(57)【要約】  【課題】アルミニウムまたはアルミニウム合金材料の表面を金属光沢と装飾性としての立体的な結晶模様に変換する方法を提供する。  【解決手段】表面に１ｍｍ２以上の面積を有する多角形状、円形状、半円形、帯状もしくは放射状又はこれらの組み合わせ形状の不定形結晶模様を多数有し、各々の結晶模様の境界において１０μｍ以上好ましくは２０μｍ以上の高さの段差があることを特徴とするアルミニウム又はアルミニウム合金材料の製造方法で、アルミ合金材料をアルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属の水酸化物と添加剤を含有する溶液に７０〜９５℃で、１回又は２回以上、合計時間が６〜３０分浸漬することからなる段差型結晶析出処理を施し、次いで陽極酸化処理、ＰＶＤ又はＣＶＤ処理を施して本発明の製品とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムまたはアルミニウム合金材料に、アルカリ及び／またはアルカリ土類金属の水酸化化合物を２〜１０モル／Lの濃度溶液を用いて、６分以上段差型結晶析出処理を施した後に、陽極酸化処理、ＰＶＤ又はＣＶＤ処理を行うことにより、表面に１ｍｍ２以上の面積を持つ多角形状、円形状、半円状、帯状もしくは放射状又はこれらの組み合わせ形状の不定形結晶模様を多数有し、各々の結晶模様の境界において１０μｍ以上の段差があることを特徴とするアルミニウムまたはアルミニウム合金の製造方法。
【請求項２】
アルミニウムまたはアルミニウム合金材料に、アルカリ及び／またはアルカリ土類金属の水酸化化合物を２〜１０モル／Lの濃度、および添加剤としてとして芳香族又は脂肪族のアルコール性水酸基、フェノール性水酸基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボキシル基、スルホン基、アミノ基及び／またはニトロ基を含む有機化合物またはその塩もしくは誘導体、或いはフッ化化合物、ケイフッ化化合物、ケイ酸化合物、リン酸化合物、硫酸化合物および／または硝酸化合物からなる無機化合物、を一種以上含む溶液を用いて、２分以上段差型結晶析出処理を施した後に、陽極酸化処理、ＰＶＤ又はＣＶＤ処理を行うことからなる、表面に１ｍｍ２以上の面積を持つ多角形状、円形状、半円状、帯状もしくは放射状又はこれらの組み合わせ形状の不定形結晶模様を多数有し、各々の結晶模様の境界において１０μｍ以上の段差があるアルミニウムまたはアルミニウム合金の製造方法。
【請求項３】
アルミニウムまたはアルミニウム合金が予め結晶のマクロ化を施してある圧延材、丸棒、管、押出し材等の展伸材、又は、砂型、金型、ダイキャスト等の鋳物材であって、これを加工して製品形状又は半製品としたものを出発材料とする請求項１又は２の製造方法。
【請求項４】
アルミニウムまたはアルミニウム合金として、予め結晶のマクロ化を施してない材料で製品化又は半製品化されたものを用い、これを該材料の再結晶化温度以上で溶融温度以下の温度で１0分以上加熱し、その後３０〜３００℃／分の冷却スピードにて、再結晶化温度以下まで冷却したものを出発材料とする請求項１又は２の製造方法。
【請求項５】
段差型結晶析出は、アルカリ及び／又はアルカリ土類金属の水酸化物の１種以上を２〜８モル／Lの濃度、添加剤として硫酸、硝酸、亜硝酸、次亜硝酸、塩化物、リン酸、グルコン酸、酒石酸および／またはりんご酸、或いはこれらの塩または金属塩を０．１〜５モル／Ｌの濃度で含む溶液にアルミニウム又はアルミニウム合金を浴温７０〜９５℃で合計の浸漬時間が２〜３０分となるように、１回又は２回以上浸漬することを特徴とする請求項２乃至４の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に装飾性の高い立体的結晶模様を有するアルミニウム及びアルミニウム合金の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金は軽量で熱の伝導性がよく、耐食性があり、塑性加工性が優れているなどの諸特性から構造材料、建築材料など広い分野で多量に使用されている。
アルミニウム及びアルミニウム合金は曲げ、絞り、プレス加工などによりアクセサリー、文房具、各種の筐体等、装飾性を必要とする多種の形状に成型できる利点をもっている。本発明者は先にこれら合金材料に耐食性及び金属光沢と共に装飾性のある大きな多様の結晶模様を同時に付与する方法を提案した。しかしながら、この技術では結晶析出面が平面的あるのに対して、今回の発明は装飾性としての結晶模様を立体的に析出する方法であり今までに無い技術である。
