製造中空金屬組件的方法及執行此方法的電鑄設備的製作方法
2023-10-11 18:09:19 5
專利名稱：製造中空金屬組件的方法及執行此方法的電鑄設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種製造中空金屬組件的方法，通過電鑄和執行該方法的電鑄設備，製造細窄的金屬管。本發明特別有關一種製造金屬套圈(ferrule)的技術，而此種金屬套圈可用來連接光纖(opticalfiber)，或是使光纖和光纖組件互相連接。
傳統上主要是採用氧化鋯(zirconia)製造的金屬套圈，其製造過程非常複雜，而且尺寸要求極精確的金屬套圈也無法以有效率地方式生產。因此近年來有人提出以電鑄方式來製造金屬套圈。
要舉例說明透過電鑄方式來製造管狀金屬組件的基本技術時，下面以日本的專利發表No.11-193485為例，來說明製造精細金屬管的方法。
圖8為傳統製造中空金屬組件成為狹窄金屬管的電鑄設備圖。電解池(electrolytic cell)1中充滿了電解液(electrolyticsolution)2。有一個金屬網籃(meshbasket)4用來容納電沉積金屬物質(金屬的電解沉積物)，連接電源3的陽極。支架(holder)5提供許多條金屬線(core wires)6，作為電沉積的材料。馬達(motor)8則用來驅動轉軸(rotation shaft)7旋轉。電源8的陰極透過轉軸7和支架5連接每條金屬線。
金屬網籃4可容納電沉積金屬物質，而金屬線6則浸入電解液，每個金屬網籃4和金屬線的下端朝向電解池1底部插入。其從電源3通電至金屬網籃4和每條金屬線，同時旋轉支架5以執行電鑄方式。
在傳統的技術中，當電沉積金屬物質在金屬線6上沉積到預定的厚度時，就會從電鑄產品上將金屬線6取出而形成一個管狀的金屬組件，此組件的內部直徑等於金屬線6的外部直徑。然後，將金屬組件裁成預定的長度，即可獲得一個中空的金屬套圈，如圖7所不。
但是，對於尺寸要求極精確的中空金屬組件，傳統的技術雖然在理論上是可行的，但實際上卻無法製造出此類組件。在傳統的電鑄過程中，使用金屬線來製造中空的金屬組件，就會出現下列問題。電鑄過程中取得的產品，其並無法達成想要的直率(roundness)，而且中空部分並無法與外部周長同軸(coaxiality)。特別是，當電鑄產品上的電沉積金屬物無法達到均勻的厚度時，外部的周長就會有所變動，因此無法得到想要之直率、厚度和同軸的電鑄產品。而後續的程序也無法輕易解決此項問題。
但是，金屬套圈特別需要高度精確的直率、厚度和同軸，因此，考慮到生產力和收益，解決電沉積金屬物厚度不均勻的問題就非常地重要。當然，同時在多條金屬線上進行電鑄時，每條金屬線上的電沉積物厚度也必須同樣均勻。
當以圖8所示結構的電鑄設備進行電鑄時，在極端的情況下，電鑄產品9在長度和周邊的外觀將相當不同。這是因為電鑄所形成的產品9其厚度不均勻所致。
如上所述，電鑄產品外部直徑不均勻的問題，取決於容納電沉積金屬材料的金屬網籃4的結構，如日本專利發表No.2001-207286所揭露的一般。但實際上，此方法並不足以解決問題，因為電鑄產品上的電沉積金屬物厚度並不均勻，如圖9所示。
