JP4458171B2 - アルマイト処理装置及びアルマイト処理装置におけるアルマイト処理良否判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、アルマイト加工時の電極間電圧の変化を検出することで、インラインで全数スパーク検出を可能とし、加工品質の良否判定を行うようにした、アルマイト処理装置及びアルマイト処理装置におけるアルマイト処理良否判定方法に関するものである。

周知のように、アルマイト加工は、アルミそのものの表面を人工的に酸化させた、アルマイト（陽極酸化皮膜）を形成する加工法である。
アルマイト加工の方法としては、例えば、硫酸、しゅう酸などの電解液の中で、陽極側にアルミ製品、陰極側に鉛板を結合して通電することによりなされる。

特許文献１では、アルマイト膜形成方法について開示されている。すなわち、特許文献１では、プラズマにさらされても、アルミ表面からの不純物放出を抑制し、ウエーハ表面への不純物付着を防止して、ＩＣ不良を防止するために、脱脂処理の際、苛性ソーダのかわりに有機溶剤と純粋を使用するとしている。

特開平８−１２４９０号公報

特許文献２では、半導体や液晶ディスプレイの製造工程などで使用されるアルミニウムまたはアルミニウム合金表面に発生する静電気によるトラブルを解消するため、アルミニウムまたはアルミニウム合金表面に平均表面粗さ（Ｒａ）が５ミクロン以上である粗い凹凸を有する粗面を形成するとしている。
また、特許文献２では、不導体であるアルマイト被膜に、電気伝導性を向上させた、導電性アルマイトを形成して被膜の電気抵抗値を半導体領域とし、被膜の適度な導電性により電荷が緩やかに除電され、その結果スパークによる静電破壊が抑制されるとしている。

特開２００６−２９１２５９号公報

しかしながら、スパークが発生しないように、低い電流・電圧で行うと、処理時間が長くなる欠点があった。さりとて、処理時間を短くするために、高い電流・電圧で加工しようとすると、スパークが発生し、不良加工品が多数製造される虞がある。
そのため、加工したワークを全数目視によるチェックを行うか、画像によるチェックをせざるを得なくなる。
かかる目視チェックでは人によって判定のばらつきは避けられないし、画像によるチェックでは、撮像可能なエリアに限られ、品質管理を全数行うのは困難である。
本発明はこのような課題を改善するために提案されたものであって、アルマイト加工時の電極間電圧の変化を検出することで、インラインで全数スパーク検出を可能とし、加工品質の良否判定を行うようにした、アルマイト処理装置及びアルマイト処理装置におけるアルマイト処理良否判定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１にかかる発明では、処理液槽（２）と、この処理液層（２）内に貯留するアルマイト処理用溶液中に浸漬された第１、第２の電極（３ａ、３ｂ）と、これら第１、第２電極（３ａ、３ｂ）のうちのいずれかに取付けた、アルマイト処理すべきワーク（Ｗ）と、これら第１、第２電極（３ａ、３ｂ）間に通電する電源（４）とを備えたアルマイト処理装置（１）において、第１、第２電極（３ａ、３ｂ）間の電圧変動を検出することで、スパーク発生を監視して、スパーク発生による、表面荒れを検出して加工品質の良否判定を行う判定手段（５）を備え、
判定手段（５）は、第１、第２電極（３ａ、３ｂ）間の電圧をサンプリングしながら、現在のサンプリング値と直前のサンプリング値の差分値を算出し、その差分値がそれまでの最大の値であれば差分最大値として保持し、この差分最大値と予め設定された値とを比較して、加工の良否を判定することを特徴とする。

判定手段（５）によって、第１、第２電極（３ａ、３ｂ）間の電圧をサンプリングして、現在の電圧のサンプリング値と直前の電圧のサンプリング値との差分値を算出することで、第１、第２電極（３ａ、３ｂ）間の電圧が瞬時に変化したことを検出することができる。
第１、第２電極（３ａ、３ｂ）間の電圧が瞬時に変化したことを検出することで、アルマイト処理すべきワーク（Ｗ）と、ワーク（Ｗ）を取付ける第１、第２電極（３ａ、３ｂ）のいずれかとの接触抵抗が瞬時に変動することから、スパーク発生による表面荒れを検出したとして、ワーク（Ｗ）のアルマイト処理は加工不良と判定することができる。
一方、第１、第２電極（３ａ、３ｂ）間の電圧が瞬時に変化することがなければ、そのアルマイト処理は良好であるとする判定が可能となる。

