JP2016537513A

JP2016537513A - 分枝状細孔構造体の形成により白色の陽極酸化膜を形成する方法

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Publication number: JP2016537513A
Application number: JP2016544339A
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Inventors: 正成建部; アカナ，ジョディ，アール．; 貴弘大嶋; ラッセル−クラーク，ピーター，エヌ．; 真幸浴口; 原　健二; 健二原
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Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2014-08-27
Publication date: 2016-12-01
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Abstract

本明細書に記載する実施形態は、陽極酸化処理及び陽極酸化膜に関するものである。記載する方法は、基板の上に、不透明で白色の陽極酸化膜を形成するために、用いることができる。いくつかの実施形態では、本方法は、分枝状細孔構造体を有する陽極酸化膜を形成するステップを含む。この分枝状細孔構造は、入射可視光線の光散乱媒体を提供し、陽極酸化膜に、不透明で白色の外観を付与する。いくつかの実施形態では、本方法は、陽極酸化膜の細孔内に金属錯体イオンを注入するステップを含む。一旦細孔内に入ると、金属錯体は、化学変化を受けて、金属酸化物粒子を形成する。この金属酸化物粒子は、入射可視光線の光散乱媒体を提供し、陽極酸化膜に、不透明で白色の外観を付与する。いくつかの実施形態では、不規則な又は分枝状の細孔を生成する方法、及び金属錯体を細孔内に注入する方法の態様を組み合わせる。

Description

記載された実施形態は、陽極酸化膜及び陽極酸化膜を形成する方法に関する。より具体的には、不透明で白色の外観を有する陽極酸化膜を提供する方法が、記載されている。

陽極酸化は、金属表面の上に自然に生じる保護酸化物を、厚くし硬化させる電気化学的プロセスである。陽極酸化処理は、金属表面の部分を陽極膜に変換するステップを含む。したがって、陽極膜は金属表面の一体的な部分になる。陽極膜は、その硬さによって、その基礎をなす金属に、耐腐食性及び表面硬度を提供することができる。更に、陽極膜は、金属表面の美的外観を向上することができる。陽極膜は、染料を注入することができる多孔性微細構造を有する。染料は、陽極膜の上面から観察して、特有の色を追加することができる。例えば、任意のさまざまな色を陽極膜に追加するために、有機染料を陽極膜の細孔内に注入することができる。染色処理を調整することにより、色を選択することができる。例えば、染料の種類及び量は、陽極膜に特定の色及び暗さを提供するように、制御することができる。

しかし、陽極膜を着色する従来の方法では、鮮明で飽和して見える白色を有する陽極膜を実現することができなかった。むしろ、従来の技術では、灰色がかった白色、抑えた灰色、ミルキーホワイト、又は、わずかに透明な白色、であるように見える膜が生じる。いくつかの用途では、これらの近白色の陽極膜は、外観が単調で、美的な見栄えが悪い恐れがある。

本明細書は、陽極膜又は陽極酸化膜に関する各種の実施形態及び基板上に陽極膜を形成する方法を記載している。実施形態は、視覚的に不透明で色が白色である保護陽極膜を生成する方法を記載している。

一実施形態によれば、金属部品の上に保護膜を形成する方法が、記載されている。本方法は、金属部品の第１の部分をバリア層に変換するステップを含んでいる。バリア層は、金属部品の上面に相当する上面を有し、実質的に細孔を有しない。本方法は、バリア層の少なくとも上部内に、複数の分枝状構造体を形成するステップを更に含んでいる。複数の分枝状構造体は、バリア層内で、分枝パターンで配置構成されている。分枝状構造体は、上面に入射する光のほとんど全ての可視波長を拡散反射する光散乱媒体を提供し、バリア層に白色の外観を付与する。本方法は、バリア層の下にある金属部品の第２の部分を、多孔性陽極層に変換するステップを更に含む。多孔性陽極層は、バリア層に構造上の支持を提供する。

別の実施形態によれば、金属部品が記載されている。金属部品は、基礎をなす金属部品の金属表面上に配置された保護膜を含んでいる。この保護膜は、金属部品の上面に相当する上面を有するバリア層を含んでいる。このバリア層は、その中に配置された多数の分枝状構造体を有する。分枝状構造体は、バリア層内に分枝パターンで配置構成され、各分枝状構造体は、細長い形状を有している。分枝状構造体は、上面に入射する光のほとんど全ての可視波長を拡散反射する光散乱媒体を提供し、バリア層に白色の外観を付与する。金属部品は、バリア層の下に配置されて多数の細孔を有する多孔性陽極層を更に含む。多孔性陽極層は、バリア層に構造上の支持を提供する。細孔の各々は、上面に対して実質的に垂直であり、他の細孔の各々に対して、実質的に平行である。

