JP6217312B2 - 陽極酸化処理装置及び陽極酸化処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属製の被処理体を陽極酸化処理する技術に関する。

従来、例えば下記特許文献１から３にはいずれも、金属製の被処理体を陽極酸化処理する技術が種々開示されている。特許文献１には、陽極酸化処理時の被処理体の熱焼けを防止するべく、複数の噴出ノズルから被処理体に噴出する電解液の流速を管理する技術が開示されている。また、特許文献２，３にはいずれも、陽極酸化処理時の被処理体の熱焼けを防止するべく、円筒状の被処理体を回転させつつ、当該被処理体の外周に向けて電解液を噴射する技術が開示されている。

特開平１１−２３６６９６号公報 特開２００８−２９１３０２号公報 特開２００６−３３６０５０号公報

（発明が解決しようとする課題）
特許文献２に開示の技術は、陽極酸化処理時に被処理体を回転させることにより、特許文献１に開示の技術に比べて被処理体の表面温度を抑制して熱焼け防止の強化を図る可能性を有するが、特に表面に凸部を備えた金属製の被処理体において陽極酸化処理を行う場合には、被処理体表面の部分的な温度上昇を抑えることによって陽極酸化被膜の膜厚の均一化を図る更なる技術が要請される。

そこで本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、表面に凸部を備えた金属製の被処理体の陽極酸化処理において、陽極酸化被膜の膜厚の均一化を図るのに有効な技術を提供することである。

（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するため、本発明に係る陽極酸化処理装置は、表面に凸部を備えた金属製の被処理体を陽極酸化処理する装置であって、電解槽、第１電極部、第２電極部、電極装置、保持装置及び第１噴射装置を含む。

電解槽は、陽極酸化処理のための電解液を貯留する機能を果たす。第１電極部は、電解槽の電解液に浸漬された浸漬状態の被処理体に電気的に接続される金属製の部位として構成される。第２電極部は、浸漬状態の被処理体に対向する金属製の部位として構成される。電極装置は、第１電極部と第２電極部との間に所定電圧を印加する機能を果たす。この電極装置が作動することによって、被処理体の陽極酸化処理が開始される。保持装置は、浸漬状態の被処理体を保持しつつ回転させる機能を果たす。陽極酸化処理時にこの保持装置によって被処理体を回転させることで、陽極酸化処理時に被処理体において発生した熱を除去して被処理体の全表面に均一な陽極酸化被膜を形成させる助けになる。

第１噴射装置は、陽極酸化処理のための電解液を電解槽内の貯留空間のうち被処理体から外れた所定領域に向けて噴射方向線上から被処理体が外れるように噴射する。この場合、第１噴射装置から噴射した電解液が被処理体に直接的に向かう可能性が低くなる。従って、回転時の被処理体に電解液が直接的に作用することで生じる乱流によって陽極酸化処理の際に被処理体の表面温度にばらつきが生じるのを抑制することができる。その結果、被処理体の表面に形成される陽極酸化被膜の膜厚が不均一になるのを抑制することができる。

本発明に係る上記の陽極酸化処理装置では、所定領域は、電解槽の電解液の液面と浸漬状態の被処理体の上面との間の上方領域である。この場合、第１噴射装置は、被処理体の上面に沿った方向について上方領域に向けて電解液を噴射する。第１噴射装置によって噴射された電解液は、上方領域に滞留している電解液を拡散させ、これにより被処理体の冷却を促進することができる。特に、陽極酸化処理時の電解液の温度上昇で生じる対流によって上方領域に高温の電解液が滞留し易くなり、これにより被処理体の上面の温度が相対的に上昇し易くなるが、この上方領域に電解液を積極的に噴射することによって、上方領域の高温の電解液を拡散させて被処理体の上面と他の部位との温度差を解消することができる。その結果、被処理体の上面に形成される陽極酸化被膜の膜厚が他の部位に比べて厚くなるのを抑制することができる。

本発明に係る上記の陽極酸化処理装置では、第１噴射装置は、上方領域のうち、被処理体の回転中心軸に向けて電解液を噴射する機能を果たすのが好ましい。この場合、上方領域に滞留している電解液を拡散させる効果に加えて、被処理体の回転中心軸に向けて噴射された電解液によって被処理体の上面の冷却効果を向上させることができる。

本発明に係る上記の陽極酸化処理装置では、第１噴射装置は、上方領域のうち、電解槽の電解液の液面よりも被処理体の上面に近い領域に向けて電解液を噴射する機能を果たすのが好ましい。これにより、上方領域に滞留している電解液を拡散させる効果が高まり、被処理体の上面の冷却効果を向上させることができる。

本発明に係る上記の陽極酸化処理装置は、更に第２噴射装置を含むのが好ましい。この第２噴射装置は、陽極酸化処理のための電解液を電解槽の底面と浸漬状態の被処理体の下面との間の下方領域に向けて噴射する。第２噴射装置によって噴射された電解液は、被処理体の下面に直接的に作用することによって、当該下面を積極的に冷却することができる。また、この第２噴射装置によって噴射された電解液は、下方領域での電解液の拡散作用によって当該電解液の局所的な滞留を抑え、これにより被処理体の冷却を促進することができる。第１噴射装置及び第２噴射装置を組み合わせることで、被処理体の上面及び下面の部分的な温度上昇を抑えることが可能になる。その結果、陽極酸化処理時に被処理体の全表面に形成される陽極酸化被膜の膜厚の均一化を図ることができる。

