JPH0463156B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、アルミニウムのシートを処理して、
腐食に対して非常に強い保護被膜を有する反射面
を設けることに関する。 発明の背景 アルミニウム反射板の反射面上にシリカの薄い
ガラス質保護被膜を設けることは既知である。こ
の方法は米国特許第3499780号に記載されている。
簡単に説明すると、アルミニウム表面を酸化物を
除去するのに必要な程度まで処理して、約80％以
上の所望の鏡面反射率を与える。次にこの物品を
アルカリ金属珪酸塩溶液に浸漬してから、取出し
静止状態に置くか回転させ、余分な溶液を落す。
次にこれを乾燥し約315℃に数分間加熱して化学
結合水を除去し、硬い透明な被膜を生成する。被
覆物品を次に希酸中で浸出（leaching）してアル
カリ金属をほゞ完全に取り除く。この結果得られ
る透明な被膜は実質的に非晶質シリカ（SiO₂）
よりなり、これは耐食性であり、製品の寿命にわ
たつて曇りが生じない。 上記米国特許の方法は、本質的に、反射板とす
るための所望の最終形状に適当な手段で予め成形
してある個別の加工品を被覆するのに適したバツ
チ処理法である。そのようなわけでこの方法は比
較的低速で高価な方法であり、適用可能な被膜の
厚さが非常に限定される。被膜の厚さが付着液の
流れ落ちるパターンにより不均一になることがあ
る。風雨や腐食作用に対する保護を大きくするた
めに厚さをもつと厚くした被膜が必要な場合、多
数回の浸漬を行うことができるが、被膜間の接着
が問題となる。多数回の浸漬では、その必要回数
に大体比例して製造コストが増す。 バツチ処理法は、長時間の加熱の結果としてア
ルミニウム合金を焼鈍し、また引張強さを低下さ
せる傾向がある。予め完全に成形された反射板の
場合このことは重大な損失ではないが、このこと
が重大な欠点であつたり許されない用途が多数あ
る。 発明の概要 本発明の目的は、腐食に非常に強いシリカ被膜
を有する、アルミニウムストリツプまたはシート
材を連続的に製造するのに適当な経済的な方法と
装置を提供することにある。 本発明の他の目的は、上記バツチ処理法により
達成できるものよりも厚さが厚くかつより均一な
シリカ被膜を１回のパスで生成することにある。 本発明のさらに他の目的は、上記バツチ処理法
で生じるものよりもアルミニウムの焼鈍を少なく
かつ引張強さの低下を少なくして、所望の被膜を
生成することにある。 本発明者は、連続処理法により、アルミニウム
の焼鈍を少なくかつ引張強さの低下を少なくし
て、一層厚くかつ一層均一なシリカ被膜を形成で
きることを見出した。 物品を珪酸塩溶液に浸漬し、次いで乾燥し焼成
するバツチ処理法では、工業的に１回の被覆で約
0.04ミル（40×10^-6インチ）より厚いフイルムを
形成するのは困難である。本発明の連続処理法で
は、その２倍の厚さ以上、即ち0.08ミル以上のフ
イルムを１回のパスで製造できる。本発明によれ
ば、アルミニウムストリツプまたはシートを浸漬
槽中の珪酸塩溶液から引き上げて、上方の乾燥室
中へ、タンクへ戻る流出液を制御しかつ制限する
のに十分な大きな速度で、通過させることによつ
てこの目的を達する。シートの速度を少なくとも
４フイート／分とするのが望ましいことを確かめ
た。同時に、シートが炉を通過する際に十分な熱
をシートに与えてフイルムを乾燥し硬化させる。 珪酸塩フイルムを乾燥し硬化させるのに主とし
て輻射熱を用いるのが好ましい。赤外線はフイル
ム全体に吸収されると考えられる。赤外線はフイ
ルムに入つてゆく間、そしてアルミニウムで反射
された後フイルムから出てゆく間に吸収される。
輻射熱吸収過程は自己制限的であると考えられ
る。その理由は、溶剤の水が除去されるにつれ
て、フイルムが赤外線の吸収体として劣つたもの
となり、より多くの赤外線を炉壁に反射するとい
うことからである。主に空気−フイルム界面でで
はなくて、フイルムの厚さ全体にわたつて赤外線
エネルギーが吸収されるので、表面に「表皮
（skin）」が形成されるのが避けられる。表皮の存
在は泡やふくれの形成につながり、これらは被膜
の性質を大きく劣化させる。本発明の連続処理法
では表皮形成がないことが、バツチ処理法より優
れた結果を生じることに部分的に貢献している。 本発明の連続処理法では、250℃の温度が珪酸
塩フイルムを硬化するのに適切であることを確か
めた。この結果として、アルミニウムシート又は
ストリツプの熱処理が比較的苛酷でないので、焼
