(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融塩浴を保持するためのグラファイト製電解槽と、該グラファイト製電解槽を内部に配置する溶融塩電解容器と、溶融塩浴から金属を電析する電極が設けられるとともに溶融塩電解容器の上部開口に取り付けることによって溶融塩電解容器内部を密閉状態とするための蓋体とを備える溶融塩電解装置において、
グラファイト製電解槽に保持された溶融塩浴の液面と前記蓋体との間に、溶融塩浴から発生する輻射熱を遮るための遮蔽板を設け、
前記遮蔽板は電極に着脱自在とされたものであることを特徴とする溶融塩電解装置。
【請求項２】
溶融塩電解容器の内壁面を保温材で覆うようにした請求項１に記載の溶融塩電解装置。
【請求項３】
保温材は、溶融塩電解容器の上下方向で分割されているものである請求項２に記載の溶融塩電解装置。
【請求項４】
溶融塩浴を保持するためのグラファイト製電解槽と、該グラファイト製電解槽を内部に配置する溶融塩電解容器と、溶融塩浴から金属を電析する電極が設けられるとともに溶融塩電解容器の上部開口に取り付けることによって溶融塩電解容器内部を密閉状態とするための蓋体とを備える溶融塩電解装置において、
グラファイト製電解槽に保持された溶融塩浴の液面と前記蓋体との間に、溶融塩浴から発生する輻射熱を遮るための遮蔽板を設け、
前記溶融塩電解容器の内壁面を保温材で覆うようにし、
前記保温材は、溶融塩電解容器の上下方向で分割されているものであることを特徴とする溶融塩電解装置。
【請求項５】
グラファイト製電解槽は、グラファイト密度が１．８ｇ／ｃｍ3以上の高密度のグラファイトにより形成されているものである請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶融塩電解装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融塩浴から金属を電析させるための溶融塩電解装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、金属の成形や母材のコーティングを行う場合、溶融塩浴から金属を電析させる手法、いわゆる溶融塩電解法が用いられる。この溶融塩電解は、数百℃の高温条件下で行うもので、溶融塩浴の温度やその溶融塩浴を取り囲む雰囲気の温度を厳重に管理して行われるものである。
【０００３】
溶融塩電解で用いられる装置としては、例えば、有底筒状体の溶融塩電解容器中に、溶融塩浴を保持した電解槽を配置した、いわゆる縦型タイプの溶融塩電解装置が知られている。
【０００４】
この縦型タイプの溶融塩電解装置は、溶融塩電解容器の上部開口に、溶融塩浴から金属を電析する電極が備えられた蓋体を取り付けることによって溶融塩電解容器内部を密閉状態とし、溶融塩浴の上方から電極を移動させ、溶融塩浴へ電極を浸漬して、電解処理を行うものである。この溶融塩浴は、数百℃もの高温状態とされるため相当量の輻射熱が発生しており、この輻射熱によって溶融塩電解容器自体も、溶融塩電解上部開口に取り付けられている蓋体もかなりの高温まで加熱されることになる。
【０００５】
そのため、従来の溶融塩電解装置では、溶融塩電解を行う際の作業性や装置の寿命等を考慮して、溶融塩浴の液面から蓋体までの距離を大きくしたり、溶融塩電解容器外部に冷却手段等を設けたりすることで、輻射熱の影響を抑制することが行われていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、溶融塩浴の液面と蓋体との距離を大きくすることは、溶融塩電解装置自体が大型化し、作業性やコスト的な面から好ましいものとはいえない。また、冷却手段を溶融塩電解容器外部に設けることは、該容器内部空間における温度勾配がかなり大きくなり、その温度勾配が溶融塩浴へ影響し、溶融塩浴の温度を均一且つ一定に維持することが困難となる。さらに、溶融塩電解で得られる金属の物性、性状等をより均質なものとして要求される場合には、溶融塩浴の温度を、より均一且つ一定に維持する技術が必要となる。
