JP2011246815A - Electrolytic treatment apparatus, electrolytic treatment method and fixture for use in the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般的に被膜を金属製部品に電解形成する技術に関する。より具体的には、本発明は、反応媒体(電解質)における溶解金属イオンを金属製基材(陰極)に陰極析出させること、または金属製基材(陽極)を付着性セラミック被膜(酸化フィルム)へと陽極転化させることによって被膜を金属製基材に電解形成することに関する。 The present invention generally relates to a technique for electrolytically forming a coating on a metal part. More specifically, in the present invention, the dissolved metal ions in the reaction medium (electrolyte) are cathodically deposited on a metal substrate (cathode), or the metal substrate (anode) is adhered to an adhesive ceramic coating (oxide film). The present invention relates to the electrolytic formation of a coating on a metal substrate by anodizing the film.
多くの金属製の構成要素または部品が最終的な表面処理を必要とすることは周知である。かかる表面処理は、その部品の1または2以上の特性、例えば熱抵抗、防食性、耐摩耗性、硬度、導電性若しくは潤滑性を改善することによって、または単に外見上の価値を増大させることによって、部品の機能性を向上させるとともに部品の寿命を延ばす。 It is well known that many metal components or parts require a final surface treatment. Such surface treatment may improve one or more properties of the part, such as thermal resistance, corrosion resistance, wear resistance, hardness, conductivity or lubricity, or simply by increasing its apparent value. , Improve the functionality of the parts and extend the life of the parts.
典型的に表面処理を施した部品の一例は、燃焼機関において用いられるアルミニウム製ピストンヘッドである。(本明細書において記載される「アルミニウム製構成要素」とは、少なくとも一部にアルミニウムを含有する構成要素であり、アルミニウム合金もそれらに含まれる。)かかるピストンヘッドは燃焼領域に接触し、したがって比較的高温のガスに暴露される。アルミニウム材は高い内部応力を受けるようになり、結果的に金属構造が変形または変化しうるとともに、部品の機能性および寿命に負の影響を与えうる。陽極酸化被膜の形成処理(陽極処理)によって、アルミニウム製ピストンが満足に機能しなくなるリスクが低減されることは周知である。したがって、多くのアルミニウム製ピストンヘッドは陽極処理されている。 An example of a part that is typically surface treated is an aluminum piston head used in combustion engines. ("Aluminum component" as described herein is a component that contains at least a portion of aluminum, including aluminum alloys). Such a piston head is in contact with the combustion zone and is therefore Exposure to relatively hot gases. Aluminum materials become subject to high internal stresses, which can result in deformation or change in the metal structure and negatively impact the functionality and life of the part. It is well known that the risk of an aluminum piston not functioning satisfactorily by an anodized coating formation process (anodization). Therefore, many aluminum piston heads are anodized.
ピストンヘッドの陽極処理には欠点がある。直流の電流または電圧を伴う従来の陽極処理は、陽極被膜を付与することによって初期のアルミニウム材表面の表面粗さを増大させる。燃焼機関の排気におけるVOC(揮発性有機化合物)の量は、陽極処理されたアルミニウム製ピストンの表面仕上げと相互に関連する。すなわち、表面粗さがより大きいと、より多くの割合の有機化合物が微細なキャビティにより容易に捕捉されうるので、燃焼効率が低化する。したがって、円滑な表面が要求されるものの、そのことは陽極処理によって常に提供されうるとは限らない。 There are drawbacks to anodizing the piston head. Conventional anodizing with a direct current or voltage increases the surface roughness of the initial aluminum material surface by applying an anode coating. The amount of VOC (volatile organic compounds) in the combustion engine exhaust correlates with the surface finish of the anodized aluminum piston. That is, when the surface roughness is larger, a larger proportion of the organic compound can be easily captured by the fine cavities, so that the combustion efficiency is lowered. Thus, although a smooth surface is required, that cannot always be provided by anodization.
従来の陽極処理は、アルミニウム材を典型的には硫酸から構成される酸電解質に、または硫酸およびシュウ酸と混合された電解質にさらすことを含む。濃度および温度がより高いと、通常は形成速度が顕著に低下する。また、形成電圧は、温度がより高くなるのに従って低下し、このことは、酸化フィルムの稠密性および技術的特性に悪影響をもたらす。 Conventional anodization involves exposing the aluminum material to an acid electrolyte typically composed of sulfuric acid or to an electrolyte mixed with sulfuric acid and oxalic acid. Higher concentrations and temperatures usually result in a significant decrease in formation rate. In addition, the forming voltage decreases as the temperature increases, which adversely affects the denseness and technical properties of the oxide film.
陽極処理の過程を(比較的)低温かつ相当な高電流密度において行うことによって、稠密性および被膜性能(高硬度および高耐摩擦性)に係る技術的品質が増大する。陽極処理は顕著な量の熱を発生させる。熱は、アルミニウム材の陽極処理における発熱特性および陽極処理に対するアルミニウム材の抵抗作用の結果として生じる。 By performing the anodization process at a (relatively) low temperature and a fairly high current density, the technical quality of denseness and coating performance (high hardness and high rub resistance) is increased. Anodizing generates a significant amount of heat. Heat is generated as a result of the exothermic properties of the anodization of the aluminum material and the resistance action of the aluminum material to the anodization.
電解質は酸性であり、したがってアルミニウム酸化物を化学的に溶解させる。したがって、被膜(アルミニウム酸化物)の正味の形成作用は、アルミニウムがアルミニウム酸化物になる電解化成(electrolytic conversion)作用と、生成されたアルミニウム酸化物の化学的溶解作用との間のバランスに応じて定まる。化学的溶解作用の速度は熱とともに増大する。したがって、全体の発熱量は、このバランスと、陽極被膜の最終的な品質とに影響を与える。熱は、アルミニウム製部品の近傍における電解質の過度の発熱を防ぐ速度において発生領域から大部分の溶液(bulk solution)へと分散されるべきである。形成作用と溶解作用との間のバランスが適切に取れずに溶解作用が有利である場合には、合金部分を電解質に暴露する孔が酸化物層において成長する場合がある。 The electrolyte is acidic and therefore chemically dissolves the aluminum oxide. Therefore, the net forming action of the coating (aluminum oxide) depends on the balance between the electrolytic conversion action in which aluminum becomes aluminum oxide and the chemical dissolution action of the produced aluminum oxide. Determined. The rate of chemical dissolution increases with heat. Thus, the overall heat generation affects this balance and the final quality of the anode coating. Heat should be dissipated from the source region to the bulk solution at a rate that prevents excessive heat generation of the electrolyte in the vicinity of the aluminum part. If the balance between the forming action and the dissolving action is not properly balanced and the dissolving action is advantageous, pores exposing the alloy portion to the electrolyte may grow in the oxide layer.
