JPH0130919B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は、電気メツキ装置、特に、連続走行す
る金属ストリツプの水平型連続電気メツキ装置に
関する。

（従来技術） 近年に至りメツキ鋼板は特にその用途の拡大に
伴い、生産量が増大しつつあるとともに生産技術
にも多くの改善が行われている。したがつて、そ
の１つの生産手段としての金属ストリツプの連続
電気メツキおよびそのための装置についてこれま
でにも多くの提案がなされてきた。

例えば特公昭50−8020号においてはジエツトセ
ル方式が提案されており、これはメツキ槽を筒状
に構成し、その内部を走行する金属ストリツプに
対し向流関係でメツキ液を強制循環させる方式で
ある。この方式は両面メツキ法ならびに片面メツ
キ法に利用されるものであるが、片面メツキ法専
用に使用されるものとしては特公昭57−14759号
において噴流メツキ方式が案されている。これは
金属ストリツプの一面に接近して配置した電極か
らメツキ液を噴出させながら、片面のみをメツキ
する方式である。金属ストリツプの他面は支持ロ
ールによつて支持されている。

また、特開昭58−136796号には流体クツシヨン
パツド方式が提案されている。これは上述のジエ
ツトセル方式と噴流メツキ方式とを組合せた如き
方法であつて、金属ストリツプの上下両面からメ
ツキ液を噴出させながらメツキを行うとともに対
になつた通電ロールの中間部分においてそのメツ
キ液噴出流でもつて金属ストリツプを支持するも
のである。

（従来技術の欠点） 金属ストリツプのメツキには、高速での連続処
理を可能とする経済性が要求されるとともに、高
品質のメツキを実現するために可及的に一定条件
下でメツキが行い得るようにすることが望まれ
る。メツキ液組成が常に一定に保持される必要が
あるのは勿論のこと、特に極間距離は可及的に小
さくかつ常に一定に保持されるようにすることが
望ましい。

従来、横型メツキ槽にあつては、金属ストリツ
プが自重によつて垂下するため、金属ストリツプ
に働く重力とメツキ槽内張力（通例0.5〜５Kg／
mm²程度）との釣合いから、メツキ槽内を走行する
金属ストリツプは対となつた両通電ロールの間に
在つて長手方向の縦断面形状がカテナリー曲線状
となるのはさけられない。

このときの金属ストリツプの最大たわみ量、す
なわち両通電ロールの中心部におけるカテナリー
量は次式で表わされる。

ｈ（カテナリー量）＝ｋ（l²／Ｔ） ただし、 ｌ：両通電ロールの支点間距離（mm） Ｔ：ストリツプ張力（Kg／mm²） ｋ：比例定数 したがつて、ストリツプとの極間距離が上面で
は、大となり、下面では小となるため、上面側の
電流分布が下面より不均一となるとともに上面側
の電圧が下面より大きくなつてしまう。また、こ
のような状態でメツキ液の液流吹込みを行うと、
上・下面で流速の差を生じて、上述の極間距離の
違いと相俟つて、ストリツプの上・下面ではメツ
キ品質が著しく不均一となる。

さらにまた、ストリツプの振動、振り（バタツ
キ）により、下面に設けた陽極とストリツプとの
接触事故が頻発するので、近接電解が不可能とな
り、そのため実操業上は極間距離を大きくとつて
メツキ電圧を高くする必要があり、そのような操
業を行う限り、省電力は達成できない。

しかもこのように接触しないまでも下面の陽極
とストリツプとの極間距離が部分的に近づくた
め、局所的にH₂やO₂ガス泡発生密度の高い部分
がみられ、そのようにストリツプ下面に不均一に
付着したガス泡のために電流分布がさらに不均一
となり、合金メツキ品質（組成、析出相）のバラ
ツキや、はなはだしいときは、ピン・ホールやメ
ツキ・ムラを生じて製品価値を損なうことがあ
る。