更なる実施形態によれば、金属基板が記載されている。この金属基板は、基礎をなす金属表面上に一体的に形成された陽極膜を含んでいる。この陽極膜は、金属基板の上面に相当する上面を有するバリア層を含んでいる。バリア層は、酸化物マトリックス内で不規則に向いた分枝状構造体の集合を含んでいる。分枝状構造体の集合は、上面に入射する光のほとんど全ての可視波長を拡散反射し、バリア層に白色の外観を付与する。陽極膜は、バリア層と、基礎をなす金属表面との間に配置された構造的な陽極層を更に含む。構造的な陽極層は、バリア層の構造上の支持を提供するのに十分な厚さを有する。

記載された実施形態は、以下の記載及び添付の図面を参照することによって、一層良く理解することができる。更に、以下の記載及び添付の図面を参照することにより、記載された実施形態の利点を一層良く理解することができる。

従来の陽極酸化技術を用いて形成される、陽極酸化膜の一部の斜視図を例示する。従来の陽極酸化技術を用いて形成される、陽極酸化膜の一部の横断面図を例示する。

分枝状細孔を有する陽極酸化膜を提供するための陽極酸化処理を受ける金属基板の横断面図を例示する。分枝状細孔を有する陽極酸化膜を提供するための陽極酸化処理を受ける金属基板の横断面図を例示する。分枝状細孔を有する陽極酸化膜を提供するための陽極酸化処理を受ける金属基板の横断面図を例示する。分枝状細孔を有する陽極酸化膜を提供するための陽極酸化処理を受ける金属基板の横断面図を例示する。分枝状細孔を有する陽極酸化膜を提供するための陽極酸化処理を受ける金属基板の横断面図を例示する。

分枝状細孔を有する陽極酸化膜を提供するための陽極酸化処理を示すフローチャートを、例示する。

注入された金属酸化物粒子を有する陽極酸化膜、を提供するための陽極酸化処理を受ける、金属基板の横断面図を例示する。注入された金属酸化物粒子を有する陽極酸化膜、を提供するための陽極酸化処理を受ける、金属基板の横断面図を例示する。注入された金属酸化物粒子を有する陽極酸化膜、を提供するための陽極酸化処理を受ける、金属基板の横断面図を例示する。注入された金属酸化物粒子を有する陽極酸化膜、を提供するための陽極酸化処理を受ける、金属基板の横断面図を例示する。注入された金属酸化物粒子を有する陽極酸化膜、を提供するための陽極酸化処理を受ける、金属基板の横断面図を例示する。

注入された金属錯体を有する陽極酸化膜を提供するための陽極酸化処理を記載するフローチャートを、例示する。

注入された金属酸化物粒子を有する分枝状細孔構造、を備えた陽極酸化膜を提供するための陽極酸化処理を受ける金属基板の、横断面図を例示する。注入された金属酸化物粒子を有する分枝状細孔構造、を備えた陽極酸化膜を提供するための陽極酸化処理を受ける金属基板の、横断面図を例示する。

分枝状細孔及び注入された金属錯体を有する陽極酸化膜を提供するための陽極酸化処理を示すフローチャートを例示する。

以下の開示は、陽極膜及び陽極膜を形成する方法のさまざまな実施形態を記載する。本発明の技術のさまざまな実施形態の完全な理解を提供するために、以下の説明及び各図に、特定の詳細が記載される。更に、本発明の技術のさまざまな機能、構造及び／又は特徴を、他の好適な構造及び環境において組み合わせることができる。他の事例の場合には、この技術のさまざまな実施形態の説明を不必要に不明瞭化することを回避するために、以下の開示では、周知の構造、材料、動作及び／又はシステムを詳細には図示又は記載しない。ただし、当業者には、本発明の技術は、本明細書に記載される詳細のうちの１つ以上を伴わずに実施することも、あるいは、他の構造、方法及び構成要素、その他と共に実施することもできることが認識されよう。

本出願は、外観が白色である陽極膜及びかかる陽極膜を形成する方法を説明する。一般的に、白色は光のほぼ全ての可視波長を拡散反射する物体の色である。本明細書に記載する方法は、陽極膜の外側表面を通過する可視光の実質的に全ての波長を拡散反射することができる陽極膜内の内表面を提供し、それによって、陽極膜に白色の外観を付与する。陽極膜は、その基礎をなす基板に、耐腐食性及び表面硬度を提供することができるという点で、保護層としての働きをすることができる。白色の陽極膜は消費者製品の可視部分に保護及び魅力的な表面を提供する上で好適である。例えば、本明細書に記載の方法を、電子デバイス用エンクロージャ及びケースの保護的及び美的に魅力のある外装部分を提供するために用いることができる。

