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

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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