专利名称：制造中空金属组件的方法及执行此方法的电铸设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制造中空金属组件的方法，通过电铸和执行该方法的电铸设备，制造细窄的金属管。本发明特别有关一种制造金属套圈(ferrule)的技术，而此种金属套圈可用来连接光纤(opticalfiber)，或是使光纤和光纤组件互相连接。
传统上主要是采用氧化锆(zirconia)制造的金属套圈，其制造过程非常复杂，而且尺寸要求极精确的金属套圈也无法以有效率地方式生产。因此近年来有人提出以电铸方式来制造金属套圈。
要举例说明透过电铸方式来制造管状金属组件的基本技术时，下面以日本的专利发表No.11-193485为例，来说明制造精细金属管的方法。
图8为传统制造中空金属组件成为狭窄金属管的电铸设备图。电解池(electrolytic cell)1中充满了电解液(electrolyticsolution)2。有一个金属网篮(meshbasket)4用来容纳电沉积金属物质(金属的电解沉积物)，连接电源3的阳极。支架(holder)5提供许多条金属线(core wires)6，作为电沉积的材料。马达(motor)8则用来驱动转轴(rotation shaft)7旋转。电源8的阴极透过转轴7和支架5连接每条金属线。
金属网篮4可容纳电沉积金属物质，而金属线6则浸入电解液，每个金属网篮4和金属线的下端朝向电解池1底部插入。其从电源3通电至金属网篮4和每条金属线，同时旋转支架5以执行电铸方式。
在传统的技术中，当电沉积金属物质在金属线6上沉积到预定的厚度时，就会从电铸产品上将金属线6取出而形成一个管状的金属组件，此组件的内部直径等于金属线6的外部直径。然后，将金属组件裁成预定的长度，即可获得一个中空的金属套圈，如图7所不。
但是，对于尺寸要求极精确的中空金属组件，传统的技术虽然在理论上是可行的，但实际上却无法制造出此类组件。在传统的电铸过程中，使用金属线来制造中空的金属组件，就会出现下列问题。电铸过程中取得的产品，其并无法达成想要的直率(roundness)，而且中空部分并无法与外部周长同轴(coaxiality)。特别是，当电铸产品上的电沉积金属物无法达到均匀的厚度时，外部的周长就会有所变动，因此无法得到想要之直率、厚度和同轴的电铸产品。而后续的程序也无法轻易解决此项问题。
但是，金属套圈特别需要高度精确的直率、厚度和同轴，因此，考虑到生产力和收益，解决电沉积金属物厚度不均匀的问题就非常地重要。当然，同时在多条金属线上进行电铸时，每条金属线上的电沉积物厚度也必须同样均匀。
当以图8所示结构的电铸设备进行电铸时，在极端的情况下，电铸产品9在长度和周边的外观将相当不同。这是因为电铸所形成的产品9其厚度不均匀所致。
如上所述，电铸产品外部直径不均匀的问题，取决于容纳电沉积金属材料的金属网篮4的结构，如日本专利发表No.2001-207286所揭露的一般。但实际上，此方法并不足以解决问题，因为电铸产品上的电沉积金属物厚度并不均匀，如图9所示。
为达成上述目的，本项发明制造中空金属组件的方法，其步骤为将可导电的金属线用来附着电沉积物，置入电沉积金属材料和一个容纳互相平行之电沉积金属材料的金属网篮；在金属线两端连接电源阴极；在电沉积金属物或容纳电沉积金属物的网篮两端连接阳极；将电沉积金属物和网篮及金属线浸入充满电解溶液的电解池；藉由通电，在旋转于电解池中的金属物表面上电沉积金属物质，以电铸方式制造电铸产品；电铸产品达到预定的厚度后，再取出金属线。
