JPH028038B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、EURAS EWAA（European
Anodizers and European Wrought Aluminuw
Associatein）の品質要件に合致する表皮層又は
メツキ層を有する建築用の着色アルミニウム又は
アルミニウム合金区分（プロフアイル）を製造す
る電解着色方法に係る。

アルミニウム及びその合金を陽極処理する技術
分野で既に知られているように、電解液の酸化及
び分解作用が同時に生じるために上記金属及びそ
の合金には酸化アルミニウムの多孔性フイルムが
形成される。又、酸化作用は電解液の導電率及び
電気的パラメータによるものであるが、分解作用
は電解液の濃度及びその温度に直接関係し、そし
て電解液の温度はジユール効果による電気エネル
ギによつて左右される。

従つて、濃度、電流密度、電圧、導電率、温
度、ジユール効果による熱の分散効率、陽極処理
さるべき被加工片に対する電流分布の均一性、等
の如きパラメータの値を特定の範囲内に保持しな
ければならない。

Dionisio Rodriguez Martinez氏の1965年４月
12日付のフランス特許第1399797号には、クロム
酸を電解液として用いてアルミニウム及びその合
金をアノード酸化する方法が開示されている。こ
の公知技術は、陽極処理において実質的なエネル
ギ節約を与え、処理槽と処理さるべき面との大き
さの比を減少し、電気接触の必要性を少なくし、
区分又は部材を大量に陽極処理できるようにする
といつた重要な改良をもたらす。

既に知られているように、陽極処理されたアル
ミニウムを電解着色する場合には、電着プロセス
に使用されるものと同様の金属塩を１つ以上含む
電解液、好ましくは酸、を用いることが必要であ
る。交流を印加することにより、電解液中に存在
する塩のカチオンに相当する金属が付着される。
付着されるこれらの金属粒子は、その後の着色作
用を果たすものである。上記の付着は意外なやり
方で行なわれる。というのは、良く知られている
ように、一般の電着プロセスに交流を用いた場合
には区分が負の極性となる段階中に得た付着体が
その逆極性となる段階中に溶解することが明らか
であるので付着が生じないからである。

然し乍ら、予め陽極処理されたアルミニウム区
分においてこの処理を行なつた場合には交流を印
加してもこのようなことは生じない。これは、陽
極フイルムの非多孔層（バリヤ層又は絶縁フイル
ムとして一般に知られている）が、アルミニウム
区分の極性が負の時に電流の通流を増加させると
いう点で、半導体特性を有するためである。これ
は分解よりも付着作用にとつて好ましく、最終的
には金属粒子の付着を生じさせることになる。

従来の電解着色技術では、次のような欠点があ
ることが分つている。

(1) 色の均一性は、付着される金属粒子の量と密
接に関係があり、粒子が接近し易いところにあ
る区分又は部材並びに粒子に対して隠れたとこ
ろにある区分又は部材に各々対応する陽極性フ
イルムの電気特性及び構造の差が小さい程、均
一性が大きい。

実際には、便利にも、陽極処理槽の分解作用
をできるだけ均一にする目的で、処理さるべき
区分を離すことにより、上記の差が小さくされ
る。これにより陽極処理容量自体に比して着色
段階で処理される区分の個数が減少することに
なる。

(2) 粒子に対して最も隠れたところにある区分の
色を均一にするためには、この最も隠れた区分
の付着に便利なように印加電圧を増すことが必
要とされる。一方、酸性電解液の使用が好まれ
るので、この酸の解離により、金属カチオンと
同じ電荷を有しこのカチオンより移動度が大き
い陽子が生じることが分つた。このような陽子
が付着すると、荷電した水素の形成を招き、こ
れはバリヤ層又はフイルムを分解する傾向があ
り、従つてその厚みも薄くし、然もこれに対応
して基板金属への陽極性フイルムの固定又は結
合を弱めるおそれをもたらし、陽極性層がはげ
落ちたりかけたりすることにもなる。

上記の場合と同じ理由で、印加電圧を増加さ
せないようにするために、区分を相当に離すこ
とが必要である。同様に、この不便さにより、
実際上着色製産ラインの製産容量の低下を招
く。