為達成上述目的，本項發明製造中空金屬組件的方法，其步驟為將可導電的金屬線用來附著電沉積物，置入電沉積金屬材料和一個容納互相平行之電沉積金屬材料的金屬網籃；在金屬線兩端連接電源陰極；在電沉積金屬物或容納電沉積金屬物的網籃兩端連接陽極；將電沉積金屬物和網籃及金屬線浸入充滿電解溶液的電解池；藉由通電，在旋轉於電解池中的金屬物表面上電沉積金屬物質，以電鑄方式製造電鑄產品；電鑄產品達到預定的厚度後，再取出金屬線。
此種製造中空金屬組件的方法在電鑄過程中，電源的陽極和陰極會均勻地通過整條金屬線和容納電沉積物質的金屬網籃，因此在金屬線上電沉積金屬的電力，對整條金屬線和容納電沉積物的網籃都是均勻的，而沉積在金屬線上的金屬厚度也會均勻一致。如此一來，中空的金屬組件就能夠擁有均勻的外部直徑和高度精確的直率，因此，當取出金屬線時，中空金屬組件就能夠達到高度精確的同軸。本項發明另一項製造中空金屬組件的方法，其步驟為安裝多個電解池；在其中一個電解池中置入可導電的金屬線用來附著電沉積物、以及一種電沉積金屬材料和一個容納互相平行之電沉積金屬材料的金屬網籃；在金屬線兩端連接電源陰極；在電沉積金屬物或容納電沉積金屬物的網籃兩端連接陽極；將電沉積金屬物和網籃及金屬線浸入充滿電解溶液的電解池；藉由通電，在旋轉於電解池中的金屬物表面上電沉積金屬物質，以電鑄方式製造電鑄產品；在其它電解池中重複執行上述步驟，直到電鑄產品達到預定的厚度；之後再從電鑄產品中取出金屬線。
此種方法在電鑄過程中，電源的陽極和陰極會均勻地通過整條金屬線和容納電沉積物的金屬網籃，因此在金屬線上電沉積金屬的電力，對整條金屬線和容納電沉積物的網籃都是均勻的，而沉積在金屬線上的金屬厚度也會均勻一致，故其外部直徑會均勻一致。再者，金屬線上的電沉積金屬物會逐漸增加厚度，因此電沉積物的外部結構就會相當平滑而不會產生粗糙且凹凸不平的形狀。如此一來，中空的金屬組件就能夠擁有高度精確的直率、厚度和同軸。
上述在電解池中執行電鑄以製造中空金屬組件的方法中，施加在電沉積金屬物或金屬網籃的電流或電壓，必須能加以控制，使其能從低電流或電壓逐漸升高。除此之外，在電解池中執行電鑄時，施加在金屬線的電流或電壓也必須能加以控制，使其能從低電流或電壓逐漸升高。利用這法就能夠控制電解池的電鑄條件，使每個電解池都能夠執行不同的電鑄方式。如此就能夠製造符合要求的中空金屬組件。
本項發明的電鑄設備包括一充滿電解溶液的電解池；一電源；夾住附著電沉積物之金屬線的裝置、一電沉積金屬物和一容納互相平行之電沉積金屬物的金屬網籃；使金屬線兩端連接電源陰極的裝置；使電沉積金屬物和金屬網籃連接電源陽極的裝置；移除電解池中之電沉積金屬物、金屬網籃和金屬線的裝置；連接電源後旋轉電解池中金屬線、以在金屬線表面電沉積金屬物而形成電鑄產品的裝置；從電鑄產品中取出金屬線的裝置；以及從達到預定厚度之電鑄產品中發出金屬線的裝置。有了此種電鑄設備，就能獲得符合要求的中空金屬組件。
在上述電鑄設備中，必須安裝多個電解池，以及在多個電解池中連續轉送金屬線的裝置；每個電解池中，置入可導電的金屬線以附著電沉積物、以及一種電沉積金屬材料和一個容納互相平行之電沉積金屬材料的金屬網籃；藉由通電，在旋轉於電解池中的金屬物表面上電沉積金屬物質，以電鑄方式逐漸增加金屬線表面電沉積金屬物質的厚度。有了此種電鑄設備，就能獲得符合要求的中空金屬元件。
