表面処理装置
【課題】表面処理を高い電圧で能率良く繰り返し行うことができる表面処理装置を提供する。
【解決手段】環状被処理領域Ａ１を外周面Ｂに有する金属製の被処理物Ａに電気的に接続される陽電極部材又は陰電極部材の一方と、外周面及び環状被処理領域に対して間隔を隔てて対向する非導電性の内周面３１を備えた枠部材１７と、外周面のうち環状被処理領域を挟んだ両側夫々と内周面との隙間Ｃをシールすることにより、環状被処理領域に沿った電解液通路を形成可能な非導電性の弾性シール材４０と、先端部４６ａが電解液通路の中に入り込むように被処理物の側に向けて突設してある棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方４１と、電解液通路に沿って電解液を通流させる電解液通流手段とを備えている。
【解決手段】環状被処理領域Ａ１を外周面Ｂに有する金属製の被処理物Ａに電気的に接続される陽電極部材又は陰電極部材の一方と、外周面及び環状被処理領域に対して間隔を隔てて対向する非導電性の内周面３１を備えた枠部材１７と、外周面のうち環状被処理領域を挟んだ両側夫々と内周面との隙間Ｃをシールすることにより、環状被処理領域に沿った電解液通路を形成可能な非導電性の弾性シール材４０と、先端部４６ａが電解液通路の中に入り込むように被処理物の側に向けて突設してある棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方４１と、電解液通路に沿って電解液を通流させる電解液通流手段とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の表面処理装置は、例えば、環状被処理領域としての周溝を外周面に有する金属製の被処理物に電気的に接続される陽電極部材と、前記外周面及び前記周溝に対して間隔を隔てて対向する内周面を備えた枠部材と、前記外周面のうち前記周溝を挟んだ両側夫々と前記内周面との隙間をシールすることにより、前記周溝に沿った電解液通路を形成可能な非導電性の弾性シール材と、前記電解液通路に設けてある陰電極部材と、前記電解液通路に沿って電解液を通流させる電解液通流手段とを備えている。
上記表面処理装置は、被処理物の外周面に有する環状被処理領域に沿った電解液通路を形成して、その電解液通路に沿って電解液を通流させながら、例えば陽極酸化処理などの表面処理を環状被処理領域に対して効率良く行うことができる。
従来の上記表面処理装置では、枠部材を導電性の材料で形成して、この枠部材で、被処理物の外周面及び環状被処理領域（周溝）に対して間隔を隔てて対向する環状の内周面を有する陰電極部材を構成してある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１１９５９３号公報（段落番号［００２４］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記表面処理装置は、表面処理時における陽電極部材と陰電極部材とに亘る通電により、電解液に溶解している陽イオン化し易い銅などの金属成分が陰電極部材の表面に析出して付着堆積し易い。
従来の表面処理装置は、環状の内周面を有する陰電極部材を設けてあるために、析出金属が陰電極部材の内周面に全周に亘って均一に付着堆積し易く、堆積した析出金属によって電解液通路の通路断面積が狭められると電解液の円滑な通流が妨げられる。
尚、枠部材が、被処理物の外周面及び環状被処理領域に対して間隔を隔てて対向する環状の内周面を有する陽電極部材を構成している場合は、電解液に溶解している陰イオン化し易い塩化物や硫化物などの非金属成分が陽電極部材の表面に析出して、同様の現象が生じる。
電解液の温度は、電極反応で発生する熱により環状被処理領域の表面近傍で高くなり、電解液の円滑な通流が妨げられると、電解液の温度が上昇し易い。
電解液の温度が上昇すると、例えばアルマイト被膜などの被膜を環状被処理領域に形成する表面処理において所謂ヤケが生じ易くなり、表面処理を高い電圧で能率良く繰り返し行うことができないおそれがある。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、表面処理を高い電圧で能率良く繰り返し行うことができる表面処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による表面処理装置の第１特徴構成は、環状被処理領域を外周面に有する金属製の被処理物に電気的に接続される陽電極部材又は陰電極部材の一方と、前記外周面及び前記環状被処理領域に対して間隔を隔てて対向する非導電性の内周面を備えた枠部材と、前記外周面のうち前記環状被処理領域を挟んだ両側夫々と前記内周面との隙間をシールすることにより、前記環状被処理領域に沿った電解液通路を形成可能な非導電性の弾性シール材と、先端部が前記電解液通路の中に入り込むように前記被処理物の側に向けて突設してある棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方と、前記電解液通路に沿って電解液を通流させる電解液通流手段とを備えている点にある。
【０００６】
本構成であれば、枠部材が被処理物の外周面及び環状被処理領域に対して間隔を隔てて対向する非導電性の内周面を備えているので、表面処理時において、金属成分や非金属成分が枠部材の内周面に析出することがない。
また、棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方を突設してあるので、陽電極部材又は陰電極部材の他方の表面積を従来に比べて小さくして、金属成分や非金属成分などの析出成分の陽電極部材又は陰電極部材の他方に対する付着面積を小さくすることができ、析出成分の陽電極部材又は陰電極部材の他方に対する付着強度を弱めることができる。
そして、棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方を先端部が電解液通路の中に入り込むように被処理物の側に向けて突設してあるので、棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方に堆積した付着強度が弱い析出成分を、電解液通路に沿って通流する電解液の勢いで押し流して棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方から取り除き易くなり、棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方に堆積した析出成分が大きく成長し難い。
したがって、電解液通路における電解液の円滑な通流を長期に亘って確保して、環状被処理領域の表面近傍における温度上昇を長期に亘って抑制することができる。
よって、本構成の表面処理装置であれば、表面処理を高い電圧で能率良く繰り返し行うことができる。
【０００７】
本発明の第２特徴構成は、前記環状被処理領域に向けて開口する複数の電解液供給ノズルと、前記枠部材の前記内周面に一定の溝幅で形成された周溝とを備え、前記電解液供給ノズルの夫々が、前記周溝の溝内に溝周方向に互いに間隔を隔てて配設され、前記周溝のうちの、隣り合う電解液供給ノズルどうしの間の周溝部分が、電解液排出流路として形成され、前記隣り合う電解液供給ノズルどうしの間隔を、ノズル先端箇所において最も狭くなるように設定してある点にある。
【０００８】
例えばアルマイト被膜などの被膜を環状被処理領域に形成する表面処理においては、反応面近傍の電解液の温度が上昇すると硬度が低い被膜が形成され、目標硬度の被膜を形成できないおそれがある。
本構成の表面処理装置であれば、被膜を環状被処理領域に形成する表面処理において、目標硬度の被膜を均一に形成し易い。
【０００９】
すなわち、本構成の表面処理装置は、枠部材の内周面に周溝が一定の溝幅で形成され、電解液供給ノズルの夫々が、その周溝の溝内に溝周方向に互いに間隔を隔てて配設されている。
このため、電解液通路を通流する電解液の温度分布を均一化して、環状被処理領域に形成された被膜の硬度の均一化を図り易い。
【００１０】
また、周溝のうちの、隣り合う電解液供給ノズルどうしの間の周溝部分が、電解液排出流路として形成されている。
