金属部品の製造方法
【課題】特に高シリコン−アルミニウム合金等のアルミニウム合金からなる基材の表面を、表面平滑性に優れるため例えばロータの軸端等の相手部材に対する攻撃性を有しない上、耐摩耗性にも優れた陽極酸化皮膜で被覆して、前記各特性に優れた金属部品を製造するための製造方法を提供する。
【解決手段】前記基材を陽極として、陰極と共に電解液に浸漬した状態で、前記両極間に与える電流の電流密度を０Ａ／ｄｍ２から毎分０．３５Ａ／ｄｍ２以下の割合で所定値まで増加させ、次いで前記所定の電流密度を維持しながら陽極酸化処理をして、前記基材の表面を陽極酸化皮膜で被覆する。
【解決手段】前記基材を陽極として、陰極と共に電解液に浸漬した状態で、前記両極間に与える電流の電流密度を０Ａ／ｄｍ２から毎分０．３５Ａ／ｄｍ２以下の割合で所定値まで増加させ、次いで前記所定の電流密度を維持しながら陽極酸化処理をして、前記基材の表面を陽極酸化皮膜で被覆する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金からなる基材の少なくとも一部の表面が陽極酸化皮膜によって被覆された金属部品を製造するための製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車において、オイルをエンジン内や油圧駆動系内等で循環させる動力を発生させるためにオイルポンプが用いられる。前記オイルポンプは、作動室と、前記作動室に連通する吸込通路および吐出通路とを有する形状に複数の分割体によって構成された筐体と、前記作動室内に軸を中心として回転可能に配設され、回転に伴ってオイルを、前記吸込通路を通して吸い込んで吐出通路を通して吐出させるロータとを有している。
【０００３】
前記筐体を構成する複数の分割体のうち作動室に臨み、ロータの軸端に対向するリヤハウジングを、オイルポンプの軽量化のためにアルミニウム合金によって形成すると共に、前記リヤハウジングのうち少なくともロータの軸端に対向する表面の耐摩耗性を向上させるために、前記表面を陽極酸化皮膜で被覆することが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−１３２２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近時、オイルポンプの高圧化（例えば８ＭＰａ→１５ＭＰａ）に対応してリヤハウジングの歪みを防止するべくその強度を高めるために、前記リヤハウジングを形成するアルミニウム（Ａｌ）合金として、例えばシリコン（Ｓｉ）を１〜２５質量％程度の割合で含む高シリコン−アルミニウム合金を使用することが検討されている。しかしその場合、従来の陽極酸化処理では、リヤハウジングの表面に形成される陽極酸化皮膜の表面平滑性が低下して、前記陽極酸化皮膜が、対向するロータの軸端等を摩耗するいわゆる攻撃性を発現しやすいという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、特に高シリコン−アルミニウム合金等のアルミニウム合金からなる基材の表面を、表面平滑性に優れるため例えばロータの軸端等の相手部材に対する攻撃性を有しない上、耐摩耗性にも優れた陽極酸化皮膜で被覆して、前記各特性に優れた金属部品を製造するための製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者は、特に高シリコン−アルミニウム合金からなる基材の表面に従来の陽極酸化処理によって陽極酸化皮膜を形成した際に、その表面平滑性が低下する原因について検討した結果、以下の事実を見出した。すなわち高シリコン−アルミニウム合金はシリコンの濃度が高いため、冷却時にシリコンの固相分離が進んで、アルミニウム相ないしはアルミニウムとシリコンの共晶相からなる連続相中にシリコン相が析出した結晶構造となり、基材の表面は、前記連続相中にシリコン相が島状に露出した状態を呈する。
【０００７】
ところがアルミニウムを含む連続相とシリコン相とでは導電率が異なり、シリコン相を形成するシリコンは、連続相中のアルミニウムを陽極酸化するのに適した条件では殆ど酸化されないか、あるいは酸化されるとしてもその速度が著しく小さいため、陽極酸化皮膜は、特にその形成の初期段階において、前記基材の表面の連続相が露出した領域（「連続相領域」と略記することがある。）において選択的に成長する。
【０００８】
成長がある程度進むとシリコン相が露出した領域（「シリコン相領域」と略記することがある）においても陽極酸化皮膜が僅かながら形成される他、連続相領域で成長した陽極酸化皮膜が前記シリコン相領域に回り込んで成長する。そのため陽極酸化皮膜は、最終的にはシリコン相領域に対応した大きな欠陥等のない（周知のようにアルミニウムの陽極酸化皮膜は、基材の表面と接する活性層と、その上の多孔層とからなり、前記多孔層はオングストロームオーダーのごく微細な通孔を有する多孔質構造を有してはいるが）連続した皮膜となる。
【０００９】
しかし前記初期段階における成長速度の差に基づいて、陽極酸化皮膜の厚みには両領域間で大きな差を生じるため、結果として表面の平滑性が低下する。
そこで発明者は、基材の表面のうちシリコン相領域への、連続相領域からの陽極酸化皮膜の回り込みを利用して、特に初期段階に前記両領域間で形成される陽極酸化皮膜の厚みの差をできるだけ小さくすることを検討した。その結果、陽極酸化処理を開始してから数分以内の初期段階において前記両極間に与える電流の電流密度を０Ａ／ｄｍ２から、所定の電流密度に達するまで毎分０．３５Ａ／ｄｍ２以下の割合で徐々に増加させればよいことを見出した。
【００１０】
すなわち電流密度を前記割合で徐々に増加させると、初期段階において、連続相領域での陽極酸化皮膜の急速な成長を抑制しながら、前記陽極酸化皮膜をシリコン相領域にも回り込ませて、前記両領域間で形成される陽極酸化皮膜の厚みの差をこれまでよりも小さくできる。そのためシリコン相の表面が陽極酸化皮膜で覆われた後は通常の定電流制御により一定の電流密度で陽極酸化処理を続けることで、基材の表面の全体を、厚みがほぼ均一で表面平滑性に優れた陽極酸化皮膜によって被覆することが可能となる。
【００１１】
したがって本発明は、アルミニウム合金からなる基材の少なくとも一部の表面を陽極酸化処理して、前記表面が陽極酸化皮膜で被覆された金属部品を製造するための製造方法であって、前記基材を陽極として、陰極と共に電解液に浸漬した状態で、
(1) 前記両極間に与える電流の電流密度を０Ａ／ｄｍ２から毎分０．３５Ａ／ｄｍ２以下の割合で増加させる第一工程と、
(2) 電流密度が所定値に達した時点以降、前記所定の電流密度を維持しながら陽極酸化処理を続ける第二工程と、
を経て、前記表面を陽極酸化皮膜で被覆することを特徴とするものである（請求項１）。
【００１２】
前記本発明によれば、第一工程において電流密度を増加させる割合を小さくするほど、前記第一および第二工程を経て形成される陽極酸化皮膜の厚みを均一化し、その表面を平滑化できる。ただし第一工程において電流密度を増加させる割合を小さくするほど、所定の厚みを有する陽極酸化皮膜を形成するために長時間の処理が必要となり、前記陽極酸化皮膜を有する金属部品の生産性が低下する傾向がある。
【００１３】
そのため金属部品の生産性を維持しながら、先に説明した表面平滑性等に優れた陽極酸化皮膜を有する金属部品を製造することを考慮すると、第一工程において電流密度を増加させる割合は、前記範囲内でも毎分０．１５Ａ／ｄｍ２以上であるのが好ましい（請求項２）。