【０００７】
そこで、本発明は、従来の溶融塩電解装置に対して装置コスト的な大幅増加を伴わない改良をすることによって、溶融塩浴の温度を、より均一且つ一定に維持できる技術の提供を目的としており、更には、装置の長寿命化や作業性の向上を図ろうとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、本発明では、溶融塩浴を保持するためのグラファイト製電解槽と、該グラファイト製電解槽を内部に配置する溶融塩電解容器と、溶融塩浴から金属を電析する電極が設けられるとともに溶融塩電解容器の上部開口面に取り付けることによって溶融塩電解容器内部を密閉状態とするための蓋体とを備える溶融塩電解装置において、グラファイト製電解槽に保持された溶融塩浴の液面と前記蓋体との間に、溶融塩浴から発生する輻射熱を遮るための遮蔽板を設けたものとした。
【０００９】
このようにすると、溶融塩浴から発生する輻射熱は遮蔽板により、溶融塩電解容器内部の空間に発散することがなくなるため、溶融塩電解容器及び蓋体における過度の温度上昇は抑制されることになる。従って、作業性の向上や装置の長寿命化が容易に可能となる。
【００１０】
そして、溶融塩浴からの輻射熱の発散を遮ることは、溶融塩浴温度の低下となる現象が抑制されることになり、溶融塩浴の温度を一定且つ均一に維持することが容易となる。一般に、溶融塩浴の温度を維持するため備えられる加熱源の近傍と輻射熱の発散が大きい浴面付近では温度勾配が生じやすい傾向がある。しかし、遮蔽板により溶融塩浴面から発散する輻射熱を抑制されるため、浴面付近の温度低下も小さくなり、浴全体としての温度が均一になる。このことから考えると、本発明における遮蔽板は、溶融塩浴面近傍に配置することが好ましいものである。
【００１１】
本発明における遮蔽板の材質としては、高温耐熱性を有するものを使用すればよく、高融点金属や高融点金属基合金、セラミック、黒鉛、石英などの高融点材料を用いることが可能である。また、遮蔽板の形状は、溶融塩電解容器内部の形状、溶融塩浴を保持するグラファイト製電解槽の形状を考慮して決定すればよく、例えば、溶融塩浴へ電極を浸漬するために、昇降手段に接続されるシャフトなどを使用して電極の上下移動をする場合には、シャフトが通過するための開口部を遮蔽板に設けて用いればよいものである。
【００１２】
そして、溶融塩浴の温度を、より均一且つ一定に維持し、且つ溶融塩電解容器の劣化防止を図るようにするには、溶融塩電解容器の内壁面を保温材で覆うようにすることが好ましい。このようにすると、グラファイト製電解槽外側面と溶融塩電解容器内壁面とが直接接触せず、また、グラファイト製電解槽を伝達して電解槽外に放出される熱が抑制されることになるからである。これにより、遮蔽板による効果に加え、さらに溶融塩浴の温度維持管理が容易になるとともに、溶融塩電解装置の長寿命化を図ることができる。
【００１３】
また、この保温材は、溶融塩電解容器の上下方向に分割されているようにすることが好ましいものである。このように保温材を分割しておけば、グラファイト製電解槽より保温材へ伝わる熱は、保温材の分割された部分で熱伝導が妨げられるため、上方側へ容易に伝達し無くなる。従って、溶融塩電解容器の上方部分及び蓋体の加熱が抑制されることになる。このように保温材を分割することは、大型の溶融塩電解装置とする場合に、特に有効なものである。この場合における保温材の分割は複数分割されてあってよく、要は溶融塩電解容器の上方側への熱伝達が効果的に妨げられるようにされていればよいものである。
【００１４】
また、本発明における溶融塩電解装置では、遮蔽板が電極に着脱自在とされていることが好ましい。通常、溶融塩電解装置においては、溶融塩に電極を浸漬して電解処理することが行うものであるが、このような場合、例えば、電極の上部に遮蔽板を着脱自在に取り付けておけばよい。このことは、電極が溶融塩浴へ浸漬する前の状態では、遮蔽板と電極とが一体的に移動し、電極が溶融塩浴へ浸漬する際には、遮蔽板と電極とが離脱して、遮蔽板が所定位置に配置されるようになっていることを意味するものである。このようにすると、遮蔽板のみの移動機構などを別途必要としないので、溶融塩電解装置の大幅な改造を行うことなく、容易に輻射熱を遮蔽することが可能となるのである。
