CN102834550A

CN102834550A - 阳极氧化装置

Info

Publication number: CN102834550A
Application number: CN2011800182678A
Authority: CN
Inventors: 祐谷重德
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2031-04-08
Also published as: CN102834550B; US20130026045A1; JP4723041B1; WO2011125336A1; JP2011231395A

Abstract

为了在金属基板的一侧高速地形成作为绝缘层的阳极氧化膜，而构造一种阳极氧化装置，该阳极氧化装置包括：供电鼓（2），其通过紧密接触而支承由能阳极氧化的金属制成的带状物（1）或由在至少一个表面上具有能阳极氧化的金属的复合导电金属箔制成的带状物（1），并且至少供粘附带状物（1）的部分（2a）由导电材料构成；设置成面对供电鼓（2）的对置电极（3）；电解槽（5），其填充有电解液（4），对置电极和供电鼓（2）的支承带状物（1）的部分浸入该电解液中；由非导电材料形成的保护部件（6），其叠盖由供电鼓（2）紧密支承的带状物（1）的沿宽度方向的端部以及供电鼓的未粘附带状物（1）的部分，由此保护这些部分不受电解液（4）的影响；以及驱动部，其与供电鼓（2）的转速同步，并使保护部件（6）和与供电鼓（2）紧密接触的带状物（1）在电解液（4）内一起移动。

Description

阳极氧化装置

技术领域

本发明涉及适于制造在诸如太阳能电池、薄膜晶体管电路以及显示器（图像显示装置）的半导体装置中使用的、用于半导体元件的基板和用于电解电容器的电极的阳极氧化装置。

背景技术

从重量轻和挠曲性的观点来讲，与采用玻璃基板的薄膜太阳能电池相比，应用采用金属基板的薄膜太阳能电池具有更大的可能性。而且，因为金属基板能够耐受高温处理，所以期望存在更高效的太阳能电池，由此改进太阳能电池的光电转换特性。

太阳能电池模块的模块效率通过在同一基板上串联连接太阳能电池单元并且集成这些太阳能电池单元来改进。这时，必需的是，在太阳能电池模块的金属基板上形成绝缘层，并且在该绝缘层上设置用于执行光电转换的半导体电路层。例如，在采用诸如不锈钢的钢系列材料作为基板的情况下，必需的是，通过利用诸如CVD之类的气相方法或诸如溶胶-凝胶方法之类的液相方法将基板涂覆有Si氧化物或铝氧化物来形成绝缘层。然而，如果用这些方法形成绝缘层，则很可能在绝缘层中生成小孔和裂缝，从而在稳定地制造具有大面积的薄膜绝缘层方面存在实际问题（专利文献1）。

同时，在采用铝作为基板的情况下，通过形成AAO的阳极氧化膜能够获得具有有利的紧密接触特性而没有小孔的绝缘涂层（专利文献2）。然而，已知的是，如果将AAO加热至120°C以上，则在铝上的AAO中生成裂缝（非专利文献1），从而导致绝缘特性劣化，特别是泄流电流增大的问题。另外，铝在大约200°C时变软，由此已经达到该温度以上的铝的完整性极其小。很可能在这种铝中出现诸如蠕变变形和翘曲变形的永久变形（塑性变形），从而在利用这种铝制造半导体装置时，有关操作的严格限制是必需的。这导致将铝基板应用至户外太阳能电池变得困难。

为了解决前述问题，提出了这样一种方法，即，该方法用于将AAO作为绝缘层形成在由所谓的铝包覆材料形成的基板上，并接着在AAO层上形成吸光复合半导体层或电极层。在该方法中，可以将这些层设计成使得金属基板的热膨胀系数与复合半导体层的热膨胀系数之差较小。因此，即使在形成复合半导体层的步骤（其在500°C以上的高温下执行）期间，也不会出现诸如绝缘层破裂和复合半导体层剥离的问题。另外，与铝相比，与铝结合的金属基材具有更高的比强度和更高的高温强度，并因此易于制造期间的操作。

不仅需要在采用AAO作为电池模块的绝缘层时AAO的绝缘功能在高电压下不会失效，而且需要在施加电压时泄漏电流量较小。即，AAO绝缘层需要具有高体积电阻。如果泄漏电流量较大，则所产生电流将成为各个电池之间的泄漏电流，从而模块的发电效率将劣化。因此，AAO的厚度需要为1μm以上，并且优选地为5μm以上，以保证前述性能。

用于连续地阳极氧化铝带的常见装置具有这样的构造，其中，将供电辊或供电槽放置在电解槽之前，以向铝供给电流。该电流还从供电部分通过铝而流动到电解槽。阳极氧化是电解氧化（在铝的情况下，为三电子反应），并且AAO的厚度与流动通过铝的电流的量成比例。因此，必需供给与线速度（line speed）（铝带移动的速度）成比例的电流。这时，同比例的电流从供电部分通过铝流动到电解槽。因此，如果AAO越厚并且线速度越大，则电压下降变得更大并且产生功率损耗。而且，存在因IR发热而导致供电部分与电解槽之间的铝产生熔化的可能性，从而存在针对AAO厚度和线速度的上限。发热和熔化限制电流根据铝带每单位截面积的电阻来确定。因此，随着铝箔变得越薄，可行的AAO厚度和线速度的上限将变得更小。

