(57)【要約】【課題】アルミニウム及びアルミニウム合金製品部への装飾工程の削減、および表面光沢と色調を個別に制御して意匠性の向上を図る。【解決手段】研磨工程により形成された塑性変形着色層２５が表面に設けられ、該塑性変形着色層２５が、カリウムとマンガン、またはカリウムとマンガンと銅を含むアルミニウムおよびアルミニウム合金製部品を製作する。また、湿式バレル研磨装置１を用いた研磨加工をおこなうときに、該湿式バレル研磨装置１のバレル７内に着色液１５を加え、研磨加工と着色を同時に行う。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カリウムとマンガンを含む塑性変形着色層が表面に設けられたアルミニウムまたはアルミニウム合金製部品。
【請求項２】
前記塑性変形着色層が、さらに銅を含む請求項１に記載のアルミニウムまたはアルミニウム合金製部品。
【請求項３】
前記塑性変形着色層の表面にクリア塗装を施した請求項１または２に記載のアルミニウムまたはアルミニウム合金製部品。
【請求項４】
湿式バレル研磨装置のバレル内に少なくとも着色液と研磨材と研磨対象部品とを加え、研磨加工と着色を同時に行うアルミニウムまたはアルミニウム合金製部品の表面処理方法。
【請求項５】
前記着色液が過マンガン酸カリウムと硝酸銅を含む請求項４に記載のアルミニウムまたはアルミニウム合金製部品の表面処理方法。
【請求項６】
前記研磨加工に使用する研磨材にステンレス製研磨材を用いた請求項４に記載のアルミニウムまたはアルミニウム合金製部品の表面処理方法。
【請求項７】
前記研磨加工に使用する研磨材に鋼製研磨材を用い、前記着色液にヘキサメチレンテトラミンを添加する請求項４に記載のアルミニウムまたはアルミニウム合金製部品の表面処理方法。
【請求項８】
前記研磨加工に使用する研磨コンパウンドに中性のコンパウンドを用いた請求項４に記載のアルミニウムまたはアルミニウム合金製部品の表面処理方法。
【請求項９】
前記バレル内の着色液のｐＨ値が４以上８未満である請求項４に記載のアルミニウムまたはアルミニウム合金製部品の表面処理方法。
【請求項１０】
前記バレル内の着色液のｐＨ値が５以上７未満である請求項４に記載のアルミニウムまたはアルミニウム合金製部品の表面処理方法。
【請求項１１】
前記バレル内の着色液の温度を変化させることにより着色の色調を調整する請求項４に記載のアルミニウムまたはアルミニウム合金製部品の表面処理方法。
【請求項１２】
前記バレル内の着色液の温度が２５℃以上である請求項１１に記載のアルミニウムまたはアルミニウム合金製部品の表面処理方法。
【請求項１３】
前記表面処理の処理時間を変化させることにより着色の色調を調整する請求項４に記載のアルミニウムまたはアルミニウム合金製部品の表面処理方法。
【請求項１４】
前記表面処理の処理時間が３０分以上である請求項１３に記載のアルミニウムまたはアルミニウム合金製部品の表面処理方法。
【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アルミニウム合金部品の光沢バレル研磨と同時に特定の着色を施して、高い意匠性を得ることができる表面処理方法と、そのような方法によるアルミニウム合金製品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、多様化するニーズに対応すべく、アルミニウム部品の加工面に着色する技術の開発が進められている。その中でも、アルミニウム部品のバリ等を研磨しながらその表面を着色する技術は、研磨と着色の２工程を１工程に削減することができるため、コスト低減の効果が大きい。
【０００３】
この研磨および着色方法としては、例えば、乾式バレル研磨装置の中にアルミニウム部品、研磨材、および固形やし油を一緒に入れて、アルミニウム部品の研磨と着色を同時に行うものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０４−２２０１５２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１の研磨および着色方法には、次のような問題がある。
