JPS6149397B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電鋳装置に関する。

電鋳は、機械加工が困難な形状の部品や金型等
を製造する際広く利用されている。

一般に、電鋳殻を電着させる電型の形状は複雑
であり、電着面は緩急、深浅さまざまな起伏、凹
凸に富んでいる。

而して、電鋳では一般的に電型の転写精度が最
重要視されており、電鋳殻の厚みについては、特
殊な機械部品を除きあまり高い精度は要求されて
いなかつた。

然しながら、電鋳殻としては均一な厚み又は所
望の厚み分布を持つことが望ましいのは言うまで
もないことである。

即ち、電鋳殻が薄すぎる部分があると、その強
度や耐用命数が減殺され、また逆に厚すぎる部分
があると、資材、電力及び作業時間等が浪費され
ることになる。また、これらの問題点は、電鋳殻
をさらに機械加工して機械部品等に仕上げる場合
には、さらに深刻なものとなる。

而して、従来は電鋳殻の各部を所望の厚みをす
るために、多数の電極を使用し、それらを電着面
に適宜分散して配置して、それぞれの電極に略特
定局部の電鋳を行なわせると共に、全体的には所
望の厚み分布が得られるようにするという方法が
採用されている。

然しながら、この方法では、高度の熟練者でも
通常は数回の試験加工にもとずく修正を経なけれ
ば、所望の精度を実現し難いものであり、従つ
て、同一形状の部品を多数個繰返し電鋳するよう
な場合にはよいが、各種用途の金型等を少数宛製
造する場合には極めて不都合なものであつた。

また、一般的に、電鋳殻を金型や電気加工用電
極として使用する場合には、電型の凸部では薄
く、凹部では厚く電着を行なうことが望ましいの
であるが、これは電着における自然的傾向に逆ら
う要求であり、このような電着量制御は困難であ
つた。

本発明は叙上の観点に立つてなされたものであ
つて、その目的とするところは、特別な熟練や経
験を必要とせず、また試験加工等によることもな
く、簡単かつ確実に、所望の厚み分布を有する電
鋳殻が得られる電鋳装置を提供することにある。

而して、本発明の要旨とするところは、電鋳殻
の電着する面に近接して、電型内に超音波厚み計
を多数設けておき、これらにより電鋳殻の成長速
度を検出し、その遅速に応じて当該部分近傍の電
極への通電量を増減し、もつて所望の厚み分布を
有する電鋳殻を得ることにある。

以下、図面により本発明の詳細を説明する。

第１図は本発明にかかる電鋳装置の一実施例を
示す回路図、第２図は電型内に設けられる超音波
発振素子部分の詳細を示す一部拡大断面図、第３
図は本発明装置の作用効果を説明するためのタイ
ムチヤート、第４図は第１図に示した実施例のバ
リエーシヨンを示す部分回路図、第５図はさらに
他の実施例を示す電極及び超音波発振素子の分布
説明図である。

而して、第１図及び第２図において、１は電鋳
槽、２は所定の電着面２ａに導電処理を施したプ
ラスチツク製の電型、３，４および５は超音波発
振素子、６，７および８は電鋳材から成る電極、
９は電鋳殻、１０は電鋳浴、１１は電鋳用の直流
電源、１２は図示されていない主電源リレーの接
点、１３，１４および１５は、それぞれ電極６，
７および８に通電し、電鋳を行なわせるためのス
イツチング素子、１６，１７および１８は半固定
抵抗、１９，２０および２１はそれぞれ超音波発
振素子３，４および５を作動させるパルス発振
器、２２，２３および２４は抵抗、２５は定電圧
電源回路、２６，２７および２８は共振検知回
路、２９は標準作業時間Ts設定用タイマ、３０
はパルスカウンタ、３１は入出力変換回路、３２
は始動用押ボタンスイツチ、３３ないし４１は
RSバイステーブルエレメント、４２ないし５１
はアンド回路、５２ないし５５はオア回路、５６
なしい５８はインヒビツト回路、５９，６０およ
び６１は通電時間を設定するタイマ、６２ないし
６７はモノステーブルエレメント、６８はリング
カウンタ、６９，７０および７１はプリセツトカ
ウンタ、７２は作業終了指令パルスの出力端子で
ある。

而して、超音波発振素子３，４および５は、い
ずれも第２図に示す如く、電型２の電着面２ａに
近接して電型２の内部に設けられる。第２図中、
２ａは電着を可能とするためのメツキ面、２ｂは
超音波発振素子を収容する室、２ｃは蓋体を構成
するプラスチツク部材、２ｄはリード線３ａ，４
ａ又は５ａの周囲をシールするプラスチツク部材
である。