本発明に係る上記の陽極酸化処理装置は、更に第３噴射装置を含むのが好ましい。この第３噴射装置は、陽極酸化処理のための電解液を浸漬状態の被処理体の凸部に向けて噴射する。第３噴射装置によって噴射された電解液は、被処理体の凸部に直接的に作用する。被処理体の凸部には電力集中によって温度上昇が生じ易くなり、その結果、凸部に形成される陽極酸化被膜の膜厚が相対的に厚くなる傾向があるが、凸部を積極的に冷却することで、凸部の表面に形成される陽極酸化被膜の膜厚が他の部位に比べて厚くなるのを抑制することができる。第１噴射装置及び第３噴射装置を組み合わせることで、被処理体の上面及び凸部の部分的な温度上昇を抑えることが可能になる。その結果、陽極酸化処理時に被処理体の全表面に形成される陽極酸化被膜の膜厚の均一化を図ることができる。

本発明に係る陽極酸化処理方法は、表面に凸部を備えた金属製の被処理体を陽極酸化処理する方法であり１又は複数のステップを含む。このステップでは、陽極酸化処理のための電解液が貯留された電解槽に被処理体を浸漬して回転させるとともに、浸漬状態の被処理体に電気的に接続された第１電極部と、電解槽のうち浸漬状態の被処理体との対向位置に設けられた第２電極部との間に所定電圧を印加する。このステップでは、更に陽極酸化処理のための電解液を電解槽内の貯留空間のうち被処理体から外れた所定領域に向けて噴射方向線上から被処理体が外れるように噴射する。この場合、噴射した電解液が被処理体に直接的に向かう可能性が低くなる。従って、回転時の被処理体に電解液が直接的に作用することで生じる乱流によって陽極酸化処理の際に被処理体の表面温度にばらつきが生じるのを抑制することができる。その結果、被処理体の表面に形成される陽極酸化被膜の膜厚が不均一になるのを抑制することができる。

前記の陽極酸化処理方法では、所定領域は、電解槽の電解液の液面と浸漬状態の被処理体の上面との間の上方領域である。この場合、前記のステップでは、上方領域に向けて、被処理体の上面に沿った方向に電解液を噴射する。これにより、上方領域に滞留している電解液を拡散させ、被処理体の冷却を促進することができる。その結果、被処理体の上面に形成される陽極酸化被膜の膜厚が他の部位に比べて厚くなるのを抑制することができる。

以上のように、本発明によれば、表面に凸部を備えた金属製の被処理体の陽極酸化処理において、陽極酸化被膜の膜厚の均一化を図ることが可能になった。

本発明の第１実施形態の陽極酸化処理装置１０の概略構成を示す図である。 図１中の被処理体１００の平面図である。 図１中の電解槽２０の概略構成を示す図である。 図３中の電解槽２０のＡ−Ａ線に関する断面構造を示す図である。 図３中の電解槽２０のＢ−Ｂ線に関する断面構造を示す図である。 図２中の被処理体１００の表面に設定された温度測定点を示す図である。 本発明の第２実施形態の陽極酸化処理装置２１０の概略構成を示す図である。 図７中の電解槽２２０の概略構成を示す図である。 図８中の電解槽２２０のＣ−Ｃ線に関する断面構造を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１には、本発明の「陽極酸化処理装置」の第１実施形態の陽極酸化処理装置１０の概略構成が示されている。この陽極酸化処理装置１０は、金属製の被処理体（「ワーク」ともいう）１００の陽極酸化処理を行うための装置である。この陽極酸化処理装置１０は、その構成要素として収容容器１１に収容される電解槽２０、電解槽２０に取り付けられる保持装置３０、電極装置４０、電解液タンク５０、電解液移送装置６０を含む。陽極酸化処理の典型例として、アルミニウム材料からなる被処理体を陽極とし、この被処理体を硫酸やクロム酸等の酸性の電解液を用いて電気化学的に酸化させることによって、その表面に酸化アルミニウムの被膜（陽極酸化被膜）を生成させる処理が挙げられる。

電解槽２０は、陽極酸化処理のための電解液を貯留する機能を果たす。この電解槽２０は、側壁を形成する断面円形の筒部２１と、筒部２１の一方の開口部（上部開口）を閉鎖する底部２２とを備えている。底部２２は樹脂製であり、筒部２１は金属製である。この筒部２１は、円筒状の電極としての機能を果たす。これら筒部２１及び底部２２によって区画される空間は、電解液を貯留するための貯留空間２０ａとして構成される。即ち、筒部２１の内周面と底部２２の内面とによって貯留空間２０ａが規定される。保持装置３０によって保持された状態の被処理体１００は、貯留空間２０ａに貯留された電解液にその全体が浸漬される。これにより、被処理体１００の全表面に陽極酸化処理を施すことが可能となる。この電解槽２０が本発明の「電解槽」に相当する。収容容器１１は、電解槽２０からオーバーフローした電解液を貯留可能な貯留空間１１ａを備えている。

保持装置３０は、電解槽２０の電解液に浸漬された浸漬状態の被処理体１００を回転保持するための金属製の２つの保持部材３１と、これら２つの保持部材３１によって保持された被処理体１００を回転させるためのモータ３４を備えている。この場合、電解槽２０の電解液の液面と交差する方向に長尺状に延在する１又は複数の保持部材３１を用いることができる。この保持装置３０は、電解槽２０の電解液に浸漬された浸漬状態の被処理体１００を保持しつつ回転させる機能を果たすものであり本発明の「保持装置」に相当する。