鈍および引張強さの低下が少なくなる。 本発明を図面を参照しながら説明する。 発明の詳しい説明 本発明による連続処理法は第１図に線図的に示
した装置で実施することができる。被覆すべきア
ルミニウムストリツプまたはシート１は大きなシ
ート素材ロール２から巻き戻され、(1)〜(10)の番号
を付した一連の加工段階を通過した後仕上製品ロ
ール３に巻き取られる。減速歯車付きの速度調節
可能な電気モータ（図示せず）により製品ロール
３を駆動する。シート１に対して素材リール２に
作用する制動装置（図示せず）によりたるみを防
止するのに十分な張力を維持する。各段階に進む
前にシートはローラ４の上、次いでローラ５の下
を通る。ローラ５はタンク６内に入れた液体また
は薬剤中に部分的に沈めることができる。厚さ
0.025〜0.065インチのアルミニウムシート材の処
理には外径約８1/2インチのローラが適当である
ことを確かめた。ローラ、シヤフトなどは接触す
る化学物質に非反応性の材料、例えば特定のステ
ンレス鋼、炭素またはプラスチツク製としなけれ
ばいけない。 使用するアルミニウム素材は片面が光沢の圧延
されたものである場合、通常巻物の頂面または外
面である光沢側は全反射率70〜80％、拡散反射率
10〜20％をもつ。通例、化学的光沢処理により全
反射率を約85〜90％に高めるのが望ましい。この
目的のために、ストリツプ又はシートをまず段階
(1)で非エツチング熱水石けん清浄液に通して表面
のしみや汚染物を除去する。次にシートを段階(2)
で冷水噴霧水洗して清浄液を完全に洗い流す。次
にシートを段階(3)で、例えば米国特許第2729551
号に開示された周知の処理法に従つて化学的光沢
浴に浸漬する。この目的には、約81重量％の燐
酸、３重量％の硝酸および残量の水よりなる市販
の配合物が満足なものであり、これを温度約100
℃で用いる。 光沢処理により酸化物を除去し、微視的突起を
除去することによつて表面を平滑に平らにする。
シートを浴に数分間漬けておくことが必要な場合
があり、この目的には、シート移動速度および必
要な光沢度に応じて、一層深いか一層広いタンク
７を設けるのがよい。この後、シートを段階(4)で
余分な燐酸塩を回収するための水洗槽に通し、さ
らに段階(5)で噴霧水洗する。次にシートを段階(6)
で水中に50％硝酸を有するスマツト除去浴に通
す。スマツトとは、光沢浸漬によりアルミニウム
表面上に残つた銅および他の吸光性金属不純物の
非常に細かい付着物であり、硝酸がこれを除去す
る。この後シートを段階(7)で水で噴霧洗浄すれ
ば、このシートは段階(8)で珪酸塩浴に漬ける準備
が出来る。 ところで、現在ではアルミニウムシートは、何
らかの光沢処理を必要としないほど非常に光沢の
ある圧延品を購入できる。このような材料の場
合、本方法の段階(3)の光沢浸漬を行わなくてもよ
く、また珪酸塩浴までの中間の段階も必要としな
いことがある。他方、鏡面反射率が40％以下の圧
延品のアルミニウムシートを用いなければならな
い場合には、器械的バフ研磨が必要となり、かか
る研磨を上述した清浄および化学的光沢浸漬処理
に先立つて行わなければならない。 段階(8)で清浄な光沢あるアルミニウムストリツ
プまたはシートをアルカリ金属珪酸塩浴に通す。
金属珪酸塩化合物は、例えば珪酸カリウムとする
ことができる。水溶液はアルカリ金属酸化物およ
びシリカの形態で約５〜25重量％の固形分を含有
し得る。本発明者が使用した好適な代表的な組成
物は約11％の固形分と約89％の水を含有した。珪
酸塩被覆浴を調製するのに用いた満足な市販の珪
酸カリウム溶液は、重量％表示で下記の近似組成
を有した。 酸化カリウム K₂O 8.3％ シリカ SiO₂ 20.8％ 水 70.9％ 珪酸塩被覆浴をつくるために、上述した市販の
珪酸カリウム溶液を用いて下記溶液をつくつた。 珪酸カリウム溶液 32.4％ コロイド状シリカ 10.7％ 水 56.9％ 上記組成物中のコロイド状シリカは、14.5％の
SiO₂をアンモニア水溶液に懸濁したものとして
市場で入出できる。 被膜重量および最終的フイルム厚さは、シート
が浴から一層速い速度で出てくるようにシート速
度を増すか、または浴中の固形分の重量％を増す
ことによつて増加することができる。しかし、浴
中の固形分の重量が約16％を越えると被膜の品質
が低下するので、浴中固形分を増加することは実
用上限界があることを確かめた。従つて、本発明
によれば、後でもつと詳しく説明するように、所
