JP2005314751A - 陽極酸化処理装置及び処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軽合金からなる被処理部材に有する中空部の内面部に、部分的に陽極酸化皮膜を高速で形成する陽極酸化処理装置を提供する。
【解決手段】陽極酸化処理装置は、被処理部材に有する中空部の内面部のみに陽極酸化皮膜を形成する装置であって、中空部の開口部を塞ぐシール部材と、中空部に配置する電極とを備え、電極は中空体からなり、電極の中空室から内面部に向けた概ね接線方向斜めに電解液吐出口を備えていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、製品の一部を部分的に陽極酸化処理するための装置及び処理方法に関し、特に製品に有する中空部の内面部のみを高速に硬質陽極酸化する装置及び方法に係る。

従来、アルミニウム合金は軽量で加工性、耐食性に優れていることにより家庭用品や建材、自動車部品等、幅広い用途で用いられている。
その多くは、陽極酸化処理が施されているが、その処理工程に長い時間がかかっていた。
例えば、１０μｍ程度の陽極酸化皮膜を生成させるのに、電解浴中で３０〜４０分の直流電解を行う必要があり、処理時間を短縮しようとして電流密度を増加させると、ジュール熱の発生により皮膜の厚さが不均一となったり、所謂皮膜焼けと称する不具合が発生することがあった。
そこで、特開平１１−２３６６９６号公報に、電解槽の内壁面に多数の噴出ノズルを配置し、被処理部材に向けて電解液を噴出循環する技術や、特開２０００−２８２２９３号公報には、モーターを使用して電解槽内を振動させたりミクロ気泡を発生させたりすることで電解液を撹拌する技術が記載されている。
このような技術によれば、陽極酸化皮膜の生成にともなって発生するジュール熱が効率よく放出されるので、電流密度を増加させても焼けが生じにくく、陽極酸化処理の工程時間が短縮できるものであるが、大掛かりな設備が必要であるとともに、大きな電解槽や冷却装置を使用しないと連続して陽極酸化処理を行う場合に電解槽内の液温が上昇し、電解液の撹拌効果が薄れる恐れがあった。
一方、陽極酸化皮膜は耐磨耗用として用いられており、磨耗箇所に部分的に処理する場合は被処理部位以外をマスキングして電解浴中に浸漬させていた。
そこで、特開２００２−２７５６８６号公報や、特開平１１−３１５３９６公報には柱状、筒状物の外周面の一部分に陽極酸化処理を施すため、処理部分境界をＯリングなどのシール部材でシーリングし、処理部分外周から均一に電解液を流し込む技術が知られている。
しかしながら、上記技術においては、筒状外周面への処理のため、内面への処理には適応できないものであった。
そこで、特開平１１−１１７０９２公報には、中空パイプ状で複数の孔を有した電極を回転させながら、筒状内面に電解液を噴射する技術が知られているが、電解液の噴出反力による電極回転のため装置及び流量管理が複雑なものであった。
また、特開２０００−２６９９９号公報には、筒状内面に電極を設置し、電極と内面間にのみに電解液を流すため筒状両端部をガスケット、Ｏリングでシーリングする技術が知られているが、電解液供給口、排出口がそれぞれ処理部両端にあるため、液流が一方向であり部位による液温度差が発生しやすく膜厚、皮膜硬度のばらつきの影響が大きいものであった。
また、両技術とも筒状内面部への処理であり、複雑な形状の内面部への処理には対応してない。

特開平１１−２３６６９６号公報 特開２０００−２８２２９３号公報 特開２００２−２７５６８６号公報 特開平１１−３１５３９６号公報 特開平１１−１１７０９２号公報 特開２０００−２６９９９号公報

本発明は、以上の事情を背景になされたものであり、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金等の軽合金からなる被処理部材に有する中空部の内面部に、部分的に陽極酸化皮膜を高速で形成する陽極酸化処理装置を提供することを技術的課題とするものである。

本発明に係る陽極酸化処理装置は、被処理部材に有する中空部の内面部のみに陽極酸化皮膜を形成する装置であって、被処理部材中空部の開口部を塞ぐシール部材と、この中空部に配置する電極とを備え、電極は中空体からなり、電極の中空室から内面部に向けた概ね接線方向斜めに電解液吐出口を備えていることを特徴とする。
電極の中空室から内面部に向けた概ね接線方向斜めに電解液吐出口を備えているので、この吐出口から噴出された電解液が被処理部の内面部に沿って回転しながら流れることになる。
従って、電極の中空室から内面部に向けた概ね接線方向斜めにとしたのは、電解液が被処理部の内面部に沿って回転しながら流れるようにする趣旨であり、電極の中空室内面の概ね接線方向に吐出口を設ければよく、製品の内面部表面に直角に電解液が噴射されないことを意味する。
電解液吐出口は少なくとも１つ以上備えていればよいが、被処理部材の内周面に沿って、放射状に複数備えているのが好ましい。
電極の材質は、陽極に使用できるものであれば、特に限定されず、チタン、アルミ、ＳＵＳ材、炭素材等が例として挙げられる。

