(57)【要約】【課題】めっき浴の更新頻度を抑制しつつ、従来よりも還元剤の濃度の高い複合材料の製造方法を提供する。【解決手段】この製造方法は、金属マトリックス中に、該金属の酸化物を常温で還元可能な還元剤が分散された複合材料の製造方法であって、複合材料を析出させる母体としての被着体（３０）を、陰極としてめっき浴に浸して、被着体に金属および還元剤を共析させる複合めっき工程を備える。めっき浴は、金属の金属塩を主成分とし、還元剤が溶解した溶液、または還元剤が分散したコロイド溶液状である。  そして、複合めっき工程において、還元剤の濃度が陽極周辺よりも陰極周辺が高い状態を維持するように、還元剤をめっき浴に供給する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属マトリックス中に、該金属の酸化物を常温で還元可能な還元剤が分散された複合材料の製造方法であって、
マトリックス金属をめっきする対象としての被着体（３０）を、陰極としてめっき浴に浸して、前記被着体に前記金属および前記還元剤を共析させる複合めっき工程を備え、
前記めっき浴は、前記金属の金属塩を主成分とし、前記還元剤が溶解した溶液、または前記還元剤が分散したコロイド溶液状であり、
前記複合めっき工程において、前記還元剤の濃度が陽極周辺よりも陰極周辺が高い状態を維持するように、前記還元剤をめっき浴に供給することを特徴とする複合材料の製造方法。
【請求項２】
前記還元剤の供給速度を、前記金属の析出速度に応じて決定することを特徴とする請求項１に記載の複合材料の製造方法。
【請求項３】
前記めっき浴（２０）に、共析量を制御するための錯化剤を添加することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の複合材料の製造方法。
【請求項４】
前記めっき浴に、前記錯化剤により形成される錯体の量を制御するための錯体安定化剤を添加することを特徴とする請求項３に記載の複合材料の製造方法。
【請求項５】
前記金属は銅または銅を主成分とする銅合金であり、
前記還元剤は、その主成分がＬ−アスコルビン酸、Ｄ−アラボアスコルビン酸、アセトアルデヒド２，４−ジニトロフェニルヒドラゾン、４−ヒドラジノ安息香酸、および、ジエチルヒドロキシルアミンのいずれか１種、またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合材料の製造方法。
【請求項６】
前記金属はスズまたはスズを主成分とするスズ合金であり、
前記還元剤は、その主成分がジベンジルヒドロキシルアミンおよび１，３−ジヒドロキシアセトンダイマーのいずれか１種、またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合材料の製造方法。
【請求項７】
前記金属は銅または銅を主成分とする銅合金であり、
前記還元剤は、その主成分がＬ−アスコルビン酸、Ｄ−アラボアスコルビン酸、アセトアルデヒド２，４−ジニトロフェニルヒドラゾン、４−ヒドラジノ安息香酸、および、ジエチルヒドロキシルアミンのいずれか１種、またはこれらの混合物であり、
前記錯化剤は、１，１０−フェナントロリンおよび２，２−ビピリジルのいずれか１種、またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項３に記載の複合材料の製造方法。
【請求項８】
前記金属は銅または銅を主成分とする銅合金であり、
前記還元剤は、その主成分がＬ−アスコルビン酸、Ｄ−アラボアスコルビン酸、アセトアルデヒド２，４−ジニトロフェニルヒドラゾン、４−ヒドラジノ安息香酸、および、ジエチルヒドロキシルアミンのいずれか１種、またはこれらの混合物であり、
前記錯化剤は、１，１０−フェナントロリンおよび２，２−ビピリジルのいずれか１種、またはこれらの混合物であり、
前記錯体安定化剤は、タンニン酸またはアントシアニンであることを特徴とする請求項４に記載の複合材料の製造方法。
【請求項９】
マトリックス金属をめっきする対象としての被着体（３０）、および、該被着体と対をなす陽極（４０）を浸すめっき浴と、
前記めっき浴を貯留するめっき浴槽（１０）と、
前記金属とともに前記被着体に共析させる還元剤を、前記被着体に向かって供給する供給路（６０）と、を備える複合材料の製造装置。
