(57)【要約】【課題】  ひずみゲージを利用しためっき皮膜の内部応力の測定を正確かつ容易に行うことができる電極カートリッジ及びめっき内部応力測定システムを提供することを目的とする。【解決手段】  めっきが施される被めっき部ＣＰの背面に前記ひずみゲージが取り付けられた陰極板Ｃをめっき液中に支持する陰極板支持部１１と、前記陰極板Ｃから所定間隔を隔てた位置に、該陰極板Ｃと対向させて、陽極板Ａをめっき液中に支持する陽極板支持部１２と、前記陰極板Ｃと前記陽極板Ａとの間に配置される遮蔽板１３と、めっき液中において前記陽極板Ａの周囲及び下端を包囲する陽極板包囲部１４と、から電極カートリッジ１０を構成する。そして、前記遮蔽板１３には、前記陰極板の被めっき部と対向する位置に、所定形状の貫通孔１３ａを形成し、前記陽極板包囲部１４には、前記陰極板の被めっき部と対向する位置に、所定形状の開口部１４ａを形成する。【選択図】      図２
2005221269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ひずみゲージを利用しためっき皮膜の内部応力測定に使用する電極カートリッジであって、
めっきが施される被めっき部の背面に前記ひずみゲージが取り付けられた陰極板をめっき液中に支持する陰極板支持部と、
前記陰極板から所定間隔を隔てた位置に、該陰極板と対向させて、陽極板をめっき液中に支持する陽極板支持部と、
前記陰極板と前記陽極板との間に配置される遮蔽板と、
めっき液中において前記陽極板の周囲及び下端を包囲する陽極板包囲部と、からなり、
前記遮蔽板には、前記陰極板の被めっき部と対向する位置に、該被めっき部の形状を所定の倍率で縮小した形状の貫通孔が形成され、
前記陽極板包囲部には、前記陰極板の被めっき部と対向する位置に、該被めっき部の形状を所定の倍率で拡大した形状の開口部が形成されていることを特徴とする電極カートリッジ。
【請求項２】
請求項１に記載の電極カートリッジであって、
前記陰極板支持部から前記陰極板の下端と対向する位置に向かって延出し、前記陰極板の下端と対向する位置から気泡を噴出させる気泡供給部をさらに備えることを特徴とする電極カートリッジ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電極カートリッジと、
この電極カートリッジによってめっき液中に支持される前記陰極板及び前記陽極板と、
めっき液が貯留され、前記電極カートリッジが設置されるめっき槽と、
前記陰極板と前記陽極板に接続される電源装置と、
前記陰極板に取り付けられたひずみゲージに接続される計測器と、
前記計測器の計測値、前記陰極板の特性値及びめっき皮膜の特性値に基づいて、当該めっき皮膜の内部応力を計算する計算機と、
を備えることを特徴とするめっき内部応力測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ひずみゲージを利用しためっき皮膜の内部応力測定に使用する電極カートリッジ、及び、この電極カートリッジを備えためっき内部応力測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、日常社会の様々な方面において金属の表面にめっきが行われている。そして、めっき物の微細化に伴って、めっき皮膜の薄膜化や、種々の機能性に対する要求は非常に高くなってきている。とくに、半導体の分野においては、ナノ（ｎ）レベルでめっきの厚さや幅を制御することが求められている。
【０００３】
最良のめっき皮膜をコンスタントに得るためには、めっき液組成、電流密度、攪拌速度、めっき液温度などの電着条件を最適にすることが必要となる。しかし、通常のめっき方法においては、これらの条件が最適な状態からスタートしても、めっきを行っていくうちに徐々にめっき液の組成が変化し、めっき皮膜の特性が変化してしまうことがある。したがって、めっき皮膜の特性が変化しないようにするためには、めっき浴の状態を常に把握して、各種条件を調整する必要がある。このめっき浴の状態を知るための方法として、めっき皮膜の内部応力（以下、「めっき内部応力」と適宜略称する）を測定する方法がある。そして、従来、めっき皮膜の内部応力測定装置としては、スパイラル応力計を利用するものがあった。以下、スパイラル応力計を利用しためっき内部応力測定装置（以下、「スパイラルめっき応力計」と適宜略称する）について説明する。
【０００４】
スパイラルめっき応力計５０は、図７に示すように、スパイラル状に形成した試験片５１を、固定用クランプ５３，５４によって、支持軸５２と回転軸５７に固定したものである。試験片５１は、その内側面（裏面）をフッ素樹脂でコーティングされており、外側面（表面）にのみめっき皮膜が形成されるようになっている。支持軸５２は、中空部を有する筒状の部材であり、その下端部に連結された固定用クランプ５３によって、試験片５１の上端部を支持している。回転軸５７は、細長い棒状の部材であり、支持軸５２の中空部を貫通するとともに、回転可能に設置されている。回転軸５７の上端部はトランスデューサ５６の針に連結されており、回転軸５７の下端部は固定用クランプ５４に連結されている。これにより、固定用クランプ５４を介して試験片５１のねじれが回転軸５７に伝わると、トランスデューサ５６の針が回転するようになっている。
【０００５】
そして、このスパイラルめっき応力計５０をめっき液が入れられた水槽に入れ、陽極板５５との間で図示しない電源により電流を流すと、試験片５１の表面側がめっきされるので、試験片５１にめっき内部応力が発生し、回転軸５７を回転させる。この回転をトランスデューサ５６によって捩じれ角度（α）に変換して、めっき内部応力を測定するものである。このときのめっき内部応力（σ）は式（１）により算出することができる。
