JPH08209378A - カラセル型電着処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続して複数のマンドレルの表面に金属膜を
電鋳形成するカラセル型電着処理装置を提供する。 【解決手段】 電着処理装置には、（ａ）第１の壁と、
（ｂ）第１の壁から間隔をおき第１の壁に対向して位置
する第２の壁と、（ｃ）前記第１および第２の壁によっ
て形成されるチャネルと、（ｄ）前記第１および第２の
壁の少なくとも一方に形成した電極と、（ｅ）前記電極
を設けた壁に近接し、前記電極の少なくとも一部を覆う
ように設けた電気的に非導伝性あるいは導伝性をほとん
ど有さないシールドと、が設けられる。前記シールドが
前記チャネル内で電着領域を形成し、前記マンドレルを
前記電着領域に前記マンドレルを位置させて、マンドレ
ルの表面に十分に均一な電流密度を供給する。また上記
の電着処理装置とその他の処理槽をカラセル型に組み合
わせて、複数のマンドレルに連続して電着処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電鋳（あるいは電
着）処理装置に関し、特に、マンドレルの表面に金属あ
るいは合金の薄膜を電鋳／電着形成する電鋳処理を連続
的に行うことのできるカラセル（円形コンベヤ）型の電
鋳／電着処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電鋳、電着、電気めっき方法や装置に
は、従来から広く知られている。たとえば、米国特許第
4,067,782号は、円筒形の中空マンドレルへのニッケル
めっき方法を開示されている。マンドレルはクロムめっ
きにも適し、静電複写用のシームレスベルトを生成する
ための電鋳プロセスでも使用される。この特許に開示の
方法は、アルミニウムの中空マンドレルをアノード酸化
し、アノード酸化したマンドレルをニッケルめっきし、
任意でめっき済みマンドレルを酸性浴に浸漬し、その後
クロムめっきするものである。

【０００３】米国特許第 4,501,646号では、一定の引っ
張り係数と長さ対セグメント断面積比を有するマンドレ
ルを電鋳浴に浸漬してその表面に金属コーティングし、
その後冷却下でコーティングを取り外すことが開示され
ている。

【０００４】米国特許第 3,844,906号は、マンドレルに
シームレスの帯状ニッケル膜を形成し、ある冷却条件下
でニッケル膜を取り外すことが開示されている。

【０００５】米国特許第 4,024,045号は、ローラー本体
と、これを取り巻くスリーブとを有するマスターパター
ンシリンダを開示している。この特許の一実施例では、
薄壁のスリーブの形状として円筒形の外側表面と円錐台
形の内側表面を有することが述べられている。別の実施
例では、薄壁スリーブの内側表面も外側表面も円筒形に
形成され、これがローラー本体に固定される。マンドレ
ルは、電着によってニッケルスリーブ管に穴があけられ
て作られる。

【０００６】米国特許第 4,560,739号は、電気めっき基
板の生成方法を開示する。この基板は、電鋳処理におい
て、特別に用意した円筒形マンドレルの表面に電気めっ
きし、その後表面の金属膜を取り外すことによって生成
される。電気めっきで金属膜を形成する前に、円筒形マ
ンドレルの表面を十分になめらかに処理し、実質的に欠
損がないようにする。

【０００７】米国特許第 3,669,849号は、溝部を有する
マンドレルの電着方法と、溝部への電着を容易にするた
めの手段を開示する。

【０００８】電気めっき膜を製品として生成するために
カラセル（円形コンベヤ）を用いることも当業者にとっ
て周知である。たとえば、米国特許第 4,734,179号は、
鋳型成形あるいはスエージ加工した鉛合金の銃弾芯に銅
めっきするための、カラセル電気めっき装置を開示す
る。複数のおもり（ｂｕｌｌｅｔ）芯を取付けた円形の
電気めっき装置（ｃａｒｏｕｓｅｌ ｅｌｅｃｔｒｏｐ
ｌａｔｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ）全体を電解浴中に
吊り下げて、各おもり芯をシールドしない２つのアノー
ド電極の間に位置させて電着処理を行なう。電着処理が
終了したら、円形の電気めっき装置を電解液から取り出
し、めっきしたおもり芯を取り出す。

【０００９】電鋳処理において、電極の周囲をシールド
で被覆することは、当業者にとって一般的な周知事項で
ある。米国特許第 4,902,386号では、シェイドや多孔性
スクリーンを電気めっき浴内部に設定して、マンドレル
上のめっきコーティングの厚さを制御する。同様に、米
国特許第4,478,769 号、第 5,156,863号も電着タンク内
でのシールドの使用を開示する。これらの特許では、電
極とマンドレルの間に電気的に非伝導素材のシールドを
配置して、マンドレル表面への金属イオンの電着を制御
する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電着処理にはいくつかの問題点があった。たとえば、円
形電気めっき装置を使用した従来の処理方法では、個々
のマンドレルのコーティングの厚さを個別に制御するこ
とができず、同じ円形の電気めっき装置（以下「カラセ
ル型電着処理装置」という）から異なる種類の薄膜製品
を生成することができなかった。また、従来のカラセル
型電着処理装置はサイズ的に非常に大きく、産業上への
適用範囲に限界があった。さらに、膜厚や品質の均一性
の面においても十分ではなかった。

