CH688282A5

CH688282A5 - Galvanische Metallabscheidungsvorrichtung.

Info

Publication number: CH688282A5
Application number: CH00040/94A
Authority: CH
Inventors: Robert Smith; Ron E Toby; John H Germanson
Original assignee: Quad Tech
Priority date: 1993-02-01
Filing date: 1994-01-06
Publication date: 1997-07-15
Also published as: DE4402437C2; DE4402437A1; US5318683A

Description

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Beschreibung

Bereich der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verändern einer Oberfläche eines mit einem Abscheidungsmaterial überzogenen Gegenstandes.

Hintergrund der Erfindung

Die galvanische Metallabscheidung wird schon seit langem als Verfahren angewendet, um Gegenstände mit einer speziellen Schicht zu plattieren. Die galvanische Metallabscheidung ist ein relativ einfacher Weg, einen Gegenstand mit einem Material, zum Beispiel Kupfer, zu überziehen, besonders dort, wo es mit andern Verfahren schwierig wäre, eine dünne gleichmässige Schicht anzubringen.

Die galvanische Metallabscheidung wird angewendet, um Tiefdruckwalzen zu plattieren, die bei Druckvorgängen üblicherweise verwendet werden. Eine Tiefdruckwalze wird mit einer dünnen Schicht eines Materials, zum Beispiel Kupfer, plattiert, worauf der gewünschte Druck in die Kupferschicht eingeätzt wird. In solchen Fällen bildet normalerweise eine Stahl- oder Aluminiumwalze das Substrat, das die galvanisch abgeschiedene Metallschicht trägt. Wenn der Druckvorgang beendet ist, muss die Tiefdruckwalze überholt werden, damit ein neuer Druck in die Walze eingeätzt werden kann. Das Überholen erfordert, dass die galvanisch abgeschiedene Metallschicht wenigstens teilweise entfernt wird, um so die vorherige Ätzung zu entfernen, so dass eine neue galvanisch abgeschiedene Metallschicht auf der Walze angebracht werden kann. Wenn die neue Schicht aus galvanisch abgeschiedenem Material die Walze bedeckt, kann wie vorher die gewünschte Ätzung für den zukünftigen Druck ausgeführt werden.

Eine galvanische Metallabscheidungsvorrichtung benötigt ein lonenflüssigkeitsbad, das mit dem zu überziehenden Gegenstand in Kontakt steht. Das lonenflüssigkeitsbad enthält Ionen des Abschei-dungsmaterials. Eine Zufuhr des galvanisch abzuscheidenden Materials muss ebenfalls mit dem lonenflüssigkeitsbad in Kontakt stehen, um das Flüssigkeitsbad mit zusätzlichen Ionen zu beliefern, wenn der Vorgang des Plattierens beginnt.

Wenn zum Beispiel eine Tiefdruckwalze mit Kupfer überzogen werden soll, wird die Walze eingetaucht oder rotiert, während sie in Kontakt mit einem Kupferionen enthaltenden Flüssigkeitsbad steht. Ein Korb mit Kupferklumpen oder Kupferstäben wird in typischer Weise in der Nähe der Tiefdruckwalze in das Flüssigkeitsbad eingetaucht. Ein elektrisches Feld wird dann durch den Gegenstand und die Abscheidungsmaterialzufuhr hergestellt. Die auf den Gegenstand angewendete Ladung ist der Ladung der Ionen im Flüssigkeitsbad entgegengesetzt, wodurch die Ionen zum Gegenstand hingezogen werden. Auf diese Art werden die Ionen auf dem Gegenstand abgeschieden und bilden so auf dem Gegenstand eine Schicht oder Plattierung. In der Zwischenzeit lösen sich zusätzliche Ionen von der Abscheidungsmaterialzufuhr und gelangen ins Flüssigkeitsbad, wo sie im allgemeinen die vom Gegenstand angezogenen Ionen ersetzen. Beim Beispiel der Tiefdruckwalze kann die Walze durch das Flüssigkeitsbad rotiert werden, während der galvanische Metallabscheidungsvorgang stattfindet, so dass im allgemeinen eine Schicht Abscheidungsmaterial über die gesamte Oberfläche der Tiefdruckwalze gebildet wird.

Oft werden während des galvanischen Abschei-dungsvorgangs Oxide oder andere Schmutzstoffe abgegeben, wenn die Abscheidungsmaterialzufuhr ionisiert; das heisst, wenn sich Ionen von der Abscheidungsmaterialzufuhr lösen und ins Flüssigkeitsbad gelangen. Dies geschieht zur Hauptsache wegen den Unreinheiten, die im Zufuhrmaterial enthalten sind. Deshalb wird die lonenflüssigkeit, die im Flüssigkeitsbad verwendet wird, üblicherweise durch ein grösseres lonenflüssigkeitsreservoir geleitet. Vor der Rückkehr ins Flüssigkeitsbad wird die lonenflüssigkeit gefiltert und dem Flüssigkeitsbad neu zugeführt. Das US-Patent Nr. 3 923 610 von Bergin et al. offenbart ein Verfahren zum Plattieren einer Tiefdruckwalze mit Kupfer, bei dem eine typische Plattierungsvorrichtung verwendet wird. Eine rotierbar befestigte Walze steht in Kontakt mit einem Elektrolyten, der sich in einem Trog befindet. Der Elektrolyt besteht im wesentlichen aus einer Lösung von Kupfersulfat und Schwefelsäure in Wasser. Die Walze wird teilweise ins lonenflüssigkeitsbad eingetaucht und rotiert, während ein elektrisches Feld durch die Walze und eine feste Kupferzufuhr hergestellt wird.