また第二工程においては電流密度を０．８Ａ／ｄｍ２以上、１．２Ａ／ｄｍ２以下の所定値に維持するのが好ましい（請求項３）。電流密度が前記範囲未満では、所定の厚みを有する陽極酸化皮膜を形成するために長時間の処理が必要となり、前記陽極酸化皮膜を有する金属部品の生産性が低下するおそれがある。また前記範囲を超える場合には陽極酸化皮膜の表面粗さが大きくなって、耐摩耗性が低下したり、オイルポンプの性能が低下したりするおそれがある。
【００１４】
本発明の製造方法において製造する金属部品としては、例えば先に説明したオイルポンプ（２）のリヤハウジング（１）が挙げられ、前記リヤハウジングのうち作動室（６）に臨み、ロータ（３）の軸端に対向する表面（２５）が、前記第一および第二工程を経て陽極酸化皮膜によって被覆される（請求項４）。なおカッコ内の英数字は、後述の実施の形態における対応構成要素等を表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の製造方法によって製造される金属部品の一例としてのリヤハウジング１を含むオイルポンプ２の、ロータ３の軸４の軸線５の方向に沿う断面を示す断面図、図２は、前記オイルポンプ２からリヤハウジング１を外した状態を示す側面図である。
図１を参照して、この例のオイルポンプ２は、作動室６と、前記作動室６に連通するオイルの吸込通路７および吐出通路８とを有する筐体９と、前記作動室６内に軸線５を中心として回転可能に配設され、軸４の回転に伴ってオイルを、吸込通路７を通して吸い込んで吐出通路８を通して吐出させるロータ３とを含んでいる。
【００１６】
筐体９は、前記各部を有する形状に複数の分割体によって構成されている。すなわち筐体９は、分割面１０で分割可能なフロントハウジング（分割体）１１およびリヤハウジング（分割体）１を有している。フロントハウジング１１は、例えばアルミニウム合金からなり、分割面１０から凹入させて作動室６を備えている。フロントハウジング１１とリヤハウジング１は、分割面１０に設けたシール１２によってシールされている。フロントハウジング１１とリヤハウジング１とは、フロントハウジング１１に設けたネジ孔１３に、リヤハウジング１に設けた通孔１４を通してボルト１５をねじ込むことで互いに固定されている。
【００１７】
作動室６内には、シール１６を介して第一サイドプレート（分割体）１７が嵌め合わされている。リヤハウジング１は、前記第一サイドプレート１７と共にロータ３を両側から挟む部材としても機能するため第二サイドプレートとも呼ばれている。フロントハウジング１１の、作動室６の底の面方向の略中央には、前記底から分割面１０と直交する軸線５の方向に軸４を挿通させる貫通孔１８が形成されている。
【００１８】
第一サイドプレート１７には、作動室６に嵌め合わされた状態で、前記作動室６内に収容されるロータ３に対向する側の面と前記作動室６の底に対抗する側の面との間を貫通させて、前記貫通孔１８と連通して軸４を挿通させる貫通孔１９が形成されている。また貫通孔１９の周囲の２箇所の、軸線５を挟んで対称位置には前記貫通孔１９と並行させて、前記両面間を貫通する吐出ポート２０が形成されている。
【００１９】
作動室６の底の貫通孔１８の周囲には吐出ポート２０と繋がれる環状の吐出凹部２１が設けられており、前記吐出ポート２０および吐出凹部２１と、フロントハウジング１１内に形成した通路２２とを繋いで吐出通路８が構成されている。貫通孔１８内には、軸４を回転可能に支持する筒状のメタル軸受２３が配設されている。また貫通孔１８の作動室６と反対側の開口には、軸４とフロントハウジング１１との間をシールするシール２４が配設されている。
【００２０】
リヤハウジング１の、ロータ３と対向する対向面２５には、軸４の先端が挿入される凹部２６が設けられている。凹部２６内には、軸４を回転可能に支持する筒状のメタル軸受２７が配設されている。リヤハウジング１内には、吸込通路７を構成する通路２８（図中に破線で示す）が設けられている。対向面２５の、凹部２６の周囲の２箇所の、軸線５を挟んで対称位置には前記通路２８と作動室６とを繋ぐ吸込ポート２９（同じく図中に破線で示す）が設けられている。
【００２１】
フロントハウジング１１には、前記通路２８および吸込ポート２９と共に吸込通路７を構成し、かつ吐出通路８を流れるオイルが過剰であるとき前記オイルの一部を、バイパス通路３０を通して吸込通路７に還流する流量制御弁を構成する通路部材３１、３２が設けられており、前記通路部材３２にオイルの入口である吸込筒３３が接続されている。
図１、図２を参照して、作動室６内には、第一サイドプレート１７とリヤハウジング１とで挟持させて、ロータ３を囲む筒状のカムリング３４が嵌め合わされている。カムリング３４の筒の内周面は、軸線５の方向と直交する方向の形状が楕円形であるカム面３５とされている。
【００２２】
ロータ３は、軸４に一体的に取り付けられたロータ本体３６と、前記ロータ本体３６の外周面から軸線５へ向けて放射状に設けられた複数の溝３７に嵌め合わされて、前記外周面から外方へ放射状に配設された複数のベーン３８とを備えている。各ベーン３８は溝３７から出し入れ可能に設けられ、ベーンにかかる油圧によって径方向外方へ付勢される。
軸４を回転させると、ベーン３８は油圧によって径方向外方へ付勢されて、先端をカムリング３４のカム面３５に接触させた状態を維持しながらロータ本体３６と共に回転する。吸込ポート２９は、リヤハウジング１の対向面２５のうち図２の状態において隣り合うベーン３８によって仕切られた室３９、４０に対応する２箇所に設けられている。また吐出ポート２０は、第一サイドプレート１７のうち図２の状態において隣り合うベーン３８によって仕切られた室４１、４２に対応する２箇所に設けられている。
【００２３】
軸４を図２中に実線の矢印で示す方向に回転させるとベーン３８で仕切られた各室３９…それ自体が、吸込ポート２９から吐出ポート２０の方向へ回転することによって、オイルを、吸込通路７を通して吸い込んで吐出通路８を通して吐出させることができる。またこの際、前記回転に伴って各室３９…に下記の吸込力および吐出力が発生することによってオイルの逆流が防止される。
【００２４】
吸込力：吸込ポート２９から離れようとする室３９、４０の容積が、カム面３５の形状に基づいて増加することで、吸込通路７および吸込ポート２９を通して前記室３９、４０にオイルを吸込む吸込力が発生。
吐出力：吐出ポート２０に近づこうとする室４１、４２の容積が、カム面３５の形状に基づいて減少することで、吐出ポート２０および吐出通路８を通して前記室４１、４２からオイルを吐出させる吐出力が発生。
【００２５】
第一サイドプレート１７、カムリング３４、ロータ本体３６、およびベーン３８は、例えば鉄−ニッケル−モリブデン−炭素系の焼結合金、中でも鉄−ニッケル−銅−モリブデン−炭素系の焼結体、特にその強度や耐摩耗性を高めるため高密度温間金型潤滑により形成した密度ρ＝７．２５ｇ／ｃｍ３以上、特に７．２５〜７．５ｇ／ｃｍ３の高密度の焼結体、さらには前記高密度の焼結体に浸炭焼入れ処理、すなわち真空浸炭処理等とその後の焼入れ処理とを施した焼結体等によって形成される。
【００２６】