電極装置４０は、電解槽２０及び保持装置３０の保持部材３１のそれぞれを電源に電気的に接続するための装置であり、電流計４１、電圧計４２及び整流器（図示省略）を含む。この電極装置４０では、陽極（プラス）が保持装置３０の保持部材３１に電気的に接続される一方で、陰極（マイナス）が電解槽２０の筒部（円筒状の電極）２１に電気的に接続されている。従って、保持部材３１を介して電極装置４０の陽極に接続された被処理体１００が陽極酸化処理のための陽極としての機能を果たし、電極装置４０の陰極に接続された電解槽２０の筒部（円筒状の電極）２１が陽極酸化処理のための陰極としての機能を果たす。この電極装置４０は、電解槽２０と保持装置３０の保持部材３１との間に所定電圧を印加する機能を果たすものであり本発明の「電極装置」に相当する。

電解液タンク５０は、電解液（「処理液」ともいう）を貯留するためのタンクである。この電解液は、被処理体１００の陽極酸化処理に際し電解液タンク５０から電解槽２０に供給され、また電解槽２０から電解液タンク５０に回収される。電解液の温度は陽極酸化処理時に上昇するため、電解液タンク５０又はその周辺に電解液を冷却するための装置を設けるのが好ましい。

電解液移送装置６０は、供給配管６１、吐出ポンプ６４及び回収配管６５を備えている。供給配管６１は、電解液タンク５０に貯留した電解液を電解槽２０内の貯留空間２０ａに供給するためのものである。この供給配管６１は、第１分岐配管６２及び第２分岐配管６３に分岐して電解槽２０に接続されている。吐出ポンプ６４は、供給配管６１に接続されており、電解液タンク５０に貯留した電解液を高圧化して吐出する機能を果たす。回収配管６５は、電解槽２０からオーバーフローして収容容器１１の貯留空間１１ａに貯留された電解液を電解液タンク５０に戻すためのものである。この場合、構造を簡素化するためには、電解液タンク５０を収容容器１１の貯留空間１１ａよりも低所に配置し、高低差を利用して回収配管６５を通じて電解液タンク５０に電解液を戻す構造を採用するのが好ましい。一方で、ポンプ等の移動手段を用いて収容容器１１の貯留空間１１ａから電解液タンク５０に電解液を戻す構造を採用することもできる。

被処理体１００は、平板状の金属材料（アルミニウム合金）によって構成される。図２に示すように、この被処理体１００は、電解槽２０の電解液の液面に沿って延在する円板状の本体部１０１と、本体部１０１から中心部１０１ａを中心に電解槽２０の電解液の液面に沿って放射状に突出する４つの凸部（「突出片」ともいう）１０３を備えている。この被処理体１００の外郭（外形）は、例えばこれら４つの凸部１０３の先端部を通る仮想円Ｃ（直径をＤ１とする円）によって規定される。本体部１０１は、２つの保持部材３１が挿設される貫通穴１０２をもつ。この貫通穴１０２に２つの保持部材３１が挿設された状態で、本体部１０１及び２つの保持部材３１が連結手段（図示省略）によって互いに連結されることによって、被処理体１００が保持装置３０に保持される。即ち、被処理体１００のうちの本体部１０１が保持装置３０による実質的な保持部分になる。被処理体１００が保持装置３０に保持された状態では、この被処理体１００の４つの凸部１０３はいずれも保持部材３１の延在方向と直交する方向に延在する。

上記の電解槽２０及び保持装置３０のそれぞれの詳細な構造については図３〜図５が参照される。

図３に示すように、保持装置３０では、モータ３４に接続された回転軸３３の回転が、通電部３２を介して電極装置４０の陽極に電気的に接続された長軸状の２つの保持部材３１に伝達される。従って、モータ３４が駆動されることによって２つの保持部材３１は被処理体１００とともに回転軸３３まわりに回転動作する。モータ３４は、長軸状の保持部材３１を軸周りに回転駆動させる駆動装置として構成される。保持装置３０の典型的な構造として、保持部材３１と被処理体１００との間の接触面積（陽極面積）を例えば１６［ｍｍ^２］に設定することができる。通電部３２及び保持部材３１は、電解槽２０の電解液に浸漬された浸漬状態の被処理体１００に電気的に接続される電極部であり、本発明の「第１電極部」を構成する。

図３に示すように、電解槽２０の筒部２１には、電解液移送装置６０の第１分岐配管６２に連通する噴射口２３及び噴射口２４が設けられている。即ち、第１分岐配管６２は、電解槽２０内に貫通状に形成された貫通路２１ａを通じて噴射口２３及び噴射口２４に連通している。また、電解槽２０の底部２２には、電解液移送装置６０の第２分岐配管６３に連通する噴射口２５が設けられている。即ち、第２分岐配管６３は、電解槽２０内に貫通状に形成された貫通路２２ａを通じて噴射口２５に連通している。これらの噴射口２３，２４，２５はいずれも、電解槽２０の貯留空間２０ａに電解液を噴射するためのものであり、典型的にはそれぞれの噴射口の個数を４〜８、口径を４〜８［ｍｍ］に設定することができる。この場合、電解槽２０内に噴射口２３〜２５のそれぞれに通じる貫通路を設けることで、電解液を噴射するための噴射配管等を別途設ける必要がなく、噴射装置の構造を簡素化することができる。電解槽２０の筒部２１は、電解槽２０のうち電解液の浸漬された浸漬状態の被処理体１００との対向位置に設けられる電極部であり、本発明の「第２電極部」を構成する。この場合、金属製の電解槽２０は、電解液を貯留する貯留機能と第２電極部の電極機能とを兼務している。即ち、第２電極部が電解槽２０の全部によって構成されている。これにより第２電極部の構造を簡素化することができる。