【０００３】
従来の表面処理で金属材料表面に段差を持つパターンを形成する方法として食刻法が古くから知られているが、この方法は特定のパターンで金属面を保護し、保護されていない面のエッチングを進行させ、予め決められたパターンの凹凸を表面に形成するもので、多様な不定形状の装飾性としての結晶面に段差を伴って表面に形成した模様を有するものについては従来知られていない。これに対して、従来技術例として例えば特許文献１にはAl-Si-Mg系の押出加工材中のFe及びCu含有量を特定割合にしてエッチング処理を施し、結晶模様を有するアルミニウム押出加工材の製法が提案されている。この方法で得られる加工材は組成が限定されている上にエッチング処理のみの後に陽極酸化処理を施してもきれいな金属光沢と装飾性の高い立体的な結晶模様を生じさせることが困難である。
【特許文献１】特開平６−３３６６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は従来技術では平面的装飾性のみであったアルミニウム及びアルミニウム合金材に金属光沢と装飾性としての立体的結晶模様を形成する為に、各結晶模様の境界部分に段差を生じさせた表面を形成するための新規な製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金材料に、アルカリ及び／またはアルカリ土類金属の水酸化物を２〜１０モル／Ｌ、特に好ましくは４〜８モル／Ｌを含む溶液、又はこれに添加剤として芳香族又は脂肪族のアルコール性水酸基、フェノール性水酸基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボキシル基、スルホン基、アミノ基及び／またはニトロ基を含む有機化合物またはその塩もしくは誘導体、或いはフッ化合物、ケイフッ化合物、ケイ酸化合物、リン酸化合物、硫酸化合物および／または硝酸化合物からなる無機化合物の一種以上を０．１〜５モル／Ｌを加えた溶液を用いて、アルカリ類のみ使用の時には１０分以上、添加剤を加えたときには２分以上の段差型結晶析出処理を施した後に、陽極酸化処理、ＰＶＤ又はＣＶＤ処理を行うことにより、表面に１ｍｍ２以上の面積を持つ多角形状、円形状、半円状、帯状もしくは放射状又はこれらの組み合わせ形状の不定形結晶模様を多数有し、各々の結晶模様の境界において１０μｍ以上の段差があるアルミニウムまたはアルミニウム合金の製造方法である。
【０００６】
本発明の結晶模様は材料の表面に生じており、その模様一つ一つの面積は少なくとも１ｍｍ２で、好ましくは１０ｍｍ２以上１０００ｍｍ２以下程度のものが装飾的見地から好ましい。そして各結晶模様の形状は極めて多種多様で、３角形から５角形、６角形に至る多角形形状、楕円形等を含む円形状、半円形状、又は帯状の如き線状形状、放射状に広がった形状などがあり、これらが例えば１００００ｍｍ２当たり１０〜１０００個程度の様に多数表面に析出する。
【０００７】
これらの各結晶模様は隣接する結晶模様との間に明瞭な境界線を有し、各境界においては少なくとも１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上の段差があり、それらは素手によって感じられる程度の凹凸である。
この様に装飾性の高められた材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金材料に段差型結晶析出処理を施した後に、陽極酸化、ＰＶＤ又はＣＶＤ処理を行って耐食性を付与することで製造することが出来る。
【０００８】
出発材料として用いられるアルミニウムまたはアルミニウム合金は展伸材、鋳造材のいずれもが用いられるが、圧延板、丸棒、押出し加工材等の展伸材であって予め結晶粒のマクロ化を施してあるものを製品化又は半製品化したものが好ましい。この結晶粒のマクロ化には熱処理する方法や展伸加工時の時間をゆっくりすることによって結晶粒の成長を促す方法などがある。
【０００９】
