(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
側壁に多数の小孔が穿設され、かつ排出管が分岐された中空筒体を陽極の設置されためっき液中に浸漬し、この状態で中空筒体中のめっき液を排出管から継続的に吸引排出すると同時に、多数の小孔からめっき液を中空筒体内に強制導入して中空筒体内を乱流状態とし、この乱流状態を保ちながら通電して中空筒体内に陰極としての被めっき材を通過させ、被めっき材の表面に生成する拡散層の厚さを継続的に減少させながら被めっき材にめっき被膜を形成することを特徴とするめっき処理方法。
【請求項２】
請求項１において、前記排出管は中空筒体から分岐された吸引排出管に連通して形成される請求項１に記載のめっき処理方法。
【請求項３】
請求項１において、中空筒体は両端がシール材で封止された円筒状ないしは方形状筒体であり、被めっき材がこの両端のシール材を貫通して中筒体内を通過する請求項１に記載のめっき処理方法。
【請求項４】
請求項３において、シール材と被めっき材のすき間から、中筒体内への空気の流入を防ぐために、シール材をめっき液中に浸漬させてなる請求項３に記載のめっき処理方法。
【請求項５】
請求項１において、陽極はめっき液中に離れて、かつ対向した一対設置され、この一対の陽極間のめっき液中に中空筒体が浸漬される請求項１に記載のめっき処理方法。
【請求項６】
めっき液が充填されためっき処理槽と、このめっき処理槽中に設置された陽極と、めっき処理槽中に懸架固定され、側壁に多数の小孔が穿設された中空筒体と、中空筒体から分岐された排出管と、前記排出管に配設された吸引ポンプとを備え、この吸引ポンプの吸引作動により中空筒体中のめっき液を排出管を通して継続的に排出すると同時に、中空筒体中にめっき処理槽中のめっき液を多数の小孔を通じて強制導入して中空筒体内を乱流状態とし、この乱流状態を保ちながら通電して中空筒体内に陰極としての被めっき材を通過させ、被めっき材の表面に生成する拡散層の厚さを継続的に減少させながら被めっき材にめっき被膜を形成することを特徴とするめっき処理装置。
【請求項７】
請求項６において、さらに、めっき液を貯蔵する貯槽がめっき処理槽に連通して備えられ、かつ、中空筒体には吸引排出管が分岐され、前記排出管は一端がこの吸引排出管に連通され、他端が前記貯槽に連通して形成さ、れ前記吸引ポンプの吸引作動により中空筒体中のめっき液を貯槽に継続的に排出するようにした請求項６に記載のめっき処理装置。
【請求項８】
請求項６において、中空筒体は両端がシール材で封止された円筒状ないしは方形状筒体であって、めっき処理槽を形成する隔壁間に懸架固定され、この両端のシール材を貫通して被めっき材が中空筒体内を通過する請求項６に記載のめっき処理装置。
【請求項９】
請求項８において、隔壁の外側にはめっき液貯溜槽が設けられ、このめっき液貯溜槽にめっき液を充填してシール材をめっき液に浸漬し、被めっき材とシール材とのすき間からの空気の流入を防ぐようにした請求項８に記載のめっき処理装置。
【請求項１０】
請求項６において、陽極はめっき処理槽に離れて、かつ対向して一対設置され、この一対の陽極間に中空筒体が懸架固定される請求項６に記載のめっき処理装置。
【請求項１１】
請求項６において、めっき処理槽は貯槽に導入管を介して連通され、めっき液が貯槽から導入管を通じてめっき処理槽に供給されると同時に、排出管を通して貯槽に排出されて循環する請求項６に記載のめっき処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は線材、板材、プリパンチ等の被めっき材、特に、電子部品に用いられる金属長尺物をめっき処理する方法および装置に係り、特に被めっき材の表面に通電によって生成する拡散層の厚さを継続的に減少させ、高電流密度電解を行なって被めっき材にめっき被膜を形成するめっき処理方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
