッキ槽５１内を速やかに拡散し、かつ高密度で均一に分布して、被処理物５３の表面だけでなく裏面にも付着する。したがって、従来の電解メッキ法に比べて、いわゆるメッキのつき廻りが非常に良く、被処理物５３の表面及び裏面に均一かつ緻密なメッキ状態を得られ、良好な仕上がり面を得られる。
【００１５】
このメッキ工程の終了後に、バルブを開いてメッキ槽５１と第２メッキ液回収タンク６２とを連通すると、メッキ槽５１内が減圧されて臨界点以下の状態に移行し、メッキ槽５１内に使用後のメッキ液と界面活性剤との二層状態が回復される。その間、圧縮ポンプ５８から高圧の二酸化炭素がメッキ槽５１内に導入され、その圧力によって使用後のメッキ液と界面活性剤とが押し出されて第２メッキ液回収タンク６２に回収される。その後、脱脂工程の場合と同様にしてメッキ槽５１内に超臨界状態の二酸化炭素を導入して、被処理物５３及び対極５２に付着している水分を高速かつ効率良く洗浄し乾燥するとともに、二酸化炭素を二酸化炭素滞留槽６４へ回収する。このようにして被処理物５３を洗浄し乾燥した後、圧縮ポンプ５８を停止して二酸化炭素の導入を停止し、メッキ槽５１の蓋（図示略）を開けて、メッキ処理後の被処理物５３を取り出せば、一連のメッキ作業が終了する。
【００１６】
なお、使用後の二酸化炭素は、二酸化炭素滞留槽６４から吸着カラム６５を二酸化炭素中の水及び油脂分を吸収し、初期状態に再生して適時、圧縮ポンプ５８へ還流し、再利用する。また、使用後の酸溶液及びメッキ液等は、各回収タンク６１〜６２を経て混入された界面活性剤を分離ないしは若干高濃度に調製して再生した後に、各溶液供給タンク５４〜５６へ還流される。
【００１７】
この被処理物の処理装置５０は、脱脂、酸洗、洗浄のメッキ前処理、電気メッキ処理、被処理物の回収、乾燥のメッキ後処理を単一のメッキ槽５１内で行うことができる。そのため、各処理毎に専用の浴槽を要する従来のメッキ処理法及び設備に比べて、構成が簡単で設置スペ−スがコンパクトになり、設備費の低減を図ることができる。また、各工程から排出する種々の排出物の外部への排出を回避できるから、従来のような高価かつ大形の排水処理設備を必要としなくなる。更に、これらの各処理工程は非常に良好な拡散性を有する超臨界二酸化炭素を利用して行なっているから、メッキ液に被処理物を浸漬する従来のメッキ法に比べて酸溶液やメッキ液の使用量が非常に少量で足りるため、排出処理設備の小型化、軽量化及び排水処理設備の省略化を図れるとともに、被処理物の洗浄や回収、乾燥、メッキ液の回収を容易かつ速やかに行えるという効果を奏するものである。
【００１８】
ところで、この被処理物の処理装置５０においては、脱脂、酸洗、洗浄のメッキ前処理、電気メッキ処理、被処理物の回収、乾燥のメッキ後処理を単一のメッキ槽５１内で行っているが、このメッキ槽５１は、メッキ槽５１内の流体が高温・高圧の超臨界流体ないし亜臨界流体となされるため、耐熱性及び耐圧性を備えている必要がある。このような、耐熱性及び耐圧性を備えたメッキ槽の具体例を図５及び図６を用いて説明する。なお、図５は下記特許文献２に開示されている超臨界流体ないし亜臨界流体を用いる電気メッキ槽の断面図である。図６は図５の電極及びプーリを省略して表した平面図であり、蓋体とクランプリングのロック直前の状態を示している。
【００１９】
この電気メッキ槽７０は、有底筒状の槽本体７１と、槽本体７１の開口部を閉塞する蓋体７２と、蓋体７２の閉塞状態を保持するクランプリング７３とを備え、これらは肉厚のステンレス鋼で構成され、その周面を塩化ビニ−ルや硬質ゴムでライニングして絶縁している。この槽本体７１の上部外周面には、縮径状のクランプシ−ル部７４が設けられ、クランプシ−ル部７４の中高部周面に舌片状の複数のクランプ爪７５が形成されている。
【００２０】