【０００６】
σ＝（２ｋ／ｐｔ）・（α／ｄ）    ・・・・・・・・・・・・・・・（１）
ただし、ｋ：スパイラル定数（ｍｍ・Ｎ／ｄｅｇ）
ｐ：スパイラルのピッチ（ｍｍ）
ｔ：スパイラル板の厚さ（ｍｍ）
α：捩じれ角（ｄｅｇ）
ｄ：めっきの厚さ（ｍｍ）
【０００７】
かかるスパイラルめっき応力計５０は、比較的高い精度でめっき内部応力を測定できるが、トランスデューサ５６の目盛りを肉眼で読み取る必要があることから、微細な応力を測定し難かった。また、スパイラルめっき応力計５０は、リアルタイムでめっき内部応力の変化を観察できるが、時間ごとに目盛りを読み取らなくてはならず、作業が煩雑であった。また、トランスデューサ５６の目盛りを肉眼で読み取ることから、測定者によって多少の誤差が生じてしまうという問題があった。
【０００８】
また、スパイラルめっき応力計５０は、トランスデューサ５６の目盛りを肉眼で読み取って計測することから、肉眼で読み取り可能な程度に、トランスデューサ５６の針が動く必要がある。トランスデューサ５６の針は、試験片５１の剛性が小さいほど多く回転するため、試験片５１の厚さが小さいほど、小さな応力を計測することができる。ところが、試験片５１が変形すると、めっき皮膜の内部応力は応力開放されて小さくなってしまうため、試験片５１の剛性を小さくする（試験片５１を薄くする）と、めっき内部応力を正確に計測することができなくなるという問題があった。すなわち、スパイラルめっき応力計５０では、めっき皮膜の内部応力の計測精度に限界があった。
【０００９】
一方、ひずみゲージの原理を利用してめっき内部応力を測定する方法が研究されており、これについては非特許文献１に記載されている。
この方法は、素地金属の変形に伴う電気抵抗の変化から当該素地金属のひずみを計測するひずみゲージを陰極板の背面に貼り付けることによって、めっき皮膜の内部応力による陰極板のひずみ（微小変形）を測定し、このひずみからめっき内部応力を計算するものである。
【００１０】
図８は、ひずみゲージを利用した従来のめっき内部応力計測装置におけるめっき槽内の電圧分布を示した水平断面図である。従来のめっき内部応力測定装置６０は、めっき液が貯留されためっき槽６１と、このめっき槽６１の内部に、所定の間隔を隔てて互いに対向するように設置された陰極板Ｃと陽極板Ａと、この陰極板Ｃと陽極板Ａの間に配置され、所定の大きさの貫通孔６２ａを有する遮蔽板６２とからなる。また、陰極板Ｃの被めっき部の背面にはひずみゲージＨＧが取り付けられている。
【００１１】
この装置を用いてめっき内部応力を正確に測定するためには、被めっき物である陰極板Ｃに形成されるめっき皮膜の厚さを均一にする必要がある。そのため、従来のめっき内部応力測定装置６０においては、図８に示すように、陽極板Ａと陰極板Ｃの間に所定の大きさの貫通孔６２ａを設けた遮蔽板６２を設置するとともに、陰極板Ｃと遮蔽板６２との間隔及び遮蔽板６２と陽極板Ａとの間隔を適切に調節することによって、陰極板Ｃに沿って平行な等電位線が得られるようにしている。これにより、槽内の電圧分布を調整し、均一な厚さのめっき皮膜を形成するようにしている。
【００１２】
なお、参考として、本出願人が過去に出願しためっき内部応力測定装置の公開番号を以下に示す（特許文献１）。
【特許文献１】特開２０００−００２５９８号公報（段落番号００１０〜００１７、図１）
【非特許文献１】津留  豊他著，銅素地電極上に電析したニッケル膜の平均内部応力測定システムの開発，「電気化学および工業物理化学」，電気化学会，１９９２年９月，第６０巻，第９号，ｐ．７８０−７８４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、均一な膜厚のめっき皮膜を得るためには、（１）陰極板Ｃと遮蔽板６２と陽極板Ａとの間隔、（２）前記貫通孔６２ａの幅と陰極板Ｃの幅の比率、（３）前記貫通孔６２ａと陰極板Ｃの被めっき部との高さ方向の位置関係等を正確に調節する必要がある。しかし、この調節を手作業で行うと、非常に手間がかかったり、調節がうまくいかずに均一な膜厚のめっき皮膜が得られないことがあった。特に、膜厚が非常に薄いめっき皮膜の内部応力を測定する場合等に、このような問題が顕著であった。
【００１４】
また、前記（１）から（３）の間隔や幅を正確に調節したとしても、めっきを続けているうちに、陽極板Ａが溶解して陽極板Ａの幅が変化すると、等電位線が変化して、陰極板Ｃと平行ではなくなってくることがある。そのため、均一な厚さのめっき皮膜が得られず、正確なめっき内部応力が計測できないという問題があった。
【００１５】
また、めっき皮膜を形成するために両電極Ｃ，Ａに電源を接続して通電すると、陰極板の表面に水素イオン（Ｈ+）が集まってきて、めっき皮膜の表面にピット（凹み）が形成される。かかるピットが大量に発生すると、めっき皮膜の内部応力を正確に測定できなくなってしまう。そのため、めっき皮膜の表面に集まってくる水素イオンを除去する手段が必要となる。水素イオンを除去する方法としては、陰極板Ｃに振動を与える方法や、陰極板Ｃに気泡を当てて水素イオンを飛ばしてしまう方法がある。しかし、振動を与える方法では、ひずみゲージの計測値に影響（ノイズ）が出てしまう。また、気泡を当てる方法では、気泡を当てる位置が変化することにより、めっき皮膜の状態が変化してしまうことがあった。そのため、陰極板Ｃと気泡の噴出孔の位置関係を手作業で調節していると、当該位置関係が微妙にずれることにより、めっき皮膜の再現性を担保することができず、めっき内部応力の測定精度が落ちてしまうという問題があった。