スペイン特許第437604号には、着色さるべき
区分又は部材を表わしている電気模型が開示さ
れており、この模型は該特許の添付図面の第１
図に示されている。

該第１図において、R_eは電解液の電気抵抗
を表わし、Ｃはバリヤフイルムによる容量を表
わし、R_Pは陽極性フイルムの多数の孔により
生じる電気抵抗を表わしており、そしてR_A及
びR_Bは電流の両循環方向にバリヤフイルムに
流れる電流に対する電気抵抗を表わしており、
これら抵抗はバリヤフイルムの半導体特性によ
つて異なる。

上記第１図に示された電気模型から、着色さ
るべき区分の粒子に対して最も隠れた部分に色
の均一性を得る１つの方法は、着色さるべき区
分の粒子の接近し易い領域及び接近しにくい領
域に各々対応する電気抵抗R_eが、（R_P＋R_A）又
は（R_P＋R_B）で表わされる抵抗よりも相当に
小さいかどうかを調べることにより成ることが
明らかである。実際には、R_Pを増加するには
次の２つの方法の一方で行なわれる。

即ち、硫黄媒体中の陽極処理の一般の陽極処
理条件に相当する多孔度でもつて約20ないし25
ミクロンの非常に厚いフイルムを作るか、又は 陽極処理条件を変えて、分解力の弱い電解液
を用いて多孔度を下げて厚みの薄いフイルムを
作る。

以上に述べた方法にも拘らず、着色さるべき
区分の粒子の接近し易い部分と接近しにくい部
分との間には（R_P＋R_A）の値にも（R_P＋R_B）
の値にも相当の差があり、これにより電解着色
プロセス中の着色に差が生じる。これらの着色
の差は、被加工片の色々な部分及び１つの同じ
区分又は部材の色々な面に対する陽極性フイル
ムの均一さが増す程、小さなものとなる。これ
は、前記したように、陽極処理さるべき区分を
離すことによつて得ることができるが、これに
伴ない不便にも製産容量が低下する。

陽極処理される被加工片の粒子の接近し易い
部分と接近しにくい部分との間の（R_P＋R_A）
又は（R_P＋R_B）の値の差を減少する１つの方
法は、昭和51年の日本国特許第101740号に開示
されたプロセスによれば、後で交流で電解着色
するように働く金属塩の電解液中に直流を印加
することにより成る。着色前のこの処理によ
り、R_A及びR_Bの値が粒子の接近し易い部分と
接近しにくい部分との間で明らかに等化される
が、R_Pの値は変更されず、従つて被加工片の
粒子の接近し易い部分と接近しにくい部分との
（R_P＋R_A）の値又は（R_P＋R_B）の値の差が減
少されることになり、これにより相当の均一さ
が得られる。然し乍ら、該特許に開示されたシ
ステムは、電解液の成分の１部を被壊すると同
時に、電極上の付着体が陰極として働くので金
属塩のカチオンを消費するという点で不便であ
る。

(3) 上記したように一般の電着電解液を用いる電
解着色の技術は、導電率及び酸性度によつて上
記した不都合な高電圧の印加を不要とするよう
な電解に限定される。

本発明によれば、次のような段階を有する着
色方法によつて公知技術の欠点が解消される。

(a) アルミニウムを陽極処理する； (b) 交流で被着色部材を予め電解処理する
（“予めの着色”と称する）：そして (c) 電解着色する 陽極処理段階(a)においては、一般の方法が何
ら制約なく適用できる。この段階(a)（陽極処
理）は本発明の特許請求の範囲で規定される新
規性を構成しない。

“予めの着色”段階(b)においては、分解力の
弱い電解液が用いられ、これは基本的に４グラ
ム／リツトル未満の濃度の硫酸で形成される
か、或いはその次の段階(c)で使用すべき電解液
が硫酸に適合しない場合にはH⁺陽子が等価で
あるような濃度を与えることのできる別の酸で
形成される。本発明方法のこの段階(b)では、着
色さるべき区分の粒子の接近し易い領域と接近
しにくい領域とのR_A及びR_Bの値を平衡即ち等
化できるだけでなく、アルミニウムが負極とな
るような時にも形成される荷電水素の作用が
R_Pの値を等しく減少し、これにより、前記の
日本国特許に開示された技術に比して、着色さ
るべき区分の粒子の接近し易い領域と接近しに
くい領域との（R_P＋R_A）又は（R_P＋R_B）の値
が更に近いものとなる。一方、着色電解液の成
分の破壊による上記の欠点は回避される。

この予めの着色段階中には、被加工片に充分
なインピーダンスが得られ、これはその後の着
色段階に流される電流の状態を一定にする基準
体として働く。この基準体は、マイクロプログ
ラマによつてプログラミングを行なう場合には
着色段階中に自動的に適用される。