【００１１】電着処理時のマンドレルの状態に関して
は、マンドレルを回転させない方が装置の可動部分を減
少させることができ、それにともなう関連メンテナンス
も解消され、コンポーネントの製造も容易になる点で好
ましいのだが、適用範囲が限定されるという問題点があ
った。つまり、非回転マンドレルが適用されるのは、直
径約１インチ以下のマンドレルの電鋳／電着処理に限定
される。直径がこれより大きくなると、装置全体が非常
に大きくなり、アノード（電極）からマンドレルまでの
距離を４フィート以上にする必要がある。一方、マンド
レルを回転させると、回転部を通って電気の伝導が行わ
れるので、アークやスパークの可能性があり、消耗が激
しく装置のメンテナンスの手間が増える。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決し、装置を小型化する一方で、より広範囲の産業上の
利用を可能にする電鋳処理装置と、それを用いた方法を
提供するものである。また、マンドレル上に金属または
合金の薄膜を連続して電鋳／電着形成するカラセル型の
電鋳処理装置を提供する。これにより、電解槽のサイズ
の増大を抑さえ、マンドレルを回転させずに良好な電鋳
膜の形成が可能になる。

【００１３】上記目的を達成するために、本発明の装置
は、マンドレル上に金属または合金の薄膜を電鋳／電着
形成する装置であって、（ａ）第１の電極と、（ｂ）前
記第１の電極から間隔をおき、対向して位置する第２の
電極と、（ｃ）前記第１および第２の電極によって形成
されるチャネルと、（ｄ）前記第１の電極に近接し、電
極の少なくとも一部を覆うように設けられた、電気的に
非導伝あるいは導伝性をほとんど有しない第１のシール
ド、（ｅ）前記第１のシールドに対向するように第２の
電極に近接して電極の少なくとも一部を覆うように設け
られ、電気的に非導伝あるいは導伝性を有しない第２の
シールドと、を含み、（ｆ）前記第１および第２シール
ド間に設けられた前記チャネル内に電鋳領域を形成し、
この電鋳領域に前記マンドレルを位置させて、マンドレ
ルの表面に十分に均一な電流密度を供給する。

【００１４】第１および第２の電極を覆うシールドも対
向するように双方の電極に隣接して設けられる。電極自
体で壁を構成してもよく、その場合は電極の一部にシー
ルドを設け、対向する２つのシールドでチャネル内に電
鋳処理領域を形成する。電極にシールドを設けることに
よって、電鋳処理と電鋳膜の質を向上すると共に、装置
の小型化を実現できる。

【００１５】また、カラセル型の電着処理装置にする場
合は、複数の電着工程とその他の処理工程を円形に組み
合わせることができる。さらに、複数の接続アームを設
けて各々にマンドレルを取り付け、アームの動きを個別
に調節制御可能とする。また接続アームごとに個別の電
流制御装置を取り付け、これによって同一の装置で複数
の異なる種類の電鋳膜製品の形成を可能にする。

【００１６】本発明の装置および方法は、静電画像形成
部材、シームレスの静電複写フィルム、連続可変トラン
スミッションベルトの伸長部、従来のＶ字ベルトの補強
部材、タイミングベルト、転写ロール、熱転写ロールな
どの生成に広く適用できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例にかかる
電着処理装置の電解槽１１の上面図である。一対の対向
する壁１２に隣接してアノード電極３を形成し、これを
ＤＣ電源７に接続する。アノード電極３の一部を覆って
シールド２を設け、このシールド２も同じく対向するよ
うに設ける。接続アーム１にコネクタ５を介してマンド
レル４を取付け、電解槽１１に満たした電解液６中に吊
り下げる。マンドレルの直径をｄとする。マンドレルの
位置は電解槽１１のほぼ真ん中、すなわち壁１２が形成
するチャネル内で、対向する２つのシールド２が形成す
る電着領域に位置するように吊り下げる。この様子は図
３の側断面図に明確に示される。壁１２にほぼ垂直にな
るように一対の側壁８を形成して電解槽１１は完成す
る。２つ以上の電解槽を結合する場合は、図５に示すよ
うに、片側あるいは両側の側壁を取り除いてもよい。

【００１８】マンドレル４を吊り下げた接続アーム１
は、図示しない中央シャフト（あるいはその他の移動手
段）に連結され、これが接続アーム１の水平および垂直
方向への移動を制御する。接続アーム１に、電流制御装
置９を介してＤＣ電源１０を取り付け、マンドレル４を
選択的にカソードにする。

【００１９】本実施例では図１に示すとおり２つの対向
するアノード電極を用いる。すなわち、第１のアノード
電極と、ここから一定間隔をおいた第２のアノード電極
であり、これらの電極間にチャネルを形成する。アノー
ド電極の横幅は任意であり、必ずしも連続して形成する
必要もないが、本実施形態のうち良好な形態では、壁と
一致する幅か、アノード電極そのものが壁を形成するよ
うにする。アノード電極の高さは、少なくともマンドレ
ルの長さ分を有する。アノード電極の高さがマンドレル
の長さより小さいと、マンドレルの表面に形成される電
着膜が不均一になる。

