JP5092539B2 - 陽極酸化処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属製部品の陽極酸化処理装置に関するものである。

一般的に陽極酸化処理は、硫酸、クロム酸などを含む酸性電解液を用いて被処理物を正極側にし、通電することにより、例えばアルミニウム基金属製被処理物の表面を酸化し、アルマイト膜厚を形成する処理方法である。しかしアルマイト膜厚が増加すると、その被膜特性（絶縁性）から、電気が流れにくくなり、酸化効果が低下する。このため必要とする膜厚を達成するには、長時間を必要とし、生産効率が悪い。

そこで、電流密度を向上させ、大電流で陽極酸化処理することにより、処理時間を短縮し、効率よく所定の厚みのアルマイト膜を得ることができる。
特開２００６−３３６０５０号公報 特開２００７−００２３１６号公報

特許文献１の記載は、金属製品に金属酸化被膜を均一に且つ高速に形成させることができる処理装置を開示している。第２電極部はリング状の金属材料に吐出孔（穴）を加工したものである。第２電極と吐出孔部が一体であるため小型化が可能である。しかしながら、電流密度を向上させ処理すると金属イオンCu^２＋等の析出が速く、吐出孔が詰まり易いという欠点がある。

特許文献２の記載は、噴射型ノズルを有し、金属製部品の表面に部分的に金属酸化被膜を効率的に形成する陽極酸化処理装置を開示している。ノズル部分は電気的短絡を防ぐため非導電性材料で構成されるが、第２電極と別体である。従って小型化できない。

本発明は、吐出孔の詰まりを低減するとともに、金属酸化被膜の形成時間を短縮することを課題としている。

本発明第１の視点においては、金属製被処理物に電流を通電する第１電極部と、
前記被処理物と対向する吐出孔を持った吐出孔部を有する第２電極部と、電解液を前記吐出孔部から前記被処理物に向かって供給する電解液供給手段と、前記第１電極部と前記第２電極部とに電圧を印加する通電手段と、を有する陽極酸化処理装置において、前記第２電極部の本体は金属部材、前記吐出孔部は合成樹脂で形成され、前記前記吐出孔部は前記金属部材に埋設されていることを特徴とする。

本発明第２の視点においては、前記吐出孔部は、前記第２電極部に対して抜け止めされていることを特徴とする。

本発明第３の視点においては、前記吐出孔部は前記電解液供給手段から前記吐出孔まで前記電解液が流れる通路を有し、前記電解液が前記吐出孔部に流入する側の前記吐出孔部の外周長は、その反対側の外周長より大きいことを特徴とする。

本発明第４の視点においては、前記吐出孔部は、前記第２電極部に対して回転不能に配設されていることを特徴とする。

本発明第５の視点においては、前記吐出孔部の側周面の少なくとも一部は面取り加工されていることを特徴とする。

本発明第６の視点においては、前記吐出部は耐酸性樹脂からなることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、陽極酸化処理において、金属の析出による吐出孔の詰まりを低減するとともに、陽極酸化処理の処理時間を短縮できる。

請求項２に記載の発明によれば、吐出孔部の第２電極部からの抜けを防止できる。

請求項３に記載の発明によれば、電解液の送液時において吐出孔部の第２電極部からの抜けを防止できる。

請求項４に記載の発明によれば、吐出孔部の第２電極部に対する回転を防止できる。

また、請求項５に記載の発明によれば、簡素な構成により吐出孔部の第２電極部に対する回転を防止できる。

さらに、請求項６に記載の発明によれば、耐酸性に優れた樹脂のため電解液による影響を受けにくく、劣化しにくい。

本発明の陽極酸化処理装置は、第１電極部、第２電極部と、電解液供給手段及び通電手段とを有する。

第１電極部は、被処理物に接触する導電体で構成される。導電体としては通電性を必要とするため、通電性のよい金属製材料が好ましい。

被処理物としては、金属製部品が挙げられる。側周面に凹部を持つものでもよい。具体的にアルミニウム基金属製のピストンを例示することができるがこれに限定されない。ピストンのように筒状或いは棒状でその外表面に外周を一周するリング溝を持つものが好ましい。ここでアルミニウム基金属とは、アルミニウム金属及びアルミニウムに銅、亜鉛、ケイ素等の他の元素を混合した合金を含む。

