気泡発生用部材およびこれを用いた気泡発生装置並びに気泡発生方法
【課題】より小さな気泡を安定して発生させることができる気泡発生用部材を提供する。
【解決手段】 気孔同士が連通して形成された複数の貫通孔を有するセラミックスの多孔質体と、該複数の貫通孔の内表面にそれぞれ設けられた撥水層または撥油層とを有する。複数の貫通孔は、多孔質体の外表面に位置する開口部をそれぞれ有し、外表面において、複数の前記開口部の間にセラミックスの結晶が露出している。
【解決手段】 気孔同士が連通して形成された複数の貫通孔を有するセラミックスの多孔質体と、該複数の貫通孔の内表面にそれぞれ設けられた撥水層または撥油層とを有する。複数の貫通孔は、多孔質体の外表面に位置する開口部をそれぞれ有し、外表面において、複数の前記開口部の間にセラミックスの結晶が露出している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気泡発生用部材およびこれを用いた気泡発生装置並びに気泡発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、メッキ液中に気泡を発生させるための部材として多孔質セラミックスを利用することが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、めっき槽の下部にセラミックス製の多孔質散気筒を設置し、空気とメッキ液をこの散気筒より噴出してメッキ液を撹拌しながらメッキする無電解ニッケルメッキ方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−６８７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように気泡を利用してメッキ液を撹拌する場合、気泡は、その大きさが小さい程上昇しやすく、液体を撹拌する力が強くなる傾向がある。しかし、小さい気泡を発生させるために、多孔質体の気孔の大きさを小さくすると、気孔が閉塞しやすくなり、気泡を発生させることが困難になるという問題がある。
【０００５】
よって、より小さな気泡を安定して発生させることができる気泡発生用部材が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る気泡発生用部材は、気孔同士が連通して形成された複数の貫通孔を有するセラミックスの多孔質体と、該複数の貫通孔の内表面にそれぞれ設けられた撥水層または撥油層とを有する。前記複数の貫通孔は、前記多孔質体の外表面に位置する開口部をそれぞれ有し、前記外表面において、複数の前記開口部の間に前記セラミックスの結晶が露出している。
【０００７】
本発明の一態様に係る気泡発生装置は、第１空間および第２空間を有する容器と、前記第１空間および前記第２空間の境界に設置された気泡発生用部材とを有する。前記気泡発生用部材は、気孔同士が連通して形成された複数の貫通孔を有するセラミックスの多孔質体と、該複数の貫通孔の内表面にそれぞれ設けられた撥水層または撥油層とを有し、前記複数の貫通孔は、前記多孔質体の外表面における第１領域および第２領域に位置する開口部をそれぞれ有する。前記第１領域および前記第２領域は、前記第１空間および前記第２空間に接し、前記第１領域および前記第２領域の少なくとも一方において、複数の前記開口部の間に前記セラミックスの結晶が露出している。
【０００８】
本発明の一態様に係る気泡発生方法は、気泡発生用部材を設置して、該気泡発生用部材を境に第１空間および第２空間を形成する設置工程と、前記第１空間に液体を充填する液体充填工程と、前記第２空間に気体を供給する気体供給工程と
を有する。前記気泡発生用部材は、気孔同士が連通して形成された複数の貫通孔を有するセラミックスの多孔質体と、該複数の貫通孔の内表面にそれぞれ設けられた撥水層または撥油層とを有し、前記複数の貫通孔は、前記多孔質体の外表面における第１領域および第２領域に位置する開口部をそれぞれ有する。前記設置工程において、前記気泡発生用部材
を、前記第１領域が前記第１空間に接し、前記第２領域が前記第２空間に接するように設置し、前記気体供給工程において、前記気体を加圧して供給することにより、該気体を前記第２空間から前記複数の連通孔を介して前記第１空間に供給する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に一態様に係る気泡発生用部材によれば、より小さな気泡を安定して発生させることができる。
【００１０】
本発明の一態様に係る気泡発生装置によれば、より小さい気泡を安定して発生することができる。
【００１１】
本発明の一態様に係る気泡発生方法によれば、より小さい気泡を安定して発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る気泡発生用部材の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の部分拡大断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の一実施形態に係る気泡発生装置の斜視図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るメッキ装置の断面図である。
【図４】本発明の実施例における、ニッケル板の金メッキ厚みの測定箇所を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係る気泡発生用部材の構成例を示す。図１（ａ）に示すように、気泡発生用部材１は、セラミックスの多孔質体２を有する。多孔質体２は、例えば円板状であり、それぞれ円形状である一方主面３ａと他方主面３ｂとを有している。また、多孔質体２は、多数の気孔を有し、それらの気孔のうち複数の気孔は連通して連通孔を形成している。そして、複数の連通孔は、気泡発生用部材１の一方主面３ａと他方主面３ｂとの間で連通している。これらの連通孔、すなわち、多孔質体２を貫通している貫通孔４は、一方主面３ａおよび他方主面３ｂに位置する開口部５をそれぞれ有している。
【００１４】