リヤハウジング１は、本発明の金属部品の製造方法によって製造される。すなわち、リヤハウジング１とフロントハウジング１１は、オイルポンプ２を軽量化するため、共にアルミニウム合金、特にオイルポンプの高圧化（例えば８ＭＰａ→１５ＭＰａ）に対応して歪みを防止するべく強度を高めるために、例えばシリコンを１〜２５質量％、特に１０〜２０質量％程度の割合で含む高シリコン−アルミニウム合金によって形成される。またロータ３の軸端、すなわちロータ本体３６の側面、およびベーン３８の側縁に対向し、前記両部が摺接されるリヤハウジング１の対向面２５は、その耐摩耗性を高めるべく図示しない陽極酸化皮膜によって被覆される。
【００２７】
しかし前記高シリコン−アルミニウム合金からなるリヤハウジング１を基材として、通常の条件で陽極酸化処理した場合には、先に説明したように陽極酸化皮膜の表面平滑性が低下して、ロータ本体３６やベーン３８に対する攻撃性を発現するという問題を生じる。
これに対し本発明では、基材としてのリヤハウジング１を陽極として、陰極と共に電解液に浸漬した状態で、
(1) 前記両極間に与える電流の電流密度を０Ａ／ｄｍ２から毎分０．３５Ａ／ｄｍ２以下の割合で増加させる第一工程と、
(2) 電流密度が所定値に達した時点以降、前記所定の電流密度を維持しながら陽極酸化処理を続ける第二工程と、
を経て、前記対向面２５を陽極酸化皮膜で被覆することで、前記陽極酸化皮膜の表面平滑性を高めることができる。
【００２８】
そのため本発明によれば、陽極酸化皮膜で被覆された対向面２５がロータ本体３６やベーン３８に対する攻撃性を有しない上、耐摩耗性にも優れたリヤハウジング１を製造することが可能となる。
前記第一工程において電流密度を増加させる割合を小さくするほど、前記第一および第二工程を経て形成される陽極酸化皮膜の厚みを均一化し、その表面を平滑化できる。ただし第一工程において電流密度を増加させる割合を小さくするほど、所定の厚みを有する陽極酸化皮膜を形成するために長時間の処理が必要となり、前記陽極酸化皮膜を有する金属部品の生産性が低下する傾向がある。
【００２９】
そのため表面平滑性等に優れた陽極酸化皮膜を有するリヤハウジング１を、良好な生産性を維持しながら製造することを考慮すると、第一工程において電流密度を増加させる割合は、前記範囲内でも毎分０．１５Ａ／ｄｍ２以上、特に毎分０．１６〜０．３４Ａ／ｄｍ２であるのが好ましい。また電流密度は０Ａ／ｄｍ２から所定値まで一方的に増加させてもよいし、段階的に増加させてもよい。
【００３０】
第二工程においては電流密度を、定電流制御によって０．８Ａ／ｄｍ２以上、１．２Ａ／ｄｍ２以下、特に０．９Ａ／ｄｍ２以上、１．１Ａ／ｄｍ２以下の所定値に維持するのが好ましい。電流密度が前記範囲未満では、所定の厚みを有する陽極酸化皮膜を形成するために長時間の処理が必要となり、前記陽極酸化皮膜を有する金属部品の生産性が低下するおそれがある。また前記範囲を超える場合には陽極酸化皮膜の表面粗さが大きくなって、耐摩耗性が低下したり、オイルポンプの性能が低下したりするおそれがある。
【００３１】
陽極酸化処理は、電流密度を前記(1)(2)の工程を経て制御すること以外は従来同様に実施できる。例えば基材としてのリヤハウジング１は、電解液に浸漬するに先立って脱脂等の前処理を施しておくのが好ましい。
陽極酸化皮膜は、リヤハウジング１の少なくとも対向面２５を被覆していればよく、前記対向面２５のみを陽極酸化皮膜で選択的に被覆するためには、リヤハウジング１の他の表面をマスキングすればよい。ただしマスキング等の手間を省くと共にリヤハウジング１の全表面の耐摩耗性を向上することを考慮すると、前記リヤハウジング１の、対向面２５を含む全表面を陽極酸化皮膜で被覆するのが好ましい。
【００３２】
陰極としては鉛（Ｐｂ）、カーボン（Ｃ）等が用いられる。
電解液としては硫酸浴、しゅう酸浴、クロム酸浴、りん酸浴、アルカリ浴等が挙げられ、特に硫酸浴が好ましい。電解液の液温は、できるだけ硬度が高い緻密な陽極酸化皮膜を形成することや、特に形成の初期段階において陽極酸化皮膜が連続相領域で選択的かつ急速に成長するのを抑制しながら、ある程度の成長速度を確保してリヤハウジング１の生産性を維持すること等を考慮すると１０〜４０℃、特に１０〜２０℃であるのが好ましい。
【００３３】
前記陽極酸化処理によって形成される陽極酸化皮膜は、従来同様に基材の表面、すなわちリヤハウジング１の対向面２５等と接する活性層と、その上の多孔層とからなり、前記多孔層はオングストロームオーダーのごく微細な通孔を有する多孔質構造を有している。
そのため、前記多孔層の通孔にオイルを保持させて、ロータ本体３６やベーン３８に対する良好な潤滑性を付与することが期待される。また、例えばオイルポンプ２を、特に自動車のエンジン周り等の高温環境下で使用する場合は、リヤハウジング１とロータ本体３６やベーン３８との焼き付きを防止するため、前記通孔に、例えば二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）等の固体潤滑剤を含浸させてもよい。
【００３４】
形成した陽極酸化皮膜は、その表面平滑性や耐食性等を向上するため、従来同様に水中に浸漬して煮沸する等の封孔処理を施すのが好ましい。
先に説明したように陽極酸化皮膜の表面は、ロータ本体３６やベーン３８に対する攻撃性を抑えるためにできるだけ平滑であることが求められる。具体的には日本工業規格ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１「製品の幾何特性仕様（ＧＰＳ）−表面性状：輪郭曲線方式−用語，定義及び表面性状パラメータ」の付属書１で規定された十点平均粗さＲＺＪＩＳ９４が１μｍに仕上げられた対向面２５に前記(1)(2)の工程を経て被覆される陽極酸化皮膜の十点平均粗さＲＺＪＩＳ９４が３μｍ以下であるのが好ましい。十点平均粗さの下限値は０μｍ、すなわち表面が完全に平滑であることが理想であるが、現実的には２μｍ程度であるのが好ましい。
【００３５】
陽極酸化皮膜の厚みは、リヤハウジング１の生産性を維持しながら、前記リヤハウジング１の対向面２５等に良好な耐摩耗性を付与することを考慮すると６〜１５μｍ、特に８〜１０μｍであるのが好ましい。
陽極酸化皮膜の硬さは、リヤハウジング１の対向面２５に十分な耐摩耗性を付与することを考慮すると、その内部硬さ（表面から深さ１ｍｍでの硬さ）が、日本工業規格ＪＩＳ Ｚ２２４４：２００３「ビッカース硬さ試験−試験方法」において規定された測定方法によって測定される、試験力０．０９８０７Ｎでのビッカース硬さＨＶ０．０１で表して１５０である高シリコン−アルミニウムからなる対向面２５に前記(1)(2)の工程を経て被覆される陽極酸化皮膜の表面の、同じビッカース硬さＨＶ０．０１が２００〜３００程度であるのが好ましい。
【００３６】
本発明の金属部品の製造方法は、以上で説明した図の例におけるオイルポンプ２のリヤハウジング１の製造には限定されずアルミニウム合金、特に高シリコン−アルミニウム合金の少なくとも一部の表面が陽極酸化皮膜で被覆される種々の金属部品の製造方法に適用することができる。その際、陽極酸化皮膜の表面の十点平均粗さや厚み、硬さ等は、その金属部品において求められる好適な範囲に設定することができる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことができる。
【実施例】
【００３７】
（実施例１）
基材としてシリコンの含有割合が１４質量％である高シリコン−アルミニウム合金製の、平板状の板材（縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚み５ｍｍ）を用意した。前記板材を形成する高シリコン−アルミニウム合金の、表面から深さ１ｍｍでのビッカース硬さＨＶ０．０１は１５０であった。板材の表面の十点平均粗さＲＺＪＩＳ９４は１μｍに仕上げた。