プラスチツク部材２ｃは、その厚みｄがその内
部を通過する超音波の半波長より充分に短かく、
かつ、超音波発振素子との間に空隙が生じないよ
う密着して設けられ、その外端面には電型の電着
面を構成する表面部分と共にメツキが施される。

また、本実施例においては、超音波発振周波数
は、電鋳殻内部を通過する超音波の一波長が、所
期の電鋳殻の仕上り厚みＤと等しくなるように選
定されている。

また、こゝでは、超音波発振素子３，４および
５は、それぞれ電極６，７および８と対応せしめ
られており、各電極の電鋳担当エリアの中心部に
設けられている例を示すが、これは図面および説
明を簡略にするためこのように構成したものであ
り、実際にはより多くの電極および超音波発振素
子が設けられ、かつ両者はより高次の有機的結合
をなすものである。

超音波発振素子３，４および５を設けた電型は
電鋳槽１内にセツトされ、図示されていない支承
装置に支承された電極が配設され、図示されてい
るように結線される。

所望の電鋳を行なうため必要な標準作業時間
Tsが算出され、タイマ２９にセツトされる。の
タイマ２９は、始動後それぞれＴｓ／２±ΔＴに相当 する時刻T₁及びT₂に短かいパルスを発振し、カ
ウンタ３０を歩進させるものである。

而して、電鋳を開始する際は、押ボタンスイツ
チ３２を押圧する。然るときは、図示されていな
いが、制御回路全体の電源がオンとなり、RSバ
イステーブルエレメント３６ないし３８がセツト
されると共に、カウンタ３０、リングカウンタ６
８、プリセツトカウンタ６９ないし７１、および
RSバイステーブルエレメント３３ないし３５、
同３９ないし４１がリセツトされ、タイマ２９が
スタートし、同時にリレー接点１２が閉じられ
る。

また、このときオア回路５３を介してタイマ６
０が始動する。このタイマ６０は、各電極の一回
当りの標準通電時間τ_０を設定するタイマであ
り、始動後時間τ_０が経過するまでその出力が状
態１となるよう構成されている。またタイマ５９
および６１には、それぞれこの時間τ_０より短い
時間τ₋および長い時間τ_＋が設定されている。

一方インヒビツト回路５６，５７および５８は
それぞれリングカウンタの第一ビツト６８―１、
第二ビツト６８―２および第三ビツト６８―３の
出力を抑止否定入力とするオア回路であり、抑止
否定入力以外の入力はタイマ５９，６０および６
１の出力である。

従つて、図示されている状態では、リングカウ
ンタ６８の第一ビツト６８―１が状態１であり、
タイマ６０の出力も状態１であるから、インヒビ
ツト回路５６の出力が状態１となり、スイツチン
グ素子１３が導通し、電極６により電鋳が行なわ
れる。

而して、所定の時間τ_０が経過し、タイマ６０
の出力が状態０となると、インヒビツト回路５６
の出力も状態０となり、スイツチング素子１３は
導通を断たれるが、このときは、モノステーブル
エレメント６２が出力パルスを発振し、リングカ
ウンタ６８を歩進せしめるので、その１表示位置
が第二ビツト68―２に遷移し、モノステーブルエ
レメント６６がトリガされ、その出力パルスがア
ンド回路４６およびオア回路５３を通つてタイマ
６０を再始動させるものである。

而して、今回は、タイマ６０の出力パルスは、
インヒビツト回路５７を通過してスイツチング素
子１４を導通させ、電極７により電鋳を行なわせ
る。

而して、再び時間τ_０が経過すると、上記と同
様のプロセスによりスイツチング素子１４の導通
が断たれ、同１５が導通して電極８により電鋳が
行なわれるようになり、以下同様なサイクルを繰
返して電鋳が進行する。このような、多様の電極
に対する通電制御は、ｎ本をｍ本ずつの複数組に
分けて行なうとか、その他の通電制御手段を用い
ても良く、また必ずしも輪番通電とする必要はな
い。

而して、電着面２ａ上に電鋳殻９が成長し、そ
の厚みが、電鋳殻内を通過する超音波の半波長に
一致すると共振現象が発生し、電鋳殻内に定在波
が現われる。然るときは、超音波発振素子も共振
し、その振動電圧が急激に変化するから、この共
振は直ちに共振検知回路によつて検知される。

