Procédé de fabrication par électroformage d'un cadre perforé en nickel

Abstract

 La présente invention concerne l'obtention par électroformage de cadres perforés, servant notamment pour constituer des cadres d'impres­sion, à plat ou cylindriques. Selon l'invention, on procède en deux étapes, avec deux bains électrochimiques séparés, le deuxième bain comportant un composé pyridinium de formule générale :

dans laquelle :
- R est une chaine alkyle éventuellement substituée
- R′ est un atome d'hydrogène ou un groupement substituant, en position quelconque par rapport à l'atome d'azote du noyau pyridinium.

Description

[0001] La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un cadre perforé en nickel, par électroformage.

[0002] De tels cadres perforés sont en particulier utilisés comme cadres d'impression, qu'il s'agisse d'impressions dites "au cadre plat", ou d'impres­sions dites "au cadre rotatif"

[0003] Plus précisément, l'invention concerne un procédé de fabrication, tel que décrit et proposé par le brevet US-A-2 226 384, dont le contenu est incorporé à la présente description.

[0004] Selon ce procédé, on part d'un mandrin-support réalisé en cuivre massif, en acier inoxydable, ou en acier cuivré. Des alvéoles, dont la forme et les dimensions correspondent aux mailles du cadre perforé à obtenir, sont ménagées à la surface du mandrin par différents procédés de gravure, tels qu'attaque chimique, gravure à la molette, ou gravure électronique.

[0005] L'ouverture en creux des alvéoles est remplie d'une résine non conductrice laissant à découvert la bordure ou arête des mêmes alvéoles, demeurant conductrice.

[0006] Puis, selon une première étape, et dans un premier bain d'électro­lyse, on effectue un premier dépot de nickel sur le mandrin-support, pen­dant un temps limité, de manière à obtenir un squelette de nickel dont les perforations correspondent sensiblement aux alvéoles originelles du mandrin. La durée de cette première étape est donc choisie pour limiter la croissance du dépot de nickel à partir des arêtes des alvéoles préféren­tiellement vers le haut. A l'issue de cette première étape, le squelette est séparé du mandrin, par exemple par simple refroidissement provoquant une dilatation différentielle et donc un détachement du squelette par rapport au mandrin.

[0007] Selon une deuxième étape, et dans un deuxième bain d'électrolyse, on effectue un deuxième dépot de nickel sur le squelette. Cet apport complémentaire de métal enveloppe et renforce tous les cordons de nickel du squelette, pour obtenir le cadre perforé final.

[0008] L'un des problèmes posés par ce procédé de fabrication, en particu­lier lorsqu'il est utilisé pour obtenir des cadres perforés avec mailles unitaires de très petites dimensions, concerne l'obturation par du nickel des perforations du squelette, lors de la deuxième étape d'électrolyse. Outre l'altération ou modification de la forme et des dimensions originelles des perforations du squelette, ce dépot complémentaire de nickel diminue la section de passage de chaque maille unitaire du cadre perforé final. Une telle diminution de la section libre de chaque maille unitaire diminue ultérieurement la quantité du fluide d'impression pouvant passer au travers du cadre perforé, lorsque ce dernier est utilisé comme cadre d'impression.

[0009] L'utilisateur des additifs usuels et traditionnels de l'électrochimie, à savoir l'usage de produits décrits et désignés dans la littérature comme "brillanteurs primaires" et "brillanteurs secondaires" permet dans une large mesure de respecter la forme et les dimensions de départ des perfora­tions du squelette, comme établi aux pages 52-53 du Guide de l'Electro­formage du Nickel publié en 1975 par International Nickel (INCO). Ceci s'explique par le fait que l'effet nivelant attendu ne peut s'exercer dans les parties en creux ou vides correspondant aux perforations du squelette, et se reporte donc en conséquence en hauteur, de part et d'autre des cor­dons de nickel du même squelette.

[0010] Néanmoins ceci étant, ce respect des perforations originelles du squelette conduit à une diminution relativement importante de la section de passage, par progression "homothétique" vers l'intérieur du dépot de nickel, à partir de la bordure de chaque perforation du squelette.

