JP5854875B2

JP5854875B2 - 電鋳部品

Info

Publication number: JP5854875B2
Application number: JP2012035390A
Authority: JP
Inventors: 岸　松雄; 松雄岸; 未英小西; 新輪　隆; 隆新輪
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2016-02-09
Anticipated expiration: 2032-02-21
Also published as: JP2013170300A

Description

本発明は、電気めっき法による電鋳部品の製造方法及び電鋳部品に関する。

一般的に、電鋳法による電鋳部品の製造は、以下のようにして行う。まず、原型と呼ばれる所望とする部品と同じ形状を有する型により、この形状が転写可能な樹脂等にこの形状を転写して電鋳型を形成する。ついで、容易に剥離が可能な、銀鏡反応、蒸着等のメタライズ法により電鋳型へ導電膜を付与し、この表面に湿式めっき法により電鋳をなすことで、電鋳体が形成される。この電鋳体は、電鋳後に電鋳型から機械的あるいは化学的に分離し、必要に応じて後加工がなされることで、所望とする電鋳部品となる。

しかしながら、この電鋳方法では、電鋳型に備わる凹部において、電鋳時におけるめっき膜の成長は、底部よりも側面部や上部の方が早いため、成長した電鋳体に簾と呼ばれる空孔や上面での裂け目を生じさせることがある。特に、この現象は、凹部の幅に対する深さの比が大きくなる高アスペクト品に対して顕著であるため、電鋳部品の適用範囲が限られていた。特に、電鋳部品として最も広く用いられているニッケルやニッケル合金では、凹部とその近傍でのめっき成長が早く上記のような現象を起こしやすいものであるので、高アスペクト品に対する適用範囲が極めて限定的であったり、表面に裂け目状の欠陥を有するものが形成されることが多々あった。

これに対して、例えば、導電性基板にフォトレジストをコーティングし、フォトリソグラフィーによりフォトレジストに開口部を設けることにより電鋳型を作製し、開口部底部のみからめっき成長させる電鋳方法が取られている。この方法によれば、めっきの成長が底部からの一方向のみであることから、転写法による電鋳のような簾や裂け目状の欠陥を生じることが無い。

さらに近年、フォトリソグラフィーによる電鋳精度を向上するために、シリコンプロセスにより感光性材料を用いて電鋳型形状に加工するＬＩＧＡ（ＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅＧａｌｖａｎｏｆｏｍｕｎｇＡｂｆｏｒｍｕｎｇ）法によって電鋳型を製造し、あわせて微小な形状を有する部品や金型を製造することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。当該ＬＩＧＡ法による電鋳型の製造では、Ｘ線による露光方法と紫外線による露光方法が行われている。

しかしながら、ＬＩＧＡ法を含めたフォトリソグラフィーによる電鋳法では、フォトレジストや製造に係わる設備等が高価であることや、製造プロセスが長く、且、転写法と比べ大量生産に適していないことから、コスト面で不利であった。

特開平１１−１５１２６号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、転写型による電鋳法で作製され、ニッケルやニッケル合金からなるものについて、簾や裂け目状の欠陥の形成を防止した電鋳部品の製造方法及び電鋳部品を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係わる電鋳部品の製造方法は、複数の電鋳層が積層されてなる電鋳部品の製造方法であって、表面に導電層が形成された絶縁材からなる電鋳型にニッケルまたはニッケル合金からなる第１の電鋳層を形成する工程と、前記第１の電鋳層の表面に、前記第１の電鋳層よりも層としての容積が小さい銅からなる第２の電鋳層を形成する工程と、を含むことを特徴とする。

この電鋳部品の製造方法は、表面に導電層が形成された電鋳型を用いるニッケルまたはニッケル合金を主体とする電鋳部品の製造方法であって、樹脂等の絶縁性を有する型の表面に導電性金属膜が形成されていることから、導電性を有する型を容易に提供することができ、型をなす面全面にニッケルまたはニッケル合金からなる第１の電鋳層が形成され、凹部開口部の入り口を塞ぐ前に穴埋め効果を有する銅または銅めっきによる第２の電鋳層を形成するため、凹部に空隙や凹部入り口における裂け目のような欠陥無くなり、型や導電性金属膜を除去し、必要に応じて後加工を施すことにより、空孔や裂け目状の欠陥が無い電鋳部品を提供することが出来る。

また、本発明に係わる電鋳部品の製造方法において、前記電鋳型は、全体または一部が樹脂からなることを特徴とする。
また、本発明に係わる電鋳部品の製造方法において、前記第２の電鋳層の表面にニッケルまたはニッケル合金からなる第３の電鋳層を形成する工程をさらに備えることを特徴とする。

