(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき液を、ノズルの開口部から導電性を有する基材の表面に吹き付けることで、該めっき液を流速をもたせて衝突させ、前記めっき液で電気的に接続された前記ノズル及び基材間に電圧をかけることにより前記基材の任意の表面にめっき層を形成する基材へのめっき方法であって、
前記ノズルの開口部の周縁部分から噴出されるめっき液がより加速されるよう、前記ノズルの開口部の外周部分からほぼ噴出方向に向けて気流を発生させることを特徴とする基材へのめっき方法。
【請求項２】
前記ノズルの開口部のほぼ中央部分から前記めっき液が噴出されないよう、少なくとも前記ノズルの先端部分の断面形状が、略ドーナツ形状をなしているものであることを特徴とする請求項１に記載の基材へのめっき方法。
【請求項３】
前記めっき液中に不溶性粒子を分散させることにより、前記めっき液の吹き付けに際し、少なくとも前記基材の表面に前記不溶性粒子からの応力を与えるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の基材へのめっき方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属基材等の導電性を有する基材へのめっき方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、鉄や、アルミニウム等の基材にめっきの施された製品が種々製造されている。当該製品としては、例えば自動車用バンパー、バックミラー、反射板、電気・電子部品、精密機械用部品、航空機の構成部品、エンジン用ピストン、ブスバー、電線等が挙げられる。
【０００３】
一般に、金属基材（例えばアルミニウム基材）にめっきを施す場合には、以下のような工程を経る。まず、基材とめっき層との間の密着性を確保するため、その表面に形成された酸化膜や汚れを除去するための前処理工程が必要である。かかる前処理の手法として、従来では、例えば亜鉛置換法なる技術が採用されている。すなわち、まず脱脂工程において、基材の表面が脱脂され、次いで、エッチング溶液により、アルミニウム基材の表面がエッチングされ、硝酸、ふっ化水素酸、硫酸等により酸処理が行われる。上記酸処理を工程を経た基材は、亜鉛置換（又は亜鉛合金置換）工程へと供される。この置換工程においては、水酸化ナトリウムと酸化亜鉛とを基本成分とする亜鉛置換液中で、アルミニウム基材が処理される。すると、アルミニウム表面の薄い酸化皮膜が除去され、新しく露出した活性な表面に亜鉛が置換析出する。そして、この亜鉛皮膜を硝酸で剥離し、もう一度亜鉛置換処理を繰り返すと、一層均一な表面が得られる。
【０００４】
そして、このような複雑な前処理工程を経た後、基材は、公知の電気めっき工程へと供される。すなわち、所定のめっき溶液中に基材が浸漬されるとともに、その状態で、電極間に電圧が印加される。これにより、基材の表面に、電気めっき層が形成される。
【０００５】
しかし、上記技術では、多くの前処理工程を必要としていた。そのため、作業性の低下、コストの増大を招くこととなっていた。また、上記技術では、基材表面の所望の部位にのみめっき層を形成することが困難である。すなわち、所望の領域のみをめっきするためには、被めっき部分以外の部分を、絶縁テープや、絶縁塗料等を用いてマスキングした上で、電気めっきを行う必要があった。そのため、作業性のさらなる低下を招いていた。
【０００６】
このような問題を解消する技術として、例えば特開平８−１０４９９７号公報に開示されたものが知られている。この技術では、気相中で、めっき液が、ノズルの開口部から基材の表面に吹き付けられることで、該めっき液が流速をもってその表面に衝突する。また、これとともに、めっき液で電気的に接続されたノズル及び基材間に電圧がかけられることにより、基材の任意の表面にめっき層が形成される。かかる技術によれば、前処理工程の簡略化が図られるとともに、基材表面の所望の部位にのみめっき層を容易に形成することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報に開示された従来技術においては、次に記すような問題があった。すなわち、上記技術におけるノズルの先端部分は、円筒状をなしており、このため、円形の開口部からめっき液が噴出されるようになっている。このようなノズルから噴出されためっき液が基材表面に衝突する際の流速は、衝突した面の中央部分（開口部の中央部に対応した部分）が最も速く、外周側ほど遅くなる。