特許 7571657 金属皮膜の成膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-15

(45)【発行日】2024-10-23

(54)【発明の名称】金属皮膜の成膜装置

(51)【国際特許分類】

   C25D 17/00 20060101AFI20241016BHJP

   C23C 18/31 20060101ALI20241016BHJP

【ＦＩ】

C25D17/00 H

C23C18/31 E

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2021078090

(22)【出願日】2021-04-30

(65)【公開番号】P2022171443

(43)【公開日】2022-11-11

【審査請求日】2024-01-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山下 修

【審査官】祢屋 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１５／０７２４８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０５６１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２１５４８１３６４（ＣＮ，Ｕ）

【文献】特開２０２０－１５２９８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２５Ｄ １７／００

Ｃ２３Ｃ １８／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属イオンを含むめっき液が含浸された多孔質膜を、被成膜体に押し当てることにより、前記被成膜体の表面のうち、前記多孔質膜が押し当てられた被成膜面に、前記金属イオンに由来する金属からなる金属皮膜を成膜する金属皮膜の成膜装置であって、
前記成膜装置は、
前記被成膜体が載置される載置台と、
前記載置台に対向する位置に前記多孔質膜が取り付けられ、前記多孔質膜で前記めっき液を封止するように前記めっき液を収容する液収容室が形成された装置本体と、
前記載置台と前記多孔質膜との間に配置され、前記被成膜面が露出するように、前記被成膜体が挿入される挿入孔が形成された第１部材と、
前記多孔質膜と接触するように、前記多孔質膜よりも前記液収容室側に配置され、前記挿入孔と対向する位置において、前記液収容室の前記めっき液が前記多孔質膜に向かって通過する貫通孔が形成された第２部材を備えており、
前記第１部材には、前記載置台側に第１磁石が設けられており、前記第２部材には、前記液収容室側に第２磁石が設けられており、
前記第１および第２磁石の磁力による吸引力により、前記第１部材と前記第２部材とに、前記多孔質膜が挟み込まれるように、前記第１および第２磁石が配置されていることを特徴とする金属皮膜の成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被成膜体の被成膜面に金属皮膜を成膜する成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の技術として、例えば、特許文献１には、金属皮膜の成膜装置が開示されている。この成膜装置は、陽極と、陽極と基材との間に配置される固体電解質膜と、陽極と固体電解質膜との間に配置され金属溶液を収容する溶液室と、陽極と基材との間に電圧を印加する電源部と、を備えている。溶液室は、金属溶液を収容する収容空間を有しかつ収容空間が基材側に開放した開口部を有するハウジングと、ハウジングの開口部に取り付けられた弾性体により形成されており、固体電解質膜は弾性体を介して溶液室に取り付けられており、形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－０８８９１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に示す成膜装置を利用して、固体電解質膜などの膜として、多孔質膜を用いた場合、基材である被成膜体に多孔質膜を接触させると、多孔質膜にシワが発生し、このシワにより、多孔質膜から均一にめっき液が排出されず、均質な金属皮膜が成膜できないことがある。

【0005】

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、多孔質膜のシワの発生を抑えることにより、均質な金属皮膜を成膜することができる金属皮膜の成膜装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を鑑みて、本発明に係る金属皮膜の成膜装置は、金属イオンを含むめっき液が含浸された多孔質膜を、被成膜体に押し当てることにより、前記被成膜体の表面のうち、前記多孔質膜が押し当てられた被成膜面に、前記金属イオンに由来する金属からなる金属皮膜を成膜する金属皮膜の成膜装置であって、前記成膜装置は、前記被成膜体が載置される載置台と、前記載置台に対向する位置に前記多孔質膜が取り付けられ、前記多孔質膜で前記めっき液を封止するように前記めっき液を収容する液収容室が形成された装置本体と、前記載置台と前記多孔質膜との間に配置され、前記被成膜面が露出するように、前記被成膜体が挿入される挿入孔が形成された第１部材と、前記多孔質膜と接触するように、前記多孔質膜よりも前記液収容室側に配置され、前記挿入孔と対向する位置において、前記液収容室の前記めっき液が前記多孔質膜に向かって通過する貫通孔が形成された第２部材を備えており、前記第１部材には、前記載置台側に第１磁石が設けられており、前記第２部材には、前記液収容室側に第２磁石が設けられており、前記第１および第２磁石の磁力による吸引力により、前記第１部材と前記第２部材とに、前記多孔質膜が挟み込まれるように、前記第１および第２磁石が配置されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、成膜時において、第１および第２磁石の吸引力により、第１部材と第２部材とに、多孔質膜が挟み込むことができるため、成膜時に多孔質膜のシワの発生を抑えることができる。これにより、多孔質膜からめっき液が均一に被成膜体の被成膜面に供給されるため、均質な金属皮膜を成膜することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係る金属皮膜の成膜装置の模式的断面図である。

