JP2023084362A - 金属皮膜の成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属皮膜の成膜不良の発生を抑制することができる金属皮膜の成膜装置を提供する。【解決手段】成膜装置１の陽極１１は、金属皮膜と同じ金属からなり、めっき液Ｌに対して可溶性を有した陽極である。成膜装置１は、収容体１５に対して陽極１１を移動させることにより、電解質膜１３に接触した状態の基材（陰極）Ｗと陽極１１との極間距離を調整する調整装置７３と、調整装置７３による陽極１１の移動量を制御する制御装置６０と、をさらに備えている。制御装置６０は、成膜時における基材と陽極１１との極間距離Ｄを推定する極間距離推定部６４と、極間距離Ｄが所定の範囲内に収まるように、推定した極間距離Ｄから陽極１１の移動量を算出する移動量算出部６５と、移動量で陽極１１が移動するように、調整装置７３を制御する調整実行部６６と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、基材の表面に金属皮膜を成膜する成膜装置に関する。

この種の技術として、たとえば、特許文献１には、基材の表面に金属皮膜を成膜する成膜装置が提案されている。この成膜装置は、陽極と、陽極と基材（陰極）との間に配置される電解質膜と、陽極と基材との間に電圧を印加する電源部と、を備えている。成膜装置は、陽極と電解質膜との間に、これらに接触するように、めっき液を収容する収容体をさらに備えている。

特開２０１６－１６９３９９号公報

しかしながら、特許文献１に示す成膜装置において、陽極が、金属皮膜と同じ金属からなり、めっき液に対して可溶性を有する場合には、金属皮膜の成膜回数に応じて、陽極が消費されることになる。このような陽極の消費により、陽極と陰極（基材）との極間距離が大きくなってしまう。これにより、陰極の端部に電流が集中したり、陽極の溶け出しによるイオン供給のための拡散抵抗が上昇したりして、均質な金属皮膜を成膜することができず、金属皮膜の成膜不良が生じることが想定される。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、金属皮膜の成膜不良の発生を抑制することができる金属皮膜の成膜装置を提供することである。

前記課題を鑑みて、本発明に係る金属皮膜の成膜装置は、陽極と、前記陽極と陰極を有した基材との間に配置される電解質膜と、前記陽極およびめっき液を収容し、前記基材側に開口した開口部を前記電解質膜で封止した収容体と、前記陽極と前記陰極との間に電圧を印加する電源部と、を少なくとも備え、前記陰極に前記電解質膜を接触させた状態で、前記電圧の印加により前記めっき液の金属イオンに由来した金属皮膜を、前記基材の表面に成膜する成膜装置であって、前記陽極は、前記金属皮膜と同じ金属からなり、前記めっき液に対して可溶性を有した陽極であり、前記成膜装置は、前記収容体に対して前記陽極を移動させることにより、前記電解質膜に接触した状態の前記陰極と前記陽極との極間距離を調整する調整装置と、前記調整装置による陽極の移動量を制御する制御装置と、をさらに備えており、前記制御装置は、成膜時における前記陰極と前記陽極との極間距離を推定する極間距離推定部と、前記極間距離が所定の範囲内に収まるように、推定した前記極間距離から前記陽極の移動量を算出する移動量算出部と、前記移動量で前記陽極が移動するように、前記調整装置を制御する調整実行部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、成膜時に、基材に電解質膜を接触させた状態で、陽極と基材との間に、電圧を印加すると、収容体内のめっき液の金属イオンが、電解質膜を介して基材側に移動する。基材の表面から、金属イオンに電子が授与されると、基材の表面にめっき液の金属イオンに由来した金属が析出し、この析出した金属からなる金属皮膜を、基材の表面に成膜することができる。