本発明方法はこの予めの着色段階(b)の別の特
徴は、55ないし85ボルトのピーク電圧及び
0.3A／ｄm²未満の電流密度を有する交流を印
加することによりこの段階を実行できることに
ある。

上記説明に従つて本発明方法の予めの着色段階
に交流を用いた場合には、その後の着色段階の際
に、従来の着色プロセスに比して相当に広範の電
解液を使用でき、将来は更に新しい色を使用でき
るようになるという付加的な効果がもたらされ
る。

本発明方法の最後の段階(c)では、予めの着色段
階で印加されたものと同じピーク電圧即ち55ない
し85ボルトの交流を印加して、ニツケル、コバル
ト、銅、スズ、カドミウム又はこれらの合金より
成る群から選択された金属の化合物及び硫酸をベ
ースとした電解液を電着することにより、段階(b)
で予め処理された区分又は部材が着色される。

この方法又は他の同様の方法の電解槽用の別の
エネルギ源として、導通時間を制御する電子スイ
ツチに直接的に又は変成器を介して接続された多
相回路網を用いてもよい。

使用される電子スイツチ又は装置は、多相シス
テムから等しくエネルギを吸収して電気回路網の
の電源をバランスするという点で、今日まで知ら
れているものに勝る効果を与える。

公知のプロセスでは、交流エネルギ源として、
単相ライン、多相系統の１相、１次側に多相変成
器をそして２次側に単相変成器を有した１本の多
相ライン、或いはその他の精巧なやり方を用いて
いるが、単相系統でない場合にはエネルギ分配系
統の相に重大な不平衡状態が生じるという欠点が
あり、このようにして、多相回路網により消費者
に電気エネルギが供給されているにも拘らずその
利点が充分活用されず、従来のエネルギ源系統で
は多相源によつてもたらされるエネルギ節約性が
得られない。

本発明では、実際上は従来のプロセスに用いら
れていた同じ手段が使用されるが、多相電気エネ
ルギ源、即ち導通角制御式の交流電源を用いるこ
とができ、これは従来システムの性能を失なうこ
となく然も個々に制御できるあらゆる形態を与え
るようにして当該相数に拘りなく多相系統の３つ
の相を等しく給電するものである。

ｎ個の相より成る多相系統の相間の平衡を得る
ために（これは本発明の目的である）、１つの完
全なサイクル中に１つの相のみを導通し（これを
第１相と考える）、次いでこの相を分離し、そし
て上記サイクルに最も近いが同時ではないサイク
ル中に上記相とできるだけ時間的に近ずけて第２
の相を導通させ、次いでこの相も分離し、そして
更にこの第２のサイクルに最も近いが同時ではな
いサイクル中に第３の相を導通し…というように
してｎ個の相を完成し、その後第１の部分を再び
繰り返す。上記した導通が同時に生じると、当然
のことながら、同じ瞬間に２つの連続した相にエ
ネルギ（高圧）が共存することになる。

本発明のプロセスに必要とされる導通角は各相
の完全な導通サイクル内に同時に制御される。

第２図は本発明による導通サイクルを６相系統
の波形図で示しており、第１、第２及び第３の相
は各々Ａ，Ｂ及びＣで示され、一方第４、第５及
び第６の導通サイクルは必要でないので示してな
い。

プロセスの２次的なものである導通角τは図示
されていない。τの値は360／ｎであり、系統の
サイクル数が大きい程、τの値は小さくなる。従
つて、相数の多い系統では、形成される波形が単
相系統で形成されたものと全く同様になり、然も
電気エネルギ源として多相系統を用いた効果がも
たらされる。

第３図は、導通角αの関数であるような実効値
を有する交流を得るために導通角αを制御した結
果を第２図と同様に示している。

上記した状態の下で電流を通流できる電子部品
は多数あるが、その中でも、並列に互いに逆極性
で接続されたサイリスタ、トライアツク、並びに
整流器に組合わされたトランジスタについて述べ
る。これらの電子手段は種々の回路に基いて多相
給電系統の各枝路に挿入され、これらは第４図及
び第５図に３相系統の場合について示されてお
り、ここでＥは上記の手段であり、そしてＳはプ
ログラミングシステムから送られる作動制御指令
である。ここで述べるように連続的にサイクルを
繰り返すことのできるその他の回路も考えられ
る。

