Vol. 65, 7, 2014 めっき現場でのトラブルとその対策 295 では, 実際に品質 ISO や環境 ISO を認証取得した企業では取得したことをどのように評価しているのかを改めてまとめてみると次のように分類できる 積極的企業群 ; 管理ツールとして文書管理システムは有用であり, 社内伝達

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1 294 表面技術 めっき現場でのトラブルとその対策 星野芳明 a 星野技術士事務所 ( 埼玉県さいたま市浦和区上木崎 ) Quality Problem and Improvement in Plating Work-Place Yoshiaki HOSHINO a a Hoshino Consulting Engineer Office( , Kamikizaki, Urawa-ku, Saitama-shi, Saitama ) a Keywords : Plating, Quality Problem, Process Improvement, Improvement of Incidental Equipment, Production Management 1. はじめに各種材質を用いたあらゆる形状や大きさの成形加工部品には, 必ず何らかの表面処理 ( 表面改質 ) が施されている このように表面処理はなくてはならない必須の加工技術であり, めっき技術はその一つである 水溶液を用いた湿式でめっき加工するときは, 前処理工程, めっき工程, 後処理工程, 乾燥工程からなる比較的長い処理工程が必要である めっき加工技術は各工程で各種化学物質を取り扱い, 物理化学的処理や電気化学的処理を組合せて行う特殊加工技術である めっき加工品の要求品質の向上に対して最適な加工を継続するためには, めっき加工工程の重要管理ポイントを理解し, さらに維持管理するための水や金属の性質, 電気化学の基礎知識などを再認識して実践しなければならない また, 特殊加工技術であるがゆえに, 油断をすると品質トラブルに遭遇しやすいのである したがって, めっき加工技術は, 次の 2 つの制御技術をそれぞれレベルアップさせるとともに複合技術として確立することにより高度化していくものであることを忘れてはならないし, それをコントロールする難しさを認識しておく必要がある ここが海外展開する場合のめっき加工における生産管理, 品質管理の泣き所でもある さて,2 つの制御技術とは次に示す通りである (1) めっき液など処理液と被めっき物界面での電気化学反応を理解し把握するとともに制御する技術 ( 技能 ) (2) 物理的要素 ( 付帯設備, 治具など ) の必要性を理解し, 最適化の工夫をするとともに維持管理する技術 ( 技能 ) そのための現場, 現物, 現象についての基礎知識を身に付け, もの作りにおけるサプライチェーンを強化していくことは重要である 以上のことを踏まえ, めっき現場でのトラブル事例をいくつか取り上げて解説し, トラブル未然防止のための対策案をまとめてみる 2. めっき現場でのトラブルとは湿式めっき法により, あらゆる形状をした金属素材, プラ 2 スチック素材およびセラミック素材などの表面に, 各種金属を複合的に組み合わせて必要な膜厚だけ被覆する主な目的は, 部品設計品質に適合した要求特性を各種素材表面に具備させることにある 部品設計品質に適合した要求特性とは, 自動車や家電 弱電製品など製品設計計画の段階において, 要求する装飾的特性, 機械的特性, 電気的特性, その他特性などのことである これら要求特性に適合しためっき種を選択することは極めて重要であり, それを間違えると, 製品の品質保証および製品安全上, 思わぬ大きなトラブルになりかねない そこで, 部品設計計画の段階からめっき加工側の専門知識を十分反映できるようなサプライ チェーンが構築されることを切望する 本文では, 部品設計品質の要求に適切なめっき種が選択されていることを前提にして, めっき加工が行われている中でのトラブルとそのトラブル対策を取り上げる 2.1 品質保証, 製品安全の要求とトラブル製品品質の不備, 不安全さから発生する人体への被害, 財産の損失などについての補償賠償責任, いわゆる製造物責任法 (PL 法 ;Product Liability 法 ) に対する救済策としては,PL 保険が役に立つ 例えば, 表面処理の事例, 塗装業者が食料品製造工場で冷風送風機に塗装したところ, 塗装片が剥離し製品に混入, 納入先の製品が販売不能になった PL 事故 などを含め, 中小企業における PL 事故は,PL 法制定以来, 毎年 500 件以上発生している めっき処理品の場合, めっきによる品質トラブルは, 主にめっき皮膜の密着不良, めっき膜厚ばらつきと外観, 耐食性など機能不良がほとんどで, いわゆる法律用語でいう 瑕疵担保責任 に当るケースで, PL 保険加入だけでは役に立たない問題である さらに, 国際市場における製品品質の評価 ( 品質 ISO) および地球規模での環境保全活動の評価 ( 環境 ISO) が要求される中で, 今後のめっき加工を含むもの作りは, 現在以上にグローバルな視野に立った,1 品質 コスト 納期および製品安全のニーズへの対応,2 積極的な環境改善に向けた対応の適切な調和が求められてくる

