JP7489661B2 - アルミニウム合金製ファスニング部材、ファスナーチェーン及びアルミニウム合金製ファスニング部材の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態に係るアルミニウム合金製ファスニング部材は、アルミニウム合金で形成されたファスニング部材の表面に、マンガンを成分元素として含む化成皮膜を備えている。当該マンガンを成分元素として含む化成皮膜が着色皮膜となり、アルミニウム合金で形成されたファスニング部材の表面を着色することができる。
ファスニング部材の材質であるアルミニウム合金としては、Al-Si-Mg系合金、Al-Cu-Mg系合金、Al-Mn系合金、Al-Si系合金、Al-Mg系合金、又はAl-Zn-Mg系合金等を使用することができる。本発明の実施形態に係るアルミニウム合金製ファスニング部材は、特に、当該アルミニウム合金として、Al-Si-Mg系合金を使用することが好ましく、Al-Mg系合金を使用することがより好ましい。具体的には当該アルミニウム合金が、一般式:AlaSibMgc(a、b、cは質量%で、aは残部、0.1≦b≦1.5、0.2≦c≦5.6、不可避的不純物を含み得る)で示される組成を有するのが好ましい。
本発明の実施形態に係るアルミニウム合金製ファスニング部材の化成皮膜の成分元素として含まれるマンガンは、単体のマンガン(Mn)及び/又はマンガン化合物として含まれていてもよい。マンガン化合物としては、マンガン酸化物であってもよい。化成皮膜におけるマンガン及び/又はマンガン化合物の含有量は、所望する色調によって適宜調製することができる。通常、化成皮膜におけるマンガン及び/又はマンガン化合物の含有量を大きくするほど濃い色調となり、小さくするほど薄い色調となる。本発明の実施形態に係るアルミニウム合金製ファスニング部材の化成皮膜は、マンガン元素を0質量%より多く35質量%以下含んでもよく、10質量%以上30質量%以下含んでもよい。
図1に、本発明の実施形態に係るスライドファスナー10の外観模式図を示す。図1に示すスライドファスナー10は、あくまで本発明の一実施形態を示すものであり、当該構成に限定されるものではない。スライドファスナー10は、一側端側に芯部2が形成された一対のファスナーテープ1とファスナーテープ1の芯部2に所定の間隔をおいてかしめ固定(装着)されたエレメント3(スライドファスナー用エレメント)と、エレメント3の上端及び下端でファスナーテープ1の芯部2にかしめ固定された上止具4(スライドファスナー用上止具)及び下止具5(スライドファスナー用下止具)と、対向する一対のエレメント3間に配され、エレメント3の噛合及び開離を行うための上下方向に摺動自在なスライダー6(スライドファスナー用スライダー)を備える。一本のファスナーテープ1の芯部2にエレメント3が装着された状態のものをスライドファスナーストリンガーといい、一対のファスナーテープ1の芯部2に装着されたエレメント3が噛合状態となっているものをスライドファスナーチェーン7という。このように、スライドファスナー10のエレメント3(スライドファスナーチェーン7)、スライダー6、上止具4及び下止具5として本発明の実施形態に係るアルミニウム合金製ファスニング部材を用いることで、スライドファスナーのエレメント(スライドファスナーチェーン)、スライダー、及び止具に所望の着色を行うことができ、例えば黄色~茶色系の色調を施して美観に優れたスライドファスナーを製造することができる。
次に、本発明の実施形態に係るアルミニウム合金製ファスニング部材の製造方法について詳述する。まず、過マンガン酸若しくはその塩と、無機酸及びその塩のいずれか一方又は両方と、縮合リン酸塩とを含む化成処理用金属着色液が入った浴槽を準備する。次に、浴槽中の化成処理用金属着色液の温度を制御しながら、処理対象のアルミニウム合金製ファスニング部材を化成処理用金属着色液に浸漬する。所定時間経過後、浴槽から処理対象の金属を引き上げることで、表面に着色皮膜である化成皮膜が形成され、所望の色調に着色されたアルミニウム合金製ファスニング部材を得る。このように、本発明の実施形態に係るアルミニウム合金製ファスニング部材の製造方法によれば、処理対象のアルミニウム合金製ファスニング部材を、過マンガン酸若しくはその塩と、無機酸及びその塩のいずれか一方又は両方と、縮合リン酸塩とを含む化成処理用金属着色液に浸漬するだけで、所望の色調に着色することができる。このため、アルミニウム合金製ファスニング部材の表面を着色する際に、当該アルミニウム合金製ファスニング部材の表面に酸化皮膜を形成しておく必要もなく、電解によって着色する必要もなくなり、処理効率が良好となる。
