(57)【要約】【課題】大規模な設備や複雑な制御を用いることなく、生成される陽極酸化皮膜の品質を満足しながら陽極酸化処理の工程時間も低減可能な、アルミニウム合金からなる被処理部材の外周面に部分的に陽極酸化皮膜を形成する表面処理装置を提供すること。【解決手段】陽極酸化皮膜が形成される被処理部材２２の被処理部位２２ａと他の部位とを液密的にシールするシール部材３１と、中空状の電極２４と、電解液２８が流入する吐出口２７と、電解液２８が流出する排出口３３とを有する電解槽２５と、吐出口２７から電解液２８を噴出させて被処理部位２２ａと電極２４との間に流し、排出口２７から電解液２８を排出させ、この電解液２８を吐出口２７に戻す電解液循環手段３６と、電極２４と被処理部材２２とに通電する通電手段４１とを備えている構成とした。【選択図】　　　図１
2004059936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金からなる被処理部材の外周面に部分的に陽極酸化皮膜を形成する表面処理装置であって、
陽極酸化皮膜が形成される前記被処理部材の被処理部位と他の部位とを液密的にシールするシール部材と、前記被処理部位に対して間隔を介して覆うように構成される中空状の電極と、電解液が流入する吐出口と、電解液が流出する排出口とを有する電解槽と、
前記吐出口から電解液を噴出させて前記被処理部位と前記電極との間に流し、前記排出口から電解液を排出させ、この電解液を前記吐出口に戻す電解液循環手段と、
前記電極と前記被処理部材とに通電する通電手段とを備えていることを特徴とするアルミニウム合金の表面処理装置。
【請求項２】
前記吐出口から噴出された電解液が、前記電解槽内で前記被処理部材の周囲を回転しながら前記被処理部位と前記電極との間を流されるよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金の表面処理装置。
【請求項３】
前記吐出口は前記電解槽の下部に配設されるとともに、前記排出口は前記電解槽の上部に配設され、前記吐出口から噴出された電解液が、前記被処理部材の周囲を下方から上方へ螺旋状に回転しながら前記被処理部位と前記電極との間を流されるよう構成されていることを特徴とする請求項２に記載のアルミニウム合金の表面処理装置。
【請求項４】
前記被処理部材は、前記吐出口の噴出方向軸線上から外れて配置されるよう構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のアルミニウム合金の表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム及びアルミニウム合金（以下、アルミニウム合金という）の表面に陽極酸化皮膜を形成する表面処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アルミニウム合金は、軽量で加工性や耐食性に優れていることより、家庭用品や建材等、幅広い用途で用いられている。その多くは、陽極酸化処理が施されているが、部分的に陽極酸化処理を施す場合は、被処理部位以外をマスキングして電解浴中に浸漬させていた。
【０００３】
また、処理時間を短縮しようとして電流密度を増加させた場合に、ジュール熱の発生により皮膜の厚さが不均一となったり皮膜焼けとなったりすることを防止する必要があるため、特開平１１−１１７０９２号公報に開示されているように、中空パイプ状で複数の孔を有した電極を回転させながら、両端に蓋を取付けた筒状の被処理物の内面に電解液を噴射する技術や、特開平９−２１７２００号公報に開示されているように、専用マスクに差し込んだ状態でマスキングしない被処理物の表面に、噴射盤を回転させながら吐出口から電解液を噴射する技術も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の技術においては、陽極酸化皮膜を形成する被処理部位の大きさにあわせて孔や吐出口の数を増やしたり、電極や噴射盤を回転させたりする必要があり、構成が複雑なものであった。
【０００５】