Ein Problem bei den Vorrichtungen des Standes der Technik, zum Beispiel bei der Bergin-Vorrich-tung, besteht darin, dass diese Vorrichtungen nicht in der Lage waren, Material genau und gleichmäs-sig auf den zu plattierenden Gegenständen abzuscheiden. Dies führte zu Schwierigkeiten beim Plattieren oder Überholen von Gegenständen wie Tiefdruckwalzen, die eine präzise und gleichmässig glatte Oberfläche benötigen. Um eine derart gewünschte gleichmässige Oberfläche mit Galvanisiervorrichtungen des Standes der Technik zu erhalten, wurde zuerst eine alte Schicht Abscheidungsmaterial entfernt und der Gegenstand anschliessend gründlich gereinigt. Nach der Reinigung wurde der Gegenstand auf herkömmliche Art mit einer relativ dicken Schicht des galvanischen Abscheidungsma-terials plattiert, wonach diese Schicht einem Verfei-nerungsprozess unterworfen wurde, und zwar durch einen Grobschnitt der galvanischen Abscheidungs-schicht zu einer im allgemeinen gleichmässigen Oberflächenqualität, einen Feinschnitt des Grobschnitts und ein anschliessendes Polieren der Oberfläche, bis diese die gewünschten glatten und gleichmässigen Eigenschaften aufwies. Dieser Vorgang war jedoch zeitraubend und verschwendete sehr viel galvanisches Abscheidungsmaterial.

Der Erfinder hat herausgefunden, dass die mit der Galvanisiervorrichtung des Standes der Technik erhaltene Ungleichmässigkeit der galvanischen Ab-scheidungsschicht im wesentlichen durch die un-gleichmässige Verteilung der Ionen verursacht wird, wenn diese vom Gegenstand angezogen werden,

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sowie durch Schmutzstoffe, die iris Flüssigkeitsbad gelangen und am zu plattierenden Gegenstand haften bleiben. Es wäre vorteilhaft, wenn man verhindern könnte, dass Schmutzstoffe von der galvanischen Abscheidungsmaterialzufuhr oder von der re-zyklierten lonenflüssigkeit ins Flüssigkeitsbad gelangen. Zusätzlich wäre es von Vorteil, die Ionen im Flüssigkeitsbad gleichmässig zu verteilen, wenn diese von der galvanischen Abscheidungsmaterialzufuhr oder der ins Flüssigkeitsbad rezyklierten lonenflüssigkeit dem Flüssigkeitsbad zugeführt werden. Ein Problem bei den Vorrichtungen des Standes der Technik ergab sich zum Beispiel als eine lonenflüssigkeit durch Düsen dem Flüssigkeitsbad zugeführt wurde, weil sie in der Regel Flüssigkeitsstrahlen ins Flüssigkeitsbad spritzten. Man hat festgestellt, dass ein solches strahlenartiges Spritzen eine unregelmässige Walzenplattierung verursacht, weil sich entsprechend der Lage der Zufuhrdüsen hohe und niedrige Flecken im Abscheidungsmaterial ergeben.

Andere Verfahren und Vorrichtungen zur galvanischen Materialabscheidung werden beispielsweise im US-Patent Nr. 4 437 942 von Dätwyler und US-Patent Nr. 4 405 709 von Katano et. al. erläutert. Diese Dokumente des Standes der Technik befassen sich jedoch nicht ausreichend mit dem oben erwähnten Problem.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung verschafft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verändern der Oberfläche eines Gegenstandes, indem die Menge des auf den Gegenstand abgeschiedenen Materials beein-flusst wird. Der Gegenstand wird in flüssiger Verbindung mit einem lonenflüssigkeitsbad gehalten, das Ionen des Abscheidungsmaterials enthält. Die Vorrichtung umfasst einen Behälter zur Aufnahme des lonenflüssigkeitsbades und ein Reservoir zur Aufnahme des Abscheidungsmaterials in flüssiger Verbindung mit dem lonenflüssigkeitsbad. Eine elektrische Stromquelle ist betriebsmässig mit dem Abscheidungsmaterial im Reservoir und dem Gegenstand verbunden und erzeugt durch das Abscheidungsmaterial und den Gegenstand ein elektrisches Feld. Die elektrische Stromquelle erzeugt beim Gegenstand eine erste Ladung und beim Abscheidungsmaterial im Reservoir eine zweite Ladung. Diese erste und zweite Ladungen haben entgegengesetzte Polaritäten und weisen im wesentlichen die gleiche Stärke auf. Die erste und die zweite Ladung wirken zusammen, um über das lonenflüssigkeitsbad das elektrische Feld zwischen Gegenstand und Abscheidungsmaterial herzustellen. Auf diese Art wirken lonenflüssigkeitsbad und Abscheidungsmaterial zusammen als Reaktion auf das elektrische Feld, um die Abscheidung der Ionen auf dem Gegenstand zu bewirken.

Vorzugsweise wird eine Siebtrennwand zwischen Gegenstand und Reservoirmittel angeordnet, um den Durchgang von Schmutzstoffen vom Abscheidungsmaterial zum Gegenstand zu verhindern. Zusätzlich wird ein Diffusionsteil zwischen Gegenstand und Reservoir angeordnet, um die lonendiffusion zu unterstützen, wenn sich diese beim Abscheiden auf den Gegenstand durch das lonenflüssigkeitsbad bewegen.