今、製造すべき電鋳殻の厚みＤが電鋳殻内を伝
搬する超音波の波長に等しいものとし、電鋳殻の
厚みは電鋳開始時から時間T₁が経過した後、時
間T₂が経過する以前にＤに達すべきものとす
る。

但し、こゝで T₁＝Ｔｓ／２−ΔＴ T₂＝Ｔｓ／２＋ΔＴ である。

換言すれば、このような速度で電鋳が行なわれ
る場合には、そのまゝの条件で電鋳を継続するこ
とにより、標準作業時間Ts経過時に、所望の厚
み公差範囲内の良好な電鋳殻が得られるものであ
る。

然しながら、今、何等かの理由、例えば、電極
配置や電流配分率の不適切等により、電鋳殻成長
速度に誤差が生じ、それぞれ超音波発振素子３，
４および５の近傍における電鋳殻成長が、第３図
中の線，およびの如くになつたものとす
る。

然るときは、電鋳殻９において、超音波発振素
子３が対向する部分では、許容時間T₁より早い
時間t₁に共振が発生し、共振検知回路２６が出力
パルスを発振する。

一方、カウンタ３０の表示値は、電鋳開始後時
間T₁経過前は000、同T₁経過後T₂経過前は00、同
T₂経過後は010となるよう構成されており、ま
た、入出力変換回路３１は、それぞれ共振検知回
路２６，２７および２８が出力パルスを発振した
とき、カウンタ３０からの入力が000であるとき
はそれぞれその出力端子ａ，ｂおよびｃから出力
パルスを発振し、また、それが010であるときに
はそれぞれその出力端子ｄ，ｅおよびｆから出力
パルスを発振するが、カウンタ３０からの入力が
001であるときは何等出力パルスを発振しないよ
う構成されている。

従つて、叙上のケースでは、カウンタ３０から
の入力が000である間に、共振検知回路２６が作
動し出力パルスを発振したので、入出力変換回路
３１は、その出力端子ａから出力パルスを発振
し、このため、RSバイステーブルエレメント３
３がセツト状態に、また同３６がリセツト状態に
反転せしめられる。

然るときは、爾後、リングカウンタ６８の第一
ビツト68―１が状態１となり、電極６に通電して
電鋳を行う際、モノステーブルエレメント６５の
出力パルスはアンド回路４５を通過できなくな
り、代りに同４２を通り、オア回路５２を介して
タイマ５９を始動させることになる。

而して、イマ５９の設定時間τ₋は同６０の設
定時間τ_０より短かく、従つて、電極６を通じて
の電鋳時間が短縮されるので、第３図に示した如
く、時間t₁以降は、超音波発振素子３の近傍の電
鋳殻成長速度はスローダウンされ、他の部分電鋳
殻成長速度が相対的にスピードアツプされる。

この状態で電鋳が進行すると、やがて超音波発
振素子３の対向する電鋳殻内での共振が終了し、
次いで、第３図に示す時間t₂において、超音波発
振素子４の対向部で共振が発生する。

然しこのときは、カウンタ３０の表示値が001
であるので、入出力変換回路３１は何等出力を発
生せず、電鋳のための通電時間に変化は生じな
い。

而して、さらに電鋳が進行すると、超音波発振
素子５の対向面で共振が生じ、共振検知回路２８
が出力パルスを発振する。

この出力パルスの発振時t₃がT₂より以前であれ
ば、各電極への通電時間の変更は行なわれず、電
鋳はそのまゝ進行せしめられるが、第３図に示さ
れているように、T₂以降に共振が発生したもの
とすると、このときはカウンタ３０の表示が010
となつているために、入出力変換回路３１がその
出力端子ｆから出力パルスを発振するので、RS
バイステーブルエレメント３８がリセツト状態
に、また同４１がセツト状態に反転せしめられ、
電極８に対する通電時間はタイマ６１に設定され
たτ＋に変更される。このτ＋は、τ_０より長
く、そのため、超音波発振素子５の近傍への電着
速度は高められ、他の部分へのそれは相対的に低
下せしめられるものである。

以降、電鋳は最初に設定した時間Tsが経過す
る項まで継続される。而して、その頃には、電鋳
殻９の厚みは超音波の一波長λに等しくなり、再
び電鋳殻内で共振が発生し、各共振検知回路２
６，２７および２８は再び出力パルスを発振す
る。これらのパルスはそれぞれプリセツトカウン
タ６９、７０および７１によりカウントされる
が、本実施例においては、これらのプリセツトカ
ウンタのプリセツト値は２であり、従つてこれら
のプリセツトカウンタはそれぞれ対応する共振検
知回路からのこの二番目の入力パルスをカウント
するとの出力が状態１となる。而して、すべての
プリセツトカウンタの出力が状態１となると、ア
ンド回路５１の出力が状態１となり、作業終了が
指令される。