上述電鑄儀器可能還包含夾住多條金屬線、使其與電沉積金屬物或容納電沉積金屬物之金屬網籃互相平行的裝置；以及從電解池中取出金屬線支架的裝置。利用此種結構，就能夠在多條金屬線上同時進行電沉積，以提升中空金屬組件的產量。
在前述的電鑄儀器中，必須提供電流/電壓控制裝置，以改變施加於電沉積金屬物、金屬網籃或金屬線的電流或電壓強度。有了此種電鑄設備，就能以令人滿意的方法來製造中空金屬組件。
本項發明將參照下面結合附圖對本發明進行詳細說明。
圖8所示的傳統電鑄設備，在金屬線6進行電鑄時，容納電沉積金屬物的金屬網籃4和金屬線6垂直置於電解池的底部，且其彼此互相平行。在此情況下，電鑄的電源陽極僅連接網籃的一端，而電源陰極也僅連接金屬線的一端。因此就會產生下列問題@容納電沉積金屬物的金屬網籃4和金屬線6很長，因此電流/電壓(電場)無法均勻地從一端傳送到另一端；A當容納電沉積金屬物的金屬網籃4和金屬線6之間的距離很長時，從金屬網籃4釋放出來的電沉積金屬物，就會不均勻地電沉積到金屬線上，如
圖10的箭頭所示，此乃因為受到重力和上面@項所述的原因所導致。這也是不均勻電沉積的原因之一；及B電鑄會在上述情況下，於同一個電解池l中連續且長時間地進行，因此即使進行不同的調整或控制，電鑄條件仍可能會有細微的變化。
因此進一步考慮上述情況，並重複執行不同的實驗。結果發現，當採用下列電鑄設備製造中空金屬組件時，就能夠製造具有尺寸精確的中空金屬組件，其細緻的孔洞足以符合對金屬套圈的要求。此電鑄設備的結構如下@在長形的金屬網籃和長形的金屬線兩端，連接適當的電極；A金屬網籃和金屬線兩者需互相平行地置於電解池中；及B金屬線會從多個電解池中取出，在每個電解池中皆進行電鑄，且金屬線上的電沉積金屬物會逐漸增厚。
上述方法將可製造出高度精確的管狀中空金屬組件。
圖1為本項發明較佳具體實例中，電鑄設備部分的斷面圖。在此圖中，編號11表示一電解池，其充滿了電解溶液12；編號13表示電源；編號14為一金屬網籃，形狀為網狀圓筒或方筒，可容納電沉積金屬物質。金屬網籃14的兩端和中央連接電源13的陽極，並容納電沉積金屬物質。編號15為附著電沉積物的金屬線，可以不鏽鋼、非金屬材質、以非電鍍方式在金屬外覆樹脂、或是纖維物質等材料製造。編號16為夾具，裝有金屬線15，兩端皆密閉。編號17為一支架，覆蓋於電解池11的上部。支架17懸吊部分為17a，受到夾具旋轉式地支撐，可支撐多條金屬線15。驅動裝置(稍後詳述)會使支架17逐漸下降，以將金屬線15浸入電解池11中的電解液12內，之後再使支架17緩慢上升以從電解池11中取出金屬線15。此外，驅動裝置會使支架17來回地運動(方向與紙面垂直，如圖1所示)電解池11中的金屬線15而攪動電解液12。
此外，編號18表示連接夾具16以傳送驅動力的轉軸，其可旋轉金屬線15。編號19為固定於轉軸18的傳動齒輪。編號20表示一螺旋齒輪，用來旋轉傳動齒輪19。而編號21為馬達，透過皮帶22可驅動螺旋齒輪20。
有多個帽狀的電極23位在夾具16的一端(如圖1左)和轉軸18的外側端(如圖1右)。在圖2中，帽狀電極23位在電極連接組件24上，通過一般電極25連接電源13的陰極，此點稍後詳述。
