(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム又はアルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜を形成した後、若しくは該陽極酸化皮膜の形成後に更に二次電解着色を行なった後、脱塩水を用いて、７０〜８５℃の温度で、５〜８分間の湯洗を行ない、その後、アクリル系樹脂塗料を用いた樹脂法による艶消し電着塗装を行なって、前記陽極酸化皮膜上に、該アクリル系樹脂の電着塗膜を積層形成せしめ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の複合皮膜形成方法。
【請求項２】
接着接合せしめられる建築材料の接着構造部材にして、請求項１記載の方法に従って複合皮膜が形成されてなるアルミニウム又はアルミニウム合金材料からなることを特徴とする建築材料の接着構造部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金の複合皮膜形成方法に係り、特に、アルミニウム又はアルミニウム合金に対して優れた接着耐久性を与え得る複合皮膜を有利に形成し得る技術に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
従来より、アルミニウムやアルミニウム合金は、軽量で、加工性や耐食性に優れることから、板、はく、棒、線、及び形材等、各種の形状に構成されて、家庭用品や日用品等の比較的小さなものから、建築材料、或いは船舶や車両の構造材等の大型のものまで、多種多様な用途に用いられている。
【０００３】
そして、そのようなアルミニウム又はアルミニウム合金においては、その用途等によって種々の表面処理が施され、それによって、用途や目的等に応じた特性が発揮されるようになっている。例えば、よく知られているように、建築材料等に用いられるアルミニウム又はアルミニウム合金にあっては、陽極酸化処理による表面処理が実施されることによって、その表面上に陽極酸化皮膜が形成され、その後、かかる陽極酸化皮膜の封孔、白化防止、透明感の富化等を目的として、湯洗が行なわれた後、更に、所定の塗料を用いた電着塗装が行なわれることにより、該陽極酸化皮膜上に電着塗膜が積層形成されて、それら陽極酸化皮膜と電着塗膜とからなる、所謂複合皮膜がアルミニウム又はアルミニウム合金の表面に形成され、以てより一層優れた耐食性と良好な意匠性とが付与せしめられるようになっている。
【０００４】
ところが、そのような複合皮膜が表面に形成されてなるアルミニウム又はアルミニウム合金にあっては、それが接着により接合せしめられた際、初期においては優れた接着強度が確保され得るものの、高温、高湿の環境下において、その接着部位に対して所定の荷重が継続的に負荷されるような場合には、複合皮膜を構成する陽極酸化皮膜と電着塗膜との間で界面剥離が生ぜしめられ、それによって、接着強度が著しく低下し、場合によっては接着部位が破壊する恐れがあったのである。
【０００５】
要するに、従来の複合皮膜が形成されてなるアルミニウム又はアルミニウム合金にあっては、耐食性と意匠性において優れた特性を発揮するものの、接着耐久性に欠けるといった大きな欠点を有していたのであり、またそのために、所定の荷重が不可避的に且つ継続的に負荷される建築材料の構造部材において、接着接合部位を有し、かかる部位に対して特に大きな接着信頼性が要求される接着構造部材として用いることは極めて困難であったのである。
【０００６】
【解決課題】
ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、陽極酸化皮膜と電着塗膜との密着性に優れ、以てアルミニウム又はアルミニウム合金に対して優れた接着耐久性を与え得る複合皮膜を、それらアルミニウム又はアルミニウム合金に有利に形成し得る方法を提供することにある。
【０００７】
【解決手段】
そして、本発明者等が、かかる課題の解決のために種々検討を行なった結果、アルミニウム又はアルミニウム合金の表面に、従来と同様にして陽極酸化皮膜を形成した後、電着塗装の前処理として、特定の処理条件下で、脱塩水を用いて湯洗を行ない、その後、所定の艶消し塗料を用いた、特定の手法による艶消し電着塗装を行なって、陽極酸化皮膜上に電着塗膜を形成することにより、陽極酸化皮膜と電着塗膜との密着性に優れた複合皮膜が形成され得ることを見い出したのである。
