(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源に接続した少なくとも２個の電極を、被覆される表面が中に置かれて電解液が貫流する反応室に挿入し、又は反応室に隣接させ、電解液の流れ方向を被覆工程の間に少なくとも１回反転する耐摩耗性被覆面の製造方法において、
所定の流れ時間を順守することによって、被覆される表面を陽極として使用し、該被覆される表面の必要な形状精度を調整し、電解液が所定の方向に流れる期間を被覆過程の前の又は被覆過程中の加工品の表面形状に応じて確定し、少なくとも被覆される表面がアルミニウムからなり、又はアルミニウム合金であり、これに酸化物層（ＡＬ2Ｏ3）を生成することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記被覆される表面が彎曲していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記被覆される表面が円筒形であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記被覆される表面が平坦であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
流れ方向を適宜に反転することによって、被覆される面に異なる層厚又は層厚さを生じることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
流れ方向を適宜に反転することによって、被覆される表面の層厚分布を適宜に変えることができることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は請求項１のプレアンブルに基づく耐摩耗性被覆面の製造方法に関する
【０００２】
ここで述べる種類の方法及び装置は知られている。この方法及び装置は例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなる表面、例えば穴の表面に酸化物層を設けるために使用される。公知の被覆法を実施するには、加工品を電源の正極に接続し、こうして陽極を形成する。負極に接続された鉛板が陰極をなし、穴の中に挿入される。加工品と陰極によって画成された隔室に電解液、この場合は希硫酸が導入される。隔室は入口と出口を有し、電解液が一方の方向に貫流する。酸化アルミニウム層の層厚が被覆面によって相違し、即ち加工品の一方の側の酸化物層の層厚が他方の側より大きいことが欠点であることが判明した。このため表面の所望の形状許容差が必ずしも守られないので、高い寸法及び形状精度を得るために、被覆した表面を例えば研削、ホーニングにより再加工しなければならない。ドイツ国特許第１９０９８７０号明細書は多孔質金属成形体又は予備金属化した非金属成形体の外側及び内側表面の電気金属めっきのための方法を記載する。電解液を所定の速度、好ましくは８０ないし１３０m/secの速度で、陽極の役割をする成形体の気孔に押し通すならば、多孔質成形体の外側及び内側金属面にほぼ均一な電気金属めっきが得られることが判明した。成形体がごく厚肉の場合は、電解液の流れ方向に金属析出物の層厚の減少が観察される。電解液の流れ方向の周期的反転と２個の陽極の配置によって、この欠点を取り除くことができる。上記の欠点がない冒頭に述べた種類の方法を提供することが本発明の課題である。
【０００３】
本発明の根底にある課題を解決するために、請求項１の特徴を有する方法を提案する。この方法は、電解液の流れ方向を被覆工程の間に少なくとも１回反転することを特徴とする。好ましくは正確に確定された時点で電解液の流れ方向を反転することにより、層厚の分布及び所望の目標寸法を適宜に調節することが可能である。即ち電解により生じる耐摩耗性層の厚さを調整することができる。こうして被覆面の形状、例えば穴のテーパ又は板の平坦度を調節することができる。
【０００４】
特に好適なのは、少なくとも被覆される表面がアルミニウムからなり、又はアルミニウム合金であり、これに陽極酸化膜とも呼ばれる酸化物層が形成される本方法の実施形態である。この形の電解は陽極処理又は陽極酸化とも呼ばれ、被覆される加工品が陽極の役割をし、例えば鉛板が陰極として使用され、反応室に入れられ、又は反応室に隣接する。反応室に電解液、例えば希硫酸が貫流する。陽極処理によって生じた陽極酸化膜は硬く、化学的影響に対して耐性が大である。
【０００５】
本方法の有利な実施形態では被覆される表面が彎曲し、特に円筒形であり、又は平坦である。電解液の流れ方向を適宜に反転することによって、彎曲した面でも平坦な面でもその形状及び／又は目標寸法を調節することができる。寸法及び形状精度に高い要求が課せられる貫通穴又はめくら穴、例えば車両で使用される搬送装置のバルブピストンのための穴の被覆処理で、本発明方法が特に有利である。多くの場合穴は完成の後に円筒形の形状でなく、テーパ形状を有する。表面の被覆処理の際に電解液の流れ方向を適宜に反転することによって、このテーパ形状を補償又は除去することができる。また上記の方法によって層厚分布を調節して、平坦な表面の形状を適宜に変え、特に調整することができる。こうして高い寸法精度を有する平坦な表面を作製することができる。
