〈論文〉アルミニウム表面処理の特許紹介

アルミニウム 表 面 処 理 の 特 許 紹 介 安 清 一 1) 丸 田 正 敏 2) 佐 藤 敏 彦 3) 1.はしがき 欧 州 特 許 庁 の 特 許 データベースでアルマイト 関 連 特 許 を 検 索 していたら 幸 運 なことに 2008 年 以 降 に9 件 のアルマイトの 封 孔 処 理 や 後 処 理 の 特 許 が 公 開 されていたので 本 稿 を 執 筆 することにした 日 本 特 許 も 欧 州 特 許 庁 の 特 許 データベースに 含 まれている また 最 近 の 流 行 である 環 境 に 優 しい 表 面 処 理 技 術 (Environment friendly surface treatment)のキーワードで 検 出 された 特 許 も 紹 介 す る 最 近 のアルマイト 特 許 やめっき 特 許 の80% 強 は 中 国 特 許 である 中 国 の 人 口 や 大 学 研 究 所 の 数 からも 今 後 も 中 国 特 許 は 激 増 するだろう 韓 国 特 許 も 年 々 多 くなっている なお 本 稿 で 紹 介 する 外 国 特 許 は 原 文 特 許 ではなくて 欧 州 特 許 庁 の 特 許 データベースに 掲 載 されている 英 文 アブストラク トの 紹 介 である 事 と 誤 訳 の 恐 れをお 許 し 頂 きたい 2. 封 孔 処 理 の 特 許 2.1 封 孔 処 理 されたアルマイトのシリケート 処 理 ( 米 国 特 許 2008/0032121,2008 年 2 月 7 日 ) この 米 国 特 許 は 日 本 特 許 庁 に 米 国 公 開 特 許 和 文 抄 録 としても 登 録 されている 公 開 番 号 は 2008/0032121 である したがって この 米 国 特 許 の 要 約 は 日 本 特 許 庁 のホームページでも 読 める この 要 約 には 以 下 のように 書 いてある この 発 明 は 特 に 自 動 車 産 業 における 完 全 に 封 孔 陽 極 処 理 したアルミニウム 部 品 の 後 処 理 法 に 関 する この 発 明 の 封 孔 陽 極 処 理 されたアルミニウムの 後 処 理 法 は 封 孔 陽 極 処 理 されたアルミニ ウム 材 料 の 表 面 にシリケート 水 溶 液 を 塗 布 することからなり この 表 面 は5μmのフイルム 厚 さと 90% 以 上 の 封 孔 率 (SR)を 有 する 封 孔 陽 極 処 理 層 を 含 むことを 特 徴 とする 上 記 の 抄 録 文 の 後 に 実 施 例 の 説 明 が 続 くが 本 稿 では 省 略 する 2.2 アルマイトの 耐 食 性 を 向 上 させる 方 法 ( 米 国 特 許 2008/073220 2008 年 3 月 27 日 ) 米 国 特 許 であるが 発 明 者 と 出 願 人 はアイルランド 人 である 英 文 アブストラクトには シリ カを 含 む 浴 による 常 温 封 孔 処 理 と 高 温 封 孔 処 理 の2 段 処 理 を 行 う との 短 文 が 書 いてある 2.3 ナノ 粒 子 のゲルマニウムでアルマイトを 封 孔 処 理 する 方 法 ( 韓 国 特 許 100822355 2008 年 4 月 17 日 ) 特 許 名 称 の ナノ ゲルマニウム の 言 葉 を 見 て 驚 いたが 英 文 アブストラクトを 見 たら ニッ ケル 塩 コバルト 塩 ほう 酸 と3g/L~10g/Lのナノ ゲルマニウム 粒 子 を 含 む 浴 で 封 孔 処 理 を 行 うと 書 いてあったので 安 心 した この 封 孔 処 理 を 行 うと アルマイト 皮 膜 は 非 常 に 滑 らかで その 他 の 皮 膜 特 性 も 良 好 であり 従 来 の 封 孔 処 理 法 に 比 べて 経 費 削 減 (cost reduction)になると 述 べている 1)ANODA 2)キザイ( 株 ) 3) 元 芝 浦 工 業 大 学 -1-

