JPH06500362A - 電解処理のための電流発生および制御システムの改善法 - 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】 発明の名称 電解処理のための電流発生および制御システムの改善性技術分野 本発明は、従来の電解着色法、不透明化法、グレーの領域を得る方法およびアル ミニウム光学干渉着色法のような電解法において用いられる電流制御系における 多くの改良に関する。これらの改良点は、電流制御系等を必要とする他の分野に おいても適用可能であることは明らかである。

発明の背景 アルミニウム電解着色法を充分満足に行うためには、印加される電流の制御を終 始精密に行う必要がある。

したがって、例えば、スペイン特許代４９８，５７８号および対応米国特許第４ ．４２１，６１０号では、アルミナまたはアルニウム合金エレメントに対する処 理のための前述した電界着色法では、ピーク電圧が２５ないし８５Ｖの範囲にあ り、電流密度が単位面積当たり０．３Ａ以下の第１の相が印加される。

より詳しくは、このような交流電圧を得るために、多相の回路網または多相の回 路網の二次巻き線を有する変圧器が用いられ、同じ導通角でもって正および負の 半サイクルを導通させ、必要時には同時に変化され、その導通角はりバースシャ ント型のサイリスタまたはトライアックによって制御される。

サイリスタの導通角のコントロールは明らかに平均電圧を制御するが、ピーク電 圧を制御しない。従って得られる結果は許容し得るが、最も有効であるとはいえ ない。

多くの解決策がマニホールド溶液を電解着色方法に関する限り、提案されている が、すべてに共通する本質的な問題はバｙトに供給する電流を好適にフントロー ルすることの困難性である。

更に、理論的な観点から、不透明化方法は電解方法り同様に、陽極フィルムの転 移が同様の不透明化を可能にすることが知られているが、そのようなプロセスは 、実際には非常に小さい電圧、例えば３ボルト以下でかつ更に特定の値を要求す る。現在のところその要求限界内に維持することが可能な電流制御手段は存在し ない。

光学干渉アルミニウム着色方法も知られているが、上記問題点はより以上に深刻 で、電圧の所望範囲内で電圧値の少しの変化が得られる色の変化をもたらす。

そのためにこのシステムは、異なる負荷特性および実際の電圧降下における変化 および所望の色の変化をもたらす負荷電圧の変化のいずれにもおいて、工業的に 開発されていない。

従って、電解方法に与えられる電流を制御する手段がないという事実はこの分野 における進展を大きく阻害することは疑いない。

異なるアルミニウム電解着色システムの困難性を把握するためにあらかじめ陽極 化されたアルミニウムに交流を与えた時に起こる現象を知ることは重要である− 　正のハーフサイクル中には陽極フィルム空隙に沈着はない。電流の通過を引き 起こす電圧をかけた時、酸化が起こりフィルムバリヤー厚さに増加が起こる。

最終的なフィルムバリヤー厚さはピーク印加電圧に比例する。

−負のハーフサイクル中にはＷデポジションが起こる。一方、金属カチオンの沈 着が金属粒子の形成により起こる。例えば：Ｓｎ’　＋２ｅ−−−３ｎ 更に、プロトンのデポジションが電解中に起こり、原子状水素を生成する。

Ｈ”＋１ｅ−−−Ｈ プロトンの空隙底への移行のスピードは印加電圧および電流密度に依存する後者 はまた総回路全体のインピーダンスに依存する（米国特許４，４２１，６０２の 電気モデル、すなわちその第１図参照）。

フィルムバリヤーの半導体的性質のために、原子状水素は低い電圧、例えば２〜 ４ｖで形成する。より高い電圧を印加し、電流を増大させると、この水素は異な って作用する。

Ａ）ＧＨ＋ＡＩ、○ｓ　２Ａ　ｌ　”　＋　３Ｈｔ　Ｏａ）の反応は７〜８Ｖ以 下の電圧で起こる。

ｂ）およびＣ）の反応は８ｖを超過する電圧で起こる。

水素の運動エネルギーが非常に高い場合、あるいはフィルムバリアー抵抗が弱い 場合には、水素はフィルムバリアーを通過でき、反応Ｃ）が金属−酸化物界面で 起こる。このような場合、水素分子の蓄積によって生じる圧力は、破砕の原因に なる場合がある。

