JPH0653959B2 - 液体と線材の接触用セル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は線材の電解処理，酸洗処理，脱脂処理等、更に
はめっき線材、或は一般線材の冷却等に利用される液体
接触用セルに関し、詳細には、線材と液体との接触効率
を高めることによって線材の走行速度、即ち、処理速度
の向上を可能にすることを目的として開発された、液体
と線材の接触用セルに関するものである。

［従来の技術］ この種の処理に関し以下の説明では、線材の電解処理、
殊に電気めっきに利用する場合を中心にして説明する。
線材に電気めっきを施すに当たっては、従来、例えば第
６図に示す様な電解セルを用いている。即ちタンク１か
らポンプＰで抜き出した電解めっき液（以下電解液とい
う）Ｌを、電解セル２内へ上方から注入し、電解セル２
内を満たすだけでなく更に積極的に大量注入してオーバ
フローさせ、オーバフロー分をタンク１へ戻している。
そして電解セル２内の電解液Ｌａ中には陽極３を浸漬し
ておき、線材Ｗをローラ（陰極）４と接触させながら上
記電解セル２内へ通すことによって線材Ｗに対する電気
めっきを施している。

ところでこうした線材電気めっき用電解セルを用いて効
率良く且つ経済的に電気めっき操業を行なおうとすれ
ば、電解条件を高電流密度（電解速度の向上）、且つ低
電解電圧（電力コストの低減）とする必要がある。

しかるに電解時の電流密度をある一定の値（この値を限
界電流密度という）を超えるまで上昇させると線材のめ
っき面は金属光沢のない黒味を帯びた状態（これを焼け
現象という）となる為、むやみに電解電流密度を上げこ
るとができず、従ってめっき操業効率の改善は現在頭打
ちの状況にある。尚、上記の様な焼け現象が生じる原因
については、線材めっき面近傍におけるめっき金属イオ
ンの欠乏にあると考えられている。

一方、電解電圧の低下に関しては電解電圧の構成を考察
する必要がある。即ち電解電圧は、（１）陽極分解電圧
Ｖ_１，（２）陰極分解電圧Ｖ_２，（３）線材の固有抵抗
による電圧Ｖ_３，（４）めっき液の抵抗による電圧
Ｖ_４，（５）回路抵抗による電圧Ｖ_５及び（６）陽極で
発生するガスによる遮断抵抗電圧Ｖ_６の和に相当するも
のであるから、各構成々分の一部又は全部を低電圧化す
ればそれらの和である電解電圧を低減させることができ
ると考えられる。しかしながら上記のうち陽極分解電圧
Ｖ_１及び陰極分解電圧Ｖ_２は、下記（１）式で示される
電解反応を行なう為の電圧であり、理論上一定である。

Ｍ−ＳＯ_４＋Ｈ_２Ｏ→Ｍ＋１／２０_２＋Ｈ_２ＳＯ_４……
（１） Ｍ：めっき金属元素 また、線材の固有抵抗による電圧Ｖ_３は線材の材質、太
さ及び長さによって決定されるものであり、操業上はや
はり一定と考えなければならない。更にＶ_５は実用機で
は無視できる値である。従ってめっき液の抵抗による電
圧Ｖ_４及びガスによる遮断抵抗電圧Ｖ_６を低減せざるを
得ないことになる。このうちガスによる遮断抵抗電圧Ｖ
_６は上記（１）式で示される反応に従って発生したＯ_２
が陽極面に付着・蓄積することによって生じる電圧であ
り、その値はかなりの割合を占めており、改善の余地が
大きいと思われる。よって電解電圧の低減に対してはガ
スによる遮断抵抗電圧を何らかの手段によって低減する
ことが有望であると考えられる。尚、めっき液の抵抗に
よる電圧Ｖ_４ついては電解セルの規模によってほぼ決定
されてしまう為、ガスによる遮断抵抗電圧Ｖ_６ほどの低
減効果を期待することはできない。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明はこうした事情に着目してなされたものであり、
例えば線材めっき面近傍におけるめっき金属イオンの欠
乏を解決することにより、電解電流密度を高めて電気め
っき効率の向上をはかり、しかもガス遮断抵抗電圧値を
低減することにより、電解電圧を低減して電力コストの
低減を達成することのできる様な接触用セル、即ち電解
液と線材を高効率で接触させ得る様な接触用セルを提供
することを目的とするものである。