2 Vol. 65, 7, 2014 めっき現場でのトラブルとその対策 295 では, 実際に品質 ISO や環境 ISO を認証取得した企業では取得したことをどのように評価しているのかを改めてまとめてみると次のように分類できる 積極的企業群 ; 管理ツールとして文書管理システムは有用であり, 社内伝達の向上, 不良低減など, 社員一人一人のもの作り意欲の向上に役立つため, 積極的に活用し持続していくという企業群 消極的企業群 ; 文書ばかり多く手間と労力がかかり過ぎて, 品質がこれにより向上するわけではないし, 取得したが役立つとは考えられないため, 体裁的な持続だけを考えている企業群以上の 2 グループに分かれているように思える 生産管理 品質管理システムは顧客のニーズに対応させるもので, 品質に加えて低コスト化, 短納期化の要求に応えていかなければならない この点を充分検討し合いながら社員一人一人の末端まで, 品質 ISO の考え方を具体的に教育していける企業は, 品質 コスト 納期において顧客ニーズに応えられるはずで, 大いに有用なシステムとなり得るわけであり, グローバルな視野に立った経営効果がでてくると考える 売買契約または請負契約と品質保証トラブル売買契約または請負契約の中で, 特にめっきの場合, 何を品質保証するのか? 1めっき皮膜の品質保証なのか? 例えば, めっき皮膜の膜厚, めっき皮膜の物性 機能, 皮膜の物性 機能を保持する期間, 皮膜を得るための工程管理, など 2 外観, 密着性, 耐食性などを品質保証するのか? この場合は, めっき素材の材質 粗さに対処する必要あり, 素材の形状 スポット接合など加工状態に対処する必要あり, など 売買契約または請負契約の場合の買主または発注者が求める品質保証は, 高い要求になるのは当然であるが, 売主または請負者の方はコスト 納期との兼ね合いから品質保証には, ある限界を置きたいものである この違いから商取引上のトラブルが生じ, そこを曖昧にしておくと信頼性が向上しない JIS Z 8101 では, 品質保証を 消費者の要求する品質が充分に満足されていることを保証するために, 生産者が行う体系的活動 と定めている めっき業の場合について述べてみると, 品質保証とは, 顧客の要求 ( ニーズ ) を正しく把握し, これに基づいて品質目標の設定, コスト, 納期の設定をして, これを達成するために生産準備, 生産, 納入まで, 各段階において所定の品質を確保, 確認し, 必要に応じてこの結果を証明する体系的活動である ということになる 生産活動には, 品質のばらつきと, ある限界を越えた不良が付き物である 取引をめぐるトラブルのほとんどは, めっき製品の引渡しと代金の未回収についてのものといってよいだろう 例えば, 注文 発注仕様と違うものを納入された, 数量が不足していた, 密着不良 変形 きず 錆発生など欠陥品が混入していたなどが挙げられる あるいは納期に間に合わなかったというもので, そこから派生して, 再めっき加工など代金の支払いが遅れる, あるいは代金減額される, 契 約のキャンセルやクレーム紛争まで起こり得る こういうトラブルでこじれた場合の行き先は, 訴訟という法による解決にならざるを得ない この認識に立ってトラブルの迅速な処理法が重要になる 商取引のときに生じるトラブルを避けるには, まず契約書や見積書で前もって品質, コスト, 納期に関する取引条件について決めておくことが必要である 製造物責任法 (PL 法 ) における欠陥製造物責任とは, 製品の欠陥またはそれを使用する段階での説明の欠陥により, ユーザが受けることになった損害に対して, 製品製造者または販売者に課せられた傷害または損害の賠償責任のことをいう 表面処理業の場合の PL 法における対象製品は, 原材料, 構成部品の製造物責任である なぜなら, 原材料や構成部品の欠陥は, 最終製品の欠陥の原因になるので, 原材料, 構成部品の供給者の製造物責任の問題になるからである ただし, 最終製品の構造に起因する欠陥, または, 最終製品製造業者の指示に起因している場合は, 原材料や構成部品の供給者の責任は免れる 欠陥には, 一般的表現の欠陥と製造物責任に使われる欠陥とがある 一般的表現の欠陥とは, そのものが備えているべき性状を欠いていること で法律用語の 瑕疵 とほぼ同義語といってよい 製造物責任で使われる欠陥とは, 本来の機能を備えていないこと, および安全性に問題があることをいうが, 主に通常あるべき安全性を備えていないことを取り上げる したがって, 単に製品の機能を備えていないというだけでは, 製品のクレームの対象になっても, 製造物責任の問題にはならない (PL 法の対象外,PL 保険では救済不可 ) このことを充分理解しておくとともに, 次に述べるリスク管理を経営活動に取り入れるべきである 品質保証と製品安全 (PL 法 ) のリスク管理 1 一般品質保証のリスク管理めっき処理は品質 ISO で述べているように, 製品品質特性が下記に示す理由から仕上がり製品だけでは十分検証できない工程, つまり 特殊工程 であるため, 不良低減は製造工程管理のレベルアップしかないといって過言ではない 品質特性が後工程のかなり先の工程まで進まないと現れない 品質特性の定量的測定方法がないかまたは製品を破壊しないと判定できない 製品クレームの原因究明に対する検査, 再現性試験が難しい 2 製品安全 (PL 法 ) のリスク管理前述したように, めっき処理不良に伴う製品安全のリスクはほとんど考えられないが, 強いて取り上げると, めっきの密着不良品が混入し, そのめっき皮膜破片により人に怪我を与えたとかの場合である その他発注者側よりの仕様を含め, めっき皮膜成分の毒性による人体への傷害が考えられる したがって, 経営活動において当該製品の用途, 使用条件などは事前に把握しておき, できるだけめっき皮膜成分の安全データシート (MSDS) を提出できる体制は必要である 3