【００１６】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、ひずみゲージを利用しためっき皮膜の内部応力の測定を正確かつ容易に行うことができる電極カートリッジ、及び、この電極カートリッジを用いためっき皮膜の内部応力測定システム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】
【００１７】
請求項１に記載の電極カートリッジは、ひずみゲージを利用しためっき皮膜の内部応力測定に使用する電極カートリッジであって、めっきが施される被めっき部の背面に前記ひずみゲージが取り付けられた陰極板をめっき液中に支持する陰極板支持部と、前記陰極板から所定間隔を隔てた位置に、該陰極板と対向させて、陽極板をめっき液中に支持する陽極板支持部と、前記陰極板と前記陽極板との間に配置される遮蔽板と、めっき液中において前記陽極板の周囲及び下端を包囲する陽極板包囲部と、からなり、前記遮蔽板には、前記陰極板の被めっき部と対向する位置に、該被めっき部の形状を所定の倍率で縮小した形状の貫通孔が形成され、前記陽極板包囲部には、前記陰極板の被めっき部と対向する位置に、該被めっき部の形状を所定の倍率で拡大した形状の開口部が形成されていることを特徴とする。
【００１８】
かかる電極カートリッジによれば、当該電極カートリッジは、陰極板をめっき液中に支持する陰極板支持部と、前記陰極板から所定間隔を隔てた位置に、該陰極板と対向させて、陽極板をめっき液中に支持する陽極板支持部と、前記陰極板と前記陽極板との間に配置される遮蔽板とを備え、前記遮蔽板には、前記陰極板の被めっき部と対向する位置に、該被めっき部の形状を所定の倍率で縮小した形状の貫通孔が形成されることから、当該電極カートリッジに陰極板と陽極板とをセットすると、陰極板と陽極板と貫通孔の配置や間隔を微調整しなくても、両者は互いに対向する位置に所定の間隔及び所定の大きさで配置される。そのため、陰極板と陽極板の配置や間隔を微調整する作業が必要なくなり、めっき皮膜の応力測定を容易に行うことができる。
【００１９】
また、前記電極カートリッジは、めっき液中において前記陽極板の周囲及び下端を包囲する陽極板包囲部を備え、前記陽極板包囲部には、前記陰極板の被めっき部と対向する位置に、該被めっき部の形状を所定の倍率で拡大した形状の開口部が形成されていることから、陽極板Ａが溶解してその幅が変化しても、所定の大きさに開口した陽極板包囲部の開口部の幅（大きさ）は変化しないため、めっき液中の電圧分布は、陰極板付近において、陰極板と常に平行になる。換言すれば、陽極板の溶解に影響されることなく、均一な膜厚のめっき皮膜を形成することができる。そのため、めっき皮膜の内部応力を正確かつ容易に計測することができる。このとき、陽極板が溶解してその幅が小さくなったときでも、陽極板包囲部に形成された開口部の幅一杯に陽極板が臨出するように、陽極板の幅は、開口部の幅よりも大きいことが望ましい。
【００２０】
なお、前記電極カートリッジの遮蔽板の貫通孔の幅及び高さは、被めっき部の幅及び高さの０．４倍〜０．８倍とするのが好適である。また、陽極板包囲部の開口部の幅及び高さは、被めっき部の幅及び高さの１．１倍〜１．３倍とするのが好適である。貫通孔及び開口部の幅及び高さをこのような大きさにすると、被めっき部のエッジ部分の膜厚が他の部分に比して厚くなることを良好に防止することができる。
【００２１】
請求項２に係る電極カートリッジは、請求項１に記載の電極カートリッジであって、前記陰極板支持部から前記陰極板の下端と対向する位置に向かって延出し、前記陰極板の下端と対向する位置から気泡を噴出させる気泡供給部をさらに備えることを特徴とする。
【００２２】
かかる電極カートリッジによれば、当該電極カートリッジは、前記陰極板支持部から前記陰極板の下端と対向する位置に向かって延出し、前記陰極板の下端と対向する位置から気泡を噴出させる気泡供給部をさらに備えることから、陰極板と気泡の噴出位置を調節する必要がなく、陰極板に気泡を常に同じ状態で当てることができる。そのため、位置調節の手間を省きながらピットの形成を防止するとともに、めっき皮膜の再現性を担保することが可能となり、めっき皮膜の内部応力を正確かつ容易に測定することができる。
【００２３】
請求項３に係るめっき内部応力測定システムは、請求項１又は請求項２に記載の電極カートリッジと、この電極カートリッジによってめっき液中に支持される前記陰極板及び前記陽極板と、めっき液が貯留され、前記電極カートリッジが設置されるめっき槽と、前記陰極板と前記陽極板に接続される電源装置と、前記陰極板に取り付けられたひずみゲージに接続される計測器と、前記計測器の計測値、前記陰極板の特性値及びめっき皮膜の特性値に基づいて、当該めっき皮膜の内部応力を計算する計算機と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
かかるめっき内部応力測定システムによれば、前記電極カートリッジを備えることから、当該電極カートリッジに電極をセットするだけで、煩雑であった電極や遮蔽板の位置決め作業を行うことなく、均一な膜厚のめっき皮膜を形成させて、正確なめっき内部応力を容易に測定することが可能となる。
【００２５】
また、前記めっき内部応力測定システムは、前記陰極板に取り付けられたひずみゲージに接続される計測器と、前記計測器の計測値、前記陰極板の特性値及びめっき皮膜の特性値に基づいて、当該めっき皮膜の内部応力を計算する計算機とを備えることから、目盛りを肉眼で読み取るスパイラルめっき応力計５０に比して、微細な応力の変化を計測することが可能となる。また、ひずみゲージの計測値は、電気信号として計測器に入力されることから、応力の変化を電子データとして取得可能である。また、測定者によって読み取り誤差が生じることもない。そのため、めっき内部応力の測定が正確かつ容易となる。