尚、上記では電気めっき処理における問題点について述
べたが、酸洗処理や脱脂処理、或いはめっき線材等の一
般線材の冷却の場合でも究極的課題は同じである。例え
ばめっき線材の冷却の場合は、冷却工程が浸漬めっき工
程に続けて設けられることから、めっき操業速度を上げ
ようとするならば効率の高い冷却が必要となり、その為
にはめっき線材に対して冷却剤を高流速で接触させる必
要がある。

しかるに従来の冷却用セルはいずれも第６図と同様、高
低差を利用した自然の落下流中へめっき線材を供給して
通過させるものであり、冷却能力をあげる目的で冷却剤
の落下速度をあげようとすれば滞留液位を高くしなけれ
ばならない。しかし勿論のことこの対策には限界がある
ので結局冷却効率の向上にも限界があった。又冷却効率
の改善に当たり、冷却用セルから洩れた冷却剤が周囲へ
飛散するという不都合もあり、特に飛散液がめっき浴中
へ混入するとめっき液の飛散を招き安全上大きな問題と
なる。従って冷却用セルからの冷却剤の洩れは是非とも
回避しなければならない。即ち冷却用セルとしては冷却
剤の洩れがなく、しかもめっき線材と冷却剤を効率良く
接触させ得る様な接触用セルの提供が望まれる。

［問題点を解決する為の手段］ 上記目的を達成した本発明の接触用セルは、線材を走行
自在に貫通させるための貫通孔を有し、その貫通孔を導
入液体の流路として使用する筒状セルと、筒状セルと同
軸にその一方端部及び他方端部にそれぞれ連設される液
体導入部材及び液体排出部材とから構成され、液体導入
部材は、略筒状をなす胴部にその胴部略直径方向から胴
部内に導入する液体導入部を備え、その液体導入部から
導入された導入液体の流れを旋回させた後、または旋回
させつつ筒状セルの一方端部側に向ける回流形成部と、
その回流形成部によって向きが変えられた導入液体の流
れを絞り、中実液流にしてから筒状セル内に送り込む中
実液流形成部とを胴部内に備え、液体排出部材は、略筒
状をなす胴部内に、筒状セル内の導入液体の流れと対向
する方向から気体を送り込む気体導入部が形成され、そ
の胴部における気体導入部よりも筒状セル他方端部側
に、送り込まれた気体と他方端部から送り出された導入
液体とを胴部の略直径方向に排出する液体排出部を備え
てなる点に要旨を有するものである。

［作用］ 以下、電気めっき処理を例に取り説明する。本発明者等
は、高電流密度操業及び低電解電圧操業を実施するに
は、被処理線材が浸漬される領域における電解液の通過
速度を高めるのが良いと考えて研究に着手した。しかし
従来の様なオープンタイプのセルを用いて電解液通過速
度を高めようとすればオーバフロー部より上方の電解セ
ル槽高さをかなり高くしてオーバフロー部における液圧
を高める必要があり、そのためにはセル槽を相当に大規
模にしなければならず実用的に問題がある。しかもこれ
によって増速できるのはオーバフロー部近傍の流速に限
られ、セル槽の中心部では水平方向への流れ分布が生じ
る為、全域を平均してみれば流速の増大効果はわずかで
ある。

そこで本発明においてはセルを筒状に形成し、その筒状
セルの線材通過用貫通孔を電解液流通部に利用するとい
う基本構成を採用し、その筒状セルの一方端部に電解液
導入部材を備えると共に、筒状セルの他方端部に電解液
排出部材を備え、上記線材通過用貫通孔の一方端から他
方端へ向けて電解液を強制的に流す様に構成している。
即ち電解液の強制流通を可能にすることによって電解液
の通過速度を貫通孔内全域に亘って飛躍的に高めること
ができる。この構成は、上記した２つの課題に対する共
通且つ相互補完の解決手段となり得る。即ち、電解液流
速を高めることによって線材めっき面近傍の電解液（電
解めっきによって金属イオン濃度が下がった電解液）を
流し去り、金属イオン濃度の高い新たな電解液を供給し
てめっき反応を効率良く進行させ、高電流密度としても
焼け現象が起こるのを防止し得たのである。また、電解
液流速を高めることによって陽極表面に滞留するＯ_２ガ
スを流し去り、電解液を陽極面に十分接触させることに
よってガス遮断抵抗電圧を低減し、低い電解電圧でも電
解めっき反応を十分に進行させることができる様にして
いる。しかも電解セルそのものをコンパクトにすること
も可能となった。