3 296 解 説 表面技術 2.2 めっきに関するトラブル要素 品質不良トラブルと MAIC 技術めっき加工に係るトラブルには, 図 1に示すように, いろいろなトラブル要素とトラブルになり得る項目があげられる トラブル要素としては, めっき品質面, めっき工程面, およびめっき設備面を取り上げる まず, めっき品質面では, トラブルイコール品質不良と考えた方がわかりやすい めっき加工中の工程内検査および加工後の出荷検査の段階で品質不良と認識できなかったり, 識別できなかった場合である めっき工程面およびめっき設備面では, 品質不良を引き起こす引き金になる要素でトラブル事後対策と予防保全対策するためにまず, めっき品質面でのトラブルを計測, 解析評価し, 適切な改善計画と維持管理計画が必要になる トラブル内容に対してその対策と再発防止を講じるためには,MAIC 技術のレベルを高くしなければならない MAIC 技術とは,M; 計測技術 (Measurement Skill),A; 解析評価技術 (Analysis Skill),I; 改善技術 (Improvement Skill), および C; 維持管理技術 (Control Skill) のことであり, これらの技術 技能を繰り返しレベルアップすることがトラブル対策になり再発防止につながることになる 大不良モードの事例めっき素材上に金属皮膜を被覆させる方法の場合, 常に気をつけなければならない 3 大不良モードがある それは, 第 1 に, 素材とめっき皮膜またはめっき皮膜とめっき皮膜間の はがれ や ふくれ といった密着不良が考えられ, 第 2 に, 素材表面やめっき表面に ざら ( 金属粒 ) など異物付着不良, 第 3 に, 素材表面またはめっき表面からの しみ や むら, および ピット, ピンホール あるいは 未析出 などの不良である この中で密着不良は最悪の不良であり, 早急に改善しなければならない めっき加工に係るトラブル トラブルの主な要素 めっき品質面 めっき工程面 トラブルの原因となり得る主な項目 めっき不良内容の認識不足めっき不良内容の識別不足 素材前段加工の不具合めっき前処理工程の不具合めっき液組成の不具合めっき工程条件の不具合めっき後処理工程の不具合 水洗洗浄の不具合乾燥工程の不具合 次に重大なのが ざら, 異物付着 不良である これは特性や機能障害を引き起こす原因にもなり, 適切な予防保全と再発させない対策が必要である 3 大不良モードの中で最も発生頻度の高いのが機能不安の恐れにつながる しみ, むら, ピット, ピンホール などの不良である この不良は素材の欠陥, 素材の しみ, むら に起因する場合とめっき中の欠陥およびめっき後の後処理や水洗洗浄の不備で発生する場合などが考えられる 置換めっきや化成処理など下地表面を一部溶解させながら複合皮膜を形成する方法や後処理工程で有機皮膜付着型の変色防止あるいは防錆処理剤を使用する場合を含めて下地表面の清浄度に応じた むら または しみ や 変色むら 防錆力のばらつきという不良モードがある これも実務上は前述した 3 大不良モードの しみ, むら に含めて考えておく必要がある トラブルの発生時にめっき加工側では素材加工が悪いといい, 素材加工側ではめっき加工が悪いという責任の擦り合い的なやり取りを多く見かける このようなトラブルの場合, 適切な計測と解析評価を行って, その原因を把握し改善および再発防止のための維持管理をする手段をお互いに見直すことが重要である 以下では, これらのモードを事例によって説明する 1) はがれ, ふくれ, 密着不良事例 1 ( 問 ) めっきの品質トラブルとして, なぜ, ふくれ はがれ という密着不良が発生するのか? ( 答 ) 低炭素鋼 SPC 材のプレス品を通常のアルカリ脱脂 陰極電解洗浄 酸活性 半光沢ニッケル 光沢ニッケル クロムめっきの工程でめっき加工していた あるロットから図 2 に示すような ふくれ 不良が出始めた事例である 素材と半光沢めっき皮膜との間で密着不良がみられるため, 前処理に問題があると考え, 現場 現物 現象を観察しながらアルカリ浸漬脱脂後の素材と陰極電解洗浄後の素材および酸活性後の素材それぞれを途中で抜き取り, 水洗乾燥してそれぞれの表面状態を電子顕微鏡で観察してみた結果, 陰極電解洗浄後の素材表面のみに図 2に示すような点在して付着している不溶解性のケイ酸塩を確認することができた なぜ陰極電解洗浄工程でこのような細かい不溶性ケイ酸塩が付着してしまったのかはいろいろな要因があってまだ定かではないが, ケイ酸塩を含まない陰極電解洗浄剤に変更してからはこのような異物付着不良は発見されていない ケイ酸塩を含む電解洗浄剤を使用して陰極電解洗浄した場合, 強固なケイ酸 点在しているケイ酸塩 主めっき装置の不備 ひっかけ, バレルの不備 めっき設備面 整流器の不備 ろ過機の不備陽極材料の不備 ふくれ不良のめっき表面 10μm 陰極電解洗浄後の素材表面 図 1 めっき加工に係るトラブル関連図 4 図 2 陰極電解洗浄剤中のケイ酸塩による ふくれ発生

4 Vol. 65, 7, 2014 めっき現場でのトラブルとその対策 297 塩付着物が形成されて密着不良の発生原因になった例が他にも報告されている ふくれ はがれ を阻止するための密着力は, 膜厚など他の品質特性と同様に工程管理状態にあるとき, ほぼ正規分布状態をしているものと考える 実際, 管理されている工程の中で, 密着力はロットごとに, あるいはめっき素材の状態により, 分布状態が変動しているはずである 密着不良が発生しても, 工程能力を定量把握することができないため, 原因も推定, あるいはこじ付けになってしまいがちである ただし, めっき方法である電解あるいは無電解によって析出しためっき皮膜の素材に対する密着力に傾向があると考えられる めっき皮膜の析出機構から比較してみると, 次のような傾向が考えられる 1 還元剤を用いた無電解めっきの場合, めっき素材上にまず還元剤が吸着し, その後還元剤の酸化に伴う電子の放出と沖合いからの金属イオンの還元反応により化学的に析出するものであり, 密着力を保持するための表面活性化が重要である 2 置換めっきの場合は, 下地金属の表面溶解という酸化反応により発生した電子と沖合いからの金属イオンとの還元反応により置換析出するもので, 密着力を保持するための緻密な置換が重要である 3 電解による電気めっきの場合は, 電気エネルギーにより沖合いから金属イオンが素材表面に衝突して還元析出するようなイメージで析出機構を考えるとわかりやすい したがって, 密着力の保持はこの中で最も高いと考えられる 以上の中で無電解めっきによる析出皮膜の密着力が最も低くなりやすいことを想定して, 