(57)【要約】【課題】電気製品や自動車などに使用する大型部品であっても、大型の炉が不要となり効率的な生産が可能なパターン転写方法およびパターン付金属素材の製造方法を提供すること。【解決手段】金属素材の表面に、凹凸形状の転写面を有する型材を押圧して凹凸形状を転写するパターン転写方法であって、前記表面を平滑化する前処理ステップと、前記表面を脱脂する脱脂処理ステップと、前記表面を洗浄する洗浄処理ステップと、前記表面の内少なくとも前記型材が押圧される転写領域を、局所加熱手段によって局所加熱する局所加熱ステップと、前記転写領域に前記型材を押圧して凹凸形状を転写する転写ステップと、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属素材の表面に、凹凸形状の転写面を有する型材を押圧して凹凸形状を転写するパターン転写方法であって、
前記表面を平滑化する前処理ステップと、
前記表面を脱脂する脱脂処理ステップと、
前記表面を洗浄する洗浄処理ステップと、
前記表面の内少なくとも前記型材が押圧される転写領域を、局所加熱手段によって局所加熱する局所加熱ステップと、
前記転写領域に前記型材を押圧して凹凸形状を転写する転写ステップと、を有する、
パターン転写方法。
【請求項２】
前記局所加熱手段は、
前記転写領域にパルス電流を印加するパルスパワー発生装置である、
請求項１記載のパターン転写方法。
【請求項３】
前記型材は、
少なくとも前記転写面が絶縁物で構成されている、
請求項１記載のパターン転写方法。
【請求項４】
前記パルスパワー発生装置は、
前記転写領域の周辺位置近傍に高電圧側電極、アース側電極を設置してパルス電流を印加する、
請求項２記載のパターン転写方法。
【請求項５】
前記局所加熱するステップは、
絶縁性液体中で行う、
請求項２記載のパターン転写方法。
【請求項６】
凹凸形状の転写面を有する型材によって、表面に凹凸形状のパターンを転写されたパターン付金属素材の製造方法であって、
金属素材の表面を平滑化する前処理ステップと、
前記表面を脱脂する脱脂処理ステップと、
前記表面を洗浄する洗浄処理ステップと、
前記表面の内少なくとも前記型材を押圧する転写領域を、局所加熱手段によって局所加熱する局所加熱ステップと、
前記転写領域に前記型材を押圧して凹凸形状を転写する転写ステップと、を有する、
パターン付金属素材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、局所加熱によって、金属表面に凹凸パターンを転写する方法、およびパターンが転写されたパターン付金属素材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミニウム箔のような金属シートや金属缶に直接微細な凹凸パターンを転写する方法がある。例えば特許文献１に開示された微細な凹凸を転写する方法は、印刷ロールにパターンを転写し、ロール表面を少なくとも金属缶など被転写物の表面硬度よりも４〜５倍の硬度にする。この印刷ロールを約７５℃〜２２５℃まで加熱して、１ｃｍあたり、１９７〜２７６ｋｇの圧力で押圧し、微細な凹凸パターンを被転写物に転写する。
【０００３】
また、樹脂プレートに微細な凹凸パターンを転写する方法もある。例えば特許文献２に開示された微細な凹凸パターン素子の製造方法は、金型と樹脂製の素子材料を加熱ヒーター付のパレットへ設置する。金型、素子材料とも加熱された後、金型が素子材料へ押し付けられ、金型に加工された微細な凹凸パターンが素子材料へ転写される。
【特許文献１】特表２００２−５０８５３９号公報
【特許文献２】特開２００８−１２９０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アルミ缶のような小さい被転写物は熱容量が小さい。また、樹脂製の素子材料のような被転写物は、比較的低い温度で軟化するため加熱しやすい。よって、これらの被転写物は、容易に転写性を向上させることができる。しかしながら、電気製品や自動車などに使用する大型部品では、被転写物を加熱させるには大型の炉が必要である。また、加熱時間も長くなり生産性が著しく低下してしまう。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電気製品や自動車などに使用する大型部品であっても、大型の炉が不要となり効率的な生産が可能なパターン転写方法およびパターン付金属素材の製造方法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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明のパターン転写方法は、
金属素材の表面に、凹凸形状の転写面を有する型材を押圧して凹凸形状を転写するパターン転写方法であって、