また上記電解セルにおいては電解液排出部材から電解液
が漏れ出すのを防止する必要があり、電解液の流速を高
めることもあって漏れ防止には万全の備えが要求され
る。本発明においては筒状セルの一方端から他方端に向
けて流れる電解液流に対し、これと対向する側から気体
を送給して衝突させ、それによって電解液流の漏れを防
止するよう、電解液流と対向する方向から気体を導入す
るための気体導入部を電解液排出部材に設けている。

次に本発明に適用される電解液導入部材について説明す
る。電解液導入部材は筒状セルの線材走行用貫通孔に対
し、洩れを起こすことなく電解液を強制流通させる為に
不可欠のものであり、筒状セルの線材導入側（対向流の
場合は線材排出側）の貫通孔に連設される。即ち本発明
の筒状セルは、線材の走行方向と電解液の流通方向が同
じ場合（順流）と反対の場合（対向流）場合とにそれぞ
れ適用できるものであり、順流の場合には電解液導入部
材は筒状セルの線材導入口に連設されることになり、対
向流の場合には筒状セルの線材排出口に連設されること
になる。

かかる電解液導入部材は、線材走行用貫通空間を軸方向
に有すると共に、その一方端側に線材導入口、他方端側
に線材送出口を有し、これら線材導入口と線材送出口の
いずれか一方が電解液送出口を兼ねることになる。

電解液導入部材の胴部には電解液導入口が配設され、そ
の電解液導入口から電解液送出口に至る貫通空間に回流
形成部が設けられ、電解液はその回流形成部を通過する
過程で旋回力が付与され回流となる。回流が形成される
結果、電解液流は遠心力によって胴部内壁周面へ押しつ
けられて中空液流となる。そしてその中空液流は、後続
の電解液流に押されて電解液送出口側へ押しやられる様
にして移動していくが、上記した回流形成部とその下流
側の電解液送出口との間には、貫通空間を絞って液流路
断面積を小さくした絞り部が（中実液流形成部）が設け
られており、電解液がその絞り部を通過する際に、上記
中空液流は絞られて中実液流となり、電解液送出口に至
る。

上記構成を有する液体導入部材により、導入される電解
液は液導入側において中空液流状態を呈し、筒状セルの
貫通孔に連設される液体送出側において中実液流状態を
呈するものである為、液体導入側における電解液洩れを
防止しつつ筒状セルの貫通孔へ電解液を強制導入させる
ことができる。又中空液流から中実液流へ移行する段階
で中心部の空気が押し戻されるので電解液流に空気が巻
き込まれることなく、線材と電解液の密接な接触が確保
されるようになっている。

尚、筒状セル及びその線材通過用貫通孔の断面形状につ
いては特に制限がなく、円形あるいは多角形のいずれで
あってもよい。また、電解液導入部材及び電解液排出部
材の構造や形状についても前・後記の要件を満足する限
り、特に制限はなく、さらに電解液排出部材について
は、線材通過方向に対しそれと同方向または逆方向に流
れる電解液流を線材通過方向と交叉する方向に方向転換
して排出できるものであればどの様な構造のものを用い
てもよい。

［実施例］ 第１図は本発明に係る接触用セルの構成を示す断面図で
あり、接触用セル２ａは、線材通過用の貫通孔５を有す
る円筒状陽極体３ａ（以下筒状セルと呼ぶ）の一方端部
（図面では右端）に第２図に示す構成の電解液導入ガイ
ド６（液体導入部材）を設け、且つ他方端部（図面では
左端）に電解液排出部（液体排出部材）８を設けて構成
される。そして電解液導入ガイド６に対しては供給ライ
ン（液体導入部）９を接続し、一方、電解液排出部８に
対しては電解液排出ライン（液体排出部）１０を接続し
ている。そして線材Ｗをガイドローラ４に挟持しつつ電
解液排出側から接触用セル２ａ内へ導入し、筒状セル３
ａの貫通孔５を通過させて液導入側より抜き出してい
る。尚、筒状セル３ａの内周壁には線材Ｗとの短絡を防
止する目的で多孔絶縁板７が添設されている。

この様な接触用セル２ａを用いて線材Ｗの電解処理を行
なうに当たっては、ポンプＰによりタンク１から抜き出
した電解液を供給ライン９を経て電解液導入ガイド６か
ら筒状セル３ａ内へ強制的に導入し、電解液排出部８か
ら電解液排出ライン１０を経由してタンク１へ戻してい
る。一方、気体供給ライン（気体導入部）１３から吹込
まれた空気は、気体導入ガイド１２，気体流路管１１を
経由して電解液排出部８に至り、上記電解液流と対向す
る形で電解液の気流路管１１側への侵入を防止しつつ電
解液流に巻込まれて電解液排出ライン１０から排出され
ている。