【００３８】
前記板材をあらかじめ脱脂処理したのち電源装置の陽極に接続し、鉛陰極と共に硫酸浴に浸漬して、まず第一工程において前記両極間に与える電流の電流密度を０Ａ／ｄｍ２から毎分０．３３３Ａ／ｄｍ２の割合で３分間かけて１Ａ／ｄｍ２まで増加させた。
次いで、電流密度が前記所定値に達した時点以降、定電流制御によって前記電流密度を維持しながらさらに３７分間、合計４０分間の陽極酸化処理をした後、基材を硫酸浴から取り出し、水洗し、さらに水中で煮沸することで封孔処理をして、表面が陽極酸化皮膜で被覆された金属部品を製造した。
【００３９】
（実施例２）
第一工程において両極間に与える電流の電流密度を０Ａ／ｄｍ２から毎分０．１６７Ａ／ｄｍ２の割合で６分間かけて１Ａ／ｄｍ２まで増加させた後、定電流制御によって前記電流密度を維持しながらさらに３４分間、合計４０分間の陽極酸化処理をしたこと以外は実施例１と同様にして、表面が陽極酸化皮膜で被覆された金属部品を製造した。
【００４０】
（比較例１）
第一工程において両極間に与える電流の電流密度を０Ａ／ｄｍ２から毎分１Ａ／ｄｍ２の割合で１分間かけて１Ａ／ｄｍ２まで増加させた後、定電流制御によって前記電流密度を維持しながらさらに３９分間、合計４０分間の陽極酸化処理をしたこと以外は実施例１と同様にして、表面が陽極酸化皮膜で被覆された金属部品を製造した。
【００４１】
（表面粗さ測定）
実施例１、２、比較例１で製造した金属部品の、陽極酸化皮膜の表面の十点平均粗さＲＺＪＩＳ９４を、表面粗さ計を用いて測定した。測定の条件は区間数６、カットオフ値λＣ＝０．８ｍｍ、λＳ＝０．００２５ｍｍ、測定速度：０．５ｍｍ／ｓｅｃとし、測定結果にガウシアンフィルタを適用して十点平均粗さＲＺＪＩＳ９４を求めた。
【００４２】
（厚み測定）
実施例１、２、比較例１で製造した金属部品を陽極酸化皮膜の厚み方向にカットし、樹脂埋めしてカット面を研磨したのち４００倍の顕微鏡写真を撮影し、写真上の十点で測定した厚みの平均値を求めて陽極酸化皮膜の厚みとした。また前記十点の測定値の最大値と最小値の差を求めて厚みのばらつきを評価した。
【００４３】
（硬さ測定）
実施例１、２、比較例１で製造した金属部品の、陽極酸化皮膜の表面をラップ研磨したのちビッカース硬さＨＶ０．０１を測定した。
（ボール・オン・プレート摩擦試験）
直径４．７６ｍｍの軸受鋼（ＳＵＪ２）製のボールを、実施例１、比較例１で製造した金属部品（プレート）の、陽極酸化皮膜の表面に、球面上の１点で常に当接させた状態で、前記陽極酸化皮膜の厚み方向に１０Ｎの荷重をかけながら直径２０ｍｍの円を描くように摺動させた。摺動速度は０．０８ｍ／ｓ、摺動距離は４３２ｍとした。また摺動は、前記金属部品およびボールをＰＳオイル（株式会社ジェイテクト製、油温１００℃）中に浸漬した状態で実施した。
【００４４】
摺動後のボールの表面を実体顕微鏡で観察して摩耗痕半径ａ（ｍｍ）を測定し、前記摩耗痕半径ａと、ボールの半径ｒ（＝２．３８ｍｍ）とから、式(A):
【００４５】
【数１】
【００４６】
によって摩耗痕深さｈ（ｍｍ）を求めた。
次に前記摩耗痕深さｈと摩耗痕半径ａとから、式(B)：
【００４７】
【数２】
【００４８】
によって摩耗量（ｍｍ３）を求め、前記摩耗量と荷重（＝１０Ｎ）と摺動距離（＝４３２ｍ）とから、式(C)：
【００４９】
【数３】
【００５０】
によって、相手部材に対する陽極酸化皮膜の攻撃性の指標となるボールの比摩耗量（ｍｍ３／Ｎ・ｍ）を求めた。比摩耗量が小さいほど、陽極酸化皮膜は相手部材に対する攻撃性が小さいことを示している。
また、摺動前後のプレートの表面について、それぞれ表面粗さ計を用いて測定した粗さ曲線を比較して、前記プレートの表面に、ボールの摺動によって形成された摩耗痕の幅ｂ（ｍｍ）と深さｄ（ｍｍ）とを求め、前記両数値から、式(D)：
【００５１】
【数４】
【００５２】
によって摩耗痕の断面の仮想半径Ｒ（ｍｍ）を求め、前記仮想半径Ｒと摩耗痕の幅ｂとから、式(E)：
【００５３】
【数５】
【００５４】
によって摩耗痕の仮想扇型の角度φ（°）を求めた。
次に、前記仮想半径Ｒ、角度φ、幅ｂ、および深さｄから、式(F)：
【００５５】
【数６】
【００５６】
によって摩耗量（ｍｍ３）を求め、前記摩耗量と荷重（＝１０Ｎ）と摺動距離（＝４３２ｍ）とから、先の式(C)によって、陽極酸化皮膜の耐摩耗性の指標となるプレートの比摩耗量（ｍｍ３／Ｎ・ｍ）を求めた。比摩耗量が小さいほど、陽極酸化皮膜は、それ自体の耐摩耗性に優れることを示している。
以上の結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
表より、陽極酸化処理の第一工程において電流密度を毎分０．３５Ａ／ｄｍ２以下の割合で増加させた実施例１、２の金属部品は、電流密度を、前記範囲を超えて増加させた比較例１のものに比べて陽極酸化皮膜の厚みのバラツキが小さく、表面平滑性に優れると共に相手部材に対する攻撃性を有しない上、それ自体の耐摩耗性にも優れることが確認された。また実施例１、２を比較すると、実施例２は実施例１よりも陽極酸化皮膜の厚みが低下する傾向にあることから、前記第一工程において電流密度を０．１５Ａ／ｄｍ２以上の割合で増加させるのが、できるだけ短時間で十分な厚みを有する陽極酸化皮膜を形成して金属部品の生産性を向上できる点で好ましいことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の製造方法によって製造される金属部品の一例としてのリヤハウジングを含むオイルポンプの、ロータの軸の軸線の方向に沿う断面を示す断面図である。
【図２】図１のオイルポンプからリヤハウジングを外した状態を示す側面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１：リヤハウジング、２：オイルポンプ、３：ロータ、６：作動室、２５：対向面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金からなる基材の少なくとも一部の表面が陽極酸化皮膜によって被覆された金属部品を製造するための製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車において、オイルをエンジン内や油圧駆動系内等で循環させる動力を発生させるためにオイルポンプが用いられる。前記オイルポンプは、作動室と、前記作動室に連通する吸込通路および吐出通路とを有する形状に複数の分割体によって構成された筐体と、前記作動室内に軸を中心として回転可能に配設され、回転に伴ってオイルを、前記吸込通路を通して吸い込んで吐出通路を通して吐出させるロータとを有している。
【０００３】
