JP2658011B2 - アルミニウムまたはアルミニウム合金材の電解着色方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は、電解着色用アルミニ
ウムまたはアルミニウム合金の押出成形に供するビレッ
トの加熱方法を含む電解着色方法に関し、さらに詳しく
は該ビレットを交流誘導電力型加熱器により加熱する誘
導加熱方法を含む電解着色方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウムまたはアルミニウム合金の
押出成形に供する素材ビレットを加熱する方法にはガス
焚きの直火炉による加熱方法と、交流誘導電力型加熱器
を使用して素材ビレット自体に渦電流を発生させ、加熱
する誘導加熱方法等があるが、現在は被加熱体（素材ビ
レット）の加熱速度の迅速性、高精度なテーパー加熱が
可能、設備の簡素化などの利点を有する誘導加熱器によ
る方法がその主流を占めている。しかしながら誘導加熱
器による方法においては、素材ビレットの外周表面と内
部中心部における温度に差を生じ、外周表面は内部中心
部より高温となるという宿命がある。

【０００３】この現象の発生機構を図２および図３によ
り説明する。図２の（ａ）において交流電源１に接続し
たコイル２に図２の（ｂ）に示すように交流電流４を通
じれば素材ビレット３の内部に渦電流５が発生し、これ
により素材は加熱される。しかしながら、円柱状ビレッ
トの断面における誘導渦電流の分布は図３に示すように
なる。図３の横軸は表面から中心部への距離であり、縦
軸は電流密度である。すなわち、渦電流は素材の表面に
流れ易い性質を有するために素材の表面は電流密度が内
部中心部より高くなり、発熱量が多く、温度は上昇す
る。従って目標とする温度まで連続して誘導加熱を継続
する従来の素材ビレット加熱方法では外周表面は内部中
心部より高温となり、温度分布を均一にすることは理論
的に不可能であり、温度差をごく小さく押さえることは
むずかしかった。

【０００４】素材ビレットの温度を測定する温度検出点
は前端面上の外周表面より中心部に向って数１０ｍｍ内
側に位置し、ここに熱電対の熱接点を取付けてビレット
の温度が測定される。すなわち上述設定箇所の温度を素
材ビレットの温度と判断して加熱を行っているが、素材
の外周表面と内部中心部の温度差が大きい程、温度検出
点と外周表面の真の温度との差は大きくなり、中心部の
温度が低い程、外周表面の真の温度は検出温度より高く
なる。外周表面の温度が高温となり、特に一定の範囲を
越えた場合には外周表面を形成する表面相中の低融点晶
出物が局部的に溶融して押出成形の際に機械特性を劣化
させる割れ、亀裂発生の原因となり、さらに後加工であ
る電解着色を行った場合にストリークの発生など不良品
発生率の上昇につながる。従来法によればストリークの
発生に起因する不良品発生率は６０％にも達している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】 本発明は電解着色用
アルミニウムまたはアルミニウム合金の押出成形に供す
る素材ビレットの誘導加熱工程において該素材ビレット
の外周表面と内部中心部との温度差を極力小さくするこ
とにより押出成形製品の機械特性の向上、並びにバラツ
キの減少または皆無、さらに電解着色工程におけるスト
リークの防止ができる誘電加熱方法を開発することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】 本発明者等は電解着色
用アルミニウムまたはアルミニウム合金の押出成形に供
する素材ビレットを常温から目標とする温度まで連続し
て誘導加熱する従来の加熱方法に代えて、加熱を段階的
に行うことにより該素材ビレットの外周表面と内部中心
部との温度差を極力小さくすることができると考えて鋭
意研究の結果本発明を達成することができた。すなわち
常温から目標とする温度の途中の温度まで加熱した後、
昇温のための加熱を一旦中断して、一定時間保持した
後、再び昇温のための加熱を継続し、目標温度まで昇温
する。さらに以上の操作を数回に分けて段階的に継続し
て、目標温度まで昇温する。かくして得られた素材ビレ
ットの外周表面と内部中心部の温度差は極めて縮小する
ため、得られた押出成形製品は従来の工程で得られた製
品に比べて機械特性の優れた、バラツキの少いかつ、電
解着色工程におけるストリークの発生しない製品であ
る。

【０００７】本発明を図１および図４によりさらに詳細
に説明する。図４の（Ａ）は従来の加熱方法、図４の
（Ｂ）は本発明による加熱方法を示す図である。縦軸は
温度検出点における温度測定値、横軸は加熱経過時間で
ある。温度検出点はビレットの前端面上外周より数１０
ｍｍ内側に位置し、熱電対の熱接点を取付けてある。