この様な接触用セルにおいて陽極となる筒状セル３ａと
陰極となるガイドローラ４の間に電解電圧を加え、図中
左から右へ線材Ｗを通過させると、筒状セル３ａ内の電
解液流が高速化されていることによって線材Ｗ表面に対
する電解液の供給効率、殊にめっき金属イオンの供給効
率が高まり、めっき金属イオンが欠乏するという事態が
回避される。その結果、高電流密度による電解めっきが
可能となり短時間で電解めっきを完了することができる
ようになる。また、筒状セル３ａの貫通孔５の内面に滞
留するＯ_２は高速の電解液流に流し去られ、筒状セル３
ａの内面はＯ_２に被包されずに露出することになり、そ
の結果、Ｏ_２ガスによる遮断抵抗電圧が小さくて済み、
低い電解電圧で電解めっきを行なうことができる。

また、気体供給ライン１３からの空気導入により電解液
排出部８における電解液漏れは回避される。尚、電解液
は気体導入部側への流入が抑えられるだけであって電解
液排出ライン１０への流入については円滑に行なわれる
ので、電解液導入に際しての圧損が少なくて済み、効率
良く電解液循環を行なうことができる。

第２図は上述の電解液導入ガイド６の構成を示す分解斜
視図である。電解液導入ガイド６は、導入部材１３０と
アダプタ１４及び蓋板２４とを有し、その導入部材１３
０は、軸心部分に貫通孔を備えており、細径部１３０ａ
と太径部１３０ｂによって段差を形成する円筒体をな
し、細径部１３０ａの先端面には複数の螺旋状ガイド羽
根１２が設けられている。また、アダプタ１４もまた細
径部１４ａと太径部１４ｂを有する円筒体をなし、その
太径部１４ｂには上記導入部材１３０を収納するための
収納穴部１５ａを有するとともに、その収納穴部１５ａ
に連通して供給ライン９が接続されている。また、細径
部１４ａには、第３図（第２図におけるIII−III線矢視
図）に示す様に軸心部分に線材通過用の筒部２１を有
し、その筒部２１と細径部１４ａとは放射状に配置され
た整流板１６で接続されている。なお、整流板１６は必
ずしも必要としない。また、皿形状円板からなる蓋板２
４の中央部には線材通過孔２２が穿設されている。

この様な構成の電解液導入ガイド６を筒状セル３ａの一
方端部に取付けるに当たっては、まず始めに筒状セル３
ａの端部拡径孔５ａにアダプタ１４の小径部１４ａを挿
入した後、アダプタ１４の収納穴部１５ａ内に導入部材
１３０を図示する向きに収納し、その後、蓋板２４をア
ダプタ１４の大径部１４ｂの端部周面に嵌着する。この
様にして組立てられた電解液導入ガイド６に対し、供給
ライン９から電解液Ｌを導入すると、電解液Ｌは導入部
材１３０の小径部１３０ａ外壁とアダプタ１４の収納穴
部１５ａ内壁との間に流入し、筒状セル３ａ側へその流
れを方向転換し、螺旋状ガイド板１２に案内されて中心
側へ流れ込む。このとき電解液流には旋回性が付与さ
れ、電解液Ｌは遠心力によって外周側へ押し付けられた
状態となる。次いで電解液Ｌはアダプタ小径部１４ａの
貫通孔１５に進入し、貫性力によって上記の如く外周側
へ押し付けられた状態を維持しつつ整流板１５によって
整流されて中空の直進液流となり、さらにアダプタ１４
から筒状セル３ａへ送り出され、絞り部として機能する
テーパ状縮径部分３ｂにて絞られて中実液流となり、筒
状セル３ａの貫通孔５内へ導入される。尚、上記導入部
材１３０及びアダプタ１４は回流形成部としてみなすこ
とができ、テーパ状縮径部分３ｂは中実液流形成部とし
てみなすことができる。

電解液導入ガイド６において、導入された電解液Ｌは外
周側に押し付けられた状態で筒状セル３ａ方向へ流れる
ため、線材Ｗが通過する中心部への電解液Ｌの流れ込み
は防止され、線材Ｗ引き出し側における電解液Ｌの漏れ
は防止される。しかも絞り部分において中空液流中心部
分の空気は絞り込まれて液が流れる方向と反対側へ押し
戻されるのため、導入した電解液Ｌに空気が巻込まれる
こともなく、その結果、空気巻込みによりガス遮断抵抗
が増大する恐れもない。