このため、電解液通路に沿って旋回するように通流している電解液を、電解液供給ノズルどうしの間の周溝部分（電解液排出流路）に遠心力で勢い良く流入させることができる。
【００１１】
さらに、隣り合う電解液供給ノズルどうしの間隔を、ノズル先端箇所において最も狭くなるように設定してある。
このため、電解液排出流路の流路断面積をノズル先端箇所において絞って、排出される電解液の流速を速くすることができる。
ノズル先端箇所の近傍における電解液の流速を速くすると、その流速が速い電解液の流れに随伴する流れ（随伴流）により、ノズル先端箇所の近傍における温度が高い電解液の滞留を防止することができ、電解液通路の温度が高い電解液を電解液供給ノズルから供給される温度が低い電解液に迅速に置き換え易い。
【００１２】
したがって、被膜の硬度の均一化を図りながら、電解液通路の電解液の温度上昇を抑制することができ、目標硬度の被膜を均一に形成することができる。
また、電解液通路を通流している電解液の温度上昇を抑制して、熱による被膜の溶融も防止することができる。
【００１３】
本発明の第２特徴構成は、前記棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方の複数を前記電解液通路の周方向に沿って分散配置してある点にある。
【００１４】
本構成であれば、棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方と環状被処理領域との間に発生する電場の強さを環状被処理領域に沿って分散させて、均質な被膜を形成し易い。
【００１５】
本発明の第３特徴構成は、前記棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方を、その長手方向が前記外周面に対して直交する方向となるように突設してある点にある。
【００１６】
本構成であれば、棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方と、その棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方に対して左右両側に位置する環状被処理領域部分との間に電場を左右対称に発生させて、均質な被膜を形成し易い。
【００１７】
本発明の第４特徴構成は、前記棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方の外周面を凹凸面に形成してある点にある。
【００１８】
本構成であれば、棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方の表面積を大きくすることができるので大きな電流を流すことができるようになり、所望厚さの被膜を短い時間で能率良く形成し易い。
【００１９】
本発明の第５特徴構成は、前記棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方における先端部の形状を凸曲面状に形成してある点にある。
【００２０】
本構成であれば、被処理物に近い先端部に電流が集中し難くなり、スパークが発生し難いので、均質な被膜を形成し易い。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】表面処理装置（陽極酸化処理装置）の概略図である。
【図２】（ａ）は図１のII−II線矢視における第２電極部の平面図、（ｂ）は第２電極部の拡大平面図である。
【図３】（ａ）は陰電極部材の固定構造を示す断面図、（ｂ）は（ａ）におけるIII ｂ−III ｂ線矢視側面図である。
【図４】第２電極部の電解液供給ノズル部分を示す断面図である。
【図５】第２電極部の内周側を示す側面図である。
【図６】第２電極部の弾性シール材がピストンの外周面から離間している状態を示す断面図である。
【図７】第２電極部の弾性シール材がピストンの外周面に圧接されている状態を示す断面図である。
【図８】排出面積比率（Ｓ１／Ｓ２）と、環状被処理領域に形成されたアルマイト被膜の硬度（Ｈｋ）との相関関係を示す図表である。
【図９】排出面積比率（Ｓ１／Ｓ２）と、電解液排出流路を通して排出される電解液の上昇温度ΔＴとの相関関係を示す図表である。
【図１０】第２実施形態の表面処理装置（陽極酸化処理装置）における陰電極部材を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１〜図７は、本発明による表面処理装置の一例としての陽極酸化処理装置を示している。この陽極酸化処理装置は、金属製の被処理物の一例としてのアルミニウム合金製ピストンＡのピストンリング溝Ａ１に対して、その表面にアルマイト被膜を形成する陽極酸化処理を行うものである。
【００２３】
具体的には、円柱状のピストンＡの頂部から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Ａ１，Ａ２，Ａ３のうちの、頂部側のピストンリング（コンプレッションリング）溝Ａ１の表面を含む外周面（以下、ピストン外周面という）Ｂに対して陽極酸化処理を実施する。
ピストンリング溝Ａ１が、ピストン外周面Ｂに有する環状被処理領域としての周溝に相当している。
【００２４】
陽極酸化処理装置は、図１に示すように、電解液槽１と電解液供給部２と酸化処理部３と通電部４とを有する。
電解液槽１は、塩化ビニル製又はステンレス鋼製で、上端が開口する容器状のものであり、酸化処理部３を通過した後の自然流下する電解液を受け止めて回収するとともに、電解液供給部２に還流するための還流路５が設けられている。
【００２５】
電解液供給部２は、電解液槽１から還流された電解液を冷却するための冷却槽６と、冷却槽６の電解液を酸化処理部３に供給するための供給路７と、供給路７に設けてある供給ポンプ８と、電解液が所定のタイミングで酸化処理部３に供給されるように供給ポンプ８の運転を制御する供給制御部９とを有している。
【００２６】
冷却槽６には、回収された電解液を冷却するための冷却機１０と、電解液が所定温度に冷却されるように、温度センサ１１による電解液温度の検出情報に基づいて、冷却機１０の運転を制御する冷却制御部１２とが設けられている。
【００２７】
通電部４は、酸化処理部３に通電するものである。この通電部４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た従来公知のものを用いることができる。
【００２８】
酸化処理部３は、第１電極（陽極）部１３と第２電極（陰極）部１４とを有する。
第１電極部１３は、導電性を備えた銅やステンレス鋼などの金属製の陽電極部材１５と、陽電極部材１５を第２電極部１４に対して昇降させる昇降装置１６とを備えている。
陽電極部材１５は、ピストンＡを保持する保持具と兼用してあって、通電部４の陽極端子４ａに電気的に接続されており、ピストンＡを保持することにより当該ピストンＡに電気的に接続される。
【００２９】
保持具（陽電極部材）１５は、ピストンＡの内周面に係脱自在な係止爪（図示せず）をその下端部に備えている。この係止爪をピストンＡの内周面に係止することにより、ピストンＡをその軸芯が垂直方向に沿う姿勢で、かつ、電気的に接続した状態で保持する。
【００３０】
第２電極部１４は、図２（ａ）に示すように、外形が平面視で円形に形成され、ピストンＡをその軸芯を上下方向に沿わせた姿勢で入り込ませる平面視で円形のピストン挿入孔２５が同芯状に形成されている。
【００３１】
第２電極部１４は、図１〜図３に示すように、丸棒状の複数の陰電極部材４１を固定してある枠部材１７と、枠部材１７の上下に配置した固定板１８，１９と、支持基盤２０とを有し、互いにボルト連結してある。各陰電極部材４１は、白金（Ｐｔ）又は導電性のステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成してある。
陰電極部材４１の数は４〜２０本が望ましく、本実施形態では、１４本の陰電極部材４１を枠部材１７の周方向に沿って分散配置してある。
枠部材１７、固定板１８，１９及び支持基盤２０は、いずれも、塩化ビニル樹脂などの非導電性材料（絶縁体）で形成されている。
