(57)【要約】【課題】バレルめっきにおける電気抵抗を軽減し、めっき効率の向上を図り、電気量を削減し、以って環境の改善に寄与する。【解決手段】両端に開口部を有するバレルを使用し、上記バレル内部にワークを収容してめっき液に浸漬し、開口部からバレル内部に配置した陰極とめっき液中に配置した陽極に通電し、バレルを中心軸周りに回転させながら電気めっきを行うバレルめっきにおいて、バレル１１をその後部にて左回転となる方向から見て、バレル内部の下部かつ右寄りに堆積するワークＷに対して、上記ワークから離れたバレル内部の上部かつ左寄りの位置、又は、バレルをその後部にて右回転となる方向から見て、バレル内部の下部かつ左寄りに堆積するワークに対して、上記ワークから離れたバレル内部の上部かつ右寄りの位置に、バレル内陽極部１５を配置する。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に開口部を有するバレルを使用し、上記バレル内部にワークを収容してめっき液に浸漬し、開口部からバレル内部に配置した陰極とめっき液中に配置した陽極に通電し、バレルを中心軸周りに回転させながら電気めっきを行うバレルめっきにおいて、
バレルをその後部にて左回転となる方向から見て、バレル内部の下部かつ右寄りに堆積するワークに対して、上記ワークから離れたバレル内部の上部かつ左寄りの位置、又は、
バレルをその後部にて右回転となる方向から見て、バレル内部の下部かつ左寄りに堆積するワークに対して、上記ワークから離れたバレル内部の上部かつ右寄りの位置に、
バレル内陽極部を配置したことを特徴とするバレルめっきにおけるバレル装置。
【請求項２】
バレル内陽極部は板状の電極板から成り、かつ、個々の電極板は曲げ加工されたものが複数個、間隔を設けて重ねられた構造を有する請求項１記載のバレルめっきにおけるバレル装置。
【請求項３】
めっき液中に配置した陽極は、主電極としてバレル外部のめっき液中に位置しており、バレル内陽極部は補助陽極としてバレル内部に配置されている請求項１記載のバレルめっきにおけるバレル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、両端に開口部を有するバレルを使用するもので、そのバレル内部にワークを収容してめっき液に浸漬し、開口部からバレル内部に配置した陰極とめっき液中に配置した陽極に通電し、バレルを中心軸周りに回転させながら電気めっきを行うバレルめっきにおけるバレル装置に関し、特に、環境対応策に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年めっき業界においても環境対応の問題が論じられるようになっている。当業界においてその問題に答えるには様々な方法論が考えられるが、例えば、めっき工程に必要な電気量を削減すること、或いはめっき液の管理の精度を更に高めることなどが考えられる。バレルめっきでは、塩化ビニル（ＰＶＣ）やポリプロピレン（ＰＰ）或いはポリエチレン（ＰＥ）等の樹脂を材料とする非導電性の樹脂製ドラムに多数の透孔を設けたバレルドラム（以下、単にバレルという。）を使用し、バレルの内部に棒状電極（陰極、カソード）を配置するとともにワークを入れ、めっき液中に上記バレルを浸漬した状態にて、上記カソードとバレル外部のめっき液中に配置した電極（陽極、アノード）に通電し、めっきを行っている。
【０００３】
より具体的に説明すれば、事業用では多くの場合に複数個のめっき槽を使用するので、通常は図８に例示したように１台の整流器から電力を各電極部に供給する。バレルごとに投入されるワークが異なる場合には、ワークの表面積が各バレルで同等になるように投入量をあらかじめ計算して投入する。つまり、定電流制御を行っているのであるが、図７から明らかなように整流器から各バレルに至る配線の長さが異なり、整流器に近い順に電気が流れやすくなるので厳密には全てのバレルについて同じ条件ではないことになる。
【０００４】
ここで基本的な問題に立ち返って考えてみると、めっきはファラデーの法則によって成り立ち、電解質溶液を電気分解するとき析出する物質の量は、通過電気量に比例し、１グラム当量の物質を析出させるのに要する電気量は物質の種類によらず一定であるという。特に電気使用量が多い亜鉛めっきでは、単位面積１ｄｍ２（１０ｃｍ×１０ｃｍ＝１００ｃｍ２）に１．０Ａの電流を１時間流したとすると、１７．１μｍの厚さのめっき被膜が析出することになる。０．２８５μｍ／分の析出速度であるが、バレルめっきでは、回転するバレルの内部に配置されている、コンタクトと呼ばれる通電体（リード線）によってめっき被膜が析出するので計算通りには行かず、作業者の熟練に頼る必要がある。
