処理槽、および電解処理装置
【課題】長尺な基材を処理する場合でも電解液の滞留を防止し、さらに電解液の使用量も抑制できる電解処理装置、およびこの電解処理装置に好適に用いられる処理槽の提供。
【解決手段】電解液Ｌを収容し、円柱状の基材Ａが浸漬する、長尺で底部１１ａの内面１１ａ’が円弧状に湾曲した処理槽本体１１、処理槽本体１１に電解液Ｌを供給する電解液供給部１２、処理槽本体１１から電解液Ｌを排出するオーバーフロー部１３を備え、電解液供給部１２は処理槽本体１１の長手方向に沿うように、処理槽本体１１の一方の側面１１ｂ上方に設けられ、オーバーフロー部１３は処理槽本体１１の長手方向に沿うように、処理槽本体１１の他方の側面１１ｃ上部に設けられた処理槽１０、および該処理槽１０と、処理槽本体１１に浸漬された電極板とを具備した電解処理装置。
【解決手段】電解液Ｌを収容し、円柱状の基材Ａが浸漬する、長尺で底部１１ａの内面１１ａ’が円弧状に湾曲した処理槽本体１１、処理槽本体１１に電解液Ｌを供給する電解液供給部１２、処理槽本体１１から電解液Ｌを排出するオーバーフロー部１３を備え、電解液供給部１２は処理槽本体１１の長手方向に沿うように、処理槽本体１１の一方の側面１１ｂ上方に設けられ、オーバーフロー部１３は処理槽本体１１の長手方向に沿うように、処理槽本体１１の他方の側面１１ｃ上部に設けられた処理槽１０、および該処理槽１０と、処理槽本体１１に浸漬された電極板とを具備した電解処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円柱状の基材を電解液中で電解処理するための処理槽、および円柱状の基材を電解液中で電解処理する電解処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基材の表面を処理する方法としては、めっき等の皮膜処理や、陽極酸化等の化成処理などがある。
基材の表面を処理する際は、例えば図１２に示すように、直方体状の処理槽７０の下部に設置された供給管７１から電解液等の処理液Ｌ’を処理槽７０に供給し、多孔板７２によって処理槽７０内の処理液Ｌ’の流動を調整しつつ、処理槽７０の上部から処理液Ｌ’をオーバーフローさせながら、円柱状の基材Ａを処理槽７０内の処理液Ｌ’に浸漬させて表面処理を行うのが一般的である。
【０００３】
また、特許文献１には、直方体状のめっき槽と、該めっき槽の四方を囲むオーバーフロー部と、該オーバーフロー部と連通するリザーブ槽と、該リザーブ槽からめっき槽へめっき液を補給するポンプとを備えためっき処理装置が開示されている。このめっき処理装置は、ポンプの液吐出部にＵ字状の多孔管が設けられ、該多孔管の上部にはめっき槽の内部を上下に仕切る多孔板が設置され、被めっき物（基材）は多孔板の上部に位置するように、めっき槽に収容される。
このめっき処理装置によれば、ポンプによってめっき液をめっき槽へ導入させ、多孔管の吐出口よりめっき槽上方へ吐出させることで、めっき槽内のめっき液に流動が与えられるとともに、多孔間の上部の多孔板によってめっき液の流動を均一化できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４２８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図１２に示すような処理槽７０や特許文献１に記載のめっき槽を用いて基材の表面を処理する場合、多孔板７２の下側において処理液Ｌ’の流動状態に斑が生じやすかった。その結果、処理槽７０の下部から上部へと移動し、オーバーフローする処理液Ｌ’の流れが乱れ、部分的に処理液Ｌ’が滞留することがあった（滞留部の発生）。滞留部が発生すると、基材Ａの表面を均一に処理することが困難となる。
このような傾向は、図１２に示すように、基材Ａが長尺な形状の場合に起こりやすく、長手方向の長さが長くなるほど顕著であった。かかる理由は以下のように考えられる。
【０００６】
通常、供給管７１は、処理槽７０の端面からこれに対向する端面に向かって奥まで伸びている。従って、基材Ａが長尺になるほど、該基材Ａを収容する処理槽７０の形状も長尺になり、供給管７１も処理槽７０の長手方向の長さに合わせて長くなる。処理液Ｌ’はポンプ７３によって供給管７１から処理槽７０に押出されるので、ポンプ７３からの距離によって処理液Ｌ’が受ける圧力が異なりやすい。供給管７１が長くなるほどポンプ７３から遠ざかるため、ポンプ７３に近い手前側とポンプ７３から離れた奥側とでは圧力差が生じやすくなる。そのため、処理液Ｌ’の流動状態に斑がより生じやすくなり、滞留部が発生しやすくなると考えられる。
【０００７】
また、基材Ａが長くなると、該基材Ａを収容する処理槽７０も大きくなるため、装置が大型化になり、処理液Ｌ’の使用量も増大する。
【０００８】
ところで、近年、可視光の波長以下の周期の微細凹凸構造を表面に有する光学フィルムなどの物品は、反射防止効果、ロータス効果等を発現することから、その有用性が注目されている。特に、モスアイ構造と呼ばれる微細凹凸構造は、空気の屈折率から物品の材料の屈折率へと連続的に屈折率が増大していくことで有効な反射防止機能を発現することが知られている。
【０００９】
微細凹凸構造を表面に有する物品の製造方法としては、基材フィルム等の被転写体の表面に、モールドの表面に形成された微細凹凸構造を転写するインプリント法が挙げられる。
このインプリント法で用いるモールドを製造する方法としては、例えば円柱状のアルミニウム基材を電解液中で陽極酸化し、アルミニウム基材の周面に複数の細孔（凹部）を有する陽極酸化アルミナを形成する方法が知られている。
【００１０】
しかし、図１２に示すような処理槽７０を用いて円柱状のアルミニウム基材を電解液中で陽極酸化した場合、処理槽７０内で滞留部が発生すると、特に多孔板７２の上部において処理液（電解液）Ｌ’に温度斑が生じやすくなる。基材Ａの表面温度は処理液Ｌ’の温度斑に影響を受けやすく、処理液Ｌ’に温度斑が生じると、基材Ａの表面も温度斑が生じやすくなる。
陽極酸化によって基材表面に形成される細孔の深さは、処理中の温度に影響を受けやすい。従って、電解液や基材表面に温度斑が生じると、場所によって細孔の深さにバラツキがあるモールドが得られる場合がある。こうしたモールドを用い、該モールドの表面に形成された微細凹凸構造をインプリント法にて転写すると、場所によって凸部の高さにバラツキがある、すなわち、反射率にバラツキがある物品となってしまう。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、長尺な基材を処理する場合でも電解液の滞留を防止し、さらに電解液の使用量も抑制できる電解処理装置、およびこの電解処理装置に好適に用いられる処理槽の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の処理槽は、円柱状の基材を電解液中で電解処理するための処理槽において、電解液を収容し、前記基材が浸漬する長尺な処理槽本体、処理槽本体に電解液を供給する電解液供給部、および処理槽本体から電解液を排出するオーバーフロー部を備え、前記処理槽本体の底部の内面は円弧状に湾曲し、前記電解液供給部は、処理槽本体の長手方向に沿うように、処理槽本体の一方の側面上方に設けられ、前記オーバーフロー部は、処理槽本体の長手方向に沿うように、処理槽本体の他方の側面上部に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の電解処理装置は、円柱状の基材を電解液中で電解処理する電解処理装置において、電解液を収容し、前記基材が浸漬する長尺な処理槽本体、処理槽本体に電解液を供給する電解液供給部、および処理槽本体から電解液を排出するオーバーフロー部を備えた処理槽と、前記処理槽本体に浸漬された電極板とを具備し、前記処理槽本体の底部の内面は円弧状に湾曲し、前記電解液供給部は、処理槽本体の長手方向に沿うように、処理槽本体の一方の側面上方に設けられ、前記オーバーフロー部は、処理槽本体の長手方向に沿うように、処理槽本体の他方の側面上部に設けられていることを特徴とする。
ここで、前記電極板は、前記処理槽本体に浸漬された基材を挟むように配置され、かつ前記処理槽本体の底部の内面形状に沿うように湾曲していてもよい。
または、前記電極板は、前記処理槽本体に浸漬された基材を介して、前記オーバーフロー部に対向する位置にのみ配置されてもよく、該電極板の電解液に接触している面積と、前記基材の電解液に接触している面積との比が１：１以下であることが好ましい。
さらに、前記基材の中心軸を回転中心として、該基材を回転させる回転手段を具備することが好ましい。
また、前記回転手段は、電解液供給部から供給された電解液がオーバーフロー部へ流れる方向とは反対方向に、前記基材を回転させることが好ましい。
さらに、前記電解液を加熱または冷却して電解液の温度を調節し、電解処理直前および電解処理中には電解液を冷却する温度調節手段をさらに具備することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の処理槽は、長尺な基材を処理する場合でも電解液の滞留を防止し、さらに電解液の使用量も抑制できる電解処理装置の処理槽として好適である。
また、本発明の電解処理装置は、長尺な基材を処理する場合でも電解液の滞留を防止し、さらに電解液の使用量も抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の処理槽の一例を示す側面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ’線に沿う断面図である。
【図３】処理槽の電解液供給部と基材の位置関係を説明する断面図である。
【図４】オーバーフロー部の他の例を示す側面図である。
【図５】本発明の処理槽の他の例を示す断面図である。
【図６】本発明の電解処理装置の一例を示す断面図である。
【図７】（ａ）は図６のII−II’線に沿う断面図であり、（ｂ）は図６示す電解処理装置に備わる処理槽と電極板の斜視図である。
【図８】電解処理装置に備わる電極版の他の例を示す断面図である。
【図９】陽極酸化アルミナの細孔の形成過程を示す断面図である。
【図１０】実施例１および比較例１において電解処理した時間と、処理槽壁面付近の数点での電解液の上昇温度との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例１および比較例１において電解処理した時間と、基材表面の長手方向の数点での電解液の最大温度差との関係を示すグラフである。
【図１２】従来の処理装置の一例を示す図であり、（ａ）側面図であり、（ｂ）は（ａ）のIII−III’線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
［処理槽］
本発明の処理槽は、円柱状の基材を電解液中で電解処理するためのものである。
図１は、本実施形態に係る処理槽１０の一例を示す図であり、後述する電解液供給部側から見た側面図である。図２は、図１のＩ−Ｉ’線に沿う断面図である。
なお、図２には、図１に示す処理槽１０を収容する外槽４０を追加した。
また、本発明において、電解処理の対象となる基材の形状は円柱状であるが、図１，２に示すような中空状（円筒状）でもよいし、中空状でなくてもよい。本発明において、円柱状とは、円筒形状などの形状を含めて、全体としての形状が略円柱状のものをいう。
【００１７】
図１，２に示す処理槽１０は、電解液Ｌを収容し、中空円柱状の基材Ａが浸漬する長尺な処理槽本体１１と、処理槽本体１１に電解液Ｌを供給する電解液供給部１２と、処理槽本体１１から電解液Ｌを排出するオーバーフロー部１３とを備えて構成されている。なお、本発明において長尺とは、上面視にて処理槽本体の短辺方向の長さよりも、処理槽本体の長辺方向が長いような形状を指し、例えば上面視にて略矩形形状のものが挙げられる。
この処理槽１０は、図２に示すように外槽４０に収容されている。
【００１８】
＜処理槽本体＞
処理槽本体１１は、電解液Ｌを収容するものであり、該電解液Ｌ中に基材Ａが浸漬する。
この例の処理槽本体１１の底部１１ａの内面１１ａ’は、処理槽本体１１に浸漬された基材Ａの周面（外周面）Ａ’に沿うように、円弧状に湾曲している。底部１１ａの内面１１ａ’が円弧状に湾曲していることで、後述する電解液供給部１２から供給された電解液Ｌがオーバーフロー部１３へとスムーズに流動できる。
なお、本発明において「円弧状」は真円状に限定されない。また、本発明において「湾曲している」とは、処理槽本体の底部の内面が、該処理槽本体の外側に突出するように湾曲していることである。
【００１９】
底部１１ａの内面１１ａ’の形状としては、半円形状、半楕円形状など、屈曲点がなく滑らかに一方向に沿って曲げられた形状が好ましいが、中でも、半円形状がより好ましい。底部１１ａの内面１１ａ’の形状が半円形状であれば、電解液供給部１２から供給された電解液Ｌが底部１１ａの内面１１ａ’をよりスムーズな流れを保ったままオーバーフロー部１３へ流れる。
【００２０】
処理槽本体１１の材質については、電解液Ｌによって腐食しにくいものであれば特に制限されず、例えばステンレス、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などが挙げられる。
【００２１】