(過マンガン酸若しくはその塩)
化成処理用金属着色液における過マンガン酸若しくはその塩としては、過マンガン酸、過マンガン酸ナトリウム、過マンガン酸カリウム、過マンガン酸亜鉛、過マンガン酸マグネシウム、過マンガン酸カルシウム、過マンガン酸アンモニウム、又はこれらの組み合わせを用いることができる。また、過マンガン酸若しくはその塩としては、過マンガン酸ナトリウム、過マンガン酸カリウムがより好ましい。
化成処理用金属着色液の無機酸及びその塩は、リン酸、硫酸、硝酸、炭酸、塩酸、及びこれらの塩、又はこれらの組み合わせであるのが好ましい。リン酸、硫酸、硝酸、炭酸、塩酸の塩としては、これらの金属塩、又はアンモニウム塩などを用いることができる。また、無機酸及びその塩としては、リン酸三ナトリウム、硝酸、硝酸銅、塩化亜鉛がより好ましい。
化成処理用金属着色液における縮合リン酸塩は、ピロリン酸カリウム、トリポリリン酸ナトリウム、又はこれらの組み合わせであるのが好ましい。縮合リン酸塩の含有量は、処理対象の金属の種類、及び、どの程度の黄色~茶色系の色調に着色するかによるが、例えば、1~150g/Lとすることができる。基本的には、縮合リン酸塩の含有量が少ないほど、金属表面を薄い黄色~濃い黄色系の色調に着色することができる。また、縮合リン酸塩が多いほど、金属表面を薄い茶色~濃い茶色系の色調に着色することができる。縮合リン酸塩は、3~50g/Lであることがより好ましく、4~40g/Lであることがより好ましい。
化成処理用金属着色液は、更に、オキソ酸若しくはその塩を含んでもよい。化成処理用金属着色液は、オキソ酸若しくはその塩を含んでも、良好な処理効率で前述の処理対象の金属表面を黄色~茶色系の色調に着色することができる。また、化成処理用金属着色液は、オキソ酸若しくはその塩を含むことにより、特に銅、銅合金、鉄、鉄合金、亜鉛、亜鉛合金などの金属の表面を、より美観に優れた黄色~茶色系の色調に着色することができる。
化成処理用金属着色液は、前述の各種成分に、水性媒体を混合したものであってもよい。水性媒体は、水を主成分とする媒体を示す。水性媒体としては、例えば、水を主成分とし、水と混和可能なアルコール等の有機溶媒を含む媒体が挙げられる。水性媒体は、本発明の実施形態に係る化成処理用金属着色液の調製の際、化成処理用金属着色液の保存の際、又は金属表面を着色した後において、当該金属の着色表面の何らかの特性向上のために有利に作用する各種の成分、又は本発明の効果を実質的に阻害しない各種成分を、必要に応じて含むことができる。例えばpH調整剤、保存安定剤等は、そのような成分の具体例である。
化成処理用金属着色液による処理温度は、10~80℃の範囲が好ましく、10~60℃の範囲がより好ましく、30~60℃の範囲が更により好ましい。処理温度が10℃以上であると表面処理の反応速度が増し、80℃以下であると蒸発による化成処理用金属着色液の液面の低下を抑制することができる。
化成処理用金属着色液による処理時間は、30秒~20分間の範囲が好ましく、1分~20分間の範囲がより好ましく、1分~10分間の範囲が更により好ましい。基本的には、処理時間が短いほど、金属表面を薄い黄色~濃い黄色系の色調に着色することができる。また、処理時間が長いほど、金属表面を薄い茶色~濃い茶色系の色調に着色することができる。
金属表面処理を行う際、あらかじめアルミニウム合金製ファスニング部材の脱脂、活性化、表面調整を行うことで、アルミニウム合金製ファスニング部材の外観、耐食性及び化成処理用金属着色液との反応性を向上させることが可能である。