圖3為本發明具體實例中的電鑄設備生產線的結構平面圖。圖4為圖3所示生產線結構的正面圖。編號26的部分包含多個電解池11，圖3和圖4左側為生產線的上遊，第一洗滌區27包含多個洗滌池，以在電鑄之前清洗金屬線15，而生產線的下遊有第二洗滌區28，其也包含多個洗滌池，以在電鑄後清洗金屬線15。
此外，編號29表示移動裝置，可使支架17垂直向部分26、第一洗滌區27和第二洗滌區28移動，以送入或取出每個電解池的金屬線。移動裝置29還包含一項裝置，可以將支架17送入每個電解池，還有一水平移動裝置，可讓支架17來回地運動(圖4中的左右動作)，以攪動金屬線15所浸泡的電解液12。編號30表示一控制動作的裝置，可控制移動裝置29，而編號31為電流/電壓控制裝置，其包含一計算機，能夠變化地控制電源13施於金屬網籃14和每個電解池中金屬線15的電流或電壓。在此情況下，至少必須能夠變化性地控制金屬網籃14或金屬線15。
如上所述，支架17可向每個電解池移動。因此，如圖1和2所示，電源的陰極將連接電極連接組件24中的一般電極25，而電極連接組件24上則安裝了帽狀電極23，因此一般電極25將藉由電線33，連接安裝在支架17端點的滑動電極32；滑動電極32則透過電極34連接於電源13，而電極34各有一彈片。因此，當支架17移動時就能通電，而不會中斷滑動電極32和電極34的聯結。此外，有彈片的電極34可保持強度，以對抗電鑄(電解沉積)過程中的化學張力。
如上所述，本項發明具體實例的結構中，電源13的陽極至少連接容納電沉積物的金屬網籃14的兩端，(如果機械方面許可的話，除了連接金屬線15的兩端以外，也可將電源陰極連接中央部分)，且電源13的陰極連接於金屬線15的兩端(如果機械方面許可的話，除了連接金屬線15的兩端以外，也可將電源陰極連接中央部分)，因此金屬網籃14和長形金屬線15的電場狀況，就能夠均勻地從一端分布到另一端。借著電鑄，金屬線15上的電沉積狀況，就能夠均勻地縱向分布，使電鑄產品整體長度的外部直徑皆能一致。
此外，如圖1所示。金屬網籃14和金屬線15彼此互相平行，而且與電解池11呈水平狀態，執行電鑄會同時旋轉金屬線15，因此，比起傳統的設備而言，此種方法能讓電沉積物均勻地沉積在金屬線15的整個縱向的表面上。
容納電沉積金屬物的金屬網籃14，其安裝位置在電解池11中，應高於金屬線15的位置。
再者，測量不同狀況下所製成之電鑄產品的直率時，發現在下列結構中，金屬網籃14和金屬線15之間有更令人滿意的關係。
如圖5所示，在金屬網籃14的縱向上，金屬網籃的最佳結構，最好是兩端直徑d1和中央部分直徑d2的比例為1.3∶1，且金屬網籃14和金屬線15彼此間的距離X應有55至65mm。此外，電鑄過程中，兩者的間隔距離應利用超音波加以測量，以連續觀察間隔距離X，並將其控制在一預定的範圍內。如此一來，電鑄產品的直率就能獲得提升。
此外，如圖3和圖4所示，金屬線15會借著移動控制裝置30，有順序地向多個電解池11移動，而施於網籃14和金屬線15的電流或電壓，則藉由電壓/電流控制裝置31有變化地加以控制，讓電鑄過程以低電流/電壓開始。之後，金屬線上的電沉積金屬物質就會逐漸增厚，平滑細緻地形成於金屬線的外部而不會有凹凸粗糙的情形。如此一來，金屬線上的電沉積金屬物就會均勻地縱向沉積。