【００３２】
枠部材１７は、図１，図３，図４に示すように、上側固定板１８の下面外周側を上向きに凹入させてある環状の上向き凹面部２１と、下側固定板１９の上面外周側を下向きに凹入させてある環状の下向き凹面部２２との間に嵌合されて、互いにボルト連結してある。
【００３３】
枠部材１７は、図１に示すように、上側の第１枠板２３と下側の第２枠板２４との二枚の枠板をボルト連結することにより構成してあり、図３，図５に示すように、第１枠板２３と第２枠板２４との間に陰電極部材４１を挟み込んで固定してある。
【００３４】
図４〜図６に示すように、枠部材１７は、その内周面（以下、枠板内周面という）３１に、一定の溝幅で形成された周溝２６を備えている。
周溝２６は、第１枠板２３と第２枠板２４とを空間を隔てて対向させる対向板部２７，２８と、対向板部２７，２８の内周側に沿ってピストン挿通孔２５の側に突出する鍔板部２９，３０とを環状に形成して、第１枠板２３及び第２枠板２４のピストン挿入孔２５の側に設けてある。
【００３５】
各鍔板部２９，３０の内周面で形成される枠板内周面３１の内側がピストン挿通孔２５として形成されている。
したがって、枠部材１７は、ピストン外周面Ｂ及びピストンリング溝Ａ１に対して全周に亘って一定間隔を隔てて対向する非導電性の円環状内周面として形成された枠板内周面３１を備えている。
【００３６】
図１に示すように、下側固定板１９には、ピストン挿通孔２５と同径で、かつ、同芯の円形凹面部３２と、軸芯を上下方向に沿わせた姿勢のピストンＡの頂面を載置支持するピストン載置部３５とを設けてある。
下側固定板１９と支持基盤２０とに亘って、電解液の供給路７に接続される接続流路３３と、円形凹面部３２に溜まった電解液を自然流下により電解液槽１に排出する排出孔３４とが設けられている。
【００３７】
したがって、図１に示すように、軸芯が鉛直方向に沿う姿勢で電気的に接続した状態で保持具（陽電極部材）１５に保持されたピストンＡが、ピストン挿通孔２５に挿通されて、その頂面がピストン載置部３５に載置されることにより、図３，図４に示すように、ピストン外周面Ｂと枠板内周面３１との間に全周に亘って一定間隔の隙間Ｃを有する同芯状に位置決めされる。
【００３８】
枠部材１７における枠板内周面３１の側には、図１，図３〜図７に示すように、上下二個の非導電性の環状の弾性シール材４０を全周に亘って上下に間隔を隔てて抜け止め状態で、かつ、先端部４４が枠板内周面３１よりもピストン外周面Ｂの側に突出しないように装着してある。
【００３９】
各弾性シール材４０は、ゴムなどの非導電性材料（絶縁体）で円環状に形成してあり、図７に示すように、その先端部４４がピストン外周面Ｂに圧接されるように伸長させて、ピストン外周面Ｂのうち周溝Ａ１を挟んだ両側夫々と枠板内周面３１との隙間Ｃをシールすることにより、周溝Ａ１に沿った環状の電解液通路４５を形成可能である。
【００４０】
各弾性シール材４０は、その外周側に向けて開口する凹入部４２を全周に亘って一連に形成して、上下の側壁部４３と、ピストン外周面Ｂに対して接触させる先端部４４とを一体に備えた横向きＵ字状の横断面形状に形成してある。
【００４１】
図１，図６，図７に示すように、各弾性シール材４０の外周側に加圧流体としての加圧空気を同時に供給することにより、これら弾性シール材４０の内周側（先端部４４）を全周に亘ってピストン外周面Ｂに圧接し、かつ、圧接を解除自在な加圧機構５１を設けてある。
【００４２】
加圧機構５１は、加圧空気の供給及び排出が自在な空気給排装置５２と、空気給排装置５２の空気給排動作を制御する給排制御部５３と、弾性シール材４０の凹入部４２の夫々に連通する空気給排路５４と、空気給排装置５２の空気給排管５５と空気給排路５４とを接続する管継手５６とを有する。
【００４３】
空気給排路５４は、第２電極部１４の周方向三箇所に設けられ、各空気給排路５４毎に空気給排管５５に接続して、各弾性シール材４０の凹入部４２に対して周方向の三箇所から加圧空気を給排自在である。
【００４４】
加圧機構５１の動作を説明する。
図６に示すようにピストンＡがピストン挿通孔２５に挿通されてピストン載置部３５に載置されると、給排制御部５３は、空気給排路５４を通して各弾性シール材４０の凹入部４２の夫々に加圧空気が供給されるように、空気給排装置５２を作動させる。
【００４５】
弾性シール材４０の凹入部４２に加圧空気が供給されると、当該弾性シール材４０がピストン外周面Ｂの側に向けて弾性的に伸長すると共に、先端部４４がピストン外周面Ｂに向けて弾性的に膨出移動して、図７に示すように当該先端部４４がピストン外周面Ｂに圧接される。
【００４６】
図７に示すように弾性シール材４０の先端部４４がピストン外周面Ｂに圧接されることにより、周溝Ａ１を挟む両側夫々においてピストン外周面Ｂと枠板内周面３１との隙間Ｃがシールされて周溝Ａ１に沿った環状の電解液通路４５が形成される。
【００４７】
図２（ａ），図３，図５に示すように、陰電極部材４１の夫々は、先端部４６ａが電解液通路４５の中に入り込むようにピストンＡの側に向けて突設される電極軸部４６と、枠部材１７に固定される固定用軸部４７と、通電部４の陰極端子４ｂに電気的に接続される接続軸部４８とを備えた真っ直ぐな丸棒状に形成してある。
電極軸部４６の先端部４６ａの形状は、角部を備えない凸曲面形状に形成してある。
【００４８】
複数の陰電極部材４１は、その長手方向（軸芯方向）がピストン外周面Ｂに対して直交する方向と同じ方向となるように、又は、その直交する方向に対して７５度以内の角度範囲で傾斜するように配置するのが望ましい。
本実施形態では、複数の陰電極部材４１を、図２（ａ）に示すように、電極軸部４６の長手方向がピストン外周面Ｂに対して直交する方向となるように、ピストン挿入孔２５の中心に対する放射状に配設して、電解液通路４５の周方向に沿って等間隔で分散配置してある。
【００４９】
各陰電極部材４１は、図３，図５に示すように電極軸部４６が後述する電解液排出流路３８の中をピストンＡの側に向けて突出し、図２に示すように接続軸部４８が枠部材１７の外周側に突出するように、固定用軸部４７を第１枠板２３と第２枠板２４との間に嵌合状態で挟み込んで固定されている。
【００５０】
各陰電極部材４１の接続軸部４８は、図２（ａ）に示すように、通電部４の陰極端子４ｂに電気的に接続された共通の接続端子板４９に電気的に接続されている。
接続端子板４９は枠部材１７を囲む円環状に形成され、接続軸部４８の夫々は、図３
（ｂ）に示すように、接続端子板４９と接続端子板４９にボルト固定される受け板５０との間に挟み込んで、電気的に接続されている。
【００５１】
したがって、陰電極部材４１の交換に際しては、接続軸部４８と接続端子板４９との接続を解除して、交換対象の陰電極部材４１を第１枠板２３と第２枠板２４との間から抜き出し、新たな陰電極部材４１を第１枠板２３と第２枠板２４との間に差し込んで接続端子板４９に接続することにより、容易に交換することができる。
【００５２】
図２（ａ），図４，図５に示すように、第１枠板２３における対向板部２７及び鍔板部２９と、第２枠板２４における対向板部２８及び鍔板部３０との間、つまり、周溝２６の溝内には、ピストンリング溝Ａ１に向けて開口する複数の電解液供給ノズル３６が溝周方向に互いに一定間隔を隔てて配設されている。
電解液供給ノズル３６は、陰電極部材４１と同じ数を配設するのが望ましく、本実施形態では陰電極部材４１と同じ数の１４個を配設してある。
【００５３】
図４，図５に示すように、各電解液供給ノズル３６は、接続流路３３に接続されているとともに、電解液通路４５に電解液を供給する供給流路３７を備え、この供給流路３７がピストンリング溝Ａ１に向けて枠板内周面３１に開口している。
電解液供給ノズル３６は、図２（ａ）に示すように、その供給流路３７の流路軸芯Ｘが枠板内周面３１の接線に対して５〜７５度の角度範囲で傾斜するように設けてあるのが望ましい。
【００５４】
図１，図５に示すように、周溝２６のうちの、隣り合う電解液供給ノズル３６どうしの間の周溝部分、つまり、周方向で隣り合う電解液供給ノズル３６の間における上下の対向板部２７，２８の間の空間及び上下の鍔板部２９，３０の間の空間が電解液排出流路３８として設けられている。
