(57)【要約】【課題】精度バラツキを極力抑え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】第１センサ２０３により、メッキ液ＭＬの温度Ｔ１を測定し、第２センサ２０４により、陰極１０９の温度Ｔ２を測定し、制御装置２０２により、第１センサ２０３と第２センサ２０４が測定した温度に基づいて、雰囲気温度の温度を制御することで、電鋳対象物１０５に倣って形成された電鋳における歪み等を抑制し、高い精度を確保できる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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圧を付与する電源と、
前記メッキ液の温度を測定する第１センサと、
前記メッキ液と雰囲気の双方に触れる境界部材の温度を測定する第２センサと、
前記第１センサと前記第２センサが測定した温度に基づいて、前記境界部材の温度を制御する制御装置とを有することを特徴とする電鋳装置。
【請求項２】
前記境界部材は、前記メッキ槽、前記陰極、前記陽極の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載の電鋳装置。
【請求項３】
前記第２センサは、雰囲気温度を測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の電鋳装置。
【請求項４】
前記制御装置は、雰囲気温度を制御す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。
【請求項５】
外部環境に対して密閉されていることを特徴とする請求項４に記載の電鋳装置。
【請求項６】
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圧を付与することで電鋳対象物に電鋳処理を行う電鋳方法において、
前記メッキ液の温度を測定するステップと、
前記メッキ液と雰囲気の双方に触れる境界部材の温度を測定するステップと、
前記第１センサと前記第２センサが測定した温度に基づいて、前記境界部材の温度を制御しつつ電鋳処理を行うステップと、を有することを特徴とする電鋳方法。
【請求項７】
前記境界部材は、前記メッキ槽、前記陰極、前記陽極の少なくとも一つであることを特徴とする請求項６に記載の電鋳方法。
【請求項８】
雰囲気温度を測定するステップを有することを特徴とする請求項６又は７に記載の電鋳方法。
【請求項９】
前記電鋳処理を行うステップにおいて、雰囲気温度が制御されることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の電鋳方法。
【請求項１０】
前記雰囲気を外部環境に対して密閉し、その温度を制御することを特徴とする請求項９に記載の電鋳方法。
【請求項１１】
前記電鋳対象物と前記陰極とは、前記メッキ槽のメッキ液内に浸漬される前に温度調整されることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれかに記載の電鋳方法。
【請求項１２】
前記第１センサと前記第２センサが測定した温度との差が閾値を超えた場合、電鋳処理を停止するステップを有することを特徴とする請求項６乃至１１のいずれかに記載の電鋳方法。
【発明の詳細な説明】
【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、メッキ液温度のバラツキが電鋳精度に大きく影響を与えることがわかっている。そこで、メッキ液温度を４０〜６０℃の範囲内で一定に維持するように、メッキ液の供給ライン内にヒーターなどを組み込むことが考えられている。しかしながら、本発明者らの研究によれば、メッキ槽に供給されるメッキ液の温度を極力一定にした場合でも、形成された電鋳に歪みが生じ精度バラツキが生じることが判明した。
【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、精度バラツキを極力抑え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圧を付与する電源と、
前記メッキ液の温度を測定する第１センサと、
前記メッキ液と雰囲気の双方に触れる境界部材の温度を測定する第２センサと、
前記第１センサと前記第２センサが測定した温度に基づいて、前記境界部材の温度を制御する制御装置とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明者は、鋭意研究の結果、例えば一端をメッキ液に浸漬し、他端を雰囲気に露出した電極などを介してメッキ液から雰囲気へと熱が伝達され、それにより特にメッキ反応が起きている電極近傍のメッキ液の温度が変動してしまうために、供給されるメッキ液の温度を精度良く調整しても、形成された電鋳に歪みが生じることを見出したのである。かかる知見に基づき、本発明者は、前記第１センサにより、前記メッキ液の温度を測定し、前記第２センサにより、前記メッキ液と雰囲気の双方に触れる境界部材の温度を測定し、前記制御装置により、前記第１センサと前記第２センサが測定した温度に基づいて、前記雰囲気温度の調整を介して間接的に（或いは直接的に）前記境界部材の温度を制御する本発明を成し、かかる発明により、電鋳対象物に倣って形成された電鋳における歪み等を抑制し、高い精度を確保できるという作用効果を得たのである。
【０００８】
更に、前記境界部材は、前記メッキ槽、前記陰極、前記陽極の少なくとも一つであると好ましい。
【０００９】
更に、前記第２センサは、雰囲気温度を測定すると好ましい。
【００１０】
更に、前記制御装置は、例えばエアコンのように雰囲気温度を制御すると好ましい。この場合、例えば雰囲気温度を±１℃の範囲内に抑えるようにすると、電鋳のより高い精度を確保できる。ただし、前記制御装置は雰囲気温度を調整するエアコンに限ることなく、前記境界部材を直接加熱するヒーターもしくは冷却するクーラーであっても良い。
