JP2005048216A

JP2005048216A - 電鋳装置及び電鋳方法

Info

Publication number: JP2005048216A
Application number: JP2003204437A
Authority: JP
Inventors: Nobutaka Ueno; 修敬上野; Tomohide Mizukoshi; 智秀水越
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】製造コストを増大させることなく、電鋳精度を向上させることができる電鋳装置及び電鋳方法を提供する。
【解決手段】陰極１０９は、電鋳対象物１０５を保持したときに、陽極１０２に対向するダミー面１０９ｅをメッキ液ＭＬに露出しているので、陽極１０２と陰極１０９との間に供給される電流を変えなくても、ダミー面１０９ｅの面積が変われば電流密度が変化するため、電源１１１の電流制御装置を簡素化することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電鋳装置及び電鋳方法に関し、特に精密部品を成形する成形型などの製造に用いられると好適な電鋳装置及び電鋳方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、急速に発展している光ピックアップ装置の分野では、極めて高精度な対物レンズなどの光学素子が用いられている。プラスチックやガラスなどの素材を、金型を用いてそのような光学素子に成形すると、均一な形状の製品を迅速に製造することができるため、かかる金型成形は、そのような用途の光学素子の大量生産に適しているといえる。ここで、金型は消耗品であり、また不測の事態による破損なども予想されることから、高精度な光学素子を成形するためには、定期的或いは不定期の金型交換が必要であるといえる。従って、光学素子を成形するための金型も、一定精度の金型をある程度の量だけ予め用意しておく必要があるといえる。
【０００３】
ここで、単結晶ダイヤモンド工具などを用いた切削加工で金型を製造した場合、手間がかかる上に、全く同一形状の金型を切り出すことは困難といえ、それ故金型交換前後で光学素子製品の形状バラツキが生じる恐れがあり、又コストもかかるという問題がある。これに対し、光学素子の光学面に対応した母光学面を有する母型に対し、電鋳を成長させることで、金型を製作しようとする試みがある。このような電鋳による金型製作手法を用いると、精度の良い母型を一つ用意するだけで、寸法バラツキの少ない光学素子成形用金型を比較的容易に得ることができる。このような電鋳方法としては、例えば以下の特許文献１に記載されたものがある。
【特許文献１】
特開２００２−４０７６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電鋳により例えば光学素子成形用金型を形成する場合において、ｎｍレベルの精度を求めた場合、陽極と陰極との間に供給される電流密度（電流／表面積）を極力小さなステップで制御する必要がある。ところが、市販されている一般の電流制御装置は、例えば５Ａの電流を供給する場合、０．０１Ａ毎にしか調整できず、これを用いては、形成される電鋳の精度を所望のレベルまで向上させることができないという問題がある。これに対し、０．０１Ａより小さなステップで電流を調整できる電流制御装置を新たに設計とすると、製造コストが増大するという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、製造コストを増大させることなく、電鋳精度を向上させることができる電鋳装置及び電鋳方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明の電鋳装置は、電鋳対象物に対して電鋳処理を行う電鋳装置において、電鋳対象物を浸漬するメッキ液を貯留するメッキ槽と、電鋳対象物を保持する陰極と、前記電鋳対象物に対峙して配置された陽極と、前記陽極と前記陰極との間に電流を流すための電源と、を有し、前記陰極は、前記電鋳対象物を保持したときに、前記陽極に対向するダミー面を前記メッキ液に露出しているので、前記陽極と前記陰極との間に供給される電流を変えなくても、前記ダミー面の面積が変われば電流密度が変化するため、前記電源の電流制御装置を簡素化することができる。
【０００７】
更に、前記ダミー面は、保持された前記電鋳対象物を囲っていると、前記電鋳対象物に形成される電鋳の偏りを抑制できる。尚、「電鋳対象物を囲う」とは、前記電鋳対象物の周囲において、周方向に連続して（例えば環状的に）取り巻いていること、及び前記電鋳対象物の周囲において、周方向の一部が切断された状態で（例えばＣ字状的に）取り巻いている場合のいずれも含む。
【０００８】
更に、（電流設定分解能（Ａ）／前記電鋳対象物の表面積と前記ダミー面の面積とを加えた面積（ｄｍ^２））で表される電流密度設定値（Ａ／ｄｍ^２）を、少なくとも１／１００の刻みで変更可能とするように、前記ダミー面は所定の面積を有していると、精度良い電鋳の制御が可能となる。
【０００９】
更に、前記ダミー面は、それに交差する側面に対して、曲面により接続されていると、前記ダミー面に成長した電鋳の除去が容易である。
【００１０】
更に、前記電鋳対象物を保持した前記陰極を回転させる駆動装置を有すると、電鋳の偏りを抑制できる。
【００１１】
第２の本発明の電鋳方法は、陰極に保持された電鋳対象物をメッキ液中で陽極と対峙させ、前記陰極と前記陽極との間に電流を流すことで電鋳対象物に電鋳処理を行う電鋳方法において、前記電鋳対象物を保持したときに、前記陽極に対向するダミー面を前記メッキ液に露出させたので、前記陽極と前記陰極との間に供給される電流を変えなくても、前記ダミー面の面積が変われば電流密度が変化するため、前記電源の電流制御装置を簡素化することができる。
【００１２】
更に、（電流設定分解能（Ａ）／前記電鋳対象物の表面積と前記ダミー面の面積とを加えた面積（ｄｍ^２））で表される電流密度設定値（Ａ／ｄｍ^２）を、少なくとも１／１００の刻みで変更可能とするように、前記ダミー面の面積を設定すると、精度良い電鋳の制御が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかる電鋳方法を実行できる電鋳装置を示す概略図である。図１において、電鋳装置１００は、エアコン２０１により雰囲気温度を調整可能な密閉された室２００内に設置されている。電鋳装置１００は、メッキ液ＭＬを貯留し密閉されたメッキ槽１０１内に、電鋳対象物１０５を保持した円盤部１０９ａと円板部１０９ａに連結されたシャフト１０９ｂとを有する陰極１０９を有している。円盤１０９ａは、その外周において、電鋳対象物１０５を囲うようにして環状の突部１０９ｄを形成している。突部１０９ｄの陽極１０２対向面が、電鋳対象物１０５と同じレベルまで陽極１０２に近接したダミー面１０９ｅとなっている。ダミー面１０９ｅは、それに交差する突部１０９ｄの側面に対して、曲面により接続されている。