【００５５】
各電解液供給ノズル３６は、電解液が電解液通路４５に沿って通流するように、枠板内周面３１の接線に対して傾斜する方向から電解液通路４５に電解液を供給できるように配設されている。
【００５６】
したがって、これらの電解液供給ノズル３６を備えた電解液供給部２が、電解液通路４５に沿って電解液を通流させる電解液通流手段として設けられ、図５において矢印ａで示すように、電解液は電極軸部４６の表面を取り巻くように通流するので、電極軸部４６に堆積した付着強度が弱い析出金属を電解液の勢いで押し流して取り除き易い。
【００５７】
電極軸部４６に堆積した析出金属を取り除き易いので、堆積した析出金属がピストン外周面Ｂや周溝Ａ１に接触することによるスパークが発生し難く、形成したアルマイト被膜がスパークにより溶解して処理品質が低下するおそれが少ない。
【００５８】
図２（ａ）に示すように、周方向で隣り合う電解液供給ノズル３６の間の位置に、下側の対向板部２８，下側固定板１９及び支持基盤２０に亘って貫通する貫通孔３９が形成され、電解液排出流路３８の電解液はこれらの貫通孔３９から自然流下して電解液槽１に排出される。
【００５９】
また、電解液供給ノズル３６は平面視で矩形状に形成され、隣り合う電解液供給ノズル３６どうしの間隔を、ノズル先端箇所において最も狭くなるように設定して、電解液排出流路３８の流路断面積をノズル先端箇所において絞ってある。
【００６０】
すなわち、図２（ｂ）に示すように、互いに隣り合う二つの電解液供給ノズル３６のうちの、一方の電解液供給ノズル３６におけるノズル先端箇所のノズル先端面３６ａとノズル側面３６ｂとが交差する角部５８から他方の電解液供給ノズル３６までの最短距離Ｌを、一方の電解液供給ノズル３６における他の部分（ノズル側面３６ｂやノズル後端面３６ｃ）から他方の電解液供給ノズル３６までの距離よりも短くなるように設定してある。
【００６１】
本実施形態の陽極酸化処理装置は、陰電極部材４１に堆積した析出金属が大きく成長し難いので、析出金属の析出厚さが陰電極部材４１の交換が必要な厚さになるまでの電極使用時間が、ピストンＡの外周面Ｂ及び周溝Ａ１に対して間隔を隔てて対向する環状の内周面を有する陰電極部材を備えた従来の陽極酸化処理装置に比べて、略２倍になった。
【００６２】
また、表１に示すように、膜厚が１５μｍのアルマイト被膜を形成する場合、特許文献１に開示された従来の陽極酸化処理装置に比べて、ヤケ電圧が５０Ｖ以上高くなり、設定電圧を３０Ｖ以上高くすることにより、処理時間を３０％以上短縮することができた。
【００６３】
【表１】
【００６４】
図８は、排出流路断面積Ｓ１と供給流路断面積Ｓ２との比である排出面積比率（Ｓ１／Ｓ２）と、周溝Ａ１に形成されたアルマイト被膜の硬度（Ｈｋ）との相関関係を示す図表である。
排出流路断面積Ｓ１は、電解液排出流路３８のうちの、隣り合う電解液供給ノズル３６どうしの間のノズル先端箇所における最小の流路断面積を合計したものである。
供給流路断面積Ｓ２は、各電解液供給ノズル３６における供給流路３７の流路断面積を合計したものである。
【００６５】
図９は、排出面積比率（Ｓ１／Ｓ２）と、貫通孔３９を流下する電解液の上昇温度ΔＴとの相関関係を示す図表である。
上昇温度ΔＴは、電解液の供給流路３７への供給温度から上昇した温度である。
【００６６】
図９から、排出面積比率（Ｓ１／Ｓ２）が大きくなるほど、つまり、排出流路断面積Ｓ１が供給流路断面積Ｓ２よりも大きくなるほど、熱の回収率が高くなることがわかる。この結果、電解液通路４５の電解液の温度上昇が抑制される。
したがって、図８に示すように、排出面積比率（Ｓ１／Ｓ２）が大きくなるほど、硬度が高いアルマイト被膜が形成されることが分かる。
【００６７】
〔第２実施形態〕
図１０は、本発明による表面処理装置（陽極酸化処理装置）の別実施形態における陰電極部材４１を示す。
本実施形態では、電極軸部４６の表面積が大きくなるように、その外周面に凸曲面と凹曲面とを軸芯方向に交互に備えた凹凸面５７を形成してある。凸曲面と凹曲面は電極軸部４６の軸芯周りで螺旋状に形成してある。
その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００６８】
〔その他の実施形態〕
１．本発明による表面処理装置は、被処理物の外周面に有する凸面状（山状）や平面状の環状被処理領域に対して表面処理を行うものであっても良い。
２．本発明による表面処理装置は、金属製の被処理物に電気的に接続される陰電極部材と、先端部が電解液通路の中に入り込むように被処理物の側に向けて突設してある棒状の陽電極部材とを備えていてもよい。
３．本発明による表面処理装置は、横断面形状が楕円形や多角形の棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方を備えていてもよい。
４．本発明による表面処理装置は、単一の棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方を備えていてもよい。
５．本発明による表面処理装置は、棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方を、その長手方向が被処理物の外周面に対して斜めの方向となるように突設してあってもよい。
６．本発明による表面処理装置は、棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方を、その長手方向が電解液通路における電解液の流れ方向上手側に向かう斜めの方向となるように突設してあっても、流れ方向下手側に向かう斜めの方向となるように突設してあってもよい。
７．本発明による表面処理装置は、表面処理としての電気メッキ処理を行うための電気メッキ処理装置であってもよい。
【符号の説明】
【００６９】
２ 電解液通流手段
１５ 陽電極部材又は陰電極部材の一方（陽電極部材）
１７ 枠部材
２６ 周溝
３１ 非導電性の内周面
３６ 電解液供給ノズル
３８ 電解液排出流路
４０ 弾性シール材
４１ 棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方（陰電極部材）
４５ 電解液通路
４６ａ 先端部
５７ 凹凸面
Ａ 被処理物
Ａ１ 環状被処理領域（周溝）
Ｂ 外周面
Ｃ 隙間
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の表面処理装置は、例えば、環状被処理領域としての周溝を外周面に有する金属製の被処理物に電気的に接続される陽電極部材と、前記外周面及び前記周溝に対して間隔を隔てて対向する内周面を備えた枠部材と、前記外周面のうち前記周溝を挟んだ両側夫々と前記内周面との隙間をシールすることにより、前記周溝に沿った電解液通路を形成可能な非導電性の弾性シール材と、前記電解液通路に設けてある陰電極部材と、前記電解液通路に沿って電解液を通流させる電解液通流手段とを備えている。
上記表面処理装置は、被処理物の外周面に有する環状被処理領域に沿った電解液通路を形成して、その電解液通路に沿って電解液を通流させながら、例えば陽極酸化処理などの表面処理を環状被処理領域に対して効率良く行うことができる。
従来の上記表面処理装置では、枠部材を導電性の材料で形成して、この枠部材で、被処理物の外周面及び環状被処理領域（周溝）に対して間隔を隔てて対向する環状の内周面を有する陰電極部材を構成してある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１１９５９３号公報（段落番号［００２４］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記表面処理装置は、表面処理時における陽電極部材と陰電極部材とに亘る通電により、電解液に溶解している陽イオン化し易い銅などの金属成分が陰電極部材の表面に析出して付着堆積し易い。
従来の表面処理装置は、環状の内周面を有する陰電極部材を設けてあるために、析出金属が陰電極部材の内周面に全周に亘って均一に付着堆積し易く、堆積した析出金属によって電解液通路の通路断面積が狭められると電解液の円滑な通流が妨げられる。