従って、形成されるめっき層の膜厚は、衝突した面の中央部分が最も厚く、外周側ほど薄いものとなってしまい、均一な膜厚が得られにくいという問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、基材表面の所望の部位にのみめっき層を容易に形成することができ、かつ、膜厚の均一化を図ることのできる基材へのめっき方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、めっき液を、ノズルの開口部から導電性を有する基材の表面に吹き付けることで、該めっき液を流速をもたせて衝突させ、前記めっき液で電気的に接続された前記ノズル及び基材間に電圧をかけることにより前記基材の任意の表面にめっき層を形成する基材へのめっき方法であって、前記ノズルの開口部の周縁部分から噴出されるめっき液がより加速されるよう、前記ノズルの開口部の外周部分からほぼ噴出方向に向けて気流を発生させることをその要旨としている。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の基材へのめっき方法において、前記ノズルの開口部のほぼ中央部分から前記めっき液が噴出されないよう、少なくとも前記ノズルの先端部分の断面形状が、略ドーナツ形状をなしているものであることをその要旨としている。
【００１２】
併せて、請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の基材へのめっき方法において、前記めっき液中に不溶性粒子を分散させることにより、前記めっき液の吹き付けに際し、少なくとも前記基材の表面に前記不溶性粒子からの応力を与えるようにしたことをその要旨としている。
【００１３】
ここで、上記めっき液としては、各種金属イオンを含有するめっき液であればいかなるものでもよく、例えばニッケルめっき液、銅めっき液、亜鉛めっき液、錫めっき液及びこれらの組合せ等が挙げられる。
【００１４】
さらに、めっき液中に分散されうる不溶性粒子としては、例えばアルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニア、セリア等の酸化物及びこれらの２種以上の組合せからなる複合酸化物、炭化珪素、炭化チタン等の炭化物、窒化珪素、窒化硼素等の窒化物、フッ素樹脂粉末、ポリアミド粉末、ポリエチレン粉末等の有機高分子粉末等が挙げられる。しかし、不溶性粒子を構成する素材としては、これらのものに限定されるものではなく、めっき液に不溶であり、分散されうるものであり、かつ、所定の硬度を有するものあればいかなるものも採用しうる。
【００１５】
併せて、不溶性粒子の粒径の範囲についても何ら限定されるものではないが、０．１μｍ〜１０００μｍ程度のものが好適に使用されうる。
加えて、めっき液中に不溶性粒子が分散された場合、その濃度（分散量）も適宜選定されうるが、１ｇ／Ｌ〜１０００ｇ／Ｌ程度が好ましく、より好ましくは１０〜５００ｇ／Ｌである。
【００１６】
また、本発明においては、めっき液を、流速をもたせて基材表面に衝突せしめる必要がある。このときのめっき液の流速は、１ｍ／ｓ以上であるのが望ましくかつ、基材が変形しない程度のものである必要がある。なお、前記流速は、４ｍ／ｓ以上であることがより望ましく、さらに望ましくは１０ｍ／ｓ以上であり、一層望ましくは１２ｍ／ｓ以上である。このように、めっき液を、流速をもたせて衝突させることにより、ノズルから吹き付けられているめっき液によってノズル及び基材間が電気的に接続されることとなる。そして、両者間に電圧がかけられることにより、基材の表面にめっき液中の金属イオン成分が金属となって析出し、めっき層が形成される。
【００１７】
このため、めっき液を流速をもたせて基材表面に接触せしめるという工程のみで、基材の任意の表面に対し強固なめっき層を形成することが可能となる。
特に、請求項１に記載の発明では、ノズルの開口部の外周部分からほぼ噴出方向に向けて気流を発生させる。このため、ノズルの開口部の周縁部分から噴出されるめっき液が気流によって、より加速される。このため、衝突する面の中央部分と周縁部分とでの流速の差が小さいものとなり、めっき液が流速をもって衝突することにより形成される膜の厚さは、ほぼ均等となる。また、本発明によれば、前記気流が基材に衝突することにより、めっき液が衝突する面とそれ以外の面とが気流で遮断されることとなり、ノズル直下以外の領域にはめっき層は形成されにくいものとなる。そのため、めっき部分と非めっき部分との境界部分がはっきりとし、見切り外観が良好なものとなる。
【００１８】
また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、少なくとも前記ノズルの先端部分の断面形状は、略ドーナツ形状をなしているものである。このため、ノズルの開口部のほぼ中央部分からは、めっき液が噴出されず、めっき液が流速をもって衝突する際には、中央部分にもめっき液は存在し、結果的に、その衝突する面のほぼ全面にわたり衝突時の流速の均等化が図られる。
【００２１】