また、第１電極部は被処理物を保持する保持手段に組み込まれたものとすることができる。保持手段は保持する被処理物を回転駆動させる回転手段としての回転駆動部を持つことができる。回転駆動部は、被処理物が該被処理物の軸を中心として回転するものとすることができる。また、保持手段は被処理物を、例えば着脱位置と電解処理位置に移動させる移動手段を持つものとすることができる。

第２電極部は、電解液通路を備え、被処理物の側周面を囲う内周面を有し、該内周面に電解液通路に連通し、被処理物の凹部に対向する吐出孔を内部に兼ね備える電極である。第２電極部の本体は導電可能な金属部材で形成され、吐出孔部は合成樹脂で形成され、第２電極に吐出孔部は埋設されている。具体的には本体はＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、Ｔｉ、ＴｉＯ、ＴｉＯ_２、Ｐｔ等、吐出孔部は耐酸性に優れた高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、フッ素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、が例示できる。成形収縮率を抑えるために、充填剤を含有しても良い。

内周面の形状および吐出孔の形状は被処理物の被処理面に合わせ、異なる形状を持つことができる。凹部を持つ被処理面に合わせた吐出孔の形状は円形が一般的であるが、場合によって、楕円形、あるいは方形も好ましい。また、吐出孔は第２電極部の内側に１個又は複数個リングの延びる方向に離間して配列することもできる。第２電極部の吐出孔の数、吐出孔のサイズ等も被処理物に合わせて自由に設定することができる。

アルミニウム合金製ピストンを被処理物とした場合、吐出孔径は０．５〜２．０ｍｍで、吐出孔数は４〜３２個が好ましい。

電解液供給手段は、電解液を貯留する貯留槽と、該貯留槽と電解液通路とを接続する流入路と、流入路に配置され貯留槽から電解液通路に電解液を送出するポンプとで構成することができる。

また、電解液供給手段には電解液を冷却させる冷却手段、及び電解液の温度を制御する温度制御手段、電解液の流量を制御する流量制御手段を設けることもできる。

また、第２電極部は電解液を収集する貯留槽を組んで構成することが好ましい。貯留槽は被処理物に供給された後の電解液を収集し、供給手段に送出する。貯留槽本体は上端開放の容器状のものでも、被処理物によっては密閉された容器状のものでも良い。貯留槽は一個、あるいは複数個で連通設置することができる。電解液は強酸を用いる場合が多いことから、貯留槽本体の材質はＳＵＳ３１６あるいは塩化ビニル製が好ましい。貯留槽が第２電極部とは、一体的に構成されていても着脱自在に形成されていてもよい。

通電手段は、第１電極部と第２電極部との間に電圧を印加する手段である。この通電手段は電流密度を調整できるように電流制御手段を持つものとするのが好ましい。電流制御手段は電流計、電圧計、整流器等で構成され、従来公知のものを用いることができる。

（実施例）
以下、実施例に基づいて本発明の陽極酸化処理装置を詳細に説明する。本実施例の陽極酸化処理装置の機能説明図を図１に示す。この陽極酸化処理装置はアルミニウム合金製のピストンＷのピストンリング溝Ｗ１を陽極酸化処理するものである。より正確にはピストンＷの頂部の外周面にある頂部よりスカート部にかけて形成された３個のピストンリング溝Ｗ１、Ｗ２及びＷ３の内、頂部側のピストンリング溝Ｗ１を含む頂部外周面を主として陽極酸化処理するものである。

この陽極酸化処理装置は、ピストンＷを保持する保持手段１と、リング状電極を構成する電極部２を持つ電解槽３と、電解液供給手段４と、通電手段５とを有する。

保持手段１はフレーム（図示せず）の上端に固定された昇降装置（図示せず）の昇降部に固定された減速モータ１１とこの減速モータ１１の出力軸に固定された保持軸１２とからなる。保持軸１２の下端にはピストンＷの内周面に着脱自在の係止爪（図示せず）が設けられている。この係止爪にはその下端側からピストンＷの内腔が覆い被さるように軸方向に挿入され、保持軸１２とピストンＷは同軸的となる。なお、保持軸１２の軸方向中程に、後で説明する、通電手段５を構成する集電リング５１が固定され、この集電リング５１と図示しない係止爪とは電気的に電通し、かつ係止爪を介してピストンＷに電通している。なお、集電リング５１及び保持軸１２は本発明の第１電極部を構成するものである。