処理槽本体１１の大きさについては、基材Ａを収容できる大きさであれば特に制限されないが、例えば図２に示すように基材Ａを処理槽本体１１内に配置したときに、基材Ａの外周面Ａ’と底部１１ａの内面１１ａ’との間に空隙Ｓが形成される大きさである。具体的には、基材Ａの中心軸Ｐから底部１１ａの内面１１ａ’までの距離Ｄが、基材Ａの半径（ｒ）の１．２５〜２倍であることが好ましい。
なお、底部１１ａの内面１１ａ’の形状が半円形状の場合は、この半円の直径上の中心と基材Ａの中心軸Ｐとが重なるように、基材Ａを処理槽本体１１内に配置するのが好ましい。
【００２２】
ところで、上述したように、基材を陽極酸化して周面に細孔を形成させる場合、細孔の深さは電解液や基材表面（外周面）の温度斑に影響を受けやすいため、温度斑を軽減する必要がある。
電解液や基材表面の温度斑は、主に電解液が処理槽内で滞留することで生じるが、基材と処理槽の内面の間隔が狭いと温度斑が生じる場合がある。これは、陽極酸化を行うと発熱により処理槽が加熱されやすく、この処理槽の熱によって処理槽近傍の基材表面が直接かつ不均一に温められ、温度斑が生じるものと考えられる。この傾向は、基材と処理槽の内面との距離が近いほど起こりやすいと考えられる。
【００２３】
しかし、基材Ａの中心軸Ｐから底部１１ａの内面１１ａ’までの距離Ｄが、基材Ａの半径（ｒ）の１．２５倍以上であれば、基材Ａの外周面Ａ’と処理槽本体１１の底部１１ａの内面１１ａ’との間に十分な隙間が形成される。よって、基材Ａと処理槽本体１１の間に位置する電解液Ｌが緩衝材の役割を十分に果たすことができるので、陽極酸化時の発熱により処理槽本体１１が加熱されても、基材Ａが処理槽本体１１によって直接温められるのを抑制できる。従って、基材Ａの外周面Ａ’の温度斑をより効果的に防止でき、深さのバラツキが抑えられた細孔を基材の外周面に形成できる。
なお、距離Ｄは、基材Ａの半径（ｒ）の２倍以下であることが好ましい。距離Ｄが基材Ａの半径（ｒ）の２倍を超えても、温度斑の防止効果は頭打ちとなるばかりか、処理槽本体１１が大型となるため、電解液Ｌの使用量が多くなる。
【００２４】
＜電解液供給部＞
電解液供給部１２は、処理槽本体１１に電解液Ｌを供給するものであり、図１に示すように、処理槽本体１１の長手方向に沿うように、処理槽本体１１の一方の側面１１ｂ上方に設けられている。これにより、処理槽本体１１の上方から供給された電解液Ｌは、この処理槽本体１１の内面形状に沿って後述するオーバーフロー部１３へとスムーズに移動できる。よって、電解液Ｌが部分的に滞留するのを防止できる。
【００２５】
図示例の電解液供給部１２は、供給管１２ａと、該供給管１２ａに接続された、長尺な吐出部１２ｂとで構成される。
供給管１２ａ内には、ポンプ（図示略）等によって電解液が送り込まれる。そして、供給管１２ａ内に充満した電解液が、供給管１２ａの吐出口１２１ａから吐出部１２ｂに供給される。
【００２６】
吐出口１２１ａは、供給管１２ａの長手方向に沿って連続的（スリット状）に形成されていてもよいし、断続的に形成されていてもよい。
【００２７】
吐出部１２ｂの先端は処理槽本体１１に収容された電解液Ｌに浸漬しており、吐出部１２ｂの吐出口１２１ｂから電解液Ｌが処理槽本体１１に供給される。
吐出口１２１ｂは、吐出部１２ｂの長手方向に沿って連続的に形成されていてもよいし、断続的に形成されていてもよい。
【００２８】
図１に示すように、吐出部１２ｂの長手方向の長さ（幅）Ｗ１２ｂは長尺な基材Ａの長手方向の長さ（幅）ＷＡによって選定され、吐出部１２ｂの長さＷ１２ｂは基材Ａの長さＷＡと同じか、基材Ａの長さＷＡの９５％以上ほどの長さであることが好ましい。吐出部１２ｂの長さＷ１２ｂが基材Ａの長さＷＡに対して短すぎると、吐出部１２ｂから供給された電解液Ｌの流れが基材Ａの長手方向に対して不均一となり、流れが強い箇所と弱い箇所では電解処理時に基材Ａの冷却斑に繋がり、温度斑が発生する原因になる。その結果、例えば基材Ａを陽極酸化する場合には、基材Ａの表面に形成される酸化皮膜に斑が生じることとなる。
なお、基材Ａの長手方向における電解液の流れが均一であれば、吐出部１２ｂの長さＷ１２ｂは長くする必要はない。
【００２９】
電解液供給部１２は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、吐出部１２ｂの吐出口１２１ｂの延長線上に基材Ａが位置しないように、処理槽本体１１の一方の側面上方に設けられるのが好ましい。これにより、吐出部１２ｂの吐出口１２１ｂから吐出された電解液Ｌが、吐出時の流速を保った状態で処理槽本体１１の底部１１ａを通過し、効率よくオーバーフロー部１３へと流れるため、循環効率が向上する。
なお、図３（ｃ）に示すように、吐出部１２ｂの吐出口１２１ｂの延長線上に基材Ａが位置していると、吐出部１２ｂから吐出された電解液Ｌが基材Ａの表面に当たり、該基材Ａの表面付近で滞留が発生してしまい、循環効率が低下し、処理槽内の温度斑が発生しやすくなる傾向にある。
ここで、図３においては外槽４０を省略した。
【００３０】
吐出部１２ｂから吐出された電解液Ｌが、処理槽本体１１の長手方向に対して均一な流動状態を保つためには、電解液供給部１２内の正圧を保てるような構造にすればよく、これにより処理槽本体１１の長手方向に対して電解液Ｌの均一な流れが形成できる。正圧を保つには供給管１２ａの吐出口１２１ａの開口面積が吐出部１２ｂの吐出口１２１ｂの開口面積より大きくなるように設ければよい。
【００３１】
供給管１２ａおよび吐出部１２ｂの材質については、電解液Ｌによって腐食しにくいものであれば特に制限されず、例えばステンレス、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などが挙げられる。
【００３２】
＜オーバーフロー部＞
図２、３に示すオーバーフロー部１３は、処理槽本体１１から溢れる電解液Ｌを処理槽本体１１の外へ排出するものであり、処理槽本体１１の長手方向に沿うように、処理槽本体１１の他方の側面１１ｃ上部に設けられている。
図示例のオーバーフロー部１３は、処理槽本体１１の一方の側面１１ｂと他方の側面１１ｃの高さを異ならせる、具体的には他方の側面１１ｃを一方の側面１１ｂよりも低くすることで形成されている。
【００３３】
＜作用効果＞
以上説明した本発明の処理槽１０は、電解液Ｌを処理槽本体１１の一方の側面１１ｂ上方から供給し、他方の側面１１ｃの上部から排出する。このとき、処理槽本体１１の底部１１ａの内面１１ａ’が円弧状に湾曲しているため、電解液Ｌが滞留することなくスムーズにオーバーフロー部１３へと移動できる。
なお、電解液供給部１２へ電解液Ｌを送り込む際はポンプ（図示略）等を用いるが、電解液Ｌは重力に従って電解液供給部１２から送り出される。従って、本発明の処理槽１０は、図１２に示す従来の処理槽７０のように、この処理槽７０の下部に設けられた供給管７１から、ポンプ７３によって電解液Ｌ’を処理槽７０の上方へ（すなわち、重力に逆らって）吐出させる場合に比べて、ポンプの圧力の影響を受けにくい。そのため、電解処理する基材Ａが長くなり、処理槽本体１１の長手方向の長さや電解液供給部１２が長くなっても、電解液供給部１２の両端において、ポンプから受ける電解液の圧力差が小さい。
【００３４】
従って、本発明の処理槽１０を用いれば、処理槽本体１１内において電解液Ｌが部分的に滞留するのを防止できるので、基材Ａの外周面Ａ’を均一に電解処理できる。特に、吐出部１２ｂの吐出口１２１ｂの延長線上に基材Ａが位置しないように、電解液供給部１２を処理槽本体１１の一方の側面上方に設ければ循環効率が向上し、基材Ａの外周面Ａ’をより均一に電解処理できる。
特に、アルミニウム基材を陽極酸化処理する場合は、電解液や基材表面の温度斑を抑制することが重要となるが、本発明の処理槽１０を用いれば、処理槽本体１１内での電解液Ｌの滞留部が発生しにくいので、温度斑が生じにくい。よって、基材Ａの外周面Ａ’に形成される細孔の深さのバラツキが抑えられる。
【００３５】
また、本発明の処理槽１０は、処理槽本体１１の底部１１ａの内面１１ａ’が円弧状に湾曲しているので、図１２に示すような直方体状の処理槽７０に比べて容積を縮小できる。よって、電解液の使用量も抑制できる。
なお、本発明の処理槽１０を用いれば、電解液Ｌがスムーズに処理槽本体１１内を流動するので、多孔板などの流動を調整する部材を設ける必要がない。
【００３６】
＜他の実施形態＞
本発明の処理槽は図１，２に示す処理槽１０に限定されない。例えば図１，２に示す処理槽１０の電解液供給部１２は一重の供給管１２ａと吐出部１２ｂから構成されているが、供給管１２ａは多重管でもよい。また、処理槽本体１１の長手方向に均一に電解液Ｌを供給できる形状であれば、電解液供給部１２は管状の構造であってもよい。
【００３７】
また、図１，２の処理槽１０は、オーバーフロー部１３が処理槽本体１１の他方の側面１１ｃを一方の側面１１ｂよりも低くすることで形成されているが、例えば図４に示すように、他方の側面１１ｃに、処理槽本体１１の長手方向に伸びる孔１３’を設け、これをオーバーフロー部１３としてもよい。ただし、この場合は、処理槽本体１１に浸漬される基材Ａよりも高い位置に孔１３’を設けるのが好ましい。
孔１３’は図４に示すように連続的でもよいし、断続的でもよい。
なお、図４においては処理槽本体１１と孔１３’と基材Ａのみを示し、電解液供給部は省略した。
【００３８】
ところで、電解液供給部１２から供給された電解液Ｌは、処理槽本体１１の底部１１ａを通過してオーバーフロー部１３へと流れて処理槽本体１１の外へ排出されるが、このとき、電解液Ｌの一部がオーバーフロー部１３へと向わずに処理槽本体１１の液面を流れて電解液供給部１２側へと戻ることがあり、処理槽本体１１内に滞留して温度斑が発生する場合がある。
そのような場合には、図５に示すように、電解液Ｌが電解液供給部１２側へと戻る流れを抑制するための邪魔板１５をオーバーフロー部１３近傍に設置するのが好ましい。電解液Ｌが電解液供給部１２側へと戻るときは、主に処理槽本体１１の液面近傍を流れるため、邪魔板１５は液面から２０〜３０ｍｍ程度浸漬させればよい。
邪魔板１５の材質は電解液Ｌによって腐食しにくいもので、かつ電解液Ｌの流れで邪魔板が変形しないような多少の剛性を有することが好ましく、例えばステンレスやポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などが挙げられる。
なお、図５においては外槽４０を省略した。
【００３９】
［電解処理装置］
本発明の電解処理装置は、円柱状の基材を電解液中で電解処理する装置である。
図６は、本実施形態に係る電解処理装置１の一例を示す側断面図であり、図７（ａ）は図６のII−II’線に沿う断面図であり、図７（ｂ）は図６示す電解処理装置に備わる処理槽１０と電極板２０の斜視図である。
【００４０】
この例の電解処理装置１は、電解液Ｌで満たされた処理槽１０と、この処理槽１０の処理槽本体１１に浸漬された基材Ａを挟むように配置された電極板２０と、基材Ａの中心軸を回転中心として、基材Ａを回転させる回転手段３０と、処理槽１０を収容し、処理槽１０からオーバーフローした電解液Ｌを受けるための外槽４０と、電解液Ｌを一旦貯留する貯留槽５０と、外槽４０で受けた電解液Ｌを貯留槽５０へ流下させる流下流路４１と、貯留槽５０の電解液Ｌを処理槽１０の電解液供給部１２へ返送する返送流路５１と、返送流路５１の途中に設けられたポンプ５２とを備えている。
【００４１】
以下、本発明の電解処理装置１を陽極酸化処理装置として用いる場合を例にとり、具体的に説明する。
電解処理装置１には、上述した本発明の処理槽１０が備えられており、図７（ａ），（ｂ）に示すように、電極板２０は、この処理槽１０の処理槽本体１１の底部１１ａの内面１１ａ’形状に沿うように湾曲した形状となっている。電極板２０が湾曲した形状であることにより、電解液Ｌの流動が妨げられにくくなるため、電解液Ｌが滞留することなく、よりスムーズにオーバーフロー部１３へと移動できる。
なお、図７（ａ）においては外槽４０を省略した。また、図７（ｂ）においては処理槽１０の処理槽本体１１およびオーバーフロー部１３と、電極板２０と、基材Ａのみを示し、これ以外の電解処理装置１の構成部材は省略した。
【００４２】
処理槽本体１１の端面１１ｄ，１１ｅは、図７（ｂ）に示すように、Ｕ字状になっている。従って、端面１１ｄ，１１ｅから電解液が漏れないように、端面１１ｄ，１１ｅにはその形状に合わせた封止材（図示略）が取り付けられる。
さらに、端面１１ｄ，１１ｅの下部側には、図６，図７（ａ）に示すように、回転手段３０として、水平方向に軸方向を沿わせて基材Ａを支持する支持軸３１が設けられている。
支持軸３１は、図６，図７（ａ）に示すように処理槽本体１１の端面１１ｄ，１１ｅにそれぞれ水平方向に並んで一対設けられ、各支持軸３１は、処理槽本体１１の端面１１ｄ，１１ｅを貫通し、これら処理槽本体１１の端面１１ｄ，１１ｅに対して回転可能に支持されている。
【００４３】
各支持軸３１の処理槽本体１１内の端部には、樹脂材料からなる円筒状の弾性部材３２が挿通して設けられ、基材Ａはその両端部外周面を各弾性部材３２の上に載置されるようにして、支持軸３１上に支持されている。各支持軸３１は、例えばモータ等の回転駆動部（図示略）と接続されており、この回転駆動部によって各支持軸３１が同一方向に回転されることで、この電解処理装置１では弾性部材３２と接触した基材Ａが回転するようになっている。
