JP4861785B2 - Plating method and pretreatment apparatus with pretreatment in air - Google Patents
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Description
本発明は、金属表面において、事前の前処理を伴うめっき方法及びめっき前処理装置に関するものである。 The present invention relates to a plating method and a pretreatment apparatus for plating involving a pretreatment on a metal surface.
金属表面に対し、所定の領域にめっき処理を行う為には必然的な前段階の処理を必要としている。 In order to perform a plating process on a predetermined area on a metal surface, an indispensable pre-stage process is required.
通常、特許文献1に示すようなマスキング剤を金属表面にコーティングし、その後油脂成分による汚れ除去の為の脱脂工程に酸化膜を除去するための酸処理を行った後、めっき膜を形成し、さらにその後マスキング剤を薬品によって除去する方法が採用されているが、そのような方法はマスキング剤及び前記処理のための薬品が必要であり、しかも処理作業も煩雑である。
Usually, after coating the metal surface with a masking agent as shown in
他方、特許文献2に示すようにめっき液中に金属を挿入し、当該金属表面にレーザー光を照射する方法が提案されているが、そのような方法では各仕様毎にレーザーを照射する光学系を有するめっきラインが必要となり、生産性が極めて乏しく、実用化に至っていない。 On the other hand, as shown in Patent Document 2, a method has been proposed in which a metal is inserted into a plating solution and a laser beam is irradiated on the metal surface. In such a method, an optical system that irradiates a laser for each specification. Therefore, the productivity is extremely poor, and it has not been put into practical use.
本発明は、事前の表面処理工程を伴わずに、レーザーの照射によって金属表面にめっき膜の形成を可能とするめっき方法の構成を提供することを課題としている。 This invention makes it a subject to provide the structure of the plating method which enables formation of a plating film on the metal surface by laser irradiation, without a prior surface treatment process.
前記課題を解決するため、本発明の基本構成は窒素雰囲気中において、金属表面に対し、1ピコ秒ないし600ピコ秒のパルス幅を有している近赤外領域のレーザーパルスを照射することによって、当該金属表面に窒化膜を形成した後に当該窒化膜形成表面に金属をめっきすることに基づくめっき方法からなる。 In order to solve the above problems, the basic configuration of the present invention is to irradiate a metal surface with a laser pulse in the near infrared region having a pulse width of 1 picosecond to 600 picoseconds in a nitrogen atmosphere. And a plating method based on plating a metal on the nitride film forming surface after forming a nitride film on the metal surface.
本発明においては、金属表面において、窒化膜を形成するという画期的な手法にて表面の油脂及び酸化膜を除去することによって、事前のマスキング工程を伴わずに、その後のめっき処理が可能となり、極めて効率的な金属表面めっきを実現することができる。 In the present invention, by removing the oils and oxides on the surface of the metal surface by an epoch-making method of forming a nitride film, the subsequent plating process can be performed without a prior masking step. A very efficient metal surface plating can be realized.
前記基本構成からも明らかなように、本発明はめっき処理の対象となる金属表面に窒化膜を形成し、かつ、当該形成に伴って、油脂、酸化膜等の汚れ部分を除去し、事前の表面処理を実現する点に、最大の特徴を有している。 As is clear from the basic configuration, the present invention forms a nitride film on the metal surface to be plated, and along with the formation, removes a soiled portion such as oil and fat, an oxide film, and the like. It has the greatest feature in realizing surface treatment.
したがって、本発明の方法を適用し得る金属は、窒化化合物を形成し得る金属に限定され得るが、その典型例はチタン、チタン合金、鉄、ステンレス、ジルコニウム、タンタル等を挙げることができる(尚、窒化カルシウム等のアルカリ土類金属、更には窒化アルミニウム等の軽金属においても窒化膜の形成は可能であるが、このような金属の場合には通常めっき処理の対象となっていない)。 Therefore, metals to which the method of the present invention can be applied can be limited to metals that can form nitride compounds, but typical examples thereof include titanium, titanium alloy, iron, stainless steel, zirconium, tantalum and the like (note that It is possible to form a nitride film even with an alkaline earth metal such as calcium nitride, and also with a light metal such as aluminum nitride, but in the case of such a metal, it is not normally subject to plating treatment).