さらに、請求項２にかかる発明では、アルマイト処理用溶液中に浸漬された第１、第２電極（３ａ、３ｂ）に対して通電し、通電終了か否かを判断する第１のステップ（Ｓ１）と、通電時に第１、第２電極（３ａ、３ｂ）間の電圧を計測する第２のステップ（Ｓ２）と、第２ステップ（Ｓ２）で計測された電圧値を記憶する第３のステップ（Ｓ３）と、第３ステップ（Ｓ３）で記憶された電圧値と、直前の、第３ステップ（Ｓ３）で記憶された電圧値との差分値を演算する第４のステップ（Ｓ４）と、差分値が現在までに記憶された差分最大値未満であれば第１ステップ（Ｓ１）に戻り、差分値が現在までに記憶された差分最大値以上であれば、以降のステップに進む第５のステップ（Ｓ５）と、第５ステップ（Ｓ５）において現在までに記憶された差分最大値以上であると判定された差分値を新しい差分最大値として記憶する第６のステップ（Ｓ６）と、第１ステップ（Ｓ１）において通電終了と判断されるまで第１ステップ（Ｓ１）から第６ステップ（Ｓ６）を繰り返し、通電終了後、第６ステップ（Ｓ６）において記憶された最新の差分最大値が所定の設定値以上か否かを判断し、差分最大値が設定値未満であれば加工良好と判定し、差分最大値が設定値以上であれば加工不良と判定する良否判定ステップ（Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９）とを実行することを特徴とする。

これにより、第１、第２電極（３ａ、３ｂ）に対して通電することで、アルマイト処理用溶液中のワーク（Ｗ）にアルマイト処理が施される。
第１、第２電極（３ａ、３ｂ）に対して通電され、第１ステップで通電中であるか通電終了かがチェックされる。通電中であれば、第１、第２電極（３ａ、３ｂ）間の電圧をサンプリングしながら逐一電圧計測を行う（第２ステップＳ１）。この第２ステップで計測した電圧値を取り込み、記憶する（第３ステップＳ３）。そして、第４ステップでは、第３ステップ（Ｓ３）で記憶された電圧値と、直前の、第３ステップ（Ｓ３）で記憶された電圧値との差分値を演算する。第５ステップでは、この差分値が現在までに記憶された差分最大値未満であれば、第１ステップ（Ｓ１）に戻る。一方、差分値が現在までに記憶された差分最大値以上であれば、以降のステップに進む。
そして、第６ステップでは、第５ステップ（Ｓ５）で現在までに記憶された差分最大値以上であると判定された差分値を、新しい差分最大値として記憶する。
以上の第１ステップ（Ｓ１）から第６ステップ（Ｓ６）までの手順は、第１ステップ（Ｓ１）において通電終了と判断されるまで繰り返し実行される。

そして、通電終了後、第６ステップ（Ｓ６）において記憶された最新の差分最大値が、所定の設定値以上か否かを判断し、差分最大値が設定値未満であれば加工良好と判定し、差分最大値が設定値以上であれば加工不良と判定する良否判定ステップを実行する（ステップＳ７、ステップＳ８、ステップＳ９）。
以上のように、アルマイト加工時の電極間電圧の変化を検出することで、インラインで全数スパーク検出を可能とし、加工品質の良否判定を行うことができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

図１に、アルマイト処理装置１の一例を模式的に示す。このアルマイト処理装置１は、処理液槽２と、この処理液層２内に貯留するアルマイト処理用溶液中に浸漬した第１、第２の電極３ａ、３ｂと、これら第１、第２電極３ａ、３ｂのうちの陽極側に取付けた、アルマイト処理すべきワークＷと、これら第１、第２電極３ａ、３ｂに対し、通電用導線Ｌを通じて通電する電源４とを具備している。

