特許 6098426 表面処理アルミニウム材及びこれを用いた紫外線反射部材、並びに紫外線反射部材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6098426

(24)【登録日】2017年3月3日

(45)【発行日】2017年3月22日

(54)【発明の名称】表面処理アルミニウム材及びこれを用いた紫外線反射部材、並びに紫外線反射部材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C25D 11/14 20060101AFI20170313BHJP

   C25D 11/04 20060101ALI20170313BHJP

   G02B 5/08 20060101ALI20170313BHJP

【ＦＩ】

   C25D11/14 E

   C25D11/04 308

   G02B5/08 A

【請求項の数】5

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2013-161988(P2013-161988)

(22)【出願日】2013年8月5日

(65)【公開番号】特開2015-30888(P2015-30888A)

(43)【公開日】2015年2月16日

【審査請求日】2016年2月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004743

【氏名又は名称】日本軽金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100132230

【弁理士】

【氏名又は名称】佐々木 一也

(74)【代理人】

【識別番号】100082739

【弁理士】

【氏名又は名称】成瀬 勝夫

(74)【代理人】

【識別番号】100198269

【弁理士】

【氏名又は名称】久本 秀治

(74)【代理人】

【識別番号】100087343

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 智廣

(72)【発明者】

【氏名】吉富 裕貴

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 正憲

(72)【発明者】

【氏名】長澤 大介

(72)【発明者】

【氏名】北 浩昭

(72)【発明者】

【氏名】河本 知広

【審査官】 今井 拓也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１３６７４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９０４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２８１４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５４−０３０７８５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０８−２２５９９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２５Ｄ １１／１４

Ｃ２５Ｄ １１／０４

Ｇ０２Ｂ ５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材の表面に陽極酸化皮膜を有する表面処理アルミニウム材であって、
前記アルミニウム材は、純度が９９．００wt%以上であり、また、
前記陽極酸化皮膜は、b*値の色調が−６以上１以下の範囲であり、また、
波長２５４nmの紫外線に対する反射率が５０%以上であって、波長２００〜４００nmの範囲の紫外線に対する平均反射率が７０%以上であることを特徴とする表面処理アルミニウム材。

【請求項2】

前記陽極酸化皮膜は、膜厚が０．２〜５μmであることを特徴とする請求項１に記載の表面処理アルミニウム材。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の表面処理アルミニウム材で形成されていることを特徴とする紫外線反射部材。

【請求項4】

アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材の表面に陽極酸化皮膜を有する表面処理アルミニウム材の製造方法であり、
前記アルミニウム材として純度９９．００wt%以上のアルミニウム材を用い、
前記アルミニウム材の表面に、シュウ酸濃度１０〜５０g/Lのシュウ酸電解液を用い、電圧１０〜３５Vの定電圧陽極酸化処理を施し、
次いで、前記定電圧陽極酸化処理で得られた陽極酸化皮膜の封孔処理を行い、
前記アルミニウム材の表面に、b*値の色調が−６以上１以下の範囲であると共に、波長２５４nmの紫外線に対する反射率が５０%以上であって、波長２００〜４００nmの範囲の紫外線に対する平均反射率が７０%以上である陽極酸化皮膜を形成することを特徴とする紫外線反射部材の製造方法。

【請求項5】

前記封孔処理が、耐圧容器内で高温水蒸気で処理する方法であることを特徴とする請求項４に記載の紫外線反射部材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、表面に陽極酸化皮膜が形成されて特定の色調を有する表面処理アルミニウム材に係り、特に紫外線反射性及び耐食性に優れた表面処理アルミニウム材に関するものであり、また、特に限定されるものではないが、これを用いて形成され、健康医療機器、食品関連消毒装置、浄水設備や空調設備に付設される紫外線殺菌装置、紫外線硬化性樹脂を硬化させるための樹脂硬化装置等の各種の機器や装置において好適に用いられる紫外線反射部材、及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材の表面に陽極酸化皮膜を有する表面処理アルミニウム材は、強度、低温特性、電気伝導性、熱伝導性、非磁性、無毒性、スクラップ再生性、耐食性等に優れた金属でありながら、軽量で加工性にも優れており、建築材料、車両用材料、電子・電気機器材料、器物、一般機械、箔製品等の極めて多くの分野で多用されている。

【0003】

また、このような表面処理アルミニウム材については、紫外線殺菌装置等の紫外線を利用する様々な装置で使用され、高度の紫外線反射性及び耐食性が求められる紫外線反射部材としての利用も試みられている。
例えば、特許文献１においては、アルミニウム製基板の少なくとも片面に中心線平均粗さ（Ra）０．３〜２．０μmの粗面を形成し、この基板の粗面に耐食性付与を目的とした陽極酸化皮膜を形成してなる紫外線拡散反射板が提案されており、また、特許文献２においては、純度９９質量%以上であって、(220)面／(200)面のＸ線回折強度比及び(111)面／(200)面のＸ線回折強度比のいずれか一方又は両方が１．０以上であるアルミニウムからなり、表面に耐食性付与を目的とした陽極酸化皮膜を形成してなる紫外線反射板が提案されている。