同时，存在仅在带状薄铝箔的一个表面上形成厚AAO层的需求。这种应用的一个示例是前述具有绝缘层的金属基板。在这种情况下，可以将掩膜接合至一个表面并且可以利用前述装置制造AAO层。然而，存在针对AAO厚度和线速度的上限。另外，AAO是削减类（substractive）覆膜，其不同于诸如通过镀覆形成的附加类（additive）覆膜。因此，在电解液从掩膜的边缘进入的情况下，容易形成覆膜。因此，必需选择具有高粘附特性的掩膜。而且，在接合不同类型金属的带状金属箔（如包覆材料）的情况下，必需将掩膜粘附地接合至暴露不同类型金属的侧边缘表面，以便使它们在电化学方面变为惰性的，来防止因局部电池作用而造成的副反应。

已经提出了用于仅在铝带的其中一个表面上形成AAO膜的各种装置。代表例是将具有圆形截面的支承鼓放置在阳极氧化槽中，将铝箔与鼓紧密接触地放置，以及仅将铝箔的其中一个表面阳极氧化（专利文献3）。另外，还提出了一种其中支承鼓具有导电特性并且使该支承鼓被供电的方法（专利文献4）。在后一情况下，能够从铝箔的后表面直接供电，由此能够将前述的电压下降和发热抑制至可以忽略的水平。

然而，在这些技术中，在支承鼓与铝箔之间容易发生电解液渗漏。将AAO形成在铝箔的朝向阳极氧化槽的一侧，使得该侧的过电压变大。因此，如果电解液渗漏到支承鼓中，则支承鼓与对置电极之间的直流电流变大，从而导致相对于朝向阳极氧化槽一侧的AAO覆膜形成电流的电流损失。另外，这种电流损失在供电鼓的与铝箔紧密接触的表面上具有电化学作用。因此，存在以下可能：阳极氧化膜将形成在与供电鼓紧密接触的一侧的铝上；如果供电鼓由金属形成，则供电鼓的表面将变得阳极氧化或者经受阳极溶解，从而导致接触电阻在紧密接触表面处增大和产生诸如火花的局部缺陷。

为了解决前述问题，专利文献4提出了这样一种装置，即：供电鼓的材料是诸如钽和铌之类的所谓阀金属。然而，在这种装置中，伴随着电解操作，在阀金属的表面上将生成阳极氧化覆膜。因此，接触电阻将逐渐增大，从而通常必需更换该供电鼓。然而，这种材料是昂贵的，并且频繁更换是不现实的。同时，专利文献5提出了一种用于通过向铝箔与支承辊之间的紧密接触表面供应水来防止电化学作用出现在该紧密接触表面处的技术。另外，专利文献6公开了这样一种构造，即：将铝箔的两个边缘在张力下用非导电压缩带子覆盖，以防止电解液流动到接触表面中。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-339081号公报

专利文献2：日本特开2000-49372号公报

专利文献3：日本特开平4-371892号公报

专利文献4：日本特开昭60-210931号公报

专利文献5：日本特开平6-108289号公报

专利文献6：日本特开昭46-39441号公报

非专利文献

非专利文献1：茅岛（Kayashima）等人，东京都立产业技术研究所研究报告3（2000），第21页

发明内容

发明要解决的问题

然而，专利文献5的装置不仅复杂，而且电解液会被紧密接触表面上的水稀释，由此必需恒定地保持电解液的浓度。另外，如果接触表面上的薄水层因电解而产生气体，则该薄膜将变为气态膜，从而增加了接触电阻。结果，存在采用这种装置将导致产生火花的可能性。同时，在专利文献6中公开的用于借助带子在张力下覆盖铝箔的边缘的方法中，这些带子与供电鼓和铝箔恒定地滑动接触。因此，这些带子的位置很可能偏离铝箔的边缘，从而难于执行连续的阳极氧化操作。另外，在铝箔较薄的情况下，会因在压力下施加的张力而产生皱褶，从而存在电解液将通过皱褶部分流动到铝箔与鼓之间的空间中的可能性。

如上所述，上述方法都不能完全防止在紧密接触表面一侧形成阳极氧化覆膜。因此，不能解决接触电阻不稳定的问题。

本发明鉴于前述情况而研制出。本发明的目的是提供一种能够以高速在薄金属基板或具有高电阻的金属基板的同一表面上形成阳极氧化膜的阳极氧化装置。

解决问题的手段

本发明的阳极氧化装置的特征在于包括：供电鼓，该供电鼓用于以紧密接触的方式支承由能阳极氧化的金属制成的带状物或由在至少一个表面上具有能阳极氧化的金属的复合导电金属箔制成的带状物，所述供电鼓的至少与所述带状物紧密接触的部分由导电材料构成；设置成面对所述供电鼓的对置电极；电解槽，该电解槽填充有电解液，所述对置电极和所述供电鼓的以紧密接触的方式支承所述带状物的部分浸入该电解液中；由非导电材料形成的保护部件，所述保护部件叠盖由所述供电鼓以紧密接触的方式支承的所述带状物的横向端部以及所述供电鼓的不与所述带状物紧密接触的部分，以保护所述带状物的所述端部和所述供电鼓的不与所述带状物紧密接触的那些部分不受所述电解液的影响；以及驱动部，该驱动部使所述保护部件和与所述供电鼓紧密接触的所述带状物以与所述供电鼓的转速同步的方式在所述电解液内一起移动。