また、ピストンＷの頂部を除くピストンリング溝Ｗ２とピストンリング溝Ｗ３の境界を形成する突条の外周面には筒状のゴム製マスキングＷ５が装着固定され、ピストンＷの頂部を除く下方部は電解液が接触しないようにカバーされている。また、集電リング５１と、保持軸１２と、ピストンＷとにより陽極が構成される。

第２電極部２は、その拡大縦断面図及び平面図をそれぞれ図２、図３に示すように、方形状の基板２１と円盤状の中板２２と金属部材から形成されるリング状の電極本体２３と導体部２４と合成樹脂からなるの吐出孔部２５とから構成されている。吐出孔部２５は耐酸性の合成樹脂で構成されているため、金属の析出による吐出孔の詰まりを低減するとともに、陽極酸化処理の処理時間を短縮できる。また、孔詰まりによるメンテナンスの必要がない。さらに耐酸性に優れた樹脂のため電解液による影響を受けにくく、劣化しにくい。なお、吐出孔部２５は電極本体２３に埋設されている。

電極本体２３はＳＵＳ３１６製で、その縦断面図及び平面図をそれぞれ図４及び図５に示すように、外周部が二段となる段付き円筒状である。電極本体２３には、本体３２のリング状の下面２３１に開口し、電極本体２３の軸方向（図４中上下方向）に延在する８個の流入孔２３３とこの流入孔２３３と連通し、電極本体２３の径方向（図４中左右方向）に延在するとともに本体３２の内周面２３２に開口する８個の吐出孔２３４を持つ吐出孔部２５が設置されている。この流入孔２３３は前記中板２２に設けられた８個の通孔２２６（図１０中）と同位置にあり、中板２２の通孔２２６と電極本体２３の流入孔２３３は連通するようになり、電解液通路となる。なお、流入孔２３３の内周面２３２側の孔２３４は電解液の吐出孔となり、いずれも電極本体２３の軸心に向かって開口している。このため電解液は水平方向に軸心に向かって吐出する。また、中板２２に導体２４が設けられるため、電極本体２３は中板２２と嵌合する際、導体２４を介して通電手段５と電通する。

吐出孔部２５の形状は図６、図７に示すような円柱形状であり、電解液通孔２２６に連通し、電解液が流入する側（図６中下側）の吐出孔部２５の外周長２６はその反対側（図６中上側）の外周長２７より大きくなるようにする。第２電極本体２３は吐出孔２５の形状に沿うような空間が設けられており、その空間に吐出孔部２５を埋設することにより、吐出孔部２５の第２電極部２からの抜けを防止できる。図６には２段形状の吐出孔部２５を示したが、吐出孔２３４に向かうにつれて細くなっていく形状でも良い（図示しない）。また、第２電極本体２３に吐出孔部２５の形状に沿うような空間が設けられていなくても、電解液が流入する側（図６中下側）の吐出孔部２５により第２電極部２からの抜けが防止できる構造であればよい。例えば、第２電極本体２３の空間をストレート状にし、この空間には吐出孔部２５の外周長２７を有する部分のみが埋設され、外周長２６を有する電解液の流入側部分は空間の外に位置して電極本体２３の下面２３１に当接するように構成してもよい。この構成によれば、吐出孔部２５の外周長２６を有する部分が電極本体２３の下面２３１に当接、係合することにより吐出孔部２５の第２電極部２からの抜けを防止できる。或いは、抜け防止のためのピンで吐出孔部２５を押さえてもよい。

さらに図７に示すように前記吐出孔部２５の側周面の少なくとも一部は面取り加工されている。これにより、電解液の送液時に吐出孔部２５は第２電極２に対して回転しない。通路（吐出孔２３４）は吐出孔部２５を電極本体２３に組み込んだ後穴あけ加工されることにより形成される。

図１に示すように第２電極部２を有する電解槽３は、塩化ビニル製又はＳＵＳ３１６製で、上端開口する容器状ものであり、さらに電解槽３の底に受け溜まった電解液を供給手段４に回収させる回収口３１が設けられている。