望の被膜厚さを達成するようにシート速度を予め
決める。適当な手段（図示せず）を設けて浴を連
続的に過し、浴中に沈積する粒子を除去する。 珪酸塩被覆アルミニウムシートを次に垂直に上
方へ予備焼成炉または乾燥炉８に通し、しかる後
焼成炉９内を降下させる。適宜上垂直な炉を用い
たが、まず最初シートを乾燥し次いでシートを
250℃以上の温度で、好ましくは10秒以上の間焼
成するようにプログラムされた複数のヒータを有
する単一炉を含めて、他の炉構成をとることがで
きる。比較的高い温度はアルミニウムの引張特性
に有害な影響を及ぼすので、本発明者は、そのよ
うな高い温度が良好な硬化のために必要ではない
ことを確かめた。約255℃の温度を用いるのが好
ましい。被膜から化学結合水を実質的にすべて除
去する硬化が良好な硬化であり、この結果硬い密
着性の透明な珪酸塩被膜が得られる。 本発明の方法では幅２，３または４フイートの
アルミニウムシートの処理を予定しているが、本
発明者が試験目的で建設したパイロツトプラント
では幅６インチのシートを処理した。炉８および
９はそれぞれ断面が２フイート×１フイートで長
さまたは高さが８フイートであり、外側に１イン
チの厚さの断熱層を有する鋼板でつくつた。予備
焼成炉８には、２つの容量2000ワツトの鋼シート
付き（Calrod）抵抗加熱ヒータ１１，１２を上
端付近にかつシートの各面に１つづつ配置した。
各ヒータは全長６フイートで、第２図の拡大図に
示すように２回折り返したものであつた。従つて
被覆済みアルミニウムシートは予備焼成炉８内
で、２組の４つの横方向に延在する部分を有する
輻射ヒータ間を通過した。焼成炉９には、４つの
同様の抵抗加熱ヒータ１３〜１６を下端付近にか
つシートの各面に２つづつ配置した。 これら炉内でのアルミニウムシートの加熱は主
として赤外線により行われ、ヒータへの電力入力
は最高値以下で、選ばれたシート速度でシートに
所望の温度を生じるように調節したことは勿論で
ある。１例を示すと、１フイート／分のシート速
度で、各炉内の合計時間が８分、予備焼成炉内で
68℃での時間が５分、焼成炉内で255℃での時間
が１分だけであつた。６フイート／分では各炉内
の合計時間が80秒、予備焼成炉内で68℃での時間
が50秒、焼成炉内で255℃での時間が約10秒であ
つた。これらの温度はアルミニウムストリツプま
たはシートで測定した。 焼成炉からのシートを、次の段階(9)で80℃に保
つた希硝酸浸出槽に通過させる。浸出により被膜
からアルカリ金属イオンが実質的にすべて除去さ
れ、純粋な非晶質シリカ被膜が残る。このシリカ
被膜は炭酸ガス含有雰囲気に長期間露呈した後で
も白化（かぶり）や曇りを生じない。シートを段
階(10)で熱水洗浄し、次いで４フイートの乾燥炉１
７に通し、ここで約50℃に加熱し、最後にロール
３に完成製品として巻き取る。 結果−引張特性 アルミニウム合金シート「3003−H14」
（Aluminum Company of America製）につい
て行つた実際の試験で、２つの異なるシート速度
について、第表に示した結果が得られた。本発
明の連続処理法では望ましくない焼鈍と引張特性
の低下とが減少していることが、バツチ処理法に
よる被覆後の同じ合金の試料について得られた第
表に示した結果と比較すれば、明らかである。

【表】

【表】 上記データから明らかなように、本発明の連続
処理法はバツチ処理法と比較して、引張強さおよ
び降伏強さの低下が少なく、破断時の伸び百分率
が小さくなる。焼鈍されたアルミニウムを使用で
きない用途は数多く、アルミニウムストリツプま
たはシートの最初の機械的特性を保つことは、目
的用途への合金と特性の選択の幅を広げる上で重
要である。本発明の連続処理法では、シート速度
が速い方がアルミニウムの引張特性の保存に関し
て良好な結果をもたらすことが明らかである。幸
運なことに、速いシート速度は被膜厚さに関して
も有利である。 結果−被覆厚さ 数回の試験の結果を第３および４図に示す。第
３図は、珪酸塩浴中の固形分の割合が11％と16％
の２つの場合について、フイルム厚さをシート速
度の関数として示す。第４図は２フイート／分の
一定シート速度の場合について、フイルム厚さを
珪酸塩浴中の固形分の関数として示す。これらの
グラフから明らかなように、シリカフイルム厚さ
は一般にシート移動速度および珪酸塩浸漬溶液の
固形分（パーセント）の関数である。これらの片
方または両方を増加することによりフイルム厚さ