此种制造中空金属组件的方法在电铸过程中，电源的阳极和阴极会均匀地通过整条金属线和容纳电沉积物质的金属网篮，因此在金属线上电沉积金属的电力，对整条金属线和容纳电沉积物的网篮都是均匀的，而沉积在金属线上的金属厚度也会均匀一致。如此一来，中空的金属组件就能够拥有均匀的外部直径和高度精确的直率，因此，当取出金属线时，中空金属组件就能够达到高度精确的同轴。本项发明另一项制造中空金属组件的方法，其步骤为安装多个电解池；在其中一个电解池中置入可导电的金属线用来附着电沉积物、以及一种电沉积金属材料和一个容纳互相平行之电沉积金属材料的金属网篮；在金属线两端连接电源阴极；在电沉积金属物或容纳电沉积金属物的网篮两端连接阳极；将电沉积金属物和网篮及金属线浸入充满电解溶液的电解池；藉由通电，在旋转于电解池中的金属物表面上电沉积金属物质，以电铸方式制造电铸产品；在其它电解池中重复执行上述步骤，直到电铸产品达到预定的厚度；之后再从电铸产品中取出金属线。
此种方法在电铸过程中，电源的阳极和阴极会均匀地通过整条金属线和容纳电沉积物的金属网篮，因此在金属线上电沉积金属的电力，对整条金属线和容纳电沉积物的网篮都是均匀的，而沉积在金属线上的金属厚度也会均匀一致，故其外部直径会均匀一致。再者，金属线上的电沉积金属物会逐渐增加厚度，因此电沉积物的外部结构就会相当平滑而不会产生粗糙且凹凸不平的形状。如此一来，中空的金属组件就能够拥有高度精确的直率、厚度和同轴。
上述在电解池中执行电铸以制造中空金属组件的方法中，施加在电沉积金属物或金属网篮的电流或电压，必须能加以控制，使其能从低电流或电压逐渐升高。除此之外，在电解池中执行电铸时，施加在金属线的电流或电压也必须能加以控制，使其能从低电流或电压逐渐升高。利用这法就能够控制电解池的电铸条件，使每个电解池都能够执行不同的电铸方式。如此就能够制造符合要求的中空金属组件。
本项发明的电铸设备包括一充满电解溶液的电解池；一电源；夹住附着电沉积物之金属线的装置、一电沉积金属物和一容纳互相平行之电沉积金属物的金属网篮；使金属线两端连接电源阴极的装置；使电沉积金属物和金属网篮连接电源阳极的装置；移除电解池中之电沉积金属物、金属网篮和金属线的装置；连接电源后旋转电解池中金属线、以在金属线表面电沉积金属物而形成电铸产品的装置；从电铸产品中取出金属线的装置；以及从达到预定厚度之电铸产品中发出金属线的装置。有了此种电铸设备，就能获得符合要求的中空金属组件。
在上述电铸设备中，必须安装多个电解池，以及在多个电解池中连续转送金属线的装置；每个电解池中，置入可导电的金属线以附着电沉积物、以及一种电沉积金属材料和一个容纳互相平行之电沉积金属材料的金属网篮；藉由通电，在旋转于电解池中的金属物表面上电沉积金属物质，以电铸方式逐渐增加金属线表面电沉积金属物质的厚度。有了此种电铸设备，就能获得符合要求的中空金属元件。
上述电铸仪器可能还包含夹住多条金属线、使其与电沉积金属物或容纳电沉积金属物之金属网篮互相平行的装置；以及从电解池中取出金属线支架的装置。利用此种结构，就能够在多条金属线上同时进行电沉积，以提升中空金属组件的产量。
在前述的电铸仪器中，必须提供电流/电压控制装置，以改变施加于电沉积金属物、金属网篮或金属线的电流或电压强度。有了此种电铸设备，就能以令人满意的方法来制造中空金属组件。
本项发明将参照下面结合附图对本发明进行详细说明。
图8所示的传统电铸设备，在金属线6进行电铸时，容纳电沉积金属物的金属网篮4和金属线6垂直置于电解池的底部，且其彼此互相平行。在此情况下，电铸的电源阳极仅连接网篮的一端，而电源阴极也仅连接金属线的一端。因此就会产生下列问题@容纳电沉积金属物的金属网篮4和金属线6很长，因此电流/电压(电场)无法均匀地从一端传送到另一端；A当容纳电沉积金属物的金属网篮4和金属线6之间的距离很长时，从金属网篮4释放出来的电沉积金属物，就会不均匀地电沉积到金属线上，如
图10的箭头所示，此乃因为受到重力和上面@项所述的原因所导致。这也是不均匀电沉积的原因之一；及B电铸会在上述情况下，于同一个电解池l中连续且长时间地进行，因此即使进行不同的调整或控制，电铸条件仍可能会有细微的变化。