従来技術において、アルミニウム材表面に発生する熱は、空気攪拌作用によって、またはアルミニウム材の酸化作用が生じている電解質を機械的にかき混ぜることによって分散され、所望のバランスに達するのを補助している。熱を分散させる他の手法は、電解質をアルミニウム材表面に向かって噴霧することによってなされる(特許文献1および特許文献2)。電解質は90度の角度をなしてアルミニウム材表面に噴霧され、熱を発生領域に向けて移動させるとともに、次いでアルミニウム材表面から対称に離して分散させる。熱を分散させる他の手法は、電解質をアルミニウム製基材上方に汲上げることである(特許文献3)。電解質は、アルミニウム材表面に対して平行に移動し、電解質が最終的にアルミニウム材表面から離れて分散される前に、熱をアルミニウム製基材の下方部から全表面にわたって移動させる。 In the prior art, the heat generated on the surface of the aluminum material is dispersed by air stirring action or by mechanically stirring the electrolyte in which the oxidation action of the aluminum material occurs, and helps to reach the desired balance. . Another method for dispersing heat is performed by spraying an electrolyte toward the surface of the aluminum material (Patent Document 1 and Patent Document 2). The electrolyte is sprayed on the surface of the aluminum material at an angle of 90 degrees to move the heat toward the generation area and then disperse it symmetrically away from the surface of the aluminum material. Another method for dispersing the heat is to pump the electrolyte above the aluminum substrate (Patent Document 3). The electrolyte moves parallel to the aluminum material surface, transferring heat from the lower part of the aluminum substrate to the entire surface before the electrolyte is finally dispersed away from the aluminum material surface.
特許文献4は従来技術に対して顕著に進歩していて、反応媒体を対電極(陰極)における孔に通して金属製基材(構成要素)に向けて水平方向において15度と90度との間、好ましくは60度と70度との間の角度をなして噴霧することを教示する。なお、同文献の内容は参照することにより本明細書の記載に代える。本明細書において記載される「水平方向における角度」には、水平面における構成要素までの水平方向の最短距離に対する角度が含まれ、水平方向における零度の角度は、構成要素までの最短距離である水平方向の直線に沿う。
このシステムは、容器下方の大部分の溶液から反応室を通って貯蔵槽に戻る反応媒体の流れを付与する。反応媒体は水平方向において或る角度をなして作用電極に向かって移動するので、熱および反応生成物は作用電極から離れて散逸させられる。電解質は格納されるとともに、摂氏−10度から摂氏40度までの範囲の適切な処理温度に冷却される。このシステムは、従来技術に対して実質的に改善されていた。しかしながら、この過程において溶解された金属は、対電極(陰極)における孔に貼付く(plate)ことがあり、このことは、洗浄処理が行われない場合に目詰まりを引起こしうる。
処理時間をさらに短縮するとともに、高い形成作用の可能性を備え、最低限の操作によって所望の品質および堅固さを有する被膜を得るための陽極処理方法および陽極処理装置が望まれている。好ましくは、この陽極処理方法および陽極処理装置は、内部環境および外部環境に対する電解質の影響を低減する閉ループをなす工程設計により構成されるとともに製造コストを低減するであろう。好ましくは、この陽極処理方法は、陽極処理されている構成要素の近傍から熱をさらに除去するとともに、反応流体が通るノズルの目詰まりを防ぐであろう。
This system provides a flow of reaction medium from most of the solution below the vessel through the reaction chamber and back to the reservoir. As the reaction medium moves towards the working electrode at an angle in the horizontal direction, heat and reaction products are dissipated away from the working electrode. The electrolyte is stored and cooled to a suitable processing temperature ranging from -10 degrees Celsius to 40 degrees Celsius. This system was a substantial improvement over the prior art. However, the dissolved metal in this process can plate into the holes in the counter electrode (cathode), which can cause clogging if no cleaning treatment is performed.
There is a demand for an anodizing method and an anodizing apparatus for obtaining a film having a desired quality and firmness with a minimum operation while further shortening the processing time and having a high forming action possibility. Preferably, the anodizing method and anodizing device will be configured with a closed loop process design that reduces the effect of electrolytes on the internal and external environments and will reduce manufacturing costs. Preferably, the anodization method will further remove heat from the vicinity of the anodized component and prevent clogging of the nozzle through which the reaction fluid passes.
本発明は、新規の電解処理装置、電解処理方法およびそれらに用いられる固定具を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a novel electrolytic treatment apparatus, an electrolytic treatment method, and a fixture used for them.
本発明の第1の態様に従って、構成要素の表面を電解処理する電解処理装置は、反応室、移送室および流体帰還路を備える。反応室は構成要素の少なくとも一部を反応室内に配置するようになっていて、反応流体を保持する。移送室は、反応室と流体的に連通している。流体は、移送室から、構成要素に向けられた複数の進入口を通って反応室に進入する。各進入口は、流体を鉛直方向において零度ではない少なくとも1つの角度をなして構成要素に向けるように配置される。この流体は、反応室から流体帰還路を通って移送室に戻る。 According to the first aspect of the present invention, an electrolytic processing apparatus for electrolytically processing the surface of a component includes a reaction chamber, a transfer chamber, and a fluid return path. The reaction chamber is adapted to place at least a part of the components in the reaction chamber and hold the reaction fluid. The transfer chamber is in fluid communication with the reaction chamber. From the transfer chamber, the fluid enters the reaction chamber through a plurality of inlets directed to the components. Each entry is arranged to direct the fluid to the component at at least one non-zero angle in the vertical direction. This fluid returns from the reaction chamber to the transfer chamber through the fluid return path.
