JP5453630B2 - アルミニウム系部材の染色方法及びアルミニウム系部材の製造方法並びにアルミニウム系部材 - Google Patents

アルミニウム系部材の染色方法及びアルミニウム系部材の製造方法並びにアルミニウム系部材 Download PDF

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Description

本発明は、アルミニウム系部材の染色方法、アルミニウム系部材の製造方法、アルミニウム系部材に関する。
アルミニウム系部材に着色による加飾を行う方法としては、アルミニウム系素材の表面に形成した陽極酸化皮膜の皮膜孔内に有機染料を吸着させたり、金属又は金属化合物を析出させたりすることが知られている。有機染料によって着色する場合は、スプレーガンで有機染料を皮膜孔内に吹き込むか、有機染料を含む水溶液にアルミニウム系部材を浸漬させる。金属又は金属化合物を用いる場合は、金属又は金属化合物のイオンを含有する水溶液にアルミニウム系部材を浸漬させ、アルミニウム素材に電圧を印加して電解着色する。これらの方法では、浸漬又は吹き付けが行われた部分が均一に着色され、下地であるアルミニウム素材の金属の質感を有する鮮明な金属色調が形成される。さらに、前記のいずれかの方法で着色した後、別の有機染料などを含有した水溶液に部分的に浸漬させれば、アルミニウム系素材の表面を2色に色分けをすることができる。
ここで、色分けの境界をぼかす、いわゆるグラデーションを付ける場合は、例えば、特許文献1に開示されているように、着色したアルミニウム系部材の一部を脱色剤溶液に浸漬させていた。脱色剤溶液とワーク表面との接触時間の差によってワークの表面での脱色の度合いに差が生じ、連続諧調のぼかしが形成される。また、脱色剤溶液をスプレーガンで吹き付けると、霧状に吹き付けられた脱色剤溶液の付着分布に応じて脱色度合いが変化し、グラデーションが付けられる。
特開2007−39757号公報
しかしながら、従来の脱色による方法では、1つの色の濃淡でグラデーションを形成することはできるが、異なる色でグラデーションを付けることはできなかった。
なお、2色目の着色で色分けする際、境界部分の浸漬時間を徐々に減らせば2色目が徐々に薄くなってグラデーションを付けることができる。しかしながら、このような方法では製造に時間がかかる。さらに、色分けのパターンが液面による制約を受けるので、例えば、波状の色分けにグラデーションを付けることはできなかった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、アルミニウム系部材に金属の質感を有する着色を行う際に、グラデーションを効率良く、かつパターンの制約を受けずに行えるようにすることを主な目的とする。
上記の課題を解決する本発明の請求項1に係る発明は、アルミニウム系部材を構成する陽極酸化皮膜の皮膜孔に第1の色形成物質を保持させることで前記アルミニウム系部材の第1の領域を着色する第1の着色工程と、前記第1の着色工程の後に、前記皮膜孔に対して斜めに第2の色形成物質を吹き付けて保持させることで前記第1の領域より小さい第2の領域に着色し、前記第2の領域の縁部の少なくとも一部で前記第1の領域が露出する部分との境界に、前記第2の色形成物質が減少することで形成されるグラデーション領域を作成する第2の着色工程と、前記第2の着色工程の後に、前記皮膜孔を封じる封孔工程と、を有するアルミニウム系部材の染色方法とした。
このアルミニウム系部材の染色方法では、第2の色形成物質を吹き付けるだけで、第2の色形成物質の保持量が徐々に減少する領域を作成し、第1の領域が露出する部分と第2の領域の境界にグラデーションが形成される。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載のアルミニウム系部材の染色方法において、前記第1の色形成物質と前記第2の色形成物質は異なる干渉色を形成する物質であることを特徴とする。
このアルミニウム系部材の染色方法では、グラデーションを挟んで複数の発色を有するアルミニウム系部材が得られる。
