JP2014133238A - アルミニウム形材の模様付け方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】反りや捩れなどの形状不良の発生を抑制できるアルミニウム形材の模様付け方法を提供する。
【解決手段】アルミニウム形材Aを押出し成形で得て、焼戻し処理した後に、プレス機械10によって模様付け加工する模様付け方法である。アルミニウム形材Aは、模様付け加工が施される本体部a1が長尺板状であり幅方向に湾曲しており、リブa2が形成されている。焼戻し処理した後のアルミニウム形材Aは硬く、リブa2により剛性が高くなるので、プレス機械10の加圧力に抗することができ、反りや捩れなどの形状不良の発生を抑制できる。本体部a1が幅方向に湾曲しているので、アルミニウム形材Aの長手方向における反りを抑制できる。
【選択図】図1

Description

本発明は、アルミニウム形材の模様付け方法に関する。さらに詳しくは、種々のデザインを模様付けすることが可能であり、反りや捩れなどの形状不良の発生を抑制できるアルミニウム形材の模様付け方法に関する。
アルミニウム形材に自然木の風合いをもたせる技術には、特許文献1や特許文献2に記載の従来技術がある。
特許文献1の従来技術は、金属材料の表面に木目模様のフィルムを貼付したものである。しかし、この従来技術では、仕上がりが平坦になるので、いかに模様を自然に近づけたとしても自然木の風合いに欠けるものであった。
特許文献2の従来技術は、金属材料の表面に切削具を接触させて木目調の筋溝模様を形成し、その表面をサンダー処理し塗装するというものである。この従来技術では、筋溝模様によって木質の風合いをもたせるものであるが、凹み形状の模様のみであるので、凹凸感に乏しく、自然の風合い感にはやはり欠けるものであった。
そして、上記従来技術以外に何らかの模様を付ける技術はなかったので、従来のアルミニウム形材は、デザイン性に乏しいという問題があった。
上記事情に鑑み、本願発明者は、アルミニウム形材を押出し成形で得た後、焼戻し処理する前に、プレス機械によって模様付け加工するアルミニウム形材の模様付け方法を考案している(特許文献3)。焼戻し処理する前のアルミニウム形材は柔らかいので、プレス機械の加圧により模様の形が明瞭に付きやすく、種々の模様を凹凸豊かに付けることができる。
しかし、焼戻し処理する前のアルミニウム形材は柔らかいことから、搬送やプレス機械の加圧力によって不必要な反りや捩れが生じやすく、形状不良が発生しないように加工するには注意が必要であった。
特開平9−177238号公報 特開2004−338153号公報 特開2011−218799号公報
本発明は上記事情に鑑み、反りや捩れなどの形状不良の発生を抑制できるアルミニウム形材の模様付け方法を提供することを目的とする。
第1発明のアルミニウム形材の模様付け方法は、アルミニウム形材を押出し成形で得て、焼戻し処理した後に、プレス機械によって模様付け加工することを特徴とする。
第2発明のアルミニウム形材の模様付け方法は、第1発明において、前記アルミニウム形材は、模様付け加工が施される本体部に突出したリブが形成されていることを特徴とする。
第3発明のアルミニウム形材の模様付け方法は、第1または第2発明において、前記アルミニウム形材は、模様付け加工が施される本体部が長尺板状であり幅方向に湾曲していることを特徴とする。
第4発明のアルミニウム形材の模様付け方法は、第1、第2または第3発明において、前記プレス機械は押圧プレスであることを特徴とする。
第1発明によれば、焼戻し処理した後のアルミニウム形材は、焼戻し処理する前よりも硬いので、プレス機械の加圧力に抗することができ、反りや捩れなどの形状不良の発生を抑制できる。また、搬送時などの取り扱いが容易である。
第2発明によれば、アルミニウム形材は、リブにより剛性が高くなるので、プレス機械の加圧力に抗することができ、反りや捩れなどの形状不良の発生を抑制できる。