白色の陽極膜を形成する１つの技術には、膜の多孔性微細構造を、光散乱媒体を提供するように修正する光学手法が含まれる。本技術には、陽極膜内に、分枝状の又は不規則に配置構成された細孔を形成することが含まれる。分枝状細孔の系は、基板の上面から到来する入射可視光を散乱又は拡散させることができ、基板の上面から見て、陽極膜に白色の外観を与えることができる。

別の技術は、金属錯体が陽極膜の細孔内に注入される化学手法を伴う。金属錯体は、金属酸化物のイオン形態であり、電解液の中で提供される。電圧が電解液に印加されると、金属錯体を陽極膜の細孔に引き込むことができる。一旦細孔に入ると、金属錯体は、化学反応を受けて、金属酸化物を形成することができる。いくつかの実施形態では、金属酸化物は、色が白色であり、それによって、陽極膜に白色の外観を付与することができ、したがって、基板の上面から観察することができる。

本明細書で用いるように、用語の陽極膜、陽極酸化膜、陽極層、陽極酸化層、酸化被膜及び酸化物層は、互換的に用いられ、任意の適切な酸化被膜のことを言う。陽極膜は、金属基板の金属表面上に形成される。金属基板は、いくつかの好適な金属のうちの任意のものを含むことができる。いくつかの実施形態では、金属基板は、純アルミニウム又はアルミニウム合金を含む。いくつかの実施形態では、好適なアルミニウム合金は１０００、２０００、５０００、６０００、及び７０００シリーズのアルミニウム合金を含む。

図１Ａ及び図１Ｂは、従来の陽極酸化技術を用いて形成された、陽極酸化膜の一部の斜視図及び横断面図のそれぞれを例示する。図１Ａ及び図１Ｂは、金属基板１０４上に配置された陽極膜１０２を有する部品１００を示す。一般に、陽極膜は、金属基板の上部を酸化物に変換することにより、金属基板の上に生成される。したがって、陽極膜は、金属表面の一体的な部分になる。図に示すように、陽極膜１０２は、多数の細孔１０６を有し、それらは、基板１０４の表面に対して、実質的に垂直に形成される細長い開口部である。細孔１０６は、陽極膜１０２全体に一様に形成され、互いに対して平行であり、上面１０８及び金属基板１０４に対して、垂直である。細孔１０６のそれぞれは、陽極膜１０２の上面１０８に開放端部、及び、金属基板１０４に近接する側に閉鎖端部を有する。陽極膜１０２は、通常、半透明な特徴を有する。即ち、上面１０８に入射する可視光の実質的な部分は、陽極膜１０２を透過し、金属基板１０４で反射することができる。その結果、陽極膜１０２を有する金属部品は、概して、わずかにくすんだ金属の外観を有することになる。

分枝状細孔構造の形成
基板上に白色の陽極膜を提供する１つの方法は、陽極膜内で分枝状細孔構造を形成するステップを含む。図２Ａ〜図２Ｅは、分枝状細孔を有する陽極膜を提供する陽極酸化処理を受ける金属部品２００の表面の横断面図を例示する。図２Ａでは、基板２０２の上部は、バリア層２０６に変換される。したがって、バリア層２０６の上面は、部品２００の上面２０４に相当する。バリア層２０６は、概して、薄くて、比較的高密度で、均一な厚さのバリア酸化物であり、部品１００の細孔１０６のような細孔が実質的に存在しないという点で、多孔性でない層である。いくつかの実施形態では、バリア層２０６の形成には、中性から弱アルカリ性の溶液を収容する電解浴で、部品２００を陽極酸化するステップが含まれ得る。一実施形態では、モノエタノールアミン及び硫酸を含む弱アルカリ性浴を用いる。いくつかの実施形態では、バリア層２０６は、上面２０４において、凹凸部分２０８を有する。凹凸部分２０８は、一般的な多孔性陽極膜の細孔と比較して、概して形状が広くて浅い。バリア層２０６は、通常は、約１マイクロメートルより小さい厚さに生成される。

図２Ｂでは、分枝状構造体２１０が、バリア層２０６内で形成される。いくつかの実施形態では、凹凸部分２０８が、分枝状構造体２１０の形成を促進することができる。分枝状構造体２１０は、陽極酸化処理と同様に、弱酸浴槽を用いて、部品２００を電解プロセスにさらすことにより、バリア層２０６内で形成することができる。いくつかの実施形態では、分枝状構造体２１０の形成の間に、定電圧が印加される。表１は、バリア層２０６内で分枝状構造体２１０を形成するために適切な電解プロセスの条件範囲を提示する。