めっき処理を行なうに際し、通常、被めっき材を陰極とし、これをめっき液中で陽極と電気的につなぎ、通電することにより、陰極表面で金属イオンが放電し、金属となって、陰極表面上に析出し、めっき処理される。この際、陰極表面近傍では、金属イオン濃度の低い層、すなわち拡散層が生成する。この拡散層と通電電流の単位面積当たりの密度（Ｄｋ）との関係は密度（Ｄｋ）が高いほど、拡散層の生長が早いという関係にある。
【０００３】
このような拡散層を介して通電しても、陰極表面近傍の水素イオンが優先的に放電反応を起こして水素ガスを発生し、めっきが施され難しくなる。したがって、めっき工程ではめっき液を攪拌して拡散層の厚さを減少させることが必要である。
【０００４】
拡散層の厚さはめっき液や添加剤などの種類によって異なるが、静止浴では約５００μｍ、強制攪拌下では約１０μｍ程度である。拡散層の厚さをさらに薄く保つことができれば、高電流密度電解が可能となり、めっき加工時間の短縮、めっき液中に共存する水素イオンの放電の抑制、結晶粒の微細化、析出物の密着強度の上昇等が達成されることが知られている。
【０００５】
拡散層の厚さを薄くする手段として、一般的には、めっき槽中の陰極近傍のめっき液を攪拌器を用いて攪拌することが採用されている。この具体例としては、従来、例えば、図８および図９に示される装置が知られている。図８は公知装置の平面図であり、図９はその側面断面図である。
【０００６】
図８および図９を用いて公知装置を説明すると、この装置はめっき液Ａの充填されためっき処理槽１００と、めっき液Ａ中にそれぞれ対向して配置された２対の陽極１０１，１０１と、これらの対向する陽極間に配設され、多数のノズル１０２，１０２が穿設された一対の噴射パイプ１０３，１０３とを備え、陽極１０１，１０１間および噴射パイプ１０３,１０３間に陰極としての被めっき材１０４を通過させ、陰陽極間を通電することにより被めっき材にめっき被膜を形成する。
【０００７】
噴射パイプ１０３,１０３はめっき液の貯蔵された貯槽１０５にポンプ１０６を介して連通され、めっき処理に際して、ポンプ１０６の吐出圧力を利用してめっき液Ａをノズル１０２から噴射し、めっき液Aを攪拌する。なお、１０７はパイプであって、めっき処理槽１００および貯槽１０５をつなぎ、めっき液Ａをめっき処理槽１００から貯槽１０５に排出する。１０８はバルブ、１０９は液面調整パイプ、１１０はめっき液回収室、１１１は排出パイプである。
【０００８】
【発明が解決すべき課題】
しかし、上述公知装置では、攪拌の必要な個所は被めっき材１０４、すなわち陰極１０４の表面におけるμｍ単位の厚さの範囲であり、このようなμｍ単位の厚さに対しては、上述攪拌では不充分であり、拡散層の厚さを１０μｍ以下に減少することは到底不可能であった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は被めっき材の表面に通電によって生成する拡散層の厚さを１０μｍ以下に継続的に減少させ、高電流密度電解を行なって被めっき材にめっき被膜を形成し、上述の公知技術に存する欠点を改良しためっき処理方法および装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明のめっき処理方法によれば、側壁に多数の小孔が穿設され、吸引排出管が分岐された中空筒体を陽極の設置されためっき液中に浸漬し、この状態で中空筒体中のめっき液を排出管から継続的に吸引排出すると同時に、多数の小孔からめっき液を中空筒体内に強制導入して中空筒体内を乱流状態とし、この乱流状態を保ちながら通電して中空筒体内に陰極としての被めっき材を通過させ、被めっき材の表面に生成する拡散層の厚さを継続的に減少させながら被めっき材にめっき被膜を形成することを特徴とする。
【００１１】