ここで、陽極を有した可溶性の陽極であるので、成膜時に、この陽極を構成する金属が、めっき液に溶解するため、金属皮膜を成膜するに従って、陽極の金属が消費される。この結果、陽極の厚みが減少し、陽極と基材との極間距離が拡がってしまう。そこで、本発明によれば、制御装置は、成膜時における陰極と陽極との極間距離を推定し、極間距離が所定の範囲内に収まるように、陽極の移動量を算出し、調整装置を制御することにより、算出した移動量で陽極を陰極側に近づけることができる。これにより、陽極と陰極との間の極間距離を所定の範囲内に収めることができるため、陽極から陰極に電流を安定して流すとともに、陽極から溶解する金属イオンの拡散も安定させることができる。このような結果、金属皮膜を安定して成膜することができる。

好ましい態様としては、前記極間距離推定部は、前記電源部による電圧の印加により、前記陽極から前記基材に通電された電流値から、時間経過に応じて積算した積算電流量を算出し、前記積算電流量に基づいて、前記極間距離を推定する。

この態様によれば、陽極の消費量は、時間経過に応じて積算した積算電流量に相当するので、直接、陽極の厚さなどを測定するなどして、陽極の消費量を測定することなく、陽極と陰極の極間距離を推定することができる。

さらに、別の好ましい態様としては、前記成膜装置は、前記収容体の特定の位置を基準として、前記陰極と対向する前記陽極の対向面の変位量を測定する変位計をさらに備えており、前記極間距離推定部は、前記変位量に基づいて、前記極間距離を推定する。

この態様によれば、変位計により、陰極と対向する陽極の対向面の変位量を測定することで、陽極の対向面側の厚みの減少を直接的に捉えることができるため、陽極と陰極の極間距離をより正確に推定することができる。

本発明によれば、金属皮膜の成膜不良の発生を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る金属皮膜の成膜装置の模式的断面図である。 図１に示す制御装置の制御ブロック図である。 図１に示す成膜装置の模式的断面図であり、成膜時の状態を示すものである。 図１に示す成膜装置の制御フロー図である。 積算電流量と極間距離のとの関係を示した図である。 本発明の第２実施形態に係る金属皮膜の成膜装置の模式的断面図である。 図６に示す成膜装置の模式的断面図であり、成膜時の状態を示すものである。 レーザ変位計およびマイクロメータを用いて測定した陽極の厚み（厚み比）と、処理回数との関係を示したグラフである。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態に係る金属皮膜の成膜装置について説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る金属皮膜の成膜装置１の模式的断面図である。図２は、図１に示す制御装置の制御ブロック図であり、図３は、図１に示す成膜装置の模式的断面図であり、成膜時の状態を示すものである。

図１および図３に示すように、成膜装置１は、陽極１１と、陽極１１と基材Ｗとの間に配置される電解質膜１３と、陽極１１およびめっき液Ｌを収容し、基材Ｗ側に開口した開口部１５ｇを電解質膜１３で封止した収容体１５と、を備えている。成膜装置１は、陽極１１と陰極となる基材Ｗとの間に電圧を印加する電源部１９をさらに備えており、この他にも、成膜装置１は、必要に応じて、基材Ｗを載置する載置台２０と、昇降装置７０と、をさらに備えていてもよい。

成膜装置１は、載置台２０に載置した基材Ｗに対して、電解質膜１３を接触させた状態で、電源部１９により、陽極１１と基材Ｗとの間に電圧を印加して、金属皮膜を基材Ｗの表面ｗａに成膜する装置である。成膜時には、めっき液Ｌから電解質膜１３の内部に含有された金属イオンが基材Ｗの表面ｗａで還元されて、金属イオンに由来の金属が析出し、析出した金属により金属皮膜が形成される。

基材Ｗは陰極として機能するものである。基材Ｗの材料は、陰極（すなわち導電性を有した表面）として機能するものであれば特に限定されるものではなく、アルミニウム、鉄等の金属材料からなってもよく、樹脂、セラミックス等の表面に、銅、ニッケル、銀、または鉄などの金属層が被覆されていてもよい。本実施形態では、基材Ｗの表面ｗａのうち、陽極１１と対向し、陽極１１との間で、電源部１９により電圧が印加される表面が、陰極である。たとえば、基材Ｗの表面ｗａの全体に金属皮膜が成膜される場合には、この表面が陰極であり、極間距離Ｄとは、陽極１１の表面と、基材Ｗのうち、陽極１１と対向する表面ｗａとの距離のことをいう。