また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加えて、めっき液中に不溶性粒子が分散させられている。このため、基材の表面に存在する酸化皮膜が不溶性粒子によって削られるため、酸化皮膜を除去するという前処理工程を場合によっては省略することが可能となる。また、めっき層中に不溶性粒子を分散させることも可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（参考例）
以下、本発明の参考例を図１〜図５に基づいて説明する。図３は本参考例において基材１及びその表面に形成されためっき層２並びにジェットノズル１５の一部を示す模式的な断面図である。同図に示すように、アルミニウム製の金属基材（以下、単に「基材」という）１の表面にはめっき層２が形成されている。当該めっき層２は、ニッケルにより構成されている。
【００２３】
次に、上記のようにアルミニウム製の基材１上にめっき層２を形成するためのめっき装置について説明する。
図２に示すように、本参考例のめっき装置は、内部に攪拌機１１及びヒータ１２を有してなるタンク１３を備えている。そして、このタンク１３内には、後述する組成よりなるめっき溶液が貯留されている。また、このタンク１３の上方には、基材１を載置するための載置台１４が配設されている。さらに、載置台１４の上方には、ジェットノズル１５が配設されている。また、ジェットノズル１５には電源１６の陽極が接続され、載置台１４には電源１６の陰極が接続されている。
【００２４】
さらに、本参考例では、前記タンク１３とジェットノズル１５とを連結する連通路１７が設けられており、この連通路１７の途中にはポンプ１８が設けられている。そして、このポンプ１８が駆動されることにより、タンク１３内にて加温され、均一に攪拌されためっき液が、連通路１７を通ってジェットノズル１５の方へと導かれる。さらに、そのジェットノズル１５からは、噴流（シャワー）状のめっき液が、載置台１４に載置された基材１表面に当たるようになっている。なお、前記載置台１４及びジェットノズル１５は、箱状のジェットセル１９内に収容されており、噴出されためっき液が外部に飛散しないようになっている。
【００２５】
併せて、前記ポンプ１８下流における連通路１７の途中には、メインバルブ２１が設けられており、このバルブ２１の開度を調整することにより、ジェットノズル１５からのめっき液の噴出量を調整することができるようになっている。また、ポンプ１８の上流側及び下流側を連通するバイパス通路２２が設けられており、その途中にはサブバルブ２３が設けられている。このバルブ２３の開度を調整することにより、ポンプ１８の上流側から還流されるバイパス量が調整され、上記同様ジェットノズル１５からのめっき液の噴出量を調整することができるようになっている。
【００２６】
ここで、本参考例の特徴的部分について説明する。
図１に示すように、本参考例のジェットノズル１５の少なくとも先端部分には、外筒部３１が設けられているとともに、その中心部分には心棒３２が設けられており、ノズル１５の先端部分の断面形状はドーナツ状となっている。本参考例において、例えば、外筒部３１の内径は１４．５ｍｍであり、心棒３２の直径は５．０ｍｍである。かかる構成により、ジェットノズル１５の開口部のほぼ中央部分、すなわち心棒３２の部分からは、めっき液が噴出されないように構成されている。
【００２７】
なお、本参考例における上記めっき液は、スルファミン酸ニッケル［Ni(NH２SO４)・4H２O ］（４３０kg／m３）、塩化ニッケル［NiCl２・6H２O ］（１５kg／m３）、ホウ酸［Ｈ３ＢＯ３］（４５kg／m３）、サッカリン［Ｃ７Ｈ５ＮＯ３Ｓ］（５kg／m３）よりなっている。さらに、めっきの条件として、めっき液の温度はヒータ１２により３２８Ｋに、ｐＨは２．０に、電流密度は２×１０２Ａ／ｍ２に、めっき液の流速は、１．０ｍ／ｓにそれぞれ設定されている。但し、これらの数値はあくまでも例示である。
【００２８】
次に、上記のようにして構成されてなるめっき装置を用いて、前記めっき層２を形成する際のめっき方法について説明する。
まず、載置台１４上に基材１を載置する。そして、電源１６をオン状態としてポンプ１８を作動させる。但し、この際、サブバルブ２３及びメインバルブ２１の開状態を適宜調整する。すると、めっき液は、ポンプ１８から連通路１７を通ってジェットノズル１５から勢いよく噴射され、基材１表面に当たる。このように、めっき液を比較的速い流速をもたせて基材１の表面に接触させる。
【００２９】
また、これとともに、ジェットノズル１５から吹き付けられている金属めっき液（めっき液）によって、同ノズル１５及び基材１間が電気的に接続されることとなる。このとき、ジェットノズル１５に電圧をかけることによって、ジェットノズル１５がアノードとしての役割を果たし、基材１がカソードとしての役割を果たす。このように両者１，１５間に電圧がかけられることにより基材１の表面に金属めっき液中の金属イオン成分（ニッケル）が金属マトリックスとなって析出し、めっき層２が形成される。
