JP2005120401A

JP2005120401A - バルブ金属のワイヤーの陽極酸化処理方法

Info

Publication number: JP2005120401A
Application number: JP2003354499A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Sugano; 博芳菅野
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】ワイヤーのほぼ全体に陽極酸化皮膜を生成し、かつワイヤーが各工程中および各工程間で絡まることを防ぐバルブ金属のワイヤーの陽極酸化処理方法を提供することである。
【解決手段】アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモンなどのバルブ金属およびその合金の線径φ１ｍｍ以下のワイヤーにおいて、陽極酸化処理浴７およびワイヤーを振動させることにより、ワイヤー表面に発生した気泡を除去する陽極酸化皮膜処理方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモンなどのバルブ金属およびその合金のワイヤーの表面に陽極酸化皮膜を生成させる、バルブ金属のワイヤーの陽極酸化処理方法に関する。

一般的に、バルブ金属およびその合金のワイヤーを伸線などの機械加工をする場合、焼きつき防止として、ワイヤー表面に酸化皮膜を生成させている。酸化皮膜の生成方法として、ワイヤーを加熱して大気中の酸素と反応させる酸化方法がある。この方法は、主に線径が数ｍｍ〜数十ｍｍの比較的太いワイヤーを伸線加工する際、きず防止対策として処理されることが多い。この方法で生成した酸化皮膜の大半は、伸線加工後に製品の品質および特性上、不要になるため、酸化皮膜を取り除く必要がある。

例えば、特許文献１に示す方法では、マグネシウムを含有するアルミニウム合金の伸線加工方法として、線径φ８ｍｍの素材を３００〜６００℃の温度で熱処理により酸化皮膜を生成させて、φ３ｍｍまで伸線加工する方法がある。この場合、φ３ｍｍでの酸化皮膜厚は０．１μｍ以上あり、伸線加工後の酸化皮膜は研磨により除去することが望ましいとされている。

このように、アルミニウムやその合金以外にもチタンやタンタルなどのバルブ金属に類する金属および合金のワイヤーを熱処理により酸化皮膜を生成させることはあるが、線径が比較的太いワイヤーで実施されている。φ１ｍｍ以下のワイヤーでは、酸化皮膜を機械的に取り除くことが難しい他、酸化皮膜を取り除いた後の面粗度が粗く、機械加工の際の熱によりワイヤーが酸化されてしまうなどの問題がある。φ１ｍｍ以下のワイヤーを加熱して酸化させる方法は、あまり適した方法ではない。

バルブ金属は、名前の由来からも、陽極酸化により金属表面がその酸化物で覆われて耐食性を得られることが特徴であるように、陽極酸化により酸化皮膜を生成させることが容易である。陽極酸化は、印加電流に比例して酸化皮膜が生成されるため、膜厚の調整が容易であるが、アルミニウムやチタンなどのバルブ金属およびその合金の陽極酸化は、主に耐食対策や装飾などの目的で一般に金属成型後に施されている酸化処理である。

特許文献２には、チタン系の材料に陽極酸化皮膜の膜厚を厚く生成させる方法が記載されている。この方法は、低電圧で陽極酸化処理を繰り返すことで膜厚を調整する方法であるが、主に板状の表面に厚く陽極酸化皮膜を生成させる方法であり、ワイヤーを前提にしていない。

特開平１１−１１７０４８号公報特開平６−２８７７９７号公報

今日、チタンやタンタルなどをはじめ、バルブ金属およびその合金のφ１ｍｍ以下の細いワイヤーの需要が高まっている。バルブ金属は、加工中に焼きつきやすいため、伸線加工前にワイヤー表面を酸化皮膜で覆う必要がある。しかし、ほとんどの場合、冷間加工後には、酸化皮膜が、品質上、不要になるため、酸化皮膜を除去しなくてはならない。

一般的な金属の酸化方法は、金属を加熱して大気中の酸素と反応させる方法が用いられることが多い。しかし、酸素の親和力が大きい金属は、酸化皮膜が厚くなりやすく、酸化皮膜を取り除くことが困難である。また、線径の細いワイヤーの場合、ワイヤーの中心まで酸化され、ワイヤー素材が酸化してしまうことがある。また、酸化皮膜を取り除くには、酸化皮膜を研磨など機械加工で除去するか、酸やアルカリで化学的に除去する方法があるが、酸化皮膜が厚い程、取り除くことが困難であり、酸化皮膜除去後の面粗度も粗く、線径も不均一になってしまう。

図１は、コイル状に巻いたワイヤーの重なりのイメージ断面図である。図１（ａ）は全体図、図１（ｂ）は拡大図である。陽極酸化は、陽極側に電位勾配に応じたイオン電流が流れ、酸化皮膜が生成される化学変化である。酸化皮膜が厚くなると、酸化皮膜の抵抗によって電位勾配は小さくなるので、イオン電流が減少し、やがて電流が流れなくなり、酸化皮膜の生成が終了する。そのため、酸化皮膜の膜厚は薄いものの、膜厚の調整が容易で、均一な膜厚を生成することができる。