後処理による密着性向上の対策が考えられている JIS H 8645 付属書 3 に 密着性向上のための熱処理方法 が規定されているのがそれである この方法は, 無電解めっきに限らず熱処理することにより, めっき皮膜に内在する残留内部応力の緩和作用および素地とめっき皮膜あるいはめっき皮膜相互間の金属拡散の促進による密着力向上が期待できるものである 素地とめっき皮膜あるいはめっき皮膜相互間で密着不良が発生すれば, 図 3に示すような細かい ふくれ から大きな ふくれ まで肉眼で観察できるが, めっき加工そのままでは ふくれ 発生していない状態でも部品取り付けなど後加工で曲げ加工された場 合に図 4に示すような割れを伴い はがれ が発生することがある その場合はめっき加工してから時間経過しており, 部品生産に大きな支障をきたしてしまう ふくれ, はがれ が発生してしまう要因を考えてみると, 密着力には図 5に示すように, 下地表面活性化に伴う化学的結合力や金属拡散などに伴う化学的結合力と適度な下地表面粗さに起因する物理的結合力との相互作用が寄与していると考えられる これらいずれかの結合力がある原因によって弱まれば密着力の低下を招き, さらにめっき皮膜の残留内部応力が高い場合は, 素地とめっき皮膜あるいはめっき皮膜間の付着力, 吸着力が低下し後工程での曲げ加工などに対し, 柔軟性を失い はがれ 発生というトラブルが起こりやすくなる したがって, ふくれ 発生の要因は, 素地または下地めっき表面の脱脂または汚れの洗浄不足あるいは工程内での不活性化または活性化不足が大きいと考える はがれ については, 上記 ふくれ の要因の介在およびめっき皮膜の残留内部応力の程度やめっき皮膜の柔軟性による要因が大きいと考える めっき加工の品質確保上極めて重要な密着性について, 定量的測定法があれば工程能力を把握し, あるめっき加工品に対する密着性の保証および改善活動が行えるのであるが,JIS H 8504 めっきの密着性試験方法 に述べられているように, ほとんどが定性的であり, 品質保証の観点からもの足りない状況である したがって, それぞれのめっき製品に適した試験方法を選定し, その試験によってめっきの密着性の限界を知ることができれば目的を達成することができる 折り曲げによる はがれ 図 4 めっき皮膜の はがれ 状態図 電解または無電解めっき皮膜電解または無電解めっき皮膜 被処理物素材 密着性密着性 化学的結合力 金属結合 ( 拡散 ) 金属間化合物 金属 金属 密着性 金属 有機体 アンカー効果 物理的結合力 付着力 吸着力 ( 柔軟性 ) 図 3 めっき皮膜の ふくれ 状態図 図 5 めっきの密着性に関する概念図 5

5 298 解 説 表面技術 ふくれ, はがれ の発生を未然防止し, 品質検査工程において密着性に関するめっき工程内の管理状況をできるだけ絞り込めるように把握する工程能力的判定方法としては, 次のやり方が良いと考える LOT( 母集団 ) から 20 ~ 50 個ランダムに抜き取り目視観察により, まず ふくれ, はがれ がないことを確かめる 次に抜き取り検査方式で ( 破壊試験なので n = 5 個程度でよい ) めっき加工品を抜き取り,JIS に定める折り曲げ試験をする 判定後その試験品をさらに JIS で定める加熱衝撃試験にかけるという 2 段組み合わせによる密着性試験方法の導入と記録データ蓄積を推奨する 必要に応じて顧客への報告と試験品の提示が信頼性につながる 事例 2 ( 問 ) 快削鋼材を用いたある切削加工部品において, めっき加工後あるロットに ふくれ や 錆発生 が多発してしまった なぜだろうか? ( 答 ) 切削加工の場合, 図 6に示すように, 良好な切削面に対して, 品質不良ロットの素材切削面は, 全面にささくれだった欠陥部が存在しており, その状態からめっき皮膜ではカバーできないピンホール状の素材貫通孔が露出してしまい, ふくれ や 錆発生 が全面に発生してしまう 切削条件により, 加工変質層の厚みや切削荒れが発生してしまったものと考えられる 切削加工先に状況を報告して改策を立ててもらうとともに, めっき前の素材観察を行って, 切削欠陥が存在する場合は研磨加工により表面修復を行ってから, めっき工程に入るようにする また, 欠陥の深さ程度によりエッチング工程または化学研磨工程の追加およびめっき膜厚を規定上限までできるだけ厚付けしてカバーすることが重要になる 2) ざら, 異物付着事例 3 ( 問 ) めっきの品質トラブルとして, なぜ, ざら 異物付着 という異常析出が発生するのか? ( 答 ) めっき表面の ざら や 異物付着 発生による品質不良は, 密着不良に次いで重大な品質トラブルであり,3 大品質不良モードとして速やかな改善が必要になる では, なぜ ざら が発生するのかを考えてみよう 要因 1:Ni めっきや Zn めっきでよく観られることがあるが, めっき浴中に, 陽極板から陽極溶解に伴って発生した陽極金属の不溶解脱落微粒子 ( スライムという ) が陰極近傍でめっき析出に巻き込まれ共析し, 突起状の ざら が生成された状態になる 要因 2: めっき浴中で金属イオン価数の大きい酸化状態のものが, 陰極近傍で還元され金属析出する手前で, イオン価数の小さい金属イオンの状態で浴中に留まってしまう状態が発生することが考えられる その場合, イオン価数が低くなった金属イオン同士で酸化還元反応が起こり, 金属微粒子が生成されてしまう結果になることが考えられる 例を示すと次のようなものがある 硫酸銅めっきのように 2 価の銅イオン (Cu ) が電析過程において, 陰極での還元反応により,Cu + e Cu という反応から 1 価の銅イオン (Cu ) が生成されると考えられる この 1 価の銅イオン同士で酸化還元反応が起こり,Cu + Cu Cu + Cu( 微粒子 ) という反応から銅金属微粒子が生成されてしまう結果になると考えられる その結果, 陰極で銅金属微粒子が共析して図 7に示すような ざら が発生してしまう