尚、枠部材が、被処理物の外周面及び環状被処理領域に対して間隔を隔てて対向する環状の内周面を有する陽電極部材を構成している場合は、電解液に溶解している陰イオン化し易い塩化物や硫化物などの非金属成分が陽電極部材の表面に析出して、同様の現象が生じる。
電解液の温度は、電極反応で発生する熱により環状被処理領域の表面近傍で高くなり、電解液の円滑な通流が妨げられると、電解液の温度が上昇し易い。
電解液の温度が上昇すると、例えばアルマイト被膜などの被膜を環状被処理領域に形成する表面処理において所謂ヤケが生じ易くなり、表面処理を高い電圧で能率良く繰り返し行うことができないおそれがある。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、表面処理を高い電圧で能率良く繰り返し行うことができる表面処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による表面処理装置の第１特徴構成は、環状被処理領域を外周面に有する金属製の被処理物に電気的に接続される陽電極部材又は陰電極部材の一方と、前記外周面及び前記環状被処理領域に対して間隔を隔てて対向する非導電性の内周面を備えた枠部材と、前記外周面のうち前記環状被処理領域を挟んだ両側夫々と前記内周面との隙間をシールすることにより、前記環状被処理領域に沿った電解液通路を形成可能な非導電性の弾性シール材と、先端部が前記電解液通路の中に入り込むように前記被処理物の側に向けて突設してある棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方と、前記電解液通路に沿って電解液を通流させる電解液通流手段とを備えている点にある。
【０００６】
本構成であれば、枠部材が被処理物の外周面及び環状被処理領域に対して間隔を隔てて対向する非導電性の内周面を備えているので、表面処理時において、金属成分や非金属成分が枠部材の内周面に析出することがない。
また、棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方を突設してあるので、陽電極部材又は陰電極部材の他方の表面積を従来に比べて小さくして、金属成分や非金属成分などの析出成分の陽電極部材又は陰電極部材の他方に対する付着面積を小さくすることができ、析出成分の陽電極部材又は陰電極部材の他方に対する付着強度を弱めることができる。
そして、棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方を先端部が電解液通路の中に入り込むように被処理物の側に向けて突設してあるので、棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方に堆積した付着強度が弱い析出成分を、電解液通路に沿って通流する電解液の勢いで押し流して棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方から取り除き易くなり、棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方に堆積した析出成分が大きく成長し難い。
したがって、電解液通路における電解液の円滑な通流を長期に亘って確保して、環状被処理領域の表面近傍における温度上昇を長期に亘って抑制することができる。
よって、本構成の表面処理装置であれば、表面処理を高い電圧で能率良く繰り返し行うことができる。
【０００７】
本発明の第２特徴構成は、前記環状被処理領域に向けて開口する複数の電解液供給ノズルと、前記枠部材の前記内周面に一定の溝幅で形成された周溝とを備え、前記電解液供給ノズルの夫々が、前記周溝の溝内に溝周方向に互いに間隔を隔てて配設され、前記周溝のうちの、隣り合う電解液供給ノズルどうしの間の周溝部分が、電解液排出流路として形成され、前記隣り合う電解液供給ノズルどうしの間隔を、ノズル先端箇所において最も狭くなるように設定してある点にある。
【０００８】
例えばアルマイト被膜などの被膜を環状被処理領域に形成する表面処理においては、反応面近傍の電解液の温度が上昇すると硬度が低い被膜が形成され、目標硬度の被膜を形成できないおそれがある。
本構成の表面処理装置であれば、被膜を環状被処理領域に形成する表面処理において、目標硬度の被膜を均一に形成し易い。
【０００９】
すなわち、本構成の表面処理装置は、枠部材の内周面に周溝が一定の溝幅で形成され、電解液供給ノズルの夫々が、その周溝の溝内に溝周方向に互いに間隔を隔てて配設されている。
このため、電解液通路を通流する電解液の温度分布を均一化して、環状被処理領域に形成された被膜の硬度の均一化を図り易い。
【００１０】
また、周溝のうちの、隣り合う電解液供給ノズルどうしの間の周溝部分が、電解液排出流路として形成されている。
このため、電解液通路に沿って旋回するように通流している電解液を、電解液供給ノズルどうしの間の周溝部分（電解液排出流路）に遠心力で勢い良く流入させることができる。
【００１１】
さらに、隣り合う電解液供給ノズルどうしの間隔を、ノズル先端箇所において最も狭くなるように設定してある。
このため、電解液排出流路の流路断面積をノズル先端箇所において絞って、排出される電解液の流速を速くすることができる。
ノズル先端箇所の近傍における電解液の流速を速くすると、その流速が速い電解液の流れに随伴する流れ（随伴流）により、ノズル先端箇所の近傍における温度が高い電解液の滞留を防止することができ、電解液通路の温度が高い電解液を電解液供給ノズルから供給される温度が低い電解液に迅速に置き換え易い。
【００１２】
したがって、被膜の硬度の均一化を図りながら、電解液通路の電解液の温度上昇を抑制することができ、目標硬度の被膜を均一に形成することができる。
また、電解液通路を通流している電解液の温度上昇を抑制して、熱による被膜の溶融も防止することができる。
【００１３】
本発明の第２特徴構成は、前記棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方の複数を前記電解液通路の周方向に沿って分散配置してある点にある。
【００１４】
本構成であれば、棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方と環状被処理領域との間に発生する電場の強さを環状被処理領域に沿って分散させて、均質な被膜を形成し易い。
【００１５】
本発明の第３特徴構成は、前記棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方を、その長手方向が前記外周面に対して直交する方向となるように突設してある点にある。
【００１６】
本構成であれば、棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方と、その棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方に対して左右両側に位置する環状被処理領域部分との間に電場を左右対称に発生させて、均質な被膜を形成し易い。
【００１７】
本発明の第４特徴構成は、前記棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方の外周面を凹凸面に形成してある点にある。
【００１８】
本構成であれば、棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方の表面積を大きくすることができるので大きな電流を流すことができるようになり、所望厚さの被膜を短い時間で能率良く形成し易い。
【００１９】
本発明の第５特徴構成は、前記棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方における先端部の形状を凸曲面状に形成してある点にある。
【００２０】
本構成であれば、被処理物に近い先端部に電流が集中し難くなり、スパークが発生し難いので、均質な被膜を形成し易い。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】表面処理装置（陽極酸化処理装置）の概略図である。
