(57)【要約】  【課題】  陽極酸化加工技術を用いて、種々の性質を有する金属部材を生成する方法を提供する。  【解決手段】  アルミニウム、アルミニウムを含む金属、マグネシウム又はマグネシウムを含む金属のうちのいずれかから成る基材の表面に樹脂、又は該基材とは異なる金属若しくは金属粉のいずれかから成る表面被膜を形成した処理前金属部材を形成し、その処理前金属部材に対して高電圧、高電流密度条件下で陽極酸化加工を施すことにより、該基材表面より陽極酸化皮膜が生成し、該陽極酸化皮膜と該表面被膜とが混合及び重合した複合皮膜が形成された金属部材を得る。この金属部材に対して、更に他の金属を含浸させる二次電極加工を行うことにより、更に付加的な性質を付与することもできる。【選択図】  図１
2005113262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の基材の表面に無色又は着色した熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂膜を形成させる過程を経て、その後に陽極酸化加工を施し、陽極酸化皮膜を生成させ、酸化皮膜が持つ特徴と、各場面にて使用する樹脂が有する特徴を双方補完、強化することにより高強度・耐摩耗性・耐擦過性・耐蝕性・耐熱性・電気絶縁性・導電性・光触媒性・発光色性・遠赤外線発光性・半導体デバイス能力、等を有する金属部材の製造方法。
【請求項２】
上記基材は、アルミニウム又はアルミニウムを含む金属からなることを特徴とする請求項１記載の金属部材の製造方法。
【請求項３】
アルミニウム、アルミニウムを含む金属、マグネシウム又はマグネシウムを含む金属のいずれかから成る基材の表面に樹脂、又は、該基材とは異なる金属若しくは金属粉のいずれかから成る表面被膜を形成した後、陽極酸化加工を施し、該基材より生成する陽極酸化皮膜において該陽極酸化皮膜と該表面被膜とが混合及び重合した複合皮膜を形成させる
ことを特徴とする金属部材の製造方法。
【請求項４】
以下の条件下で上記陽極酸化加工を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属部材の製造方法。
浴液：硫酸250gr/l以上350gr/l以下、硫酸ニッケル15gr/l以上25gr/l以下、酒石酸5gr/l以上15gr/l以下を含む水溶液
浴液温度：-10℃以上+25℃以下
電圧：DC100V以上200V以下
電流密度：5A/dm2以上20A/dm2以下
【請求項５】
複合皮膜が生成した上記金属部材に対して更に二次電解加工を行うことにより、上記複合皮膜中に所定の金属を含浸させる
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金属部材の生成方法。
【請求項６】
アルミニウム、アルミニウムを含む金属、マグネシウム又はマグネシウムを含む金属のいずれかから成る基材の表面に樹脂、又は該基材とは異なる金属若しくは金属粉のいずれかから成る表面被膜が形成された処理前金属部材に対して陽極酸化加工が施されることにより、該基材より生成した陽極酸化皮膜において該陽極酸化皮膜と表面被膜とが混合及び重合した複合皮膜が形成されたことを特徴とする金属部材。
【請求項７】
上記金属部材に対して、更に二次電解加工が行われることにより、上記複合皮膜中に所定の金属が含浸されたことを特徴とする請求項６に記載の金属部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に樹脂膜や金属膜等が形成された基材に対して所定の条件下で陽極酸化加工を行うことにより、基材の表面より酸化皮膜が生成し、その酸化皮膜が前記樹脂や金属等と混合及び重合することにより、各種特性を有する複合皮膜が形成される金属部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料に対して陽極酸化加工を施すことにより、表面に酸化皮膜を生成させた金属部材を得ることは従来より広く一般に知られている（図６）。そして、この技術を利用して、そのような金属部材の持つ特徴に、樹脂等の他の材料の特徴を付加することが行われている。その方法として、例えば、金属材料の表面に酸化皮膜を生成させた後、その酸化皮膜が多孔質形態であることによる高い接着性を利用して、各種の樹脂を表面被膜として酸化皮膜に密着させることが行われている。
【０００３】
このような従来技術の一例として、特許文献１に記載の技術がある。この文献には、表面処理アルミニウム缶エンド材の製造方法に関して、酸化皮膜の厚み及び空孔率を所定の範囲値に設定し、酸化皮膜と樹脂層の密着度を従来よりも高める技術が記載されている。
