(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源に接続される陽極及び陰極と、電解液を貯留する貯留部と、この貯留部に注入される電解液の液層表面に密着し、液層表面を平面状に保持する柔軟性を有するフィルム状の蓋とを備え、陽極は銅製のリングであり、内側に前記貯留部を形成して電解液の液層を形成可能とし、陰極は銅製の細線であり、リング状の陽極の中心に配置され、電解液の液層内において液層表面に対して垂直に突出し、電解時に電解析出物を陰極からバイアス方向に沿って２次元的に析出させることを特徴とする電解析出物の作製装置。
【請求項２】
電解液の液層内において液層表面に対して垂直に突出する陰極の長さが500μｍ以下である請求項１記載の電解析出物の作製装置。
【請求項３】
電解液の液層内において液層表面に対して垂直に突出する陰極の長さが200μｍ以下である請求項２記載の電解析出物の作製装置。
【請求項４】
リング状の陽極の内側に形成された貯留部に注入されて形成される電解液の液層の厚さが500μｍ以下である請求項２記載の電解析出物の作製装置。
【請求項５】
リング状の陽極の内側に形成された貯留部に注入されて形成される電解液の液層の厚さが200μｍ以下である請求項３記載の電解析出物の作製装置。
【請求項６】
蓋は厚さ１０μｍ以下の薄い高分子フィルムである請求項１、２、３、４又は５記載の電解析出物の作製装置。
【請求項７】
電解析出物は針状若しくは膜状である１、２、３、４、５又は６記載の電解析出物の作製装置。
【請求項８】
針状の電解析出物は太さが均一か若しくは湾曲している請求項７記載の電解析出物の作製装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、電解析出物の作製装置に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、電解析出物を２次元的に制御された形状で作製することのできる電解析出物の作製装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
粉末状の金属（合金を含む）を作製する方法には各種の方法が知られている。たとえば、金属塊を機械的に粉砕する粉砕法、水やガスにより溶融金属を噴霧するアトマイズ法、あるいは化学反応を利用する方法として、気相化学反応による化合物の分解、溶液中からの還元析出、さらに電気分解による電解法がある。
【０００３】
しかしながら、以上の内、電解法において微細な針状若しくは膜状などの２次元的な形状を有する析出物を得ることはこれまでに検討されていない。もっとも、電気分解により膜状生成物を作製する方法としてめっきが周知であるが、めっきは、構造体などの耐外環境性や美観性などを高めることを目的としており、被めっき体からめっき膜を剥離し、それを材料として機能させたり、素材として利用したりすることはその目的から明らかなように考えられていない。
【０００４】
この出願の発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電解中に陰極で起こる還元反応により析出する電解析出物を２次元的に制御された形状で作製することのできる電解析出物の作製装置を提供することを解決すべき課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、以上の課題を解決するものとして、直流電源に接続される陽極及び陰極と、電解液を貯留する貯留部と、この貯留部に注入される電解液の液層表面に密着し、液層表面を平面状に保持する柔軟性を有するフィルム状の蓋とを備え、陽極は銅製のリングであり、内側に前記貯留部を形成して電解液の液層を形成可能とし、陰極は銅製の細線であり、リング状の陽極の中心に配置され、電解液の液層内において液層表面に対して垂直に突出し、電解時に電解析出物を陰極からバイアス方向に沿って２次元的に析出させることを特徴とする電解析出物の作製装置（請求項１）を提供する。
【０００６】
またこの出願の発明は、以上の電解析出物の作製装置に関し、電解液の液層内において液層表面に対して垂直に突出する陰極の長さが500μｍ以下（請求項２）若しくは200μｍ以下であること（請求項３）、また、その場合、リング状の陽極の内側に形成された貯留部に注入されて形成される電解液の液層の厚さが500μｍ以下（請求項４）若しくは200μｍ以下であること（請求項５）を一態様として提供する。
【０００７】
さらにこの出願の発明は、以上の電解析出物の作製装置に関し、蓋は厚さ１０μｍ以下の薄い高分子フィルムであること（請求項６）、また、電解析出物は針状若しくは膜状であること（請求項７）、その場合、針状の電解析出物は太さが均一か若しくは湾曲していること（請求項８）をも一態様として提供する。