前記筐体を構成する複数の分割体のうち作動室に臨み、ロータの軸端に対向するリヤハウジングを、オイルポンプの軽量化のためにアルミニウム合金によって形成すると共に、前記リヤハウジングのうち少なくともロータの軸端に対向する表面の耐摩耗性を向上させるために、前記表面を陽極酸化皮膜で被覆することが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−１３２２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近時、オイルポンプの高圧化（例えば８ＭＰａ→１５ＭＰａ）に対応してリヤハウジングの歪みを防止するべくその強度を高めるために、前記リヤハウジングを形成するアルミニウム（Ａｌ）合金として、例えばシリコン（Ｓｉ）を１〜２５質量％程度の割合で含む高シリコン−アルミニウム合金を使用することが検討されている。しかしその場合、従来の陽極酸化処理では、リヤハウジングの表面に形成される陽極酸化皮膜の表面平滑性が低下して、前記陽極酸化皮膜が、対向するロータの軸端等を摩耗するいわゆる攻撃性を発現しやすいという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、特に高シリコン−アルミニウム合金等のアルミニウム合金からなる基材の表面を、表面平滑性に優れるため例えばロータの軸端等の相手部材に対する攻撃性を有しない上、耐摩耗性にも優れた陽極酸化皮膜で被覆して、前記各特性に優れた金属部品を製造するための製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者は、特に高シリコン−アルミニウム合金からなる基材の表面に従来の陽極酸化処理によって陽極酸化皮膜を形成した際に、その表面平滑性が低下する原因について検討した結果、以下の事実を見出した。すなわち高シリコン−アルミニウム合金はシリコンの濃度が高いため、冷却時にシリコンの固相分離が進んで、アルミニウム相ないしはアルミニウムとシリコンの共晶相からなる連続相中にシリコン相が析出した結晶構造となり、基材の表面は、前記連続相中にシリコン相が島状に露出した状態を呈する。
【０００７】
ところがアルミニウムを含む連続相とシリコン相とでは導電率が異なり、シリコン相を形成するシリコンは、連続相中のアルミニウムを陽極酸化するのに適した条件では殆ど酸化されないか、あるいは酸化されるとしてもその速度が著しく小さいため、陽極酸化皮膜は、特にその形成の初期段階において、前記基材の表面の連続相が露出した領域（「連続相領域」と略記することがある。）において選択的に成長する。
【０００８】
成長がある程度進むとシリコン相が露出した領域（「シリコン相領域」と略記することがある）においても陽極酸化皮膜が僅かながら形成される他、連続相領域で成長した陽極酸化皮膜が前記シリコン相領域に回り込んで成長する。そのため陽極酸化皮膜は、最終的にはシリコン相領域に対応した大きな欠陥等のない（周知のようにアルミニウムの陽極酸化皮膜は、基材の表面と接する活性層と、その上の多孔層とからなり、前記多孔層はオングストロームオーダーのごく微細な通孔を有する多孔質構造を有してはいるが）連続した皮膜となる。
【０００９】
しかし前記初期段階における成長速度の差に基づいて、陽極酸化皮膜の厚みには両領域間で大きな差を生じるため、結果として表面の平滑性が低下する。
そこで発明者は、基材の表面のうちシリコン相領域への、連続相領域からの陽極酸化皮膜の回り込みを利用して、特に初期段階に前記両領域間で形成される陽極酸化皮膜の厚みの差をできるだけ小さくすることを検討した。その結果、陽極酸化処理を開始してから数分以内の初期段階において前記両極間に与える電流の電流密度を０Ａ／ｄｍ２から、所定の電流密度に達するまで毎分０．３５Ａ／ｄｍ２以下の割合で徐々に増加させればよいことを見出した。
【００１０】
すなわち電流密度を前記割合で徐々に増加させると、初期段階において、連続相領域での陽極酸化皮膜の急速な成長を抑制しながら、前記陽極酸化皮膜をシリコン相領域にも回り込ませて、前記両領域間で形成される陽極酸化皮膜の厚みの差をこれまでよりも小さくできる。そのためシリコン相の表面が陽極酸化皮膜で覆われた後は通常の定電流制御により一定の電流密度で陽極酸化処理を続けることで、基材の表面の全体を、厚みがほぼ均一で表面平滑性に優れた陽極酸化皮膜によって被覆することが可能となる。
【００１１】
したがって本発明は、アルミニウム合金からなる基材の少なくとも一部の表面を陽極酸化処理して、前記表面が陽極酸化皮膜で被覆された金属部品を製造するための製造方法であって、前記基材を陽極として、陰極と共に電解液に浸漬した状態で、
(1) 前記両極間に与える電流の電流密度を０Ａ／ｄｍ２から毎分０．３５Ａ／ｄｍ２以下の割合で増加させる第一工程と、
(2) 電流密度が所定値に達した時点以降、前記所定の電流密度を維持しながら陽極酸化処理を続ける第二工程と、
を経て、前記表面を陽極酸化皮膜で被覆することを特徴とするものである（請求項１）。
【００１２】
前記本発明によれば、第一工程において電流密度を増加させる割合を小さくするほど、前記第一および第二工程を経て形成される陽極酸化皮膜の厚みを均一化し、その表面を平滑化できる。ただし第一工程において電流密度を増加させる割合を小さくするほど、所定の厚みを有する陽極酸化皮膜を形成するために長時間の処理が必要となり、前記陽極酸化皮膜を有する金属部品の生産性が低下する傾向がある。
【００１３】
そのため金属部品の生産性を維持しながら、先に説明した表面平滑性等に優れた陽極酸化皮膜を有する金属部品を製造することを考慮すると、第一工程において電流密度を増加させる割合は、前記範囲内でも毎分０．１５Ａ／ｄｍ２以上であるのが好ましい（請求項２）。
また第二工程においては電流密度を０．８Ａ／ｄｍ２以上、１．２Ａ／ｄｍ２以下の所定値に維持するのが好ましい（請求項３）。電流密度が前記範囲未満では、所定の厚みを有する陽極酸化皮膜を形成するために長時間の処理が必要となり、前記陽極酸化皮膜を有する金属部品の生産性が低下するおそれがある。また前記範囲を超える場合には陽極酸化皮膜の表面粗さが大きくなって、耐摩耗性が低下したり、オイルポンプの性能が低下したりするおそれがある。
【００１４】
本発明の製造方法において製造する金属部品としては、例えば先に説明したオイルポンプ（２）のリヤハウジング（１）が挙げられ、前記リヤハウジングのうち作動室（６）に臨み、ロータ（３）の軸端に対向する表面（２５）が、前記第一および第二工程を経て陽極酸化皮膜によって被覆される（請求項４）。なおカッコ内の英数字は、後述の実施の形態における対応構成要素等を表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の製造方法によって製造される金属部品の一例としてのリヤハウジング１を含むオイルポンプ２の、ロータ３の軸４の軸線５の方向に沿う断面を示す断面図、図２は、前記オイルポンプ２からリヤハウジング１を外した状態を示す側面図である。
図１を参照して、この例のオイルポンプ２は、作動室６と、前記作動室６に連通するオイルの吸込通路７および吐出通路８とを有する筐体９と、前記作動室６内に軸線５を中心として回転可能に配設され、軸４の回転に伴ってオイルを、吸込通路７を通して吸い込んで吐出通路８を通して吐出させるロータ３とを含んでいる。
【００１６】
筐体９は、前記各部を有する形状に複数の分割体によって構成されている。すなわち筐体９は、分割面１０で分割可能なフロントハウジング（分割体）１１およびリヤハウジング（分割体）１を有している。フロントハウジング１１は、例えばアルミニウム合金からなり、分割面１０から凹入させて作動室６を備えている。フロントハウジング１１とリヤハウジング１は、分割面１０に設けたシール１２によってシールされている。フロントハウジング１１とリヤハウジング１とは、フロントハウジング１１に設けたネジ孔１３に、リヤハウジング１に設けた通孔１４を通してボルト１５をねじ込むことで互いに固定されている。
【００１７】