【0004】

そして、これら特許文献１及び２においては、アルミニウム材の表面に陽極酸化皮膜を形成するに際し、硫酸水溶液を電解液とする陽極酸化処理が行われており、また、この陽極酸化処理で形成される陽極酸化皮膜の膜厚については、厚くなり過ぎると紫外線反射率が低下し、反対に、薄くなり過ぎると十分な耐食性を付与できないことから、膜厚１〜３μmの範囲が適当であるとされている。

【0005】

しかしながら、本発明者らの検討によれば、硫酸水溶液を電解液とする陽極酸化処理で得られた陽極酸化皮膜は、淡水に浸漬した際の耐食性が不十分であり、また、紫外線反射性を長時間維持できないという問題がある。

【0006】

ところで、水道水の特許文献３には、流路として使用されるステンレス管を紫外線の反射体として利用する紫外線殺菌装置が提案されている。しかしながら、ステンレス管は、水道水に対する耐食性には優れているが、細菌やウイルスを死滅させるのに有効な波長２５４nmの紫外線に対する紫外線反射率や、波長２００〜４００nmの紫外線に対する平均紫外線反射率がいずれも５０%未満であって、このステンレス管による紫外線反射によって殺菌効果を改善する効果に乏しく、また、比重が大きくて装置が大型化すると重量が嵩んでハンドリング性に劣るという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第2,946,396号公報

【特許文献2】特開2001-281,426号公報

【特許文献3】登録実用新案公報3,141,893号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

そこで、発明者らは、高度の紫外線反射性及び耐食性を有して紫外線反射部材としての利用が可能である表面処理アルミニウム材の開発について鋭意検討を重ねた結果、意外なことには、電解液としてシュウ酸電解液を用いた陽極酸化処理においては電解電圧と紫外線反射率との間に相関関係があり、低電圧でシュウ酸電解液を用いた定電圧陽極酸化処理を行うと共に封孔処理を施すことにより、波長２５４nmの紫外線に対する反射率や波長２００〜４００nmの範囲の紫外線に対する平均反射率が高い値に維持したまま、耐食性を顕著に改善できることを見出し、本発明を完成した。

【0009】

従って、本発明の目的は、表面に陽極酸化皮膜が形成され、優れた紫外線反射性及び耐食性を有する表面処理アルミニウム材を提供するものである。

【0010】

また、本発明の他の目的は、表面に陽極酸化皮膜が形成された表面処理アルミニウム材からなり、優れた紫外線反射性及び耐食性を有して、健康医療機器、食品関連消毒装置、浄水設備や空調設備に付設される紫外線殺菌装置、紫外線硬化性樹脂を硬化させるための樹脂硬化装置等の各種の機器や装置において好適に用いられる紫外線反射部材、及びその製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

すなわち、本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材の表面に陽極酸化皮膜を有する表面処理アルミニウム材であって、前記アルミニウム材は、純度が９９．００wt%以上であり、また、前記陽極酸化皮膜は、b*値の色調が−６以上１以下の範囲であり、また、波長２５４nmの紫外線に対する反射率が５０%以上であって、波長２００〜４００nmの範囲の紫外線に対する平均反射率が７０%以上であることを特徴とする表面処理アルミニウム材である。

【0012】

また、本発明は、上記表面処理アルミニウム材で形成されていることを特徴とする紫外線反射部材である。
更に、本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材の表面に陽極酸化皮膜を有する表面処理アルミニウム材の製造方法であり、前記アルミニウム材として純度９９．００wt%以上のアルミニウム材を用い、また、前記アルミニウム材の表面に、シュウ酸濃度１０〜５０g/Lのシュウ酸電解液を用い、電圧１０〜３５Vの定電圧陽極酸化処理を施し、次いで、前記定電圧陽極酸化処理で得られた陽極酸化皮膜の封孔処理を行い、これによって、前記アルミニウム材の表面に、b*値の色調が−６以上１以下の範囲であると共に、波長２５４nmの紫外線に対する反射率が５０%以上であって、波長２００〜４００nmの範囲の紫外線に対する平均反射率が７０%以上である陽極酸化皮膜を形成することを特徴とする紫外線反射部材の製造方法である。