【図２】（ａ）は図１のII−II線矢視における第２電極部の平面図、（ｂ）は第２電極部の拡大平面図である。
【図３】（ａ）は陰電極部材の固定構造を示す断面図、（ｂ）は（ａ）におけるIII ｂ−III ｂ線矢視側面図である。
【図４】第２電極部の電解液供給ノズル部分を示す断面図である。
【図５】第２電極部の内周側を示す側面図である。
【図６】第２電極部の弾性シール材がピストンの外周面から離間している状態を示す断面図である。
【図７】第２電極部の弾性シール材がピストンの外周面に圧接されている状態を示す断面図である。
【図８】排出面積比率（Ｓ１／Ｓ２）と、環状被処理領域に形成されたアルマイト被膜の硬度（Ｈｋ）との相関関係を示す図表である。
【図９】排出面積比率（Ｓ１／Ｓ２）と、電解液排出流路を通して排出される電解液の上昇温度ΔＴとの相関関係を示す図表である。
【図１０】第２実施形態の表面処理装置（陽極酸化処理装置）における陰電極部材を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１〜図７は、本発明による表面処理装置の一例としての陽極酸化処理装置を示している。この陽極酸化処理装置は、金属製の被処理物の一例としてのアルミニウム合金製ピストンＡのピストンリング溝Ａ１に対して、その表面にアルマイト被膜を形成する陽極酸化処理を行うものである。
【００２３】
具体的には、円柱状のピストンＡの頂部から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Ａ１，Ａ２，Ａ３のうちの、頂部側のピストンリング（コンプレッションリング）溝Ａ１の表面を含む外周面（以下、ピストン外周面という）Ｂに対して陽極酸化処理を実施する。
ピストンリング溝Ａ１が、ピストン外周面Ｂに有する環状被処理領域としての周溝に相当している。
【００２４】
陽極酸化処理装置は、図１に示すように、電解液槽１と電解液供給部２と酸化処理部３と通電部４とを有する。
電解液槽１は、塩化ビニル製又はステンレス鋼製で、上端が開口する容器状のものであり、酸化処理部３を通過した後の自然流下する電解液を受け止めて回収するとともに、電解液供給部２に還流するための還流路５が設けられている。
【００２５】
電解液供給部２は、電解液槽１から還流された電解液を冷却するための冷却槽６と、冷却槽６の電解液を酸化処理部３に供給するための供給路７と、供給路７に設けてある供給ポンプ８と、電解液が所定のタイミングで酸化処理部３に供給されるように供給ポンプ８の運転を制御する供給制御部９とを有している。
【００２６】
冷却槽６には、回収された電解液を冷却するための冷却機１０と、電解液が所定温度に冷却されるように、温度センサ１１による電解液温度の検出情報に基づいて、冷却機１０の運転を制御する冷却制御部１２とが設けられている。
【００２７】
通電部４は、酸化処理部３に通電するものである。この通電部４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た従来公知のものを用いることができる。
【００２８】
酸化処理部３は、第１電極（陽極）部１３と第２電極（陰極）部１４とを有する。
第１電極部１３は、導電性を備えた銅やステンレス鋼などの金属製の陽電極部材１５と、陽電極部材１５を第２電極部１４に対して昇降させる昇降装置１６とを備えている。
陽電極部材１５は、ピストンＡを保持する保持具と兼用してあって、通電部４の陽極端子４ａに電気的に接続されており、ピストンＡを保持することにより当該ピストンＡに電気的に接続される。
【００２９】
保持具（陽電極部材）１５は、ピストンＡの内周面に係脱自在な係止爪（図示せず）をその下端部に備えている。この係止爪をピストンＡの内周面に係止することにより、ピストンＡをその軸芯が垂直方向に沿う姿勢で、かつ、電気的に接続した状態で保持する。
【００３０】
第２電極部１４は、図２（ａ）に示すように、外形が平面視で円形に形成され、ピストンＡをその軸芯を上下方向に沿わせた姿勢で入り込ませる平面視で円形のピストン挿入孔２５が同芯状に形成されている。
【００３１】
第２電極部１４は、図１〜図３に示すように、丸棒状の複数の陰電極部材４１を固定してある枠部材１７と、枠部材１７の上下に配置した固定板１８，１９と、支持基盤２０とを有し、互いにボルト連結してある。各陰電極部材４１は、白金（Ｐｔ）又は導電性のステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成してある。
陰電極部材４１の数は４〜２０本が望ましく、本実施形態では、１４本の陰電極部材４１を枠部材１７の周方向に沿って分散配置してある。
枠部材１７、固定板１８，１９及び支持基盤２０は、いずれも、塩化ビニル樹脂などの非導電性材料（絶縁体）で形成されている。
【００３２】
枠部材１７は、図１，図３，図４に示すように、上側固定板１８の下面外周側を上向きに凹入させてある環状の上向き凹面部２１と、下側固定板１９の上面外周側を下向きに凹入させてある環状の下向き凹面部２２との間に嵌合されて、互いにボルト連結してある。
【００３３】
枠部材１７は、図１に示すように、上側の第１枠板２３と下側の第２枠板２４との二枚の枠板をボルト連結することにより構成してあり、図３，図５に示すように、第１枠板２３と第２枠板２４との間に陰電極部材４１を挟み込んで固定してある。
【００３４】
図４〜図６に示すように、枠部材１７は、その内周面（以下、枠板内周面という）３１に、一定の溝幅で形成された周溝２６を備えている。
周溝２６は、第１枠板２３と第２枠板２４とを空間を隔てて対向させる対向板部２７，２８と、対向板部２７，２８の内周側に沿ってピストン挿通孔２５の側に突出する鍔板部２９，３０とを環状に形成して、第１枠板２３及び第２枠板２４のピストン挿入孔２５の側に設けてある。
【００３５】
各鍔板部２９，３０の内周面で形成される枠板内周面３１の内側がピストン挿通孔２５として形成されている。
したがって、枠部材１７は、ピストン外周面Ｂ及びピストンリング溝Ａ１に対して全周に亘って一定間隔を隔てて対向する非導電性の円環状内周面として形成された枠板内周面３１を備えている。
【００３６】
図１に示すように、下側固定板１９には、ピストン挿通孔２５と同径で、かつ、同芯の円形凹面部３２と、軸芯を上下方向に沿わせた姿勢のピストンＡの頂面を載置支持するピストン載置部３５とを設けてある。
下側固定板１９と支持基盤２０とに亘って、電解液の供給路７に接続される接続流路３３と、円形凹面部３２に溜まった電解液を自然流下により電解液槽１に排出する排出孔３４とが設けられている。
【００３７】
したがって、図１に示すように、軸芯が鉛直方向に沿う姿勢で電気的に接続した状態で保持具（陽電極部材）１５に保持されたピストンＡが、ピストン挿通孔２５に挿通されて、その頂面がピストン載置部３５に載置されることにより、図３，図４に示すように、ピストン外周面Ｂと枠板内周面３１との間に全周に亘って一定間隔の隙間Ｃを有する同芯状に位置決めされる。
【００３８】
枠部材１７における枠板内周面３１の側には、図１，図３〜図７に示すように、上下二個の非導電性の環状の弾性シール材４０を全周に亘って上下に間隔を隔てて抜け止め状態で、かつ、先端部４４が枠板内周面３１よりもピストン外周面Ｂの側に突出しないように装着してある。
【００３９】
各弾性シール材４０は、ゴムなどの非導電性材料（絶縁体）で円環状に形成してあり、図７に示すように、その先端部４４がピストン外周面Ｂに圧接されるように伸長させて、ピストン外周面Ｂのうち周溝Ａ１を挟んだ両側夫々と枠板内周面３１との隙間Ｃをシールすることにより、周溝Ａ１に沿った環状の電解液通路４５を形成可能である。
【００４０】
各弾性シール材４０は、その外周側に向けて開口する凹入部４２を全周に亘って一連に形成して、上下の側壁部４３と、ピストン外周面Ｂに対して接触させる先端部４４とを一体に備えた横向きＵ字状の横断面形状に形成してある。
【００４１】
図１，図６，図７に示すように、各弾性シール材４０の外周側に加圧流体としての加圧空気を同時に供給することにより、これら弾性シール材４０の内周側（先端部４４）を全周に亘ってピストン外周面Ｂに圧接し、かつ、圧接を解除自在な加圧機構５１を設けてある。