【０００８】
本発明は、そのような知見に基づいて完成されたものであって、その特徴とするところは、アルミニウム又はアルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜を形成した後、若しくは該陽極酸化皮膜の形成後に更に二次電解着色を行なった後、脱塩水を用いて、７０〜８５℃の温度で、５〜８分間の湯洗を行ない、その後、アクリル系樹脂塗料を用いた樹脂法による艶消し電着塗装を行なって、前記陽極酸化皮膜上に、該アクリル系樹脂の電着塗膜を積層形成せしめるアルミニウム又はアルミニウム合金の複合皮膜形成方法にあるのである。
【０００９】
つまり、本発明に従うアルミニウム又はアルミニウム合金の複合皮膜形成方法にあっては、電着塗装に先立って行なわれる湯洗において、その処理浴として脱塩水が用いられていることから、湯洗中に、陽極酸化皮膜上に不純物が付着乃至は析出することが有利に阻止され得て、電着塗装による電着塗膜の形成後に、陽極酸化皮膜と電着塗膜との間に不純物が存在せしめられるようなことが効果的に回避され得、それによって、それら陽極酸化皮膜と電着塗膜との間に作用せしめられる剪断力に起因する両膜間の界面剥離が、かかる不純物によって助長されるようなことが極めて効果的に防止され得ることとなるのである。
【００１０】
また、かかる本発明手法においては、湯洗の処理温度が７０〜８５℃で、処理時間が５〜８分間とされていることから、陽極酸化皮膜上に吸着している陽極酸化処理液中のアニオンが十分に除去され得ると共に、陽極酸化皮膜の封孔が適度に進行せしめられ得、それによって、陽極酸化皮膜と電着塗膜との密着性が有利に高められ得るのである。
【００１１】
さらに、それに加えて、そのような湯洗後に実施される電着塗装の手法が、特に、アクリル系樹脂塗料を用いた樹脂法による艶消し電着塗装に限定されていることによって、それら陽極酸化皮膜と電着塗膜との密着性の向上が、より一層効果的に図られ得るのである。
【００１２】
従って、そのような本発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金の複合皮膜の形成方法によれば、陽極酸化皮膜と電着塗膜との密着性に優れ、以てアルミニウム又はアルミニウム合金に対して優れた接着耐久性を与え得る複合皮膜が、それらアルミニウム又はアルミニウム合金に対して極めて有利に形成され得るのである。
【００１３】
また、それ故に、本発明手法に従って複合皮膜が形成されてなるアルミニウム又はアルミニウム合金が、建築材料の接着構造部材として、有利に適用され得ることとなるのである。
【００１４】
さらに、そのような本発明手法によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金に対して優れた接着耐久性を与え得る複合皮膜が形成され得ることから、シーリング剤を用いて、それらアルミニウム又はアルミニウム合金と他部材との間でシーリングを行なう際にも、そのシール耐久性において、優れた効果が発揮され得るのである。
【００１５】
加えて、本発明に従うアルミニウム又はアルミニウム合金の複合皮膜形成方法にあっては、特定の湯洗処理条件と所定の電着塗装手法を採用しているところに大きな特徴を有しているのであり、それ故、その実施に際しては、従来法の実施時と同様な設備がそのまま採用され得る。従って、そのような本発明手法によれば、特別な設備の設置等に伴うコストの高騰を招くことなく、上述の如き優れた特徴を有する複合皮膜が、極めて有利に形成され得るのである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
ところで、本発明手法においては、先ず、アルミニウム又はアルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜が形成されるのであるが、これは、従来と同様な陽極酸化処理の工程に従って実施されることとなる。
【００１７】
すなわち、先ず、陽極酸化皮膜が形成されるべきアルミニウム又はアルミニウム合金からなる素材の表面から、異物、不純物、変質（異常）層等を除去するための前処理を、従来と同様にして行なう。具体的には、この前処理として、主に素材表面の脱脂を行なう化学的前処理と、素材表面の不均一な酸化皮膜や変質層を除去するためのエッチング処理と、更には中和処理とが採用され、それらの処理を、順次、実施するのである。そして、そのような前処理が行なわれた素材表面に対して、従来と同様な手法に従って、陽極酸化皮膜が形成されることとなる。なお、その際には、アルミニウム又はアルミニウム合金の使用目的等に応じて、硫酸法やしゅう酸法、クロム酸法、或いはその他有機酸法等、各種の陽極酸化方法が適宜に採用され得るものである。また、形成される陽極酸化皮膜の膜厚も、従来と同様な厚さとされる。