第3発明によれば、本体部が幅方向に湾曲しているので、アルミニウム形材の長手方向における反りを抑制できる。また、湾曲によりアルミニウム形材に外観上の厚みが生まれ、立体感のある仕上がりとなる。
第4発明によれば、押圧プレスによって模様付け加工することで、ローラープレスに比べて反りや捩れの発生を抑制できる。
本発明の模様付け方法の工程図(I〜IV)である。 本発明の模様付け方法の工程図(V〜VII)である。 押圧プレスによる模様付け方法の説明図であって、(A)は正面図、(B)は側面図である。 スクエアパターンが形成されたアルミニウム形材Aを示し、(A)は表面側の斜視図、(B)は裏面側の斜視図、(C)は端面図である。 他の押圧プレスによる模様付け方法の説明図であって、(A)は正面図、(B)は側面図である。 同押圧プレスによる模様付けしている状態の説明図であって、(A)は正面図、(B)は側面図である。 節状突起が形成されたアルミニウム形材Bを示し、(A)は表面側の斜視図、(B)は裏面側の斜視図、(C)は端面図である。 さらに他の押圧プレスによる模様付け方法の説明図であって、(A)加圧前の正面図、(B)加圧中の正面図である。 木目模様が形成されたアルミニウム形材Cの正面図である。 さらに他の押圧プレスによる模様付け方法の説明図であって、(A)加圧前の正面図、(B)加圧中の正面図である。 鎚目模様が形成されたアルミニウム形材Dの正面図である。 アルミニウム形材をフェンスに取付けた状態の説明図であって、(A)は正面図、(B)は縦断面図である。 他の実施形態における(A)アルミニウム形材Eの断面図、(B)アルミニウム形材Fの断面図である。
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図1および図2の工程図に基づき、本発明のアルミニウム形材の模様付け方法を説明する。
同図において、押出し工程I、冷却工程II、引張矯正工程III、切断工程IV、焼戻し工程V、表面処理工程VIIは従来通りのアルミニウム形材の押出し成形工程と、とくに変わるところはない。本発明において重要なのは焼戻し工程Vと表面処理工程VIIの間にプレス機械による模様付け工程VIが入っている点である。
押出し工程Iでは、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるビレットを、公知の押出機1を用いて押出し成形する。この工程によりビレットがアルミニウム形材Aとなる。
冷却工程IIでは、アルミニウム形材Aが冷却床2の上で空冷または水冷により冷却される。
引張矯正工程IIIでは、アルミニウム形材Aの両端がストレッチャー3のグラブでつかまれて長手方向に引張りをかけられる。これにより曲がりなどが矯正される。
切断工程IVでは、アルミニウム形材Aが所望の長さにカッターで切断される。
焼戻し工程Vは、高温加工(押出し工程I)から冷却(冷却工程II)後、人工時効硬化処理する工程をいう。この焼戻し処理には、公知の熱処理炉5などが用いられる。
模様付け工程VIでは、プレス機械10によってアルミニウム形材Aに、種々のデザインが模様付けされる。本工程によって、模様付きのアルミニウム形材Aが得られる。なお、この工程は後に詳述する。
表面処理工程VIIでは、陽極酸化処理や、着色処理などが行われる。陽極酸化処理は、硫酸、シュウ酸、クロム酸などの電解液の中にアルミニウム形材Aを浸漬することで行われる。陽極酸化処理によりアルミニウム形材Aの表面に酸化皮膜を形成することで、耐食性、耐摩耗性が向上する。また、陽極酸化処理の後、二次電解着色によりアルミニウム形材Aに着色する着色処理を行なってもよい。
本発明において、模様付け工程VIが焼戻し工程Vの後に行われる理由は次のとおりである。
アルミニウム形材Aの引張強さと耐力は、加工工程の進展に応じて次のように変化する。