【請求項１０】
前記供給路は、前記還元剤の流量を制御する流量制御部（６２）を有することを特徴とする請求項９に記載の複合材料の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属マトリックス中に、該金属の酸化物を還元可能な還元剤が分散された複合材料の製造方法、および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コネクタなどの電気接点には、一般的に、銅または銅合金の電極にニッケルめっきを施し、最表面にスズめっきを施したものが用いられている。
【０００３】
電子装置に用いられる電気接点は、該電気接点がさらされる周辺環境、例えば冷熱サイクルによって繰り返し微摺動を生じる。その結果、電気接点が摩耗し、接点部において電気接点を覆うスズの酸化が進行する。これにより接触抵抗が上昇して、電子装置の動作不具合に至る可能性があった。
【０００４】
特許文献１には、金属塩に還元剤を混合しためっき浴を用い、被めっき材上にマトリックス金属と還元剤とを共析させた複合材料が提案されている。これにより、電気接点における金属マトリックス、すなわちスズの酸化を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−７９４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、めっき浴中の還元剤は、浴中で自然酸化するため、マトリックス金属中において、還元性を保持した状態の還元剤の濃度を高めるには限界があった。また、還元剤の分解によるめっき浴の劣化が早く、めっき浴の更新頻度が高くなるため、処理コストが増大するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、めっき浴の更新頻度を抑制しつつ、従来よりも還元剤の濃度の高い複合材料の製造方法、およびその方法を実現する製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、金属マトリックス中に、該金属の酸化物を常温で還元可能な還元剤が分散された複合材料の製造方法であって、マトリックス金属をめっきする対象としての被着体（３０）を、陰極としてめっき浴に浸して、被着体に金属および還元剤を共析させる複合めっき工程を備え、めっき浴は、金属の金属塩を主成分とし、還元剤が溶解した溶液、または還元剤が分散したコロイド溶液状であり、複合めっき工程において、還元剤の濃度が陽極周辺よりも陰極周辺が高い状態を維持するように、還元剤をめっき浴に供給することを特徴としている。
【００１０】
これによれば、陰極としての被着体の近傍において、還元剤が長期に滞留することを抑制することができる。このため、被着体の近傍における還元剤の、自然酸化による浴劣化を抑制することができる。したがって、供給された還元剤を、酸化により劣化させることなく、被着体に析出させることができる。また、めっき浴全体において、単位時間当たりに分解される還元剤の総量を抑制することができる。したがって、めっき浴の更新頻度を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る複合材料の概略構成を示す断面図である。
【図２】複合材料の製造装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。
【００１３】
（第１実施形態）
最初に、図１を参照して、本実施形態に係る複合材料の製造装置について、概略構成および作用効果を説明する。
【００１４】
本実施形態に係る製造装置は、図１に示す複合材料を製造する装置である。具体的には、この複合材料は、銅（Ｃｕ）がマトリックスとされ、銅マトリックス中に還元剤としてのＬ−アスコルビン酸（Ｌ−ａｓｃｏｒｂｉｃ  ａｃｉｄ）が分散された材料である。
【００１５】
図２に示すように、この製造装置１００は、めっき浴槽１０と、めっき浴槽１０に貯留されためっき浴２０と、を備えている。めっき浴２０には、陰極として、リン青銅からなる被着体３０が浸されている。また、めっき浴２０には銅からなる陽極４０も浸されている。陽極４０と被着体３０は、互いの間に電位差を生じるように電源２００が接続されている。さらに、この製造装置１００は、還元剤を含む還元剤溶液５０をめっき浴２０に供給する供給路６０を備えている。
