JP2008534787A - 表面処理電極 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対象物の表面処理のための電極に関する。この電極は、特にパワーレーザについての研究用に物理で使用されるポリマ又はガラスで作られた、例えば中実の又は中空の、それぞれマイクロビーズ及びマイクロバルーンと称される微小球体上への金の堆積を達成するために、対象物上に金属を堆積させる酸化還元方法の適用に特に適する。これはまた、熱又は圧力センサ(感知器)、誘電性生物医学センサ、又は光学センサの製造のような異なる分野において使用される、金属製の又はそうでないビーズを金属被覆するのにも、使用することができる。これはまた、種々の対象物、特に極めて小さい寸法の対象物で、その大きさ及び/又は脆さが電解的堆積又は化学ガルバニック的堆積のための直接の電気的接続を許容しない、或いは、例えば電子的微小構成部材又は計時装置用の大量のバレルメッキの使用を許容しないような対象物を金属被覆するのにも使用することができる。最後に、この電極はまた、電気化学的又は化学的研磨用に、又は脱脂、陽極酸化処理、リン酸塩化、又は窒化のような、他の表面処理にも使用することができる。
パワーレーザについての或る物理実験では、ターゲットとして用いられるマイクロバルーンの使用が必要である。例えばポリマ又はガラスで作られるこれらのマイクロバルーンは、それぞれ壁によって制限された中央空洞を備える球体又は準球体であり、他方マイクロビーズは中実の球体又は準球体である。概して、これらのマイクロバルーン又はマイクロビーズは、約100マイクロメータ(μm)の直径を有し、各マイクロバルーンの壁は概略数マイクロメータの厚さである。これらの実験の必要のため、マイクロバルーンは、10マイクロメータの領域の厚さを有する、例えば金のような金属層で被覆する必要がある。これらの実験の間、可能な最良の結果を得るには、マイクロバルーン上の金属堆積の厚さができるだけ同質でなければならず、その密度が、堆積した金属の理論的厚さにできるだけ近くなければならず、堆積材料が、いかなる材料健全性の欠陥を有してはならず、そしてその表面粗さが100ナノメータ(nm)あたりを超過してはならない。これらのパラメータは、制御するのが困難である。その理由は、これらのパラメータが、個々のマイクロバルーンによって変化するからである。加えて、堆積作業の間、マイクロバルーン上に得られる堆積をできるだけ正確に性格付けるように、各マイクロバルーンを個別にモニタできることが重要である。同じことがマイクロビーズにも適用される。
本発明の目的は、例えば酸化還元による金属堆積方法を実現する電極であって、堆積される金属と使用される手法に関してどのような堆積厚さをも可能にし、これが均質性、円滑度、材料の健全性の欠陥、堆積された金属の理論的密度に可能な限り近い密度の点で、従来技術の方法及びデバイスによる、よりよい品質の達成を可能にするような電極を提供することである。本発明の別の目的は、対象物からの材料の除去を可能にする、電気化学的又は化学的研磨等の、対象物の様々な表面処理方法の実現を可能にする電極であって、これが均質性、円滑度、材料の健全性の欠陥の点で、従来技術の方法及びデバイスによるよりよい品質を達成するような電極を提供することである。
− 対象物の表面処理のための少なくとも1つの、本発明の首題である表面処理電極を表面処理溶液中に浸漬するステップと、
− 対象物を運動状態に置くために、そして対象物を表面処理溶液中で浮遊状態に置くために、表面処理溶液を攪拌するステップであって、これにより表面処理溶液が対象物上に作用するようなステップとを含む、少なくとも1つの対象物の表面処理のための方法に関する。
− 表面処理溶液を収容する容器と、
− 表面処理溶液を攪拌するための攪拌手段と、