水素によって生じるこれらの３種の作用は、負の半サイクルにおいて印加される 電圧を正確にコントロールすることによって制御することができる。正の半サイ クルに印加する電圧は、サーキットのインピーダンスを制御下に置くのと同時に 調節しなくてはならない。

よって： ａ）によって、細孔の底をこのフィルムバリアーが不透明となるよう調整するこ とができ、あるいはフィルムバリアーの直径および厚みが、最適な光学干渉呈色 がその後に得られるように調節される。

ｂ）によって、孔の底における金属粒子の生成が強化される：カチオン類、例え ばＳｎ”。

作用Ｃ）は分離したポジティブハーフサイクル電圧コントロールによって制御す ることができ、このためフィルムバリアーの厚みは増加し、よって抵抗性が増加 し、破砕を避ける。

これら３つの作用を分析すると、正および負の半サイクルの電圧および電流を分 離して制御することが必要であることが明らかに導かれる。

電気的着色工程において、電流の通過は通常、電気回路に印加される電圧を調節 することによって間接的に調節され、制御されている（米国特許第４，４２１゜ ６１０号の図１参照）。この調整は時間に対して電圧を直線的に変化させるプロ グラムによって行われる。

電圧は回路のインピーダンスの変化によって変えるべきである。回路のインピー ダンスの変化が直線的でない場合は、電圧の変化もそうすることができない。

それゆえ、この工程中の、関連の回路のインピーダンスの変化と同じ数学的アル ゴリズムを電圧の調整プログラムに適応する必要がある。

発明の詳細な説明 ここで用いられる電流調節システムの改良は、先に述べた問題点をすべて解決し 、印加される電圧を、いつでもこの理論的工程が実施される際の要求にあうよう 、正確に調整することができる。

さらに詳しくは、そして上記に到達するため、この改良には、各単巻変圧器に正 しく調節された半波整流器が設置してあり、生じる電圧の正の半波を一方の単巻 変圧器から、そして負の半波をもう一方の単巻変圧器から得ることができる２つ の、分路となった単巻変圧器を有する。

これらの双方の単巻変圧器は、理論的にも、短絡の問題に結びつく位相変移を受 ける。その回路の端部には、前述した整流器内のサイリスタの導通角度が安全に 遮断され、特に、位相反転領域近傍の正および／又は負の半波に影響を及ぼす。

該構造を補足するため、本発明の他の特徴でもあるが、電流制御システムには、 数理アルゴリズムによって実行されるべきプロセスに適した適当な操作プログラ ムを有するマイクロプロセッサが設けられ、該マイクロプロセッサは、バットに 対する入力部でセンサーを介して充分に確定される時はいつも、負荷に印加され るべき電圧を読み取り、電圧が確定されたパターンから逸脱すると、単巻変圧器 および半波整流器からなる制御手段に作用し、負荷に印加される電圧または電流 の充分な精度を達成するために、かかるエレメントにおいて適切な修正を行う。

