(57)【要約】【課題】安価なアルミニウム系の展伸材料を基にして熱放射性に優れたアルミニウム系の金属材料を得る【解決手段】波長が３〜６μｍの中波長の赤外線領域で理想黒体を１．００（１００％）としたときの全放射率が０．９２以上である熱放射性に優れた材料を得るために、アルミニウム展伸材を多段階の陽極酸化処理して積層型の多孔質層を有し、表面側の第一層の細孔径がその下の第２層以降の細孔径よりも大きい陽極酸化皮膜を形成する。このようにして得られた材料は、中〜遠赤外線領域である３〜２５μｍの波長領域においても０．９以上の全放射率を示し、アルミニウム材料としては従来にない優れた熱放射性の材料である。【図面】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が３〜６μｍの範囲の中赤外線領域において、被測定物質の測定温度を１００℃として測定したときの全放射率が０．９２以上であり、表面に陽極酸化皮膜を有しており、添加物としてのマンガンもしくは珪素の含有量が１．０％未満であるアルミニウムまたはその合金からなる熱放射性に優れた展伸材料。
【請求項２】
波長が３〜６μｍの範囲の中赤外線領域において、被測定物質の測定温度を１００℃として測定したときの全放射率が０．９２以上であり、表面に積層型の陽極酸化皮膜を有しており、添加物としてのマンガンもしくは珪素の含有量が１．０％未満であるアルミニウムまたはその合金からなる熱放射性に優れた展伸材料。
【請求項３】
被測定物質の測定温度を１００℃として測定したときの全放射率が、波長が３〜６μｍの範囲の中赤外線領域において０．９２以上であり、波長が３〜２５μｍの範囲の中〜遠赤外線領域において、０．９０以上であり、表面に深さ方向に複数層より成り立つ積層型の陽極酸化皮膜を有し、添加物としてのマンガンもしくは珪素の含有量が１．０％未満であるアルミニウムまたはその合金からなる熱放射性に優れた展伸材料。
【請求項４】
被測定物質の測定温度を１００℃として測定したときの全放射率が、波長が３〜６μｍの範囲の中赤外線領域において０．９２以上であり、波長が３〜２５μｍの範囲の中〜遠赤外線領域において、０．９２以上であり、表面に深さ方向に複数層より成り立つ積層型の陽極酸化皮膜を有し、添加物としてのマンガンもしくは珪素金属の含有量が１．０％未満であるアルミニウムまたはその合金からなる熱放射性に優れた展伸材料。
【請求項５】
請求項２乃至４に記載の積層型陽極酸化皮膜は、深さ方向に複数層より成立つ積層型の多孔質層を持つ厚さが１０〜１５０μｍの皮膜であり、その多孔質層は、表面側より第一層の多孔質層の微細孔径は大きく、厚さが５μｍ以上であり、第二層以降は第一層より小さい微細孔径であることを特徴とする請求項２、３または４のアルミニウムまたはその合金からなる熱放射性に優れた展伸材料。
【請求項６】
請求項２乃至５に記載の積層型陽極酸化皮膜は、深さ方向に複数層より成立つ積層型の多孔質層であってその厚さが１５〜６５μｍの皮膜であり、表面側より第一層の多孔質層の厚さが５〜２０μｍでその微細孔径はその下の層の細孔より大きく、第二層以降は厚さが１０〜６０μｍで第一層より小さい微細孔径の青味〜黒系色調の多孔質層であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一つのアルミニウムまたはその合金からなる熱放射性に優れた展伸材料。
【請求項７】
請求項２乃至５に記載の積層型陽極酸化皮膜は、深さ方向に複数層より成立つ積層型の多孔質層であってその厚さが２５〜６５μｍの皮膜であり、表面側より第一層の多孔質層の厚さが５〜２０μｍでその微細孔径はその下の層の細孔より大きく、第二層以降は厚さが２０〜６０μｍで第一層より小さい微細孔径の青味〜黒系色調の多孔質層であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一つのアルミニウムまたはその合金からなる熱放射性に優れた展伸材料。
【請求項８】
アルミニウムまたはその合金の陽極酸化処理において、表面側より第一層の陽極酸化皮膜として無機酸系及び／または有機酸系の電解液を用いて孔径が大きい多孔質微細孔の層を形成し、第二層以降の陽極酸化皮膜層は有機酸及び／または無機酸系の電解液を用いて第一層より孔径の小さい微細孔径の多孔質層を形成することからなる多段階陽極酸化処理を行うことを特徴とする、請求項２乃至７のいずれか一つのアルミニウムまたはその合金からなる熱放射性に優れた展伸材料の製造方法。
【請求項９】
アルミニウムまたはその合金の積層型陽極酸化皮膜を多段階陽極酸化処理で形成するに際し、第一段目処理後にもしくは第二段目以降の処理後に形成された皮膜をポワーワイド処理して微細孔径を大きくした多孔質層とすることを特徴とする、請求項２乃至８のいずれか一つのアルミニウムまたはその合金からなる熱放射性に優れた展伸材料の製造方法。
【請求項１０】