【００２０】アノード電極の一部にこれを覆う第１およ
び第２のシールド２を対向して設ける。このシールド対
は、アノード電極が形成するチャネル内に電着領域を形
成し、この領域に位置するマンドレルに十分に均一な電
流密度を供給できる。

【００２１】シールド２は適切な遮蔽素材で形成され、
たとえばポリプロピレン、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、
ゴムなどの非多孔性で非伝導性の（あるいは伝導性のほ
とんどない）物質で作られる。これらは電解槽で用いる
電解溶液と化学反応しない物質であるのが好ましい。図
４はシールド２の拡大図である。マンドレルや電解溶液
の特性、および何に適用するかなどによってシールドの
形状は異なるが、ほとんどの場合、図示のように断面が
半円形に突出したシールド形状が適切である。図４の例
では、シールドの幅はマンドレルの直径の３倍、壁から
電解溶液中に波型に突出する高さはマンドレルの直径の
1 ／２で、電解槽の壁に対してマンドレルの直径に等し
い曲率半径ｄで波形状に形成する。特に、半円のシール
ドの表面そのものをさらに細かく波打たせてもよい。こ
の場合シールド表面の細かい波形の振幅を、シールドの
突出距離の１／１０以下にするのが好ましい。たとえ
ば、シールドを電極から電解溶液中に２インチ突出する
場合は、シールド表面を０．２インチの振幅で細かく波
打たせる。

【００２２】本発明で使用するマンドレルは、たとえば
米国特許第 4,902,386号に開示のものなど、当業者にと
って周知のものでよい。当業者であれば、電鋳処理で一
般的に使用される限りは、デザインの異なるマンドレル
も使用可能であることがわかるはずである。

【００２３】使用するマンドレルと電解溶液の組成によ
っては、任意でマンドレルに保護コーティングをほどこ
してもよい。マンドレルの保護コーティングとしては、
クロム、ニッケル、ニッケル合金、鉄などがある。これ
らの保護めっきは、マンドレル表面に形成する電着膜金
属よりも硬いのが好ましく、厚さを少なくとも 0.006ｍ
ｍにする。保護めっきしたマンドレルの外部表面は、電
着する金属に対して不反応であり、電着処理中に保護め
っきへの金属の付着を防止できるのがよい。保護コーテ
ィング用の金属は、コスト、核形成、粘着、酸化物形成
などを考慮して適宜選択できる。マンドレル表面では自
然に酸化が起こり、ニッケルなどの電着膜金属に体する
強い接着性を示しがちなので、マンドレルに保護コーテ
ィングとしてクロムめっきするのが好ましいが、もちろ
んその他の適切な金属の保護コーティングでもよい。

【００２４】マンドレルの保護コーティングは、本発明
の方法など適切な電着方法で行う。マンドレルのめっき
処理として、米国特許第 4,067,782号や第4,902,386 号
がマンドレルの電気めっき方法を開示している。

【００２５】電着溶液、電流密度特性などは、本発明の
処理装置に的したものであれば任意のものを選択してよ
い。金属膜を電鋳形成する電気化学的方法そのものにつ
いては当業者にとって周知であり、たとえば米国特許第
4,067,782 号、第4,501,646号、第 3,844,906号、第 4,
530,739号などに開示されるとおりである。

【００２６】たとえば上記の米国特許第 3,844,906号に
は、流動的で安定なスルファミン酸ニッケルの電解水溶
液を用いる電気めっき方法を開示されている。この方法
は、支持マンドレル上に電解溶液からニッケルを電着さ
せ、ニッケルコーティングしたマンドレルを冷却してニ
ッケルフィルムを落ち着かせ、その後マンドレルから取
り外すことによって、極めて薄い延性のシームレスニッ
ケルフィルムを形成する。処理条件として、ニッケルの
アノード電極、カソードのマンドレル、１４０〜１６０
°Ｆに保ったスルファミン酸ニッケル水溶液、２００〜
５００ａｍｐｓ／ｆｔ² の電流密度を用いる。

【００２７】図２は、本発明の第２の実施例を示す。こ
こでは電解槽３０の対向する壁３１の一方だけに電極２
２とシールド２１が設けられている。。接続アーム２０
にコネクタ２４を介してマンドレル２３を取付け、電解
槽３０内の電解液２５に吊り下げる。マンドレルは断面
幅（直径）ｄを有する。一方の壁３１およびその一部に
形成したシールド２１と、これらに対向する他方の壁３
１とでチャネルを形成し、マンドレルをこのチャネル内
で、電解槽のほぼ真ん中に吊り下げる。第１の壁３１に
隣接して、ＤＣ電源２６に接続したアノード電極２２を
形成する。対向する壁３１にほぼ直角に側壁２７を形成
するが、第１実施形態と同様に、２つ以上の電解槽を結
合する場合は、片側あるいは両側の側壁２７を取り払っ
てよい。マンドレル２３を吊り下げる接続アーム２０
は、図示しない中央シャフト（あるいはその他の移動手
段）に取付けられ、これによってアーム２０の水平およ
び垂直方向への移動を制御する。接続アーム２０を電流
制御装置２８を介してＤＣ電源２９に接続し、マンドレ
ル２３を選択的にカソードにする。