一方、出発材料として特別に結晶粒のマクロ化を施してない材料を用いる場合はその材料の再結晶化温度以上で製品の形状が著しく変形しない範囲の溶融温度以下の温度で１0分以上熱処理して結晶粒のマクロ化を施してから本発明の前処理を施す事が好ましい。この場合の熱処理温度は通常３００〜６３０℃の範囲で、保持時間は３０分〜7２時間が実用的である。熱処理後の製品は望む大きさの結晶粒が成長するように管理された冷却速度例えば３０〜３００℃／分で冷却する事が好ましい。
【００１０】
本発明で用いられる出発材料としては、結晶粒のマクロ化処理有無に拘わらず、主に塑性加工その他で製品化又は半製品化されているものが対象となり、これら製品の表面を装飾性の高いものに変える。この様な対象製品としては事務関係分野では文房具、プロジェクター、ＤＶＤ、パソコン、スキャナー、プリンター、マウス、建築関係分野では壁、天井、ふすま、取手、当て板、机、椅子、照明器具等の内装品、外装材料としての門扉、門柱、垣根、棚、モバイル製品分野ではデジカメ、携帯電話、ＭＤ、ＣＤ機器、ビデオカメラ、ヘッドホン、ラジオ等、一般家電製品分野ではコンポ、ミニコンポ、冷蔵庫、クーラー、加湿器、固定電話、時計関係製品では文字盤、外枠、針、化粧品関係分野ではコンパクト、口紅等の容器、キャップなど、一般用品として食器、皿、ボール、コースター、スプーン、ホーク、ナイフ、ビールコップ、猪口等の台所用品、壷、花瓶、鞄、名刺ケース、アクセサリーとしてペンダント、ネックレス、ブレスレット、ベルト、イヤリング、指輪などの本体および付属機器または筐体等に成型された製品の1部または全部が対象となる。これらの製品に本発明で用いる処理を施すと表面にきれいな不定形の結晶模様を多数有し、各結晶面の境界線には１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上の素手で認識出来る程度の段差を生じている。この様な表面は金属光沢があり、且つ新規な触感を有するもので装飾効果に優れた製品とすることが出来る。
【００１１】
本発明の段差型結晶析出は、アルカリ性溶液、例えばか性ソーダ、か性カリ等の１種以上を２〜１０モル／Ｌ含む溶液を用い、好ましくはさらに有機化合物系としては、芳香族又は脂肪族のアルコール性水酸基、フェノール性水酸基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボキシル基、スルホン基、アミノ基及び／またはニトロ基を含む化合物またはその塩もしくは誘導体、或いは無機化合物系として、フッ化合物、ケイフッ化合物、ケイ酸化合物、リン酸化合物、硫酸化合物、硝酸化合物からなる添加剤の一種以上を含む溶液を用いて、この溶液にアルミニウムまたはアルミニウム合金を浴温７０〜９５℃で、１回又は２回以上、合計時間が２〜３０分間となる様に浸漬することで行う。本発明の特に好ましい条件としては、か性ソーダ、か性カリを３〜６モル／Ｌに、添加剤として硫酸、硝酸、亜硝酸、次亜硝酸、塩化物、グルコン酸、酒石酸、りんご酸、りん酸及び／またはこれらの塩又は金属塩、例えば硫酸銅、硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、次亜硝酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸２水素ナトリウム、塩化第二鉄、グルコン酸ソーダ、酒石酸カリウム及び／またはりんご酸カルシウムを０．１〜５モル／Ｌの濃度で加えた溶液に浴温７０〜８０℃で、合計の浸漬時間が３〜１０分となるように一回または二回以上に分けて浸漬することである。合金材料の浸漬中、浴液の撹拌はしてもしなくても良い。
【００１２】
本発明では出発材料に段差型結晶化析出処理を施すが、これらの処理前、又は途中、あるいは後に、エッチング及び／又は研磨処理を施しても良い。エッチングは材料表面の汚れ除去の目的もあるので、か性ソーダ、か性カリを用いるアルカリ性側、またはフッ化水素酸、酸性フッ化アンモニウム、硫酸、硝酸を１つ又は２以上含有する酸性側で行い、その時の液濃度は０．４〜６モル／L、液温１５〜８５℃、時間は１０〜６０秒の間行う。
【００１３】
研磨処理においては電解研磨又は化学研磨のいずれかが用いられる。電解研磨のときは浴組成をリン酸系、リン酸硫酸系、リン酸硫酸クロム酸系の酸性側とし、化学研磨のときは浴組成をリン酸系、リン酸硫酸系、リン酸硝酸系の酸性側で行う。
【００１４】
電解研磨の際の条件としては、液濃度が４．５〜５．５モル／Ｌ、浴温６０〜９５℃、電流密度は１０±５Ａ／デシ平方メートルが好ましい。また、化学研磨のときは液濃度が４．５〜５．５モル／Ｌ、浴温６０〜９８℃、時間を３０秒〜５分で１回または２回以上浸漬することによって行う。この浴組成としてはリン酸＋硝酸溶液が特に好ましい。この様な研磨処理することで金属光沢を更に高めることが出来る。