[0011] La présente invention a pour objet un procédé tel que décrit précédemment, permettant de renforcer le squelette résultant de la pre­mière étape, à la fois en respectant l'essentiel des dimensions des perfora­tions dudit squelette, et en limitant la diminution de la section libre des mailles du cadre perforé obtenu.

[0012] La présente invention a également pour objet un procédé électro­nique, qui demeure simple dans sa mise en oeuvre, et en particulier ne recourt pas à des solutions technologiques sophistiquées telles qu'un courant d'alimentation pulsé.

[0013] Selon la présente invention, on a découvert que cet effet pouvait être obtenu, en utilisant au moins dans le deuxième bain un composé pyri­dinium répondant à la formule générale :

dans laquelle :
- R est une chaine saturée alkyle comportant au moins un atome de carbone, éventuellement substituée
- R′ est un atome d'hydrogène ou un groupement substituant, en position quelconque par rapport à l'atome d'azote du noyau pyridinium.

[0014] Préférentiellement, mais de manière non exclusive :
- R est une chaine alkyle substituée par au moins un groupement ne comportant aucune double ou triple liaison avec un atome de carbone
- et/ou R′ est un groupement substituant ne comportant aucune liaison avec un atome de carbone.

[0015] Par double ou triple liaison avec un atome de carbone, on entend des liaisons du type :
C=C,C≡C,C=O,C=N,C≡N

[0016] A titre d'exemple des composés pyridinium pouvant être utilisés selon l'invention, on peut citer les composés suivants, sulfopropylés, iden­tifiés selon la nomenclature CAS :
- 4-méthyl-1-(3-sulfopropyl)-pyridinium
- 4-benzyl-1-(3-sulfopropyl)-pyridinium
- 1-(2-hydroxy-3-sulfopropyl)-pyridinium
- 3-méthyl-1-(3-sulfopropyl)-pyridinium
- 1-(3-sulfopropyl)-pyridinium
- 2-méthyl-1-(3 sulfopropyl)-pyridinium

[0017] Selon un mode préféré d'exécution de l'invention, le composé pyridinium est utilisé dans le deuxième bain d'électrolyse, conjointement avec un composé répertorié dans la littérature pertinente à de titre réduc­teur de tension. Un tel composé peut être un sulfonimide, tel que la sac­charine, un sulfonamide, le paratoluène-sulfonamide, le métabenzénedisul­fonate de sodium, le naphtalène trisulfonate de sodium 1,3,6, un acide arylsulfonique, etc...

[0018] Le composé pyridinium est utilisé à raison de 60 à 250 g pour 10 000 A/h, préférentiellement en même temps qu'un réducteur de tension, tel que décrit précédemment, dans les proportions de 10 à 500 g pour 10 000 A/h.

[0019] La présente invention est maintenant décrite par référence aux dessins annexés, dans lesquels :

- la figure 1 représente en coupe transversale le squelette de nickel obtenu à l'issue de la première etape d'électrolyse, en position sur le mandrin-support

- la figure 2 représente une vue de dessus de la cuve d'électrolyse assurant pendant la deuxième étape le dépot de nickel sur le squelette obtenu à l'issue de la première étape

- la figure 3 est une vue de détail fortement agrandie, en coupe selon la ligne AA de la figure 5, de la maille d'un cadre perforé obtenu avec un deuxième bain électrochimique traditionnel, pendant la deuxième étape, c'est à dire avec un bain comprenant des composés répertoriés dans la littérature traditionnelle comme brillanteurs primaires et secondaires

- la figure 4 est une vue de détail similaire à la figure 3, de la maille obtenue avec un deuxième bain électrochimique selon l'invention

- la figure 5 est une vue de dessus, du côté intérieur au cylindre perforé, à échelle agrandie, de la maille obtenue à partir d'un même squelet­te, avec un deuxième bain électrochimique traditionnel (représentation en traits pointillés), et avec un deuxième bain électrochimique selon l'inven­tion (représentation en traits pleins)

[0020] Le procédé électrochimique selon l'invention est de manière géné­rale conforme au procédé décrit dans le brevet US-A-2 226 384, de telle sorte qu'il n'apparait pas utile de décrire avec précision ce procédé.