a)押出し工程Iの直後は、とても軟らかい状態であり、例えば、合金番号6063のアルミニウム形材であれば、引張強さ90N/mm2、耐力50N/mm2である。
b)冷却工程IIから切断工程IVまでは、高温加工から冷却後、自然時効させたものに相当し、合金番号6063のアルミニウム形材であれば、引張強さ150N/mm2、耐力90N/mm2となる。
c)焼戻し工程Vを終えたものは、高温加工から冷却後、人工時効硬化処理させたものに相当し、合金番号6063のアルミニウム形材であれば、引張強さ185N/mm2、耐力145N/mm2となる。
上記のようにアルミニウム形材Aの引張強度と耐力はa)→b)→c)の順に強くなる。したがって、焼戻し処理した後に模様付け加工を行えば、焼戻し処理した後のアルミニウム形材Aは、焼戻し処理する前よりも硬いので、プレス機械10の加圧力に抗することができ、反りや捩れなどの形状不良の発生を抑制できる。また、焼戻し処理した後のアルミニウム形材Aは硬いので、搬送中に変形することがなく取り扱いが容易である。そのため、模様付け加工が容易になる。
なお、形状不良の発生を抑制するという点では、模様付け工程VIは、表面処理工程VIIの後に行なってもよい。しかし、表面処理工程VIIの後に模様付け工程VIを行うと、アルミニウム形材Aの変形により、表面に形成された陽極酸化皮膜や着色塗膜などが破壊される恐れがある。そのため、模様付け工程VIは、表面処理工程VIIの前に行うことが好ましい。
つぎに、模様付け工程VIの各実施形態を説明する。
(スクエアパターン)
まず、スクエアパターンの模様が付けられたアルミニウム形材Aを説明する。
図3の押圧プレス10はアルミニウム形材Aにスクエアパターンを模様付け加工するためのプレス機械である。押圧プレスは、ベッドの上方においてラムが上下動し、ベッド上に下型を置き、ラムの下端に上型を装着し、手動もしくは動力で上型もしくは下型を材料に対して加圧動作できるものであれば、どのような型式のプレスであってもよい。
図4は押圧プレス10で模様付けされるアルミニウム形材Aを示しており、(A)に示す表面はスクエア形(矩形)の凹部gが付いた加工後のアルミニウム形材Aであり、(B)図に示す裏面はスクエア形の凹部が付いていない加工前のアルミニウム形材Aである。
(C)図に示すように、アルミニウム形材Aは、模様付け加工が施される長尺板状の本体部a1と、本体部a1の両縁から下垂した一対のリブa2、a2とからなる。本体部a1は幅方向に湾曲しており、この湾曲の凸側((C)図における上側)が表面であり、湾曲の凹側((C)図における下側)が裏面である。一対のリブa2、a2は、本体部a1の裏面側に略垂直に突出している。本体部a1の幅は、例えば100mmであり、湾曲半径は、例えば500mmであるが、これらの寸法に限られるものではない。上記押出し工程Iにおいて、このような形状のアルミニウム形材Aが成形される。
図3に戻って、符号11は上型であり、ダイス鋼などで製作されたブロック状の部材である。上型11の下面である基準面11aはアルミニウム形材Aの本体部a1と略同一の湾曲半径で上向きに凹むように湾曲している。また、上型11は雄型であり、基準面11aの略中央に突出したスクエア形の凸部11bを有している。
なお、「基準面」とは、加圧成形時にアルミニウム形材を動かないように押さえ付ける面である。また、本明細書において「雄型」とは、基準面より突出した部位を有する金型を意味する。
符号12は下型であり、ダイス鋼などで製作されたブロック状の部材である。下型12の上面である基準面12aはアルミニウム形材Aの本体部a1と略同一の湾曲半径で上向きに凸となるように湾曲している。また、下型12は雌型であり、基準面12aの略中央に上型11の凸部11bと嵌り合うスクエア形の凹部12bが形成されている。
なお、本明細書において「雌型」とは、基準面より窪んだ部位あるいは加圧成形時に変形して窪む部位を有する金型を意味する。