【００４２】
加圧機構５１は、加圧空気の供給及び排出が自在な空気給排装置５２と、空気給排装置５２の空気給排動作を制御する給排制御部５３と、弾性シール材４０の凹入部４２の夫々に連通する空気給排路５４と、空気給排装置５２の空気給排管５５と空気給排路５４とを接続する管継手５６とを有する。
【００４３】
空気給排路５４は、第２電極部１４の周方向三箇所に設けられ、各空気給排路５４毎に空気給排管５５に接続して、各弾性シール材４０の凹入部４２に対して周方向の三箇所から加圧空気を給排自在である。
【００４４】
加圧機構５１の動作を説明する。
図６に示すようにピストンＡがピストン挿通孔２５に挿通されてピストン載置部３５に載置されると、給排制御部５３は、空気給排路５４を通して各弾性シール材４０の凹入部４２の夫々に加圧空気が供給されるように、空気給排装置５２を作動させる。
【００４５】
弾性シール材４０の凹入部４２に加圧空気が供給されると、当該弾性シール材４０がピストン外周面Ｂの側に向けて弾性的に伸長すると共に、先端部４４がピストン外周面Ｂに向けて弾性的に膨出移動して、図７に示すように当該先端部４４がピストン外周面Ｂに圧接される。
【００４６】
図７に示すように弾性シール材４０の先端部４４がピストン外周面Ｂに圧接されることにより、周溝Ａ１を挟む両側夫々においてピストン外周面Ｂと枠板内周面３１との隙間Ｃがシールされて周溝Ａ１に沿った環状の電解液通路４５が形成される。
【００４７】
図２（ａ），図３，図５に示すように、陰電極部材４１の夫々は、先端部４６ａが電解液通路４５の中に入り込むようにピストンＡの側に向けて突設される電極軸部４６と、枠部材１７に固定される固定用軸部４７と、通電部４の陰極端子４ｂに電気的に接続される接続軸部４８とを備えた真っ直ぐな丸棒状に形成してある。
電極軸部４６の先端部４６ａの形状は、角部を備えない凸曲面形状に形成してある。
【００４８】
複数の陰電極部材４１は、その長手方向（軸芯方向）がピストン外周面Ｂに対して直交する方向と同じ方向となるように、又は、その直交する方向に対して７５度以内の角度範囲で傾斜するように配置するのが望ましい。
本実施形態では、複数の陰電極部材４１を、図２（ａ）に示すように、電極軸部４６の長手方向がピストン外周面Ｂに対して直交する方向となるように、ピストン挿入孔２５の中心に対する放射状に配設して、電解液通路４５の周方向に沿って等間隔で分散配置してある。
【００４９】
各陰電極部材４１は、図３，図５に示すように電極軸部４６が後述する電解液排出流路３８の中をピストンＡの側に向けて突出し、図２に示すように接続軸部４８が枠部材１７の外周側に突出するように、固定用軸部４７を第１枠板２３と第２枠板２４との間に嵌合状態で挟み込んで固定されている。
【００５０】
各陰電極部材４１の接続軸部４８は、図２（ａ）に示すように、通電部４の陰極端子４ｂに電気的に接続された共通の接続端子板４９に電気的に接続されている。
接続端子板４９は枠部材１７を囲む円環状に形成され、接続軸部４８の夫々は、図３
（ｂ）に示すように、接続端子板４９と接続端子板４９にボルト固定される受け板５０との間に挟み込んで、電気的に接続されている。
【００５１】
したがって、陰電極部材４１の交換に際しては、接続軸部４８と接続端子板４９との接続を解除して、交換対象の陰電極部材４１を第１枠板２３と第２枠板２４との間から抜き出し、新たな陰電極部材４１を第１枠板２３と第２枠板２４との間に差し込んで接続端子板４９に接続することにより、容易に交換することができる。
【００５２】
図２（ａ），図４，図５に示すように、第１枠板２３における対向板部２７及び鍔板部２９と、第２枠板２４における対向板部２８及び鍔板部３０との間、つまり、周溝２６の溝内には、ピストンリング溝Ａ１に向けて開口する複数の電解液供給ノズル３６が溝周方向に互いに一定間隔を隔てて配設されている。
電解液供給ノズル３６は、陰電極部材４１と同じ数を配設するのが望ましく、本実施形態では陰電極部材４１と同じ数の１４個を配設してある。
【００５３】
図４，図５に示すように、各電解液供給ノズル３６は、接続流路３３に接続されているとともに、電解液通路４５に電解液を供給する供給流路３７を備え、この供給流路３７がピストンリング溝Ａ１に向けて枠板内周面３１に開口している。
電解液供給ノズル３６は、図２（ａ）に示すように、その供給流路３７の流路軸芯Ｘが枠板内周面３１の接線に対して５〜７５度の角度範囲で傾斜するように設けてあるのが望ましい。
【００５４】
図１，図５に示すように、周溝２６のうちの、隣り合う電解液供給ノズル３６どうしの間の周溝部分、つまり、周方向で隣り合う電解液供給ノズル３６の間における上下の対向板部２７，２８の間の空間及び上下の鍔板部２９，３０の間の空間が電解液排出流路３８として設けられている。
【００５５】
各電解液供給ノズル３６は、電解液が電解液通路４５に沿って通流するように、枠板内周面３１の接線に対して傾斜する方向から電解液通路４５に電解液を供給できるように配設されている。
【００５６】
したがって、これらの電解液供給ノズル３６を備えた電解液供給部２が、電解液通路４５に沿って電解液を通流させる電解液通流手段として設けられ、図５において矢印ａで示すように、電解液は電極軸部４６の表面を取り巻くように通流するので、電極軸部４６に堆積した付着強度が弱い析出金属を電解液の勢いで押し流して取り除き易い。
【００５７】
電極軸部４６に堆積した析出金属を取り除き易いので、堆積した析出金属がピストン外周面Ｂや周溝Ａ１に接触することによるスパークが発生し難く、形成したアルマイト被膜がスパークにより溶解して処理品質が低下するおそれが少ない。
【００５８】
図２（ａ）に示すように、周方向で隣り合う電解液供給ノズル３６の間の位置に、下側の対向板部２８，下側固定板１９及び支持基盤２０に亘って貫通する貫通孔３９が形成され、電解液排出流路３８の電解液はこれらの貫通孔３９から自然流下して電解液槽１に排出される。
【００５９】
また、電解液供給ノズル３６は平面視で矩形状に形成され、隣り合う電解液供給ノズル３６どうしの間隔を、ノズル先端箇所において最も狭くなるように設定して、電解液排出流路３８の流路断面積をノズル先端箇所において絞ってある。
【００６０】
すなわち、図２（ｂ）に示すように、互いに隣り合う二つの電解液供給ノズル３６のうちの、一方の電解液供給ノズル３６におけるノズル先端箇所のノズル先端面３６ａとノズル側面３６ｂとが交差する角部５８から他方の電解液供給ノズル３６までの最短距離Ｌを、一方の電解液供給ノズル３６における他の部分（ノズル側面３６ｂやノズル後端面３６ｃ）から他方の電解液供給ノズル３６までの距離よりも短くなるように設定してある。
【００６１】
本実施形態の陽極酸化処理装置は、陰電極部材４１に堆積した析出金属が大きく成長し難いので、析出金属の析出厚さが陰電極部材４１の交換が必要な厚さになるまでの電極使用時間が、ピストンＡの外周面Ｂ及び周溝Ａ１に対して間隔を隔てて対向する環状の内周面を有する陰電極部材を備えた従来の陽極酸化処理装置に比べて、略２倍になった。
【００６２】
また、表１に示すように、膜厚が１５μｍのアルマイト被膜を形成する場合、特許文献１に開示された従来の陽極酸化処理装置に比べて、ヤケ電圧が５０Ｖ以上高くなり、設定電圧を３０Ｖ以上高くすることにより、処理時間を３０％以上短縮することができた。
【００６３】
【表１】
【００６４】
図８は、排出流路断面積Ｓ１と供給流路断面積Ｓ２との比である排出面積比率（Ｓ１／Ｓ２）と、周溝Ａ１に形成されたアルマイト被膜の硬度（Ｈｋ）との相関関係を示す図表である。
排出流路断面積Ｓ１は、電解液排出流路３８のうちの、隣り合う電解液供給ノズル３６どうしの間のノズル先端箇所における最小の流路断面積を合計したものである。
供給流路断面積Ｓ２は、各電解液供給ノズル３６における供給流路３７の流路断面積を合計したものである。
【００６５】
図９は、排出面積比率（Ｓ１／Ｓ２）と、貫通孔３９を流下する電解液の上昇温度ΔＴとの相関関係を示す図表である。
上昇温度ΔＴは、電解液の供給流路３７への供給温度から上昇した温度である。