【特許文献１】特開2002-266099号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の技術を含め、従来の技術が目的としていたのは、基材の表面に良質の陽極酸化皮膜を生成させ、基材と表面被膜とを接着させることであった。すなわち、表面被膜の持つ特徴を金属部材において確実に利用することでしかなかった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、基材が有する特徴と表面被膜が有する特徴を、陽極酸化加工技術によって双方補完し、強化することにより、種々の特性を有する新たな金属部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために成された本発明に係る金属部材の製造方法は、アルミニウム、アルミニウムを含む金属、マグネシウム又はマグネシウムを含む金属のいずれかから成る基材の表面に樹脂、又は、該基材とは異なる金属若しくは金属粉のいずれかから成る表面被膜を形成した後、陽極酸化加工を施し、該基材より生成する陽極酸化皮膜において該陽極酸化皮膜と該表面被膜とが混合及び重合した複合皮膜を形成させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る金属部材の製造方法においては、基材の材料及び表面被膜を形成する材料を適宜に選択し、高電圧、高電流密度条件下で陽極酸化加工を行うことによって、高強度、耐摩耗性、耐擦過性、耐蝕性、耐熱性、電気絶縁性、導電性、光触媒性、発光色性、遠赤外線発光性、半導体デバイス能力等の各種特性を有する複合皮膜が形成された金属部材を得ることができる。
【０００８】
本発明に係る製造方法では、陽極酸化皮膜と表面被膜が混合及び強固に重合した複合皮膜が形成されるため、衝撃や温度変化によって表面被膜が基材表面から剥離することがない。表面被膜が金属から成る場合には、陽極酸化皮膜（酸化アルミニウム皮膜：Al2O3、又は酸化マグネシウム皮膜：MgO）が電気絶縁体であることにより、異種金属間の電位差によって起こる電気的腐食が生じることがない。また、基材にシリコンや銅等の不純物が含まれていると、基材の表面から外側に向かって生成する陽極酸化皮膜において、その不純物上に陽極酸化皮膜が生成せずに間隙が生じてしまい、その結果として強度や絶縁性等が低下することがあるが、この問題も、複合皮膜の形成によって解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１(a)は、陽極酸化加工を未だ行っていない処理前金属部材１の模式断面図である。基材１０の表面１５上に表面被膜１１が形成されることにより、処理前金属部材１となる。基材１０は表面被膜１１から容易に剥離しない程度に付着していればよく、両者が強固に接着されている必要はない。
【００１０】
基材１０は、アルミニウム自体の他、ジュラルミン、ダイカスト合金等のあらゆる種類のアルミニウム合金材料を用いることができる。マグネシウムの場合も同様に、マグネシウム自体の他、あらゆる種類のマグネシウム合金材料を用いることができる。なお、基材１０は他の材料から成る下地層の上に形成されていても構わない。表面被膜１１には、あらゆる種類の熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂、又は基材１０の材料とは異なる金属若しくは金属粉を用いることができる。
【００１１】
[陽極酸化加工]  
図２は、本発明に係る陽極酸化加工を行うための装置の一例の模式図である。電解槽２０内に、所定の電解液から成る浴液２２、処理前金属部材１、カーボン、グラファイト等から成る非消耗性電極２１が配置され、各電極２１が直流電源２３と接続される。
【００１２】
本発明では、処理前金属部材１に対して、基材の表面１５から陽極酸化皮膜が生成するように陽極酸化加工を行うが、とりわけ特願2003-22682号に記載されている陽極酸化皮膜形成技術を好適に用いることができる。この技術は、以下のような条件で陽極酸化加工を行う（以下、「A〜B」は「A以上B以下」を示す）。
・浴液：硫酸250gr/l〜350gr/l、硫酸ニッケル15gr/l〜25gr/l、酒石酸5gr/l〜15gr/lを含む水溶液
・浴液温度：-10℃〜+25℃
・電圧：DC100V〜200V
・電流密度：5A/dm2〜20A/dm2
【００１３】
上記陽極酸化加工条件は従来のものと比較して電流密度及び電圧が格段に高いため、表面被膜１１の内部の基材１０に直接加工を行うことができる。ここにおいて、浴液２２中に酒石酸が添加されていることにより、基材１０の溶解や焼き付きが防止される。基材１０に含有される金属に応じて、焼き付きを防止する物質を浴液２２に添加することができる。例えば基材１０の材料にマンガンが含まれる場合には、浴液２２に280gr/l〜320gr/l程度の低重合アクリル樹脂組成物を添加すれば良い。
