(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車のアルミニウム表面を着色仕上げするための方法であって、
前記アルミニウム表面を陽極酸化し、
前記アルミニウム表面を着色する、各工程を備え、
前記陽極酸化工程は、前記アルミニウム表面に印加される直流電流の電流密度を離散量毎に段階的に増大させる工程である、方法。
【請求項２】
前記方法は、バッチ式又は半バッチ式に実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アルミニウム表面の前記着色工程は、該アルミニウム表面で染料を吸着させる工程、該アルミニウム表面で金属粒子を電解沈着する工程、及び、干渉着色プロセスのいずれかを備える、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
自動車のアルミニウム表面を自動的に着色陽極酸化するためのバッチ式の方法であって、
前記アルミニウム表面をアルカリクリーニングプロセスでクリーニングし、
前記アルミニウム表面をエッチングプロセスでエッチングし、
前記アルミニウム表面を脱酸素化槽内で脱酸素化し、
前記アルミニウム表面を硝酸槽内に浸し、
前記アルミニウム表面を陽極酸化槽内で陽極酸化し、
前記アルミニウム表面を着色し、
前記着色されたアルミニウム表面を低温密封又は高温密封する、各工程を備え、
前記陽極酸化工程は、前記アルミニウム表面に印加される直流電流の電流密度を離散量毎に段階的に増大させる工程である、方法。
【請求項５】
蒸気脱脂プロセスで前記アルミニウム表面から汚染物質を除去する工程を更に備える、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
濯ぎサイクルで前記アルミニウム表面を濯ぐ工程を更に備える、請求項４又は５に記載の方法。
【請求項７】
前記着色工程は、前記アルミニウム表面の酸化物層に染料を吸着させる工程を備える、請求項４及至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記酸化物層に前記染料を吸着させる工程は、浸し工程及び噴霧工程からなるグループから選択されたプロセスを介して染料を塗布する工程を備える、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記着色工程は、前記アルミニウム表面の酸化物層に金属塩溶液の粒子を電解沈着させる工程を備える、請求項４及至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記着色工程は、干渉着色プロセスを介して前記アルミニウム表面の酸化物層に色を適用する工程を備える、請求項４及至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記干渉着色プロセスは、
前記酸化物層に誘電層を沈着させ、
前記誘電層に半透明金属層を沈着させる、各工程を備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を着色陽極酸化する方法であって、
前記アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を、汚染物質を除去するため、上昇した温度を有するアルカリクリーニング溶液中に浸漬させ、
前記アルミニウム自動車フレーム又は構成部品から自然の酸化物コーティングを除去し、
前記アルミニウム自動車フレーム又は構成部品をスマット除去し又は脱酸素化するため酸性溶液中に該アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を浸漬させ、
前記アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を光沢研磨／電解研磨するため高温の硝酸、リン酸及び硫酸の溶液中に該アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を浸漬させ、
前記アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を酸性溶液中で陽極酸化し、
前記アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を、吸着着色、電解着色及び干渉着色からなるプロセスのグループから選択されたプロセスで着色し、
前記アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を低温密封するためニッケル塩の存在下で該アルミニウム自動車フレーム又は構成部品をフッ化化合物又はシリカ化合物の溶液中に浸し、