請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2に記載のアルミニウム系部材の染色方法において、前記第2の色形成物質は、有機染料であることを特徴とする。
このアルミニウム系部材の染色方法では、第2の色形成物質を吹き付けるだけで、第1の着色層が形成される。
請求項4に係る発明は、請求項1に記載のアルミニウム系部材の染色方法において、前記第2の着色工程では、前記第2の着色工程では、前記第2の領域を形成する部分を、前記第2の色形成物質を吹き付けない部分より下側に配置することを特徴とする。
このアルミニウム系部材の染色方法では、第2の色形成物質を含む液状の染色液を吹き付けるときに、液だれが防止される。
請求項5に係る発明は、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のアルミニウム系部材の染色方法で前記第1の着色工程を実施する前に、前記陽極酸化皮膜を形成する前のアルミニウム系素材を成形する成形工程と、前記アルミニウム系素材を洗浄、研磨する前処理工程と、前記陽極酸化皮膜を形成する陽極酸化処理工程と、を有することを特徴とするアルミニウム系部材の製造方法とした。
このアルミニウム系部材の製造方法では、用途に合わせて成形した部材に対して着色を行うことで、グラデーションを有するアルミニウム系部材が形成される。
請求項6に係る発明は、アルミニウム系部材を構成する陽極酸化皮膜の皮膜孔に第1の色形成物質を均等に保持させた第1の領域と、前記第1の領域の上から、前記第1の色形成物質と異なる第2の色形成物質を前記皮膜孔に対して斜めに吹き付けて保持させて形成され、前記第1の領域より小さい第2の領域と、前記第2の領域の縁部の少なくとも一部で、前記第1の領域が露出する部分との境界に、前記第2の色形成物質が減少することで作成されるグラデーション領域と、を有するアルミニウム系部材とした。
このアルミニウム系部材では、アルミニウム系素材の下地の金属の質感を維持しつつ、グラデーションを挟んだ複数の発色が得られる。
本発明によれば、第2の色形成物質を吹き付けるだけで第1の色形成物質の上に保持された第2の色形成物質の量が徐々に減る領域を形成することができるので、グラデーションを挟んだ複数の発色が簡単に得られる。
発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図1にアルミニウム系部材の製造方法のフローチャートを示す。この製造方法は、アルミニウム系部材の成形工程(ステップS101)と、前処理工程(ステップS102)と、陽極酸化処理(ステップS103)と、第1の着色工程(ステップS104)と、乾燥処理(ステップS105)と、第2の着色工程(ステップS106)と、後処理工程(ステップS107)と、封孔処理(ステップS108)とを有する。
ステップS101の成形工程では、必要な寸法にアルミニウム系素材を切断したり、プレス加工を行ってアルミニウム系部材を製造する。アルミニウム系素材とは、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金である。アルミニウム合金としては、純アルミニウム系、Al−Si系、Al−Mg系、Al−Cu系、Al−Zn系等があげられる。アルミニウム系部材は、電気機器や、電子情報機器、乗り物、建築部材などの筐体や装飾部品(外装品)に使用されるが、これらの用途に限定されることはない。なお、成形工程は、ステップS101で実施する代わりに、又はステップS101の実施に加えて、他のタイミングで実施しても良い。その場合には、ステップS102からステップS108の間や、テップS108の後に少なくとも1回実施される。
ステップS102の前処理工程では、表面状態に応じて公知の機械的方法又は化学的方法を用い、研磨による光沢出しや艶出し、脱脂、梨地仕上げ等、用途に合わせて傷取りや平坦化処理が施される。