Ein Filter ist vorzugsweise dazu bestimmt, die re-zyklierte oder auf andere Art dem lonenflüssigkeitsbad zugeführte Flüssigkeit zu filtrieren. Der Filter ist derart ausgebildet, dass eine gleichmässige Verteilung der Filtrierflüssigkeit ins lonenflüssigkeitsbad gewährleistet ist.

Die Erfindung umfasst ebenfalls ein Verfahren zum Überholen eines Gegenstands, um eine glatte, gleichmässige Oberfläche zu erhalten, die sich zum Atzen und zur Verwendung im Tiefdruck eignet. Das Verfahren nach der Erfindung benötigt weniger oder kürzere maschinelle Schritte und Fertigungsschritte, um eine gleichmässige Endoberfläche zu erhalten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im weiteren mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugsnummern gleiche Teile bezeichnen; darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Querschnittansicht;

Fig. 2 eine Grundrissansicht, die Einzelheiten der Erfindung darstellt, wobei die zu plattierenden Gegenstände entfernt worden sind;

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens des Standes der Technik zum Überholen einer Tiefdruckwalze;

und Fig. 4 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung zum Aufbereiten einer Tiefdruckwalze.

Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführung

Verwiesen sei nun auf die schematische Querschnittansicht von Fig. 1, die eine allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete galvanische Metallabscheidungsvorrichtung darstellt, die eine Abscheidungsmaterialzufuhr 12, ein lonenflüssigkeitsbad 14, das Ionen des Abscheidungsmaterials enthält, einen Gegenstand 16, auf dem Abscheidungsmaterial abgelagert oder von dem Abscheidungsmaterial entfernt werden kann, einen Behälter 18 zur Aufnahme des lonenflüssigkeitsbades 14 und ein Reservoir 20 zur Aufnahme der Abscheidungsmaterialzufuhr 12 in flüssigem Kontakt mit dem lonenflüssigkeitsbad 14 umfasst. Eine elektrische Stromquelle 22 ist betriebsmässig mit der Abscheidungsmaterialzufuhr 12 und dem Gegenstand 16 verbunden. Eine Sperre 24 ist zwischen dem Gegenstand 16 und der Abscheidungsmaterialzufuhr 12 angeordnet. Auf ähnliche Weise ist auch ein Diffusionsteil zwischen dem Gegenstand 16 und der Abscheidungsmaterialzufuhr 12 angeordnet.

Eine Flüssigkeitszufuhr 28 steht mit dem Flüssigkeitsbad 14 in Flüssigkeitskontakt, und zwar vorzugsweise über die Rohrleitung 30. Eine Flüssigkeitspumpe 32 kann dazu verwendet werden, um Flüssigkeit durch die Rohrleitung 30 ins lonenflüssigkeitsbad 14 zu leiten. In einer bevorzugten Aus5

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führung wird die Flüssigkeit durch einen Filter 34 gepumpt, bevor sie im lonenflüssigkeitsbad 14 verteilt wird. Der Filter 34 besteht vorzugsweise aus einem Filterrohr, das sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Reservoirs 20 erstreckt.

Die Abscheidungsmaterialzufuhr 12 kann aus irgendeinem Material bestehen, das bei galvanischen Metallabscheidungsverfahren verwendet wird. Das Material muss in der Lage sein, Ionen abzugeben, um die aus dem lonenflüssigkeitsbad 14 entfernten und auf den Gegenstand 16 abgeschiedenen Ionen zu ersetzen. Ein gutes Beispiel eines Abscheidungsmaterials, das direkt benutzt werden kann, ist Kupfer, und Kupfer wird als Hauptbeispiel durch die ganze Beschreibung hindurch erwähnt, ohne jedoch irgendwelche Einschränkungen bezüglich des be-nützbaren Materials zu machen. Im Fall von Kupfer weisen die Kupferionen eine positive Ladung auf, so dass die Stromquelle 22 dem Gegenstand 16 eine negative Ladung und der Abscheidungsmaterialzufuhr 12 eine positive Ladung zuführen muss, um eine Plattierung zu bewirken. In der Tat zieht der negativ geladene Gegenstand positiv geladene Ionen an, die anschliessend auf der Oberfläche des Gegenstands 16 abgeschieden werden. Wenn die Kupferionen auf dem Gegenstand 16 abgeschieden und aus dem lonenflüssigkeitsbad 14 entfernt werden, werden durch das elektrische Potential, das zwischen dem Gegenstand 16 und der Abscheidungsmaterialzufuhr 12 besteht, zusätzliche Kupferionen induziert, die sich von der Abscheidungsmaterialzufuhr 12 lösen und die Ionen ersetzen, die auf diese Weise aus dem lonenflüssigkeitsbad 14 entfernt wurden.

Das lonenflüssigkeitsbad 14 umfasst eine Trägerflüssigkeit und Ionen, die allgemein durch die Flüssigkeit verteilt sind. Beim Beispiel von Kupfer würde ein Kupfersulfat üblicherweise mit einer Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser, vermischt. Andere Zusätze, die auf diesem Gebiet normalerweise verwendet werden, können ebenfalls hinzugefügt werden. Das Kupfersulfat löst sich in Kupferionen und Sulfationen auf, wobei die Kupferionen eine positive Ladung und die Sulfationen eine negative Ladung aufweisen. Wenn somit zwischen dem Gegenstand 16 und der Abscheidungsmaterialzufuhr 12 ein elektrisches Feld hergestellt wird, werden die Kupferionen vom negativ geladenen Gegenstand 16 angezogen, während sich die Sulfationen zum Reservoir 20 bewegen. Die Kupferionen werden auf der Oberfläche des Gegenstands 16 abgeschieden, während sich die Sulfationen in die Nähe der Abscheidungsmaterialzufuhr 12 bewegen und sich mit den im Kupfer natürlich vorkommenden Oxiden verbinden, wodurch ein Schlamm gebildet wird, der ins Reservoir 20 sinkt. Falls ein anderes Abscheidungsmaterial verwendet wird, das im lonenflüssigkeitsbad 14 negative Ionen bildet, müsste die Stromquelle 22 natürlich derart verbunden sein, dass dem Gegenstand 16 eine positive Ladung zugeführt wird.