貫通孔４の内表面には、撥水層または撥油層（これらを総称して、以下「撥水層」という。）６が設けられている。このため、一方主面３ａが上面、他方主面３ｂが下面となるように気泡発生用部材１を配置し、一方主面３ａ側に液体を配置して一方主面３ａに液体の自重をかけ、他方主面３ｂに大気圧をかけたとしても、一方主面３ａ側から他方主面３ｂ側に液体が通過することを抑制することができる。これは、撥水層６の表面張力が大きいので、貫通孔４に液体が充填されないためと考えられる。
【００１５】
また、図１（ｂ）に示すように、多孔質体２の一方主面３ａにおいて、貫通孔４の開口部の間にセラミックスの結晶が露出している。この構成において、一方主面３ａに液体の自重をかけ、他方主面３ｂ側から一方主面３ａ側へ気体を通過させると、一方主面３ａ側から発生する気泡を小さくすることができる。これは、気体が貫通孔４を通過している間は、撥水層６があるために表面張力が高いが、開口部５から液体中に気体が放出される際には、開口部５の間にセラミックスの結晶７が露出しているために表面張力が急激に小さくなり（図１（ｂ）において一点鎖線で示す。）、気体に外力が加わるためであると考えられる。すなわち、気体が開口部５から放出される際に、外力が加わることによって気体が分離するために、気泡がより小さくなると考えられる。
【００１６】
また、撥水層６の端部は、貫通孔４の開口部５よりも下方（貫通孔４の内側）に位置しており、開口部５近傍に位置する貫通孔４の内表面が撥水層６から露出していてもよい。この内表面が撥水層６から露出する部位を露出部８とすると、撥水層６と露出部８との境界において表面張力が急激に変化する。すなわち、貫通孔４の内部における開口部５近傍において表面張力が急激に変化するため、気体が開口部５から放出される直前に気体に外力が加わる。よって、気体が開口部５から放出されて気体が広がる前に、気体に対して大きな外力が加わり、気泡がより小さくなると考えられる。
【００１７】
なお、撥水層６は、気孔のうち少なくとも貫通孔４の内表面に設けられていればよいが、貫通孔４を構成しない気孔の内表面に撥水層６が設けられていてもよい。気孔の内表面に撥水層６が形成されていると、その気孔に液体が入り込むことが抑制されるので、気孔内で細菌が増殖して目詰まりするといったことを抑制することができる。
【００１８】
＜多孔質体＞
気泡発生用部材１を構成する多孔質体２の材質は、特に限定されない。多孔質体２の材質は、例えば、ケイ酸塩、酸化物鉱物、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、又はケイ化物のセラミックスである。特に、ガラス、アルミナ、シリカ、ジルコニア、ゼオライト、チタニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、セリア、及びジンカからなる群より選ばれた１種以上からなることが好ましい。
【００１９】
多孔質体２の気孔率は５％〜５０％が好ましい。多孔質体２の気孔率が５％以上であると、発生する気泡の数を十分に増加させることができる。また、多孔質体２の気孔率が５０％以下であると、多孔質体２の強度を保持することができる。これにより、一方主面３ａと他方主面３ｂとの間で、圧力差が極度に大きい場合、多孔質体２が破損したり、多孔質体２を構成するセラミック粒子が脱粒したりすることを抑制することができる。その結果、セラミック粒子が脱粒してメッキ液などの液体に混入し、メッキにキズ、微細な凹凸などが発生する可能性を低減させることができる。さらに、好ましくは、気孔率は、１５％〜４０％である。なお、気孔率は、アルキメデス法にて測定することができる。
【００２０】
多孔質体２の気孔の大きさは、平均で１μｍ〜２００μｍであることが好ましい。気孔３６の大きさが１μｍより大きい場合には、多孔質体２を通過する気体の通気抵抗を十分低減することができ、十分な量の気泡を発生させることができる。また、気孔３６の大きさが２００μｍ以下であると、いわゆる液漏れを抑制することができる。ここで、液漏れとは、気体の供給を止めて一方主面３ａ側から他方主面３ｂ側へかかる液体の自重が非常に大きい場合に、一方主面３ａ側から他方主面３ｂ側に液体が通過してしまうことをいう。さらに、好ましくは、気孔の大きさは、平均で３〜５０μｍである。なお、気孔の大きさは、水銀圧入法にて測定することができる。
【００２１】
気泡発生用部材１の形状は、特に限定されるものではなく、円板状や平板上、球状、中空状の構造体、管状体等のいずれでもよいが、気泡発生装置の仕切り板（後述する）に対する取り付け易さから、円板状や平板状が特に望ましい。
【００２２】
＜撥水層＞
撥水層６は、化学式がＣｎＨ２ｎ（ＣｍＦｍ＋１）−ＳｉＸ３（但し、ｎおよびｍは正の整数、ＸはＯＣＨ３、ＯＣ２Ｈ５、ＯＣ３Ｈ７、ＯＣ４Ｈ９のいずれか一種）で表される。これには、例えば、ＣＦ３Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣＨ３）３、Ｃ６Ｆ１３Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３、Ｃ８Ｆ１７Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３等が挙げられ、特に撥水効果をより高めるために、Ｃ６Ｆ１３Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３が好適に用いられる。
【００２３】
＜撥水層の形成方法＞
撥水層６は次の方法によって形成することが好ましい。
【００２４】
（トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリエトキシシラン（Ｃ６Ｆ１３Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３））に、塩化水素を含む、水とエタノールの混合液を滴下して加水分解してゾルを作製する。得られたゾルに多孔質体２を浸漬させた状態で真空容器内にて減圧することで、気孔内にゾルが浸透する。ゾルを浸透させた後、室温で乾燥し、さらに３００℃以下の温度で加熱する。この方法によって、気孔の内表面に撥水層６が形成される。