噴射口２３は、電解槽２０の筒部２１の内壁面のうち電解槽２０内の底面から第１の高さＨ１の位置に開口形成されている。この噴射口２３は、図４が参照されるように、貯留空間２０ａのうち被処理体１００の４つの凸部１０３のそれぞれに対応する凸部領域１１０に向けて電解液を噴射可能となるように複数（図４では４つ）設けられるのが好ましい。１つの凸部領域１１０に対して１又は複数の噴射口２３を割り当てることができる。この場合、凸部領域１１０は、電解槽２０の貯留空間２０ａのうち被処理体１００の各凸部１０３とその周辺領域を含む領域として規定される。この噴射口２３は、電解液移送装置６０、及び第１分岐配管６２に連通する電解槽２０内の貫通路２１ａとともに、被処理体１００の凸部１０３（貯留空間２０ａの凸部領域１１０）に向けて電解液を噴射するための噴射装置（本発明の「第３噴射装置」に相当する）を構成する。

噴射口２４は、電解槽２０の筒部２１の内壁面のうち電解槽２０内の底面から第２の高さＨ２（＞Ｈ１）の位置に開口形成されている。この噴射口２４は、図５が参照されるように、貯留空間２０ａのうち被処理体１００の上方に位置する上方領域１２０に向けて被処理体１００の側方から電解液を噴射可能となるように複数（図５では４つ）設けられるのが好ましい。この場合、上方領域１２０は、電解槽２０の貯留空間２０ａのうち電解液の液面Ｌ、被処理体１００の上面１００ａ及び筒部２１の内壁面によって規定される。各噴射口２４からの電解液は電解槽２０内の貯留空間２０ａのうち被処理体１００から外れた上方領域１２０に向けて噴射方向線上から被処理体１００が外れるように噴射される。要するに、各噴射口２４の噴射軸線を延長した場合に、被処理体１００は各噴射口２４の噴射軸線と交わらない。この上方領域１２０が本発明の「所定領域」及び「上方領域」に相当する。この噴射口２４は、電解液移送装置６０、及び第１分岐配管６２に連通する電解槽２０内の貫通路２１ａとともに、貯留空間２０ａの上方領域１２０に向けて電解液を噴射するための噴射装置（本発明の「第１噴射装置」に相当する）を構成する。

この噴射口２４は、上方領域１２０のうち、被処理体１００の中心部（回転中心軸）１０１ａに向けて電解液を噴射する機能を果たすのが好ましい。この場合、上方領域１２０に滞留している電解液を拡散させる効果に加えて、被処理体１００の回転中心軸１０１ａに向けて噴射された電解液によって被処理体１００の上面１００ａの冷却効果を向上させることができる。また、この噴射口２４は、上方領域１２０のうち、電解槽２０の電解液の液面Ｌよりも被処理体１００の上面１００ａに近い領域に向けて電解液を噴射する機能を果たすのが好ましい。この場合、電解槽２０の上下方向（深さ方向）に関し被処理体１００の上面１００ａに近接した領域に電解液が噴射される。これにより、上方領域１２０に滞留している電解液を拡散させる効果が高まり、被処理体１００の上面１００ａの冷却効果を向上させることができる。

噴射口２５は、電解槽２０の底部２２の内壁面（底面）のうち保持装置３０によって保持された被処理体１００の下方の位置に開口形成されている。この噴射口２５は、貯留空間２０ａのうち被処理体１００の下方に位置する下方領域１３０に向けて電解液を噴射可能となるように複数設けられるのが好ましい。この場合、下方領域１３０は、電解槽２０の貯留空間２０ａのうち底部２２の内壁面、被処理体１００の下面及び筒部２１の内壁面によって規定される。この下方領域１３０が本発明の「下方領域」に相当する。この噴射口２５は、電解液移送装置６０、及び第２分岐配管６３に連通する電解槽２０内の貫通路２２ａとともに、貯留空間２０ａの下方領域１３０に向けて電解液を噴射するための噴射装置（本発明の「第２噴射装置」に相当する）を構成する。

上記構成の陽極酸化処理装置１０を用いて、被処理体１００の陽極酸化処理を行う方法（陽極酸化処理方法）では、例えば下記のステップを採用することができる。一方で、この陽極酸化処理は、下記のステップに限定されるものではなく、手順の入れ替えや追加等、必要に応じて適宜の変更が可能である。

まず、保持装置３０によって保持された状態の被処理体１００を電解槽２０内の貯留空間２０ａにセットする。その後、モータ３４を駆動するとともに吐出ポンプ６４を起動することによって、電解液タンク５０と電解槽２０との間における電解液の循環を確立する。即ち、電解液タンク５０の電解液は吐出ポンプ６４によって高圧化されて吐出され、供給配管６１の第１分岐配管６２及び第２分岐配管６３を通じて電解槽２０内へ供給される。電解槽２０内の電解液は、筒部２１の上縁を越えてオーバーフローすることにより収容容器１１の貯留空間１１ａに一旦貯留された後、回収配管６５を通じて電解液タンク５０に回収される。モータ３４が駆動されると、回転が、回転軸３３および保持部材３１を介して被処理体１００に伝達される。これにより、被処理体１００は、中心部（回転中心軸）１０１ａを中心として回転する。その際、被処理体１００が電解槽の電解液の液面に沿って突出する（回転軸３３上の軸線と交差する方向に突出する）凸部１０３（突出片）を備えるため、この凸部１０３が電解液に強い撹拌作用を付与する。この撹拌作用によって遠心力を受けた電解液の液面Ｌは、被処理体１００の回転中心側が陥没し、被処理体１００の回転外方側（筒部２１の内壁面側）が上がり易く、その結果、電解槽２０から電解液がオーバーフローし易くなる。なお、本実施形態において、被処理体１００の回転中心軸１０１ａは、回転軸３３、保持部材３１、および円筒状の電極となる筒部２１と同軸に配置されている。

