JP2010036172A - 金属材料及びその製造方法、並びに該金属基材を用いた電子機器用筐体 - Google Patents

Abstract

【課題】 光触媒層の劣化が少なく、高い光触媒性能が得られると共に、透明性が高く基材の金属質感を維持できる金属材料、その製造方法、及びこれを用いた電子機器用筐体を提供する。
【解決手段】 金属基材、及び該金属基材の表面に、光触媒作用を有する金属酸化物からなり、実質的に不純物を含まない金属酸化物皮膜を有する金属材料。前記金属基材と前記金属酸化物との界面に、金属基材と金属酸化物が反応して生成した複合酸化物を有することが好ましい。
【選択図】 なし

Description

本発明は、光触媒作用を有する金属材料及びその製造方法に関する。

光触媒とは光を照射することにより触媒作用を示す物質の総称であり、光励起により酸化還元作用を生じ、それにより抗菌、脱臭、防汚、環境浄化等の効果を発揮する。このような光触媒を金属基材の表面に固定化することが従来から検討されている。

例えば特許文献１には、光触媒性金属酸化物粒子と、結着剤（有機樹脂）と、フッ素系界面活性剤とを含有するコーティング組成物が開示されている。光触媒性金属酸化物粒子は、結着剤によって金属基材表面に固定化される。

しかし、結着剤を用いて金属基材表面に光触媒を固定化した場合、光触媒層の劣化が問題となる。光触媒が励起されたときに生じる酸化還元能力は大変強力でほとんど全ての有機物を分解するので、光触媒を固定化する結着剤自身が徐々に分解されるからである。その結果、光触媒層の着色が進行して下地である金属基材の金属質感を維持できなくなったり、また光触媒層の劣化により水分が浸透し、下地の金属基材に腐食が生じるという問題がある。

また、結着剤を用いて光触媒を固定化する場合は、結着剤と光触媒とを混合したものを基材に塗布するため、光触媒の大部分は結着剤中に埋まってしまい、表面に露出する光触媒粉末が少なくなり、特に抗菌、防汚等の光触媒性能を得られないという問題がある。

特許文献２には、このような結着剤を用いずに金属基材の表面に光触媒を固定化した金属材料が開示されている。金属基材の表面に、微細孔を多数有する多孔質陽極酸化皮膜を形成し、該微細孔内部及び被膜表面に光触媒を担持固定化している。この場合、結着剤の劣化は生じないが、陽極酸化皮膜が多孔質であるため、この微細孔の部分から腐食が進行する可能性がある。
特許第３７９７０３７号公報 特開２００５−１０３５０４号公報

本発明はこのような問題に鑑み、光触媒層の劣化が少なく、高い光触媒性能が得られると共に、基材の金属質感を維持できる金属材料、その製造方法、及びこれを用いた電子機器用筐体を提供することを課題とする。

本発明者は、上記の問題について鋭意検討した結果、光触媒作用を有する金属酸化物の粉末を下地金属基材の表面に吹き付けて金属酸化物皮膜を形成することによって、上記の要求特性を満たす金属材料が得られることを見出し、本発明を完成した。

本発明は、金属基材、及び該金属基材の表面に、光触媒作用を有する金属酸化物からなり、実質的に不純物を含まない金属酸化物皮膜を有する金属材料である（請求項１）。

本発明の金属材料では、結着剤等のバインダーを用いず、光触媒作用を有する金属酸化物が直接金属基材の表面に固定されている。そのため、光触媒自身の作用による皮膜の劣化が生じず、被膜の着色の進行や下地層の腐食の発生を防ぐことができる。また光触媒作用を有する金属酸化物が基材の表面に露出しているので、高い光触媒性能が得られる。

このとき、前記金属基材と前記金属酸化物皮膜との界面に、前記金属基材と前記金属酸化物が反応して生成した複合酸化物を有することが好ましい（請求項２）。例えば金属基材としてマグネシウム又はマグネシウム合金を用い、金属酸化物として二酸化チタンを用いた場合、金属基材と金属酸化物とが反応して、複合酸化物である酸化マグネシウムが生成する。複合酸化物があることで金属基材と金属酸化物とが化学的にも結合して接着強度が向上する。

光触媒作用を有する金属酸化物が、ルチル型酸化チタン、アナターゼ型酸化チタン、及び可視光線応答型酸化チタンからなる群より選ばれる一種以上であると好ましい（請求項３）。これらの金属酸化物を用いることで、光触媒作用に優れていると共に、透明かつ緻密な金属酸化物皮膜が得られるため、下地である金属基材の質感を保つことができる。

金属基材は、マグネシウム、又はマグネシウム合金からなることが好ましい（請求項４）。マグネシウム及びマグネシウム合金は比重が小さいので、金属材料を軽量化することができる。更に、マグネシウムは活性な金属であるため、前記金属酸化物と容易に反応しやすいため好ましい。