【００６６】
図９から、排出面積比率（Ｓ１／Ｓ２）が大きくなるほど、つまり、排出流路断面積Ｓ１が供給流路断面積Ｓ２よりも大きくなるほど、熱の回収率が高くなることがわかる。この結果、電解液通路４５の電解液の温度上昇が抑制される。
したがって、図８に示すように、排出面積比率（Ｓ１／Ｓ２）が大きくなるほど、硬度が高いアルマイト被膜が形成されることが分かる。
【００６７】
〔第２実施形態〕
図１０は、本発明による表面処理装置（陽極酸化処理装置）の別実施形態における陰電極部材４１を示す。
本実施形態では、電極軸部４６の表面積が大きくなるように、その外周面に凸曲面と凹曲面とを軸芯方向に交互に備えた凹凸面５７を形成してある。凸曲面と凹曲面は電極軸部４６の軸芯周りで螺旋状に形成してある。
その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００６８】
〔その他の実施形態〕
１．本発明による表面処理装置は、被処理物の外周面に有する凸面状（山状）や平面状の環状被処理領域に対して表面処理を行うものであっても良い。
２．本発明による表面処理装置は、金属製の被処理物に電気的に接続される陰電極部材と、先端部が電解液通路の中に入り込むように被処理物の側に向けて突設してある棒状の陽電極部材とを備えていてもよい。
３．本発明による表面処理装置は、横断面形状が楕円形や多角形の棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方を備えていてもよい。
４．本発明による表面処理装置は、単一の棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方を備えていてもよい。
５．本発明による表面処理装置は、棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方を、その長手方向が被処理物の外周面に対して斜めの方向となるように突設してあってもよい。
６．本発明による表面処理装置は、棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方を、その長手方向が電解液通路における電解液の流れ方向上手側に向かう斜めの方向となるように突設してあっても、流れ方向下手側に向かう斜めの方向となるように突設してあってもよい。
７．本発明による表面処理装置は、表面処理としての電気メッキ処理を行うための電気メッキ処理装置であってもよい。
【符号の説明】
【００６９】
２ 電解液通流手段
１５ 陽電極部材又は陰電極部材の一方（陽電極部材）
１７ 枠部材
２６ 周溝
３１ 非導電性の内周面
３６ 電解液供給ノズル
３８ 電解液排出流路
４０ 弾性シール材
４１ 棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方（陰電極部材）
４５ 電解液通路
４６ａ 先端部
５７ 凹凸面
Ａ 被処理物
Ａ１ 環状被処理領域（周溝）
Ｂ 外周面
Ｃ 隙間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状被処理領域を外周面に有する金属製の被処理物に電気的に接続される陽電極部材又は陰電極部材の一方と、
前記外周面及び前記環状被処理領域に対して間隔を隔てて対向する非導電性の内周面を備えた枠部材と、
前記外周面のうち前記環状被処理領域を挟んだ両側夫々と前記内周面との隙間をシールすることにより、前記環状被処理領域に沿った電解液通路を形成可能な非導電性の弾性シール材と、
先端部が前記電解液通路の中に入り込むように前記被処理物の側に向けて突設してある棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方と、
前記電解液通路に沿って電解液を通流させる電解液通流手段とを備えている表面処理装置。
【請求項２】
前記環状被処理領域に向けて開口する複数の電解液供給ノズルと、
前記枠部材の前記内周面に一定の溝幅で形成された周溝とを備え、
前記電解液供給ノズルの夫々が、前記周溝の溝内に溝周方向に互いに間隔を隔てて配設され、
前記周溝のうちの、隣り合う電解液供給ノズルどうしの間の周溝部分が、電解液排出流路として形成され、
前記隣り合う電解液供給ノズルどうしの間隔を、ノズル先端箇所において最も狭くなるように設定してある請求項１記載の表面処理装置。
【請求項３】
前記棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方の複数を前記電解液通路の周方向に沿って分散配置してある請求項１又は２記載の表面処理装置。
【請求項４】
前記棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方を、その長手方向が前記外周面に対して直交する方向となるように突設してある請求項１〜３のいずれか１項記載の表面処理装置。
【請求項５】
前記棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方の外周面を凹凸面に形成してある請求項１〜４のいずれか１項記載の表面処理装置。
【請求項６】
前記棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方における先端部の形状を凸曲面状に形成してある請求項１〜５のいずれか１項記載の表面処理装置。
【請求項１】
環状被処理領域を外周面に有する金属製の被処理物に電気的に接続される陽電極部材又は陰電極部材の一方と、
前記外周面及び前記環状被処理領域に対して間隔を隔てて対向する非導電性の内周面を備えた枠部材と、
前記外周面のうち前記環状被処理領域を挟んだ両側夫々と前記内周面との隙間をシールすることにより、前記環状被処理領域に沿った電解液通路を形成可能な非導電性の弾性シール材と、
先端部が前記電解液通路の中に入り込むように前記被処理物の側に向けて突設してある棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方と、
前記電解液通路に沿って電解液を通流させる電解液通流手段とを備えている表面処理装置。
【請求項２】
前記環状被処理領域に向けて開口する複数の電解液供給ノズルと、
前記枠部材の前記内周面に一定の溝幅で形成された周溝とを備え、
前記電解液供給ノズルの夫々が、前記周溝の溝内に溝周方向に互いに間隔を隔てて配設され、
前記周溝のうちの、隣り合う電解液供給ノズルどうしの間の周溝部分が、電解液排出流路として形成され、
前記隣り合う電解液供給ノズルどうしの間隔を、ノズル先端箇所において最も狭くなるように設定してある請求項１記載の表面処理装置。
【請求項３】
前記棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方の複数を前記電解液通路の周方向に沿って分散配置してある請求項１又は２記載の表面処理装置。
【請求項４】
前記棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方を、その長手方向が前記外周面に対して直交する方向となるように突設してある請求項１〜３のいずれか１項記載の表面処理装置。
【請求項５】
前記棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方の外周面を凹凸面に形成してある請求項１〜４のいずれか１項記載の表面処理装置。
【請求項６】
前記棒状の陽電極部材又は陰電極部材の他方における先端部の形状を凸曲面状に形成してある請求項１〜５のいずれか１項記載の表面処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−７２３４（Ｐ２０１２−７２３４Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１２５７５（Ｐ２０１１−１１２５７５）
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
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