Der Gegenstand 16 kann theoretisch ein Gegenstand mit irgendeiner Form sein, so lange er eine elektrische Ladung aufnehmen kann. Nur derjenige Teil des Gegenstands 16, der in Flüssigkeitskontakt mit dem lonenflüssigkeitsbad 14 steht, wird mit dem

Abscheidungsmaterial plattiert. In der bevorzugten Ausführung ist der Gegenstand 16 eine Tiefdruckwalze, die an einer Welle 36 befestigt ist und eine Längsachse 37 aufweist, wobei die Tiefdruckwalze während dem galvanischen Metallabscheidungsvor-gang rotiert wird. Obwohl sich zu irgendeinem Zeitpunkt nur ein Teil des Gegenstands 16 in Flüssigkeitskontakt mit dem lonenflüssigkeitsbad 14 steht, wird der Gegenstand 16 dennoch über seine gesamte äussere Oberfläche 38 plattiert, da alle Teile der Oberfläche 38 durch das lonenflüssigkeitsbad 14 rotiert werden. Das galvanische Metallabscheidungsverfahren kann sowohl auf rotierende als auch auf stationäre Gegenstände angewendet werden.

Die Abscheidungsmaterialzufuhr 12 befindet sich im Reservoir 20. Das Reservoir 20 umfasst ein Bodenblech 40, das vorzugsweise von einem Träger 42 getragen wird. In einer bevorzugten Ausführung ist der Träger 42 kolbenartig ausgebildet und erstreckt sich zwischen einer Bodenwand 44 des Behälters 18 und dem Bodenblech 40. Das Bodenblech 40 besteht vorzugsweise aus Titanblech. Ein Einsatz 46 ist vorzugsweise zwischen dem Bodenblech 40 und der Abscheidungsmaterialzufuhr 12 angeordnet. Ein stromleitendes Blech 48 ist vorzugsweise in Kontakt mit der Abscheidungsmaterialzufuhr 12 zwischen dem Bodenblech 40 und der Abscheidungsmaterialzufuhr 12 angeordnet. In einer bevorzugten Ausführung besteht das stromleitende Blech 48 aus Blei und ist zwischen dem Einsatz 46 und der Abscheidungsmaterialzufuhr 12 angeordnet. Der Einsatz 46 ist vorzugsweise eine Kunststoffolie.

Um die Entwässerung zu unterstützen, können sowohl der Einsatz 46 als auch das stromleitende Blech 48 perforiert sein, wodurch die Flüssigkeit zum Bodenblech 40 durchdringen kann. Ein Entwässerungsrohr 50 erstreckt sich durch das Bodenblech 40, um einen Entwässerungsweg für die Fil-trierungsflüssigkeit durch das Blech 48 und den Einsatz 46 zu bilden. In einer bevorzugten Ausführung führt das Entwässerungsrohr 50 die Entwässerungsflüssigkeit zur Flüssigkeitsversorgung 28 zurück.

Verwiesen sei nun auf Fig. 2, bei der das Reservoir 20 einer bevorzugten Ausführung im allgemeinen U-förmig ausgebildet ist. Ein Paar äussere Stützwände 52 erstrecken sich vom Bodenblech 40 nach oben und definieren ein Paar äussere Längsseiten 53 des Reservoirs 20. Ein Paar Endwände 54 sind an den längsseitigen Enden des Reservoirs 20 angeordnet. Das Reservoir 20 kann eine andere Form aufweisen, als die der gezeigten bevorzugten Ausführung. Wenn jedoch Tiefdruckwalzen plattiert werden, erstreckt sich das Reservoir 20 vorzugsweise um eine grössere Distanz in einer Richtung, die im allgemeinen parallel zur Längsachse 37 der Tiefdruckwalze 16 ist.

Ein Paar innere Stützwände 56 erstrecken sich vorzugsweise in einem Abstand von den Stützwänden 52 nach oben. Vorzugsweise befindet sich die ganze Abscheidungsmaterialzufuhr 12 zwischen den inneren Stützwänden 56. Zwischen jeder inneren Stützwand 56 und äusseren Stützwand 52 sind

