JP2005023389A

JP2005023389A - 電気めっき方法、および電気めっき装置

Info

Publication number: JP2005023389A
Application number: JP2003191570A
Authority: JP
Inventors: Yoji Mitsui; 洋二三ツ井; Tadashi Kanbe; 正神戸; Itaru Okonogi; 格小此木
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2003-07-04
Publication date: 2005-01-27
Also published as: CN1958873A; CN1958865A; CN1958871A

Abstract

【課題】めっき液中の有機系異物を効果的に、かつ低コストで除去することによって、めっき被膜のピンホール形成を防止する技術を提供する。
【解決手段】電気めっき装置１００は、めっき液を充填するめっき槽１と、めっき時にめっき液５０中に浸漬される一対の陽極７，７および陰極９を備えており、前記めっき槽１内には、磁石１１が配備されている。磁石１１は、めっき液中を浮遊する微細な有機物−金属接合体を吸着した後は離さない程度の磁力（概ね表面磁束密度として０．２５テスラ以上）を有している。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気めっき方法、および電気めっき装置に関し、詳細には、被めっき物表面のピンホールの発生を防止し、均一かつ緻密なめっき被膜を形成できる電気めっき方法、およびそのための電気めっき装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気めっきにおいて、めっき被膜の微小欠損（ピンホール）や錆を引き起こす原因の一つとして、めっき液中に存在する磁性スラッジなどの金属系異物が被めっき物（ワーク）に付着する現象が問題にされてきた。そして、金属系異物をめっき液中から除去するため、めっき液を濾過したり、遠心分離したりする方法が採られてきた。また、同様の目的で、めっき槽内に９００ガウスの磁気を有する磁石を複数配置し、磁性スラッジを磁石に吸着させてめっき液中から除去する方法（例えば、特許文献１参照）や、プラスチック製のめっき槽の底部を２重に形成して磁石を配備し、金属系異物を底部に付着させて、めっき液中での浮遊を防止する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３０６５００号公報（段落００１５、図１）
【特許文献２】
特開平９−３６９４号公報（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来めっき被膜にピンホールや錆を引き起こす原因として、金属系異物が問題とされ、それへの対応が図られてきた。しかし本発明者らは、ピンホールの形成について詳細な検討を行った結果、多くの場合、ピンホールの原因となるのは、金属系異物よりも、むしろ皮膚片などの有機系異物であることを見出した。
【０００５】
特に電気めっきにおいて、有機系異物は被めっき物およびめっき被膜に比べて非常に電気抵抗値が大きいため、その部分だけめっき形成ができず、結果的にピンホールが生じてしまう。従って、本来めっきされることによって付加されるべき機能である美観、耐環境性、耐薬品性等が格段に損なわれてしまうことになる。しかも、有機系異物中には塩素、硫黄などの錆を誘発しやすい元素が含まれているため、ピンホール部分から錆が生じる危険性は、他の原因によるピンホールよりも高いと考えられる。この点、磁性スラッジなど導電性の金属系異物の場合は、付着してもそれを埋め込むようにめっき被膜が形成されるため、被膜に凹凸が生じて均一性が損なわれることはあっても、直接的に錆の発生原因となることは稀であり、有機系異物よりもめっき品質に与える影響は少ない。
【０００６】
めっき液中の有機系異物は、クリーンルーム内でのめっき作業や、めっきプロセス全てに渡る徹底したクリーニングなどによって減らすことが可能であるが、これらの方法では、製品に大きなコスト負担を発生させることになってしまう。
【０００７】
本発明の課題は、めっき液中の有機系異物を効果的かつ低コストに除去することによって、めっき被膜のピンホール形成を防止する技術を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様は、めっき液中の被めっき物表面に、電気化学反応によりめっき被膜を形成させる電気めっき方法であって、表面磁束密度が０．２５テスラ以上の磁石を、前記めっき液中に配置し、めっきを行うことを特徴とする、電気めっき方法である。
【０００９】
めっき被膜におけるピンホールおよび錆の原因となる有機系異物は、多くの場合金属系異物と一体となった状態でめっき液中を浮遊し、被めっき物（ワーク）に付着することが判明した。本発明の電気めっき方法によれば、めっき液中に表面磁束密度が０．２５テスラ以上の磁石を配備してめっきを行うことにより、めっき液中に異物として存在する有機物−金属接合体を磁石に吸着させ、捕捉することが可能となる。これにより、めっき被膜のピンホール形成や錆の発生を防止することができる。一方、金属系異物を含まない有機系異物については、これらがめっき液中に存在していたとしても、金属のように陽イオン化しないため、電気めっきプロセスにおいては被めっき物に電気的に吸着することはない。従って、得られるめっき被膜は均一かつ緻密な特長を有するものとなり、高い精度が要求される産業分野で、耐薬品性、耐環境性、高信頼性を具備しためっき製品を提供することが可能になる。また、本発明の電気めっき方法は、磁力を利用して異物を除去するものであるため、めっき液を循環させる方式の濾過が困難な共析めっきにも有効である。なお、本発明において「電気めっき」の語は、例えば電着塗装なども含む広い意味で用いる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、めっき液中の被めっき物表面に、電気化学反応によりめっき被膜を形成させる電気めっき方法であって、めっき液中を浮遊する微細な有機物−金属接合体を捕捉可能な表面磁束密度を有する磁石を、前記めっき液中に配置し、めっきを行うことを特徴とする、電気めっき方法である。