請求項２乃至５に記載の積層型陽極酸化皮膜は、深さ方向に複数層より成立つ積層型の多孔質層であって、その厚さが１０〜１５０μｍの皮膜であり、表面側より第一層の多孔質層は微細孔で枝分かれ現象が生じている層であり、第二層以降は枝分かれ現象が実質的にない微細孔の多孔質層を有することを特徴とする、請求項２乃至７のいずれか一つのアルミニウムまたはその合金からなる熱放射に優れた展伸材料。
【請求項１１】
アルミニウムまたはその合金の陽極酸化処理において、表面側より第一層の陽極酸化皮膜層を、無機酸系及び／または有機酸系の電解液を用いて多孔質層の微細孔で枝分かれ現象が生じる陽極酸化処理で形成し、第二層以降の陽極酸化皮膜層は有機酸及び／または無機酸系の電解液を用いることからなる多段階陽極酸化処理を行うことを特徴とする、請求項２、乃至７または１０のいずれか一つのアルミニウムまたはその合金からなる熱放射性に優れた展伸材料の製造方法。
【請求項１２】
多段陽極酸化処理による皮膜形成の際の、表面側より第１層を形成するための電解液は、無機酸系及び／または有機酸系であり、無機酸系としては硫酸、燐酸、スルファミン酸またはこれらの化合物の単独あるいはは混合物であり、有機酸系としては脂肪族もしくは芳香族のスルホン酸系又はカルボン酸系化合物の単独あるいは混合物であり、第２層以降の陽極酸化処理の電解液は無機酸系としては硫酸、燐酸、スルファミン酸またはこれらの化合物の単独あるいは混合物であり、有機酸系としては脂肪族もしくは芳香族のスルホン酸系又はカルボン酸系化合物の単独あるいは混合物であることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか一つのアルミニウムまたはその合金からなる熱放射性に優れた展伸材料の製造方法。
【請求項１３】
アルミニウムまたはその合金の多段階陽極酸化処理は、直流波形、交直重畳波形、パルス波形、ＰＲ波形の単独又は２つ以上の組合せた波形を用い、電流密度０．３〜１０Ａ／ｄｍ２、液温−１０〜６０℃で、無機酸、有機酸の単独又は２つ以上の組み合わせた電解液を用いて、表面側より１層目の陽極酸化皮膜の平均微細孔径が２層目以降の平均微細孔径より大きくなる積層型陽極酸化皮膜を形成し、その皮膜厚さが１０〜１５０μｍであることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか一つのアルミニウムまたはその合金からなる熱放射性に優れた展伸材料の製造方法。
【請求項１４】
請求項１から１３に記載する放熱材料を、作動時に発熱を生じる電子部材を用いた電子製品の放熱用部材もしくはハウジングとして用いることを特徴とするアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる熱放射性に優れた展伸材料の使用方法
【請求項１５】
作動時に発熱を生じる電子部材と直接もしくは空気層またはその他の媒体を介して接触する状態で使用することを特徴とする請求項１４の使用方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、熱放射性に優れたアルミニウム金属材料、その製造方法、およびその使用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】パソコン、スマートフォン、など各種小型電子機器にはＣＰＵ作動時に発熱を伴う電子部品が実装された回路基板などを内蔵しており、この発熱によって色々な誤作動は生じることがあるので放熱板などを適宜に設置してこの誤作動を防ぐ処置がとられている。【０００３】従来の放熱材料としてはアルミ板、銅板などの熱伝導度のよい金属製の放熱シートが多用されているが、これらは全て発熱が生じるいわゆる熱源と直接接触する状態で使用されており、熱源と放熱材料の間に空気が介在するような用途にはあまり使用されていない。これは従来の材料が熱伝導度は良好であるが熱源によって暖められた空気からの熱の吸収率が低く、同時に吸収した熱の放射率が低いので、特に小型化した電子機器における高度に集積された電子部品の筐体として発熱を効率よく放射するすぐれた熱放射性の材料開発が望まれている。【０００４】従来から熱放射性の優れた材料の開発は殆どなされておらず、例えば従来からのアルミや銅、或いは炭素繊維などについてその放熱効率を良くするために放熱板の構造や設置場所などについて多くの工夫がなされているのが現状である。【０００５】アルミニウム材料などの放射率が比較的に低い理由はこれらの反射率が大きいからである。しかしこれらを陽極酸化処理して得られたアルマイト製品はこの処理をしてないアルミニウム製品に比べて放射率が大きい。ここで放射率と吸収率の関係を見るとキルヒホフの法則より、流入する熱の総和は流出する熱の総和に等しい、つまり吸収率＝放射率の関係にあり、また金属のような光を透過しない材料では放射率と反射率の関係が「放射率＋反射率＝１」の関係にある。