クランプリング７３は、クランプシ−ル部７４に回動可能に取り付けられ、その内周面の中高部にクランプ爪７５と係合可能なリング状の係止部７６を形成し、この係止部７６の上下に環状溝７７、７８を形成している。このうち、環状溝７７にクランプ爪７５が係合し、環状溝７７の直下に舌片状の複数のクランプ爪７９が形成され、クランプ爪７９をクランプ爪７５に係合可能にしている。
【００２１】
環状溝７８には後述する蓋体７２のクランプ爪が係合し、この環状溝７８の直上に舌片状の複数のクランプ爪８０が形成され、クランプ爪８０を蓋体７２のクランプ爪に係合可能にしている。蓋体７２は大小複数段の円板状に形成され、その最大径部周面に複数のクランプ爪８１が形成され、クランプ爪８１がクランプ爪８０と係脱可能にされていて、蓋体７２を着脱可能にしている。
【００２２】
蓋体７２の下部に導電性の枠体からなり、被処理物を掛け止め若しくはクリップ可能にした被処理物収納容器８２が着脱可能に取り付けている。また、蓋体７２の中央部とその両側に大小異径の貫通孔８３、８４が設けられ、このうち中央部の貫通孔８３に撹拌軸８５が挿入され、撹拌軸８５の下端部にファン８６が取り付けられ、この撹拌軸８５はモ−タに連係するベルトプーリによって回転駆動されている。大径側の貫通孔８４、８４には同様な電極棒８７、８８が挿入され、これらに正電位と負電位が印加されている。
【００２３】
このうち、正電位を印加する電極棒８７の下端部は撹拌軸８５の周面に装着した電極管８９に通電可能に接続されている。電極管８９は、カ−ボンやフェライト等の不溶性電極部材で構成され、電解溶液に晒され、かつ電界内に置かれても溶出不可能にされている。また、負電位を印加した電極棒８８は前記被処理物収納容器８２の上端部に通電可能に接続されている。前記槽本体７１の外面には槽本体７１内に連通するポ−ト９０〜９４がそれぞれ開口されて、所定の導管が接続されている。
【００２４】
この電気メッキ槽７０によれば、被処理物収納容器８２内に配置された多数の被処理物に対して表面及び裏面にも均一かつ緻密なメッキ状態が得られ、良好な仕上がり面が得られるというものである。
【００２５】
【特許文献１】特開２００３−３２１７９８号公報
【特許文献２】特開平２００３−１４７５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
このように、超臨界流体ないし亜臨界流体を用いて電気メッキを行うことにより、従来の一般的な電気メッキ法に比してメッキのつき廻りが非常に良く、被処理物の表面及び裏面に均一かつ緻密なメッキ状態を得られ、良好な仕上がり面が得られる等の効果が奏されることが知られている。しかしながら、これらの超臨界流体ないし亜臨界流体を用いた電気メッキ法を面積の広い被処理物に対して適用すると、必ずしも均一なメッキ表面が得られないことが見出された。本来、臨界流体ないし亜臨界流体を用いた電気メッキ法では一般的な電気メッキ法に比してメッキのつき廻りが非常に良いことが知られている。しかも、電気メッキ槽内では例えば撹拌子６９（図３参照）ないしファン８６（図４参照）によって強力に撹拌されているため、電解液は均質に被処理物の表面に接触して均一なメッキ表面が得られるものと予測されていた。
【００２７】
発明者等はこのような超臨界流体ないし亜臨界流体を用いて面積の広い被処理物に対して電気メッキを行った際に必ずしも均質なメッキ表面が得られない原因について種々検討を重ねた結果、連続流通法であってもバッチ法であっても、部分的に超臨界流体ないし亜臨界流体の定常流が生じ、この定常流に沿って被処理物の表面に不均質なメッキ表面が形成されることがあることを見出した。すなわち、超臨界流体ないし亜臨界流体は、本来電気メッキ槽内では高速に移動し、しかも高拡散性であるために実質的に撹拌や処理流体の流れに影響を受けないはずである。しかしながら、超臨界状態ないし亜臨界状態となった電気メッキ液の移動速度が早いにしても、電気メッキ液からの金属の析出速度も早いため、部分的に生じた定常流によって電気メッキ液中の金属イオンの供給が不足する部分が生じ、これによって部分的に不均質なメッキ表面が得られることが原因と推定された。