【０００８】従来の加熱方法においては、図４の（Ａ）
に示すように素材ビレットは加熱コイルを流れる交流電
流により連続的に誘導加熱されて、目標温度（ａ）まで
到達する。一方本発明による加熱方法においては、加熱
開始後温度が（ｂ）に達した時点で昇温のための加熱を
一旦中断し、一定時間保持した後、再び昇温のための加
熱を行ない、温度が（ｃ）に達した時点で再び昇温のた
めの加熱を中断し、一定時間保持した後、再び昇温のた
めの加熱を行ない、目標温度（ａ）まで加温する。この
操作をさらに多数の段階に分けて階段状に行うことが望
ましい場合もある。

【０００９】従来の加熱方法による加熱ビレットの断面
における温度分布を図１の曲線（I）で表わし、本発明
の加熱方法による温度分布を曲線（II）で表わす。図中
（ａ）点は温度検出点における測定値すなわち目標温度
である。従来の加熱方法による素材ビレット断面の温度
勾配は曲線（I ）に示すように、本発明による加熱方法
における曲線IIより急であり、前者の外周表面温度
（ｄ）は後者の外周表面温度（ｅ）より高いことがわか
る。すなわち本発明の加熱方法における素材ビレット内
の温度分布は従来の加熱方法によるものに比較して素材
ビレット内の温度分布が均一となり、外周表面の温度は
目標温度に接近していることがわかる。

【００１０】外周表面温度が一定の範囲を越えると外周
表面層中に存在する低融点晶出物が局部的に溶融して押
出成形の際に割れ、亀裂発生の原因となり、さらに後加
工である電解着色を行った場合にストリークの発生など
不良品発生率の上昇につながる。従って本発明による加
熱方法の開発により、アルミニウムまたはアルミニウム
合金の押出成形工程において発生する割れ、亀裂が防止
でき、さらに電解着色工程におけるストリークの発生が
皆無となったために、押出成形製品の機械特性は向上
し、かつ製品不良は極端に低下した。

【００１１】

【作用】誘導加熱器の発熱の原理は構成する加熱コイル
に交流電流を通じて磁界を発生させ、磁界内に置かれた
被加熱物である素材ビレットに誘導渦電流を発生させて
加熱することである。誘導渦電流は素材ビレットの外周
表面に集中する性質があるために、素材ビレットの外周
表面では電流密度は高く、中心部に行く程低くなり、外
周表面の温度は最も高く、内部中心部に行くに従って低
くなる。一方被加熱物である素材ビレットの熱伝導速度
は加熱速度より遅いために、連続的に加熱を続ければ、
外周表面の温度と内部中心部の温度との差は大となり、
素材ビレット内の温度分布は不均一となる。

【００１２】従って素材ビレットの温度分布を均一化す
るためには目標とする温度に到達する迄目標温度以下の
温度に一定時間保持して、熱伝導により温度の均一化を
計り、さらに加熱、保持を繰返して目標温度まで到達さ
せれば良いことになる。

【００１３】 一方ビレットの外周表面温度が押出成形
に最適な温度である目標温度より高くなり、特に相変態
点を越えた場合には外周表面層を形成する固相の中で液
層に変態する相を形成している低融点晶出物等が局部的
に溶融を始めるために、該ビレットを押出成形して、電
解着色を行った場合には製品の割れ、亀裂などの機械的
特性の劣化およびバラツキ、さらに電解着色時にストリ
ークが発生する。本発明の電解着色方法によればこのよ
うな現象による特性の劣化を防ぐことができる。

【００１４】

【実施例】 本発明による電解着色用アルミニウムまた
はアルミニウム合金の誘導加熱方法を含む電解着色方法
およびその効果を従来の方法と比較するために、Ｃｕ
０．３０％、Ｍｇ １．００％、Ｓｉ ０．６０％、Ｆ
ｅ ０．２０％、Ｃｒ ０．１０％、残Ａｌより成る径
３０７ｍｍ、長さ１２００ｍｍのＡ６０６１ビレットを
試料として試験を行った。試料の前端面より３０ｍｍ後
方の径方向に中心まで達する閉穴をあけて加熱器に据付
け、前端面より３０ｍｍ後方の外周表面部、閉穴内試料
中心部、ならびに前端面外周より中心に向かって５０ｍ
ｍの位置に設置されている目標温度検出点の３点に熱電
対の熱接点を取付け、加熱器に交流電流を通じて試料を
加熱昇温し、各部分の温度を測定した。 （i ）従来の誘導加熱方法 加熱器に交流電流（３４０Ｖｏｌｔ、８００Ａ、６０Ｈ
ｚ）を連続的に通じて一気に目標温度５００℃まで上昇
して各々の部分の温度を測定した。 （ii）本発明による誘導加熱方法含む電解着色方法 従来法と全く同一の交流電流を下記３段階に階段状に通
じた。