【０００５】
計算のために考慮すべき要素には、例えば次のようなものが考えられる。
・めっき被膜析出（膜厚）に要する電気量は、電流密度の設定に影響する。
・通電時、通電に係る接点の形状は、電気抵抗に影響する。
・アノードの表面積は、電気抵抗に影響する。
・バレル内の亜鉛金属濃度は、時間の経過とともに低下して行く。
・バレルの回転数は、ワーク表面に形成されるめっき被膜の析出量（膜厚）に影響する。
・めっき槽内の液温は、めっき被膜の析出量（膜厚）に影響する。
・投入されたワークの容量は、めっき被膜の析出量（膜厚）に影響する。
従って、めっき膜厚の一定化のためには、前記の整流器とバレルとの距離の差などの要素とともに、上記のように計算の可能な要素を解決していくことが重要である。これによってランニングコストの削減を図ることができるとともに、ＣＯ２の排出削減をも達成できることとなる。
【０００６】
これに対して、従来のバレルめっきは特公昭６２−２１８７９号に開示されているバレルめっき工程用バレルおよびそれを用いたバレルめっき法の発明に依拠しており、同号の発明はバレル軸方向両端を開放した、いわゆる蓋なしバレルを使用するもので、バレルは陰極の着脱、被めっき品（ワーク）の出し入れ、めっき液の流通、及び電界電流の通過のための開口部を両端に有し、水切りのための穿孔部を側壁に有する空洞体から構成されている。しかし、上記の発明では陽極（アノード）をバレルの外部に配置していたため、電気抵抗が大きいという問題があった。いわゆる環境対応のためには電気抵抗を軽減してめっき効率の向上を図り、電気量を削減することが必要と考えられるが、上記の発明のままでは電気量を削減することはできない。即ち、めっき被膜（必要膜厚）の析出に要する電気量を削減することで、エネルギーが削減され、その結果、発電の際に発生するＣＯ２の量を削減することができる。また、めっき時に発生する電解熱を削減することでも、エネルギーの削減が可能であり、めっき工程で使用する薬品や水量の削減によって環境負荷を削減することができる。
【０００７】
【特許文献１】特公昭６２−２１８７９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は前記の点に着目してなされたもので、その課題は、バレルめっきにおいて電気抵抗を軽減し、めっき効率の向上を図り、電気量を削減することである。また、本発明の他の課題は、特に、蓋なしバレルを用いて亜鉛めっきを行う場合において、電気量の削減によって環境の改善に対応することができるバレルめっきにおけるバレル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するため、本発明は、両端に開口部を有するバレルを使用し、上記バレル内部にワークを収容してめっき液に浸漬し、開口部からバレル内部に配置した陰極とめっき液中に配置した陽極に通電し、バレルを中心軸周りに回転させながら電気めっきを行うバレルめっきにおいて、バレルをその後部にて左回転となる方向から見て、バレル内部の下部かつ右寄りに堆積するワークに対して、上記ワークから離れたバレル内部の上部かつ左寄りの位置、又は、バレルをその後部にて右回転となる方向から見て、バレル内部の下部かつ左寄りに堆積するワークに対して、上記ワークから離れたバレル内部の上部かつ右寄りの位置に、バレル内陽極部を配置するという手段を講じたものである。
【００１０】
本発明は、既に一部触れたように、電気使用量が多い亜鉛めっきを主たる対象とする。中についても、シアン浴からシアンを除いた、ジンケート浴（ノンシアン浴）と呼ばれるアルカリ浴による亜鉛めっきである。ジンケート浴はめっき被膜均一性に優れているが、酸性浴と比較するとめっき効率が良いとは言えない。そこで、本発明はジンケート浴の特性を利用しつつ、めっき効率を高め、膜厚の均一性を得るものである。
【００１１】