【００１６】
めっき浴槽１０は、被着体３０と陽極４０とが収容可能な十分な大きさを有する、一面が開口する箱状をなしている。めっき浴槽１０には、被着体３０と陽極４０との大部分が浸される十分な量のめっき浴２０が貯留されている。
【００１７】
めっき浴２０は、所定濃度の硫酸銅および硫酸の混合液である。また、めっき浴２０には、錯化剤として１，１０−フェナントロリンが混合されている。錯化剤は必ずしも含まれている必要はないが、めっき浴２０に錯化剤が混合されていることにより、銅、還元剤および錯化剤からなる３成分系の錯イオンを、めっき浴２０中に形成することができる。このため、錯化剤が混合されていない場合に較べて、銅と還元剤とを効率良く共析させることができる。さらに、めっき浴２０に錯体安定化剤を添加するとよい。錯体安定化剤としては、例えば、タンニン酸（いわゆるポリフェノール）やアントシアニンを採用することができる。タンニン酸やアントシアニンは、金属イオンとの間で錯体を形成する。本実施形態では、銅イオンとの間で錯体を形成する。これにより、めっき浴２０中の銅イオンの量を調整し、錯化剤により形成される３成分系の錯イオンの量を適正化することができる。
【００１８】
被着体３０および陽極４０には、互いの間に所定の電位差を生じるように電源２００が接続されている。この電源２００により、被着体３０から陽極４０に向かって所定の電流密度で電源が流れる。これにより、マトリックスとしての銅を、被着体３０に析出させることができる。なお、電流密度を調整することによって銅の析出速度を制御することができる。
【００１９】
還元剤溶液５０は、還元剤としてのＬ−アスコルビン酸を含む溶液であり、供給路６０を流路としてめっき浴２０に供給される。Ｌ−アスコルビン酸は還元性を有し、Ｌ−アスコルビン酸自体が銅とともに被着体３０に共析することによって、マトリックスとしての銅の酸化を抑制することができる。また、Ｌ−アスコルビン酸の分解生成物であるデヒドロアスコルビン酸、２，３−ジケトグロン酸、Ｌ−キシロソン、２−ケトグルタルアルデヒド、および、レダクチン酸も還元性を有する。よって、Ｌ−アスコルビン酸がめっき浴２０中で分解したものが銅とともに共析しても、マトリックスとしての銅の酸化を抑制する効果を奏することができる。なお、還元剤溶液５０は、還元剤が完全に溶解した溶液でもよいし、還元剤がコロイド状に分散したコロイド溶液状でもよい。
【００２０】
供給路６０は、還元剤溶液５０が放出される供給口６１が被着体３０に向いた構造となっている。このため、還元剤溶液５０は、被着体３０に向かう流速ベクトルをもって放出される。これにより、被着体３０の近傍において、還元剤の濃度を、被着体３０から離れた位置、例えば陽極４０近傍よりも高い状態を維持することができる。したがって、被着体３０に析出する前に自然酸化してしまう還元剤の量を抑制することができる。
【００２１】
なお、本実施形態における供給路６０は、還元剤溶液５０の流量を制御するための流量制御部６２を有している。流量制御部６２は、被着体３０と陽極４０との間に流れる電流の電流密度に基づいて、還元剤溶液５０の流量を制御するものである。例えば、電流密度を高くするほど還元剤溶液５０の流量が大きくなるように制御する。換言すれば、電流密度が小さく、銅の析出速度が遅い場合に、還元剤が過剰に供給されないように制御する。これにより、還元剤が自然酸化により劣化したものがめっき浴２０中に発生することを抑制することができる。
【００２２】
次に、本実施形態に係る複合材料の製造装置１００を用いた、複合材料の製造方法および作用効果について説明する。
【００２３】
被着体３０にマトリックスとしての金属をめっきする方法は従来知られた方法であるため、詳細は割愛する。
【００２４】
先ず、めっき浴槽１０およびめっき浴２０を準備する。めっき浴２０は、例えば硫酸銅の濃度を略０．８Ｍ、硫酸の濃度を略５３g／Ｌ、錯化剤としての１，１０−フェナントロリンの濃度を略０．０２Ｍ、錯体安定化剤としてのタンニン酸の濃度を略０．２ｍＭとする。
【００２５】
次いで、被着体３０としてのリン青銅板、および陽極４０としての銅板をめっき浴２０に浸す。そして、被着体３０が陰極となるように電源２００を電気的に接続する。
