JP2004100010A

JP2004100010A - 陽極酸化膜の模様着色方法

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Publication number: JP2004100010A
Application number: JP2002266158A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Saito; 斎藤　修一; Masao Shimoda; 霜田　政雄
Original assignee: SYTECS CORP
Current assignee: SYTECS CORP
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2004-04-02
Anticipated expiration: 2022-09-11
Also published as: JP4047111B2

Abstract

【課題】アルミニウム製品の表面ではなく、内部に複数色の染料を含侵させ、堅牢性を確保しつつ木目模様や石目調等の模様が施されたアルミニウム製品を提供する。
【解決手段】例えば水槽５に複数色の染料で木目模様が印刷されたフイルム７を浮かせ、例えば水圧を加えて表面に陽極酸化膜を形成したアルミニウム製品８を接触させ、染料を電解孔に含侵させて着色処理を行った後、フイルムを除去し、電解孔を封孔し、クリヤー塗装を行う。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルミニウム等の金属、又はアルミニウム等の金属合金の陽極酸化膜に模様着色を行う陽極酸化膜の模様着色方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウムは軽量、加工性が良好などの優れた特徴があり、今日アルミサッシ等の建築材料、車両、機械部品、調理器具、各種電機製品の筐体等に幅広く使用されている。また、ゴルフクラブ等にチタンやチタン合金が使用され、更に単位密度当たりの軽量性、高剛性、熱伝導性が優れていることからマグネシウム合金も注目されている。
【０００３】
例えば、上記アルミニウムやアルミニウム合金に着色を行う場合、以下のような方法が採用されている。
（イ）先ず、耐磨耗性、耐腐食性を向上する為陽極酸化法によって、アルミニウムの表面に酸化アルミニウム皮膜を形成する。この手順は脱脂、　電解研磨等の処理によって表面を清浄し、例えば硫酸やシュウ酸などの電解液中で、アルミニウムを陽極として電圧を加え電流を流し、酸化アルミニウム皮膜を形成する。
【０００４】
そして、上記処理を施した表面には多数の電解孔が形成され、上記電解孔に染料を含侵させ、封孔後耐候性や光沢を出す為、例えばアクリル、ポリエステルなどの熱硬化型の樹脂を使用してコーティングする。
【０００５】
尚、無機酸（例えば、硫酸）にニッケル塩を加え、陽極酸化し、有色の酸化膜を形成し、単色のアルミニウム製品を製造することもできる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の着色方法では以下の問題がある。
先ず、上記（イ）の例では、電解孔に含侵させる染料は１色であり、単色のアルミニウム製品しか製造できない。したがって、上記方法では木目模様や石目調等の色模様が施されたバラエティーのあるアルミニウム製品を製造することはできない。
【０００７】
また、上記（ロ）及び（ハ）の例では、着色がアルミニウム製品の表面に行われるので、特に建築材等では堅牢性も要求され、温度変化、雨風による摩耗等から不向きである。
【０００８】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、アルミニウム製品の表面ではなく、アルミニウム製品の内部に複数色の染料を含侵させ、堅牢性を確保しつつ木目模様や石目調等の模様が施されたアルミニウム製品を製造することを可能とする陽極酸化膜の模様着色方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、請求項１記載の発明によれば、金属の表面に陽極酸化膜を形成する酸化膜形成処理と、該処理によって形成される電解孔に複数色の染料で印刷されたフイルムを覆着させる覆着処理と、該覆着処理によって覆着したフイルムの染料が前記電解孔に含侵した後、該フイルムを除去する処理と、該フイルム除去後の前記電解孔を封孔する封孔処理とを行う陽極酸化膜の模様着色方法を提供することによって達成できる。
