(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にアルマイトを有するアルミニウム基材からなる設備、装置もしくは部品の表面に部分的に生じた基材素地露出部位を処理する方法で、素地露出部位に電解液を湿らせる水準で含有させた緩衝材を接触させ、素地露出部位のアルミニウム基材を陽極とし、対極として電解質液に不溶性の陰極を用い、陽極と陰極の面積比率を１：０．１〜２．０とし、電極間の距離を１０μｍ〜１．５ｃｍ、電圧０．１〜２０Ｖ、電流密度０．０１〜２．０Ａ／ｄｍ２、電解温度０〜３５℃、圧力２×１０−４〜４×１０２ＫＰａの条件で陽極酸化を行い、当該素地露出部位に１〜５０μｍのアルマイトを形成することからなる部分アルマイト形成法において、素地露出部位と接触した緩衝材面を冷却用ゲルシートで覆うことを特徴とする部分アルマイト形成法。
【請求項２】
半導体製造設備又はその設備内で使用されている設備、装置もしくは部品のアルミニウム材料を用いた分野の材料に部分的損傷が生じた場合に、素地露出損傷部位を現場で処理することを特徴とする請求項１の部分アルマイト形成法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造設備、工作機械などに用いられるアルミニウム材料の表面に損傷が生じた場合にこれを容易に処理する部分処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置、自動車エンジン、工作機械、コンプレッサーなどの分野においては軽量でかつ汚染物質などの発生が少ないアルマイト、特に陽極酸化表面皮膜を有しているアルミニウム材料が多く用いられている。半導体製造においては空気中に浮遊する微粒子などが嫌われているが、真空装置部位に用いられるパーツなどは磨耗、不作為の事故などによって表面部分が損傷し、素地露出部位が生じたとき、この部分の耐食性は著しく低下し、これを早急に修理しないと汚染物の発生による製品の不良発生によって損害が増大する。しかし、素地露出部位を含む部品が大きなものである場合又は装置から取り外しが困難な場合は装置全体の取替えが必要となり、装置交換費用又は製造ラインの停止による損害も莫大となる。
【０００３】
半導体部品、機械部品、自動車部品又はこれらのアッシ部品等について全体大きさとの比較又は設計変更により部分的にアルマイトの形成を行なう事が発生していたが、アルマイトにおいて部分的に処理を行うと言う考えがなかった。電気関連使用において導通性を要求される事がある。このような時にはアルマイト面以外はマスキング又は処理後切削を行なう傾向にあった。
【０００４】
従来のこの種の処理法としては陽極酸化が行われた例は見当たらず、めっき分野において類似の部分処理法としていわゆる筆めっき法が知られている（非特許文献１）。筆めっき法は重金属やシアンなど環境負荷の大きな化合物を含む液の使用が必要であると共に、アルミニウム金属面に直接めっき膜を形成することは不可能であし、酸化アルミニウムであるアルマイト皮膜はめっき法では形成することが出来ない。更に陽極／陰極の使用法も逆であり、筆めっき法を部分アルマイトの形成法に応用しようとする試みは全くなされていない。
【０００５】
従来法によるアルミニウム材料の表面に部分アルマイトを形成する方法としては、アルミニウム基材表面に印刷転写法などでアルマイト化所望部分を形成し、これをグルー等で全面被覆してマスキングし、その後にアルマイト化所望部分だけの金属面を露出させ、アルマイト化処理を施して部分処理することが知られているが、工程数が多くなり実際上は使用不可能に近く、またパターンの決まった部分アルマイト化処理しか出来ない。
【０００６】
【非特許文献１】社団法人日本プラントメンテナンス協会編及び発行（１９９１）「表面改質・再生技術」第５６ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