优选的是，在所述供电鼓中设置凹部，所述带状物接触所述凹部并且在所述凹部内移动。

所述阳极氧化装置还可以包括：引导辊，该引导辊用于将所述保护部件挤压到所述供电鼓上。

优选的是，在所述对置电极中设置多个孔。

优选的是，在由所述供电鼓支承的所述带状物的进入所述电解液的部分和/或所述带状物的离开所述电解液的部分处所述供电鼓和所述对置电极之间的距离，大于在所述带状物的浸入所述电解液的中央部分处所述供电鼓与所述对置电极之间的距离。

优选的是，所述保护部件是非导电橡胶或者是由非导电橡胶覆盖的金属箔。

优选的是，所述供电鼓的导电材料是导电塑料或导电橡胶。

优选的是，所述对置电极的电势相对于地为负极性。

优选的是，所述带状物的电势和地电势相同，并且电解电源的输出相对于地绝缘。

优选的是，所述阳极氧化装置还包括：监视部，该监视部用于监视所述供电鼓的相对于地电势的电压。

本发明的连续阳极氧化装置的特征在于包括：串联布置的多个本发明的阳极氧化装置。

发明效果

本发明的阳极氧化装置包括：供电鼓，该供电鼓用于以紧密接触的方式支承由能阳极氧化的金属制成的带状物或由在至少一个表面上具有能阳极氧化的金属的复合导电金属箔制成的带状物，所述供电鼓的至少与所述带状物紧密接触的部分由导电材料构成；设置成面对所述供电鼓的对置电极；电解槽，该电解槽填充有电解液，所述对置电极和所述供电鼓的以紧密接触的方式支承所述带状物的部分浸入该电解液中；由非导电材料形成的保护部件，所述保护部件叠盖由所述供电鼓以紧密接触的方式支承的所述带状物的横向端部以及所述供电鼓的不与所述带状物紧密接触的部分，以保护所述带状物的所述端部和所述供电鼓的不与所述带状物紧密接触的那些部分不受所述电解液的影响；以及驱动部，该驱动部使所述保护部件和与所述供电鼓紧密接触的所述带状物以与所述供电鼓的转速同步的方式在所述电解液内一起移动。因此，可以完全防止在与所述供电鼓紧密接触的所述带状物的一侧形成阳极氧化覆膜，并且能够通过稳定的接触电阻在所述带状物的单个表面上形成阳极氧化覆膜。

另外，所述带状物由所述供电鼓以紧密接触的方式支承，使得能够直接从所述带状物的后表面供电。因此，能够将电压下降和发热抑制至可以忽略的水平，从而使得能够增加线速度。为此，即使带状物的每单位宽度的长度的电阻较高，也能够以高速形成阳极氧化覆膜。

而且，可以在所述供电鼓中设置凹部，所述带状物接触所述凹部并且在所述凹部内移动，或者可以设置引导辊，该引导辊用于将所述保护部件挤压到所述供电鼓上。在这些情况下，改进了以下部分的防水性能，即：所述保护部件叠盖所述带状物的沿横向的所述端部和所述供电鼓的所述带状物不与该供电鼓紧密接触的所述部分。因此，能够通过更加稳定的接触电阻在所述带状物的单个表面上形成阳极氧化覆膜。

另外，本发明的连续阳极氧化装置是串联布置的多个本发明的阳极氧化装置。因此，使得能够在将表面电流密度保持于在每个阳极氧化装置的供电鼓中不会发生阳极氧化失效的最大值的情况下以线速度N（N为阳极氧化装置的数量）制造。结果，能够以高速将具有5μm以上厚度的AAO膜形成在具有高电阻的薄铝带上或者在至少一个表面上具有铝的复合导电金属箔的带状物上。