バリア層２０６は概して非導電性で高密度であるので、バリア層２０６内の分枝状構造体２１０を形成する電解プロセスは、標準的な陽極酸化処理を用いて細孔を形成することと比較して、概して低速である。本電解プロセスは低速のため、本処理中の電流密度の値は、概して低い。図１Ａ及び図１Ｂの細孔１０６などの長い平行な細孔の代わりに、分枝状構造体２１０は、低速な分枝状構造２１０の形成に相応した分岐パターンで、下に向かって成長する。分枝状構造体２１０は、互いに対して、概して非平行であり、標準的な陽極細孔と比較して、概して、長さがより短い。図に示すように、分枝状構造体２１０は、表面２０４に対して、不規則で非平行な向きに配置構成されている。したがって、上面２０４から入る光は散乱するか、又は、分枝状構造体２１０の壁で拡散反射し得る。図で説明すると、光線２４０は、上面２０４から入り、分枝状構造体２１０の一部分で、第１の角度で反射することができる。光線２４２は、上面２０４に入り、分枝状構造体２０８の異なる部分で、第１の角度と異なる第２の角度で反射することができる。このように、バリア層２０６内の分枝状構造体２１０の集合は、上面２０４から入る入射可視光線を拡散させる光散乱媒体としての働きをして、バリア層２０６及び部品２００に不透明で白色の外観を与えることができる。バリア層２０６の不透明度の大きさは、バリア層２０６を貫通するのではなく、分枝状構造体２１０の壁で反射する光量によって決まることになる。

分枝状構造体２１０がバリア層２０６の厚さにわたる形成を完了すると、電流密度は、回復電流値と呼ぶことができる値に到達する。その時点で、電流密度は上昇し、電解プロセスは、金属基板２０２を多孔性陽極酸化物に、継続して変換する。図２Ｃは、バリア層２０６の下の、多孔性陽極層２１２に変換された金属基板２０２の一部を示す。電流回復値が達成されるとすぐに、細孔２１４が形成を開始し、所望の厚さが達成されるまで、形成を続けて、金属基板２０２の一部を変換する。いくつかの実施形態では、電流回復値に到達するのに要する時間は、約１０分〜２５分の間である。いくつかの実施形態では、電流回復値が到達されたあと、一定電流密度の陽極酸化処理が用いられる。多孔性陽極層２１２が構築され続けるにつれ、電圧を増加して、一定の電流密度を保持することができる。多孔性陽極層２１２は、概して、バリア層２０６より大きな厚さに生成され、バリア層２０６に構造上の支持を提供することができる。いくつかの実施形態では、多孔性陽極層２１２は、約５マイクロメートル〜３０マイクロメートルの間の厚さに生成される。

細孔２１４は、実際に、分枝状構造体２１０から継続するか、又は枝分かれする。即ち、酸性電解液は、分枝状構造体２１０の底部まで移動し、そこで、細孔２１４が形成し始める。図に示すように、細孔２１４は、互いに対して、実質的に平行な向きに形成され、標準的な陽極酸化処理とほとんど同様に、上面２０４に対して実質的に垂直である。細孔２１４は、分枝状構造体２１０から続く上端、及び、基礎をなす金属基板２０２の表面に隣接した下端を有する。多孔性陽極層２１２が形成されたあと、基板２０２は、部品２００に不透明で白色の特性を与える分枝状構造体２１０、及び、支持する多孔性陽極層２１２の系を含む保護層２１６を有する。

いくつかの実施形態では、不透明で白色の特性は、多孔性陽極層２１２にも、付与することができる。図２Ｄは、多孔性陽極層２１２が不透明で白色の外観を有するように処理されたあとの部品２００を示す。不透明で白色の外観は、部品２００を、比較的弱い電圧の酸浴を有する電解プロセスにさらすことにより、達成することができる。いくつかの実施形態では、電解浴溶液は、リン酸を含む。表２は、球形の底部２１８を形成するのに適切な陽極酸化処理の条件範囲を提示する。

図に示すように、細孔２１４の底部２１８の形状は、球状を有するように修正されたものである。球形の底部２１８の平均幅は、細孔２１４の残りの部分２２０の平均幅より広い。球形の底部２１８は、細孔２１４の残りの部分２２０に対して、外へ延出する丸い側壁を有する。光線２４４は、上面２０４から入り、球形の底部２１８の一部分で、第１の角度で反射する。光線２４６は、上面２０４に入り、球形の底部２１８の異なる部分で、第１の角度と異なる第２の角度で反射する。このように、多孔性陽極層２１２内の球形の底部２１８の集合は、上面２０４から入る入射可視光線を拡散させる光散乱媒体としての働きをして、多孔性陽極層２１２及び部品２００に不透明で白色の外観を加えることができる。多孔性陽極層２１２の不透明度の大きさは、多孔性陽極層２１２を貫通するのではなく、球形の底部２１８で反射する光量によって決まることになる。

