CN102869815A - 表面处理装置 - Google Patents

Abstract

表面处理装置具备：阳电极部件和阴电极部件中的一者，其与在外周面具有环状被处理区域的金属制的被处理物电连接；框部件，其具备外周面以及相对于环状被处理区域隔开间隔而对置的非导电性的内周面；非导电性的弹性密封件，其通过密封外周面中夹着环状被处理区域的两侧的每侧和内周面的间隙，能够形成沿环状被处理区域的电解液通路；棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者，其以顶端部进入到电解液通路中的方式朝向被处理物侧突出设置；以及电解液流通单元，其沿着电解液通路使电解液流通。

Description

表面处理装置

技术领域

本发明涉及表面处理装置。

背景技术

现有的表面处理装置例如具备：与在外周面具有作为环状被处理区域的周槽的金属制的被处理物电连接的阳电极部件、具有相对于所述外周面以及所述周槽隔开间隔而对置的内周面的框部件、通过密封夹着所述外周面中的所述周槽的两侧的每一侧与所述内周面的间隙而能够形成沿着所述周槽的电解液通路的非导电性的弹性密封件、设置在所述电解液通路的阴电极部件、沿着所述电解液通路而流通电解液的电解液流通单元。

上述表面处理装置能够在形成沿着在被处理物的外周面所具有的环状被处理区域的电解液通路并沿着该电解液通路而流通电解液的同时、有效地对环状被处理区域进行例如阳极氧化处理等的表面处理。

在现有的上述表面处理装置中，通过导电性的材料形成框部件，并在该框部件构成阴电极部件，所述阴电极部件具有相对于被处理物的外周面以及环状被处理区域（周槽）隔开间隔对置的环状的内周面（例如，参考专利文献1）。

专利文献1：日本特开2003-119593号公报（段落号[0024]）。

上述表面处理装置由于在表面处理时遍布阳电极部件和阴电极部件来通电，因此溶解在电解液中的容易阳离子化的铜等的金属成分在阴电极部件的表面析出而容易粘着堆积。

现有的表面处理装置由于设置有具有环状的内周面的阴电极部件，因此析出金属容易在阴电极部件的内周面遍布整周均匀地粘着堆积，当由于所堆积的析出金属而电解液通路的通路截面积变狭窄时，妨碍了电解液的顺利的流通。

此外，在框部件构成具有相对于被处理物的外周面以及环状被处理区域隔开间隔而对置的环状的内周面的阳电极部件的情况下，溶解在电解液中的容易阴离子化的氯化物和硫化物等非金属成分在阳电极部件的表面析出，产生同样的现象。

电解液的温度由于因电极反应而产生的热而在环状被处理区域的表面附件变高，当电解液的顺利的流通被妨碍时，电解液的温度容易上升。

当电解液的温度上升时，在将例如耐酸铝覆膜等的覆膜形成于环状被处理区域的表面处理中容易产生皮膜烧结。即，容易呈现由于在阳极氧化处理时电流分布不均匀、或者电流密度过大等而产生的、如烤制那样的外观，有可能难以以高电压有效地重复进行表面处理。

发明内容

本发明就是鉴于上述实际情况而完成的，其目的在于提供能够以高电压有效地重复进行表面处理的表面处理装置。

本发明的表面处理装置的第1特征构成在于具备：阳电极部件和阴电极部件中的一者，所述阳电极部件和阴电极部件中的一者与在外周面具有环状被处理区域的金属制的被处理物电连接；框部件，所述框部件具备相对所述外周面以及所述环状被处理区域隔开间隔而对置的非导电性的内周面；非导电性的弹性密封件，所述非导电性的弹性密封件通过密封所述外周面中的夹着所述环状被处理区域的两侧的每一侧与所述内周面的间隙，由此能够形成沿所述环状被处理区域的电解液通路；棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者，所述棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者以顶端部***到所述电解液通路中的方式朝向所述被处理物一侧突出设置；以及电解液流通单元，所述电解液传到单元沿着所述电解液通路使电解液进行流通。

根据本构成，由于框部件具备相对于被处理物的外周面以及环状被处理区域隔开间隔而对置的非导电性的内周面，因此在表面处理时，金属成分或非金属成分不会在框部件的内周面析出。

另外，由于突出设置棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者，因此与现有相比缩小阳电极部件和阴电极部件中的另一者的表面积，能够减小金属成分或非金属成分等析出成分对阳电极部件和阴电极部件中的另一者的附着面积，能够减弱析出成分对阳电极部件和阴电极部件中的另一者的附着强度。