【００１５】
さらに、グラファイト製電解槽は、グラファイト密度が１．８ｇ／ｃｍ3以上の高密度のグラファイトにより形成されていることが好ましい。グラファイト製電解槽を形成するグラファイトは密度が小さくなると、溶融塩浴自体がグラファイトに浸透して外部に漏洩する現象が生じる。この漏洩現象が生じると、溶融塩浴の温度も変化しやすくなり、均一且つ一定の温度維持管理が困難となるからである。また、このようなグラファイト製電解槽を用いておけば、塩化物のような腐食性の強い溶融塩浴を使用する場合、電解槽外部への漏洩による溶融塩電解容器の損傷を防止することもできることになるからである。
【００１６】
このグラファイト密度を１．８ｇ／ｃｍ3以上としたのは、１．８ｇ／ｃｍ3未満であると、溶融塩浴自体がグラファイトに浸透しやすくなるからである。このグラファイト製電解槽は、溶融塩浴と直接接触する外側面のみを、このような高密度のグラファイトで形成してもよく、例えば、グラファイト製電解槽表面を、グラファイト密度が１．８ｇ／ｃｍ3以上の高密度のグラファイトによってコーティングしたり、グラファイト製電解槽の内壁面側を、グラファイト密度が１．８ｇ／ｃｍ3以上の高密度のグラファイトにより形成し、外壁面側を低密度のグラファイトで形成するという二層構造にすることでも対応することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る溶融塩電解装置の断面概略図を示したものである。溶融塩電解装置１は、有底筒状容器２、グラファイト製電解槽３、有底筒状容器２の上部開口の蓋となるフランジ４、電極５（被メッキ物）及び遮蔽板６を装填、取り出しを行う予備排気室７、この予備排気室７と下方空間とを隔絶するシャッター８、電極５の回転手段９及び電極５に接続されているシャフト１０とを上下方向に移動させる昇降手段１１が備えられたものである。
【００１８】
有底筒状容器２の側壁には、不活性ガス流入口１２と、図示せぬ排気手段に接続されている不活性ガス排出口１３とが設けられている。そして、有底筒状容器の内壁には、グラファイト製の保温材１４で上下に分割した状態で覆われるようにしている。グラファイト製電解槽３は有底筒状容器２内の底側へ、保温材１４に囲まれるような状態で配置されている。グラファイト製電解槽３は、密度１．９ｇ／ｃｍ３のグラファイトで成形したものである。
【００１９】
グラファイト製電解槽３には、その開口に遮蔽板６を保持できるように遮蔽板保持リング１５が取り付けられている。遮蔽板６は、グラファイト製の耐熱材料で、グラファイト製電解槽３の開口断面を覆うような円盤状で、中央に電極５のシャフト１０が貫通できる開口が形成されている。
【００２０】
予備排気室７には、電極５及び遮蔽板６の装填・取出しの際に、有底筒状容器２内部に外部の空気が混入しないように、不活性ガス導入用の予備室ガス流入口１６、予備排気室７内の外気を予備的に排気する予備排気口１７が設けられている。
【００２１】
本実施形態における溶融塩電解装置１では、電極５の挿入、遮蔽板６の移動は、次のようにして行う。まず、シャッター８が閉じられた予備排気室７内に、電極５の上部に遮蔽板６を乗せた状態のものが昇降手段１１により下降される。そして、予備排気口１７から予備排気室７内に混入した外気を排出するとともに、予備室ガス流入口１６より不活性ガスを導入する。予備排気室７内を排気処理した後、シャッター８を開放して、昇降手段１１により電極５及び遮蔽板６を有底筒状容器２内の下方へ移動させる。
【００２２】
降下した遮蔽板６は、遮蔽板保持リング１５に乗せられて保持されることにより、グラファイト製電解槽３の開口に蓋をする状態となる。電極５は、遮蔽板６と離脱して、さらに降下され、グラファイト製電解槽３に保持されている溶融塩浴１８に、所定深さまで浸漬される。電極５を溶融塩浴１８中で回転させながら電解する場合は、回転手段９を駆動することにより行うことができる。溶融塩浴１８はグラファイト製電解槽３に取り付けられている図示せぬ外部ヒーターによって加熱され所定の浴温度に維持される。そして、電極５と陽極１９とを通電することで、溶融塩電解が行われるものとなる。