固形着色材を使用する乾式研磨方法では、バレル研磨装置の一部に開口があると、研磨中の粉塵の飛散や騒音等の問題が生じる。そのため、作業環境の悪化を改善する対策が必要となる。
また、固形着色材を使用する乾式研磨方法では、研磨による部品表面の光沢と着色材による着色具合は、研磨工程の処理時間により決まる。そのため、研磨具合と着色具合を個々に制御することができず、光沢と着色の度合いが大きく異なる製品を処理するのは困難である。
【０００６】
さらに、例えばロット毎に連続して表面処理をおこなう場合、一定の色調を維持するには、着色材を適宜補充しなければならない。しかし、固形着色材を使用する場合、その着色材を補充する量を明確に把握することが困難である。
【０００７】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、アルミニウム及びアルミニウム合金製品部への装飾工程の削減による低コスト化を図ることに加え、従来技術では困難であった表面光沢と色調を個別に制御可能にして、意匠性の向上を図ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、カリウムとマンガンを含む塑性変形着色層が表面に設けられたアルミニウムまたはアルミニウム合金製部品を提供する。酸化アルミニウムの皮膜中にカリウムとマンガンを含めることにより、茶色に着色することができる。さらに、金属光沢を持つ銅を加えることで、高級感のある金色に着色することができる。ここでの塑性変形着色層は、乾式または湿式のバレル研磨装置などを用いて形成することができるが、下記のように湿式バレル研磨装置を用いるのが好ましい。
前記塑性変形着色層の表面を光沢面にすることにより、高級感を向上させることが可能となる。また、前記塑性変形着色層の表面にクリア塗装を施すことにより、耐候性を向上させることができる。
【０００９】
本発明は、また、湿式バレル研磨装置のバレル内に少なくとも着色液と研磨材と研磨対象部品とを加え、研磨加工と着色を同時に行うアルミニウムまたはアルミニウム合金製部品の表面処理方法を提供する。研磨加工と着色を同時におこなうことにより、研磨工程と着色工程の２工程を、１つの工程に削減することができる。また、湿式バレル研磨装置を用いることにより、着色液の条件（濃度、温度など）の変化、特に着色液の劣化度合を濃度測定で把握することができるため、着色度合の制御をおこなうことが可能となる。さらに、バレルの一部が開放した構造であっても着色材やアルミの粉塵が飛散することがない。
【００１０】
前記着色液が過マンガン酸カリウムを、または、過マンガン酸カリウムと硝酸銅を含むことにより、過マンガン酸カリウムによって、アルミ表面に酸化アルミ、マンガン、カリウムで茶色の薄膜が形成される。また、研磨材によりこの膜と硝酸銅の中の銅がアルミ表面の塑性変形着色層に摩り込まれるため、高級感のある金色の色調を作ることができる。過マンガン酸カリウムと硝酸銅は、水に溶けやすく、安定であり、流通量が多いため、量産性に優れている。さらに、この着色液は、金属製の研磨材に付着しても容易に洗浄することができ、メンテナンス性に優れている。
【００１１】
前記研磨加工の研磨材にステンレス製研磨材を用いることにより、着色液が研磨材に付着しても洗浄しやすいため、メンテナンス性を向上できる。また、ステンレス製研磨材は防食性に優れており、ｐＨ値の調整を行う必要がない。
前記研磨加工に使用する研磨材に鋼製研磨材を用い、前記着色液にヘキサメチレンテトラミンを添加することにより、着色効果を低下させずに、鋼製研磨材が腐食されにくいｐＨ値７から８に着色液を保つことができる。また、前記研磨加工に使用する研磨コンパウンドに中性のコンパウンドを用いることにより、着色液の着色能力への影響を防止することができる。
【００１２】
前記バレル内処理溶液のｐＨ値を４以上８未満にすることにより、良好な着色効果を得ることができる。さらに、前記バレル内処理溶液のｐＨ値を５以上７未満にすることにより、着色液の温度や処理時間に関係なく良好な着色効果を得ることができる。
【００１３】