前記アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を９０℃乃至１００℃の温度の脱イオン化水に浸漬させ、
前記アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を乾燥する、各工程を備え、
前記アルミニウム自動車フレーム又は構成部品は、前記工程の各々を実行するプロセスステーションの間を自動的に輸送され、
前記陽極酸化工程は、前記アルミニウム自動車フレーム又は構成部品に印加される直流電流の電流密度を離散量毎に段階的に増大させる工程である、方法。
【請求項１３】
前記アルミニウム自動車フレーム又は構成部品から前記自然の酸化物コーティングを除去する工程は、前記アルミニウム自動車フレーム又は構成部品をエッチングするため水酸化ナトリウム溶液中に該アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を浸漬する工程を備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記アルミニウム自動車フレーム又は構成部品から前記自然の酸化物コーティングを除去する工程は、
前記アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を酸性物質の槽中に浸漬させ、
前記アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を前記電解槽のアノードに接続し、
前記アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を電解研磨するため前記アノードから前記電解槽のカソードまで電流を流させる、各工程を備える、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記離散量毎に段階的に増大させる電流密度は、各段階で一定の電流密度である、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記陽極酸化工程で使用される電圧は、１４乃至１８ボルトの間である、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
陽極酸化プロセスにより製造された着色アルミニウム自動車ボディパネルであって、該プロセスは、
前記アルミニウム自動車ボディパネルを、０．１乃至３０分の間、アルカリクリーニング槽中でクリーニングし、
前記アルミニウム自動車ボディパネルを、０．１乃至３０分の間、電解研磨又はエッチングし、
前記アルミニウム自動車ボディパネルを、０．１乃至２分の間、スマット除去槽内でスマット除去し、
前記アルミニウム自動車ボディパネルを、５μｍ乃至５０μｍの厚さの多孔性アルミニウム酸化物表面を形成するため、直流電流を用いて硫酸槽内で陽極酸化し、該陽極酸化の工程は、前記直流電流の電流密度を離散量毎に段階的に増大させる工程であり、
前記アルミニウム自動車ボディパネルを着色し、該着色工程は、前記多孔性アルミニウム酸化物表面内に染料を含浸させる工程、該多孔性アルミニウム酸化物表面に金属を電解沈着させる工程、誘電槽を沈着させ、該誘電槽に亘って半透明層を沈着させる工程、又は、前記した着色プロセスの少なくとも１つを含む組み合わせのプロセスを含み、
前記アルミニウムボディパネルを密封して前記着色されたアルミニウム自動車ボディパネルを製造する、各工程を備える、前記着色アルミニウム自動車ボディパネル。
【請求項１８】
前記離散量毎に段階的に増大させる電流密度は、各段階で一定の電流密度である、請求項１７に記載の着色アルミニウム自動車ボディパネル。
【請求項１９】
前記陽極酸化工程で使用される電圧は、１４乃至１８ボルトの間である、請求項１７又は１８に記載の着色アルミニウム自動車ボディパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、アルミニウム又はアルミニウム合金を着色仕上げするための方法に係り、より詳しくは、アルミニウム又はアルミニウム合金でできた自動車フレーム又は部品に陽極酸化された着色仕上げを提供するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム及びアルミニウム合金は、一般に、主要な合金要素に基づく４桁数字システムで分類されている。例えば、グループ５０００は、主要な合金添加剤としてマグネシウムを含むアルミニウム合金に言及しており、これに対してグループ６０００シリーズは、主要な合金添加剤としてマグネシウム及びシリコンの両方を含むアルミニウム合金に言及している。