此外，當電流或電壓控制在低電流/電壓的情況時，電流密度低，因此最好能使圖5中間隔距離X更窄且更長，以讓電流密度更高。
在本項發明的具體實例中，如圖6所示，金屬線15受到驅動後會旋轉並水平運動(左右往復動作)，並在浸泡於電解液的情況下移向另一個電解池11。藉由金屬線此種動作即可攪動電解液12，使金屬線周圍充滿新鮮的電解液，並得到更好的電鑄效果。此外，攪動電解液也有助於提升電沉積金屬線的均勻，並使網籃14和金屬線15的電流狀況保持穩定，如上所述。
圖6中的編號35為一管線，是循環系統的一部分，能夠使電解液12流通並更換新鮮的電解液。為了攪動電解液12，我們可採取幾種不同的方法。例如，讓金屬網籃14能夠在電解池11中往復地運動。
如上所述，電鑄過程是在圖3和圖4所示的生產線上執行，且達到預定厚度的電鑄產品將進入洗滌程序。之後，金屬線15會被取出或以化學方法將其從電鑄產品中去除，或是將金屬線的部分以機械處理以達到預定的直徑。如此一來就能產生細緻孔洞的金屬組件。
此外，生產線的排列方式，除了圖3中的直線排列方式，也可以採用L形或U形的排列。
去除金屬線時，由於金屬物質可能均勻地沉積在金屬線15整個表面和長度上，而所獲得的電鑄產品也有均勻的外部直徑，因此金屬線15移除後所形成的中空金屬組件，將具有高度精確的直率、厚度和同軸。而且，電沉積物會逐漸沉積在金屬線的表面以增加厚度，故可形成非常平滑不粗糙的外觀。如此一來就能獲得具有高度精確之直率、厚度和同軸的中空金屬組件。
因此上述的方法適合用來製造像金屬套圈等要求高度精確之直率、厚度和同軸的產品。例如，其直率和同軸的精確度約可達±1～3μm。
此外，在圖3和圖4中的生產線中，如利用計算機或類似產品有變化地控制施加於金屬網籃14和金屬線15的電流/電壓值，以在每個電解池中執行電鑄程序，則每個電解池11的電解狀況可能改變。因此，可選擇未使用和空著的電解池11來進行電鑄，同時在各個電解池中移動，以製造想要的電鑄產品。如此一來，本發明所採用的方法，在生產效率和生產成本上將比傳統的方法更具有優勢，而傳統方法則是在單一電解池中連續執行電鑄，直到電鑄產品到達預定的厚度為止。
如上所述，採用本項發明製造中空金屬組件的方法和電鑄的設備，就能夠藉由電鑄方式，在金屬線上形成厚度均勻的沉積金屬物，而所生產之電鑄產品的外部直徑，在整體表面和長度上都是均勻一致的，因此也能達到高度精確的直率。在取出金屬線後，所形成的中空金屬組件就具有高度精確的厚度和同軸。如此一來，就能實現一種製造中空金屬組件的方法和電鑄的設備，而此種方法和設備極適合用來製造如金屬套圈等需要高度精確之直率、厚度和同軸的產品。
權利要求
1.一種製造中空金屬組件的方法，其步驟包含將可導電的金屬線用來附著電沉積物，置入電沉積金屬材料和一個容納互相平行的電沉積金屬材料的金屬網籃；在金屬線兩端連接電源陰極；在電沉積金屬物或容納電沉積金屬物的網籃兩端連接陽極;將電沉積金屬物和網籃及金屬線浸入充滿電解溶液的電解池；藉由通電，在旋轉於電解池中的金屬物表面上電沉積金屬物質，以電鑄方式製造電鑄產品；電鑄產品達到預定的厚度後，再取出金屬線。