処理液槽２に貯留されるアルマイト処理用溶液には、例えば硫酸、しゅう酸などの電解液を用いることができる。
かかる構成により、アルマイト処理装置１は、第１、第２電極３ａ、３ｂのうちの陽極側に取付けた、アルマイト処理すべきワークＷに直流電流を流し、水が電気分解して発生する酸素とアルミニウムを反応させる。するとワークＷ表面に多孔質で電気絶縁性の大きい酸化アルミニウム被膜が生成される。この酸化アルミニウム被膜を、高温高圧の水蒸気中にさらすことにより、水分を含ませると孔がふさがって耐食性が得られる。
なお、アルマイト処理において電解液の温度を、例えば０℃〜５℃と低温にし、電流密度を高くして、低合金アルミニウムを陽極として酸化処理することで、硬質アルマイト処理を行うことができる。かかる硬質アルマイト処理による製品は、アルミ素材に比べ数倍から２０倍程度の硬度が得られるほか、摩擦係数が少ないため耐摩耗性、潤滑性に優れ、かかる特徴を生かし、機械部品としてもその用途が広がっている。

電源４には、周知の直流電源装置を用いることができる。

次に、以上のような構成のアルマイト処理装置１に対し、第１、第２電極３ａ、３ｂには、判定手段５が接続される（図２参照）。この判定手段５は、第１、第２電極３ａ、３ｂ間の電圧変動を検出することで、スパーク発生を監視して、スパーク発生による、表面荒れを検出して加工品質（アルマイト処理の品質）の良否判定を行うようにしている。

判定手段５は、例えば周知のハード構成（Ｉ／Ｏインタフェース、ＡＤ変換器、ＣＰＵ、メモリ等）で、メモリ等に格納されたプログラムを基に、電源４から、通電用導線Ｌを通じて通電される第１、第２電極３ａ、３ｂ間の電圧を監視し、この電圧変動を検出することで、スパーク発生を監視して、スパーク発生による、表面荒れを検出して加工品質（アルマイト処理の品質）の良否判定を行う。

そこで、上記良否判定処理について、図３に示すフローチャートを基に説明する。
先ず、処理液層２内のアルマイト処理用溶液中に浸漬した第１、第２の電極３ａ、３ｂのうちの陽極側に、アルマイト処理すべきワークＷを取付ける。次いで、これら第１、第２電極３ａ、３ｂに対し、電源４から通電用導線Ｌを通じて通電する。

第１、第２電極３ａ、３ｂに対して通電されると、第１ステップＳ１で通電中であるか通電終了かがチェックされる。
通電中であれば、第１、第２電極３ａ、３ｂ間の電圧を高速でサンプリングしながら逐一電圧計測を行う（第２ステップＳ２）。この場合、第１、第２電極３ａ、３ｂ間の電圧は、例えば２ｍｓごとサンプリングがなされ、Ａ／Ｄ変換、データ処理を行って電圧計測がなされる。

次いで、第２ステップＳ２で計測した電圧値を取り込み、記憶する（第３ステップＳ３）。
そして、第４ステップＳ４で、連続するサンプリングされた計測値間の差分値を演算する。すなわち、第３ステップＳ３で記憶された電圧値と、直前の、第３ステップＳ３で記憶された電圧値との差分値を演算する。
第５ステップＳ５で差分値の比較を行い、差分値が差分最大値以上かをチェックする。
第３ステップＳ３で得られた差分値がそれまでの値で最大であれば、それを差分最大値として更新し、記憶する（第６ステップＳ６）。
第５ステップＳ５で、最大値でなければ、第１ステップＳ１に戻り、以上の手順を繰り返し、その都度、差分最大値の更新を行って記憶する。以上の手順は、第１ステップＳ１において通電終了と判断されるまで、第１、第２電極３ａ、３ｂ間の電圧をサンプルするタイミングで繰り返し実行される。

そして、通電終了後、第６ステップＳ６において記憶された最新の差分最大値が、所定の設定値以上か否かを判断し、差分最大値が設定値未満であれば加工良好と判定し、差分最大値が設定値以上であれば加工不良と判定する良否判定ステップを実行する（ステップＳ７、ステップＳ８、ステップＳ９）。
以上のように、アルマイト加工時の電極間電圧の変化を検出することで、インラインで全数スパーク検出を可能とし、加工品質の良否判定を行うことができる。