なお、叙上の説明では、電鋳殻成長速度は、電
鋳の前半期において超音波発振素子３の近傍で過
大であり、同５の近傍で過小であるものとした。
然しながら、これらの部分での遅速がどのような
ものであれ、電鋳作業が略半分終了した時点で、
局部的にそれぞれ適切な電鋳速度の修正が行なわ
れることは明らかであろう。

叙上の如く、本発明装置によるときは、電鋳の
途中で、各部電着速度のチエツクが行なわれ、そ
の結果に基いて電着速度の修正が行なわれるの
で、電鋳終了時には、所望の厚み分布を有する電
鋳殻が得られるものである。

なお、叙上の実施例については、多種多様なバ
リエーシヨンが考えられるものである。

まず、設定時間がτ₋、τ_０およびτ_＋である
タイマのほかにより修正量の多い設定時間τ₋お
よびτ₊₊を設定するタイマを設けると共に、これ
らと対応してタイマ２９から、例えば、時間Ｔｓ／２ −３ΔＴ、Ｔｓ／２−ΔＴ、Ｔｓ／２＋ΔＴ、およびＴ
ｓ／２＋３ ΔＴにおいて出力パルスを発振させ、各電極毎の
通電時間を五段階に制御すること、次に、使用す
る超音波の周波数を高め、その半波長が所期の電
鋳殻厚みＤの1/3又は４以上の整数分の一となる
ようにしておき、電鋳殻の厚みが半波長の整数倍
に達する毎に電着速度の修正を行なうよう構成す
ることが考れられる。

また、各電極の通電量制御は、制御の確実性お
よび電力効率の観点から、主として通電時間によ
ることが推奨されるものであるが、この制御は通
電電流量をも合わせて制御することによつても、
また、通電時間の制御に代えて通電電流量のみを
制御することによつても達成し得るものである。

その一例を示せば、例えば第１図に示した実施
例において、半固定抵抗１６，１７および１８の
代りに、それぞれ第４図中の回路１６′，１７′お
よび１８′を使用すれば、各電極の通電時間と共
に、その通電電流をも切換え得るものである。

而して、第４図中、１６―１ないし３、１７―
１ないし３および１８―１ないし３はいずれも調
整抵抗、１６―４ないし６、１７―４ないし６お
よび１８―４ないし６はスイツチング素子であ
り、３３′ないし４１′はそれぞれ第１図中のRS
バイステーブルエレメント３３ないし４１のセツ
ト出力端子に接続され、また５６′ないし５８′は
それぞれオア回路５６ないし５８の出力端子に接
続される端子である。

而して、調整抵抗１６―１，１７―１および１
８―１の抵抗値はいずれも相等しくR₁、同１６
―２，１７―２および１８―２の抵抗値はいずれ
も相等しくR₂、同１６―３，１７―３および１
８―３の抵抗値はいずれも相等しくR₃であり、
かつ、 R₁＞R₂＞R₃ となつているものである。

このため、例えば電極６から通電を行うときに
おいて、RSバイステーブルエレメント３６がセ
ツト状態にあり、タイマ６０が作動して、一回当
り時間τ_０だけ通電が行なわれるときは、スイツ
チング素子１６―５がオンとなり標準電流で通電
が行なわれるが、例えば、例えば、RSバイステ
ーブルエレメント３３又は３９がセツト状態にあ
り、それぞれタイマ５９又は６１により、τ_０よ
り短縮された時間τ₋又は延長された時間τ^＋の
通電を行う際には、それぞれスイツチング素子１
６―５の代りに同１６―４又は１６―６がオンと
なり、通電電流が通電時間と共に減少又は増大せ
しめられるものである。