【００２３】
以上の操作により、グラファイト製電解槽３の開口が遮蔽板６によって蓋がされ、溶融塩浴１８液面からの輻射熱の発散で生じる、有底筒状容器２及びフランジ４の加熱が抑制されることになる。そして、溶融塩浴１８からの輻射熱の発散が遮られることによって、溶融塩浴温度の低下が抑制されることになり、溶融塩浴１８内の温度を一定且つ均一に維持することができる。
【００２４】
次に、本実施形態の溶融塩電解装置における内部温度の測定結果について説明する。この温度測定は、次表に示す溶融塩浴組成、電解温度条件下で行ったものである。
【００２５】
【表１】
0004162809.tif 000002
【００２６】
図２は、有底筒状容器２内部の温度について、有底筒状容器の開口（フランジ４下面）からの深さ位置で測定した結果を示している。実線が本実施形態の場合で、破線が遮蔽板６及び保温材１４が無い場合である。図２中、ａ〜ｄで示す位置は、図１の矢印で示した位置（ａ〜ｄ）に対応したもので、ａは遮蔽板６、ｂは溶融塩浴１８液面、ｃは電析表面（電極５底面）、ｄはグラファイト製電解槽３底部、の各位置である。
【００２７】
図２を見ると判るように、遮蔽板６がある場合、溶融塩浴底部ｄ、電析表面ｃ、液面ｂでは、ほぼ一定の温度が維持されていることが確認された。そして、遮蔽板６を境にして、有底筒状容器内の上方にいくにつれ、漸次温度は降下しており、開口からの深さ位置４００ｍｍでは２２０℃まで低下していることが判明した。
【００２８】
一方、遮蔽板６が無い場合、設定浴温度が５２０℃にもかかわらず、浴温自体は５００℃強しか維持できず、電析表面ｃ、液面ｂ、遮蔽板６の位置になるに従って、急激に温度降下が生じていることが判明した。そして、開口からの深さ位置４００ｍｍでは２４０℃であることが判明した。
【００２９】
遮蔽板６の無い場合であっても、浴中に深く電極５を浸漬するようにすれば、電析表面の温度を均一することは可能であるが、電極５を浴中に深く浸漬すると、電極５側面等にも貴金属の電析が生じ歩留りが下がることになる。しかしながら、遮蔽板６があれば、上記結果が示すように液面近くで電解が行え、歩留まり的にも好適なものとなる。また、開口からの深さ位置が４００ｍｍ以下は、予備排気室７に相当するものである。従って、遮蔽板６を備えることによって、予備排気室７付近の温度を低くすることができるので、電極５等の取り出し作業が容易になる。また、フランジ４やシャッター８、有底筒状容器の温度上昇が防止され、溶融塩電解装置自体の寿命も長期化するものである。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明しように本発明に係る溶融塩電解装置を用いると、装置コストを過度に増加させることなく、溶融塩浴の温度を、より均一且つ一定に維持することが可能となる。そして、装置の長寿命化が図れるとともに、溶融塩電解における作業効率を向上させることができるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶融塩電解装置の概略断面図である。
【図２】有底筒状容器内の温度測定を行った結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１  溶融塩電解装置
２  有底筒状容器
３  グラファイト製電解槽
４  フランジ
５  電極（被メッキ物）
６  遮蔽板
７  予備排気室
８  シャッター
９  回転手段
１０  シャフト
１１  昇降手段
１２  不活性ガス流入口
１３  不活性ガス排出口
１４  保温材
１５  遮蔽板保持リング
１６  予備室ガス流入口
１７  予備排気口
１８  溶融塩浴
１９  陽極
【図１】
0004162809.tif 000003
【図２】
0004162809.tif 000004