JPH028400A - 陽極酸化皮膜加工用陰極材又は陽極用吊し枠材用複合材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１，産業上の利用分野） 本発明は、一般に行なはれる酸又はアルカリの水溶液を
電解液としてＡＩやＴｉを素材とする製品の表面に耐食
性や発色性の皮膜を化成する目的で陽極酸化を行なう際
の陰極又は陽極側に使用する吊し枠材として好適な複合
材に関する。

２、従来の技術 （１）　陰極材料として従来 １）　　ＡＩ製の板又は押出材 ２〉　鉛又は硬鉛製の板又は押出材 ３）　黒鉛製の板又は管或いは棒 以上の陰極材が使用されている。

Δ」−は耐酸性、耐アルカリ性が低いが塑性及び機械加
工が容易で電気伝導性が優れている上、軽量且安価のた
めに消耗品として大型の電解槽の陰極や陽極の吊し枠又
は電流を導くリード棒に利用される。

第　　１　　表 （２）　陽極吊し枠材として従来 １）　　ＡＩ製の管又は押出し形材 ２）　ステンレス製のく以下単にＳＵＳという）管又は
棒が使用されている。

しかしこれらの素材には夫々特徴があり更に比較のため
素材として　Ｔｉ及び銅、鉄を加えた長所短所を掲げる
と第１表の通りである。なお上記陰極及び陽極吊し枠材
用の素材について詳細を述へると次の通りである。

注　表中　不は不良　中は中間 安は安価　高は高価 ＳＵはＳＵＳ を意味する。

鉛　は塩酸、硝ｗｉ（陽極処理の電解液として使用しな
い）以外の酸、アルカリには耐食性があり加工性も良好
であ゛るが比重が大きく電気伝導度は小さいので伝導性
を良くするため断面積を大きくする必要上重量が大きく
なり大型の電解槽には不向で主として小型の電解槽の陰
極に利用される。

凰−量　　　は耐酸性、耐アルカリ性であるが塑性不良
のため折損し易く且つ比較的に高価なため主に小型や特
殊な電解槽の陰極に利用される。

Σ旦５　は陽極吊し枠材として、ロードバーとの絶縁を
完全に維持すれば漏洩電流のため陽極溶解を起し次第に
消耗し電解液中に溶解して有害なりロムイオン、ニッケ
ルイオンが増加して電解効率を低下したり水洗水が排水
中に混入し公害問題惹起の恐れがない、最近価格も手頃
になり耐アルカリ性１機械性能も良好で加工も容易なた
めに利用される。

（３９本発明が解決しようとする問題点）本発明の複合
材に期待する性能は次の通りである１）　耐酸耐アルカ
リ性 ２）　強靭さ ３）　大きなＥＣ ４）　低価格 ５）　軽量 ６）　耐陽極溶解性 （４８本発明の問題点を解決するための手段）本発明は
、ＡＩやＴ１を酸又はアルカリの水溶液を電解液として
陽極酸化を行なう際には陰極用材料、及び陽極となる被
加工物を吊す枠材には前記（３，）の目的に適する素材
を個々に求めると第２表の通りになるがすべての項目を
−っで満足させる素材はない。

この問題を解決するために先づ軽量化にはＡＩを良好な
ＥＣには銅−Ａｌ−鉄のＩｌｍ、　　しかし価格の点で
は鉄−ＡＩ−銅の順、なお強靭さでは鉄−銅−ＡＩのＩ
ｌ［ｉ、　　価格、ＥＣの点では不適ではあるが耐酸、
耐アルカリ性、耐陽極溶解性９強靭性を兼第 表 ね備えているのはＴｉだけである。従ってＴｉ管を成る
べく薄肉の外皮とし、更に芯材にＥＣを確保するために
ＡＩ、　　銅、又は重量軽減と必要なＥＣと強靭性を維
持するため適当な肉厚の銅、鉄ＡＩ（特にジュラルミン
等の合金）製の棒、管を使用し機械加工等の方法により
外皮を芯材に圧着した複合材として一つの素材で（３，
３，）の各項目を満足させる事が可能となることを見出
し本発明を完成した。しかし乍ら複合材の端末はその侭
電解液中に露出する場合は当然電解液に浸食され、又陽
極測量し枠に利用する場合には苛性アルカリエツチング
液に浸食されたり電解中に電解液に溶解されるので第２
図ａ　に掲げる通り。