特に、回転手段３０は、図７（ａ）に示すように、処理槽１０の電解液供給部１２から処理槽本体１１へ供給された電解液Ｌが、オーバーフロー部１３へ流れる方向とは反対方向に、基材Ａを回転させるのが好ましい。電解液Ｌの流れる方向と基材Ａの回転方向が反対になることで、基材Ａに対する表面付近での電解液Ｌの流れは相対的に速くなり、電解処理時に基材Ａから発生した熱の移動が効率よく行える。電解液Ｌの流れる方向と基材Ａの回転方向が同じである場合、基材Ａ表面付近での電解液Ｌの流れは相対的に遅く、速度が無い状態では熱の移動が悪いため、処理槽１０全体での電解液Ｌの温度上昇に繋がってしまう。
【００４４】
支持軸３１の上方には、水平方向に軸方向を沿わせた通電用シャフト３３が、端面１１ｄ，１１ｅに取り付けられた封止材１４を貫通して設けられ、この通電用シャフト３３は外槽４０も貫通して外側に露出する。通電用シャフト３３は導電性を有する材料からなり、端面１１ｄ，１１ｅに取り付けられた封止材それぞれに回転可能に支持されている。なお、通電用シャフト３３は全体が導電性を有する材料からなっていなくてもよく、後述の通電部材３４を介して基材Ａに電流を印加可能とされていればよい。具体的には、通電用シャフト３３の外部が絶縁物質によりコーティングされた構成であってよく、端面１１ｄ，１１ｅに取り付けられた封止材に接触する部位に耐摩耗性に優れるコーティング等が施されても構わない。
【００４５】
各通電用シャフト３３の処理槽本体１１内の端部には、円盤状の通電部材３４が一体に設けられている。通電部材３４は、中空円柱状の基材Ａの両端面に面接触する。ここで、電極板２０と、通電用シャフト３３とには、電源２１が電気的に接続され、電流が印可可能とされている。
【００４６】
通電部材３４は、通電用シャフト３３あるいは基材Ａの軸方向にエアシリンダ等の進退動を行う駆動部（図示略）によって、進退動ができるように設置されている。基材Ａを支持軸３１に設置した後、基材Ａの軸方向の両側から、通電部材３４を基材Ａの両端面に接触させることで通電可能となる。なお、図６に示した例においては、基材Ａの両端面に通電部材３４を設けたが、通電部材３４を基材Ａの一方の端面にだけ設け、他方を押さえ部材としてもよい。また、通電部材３４は、厳密に基材Ａの端面において基材Ａと接触する必要はなく、基材Ａの内周面等他の位置において基材Ａと接触する構成であっても構わない。
【００４７】
通電用シャフト３３は処理槽１０および外槽４０を貫通して進退動を行うため、通電用シャフト３３と処理槽１０および外槽４０との間には、通電用シャフト３３を回転可能及び軸方に移動可能に支持する滑り軸受け３５が設けられている。
【００４８】
図示例の基材Ａの両端部の内径側角部は面取りされ、基材Ａの両端面の一部には、テーパ面ａが形成される一方、通電部材３４の外径側角部は面取りされ、基材Ａのテーパ面ａに面接触するテーパ面３４ａが形成され、両者の傾斜は同一勾配を設定されていることが好ましい。基材Ａのテーパ面ａと、通電部材３４のテーパ面３４ａとを面接触させることにより、両者は電気的に緊密に接触することができ、かつ基材Ａ若しくは通電部材３４側が回転した場合に、接触させた抵抗により回転を伝達することができ、同期させて回転させることができる。
このような構造とすることにより、接触面積が大きく、また、回転した際の滑りの影響や摩耗の影響も軽減されるため、安定した電流供給が可能となる。
【００４９】
また、通電部材３４が接続された通電用シャフト３３は、基材Ａと同期して回転するため、通電用シャフト３３と電源２１は回転給電可能なコネクタ（図示略）にて電気的に接触（接続）されている。回転給電可能なコネクタとしてロータリーコネクタ、スリップリング等があるが、ロータリーコネクタが回転時の電流安定性がよく好ましい。また、通電部材３４を基材Ａの一端面にのみ面接触させて、通電を行うようにしてもよい。
【００５０】
外槽４０は処理槽１０を収容するものであり、図２，６に示すように、処理槽１０内の電解液Ｌはオーバーフロー部１３から排出され、外槽４０へと流れる。外槽４０で受けた電解液Ｌは、流下流路４１を通って貯留槽５０へ流下する。
貯留槽５０には電解液Ｌを加熱または冷却して電解液Ｌの温度を調節し、電解処理直前および電解処理中には電解液Ｌを冷却する温度調節手段５３が設けられている。この例の温度調節手段５３は、電解液Ｌを冷却する熱交換器５３ａと、電解液Ｌを加熱するヒータ５３ｂとからなり、貯留槽５０内で調温された電解液Ｌは、ポンプ５２によって返送流路５１を通って処理槽１０の電解液供給部１２から、処理槽本体１１へ返送される。
なお、熱交換器５３ａとしては水、オイル等を熱媒とした熱交換器等が挙げられ、ヒータ５３ｂとしては電気ヒータ等が挙げられる。どちらも電解液Ｌに浸漬させていても腐食などの問題が生じないよう、コーティングされたものが好ましい。
【００５１】
＜作用効果＞
以上説明した本発明の電解処理装置１は、本発明の処理槽１０を備える。よって、処理槽１０の処理槽本体１１内で電解液Ｌが滞留しにくい。
なお、貯留槽５０から電解液Ｌを電解液供給部１２へ返送する際はポンプ５２を用いるが、電解液Ｌは重力に従って電解液供給部１２から処理槽本体１１へ送り出される。従って、本発明の電解処理装置１は、図１２に示す従来の処理槽７０のように、この処理槽７０の下部に設けられた供給管７１から、ポンプ７３によって電解液Ｌ’を処理槽７０の上方へ（すなわち、重力に逆らって）吐出させる場合に比べて、ポンプの圧力の影響を受けにくい。そのため、電解処理する基材Ａが長くなり、処理槽本体１１の長手方向の長さや電解液供給部１２が長くなっても、電解液供給部１２の両端において、ポンプから受ける電解液の圧力差が小さい。
【００５２】
従って、本発明の電解処理装置１であれば、処理槽１０の処理槽本体１１内において電解液Ｌが部分的に滞留するのを防止できるので、基材Ａの外周面を均一に電解処理できる。
特に、アルミニウム基材を陽極酸化処理する場合は、電解液や基材表面の温度斑を抑制することが重要となるが、本発明の電解処理装置１であれば、処理槽本体１１内での電解液Ｌの滞留部が発生しにくいので、温度斑が生じにくい。よって、基材Ａの外周面に形成される細孔の深さのバラツキが抑えられる。
【００５３】
また、本発明の電解処理装置１は、処理槽本体１１の底部が円弧状に湾曲しているので、図１２に示すような直方体状の処理槽７０に比べて容積を縮小できる。よって、電解液の使用量も抑制できる。
なお、本発明の電解処理装置１であれば、電解液Ｌがスムーズに処理槽本体１１内を流動するので、多孔板などの流動を調整する部材を処理槽１０内に設ける必要がない。
【００５４】
＜他の実施形態＞
本発明の電解処理装置は図６，７に示す電解処理装置１に限定されない。例えば図６，７に示す電解処理装置１では、電極板２０が基材Ａを挟むように配置され、かつ処理槽本体１１の底部１１ａの内面形状に沿うように湾曲しているが、例えば図８に示すように、電極板２０は前記処理槽本体１１に浸漬された基材Ａを介して、オーバーフロー部１３に対向する位置にのみ配置されていてもよい。このとき、電極板２０の電解液Ｌに接触している面積（接触面積）と、基材Ａの電解液Ｌに接触している面積（処理面積）との比（接触面積：処理面積）が１：１以下となるように、電極板２０が処理槽本体１１中の電解液Ｌに浸漬されるのが好ましい。
電解処理時に基材Ａと電極板２０に流れる電流値は、基材Ａの処理面積と電極板２０の接触面積の比に比例する。電極板２０の接触面積が基材Ａの処理面積より大きいほど電流がより流れる。電流が多く流れると処理槽１０内に発生するジュール熱（電流×電圧）が大きくなり、発熱量が増えてしまう。そのため、除熱するための装置の冷却能力が増大する。処理槽１０内を均一な温度に保つのであれば、発生するジュール熱は低い方が好ましい。
電極板２０の接触面積は基材Ａの処理面積より小さくても問題ないが、小さくしすぎても最終的な電流値は基材Ａの処理面積によって決まるため、電極板２０を小さくしても電流値抑制の効果は頭打ちになる。そのため、流れる電流量を抑えるためには電極板２０の接触面積と基材Ａの処理面積との比は１：１以下が好ましい。
【００５５】
また、図８に示す電極板２０のような形状であると、図６，７に示す電極板２０のように湾曲させる必要がないため、加工性が格段に良くなる。加えて、処理槽本体１１の底部１１ａにおいて電解液Ｌがより流れやすくなるため、電解液Ｌの更新性がより高まる。
なお、図８においては外槽４０を省略した。
【００５６】
また、図６，７に示す電解処理装置１は、基材Ａを回転させる回転手段３０として支持軸３１を備えているが、通電部材３４に接続された通電用シャフト３３を回転手段としてもよい。その場合、支持軸３１は上記で説明した回転駆動部に接続せず、基材Ａと同期して回転できるような構造になっていればよい。
【００５７】
さらに、通電部材３４は、上述したように全体が導電性を有する材料から構成されている必要はなく、基材Ａと通電用シャフト３３とを電気的に接続可能な構成とされていればよい。具体的には、通電部材３４のテーパ面３４ａと、通電用シャフト３３とを電気的に接続する部分以外が絶縁物質によりコーティングされた構成であっても構わない。また、テーパ面３４ａについても、安定的に基材Ａと通電部材３４とを電気的に接続可能であれば、その表面の一部が導電性物質以外からなっても構わない。
また、上述した実施形態では、基材Ａの両端部の内径側角部を面取りして、テーパ面ａを形成し、通電部材３４の外径側角部を面取りして、テーパ面３４ａを形成したが、基材Ａの両端部の外径側角部を面取りし、通電部材３４の内径側角部を面取りしてテーパ面を形成してもよい。
さらに、それぞれの通電部材３４に形成されるテーパ面３４ａは、同一の形状である必要はなく、異なる形状であっても構わない。また、テーパ面３４ａは、通電部材３４の少なくとも一方に形成される構成であっても構わない。
【００５８】
＜用途＞
本発明の電解処理装置は、陽極酸化等の化成処理や、めっき等の皮膜処理など、基材の表面を電解処理する装置として用いることができるが、特にアルミニウム基材を陽極酸化する陽極酸化処理装置として好適である。
以下、本発明の電解処理装置を用い、アルミニウム基材を陽極酸化してモールドを製造する方法の一例について説明する。
【００５９】
まず、図６，７に示すように、基材Ａとしてアルミニウム基材を支持軸３１の上に設置する。この際、図２に示すように、基材Ａの外周面Ａ’と処理槽本体１１の底部１１ａの内面１１ａ’との間に空隙Ｓが形成されるように、基材Ａを支持軸３１上に設置する。具体的には、基材Ａの中心軸Ｐから底部１１ａの内面１１ａ’までの距離Ｄが、基材Ａの半径（ｒ）の１．２５〜２倍となるように、基材Ａを設置するのが好ましい。
なお、底部１１ａの内面１１ａ’の形状が半円形状の場合は、この半円の直径上の中心と基材Ａの中心軸Ｐとが重なるように、基材Ａを設置するのが好ましい。
【００６０】
その後、前後移動を行う上記駆動部（図示略）を用いて通電用シャフト３３を両側から同時に動かして、通電部材３４を基材Ａに接触させる。なお、通電部材３４に基材Ａを接触させてから電解液Ｌを処理槽本体１１に供給してもよいし、処理槽本体１１に電解液Ｌが入っている状態で、通電部材３４を基材Ａに接触させても構わない。通電部材３４と基材Ａが接触した状態で上記回転駆動部（図示略）を駆動させて、支持軸３１を回転させて基材Ａを回転させる。
基材Ａを回転させながら通電用シャフト３３、通電部材３４を介して、陽極となる基材Ａと陰極となる電極板２０に電圧を印加し、基材Ａの陽極酸化を行う。
【００６１】
基材Ａに通電部材３４を接触させる際、接触させる為の押し圧は０．２ＭＰａ以上が好ましい。回転時に接触させたテーパ面で滑りが発生することや、緊密に接触しきれていないために安定した電流供給に影響がある。しかし、押し圧があまりに大きいと基材Ａの歪の原因になったり、回転が伝達できず止まったりすることもあるため、ワーク形状と回転駆動源の仕様により適宜選択を行う必要がある。
【００６２】
基材Ａの陽極酸化を行う間は、基材Ａを回転させながら、処理槽本体１１から電解液Ｌの一部を排出しつつ、処理槽本体１１に同量の電解液を供給する。具体的には、処理槽１０のオーバーフロー部１３において処理槽本体１１から外槽４０へと電解液Ｌを排出させ、排出した電解液Ｌを外槽４０から貯留槽５０に流下させ、電解液Ｌの温度を貯留槽５０で調節した後、該電解液Ｌを、処理槽本体１１の長手方向に沿うように、一方の側面上方に設けられた電解液供給部１２に返送し、この電解液供給部１２から処理槽本体１１内に供給する。
このとき、処理槽本体１１の底部１１ａの内面１１ａ’が円弧状に湾曲しているため、電解液Ｌのほぼ均一な流れが形成され、電解液Ｌが滞留することなくスムーズにオーバーフロー部１３へと移動できる。
なお、電界液Ｌの流れる方向とは反対方向に基材Ａを回転させるのが好ましい。
【００６３】
電解液供給部１２から処理槽本体１１への電解液Ｌの供給量は、処理槽本体１１の容積に対して、循環回数が３分に１回以上が好ましい。そうすることで、処理槽本体１１は頻繁な液更新を行うことができ、除熱、発生した水素除去を効率よく行える。
【００６４】
基材Ａの回転数は、３ｒｐｍ以上が好ましい。基材Ａの回転数が３ｒｐｍ以上であれば、基材Ａの周囲における電解液Ｌの濃度や温度のムラがより効果的に抑えられる。駆動装置の能力の点から、基材Ａの回転数は、１０ｒｐｍ以下が好ましい。
【００６５】
なお、電解液Ｌの温度調節は上述したように貯留槽５０内で行われるが、具体的には、電解液Ｌを冷却する熱交換器５３ａと電解液Ｌを加熱するヒータ５３ｂをそれぞれ制御することで、電解液Ｌを温度調節している。制御の方法としてはフィードバック型のＰＩＤ制御などがある。