【００２８】本発明では、マンドレルの表面に金属膜製
品を電着形成し、金属膜を取り外した後でマンドレルを
再使用するが、これに限定されるわけではなく、マンド
レルとして機能する任意の物品の表面に金属あるいは合
金を電気めっきして、めっきした物品そのものを最終製
品とするプロセスにも本発明を適用できる。

【００２９】本発明の電着処理装置の構成例として、円
筒形のマンドレルを電着タンクに垂直に吊り下げる設計
でもよい。上述したように、金属電解溶液と混合しても
化学反応を起こさない保護めっきをマンドレル上に形成
してもよいし、マンドレルの上面及び／又は底面をワッ
クスなどの適切な非導伝性物質でマスクして、これら領
域への電着を防ぐこともできる。電解槽に満たした電解
溶液を所望の温度に維持し、接続アームに取付けたマン
ドレルをアノード電極と平行になるように溶液に浸漬す
る。本実施形態では接続アームを移動させるが、タンク
を垂直および水平方向へ移動させて、これによってマン
ドレルの電着溶液への浸漬や、溶液からの取り出しを行
ってもよい。

【００３０】マンドレルへの電流は適切なＤＣ電源から
供給する。本実施形態ではＤＣ電源のプラス側をアノー
ドに、マイナス側を接続アームに接続する。電着用の電
流が、ＤＣ電源からアノードへ流れ、電着溶液を介して
マンドレに流れ、接続アームを通ってＤＣ電源に戻る。
操作では接続アームを降下させてマンドレルを電解溶液
に浸漬し、マンドレルの外側表面に金属層を電着形成す
る。マンドレルを電解溶液に浸している間、接続アーム
に取付けた適切な駆動手段によって、マンドレルをその
縦軸まわりに連続回転させてもよい。しかし、本実施形
態のようにアノードを適切にシールドする場合は、マン
ドレルを電解槽で回転させなくても十分に良好な結果が
得られる。電着金属膜が所望の厚さに達したら、マンド
レルを電解槽から取り出し、すすぎ、冷却、取り外しな
どを行って電鋳形成した薄膜製品を完成する。

【００３１】図５は、図１の電解槽を２つ結合して単一
の電鋳処理装置６０を形成する実施形態を示す。接続ア
ーム１によって電解液６中に吊り下げられたマンドレル
４は、一つの電着領域から次の電着領域へと矢印６１の
方向に移動する。複数のアームを用いる場合、たとえ
ば、第２の接続アーム１ａが第２の電着領域でマンドレ
ル４ａを支持する場合は、第２の接続アーム１ａおよび
マンドレル４ａは、第１の接続アーム１およびマンドレ
ル４と同時に、矢印６１ａの方向に移動し、電着装置の
さらなる工程（図示せず）に進む。結合する電解槽の数
は２つ以上の任意の数が可能であり、この方式で複数の
マンドレルを連続して、複数の電着処理およびその他の
処理工程に送ることができる。

【００３２】結合した電解槽の外見は、複数の個別の電
解槽を合わせた形態でもよいし、単一の細長い電解槽に
してもよい。２つの電解槽をお互いの側壁（アノード壁
と垂直な壁面）で連結する場合、この共通の側壁を残し
ても、取り払ってもよい。共通側壁を維持する場合は、
マンドレルを吊り下げた接続アームを、第１の電解槽か
ら持ち上げ、仕切りの壁を越えて第２の電解槽に降下さ
せる。この構成だと、各電解槽の設計（シールドのデザ
イン、アノード電極の数、電解溶液の組生など）を同じ
にすることも、異ならせることも可能である。側壁を取
り除く場合は、間隔をおいて位置する複数のシールドを
有する単一の細長い電解槽となる。この構成では、マン
ドレルを電解溶液から引き上げなくとも、そのまま電解
溶液中で次の電着領域に移動させることができる。本実
施形態では各電着領域を占める電着溶液は同じである
が、領域ごとに用いるアノード電極の数、シールドの設
計などを変えることができる。ただし、マンドレルを位
置させる電着領域は、お互い十分な間隔をおくように形
成する。

【００３３】電解槽の形状に特に制約はないが、マンド
レル表面への均一の厚さの電着膜を達成するために正方
形か、ほぼ正方形に近い形状が好ましい。したがって、
電解槽のサイズはめっき処理を行うマンドレルのサイズ
によって決まる。電解槽の幅（電極間の距離）はマンド
レルの横断面の最大長（すなわち径）の４倍から１２
倍、電解槽の長さも同様の寸法に形成する。マンドレル
が円筒形のものであれば横断面の最大長はマンドレルの
直径となり、断面が楕円あるいは長円であれば、長軸の
長さが断面の径になる。好ましくは、電解槽の幅と長さ
はマンドレルの径の６倍から１０倍、さらに好ましいの
は８倍である。

【００３４】当業者であれば上記のような電解槽のサイ
ズは用いる電解溶液によって変わることがわかるだろ
う。マンドレルの径の８倍という電解槽のサイズは、電
解溶液としてスルファミン酸ニッケル、ニッケル／コバ
ルト、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸銅などの溶
液、および同様の導伝性を有する溶液を用いるシステム
において、最適のサイズなのである。電解セルのサイズ
のパラメータは当業者にとって通常の実験操作で調節さ
れる。

