JP2008170438A

JP2008170438A - メッキ型バイメタル及びその製造方法

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Publication number: JP2008170438A
Application number: JP2008000802A
Authority: JP
Inventors: Tae Sun Chang; 泰淳張; Yohan Park; 容範朴
Original assignee: URI FINE PLATING CO Ltd
Current assignee: URI FINE PLATING CO Ltd
Priority date: 2007-01-05
Filing date: 2008-01-07
Publication date: 2008-07-24

Abstract

【課題】電気メッキ方式により鉄-ニッケル(Ｆｅ-Ｎｉ)合金層を形成させることで、より単純化された、安価な製造工程により、精密な湾曲値を持つ薄膜化されたバイメタルとこれを製造するための方法とを提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態に係るメッキ型バイメタルは、導電性金属板、前記導電性金属板の一側の全面に電気メッキ方式により形成された鉄-ニッケルＦｅ-Ｎｉ合金層を含む。また、本発明の一実施形態に係るメッキ型バイメタルの製造方法は、導電性金属板を提供するステップと、提供された導電性金属板の一側の全面に電気メッキ方式により鉄-ニッケルＦｅ-Ｎｉ合金層を形成するステップと、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、メッキ型バイメタル及びその製造方法に関し、より詳細には、従来のクラッド圧延方式によるバイメタルではなく、電気メッキ方式により製造されたバイメタルを提供することによって、より薄膜化され、精密な湾曲値を持つバイメタルを、安価、かつ、単純な工程により製造できるメッキ型バイメタル及びこれを製造するための方法に関する。

バイメタルは、熱によって膨張する程度の異なる２種類以上の金属板を当接して置いたものであり、温度が高くなると、膨張の程度が弱い方に金属が曲がる性質を利用することで、温度の変化によって自動的に電気回路を開閉する機能を遂行する。

バイメタルの材料特性は、一定の範囲温度で低膨張金属の方に曲がる程度を表す湾曲値(Deflection)により示される。これは、ＫＳ規格(Ｃ２６１０)に詳細に明示されている。

このようなバイメタルの材料には、低熱膨張用金属材料に、ニッケル(Ｎｉ)と鉄(Ｆｅ)との合金、高熱膨張用金属材料に、銅(Ｃｕ)と亜鉛(Ｚｎ)との合金、又は、鉄、ニッケル、マンガン、モリブデン、アルミニウムなどの合金材又はニッケル、銅、鉄、マンガン、アルミニウムの単一金属が用いられている。

現在、バイメタルの製造は、低熱膨張用金属材料と高熱膨張用金属材料とを圧延ローラにより圧延圧接してバイメタルを製造するクラッド圧延工程が主として用いられている。

このようなクラッド圧延工程によるバイメタルは、溶解(Melting)→鍛造(Forging) →熱間圧延(Hot rolling)→冷却圧延(Cold rooling)→冷却圧接(Cold bonding又はClading)→アニーリング(Annealing)→拡散及び仕上げ圧延(Intermediate & Finishing rolling)→表面検査(Surface inspecting)→マーキング(Marking)→切断(Slitting)→レベリングLevelling)→包装(Packing)の工程を経て製造される。

しかしながら、このような従来のバイメタル製造方法は、総１２段階の工程を経て製造されるので、製造の工程数が多く、作業が面倒であるだけでなく、その製造工程が非常に複雑で、製造コストが高価である問題点があった。

特に、薄膜化されたバイメタルを製造するためには、多段圧延を施行しなければならないため、工程が複雑で、均質な製品を得にくいだけでなく、商業的に実用化可能な０.１mm程度の厚さを持つ薄膜化されたバイメタルを製造するのに限界があった。