第６図、第７図、第８図及び第９図は第４図及
び第５図に示された手段Ｅを示しており、これら
はサイリスタ、トライアツク、及び整流器／トラ
ンジスタ組合せ体を各々表わしている。

制御サイリスタ又は整流器を並列に然もその極
性を互いに逆にして接続した場合には、両部品の
ゲート作用により、所要の導通サイクル及び導通
角を選択することができ、多相系統の負荷の分割
が得られると共に、電気化学プロセスに用いられ
る交流の所要値に対応する導通角が得られる。

トライアツクを用いた場合にも、サイリスタと
同様の作動状態が得られるが、サイクル及び導通
角の制御指令は１つのゲートのみに送られる（こ
れがまさにこの部品の特性である）。

トランジスタを用いた場合には、サイリスタ及
びトライアツクについて述べた効果に加えて、作
動開始及び終了時の導通角を第１０図に示したよ
うに完全に所定の形態で制御することができ、然
も当然のことながら、サイリスタ及びトライアツ
クの場合に比して色々な点弧回路又は作動回路で
この制御を行なうことができ、このようにして最
大エネルギの波領域を用いた際に最適な効果が得
られる。

並列に然も互いに逆極性に接続されたサイリス
タ、トライアツク、及びトランジスタと整流器と
の組合せ体は、それに対応する点弧制御回路から
の指令によつて導通角制御式の整流ユニツトとし
て働き、このようにして、電解槽には効果的に値
の変化するパルス状の連続的な電流が供給され、
そして手前の処理段階で着色が余計になされた場
合には電解脱色を行なうように電解槽が用いられ
る。

並列でないサイリスタ又はトライアツクによつ
て制御を行なう場合の整流器の波形が、前記の場
合と同様に６相系統について第１１図に示されて
いる。第１２図はトランジスタを用いた際の波形
を示しており、この場合は第８図のトランジスタ
Ｔ２が導通を停止するが第９図のサイリスタTR
１及びTR２が同様に機能してこの結果が得られ
る。

位相循環及び循環角の切換えを制御しそして整
流器として電源を機能させるための第４図及び第
５図に示された点弧指令Ｓは、既に知られている
多数の電子手段によつて形成することができる。
各々の電気化学プロセスに使用すべきプログラム
によつてマイクロプログラマを作動する場合に
は、指示された多数のやり方のいずれかで全く自
動的に電源を作動できると共に、位相及び導通角
の切換えを非常に正確に制御できる。各プロセス
に必要なプログラムはマイクロプログラマのメモ
リに記録され、これにより相当の多様性が得られ
る。

アルミニウム又はアルミニウム合金の部材又は
区分を電解着色することに関連して述べた本発明
による電子装置は、もちろん、相間の平衡が不充
分であるようなその他の工業分野、例えば電気照
明の場合の配電や、鉄道装置への電気エネルギ供
給用の配線等の如きにも適用できる。

例 １ アルミニウムの区分（プロフアイル）は、濃度
180グラム／リツトルの硫酸を含む槽内において
温度20℃、電流密度1.5アンペア／ｄm²及び処理
時間35分で陽極処理された。

これにより生じた陽極処理された区分即ちプロ
フアイルは、次のような本発明の別の処理段階を
受けた。

１ 予めの着色段階： 陽極処理された区分は、硫酸（２グラム／リ
ツトル）及びクエン酸（15グラム／リツトル）
を含む槽において電圧62ボルト（ピーク）の交
流を電流密度0.25アンペア／ｄm²で３分間与え
ることによつて処理された。

２ 着色段階： 上記の段階で得られた区分は次のような成分
を含む槽において電解着色された。

NiSO₄・7H₂O………35グラム／リツトル （NH₄）₂SO₄………20グラム／リツトル BO₃H₃………30グラム／リツトル H₂SO₄………4.3〜4.8のPHまで 但し、この際にはピーク電圧65ボルト、電流
密度0.25アンペア／ｄm²の交流が与えられた。
次のような時間に次のような色が得られる。

ライトブロンス………１分 メデイアムブロンス………２分 ダークブロンス………３分 ブラツクブロンス………10分 例 ２ 例１の陽極処理を繰り返し、そして陽極処理さ
れた区分は次の条件の下で本発明による予めの着
色段階及び着色段階を受けた。

１ 予めの着色段階： この例では、予めの着色用の槽は濃度４グラ
ム／リツトルの硫酸を含むものであつた。ピー
ク電圧65ボルト、電流密度0.28アンペア／ｄm²
の交流が２分間与えられた。