− 容器内に置かれるべき少なくとも1つの、前述した本発明の首題の表面処理電極と
を備える、1つの対象物の表面処理のための方法を実現するためのデバイスに関する。
− 置換による化学的堆積手法
− 還元による化学的堆積手法
− ガルバニック(電食)作用による化学的堆積手法
− 電解的堆積手法
(1) Al → Al3+ + 3e−
(2) Au+ + e− → Au
− 溶液1リットル当たり25グラムの金カリウムシアン化合物、
− 溶液1リットル当たり150グラムのクエン酸アンモニウム、
− 溶液1リットル当たり50グラムのクエン酸。
Claims (46)
- 少なくとも1つの対象物(1)の表面処理のための電極(11)であって、該電極が、該表面処理の作業の間、処理される該対象物(1)を内包し、その幾何学的形状が該対象物(1)の自由な運動を確実なものにする少なくとも1つの空洞(23)を含み、該空洞(23)が、該空洞(23)の内部をして表面処理溶液(5)を通流させる少なくとも1つの開口部(25)を備える壁(24)によって範囲を設定され、該表面処理の作業の間、該表面処理溶液内に該電極(11)が浸漬され、該空洞(23)がほぼ円筒形であり、且つ該対象物(1)の最大寸法よりも、その直径が概略50〜100マイクロメータ大きい、少なくとも1つの対象物(1)の表面処理のための電極(11)。
- 該空洞(23)の該壁(24)には、該対象物(1)を挿入すべきオリフィス(28)が設けられ、該オリフィス(28)が、ストッパ(55)によってふさがれる請求項1に記載の電極(11)。
- 該開口部(25)が該空洞(23)内での表面処理溶液(5)の循環を保証し、他方該対象物(1)の該空洞(23)からの脱出を妨げる大きさである、請求項1又は2に記載の電極(11)。
- 該開口部(25)が、長穴でその幅が、球体又は準球体である対象物(1)の半径よりも狭い、請求項1〜3のいずれかに記載の電極(11)。
- 複数の空洞(23)を含み、該空洞(23)が相互に縦にほぼ重なり合う、又は環状にほぼ並んで配置される、請求項1〜4のいずれかに記載の電極(11)。
- 該空洞(23)を備える取り外し可能な先端部(13)に結合された胴部(12)を含む、請求項1〜5のいずれかに記載の電極(11)。
- 該胴部(12)が、誘電遮蔽材(45)のような絶縁被覆材で被覆される、請求項6に記載の電極(11)。
- 該先端部(13)が、一体に組み立てられた2つの部分(14、15)で形成され、該胴部(12)に結合された第1の部分(14)が、ガス入口オリフィス(20)を設けられた室(17)を形成し、第2の部分(15)が、該空洞(23)を備え、該2つの部分(14、15)が相互に通流状態にある、請求項6又は7に記載の電極(11)。
- 該空洞(23)の該壁(24)に、ガス入口オリフィス(20)が付与される、請求項1〜7のいずれかに記載の電極(11)。
- 該電極(11)が、少なくともその表面(4)が金属被覆された該対象物(1)上において、酸化還元反応による金属堆積方法を実現する還元電極であり、該表面処理溶液(5)が堆積溶液である、請求項1〜9のいずれかに記載の電極(11)。
- もし堆積される金属が金の場合、該電極が少なくとも部分的に黄銅である、請求項10に記載の電極(11)。
- もし堆積方法が置換又は還元による化学的堆積方法の場合、該電極(11)が少なくとも部分的にPVC又はテトラフルオロエチレン・ポリマのような非金属材料である、請求項10又は11に記載の電極(11)。
- もし金属堆積方法が電解的又は化学ガルバニック的堆積方法の場合、該空洞(23)が、該空洞(23)内での該対象物(1)の自由な運動の間、該対象物(1)の該壁(24)とのできるだけ頻繁な電気的接触を確保する幾何学的形状を有する、請求項10〜12のいずれかに記載の電極(11)。