金属表面処理後に、ケイ素、樹脂及びワックスからなる群のうちの一種以上を含有するコーティング剤にて後処理を行っても良い。アルミニウム合金製ファスニング部材の表面の所望の色調に影響を与えない範囲において、これらコーティング剤に特に限定はなく、アクリル樹脂、オレフィン樹脂、アルキド樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリプロピレン、メタクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリカーボネート等の樹脂類やケイ酸塩、コロイダルシリカ等を成分とするコーティング剤を用いても良い。これらの樹脂濃度は、0.01~800g/Lが好ましいが、適切な濃度は樹脂の種類により異なる。
-試験例1-
試験例1のサンプルとして、表1の試験例1に示す合金組成を有するJIS H4040:2015にて規定されるA5056アルミニウム合金製エレメントを、複数の糸で構成された繊維状のファスナーテープに取り付けたスライドファスナーチェーンを処理条件毎に準備し、それぞれ連続する12個のエレメントに対して分析を行った。表1はその平均値を示している。ファスナーテープの延在する面における当該アルミニウム合金製エレメントのサイズは、いずれも4.0mm2であった。
次に、サンプルの表面に、脱脂、水洗を順に行った。
次に、液組成が、過マンガン酸カリウム:30g/Lである化成処理用金属着色液を入れた浴槽を準備し、pHを表1の値に調製した。化成処理用金属着色液の水性媒体は純水を使用した。
次に、サンプルの表面を水洗し、続いて乾燥した。
試験例2のサンプルとして、表1の試験例2に示す合金組成を有するアルミニウム合金製エレメントを、試験例1と同様のファスナーテープに取り付けたスライドファスナーチェーンを準備し、それぞれ連続する12個のエレメントに対して分析を行った。表1はその平均値を示している。ファスナーテープの延在する面における当該アルミニウム合金製エレメントのサイズは、いずれも4.0mm2であった。次に、試験例1と同様の化成処理用金属着色液を入れた浴槽を準備し、試験例1と同様の条件でサンプルを浸漬させた後、取り出した。
次に、サンプルの表面を水洗し、続いて乾燥した。
試験例3のサンプルとして、表1の試験例3に示す合金組成を有するアルミニウム合金製エレメントを、試験例1と同様のファスナーテープに取り付けたスライドファスナーチェーンを準備し、それぞれ連続する12個のエレメントに対して分析を行った。表1はその平均値を示している。ファスナーテープの延在する面における当該アルミニウム合金製エレメントのサイズは、いずれも4.0mm2であった。次に、スライドファスナーチェーンを硫酸電解液槽に入れ、電気分解を行い、アルミニウム合金製エレメントの表面に酸化皮膜(アルマイト)を形成した。
次に、サンプルの表面を水洗し、続いて乾燥した。
試験例1~3の各サンプルについて、処理後のスライドファスナーチェーンのエレメントの一方の面に対して、池上通信機株式会社製の色彩色差計RTC-21を用いて、0~40℃、85%RH以下の条件で、JIS Z8781-4(2013)にて規定されるCIELAB色空間におけるa*、b*、及びL*を求めた。光源はLED照明を使用した。
また、試験例1~3の各サンプルの外観を目視で観察し、どのような色に見えるかを評価した。なお、試験例2及び3の母材の外観は、試験例1と類似するシルバー色である。
各試験用サンプルについて、JIS Z8781-4(2013)にて規定されるCIELAB色空間において、-3≦a*≦12、-5≦b*≦35、及び、45≦L*≦80の色調範囲を満たす領域における平均膜厚を以下の方法で評価した。まず、化成皮膜の当該色調範囲を満たす領域の断面を常法により研磨後、走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、等間隔(互いに0.1μmの間隔)に任意の5点を選んだ。続いて、当該5点における化成皮膜の膜厚を測定し、それらの平均値を算出し、当該色調範囲を満たす領域における平均膜厚とした。
各試験用サンプルについて、化成皮膜における、マンガンの含有量を以下の方法で評価した。まず、集束イオンビーム(FIB:Focused Ion Beam)加工で薄片に加工後、走査型透過電子顕微鏡(STEM:Scanning Transmission Electron Microscope、株式会社日立ハイテク製 HD-2300A、加速電流200kV)のエネルギー分散型X線分析(EDX:Energy dispersive X-ray spectrometry、AMETEK株式会社製 GENESIS)にて組成分析を行った。