さらに、上述の目的を達成するため、本発明のめっき処理装置によれば、めっき液が充填されためっき処理槽と、このめっき処理槽中に設置された陽極と、めっき処理槽中に懸架固定され、側壁に多数の小孔が穿設された中空筒体と、中空筒体から分岐された排出管と、前記排出管に配設された吸引ポンプとを備え、この吸引ポンプの吸引作動により中空筒体中のめっき液を排出管を通して継続的に排出すると同時に、中空筒体中にめっき処理槽中のめっき液を多数の小孔を通じて強制導入して中空筒体内を乱流状態とし、この乱流状態を保ちながら通電して中空筒体内に陰極としての被めっき材を通過させ、被めっき材の表面に生成する拡散層の厚さを継続的に減少させながら被めっき材にめっき被膜を形成することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面を用いて具体的に詳述する。
【００１３】
図１は本発明にかかる装置の一具体例の平面断面図である。図２は図１の側面断面図である。図３は被めっき材として線材を用いた図１に用いられる中空筒体の側面図である。図４は図３の正面図である。図５は被めっき材として板材を用いた図１に用いられ中空筒体の側面断面図である。図６は図５の正面断面図である。
【００１４】
図１および図２に示される本発明装置Ｘは、めっき液ａを貯蔵する貯槽１と、めっき処理槽２と、陽極３と、中空筒体４と、排出管５と、吸引ポンプ３４とを主に備えて構成される。めっき処理槽２は貯槽１に導入管６およびパイプ１７を介して連通され、ポンプ９の稼動により、めっき処理槽２に貯槽１中のめっき液ａが充填される。１９はバルブである。
【００１５】
めっき処理槽２中の長手方向壁面７には、陽極３，３が離れて、かつ対向して一対設置され、この一対の陽極３，３間には中空筒体４が配設される。なお、陽極３は必ずしも一対設置されなくても、いずれか一方の壁面７に単独で設置されてもかまわない。
【００１６】
中空筒体４は図１乃至図６に示されるように、両端がゴム等からなるシール材１０，１０で封止された円筒状ないしは方形状筒体であって、めっき処理槽２を形成する隔壁１１，１１間に懸架固定され、この両端のシール材１０，１０を貫通して、線材、板材等の被めっき材１５が中空筒体４内を通過する。中空筒体４の側壁１２には図３に示されるように、形の異なった多数の小孔１３，1３・・１３が穿設され、かつ吸引排出管１４が、例えば側壁１２と逆Ｔ字状を形成するように側壁１２から分岐される。
【００１７】
さらに、隔壁１１，１１の外側にはそれぞれ隔壁２３，２３に隔離されてめっき液貯溜槽１６，１６が設けられ、このめっき液貯溜槽１６，１６には、導入管６およびパイプ８、８を通してめっき液ａが貯槽１から充填され、シール材１０，１０をめっき液に浸漬して被めっき材１５とシール材１０とのすき間１８からの空気の流入を防止する。（図４、図６参照）。２０，２１はバルブである。２５，２６は液面調整パイプであって、めっき液貯溜槽１６中のめっき液の液面を所望の高さに調整する。
【００１８】
めっき液貯溜槽１６の外側にはさらに、めっき液回収槽２２が設けられ、隔壁２３と被めっき材１５とのすき間２４から流れ出すめっき液を回収する。なお、２７，２８，２９，３０は排出パイプであって、めっき処理槽２、めっき液貯溜槽１６，１６およびめっき液回収槽２２，２３のめっき液を貯槽１に排出する。３１，３２，３３はそれぞれ、バルブである。
【００１９】
排出管５は図２に示されるように、一端が吸引排出管１４に連通され、あるいは図示しないが、一端が直接、中空筒体４から分岐され、他端が貯槽１に連通されて形成される。この排出管５の任意の個所には吸引ポンプ３４が配設される。なお、吸引ポンプ３４は図示しないが、吸引排出管１４に配設されてもかまわない。
【００２０】
上述の構成からなる本発明装置Ｘは実施に際し、中空筒体４中のめっき液を吸引ポンプ３４の吸引作動により、排出管５を通し、あるいは図２に示されるように、吸引排出管１４,次いで排出管５を通して貯槽１に継続的に吸引排出すると同時に、めっき液を中空筒体４中に多数の小孔１３、１３・・・１３を通じて強制導入ないしは強制吸引して中空筒体４内を乱流状態とする。このとき、めっき液は同時に貯槽１から導入管６を通してめっき処理槽２に循環的に供給される。
【００２１】
次いで、この乱流状態を保ちながら通電して中空筒体４内に陰極としての被めっき材１５を通過させ、被めっき材１５の表面に生成する拡散層の厚さを継続的に減少させながら高電流密度電解を行って被めっき材１５にめっき被膜を形成する。