【００１５】第１段 常温から４２０℃まで４分間通じ
て後、電流を切り３分間保持した。

【００１６】第２段 第１段に引き続き４２０℃から４
６０℃まで２５秒間通電して後、電流を切り３分間保持
した。

【００１７】第３段 第２段に引き続き４６０℃から５
００℃まで２５秒間通じて目標温度まで昇温した。

【００１８】上述３点における測定温度を図１上に対比
して、表示する。

【００１９】 ａ点：加熱器に設置された目標温度５００℃ ｄ点：従来法による試料の外周表面の温度５３５℃ ｅ点：本発明法による試料の外周表面の温度５０８℃ ｆ点：従来法による試料の内部中心部の温度３４０℃ ｇ点：本発明法による試料の内部中心部の温度４７５℃ いずれの加熱方法においても試料の外周表面は目標温度
より上昇しているが、その差は従来法によるより本発明
法による場合のほうが小さいことがわかる。

【００２０】本発明による誘導加熱方法では従来の加熱
方法に比べて試料の外周表面温度を目標温度（加熱管理
温度）付近まで近づけることができたために、外周表面
層に発生する一部溶融が無くなり、その結果割れ、亀裂
および電解着色の際に発生しがちなストリ−クが無くな
ったと考えられる。

【００２１】

【発明の効果】 本発明は電解着色用アルミニウムまた
はアルミニウム合金の押出成形に供する素材ビレットを
一気に目標温度まで加熱する従来の誘導加熱方法を加
熱、保持を段階状に繰返しながら目標温度まで加熱する
誘導加熱方法に代えることにより、押出成形における割
れ、亀裂に起因する機械特性の劣化のない、かつ電解着
色工程で発生していたストリークによる不良品の発生の
ない押出成形製品の生産を可能とした。

【００２２】従って本発明はアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金の押出成形製品の機械特性および歩留の向上
に大いに貢献するであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の加熱方法による場合と対比して本発明
で用いられた加熱方法により加熱した円柱状ビレット断
面における温度分布を示した図である。（I ）は従来法
による温度分布曲線、（II）は本発明法による温度分布
曲線である。

【図２】交流誘導加熱器における加熱原理の説明図であ
る。

【図３】円柱状ビレットの断面図における誘導渦電流分
布図である。横軸は表面から中心部への距離、縦軸は電
流密度。

【図４】 （Ａ）は従来の交流誘導加熱方法の説明図で
ある。横軸は加熱経過時間、縦軸は目標温度まで到達す
る過程の温度。 （Ｂ）は本発明で用いられた交流誘導
加熱方法の説明図。横軸は加熱方法および経過時間、縦
軸は目標温度まで到達する各段階における温度。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 誘導加熱コイル ３ 素材ビレット ４ 誘導加熱コイルを流れる電流の方向 ５ 素材に発生した渦電流の方向 ａ 目標温度 ｂ 第１段到達温度 ｃ 第２段到達温度 ｄ 従来の加熱方法における素材ビレットの外周表面
の温度 ｅ 本発明で用いられた加熱方法における外周表面の
温度 ｆ 従来の加熱方法における試料中心部の温度 ｇ 本発明で用いられた加熱方法における試料中心部
の温度

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウムまたはアルミニウム合金か
   らなる素材ビレットを誘導加熱方式で加熱後、押出成形
   した被処理材に電解着色する方法において、素材ビレッ
   トを誘導加熱方式で加熱する際、該ビレットを目標とす
   る押出成形温度より低い温度に上昇させた後、昇温のた
   めの加熱を中止して一定時間保持し、再加熱を行ない、
   これを少なくとも１回以上繰り返して加熱、保持を階段
   状に繰り返すことにより順次昇温しながら、目標温度ま
   で昇温させてから押出成形し、次いで電解着色工程に供
   することを特徴とするアルミニウムまたはアルミニウム
   合金材の電解着色方法。