2.一種製造中空金屬組件的方法，其步驟包含安裝多個電解池；在其中一個電解池中置入可導電的金屬線用來附著電沉積物、以及一種電沉積金屬材料和一個容納互相平行之電沉積金屬材料的金屬網籃；在金屬線兩端連接電源陰極；在電沉積金屬物或容納電沉積金屬物的網籃兩端連接陽極；將電沉積金屬物和網籃及金屬線浸入充滿電解溶液的電解池；藉由通電，在旋轉於電解池中的金屬物表面上電沉積金屬物質，以電鑄方式製造電鑄產品；在其它電解池中重複執行上述步驟，直到電鑄產品達到預定的厚度；以及從電鑄產品中取出金屬線。
3.如權利要求2所述的製造中空金屬組件的方法，其中在每個電解池中執行電鑄時，施加於電沉積金屬物或容納電沉積金屬物之網籃的電流或電壓，必須能夠從低電流或低電壓開始逐步調增。
4.如權利要求2所述的製造中空金屬組件的方法，其中在每個電解池中執行電鑄時，施加於金屬線的電流或電壓，必須能夠從低電流或低電壓開始逐步調增。
5.一種電鑄設備，包含一充滿電解溶液的電解池；一電源；夾住附著電沉積物之金屬線的裝置、一電沉積金屬物和一容納互相平行之電沉積金屬物的金屬網籃；金屬線兩端連接電源陰極的裝置；使電沉積金屬物和容納電沉積物的金屬網籃連接電源陽極的裝置；移除電解池中的電沉積金屬物、金屬網籃和金屬線的裝置；連接電源後旋轉電解池中金屬線、以在金屬線表面電沉積金屬物而形成電鑄產品的裝置；以及從達到預定厚度之電鑄產品中取出金屬線的裝置。
6.如權利要求5所述的電鑄設備，其中安裝了多個電解池，以及用來連續轉送金屬線至多個電解池的裝置；在每個電解池中，置入可導電的金屬線以附著電沉積物、以及一種電沉積金屬材料和一個容納互相平行之電沉積金屬材料的金屬網籃；藉由通電，在旋轉於電解池中的金屬物表面上電沉積金屬物質，以電鑄方式逐漸增加金屬線表面電沉積金屬物質的厚度。
7.如權利要求6所述的電鑄設備，還包含夾住多條金屬線、使其與電沉積金屬物或容納電沉積金屬物之金屬網籃互相平行的裝置；以及從電解池中取出金屬線支架的裝置。
8.如權利要求6所述電鑄設備，其中電流/電壓控制裝置可改變施加於金屬線的電流或電壓。
9.如權利要求6所述的電鑄設備，其中電流/電壓控制裝置可改變施加於電沉積金屬物或容納電沈積金屬物的金屬網籃的電流或電壓。
10.如權利要求7所述的電鑄設備，其中電流/電壓控制裝置用來改變施加於電沉積金屬物或容納電沉積金屬物的金屬網籃的電流或電壓。
11.如權利要求7所述的電鑄設備，其中電流/電壓控制裝置用來改變施加於金屬線的電流或電壓。
全文摘要
本發明是一種製造中空金屬組件的方法，以及一種製造中空金屬組件的設備，其中的中空金屬組件在金屬線上的電沉積物厚度均勻、外部直徑均勻，而且具有高度精確的直率和同軸。製造中空金屬組件的方法，其步驟包括將可導電的金屬線用來附著電沉積物，置入電沉積金屬材料和一個容納互相平行之電沉積金屬材料的金屬網籃；在金屬線兩端連接電源陰極；在電沉積金屬物或容納電沉積金屬物的網籃兩端連接陽極；將電沉積金屬物和網籃及金屬線浸入充滿電解溶液的電解池；藉由通電，在旋轉於電解池中的金屬物表面上電沉積金屬物質，以電鑄方式製造電鑄產品；電鑄產品達到預定的厚度後，再取出金屬線。
文檔編號C25D1/00GK1390984SQ0214079
公開日2003年1月15日 申請日期2002年7月25日 優先權日2002年7月25日
發明者見誠晃 申請人:美商·威米科技股份有限公司