を増加することができる。厚さが0.04ミル以上
で、欠点がなく、厚さが均一で、１回パスで得ら
れるシリカ被膜は極めて望ましい。バツチ処理法
では厚さを厚くするには、珪酸塩浸漬溶液の固形
分または粘度を高めるしかなかつた。しかし、実
際には、フイルムが硬化時に亀裂や曇りを生じが
ちになるので、固形分を約15重量％より高くする
ことができなかつた。ところが本発明の連続処理
法により、シート移動速度を増加することによつ
てこの制限が回避される。 第３図に示したデータは、シート速度を速くす
ることによつてフイルム厚さを厚くできることを
示している。データを６フイート／分を越えてと
つていないのは、ひとえにパイロツト装置の装置
限界による。６フイート／分を越えた速度では、
シートを予備焼成炉の長さ以内で乾燥できなかつ
た。その結果シートは予備焼成炉と焼成炉の間の
ドラム１３にさしかゝるとき、まだ湿つていて、
粘着性であり、これにより被覆製品の外観が著し
く悪くなつた。６フイート／分を越えた速度で運
転するために必要なことは簡単な装置変更だけで
あり、例えば炉を長くしたり、炉内のヒータ容量
を増加すればよい。固形分約11％の珪酸塩溶液を
用いるのが好ましく、こうすれば４フイート／分
のシート速度で0.04ミル以上のシリカ被膜厚さと
なることを確かめた。従つて本発明の連続処理法
では、１回のパスで、厚さが均一で欠陥のない所
望の厚さのシリカ被膜を得ることができる。 処理装置に必要とされる投下資本は、アルミニ
ウムストリツプまたはシートを処理しようとする
速度につれて増加することが理解されるであろ
う。それと同時に生産量が増し、単位処理コスト
が低下する。従つて、本発明によればシート速度
を４フイート／分以上とするのが好ましいが、特
定速度の選定は予想される市場を勘案した経済性
を考慮することによつて決めればよい。 本発明を特定の処理装置構成に関して説明した
が、当業者であれば、本発明の要旨を逸脱するこ
となく装置および処理法の細部に種々の変更を加
え得ることが明らかである。従つて特許請求の範
囲は、本発明の範囲内に入るこのような均等な変
更例すべてを包含するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するのに適当な装
置を示す概略図、第２図は抵抗加熱ヒータの拡大
図、第３図は珪酸塩浸漬溶液中の特定の固形分の
場合についてシリカフイルム厚さをアルミニウム
シートの移動速度の関数として示すグラフ、そし
て第４図は一定シート速度の場合においてシリカ
フイルム厚さを固形分の関数として示すクラフで
ある。 主な符号の説明、１……アルミニウムシート、
２……素材ロール、３……製品ロール、８……予
備焼成炉、９……焼成炉、１１〜１６……ヒー
タ、１７……乾燥炉。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルミニウムシートを４フイート／分以上の
   一定速度で連続的に移動させ、 上記シートの全反射率が85％より低い場合は、
   上記シートから酸化物を除くことにより上記シー
   トの全反射率を85〜90％まで高め、 移動する上記シートを、固体の形で表して５〜
   25重量％のアルカリ金属酸化物およびシリカを含
   有するアルカリ金属珪酸塩溶液を入れた槽中に浸
   漬させて、上記シートを上記溶液で被覆し、 上記シートを上記一定速度で上記溶液の槽から
   引き上げて、上記シート上に上記溶液の被膜を形
   成し、 上記被膜を有する上記シートを乾燥し、250℃
   以上の温度に加熱することにより上記被膜を硬化
   させ、 上記シートを浸出溶液に通すことにより、上記
   被膜からアルカリ金属を実質的に除去して純粋な
   非晶質シリカ被膜を残し、 上記非晶質シリカ被膜を有する上記シートを洗
   浄し乾燥してから保存する工程を含む、シリカ被
   膜反射性アルミニウムシートの製造方法。 ２ 上記アルカリ金属酸化物およびシリカが15〜
   16重量％である特許請求の範囲第１項記載の製造
   方法。 ３ 上記アルカリ金属酸化物およびシリカがK₂O
   およびSiO₂よりなる特許請求の範囲第２項記載
   の製造方法。 ４ 上記被膜を有する上記シートを乾燥し加熱す
   る上記工程が輻射熱によつて行われる特許請求の
   範囲第１項記載の製造方法。 ５ 酸化物を除去する上記工程が上記シートを燐
   酸浴に通す化学的光沢処理によつて行われる特許
   請求の範囲第１項記載の製造方法。