本発明の第2の態様に従って、構成要素を陽極処理する固定具は、複数の進入口が形成された反応室を備える。各進入口は、電解質を鉛直方向において零度ではない少なくとも1つの角度をなして構成要素に向ける。 According to a second aspect of the present invention, a fixture for anodizing components comprises a reaction chamber in which a plurality of inlets are formed. Each entry points the electrolyte at at least one non-zero angle in the vertical direction to the component.
本発明の第3の態様に従って、構成要素を電解処理する電解処理方法は、反応流体を複数の経路に沿わせて構成要素に向けることを含む。各経路は、鉛直方向において零度ではない少なくとも1つの角度のうちの1つをなす。 In accordance with a third aspect of the present invention, an electrolytic treatment method for electrolytically treating a component includes directing a reaction fluid along the plurality of paths to the component. Each path forms one of at least one non-zero angle in the vertical direction.
種々の代替的な態様において、前記鉛直方向において零度ではない少なくとも1つの角度は、鉛直方向において零度ではない少なくとも2つの角度であり、それらの角度は、零度よりも大きいか若しくは小さいか、またはそれら両方である。 In various alternative embodiments, the at least one angle that is not zero degrees in the vertical direction is at least two angles that are not zero degrees in the vertical direction, and the angles are greater than or less than zero degrees, or Both.
他の代替的な態様において、複数の進入口は、水平方向において零度ではない少なくとも1つの角度をなして、或いは零度よりも大きいか若しくは小さいか、またはそれら両方である、水平方向において少なくとも2つの或る角度をなして、流体を構成要素に向ける。 In other alternative aspects, the plurality of entrances are at least two in the horizontal direction that are at least one angle that is not zero in the horizontal direction, or that are greater than or less than zero degrees, or both. At an angle, the fluid is directed at the component.
他の実施形態において、反応室は、流体を構成要素の表面に向けるように成形された、例えば複数の傾斜部を有してなる底面を備えたカバーを有する固定具である。 In other embodiments, the reaction chamber is a fixture having a cover with a bottom surface, eg, having a plurality of ramps, shaped to direct fluid toward the surface of the component.
他の代替的な態様において、複数の進入口と、カバーの底面とが協働して、流体が構成要素の表面において入替る(refresh)ようにさせるか、若しくは流体によって構成要素の表面から熱を除去せしめるようにするか、またはそれら両方を行う。 In other alternative embodiments, the plurality of inlets and the bottom surface of the cover cooperate to cause fluid to refresh at the surface of the component or heat from the surface of the component by the fluid. Try to get rid of them, or do both.
種々の代替的な態様において、進入口が非導電性物質、例えばセラミック、プラスチック、PVCおよび繊維強化プラスチックを貫通しているか、若しくは固定具が前記非導電性物質に対して鉛直方向に隣接しうるチタン製陰極環部をさらに備えているか、またはそれら両方である。 In various alternative embodiments, the entrance may pass through a non-conductive material, such as ceramic, plastic, PVC and fiber reinforced plastic, or a fixture may be vertically adjacent to the non-conductive material. It further comprises a titanium cathode ring or both.
より具体的には、1番目の発明によれば、構成要素の表面を電解処理する電解処理装置であって、
反応室を備え、該反応室は、前記構成要素の少なくとも一部を該反応室内に配置するとともに反応流体を保持するようになっており、
さらに、
前記反応室と流体的に連通する移送室を備え、流体が、前記構成要素に向けられた複数の進入口を通って該移送室から前記反応室に進入し、前記複数の進入口の各々は、前記流体を鉛直方向において零度ではない少なくとも1つの角度をなして前記構成要素に向けるように配置されており、
さらに、
前記流体が前記反応室から前記移送室まで戻る流体帰還路を備える、電解処理装置が提供される。
More specifically, according to the first aspect of the invention, there is provided an electrolytic treatment apparatus for electrolytically treating the surface of a component,
A reaction chamber, wherein the reaction chamber is arranged to hold at least a part of the components in the reaction chamber and hold a reaction fluid;
further,
A transfer chamber in fluid communication with the reaction chamber, wherein fluid enters the reaction chamber from the transfer chamber through a plurality of inlets directed to the component, each of the plurality of inlets being , Arranged to direct the fluid toward the component at least one non-zero angle in the vertical direction;
further,
An electrolytic treatment apparatus is provided that includes a fluid return path for returning the fluid from the reaction chamber to the transfer chamber.
2番目の発明によれば、1番目の発明において、前記鉛直方向において零度ではない少なくとも1つの角度が、鉛直方向において零度ではない少なくとも2つの角度である。
3番目の発明によれば、2番目の発明において、前記鉛直方向において零度ではない少なくとも2つの角度のうちの少なくとも第1の角度が零度よりも大きく、かつ前記鉛直方向において零度ではない少なくとも2つの角度のうちの少なくとも第2の角度が零度より小さいようにされている。
4番目の発明によれば、1番目の発明において、前記複数の進入口の各々が、前記流体を水平方向において零度ではない少なくとも1つの角度をなして前記構成要素に向けるようにさらに配置される。
5番目の発明によれば、4番目の発明において、前記水平方向において零度ではない少なくとも1つの角度が、水平方向において零度ではない少なくとも2つの角度である。
6番目の発明によれば、1番目の発明において、前記複数の進入口の各々が、前記流体を水平方向において零度ではない少なくとも1つの角度をなして前記構成要素に向けるようにさらに配置される。
7番目の発明によれば、1番目の発明において、前記反応室が前記反応室を覆うカバーを有する固定具であり、前記カバーは、前記複数の進入口を通って前記反応室に進入する前記流体を前記構成要素の表面に向けるように成形された底面を有する。
8番目の発明によれば、7番目の発明において、前記カバーの底面が複数の傾斜部を有する。
9番目の発明によれば、7番目の発明において、前記複数の進入口と前記カバーの底面とが協働して、前記流体が前記表面において入替るようにする。
10番目の発明によれば、2番目の発明において、前記複数の進入口と前記カバーの底面とが協働して、前記流体に前記構成要素の表面から熱を除去せしめる。
11番目の発明によれば、7番目の発明において、前記複数の進入口が第1の非導電性物質を貫通している。
12番目の発明によれば、11番目の発明において、前記第1の非導電性物質が、セラミック、プラスチック、PVCおよび繊維強化プラスチックのうちの少なくとも1つから構成される。
13番目の発明によれば、11番目の発明において、前記複数の進入口が固定具内に在り、前記固定具がチタン製陰極環部をさらに備える。
14番目の発明によれば、13番目の発明において、前記チタン製陰極環部が前記第1の非導電性物質に対して鉛直方向に隣接している。
15番目の発明によれば、1番目の発明において、前記複数の進入口が第1の非導電性物質を貫通しており、前記反応室が固定具であるとともに前記複数の進入口が前記固定具を貫通しており、前記固定具がチタン製陰極環部をさらに備える。
16番目の発明によれば、15番目の発明において、前記チタン製陰極環部が前記第1の非導電性物質に対して鉛直方向に隣接している。
According to a second aspect, in the first aspect, at least one angle that is not zero degrees in the vertical direction is at least two angles that are not zero degrees in the vertical direction.