ステップS103の陽極酸化処理では、電解質溶液として希硫酸等の入った浴槽に、陽極に電気的に接続させたアルミニウム系部材を浸漬させる。アルミニウム系部材は、後に着色する部分の全体を浸漬させる。浴槽に挿入した負極と、アルミニウム系部材の間に直流電圧を印加すると、アルミニウム系部材の表面に無色透明の陽極酸化被膜が形成される。図2に陽極酸化皮膜が形成するアルミニウム系部材の断面を模式的に示す。アルミニウム系部材1は、アルミニウム系素材2の表面に陽極酸化皮膜3を有する。陽極酸化皮膜3は、酸化アルミニウムからなり、アルミニウム系素材2の表面側の障壁層31と、障壁層31上に形成され多孔質層32とからなる。多孔質膜32は、多数の皮膜孔33が陽極酸化皮膜3の膜厚方向に略平行に配列されており、皮膜孔33の先端は開口している。陽極酸化皮膜3の膜厚は、例えば数μmから20〜30μm形成され、皮膜孔33の孔径は0.01μm程度である。
ステップS104の第1の着色工程では、陽極酸化皮膜3が形成されたアルミニウム系部材1の表面を第1の色形成物質で均一に染色する。第1の色形成物質が有機染料であるときは、50〜60℃に加熱した純水に有機染料を溶解させて染色液を作成し、これにアルミニウム系部材1を浸漬させる。染色液は、陽極酸化皮膜3に浸透し、皮膜孔33の内壁面に有機染料が保持される。その結果、図3に示すように、皮膜孔33の先端開口33A付近に有機染料41からなる第1の着色層42が形成される。第1の着色層42は、染色液に浸漬された陽極酸化皮膜3の全ての皮膜孔33に均一に形成される。つまり、第1の着色層4が形成される第1の領域43は、陽極酸化皮膜3の全面になる。
これにより、アルミニウム系部材1の陽極酸化皮膜3が形成された側の表面には、下地のアルミニウム系素材2の金属質を保持しつつ、第1の着色層42による均一な干渉色が形成される。なお、染色液をスプレーガンで陽極酸化皮膜3の全面に均一に吹き付けても、図3と同様な第1の着色層42が形成される。この場合、スプレーガンをコンピュータ制御すれば、第1の着色層42をムラがなく均一に作成できる。
また、第1の色形成物質として金属又は金属化合物を使用するときは、金属塩を含む溶液(着色液)にアルミニウム系部材1を浸漬させる。例えば、シュウ酸第二鉄アンモニウムや、銅、すず、亜鉛、ニッケル等の硫酸系の金属塩を用いると、それぞれ金色や、ブロンズ色、栗色、グレー色の干渉色が得られる。金色(シュウ酸第二鉄アンモニウム)の場合には、着色液にアルミニウム系部材1を浸漬させるだけで着色される。他の色系では、着色液にアルミニウム系部材1を浸漬させ、アルミニウム系部材1に交流電圧を印加する。金属又は金属化合物が皮膜孔33の底部に析出し、対応する干渉色が得られる。これにより、アルミニウム系部材1の陽極酸化皮膜3が形成された側の表面には、下地のアルミニウムの金属質を保持しつつ、第1の着色層42による均一な干渉色が第1の領域43の全体にわたって形成される。
ステップS105の乾燥工程では、陽極酸化皮膜3の表面に付着している有機染料や、金属塩などを洗い流してからアルミニウム系部材1を乾燥させる。なお、この段階で皮膜孔33は封孔させない。
ステップS106の第2の着色工程は、有機染料を第2の色形成物質としてスプレーガンで吹き付けて第2の着色層を形成する。有機染料は、有機溶剤に溶かした状態でスプレーガンに供給される。ここで使用される2番目の有機染料は、第1の色形成物質と異なる発色を呈する材料を使用することが好ましい。
第2の着色工程を実施するための装置構成の一例を図4に示す。着色装置51は、アルミニウム系部材1を陽極酸化皮膜3が上向きになるように載置して搬送する搬送装置52を有する。さらに、搬送装置52に対向するようにスプレーガン53が設けられている。搬送装置52は、複数のアルミニウム系部材1を搬送可能なベルト54を有するベルトコンベアが図示されているが、パレット型のコンベアや、アルミニウム系部材1を保持するハンドを有する多関節ロボットなど、他の装置でも良い。搬送装置52は、スプレーガン53から吹き付けられた有機染料が液だれするなどして、意図しない部分が着色されることがないように、着色しようとする部分が下側になるように、斜めにアルミニウム系部材1を載置することが望ましい。また、アルミニウム系部材1を略垂直に立てて配置しても良い。液だれが生じない条件であれば、アルミニウム系部材1を略水平に配置しても良い。スプレーガン53は、ノズル53Aの軸線が、搬送装置52に載置されたアルミニウム系部材1に対して所定の傾斜角度をもつようにアーム55に保持されている。
