(57)【要約】【課題】平滑表面を有する絶縁皮膜付きアルミニウム基板を安価に製造する。【解決手段】Ｆｅ：０．０５質量％〜０．４０質量％、Ｓｉ：０．０２質量％〜０．２０質量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金を連続鋳造圧延した後、冷間圧延を行うことにより、表面の粗さ曲線における最大高さ粗さＲｚが０．５０μｍ以下で、表面に存在する円相当径１μｍ以上の金属間化合物が１０００個／ｍｍ２以下のアルミニウム圧延材を製造し、さらにアルミニウム圧延材に液温１５℃以下の硫酸水溶液中での陽極酸化処理を施すことにより、表面の平均粗さから±１μｍ以内の平坦部分の面積率が９９％以上の陽極酸化皮膜を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ：０．０５質量％〜０．４０質量％、Ｓｉ：０．０２質量％〜０．２０質量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金を連続鋳造圧延した後、冷間圧延を行うことにより、表面の粗さ曲線における最大高さ粗さＲｚが０．５０μｍ以下で、表面に存在する円相当径１μｍ以上の金属間化合物が１０００個／ｍｍ２以下のアルミニウム圧延材を製造し、さらに前記アルミニウム圧延材に液温１５℃以下の硫酸水溶液中での陽極酸化処理を施すことを特徴とする陽極酸化皮膜付アルミニウム基板の製造方法。
【請求項２】
連続鋳造圧延時の凝固冷却速度が４００℃／秒以上であることを特徴とする請求項１記載の陽極酸化皮膜付アルミニウム基板の製造方法。
【請求項３】
前記陽極酸化処理は、濃度５質量％〜２０質量％の硫酸水溶液を用いて、直流電解により行うことを特徴とする請求項１又は２記載の陽極酸化皮膜付アルミニウム基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池や有機ＥＬディスプレイなどの電子デバイスに用いて好適な平坦度の高い陽極酸化皮膜付アルミニウム基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池や有機ＥＬディスプレイなどの電子デバイスには、近年、フレキシブル性が求められるようになり、基板にはプラスチックフィルムやアルミニウム等の金属板が適用されつつある。また、これらの材料を基板に用いることで、ロール・ツー・ロールによる高い生産性が可能になる。アルミニウムは、プラスチックフィルムと比べて高い放熱性を有しているので、動作の安定性の点で好ましい材料である。基板として用いる場合、基板上に積層させる電極とは絶縁されている必要があるが、アルミニウムは陽極酸化処理により容易に絶縁性の皮膜を表面に形成させることが可能である。
【０００３】
特許文献１には、薄膜太陽電池用基板の製造方法として、アルミニウム板を硫酸水溶液中で電解処理して、陽極酸化皮膜を形成した後、硫酸ニッケルを含む水溶液中で封孔処理し、その後、陽極酸化皮膜を研磨して表面粗さＲｍａｘ０．５μｍ以下とすることが開示されている。
特許文献２には、アルミニウム合金および薄膜系太陽電池基板として、Ｓｉ：０．２５〜０．３５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｍｎ：１．２〜１．８質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．４質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％を含有し、残部がＡｌおよび不純物からなるアルミニウム合金、及びそのアルミニウム合金からなる基板上に、アルカリ金属を含む絶縁材料で形成された絶縁層、および裏面電極層を介して光吸収層が形成された薄膜系太陽電池が開示されている。
特許文献３には、ディスプレイ用可撓性基板およびその製造方法として、可撓性を有するＳＵＳ基板上に、コーティングガラスを塗布して固化させてなる平坦化層を形成し、その平坦化層の上にＣＶＤ法などにより酸化シリコンあるいは窒化シリコンなどを堆積させてなる絶縁層を形成することが開示されている。