并且，由于将棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者以顶端部进入到电解液通路中的方式朝向被处理物侧突出设置，因此通过沿着电解液通路流通的电解液的力冲走堆积在棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者上的附着强度弱的析出成分，而容易从棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者去除析出成分，堆积在棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者的析出成分难以增大。

因此，能够长久确保电解液通路中的电解液的顺利的流通，并能够长久地抑制环状被处理区域的表面附近的温度上升。

因此，如果是本构成的表面处理装置，能够以高电压有效地重复进行表面处理。

本发明的第2特征构成在于：将多个所述棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者沿所述电解液通路的周向分散配置。

根据本构成，使在棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者与环状被处理区域之间产生的电场强度沿环状被处理区域分散，容易形成均质的覆膜。

本发明的第3特征构成在于：将所述棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者以使其长度方向为相对于所述外周面正交的方向的方式突出设置。

根据本构成，使棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者与相对于该棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者而位于左右两侧的环状被处理区域部分之间产生左右对称的电场，容易形成均质的覆膜。

本发明的第4特征构成在于：将所述棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者的外周面形成为凹凸面。

根据本构成，由于增大棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者的表面积，因此能够流过大的电流，容易以短时间有效地形成希望厚度的覆膜。

本发明的第5特征构成在于：将所述棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者中的顶端部的形状形成为凸曲面状。

根据本构成，在靠近被处理物的顶端部电流难以集中，因此难以产生火花，容易形成均质的覆膜。

附图说明

图1是表面处理装置（阳极氧化处理装置）的概略图。

图2是从图1的II-II线箭头观察下的第2电极部的俯视图。

图3（a）是示出阴电极部件的固定构造的截面图，（b）是从（a）中的III b-III b线箭头观察的侧视图。

图4是示出第2电极部的电解液供给嘴部分的剖面图。

图5是示出第2电极部的内周侧的侧视图。

图6是示出第2电极部的弹性密封件从活塞的外周面分离的状态的剖面图。

图7是示出第2电极部的弹性密封件与活塞的外周面压接的状态的剖面图。

图8是示出第2实施方式的表面处理装置（阳极氧化处理装置）中的阴电极部件的侧视图。

具体实施方式

以下基于附图对本发明的实施方式进行说明。

[第1实施方式]

图1～图7示出作为基于本发明的表面处理装置的一个例子的阳极氧化处理装置。该阳极氧化处理装置针对作为金属制的被处理物的一个例子的铝合金制活塞A的活塞环槽A1进行在其表面形成耐酸铝覆膜的阳极氧化处理。

具体而言，针对圆柱状的活塞A的包含从顶部到裙部形成的3个活塞环槽A1、A2、A3中的、顶部侧的活塞环（压缩环）槽A1的表面的外周面（以下称为活塞外周面）B实施阳极氧化处理。

活塞环槽A1相当于作为在活塞外周面B具有的环状被处理区域的周槽。

如图1所示，阳极氧化处理装置具有电解液槽1、电解液供给部2、氧化处理部3、以及通电部4。

电解液槽1是由氯乙烯制或不锈钢制的上端开口的容器状的槽，并设置有用于接住通过了氧化处理部3的电解液而进行回收，并将回收的电解液回流到电解液供给部2的回流通路5。

电解液供给部2具有：用于对从电解液槽1回流的电解液进行冷却的冷却槽6；用于将冷却槽6的电解液供给到氧化处理部3的供给通路7；设置在供给通路7的供给泵8；控制供给泵8的运转以将电解液与规定的定时供给到氧化处理部3的供给控制部9。

冷却槽6设置有用于对被回收的电解液进行冷却的冷却机10、以及为了将电解液冷却到规定温度而基于由温度传感器11进行的电解液温度的检测信息对冷却机10的运转进行控制的冷却控制部12。

通电部4对氧化处理部3进行通电。该通电部4优选的是为了能够调整电流密度而具有电流控制单元。电流控制单元能够使用电流计、电压计、整流器等构成的现有公知的单元。

氧化处理部3具有第1电极（阳极）部13和第2电极（阴极）部14。

第1电极部13具备具有导电性的铜或不锈钢等金属制的阳电极部件15、以及使阳电极部件15相对于第2电极部14升降的升降装置16。

阳电极部件15兼用作保持活塞A的保持具，并与通电部4的阳极端子4a电连接，通过保持活塞A来与该活塞A电连接。

保持具（阳电极部件）15在其下端部具有相对于活塞A的内周面自如卡合脱离的卡合爪（未图示）。通过将该卡合爪卡合在活塞A的内周面上，将活塞A以使其轴心沿垂直方向的姿势、并且以电连接的状态保持。