【００２２】
本発明では、多数の異形の小孔１３，１３・・・１３を通じてめっき処理槽２内のめっき液を強制吸引することにより、めっき液は小孔１３，１３・・・１３を介して中空筒体４内に種々の方向あるいは大きさで勢いよく噴射され、乱流状態となる。そして、中空筒体４内のめっき液の流れを吸引ポンプ３４で調整することにより、レイノルズ数４０００以上の乱流状態が保たれる。この状態で中空筒体４内の中心部に被めっき材１５を一定方向に定速移動させ、通電することにより、被めっき材１５に均一な厚さのめっきが施され、同時に生成する拡散層を乱流状態のめっき液が継続的に攪拌破壊するので、拡散層の厚さを従来の強制攪拌の場合よりもさらに薄くすることができ、高電流密度電解が可能となる。
【００２３】
すなわち、本発明は次の特徴を有している。
（１）高電流密度電解（ワット浴で従来に比べて約７〜８倍、スルファミン酸浴で８倍のＤｋ）が採用でき、かつ、従来に比べて各々７〜８倍の加工速度が得られる。
【００２４】
（２）装置が従来と比べて小型である。しかも、攪拌に減圧めっき液流が用いられるため、装置からの漏液がなく、装置費用も従来と比べて約１／５程度であって、低廉である。
【００２５】
（３）減圧攪拌状態で通電するため、金属イオンの放電と同時に起こる水素イオンの放電反応による水素ガス（気泡）の被めっき材表面への付着が見られず、めっき面のピンホールが殆ど発生しない。
【００２６】
（４）拡散層の厚さは１μｍ以下に減少し、高電流密度電解が容易である。
【００２７】
（５）長尺の被めっき材の表面全面にＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ等のめっきを施すことができる。
【００２８】
図７はワット浴を用いたニッケルめっきの析出理論値と実際値の関係を表したグラフである。図７中、実線は理論値であり、一点鎖線は本発明の値であって、めっき条件は、加工速度１．０m／分、めっき時間１８秒、吸引速度９０リットル／分で中空筒体の内径２０ｍｍである。破線は従来法による値であって、加工速度１．０ｍ／分、めっき時間６０秒、めっき槽有効長さ１００ｃｍである。
【００２９】
図７から次のことがわかる。
１．たて線より高Ｄｋ側は瞬時に金属イオンが消費され、本発明によっても供給が不足して陰極面から水素ガスが発生し、めっき加工には適さないＤｋ範囲を示している。
【００３０】
２．従来法と本発明の有効電流密度範囲の大きな違いは、陰極表面の液攪拌状態の違いによるもので、拡散層厚さの差に起因している。
【００３１】
３．めっき加工の有効電流密度範囲は従来法に比べ約７倍である。
【００３２】
４．有効電流密度範囲内において設定したＤｋとめっき被膜の厚さの関係は電解時間に比例し、加工速度に反比例する。
【００３３】
すなわち、従来法では理想的な攪拌ができず、拡散層の影響で高電流密度電解ができない。これに対して本発明では、拡散層の厚さを十分薄く保つことが可能となり、高電流密度電解が可能となった。有効電流密度範囲での最高Ｄｋ値が１２０：１７となり、従来法に比べ約７倍の加工速度が得られた。
【００３４】
【発明の実施例】
従来法と本発明のめっき速度を比較するため、図1、図2、および図８、図９にそれぞれ示される装置を用いてニッケルめっきを行い、それぞれの有効電流密度範囲を求めた。有効電流範囲内でのニッケルめっき被膜の厚さの最高値から両方法の単位時間における被膜厚さを比較して、めっき速度を求めた。
【００３５】
実験Ａ
図８，９（従来法）に示される装置を用いてニッケルめっきを行い、有効電流密度範囲を求めた。
【００３６】
実験条件：
・  めっき槽：めっき有効長さ３０ｃｍの図８、９に示すめっき槽を用いた。
・  供試めっき液：標準ワット浴で成分は次の通りである。
ＮｉＳＯ４．７Ｈ２Ｏ      ４００ｇ／リットル
ＮｉＣｌ２．６Ｈ２Ｏ        ４０ｇ／リットル
Ｈ３ＢＯ３                  ５０ｇ／リットル
ｐH＝４．２              温度＝４９〜５１℃
・  被めっき材：黄銅条材  厚さ０．２ｍｍ×幅５ｍm