いくつかの実施形態では、追加の処理を、多孔性陽極層２１２に適用することができる。図２Ｅは、多孔性陽極層２１２が追加の処理を受けたあとの部品２００を示す。図に示すように、細孔２１４の壁２３２は、凸凹の又は不規則な形状を有するように粗面化される。いくつかの実施形態では、不規則な細孔壁２３２を生成する処理は、細孔２１４を広げるステップを更に含むことができる。不規則な細孔壁２３２の形成は、部品２００を弱アルカリ溶液にさらすことにより、実現することができる。いくつかの実施形態では、その溶液は金属塩を含む。表３は、細孔壁２３２を粗面化するのに適切な、標準的な溶液の条件範囲を提示する。

不規則な形状の細孔壁２３２の部分は、細孔２１４の残りの部分２２０に対して、外へ延出して、入射光が散乱することができる表面を作る。光線２４８は、上面２０４から入り、不規則な形状の細孔壁２３２で、第１の角度で反射することができる。光線２５０は、上面２０４に入り、不規則な形状の細孔壁２３２の異なる部分で、第１の角度と異なる第２の角度で反射することができる。このように、多孔性陽極層２１２内の不規則な形状の細孔壁２３２の集合は、上面２０４から入る入射可視光線を拡散させる光散乱媒体としての働きをして、それによって、多孔性陽極層２１２及び部品２００に不透明で白色の外観を加えることができる。

図３は、記載された実施形態に係る、基板上の分枝状細孔の系を有する陽極酸化膜を形成する陽極酸化処理を示す、フローチャート３００を表す。フローチャート３００の陽極酸化処理の前に、例えば、研磨又はテクスチャリング処理を用いて、基板の表面を仕上げることができる。いくつかの実施形態では、基板は、表面を洗浄するために、１つ以上の陽極酸化の事前処理を受ける。３０２において、基板の第１の部分は、バリア層に変換される。いくつかの実施形態では、バリア層は、陽極細孔と比較して、広くて浅い凹凸部分を有する上面を備える。これらの凹凸部分は、分枝状構造体の形成を促進することができる。３０４では、分枝状構造体が、バリア層内に形成される。分枝状構造体は、通常の陽極酸化処理と比較してより低い電圧又は電流密度において、基板を酸性電解浴へさらすことにより、形成することができる。分枝状構造体は、形状が細長く、陽極酸化処理の間に印加される、低い電圧又は電流密度に相応した分岐パターンで成長する。分枝状構造体の分枝状又は不規則な配置構成は入射可視光線を拡散させ、バリア層に不透明で白色の外観を与えることができる。３０６では、基板の第２の部分（バリア層の下）が、多孔性陽極層に変換される。多孔性陽極層は、バリア層に、構造上の支持を追加することができる。電流が回復電流値に到達するまで、分枝状構造体を形成するための陽極酸化処理を継続し、続いて、目標陽極層厚さが達成されるまで、陽極酸化処理を継続することにより、多孔性陽極層を形成することができる。プロセス３０２、３０４及び３０６の後、結果として生じる陽極膜は、不透明で白色の外観を有することができ、それは、基礎をなす基板の保護を提供するのに十分な厚みを持つことができる。

３０８では、細孔の底部の形状は、任意選択で、球形を有するように修正される。多孔性陽極層内の細孔底部の球形は、基板に不透明で白色の特性を加える、第２の光散乱媒体としての働きをすることができる。３１０では、細孔が、任意選択で拡張され、更に、細孔壁は、任意選択で粗面化される。粗面化された不規則な形状の壁は、多孔性陽極層から散乱される光量を増加させ、基板の白色及び不透明度を増大することができる。

金属錯体の注入
基板上に白色の陽極膜を提供する別の方法には、陽極膜の細孔内に金属錯体を注入するステップが含まれる。色が白色である標準的な染料は、通常、陽極膜の細孔内に収まることができない。例えば、白色染料の中には、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）粒子を含有するものがある。二酸化チタンは、通常、２〜３マイクロメートルの大きさの直径を有する粒子で形成される。しかし、標準的な酸化アルミニウム膜の細孔は、通常、１０〜２０ナノメートルの大きさの直径しか有しない。本明細書に記載する方法は、陽極膜の細孔に、金属錯体を注入するステップを含む。ここで、金属錯体は、一旦細孔内に入ると、化学反応を受けて、金属酸化物粒子を形成する。このように、金属酸化物粒子は、陽極細孔内で形成することができるが、別の方法では、陽極細孔内に収まることはできないであろう。