前述のジエツトセル方式では筒状メツキ槽内を
走行する金属ストリツプがカテナリー曲線状とな
るのは避けられない。また噴流メツキ方式にあつ
ても、この方式では、非浸漬型であるため、メツ
キ面に向かつて陽極面から噴出されたメツキ液は
次いでメツキ面から周囲に溢出してしまうため、
電極とストリツプとの間をメツキ液で充満させる
のに大流量のメツキ液を流す必要があり、大容量
の循環ポンプが必要であるばかりでなく、合金メ
ツキ品質を安定化させるのに必要な流量と液充満
のための流量とが、アンバランスとなるという問
題を生ずる。さらに、特にFeイオンを含んだメ
ツキ（Feメツキ、Fe−Znメツキ、Fe−Niメツ
キ、Fe−Mnメツキ等々）液の場合は、多量の溢
出メツキ液は液滴（スプラツシユ）となつて落下
するので、空気中の酸素と反応して（4Fe²⁺＋O₂
＋4H⁺→4Fe³＋2H₂O）、空気酸化されて、消耗し
て行くので、メツキ浴成分が大幅に変動してしま
う。ストリツプの板幅が、ノズルの幅よりも狭い
場合に、特に、この問題は深刻であつて、メツキ
液組成の大幅な変動はさけられない。非浸漬型ジ
エツトセルの場合には、吐出ノズル近傍が部分的
に負圧となり、周囲から空気を泡として巻き込
み、Fe²⁺→Fe³⁺となる空気酸化が著しく促進さ
れるといつた不利が浸漬型に比較してある。また
同じく前述の流体クツシヨンノズル方式にあつて
は、合金電気メツキの製造に際して、流動状況が
上流側（向流方向）と下流側（順流方向）とで異
なるため、合金組成や析出相が不均一なメツキと
なる。つまり、上流側のガス除去性の改善のため
に、下流側よりも流速を多く流す必要があり、相
対液流速が上流側と下流側とで異なることにな
る。かかる液流量の制御は実操業上ではかなり困
難である。

（関連発明） 本件特許出願人は先に特願昭58−59194号とし
て、金属ストリツプの上下面に離間対向して配置
された各不溶性陽極の中央部分を分割し、その箇
所に上下一対のメツキ液噴射ノズルを設けた二段
向流方式とも云うべきメツキ装置を提案した。か
かる装置によれば向流的に送られるメツキ液の流
れはより均一になり、陽極の不均一溶解にもとず
く極間距離の経時的変化はより少なくなり、また
ストリツプ走行速度をさらに高めることができ
る。しかし、この方式でもまた十分満足のゆくも
のではなく、ストリツプが二段向流ノズル（下
側）の上面と接触して引き起こす、ノズルの損傷
が問題となつていた。

（発明の目的） 本発明の目的は、高品質メツキ、特に安定した
合金メツキ（例えば、Zn−Fe、Zn−Ni、Zn−
Ni−Cr、Zn−Mn、Zn−Cr、Fe−Mn、Zn−Fe
−Ni等々）を高電流密度で、しかも、効率的に
行い得る金属ストリツプの連続電気メツキ装置を
提供することである。

本発明の別の目的は、極間距離をさらに正確に
一定に保持し得る金属ストリツプの連続電気メツ
キ装置を提供することである。

（発明の要約） ここに、本発明は、水平方向に走行する金属ス
トリツプから離間対向して配置された不溶性陽極
と、該金属ストリツプに接する前後一対の通電ロ
ールを備えた金属ストリツプの水平型連続電気メ
ツキ装置であつて、 一対の前記通電ロールの中間位置に設けた中間
サポートロール； 該中間サポートロールと前記の各通電ロールと
の間にあつて上下一対にそれぞれ配置した前記不
溶性陽極；および 前記不溶性陽極と水平方向に走行する前記金属
ストリツプとで取り囲まれて形成された少なくと
も１の管路の金属ストリツプ走行方向の下流端近
傍に設けられ、該管路に向かつて金属ストリツプ
走行方向に対し向流に開き、かつ金属ストリツプ
とメツキ液吹き込み流とのなす吐出角度が60度以
内となる少なくとも１つのメツキ液吹き込みノズ
ル、 から構成される前記装置である。