バイメタルの厚さが厚い場合は、バイメタルの湾曲値が精密でなく、微細な温度変化の条件でより精密な制御を要求する電気・電子機器に用いられる場合に、機器の誤作動が発生するという問題点があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、電気メッキ方式により鉄-ニッケル(Ｆｅ-Ｎｉ)合金層を形成させることによって、より単純化された、安価な製造工程により、精密な湾曲値を持つ薄膜化された、新規かつ改良されたメッキ型バイメタル及びその製造方法を提供することにある。なお、本発明の目的は、以上で言及した目的に制限されず、言及されていない他の目的は、以下の記載から当業者にとって明確に理解されるはずである。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、導電性金属板と前記導電性金属板の一側の全面に電気メッキ方式により形成された鉄-ニッケル(Ｆｅ-Ｎｉ)合金層と、を含むメッキ型バイメタルが提供される。

ここで、前記鉄-ニッケル合金層のニッケル含有量は、２０重量％から５０重量％であってもよく、特に、鉄−ニッケル重量比が、６４対３６であるインバー合金であってもよい。

また、前記導電性金属板は、銅、燐青銅、黄銅、鉄、ニッケル、クロム、マンガン、モリブデン、アルミニウム、及び、サス(SUS)の群又はこれらの合金材から選ばれた一つ以上の物質を含んで構成されるものであってもよい。

また、前記導電性金属板が、鉄又はステンレス(SUS)の素材であり、前記導電性金属板の一面に、銅又はニッケルのいずれかがメッキされたものであってもよい。

また、前記導電性金属板が銅、燐青銅、及び、黄銅のいずれか一つの素材であり、前記鉄-ニッケル合金層がメッキされた導電性金属板の一側の全面に、ニッケル又はクロムのいずれかがメッキされたものであってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、高熱膨張用金属板と、前記高熱膨張用金属板の一側の全面に、メッキ方式によりメッキされた低熱膨張用金属材料と、を含むメッキ型バイメタルが提供される。

また、前記高熱膨張用金属板は、鉄-ニッケル合金板であって、ニッケル含有量が３０重量％〜５０重量％であってもよい。

また、前記高熱膨張用金属板は、インバー合金(Invaralloy；６４％Ｆｅ-３６％Ｎｉ)からなるものであってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、導電性金属板を提供するステップと、前記提供された導電性金属板の一側の全面にメッキ方式により鉄-ニッケル(Ｆｅ-Ｎｉ)合金層を形成するステップと、を含むメッキ型バイメタルの製造方法が提供される。

前記鉄-ニッケル合金のニッケル含有量は、３０重量％〜５０重量％であってもよい。

前記導電性金属板は、銅、燐青銅、黄銅、鉄、ニッケル、マンガン、クロム、アルミニウム、モリブデン、及び、ステンレス(SUS)の群又はこれらの合金材から選ばれた一つ以上の物質を含んで構成されるものであってもよい。

また、前記鉄-ニッケル合金は、インバー合金(Invaralloy；６４％Ｆｅ-３６％Ｎｉ)であってもよい。

本発明によれば、導電性金属板の一面に鉄-ニッケル合金層を形成する際に、電気メッキ方式を適用することが可能となる。従って、鉄-ニッケル合金層の厚さと合金比に対する精密な制御が可能になるとともに、様々な湾曲値を持つ精密なバイメタルを提供することができる。これにより、クラッディング方式より極めて薄い厚さのバイメタルを安価に生産することが可能となる。また、バイメタルの製造工程を単純化できるため、工程費用を削減することが可能となり、様々な付加的な長所を得ることができる。

その他、実施形態の具体的な事項は、発明の詳細な説明及び図面の記載に含まれている。本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に記述されている実施形態を参照することで明確になるものである。しかしながら、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、異なる様々な形態で具現できるものである。実施形態は、本発明を完全に開示するとともに、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇により定義される。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本発明に係るバイメタルは、高熱膨張用金属材料として用いられる銅、燐青銅、黄銅、鉄、ニッケル、マンガン、クロム、アルミニウム、モリブデン、及び、サス(SUS)の群又はこれらの合金材から選ばれた一つ以上の物質を含んで構成される導電性金属板を陰極に使用し、低熱膨張用金属材料を陽極及び金属塩の状態で含有された電解液を用いて、前記２個の電極と電気的に連結されたメッキ用整流器に電位を加えて、高熱膨張用金属材料に低熱膨張用金属材料をメッキさせる電気メッキ(electroplating)方式により製造される。