【００２８】
本願発明はこのような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであり、その目的は、臨界流体ないし亜臨界流体を用いて面積の広い被処理物に対して電気メッキを行った際に、広い面積に亘って均一なメッキ被膜が高速で得られる被処理物の表面処理方法及び表面処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記目的を達成するため、二酸化炭素及び不活性ガスの少なくとも一方及び界面活性剤を含む電気メッキ液を超臨界状態又は亜臨界状態で被処理物の表面に電気メッキする被処理物の表面処理方法において、前記被処理物を対極と互いに対向させると共に、前記被処理物及び対極を同時に同方向又は互いに異なる方向に回転運動させながら電気メッキを行うことを特徴とする。
【００３０】
本発明の被処理物の表面処理方法は、二酸化炭素及び不活性ガスの少なくとも一方、電気メッキ液及び界面活性剤を含み、超臨界状態又は亜臨界状態で被処理物の表面に電気メッキするものである。超臨界状態ないし亜臨界状態の二酸化炭素ないし不活性ガスと混合された界面活性剤を添加した電気メッキ液は、エマルジョンを形成するが、このエマルジョンは高拡散性であるため電気メッキ槽内で被処理物及び対極の隅々まで包み込む。そのため、本発明の被処理物の表面処理方法によれば、エマルジョン状態の電気メッキ液が均一かつ高精密に被処理物及び対極に接触して、被処理物の表面に所定の電気メッキが行なわれる。しかも、電気メッキ液は、エマルジョンの界面を拡散するから、従来のようにメッキ液中に被処理物を浸漬するメッキ法に比べて、非常に少量で足りる。しかも、電気メッキ液中の金属イオンは、超臨界状態ないし亜臨界状態の二酸化炭素ないし不活性ガスによる高拡散性のエマルジョンとなって、電気メッキ槽内で均一かつ高密度に拡散し、被処理物の表面で還元されて金属として析出するから、メッキ被膜のつきまわりが良くなり、均一かつ緻密なメッキ皮膜が得られる。
【００３１】
加えて、本発明の被処理物の表面処理方法では前記被処理物を対極と互いに対向させると共に、前記被処理物及び対極を同時に同方向又は互いに異なる方向に回転運動させながら電気メッキを行っているため、電極である被処理物とメッキ液との接触界面が移動する。一般に、被処理物の通電によって電極界面に電位勾配が形成されるから、この電位勾配によって電気メッキ液の濃度分布ないし金属イオンの密度分布が形成される。しかしながら、本発明の表面処理方法によれば、被処理物及び対極を同時に同方向又は互いに異なる方向に回転運動させたため、電気メッキ液の濃度分布ないし金属イオンの密度分布が平坦化かつ均一化されると共に部分的に定常流が生じることがなくなり、しかも、部分的に電気メッキ液に定常流が生じていても被処理物がこの定常流と当接する部分が移動するので、被処理物の広い面積範囲に亘って均一かつ緻密なメッキ皮膜が形成されるようになる。
【００３５】
また、本発明の被処理物の表面処理方法によれば、被処理物が回転しているだけでなく対極も被処理物と同方向又は互いに異なる方向に回転しているため、対極及び被処理物の一方のみを回転運動させるよりもより超臨界状態又は亜臨界状態のエマルジョン化された電気メッキ液の定常流が生じ難くなり、被処理物の表面が均質にエマルジョン化された臨界状態又は亜臨界状態の電気メッキ液と均質に接触するようになるので、全面に亘ってより均質なメッキ被膜が得られるようになる。
【００３８】
また、本発明の被処理物の表面処理方法においては、前記被処理物及び対極を同時に同方向又は互いに異なる方向に回転運動及び往復運動させながら電気メッキを行うことが好ましい。
【００３９】