この関係を陽極酸化処理皮膜に適用すると、表面に多孔質皮膜が形成されることで反射率が低下し、その結果放射率が大きくなることになる。遠赤外線領域においての放射率は、陽極酸化処理方法によっても異なるが、０．７〜０．８程度を示し、比較的良好な熱放射性を示す。しかし熱源領域の凡そ２０％程度を占める３〜６μｍの中赤外線領域における放射率は０．２〜０．６程度と非常に低いので、この波長領域における熱放射性の改善が出来ればアルミニウム板の熱放射性材料としての有用性が大いに高まる事になる。これに関しては特殊な、マンガン固容量の大きい連続鋳造されたアルミニウム合金を基材とすることで比較的低波長側の赤外線領域における放射率を向上させたアルマイト皮膜を形成して熱伝導性に優れた高効率遠赤外線放射アルミニウム機能材が提案されている。【文献１】
【文献１】軽金属  ＶＯＬ．５０  Ｎｏ．１１  （２０００）５９８−６０２【０００６】前記の文献１に記載のアルミニウム機能材はマンガンを１．８％含む極めて特殊なアルミニウム金属で、且つ鋳造材を材料としている。この場合の鋳造材は連続鋳造材で、鋳造材を再度板状にするためにロール機に通す特殊な手法で作られる材料で、通常では簡単に手に入らない合金材料である。また、マンガンを含有するアルミニウム合金でもその含有量が最大で１．５％程度のものが一般品であり、１．８〜２．０％のマンガンを含むアルミニウム合金は汎用品には無く、特殊合金として特別注文しなければ入手することが出来ないもので、価格も高くなる。また、マンガンを１．８〜２％程度含有する合金の場合、陽極酸化処理後の表層にはＡｌ−Ｍｎの合金が析出・残存するため全体としての熱伝導率が低下する傾向にある。一方、マンガンを１％未満程度までの実質的にこれを含まないアルミニウム合金は例えば純アルミニウム展伸材として広く利用されており、市場から容易に安価に入手できる利点がある。【０００７】市販品として容易に入手可能な汎用品であるアルミニウム展伸材料を従来一般に行なわれてきた陽極酸化処理では得られない性能の放射率を持つアルミニウム又はその合金材料が得られるならば、産業上極めて有意義である。本発明では陽極酸化皮膜に形成された細孔の孔径を最外層部分とその下部に存在する部分で異なる孔径とし、且つ両者の細孔の密度を変えることにより熱放射性が向上した材料とすることができることを見出し、本発明に到ることが出来た。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】本発明は、従来から使用されているアルミニウム板の放射率を改善し、小型化した電子機器の筐体として用いた場合においても効率よく熱除去できる材料の提供とその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】本発明は、波長が３〜６μｍの範囲の中赤外線領域において、被測定物質の測定温度を１００℃として測定したときの全放射率が０．９２以上であり、表面に多孔質層の陽極酸化皮膜を形成している、マンガンもしくは珪素の含有量が１．０％未満であるアルミニウムまたはその合金からなる熱放射性に優れた展伸材料である。そしてこの材料の表面の陽極酸化皮膜は多孔質層が複数からなる積層型であることがより好ましい熱放射性に優れた展伸材料である。【００１０】また本発明は、被測定物質の測定温度を１００℃として測定したときの全放射率が、波長が３〜６μｍの範囲の中赤外線領域において０．９２以上であり、波長が３〜２５μｍの範囲の中〜遠赤外線領域において、０．９０以上、特に好ましくは０．９２以上であり、表面に積層型の多孔質層を有する陽極酸化皮膜を形成している、マンガンもしくは珪素の含有量が１．０％未満であるアルミニウムまたはその合金からなる熱放射性に優れた展伸材料である。【００１１】本発明の材料の表面の積層型多孔質層を有する陽極酸化皮膜は、深さ方向に複数層より成る多孔質層が積層された皮膜で、厚さが１０〜１５０μｍであり、その多孔質層は、表面側より第一層の多孔質層の微細孔径は大きく、厚さが５μｍ以上であり、第二層以降は第一層より小さい微細孔の多孔質層であるアルミニウムまたはその合金からなる熱放射性に優れた展伸材料である。積層型の陽極酸化皮膜においては第１層の厚さが５μｍ未満のときは中赤外線領域における放射率を０．９２以上とすることが難しい。【００１２】本発明の積層型陽極酸化皮膜は、深さ方向に複数層より成立つ積層型の多孔質層であってその厚さが１５〜６５μｍの皮膜であり、表面側より第一層の多孔質層の厚さが５〜２０μｍでその微細孔径はその下の層の細孔より大きく、第二層以降は厚さが１０〜６０μｍで第一層より小さい微細孔径の黒系色調の多孔質層であるアルミニウムまたはその合金からなる熱放射性に優れた展伸材料である。【００１３】本発明はまた、積層型多孔質陽極酸化皮膜の厚さが２５〜６５μｍの皮膜であり、表面側より第一層の多孔質層の厚さが５〜２０μｍでその微細孔径はその下の層の細孔より大きく、第二層以降は厚さが２０〜６０μｍで第一層より小さい微細孔径の青味〜黒系色調の多孔質層であるアルミニウムまたはその合金からなる熱放射性に優れた展伸材料である。