資料集｜電鋳・金型の表面処理研究部会

電鋳

　電鋳（electroforming）は電気めっきを利用して品物（成型品）を作ることから命名された言葉である。ここで、めっきは表面処理技術、電鋳は成型加工技術と分類することもできる。電鋳法では、まず母型（鋳型やマスター、マンドレルとも呼ばれる）に電気めっき、または無電解めっき法により金属を析出させた後、この金属を母型から剥離して製品とする。母型が金属の場合には剥離のための表面処理を施し、非金属の場合にはめっきを行うための導電性処理を施す必要がある。

　この技術の特徴は母型の精密な転写性にあり、古くから印刷版やレコードの原版の作製に使われてきた。電鋳は母型の形状を忠実に正確に複写すもので、母型の精度が高ければ高いほど、それから作製される電鋳製品の精度も高くなる。従って、現代のようなサブミクロンの加工精度が要求されるハイテク社会では、この技術が再び脚光を浴びている。すなわち、従来の機械加工技術では作製できないような超微細部品の製作がフォトレジスト法の技術を併用して可能となり、また、　レーザーデスクのような精密で大量生産が必要なものの成型用金型の製造などにも成力を発揮している。

a）電鋳加工の特徴

　電鋳加工の特徴はその優れた転写精度にあるが、その精度は鋳型の表面の0.1μm　の凹凸を転写でき、寸法精度では円筒形状で10μm以内、平面形状では1mにつき約20μm以内にコントロールが可能であるとされている。また、加工原理から判るように、薄肉加工が可能なことと、母型の材料にはその目的により、金属や非金属を問わず幅広い材料が使用できることである。

b）電鋳用めっき金属

　電鋳用のめっき金属としては、銅およびニッケルが一般的であり、装飾品の作製には金や銀が使われてきた。しかし、近年のめっき技術の進歩に伴い、より性能に優れたNi-Co合金をはじめ、各種複合分散めっきなども使われるようになった。

　電鋳加工において最も重要なことは、内部応力の出来るだけ小さいめっきを使うことである。
一般に、めっき層には大きな内部応力が存在するため、これで電鋳を行うと、製品に歪が生じ、変形するので精度が著しく低下する。従って、内部応力の発生しないようなめっき浴組成やめっき条件を選定する必要がある。　このようなことから、ニッケルめっきではスルファミン酸浴や内部応力減少割としてのサッカリン等が広く利用されている。

c）　母型の材料とその表面処理

　母型に使われる材料は、金属では鉄、ステンレス、銅および銅合金、アルミおよびアルミ合金、亜鉛、鉛等があり、非金属ではエポキシ樹脂、油脂、各種プラスチック、石膏、ガラス、ゴム、セラミック、皮革等がある。これらの材料はその目的により使い分けられているが、金属の場合にはめっき後の剥離を容易にするためその表面に剥離層を形成させ、非金属の場合には伝導性を付与するため電導性皮膜を設ける必要がある。剥離層にはそれぞれの金属の酸化膜や化合物皮膜が用いられ、伝導性の付与には銀鏡反応法や無電解めっき法、黒鉛や金属粉末の塗布法等が用いられる。

d）　電鋳の応用例

精密金型：
	通常の金型は機械加工や放電加工で主に作られている。これを電鋳法で作ると次のような利点がある。第一に精度が高いこと、第二に金型を幾つも複製できることにある。利用例としてはプラスチックの射出成型用金型やダイカスト用金型、ガラス繊維強化樹脂製造用金型などがある。

金属箔の製造：
	プリント基版に用いられている銅箔はゆっくり回転しているドラムの一部をめっき液に漬けてめっきを行い、これを連続的に剥離して製造されている。同じような製法によりニッケルや鉄の箔なども作製される。

金属平板メッシュ、フィルター等：
	母型上に光感光性のフォトレジスト法でメッシュやフィルターの図形をパターニングした絶縁皮膜を設けた後、めっきを行いこれを剥離して製品とする。身近なところでは電気カミソリの刃がこの方法で作られている。

紙幣、有価証券用印刷版：
	極めて精密な印刷を行うときには、電鋳法により印刷版を作製する。例えば、紙幣印刷用の原版は優れた彫金師により極めて精巧なものが作製され、これを母型として実際の印刷版が幾つも複製される。