この着色装置51では、下側に配置されるアルミニウム系部材1の一端側に有機染料が十分に吹き付けられる。これによって、開口している皮膜孔33の内壁面に有機染料が保持されて第2の着色層62が形成される。第2の着色層62は、第1の着色層42を覆うように形成される。スプレーガン53のノズル53Aの軸線がアルミニウム系部材1の中心より下(一端)側を通るように配置されているので、アルミニウム系部材1の反対側の他端側には有機染料が届かない。このため、この他端側では、第2の着色層62が形成されずに第1の着色層42による干渉色が維持される。つまり、第2の着色層62が形成される第2の領域63は、第1の着色層42が形成された第1の領域43より小さい。
図5に示すように、第2の着色層62の縁部であって、第1の領域42の露出している部分42Aとの境界をなす部分は、第2の着色層62による干渉色が減って、下側の第1の着色層42が徐々に現れるようなグラデーション領域65になる。第2の着色層62の他端側では、スプレーガン53との距離が増大するにつれて有機染料の吹き付け量が減るので、第2の着色層62の厚さが徐々に薄くなるからである。グラデーション領域65は、アルミニウム系部材1の長手方向に略直交する方向に直線に延びる帯状になっている。
図6に断面を模式的に示すように、一端側の第2の領域63では、スプレーガン53から吹き付けられた有機染料61が皮膜孔33の開口33A付近に略均一に保持され、均一な厚さの第2の着色層62が形成されている。なお、図6は、理解を容易にするために簡略化してある。また、第1の着色層42を形成する第1の色形成物質として金属塩41Aを使用した例を示しているが、有機染料41を用いて第1の着色層42を形成した場合も同様に膜厚方向に、第1の着色層42と第2の着色層62が重ねられた構造になる。
図7に断面を模式的に示すように、グラデーション領域65では、一端側から他端側に向かうにつれて有機染料61の量(又は厚さ)が減少する。そして、図8に示すように、一端側の露出した部分42Aでは、第1の着色層42のみになる。
アルミニウム系部材1とスプレーガン53の間の距離や、有機染料61の吹き出し量(吹き出し時間)は、第2の着色層62の形成位置や、大きさによって適宜変更される。例えば、スプレーガン53をアルミニウム系部材1の近くに配置すれば、第2の着色層62の面積が大きくなる。スプレーガン53のノズル53Aの軸線とアルミニウム系部材1の表面のなす角度を小さく、つまり両者を平行に近づければ、グラデーション領域65が大きくなって緩やかに色が変化するようになる。反対に、ノズル53Aの軸線とアルミニウム系部材1の表面の角度を大きく、つまり両者の配置を垂直に近づければ、グラデーション領域65が小さくなる。この着色装置51では、コンピュータ57によって搬送装置、スプレーガンの制御を行うことで、安定した着色や所望する外観が得られるようになっている。
ここで、着色装置51は、スプレーガン53を複数備えても良い。複数のスプレーガン53で異なる位置から吹き付けることで、第2の着色層62と露出した部分42Aの境界を直線にしたり、斜めにしたりできる。さらに、スプレーガン53を多関節ロボットなどにより移動可能に配置すれば、多様な模様を形成することが可能になる。例えば、図9に示すように、グラデーション領域65を波状に形成したり、図10に示すようにアルミニウム系部材1の外周縁に第2の着色層62を形成し、中央部分に第1の着色層42を露出させ、略環状にグラデーション領域65を形成したりすることもできる。
次のステップS107の後処理工程では、スプレーガン53によって吹き付けられ、陽極酸化皮膜3の表面に付着した有機染料61を洗い流す。