【図2】図１に示す成膜装置の第１および第２部材を示す模式的斜視図であり、（ａ）は、第１および第２部材の模式的斜視図であり、（ｂ）は、第１および第２部材の平面図である。

【図3】（ａ）は、図１の変形例に係る金属皮膜の成膜装置の模式的断面図であり、（ｂ）は、第１および第２部材の平面図である。

【図4】図１の変形例に係る金属皮膜の成膜装置の模式的断面図である。

【図5】比較となる金属皮膜の成膜装置の模式的断面図である。

【図6】（ａ）～（ｃ）は、比較となる金属皮膜の成膜装置で成膜する一連の工程を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本実施形態に係る金属皮膜の成膜装置を説明する。

【0010】

図１に示すように、本実施形態に係る成膜装置１は、金属イオンを含むめっき液Ｌが含浸された多孔質膜５０を、被成膜体Ｗに押し当てることにより、前記被成膜体Ｗの表面のうち、めっき液Ｌが接触した被成膜面Ｆに、前記金属イオンに由来する金属からなる金属皮膜を成膜する金属皮膜の成膜装置である。

【0011】

図１に示すように成膜装置１は、被成膜体Ｗが載置される載置台１６を備えており、載置台１６には、被成膜体Ｗを収容する収容凹部１６ａが形成されている。成膜装置１は、装置本体１０を備えており、装置本体１０は、載置台１６に対向する位置に多孔質膜５０が取り付けられ、多孔質膜５０でめっき液Ｌを封止するようにめっき液Ｌを収容する液収容室１１が形成されている。

【0012】

装置本体１０は、載置台１６の対向面（多孔質膜５０の表面）に対して直交する回転軸周りを回転自在となっている。載置台１６は、装置本体１０に対して、昇降自在となっている。装置本体１０の回転および載置台１６の昇降は、リニアガイドなどの直動装置、モータおよび減速機など回転装置など、一般的に知られた装置により、実現可能である。

【0013】

ここで、装置本体１０の液収容室１１には、めっき液Ｌが収容されており、例えば、被成膜体Ｗを無電解めっきにより、金属皮膜を成膜する際には、めっき液Ｌとして無電解めっき液が収容されている。さらに、電解めっきにより、金属皮膜を成膜する場合には、液収容室１１に、被成膜体Ｗと対向する位置に陽極（図示せず）が配置されている。被成膜体Ｗを陰極として、陽極と被成膜体Ｗ（陰極）に電源（図示せず）が接続されており、成膜時にこれらの間に電圧が印加される。

【0014】

さらに、本実施形態では、載置台１６を囲うように、筐体１８が配置されていてもよく、成膜時に筐体１８の内部の空気を吸引することにより、筐体１８内部を負圧にする吸引ポンプ３０が接続されていてもよい。これにより、被成膜体Ｗに多孔質膜５０を成膜することができる。

【0015】

多孔質膜５０は、膜厚方向に、めっき液が透過する微細孔が形成された多孔質膜であり、２０～１００ｎｍ程度の孔径を有した膜であり、多孔構造（すなわちイオンクラスター構造）を有している。該多孔構造の細孔は非常に小さく、平均細孔径は例えば０．１μｍ以上１００μｍ以下である。圧力を掛けることにより固体電解質膜中に無電解めっき液を含浸させることができる。電解めっきを行う場合には、多孔質膜５０は、金属イオンが透過する固体電解質膜であり、例えば、デュポン社製のナフィオン（登録商標）等のフッ素系樹脂、炭化水素系樹脂、ポリアミック酸樹脂、旭硝子社製のセレミオン（ＣＭＶ、ＣＭＤ、ＣＭＦシリーズ）等のイオン交換機能を有する樹脂を挙げることができるが、特にこれらに限定されるものではない。多孔質膜５０の膜厚は、１０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以上１６０μｍ以下であることがより好ましい。