【００３０】
ここで、上述したように（図３参照）、ジェットノズル１５の開口部のほぼ中央部分、すなわち心棒３２の部分からは、めっき液が噴出されないため、めっき液が流速をもって基材１の表面に衝突する際には、その衝突する面のほぼ全面にわたり衝突時の流速がほぼ均等になる。このため、形成されるめっき層２の厚さは、ほぼ均等となる。
【００３１】
次に、本参考例の作用及び効果について説明する。
（イ）本参考例によれば、金属めっき液を流速をもたせて基材１の表面に接触せしめるという工程のみで、基材１に強固なめっき層２を形成することが可能となる。すなわち、基材を浸漬させることによりめっきを施していた従来の方法とは異なり、本参考例では噴射されているめっき液に基材を接触せしめるという工程を経ることでめっきを施すことができる。このため、設備の簡素化及びコストの低減を図ることができる。
【００３２】
（ロ）また、本参考例では、絶縁テープや、絶縁塗料等によるマスキングを施す必要もなく、基材１及びジェットノズル１５の少なくとも一方の位置を適宜調整することで、基材１の表面の任意の位置に対しめっき層２を形成することができる。このため、基材１表面の所望の部位にのみめっき層２を容易に形成することができ、作業性の飛躍的な向上を図ることができる。
【００３３】
（ハ）さらに、本参考例では、ノズル１５の先端部分の断面形状はドーナツ状となっており、ジェットノズル１５の開口部のほぼ中央部分、すなわち、心棒３２の部分からは、めっき液が噴出されない。このため、心棒の存在しない通常のノズルを用いた場合には中央部分の流速が最も速くなるのであるが、本参考例では、該中央部分の流速が上記構成により弱められることとなる。従って、めっき液が流速をもって基材１の表面に衝突する際には、その衝突する面のほぼ全面にわたり衝突時の流速がほぼ均等になる。そのため、形成されるめっき層２の厚さを、ほぼ均等なものとすることができる。
【００３４】
（確認実験）
ここで、上記（ハ）の効果を確認するべく、以下の２つの実験を行った。
確認実験１：プラチナ製の基材（カソード）及び上記組成を有するめっき液を用いるとともに、上記ジェットノズル１５を有するめっき装置を用いて、基材における電流密度ｉの分布を測定した。その結果を図４に示す。
【００３５】
同図に示すように、心棒の存在しない通常のノズルを用いた場合には、ノズルの中心部分ほど電流密度ｉは非常に高いものとなる。これに対し、本参考例においては、ジェットノズル１５の直下における電流密度ｉはほぼ均一なものとなった。このことから、本参考例の構成を採用した場合には、通常のノズルを用いた場合に対し、中央部分の流速が弱められることがわかる。従って、めっき液が流速をもって基材１の表面に衝突する際には、その衝突する面のほぼ全面にわたり衝突時の流速の均等化が図られるといえる。
【００３６】
確認実験２：電気めっきにおける電子の移動は、電解液中の金属イオンの移動によって支配される。そこで、本実験においては、ノズル直下における物質移動速度ＫL について検討した。各位置における物質移動速度ＫL は、次式（１）で表され、限界電流密度ｉL の測定値から物質移動速度ＫL 分布を算出できる。
【００３７】
ＫＬ＝ｉＬ／ｚ・Ｆ・Ｃ０        ……（１）
ここで、ｚは価数、Ｆはファラデー定数、Ｃ０は電解液中のイオン濃度である。すなわち、限界電流密度ｉＬが大きいほど、物質移動速度ＫＬは大きいものとなり、カソードへの供給イオン数が多くなる。そこで、各位置における限界電流密度ｉＬの分布を測定することとした。図５は、上記確認実験１と同様、２種類のノズル（通常のノズルと、本参考例のノズル）を用いて測定した限界電流密度ｉＬの分布を示す。
【００３８】
同図に示すように、通常のノズルを用いた場合には、中心部分の方が限界電流密度ｉＬが非常に高い分布曲線となるのに対し、本参考例の場合には、限界電流密度ｉＬの分布は、ジェットノズル１５の投影面内でほぼ均等なものとなることがわかる。すなわち、本参考例によれば、イオンの移動速度が、ジェットノズル１５の投影面内、つまり、めっき液が衝突する面のほぼ全面にわたり、均等であるといえることがわかる。
【００３９】
（実施の形態）
次に、本発明を具体化した実施の形態について説明する。但し、本実施の形態の構成等においては上述した参考例と同等である部分が多いため、同一の部材等については同一の符号を付してその説明を省略する。そして、以下には、参考例との相違点を中心として説明することとする。
【００４０】
図６に示すように、本実施の形態においては、ジェットノズル４１の構成において、参考例とは異なっている。すなわち、ジェットノズル４１は、その少なくとも先端部分において、外筒部４２及び内筒部４３が設けられているとともに、その中心部分には心棒４４が設けられている。前記めっき液は、内筒部４３の内側から噴出されるようになっているとともに、外筒部４２及び内筒部４３によって形成される空間は、エアー通路４５となっている。本実施の形態におけるめっき装置は、別途ジェットエアーを吹きつけるための図示しないエアーポンプを有しており、該ポンプは前記エアー通路４５に連通されている。なお、本実施の形態において、例えば、内筒部４３の内径は１４．５ｍｍであり、心棒４４の直径は５．０ｍｍであり、さらに外筒部４２の内径は１７．５ｍｍである。