この電気めっき方法の発明によれば、第１の態様と同様の作用効果が得られる。
【００１１】
本発明の第３の態様は、めっき液を充填するめっき槽と、前記めっき液中に浸漬される陰極および陽極を備えためっき装置であって、前記めっき槽内に、表面磁束密度が０．２５テスラ以上の磁石を一つないし複数配備したことを特徴とする、電気めっき装置である。
この電気めっき装置は、第１の態様のめっき方法を実施する上で適した装置である。
【００１２】
本発明の第４の態様は、めっき液を充填するめっき槽と、前記めっき液中に浸漬される陰極および陽極を備えためっき装置であって、前記めっき槽内に、めっき液中を浮遊する微細な有機物−金属接合体を捕捉可能な表面磁束密度を有する磁石を、一つないし複数配備したことを特徴とする、電気めっき装置である。
この電気めっき装置は、第２の態様のめっき方法を実施する上で適した装置である。
【００１３】
【作用】
電気めっきにおいて、めっき被膜に有機物が付着する理由は大別して２つあると考えられる。
第１は、有機系異物と被めっき物が物理的に吸着する場合で、これは、該異物と被めっき物との機械的結合（引っ掛かり）、粘性等が挙げられる。これについては、めっき槽内のめっき液の攪拌量や攪拌方法、被めっき物のアルカリ等による前処理によって、多くの場合解決できる。
【００１４】
第２は、有機系異物に微量の金属が付着した状態で、電気的に被めっき物に引き寄せられ、吸着する場合である。本発明者らの研究によれば、錆の原因となる有機系異物の表面は、一般的に複雑な微細曲面で構成されているため、磁性スラッジなどの金属と接合した場合、その結合力が大きく、上記のような手段では容易にその接合が外れない。従って、この状態でめっき液中を浮遊し、被めっき物（ワーク）に付着することが確認された。この場合、有機系異物と接合した金属系異物の占める体積が大きくなるほど被めっき物に吸着する可能性が高くなる。
【００１５】
図１は、異物により形成されたピンホール部分７１の断面を電子顕微鏡で撮影した画像を図示したものである。同図中、符号６１はめっき被膜表面であり、符号６３はめっき被膜（断面）、符号７３は異物である。図１から、異物７３が付着した部分は、めっき被膜が形成されず、いびつな形状に空隙が形成されてピンホールとなっていることが判別できる。異物７３は、めっき被膜６３にくさびのように埋め込まれた状態であるが、ワーク５には接触していないことから、めっき被膜６３の形成過程でワーク５に引き寄せられ、付着したものであることが理解される。
【００１６】
また、図２に異物７３部分の元素分析結果のチャートを示す。同図に示すように、異物からは、金属元素（Ｎｉ；析出金属）とともに、Ｃ、Ｓ、Ｏ、Ｃｌ等の有機物由来の元素が検出された（なお、Ｓｉは測定ベースである）。また、この元素分析と併せてＦＴ−ＩＲおよびラマン分光により有機物の分析・同定を行った。これらにより、異物は、有機物と金属との接合体であること、有機物が皮膚などの微小片であることが確認された。
【００１７】
以上のことから、被めっき物におけるピンホール形成や錆の発生を防止するには、めっき液中を浮遊する有機物−金属接合体を効率良く除去することが有効である。この有機物−金属接合体は、金属を含有するため磁石に吸着する性質を持つ。しかし、磁石の磁力が充分でない場合、吸着された有機物−金属接合体は、めっき液流などにより再び磁石から離れてしまう。例えば、特許文献１のように９００ガウス（０．０９テスラ）程度の表面磁束密度の磁石では、磁性スラッジなどの金属系異物については吸着状態を維持できるが、有機物−金属接合体を吸着したまま維持することは不可能である。また、例えば特許文献２のように、隔壁を間に挟んで磁石を配置する場合、めっき槽の強度を確保する必要上、一定の壁厚が必要であり、めっき液中の磁束密度は格段に減少してしまうため、金属系異物は捕捉できても有機物−金属接合体を捕捉することは不可能である。
【００１８】
これに対して、後記実施例に示すように、磁石の表面磁束密度が０．２５テスラ以上であると、磁石に吸着した有機物−金属接合体が磁石から離れて再びめっき液中に浮遊することがなくなる。つまり、表面磁束密度０．２５テスラ以上であれば、一旦磁石に吸着すると、有機物−金属接合体は捕捉されたままの状態となり、その結果ワークへの付着が防止されるものと考えられる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
図３は、本発明の一実施形態に係る電気めっき装置１００の概要を説明する模式図である。この電気めっき装置１００は、主要な構成として、めっき液を充填するめっき槽１と、めっき時にめっき液５０中に浸漬される一対の陽極７，７および陰極９を備えており、前記めっき槽１内には、磁石１１が一つ配備されている。
【００２０】