（発明の態様） 添付図面に関連させて本発明をさらに説明する
と、第１図ａおよびｂは本発明に係る金属ストリ
ツプの連続電気メツキ装置１を略式断面図で示す
ものであつて、図中、矢印で示すように水平方向
に連続走行する金属ストリツプ２は横型メツキ槽
である水平型電気メツキ槽３に送給される。

第１図ａの場合、この連続電気メツキ装置１
は、通電ロール４，４（図中、斜線を付して示
す）とこれらの間のほぼ中央部に配設した一対の
中間サポートロール５と、該中間サポートロール
５の前・後において金属ストリツプ２に離間対応
して設けた上下一対の不溶性陽極６，６とから成
り、これらの不溶性陽極の間を連続走行する間に
金属ストリツプ２は電気メツキされる。連続走行
する金属ストリツプ２の上下両面には図示例にあ
つてはメツキ液の噴流ノズル７，７，８，８が上
下一対となつて不溶性陽極６，６の中間部分およ
び出側通電ロールの上流近接部分にそれぞれ設け
られており、金属ストリツプに対し向流的にメツ
キ液を噴出させている。通常金属ストリツプの両
側面部分には適宜メツキ液シール機構、例えば公
知のエツジマスキング装置（図示せず）が設けら
れているため、これらの各部材で金属ストリツプ
上・下面にはそれぞれ一種のメツキ液管路９が形
成されており、該管路中へ金属ストリツプと向流
方向へメツキ液が強制吹込まれるのである。不溶
性陽極６を含めて装置全体はメツキ槽３のメツキ
浴中に浸漬されており、上記噴出ノズル７，８か
らのメツキ液は図示例の場合、循環タンク１０を
介してメツキ槽内を強制的に循環している。メツ
キ槽３の入口、出口部にはダムロール１１がそれ
ぞれ設けられている。

第１図ｂは、第１図ａの場合のダムロール１１
に代えてダムロール板１２を設けた例を示すもの
であつて、同一部材は同一符号で示す。第１図ｂ
の場合、ダムロール板１２を中間サポートロール
５の下流近接領域にも設けることによつてメツキ
槽３を２つに区分している。

このように、例えば第１図ａおよびｂのいずれ
の場合にあつても、本発明によれば中間サポート
ロール５が設けられることによつて金属ストリツ
プ２のカテナリー、つまりいわゆるストリツプの
タレはほぼ完全に防止できる。

なお、上記メツキ液シール機構、例えば公知の
エツジマスキング装置（図示せず）を設けた場
合、ストリツプの反対面へのメツキ液の廻り込み
が実質上防止できるばかりでなく、そのようなシ
ール機構をストリツプの両端部に設けることによ
つて、それと金属ストリツプ面とさらに不溶性陽
極とから構成されるメツキ液管路を周囲から閉じ
られたものとし、それによつてメツキ面に接する
メツキ浴組成を可及的に一定に保持できる。この
ようにメツキ液の出入口のみが開放されたメツキ
液管路を形成することによつてメツキ装置全体を
浸漬型をすることと相俟つてさらに一層均一な電
気メツキが安定して得られるのである。ストリツ
プの走行方向のメツキ液シールは上述のダムロー
ルあるいはダムシール板等当業界で公知の適宜装
置によつて行なつてもよい。

上記中間サポートロールとしては、走行時のス
トリツプの位置を機械的に固定する機能を果たす
ものであれば、どのような形式、構造、機構のも
のであつてもよい。最も一般的なものはピンチロ
ール型あるいはオフセツトロール型のものであろ
うが、その場合にも多段ロール型としてもあるい
は異径ロールを上下ロールに組合せて使用しても
よい。さらにはロール胴長方形に部分的に分割し
たロールを組合せてもよい。