According to a third invention, in the second invention, at least a first angle of at least two angles that are not zero degrees in the vertical direction is greater than zero degrees and at least two that are not zero degrees in the vertical direction. At least a second of the angles is set to be smaller than zero degrees.
According to a fourth aspect, in the first aspect, each of the plurality of inlets is further arranged to direct the fluid to the component at an angle that is not zero degrees in the horizontal direction. .
According to a fifth aspect, in the fourth aspect, at least one angle that is not zero degrees in the horizontal direction is at least two angles that are not zero degrees in the horizontal direction.
According to a sixth aspect, in the first aspect, each of the plurality of inlets is further arranged to direct the fluid to the component at an angle that is not zero degrees in the horizontal direction. .
According to a seventh aspect, in the first aspect, the reaction chamber is a fixture having a cover that covers the reaction chamber, and the cover enters the reaction chamber through the plurality of entrances. A bottom surface shaped to direct fluid toward the surface of the component;
According to an eighth aspect, in the seventh aspect, the bottom surface of the cover has a plurality of inclined portions.
According to a ninth aspect, in the seventh aspect, the plurality of entrances and the bottom surface of the cover cooperate to allow the fluid to exchange at the surface.
According to a tenth aspect, in the second aspect, the plurality of inlets and the bottom surface of the cover cooperate to cause the fluid to remove heat from the surface of the component.
According to an eleventh aspect, in the seventh aspect, the plurality of entrances penetrate the first non-conductive substance.
According to a twelfth aspect, in the eleventh aspect, the first nonconductive material is composed of at least one of ceramic, plastic, PVC, and fiber reinforced plastic.
According to a thirteenth aspect, in the eleventh aspect, the plurality of entrances are in a fixture, and the fixture further includes a titanium cathode ring portion.
According to a fourteenth aspect, in the thirteenth aspect, the titanium cathode ring portion is adjacent to the first non-conductive substance in the vertical direction.
According to a fifteenth aspect, in the first aspect, the plurality of entrances penetrate the first non-conductive substance, the reaction chamber is a fixture, and the plurality of entrances are the fixed parts. The fixture is further provided with a titanium cathode ring portion.
According to a sixteenth aspect, in the fifteenth aspect, the titanium cathode ring portion is adjacent to the first non-conductive substance in the vertical direction.
17番目の発明によれば、構成要素を陽極処理する固定具であって、複数の進入口が形成された反応室を備えており、前記複数の進入口の各々が、電解質を鉛直方向において零度ではない少なくとも1つの角度をなして前記構成要素に向けるように配置される、固定具が提供される。
18番目の発明によれば、17番目の発明において、前記鉛直方向において零度ではない少なくとも1つの角度が、鉛直方向において零度ではない少なくとも2つの角度である。
19番目の発明によれば、18番目の発明において、前記鉛直方向において零度ではない少なくとも2つの角度のうちの少なくとも第1の角度が零度よりも大きく、かつ前記鉛直方向において零度ではない少なくとも2つの角度のうちの少なくとも第2の角度が零度より小さいようにされている。
20番目の発明によれば、19番目の発明において、前記複数の進入口の各々が、前記流体を水平方向において零度ではない少なくとも1つの角度をなして前記構成要素に向けるようにさらに配置される。
21番目の発明によれば、20番目の発明において、前記水平方向において零度ではない少なくとも1つの角度が、水平方向において零度ではない少なくとも2つの角度である。
22番目の発明によれば、20番目の発明において、当該固定具が前記反応室を覆うカバーを有しており、前記カバーは、前記電解質を前記構成要素の反応面に向けるように配置された底面を有する。
23番目の発明によれば、22番目の発明において、前記複数の進入口と前記カバーの底面とが協働して、前記電解質が前記反応面において入替るようにする。
24番目の発明によれば、23番目の発明において、前記複数の進入口と前記カバーの底面とが協働して、前記電解質に前記反応面から熱を除去せしめる。
25番目の発明によれば、24番目の発明において、前記カバーの底面が複数の傾斜部を有する。
26番目の発明によれば、22番目の発明において、前記複数の進入口が第1の非導電性物質を貫通している。
27番目の発明によれば、26番目の発明において、前記第1の非導電性物質が、セラミック、プラスチック、PVCおよび繊維強化プラスチックのうちの少なくとも1つから構成されるとともに、当該固定具がチタン製陰極環部をさらに備える。
28番目の発明によれば、25番目の発明において、前記チタン製陰極環部が前記第1の非導電性物質に対して鉛直方向に隣接している。
According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided a fixture for anodizing a component, comprising a reaction chamber formed with a plurality of inlets, each of which has an electrolyte in the vertical direction of zero degrees. A fixture is provided that is positioned to face the component at an angle that is not.