係る態様の被処理物の表面処理方法によれば、被処理物だけでなく対極も被処理物と同方向又は互いに異なる方向に回転運動及び往復運動しているため、対極及び被処理物を回転運動させるよりも超臨界状態又は亜臨界状態のエマルジョン化された電気メッキ液の定常流が生じ難くなり、被処理物の表面が均質にエマルジョン化された臨界状態又は亜臨界状態の電気メッキ液と均質に接触するようになるので、全面に亘ってより均質なメッキ被膜が得られるようになる。
【００４０】
また、本発明の被処理物の表面処理方法においては、前記回転運動又は前記往復運動の変更を、電気メッキ中に定期的又はランダムに一時的に停止させることが望ましい。
【００４１】
係る態様の被処理物の表面処理方法によれば、電極である被処理物と電気メッキ液との接触界面の状態が急速に変化するため、部分的に電気メッキ液に定常流が生じていても、この定常流が破壊されるため、より全面に亘ってより均質なメッキ被膜が得られるようになる。
【００４２】
また、本発明の被処理物の表面処理方法においては、前記一時的に停止させる時間は、予め定めた一定時間、又は、予め定めた所定時間範囲内でランダムに定められた時間であることが好ましい。
【００４３】
係る態様の被処理物の表面処理方法によれば、部分的に電気メッキ液に定常流が生じても、この定常流が被処理物に当たる部分が移動するので、定常流に起因するメッキ不良が生じ難くなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を実施形態及び図面を用いて詳細に説明するが、以下に述べる実施形態は、本発明をここに記載したものに限定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。
【００４７】
なお、図１は実施態様に係る被処理物の表面処理装置の概略構成を示す図である。図２は図１の表面処理流体供給手段の一具体例の概略構成図である。図３Ａ〜図３Ｆは本発明で採用し得る被処理物及び対極の運動を説明する概略図である。
【００４８】
この被処理物の表面処理装置１０は、図１に示すように、耐熱・耐圧性の電気メッキ槽１１と、表面処理流体供給手段１２と、被処理物を回転運動させると共に回転軸に対して往復運動させるための被処理物駆動手段１３と、電気メッキ用の電源１４とを備えている。電気メッキ槽１１は、有底円筒形の圧力容器１５と、蓋部材１６と、円環状のクランプリング１７からなる。圧力容器１５は上端部に外方へ延びる円環状の鍔部１５ａを備え、また、蓋部材１６も下端部に外方へ延びる円環状の鍔部１６ａを備え、これらの鍔部１５ａ及び１６ａ間に図示しない耐熱シール材を介して重ね合わされている。そして、これらの鍔部材１５ａ及び１６ａの周囲は、円環状のクランプリング１７によって高圧に耐えられるように密封されている。なお、これらの鍔部１５ａ、１６ａ及び円環状のクランプリング１７の具体的構成及び固定方法は、図４及び図５に示した従来例のものと相違はないので、その具体的説明は省略する。
【００４９】
この電気メッキ槽１１の蓋部材１６の中央部に、回転可能にかつ摺動可能に耐圧密閉シール部材１８によってシールされ、かつ蓋部材１６とは電気的に絶縁された状態で、負極を兼ねる通電部材１９１が設けられている。この通電部材１９１は、その一端が被処理物駆動手段１３に接続され、回転駆動及び往復駆動されるようになっている。なお、被処理物駆動手段１３による通電部材１９１に対する回転駆動及び往復駆動は独立して制御可能となっている。また、通電部材１９１の他端は、例えば被処理物２０に直接ネジ止め、被処理物２０の周囲の把持等、図示しない周知の固定手段によって固定されている。そのため、被処理物２０は、被処理物駆動手段１３によって通電部材１９１を介して回転及び通電部材１９１の回転軸に沿った方向に往復運動することができるようになっている。そして、この通電部材１９１は電源１４のマイナス出力端子に電気的に接続されており、被処理物２０は負極として作動するようになされている。
【００５０】