【００２６】
なお、前記電源装置としては、直流電源の他、パルス電源、交流電源などを用いることができる。また、前記計算機は、例えば、式（２）に基づいてめっき皮膜の内部応力を計算することができる。計算機としては、一般的なパソコン等を利用することができる。
【００２７】
σ＝Ｅｔ2δ／｛３（１−ν）ｄｌ2｝・・・・・・・・（２）
ここで、σ：めっき皮膜の内部応力
ｌ：陰極板の被めっき部の長さ
ｔ：陰極板の厚さ
Ｅ：陰極板のヤング率
ν：陰極板のポアソン比
δ：陰極板のたわみ量
ｄ：めっき皮膜の膜厚
【発明の効果】
【００２８】
かかる電極カートリッジ及びめっき皮膜の内部応力測定システムによれば、ひずみゲージを利用しためっき皮膜の内部応力の測定を正確かつ容易に行うことができる。したがって、かかる測定結果に基づいてめっき条件を調節することにより、最良のめっき皮膜をコンスタントに得ることができる。
【００２９】
また、ひずみゲージは、陰極板Ｃの非常に微小な変形を計測することができることから、ナノテクノロジーに用いるレベルの厚さに形成されためっき皮膜の内部応力を正確かつ容易に測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、参照する図面において、同一の要素には同一の番号を付し、重複する説明は省略する。
【００３１】
＜めっき内部応力測定システムの構成＞
図１は、本実施形態に係るめっき内部応力測定システムを示した斜視図である。めっき内部応力測定システム１００は、図１に示すように、陰極板Ｃと陽極板Ａとが設置された電極カートリッジ１０と、めっき液を貯留するめっき槽２０と、陰極板Ｃに取り付けられたひずみゲージＨＧと接続される計測器３０と、計測器３０の計測値に基づいてめっき内部応力を計算するノート型パソコン４０とから構成されている。なお、本実施形態においては、計測器３０は、めっきに必要な電力を供給するための直流電源を備えているものとする。
【００３２】
電極カートリッジ１０は、陰極板Ｃと陽極板Ａとをめっき液中に支持するものである。電極カートリッジ１０は、後記するめっき槽２０の貯留部２２に貯留されためっき液中に浸漬される。これにより、電極カートリッジ１０に支持された陰極板Ｃ及び陽極板Ａの下端部は、めっき液中に浸漬されることとなる。このとき、電極カートリッジ１０は、当該電極カートリッジ１０の側部から張り出した係止部によって、後記するめっき槽２０の貯留部２２の上端部２２ａに係止される。そのため、陰極板Ｃ及び陽極板Ａは、その上端部がめっき液から突出した状態で支持されることとなる。電極カートリッジ１０の構造については、図２を参照して後に詳しく説明する。
【００３３】
電極カートリッジ１０に設置される陰極板Ｃ及び陽極板Ａの上端部には、計測器３０に備えられた直流電源から延びる電源ケーブルＥが接続され、電流を供給可能となっている。また、陰極板ＣにはひずみゲージＨＧが取り付けられており（図２参照）、当該ひずみゲージＨＧは、計測器３０に接続されている。なお、陰極板Ｃ及び陽極板Ａの構造については、図２を参照して後に詳しく説明する。
【００３４】
めっき槽２０は、めっき液を貯留するための水槽であり、このめっき槽２０に前記電極カートリッジ１０が設置される。めっき槽２０は、基台２１と、めっき液を貯留するための貯留部２２とから構成されている。基台２１は、貯留部２２を支えるための台である。貯留部２２は、上部が開口した四角筒状の部材であり、貯留部２２の中空部２２ｂにはめっき液（図示省略）が貯留されている。
【００３５】
電極カートリッジ１０及びめっき槽２０は、めっき液で腐食されにくいアクリル、ポリプロピレン、フッ素樹脂等の合成樹脂系の材料又はガラス等で形成するのが好適である。
【００３６】
計測器３０は、陰極板Ｃに取り付けられたひずみゲージＨＧ（図２参照）の電気抵抗の変化（電圧信号の変化）から陰極板Ｃのひずみを計測する機器である。計測器３０は、例えば、ひずみゲージＨＧをその一部に組み込んだ等価回路（ホイートストンブリッジ）を備えており、ひずみゲージＨＧの電気抵抗の変化から、陰極板Ｃのひずみを計測可能となっている。また、計測器３０は、計測したひずみを、接続ケーブルＫを介してノート型パソコン４０に送信可能となっている。
【００３７】
計測器３０は、直流電源を備えており、陰極板Ｃと陽極板Ａとの間に電流を供給可能となっている。通電された電流の値や通電時間等は、接続ケーブルＫを介してノート型パソコン４０に送信され、めっき皮膜の膜厚の計算などに使用される。なお、めっき皮膜の膜厚が所定の膜厚となるように、予め電流値と通電時間を決めておき、その値にしたがって計測器３０の直流電源を稼動させるようにすることもできる。かかる場合には、電流値及び通電時間を送信せずに、予めノート型パソコン４０に入力しておいてもよい。
【００３８】
ノート型パソコン４０は、計測器３０によって計測された陰極板Ｃのひずみから、めっき皮膜の内部応力を計算するものである。ノート型パソコン４０と計測器３０とは、接続ケーブルＫによって接続されており、計測器３０で計測したデータを受信可能となっている。ノート型パソコン４０は、ひずみゲージＨＧの計測値（ひずみ）、陰極板Ｃ（被めっき部ＣＰ）の特性値（厚さ、長さ、ヤング率、ポアソン比等）、及び、めっき皮膜の特性値（膜厚等）から、前記した式（２）によって、めっき皮膜の内部応力を計算するようになっている。計算されためっき皮膜の内部応力σは、例えばグラフなどの形式で、ディスプレイに表示される。これにより、測定者は、めっき皮膜の内部応力を把握することができる。なお、このノート型パソコン４０が、特許請求の範囲にいう「計算機」に相当する。
【００３９】