- 該電極(11)が、少なくともその表面(4)が金属被覆された該対象物(1)の酸化還元による電気化学的研磨方法を実現する酸化電極であり、該電極(11)が、少なくとも部分的に導電材料であり関与する酸化還元プロセスと干渉せず、該空洞(23)が、該空洞(23)内での該対象物(1)の自由な運動の間、該対象物(1)の該壁(24)とのできるだけ頻繁な電気的接触を確保する幾何学的形状を有する、請求項1〜9のいずれかに記載の電極(11)。
- 該電極(11)が、少なくとも部分的に、該表面処理溶液(5)に対して不活性の材料で作られる、請求項1〜9のいずれかに記載の電極(11)。
- 少なくとも1つの対象物(1)の表面処理のための方法であって、
− 請求項1〜15のいずれかに記載の対象物(1)を表面処理するための、少なくとも1つの表面処理電極(11)を、表面処理溶液(5)中に浸漬するステップと、
− 該対象物(1)を運動状態に置き、そして該対象物(1)を該表面処理溶液(5)中で浮遊状態に保持するように、該表面処理溶液(5)を攪拌し、これにより該表面処理溶液(5)が該対象物(1)上に作用するようなステップと、
を含む、少なくとも1つの対象物(1)の表面処理のための方法。 - 該表面処理が、少なくともその表面(4)上に金属被覆された該対象物(1)上への酸化還元反応による金属の堆積であり、該表面処理溶液(5)が、堆積される金属のイオンを包含する堆積溶液であり、該表面処理電極(11)が、請求項10〜13のいずれかに記載の還元電極である、請求項16に記載の方法。
- 該堆積が置換又は還元による化学的堆積であるときに、該還元電極(11)が、請求項12による還元電極(11)である、請求項17に記載の方法。
- 該堆積が化学ガルバニック的堆積であるときに、該方法がさらに、堆積される金属よりも大きな還元力を有する金属(47)における少なくとも1つの酸化電極(46)を、該表面処理溶液(5)中に浸漬するステップを含み、該酸化電極(46)が直接に又は電量計(54)を介して該還元電極(11)に電気的に接続される、請求項17に記載の方法。
- 該堆積が電解的堆積であるときに、該方法がさらに、その酸化の間、該表面処理溶液(5)を汚染しない金属(47)における少なくとも1つの酸化電極(46)を、該表面処理溶液(5)中に浸漬するステップを含み、該酸化電極(46)が電源(52)を介して該還元電極(11)に電気的に接続される、請求項17に記載の方法。
- 該方法が化学ガルバニック作用による化学堆積方法であるときに、該酸化電極(46)を形成する該金属(47)が、少なくとも1つのイオン接合部(51)によって密封された容器(48)内に入れられた導電溶液(49)中に浸漬され、これにより、該導電溶液(49)と該堆積溶液(5)とが一緒に混合することなしに該導電溶液(49)と該堆積溶液(5)との間の電気的接触を可能にする、請求項19に記載の方法。
- 該イオン接合部(51)が、焼結ガラス又はゼラチンのイオン接合部である、請求項21に記載の方法。
- 該方法が化学ガルバニック的堆積方法であるときに、該酸化電極(46)を形成する該金属(47)が、アルミニウムである請求項19、21又は22のいずれかに記載の方法。
- 該対象物(1)の該表面金属(4)が、該堆積溶液(5)中に包含される該金属を受けるために電気陰性及び接着性に関して適合性がある、請求項17〜23のいずれかに記載の方法。
- 該対象物(1)の該表面金属(4)が、金、銅、ニッケルのうちから選択される、請求項17〜24のいずれかに記載の方法。
- 堆積される該金属が、金、銅、ニッケル、又は水性溶液中で堆積可能な他の金属のうちから選択される、請求項17〜25のいずれかに記載の方法。
- 該堆積の厚さが、およそ数ナノメータと数十マイクロメータとの間にある、請求項17〜26のいずれかに記載の方法。