【００１８】
次に、必要に応じて、二次電解着色を従来と同様にして行なった後、湯洗を行なうのであるが、本発明手法にあっては、特に、その処理浴として、脱塩水が用いられる。何故なら、従来の複合皮膜が形成されてなるアルミニウム又はアルミニウム合金においては、陽極酸化皮膜と電着塗膜との間に剪断力が作用せしめられた際に、それら両膜間で界面剥離が容易に生ぜしめられるのであるが、それは、陽極酸化皮膜の形成後の湯洗処理時に、その処理浴として、一般的な金属塩添加の水溶液を用いることにより、陽極酸化皮膜上に不可避的に析出乃至は付着せしめられる、金属塩由来の水酸化物が、陽極酸化皮膜と電着塗膜との間に存在せしめられて、それら両膜間の界面剥離を助長することによるものと考えられる。そのため、本発明手法にあっては、そのような陽極酸化皮膜と電着塗膜との界面剥離を阻止する上で、金属塩等の不純物が存在しない脱塩水が、湯洗処理浴として用いられるのである。
【００１９】
また、そのような脱塩水を用いた湯洗は、７０〜８５℃の処理温度と５〜８分間の処理時間の下で、行なう必要がある。けだし、処理温度が７０℃よりも低い場合や処理時間が５分よりも短い場合には、陽極酸化皮膜上に吸着している陽極酸化処理液中のアニオンが十分に除去され得ず、また８５℃よりも高い温度や８分よりも長い時間にて処理を行なった場合、陽極酸化皮膜の封孔が過度に進行してしまって、孔中に電着塗料が侵入することが出来なくなり、それによって、陽極酸化皮膜と電着塗膜との密着性が低下してしまうといった不具合が生ぜしめられることとなるからである。なお、そのような不具合の発生をより効果的に阻止する上で、湯洗の処理温度が７８〜８３℃で、その処理時間が６〜７分間とされていることが、望ましい。
【００２０】
そして、その後、本発明手法にあっては、アクリル系樹脂塗料を用いて、樹脂法による艶消し電着塗装を実施して、陽極酸化皮膜上に電着塗膜を積層形成し、更に、一般に、水洗、乾燥の後、所定の焼付処理等を行ない、以て目的とする複合皮膜をアルミニウム又はアルミニウム合金の表面に形成せしめるのである。
【００２１】
それによって、初めて、複合皮膜における陽極酸化皮膜と電着塗膜との密着性がより一層有利に高められ得、以てそのような複合皮膜を有するアルミニウム又はアルミニウム合金の接着接合時における接着耐久性が大幅に改善され得ることとなるのであり、また、そのような優れた特徴を有するアルミニウム又はアルミニウム合金が、建築材料の接着構造部材を始め、その他、特に大きな接着信頼性が要求される部材や材料に対して、極めて有利に適用され得るのである。
【００２２】
なお、本発明手法において用いられるアクリル系樹脂塗料は、アルミニウム又はアルミニウム合金の電着塗装において、艶消しクリヤ塗料として一般に用いられるものであれば、その種類が特に限定されるものではない。また、そのような塗料を用いた樹脂法による艶消し電着塗装は、従来と同様な設備を用いた一般的な手順に従って実施されるのである。更に、形成される電着塗膜の膜厚も、何等限定されるものではなく、アルミニウム又はアルミニウム合金の用途等に応じて、従来と同様な厚さとされるのである。
【００２３】
また、因みに、ここでいう樹脂法とは、電着塗装における電着塗膜の艶消し方法の一つを示しており、よく知られているように、化学的に結合された粒状樹脂を一部に持つ高分子樹脂をベースとし、ゲル粒子及び架橋体積収縮による表面上の起伏によって、電着塗膜表面の乱反射を得るようにしたものである。そして、電着塗装における電着塗膜の艶消し方法としては、そのような樹脂法の他に、塗料中に含まれる艶消し顔料を電着塗膜表面に露出せしめることによって、該表面の乱反射を得るようにした顔料法や、相溶性のない２種類の樹脂を混合し、一方の樹脂を電着塗膜表面に露出せしめたり、該表面に起伏を生ぜしめたりすることによって、該表面の乱反射を得るようにした相溶混合法（ワックス法とも言う）、更には艶有り（有光沢）のクリヤ樹脂を用いた電着塗装によって得られる電着塗膜を、薬品で強制的に後洗浄し、塗膜の溶解、荒れを生じさせて、乱反射を得るようにした後処理法等が知られているが、それら樹脂法以外の方法による艶消し電着塗装を行なう場合、上述の如き優れた効果が何等得られないことが、本発明者等によって確認されている。これは、以下の如き理由によるものと考えられる。