【０００３】
アルミニウム製自動車フレーム及び構成部品は、典型的には、望ましい装飾的な効果、並びに、苛酷な環境条件にさらされた結果としての腐食への耐性を提供する静電色付けプロセスを受けている。非常にしばしば、着色されるべき表面に亘って電圧差が印加され、当該表面は静電塗料で噴霧される。負に帯電され微粒子化された塗料粒子及び接地されたワークピースは、静電場を生成し、該静電場は、該ワークピースに塗料粒子を塗り、上塗り噴霧を最小にする。コーティングがワークピースに沈着されたとき、電荷は、グラウンドを通って散逸し、電源へと戻り、回路を完成する。保護膜が、塗料の完全さを維持し、仕上げ表面に光沢効果を提供するため、類似の態様で塗料表面に適用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、塗料及び保護膜の噴霧は、一般に、材料の実質的な浪費を生じさせる。たとえ噴霧ヘッドとコートされるべき表面との間の距離が最小にされたとしても、不規則な塗料粒子は、粒子に適した表面とは異なる表面に沈着されるようになり得る。そのような場合には、表面コーティングは、特に表面の輪郭部分で不均一に沈着され得る。コーティングの不均一な沈着、並びに、コーティングプロセス中の他の不規則性は、仕上げ品質にばらつきを与えかねない。その上、コーティング表面に捕捉されるようになった空気分子に起因して、表面に欠陥が発生する可能性がある。
【０００５】
静電仕上げに対する別の欠陥は、特にコーティングの複雑な表面に関する、ファラディケージ効果であり、これは、帯電したコーティング粒子が、空洞部の入口の周りに沈着する傾向により特徴付けられる。ファラディケージ効果は、伝導体の電荷が該伝導体の外側表面に存在することを可能にする。コーティングの複雑な表面の場合には、電荷は、空洞部の入口の周りに存在する。高い粒子運動量は、ファラディケージ効果を克服することを可能にする。これは、より大きい運動量の粒子（より大きい粒子又はより高い速度で移動する粒子）ほど、静電力により与えられる影響が少ないからである。しかし、高い粒子運動量も効率を低下させてしまう。
【０００６】
更には、上塗りの量が噴霧プロセスの間で最小にされたとしても、塗料及び保護膜の成分は、微粒子化され、該成分を、必要となり得る期間を超える期間に亘って、空中浮遊させる。この空中浮遊粒子の存在は、一般に、環境問題、並びに、オペレータによる粒子吸入に関連した問題の底流にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願で開示されているものは、自動車のためのアルミニウムフレーム及び他の構成部品を着色仕上げするための方法である。本方法は、アルミニウム表面を陽極酸化し、該アルミニウム表面を着色する、各工程を備え、前記陽極酸化工程は、該アルミニウム表面に印加される直流電流の電流密度を離散量で段階的に増大させる工程を備える。アルミニウム表面の着色工程は、吸着着色プロセス、電界着色プロセス、干渉着色プロセス、又は、前記したプロセスの任意の組み合わせによって、もたらすことができる。
【０００８】
一つの形態では、自動車のアルミニウム表面を自動的に着色陽極酸化するためのバッチ式の方法は、アルミニウム表面をアルカリクリーニングプロセスでクリーニングし、アルミニウム表面をエッチングプロセスでエッチングし、アルミニウム表面を脱酸素化槽内で脱酸素化し、アルミニウム表面を陽極酸化槽内で陽極酸化し、アルミニウム表面を硝酸槽内に浸し、アルミニウム表面を着色し、着色されたアルミニウム表面を低温密封又は高温密封する、各工程を備える。陽極酸化工程は、該アルミニウム表面に印加される直流電流の電流密度を離散量で段階的に増大させる工程を備える。
【０００９】
別の形態では、アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を着色陽極酸化する方法は、アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を、汚染物質を除去するため、上昇した温度を有するアルカリクリーニング溶液中に浸漬させ、アルミニウム自動車フレーム又は構成部品から自然の酸化物コーティングを除去し、アルミニウム自動車フレーム又は構成部品をスマット除去し又は脱酸素化するため酸性溶液中に該アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を浸漬させ、アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を光沢研磨／電解研磨するため高温の硝酸、