なお、ノート型パソコン４０において、計測器３０で計測した陰極板Ｃのひずみ（ε）からたわみ量（δ）を計算する方法としては、実験によりひずみとたわみ量の関係を予め求めておき、これに基づいて計算する方法がある。
【００４０】
＜電極カートリッジの構造＞
つづいて、図２〜図６を参照して電極カートリッジ１０の構造について説明する。図２は、陰極板及び陽極板が設置された電極カートリッジとめっき槽を示した斜視図である。図３は、電極カートリッジの六面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は背面図、（ｅ）は底面図である。図４は、図３（ａ）に示した矢視Ａ，Ｂ，Ｃにおける電極カートリッジの断面図であり、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ断面図である。図５は、図４（ｃ）に示した矢視Ｄにおいて電極カートリッジの一部を切り欠いて示した斜視図である。図６は、陰極板の被めっき部と、遮蔽板の貫通孔と、陽極板包囲部の開口部との関係を説明するための図である。
【００４１】
電極カートリッジ１０は、図２〜図６に示すように、陰極板支持部１１と、陽極板支持部１２と、遮蔽板１３と、陽極板包囲部１４（図５）と、気泡供給部１５と、これらの各部材を連結する連結部１６とから構成されている。
【００４２】
陰極板支持部１１は、陰極板支持部本体１１ａと、係止部１１ｂ、１１ｃと、陰極板挿入部１１ｄと、止め螺子１１ｅとから構成されている。陰極板支持部１１は、陰極板挿入部１１ｄに挿入される陰極板Ｃをめっき液中に支持する役割を果たす。
【００４３】
陰極板支持部本体１１ａは、直方体形状の部材であり、長手方向の両端部に係止部１１ｂ、１１ｃが突設されている。係止部１１ｂ、１１ｃは、電極カートリッジ１０をめっき槽２０に浸漬したときに、貯留部２２の上端部２２ａに当接して、電極カートリッジ１０（陰極板支持部本体１１ａ）を係止するようになっている。
【００４４】
また、陰極板支持部本体１１ａの長手方向の中央部には、陰極板Ｃを挿入するための陰極板挿入部１１ｄが上下方向に貫通して形成されている（図４（ａ））。また、陰極板支持部本体１１ａの短手方向の側面であって、陰極板挿入部１１ｄに対応する位置には、挿入された陰極板Ｃの上下方向の位置を調節・固定するための止め螺子１１ｅが設けられている。
【００４５】
したがって、陰極板支持部１１は、陰極板挿入部１１ｄに陰極板Ｃを挿入し、止め螺子１１ｅによって固定した状態で、係止部１１ｂ、１１ｃをめっき槽２０の上端部２２ａに当接させることにより、陰極板支持部本体１１ａをめっき槽２０の貯留部２２の中空部２２ｂ上に架設可能になっている。そして、陰極板Ｃは、その下端部をめっき液中に浸漬され、上端部をめっき液から突出させた状態で、陰極板支持部本体１１ａによって支持されることとなる。
【００４６】
ここで、陰極板支持部１１に支持される陰極板Ｃについて説明する。
陰極板Ｃは、導電材料によって細長い板状（短冊状）に形成された電極であり、被めっき物となるものである。陰極板Ｃの一端側には、めっき皮膜を析出させるための被めっき部ＣＰが形成されている。被めっき部ＣＰは、例えば、陰極板Ｃの表面のうち、被めっき部ＣＰとする部分以外の部分に絶縁塗料を塗布することなどにより形成される。また、この被めっき部ＣＰの背面には、陰極板Ｃのひずみを計測するためのひずみゲージＨＧが貼り付けられている。陰極板Ｃは、被めっき部ＣＰが形成された一端側を下方に向けて、電極カートリッジ１０の陰極板挿入部１１ｄに設置される。また、陰極板Ｃは、止め螺子１１ｅによって、被めっき部ＣＰの上下方向の位置を、後記する遮蔽板１３の貫通孔１３ａと対向する位置になるように調節されて設置される。なお、陰極板Ｃの上端部に突起を設けて、上下方向の位置調節を不要とするように構成してもよい。かかる突起は、当該突起と陰極板支持部本体１１ａの上面とが当接したときに、被めっき部ＣＰの中心が、後記する遮蔽板１３の貫通孔１３ａの中心及び陽極板包囲部１４の開口部１４ａの中心と同じ高さになるように形成するのが望ましい。また、陰極板Ｃの他端側には、計測器３０に備えられた直流電源から延びる電源ケーブルＥが接続される。
【００４７】
なお、陰極板Ｃの厚さ（ｔ）は、特に制限はないが、０．６ｍｍ程度とするのが好ましい。また、被めっき部ＣＰの長さ（ｌ）は、特に制限はないが、２５ｍｍ程度とするのが好ましい。また、陰極板Ｃのヤング率（Ｅ）及びポアソン比（ν）は、陰極板Ｃの材料となる金属の製造ロットごとに定まる値であり、試験により求めたり、当該ロットに付属する試験成績表などから取得可能である。
【００４８】
陽極板支持部１２は、陽極板支持部本体１２ａと、係止部１２ｂ、１２ｃと、陽極板挿入部１２ｄとから構成されている。陽極板支持部１２は、陽極板挿入部１２ｄに挿入された陽極板Ａをめっき液中に支持するものである。陽極板支持部１２は、止め螺子１１ｅに対応するものがない以外は、前記した陰極板支持部１１と略同様の構造を呈している。
【００４９】
陽極板支持部本体１２ａは、直方体形状の部材であり、連結部１６（１６ａ、１６ｂ）（図３（ａ）参照）によって、陰極板支持部本体１１ａと所定間隔を隔てて連結（固定）されている。陰極板支持部本体１１ａと陽極板支持部本体１２ａとの間隔は、めっき皮膜が均一な厚さとなる間隔に設定されている。陽極板支持部本体１２ａの長手方向の両端部には、めっき槽２０の上端部２２ａに係止される係止部１２ｂ、１２ｃが突設されている。また、陽極板支持部本体１２ａには、陰極板挿入部１１ｄと対向する位置に、陽極板挿入部１２ｄが上下方向に貫通して形成されており、陽極板Ａを挿入すると、陰極板挿入部１１ｄに挿入された陰極板Ｃと対向するようになっている。
【００５０】
ここで陽極板支持部１２に支持される陽極板Ａについて説明する。