According to an eighteenth aspect, in the seventeenth aspect, at least one angle that is not zero degrees in the vertical direction is at least two angles that are not zero degrees in the vertical direction.
According to a nineteenth aspect, in the eighteenth aspect, at least a first angle of at least two angles that are not zero degrees in the vertical direction is greater than zero degrees, and at least two that are not zero degrees in the vertical direction. At least a second of the angles is set to be smaller than zero degrees.
According to a twentieth aspect, in the nineteenth aspect, each of the plurality of inlets is further arranged to direct the fluid to the component at an angle that is not zero degrees in the horizontal direction. .
According to a twenty-first aspect, in the twentieth aspect, at least one angle that is not zero degrees in the horizontal direction is at least two angles that are not zero degrees in the horizontal direction.
According to a twenty-second aspect, in the twentieth aspect, the fixture has a cover that covers the reaction chamber, and the cover is disposed so that the electrolyte faces the reaction surface of the component. Has a bottom surface.
According to the twenty-third aspect, in the twenty-second aspect, the plurality of inlets and the bottom surface of the cover cooperate to exchange the electrolyte on the reaction surface.
According to a twenty-fourth aspect, in the twenty-third aspect, the plurality of inlets and the bottom surface of the cover cooperate to cause the electrolyte to remove heat from the reaction surface.
According to a 25th aspect, in the 24th aspect, the bottom surface of the cover has a plurality of inclined portions.
According to a twenty-sixth aspect, in the twenty-second aspect, the plurality of entrances penetrate the first non-conductive substance.
According to a twenty-seventh aspect, in the twenty-sixth aspect, the first nonconductive material is composed of at least one of ceramic, plastic, PVC, and fiber reinforced plastic, and the fixture is made of titanium. A cathode ring portion is further provided.
According to the 28th invention, in the 25th invention, the titanium cathode ring portion is adjacent to the first non-conductive substance in the vertical direction.
29番目の発明によれば、構成要素を電解処理する電解処理方法であって、反応流体を複数の経路に沿わせて前記構成要素に向けることを含み、前記複数の経路の各々が鉛直方向において零度ではない少なくとも1つの角度のうちの1つをなしている、電解処理方法が提供される。
30番目の発明によれば、30番目の発明において、反応流体を複数の経路に沿わせるとともに鉛直方向において零度ではない少なくとも1つの角度のうちの1つをなして前記構成要素に向ける際において、反応流体を複数の経路に沿わせて前記構成要素に向けることを含み、前記複数の経路の各々が鉛直方向において零度ではない少なくとも2つの角度のうちの1つをなしている。
31番目の発明によれば、30番目の発明において、前記鉛直方向において零度ではない少なくとも2つの角度のうちの少なくとも第1の角度が零度よりも大きく、かつ前記鉛直方向において零度ではない少なくとも2つの角度のうちの少なくとも第2の角度が零度より小さいようにされている。
32番目の発明によれば、30番目の発明において、前記複数の経路の各々が、水平方向において零度ではない少なくとも1つの角度をなしている。
33番目の発明によれば、32番目の発明において、前記水平方向において零度ではない少なくとも1つの角度が、水平方向において零度ではない少なくとも2つの角度である。
34番目の発明によれば、33番目の発明において、前記反応流体が表面において入替るようにすることをさらに含む。
35番目の発明によれば、34番目の発明において、熱を前記構成要素の表面から除去することをさらに含む。
36番目の発明によれば、32番目の発明において、前記反応流体を複数の経路に沿わせて前記構成要素に向ける際において、前記反応流体を第1の非導電性物質に通して向ける。
37番目の発明によれば、32番目の発明において、前記反応流体を複数の経路に沿わせて前記構成要素に向ける際において、前記反応流体を、陰極環部に対して鉛直方向に隣接する第1の非導電性物質に通して向ける。
38番目の発明によれば、32番目の発明において、前記反応流体を複数の経路に沿わせて前記構成要素に向ける際において、前記反応流体を、チタン製陰極環部に対して鉛直方向に隣接する第1の非導電性物質に通して向ける。
According to a twenty-ninth aspect of the invention, there is provided an electrolytic treatment method for electrolytically treating a component, including directing a reaction fluid along the plurality of paths toward the component, wherein each of the plurality of paths is in a vertical direction. An electrolytic process is provided that forms one of at least one non-zero angle.
According to the thirtieth aspect, in the thirtyth aspect, when the reaction fluid is directed along the plurality of paths and directed to the component at one of at least one angle that is not zero degrees in the vertical direction, Directing the reaction fluid along a plurality of paths to the component, each of the plurality of paths forming one of at least two non-zero angles in the vertical direction.
According to a thirty-first aspect, in the thirtieth aspect, at least a first angle of at least two angles that are not zero degrees in the vertical direction is greater than zero degrees and at least two that are not zero degrees in the vertical direction At least a second of the angles is set to be smaller than zero degrees.
According to a thirty-second aspect, in the thirtieth aspect, each of the plurality of paths forms at least one angle that is not zero degrees in the horizontal direction.
According to a thirty-third aspect, in the thirty-second aspect, at least one angle that is not zero degrees in the horizontal direction is at least two angles that are not zero degrees in the horizontal direction.
According to a thirty-fourth aspect of the invention, in the thirty-third aspect, the method further includes allowing the reaction fluid to be exchanged on the surface.
According to a thirty-fifth aspect, in the thirty-fourth aspect, further includes removing heat from the surface of the component.
According to the thirty-sixth aspect, in the thirty-second aspect, when the reaction fluid is directed to the component along a plurality of paths, the reaction fluid is directed through the first non-conductive substance.
According to a thirty-seventh aspect, in the thirty-second aspect, when the reaction fluid is directed toward the component along a plurality of paths, the reaction fluid is adjacent to the cathode ring portion in the vertical direction. Direct through one non-conductive material.
According to the thirty-eighth aspect, in the thirty-second aspect, when the reaction fluid is directed toward the component along a plurality of paths, the reaction fluid is adjacent to the titanium cathode ring portion in the vertical direction. Directed through the first non-conductive material.