アルミニウム形材Aは、本体部a1の湾曲の凸側に雄型である上型11を、湾曲の凹側に雌型である下型12を配置して加圧成形することにより、模様付け加工が施される。
アルミニウム形材の本体部が予め湾曲状に形成されておらず平らであると、加圧成形によりアルミニウム形材の長手方向に反りが生じる場合がある。しかし、本実施形態に係るアルミニウム形材Aは、本体部a1が予め幅方向に湾曲しているので、アルミニウム形材Aの長手方向における反りを抑制できる。
また、本体部a1の湾曲の凸側に雄型11を押し当てるので、凸面が窪むように変形し、模様のエッジが鋭角となる。そのため、本体部a1の湾曲の凹側に雄型11を押し当てる場合に比べて模様が鮮明に表れる。
さらに、アルミニウム形材Aは、リブa2により剛性が高くなるので、押圧プレス10の加圧力に抗することができる。そのため、単なる平板状のアルミニウム形材にプレス加工する場合に比べて、反りや捩れなどの形状不良の発生を抑制できる。
(竹節目調パターン)
つぎに、竹節目調パターンの模様が付けられたアルミニウム形材Bを説明する。
図5の押圧プレス20はアルミニウム形材Bを竹調に加工するためのプレスである。
図7は押圧プレス20で模様付けされるアルミニウム形材Bを示しており、(A)図に示す表面は竹の節を表現する節状突起kが付いた加工後のアルミニウム形材Bであり、(B)図に示す裏面は節状突起が付いていない加工前のアルミニウム形材Bである。(C)図に示すように、アルミニウム形材Bは、模様付け加工が施される長尺板状の本体部b1と、本体部b1の両縁から下垂した一対のリブb2、b2とからなる。模様付け加工前において、アルミニウム形材Bと上記アルミニウム形材Aとは同様の形状である。
図5に戻って、符号21は上型であり、ダイス鋼などで製作されたブロック状の部材である。上型21の下面である基準面21aはアルミニウム形材Bの本体部b1と略同一の湾曲半径で下向きに凸となるように湾曲している。また、上型21は雄型であり、基準面21aに竹の節に似た形状の突起21bが形成されている。
突起21bは幅方向において下向きに凸となる湾曲形状をなしており、その湾曲半径は、たとえば130mmであって、アルミニウム形材Bの本体部b1の湾曲半径(500mm)より小さくなっている。また、突起21bの幅は、アルミニウム形材Bの本体部b1の幅よりも小さくなっている。
符号22は下型であり、ダイス鋼などで製作されたブロック状の部材である。下型22の上面である基準面22aはアルミニウム形材Bの本体部b1と略同一の湾曲半径で下向きに凹むように湾曲している。また、下型22は雌型であり、基準面22aに上型21の突起21bと嵌り合う溝22bが形成されている。
アルミニウム形材Bは、本体部b1の湾曲の凸側に雌型である下型22を、湾曲の凹側に雄型である上型21を配置して加圧成形することにより、模様付け加工が施される。
図6はアルミニウム形材Bを上型21と下型22とで加圧して、アルミニウム形材Bに節を形成する加工法を示している。
上型21でアルミニウム形材Bを押圧すると、突起21bがアルミニウム形材Bの裏面に喰い込み、表面に突出する方向の加圧変形が生じる。これにより、竹の節を表現する模様が形成される。
アルミニウム形材Bは、リブb2により剛性が高くなるので、押圧プレス20の加圧力に抗することができる。そのため、単なる平板状のアルミニウム形材にプレス加工する場合に比べて、反りや捩れなどの形状不良の発生を抑制できる。
(木目調パターン)
つぎに、木目調パターンの模様が付けられたアルミニウム形材Cを説明する。
図8の押圧プレス30はアルミニウム形材Cに木目調パターンを模様付け加工するためのプレス機械である。アルミニウム形材Cは、模様付け加工が施される長尺板状の本体部c1と、本体部c1の両縁から下垂した一対のリブc2、c2とからなる。模様付け加工前において、アルミニウム形材Cと上記アルミニウム形材Aとは同様の形状である。