【0016】

めっき液Ｌに含有される金属イオンは、例えば、銅イオン、ニッケルイオン、銀イオン、または金イオンなどの金属イオンである。無電解めっき液である場合には、無電解めっき液は、いわゆる置換型無電解めっき液であることが好ましい。無電解めっき液は、例えば、金属化合物及び錯化剤を含み、必要に応じて添加剤を含んでもよい。添加剤としては、例えば、ｐＨ緩衝剤又は安定剤等が挙げられる。めっき液が電解めっき液である場合には、硫酸または硝酸等により、金属皮膜となる金属がイオンの形態で溶解している電解液であることが好ましい。

【0017】

本実施形態では、第１部材１５と第２部材１２とをさらに備えている。第１部材１５は、載置台１６と多孔質膜５０との間に配置され、被成膜面Ｆが露出するように、被成膜体Ｗが挿入される挿入孔１７が形成された部材である。第１部材１５は、多孔質膜５０と接触した際に、金属皮膜が成膜されない材料であり、後述する第１および第２磁石２１Ａ、２２Ａ等の磁束が流れ、相互に吸引可能となる材料であれば、特に限定されるものではない。

【0018】

第１部材１５は、筐体１８の上部開口を塞ぐように配置されている。これにより、筐体１８には、密閉空間が形成されており、吸引ポンプ３０を吸引することにより、筐体１８内を負圧にすることができる。

【0019】

第２部材１２は、多孔質膜５０と接触するように、多孔質膜５０よりも液収容室１１側に配置され、挿入孔１７と対向する位置において、液収容室１１のめっき液Ｌが多孔質膜５０に向かって通過する貫通孔１３が形成された部材である。第２部材１２は、円板状の部材であり、めっき液Ｌにより溶解しない材料であり、後述する第１および第２磁石２１Ａ、２２Ａ等の磁束が流れ、相互に吸引可能となる材料であれば、特に限定されるものではない。

【0020】

具体的には、図２に示すように、第２部材１２は、装置本体１０内に配置されており、装置本体１０とともに、多孔質膜５０の表面と直交する回転軸Ｒ周りを回転する。第２部材１２は、多孔質膜５０と接触することにより、挿入孔１７が形成された部分が、めっき液Ｌに接触している。貫通孔１３は、第１部材１５に形成された挿入孔１７とほぼ同じ大きさであり、図２に示すように、装置本体１０を回転させると、貫通孔１３と挿入孔１７とが一致する位置に、貫通孔１３と挿入孔１７が形成されている。

【0021】

さらに本実施形態では、第１部材１５には、載置台１６側に第１磁石２１Ａ、２１Ｂが設けられており、第２部材１２は、液収容室１１側に第２磁石２２Ａ、２２Ｂが設けられている。具体的には、第１磁石２１Ａ、２１Ｂは、載置台１６の内部に配置されており、第１部材１５に当接している。第２磁石２２Ａ、２２Ｂは、液収容室１１内に配置されており、第２部材１２に当接している。

【0022】

本実施形態では、第１磁石２１Ａ（２１Ｂ）および第２磁石２２Ａ（２２Ｂ）の磁力による吸引力により、第１部材１５と第２部材１２とに多孔質膜５０が挟み込まれるように、第１部材１５と第２部材１２には、第１および第２磁石２１Ａ、２２Ａが配置されている。具体的には、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１磁石２１Ｂと第２磁石２２Ｂとは、回転軸Ｒに沿って配置されており、第１磁石２１Ａと第２磁石２２Ａとは、回転軸Ｒからオフセットした第１部材１５および第２部材１２の縁部近傍に配置されている。

