JPS634636B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の関連する技術分野〕 この発明は一体型の陰極基体と支持体の選択エ
ツチング法に関し、特にそれだけではないが、一
体型の円筒形バイメタル陰極基体と支持スリーブ
の選択エツチング法の改良に関する。

〔従来技術〕

一体型のバイメタル陰極基体と支持スリーブは
1976年７月23日の発光のアール・シー・エー技報
（RCA Technical Notes）第1159号掲載のター
ンブル（J.C.Turnbull）の論文に開示されてい
る。この一体型部品は一般的にニツケルクロム合
金のような構造合金の薄い円筒および端壁に一体
に支持されたカツプ状のニツケル合金製陰極基体
として説明され、圧着その他の方法で接合された
２つの合金層より成るバイメタル積層板から製造
される。

この一体型バイメタル部品は米国特許第
3432900号開示の一般的方法により製造されて来
た。この方法では、カツプ部とスリーブ部をバイ
メタルの積層板から深絞りした後、そのニツケル
合金層の所要部分を耐食性材料で一時的に被覆
し、無被覆部分をエツチング液でエツチングす
る。また1980年11月25日付米国特許願第210246号
（米国特許第4441957号、特開昭57―118338号対
応）の明細書に開示の別の方法では、ニツケル合
金層の所要部分をこれにシリコンゴム板のような
耐食可圧縮性薄板の表面部分を一時的に押し付け
ることにより選択的に被覆する。これらの従来法
では何れもエツチング液槽にその部品を浸漬する
が、その部品にエツチング液を圧送接触させるこ
とによりニツケル合金層の無被覆部分をエツチン
グする。

後者の方法の大量生産型式では、複数個の円筒
状部品を各別の心軸に取付け、その各端壁を同一
平面上において共通の可圧縮性薄板に押し込む。
この薄板はこの全部品を収容する共通の空房の１
壁面を構成する。この空房にエツチング液を圧送
溢出させてこれをエツチング液で満たす。この方
法により部品を大量生産してエツチング時間を短
縮すると共に空房の部品収容数を増すことが試み
られたが、エツチングした部品に汚れその他の欠
点が生ずることで失敗に終つた。これらの欠点は
空房内の小気泡が部品表面の局部領域のエツチン
グを妨げたり遅らせたりすることにより発生する
と考えられ、空房内のエツチング液の流量を増し
たりその方向を制御する等によりこの問題を解く
種々の試みにより、いくつかの欠陥は減少したが
他の欠陥が増加した。

〔発明の開示〕

この発明の方法によるエツチングでは、エツチ
ングする部品にエツチング液の一様な軟弱流を交
互に接触させたり離したりすると共に、そのエツ
チング液が重力によりその部品から流れ去るよう
にしてあり、これによつてエツチング液に含まれ
るガスやエツチングで発生するガスをエツチング
中に放出することができる。その上部品に対して
流れを動かすことはエツチング液を新しく供給す
るばかりでなく、部品の周囲に存在するガスを強
制的に追出すことになる。このエツチングは上記
米国特許願第210246号の従来法よりこの発明の方
法による方が短時間かつ少流量で達せられること
が判つている。

こゝで使用する「軟弱流」とは、方向が主に重
力により決定される液体の流れであり、「下方」
とは重力の方向である。

〔発明の実施例〕

第１図は外側が陰極基体用ニツケル合金層１３
で内側が構造用ニツケルクロム合金層１５のカツ
プ状構体の形にバイメタル板から深絞り成形され
た代表的成形バイメタル部品すなわち素材１１を
示す。代表的な陰極基体合金は本質的に94.90重
量％以上のニツケルと約0.05重量％以下のシリコ
ンおよびマグネシウムとより成る。部品１１は最
小外径約2.16mm、全長約8.76mmの円筒形スリーブ
１７より成り、その一端１９が広がり、他端が端
壁２１で閉じられている。陰極基体用合金層１３
は厚さ約0.028mm、構造用合金層１５は厚さ約
0.048mmである。陰極基体用合金層１３は内層１
５よりある種のエツチング液特に比較的薄い酸に
容解し易く、この違いがこの発明の方法に利用さ
れている。理想的には外層１３がエツチング液に
可溶で内層１５が実質的に不溶なことが好まし
い。