載置台２０は、導電性を有した材料からなり、基材Ｗが電解質膜１３に対向するように、収容体１５の下方に配置されている。基材（具体的には、陰極）Ｗは、載置台２０を介して電源部１９の負極に電気的に接続されている。載置台２０は絶縁性を有する材料からなる場合には、基材Ｗに電源部１９の負極が、配線を介して直接接続されていてもよい。

陽極１１は、基材Ｗの成膜領域に応じた形状となっている。基材Ｗの成膜領域とは、陽極１１と対向する基材Ｗの表面ｗａの部分を意味する。陽極１１は、金属皮膜の金属と同じ金属からなる非多孔質（たとえば無孔質）の陽極であり、ブロック状または平板状の陽極である。陽極１１は、金属皮膜と同じ金属からなり、めっき液Ｌに対して可溶性を有した陽極である。

陽極１１の材料としては、例えば、銅、ニッケル、銀、または錫などを挙げることができる。本実施形態では、電源部１９を用いて電圧を印加することにより陽極１１が溶解するものであれば、特に限定されるものではない。陽極１１は、例えば絶縁性の材料から形成された収容体１５に取り付けられており、電源部１９の正極に電気的に接続されている。

めっき液Ｌは、上述したように成膜すべき金属皮膜の金属をイオンの状態で含有している液であり、その金属としては、銅、ニッケル、銀、または錫などを挙げることができる。めっき液Ｌは、これらの金属を、硝酸、リン酸、コハク酸、硫酸ニッケル、またはピロリン酸などの酸で溶解（イオン化）した水溶液である。たとえば、金属がニッケルの場合には、めっき液Ｌとしては、たとえば、硝酸ニッケル、リン酸ニッケル、コハク酸ニッケル、硫酸ニッケル、またはピロリン酸ニッケルなどの水溶液を挙げることができる。また、たとえば金属が銅の場合には、めっき液Ｌとしては、硫酸銅、ピロリン酸銅などを含む水溶液を挙げることができる。

電解質膜（固体電解質膜）１３は、上述しためっき液Ｌに接触させることにより、金属イオンを内部に含浸（含有）することができる膜であり、可撓性を有した膜である。電解質膜１３は、電源部１９により電圧を印加したときに基材Ｗにおいて金属イオンが還元され、金属イオン由来の金属が析出することができるのであれば、特に限定されるものではない。電解質膜１３の材質としては、たとえばデュポン社製のナフィオン（登録商標）などのフッ素系樹脂、炭化水素系樹脂、ポリアミック酸樹脂、旭硝子社製のセレミオン（ＣＭＶ、ＣＭＤ、ＣＭＦシリーズ）などのイオン交換機能を有した樹脂を挙げることができる。

図１に示すように、収容体１５は、めっき液Ｌに対して不溶性の材料からなり、収容体１５には、陽極１１および電解質膜１３が取り付けられている。収容体１５の内部には、収容体１５の側壁、陽極１１、および電解質膜１３によって、めっき液Ｌを収容する収容空間Ｓが形成されている。収容体１５の内部において、陽極１１が取り付けられており、陽極１１と対向する位置には、基材Ｗの側に開口した開口部１５ｇが形成されている。開口部１５ｇは下方に向かって開口しており、この開口部１５ｇを封止するように、電解質膜１３が取り付けられている。本実施形態では、電解質膜１３の周縁は、収容体１５の本体１５ａと枠体１５ｂに、挟み込まれることにより、収容体１５に取り付けられている。陽極１１と電解質膜１３とは、互いに離間して配置されて非接触状態にあり、これらの間の収容空間Ｓにはめっき液Ｌが充填される。このように、収容体１５は、収容空間Ｓに収容されためっき液Ｌが陽極１１および電解質膜１３に直接接触する構造となっている。