因此进一步考虑上述情况，并重复执行不同的实验。结果发现，当采用下列电铸设备制造中空金属组件时，就能够制造具有尺寸精确的中空金属组件，其细致的孔洞足以符合对金属套圈的要求。此电铸设备的结构如下@在长形的金属网篮和长形的金属线两端，连接适当的电极；A金属网篮和金属线两者需互相平行地置于电解池中；及B金属线会从多个电解池中取出，在每个电解池中皆进行电铸，且金属线上的电沉积金属物会逐渐增厚。
上述方法将可制造出高度精确的管状中空金属组件。
图1为本项发明较佳具体实例中，电铸设备部分的断面图。在此图中，编号11表示一电解池，其充满了电解溶液12；编号13表示电源；编号14为一金属网篮，形状为网状圆筒或方筒，可容纳电沉积金属物质。金属网篮14的两端和中央连接电源13的阳极，并容纳电沉积金属物质。编号15为附着电沉积物的金属线，可以不锈钢、非金属材质、以非电镀方式在金属外覆树脂、或是纤维物质等材料制造。编号16为夹具，装有金属线15，两端皆密闭。编号17为一支架，覆盖于电解池11的上部。支架17悬吊部分为17a，受到夹具旋转式地支撑，可支撑多条金属线15。驱动装置(稍后详述)会使支架17逐渐下降，以将金属线15浸入电解池11中的电解液12内，之后再使支架17缓慢上升以从电解池11中取出金属线15。此外，驱动装置会使支架17来回地运动(方向与纸面垂直，如图1所示)电解池11中的金属线15而搅动电解液12。
此外，编号18表示连接夹具16以传送驱动力的转轴，其可旋转金属线15。编号19为固定于转轴18的传动齿轮。编号20表示一螺旋齿轮，用来旋转传动齿轮19。而编号21为马达，透过皮带22可驱动螺旋齿轮20。
有多个帽状的电极23位在夹具16的一端(如图1左)和转轴18的外侧端(如图1右)。在图2中，帽状电极23位在电极连接组件24上，通过一般电极25连接电源13的阴极，此点稍后详述。
图3为本发明具体实例中的电铸设备生产线的结构平面图。图4为图3所示生产线结构的正面图。编号26的部分包含多个电解池11，图3和图4左侧为生产线的上游，第一洗涤区27包含多个洗涤池，以在电铸之前清洗金属线15，而生产线的下游有第二洗涤区28，其也包含多个洗涤池，以在电铸后清洗金属线15。
此外，编号29表示移动装置，可使支架17垂直向部分26、第一洗涤区27和第二洗涤区28移动，以送入或取出每个电解池的金属线。移动装置29还包含一项装置，可以将支架17送入每个电解池，还有一水平移动装置，可让支架17来回地运动(图4中的左右动作)，以搅动金属线15所浸泡的电解液12。编号30表示一控制动作的装置，可控制移动装置29，而编号31为电流/电压控制装置，其包含一计算机，能够变化地控制电源13施于金属网篮14和每个电解池中金属线15的电流或电压。在此情况下，至少必须能够变化性地控制金属网篮14或金属线15。
如上所述，支架17可向每个电解池移动。因此，如图1和2所示，电源的阴极将连接电极连接组件24中的一般电极25，而电极连接组件24上则安装了帽状电极23，因此一般电极25将藉由电线33，连接安装在支架17端点的滑动电极32；滑动电极32则透过电极34连接于电源13，而电极34各有一弹片。因此，当支架17移动时就能通电，而不会中断滑动电极32和电极34的联结。此外，有弹片的电极34可保持强度，以对抗电铸(电解沉积)过程中的化学张力。
如上所述，本项发明具体实例的结构中，电源13的阳极至少连接容纳电沉积物的金属网篮14的两端，(如果机械方面许可的话，除了连接金属线15的两端以外，也可将电源阴极连接中央部分)，且电源13的阴极连接于金属线15的两端(如果机械方面许可的话，除了连接金属线15的两端以外，也可将电源阴极连接中央部分)，因此金属网篮14和长形金属线15的电场状况，就能够均匀地从一端分布到另一端。借着电铸，金属线15上的电沉积状况，就能够均匀地纵向分布，使电铸产品整体长度的外部直径皆能一致。