特許文献４には、太陽電池用基板および太陽電池として、アルミニウム基板に陽極酸化皮膜を形成し、この陽極酸化皮膜をアルカリ金属イオンを含む水溶液にて封孔率５〜８０％で封孔処理することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２４９３８０号公報
【特許文献２】特開２００８−０８１７９４号公報
【特許文献３】特開平１０−２９３２９３号公報
【特許文献４】特開２００９−２６７３３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一般的な純度のアルミニウム圧延材を用いる場合、含有するＦｅやＳｉなどと形成される金属間化合物粒子が存在しており、陽極酸化処理を施した際に粗大な金属間化合物粒子を起点として表面に大きなピッティングの凹みが生じる。
基板上に電極等を積層していく上で、１μｍ程度の厚さの電極パターン等を配置する場合、基板に１μｍ以上の凹凸があると性能が低下するので、基板は出来るだけ平滑であることが安定した特性を得る点から好ましい。例えば、液晶ディスプレイ用基板などでは、表面に部分的な凹凸が有った場合、その部分での断線が生ずることによる画素不均一の原因になることが知られている。また、太陽電池用基板などでは、基板上に電極層と光電変換層を積層するにあたって基板に凹凸が存在すると層間に隙間が生じてエネルギーの変換効率が低下する恐れがある。
そのため、粗大な金属間化合物粒子の存在を避けるために、純度の高いアルミニウム地金を用いる必要があり、コストアップになると同時に、純度が高いと十分な材料強度が確保できないために容易に折れ曲がりやすく使用中に断線を起こしやすい。
また、アルミニウム板表面に大きな圧延目の凹凸が存在すると、陽極酸化皮膜表面にも凹凸が残存するため、事前に機械研磨または化学研磨、電解研磨等の処理を行う必要があり、コストアップになる。上記特許文献４記載のような封孔処理も同様である。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、平滑表面を有する絶縁皮膜付きアルミニウム基板を安価に製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、鋭意研究の結果、アルミニウム合金の溶湯を冷却ロールに通して急冷凝固させながら薄板を形成させる連続鋳造圧延法により、純度の若干劣るアルミニウム合金であっても、板表面の粗大な金属間化合物粒子を低減させることで、陽極酸化処理後も平滑な表面を有する絶縁性皮膜つきアルミニウム基板を形成させることが可能であることを見出した。
さらに、鋳造板から所定の板厚まで冷間圧延する際の最終圧延において、細かい砥石で研削されたロールで圧延を実施することにより、陽極酸化処理前の前処理として化学研磨等を省略して脱脂処理のみとすることが可能となることも見出した。
【０００８】
すなわち、本発明の表面平坦度に優れる陽極酸化皮膜付アルミニウム基板の製造方法は、Ｆｅ：０．０５質量％〜０．４０質量％、Ｓｉ：０．０２質量％〜０．２０質量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金を連続鋳造圧延した後、冷間圧延を行うことにより、表面の粗さ曲線における最大高さ粗さＲｚが０．５０μｍ以下で、表面に存在する円相当径１μｍ以上の金属間化合物が１０００個／ｍｍ２以下のアルミニウム圧延材を製造し、さらに前記アルミニウム圧延材に液温１５℃以下の硫酸水溶液中での陽極酸化処理を施すことを特徴とする。
【０００９】
Ｆｅ及びＳｉを上記範囲で含有することにより、高い材料強度を有しており、その圧延板を連続鋳造圧延により製造することにより、Ｆｅ、Ｓｉの含有により純度の若干劣るアルミニウム板であっても、圧延板表面の金属間化合物粒子を低減させることができ、円相当径１μｍ以上の金属間化合物を１０００個／ｍｍ２以下として、その後の液温１５℃以下の硫酸水溶液中での陽極酸化処理により、平滑な表面を有する絶縁皮膜付きアルミニウム板を製造することができる。