なお、金属ストリツプの下面側にのみ、上記中
間サポートロールを設けることは特にカテナリー
防止という観点からは十分なものである。

ストリツプとメツキ液吹込み流との吐出角度
（θ）は、できる限り平行流（θ＝0゜）に近い低
角度とすることがメツキ液の均一流動性を確保す
る点で望ましいが、ストリツプとノズル先端との
接触による耗損や据付設置スペースを考慮する
と、実用上は15〜60゜程度となる。この吐出角度
が60度を越えると吹込むメツキ液の流速分布が不
均一となる傾向がある。その場合、ノズル先端の
形状を水鳥のクチバシのようなわん曲形状に成形
するのが有利である。

ノズルの吐出先端部分は、一般的には長方形断
面のスリツト（slit）状であるが、また、そのス
リツト状ノズルの断面はゆるやかに開口間隔を変
動させてもよい。あるいは、小さな円形スロツト
（slot）を多数あけたノズルでも、板幅方向に均
一な液流速分布を実現できるものであればよい。

金属ストリツプの通板走行するパスラインは完
全に水平な場合だけでなく、例えば水平線より±
約10度傾いた範囲の場合であつても本発明に云う
横型メツキ槽、つまり水平型連続メツキ装置の範
ちゆうに入る。

また、ストリツプ走行方向とメツキ液の流れ方
向との向流性も、両者が完全な平行状態にある場
合ばかりでなく、例えばメツキ液の流れが外側に
あるいは内側に微小角度ずれた場合であつても、
本発明にあつてはストリツプ移動方向に対して向
流（counter flow）との範ちゆうに属する。

このように、本発明の１つの特徴は、浸漬型の
メツキ槽において、前後で対になつた通電ロール
の間のほぼ中央部に、中間サポートロールを設け
ることであつて、かかる構成をとることによつ
て、次のような効果がみられる。

横型メツキ槽の最大欠点であるストリツプカ
テナリー量が減少する。

パスライン位置制御が流体パツドのような圧
力制御方式でなく変位制御となるため信頼性が
高くなる。

流体クツシヨンパツド方式の場合と異なり、
ノズル・ヘツダ圧力が高くないのでメツキ液供
給ポンプの電力ロスが少ない。

処理すべき金属ストリツプの寸法が変更され
るときに金属ストリツプの板幅が大きく変動す
る板幅移行部の通過に際して、不安定振動やコ
イル先端つつかけ等のトラブルが生じない。

以上の〜の効果が得られることから、そ
れらの総合的効果として、近接電解ができ、
上・下面の合金メツキの品質の差がほとんど見
られなくなつた。

さらに本発明の別の特徴は、中間サポートロー
ルの前・後の不溶性陽極と金属ストリツプとで形
成される管路中へ、該管路の金属ストリツプ走行
方向の下流端近傍に設けたメツキ液吹込みノズル
からそれぞれ金属ストリツプ走行方向に対し向流
方向にメツキ液の強制吹込みを行うことであり、
このような構成をとることによつて前述の効果と
相俟つて次のような効果が得られる。

向流方向のみで順流が無いため、また、向流
吹みとストリツプ粘液性との相互干渉による相
対流速の自己安定化作用が働き、合金メツキ品
質の均一化に寄与する。

向流吹込み電極長が短縮化するため、ガス除
去性が改善される。本発明の場合、電極長は前
述のジエツトセル方式のほぼ半分の長さですむ
ことになる。したがつて、得られる合金メツキ
品質が安定化する。

この点に関し、本発明の好適態様にあつては、
すべてに述べたように、適宜シール機構を金属ス
トリツプの両側面部に沿つて設けてもよく、それ
によればさらに一層の改善がなされるのである。
このシール機構としては、例えばエツジマスキン
グ装置としてすでに当業界においては良く知られ
ているので、これ以上の言及は必要ないであろ
う。

なお、本発明にあつて中間サポートロールを設
けたことによりカテナリー量を可及的に少なくす
ることができるが、中間サポートロールの使用に
よる効果は単にそれに止まるものではなく、浸漬
型メツキ槽においてメツキ液の向流吹込みを採用
したことと相俟つて、上述の如くさらに多くのす
ぐれた作用効果がもたらされるのである。