また、電気メッキ槽１１の圧力容器１５の底部には、通電部材１９２に取り付けられた対極２１が圧力容器１５とは電気的に絶縁された状態で取り付けられている。そして、この対極２１の通電部材１９２は電源１４のプラス出力端子に電気的に接続されており、対極２１は対極として作動するようになされている。更に、圧力容器１５の底部には入口配管２２及び出口配管２３が接続されており、入口配管２２はストップバルブ２４ａを経て表面処理流体供給手段１２の供給口１２ａに接続されており、また、出口配管２３はストップバルブ２４ｂを経て表面処理流体供給手段１２の流入口１２ｂに接続されている。従って、表面処理流体供給手段１２から供給された表面処理流体は、供給口１２ａ、ストップバルブ２４ａ、入口配管２２、電気メッキ槽１１、出口配管２３、ストップバルブ２４ｂ及び流入口１２ｂを経て表面処理流体供給手段１２に循環されるようになっている。
【００５１】
また、表面処理流体供給手段１２は、図２に示したように、電気メッキ槽１１に表面処理流体を供給するための供給口１２ａと、電気メッキ槽１１から循環されてきた表面処理流体を受け入れる流入口１２ｂを備えている。流入口１２ｂは、ストップバルブ２５ｂを経て順次循環ポンプ２６、ミキサ（例えば、スタティックミキサ）２７、ストップバルブ２５ａを経て供給口１２ａに接続されている。そして、供給口１２ａとストップバルブ２５ａとを結ぶ配管２８ａには分岐配管２８ａ１を介してリリーフバルブ２９ａが接続され、このリリーフバルブ２９ａは圧力容器である回収タンク３０ａに接続されている。同じく流入口１２ｂとストップバルブ２５ｂとを結ぶ配管２８ｂには分岐配管２８ｂ１を介してリリーフバルブ２９ｂが接続され、このリリーフバルブ２９ｂは圧力容器である回収タンク３０ｂに接続されている。そして、これら配管２８ａ及び２８ｂ、分岐配管２８ａ１及び２８ｂ１の占める内部体積は可能な限り小さくなるようになされている。なお、三方バルブ３１ａ、３１ｂ及びバイパス配管３１ａ１が必要に応じて設けられている。
【００５２】
また、二酸化炭素タンク３２からの二酸化炭素ガスが二酸化炭素供給配管３３、加圧ポンプ３４及びヒータ３５を経て循環ポンプ２６に供給されているとともに、界面活性剤容器３６からの所定の界面活性剤が添加された電気メッキが電気メッキ液容器３７から送液ポンプ３８によって加圧された後に循環ポンプ２６に供給されている。そして、循環ポンプ２６を経て送出された二酸化炭素は少なくとも超臨界状態ないしは亜臨界状態となるようになされており、界面活性剤が添加された電気メッキ液と超臨界状態ないしは亜臨界状態の二酸化炭素はミキサ２７で十分に混合された後にストップバルブ２５ａを経て供給口１２ａへ供給されるようになっている。
【００５３】
この実施形態の被処理物の表面処理装置を利用して被処理物２０を電気メッキするには、所定の被処理物２０を通電部材１９１の先端部に取り付け、図１に示したように、圧力容器１５上に蓋部材１６を載置した後、クランプリング１７を操作することによって電気メッキ槽１１を組み立てる。なお、対極２１としては、不溶性電極ないしメッキする金属からなる金属板を使用し得る。
【００５４】
次に、表面処理流体供給手段１２においては、初期状態として、ストップバルブ２４ａ、２４ｂ、２５ａ及び２５ｂ、リリーフバルブ２９ａ及び２９ｂはそれぞれ閉状態となっている。また、ここでは三方バルブ３１ａ、３１ｂ及びバイパス配管３１ａ１を使用していないものとして説明する。更に、電気メッキ槽１１内の被処理物２０は、被処理物駆動手段１３によって所定速度で回転させると共に所定速度で回転軸方向に往復運動させておく。
【００５５】
次いで、循環ポンプ２６を作動させ、二酸化炭素タンク３２を開弁し、充填した二酸化炭素を二酸化炭素供給配管３３、加圧ポンプ３４及びヒータ３５を経て約８〜１０ＭＰａ、約５０℃に加圧及び加熱して二酸化炭素を超臨界状態ないしは亜臨界状態として循環ポンプ２６へ送出する。これと同時にストップバルブ２４ａ、２４ｂ、２５ａ及び２５ｂを開状態として超臨界状態ないしは亜臨界状態の二酸化炭素を、図１及び図２において矢印で示した方向に、電気メッキ槽１１へ循環させる。