第二層以降の層の色調を黒系にした場合には全体として青味がかった色調に見えることがある。【００１４】赤外線の領域範囲をその波長で定める場合に色々な協会、団体によって多少の定義の差があるが、本発明では３〜６μｍの範囲を中赤外線とし、これよりの短波長の０．７〜３μｍは近赤外線、長波長の６〜２５μｍを遠赤外線領域と呼ぶことにする。したがって、３〜２５μｍの赤外線波長領域を中〜遠赤外線領域と称している。アルマイト製品の中赤外線領域の全放射率は０．２〜０．６程度であまり高くない。しかし産業界において工業的に利用されている暗視カメラ、透視カメラ、暖房器具、集積回路などにおいて発生する赤外線はこの領域の中赤外線が多く、この分野の熱吸収、熱放射に優れた材料の汎用材料からの開発が望まれているが、本発明の材料はこの要望を満足���るものである。【００１５】本発明で定義される熱放射率は、被測定物質の測定温度を１００℃として測定したとき数値であるが、測定温度を１００℃とした理由は、被測定物の温度を４０〜１５０℃として被測定物からの熱放射による放出エネルギーを測定すると、４０〜８０℃での物質から発せられる熱放射による放出エネルギーは小さくこれを測定するための感度を上げると、周囲の環境を取り巻く放射物、例えば、測定器自体の電源、半導体からの熱源、人間等からの環境放射による放出エネルギーと区別しにくく、再現性が不確実になる。又１００℃では、環境放射による放出エネルギーの影響が小さく、特に３μｍ以下の赤外線では環境不安定になるが、３μｍ以上では安定し再現性が可能である。１５０℃としたときの被測定物よりの熱放射による放出エネルギーが大きく、安定、再現性はあるが放射率が高くなる。上記より、赤外線を利用する機器類の使用環境に最も近い温度で、且つ安定した測定結果から１００℃が最適測定温度であると判明した。
設定温度を２００℃、２５０℃のように高くすると被測定物質よりの熱放射が上がりより安定した測定結果を得られやすいが、中赤外線領域においては全放射率が高い数値となる傾向が見られ、１００℃測定で中赤外線領域の全放射率が０．９２以上となる様なアルミニウム材料はまだ開発されていない。【００１６】本発明はまた、被測定物質の測定温度を１００℃として測定したときの全放射率が、波長が３〜６μｍの範囲の中赤外線領域において０．９２以上、好ましくは０．９３以上であり、波長が３〜２５μｍの範囲の中〜遠赤外線領域において、０．９０以上、好ましくは０．９２以上で、表面に積層型の多孔質層からなる陽極酸化皮膜を有している熱放射性に優れたアルミニウムまたはその合金の展伸材からなる放熱材料である。【００１７】本発明の積層型陽極酸化皮膜は、深さ方向に複数層より成立つ積層型の多孔質層を持つ厚さが１０〜１５０μｍの皮膜であり、その多孔質層は、表面側より第一層の多孔質層の微細孔径は大きく、第二層以降は第一層より小さい微細孔であり、特に好ましい皮膜は、深さ方向に複数層より成立つ積層型の多孔質層の厚さが１５〜６５μｍで、黒系もしくは青味系〜黒色調の皮膜である。陽極酸化処理でえられる皮膜の厚さが厚くなるに従い熱放射率は上昇する傾向にあるが、皮膜厚さを向上させるには長時間の電解処理が必要であって、作業上非効率である上に、長時間の陽極酸化処理は一旦生成した皮膜が溶解されてしまう傾向があり、厚さを無制限に厚くすることは出来ない。本発明では特定の積層型多孔質層とすることにより、通常の厚さの陽極酸化皮膜によっても著しく熱放射率を向上させることが出来たものである。【００１８】本発明の放熱材料製造の際には、アルミニウムまたはその合金の陽極酸化処理において、表面側より第一層の陽極酸化皮膜として無機酸系及び／または有機酸系の電解液、特にリン酸系、硫酸系、スルファミン酸系、芳香族、脂肪族のカルボン酸系、スルホン酸系又はその化合物の単独あるいは混合物から成り立つ電解液を用いて第一段目の陽極酸化処理して孔径が大きい多孔質微細孔の層を形成し、第二段目の陽極酸化処理は第一段目と同じか又は異なる有機酸及び／または無機酸系の電解液、好ましくは硫酸系、スルファミン酸系、芳香族、脂肪族のスルホン酸系、カルボン酸系又はその化合物の単独または混合物の電解液を用いて第一層より孔径の小さい多孔質層を形成することからなる多段階陽極酸化処理を行うことによって製造することが出来る。【００１９】また本発明においては表面側より第一層の陽極酸化皮膜を陽極酸化処理で形成後にポワーワイド処理を行い多孔質層の微細孔径を大きくし、次いで第二層以降の陽極酸化皮膜は無機酸及び／または有機酸系の電解液を用いる多段階陽極酸化処理を行うことによって製造することが出来る。また、多段陽極酸化処理によって積層型陽極酸化皮膜を形成後にポアーワイド処理を行って本発明の熱放射性に優れた材料を製造することも出来る。