【００２５】
この場合において、原材料の配合割合は、例えば次の通りである。（トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリエトキシシラン（Ｃ６Ｆ１３Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３））０．０１モルに、塩化水素０．００７モルを含む水０．０１モルとエタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）０．１モルの混合液を滴下して加水分解してゾルを作製する。
【００２６】
＜加工面の形成方法＞
多孔質体２の外表面に形成された撥水層６を研磨などの加工方法によって除去すると、加工面には、貫通孔４の間にセラミックスの結晶が露出する。加工面は、多孔質体２の外表面の一部または全部のいずれでもよいが、少なくとも液体に接する領域は、上記加工面となるように加工する。
【００２７】
（実施の形態２）
次に、本発明の一実施形態に係る気泡発生装置について説明する。図２は、本実施形態に係る気泡発生装置の構成例を示す図である。この気泡発生装置では、気泡発生用部材として、図１に示した気泡発生用部材１を用いている。
【００２８】
気泡発生装置２０は、図２に示すように、容器２１と、容器２１内に設置された気泡発生用部材１とを有する。容器２１の内部空間は、仕切り板２２によって第１の空間２３ａおよび第２の空間２３ｂに区画されている。気泡発生用部材１は、仕切り板２２に形成された開口に、気密を保ちながら固定されている。これにより、気泡発生用部材１は、第１空間２３ａおよび第２空間２３ｂの境界に設置される。仕切り板２２と気泡発生用部材１との接合方法は特に限定されず、接着剤を用いた接合方法、Ｏリングを用いた機械的シール方法でも良い。気密性を高めるために、例えばテフロン（登録商標）等の樹脂コーティングを施して気密性を向上させてもよい。
【００２９】
この気泡発生装置２０において、第１空間２３ａには、液体が充填され、第２空間２３ｂには、気体が供給される。気泡発生用部材１は、一方主面３ａが第１空間２３ａに接し、他方主面３ｂが第２空間２３ｂに接している。
【００３０】
さらに、気泡発生装置２０は、第２空間２３ｂに加圧された気体を供給する気体供給部２４を有する。この気体供給部２４は、外部から第２空間２３ｂに加圧された気体を供給する導管を含む。気体は、導管から第２空間２３ａに供給されて、気泡発生用部材１の貫通孔４を通って、気泡Ｂとなり、第１空間２３ａに充填された液体を浮上した後、排気管２５から排気される。
【００３１】
気泡発生装置２０によれば、上記気泡発生用部材１を有しているので、より小さい気泡を発生させることができる。
【００３２】
次に、気泡発生装置の別の形態について説明する。図３は、気泡発生装置を模式的に示
した断面図である。この気泡発生装置は、例えばメッキ装置として用いられる。なお、図３において、図２における構成と同一の作用を有する構成には同一の符号を付している。図３の気泡発生装置３０では、容器２１内の第１の空間２３ａに電解メッキに用いられるメッキ液が充填されている。加圧された気体は、下方の第２空間２３ｂから気泡発生用部材１の貫通孔４を通過して気泡Ｂとなり、第１空間２３ａ内のメッキ液中を上昇して、容器２１に設けられた開口部から外部へ排出される。
【００３３】
メッキ液内には、メッキされるプリント基板などの被処理物３１が配置されている。被処理物３１は、被処理物治具（不図示）によって支持されている。被処理物治具は、導電性の治具３２に接続されている。治具３２は、導電性の支持部材３３に固定されている。被処理物３１の両側には、被処理物３１と離れて互いに対向する一対の陽極電極３５が配置されている。陽極電極３５は不図示の固定具によって、メッキ液内に固定されている。第２空間２３ｂから供給された気体は、気泡発生用部材１を通過して多数の気泡Ｂとなって、メッキ液内を浮上する。気泡Ｂが浮上する経路は、一対の陽極電極３５間を含み、特に、被処理物３１およびその近傍を浮上するように設定されている。このように、被処理物３１がメッキ処理される際に、気泡Ｂがメッキ液内を浮上する。
【００３４】
このような気泡発生装置３０によれば、メッキする対象である被処理物３１のメッキ厚みをより均一にすることができる。この理由は、気泡発生用部材１を通過して発生する気泡Ｂが小さいことから、被処理物３１近傍のメッキ液を撹拌する力が向上し、被処理物３１の周囲に存在するメッキ液を被処理物３１の周囲全体に渡って均一に保持することができるためであると考えられる。
【００３５】
メッキ液と接触している気泡発生用部材１の上面（一方主面３ａ）側は、撥水層６が研磨によって除去された加工面となっている。加工面では、貫通孔５の間に撥水層６が形成されていないので、加工面はメッキ液によって濡れている。このように加工面がメッキ液に濡れていると、一方主面３ａに気層（ガス層）が発生せず、より小さな気泡を発生させることができる。
【００３６】
なお、導管２４と気泡発生用部材１との接合方法は特に限定されず、接着剤による固定や、Ｏリングを用いた機械的シール方法でも良い。
【実施例】
【００３７】
＜気泡発生用部材の作製＞
（１）多孔質体の作製
α−アルミナ粉体にＭｇＯ等の焼結助剤とバインダーを混ぜ合わせて、プレス成形した。得られた成形体を１４００℃で焼成することにより、外径３０ｍｍ、厚み５ｍｍ、平均細孔径１０μｍの円板形状のアルミナ多孔質体を作製した。
【００３８】
（２）ゾルの合成
（トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリエトキシシラン（Ｃ６Ｆ１３Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３））０．０１モルに、塩化水素０．００７モルを含む水０．０１モルとエタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）０．１モルの混合液を滴下して加水分解してゾルを作製した。
【００３９】
（３）撥水層６の形成