【００４１】
本実施の形態によれば、上記参考例の形態に記した作用効果に加えて、ジェットノズル４１の内筒部４３の内側から噴出されるめっき液が、エアー通路４５から吹きつけられるジェットエアーによって、より加速されることとなる。このため、めっき液が衝突する基材１表面の中央部分と周縁部分とでの流速の差をより小さいものとすることができる。従って、該ジェットエアーの流速等を調整することで、めっき液の流速のさらなる均等化を図ることができ、ひいてはめっき層２の膜厚のより一層の均等化を図ることができる。
【００４２】
また、図６に示すように、本実施の形態によれば、前記ジェットエアーが基材１に衝突することにより、めっき液が衝突する面とそれ以外の面とがジェットエアーで遮断されることとなり、ジェットノズル４１の内筒部４３直下以外の領域にはめっき層２は形成されにくいものとなる。そのため、めっき部分と非めっき分との境界部分がはっきりとし、見切り外観が良好なものとなる。
【００４３】
尚、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で構成の一部を適宜に変更して次のように実施することもできる。
（１）上記参考例及び実施の形態では特に言及しなかったが、めっき液中に不溶性粒子を分散させることにより、めっき液の吹き付けに際し、少なくとも基材１の表面に前記不溶性粒子からの応力を与えるようにしてもよい。ここで、基材１が酸化され易い金属により構成されている場合には、その表面には酸化皮膜が形成されやすいのであるが、このような構成とすることにより、酸化皮膜が不溶性粒子によって削られる。そのため、酸化皮膜を除去するという前処理工程を省略することが可能となる。
【００４４】
また、めっき液中に不溶性粒子を配合させたような場合には、流速を比較的遅くすることにより、めっき層２中に不溶性粒子を共析させることもできる。かかる場合には、不溶性粒子の共析により、めっき層２の硬度を高めることができる等、付随的な効果をも期待することができる。
【００４５】
（２）前記参考例及び実施の形態では、断面円形状の外筒部３１（参考例）、内筒部４３（実施の形態）を有するジェットノズル１５，４１を用いる構成としたが、例えば非円形状の開口部を有するノズルを用いてもよい。
【００４６】
（３）前記参考例及び実施の形態では、めっき層２を形成する金属として、ニッケル系の金属を採用したが、その他の金属を採用してもよい。
（４）前記参考例及び実施の形態では、基材を構成する素材としてアルミニウムを採用したが、導電性を有する基材であれば、鉄等いかなるものにも適用しうる。
【００４７】
（５）前記実施の形態では、外筒部４２及び内筒部４３の間のエアー通路４５から環状のジェットエアーを吹きつける構成としたが、必ずしも環状でなくてもよい。また、この場合、心棒４４を省略することもできる。
【００４８】
さらに、エアーの代わりに他の気体（例えば窒素、アルゴン等）を用いてもよい。
（６）前記参考例及び実施の形態では、説明の便宜上１つのジェットノズル１５，４１のみを用いてめっきする場合について具体化したが、勿論、複数のノズルを用いてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の基材へのめっき方法によれば、基材表面の所望の部位にのみめっき層を容易に形成することができ、かつ、膜厚の均一化を図ることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例のジェットノズルの先端部分等を示す模式的な断面図である
。
【図２】めっき装置を示す概略システム図である。
【図３】基材及びその表面に形成されためっき層並びにジェットノズルの一部を示す模式的な断面図である。
【図４】中心部分からの距離に対する電流密度の分布の関係を示すグラフである。
【図５】中心部分からの距離に対する限界電流密度の分布の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態における基材及びその表面に形成されためっき層並びにジェットノズルの一部を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１…基材、２…めっき層、１５，４１…ジェットノズル、４５…エアー通路。
【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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