【００３５】２つの電解槽を結合する場合は、各電解槽
の長さは上述のサイズのままであり、電解槽全体の長さ
は２倍になる。マンドレルを位置させる電着領域間の距
離も、各電解槽の長さに一致する。

【００３６】上述のような電解槽の構成配置によって、
マンドレル上に約0.010 インチの厚さの均一な層を電着
形成することができ、そのばらつきは電着層の厚さの
１．５％以下というすぐれた結果が得られた。逆に、ア
ノード電極を覆うシールドを用いない場合は、電解槽の
幅と長さは、マンドレルの断面幅（径）の約４０倍にす
るのが好ましい。

【００３７】シールドを用いなくとも本発明は実行でき
るが、シールドを用いることによって優れた効果と予期
しない結果が得られる。上述のように、シールドを用い
ない電解槽の一辺はマンドレルの径の４０倍であるが、
シールドを用いるとわずか８倍ですみ、電解槽を著しく
小型化できる。径が１フィートのマンドレルに電鋳処理
を行う場合、シールドを用いた電解槽は一辺が８フィー
トの正方形で占有面積が６４ｆｔ² ですむが、シールド
を用いないと一辺が４０フィートで占有面積が１６００
ｆｔ² にもなる。したがって良好な実施形態ではアノー
ド部分にシールドを用いている。

【００３８】このように、シールドによるもっとも顕著
な効果が電解槽の小型化である。サイズの減少によっ
て、空間が節約されるとともに装置の重量を支える支持
構造が簡略化され、用いる電解液、廃棄物、処理回収も
減少し、全体のコストがかなり低減できる。シールドを
用いることによって、シールドを用いない装置のわずか
４％の占有率ですむ。

【００３９】マンドレルを電解槽に浸漬して電着処理を
行うときは、電解液を攪拌してマンドレル表面に常に新
しい電解溶液が接触するようにするのが好ましい。攪拌
は、かき混ぜ、空気散布、溶液流などによって行う。溶
液流の場合は、たとえば電解槽（列）の片側に電解液注
入バルブを、反対側に排出バルブを設けることによっ
て、電解液を電解槽の一方から他方へ流動させる。この
システムでは電解溶液を循環使用してもよいし、そのま
ま廃棄処理してもよい。。

【００４０】このように、本発明では単一の電解槽にも
複数の電解槽にも適用できる。マンドレルを電解槽ごと
に浸漬、取り出しして移動するので、マンドレルはカソ
ードであるのが好ましいが、かならずしもこれに限定さ
れずアノードでもよい。マンドレルは少なくとも電鋳処
理を受けている間は活性状態（すなわち「ホット」の状
態）とする。電鋳処理中にマンドレルを活性にしておく
ことによって、コーティング（電着膜）が再融解するな
どしてダメージを受けるのを防ぐ。マンドレルを電解槽
に浸漬する前にカソードにしておくと、カソードのマン
ドレルがアノード化された電解質と接触するとすぐに電
流が流れ始め、処理が円滑に進む。

【００４１】図６は、さらに別の実施形態として、本発
明の特徴的な構成であるカラセル式の電鋳処理装置を示
す。図示のとおり、複数の電解槽にその他の処理工程を
組み合わせて、カラセル（円形コンベヤ）状に配置した
ものである。カラセル型電着処理装置４０は、マンドレ
ル洗浄ステージ４５、２つの隣接する温液浸漬ステージ
４６、複数の電着ステージ４７、すすぎステージ４１、
２つの冷却浸漬ステージ４２、第２のすすぎステージ４
３、および電鋳膜除去ステージ４４を備える。温液浸漬
ステージ４６と電着ステージ４７では電解溶液５０を各
槽に満たし、好ましくは同温に維持する。電着ステージ
４７の各工程では、図１に示すように対向する一対のア
ノード電極５６とその一部を覆うシールド５５とが配置
されている。複数のマンドレル４８はそれぞれ対応の接
続アーム４９に取付けられ、接続アーム４９は中央の回
転シャフト５１に固定されている。回転シャフト５１
は、回転しては一定時間止まり、また回転しては止ると
いうステップ方式で矢印５２の方向に回転する。各接続
アーム４９は、たとえばカム５３によって垂直方向に個
別に移動可能である。接続アーム４９がカム５３の上を
通過するときに、接続アーム４９が上方に持ち上がり、
各ステージを仕切る壁５４を越えてマンドレル４８を次
のステージへと移動させる。

【００４２】このように複数の電解槽と、その他の処理
槽をループ状に結合して連続処理可能な電着装置を構成
するが、結合する電解槽の数は、装置のサイズや電着層
の厚さ、その他の産業上の現実的な適用を考慮して、２
つ以上の任意の数とする。本実施形態では、マンドレル
の洗浄、マンドレルの温度を電解溶液の温度と等しくす
るための浸漬、電着完了後の電着層とマンドレルのすす
ぎ、冷却、マンドレルからの電着層の除去などの工程を
電着工程に効果的に組み合わせいるが、かならずしもこ
れらの追加の処理工程を組み入れなくともよい。