【００５６】
この状態で、電気メッキ液容器３７内の電気メッキ液に界面活性剤容器３６からの所定の界面活性剤を所要量添加して所定の組成に調製し、この混合液の所定量を送液ポンプ３８を介して循環ポンプ２６へ供給し、図２において矢印で示した方向に送出する。この電気めっき液と界面活性剤との混合液及び超臨界状態ないしは亜臨界状態の二酸化炭素はミキサ２７で混合撹拌されて供給口１２ａから入口配管２２を経て電気メッキ槽１１へ移動する。
【００５７】
そして、超臨界状態ないしは亜臨界状態の二酸化炭素を供給後、電気メッキ槽１１に電気メッキ液を供給する前、より厳密には被処理物２０が電気メッキ液に接触する前に、電源１４をＯＮとし、被処理物２０と対極２１との間に通電可能な状況を形成して置く。このように、界面活性剤を添加した電気メッキ液と超臨界状態ないし亜臨界状態の二酸化炭素とがミキサ２７内で混合され、電気メッキ液を含むエマルジョンが形成される。このエマルジョン状の電気メッキ液は超臨界状態ないしは亜臨界状態の二酸化炭素と共に電気メッキ槽１１内を高速に拡散し、被処理物２０及び対極２１を包み込み、エマルジョン状態の電気メッキ液が均一かつ高精密に被処理物２０及び対極２１に接触して、被処理物２０の表面に所定の電気メッキが行なわれる。このように、界面活性剤を含む電気メッキ液は、超臨界状態ないしは亜臨界状態の二酸化炭素と共にエマルジョンとなって拡散するから、従来のようにメッキ液中に被処理物を浸漬するメッキ法に比べて、非常に少量で足りるようになる。
【００５８】
また、この電気メッキ槽１１においては、超臨界状態ないしは亜臨界状態にある二酸化炭素と共にエマルジョン化された電気メッキ液が電気メッキ槽１１内に流入した後に予め通電可能な状態に置かれた被処理物２０と対極２１との間に電流が流れ、エマルジョン状の電気メッキ液中の金属イオンが負極側の被処理物２０の表面に析出してメッキ皮膜が生成される。この場合、被処理物２０は、エマルジョン状態の電気メッキ液との接触前に通電可能な状況に置かれているから、エマルジョンとの接触時に置換メッキを生ずることなく、対極２１との間で速やかに電気化学反応が形成され、電気メッキが行なわれる。
【００５９】
更に、電気メッキ槽１１内では、エマルジョン状態の電気メッキ液は超臨界ないし亜臨界状態の二酸化炭素によって高拡散性となっているから、電気メッキ液中の金属イオン電気メッキ槽１１内で均一かつ高密度に拡散して被処理物に接触して析出する。そのため、つきまわりが良く、面積が広い被処理物２０のメッキに応じられるとともに、均一かつ緻密で薄厚のメッキ皮膜が得られる。
【００６０】
加えて、電気メッキ槽１１内では、被処理物２０は被処理物駆動手段１３によって所定速度で回転されていると共に所定速度で回転軸方向に往復運動されているから、負電極である被処理物２０と電気メッキ液との接触界面が移動する。また、定常流が生じている場合でも、被処理物２０が移動しているので、被処理物２０が均一に電気メッキ液の定常流もしくは停滞液に接触するので、均一な電気メッキ被膜が得られるようになる、更に、一般には、被処理物２０の通電によって電極界面に電位勾配が形成されるため、この電位勾配によって電気メッキ液の濃度分布ないし金属イオンの密度分布が形成される。しかしながら、上記実施形態によれば、被処理物２０の回転運動及び往復運動によって電気メッキ液の濃度分布ないし金属イオンの密度分布が平坦化かつ均一化されるため、被処理物の広い面積範囲に亘って均一かつ緻密なメッキ皮膜が形成されるようになる。
【００６１】
また、電気メッキ槽１１では、超臨界状態ないしは亜臨界状態の電気メッキ液を含むエマルジョンを循環させて行なっているから、このエマルジョンが電気メッキ槽１１内でカルマン渦を形成することなく高速で、隅々まで円滑に移動し、均一かつ高精密なメッキ皮膜を得られる。その際、前記エマルジョンは、被処理物に沿って平行に移動するから、移動速度や拡散速度が減速されることなく、高速かつ高精密な金属イオンの析出ないしメッキ作用を維持する。