得られたゾルに多孔質体２を浸漬させた状態で真空容器内にて減圧することで、気孔内にゾルを浸透させた。これを室温で乾燥させた後に、２５０℃の温度で加熱乾燥させることで、気孔の内表面全てに撥水層６を形成させた。
【００４０】
（４）加工
撥水層６が形成された多孔質体２の一方主面３ａを、平均粒径１０μｍのダイヤモンド砥粒を用いたラッピングにより加工し、多孔質体２を構成するセラミックの結晶を一方主面３ａに露出させた。
【００４１】
上記のようにして作製した気泡発生用部材１の気孔には、セラミック粒子上に撥水層６が形成されていることがＡＥＳ（オージェ電子分光分析装置）の分析によって確認できた。
【００４２】
＜気泡発生用部材を用いたメッキ装置の作製と評価＞
上記のようにして作製した気泡発生用部材１を、図３に示すメッキ装置に取り付けた。メッキ液を容器２１に充填しても、気泡発生用部材１の他方主面３ｂ側からメッキ液が漏れないことを確認した。次いで、０．１ＭＰａに加圧したＮ２ガスを第２空間２３ｂに供給すると、気泡発生用部材１から第１空間２３ａに気泡Ｂが発生した。発生した気泡Ｂを５０個無作為に選択してＣＣＤカメラで撮影し、撮影した静止画から各気泡Ｂの径を測定した。気泡径の平均値とバラツキを求めた。気泡発生用部材１を通過する１分間当たりのＮ２ガス流量を石鹸膜流量計にて測定した。
【００４３】
次に、気泡Ｂを発生させながら、メッキ厚み５μｍを目標値として、電解法により４０分間、金メッキした。被処理物３１としては、外径１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚み１ｍｍのニッケル板を用いた。メッキ後、被処理物３１であるニッケル板上の金メッキの厚みを蛍光Ｘ線膜厚計を用いて測定した。金メッキの厚みは図４に示す９箇所を測定し、金メッキの厚みの標準偏差を計算した。
【００４４】
測定結果を表１、２に示した。
【００４５】
【表１】
【００４６】
【表２】
【００４７】
表から明らかように、平均気泡径は３１．３μｍと小さかった。Ｎ２ガスの流量は７．２／分と大きく通気抵抗が低くて、十分な量のＮ２ガスを通過させることができた。メッキ後の金メッキの厚みの平均値は５．０μｍであった。金メッキの厚みの標準偏差０．１μｍと非常に小さかった。
【００４８】
＜比較例＞
次に、比較例について説明する。次に示した条件以外は、実施例と同様にして気泡発生用部材を作製し、実施例と同様に評価を試みた。
【００４９】
第１の比較例は、撥水層６を形成しなかった気泡発生用部材である。この気泡発生用部材を用いた場合、表１に示すように、平均気泡径は、３９．２μｍと実施例に比べて大きかった。さらに、気泡発生用部材の気孔にメッキ液が浸透してＮ２ガスの通気抵抗が大きくなったため、Ｎ２ガス流量が３．８ｌ／分と小さく、十分な量の気泡を発生させることができなかった。また、表２に示すように、金メッキの厚みは、平均で４．１μｍとなり十分な厚みが得られなかった。金メッキの厚みの標準偏差も０．３μｍと大きかった。
【００５０】
第２の比較例は、撥水層６を形成後、加工しなかった気泡発生用部材である。この気泡発生用部材は、気孔内および外表面全体に撥水層６が形成されている。表１に示すように、この気泡発生用部材を用いた場合、平均気泡径は５８３．３μｍと極めて大きかった。また、表２に示すように、金メッキの厚みの標準偏差が０．５μｍと大きくなった。
【符号の説明】
【００５１】
１：気泡発生用部材
２：多孔質体
３ａ，３ｂ：主面
４：貫通孔
５：開口
６：撥水層
７：セラミックスの結晶
８：内表面
２０：気泡発生装置
２３ａ：第１の空間
２３ｂ：第２の空間
２２：仕切り板
２４：導管
２５：排気管
３０：メッキ装置
３１：被処理物
３５：陽極電極
Ｂ：気泡
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気泡発生用部材およびこれを用いた気泡発生装置並びに気泡発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、メッキ液中に気泡を発生させるための部材として多孔質セラミックスを利用することが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、めっき槽の下部にセラミックス製の多孔質散気筒を設置し、空気とメッキ液をこの散気筒より噴出してメッキ液を撹拌しながらメッキする無電解ニッケルメッキ方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−６８７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように気泡を利用してメッキ液を撹拌する場合、気泡は、その大きさが小さい程上昇しやすく、液体を撹拌する力が強くなる傾向がある。しかし、小さい気泡を発生させるために、多孔質体の気孔の大きさを小さくすると、気孔が閉塞しやすくなり、気泡を発生させることが困難になるという問題がある。
【０００５】
よって、より小さな気泡を安定して発生させることができる気泡発生用部材が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る気泡発生用部材は、気孔同士が連通して形成された複数の貫通孔を有するセラミックスの多孔質体と、該複数の貫通孔の内表面にそれぞれ設けられた撥水層または撥油層とを有する。前記複数の貫通孔は、前記多孔質体の外表面に位置する開口部をそれぞれ有し、前記外表面において、複数の前記開口部の間に前記セラミックスの結晶が露出している。
【０００７】
本発明の一態様に係る気泡発生装置は、第１空間および第２空間を有する容器と、前記第１空間および前記第２空間の境界に設置された気泡発生用部材とを有する。前記気泡発生用部材は、気孔同士が連通して形成された複数の貫通孔を有するセラミックスの多孔質体と、該複数の貫通孔の内表面にそれぞれ設けられた撥水層または撥油層とを有し、前記複数の貫通孔は、前記多孔質体の外表面における第１領域および第２領域に位置する開口部をそれぞれ有する。前記第１領域および前記第２領域は、前記第１空間および前記第２空間に接し、前記第１領域および前記第２領域の少なくとも一方において、複数の前記開口部の間に前記セラミックスの結晶が露出している。