この電鋳部品の製造方法は、表面に導電層が形成された樹脂等からなる電鋳型を用いるニッケルまたはニッケル合金を主体とする電鋳部品の製造方法であって、樹脂等の絶縁性を有する型の表面に導電性金属膜が形成されていることから、導電性を有する型を容易に提供することができ、型をなす面全面にニッケルまたはニッケル合金からなる第１の電鋳層が形成され、凹部開口部の入り口を塞ぐ前に穴埋め効果を有する銅または銅めっきによる第２の電鋳層を形成するため、凹部に空隙や凹部入り口における裂け目のような欠陥無くなり、さらに第２の電鋳層である銅めっき層の上にニッケルまたはニッケル合金からなる第３の電鋳層を形成し、型や導電性金属膜を除去し、必要に応じて後加工を施すことにより、空孔や裂け目状の欠陥が無く、且、第１および第３の電鋳層の強度が高いため強度に優れた電鋳部品を提供することが出来る。

また、本発明に係わる電鋳部品の製造方法において、前記第２の電鋳層と前記第３の電鋳層の境界面のうち前記電鋳型における最深部が、当該凹部の内部にあることを特徴とする。
この電鋳部品の製造方法は、電鋳型凹部において、第２の電鋳層と第３の電鋳層の境界部の最深部がこの凹部の内部にあるため、電鋳後、後加工により電鋳型の凹部の途中或いは凹部上端部より余分な電鋳部を除去する場合、３層構造を有するものとなるため強度に優れた電鋳部品を提供することができる。

また、本発明に係わる電鋳部品において、ニッケルまたはニッケル合金からなる第１の電鋳層と、前記第１の電鋳層の表面に形成され、前記第１の電鋳層よりも層としての容積が小さい銅からなる第２の電鋳層と、が積層されてなることを特徴とする。
また、本発明に係わる電鋳部品において、前記第２の電鋳層の表面にニッケルまたはニッケル合金からなる第３の電鋳層が積層されてなることを特徴とする。

また、本発明に係わる電鋳部品において、前記第１の電鋳層は上面に凹部を有し、前記第２の電鋳層は当該凹部に積層されてなり、前記第２の電鋳層と前記第３の電鋳層の境界面のうちの最深部が、前記凹部の内部にあることを特徴とする。
また、本発明に係わる電鋳部品において、前記第３の電鋳層の表面は、ニッケルめっき層で覆われてなることを特徴とする。

この発明によれば、転写型による電鋳法で作製され、ニッケルやニッケル合金からなるものについて、簾や裂け目状の欠陥の形成を防止した電鋳部品の製造方法及び電鋳部品を提供することができる。

本発明の実施形態に係わる電鋳部品の製造方法により作製された電鋳部品の断面を示す図である。本発明の実施形態に係る電鋳部品の製造方法のうち、型に導電層を形成する工程を示す図である。本発明の実施形態に係わる電鋳部品の製造方法のうち、第１の電鋳層、第２の電鋳層および第３の電鋳層を形成する工程を示す図である。本発明の実施形態に係る電鋳部品の製造方法のうち、電鋳体の表面を加工し、電鋳型から電鋳部品を分離する工程を示す図である。本発明の実施形態に係る電鋳部品の製造方法のうち、電鋳部品の表面にめっきを施す工程を示す図である。

本発明に係る実施形態について、図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る電鋳部品の製造方法により作製される、機械式腕時計のムーブメントを構成するための歯車やバネ部品等の電鋳部品の断面を示す図である。

この電鋳部品１は、ニッケルからなる第１の電鋳層９と、第１の電鋳層９よりも層としての容積が小さい銅からなる第２の電鋳層１０とニッケルからなる第３の電鋳層１２と、これら第１の電鋳層９、第２の電鋳層１０および第３の電鋳層１２を覆うリンを含有する無電解ニッケルからなるニッケルめっき層１４と、から構成されている。

このような構造を有する電鋳部品１は、図２（ａ）に示した型６に、図２（ｂ）に示す導電層７を形成する工程と、図３（ａ）に示した第１の電鋳層９、図３（ｂ）に示す第２の電鋳層１０および図３（ｃ）に示す第３の電鋳層１２を形成する工程と、図４（ａ）（ｂ）に示した電鋳体１３の表面を加工し、電鋳型８から電鋳部品１４を分離する工程と、図５に示した電鋳部品１４の表面にめっきを施す工程と、によって製造される。

図２（ａ）に示した型６は、例えば、ワックス、樹脂材等の絶縁材からなり、機械加工やＬＩＧＡによって作製される原型を用いたスタンピング等の手段や感光性樹脂による光造型やフォトリソグラフィー等により作製される。

そして、図２（ｂ）に示す如く、型６のうち、少なくとも所望とする電鋳部品が形成されるべき部分である凹部６ａの底面及び側面とこれに電気的に繋げるべき面である型６の上面に、剥離可能な導電層７を銀鏡反応、無電解めっきや真空めっき等により形成することにより電鋳型８を作製する。