光読み出しデスク：

このデスクは映像と音の再生に用いられている。これらのデータは通常、深さ0.1μm、幅0.4-0.6μm、具さは　0.5-2μmの浅いビットが螺旋状に並んだトラックとして記録されている。トラックを1.6μm間隔とすると1枚のデスクでは全長30kmとなり、その情報量は約3×10¹⁰＝ビット、映像時間にして約30分となる。このようなものを電鋳加工するには特別に清浄化した水やクリーンルームでの作業が必要となる。

宝飾品の作製：
	一般の景金属による装飾品の作製はロストワックス法やプレス法で作られるが、電鋳法を使うと軽量で複雑な形状の物を大量生産できる利点があり、近年この手法による製造法が注目されている。

航空宇宙関係：
	軽量で精密な導波管やアンテナをはじめ、スペースシャトルやエイリアンロケットのエンジンの主要部品が電鋳法で作製されている。

　以上、電鋳法の応用例をいくつか述べたが、これらは実用化されているものの一部に過ぎず、自動車や家電、産業機械などの分野では更に多くの部品がこの方法で作製されている。
今後はマイクロマシンの部品作製とか、ホログラフィなどの光学関連分野、エレクトロニクスなど、種々の先端技術分野での活用が期待される。

電鋳金型 （資料提供：株式会社ヒキフネ）

電鋳金型は、プラスチック用金型、ゴム金型、RIM成形用金型などに利用され、本型ならびに簡易金型に使用されます。電鋳金型は、他に類を見ない転写性と寸法安定性が特徴です。電鋳キヤビティは、表面に応力の少ないスルフアミン酸ニッケル合金めっきにすることにより、高硬度で、バリやパーティングラインの少ない金型が作製できます。

ファインダーレンズの拡大写真

皮膜の硬度

スルフアミン酸ニッケルーコバルト合金（表面部）	400Hv
スルフアミン酸ニッケル	260Hv

用途

①微細なパターンのある金型	優れた転写性を利用して、精密パターンを反転します。光学系特殊レンズ、導光板など。
②アンダーカットのある金型	ゴムなどの金型に使用します。筆記具のグリップ、ラジコンカーのタイヤ、カメラリングなど。
③直彫りが不可能な金型	機能要求のある製品、襟雑なデザイン（ヘアライン、鏡面、凹文字等の組み合せ）。ウォームギア、ヘリカルギア、極小穴金型、家竜部品など。

精密肉盛電鋳
金型の寸法不良の修正、精密部分の摩耗の補修に、電鋳による肉盛が可能です。

肉盛電鋳の利点
①加工温度が60℃以下と低いため、変形なく肉盛精度も高く、削りだしも容易で精度の高い仕上げが可能。
②三次元形状にそって均一に肉盛ができる。
③深い彫り込み底部などの溶接、溶射の困難な場所への肉盛が可能。
④肉盛部分以外にダメージをあたえない。