ポアーワイド処理の方法は知られているが、電解液と時間と温度のコントロールが必要となり、ポワーワイドに使用される電解液の溶解度により異なり、時間は５〜４０分、温度は１０〜４０℃で温度と時間の関係が微妙で、ポワー���イドが少な目では規定の放射率９２％以上が得られず、長すぎると皮膜の溶解につながり、陽極酸化皮膜としての性能が保たれていない。【００２０】このような陽極酸化処理で用いられる電源は、従来陽極酸化処理において一般的に用いられている直流波形だけでなく、交直重畳波形、パルス波形、ＰＲ波形の単独又は２つ以上の組合せた電源を用いることで本発明の熱放射性に優れたアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる放熱材料を効率良く製造できる。その時の電流密度は０．８〜１０Ａ／ｄｍ２、液温−１０〜６０℃で電解処理し、皮膜厚さは１５〜６５μｍを形成することが出来る。【００２１】好ましい電源は、直流電源、交直重畳電源、パルス電源、ＰＲ電源などである。ＰＲ波形電源を用いる電解法では、３．３ｍｓで１パルスを造り、プラス（＋）側、休止、マイナス（−）側、休止で１サイクルという特殊な電源で、プラス側の電流密度を１．５〜３Ａ／ｄｍ２、１０〜４０パルス―休止３パルス、マイナス側を０．３〜１．５Ａ／ｄｍ２、３〜８パルス―休止３パルス、で１サイクルとして電解を行う。液温は５〜３０℃、時間は所望する皮膜厚さにより制御する。好ましい電解条件はプラス側２．２±０．５／ｄｍ２、２０パルス―休止３パルス、マイナス側を０．５±０．２／ｄｍ２、５パルス―休止３パルスを１サイクルとすることが好ましい。液温は２０±５℃が良好な皮膜が形成される。【００２２】放射率の測定は被測定物を１００℃に加熱し、その時の熱放射を３〜２５μｍの各波長において計測し、黒体を１（光を全て吸収してしまう数値、％で表示の場合は１００％となる。）とした時の各波長における被測定物の熱放射の割合を表したものである。したがって、本発明における放射率０．９２以上は、９２％以上と同じ意味となる。そして全放射率は３から６μｍの中赤外線領域、或いは３から２５μｍの範囲の中〜遠赤外線領域における積分値を黒体の場合と比較した熱放射の割合を示したものである。なお、放射率＋反射率＝１という関係にあるので、放射率が高いということは反射率が低いということである。すなわち赤外線の反射が少ないことは放射率＝吸収率であるので吸収が良いことを示し、熱源からの熱吸収が良いということは放熱性が良いことを意味する事になる。【００２３】本発明に用いられるアルミニウム金属材料は、陽極酸化処理によって得られるが、通常行われているアルマイト処理とは異なる方法が必要である。通常のアルマイト処理は硫酸系の無機酸液での電解処理が多いが、これだけでは本発明のような熱放射性性能を有する材料を得ることが出来ない。
多くは第一段階での陽極酸化処理でリン酸系、硫酸系、スルファミン酸系、芳香族、脂肪族のカルボン酸系、スルホン酸系又はその化合物の単独あるいは混合物の電解液を用いて細孔の大きな多孔質層を形成し、次いで第二段階陽極酸化処理で好ましくは有機酸系の電解液として芳香族、脂肪族のカルボン酸系、スルホン酸系又はその化合物の単独あるいは混合物を用いて電解することにより第一層より小さい細孔を形成することで本発明の材料の性能を発現することが可能となる。【００２４】本発明の放熱材料における陽極酸化皮膜の厚さは１０〜１５０μｍであるが、特に好ましい範囲は１５〜６５μｍである。皮膜厚さが薄すぎると素材の影響を受けやすく反射が勝る傾向になり熱放射率も低くなる。厚くなりすぎると皮膜厚さにむらが出やすくなるし電解処理の時間も長くなるので「焼け」と称する皮膜の一部溶解現象が生じ、寸法安定性がなく、クラックの発生も多くなり、外観上にも欠点が生じてくる。また電気代などの点でもコストアップになりやすい。【００２５】本発明で第一段目で好ましく用いられるリン酸系の電解液は、リン酸、メタリン酸、ピロリン酸とアルカリ又はアルカリ土類金属のリン酸塩などであり、そのほかに硫酸系、スルファミン酸系、芳香族、脂肪族のスルホン酸系、カルボン酸系又はその化合物の単独または混合物、例えば、シュウ酸、酒石酸、マロン酸、マレイン酸、クエン酸、スルファミン酸、コハク酸、スルホサリチル酸、スルホフタル酸、フェノールスルホン酸の化合物の単独または混合物の電解液より成り立ち、特に好ましいのはリン酸、メタリン酸、硫酸、シュウ酸、マロン酸、スルホサリチル酸がある。