如图2所示，第2电极部14的外形俯视观察被形成为圆形，使活塞A以使其轴心沿上下方向的姿势进入的、俯视观察为圆形的活塞***孔25被形成为同心状。

如图1至图3所示，第2电极部14具有对圆棒状的多个阴电极部件41进行固定的框部件17、配置于框部件17的上下的固定板18、19、以及支持底座20，彼此通过螺栓连结。各阴电极部件41由铂（Pt）或者导电性的不锈钢（SUS）形成。

阴电极部件41的数目优选是4～20根，在本实施方式中，将14根阴电极部件41沿着框部件17的周向分散配置。

框部件17、固定板18、19以及支持底座20均由氯乙烯树脂等非导电性材料（绝缘体）形成。

如图1、图3、图4所示，框部件17被嵌合在将上侧固定板18的下面外周侧朝上凹入的环状的朝上凹面部21与将下侧固定板19的上面外周侧朝下凹入的环状的朝下凹面部22之间，彼此通过螺栓连结。

如图1所示，框部件17通过将上侧的第1框板23和下侧的第2框板24两张框板通过螺栓连结来构成，如图3、图5所示，在第1框板23和第2框板24之间夹入阴电极部件41而进行固定。

如图4～图6所示，在第1框板23以及第2框板24的活塞***孔25侧将隔开空间26而使第1框板23和第2框板24对置的对置板部27、28、以及沿着对置板部27、28的内周侧而向活塞插通孔25侧突出的锷板部29、30形成为环状。

各凸缘板部29、30的内周面（以下称为框板内周面）31的内侧作为活塞插通孔25而形成。

因此，框部件17具备框板内周面31，所述框板内周面31作为相对于活塞外周面B以及活塞环槽A1遍布整周而隔开固定间隔来对置的非导电性的圆环状内周面被形成。

如图1所示，在下侧固定板19设置有与活塞插通孔25相同直径并且同心的圆形凹面部32、以及使轴心沿上下方向的姿势的载置支承活塞A的顶面的活塞载置部35。

遍布下侧固定板19和支持底座20设置有与电解液的供给通路7连接的连接流路33、以及通过使在圆形凹面部32中积攒的电解液通过自然流下而排出到电解液槽1的排出孔34。

因此，如图1所示，以轴心沿铅垂方向的姿势并以电连接的状态被保持具（阳电极部件）15保持的活塞A插通在活塞插通孔25中，通过活塞A的顶面被载置在活塞载置部35，如图3、图4所示，被定位成在活塞外周面B和框板内周面31之间遍布整周而具有固定间隔的间隙C的同心状。

如图1、图3至图7所示，在框部件17中的框板内周面31侧，使上下两个非导电性的环状的弹性密封件40遍布整周并在上下隔开间隔，并以防止脱落的状态、且避免顶端部44相比框板内周面31向活塞外周面B侧突出的方式安装。

各弹性密封件40由橡胶等非导电性材料（绝缘体）形成为圆环状，如图7所示，其顶端部44以与活塞外周面B压接的方式伸长，密封活塞外周面B中夹着周槽A1的两侧的每一侧与框板内周面31的间隙C，由此能够形成沿着周槽A1的环状的电解液通路45。

各弹性密封件40是朝向其外周侧开口的凹入部42连续形成一圈而形成的，并形成为一体地具备上下的侧壁部43以及与活塞外周面B接触的顶端部44的横向U字状的横截面形状。

如图1、图6、图7所示，设置有加压机构51，所述加压机构51向各弹性密封件40的外周侧同时供给作为加压流体的加压空气，并使这些弹性密封件40的内周侧（顶端部44）遍布整周地与活塞外周面B自如压接、或解除压接。

加压机构51具有：自由地供给和排出加压空气的空气供给排出装置52、对空气供给排出装置52的空气供给排出动作进行控制的供给排出控制部53、与弹性密封件40的凹入部42的各个连通的空气供给排出路54、将空气供给排出装置52的空气供给排出管55和空气供给排出路54连接的管接头56。