また、アルミニウム基板を用いて電子デバイスを作製するにあたっては２５０℃以上に加熱される場合もあるためにアルミニウム基板においては耐熱軟化性を有することが好ましい。連続鋳造圧延法で作製されたアルミニウム基板はＤＣ鋳造（半連続鋳造）で作製されたものと比べて耐熱軟化性が優れており、電子デバイスに加工された後も高い材料強度を有し、折れ曲がり等を抑制することが可能となる。
【００１０】
本発明の陽極酸化皮膜付アルミニウム基板の製造方法において、連続鋳造圧延時の凝固冷却速度が４００℃／秒以上であることが好ましい。これにより、粗大な金属間化合物をさらに低減することができる。  
【００１１】
また、本発明の樹脂被覆アルミニウム基板の製造方法において、前記陽極酸化処理は、濃度５質量％〜２０質量％の硫酸水溶液を用いて、直流電解により行うことが好ましい。これにより、表面の溶解が抑制されて平滑性を維持しつつ皮膜を成長させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、平滑表面を有する絶縁皮膜付きアルミニウム基板を安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例及び比較例の表面観察像である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る陽極酸化皮膜付アルミニウム基板の製造方法の実施形態を説明する。
この陽極酸化皮膜付アルミニウム基板は、Ｆｅ：０．０５質量％〜０．４０質量％、Ｓｉ：０．０２質量％〜０．２０質量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金により形成されるとともに、表面に陽極酸化皮膜が形成されており、この陽極酸化皮膜の表面の平均粗さから±１μｍ以内の平坦部分の面積率が９９％以上である。
【００１５】
Ｆｅはアルミニウム合金板の材料強度を向上させる効果がある。Ｆｅの含有量が０．０５質量％未満では、その効果が不十分で強度が低下するとともに、高純度のアルミニウム地金を用いる必要があることからコスト増を招く。一方、Ｆｅの含有量が０．４０質量％を超えると、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ又はＡｌ−Ｆｅの金属間化合物粒子が多くなり、これらの金属間化合物粒子に起因してピッティング数が増加する。このため、Ｆｅの含有量は０．０５質量％〜０．４０質量％が好ましく、より好ましくは０．１０質量％〜０．３０質量％である。
【００１６】
Ｓｉもアルミニウム合金板の材料強度を向上させる効果がある。Ｓｉの含有量が０．０２質量％未満では、その効果が不十分で強度が低下するとともに、高純度のアルミニウム地金を用いる必要があることからコスト増を招く。一方、Ｓｉの含有量が０．２０質量％を超えると、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉの金属間化合物粒子やＳｉの析出粒子が多くなり、これらの金属間化合物粒子等に起因してピッティング数が増加する。このため、Ｓｉの含有量は０．０２質量％〜０．２０質量％が好ましく、より好ましくは０．０４質量％〜０．１０質量％である。
【００１７】
なお、残部は実質的にＡｌのみであるが、不可避不純物として、Ｃｕ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｚｒ等のそれぞれ０．０５質量％未満の含有は許容される。
【００１８】
陽極酸化皮膜は、基材の表面に０．１μｍ〜２０μｍの厚さで形成されており、表面の平均粗さから±１μｍ以内の平坦部分の面積率が９９％以上とされる。この面積率は、レーザー顕微鏡にて透明体表面形状観察の設定で、２８０μｍ×２１０μｍの測定視野範囲を１０２４×７６８ピクセルに分割して、高さ０．１μｍピッチにて各ピクセルごとに高さを測定し、測定視野範囲の平均高さから高さが±１μｍ以内の部分のピクセルを求め、全ピクセルに対する比率を面積率として算出することにより、求められる。