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Filterrohre 34 angeordnet. Die Filterrohre 34 erstrecken sich in Längsrichtung zwischen den Stützwänden 52 und 56, im allgemeinen parallel zur Achse 37, und vorzugsweise über die gesamte Länge des Reservoirs 20. Die Filterrohre 34 können eine Mehrzahl kürzerer Filterrohre umfassen, die an einer Mehrzahl von Klammern 58 befestigt sind, die sich vom Reservoir 20 aus erstrecken, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Zusätzlich ist über jedem Filterrohr 34 eine Abdeckplatte 60 angeordnet. Jede Abdeckplatte 60 umfasst eine Mehrzahl von Öffnungen 62. Wenn somit der galvanische Metallabschei-dungsvorgang stattfindet, ist jedes Filterrohr 34 zwischen einer äusseren Stützwand 52, einer inneren Stützwand 56, einem Teil des Einsatzes 46 und der Abdeckplatte 60 eingeschlossen. Die Sperre 24 ist zwischen der Abscheidungsmaterialzufuhr 12 und dem Gegenstand 16 angeordnet. Die Sperre 24 erstreckt sich zwischen den beiden inneren Stützwänden 56, so dass sie die Abscheidungsmaterialzufuhr bedeckt, die sonst dem Gegenstand 16 ausgesetzt wäre. Auf diese Art müssen sämtliche Ionen, die von der Abscheidungsmaterialzufuhr 12 abgegeben werden, durch die Sperrvorrichtung 24 dringen, bevor sie mit dem Gegenstand 16 in Kontakt gelangen können. Die Sperre 24 verhindert jedoch, dass sämtliche Oxide und andere unerwünschte Schmutzstoffe in die unmittelbare Nähe des Gegenstands 16 fliessen, wo sie möglicherweise in Kontakt mit dem Gegenstand 16 gelangen könnten, was zu Oberflächendeformationen im Abscheidungsmaterial führen würde, das auf den Gegenstand abgeschieden wird. Die Sperre 24 besteht vorzugsweise aus einer Polypropylenfolie, die angemessen dimensionierte Löcher aufweist, um den Durchfluss der lonenflüssigkeit zwischen Abscheidungsmaterialzufuhr 12 und Gegenstand 16 zu gewährleisten, während der Durchfluss von Kupferoxiden und anderen Schmutzstoffen sowie Partikeln, die sich in der lonenflüssigkeit befinden können oder durch den galvanischen Metallabscheidungs-vorgang erzeugt werden, verhindert wird.

Der Diffusionsteil 26 ist auf ähnliche Art zwischen der Abscheidungsmaterialversorgung 12 und dem Gegenstand 16 angeordnet. In einer bevorzugten Ausführung umfasst der Diffusionsteil 26 ein erstes Titangitter 64 und ein zweites Titangitter 66. Beide Titangitter 64, 66 sind vorzugsweise an einem Scharnier 68 befestigt und können somit von der Abscheidungsmaterialzufuhr 12 weggeschwenkt werden, um die Entfernung des Gegenstands 16 vom lonenflüssigkeitsbad 14 zu erleichtern. Vorzugsweise ist die Sperre 24 zwischen dem ersten und dem zweiten Titangitter 64, 66 angeordnet. Somit wird die Sperre sicher an Ort und Stelle gehalten und Ionen können diffundiert und filtriert werden, bevor sie von der Abscheidungsmaterialzufuhr 12 in die unmittelbare Nähe des Gegenstands 16 gelangen. Die Titangitter 64, 66 umfassen eine Vielzahl von Öffnungen 70, die Ionen durchlassen und dabei die Diffusion der Ionen fördern. In einer bevorzugten Ausführung sind diese Öffnungen kreisfömig, haben einen Durchmesser, der kleiner als 5,08 cm ist und weisen eine unterschiedliche Grösse auf. Durch die Diffusion werden die Ionen gleichmässiger über das lonenflüssigkeitsbad 14 verteilt und somit vom Gegenstand 16 gleichmässiger angezogen, was eine grössere Gleichförmigkeit der galvanischen Abscheidung ergibt.

Die gleichmässige Verteilung der Ionen im Flüssigkeitsbad 14 wird ebenfalls erleichtert, wenn die lonenflüssigkeit durch die Filterrohre 34 fliesst. Das heisst, die Filterrohre 34 filtrieren nicht nur Oxide und andere Schmutzstoffe aus, sondern fördern auch eine gleichmässige Verteilung der lonenflüssigkeit über die Länge des Reservoirs 20. Die Filterrohre 34 bestehen vorzugsweise aus einem Polypropylenmaterial, welches den Fluss der lonenflüssigkeit ins Flüssigkeitsbad 14 einschränkt. Die Flüssigkeit dringt in einen hohlen Innenteil 71 der Filterrohre 34 und fliesst dann radial nach aussen durch das Polypropylenmaterial und weiter ins Flüssigkeitsbad 14 hinein. Das einschränkende Polypropylenfiltermaterial garantiert, dass sich die Filterrohre 34 wenigstens teilweise mit lonenflüssigkeit füllen, und unterstützt eine langsame, gleichmässige Verteilung der lonenflüssigkeit über die Länge des Reservoirs 20, wodurch lonenstreuung und gleichmässiges Anhaften der Ionen am Gegenstand 16 gefördert wird.

Die lonenflüssigkeit wird über die Rohrleitung 30, die vorzugsweise aus einem PVC-Rohr besteht, den Filterrohren 34 zugeführt. Die Rohrleitung 30 ist mit der Flüssigkeitspumpe 32 verbunden und erstreckt sich durch den Flüssigkeitsversorgungstank 28. Die Rohrleitung 30 erstreckt sich durch die Bodenwand 44, durch das Bodenblech 40 und bis in die Filterrohre 34, um die Innenteile 71 der Filterrohre 34 mit lonenflüssigkeit zu versorgen. Da die Filterrohre 34 den Flüssigkeitsfluss einschränken, sind die Filterrohre 34 im allgemeinen mit lonenflüssigkeit gefüllt, die durch die Rohrleitung 30 zugeführt wird, wodurch eine gleichmässige Verteilung der lonenflüssigkeit über die Länge des Reservoirs 20 gefördert wird, wie dies oben beschrieben worden ist.

Der Flüssigkeitspegel des Behälters 18 wird von einer Überlaufwand 72 aufrechterhalten, die in einem Abstand von einer Aussenwand 74 des Behälters 18 angeordnet ist. Das lonenflüssigkeitsbad 14 wird auf einem konstanten Niveau gehalten, da sämtliche überschüssige lonenflüssigkeit über die Überlaufwand 72 in einen Durchgang 76 fliesst, durch den die übergelaufene Flüssigkeit zum Flüssigkeitsversorgungstank 28 zurückgeführt wird.