さらに、収容体１５には、めっき液Ｌを収容空間Ｓに供給する供給流路１５ｃと、めっき液Ｌを収容空間Ｓから排出する排出流路１５ｄとが形成されている。供給流路１５ｃおよび排出流路１５ｄは、収容空間Ｓに連通する孔であり、収容空間Ｓを挟んで形成されている。成膜装置１は、供給流路１５ｃの上流側に（たとえば、めっき液Ｌを収容するタンクＴに）加熱装置（図示せず）を有してもよい。

昇降装置７０は、電解質膜１３と基材Ｗが接離自在となるように、収容体１５および載置台２０の少なくとも一方を昇降させる。本実施形態では、載置台２０が固定されており、収容体１５が昇降装置７０により昇降する。図１および図３に示すように、昇降装置７０は、収容体１５の上部に設けられている。昇降装置７０は、たとえばサーボモータなどのモータの回転を、直線運動に変換する公知の電動アクチュエータであってもよい。直線運動により、電解質膜１３を基材Ｗに接離させることができるのであれば、昇降装置７０は、載置台２０に設けられていてもよく、油圧式または空気式のシリンダなどであってもよい。

本実施形態では、昇降装置７０のうち、本体７１は、成膜装置１を収容するハウジング（図示せず）に固定されており、本体７１に対して直動するロッド７２の先端部分が、収容体１５に取り付けられている。これにより、収容体１５は、昇降装置７０を介して吊下げられた状態となり、収容体１５は、載置台２０に対して、移動可能になる。

本実施形態では、ロッド７２には、収容体１５に対して陽極１１を移動させることにより、電解質膜１３に接触した状態の陰極（基材Ｗ）と陽極１１との極間距離Ｄを調整する調整装置７３が取り付けされている。調整装置７３は、ロッド７２に固定される本体７４と、本体７４に対して、直動することにより、伸縮自在となるロッド７５と、を備えている。調整装置７３は、昇降装置７０と同様の機構であり、たとえばサーボモータなどのモータの回転を、直線運動に変換する公知の電動アクチュエータである。

以下に、成膜装置１にめっき液Ｌを循環させるための循環機構と、制御装置６０について説明する。成膜装置１は、循環機構として、収容体１５に接続されて、収容体１５から排出されためっき液Ｌを収容するタンク１７と、タンク１７に接続されて、タンク１７のめっき液Ｌを収容体に圧送するポンプ（圧送装置）１８とを備えている。成膜装置１は、収容体１５とタンク１７との間には、収容体１５から排出されためっき液Ｌの液圧を調節する圧力調整弁３１をさらに備えている。

タンク１７から、ポンプ１８を介して、供給流路１５ｃまでの経路が、めっき液Ｌを収容体１５に供給する供給ルート４１である。排出流路１５ｄから、圧力調整弁３１および濾過器５１を介して、タンク１７までの経路が、めっき液Ｌをタンク１７に排出する排出ルート４２である。

供給ルート４１と排出ルート４２を含む循環機構により、タンク１７で、金属イオンの濃度が所定の濃度に調整されためっき液Ｌを、収容空間Ｓに供給するとともに、収容空間Ｓで成膜時に使用されためっき液Ｌを、タンク１７へ戻すことができる。

入れ替え機構５３Ａは、収容体１５に収容されためっき液Ｌを大気に入れ替える機構であり、収容体１５に収容されためっき液Ｌをタンク１７に戻すとともに、収容体１５に大気を導入する機構である。本実施形態では、収容体１５の供給流路１５ｃに、大気を圧送するエアポンプ５３が接続されており、入れ替え機構５３Ａは、エアポンプ５３と、エアポンプ５３と収容体１５の供給流路１５ｃを接続する配管で構成されている。なお、収容体１５に収容された大気は、ポンプ１８によりめっき液Ｌに入れ替えられる。図１等では、排出流路１５ｄは、陽極１１の近傍に形成されているため、大気の流れにより収容空間Ｓのめっき液Ｌの大半を押し出すが、電解質膜１３の近傍において、排出流路１５ｄを、収容空間Ｓに接続することにより、収容空間Ｓ内のめっき液Ｌの大半を、大気と入れ替えてもよい。