【００１９】
この陽極酸化皮膜付アルミニウム基板は、表面の平均粗さから±１μｍ以内の平坦部分の面積率が９９％以上であるから、平坦度に優れ、これを太陽電池や有機ＥＬディスプレイの基板として用いる場合に、その上に形成される薄膜の配線層の断線等の発生が防止される。しかも、Ｆｅ，Ｓｉの含有により、曲げや衝撃等に対する機械的強度に優れ、可撓性を有しながら割れや変形等の生じ難い絶縁基板を提供することができる。もちろん、アルミニウム合金であるので、優れた放熱性を有する。
【００２０】
このように構成される陽極酸化皮膜付アルミニウム基板の製造方法について説明する。
この陽極酸化皮膜付アルミニウム基板は、連続鋳造圧延、冷間圧延により、圧延板を形成した後、脱脂処理後に陽極酸化処理を施すことにより、製造される。
【００２１】
（連続鋳造圧延）
Ｆｅ：０．０５質量％〜０．４０質量％、Ｓｉ：０．０２質量％〜０．２０質量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金の溶湯から連続鋳造圧延法によって圧延板を製造する。
この連続鋳造圧延法は、アルミニウム溶湯を冷却ロールに通して急冷凝固させながら薄板を形成させる方法であり、具体的な圧延板の製造ではハンター法や３Ｃ法など種々の方法があるが、特に限定されることはない。この連続鋳造圧延は、スラブを作ってから圧延する方法に比べて、工程を大幅に省略できるので、設備コスト、エネルギー効率の面で有利であり、歩留まりに優れた方法である。また、溶湯を凝固させる際の冷却速度が速いので、金属間化合物粒子が微細である。このため、純度の若干劣るアルミニウム合金であっても、圧延板表面の粗大な金属間化合物粒子を低減させることができ、陽極酸化処理後も平滑な表面を有するアルミニウム基板を得ることができる。
粗大な金属間化合物をより低減させるために、連続鋳造圧延時の凝固冷却速度は４００℃／秒以上であることが好ましい。
凝固速度を１０００℃／秒超とした場合、その効果は飽和するため、１０００℃／秒以下とすることがより好ましい。
【００２２】
（冷間圧延）
連続鋳造圧延によって得られた圧延板から所定の板厚まで冷間圧延する。その際の最終圧延においては、細かい砥石で研削された圧延ロールで圧延する。その圧延ロールの表面粗さはＲａで０．１μｍ以下とされる。この圧延ロールを用いて冷間で最終圧延することにより、圧延板表面の粗さ曲線における最大高さ粗さＲｚを０．５０μｍ以下、表面に存在する円相当径１μｍ以上の金属間化合物が１０００個／ｍｍ２以下とする。圧延板表面のＲｚが０．５０μｍを超え、あるいは表面の金属間化合物が１０００個／ｍｍ２を超えていると、陽極酸化皮膜の平滑性が損なわれる。
このような表面状態に圧延することにより、後述の陽極酸化処理における前処理としての化学研磨等を省略することができ、冷間圧延後、脱脂処理のみとすることが可能になる。
【００２３】
（陽極酸化処理）
冷間圧延板を有機溶剤等により脱脂処理し、洗浄して乾燥させた後、表面に陽極酸化皮膜を形成する。
良好な絶縁皮膜を形成させる陽極酸化処理の条件としては、酸性溶液中で実施することが好ましく、特に濃度５質量％〜２０質量％、液温１５℃以下の硫酸水溶液で、直流電解により行うことが好ましい。この条件で実施することにより、表面の溶解が抑制されて平滑性を維持しつつ皮膜を成長させることができる。濃度が５質量％未満では陽極酸化時の印加電圧が高くなりすぎて局所的に「焼け」を生じる可能性があり、平滑性が失われる。濃度が２０質量％を超えると形成された皮膜表面の溶解が進行して凹凸が形成されてしまい、平滑性が失われる。液温についても、液温が高いと表面の溶解が進行するため、好ましくは１５℃以下、より好ましくは５℃以下とする。液温の下限としては２℃以上であることが好ましく、２℃未満では冷却能力の大きな設備が必要となるばかりでなく、浴電圧の上昇や皮膜成長速度の低下等、生産上の問題が生じるおそれがある。
【００２４】