図４Ａ〜図４Ｅは、注入された金属錯体を用いて陽極膜を提供する、陽極酸化処理を受ける金属基板の表面の横断面図を例示する。図４Ａでは、上面４０４を含む一部分が、多孔性陽極層４１２に変換される。したがって、多孔性陽極層４１２の上面は、部品４００の上面４０４に相当する。多孔性陽極層４１２は、形が細長くて、互いに対して実質的に平行で、上面４０４に対して実質的に垂直である、細孔４１４を有している。細孔４１４は、上面４０４に上端を、及び基礎をなす金属４０２の表面に隣接した下端を有する。多孔性陽極層２１２を形成する任意の好適な陽極酸化条件を、使用することができる。多孔性陽極層４１２は、通常、外観が半透明である。したがって、基礎をなす金属４０２の表面が、多孔性陽極層４１２を通して、部分的に見ることができ、上面４０４から見て、部品４００にくすんだ金属色及び外観を与える。いくつかの実施形態では、陽極層４１２は、約５〜３０マイクロメートルの間の厚さに生成される。

図４Ｂでは、陽極層４１２の細孔４１４は、任意選択で、拡張する前の細孔４１４の平均直径より大きい平均直径４３０に、拡張される。細孔４１４は、後続の手順において、金属錯体の注入を受け入れるように、拡張することができる。細孔４１４を拡張する量は、特定用途の要件によって決まる。一般に、より広い細孔４１４により、より多くの空間を、金属錯体の注入に利用することができる。一実施形態では、細孔４１４を拡張することは、部品４００を、比較的弱い電圧の酸浴を有する電解プロセスにさらすことにより、達成される。いくつかの実施形態では、溶液は金属塩を含む。いくつかのケースでは、拡張処理は、更に、細孔４１４の壁を粗面化し、及び／又は、細孔４１４の底部を修正する。

図４Ｃでは、細孔４１４は、含金属化合物である金属錯体４２４を注入される。いくつかの実施形態では、金属錯体４２４は、イオン形態の金属酸化物化合物である。金属錯体４２４は、細孔拡張処理の有無にかかわらず、標準的な酸化アルミニウム膜の平均細孔寸法より小さい平均直径を有する。したがって、金属錯体４２４は、陽極層４１２の細孔４１４内に、容易に収まることができる。更に、金属錯体４２４が陰イオン形である実施形態において、電解プロセスにおいて電圧が溶液に印加されると、金属錯体４２４は、基板４０２の電極に引きつけられ、細孔４１４の底部に追いやられる。いくつかの実施形態では、図４Ｃに示すように、細孔４１４が金属錯体４２４で実質的に充填されるまで、金属錯体４２４が追加される。一実施形態では、金属錯体４２４として、酸化チタンアニオンが挙げられる。酸化チタンアニオンは、水性電解液中に、オキシ硫酸チタン（ＴｉＯＳＯ_４）及びシュウ酸（Ｃ_２Ｈ_２Ｏ_４）を与えることにより、形成することができる。溶液中で、オキシ硫酸チタンは、酸化チタン（ＩＶ）錯体（［ＴｉＯ（Ｃ_２Ｏ_４）_２］^２−）を形成する。一実施形態では、酸化チタン（ＩＶ）アニオンは、水性電解液中に、Ｔｉ（ＯＨ）_２［ＯＣＨ（ＣＨ_３）ＣＯＯＨ］_２＋Ｃ_３Ｈ_８Ｏを与えることにより、形成する。表４は、細孔４１４に酸化チタン金属錯体を注入するのに適切な、標準的な電解プロセスの条件範囲を提示する。

図４Ｄでは、金属酸化物錯体４２４は、一旦細孔４１４内に入ると、化学反応を受けて、金属酸化物化合物４３４を形成することができる。例えば、酸化チタン錯体（［ＴｉＯ（Ｃ_２Ｏ_４）_２］^２−）は、細孔４１４内で、以下の反応を受けることができる。
［ＴｉＯ（Ｃ_２Ｏ_４）_２］^２−＋２ＯＨ⁻→ＴｉＯ_２・Ｈ_２Ｏ＋２Ｃ_２Ｏ_４ ^２−

したがって、一旦細孔４１４内に入ると、酸化チタン（ＩＶ）錯体は、酸化チタン化合物に変換することができる。一旦細孔４１４内に入ると、金属酸化物化合物の粒子４３４は、通常、金属錯体４２４より大きな寸法を有するので、細孔４１４内に捕捉される。いくつかの実施形態では、金属酸化物粒子４３４は、細孔４１４に応じた形状及び寸法に従う。本明細書に記載する実施形態において、金属酸化物粒子４３４は、光の全ての可視波長を実質的に拡散反射するので、概して、色が白色である。光線４４４は、上面４０４から入り、金属酸化物粒子４３４の一部分で、第１の角度で反射する。光線４４６は、上面４０４に入り、金属酸化物粒子４３４の異なる部分で、第１の角度と異なる第２の角度で反射する。このように、多孔性陽極層４１２内の金属酸化物粒子４３４は、上面４０４から入る入射可視光を拡散させる光散乱媒体としての働きをして、多孔性陽極層４１２及び部品４００に不透明で白色の外観を与えることができる。多孔性陽極層４１２の白色度は、細孔４１４内に注入され、金属酸化物粒子４３４に変換される金属錯体４２４の量を調節することにより、制御することができる。概して、細孔４１４内の金属酸化物粒子４３４が多くなればなるほど、より飽和した白色の多孔性陽極層４１２及び部品４００が、現れることになる。