本発明は、さらに、金属基材を準備する工程、光触媒作用を有する金属酸化物の粉末を該金属基材の表面に吹き付けて金属酸化物皮膜を形成する工程、を有する金属材料の製造方法を提供する（請求項５）。金属基材の表面に金属酸化物を吹き付けることで、樹脂バインダー等を使うことなく金属基材と金属酸化物とを強固に結合することが可能となる。

金属酸化物皮膜を形成する工程の前に、金属基材には、ダイヤカット加工、ヘアライン加工、鏡面加工、及びショットブラスト加工からなる群から選ばれる１種以上の表面加工を行うことが好ましい（請求項６）。このような表面加工を行うことで、基材金属の金属質感を高めることが可能となる。

光触媒作用を有する金属酸化物の粉末を該金属基材の表面に吹き付けて金属酸化物皮膜を形成する工程は、エアロゾルデポジション法により行うことが好ましい（請求項７）。エアロゾルデポジション法とは、サブミクロンサイズの微粒子をガスと混合してエアロゾル化し、ノズルを通して基板に噴射して被膜を形成する技術である。エアロゾル化された原料微粒子は、微小開口のノズルを通すことで超音速（数百ｍ／ｓ）までに加速される。加速された原料微粒子は基材表面に衝突し、衝突時にその運動エネルギーが一気に解放されて被膜が形成される。このような方法を用いることで、金属基板と金属酸化物とをより強固に結合させることができる。

さらに本発明は、上記の金属材料を用いた電子機器用筐体を提供する（請求項８）。このような電子機器用筐体は、基材の金属質感を維持できると共に、高い光触媒性能を有する。電子機器としては、携帯電話等の携帯機器、パソコン等が例示できる。

本発明の金属材料は、光触媒層の劣化が少なく、高い光触媒性能が得られると共に、基材の金属質感を維持できる。

本発明に使用する金属基材としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金等、種々の材料が使用できる。なかでもマグネシウム及びマグネシウム合金は比重が低いため、材料の軽量化を行うことができ、好ましい。特に、マグネシウムにアルミニウム、亜鉛等の元素を添加して合金化したマグネシウム合金は強度に優れると共に金属酸化物との反応性に優れ、好ましい。

本発明に使用する、光触媒作用を有する金属酸化物としては、ルチル型酸化チタン、アナターゼ型酸化チタン、可視光線応答型酸化チタン、ブルツカイト型酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛、三酸化二ビスマス、三酸化タングステン等が使用でき、これらを組み合わせて使用しても良い。なかでもルチル型酸化チタン、アナターゼ型酸化チタン、及び可視光線応答型酸化チタンが好ましく使用できる。なお、可視光線応答型酸化チタンとは、酸化チタンに金属イオン等をドープさせて可視光応答化したものである。また金属酸化物粒子の粒径は１０ｎｍ〜２μｍが好ましい。粒径が大きすぎるとエアロゾル化せず、皮膜を形成できない。また１０ｎｍよりも小さいと嵩密度が低くなり取り扱いが困難となる。

次に発明を実施するための最良の形態を実施例により説明する。実施例は本発明の範囲を限定するものではない。

（実施例１）
金属基材としてマグネシウム合金を用いる。ＡＺ９１合金相当の組成を有する、双ロール連続鋳造法により得られた圧延板を準備する。圧延は、加工対象（圧延対象)の加熱温度を２００〜４００℃、圧延ロールの加熱温度１５０〜２５０℃、１パスあたりの圧下率を１０〜５０％の条件で複数パス行い、厚さが０．５ｍｍの圧延板を作製する。得られた圧延材にレベラー加工、研磨加工を順に施し、所望の大きさに切断した切断片に温間プレス加工（プレス温度２００〜４００℃）を施して、マグネシウム合金筐体を得る。

得られたマグネシウム合金筐体の表面に金属質感を表現するために、加工半径５０ｍｍ、深さ２０μｍ、ピッチ０．０５ｍｍのダイヤカット加工を施す。

（エアロゾルデポジション法による金属酸化物皮膜の形成）
１ｋＰａ以下に減圧された真空チャンバ内に設置されたマグネシウム合金基材に対して、１ｍｍ以下の微小開口ノズルから、光触媒作用を有する金属酸化物の微粒子（ルチル型酸化チタン粉末、平均粒径２０ｎｍ）とヘリウムガスからなるエアロゾルを亜音速（流速数百ｍ／ｓｅｃ）で噴射し、金属酸化物皮膜を形成する。得られた金属材料に対して以下の評価を行う。

（透明性評価）
得られた金属酸化物皮膜の透明性を目視により評価する。白濁等が無い場合を○、白濁等があり透明性が悪い場合を×とする。

（硬度評価）
平均粒径２５μｍのシリカ粉末を含んだコンパウンドで表面を研磨し、研磨後の膜に、微細な傷等が発生して透明性が損なわれるかどうかを評価する。透明性が全く損なわれず、下地金属の光沢を保っている場合を◎、透明性が若干低下するが、下地金属の光沢を保っている場合を○、傷の発生等により透明性が損なわれた場合を×とする。