【００２４】
すなわち、顔料法を採用する場合、単に、電着塗膜表面性状が変化せしめられるだけであるため、電着塗膜と陽極酸化皮膜との密着性が何等改善され得ないことに加えて、塗料中の顔料が、電着塗膜と陽極酸化皮膜との間に沈降したり、電着塗膜上に露出したりすることから、そのような電着塗膜上に接着剤を塗布しても、接着剤と塗料中の樹脂との接着（接触）面積が小さくなってしまい、それによって、接着強度の低下が生ぜしめられるためと考えられる。また、相溶混合法を採用する場合、使用される塗料が相溶性のない２種類の樹脂が混合されているものであるところから、形成される電着塗膜中において、それら２種類の樹脂は実質的には完全に混合され得ず、そのために、それぞれの樹脂と樹脂の間から水が浸透し易くなってしまい、それが、接着耐久性に多大な悪影響を及ぼすものと考えられる。更に、後処理法を採用する場合においては、顔料法を採用する場合と同様に、電着塗膜表面が粗面化されるだけであることから、電着塗膜と陽極酸化皮膜との密着性が何等改善され得ないのであり、また、使用される塗料が艶有りの塗料であることに大きな原因があると考えられるのである。
【００２５】
【実施例】
以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべきである。
【００２６】
先ず、幅：２５mm、長さ：１００mm、厚さ：１．５mmのアルミニウム合金板（ＪＩＳ合金分類：６０６３）の多数に対して、従来法に従って前処理を施した後、電解浴として、１５％（重量）の硫酸を用い、浴温：２０℃、電圧：１４Ｖ、処理時間：７０分の処理条件で、陽極酸化処理を行なって、各アルミニウム合金板の表面に、１２μｍの膜厚を有する陽極酸化皮膜を、それぞれ形成した。
【００２７】
次いで、湯洗処理浴として、酢酸ニッケル・４水和物を７ｇ／Ｌの濃度となるように水道水中に溶解してなる金属塩水溶液と、脱塩水とを、それぞれ所定量用いて、下記表１及び表２に示される如き様々な処理温度と処理時間にて、上述のようにして陽極酸化皮膜が形成された多数のアルミニウム合金板を各処理浴中に浸漬して、湯洗処理を行なった。その後、それら多数のアルミニウム合金板を各処理浴中から取り出して乾燥させた後、各合金板に対して、艶有り電着塗装、樹脂法による艶消し電着塗装、顔料法による艶消し電着塗装、相溶混合法による艶消し電着塗装、後処理法による艶消し電着塗装のうち、何れかの電着塗装を、以下に示す如き方法にて行なって、各合金板の陽極酸化皮膜上に電着塗膜をそれぞれ形成した。
艶有り電着塗装
艶有りクリヤ塗料である、アクリル樹脂塗料を含む電着液〔商品名：アロンＡＣＬ−９、東亜合成（株）製〕を用い、陽極酸化皮膜が形成されてなるアルミニウム合金板を陽極として、液温：２５℃、電圧：９０Ｖ、通電時間：３分の条件で、電着塗装を行なった後、電着液中から該合金板を取り出して、水洗、乾燥の後、１８０℃で３０分間焼き付けることによって、該合金板の陽極酸化皮膜上に、艶有り電着塗膜を形成した。
樹脂法による艶消し電着塗装
アクリル樹脂塗料を含む電着液〔商品名：アロンＳ−４１１０、東亜合成（株）製〕を用い、陽極酸化皮膜が形成されてなるアルミニウム合金板を陽極として、液温：２５℃、電圧：９０Ｖ、通電時間：３分の条件で、電着塗装を行なった後、電着液中から該合金板を取り出して、水洗、乾燥の後、１８０℃で３０分間焼き付けることによって、該合金板の陽極酸化皮膜上に、艶消し電着塗膜を形成した。
顔料法による艶消し電着塗装
艶有りクリヤ塗料である、アクリル樹脂塗料を含む電着液〔商品名：アロンＡＣＬ−９、東亜合成（株）製〕に、顔料として、シリカ粒子を、アクリル樹脂成分の１重量部に対して０．０８重量部の割合となる量で添加して調製した電着液を用い、陽極酸化皮膜が形成されてなるアルミニウム合金板を陽極として、液温：２５℃、電圧：９０Ｖ、通電時間：３分の条件で、電着塗装を行なった後、電着液中から該合金板を取り出して、水洗、乾燥の後、１８０℃で３０分間焼き付けることによって、該合金板の陽極酸化皮膜上に、艶消し電着塗膜を形成した。
相溶混合法による艶消し電着塗装