【００１４】
上記条件下で処理前金属部材１に対して陽極酸化加工を行うと、陽極酸化皮膜（Al2O3皮膜、又はMgO皮膜）が基材の表面１５から外側方向へ生成し、次いで内側方向へ生成する。生成した陽極酸化皮膜は表面被膜１１を形成する材料の分子間に浸透し、一部は混合し、一部はイオン化され強固に重合された複合皮膜１４が形成される。この結果、図１(b)に示すような金属部材２が形成される。この複合皮膜１４は基材１０及び表面被膜１１の両者を結合するバインダーの役割も果たすため、衝撃や温度変化等によって両者が容易に剥離するおそれはない。
【００１５】
上述したように、陽極酸化皮膜は基材１０の外側方向へ生成して複合皮膜１４を形成するだけでなく、その後、基材１０の内側方向へも生成するため、複合皮膜１４と基材１０との間に更に陽極酸化皮膜が生成する。このとき、外側から内側に向かって傾斜的に酸化作用が進行するため、基材１０内において陽極酸化皮膜の根が生えたような形状となって複合皮膜１４と強固に結び付く。従って、基材１０から表面被膜１１が剥離するおそれはない。
【００１６】
上記のように加工を行った金属部材２に対して、更に二次電解加工を行うことにより、複合皮膜１４中に金や銀等、様々な金属を含浸させることもできる。こうすれば、金属部材２に対して付加的に、導電性、熱伝導性、耐蝕性、耐摩耗性、抗菌性、遠赤外線発光性、静電気除去性等の種々の効果を付与することができる。この二次電解加工も特願2003-22682号に記載されている技術を好適に用いることができる。例えば、銀を含浸させる二次電解加工の場合には、下記のような条件で陽極酸化加工を行うことができる。
・浴液：硫酸銀又は硝酸銀10gr/l〜30gr/l、ホウ酸15gr/l〜20gr/l、硫酸ニッケル1gr/l〜2gr/l
・浴液温度：+10℃〜+20℃
・電圧：AC10V〜15V
・電流密度：1A/dm2〜2A/dm2
・通電時間：2分〜3分
銀以外の金属を含浸させる場合には、上記の条件のうち浴液に含まれる物質のみを適宜変更すればよい。例えば、金の場合には硫酸銀又は硝酸銀に替えてシアン金等を用いることができる。
【実施例】
【００１７】
以下、加工例1〜6として、基材にアルミニウム又はアルミニウムを含む金属を用いた場合に、本発明に係る製造方法によって得ることができる金属部材の例を示す。
【００１８】
［加工例１］
表面被膜：ポリカーボネイト、変性ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、液晶ポリマー等から成る熱可塑性樹脂
処理方法：陽極酸化加工
複合皮膜の特性：高強度、耐摩耗性、耐擦過性、耐熱性
用途：自動車の車体やブレーキローター等摺動部分及び各ケース類の外板や金型等
【００１９】
実験：本加工方法によって得られる金属部材の陽極酸化加工前と陽極酸化加工後における表面被膜（複合皮膜）の基材への密着性をみるための試験（JIS-K5400：クロスカット試験）を行った。膜厚が約20μmのアクリル樹脂（大日本塗料アクリルラッカースプレー）塗膜面に1mm間隔で縦横各11本の切り込みを入れ、縦横各10列の碁盤目を形成し、その面にセロハン粘着テープ（ニチバン(株)製、「セロテープ」（登録商標））を貼着した後、180゜方向に粘着テープの剥離を行い、樹脂が剥離せずに残された升目数を確認した。結果を示す図３の表によれば、陽極酸化加工後は明らかに接着性が向上している。
【００２０】
また、陽極酸化加工前と陽極酸化加工後における表面被膜（複合皮膜）の硬度の差をみるための試験（JIS-K5600：鉛筆ひっかき試験法）を行った。表面被膜の厚みが約20μmである(a)アクリル樹脂（大日本塗料（株）製、アクリルラッカースプレー）、(b)ウレタン樹脂：（（株）富士塗料工業所製、UF-830）、(c)ポリエチレン樹脂（トステム（株）製、カラーサッシ）の各被膜に関して試験を行った。図４(a)〜(c)の表に示す結果の通り、本発明に係る陽極酸化加工によれば、表面硬度も上昇する。
【００２１】
［加工例２］
表面被膜：チタニア膜形成用の液体（特許2938376号に記載のチタニア膜形成用液体等を用いることができる）とメタクリル樹脂等無色透明、耐候性、光学的性質の良好な樹脂とを、前者が70％〜80％の割合となるように混合した樹脂
処理方法：陽極酸化加工
複合皮膜の特性：紫外線と反応して酸化還元作用によって表面に付着する細菌、ウイルス、有機物、化学物質を分解し各種汚れ等を除去する酸化チタン（TiO2）に、耐摩耗性及び耐擦過性が付与される
用途：建築用窓アルミサッシ、建築内外壁材、各種ケース外板、浴槽、調理器具等
【００２２】