そして、ステップS108の封孔処理では、アルミニウム系部材1を85℃の水に酢酸ニッケルを溶かした水溶液に浸漬させる。皮膜孔33の開口33A部分が膨潤し、着色層42,62を内在させた皮膜孔33が閉じられる。これによって、アルミニウム系素材2の金属の質感を維持したままで2つの着色層42,62と、その間のグラデーションを有するアルミニウム系部材1が得られる。このようなアルミニウム系部材1は、同じ色分けやグラデーションであっても、陽極酸化皮膜3の下地となるアルミニウム系素材2の表面の光沢や表面粗さを変化させることで外観の異なるものになる。
この実施の形態によれば、第2の着色層62を形成する際に、有機染料61をアルミニウム系部材1の皮膜孔33に対して斜めに吹き付けるようにしたので、第2の着色層62と第1の着色層42の間にグラデーションを簡単に形成することができる。水溶液に浸漬しながらグラデーションを形成する場合に比べて、製造時間を短縮できる。さらに、グラデーションの形態として任意の形状を形成できる。脱色では、1色の濃淡によるグラデーションしか付けられないのに対し、この実施の形態では、異なる複数の色の間でグラデーションを付けられる。
以下に本発明の実施例を具体的に説明する。
アルミニウム系素材1には、無色透明な陽極酸化皮膜3が容易に得られるJIS―1050の純アルミ系の板材を用いた。最初に、アルミニウム系部材1を携帯電話のカバーの寸法に合わせて切断すると共に、外周縁に曲げ加工を施した(ステップS101)。
次に、カバーとして使用したときに外表面となる部分をバフ研磨してから、アルカリ洗剤で洗浄した(ステップS102)。
陽極酸化処理(ステップS103)では、20℃に保持した硫酸15%の水溶液にアルミニウム系部材1を浸漬し、対極に鉛電極を使用して直流電流100〜130A/m、浴電圧15Vを印加した。これにより、10μmの陽極酸化皮膜3を形成した。
第1の着色工程(ステップS104)では、硫酸第一錫(SnSO4)を主剤とする溶液にアルミニウム系部材1の全体を浸漬させ、アルミニウム系部材1を陽極とし、対極を鉛電極として交流電流を印加した。カバーとして使用したときに外表面となる部分の皮膜孔33の底部の全てに錫が均一に析出して第1の着色層42が形成され、外表面となる部分の全体が均一なブロンズ色になった。浴槽から取り出したアルミニウム系部材1は、乾燥させてから(ステップS105)、第2の着色工程(ステップS106)を実施した。
スプレーガン53には、有機染料61を希釈剤で希釈した染色液を収容させた。有機染料61は、重量比で黒色の染料が30%、エチレングリコールモノブチルエーテルが60%、エチレングリコールモノフェニルエーテルが10%のものを使用した。希釈剤は、エチレングリコールモノブチルエーテルが50%、アセトンが50%のものを使用した。有機染料61と希釈剤は、1対5の割合で混合した。
コンピュータ57の制御によって搬送装置52でアルミニウム系部材1をゆっくり搬送しながら、スプレーガン53から染色液をアルミニウム系部材1の下側の端部に向けて吹き付けた。アルミニウム系部材1の搬送速度と、染色液の吹き付け量は、アルミニウム系部材1の下側の約1/3程度が黒色の染料で覆われるようにした。黒色の塗料で覆われた部分よりも上側には、黒色の有機染料の到達量が徐々に減ることで、黒色からブロンズ色に徐々に変化するグラデーション領域65が形成された。
この後、水洗いを5分程度行い、表面に残った余剰な黒色の有機染料61を洗い流した後、加熱乾燥を行って皮膜孔33内の黒色の有機染料61を定着させた(ステップS107)。この後、アルミニウム系部材1を85℃の水に酢酸ニッケルを溶かした水溶液に浸漬させて封孔処理を行った(ステップS108)。アルミニウム系素材2の金属の質感の上にブロンズ色のベース色(第1の着色層42)と、黒色の加色(第2の着色層62)を有し、さらに黒色からブロンズ色に徐々に変わるグラデーション領域65を有する携帯電話のカバーが製造された。
この実施例では、平面部分にグラデーション領域65を形成したが、アルミニウム系素材を3次元形状に成形した後からもグラデーション領域65を形成することができた。これは、スプレーガン63で第2の着色層62を形成するときに、グラデーション領域65を同時に作成できるからである。