電解槽２０では、噴射口２３，２４，２５のそれぞれから電解液が噴射されることによって、貯留空間２０ａに電解液流れが形成される。この場合、吐出ポンプ６４の下流、特には各噴射口の上流に、電解液の噴射流量を制御するための流量制御手段を設けるのが好ましい。

噴射口２３から噴射された電解液は、被処理体１００の側方から貯留空間２０ａのうち対応する凸部領域１１０に向けて供給されて、被処理体１００の凸部１０３に直接的に作用する。被処理体１００の各部位のうち凸部には電力集中によって温度上昇が生じ易くなり、その結果、凸部に形成される陽極酸化被膜の膜厚が相対的に厚くなる傾向がある。そこで、噴射口２３から噴射された電解液によって被処理体１００の凸部１０３を積極的に冷却することで、凸部１０３の表面に形成される陽極酸化被膜の膜厚が他の部位に比べて厚くなるのを抑制することができる。

噴射口２４から噴射された電解液は、被処理体１００の側方から貯留空間２０ａのうち被処理体１００の上方に位置する上方領域１２０に向けて供給される。この電解液が、上方領域１２０に滞留している電解液を拡散させ、これにより被処理体１００の冷却を促進することができる。特に、陽極酸化処理時の電解液の温度上昇で生じる対流によって上方領域１２０に高温の電解液が滞留し易くなり、これにより被処理体１００の上面１００ａの温度が相対的に上昇し易くなるが、この上方領域１２０に低温の電解液を積極的に噴射することによって、上方領域１２０の高温の電解液を拡散させて被処理体１００の上面１００ａと他の部位との温度差を解消することができる。その結果、被処理体１００の上面１００ａに形成される陽極酸化被膜の膜厚が他の部位に比べて厚くなるのを抑制することができる。また、前述のような液面Ｌの陥没時に噴射口２４から噴射された電解液は、凸部１０３の撹拌作用によって遠心力を受けた電解液を被処理体１００の回転中心側に押し戻す機能を果たす。これにより、電解槽２０の電解液が過剰なオーバーフローによって電解槽２０外へ飛散するのを抑えることができる。

噴射口２５から噴射された電解液は、被処理体１００の下方から貯留空間２０ａのうち被処理体１００の下方に位置する下方領域１３０に向けて供給される。この電解液が被処理体１００の下面に直接的に作用することによって、当該下面を積極的に冷却することができる。また、この噴射口２５から噴射された電解液は、下方領域１３０での電解液の拡散作用によって当該電解液の局所的な滞留を抑え、これにより被処理体１００の冷却を促進することができる。

本実施の形態では、電解槽２０を断面円形の筒部２１によって構成しているため、噴射口２３，２４，２５のそれぞれから電解液が噴射されたときに貯留空間２０ａに形成される電解液流れを均一にすることができ、また電極間距離（陽極としての被処理体１００と陰極としての筒部２１との間の離間距離）を均等にすることができる。電解槽２０の筒部２１の典型的な構造として、筒部２１の内径Ｄ２を被処理体１００の外径Ｄ１の２〜３倍の範囲に設定することができる（図３参照）。この場合、電解槽２０内に、被処理体１００を均一に冷却するために必要な電解液の量を確保しつつ、電解液の局所的な滞留を抑制するのに好適である。また、筒部２１の断面形状を円形以外の形状、例えば楕円や多角形にしてもよい。

次に、被処理体１００との間に所定電圧を印加するべく電極装置４０を作動させる。これにより、貯留空間２０ａの電解液に全体的に浸漬されている被処理体１００の実質的な陽極酸化処理が実行される。この陽極酸化処理時に被処理体１００の表面に陽極酸化被膜が形成されつつ当該被処理体１００において熱が発生する。このとき、被処理体１００の全体を電解液に浸漬した状態で当該被処理体１００に回転を加えることで、陽極酸化処理時に被処理体１００において発生した熱を除去して被処理体１００の全表面に均一な陽極酸化被膜を形成させる助けになる。モータ３４の回転速度を１００［ｒｐｍ］から４００［ｒｐｍ］までの範囲に設定することで特に効率的に熱除去を行うことができる。

ここで、上記構成の陽極酸化処理装置１０を用いて下記の処理条件で陽極酸化処理を行った場合の実施結果について説明する。

（実施結果）
上記の処理条件で陽極酸化処理を行ったときの、被処理体１００の表面の温度上昇を測定した。この場合、被処理体１００の表面の複数の温度測定点について、陽極酸化処理時の温度を所定の温度計測手段（例えば、熱電対）を用いて測定した。具体的には、図６が参照されるように、被処理体１００のうち電解槽２０の液面（図３中の液面Ｌ）に対向する上面１００ａに温度測定点Ｓ１〜Ｓ１０を設定し、上面１００ａとは反対側の下面１００ｂに温度測定点Ｓ１ａ〜Ｓ１０ａを設定した。特に、温度測定点Ｓ３，Ｓ３ａ，Ｓ５，Ｓ５ａ，Ｓ８，Ｓ８ａ，Ｓ１０，Ｓ１０ａが被処理体１００の本体部１０１に設定され、温度測定点Ｓ１，Ｓ１ａ，Ｓ２，Ｓ２ａ，Ｓ４，Ｓ４ａ，Ｓ６，Ｓ６ａ，Ｓ７，Ｓ７ａ，Ｓ９，Ｓ９ａが被処理体１００の凸部１０３に設定されている。その結果、被処理体１００の表面の温度上昇を２〜５［℃］に抑えることができた。例えば、被処理体１００の４つの温度測定点Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ８ａ，Ｓ９ａに着目した場合、被処理体１００の表面の温度上昇を３［℃］以下に抑えることが可能になった。

