(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム又はその合金の化学研磨液であって、硝酸を除く無機酸と、タングステン化合物とを配合し、化学研磨液の総量１００質量部に対して前記タングステン化合物を金属タングステン換算で０．０１〜５．０質量部配合して成ることを特徴とする化学研磨液。
【請求項２】
無機酸として、リン酸及び硫酸を配合して成ることを特徴とする請求項１に記載の化学研磨液。
【請求項３】
銅イオンを含有して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の化学研磨液。
【請求項４】
鉄イオンを含有して成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の化学研磨液。
【請求項５】
カルシウムイオン及びモリブデンイオンの少なくとも一方を含有して成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の化学研磨液。
【請求項６】
化学研磨液の総量１００質量部に対して銅イオンを０．００１〜０．１質量部配合して成ることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の化学研磨液。
【請求項７】
化学研磨液の総量１００質量部に対して鉄イオンを０．０１〜０．５０質量部配合して成ることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の化学研磨液。
【請求項８】
化学研磨液の総量１００質量部に対してリン酸を７０〜３０質量部、硫酸を３０〜７０質量部配合して成ることを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載の化学研磨液。
【請求項９】
メタリン酸ソーダを配合して成ることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の化学研磨液。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウムまたはその合金に対して化学研磨を施すための化学研磨液に関し、詳しくは硝酸を配合することなく、アルミニウム及びその合金の表面を平滑化すると共に充分な光沢を付与することができる化学研磨液に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アルミニウムやその合金（以下、総称して「アルミニウム等」という場合がある）の表面を平滑化すると共に光沢を付与するための化学研磨液としては、一般的にはリン酸と硝酸とが配合されたものが用いられてきた。このような化学研磨液によるアルミニウム等の化学研磨の機構は、正確には解明されていはいないが、硝酸によるアルミニウムの酸化作用とリン酸によるアルミニウムの溶解作用によって化学研磨が進行するものと考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような硝酸を含む化学研磨液を用いる場合には、化学研磨の過程において硝酸が分解して有毒な窒素酸化物が発生してしまうものであり、またこのような硝酸の分解により液中の硝酸濃度が減少してしまうため、化学研磨液中に硝酸を補充して硝酸濃度を維持しなければならないものであった。また、アルミニウム製のファスナーの金具を布に付けた状態で化学研磨を行うと、布の染色に用いられる顔料が硝酸によって変色してしまう場合があった。
【０００４】
このため、硝酸を含有しない化学研磨液の開発が進められているが、このような硝酸を含有しない化学研磨液では、アルミニウム等の表面を充分に研磨したり研磨面に充分な光沢を付与することはできないものであった。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、硝酸を含有することなく、アルミニウムやその合金の表面を化学研磨により平滑化すると共に化学研磨が施された表面に充分な光沢を付与することができるアルミニウム又はその合金の化学研磨液を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る化学研磨液は、アルミニウム又はその合金の化学研磨液であって、硝酸を除く無機酸と、タングステン化合物とを配合し、化学研磨液の総量１００質量部に対して前記タングステン化合物を金属タングステン換算で０．０１〜５．０質量部配合して成ることを特徴とするものである。