本実施形態では、入れ替え機構５３Ａにエアポンプ５３を設けることにより、めっき液Ｌと大気とを入れ替えた。しかしながら、これに限定されず、たとえば、排出ルートにリリーフ弁を設け、ポンプ１８を逆回転させることにより、収容体１５からめっき液Ｌを吸引するとともに、リリーフ弁から大気を導入してもよい。また、収容体１５のうち電解質膜１３の近傍に、液抜き孔を設けて、めっき液Ｌの自重により、めっき液Ｌを排出してもよい。

制御装置６０は、昇降装置７０、調整装置７３、ポンプ１８、および入れ替え機構５３Ａのエアポンプ５３の動作の制御と、電源部１９の印加の制御とを行うものである。図示しないが、制御装置６０は、以下の一連の工程を実行するための制御プログラムを記憶する記憶装置（図示せず）と、制御プログラムを実行する演算装置（図示せず）を備えている。記憶装置は、ポンプ１８およびエアポンプ５３の起動時間、電源部１９により電圧を印加するための時間、および昇降装置７０による変位量などの設定値をさらに記憶されている。制御装置６０は、入力装置等により収容体１５の収容空間Ｓの圧力を測定する圧力センサ（図示せず）の信号などが入力される。

図２に示すように、制御装置６０は、ソフトウエアとして、昇降制御部６１、成膜実行部６２、入れ替え部６３、極間距離推定部６４、移動量算出部６５、および調整実行部６６を備えている。

昇降制御部６１は、載置台２０に基材Ｗを載置した後、たとえば入力装置の信号により収容体１５を下降させ、成膜完了後に、収容体１５を上昇させるように、昇降装置７０を制御するものである。

成膜実行部６２は、図３に示す状態で、成膜すべき金属皮膜の膜厚に応じた時間、電源部１９による電圧の印加を行うものである。これにより、めっき液Ｌの金属イオンに由来した金属皮膜を、基材Ｗの表面に成膜する。

入れ替え部６３は、成膜実行部６２による成膜実行が完了した後、昇降制御部６１により、電解質膜１３を基材Ｗから引き離す前に（収容体１５を上昇する前に）、めっき液Ｌを大気に入れ替えるように、エアポンプ５３を駆動させる。また、入れ替え部６３は、昇降制御部６１により、電解質膜１３を基材Ｗに接触させた後（収容体１５を下降した後）、成膜実行部６２による成膜の開始前に、大気をめっき液Ｌに入れ替えるように、ポンプ１８を駆動させる。

極間距離推定部６４は、成膜時における基材（陰極）Ｗと陽極１１との極間距離Ｄを推定する。具体的には、極間距離推定部６４は、電源部１９による電圧の印加により、陽極１１から基材Ｗに通電された電流値から、時間経過に応じて積算した積算電流量を算出し、積算電流量に基づいて、極間距離を推定する。ここで、積算電流量とは、通電された電流値に通電時間（秒）を乗じた値である。

ここで、図５に示すように、陽極１１から基材Ｗに通電された積算電流量が、陽極１１の溶解量に略比例するため、積算電流量の増加に伴い、基材Ｗと陽極１１との極間距離Ｄが大きくなる。したがって、成膜初期は、極間距離が良好な範囲（たとえば図５の〇印参照）にあるが、所定の極間距離を超えると、極間距離が不良な範囲（たとえば図５の×印参照）に変化する。極間距離が不良な範囲では、陽極１１と基材Ｗとの極間距離Ｄが大きいため、基材Ｗの端部に電流が集中したり、陽極１１の溶け出しによる金属イオン供給のための拡散抵抗が上昇したりして、均質な金属皮膜を成膜することができず、金属皮膜の成膜不良が生じることがある。