また、この陽極酸化処理後に、被処理体１００の表面に形成された陽極酸化被膜の膜厚を既知の膜厚測定方法にしたがって計測した。その結果、温度測定点Ｓ１〜Ｓ１０，Ｓ１ａ〜Ｓ１０ａのいずれにおいても、陽極酸化被膜の膜厚が例えば１０［μｍ］から１５［μｍ］までの範囲であり、その膜厚のばらつきが例えば２．１［μｍ］から３．１［μｍ］までの範囲であった。従って、陽極酸化処理装置１０を用いることによって、被処理体１００の全表面に形成される陽極酸化被膜の膜厚のばらつきを５［μｍ］を下回るレベルに抑えることができ、当該膜厚の均一化を図るのに有効であることが確認された。

上記構成の陽極酸化処理装置１０によれば、特に噴射口２４からの電解液の噴射によって、被処理体１００の上面１００ａに形成される陽極酸化被膜の膜厚が他の部位に比べて厚くなるのを抑制することができる。また、この噴射口２４に噴射口２５を組み合わせることで、被処理体１００の上面１００ａ及び下面１００ｂの部分的な温度上昇を抑えることが可能になる。また、この噴射口２４に噴射口２３を組み合わせることで、被処理体１００の上面１００ａ及び凸部１０３の部分的な温度上昇を抑えることが可能になる。その結果、陽極酸化処理時に被処理体１００の全表面に形成される陽極酸化被膜の膜厚の均一化を図ることができる。

（第２実施形態）
図７には、第２実施形態の陽極酸化処理装置２１０の概略構成が示されている。この陽極酸化処理装置２１０は、前述の電解槽２０と同様の機能を果たす電解槽２２０を備える一方で、この電解槽２２０における電解液の噴射構造のみが電解槽２０と相違している。電解液の噴射構造以外の構成については電解槽２０と同様であるため、以下の説明では、この噴射構造についてのみ説明し、その他の説明は省略する。

電解槽２２０の筒部（円筒状の電極）２２１には、電解液移送装置６０の一系統のみの供給配管６１に連通する噴射口２２３が設けられている。即ち、電解槽２２０では、電解槽２０の噴射口２３，２４，２５に代えて噴射口２２３のみを用いている。供給配管６１は、電解槽２２０の底部２２２に貫通状に形成された貫通路２２２ａを通じて噴射口２２３に連通している。噴射口２２３は、電解槽２２０の底部２２２の内壁面（底面）２２２ａのうち保持装置３０によって保持された被処理体１００の下方に開口形成されている。

噴射口２２３は、図８及び図９が参照されるように、貯留空間２２０ａのうち被処理体１００が回転する際に形成される回転外周面１０４（図９中の仮想円Ｃで示す回転外周軌道（旋回外周軌道））に沿った一方向（上向き）のみについて回転外周面１０４よりも径方向外側の側方領域１４０に向けて電解液を噴射可能に構成されている。側方領域１４０は、図９が参照されるようにドーナツ状の領域として構成される。噴射口２２３は、電解槽２２０の底部２２２の外周円Ｄ上に複数（図９では８つ）設けられるのが好ましい。この場合、外周円Ｄは、筒部２２１の内壁面２２１ａによって形成される内壁円と中心を共有する同心円であって、且つこの内壁円の径を若干下回る径を備える。各噴射口２２３からの電解液は電解槽２２０内の貯留空間２２０ａのうち被処理体１００から外れた側方領域１４０に向けて噴射方向線上から被処理体１００が外れるように噴射される。要するに、各噴射口２２３の噴射軸線を延長した場合に、被処理体１００は各噴射口２２３の噴射軸線と交わらない。これにより、各噴射口２２３から噴射した電解液が被処理体１００に直接的に向かう可能性が低くなる。従って、回転時の被処理体１００に電解液が直接的に作用することで生じる乱流によって陽極酸化処理の際に被処理体１００の表面温度にばらつきが生じるのを抑制することができる。その結果、被処理体１００の表面に形成される陽極酸化被膜の膜厚が不均一になるのを抑制することができる。特に、電解液の噴射方向が被処理体１００の回転外周面１０４に沿った一方向のみであるため、例えば互いに対向する電解液の流れの干渉によって乱流が発生するのを抑制することができる。従って、陽極酸化処理の際に被処理体１００の表面温度にばらつきが生じるのをより確実に抑えることができ、被処理体１００の表面に形成される陽極酸化被膜の膜厚が不均一になるのをより確実に抑制することができる。ここでいう側方領域１４０が、本発明の「所定領域」及び「側方領域」に相当する。噴射口２２３は、電解液移送装置６０とともに、貯留空間２２０ａの側方領域１４０に向けて電解液を噴射するための噴射装置（本発明の「第１噴射装置」に相当する）を構成する。