【００２６】
次いで、被着体３０−陽極４０間に電流を流してめっきを行う複合めっき工程を実施する。電源２００をオンとし、電流密度が略６Ａ／ｄｍ２とされた電流を流す。この電流を流しつつ、Ｌ−アスコルビン酸を溶解して調製された還元剤溶液５０を、供給路６０に流動させる。この際、供給路６０の供給口６１から放出された還元剤溶液５０は、被着体３０に向かう流速ベクトルをもってめっき浴２０中を移動する。なお、供給路６０に流れる還元剤溶液５０の流量は、被着体３０近傍におけるＬ−アスコルビン酸の濃度が略０．８Ｍとなるように調整する。
【００２７】
従来のように、めっき浴２０中に、最初からＬ−アスコルビン酸が混合された状態で複合めっき工程を実施すると、Ｌ−アスコルビン酸が自然酸化し、還元剤としての能力が劣化した状態で被着体３０に析出してしまう虞があった。また、めっき浴２０全体における単位時間当たりに分解される還元剤の総量が増大する問題があった。これに対して、本実施形態に係る製造方法を採用すれば、還元剤としての能力が劣化していないＬ−アスコルビン酸を直接被着体３０に向かわせることができる。これにより、Ｌ−アスコルビン酸は、めっき浴２０中を長時間滞留することなく被着体３０近傍に存在することができる。Ｌ−アスコルビン酸が被着体３０に析出して、被着体３０近傍のＬ−アスコルビン酸濃度が低下しても、還元剤溶液５０は常に供給路６０から供給される。このため、被着体３０近傍のＬ−アスコルビン酸濃度を、常に所定の濃度に維持することができる。したがって、Ｌ−アスコルビン酸あるいはＬ−アスコルビン酸の分解生成物を、被着体３０に効率よく析出させることができる。また、還元剤がめっき浴２０中に長時間滞留することがないため、単位時間当たりに分解される還元剤の総量を抑制することができ、めっき浴２０の寿命を長くすることができる。
【００２８】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００２９】
上記した実施形態では、還元剤溶液５０をめっき浴２０に導く供給路６０として、その供給口６１が被着体３０に向いた構造とする例を示したが、被着体３０近傍の還元剤の濃度を、被着体３０から離れた位置に較べて高くすることが実現できる構成であればよい。
【００３０】
また、上記した実施形態では、還元剤として、Ｌ−アスコルビン酸を採用する例を示したが、Ｄ−アラボアスコルビン酸、アセトアルデヒド２，４−ジニトロフェニルヒドラゾン、４−ヒドラジノ安息香酸、および、ジエチルヒドロキシルアミンを採用することもできる。また、これら還元剤の混合物であってもよい。
【００３１】
また、上記した実施形態では、錯化剤として１，１０−フェナントロリンを用いる例を示したが、２，２−ビピリジルを採用することもできる。また、１，１０−フェナントロリンと２，２−ビピリジルの混合物を用いてもよい。
【００３２】
また、上記した実施形態では、錯化剤および錯体安定化剤をめっき浴２０中に混合しておく例を示したが、還元剤とともに還元剤溶液５０中に混合されていてもよい。
【００３３】
また、上記した実施形態では、マトリックスとしての金属が銅である例を示したが、マトリックスとしての金属、および還元剤は、金属と該金属の酸化物を常温で還元可能な組み合わせであれば特に限定されるものではない。例えば、マトリックスとして、スズまたはスズを主成分とするスズ合金を採用する場合あっても、上記した実施形態と同様の製造装置および製造方法を採用することができる。マトリックスとしてスズを採用する場合には、還元剤として、ジベンジルヒドロキシルアミンおよび１，３−ジヒドロキシアセトンダイマーのいずれか１種、またはこれらの混合物であることが好ましい。
【符号の説明】
【００３４】
１００・・・複合材料の製造装置
１０・・・めっき浴槽
２０・・・めっき浴
３０・・・被着体
４０・・・陽極
５０・・・還元剤溶液
６０・・・供給路，６１・・・供給口，６２・・・流量制御部
【図１】
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【図２】
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