前記窒化膜の形成は、近赤外領域の波長(通常800nmないし1100nm)であって、しかも、パルス幅が1ピコ秒ないし600ピコ秒であることによって初めて実現可能であることが、実験により確認されており、逆に、前記パルス幅の長い場合又は短い場合の何れにおいてもめっき前処理に必要な窒化膜の形成を確認するに至っていない。 It is experimentally confirmed that the nitride film can be formed only when the wavelength is in the near infrared region (usually 800 nm to 1100 nm) and the pulse width is 1 picosecond to 600 picoseconds. On the contrary, the formation of a nitride film necessary for the pre-plating treatment has not been confirmed in both cases where the pulse width is long or short.
レーザーの照射においては、前記窒化膜の形成に必要な照射エネルギーを必要とするが、発明者らの経験によれば0.18ジュール/cm2の場合には十分窒素噴出中において窒化膜の形成が可能である。 In the laser irradiation, the irradiation energy necessary for forming the nitride film is required. According to the experience of the inventors, in the case of 0.18 Joule / cm 2 , the nitride film is sufficiently formed while nitrogen is blown out. Is possible.
本発明の方法によって前処理が行われた後のめっき方法は、所謂電気めっき、無電解めっき、溶融めっき、衝撃めっき、真空めっき、化学蒸着めっきの何れも採用することが可能である。 As the plating method after the pretreatment is performed by the method of the present invention, any of so-called electroplating, electroless plating, hot dipping, impact plating, vacuum plating, and chemical vapor deposition can be employed.
そして、めっき膜を形成する金属としては、従前技術の場合と同様にニッケル、金、銀、銅、スズ、亜鉛等を採用することができる。 And as a metal which forms a plating film, nickel, gold | metal | money, silver, copper, tin, zinc, etc. are employable similarly to the case of a prior art.
金属表面において所定領域にめっき膜を形成する場合、逆にその他の領域においてめっき膜を形成しないことが必要である場合が存在し、本発明においてもその例外ではない。 When a plating film is formed in a predetermined region on the metal surface, there is a case where it is necessary not to form a plating film in other regions, and this is not an exception in the present invention.
このような場合に備えて、本発明においては酸素雰囲気中において、金属表面のうちめっき形成を予定していない領域に対し、1ピコ秒ないし600ピコ秒のパルス幅を有している近赤外領域のレーザーパルスを照射することによって酸化膜を形成することに基づく金属表面に対するめっき方法を特徴とする実施形態を採用することも可能である。 In preparation for such a case, in the present invention, in the oxygen atmosphere, the near infrared region having a pulse width of 1 picosecond to 600 picoseconds for a region of the metal surface where plating is not planned. It is also possible to adopt an embodiment characterized by a plating method on a metal surface based on forming an oxide film by irradiating a laser pulse of the region.
以下、実施例に従って説明する。 Hereinafter, it demonstrates according to an Example.
実施例1は、
図1(a)、(b)、(c)に示すように、窒素ガスをノズル4によってめっきを予定している領域である金属1表面に吹きつける構成を示している。
Example 1
As shown in FIGS. 1A, 1 </ b> B, and 1 </ b> C, a configuration in which nitrogen gas is blown onto the surface of the
本発明の方法において窒化膜は、大気中における窒素の含有状態によって実現することは極めて困難である。 In the method of the present invention, it is extremely difficult to realize the nitride film depending on the nitrogen content in the atmosphere.
前記吹きつけ方法としては、レーザー光2の照射方向と対比した場合、図1(a)に示すように同一方向である場合、図1(b)に示すように斜方向の場合、更には図1(c)に示すように直交する方向の場合と何れも採用することが可能であるが、図1(a)のような同軸方向が最も効率的な窒化膜の形成を実現することができる。 As the spraying method, when compared with the irradiation direction of the laser light 2, when the same direction as shown in FIG. 1A, in the oblique direction as shown in FIG. As shown in FIG. 1 (c), it is possible to adopt both the case of orthogonal directions, but the coaxial direction as shown in FIG. 1 (a) can realize the most efficient formation of a nitride film. .