【００６２】
更に、メッキ処理後の電気メッキ液を含むエマルジョンは、電気メッキ槽１１から流出し、流入口１２ｂ、ストップバルブ２５ｂを経て循環ポンプ２６に導かれ、この循環ポンプ２６で再度加圧されてミキサ２７へ移動し、該ミキサ２７で前記エマルジョンが混合撹拌されて均一化され、再度電気メッキ槽１１へ流入する。以降、被処理物２０に対して所定の電気メッキが継続され、所期のメッキ状態を得られたところで、次の工程へ移行する。その際、循環ポンプ２６を停止し、ストップバルブ２４ａ、２４ｂ、２５ａ及び２５ｂを閉じ、リリーフバルブ２９ａ及び２９ｂを開いてエマルジョンを回収タンク３０ａ及び３０ｂへ回収し、その後、リリーフバルブ２９ａ及び２９ｂを閉じる。
【００６３】
電気メッキ後、被処理物２０や対極２１に付着した電気メッキ液を除去し乾燥する場合、二酸化炭素タンク３４内の二酸化炭素を使用し、これを前述のように超臨界又は亜臨界状態に調製して被処理物２０に接触させれば、速やかに所期の効果を得られる。また、別途洗浄水を用いて電気メッキ槽１１内に圧送して循環させ、電気メッキ液を洗い流した後、二酸化炭素を吹き込んで乾燥させれば、安価かつ簡便に電気メッキ液の除去及び乾燥を行なうことができる。
【００６４】
この場合、乾燥工程を終了する前に、ストップバルブ２５ａ、２５ｂを閉じ、更にリリーフバルブ２９ａ及び２９ｂを開き、電気メッキ槽１１を含むストップバルブ２４ａと２５ａの間に存在していた二酸化炭素をそれぞれ回収タンク３０ａ及び３０ｂに回収する。そうすると、電気メッキ槽１１内、入口配管２２及び出口配管２３内は大気圧に戻るため、電気メッキ槽１１の蓋部材１６を外して電気メッキされた被処理物２０を取り出すことができるようになる。
【００６５】
なお、ここでは三方バルブ３１ａ、３１ｂ及びバイパス配管３１ａ１を使用していないものとして説明した。この場合、初期状態では表面処理流体供給手段１２内の管路等の内部は全て大気圧となっているため、複数個の被処理物２０に対して連続的に電気メッキ工程を行わせるには、電気メッキ槽１１内を超臨界状態ないしは亜臨界状態とするために時間がかかる。そのため、三方バルブ３１ａ、３１ｂ及びバイパス配管３１ａ１を設け、電気メッキ槽１１内が大気圧になっている場合には、循環ポンプ２６から得られた超臨界状態ないしは亜臨界状態の二酸化炭素を三方バルブ３１ａ、３１ｂ及びバイパス配管３１ａ１を経て循環ポンプ２６に循環させておく。この状態で電気メッキ槽１１内に被処理物２０をセットした後、三方バルブ３１ａ、３１ｂ及びバイパス配管３１ａ１を切り替えて、循環ポンプ２６から得られた超臨界状態ないしは亜臨界状態の二酸化炭素を電気メッキ槽１１に供給するようにすると、必要な時間を短縮することができるため、作業性が向上し、量産用途に非常に適したものとなる。
【００６６】
上記実施形態では被処理物２０を通電部材１９１を介して回転させると共に回転軸に沿って往復運動するものとして説明した。しかしながら、上述のように被処理物２０を通電部材１９１によって回転させると共に回転軸に沿って往復運動させることの本質的目的は、電気メッキ液の濃度分布ないし金属イオンの密度分布を平坦化かつ均一化し、部分的に定常流が生じないようにして被処理物の広い面積範囲に亘って均一かつ緻密なメッキ皮膜を形成することにある。また、回転運動は、定常流が生じた場合であっても、定常流が接触する被処理物２０の表面を移動させて、均一な電気メッキ被膜が形成できるようにするためである。そのため、図３Ａ〜図３Ｆに示したように、被処理物２０のみを回転（図３Ａ）、対極２１のみを回転（図３Ｂ）、被処理物２０及び対極２１を同時に同方向又は逆方向に回転（図３Ｃ）、被処理物２０を往復運動（図３Ｄ）、対極２１を往復運動（図３Ｅ）、被処理物２０及び対極２１を同時に同方向又は逆方向に往復運動（図３Ｆ）させる構成となしても、更には、図３Ａ〜図３Ｃに示した回転運動と図３Ｄ〜図３Ｆに示した往復運動を適宜に組み合わせても、被処理物２０の界面が移動するので、部分的に定常流ができなくなるようにすることができるようになり、広い面積の被処理物２０に対して均質なメッキ被膜を形成することができるようになる。なお、上述した実施形態は、図３Ａに示した回転運動と図３Ｄに示した往復運動とを組み合わせたものに相当する。