リン酸及び硫酸の溶液中に該アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を浸漬させ、アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を酸性溶液中で陽極酸化し、アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を、吸着着色、電解着色及び干渉着色からなるプロセスのグループから選択されたプロセスで着色し、アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を低温密封するためニッケル塩の存在下で該アルミニウム自動車フレーム又は構成部品をフッ化化合物又はシリカ化合物の溶液中に浸し、アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を９０℃乃至１００℃の温度の脱イオン化水に浸漬させ、アルミニウム自動車フレーム又は構成部品を乾燥する、各工程を備え、アルミニウム自動車フレーム又は構成部品は、前記工程の各々を実行するプロセスステーションの間を自動的に輸送される。前記陽極酸化工程は、前記アルミニウム自動車フレーム又は構成部品に印加される直流電流の電流密度を離散量毎に段階的に増大させる工程を備える。
【００１０】
別の形態では、着色されたアルミニウム自動車ボディパネルは、アルミニウム自動車ボディパネルを、０．１乃至３０分の間、アルカリクリーニング槽中でクリーニングし、アルミニウム自動車ボディパネルを、０．１乃至３０分の間、電解研磨又はエッチングし、アルミニウム自動車ボディパネルを、０．１乃至２分の間、スマット除去槽内でスマット除去し、アルミニウム自動車ボディパネルを、５μｍ乃至５０μｍの厚さの多孔性アルミニウム酸化物表面を形成するため、直流電流を用いて硫酸槽内で陽極酸化し、該陽極酸化の工程において、前記直流電流の電流密度を離散量毎に段階的に増大させ、アルミニウム自動車ボディパネルを着色し、該着色工程は、前記多孔性アルミニウム酸化物表面内に染料を含浸させる工程、該多孔性アルミニウム酸化物表面に金属を電解沈着させる工程、誘電槽を沈着させ、該誘電槽に亘って半透明層を沈着させる工程、又は、前記した着色プロセスの少なくとも１つを含む組み合わせのプロセスを含み、アルミニウムボディパネルを密封して着色されたアルミニウム自動車ボディパネルを製造する、各工程を備える陽極酸化プロセスにより製造される。
【００１１】
上術した特徴及び他の特徴は、図面及び詳細な説明によって例示されている。
【実施例】
【００１２】
本明細書で開示されたものは、アルミニウム製自動車フレーム及びアルミニウム製自動車構成部品を着色陽極酸化するための方法である。陽極酸化プロセスは、一般に、着色プロセスのうちの任意の一つ又はその組み合わせによって着色コーティングを生成するためコーティングの品質を制御するように酸性の陽極酸化槽に電流を印加する工程を備えている。そのような着色プロセスは後述される。代替例として、陽極酸化プロセスを、クリアなコーティングを生成するため使用することができる。
【００１３】
陽極酸化プロセスは、純粋なアルミニウム又はアルミニウム合金から製作される自動車フレーム又は自動車構成部品で実行することができる。着色陽極酸化することができるフレームスタイルは、ボディフレーム一体化（ＢＦＩ）スタイル、フレーム上ボディ（ＢＯＦ）スタイル、及び、スペースフレームを備えている。陽極酸化及び着色プロセスは、以下では、アルミニウムから製作されたフレーム又は構成部品に言及しているが、後述される着色陽極酸化プロセスは、アルミニウム合金から製作されたフレーム又は構成部品にも適用可能であるということが理解されるべきである。着色陽極酸化され得る一例としてのアルミニウム合金には、アルミニウム−銅合金（Ａｌ−Ｃｕ、例えばグループ２０００アルミニウム合金）、アルミニウム−マンガン合金（Ａｌ−Ｍｎ、例えば、グループ３０００アルミニウム合金）、アルミニウム−シリコン合金（Ａｌ−Ｓｉ、例えば、グループ４０００アルミニウム合金）、アルミニウム−マグネシウム合金（Ａｌ−Ｍｇ、例えば、グループ５０００アルミニウム合金）、アルミニウム−マグネシウム−シリコン合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ、例えば、グループ６０００アルミニウム合金）、並びに、アルミニウム−亜鉛合金（Ａｌ−Ｚｎ、例えば、グループ７０００アルミニウム合金）が含まれるが、これらに限定されるものではない。前述した一例としてのアルミニウム合金の任意のものは、例えば、シリコン等の合金添加剤を更に含んでいてもよい。