【００１１】
更に、外部環境に対して密閉されていると、雰囲気温度の制御を効率的に行うことができる。
【００１２】
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圧を付与することで電鋳対象物に電鋳処理を行う電鋳方法において、
前記メッキ液の温度を測定するステップと、
前記メッキ液と雰囲気の双方に触れる境界部材の温度を測定するステップと、
前記第１センサと前記第２センサが測定した温度に基づいて、前記境界部材の温度を制御しつつ電鋳処理を行うステップと、を有することを特徴とするので、上述した第１の発明と同様に、電鋳対象物に倣って形成された電鋳における歪み等を抑制し、高い精度を確保できる。
【００１３】
更に、前記境界部材は、前記メッキ槽、前記陰極、前記陽極の少なくとも一つであると好ましい。
【００１４】
更に、雰囲気温度を測定するステップを有すると好ましい。
【００１５】
更に、前記電鋳処理を行うステップにおいて、雰囲気温度が制御されると好ましい。
【００１６】
更に、前記雰囲気を外部環境に対して密閉し、その温度を制御すると好ましい。
【００１７】
更に、前記電鋳対象物と前記陰極とは、前記メッキ槽のメッキ液内に浸漬される前に温度調整されると、電鋳における歪みの発生を抑制できる。
【００１８】
更に、前記第１センサと前記第２センサが測定した温度との差が閾値を超えた場合、電鋳処理を停止するステップを有すると、電鋳における歪みの発生を抑制できる。
【００１９】
【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。
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、回転装置であるモータ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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
図２は、本実施の形態にかかる電鋳装置の動作を説明するためのフローチャート図である。図２のステップＳ１０１において、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、ステップＳ１０２で、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。更にステップＳ１０３で、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。
【００２４】
ステップＳ１０４で、第１センサ２０３がメッキ液ＭＬの温度Ｔ１を測定し、ステップＳ１０５で、第２センサ２０４が陰極１０９の温度Ｔ２を測定し、ステップＳ１０６で、制御装置２０２がそれらの温度を比較する。ここで、温度Ｔ１と温度Ｔ２との差が所定値（ここでは±１℃）以内でなければ、陰極１０９を伝わってメッキ液ＭＬから雰囲気中に逃げる熱量が無視できないと判断し、制御装置２０２は、さらにエアコン２０１を駆動して雰囲気温度をＴ１に近づけるよう調整する。それにより、温度Ｔ１と、雰囲気温度を介して間接的に調整される温度Ｔ２との差が所定値（ここでは±１℃）以内になれば、ステップＳ１０７で、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。その後、ステップＳ１０８で、内蔵タイマのカウントにより所定時間経過したと判断すれば、ステップＳ１０９で、制御装置２０２は電力供給を停止し、電鋳処理を終了させる。
【００２５】
尚、ステップＳ１０７からＳ１０９までの電鋳処理中にも、温度Ｔ１と温度Ｔ２との差が所定値（ここでは±１℃）以内でなくなった場合、制御装置２０２は、所定値内に入るまで電力供給を中断しても良い。又、上述した実施の形態では、陰極１０９を雰囲気温度を介して間接的に制御しているが、陰極１０９にヒーターを巻き付けこれを直接的に加熱することで、温度Ｔ２を温度Ｔ１に近づけることもできる。
【００２６】
以下に、本発明者らが行った実験結果を説明する。導電化処理した直径１０〜１００ｍｍのシリコンウェハを電鋳対象物とし、スルファミン酸ニッケル６００ｇ／ｌ、硼酸４０ｇ／ｌ、塩化ニッケル８ｇ／ｌ、ピット防止剤２０ｇ／ｌを含むスルファミン酸ニッケル溶液のメッキ液を４０℃に温度調整しながら、それに浸漬し、電極間距離５ｃｍ、電流密度１０Ａ／ｄｍ２の条件で電鋳処理を行った。このとき、雰囲気温度は、比較例では室温（２０℃前後）とし、実施例ではメッキ液の温度±１℃以内とした。表１に実験結果を示す。
【表１】
2005048215.tif 000003
【００２７】
比較例と実施例において、シリコンウェハの中心から半径２ｍｍの円内における電鋳の歪みバラツキを測定したところ、比較例では最大４０ｎｍであったが、実施例では最大５ｎｍと顕著に低下し、本発明の効果が確認された。
【００２８】
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。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、精度バラツキを極力抑え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電鋳装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【符号の説明】
１０１  メッキ槽
１０２  陽極
１０５  電鋳対象物
１０９  陰極
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
【図１】
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【図２】
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