各試験例について、試験条件及び評価結果を表1に示す。
上記化成処理用金属着色液で処理を行った試験例1、2については、マンガンを成分元素として含む化成皮膜を有しており、各サンプルの表面に着色皮膜を形成することができたことが確認された。なお、ここでいうブロンズとは、アンティークゴールドとも表現されることがある。
マンガンを化成皮膜の成分元素として含まない試験例3については、所望の外観が得られなかった。
表1に記載の試験例1、2では、最終成形後のエレメントが取り付けられたスライドファスナーチェーンを化成処理用金属着色液に浸漬したため、エレメント全体は目視において同一の色調となった。ところで、異形線材の状態でアルマイト処理をした場合、異形線材の側面にのみアルマイト皮膜が形成されることになり、この異形線材から作製されるエレメントは、脚部にアルマイト皮膜を有し、異形線材の切断後にプレス成形される係合頭部にはアルマイト皮膜が設けられていない。アルマイト皮膜は、アルミニウムを陽極酸化することで形成される蜂の巣状のポーラスな多孔質皮膜に染料や金属塩を吸着させて、封孔処理を行うことで着色するものであるが、本発明の実施形態に係るアルミニウム合金製ファスニング部材に形成された化成皮膜は、アルマイト皮膜上には形成されない特徴がある。そのため、上記アルマイト処理後の異形線材から形成されるエレメントを取り付けたスライドファスナーチェーンに化成処理を施した場合、アルマイト皮膜を有する脚部には化成皮膜が形成されず、アルマイト皮膜を有していない係合頭部には化成皮膜が形成されたエレメントを含むスライドファスナーチェーンが得られた。この時、アルマイト皮膜と化成皮膜を異なる色調とすることで、2色の皮膜を有するエレメントを含む意匠性に富むスライドファスナーチェーンが得られる。
-試験例4-
試験例4のサンプルとして、JIS H4040:2015にて規定されるA5056アルミニウム合金製エレメントを、複数の糸で構成された繊維状のファスナーテープに取り付けたスライドファスナーチェーンを準備した。ファスナーテープの延在する面における当該アルミニウム合金製エレメントのサイズは、4.0mm2であった。
次に、サンプルの表面に、脱脂、水洗を順に行った。
次に、液組成が、過マンガン酸カリウム:30g/Lである化成処理用金属着色液を入れた浴槽を準備し、pHを表2の値に調製した。化成処理用金属着色液の水性媒体は純水を使用した。
次に、サンプルの表面を水洗し、続いて乾燥した。
上記手順でサンプルを2つ作製し、それぞれ、ファスナーテープについて、XPSによる組成分析(Quantera II、X線源、単色化Al(1486.6eV)、ビーム径100μm、25W、TOA45°、中和電子銃及びArモノマーイオンによる測定)及びICP-OESによる定量分析(試料0.1gに、硝酸5ml添加してマイクロウェーブで分解し、50mlに定容してY内標準補正にて測定)を行った。表2に、試験結果として、ファスナーテープに残留するマンガン元素の量の平均値を示す。
試験例5のサンプルとして、試験例4と同様のアルミニウム合金製エレメントを、試験例4と同様のファスナーテープに取り付けたスライドファスナーチェーンを準備した。ファスナーテープの延在する面における当該アルミニウム合金製エレメントのサイズは、4.0mm2であった。
次に、サンプルの表面に、脱脂、水洗を順に行った。
次に、液組成が、過マンガン酸カリウム:30g/Lである化成処理用金属着色液を入れた浴槽を準備し、pHを表2の値に調製した。化成処理用金属着色液の水性媒体は純水を使用した。
次に、サンプルの表面を水洗し、続いて乾燥した。
上記手順でサンプルを2つ作製し、それぞれ、ファスナーテープについて、XPSによる組成分析及びICP-OESによる定量分析を行った。表2に、試験結果として、ファスナーテープに残留するマンガン元素の量の平均値を示す。
試験例6のサンプルとして、試験例4と同様のアルミニウム合金製エレメントを、試験例4と同様のファスナーテープに取り付けたスライドファスナーチェーンを準備した。ファスナーテープの延在する面における当該アルミニウム合金製エレメントのサイズは、4.0mm2であった。
次に、サンプルの表面に、脱脂、水洗を順に行った。