以下の図面、詳細な説明および添付の特許請求の範囲を参照すると、本発明の他の主要な特徴および利点が、当該技術分野に属する当業者に明らかになるであろう。 Other major features and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art with reference to the following drawings, detailed description and appended claims.
本発明の少なくとも1つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、本発明の適用例において以下の詳細な説明に記載され、または図面に表された構成部品の構造および配列の細部に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態によることも可能であり、種々の態様において実施され、または実行されうる。また、本明細書において採用される言葉の表現および用語は本発明を説明する目的のためであって、限定的に解釈されるべきではないことを理解されたい。同様の構成部品を示すために同様の参照符号が用いられる。 Before describing at least one embodiment of the present invention in detail, the present invention will be described in detail in the following detailed description of the application of the present invention or in the details of the structure and arrangement of components shown in the drawings. It should be understood that it is not limited. The invention is capable of other embodiments and of being practiced or carried out in various ways. It should also be understood that the wording and terminology employed herein is for the purpose of describing the present invention and should not be construed as limiting. Similar reference numerals are used to indicate similar components.
特定の固定具によりアルミニウム部品を陽極処理するための特定の陽極処理システムおよび陽極処理方法を参照して本発明について説明するが、本発明は他の陽極処理システムおよび陽極処理方法とともに実施可能であるとともに、他の固定具に保持された他の材料を含む他の部品を陽極処理するために用いられうることがまず始めに理解されるべきである。 Although the present invention will be described with reference to a specific anodizing system and anodizing method for anodizing aluminum components with a particular fixture, the present invention can be practiced with other anodizing systems and anodizing methods. At the same time, it should be understood that it can be used to anodize other parts, including other materials held in other fixtures.
本明細書において記載される「陽極処理方法」および「陽極処理装置」は、一般的に特許文献4の従来技術に則しているが、後述する変更点を有している。一般的な陽極処理方法および陽極処理システムを図1のブロック図により示す。陽極処理作用は処理容器100において発生する(より詳細に後述する)。作用電極102(すなわち、陽極処理されるようになる部分)は、処理容器100の一部である反応容器104内に配置される。陽極処理を行った後、構成要素または部品102は浄化タンク110に移動されて、浄化タンク110において、作用電極102が、浄化水貯蔵槽112から1組の噴霧ノズル118を通って浄化室116内へとポンプ114によって汲み上げられる水により浄化される。浄化水は浄化水出口119を通って浄化室116を離れ、浄化水貯蔵槽112に戻る。作用電極または部品102は、浄化処理の間、所定の位置に機械的に保持される。浄化処理を行った後、作用電極102は乾燥容器120に搬送され、乾燥容器120において、作用電極102は、幾つかの乾燥空気進入口124を通って乾燥容器120内に汲上げられるヒータ122からの高温の空気により乾燥される。本明細書において記載される「構成要素」には、処理されるまたは陽極処理されるデバイスまたは対象物が含まれる。
The “anodic treatment method” and “anodic treatment apparatus” described in the present specification are generally in accordance with the prior art of
代替的な態様は、複数の工程(例えば陽極処理および浄化処理)を単一の容器において行うこと、または品質管理の手段として構成要素を検査する部署を(例えば乾燥容器120に続いて)付与することを含む。この検査工程は、公知の技術、例えばニューラルネットワーク解析を利用して自動的に行ってもよい。 Alternative embodiments provide multiple departments (eg, anodizing and cleaning processes) in a single vessel, or provide a department (eg, following the drying vessel 120) to inspect components as a quality control measure. Including that. This inspection process may be automatically performed using a known technique, for example, neural network analysis.
ここで図2を参照すると、外方円形移送室201および内方反応容器104を含む、処理容器100および関連する構成要素の概略的な断面が示されている。反応媒体(電解質溶液)は、処理容器100の下方に配置されていて処理容器100と流体的に連通している反応媒体貯蔵槽202から幾つかの進入口チャネル205を通って移送室201まで圧力ポンプ203により移送される。代替的な態様は他の形状をなした室を含むとともに、異なる位置に在る進入口および出口を含む。本明細書において記載される「流体的な連通」には、流体が或る位置または容器から他の位置または容器へと流れることができる経路または接続部が含まれる。本明細書において記載される「反応室」には、処理されるべきまたは陽極処理されるべき構成要素が配置される容器が含まれる。本明細書において記載される「移送室」には、電解質または流体を格納するとともにそれらを反応室へと移動させる容器およびパイプなどが含まれる。
Referring now to FIG. 2, a schematic cross section of the
移送チャネル201および反応容器104は内壁によって隔離されており、内壁は、不活性物質から構成される下方部206と、一部が対電極をなすとともに一部が(従来技術とは異なり)非導電性注入環部をなしていて1組の反応媒体進入口またはノズル210が形成された上方部207とからなる。或いは、壁部全体が電極であってもよい。反応媒体は、部分207を貫通する反応媒体進入口またはノズル210を通って反応容器104に進入する。反応媒体は、水平方向において零度ではない角度をなすとともに、(従来技術とは異なり)構成要素、部品、アルミニウム製基材または作用電極102の表面に対し、鉛直方向において零度ではない角度をなして反応容器104に進入する。前記部品に対する水平方向における角度は、15度から90度まで(または−15度から−90度まで)、好ましくは60度から70度まで(または−60度から−70度まで)の範囲内である。前記構成要素に対する鉛直方向における角度は、15度から85度まで、好ましくは20度から40度までの範囲内である。本明細書において記載される「鉛直方向における角度」には水平方向に対する角度が含まれ、鉛直方向において上向きの角度は零度よりも大きく、鉛直方向において下向きの角度は零度よりも小さい。
The