図２は、コイル状に巻いたワイヤーの間に溜まる気泡のイメージ断面図である。ここで、ワイヤーが長くなるほど、ワイヤーをコイル状に巻いて処理しなくてはならず、ワイヤー同士の重なりが多くなってしまう。ワイヤーが重なった箇所は電気分解反応されにくく、酸化皮膜が生成されにくい。また、電気分解により発生した気泡３は、ワイヤー１の表面に付着し、ワイヤー線径が細くなるほどコイルが密になり、ワイヤー間にガスが溜まりやすく、陽極酸化処理浴がワイヤー間に入り込まなくなってしまう。

そのためワイヤーを手で定期的に動かし、ワイヤー全体で電気分解できるようにしてやる必要がある。しかし、線径が細いワイヤーほどワイヤーを動かすと、コイルは絡まり、スムーズにワイヤーが巻きだされなくなってしまう。

本発明の第１の目的は、後で酸化皮膜が除去でき、面粗度も良好とできるようなバルブ金属のワイヤーの陽極酸化処理方法を提供することである。また、本発明のもう一つの目的は、ワイヤーのほぼ全体に陽極酸化皮膜を生成し、かつワイヤーが各工程中および各工程間で絡まることを防ぐバルブ金属のワイヤーの陽極酸化処理方法を提供することである。

本発明は、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモンなどのバルブ金属およびその合金の線径φ１ｍｍ以下のワイヤーを陽極酸化処理浴中で電解処理して、陽極酸化皮膜を生成させるバルブ金属のワイヤーの陽極酸化処理方法である。

また、本発明は、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモンなどのバルブ金属およびその合金の線径φ１ｍｍ以下のワイヤーの陽極酸化処理方法において、陽極酸化処理浴およびワイヤーを振動させることにより、ワイヤー表面に発生した気泡を除去するバルブ金属のワイヤーの陽極酸化処理方法である。

また、本発明は、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモンなどのバルブ金属およびその合金の線径φ１ｍｍ以下のワイヤーをコイル状にして陽極酸化処理を行う際、コイルの中芯に籠状の構造のボビンを使用することにより、ワイヤーの絡まりを防ぎながら、コイル内周側のワイヤーにも陽極酸化処理浴が浸され、電解処理が施せるバルブ金属のワイヤーの陽極酸化処理方法である。

本発明によれば、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモンなどのバルブ金属およびその合金のワイヤーの表面に陽極酸化皮膜を生成させる場合、ワイヤーを陽極酸化処理浴中で電解処理し、ワイヤーや陽極酸化処理浴を振動させることにより、ワイヤーのほぼ全体に陽極酸化皮膜を生成させることができる。また、ワイヤーにボビンが必要な場合には、籠状の構造のボビンを使用することにより、コイル内周側に巻き付いているワイヤーにも陽極酸化処理浴が浸かるため、コイル内周側のワイヤーにも陽極酸化皮膜を生成させることができる。さらに、籠状のボビンのため、ワイヤーをボビンから外すことなく、そのまま水洗浄、乾燥でき、そのままボビンごと伸線機に設置することができる。そのため、ワイヤーが各工程中および各工程間で絡まることを防ぐことができる。

本発明によれば、ワイヤーのほぼ全体に陽極酸化皮膜を生成し、かつワイヤーが各工程中および各工程間で絡まることを防ぐバルブ金属のワイヤーの陽極酸化処理方法を提供できる。

以下、本発明の実施の形態によるバルブ金属のワイヤーの陽極酸化処理方法について説明する。

本発明のバルブ金属のワイヤーの陽極酸化処理方法は、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモンなどのバルブ金属およびその合金のワイヤーの表面に陽極酸化皮膜を生成させる場合、ワイヤーを陽極酸化処理浴中で電解処理し、ワイヤーや陽極酸化処理浴を振動させることにより、ワイヤーが絡まることなく、電解反応で発生した気泡をワイヤー表面より除去することができ、ワイヤーが重なった箇所の電解反応を促すことができる。

また、ワイヤーをボビンに巻いてコイル状にする際、ボビンの構造を籠状にすることにより、コイル内周側に巻き付いているワイヤーも陽極酸化処理浴に浸るため、コイル内周側のワイヤーも陽極酸化皮膜を生成させることができる。さらに、籠状のボビンのため、ワイヤーをボビンから外すことなく、そのまま水洗浄、乾燥でき、ボビンごと伸線機に設置することができる。そのため、ワイヤーが工程中および工程間で絡まることを防ぐことができる。また、陽極酸化皮膜の膜厚は、ｎｍレベルの非常に薄い皮膜であるため、伸線加工後には酸やアルカリで化学的に短時間で酸化皮膜を取り除くことができる。