【００４３】また、空間的な配置、電着処理する物品、
用いる電解溶液の条件などを調節して、処理工程を環
状、長円、楕円、あるいは直線上に配置してもよい。

【００４４】上述のカラセル型装置を用いてマンドレル
の連続処理を行うときの操作の手順は以下のとおりであ
る。（１）洗浄液でマンドレルを洗浄する、（２）マン
ドレルを電解溶液に浸漬してマンドレルの温度を電解電
着溶液温度まで上昇させる、（３）マンドレルを電解領
域におき、電解槽に活性電流を流して電鋳処理を行い、
マンドレルの表面に電着層を形成する、（４）適当なす
すぎ液でマンドレルと電着層をすすいで、余分な電解溶
液を取り去る、（５）電着層とマンドレルを冷却する、
（６）電着層とマンドレルをもう一度すすぐ、（７）マ
ンドレルから電着層を除去する。電着層をマンドレルか
ら除去した後は、最初のステップに戻ってマンドレルを
洗浄し、以下同様の処理を繰り返す。

【００４５】本実施形態では、複数の電解槽をカラセル
式に配置しているが、各マンドレルを電解溶液に浸漬、
引き上げ物するたびに、電解槽ごとに電流を調節するの
が好ましい。たとえば、マンドレルが電解槽の中心部か
ら離れ始めたら、マンドレルに供給する電流を徐々に減
少させ、次の電解槽の中心部に近づくにつれて電流を徐
々に増大させるなど調節することが好ましい。この方式
でいくと、マンドレルが２つの隣接する電解槽の中心か
ら等離にあるときに、マンドレルに供給される電流が最
小となる。

【００４６】単一の電解槽で複数のシールドを用いる場
合は、対向する各アノード上に隣接して、お互い対向す
るようにシールドを形成する。すなわち、対向するシー
ルドの中心と中心を結ぶ架空ラインは、アノード電極
（または電解槽壁）に対して垂直になる。電解槽を環状
あるいは長円形に配置する例では、この架空ラインはア
ノード（または電解槽壁）面の接線に垂直となる。

【００４７】上述した実施例と同様に、マンドレルを支
持する接続アーム１に電流制御装置を設けることによっ
て、マンドレルをカソードにするために流す電流を、場
合によってゼロまで低減することができる。接続アーム
を複数用いる場合は、各接続アームごとに電流制御装置
を設けてもよいし、すべてのアーム用に共通の中央制御
装置を使用してもよい。マンドレルごとに特定の膜を形
成する場合は、個別に電流を制御して各マンドレルの電
着処理を調節し、所望の膜厚を得るのが好ましい。たと
えば、電流をゼロと最大値の中間まで下げることによっ
て、特定の電着工程でマンドレルへの電着量を減少でき
る。電流をゼロにするとマンドレルはカソードではなく
なり、その工程での電着が停止する。このような電流制
御は、すすぎ、水洗い、電鋳層の除去などでマンドレル
への電流を停止するときにも適用できる。

【００４８】接続アームのさらに別の特徴として、複数
の接続アームの各々の動きを個別に制御できる。たとえ
ば、カラセル方式で複数の電着工程やその他の工程を組
み合わせる場合に、水平方向へは全ての接続アームを同
じ速度で移動させる一方で、上下運動は各アームごとに
個別に制御して、各溶液へのマンドレルの浸漬、引き上
げ、あるいは次の処理への移動などを適切に行わせる。
上下運動は、たとえばカラセル装置のカムによって行う
ことができる。

【００４９】当業者であれば、個々のマンドレルを電解
液中に吊るしておく時間や、電着処理と電着処理の間の
時間は、形成する電鋳層又は電着層、用いるマンドレル
と電解溶液の種類によって決定されることがわかるはず
である。本発明の実施形態による良好なカラセル構成で
は、ひとつの電着領域から次の電着領域までのマンドレ
ルの移動時間は約１〜５秒と短く、きわめて迅速に移動
する。すなわち、電着処理の各セクション間をステップ
方式で進むわけである。

【００５０】本実施形態では、アノードの電極とカソー
ドのマンドレルを用いるが、場合によってはマンドレル
をアノードにして電極をカソードにするのが好ましい場
合もあることは当業者が周知とするところである。その
ような変更はここに開示の装置と方法をわずかに調節す
るだけでよい。