その場合の対策としては, めっき浴を常時空気かくはんすることにより酸素を供給して Cu を Cu に酸化して ざら 発生を抑制することが重要である これ以外にもイオン価数の存在が多い金属, 例えば, スズおよびスズ合金めっき浴の場合でも同様なことが起こり得ると考えられる 例えばスズ酸塩 (K SnO 3H O) を用いた 4 価のスズイオン (Sn ) を含むアルカリ浴の場合, 陰極での還元反応により Sn + 2e Sn という反応から 2 価のスズイオン (Sn ) が生成されアルカリ浴中に亜スズ酸イオン Sn(OH) が蓄積される この亜スズ酸イオン同士で酸化還元反応が起こり, 上記の銅めっき浴と同様にスズ酸イオン (Sn ) と海綿状の金属スズ (Sn) が生成されてしまい, その結果, 陰極側の被めっき物に付着したり共析して, 図 8に示すような海綿状金属カスの ざら が発生する原因になると考えられる この場合の対策としては, やはり空気かくはんが効果的であ 良品ロットの素材切削表面 不良用語 ざらつき (rough deposits) 意味 状態 切削欠陥 めっき浴中の個体浮遊物がめっき層に入り込んで生じた小突起をいう 不良品ロットの素材切削表面 図 6 切削加工不具合による不良例 6 図 7 硫酸銅めっきで発生する ざらつき の状態

6 Vol. 65, 7, 2014 めっき現場でのトラブルとその対策 299 るがアルカリ浴なので炭酸塩の蓄積という副作用がでてしまうので, 定期的に空気かくはんを行うか, または過酸化水素水を用いて亜スズ酸イオンをスズ酸イオンに酸化する必要がある 要因 3:2 価のスズイオンを含む光沢または半光沢の酸性有機酸スズおよびスズ合金めっき浴において, めっき素材成分の影響, 素材表面の面粗さが粗い場合の影響, めっき浴中の 4 価スズ塩の生成濁り状態の影響あるいは光沢剤の過剰や分解生成物の蓄積影響などにより, 図 9に観られるような ひげ状析出 や こぶ状析出 が発生することがあり, ざら 不良となる この場合の対策としては, 生成した 4 価のスズ塩を定期的に沈降処理して除去したり, 光沢剤や有機添加剤の分解生成物や過剰分をめっき液の一部廃棄や活性炭処理などで除去する 最も効果的と考えられる対策方法として, 連続電解による ひげ状析出構造 の成長を断続電解 ( パルス電解 ) で阻止することが実用化されている 要因 4: その他, 被めっき物に付着して持ち込まれた固形物汚れ, 浴槽の破損から生成された金属化合物汚れ, あるいは外気や周辺雰囲気から入り込んだ汚れなどの陰極での共析による原因も考えられる この場合の対策は, 持込みを前段の水洗や周辺雰囲気の改善などにより低減させるとともにろ過能力の向上やろ過精度の向上でめっき液の清浄化を高めることである 電解めっき以外の無電解めっきの場合でも ざら に悩ま されることがよくある 無電解めっきの反応機構から, 反応性がよければ選択的な被めっき物表面での選択反応以外に核反応が起きて Ni ボールと呼ばれる Ni 金属微粒子が生成され, めっき表面に共析することがある これを防止するには, めっき液のろ過精度とめっき槽の定期的な硝酸洗浄の向上と洗浄頻度の適正化が重要な対策になる もう一つの不良要因である 異物付着 については, 図 10 に示す例のような前処理工程での汚れ付着が特に問題であり, なぜ起こるかと考えてみると, 脱脂剤に含まれているケイ酸塩の付着を次工程の水洗で充分除去せずに酸処理されたため, ゲル化して強固に付着し最終仕上げまで付着していたケース, あるいはめっき処理後に何らかで除去されてしまい, 未析出部が露出してしまったものも 異物付着 と考え, 改善する必要がある それ以外の 異物付着 としては, 乾燥工程前の最終水洗水質の良し悪しに影響されるもので水質管理が重要になる 事例 4 ( 問 ) めっきの品質トラブルとして, なぜ, 光沢むら しみ という析出異常が発生するのか? ( 答 ) めっき加工において, めっき表面の 光沢むら や しみ が発生して品質不良になるケースは極めて多いのが現状である その理由は, 光沢むら や しみ 発生の要因が, 素材の影響, 前処理工程の影響, めっき析出工程での影響および後処理乾燥工程での影響など, 多岐にわたっているからである 光沢むら および しみ という表現についてもう少し細かく掘り下げて考えてみよう 光沢むら という表現を品質検査項目の中にみることがよくあるが, この表現を品質トラブルを改善する観点から,JIS で用いられている表現用語を参考に細分化してみる 1 1 つのめっき加工品の表面に光沢がある部分と くもり (dull deposits) のある部分が存在する場合は, 図 11 を参考に くもり 発生と表現する 2 1 つのめっき加工品の表面に正常な表面外観を呈する部 100μm 図 8 Sn 4+ アルカリ浴で発生する ざらつき の状態 異物付着不良の写真 CH 2 らしき吸収 SiO 2 の吸収 図 9 Sn 2+ のスズめっき浴からの ひげ状析出 7 図 10 FT-IR による異物部分の分析結果

7 300 解 説 表面技術 不良用語 くもり (dull deposits) 変色 (tarnish) 分と 変色 (tarnish) のある部分が存在する場合は, 図 11 を参考に 変色 発生と表現する 3 1LOT( 母集団 ) のめっき加工品の中に光沢のあるものと くもり または 変色 の発生したものとが混在して いる場合は, くもり 発生品混入あるいは 変色 発 生品混入と表現する 意味 状態 光沢めっきにおいて一部または全体の光沢が乏しいめっき状態をいう 環境などにより, めっき面が本来の色調を失う現象をいう 図 11 めっき不良用語と意味および表面状態の例 次に, どこから くもり が発生したのか? また, 変色 が発生したのか? を解析する必要がある 参考までに くもり (dull deposits) の発生要因は, 次のことが考えられる a) 