なお、本発明は前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、着色層は、3色以上でも良い。第3の着色層の作成時のみグラデーション層を形成するなど、任意の1つ以上の層でグラデーションを作成することができる。
グラデーション層を作成するにあたり、ノズル53Aをアルミニウム系部材から遠い位置に配置することで、ノズル53Aを殆ど傾斜させずにグラデーション層を作成させても良い。ノズル53Aから吹き出される有機染料が拡散され易いノズル形状を有する場合も同様である。
本発明の実施の形態に係るアルミニウム系部材の製造方法のフローチャートである。 陽極酸化皮膜を形成したアルミニウム系部材の断面を模式的に示す図である。 有機染料で第1の着色層を形成したアルミニウム系部材の断面を模式的に示す図である。 着色装置の概略構成を示す図である。 図4のA矢視図であって、アルミニウム系部材の外観を示す図である。 図5のB−B線に沿った断面図であって、第2の着色層の断面を模式的に示す図である。 図5のC−C線に沿った断面図であって、グラデーション領域の断面を模式的に示す図である。 図5のD−D線に沿った断面図であって、第1の着色層の断面を模式的に示す図である。 アルミニウム系部材の外観を示す図である。 アルミニウム系部材の外観を示す図である。
符号の説明
1 アルミニウム系部材
2 アルミニウム系素材
3 陽極酸化皮膜
33 皮膜孔
41 有機染料(第1の色形成物質)
41A 金属塩(第1の色形成物質)
42 第1の着色層
42A 露出した部分
43 第1の領域
61 有機染料(第2の色形成物質)
62 第2の着色層
63 第2の領域
65 グラデーション領域

Claims (6)

  1. アルミニウム系部材を構成する陽極酸化皮膜の皮膜孔に第1の色形成物質を保持させることで前記アルミニウム系部材の第1の領域を着色する第1の着色工程と、
    前記第1の着色工程の後に、前記皮膜孔に対して斜めに第2の色形成物質を吹き付けて保持させることで前記第1の領域より小さい第2の領域に着色し、前記第2の領域の縁部の少なくとも一部で前記第1の領域が露出する部分との境界に、前記第2の色形成物質が減少することで形成されるグラデーション領域を作成する第2の着色工程と、
    前記第2の着色工程の後に、前記皮膜孔を封じる封孔工程と、
    を有するアルミニウム系部材の染色方法。
  2. 前記第1の色形成物質と前記第2の色形成物質は異なる干渉色を形成する物質であることを特徴とする請求項1に記載のアルミニウム系部材の染色方法。
  3. 前記第2の色形成物質は、有機染料であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のアルミニウム系部材の染色方法。
  4. 前記第2の着色工程では、前記第2の領域を形成する部分を、前記第2の色形成物質を吹き付けない部分より下側に配置することを特徴とする請求項1に記載のアルミニウム系部材の染色方法。
  5. 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のアルミニウム系部材の染色方法で前記第1の着色工程を実施する前に、
    前記陽極酸化皮膜を形成する前のアルミニウム系素材を成形する成形工程と、
    前記アルミニウム系素材を洗浄、研磨する前処理工程と、
    前記陽極酸化皮膜を形成する陽極酸化処理工程と、
    を有することを特徴とするアルミニウム系部材の製造方法。
  6. アルミニウム系部材を構成する陽極酸化皮膜の皮膜孔に第1の色形成物質を均等に保持させた第1の領域と
    前記第1の領域の上から、前記第1の色形成物質と異なる第2の色形成物質を前記皮膜
    孔に対して斜めに吹き付けて保持させて形成され、前記第1の領域より小さい第2の領域と
    前記第2の領域の縁部の少なくとも一部で、前記第1の領域が露出する部分との境界に、前記第2の色形成物質が減少することで作成されるグラデーション領域と、
    を有するアルミニウム系部材。
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