図４Ｅでは、任意選択で、封孔処理を用いて、細孔４１４が密封される。封孔処理は、細孔４１４を閉じ、これによって、細孔４１４は、金属酸化物粒子４３４を保持するのに役立つことができる。封孔処理は、多孔性陽極層４１２の細孔壁を拡張し、細孔４１４の上端を閉じることができる。任意の好適な封孔処理を使用することができる。一実施形態では、封孔処理は、部品４００を、酢酸ニッケルを有する熱水を含む溶液にさらすステップを伴う。いくつかの実施形態では、封孔処理は、一部の金属酸化物粒子４３４を、細孔４１４の最上部から、強制的に移動させる。図４Ｄに示すように、細孔４１４の最上部における金属酸化物粒子４３４の部分は、封孔処理の間に、移動されている。いくつかの実施形態では、金属酸化物粒子４３４は、細孔４１４の底部内に存在する。したがって、金属酸化物粒子４３４の部分は、封孔処理の後でさえ、細孔内になお存続する。

図５は、記載された実施形態に係る、注入された金属酸化物粒子を有する陽極酸化膜を形成する陽極酸化処理を示すフローチャート５００を表す。フローチャート５００の陽極酸化処理の前に、例えば、研磨又はテクスチャリング処理を用いて、基板の表面を仕上げることができる。いくつかの実施形態では、基板は、表面を洗浄するために、１つ以上の陽極酸化の事前処理を受ける。５０２では、多孔性陽極膜が、基板に形成される。多孔性陽極膜は、互いに対して、平行な向きに形成された細長い細孔を有する。ここで、多孔性陽極膜は、通常、半透明な外観を有する。５０４では、任意選択で、後続の手順５０６で、細孔は、より多くの金属錯体を収容するために拡張される。５０６では、細孔が、金属錯体を注入される。アニオン性金属錯体を、基板電極の方へ、及び、細孔の底部の中へ追いやるために、電解プロセスを使用することができる。一旦細孔内に入ると、金属錯体は、化学反応を受けて、金属酸化物粒子を形成し、これによって、多孔性陽極膜及び基板に不透明で白色の外観を付与することができる。一実施形態では、金属酸化物粒子は酸化チタンを含み、これは、白色の外観を有する。５０８では、多孔性陽極膜の細孔が、任意選択で、封孔処理を用いて密封される。封孔処理は、陽極酸化処理及び白化処理の後、細孔内で金属酸化物粒子を保持する。

いくつかの実施形態では、上述した、分枝状細孔構造体を形成する方法及び金属錯体を注入する方法の態様は、組み合わせることができる。図６Ａは、基板６０２上に形成されたバリア層６０６及び多孔性陽極層６１２を有する部品６００を示す。バリア層６０６は、多孔性陽極層６１２内の細孔６１４と連続的である分枝状構造体６１０を有する。図に示すように、図４Ｃの金属錯体と同様に、金属錯体６２８は、分枝状構造体６１０及び細孔６１４内に注入される。図６Ｂでは、図４Ｄの金属酸化物粒子と同様に、金属錯体６２８は、化学的に変更され、金属酸化物粒子６３０を形成する。金属酸化物粒子６３０は、概して、分枝状構造体６１０及び細孔６１４に応じた形状及び寸法に従う。金属酸化物粒子６３０は、可視光の実質的に全ての波長を拡散反射するので、概して、色が白色である。例えば、光線６４４は、上面６０４から入り、金属酸化物粒子６３０の一部分で、第１の角度で反射する。光線６４６は、上面６０４に入り、金属酸化物粒子６３０の異なる部分で、第１の角度と異なる第２の角度で反射する。このように、バリア層６０６内及び多孔性陽極層６１２内の金属酸化物粒子６３０は、上面６０４から入る入射可視光線を拡散させる光散乱媒体としての働きをして、バリア層６０６及び多孔性陽極層６１２及び部品４００に不透明で白色の外観を与えることができる。