この発明の方法の第１実施例では、カツプ状の
成形バイメタル部品１１を基板２５上に支持され
た直立円柱状心軸２３に嵌め、その端壁２１の内
面を心軸２３の頂面２７に接触させる。この両接
触面は実質的に整合することが望ましい。頂面の
外面には可圧縮耐食性の板２９を押し付けてこれ
が側壁の隣接部にも接触し、部品１１の選択され
た所定領域を覆うようにする。押圧力が大きいほ
ど板２９が覆う側壁部分も大きくなる。次にこの
構体を心軸２３が水平で基板２５と板２９の間隙
が垂直の第１図の位置まで回転する。

部品１１と板２９をこの位置においてノズル３
２から基板２５と板２９の間隙を通り下方にエツ
チング液（こゝでは約80℃の32重量％稀硝酸）の
一様な軟弱流３１を間欠的に流す。この酸は陰極
基体層１３の無被覆部に接触してこれを溶解す
る。エツチング液はまた構造用合金層１５に接触
することもあるが、それがエツチング液に実質的
に不溶のため溶解は起こらない。エツチング液は
第１図に示すように被覆部を除いて部品１１の全
表面を流れる。この流れ３１はノズル３２を部品
１１の上方で水平に前後に移動することにより間
欠的に供給することができる。流れが部品に衝突
しなければ、スリーブ１７に接触した酸は重力に
より流下して化学反応で発生するガスは周囲に逸
出する。また流れ３１が部品に衝突するときはこ
れがスリーブ１７上の酸を更新してガスを部品か
ら放逐する。従つてガスが反応を妨げないため無
被覆面のエツチングがより均一になる。これらの
効果は部品に対する従来の酸供給法より遥かに少
ない酸使用量で得られる。部品の無被覆面に酸液
を吹付けた場合は均一なエツチングが得られず、
こゝで述べる軟弱流法よりも多くの酸を必要とす
る。

エツチングが完了するとエツチング液の流れ３
１と板２９を除去し、エツチングされた部品１１
を心軸２３から取外し、真空容器中の純水で洗浄
して余分のエツチング液を除去した後室温で乾燥
する。次に板２９で被覆されていた端壁２１外面
に陰極被覆を行う。第２図に示すように、この陰
極被覆３３は第１図の層１３のエツチングされな
い部分である陰極基体用ニツケル合金カツプ３５
上にあり、このカツプ３５は使用するエツチング
液に実質的に不溶で第１図の無食刻構造層１５で
ある端壁３７および側壁３９に支持されている。

この発明の方法の第２の実施例は第３図および
第４図に示す治具４０を用いて実施することがで
きる。この治具４０はピン保持台４３とこれに定
間隔で行列に配列されたピンまたは心軸４１を有
し、その心軸４１は一方の方向には第３図に示す
ように約6.35mm間隔で25本、他の方向には第４図
に示すように約6.35mm間隔で12本配置されてい
る。ピン保持台４３は直立した一体の側壁４７を
有する基台４５に嵌まり、その基台４５の側壁４
７上に有孔圧え板４９が乗つている。この圧え板
４９は第３図に示すように両側に下向きの２つの
側壁５１を有し、これで基台４５の側壁４７上に
支持される。圧え板４９の他の２側面は開いてい
て第４図に５３で示す両端の開いた空隙を形成す
る。圧え板４９はピン４１が通る複数個の開孔５
５を有し、各開孔５５は直径がエツチングすべき
部品の外径より約0.76mm大きく、またピン保持台
４３側が皿穴のように広がつている。

この装置は圧え板４９の周壁に乗る下向きの外
周壁５９を有する背板５７で覆われ、この背板５
７の周壁５９内の空間は例えばシリコンゴムのよ
うな可圧縮性の板６１が詰つている。この可縮性
の板６１はこの方法に使用されるエツチング液に
実質的に溶解も反応もしない固型ゴムまたはプラ
スチツクとすることができ、背板５７を圧え板４
９上に乗せたとき圧縮されるように背板５７の側
壁５９の高さより大きいほぼ均一な厚さを有す
る。ピン４１は開孔５５を通つて板６１を圧縮す
るだけの長さを有する。この構体はその両側の各
板の整合開孔を通る２個の位置決めボルト６３お
よび締付ナツト６５により保持され、背板５７上
には補強材６７が溶接され、この補強材には端部
に把手（図示せず）を有する２本の棒６９が取付
けられている。

この発明の方法の第２の実施例を実施するに
は、部品１１を実質的に第１図で説明したように
ピン４１に嵌め、ピン保持台４３を基台４５に嵌
め、圧え板４９を基台４５に乗せてその開孔５５
にピン４１と部品を通す。次に可圧縮性シリコン
ゴム板６１を背板５７に嵌め、その構体を圧え板
４９に乗せる。上記各板の開孔に２本の位置決め
ボルト６３を通し、締付ナツト６５により圧え板
４９に背板５７を締付ける。すると可圧縮性ゴム
板６１が部品の端壁と側壁の隣接部に押し付けら
れて部品の所定表面部分を被覆する。