硬さ換算表　(SAE J 417）〔鉄鋼材〕
ロックウエルC	ビッカース	ブルネル硬さ HB 10/3,000		ロックウエル			ロックウエルスーパーフィシャル			ショア硬さ	引張強さ (近似値) MPa
ロックウエルC	ビッカース	標準球	タングステンカーバイト球	A 60kgf	B 1/16 ボール100kgf	D 100kgf	15－N 15kgf	30－N 30kgf	45－N 45kgf	ショア硬さ	引張強さ (近似値) MPa
68	940	―	―	85.6	―	76.9	93.2	84.4	75.4	98.0	―
67	900	―	―	85.0	―	76.1	92.9	83.6	74.2	95.6	―
66	865	―	―	84.5	―	75.4	92.5	82.8	73.3	93.4	―
65	832	―	（739）	83.9	―	74.5	92.2	81.9	72.0	91.2	―
64	800	―	（722）	83.4	―	73.8	91.8	81.1	71.0	89.0	―
63	772	―	（705）	82.8	―	73.0	91.4	80.1	69.9	87.1	―
62	746	―	（688）	82.3	―	72.2	91.1	79.3	68.8	85.2	―
61	720	―	（670）	81.8	―	71.5	90.7	78.4	67.7	83.3	―
60	697	―	（654）	81.2	―	70.7	90.2	77.5	66.6	81.5	―
59	674	―	（634）	80.7	―	69.9	89.8	76.6	65.5	79.7	―
58	653	―	615	80.1	―	69.2	89.3	75.7	64.3	78.1	―
57	633	―	595	79.6	―	68.5	88.9	74.8	63.2	76.4	―
56	613	―	577	79.0	―	67.7	88.3	73.9	62.0	74.8	―
55	595	―	560	78.5	―	66.9	87.9	73.0	60.9	73.2	2075
54	577	―	543	78.0	―	66.1	87.4	72.0	59.8	71.7	2015
53	560	―	525	77.4	―	65.4	86.9	71.2	58.6	70.2	1950
52	544	（500）	512	76.8	―	64.6	86.4	70.2	57.4	68.8	1880
51	528	（487）	496	76.3	―	63.8	85.9	69.4	56.1	67.3	1820
50	513	（475）	481	75.9	―	63.1	85.5	68.5	55.0	65.9	1760
49	498	（464）	469	75.2	―	62.1	85.0	67.6	53.8	64.5	1695
48	484	451	455	74.7	―	61.4	84.5	66.7	52.5	63.1	1635
47	471	442	443	74.1	―	60.8	83.9	65.8	51.4	61.9	1580
46	458	432	432	73.6	―	60.0	83.5	64.8	50.3	60.6	1530
45	446	421	421	73.1	―	59.2	83.0	64.0	49.0	59.4	1480
44	434	409	409	72.5	―	58.5	82.5	63.1	47.8	58.2	1435
43	423	400	400	72.0	―	57.7	82.0	62.2	46.7	57.1	1385
42	412	390	390	71.5	―	56.9	81.5	61.3	45.5	55.9	1340
41	402	381	381	70.9	―	56.2	80.9	60.4	44.3	54.9	1295
40	392	371	371	70.4	―	55.4	80.4	59.5	43.1	53.8	1250
39	382	362	362	69.9	―	54.6	79.9	58.6	41.9	52.7	1215
38	372	353	353	69.4	―	53.8	79.4	57.7	40.8	51.6	1180
37	363	344	344	68.9	―	53.1	78.8	56.8	39.6	50.6	1160
36	354	336	336	68.4	(109.0)	52.3	78.3	55.9	38.4	49.6	1115
35	345	327	327	67.9	(108.5)	51.5	77.7	55.0	37.2	48.6	1080
34	336	319	319	67.4	(108.0)	50.8	77.2	54.2	36.1	47.6	1055
33	327	311	311	66.8	(107.5)	50.0	76.6	53.3	34.9	46.6	1025
32	318	301	301	66.3	(107.0)	49.2	76.1	52.1	33.7	45.5	1000
31	310	294	294	65.8	(106.0)	48.4	75.6	51.3	32.5	44.6	980
30	302	286	286	65.3	(105.5)	47.7	75.0	50.4	31.3	43.6	950
29	294	279	279	64.7	(104.5)	47.0	74.5	49.5	30.1	42.7	930
28	286	271	271	64.3	(104.0)	46.1	73.9	48.6	28.9	41.7	910
27	279	264	264	63.8	(103.0)	45.2	73.3	47.7	27.8	40.9	880
26	272	258	258	63.3	(102.5)	44.6	72.8	46.8	26.7	40.0	860
25	266	253	253	62.8	(101.5)	43.8	72.2	45.9	25.5	39.3	840
24	260	247	247	62.4	(101.0)	43.1	71.6	45.0	24.3	38.5	825
23	254	243	243	62.0	(100.0)	42.1	71.0	44.0	23.1	37.7	805
22	248	237	237	61.5	99.0	41.6	70.5	43.2	22.0	37.0	785
21	243	231	231	61.0	98.5	40.9	69.9	42.3	20.7	36.4	770
20	238	226	226	60.5	97.8	40.1	69.4	41.5	19.6	35.7	760
(18)	230	219	219	―	96.7	―	―	―	―	34.7	730
(16)	222	212	212	―	95.5	―	―	―	―	33.6	705
(14)	213	203	203	―	93.9	―	―	―	―	32.4	675
(12)	204	194	194	―	92.3	―	―	―	―	31.2	650
（10）	196	187	187	―	90.7	―	―	―	―	30.2	620
（8）	188	179	179	―	89.5	―	―	―	―	―	600
（6）	180	171	171	―	87.1	―	―	―	―	―	580
（4）	173	165	165	―	85.5	―	―	―	―	―	550
（2）	166	158	158	―	83.5	―	―	―	―	―	530
（0）	160	152	152	―	87.7	―	―	―	―	―	515