【０００６】
本方法の実施のための装置は少なくとも２本の連絡管と連結された反応室を具備し、その内の第１の連絡管は搬送装置により輸送される電解液のための入口として、第２の連絡管は出口として利用される。被覆される加工品又は少なくとも１つの表面が反応室に入れられ、少なくとも電解液と接触させられる。加工品が反応室の一部を画成し又は形成することも可能である。このことは例えば被覆される穴を有する加工品で可能である。表面を被覆しようとする穴の中に電極を入れる。反応室の中に少なくとも１個の陽極及び陰極があり、又は加工品が電源の２つの極の内の一方に接続され、こうして陽極又は陰極を形成する。装置は、電解液の流路に切換え装置、例えば方向制御弁が設けられ、これによって入口と出口を交換できることを特徴とする。被覆される表面に一定な層厚又は異なる層厚が実現されるように、手動又は自動切換え可能な切換え装置によって反応室を通る電解液の流れ方向を所定の時点で切換えることができる。こうして例えば穴、板等の表面の形状を調節することができる。好適な実施例では電解液が被覆される面のすべての部分、又は少なくとも大部分に接して流れるように、入口と出口が互いに間隔をおいて反応室に接続されている。別の有利な実施形態がその他の従属請求項で明らかである。
【０００７】
次に図面に基づいて本発明を詳述する。図１は、本発明に係る装置の実施例の概略原理図である。図２Aないし２Cは、夫々穴の区域の加工品の一部の図である。図３Aないし３Bは、夫々装置の別の実施例の斜視図である。
【０００８】
図１は、この場合加工品３に穿設された円筒形又はおおむね円筒形のめくら穴５の耐摩耗性被覆面の作製のための装置１の第１実施例の原理図を示す。図示しない電源に接続された棒形電極７がめくら穴５に差し込まれている。電極７は大きな直径の第１の縦部分９と小さな直径の第２の縦部分１１を有する。第１の縦部分９の区域の電極７の直径はめくら穴５の直径におおむね相当し、一方、第２の縦部分１１の直径はめくら穴の直径より小さいから、めくら穴５と第２の縦区域１１の電極７との間に環状室が形成される。縦部分１１の区域には電極７の外周面に円周状の凹陥部が凹設され、ここにシール１３が配設される。このシール１３によってめくら穴５が外界に対して密封される。このようにしてめくら穴５の開口部は電極７によって閉鎖されるから、反応室を形成する閉じた隔室が生じる。
【０００９】
電極の縦中心軸１４と同心に配設された貫通穴１５が電極７に穿設され、めくら穴５の底部の反対側の貫通穴１５の端部は第１の連絡管１７と連結されている。第１の縦部分９の区域には縦中心軸１４から間隔をおいて配設された２個の貫通穴１９が電極７に穿設され、第２の連絡管２１と連結されている。連絡管１７、２１はこの場合４/２方向弁２３からなる切換え装置に接続される。電解液容器２５に直通の戻り管２７及び同じく容器２５に接続する供給管２９が方向制御弁２３に接続する。またこの場合ポンプ３１からなる搬送装置が設けられ、電解液を容器２５から吸引し、供給管２９、方向制御弁２３及び連絡管１７、２１の一方を経てめくら穴５へ送る。４/２方向弁２３の構造と機能はそれ自体公知のことであるから、詳述しない。
【００１０】
この場合、方向制御弁は単なる一例であり、切換え装置の構造は種々変えることができる。重要なのは、反応室内の電解液の流れ方向を切換え装置によって反転できることである。
【００１１】
以下では、加工品３がアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、装置１がめくら穴５の表面の硬質陽極酸化のために使用されるものとする。この電解法では加工品３が陽極の役割をし、このために電源の正極に接続されているが、めくら穴５の中に突出する、例えば鉛からなる電極７は電源の負極に接続され、従って陰極として使用される。本方法では電解液として例えば希硫酸を使用することができる。
【００１２】
４個の接続端と２つの切換え位置を有する方向制御弁２３の図１に示す機能位置で、ポンプ３１により容器２５から吸引された電解液が供給管２９、第１の連絡管１７及び電極７の中央区域に設けられた貫通穴１５を経て、めくら穴５と電極７によって画成され、外界に対して密閉された環状室ヘ送入される。めくら穴５の底部の直上で貫通穴１５から出る電解液は電極７又は穴の表面に沿って、電極７の第１の縦部分９によって閉鎖されためくら穴開口部の方向へ流れ、２つの貫通穴１９、第２の連絡管２１及び戻り管２７を経て容器２５へ返送される。正確に定められた時点で、方向制御弁２３は手動的又は自動的に第２の機能位置へ移される。これによって電解液の流れ方向が反転される。即ち連絡管１７が戻り管２７に、第２の連絡管２１が供給管２９に接続される。ポンプ３１から容器２５へ送られた電解液は、今度は貫通穴１９を通ってめくら穴５へ入り、穴の表面に沿ってめくら穴の底部の方向へ流れ、電極７の中の貫通穴１５、第１の連絡管１７及び戻り管２７を経て容器２５へ返送される。
【００１３】