上記のように素材部品を装着した２個の治具４
０を第５図に示す静止治具スタンド７１に取付け
る。スタンド７１はテーブル７３に支持され、同
様にテーブル７３に支持された槽７５に嵌つてい
る。槽７５は可撓性プラスチツク管８３、ポンプ
８５および弁８７を介して分配槽８２に結合され
た中央排出口７９を有する。分配槽８２はエツチ
ング中比較的少量のエツチング液を貯え、その底
壁の２つのノズル８１からエツチング液を重力に
より各治具４０に付き１つずつ合計２つの一様な
軟弱流３１として流下させることができる。分配
槽８２とノズル８１は治具４０の上方で空気シリ
ンダ９３のピストン桿９１に結合された往復腕８
９に取付けられている。装置を作動させるには、
槽７５にエツチング液を注ぎ、ポンプ８５を連続
運転し、弁８７を調節して各ノズル８１が各均一
軟弱流３１ごとに毎分3.8を排出するようにす
る。空気シリンダ９３を作動させ、ピストン桿９
１を治具の長さより若干短かい距離を約5.5秒
（６〜30秒の範囲で調節することができる）で水
平に移動させる。ノズルは各治具４０の間隙５３
を通つてエツチング液を流し、エツチング液はエ
ツチングが完了するまで治具から槽７５に出て再
びノズル８１に循環する。

この発明の方法の第２の実施例の推奨形式で
は、当初エツチング液は本質的に71重量％硝酸45
重量部と、85重量％の燐酸10重量部と、濃硫酸
（比重1.2158）５重量部と、純水40重量部より成
り、エツチング中約80℃±５℃の温度に維持され
る。エツチングはこの温度で約６分（２〜６分の
範囲で可変）行われ、これによつてノズルが治具
４０上を66回（33サイクル）通過する。エツチン
グが完全な場合は部品のエツチングされた部分が
鈍い金属色を呈するが、不完全な場合は鈍い金属
色を呈すべきところに光沢領域が存在するため判
別することができる。エツチング完了後治具４０
をスタンド７１から取外して60±５℃の純水を約
５分間通し、治具４０を解体してエツチングされ
た部品をピンから外し、オーバーフロー式洗浄槽
に入れて流量約11.4／分温度約60±５℃純水で
約５分間洗浄する。

可圧縮性シリコンゴム板６１の代りにエツチン
グ液の化学作用に耐える他の可圧縮性固体材料の
板を使用することもできる。この推奨材料は室温
加硫のシリコンゴムである。可圧縮性シリコンゴ
ム板は約54重量％の液体シリコンエラストマ（例
えばダウ・コーニング社（Dow―Corning）より
市販のシルガード（Sylgard）186）と、６％の
エラストマ用触媒と、40％の液体粘度低下剤（例
えばゼネラルエレクトリツク社（General
Electric Co.）より市販のシリコンゴム希釈液
910）との混合物を成形することにより製造する
こともできる。成形物はほぼ室温で一晩硬化させ
る。粘度低下剤の量を減ずると生成するシリコン
ゴムが固くなつて圧縮性が低下するが、増すと柔
かくなつて圧縮性が増大する。

前述した米国特許願第210246号明細書記載の従
来法のエツチングでは、部品を治具に入れて酸に
浸漬し、酸液をマニホールドから水平方向を向い
た治具間隙を通つて噴出させる。このマニホール
ド法はエツチング不十分または不完全による種々
の問題を生じたが、その主要欠陥は「涙滴」と呼
ばれるもので所要のエツチング線から下に部分的
にエツチングされた領域がはみ出たものである。
この欠陥の大きさは処理工程の調節により小さく
することができるが、「スネークバイツ（Snake
bites）」と呼ばれる微小欠陥を生じる。これはエ
ツチング線の真下の小さな部分的エツチング領域
である。これらの欠陥を除去するためにいくつか
の方法が試みられたが、これらを一括して次に示
す。

(1) 流量の変化…流量を加減したり、交互に流し
たり止めたりしたが、どの場合においてもその
化学変化が既に得られた結果より要い結果を示
し、不良率が大きくなつた。

(2) 治具の回転…欠陥は一般に治具の１側面に限
られることが判つたため、エツチングの途中で
治具をマニホールド中で回転して酸を反対側か
ら流したところ、欠陥は小さくなつたがなくな
らなかつた。