実験：本加工例によって得られる金属部材の陽極酸化加工後の光触媒効果を確認するために、次のようなメチレンブルー消失試験を行った。各試験体をプラスチックシャーレに入れ、蓋をした後、ブラックライト20Wを約1.0mW/cm2の照射距離（日本シンテック（株）紫外線強度系UV-340で測定）で紫外線を15時間照射した。その後、各試験体に10ppmのメチレンブルーを0.1ml滴下し、その上に厚さ20μmのフィルム（ポリエチレン製）を被覆し、蓋を被せた。その後ブラックライト20Wで紫外線を照射して、通常の生アルミ板に対する退色の程度を目視によって5点法で評価した。
図５に結果の表を示す。本加工を経た後でも、金属部材は光触媒効果を有していることが確認された。
【００２３】
［加工例３］
表面被膜：基材表面に燃焼ガス、電気、レーザー光等を熱源とする溶射技術及びレーザー・プラズマ複合溶射によって形成されたアルミ合金や異種の金属膜、又は、粉体を噴射することによる金属膜の成形方法（特許第3496923号及び特許第3314070号に記載の技術等を用いることができる）により形成されたチタンや他の遷移金属の金属複合層
処理方法：陽極酸化加工
複合皮膜の特性：高硬度、耐摩耗性、耐食性
用途：重量の軽減と高硬度、耐磨耗性、耐蝕性を求められる各種部材
実験：チタン金属を表面被膜とした場合の硬度を測定した。陽極酸化皮膜の硬度がHv300〜Hv450でありチタンの表面硬度がHv88〜Hv320であったものが、本加工後にはHv800〜Hv1500にまで上昇した。
【００２４】
［加工例４］
表面被膜：無色又は着色した熱可塑性樹脂、又は、熱硬化性樹脂膜を形成した後、接着剤（一般的な物で良い）を用いて天然繊維乃至化学繊維（布や糸等、形状を選ばない）を基材表面に接着
処理方法：陽極酸化加工
複合皮膜の特性：繊維表面の基材表面に対する密着度が上昇、物理的刺激に対しての強度と耐久性が向上
用途：実用的及び芸術的デザイン性が求められる各種部材
【００２５】
［加工例５］
表面被膜：チタン金属膜
処理方法：陽極酸化加工により陽極酸化皮膜を5μm〜10μm生成させ、複合皮膜を形成する。その後、二次電解加工により金をイオン化して複合皮膜に含浸
複合皮膜の特性：電気導電性、耐蝕性
用途：燃料電池用セパレーター等
実験：本処理を行うことにより、本来電気絶縁性である部材が電気抵抗値0.2mΩの導電性に変化した。
【００２６】
［加工例６］
表面被膜：周期律表の3〜11族に含まれる遷移金属のうちの3種の粉末と液体のメタクリル樹脂等無色透明、耐候性、光学的性質が良好な樹脂とを混合した樹脂膜
処理方法：陽極酸化加工の後、二次電解加工により樹脂と混合したものと同じ金属をイオン化して複合皮膜に含浸
複合皮膜の特性：導電性、電圧の印加による三原色の発色
用途：ディスプレー等
【００２７】
上記加工例は、基材にアルミニウム又はアルミニウムを含む金属を用いた場合の例であるが、各例において、マグネシウム又はマグネシウムを含む金属を基材とすることももちろん可能である。また、マグネシウムから成る基材の表面に、表面被膜としてアルミニウム膜を形成し、陽極酸化加工を行うこともできる。この場合、酸化マグネシウム及び酸化アルミニウムが混合及び重合した複合皮膜が形成される。その結果、マグネシウムが本来有する易腐食性という短所が解消された、軽量、高硬度、耐蝕性を有する金属部材を得ることができる。
【００２８】
以上、本発明に係る金属部材の数例を示したが、本発明の金属部材製造方法によって得ることができる金属部材は上記のものに限られないことは言うまでもない。例えば、導電性及び赤外光領域の吸光率に優れるように加工された金属部材に対して、紫外光領域で発電する太陽電池を重ねることにより、紫外光領域から赤外線領域までの太陽光を利用して発電することが可能な半導体デバイス能力を有する複合皮膜を生成することも出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る（a）処理前金属部材、（b）金属部材の断面模式図。
【図２】本発明に係る陽極酸化加工装置の一例。
【図３】加工例１によって得られた金属部材の接着試験結果を示す表。
【図４】加工例１によって得られた表面被膜が(a)アクリル系樹脂、（b）ウレタン系樹脂、（c）ポリエチレン系樹脂の金属部材の表面硬度試験結果を示す表。
【図５】加工例２によって得られた金属部材の光触媒活性試験結果を示す表。
【図６】陽極酸化加工による皮膜の構成の概念図。
【符号の説明】
【００３０】
１…処理前金属部材
２…金属部材
１０…基材
１１…表面被膜
１４…複合皮膜
１５…表面
２０…電解槽
２１…電極
２２…浴液
２３…直流電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005113262.tif 000007
【図６】
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