【００１０】
ここで、上記陽極酸化膜に形成される電解孔は、アルミニウムの表面に発生した酸素（Ｏ）とアルミニウム（Ａｌ）が結びついて酸化アルミニウムが生成される際に形成される孔であり、アルミニウムの表面に直径数百Å程度の微少な孔が無数に形成される。
【００１１】
また、上記電解孔が形成されたアルミニウム板を覆うフイルムには印刷が施され、例えば高級縮合染料を使用し、耐熱性、耐光性等の優れた染料が印刷されている。また、模様として、例えば木目模様や石目調等の模様が印刷されている。
【００１２】
このように構成することにより、フイルムに印刷された染料は酸化膜が形成されたアルミニウム製品の表面に覆着され、短時間でフイルム上の染料は酸化膜に形成された電解孔に含侵され、その後封孔処理を施すことによってアルミニウム製品の中に模様及び着色が施されることになり、堅牢性を確保しつつ各種模様が施されたアルミニウム製品を製造することを可能になる。
【００１３】
請求項２の記載は、請求項１記載の発明において、前記陽極酸化膜を染料で着色し、次に前記覆着処理を前記金属の一部に行い、明度の異なる着色剤で部分着色を行い、その後前記封孔処理を行う構成である。
【００１４】
このように構成することにより、より少ない色の染料によって堅牢なアルミニウム等の製品を製造することができる。
請求項３の記載は、請求項１記載の発明において、無機化合物によって着色した金属及びその合金に、陽極酸化膜を形成し、着色酸化金属膜を形成し、該着色酸化金属膜上に生成される電解孔に明度の異なる着色剤で部分着色を行い、その後前記封孔処理を行う構成である。
【００１５】
このように構成することにより、木目模様や石目調等の模様着色がより容易になる。
請求項４の記載は、請求項１、２、又は３記載の発明において、例えば前記金属はアルミニウムである。
【００１６】
また、請求項５の記載は、請求項１、２、又は３記載の発明において、例えば前記金属はチタンである。
また、請求項６の記載は、請求項１、２、又は３記載の発明において、例えば前記金属はマグネシウムである。
【００１７】
さらに、請求項７の記載は、請求項１、２、又は３記載の発明において、例えば前記染料に代えて顔料を使用する構成である。
このように構成することにより、使用可能な材料が増え、より容易に堅牢で退色のない、例えば木目模様や石目調等の模様着色が行える。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
本例は、先ずアルミニウムに陽極酸化処理を施し、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を生成し、電解孔に染料を含侵して各種模様の着色を行うものである。以下、具体的に説明する。
【００１９】
先ず、アルミニウムに陽極酸化膜を形成する。この陽極酸化膜の形成は、アルミニウムを陽極として硫酸電解液中で、電気分解を行う。この時、陽極反応として、以下の化学反応が起こり、
Ａｌ→Ａｌ_３＋＋３_ｅ−
ＯＨ₋→Ｏ_２−＋Ｈ　_＋
ＨＳＯ_４−→ＳＯ_４２−＋Ｈ　_＋
陰極反応として、以下の反応が起こる。
【００２０】
Ｈ_＋＋ｅ₋→Ｈ_２
一方、陽極の微細孔の内部でも同時に、以下の化学式で示す硫酸根を含む酸化皮膜の生成が進む。すなわち、
２Ａｌ_３＋＋３Ｏ_２−→Ａｌ_２Ｏ_３
Ａｌ_３＋＋ＳＯ_４２−→Ａｌ_２（ＳＯ_４）_３
この酸化膜の成長は、電解孔の形成によって順次積層され、例えば１０〜１５μｍの酸化アルミニウム膜を形成する。この状態において、酸化アルミニウム膜には多数の電解孔が形成されている。
【００２１】
図１はこの状態を説明するアルミニウム（酸化アルミニウム）の断面図である。基体であるアルミニウム１上にはバリヤー層２が形成され、バリヤー層２上に上記酸化アルミニウム層（酸化アルミニウム膜）３が形成されている。また、この酸化アルミニウム層３内には前述のように電解孔４が多数形成され、この電解孔４は後述する染料の含侵後、封孔処理される。尚、図１において、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）　の膜厚は、例えば１０〜１５μｍであり、電解孔４の直径は数１００Åである。
【００２２】