アルミニウム材料の表面に部分的に陽極酸化皮膜を形成する方法を提供することを目的とし、特に表面に陽極酸化皮膜を有するアルミニウム材料からなる半導体用の装置、部品類、工作機械類、コンプレッサーなどの表面に部分的な損傷が生じた場合、損傷部分をその場で処理する方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、アルミニウム合金の表面に部分的に陽極酸化皮膜（以下の説明においてアルマイトという。）を作成する方法で、アルマイトを形成する被処理部位を設定し、該部位以外の部分をマスキングによって被覆し、被処理部位に電解質を含有させた緩衝材を接触させ、被処理部位のアルミニウム基材を陽極とし、対極として電解質液に不溶性の陰極を用い、陽極と陰極の面積比率を１：０．１〜２．０とし、電極間の距離を１０μｍ〜１．５ｃｍ、電圧０．１〜２０Ｖ、電流密度０．０１〜２．０Ａ／ｄｍ２、電解温度０〜３５℃、圧力２×１０−４〜４×１０２ＫＰａの条件で陽極酸化処理を行い、被処理部位に１〜５０μｍのアルマイトを形成することからなる部分アルマイト形成法である。
【０００９】
本発明は又、表面にアルマイトを有するアルミニウム基材からなる設備、装置もしくは部品の表面に部分的に生じた基材の素地露出部位を処理する方法で、素地露出部位に電解質を含有させた緩衝材を接触させ、素地露出部位のアルミニウム基材を陽極とし、対極として電解質液に不溶性の陰極を用い、陽極と陰極の面積比率を１：０．１〜２．０とし、電極間の距離を１０μｍ〜１．５ｃｍ、電圧０．１〜２０Ｖ、電流密度０．０１〜２．０Ａ／ｄｍ２、電解温度０〜３５℃の条件で陽極酸化を行い、当該素地露出部位にアルマイトを形成することからなる部分表面処理法である。
【００１０】
電解質としては溶液状、懸濁状があり、溶液状の場合には水溶液系、またはジエチレングリコールなど各種アルコールを用いた非水系のものが用いられる。水又はアルコールに溶解させる電解質物質としては各種公知の電解質物質が用いられるが、好ましくは希硫酸系、リン酸系、又はカルボン酸基及び／またはスルホン酸基を２個含む酸化合物系を用いるのがよい。特に蓚酸、マレイン酸などの多価カルボン酸、又はスルホン酸基を有するカルボン酸が好ましい。電解物質が水またはアルコール類に溶解しない場合に微細化した固体状電解質を懸濁させた液として使用することも出来る。
【００１１】
電解質溶液、懸濁液を含有させる緩衝材としては硬質又は柔軟な材料が用いられる。これら緩衝材は電解質液を一定量以上、かつ一定時間以上保持できて、被処理部位もしくは素地露出部位の形状に適合するものが好ましく、例えばガーゼの様な綿布もしくは不職布、ポリプロピレン等合成繊維の織布もしくは不織布など、ポリアクリレートの様な吸湿性ポリマーのゲル状物もしくはこれらポリマーを織布、不織布、スポンジ、粘土などに含浸させた柔軟性のある材料が好ましい。被処理部位もしくは素地露出部位が平面である場合などは特に柔軟性のある必要がないので、ハニカム構造体、スポンジ状構造体、多孔質樹脂、ガラス繊維構造体などで一定量の電解質液を保持できるものであれば硬質な材料でもよい。緩衝材に含有もしくは含浸させる電解質溶液もしくは懸濁液の量はその溶液が被処理部位と接触できる量があれば十分である。
【００１２】
アルマイト表面を有している部品、装置などの部分的な損傷によって素地が露出した場合などには処理を必要とする部分が斑状になっていることがしばしばあるので、素地露出部分を含む処理部分を特定し、その部分の表面を機械的な研磨など、化学的な溶解処理、電気化学的な処理によってアルミニウム基材の素地を露出させてから陽極酸化処理を施すことが好ましい。この場合、素地露出面の周囲をゴム状物、粘土状物その他の柔軟物質で囲うことにより、電解質溶液を含有した材料を素地露出部位に接触させた時、材料に過剰の電解質溶液が含まれていても当該電解質溶液が損傷部分以外のところに流出しないようにすることが好ましい。
【００１３】