【００１４】
陰極１０９の一端側はメッキ液ＭＬに触れ、その他端側は雰囲気に触れた状態にある。陰極１０９のシャフト１０９ｂは、駆動装置であるモータ１１０により回転するように構成されている。円盤部１０９ａの電鋳対象物１０５の保持面と反対側の面は、殆どスキマなくメッキ槽１０１の壁面（遮蔽物）１０１ｃが対向し、ここにメッキ液ＭＬの滞留が生じることを抑制している。
【００１５】
メッキ液ＭＬに浸漬された電鋳対象物１０５に対峙するようにして、メッキ槽１０１内には陽極１０２が配置されている。陽極１０２は、チタン製の金網できた籠１０２ａと（チタンケース）、その内部に充填された多数のニッケルペレット１０２ｂとを有する。チタンケース１０２ａは、直流電源１１１のプラス側に通電可能に接続されており、陰極１０９は、直流電源１１１のマイナス側に通電可能に接続されている。
【００１６】
メッキ槽１０１の排出口１０１ａは、循環ラインを構成する配管１１５に連結されている。配管１１５は、ヒータを内蔵した温度調整装置１１６を介してポンプ１１７に接続している。ポンプ１１７は、メッキ槽１０１の吐出口１０１ｂに接続されたノズル１１９に連結されている。
【００１７】
ノズル１１９の近傍に、ノズル１１９から噴出するメッキ液の温度を測定する第１センサ２０３が配置されている。一方、シャフト１０９ｂの雰囲気に露出した面に、その温度を測定する第２のセンサ２０４が取り付けられている。第１センサ２０３と第２センサ２０４の出力信号は、エアコン２０１を制御する制御装置２０２に入力されるようになっている。尚、制御装置２０２は、陽極１０２と陰極１０９への電力供給も制御できるようになっている。
【００１８】
本実施の形態にかかる電鋳装置の動作を説明する。まず温度調整装置１１６を動作させて、メッキ液ＭＬを４０〜６０℃の範囲内で任意温度Ｔｇに設定しつつメッキ槽１０１へと噴出させ、配管１１５を介して循環させる。メッキ槽１０１内のメッキ液ＭＬが均一な温度Ｔｇになった後、同じ温度に加熱した電鋳対象物１０５及び陰極１０９を、メッキ液ＭＬ内に浸漬する。更に、制御装置２０２はエアコン２０１を制御して、雰囲気温度をＴｇを目標に制御する。メッキ液ＭＬの温度と雰囲気温度とが略等しくなれば、制御装置２０２は、電源１１１からの電力供給を開始し、電鋳処理を行う。所定時間経過後に、制御装置２０２は電力供給を停止し、電鋳処理を終了させる。
【００１９】
図２は、陰極１０９と、それに保持された電鋳対象物１０５の断面図であり、電鋳後の状態を示している。ダミー面１０９ｅと陽極１０２との間にも電流が流れるので、図２より明らかなように、陰極１０９のダミー面１０９ｅからも電鋳Ｅが成長している。すなわち、ダミー面１０９ｅを形成したことで、陽極１０２と陰極１０９との間の電流密度は小さくなっており、その分、ゆっくりした速度で電鋳Ｅを成長させることができ、より緻密な組成の電鋳Ｅを得ることができる。又、ダミー面１０９ｅを、電鋳対象物１０５の軸線に対して点対称に形成することで、電鋳対象物１０５に形成された電鋳Ｅの歪みを抑制できる。従って、電鋳対象物１０５は光学素子成形用型の母型に好適である。更に、電鋳対象物１０５とダミー面１０９ｅとを、ある程度距離を離隔させることで、それらの間に電鋳が架橋して成長することが抑制され、その後にカット加工などが不要となる。
【００２０】
尚、電鋳処理後において、電鋳装置を再使用する場合、ダミー面１０９ｅから電鋳Ｅを取り外す必要があるが、ダミー面１０９ｅの周縁は曲面となっているので、その電鋳Ｅの取り外しは容易に行える。尚、突部１０９ｄの側面をテーパ状にするとより好ましい。電鋳対象物１０５と、ダミー面１０９ｅの陽極と対向する面は同一である必要はなく、電鋳対象物の形状に合わせ、シュミレーション等を利用して最適値を設定するとよい。ダミー面が電鋳対象物より陽極から遠くなるよう設定すると、一般的に均一性が良くなる。
【００２１】
又、電鋳対象物１０５のサイズ等、必要に応じて、ダミー面１０９ｅの面積を変えることもできる。例えば、突部１０９ｄを円盤１０９ａから分離可能としておき、ダミー面１０９ｅの面積が異なる突部１０９ｄに交換することで、電流密度の変更を行うことができる。尚、それ以外にもダミー面１０９ｅに樹脂製のカバーをつけたり、絶縁剤を塗布することでも、メッキ液ＭＬに露出するダミー面１０９ｅの有効面積を変更させることができる。即ち、ダミー面とは、陽極１０２に対向し、且つメッキ液ＭＬに露出した陰極１０９の面と定義できる。
【００２２】
図３は、本発明者らが行った実験結果を示すものであり、縦軸に電鋳の反り、横軸に電流密度をとったグラフである。特に光学素子成形用型を電鋳で形成しようとした場合、反りは数１０〜数ｎｍの範囲内に抑える必要がある。従って、図３より、電流密度は、設定電流密度（電流設定分解能（Ａ）／前記電鋳対象物の表面積と前記ダミー面の面積とを加えた面積（ｄｍ^２））の１％刻みで制御を行う必要があるが、かかる場合、本実施の形態によれば、ダミー面１０９ｅの面積を、設定電流密度（Ａ／ｄｍ^２）の少なくとも１／１００（好ましくは、より安定的に制御可能な１／２００）の刻みで変更可能な面積とすることで対処可能である。
【００２３】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。本発明は、光ピックアップ装置用の光学素子成形用型に用いる電鋳に限らず、例えばインクジェットプリンタのヘッド成形用型に用いる電鋳、その他精密部品成形用型に用いる電鋳など幅広く適用が可能である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、製造コストを増大させることなく、電鋳精度を向上させることができる電鋳装置及び電鋳方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる電鋳方法を実行できる電鋳装置を示す概略図である。
【図２】本実施の形態にかかる陰極１０９と、それに保持された電鋳対象物１０５の断面図である。
【図３】本発明者らが行った実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１０１メッキ槽
１０２陽極
１０５電鋳対象物
１０９陰極
１０９ｅダミー面
１１０モータ
１１５配管
１１６温度調整装置
１１７ポンプ
１１９ノズル
２０１エアコン
２０２制御装置
２０３第１のセンサ
２０４第２のセンサ