附图说明

图1是示出根据本发明一实施方式的阳极氧化装置的示意性立体图。

图2是图1的阳极氧化装置的示意性截面图。

图3是具有与带状物接触并且该带状物在其内移动的凹部的供电鼓的示意性前视图。

图4是示出供电鼓、带状物以及保护部件的宽度与直径之间的关系的示意图。

图5是示出根据本发明的另一实施方式的配备有引导辊的阳极氧化装置的示意性截面图。

图6是示出设置有图5的引导辊的供电鼓的示意性前视图。

图7是示出将对置电极的电势相对于地设置成负极性的阳极氧化装置的示意性立体图。

图8是示出本发明的多个阳极氧化装置被串联排列的连续阳极氧化装置的示意图。

图9是示出行进速度与AAO制膜速度之间的关系的曲线图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图对本发明的阳极氧化装置进行详细的描述。图1是示出根据本发明一实施方式的阳极氧化装置10的示意性立体图。图2是图1的阳极氧化装置10的示意性截面图。如图1和图2所示，本发明的阳极氧化装置10包括：供电鼓2，该供电鼓用于以紧密接触的方式支承由能阳极氧化的金属制成的带状物1或由在至少一个表面上具有能阳极氧化的金属的复合导电金属箔制成的带状物1（下面，还简称为“带状物1”），供电鼓的至少与带状物1紧密接触的部分2a由导电材料构成；对置电极3，所述对置电极设置成面对供电鼓2（在图1中省略了对置电极3，以便易于视觉理解其它部件）；电解槽5，该电解槽填充有电解液4，对置电极3以及供电鼓2的以紧密接触的方式支承带状物1的部分浸入在该电解液中；以及由非导电材料形成的保护部件6，该保护部件叠盖由供电鼓2以紧密接触的方式支承的带状物1的横向端部以及供电鼓2的不与带状物1紧密接触的部分2b，以保护所述横端部和供电鼓2的部分2b不受电解液4的影响。

而且，在供电鼓2的上游设置有用于供给带状物1的供给辊21，并且在供电鼓2的下游设置有用于卷取从供电鼓2送出的带状物1（在带状物1的一个表面上已经执行了阳极氧化处理）的卷取辊22。另外，在供应辊21与供电鼓2之间设置有用于供给保护部件6的供给辊23，并且在供电鼓2与卷取辊22之间设置有用于卷取保护部件6的卷取辊24。供给辊23和卷取辊24设置在带状物1的两侧，以使保护部件6叠盖带状物1和不与带状物1紧密接触的部分2b。在卷取辊22和24中均设置有驱动部（未示出），并且这些驱动部构造成使保护部件6和与供电鼓2紧密接触的带状物1以与供电鼓2的转速同步的方式一起移动。

注意，这里描述了这样的情况，其中，设置在卷取辊22和24中的驱动部驱动每个卷取辊22和24以卷取保护部件6和执行了阳极氧化处理之后的带状物1。另选的是，卷取辊22和24可以构造成可自由地旋转并且仅用于送出带状物1和保护部件6，而且可以在卷取辊22和24的更下游设置由分离的驱动部控制的卷取辊。在采用这种构造的情况下，可以在卷取辊22与由分离驱动部驱动的其它卷取辊之间设置用于清洗阳极氧化带状物的水清洗槽和用于干燥用水清洗之后的带状物的干燥槽。

供电鼓2本身构造成可自由旋转。供电鼓2借助驱动卷取辊22和24的上述驱动部而在带状物1的仅仅单个表面浸入电解液4中的状态下输送带状物1。另选的是，可以在供电鼓2中设置驱动源，从而可以驱动供电鼓2绕其自身旋转。

供电鼓2的直径取决于生产规模和阳极氧化膜形成速度，但通常从50cm至500cm的范围内恰当地选择。供电鼓2的与带状物1紧密接触的部分2a由导电材料构成。该导电材料的宽度不必与带状物1的宽度相同，而可以是能够允许带状物1曲折移动的宽度。该导电材料的宽度优选地位于带状物1的宽度的50%至100%的范围内，并且更优选地位于带状物1的宽度的70%至90%的范围内。

在阳极氧化中，面电流密度通常为500mA/cm²以下。因此，供电鼓的导电部分的导电率不必大于500mA/cm²。另外，在供电鼓的导电材料是金属的情况下，存在接触电阻因由电解液的薄雾形成的阳极氧化膜而随着时间改变的可能性。因此，优选的是，该供电鼓的导电部分是导电塑料或导电橡胶。这些材料的表面柔软，由此这些材料的使用还在防止损坏带状物的未阳极化的表面方面有效。可以利用混合了碳以赋予导电性的一般用途材料作为导电塑料或导电橡胶。导电塑料或导电橡胶的厚度将根据希望强度和导电特性而不同。然而，优选的是，导电塑料或导电橡胶的厚度在0.1mm至10mm的范围内。供电鼓2的未与带状物1紧密接触的部分2b由非导电材料构成。优选地将非导电塑料、非导电橡胶等作为非导电材料。

优选的是，保护部件由非导电橡胶形成，或者是由非导电橡胶覆盖的金属箔。可以将具有粘附特性的材料涂覆在保护部件的朝向紧密接触带状物1一侧的表面上。

尽管这取决于供电鼓的直径，但优选的是，向随其一起移动的保护部件施加张力，以便保证防水性能。在供电鼓的直径较大的情况下，可以有利地利用具有钢芯的非导电橡胶带作为保护部件。