このような点から、本実施形態では、移動量算出部６５は、極間距離Ｄが所定の範囲（良好な範囲）内に収まるように、推定した極間距離から陽極１１の移動量を算出する。さらに、調整実行部６６は、移動量算出部６５で算出した移動量で陽極１１が基材Ｗに近づく方向に移動するように、調整装置７３を制御する。これにより、図５の●印に示すように、極間距離Ｄを、成膜に適した良好な範囲に維持することができる。

以下に、制御フローを、以下の図４を参照しながら、説明する。まず、ステップＳ１では、図１に示す状態で、極間距離推定部６４により、成膜時における基材（陰極）Ｗと陽極１１との極間距離Ｄを推定する。本実施形態では、上述した如く、極間距離推定部６４は、陽極１１から基材Ｗに通電された積算電流量に基づいて、極間距離を推定する。なお、このステップＳ１は、成膜後、図３に示す状態で行ってもよい。

次に、ステップＳ２に進み、極間距離Ｄが、所定の範囲内であるかを判定し、所定の範囲内である場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ５に進み、後述する成膜実行のための一連のステップを行う。極間距離Ｄが、所定の範囲内でない場合（Ｎｏの場合）には、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、移動量算出部６５により、極間距離Ｄが所定の範囲（良好な範囲）内に収まるように、推定した極間距離から陽極１１の移動量を算出し、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、調整実行部６６により、算出した移動量で、基材Ｗに近づくように陽極１１を移動させる。このようにして、成膜において、良好な極間距離Ｄを保持した状態で、金属皮膜を成膜することができる。なお、ステップＳ３およびステップＳ４までの間に、積算電流量の値をリセットする。

次に、ステップＳ５では、昇降制御部６１により、予め設定されたストロークで、収容体１５を下降させ、基材Ｗの表面ｗａに、上方から電解質膜１３を接触させる。これにより、収容体１５と基材Ｗとは、図３に示す配置状態となる。

次に、ステップＳ６では、入れ替え部６３により、ポンプ１８を駆動制御し、タンク１７からめっき液Ｌを収容体１５の収容空間Ｓに供給する。収容空間Ｓには、後述するように大気（エア）が充填されているので、収容体１５の大気をめっき液Ｌに入れ替えることができる。収容体１５内にめっき液Ｌが充填され、収容空間Ｓ内のめっき液Ｌの液圧が所定の圧力に到達すると、圧力調整弁３１をめっき液Ｌが通過する。このようにして、めっき液Ｌの液圧を利用して、電解質膜１３で基材Ｗを均一に押圧することができる。なお、収容空間Ｓのめっき液Ｌの液圧が所定の圧力に到達したことを、圧力センサにより検出してもよく、予め設定した時間の経過により判定してもよい。

次に、ステップＳ７では、基材Ｗがめっき液Ｌの液圧により電解質膜１３で押圧された状態で、成膜実行部６２により、電源部１９を制御し、所定の時間、陽極１１と基材Ｗとの間に電圧を印加する。これにより、電解質膜１３に含有した金属イオンは、電解質膜１３に接触した基材Ｗの表面に移動して基材Ｗの表面ｗａで還元される。この結果、基材Ｗの表面に金属が析出し、基材Ｗの表面に、所定の膜厚の金属皮膜が成膜される。この際、収容空間Ｓには、めっき液Ｌが収容されているので、金属イオンを電解質膜１３に常時供給することができる。

次に、ステップＳ８では、入れ替え部６３により、電解質膜１３が基材Ｗに接触した状態で、収容体１５に収容されためっき液Ｌが大気に入れ替わるように、入れ替え機構５３Ａの入れ替え動作を制御する。具体的には、エアポンプ５３を駆動し、収容体１５に大気を圧送することで、収容体１５からめっき液Ｌを排出する。排出されためっき液Ｌは、圧力調整弁３１を通過して、タンク１７に戻される。