図９に示すように、複数の噴射口２２３は、電解槽２２０の底部２２２の外周円Ｄ上に等間隔で配置されるのが好ましい。これにより、各噴射口２２３から側方領域１４０に向の電解液をバランス良く噴射することができる。また、各噴射口２２３は、外周円Ｄ上に長尺状に延在する長孔として構成されるのが好ましい。これにより、筒部２２１の内壁面２２１ａに沿って上方に向かう電解液の流れを内壁面２２１ａの周方向について均一化させる構造を、少ない数の噴射口によって実現することができる。

噴射口２２３の設定位置は、電解槽２２０の底部２２２の内壁面（底面）２２２ａのうち図９中の被処理体１００の回転外周面１０４と筒部２２１の内壁面２２１ａとによって区間される領域（ドーナツ状の領域）の範囲内において適宜に変更が可能である。これにより、噴射口２２３から噴射された電解液の流れが、回転時の被処理体１００に近い位置に形成される乱流によって乱れる可能性が低くなる。より具体的には、被処理体１００の径方向について筒部２２１の内壁面２２１ａと被処理体１００の回転外周面１０４との中間位置Ｍよりも筒部２２１の内壁面２２１ａ側に噴射口２２３の位置を設定するのが好ましい。或いは、被処理体１００の径方向について被処理体１００の回転外周面１０４から被処理体１００の外径Ｄ１の４分の１以上、筒部２２１の内壁面２２１ａ側に離間した位置に噴射口２２３の位置を設定するのが好ましい。これにより、噴射口２２３から噴射され被処理体１００の下方から上向きに流れる電解液を、筒部２２１の内壁面２２１ａに沿って側方領域１４０まで円滑に誘導することが可能になる。この場合、１又は複数の噴射口２２３の開口面積は合計で５００［ｍｍ^２］以上の範囲に設定されるのが好ましい。これにより、噴射口２２３から側方領域１４０に向かう電解液の流速を所望のレベルに抑えることが可能になる。

上記の電解槽２２０では、底部２２２の内壁面（底面）２２２ａが平坦面或いは湾曲面として構成され得る。特に、この内壁面（底面）２２２ａが下に凸の湾曲面である場合、被処理体１００の下方領域から下向きに流れる電解液はこの湾曲面に作用することによって、筒部２２１の内壁面２２１ａ付近の噴射口２２３に向けて外方へ誘導され易い。その結果、被処理体１００の下方領域の電解液を噴射口２２３に誘導した後、更に噴射口２２３から噴射される電解液とともに側方領域１４０まで円滑に誘導する流れを形成させることが可能になる。

上記構成の陽極酸化処理装置２１０を用いて、被処理体１００の陽極酸化処理を行う方法（陽極酸化処理方法）では、陽極酸化処理装置１０について前述したステップと同様のステップを採用することができる。即ち、電解槽２２０では、噴射口２２３のみから電解液が噴射されることによって、貯留空間２２０ａに電解液流れが形成される。

（実施結果）
上記構成の陽極酸化処理装置２１０を用いて、陽極酸化処理装置１０と同様の陽極酸化処理を行った場合の実験結果によれば、被処理体１００の表面の温度上昇を低く抑え得ることが確認された。例えば、被処理体１００の４つの温度測定点Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ８ａ，Ｓ９ａ（図６参照）に着目した場合、被処理体１００の表面の温度上昇を１［℃］以下に抑えることが可能になった。

また、陽極酸化処理後の陽極酸化被膜の膜厚を計測した結果、温度測定点Ｓ１〜Ｓ１０，Ｓ１ａ〜Ｓ１０ａ（図６参照）のいずれにおいても、陽極酸化被膜の膜厚が例えば１０［μｍ］から１５［μｍ］までの範囲であり、その膜厚のばらつきが例えば１．９［μｍ］から２．８［μｍ］までの範囲であった。従って、陽極酸化処理装置２１０を用いることによって、被処理体１００の全表面に形成される陽極酸化被膜の膜厚のばらつきを５［μｍ］を下回るレベルに抑えることができ、当該膜厚の均一化を図るのに有効であることが確認された。

上記構成の陽極酸化処理装置２１０によれば、陽極酸化処理装置１０を用いる場合と同様に、陽極酸化処理時に被処理体１００の全表面に形成される陽極酸化被膜の膜厚の均一化を図ることができる。また、電解液移送装置６０の一系統のみの供給配管６１に連通する噴射口２２３を採用することによって、設備コストや管理コストの低減を図ることができる。設備コストについて具体的には、噴射口からの電解液の噴射流量に係る流量計の設置数や、噴射口に繋がる貫通路の加工費を抑えるのに有効である。管理コストについて具体的には、噴射口からの電解液の噴射流量の流量管理工数を減らすのに有効である。

本発明は、上記の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。

上記実施の形態の陽極酸化処理装置１０では、貯留空間２０ａの凸部領域１１０、上方領域１２０及び下方領域１３０のそれぞれに向けて電解液を噴射する噴射構造（噴射口２３，２４，２５を含む構造）を採用したが、本発明では、少なくとも噴射口２４から貯留空間２０ａの上方領域１２０に向けて電解液を噴射する噴射構造や噴射ステップを採用すれば目的を達成することができる。従って、本発明では、設計仕様等に応じて噴射口２３及び噴射口２５の少なくとも一方を省略することもできる。

上記実施の形態の陽極酸化処理装置２１０では、側方領域１４０に向けて上向きに電解液を噴射する噴射構造（噴射口２２３を含む構造）を採用したが、本発明では、これに代えて、側方領域１４０に向けて下向きに電解液を噴射する噴射構造を採用することもできる。また、本発明では、被処理体１００から外れた所定領域に向けて噴射方向線上から被処理体１００が外れるように噴射可能な種々の噴射口を採用することができる。