所述带状物由能阳极氧化的金属或在至少一个表面上具有能阳极氧化的金属的复合导电金属箔形成。能阳极氧化的金属包括：铝、Nb、Ta以及Ti。该金属可以是合金。例如，除了纯铝以外，还可以利用铝合金。可以有利地采用具有90%以上的纯度的铝合金。在利用阳极氧化覆膜作为绝缘层的情况下，优选的是，带状物不包括作为沉淀物的金属Si颗粒。

与能阳极氧化的金属结合以形成复合导电金属箔的金属的示例包括：铁；碳钢；不锈钢；以及Ti。带状物的厚度通常在0.02mm至0.5mm的范围内。因为带状物被支承为与供电鼓紧密地接触，所以即使带状物每单位宽度的长度具有高电阻，也能够以高速形成阳极氧化覆膜，从而能够直接从带状物的后表面供电。

电解液的示例包括：酸，诸如硫酸、磷酸、铬酸、草酸、酒石酸、丙二酸、磺酸、苯磺酸以及氨基磺酸；酸的盐溶液；及其混合物。可以选择最佳电解液，以便获得希望的质量。电解液的浓度和温度还可以被适当地选择。

本发明的阳极氧化装置使带状物1和保护部件6以与供电鼓2的转速同步的方式在电解液内一起移动，所述带状物1与供电鼓2紧密接触，所述保护部件6叠盖带状物1的沿其横向的端部以及不与带状物1紧密接触的部分2b。因此，能够在不采用掩膜的情况下防止电解液4渗漏，而常规上在将阳极氧化覆膜形成在带状物的单个表面上时该掩膜是必需的。另外，因为带状物1的沿其横向的边缘部分完全被保护部件6保护。因此，即使对于在接合有诸如包覆材料的不同类型金属的带状物上执行阳极氧化的情况来说，也不会出现因局部电池反应而造成的副反应。因为可以完全防止在带状物的与供电鼓紧密接触的一侧形成阳极氧化覆膜，所以能够通过稳定的接触电阻在带状物的单个表面上高速地形成阳极氧化覆膜。

在本发明的阳极氧化装置中，供电鼓2的供带状物1和保护部件6沿其移动的部分的直径可以形成得较小，以抑制叠盖带状物1的保护部件6的曲折移动，以便进一步提高叠盖带状物1的保护部件6的防水性能。将参照图3和图4对这种构造进行描述。图3是具有带状物和保护部件与之接触并且在其内移动的凹部的供电鼓的示意性前视图。图4是图示供电鼓、带状物以及保护部件的宽度与直径之间的关系的示意图。应注意，在图3和图4中，与图1和图2中所示的元件等同的元件被标以相同的附图标记，并且在不特别需要的情况下将省略对其详细的描述（这同样应用于其它图）。

如图3和图4所示，在供电鼓2中设置有供带状物1接触并且在其内移动的凹部（切口部）和供保护部件6接触并且在其内移动的凹部。在图4中，W₃和D₃分别表示供电鼓2的宽度和直径，W₂和D₂分别表示供电鼓2的接触保护部件6的部分的外侧的宽度和直径，而W₁和D₁分别表示带状物1的宽度和供电鼓2的接触带状物1的部分的直径。通过将鼓的直径之间的关系设定成D₃>D₂>D₁，而借助设置在供电鼓中的凹部来抑制叠盖带状物1的保护部件6的曲折移动。通过将上述宽度之间的关系设定成W₃>W₂>W₁，而使带状物1由保护部件6以高防水性能叠盖。由此，能够更有效地防止电解液进入带状物1的后表面。这里，应注意，描述了其中供带状物1接触并且在其内移动的凹部和供保护部件6接触并且在其内移动的凹部设置在供电鼓2中的情况。另选的是，可以在供电鼓2中设置仅仅一个凹部，带状物1接触该凹部并且在该凹部内移动。

本发明的阳极氧化装置可以设置有引导辊，这些引导辊将保护部件6压靠在供电鼓2上。将参照图5和图6对这种构造进行描述。图5是示出根据本发明的另一实施方式的配备有引导辊的阳极氧化装置的示意性截面图。图6是示出设置有图5的引导辊的供电鼓的示意性前视图。如图5和图6所示，阳极氧化装置设置有用于挤压保护部件6的四个引导辊7，其中保护部件6叠盖带状物1的沿其横向的端部和不与带状物1紧密接触的部分2b。应注意，这些引导辊的表面被绝缘处理。通过设置引导辊7，带状物1能够由保护部件6在防水性能提高的情况下叠盖，从而能够防止电解液进入带状物1的后表面（与供电鼓紧密接触的表面）。

这里，应注意，示出了其中引导辊7仅设置在供电鼓2的浸入电解液4中的部分处的情况。另选的是，引导辊7还可以设置在供电鼓2的未浸入电解液4中的部分处。例如，即使引导辊7仅设置在供电鼓2的未浸入电解液4中的部分处（供给辊23与电解液4之间的位置和卷取辊24与电解液4之间的位置），也能够防止保护部件6的曲折移动。因此，保护部件6可以以提高的防水性能叠盖带状物1和不与带状物1紧密接触的部分2b。