（１４）の部分を複合材の両端、又は一端で（１２芯材
）より外皮の（１１Ｔｉ管）を長く仕上げて切断するか
、或いは両端又は一端の芯材を機械加工等により外皮を
残して切削除去して出来る空洞内に熱間又は常温硬化型
のシリコーン系、ポリサルファイド系又はポリウレタン
系等の有機合成シーリング材を充填するか　ｂ　のよう
に、或いは外皮の　Ｔｉ管と同じ径の（１５Ｔｉ円板）
をＴｌ管端に爆接して完全に水密にして目的を達成する
事が出来る。

（５２作用） （５，１）　　陰極の場合　本発明による銅又はＡＩ或
いは鉄製の管、棒を芯材としＴｉ管を外皮に固着させた
複合材は第１図に掲げる通り先づ陽極酸化に必要な電流
は（６陰極側のブスバー）よりＥＣの良好な銅、鉄、Ａ
Ｉの芯材を通してＥＣ不良でも肉厚は薄くその全表面が
比較的に大きいため電気抵抗が少ない状態で電解液中に
第２図　Ｃに示すように貫流する。即ち数字的に説明す
れば芯材管の外径＝Ｄ　　ｃｍ。

肉厚＝ｔＩｃｍ、その断面積Ａは。

Ａ＝＝　（Ｄ−ｔ＋）Ｘｔ＋Ｘｙｔｃｍ２−　　（ａ）
外皮のＴｉ管の肉厚＝ｔ２ｃｍ電解液中の陰極の長さを
Ｌ　　ｃｍとすると浸漬部分の表面積Ｂは。

Ｂ＝ＤＸＬＸπ　Ｃｍ２・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・　（ｂ）で表はされる。理科学辞典によ
ればＡＩとＴｉのｃｍ当りの比抵抗の値は２０℃の下で
はＡＩ・・・・・・・・・・・・２．７５　　Ｘｌ０−
７ΩＣｍＴ１・・・・・・・・・・・・０．４７８Ｘ１
０−’ΩｃｍＥＣは比抵抗の逆数故に夫々のＥＣは ｋＬ・・・・３．６４　Ｘ　　１０７１０７Ｓ　（ｃ）
Ｔｉ・−・−２，０９Ｘ　　１０’Ｓｃｍ・−（ｄ）今
、仮に複合材の寸法として次のように芯材のＡｌ管はＬ
＝１００ｃｍ、ｔ＋＝０．３ｃｍ外皮のＴｉ管はｔ２＝
０．０５ｃｍ、Ｄ＝４．０ｃｍとすると、夫々断面積当
りのＥＣはＡ１のＥＣ・・・・・・・・・・・・・・・
（ａ）Ｘ　（ｃ）＝３．６４Ｘ１０７ｘ　（４，０−０
，３）ｘｏ、３×π ＝４．０４Ｘ１０７πＳｃｍ・・・・・・・・・・・・
（ｅ）ＴｉのＥＣ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・（ｂ）Ｘ　（ｄ）２、　０９Ｘ１０ＡＸ４Ｘ１００π ０、０５ ＝５．　２５Ｘ１０”π３ｃｍ・・・・・・・・・・・
・　（ｆ）ｅ＜ｆ　　従ってＴｉ管の内壁が芯材の外壁
に密着して居れば本発明で利用が考えられる複合材の寸
法では電流がＴｉ管の壁を貫流する方が芯材Ａｌ管の断
面を流れるより容易である事を証明している。従って陰
極として電気的に充分に実用できる（５．　　２） 陽極吊し枠材の場合 本発明の複合材は次に述べる通り第４図に掲げる小型電
解槽で　小型の製品を一度に多量に電解したい時に使用
する吊し枠に適している。その理由としては。

（１）　小形製品を一度に成るべく多量にを行なう場合
第４図に掲げるように小形の製品を、（２゜小型電解用
ロードバー）−（２３ＡＩのリード線）−（２４加工品
’）　−（２５連結鈎）　−（２４加工品）−（２５連
結鈎）−（２６ゴム紐）　−（２２枠材の下枠）の順に
連結される。