【０００８】
本発明の一態様に係る気泡発生方法は、気泡発生用部材を設置して、該気泡発生用部材を境に第１空間および第２空間を形成する設置工程と、前記第１空間に液体を充填する液体充填工程と、前記第２空間に気体を供給する気体供給工程と
を有する。前記気泡発生用部材は、気孔同士が連通して形成された複数の貫通孔を有するセラミックスの多孔質体と、該複数の貫通孔の内表面にそれぞれ設けられた撥水層または撥油層とを有し、前記複数の貫通孔は、前記多孔質体の外表面における第１領域および第２領域に位置する開口部をそれぞれ有する。前記設置工程において、前記気泡発生用部材
を、前記第１領域が前記第１空間に接し、前記第２領域が前記第２空間に接するように設置し、前記気体供給工程において、前記気体を加圧して供給することにより、該気体を前記第２空間から前記複数の連通孔を介して前記第１空間に供給する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に一態様に係る気泡発生用部材によれば、より小さな気泡を安定して発生させることができる。
【００１０】
本発明の一態様に係る気泡発生装置によれば、より小さい気泡を安定して発生することができる。
【００１１】
本発明の一態様に係る気泡発生方法によれば、より小さい気泡を安定して発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る気泡発生用部材の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の部分拡大断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の一実施形態に係る気泡発生装置の斜視図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るメッキ装置の断面図である。
【図４】本発明の実施例における、ニッケル板の金メッキ厚みの測定箇所を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係る気泡発生用部材の構成例を示す。図１（ａ）に示すように、気泡発生用部材１は、セラミックスの多孔質体２を有する。多孔質体２は、例えば円板状であり、それぞれ円形状である一方主面３ａと他方主面３ｂとを有している。また、多孔質体２は、多数の気孔を有し、それらの気孔のうち複数の気孔は連通して連通孔を形成している。そして、複数の連通孔は、気泡発生用部材１の一方主面３ａと他方主面３ｂとの間で連通している。これらの連通孔、すなわち、多孔質体２を貫通している貫通孔４は、一方主面３ａおよび他方主面３ｂに位置する開口部５をそれぞれ有している。
【００１４】
貫通孔４の内表面には、撥水層または撥油層（これらを総称して、以下「撥水層」という。）６が設けられている。このため、一方主面３ａが上面、他方主面３ｂが下面となるように気泡発生用部材１を配置し、一方主面３ａ側に液体を配置して一方主面３ａに液体の自重をかけ、他方主面３ｂに大気圧をかけたとしても、一方主面３ａ側から他方主面３ｂ側に液体が通過することを抑制することができる。これは、撥水層６の表面張力が大きいので、貫通孔４に液体が充填されないためと考えられる。
【００１５】
また、図１（ｂ）に示すように、多孔質体２の一方主面３ａにおいて、貫通孔４の開口部の間にセラミックスの結晶が露出している。この構成において、一方主面３ａに液体の自重をかけ、他方主面３ｂ側から一方主面３ａ側へ気体を通過させると、一方主面３ａ側から発生する気泡を小さくすることができる。これは、気体が貫通孔４を通過している間は、撥水層６があるために表面張力が高いが、開口部５から液体中に気体が放出される際には、開口部５の間にセラミックスの結晶７が露出しているために表面張力が急激に小さくなり（図１（ｂ）において一点鎖線で示す。）、気体に外力が加わるためであると考えられる。すなわち、気体が開口部５から放出される際に、外力が加わることによって気体が分離するために、気泡がより小さくなると考えられる。
【００１６】
また、撥水層６の端部は、貫通孔４の開口部５よりも下方（貫通孔４の内側）に位置しており、開口部５近傍に位置する貫通孔４の内表面が撥水層６から露出していてもよい。この内表面が撥水層６から露出する部位を露出部８とすると、撥水層６と露出部８との境界において表面張力が急激に変化する。すなわち、貫通孔４の内部における開口部５近傍において表面張力が急激に変化するため、気体が開口部５から放出される直前に気体に外力が加わる。よって、気体が開口部５から放出されて気体が広がる前に、気体に対して大きな外力が加わり、気泡がより小さくなると考えられる。
【００１７】
なお、撥水層６は、気孔のうち少なくとも貫通孔４の内表面に設けられていればよいが、貫通孔４を構成しない気孔の内表面に撥水層６が設けられていてもよい。気孔の内表面に撥水層６が形成されていると、その気孔に液体が入り込むことが抑制されるので、気孔内で細菌が増殖して目詰まりするといったことを抑制することができる。
【００１８】
＜多孔質体＞
気泡発生用部材１を構成する多孔質体２の材質は、特に限定されない。多孔質体２の材質は、例えば、ケイ酸塩、酸化物鉱物、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、又はケイ化物のセラミックスである。特に、ガラス、アルミナ、シリカ、ジルコニア、ゼオライト、チタニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、セリア、及びジンカからなる群より選ばれた１種以上からなることが好ましい。
【００１９】
多孔質体２の気孔率は５％〜５０％が好ましい。多孔質体２の気孔率が５％以上であると、発生する気泡の数を十分に増加させることができる。また、多孔質体２の気孔率が５０％以下であると、多孔質体２の強度を保持することができる。これにより、一方主面３ａと他方主面３ｂとの間で、圧力差が極度に大きい場合、多孔質体２が破損したり、多孔質体２を構成するセラミック粒子が脱粒したりすることを抑制することができる。その結果、セラミック粒子が脱粒してメッキ液などの液体に混入し、メッキにキズ、微細な凹凸などが発生する可能性を低減させることができる。さらに、好ましくは、気孔率は、１５％〜４０％である。なお、気孔率は、アルキメデス法にて測定することができる。