また、例えば前述実施例に於ける電鋳槽１の構
成や、電型２及び電極６ないし８の配置等は、前
述特許請求の範囲に於ける電鋳槽を何等限定する
ものではない。

即ち、図示実施例のものに於ても、電鋳浴１０
は連続または間欠的に溢流させながら新しい電鋳
浴１０を流入、放射、または６ないし８の先端部
外から噴出させて供給したりできるだけでなく、
槽１内の電鋳浴１０を適宜の手段で撹拌等するこ
ともできるものであり、特許請求の範囲に於ける
電鋳槽としても、例えば電鋳浴受として上方開放
受槽を設け、この受槽の開口上に適宜の材料で構
成した桟を設け、この桟の上に電型２を、例えば
実公昭52―21711号公報記載の如き補助電鋳枠槽
に取り付けて載置し、電極６ないし８を同様にこ
の補助枠槽に取り付け、従つて電型２は電鋳浴１
０中に浸漬された状態ではなく、上記下部の受槽
から電鋳浴を汲み上げて電型２に対し、例えば斜
め上方から放射しながら、即ち循還させて電鋳を
行ない、また上記桟上部は、排気手段付覆で覆う
ような形式の電鋳槽にする等各種の変更構成が可
能なものである。

また、電極及び超音波発振素子の数および配置
方法は、電鋳の目的、所要の厚み精度、電型の寸
法、形状等により、それぞれ適宜に選択されるも
であり、また両者の数は必ずしも同数とされるも
のではない。

第５図には、電極および超音波発振素子の望ま
しい平面的配置例が示されている。図中、８０，
８０で示されている〓印は電型内に設けられた超
音波発振素子、９０，９０で示された●印は、そ
れぞれ超音波発振素子８０，８０と対向する位置
に設けられた電極、９１，９１で示されたΓ印
は、それらの中間位置に網目状に配設された電極
である。

而して、一つの電極９０は、それに対向する一
個の超音波発振素子８０を含む制御回路のみによ
りその通電量が制御されるが、中間位置にある電
極９１は、その電鋳担当領域内に三個の超音波発
振素子を有し、それらを包含する制御回路により
その通電量が有機的に制御されるものである。

またさらに、第１図等に示した回路の構成も、
本発明の目的の範囲内で自由に設計変更できるも
のであり、例えば超音波厚み計は、叙上の如く共
振型のものでなく、エコータイプその他のもので
よく、他の回路要素も他の公知のもので代替し得
ること勿論であり、本発明はこれらのすべてを包
摂するものである。

本発明は叙上の如く構成されるから、本発明に
よるときは、所望の厚み分布を有し、駄肉がな
く、また薄すぎる部分もない良好な電鋳殻を髄
時、容易かつ確実に、しかも最小限度の作業時間
で製造し得るようになるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかゝる電鋳装置の一実施例を
示す回路図、第２図は電型内に設けられる超音波
発振素子部分の詳細を示す一部拡大断面図、第３
図はその作用効果を説明するためにタイムチヤー
ト、第４図は第１図に示した実施例のバリエーシ
ヨンを示す部分回路図、第５図はさらに他の実施
例を示す電極及び超音波発振素子の分布説明図で
ある。 １：電鋳槽、２：電型、３，４，５，８０：超
音波発振素子、６，７，８，９０，９１：電極、
９：電鋳殻、１０：電鋳浴、１９，２０，２１：
パルス発振器、２５：定電圧電源回路、２６，２
７，２８：共振検知回路、２９，５９，６０，６
１：タイマ、３０：カウンタ、３１：入出力変換
回路、６８：リングカウンタ、６９，７０，７
１：プリセツトカウンタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下記ａ項ないしｅ項記載の構成要素から成る
   電鋳装置。 ａ 電鋳殻電着面の直下に、複数の超音波発振素
   子を配設した電型。 ｂ 上記電型が収容または設置され、所望の電鋳
   浴が注入または電型に放射され、かつ、複数の
   電極や電型に対して配設されて電鋳が行なわれ
   る電鋳槽。 ｃ 上記電型と、複数の電極のそれぞれとの間に
   通電して、電鋳殻を形成せしめ得る電源回路。 ｄ 上記電型に配設した超音波発振素子毎に設け
   られる発振回路および各発振波を利用してそれ
   ぞれ当該超音波発振素子近傍の電鋳殻電着速度
   を検知する検知回路から成る電着速度検知器。 ｅ 上記電着速度検知器が検知した電着速度の遅
   速に応じて、当該部分に電着を行なう電極への
   通電量を制御する通電制御回路。 ２ 通電制御回路が、各電極への通電パルスのデ
   ユーテイフアクタ又は通電時間を制御する回路で
   ある特許請求の範囲第１項記載の電鋳装置。 ３ 通電制御回路が、各電極への通電電流を制御
   する回路である特許請求の範囲第１項記載の電鋳
   装置。 ４ 通電制御回路が、各電極への通電パルスのデ
   ユーテイフアクタ若しくは通電時間と、通電電流
   とを制御する回路である特許請求の範囲第１項記
   載の電鋳装置。