JP2016008329A - アルミニウム合金部材の陽極酸化処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】陽極酸化処理条件の管理が煩雑になることを抑制しつつ酸化皮膜を硬くすることができるアルミニウム合金部材の陽極酸化処理方法の提供。【解決手段】アルミニウム合金部材１１の表面を陽極酸化処理して表面に酸化皮膜を形成する陽極酸化処理方法であって、アルミニウム合金部材１１の表面に３価クロメート処理を行った後に陽極酸化処理を行う。これにより、陽極酸化処理条件の管理が煩雑になることを抑制しつつ酸化皮膜を硬くすることができる。【選択図】図３

Description

本発明は、アルミニウム合金部材の陽極酸化処理方法に関する。

マスタシリンダを構成する部品のうち、アルミニウム製品であるシリンダ部材に対して、耐摩耗性を向上させるために陽極酸化処理（アルマイト処理）を施すことが行われている（例えば特許文献１参照）。

特開２００８−５６９５３号公報

アルミニウム合金部材に陽極酸化処理を行うと、硬い酸化皮膜によってアルミニウム合金部材の表面を覆うことになる。耐摩耗性をより向上させるため、より硬い酸化皮膜を形成しようとすると、陽極酸化処理条件である電流密度の管理や陽極酸化処理液の温度（浴温）の管理等が煩雑になってしまう。つまり、基本的に、酸化皮膜の硬さを増すためには、電流密度を上げ、陽極酸化処理液の温度を上げることになるが、電流密度の変化および陽極酸化処理液の温度の変化に対して酸化皮膜の硬度は二次関数的に変化するため、適切に上げた場合には硬度が増すが、適切に上げないとかえって硬さを低下させてしまう可能性がある。また、電流密度および陽極酸化処理液の温度を上げ過ぎると、酸化皮膜の焼けが発生して皮膜を破壊してしまう可能性がある。

本発明は、陽極酸化処理条件の管理が煩雑になることを抑制しつつ酸化皮膜を硬くすることができるアルミニウム合金部材の陽極酸化処理方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、アルミニウム合金部材の表面に３価クロメート処理を行った後に陽極酸化処理を行う。

本発明に係るアルミニウム合金部材の陽極酸化処理方法によれば、陽極酸化処理条件の管理が煩雑になることを抑制しつつ酸化皮膜を硬くすることができる。

本発明に係る一実施形態の陽極酸化処理方法で処理が施されるアルミニウム合金部材を示す断面図である。 同実施形態の陽極酸化処理方法を行うための３価クロメート処理装置を概略的に示す断面図である。 同実施形態の陽極酸化処理方法を行うための陽極酸化処理装置を概略的に示す断面図である。

本発明に係る一実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の陽極酸化処理方法で処理が施されるアルミニウム合金部材１１を示すものである。

このアルミニウム合金部材１１は、車両用のマスタシリンダを構成するシリンダ部材である。車両用のマスタシリンダは、図示は略すがブレーキペダルの操作量に応じた力がブレーキブースタから導入され、導入された力で内部のピストンを移動させてブレーキペダルの操作量に応じたブレーキ液圧を発生させるものである。

アルミニウム合金部材１１は、一体成形品であり、軸方向の一端側が開口１２とされた筒状部１３と、筒状部１３の軸方向の開口１２に対し反対側を閉塞する底部１４と、筒状部１３の外周面から外方に向けて突出する取付座部１５とを有する有底筒状をなしている。

取付座部１５は、ブレーキ液を貯留する図示略のリザーバタンクが取り付けられる部分であり、車載時にはアルミニウム合金部材１１における鉛直方向の上部に配置される。取付座部１５には、底部１４側に取付穴２１が、開口１２側に取付穴２２が形成されている。取付穴２１，２２は、取付座部１５における筒状部１３に対し反対側から所定深さに形成されている。筒状部１３には、底部１４側の取付穴２１の穴底と筒状部１３の内側とを連通させる通路穴２３と、開口１２側の取付穴２２の穴底と筒状部１３の内側とを連通させる通路穴２４とが形成されている。二カ所の取付穴２１，２２にはリザーバタンクの二カ所の給排部が嵌合されることになり、これにより、通路穴２３，２４を介してリザーバタンクの内部とアルミニウム合金部材１１の内部とが連通可能となる。