素材表面に成形加工むらがある場合や添加元素の熱処理による表面濃化が影響してスマットが発生しやすい場合, 前処理工程を経た時点でそのむらが残留している場合が考えられる このような場合はめっき剥離再生するかめっき加工前に研磨加工など素材表面調整処理が必要になる b) 前処理工程において, 脱脂洗浄不足から次のエッチング ( 表面粗化 ) 処理でエッチングむらが生じ, めっき加工でそのむらが残留し くもり 発生となるケースが考えられる このような場合はめっき膜厚を増加させると くもり 程度が改善されたり, めっき剥離再生すると改善される可能性が高い 脱脂洗浄後の水濡れ性確認をして発生を予防する必要がある c) 自動機での生産ラインにおいて, 季節によってみられる 流れ模様状のくもり 発生が問題になる場合がある このような場合は処理槽から水洗槽に入るまでの空中移動が影響する可能性が高く, 手動で速やかに処理槽から水洗槽に移動させると解決することがよくある 変色 (tarnish) や しみ (stain) の発生要因は, 次のことが考えられる a) めっき仕上げ後の最終水洗の水質が不適切で, その中の浮遊する汚れや残留塩分が影響して乾燥後に 変色 や しみ 発生を招く可能性が考えられる b) 乾燥機内の雰囲気が作業場の腐食性ガスの持込みなどの可能性から悪化している場合に乾燥後の 変色 や しみ 発生を招く可能性が考えられる 8 これらの場合は, めっき表面の 変色 部に腐食跡がないか付着介在物がないか, また, しみ 部に付着介在物がないかを SEM などの表面分析用機器を用いて計測し解析することが重要である 一般的には, 塩素分の確認やケイ素化合物の残留や腐食生成物の付着が確認される場合が多い 最終水洗や乾燥機内およびその周辺雰囲気の清浄化をはかる 事例 5 ( 問 ) めっきの品質トラブルとして, なぜ, ピット ピンホール という析出欠陥が発生するのか? ( 答 ) めっき表面に発生した ピット や ピンホールを不良モードに整理する上で, いずれに該当するのかを識別することは, 耐食性の向上を目指す目的から重要である ピット と ピンホール " の代表的表面写真を図 12 に示す ピット と ピンホール はどこが違うのかをまとめると, 図 12 に示すように, めっき表面からでは識別ができにくいが深さ方向に対して大きな違いがある ピット とは, めっき皮膜のある深さまでの凹状欠陥であり, めっき素材まで達するものではない それに対して ピンホール とはめっき素材まで達する凹状欠陥である したがって, めっき表面に ピンホール が多く存在すればめっき素材まで達しているため, 耐食性に大きな悪影響を及ぼすことになる そのために深さ方向の観察をしない状態でめっき表面から素早く状況把握する検査方法が必要になり JIS で定められるようになった 有孔度試験方法 がそれであり, めっき皮膜の種類によりその試験方法が異なる 1 鉄鋼素材上の Cu Ni めっき,Ni Cr めっきおよび Cu Ni Cr めっきの場合の有孔度の程度を調べるときに適用し,JIS H 8617(1999) 付属書 3 に規定されている フェロシキル試験方法 と言われるものがある めっき有効面に試験液をしみ込ませたろ紙を張り付けて 5 分経過後, ろ紙を剥ぎ取りそこに転写された腐食点の状態を目視観察する 鉄鋼素材まで達する ピンホール がある場合は, ろ紙上に青い斑点となって残る その状態と大きさから有孔数を把握し良否判定をするものである ただし, 褐色斑点や黄色斑点は鉄鋼素材まで達する ピンホール ではないので検査対象としない事になっ ピット (pit) ピンホール (pinhole) 不良用語 意味 状態 めっき面に生成される巨視的な穴をいう 素地や下地層まで達するめっきの細孔をいう 図 12 めっき不良用語と意味および表面状態の例

8 Vol. 65, 7, 2014 めっき現場でのトラブルとその対策 301 Au Ni めっき上がり 硝酸ばっ気 30 分 大きなクレータ状の腐食孔 ( 至急改善要 ) 面租度や素材欠陥によるピンホールがあると硝酸ばっ気で短時間のうちに大きなクレータ 工程流れ 供給水供給水流よどみ 一般的な3 段向流水洗最も重要な3 段目の水洗において希釈効率が悪い Au Ni ができ, 緑青が発生する Auめっき厚み0.2~0.5μmのピンホールを通して下地 Niが 工程流れ 供給水 改善された 3 段向流水洗 硝酸ばっ気 2 時間 溶解し, ふくれ 状の腐食がでる この程度の安定要求 最も重要な3 段目の水洗流れを下にする改善 図 13 銅合金素材上の Ni 2 ~ 5 μm Au 0.2 ~ 0.5 μm めっき微細部品の試験事例弱電 電子機器部品の Au めっき仕上げにおいて, 耐食性評価の一つに 硝酸ばっ気試験方法 (JISH8620 または ISO 4524) がある この試験方法は過酷で通常 Au0.76 μm 以上でないと下地 Ni めっき層の腐食あるいは素材の腐食が起こると考えられている 工程流れ 図 14 3 段向流水洗槽の改善策 供給水改善された3 段向流水洗最も重要な3 段目の水洗供給水流流れを下にする改善および槽底に汚れ取りドレン (3) 供給水が希釈に対して充分効力を発揮しているか? ている (4) 温度やかくはん, 液循環, 超音波など, 水洗の洗浄性を 2 JIS H 8620(1998) 工業用金及び金合金めっき の場合, 考慮しているか? JIS H 8621(1998) 工業用銀めっき の場合, および (5) めっき種および防錆処理その他後処理の種類に応じた適 JIS H 8622(1993) 装飾用金及び金合金めっき の場合 切な水洗方法と水洗工程管理をしているか? に適用される それぞれの JIS 付属書に規定されている 水洗水の汚れ具合は, ひっかけ治具やバレルを含む前工程 硝酸ばっ気試験方法 というものがある この試験方 からの汚れ持ち込み状況による 例えば浮上しやすい汚れを 法は素材まで達する ピンホール というより銀めっき 含む場合は, 