【０００７】
また請求項２の発明は、請求項１において、無機酸として、リン酸及び硫酸を配合して成ることを特徴とするものである。
【０００８】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、銅イオンを含有して成ることを特徴とするものである。
【０００９】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、鉄イオンを含有して成ることを特徴とするものである。
【００１０】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、カルシウムイオン及びモリブデンイオンの少なくとも一方を含有して成ることを特徴とするものである。
【００１２】
また請求項６の発明は、請求項３乃至５のいずれかにおいて、化学研磨液の総量１００質量部に対して銅イオンを０．００１〜０．１質量部配合して成ることを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項７の発明は、請求項４乃至６のいずれかにおいて、化学研磨液の総量１００質量部に対して鉄イオンを０．０１〜０．５０質量部配合して成ることを特徴とするものである。
【００１４】
また請求項８の発明は、請求項２乃至７のいずれかにおいて、化学研磨液の総量１００質量部に対してリン酸を７０〜３０質量部、硫酸を３０〜７０質量部配合して成ることを特徴とするものである。
【００１５】
また請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれかにおいて、メタリン酸ソーダを配合して成ることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
本発明では無機酸を配合して化学研磨液を調製するものであり、このとき硝酸は配合しないものとする。そして更に本発明では化学研磨液中にタングステン化合物を配合するものである。
【００１８】
タングステン酸化合物としては、例えばリンタングステン酸やタングステン酸ナトリウム等を配合することができ、その配合量は化学研磨液の総量１００質量部に対して、金属タングステン換算で０．０１〜５．０質量部とする。タングステン化合物の配合量がこの範囲に満たないと、アルミニウム等の表面に充分な光沢を付与することが困難となり、一方、配合量がこの範囲を超えると化学研磨液中にタングステン化合物の一部が溶解せずに沈澱する場合がある。
【００１９】
また、アルミニウムやその合金に対して更なる光沢を付与するためには、化学研磨液に銅イオンを配合させることが好ましい。このときは例えば化学研磨液に硫酸銅を配合することにより、化学研磨液中に銅イオンを配合することができる。銅イオンの配合量は、化学研磨液の総量１００質量部に対して、金属銅換算で０．００１〜０．１質量部とすることが好ましい。銅イオンの配合量がこの範囲に満たないと、アルミニウム等の表面の光沢を向上する効果が充分に得られず、一方、配合量がこの範囲を超えると化学研磨処理後のアルミニウム等の表面に黒色の析出が生じるおそれがある。
【００２０】
また、アルミニウム等の表面に均一な光沢を付与するためには、化学研磨液中に鉄イオンを配合することが好ましい。このときは例えば化学研磨液に硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、リン酸鉄等を配合することにより、化学研磨液中に鉄イオンを配合することができる。このとき鉄イオンとしては、特に３価の鉄イオンを用いると酸化力が向上し、光沢の均一性を更に向上することができる。鉄イオンの配合量は、化学研磨液の総量１００質量部に対して、金属鉄換算で０．０１〜０．５０質量部とすることが好ましく、鉄イオンの配合量がこの範囲に満たない場合や、配合量がこの範囲を超える場合には、アルミニウム等の表面の光沢にむらが生じるおそれがある。
【００２１】
更に、化学研磨液中には、他の種々の金属イオンを配合することもできる。例えばカルシウムイオンやモリブデンイオンを含有させると、化学研磨後のアルミニウム等の表面の更なる平滑化や光沢付与を達成することができる。また、他にクロムイオン、ニッケルイオン、ナトリウムイオン等のような種々の金属イオンを配合することもできるものであり、例えばナトリウムイオンはタングステン化合物としてタングステン酸ナトリウムを配合する場合に必然的に配合される。