ここで、「ＰＩＤ制御」とは、制御対象の出力値と目標との偏差量を用い、比例制御、積分制御、微分制御の３つの制御を組み合わせることにより、出力値が短時間で目標値に到達するように調整する方法のことである。
【００６６】
基材Ａを処理槽１０に投入する前の電解液Ｌの温度調節は、冷却と加熱の両方を制御して行えばよいが、電解処理が始まると、処理槽本体１１内に流れた電流によるジュール熱や電解処理による反応熱によって電解液Ｌは発熱する。その際、処理槽本体１１内の温度上昇、若しくは処理槽本体１１から送られた電解液Ｌによる貯留槽５０の温度上昇を確認して、貯留槽５０内ではＰＩＤ制御を行い、電解液Ｌを冷却して所望の温度に保とうとする。
しかし、処理槽本体１１内が発熱し、貯留槽５０で調温された電解液Ｌが処理槽本体１１に届くまではタイムラグが発生してしまい、その間に処理槽本体１１内では不要な温度上昇が発生し、基材Ａの表面に形成する酸化皮膜の生成速度が変わり、均一な電解処理が行えなくなる場合がある。
【００６７】
そこで、不要な温度上昇を避けるには、電解液処理中に電解液Ｌを冷却するのはもちろんのこと、電解処理直前に貯留槽５０内を制御したい温度よりわずかに冷却しておくことが好ましい。すなわち、基材Ａを処理槽１０に投入する前は冷却と加熱で制御を行っているところ、基材Ａを処理槽１０に投入して電解処理を開始する直前は冷却のみで制御を行い、低めに電解液を保っておく。そうすることで、電解処理が開始することで発生した発熱した電解液も瞬時に冷却することが可能となる。
【００６８】
上述のようにして基材Ａを陽極酸化すると、図９（ａ）に示す状態から図９（ｂ）に示すように細孔６１を有する酸化皮膜６２が形成される。
基材Ａとして用いられるアルミニウムの純度は、９９％以上が好ましく、９９．５％以上がより好ましく、９９．８％以上がさらに好ましい。アルミニウムの純度が低いと、陽極酸化した際に、不純物の偏析により可視光線を散乱する大きさの凹凸構造が形成されたり、陽極酸化で形成される細孔６１の規則性が低下したりする。電解液としては、シュウ酸、硫酸等が挙げられる。
【００６９】
シュウ酸を電解液として用いる場合：
シュウ酸の濃度は、０．７Ｍ以下が好ましい。シュウ酸の濃度が０．７Ｍを超えると、電流値が高くなりすぎて酸化皮膜の表面が粗くなることがある。
ある所定の周期で規則性の高い細孔を有する陽極酸化アルミナを得るには、所定の周期に合った化成電圧をかける必要がある。例えば周期が１００ｎｍの陽極酸化アルミナの場合、化成電圧は３０〜６０Ｖが好ましい。所定の周期に合った化成電圧をかけない場合、規則性が低下する傾向にある。
電解液の温度は、６０℃以下が好ましく、４５℃以下がより好ましい。電解液の温度が６０℃を超えると、いわゆる「ヤケ」といわれる現象がおこり、細孔が壊れたり、表面が溶けて細孔の規則性が乱れたりすることがある。
【００７０】
硫酸を電解液として用いる場合：
硫酸の濃度は０．７Ｍ以下が好ましい。硫酸の濃度が０．７Ｍを超えると、電流値が高くなりすぎて定電圧を維持できなくなることがある。
ある所定の周期で規則性の高い細孔を有する陽極酸化アルミナを得るには、所定の周期に合った化成電圧をかける必要がある。例えば周期が６３ｎｍの陽極酸化アルミナの場合、化成電圧は２５〜３０Ｖが好ましい。所定の周期に合った化成電圧をかけない場合、規則性が低下する傾向にある。
電解液の温度は、３０℃以下が好ましく、２０℃以下がよりに好ましい。電解液の温度が３０℃を超えると、いわゆる「ヤケ」といわれる現象がおこり、細孔が壊れたり、表面が溶けて細孔の規則性が乱れたりすることがある。
【００７１】
そして、図９（ｂ）に示すように細孔６１を有する酸化皮膜６２を形成した後は、本発明の電解処理装置１を用いて陽極酸化することにより複数の細孔を有する陽極酸化アルミナを形成する工程（陽極酸化処理）と、該細孔の径を拡大させる工程（細孔径拡大処理）とを繰り返すことで、ロール状モールドが製造される。
【００７２】
陽極酸化処理工程と、細孔径拡大処理とを繰り返す場合は、先ず、図９（ｃ）に示すように、酸化皮膜６２を一旦除去する。ここで、これを陽極酸化の細孔発生点６３にすることで細孔の規則性を向上することができる。
酸化皮膜を除去する方法としては、アルミニウムを溶解せず、酸化皮膜を選択的に溶解する溶液に溶解させて除去する方法が挙げられる。このような溶液としては、例えば、クロム酸／リン酸混合液等が挙げられる。
【００７３】
そして、酸化皮膜を除去した基材Ａを再度、陽極酸化すると、図９（ｄ）に示すように、円柱状の細孔６１を有する酸化皮膜６２が形成される。
陽極酸化は、上述した電解処理装置１を用いて行う。条件は、図９（ｂ）に示した酸化皮膜６２を形成した際と同様な条件であればよい。陽極酸化の時間を長くするほど深い細孔を得ることができる。
【００７４】
そして、図９（ｅ）に示すように、細孔６１の径を拡大させる処理を行う。細孔径拡大処理は、酸化皮膜を溶解する溶液に浸漬して陽極酸化で得られた細孔の径を拡大させる処理である。このような溶液としては、例えば、５質量％程度のリン酸水溶液等が挙げられる。
細孔径拡大処理の時間を長くするほど、細孔径は大きくなる。
【００７５】
そして、再度、陽極酸化すると、図９（ｆ）に示すように、円柱状の細孔６１の底部から下に延びる、直径の小さい円柱状の細孔６１がさらに形成される。
陽極酸化は、上述した電解処理装置１を用いて行う。条件は、上述と同様な条件であればよい。陽極酸化の時間を長くするほど深い細孔を得ることができる。
【００７６】
そして、上述したような、細孔径拡大処理と、陽極酸化処理を繰り返すと、直径が開口部から深さ方向に連続的に減少する形状の細孔６１を有する陽極酸化アルミナ（アルミニウムの多孔質の酸化皮膜（アルマイト））が形成された、図９（ｇ）に示すようなロール状モールド６０が得られる。最後は細孔径拡大処理で終わることが好ましい。
繰り返し回数は、合計で３回以上が好ましく、５回以上がより好ましい。繰り返し回数が２回以下では、非連続的に細孔の直径が減少するため、このような細孔を転写して製造され光学フィルムの反射率低減効果は不十分である。
【００７７】
細孔６１の形状としては、略円錐形状、角錐形状等が挙げられる。細孔６１間の平均周期は、可視光線の波長以下、すなわち４００ｎｍ以下である。細孔６１間の平均周期は、２５ｎｍ以上が好ましい。
【００７８】
細孔６１のアスペクト比（細孔の深さ／細孔の開口部の幅）は、１．５以上が好ましく、２．０以上がより好ましい。
【００７９】
以上に記載した本実施形態に係る電解処理装置１では、基材Ａとしてロール状のアルミニウム基材を処理槽本体１１の電解液Ｌ中で陽極酸化する際に、電解液Ｌを処理槽本体１１の一方の側面上方から供給し、他方の側面の上部から排出する。このとき、処理槽本体１１の底部の内面が円弧状に湾曲しているため、電解液Ｌが滞留することなくスムーズにオーバーフロー部へと移動できる。従って、電解液や基材表面の温度斑が抑制されるので、基材Ａの外周面全体にわたってほぼ均一に陽極酸化が行われ、その結果、細孔の深さのバラツキが抑えられたロール状のモールドを製造できる。
【００８０】
特に、基材Ａの中心軸を回転軸として基材Ａを回転させれば、基材の周囲における電解液の濃度や温度の斑が抑えられるので、より均一に基材Ａを陽極酸化でき、細孔の深さのバラツキがより抑えられたロール状のモールドを製造できる。
さらに、基材Ａの外周面と処理槽本体の底部の内面との間に特定の大きさの空隙が形成されるように基材Ａを処理槽本体１１内に設置すれば、基材Ａと処理槽本体１１の間に位置する電解液Ｌが緩衝材の役割を十分に果たすことができる。その結果、陽極酸化時の発熱により処理槽本体１１が加熱されても、基材Ａが処理槽本体１１によって直接温められるのを抑制できる。従って、基材の外周面の温度斑をより効果的に防止でき、深さのバラツキがより抑えられたロール状のモールドを製造できる。
【実施例】
【００８１】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００８２】
［実施例１］
図６に示す電解処理装置１を用い、中空円柱状のアルミニウム基材（純度：９９．９９％、長さ：１０００ｍｍ、外径：２００ｍｍ、内径：１５５ｍｍ）を陽極酸化処理した。
なお、電解処理装置１には、図２に示す処理槽１０が備わり、中心軸Ｐから底部１１ａの内面１１ａ’までの距離Ｄは４００ｍｍであった。
また、電解液Ｌの循環回数が３分に１回となる流量、かつ１６℃に温度調節した電解液Ｌを処理槽１０の処理槽本体１１に供給した。
【００８３】
図１０，１１に、陽極酸化処理した際の電解液温度を示す。
図１０のグラフには、処理槽壁面から５０ｍｍ離れた箇所の電解液温度を処理槽全域にて数点測定したときの、電解処理した時間（処理時間）と上昇温度との関係を示す。
一方、図１１のグラフには、基材表面付近の電解液温度を基材の長手方向の数点にて測定したときの、温度差の最大値（最大温度差）と電解処理した時間（処理時間）との関係を示す。
【００８４】
［比較例１］
図２に示す処理槽１０の代わりに、図１２に示す直方体状の処理槽７０を用いた以外は、実施例１と同様にして中空円柱状のアルミニウム基材を陽極酸化処理した。図１０，１１に陽極酸化処理した際の電解液温度を示す。
【００８５】
図１０から明らかなように、陽極酸化処理を行うことで、処理槽本体内の電解液の温度は、通電による発熱、酸化反応の熱などの影響で上昇するが、実施例１の場合は比較例１の場合に比べて上昇温度が小さかった。これは、図１２に示すように処理槽７０の底部が湾曲しておらず、直方体状の処理槽では循環効率が悪く電解液の滞留部が発生しやすく、発熱した際の熱が滞留部に溜まり、滞留部以外の箇所と比べると電解液の温度が高くなってしまうことによるものと考えられる。
しかし、本発明の処理槽および電解処理装置であれば、処理槽本体の底部の内面が基材の周面に沿うように円弧状に湾曲しているので、電解液の滞留部が発生しにくく、温度斑が生じにくい。
【００８６】
また、図１１から明らかなように、実施例１の場合は比較例１の場合に比べて基材表面付近の電解液の最大温度差が小さかった。基材表面付近の電解液の温度差が大きいほど基材表面の温度斑が大きいことを意味するため、陽極酸化処理を行った際には細孔の深さのバラつきに影響する。比較例１の場合は基材表面付近の電解液の最大温度差が大きいため、基材表面の温度斑も大きい。これは、直方体状の処理槽では循環効率が悪く電解液の滞留部が発生しやすく、その結果、滞留部付近における基材表面の電解液温度が高くなることによるものと考えられる。
しかし、本発明の処理槽および電解処理装置であれば、処理槽本体の底部の内面が基材の周面に沿うように円弧状に湾曲しているので、電解液の滞留部が発生しにくく、基材表面の電解液温度が高くなるのを抑制できる。
【００８７】
また、実施例１で用いた処理槽は容積が１３０Ｌであったのに対し、比較例１で用いた処理槽は容積が２５０Ｌであった。
このように、本発明の処理槽であれば、電解液の滞留を防止できるばかりか、電解液の使用量をも抑制できることが確認できた。
【符号の説明】
【００８８】
１ 電解処理装置
１０ 処理槽
１１ 処理槽本体
１１ａ 底部
１１ａ’ 内面
１１ｂ，１１ｃ 側面
１２ 電界液供給部
１３ オーバーフロー部
２０ 電極板
３０ 回転手段
５３ 温度調節手段
Ａ 基材
Ａ’ 周面（外周面）
Ｌ 電解液
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円柱状の基材を電解液中で電解処理するための処理槽、および円柱状の基材を電解液中で電解処理する電解処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基材の表面を処理する方法としては、めっき等の皮膜処理や、陽極酸化等の化成処理などがある。
基材の表面を処理する際は、例えば図１２に示すように、直方体状の処理槽７０の下部に設置された供給管７１から電解液等の処理液Ｌ’を処理槽７０に供給し、多孔板７２によって処理槽７０内の処理液Ｌ’の流動を調整しつつ、処理槽７０の上部から処理液Ｌ’をオーバーフローさせながら、円柱状の基材Ａを処理槽７０内の処理液Ｌ’に浸漬させて表面処理を行うのが一般的である。
【０００３】
また、特許文献１には、直方体状のめっき槽と、該めっき槽の四方を囲むオーバーフロー部と、該オーバーフロー部と連通するリザーブ槽と、該リザーブ槽からめっき槽へめっき液を補給するポンプとを備えためっき処理装置が開示されている。このめっき処理装置は、ポンプの液吐出部にＵ字状の多孔管が設けられ、該多孔管の上部にはめっき槽の内部を上下に仕切る多孔板が設置され、被めっき物（基材）は多孔板の上部に位置するように、めっき槽に収容される。
このめっき処理装置によれば、ポンプによってめっき液をめっき槽へ導入させ、多孔管の吐出口よりめっき槽上方へ吐出させることで、めっき槽内のめっき液に流動が与えられるとともに、多孔間の上部の多孔板によってめっき液の流動を均一化できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４２８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図１２に示すような処理槽７０や特許文献１に記載のめっき槽を用いて基材の表面を処理する場合、多孔板７２の下側において処理液Ｌ’の流動状態に斑が生じやすかった。その結果、処理槽７０の下部から上部へと移動し、オーバーフローする処理液Ｌ’の流れが乱れ、部分的に処理液Ｌ’が滞留することがあった（滞留部の発生）。滞留部が発生すると、基材Ａの表面を均一に処理することが困難となる。