陽極板Ａは、導電材料で形成された細長い板状の電極であり、通常は、めっき液に溶融している物質と同じ材料で形成されたもの（例えばニッケルめっきならばニッケル素材のもの）が用いられる。ただし、陽極板Ａの材質が不溶性である場合は、めっき液と異なる材質のものであってもよい。陽極板Ａは、陽極板挿入部１２ｄの下部に形成される陽極板包囲部１４（図５参照）の底面に当接して上下方向に支持される。
【００５１】
遮蔽板１３は、陰極板Ｃと陽極板Ａの間に設置される板状の部材であり、陰極板Ｃの被めっき部ＣＰと相似形状の貫通孔１３ａが所定位置に形成されている（図４（ｂ）参照）。遮蔽板１３は、かかる貫通孔１３ａによって、めっき液中の電圧分布を、陰極板Ｃと平行に調節する役割を果たすものである。遮蔽板１３は、陰極板支持部本体１１ａの下面の長手方向の両端部から下方に向かって延出する連結部１６ｃ、１６ｄの側面に連結されている。また、連結部１６ｃ、１６ｄの下端部同士は、連結部１６ｇによって連結されている。また、遮蔽板１３の上下方向の長さは、陰極板支持部本体１１ａの下面から連結部１６ｇの上面までの長さと等しく形成されている。これにより、連結部１６ｃ、１６ｄ、１６ｇ及び陰極板支持部本体１１ａによって囲われた空間は、陽極板Ａ側において、遮蔽板１３によって、貫通孔１３ａを除いて遮蔽されることとなる。なお、めっき液の液面が、遮蔽板１３の上端よりも低い位置となる場合には、遮蔽板１３の上端は、陰極板支持部本体１１ａの下面と接していなくてもよい。
【００５２】
陽極板包囲部１４は、図５に示すように、陽極板Ａの周囲及び下端を包囲する有底筒状の部材であり、陽極板支持部本体１２ａの下面から延出するように形成されている。陽極板包囲部１４の中空部１４ｂは、陽極板支持部本体１２ａに形成された陽極板挿入部１２ｄと連通しており、陽極板挿入部１２ｄの上部開口から挿入した陽極板Ａを内包可能となっている。また、陽極板包囲部１４は、陰極板Ｃ側の側面に、陰極板Ｃの被めっき部ＣＰと相似形状（本実施形態では長方形形状）であり、中空部１４ｂと連通する開口部１４ａを備えている。陽極板包囲部１４の開口部１４ａは、遮蔽板１３の貫通孔１３ａと対向する位置（図心が等しい位置）に形成されている。
【００５３】
ここで、陰極板Ｃの被めっき部ＣＰと、遮蔽板１３の貫通孔１３ａと、陽極板包囲部１４の開口部１４ａとの関係について、図６を参照して説明する。
【００５４】
図６は、陰極板Ｃの被めっき部ＣＰと、遮蔽板１３の貫通孔１３ａと、陽極板包囲部１４の開口部１４ａとを重ねて示した電極カートリッジの正面図である。
陰極板Ｃの被めっき部ＣＰと、遮蔽板１３の貫通孔１３ａと、陽極板包囲部１４の開口部１４ａとは、図６に示すように、電極カートリッジ１０の正面からみると、図心の位置を等しくして重なり合うこととなる。
【００５５】
遮蔽板１３の貫通孔１３ａは、被めっき部ＣＰの形状を所定の倍率で縮小した相似形状を呈している。なお、貫通孔１３ａの幅及び高さは、被めっき部ＣＰの幅及び高さの０．４倍〜０．８倍程度であるのが好ましい。例えば、縮小率を０．７倍と仮定すると、貫通孔１３ａの幅及び高さは、
ａ2＝０．７×ａ1
ｂ2＝０．７×ｂ1
となる。ただし、ａ1は被めっき部ＣＰの縦方向の長さ（高さ）、ｂ1は被めっき部ＣＰの横方向の長さ（幅）、ａ2は貫通孔１３ａの縦方向の長さ（高さ）、ｂ2は貫通孔１３ａの横方向の長さ（幅）である（図６参照）。
【００５６】
陽極板包囲部１４の開口部１４ａは、被めっき部ＣＰの形状を所定の倍率で拡大した相似形状を呈している。なお、開口部１４ａの面積は、被めっき部ＣＰの幅及び高さの１．１倍〜１．３倍程度であるのが好ましい。例えば、縮小率を１．２倍と仮定すると、開口部１４ａの幅及び高さは、
ａ3＝１．２×ａ1
ｂ3＝１．２×ｂ1
となる。ただし、ａ3は開口部１４ａの縦方向の長さ（高さ）、ｂ3は開口部１４ａの横方向の長さ（幅）である（図６参照）。
【００５７】
このような配置及び比率で、陰極板Ｃの被めっき部ＣＰと、遮蔽板１３の貫通孔１３ａと、陽極板包囲部１４の開口部１４ａとを、予め配置及び形成することにより、電極カートリッジ１０に陰極板Ｃをセットするだけで、これらが適切な位置関係となり、均一な膜厚のめっき皮膜を容易に得ることが可能となる。
【００５８】
気泡供給部１５は、陰極板Ｃの下端と対向する位置から気泡を噴出させるためのものであり、図４（ａ）、（ｃ）に示すように、チューブ取付部１５ａと、通気路１５ｂと、噴出孔１５ｃとからなる。
【００５９】
チューブ取付部１５ａは、図２に示すように、円筒形状の部材であり、陰極板支持部本体１１ａの上面に突設されている。このチューブ取付部１５ａには、空気ポンプからのチューブ（ともに図示省略）を接続可能となっている。通気路１５ｂは、空気ポンプから供給された空気を陰極板Ｃの下端まで送気するための通路であり、チューブ取付部１５ａの中空部から、陰極板支持部本体１１ａ及び連結部１６ｃの内部を通って、陰極板Ｃの下端と対向する連結部１６ｇの内部まで形成されている。また、噴出孔１５ｃは、陰極板Ｃの下端と対向する連結部１６ｇの上面と、通気路１５ｂとを連通（貫通）して形成されており、陰極板Ｃに向かって気泡を噴出可能となっている。
【００６０】
噴出孔１５ｃから噴出される気泡を被めっき部ＣＰに当接させると、めっき皮膜の表面に集まってきた水素イオンが当該気泡によって連行されることとなる。そのため、ピット発生の原因となる水素イオンがめっき皮膜の表面に集まることがなくなり、ピットの発生を防止することが可能となる。また、噴出孔１５ｃの位置が固定されているため、陰極板Ｃと噴出孔１５ｃとの位置関係が変わってしまうことがない。そのため、めっき皮膜の再現性が向上する。
【００６１】
