JP2009293094A - 金属部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】前記基材を陽極として、陰極と共に電解液に浸漬した状態で、前記両極間に与える電流の電流密度を0A/dm2から毎分0.35A/dm2以下の割合で所定値まで増加させ、次いで前記所定の電流密度を維持しながら陽極酸化処理をして、前記基材の表面を陽極酸化皮膜で被覆する。
【選択図】なし
Description
そこで発明者は、基材の表面のうちシリコン相領域への、連続相領域からの陽極酸化皮膜の回り込みを利用して、特に初期段階に前記両領域間で形成される陽極酸化皮膜の厚みの差をできるだけ小さくすることを検討した。その結果、陽極酸化処理を開始してから数分以内の初期段階において前記両極間に与える電流の電流密度を0A/dm2から、所定の電流密度に達するまで毎分0.35A/dm2以下の割合で徐々に増加させればよいことを見出した。
(1) 前記両極間に与える電流の電流密度を0A/dm2から毎分0.35A/dm2以下の割合で増加させる第一工程と、
(2) 電流密度が所定値に達した時点以降、前記所定の電流密度を維持しながら陽極酸化処理を続ける第二工程と、
を経て、前記表面を陽極酸化皮膜で被覆することを特徴とするものである(請求項1)。
また第二工程においては電流密度を0.8A/dm2以上、1.2A/dm2以下の所定値に維持するのが好ましい(請求項3)。電流密度が前記範囲未満では、所定の厚みを有する陽極酸化皮膜を形成するために長時間の処理が必要となり、前記陽極酸化皮膜を有する金属部品の生産性が低下するおそれがある。また前記範囲を超える場合には陽極酸化皮膜の表面粗さが大きくなって、耐摩耗性が低下したり、オイルポンプの性能が低下したりするおそれがある。
図1を参照して、この例のオイルポンプ2は、作動室6と、前記作動室6に連通するオイルの吸込通路7および吐出通路8とを有する筐体9と、前記作動室6内に軸線5を中心として回転可能に配設され、軸4の回転に伴ってオイルを、吸込通路7を通して吸い込んで吐出通路8を通して吐出させるロータ3とを含んでいる。
図1、図2を参照して、作動室6内には、第一サイドプレート17とリヤハウジング1とで挟持させて、ロータ3を囲む筒状のカムリング34が嵌め合わされている。カムリング34の筒の内周面は、軸線5の方向と直交する方向の形状が楕円形であるカム面35とされている。
軸4を回転させると、ベーン38は油圧によって径方向外方へ付勢されて、先端をカムリング34のカム面35に接触させた状態を維持しながらロータ本体36と共に回転する。吸込ポート29は、リヤハウジング1の対向面25のうち図2の状態において隣り合うベーン38によって仕切られた室39、40に対応する2箇所に設けられている。また吐出ポート20は、第一サイドプレート17のうち図2の状態において隣り合うベーン38によって仕切られた室41、42に対応する2箇所に設けられている。
吐出力:吐出ポート20に近づこうとする室41、42の容積が、カム面35の形状に基づいて減少することで、吐出ポート20および吐出通路8を通して前記室41、42からオイルを吐出させる吐出力が発生。
これに対し本発明では、基材としてのリヤハウジング1を陽極として、陰極と共に電解液に浸漬した状態で、
(1) 前記両極間に与える電流の電流密度を0A/dm2から毎分0.35A/dm2以下の割合で増加させる第一工程と、
(2) 電流密度が所定値に達した時点以降、前記所定の電流密度を維持しながら陽極酸化処理を続ける第二工程と、
を経て、前記対向面25を陽極酸化皮膜で被覆することで、前記陽極酸化皮膜の表面平滑性を高めることができる。
