(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結晶模様を有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、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５０μｍ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及びその製造方法で、これはアルミ合金材料に、エッチング処理、結晶析出処理、研磨処理を施し、次いで陽極酸化処理、真空蒸着をして得ることが出来る。【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に１ｍｍ２以上の面積を有する多角形状、円形状、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。
【請求項２】
結晶模様の境界における段差厚が５０μｍ以上で、金属光沢を有する請求項１の材料。
【請求項３】
アルミニウムまたはアルミニウム合金材料に塩素を含有する化合物を処理液として用いた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、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以上の段差がある事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４】
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３の製造方法。
【請求項５】
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、常温まで冷却したものを出発材料とする請求項３の製造方法。
【請求項６】
段差型結晶析出は、塩素含有化合物を含み、フッ化水素酸、フッ化物塩、酸（重）性フッ化物塩、硝酸、硝酸塩、亜硝酸、亜硝酸塩、有機物としては芳香族、又は脂肪族のフッ素化物、ニトロ化物の１つ又は２つ以上を含む溶液に、アルミニウムまたはアルミニウム合金を１工程以上浸漬することを行うことからなる請求項３乃至５の製造方法。
【請求項７】
段差型結晶析出工程の液濃度は０．０３〜３０モル／L、浴温１０〜６０℃、時間は３０秒〜３０分で、１又は２回以上浸漬することを特徴とする請求項３乃至６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。これら合金材料に耐食性と共に金属光沢を有する装飾性としての結晶模様を同時に付与する方法はあった。しかしながら、従来の技術では結晶析出は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。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することで、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含有量を所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。
【０００３】
【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新規な表面を形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、表面に１ｍｍ２以上の面積を有する多角形状、円形状、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以上の厚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及びその製造法である。
本発明の結晶模様は材料の表面に生じており、そ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。
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５０μｍ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。
【０００６】
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、めっき又は蒸着処理を行うことにより、製造することが出来る。
【０００７】
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成長を促す方法などがある。
【０００８】
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。通常の熱処理温度は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。
【０００９】
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、外観、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、その他、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部または全部である製品が対象となる。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５０μｍ以上の素手で認識出来る段差を生じている。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。
段差型結晶析出は、塩素含有化合物を含み、フッ化水素酸、フッ化物塩、酸（重）性フッ化物塩、硝酸、硝酸塩、亜硝酸、亜硝酸塩、有機物としては芳香族、又は脂肪族のフッ素化物、ニトロ化物の１つ又は２つ以上を含む溶液に、アルミニウムまたはアルミニウム合金を１工程以上浸漬することを行うことからなる。塩素含有化合物としては、塩酸、塩化ナトリウム、塩化カリウム、酢酸クロライド等が用いられる。
液濃度は０．０３〜３０モル／L、浴温１０〜６０℃、時間は３０秒〜３０分で、１又は２回以上浸漬する。
【００１０】
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３０秒〜５分の間行う。
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、またはか性ソーダ系、リン酸ソーダ系のアルカリ性側で行う。
【００１１】
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。
【００１２】
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、めっき又は蒸着処理を施して耐食性を付与する。
【００１３】
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フォ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をいう。濃度は０．５〜１０モル／Ｌの濃度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。
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、例えばアルカリ性下でのエッチング処理後、酸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と、光沢の少ない立体的な結晶模様が出来るが、研磨処理など光沢工程を加えることにより、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、めっき又は蒸着処理を行うことが好ましい。
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。
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】
【００１４】
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による、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。
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】
【００１５】
ＪＩＳ−Ａ１０５０P材料２枚を、脱脂後先ずエッチング処理として２０±２％濃度（０．５モル／リットル）のか性ソーダ溶液に７３℃で２０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硝酸（１００ｍｌ／L）と塩酸（３０ｍｌ／L）及びフッ化水素酸（５ｍｌ／Ｌ）の混合液に２３℃で１８０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。
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８０μm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】
【００１６】
実施例１と同様に脱脂後先ずエッチング処理として２０±２％濃度（０．５モル／リットル）のか性ソーダ溶液に７３℃で２０秒浸漬し、脱スマットを行った。結晶析出工程として苛性ソーダ；２５ｗｔ％、７５℃で３０秒浸漬した。更にこれを実施例１の研摩液に浸漬後、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。
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。この手法によるワークは、又実施例１と同様の光沢の為に、結晶境界面が実施例１の様に明確に出ない、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】
【００１７】
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より若干少なく、約７０μｍで、光沢度については、８３％でほぼ同様であった。
【実施例３】
【００１８】
実施例２のワークを食用黄色４号を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）を行なったところ。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】
【００１９】
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７０〜８０μm段差が生じた。光沢は７５％前後であった。
【実施例５】
【００２０】
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。