前記表面を平滑化する前処理ステップと、
前記表面を脱脂する脱脂処理ステップと、
前記表面を洗浄する洗浄処理ステップと、
前記表面の内少なくとも前記型材が押圧される転写領域を、局所加熱手段によって局所加熱する局所加熱ステップと、
前記転写領域に前記型材を押圧して凹凸形状を転写する転写ステップと、を有する。
【０００７】
また、本発明のパターン付金属素材の製造方法は、
凹凸形状の転写面を有する型材によって、表面に凹凸形状のパターンを転写されたパターン付金属素材の製造方法であって、
金属素材の表面を平滑化する前処理ステップと、
前記表面を脱脂する脱脂処理ステップと、
前記表面を洗浄する洗浄処理ステップと、
前記表面の内少なくとも前記型材を押圧する転写領域を、局所加熱手段によって局所加熱する局所加熱ステップと、
前記転写領域に前記型材を押圧して凹凸形状を転写する転写ステップと、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によるパターン転写方法、およびパターン付金属素材の製造方法によれば、被転写物である金属素材を局所加熱させるため、電気製品や自動車などに使用する大型部品であっても、大型の炉が不要となり効率的な生産が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、金属表面への凹凸パターン転写の実施形態について図面を参照して説明する。なお、実施の形態において同じ符号を付した構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明を省略する場合がある。
【００１０】
（実施の形態）
本実施の形態において、金属表面への凹凸パターン転写の方法およびパターン付金属素材の製造方法について説明する。
【００１１】
図１は、本実施の形態におけるパターン転写装置のブロック図である。
【００１２】
パターン転写装置１０は、パルスパワー発生装置１００および被転写物であるアルミニウム材２０にパターンを転写させるための凹凸形状を有する型材２００を具備する。
【００１３】
パルスパワー発生装置１００は、直流電源（図示せず）、コンデンサ（図示せず）、スイッチ（図示せず）などから構成されるパルスパワーシステム１１０、高電圧側電極１２０およびアース側電極１３０を具備する。
【００１４】
次に、アルミニウム材２０へのパターン転写方法について説明する。
【００１５】
図２は、本実施の形態におけるアルミニウム材２０へのパターン転写のフローチャートである。
【００１６】
第１のステップ（図２ではＳ１と示す。以下同様。）では、アルミニウム材２０に加工を行う。アルミニウム材２０は装飾する前に、プレス成形、押出成形、溶接、穴あけなどの加工を行う必要がある。
【００１７】
このステップにより、アルミニウム材２０は、最終製品に使用するための形状となる。
【００１８】
第２のステップでは、アルミニウム材２０の前処理を行う。アルミニウム材２０を装飾の目的で表面処理を行う場合には、表面に異物、不純物、酸化皮膜、変質層などが存在すると、後のステップで欠陥が生じ、装飾効果が不均一になる。そこで、第１のステップによる疵、表面荒れの平滑化を行う。
【００１９】
さらに、この第２のステップでは、アルミニウム材２０の表面への装飾として、鏡面仕上げ、ヘアラインや梨地処理などの表面模様やホログラムパターンを付与することもある。ホログラムのような、光の干渉および回折を利用して物体の回折像などの情報を干渉縞の形成で表現するために微小な凹凸を転写する場合には、光の反射率が重要となる。そのため、機械的な研磨や化学的な研磨でアルミニウム材表面を平滑化する必要がある。機械的研磨の方法としては、例えば、バフ研磨により平滑化させる方法があるが、特に工法を限定するものではない。
【００２０】
第３のステップでは、アルミニウム材２０の表面を脱脂する。製造工程上、アルミニウム材２０の表面には、油、樹脂、ほこりなどが付着し、後のステップで欠陥が生じ、装飾効果が不均一になる。これらを除去するため、界面活性剤法、硫酸法、電解脱脂法、アルカリ脱脂法などを用いて、脱脂処理を行う。例えば、電解脱脂法では、１０〜２０グラム／リットルの水酸化ナトリウム溶液に常温で３０秒程度アルミニウム材２０を浸漬させて処理を行う。
【００２１】
第４のステップでは、アルミニウム材２０を洗浄処理する。第３のステップで脱脂処理した時に用いた、脱脂液が残留すると、後のステップで欠陥が生じ、装飾効果が不均一になる。第３のステップで用いた方法により、洗浄方法は異なるが、例えば、電解脱脂法では、アルミニウム材２０を１００〜５００グラム／リットルの硝酸に浸漬して中和し、洗浄処理する。
【００２２】