前記バレル内処理溶液の温度を変化させることにより着色の色調を調整することができる。これにより、処理時間を変化させることなく、色調等の調整が可能なため、処理時間の管理が容易になる。また、処理時間に着色の度合が左右されないため、研磨の度合と着色の度合をそれぞれ個別に調節することができる。
例えば、前記バレル内処理溶液の温度が２５℃以上にすることにより、短い処理時間で良好な色調を得ることができる。さらに、例えば、前記表面処理の処理時間を変化させることにより着色の色調を調整する。これにより、処理温度を変化させることなく、色調等の調整が可能となるため、処理温度の管理が容易になる。
また、前記表面処理の処理時間が３０分以上であるようにすることにより、バレル内を加熱することなく、常温（約２０℃）で良好な色調を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態に係るアルミニウムおよびアルミニウム合金製部品とその表面処理方法の一つの例について、図面を用いて説明する。
【００１５】
本発明に使用するバレル研磨装置には、乾式研磨方式ではなく、湿式回転バレル研磨装置１を使用することが好ましい。図１に示す湿式回転バレル研磨装置１には、傾斜台３と、この傾斜台３の傾斜面に設けられた回転台５と、回転台５の上に固定されたバレル７が設けられている。このバレル７は、上部に開口部９を設けた中空形状の容器であり、この開口部９からワーク１１と、ワーク１１の表面を研磨する研磨材１３と、ワーク１１を着色する着色液（着色材）１５と、中性光沢研磨用コンパウンド１７とが入れられる。回転台５の上のバレル７は、傾斜台３の傾斜面に設けた電動機１９の回転運動により平ベルト２１を介して回転される。バレル７の内部には、着色液１５を温めるヒータ２３等の温度制御機器が設けられている。ヒータ２３は、その取り付けが容易であることが望ましい。
【００１６】
研磨材１３には、鋼、ステンレス等の金属性の研磨材を用いることができる。金属性の研磨材１３は、他の材質の研磨材に比べて自重が大きいため、研磨材１３がワーク１１と干渉するときに大きな衝突エネルギーが発生して処理時間を短縮することができる。また、鋼製の研磨材１３は、詳細は後述する着色液１５が表面に付着しても、容易に洗浄することができる。研磨材１３の粒径は、良好な光沢研磨をするためには、２〜１０ｍｍを用いるのが好ましい。
【００１７】
着色液１５は、過マンガン酸カリウム１０〜１５ｇ／リットルと硝酸銅（ＩＩ）２０〜３０ｇ／リットルの成分を水に溶解した状態で用いる。この着色液１５による着色効果と、金属研磨材１３を用いた研磨による光沢が相俟って、非常に意匠性の高い黄金の色調を出すことができる。
【００１８】
コンパウンド１７は、液の着色性能を変化させないために、中性もしくは中性に近い光沢研磨用のものを使用することができる。
【００１９】
バレル７に、上述したワーク１１、研磨材１３、着色液１５、中性光沢研磨用コンパウンド１７を一緒に入れて研磨を行うと、ワーク１１の表面には、図２に示すように、過マンガン酸カリウムによって、アルミ（ワーク１１）表面の塑性変形着色層２５に酸化アルミ、マンガン、カリウムで構成される茶色の薄い膜が生成される。この膜と表面光沢に寄与する硝酸銅中の銅を金属性研磨材１３がアルミ１１表面に摩り込むように光沢研磨することで、黄金の色調をもつ表面処理ができる。
【００２０】
次に、色調の制御について説明する。
良好な色調が得られる着色液１５の温度は、２０℃からである。一定の浸漬時間において、着色液１５の温度が２０℃から上がるにつれて濃い色調に着色することができる。温度の上限は５０℃であり、それ以上では着色液１５が不安定になり、色むらの原因となる。したがって、着色する場合には、要求する光沢度合と着色度合の関係によって、着色液１５をヒータ２３等の温度制御可能な熱源を用いて温めることが好ましい。再現性の高い良好な処理のためには、一定温度下で処理するのが望ましい。
【００２１】
次に、ｐＨ調整について説明する。
過マンガン酸カリウムと硝酸銅からなる着色液１５のｐＨ値を測定すると、ｐＨ４前後の酸性を示す。このｐＨ値では、ステンレス製の研磨材１３を使用するのには問題ないが、鋼製を使用して処理を長時間おこなうと、腐食の問題が生じる。この問題は、上述した成分にヘキサメチレンテトラミンを１リットルの水に対して３．５〜５０ｇを加えることで解決できる。ヘキサメチレンテトラミンの添加により、色調に変化を及ぼすことなくｐＨ値を７〜８の間に調整することが可能となり、鋼製研磨材１３が腐食するのを抑制できる。