此外，如图1所示。金属网篮14和金属线15彼此互相平行，而且与电解池11呈水平状态，执行电铸会同时旋转金属线15，因此，比起传统的设备而言，此种方法能让电沉积物均匀地沉积在金属线15的整个纵向的表面上。
容纳电沉积金属物的金属网篮14，其安装位置在电解池11中，应高于金属线15的位置。
再者，测量不同状况下所制成之电铸产品的直率时，发现在下列结构中，金属网篮14和金属线15之间有更令人满意的关系。
如图5所示，在金属网篮14的纵向上，金属网篮的最佳结构，最好是两端直径d1和中央部分直径d2的比例为1.3∶1，且金属网篮14和金属线15彼此间的距离X应有55至65mm。此外，电铸过程中，两者的间隔距离应利用超音波加以测量，以连续观察间隔距离X，并将其控制在一预定的范围内。如此一来，电铸产品的直率就能获得提升。
此外，如图3和图4所示，金属线15会借着移动控制装置30，有顺序地向多个电解池11移动，而施于网篮14和金属线15的电流或电压，则藉由电压/电流控制装置31有变化地加以控制，让电铸过程以低电流/电压开始。之后，金属线上的电沉积金属物质就会逐渐增厚，平滑细致地形成于金属线的外部而不会有凹凸粗糙的情形。如此一来，金属线上的电沉积金属物就会均匀地纵向沉积。
此外，当电流或电压控制在低电流/电压的情况时，电流密度低，因此最好能使图5中间隔距离X更窄且更长，以让电流密度更高。
在本项发明的具体实例中，如图6所示，金属线15受到驱动后会旋转并水平运动(左右往复动作)，并在浸泡于电解液的情况下移向另一个电解池11。藉由金属线此种动作即可搅动电解液12，使金属线周围充满新鲜的电解液，并得到更好的电铸效果。此外，搅动电解液也有助于提升电沉积金属线的均匀，并使网篮14和金属线15的电流状况保持稳定，如上所述。
图6中的编号35为一管线，是循环系统的一部分，能够使电解液12流通并更换新鲜的电解液。为了搅动电解液12，我们可采取几种不同的方法。例如，让金属网篮14能够在电解池11中往复地运动。
如上所述，电铸过程是在图3和图4所示的生产线上执行，且达到预定厚度的电铸产品将进入洗涤程序。之后，金属线15会被取出或以化学方法将其从电铸产品中去除，或是将金属线的部分以机械处理以达到预定的直径。如此一来就能产生细致孔洞的金属组件。
此外，生产线的排列方式，除了图3中的直线排列方式，也可以采用L形或U形的排列。
去除金属线时，由于金属物质可能均匀地沉积在金属线15整个表面和长度上，而所获得的电铸产品也有均匀的外部直径，因此金属线15移除后所形成的中空金属组件，将具有高度精确的直率、厚度和同轴。而且，电沉积物会逐渐沉积在金属线的表面以增加厚度，故可形成非常平滑不粗糙的外观。如此一来就能获得具有高度精确之直率、厚度和同轴的中空金属组件。
因此上述的方法适合用来制造像金属套圈等要求高度精确之直率、厚度和同轴的产品。例如，其直率和同轴的精确度约可达±1～3μm。
此外，在图3和图4中的生产线中，如利用计算机或类似产品有变化地控制施加于金属网篮14和金属线15的电流/电压值，以在每个电解池中执行电铸程序，则每个电解池11的电解状况可能改变。因此，可选择未使用和空着的电解池11来进行电铸，同时在各个电解池中移动，以制造想要的电铸产品。如此一来，本发明所采用的方法，在生产效率和生产成本上将比传统的方法更具有优势，而传统方法则是在单一电解池中连续执行电铸，直到电铸产品到达预定的厚度为止。
如上所述，采用本项发明制造中空金属组件的方法和电铸的设备，就能够藉由电铸方式，在金属线上形成厚度均匀的沉积金属物，而所生产之电铸产品的外部直径，在整体表面和长度上都是均匀一致的，因此也能达到高度精确的直率。在取出金属线后，所形成的中空金属组件就具有高度精确的厚度和同轴。如此一来，就能实现一种制造中空金属组件的方法和电铸的设备，而此种方法和设备极适合用来制造如金属套圈等需要高度精确之直率、厚度和同轴的产品。