第二段目で好ましく用いる有機酸系の電解液は硫酸系、スルファミン酸系、芳香族、脂肪族のスルホン酸系、カルボン酸系又はその化合物の単独または混合物、例えば、シュウ酸、酒石酸、マロン酸、マレイン酸、クエン酸、スルホン酸、コハク酸、スルホサリチル酸、スルホフタル酸、フェノールスルホン酸の化合物の単独または混合物の電解液より成り立ち、特に好ましいのは硫酸、シュウ酸、酒石酸、マロン酸、スルホサリチル酸がある。【００２６】陽極酸化処理の際に用いられている各種の皮膜形成安定剤を単独又は混合して用いても良い。特に無機化合物と有機化合物を組み合わせて使用するときは液管理が容易となり好ましい。この安定剤の添加量は電解液中、０．０１〜５モル／リットルの範囲が好ましい。【００２７】本発明で陽極酸化に処するアルミニウム金属材料はマンガン又はケイ素が１．０未満を含有する汎用のアルミニウム又はその合金の展伸材に広範囲に適用可能で、特に添加金属の少ない純アルミニウム系材料が好ましく用いられる。【００２８】本発明で陽極酸化皮膜後の材料の表面粗さについて、電解前の段階で表面に必要によっては凹凸をつけた後に電解処理を行う。この時材料を凹凸にする手法として機械的前処理法と化学的前処理方があり、機械的前処理法にはホーニング、サンドブラスト、液体ホーニング、バフ研磨、バレル研磨、化学的前処理法には、エッチング、化学梨地、食刻、化学研磨、電解研磨等がありこれらを単独又は組み合わせることにより電解後の陽極酸化皮膜の面粗さを算術平均粗さＲａを０．５以上〜５．０未満になるように前処理で調整し、好ましくは０．８〜４．０の範囲にするのがよい。【００２９】本発明の放熱材料は特に従来の放熱板の主用途である熱源と直接接触して熱を外部に放出する用途にも勿論用いられるが、熱源から発生した熱が一旦空気中に移り、この熱が外気に放出されにくい環境、つまり閉鎖された空間、例えば空気中にこもった熱を吸収し、且つこれを外部に速やかに放射することが望ましい用途、具体的には筐体、ハウジング、などの用途に特に適している。
【発明の効果】
【００３０】本発明の放射性に優れたアルミニウム又はその合金の材料は、市販の汎用材料を特に制御された二段階の陽極酸化処理をすることによって容易に得ることが出来るもので、産業界において広く利用されている暗視カメラ、透視カメラ、暖房器具、集積回路などにおいて発生する特に中波長赤外線による熱の籠もりを速やかに吸収、放熱除去することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】以下、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
本発明の製品の製法及びその放射率のデータと共に、従来良く知られている一般的な陽極酸化で得られたアルマイト製品の放射率に関するデータを比較例として記載する。尚、以下の実施例において放射率は％で示すことにする。
【実施例１】
【００３２】アルミニウムＡ１０５０材（Ｓｉ−０．２５％、Ｍｎ−０．０５％、Ｆｅ−０．４％）（５０×１００×ｔ１．０）に陽極酸化皮膜を作成するための前処理として、エマルション脱脂・４５℃×５分―５％硝酸・室温×３分―エッチング２０％水酸化ナトリウム・室温×１分―脱スマット・１０％硝酸・室温×３分を行い、電解処理としての液組成をマロン酸１ｍｏｌ＋シュウ酸０．１ｍｏｌ／Ｌ＋硫酸０．１ｍｏｌ／Ｌ＋ＥＤＴＡ０．０５ｍｏｌ／Ｌ、電解条件として液温５℃、直流波形、定電圧方式で最大電圧１００Ｖ、電流密度１．０〜１．５Ａ／ｄｍ２、電解時間７５分処理した結果、皮膜の色調は濃い褐色系黒色で、皮膜厚さは（株）ケット科学研究所社製渦電流膜厚計（ＬＨ−３７３）で計測すると平均皮膜厚さは３６μｍであり、顕微鏡断面測定法による皮膜厚さ及び硬さは（株）島津製作所社製の微小硬度計（ＨＭＶ−Ｇ−ＸＹ−Ｄ）にて測定したところ、断面平均皮膜硬さは荷重５０ｇｆで１５秒行った結果、ＨＶ４４０であり、断面平均皮膜厚さは３５μｍであった。放射率測定器として（株）島津製作所製の分光放射率測定システム（ＩＲＴｒａｃｅｒ−１００）にて被測定物を１００℃とし、黒体の放射率を１００％（１．００）としたときの中赤外線波長３〜６μｍにおける全放射率は９６．１％（０．９６１）が得られた。
【比較例１】
【００３３】材料、前処理及び皮膜厚さ、硬度の測定法は実施例１と同様に行い、電解処理法を変え、液をシュウ酸３％、電解条件は交直重畳で、電流密度は交流側で、１．５Ａ／ｄｍ２、直流側で０．５Ａ／ｄｍ２、電圧は直流分が５０Ｖ、交流分が９０Ｖ、浴温５℃、電解時間８０分の条件で行なった。結果は濃い褐色で、渦電流式平均皮膜厚さ３９μｍ、断面平均硬さはＨＶ４２０、断面平均皮膜厚さは３８μｍで、中赤外線領域３〜６μｍでの全放射率は７４．３％であった。
【比較例２】
【００３４】材料、前処理及び皮膜厚さ、硬度の測定法は実施例１と同様に行い、電解処理法を変え、液を硫酸１５ｗｔ％、電解条件は直流、定電圧電解法で１５Ｖ電解、１８℃、１．２Ａ／ｄｍ２で６０分電解処理した。結果は乳白色で、渦電流式皮膜厚さは２１μｍ、断面平均硬さはＨＶ３００、断面平均厚さは２０μｍで、中赤外線領域３〜６μｍの全放射率は７０．２％であった。
【比較例３】
【００３５】比較例２と同様の前処理、電解処理を行い、電解処理後染色工程を加え、黒染色を行なった。染色条件はアルファストブラック８６０１（オリエント社製）２０ｇ／Ｌ、５０℃で３０分染色した。その後に９５℃の純水にて２０分封孔処理した結果、色調は黒で、渦電流式平均皮膜厚さ２２μｍで、断面平均硬さＨＶ３００、断面平均厚さ２１μｍで、中波赤外線領域３〜６μｍの全放射率は６４．８％であった。