次に、ステップＳ９では、昇降制御部６１により、大気への入れ替え動作の完了後、電解質膜１３を基材Ｗから離間し、ステップＳ１０では、成膜した基材Ｗを、成膜前の基材Ｗに交換し、載置台２０に載置する。このような一連の工程を、繰り返す。

本実施形態では、陽極１１と基材Ｗ（陰極）との極間距離Ｄを所定の範囲内に収めることができるため、陽極１１から基材Ｗに電流を安定して流すとともに、陽極１１から溶解する金属イオンの拡散も安定させることができる。このような結果、金属皮膜を安定して成膜することができる。

＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態に係る金属皮膜の成膜装置の模式的断面図である。図７は、図６に示す成膜装置の模式的断面図であり、成膜時の状態を示すものである。第２実施形態に係る成膜装置１が、第１実施形態のものと相違する点は、電流積算値で、極間距離を推定するのではなく、変位計を用いて推定する点である。第１実施形態に係る成膜装置１と同じ又は類似する機能を有する構成については、第１実施形態に係る成膜装置１と同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分について説明する。

第２実施形態に係る成膜装置１は、図６および図７に示すように、収容体１５の特定の位置を基準として、基材Ｗ（陰極）と対向する陽極１１の対向面１１ａの変位量を測定する変位計８０をさらに備えている。ここで、測定基準となる収容体１５の特定の位置とは、陽極１１と電解質膜１３との間の特定の位置である。

変位計８０は、シャフト８１の先端部に取り付けられており、シャフト８１は、シールベアリング９１等を介して、収容体１５に取り付けられている。シャフト８１の基端部には、駆動装置８３が取り付けられている。図６および図７では、簡略化して描かれているが、駆動装置８３は、シャフト８１の先端に取り付けられた変位計８０が、陽極１１と電解質膜１３との間の位置（図６参照）から、これらの間から外れた位置（図７参照）まで、水平方向に、シャフト８１を移動させる装置である。

変位計８０として、たとえば、超音波を利用して陽極１１の対向面１１ａまでの距離を測定する変位計、赤外線などのレーザ光を利用して陽極１１の対向面１１ａまでの距離を測定する変位計などを挙げることができ、変位計８０から陽極１１の対向面１１ａまでの距離を測定することができるのであれば、その測定原理は、特に限定されるものではない。この他にも、変位計８０として、磁気を利用した変位計、または接触式の変位計であってもよい。

本実施形態では、制御装置６０は、極間距離推定部６４は、電流積算値を用いずに、変位計８０で測定した変位量に基づいて、陽極１１と基材Ｗとの極間距離Ｄを推定する。具体的には、極間距離推定部６４は、図６に示す非成膜時において、変位計８０が、陽極１１と電解質膜１３との間に位置するように、駆動装置８３でシャフト８１を移動させた後、変位計８０により、変位量を測定する。ただし、変位量を測定するタイミング以外では、図７に示すように、成膜に影響がないように、駆動装置８３により陽極１１と電解質膜１３との間から外れた位置に、シャフト８１を退避させる。なお、極間距離Ｄは、変位計８０で測定した変位計８０から陽極１１の対向面１１ａまでの距離と、変位計８０から基材Ｗまでの距離を加算する。

この他にも、変位計８０を陽極１１と電解質膜１３との間において、シャフト８１を介して変位計８０を移動させながら、陽極１１の対向面１１ａの複数の点における変位を測定し、測定した変位量の最大値を用いて、陽極１１と基材Ｗとの極間距離Ｄを推定してもよい。

本実施形態によれば、変位計８０により、基材Ｗと対向する陽極１１の対向面１１ａの変位量を測定することで、陽極１１の対向面１１ａ側の厚みの減少を直接的に捉えることができるため、陽極１１と基材Ｗ（陰極）の極間距離をより正確に推定することができる。