【０００８】
以下、図面に沿ってこの出願の発明の電解析出物の作製装置についてさらに詳しく説明する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１＜ａ＞＜ｂ＞は、それぞれ、この出願の発明の電解析出物の作製装置の一実施形態を概略的に示した平面図、断面図である。
【００１０】
図１＜ａ＞＜ｂ＞にそれぞれ示したように、この出願の発明の電解析出物の作製装置は、直流電源（１）に接続される陽極（２）及び陰極（３）と、電解液（４）を貯留する貯留部（５）とを備えている。また、この出願の発明の電解析出物の作製装置は、貯留部（５）に注入される電解液（４）の液層表面に密着し、液層表面を平面状に保持する柔軟性を有するフィルム状の蓋（６）をも備えている。
【００１１】
具体的には、陽極（２）は、銅製のリングであり、内側に貯留部（５）を形成して電解液（４）の液層を形成可能とする。一方、陰極（３）は、銅製の細線であり、リング状の陽極（２）の中心に配置され、電解液（４）の液層内において液層表面に対して垂直に突出している。このような電解析出物の作製装置では、フィルム状の蓋（６）によって電解液（４）を表面が平らな液層に保持しながら、液層の広がりに沿った方向、すなわち、リング状の陽極（２）の内側に形成された貯留部（５）に注入されて形成される電解液（４）の液層の厚さ方向に直交する方向、に陽極（２）及び陰極（３）から直流電源（１）よりバイアスを印加することができる。
【００１２】
この出願の発明の電解析出物の作製装置では、電解時の物質の移動は液層に沿って実現されるが、前述のとおりのフィルム状の蓋（６）により、たとえ装置全体が傾いたとしても貯留部（５）に注入された電解液（４）の液層表面は平面状に維持され、湾曲したり、これに起因して液層の厚さが不均等となったり、液層構造がくずれたりすることがない。したがって、この出願の発明の電解析出物の作製装置は、電解時に電解析出物を陰極（３）からバイアス方向に沿って２次元的に析出させることを可能とし、針状若しくは膜状などの形状が２次元的に制御された電解析出物を作製することができる。陰極（３）から析出する電解析出物が質的に不均一になることはなく、たとえば針状析出物の場合、その太さは均一となる。しかも蓋（６）は柔軟性を有するため、電解液（４）の液層は強固には固定されず、液層内での物質の移動はスムーズに行われ、針状析出物の場合、湾曲したカール状となったり、針状析出物の一部分又は複数部分において複数の針状析出物が連結し、格子状、櫛型などとなったり、あるいは針状析出物に他の形状の析出物が連結することもある。さらに、微小粉末となることもある。このように、この出願の発明の電解析出物の作製装置は、電解析出物を２次元的に制御された形状で作製することができる。
【００１３】
ところで、電解時には電解析出物の析出過程を観察することができるようにすることが好ましい。この出願の発明の電解析出物の作製装置は、その観察をも可能とし、それを容易ともする。それというのも、この出願の発明の電解析出物の作製装置では、前述のとおり、電解液（４）の液層表面がフィルム状の蓋（６）により平面状に保持されるため、光線の不要な屈折や不均一な反射が生じないからである。この出願の発明の電解析出物の作製装置では、フィルム状の蓋（６）は厚さ１０μｍ以下の薄い高分子フィルム、たとえばポリエチレンフィルムなど、とすることができる。この場合、可視光のみならずＸ線を用いた観察が可能となる。特に多成分系の電解析出物を作製する場合、作製中の組成の揺らぎが析出物の組成管理上問題となり得るが、蛍光Ｘ線による組成観察はきわめて有力である。上記の厚さ１０μｍ以下の薄い高分子フィルムによるＸ線の吸収はほぼ無視することができ、したがって、蛍光Ｘ線の強度を減衰させることなく良好に検出することができ、電解析出物の組成観察が可能となる。このことは、電解析出物をその作製中にリアルタイムに観察可能であることを意味し、作製状況をモニタリングすることができ、その時得られる情報を電解析出物の作製条件にフィードバックさせることにより、電解析出物をより高い制御性をもって作製することが可能となる。
【００１４】
なお、この出願の発明の電解析出物の作製装置では、電解液（４）の液層内において液層表面に対して垂直に突出する陰極（３）の長さは500μｍ以下が好ましい。より好ましくは200μｍ以下である。この場合、リング状の陽極（２）の内側に形成された貯留部（５）に注入されて形成される電解液（４）の液層の厚さは、それぞれ500μｍ以下、200μｍ以下とすると、上記の陰極（３）の長さを実現するのに有効となる。電解液（４）の液層内において液層表面に対して垂直に突出する陰極（３）の長さが500μｍ以下の時、このように短い陰極（３）を起点として電解析出物が成長する。その結果、電解析出物の形状は微細な針状若しくはごく薄い膜状となる。針状析出物の場合、そのサイズはたとえば太さサブミクロン〜数十ミクロン程度、長さ数ミクロン〜１mm程度、膜状析出物の場合、そのサイズはたとえば厚さサブミクロン〜数十ミクロン程度となる。すなわち、陰極（３）の長さよりも細い若しくは薄い電解析出物が得られる。陰極（３）の長さが200μｍ以下の時には特に微細な針状若しくはごく薄い膜状の電解析出物が得られる。