【実施例２】
【００３６】皮膜厚さ、硬度の測定法は実施例１と同様に行い、材料の前処理としてエマルション脱脂・４５℃×２分―５％硝酸・室温×３分―エッチング２０％水酸化ナトリウム・７５℃×１秒―脱スマット・１０％硝酸・室温×２分を行い乾燥後、機械的処理として不二製作所社製ニューマ・ブラスター（ＳＧＫ−４）にて研磨剤として還元鉄メッシュ６０番、空気圧０．３ＭＰａで時間６０秒全面にサンドブラスト後、更に還元鉄メッシュ１５０番、空気圧力０．４ＭＰａで、時間１２０秒行い、表面調整としてエッチング２０％水酸化ナトリウム・７５℃×１５秒―脱スマット・１０％硝酸・室温×２分行った後に電解処理を行った。電解処理の条件はマロン酸１．０ｍｏｌ／Ｌ＋シュウ酸０．１ｍｏｌ／Ｌ＋マレイン酸０．０５ｍｏｌ／Ｌ＋硫酸０．０５ｍｏｌ／Ｌ＋ＥＤＴＡ０．００５ｍｏｌ／Ｌの混合液で、液温２０℃、直流波形、定電圧方式で最大電圧８０Ｖ、電流密度１．０〜１．３Ａ／ｄｍ２、電解時間７５分行なった。結果は、皮膜の色調が濃い褐色〜黒で、渦電流式平均皮膜厚さは２７μｍで、断面平均硬さはＨＶ４５０で、断面平均皮膜厚さは２６μｍで、表面粗さを株式会社ミツトヨ社製のサーフテストＳＪ−４１０で計測した時の算術平均粗さはＲａ２．２８で、中赤外線領域の全放射率は９２．１％であった。
【実施例３】
【００３７】材料、前処理及び皮膜厚さ、硬度の測定法は実施例１と同様に行い、陽極酸化皮膜の作成方法を積層型の２段階電解法で行なった。第一電解処理としてリン酸０．６ｍｏｌ／Ｌ，液温３５℃、直流波形の定電圧方式で最大電圧６０Ｖ、４０分電解した。第二電解処理としてマロン酸１．０ｍｏｌ／Ｌ＋シュウ酸０．１ｍｏｌ／Ｌ＋マレイン酸０．０５ｍｏｌ／Ｌ＋硫酸０．０５ｍｏｌ／Ｌ＋ＥＤＴＡ０．００５ｍｏｌ／Ｌの混合液で、液温２０℃、直流波形、定電圧方式で最大電圧８０Ｖ、電流密度１．０〜１．４Ａ／ｄｍ２、電解時間７５分行なった。結果は、皮膜の色調が濃い青味で、渦電流式平均皮膜厚さは３９μｍで、断面平均硬さはＨＶ４４０で、断面平均皮膜厚さは第１層８μｍ、第２層３０μｍであった。中赤外線領域の全放射率は９２．８％であった。
【比較例４】
【００３８】材料、前処理及び皮膜厚さ、硬度の測定法は実施例１と同様に行い、電解方法を積層型の電解を行わず、実施例３の第一電解処理をリン酸電解法の条件で行った。結果は乳白色皮膜で、渦電流式平均皮膜厚さは１０μｍ、断面硬さはＨＶ１５０前後で軟らかく、中赤外線領域での全放射率は７．４％であった。
【比較例５】
【００３９】材料、前処理及び皮膜厚さ、硬度の測定法は実施例１と同様に行い、電解方法を積層型の電解を行わず、実施例３の第二電解処理のみを行った結果、皮膜の色調は濃い褐色系黒で、皮膜厚さは渦電流式平均で３０μｍ、顕微鏡断面測定法による断面硬さはＨＶ４８０であり、中赤外線領域での全放射率は９１．２％であった。
【比較例６】
【００４０】材料、前処理及び皮膜厚さ、硬度の測定法は実施例１と同様に行い、電解方法を積層型とし、実施例３の第一電解処理の電解液と同じにし、電解条件を変えて最大電解電圧を３５Ｖ、５分間の処理とし、その他液温３５℃、電源は直流波形の定電圧方式で行い、第一層の皮膜厚さを極薄く作成した。第二電解処理は実施例２と同じにした結果、皮膜の色調は濃い青で、皮膜厚さは渦電流式平均皮膜厚さ３２μｍで、断面平均皮膜厚さは第１層２〜３μｍ、第２層が２９μｍであり、断面平均硬さはＨＶ４４０であり、中赤外線領域での全放射率は７１．６％であった。
【実施例４】
【００４１】実施例３で処理したワーク（試験材料）に関し、３〜２５μｍの中〜遠赤外線領域の範囲について実施例１に記載条件と同一で放射率を測定した。３〜６μｍの中赤外線領域では前記したとおり９２．８％で、３〜２５μｍの中〜遠赤外線領域での全放射率は９５．３％であった。
【比較例７】
【００４２】比較例４で処理したワーク（試験材料）に関し、３〜２５μｍの中赤外線領域から遠赤外線領域の範囲で同条件にて放射率を測定した。３〜６μｍの中赤外線領域では前記したとおり７．４％で、３〜２５μｍの中〜遠赤外線領域での全放射率は９０．２％であった。
【比較例８】
【００４３】比較例５で処理した試験材料に関し、３〜２５μｍの中赤外線領域から遠赤外線領域の範囲で同条件にて放射率を測定した。３〜６μｍの中赤外線領域では前記したとおり９１．２％で、３〜２５μｍの中〜遠赤外線領域での全放射率は８１．５％であった。
【比較例９】
【００４４】比較例６で処理したワーク（試験材料）に関し、３〜２５μｍの中赤外線領域から遠赤外線領域の範囲で同条件にて放射率を測定した。３〜６μｍの中赤外線領域では前記したとおり７１．６％で、３〜２５μｍの中〜遠赤外線領域での全放射率は８９．３％であった。
【実施例５】