【0013】

本発明において、アルミニウム材としては、用途によって高純度アルミニウムあるいは、１０００系、５０００系、６０００系、３０００系等の中から適宜選択することができるが、特に紫外線反射部材としての用途には、より優れた紫外線反射性を有する表面処理アルミニウム材を製造することができ、また、加工性等のハンドリング性にも優れていることから、好ましくは、純度９９．０質量%以上の１０００系あるいは９９．９９質量％以上の高純度アルミニウムであるのがよい。

【0014】

本発明において、アルミニウム材の表面に陽極酸化皮膜を形成するための陽極酸化処理については、通常１０g/L以上５０g/L以下、好ましくは１７g/L以上３７g/L以下、より好ましくは２０g/L以上３０g/L以下のシュウ酸濃度を有するシュウ酸電解液を用い、１０V以上３５V以下、好ましくは15V以上20V以下の電圧で、定電圧条件下で実施する必要がある。シュウ酸電解液のシュウ酸濃度が１０g/Lより薄いと陽極酸化処理の処理時間が長くなり，作業性が低下するという問題があり、反対に、５０g/Lより濃くなると皮膜に取り込まれる電解液成分が多くなり，紫外線反射率が低くなるという問題が生じる。また、陽極酸化処理時の電解電圧が１０Vより低いと陽極酸化処理の処理時間が長くなり，作業性が低下するという問題があり、反対に、３５Vより高くなると紫外線反射率が低くなるという問題が生じる。

【0015】

一般に、シュウ酸電解液を用いた陽極酸化処理時の電解電圧１０〜３５Vは通常の陽極酸化皮膜処理における電解電圧よりも低いが、このように低い電解電圧で得られた陽極酸化皮膜は、形成された陽極酸化皮膜中に含まれる炭素量等が少なく、このことを始めとする複合的な要因から、高い紫外線反射性を示すものと考えられ、また、紫外線照射条件下における紫外線反射性の劣化が防止されるものと考えられる。例えば、硫酸電解液を用いた陽極酸化処理で得られた陽極酸化皮膜は、本発明の方法で得られた陽極酸化皮膜と比較して、初期の紫外線反射性は同程度であるが、４０℃で人工水道水に長時間浸漬する過酷な淡水浸漬試験（JIS S 3200-7）でその耐食性が不十分であることから、次第に腐食が進行し、これに伴って紫外線反射性が低下する。

【0016】

そして、本発明の表面処理アルミニウム材については、耐食性向上を目的に、陽極酸化処理で形成された陽極酸化皮膜について封孔処理が施されている必要があり、この封孔処理の方法についても、高温純水で処理する方法、高温水蒸気で処理する方法、酢酸ニッケル水溶液で処理する方法、フッ化ニッケル水溶液で処理する方法等の従来公知の方法を採用できる。この封孔処理が施された表面処理アルミニウム材は、４０℃で人工水道水に浸漬する過酷な淡水浸漬試験（JIS S 3200-7）においても、長期間に亘って優れた紫外線反射性及び耐食性を発揮する。

【0017】

また、本発明において、アルミニウム材の表面に形成される陽極酸化皮膜の膜厚については、特に限定されるものではないが、通常０．２μm以上５μm以下、好ましくは０．５μm以上１μm以下であるのがよく、膜厚が０．２μmよりも薄いと、所望の耐食性を達成できない場合があり、反対に、５μmよりも厚くなると、所望の紫外線反射性を達成できなくなる場合があるほか、陽極酸化処理が低電圧下で実施されるので、陽極酸化処理の処理時間が長くなり過ぎて作業性が低下し、製造コストが高くなる。

【0018】

本発明の表面処理アルミニウム材は、分光光度計（株式会社パーキンエルマー製ラムダ７５０Ｓ）を用い、標準白色板（株式会社ラブスフェア製スペクトラロンSRS-99）を標準反射板として紫外線反射率を測定した結果、細菌やウィルスに対する殺菌効果に優れた波長２５４nmの紫外線に対する反射率が５０%以上であって、波長２００〜４００nmの範囲の紫外線に対する平均反射率が７０%以上であり、優れた紫外線反射性を有している。また、本発明の表面処理アルミニウム材は、単に紫外線反射性に優れているだけでなく、４０℃で人工水道水に浸漬する過酷な淡水浸漬試験（JIS S 3200-7）において試験前後で紫外線反射率を維持しており、優れた耐食性を有している。

【0019】

また、本発明の表面処理アルミニウム材の外観については、優れた紫外線反射性を有する皮膜においては、b*値の色調が−６以上１以下の範囲にある。これは、シュウ酸陽極酸化処理により生成した皮膜中のアノード酸化物の濃度が原因と考えられ、アノード酸化物の濃度は陽極酸化処理の電圧や皮膜の膜厚に左右されるためである。

