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ソフトの仕様

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ようこそ、膜厚案内人の世界へ!
電解槽の電流分布解析プログラム"膜厚案内人(EPPS)"を紹介します。

1. はじめに

経験と勘に頼ってきためっき技術にも新しい波が押し寄せています。表面技術がハイテクの広範な分野に応用されるようになり、その機能と信頼性を求められるようになりました。これらの要求を満たすにはめっき技術の理論的、合理的な確立が急務となっています。
 CAEソフトは、構造解析、電磁場、伝熱、流れ解析などさまざまな分野のものが多数市販されています。しかし、電解槽の解析にこれらのソフトを適用するには、境界条件の与え方ほかに問題があり困難でした。
 このような背景の中で、有限要素法(FEM)による電流分布解析の技術蓄積を行い、電流分布解析システム"膜厚案内人(EPPS:Electroplating Pilot System)"を開発しました。

---- この製品は、情報処理振興事業協会の委託を受けて開発したものです。----

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2. 膜厚案内人の概要

2.1 システムの特長

本システムでは、電解槽の電流分布を導体の定常電流場の問題に帰着させ、FEMにより解析を行います。解析により電解槽の一次電流分布や二次電流分布を求めることができ、さらに反応の過電圧、膜厚など電解槽内のデータを得ることができます。さらに、ユーザをめっき技術者や研究者に想定し、入力パラメータはめっき技術を前提に準備されており、めっきの製造現場、研究開発に即した解析ができます。このことにより次のような効果が期待されます。

  • 電解槽の最適設計。
  • 最適運転条件の設定。
  • 消費電力、材料の節約、工程の時間短縮などによるコストの低減。
  • 試行錯誤の実験を省略し開発期間を短縮する。
  • 電解槽内部で起こっている反応や現象を推察できる。
  • めっき技術修得のツールとなり、教材となり得る。

2.2 適用分野

  • 電気めっき
  • 電鋳
  • 電池
  • 電解研磨
  • 陽極酸化
  • 電気防食
  • 電着塗装他

2.3 解析内容

  • 電解槽の電位分布
  • 電解槽の電流分布
  • 膜厚分布の予測
  • 槽構造(槽の形状、アノードとカソードの形状および配置)の検討
  • 電流分布改善手法(遮蔽、補助カソード、補助アノード、バイポーラコンダクタ他)の検討
  • パターンめっき
  • 部分めっき
  • 電解液の性質の検討(電気伝導度、分極)
  • 抵抗体電極
  • 電解槽の運転条件の検討

3. システム構成

膜厚案内人EPPSのシステム構成


動作環境

EWS
Sun Microsystems SUN4,SPARCstationシリーズ
NEC EWS4800
DEC αAXPシステム
HP HP9000 シリーズ700

PC
メモリー64MB以上、ハードディスク100MB以上
ハイレゾリューションディスプレイ、WindowsNT、Windows2000

*KSWAD/PREPOSTは㈱クボタの商標です。
*FEMAPは米国およびその他の国におけるSiemens Product Lifecycle Management Software Inc.またはその子会社の商標または登録商標です。

*Windowsは米国Microsoft社の商標です。

4. 仕様

4.1 ASTEANモデルデータ入力仕様

  • 座標(m)
  •  槽構造、カソードおよびアノード配置、遮蔽条件など座標データを入力し、解析対象の形状を作成します。

  • 電気伝導度(S/m)
  •  電解(めっき)液の電気伝導度。電導度計にて測定します。

  • 電流-電位曲線(A,V)
  •  電解(めっき)液の電流-電位曲線。このデータは電気化学測定により得ます。関数形は線形およびターフェル近似で、入力はその係数です。さらに測定データをそのまま設定でき、この場合設定値の間は線形近似されます。

  • 電気化学当量(kg/C)
  •  電極反応による1C当たりの反応量。1C当たりの金属の析出あるいは溶解重量です。

  • 電流効率
  •  全電気量に対する、目的の反応に使用された電気量の割合です。

  • 密度(kgf/m3)
  •  目的の反応に係わる金属の密度です。

  • 合金組成
  •  実験から得たデータより、電流密度の関数として合金組成のデータを入力します。

4.2 ASTEAN出力仕様

  • 電位分布(V)
  •  電位分布を各節点のスカラー量として出力します。

  • 電流分布(A/m2)
  •  電流密度を各節点のベクトル量として出力します。

  • 析出あるいは溶解膜厚(m)
  •  指定した部位の各節点のスカラー量として出力します。

  • 過電圧分布
  •  カソードおよびアノードの過電圧を、各節点のスカラー量として出力します。

  • 電解槽の全電流(A)
  • 電解槽の電圧(V)
  • 電解槽の抵抗(Ω)
  • 消費電力(W)
  • 合金めっき皮膜の組成

4.3 解析プログラム仕様

  • 2次元、軸対称、3次元問題をサポートしています。
  • 解法は、ブロックスカイライン法およびCG法を準備しています。解析モデルによって使い分けます。
  • 使用できる要素タイプ
  •  線要素一次(ROD)
     三角形要素一次(TRIA3)  三角形要素二次(TRIA6)
     四角形要素一次(QUAD4)  四角形要素二次(QUAD8)
     五面体要素一次(PENTA6) 五面体要素二次(PENTA15)
     六面体要素一次(HEXA8)  六面体要素二次(HEXA20)

  • 電極の境界条件の種類
  •  線形近似 ターフェル近似 多点近似(間隔は線形)

  • 定電流への収束機能
  • 時間スッテプの設定ができ、さらに各時間毎に電流値が設定できます。
  • 節点の移動機能があり、析出および溶解過程の形状変化を考慮した解析ができます。
  • 2次元、軸対称、3次元問題をサポートしています。
  • 特殊要素である過電圧要素と堆積要素を使用して、電解液に電極を含めた解析ができ、電極抵抗を考慮した電流分布を求めることができます。
  • 特殊要素として短絡要素があり、電解槽のある部分とある部分を抵抗を指定して短絡することができます。

4.4 材料特性データベースの仕様

代表的なめっき液の材料特性データをデータベースとして提供しており、解析の準備を大いに低減できます。

  • 材料特性データベースの内容
  •  電気伝導度
     電流-電位曲線 一定で理想的な撹拌条件を仮定しています。
     電気化学当量
     電流効率
     密度

  • 代表的なめっき液
  • 銅めっき 硫酸銅浴 プリント基板
    硫酸銅浴 装飾用
    ピロリン酸銅浴
    ニッケルめっき ワット浴 ラック用
    ワット浴 バレル用
    スルファミン酸浴
    亜鉛めっき 塩酸浴
    クロムめっき サージェント浴
    すずめっき 硫酸浴
    金めっき 酸性金高濃度浴
    銀めっき シアン化銀厚付け用

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