【００２２】
また、化学研磨液に配合される無機酸としては、特にリン酸と硫酸とを併用することが好ましく、このようにすると、化学研磨液は良好な研磨力を有すると共に、連続的に研磨を行っても研磨力の持続性が高く、また無機酸以外の上記の種々の成分を加える場合に各成分を良好に溶解させることができる。リン酸及び硫酸の配合量に関しては、アルミニウム等の平滑化や光沢付与のためには、化学研磨液の総量１００質量部に対してリン酸を７０〜３０質量部、硫酸を３０〜７０質量部配合することが好ましい。このときリン酸及び硫酸は、このような配合割合の範囲において、上記のタングステン化合物や金属イオンの所望の配合量が確保できるような、適宜の配合量で配合することができるものであり、このようにタングステン化合物や金属イオンの配合量を確保するためには、リン酸と硫酸の配合量の総量が、化学研磨液の総量１００質量部に対して６０〜９５質量部の範囲となるようにすることが好ましい。ここで、リン酸の配合量が上記の範囲を超える場合や硫酸の配合量が上記の範囲に満たない場合には、研磨力の持続性が不足したり、また研磨力が不足して充分な平滑化や光沢付与ができなくなるおそれがあり、また逆にリン酸の配合量が上記の範囲に満たない場合や硫酸の配合量が上記の範囲を超える場合には、タングステン化合物等の溶解性が低下して析出が生じたり、あるいは研磨力が過剰となって研磨面が荒れてしまうことにより平滑化や光沢付与ができなくなるおそれがある。
【００２３】
また、化学研磨液中には、メタリン酸ナトリウム等のメタリン酸塩を加えることもでき、この場合にも化学研磨後のアルミニウム等の表面の更なる平滑化や光沢付与を達成することができる。その理由は明確ではないが、化学研磨液によるアルミニウム等の化学研磨は、アルミニウム等の表面における比較的厚い表面層の形成や、アルミニウム等の表面における金属イオンの分布が関与していると考えられているため、メタリン酸塩によって表面層の形成が促進されると共に、メタリン酸に対して金属イオンがキレート結合することによりアルミニウム等の表面に金属イオンが分布することにより、アルミニウム等の表面の研磨が促進されるものと思われる。またこのように金属イオンがキレート結合することにより、化学研磨液中に金属イオンを配合する場合の溶解性を向上して化学研磨液を安定化することができる。メタリン酸塩としては、特にウルトラリン酸塩と呼ばれる無定型立体網目構造を有するものを用いると、更なる平滑化や光沢付与を達成することができるものであり、これはウルトラリン酸塩によってアルミニウム等の表面における表面層の形成が更に促進されるためと考えられる。このようなメタリン酸塩（ウルトラリン酸塩）の平均分子量は５０００〜１００００の範囲のものを用いることが好ましい。
【００２４】
本発明に係る化学研磨液を調製するにあたっては、上記に挙げた各成分を所定量配合し、撹拌混合するものであり、それにより化学研磨液を得ることができる。
【００２５】
このように調製される化学研磨液を用い、この化学研磨液を加温した状態で、予め機械的研磨等が施されると共に必要に応じて予熱されたアルミニウム等を化学研磨液に浸漬することにより、アルミニウム等の表面の化学研磨を行うことができる。このときの化学研磨液の液温は、好ましくは６０〜１５０℃とするものであり、化学研磨液の液温が６０℃未満となると光沢を充分に付与することが困難となり、また１５０℃を超えると研磨面に荒れが生じやすくなる。特に液温を８０〜１２０℃とすると、良好な研磨性を有すると共に充分な光沢を付与することができる。また、化学研磨液への浸漬時間はアルミニウム合金等の組成や寸法、予熱の有無、液温等に応じて適宜設定されるものであるが、好ましくは２０〜２４０秒間の範囲から選択されるものである。また、アルミニウム等の化学研磨液への浸漬時間を２０秒程度の短時間とすると共に、このアルミニウム等を化学研磨液に適宜複数回浸漬すると、研磨面に特に優れた光沢が得られる。
【００２６】
このように本発明の化学研磨液にてアルミニウム等の化学研磨を行うと、優れた研磨力を有して表面の充分な平滑化を行うと共に優れた光沢を付与することができるものであり、しかも液中には硝酸が配合されていないことから化学研磨の過程において硝酸の分解により有害な窒素酸化物が発生するようなことがなく、また硝酸濃度を維持するために硝酸を液中に追加するような必要もないものである。また、硝酸を用いていないために、顔料を変色させるようなことがなく、例えばファスナーの金具を布に付いた状態で化学研磨する場合でも、染色された布が変色するようなことがないものである。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって詳述する。