・  めっき処理槽の大きさ：幅２０ｃｍ×長さ３０ｃｍ×深さ２０ｃｍ
【００３７】
図８、９のめっき処理槽１００におけるめっき液中で、ポンプ１０６を稼動してノズル１０２から９０リットル／分のめっき液を被めっき材１０４の両面に直角に噴射し、攪拌した。予めＤｋから電流値を求めておき、被めっき材１０４を１メートル／分の速度で移動させ、低い方から順に各電流値で2分間電解し（２ｍとなる）、各々の中央から測定試片を採取した。
【００３８】
採取した各試片の被膜厚さを測定し、ＤｋとＮｉ被膜厚さの関係から、有効電流密度範囲を求め、その範囲内の膜厚最高値を求め、単位時間における被膜生成値を求めた。結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
0003706862.tif 000002
【００４０】
表１におけるＤｋ＝２０A／ｄｍ２の試料は外観が灰白色を呈しており、膜厚も０．１μｍ以下であることから、めっきとしては不良と判定した。他の４試料は良品と判定した。以上から、従来法での有効電流密度範囲は５〜１７Ａ／ｄｍ２であった。
【００４１】
実験Ｂ
図1、２（本発明）に示される装置を用いて実験Ａと同じ条件でニッケルめっきを行い、有効電流密度範囲を求めた。
【００４２】
図1、２に示されるめっき処理槽２に図５、６に示される中空筒体４を懸架固定し、この中に被めっき材を貫通し、さらに、排出管５の吸引ポンプ３４から吸引量９０リットル／分の吸引力でめっき処理槽２からめっき液を吸引することによりめっき液を攪拌した。中空筒体４の断面形状は１ｃｍ×３ｃｍの矩形である。めっき時間１８秒における電流条件とＮｉ被膜厚さの関係を表２に示す。
【００４３】
【表２】
0003706862.tif 000003
【００４４】
表２におけるＤｋ＝１３０Ａ／ｄｍ２の試料は外観が灰白色で金属光沢がなく、膜厚も０．１μｍ以下であることからめっきとしては不良と判定した。他の試料は十分金属光沢があり、良品と判定した。この結果、本発明装置における有効電流密度範囲は１０〜１２０Ａ／ｄｍ２であった。
【００４５】
以上の実験ＡおよびＢから、実験Ａでは１７Ａ／ｄｍ２が有効限界で、１．０３μｍ／１８秒＝０．０５７μｍ／秒が得られ、実験Ｂでは１２０Ａ／ｄｍ２が有効限界で、７．２３μｍ／１８秒＝０．４０１μｍ／秒が得られ、０．４０１／０．０５７＝７．０３倍となり、本発明は従来法に較べ、約７倍の加工速度が得られた。
【発明の効果】
以上のとおり、本発明方法および装置によれば、被めっき材の表面に生成する拡散層の厚さを減圧攪拌により１０μｍ以下に継続的に減少させながら、高電流密度電解が可能となり、めっき加工時間の短縮、めっき液中に共存する水素イオンの放電の抑制、結晶の微細化、析出物の密着強度の上昇等を計ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる装置の一具体例の平面断面図である。
【図２】図１の側面断面図である。
【図３】被めっき材として線材を用いた図１に用いられる中空筒体の側面図である。
【図４】図３の正面図である。
【図５】被めっき材として板材を用いた図１に用いられる中空筒体の側面断面図である。
【図６】図５の正面断面図である。
【図７】ニッケルめっきの析出理論値と実際値の関係を表したグラフである。
【図８】公知装置の平面断面図である。
【図９】図８の側面断面図である。
【符号の説明】
Ｘ  本発明装置
ａ  めっき液
１  貯槽
２  めっき処理槽
３  陽極
４  中空筒体
５  排出管
６  導入管
７  壁面
８  パイプ
９  ポンプ
１０  シール材
１１  隔壁
１２  側壁
１３  小孔
１４  吸引排出管
１５  被めっき材
１６  めっき液貯溜槽
１８  すき間
２２  めっき液回収槽
２３  隔壁
２４  すき間
３４  吸引ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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