前記第一工程において電流密度を増加させる割合を小さくするほど、前記第一および第二工程を経て形成される陽極酸化皮膜の厚みを均一化し、その表面を平滑化できる。ただし第一工程において電流密度を増加させる割合を小さくするほど、所定の厚みを有する陽極酸化皮膜を形成するために長時間の処理が必要となり、前記陽極酸化皮膜を有する金属部品の生産性が低下する傾向がある。
陽極酸化皮膜は、リヤハウジング1の少なくとも対向面25を被覆していればよく、前記対向面25のみを陽極酸化皮膜で選択的に被覆するためには、リヤハウジング1の他の表面をマスキングすればよい。ただしマスキング等の手間を省くと共にリヤハウジング1の全表面の耐摩耗性を向上することを考慮すると、前記リヤハウジング1の、対向面25を含む全表面を陽極酸化皮膜で被覆するのが好ましい。
電解液としては硫酸浴、しゅう酸浴、クロム酸浴、りん酸浴、アルカリ浴等が挙げられ、特に硫酸浴が好ましい。電解液の液温は、できるだけ硬度が高い緻密な陽極酸化皮膜を形成することや、特に形成の初期段階において陽極酸化皮膜が連続相領域で選択的かつ急速に成長するのを抑制しながら、ある程度の成長速度を確保してリヤハウジング1の生産性を維持すること等を考慮すると10〜40℃、特に10〜20℃であるのが好ましい。
そのため、前記多孔層の通孔にオイルを保持させて、ロータ本体36やベーン38に対する良好な潤滑性を付与することが期待される。また、例えばオイルポンプ2を、特に自動車のエンジン周り等の高温環境下で使用する場合は、リヤハウジング1とロータ本体36やベーン38との焼き付きを防止するため、前記通孔に、例えば二硫化モリブデン(MoS2)等の固体潤滑剤を含浸させてもよい。
先に説明したように陽極酸化皮膜の表面は、ロータ本体36やベーン38に対する攻撃性を抑えるためにできるだけ平滑であることが求められる。具体的には日本工業規格JIS B0601:2001「製品の幾何特性仕様(GPS)−表面性状:輪郭曲線方式−用語,定義及び表面性状パラメータ」の付属書1で規定された十点平均粗さRZJIS94が1μmに仕上げられた対向面25に前記(1)(2)の工程を経て被覆される陽極酸化皮膜の十点平均粗さRZJIS94が3μm以下であるのが好ましい。十点平均粗さの下限値は0μm、すなわち表面が完全に平滑であることが理想であるが、現実的には2μm程度であるのが好ましい。
陽極酸化皮膜の硬さは、リヤハウジング1の対向面25に十分な耐摩耗性を付与することを考慮すると、その内部硬さ(表面から深さ1mmでの硬さ)が、日本工業規格JIS Z2244:2003「ビッカース硬さ試験−試験方法」において規定された測定方法によって測定される、試験力0.09807Nでのビッカース硬さHV0.01で表して150である高シリコン−アルミニウムからなる対向面25に前記(1)(2)の工程を経て被覆される陽極酸化皮膜の表面の、同じビッカース硬さHV0.01が200〜300程度であるのが好ましい。
基材としてシリコンの含有割合が14質量%である高シリコン−アルミニウム合金製の、平板状の板材(縦25mm×横25mm×厚み5mm)を用意した。前記板材を形成する高シリコン−アルミニウム合金の、表面から深さ1mmでのビッカース硬さHV0.01は150であった。板材の表面の十点平均粗さRZJIS94は1μmに仕上げた。
次いで、電流密度が前記所定値に達した時点以降、定電流制御によって前記電流密度を維持しながらさらに37分間、合計40分間の陽極酸化処理をした後、基材を硫酸浴から取り出し、水洗し、さらに水中で煮沸することで封孔処理をして、表面が陽極酸化皮膜で被覆された金属部品を製造した。
第一工程において両極間に与える電流の電流密度を0A/dm2から毎分0.167A/dm2の割合で6分間かけて1A/dm2まで増加させた後、定電流制御によって前記電流密度を維持しながらさらに34分間、合計40分間の陽極酸化処理をしたこと以外は実施例1と同様にして、表面が陽極酸化皮膜で被覆された金属部品を製造した。