在阳极氧化中，在反应期间从对置电极产生大量氢气，并且大量氢气向上浮起而到达带状物的要阳极氧化的表面。如果在要阳极氧化的表面上生成气态膜，则将产生阳极氧化缺陷，由此，必需搅拌电解槽内的电解液。优选的是，在对置电极中设置多个孔，以改进搅拌的效率。这些孔的形状根据搅拌方式而不同（在小型装置中可以使用搅拌器以执行搅拌，而在大型装置中可以在电解液中产生流动）。然而，这些孔的形状可以从圆形、多边形、狭缝或网孔之中适当地选择。孔的尺寸根据供电鼓与对置电极之间的距离而不同。然而，从将均匀电场施加到要阳极化的表面上的观点来看，孔尺寸过度大不是优选的。例如，在供电鼓与对置电极之间的距离为10cm的情况下，优选的是，圆孔的直径为2cm以下。应注意，可以利用由碳、铝等形成的一般用途电极作为对置电极。

在阳极氧化期间，通常采用直流作为电源波形。然而，可以选择诸如直流波形彼此重叠的交流波形的最佳波形，以获得希望的质量。阳极氧化期间的电流密度可以自由地选择。例如，电流密度在整个阳极氧化处理期间可以为恒定值，或者在阳极氧化处理期间被增大。在阳极氧化期间采用的电解方法可以为恒定电流方法或恒定电压方法。

阳极氧化通过假定相对于对置电极具有正极性的电势来形成阳极化覆膜。优选的是向对置电极施加电压，以使其电势相对于地具有负极性。通过采用这种构造，能够将带状物的电势设定成接近地电势，并且可以将以辊对辊操纵带状物的整个设备的电势设置成地电势。在相反情况下，必需将相对于地的电势赋予整个设备。这不仅危险，而且还具有在带状物与设备之间出现诸如火花的异常放电的可能性，从而导致成品中的缺陷。

特别优选的是，带状物的电势和地相同，而且，电解电源的正极性输出和负极性输出相对于地绝缘。通过采用这种构造，在除了电解槽以外的辊对辊部分处，能够完全防止带状物与设备之间的异常放电。图7示意性地示出了这种构造。通过在除了电解槽5以外的辊对辊部分处设置至少一个导电辊30，可以将带状物1的电势设置成地电势，并且将辊30电连接至地。

而且，优选的是，在电解方法（通过该方法，使电流在供电鼓与对置电极之间流动）是恒定电流方法或恒定电压方法的情况下，监视供电鼓的相对于接地电势的电压。通过采用这种构造，可以监视阳极氧化覆膜的沿带状物的纵向的质量变化的原因，诸如因保护部件的防水性能临时劣化和带状物与供电鼓之间的接触电阻的变化而产生泄漏电流。

优选的是，对置电极3被横跨其面对与浸入电解液中的供电鼓2紧密接触的带状物1的整个表面以大致相等的间隔设置。优选的是，对置电极3的形状是与供电鼓2同心的弯曲板。然而，如果对置电极3在电解液内距供电鼓2完全相等，则将在要阳极氧化的带状物的进入电解液4的部分处和离开电解液4的部分处产生因电场集中而造成的电流集中，这可能导致阳极氧化失效。因此，优选的是，有效电场较小。利用电解液的电阻是用于减小有效电场的简单方法，并且可以将对置电极设置成，使得对置电极与供电鼓之间的距离在带状物的进入电解液的部分和/或该带状物的离开电解液的部分处较大。另选的是，可以将对置电极设置成，使得不将对置电极设置在带状物的进入电解液的部分和/或该带状物的离开电解液的部分处。

图2示出了对置电极的布置，其中，供电鼓2与对置电极3之间的距离在带状物的进入电解液的部分和/或该带状物的离开电解液的部分处较大。即，在由供电鼓2支承的带状物1进入电解液4的部分处供电鼓2与对置电极3之间的距离P₁和在带状物1离开电解液4的部分处供电鼓2与对置电极3之间的距离P₂设置成大于在带状物1的浸入电解液4中的中央部分处供电鼓2与对置电极3之间的距离P₃。这里，距离P₁至P₃是供电鼓与对置电极之间的最短距离。通过按这种方式设置对置电极，能够减小有效电场，并且能够抑制出现阳极氧化缺陷。应注意，图5示出了在带状物进入和离开电解液的部分处未设置对置电极的布置。

带状物通常经受作为阳极氧化处理的预备步骤的清洗处理。该清洗处理从铝的表面去除污染物。为方便起见，采用这样一种已知方法，即，诸如将带状物浸入碱溶液中，该碱溶液起作用以溶解中性阳极氧化覆膜并且去除污染物。在需要时，还可以实施表面粗化处理。该表面粗化处理在阳极氧化覆膜的表面上设置凸部和凹部，以改进阳氧化覆膜和形成在其上的另一层的紧密接触特性。作为表面粗化处理，可以采用诸如机械表面粗化处理、化学表面粗化方法、电化学表面粗化方法及其组合的已知方法。本发明的阳极氧化装置可以设置有用于实施这种预备加工步骤的预备加工槽，和用于从供给辊21的上游清洗并去除加工液体的水清洗槽。