さらに、この他にも、第２実施形態に変形例として、制御装置６０が、第１実施形態と同様に、電源部１９による電圧の印加により、陽極１１から基材Ｗに通電された電流値から、時間経過に応じて積算した積算電流量を算出し、積算電流量が、所定の積算電流量になった際に、変位計８０による変位量の測定を実行してもよい。この変形例では、変位計８０で測定するタイミングを、積算電流量を基準として行うため、変位計８０により測定する頻度を抑え、装置の信頼性を確保することができる

以下の確認試験を行った。表面に成膜する基材として、１０％硫酸水溶液に１分間浸漬した銅ブロックを準備した。なお、銅ブロックの成膜領域は、２ｃｍ^２である。

次に、図６の第２実施形態に係る成膜装置を用いて銅皮膜を成膜した。めっき液には、１Ｍの硫酸銅水溶液を使用し、陽極には銅板（ニコラ社製）を使用した。成膜条件としては、めっき液の温度を室温条件とし、電解質膜（日本ゴア社製）を基材に密着させ、めっき液の液圧０．２ＭＰａ、電流値１８４ｍＡで、１０分間、厚さ１０μｍの銅皮膜を成膜した。この成膜処理を、複数回の処理回数で行った。処理回数が所定の回数となった時点で、成膜装置に搭載したレーザ変位計で測定した変位量から陽極の厚みを測定するとともに、成膜装置から陽極を取り外してマイクロメータで陽極の厚みを測定した。この結果を図８に示す。

図８に示すように、成膜処理の処理回数が進むにしたがって、陽極の金属が消費されるので、陽極の厚みが減少することがわかる。さらに、成膜装置に搭載したレーザ変位計で測定した変位量から算出した陽極の厚みと、成膜装置から取り外してマイクロメータで測定した陽極の厚みは略同じであった。この結果から、変位計を用いて、極間距離を正確に測ることができると考えられる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１：成膜装置、１１：陽極、１３：電解質膜、１５：収容体、１５ｇ：開口部、１９：電源部、６０：制御装置、６４：極間距離推定部、６５：移動量算出部、６６：調整実行部、７３：調整装置、８０：変位計、Ｄ：極間距離、Ｌ：めっき液、Ｗ：基材（陰極）

Claims (3)

1. 陽極と、前記陽極と陰極を有した基材との間に配置される電解質膜と、前記陽極およびめっき液を収容し、前記基材側に開口した開口部を前記電解質膜で封止した収容体と、前記陽極と前記陰極との間に電圧を印加する電源部と、を少なくとも備え、前記陰極に前記電解質膜を接触させた状態で、前記電圧の印加により前記めっき液の金属イオンに由来した金属皮膜を、前記基材の表面に成膜する成膜装置であって、
   前記陽極は、前記金属皮膜と同じ金属からなり、前記めっき液に対して可溶性を有した陽極であり、
   前記成膜装置は、前記収容体に対して前記陽極を移動させることにより、前記電解質膜に接触した状態の前記陰極と前記陽極との極間距離を調整する調整装置と、前記調整装置による陽極の移動量を制御する制御装置と、をさらに備えており、
   前記制御装置は、成膜時における前記陰極と前記陽極との極間距離を推定する極間距離推定部と、
   前記極間距離が所定の範囲内に収まるように、推定した前記極間距離から前記陽極の移動量を算出する移動量算出部と、
   前記移動量で前記陽極が移動するように、前記調整装置を制御する調整実行部と、を備えることを特徴とする金属皮膜の成膜装置。
2. 前記極間距離推定部は、前記電源部による電圧の印加により、前記陽極から前記基材に通電された電流値から、時間経過に応じて積算した積算電流量を算出し、前記積算電流量に基づいて、前記極間距離を推定することを特徴とする請求項１に記載の金属皮膜の成膜装置。
3. 前記成膜装置は、前記収容体の特定の位置を基準として、前記陰極と対向する前記陽極の対向面の変位量を測定する変位計をさらに備えており、
   前記極間距離推定部は、前記変位量に基づいて、前記極間距離を推定することを特徴とする請求項１に記載の金属皮膜の成膜装置。

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