電気めっき装置１００では、陰極部を有するかご式治具３内に被めっき物としてのワーク５を載置すると、ワーク５が陰極９に接触して通電されるように構成されている。めっき時には、陽極７と陰極側のワーク５との間で電気化学的反応が生じ、めっき液５０中の金属（例えば、ニッケルなど）がワーク５表面に析出して被膜を形成する。
【００２１】
磁石１１は、めっき液中を浮遊する微細な有機物−金属接合体を吸着した後は離さない程度の磁力（捕捉可能な磁力）を有している。後記実施例に示すように、有機物−金属接合体を捕捉可能な磁力としては、概ね表面磁束密度として０．２５テスラ以上の磁力である。磁石１１の磁力が、０．２５テスラ未満である場合、めっき液５０中の金属系異物（例えば、磁性スラッジなど）を除去することは可能であるが、金属系異物と皮膚などの有機物系異物が合体した有機物−金属接合体を除去することは困難である。
【００２２】
すなわち、めっき液５０中に含まれる異物が、金属系異物のみの場合は、０．２５テスラ未満の磁力であっても、一旦吸着されると、磁石１１に捕捉されたままの状態となるため、ワーク５に引き寄せられてその表面に付着することを防止できる。しかし異物が、有機物−金属接合体である場合は、磁石１１の磁力によって吸着されても、磁力が弱いとめっき液５０の液流などの作用で簡単に脱離してしまう。磁石１１で有機物−金属接合体を捕捉できない場合、異物は液中を浮遊し、電気的作用によりワーク５へ付着してピンホールの原因となる。
【００２３】
磁石１１は永久磁石または電磁石を使用することができる。永久磁石の場合は、充分な磁力を確保するため、その材質や形状を最適に選定する必要がある。ここで、充分な磁力が得られれば、磁石材料は特に限定されないが、めっき槽内の限られたスペースを有効利用するという点から、Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系などの高い磁力を有する焼結磁石がより好ましい。
【００２４】
本実施形態においては、磁石１１をめっき槽１の内底部に配備したが、この配置に限るものではない。例えば、ワーク５を支持する治具３の種類やめっき槽１の大きさに応じて適宜位置を選定することが好ましい。また、磁石１１は、ワーク５に引き寄せられる有機物−金属接合体を捕捉することが目的であるため、出来るだけワーク５に近接した位置に配備することが好ましい。
【００２５】
本実施形態の電気めっき装置１００においては、上記構成のほかに必要に応じて、めっき槽１内でめっき液５０を均一化するための攪拌装置、めっき効率を上げるための加熱装置もしくは冷却装置、めっき液中の異物を除去するための濾過装置などを付設することができる。
【００２６】
本発明のめっき方法は、通常のめっき工程と条件に従い実施できる。本発明方法により電気めっきを行う場合の概要を例示すると、まず、ワーク５を治具３にセットし、必要に応じて洗浄を行った後、所定電流の下で無光沢電気めっきや半光沢めっきもしくは光沢電気めっきを行う。めっき物は、洗浄した後、乾燥することにより、最終めっき製品が得られる。
【００２７】
被めっき物としてのワーク５としては、特に制限はないが、金属でも非金属でもよく、金属と非金属の複合物や空孔を伴う金属などでもよい。ワーク５の例としては、精密部品に用いられる焼結合金、樹脂と粉末金属の複合物、鋳造合金等が挙げられ、より具体的には、例えば焼結磁石、ボンド磁石、鋳造磁石等が挙げられる。
【００２８】
本発明の電気めっき方法は、非常に均一なめっき被膜を簡易な器具で形成させることができるとともに、異物付着に起因するめっき被膜の欠損が生じないことから、例えば、コンピュータ等のハードディスク用モータに用いるリング状磁石などの高寸法精度、高防錆、防発塵等が要求される用途で使用されるワーク５のめっきに最適である。
【００２９】
【実施例】
次に、実施例、比較例により、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらによって制約されるものではない。
【００３０】
実施例１
めっき槽中に表面磁束密度０．２５テスラ（以下、「０．２５Ｔ」のように表記する）の磁石を配備し、下記の条件でめっきおよび耐食試験を実施した。その結果を表１に示した。
【００３１】
＜被めっき物＞
被めっき物には、外径１９ｍｍ、内径１７ｍｍ、高さ４ｍｍのリング状Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石を用いた。
【００３２】
＜めっき条件＞
被めっき物を固定トレイ式めっき治具にセットし、洗浄後、５０℃の無光沢ワット浴を用いて無光沢電気めっきを２Ａ／ｄｍ^２で３０分間行い、次いで５０℃の光沢ワット浴で光沢電気めっきを２Ａ／ｄｍ^２で２０分間行った。得られためっき製品は、超音波水洗浄、湯洗浄等の洗浄を行った後、乾燥した。
【００３３】
＜耐食試験＞
ＪＩＳＺ２３７１に準拠し、５％塩化ナトリウム水溶液にて４８時間塩水噴霧を行った。その後、１０倍顕微鏡にて発錆の有無を確認した。
【００３４】
実施例２、３
磁力の異なる磁石を使用した以外は、実施例１と同様にしてめっきを行い、耐食性を調べた。実施例２では、表面磁束密度０．３０Ｔ、実施例３では表面磁束密度０．３５Ｔとした。その結果を表１に併せて示す。
【００３５】
比較例１〜４
磁力の異なる磁石を使用した以外は、実施例１と同様にしてめっきを行い、耐食性を調べた。比較例１では表面磁束密度０．０５Ｔ、比較例２では表面磁束密度を０．１０、比較例３では表面磁束密度０．１５Ｔ、比較例４では表面磁束密度０．２０Ｔとした。その結果を表１に併せて示す。
【００３６】
【表１】