Claims

電鋳対象物に対して電鋳処理を行う電鋳装置において、
電鋳対象物を浸漬するメッキ液を貯留するメッキ槽と、
電鋳対象物を保持する陰極と、
前記電鋳対象物に対峙して配置された陽極と、
前記陽極と前記陰極との間に電流を流すための電源と、を有し、
前記陰極は、前記電鋳対象物を保持したときに、前記陽極に対向するダミー面を前記メッキ液に露出していることを特徴とする電鋳装置。
前記ダミー面は、保持された前記電鋳対象物を囲っていることを特徴とする請求項１に記載の電鋳装置。
（電流設定分解能（Ａ）／前記電鋳対象物の表面積と前記ダミー面の面積とを加えた面積（ｄｍ^２））で表される電流密度設定値（Ａ／ｄｍ^２）を、少なくとも１／１００の刻みで変更可能とするように、前記ダミー面は所定の面積を有していることを特徴とする請求項２に記載の電鋳装置。
前記ダミー面は、それに交差する側面に対して、曲面により接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電鋳装置。
前記電鋳対象物を保持した前記陰極を回転させる駆動装置を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電鋳装置。
陰極に保持された電鋳対象物をメッキ液中で陽極と対峙させ、前記陰極と前記陽極との間に電流を流すことで電鋳対象物に電鋳処理を行う電鋳方法において、
前記電鋳対象物を保持したときに、前記陽極に対向するダミー面を前記メッキ液に露出させたことを特徴とする電鋳方法。
（電流設定分解能（Ａ）／前記電鋳対象物の表面積と前記ダミー面の面積とを加えた面積（ｄｍ^２））で表される電流密度設定値（Ａ／ｄｍ^２）を、少なくとも１／１００の刻みで変更可能とするように、前記ダミー面の面積を設定することを特徴とする請求項６に記載の電鋳方法。