空气供给排出路54在第2电极部14的周向上设置有三处，每处空气供给排出路54均与空气供给排出管55连接，从而从周向的三处向各弹性密封件40的凹入部42自由地供给排出加压空气。

对加压机构51的动作进行说明。

如图6所示，当活塞A在活塞插通孔25中插通而载置于活塞载置部35上时，供给排出控制部53以通过空气供给排出路54向各弹性密封件40的各个凹入部42供给加压空气的方式使空气供给排出装置52工作。

当向弹性密封件40的凹入部42供给加压空气时，该弹性密封件40朝向活塞外周面B侧弹性地伸长，并且顶端部44朝向活塞外周面B弹性地的扩展移动，如图7所示，该顶端部44与活塞外周面B压接。

如图7所示，通过弹性密封件40的顶端部44与活塞外周面B压接，在夹着周槽A1的两侧的每侧中，活塞外周面B和框板内周面31的间隙C被密封，形成沿着周槽A1的环状的电解液通路45。

如图2、图3、图5所示，阴电极部件41的每个被形成为具备电极轴部46、固定用轴部47、连接轴部48的笔直的圆棒状，所述电极轴部46为了顶端部46a进入到电解液通路45中而朝活塞A侧突出设置，固定用轴部47被框部件17固定，连接轴部48与通电部4的阴极端子4b电连接。

电极轴部46的顶端部46a的形状被形成为不具备角部的凸曲面形状。

多个阴电极部件41优选配置为：其长度方向（轴心方向）为与相对于活塞外周面B正交的方向相同的方向、或者相对于该正交方向在75度以内的角度范围内倾斜。

在本实施方式中，如图2所示，将多个阴电极部件41以电极轴部46的长度方向成为相对于活塞外周面B正交的方向的方式配置成相对于活塞***孔25的中心呈放射状，并沿着电解液通路45的周向等间隔地分散配置。

各阴电极部件41以如图3、图5所示的电极轴部46在后述的电解液的排出流路38之中朝向活塞A侧突出、且如图2所示的连接轴部48向框部件17的外周侧突出的方式将固定用轴部47以嵌合到第1框板23和第2框板24之间的状态夹入并固定。

各阴电极部件41的连接轴部48如图2所示与电连接到通电部4的阴极端子4b的共用的连接端子板49电连接。

连接端子板49形成为围绕框部件17的圆环状，连接轴部48的每个如图3（b）所示被夹入到连接端子板49和被螺栓固定到连接端子板49的支承板50之间，并被电连接。

因此，在更换阴电极部件41时，解除连接轴部48和连接端子板49的连接，将更换对象的阴电极部件41从第1框板23和第2框板24之间拔出，并将新的阴电极部件41***到第1框板23和第2框板24之间而与连接端子板49连接，由此能够容易地进行更换。

如图2、图4、图5所示，在第1框板23中的对置板部27和凸缘板部29与第2框板24中的对置板部28和凸缘板部30之间，多个电解液供给嘴36在周向隔开固定间隔而被配置。

电解液供给嘴36优选配置成与阴电极部件41相同数目，在本实施方式中，配设与阴电极部件41相同数目的14个。

如图4、图5所示，各电解液供给嘴36具有与连接流路33连接并向电解液通路45供给电解液的供给流路37，该供给流路37向框板内周面31开口。

电解液供给嘴36优选的是如图2所示，设置成该供给流路37的流路轴心X相对于框板内周面31的切线在5～75度的角度范围内倾斜。

如图1、图5所示，在周向相邻的电解液供给嘴36间的上下的对置板部27、28之间的空间26以及上下的凸缘板部29、30之间的空间作为电解液的排出流路38而被设置。

各电解液供给嘴36被配置成使得电解液沿电解液通路45流通，并且能够从相对于框板内周面31的切线倾斜的方向向电解液通路45供给电解液。

因此，具备这些电解液供给嘴36的电解液供给部2作为使电解液沿着电解液通路45流通的电解液流通单元而设置，如图5中的箭头a所示，电解液由于以环绕电极轴部46的表面的方式流通，因此通过电解液的力将堆积在电极轴部46的附着强度弱的析出金属冲走而容易将其去除。

由于容易去除堆积在电极轴部46的析出金属，因此难以发生由于所堆积的析出金属与活塞外周面B和周槽A1接触而产生的火花，所形成的耐酸铝覆膜由于火花溶解而处理质量降低的可能性降低。