【００３７】
以上の結果から、表面磁束密度が０．２５Ｔ以上の磁石をめっき液中に配備することにより、発錆をほぼ完全に防止できることが示された。
【００３８】
比較例５
めっき槽内に図４に示すような配置で表面磁束密度が０．１３〜０．１５Ｔの６個の磁石１５ａ〜１５ｆを配置した以外は、実施例１と同様にしてめっきを行った。めっき後、磁石を取出して捕捉された異物（有機物−金属接合体）の付着状態を調べたところ、磁石への異物付着は微量であった。また、形成されためっき被膜について、実施例１と同様の耐食試験を実施したところ、錆が発生した。このことから、磁力の弱い磁石の場合は、めっき槽内に多数配備しても殆ど効果が得られないことが示された。
【００３９】
以上、本発明を種々の実施形態に関して述べたが、本発明は上記実施形態に制約されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、他の実施形態についても適用可能である。
【００４０】
例えば、図３の実施形態は固定トレイ式治具を使用しているが、これに限らず、例えば、引っ掛け式治具、回転トレイ式治具、バレル式治具等においても磁石１１を配備することにより同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】めっき被膜のピンホール部分断面の拡大図。
【図２】異物の元素分析結果を示す図面。
【図３】本発明の電気めっき装置の概要を示す図面。
【図４】比較例の磁石の配置を示す図面。
【符号の説明】
１めっき槽、３かご式治具、５ワーク、７陽極、９陰極、１１磁石、１５ａ〜１５ｆ磁石、１００電気めっき装置

Claims

めっき液中の被めっき物表面に、電気化学反応によりめっき被膜を形成させる電気めっき方法であって、
表面磁束密度が０．２５テスラ以上の磁石を、前記めっき液中に配置し、めっきを行うことを特徴とする、電気めっき方法。
めっき液中の被めっき物表面に、電気化学反応によりめっき被膜を形成させる電気めっき方法であって、
めっき液中を浮遊する微細な有機物−金属接合体を捕捉可能な表面磁束密度を有する磁石を、前記めっき液中に配置し、めっきを行うことを特徴とする、電気めっき方法。
めっき液を充填するめっき槽と、
前記めっき液中に浸漬される陰極および陽極を備えためっき装置であって、
前記めっき槽内に、表面磁束密度が０．２５テスラ以上の磁石を一つないし複数配備したことを特徴とする、電気めっき装置。
めっき液を充填するめっき槽と、
前記めっき液中に浸漬される陰極および陽極を備えためっき装置であって、
前記めっき槽内に、めっき液中を浮遊する微細な有機物−金属接合体を捕捉可能な表面磁束密度を有する磁石を、一つないし複数配備したことを特徴とする、電気めっき装置。