ここで、図４に、実際に計測したワーク毎の差分電圧値（差分最大値）を示す。これによると、正常なワークＷの差分最大値は、せいぜい、略１７Ｖ以下であり、スパークを発生する不良ワークＷでは、差分最大値が８０Ｖ、１００Ｖと、顕著なピーク値を発現していることがわかる。
このことから、図３に示すフローチャートの第７ステップＳ７において、差分最大値の設定値を例えば２０Ｖとして、良否判定を行えばよいことになる。

以上のように、アルマイト処理したワークに表面荒れが形成されると、アルマイト加工時の電極間電圧の変化を検出することで、スパークに起因する差分最大値に顕著なピーク値を発現することを利用し、正常なワークＷの差分最大値との比較で容易に、ワークの良否判定を実現することができる。

アルマイト処理良否判定方法を実行するための、アルマイト処理装置の一例を示す、模式的構成図である。 図１に示すアルマイト処理装置に、アルマイト処理良否判定方法を実行するための判定装置を接続した、模式的構成図である。 アルマイト処理良否判定方法を実行するためのフローチャートである。 実際に複数のワークから、求めた際の正常品と不良品とにおける差分電圧のうちの差分最大値を示した、グラフである。

符号の説明

１ アルマイト処理装置
２ 処理液槽
３ａ 第１電極
３ｂ 第２電極
４ 電源
５ 判定手段
Ｗ ワーク
Ｌ 通電用導線

Claims (2)

1. 処理液槽（２）と、この処理液層（２）内に貯留するアルマイト処理用溶液中に浸漬された第１、第２の電極（３ａ、３ｂ）と、これら第１、第２電極（３ａ、３ｂ）のうちのいずれかに取付けた、アルマイト処理すべきワーク（Ｗ）と、これら第１、第２電極（３ａ、３ｂ）間に通電する電源（４）とを備えたアルマイト処理装置（１）において、
   前記第１、第２電極（３ａ、３ｂ）間の電圧変動を検出することで、スパーク発生を監視して、スパーク発生による、表面荒れを検出して加工品質の良否判定を行う判定手段（５）を備え、
   前記判定手段（５）は、前記第１、第２電極（３ａ、３ｂ）間の電圧をサンプリングしながら、現在のサンプリング値と直前のサンプリング値の差分値を算出し、その差分値がそれまでの最大の値であれば差分最大値として保持し、この差分最大値と予め設定された値とを比較して、加工の良否を判定することを特徴とするアルマイト処理装置。
2. アルマイト処理用溶液中に浸漬された第１、第２電極（３ａ、３ｂ）に対して通電し、通電終了か否かを判断する第１のステップ（Ｓ１）と、
   通電時に前記第１、第２電極（３ａ、３ｂ）間の電圧を計測する第２のステップ（Ｓ２）と、
   前記第２ステップ（Ｓ２）で計測された電圧値を記憶する第３のステップ（Ｓ３）と、
   前記第３ステップ（Ｓ３）で記憶された電圧値と、直前の、第３ステップ（Ｓ３）で記憶された電圧値との差分値を演算する第４のステップ（Ｓ４）と、
   前記差分値が現在までに記憶された差分最大値未満であれば前記第１ステップ（Ｓ１）に戻り、前記差分値が前記現在までに記憶された差分最大値以上であれば、以降のステップに進む第５のステップ（Ｓ５）と、
   前記第５ステップ（Ｓ５）において前記現在までに記憶された差分最大値以上であると判定された前記差分値を新しい差分最大値として記憶する第６のステップ（Ｓ６）と、
   前記第１ステップ（Ｓ１）において通電終了と判断されるまで前記第１ステップ（Ｓ１）から前記第６ステップ（Ｓ６）を繰り返し、
   通電終了後、前記第６ステップ（Ｓ６）において記憶された最新の差分最大値が所定の設定値以上か否かを判断し、
   前記差分最大値が前記設定値未満であれば加工良好と判定し、
   前記差分最大値が前記設定値以上であれば加工不良と判定する良否判定ステップ（Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９）とを実行することを特徴とするアルマイト処理装置におけるアルマイト処理良否判定方法。

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