第４図は電解液導入ガイドの他の実施例を示したもので
ある。この構成では、導入部材１３０ｃは円板状部材１
３０ｄを有し、その軸心から突設された筒状体の先端側
胴部に螺旋状に取付けられた螺旋子１７を、アダプタ１
４０の小径部１４０ａ内に挿入している。このような構
成の電解液導入ガイドを用いれば、前記と同様の効果を
得ることができる。さらにまた、上記導入部材１３０ｃ
の代わりに、第５図に示す様に円板状部材１３０ｅの軸
心から液流ガイド筒１８を突設し、その液流ガイド筒１
８をアダプタ１４０の小径部１４０ａ先端まで届く様に
延設した導入部材１３０ｆを使用することもできる。但
しこの場合には若干の漏れが予想される。その他導入ガ
イドについては種々の形状のものを適用することができ
る。

なお、上記した実施例では、電解液導入ガイドとしての
具体例を種々示したが、取扱う流体を電解液から気体に
変えることによってこらは全て気体導入ガイドとして使
用することができる。

また、本発明の接触用セルは、上記実施例では、第１図
に示したように、線材走行方向と電解液の流れ方向が対
向する対向流タイプを例に取り説明したが、これに限ら
ず、順流タイプにも適用することができる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、接触用セルにあっ
ては最大電解電流密度を高めることができるため、短時
間で効率良く線材の電解めっきを行なうことができる。
ちなみに第６図に示す従来例では５０（Ａ／dm²）であ
った限界電流密度が本発明では１０００（Ａ／dm²）近
くまで上昇した。また、低い電解電圧で電解めっきを実
施できるので消費電力を低減することができる。

また、酸洗用や脱脂用の接触用セルにあっては、線材と
酸洗液あるいは脱脂液の接触効率が高まるため、短時間
で処理を完了することができる。

また、めっき線材等の冷却用セルにあっては、冷却剤と
線材を効率良く接触させることができるため、速やかに
冷却を行うことができ、浸漬めっき工程等の生産性を高
めることができる。

また、接触用セルへの液体導入・排出に当たり、液漏れ
を十分に防止することができ、また液漏れ防止構造によ
る流路抵抗も小さいので効率良く液体を循環させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る接触用セルの構成を示す概略説明
図、第２図は電解液導入ガイドの構成を示す分解斜視
図、第３図は第２図におけるIII−III線矢視断面図、第
４及び５図は電解液導入ガイドの他の実施例を示す分解
斜視図、第６図は従来の電解セルを示す説明図である。 １……タンク、２ａ……接触用セル ３ａ……筒状セル、４……ガイドローラ ５……線材通過用貫通孔、６……電解液導入ガイド ８……電解液排出部、９……供給ライン １０……排出ライン、Ｗ……線材 Ｌ……電解液

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関屋 聖二 大阪府堺市鴨谷台３−２ (56)参考文献 特開 昭48−42655（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−39194（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−136698（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−280398（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−194764（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】線材を走行自在に貫通させるための貫通孔
   を有し、その貫通孔を導入液体の流路として使用する筒
   状セルと、前記筒状セルと同軸にその一方端部及び他方
   端部にそれぞれ連設される液体導入部材及び液体排出部
   材とから構成され、 前記液体導入部材は、略筒状をなす胴部にその胴部略直
   径方向から胴部内に前記導入液体を導入する液体導入部
   を備え、その液体導入部から導入された導入液体の流れ
   を旋回させた後、または旋回させつつ前記筒状セルの一
   方端部側に向ける回流形成部と、その回流形成部によっ
   て向きが変えられた前記導入液体の流れを絞り、中実液
   流にしてから前記筒状セル内に送り込む中実液流形成部
   とを前記胴部内に備え、 前記液体排出部材は、略筒状をなす胴部内に、前記筒状
   セル内の前記導入液体の流れと対向する方向から気体を
   送り込む気体導入部が形成され、その胴部における前記
   気体導入部よりも前記筒状セル他方端部側に、前記送り
   込まれた気体と前記他方端部から送り出された前記導入
   液体とを前記胴部の略直径方向に排出する液体排出部を
   備えたことを特徴とする液体と線材の接触用セル。