このような傾向は、図１２に示すように、基材Ａが長尺な形状の場合に起こりやすく、長手方向の長さが長くなるほど顕著であった。かかる理由は以下のように考えられる。
【０００６】
通常、供給管７１は、処理槽７０の端面からこれに対向する端面に向かって奥まで伸びている。従って、基材Ａが長尺になるほど、該基材Ａを収容する処理槽７０の形状も長尺になり、供給管７１も処理槽７０の長手方向の長さに合わせて長くなる。処理液Ｌ’はポンプ７３によって供給管７１から処理槽７０に押出されるので、ポンプ７３からの距離によって処理液Ｌ’が受ける圧力が異なりやすい。供給管７１が長くなるほどポンプ７３から遠ざかるため、ポンプ７３に近い手前側とポンプ７３から離れた奥側とでは圧力差が生じやすくなる。そのため、処理液Ｌ’の流動状態に斑がより生じやすくなり、滞留部が発生しやすくなると考えられる。
【０００７】
また、基材Ａが長くなると、該基材Ａを収容する処理槽７０も大きくなるため、装置が大型化になり、処理液Ｌ’の使用量も増大する。
【０００８】
ところで、近年、可視光の波長以下の周期の微細凹凸構造を表面に有する光学フィルムなどの物品は、反射防止効果、ロータス効果等を発現することから、その有用性が注目されている。特に、モスアイ構造と呼ばれる微細凹凸構造は、空気の屈折率から物品の材料の屈折率へと連続的に屈折率が増大していくことで有効な反射防止機能を発現することが知られている。
【０００９】
微細凹凸構造を表面に有する物品の製造方法としては、基材フィルム等の被転写体の表面に、モールドの表面に形成された微細凹凸構造を転写するインプリント法が挙げられる。
このインプリント法で用いるモールドを製造する方法としては、例えば円柱状のアルミニウム基材を電解液中で陽極酸化し、アルミニウム基材の周面に複数の細孔（凹部）を有する陽極酸化アルミナを形成する方法が知られている。
【００１０】
しかし、図１２に示すような処理槽７０を用いて円柱状のアルミニウム基材を電解液中で陽極酸化した場合、処理槽７０内で滞留部が発生すると、特に多孔板７２の上部において処理液（電解液）Ｌ’に温度斑が生じやすくなる。基材Ａの表面温度は処理液Ｌ’の温度斑に影響を受けやすく、処理液Ｌ’に温度斑が生じると、基材Ａの表面も温度斑が生じやすくなる。
陽極酸化によって基材表面に形成される細孔の深さは、処理中の温度に影響を受けやすい。従って、電解液や基材表面に温度斑が生じると、場所によって細孔の深さにバラツキがあるモールドが得られる場合がある。こうしたモールドを用い、該モールドの表面に形成された微細凹凸構造をインプリント法にて転写すると、場所によって凸部の高さにバラツキがある、すなわち、反射率にバラツキがある物品となってしまう。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、長尺な基材を処理する場合でも電解液の滞留を防止し、さらに電解液の使用量も抑制できる電解処理装置、およびこの電解処理装置に好適に用いられる処理槽の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の処理槽は、円柱状の基材を電解液中で電解処理するための処理槽において、電解液を収容し、前記基材が浸漬する長尺な処理槽本体、処理槽本体に電解液を供給する電解液供給部、および処理槽本体から電解液を排出するオーバーフロー部を備え、前記処理槽本体の底部の内面は円弧状に湾曲し、前記電解液供給部は、処理槽本体の長手方向に沿うように、処理槽本体の一方の側面上方に設けられ、前記オーバーフロー部は、処理槽本体の長手方向に沿うように、処理槽本体の他方の側面上部に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の電解処理装置は、円柱状の基材を電解液中で電解処理する電解処理装置において、電解液を収容し、前記基材が浸漬する長尺な処理槽本体、処理槽本体に電解液を供給する電解液供給部、および処理槽本体から電解液を排出するオーバーフロー部を備えた処理槽と、前記処理槽本体に浸漬された電極板とを具備し、前記処理槽本体の底部の内面は円弧状に湾曲し、前記電解液供給部は、処理槽本体の長手方向に沿うように、処理槽本体の一方の側面上方に設けられ、前記オーバーフロー部は、処理槽本体の長手方向に沿うように、処理槽本体の他方の側面上部に設けられていることを特徴とする。
ここで、前記電極板は、前記処理槽本体に浸漬された基材を挟むように配置され、かつ前記処理槽本体の底部の内面形状に沿うように湾曲していてもよい。
または、前記電極板は、前記処理槽本体に浸漬された基材を介して、前記オーバーフロー部に対向する位置にのみ配置されてもよく、該電極板の電解液に接触している面積と、前記基材の電解液に接触している面積との比が１：１以下であることが好ましい。
さらに、前記基材の中心軸を回転中心として、該基材を回転させる回転手段を具備することが好ましい。
また、前記回転手段は、電解液供給部から供給された電解液がオーバーフロー部へ流れる方向とは反対方向に、前記基材を回転させることが好ましい。
さらに、前記電解液を加熱または冷却して電解液の温度を調節し、電解処理直前および電解処理中には電解液を冷却する温度調節手段をさらに具備することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の処理槽は、長尺な基材を処理する場合でも電解液の滞留を防止し、さらに電解液の使用量も抑制できる電解処理装置の処理槽として好適である。
また、本発明の電解処理装置は、長尺な基材を処理する場合でも電解液の滞留を防止し、さらに電解液の使用量も抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の処理槽の一例を示す側面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ’線に沿う断面図である。
【図３】処理槽の電解液供給部と基材の位置関係を説明する断面図である。
【図４】オーバーフロー部の他の例を示す側面図である。
【図５】本発明の処理槽の他の例を示す断面図である。
【図６】本発明の電解処理装置の一例を示す断面図である。
【図７】（ａ）は図６のII−II’線に沿う断面図であり、（ｂ）は図６示す電解処理装置に備わる処理槽と電極板の斜視図である。
【図８】電解処理装置に備わる電極版の他の例を示す断面図である。
【図９】陽極酸化アルミナの細孔の形成過程を示す断面図である。
【図１０】実施例１および比較例１において電解処理した時間と、処理槽壁面付近の数点での電解液の上昇温度との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例１および比較例１において電解処理した時間と、基材表面の長手方向の数点での電解液の最大温度差との関係を示すグラフである。
【図１２】従来の処理装置の一例を示す図であり、（ａ）側面図であり、（ｂ）は（ａ）のIII−III’線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
［処理槽］
本発明の処理槽は、円柱状の基材を電解液中で電解処理するためのものである。
図１は、本実施形態に係る処理槽１０の一例を示す図であり、後述する電解液供給部側から見た側面図である。図２は、図１のＩ−Ｉ’線に沿う断面図である。
なお、図２には、図１に示す処理槽１０を収容する外槽４０を追加した。
また、本発明において、電解処理の対象となる基材の形状は円柱状であるが、図１，２に示すような中空状（円筒状）でもよいし、中空状でなくてもよい。本発明において、円柱状とは、円筒形状などの形状を含めて、全体としての形状が略円柱状のものをいう。
【００１７】
図１，２に示す処理槽１０は、電解液Ｌを収容し、中空円柱状の基材Ａが浸漬する長尺な処理槽本体１１と、処理槽本体１１に電解液Ｌを供給する電解液供給部１２と、処理槽本体１１から電解液Ｌを排出するオーバーフロー部１３とを備えて構成されている。なお、本発明において長尺とは、上面視にて処理槽本体の短辺方向の長さよりも、処理槽本体の長辺方向が長いような形状を指し、例えば上面視にて略矩形形状のものが挙げられる。
この処理槽１０は、図２に示すように外槽４０に収容されている。
【００１８】
＜処理槽本体＞
処理槽本体１１は、電解液Ｌを収容するものであり、該電解液Ｌ中に基材Ａが浸漬する。
この例の処理槽本体１１の底部１１ａの内面１１ａ’は、処理槽本体１１に浸漬された基材Ａの周面（外周面）Ａ’に沿うように、円弧状に湾曲している。底部１１ａの内面１１ａ’が円弧状に湾曲していることで、後述する電解液供給部１２から供給された電解液Ｌがオーバーフロー部１３へとスムーズに流動できる。
なお、本発明において「円弧状」は真円状に限定されない。また、本発明において「湾曲している」とは、処理槽本体の底部の内面が、該処理槽本体の外側に突出するように湾曲していることである。
【００１９】
底部１１ａの内面１１ａ’の形状としては、半円形状、半楕円形状など、屈曲点がなく滑らかに一方向に沿って曲げられた形状が好ましいが、中でも、半円形状がより好ましい。底部１１ａの内面１１ａ’の形状が半円形状であれば、電解液供給部１２から供給された電解液Ｌが底部１１ａの内面１１ａ’をよりスムーズな流れを保ったままオーバーフロー部１３へ流れる。
【００２０】
処理槽本体１１の材質については、電解液Ｌによって腐食しにくいものであれば特に制限されず、例えばステンレス、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などが挙げられる。
【００２１】
処理槽本体１１の大きさについては、基材Ａを収容できる大きさであれば特に制限されないが、例えば図２に示すように基材Ａを処理槽本体１１内に配置したときに、基材Ａの外周面Ａ’と底部１１ａの内面１１ａ’との間に空隙Ｓが形成される大きさである。具体的には、基材Ａの中心軸Ｐから底部１１ａの内面１１ａ’までの距離Ｄが、基材Ａの半径（ｒ）の１．２５〜２倍であることが好ましい。
なお、底部１１ａの内面１１ａ’の形状が半円形状の場合は、この半円の直径上の中心と基材Ａの中心軸Ｐとが重なるように、基材Ａを処理槽本体１１内に配置するのが好ましい。
【００２２】
ところで、上述したように、基材を陽極酸化して周面に細孔を形成させる場合、細孔の深さは電解液や基材表面（外周面）の温度斑に影響を受けやすいため、温度斑を軽減する必要がある。
電解液や基材表面の温度斑は、主に電解液が処理槽内で滞留することで生じるが、基材と処理槽の内面の間隔が狭いと温度斑が生じる場合がある。これは、陽極酸化を行うと発熱により処理槽が加熱されやすく、この処理槽の熱によって処理槽近傍の基材表面が直接かつ不均一に温められ、温度斑が生じるものと考えられる。この傾向は、基材と処理槽の内面との距離が近いほど起こりやすいと考えられる。
【００２３】
しかし、基材Ａの中心軸Ｐから底部１１ａの内面１１ａ’までの距離Ｄが、基材Ａの半径（ｒ）の１．２５倍以上であれば、基材Ａの外周面Ａ’と処理槽本体１１の底部１１ａの内面１１ａ’との間に十分な隙間が形成される。よって、基材Ａと処理槽本体１１の間に位置する電解液Ｌが緩衝材の役割を十分に果たすことができるので、陽極酸化時の発熱により処理槽本体１１が加熱されても、基材Ａが処理槽本体１１によって直接温められるのを抑制できる。従って、基材Ａの外周面Ａ’の温度斑をより効果的に防止でき、深さのバラツキが抑えられた細孔を基材の外周面に形成できる。
なお、距離Ｄは、基材Ａの半径（ｒ）の２倍以下であることが好ましい。距離Ｄが基材Ａの半径（ｒ）の２倍を超えても、温度斑の防止効果は頭打ちとなるばかりか、処理槽本体１１が大型となるため、電解液Ｌの使用量が多くなる。
【００２４】
＜電解液供給部＞
電解液供給部１２は、処理槽本体１１に電解液Ｌを供給するものであり、図１に示すように、処理槽本体１１の長手方向に沿うように、処理槽本体１１の一方の側面１１ｂ上方に設けられている。これにより、処理槽本体１１の上方から供給された電解液Ｌは、この処理槽本体１１の内面形状に沿って後述するオーバーフロー部１３へとスムーズに移動できる。よって、電解液Ｌが部分的に滞留するのを防止できる。
【００２５】
図示例の電解液供給部１２は、供給管１２ａと、該供給管１２ａに接続された、長尺な吐出部１２ｂとで構成される。
供給管１２ａ内には、ポンプ（図示略）等によって電解液が送り込まれる。そして、供給管１２ａ内に充満した電解液が、供給管１２ａの吐出口１２１ａから吐出部１２ｂに供給される。
【００２６】
吐出口１２１ａは、供給管１２ａの長手方向に沿って連続的（スリット状）に形成されていてもよいし、断続的に形成されていてもよい。
【００２７】
吐出部１２ｂの先端は処理槽本体１１に収容された電解液Ｌに浸漬しており、吐出部１２ｂの吐出口１２１ｂから電解液Ｌが処理槽本体１１に供給される。
吐出口１２１ｂは、吐出部１２ｂの長手方向に沿って連続的に形成されていてもよいし、断続的に形成されていてもよい。
【００２８】
図１に示すように、吐出部１２ｂの長手方向の長さ（幅）Ｗ１２ｂは長尺な基材Ａの長手方向の長さ（幅）ＷＡによって選定され、吐出部１２ｂの長さＷ１２ｂは基材Ａの長さＷＡと同じか、基材Ａの長さＷＡの９５％以上ほどの長さであることが好ましい。吐出部１２ｂの長さＷ１２ｂが基材Ａの長さＷＡに対して短すぎると、吐出部１２ｂから供給された電解液Ｌの流れが基材Ａの長手方向に対して不均一となり、流れが強い箇所と弱い箇所では電解処理時に基材Ａの冷却斑に繋がり、温度斑が発生する原因になる。その結果、例えば基材Ａを陽極酸化する場合には、基材Ａの表面に形成される酸化皮膜に斑が生じることとなる。