艶有りクリヤ塗料である、アクリル樹脂塗料を含む電着液〔商品名：アロンＡＣＬ−９、東亜合成（株）製〕に、ポリエチレンワックスを、アクリル樹脂成分の１重量部に対して０．１重量部の割合となる量で添加して調製した電着液を用い、陽極酸化皮膜が形成されてなるアルミニウム合金板を陽極として、液温：２５℃、電圧：９０Ｖ、通電時間：３分の条件で、電着塗装を行なった後、電着液中から該合金板を取り出して、水洗、乾燥の後、１８０℃で３０分間焼き付けることによって、該合金板の陽極酸化皮膜上に、艶消し電着塗膜を形成した。
後処理法による艶消し電着塗装
艶有りクリヤ塗料である、アクリル樹脂塗料を含む電着液〔商品名：アロンＡＣＬ−９、東亜合成（株）製〕を用い、陽極酸化皮膜が形成されてなるアルミニウム合金板を陽極として、液温：２５℃、電圧：９０Ｖ、通電時間：３分の条件で、電着塗装を行なった後、電着液中から該合金板を取り出して、水洗、乾燥の後、１８０℃で３０分間焼き付けることによって、該合金板の陽極酸化皮膜上に、艶有り電着塗膜を形成し、その後、ジノニルナフタレンジスルホン酸１．０ｇとトリエチルアミン０．６ｇとブチルセロソルブ１０．０ｇとを脱塩水に溶解し、全体として１Ｌになるように調製した電解液を用い、上記の如くして電着塗装を行なったアルミニウム合金板を陽極として、液温：２０℃、電圧：１２０Ｖ（直流）、通電時間：２分の条件で、電解を行なった後、電解液中から該合金板を取り出して、水洗、乾燥の後、１８０℃で３０分間焼き付けることによって、該合金板の陽極酸化皮膜上に、艶消し電着塗膜を形成した。
【００２８】
かくして、形成時における湯洗処理条件や電着塗装方法が互いに異なる複合皮膜が、表面にそれぞれ形成されてなる１７種類のアルミニウム合金板を得た。それら１７種類のアルミニウム合金板のうち、湯洗処理条件は互いに異なるものの、本発明手法に従って複合皮膜が形成されてなる６種類のアルミニウム合金板をそれぞれ実施例１〜実施例６とし、また、本発明手法に従って形成される複合皮膜とは、形成工程における湯洗処理浴の種類や湯洗処理条件、或いは電着塗装方法が異なる複合皮膜を有する１１種類のアルミニウム合金板を、それぞれ、比較例１〜比較例１１とした。それら実施例１〜実施例６と比較例１〜比較例１１の複合皮膜形成時における湯洗処理浴の種類と湯洗処理条件と電着塗装方法とを、それぞれ、下記表１及び表２に併せて示した。
【００２９】
そして、それら１７種類のアルミニウム合金板（実施例１〜実施例６及び比較例１〜比較例１１）のそれぞれ一対ずつを用い、互いに対をなすもの同士における複合皮膜が形成された表面に、２液型エポキシ接着剤〔商品名：アロンマイティＡＰ−４０５、東亜合成（株）製〕を、２５mm×１２．５mmの範囲に１５０μｍの厚さで塗布した後、５０℃で４時間加熱硬化させて、１７種類の単純重ね合わせ継手を作製した。その後、この１７種類の単純重ね合わせ継手を、８０℃、相対湿度９５％の恒温恒湿槽内に、５kgf/cm2 の荷重を負荷した状態で静置して、各単純重ね合わせ継手が破断するまでの日数をそれぞれ調べた。そして、破断に至るまでの日数が１ヵ月未満のものは×、それが１ヵ月以上のものは○、それが３ヵ月以上のものは◎として、１７種類のアルミニウム合金板の接着耐久性をそれぞれ評価した。その結果を、下記表１及び表２に併せて示した。
【００３０】
【表１】
0003816573.tif 000002
【００３１】
【表２】
0003816573.tif 000003
【００３２】
それら表１及び表２の結果からも明らかなように、実施例１〜実施例６にあっては、何れも、高温、高湿の環境の下、所定の荷重が継続的に負荷された状態において、１ヵ月以上の長期間にわたって、破断が生ずることなく、良好な接着状態が維持され得るのであるが、比較例１〜比較例１１においては、１ヵ月未満の短期間で破断してしまうのである。このことから、本発明手法に従って、アルミニウム合金の表面に複合皮膜を形成することによって、従来法にて複合皮膜を形成するよりも、アルミニウム合金に対して、優れた接着耐久性が付与せしめられ得ることが、明確に理解され得るのである。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明に従うアルミニウム又はアルミニウム合金の複合皮膜形成方法によれば、陽極酸化皮膜と電着塗膜との密着性に優れ、以てアルミニウム又はアルミニウム合金に対して優れた接着耐久性を与え得る複合皮膜が、それらアルミニウム又はアルミニウム合金に対して極めて有利に形成され得るのである。