（２）　　（２２吊し枠）は（２６ゴム紐）による張力
が上記（１）の連結方法で常に強力なたわみの力がロー
ドバーに向かって掛かるので機械的な強度を必要とする
。

（３）　枠自体には電流を流せば寧ろ電力の浪費となり
電解効率を低下させるのでＡ−Ａ断面の＜２７　　絶縁
材）を挟み（２１接続金具“特′）によって　（２０小
型ロードバー）とく２２　　吊し枠）を　（２８ボルト
、ナツト　〉によって充分に締付けて電気的絶縁と機械
的連結を強固にする。

（２９止金）で（２２吊し枠）が下にずり落ちることを
防止する。また仮に何かの理由で電流が漏洩しても表面
のＴｉは陽極溶解を起さない。

（４）　電解の前処理としてのアルカリエツチング処理
の際に外皮のＴ１は耐アルカリ性が大きいので侵されて
ＡＩのように消耗する事はない。

従って吊し枠材としては例へば鋼管又は鋼棒を芯材とし
てＴｉを外皮とした複合材が最適である。

（５，３）複合材端末の水密　陰極又は吊し枠材に複合
材を使用する場合、その端末が電解液又はエツチング用
苛性ソーダ液中に浸漬される場合にはく３．４　　本発
明の問題点を解決するための手段）　で述べた通り第２
図　ａ　又は　Ｃに掲げる通り熱間又は常温硬化型のシ
リコーン系ポリサルファイＦ系又はポリウレタン系の有
機合成成シーリング材をメーカーの仕様に従って複合材
の端末に充填するか或いは外皮のＴｉ管と同じ径のＴｉ
製円板を外皮のＴｉ管壁に溶接して水密化する事により
目的を達成する事が出来る。

即ち水密が不充分の場合には先づ端末より侵入した電解
液又はエツチング液等は芯材の端末を浸食する外、外皮
と芯材の間隙より水圧と毛細管現象の両性用によって次
第に深く侵入し芯材と外皮の間に電解液又は電解質が介
在して局部電解を惹起し２発生するガスにより外皮と芯
材の間隙が益々大きくなって折角芯材を通って供給され
る電流が電解液中に伝導しなくなる。しかしシーリング
材とＴｌ管壁の密着が完壁であれば１例えばシーリング
材の規格によれば硬化後のシーリング材の接着力は４〜
１５Ｋｇ／ａｍ２とあり従ってセン断応力はその１７３
として１．３〜５Ｋｇ／ｃｍ２と考えられるので水深８
ｍの電解槽底の水圧は電解液の比重を考慮して１．０Ｋ
ｇ／ｃｍ２とすれば仮に複合材の直径を５ｃｍとしてそ
の断面積は外皮の肉厚を無視すれば。

２．５２π＝１９．６　　ｃｍ２どなる。

それにかろ水圧は１９．５ＸＩＫｇ・・曲’　”’　”
・ａセン断応力は５πＸ１．３＝２０．５Ｋｇ−ｂａ＜
ｂ 故に水圧によって破断する恐れはない、寧ろ第２図　に
　に示すようにすればシーリング材は弾性があるため底
から圧縮された力は外皮内壁を外側に押広げる力となっ
て益々密着して、水密性を向上する２以上の処置によフ
て本発明の複合材を陰極又は陽極側吊し枠に使用しても
電流はＥＣが大きいＡＩ、　　銅、或いは鉄製の管棒を
芯材とし耐食性又は耐陽極溶解性の優外皮とした複合材
の端末をシーリング材を充填又はＴｉ円板を溶接して完
全水密を維持する事によって完全なる陽極酸化加工用の
陰極或いは陽極側の吊し枠として陽極溶解も苛性アルカ
リに溶解もされず機能を発揮し且耐用命数が半永久の素
材を提供する事が出来た。

り６．実　施　例） （陰極材の実施例） 本発明による製品の陽極酸化皮膜加工のための設備に利
用した実施例として先づ、第１図に掲げるように長さ８
　　ｍ、　　深さ２　　ｍ、　　輻０．６ｍの電解槽で
は槽の上部長手側面に設置された（６陰極ロードバー）
より（７接続金具）を経て電解、液中に６　　ｃｍの間
隔て片側に各々７０本づつ槽壁近く並べた外径５　　ｃ
ｍの（３陰極）は。