なお、基材Ａの長手方向における電解液の流れが均一であれば、吐出部１２ｂの長さＷ１２ｂは長くする必要はない。
【００２９】
電解液供給部１２は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、吐出部１２ｂの吐出口１２１ｂの延長線上に基材Ａが位置しないように、処理槽本体１１の一方の側面上方に設けられるのが好ましい。これにより、吐出部１２ｂの吐出口１２１ｂから吐出された電解液Ｌが、吐出時の流速を保った状態で処理槽本体１１の底部１１ａを通過し、効率よくオーバーフロー部１３へと流れるため、循環効率が向上する。
なお、図３（ｃ）に示すように、吐出部１２ｂの吐出口１２１ｂの延長線上に基材Ａが位置していると、吐出部１２ｂから吐出された電解液Ｌが基材Ａの表面に当たり、該基材Ａの表面付近で滞留が発生してしまい、循環効率が低下し、処理槽内の温度斑が発生しやすくなる傾向にある。
ここで、図３においては外槽４０を省略した。
【００３０】
吐出部１２ｂから吐出された電解液Ｌが、処理槽本体１１の長手方向に対して均一な流動状態を保つためには、電解液供給部１２内の正圧を保てるような構造にすればよく、これにより処理槽本体１１の長手方向に対して電解液Ｌの均一な流れが形成できる。正圧を保つには供給管１２ａの吐出口１２１ａの開口面積が吐出部１２ｂの吐出口１２１ｂの開口面積より大きくなるように設ければよい。
【００３１】
供給管１２ａおよび吐出部１２ｂの材質については、電解液Ｌによって腐食しにくいものであれば特に制限されず、例えばステンレス、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などが挙げられる。
【００３２】
＜オーバーフロー部＞
図２、３に示すオーバーフロー部１３は、処理槽本体１１から溢れる電解液Ｌを処理槽本体１１の外へ排出するものであり、処理槽本体１１の長手方向に沿うように、処理槽本体１１の他方の側面１１ｃ上部に設けられている。
図示例のオーバーフロー部１３は、処理槽本体１１の一方の側面１１ｂと他方の側面１１ｃの高さを異ならせる、具体的には他方の側面１１ｃを一方の側面１１ｂよりも低くすることで形成されている。
【００３３】
＜作用効果＞
以上説明した本発明の処理槽１０は、電解液Ｌを処理槽本体１１の一方の側面１１ｂ上方から供給し、他方の側面１１ｃの上部から排出する。このとき、処理槽本体１１の底部１１ａの内面１１ａ’が円弧状に湾曲しているため、電解液Ｌが滞留することなくスムーズにオーバーフロー部１３へと移動できる。
なお、電解液供給部１２へ電解液Ｌを送り込む際はポンプ（図示略）等を用いるが、電解液Ｌは重力に従って電解液供給部１２から送り出される。従って、本発明の処理槽１０は、図１２に示す従来の処理槽７０のように、この処理槽７０の下部に設けられた供給管７１から、ポンプ７３によって電解液Ｌ’を処理槽７０の上方へ（すなわち、重力に逆らって）吐出させる場合に比べて、ポンプの圧力の影響を受けにくい。そのため、電解処理する基材Ａが長くなり、処理槽本体１１の長手方向の長さや電解液供給部１２が長くなっても、電解液供給部１２の両端において、ポンプから受ける電解液の圧力差が小さい。
【００３４】
従って、本発明の処理槽１０を用いれば、処理槽本体１１内において電解液Ｌが部分的に滞留するのを防止できるので、基材Ａの外周面Ａ’を均一に電解処理できる。特に、吐出部１２ｂの吐出口１２１ｂの延長線上に基材Ａが位置しないように、電解液供給部１２を処理槽本体１１の一方の側面上方に設ければ循環効率が向上し、基材Ａの外周面Ａ’をより均一に電解処理できる。
特に、アルミニウム基材を陽極酸化処理する場合は、電解液や基材表面の温度斑を抑制することが重要となるが、本発明の処理槽１０を用いれば、処理槽本体１１内での電解液Ｌの滞留部が発生しにくいので、温度斑が生じにくい。よって、基材Ａの外周面Ａ’に形成される細孔の深さのバラツキが抑えられる。
【００３５】
また、本発明の処理槽１０は、処理槽本体１１の底部１１ａの内面１１ａ’が円弧状に湾曲しているので、図１２に示すような直方体状の処理槽７０に比べて容積を縮小できる。よって、電解液の使用量も抑制できる。
なお、本発明の処理槽１０を用いれば、電解液Ｌがスムーズに処理槽本体１１内を流動するので、多孔板などの流動を調整する部材を設ける必要がない。
【００３６】
＜他の実施形態＞
本発明の処理槽は図１，２に示す処理槽１０に限定されない。例えば図１，２に示す処理槽１０の電解液供給部１２は一重の供給管１２ａと吐出部１２ｂから構成されているが、供給管１２ａは多重管でもよい。また、処理槽本体１１の長手方向に均一に電解液Ｌを供給できる形状であれば、電解液供給部１２は管状の構造であってもよい。
【００３７】
また、図１，２の処理槽１０は、オーバーフロー部１３が処理槽本体１１の他方の側面１１ｃを一方の側面１１ｂよりも低くすることで形成されているが、例えば図４に示すように、他方の側面１１ｃに、処理槽本体１１の長手方向に伸びる孔１３’を設け、これをオーバーフロー部１３としてもよい。ただし、この場合は、処理槽本体１１に浸漬される基材Ａよりも高い位置に孔１３’を設けるのが好ましい。
孔１３’は図４に示すように連続的でもよいし、断続的でもよい。
なお、図４においては処理槽本体１１と孔１３’と基材Ａのみを示し、電解液供給部は省略した。
【００３８】
ところで、電解液供給部１２から供給された電解液Ｌは、処理槽本体１１の底部１１ａを通過してオーバーフロー部１３へと流れて処理槽本体１１の外へ排出されるが、このとき、電解液Ｌの一部がオーバーフロー部１３へと向わずに処理槽本体１１の液面を流れて電解液供給部１２側へと戻ることがあり、処理槽本体１１内に滞留して温度斑が発生する場合がある。
そのような場合には、図５に示すように、電解液Ｌが電解液供給部１２側へと戻る流れを抑制するための邪魔板１５をオーバーフロー部１３近傍に設置するのが好ましい。電解液Ｌが電解液供給部１２側へと戻るときは、主に処理槽本体１１の液面近傍を流れるため、邪魔板１５は液面から２０〜３０ｍｍ程度浸漬させればよい。
邪魔板１５の材質は電解液Ｌによって腐食しにくいもので、かつ電解液Ｌの流れで邪魔板が変形しないような多少の剛性を有することが好ましく、例えばステンレスやポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などが挙げられる。
なお、図５においては外槽４０を省略した。
【００３９】
［電解処理装置］
本発明の電解処理装置は、円柱状の基材を電解液中で電解処理する装置である。
図６は、本実施形態に係る電解処理装置１の一例を示す側断面図であり、図７（ａ）は図６のII−II’線に沿う断面図であり、図７（ｂ）は図６示す電解処理装置に備わる処理槽１０と電極板２０の斜視図である。
【００４０】
この例の電解処理装置１は、電解液Ｌで満たされた処理槽１０と、この処理槽１０の処理槽本体１１に浸漬された基材Ａを挟むように配置された電極板２０と、基材Ａの中心軸を回転中心として、基材Ａを回転させる回転手段３０と、処理槽１０を収容し、処理槽１０からオーバーフローした電解液Ｌを受けるための外槽４０と、電解液Ｌを一旦貯留する貯留槽５０と、外槽４０で受けた電解液Ｌを貯留槽５０へ流下させる流下流路４１と、貯留槽５０の電解液Ｌを処理槽１０の電解液供給部１２へ返送する返送流路５１と、返送流路５１の途中に設けられたポンプ５２とを備えている。
【００４１】
以下、本発明の電解処理装置１を陽極酸化処理装置として用いる場合を例にとり、具体的に説明する。
電解処理装置１には、上述した本発明の処理槽１０が備えられており、図７（ａ），（ｂ）に示すように、電極板２０は、この処理槽１０の処理槽本体１１の底部１１ａの内面１１ａ’形状に沿うように湾曲した形状となっている。電極板２０が湾曲した形状であることにより、電解液Ｌの流動が妨げられにくくなるため、電解液Ｌが滞留することなく、よりスムーズにオーバーフロー部１３へと移動できる。
なお、図７（ａ）においては外槽４０を省略した。また、図７（ｂ）においては処理槽１０の処理槽本体１１およびオーバーフロー部１３と、電極板２０と、基材Ａのみを示し、これ以外の電解処理装置１の構成部材は省略した。
【００４２】
処理槽本体１１の端面１１ｄ，１１ｅは、図７（ｂ）に示すように、Ｕ字状になっている。従って、端面１１ｄ，１１ｅから電解液が漏れないように、端面１１ｄ，１１ｅにはその形状に合わせた封止材（図示略）が取り付けられる。
さらに、端面１１ｄ，１１ｅの下部側には、図６，図７（ａ）に示すように、回転手段３０として、水平方向に軸方向を沿わせて基材Ａを支持する支持軸３１が設けられている。
支持軸３１は、図６，図７（ａ）に示すように処理槽本体１１の端面１１ｄ，１１ｅにそれぞれ水平方向に並んで一対設けられ、各支持軸３１は、処理槽本体１１の端面１１ｄ，１１ｅを貫通し、これら処理槽本体１１の端面１１ｄ，１１ｅに対して回転可能に支持されている。
【００４３】
各支持軸３１の処理槽本体１１内の端部には、樹脂材料からなる円筒状の弾性部材３２が挿通して設けられ、基材Ａはその両端部外周面を各弾性部材３２の上に載置されるようにして、支持軸３１上に支持されている。各支持軸３１は、例えばモータ等の回転駆動部（図示略）と接続されており、この回転駆動部によって各支持軸３１が同一方向に回転されることで、この電解処理装置１では弾性部材３２と接触した基材Ａが回転するようになっている。
特に、回転手段３０は、図７（ａ）に示すように、処理槽１０の電解液供給部１２から処理槽本体１１へ供給された電解液Ｌが、オーバーフロー部１３へ流れる方向とは反対方向に、基材Ａを回転させるのが好ましい。電解液Ｌの流れる方向と基材Ａの回転方向が反対になることで、基材Ａに対する表面付近での電解液Ｌの流れは相対的に速くなり、電解処理時に基材Ａから発生した熱の移動が効率よく行える。電解液Ｌの流れる方向と基材Ａの回転方向が同じである場合、基材Ａ表面付近での電解液Ｌの流れは相対的に遅く、速度が無い状態では熱の移動が悪いため、処理槽１０全体での電解液Ｌの温度上昇に繋がってしまう。
【００４４】
支持軸３１の上方には、水平方向に軸方向を沿わせた通電用シャフト３３が、端面１１ｄ，１１ｅに取り付けられた封止材１４を貫通して設けられ、この通電用シャフト３３は外槽４０も貫通して外側に露出する。通電用シャフト３３は導電性を有する材料からなり、端面１１ｄ，１１ｅに取り付けられた封止材それぞれに回転可能に支持されている。なお、通電用シャフト３３は全体が導電性を有する材料からなっていなくてもよく、後述の通電部材３４を介して基材Ａに電流を印加可能とされていればよい。具体的には、通電用シャフト３３の外部が絶縁物質によりコーティングされた構成であってよく、端面１１ｄ，１１ｅに取り付けられた封止材に接触する部位に耐摩耗性に優れるコーティング等が施されても構わない。
【００４５】
各通電用シャフト３３の処理槽本体１１内の端部には、円盤状の通電部材３４が一体に設けられている。通電部材３４は、中空円柱状の基材Ａの両端面に面接触する。ここで、電極板２０と、通電用シャフト３３とには、電源２１が電気的に接続され、電流が印可可能とされている。
【００４６】
通電部材３４は、通電用シャフト３３あるいは基材Ａの軸方向にエアシリンダ等の進退動を行う駆動部（図示略）によって、進退動ができるように設置されている。基材Ａを支持軸３１に設置した後、基材Ａの軸方向の両側から、通電部材３４を基材Ａの両端面に接触させることで通電可能となる。なお、図６に示した例においては、基材Ａの両端面に通電部材３４を設けたが、通電部材３４を基材Ａの一方の端面にだけ設け、他方を押さえ部材としてもよい。また、通電部材３４は、厳密に基材Ａの端面において基材Ａと接触する必要はなく、基材Ａの内周面等他の位置において基材Ａと接触する構成であっても構わない。
【００４７】
通電用シャフト３３は処理槽１０および外槽４０を貫通して進退動を行うため、通電用シャフト３３と処理槽１０および外槽４０との間には、通電用シャフト３３を回転可能及び軸方に移動可能に支持する滑り軸受け３５が設けられている。
【００４８】
図示例の基材Ａの両端部の内径側角部は面取りされ、基材Ａの両端面の一部には、テーパ面ａが形成される一方、通電部材３４の外径側角部は面取りされ、基材Ａのテーパ面ａに面接触するテーパ面３４ａが形成され、両者の傾斜は同一勾配を設定されていることが好ましい。基材Ａのテーパ面ａと、通電部材３４のテーパ面３４ａとを面接触させることにより、両者は電気的に緊密に接触することができ、かつ基材Ａ若しくは通電部材３４側が回転した場合に、接触させた抵抗により回転を伝達することができ、同期させて回転させることができる。
このような構造とすることにより、接触面積が大きく、また、回転した際の滑りの影響や摩耗の影響も軽減されるため、安定した電流供給が可能となる。
【００４９】
また、通電部材３４が接続された通電用シャフト３３は、基材Ａと同期して回転するため、通電用シャフト３３と電源２１は回転給電可能なコネクタ（図示略）にて電気的に接触（接続）されている。回転給電可能なコネクタとしてロータリーコネクタ、スリップリング等があるが、ロータリーコネクタが回転時の電流安定性がよく好ましい。また、通電部材３４を基材Ａの一端面にのみ面接触させて、通電を行うようにしてもよい。
【００５０】