連結部１６は、図２に示すように、陰極板支持部１１と陽極板支持部１２、陰極板支持部１１と遮蔽板１３、及び、陽極板支持部１２と遮蔽板１３、を、所定の位置や間隔で連結・固定するための部材である。部材同士の固定方法は、固定に用いる接着剤や材料がめっき液に溶け出したりしない限り、接着式、はめ込み式、螺子式等、どのような方法であってもよい。
【００６２】
連結部１６ａ、１６ｂは、陰極板支持部１１と陽極板支持部１２とを所定間隔を隔てて連結する部材である。これにより、陰極板Ｃと陽極板Ａの間隔が適切に設定されることとなる。なお、本実施形態では、陰極板支持部１１と陽極板支持部１２とを別体に形成したが、これらを一体的に形成する場合には、当該連結部１６ａ、１６ｂは省略することができる。かかる場合には、陰極板挿入部１１ｄと陽極板挿入部１２ｄを形成する位置を調整することにより、陰極板Ｃと陽極板Ａの間隔を適切に調節する。
【００６３】
連結部１６ｃ、１６ｄは、遮蔽板１３を支えるために、陰極板支持部本体１１ａの下面の長手方向の両端部から下方に向かって延出する部材である。連結部１６ｃ、１６ｄの下端同士は、連結部１６ｇにより連結されている。本実施形態では、かかる連結部１６ｃ、１６ｇの内部に、気泡供給部１５の通気路１５ｂと噴出孔１５ｃが形成されている。そのため、気泡を供給するための部材を別途備える必要がなく、電極カートリッジ１０の構造が簡素になり、製造が容易となる。
【００６４】
連結部１６ｅ、１６ｆは、陽極板支持部本体１２ａの下面の長手方向の両端部から下方に向かって延出する部材である。また、連結部１６ｈ、１６ｉは、連結部１６ｃ、１６ｄの下端と連結部１６ｆ、１６ｅの下端とを連結する部材である。これにより、連結部１６ｃ、１６ｄに取り付けられた遮蔽板１３が一層強固に支持されることとなる。なお、連結部１６ｅ、１６ｆの下端と陽極板包囲部１４の下端は連結されておらず、連結部１６ｅ、１６ｆと陽極板包囲部１４との間には、下端部が開放されたスリットがそれぞれ形成されている。このスリットを利用して、陽極板包囲部１４にアノードバッグ（図示省略）を取り付けることにより、陽極板Ａから発生する陽極スライムがめっき皮膜に悪影響を与えることを防止することができる。
【００６５】
＜電極カートリッジの使用方法＞
次に、電極カートリッジ１０の使用方法について、図２〜図６を適宜参照して説明する。
【００６６】
はじめに、被めっき部ＣＰの背面にひずみゲージＨＧが取り付けられた陰極板Ｃを、電極カートリッジ１０の陰極板挿入部１１ｄに挿入する。このとき、陰極板Ｃは、被めっき部ＣＰが形成された方の端部を下向きにし、かつ、被めっき部ＣＰを陽極板Ａ側に向けて挿入する。また、被めっき部ＣＰの中心が、遮蔽板１３の貫通孔１３ａ及び陽極板包囲部１４の開口部１４ａの中心と一致するように、止め螺子１１ｅにより上下方向の位置を調節して固定する。
【００６７】
つぎに、陽極板Ａを、陽極板支持部１２の陽極板挿入部１２ｄに挿入する。挿入された陽極板Ａは、陽極板挿入部１２ｄの下部に連続するように形成された陽極板包囲部１４の中空部１４ｂに挿入され、中空部１４ｂの底面に当接して支持される。
【００６８】
これにより、陰極板Ｃと陽極板Ａとは、互いに対抗する位置に、所定の間隔を隔てて設置されることとなる。また、陰極板Ｃの被めっき部ＣＰと、遮蔽板１３の貫通孔１３ａと、陽極板包囲部１４の開口部１４ａは、所定の位置関係に設置されることとなる。したがって、陰極板Ｃと陽極板Ａの間隔や対向位置の調節が不要となり、めっき皮膜の内部応力の測定が容易となる。
【００６９】
なお、めっき液の温度と陰極板Ｃの温度の差が大きい場合には、計測を開始する前に、陰極板Ｃの温度をめっき液の温度に近づけておくことが望ましい。例えば、めっき液が貯留されためっき槽２０の中に、水を溜めた試験管などを用いて予熱槽を形成しておき、この予熱槽の中に事前に陰極板Ｃを入れておくことにより、めっき液の温度と陰極板Ｃの温度を近づけることができる。これにより、温度変化による陰極板Ｃの変形の影響を少なくして、めっき皮膜の形成による陰極板Ｃの変形（ひずみ）のみを正確に計測することができる。また、めっき槽２０の中に予熱槽を設けることにより、特別な装置を使うことなく、陰極板Ｃの温度をめっき液の温度に容易に近づけることができる。
【００７０】
つぎに、陰極板Ｃと陽極板Ａが設置された電極カートリッジ１０を、めっき槽２０に貯留されためっき液中に浸漬する。このとき、貯留部２２の上端部２２ａと電極カートリッジ１０の係止部１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃを当接させることにより、電極カートリッジ１０の下方のみをめっき液中に浸漬させ、電極カートリッジ１０の上方は、陰極板Ｃ及び陽極板Ａの上端部に直流電源からの電源ケーブルＥを接続できるように、めっき液に浸漬されないようにする。
【００７１】
＜めっき内部応力測定システムの使用方法＞
つづいて、めっき内部応力測定システム１００の使用方法について、図１を参照して説明する。
【００７２】
はじめに、めっき槽２０内に設置された電極カートリッジ１０の陰極板Ｃ及び陽極板Ａの上端部に、直流電源（計測器３０）からの電源ケーブルＥを接続する。これにより、両電極Ｃ、Ａ間に通電可能となる。
【００７３】
つぎに、陰極板Ｃに取り付けられたひずみゲージＨＧを、計測器３０に接続する。これにより、陰極板Ｃのひずみを計測可能となる。
【００７４】
さらに、電極カートリッジ１０の上面に突設された気泡供給部１５のチューブ取付部１５ａに空気ポンプからのチューブ（図示省略）を接続し、陰極板Ｃの下端と対向する位置に設けられた噴出孔１５ｃから、水素イオンを除去するための気泡を噴出させる。これにより、ピットの形成を防止することができる
【００７５】
そして、計測器３０を操作して、陰極板Ｃ及び陽極板Ａに通電するとともに、陰極板Ｃのひずみの計測を開始する。計測されたデータは、接続ケーブルＫを介してノート型パソコン４０に送信される。