2.4 アルマイト 皮 膜 を 高 電 気 絶 縁 性 に 封 孔 処 理 する 方 法 ( 中 国 特 許 101275266 2008 年 10 月 1 日 ) 10 分 ~15 分 の 常 温 フッ 化 ニッケル 封 孔 処 理 を 行 い その 後 3 分 ~5 分 の 高 温 封 孔 処 理 を 行 う そして 通 常 の 乾 燥 を 行 う その 結 果 ベーマイト 皮 膜 の 体 積 が 増 えて アルマイト 皮 膜 は 高 電 気 絶 縁 性 皮 膜 になる 2.5 中 温 封 孔 処 理 剤 でアルマイト 皮 膜 の 孔 を 閉 じる 方 法 ( 中 国 特 許 101323965 2008 年 12 月 17 日 ) 封 孔 処 理 浴 の 組 成 はアルカリ 金 属 塩 あるいはアルカリ 土 類 金 属 塩 とキレート 剤 とpH 緩 衝 剤 であ る 封 孔 処 理 温 度 は75 ~90 である 従 来 の 封 孔 処 理 法 のように 高 価 なニッケル 塩 やコバルト 塩 を 使 っていないので 本 特 許 による 封 孔 処 理 法 はロー コストである さらに 使 用 した 有 機 キレー ト 剤 は 生 分 解 性 で 安 価 であり さらに 従 来 の 封 孔 処 理 法 で 使 われているベンゼン 環 の 巨 大 分 子 を 含 んでいない 表 面 をぼやけさす 性 質 も 無 い(anti-pruina property) 耐 蝕 性 や 耐 汚 れ 性 も 向 上 す る 2.6 アルマイト 皮 膜 にセリウムを 含 んでいる 化 合 物 を 堆 積 させる 方 法 ( 中 国 特 許 101275265 2008 年 10 月 1 日 ) アルミニウムを 前 処 理 して 陽 極 酸 化 する そして アルマイト 皮 膜 にセリウムを 含 んでいる 化 合 物 を 交 換 堆 積 させて 封 孔 処 理 を 行 う(the exchange deposition of the cerium-contained compound) 交 換 堆 積 の 溶 液 は3 価 セリウムまたは4 価 セリウム または 両 者 の 混 合 液 に 酸 化 剤 を 加 えた 溶 液 で ある 2.7 陽 極 酸 化 皮 膜 の 封 孔 処 理 方 法 ( 特 開 2010-77532 2010 年 4 月 8 日 ) 解 決 手 段 アルミニウム 又 はアルミニウム 合 金 の 表 面 に 形 成 された 陽 極 酸 化 皮 膜 の 表 面 を 封 孔 処 理 液 で 処 理 する 工 程 を 含 む 陽 極 酸 化 皮 膜 の 封 孔 処 理 方 法 において 前 記 封 孔 処 理 液 は 0.02~ 20g/Lのリチウムイオンを 含 み 前 記 封 孔 処 理 液 のpH 値 を10.5 以 上 とし 前 記 封 孔 処 理 液 の 温 度 を65 以 下 とする 2.8 アルミニウム 合 金 の 陽 極 酸 化 皮 膜 用 封 孔 処 理 方 法 ( 特 開 2010-248545 2010 年 11 月 4 日 ) 解 決 手 段 染 色 したアルミニウム 合 金 の 陽 極 酸 化 皮 膜 を 水 溶 性 カチオンポリマー 水 溶 液 に 浸 漬 した 後 マグネシウム 塩 及 び/ 又 はカルシウム 塩 からなる 封 孔 剤 を 含 む 封 孔 処 理 液 に 浸 漬 して 封 孔 処 理 することを 特 徴 とするアルミニウム 合 金 の 陽 極 酸 化 皮 膜 用 封 孔 処 理 方 法 2.9 アルミニウムの 表 面 処 理 方 法 ( 特 開 2010-270344 2010 年 12 月 2 日 ) 解 決 手 段 アルミニウム 製 の 部 材 の 表 面 に 陽 極 酸 化 皮 膜 を 形 成 してから この 陽 極 酸 化 皮 膜 の 表 面 にプラズマ 処 理 を 施 した 後 この 表 面 に 撥 水 性 及 び 撥 油 性 を 有 する 化 学 物 質 の 分 子 を 吸 着 させ て この 表 面 に 単 分 子 皮 膜 を 形 成 する 前 記 部 材 の 表 面 をプラズマ 処 理 した 後 30 分 以 内 にこの 表 面 に 単 分 子 皮 膜 を 形 成 する 為 の 処 理 を 開 始 する 前 記 単 分 子 皮 膜 を 形 成 する 化 学 物 質 の 分 子 は 機 能 部 位 にフッ 化 炭 素 基 を 反 応 部 位 にメトキシシリル 基 を それぞれ 有 する -2-