第一工程において両極間に与える電流の電流密度を0A/dm2から毎分1A/dm2の割合で1分間かけて1A/dm2まで増加させた後、定電流制御によって前記電流密度を維持しながらさらに39分間、合計40分間の陽極酸化処理をしたこと以外は実施例1と同様にして、表面が陽極酸化皮膜で被覆された金属部品を製造した。
実施例1、2、比較例1で製造した金属部品の、陽極酸化皮膜の表面の十点平均粗さRZJIS94を、表面粗さ計を用いて測定した。測定の条件は区間数6、カットオフ値λC=0.8mm、λS=0.0025mm、測定速度:0.5mm/secとし、測定結果にガウシアンフィルタを適用して十点平均粗さRZJIS94を求めた。
実施例1、2、比較例1で製造した金属部品を陽極酸化皮膜の厚み方向にカットし、樹脂埋めしてカット面を研磨したのち400倍の顕微鏡写真を撮影し、写真上の十点で測定した厚みの平均値を求めて陽極酸化皮膜の厚みとした。また前記十点の測定値の最大値と最小値の差を求めて厚みのばらつきを評価した。
実施例1、2、比較例1で製造した金属部品の、陽極酸化皮膜の表面をラップ研磨したのちビッカース硬さHV0.01を測定した。
(ボール・オン・プレート摩擦試験)
直径4.76mmの軸受鋼(SUJ2)製のボールを、実施例1、比較例1で製造した金属部品(プレート)の、陽極酸化皮膜の表面に、球面上の1点で常に当接させた状態で、前記陽極酸化皮膜の厚み方向に10Nの荷重をかけながら直径20mmの円を描くように摺動させた。摺動速度は0.08m/s、摺動距離は432mとした。また摺動は、前記金属部品およびボールをPSオイル(株式会社ジェイテクト製、油温100℃)中に浸漬した状態で実施した。
次に前記摩耗痕深さhと摩耗痕半径aとから、式(B):
また、摺動前後のプレートの表面について、それぞれ表面粗さ計を用いて測定した粗さ曲線を比較して、前記プレートの表面に、ボールの摺動によって形成された摩耗痕の幅b(mm)と深さd(mm)とを求め、前記両数値から、式(D):
次に、前記仮想半径R、角度φ、幅b、および深さdから、式(F):
以上の結果を表1に示す。
Claims (4)
- アルミニウム合金からなる基材の少なくとも一部の表面を陽極酸化処理して、前記表面が陽極酸化皮膜で被覆された金属部品を製造するための製造方法であって、前記基材を陽極として、陰極と共に電解液に浸漬した状態で、
(1) 前記両極間に与える電流の電流密度を0A/dm2から毎分0.35A/dm2以下の割合で増加させる第一工程と、
(2) 電流密度が所定値に達した時点以降、前記所定の電流密度を維持しながら陽極酸化処理を続ける第二工程と、
を経て、前記表面を陽極酸化皮膜で被覆することを特徴とする金属部品の製造方法。 - 第一工程において、電流密度を毎分0.15A/dm2以上の割合で増加させる請求項1に記載の金属部品の製造方法。
- 第二工程において、電流密度を0.8A/dm2以上、1.2A/dm2以下の所定値に維持する請求項1または2に記載の金属部品の製造方法。
- 金属部品が、作動室と、前記作動室に連通する吸込通路および吐出通路とを有する形状に複数の分割体によって構成された筐体と、前記作動室内に軸を中心として回転可能に配設され、回転に伴ってオイルを、吸込通路を通して吸い込んで吐出通路を通して吐出させるロータとを有するオイルポンプの、前記筐体を構成する分割体のうち作動室に臨み、ロータの軸端に対向するリヤハウジングであり、前記リヤハウジングのうち少なくともロータの軸端に対向する表面を、陽極酸化皮膜によって被覆する請求項1ないし3のいずれかに記載の金属部品の製造方法。
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