【００５１】

【実施例】

＜実施例１＞単一の電解槽で亜鉛のマンドレルにニッケ
ル膜を形成した。電解溶液の主要成分と主要な処理パラ
メータは以下の通りである。

【００５２】電解液の主要成分： スルファミン酸ニッケル Ｎｉ⁺² ：８〜１２oz/gal
（６０〜９０g/l ） ＮｉＣｌ₂ ・６Ｈ₂ Ｏのような塩化物：１〜７oz/gal
（7.5 〜52.5g/l ） ホウ酸；5.0 〜5.4 oz/gal（37.5 〜40.5g/l ） ｐＨ ；２３℃で３．８５〜４．０５ 表面張力；１３６°Ｆで３２〜３７ d/cm（ラウリル硫
酸ナトリウムを約0.00525g/l使用） サッカリン；０〜１５００ｍｇ／ｌ（sodium benzosulf
imide dihydrate（ベンゾスルフィミドナトリウム二水
化物）として） 均一剤（２‐ブチン‐１，４‐ジオールとして）；０〜
７０ｍｇ／ｌ 不純物（全て最小量とする）： アルミニウム；０〜２０ｍｇ／ｌ アンモニア；０〜４００ｍｇ／ｌ 砒素；０〜１０ｍｇ／ｌ アゾジスルホン酸；０〜５０ｍｇ／ｌ カドミウム；０〜１０ｍｇ／ｌ カルシウム；０〜２０ｍｇ／ｌ ６価クロム；４ｍｇ／ｌ以下 銅；０〜２５ｍｇ／ｌ 鉄；０〜２５０ｍｇ／ｌ 鉛；０〜８ｍｇ／ｌ ２‐メチルベンゼンスルホンアミド；０〜２５０ｍｇ／
ｌ 窒化物；０〜１０ｍｇ／ｌ 有機物；周知の有機物を最小量 燐酸塩エステル；０〜１０ｍｇ／ｌ 珪酸塩エステル；０〜１０ｍｇ／ｌ ナトリウム；０〜０．５ｇ／ｌ 硫酸塩エステル；０〜２．５ｇ／ｌ 亜鉛；０〜５ｍｇ／ｌ 操作パラメータ： 攪拌速度： カソード（マンドレル）表面での電解溶液
の直線流速４〜６フィート／秒 マンドレル電流密度： １００〜４００ａｍｐｓ／ｆｔ
²（マンドレルの表面全体でほぼ均一） 電流変化： ０〜５分±２秒の間で、ゼロから操作電流
値まで変化 平均電着温度：１３０〜１５５°Ｆ アノード： 電解ニッケル、復極ニッケル、あるいはカ
ルボニルニッケル アノード／カソード比： ０．５：１以上 マンドレル： アルミニウム、亜鉛、鉛、カドミウム、
ステンレススチール 図１の電解槽を使用した。直径３インチの円筒形のマン
ドレルに対して、対向する２つのシールド間のチャネル
をほぼ２４インチに設定した。図４に示す形状のポリ塩
化ビニル（ＰＶＣ）のシールドを使用した。シールドの
幅は約９インチで、電極から１．５インチの距離だけ電
解溶液中に波型に突出し、アノードに対する曲率半径は
３インチとした。マンドレルに電流を流した後、電解槽
を活性にした。カソードのマンドレルを電解槽に浸漬
し、対向する２つのアノード電極の間に垂直に吊るし
た。電着工程では、マンドレルを回転させなかった。マ
ンドレル上に所望の厚さの電着膜を形成した後、マンド
レルを電解溶液から引き上げ、マンドレルへの電流をゼ
ロにした。マンドレルをすすぎ、水洗いし、最終製品と
しての電鋳膜をマンドレルから取り外した。マンドレル
表面に厚さが約０．０１０インチのほぼ均一なニッケル
膜が形成され、そのばらつきはニッケル膜厚の１．５％
以下であった。

【００５３】＜実施例２＞単一の電解槽のかわりに、カ
ラセル型電着装置を用いて、実施例１と同様の電着処理
プロセスを繰り返した。カラセル型電着装置は、順にマ
ンドレル洗浄部、温液浸漬部、複数の電着位置を有する
電解部、第１すすぎ部、冷却部、第２すすぎ部、電着膜
取り外し部を有する。温液浸漬部と冷却部を、ともに電
着で使用する電解溶液と同様の電解溶液で満たした。温
液浸積部と冷却部の槽は電極を有さない。温液浸漬部の
電解溶液を、電解部の電解溶液と同じ温度に維持し、冷
却部の電解溶液を室温に維持した。図６のように、複数
の電着位置を単一の電解槽内に配置した。第１の電着位
置で注入バルブから新しい電解溶液を電解槽中に導入
し、最後の電着位置で排出バルブから電解溶液を排水す
ることによって、電解槽中の電解溶液を攪拌した。実施
例１と同様に、対向する２つの電極シールドで形成され
るチャネルの距離は２４インチ（すなわち、マンドレル
の直径３インチの８倍）とし、電解槽中の電着位置間の
距離（すなわち隣接するシールドの中心間の距離）も２
４インチとした。

【００５４】カラセル型電着処理装置を用いて、複数の
電着膜製品を連続して一度につくることができる。各マ
ンドレルをそれぞれ接続アームに吊り下げ、各アームに
個別の電流制御手段を設けて、電解装置におけるマンド
レルの位置によってマンドレルへの電流のＯＮ／ＯＦＦ
および上昇、下降を制御した。各接続アームは、個別に
独立して垂直移動することができ、マンドレルの浸漬、
引き上げを行うが、その水平方向への移動（すなわちひ
とつの処理位置から次の位置への移動）は、全ての接続
アームを同時に動かす。

【００５５】電解溶液を用いて電着膜の形成を行った。
このときの処理パラメータは実施例１と同様である。マ
ンドレルを電着処理中にひとつの電着位置から次の電着
位置へと移動する間カソードに維持し、回転しなかっ
た。このカラセル型電着処理装置で、マンドレル上に厚
さ約０．０１０インチのほぼ均一なニッケル膜を形成で
きた。そのばらつきはニッケル膜の厚さの１．５％以下
であった。