3. 化 成 処 理 の 特 許 3.1 アルミニウム 合 金 表 面 を 希 土 類 元 素 で 化 成 処 理 する 方 法 ( 中 国 特 許 101260521 2008 年 9 月 10 日 ) 化 成 処 理 浴 の 組 成 はセリウム 塩 酸 化 剤 促 進 剤 morphology truing agent などである 3.2 アルミニウム 合 金 の 酸 化 処 理 液 と 処 理 方 法 ( 中 国 特 許 101463476 2009 年 6 月 24 日 ) 処 理 浴 の 組 成 はアルミン 酸 塩 クエン 酸 またはクエン 酸 塩 メタバナジン 酸 塩 フッ 化 物 と 無 機 酸 である 3.3 アルミニウム 表 面 に 超 疎 水 性 膜 を 作 るための 準 備 方 法 ( 中 国 特 許 102041509,2011 年 5 月 4 日 ) 脱 脂 したアルミニウム 試 料 をシュウ 酸 と 塩 酸 の 混 合 液 に 浸 漬 する 次 に 過 マンガン 酸 溶 液 に 浸 漬 して その 後 加 熱 炉 で80 ~100 に 加 熱 した 最 後 にステアリン 酸 のアルコール 溶 液 に 浸 漬 する 3.4 航 空 機 用 アルミニウム 合 金 の 表 面 防 食 ゾルとその 処 理 方 法 ( 中 国 特 許 102174289 2011 年 9 月 7 日 ) 当 該 ゾルは 以 下 の 薬 品 で 調 整 される オルガノシロキサン 有 機 溶 媒 添 加 剤 希 土 類 塩 水 触 媒 3.5 アルミニウム 表 面 への 黄 金 色 クライオライト 化 成 皮 膜 を 化 成 するための 処 理 液 と 処 理 方 法 ( 中 国 特 許 10224358 2011 年 11 月 16 日 ) 化 成 皮 膜 は2 層 構 造 である 外 層 は 有 機 物 層 で 内 層 はクライオライト( 氷 晶 石 NA3AlF6) を 含 んでいる 層 である 化 成 処 理 浴 の 成 分 は fluotitanic acid フルオロジルコニウム 酸 タンニン 酸 フッ 化 物 マンガン 塩 の 混 合 浴 である なお 氷 晶 石 はアルミニウム 製 錬 の 溶 融 塩 電 解 浴 として 有 名 である 3.6 アルミニウム 合 金 の 洗 浄 方 法 及 び 脱 スマット 処 理 液 ( 特 開 2010-90447 2010 年 4 月 22 日 ) 市 販 の 表 面 処 理 薬 品 には 薬 品 メーカーのノウ ハウとして ppmオーダーの 添 加 剤 が 加 えられ ている 場 合 が 多 い この 特 許 はノウ ハウの 公 開 に 相 当 すると 思 った 解 決 手 段 本 発 明 においては 従 来 の 脱 スマット 処 理 液 にフッ 素 を3~300ppm 添 加 し 6 価 クロムを 含 まずに 洗 浄 する 微 量 のフッ 素 を 使 用 することにより 低 い 接 触 抵 抗 を 確 保 できるため スポット 溶 接 の 信 頼 性 が 向 上 する また 化 成 処 理 を 行 う 場 合 にも 表 面 の 酸 化 皮 膜 およびスマット の 除 去 性 が 良 くなり 化 成 処 理 の 耐 食 性 が 向 上 する 3 件 の 実 施 例 が3 枚 の 処 理 工 程 フロー 表 で 示 されている 3.7 FRP 構 造 体 FRP 構 造 体 の 接 着 方 法 及 びFRP 構 造 体 の 製 造 方 法 ( 特 開 2009-248358 2009 年 10 月 29 日 ) 課 題 環 境 等 への 負 荷 を 低 減 すると 共 に 軽 合 金 製 インサートとFRP 製 部 材 との 接 着 強 度 を 長 期 にわたり 維 持 することができるFRP 構 造 体 を 得 る 解 決 手 段 アルミニウム 合 金 製 インサートの 接 着 面 に 化 成 皮 膜 が 形 成 されて おり この 化 成 皮 膜 の 表 面 にカチオン 電 着 塗 装 により 電 着 塗 膜 が 形 成 されている さらに 電 着 塗 膜 とFRP 製 部 材 の 接 着 面 との 間 に 介 在 された 接 着 剤 により ア ルミニウム 合 金 製 インサートとFRP 製 部 材 の 接 着 面 とが 接 着 されている すな 図 1 流 れ 図 -3-