【００１４】
ここで、図面を参照すると、アルミニウム自動車フレーム又はアルミニウム構成部品を着色陽極酸化するプロセスが、参照番号１０で概略的に示されている。当該プロセス１０は、一般に、例えばグリース又は汚れ等の表面汚染物質を表面のアルカリ及び／又は酸性クリーニングを介して除去し、エッチングし及び／又は電界研磨し、多孔性酸化アルミニウムコーティングを形成するように陽極酸化し、着色し、及び、密封する、各工程を備える様々な処理を含んでいる。陽極酸化されたコーティングが着色されるところの着色プロセスは、吸着着色、電解着色、干渉着色、又は、前述した着色プロセスの少なくとも１つを含む組み合わせを含んでいる。
【００１５】
プロセス１０は、一般に、自動化処理システムが一連の処理容器を通して多数のワークピース（例えば、自動車フレーム又は自動車構成部品）を案内する組み立てライン処理で実行される。ワークピースは、処理容器内に自動的に預けられ、該処理容器から回収することにより、プロセス１０の各工程で同時に処理される。当該処理容器は、ワークピースの束を連続的に受け取るように配列されている。一例としての実施例では、各々の処理容器は、約６，８００立方フィート（ｆｔ３）であるのが好ましく、約８個の自動車フレームを収容するように寸法が定められるのが好ましい。プロセス１０における自動車フレームの総持続時間は、約１乃至約５時間であるのが好ましく、約１．５時間乃至約４時間であるのが更に好ましく、約２時間乃至約３時間であるのが最も好ましい。
【００１６】
アルミニウムワークピースが、ワークピースの表面上に切削オイル又は保護コーティング等の汚染物質を配置させている場合には、汚染物質は、プロセス１０の開始前に表面から除去されるのが好ましい。汚染物質の除去は、例えば、ワークピースを脱脂する蒸気により又はワークピースを酸性クリーニング溶液と接触させることにより、もたらすことができる。蒸気脱脂プロセスでは、汚染物質は、例えば、１，１，１−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、又は、ペリクロロエチレン等の材料の蒸気とワークピースとを接触させることにより、除去することができる。受け取ったときのアルミニウム合金のワークピースが、この種の汚染物質を持っていない場合には、この工程を省略することができる。
【００１７】
プロセス１０の一例としての工程では、汚染物質（例えば、「製作上の汚物」）は、アルカリクリーニングプロセス１２にアルミニウムワークピースから除去される。アルカリクリーニングプロセス１２は、好ましくは、合成洗剤、乳化剤、羊毛状物、１種類以上の表面活性剤、及び、湿潤剤と共に様々なナトリウム塩を含む、アルカリクリーニング溶液を利用する。例えば、適切なアルカリクリーニング溶液は、１リットル当たり約５グラム（ｇ／L）の濃度で、リン酸三ナトリウムを含んでいる。アルミニウム製ワークピースのクリーニングは、溶液が十分に混合され、上昇した温度で維持されるとき、アルカリクリーニング溶液を用いて最も効果的に実行される。好ましくは、当該溶液は、約２０度（℃）乃至約７９℃の温度に維持される。アルカリクリーニング溶液中のアルミニウムワークピースのための浸漬時間は、約０．１乃至約３０分間が好ましく、約１乃至約２０分間の浸漬時間がより好ましく、約５乃至約１５分間の浸漬時間が更により好ましく、約１０分間の浸漬時間が最も好ましい。
【００１８】
アルカリクリーニングプロセス１２に引き続いて、アルミニウムワークピースは、濯ぎサイクルで濯がれるのが好ましい。濯ぎサイクルは、アルカリクリーニング溶液の痕跡、並びに、アルカリクリーニング溶液により解放されたがワークピースの表面に残っている残留汚染物質を除去するため高温水を用いてワークピースの表面を洗浄する工程を備えている。
【００１９】
一旦、十分に濯がれたならば、ワークピースは、表面仕上げを改善するため、即ち粗さを減少させるため、エッチング又は電解研磨プロセス１６を受ける。アルミニウムは、陽極酸化前に除去されなければならない表面上の薄い自然な酸化コーティングを有する。この酸化コーティングは、エッチング又は電解研磨工程の間に除去される。エッチング又は電解研磨の目的は、つや消し外面を提供するため、及び、表面のかき傷を除去（隠す）ため、である。
【００２０】
エッチングでは、ワークピースは腐食液を含む槽内に浸漬されるのが好ましい。この工程は、均一なつや消しを与えるため様々な添加剤と共にしばしば、アルカリ金属水酸化物溶液中で通常実行される。適切な腐食剤は、水酸化ナトリウムと、前述した腐食剤の少なくとも１種類を含む組み合わせと、を含んでいる。腐食剤槽の温度は、腐食率を増大させる。
【００２１】