図8において、符号31は上型であり、ダイス鋼などで製作されたブロック状の部材である。上型31の下面の両縁部分は基準面31aであり、アルミニウム形材Cの本体部c1と略同一の湾曲半径で上向きに凹むように湾曲している。また、上型31は雄型であり、その下面には基準面31aより突出した複数の凸条31bが形成されている。
符号32は下型であり、ダイス鋼などで製作されたブロック状の部材である。下型32の上面の両縁部分は基準面32aであり、アルミニウム形材Cの本体部c1と略同一の湾曲半径で上向きに凸となるように湾曲している。また、下型32は雌型であり、その上面には上型31の凸条31bと嵌り合う複数の凹条32bが形成されている。
アルミニウム形材Cは、本体部c1の湾曲の凸側に雄型である上型31を、湾曲の凹側に雌型である下型32を配置して加圧成形することにより、模様付け加工が施される。
図9は押圧プレス30により模様付けされたアルミニウム形材Cを示している。アルミニウム形材Cの表面には、木材の木目模様gが模様付け加工されている。
アルミニウム形材Cは、リブc2により剛性が高くなるので、押圧プレス30の加圧力に抗することができ、反りや捩れなどの形状不良の発生を抑制できる。
また、アルミニウム形材Cは、本体部c1が予め幅方向に湾曲しているので、アルミニウム形材Cの長手方向における反りを抑制できる。
さらに、本体部c1の湾曲の凸側に雄型31を押し当てるので、凸面が窪むように変形し、模様のエッジが鋭角となり、模様が鮮明に表れる。
(鎚目調パターン)
つぎに、鎚目調パターンの模様が付けられたアルミニウム形材Dを説明する。
図10の押圧プレス40はアルミニウム形材Dに鎚目調パターンを模様付け加工するためプレス機械である。アルミニウム形材Dは、模様付け加工が施される長尺板状の本体部d1と、本体部d1の両縁から下垂した一対のリブd2、d2とからなる。模様付け加工前において、アルミニウム形材Dと上記アルミニウム形材Aとは同様の形状である。
図10において、符号41は上型であり、ダイス鋼などで製作されたブロック状の部材である。上型41は雄型であり、その下面に鎚目模様を構成する複数の凸部41bが形成されている。上型41の幅は狭く、凸部41bが形成された幅と同じ幅である。それゆえ上型41の基準面41aは物理的には存在しないが、技術思想的には上型41の両端のエッジ近傍を通る仮想線で示す位置が基準面41aである。この基準面41aは、上型41を最下点まで下降させた際に(図10(B))、変形前の本体部d1の表面と同じレベルとなる面である。凸部41bは、仮想的な基準面41aより突出している。このように、「雄型」には、仮想的な基準面より突出した部位を有する金型も含まれる。
符号42は下型であり、ダイス鋼などで製作されたブロック状の部材である。下型42の上面の両縁部分は基準面42aであり、アルミニウム形材Dの本体部d1と略同一の湾曲半径で上向きに凸となるように湾曲している。また、下型42は雌型であり、その上面には上型41の凸部41bと嵌り合う複数の凹部42bが形成されている。
アルミニウム形材Dは、本体部d1の湾曲の凸側に雄型である上型41を、湾曲の凹側に雌型である下型42を配置して加圧成形することにより、模様付け加工が施される。
図11は押圧プレス40により模様付けされたアルミニウム形材Dを示している。アルミニウム形材Dの表面には、鎚目模様gが模様付け加工されている。
アルミニウム形材Dは、リブd2により剛性が高くなるので、押圧プレス40の加圧力に抗することができ、反りや捩れなどの形状不良の発生を抑制できる。
また、アルミニウム形材Dは、本体部d1が予め幅方向に湾曲しているので、アルミニウム形材Dの長手方向における反りを抑制できる。
さらに、本体部d1の湾曲の凸側に雄型41を押し当てるので、凸面が窪むように変形し、模様のエッジが鋭角となり、模様が鮮明に表れる。