図面の説明 本発明の特徴を充分に説明しかつ完全に理解させるため、明細書に図面を添付す るが、それは説明のためのものであって、完全に包括的ではない。

図１は電解プロセス用の改良された電流制御システムを示す図である。

図２は可能電圧値変化を示す第１の単巻変圧器用電圧／時間線図である。

図３は図２と同じであるが、第２の単巻変圧器用電圧／時間線図である。

図４は第１の半波整流器を通過後の第１の単巻変圧器用電圧線図である。

図５は図４と同じであるが、第２の単巻変圧器用電圧線図である。

図６は図５と同じであるが、バｙ）に対するインプット、すなわち両方の単巻変 圧器の合計を示す図である。

図７は図６と同じであるが、実際に起こり得る両方の単巻変圧器間の位相差を示 す線図である。

図８は図７と同じであるが、図７と反対方向の位相差に関する線図である。

図９は図７および図８における問題を回避するために、適当なカットを有するサ イリスタ導通角を付与した後の図６の電圧線図である。

図１Ｏは図９の電圧波カット時の両方の単巻変圧器間の位相差および短絡効果を 示す線図である。

図１１は電解呈色システムの１つの具体例の電圧／時間線図である。

図１２は隠蔽システムの１つの具体例の電圧／時間線図である。

図１３は図１１および図１２と同じであるが、灰色電解呈色用の線図である。

図１４は図１〜図１３と同じであるが、光学干渉予備呈色相馬の線図である。

図１５は青色着色の場合のもう一つの電圧／時間ダイアグラムである。

本発明の好ましい具体例 上記の図において、特に図１において、本発明の主題である電流制御システムの 改善法が示されている。このシステムは、与えられた位相（３）に分路した単巻 変圧！（１）（２）の使用を含み、この単巻変圧器の一次には、コイル数を自動 的に切り替える通常の調整器（４）を備え、一方、単巻変圧器の二次には、半波 整流器（５）（６）が反対の位置にあり、整流器（５）が単巻変圧器（１）の負 の半波を抑圧し、整流器（６）は単巻変圧器（２）の正の半波を抑圧し、かかる 単巻変圧器および半波整流器は、電解バット（８）への入力部または接続部を示 す端子（７）に分路されており、端子の一つは負荷（９）に接続され、他は対向 電極（１０）に接続される。

マイクロプロセッサ（１１）は、数学的アルゴリズムを採用した適したプログラ ムを用いて、接続線（１２）を通してバット（８）への入力部（７）での電圧を 継続的に制御し、予知される理論的な値に関して、電圧および電流のいずれかの 方向への偶発的なドリフトを検出することで、単巻変圧器（１）および（２）の 調整器（４）および整流器（５）（６）へ理論的、それ故、最適なリセットを与 える。

この構成によれば、図２で示した対称で可変の正弦波が、調整器（４）を介して 単巻変圧器（１）の出力部に得られ、単巻変圧器（２）の場合には、図３で示し た対称の正弦波が得られる。

半波整流器（５）は、図４に示したように、単巻変圧器（１）の負の半波を抑圧 し、半波整流器（６）は単巻変圧器（２）の出力部において正の半波に対して同 じことを行う。双方の単巻変圧器が分路供給されるので、図６に示したように、 対称な正弦波がそれらの共通出力部（７）に生じる。これらの電圧の合成が図４ および図５に示される。

実行時および、実際の電解装着を処理しない問題故に、双方の単巻変圧器に生じ た電圧に、図７で示した方向または図８に示した反対方向への位相差があり、こ のような端部に対して、半波整ｆｆｉ器（５）および（６）にあるサイリスクを 作用させることにより、正および負の半波の双方には、図９に示したように、電 圧の０値に近接した領域が僅かにカットされ、それ故、上述した位相差の場合に 、図１０に示したように、このようなカットが反対方向の電圧の重なりを阻止し 、このような部分的な重なりに起因する短絡を阻止する。

実施例 に曳凱よ：ブロンズ電解着色 陽極酸化相：処理されるべき要素を、１８０ｇ／Ｉの濃度で硫酸を含有するバス 中、２０°Ｃの温度で、１．５Ａ／ｄｍ”の電流密度で３５分間予め陽極酸化し た。

着色相：陽極酸化された要素は Ｓｏ、Ｎｉ・７Ｈ，０３５ｇ／Ｉ ＳＯ，Ｓｎ　１０ｇ／１ ０−フェノールスルホン酸　２ｇ／Ｉ ＳＯ，Ｈ，１５ｇ／ｌ を含有するバス中で電解着色し、そして図１１に示したような非対称交流電圧を 印加した。

以下の色が以下の時間で得られた。

薄いブロンズ　１゛ 中間のブロンズ　２′ 濃いブロンズ　３′ 黒いブロンズ　１０’ Ｘ度匹主＝グレーの電解着色 陽極酸化相：処理されるべき要素を、 ＳＯ，Ｈ，１８０ｇ／ｌ グリセリン　３ｇ／ｌ シニウ酸　５ｇ／ｌ エチレングリコール　１ｇ／ｌ を含有するバス中、以下の条件下： 電流密度　１．７Ａ／ｄｍ言 温度　２０℃ 時間　４０分 子め陽極酸化した。

不透明相：処理されるべき要素を、 ＳＯ，Ｈ，１５０ｇ／ｌ シニウ酸　２０ｇ／ｌ グリセリン　３ｇ／ｌ Ａｌ３”　２５ｇ／ｌ を含有するバス中、２０°Ｃの温度で予め陽極酸化した。