次に、上記酸化膜が形成されたアルミニウムの電解孔に染料を含侵する。図２はこの処理を説明する図である。尚、同図において、酸化膜が形成されたアルミニウムには加工が施され、例えば同図（ａ）に示すナベ形状である。
【００２３】
先ず、本例においては、同図（ｂ）に示す水槽５を使用する。この水槽５には所定量の水６が入っており、水６上にフイルム７が浮設されている。尚、フイルム７は水槽５の所定位置に浮設されるように、例えば不図示の支持部材で位置決めされている。また、フイルム７には所定の模様が染料によって印刷されている。尚、図３はフイルム７に印刷された木目模様の例を示す。
【００２４】
この状態において、先ず同図（ａ）に示すアルミ加工品８を同図（ｂ）に示す水槽５上のフイルム７の上方に移動し、アルミ加工品８の外周面８ａを下にしてフイルム７に上方から押しつける。そして、更にアルミ加工品８をフイルム７に押しつけると水槽５内の水６は周りに押し分けられ、同図（ｃ）に示す状態となる。
【００２５】
この時、フイルム７は水圧によってアルミ加工品８の外周面８ａに押しつけられ、フイルム７に印刷された染料はアルミ加工品８表面に形成された電解孔４から孔内に含侵する。図４はこの状態を示す図である。
【００２６】
フイルム７には前述の図３に示す木目模様が印刷され、フイルム７に印刷された染料は電解孔４に含侵し、木目模様に対応した色模様が酸化膜に形成される。尚、上記水槽５へのアルミ加工品８の浸漬時間は、例えば１秒程度である。
【００２７】
次に、同図（ｄ）に示すように、アルミ加工品８からフイルム７を剥がし、例えば蒸気による封孔処理を行う。図５は上記封孔処理後のアルミ加工品８の断面構成を示す図である。同図において、酸化層に形成された電解孔４には染料１０ａ、１０ｂが含侵し、電解孔４の上部が封孔処理９されている。また、電解孔４に含侵した染料１０ａ及び１０ｂは異なる色であり、前述の木目模様に対応する色である。
【００２８】
その後、図５に示す酸化層３及び封孔処理９の上面には、更にアクリルやポリエステルなどの熱硬化型の樹脂を使用してコーティングが施される（図３（ｅ））。
【００２９】
以上のように処理することによって、電解孔４内に染料が含侵し、陽極酸化膜に染料を使用した模様が描かれたアルミニウム製品を製造することができる。したがって、本例の処理によって製造されるアルミニウム製品は色の剥げが無く、建築材としても使用できる堅牢な製品である。
【００３０】
また、２色以上の色を使用した色模様等をアルミニウム製品に着色することができる。また、上記実施例ではフイルム７に印刷された模様は木目模様であったが、例えば石目調や、市松模様等の模様を自由に描くこともできる。
【００３１】
また、上記実施形態の説明では、電解孔４に含侵する発色剤は染料であったが、顔料を使用してもよい。
さらに、上記本例の説明では陽極酸化膜形成後の電解孔に染料を含侵する処理について説明したが、本例の着色処理の前に一次電解発色法によって発色が施されたアルミニウム材料に対して本例を処理を行ってもよい。
【００３２】
例えば、特殊な電解液を用い皮膜の基質から発色させたアルミニウム材料に対して本例の処理を施してもよく、またシリコン（Ｓｉ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）等の無機化合物が添加されたアルミニウム合金を用いて発色させたアルミニウム材料に対して本例の処理を施してもよい。
【００３３】
このように構成することにより、例えば木目模様の一部の色を上記アルミニウム基体の色で対応させ、木目模様の他の色を本例によって発色させる着色処理を行うことができる。
【００３４】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
本例は前述の陽極酸化層が形成された後のアルミニウム製品への着色処理を説明する図である。前述の第１の実施形態では水槽５を使用したが、本例ではパット印刷による発色処理を説明する。
【００３５】
図６は本例の処理を説明する図である。本例ではシリコンラバーが配設されたパットによって染料を電解孔４に含侵させる構成である。以下、具体的に説明する。
【００３６】
同図（ａ）に示すアルミニウム板１０には、前述と同様陽極酸化層が形成され、表面には多数の電解孔１１が形成されている。先ず、このアルミニウム板１０をプレスパッド１２の直下に載置し、プレスパッド１２を所定のタイミングで下降させ、プレスパッド１２のパッド面１２ａに形成されたシリコンラバーをアルミニウム板１０の表面に押しつける。