第５のステップでは、アルミニウム材２０の表面を局所加熱処理する。アルミニウム材２０の表面に型材２００を用いて、転写加工を行う場合には、型材２００を押圧する部分を局所的に加熱させると効率的に転写ができる。以下、局所加熱について、その詳細を説明する。
【００２３】
パルスパワーシステム１１０により発生させたパルス電流は、高電圧側電極１２０、アルミニウム材２０、アース側電極１３０を通って、パルスパワーシステム１１０へと流れる。アース側電極１３０を設置する代わりに、アルミニウム材２０の任意の場所にアースを接続することも可能である。しかし、高電圧側電極１２０を中心とした温度分布となる。よって、型材近くを効率的に加熱させるためには、型材２００を挟み込むように、高電圧側電極１２０とアース側電極１３０を設置することが好適である。
【００２４】
アルミニウム材２０での電流の流れを図３に示す。図中の矢印は電流の流れを示している。アルミニウム材２０のような導電体にパルス大電流を与えると、表層に電流が局在するいわゆる表皮効果があらわれる。このことによって、表層のみが瞬間的に加熱される。例えば、直流電源の電圧を５ｋＶに設定して、コンデンサにエネルギーを充電する。コンデンサの静電容量は、２０μＦとする。このとき、ピーク電流値１０ｋＡ、パルス幅４０μｓの電流がアルミニウム材２０の表層に流れる。アルミニウム材２０の表層は、アルミニウム材２０の抵抗と電流により、ジュール熱が発生し、表面が瞬間的に加熱される。
【００２５】
アルミニウム材２０の表面温度は、電流密度の関係より、図３中の斜線で示す範囲が著しく高温となる。アルミニウム材２０の表面温度は、発生させるパルス電流の大きさで制御が可能である。
【００２６】
この第５のステップにより、アルミニウム材２０の表面の転写する部分（転写領域）を選択的に加熱することができる。
【００２７】
第６のステップでは、型材２００の凹凸パターンをアルミニウム材２０の表面へ転写処理する。第５のステップで局所加熱する前に、型材２００をアルミニウム材２０の表面に押圧させておく。押圧は、アルミニウム材２０の表面温度により最適値が異なるが、たとえば、アルミニウム材２０を融点近くまで加熱させれば、１０ｋｇ程度で十分であり、型材２００の耐久性を著しく向上させることができる。第５のステップでアルミニウム材２０の表面温度がパルス電流によって加熱されると同時に、型材２００の凹凸パターンが転写される。
【００２８】
型材２００は絶縁物であり、パルス大電流が型材２００中を流れることはない。型材２００はアルミナのような絶縁物であっても、導電性材料を使用して表面を絶縁物で被覆したものでもよい。
【００２９】
上述したパターン転写方法および同様の転写方法を用いたパターン付金属素材の製造方法によれば、被転写物を局所加熱させるため、電気製品や自動車などに使用する大型部品であっても、大型の炉が不要となり効率的な生産が可能となる。
【００３０】
特に、本実施形態においては局所加熱手段が、パルスパワー発生装置である。かかる構成により、効率的に局所加熱ができるので、容易に凹凸パターンを転写することが可能となり、より効率的な生産ができる。
【００３１】
また、一般的にアルミニウム材などの金属部品への転写では、加熱させても高い押圧が必要であり、型材の耐久性が低いという問題がある。本実施形態におけるパルスパワー発生装置は、型材近く（転写領域の周辺近傍）に高電圧側電極、アース側電極を設置する構成である。かかる構成により、パルスパワーにより加熱させる金属の温度、場所を制御することが容易となり、押圧を下げ転写させることができるので、型材の耐久性を向上させることができる。
【００３２】
なお、局所加熱するステップを、絶縁性液体中で行ってもよい。かかる構成により、凹凸形状を有する型材と被転写物間で発生する沿面放電を防止することが可能となり、より効率的なパターン転写が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明にかかるパターン転写方法およびパターン付金属の製造方法は、例えば電子機器筐体などへの凹凸パターン転写に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施の形態に係るパターン転写装置のブロック図
【図２】本実施の形態に係るパターン転写方法のフローチャート
【図３】本実施の形態におけるアルミニウム中の電流の流れを示す図
【符号の説明】
【００３５】
１０  パターン転写装置
２０  アルミニウム材
１００  パルスパワー発生装置
１１０  パルスパワーシステム
１２０  高電圧側電極
１３０  アース側電極
２００  型材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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