図示は略すが、アルミニウム合金部材１１には、底部１４側にセカンダリピストンが、開口１２側にプライマリピストンが、それぞれ摺動可能に嵌合される。セカンダリピストンは、アルミニウム合金部材１１の底部１４側の部分との間にディスクブレーキの所定のホイールシリンダにブレーキ液を吐出するセカンダリ圧力室を形成する。プライマリピストンは、セカンダリピストンおよびアルミニウム合金部材１１との間にディスクブレーキの別のホイールシリンダにブレーキ液を吐出するプライマリ圧力室を形成する。

筒状部１３には、底部１４側の内周部にセカンダリピストンを摺動可能に嵌合させる底側摺動内径部２８が形成されており、セカンダリピストンは、この底側摺動内径部２８で案内されて軸方向に移動する。筒状部１３には、開口１２側の内周部にプライマリピストンを摺動可能に嵌合させる開口側摺動内径部２９が形成されており、プライマリピストンは、この開口側摺動内径部２９で案内されて軸方向に移動する。

底側摺動内径部２８の形成範囲における軸方向の中間位置には、通路穴２３の筒状部１３内への開口位置に、底側摺動内径部２８よりも径方向外側に凹む円環状の通路溝３１が形成されている。また、底側摺動内径部２８の形成範囲には、通路溝３１よりも底部１４側に周溝３２が、通路溝３１よりも開口１２側に周溝３３が、それぞれ形成されている。これら周溝３２，３３は、いずれも円環状をなして底側摺動内径部２８よりも径方向外方に凹んでいる。

開口側摺動内径部２９の形成範囲における軸方向の中間位置には、通路穴２４の筒状部１３内への開口位置に、開口側摺動内径部２９よりも径方向外側に凹む円環状の通路溝３６が形成されている。また、開口側摺動内径部２９の形成範囲には、通路溝３６よりも底部１４側に周溝３７が、通路溝３６よりも開口１２側に周溝３８が、それぞれ形成されている。これら周溝３７，３８は、いずれも円環状をなして開口側摺動内径部２９よりも径方向外方に凹んでいる。

周溝３２内には円環状のカップシールが、周溝３３内には円環状の区画シールが配置される。周溝３２内に配置されるカップシールは、セカンダリピストンが底部１４側に前進してセカンダリ圧力室の圧力がリザーバタンクの圧力（大気圧）よりも高くなると、セカンダリピストンとアルミニウム合金部材１１との隙間をシールする一方、セカンダリピストンがスプリングの付勢力で底部１４とは反対側に後退しその際にセカンダリ圧力室の圧力がリザーバタンクの圧力よりも低くなると、セカンダリ圧力室にリザーバタンクから液補給を可能とする。周溝３３内に配置される区画シールは、セカンダリピストンとアルミニウム合金部材１１との隙間を常時シールする。

周溝３７内には円環状のカップシールが、周溝３８内には円環状の区画シールが配置される。周溝３７内に配置されるカップシールは、プライマリピストンが底部１４側に前進してプライマリ圧力室の圧力がリザーバタンクの圧力（大気圧）よりも高くなると、プライマリピストンとアルミニウム合金部材１１との隙間をシールする一方、プライマリピストンがスプリングの付勢力で底部１４とは反対側に後退し、その際にプライマリ圧力室の圧力がリザーバタンクの圧力よりも低くなると、プライマリ圧力室にリザーバタンクから液補給を可能とする。周溝３８内に配置される区画シールは、プライマリピストンとアルミニウム合金部材１１との隙間を常時シールする。

つまり、アルミニウム合金部材１１は、ピストンに対し相対的に摺動する底側摺動内径部２８および開口側摺動内径部２９を有する摺動部材となっている。

このようなアルミニウム合金部材１１の表面を陽極酸化処理して表面に酸化皮膜を形成することになるが、本実施形態の陽極酸化処理方法においては、その前処理として、アルミニウム合金部材１１の表面を化成処理である３価クロメート処理して表面に３価クロメート皮膜を形成する。図２は、アルミニウム合金部材１１の表面を３価クロメート処理する３価クロメート処理装置４１を概略的に示すものである。

この３価クロメート処理装置４１は、３価クロメート処理液Ｌ１を貯留する３価クロメート処理槽４２と、３価クロメート処理槽４２内の３価クロメート処理液Ｌ１の温度を所定の維持温度に維持するように調節する温度調節部４３とを有している。温度調節部４３は、３価クロメート処理槽４２の底部位置に底部を構成するように設けられている。温度調節部４３は、具体的には、設定された維持温度になるように３価クロメート処理液Ｌ１を加熱するヒータである。３価クロメート処理槽４２は、３価クロメート処理を行うアルミニウム合金部材１１の全体を３価クロメート処理液Ｌ１内に浸漬可能な大きさとなっている。