本発明の装置は、両端に開口部を有するバレルを使用し、上記バレル内部にワークを収容してめっき槽に浸漬し、開口部からバレル内部に配置した陰極とめっき液中に配置した陽極に通電し、バレルを中心軸周りに回転させながら電気めっきを行うバレルめっきにおける改良技術である。バレルは、既に触れた蓋なしバレルであり、バレル胴部の前後両端にて直径が絞られており、その絞られている両端部に開口部が形成されており、かつ中心軸回りに回転可能な回転体である。開口部のどちらを前後とするかは自由であるが、図１を参照して説明すると、本発明では陰極及びバレル内陽極部を挿入する側を後とし、ワークＷを出し入れする側を前とする。
【００１２】
そして、上記バレルをその後部にて左回転となる方向から見て、バレル内部の下部かつ右寄りに堆積するワークに対して、上記ワークから離れた上部かつ左寄りの位置、又は、
バレルをその後部にて右回転となる方向から見て、バレル内部の下部かつ左寄りに堆積するワークに対して、上記ワークから離れたバレル内部の上部かつ右寄りの位置に、バレル内陽極部を配置する。図１では紙面で右側が後部、左側が前部であり、図２、図３はバレル１１を後部から見た状態である。図２、図３においてバレル１１が左回転するとき、内部のワークＷはバレル内部にて右寄りに偏って堆積するので、バレル内部の反対側、つまり上記ワークから離れた側に空間１２が形成されることになる。そこで、この空間１２のワークＷから離れた上部かつ左寄りの位置にバレル内陽極部１５を配置するものである。故に、陰極１４はワークＷに対する位置に配置する。これとは逆に、バレルをその後部にて右回転となる方向から見ることになる場合には、バレル内部の下部かつ左寄りに堆積するワークに対して、上記ワークから離れた上部かつ右寄りの位置にバレル内陽極部１５を配置することになる。何れの場合においても、バレルはメッキ液中に浸漬した状態に置かれる必要がある。
【００１３】
上記バレル内部に配置するバレル内陽極部１５は、それ単独の場合と、他の陽極と併せて設けられる場合に分けることができる。即ち、背景技術の項において言及した従来から行われている蓋なしバレルの場合、めっき槽１０の内部、かつ、バレルの外部に外部陽極１３を配置する構成を取っているので、これを主陽極とするならばバレル内部に配置するバレル内陽極部１５は補助陽極ということになる。しかしながら、本発明においては、バレル外部のめっき液中に外部陽極１３を配置することが必須の条件というわけではない。従って、バレル外部のめっき液中にて外部陽極１３を使用せずに、バレル内部のバレル内陽極部１５を主陽極としてそれのみでめっきを行うことも可能である。
【００１４】
図３は、例えば後側の開口部１６の直径をＡ、バレル１１の直径をＢ、バレル直径と開口部直径の差をＣとし、Ｃの部分をワーク投入部分とすることを示している。勿論、前側の開口部も直径はＡ以下とする。ワークＷの投入量がＣの部分を超えるとこぼれ落ちてしまうので、蓋なしバレルでそれはできない。従って、ワーク投入部分に対して、バレルの中心軸を挟んで反対側に、大きな空間１２が形成されることになるので、本発明ではこの空間１２をバレル内陽極部１５の配置箇所として利用するものである。
【００１５】
バレル内部に配置するバレル内陽極部１５の形状、大きさなどは本発明の精神に反しない限りにおいて自由に決めることができる。例えば、バレル内陽極部として板状の電極板から成り、かつ、個々の電極板を曲げ加工したものが複数個、間隔を設けて重ねられた構造とすることができる。上記の如く構成されたものは、バレル内陽極部の有効面積をより大きく取ることができるので、本発明の課題を解決するために、より有効である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は以上のように構成されかつ作用するものであり、ワークから離れたバレル内部の位置にバレル内陽極部を配置したものであるから、バレルめっきにおいて電気抵抗を軽減し、めっき効率の向上を図り、電気量を削減することができるという効果を奏する。また、本発明によれば、めっき被膜（必要膜厚）の析出に要する電気量を削減することで、エネルギーが削減され、その結果、発電の際に発生するＣＯ２の量を削減でき、特に、蓋なしバレルを用いて亜鉛めっきを行う場合において、環境の改善に対応し得るバレルめっきにおけるバレル装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、さらに図示の実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。図４は本発明に係るバレルめっきにおけるバレル装置２１の一例を示しており、このバレル装置２１も、図１ないし図３に示したバレルめっきにおけるバレル装置と同様に、ノンシアン浴による亜鉛めっきを対象とするものであって、めっき槽２０を用いてその内部に満たされているめっき液に浸漬してめっき工程が進行する。