[0021] Selon la première étape du procédé, on utilise, conformément à la figure 1, une matrice ou mandrin-support 1, comportant des alvéoles 2, dont l'ouverture a été obturée avec une matière non conductrice, telle une résine 3. En correspondance, la bordure ou arête 4 des mêmes alvéoles demeure conductrice de l'électricité. A l'issue de la première étape du procédé, et avec un premier bain traditionnel d'électrolyse, on obtient un squelette de nickel 5, comportant des perforations 7 correspondant sensiblement aux ouvertures des alvéloles 2 d'origine. Cette correspondance approximative est obtenue par une limitation appropriée de la durée de la première étape électrochimique. A l'issue de cette dernière, on détache le squelette 5 du mandrin-support 1.

[0022] Selon la deuxième étape du procédé, et conformément à la figure 2, le squelette 5 est plongé dans un deuxième bain 8 d'électrolyse du nickel, additionné avec un composé pyridinium selon l'invention. On fait de préféren­ce circuler le bain selon la direction des flèches B, c'est à dire parallèle­ment à l'anode 6, et donc à une génératrice du squelette 5 sous forme de cylindre dans le cas présent. La vitesse de circulation du bain se situe entre 5 et 10 cm/seconde ; en correspondance, les flèches A indiquent le sens des lignes de courant de l'anode 6 à la cathode 5. Ces lignes sont perpendiculaires au squelette cathode, ainsi qu'à la direction de déplacement du bain d'électrolyse. Le mode de circulation du deuxième bain électrochi­mique retenu selon l'invention apporte différents avantages. D'une part, l'échange ionique entre la ou les anodes (6) et la cathode constituée par le squelette de nickel (5) peut augmenter de façon importante, en augmen­tant l'intensité du courant. D'autre part, toutes les impuretés susceptibles de se détacher des anodes ou du squelette-cathode sont entrainées en dehors de ce dernier.

[0023] Pendant la deuxième étape, le nickel vient se déposer progressi­vement autour des cordons 4a du squelette 5, en passant à l'intérieur des perforations 7, et en circulant le long des parois interne et externe du squelette 5.

[0024] Grâce à l'action du composé pyridinium selon l'invention, introduit dans le deuxième bain d'électrolyse, le cadre perforé obtenu présente un profil de maille très caractéristique, représenté à la figure 4 en ce qui concerne une section transversale des cordons de nickel selon la ligne A-A de la figure 5, et à la figure 5, en trait plein, en ce qui concerne la forme à plat de la maille, du côté intérieur du cadre cylindrique perforé.

[0025] Conformément à la figure 4, on constate de manière surprenante un arrondissement du dépot de nickel, non seulement à l'extérieur du cylin­dre, mais également à l'intérieur, à la différence de l'applatissement constaté du côté intérieur, selon la figure 3, pour un dépot avec un bain additionné avec un brillanteur primaire et un brillanteur secondaire tradi­tionnels. Selon l'invention, on obtient donc des cordons de nickel présentant tant à leur partie supérieure qu'à leur partie inférieure des renflements 12 et 13, dirigés dans le sens de la hauteur, ces renflements étant raccor­dés entre eux par des parties arrondies 11 et 14.

[0026] Par référence à la figure 5, et en supposant que la matrice support 1 comporte des alvéoles ayant une forme à plat hexagonale, pour obtenir un cadre perforé à maille hexagonale, on constate que les perforations obtenues selon l'invention présentent effectivement cette forme à plat d'allure générale hexagonale, mais avec un profil arrondi en tous points, inscrivant en quelque sorte le profil hexagonal. C'est ce que montre le trait continu 15, délimitant chaque perforation du cadre, par rapport au trait en pointillé 16, correspondant à la forme à plat obtenue finalement avec un deuxième bain électrochimique additionné de manière traditionnelle avec un brillanteur primaire et un brillanteur secondaire, tous les autres paramètres électrochimiques demeurant égaux par ailleurs. A la figure 5, le trait discontinu 17 montre quant à lui la forme à plat des ouvertures du squelette résultant de la première étape d'électrolyse, avant traitement électrochimique selon la deuxième étape du procédé.