次に、図３（ａ）−（ｃ）に示す如く、第１の電鋳層９、第２の電鋳層１０および第３の電鋳層１２を順次形成する。
まず、図３（ａ）に示す第１の電鋳層９は、スルファミン酸ニッケル系電鋳液を用いて電鋳することにより形成される。ここで、この電鋳液から析出する第１の電鋳層９は、電鋳型８の輪郭に対してほぼ平行に成長する。そのため、第１の電鋳層９は、凹部６ａを完全に埋める、いわゆる穴埋め効果を殆ど有しておらず、最後まで電鋳すると凹部に空孔や隙間を形成することになる。そこで、第１の電鋳層９の厚みは、電鋳型８の凹部の開口径の１／３以下とする。

次いで、図３（ｂ）に示す如く、第１の電鋳層９の表面に、硫酸銅を主成分とするフィルドビア用の銅めっき液を用いて、第２の電鋳層１０を形成する。この第２の電鋳層１０を構成する銅電鋳は、第１の電鋳層９を構成するニッケル電鋳とは異なり、凹部９ａの底面において最も成長が速く、且凹部９ａの開口付近での成長が遅いため穴埋め性が高いという特性を有している。第２の電鋳層１０のめっきとしての厚みは、最終的な電鋳部品１の強度やバネ性等の必要とされる特性に応じたものや第３の電鋳層１２に空孔や隙間等を生じさせないものとすれば良い。ここで、本実施形態の如く、第３の電鋳層１２を形成する場合は、第１の電鋳層９の厚みと第２の電鋳層１０の厚みとの和が所望とする電鋳部品１の厚みより薄くする必要がある。したがって、第２の電鋳層１０の凹部１０ａにおける最深部１１の位置は、この凹部１０ａより上部を後加工により除去する場合、凹部の内側とする必要がある。

次いで、図３（ｃ）に示す如く、第２の電鋳層１０の表面に、第１の電鋳層９と同じ電鋳液を用いてニッケルからなる第３の電鋳層１２を形成することで、電鋳体１３を設ける。
次に、図４（ａ）に示す如く、図３（ｃ）に示した電鋳体１３の表面を加工し、電鋳型８から電鋳部品１を分離する工程では、研削および研磨により、電鋳型８の凹部より外部へ突出した部分と凹部のうち寸法外の部分を除去し、電鋳型８を機械的に取り除くことにより、図４（ｂ）に示す電鋳体１３を得る。なお、本実施形態において、第１の電鋳層９及び第３の電鋳層１２は、ニッケルからなることとしたが、例えば、ニッケル合金で形成しても勿論よい。

次いで、図５に示すように、図４（ｂ）に示した電鋳体１３の表面にめっきを施す工程では、電鋳体１３を適宜めっき前処理した後、リン系無電解ニッケルめっき液に投入することによりニッケルめっき層１４を形成し、所望とする電鋳部品１を作製する。
このようにして作製された機械式腕時計ムーブ用部品である電鋳部品１は、穴埋め性に優れた銅電鋳を施して第２の電鋳層１０を形成しているため、簾や裂け目状の欠陥の形成を好適に防止できる。さらに、電鋳部品１は、第１の電鋳層９や第３の電鋳層１２のように、その大部分が強度に優れたニッケル電鋳で形成しているため、必要とする機械的強度を十分有しているものになる。

なお、本実施形態では、機械的強度を高めるためにニッケル電鋳である第３の電鋳層１２を形成したが、機械式腕時計ムーブ用部品と同程度の強度を必要としない部品であれば、第２の電鋳層１０の厚みを厚くすることにより第３の電鋳層１２を形成しなくとも足りる。

以上、本発明による電鋳部品の製造方法によれば、電鋳部品内に空孔や精度、外観上問題となる隙間状の欠陥がない電鋳部品を安価に、かつ、大量に提供することができる。

１電鋳部品
９第１の電鋳層
１０第２の電鋳層
１２第３の電鋳層
１４ニッケルめっき層
６型
７導電層
８電鋳型
１１最深部
１３電鋳体

Claims

ニッケルまたはニッケル合金からなる第１の電鋳層と、前記第１の電鋳層の表面に形成され、前記第１の電鋳層よりも層としての容積が小さい銅からなる第２の電鋳層と、が積層されてなり、
前記第２の電鋳層の表面にニッケルまたはニッケル合金からなる第３の電鋳層が積層されてなり、
電鋳型の凹部内の形状であり、表面は、ニッケルめっき層で覆われてなることを特徴とする電鋳部品。
前記第１の電鋳層は上面に凹部を有し、前記第２の電鋳層は当該凹部に積層されてなり、前記第２の電鋳層と前記第３の電鋳層の境界面のうちの最深部が、前記凹部の内部にあることを特徴とする請求項１に記載の電鋳部品。