【００４５】材料、前処理及び皮膜厚さ、硬度の測定法は実施例１と同様に行い、実施例３の積層型二段階陽極酸化法の第一段の処理法を変え、第二段目の処理は同じに行った。第一電解処理液はリン酸０．６ｍｏｌ／Ｌ＋マレイン酸０．０２ｍｏｌ／Ｌ＋硫酸０．０１ｍｏｌ／Ｌとし，液温３０℃、直流波形の定電圧方式で最大電圧６０Ｖ、３０分電解した。結果は、皮膜の色調は青黒系で、渦電流式平均皮膜厚さは４１μｍで、断面平均硬さはＨＶ４４０で、断面平均皮膜厚さは第１層の１０μｍ、第２層の３０μｍであった。３〜６μｍの中赤外線領域の全放射率は９２．０％、３〜２５μｍの中〜遠赤外線領域では９４．８％であった。
【比較例１０】
【００４６】材料、前処理及び皮膜厚さ、硬度の測定法は実施例１と同様に行い、実施例４の積層型二段階陽極酸化を変え、第一段の処理だけを行い、第二段目の処理は行わなかった。結果は、渦電流式平均皮膜厚さは１０μｍで、平均断面硬さはＨＶ２４０であった。３〜６μｍの中赤外線領域の全放射率は１３．７％、３〜２５μｍの中〜遠赤外線領域では３１．８％であった。
【実施例６】
【００４７】材料、前処理、第一電解処理及びその条件、皮膜厚さ、硬度の測定法は実施例３と同様に行い、第二段目の処理は電解液組成を同一とし、電解条件としてＰＲ法の電源を用い、プラス側電流密度を２．０Ａ／ｄｍ２、マイナス側の電流密度を０．５Ａ／ｄｍ２、プラス側最大電圧７０Ｖ、マイナス側最大電圧−１５Ｖで、１パルスを３．３ｍｓとし、プラス側を２０パルス、マイナス側を３パルスとし、極性が変わるときに３パルス分の休止時間を入れ、これを１サイクルとして、液温２０℃、電解時間７０分処理した結果、皮膜の色調は濃いブルー系で、渦電流式平均皮膜厚さは２５μｍで、断面平均硬さはＨＶ４８０で、断面平均皮膜厚さは第１層の７μｍ、第２層の１７μｍであった。３〜６μｍの中赤外線領域の全放射率は９２．６％、３〜２５μｍの中〜遠赤外線領域では９３．８％であった。
【比較例１１】
【００４８】材料、前処理及び皮膜厚さ、硬度の測定法は実施例１と同様に行い、陽極酸化方法は積層型ではなく、実施例１の第一電解処理のみを、硫酸液、交流電源、定電流電解法で行った。条件は硫酸１５ｗｔ％、２０℃、２Ａ／ｄｍ２で、交流波形の周波数を１０、５０、１００、５００、１０００Ｈｚとし，各々６０分処理した。各測定値を表１に示す。交流波形での電解処理では本発明の材料を得ることが出来なかった。
【００４９】
【表１】
2020076141.tif 000002
但し、赤外線放射率の単位は％で表す。
【実施例７】
【００５０】材料、前処理、皮膜厚さ、硬度の測定法は実施例１と同様に行い、実施例３の第二段目陽極酸化の電解液及び電解条件を同一とし、第一段目の電解処理液をメタリン酸４ｗｔ％、液温３５℃、直流波形の定電圧方式で最大電圧９０Ｖ、３０分電解処理し、その後に第二段陽極酸化処理を行った。結果、皮膜の色調は濃い青で、渦電流式平均皮膜厚さは２７μｍで、平均断面硬さはＨＶ４８０で、断面平均皮膜厚さは第１層の７μｍ、第２層の２０μｍであった。３〜６μｍの中赤外線領域の全放射率は９４．１％、３〜２５μｍの中〜遠赤外線領域では９５．３％であった。
【実施例８】
【００５１】材料、前処理、皮膜厚さ、硬度の測定法は実施例１と同様に行い、実施例３の多段階電解処理による積層型皮膜を生成後に、１５％硫酸を用い、液温２５℃、１５分浸漬してポアーワイド処理した。結果得られた皮膜の色調は濃い青で、渦電流式平均皮膜厚さは３４μｍで、平均断面硬さはＨＶ４０３で、断面平均皮膜厚さは第１層の６μｍ、第２層の２７μｍであった。３〜６μｍの中赤外線領域の全放射率は９３．３％、３〜２５μｍの中〜遠赤外線領域では９５．０％であった。
【実施例９】
【００５２】材料、前処理、皮膜厚さ、硬度の測定法は実施例１と同様に行い、実施例３の第一段目陽極酸化処理後に電解を止めて第１段目の液中に８分放置した後よく水洗し、第二段階電解と同じ処理を行った。結果得られた皮膜の色調は沈んだ濃い青系の色で、渦電流式平均皮膜厚さは３５μｍで、平均断面硬さはＨＶ４３０で、断面平均皮膜厚さは第１層の７μｍ、第２層の２８μｍであった。３〜６μｍの中赤外線領域の全放射率は９４．８％、３〜２５μｍの中〜遠赤外線領域では９６．２％であった。
【産業上の利用可能性】
【００５３】赤外線を用いる機器等には暗視カメラ、電子レンジ、ＴＶのリモコン等沢山あるが、本発明の材料は半導体が使用されている機器の筐体を目的として開発されたものである。近年半導体の実装密度が急速に上がってきており、そのための放熱材の開発が遅れていることがあり、また発熱体に直接接続、接着させて放熱する方式が多く、閉鎖領域で外に放熱する方式が進んでいない。特に近年のモバイル関連半導体機器では熱が筐体内部にこもり、連続して利用できないことがある。本発明の材料は筐体内の熱を外に逃がす目的に特に適したものであり、使用分野として電子機器筐体、モバイル筐体、スマホ等移動型電子機器の筐体として有用のものである。