【００１８】
各図において、１７はバレルめっき装置Ａの基台、１８は基台に沿って紙面に直交する方向へ走行可能に設けられた走行機、１９は走行機１８に設けられた昇降機であり、昇降機１９にはバレル装置２１が取り付けられている。２２は基台側の上昇位置に設けられたレール、２３は下降位置に設けられたレールであり、昇降機１９に備わっている走行用車輪２４、２５によって上記レール上を走行することができる。２６はハンガーであり、昇降機１９から延びるアーム２７の先端に吊り持ち部２８にて吊り下げた状態に設けられ、本発明に係るバレル装置２１を前後両端部のサイドプレート２９、２９′の部分にて係合し、吊り下げ状態に取り付けることができるように構成されている。
【００１９】
バレル３０は前後両端に開口部３１、３１′を有する蓋なしバレルであり、前部開口部３１の外側に従動歯車３２を有し、アーム２７の先端部に設けた駆動歯車３３によって、ハンガー２６に設けた中間歯車３４を介して回転する構成である。なお、バレル３０は吊り持ち部２８の下端に枢軸２８ａを介して取り付けられている。これによって、軌跡Ｒに示すようにバレル３０は上下首振り式に回転可能であるので、ワークＷの排出等に便宜なように設けられている。なお、バレル３０は塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）或いはポリエチレン（ＰＥ）等の樹脂を材料とする非導電性のもので、周面に多数の透孔を有している。
【００２０】
昇降機１９から延びるアーム２７の下面には端子３５、３６が設けてあり、下降位置に配置されている給電端子３７、３８との接触によって電力の供給を受ける。プラス側の端子３５は中間の接続端子３９を経て、バレル内部に配置したバレル内陽極部４０に配線によって接続され、マイナス側の端子３６は中間の接続端子４１を経て、バレル内部に配置した陰極４２に配線によって接続されている。陰極４２はいわゆる棒状電極で、これを２個配置しており、バレル内部にて流動するワークＷによる外力に対抗するために、後部サイドプレート２９′に設けた部材４４によって強固に取り付けられている。また、図示の例の場合、バレル３０の外部であるめっき槽１０の下部に外部陽極４３を配置する構成を取っているので、この外部陽極４３には基台１７の元端子４５、４６と配線によって直接接続されている。上記の各電極（４０、４２、４３）は、このようにして電力の供給を受けており、図示の例においては、バレル内陽極部４０は補助陽極として設計されることになる。
【００２１】
このような構造を有するバレルめっき装置Ａにおいて、バレル３０をその後部にて左回転となる方向から見るとき、本発明に係るバレル装置２１は、バレル内部の下部かつ右寄りに堆積するワークＷに対して、上記ワークＷから離れたバレル内部の上部かつ左寄りの位置にバレル内陽極部４０を配置するという構成を具備している。バレル装置２１のバレル３０の本体部分は断面八角形の胴部を有し、その後部では短く前部では長い角錐台状部分を有するドラムから成り、胴部の部分にほぼ同程度の長さのバレル内陽極部４０が、取り付け部材４７を用いて、後部サイドプレート２９′に取り付けられている。上記取り付け部材４７は後部開口部３１′よりバレル内部に入り込んでおり、バレル内陽極部４０を片持ち式に支えている。
【００２２】
図示の例におけるバレル内陽極部４０は、板状の電極板４８から成る。このバレル内陽極部４０は、折り曲げ加工した複数個の電極板から成り、各々の電極板を、間隔を設けて重ねた構造に組み立てられている。上記の構成を有するバレル内陽極部４０は、その表面積を大きく取ることができるので、電流密度に十分な余裕をもってめっき工程を進めることができ、電圧の低減に寄与する。図７に示す符号Ｄはめっき液の液面の位置であり、バレル内陽極部４０は、このめっき液中に配置される。
【００２３】