電解液供給手段４は、電解槽３から回収された電解液を冷却させる冷却槽４１と、電解液を送出する駆動手段であるポンプ４３と、電解液の流量を制御する流量制御手段である流量計４４と、ポンプ４３から圧送される電解液を送るパイプ４５とから構成されている。さらに、冷却槽４１には、電解液を貯蔵するサブタンク４１１と、回収された電解液を冷却させる手段である冷凍機４１２と、電解液の温度を制御する制御手段を構成する温度センサ４１３が設けられている。

通電手段５は、電極本体２３と保持手段１で保持されるピストンＷとの間に電圧を印加する手段であり、電流計、電圧計、整流器（図示せず）等で構成されている。

また、本実施例では、第２電極本体２３の吐出孔２３４から電解液が供給される際、吐出孔２３４の形状及びサイズは陽極酸化処理の効果に影響することから、円形として形成されたが、実際に陽極酸化処理が行われる際、場合によっては吐出孔２３４を楕円形、または方形形状にすることも可能である。さらに、第２電極本体２３の吐出孔２３４の均等性が保証される限り、吐出孔２３４は第２電極本体２３の内周面に複数組の段列配置ができる。

また、実施例では、電解液を吐出孔２３４から被処理物であるピストンＷの頂部側のピストンリング溝Ｗ１を含む頂部外周面の表面に供給される際、電極本体２３の内周面２３２と被処理面を構成するピストンリング溝Ｗ１との間の距離は陽極酸化処理の効果に影響する。被処理面が陰極となる電極本体２３の内周面２３２に近すぎるとショ−トする可能性が生じる。逆に、被処理面と電極本体２３の内周面２３２間の距離は離れすぎると電解液が有効的に該被処理面まで到達されず、陽極酸化処理が不十分となる。従って、陽極に接続されているピストンＷ頂部側の２本のピストンリング溝Ｗ１を含む頂部外周面の表面から電極本体２３の吐出孔２３４間の距離が２．０〜１５．０ｍｍであることが好ましい。

さらに、電解液が供給される際、吐出孔２３４に面する箇所が強く噴射され、形成されたアルマイト被膜は不均一である問題に対して、ピストンＷを保持する保持手段１を回転させる回転手段として減速モータ１１が装備されているため、ピストンＷを回転しながら電解液を供給させることによってアルマイト被膜を均一に形成することができる。

基板２１はＳＵＳ３１６製で、その縦断面図及び平面図をそれぞれ図８及び図９に示すように、四隅が丸く形成された方形の板状で、その上面に浅い円形の凹部２１１とその凹部の中央に一端が開口し他端が側面に開口するトンネル状の通路２１２を持つ。

中板２２は塩化ビニル製で、その縦断面図及び平面図をそれぞれ図１０及び図１１に示すように、円盤状でその下面側には中央部に浅い円形凹部２２１を形成する突条２２２と、上面側の中央部に深い円形溝２２３とこれと同軸の浅い円形溝２２４を形成する段付き突条２２５を持つ。さらに下面側の円形凹部２２１と上面側の浅い円形溝２２４とに両端が開口する通孔２２６が形成されている。この通孔２２６は等間隔のリング状に８個設けられている。さらにこの中板２２には、その外周面から深い円形溝２２３に表出する導体２４が組み込まれている。

次にアルミニウム基金属製部品を陽極酸化処理する際の電解液の経路を説明する。供給手段４に組み込まれている冷却槽４１で冷却された電解液は、流量制御手段４４により流量が制御され、循環ポンプ４３により、電解槽３に送られる。電解液は電解槽３にある基板２１のトンネル状通路２１２から、基板２１の上面側凹部２１１と中板２２の下面側凹部２２１間からなるチャンバーを昇り、中板２２の通孔２２６と電極本体２３の通孔２３３からなる電解液通路を通過し、吐出孔２３４からピストンリング溝Ｗ１を含む頂部外周面に供給される。さらに、電解液が吐出孔２３４から供給され、陽極酸化処理が行われた後、電極本体２３と中板２２から構成される小容器の液槽に溜まると共に、上方にオーバーブローしていく。オーバーフローした電解液は、電極部２の外側を通り、電解槽３の底の回収穴３１を通じて、供給手段４に回収される。供給手段４が保有する冷却手段４１２により冷却され、再び電解槽３に送られる。