反応媒体は反応媒体出口212を通って反応容器104を離れ、反応媒体貯蔵槽202に戻る。(部分206および部分207から構成される)内壁および外壁213は底壁214に固定されている。壁部206,213,214は不活性物質、例えばポリプロピレンから構成されている。反応容器104は可動式頂部蓋部によって閉塞されており、可動式頂部蓋部は、不活性物質、例えばポリプロピレンから構成されているとともに、カバー蓋部219および取付固定具220を備えており、作用電極102がこの可動式頂部蓋部内に配置される。取付固定具220は交換可能であるとともに、陽極処理される特定の部品または作用電極102のために特別に形成されている。本明細書において記載される「固定具」には、反応室並びに壁部、進入口、カバー、陰極および接続部などが含まれる。本明細書において記載される「(反応室または固定具の)カバー」には、チャンバからなる反応室に被さる表面部分が含まれ、部分的に開放していてもよく、若しくはカバーを通って延在する構成要素を有していてもよく、またはそれら両方であってもよい。
The reaction medium leaves the
作用電極102の上方部は空気に暴露されていて、処理の間に作用電極102に集積する熱の分散作用を向上させている。作用電極102における被膜の選択的な形成作用は、従来技術に則した態様、特に特許文献4の図3および図4において、例えば頂部マスクなどを用いて得ることができる。取付用およびマスキング用のデバイスは、特許文献4に記載されるように金属製基材において被膜を高速で選択的に形成するのを可能にする。
The upper portion of the working
反応媒体は、反応生成物(熱)が金属製基材(作用電極)から除去されるような態様により、対電極における孔を通して金属製基材に向けて噴霧される。図3は、注入環部301の断面図を水平方向に対して或る角度をなして示している。複数の進入口1001は水平方向において60度と70度との間の角度をなして示されている。また、これら進入口1001は、より詳細に後述するように鉛直方向において零度ではない角度をなしている。
The reaction medium is sprayed towards the metal substrate through the holes in the counter electrode in such a way that the reaction product (heat) is removed from the metal substrate (working electrode). FIG. 3 shows a cross-sectional view of the
反応媒体は、特許文献4に記載されるように硫酸および適切な有機酸のうちの少なくとも一方の溶液であってよい。電解質は、好ましくは格納されて適切な処理温度まで冷却されるとともに、適切な流速で反応室内に汲上げられる。電解質が流れる方向はアルミニウム材表面に向いていて、そのため熱が熱発生領域から離れて移送される。電解質は、構成要素、例えばアルミニウム製ピストンに向いた対電極を通って、外方円形進入口室における反応箇所へと移送される。対電極には、反応室に至る1〜50、好ましくは10〜30の移送進入口が形成されている。対電極は整流器に接続されていて、陰極(負極)として作用する。特許文献4に記載されているもののようなパルス電流パターンを用いるのが好ましい。 The reaction medium may be a solution of at least one of sulfuric acid and a suitable organic acid as described in US Pat. The electrolyte is preferably stored and cooled to an appropriate processing temperature and pumped into the reaction chamber at an appropriate flow rate. The direction in which the electrolyte flows is toward the aluminum material surface, so that heat is transferred away from the heat generation area. The electrolyte is transferred to a reaction site in the outer circular entry chamber through a counter electrode facing a component, for example an aluminum piston. The counter electrode is formed with 1 to 50, preferably 10 to 30, transfer entrances leading to the reaction chamber. The counter electrode is connected to a rectifier and acts as a cathode (negative electrode). It is preferable to use a pulse current pattern such as that described in US Pat.
図3を再び参照すると、内壁の部分207の注入環部301の断面図が示されている。注入環部301には進入口1001が形成されており、その断面は、進入口1001の鉛直方向における角度に等しい角度をなしている。断面図が水平方向において角度をなしている場合には、進入口は長円形に現れるであろう。これら進入口1001は、水平方向において60度と70度との間の角度をなしていて、したがって、流体を水平方向において零度ではない角度をなして構成要素に向ける。本明細書において記載される「構成要素に向けられる」には、構成要素までの最短距離が短縮されるように構成要素に直接的に、または傾斜して向けられることが含まれる。
Referring again to FIG. 3, a cross-sectional view of the
好適な実施形態において、進入口1001は非導電性物質を貫通している。かかる非導電性物質の例は、セラミック、プラスチック、PVC、繊維強化プラスチックなどを含む。好適な実施形態は、注入環部301の全体が非導電性を呈することを提供する。他の実施形態は、進入口1001の間の部分が導電性を呈することを提供する。本明細書において記載される「非導電性」には、処理に用いられる電圧において電気的に絶縁されうる材料が含まれる。
In the preferred embodiment, the
注入環部301および陰極(または対電極)401を備える部分207の斜視図が図4に示される。陰極401はチタンから構成されるのが好ましく、(従来技術とは異なり)注入環部301に対して鉛直方向に隣接していて注入環部301の直下に在る。他の実施形態においては、(なお注入環部301に対して鉛直方向に隣接していて)注入環部301の直上に在るか、または進入口1001の間に隣接して配置される陰極401が設けられる。本明細書において記載される「鉛直方向に隣接する」とは、鉛直方向における近接状態、接触状態、または近傍に在る状態を含む。
A perspective view of a
これら進入口は陰極を通っていないので、合金化された材料を処理する際に陽極処理溶液に進入する溶解金属が貼付くことによって進入口が目詰まりする可能性はより低い。むしろ、本発明を採用することによって、望ましくない貼付作用が主として重要ではない領域、例えば環部401または環部301の表面に制限されるようになる。
Since these entrances do not pass through the cathode, it is less likely that the entrances will become clogged due to sticking of molten metal entering the anodizing solution when processing the alloyed material. Rather, by employing the present invention, undesirable sticking action is mainly restricted to areas that are not important, for example, the surface of the
進入口は、鉛直方向において零度ではない角度をなしていて、したがって流体を鉛直方向において零度ではない角度をなして構成要素に向ける。図5は、好適な実施形態に係る固定具220における構成要素102の鉛直断面図を示している。進入口1001は、鉛直方向において或る角度、好ましくは20度から40度までの間をなして示されている。進入口1001は長円形をなして現れており、なぜなら、この断面は水平方向において零度の角度をなしており、進入口1001は水平方向において零度ではない角度をなしているからである。代替的な実施形態は、鉛直方向において負の角度と、鉛直方向において零度ではない2以上の角度と、水平方向において零度ではない2以上の角度とのうちの少なくとも1つを進入口1001に対して付与する。例えば、交互に位置する進入口ごとに、それぞれ鉛直方向において30度および−30度の角度をなしうる。