（耐紫外線性評価）
ブラックライト（発光波長３６５ｎｍ）を用いて５ｍＷ／ｃｍ^２の照度の紫外線を１０００時間照射した後、透明性が損なわれるかどうかを評価する。評価基準は硬度評価と同様である。

（耐食性評価）
ＪＩＳ Ｚ２３７１（塩水噴霧試験方法）に準じ、サンプルに５％塩水を２４０時間噴霧した後の腐食発生の有無を評価する。

（光触媒性能評価）
金属酸化物皮膜上に指を押しつけて指紋を転写し、ブラックライト（発光波長３６５ｎｍ）を用いて０．５ｍＷ／ｍ^２の照度の紫外線を１時間照射した後、指紋が消失するかどうかを評価した。指紋が完全に消失した場合を◎、指紋が一部消失した場合を○、指紋が消失しなかった場合を×とする。

（光触媒性能評価）
X線回折装置（ＸＲＤ）を用いて、複合酸化物が形成されているかどうかを観察する。マグネシウム合金の表面に酸化チタンからなる金属酸化物皮膜を形成する場合、酸化マグネシウムからなる複合酸化物が形成される。

（実施例２）
光触媒作用を有する金属酸化物の微粒子として、平均粒径１８ｎｍのアナターゼ型酸化チタン粉末を用いること以外は実施例１と同様にマグネシウム合金の表面に金属酸化物皮膜を形成し、一連の評価を行う。

（実施例３）
光触媒作用を有する金属酸化物の微粒子として、平均粒径１８ｎｍの可視応答型酸化チタン粉末を用いること以外は実施例１と同様にマグネシウム合金の表面に金属酸化物皮膜を形成し、一連の評価を行う。

（比較例１）
実施例１と同様に、表面にダイヤカット加工を施したマグネシウム合金筐体を準備する。次に下地処理を行う。下地処理は脱脂→酸エッチング→脱スマット→表面調整という手順で行う。その後、化成処理→乾燥を行う。ここに、光触媒作用を有する金属酸化物の微粒子（ルチル型酸化チタン粉末、平均粒径２０ｎｍ）を混練した熱硬化型エポキシ樹脂をスプレー塗装し、その後熱硬化させることにより、表面に光触媒が樹脂担持されたマグネシウム合金筐体を得る。その後、実施例１と同様に一連の評価を行う。

（比較例２）
光触媒作用を有する金属酸化物の微粒子として、平均粒径１８ｎｍのアナターゼ型酸化チタン粉末を用いること以外は比較例１と同様にマグネシウム合金の表面に金属酸化物皮膜を形成し、一連の評価を行う。

（比較例３）
光触媒作用を有する金属酸化物の微粒子として、平均粒径１８ｎｍの可視応答型酸化チタン粉末を用いること以外は比較例１と同様にマグネシウム合金の表面に金属酸化物皮膜を形成し、一連の評価を行う。以上の結果を表１に示す。

光触媒性能を有する金属酸化物を、金属基材の表面に吹き付けて金属酸化物皮膜を形成した実施例１〜３では、透明性、硬度、耐紫外線、耐食性、光触媒性能ともに良好な結果となる。これに対して、樹脂を用いて金属酸化物粉末を金属基材の表面に結合させた比較例１〜３では、透明性、硬度、耐紫外線性、耐食性に劣る。また光触媒性能も良好ではなかった。これは、金属酸化物粉末の表面に樹脂が付着し、表面に露出する金属酸化物の量が少なくなることが原因と考えられる。

Claims (8)

1. 金属基材、及び該金属基材の表面に、光触媒作用を有する金属酸化物からなり、実質的に不純物を含まない金属酸化物皮膜、を有する金属材料。
2. 前記金属基材と前記金属酸化物皮膜との界面に、前記金属基材と前記金属酸化物が反応して生成した複合酸化物を有する、請求項１に記載の金属材料。
3. 前記光触媒作用を有する金属酸化物が、ルチル型酸化チタン、アナターゼ型酸化チタン、及び可視光線応答型酸化チタンからなる群より選ばれる一種以上である、請求項１又は２に記載の金属材料。
4. 前記金属基材は、マグネシウム、又はマグネシウム合金からなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属材料。
5. 金属基材を準備する工程、光触媒作用を有する金属酸化物の粉末を該金属基材の表面に吹き付けて金属酸化物皮膜を形成する工程、を有する金属材料の製造方法。
6. 前記光触媒作用を有する金属酸化物の粉末を該金属基材の表面に吹き付けて金属酸化物皮膜を形成する工程の前に、前記金属基材に、ダイヤカット加工、ヘアライン加工、鏡面加工、及びショットブラスト加工からなる群から選ばれる１種以上の表面加工を行う、請求項５に記載の金属材料の製造方法。
7. エアロゾルデポジション法により、光触媒作用を有する金属酸化物の粉末を該金属基材の表面に吹き付けて金属酸化物皮膜を形成する、請求項５又は６に記載の金属材料の製造方法。
8. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属材料を用いた、電子機器用筐体。