同时，在阳极氧化处理之后形成AAO膜的带状物通常在穿过清洗并去除电解液的水清洗槽之后经受干燥处理。

接下来，将参照图1和图2对本发明的阳极氧化装置的操作进行描述。首先，绕供给辊21缠绕的带状物1被卷出并由供电鼓以紧密接触的方式支承，接着绕卷取辊22缠绕。类似的是，绕供给辊23缠绕的保护部件6被卷出并绕卷取辊24缠绕。这时，使保护部件6叠盖由供电鼓2以紧密接触的方式支承的带状物1的横向端部和供电鼓2的不与带状物1紧密接触的部分2b，以便防止电解液进入带状物1的后表面。在实现这种状态之后，将供电鼓2的一部分（例如，下至鼓的中心）浸入电解槽5中的电解液4中。接着，驱动所述驱动部使保护部件6和与供电鼓2紧密接触的带状物1以与供电鼓2的转速同步的方式在电解液4内一起移动。当接通阳极氧化装置1的电源时，电流在供电鼓2与对置电极3之间流动，从而在带状物1的未与供电鼓2紧密接触的表面上形成阳极氧化膜。

图8所示的连续阳极氧化装置具有串联布置三个阳极氧化装置10a、10b以及10c的构造。该连续阳极氧化装置设置成，使得带状物1从供给辊21供给，通过阳极氧化装置10a、10b以及10c传递，接着经由传送辊25a、26a、25b、26b、25c以及26c而借助卷取辊22卷取。保护部件6从供给辊23供给，通过阳极氧化装置10a、10b以及10c传递，接着经由传送辊27a、28a、27b、28b、27c以及28c而借助卷取辊24卷取。

在供给辊21与传送辊25a之间设置有用于在带状物1上实施预备处理的预备处理槽11。在传送辊26c与卷取辊22之间设置有用于利用水清洗阳极氧化带状物的水清洗槽12和用于在清洗带状物1之后干燥该带状物的干燥槽13。应注意，在图8所示的连续阳极氧化装置中，串联布置的阳极氧化装置10a、10b以及10c共同使用保护部件6。另选的是，阳极氧化装置10a、10b以及10c均可以设置有分离的供给辊23和卷取辊24。

尽管铝的阳极氧化取决于电解液和电解条件，但电解氧化的库仑效率大约为3C/（cm²·μm），而且制膜速度在具有100mA/cm²的面电流密度的电流的情况下大约为2μm/min。这时，如果该面电流密度被指定为D1（mA/cm²），将电解时间指定为T（min），并且将AAO膜的必需厚度指定为H（μm），则T=50×H/D1（min）。另外，如果制膜速度被指定为S，则S=0.02×D1，由此T=H/S。如果浸入电解液中的带状物的长度被指定为L（m），并且带状物的行进速度被指定为LS（m/min），则LS=L/T=0.02×L×D1/H=L×S/H。行进速度LS与L和D1或S成比例，而与H成反比。

图9是示出了在将AAO膜的厚度H设定成10μm的情况下行进速度与AAO制膜速度之间的关系的曲线图。图9的（a）、（b）以及（c）分别表示其中电解槽的长度L分别为5m、10m以及15m的情况。行进速度LS能够与AAO制膜速度S成比例地增加。在本发明的情况下，电解槽的长度L是沿着浸入电解液内的供电鼓的距离。例如，如果供电鼓的直径为3m并且将该鼓略深于其中心浸入，则能够将电解槽长度设置成5m。AAO膜仅形成在带状物的单个表面上，而另一表面保持金属性。因此，能够在通过鼓供电的情况下连续地执行阳极氧化。因而，如果串联布置N个电解槽，则行进速度能够增加N倍。图9的曲线图中的（b）和（c）分别示出了在串联布置两个和三个电解槽的情况下的行进速度。应注意，图9的曲线图的右侧的竖直轴线表示在稍后要描述的完全浸入型电解装置内每1cm宽度沿带状物的行进方向流动的电解电流。对于本发明的情况来说，该电流不如前面所述那样流动，而是直接从带状物的后表面供电。

如前所述，在将带状物完全浸入的常规电解装置中，必需使电解电流沿带状物的行进速度从供电部分流向电解槽。这时，如果每1cm的宽度沿带状物的行进方向流动的电解电流被指定为D2（A/cm），则每单位时间在浸入电解槽中的带状物的面积上生成必需厚度的AAO所需的电流的量为D2=LS×H×[库仑效率]×100/60=5×LS×H。在该公式中，行进速度LS被表示为m/min，AAO膜的厚度H被表示为μm，而库仑效率为3C/（cm²·μm）。因而，D2是与行进速度和AAO膜的厚度成比例的电流，而不取决于AAO制膜速度或电解槽长度。在图9的曲线图的右侧的竖直轴线上所表示的值用于其中AAO膜的厚度为10μm的情况。因此，相对于该曲线图的左侧的竖直轴线LS，D2=50×LS。