上記実施の形態では、電解槽２０の筒部２１又は底部２２に開口形成された噴射口２３、噴射口２４及び噴射口２５を通じて、或いは電解槽２２０の底部２２２に開口形成された噴射口２２３を通じて、電解槽２０，２２０内へ電解液を噴射する噴射する噴射構造について記載したが、本発明では別の噴射構造を採用することもできる。例えば、電解槽２０，２２０とは別体の配管が電解槽２０，２２０内に開口するように構成された噴射構造を採用することができる。

上記実施の形態では、金属製の電解槽２０が陰極としての電極機能を果たす場合について記載したが、本発明では金属以外の材料からなる槽体に陰極としての電極機能を果たす金属製の電極部が設けられた電解槽を用いることもできる。

上記実施の形態では、電解槽２０，２２０の電解液の液面に沿って延在する円板状の本体部１０１と、本体部１０１から電解槽２０，２２０の電解液の液面に沿って突出する複数の凸部（突出片）１０３とを備える被処理体１００の陽極酸化処理について記載したが、種々の方向に突出する１又は複数の凸部を備えた被処理体１００の陽極酸化処理に本発明を適用することができる。

本発明では、電解槽２０の噴射口２３，２４，２５の数や大きさ、電解槽２２０の噴射口２２３の数や大きさについては、当該電解槽の寸法や電解液の循環量等、各種の設計パラメータに応じて適宜に選択することが可能である。

１０，２１０…陽極酸化処理装置、１１…収容容器、１１ａ…貯留空間、２０，２２０…電解槽、２０ａ，２２０ａ…貯留空間、２１，２２１…筒部、２１ａ…貫通路、２２１ａ，２２２ａ…内壁面、２２，２２２…底部、２２ａ，２２２ａ…貫通路、２３，２４，２５，２２３…噴射口、３０…保持装置、３１…保持部材、３２…通電部、３３…回転軸、３４…モータ、４０…電極装置、４１…電流計、４２…電圧計、５０…電解液タンク、６０…電解液移送装置、６１…供給配管、６２…第１分岐配管、６３…第２分岐配管、６４…吐出ポンプ、６５…回収配管、１００…被処理体、１００ａ…上面、１００ｂ…下面、１０１…本体部、１０１ａ…中心部（回転中心軸）、１０２…貫通穴、１０３…凸部、１０４…回転外周面、１１０…凸部領域、１２０…上方領域、１３０…下方領域、１４０…側方領域

Claims (6)

1. 表面に凸部を備えた金属製の被処理体を陽極酸化処理する陽極酸化処理装置であって、
   前記陽極酸化処理のための電解液を貯留する電解槽と、
   前記電解槽の電解液に浸漬された浸漬状態の前記被処理体に電気的に接続される金属製の第１電極部と、
   前記浸漬状態の前記被処理体に対向する金属製の第２電極部と、
   前記第１電極部と前記第２電極部との間に所定電圧を印加する電極装置と、
   前記浸漬状態の前記被処理体を保持しつつ回転させる保持装置と、
   前記陽極酸化処理のための電解液を前記電解槽内の貯留空間のうち前記被処理体から外れた所定領域に向けて噴射方向線上から前記被処理体が外れるように噴射する第１噴射装置と、
   を含み、
   前記所定領域は、前記電解槽の電解液の液面と前記浸漬状態の前記被処理体の上面との間の上方領域であり、
   前記第１噴射装置は、前記被処理体の前記上面に沿った方向について前記上方領域に向けて電解液を噴射する、陽極酸化処理装置。
2. 請求項１に記載の陽極酸化処理装置であって、
   前記第１噴射装置は、前記上方領域のうち、前記被処理体の回転中心軸に向けて電解液を噴射する、陽極酸化処理装置。
3. 請求項１に記載の陽極酸化処理装置であって、
   前記第１噴射装置は、前記上方領域のうち、前記電解槽の電解液の液面よりも前記被処理体の上面に近い領域に向けて電解液を噴射する、陽極酸化処理装置。
4. 請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の陽極酸化処理装置であって、
   更に、前記陽極酸化処理のための電解液を前記電解槽の底面と前記浸漬状態の前記被処理体の下面との間の下方領域に向けて噴射する第２噴射装置を含む、陽極酸化処理装置。
5. 請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の陽極酸化処理装置であって、
   更に、前記陽極酸化処理のための電解液を浸漬状態の前記被処理体の前記凸部に向けて噴射する第３噴射装置を含む、陽極酸化処理装置。
6. 表面に凸部を備えた金属製の被処理体を陽極酸化処理する陽極酸化処理方法であって、
   前記陽極酸化処理のための電解液が貯留された電解槽に前記被処理体を浸漬して回転させるとともに、前記浸漬状態の前記被処理体に電気的に接続された第１電極部と前記電解槽のうち前記浸漬状態の前記被処理体との対向位置に設けられた第２電極部との間に所定電圧を印加するステップを含み、
   前記ステップでは、更に前記陽極酸化処理のための電解液を、前記電解槽内の貯留空間のうち前記被処理体から外れた所定領域であって前記電解槽の電解液の液面と前記浸漬状態の前記被処理体の上面との間の上方領域に向けて、噴射方向線上から前記被処理体が外れるように、前記被処理体の前記上面に沿った方向に噴射する、陽極酸化処理方法。
   

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