- 該表面処理が、少なくともその表面(4)が金属被覆された該対象物(1)の酸化還元による電気化学的研磨であり、該表面処理電極(11)が請求項14に記載の電極であり、該方法がさらに、少なくとも1つの金属還元電極(46)を該表面処理溶液(5)中にまた浸漬するステップを含み、該還元電極(46)が電流源を介して該酸化電極(11)に電気的に接続される、請求項16に記載の方法。
- 堆積作業の間、ガスが該空洞(23)内に注入され、該対象物(1)を該空洞(23)内で強制的に運動させる、請求項16〜28のいずれかに記載の方法。
- 該注入が断続的に行われる、請求項29に記載の方法。
- 該ガスが中性ガスである、請求項29又は30に記載の方法。
- 該堆積溶液(5)が該堆積作業の間、加熱される請求項16〜31のいずれかに記載の方法。
- 該対象物(1)が、ポリマ、ガラス、又は他の固体材料からなる、請求項16〜32のいずれかに記載の方法。
- 該対象物(1)が、マイクロバルーン又はマイクロビーズである、請求項16〜33のいずれかに記載の方法。
- 該マイクロバルーン(1)の壁(3)の厚さが数マイクロメータである、請求項34に記載の方法。
- 該対象物(1)の直径が概略100マイクロメータから2mmの範囲にある、請求項34又は35に記載の方法。
- 該処理溶液(5)が、含水金シアン化カリウム溶液である、請求項16〜36のいずれかに記載の方法。
- 1つの対象物(1)の表面処理のための方法を実現するためのデバイス(30、50、60)であって、
− 表面処理溶液(5)を収容する容器(31)と、
− 該表面処理溶液(5)を攪拌するための攪拌手段(32)と、
− 該容器内に置かれる少なくとも1つの、請求項1〜15のいずれかに記載の表面処理電極(11)と、
を含む、1つの対象物(1)の表面処理のための方法を実現するためのデバイス(30、50、60)。 - 該表面処理方法が還元酸化反応による金属堆積方法であり、該表面処理溶液(5)が堆積溶液であり、該表面処理電極(11)が請求項10〜13のいずれかに記載の還元電極である、請求項38に記載のデバイス(30、50、60)。
- 該方法が化学ガルバニック的方法であるときに、該デバイスがさらに、該容器(31)内に置かれ、そして直接に又は電量計(54)を介して該還元電極(11)に電気的に接続される、少なくとも1つの酸化電極(46)を備える、請求項39に記載のデバイス(60)。
- 該方法が電解的堆積方法であるときに、該デバイスがさらに、該容器(31)内に置かれ、そして電流源(52)を介して該還元電極(11)に電気的に接続される、少なくとも1つの酸化電極(46)を備える、請求項39に記載のデバイス(50)。
- 該表面処理溶液(5)を加熱するための加熱手段(42)を備える、請求項38〜41のいずれかに記載のデバイス(30、50、60)。
- 該表面処理溶液(5)中に浸漬される熱電対(44)を有する電子温度計(43)等の、該表面処理溶液(5)の温度を制御するための手段を備える、請求項38〜42のいずれかに記載のデバイス(30、50、60)。
- 該表面処理電極(11)の該ガス入口オリフィス(20)にガスを注入するためのガス注入手段(38)を備える、請求項38〜43のいずれかに記載のデバイス(30、50、60)。
- 該ガス注入手段(38)が、該ガス入口オリフィス(20)を蠕動ポンプ(40)、又は流量制御弁(41)を備えるガス回路に接続する、少なくとも1つの毛管(39)である、請求項44に記載のデバイス(30、50、60)。
- 該攪拌手段(32)が、磁気装置(33、34)、超音波装置(35)、又は該表面処理電極(11)に打撃を与えるデバイス(36、37)である、請求項38〜45のいずれかに記載のデバイス(30、50、60)。
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