次に、本発明に係る装置によつて得られる効果
についていくつかの具体例にもとずいてさらに具
体的に説明する。

(1) カテナリー修正効果： 第２図は、板厚0.8mm、板幅300mmの鋼ストリ
ツプを、ライン速度150ｍ／minで第１図に示
すと同様な横型メツキ槽にてメツキしたときの
セル内でのストリツプの位置がパス・ラインに
対してどの程度ずれているか測定した結果を示
すグラフである。本発明による例は図中、●で
示す。図示結果からも明らかなように、本発明
によれば、中間サポートロールを使用した変位
制御によるストリツプ位置固定であるため、従
来方式に比較して複雑な流量制御も不要であ
り、操業がきわめて安定で信頼度が高い。つま
り、定常状態のカテナリーが得られた。

ストリツプの幅移行部（先後コイルの溶接
部）が通過したときも、機械的にストリツプを
ピンチする方式であるので、流体クツシヨンパ
ツド方式による場合（図中、○で示す）にみら
れる不安定振動の問題がない。

また、ジエツトセル方式による場合（図中、
×で示す）にみられる走行時のセル内張力の変
動や上・下ノズル吹出し流量のアンバランス変
動によるストリツプのバタツキ振動も、本発明
によれば支点間距離が半分になつているため、
約1/4倍となり大幅に減少している。そのため
ジエツトセル方式では25〜50ｍ／ｍであつた電
極間距離が本発明によれば５〜15ｍ／ｍとその
大幅な近接化が可能となつた。

(2) ガス泡抜性： 第１図ａに示すと同様な装置を使い、板厚
0.4mm、板幅250mmの鋼ストリツプに、ライン速
度を50〜20ｍ／minと変動させて、電気Zn−
Ni合金メツキ（Zn²40ｇ／、Ni²⁺70ｇ／、
（NH₄）₂SO₄100ｇ／、PH２）を電流密度を変
化させて行ない、そのときのメツキ電圧を測定
した。電極長は、３ｍの場合（ジエツトセル方
式…図中○で示す）と、前後に各1.5ｍと分割
した二段向流方式の場合（本発明例の場合…図
中●でしめす）について測定した結果を第３図
にグラフで示す。

図示結果から、電圧上昇が少ないことからも
分かるように、本発明に係る装置のガス泡の除
去効率はいわゆるジエツトセル方式のそれに比
べてかなり改善されているのが分かる。

(3) 合金電気メツキ品質の安定性： 板厚0.6mm、板幅600mmの鋼ストリツプを使
い、ライン速度０〜200ｍ／minの間で変動さ
せることのできる第１図に示すと同様な横型水
流れ模型実験槽において、向流吹込み無い場合
と、125ｍ／minの吹込み流速で吐出した場合
とについて、電極間内の流速を熱線流速計、ピ
トー管等々により、実測した。

結果を第４図にグラフにまとめて示す。

図示結果からも明らかなように、本発明にし
たがつて向流吹込みを行つた場合には（図中、
実線で示す）、ストリツプ走行によるCouette
流と吹込みによるPoiseuille流とが複雑に相互
干渉するために、ライン速度が増大するととも
にストリツプ走行による流れの影響が強くなつ
てくる。そのために、第４図からも分かるよう
に、ストリツプ移動座標系からみた、相対液流
速が、ライン速度が変化しても比較的安定化す
る傾向があり、これは合金メツキ品質の均一化
の点で理想的である。

このように向流吹込みのみられる場合は、相
対流速が高いので物質移動が良好で限界電流密
度が高く、コゲ状、粉状メツキとなることがな
い。しかも、操業中にライン速度の変動があつ
たとしても、そのような変動にもかかわらず、
相対流速は安定しており、したがつて、常に均
一な物質移動が期待できる吹込み方式であるこ
とがわかる。