外槽４０は処理槽１０を収容するものであり、図２，６に示すように、処理槽１０内の電解液Ｌはオーバーフロー部１３から排出され、外槽４０へと流れる。外槽４０で受けた電解液Ｌは、流下流路４１を通って貯留槽５０へ流下する。
貯留槽５０には電解液Ｌを加熱または冷却して電解液Ｌの温度を調節し、電解処理直前および電解処理中には電解液Ｌを冷却する温度調節手段５３が設けられている。この例の温度調節手段５３は、電解液Ｌを冷却する熱交換器５３ａと、電解液Ｌを加熱するヒータ５３ｂとからなり、貯留槽５０内で調温された電解液Ｌは、ポンプ５２によって返送流路５１を通って処理槽１０の電解液供給部１２から、処理槽本体１１へ返送される。
なお、熱交換器５３ａとしては水、オイル等を熱媒とした熱交換器等が挙げられ、ヒータ５３ｂとしては電気ヒータ等が挙げられる。どちらも電解液Ｌに浸漬させていても腐食などの問題が生じないよう、コーティングされたものが好ましい。
【００５１】
＜作用効果＞
以上説明した本発明の電解処理装置１は、本発明の処理槽１０を備える。よって、処理槽１０の処理槽本体１１内で電解液Ｌが滞留しにくい。
なお、貯留槽５０から電解液Ｌを電解液供給部１２へ返送する際はポンプ５２を用いるが、電解液Ｌは重力に従って電解液供給部１２から処理槽本体１１へ送り出される。従って、本発明の電解処理装置１は、図１２に示す従来の処理槽７０のように、この処理槽７０の下部に設けられた供給管７１から、ポンプ７３によって電解液Ｌ’を処理槽７０の上方へ（すなわち、重力に逆らって）吐出させる場合に比べて、ポンプの圧力の影響を受けにくい。そのため、電解処理する基材Ａが長くなり、処理槽本体１１の長手方向の長さや電解液供給部１２が長くなっても、電解液供給部１２の両端において、ポンプから受ける電解液の圧力差が小さい。
【００５２】
従って、本発明の電解処理装置１であれば、処理槽１０の処理槽本体１１内において電解液Ｌが部分的に滞留するのを防止できるので、基材Ａの外周面を均一に電解処理できる。
特に、アルミニウム基材を陽極酸化処理する場合は、電解液や基材表面の温度斑を抑制することが重要となるが、本発明の電解処理装置１であれば、処理槽本体１１内での電解液Ｌの滞留部が発生しにくいので、温度斑が生じにくい。よって、基材Ａの外周面に形成される細孔の深さのバラツキが抑えられる。
【００５３】
また、本発明の電解処理装置１は、処理槽本体１１の底部が円弧状に湾曲しているので、図１２に示すような直方体状の処理槽７０に比べて容積を縮小できる。よって、電解液の使用量も抑制できる。
なお、本発明の電解処理装置１であれば、電解液Ｌがスムーズに処理槽本体１１内を流動するので、多孔板などの流動を調整する部材を処理槽１０内に設ける必要がない。
【００５４】
＜他の実施形態＞
本発明の電解処理装置は図６，７に示す電解処理装置１に限定されない。例えば図６，７に示す電解処理装置１では、電極板２０が基材Ａを挟むように配置され、かつ処理槽本体１１の底部１１ａの内面形状に沿うように湾曲しているが、例えば図８に示すように、電極板２０は前記処理槽本体１１に浸漬された基材Ａを介して、オーバーフロー部１３に対向する位置にのみ配置されていてもよい。このとき、電極板２０の電解液Ｌに接触している面積（接触面積）と、基材Ａの電解液Ｌに接触している面積（処理面積）との比（接触面積：処理面積）が１：１以下となるように、電極板２０が処理槽本体１１中の電解液Ｌに浸漬されるのが好ましい。
電解処理時に基材Ａと電極板２０に流れる電流値は、基材Ａの処理面積と電極板２０の接触面積の比に比例する。電極板２０の接触面積が基材Ａの処理面積より大きいほど電流がより流れる。電流が多く流れると処理槽１０内に発生するジュール熱（電流×電圧）が大きくなり、発熱量が増えてしまう。そのため、除熱するための装置の冷却能力が増大する。処理槽１０内を均一な温度に保つのであれば、発生するジュール熱は低い方が好ましい。
電極板２０の接触面積は基材Ａの処理面積より小さくても問題ないが、小さくしすぎても最終的な電流値は基材Ａの処理面積によって決まるため、電極板２０を小さくしても電流値抑制の効果は頭打ちになる。そのため、流れる電流量を抑えるためには電極板２０の接触面積と基材Ａの処理面積との比は１：１以下が好ましい。
【００５５】
また、図８に示す電極板２０のような形状であると、図６，７に示す電極板２０のように湾曲させる必要がないため、加工性が格段に良くなる。加えて、処理槽本体１１の底部１１ａにおいて電解液Ｌがより流れやすくなるため、電解液Ｌの更新性がより高まる。
なお、図８においては外槽４０を省略した。
【００５６】
また、図６，７に示す電解処理装置１は、基材Ａを回転させる回転手段３０として支持軸３１を備えているが、通電部材３４に接続された通電用シャフト３３を回転手段としてもよい。その場合、支持軸３１は上記で説明した回転駆動部に接続せず、基材Ａと同期して回転できるような構造になっていればよい。
【００５７】
さらに、通電部材３４は、上述したように全体が導電性を有する材料から構成されている必要はなく、基材Ａと通電用シャフト３３とを電気的に接続可能な構成とされていればよい。具体的には、通電部材３４のテーパ面３４ａと、通電用シャフト３３とを電気的に接続する部分以外が絶縁物質によりコーティングされた構成であっても構わない。また、テーパ面３４ａについても、安定的に基材Ａと通電部材３４とを電気的に接続可能であれば、その表面の一部が導電性物質以外からなっても構わない。
また、上述した実施形態では、基材Ａの両端部の内径側角部を面取りして、テーパ面ａを形成し、通電部材３４の外径側角部を面取りして、テーパ面３４ａを形成したが、基材Ａの両端部の外径側角部を面取りし、通電部材３４の内径側角部を面取りしてテーパ面を形成してもよい。
さらに、それぞれの通電部材３４に形成されるテーパ面３４ａは、同一の形状である必要はなく、異なる形状であっても構わない。また、テーパ面３４ａは、通電部材３４の少なくとも一方に形成される構成であっても構わない。
【００５８】
＜用途＞
本発明の電解処理装置は、陽極酸化等の化成処理や、めっき等の皮膜処理など、基材の表面を電解処理する装置として用いることができるが、特にアルミニウム基材を陽極酸化する陽極酸化処理装置として好適である。
以下、本発明の電解処理装置を用い、アルミニウム基材を陽極酸化してモールドを製造する方法の一例について説明する。
【００５９】
まず、図６，７に示すように、基材Ａとしてアルミニウム基材を支持軸３１の上に設置する。この際、図２に示すように、基材Ａの外周面Ａ’と処理槽本体１１の底部１１ａの内面１１ａ’との間に空隙Ｓが形成されるように、基材Ａを支持軸３１上に設置する。具体的には、基材Ａの中心軸Ｐから底部１１ａの内面１１ａ’までの距離Ｄが、基材Ａの半径（ｒ）の１．２５〜２倍となるように、基材Ａを設置するのが好ましい。
なお、底部１１ａの内面１１ａ’の形状が半円形状の場合は、この半円の直径上の中心と基材Ａの中心軸Ｐとが重なるように、基材Ａを設置するのが好ましい。
【００６０】
その後、前後移動を行う上記駆動部（図示略）を用いて通電用シャフト３３を両側から同時に動かして、通電部材３４を基材Ａに接触させる。なお、通電部材３４に基材Ａを接触させてから電解液Ｌを処理槽本体１１に供給してもよいし、処理槽本体１１に電解液Ｌが入っている状態で、通電部材３４を基材Ａに接触させても構わない。通電部材３４と基材Ａが接触した状態で上記回転駆動部（図示略）を駆動させて、支持軸３１を回転させて基材Ａを回転させる。
基材Ａを回転させながら通電用シャフト３３、通電部材３４を介して、陽極となる基材Ａと陰極となる電極板２０に電圧を印加し、基材Ａの陽極酸化を行う。
【００６１】
基材Ａに通電部材３４を接触させる際、接触させる為の押し圧は０．２ＭＰａ以上が好ましい。回転時に接触させたテーパ面で滑りが発生することや、緊密に接触しきれていないために安定した電流供給に影響がある。しかし、押し圧があまりに大きいと基材Ａの歪の原因になったり、回転が伝達できず止まったりすることもあるため、ワーク形状と回転駆動源の仕様により適宜選択を行う必要がある。
【００６２】
基材Ａの陽極酸化を行う間は、基材Ａを回転させながら、処理槽本体１１から電解液Ｌの一部を排出しつつ、処理槽本体１１に同量の電解液を供給する。具体的には、処理槽１０のオーバーフロー部１３において処理槽本体１１から外槽４０へと電解液Ｌを排出させ、排出した電解液Ｌを外槽４０から貯留槽５０に流下させ、電解液Ｌの温度を貯留槽５０で調節した後、該電解液Ｌを、処理槽本体１１の長手方向に沿うように、一方の側面上方に設けられた電解液供給部１２に返送し、この電解液供給部１２から処理槽本体１１内に供給する。
このとき、処理槽本体１１の底部１１ａの内面１１ａ’が円弧状に湾曲しているため、電解液Ｌのほぼ均一な流れが形成され、電解液Ｌが滞留することなくスムーズにオーバーフロー部１３へと移動できる。
なお、電界液Ｌの流れる方向とは反対方向に基材Ａを回転させるのが好ましい。
【００６３】
電解液供給部１２から処理槽本体１１への電解液Ｌの供給量は、処理槽本体１１の容積に対して、循環回数が３分に１回以上が好ましい。そうすることで、処理槽本体１１は頻繁な液更新を行うことができ、除熱、発生した水素除去を効率よく行える。
【００６４】
基材Ａの回転数は、３ｒｐｍ以上が好ましい。基材Ａの回転数が３ｒｐｍ以上であれば、基材Ａの周囲における電解液Ｌの濃度や温度のムラがより効果的に抑えられる。駆動装置の能力の点から、基材Ａの回転数は、１０ｒｐｍ以下が好ましい。
【００６５】
なお、電解液Ｌの温度調節は上述したように貯留槽５０内で行われるが、具体的には、電解液Ｌを冷却する熱交換器５３ａと電解液Ｌを加熱するヒータ５３ｂをそれぞれ制御することで、電解液Ｌを温度調節している。制御の方法としてはフィードバック型のＰＩＤ制御などがある。
ここで、「ＰＩＤ制御」とは、制御対象の出力値と目標との偏差量を用い、比例制御、積分制御、微分制御の３つの制御を組み合わせることにより、出力値が短時間で目標値に到達するように調整する方法のことである。
【００６６】
基材Ａを処理槽１０に投入する前の電解液Ｌの温度調節は、冷却と加熱の両方を制御して行えばよいが、電解処理が始まると、処理槽本体１１内に流れた電流によるジュール熱や電解処理による反応熱によって電解液Ｌは発熱する。その際、処理槽本体１１内の温度上昇、若しくは処理槽本体１１から送られた電解液Ｌによる貯留槽５０の温度上昇を確認して、貯留槽５０内ではＰＩＤ制御を行い、電解液Ｌを冷却して所望の温度に保とうとする。
しかし、処理槽本体１１内が発熱し、貯留槽５０で調温された電解液Ｌが処理槽本体１１に届くまではタイムラグが発生してしまい、その間に処理槽本体１１内では不要な温度上昇が発生し、基材Ａの表面に形成する酸化皮膜の生成速度が変わり、均一な電解処理が行えなくなる場合がある。
【００６７】
そこで、不要な温度上昇を避けるには、電解液処理中に電解液Ｌを冷却するのはもちろんのこと、電解処理直前に貯留槽５０内を制御したい温度よりわずかに冷却しておくことが好ましい。すなわち、基材Ａを処理槽１０に投入する前は冷却と加熱で制御を行っているところ、基材Ａを処理槽１０に投入して電解処理を開始する直前は冷却のみで制御を行い、低めに電解液を保っておく。そうすることで、電解処理が開始することで発生した発熱した電解液も瞬時に冷却することが可能となる。
【００６８】
上述のようにして基材Ａを陽極酸化すると、図９（ａ）に示す状態から図９（ｂ）に示すように細孔６１を有する酸化皮膜６２が形成される。
基材Ａとして用いられるアルミニウムの純度は、９９％以上が好ましく、９９．５％以上がより好ましく、９９．８％以上がさらに好ましい。アルミニウムの純度が低いと、陽極酸化した際に、不純物の偏析により可視光線を散乱する大きさの凹凸構造が形成されたり、陽極酸化で形成される細孔６１の規則性が低下したりする。電解液としては、シュウ酸、硫酸等が挙げられる。
【００６９】
シュウ酸を電解液として用いる場合：
シュウ酸の濃度は、０．７Ｍ以下が好ましい。シュウ酸の濃度が０．７Ｍを超えると、電流値が高くなりすぎて酸化皮膜の表面が粗くなることがある。
ある所定の周期で規則性の高い細孔を有する陽極酸化アルミナを得るには、所定の周期に合った化成電圧をかける必要がある。例えば周期が１００ｎｍの陽極酸化アルミナの場合、化成電圧は３０〜６０Ｖが好ましい。所定の周期に合った化成電圧をかけない場合、規則性が低下する傾向にある。
電解液の温度は、６０℃以下が好ましく、４５℃以下がより好ましい。電解液の温度が６０℃を超えると、いわゆる「ヤケ」といわれる現象がおこり、細孔が壊れたり、表面が溶けて細孔の規則性が乱れたりすることがある。
【００７０】
硫酸を電解液として用いる場合：
硫酸の濃度は０．７Ｍ以下が好ましい。硫酸の濃度が０．７Ｍを超えると、電流値が高くなりすぎて定電圧を維持できなくなることがある。
ある所定の周期で規則性の高い細孔を有する陽極酸化アルミナを得るには、所定の周期に合った化成電圧をかける必要がある。例えば周期が６３ｎｍの陽極酸化アルミナの場合、化成電圧は２５〜３０Ｖが好ましい。所定の周期に合った化成電圧をかけない場合、規則性が低下する傾向にある。
電解液の温度は、３０℃以下が好ましく、２０℃以下がよりに好ましい。電解液の温度が３０℃を超えると、いわゆる「ヤケ」といわれる現象がおこり、細孔が壊れたり、表面が溶けて細孔の規則性が乱れたりすることがある。
【００７１】