Der Betrieb der galvanischen Metallabschei-dungsvorrichtung 10 wird nun anhand des Beispiels erklärt, bei dem eine Tiefdruckwalze mit einer gleichmässigen Kupferschicht plattiert wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das Plattieren von Tiefdruckwalzen beschränkt, noch beschränkt es sich auf die Verwendung von Kupfer als Abscheidungsmaterial.

In Betrieb wird das Reservoir 20 mitsamt der Abscheidungsmaterialzufuhr 12 von Kupfer, vorzugsweise in der Form von Kupferklumpen, in das lonenflüssigkeitsbad 14 eingetaucht. Das lonenflüssigkeitsbad 14 besteht zur Hauptsache aus Wasser, das mit Kupferionen und Sulfationen vermischt wurde. Der Gegenstand 16, bei diesem

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Beispiel eine Tiefdruckwalze, wird im lonenflüssigkeitsbad 14 durch herkömmliche und auf diesem Gebiet bekannte Mittel (nicht gezeigt) rotiert, während die Stromquelle 22 der Tiefdruckwalze 16 und der Abscheidungsmaterialzufuhr 12 eine Ladung zuführt. In dieser beispielhaften bevorzugten Ausführung wird dem Gegenstand 16 über eine Klemme 78, die mit der Welle 36 in Verbindung steht, eine negative Ladung und einer Stromschiene 80 eine positive Ladung zugeführt, wobei sich diese Stromschiene 80 in Längsrichtung entlang dem Reservoir 20 (im allgemeinen parallel zur Achse 37) erstreckt und in Kontakt mit der Abscheidungsmaterialzufuhr 12 steht. Die elektrische Spannung zwischen dem Gegenstand 16 und der Abscheidungsmaterialzufuhr 12 befindet sich vorzugsweise im Bereich von 10 bis 11% Volt, obwohl ein grösserer Voltbereich ebenfalls ausreichen würde, um eine Materialabscheidung auf den Gegenstand 16 zu bewirken. Wenn die Tiefdruckwalze (das heisst der Gegenstand 16) rotiert, werden Ionen des Flüssigkeitsbades 14 zur äusseren Oberfläche 38 des Gegenstands 16 hingezogen und in einer feinen, im allgemeinen gleichmässigen Schicht abgeschieden. Wenn die Ionen auf der äusseren Oberfläche 38 abgeschieden werden, werden zusätzliche Ionen aus der Abscheidungs-materialquelle 12 freigezogen, um das lonenbad 14 wieder aufzufüllen. Zusätzlich wird Flüssigkeit, normalerweise lonenflüssigkeit, vom Flüssigkeitsversorgungstank 28 in die Filterrohre 34 gepumpt, um den Pegel des lonenflüssigkeitsbades 14 aufrechtzuerhalten. Die Filterrohre 34 garantieren, dass keine Schmutzstoffe ins lonenflüssigkeitsbad 14 gelangen und verteilen die Flüssigkeit gleich-massig ins Flüssigkeitsbad 14.

Durch den Betrieb der beschriebenen Vorrichtung 10 können Tiefdruckwalzen viel leistungsfähiger und mit geringerer Verschwendung von Abscheidungsmaterial überholt werden. Dies liegt zum grössten Teil an der Gleichmässigkeit, mit der eine neue Ab-scheidungsschicht am Tiefdruckzylinder angebracht werden kann. Wie Fig. 3 zeigt, umfasst ein typisches Verfahren zum Uberholen einer Tiefdruckwalze entsprechend dem Stand der Technik zeitraubende Zusatzschritte. Die Walze wurde zuerst grob geschnitten, um eine Schicht Kupfer zu entfernen, die ungefähr 125 Mikron dick war (100) Fig. 3. Dadurch wurde das geätzte Bild sowie zusätzliches Material von der Tiefdruckwalze entfernt. Der Zylinder wurde dann zu einem Reinigungstank befördert, wo schädliche Stoffe, wie Schmutz und Oxide, entfernt wurden (110). Der Reinigungstank war in typischer Weise ein Elektroreinigungstank. Nach der Reinigung wurde der Tiefdruckzylinder mit einer neuen Schicht Abscheidungsmaterial, das heisst Kupfer, überzogen, die ungefähr 250 Mikron dick war (120). Diese 250 Mikron-Schicht war dick genug, um die Schicht zu ersetzen, die vorher entfernt worden war, und eine zusätzliche Schicht von ungefähr 125 Mikron Dicke zu bilden, die für die maschinelle Bearbeitung benötigt wurde. Die maschinelle Bearbeitung war notwendig, um die Tiefdruckwalze mit einer genügend glatten und gleichmässigen Oberfläche für den Druck zu versehen.

Nach dem Auftragen der neuen Kupferschicht wurde die Walze abgekühlt, und zwar vorzugsweise auf ungefähr 72°C (130).