それゆえ、本発明は、以上の事情を背景になされたものであり、大規模な設備や複雑な制御を用いることなく、生成される陽極酸化皮膜の品質を満足しながら陽極酸化処理の工程時間も低減可能な、アルミニウム合金からなる被処理部材の外周面に部分的に陽極酸化皮膜を形成する表面処理装置を提供することを技術的課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載のように、アルミニウム合金からなる被処理部材の外周面に部分的に陽極酸化皮膜を形成する表面処理装置であって、陽極酸化皮膜が形成される前記被処理部材の被処理部位と他の部位とを液密的にシールするシール部材と、前記被処理部位に対して間隔を介して覆うように構成される中空状の電極と、電解液が流入する吐出口と、電解液が流出する排出口とを有する電解槽と、吐出口から電解液を噴出させて被処理部位と電極との間に流し、排出口から電解液を排出させ、この電解液を前記吐出口に戻す電解液循環手段と、電極と被処理部材とに通電する通電手段とを備えていることを特徴とするアルミニウム合金の表面処理装置とした。
【０００７】
本発明に係るアルミニウム合金の表面処理装置によれば、シール部材により被処理部材の被処理部位と他の部位とを液密的にシールすることで、必要とされる被処理部位のみに陽極酸化皮膜が形成されるので、通電する電力量を最小限に抑えることができる。更に、吐出口から電解液を噴出させて被処理部位と電極との間に流すので、陽極酸化皮膜の生成にともなって発生するジュール熱を速やかに除去することができる。また、ジュール熱を吸収して液温が上がった電解液は、電解槽から排出され、循環して再び吐出口から噴出されるときは放熱されて液温が下がった状態となっているため、被処理部位と電極との間は常に液温の低い電解液が流れていることとなる。従って、電流密度を増加させても連続的にジュール熱が除去されるので、皮膜厚さの不均一な部位や皮膜焼けを生じることなく、陽極酸化処理の工程時間を大幅に低減することが可能となる。
【０００８】
好ましくは、請求項２に記載のように、前記吐出口から噴出された電解液が、電解槽内で被処理部材の周囲を回転しながら被処理部位と電極との間を流されるよう構成されていることが望ましい。これによって、より効率的に陽極酸化皮膜の生成にともなって発生するジュール熱を被処理部材の全体から速やかに除去することができる。
【０００９】
更に好ましくは、請求項３に記載のように、前記吐出口は電解槽の下部に配設されるとともに、前記排出口は電解槽の上部に配設され、吐出口から噴出された電解液が、被処理部材の周囲を下方から上方へ螺旋状に回転しながら被処理部位と電極との間を流されるよう構成されていることが望ましい。これによれば、被処理部位の大きさに関わらず、吐出口は被処理部位の下方にのみ設ければよいので、装置を簡略化することができる。更に、吐出口を少なくすると乱流が起こりにくくなり、電解液の流れをスムーズなものとすることができる。
【００１０】
また好ましくは、請求項４に記載のように、被処理部材は、前記吐出口の噴出方向軸線上から外れて配置されるよう構成されていることが望ましい。これにより、吐出口から噴出された電解液は、その噴出力が直接的に被処理部材に作用することは少なく、そのまま被処理部材の周囲を回転することとなる。即ち、被処理部材は、電解液の流速の抵抗をあまり受けないので、被処理部材を強固に保持したり落下を心配したりすることなく、電解液の流速を上げることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を、図面を用いて説明する。図１は、本発明に係るアルミニウム合金の表面処理装置の一実施形態を模式的に示す図であり、図１（ａ）は主要断面図、図１（ｂ）は上面図である。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態における表面処理装置２１は、電解液２８を収容する電解槽２５が設けられており、電解槽２５の中央部には、円柱状を呈した被処理部材２２が保持されている。被処理部材２２は、アルミニウム合金の押出材からなるが、アルミニウム合金の鍛造材や鋳造材であってもよい。陽極酸化皮膜を形成する被処理部位２２ａは被処理部材２２の中央とし、被処理部材２２の下端は台３２の上面に接しているとともに、陽極２３が接続されている。
【００１３】
陽極２３には極片２３ａが構成されており、被処理部材２２が挿入された状態では、電気的に接続するようになっている。また、台３２と電解槽２５との間隔の調整や被処理部材２２をローダーでセットする時に位置を調整することにより、被処理部位２２ａの位置が決定される。尚、本実施形態では、被処理部材２２の中央を被処理部としたが、必要に応じて被処理部材２２の先端付近や、治具を用いて被処理部材２２の略全体に陽極酸化処理を施すことも可能である。