なお、試験例6のスライドファスナーチェーンは、金属着色液による処理は行わなかった。
上記手順でサンプルを2つ作製し、それぞれ、ファスナーテープについて、XPSによる組成分析及びICP-OESによる定量分析を行った。表2に、試験結果として、ファスナーテープに残留するマンガン元素の量の平均値を示す。
上記化成処理用金属着色液で処理を行った試験例4については、ファスナーテープにおけるマンガンの残留量が51ppmであり、ファスナーテープにおけるマンガンの残留を良好に抑制することができた。
一方、従来の酸性着色処理である試験例5では、ファスナーテープにおけるマンガンの残留量が1600ppmであり、ファスナーテープにおけるマンガンの残留を抑制することができなかった。
2 芯部
3 エレメント
4 上止具
5 下止具
6 スライダー
7 ファスナーチェーン(スライドファスナーチェーン)
10 スライドファスナー
Claims (9)
- マンガンを成分元素として含む化成皮膜を備えたアルミニウム合金製ファスニング部材であって、
前記化成皮膜は、JIS Z8781-4(2013)にて規定されるCIELAB色空間において、0≦a*≦10、5≦b*≦18、及び、45≦L*≦60の色調範囲を満たすアルミニウム合金製ファスニング部材。 - 前記化成皮膜は、マンガン元素を0質量%より多く35質量%以下含む請求項1に記載のアルミニウム合金製ファスニング部材。
- 前記化成皮膜は、平均膜厚が0.05μm以上3.00μm以下である請求項1または2に記載のアルミニウム合金製ファスニング部材。
- 前記化成皮膜の上に、クリア塗膜を備えており、
前記クリア塗膜の平均膜厚が、1.0μm以上40μm以下である請求項1~3のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製ファスニング部材。 - 前記アルミニウム合金は、一般式:AlaSibMgc(a、b、cは質量%で、aは残部、0.1≦b≦1.5、0.2≦c≦5.6、不可避的不純物を含み得る)で示される組成を有する請求項1~4のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製ファスニング部材。
- スライドファスナー用エレメント、スライドファスナー用スライダー、スライドファスナー用止具、又はボタンである請求項1~5のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製ファスニング部材。
- マンガンを成分元素として含む化成皮膜を備えたアルミニウム合金製ファスニング部材であって、
前記化成皮膜は、JIS Z8781-4(2013)にて規定されるCIELAB色空間において、-3≦a * ≦12、-5≦b * ≦35、及び、45≦L * ≦80の色調範囲を満たすアルミニウム合金製ファスニング部材と、
複数の糸で構成されているファスナーテープと、
を備え、
前記アルミニウム合金製ファスニング部材は、スライドファスナー用エレメントであり、前記スライドファスナー用エレメントが前記ファスナーテープに取り付けられており、
前記ファスナーテープに残留するマンガン元素が90ppm未満であるファスナーチェーン。 - アルミニウム合金製ファスニング部材を、過マンガン酸若しくはその塩と、無機酸及びその塩のいずれか一方又は両方と、縮合リン酸塩と、を含む化成処理用金属着色液に浸漬することで、前記マンガンを成分元素として含む化成皮膜を形成する工程を含む、マンガンを成分元素として含む化成皮膜を備えたアルミニウム合金製ファスニング部材であって、
前記化成皮膜は、JIS Z8781-4(2013)にて規定されるCIELAB色空間において、-3≦a * ≦12、-5≦b * ≦35、及び、45≦L * ≦80の色調範囲を満たすアルミニウム合金製ファスニング部材の製造方法。 - 前記過マンガン酸若しくはその塩が、過マンガン酸、過マンガン酸ナトリウム、過マンガン酸カリウム、過マンガン酸亜鉛、過マンガン酸マグネシウム、過マンガン酸カルシウム、過マンガン酸アンモニウム、又はこれらの組み合わせである請求項8に記載のアルミニウム合金製ファスニング部材の製造方法。
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