Nach der Abkühlung war die plattierte Tiefdruckwalze bereit für die maschinelle Bearbeitung (140). Zuerst wurden die hohen Walzenränder stirngefräst (150). Dann wurde eine Schicht von ungefähr 75 Mikron Dicke durch Grobschnitt entfernt (160). Darauf folgte der Feinschnitt einer zusätzlichen Materialschicht, die ungefähr 50 Mikron dick war (170). Insgesamt wurde eine ungefähr 125 Mikron dicke Schicht von der Tiefdruckwalze entfernt. Beim letzten Schritt wurde die Walze mit Polierscheiben poliert. Die Oberfläche wurde typischerweise zuerst mit einer Polierscheibe poliert, die einen Körnungsgrad von C2000 (180) aufwies, worauf ein weiteres Polieren mit einer Polierscheibe erfolgte, die einen Körnungsgrad von GC3000 (190) aufwies. Die ungefähr benötigte Zeit für jeden Schritt ist in Fig. 3 dargestellt, wie auch die ungefähre Gesamtzeit: drei Stunden und 50 Minuten. Dieses Verfahren des Standes der Technik war komplex, zeitraubend und führte zu einer übermässigen Verschwendung von Abscheidungsmaterial.

Durch die Verwendung der oben beschriebenen galvanischen Metallabscheidungsvorrichtung 10 wird ein viel leistungsfähigeres Verfahren zum Überholen einer Tiefdruckwalze ermöglicht. Nach diesem neuen Verfahren zum Überholen der Oberfläche von Tiefdruckwalzen wird eine alte Schicht Abscheidungsmaterial von der Tiefdruckwalze entfernt. Wenn dieses Abscheidungsmaterial entfernt worden ist, ist eine zweite Oberfläche freigelegt. Diese zweite Oberfläche wird dann von sämtlichen übrig gebliebenen Schmutzstoffen, zum Beispiel Erdstoffen oder Oxiden, gereinigt. Eine neue Schicht Abscheidungsmaterial wird dann gleichmäs-sig über diese zweite Oberfläche aufgetragen, bis die neue Schicht ungefähr die gleiche Dicke aufweist, wie die alte und zuvor entfernte Schicht. Diese neue Schicht wird mit der galvanischen Metallabscheidungsvorrichtung 10 gleichmässig aufgetragen, wodurch eine glatte Oberfläche entsteht, die eine minimale maschinelle Bearbeitung erfordert. Der letzte Schritt des Verfahrens umfasst das Polieren der neuen Abscheidungsmaterialschicht.

Nach dem bevorzugtesten Verfahren, das in Fig. 4 dargestellt ist, wird eine Schicht von ungefähr 60 Mikron Dicke von der aufzubereitenden Tiefdruckwalze grobgeschnitten (200). Darauf folgt das Feinschneiden einer ungefähr 40 Mikron dicken Schicht von der Tiefdruckwalze (210). Nach dem Entfernen der beiden Schichten, die zusammen ungefähr 100 Mikron dick sind, ist eine zweite Oberfläche freigelegt, die von Oxiden und Schmutzstoffen gereinigt (220) wird. Nach dem Reinigungsschritt wird eine gleichmässige Schicht Abscheidungsmaterial von ungefähr 100 Mikron Dicke galvanisch auf der zweiten Oberfläche abgeschieden (230). Diese neue Abscheidungsmaterialschicht wird dann auf einen ersten Glättegrad poliert und anschliessend auf einen zweiten Glättegrad weiterpoliert, vorzugsweise zuerst mit einer C2000-Polier-scheibe (240) und anschliessend mit einer GC3000-Polierscheibe (250). Dadurch gestattet die galvani-

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sehe Metallabscheidungsvorrichtung 10 ein leichteres Verfahren zum Überholen von Tiefdruckwalzen mit weniger maschineller Bearbeitung, geringerer Verschwendung von galvanischem Abscheidungsmaterial und wesentlichen Zeitersparnissen. Fig. 4 zeigt die ungefähre Zeit, die für jeden Schritt erforderlich ist, sowie die Gesamtzeit von zwei Stunden und 30 Minuten.

Es ist leicht verständlich, dass die vorhergehende Beschreibung sich auf eine bevorzugten Ausführung dieser Erfindung bezieht, und dass sich die Erfindung nicht auf die speziell gezeigten Formen beschränkt. Zum Beispiel kann die gewünschte Vorrichtung zur galvanischen Metallabscheidung mit anderen Gegenständen, die eine andere Grösse oder Form aufweisen können, verwendet werden, und es kann eine Vielzahl verschiedener Materialien verwendet werden. Auf ähnliche Weise können die Schritte des neuen Verfahrens zum Überholen von Tiefdruckwalzen variiert werden, indem zum Beispiel Abscheidungs-materialschichten hinzugefügt oder entfernt werden, die eine andere Dicke aufweisen als die angegebenen. Diese und andere Veränderungen in der Ausführung und Einrichtung von Einzelteilen können gemacht werden, ohne vom Bereich der durch die nachfolgenden Ansprüche definierten Erfindung abzuweichen.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Verändern einer Oberfläche eines mit einem Abscheidungsmaterial überzogenen Gegenstandes, gekennzeichnet durch mindestens einen der folgenden Schritte:

- Entfernen einer alten Abscheidungsmaterialschicht vom Gegenstand (16), um eine zweite Oberfläche freizulegen;

- Befreien der zweiten Oberfläche von sämtlichen Schmutzstoffen (220);

- gleichmässiges Auftragen einer neuen Abscheidungsmaterialschicht auf die zweite Oberfläche, wobei der Schritt des Auftragens mittels galvanischer Metallabscheidung (230) erfolgt; und

- Polieren der neuen Abscheidungsmaterialschicht (240, 250).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Entfernens die weiteren Schritte des Grobschneidens und anschliessend des Feinschneidens eines Teils der alten Schicht umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ungefähre Dicke der alten Schicht im Bereich von 75 und 125 Mikron liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Polierens die weiteren Schritte des Polierens der neuen Schicht mit einer ersten und anschliessend mit einer zweiten Polierscheibe umfasst, wobei die zweite Polierscheibe der neuen Schicht eine feinere Oberfläche verleiht als die erste Polierscheibe.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die alte Schicht eine erste Dicke aufweist (200, 210), dass die neue