如图2所示，在周向上相邻的电解液供给嘴36间的位置形成遍布下侧的对置板部28、下侧固定板19以及支持底座20而贯通的贯通孔39，排出流路38的电解液从这些贯通孔39自然流下并被排出到电解液槽1。

本实施方式的阳极氧化处理装置由于堆积在阴电极部件41的析出金属难以增大，因此析出金属的析出厚度达到需要更换阴电极部件41的厚度所经历的电极使用时间，与现有的具备含有相对于活塞A的外周面B以及周槽A1隔开间隔而对置的环状的内周面的阴电极部件的阳极氧化处理装置相比为大致两倍。

另外，如表1所示，在形成膜厚15μm的耐酸铝覆膜的情况下，与专利文献1所公开的现有的阳极氧化处理装置相比，将燃弧电压提高50V以上、将设定电压提高30V以上，由此能够使处理时间缩短30%以上。

[表1]

	燃弧电压	目标膜厚	设定电压	处理时间
					现有技术	80V	15μm	60V	30sec
本发明	130V	15μm	90V	20sec
					比较	提高50V	相等	提高30V	提高30%

[第2实施方式]

图8是示出本发明的表面处理装置（阳极氧化处理装置）的其他实施方式中的阴电极部件41。

在本实施方式中，为了使电极轴部46的表面积变大，在其外周面形成在轴心方向交替地具备凸曲面和凹曲面的凹凸面57。凸曲面和凹曲面以绕电极轴部46的轴心的方式形成螺旋状。

其他的构成与第1实施方式是同样的。

[其他的实施方式]

1．本发明的表面处理装置可以是对在被处理物的外周面具有的凸面状（山状）和平面状的环状被处理区域进行表面处理的装置。

2．本发明的表面处理装置可以具备与金属制的被处理物电连接的阴电极部件、以及以顶端部进入到电解液通路中的方式朝向被处理物侧突出设置的棒状的阳电极部件。

3．本发明的表面处理装置可以具备横截面形状为椭圆形或多边形的棒状的阳电极部件和阴电极部件的另一者。

4．本发明的表面处理装置可以具备单一的棒状的阳电极部件和阴电极部件的另一者。

5．本发明的表面处理装置可以使棒状的阳电极部件和阴电极部件的另一者以其长度方向成为相对于被处理物的外周面倾斜的方向突出设置。

6．本发明的表面处理装置可以使棒状的阳电极部件和阴电极部件的另一者以其长度方向朝向电解液通路中的电解液的流动方向右侧倾斜的方向突出设置，也可以以朝向流动方向左侧倾斜的方向突出设置。

7．本发明的表面处理装置可以是用于进行表面处理的电镀处理的电镀处理装置。

符号说明：

2…电解液流通单元；15…阳电极部件和阴电极部件中的一者（阳电极部件）；17…框部件；31…非导电性的内周面；40…弹性密封件；41…棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者（阴电极部件）；45…电解液通路；46a…顶端部；57…凹凸面；A…被处理物；A1…环状被处理区域（周槽）；B…外周面；C…间隙。

Claims (5)

1.一种表面处理装置，具备：

阳电极部件和阴电极部件中的一者，所述阳电极部件和阴电极部件中的一者与在外周面具有环状被处理区域的金属制的被处理物电连接；

框部件，所述框部件具备相对所述外周面以及所述环状被处理区域隔开间隔而对置的非导电性的内周面；

非导电性的弹性密封件，所述非导电性的弹性密封件通过密封所述外周面中的夹着所述环状被处理区域的两侧的每一侧与所述内周面的间隙，由此能够形成沿所述环状被处理区域的电解液通路；

棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者，所述棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者以顶端部***到所述电解液通路中的方式朝向所述被处理物一侧突出设置；以及

电解液流通单元，所述电解液流通单元沿着所述电解液通路使电解液进行流通。

2.根据权利要求1所述的表面处理装置，其中，

将多个所述棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者沿所述电解液通路的周向分散配置。

3.根据权利要求1或2所述的表面处理单元，其中，

将所述棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者以使其长度方向成为相对于所述外周面正交的方向的方式突出设置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的表面处理单元，其中，

将所述棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者的外周面形成为凹凸面。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的表面处理装置，其中，

将所述棒状的阳电极部件和阴电极部件中的另一者中的顶端部的形状形成为凸曲面状。

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