好ましい実施例では、エッチングプロセスは、約０．１乃至約３０分であり、約１乃至約２０分がより好ましく、約５乃至約１５分が更により好ましく、約１０分間が最も好ましい。
【００２２】
次に、ワークピースは、スマット除去又は脱酸素化プロセス１８を受ける。該プロセスでは、ワークピースは、スマット除去され又は脱酸素化槽内に浸される。スマット除去工程又は脱酸素化槽は、スマット（例えば、すす）、酸化物粒子、合金、シリコン等を除去する。これらは、アルカリクリーニングプロセス１２のアルカリクリーニング溶液及び／又はエッチング若しくは電解研磨プロセス１６のアルカリクリーニング溶液内で不溶性であり、引き続く濯ぎサイクルでは除去されない。一例としての種類のスマット除去槽は、クロム及び硫酸、クロム及び硝酸、鉄を含む硫酸／硝酸／硫酸等の水性混合物等の酸性溶液を含んでいる。スマット除去槽又は脱酸素化槽内のアルミニウムワークピースの浸漬時間は、ワークピースの表面が用いられた特別の酸性溶液によりスマット層を除去するためエッチングされる率に基づいている。ワークピースのための浸漬時間は、約１５秒乃至約５分であるのが好ましく、約３０秒乃至約２分がより好ましく、約１分間が最も好ましい。適切な酸性溶液は、スマットを除去するだけではなく、アルミニウムを脱酸素化するが、それらは、ワークピースが浸漬時間を延長されたとき、アルミニウム表面に有害な効果をもたらさないのが更に好ましい。アルミニウムワークピースは、酸性溶液の残留物を除去するため濯ぎサイクルで濯がれてもよい。
【００２３】
スマット除去又は脱酸素化工程に続いて、ワークピースは、光沢浸漬／電解研磨プロセス２０を受けてもよい。光沢浸漬／電解研磨プロセス２０は、硝酸、リン酸、硫酸の混合物を含む高温水性溶液にワークピースを浸漬させる工程を備えている。適切な混合物は、重量にして、約３％の硝酸、約７８％乃至約８０％のリン酸、約１％の硫酸、及び、約１７％乃至約１９％の蒸留水を含んでいる。この混合物は、上昇した温度に保持されるのが好ましい。光沢浸漬溶液の温度は、約１０℃乃至約９５℃であり、約３８℃乃至約９５℃であるのがより好ましく、約６５℃乃至約９５℃であるのが更により好ましい。アルミニウム合金のワークピースは、少なくとも約２分間の間、光沢浸漬溶液内に浸漬されるのが好ましく、約１０分間に亘って浸漬されるのがより好ましい。ワークピースは、濯ぎサイクルで濯がれてもよい。
【００２４】
電解研磨工程では、ワークピースは、好ましくは酸性物質を含む電解液槽内に浸漬され、電解液槽のアノードに接続される。メッキプロセスとは本質的に反対の工程を実行するためアノード部分から金属カソードに電流が流される。電場は、自然に、微小なピークに合焦して局所的な材料除去率を増大させ、谷部の材料除去率を超え、最小の材料除去で、より滑らかでより反射能の高い表面を生じさせる。エッチング又は電解研磨プロセス１６の完了時には、ワークピースは、濯ぎサイクルを受けるのが好ましい。
【００２５】
好ましい実施例では、電解研磨プロセスは、約０．１乃至約３０分間であり、約１乃至約２０分がより好ましく、約５乃至約１５分が更により好ましく、約１０分間が最も好ましい。
【００２６】
光沢浸漬／電解研磨プロセス２０の後、ワークピースは、陽極酸化プロセス２２で陽極酸化される。陽極酸化とは、酸性溶液中で生じる電気化学転換プロセスであり、該プロセスでは、アノードにおいてアルミニウム金属層の表面が、電流が印加されている間に多孔性のアルミニウム酸化物膜へと変換される。陽極酸化プロセス２２では、ワークピースは、アノードとして構成される。直流電流（ＤＣ）は、適切なカソードに印加され、電解質伝達が、カソード及びアノードの間で硫酸電解質を介して維持される。電流の印加時には、酸素ガスは、アノード（ワークピース）において放出され、それにより、ワークピースの表面において酸素ガスとアルミニウムとの間で反応が生じ、酸化アルミニウムのコーティングを生成する。水素ガスは、カソードにおいて放出される。
【００２７】
次のパラメータが、当該プロセスを制御させるため監視される。即ち、電流密度、電圧、電解質の濃度、アルミニウム濃度、電解液の攪拌、並びに、温度である。電流密度に関して、陽極酸化プロセス２２は、段階的に変化されるのが好ましい。即ち、電流密度が陽極酸化を通して時間と共に、離散的に増大される。より低い電流密度の電流では、ワークピース上に形成された酸化アルミニウムコーティングの厚さは、コーティングに高い光沢仕上げを提供する拡散バリアを形成する。より高い電流密度の電流で引き続いて陽極酸化することは、表面の光沢上に様々な影響を与える酸化アルミニウムコーティングの形成を可能にする。陽極酸化プロセス２２の一例としての実施例では、直流電流が、ワークピース表面の平方フィート当たり約５アンペア（Ａ／ｆｔ２）以下の大きさで印加される。次に続く段階の電流密度は、約１０Ａｆｔ２以上であるのが好ましく、約１２Ａｆｔ２以上であるのがより好ましく、約１５Ａｆｔ２以上であるのが更により好ましい。