【００１４】
電解槽２５は、台３２の上方に配置されており、樹脂材からなる上部材２５ａと下部材２５ｂが構成されている。上部材２５ａと下部材２５ｂの間には、陰極２４が組み込まれている。陰極２４は、中空円筒状を呈しており、陰極２４の内側と、上部材２５ａ及び下部材２５ｂで囲まれた空間が電解液２８の収容室２５ｃとなっている。陽極２３と陰極２４は、通電手段４１に接続されており、所定の電圧が付加されるようになっている。
【００１５】
被処理部材２２は、上部材２５ａ及び下部材２５ｂに形成された貫通孔に挿通されており、上部材２５ａ及び下部材２５ｂと被処理部材２２との間は収容室２５ｃの上端及び下端の位置に設けられたＯリング３１により液密的にシールされている。即ち、被処理部材２２における２つのＯリング３１の間が、陽極酸化皮膜を形成する被処理部位２２ａとなっている。また、被処理部位２２ａに対して陰極２４が、間隔を介して覆うように構成されている。
【００１６】
収容室２５ｃの下端には、４つの吐出口２７が形成されており、電解液２８が噴出されるようになっている。吐出口２７の噴出方向ｆ２７は、被処理部材２２が保持されている電解槽２５の中央部よりも左側となっている。詳しく言えば、吐出口２７の噴出方向ｆ２７は、被処理部材２２の水平断面の形状である円の接線方向あるいは、円筒状の陰極２４の接線方向となっている。即ち、被処理部材２２は、吐出口２７の噴出方向ｆ２７の軸線上から外れた位置となっている。更に、電解液２８が（図１の矢印方向ｆ２２に示すようにして）被処理部材２２の周囲を下方から上方へ螺旋状に回転しながら流されるように、吐出口２７の噴出方向ｆ２７は調整される。
【００１７】
吐出口２７から噴出された電解液２８は、やがて収容室２５ｃの上端に位置する排出口３３から溢れ出して排出され、流路３７を流れてタンクＲに貯留される。タンクＲには、必要に応じて冷却用の熱交換器を組みこんでもよい。タンクＲに貯留された電解液８は、ポンプＰによって吸い込まれて供給路３８に流入し、再び吐出口２７から噴出される。このような電解液循環手段３６にて、電解液２８は循環操作されている。この循環操作を行いながら、陰極２４と陽極２３を通電して被処理部材２２に陽極酸化処理を施すと、電解液２８によりジュール熱を除去しながら被処理部位２２ａに陽極酸化皮膜が形成される。
【００１８】
以上のように、本発明に係るアルミニウム合金の表面処理装置においては、シール部材であるＯリング３１により被処理部材２２の被処理部位２２ａと他の部位とを液密的にシールすることで、必要とされる被処理部位２２ａのみに陽極酸化皮膜が形成されるので、通電する電力量を最小限に抑えることができる。更に、吐出口２７から電解液２８を噴出させて被処理部位２２ａと陰極２４との間に流すので、陽極酸化皮膜の生成にともなって発生するジュール熱を速やかに除去することができる。
【００１９】
また、ジュール熱を吸収して液温が上がった電解液２８は、電解槽２５の排出口３３から排出され、循環して再び吐出口２７から噴出されるときは放熱されて液温が下がった状態となっているため、被処理部位２２ａと陰極２４との間は常に液温の低い電解液２８が流れていることとなる。従って、電流密度を増加させても連続的にジュール熱が除去されるので、皮膜厚さの不均一な部位や皮膜焼けを生じることなく、陽極酸化処理の工程時間を大幅に低減することが可能となる。
【００２０】
更に、吐出口２７から噴出された電解液２８が、電解槽２５内で被処理部材２２の周囲を回転しながら被処理部位２２ａと陰極２４との間を流されるよう構成されているので、より効率的に陽極酸化皮膜の生成にともなって発生するジュール熱を被処理部材の全体から速やかに除去することができる。また、吐出口２７は電解槽２５の下部に配設されるとともに、排出口２７は電解槽２５の上部に配設され、吐出口２７から噴出された電解液２８が、被処理部材２２の周囲を下方から上方へ螺旋状に回転しながら被処理部位２２ａと陰極２４との間を流されるよう構成されていることによって、被処理部位２２ａの大きさに関わらず、吐出口２７は被処理部位２２ａの下方にのみ設ければよいので、装置を簡略化することができる。更に、吐出口２７を少なくすると乱流が起こりにくくなり、電解液２８の流れをスムーズなものとすることができる。