【００１５】
このように従来の電解法では考えられなかった微細な針状、ごく薄い膜状などの２次元的に制御された電解析出物がこの出願の発明の電解析出物の作製装置により作製される。電解析出物が２次元的に制御された形状で析出する原理は現時点でははっきりと解明されていないが、一つの可能性として、対流などにより物質の拡散、移動が抑制される結果、陰極（３）の長さに比べ桁違いに細い若しくは薄い形状となるのではないかと推測される。
【００１６】
なお、この出願の発明の電解析出物の作製装置が作製対象とする物質は、金属（合金を含む）ばかりでなく、電気分解により固体として析出可能な物質であれば特に制限されない。たとえば、塩化鉄（III）とフェリシアン化カリウムとの混合水溶液から陰極（３）に電解析出するプルシアンブルーなども可能である。得られる針状若しくは膜状の電解析出物は、その形状を生かし、マイクロマシンの構成部品として適用することが考えられる。また、硬質物質の作製も考えられる。従来、硬質であるがゆえに機械的に脆く、微細形状への加工が困難であった硬質針状組織により強化された複合合金の作製が期待される。たとえば得られた針状粉末を特定の合金粉末と組み合わせ、粉末冶金により作製することが考えられる。このように、これまで材料としての用途が見出されていなかったり、利用法に制限があったりした材料の実用化が見込まれる。
【００１７】
【実施例】
（実施例１）
図１＜ａ＞＜ｂ＞に示した電解析出物の作製装置において、陽極（２）を銅製リングとし、その内径を１６mmとした。この陽極（２）の中心に直径0.7mmの銅製ワイヤーを下から配線し、その先端部を陰極（３）とした。そして、各々に直流電源（１）を接続した。電解液（４）には0.065mol/リットルの硫酸銅と0.35mol/リットルの硫酸亜鉛とを含む水溶液を選択し、これを貯留部（５）内に注入した。蓋（６）は厚さ６μｍのポリエチレンフィルムとし、電解液（４）の表面を平らに覆った。なお、陰極（３）の、電解液（４）の液層内において液層表面に対して垂直に突出する長さ及び電解液（４）の液層の厚さはおよそ100μｍ程度とした。
【００１８】
両電極に2.5Ｖの電圧を印加すると、陰極（３）、すなわち銅製ワイヤーの先端部から金属が２次元的に析出し、図２に示したような均一な太さを有し、湾曲した針状の析出物に成長した。この針状電解析出物について蛍光Ｘ線分析装置を用いて調べたところ、組成はほぼＣｕＺｎ5であり、ε相合金であることが判明した。
（実施例２）
実施例１で用いた電解析出物の作製装置を用い、貯留部（５）内に、0.33mol/リットルの硫酸銅と0.18mol/リットルの硫酸亜鉛とを含む水溶液を電解液（４）として注入し、実施例１と同様にして電解を行った。陰極（３）の先端から金属が２次元的に析出し、電解析出物の形状は、図３に示したようなほぼ均一な膜状となった。
【００１９】
もちろん、この出願の発明は、以上の実施形態及び実施例によって限定されるものではない。陽極及び陰極のサイズや電圧、電流密度、温度などの電解条件、電解液の組成、さらに、電解析出物の形状などの細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。
【００２０】
【発明の効果】
以上詳しく説明した通り、この出願の発明によって、電解析出物を２次元的に制御された形状で作製することができる。これまで作製されていなかったり、作製が困難であったりした物質の微細な針状、ごく薄い膜状などの形状を有する電解析出物が得られ、これを材料として新規な材料の創製が望み得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】＜ａ＞＜ｂ＞は、それぞれ、この出願の発明の電解析出物の作製装置の一実施形態を概略的に示した平面図、断面図である。
【図２】実施例１における電解析出物の形状を示した観察図である。
【図３】実施例２における電解析出物の形状を示した観察図である。
【符号の説明】
１    直流電源
２    陽極
３    陰極
４    電解液
５    貯留部
６    蓋
【図１】
0003837514.tif 000002
【図２】
0003837514.tif 000003
【図３】
0003837514.tif 000004