【００２８】
電流密度は、陽極酸化プロセス２２の間に一定に維持されるのが好ましい。しかし、電圧は、温度の変化、及び、酸化物の厚さ即ち電気抵抗の増大に起因して変化する。好ましくは、電圧は、約１４乃至約１８ボルトの間である。なお、異なる合金は、同じ電流密度を達成するため異なる電圧要求量を持つ。
【００２９】
硫酸陽極酸化槽は、約１０乃至約２５重量パーセント（ｗｔ％）の硫酸の濃度を持ち、約１２乃至約１８ｗｔ％の濃度がより好ましい。陽極酸化の間の槽の温度は、陽極酸化層の硬度に影響を及ぼし、約１５℃乃至約３０℃に維持されるのが好ましく、約１８℃乃至約２２℃の温度がより好ましく、約２０℃の温度が更により好ましい。その上、当該槽は、局所的な加熱を防止するため連続的に攪拌される。
【００３０】
多孔性酸化物槽の厚さ、並びに、陽極酸化プロセスの間に形成された当該層の他の特性（例えば、硬度、孔サイズ等）は、陽極酸化が影響を及ぼされる時間、カソードの合金組成、電流密度、及び、電解質温度等の様々な因子の関数である。一般には、より高い電流密度及び電気分解時間では、多孔性酸化物層がより増大した厚さで沈着される。好ましくは、陽極酸化プロセスの間に形成された多孔性酸化物層の厚さは、約５マイクロメートル（μｍ）乃至約５０μｍであり、約１０μｍ乃至約２５μｍであるのがより好ましく、約１２μｍ乃至約１７μｍであるのが更により好ましい。陽極酸化プロセス中の多孔性酸化物層の形成に引き続いて、陽極酸化されたワークピースは、濯ぎサイクルで濯がれる。
【００３１】
陽極酸化ワークピースは、着色プロセス２４を受ける。吸着着色、電界着色及び干渉着色を含む様々な方法のうち任意の一つ又はそれらの組み合わせにより陽極酸化されたワークピースに着色プロセスを提供することができるが、これらの例に限定されるものではない。吸着着色プロセス（以下では、「染料着色プロセス２６」と称する）は、酸化物層の孔の開口部に染料が導入されるプロセスである。染料着色プロセス２６で使用される染料は、本質的に有機物であり、水に不溶性のものであるのが好ましい。そのような染料は、浸し、噴霧等を介して多孔性酸化物層内に導入される。一旦、多孔性酸化物層内に導入されたならば、染料は、孔を介して酸化物コーティングの表面領域内に吸着される。陽極酸化されたワークピースの酸化物層の孔構造が実質的に均一であるので、並びに、染料の粒子が、塗料色素粒子よりも実質的に小さいので（これによって、より容易に孔内に吸着される）、スペクトルの幅広い範囲に亘る色を、均一性の高い度合いで達成することができる。更には、そのような色は、同じバッチのワークピースの間で非常に再現性が高い。染料着色プロセス２６が、他の任意の着色プロセスと連係して利用されるべき場合には、陽極酸化され、着色されたワークピースは、そのような他の着色プロセスを受ける前に濯ぎサイクルで濯がれてもよい。染料着色プロセス２６が、ワークピースが着色されるところの唯一のプロセスである場合には、ワークピースは、後述されるように、低温密封プロセス３２に移行される。
【００３２】
２８で示された電解着色プロセスでは、色は、酸化物層の孔において金属粒子の電解沈着を介して酸化物層に与えられる。粒子の沈着は、金属塩溶液に交流電流を印加することによりもたらされる。沈着された粒子のサイズは酸化物層内の孔の開口部よりも小さいので、当該粒子は、孔の底部、並びに、側部において沈着される。金属粒子を電解沈着させるため利用することができる金属塩溶液は、スズ、コバルト、ニッケル、銅等の水性溶液を含んでいるが、当該例に限定されるものではない。電解着色プロセス２８が、別の着色プロセスと連係して利用される場合には、電解着色されたワークピースは、他の着色プロセスを受ける前に濯ぎサイクルで濯がれてもよい。電解着色プロセス２８が、ワークピースが着色される唯一のプロセスである場合、ワークピースは、後述されるように、低温密封プロセス３２へと移行される。
【００３３】