【００２２】
上述した着色液１５の性質から、研磨時間は、求める光沢度合のみで決定することができ、着色度合を考慮する必要がない。求める光沢度合に対応した研磨時間（着色液１５への浸漬時間）を設定し、それに合わせてバレル１内の温度を制御することで、良好な処理が可能となる。金属性研磨材１３の研磨能力および生産性を考慮すると、５分以上３０分以下が望ましい。
【００２３】
次に、湿式バレル回転研磨装置１を用いた場合について、研磨および着色の手順を以下に説明する。
なお、本説明中で使用する具体的な数値は、後述する（実験１）で実際に使用した数値であるが、このような数値範囲に本発明が限定されるものではない。また、ワーク１１には、アルミニウム合金（ＡＣ４ＣＨ）製の鋳造部品を使用する。
【００２４】
（１）  バレル７の中に粒径３ｍｍの鋼製研磨材１３を２００ｋｇと、中性光沢研磨用コンパウンド１７を０．８ｋｇと、２０リットルの水に過マンガン酸カリウム０．２ｋｇ、硝酸銅（ＩＩ）０．５ｋｇを溶解した着色液１５を入れる。
（２）  温度制御付ヒータ２３をバレル７の中に入れ、ヒータ２３の電源を入れる。モータ１９によりバレル７を回転させて、バレル７内の温度を均一にする。
【００２５】
（３）  着色液１５の温度が一定になった後に、ヘキサメチレンテトラミンを０．５ｋｇ入れて、ｐＨを７．５に調整する。（鋼製の研磨材を使用したためであり、ステンレス製であれば、調整しなくてもよい。）
（４）  バレル７の中にワーク１１を投入し、処理を開始する。処理時間および処理温度は求める色調等に応じて適宜決定する。
【００２６】
本発明では、湿式のバレル回転研磨装置１およびそれに準じた装置を使用して液中での着色および研磨を可能としたことにより、着色液１５内で光沢研磨が行なわれる。また、バレル７の上部が開放された乾式研磨装置で発生する粉塵や騒音の問題を解決することができる。
また、光沢研磨用の鋼製またはステンレス製の研磨材１３を用いたので、金属研磨材１３による研磨独特の光沢を得ることができる。さらに、金属研磨材１３は、ワーク１１との干渉時の衝突エネルギーが高いために比重が軽い研磨材に比べて短時間で研磨が可能となる。
【００２７】
また、研磨材１３に着色液１５が付着しても洗浄しやすいので、メンテナンス性に優れている。一方、ステンレス製の場合は防食性にも優れており、ｐＨ調整の必要がない。
また、中性の光沢研磨用コンパウンド１７を使用することにより、着色液１５の着色能力に変化を及ぼさない。
【００２８】
着色液１５の主成分に過マンガン酸カリウム、および硝酸銅（ＩＩ）を使用することで、水に溶けやすく、安定で、かつ流通量が多いため量産性に優れた処理が可能となる。さらに、金属研磨材１３による光沢研磨と相俟って、アルミニウムおよびアルミニウム合金部品に黄金の色調を付与できる。
また、鋼研磨材１３を使用する場合のｐＨ調整にヘキサメチレンテトラミンを用いたので、着色液の着色能力を変化させることなく、鋼製研磨材１３が腐食されにくいｐＨ値に調整することができる。
【００２９】
ヒータ２３でバレル７内の温度を均一かつ一定に制御するので、色むらのない良好な着色を可能にする。さらに、処理時間、処理温度およびｐＨ値を制御することで、高い光沢と良好な色調を得ることができ、特に黄金の色調となる光沢研磨が可能となる。
【００３０】
なお、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、たとえば、耐候性を向上させるために、着色を施した表面上に、更にコーティング（クリア塗装）を施すこともできる。クリア塗装は、一般的に使用される材質（例えば、アクリル系、エポキシ系など）と方法（例えば、吹き付け、焼き付けなど）を用いる。
【００３１】
【実施例】
（実験１）
上述の手順で研磨および着色を行なう。本実験では、処理時間を５分から３０分までの５分間隔で、さらに着色液１５の温度を２０℃から５０℃までの５℃間隔で、その全ての処理時間と温度で研磨工程を実施した。