電極の電解液吐出口は、被処理部材中空部への電極挿入方向に沿ったスリット状に形成されていると電解液が被処理部材の内面部に均一にかつ、同方向に流れやすくなる。

電極は、内側中空室と外側中空室の二重構造になっており、一方の中空室に電解液吐出口を備え、他方の中空室に電解液排出口を備えると、吐出口から噴出された電解液が同じ電極にある排出口から排出されることになり、液流を均一にし、部位温度差を緩和する。
また、このような、電極に電解液の吐出口と排出口の両方を備えていると、電極を被処理部材の中空部に挿入するだけでよいので、片側閉塞した有底中空部の内面部への陽極酸化処理が可能となる。
ここで、内側中空室と外側中空室の二重構造の電極の一方の中空室に電解液吐出口を備え、他方の中空室に電解液排出口を備えるとしたのは、内側中空室から被処理品の内面部に向けて、電解液を吐出し、外側中空室に電解液を排出しても、その逆に、外側中空室から被処理品の内面部に向けて、電解液を吐出し、内側中空室に電解液を排出しても、よいと言う趣旨である。

電極は、被処理部の中空部内周形状に対して、それとは小さい相似形の外周形状に形成すると、被処理部材の内周面が異形状であってもその形状に合わせた相似形の電極とすることで、電解液の流れが均一になるとともに、電極と内面部表面との距離を均一にでき、均一な厚さの被膜が得られやすくなる。
電極は、一般に円筒状の中空体を使用するが、製品の内面形状が異形状の場合には、上記の構造が効果的である。

上記のようなの陽極酸化処理装置を用いると、各種アルミニウム合金に、高速に硬質皮膜を形成することができる。特に、アルミ鋳物用合金等の一般に均一な陽極酸化被膜が得られ難いとされる合金にも均一な硬質皮膜が得られる。

本発明においては、電極の中空室内面の概ね接線方向に電解液吐出口を備えているので、この吐出口から噴出された電解液が被処理部の内面部に沿って回転しながら流れることになるため、電解液にジュール熱が放出されやすくなり、高速に電解しても皮膜焼けが発生しにくく、均一な膜厚の皮膜を形成できる。

電極を、内側中空室と外側中空室の二重構造にし、一方の中空室から電解液を吐出し、他方の中空室に電解液を排出するようにすると、吐出口から噴出された電解液が同じ電極にある排出口から排出されることになり、液流を均一にし、部位温度差を緩和する。
即ち、被処理物の内面部に電極から電解液を噴射するにしても、被処理物の中空部の上端あるいは下端から電解液を排出する構造にすると、電解液の排出口側の液温は高くなっているので、製品の排出口側は焼けやすかったが、電極を内側中空室と外側中空室の二重構造にしために、複数の吐出口と排出口を交互に設けることができ、電解液の流れがより均一になり、さらに電流密度を上げ、高速化できる。
特に、内面部の長さが長い製品や、深さが深い製品への適用に効果的である。

電極は、被処理部材の中空部内周面が異形状であってもその形状に合わせた相似形の電極とすると、電極と製品の内面部との空間の容積が電極の外周面にわたってほぼ同じになるために、電解液の流れが均一になるとともに、電極と内面部表面との距離を均一にでき、均一な厚さの被膜が得られやすくなる。

本発明は、陽極酸化処理できる各種金属及びその合金に適用できる。
その代表例が、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタニウム合金等の軽金属である。

本発明の実施に適した陽極酸化表面処理装置の実施の形態をアルミニウム合金を用いた実験結果に基づいて以下説明する。
図１の表は、以下説明する装置の実施例及び比較例における処理条件を示し、図２の表は、図１の処理条件にて陽極酸化処理した場合の陽極酸化皮膜の膜厚、皮膜硬度及び、処理前と処理後の表面粗さ測定結果を示す。
なお、皮膜測定箇所は図２の模式図に示すように、上部ａ〜ｄとは被処理部材の内面部の上端から約１０ｍｍの位置をいい、下部ａ〜ｄとはその下端から約１０ｍｍの位置をいう。