３価クロメート処理液Ｌ１を所定温度に維持するように温度調節部４３を制御しつつ、アルミニウム合金部材１１の全体を３価クロメート処理槽４２の３価クロメート処理液Ｌ１内に所定時間浸漬させる。これにより、アルミニウム合金部材１１の表面に３価クロメート皮膜を形成する。

図３は、３価クロメート処理装置４１によって３価クロメート処理が行われたアルミニウム合金部材１１の表面を陽極酸化処理して表面に酸化皮膜を形成する陽極酸化処理装置５１を示すものである。これらの３価クロメート処理装置４１と陽極酸化処理装置５１とが、アルミニウム合金部材１１に３価クロメート処理を行った後、陽極酸化処理を行う表面処理設備を構成している。

陽極酸化処理装置５１は、陽極酸化処理液Ｌ２を貯留する陽極酸化処理液槽５２と、陽極酸化処理液槽５２内の陽極酸化処理液Ｌ２を攪拌する攪拌部５３と、陽極酸化処理液槽５２内の陽極酸化処理液Ｌ２を所定の維持温度に維持するように調節する複数の温度調節部５４，５４と、陽極酸化処理液槽５２内の陽極酸化処理液Ｌ２に電流を供給する電流供給部５５とを有している。

陽極酸化処理液槽５２は、陽極酸化処理を行うアルミニウム合金部材１１の全体を陽極酸化処理液Ｌ２内に浸漬可能な大きさとなっている。

攪拌部５３は、陽極酸化処理液槽５２の底部から空気をバブル状に噴出させることにより、陽極酸化処理液Ｌ２を攪拌する。攪拌部５３は、外気を取り入れるコンプレッサ６１と、コンプレッサ６１から吐出された圧縮空気を陽極酸化処理液槽５２に導く空気通路６２と、空気通路６２で導かれた圧縮空気を陽極酸化処理液槽５２の底部で水平方向に拡げて全面に形成された図示略の微細穴から陽極酸化処理液Ｌ２内にバブル状に噴出させる噴出部６３とを有している。

温度調節部５４，５４は、陽極酸化処理液槽５２の側壁に設けられている。温度調節部５４，５４は、具体的には、設定された維持温度となるように陽極酸化処理液Ｌ２を冷却するクーラである。

電流供給部５５は、整流器７１と、整流器７１の陰極端子７２に電気的に接続されて陽極酸化処理液槽５２内に陽極酸化処理液Ｌ２に浸漬されて配置される複数の陰極電極７３，７３とを有している。陰極電極７３，７３は、陽極酸化処理するアルミニウム合金部材１１を間に挟むように配置される。整流器７１の陽極端子７４にはアルミニウム合金部材１１が電気的に接続されることになり、陽極酸化処理されるアルミニウム合金部材１１が陽極電極となる。

３価クロメート処理装置４１によって３価クロメート処理が行われたアルミニウム合金部材１１に、陽極酸化処理装置５１によって陽極酸化処理を行う場合、アルミニウム合金部材１１は、整流器７１の陽極端子７４に電気的に接続された状態で陽極酸化処理液槽５２の陰極電極７３，７３間に配置されて陽極酸化処理液Ｌ２内に全体が浸漬される状態とされる。

この状態で、陽極酸化処理液Ｌ２を所定温度に維持するように温度調節部５４，５４を制御しつつ、攪拌部５３により噴出部６３からバブル状に空気を噴出させて陽極酸化処理液Ｌ２を攪拌しながら、電流供給部５５によって陰極電極７３，７３と陽極としてのアルミニウム合金部材１１との間に所定の電流密度で電流を所定時間流す。すると、アルミニウム合金部材１１の全表面に接触する陽極酸化処理液Ｌ２が、アルミニウム合金部材１１の全表面に酸化皮膜を形成する。

以上の陽極酸化処理によってアルミニウム合金部材１１の表面には酸化皮膜が形成される。その後、アルミニウム合金部材１１の表面のうち、ピストンが摺動する底側摺動内径部２８および開口側摺動内径部２９の表面については、円滑化のために研磨処理が行われることになる。

以上に述べた本実施形態によれば、アルミニウム合金部材１１の表面に３価クロメート処理を行った後に陽極酸化処理を行うため、陽極酸化処理条件の管理が煩雑になることを抑制しつつ酸化皮膜を硬くすることができる。