この場合、低熱膨張金属材料として用いられる鉄-ニッケル(Ｆｅ-Ｎｉ)合金材は、図１に示されるように、ニッケル(Ｎｉ)含有量の変化に従って熱膨張係数が変わるが、本発明は、ニッケルの含有量に応じて熱膨張係数が変わることを用いて、所望の目的のバイメタルを製造するものである。

図示されるように、ニッケルの含有量が３０〜５０％である場合に、熱膨張係数が急激に低くなり、低熱膨張特性が現れることが分かる。特に、ニッケルが３６％含有された鉄-ニッケル合金(６４％Ｆｅ-３６％Ｎｉ)であるインバー合金(Invaralloy)において低熱膨張特性が最も優れていることが分かる。

このように、本発明の核心的な特徴は、高熱膨張用金属材料の一面に、ニッケルが３０〜５０％含有された、より望ましくは、ニッケルが３６％含有された鉄-ニッケル合金を電気メッキ方式により電着させて、バイメタルを製造するものである。

また、本発明では、鉄-ニッケル合金のメッキの際に、鉄が、ニッケルより優先的に陰極として用いられる金属材料に電着される異常合金現象が起こるため、他の合金のメッキに比べて、電着される合金の組成調節が非常に難しいという問題点を勘案して、既特許出願(韓国登録特許公報登録番号１０-０５０５００４号)に提示された電解液を用いて、所望の含有量のニッケルが含有された鉄-ニッケル合金を電気メッキ方式により高熱膨張用金属材料に電着させて、バイメタルを製造するものである。

以下、添付の図面を参照して、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。

図２は、本発明の望ましい実施形態に係るメッキ型バイメタルを製造するための電気メッキ装置の構成を示した図であり、電気メッキ装置は、メッキしようとする被メッキ体にて一端面がマスキング(Masking)された陰極２と、前記陰極２に電着させようとする金属である陽極１と、前記陰極２に電着させようとする金属のイオンを含有した電解液３と、前記電解液３を収容してメッキ工程が行われるメッキ槽５と、前記陽極１及び陰極２と連結されて電流を供給するメッキ用整流器４と、を含んで構成される。

陰極２は、導電性金属板である高熱膨張金属材料であって、厚さが０.００５〜２.５mmである平板状に形成される。また、この陰極２は、全部が電解液３に浸るように設置される。このような陰極２に用いられる高熱膨張金属材料は、銅、燐青銅、黄銅、鉄、ニッケル、マンガン、クロム、アルミニウム、モリブデン、及び、サスSUSの群又はこれらの合金材から選ばれた一つ以上の物質から構成される。

また、前記陰極２の一側の全面には、電解液３が電着されないように、不導体材料２aがマスキング(Masking)される。このような不導体材料２aには、当業者に広く知られた通常の材料が使用されることができ、経済性を考慮して接着テープを使用することが望ましい。この場合、接着テープは、除去時に、粘りが残らないテープを使用することが望ましい。

陽極１は、前記メッキ槽５内に、前記陰極２と向かい合うように一定間隔をおいて設置され、ニッケル(Ｎｉ)金属板で作られる。

そして、前記陽極１と陰極２との間には、電流密度を任意に調節できるメッキ用整流器４が設置され、この整流器４を用いて、陰極２と陽極１との間に電流を流す。すなわち、電源の(-)極に電気的に連結された陰極２と、電源の(+)極に電気的に連結された陽極１との間に電流を流す。

電解液３は、上述したように、既特許出願(韓国登録特許公報登録番号１０-０５０５００４号)に提示されたＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ(Ferrous Sulfate)、ＮｉＳＯ_４・６Ｈ_２Ｏ(Nickel Sulfate)、ＮｉＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ(Nickel Chloride)、ＦｅＣｌ_２・４Ｈ_２Ｏ(Ferrous Chloride)、及び、Ｎｉ(ＮＨ_２ＳＯ_３)_２(Nickel Sulfamate)を基にして配合しており、この他にも、幾つかの添加剤から構成されており、これは、市販中の一般的な薬品で製造できる。