電解質溶液を含有する緩衝材に接触して設置する陰極の材質は電解質溶液によって腐食や溶解のしにくい材質、例えばアルミニウム、カーボン、鉛などの線状もしくは板状物が用いられ、その電極面の面積は陽極側となるアルミニウム素地露出部面積に対し０．１〜２．０の比率とすることが好ましい。又、陰極は形状、場所、位置により電極間（極間）距離を極端に変えない為に、固定せずに素地露出部位の上を処理中に可動する事も許される。陽極となるアルミニウム素地部分と陰極との極間距離は１０μｍ〜１．５ｃｍ、特に１ｍｍ〜１ｃｍであることが好ましい。この様に極間距離を小さくすることは本発明の大きな特徴である。極間距離を小さくすることによって使用電圧、電流が通常の陽極酸化条件では使用しないような小さい微弱電圧、微弱電流での処理が可能となる。素地露出部位が数ｍｍ２〜数ｃｍ２程度の小さい面積の場合の極間距離は１０μｍ〜０．５ｃｍ程度に小さくすることができる。陽極酸化処理する際の電圧は０．１〜２０Ｖ、特に０．１〜１５Ｖ程度、電流密度は０．０１〜２．０Ａ／ｄｍ２、特に０．０１〜１．５Ａ／ｄｍ２の範囲とすることが好ましい。電極間距離が１０μｍ〜１ｃｍ程度に短い時は電圧０．１〜１０Ｖ未満、電流密度０．０１〜０．８Ａ／ｄｍ２程度の微弱電圧、微弱電流でも陽極酸化処理出来る利点がある。
【００１４】
修理の際の電解処理温度は通常、０〜３５℃、特に１０〜３５℃の常温範囲で行なうが、必要に応じて冷却、加温することは差支えない。また圧力も通常は常圧で行なうが圧力２×１０−４〜４×１０２KPａの減圧下、加圧下であっても問題はない。減圧の場合は陽極酸化処理の時間が短くなる。減圧又は加圧にする場合には陽極酸化を行なう部分に覆いをして適宜に圧を調節して行なう。
【００１５】
電解処理時間は処理を必要とする表面積に依存するが、ほとんどの場合は５〜４０分程度の短時間で終了できる。
【００１６】
陽極酸化に際しては、素地露出部位面上に電解質の移動又は通過が可能な孔を有する絶縁性シート材を設置して陽極と陰極の直接接触を防止することが好ましい。これはこの発明の処理法で行なう陽極酸化では極間距離が例えば１０〜１００μｍなどのように極めて短い場合があり、この様な時には陽極と陰極が短絡して直接接触してしまう危険があり、この場合にはアルマイトが十分形成されないことが生じるので、この極間短絡を防ぐために絶縁性の緩衝材が用いられる。緩衝材としては電解質物質が溶解した溶液に侵食されることがなく、そして該溶液が通過する程度もしくはそれ以上の孔を多数有している多孔性のフィルム状絶縁物質、透過性の樹脂フィルム、吸収性ポリマー、ハニカム状シートなどが用いられる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の方法は、アルミ合金表面に部分的にアルマイト加工をする場合に、印刷転写などの複雑な、数多くの工程を必要とすることなく、簡単な手法で必要部位にアルマイトを形成することが出来る。また、半導体製造装置、工作機械、コンプレッサーなど、アルミニウム材料を用いた分野で、材料に部分的損傷が生じた場合に、この部位を修理するために材料、部品の取り外し、移動などをせずに現場で処理するために有利な方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１９】
（実施例１）
半導体装置の組み立て作業工程中に、Ａ５０５２材の表面皮膜のアルマイト１０μｍの部分に傷が発生した。傷は約長さ１．５ｃｍ×幅０．３〜０．５ｃｍにわたり素地が露出し、その面積は約０．６ｃｍ２あった。この部分５の修復方法として電源６、被処理材１及び緩衝材２及び電極３とから成る図１に示す装置で部分処理を行なった。緩衝材２としてポリプロピレン１００％不繊布を約２ｃｍ×５ｃｍに切り、中心に径１．５ｍｍのアルミニウム線を入れ、これを巻回して約径１ｃｍ×長さ２ｃｍの円筒形を作りこれをマイナス電極３とし、長さ１０ｍｍ以外の部分をマスキングし、面積約０．５ｃｍ２の電極とした。