作動室６内には、シール１６を介して第一サイドプレート（分割体）１７が嵌め合わされている。リヤハウジング１は、前記第一サイドプレート１７と共にロータ３を両側から挟む部材としても機能するため第二サイドプレートとも呼ばれている。フロントハウジング１１の、作動室６の底の面方向の略中央には、前記底から分割面１０と直交する軸線５の方向に軸４を挿通させる貫通孔１８が形成されている。
【００１８】
第一サイドプレート１７には、作動室６に嵌め合わされた状態で、前記作動室６内に収容されるロータ３に対向する側の面と前記作動室６の底に対抗する側の面との間を貫通させて、前記貫通孔１８と連通して軸４を挿通させる貫通孔１９が形成されている。また貫通孔１９の周囲の２箇所の、軸線５を挟んで対称位置には前記貫通孔１９と並行させて、前記両面間を貫通する吐出ポート２０が形成されている。
【００１９】
作動室６の底の貫通孔１８の周囲には吐出ポート２０と繋がれる環状の吐出凹部２１が設けられており、前記吐出ポート２０および吐出凹部２１と、フロントハウジング１１内に形成した通路２２とを繋いで吐出通路８が構成されている。貫通孔１８内には、軸４を回転可能に支持する筒状のメタル軸受２３が配設されている。また貫通孔１８の作動室６と反対側の開口には、軸４とフロントハウジング１１との間をシールするシール２４が配設されている。
【００２０】
リヤハウジング１の、ロータ３と対向する対向面２５には、軸４の先端が挿入される凹部２６が設けられている。凹部２６内には、軸４を回転可能に支持する筒状のメタル軸受２７が配設されている。リヤハウジング１内には、吸込通路７を構成する通路２８（図中に破線で示す）が設けられている。対向面２５の、凹部２６の周囲の２箇所の、軸線５を挟んで対称位置には前記通路２８と作動室６とを繋ぐ吸込ポート２９（同じく図中に破線で示す）が設けられている。
【００２１】
フロントハウジング１１には、前記通路２８および吸込ポート２９と共に吸込通路７を構成し、かつ吐出通路８を流れるオイルが過剰であるとき前記オイルの一部を、バイパス通路３０を通して吸込通路７に還流する流量制御弁を構成する通路部材３１、３２が設けられており、前記通路部材３２にオイルの入口である吸込筒３３が接続されている。
図１、図２を参照して、作動室６内には、第一サイドプレート１７とリヤハウジング１とで挟持させて、ロータ３を囲む筒状のカムリング３４が嵌め合わされている。カムリング３４の筒の内周面は、軸線５の方向と直交する方向の形状が楕円形であるカム面３５とされている。
【００２２】
ロータ３は、軸４に一体的に取り付けられたロータ本体３６と、前記ロータ本体３６の外周面から軸線５へ向けて放射状に設けられた複数の溝３７に嵌め合わされて、前記外周面から外方へ放射状に配設された複数のベーン３８とを備えている。各ベーン３８は溝３７から出し入れ可能に設けられ、ベーンにかかる油圧によって径方向外方へ付勢される。
軸４を回転させると、ベーン３８は油圧によって径方向外方へ付勢されて、先端をカムリング３４のカム面３５に接触させた状態を維持しながらロータ本体３６と共に回転する。吸込ポート２９は、リヤハウジング１の対向面２５のうち図２の状態において隣り合うベーン３８によって仕切られた室３９、４０に対応する２箇所に設けられている。また吐出ポート２０は、第一サイドプレート１７のうち図２の状態において隣り合うベーン３８によって仕切られた室４１、４２に対応する２箇所に設けられている。
【００２３】
軸４を図２中に実線の矢印で示す方向に回転させるとベーン３８で仕切られた各室３９…それ自体が、吸込ポート２９から吐出ポート２０の方向へ回転することによって、オイルを、吸込通路７を通して吸い込んで吐出通路８を通して吐出させることができる。またこの際、前記回転に伴って各室３９…に下記の吸込力および吐出力が発生することによってオイルの逆流が防止される。
【００２４】
吸込力：吸込ポート２９から離れようとする室３９、４０の容積が、カム面３５の形状に基づいて増加することで、吸込通路７および吸込ポート２９を通して前記室３９、４０にオイルを吸込む吸込力が発生。
吐出力：吐出ポート２０に近づこうとする室４１、４２の容積が、カム面３５の形状に基づいて減少することで、吐出ポート２０および吐出通路８を通して前記室４１、４２からオイルを吐出させる吐出力が発生。
【００２５】
第一サイドプレート１７、カムリング３４、ロータ本体３６、およびベーン３８は、例えば鉄−ニッケル−モリブデン−炭素系の焼結合金、中でも鉄−ニッケル−銅−モリブデン−炭素系の焼結体、特にその強度や耐摩耗性を高めるため高密度温間金型潤滑により形成した密度ρ＝７．２５ｇ／ｃｍ３以上、特に７．２５〜７．５ｇ／ｃｍ３の高密度の焼結体、さらには前記高密度の焼結体に浸炭焼入れ処理、すなわち真空浸炭処理等とその後の焼入れ処理とを施した焼結体等によって形成される。
【００２６】
リヤハウジング１は、本発明の金属部品の製造方法によって製造される。すなわち、リヤハウジング１とフロントハウジング１１は、オイルポンプ２を軽量化するため、共にアルミニウム合金、特にオイルポンプの高圧化（例えば８ＭＰａ→１５ＭＰａ）に対応して歪みを防止するべく強度を高めるために、例えばシリコンを１〜２５質量％、特に１０〜２０質量％程度の割合で含む高シリコン−アルミニウム合金によって形成される。またロータ３の軸端、すなわちロータ本体３６の側面、およびベーン３８の側縁に対向し、前記両部が摺接されるリヤハウジング１の対向面２５は、その耐摩耗性を高めるべく図示しない陽極酸化皮膜によって被覆される。
【００２７】
しかし前記高シリコン−アルミニウム合金からなるリヤハウジング１を基材として、通常の条件で陽極酸化処理した場合には、先に説明したように陽極酸化皮膜の表面平滑性が低下して、ロータ本体３６やベーン３８に対する攻撃性を発現するという問題を生じる。
これに対し本発明では、基材としてのリヤハウジング１を陽極として、陰極と共に電解液に浸漬した状態で、
(1) 前記両極間に与える電流の電流密度を０Ａ／ｄｍ２から毎分０．３５Ａ／ｄｍ２以下の割合で増加させる第一工程と、
(2) 電流密度が所定値に達した時点以降、前記所定の電流密度を維持しながら陽極酸化処理を続ける第二工程と、
を経て、前記対向面２５を陽極酸化皮膜で被覆することで、前記陽極酸化皮膜の表面平滑性を高めることができる。
【００２８】
そのため本発明によれば、陽極酸化皮膜で被覆された対向面２５がロータ本体３６やベーン３８に対する攻撃性を有しない上、耐摩耗性にも優れたリヤハウジング１を製造することが可能となる。
前記第一工程において電流密度を増加させる割合を小さくするほど、前記第一および第二工程を経て形成される陽極酸化皮膜の厚みを均一化し、その表面を平滑化できる。ただし第一工程において電流密度を増加させる割合を小さくするほど、所定の厚みを有する陽極酸化皮膜を形成するために長時間の処理が必要となり、前記陽極酸化皮膜を有する金属部品の生産性が低下する傾向がある。
【００２９】
そのため表面平滑性等に優れた陽極酸化皮膜を有するリヤハウジング１を、良好な生産性を維持しながら製造することを考慮すると、第一工程において電流密度を増加させる割合は、前記範囲内でも毎分０．１５Ａ／ｄｍ２以上、特に毎分０．１６〜０．３４Ａ／ｄｍ２であるのが好ましい。また電流密度は０Ａ／ｄｍ２から所定値まで一方的に増加させてもよいし、段階的に増加させてもよい。
【００３０】