[0027] Au total, par comparaison des figures 3 et 4 d'une part, et des traits en pointillé 16 et continu 15 selon la figure 5, on constate que pour une hauteur de nickel h sensiblement égale selon l'invention et selon l'art antérieur, l'ajout du composé pyridinium permet d'obtenir un ouverture (x) de perforation sensiblement supérieure à l'ouverture (y) de perforation obtenue selon l'art antérieur, c'est à dire avec un bain d'électrolyse com­plété de manière traditionnelle. Pour une même taille de perforation du cadre final, exprimée par exemple en mesh, il en résulte au bénéfice de l'invention un avantage non négligeable, quant à la valeur de la section de passage de chaque maille unitaire.

[0028] On décrit ci-après deux exemples d'application du deuxième bain électrochimique selon l'invention.

[0029] Le premier exemple de bain nickel utilisé est du type sels de nickel et renferme :
- 300 g par litre de sulfate de nickel
- 50 g par litre de chlorure de nickel
- 50 g par litre d'acide borique
- 100 g de 1-(3-sulfopropyl)-pyridinium, pour 10 000 A/h
- 250 g de naphtalene-trisulfonate de sodium, pour 10 000 A/h

[0030] On effectue l'électrolyse du deuxième bain de façon classique, le bain circulant, par ailleurs, parallèlement à l'anode et au cylindre catho­de.

[0031] Un deuxième exemple de bain conforme à l'invention comprend :
- 250 g par litre de sulfate de nickel
- 40 g par litre de chlorure de nickel
- 45 g par litre d'acide borique
- 150 g par litre de 1-(2-hydroxy-3-sulfopropyl)-pyridinium, pour 10 000 A/h
- 100 g de saccharinate de sodium pour 10 000 A/h
- 40 cm³ d'agent mouillant pour 10 000 A/h

[0032] Un examen au microscope des cadres perforés obtenus avec ces deux bains permet de constater que le dépot de nickel effectué sur le squelette de base présente l'aspect original décrit précédemment, à partir d'un mandrin-support comportant des alvéoles de forme hexagonale à plat.

[0033] Le procédé selon l'invention convient bien au dépot de nickel à partir d'anode en nickel contenant du soufre (nickel S). Mais il apparait préférable d'utiliser du nickel sans soufre pour limiter les tensions internes.

[0034] Comme déjà dit, le procédé selon l'invention, s'applique aussi bien à la réalisation de cadres perforés plats que de cadres cylindriques.

Revendications

1) Procédé de fabrication par électroformage d'un cadre perforé en nickel, selon lequel on opère en au moins deux étapes :
a) selon une première étape, et dans un premier bain d'électrolyse, on effectue un premier dépot de nickel sur un mandrin-support gravé, comportant des alvéoles dont l'ouverture est obturée par une matière non conductrice, et dont la bordure ou arête est conductrice, et on sépare du mandrin un squelette en nickel dont les perforations correspondent sensiblement aux alvéoles dudit mandrin
b) selon une deuxième étape, et dans un deuxième bain d'électro­lyse, on effectue un deuxième dépot de nickel sur le squelette caractérisé en ce que au moins le deuxième bain est additionné avec un composé de pyridinium de formule :

dans laquelle :
- R est une chaine alkyle saturée comportant au moins un atome de carbone, éventuellement substituée,
- R′ est un atome d'hydrogène ou un groupement sustituant, en position quelconque par rapport à l'atome d'azote du noyau pyridinium

2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que R est une chaine alkyle substituée par au moins un groupement ne comportant aucune double ou triple liaison avec un atome de carbone

3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que R′ est un groupement substituant ne comportant aucune double ou triple liaison avec un atome de carbone.

4) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé pyridinium est sulfopropylé et R est une chaine alkyle comportant trois atomes de carbone

5) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la chaine alkyle est substituée, en position 2 par rapport au noyau pyridinium, par un groupement hydroxy

6) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le noyau pyridinium est substitué par au moins un groupement choisi parmi les groupements suivants, à savoir méthyle et benzyle

7) Procédé selon la revendication 1, caractérié en ce que le compo­ sé pyridinium est utilisé dans le deuxième bain, à raison de 60 à 250 g pour 10 000 A/h

8) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième bain est mis en circulation parallèle à l'anode, avec une vitesse comprise entre 5 et 20 cm/seconde

9) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé pyridinium est utilisé dans le deuxième bain avec un composé réducteur de tension

Dessins