わち 化 成 皮 膜 と 電 着 塗 膜 と 接 着 剤 とで 構 成 される 接 合 部 によってアルミニウム 合 金 製 インサート とFRP 製 部 材 とが 接 合 されてFRP 構 造 体 が 形 成 されている( 図 1) 4. 陽 極 酸 化 の 特 許 環 境 制 御 室 の 構 成 部 材 環 境 制 御 室 の 構 成 部 材 の 製 造 方 法 ( 特 開 2009-24928 2009 年 2 月 5 日 ) アルミニウムよりもマグネシウムが 大 好 きな 技 術 者 が 喜 ぶ 特 許 に 遭 遇 した 特 殊 領 域 の 課 題 なの で 発 明 者 たちの 説 明 を 信 じるが アルミではダメか? との 気 持 ちが 残 る なお 本 特 許 の 筆 頭 発 明 者 の 氏 名 をキーワードにして 特 許 検 索 すると 1,144 件 の 特 許 が 検 出 された 同 姓 同 名 者 も 含 まれている 可 能 性 があるので アルミニウム と 筆 頭 発 明 者 の 氏 名 の 組 み 合 わせキーワー ドで 検 索 したら 117 件 の 特 許 が 検 出 された 電 子 工 学 分 野 で 高 名 な 先 生 である 課 題 軽 量 で 電 磁 波 遮 蔽 特 性 の 高 い 環 境 制 御 室 の 構 成 部 材 を 提 供 する 解 決 手 段 環 境 制 御 室 としてのクリーンルームは 複 数 のグレーチング 床 パネルを 有 し グレ ーチング 床 パネルには 複 数 の 側 壁 パネルが 建 て 込 まれている さらに 側 壁 パネルの 上 面 には 格 子 天 井 が 設 けられている グレーチング 床 パネル 側 壁 パネル 格 子 天 井 で 囲 まれた 領 域 が 空 気 の 清 浄 度 や 電 磁 波 等 が 制 御 されたエリアを 形 成 している ここで 構 成 部 材 であるグレーチング 床 パ ネル 格 子 天 井 を 構 成 する 材 料 はマグネシウム 合 金 である そのため アルミニウムを 用 いた 従 来 のものと 比 べて 軽 量 で 電 磁 波 遮 蔽 特 性 が 良 好 である なお 上 記 マグネシウム 合 金 を 用 いた 構 成 部 材 は 耐 食 性 を 向 上 させるための 不 動 態 化 処 理 がされていることが 望 ましい 5.その 他 の 特 許 5.1 アルカリ 性 洗 浄 用 電 解 水 とその 生 成 方 法 及 び 生 成 装 置 ( 特 開 2006-150272 2006 年 6 月 15 日 ) 課 題 鉄 やアルミニウム 又 はアルミニウム 合 金 等 の 金 属 種 に 関 係 なく これ 等 金 属 を 洗 浄 して も 腐 食 の 心 配 がなく 電 解 質 を 溶 解 する 際 に 発 生 する 溶 解 熱 を 吸 熱 とすることができると 共 に キ レート 剤 の 添 加 と 軟 水 器 の 設 置 を 不 要 とし 配 管 や 部 品 類 へのスケール 付 着 量 を 少 なくすることが でき 且 つ 蒸 発 残 留 物 の 増 加 を 防 止 することを 可 能 にしたアルカリ 性 洗 浄 用 電 解 水 と その 生 成 方 法 及 び 生 成 装 置 を 提 供 する 解 決 手 段 原 水 に 電 解 質 としてメタ 珪 酸 ナトリウム 又 はオルト 珪 酸 ナトリウムを 添 加 し この 水 溶 液 を 有 隔 膜 電 解 槽 1で 電 気 分 解 する 原 水 に 電 解 質 を 添 加 した 水 溶 液 の 電 気 伝 導 度 を20~80mS/m に 調 整 し 電 解 槽 1の 両 電 極 3,4 間 に 流 れる 電 気 量 を0.04~0.3C/mlに 調 整 する 水 ガラスでアルマイトを 封 孔 処 理 する 方 法 は 以 前 から 知 られているが 2,3の 欠 点 もあるので この 電 解 水 でアルマイトの 封 