第二工程においては電流密度を、定電流制御によって０．８Ａ／ｄｍ２以上、１．２Ａ／ｄｍ２以下、特に０．９Ａ／ｄｍ２以上、１．１Ａ／ｄｍ２以下の所定値に維持するのが好ましい。電流密度が前記範囲未満では、所定の厚みを有する陽極酸化皮膜を形成するために長時間の処理が必要となり、前記陽極酸化皮膜を有する金属部品の生産性が低下するおそれがある。また前記範囲を超える場合には陽極酸化皮膜の表面粗さが大きくなって、耐摩耗性が低下したり、オイルポンプの性能が低下したりするおそれがある。
【００３１】
陽極酸化処理は、電流密度を前記(1)(2)の工程を経て制御すること以外は従来同様に実施できる。例えば基材としてのリヤハウジング１は、電解液に浸漬するに先立って脱脂等の前処理を施しておくのが好ましい。
陽極酸化皮膜は、リヤハウジング１の少なくとも対向面２５を被覆していればよく、前記対向面２５のみを陽極酸化皮膜で選択的に被覆するためには、リヤハウジング１の他の表面をマスキングすればよい。ただしマスキング等の手間を省くと共にリヤハウジング１の全表面の耐摩耗性を向上することを考慮すると、前記リヤハウジング１の、対向面２５を含む全表面を陽極酸化皮膜で被覆するのが好ましい。
【００３２】
陰極としては鉛（Ｐｂ）、カーボン（Ｃ）等が用いられる。
電解液としては硫酸浴、しゅう酸浴、クロム酸浴、りん酸浴、アルカリ浴等が挙げられ、特に硫酸浴が好ましい。電解液の液温は、できるだけ硬度が高い緻密な陽極酸化皮膜を形成することや、特に形成の初期段階において陽極酸化皮膜が連続相領域で選択的かつ急速に成長するのを抑制しながら、ある程度の成長速度を確保してリヤハウジング１の生産性を維持すること等を考慮すると１０〜４０℃、特に１０〜２０℃であるのが好ましい。
【００３３】
前記陽極酸化処理によって形成される陽極酸化皮膜は、従来同様に基材の表面、すなわちリヤハウジング１の対向面２５等と接する活性層と、その上の多孔層とからなり、前記多孔層はオングストロームオーダーのごく微細な通孔を有する多孔質構造を有している。
そのため、前記多孔層の通孔にオイルを保持させて、ロータ本体３６やベーン３８に対する良好な潤滑性を付与することが期待される。また、例えばオイルポンプ２を、特に自動車のエンジン周り等の高温環境下で使用する場合は、リヤハウジング１とロータ本体３６やベーン３８との焼き付きを防止するため、前記通孔に、例えば二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）等の固体潤滑剤を含浸させてもよい。
【００３４】
形成した陽極酸化皮膜は、その表面平滑性や耐食性等を向上するため、従来同様に水中に浸漬して煮沸する等の封孔処理を施すのが好ましい。
先に説明したように陽極酸化皮膜の表面は、ロータ本体３６やベーン３８に対する攻撃性を抑えるためにできるだけ平滑であることが求められる。具体的には日本工業規格ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１「製品の幾何特性仕様（ＧＰＳ）−表面性状：輪郭曲線方式−用語，定義及び表面性状パラメータ」の付属書１で規定された十点平均粗さＲＺＪＩＳ９４が１μｍに仕上げられた対向面２５に前記(1)(2)の工程を経て被覆される陽極酸化皮膜の十点平均粗さＲＺＪＩＳ９４が３μｍ以下であるのが好ましい。十点平均粗さの下限値は０μｍ、すなわち表面が完全に平滑であることが理想であるが、現実的には２μｍ程度であるのが好ましい。
【００３５】
陽極酸化皮膜の厚みは、リヤハウジング１の生産性を維持しながら、前記リヤハウジング１の対向面２５等に良好な耐摩耗性を付与することを考慮すると６〜１５μｍ、特に８〜１０μｍであるのが好ましい。
陽極酸化皮膜の硬さは、リヤハウジング１の対向面２５に十分な耐摩耗性を付与することを考慮すると、その内部硬さ（表面から深さ１ｍｍでの硬さ）が、日本工業規格ＪＩＳ Ｚ２２４４：２００３「ビッカース硬さ試験−試験方法」において規定された測定方法によって測定される、試験力０．０９８０７Ｎでのビッカース硬さＨＶ０．０１で表して１５０である高シリコン−アルミニウムからなる対向面２５に前記(1)(2)の工程を経て被覆される陽極酸化皮膜の表面の、同じビッカース硬さＨＶ０．０１が２００〜３００程度であるのが好ましい。
【００３６】
本発明の金属部品の製造方法は、以上で説明した図の例におけるオイルポンプ２のリヤハウジング１の製造には限定されずアルミニウム合金、特に高シリコン−アルミニウム合金の少なくとも一部の表面が陽極酸化皮膜で被覆される種々の金属部品の製造方法に適用することができる。その際、陽極酸化皮膜の表面の十点平均粗さや厚み、硬さ等は、その金属部品において求められる好適な範囲に設定することができる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことができる。
【実施例】
【００３７】
（実施例１）
基材としてシリコンの含有割合が１４質量％である高シリコン−アルミニウム合金製の、平板状の板材（縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚み５ｍｍ）を用意した。前記板材を形成する高シリコン−アルミニウム合金の、表面から深さ１ｍｍでのビッカース硬さＨＶ０．０１は１５０であった。板材の表面の十点平均粗さＲＺＪＩＳ９４は１μｍに仕上げた。
【００３８】
前記板材をあらかじめ脱脂処理したのち電源装置の陽極に接続し、鉛陰極と共に硫酸浴に浸漬して、まず第一工程において前記両極間に与える電流の電流密度を０Ａ／ｄｍ２から毎分０．３３３Ａ／ｄｍ２の割合で３分間かけて１Ａ／ｄｍ２まで増加させた。
次いで、電流密度が前記所定値に達した時点以降、定電流制御によって前記電流密度を維持しながらさらに３７分間、合計４０分間の陽極酸化処理をした後、基材を硫酸浴から取り出し、水洗し、さらに水中で煮沸することで封孔処理をして、表面が陽極酸化皮膜で被覆された金属部品を製造した。
【００３９】
（実施例２）
第一工程において両極間に与える電流の電流密度を０Ａ／ｄｍ２から毎分０．１６７Ａ／ｄｍ２の割合で６分間かけて１Ａ／ｄｍ２まで増加させた後、定電流制御によって前記電流密度を維持しながらさらに３４分間、合計４０分間の陽極酸化処理をしたこと以外は実施例１と同様にして、表面が陽極酸化皮膜で被覆された金属部品を製造した。
【００４０】
（比較例１）
第一工程において両極間に与える電流の電流密度を０Ａ／ｄｍ２から毎分１Ａ／ｄｍ２の割合で１分間かけて１Ａ／ｄｍ２まで増加させた後、定電流制御によって前記電流密度を維持しながらさらに３９分間、合計４０分間の陽極酸化処理をしたこと以外は実施例１と同様にして、表面が陽極酸化皮膜で被覆された金属部品を製造した。
【００４１】
（表面粗さ測定）
実施例１、２、比較例１で製造した金属部品の、陽極酸化皮膜の表面の十点平均粗さＲＺＪＩＳ９４を、表面粗さ計を用いて測定した。測定の条件は区間数６、カットオフ値λＣ＝０．８ｍｍ、λＳ＝０．００２５ｍｍ、測定速度：０．５ｍｍ／ｓｅｃとし、測定結果にガウシアンフィルタを適用して十点平均粗さＲＺＪＩＳ９４を求めた。
【００４２】
（厚み測定）
実施例１、２、比較例１で製造した金属部品を陽極酸化皮膜の厚み方向にカットし、樹脂埋めしてカット面を研磨したのち４００倍の顕微鏡写真を撮影し、写真上の十点で測定した厚みの平均値を求めて陽極酸化皮膜の厚みとした。また前記十点の測定値の最大値と最小値の差を求めて厚みのばらつきを評価した。
【００４３】
（硬さ測定）