【００３７】
ここで、シリコンラバーには、例えば前述の図３に示す木目模様に対応する染料が付着しており、このシリコンラバーをアルミニウム板１０に押しつけることによって、染料はアルミニウム板１０表面に形成された電解孔１１に含侵する。この処理によってアルミニウム板１０の酸化層には木目模様が着色される。
【００３８】
その後、同図（ｃ）に示すように、プレスパッド１２を上方に上げ、アルミニウム板１０を取り出し、前述と同様染料が含侵した電解孔１１の封孔処理を行う。そして、アクリルやポリエステルなどの熱硬化型の樹脂を使用してコーティングを施す。
【００３９】
以上のように処理することによって、前述と同様電解孔１１内に染料が含侵し、陽極酸化層に木目模様が形成されたアルミニウム製品を製造することができる。したがって、本例の場合もアルミニウムの表面に色塗装された製品に比べて色が剥げず、建築材としても使用できる堅牢なアルミニウム製品とすることができる。
【００４０】
また、２色以上の色を使用した色模様等をアルミニウム製品に着色することができ、木目模様のみならず石目調や、市松模様等の各種模様を自由に着色することもできる。
【００４１】
また、上記実施形態の説明では、電解孔１１に含侵する発色剤は染料であったが、顔料を使用する構成としてもよい。
尚、上記第１、及び第２の実施形態の説明では、アルミニウムについて本発明を適用した例について説明したが、アルミニウムに限らず、マグネシウム及びその合金に本発明を適用する構成としてもよい。マグネシウム及びその合金は、アルミニウムに比べて単位密度当たりの軽量性、高剛性、熱伝導性が優れており、本発明の着色によって、より用途を広げた材料とすることができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば陽極酸化膜に形成された電解孔に複数色の染料を含侵することができ、各種色模様をアルミニウム等の製品に着色することができ、かつ堅牢な製品とすることができる。
【００４３】
また、無機化合物等によって予め発色したアルミニウム等の材料に上記着色処理を施すことにより、より少ない色の染料によって堅牢なアルミニウム等の製品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】陽極酸化膜形成後のアルミニウムの断面図である。
【図２】第１の実施形態の陽極酸化膜の模様着色方法を説明する図である。
【図３】フイルムに印刷された木目模様の例を示す図である。
【図４】陽極酸化膜上に染料が印刷されたフイルムを覆着した状態を示す図である。
【図５】電解孔に染料が含侵され、封孔処理が施された状態を示す図である。
【図６】第２の実施形態の陽極酸化膜の模様着色方法を説明する図である。
【符号の説明】
１　アルミニウム
２　バリヤー層
３　酸化アルミニウム層（酸化アルミニウム膜）
４　電解孔
５　水槽
６　水
７　フイルム
８　アルミ加工品
８ａ　外周面
１０　アルミニウム板
１１　電解孔
１２　プレスパッド
１２ａ　パッド面

Claims

金属の表面に陽極酸化膜を形成する酸化膜形成処理と、
該処理によって形成される電解孔に複数色の染料で印刷されたフイルムを覆着させる覆着処理と、
該覆着処理によって覆着したフイルムの染料が前記電解孔に含侵した後、該フイルムを除去する処理と、
該フイルム除去後の前記電解孔を封孔し、クリヤー塗装する処理と、
を行うことを特徴とする陽極酸化膜の模様着色方法。
前記陽極酸化膜を染料で着色し、次に前記覆着処理を前記金属の一部に行い、明度の異なる着色剤で部分着色を行い、その後前記封孔処理を行うことを特徴とする請求項１記載の陽極酸化膜の　模様着色方法。
無機化合物によって着色した金属及びその合金に、陽極酸化膜を形成して着色酸化金属膜を形成し、該着色酸化金属膜上に形成される電解孔に明度の異なる着色剤で部分着色を行い、その後前記封孔処理を行うことを特徴とする請求項１記載の陽極酸化膜の模様着色方法。
前記金属はアルミニウムであることを特徴とする請求項１、２、又は３記載の陽極酸化膜の模様着色方法。
前記金属はチタンであることを特徴とする請求項１、２、又は３記載の陽極酸化膜の模様着色方法。
前記金属はマグネシウムであることを特徴とする請求項１、２、又は３記載の陽極酸化膜の模様着色方法。
前記染料に代えて顔料を使用することを特徴とする請求項１、２、又は３記載の陽極酸化膜の模様着色方法。