上記木目調パターンのアルミニウム形材Cと、鎚目調パターンのアルミニウム形材Dは、長手方向に模様が繰り返し付されている。このような繰り返し模様を加工する場合には、押圧プレスに代えてロールプレスを用いてもよい。ロールプレスを用いれば、長尺のアルミニウム形材C、Dに対して連続的に模様付け加工でき、作業時間を短縮できる。
ロールプレスは、一対のロールの間で材料を加圧成形できるものであれば、人力加圧あるいは動力加圧のいずれであってもよく、動力も油圧や空圧など種々の型式のプレスを用いることができる。
ただし、繰り返し模様を加工する場合においても、押圧プレスを用いた方が、ロールプレスに比べてアルミニウム形材C、Dの反りや捩れの発生を抑制できるため好ましい。ロールプレスで模様付け加工する場合には、アルミニウム形材に局所的にプレス荷重が加わり、しかも、加圧しながらアルミニウム形材を送り出すために、アルミニウム形材を動かないように押さえ付けることができず、長手方向の湾曲を抑えることができない。これに対し、押圧プレスで模様付け加工する場合には、アルミニウム形材と上型および下型とが面で接触するため、長手方向に湾曲する恐れがないからである。
なお、押圧プレスで繰り返し模様を加工する場合には、上型および下型として、アルミニウム形材の長尺方向に沿って長尺であって、繰り返し模様の少なくとも一周期分の模様を付す凹凸が形成されたものが用いられる。そして、アルミニウム形材を長尺方向に移動させつつ、加圧成形を繰り返し行う。
上述したアルミニウム形材A〜Dは、フェンスや門扉などの材料として用いられる。
図12はアルミニウム形材Aを用いてフェンスを構成した場合の一例を示している。多数本のアルミニウム形材Aは平行に並べて立てられ、上端と下端を上桟51と下桟52に固定されている。
アルミニウム形材A〜Dは、幅方向に湾曲しているので、フェンスや門扉などとして、組み立てた際に、外観上の厚みが生まれる。そのため、立体感のある仕上がりとなる。
なお、上記のように模様付きのアルミニウム形材A〜Dのみを用いるほか、模様のないアルミニウム形材と併用することも可能である。この場合、模様付きのアルミニウム形材A〜Dはデザイン上のアクセント部材となる。
(他の実施形態)
上記アルミニウム形材A〜Dは、その本体部a1〜d1が幅方向に湾曲しているが、図13(A)に示すアルミニウム形材Eのように、本体部e1を湾曲しない平らな構成としてもよい。このようにしても、アルミニウム形材Eはリブe2により剛性が高くなるので、単なる平板状のアルミニウム形材に比べて、反りや捩れなどの形状不良の発生を抑制できる。
また、図13(B)に示すアルミニウム形材Fのように、本体部f1の両縁から下垂した一対のリブf2、f2に加えて、本体部f1の裏面中央に突出したリブf3を設けても良い。このように、リブの数を増やすことで、アルミニウム形材Fの剛性がより高くなり、反りや捩れなどの形状不良の発生をさらに抑制できる。
A アルミニウム形材
a1 本体部
a2 リブ
10 押圧プレス
11 上型
12 下型
B〜F アルミニウム形材
20〜40 押圧プレス

Claims (4)

  1. アルミニウム形材を押出し成形で得て、焼戻し処理した後に、プレス機械によって模様付け加工する
    ことを特徴とするアルミニウム形材の模様付け方法。
  2. 前記アルミニウム形材は、模様付け加工が施される本体部に突出したリブが形成されている
    ことを特徴とする請求項1記載のアルミニウム形材の模様付け方法。
  3. 前記アルミニウム形材は、模様付け加工が施される本体部が長尺板状であり幅方向に湾曲している
    ことを特徴とする請求項1または2記載のアルミニウム形材の模様付け方法。
  4. 前記プレス機械は押圧プレスである
    ことを特徴とする請求項1、2または3記載のアルミニウム形材の模様付け方法。
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