作業としては素地の露出した剥離部位をアセトンにて拭き、乾燥後２ｗｔ％の酸性フッ化アンモンを筆に湿らし剥離部位を２０秒処理する。次に水を十分浸した布を剥離部位に充てスマット及び溶液を取り除くまで拭き取りと洗浄工程を５回行なった。次に準備した緩衝材中にアルミニウム線を挿入した電極３を図１に示すように修復箇所及び周囲を含めセットし、電解液として硫酸２０％＋アルミニウム３ｇ／Ｌ、液温１８℃、液量約０．５ｍｌをメスピペットにて不繊布を湿らせた。電解条件は極間距離３ｍｍ、陽極と陰極の面積比（極比）は１：０．８、直流電圧６．５Ｖ、電流１０ｍＡ，電流密度１７ｍＡ／ｃｍ２、圧力１．０１３×１０２ＫＰａ、の条件で１５分電解処理し、更に常温封孔を１５分行なった。結果として被処理材であるＡ５０５２材のもともとの色調と皮膜の関係から、形成されたアルマイト皮膜の厚さは約９〜１２μｍであり、周囲の色と目立つことがない皮膜となった。
【００２０】
（比較例１）
実施例１と条件で緩衝材の不繊布を除き電解を行なったが極間距離が短い為に短絡が発生しこの部位が黒くなり皮膜厚さが不均一となり再生としては失敗である。又この解決としては正確な冶工具を作製する為に、実施例１と比較すると作業性、簡便性、正確度において劣ると思われる。
【００２１】
（実施例２）
Ａ５０５２材のアルマイト厚さ１０μｍの平面部を長さ１．５ｃｍ×幅０．５ｃｍ、面積０．７５ｃｍ２素地を露出し、この部分へのアルマイト形成を図１に示す装置で行なった。緩衝材２として高密度ポリエチレン三角ネット（（株）サンテクノ社製、以下ネットという。）を約２ｃｍ×５ｃｍに切り、三つ折に重ね２枚目と３枚目の間に径１．５ｍｍのアルミニウム線を入れて、これをマイナス電極３として長さ１０ｍｍ以外の部分をテーピングし、面積は約０．５ｃｍ２の陰極とした。さらにその上面に柔軟性にとして冷却用強制ゲルシート４（小林製薬株式会社製）にて覆った。実際の作業として、被処理物の素地露出（剥離）部位をアセトン布に湿らし拭き、乾燥後１ｗｔ％の酸性フッ化アンモンを筆に湿らし剥離部位の下側に布で他に液が行かないように抑えながら１０回塗るように処理した。次に水を十分浸した布を剥離部位に充てスマット及び溶液を取り除くまで拭き取りと洗浄工程を５回行なった。次に準備した電極３を図１に示すように装置を修復箇所及び周囲を含めセットし、硫酸２０％＋アルミニウム３ｇ／Ｌ＋カーボン粉（粒径３００ｎｍ）０．０５ｗｔ％の懸濁液電解質にて、液温１８℃、液量約０．５ｍｌをメスピペットにてネットに湿らせた。電解条件は極間距離２ｍｍ、極比は１：０．８、電源６からの直流電圧５Ｖ、電流１５ｍＡ，電流密度２０ｍＡ／ｃｍ２、圧力１．０１３×１０２ＫＰａ電解時間を１０分、常温封孔を１０分行なった。結果としてＡ５０５２材の色調と皮膜の関係から、厚さ約８〜１０μｍのアルマイト皮膜の形成がなされ、周囲の色と極端に目立つことがなかった。
【００２２】
（実施例３）
Ａ５０５２材の蓚酸アルマイト皮膜厚さ１０μｍのＲ面角部を長さ１．５ｃｍ×幅０．５ｃｍ、面積０．７５ｃｍ２の素地を露出し、この部分の修復方法として図２に示す装置を用いて行なった。緩衝材２として高密度ポリエチレン三角ネット（（株）サンテクノ社製、以下ネットという。）を約２ｃｍ×５ｃｍに切り、三つ折に重ね２枚目と３枚目の間に径１．５ｍｍのアルミニウム線３を入れて、これをマイナス電極として長さ１０ｍｍ以外の部分をテーピングし、面積約０．５ｃｍ２の電極とした。さらにその上面に柔軟性に冷却用強制ゲルシート（小林製薬（株）製）にて覆った。実際の作業として、被処理物の露出した剥離部位をアセトン布に湿らし拭き、乾燥後１ｗｔ％の酸性フッ化アンモンを筆に湿らし剥離部位の下側に液が行かないように布で抑えながら１０回塗るように処理した。次に水を十分浸した布を剥離部位に充てスマット及び溶液を取り除くまで拭き取りと洗浄工程を５回行なった。次に前記の電極を図２に示すように修復箇所及び周囲を含めセットし、電解液として蓚酸３％＋アルミニウム３ｇ／Ｌ、液温１８℃、液量約０．３ｍｌをメスピペットにてネットに湿らせた。電解条件は極間距離２ｍｍ、極比は１：０．８、直流電圧９Ｖ、電流１０ｍＡ，電流密度１３ｍＡ／ｃｍ２、電解時間２０分で行い、常温封孔を１５分行なった。結果としてＡ５０５２材の色調と皮膜の関係から、厚さは約８〜１０μｍの蓚酸アルマイト皮膜が形成され、周囲の色と極端に目立つことがなかった。