実施例１、２、比較例１で製造した金属部品の、陽極酸化皮膜の表面をラップ研磨したのちビッカース硬さＨＶ０．０１を測定した。
（ボール・オン・プレート摩擦試験）
直径４．７６ｍｍの軸受鋼（ＳＵＪ２）製のボールを、実施例１、比較例１で製造した金属部品（プレート）の、陽極酸化皮膜の表面に、球面上の１点で常に当接させた状態で、前記陽極酸化皮膜の厚み方向に１０Ｎの荷重をかけながら直径２０ｍｍの円を描くように摺動させた。摺動速度は０．０８ｍ／ｓ、摺動距離は４３２ｍとした。また摺動は、前記金属部品およびボールをＰＳオイル（株式会社ジェイテクト製、油温１００℃）中に浸漬した状態で実施した。
【００４４】
摺動後のボールの表面を実体顕微鏡で観察して摩耗痕半径ａ（ｍｍ）を測定し、前記摩耗痕半径ａと、ボールの半径ｒ（＝２．３８ｍｍ）とから、式(A):
【００４５】
【数１】
【００４６】
によって摩耗痕深さｈ（ｍｍ）を求めた。
次に前記摩耗痕深さｈと摩耗痕半径ａとから、式(B)：
【００４７】
【数２】
【００４８】
によって摩耗量（ｍｍ３）を求め、前記摩耗量と荷重（＝１０Ｎ）と摺動距離（＝４３２ｍ）とから、式(C)：
【００４９】
【数３】
【００５０】
によって、相手部材に対する陽極酸化皮膜の攻撃性の指標となるボールの比摩耗量（ｍｍ３／Ｎ・ｍ）を求めた。比摩耗量が小さいほど、陽極酸化皮膜は相手部材に対する攻撃性が小さいことを示している。
また、摺動前後のプレートの表面について、それぞれ表面粗さ計を用いて測定した粗さ曲線を比較して、前記プレートの表面に、ボールの摺動によって形成された摩耗痕の幅ｂ（ｍｍ）と深さｄ（ｍｍ）とを求め、前記両数値から、式(D)：
【００５１】
【数４】
【００５２】
によって摩耗痕の断面の仮想半径Ｒ（ｍｍ）を求め、前記仮想半径Ｒと摩耗痕の幅ｂとから、式(E)：
【００５３】
【数５】
【００５４】
によって摩耗痕の仮想扇型の角度φ（°）を求めた。
次に、前記仮想半径Ｒ、角度φ、幅ｂ、および深さｄから、式(F)：
【００５５】
【数６】
【００５６】
によって摩耗量（ｍｍ３）を求め、前記摩耗量と荷重（＝１０Ｎ）と摺動距離（＝４３２ｍ）とから、先の式(C)によって、陽極酸化皮膜の耐摩耗性の指標となるプレートの比摩耗量（ｍｍ３／Ｎ・ｍ）を求めた。比摩耗量が小さいほど、陽極酸化皮膜は、それ自体の耐摩耗性に優れることを示している。
以上の結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
表より、陽極酸化処理の第一工程において電流密度を毎分０．３５Ａ／ｄｍ２以下の割合で増加させた実施例１、２の金属部品は、電流密度を、前記範囲を超えて増加させた比較例１のものに比べて陽極酸化皮膜の厚みのバラツキが小さく、表面平滑性に優れると共に相手部材に対する攻撃性を有しない上、それ自体の耐摩耗性にも優れることが確認された。また実施例１、２を比較すると、実施例２は実施例１よりも陽極酸化皮膜の厚みが低下する傾向にあることから、前記第一工程において電流密度を０．１５Ａ／ｄｍ２以上の割合で増加させるのが、できるだけ短時間で十分な厚みを有する陽極酸化皮膜を形成して金属部品の生産性を向上できる点で好ましいことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の製造方法によって製造される金属部品の一例としてのリヤハウジングを含むオイルポンプの、ロータの軸の軸線の方向に沿う断面を示す断面図である。
【図２】図１のオイルポンプからリヤハウジングを外した状態を示す側面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１：リヤハウジング、２：オイルポンプ、３：ロータ、６：作動室、２５：対向面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金からなる基材の少なくとも一部の表面を陽極酸化処理して、前記表面が陽極酸化皮膜で被覆された金属部品を製造するための製造方法であって、前記基材を陽極として、陰極と共に電解液に浸漬した状態で、
(1) 前記両極間に与える電流の電流密度を０Ａ／ｄｍ２から毎分０．３５Ａ／ｄｍ２以下の割合で増加させる第一工程と、
(2) 電流密度が所定値に達した時点以降、前記所定の電流密度を維持しながら陽極酸化処理を続ける第二工程と、
を経て、前記表面を陽極酸化皮膜で被覆することを特徴とする金属部品の製造方法。
【請求項２】
第一工程において、電流密度を毎分０．１５Ａ／ｄｍ２以上の割合で増加させる請求項１に記載の金属部品の製造方法。
【請求項３】
第二工程において、電流密度を０．８Ａ／ｄｍ２以上、１．２Ａ／ｄｍ２以下の所定値に維持する請求項１または２に記載の金属部品の製造方法。
【請求項４】
金属部品が、作動室と、前記作動室に連通する吸込通路および吐出通路とを有する形状に複数の分割体によって構成された筐体と、前記作動室内に軸を中心として回転可能に配設され、回転に伴ってオイルを、吸込通路を通して吸い込んで吐出通路を通して吐出させるロータとを有するオイルポンプの、前記筐体を構成する分割体のうち作動室に臨み、ロータの軸端に対向するリヤハウジングであり、前記リヤハウジングのうち少なくともロータの軸端に対向する表面を、陽極酸化皮膜によって被覆する請求項１ないし３のいずれかに記載の金属部品の製造方法。
【請求項１】
アルミニウム合金からなる基材の少なくとも一部の表面を陽極酸化処理して、前記表面が陽極酸化皮膜で被覆された金属部品を製造するための製造方法であって、前記基材を陽極として、陰極と共に電解液に浸漬した状態で、
(1) 前記両極間に与える電流の電流密度を０Ａ／ｄｍ２から毎分０．３５Ａ／ｄｍ２以下の割合で増加させる第一工程と、
(2) 電流密度が所定値に達した時点以降、前記所定の電流密度を維持しながら陽極酸化処理を続ける第二工程と、
を経て、前記表面を陽極酸化皮膜で被覆することを特徴とする金属部品の製造方法。
【請求項２】
第一工程において、電流密度を毎分０．１５Ａ／ｄｍ２以上の割合で増加させる請求項１に記載の金属部品の製造方法。
【請求項３】
第二工程において、電流密度を０．８Ａ／ｄｍ２以上、１．２Ａ／ｄｍ２以下の所定値に維持する請求項１または２に記載の金属部品の製造方法。
【請求項４】
金属部品が、作動室と、前記作動室に連通する吸込通路および吐出通路とを有する形状に複数の分割体によって構成された筐体と、前記作動室内に軸を中心として回転可能に配設され、回転に伴ってオイルを、吸込通路を通して吸い込んで吐出通路を通して吐出させるロータとを有するオイルポンプの、前記筐体を構成する分割体のうち作動室に臨み、ロータの軸端に対向するリヤハウジングであり、前記リヤハウジングのうち少なくともロータの軸端に対向する表面を、陽極酸化皮膜によって被覆する請求項１ないし３のいずれかに記載の金属部品の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−２９３０９４（Ｐ２００９−２９３０９４Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４９４５４（Ｐ２００８−１４９４５４）
【出願日】平成２０年６月６日（２００８．６．６）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月６日（２００８．６．６）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]