【００１５】
本発明において段差型結晶化処理を施した材料に陽極酸化、ＰＶＤ又はＣＶＤ処理を施して耐食性を付与する。ＰＶＤとしてはスパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング等の方法で表面を物理蒸着によって保護する方法、ＣＶＤとしてはシラン、アルコキシド、酸化物などの化合物を用いて化学反応によって材料表面に薄い被膜を形成させる方法で段差型結晶模様の立体的装飾性に殆ど影響を与えずに耐食性が付与できる。
【００１６】
本発明の陽極酸化は、電解液としては、硫酸、リン酸、又は芳香族もしくは脂肪族の、１個以上のカルボキシル基又はスルホン基を有する有機酸、あるいはこれら有機酸と硫酸もしくはリン酸または両者との混酸が好ましい。陽極酸化は濃度０．５〜１０モル／Ｌの電解液中で電流密度０．６〜５Ａ／デシ平方メートル、電圧１０〜８０Ｖで行うことが好ましい。この様に調整された電解液中での陽極酸化処理は、浴温を−５〜３０℃で行うのが特に好ましい。従来の平面的結晶模様は光沢を上げると鮮明さが失われてくるが本発明による処理を施した素材では陽極酸化処理をしても金属光沢を保ち、且鮮明さが失われることはない。
【００１７】
本発明において、段差型結晶析出処理に加えて行うエッチング又は研磨の各工程の順序としては何れの組み合わせでも良いが、例えば酸性下でのエッチング処理後、アルカリ性浴による段差型結晶析出処理を行う組み合わせの後に陽極酸化処理を行うことで本発明の製品が得られる。この時の金属光沢をもっと高めようとするときには研磨処理工程を付加することにより、光輝性を持った装飾性の高い立体的結晶模様を形成できる。本発明ではこの様な追加の前処理工程を任意の組み合わせで行ってから陽極酸化、ＰＶＤ又はＣＶＤ処理を行うことが好ましい。
【００１８】
本発明では又染色、着色を行うことによりカラーバリエイションを持った処理も可能である。これらは陽極酸化を行った後に電解着色または染色処理を施すことで達成される。
本発明で得られたアルミニウム材料は、それらが板状であるときには曲げ加工、絞り加工またはプレス加工などにより携帯電話機、ウォークマン（ＴＭ）、その他各種電気部品の筐体等に成形して装飾性、審美性の高い製品として利用される。
【００１９】
既に製品形状に加工された素材を用いたときには必要に応じて着色、染色処理をしてそのまま金属光沢を有する装飾性の高い製品として利用される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の方法で得られたアルミニウムまたはその合金材料は表面に大きな且つ鮮やかな金属光沢と立体的結晶模様を有しており、各結晶模様に段差があるため見る角度で光の反射程度が変化し、光の干渉、濃淡がより鮮明に出て、極めて装飾性に富み審美性に優れた材料または製品を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に実施例をもって本発明を具体的に説明する。実施例中の％は別の記載がない限り重量％を示す。
【実施例１】
【００２２】
ＪＩＳ−Ａ１０５０Ｐ材料２枚を、脱脂後先ずエッチング処理としての硝酸（１５±２Ｖ／Ｖ％濃度）＋酸性フッ化アンモニウム（５ｇ／Ｌ）溶液に２３℃で６０秒浸漬し、脱スマットを行った。段差型結晶析出工程としてか性ソーダ（２０ｗｔ％；５モル／Ｌ）＋硝酸ソーダ（１０ｇ／L）＋リン酸ソーダ（５ｇ／Ｌ）＋グルコン酸ソーダ（１ｇ／Ｌ）の混合液に７５℃で７分浸漬した。更にこれをリン酸９５％、硫酸３％及び硝酸１０％からなり、若干の水を加えた研磨液に、９５℃で反応開始後４０秒浸漬して化学研磨した。この処理後にワークを硫酸１．６モル／Ｌの陽極酸化電解液を用いて浴温２１℃、電流密度１Ａ／デシ平方メートル、電圧１３．５Ｖで１５分陽極酸化した。