【００２０】
多孔質体２の気孔の大きさは、平均で１μｍ〜２００μｍであることが好ましい。気孔３６の大きさが１μｍより大きい場合には、多孔質体２を通過する気体の通気抵抗を十分低減することができ、十分な量の気泡を発生させることができる。また、気孔３６の大きさが２００μｍ以下であると、いわゆる液漏れを抑制することができる。ここで、液漏れとは、気体の供給を止めて一方主面３ａ側から他方主面３ｂ側へかかる液体の自重が非常に大きい場合に、一方主面３ａ側から他方主面３ｂ側に液体が通過してしまうことをいう。さらに、好ましくは、気孔の大きさは、平均で３〜５０μｍである。なお、気孔の大きさは、水銀圧入法にて測定することができる。
【００２１】
気泡発生用部材１の形状は、特に限定されるものではなく、円板状や平板上、球状、中空状の構造体、管状体等のいずれでもよいが、気泡発生装置の仕切り板（後述する）に対する取り付け易さから、円板状や平板状が特に望ましい。
【００２２】
＜撥水層＞
撥水層６は、化学式がＣｎＨ２ｎ（ＣｍＦｍ＋１）−ＳｉＸ３（但し、ｎおよびｍは正の整数、ＸはＯＣＨ３、ＯＣ２Ｈ５、ＯＣ３Ｈ７、ＯＣ４Ｈ９のいずれか一種）で表される。これには、例えば、ＣＦ３Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣＨ３）３、Ｃ６Ｆ１３Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３、Ｃ８Ｆ１７Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３等が挙げられ、特に撥水効果をより高めるために、Ｃ６Ｆ１３Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３が好適に用いられる。
【００２３】
＜撥水層の形成方法＞
撥水層６は次の方法によって形成することが好ましい。
【００２４】
（トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリエトキシシラン（Ｃ６Ｆ１３Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３））に、塩化水素を含む、水とエタノールの混合液を滴下して加水分解してゾルを作製する。得られたゾルに多孔質体２を浸漬させた状態で真空容器内にて減圧することで、気孔内にゾルが浸透する。ゾルを浸透させた後、室温で乾燥し、さらに３００℃以下の温度で加熱する。この方法によって、気孔の内表面に撥水層６が形成される。
【００２５】
この場合において、原材料の配合割合は、例えば次の通りである。（トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリエトキシシラン（Ｃ６Ｆ１３Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３））０．０１モルに、塩化水素０．００７モルを含む水０．０１モルとエタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）０．１モルの混合液を滴下して加水分解してゾルを作製する。
【００２６】
＜加工面の形成方法＞
多孔質体２の外表面に形成された撥水層６を研磨などの加工方法によって除去すると、加工面には、貫通孔４の間にセラミックスの結晶が露出する。加工面は、多孔質体２の外表面の一部または全部のいずれでもよいが、少なくとも液体に接する領域は、上記加工面となるように加工する。
【００２７】
（実施の形態２）
次に、本発明の一実施形態に係る気泡発生装置について説明する。図２は、本実施形態に係る気泡発生装置の構成例を示す図である。この気泡発生装置では、気泡発生用部材として、図１に示した気泡発生用部材１を用いている。
【００２８】
気泡発生装置２０は、図２に示すように、容器２１と、容器２１内に設置された気泡発生用部材１とを有する。容器２１の内部空間は、仕切り板２２によって第１の空間２３ａおよび第２の空間２３ｂに区画されている。気泡発生用部材１は、仕切り板２２に形成された開口に、気密を保ちながら固定されている。これにより、気泡発生用部材１は、第１空間２３ａおよび第２空間２３ｂの境界に設置される。仕切り板２２と気泡発生用部材１との接合方法は特に限定されず、接着剤を用いた接合方法、Ｏリングを用いた機械的シール方法でも良い。気密性を高めるために、例えばテフロン（登録商標）等の樹脂コーティングを施して気密性を向上させてもよい。
【００２９】
この気泡発生装置２０において、第１空間２３ａには、液体が充填され、第２空間２３ｂには、気体が供給される。気泡発生用部材１は、一方主面３ａが第１空間２３ａに接し、他方主面３ｂが第２空間２３ｂに接している。
【００３０】
さらに、気泡発生装置２０は、第２空間２３ｂに加圧された気体を供給する気体供給部２４を有する。この気体供給部２４は、外部から第２空間２３ｂに加圧された気体を供給する導管を含む。気体は、導管から第２空間２３ａに供給されて、気泡発生用部材１の貫通孔４を通って、気泡Ｂとなり、第１空間２３ａに充填された液体を浮上した後、排気管２５から排気される。
【００３１】
気泡発生装置２０によれば、上記気泡発生用部材１を有しているので、より小さい気泡を発生させることができる。
【００３２】
次に、気泡発生装置の別の形態について説明する。図３は、気泡発生装置を模式的に示
した断面図である。この気泡発生装置は、例えばメッキ装置として用いられる。なお、図３において、図２における構成と同一の作用を有する構成には同一の符号を付している。図３の気泡発生装置３０では、容器２１内の第１の空間２３ａに電解メッキに用いられるメッキ液が充填されている。加圧された気体は、下方の第２空間２３ｂから気泡発生用部材１の貫通孔４を通過して気泡Ｂとなり、第１空間２３ａ内のメッキ液中を上昇して、容器２１に設けられた開口部から外部へ排出される。