【００２８】
（実施例１〜２１及び比較例１〜３）
原料としては、硫酸水溶液、リン酸水溶液、リン酸鉄水溶液、硫酸銅、リンタングステン酸、硫酸カルシウム、モリブデン酸アンモニウム、メタリン酸ナトリウム（ウルトラリン酸ナトリウム；平均分子量７０００）及び水を用い、所定量の原料を配合混合して、下記表１，２に示すような組成を有する化学研磨液を調製した。表中の配合量は、化学研磨液１００質量部に対するものである。ここで、硫酸銅及びリンタングステン酸は、水中に溶解させて水溶液とした後、他の原料と混合した。
【００２９】
（研磨性評価試験）
各実施例及び比較例の化学研磨液中に、ＪＩＳ規格で規定されるＡ１０７０、Ａ１０５０、Ａ６０６３の各アルミニウム合金材からなる試験片を浸漬して化学研磨を行った。このとき試験片としては５０ｍｍ×７０ｍｍ×１ｍｍの寸法を有するものを用い、この試験片を１００℃に保持した５００ｇの化学研磨液中に６０秒間浸漬するものとした。
【００３０】
そして、化学研磨後の試験片につき、次のような評価を行った。
【００３１】
・研磨力評価
化学研磨後の試験片の重量を試験前の重量と比較し、次の評価基準にて評価を行った。
◎：重量減少率２％以上
○：重量減少率１％以上２％未満
△：重量減少率０．１％以上１％未満
×：重量減少率０．１％未満
・光沢評価
化学研磨後の試験片の表面を目視にて観察し、次の評価基準にて評価を行った。
◎：優れた光沢を有する
○：良好な光沢を有する
△：光沢がやや弱い
×：光沢が不充分
・光沢ムラ評価
化学研磨後の試験片の表面に生じた斑点の個数を計数して、次の評価基準にて評価を行った。
◎：斑点数０個
○：斑点数１〜５個
△：斑点数６〜１９個
×：斑点数２０個以上
以上の結果を表１，２に示す。
【００３２】
【表１】
0003629218.tif 000002
【００３３】
【表２】
0003629218.tif 000003
【００３４】
この結果から明らかなように、硫酸、リン酸に加えてタングステン化合物を含む実施例１〜２１では、タングステン化合物を含まない比較例１と比べて、高い研磨性を有し、また研磨後の試験片の光沢が向上しているものであった。
【００３５】
また、リン酸と硫酸の配合量を固定して鉄イオン、銅イオン及びタングステン化合物の配合量を変動させた実施例１〜１３及び比較例２，３では、タングステン化合物の配合量が多い比較例３では化学研磨液中にタングステン化合物が一部溶解せずに残存するものであり、またこの配合量が少ない比較例２では若干光沢が低下するものであった。また鉄イオンの配合量が多い実施例１０や、逆に鉄イオンの配合量が少ない実施例９では、光沢に若干のムラが発生するものであった。また、銅イオンの配合量が少ない実施例１１では光沢が若干低下するものであり、またこの配合量が多い実施例１２では優れた光沢は得られるものの、試験片の表面にわずかに黒色の析出が生じた。
【００３６】
また、硫酸とリン酸の配合量を変動させた実施例１３〜１７では、硫酸の配合量が多いと共にリン酸の配合量が少ない実施例１７では研磨力は高いものの、光沢がやや劣り、またタングステン化合物が一部溶解せずに残存するものであり、一方、硫酸の配合量が多いと共にリン酸の配合量が多い実施例１６では研磨力がやや劣り、光沢も若干低下した。
【００３７】
更に、モリブデンイオン、カルシウムイオン又はメタリン酸ソーダを配合した実施例１８〜２１では、研磨性及び光沢が更に向上すると共に、光沢にはムラがみられず、特に、モリブデンイオン、カルシウムイオン及びメタリン酸ソーダを配合した実施例２１では、研磨性及び光沢の向上と、光沢ムラの抑制とに著しい効果がみられた。
【００３８】
（連続作業性評価試験）
実施例１３の化学研磨液と、この化学研磨液に種々の濃度でアルミニウムを溶解させた化学研磨液とを用意し、各化学研磨液にＪＩＳ規格で規定されるＡ１０７０及びＡ６０６３の各アルミニウム合金材からなる試験片を浸漬して化学研磨を行った。このとき試験片としてはＡ１０７０については５０ｍｍ×７０ｍｍ×１ｍｍの寸法を有するもの（９．３〜９．４ｇ）を、Ａ６０６３については５０ｍｍ×７０ｍｍ×３ｍｍの寸法を有するもの（２７．０〜２７．２ｇ）を、それぞれ用い、この試験片を１００℃に保持した５００ｇの化学研磨液中に６０秒間浸漬するものとした。