そして、図９（ｂ）に示すように細孔６１を有する酸化皮膜６２を形成した後は、本発明の電解処理装置１を用いて陽極酸化することにより複数の細孔を有する陽極酸化アルミナを形成する工程（陽極酸化処理）と、該細孔の径を拡大させる工程（細孔径拡大処理）とを繰り返すことで、ロール状モールドが製造される。
【００７２】
陽極酸化処理工程と、細孔径拡大処理とを繰り返す場合は、先ず、図９（ｃ）に示すように、酸化皮膜６２を一旦除去する。ここで、これを陽極酸化の細孔発生点６３にすることで細孔の規則性を向上することができる。
酸化皮膜を除去する方法としては、アルミニウムを溶解せず、酸化皮膜を選択的に溶解する溶液に溶解させて除去する方法が挙げられる。このような溶液としては、例えば、クロム酸／リン酸混合液等が挙げられる。
【００７３】
そして、酸化皮膜を除去した基材Ａを再度、陽極酸化すると、図９（ｄ）に示すように、円柱状の細孔６１を有する酸化皮膜６２が形成される。
陽極酸化は、上述した電解処理装置１を用いて行う。条件は、図９（ｂ）に示した酸化皮膜６２を形成した際と同様な条件であればよい。陽極酸化の時間を長くするほど深い細孔を得ることができる。
【００７４】
そして、図９（ｅ）に示すように、細孔６１の径を拡大させる処理を行う。細孔径拡大処理は、酸化皮膜を溶解する溶液に浸漬して陽極酸化で得られた細孔の径を拡大させる処理である。このような溶液としては、例えば、５質量％程度のリン酸水溶液等が挙げられる。
細孔径拡大処理の時間を長くするほど、細孔径は大きくなる。
【００７５】
そして、再度、陽極酸化すると、図９（ｆ）に示すように、円柱状の細孔６１の底部から下に延びる、直径の小さい円柱状の細孔６１がさらに形成される。
陽極酸化は、上述した電解処理装置１を用いて行う。条件は、上述と同様な条件であればよい。陽極酸化の時間を長くするほど深い細孔を得ることができる。
【００７６】
そして、上述したような、細孔径拡大処理と、陽極酸化処理を繰り返すと、直径が開口部から深さ方向に連続的に減少する形状の細孔６１を有する陽極酸化アルミナ（アルミニウムの多孔質の酸化皮膜（アルマイト））が形成された、図９（ｇ）に示すようなロール状モールド６０が得られる。最後は細孔径拡大処理で終わることが好ましい。
繰り返し回数は、合計で３回以上が好ましく、５回以上がより好ましい。繰り返し回数が２回以下では、非連続的に細孔の直径が減少するため、このような細孔を転写して製造され光学フィルムの反射率低減効果は不十分である。
【００７７】
細孔６１の形状としては、略円錐形状、角錐形状等が挙げられる。細孔６１間の平均周期は、可視光線の波長以下、すなわち４００ｎｍ以下である。細孔６１間の平均周期は、２５ｎｍ以上が好ましい。
【００７８】
細孔６１のアスペクト比（細孔の深さ／細孔の開口部の幅）は、１．５以上が好ましく、２．０以上がより好ましい。
【００７９】
以上に記載した本実施形態に係る電解処理装置１では、基材Ａとしてロール状のアルミニウム基材を処理槽本体１１の電解液Ｌ中で陽極酸化する際に、電解液Ｌを処理槽本体１１の一方の側面上方から供給し、他方の側面の上部から排出する。このとき、処理槽本体１１の底部の内面が円弧状に湾曲しているため、電解液Ｌが滞留することなくスムーズにオーバーフロー部へと移動できる。従って、電解液や基材表面の温度斑が抑制されるので、基材Ａの外周面全体にわたってほぼ均一に陽極酸化が行われ、その結果、細孔の深さのバラツキが抑えられたロール状のモールドを製造できる。
【００８０】
特に、基材Ａの中心軸を回転軸として基材Ａを回転させれば、基材の周囲における電解液の濃度や温度の斑が抑えられるので、より均一に基材Ａを陽極酸化でき、細孔の深さのバラツキがより抑えられたロール状のモールドを製造できる。
さらに、基材Ａの外周面と処理槽本体の底部の内面との間に特定の大きさの空隙が形成されるように基材Ａを処理槽本体１１内に設置すれば、基材Ａと処理槽本体１１の間に位置する電解液Ｌが緩衝材の役割を十分に果たすことができる。その結果、陽極酸化時の発熱により処理槽本体１１が加熱されても、基材Ａが処理槽本体１１によって直接温められるのを抑制できる。従って、基材の外周面の温度斑をより効果的に防止でき、深さのバラツキがより抑えられたロール状のモールドを製造できる。
【実施例】
【００８１】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００８２】
［実施例１］
図６に示す電解処理装置１を用い、中空円柱状のアルミニウム基材（純度：９９．９９％、長さ：１０００ｍｍ、外径：２００ｍｍ、内径：１５５ｍｍ）を陽極酸化処理した。
なお、電解処理装置１には、図２に示す処理槽１０が備わり、中心軸Ｐから底部１１ａの内面１１ａ’までの距離Ｄは４００ｍｍであった。
また、電解液Ｌの循環回数が３分に１回となる流量、かつ１６℃に温度調節した電解液Ｌを処理槽１０の処理槽本体１１に供給した。
【００８３】
図１０，１１に、陽極酸化処理した際の電解液温度を示す。
図１０のグラフには、処理槽壁面から５０ｍｍ離れた箇所の電解液温度を処理槽全域にて数点測定したときの、電解処理した時間（処理時間）と上昇温度との関係を示す。
一方、図１１のグラフには、基材表面付近の電解液温度を基材の長手方向の数点にて測定したときの、温度差の最大値（最大温度差）と電解処理した時間（処理時間）との関係を示す。
【００８４】
［比較例１］
図２に示す処理槽１０の代わりに、図１２に示す直方体状の処理槽７０を用いた以外は、実施例１と同様にして中空円柱状のアルミニウム基材を陽極酸化処理した。図１０，１１に陽極酸化処理した際の電解液温度を示す。
【００８５】
図１０から明らかなように、陽極酸化処理を行うことで、処理槽本体内の電解液の温度は、通電による発熱、酸化反応の熱などの影響で上昇するが、実施例１の場合は比較例１の場合に比べて上昇温度が小さかった。これは、図１２に示すように処理槽７０の底部が湾曲しておらず、直方体状の処理槽では循環効率が悪く電解液の滞留部が発生しやすく、発熱した際の熱が滞留部に溜まり、滞留部以外の箇所と比べると電解液の温度が高くなってしまうことによるものと考えられる。
しかし、本発明の処理槽および電解処理装置であれば、処理槽本体の底部の内面が基材の周面に沿うように円弧状に湾曲しているので、電解液の滞留部が発生しにくく、温度斑が生じにくい。
【００８６】
また、図１１から明らかなように、実施例１の場合は比較例１の場合に比べて基材表面付近の電解液の最大温度差が小さかった。基材表面付近の電解液の温度差が大きいほど基材表面の温度斑が大きいことを意味するため、陽極酸化処理を行った際には細孔の深さのバラつきに影響する。比較例１の場合は基材表面付近の電解液の最大温度差が大きいため、基材表面の温度斑も大きい。これは、直方体状の処理槽では循環効率が悪く電解液の滞留部が発生しやすく、その結果、滞留部付近における基材表面の電解液温度が高くなることによるものと考えられる。
しかし、本発明の処理槽および電解処理装置であれば、処理槽本体の底部の内面が基材の周面に沿うように円弧状に湾曲しているので、電解液の滞留部が発生しにくく、基材表面の電解液温度が高くなるのを抑制できる。
【００８７】
また、実施例１で用いた処理槽は容積が１３０Ｌであったのに対し、比較例１で用いた処理槽は容積が２５０Ｌであった。
このように、本発明の処理槽であれば、電解液の滞留を防止できるばかりか、電解液の使用量をも抑制できることが確認できた。
【符号の説明】
【００８８】
１ 電解処理装置
１０ 処理槽
１１ 処理槽本体
１１ａ 底部
１１ａ’ 内面
１１ｂ，１１ｃ 側面
１２ 電界液供給部
１３ オーバーフロー部
２０ 電極板
３０ 回転手段
５３ 温度調節手段
Ａ 基材
Ａ’ 周面（外周面）
Ｌ 電解液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状の基材を電解液中で電解処理するための処理槽において、
電解液を収容し、前記基材が浸漬する長尺な処理槽本体、処理槽本体に電解液を供給する電解液供給部、および処理槽本体から電解液を排出するオーバーフロー部を備え、
前記処理槽本体の底部の内面は円弧状に湾曲し、
前記電解液供給部は、処理槽本体の長手方向に沿うように、処理槽本体の一方の側面上方に設けられ、
前記オーバーフロー部は、処理槽本体の長手方向に沿うように、処理槽本体の他方の側面上部に設けられていることを特徴とする処理槽。
【請求項２】
円柱状の基材を電解液中で電解処理する電解処理装置において、
電解液を収容し、前記基材が浸漬する長尺な処理槽本体、処理槽本体に電解液を供給する電解液供給部、および処理槽本体から電解液を排出するオーバーフロー部を備えた処理槽と、前記処理槽本体に浸漬された電極板とを具備し、
前記処理槽本体の底部の内面は円弧状に湾曲し、
前記電解液供給部は、処理槽本体の長手方向に沿うように、処理槽本体の一方の側面上方に設けられ、
前記オーバーフロー部は、処理槽本体の長手方向に沿うように、処理槽本体の他方の側面上部に設けられていることを特徴とする電解処理装置。
【請求項３】
前記電極板は、前記処理槽本体に浸漬された基材を挟むように配置され、かつ前記処理槽本体の底部の内面形状に沿うように湾曲していることを特徴とする請求項２に記載の電解処理装置。
【請求項４】
前記電極板は、前記処理槽本体に浸漬された基材を介して、前記オーバーフロー部に対向する位置にのみ配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電解処理装置。
【請求項５】
前記電極板の電解液に接触している面積と、前記基材の電解液に接触している面積との比が１：１以下であることを特徴とする請求項４に記載の電解処理装置。
【請求項６】
前記基材の中心軸を回転中心として、該基材を回転させる回転手段を具備することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の電解処理装置。
【請求項７】
前記回転手段は、電解液供給部から供給された電解液がオーバーフロー部へ流れる方向とは反対方向に、前記基材を回転させることを特徴とする請求項６に記載の電解処理装置。
【請求項８】
前記電解液を加熱または冷却して電解液の温度を調節し、電解処理直前および電解処理中には電解液を冷却する温度調節手段をさらに具備することを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の電解処理装置。
【請求項１】
円柱状の基材を電解液中で電解処理するための処理槽において、
電解液を収容し、前記基材が浸漬する長尺な処理槽本体、処理槽本体に電解液を供給する電解液供給部、および処理槽本体から電解液を排出するオーバーフロー部を備え、
前記処理槽本体の底部の内面は円弧状に湾曲し、
前記電解液供給部は、処理槽本体の長手方向に沿うように、処理槽本体の一方の側面上方に設けられ、
前記オーバーフロー部は、処理槽本体の長手方向に沿うように、処理槽本体の他方の側面上部に設けられていることを特徴とする処理槽。
【請求項２】
円柱状の基材を電解液中で電解処理する電解処理装置において、
電解液を収容し、前記基材が浸漬する長尺な処理槽本体、処理槽本体に電解液を供給する電解液供給部、および処理槽本体から電解液を排出するオーバーフロー部を備えた処理槽と、前記処理槽本体に浸漬された電極板とを具備し、
前記処理槽本体の底部の内面は円弧状に湾曲し、
前記電解液供給部は、処理槽本体の長手方向に沿うように、処理槽本体の一方の側面上方に設けられ、
前記オーバーフロー部は、処理槽本体の長手方向に沿うように、処理槽本体の他方の側面上部に設けられていることを特徴とする電解処理装置。
【請求項３】
前記電極板は、前記処理槽本体に浸漬された基材を挟むように配置され、かつ前記処理槽本体の底部の内面形状に沿うように湾曲していることを特徴とする請求項２に記載の電解処理装置。
【請求項４】
前記電極板は、前記処理槽本体に浸漬された基材を介して、前記オーバーフロー部に対向する位置にのみ配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電解処理装置。
【請求項５】
前記電極板の電解液に接触している面積と、前記基材の電解液に接触している面積との比が１：１以下であることを特徴とする請求項４に記載の電解処理装置。
【請求項６】
前記基材の中心軸を回転中心として、該基材を回転させる回転手段を具備することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の電解処理装置。
【請求項７】
前記回転手段は、電解液供給部から供給された電解液がオーバーフロー部へ流れる方向とは反対方向に、前記基材を回転させることを特徴とする請求項６に記載の電解処理装置。
【請求項８】
前記電解液を加熱または冷却して電解液の温度を調節し、電解処理直前および電解処理中には電解液を冷却する温度調節手段をさらに具備することを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の電解処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１７７１８９（Ｐ２０１２−１７７１８９Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６１９１３（Ｐ２０１１−２６１９１３）
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
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