【００３３】
メッキ液内には、メッキされるプリント基板などの被処理物３１が配置されている。被処理物３１は、被処理物治具（不図示）によって支持されている。被処理物治具は、導電性の治具３２に接続されている。治具３２は、導電性の支持部材３３に固定されている。被処理物３１の両側には、被処理物３１と離れて互いに対向する一対の陽極電極３５が配置されている。陽極電極３５は不図示の固定具によって、メッキ液内に固定されている。第２空間２３ｂから供給された気体は、気泡発生用部材１を通過して多数の気泡Ｂとなって、メッキ液内を浮上する。気泡Ｂが浮上する経路は、一対の陽極電極３５間を含み、特に、被処理物３１およびその近傍を浮上するように設定されている。このように、被処理物３１がメッキ処理される際に、気泡Ｂがメッキ液内を浮上する。
【００３４】
このような気泡発生装置３０によれば、メッキする対象である被処理物３１のメッキ厚みをより均一にすることができる。この理由は、気泡発生用部材１を通過して発生する気泡Ｂが小さいことから、被処理物３１近傍のメッキ液を撹拌する力が向上し、被処理物３１の周囲に存在するメッキ液を被処理物３１の周囲全体に渡って均一に保持することができるためであると考えられる。
【００３５】
メッキ液と接触している気泡発生用部材１の上面（一方主面３ａ）側は、撥水層６が研磨によって除去された加工面となっている。加工面では、貫通孔５の間に撥水層６が形成されていないので、加工面はメッキ液によって濡れている。このように加工面がメッキ液に濡れていると、一方主面３ａに気層（ガス層）が発生せず、より小さな気泡を発生させることができる。
【００３６】
なお、導管２４と気泡発生用部材１との接合方法は特に限定されず、接着剤による固定や、Ｏリングを用いた機械的シール方法でも良い。
【実施例】
【００３７】
＜気泡発生用部材の作製＞
（１）多孔質体の作製
α−アルミナ粉体にＭｇＯ等の焼結助剤とバインダーを混ぜ合わせて、プレス成形した。得られた成形体を１４００℃で焼成することにより、外径３０ｍｍ、厚み５ｍｍ、平均細孔径１０μｍの円板形状のアルミナ多孔質体を作製した。
【００３８】
（２）ゾルの合成
（トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリエトキシシラン（Ｃ６Ｆ１３Ｃ２Ｈ４Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３））０．０１モルに、塩化水素０．００７モルを含む水０．０１モルとエタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）０．１モルの混合液を滴下して加水分解してゾルを作製した。
【００３９】
（３）撥水層６の形成
得られたゾルに多孔質体２を浸漬させた状態で真空容器内にて減圧することで、気孔内にゾルを浸透させた。これを室温で乾燥させた後に、２５０℃の温度で加熱乾燥させることで、気孔の内表面全てに撥水層６を形成させた。
【００４０】
（４）加工
撥水層６が形成された多孔質体２の一方主面３ａを、平均粒径１０μｍのダイヤモンド砥粒を用いたラッピングにより加工し、多孔質体２を構成するセラミックの結晶を一方主面３ａに露出させた。
【００４１】
上記のようにして作製した気泡発生用部材１の気孔には、セラミック粒子上に撥水層６が形成されていることがＡＥＳ（オージェ電子分光分析装置）の分析によって確認できた。
【００４２】
＜気泡発生用部材を用いたメッキ装置の作製と評価＞
上記のようにして作製した気泡発生用部材１を、図３に示すメッキ装置に取り付けた。メッキ液を容器２１に充填しても、気泡発生用部材１の他方主面３ｂ側からメッキ液が漏れないことを確認した。次いで、０．１ＭＰａに加圧したＮ２ガスを第２空間２３ｂに供給すると、気泡発生用部材１から第１空間２３ａに気泡Ｂが発生した。発生した気泡Ｂを５０個無作為に選択してＣＣＤカメラで撮影し、撮影した静止画から各気泡Ｂの径を測定した。気泡径の平均値とバラツキを求めた。気泡発生用部材１を通過する１分間当たりのＮ２ガス流量を石鹸膜流量計にて測定した。
【００４３】
次に、気泡Ｂを発生させながら、メッキ厚み５μｍを目標値として、電解法により４０分間、金メッキした。被処理物３１としては、外径１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚み１ｍｍのニッケル板を用いた。メッキ後、被処理物３１であるニッケル板上の金メッキの厚みを蛍光Ｘ線膜厚計を用いて測定した。金メッキの厚みは図４に示す９箇所を測定し、金メッキの厚みの標準偏差を計算した。
【００４４】
測定結果を表１、２に示した。
【００４５】
【表１】
【００４６】
【表２】
【００４７】
表から明らかように、平均気泡径は３１．３μｍと小さかった。Ｎ２ガスの流量は７．２／分と大きく通気抵抗が低くて、十分な量のＮ２ガスを通過させることができた。メッキ後の金メッキの厚みの平均値は５．０μｍであった。金メッキの厚みの標準偏差０．１μｍと非常に小さかった。
【００４８】
＜比較例＞
次に、比較例について説明する。次に示した条件以外は、実施例と同様にして気泡発生用部材を作製し、実施例と同様に評価を試みた。
【００４９】
第１の比較例は、撥水層６を形成しなかった気泡発生用部材である。この気泡発生用部材を用いた場合、表１に示すように、平均気泡径は、３９．２μｍと実施例に比べて大きかった。さらに、気泡発生用部材の気孔にメッキ液が浸透してＮ２ガスの通気抵抗が大きくなったため、Ｎ２ガス流量が３．８ｌ／分と小さく、十分な量の気泡を発生させることができなかった。また、表２に示すように、金メッキの厚みは、平均で４．１μｍとなり十分な厚みが得られなかった。金メッキの厚みの標準偏差も０．３μｍと大きかった。
【００５０】
第２の比較例は、撥水層６を形成後、加工しなかった気泡発生用部材である。この気泡発生用部材は、気孔内および外表面全体に撥水層６が形成されている。表１に示すように、この気泡発生用部材を用いた場合、平均気泡径は５８３．３μｍと極めて大きかった。また、表２に示すように、金メッキの厚みの標準偏差が０．５μｍと大きくなった。