【0020】

従って、本発明の表面処理アルミニウム材は、紫外線反射性及び耐食性の両性能が共に優れているので、医療・食品関連消毒装置、浄水や空調を目的とした紫外線殺菌装置や樹脂硬化装置の紫外線反射材として好適に用いることができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明の表面処理アルミニウム材は、紫外線反射性及び耐食性が共に優れているので、紫外線反射部材としての用途を始めとして、これらの性能を生かした建築材料、車両用材料、電子・電気機器材料、器物、一般機械、箔製品等の多くの用途に有用な表面処理アルミニウム材である。

【0022】

また、本発明の紫外線反射部材は、優れた紫外線反射性及び耐食性を有しているので、健康医療機器、食品関連消毒装置、浄水設備や空調設備に付設される紫外線殺菌装置、紫外線硬化性樹脂を硬化させるための樹脂硬化装置等の各種の機器や装置において好適に用いられる。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
＜実施例１〜１３及び比較例１〜１５＞
〔アルミニウム材について〕
純度９９．９９%の高純度アルミニウム（JIS A1050）からなる厚さ０．４mmの板材から０．４mm×５０mm×５０mmの大きさのアルミニウム材を切り出した。

【0024】

〔前処理〕
次に、切り出されたアルミニウム材について、前処理として以下の処理を施した。先ず、30wt%-硝酸水溶液に常温（２０℃）で３分間浸漬した後に純水で洗浄し、次いで、5wt%-水酸化ナトリウム水溶液に５０℃で３分間浸漬した後に純水で洗浄し、更に、30wt%-硝酸水溶液に常温（２０℃）で３分間浸漬した後に純水で洗浄した。

【0025】

〔陽極酸化処理〕
得られた前処理後のアルミニウム材について、以下に示す電解液を用い、また、以下に示す処理条件で陽極酸化処理を実施し、アルミニウム材の表面に陽極酸化皮膜を形成した。

【0026】

電解液としては、０．３モル(M)濃度のシュウ酸水溶液（シュウ酸電解液）又は２モル(M)濃度の硫酸水溶液（硫酸電解液）を用いた。また、処理条件については、浴温度１８℃で表１に示す印加電圧の下に、表１に示す膜厚が得られるまで陽極酸化処理を実施した。
なお、比較例１０においては、以下に示す封孔処理を行わずに、ここで得られた陽極酸化処理後のアルミニウム材をそのまま比較例１０の表面処理アルミニウム材とした。

【0027】

〔封孔処理〕
陽極酸化処理後のアルミニウム材について、耐圧容器内で１５０℃及び０．３MPaの加圧蒸気により、陽極酸化処理で形成された陽極酸化皮膜を封孔処理して実施例１〜１３、並びに比較例１〜９、１１、及び１２の表面処理アルミニウム材を得た。
なお、上記の陽極酸化処理及び封孔処理を行わない未処理アルミニウム材（JIS A1050）を比較例１３とし、同じく未処理ＳＵＳ３０４材を比較例１４とし、また、同じく未処理ＳＵＳ３１６材を比較例１５とした。

【0028】

〔紫外線反射率の測定〕
上記実施例１〜１３及び比較例１〜１５の表面処理アルミニウム材について、分光光度計（株式会社パーキンエルマー製ラムダ750S）を用い、波長２５４nmの紫外線に対する反射率、及び、波長２００〜４００nmの紫外線に対する平均反射率をそれぞれ測定した。この紫外線反射率の測定において、標準反射板として標準白色板（株式会社ラブスフェア製スペクトラロンSRS-99）を使用した。
結果を表１に示す

【0029】

〔耐食性試験〕
上記実施例１〜１３及び比較例１〜１５の表面処理アルミニウム材について、４０℃の人工水道水に浸漬し、水道水浸漬１週間後に腐食の進行度合と紫外線反射率とを調べた。
また、この際に、比較例１３〜１５として用意した未処理アルミニウム材（JIS A1050）、未処理ＳＵＳ３０４材、及び未処理ＳＵＳ３１６材についても、それぞれ腐食の進行度合と紫外線反射率とを調べ、実施例１〜１３の表面処理アルミニウム材と比較した。

【0030】

この耐食性試験において、試験前後で紫外線反射率を維持していた場合を「○」とし、また、試験前後で紫外線反射率が低下した場合を「×」として評価した。
また、実施例１〜１３及び比較例１〜１２の表面処理アルミニウム材と、比較例１３〜１５の未処理アルミニウム材及び未処理ＳＵＳ材について、測定された紫外線反射率、評価された耐食性、及び比較例１３〜１５の結果を基に、紫外線反射部材としての使用価値を総合的に判断し、３段階（◎：優、○：良、×：不可）で総合評価を行った。
結果を表１に示す

【0031】

【表1】