電解槽の底より１０　Ｃｍ上まであるような長さで肉厚
が０．０５ｃｍのＴｉを外皮とし芯材ここ。

肉厚が０．４ｃｍのＡＩ管を使用し、各端末をシーリン
グ材により充分に水密加工した複合材を使用し槽の中央
にはく４　陽極側ロードバー）より電気２機械的に完全
に結合させたＡＩ！ＩＩの（５リート材）に（２加工品
）を固定い　定電圧又は定電流方式により所定の電流、
或いは電圧で陽極酸化加工を行なフた。

（陽極吊し枠材の実施例） 第４図に掲げる通り長さ２　　ｍ、　　幅Ｑ、　　８　
　ｍ。

深さ１　ｍの小型の電解槽で（２０小型ロートノ（−）
に（２１接続金具“特′）によって機械的ζこ固定し絶
縁された。外径３．０６　　Ｃｍ、　　外皮ζこ０．０
３　　ｃｍ厚さのＴｉ管を、芯材ζこ外径　３ｃｍの鋼
管を使用したＵ字形に曲げた（２２　　吊し枠）に（２
０小型ロードバー）−（２３ＡＩの１ノード線）　−（
２４加工品）　−（２５連続鈎）−（２４加工品）　−
（２５連続鈎）−（２６ゴム紐）−（２２吊し枠）とロ
ードバーより直接通電を行なうようにした陽極吊し枠と
して利用した。

本発明を図面により次の通り説明すると先づ、第１図　
は本発明の一つの実施例を示すもので大型の電解槽の横
断面で（８電解槽壁）両側に　数ｃｍ隔てた位置に（６
陰極ロードバー）より（７接続金具）を介して（３陰極
）として直径　５ｃｍの複合材を６　　ｃｍの間隔で並
列させて（ｌ電解液）中に固定させ、断面中央の（４陽
極ロードバー）に（５リード材）として適当な断面のＡ
ｌ形材を電気的９機械的に加工品の形状により２本又は
数本を強固に装着しく２　加工品）を接触固定して一般
に酸又はアルカリの水溶液中常温で定電圧又は定電流法
によって電解を行なう状態を示している。　　電解加工
により昇温した電解液は（９側溝）より出て熱交換器で
冷却され（１０注液管）より（ｌ　電解液）中に戻り所
定の液温を維持する。状況を示している。

第２図　は本発明の複合材を陽極酸化加工に使用する場
合にその端末が電解液に浸食される事を防止する目的で
端末の水密加工の状態を示す、ａ図は端末の縦断面で（
１２芯材）の一部を除去して外側の薄肉の（１１Ｔｉ管
）だけを残し出来た空洞中の（１２芯材）端末に外管内
径より少し小さい直径のＡ！等の（１３円盤）を置きそ
の上にシリコーン系の（１４シーリング材）をメーカー
の仕様に従って充填した状態を示している。ｂ図は　ａ
　回向様に芯材の端末を除去してから外皮の（１１Ｔｉ
管）端末に同じ径の（１５Ｔｉ円盤）を爆接して水密に
した状態を示す。Ｃ図は複合材の芯材中を通電た電流が
外の（１１Ｔ’ｉ管）肉を貫流して電解液中へ出て行く
状態を示い　又シーリング材の底にかかる水圧が外管壁
を押しつける状態を示す。

第３図　は陰極に使用する複合材と陰極側ブスバーとを
（１９接続金具）によって機械的、電気的に装着する際
の結合方法の１例で複合材の上の端末を長さ数　ｃｍ、
　　深さ１〜２ｍｍばかり外皮共に削り取った上、芯材
に（１６ネジ）切りを行ない（１９接続金具）に（１６
ネジ）径より少し大きい孔を明けて（１６ネジ）部分を
通い　同じネジ径の（１７袋ナツト）（１８ワッシャー
）によって強く絞め付は固定し電気的２機械的に連結の
−例を示している。