【符号の説明】
【００５１】
１：気泡発生用部材
２：多孔質体
３ａ，３ｂ：主面
４：貫通孔
５：開口
６：撥水層
７：セラミックスの結晶
８：内表面
２０：気泡発生装置
２３ａ：第１の空間
２３ｂ：第２の空間
２２：仕切り板
２４：導管
２５：排気管
３０：メッキ装置
３１：被処理物
３５：陽極電極
Ｂ：気泡
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気孔同士が連通して形成された複数の貫通孔を有するセラミックスの多孔質体と、
該複数の貫通孔の内表面にそれぞれ設けられた撥水層または撥油層と
を有し、
前記複数の貫通孔は、前記多孔質体の外表面に位置する開口部をそれぞれ有し、
前記外表面において、複数の前記開口部の間に前記セラミックスの結晶が露出している気泡発生用部材。
【請求項２】
前記撥水層または撥油層の端部は、前記貫通孔の前記開口部よりも下方に位置しており、前記開口部近傍に位置する前記貫通孔の内表面が前記撥水層または撥油層から露出している請求項１に記載の気泡発生用部材。
【請求項３】
第１空間および第２空間を有する容器と、前記第１空間および前記第２空間の境界に設
置された気泡発生用部材とを有する気泡発生装置であって、
前記気泡発生用部材は、気孔同士が連通して形成された複数の貫通孔を有するセラミックスの多孔質体と、該複数の貫通孔の内表面にそれぞれ設けられた撥水層または撥油層とを有し、前記複数の貫通孔は、前記多孔質体の外表面における第１領域および第２領域に位置する開口部をそれぞれ有し、
前記第１領域および前記第２領域は、前記第１空間および前記第２空間に接し、前記第１領域および前記第２領域の少なくとも一方において、複数の前記開口部の間に前記セラミックスの結晶が露出している気泡発生装置。
【請求項４】
前記第１空間には液体が充填され、前記第２空間には気体が供給され、
前記第１領域に位置する前記複数の開口部の間において、前記セラミックスの結晶が露出している請求項３に記載の気泡発生装置。
【請求項５】
気泡発生用部材を設置して、該気泡発生用部材を境に第１空間および第２空間を形成する設置工程と、
前記第１空間に液体を充填する液体充填工程と、
前記第２空間に気体を供給する気体供給工程と
を有する気泡発生方法であって、
前記気泡発生用部材は、気孔同士が連通して形成された複数の貫通孔を有するセラミックスの多孔質体と、該複数の貫通孔の内表面にそれぞれ設けられた撥水層または撥油層とを有し、前記複数の貫通孔は、前記多孔質体の外表面における第１領域および第２領域に位置する開口部をそれぞれ有し、
前記設置工程において、前記気泡発生用部材を、前記第１領域が前記第１空間に接し、前記第２領域が前記第２空間に接するように設置し、
前記気体供給工程において、前記気体を加圧して供給することにより、該気体を前記第２空間から前記複数の連通孔を介して前記第１空間に供給する気泡発生方法。
【請求項６】
前記液体は、メッキ液である請求項５に記載の気泡発生方法。
【請求項１】
気孔同士が連通して形成された複数の貫通孔を有するセラミックスの多孔質体と、
該複数の貫通孔の内表面にそれぞれ設けられた撥水層または撥油層と
を有し、
前記複数の貫通孔は、前記多孔質体の外表面に位置する開口部をそれぞれ有し、
前記外表面において、複数の前記開口部の間に前記セラミックスの結晶が露出している気泡発生用部材。
【請求項２】
前記撥水層または撥油層の端部は、前記貫通孔の前記開口部よりも下方に位置しており、前記開口部近傍に位置する前記貫通孔の内表面が前記撥水層または撥油層から露出している請求項１に記載の気泡発生用部材。
【請求項３】
第１空間および第２空間を有する容器と、前記第１空間および前記第２空間の境界に設
置された気泡発生用部材とを有する気泡発生装置であって、
前記気泡発生用部材は、気孔同士が連通して形成された複数の貫通孔を有するセラミックスの多孔質体と、該複数の貫通孔の内表面にそれぞれ設けられた撥水層または撥油層とを有し、前記複数の貫通孔は、前記多孔質体の外表面における第１領域および第２領域に位置する開口部をそれぞれ有し、
前記第１領域および前記第２領域は、前記第１空間および前記第２空間に接し、前記第１領域および前記第２領域の少なくとも一方において、複数の前記開口部の間に前記セラミックスの結晶が露出している気泡発生装置。
【請求項４】
前記第１空間には液体が充填され、前記第２空間には気体が供給され、
前記第１領域に位置する前記複数の開口部の間において、前記セラミックスの結晶が露出している請求項３に記載の気泡発生装置。
【請求項５】
気泡発生用部材を設置して、該気泡発生用部材を境に第１空間および第２空間を形成する設置工程と、
前記第１空間に液体を充填する液体充填工程と、
前記第２空間に気体を供給する気体供給工程と
を有する気泡発生方法であって、
前記気泡発生用部材は、気孔同士が連通して形成された複数の貫通孔を有するセラミックスの多孔質体と、該複数の貫通孔の内表面にそれぞれ設けられた撥水層または撥油層とを有し、前記複数の貫通孔は、前記多孔質体の外表面における第１領域および第２領域に位置する開口部をそれぞれ有し、
前記設置工程において、前記気泡発生用部材を、前記第１領域が前記第１空間に接し、前記第２領域が前記第２空間に接するように設置し、
前記気体供給工程において、前記気体を加圧して供給することにより、該気体を前記第２空間から前記複数の連通孔を介して前記第１空間に供給する気泡発生方法。
【請求項６】
前記液体は、メッキ液である請求項５に記載の気泡発生方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１７３０６３（Ｐ２０１１−１７３０６３Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３８７４３（Ｐ２０１０−３８７４３）
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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