より詳細には、２２〜７５g/ｌのＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ(Ferrous Sulfate)、又は、
ＦｅＣｌ_２・４Ｈ_２Ｏ(Ferrous Chloride)、又は、これらの混合物、７５g/ｌのＮｉＳＯ_４・６Ｈ_２Ｏ(Nickel Sulfate)、又は、これらの混合物、０.５〜１.０g/ｌの硼酸(Ｈ_３ＢＯ_３、Boric Acid)、０.１〜２.０g/ｌのサッカリン(Ｃ_７Ｈ₅ＮＯ_３Ｓ、Sodium Saccharin)、１５〜４０g/ｌの塩化ナトリューム(ＮａＣｌ、Sodium Chloride)、０.１〜２.０g/ｌのアスコルビン酸(Ascorbic Acid)を含む。そして、電気メッキの中に、電解液のｐＨが２〜４.５の範囲で、電流密度が１〜２０ＡＳＤの範囲で、電解液の温度が４５〜7０℃の範囲で維持して、電気メッキ工程が行われることが望ましい。

このように構成された電気メッキ装置において、理想的に配合された電解液３を収容したメッキ槽５に浸漬された陽極１と陰極２とを整流器４に電気的に連結した後、整流器４を介して陽極１と陰極２とに電位を加えると、陽極１であるニッケル(Ｎｉ)金属板で酸化反応が起こって、Ｎｉ⁺が析出されると共に、電子(e)が生成される。

ここで、析出されたＮｉ⁺は、電解液３に溶け、電子(e)は、電線に乗って整流器４を介して陰極２に移動される。陰極２では、集まっていた電子(e)が、電解液３中でイオンに遊離されたＮｉ⁺とＦｅ^２+に会って還元反応が起こり、接着テープ２aにてマスキング(Masking)されていない陰極２の一側の全面に、Ｆｅ-Ｎｉ合金が薄く電着され、メッキによるバイメタルが製造される。

この場合、電着されるＦｅ-Ｎｉ合金が、Ｆｅ-３０％Ｎｉ合金からＦｅ-５０％Ｎｉ合金との間の組成比を持つように、電解液中のＦｅ:Ｎｉモール比は、１:２.２１４から１:５.０２７との間の割合で混合され、特に、Ｆｅ-３６％Ｎｉインバー合金を電着させるためには、Ｆｅ:Ｎｉモール比は、１:２.７４３の割合で混合される。

また、高熱膨張金属材料に、銅、燐青銅、黄銅などのように、酸化されやすい材料が用いられる場合は、ニッケル又はクロムなどのように、耐食性の高い金属材料が一側面にメッキされた高熱膨張金属材料を陰極として使用することが望ましい。

また、高熱膨張金属材料に、鉄又はサスSUSの素材が用いられる場合に、鉄又はサスSUSの素材には、鉄-クロム合金のメッキが容易に行われないため、鉄又はサスSUSの素材の一面に銅又はニッケルがメッキされた高熱膨張金属材料を、陰極として使用することが望ましい。

以上では、高熱膨張金属材料を陰極として、鉄-ニッケル合金をメッキする方式であったが、これと逆に、鉄-ニッケル合金(又はインバー合金)を陰極として、高熱膨張金属材料である銅、ニッケル、鉄、マンガン、又は、これらの合金を陽極及び金属塩の状態で含有された電解液として使用して、前記鉄-ニッケル合金(又はインバー合金)にメッキする方式によりバイメタルを製造することも可能である。

また、バイメタルが別々にメッキされるバッチ(batch)式メッキ処理工程を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、連続メッキされる連続(continuous)式メッキ処理工程により製造される実施形態も可能である。

本実施形態に係る電気メッキ方式により製造されるバイメタルは、総厚さが０.０１ｍｍ〜３ｍｍまで製作が可能であり、これは、従来のクラッド圧延工程方式により製造されるバイメタルに比べて、その厚さを極めて薄く製造できるという利点がある。