このように構成されたバレル装置２１を用いてバレルめっきを行う際にも、従来と同様に、アルカリ脱脂、アルカリ電解、酸洗及び電解脱脂の前処理工程をはじめに行うことは当然である。めっき工程においては、バレル装置２１の内部に前部開口部３１から所定量のワークＷを投入して、バレルめっき装置Ａを始動するとともに、各電極部４０、４２、４３に通電する。バレルめっき装置Ａの始動に伴い、バレル内部のワークＷは回転方向へ移動して堆積する傾向となり、この状態においてワークＷ内部に先端が位置している陰極４２とバレル外部、かつ、めっき液中に配置されている外部陽極４３、そして中心軸を挟んで陰極４２とほぼ反対側の位置にあるバレル内陽極部４０に電流が流れ、めっきが進行する。
【００２４】
本発明のバレルめっき装置Ａでは、図９に概念的に示した配電構成を取ることが望ましい。即ち、図９に番号１〜５で示したバレルめっき装置のように、バレル毎に専用の整流器を設置し、各バレルのバレル内陽極部を含む全電極と整流器とを配線で接続し、１バレル毎に必要十分な電気量を供給するものとする。このようにすることによって、精度の高いめっき被膜の膜厚管理と電気量の管理が可能になる。
【００２５】
このように構成されている本発明の装置によれば、めっき被膜（必要膜厚）の析出に要する電気量を削減することで、エネルギーが削減されるので、その結果、発電の際に発生するＣＯ２の量を削減することができる。また、めっき時に発生する電解熱を削減することでも、エネルギーの削減が可能であり、めっき工程で使用する薬品や水量の削減によって環境負荷を削減できることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るバレルめっきにおけるバレルの原理を示す側面説明図である。
【図２】同上の装置の後部から見た説明図である。
【図３】同じく作用を示す正面図である。
【図４】同上の実施形態の一例を示す側面図である。
【図５】図４の一部分を拡大して示す側面図である。
【図６】同じく要部を示す平面図である。
【図７】バレルを後部から見た状態を示す図である。
【図８】定電圧制御によるめっき装置の概念的な説明図である。
【図９】本発明における望ましい電圧制御の例を示す概念的な説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０、２０  めっき槽
１１、３０  バレル
１２  空間
１３、４３  外部陽極
１４、４２  陰極
１５、４０  バレル内陽極部
１６、３１、３１′  開口部
１７  基台
１８  走行機
１９  昇降機
２１  バレル装置
２２、２３  レール
２４、２５  車輪
２６  ハンガー
２７  アーム
２８  吊り持ち部
２９、２９′  サイドプレート
３２  従動歯車
３３  駆動歯車
３４  中間歯車
３５、３６  端子
３７、３８  給電端子
３９、４１  接続端子
４５、４６  元端子
４７  取り付け部材
４８  電極板
【図１】
2012077335.tif 000003
【図２】
2012077335.tif 000004
【図３】
2012077335.tif 000005
【図４】
2012077335.tif 000006
【図５】
2012077335.tif 000007
【図６】
2012077335.tif 000008
【図７】
2012077335.tif 000009
【図８】
2012077335.tif 000010
【図９】
2012077335.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成23年7月22日(2011.7.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
図２は、例えば後側の開口部１６の直径をＡ、バレル１１の直径をＢ、バレル直径と開口部直径の差をＣとし、Ｃの部分をワーク投入部分とすることを示している。勿論、前側の開口部も直径はＡ以下とする。ワークＷの投入量がＣの部分を超えるとこぼれ落ちてしまうので、蓋なしバレルでそれはできない。従って、ワーク投入部分に対して、バレルの中心軸を挟んで反対側に、大きな空間１２が形成されることになるので、本発明ではこの空間１２をバレル内陽極部１５の配置箇所として利用するものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2012077335.tif 000012
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2012077335.tif 000013