以上説明したように、本実施例の陽極酸化処理装置によれば、第２電極部２の電極本体２に樹脂製の吐出孔部２５を埋設したことにより、陽極酸化処理装置の小型化を可能とし、吐出孔２３４の詰まりを低減するとともに、陽極酸化処理の処理時間を短縮することを可能としている。

更に、吐出孔部２５を耐酸性の樹脂で形成されていることから、吐出孔部２５は電解液による影響を受け難く、劣化しにくい。

更に、吐出孔部２５は特に電解液の送液時において第２電極部２からの抜けを防止されていることから、吐出孔２３４から被処理物であるピストンＷに対して安定した電解液の供給を行うことができる。

更に、吐出孔部２５を、その下部側の外周長が上部側の外周長よりも大きくなるように形成することにより、吐出孔部２５の第２電極部２からの抜けを防止することを可能としている。従って、吐出孔部２５の第２電極部２からの抜け防止を簡素な構成により行うことができ、コストの低減を可能としている。

更に、吐出孔部２５は第２電極部２に対して回転不能に配設されていることから、吐出孔２３４から被処理物であるピストンＷに対して安定した電解液の供給を行うことができる。

更に、吐出孔部２５を面取り加工することにより、吐出孔部２５の第２電極部２に対する回転を防止することを可能としている。従って、吐出孔部２５の第２電極部２に対する回転を簡素な構成により行うことができ、コストの低減を可能としている。

実施例では、被処理物としてピストンを例示したが、これに限定されない。被処理物は金属製部品であればよい。

以上、本発明を上記実施の態様に則して説明したが、本発明は上記態様にのみ限定されるものではなく、本発明の原理に準ずる各種態様を含むものである。

本発明の陽極酸化処理装置の機能説明図 電極部縦断面図 電極部平面図 電極本体縦断面図 電極本体平面図 吐出孔部外観図 吐出孔部下面図 基板縦断面図 基板平面図 中板縦断面図 中板平面図

符号の説明

1：保持手段、 １１：減速モータ、 １２：保持軸、
Ｗ：被処理物（ピストン）、 Ｗ１：第一溝部、 Ｗ２：第二溝部、 Ｗ３：第三溝部、 Ｗ５ マスキング、
２：第２電極部、 ２１：基板、 ２２：中板、 ２３：電極本体、 ２４：導体、 ２５：吐出孔部、
２３３：流入孔、 ２３４：吐出孔、 ２２６：通孔、
３：電解槽、 ４：供給手段、 ４１：冷却槽、 ４１２：冷却手段、
４１３：温度制御手段、 ４３：ポンプ、 ４４：流量制御手段、 ４５：パイプ

Claims (6)

1. 金属製被処理物に電流を通電する第１電極部と、
   前記被処理物と対向する吐出孔を持った吐出孔部を有する第２電極部と、
   電解液を前記吐出孔部から前記被処理物に向かって供給する電解液供給手段と、
   前記第１電極部と前記第２電極部とに電圧を印加する通電手段と、
   を有する陽極酸化処理装置において、
   前記第２電極部の本体は金属部材、前記吐出孔部は合成樹脂で形成され、前記前記吐出孔部は前記金属部材に埋設されていることを特徴と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において、
   前記吐出孔部は、前記第２電極部に対して抜け止めされていることを特徴とする。
3. 請求項１または２に記載の陽極酸化処理装置において、
   前記吐出孔部は前記電解液供給手段から前記吐出孔まで前記電解液が流れる通路を有し、
   前記電解液が前記吐出孔部に流入する側の前記吐出孔部の外周長は、その反対側の外周長より大きいことを特徴とする。
4. 請求項１乃至３に記載の陽極酸化処理装置において、
   前記吐出孔部は、前記第２電極部に対して回転不能に配設されていることを特徴とする。
5. 請求項１乃至４に記載の陽極酸化処理装置において、前記吐出孔部の側周面の少なくとも一部は面取り加工されていることを特徴とする。
6. 請求項１乃至５に記載の陽極酸化処理装置において、
   前記吐出孔部は耐酸性樹脂からなることを特徴とする。

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