３０で示される干渉着色プロセスでは、選択された波長の入射光は、陽極酸化されたワークピースの表面に施された層によって選択的にフィルター処理されるか又は消滅される。そのような層は、一般に、陽極酸化された表面上への誘電層の沈着、並びに、該誘電層に亘る半透明の金属層の沈着により生成される。当該層（特に誘電層）の厚さは、干渉着色コーティング内で様々な色効果を生成する。誘電層は、例えば、スパッタリング、蒸着等の物理的蒸着（ＰＶＤ）法を介して、又は、直流電流法、例えば直流電流と硫酸電解質とを使用して陽極酸化されたアルミニウム表面上におけるアノード酸化等によって、適用されることができる。半透明金属層は、典型的には、例えば、スパッタリング、蒸着等の物理的蒸着法（ＰＶＤ）により、又は、直接的な化学析出により、又は、電気化学的法によって、沈着される。干渉着色プロセス３０が、別の着色プロセスと連係して利用される場合、干渉着色されたワークピースは、他の着色プロセスを受ける前に、濯ぎサイクルで濯がれてもよい。干渉着色プロセス３０が、ワークピースが着色される唯一のプロセスである場合には、ワークピースは、後述されるように、低温密封プロセス３２に移行される。
【００３４】
上述された着色プロセスの組み合わせが用いられる場合、電界着色プロセスは、乾燥プロセス及び干渉プロセスの前に行われるのが好ましい。同様に、乾燥プロセスは、干渉着色プロセスの前に行われるのが好ましい。
【００３５】
一旦、ワークピースが乾燥されると、ワークピースは、単に低温密封プロセス３２及び／又は高温密封プロセス３４にさらされて、密封される。低温密封プロセス３２は、ニッケル塩が存在した状態で、及び、しばしば水−アルコールの混合物内に、フッ化物又はシリカ化合物を含む、光沢浸漬溶液に基づくのが好ましい。水アルコール溶媒は、塩の溶解度を明らかに低下させ、アノード膜の孔内への塩の析出を容易にする。好ましい低温密封溶液は、例えばニッケルアセテート等のニッケル化合物、フッ化化合物、及び、ｎ−ブタノールを含んでいる。好ましくは、低温密封温度は、約５．０乃至約７．０のｐＨで約２４℃乃至約３２℃である。
【００３６】
高温密封プロセス３４は、約９０℃乃至約１００℃の温度で脱イオン化された水内にワークピースを浸漬させる工程を備えている。高温密封プロセス３４は、酸化物の多孔性の故に、結晶アルミニウム層を水和し、該アルミニウム層は、孔を閉じるように酸化物を増加させ、これにより、内部に染料を密封する。ワークピースは、濯がれ、乾燥プロセス３６を受ける。
【００３７】
上述したプロセスは、アルミニウム及びアルミニウム合金のフレーム及び構成要素が着色されるプロセスを超える幾つかの利点を提供する。特に、当該プロセスは、約５０の自動車フレームを、約２時間半の時間に亘って、色の一つ又は組み合わせで、着色する工程を提供する。従来の噴霧コーティングプロセスは、一つのワークピースを一度に系統的にコートするため、組み立てラインの枠組みを利用する。組み立てライン枠組みの十分に確立されたツーリング、及び、そのような枠組みに対する自動車産業の信頼性の故に、バッチ式又は半バッチ式のプロセスの応用可能性及び利点は、しばしば看過されている。
【００３８】
更には、当該プロセスの自動化、即ち、プロセスステーションの間のワークピースのシステム制御された輸送は、着色プロセスを、より少ない労働力でもたらすことを可能にしている。その上、上述された着色プロセスは、フレーム及び構成要素の従来の噴霧塗装への魅力的な代替手段を提供する。
【００３９】
アルミニウム表面の実際の着色は、従来通りに着色されたアルミニウムフレーム及び構成要素に更なる利点を提供する。より詳しくは、酸化物層の孔における金属粒子の電解沈着及び干渉着色プロセスを提供するための層の沈着の両方は、紫外線放射への露出の結果としての色褪せに耐える、優れたコーティングを提供する。その上、干渉着色は、望ましい色、光沢、及び、染料着色又は電解着色では得られない他の表面効果を提供する。再び、自動車産業は、組み立てライン製造、及び、コーティング塗布の単純な噴霧プロセスに依拠しているので、他のコーティング法の可能性が無視されてきたのである。
【００４０】
本発明は、一例としての実施例を参照して説明されたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更をなすことができ、構成要素を均等物に代替することができる。更には、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、当該開示の教えに、特定の状況又は材料を適合する多数の変更をなすことができる。従って、本発明は、本発明を実行するため考えられるベストモードとして開示された特定の実施例に限定されるものではない。しかし、本発明は、添付された請求の範囲内に属する全ての実施例を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、アルミニウム製自動車フレーム、アルミニウムボディパネル等の構成部品を着色陽極酸化するための方法の概略図を示す。
【図１】
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