权利要求
1.一种制造中空金属组件的方法，其步骤包含将可导电的金属线用来附着电沉积物，置入电沉积金属材料和一个容纳互相平行的电沉积金属材料的金属网篮；在金属线两端连接电源阴极；在电沉积金属物或容纳电沉积金属物的网篮两端连接阳极;将电沉积金属物和网篮及金属线浸入充满电解溶液的电解池；藉由通电，在旋转于电解池中的金属物表面上电沉积金属物质，以电铸方式制造电铸产品；电铸产品达到预定的厚度后，再取出金属线。
2.一种制造中空金属组件的方法，其步骤包含安装多个电解池；在其中一个电解池中置入可导电的金属线用来附着电沉积物、以及一种电沉积金属材料和一个容纳互相平行之电沉积金属材料的金属网篮；在金属线两端连接电源阴极；在电沉积金属物或容纳电沉积金属物的网篮两端连接阳极；将电沉积金属物和网篮及金属线浸入充满电解溶液的电解池；藉由通电，在旋转于电解池中的金属物表面上电沉积金属物质，以电铸方式制造电铸产品；在其它电解池中重复执行上述步骤，直到电铸产品达到预定的厚度；以及从电铸产品中取出金属线。
3.如权利要求2所述的制造中空金属组件的方法，其中在每个电解池中执行电铸时，施加于电沉积金属物或容纳电沉积金属物之网篮的电流或电压，必须能够从低电流或低电压开始逐步调增。
4.如权利要求2所述的制造中空金属组件的方法，其中在每个电解池中执行电铸时，施加于金属线的电流或电压，必须能够从低电流或低电压开始逐步调增。
5.一种电铸设备，包含一充满电解溶液的电解池；一电源；夹住附着电沉积物之金属线的装置、一电沉积金属物和一容纳互相平行之电沉积金属物的金属网篮；金属线两端连接电源阴极的装置；使电沉积金属物和容纳电沉积物的金属网篮连接电源阳极的装置；移除电解池中的电沉积金属物、金属网篮和金属线的装置；连接电源后旋转电解池中金属线、以在金属线表面电沉积金属物而形成电铸产品的装置；以及从达到预定厚度之电铸产品中取出金属线的装置。
6.如权利要求5所述的电铸设备，其中安装了多个电解池，以及用来连续转送金属线至多个电解池的装置；在每个电解池中，置入可导电的金属线以附着电沉积物、以及一种电沉积金属材料和一个容纳互相平行之电沉积金属材料的金属网篮；藉由通电，在旋转于电解池中的金属物表面上电沉积金属物质，以电铸方式逐渐增加金属线表面电沉积金属物质的厚度。
7.如权利要求6所述的电铸设备，还包含夹住多条金属线、使其与电沉积金属物或容纳电沉积金属物之金属网篮互相平行的装置；以及从电解池中取出金属线支架的装置。
8.如权利要求6所述电铸设备，其中电流/电压控制装置可改变施加于金属线的电流或电压。
9.如权利要求6所述的电铸设备，其中电流/电压控制装置可改变施加于电沉积金属物或容纳电沈积金属物的金属网篮的电流或电压。
10.如权利要求7所述的电铸设备，其中电流/电压控制装置用来改变施加于电沉积金属物或容纳电沉积金属物的金属网篮的电流或电压。
11.如权利要求7所述的电铸设备，其中电流/电压控制装置用来改变施加于金属线的电流或电压。
全文摘要
本发明是一种制造中空金属组件的方法，以及一种制造中空金属组件的设备，其中的中空金属组件在金属线上的电沉积物厚度均匀、外部直径均匀，而且具有高度精确的直率和同轴。制造中空金属组件的方法，其步骤包括将可导电的金属线用来附着电沉积物，置入电沉积金属材料和一个容纳互相平行之电沉积金属材料的金属网篮；在金属线两端连接电源阴极；在电沉积金属物或容纳电沉积金属物的网篮两端连接阳极；将电沉积金属物和网篮及金属线浸入充满电解溶液的电解池；藉由通电，在旋转于电解池中的金属物表面上电沉积金属物质，以电铸方式制造电铸产品；电铸产品达到预定的厚度后，再取出金属线。
文档编号C25D1/00GK1390984SQ0214079
公开日2003年1月15日 申请日期2002年7月25日 优先权日2002年7月25日
发明者见诚晃 申请人:美商·威米科技股份有限公司