図３は、本発明による陽極酸化皮膜処理装置の説明図である。チタン８０重量％以上、残りを他の金属で構成する線径φ０．２ｍｍのチタン合金線ワイヤーを約５０ｇ程度、０．１ｖｏｌ％Ｈ_３ＰＯ_４水溶液の中に入れ、チタン合金ワイヤーを陽極、板厚２ｍｍのステンレス板を陰極として、それらを直流電源につなぎ電気回路を構成した。電気回路構成後、直流電流を０．５Ａ以下に抑えて、電圧を５０Ｖまで印加した。

電圧が５０Ｖに到達後は、電流が０．１Ａに減少するまで、電圧５０Ｖを保持した。電流が０．１Ａ以下になり、コイル外周側のワイヤーに酸化皮膜が生成した後、２０ｋＨｚの超音波で約１０秒程度振動させ、電解反応にて発生したガスの気泡をワイヤー表面より除去した。未電解反応箇所が電解反応するために、一旦、電圧が４５Ｖ、電流が０．４Ａ程度に変化した。その後は、電流値が再び０．１Ａまで減少した。電流が０．１Ａ程度まで減少してから超音波振動させ、これを５回繰り返した。その結果、チタン合金は水素脆化することなく、ほぼ全面的に黄色の８０ｎｍ程度の陽極酸化皮膜が形成された。

タンタル９９重量％以上の線径φ１ｍｍの金属ワイヤーを約１ｋｇ程度、０．２ｖｏｌ％Ｈ₂ＳＯ₄水溶液の中に入れ、タンタル線を陽極、板厚２ｍｍのステンレス板を陰極として、実施例１と同じように電気回路を構成した。電気回路構成後、直流電流を１Ａ以下に抑えて、電圧を１００Ｖまで印加した。

図４は、本発明にて使用される籠状のボビンの説明図であり、図４（ａ）は、径方向の複数の仕切り板で形成された形状の籠状のボビンを示し、図４（ｂ）は、円周方向に、支持棒が複数配列された形状の籠状のボビンを示す。ここで、ワイヤーの絡まりを防止するため、コイルには中芯として、図４に示すポリスチレン製の籠状のボビンを使用した。

電圧が１００Ｖに到達後は、電流が０．２Ａに減少するまで、電圧１００Ｖを保持した。電流が０．２Ａ以下になり、コイル外周側のワイヤーに酸化皮膜が生成した後、２０ｋＨｚの超音波で約１０秒程度振動させ、電解反応にて発生したガスの気泡をワイヤー表面より除去した。未電解反応箇所が電解反応するために、一旦、電圧が７８Ｖ、電流が１Ａ弱まで変化したが、その後は電流値が再び０．２Ａ程度まで減少した。その後、電流が０．２Ａ程度まで減少してから超音波振動させ、これを１０回繰り返した。

その結果、ほぼ全面的に赤紫色の１６０ｎｍ程度の陽極酸化皮膜が形成された。また、コイルの中芯に籠状のボビンを使用したことにより、ワイヤーをボビンから外すことなく陽極酸化処理、水洗浄、乾燥、伸線加工の各作業が行え、伸線加工時にワイヤーを絡まらせることなく、巻きだすことができた。

コイル状に巻いたワイヤーの重なりのイメージ断面図。図１（ａ）は全体図、図１（ｂ）は拡大図。コイル状に巻いたワイヤーの間に溜まる気泡のイメージ断面図。本発明による陽極酸化皮膜処理装置の説明図。本発明にて使用される籠状のボビンの説明図。図４（ａ）は、径方向の複数の仕切り板で形成された形状の籠状のボビンを示す図、図４（ｂ）は、円周方向に、支持棒が複数配列された形状の籠状のボビンを示す図。

符号の説明

１ワイヤー
２コイル
３気泡
４電解層
５陰極
６陽極
７陽極酸化処理浴
８超音波振動発信装置
９，１０籠状のボビン

Claims

アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモンなどのバルブ金属およびその合金の線径φ１ｍｍ以下のワイヤーを陽極酸化処理浴中で電解処理して、陽極酸化皮膜を生成させることを特徴とするバルブ金属のワイヤーの陽極酸化処理方法。
前記アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモンなどのバルブ金属およびその合金の線径φ１ｍｍ以下のワイヤーの陽極酸化処理方法において、陽極酸化処理浴およびワイヤーを振動させることにより、ワイヤー表面に発生した気泡を除去することを特徴とする請求項１に記載のバルブ金属のワイヤーの陽極酸化処理方法。
前記アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモンなどのバルブ金属およびその合金の線径φ１ｍｍ以下のワイヤーをコイル状にして陽極酸化処理を行う際、前記コイルの中芯に籠状の構造のボビンを使用することにより、ワイヤーの絡まりを防ぎながら、コイル内周側のワイヤーにも陽極酸化処理浴が浸され、電解処理が施せることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のバルブ金属のワイヤーの陽極酸化処理方法。