The entrance is at a non-zero angle in the vertical direction and thus directs the fluid to the component at a non-zero angle in the vertical direction. FIG. 5 shows a vertical cross-sectional view of
構成要素102はピストンであり、固定具220におけるスペーサ501によって所定位置に支持される。反応流体は、矢印503によって示されるように進入口1001を通って進入する。進入口1001は非導電性環部301を貫通している。非導電性環部301は、陰極401に対して鉛直方向に隣接して配置されている。カバー505は、固定具220の上方に配置され、流体はカバー505と固定具220との間を通過する。従来技術とは異なり、カバー505の底面は、上向きの傾斜部を備えることにより、流体をピストン102に向けるように成形されている。より具体的には、カバー505の底面は、第1の傾斜領域507および第2の傾斜領域508を含んでいる。これら傾斜領域507,508は、組合されて零度ではない平均傾斜部を形成している。代替的な態様においては単一の傾斜部が設けられ、若しくは複数の傾斜部がそれら傾斜部どうしを結合する急激な移行部とともに設けられ、または傾斜が連続的に変化する傾斜部が設けられる。本明細書において記載される「カバーの底面」とは、反応流体に最も近位に在るカバーの表面である。
The
流体は、矢印510で示されるようにカバー505の底面によって、および進入口1001によってピストン102に向けられる。流体は、矢印511,512で示される経路に沿って格納室まで戻る。カバー505の底面の形状および進入口の方向503は、矢印510,511が示されている箇所に層流を形成するのを補助している。
Fluid is directed to the
したがって、本発明は、鉛直方向および水平方向において零度ではない角度をなすとともに、非導電性物質を貫通する進入口またはノズルを固定具に設けている。零度ではない角度は、カバーの傾斜底面と協働して、電解質がピストンにおける環形溝に流れ込めるようにするとともに、電解質溶液が陽極処理領域の界面において入替れるようにする。矢印510,511で示されるこの電解質の流れの循環作用は、電解質が熱を効果的に除去できるようにするとともに、流体(電解質)がアルミニウム材の表面において入替れるようにして、稠密の酸化物構造体を形成する。さらに、この協働作用は、電解質が陽極処理界面において補充されるのさえも補助し、電解質注入ノズルの間におけるいかなる潜在的なホットスポットをも減少させる。本明細書において記載される「表面における流体の入替」とは、新しい流体を反応面に向けることを含む。種々の代替的な態様は、カバーの傾斜底面の有無、および非導電性進入口環部の有無にかかわらず、鉛直方向において零度ではない角度を水平方向において零度の角度とともに有している。他の代替的な態様は、鉛直方向において零度ではない角度の有無、水平方向において零度ではない角度の有無、およびカバーの傾斜底面(すなわち、零度ではない平均傾斜)の有無にかかわらず、非導電性進入口環部を有している。追加の代替的な態様は、非導電性進入口環部の有無、鉛直方向において零度ではない角度の有無、水平方向において零度ではない角度の有無にかかわらず、流体を構成要素に向けるカバーの底面(例えば傾斜底面)を有することを含む。
Therefore, according to the present invention, the fixing tool is provided with an entrance or nozzle that forms a non-zero angle in the vertical and horizontal directions and penetrates the non-conductive material. The non-zero angle, in cooperation with the inclined bottom surface of the cover, allows electrolyte to flow into the annular groove in the piston and allows the electrolyte solution to switch at the anodized region interface. This circulation of the electrolyte flow, indicated by
意図される本発明の範囲内に含まれる多数の変更が本発明になされうる。したがって、前述した目的および利点を完全に充足する電気鍍金を行う電気鍍金システムおよび電気鍍金方法のための陽極処理方法および陽極処理装置が、本発明に従って提供されることが明らかであるべきである。本発明についてその特定の実施形態とともに説明したが、多くの代替物、変更物および変形物が当業者にとって明らかであることは明白である。したがって、添付の特許請求の範囲に係る本発明の精神および広範な範囲内に含まれる、かかる代替物、変更物および変形物のすべてを享受することが意図されている。 Numerous modifications can be made to the present invention that fall within the intended scope of the invention. Accordingly, it should be apparent that an electroplating system and an anodizing method for an electroplating method and an anodizing apparatus for electroplating that fully satisfy the objects and advantages set forth above are provided in accordance with the present invention. While the invention has been described in conjunction with specific embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, it is intended to enjoy all such alternatives, modifications and variations that fall within the spirit and broad scope of the present invention as set forth in the appended claims.
100 処理容器
102 作用電極
104 反応容器
201 移送室
220 固定具
301 注入環部
401 陰極環部
505 カバー
507 傾斜領域
508 傾斜領域
1001 進入口
DESCRIPTION OF
Claims (38)
反応室を備え、該反応室は、前記構成要素の少なくとも一部を該反応室内に配置するとともに反応流体を保持するようになっており、
さらに、
前記反応室と流体的に連通する移送室を備え、流体が、前記構成要素に向けられた複数の進入口を通って該移送室から前記反応室に進入し、前記複数の進入口の各々は、前記流体を鉛直方向において零度ではない少なくとも1つの角度をなして前記構成要素に向けるように配置されており、
さらに、
前記流体が前記反応室から前記移送室まで戻る流体帰還路を備える、電解処理装置。 An electrolytic processing apparatus for electrolytically processing the surface of a component,
A reaction chamber, wherein the reaction chamber is arranged to hold at least a part of the components in the reaction chamber and hold a reaction fluid;
further,
A transfer chamber in fluid communication with the reaction chamber, wherein fluid enters the reaction chamber from the transfer chamber through a plurality of inlets directed to the component, each of the plurality of inlets being , Arranged to direct the fluid toward the component at least one non-zero angle in the vertical direction;
further,
An electrolytic treatment apparatus comprising a fluid return path for returning the fluid from the reaction chamber to the transfer chamber.
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