水面に浮上して次工程に持ち出されてしまう恐 表面あるいは金および金合金めっき表面に存在する ピ れがある 逆に不溶解性の重い汚れを持ち込む状況の場合, ンホール の状態を目視観察するものである ただし, 水洗槽の底に漂ってしまい次工程に汲み出される恐れがある 銅および銅合金素材の場合は, 図 13 に示すように, 例 両方を加味し, 供給水が希釈に対して充分効力を発揮させる えば, その上に Ni Au めっきされているものの硝酸ばっ ために図 14 に示すような改善を行うとよい 気試験では, 素材まで達している ピンホール と Ni めっ 防錆処理その他後処理の種類, 例えばクロメート処理皮膜 き上の Au めっき皮膜に ピンホール があるときとの など化成処理皮膜あるいは有機吸着皮膜などは, 水洗し過ぎ 腐食状態に大きな違いがでるので, 素材まで達する ピ ると皮膜の劣化を招く恐れが多い そのような場合は, 防錆 ンホール の有無や状態が評価できる 処理その他後処理の種類や皮膜の性質をよく理解し把握した 事例 6 上で, 皮膜の劣化や脱落を起こさない適切な水洗方法と水洗 ( 問 ) 節水型の最終水洗での品質トラブルとして, なぜ洗浄 工程管理をする必要がある 不良による しみ 変色 が発生するのか? 事例 7 ( 答 ) めっき加工における水洗浄は, 前処理工程から後処理 ( 問 ) 乾燥工程での品質トラブルとして, なぜ乾燥不良によ 乾燥工程までの間で行われる, 各工程間での工程水洗と最終 る しみ 変色 が発生するのか? どのようなことを注意し, 仕上げとして乾燥前に行われる最終水洗とに大別できる 最 工程管理すればよいのか? 終仕上げの水洗は, めっき表面に残留する水洗不足による汚 ( 答 ) めっき加工後, 最終水洗を行って処理液の残留を皆無 れ付着および最終水洗水中の汚れが付着 ( いずれも しみ にした状態で乾燥工程に移行するのが一般的である 最終水 や むら の原因になる ) する場合と水洗し過ぎによる防錆 洗にイオン交換水や RO 水を用い, 電導度を数 10 μs / cm 処理皮膜の劣化による品質低下トラブル ( 耐食性の低下原因 以下の精製水にした状態でも乾燥工程でめっき表面に しみ となる ) が発生する場合とがある したがって, 闇雲に水洗 や むら といった外観不良の品質トラブルを引き起こすこ すればよいというものではない いかに, めっき加工に適し とがよくある それはなぜだろうか? た最終水洗工程の管理をするかが重要である 乾燥方法には,JIS 規格 (JIS Z 0303) で規定されている方法 水洗工程は, めっき加工後あるいは防錆処理後に被めっき と JIS 規格以外の方法とがあり, 状況に応じて両方が使われ 物に付着して処理槽から汲み出された前段の処理液を水で希 ている めっき仕上がりの最終段階で完全に水濡れしている 釈することである したがって, 常に次のことを考慮しなが 金属表面あるいは化成処理など防錆皮膜表面から水素結合ま ら水洗工程を管理しなければならない たは水和している状態の水を除去して乾燥面を形成すること (1) 節水型多段向流水洗が多く採用されているが, 各段の水 が乾燥工程の役割である その場合, 特に認識しておかなけ 位差を考慮して 3 段向流が実用的であり, 必要により独 ればならないことは, 水分を蒸発させて乾燥させないという 立の水洗槽を追加し, そこにイオン交換水を用いるか? ことである (2) その場合, 各水洗工程で完全希釈が繰り返されているか? いくら純水で洗浄していてもめっき表面に熱を加えて水分 9

9 302 解 説 表面技術 被めっき物 被めっき物 水が蒸発するとき空気中の汚れが溶け込んで 乾燥湯じみ が発生めっき皮膜めっき素材の断面 図 15 水の蒸発時に空気中の汚れが溶け込み乾燥し 湯じみ 発生 を蒸発させていると図 15 に示すように, 水分が蒸発してい く間の時間経過で大気中のいろいろな汚れを溶かし込みながら濃縮していき, 特にイオン性の汚れを巻き込んだ場合は腐食を誘発する場合があり, 非イオン性であっても蒸発残渣として表面に残り しみ や むら の原因になりやすい したがって, 乾燥工程では, いかに水分を短時間で吹き飛ばすかということが重要である 環境規制がかかる前, フロンやトリクレンなどハロゲン化有機溶剤を使用していた場合は蒸発しやすく速乾性であるため しみ, むら および さび発生 などという品質トラブルは皆無であった 乾燥工程で起こり得るめっき表面の しみ, むら および さび発生 を皆無にするためにどのようなところを注意し, 工程管理すればよいかを考えると次のようになる (1) 水分をできるだけ瞬間的に飛ばしてしまう工夫をする その対策としては, 乾燥空気をめっき表面に吹き付けるなどしてできるだけ乾燥状態の空気を供給する その場合, 湿度の高い湿った空気をいくら吹き付けたとしても水分は吹き飛びにくい そのためには JIS 規格で規定している乾燥空気吹き付けによる方法または JIS 規格に規定されていないが遠心分離式脱水機や真空乾燥機が効果的である (2) めっき皮膜の性能や機能をできるだけ正常に保つためには, 乾燥機内温度を 100 以下, できれば 80 付近を保ちながら乾燥させる工夫と管理が重要である 金属表面は水分が飛んで乾燥するに伴い大気中では酸化皮膜形成が進む その皮膜はできるだけ薄く清浄な状態で形成したいので, あまり高温乾燥は避けなければならない 特に化成皮膜形成や防錆皮膜形成がある場合は高温乾燥による劣化は耐食性にとって逆効果になるので注意しなければならない (3) 乾燥機内にイオン性のガスなどが入り込まないように例えば, 塩化水素ガス, アルカリミスト, アルカリヒュームを発生させるような処理液を乾燥機周辺から遠ざけたり作業場内の風向きによってレイアウト変更対策と管理が必要になる その他硫酸ミストや硝酸ガスなどめっき作業場にはイオン性の汚れが必ず存在しているという意識のもとで定期的な乾燥機内の清掃や腐食有無の点検をして改善と適切な維持管理を心掛けることが乾燥工程の重要な管理項目になる (4) 乾燥工程では極力短時間での乾燥を心掛け, 乾燥したらできるだけ速やかに環境のよい室温付近の仕上り保管場 10 所に移動させる 3. まとめ - 品質トラブル未然防止のための生産管理 - めっき加工工程は, 人の技能, 材料, 設備を適切に活用して被めっき物 ( 各種素材 ) に各種めっき皮膜を積層させて表面を改質することにより付加価値を高めるものである その付加価値とは, 装飾用としての外観 美観であればその持続性, 耐食性であり, 工業用用途であれば機能特性の安定性, 耐久性の評価であり, 顧客満足度は直ちに得られるものではない あるときのめっき加工品は飛び抜けてよかったかと思うと, 数日前の加工品は品質的に満足できる持続的特性がないものであるなど, 品質ばらつきは使ってみないとわからないところがある したがって, めっき加工の場合は特に生産管理 (Production Management) が重要になる めっき加工の生産管理では, 生産管理の 3 大要素である人, 材料, 設備の中で人の役割が極めて大きいことが特徴である それは電気化学反応を取り扱い時々刻々と微妙に変化する反応要素を管理するので, 言わなくても理解し行動する職場 と わかるように言っても指示しなければ動かない職場 ではおのずと大きな違いが出てしまう 生産管理を強化することとは, 顧客満足度を得て競争力を高めることにつながる そのポイントは主に次の 5 つであると考える 1どこでもできる当たり前の品質ではなく, 他社にない例えば, 均一な膜厚と均質な皮膜特性を持つ魅力的なめっき品質をつくる生産管理 2めっき加工現場で起こる変化への対応力やトラブル対処力を常に高めるための現場で問題を見出し (Find), 現場で改善を確認 (See) する生産管理 3 生きた QC 工程表の作成と常にルールや基準を順守し, さらに Q, C, D, E, S の面から改善活動を継続する生産管理 4めっき加工技術の原理 原則を理解し, それに基づき技術的な問題点を解決し, 他社にない付加価値を作り出す生産管理 5めっき加工現場は比較的長い工程を経て生産が行われるので, 役割分担とチームワークが必要になる それを常に高める 力量と協力 を重視した生産管理 この 5 つのポイントを精査して競争力のある生産管理を確立していくに当って何が不足しているか? 何から強化していけばよいかを考え行動することが重要である したがって, めっき加工における生産管理 (Production Management) と品質管理 (Quality Management) は区別するものではなく, 買い手 ( 顧客 ) の要求に合った品質の表面処理 ( 品物の表面を改質するサービス ) を経済的に作り出し, 適切な時間 ( 納期 ) で提供するための手段の体系 と解釈して生産管理の中に品質管理, 原価管理, 納期管理という 3 つの要素を含ませることが望ましいと考える めっき加工の作業は処理という動作と水洗という動作の繰り返しである 処理という動作はアルカリ脱脂を含む前処理工程での作業を除いてその他の処理工程ではある管理基準が明確に示され作業条件も明示されているので, それに従って行われる動作であり, 作業標準化しやすい面がある

10 Vol. 65, 7, 2014 めっき現場でのトラブルとその対策 303 しかしほとんどの水洗工程は管理基準が明確化されていない工程であり, したがって作業標準が不明確である 工程の管理基準を定める基本的な 3 要素は,CTT である CTT とは次に示す項目の頭文字である 1 濃度 (Concentration); 必要な成分濃度あるいは不純物の許容濃度など 2 温度 (Temperature); 室温は季節変動があり管理していないのと同じである 3 時間 (Time); 浸せきするのみではなく均等に処理または反応させる CTT が定められていない工程で作業する場合に問題が起こりやすいことを認識しておく必要がある 作業指示では, 作業の効率化 ( 節水と洗浄性の確保 ) と品質不良防止の面から作業者に品質要求度合い, 作業方法, 作業条件などを具体的に指示しなければならない したがって, 特に水洗作業においては, 作業遂行能力 (skill level) を高める OJT が不可欠である 工程管理をうまく進め品質不良の発生を未然に防止するための改善策について考えてみる それには生産現場の人の変化に対応した方策を立てなければならない 最近の生産現場では, 次のような人の変化がみられている 生産現場の作業者が高齢化している その結果一般的に作業への活力が低下している 熟練作業者が減り, めっき加工に興味を持たない指示待ち体質の作業者が増えてきている めっき加工現場での経験や知識が不足している非正規社 員が増えてきている このような人の変化に対して適切なスキル指導が工程管理をうまく進める原点にある それを含め具体的な方策として, 次に示すようなことが考えられる (1) 作業者の短時間での育成をはかる Off JT でのめっき加工, めっき技術に関する基礎知識の習得をはかる OJT におけるめっき加工の基礎作業を習得させる (2) 作業現場での 3S を定着化する 治工具など付帯設備の整理, 整頓, 清掃および作業場の整理, 整頓, 清掃を定着化させる (3) 作業現場で見える化をはかる 作業現場に見える化のための掲示ボードを設置し, 作業指示の見える化, 工程管理の見える化, 無駄や問題の発生状況をリアルタイムで示し, 問題意識を高める (4) 作業標準書の定着と活用をはかる 熟練作業者および新人作業者を含め, 作業標準書の活用を促進するとともに必要に応じて改定作業をみんなで協議確認して推進する (5) めっき加工作業の多能化に取り組む 作業者のスキル範囲を広げるとともにスキルレベルを高めるためには多能化を進める意義は大きい そのための Off JT および OJT 教育は重要である (Received June 3, 2014) 11