このように、バイメタルの総厚さが画期的に減ることによって、精密な湾曲値を持つバイメタルの製造が可能になり、微細な温度変化条件でより精密な制御を要求する電気・電子機器に用いられる場合にも、誤作動が生じる懸念がなく、電気回路を開閉できるようになるという効果が得られる。

また、製造工程においても、表面処理(Masking)→メッキ(Plating)→アニーリング(Annealing)→調質圧延(Skinpass)→表面検査(Surface inspecting)→マーキング(Marking)→切断(Slitting)→レベリング(Levelling)→包装(Packing)の総９段階の工程を経て製造されるので、これは、従来のクラッド圧延工程方式により製造されるバイメタルの製造工程(１２段階)の工程に比べて、その製造工程数が３段階も減るようになり、製造コストが節減されるという利点がある。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

鉄、ニッケル含有量に応じた鉄-ニッケル合金の熱膨張係数を示した特性図である。本発明の一実施形態に係るバイメタルを製造するための電気メッキ装置の構成を示した概略図である。

符号の説明

１陽極
２陰極
２a 不導体材料Masking
３電解液
４整流器
５メッキ槽

Claims

導電性金属板と；
前記導電性金属板の一側の全面にメッキ方式により形成された鉄-ニッケル(Ｆｅ-Ｎｉ)合金層と；
を含むことを特徴とする、メッキ型バイメタル。
前記鉄-ニッケル合金層のニッケル含有量は、３０重量％〜５０重量％であることを特徴とする、請求項１に記載のメッキ型バイメタル。
前記導電性金属板は、銅、燐青銅、黄銅、鉄、ニッケル、マンガン、クロム、アルミニウム、モリブデン、及びサス(SUS)の群又はこれらの合金材から選ばれた一つ以上の物質を含んで構成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のメッキ型バイメタル。
前記鉄-ニッケル合金層は、インバー合金(Invaralloy；６４％Ｆｅ-３６％Ｎｉ)であることを特徴とする、請求項３に記載のメッキ型バイメタル。
前記導電性金属板が、鉄又はステンレス(SUS)の素材であり、前記導電性金属板の一面に、銅又はニッケルのいずれかがメッキされたことを特徴とする、請求項３に記載のメッキ型バイメタル。
前記導電性金属板が銅、燐青銅、及び、黄銅のいずれか一つの素材であり、前記鉄-ニッケル合金層がメッキされた導電性金属板の一側の全面に、ニッケル又はクロムのいずれかがメッキされたことを特徴とする、請求項３に記載のメッキ型バイメタル。
高熱膨張用金属板と；
前記高熱膨張用金属板の一側の全面に、メッキ方式によりメッキされた低熱膨張用金属材料と；
を含むことを特徴とする、メッキ型バイメタル。
前記高熱膨張用金属板は、鉄-ニッケル合金板であって、ニッケル含有量が３０重量％〜５０重量％であることを特徴とする、請求項７に記載のメッキ型バイメタル。
前記高熱膨張用金属板は、インバー合金(Invaralloy；６４％Ｆｅ-３６％Ｎｉ)からなることを特徴とする請求項７に記載のメッキ型バイメタル。
導電性金属板を提供するステップと；
前記導電性金属板の一側の全面に、メッキ方式により形成された鉄-ニッケル(Ｆｅ-Ｎｉ)合金層を形成するステップと；
を含むことを特徴とする、メッキ型バイメタルの製造方法。
前記鉄-ニッケル合金のニッケル含有量は、３０重量％〜５０重量％であることを特徴とする、請求項１０に記載のメッキ型バイメタルの製造方法。
前記導電性金属板は、銅、燐青銅、黄銅、鉄、ニッケル、マンガン、クロム、アルミニウム、モリブデン、及び、ステンレス(SUS)の群又はこれらの合金材から選ばれた一つ以上の物質を含んで構成されることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載のメッキ型バイメタルの製造方法。
前記鉄-ニッケル合金は、インバー合金(Invaralloy；６４％Ｆｅ-３６％Ｎｉ)であることを特徴とする、請求項１２に記載のメッキ型バイメタルの製造方法。