なお、ワーク１１は、アルミニウム合金鋳物ＡＣ４ＣＨ製の平板で、縦２０ｃｍ、横１０ｃｍ、重量約０．８ｋｇのものを選定し、傾斜式バレル研磨機の試作機を用いて着色光沢研磨を行なった。
その結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
2004176098.tif 000003
【００３３】
なお、表１において示す結果の記号は、以下の通りである。
○  良好な処理ができたもの
▲  処理可能
×  処理不可
【００３４】
本発明では、良好な色調、またはコスト削減のどちらかの目的を選択することができる。例えば、生産コストを削減したい場合は、着色液１５の温度を２０℃に設定してヒータ２３による消費電力を低く抑えた処理が効果的である。
実験結果から、２０℃での処理は１０分から着色が可能である。この時点での表面状態は、若干光沢を伴う薄い茶色である。処理時間を延長するのに伴って光沢度は増してゆき、３０分で黄金色の色調に着色することができる。非常に高い光沢度の色調を求める場合は、２５分以上の処理時間で着色すればよい。
【００３５】
また、良好な光沢の条件は処理時間に左右される。１０分以上であればどの温度でも光沢を得ることが処理可能であり、さらに１５分以上であれば良好な光沢を得ることができる。１５分以上の処理時間では、２０℃から５０℃の全ての範囲内で、多くの色調の光沢研磨が可能になる。
【００３６】
効果的な処理時間の範囲は、１５分から２５分の間である。この１０分間の範囲では光沢に関係する表面粗さの大きな違いは認められなかった。そのため、消費電力を抑えたい場合は、例えば、２５℃で２５分、短時間で処理を終えたい場合は、４０℃で１５分というように、求められる状況に合わせて設定を決めて処理することができる。この効果的な処理範囲の中で、特に効果的な範囲は、最も短時間で全ての色調を再現できる、２０℃から５０℃までの１５分処理の範囲である。
【００３７】
（実験２）
着色液１５のｐＨ値が、着色能力に及ぼす影響について試験を行った。今回の試験では、ステンレス鋼で粒径３ｍｍの研磨材１３を２００ｋｇ使用した。
▲１▼  着色液１５の温度２０℃で浸漬時間１０分、▲２▼  温度２５℃で浸漬時間１５分、および▲３▼  温度５０℃で浸漬時間３０分の３条件のもとで、ヘキサメチレンテトラミンを加えてｐＨを高めていった結果を表２に示す。
【００３８】
【表２】
2004176098.tif 000004
【００３９】
なお、上記ｐＨの試験では、ステンレス鋼の研磨材１３を使用した。鋼の場合には、ヘキサメチレンテトラミンを入れないとｐＨが低くなるためである。
【００４０】
全ての温度において理想的な着色が可能なｐＨ値は同じである。ｐＨ３では、酸性が強いため色調が変化してしまい着色不良の原因になる。ｐＨ８以上では、着色液１５が安定性を失い、分離が発生するため着色不良の原因になる。これらから、効果的なｐＨ値の範囲は、ｐＨ４以上８未満、特に効果的なｐＨ値の範囲は、５以上７未満である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、アルミニウム及びアルミニウム合金製品部への装飾工程の削減による低コスト化を図ることができ、さらに従来技術では困難であった表面光沢と色調を個別に制御して、意匠性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の着色液の性能を十分に生かすことができるアルミニウムおよびアルミニウム合金製部品の光沢着色法に使用される湿式回転バレル研磨装置の一部破断した模式的な側面断面図である
【図２】本発明のアルミニウム合金を切断した断面であって、上面に塑性変形着色層を設けた斜視断面図である。
【符号の説明】
１  湿式バレル回転研磨装置
３  傾斜台
５  回転台
７  バレル
９  開口部
１１  ワーク
１３  研磨材
１５  着色液（着色材）
１７  中性光沢研磨用コンパウンド
１９  電動機
２１  平ベルト
２３  ヒータ
２５  塑性変形着色層
【図１】
2004176098.tif 000005
【図２】
2004176098.tif 000006