図1(a)、(b)、(c)に示すような何れの方向においても、集光レンズ3を通過したレーザー光は、窒素ガスが吹き付けられている金属1の表面に集光されていることを不可欠としている。
In any direction as shown in FIGS. 1A, 1B, and 1C, the laser light that has passed through the
実施例2は、
図2(a)、(b)に示すように、窒素雰囲気化した領域内においてレーザー照射が可能である本願発明のめっき前処理装置の構成を示している。
具体的には、
図2(a)に示すように、パルス幅が1ピコ秒ないし600ピコ秒の範囲内にあるレーザー発振装置及び集光レンズを備えたレーザー光照射装置と、窒素ガスボンベ及び当該ボンベと連通し、かつ窒素ガスを収容する容器を備え、当該容器の外側に設けたノズルによってレーザー光の集光領域に窒素ガスを噴き付けることができるノズルを設けたことによる構成、又は
図2(b)に示すように、パルス幅が1ピコ秒ないし600ピコ秒の範囲内にあるレーザー発振装置及び集光レンズを備えたレーザー光照射装置と、窒素ガスボンベ及び当該ボンベと接続可能であって、かつ窒素ガスを収容する容器を備え、当該容器10のへ基部のうち、少なくともレーザー光が進入し、かつ透過する領域について透明部材によって形成されており、かつ容器の内側においてレーザー光を集光することに基づく構成
の何れをも採用することができる(図2(b)においてミラー8の左側及び上側部分は、図2(a)と同一なので、これらの領域部分の図示については省略する)。
Example 2
As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the structure of the plating pretreatment apparatus of the present invention is shown, in which laser irradiation is possible in a nitrogen atmosphere region.
In particular,
As shown in FIG. 2 (a), a laser beam irradiation apparatus including a laser oscillation device and a condensing lens having a pulse width within a range of 1 picosecond to 600 picoseconds, a nitrogen gas cylinder, and the cylinder are communicated. And the structure by having provided the container which accommodates nitrogen gas, and provided the nozzle which can spray nitrogen gas on the condensing area | region of a laser beam with the nozzle provided in the outer side of the said container, or shown in FIG.2 (b) As described above, a laser oscillation device and a laser beam irradiation device including a condenser lens having a pulse width within a range of 1 picosecond to 600 picoseconds, a nitrogen gas cylinder and the cylinder can be connected, and nitrogen gas is A container to be housed, and at least a region where laser light enters and transmits through the base of the
図2(a)に示すような容器の外側にノズル4を設けた構成の場合には、前処理を行う金属表面に対し、ノズルによって集中的な窒素ガスの噴きつけが可能となる。
これに対し、図2(b)の構成の場合には、レーザー照射を行い、かつ前処理を行う領域全体を窒素雰囲気の状態とすることが可能となる。
尚、図2(a)に対応する実施例の場合には、ノズル4による吹きつけを行う関係上、容器10とガスボンベ5とは連通していることが必要であるが、図2(b)に対応する実施例の場合には、窒素ガスが容器10内に充満していることから、容器10とガスボンベ5とは必ずしも連通する必要はなく、接続可能であればよい。
In the case of the configuration in which the nozzle 4 is provided outside the container as shown in FIG. 2A, the nozzle can intensively inject nitrogen gas onto the metal surface to be pretreated.
On the other hand, in the case of the configuration shown in FIG. 2B, the entire region where laser irradiation is performed and pretreatment is performed can be brought into a nitrogen atmosphere.
In the case of the embodiment corresponding to FIG. 2A, the
図2(a)は、レーザー光には容器10の壁部、及びノズル4を透過する構成を示しているが、図2(a)に対応する実施例は、そのような構成に限定される訳ではない(レーザー光が容器10及びノズル4を透過しない構成も採用可能である。)。
但し、容器10の壁部、及び/又はノズル4を透過する場合には容器の壁部及び/又はノズル4のうち、少なくともレーザー光2が通過する領域については透明な素材を採用することを不可欠とする。
FIG. 2A shows a configuration in which the laser beam is transmitted through the wall portion of the
However, when transmitting through the wall of the
図2(a)(b)に示すめっき前処理装置において集光レンズ3は容器10の内側及び外側の何れにも設置することが可能である(図2(a)は集光レンズ3を容器10の内側に設けた場合を示しており、図2(b)は集光レンズ3を容器10の外側に設けた場合を示す。)。
尚、図2(a)(b)においては、良質のレーザー処理を行うために、ビーム成形素子9を通過させている。
2 (a) and 2 (b), the
In FIGS. 2 (a) and 2 (b), the
本発明は、前処理を使用する広範囲のめっき産業の分野に利用することが可能である。 The present invention can be used in a wide range of plating industry fields using pretreatment.
1 めっき処理金属
2 レーザー光
3 集光レンズ
4 ノズル
5 ガスボンベ
6 レーザーパルス発振装置
7 レーザーの出力を制御するユニット
8 ミラー
9 ビーム成形素子
10 容器
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