【００５６】＜実施例３＞実施例１と同様の単一の電解
槽を用いたが、電解溶液の成分と処理パラメータを以下
のように変えた。

【００５７】電解液の主要成分： スルファミン酸ニッケル；Ｎｉ⁺² ：１１．５oz/gal ＮｉＣｌ₂ ・６Ｈ₂ Ｏのような塩化物：２．５oz/gal ホウ酸；５．０oz/gal ｐＨ ；２３℃で３．９５ 表面張力；１３６°Ｆで３５ｄ／ｃｍ（ラウリル硫酸ナ
トリウムを約0.00525g/l使用） サッカリン；１００ｍｇ／ｌ（sodium benzosulfimide
dihydrate（ベンゾスルフィミドナトリウム二水化物）
として） 均一剤（２‐ブチン‐１，４‐ジオール）；必要に応じ
て７０ｍｇ／ｌまで使用 不純物：０ｍｇ／ｌであり、全ての不純物を排除した。

【００５８】操作パラメータ： 攪拌速度： カソード（マンドレル）表面での電解液の
直線流速６フィート／秒 マンドレル電流密度： ２５０ａｍｐｓ／ｆｔ²（マン
ドレルの表面全体でほぼ均一） 電流変化： １分±２秒以内で、ゼロ から操作電流値
まで変化 平均電着温度： １４０°Ｆ アノード： カルボニルニッケル アノード／カソード比： ２：１ マンドレル： 亜鉛実施例１と同様に、図１の電解槽を
用い、電着処理中にマンドレルを回転しなかった。マン
ドレル上に所望の厚さの電着膜を形成した後、マンドレ
ルを電解溶液から引き上げて、マンドレルへの電流を落
として不活性にした。マンドレルをすすぎ、洗浄して、
マンドレルから電着膜製品を取り外した。この電着処理
で、マンドレル上に厚さ約０．０１０インチのほぼ均一
なニッケル膜を形成できた。そのばらつきはニッケル膜
の厚さの１．５％以下であった。

【００５９】

【発明の効果】以上のように、本発明のカラセル型電柱
処理装置によれば、連続して複数のマンドレル上に電着
膜形成が可能になり、ばらつきの少ないほぼ均一の電着
膜が得られる。また電極の一部をシールドで覆うことに
よって装置の小型化が実現でき、空間とコストの節約が
可能になる。マンドレルへの電流量を個別に制御するこ
とによって、所望の膜厚の電鋳層を実現できる。さら
に、マンドレルを支持する接続アームの動きを個別に制
御することによって、複数のマンドレルを多数の処理工
程を通して連続して処理できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態にかかる電解槽の上面図で
あり、対向する２つのアノード電極とそれを覆うシール
ドを有する構成を示す図である。

【図２】 本発明の別の実施例にかかる電解槽の上面図
であり、１つのアノード電極とシールドを有する電解槽
の上面図である。

【図３】 図１の電解槽のＡ−Ａラインに沿った側断面
図である。

【図４】 図１の電解槽のシールド部分の拡大図であ
る。

【図５】 図１の電解槽を２つ結合して単一の電着装置
に組み込んだ図である。

【図６】 電鋳処理のための複数のステップをひとつの
装置で実現するカラセル（円形コンベヤ）型電鋳処理装
置の図である。

【符号の説明】

１，２０，４９ 接続アーム、２，２１，５５ シール
ド、３，２２，５６アノード電極、４，２３，４８ マ
ンドレル、５，２４ コネクタ、６，２５，５０ 電解
溶液、７，２６ ＤＣ電源、８，２７，５４ 側壁（仕
切り壁）、９，２８ 電流制御装置、１０，２９ ＤＣ
電源、１１，３０，６０ 電解槽、４０ カラセル型電
鋳処理装置、５１ 中心回転シャフト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート ピー アルタヴェラ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ファー ミングトン マウンテン アッシュ ドラ イブ 5811 (72)発明者 ローレンス ユトウィクツ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ロチェ スター キルボーン ロード 270 (72)発明者 ピーター ジェイ シュミット アメリカ合衆国 ニューヨーク州 オンタ リオ スロカム ロード 7244 (72)発明者 ロナルド イー ジャンセン アメリカ合衆国 フロリダ州 パルマ シ ティー エス ダブリュ シーガル ウェ イ 1614 (72)発明者 ジョン エイチ レノン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 カナン ダイグア ダブリュ レイク ロード 4533 (72)発明者 ヘンリー ジー グレイ アメリカ合衆国 ネバタ州 ラスベガス イー ボナンザ ロード 3601 アパート メント 1049

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マンドレル上に金属または合金を電着す
   る電着処理装置であって、 第１の壁と、 前記第１の壁から間隔をおき、第１の壁に対向して位置
   する第２の壁と、 前記第１および第２の壁によって形成されるチャネル
   と、 前記第１および第２の壁の少なくとも一方に形成した電
   極と、 前記電極を設けた壁に近接し、前記電極の少なくとも一
   部を覆うように設けた、電気的に非導伝性あるいは導伝
   性をほとんど有さないシールドと、 を含み、前記シールドが前記チャネル内で電着領域を形
   成し、前記マンドレルを前記電着領域に前記マンドレル
   を位置させて、マンドレルの表面に十分に均一な電流密
   度を供給することを特徴とする電着処理装置。