【００６７】
また、上記実施形態では、被処理物２０が通電部材１９１を介して所定速度で回転されていると共に所定速度で回転軸方向に往復運動されているものとした例を示した。しかしながら、より電気メッキ液の定常流が生じないようにするためには、電気メッキ中に被処理物２０及び対極２１の少なくとも一方と電気メッキ液との相対的位置の変更を定期的又はランダムに一時的に停止させることが望ましい。このように電気メッキ中に被処理物２０及び対極２１の少なくとも一方と電気メッキ液との相対的位置の変更を一時的に停止させると、被処理物２０と電気メッキ液との接触界面の状態が急速に変化するため、部分的に電気メッキ液に定常流が生じていても、この定常流が破壊されるので、より全面に亘って均質なメッキ被膜が得られるようになる。なお、この一時的に停止させる時間は、予め定めた一定時間、又は、予め定めた所定時間範囲内でランダムに定められた時間とすることができる。このような一時的に停止させる時間の設定は被処理物駆動手段１３に周知の制御手段を組み込むことにより容易に実行させることができる。
【００６８】
また、表面処理流体供給手段１２からの表面処理流体は、流通式に電気メッキ槽１１に供給する例を示したが、バッチ式に電気メッキ槽１１に供給してもよい。更には、上述した従来例のように、表面処理流体供給手段１２から電気メッキ液だけでなく、脱脂液、酸洗液、洗浄液等を切り換え供給することができるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】実施形態に係る被処理物の表面処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の表面処理流体供給手段の一具体例の概略構成図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｆは本発明で採用し得る被処理物及び対極の運動を説明する概略図である。
【図４】従来例に係る被処理物の表面処理装置の概略構成を示す図である。
【図５】従来例の超臨界流体ないし亜臨界流体を用いる電気メッキ槽の断面図である。
【図６】図５の電極及びプーリを省略して表した平面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０：被処理物の表面処理装置  １１：電気メッキ槽  １２：表面処理流体供給手段  １２ａ：供給口  １２ｂ：流入口  １３：被処理物駆動手段  １４：電源  １５：圧力容器  １５ａ：鍔部  １６：蓋部材  １６ａ：鍔部  １７：クランプリング  １８：耐圧密閉シール部材  １９１、１９２：通電部材  ２０：被処理物  ２１：対極  ２２：入口配管  ２３：出口配管  ２４ａ、２５ａ：ストップバルブ  ２５ａ、２５ｂ：ストップバルブ  ２６：循環ポンプ  ２７：ミキサ  ２８ａ、２８ｂ：配管  ２８ａ１、２８ｂ１：分岐配管  ２９ａ、２９ｂ：リリーフバルブ  ３０ａ、３０ｂ：回収タンク  ３１ａ、３１ｂ：三方バルブ  ３１ａ１：バイパス配管  ３２：二酸化炭素タンク  ３３：二酸化炭素供給配管  ３４：加圧ポンプ  ３５：ヒータ  ３６：界面活性剤容器  ３７：電気メッキ液容器  ３８：送液ポンプ  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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