陽極酸化の電解液には、硫酸以外の酸性電解液を用いることもできるが、硫酸を用いることで安価に製造することができる。また、直流電解に限らず、交流電解なども可能であるが、直流電解の方が交流電解に比べて皮膜硬度の点で優れているので、直流電解で行うことが好ましい。
【００２５】
このようにして製造することにより、陽極酸化皮膜付アルミニウム基板で、その陽極酸化皮膜の表面の平均粗さから±１μｍ以内の平坦部分の面積率が９９％以上のアルミニウム基板を得ることができる。
【実施例】
【００２６】
Ｆｅ及びＳｉを含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金の圧延材を製造した後、その圧延材を脱脂・洗浄し、陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜を形成した。アルミニウム合金中のＦｅ及びＳｉの含有量、アルミニウム合金の製造方法（鋳造・圧延方法）、圧延材の表面粗さ、円相当径１μｍ以上の金属間化合物粒子数、陽極酸化処理条件（処理液及び液温）については、表１の通りとした。実施例、比較例とも、圧延材の厚さは０．３ｍｍ、陽極酸化皮膜の膜厚は１０μｍとした。
【００２７】
表１において、ＣＣ材は連続鋳造圧延後に冷間圧延したものであり、ＤＣ材は半連続鋳造によりスラブを作製した後に熱間圧延を経て冷間圧延したものである。
表面粗さは、触針式粗さ計にてＪＩＳ  Ｂ０６０１に従い、アルミニウム基板表面における圧延と垂直方向の最大高さ粗さＲｚを測定した。
金属間化合物数は、アルミニウム基板をＳＥＭにて１０００倍の視野で観察して、反射電子組成像を画像解析により円相当径１μｍ以上のものを計測した。
【００２８】
これらの試料につき、陽極酸化皮膜表面の平均粗さから±１μｍ以内の平坦部分の面積率を計測した。
この面積率は、レーザー顕微鏡にて透明体表面形状観察の設定で、２８０μｍ×２１０μｍの測定視野範囲を１０２４×７６８ピクセルに分割して、高さ０．１μｍピッチにて各ピクセルごとに高さを測定し、測定視野範囲の平均高さから高さが±１μｍ以内の部分のピクセルを求め、全ピクセルに対する比率を面積率として算出した。
以上の結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１から明らかなように、実施例１〜５においては、基板表面の高さ±１μｍ部分の面積率が９９．０％以上の平坦度の高い陽極酸化処理表面が得られている。それに対し、組成範囲を外れる比較例１、２や、最大高さＲｚの大きい比較例３、凝固冷却速度が低く表面に粗大な金属間化合物数の多い比較例４、６では同一の陽極酸化処理を施しても良好な表面平坦度が得られず、また比較例５のように実施例と同様な素板製造工程を経た材料においても、陽極酸化処理温度が３５℃と高い場合は、処理中に表面の溶解が進んで良好な平坦度が得られなかった。
【００３１】
図１は上記の比較例４及び実施例２の表面観察像である。比較例４を（１）とし、実施例２を（２）と表記している。いずれも、左から（図の下から）、Ａが陽極酸化皮膜形成前の圧延材の表面をＳＥＭによって観察した反射電子組成像（倍率５００倍）、Ｂ１，Ｂ２が陽極酸化皮膜形成後の表面の二次電子像，Ｃ１，Ｃ２が陽極酸化皮膜表面のレーザー顕微鏡による画像である。また、Ｂ１が試料表面を垂直方向から、Ｂ２が試料を傾斜して観察した像である。Ｃ１は表面の凹凸を可視化した高さ画像、Ｃ２が平均粗さから±１μｍ以内の平坦部分を二値化した画像であり、Ｃ２の濃い黒色部分は凹凸が大きいことを示している。なお、Ｂ２のみ圧延方向が図の左右方向（紙面では上下方向）になっているが、その他は圧延方向が上下方向である。
【００３２】
この図１からわかるように、実施例のアルミニウム基板は、Ａで示されるように圧延材の表面において、圧延目の凹凸が比較例に比べて小さく、陽極酸化皮膜表面の凹凸も小さくなっていることが明らかであり、表面が平滑な皮膜が得られている。
【００３３】
なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【図１】
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