電解法の機能について：浴を通って、即ち、めくら穴によって画定された反応室又は外界に対して閉鎖された隔室を流れる電解液を通って、直流電流がしばらくの間流れると、陽極即ちこの場合は穴の表面に酸素が発生し、アルミニウムと結合して固着する酸化物層（AL２O３）いわゆる陽極酸化膜が生じる。電解液の流れ方向の反転時期を適宜に選択することによって、層厚分布即ち硬質陽極酸化面−図１に鎖線で示す−の厚さに明確な影響を及ぼすことができる。こうして例えばめくら穴５の完成の後に存在するめくら穴５のテーパを補償することができる。即ち被覆工程の間に所定の時点で電解液の流れ方向を少なくとも１回反転することによって、穴の小さな直径の端部の酸化物層が他方の大きな直径の端部より小さな厚さを有するようにすることができる。こうして穴の長さが４０mmないし５０mmの場合、穴の例えば６μmのテーパを補償して、被覆工程の後の穴に円筒形の形状をもたせることができる。
【００１４】
いずれにせよ被覆面の高い形状及び／又は寸法精度が要求される場所、例えば車両用の油圧供給装置、例えばパワーステアリング用ポンプのバルブピストン穴で、必ず上記の方法が有利に使用できることは直ちに明らかである。
【００１５】
個々の流れ方向の時間の確定、即ち電解液の流れ方向の反転時期の決定は、計算的にも経験的にも硬質被覆処理の前後の孔径の比較によって行なうことができる。次に、貫通穴３５の区域の加工品３の一部を夫々示す図２Aないし２Cに基づき、流れ方向の反転時期の決定又は個々の流れ方向の持続時間の決定のための方法を詳述する。図２Aに製造の後かつ硬質陽極処理の前の貫通穴３５を、図２Cに硬質陽極処理の後の貫通穴３５を示す。図２Bには所望の目標直径と円筒形の形状を有する貫通穴３５を示す。耐摩耗性被覆面を作製するための上記の方法の実施のために、図２Ａないし２Cに図示しない装置が使用される。その構造は、容器に通じる戻り管及びポンプに連結された供給管に接続し、電解液の入口と出口をなす連絡管が夫々貫通穴３５の開口部に連結されている点が、図１に基づき説明したものと相違する。
【００１６】
図２Ａで明らかなように、製造後の貫通穴３５は円錐形の形状を有する。即ち貫通穴の開口部の区域の直径が相違するのである。一方の直径をφ１vor、他方の直径をφ２vorで表す。貫通穴３５の予備加工の後に実際直径φ１vor及びφ２vorを測定し、それから下記の関係式により陽極酸化時間を確定又は計算する。
【００１７】
Δφ＝φsoll−Ｋ（φ１＋φ２）／２
ここにKは経験的又は計算的に決定することができる定数又はパラメータである。貫通穴３５の被覆処理の後に実際直径φ１nach及びφ２nachを決定する。個々の流れ方向の時間はφvor−φnachの差から確定又は計算される。図２Cに示すように、φ１nacuとφ２nachの直径差は被覆工程の前より小さい。本実施例ではこうしてテーパがほとんど補償される。上記の方法によれば、少なくともDalic法とも呼ばれる公知の製造法で可能である以上にテーパがよく補償される。
【００１８】
図３A及び３Bは装置１の別の実施例の一部の斜視図を示す。この場合は加工品３が板であり、その平坦な又はおおむね平坦な表面に酸化物層を設ける。陰極をなす管状の電極７がこれに垂直又はおおむね垂直であり、電解液が貫流する反応室、例えば浴の中にある加工品３に対して間隔をおいて保持される。被覆工程で電解液、例えば硫酸が所定の時間のあいだ電極７の中の貫通穴を経て加工品３の被覆される表面に注がれる（図３A）。電解液はおおむね板の中央に衝突し、そこから−矢印３７で示唆するように−加工品３の側縁の方向へ流出する。経験的又は計算的に決定される所望の時点で電解液の流れ方向が反転されるから、電解液は板状加工品３の側縁からその中央へ流れ、電極７の貫通穴を経て容器へ返送される。
【００１９】
この場合各流れ方向の調整可能な持続時間によって加工品３の平坦な表面の形状を調節し、加工品３の縁端区域と中央区域の層厚を調整することができる。こうして被覆面の凹凸を補償することができる。
【００２０】
いずれにせよ本発明に関連して「反応室」とは、閉じた隔室も浴も意味することは明らかである。要するに、彎曲面でも平坦面でも被覆工程で製造される層の厚さを上記の方法で調節できることを付言しなければならない。また層厚分布の制御によって被覆面の形状を適宜に調節することができる。被覆面の作製のための装置の構成、例えば硬質陽極処理で陰極をなす電極の形状、電解液のための入口及び出口接続端等は、被覆される表面及び／又は加工品の形状に整合する。場合によっては正確な層厚分布によって、所望の形状及び／又は正確な寸法を得るための被覆面の再加工を廃止することができる。電解液の流れ方向の持続時間を正確に制御することによって、これらのパラメータを多くの場合十分に正確に調整することができるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る装置の実施例の概略原理図である。
【図２】  AないしCは夫々穴の区域の加工品の一部の図である。
【図３】  AないしBは夫々装置の別の実施例の斜視図である。
【符号の説明】
１：装置
７：電極
１７：第１の連絡管
２１：第２の連絡管
２３：方向制御弁
【図１】
0004472183.tif 000002
【図２】
0004472183.tif 000003
【図３】
0004472183.tif 000004