孔 処 理 は 出 来 ないだろうかと 考 えた 5.2 酸 性 浴 中 でアルミニウム 金 属 シートを 陰 極 電 解 して アルミニウム 金 属 シート 上 に 太 陽 光 の 選 択 吸 収 層 を 形 成 してから アルミニウム 金 属 シートを 電 解 酸 化 する 方 法 (オーストリア 特 許 507491 2010 年 5 月 15 日 ) 1970 年 代 のオイル ショックの 頃 日 本 でも 本 特 許 と 類 似 の 研 究 が 多 く 行 われた 脱 脂 したアル ミニウム シートを 添 加 剤 を 含 む 硫 酸 浴 で 陰 極 電 解 した 後 この 硫 酸 浴 で 陽 極 電 解 を 行 い さらに -4-

別 の 添 加 剤 を 含 むリン 酸 浴 で 陽 極 電 解 する また 硫 酸 浴 リン 酸 浴 着 色 浴 には 相 互 に 良 い 影 響 を 与 えるキレート 剤 を 含 んでいる 5.3 ポリマーにアルミニウム 合 金 を 永 遠 に 結 合 させる 方 法 ( 中 国 特 許 102107495 2011 年 6 月 29 日 ) 特 許 名 称 の 永 遠 に は 白 髪 三 千 丈 のお 国 柄 を 感 じた 箇 条 書 きで 紹 介 する (1)アルミ ニウムの 表 面 を 清 浄 (2)アルミニウムの 処 理 しない 部 分 をマスキング (3)UV 照 射 (4)マス キングを 除 去 して 樹 脂 をインジェクション モールドする (5)モールドが 冷 えてから 複 合 体 を 取 り 出 すと アルミニウム 上 には 酸 化 皮 膜 が 形 成 されている 5.4 廃 棄 されたリチウム イオン 電 池 の 陽 極 材 料 から 有 価 金 属 を 回 収 するための 前 処 理 方 法 ( 中 国 特 許 101969148 2011 年 2 月 9 日 ) 環 境 に 優 しい アルミニウム 表 面 処 理 の 組 み 合 わせキーワードで 特 許 検 索 を 行 ってい たら 想 定 外 の 本 特 許 が 検 出 された 有 価 金 属 の 回 収 は 以 下 の 4 段 階 で 行 われる (1)リチウム イオン 電 池 を 真 空 炉 で 加 熱 溶 解 する (2) 選 別 (3)リチウム コバルト 酸 化 物 スラグを 硫 酸 と 過 酸 化 水 素 溶 液 で 溶 解 抽 出 する そして (4) 分 離 されたアルミニウム 箔 を 溶 解 抽 出 液 に 浸 漬 する 6. テレビ 番 組 で 紹 介 されていた メキシカン ピューター はアルマイト 屋 さんの 新 しい 仕 事 に ならないだろうか? アルニウム 表 面 処 理 の 特 許 紹 介 の 表 題 から 脱 線 した 内 容 であるが アルマイト 屋 さんのビジネ スへのアドバイスにならないだろうかと 思 って 以 下 の 紹 介 をする フジテレビが 2012 年 6 月 16 日 ( 土 )08:30 ~ 09:55 に 放 映 した にじいろジーン と 言 う 番 組 で メキシカン ピューター が 紹 介 された ホームページでは メキシコシティを 旅 しているジーンちゃんが 閑 静 な 住 宅 街 にある とある ベー エメ テー レガロス というお 店 を 訪 問 こちらはメキシカン ピューターと 呼 ば れる アルミ 製 の 伝 統 食 器 を 販 売 しているお 店 で 卸 売 価 格 で 購 入 することが 可 能 と 番 組 の 一 場 面 を 紹 介 をしている(http://kakaku.com/tv/channel=8/programID=12277/page=685/) この アルミ 製 の 伝 統 食 器 が 実 に 素 晴 らしかった 幾 つかのホームページで18 世 紀 頃 の 錫 合 金 製 の ピューター(Pewter) と メキシカン ピューター(Mexican Pewter) の 違 いが 解 説 されて おり 画 像 ホームページ 検 索 をすると 多 数 のメキシカン ピューター 製 品 の 写 真 が 現 れる 7.むすび 本 稿 も 共 著 者 との 個 別 の 討 論 を 佐 藤 敏 彦 が 作 文 した -5-