(3) エツチング時間の増加…エツチング時間を長
くしても欠陥は改善されなかつた。

(4) 治具の向き…治具の設計により、亜酸化窒素
や水素の気泡が圧え板の皿穴に捕獲されると考
えたため、この気泡が皿穴から上昇し逃げるよ
うに治具を回転してみたが、欠陥減少効果はな
く、またマニホールドを捕えられた気泡が再び
逃げられるような角度に配置してみたが同様に
欠陥は改善されなかつた。

このようにマニホールド法を種々に変えて試
験するときはエツチング法も変える必要がある
ことが判り、いくつかの方法を試験してマニホ
ールド法より良いエツチング結果を得たが、な
お欠陥が存在した。これらの方法は次の通りで
ある。

(5) 回転浸漬…この方法はいくつかの変形を試験
したが、基本的な考え方は酸溶中に治具を吊り
下げて回転させ、治具間隙に新しい酸が供給さ
れるようにすることである。治具を同一方向に
回転するか往復回転すると少しは良くなつたが
欠陥はなくならなかつた。

(6) 静止浸漬…治具を通る酸の流れをどのような
形状にしても欠陥が残つたので、治具を静止さ
せて酸も流さない方法を試み、治具を気泡が逃
げ得るような角度に配置したが、エツチング生
成品に改善は見られなかつた。

(7) 圧え板の開孔寸法の増大…陰極が開孔にあま
りにも接近していたため発生したガスの気泡が
圧え板の皿孔に捕獲されることがあり、開孔の
直径を増すと気泡が大きくなつて逃げ易かろう
と考えたが、開孔を大きくすると欠陥水準は低
下するがカツプのエツチング端縁が不均一にな
ることが判つた。すなわち欠陥数は減少したが
陰極の品質が低下した。

(8) 軟弱流エツチング…この方法は上記すべての
方法を試験して殆んどまたは全く改善が得られ
なかつたときに到達したもので、これを導いた
主目的は次の必要性であつた。

(イ) 機械の設計が余り複雑でなく、工程が簡単
なこと。

(ロ) 発生したガスの気泡を治具から逃がす方
法。

(ハ) 欠陥のないエツチング部品を生産するより
良好で効率のよいエツチング法。

(ニ) １つの方向からしか酸の流れを必要としな
いエツチング法。

最初考えたのは滝（比較的長いか幅の広い軟弱
流）の下に治具を置くことで、これは首尾よく作
動したが、まだ完全に欠陥を取除くことができな
かつた。これは酸の交換比率が大きすぎて酸が均
一なエツチングが得られるほど十分な時間部品に
接触しないためである。この問題を解決するため
に流れのパタンを変え、6.35mmの管から毎分約
11.4の流量が主として重力により流下する１本
の均一軟弱流とした。これは非常に効果があり、
欠陥が０に近く、残つた欠陥も極めて小さく許容
できるものであつた。蒸発による熱損失を最小に
するために流量を少なくすることが望ましく、最
終的には3.18mmの管を使用して毎分3.8〜5.7と
した。試験中にこの発明のエツチング法は処理反
応を促進することが観察された。すなわち最初６
分かかつたエツチングを４分以下に短縮し得るこ
とが判つた。軟弱流は各部品にかかつたりかから
なかつたりするように移動させるが、これは部品
と流れの一方を静止させるか両方を移動させるこ
とによりその間に相対運動を生成して行うことが
できる。また代りに両方とも静止させておいて流
れを間欠させてもよい。接触回数は毎分２〜10回
とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例によりエツチン
グされる成形バイメタル部品の部分破断正面図、
第２図はエツチングを終つた第１図のバイメタル
部品の陰極基体に陰極被覆を行つたところを示す
部分破断正面図、第３図および第４図はそれぞれ
この発明の方法の第２の実施例により１組のバイ
メタル部品をエツチングする装置の部分断面正面
図および側面図、第５図は第３図および第４図に
示す治具２台に取付けた部品をエツチングする装
置の側面図である。 １１…成形金属部品、１３…陰極基体、１５…
支持部、２９…耐食マスク、３１…エツチング
液。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 陰極基体およびそれと一体のその支持体を含
   む成形金属部品を準備し、この部品の所定の表面
   部分を耐食性マスクで被覆し、上記部品表面の被
   覆されない部分を所要の深さまでエツチングし、
   次いで上記マスクを除去する各段階を含み、上記
   エツチング段階がエツチング液の一様な軟弱流を
   上記部品に交互に接触させたり離したりしながら
   重力によりその部品から流れ去るようにして行わ
   れる一体型の陰極基体および支持体の製造法。