【0023】

ところで、図５に示す、比較となる成膜装置９は、成膜時に、多孔質膜５０にシワが発生しないように、第１部材１５に支持部材８０を設けて、支持部材８０に取り付けられた張力付与機構（図示せず）等により、多孔質膜５０に張力を付与することも考えられる。しかしながら、このような支持部材８０と張力付与機構を設けた場合には、成膜装置９自体の大きさが大きくなってしまう。これに加えて、張力付与機構に多孔質膜５０を取り付ける際に、多孔質膜５０に取る付け用の穴を設けるなければならず、多孔質膜５０に張力を付与した場合には、この穴から多孔質膜５０が破損するおそれもある。

【0024】

そこで、図６（ａ）に示すように、被成膜体Ｗを押し当てる方向も考えられるが、この場合には、被成膜体Ｗに接触する以外の多孔質膜５０の部分から、めっき液が滲み出すおそれがあり、被成膜体Ｗと多孔質膜５０との間に空気が噛み込むおそれがある。そこで、図６（ｂ）に示すように、載置台１６を囲うように筐体１８を設け、成膜前に、これらを吸引することも考えられるが、この場合には、図６（ｃ）に示すように、装置本体１０の内部と、筐体１８の内部の圧力差により、多孔質膜５０が、ばたつくおそれがある。

【0025】

しかしながら、本実施形態では、成膜前に図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１磁石２１Ａと第２磁石２２Ａの位置合わせをする。この位置合わせにより、第２部材１２の貫通孔１３と、第１部材１５の挿入孔１７が一致する。この状態で、吸引ポンプ３０により筐体１８内の空気を吸引し、その後、載置台１６を装置本体１０に向かって上昇させ、多孔質膜５０に、被成膜体Ｗを接触させる。なお、第１磁石２１Ａと第２磁石２２Ａの位置合わせを、多孔質膜５０に、被成膜体Ｗを接触させてから行ってもよい。その後、加圧ポンプ１９で液収容室１１のめっき液Ｌを加圧する。

【0026】

第１および第２磁石２１Ａ、２２Ａの磁力による吸引力により、第１部材１５と第２部材１２とに、多孔質膜５０を挟み込むことができるため、成膜時に多孔質膜５０のシワの発生を抑えることができる。これにより、多孔質膜５０からめっき液Ｌが均一に被成膜体Ｗの被成膜面Ｆに供給されるため、均質な金属皮膜を成膜することができる。

【0027】

さらに、第１および第２磁石２１Ａ、２２Ａの磁力による吸引力により、第１部材１５と第２部材１２との位置を適正位置に保持することができる。これに加えて、多孔質膜５０に、機器に取り付けるための取付け孔等を設ける必要がないので、多孔質膜５０の損傷を回避することができる。

【0028】

ここで、図２に示す実施形態では、第１磁石２１Ｂと第２磁石２２Ｂとを、回転軸Ｒに沿って配置し、第１磁石２１Ａと第２磁石２２Ａを、回転軸Ｒからオフセットした第１部材１５および第２部材１２の縁部近傍に配置したが、例えば、図３（ａ）および（ｂ）に示す変形例の如く、回転軸Ｒを挟んで、載置台１６側に第１磁石２１Ａ、２１Ａを配置し、回転軸Ｒを挟んで、液収容室１１側に第２磁石２２Ａ、２２Ａを配置してもよい。

【0029】

さらに、図４に示すように、図３（ａ）に示す変形例に対して、第１磁石２１Ａ、２１Ａに、載置台１６側にＵ字状の磁性材料からなるさらにヨーク２３を取り付けて、第２磁石２２Ａ、２２Ａに、液収容室１１側にもヨーク２３を取り付けてもよい。これにより、第１磁石２１Ａ、２１Ａおよび第２磁石２２Ａ、２２Ａの磁力を高めることができる

【0030】

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

【符号の説明】

【0031】

１：成膜装置、１０：装置本体、１１：液収容室、１２：第２部材、１３：貫通孔、１６：載置台、１５：第１部材、１７：挿入孔、２１Ａ、２１Ｂ：第１磁石、２２Ａ、２２Ｂ：第２磁石、Ｆ：被成膜面、Ｌ：めっき液、Ｗ：被成膜体。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】