【００７６】
また、ノート型パソコン４０は、計測器３０の計測値と、予め入力されているめっき液の特性値と、陰極板Ｃの特性値とに基づいて、前記式（２）により、めっき皮膜の内部応力を計算する。
【００７７】
σ＝Ｅｔ2δ／｛３（１−ν）ｄｌ2｝・・・・・・・・（２）
ここで、σ：めっき皮膜の内部応力
ｌ：陰極板の被めっき部の長さ
ｔ：陰極板の厚さ
Ｅ：陰極板のヤング率
ν：陰極板のポアソン比
δ：陰極板のたわみ量
ｄ：めっき皮膜の膜厚
【００７８】
このように、本実施形態に係るめっき内部応力測定システム１００によれば、ひずみゲージＨＧによって、めっき皮膜の内部応力を正確かつ容易に計測することが可能となる。また、スパイラルめっき応力計５０のように、肉眼で目盛りを読み取る必要がないことから、読み取り誤差を生じることがない。また、ひずみゲージＨＧは、微細なひずみを計測することが可能であることから、計測精度が著しく向上する。そのため、高い精度を要求されるナノテクノロジー分野などにおいて、要求品質を満足できるめっきを形成することが可能となる。
【００７９】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【００８０】
例えば、本実施形態に係る電極カートリッジ１０は、複数の連結部１６を備えて構成したが、遮蔽板１３をしっかりと支持可能であれば、連結部１６ｅ、１６ｆ、１６ｈ、１６ｉはなくてもよい。
【００８１】
また、本実施形態に係る電極カートリッジ１０は、めっき槽２０の上端部２２ａと当接する係止部１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃを備えて構成したが、陰極板Ｃ及び陽極板Ａの上端部をめっき液から突出させて支持することができれば、当該係止部１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃを備えていなくてもよい。
【００８２】
また、本実施形態に係る電極カートリッジ１０は、陽極板包囲部１４の断面形状を四角形形状としたが、これに限られるものではなく、開口部１４ａの大きさや位置関係が適切である限り、円形、楕円形、多角形など、どのような形状であってもよい。
【００８３】
また、本実施形態に係るめっき内部応力測定システム１００は、計測器３０に、直流電源を備える構成としたが、計測器３０と直流電源とをそれぞれ別体に構成してもよいことは言うまでもない。
【００８４】
また、本実施形態に係るめっき内部応力測定システム１００は、計測器３０によって計測した陰極板Ｃのひずみ（ε）をノート型パソコン４０に送信することとしたが、電気抵抗の変化値△Ｒを送信してノート型パソコン４０においてひずみ（ε）を計算するようにしてもよいし、計測器３０において、ひずみ（ε）からたわみ量（δ）を計算し、当該たわみ量（δ）を送信するようにしてもよい。
【００８５】
また、本実施形態に係るめっき内部応力測定システム１００は、計算機４０において、前記式（２）によって、めっき皮膜の内部応力を計算することとしたが、これに限られるものではなく、ひずみ（たわみ量）から応力を求める式であればどのような式でもよい。
【００８６】
また、本発明に係る電極カートリッジの本来的な使用態様ではないが、電極カートリッジ１０は、無電解めっきを行う場合において、無電解めっきのめっき液中に陰極板Ｃのみを支持するために用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本実施形態に係るめっき内部応力測定システムを示した斜視図である。
【図２】陰極板及び陽極板が設置された電極カートリッジとめっき槽を示した斜視図である。
【図３】電極カートリッジの六面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は背面図、（ｅ）は底面図である。
【図４】図３（ａ）に示した矢視Ａ，Ｂ，Ｃにおける電極カートリッジの断面図であり、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ断面図である。
【図５】図４（ｃ）に示した矢視Ｄにおいて電極カートリッジの一部を切り欠いて示した斜視図である。
【図６】陰極板の被めっき部と、遮蔽板の貫通孔と、陽極板包囲部の開口部との関係を説明するための図である。
【図７】従来のスパイラルめっき応力計を示した斜視図である。
【図８】ひずみゲージを利用した従来のめっき内部応力装置におけるめっき槽内の電圧分布を示した水平断面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０    電極カートリッジ
１１    陰極板支持部
１２    陽極板支持部
１３    遮蔽板
１３ａ  貫通孔
１４    陽極板包囲部
１４ａ  開口部
１５    気泡供給部
１５ａ  チューブ取付部
１５ｂ  通気路
１５ｃ  噴出孔
１６    連結部
２０    めっき槽
３０    計測器
４０    ノート型パソコン
１００  めっき内部応力測定システム
Ａ      陽極板
Ｃ      陰極板
ＨＧ    ひずみゲージ
【図１】
2005221269.tif 000003
【図２】
2005221269.tif 000004
【図３】
2005221269.tif 000005
【図４】
2005221269.tif 000006
【図５】
2005221269.tif 000007
【図６】
2005221269.tif 000008
【図７】
2005221269.tif 000009
【図８】
2005221269.tif 000010