Schicht eine zweite Dicke aufweist, und dass diese zwei Dicken im wesentlichen gleich gross sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Verändern einer Oberfläche einer mit einem Abscheidungsmaterial überzogenen Tiefdruckwalze angewendet wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, zum Verändern der Oberfläche eines Gegenstandes durch Beeinflussung der Menge eines auf den Gegenstand abgelagerten Abscheidungsmaterials, wobei der Gegenstand (16) in Flüssigkeitskontakt mit einem lonenflüssigkeitsbad (14) steht, das Ionen des Abscheidungsmaterials enthält, umfassend:

- einen Behälter (18) zur Aufnahme des lonenflüssigkeitsbades (14);

- eine Abscheidungsmaterialzufuhr (12), die in Flüssigkeitskontakt mit dem lonenflüssigkeitsbad (14) steht; und

- eine elektrische Stromquelle (22) zum Herstellen eines elektrischen Feldes, wobei die elektrische Stromquelle (22) bei Betrieb mit der Abscheidungsmaterialzufuhr (12) und mit dem Gegenstand (16) verbunden ist, wobei die elektrische Stromquelle (22) beim Gegenstand (16) eine erste Ladung und bei der Abscheidungsmaterialzufuhr (12) eine zweite Ladung erzeugt, wobei diese erste und zweite Ladung entgegengesetzte Polaritäten und im wesentlichen die gleiche Grösse aufweisen; wobei die erste und die zweite Ladung zusammenwirken, um über das lonenflüssigkeitsbad (14) das elektrische Feld zwischen dem Gegenstand (16) und der Abscheidungsmaterialzufuhr (12) zu erzeugen; und wobei das lonenflüssigkeitsbad (14) und das Abscheidungsmaterial zusammenwirken als Reaktion auf das elektrische Feld, um eine Abscheidung der Ionen auf den Gegenstand (16) zu bewirken.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Reservoirmittel (20) zur Aufnahme der Abscheidungsmaterialzufuhr (12), und/oder ein Sperrmittel (24), um den Durchgang von Schmutzstoffen von der Abscheidungsmaterialzufuhr (12) zum Gegenstand (16) zu verhindern, wobei das Sperrmittel (24) zwischen dem Gegenstand (16) und der Abscheidungsmaterialzufuhr (12) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch einen Diffusionsteil (26), der während der Abscheidung der Jonen auf den Gegenstand (16) zur Diffusion der Ionen durch das lonenflüssigkeitsbad (14) dient, wobei der Diffusionsteil (26) zwischen dem Gegenstand (16) und der Abscheidungsmaterialzufuhr (12) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusionsteil (26) zwischen dem Sperrmittel (24) und dem Gegenstand (16) oder zwischen dem Sperrmittel (24) und der Abscheidungsmaterialzufuhr (12) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusionsteil (26) ein erstes Gitter (64) und ein zweites Gitter (66) umfasst, wobei das Sperrmittel (24) zwischen dem ersten Gitter (64) und dem zweiten Gitter (66) angeordnet ist.

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CH 688 282 A5

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis

11, gekennzeichnet durch einen Filter (34), der im lonenflüssigkeitsbad (14) im wesentlichen parallel zu einer Längsachse (37) des Gegenstandes (16) angeordnet ist und zur Filtrierung einer Flüssigkeit dient, wenn diese Flüssigkeit dem lonenflüssigkeitsbad (14) hinzugefügt wird, wobei der Filter (34) derart ausgebildet ist, dass eine gleichmässige Verteilung der Flüssigkeit im Flüssigkeitsbad (14) erfolgt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis

12, gekennzeichnet durch eine Rohrleitung (30), die sich durch das Reservoirmittel (20) erstreckt, wobei die Rohrleitung (30) derart ausgebildet ist, dass sie die Flüssigkeit einem Filter (34) zuführt, wenn diese Flüssigkeit dem lonenflüssigkeitsbad (14) hinzugefügt wird.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis

13, gekennzeichnet durch einen Filter (34), der derart ausgebildet ist, dass er eine lonenflüssigkeit filtriert, oder dass er die Ionen in der lonenflüssigkeit durchlässt, wenn diese lonenflüssigkeit durch den Filter fliesst.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (34) aus einem Material hergestellt ist, das Polypropylen umfasst.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (34) ein Rohr ist, das einen hohlen Innenteil (71) aufweist, wobei die Flüssigkeit in diesen hohlen Innenteil (71) einströmt und radial durch das Rohr (34) in das lonenflüssigkeitsbad (14) fliesst, oder dass der Filter (34) aus einer Mehrzahl von Rohren besteht, wobei jedes Rohr einen hohlen Innenteil (71) aufweist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusionsteil (26) ein Gitter (64) umfasst, das eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die sich durch das Gitter (64) erstrecken, oder dass der Diffusionsteil (26) ein zweites Gitter (66) umfasst, das eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die sich durch das Gitter (66) erstrecken, wobei dieses zweite Gitter (66) im wesentlichen parallel zum ersten Gitter (64) ausgerichtet ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitter (64, 66) aus Titan hergestellt sind.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis

18, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrmittel (24) eine Folie mit Löchern umfasst.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis

19, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrmittel (24) ein Polypropylenmaterial umfasst.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher genügend gross sind, um den Durchlass von Kupferionen und Sulfationen zu gewährleisten.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass diese Folie zwischen dem ersten Gitter (64) und dem zweiten Gitter (66) angeordnet ist.

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