なお、以上に述べた本実施形態では、他の部品と摺動し耐摩耗性を必要とする部分（底側摺動内径部２８および開口側摺動内径部２９）がアルミニウム合金部材１１の表面のうちの内側にある内表面１１ａのみに設けられており、外側にある外表面１１ｂには設けられていない。このため、アルミニウム合金部材１１の内表面１１ａのみに対して３価クロメート処理を行い、その後、内表面１１ａのみに対して陽極酸化処理を行っても良い。つまり、アルミニウム合金部材１１の少なくとも内表面１１ａに対して、３価クロメート処理を行った後に陽極酸化処理を行えば良い。

また、以上に述べた本実施形態では、アルミニウム合金部材１１として、車両用マスタシリンダの有底筒状のシリンダ部材を例にとり説明したが、他の部材（特に金属部材）との間で相対的に摺動する摺動部材であれば、二輪車用のディスクブレーキキャリパのピストン等、他の種々のアルミニウム合金部材に適用可能である。いずれのアルミニウム合金部材に適用する場合も、少なくとも他の部材との間で相対的に摺動する部分に対して、３価クロメート処理を行い、その後、陽極酸化処理を行えば良い。

以上に述べた本実施形態のアルミニウム合金部材の陽極酸化処理方法は、アルミニウム合金部材の表面を陽極酸化処理して前記表面に酸化皮膜を形成する陽極酸化処理方法であって、前記アルミニウム合金部材の表面に３価クロメート処理を行った後に陽極酸化処理を行う。これにより、陽極酸化処理条件の管理が煩雑になることを抑制しつつ酸化皮膜を硬くすることができる。

表１に示すように、本発明の実施例として、ＡＣ２Ａのアルミニウム合金部材の板状のテストピースに対して、上記した３価クロメート処理装置４１により、以下の条件で３価クロメート処理を行った。
・１６０［ｍＬ／Ｌ］の濃度の第１の３価クロメート処理液（３価クロム−ジルコネート系処理液）と、５０［ｍＬ／Ｌ］の濃度の第２の３価クロメート処理液（３価クロム−ジルコネート系処理液）とを適宜混合して、ｐＨが３．５の３価クロメート処理液Ｌ１を得て、これを用いる。
・３価クロメート処理槽４２内の３価クロメート処理液Ｌ１の温度を３０［℃］に維持するように温度調節部４３を制御する。
・３価クロメート処理時間を３．０［ｍｉｎ］とする。

次に、この３価クロメート処理後のテストピースに対して、上記実施形態の陽極酸化処理装置５１により、以下の条件で陽極酸化処理を行った。この陽極酸化処理は、後述の比較例と同様の処理であって陽極酸化処理条件の管理が煩雑になることなく実行できる処理となっている。
・陽極酸化処理液として３４３．６［ｇ／Ｌ］の濃度の硫酸水溶液を用いる。
・陽極酸化処理液槽５２内の陽極酸化処理液Ｌ２の温度を０．０［℃］に維持するように温度調節部５４，５４を制御する。
・電流供給部５５により４．０［Ａ／ｄｍ^２］の電流密度で電流を供給する。
・陽極酸化処理時間（つまり電流供給部５５による電流供給時間）を１８．５［ｍｉｎ］とする。

このような条件で陽極酸化処理を行った実施例では酸化皮膜の硬さ（ＨＶ）が４０１．３となった。

比較例として、実施例と同様のテストピースに対して、従来通り、３価クロメート処理を行わずに、陽極酸化処理装置５１により、実施例と同等の条件で陽極酸化処理を行った。

３価クロメート処理を行わずに陽極酸化処理を行った比較例では酸化皮膜の硬さ（ＨＶ）が３６２．２となった。

つまり、同等の条件で陽極酸化処理を行っても、前工程として３価クロメート処理を行った実施例では、酸化皮膜の硬さ（ＨＶ）が４０１．３となり、前工程で３価クロメート処理を行わなかった比較例では酸化皮膜の硬さ（ＨＶ）が３６２．２となる。よって、前工程として３価クロメート処理を行った方が、前工程で３価クロメート処理を行わない場合と比べて硬度が増すことが分かる。

１１ アルミニウム合金部材
１１ａ 内表面
４１ ３価クロメート処理装置
５１ 陽極酸化処理装置
Ｌ１ ３価クロメート処理液
Ｌ２ 陽極酸化処理液

Claims (1)

1. アルミニウム合金部材の表面を陽極酸化処理して前記表面に酸化皮膜を形成する陽極酸化処理方法であって、
   前記アルミニウム合金部材の表面に３価クロメート処理を行った後に陽極酸化処理を行うアルミニウム合金部材の陽極酸化処理方法。

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