【００３９】
そして、処理後の各試験片の重量を測定して、重量減少率、面積当たりの重量減量及び研磨厚みを導出し、更に上記と同様の評価基準にて光沢性を評価した。この結果を表３に示す。
【００４０】
【表３】
0003629218.tif 000004
【００４１】
このように、化学研磨液中のアルミニウムの溶解量が１．５質量％となるまで、化学研磨液は良好な研磨性能を維持したものであり、化学研磨を連続的に行うことにより化学研磨液中のアルミニウムの溶解量が増大しても、化学研磨液中の成分を調整することなく長時間連続的に化学研磨を行うことができることが確認された。
【００４２】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る化学研磨液は、アルミニウム又はその合金の化学研磨液であって、硝酸を除く無機酸と、タングステン化合物とを配合したため、化学研磨液にアルミニウムやアルミニウム合金を浸漬することにより化学研磨を行うと、表面を研磨して平滑化を行うと共に研磨面に光沢を付与することができるものであり、しかも液中には硝酸が配合されていないことから化学研磨の過程において硝酸の分解により有害な窒素酸化物が発生するようなことがなく、また硝酸濃度を維持するために硝酸を液中に追加するような必要がなく、液の調整をすることなく長期間連続的に化学研磨を行うことができるものである。
しかも、化学研磨液の総量１００質量部に対してタングステン化合物を金属タングステン換算で０．０１〜５．０質量部配合したため、化学研磨後のアルミニウムやアルミニウム合金の表面の光沢を更に向上することができると共に、液中にタングステン化合物が一部溶解せずに残存することを防止することができるものである。
【００４３】
また請求項２の発明は、請求項１において、無機酸として、リン酸及び硫酸の少なくとも一方を配合するため、優れた研磨力を有すると共に研磨面に良好な光沢を付与することができ、更に化学研磨液中にタングステン化合物や他の金属イオン等の溶解性を向上して安定した化学研磨液を得ることができるものである。
【００４４】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、銅イオンを含有するため、化学研磨によりアルミニウムやアルミニウム合金の表面に更に優れた光沢を付与することができるものである。
【００４５】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、鉄イオンを含有するため、化学研磨後のアルミニウムやアルミニウム合金の表面に光沢のムラが発生することを抑制することができるものである。
【００４６】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、カルシウムイオン及びモリブデンイオンの少なくとも一方を含有するため、化学研磨によりアルミニウムやアルミニウム合金の表面に更に優れた光沢を付与することができるものである。
【００４８】
また請求項６の発明は、請求項３乃至５のいずれかにおいて、化学研磨液の総量１００質量部に対して銅イオンを０．００１〜０．１質量部配合したため、化学研磨後のアルミニウムやアルミニウム合金の表面の光沢を更に向上することができると共に、黒色の析出の発生を防止することができるものである。
【００４９】
また請求項７の発明は、請求項４乃至６のいずれかにおいて、化学研磨液の総量１００質量部に対して鉄イオンを０．０１〜０．５０質量部配合したため、化学研磨後のアルミニウムやアルミニウム合金の表面に光沢のムラが発生することを更に抑制することができるものである。
【００５０】
また請求項８の発明は、請求項２乃至７のいずれかにおいて、化学研磨液の総量１００質量部に対してリン酸を７０〜３０質量部、硫酸を３０〜７０質量部配合したため、化学研磨による研磨力を更に向上することができるものである。
【００５１】
また請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれかにおいて、メタリン酸ソーダを配合したため、化学研磨によりアルミニウムやアルミニウム合金の表面に更に優れた光沢を付与することができ、また、化学研磨液中にタングステン化合物や他の金属イオン等の溶解性を向上して安定した化学研磨液を得ることができるものである。