【００２３】
（実施例４）
Ａ６０６１材の蓚酸アルマイト皮膜厚さ１０μｍの天井面部位を長さ１．５ｃｍ×幅０．５ｃｍ、面積０．７５ｃｍ２素地を露出し、この部分の修復を図３に示す装置をもちいて行った。吸収性ポリマーと不繊布からなる緩衝材２に電解液として蓚酸３％＋アルミニウム３ｇ／Ｌ、０℃、１ｍｌを吸収させ、柔軟性のある固形状系電解質を作り、更にアルミニウム電極棒３を緩衝材中に入れ、この電極＋緩衝材を図３のように天井面部位５に接触させた。接触させるために柔軟性に優れた強制冷却用ゲル（小林製薬株式会社製）にて電極部を覆い、これを箱６に入れ支え６で固定して電解を行った。電解条件は極間距離５ｍｍ、極比は１：１、直流電圧８Ｖ、電流１０ｍＡ，電流密度１３ｍＡ／ｃｍ２、圧力１．０１３×１０２ＫＰａ、電解時間１５分で行い、常温封孔を１０分行なった。結果としてＡ６０６１材の色調と皮膜の関係から、厚さは約１０μｍの蓚酸アルマイト皮膜が形成され、周囲の色と極端に目立つことがなかった。
【００２４】
（実施例５）
Ａ５０５２基材（５ｃｍ×１５ｃｍ×ｔ８ｍｍ）の中央部分（１ｃｍ×５ｃｍ，０．０５ｄｍ２）のみにアルマイト１０μｍの皮膜を形成する方法として図４の装置で行なった。処理前の被処理位部５並びにマスキング８の位置関係の平面図を図４−１に示す。マスキングはテープにて被処理部位以外の同一面を覆う。前処理作業としては被処理部位をアセトンにて拭き、乾燥後２ｗｔ％の酸性フッ化アンモンを筆に湿らし被処理部位を２０秒処理する。次に水を十分浸した布を被処理部位に当てスマット及び溶液を取り除くまで拭き取りと洗浄工程を５回行なった。次に、図４−２に示す装置にて、緩衝材２としてネットを約７ｃｍ×７ｃｍに切り、四つ折りにした。電極としては１．５ｃｍ×６ｃｍ×ｔ０．８ｍｍのアルミニウム板３を３段目に入れ、この面積以外のアルミニウム板はマスキングを行う。更に被処理面の周囲に２ｃｍ×８cmｃｍ×高さ１ｃｍのアクリル製の長方形の壁を作り底面は両面接着テープにて固定し、浸み出した電解液が必要以外に流れ出ないようにする。電解液として硫酸２０％＋アルミニウム３ｇ／Ｌ、液温２０℃、液量約４ｍｌをメスピペットにて緩衝材に湿らせた。電解条件は極間距離５ｍｍ、極比は１：０．８、直流電圧６．５Ｖ、電流７０ｍＡ，電流密度１．５Ａ／ｄｍ２、圧力１．０１３×１０２ＫＰａ、電解時間１５分で行ない、常温封孔を１５分行なった。結果としてＡ５０５２材の色調と皮膜の関係から、厚さは約１０〜１２μｍと推定される皮膜が形成され、周囲の色と取分け目立つことがなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の処理法は簡便な部分処理及び部分修正法として使用でき、組み立て工程に於ける傷、打痕等による部分的素地剥離状態の再生に可能であり、時間、コストの節約になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】平面にアルマイト素地露出部位が発生した時の装置図
【図２】角部にアルマイト素地露出部位が発生した時の装置図
【図３】天井面にアルマイト素地露出部位が発生した時の装置図
【図４】部分アルマイトの装置図
【符号の説明】
【００２７】
１  アルマイト処理材
２  緩衝材
３  マイナス電極
４  冷却用ゲル
５  素地露出部位又は被処理部位
６  電源
７  押さえ箱及び支え棒
８  マスキング
９  アクリル壁
【図１】
0005176200.tif 000002
【図２】
0005176200.tif 000003
【図３】
0005176200.tif 000004
【図４】
0005176200.tif 000005