第４図　は主として小型の製品を一般の陰極酸化方法で
電解加工をする場合に使用する陽極吊し枠に利用した一
例でこの場合は複合材に通電すれば電力の浪費となるの
で図中Ａ−Ａ断面に示す通り（２０小型ロードバー）を
包むように（２７絶縁材）を隔て（２１接続金具１特′
）を（２８ボルドーナツト）により締め付けてＵ字形に
曲げた（２２吊し枠）を強力に機械的、電気的に結合さ
せて（２４加工品）を（２０小型ロードバー）　−（２
３ＡＩリード線）　−（２４加工品）　−（２５連結鈎
）−（２４加工品）　−（２５連結鈎）　−（２６ゴム
紐）　−（２２吊し枠）と加工品の固定と直接に電流を
（小型ロードバー）より供給する状態を示している。Ａ
−Ａ断面は（２１接続金具）は（２７絶縁材）で一般に
硬質ゴム板、軟質塩化ビニール板等の耐薬品性でやや柔
軟性の絶縁用素材を使用しく２２　　吊し枠）と（２０
小型ロードバー）を挟み（２８ボルト、ナラ））（２９
止め金）により（２０小型ロードバー）と（２２吊し枠
）を電気絶縁と機械的に強固に連結の状態を示している
。

（７，効果） 陰極に使用した場合　本発明による複合材を（６゜実施
例）で述べた通りの外形　５　　ｃｍ、　　外皮に肉厚
　０．０５ｃｍのＴｉ管、芯材に　肉厚０、　４　　ｃ
ｍ、　　長さ２５０　　ｃｍの複合材を一般に行なはれ
ているような硫酸１５％水溶液を電解液として電圧　２
０　Ｖ、電解時間　５分〜６０分の定電圧方式の陽極酸
化皮膜加工用の陰極とした装着以来１作事になるが使用
した全数に何等の変化は認められない。

陽極吊し枠に使用した場合　（６，実施例）で述べたよ
うに第４図に掲げる方法で外径３　　ａｍのＪＩＳ　　
Ｃ４０５１に規定される丸棒（鋼材）に肉厚０．０５　
　ｃｍのＴｉ管を被覆した複合材をＵ字形に曲げて陽極
吊し枠３組作威しを比較的小形のＡｌ製品の陽極酸化加
工の加工用に使用し後も何等の変化も認められない。

【図面の簡単な説明】

第１図は２本発明の陽極酸化皮膜加工用電解槽を例示す
３断面図。 第２図は２本発明の芯材が電解液に侵食されるのを防止
する陰極の構造を例示する断面図。 第３図は本発明の電解槽における陰極と接続金具の結合
構造を例示する断面図。 第４図は本発明の陽極吊し枠の使用状態と小型ロードバ
ーの結合を例示する図である。 （本発明は特定の複合材を仕様した陰極材又は陽極吊し
枠材の発明であるが、簡単のためそれを簡略して記載し
た。） 次に図面中の主な部品の符号と名称を示す８１図 １　　電解液　　　　２　加工品 ３　　陰極　　　　　　４　陽極ロードバー５　　リー
ト材　　　６　陰極ブスバー第２図 １１　　　Ｔｉ管　　　１２　芯材 １４　シーＩノング材　１５　　Ｔ１円板第３図 １６　ネジ １８　ワッシャ 第４図 ２０　小型ロードバー ２３　　Ａｔのリード線 ２４　加工品 ２７　絶縁材 袋ナツト 接続金具 吊し枠 連続鈎 ゴム紐

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）酸又はアルカリの水溶液中でアルミニウム及び／又
   はアルミニウム合金（以後単にＡｌという）又はチタニ
   ウム及び／又はチタニウム合金（以後単にＴｉという）
   より製作された製品の表面に陽極酸化を行なう際の陰極
   又は陽極用吊し枠材であって電気伝導度（以下単にＥＣ
   という）が大きく機械的性能も良好な銅、Ａｌ、鉄又は
   その合金より製作された管もしくは棒を芯材とし、ＥＣ
   は低いが耐食性が大きいＴｉを素材とする管を機械加工
   により圧着させてなる事を特徴とする陽極酸化皮膜加工
   用陰極材又は陽極吊し枠材用複合材。 ２）前記複合材が、電解液中に浸漬する場合、複合材の
   端末に露出する芯材が電解液や苛性ソーダ液との接触に
   よる浸食を防止するために機械加工の際に外側のＴｉ管
   の一端又は両端を芯材より長く仕上げるか又は複合材の
   一端又は両端を機械加工によって芯材を数ｃｍ削り取り
   端末の空洞部に熱間又は常温硬化性のシリコーン系、ポ
   リサルファイド系又はポリウレタン系の有機合成シーリ
   ング材を充填するか或いはＴｉ管端に同一の径のＴｉ円
   板を熔接して水密化を施したものである特許請求の範囲
   第１項記載の陰極材又は陽極用吊し枠材用複合材。