２ 着色段階： 着色用の槽は濃度20グラム／リツトルの
CuSO₄と、槽内のPHを1.1に保つに充分な量の
H₂SO₄とを含むものであつた。ピーク電圧70
ボルト、電流密度0.32アンペア／ｄm²の交流を
与えた。次の時間に次の色が得られた。

ロゼツト（ロゼ）………30秒 メデイアムレツド………90秒 ダークレツド………３分 例 ３ 例１の陽極処理を繰り返し、そして陽極処理さ
れた区分は次のような本発明の予めの着色段階及
び着色段階を受けた。

１ 予めの着色段階： 硫酸（３グラム／リツトル）及びクエン酸
（20グラム／リツトル）を含む槽において、ピ
ーク電圧70ボルト、電流密度0.27アンペア／ｄ
m²の交流を2.5分間与えることにより区分を処
理した。

２ 着色段階： この段階においては、処理槽は次の成分を含
むものであつた。

NiSO₄・7H₂O………35グラム／リツトル SnSO₄………10グラム／リツトル フエニルサルホリツクアシド………２グラム／
リツトル H₂SO₄………PH9.5まで この際には、ピーク電圧70ボルト、電流密度
0.34アンペア／ｄm²の交流が与えられ、次の時
間に次の色が得られた。

ライトブロンス………１分 メデイアムブロンス………２分 ダークブロンス………３分 ブラツクブロンス………10分

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の方法を実施する装置の等価回路
図、第２図及び第３図は本発明による導通サイク
ルを示す図、第４図及び第５図は本発明の方法を
実施する回路図、第６図、第７図、第８図、第９
図は第４図及び第５図に示した手段Ｅを更に詳細
に示した図、第１０図はトランジスタを用いて作
動開始及び終了時の導通角を制御する際の波形を
示した図、第１１図は並列でないサイリスタ又は
トライアツクによつて制御を行なう場合の波形を
示した図、そして第１２図はトランジスタを用い
た際の波形を示した図である。 R_e，R_P，R_A，R_B……抵抗、Ｃ……容量、Ｅ…
…電流通流手段、Ｓ……制御指令。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 陽極酸化を予め行なつて、着色プロセス中に
   少なくとも１つの金属塩を同時に付着させるよう
   にしてアルミニウム又はアルミニウム合金区分を
   電解着色する方法において、 (a) ４グラム／リツトルのH₂SO₄濃度より小さ
   い化学的活性度を有する分解力の弱い電解液中
   で、金属塩を存在させないで55ないし85ボルト
   のピーク電圧及び0.3アンペア／ｄm²未満の電
   流密度の交流を加えることにより、アルミニウ
   ム又はアルミニウム合金を電解処理し、上記交
   流は多相回路網、又は多相回路網の変成器の２
   次側から導出され、その正及び負の半サイクル
   中に同じ導通角で電流を流し、第１相の後に第
   ２相が連続的に続きそして第３相が連続的に続
   いていくようにして、全相数を完了させて一サ
   イクルとし、多相電源系統の相間で負荷を平衡
   させ、そして (b) (a)段階と同じ電流の源からの55ないし85ボル
   トのピーク電圧を有する交流を用いて、金属塩
   を含む酸性電解液中で上記の処理されたアルミ
   ニウム又はアルミニウム区分を電解着色するこ
   とを特徴とする電解着色方法。 ２ 多相回路網、又は２次側の多相回路網の各枝
   路には、両方向性のサイリスタ（トライアツク）
   が挿入され、これは導通サイクルに対応する瞬間
   に、電解着色プロセスにより必要とされる導通角
   で点弧されるか、又は１つの半サイクル中だけ点
   弧され、この場合上記サイリスタは導通角を制御
   する整流器として働いて、段階(b)で着色し過ぎた
   場合電解脱色するようにした特許請求の範囲第１
   項に記載の電解着色方法。 ３ トライアツクの代りに、２個のサイリスタを
   並列に互いに逆極性に接続して多相系統の各枝路
   に挿入し、これら２個のサイリスタは導通サイク
   ルに相当する瞬間に、電解着色プロセスにより必
   要とされる導通角で点弧されるか、一方のサイリ
   スタだけ点弧され、この場合このサイリスタは導
   通角を制御する整流器として働いて、段階(b)で着
   色し過ぎた場合に電解脱色するようにした特許請
   求の範囲第１又は２項に記載の電解着色方法。