次に、板厚0.3ｍ／ｍ、板幅200mmの薄鋼板コイ
ルを用い、第１図に示す本発明に係る二段向流式
横型槽（向流吹込み２m³／min）および流体クツ
シヨン・パツド方式（特開昭58−136746号）（Qc
＝2.0m³／min、Qc＝0.3m³／min）にて、Zn−Fe
系合金電気メツキを製造した。電解条件は
（Fe²⁺）／（Zn²⁺）濃度モル比1.0〜2.5、浴温50
〜60℃、PH1.5〜2.5、電流密度50〜150A／ｄm²
で、メツキ付着量20ｇ／m²のZn−Feメツキをラ
イン速度、セル数を変更して行つた。それぞれ得
られたメツキ鋼板について下記要領で耐パウダリ
ング性および電着塗膜下ブリスター幅を評価し
た。結果を第５図にグラフにまとめて示す。

(i) 耐パウダリング性（合金メツキ皮膜加工性）
試験法： 幅50mm、長さ200mmの試験片のメツキ面にセ
ロテープを貼付し、直径10mmの丸棒にそわせて
180゜内曲げを行う。その後、試験片を曲げ戻
し、テープを脱離する。この際に、テープ面に
付着するメツキ粉末の量により、下記のような
段階付けで耐パウダリング性を評価した。

○：ほとんどないもの △：やや薄く細かくメツキ粉付着 ●：濃く、大きく、メツキ粉付着 (2) 電着塗膜下ブリスター幅試験法： リン酸塩系の化成処理および自動車車体用の
電着塗装を20μｍ施した後、塩水噴霧試験500
時間後のクロスカツト部の腐食状況により塗装
後耐食性を評価した。

図示結果からも明らかのように、低速、高電
流密度領域では、耐パウダリング性（メツキ皮
膜加工性）が劣悪であり、一方、高速、低電流
密度領域では、η相が析出混入しやすく、塗膜
クロスカツト部でのブリスター腐食が生じやす
い。

Zn−Fe合金電気メツキ性能良好域は、本発
明による場合のほうが、流体クツシヨンパツド
式による場合よりも広い。これは、本発明の方
が電極間内液流動状況が安定化・均一化してい
ることによるためと考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａおよびｂは、本発明に係る水平型連続
電気メツキ装置の略式断面図；第２図は、横型メ
ツキ槽における通電ロール間の距離に対し、いく
つかの方式によるカテナリー量をプロツトして得
たグラフ；第３図は、横型メツキ槽におけるガス
泡除去性を比較するためにメツキ槽電圧とメツキ
電流密度との関係を示すグラフ；第４図は、向流
吹込みによる相対流速の安定化作用を比較するた
めに相対メツキ液速度とライン速度との関係を示
すグラフ；および第５図は、メツキ品質の有効領
域を説明するための、メツキ電流密度とライン速
度との関係を示すグラフである。 １：連続電気メツキ装置、２：金属ストリツ
プ、３：メツキ槽、４：通電ロール、５：サポー
トロール、６，６′：不溶性陽極、７，８：噴出
ノズル、９：メツキ液管路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水平方向に走行する金属ストリツプから離間
   対向して配置された不溶性陽極と、該金属ストリ
   ツプに接する前後一対の通電ロールを備えた金属
   ストリツプの水平型連続電気メツキ装置であつ
   て、 一対の前記通電ロールの中間位置に設けた中間
   サポートロール； 該中間サポートロールと前記の各通電ロールと
   の間にあつて上下一対にそれぞれ配置した前記不
   溶性陽極；および 前記不溶性陽極と水平方向に走行する前記金属
   ストリツプとで取り囲まれて形成された少なくと
   も１の管路の金属ストリツプ走行方向の下流端近
   傍に設けられ、該管路に向かつて金属ストリツプ
   走行方向に対し向流方向に開き、かつ金属ストリ
   ツプとメツキ液吹込み流とのなす吐出角度が60度
   以内となる少なくとも１のメツキ液吹き込みノズ
   ル、 から構成される連続電気メツキ装置。