図３に示す装置の例は、円筒状の中空部を有する製品の内周面を陽極酸化処理するのに適した例である。
図３（ａ）は、被処理物の中空部断面、電極外観を示し、（ｂ）は電極の縦断面を示す。
（ｃ）、（ｄ）は電極の吐出口部分の形状例を示し、図１、図２の実施例１は、（ｃ）の電極を用い、実施例２は（ｄ）の電極を用いた。
装置本体４０に被処理部材の上端面及び下端面をシール部材２１ａ、２１ｂでシールするように装着する。
この場合に、上部のシール部材２１ａを取り付けた蓋体４１にチタニウム合金等で製作した中空体からなる電極２２を取り付けて、被処理部材の中空部に電極が配置されるようになっている。
なお、蓋体４１と電極は別体になっていて、電極の挿入と蓋体の装着は別々になっていてもよい。
電解液３１は、液槽３０からポンプ３２で供給配管３３にて電極２２の中空室２２ａに供給する。
電極の中空室に供給された電解液は、電極に設けた斜め方向の吐出口２３ａから製品の中空部１２の内面部１１に噴射する。
製品の内面部１１に噴射された電解液は、製品の内周面の表面に沿って、回転するように流れる。
これにより、皮膜で、発生したジュール熱を吸収しながら排出口２４から戻し配管３４経由して液槽に戻る。
なお、液槽には記載を省略したが、液温温調設備等が備えられている。
図３、（ｃ）に示す電極を用いて陽極酸化した実施例１の実験結果及び（ｄ）に示す電極を用いて陽極酸化した実施例２と、電極から内面部表面直角方向に吐出口を設けた比較例６を比較すると、実施例の方が電流密度を２倍以上高くしても膜厚バラツキが小さく、皮膜硬度も硬かった。
なお、この実験に供した被処理部材は、ＡＤＣ１２と称されるダイカスト用のアルミニウム合金である。

図４に示す電極は、内側中空室２２ｂと外側中空室２２ｃの２重構造にした例である。
内側中空室からは、電解液吐出口２３ｃが斜め方向に形成され、外側中空室に電解液排出口２４ａが形成されている。
図５に示す電極は、内側中空室２２ｄと外側中空室２２ｅの２重構造にした点は、図４と同じであるが、異なる点は、電極の電解液供給側と同じ電極上部からの電解液戻し口２５から排出するようにしたことである。
内側中空室からは、電解液吐出口２３ｄが斜め方向に形成され、外側中空室に電解液排出口２４ｂが形成されている。
この電極を用いて実験した結果を実施例３として、図１、図２の表に結果を示す。
図６に示す電極の例は、製品の中空部の内面部の長さ（深さ）、が長い（深い）場合の例である。
この場合、電極の長手方向に、吐出口２３ｅと排出口２４ｃが、複数交互に配置されている。
この電極を用いて実験した結果を実施例４として、図１、図２の表に結果を示し、比較例７として２重構造になっていない電極を用いた結果を、比較すると明らかなように、上部と下部の膜厚差が小さくなっている。
なお、この実験に用いた被処理部材は、Ａ６０６３と称される押出用のアルミニウム合金である。
図７に示す電極の例は、製品１０ａの異形状内周面に合わせた相似形の電極２２１を用いたものである。
この場合、斜め方向に吐出する吐出口２３ｆが中空室の内面に合わせて形成されている。
この電極を用いて実験した実施例５と、円筒形状の電極を用いた比較例８の結果を比較すると、明らかに、異形状の電極の方が、膜厚ばらつきが小さく、焼けも発生しなかった。

陽極酸化の実験条件を示す。 陽極酸化の実験結果を示す。 本発明に係る陽極酸化装置の例を示す。 ２重構造の電極の例を示す。 有底中空部内面形状に対する２重構造電極例を示す。 長い電極構造例を示す。 異形状の電極構造例を示す。

符号の説明

１０、１０ａ 被処理部材
１１ 被処理部材中空部の内面部
１２ 被処理部材の中空部
２１、２１ａ、２１ｂ シール部材
２２、２２１ 電極
２２ａ 電極の中空室
２２ｂ、２２ｄ 電極の内側中空室
２２ｃ、２２ｅ 電極の外側中空室
２３ａ〜２３ｆ 電解液吐出口
２４ａ〜２４ｄ 電解液排出口
２５ 電極上部からの電解液戻し口
３１ 電解液
３２ 電解液循環ポンプ
４０ 装置本体

Claims (5)

1. 被処理部材に有する中空部の内面部のみに陽極酸化皮膜を形成する装置であって、
   被処理部材中空部の開口部を塞ぐシール部材と、この中空部に配置する電極とを備え、
   電極は中空体からなり、電極の中空室から内面部に向けた概ね接線方向斜めに電解液吐出口を備えていることを特徴とする陽極酸化処理装置。
2. 電極の電解液吐出口は、被処理部材中空部への電極挿入方向に沿ったスリット状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の陽極酸化処理装置。
3. 電極は、内側中空室と外側中空室の二重構造になっており、一方の中空室に電解液吐出口を備え、他方の中空室に電解液排出口を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の陽極酸化処理装置。
4. 電極は、被処理部材の中空部内周形状に対して、それとは小さい相似形の外周形状に形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の陽極酸化処理装置。
5. 請求項１〜４いずれかに記載の陽極酸化処理装置を用いて硬質皮膜を形成することを特徴とする陽極酸化処理方法。

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