同时，存在针对能够从带状物的供电部分流向电解槽的电流的上限。在铝箔的厚度为100μm的情况下，通过由于如果电流超出150A/cm则铝的电阻造成的IR发热（其产生热耗散）而增加出现熔断的危险。因此，沿宽度方向的电解电流必需为150A/cm以下，即，行进速度必需为3m/min以下，而与在图9的曲线图中的电解期间的制膜速度或电解槽长度无关。带状物的IR热生成限制电流和熔断限制电流由横跨截面积的每单位电阻来确定。因此，该限制电流随着铝箔变薄而变得更小。另外，该限制电流对于复合包覆材料来说也较小，在该复合包覆材料中，具有高强度和高电阻的金属（诸如钢、不锈钢以及Ti）与铝结合，而且对于这些材料来说行进速度同样必需减小。

应注意，原则上，还可以通过作为多个段串联安装多个常规的电解装置（带状物完全浸入其中）来提高线速度。然而，这种构造是不现实的，因为在AAO膜仅仅形成在单个表面上的情况下掩膜粘附步骤和掩膜去除步骤也变得很必要。另外，在完全浸入型电解装置中在采用间接供电作为供电方法的情况下，设置供电槽，并且施加具有与阳极氧化的极性相反极性的电压。因此，如果以多段设置多个电解槽并且执行间接供电，则在供电步骤期间将反电压施加至在前段装置中制造的AAO膜，从而产生诸如分离AAO膜的异常性。在AAO膜形成在带状物的两个表面上的情况下，不需要掩膜。然而，AAO覆膜是绝缘的。因此，如果将AAO覆膜形成在带状物的两个表面上，则多段供电不仅不可能，而且根据前述计算，与其中将AAO覆膜形成在单个表面上的情况相比，需要沿行进方向流动的两倍的电解电流。因而，增加行进速度变得甚至更难。为此，本发明的连续阳极氧化装置对于其中具有1μm以上厚度的AAO膜要形成在薄铝箔或具有高电阻的包覆材料的单个表面上的情况来说，是一种极其有效的构造。

Claims

1.一种阳极氧化装置，其特征在于，该阳极氧化装置包括：

供电鼓，该供电鼓用于以紧密接触的方式支承由能阳极氧化的金属制成的带状物或由在至少一个表面上具有能阳极氧化的金属的复合导电金属箔制成的带状物，所述供电鼓的至少与所述带状物紧密接触的部分由导电材料构成；

设置成面对所述供电鼓的对置电极；

电解槽，该电解槽填充有电解液，所述对置电极和所述供电鼓的以紧密接触的方式支承所述带状物的部分浸入该电解液中；

由非导电材料形成的保护部件，所述保护部件叠盖由所述供电鼓以紧密接触的方式支承的所述带状物的横向端部以及所述供电鼓的不与所述带状物紧密接触的部分，以保护所述带状物的所述端部和所述供电鼓的不与所述带状物紧密接触的那些部分不受所述电解液的影响；以及

驱动部，该驱动部使所述保护部件和与所述供电鼓紧密接触的所述带状物以与所述供电鼓的转速同步的方式在所述电解液内一起移动。

2.根据权利要求1所述的阳极氧化装置，其特征在于：

在所述供电鼓中设置有凹部，所述带状物接触所述凹部并且在所述凹部内移动。

3.根据权利要求1或2所述的阳极氧化装置，其特征在于，该阳极氧化装置还包括：

引导辊，该引导辊用于将所述保护部件挤压在所述供电鼓上。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的阳极氧化装置，其特征在于：

在所述对置电极中设置有多个孔。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的阳极氧化装置，其特征在于：

在由所述供电鼓支承的所述带状物的进入所述电解液的部分和/或所述带状物的离开所述电解液的部分处所述供电鼓和所述对置电极之间的距离，大于在所述带状物的浸入所述电解液的中央部分处所述供电鼓与所述对置电极之间的距离。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的阳极氧化装置，其特征在于：

所述保护部件是非导电橡胶或者是由非导电橡胶覆盖的金属箔。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的阳极氧化装置，其特征在于：

所述供电鼓的导电材料是导电塑料或导电橡胶。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的阳极氧化装置，其特征在于：

所述对置电极的电势相对于地为负极性。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的阳极氧化装置，其特征在于：

所述带状物的电势与地电势相同，并且电解电源的输出相对于地绝缘。

10.根据权利要求8或9所述的阳极氧化装置，其特征在于，该阳极氧化装置还包括：

监视部，该监视部用于监视所述供电鼓的相对于地电势的电压。

11.一种连续阳极氧化装置，其特征在于，该连续阳极氧化装置包括：

串联布置的多个根据权利要求1至10中的任一项所述的阳极氧化装置。

12.一种制膜方法，其特征在于：

采用根据权利要求1至10中的任一项所述的阳极氧化装置或根据权利要求11所述的连续阳极氧化装置，来在带状物的表面上形成阳极氧化覆膜。