図１２に示された非対称交流電圧を印加した。この図はそれぞれハーフサイクル （ｈａｌｆ−ｃｙｃｌｅ）ＡとＢの電圧変動を示す。

１０分後、均一な光沢のない白っぽいフィルムが得られた。

着色相：不透明にされた要素は ５ＯａＮｉ・７Ｈ，０３５ｇ／Ｉ ＳＯ，Ｓｎ　Ｌｏｇ／１ ０−フェノールシルホン酸　２　ｇ、ｌ　ｌ５ｏ４Ｈ，１５ｇ／ｌ を含有するバス中で電解着色し、そして図１３に示した非対称交流を印加した。

この図はそれぞれハーフサイクルＡとＢの電圧変動を示す。以下の色力似下の時 間で得られた： 衷應匹止光学的干渉着色（青色） 陽極酸化用：ｓＯ，Ｈｔ　ＩＢ０９／Ｑ、’；ｆ＋）４ｒｔ’）７３９／Ｑ、” ユ’４５９／１２およびエチレングリコール１ｇ／Ｑ含有する洛中において、被 処理エレメントを下記の条件下であらかじめ陽極酸化した： 電流密度　１．７Ａ／ｃｍ’ 温度　２０°Ｃ 時間　４０分間 前着色相：陽極酸化したエレメントを、下記の成分を含有する浴中において処理 した（浴温２０℃）： ＳＯ，Ｈ，１５０９／１２ シュウ酸　２０ｙ／Ｑ 図１４に示すような非対称交流電圧をエレメントに印加した。図１４は、半サイ クルＡとＢの電圧変化を別々に示す。１０分後に処理を停止した。

着色相二上記の前着色処理に付したエレメントを、下記の成分を含有する浴中て 着色した： Ｓ　Ｏａ　Ｎ　＋・７Ｈ，Ｏ３５９／ＱＳＱ、（ＮＨ，）、　２０ｇ／ρ ＢＯ，Ｈ，３０９／１２ ＳＯ，Ｍｇ　５ｇ／Ｑ ＳＯ，Ｈｔ　ｐＨが４．２〜４７になる量図１５に示すような非対称交流電圧を 印加した。図１５は、半サイクルＡとＢの電圧変化を別々に示す。この着色処理 を２分間おこなったところ、濃青色が発現した。

本発明による装置に関する以上の説明によれば、本発明の全範囲とこれによって もたらされる利点は当業者によって十分に理解される。

エレメントの材質、形管、寸法およびレイアウトは、本発明の本質的特徴を改変 しない範囲内で適宜選定すればよい。

本発明を説明するために使用した用語は、限定的に解釈されるべきてなく、広義 に解釈されるべきである。

ＦＩＧ、−１ （０，） （ｂ） １−俣′ ＦＩＧ、−１２ 縁　砧 国際調査報告 フロントページの続き

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）電解処理のための電流発生および制御システムの改善法であって、特に、 同一の位相に分路された二つの単巻変圧器（１）および（２）の使用を含み、各 々には、コイル数を自動的に制御するために駆動され、かつ常時操作される調整 器（４）を備え、一方、この単巻変圧器（１）および（２）の二次には、半波整 流器（５），（６）を備え、特にこれらの整流器は逆の半波で動作し、一方の整 流器が単巻変圧器で発生した電圧の負の半サイクルを抑圧している時、第２の整 流器他の単巻変圧器よりの電圧の正の半サイクルを抑圧し、これにより、双方の 単巻変圧器の一致するバット（８）への入力部（７）に、対称もしくは非対称の 正および負の半波を有する正弦波電圧を発生させ、この正弦波は、個別に調整で き、かつ、入力部（７）での信号を継続的に検出し、かつ、単巻変圧器（１）お よび（２）に作用する調整器（４）と、半波整流器の一部を構成するサイリスタ （５）および（６）との双方を制御する、マイクロプロセッサ（１１）の働きに より、数学的なアルゴリズムによって電流の制御および調整が行われことが予知 されることを特徴とする電気的処理のための電流発生および制御システムの改善 法。 （２）半波整流器に備えられ、双方の単巻変圧器を出力電圧を制御する、上記サ イリスタ（５）および（６）は、それぞれ正および負の半波をそれらの終端、つ まり、半サイクル毎に０電圧値にクロスする点にて遮断することで、正の位相変 移に基づき、反対方向の半サイクルのオーバーラップを阻止する、請求の範囲第 １項記載の電解処理のための電流発生および制御システムの改善法。