【００２１】
また、被処理部材２２は、吐出口２７の噴出方向ｆ２７の軸線上から外れた位置にあることより、吐出口２７から噴出された電解液２８は、その噴出力が直接的に被処理部材２２に作用することは少なく、そのまま被処理部材２２の周囲を回転することとなる。即ち、被処理部材２２は、電解液２８の流速の抵抗をあまり受けないので、被処理部材２２を強固に保持することなく、電解液２８の流速を上げることができる。
【００２２】
【実施例】
次に、本発明の実施例について、比較例と対比して具体的に説明する。
【００２３】
被処理部材は、７０００系アルミニウム合金をＴ６処理した押出材（φ２３．５ｍｍ×３００ｍｍ）を使用し、従来の方法と同様に脱脂処理を施した後、電解槽に保持させた。電解液は、２００ｇ／Ｌの硫酸水溶液を用い、処理浴の温度を１０℃として、表１に示す条件にて陽極酸化処理を行った。
【００２４】
実施例１〜２は、上記した実施形態の表面処理装置２１を使用した。比較例３は、従来の電解槽に被処理部材を浸漬させ、電解液の循環操作を行わずに、エアで撹拌させて使用した。比較例３では、被処理部材にマスキングを施して、実施例１〜２及び比較例３の処理面積は、０．４ｄｍ２とした。
【００２５】
電解液の流速は、吐出口から噴出された直後の値とした。通電はスロースタートとし、通電時間は、このスロースタートの昇圧時間も含めたものとした。膜厚は、処理後の被処理部材を切断した断面を光学顕微鏡（２０倍）にて観察して測定した。皮膜の硬度（ビッカース硬さ）は、常温でＪＩＳ−Ｚ２２４４に従い５点平均により測定した。表面粗さは、ＪＩＳ−Ｂ０６０１に従い十点平均粗さ（Ｒｚ）を測定した。これらの結果も表１に併せて示す。
【００２６】
【表１】
2004059936.tif 000003
【００２７】
通電後、それぞれ表１に示す膜厚の陽極酸化皮膜が均一に形成され、この皮膜は、いずれも皮膜焼けも生じておらず良好な表面状態であった。更に、表１に示すように、本発明における実施例１〜２は、いずれも、比較例３と比べて大幅に電流密度を増加させることができ、短時間で２０μｍ以上の陽極酸化皮膜を形成することができた。このとき、実施例１〜２は、電流密度を３０Ａ／ｄｍ２以上と格別に大きな値とすることができた。
【００２８】
その上、実施例１〜２は耐摩耗性に要求される品質（皮膜硬度２７０Ｈｖ以上、表面粗さＲｚ６．３μｍ以下）を満足するものであった。特に、実施例１〜２は、皮膜硬度を比較例３と比べて大幅に上げることができ、耐摩耗性も向上することができた。従って、本発明は、耐摩耗性が要求されるシャフト等の摺動部に、効果的に適用することができる。
【００２９】
尚、実施例１〜２は、電解液の流速を上げて処理を行ってもよい。特に、上記した実施形態の表面処理装置２１では、流速を０．４ｍ／ｓｅｃ以上とすることも可能である。また、被処理部材は、上記した実施形態で使用した円柱状が適しているが、角柱状等の他の断面形状であっても、吐出口から噴出された電解液が、電解槽内で被処理部材の周囲を回転しながら流されるようにすることにより、上記した実施形態と同様の効果を得ることができる。このとき、被処理部材の断面形状にあわせて、シール部材や陰極の形状を変更することが望ましい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大規模な設備や複雑な制御を用いることなく、生成される陽極酸化皮膜の品質を満足しながら陽極酸化処理の工程時間も低減でき、アルミニウム合金からなる被処理部材の外周面に部分的に陽極酸化皮膜を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアルミニウム合金の表面処理装置の一実施形態を模式的に示す図であり、図１（ａ）は主要断面図、図１（ｂ）は上面図である。
【符号の説明】
２１　　　表面処理装置
２２　　　被処理部材
２２ａ　　被処理部位
２３　　　陽極
２４　　　陰極（電極）
２５　　　電解槽
２７　　　吐出口
２８　　　電解液
３１　　　Ｏリング（シール部材）
３３　　　排出口
３６　　　電解液循環手段
３７　　　流路
３８　　　供給路
４１　　　通電手段
Ｐ　　　　　　ポンプ
Ｒ　　　　　　タンク
ｆ７、ｆ２７　　　噴出方向
【図１】
2004059936.tif 000004