２枚のサンプルのうち１枚については光沢測定用として水洗後に公知のニッケル系の封孔処理を９５℃、２０分行った。結果、ワークは装飾性としての面積が１０〜２００ｍｍ２の範囲の立体的結晶模様を有し、ダイヤルゲージにて結晶面段差を測定したところ、約３０μmの段差があり、触手にて確認出来た。又この材料は光沢があり、光沢を光沢度計にて入反射角８５°で計測したところ最大光沢度が８５％であった。このワークはアルミニウムの大きな結晶面が立体的で且複雑に入り組んで存在する。恰も、このワークは自然界の地層における、板状の体積岩が層状になって山や谷を作っているようで、天空のあらゆる方向から見ても段差が在る情景と同様に、本発明はアルミニウム材料という狭い範囲内で、装飾性としての立体的結晶模様はっきりと目視及び触手による明確な判断ができるワークが得られた。
【比較例】
【００２３】
実施例１と同様に脱脂後先ずエッチング処理としての硝酸（１５±２Ｖ／Ｖ％濃度）＋酸性フッ化アンモニウム（５ｇ／Ｌ）溶液に２３℃で６０秒浸漬し，脱スマットを行った。段差型結晶析出工程としてか性ソーダ（２０ｗｔ％；５モル／リットル）＋硝酸ソーダ（１０ｇ／L）＋リン酸ソーダ（５ｇ／Ｌ）＋グルコン酸ソーダ（１ｇ／Ｌ）の混合液に７５℃で３０秒浸漬した。
更にこれをリン酸９５％、硫酸３％及び硝酸１０％からなり、若干の水を加えた研磨液に、９５℃で反応開始後４０秒浸漬して化学研磨した。前処理後ワークを硫酸１．６ｍｏｌ／Ｌ陽極酸化電解液を用いて浴温２１℃、電流密度１Ａ／デシ平方メートル、電圧１３．５Ｖで１５分陽極酸化した。
ワークについては結晶面の段差が見られず、平面的に近い結晶模様の為、光の微妙な角度により各々の結晶面が反射、干渉し合い、２次元的にしか捉えることが出来ない。このワークは装飾性としての結晶模様を有し、実施例１同様に光沢があった。この光沢を光沢度計にて入反射角８５°で計測したところ最大光沢度が８５％で実施例１と同等であったが、結晶境界面が実施例１の様に明確に出ておらず、又触手によっても段差がはっきりしない点が大いに異なる。
【実施例２】
【００２４】
アルミニウム―マグネシウム系合金であるＪＩＳ−Ａ５０５２材からなる板状ワークを、実施例１同様に処理を行った結果、結晶面の段差については、実施例１より少なく、１５〜２０μｍで、ワークは装飾性としての面積が３０〜２００ｍｍ２の範囲の立体的結晶模様を有し、光沢度については、８３％でほぼ同様であった。
【実施例３】
【００２５】
実施例２のワークを食用黄色４号、５ｇ／Ｌ含む液に、液温５０℃にて１０分浸漬し、水洗後蒸気封孔（圧力０．４±０.０１ＭＰａ、１５分）を行ったところ。金色光沢のある装飾性としての立体的な結晶模様を有するの食器皿ができた。
【実施例４】
【００２６】
予め結晶のマクロ化を施していない、ＪＩＳ−Ａ１０５０材の食器皿を５５０℃で２４時間加熱、保持し、その後１００℃／分の冷却スピードにて常温にした。この製品を実施例１と同様の処理を行ったところ、結晶境界にて２０〜３０μm段差が生じ、装飾性としての面積が５０〜５００ｍｍ２の範囲の立体的結晶模様を有し、光沢は７５％前後であった。
【実施例５】
【００２７】
実施例２と同様の合金及び作業工程にて、脱脂〜化学研摩まで行い、このワークに金を用いてスパッタ金蒸着を行う。蒸着の作業条件は真空槽内を１０−１Ｐａ、イオン電流は高電圧が１．２Ｋｖの時１０ｍＡ、時間１５分行うと、皮膜厚さは約５０ｎｍで、３次元結晶面に金が蒸着され、装飾性としての立体的な結晶模様ができる。
【実施例６】
【００２８】
実施例１と同様の合金及び作業工程にて、脱脂、エッチングを行い、段差型結晶析出をか性ソーダ（２５ｗｔ％）溶液にて、浴温７５℃、浸漬時間１０分で行い、以後は実施例１と同様に処理してワークを得た。結果、ワークは装飾性としての面積が１０〜２００ｍｍ２の範囲の立体的結晶模様を有し、ダイヤルゲージにて結晶面段差を測定したところ、約２０μmの段差があり、触手にて確認出来た。又この材料は光沢があり、光沢を光沢度計にて入反射角８５°で計測したところ最大光沢度が８０％であった。このワークはアルミニウムの大きな結晶面が立体的で且複雑に入り組んで存在する。恰も、このワークは自然界の地層における、板状の体積岩が層状になって山や谷を作っているようで、天空のあらゆる方向から見ても段差が在る情景と同様に、本発明はアルミニウム材料という狭い範囲内で、装飾性としての立体的結晶模様はっきりと目視及び触手による明確な判断ができるワークが得られた。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明のアルミニウム材料は従来の量産体制の品質管理的発想を打破り、完全な同一模様は２つと出来ないという、デザイナーが個性を出せる新たな商品であり、ユーザーの個性に訴える新たな考え方で、あらゆる業界に適用できる可能性がある。