フローチャート７００は、図６で示されるように、分枝状細孔及び注入された金属錯体を有する陽極酸化膜を形成する陽極酸化処理を示す。フローチャート７００の陽極酸化処理の前に、例えば、研磨又はテクスチャリング処理を用いて、基板の表面を仕上げることができる。いくつかの実施形態では、基板は、表面を洗浄するために、１つ以上の陽極酸化の事前処理を受ける。７０２では、分枝状構造体及び細孔が、基板上の保護陽極層内で形成される。７０４では、分枝状構造体及び細孔が、金属錯体を注入される。一旦細孔内に入ると、７０６で、金属錯体は、化学反応を受けて、金属酸化物粒子を形成して、入射可視光線を拡散させ、これによって、多孔性陽極膜及び基板に不透明で白色の外観を与えることができる。７０６では、任意選択で、分枝状構造体及び多孔性陽極膜の細孔が、封孔処理を用いて密封される。

フローチャート３００、５００及び７００の処理のいずれかが完了したあと、基板は、１つ以上の好適な陽極酸化の事後処理によって、更に処理することができることに留意されたい。いくつかの実施形態では、陽極酸化膜を染料又は電気化学着色処理を用いて、更に着色してもよい。いくつかの実施形態では、多孔性陽極膜の表面はバフ磨き又はラップ仕上げなどの機械的方法を用いて研磨される。

いくつかの実施形態では、上述した一つ以上の白化処理の前に、部品の一部分をマスクすることができ、これによって、部品のそのマスクされた部分は、白化処理にさらされない。例えば、部品の一部分は、フォトレジスト材料を用いてマスクオフすることができる。このように、部品の一部分は、白色の陽極膜を有することができ、他の部分は標準的な半透明な陽極膜を有することができる。

上述の説明は、説明の目的上、説明される実施形態の完全な理解を提供するために、具体的な専門用語を使用した。しかし、具体的詳細は、説明される実施形態を実施するために必ずしも必要とされないことが、当業者には明らかであろう。したがって、上述の具体的な実施形態の説明は、例示及び説明の目的のために提示されるものである。それらは、網羅的であることも、又は、説明される実施形態を、開示される厳密な形態に限定することも、意図するものではない。上述の教示を考慮して、多くの修正及び変形が可能であることが、当業者には明らかとなるであろう。

Claims

金属部品の上に保護膜を形成する方法であって、
前記金属部品の第１の部分をバリア層に変換するステップであって、前記バリア層は前記金属部品の上面に相当する上面を有し、前記バリア層は実質的に細孔を有しない、ステップと、
前記バリア層の少なくとも上部内に複数の分枝状構造体を形成するステップであって、前記複数の分枝状構造体は、前記バリア層内に分枝パターンで配置構成され、前記複数の分枝状構造体は、前記上面に入射する光のほとんど全ての可視波長を拡散反射する光散乱媒体を提供し、前記バリア層に白色の外観を付与する、ステップと、
前記バリア層の下にある前記金属部品の第２の部分を、多孔性陽極層に変換するステップであって、前記多孔性陽極層は、前記バリア層に構造上の支持を提供する、ステップと、を含む方法。
前記多孔性陽極層は、前記複数の分枝状構造体に隣接した上端と、基礎をなす前記金属部品の金属表面に隣接した下端とを有する、平行に配置構成された細孔を含む、請求項１に記載の方法。
前記細孔の下端を、球形を有するように修正するステップであって、前記球形の下端は、前記上面から受ける入射可視光線を反射するための第２の光散乱媒体を提供し、前記保護膜に更なる白色の特性を追加する、ステップを、更に含む、請求項２に記載の方法。
不規則な形状を有するように前記細孔の細孔壁を粗面化するステップであって、前記不規則な形状の細孔壁は、前記保護膜からの光の散乱を増加させ、前記保護膜に更なる白色の特性を追加する、ステップを、更に含む、請求項２に記載の方法。
前記バリア層は、前記バリア層の前記上面において、複数の凹凸部分を有し、前記複数の凹凸部分は、前記複数の分枝状構造体の形成を促進する、請求項１に記載の方法。
前記第１の部分を変換するステップは、電解プロセスの間に、前記部品を弱アルカリ性の電解浴にさらすステップを含む、請求項１に記載の方法。
前記弱アルカリ性の浴は、モノエタノールアミン及び硫酸を含む、請求項６に記載の方法。
前記複数の分枝状構造体を形成するステップは、定電圧を用いて、前記部品を電解プロセスにさらすステップを含む、請求項１に記載の方法。
前記第２の部分を変換するステップは、電流回復値が達成されるまで、前記分枝状構造体を形成する陽極酸化処理を継続し、続いて、前記多孔性陽極層の目標厚さを達成するまで、前記陽極酸化処理を継続するステップを含む、請求項８に記載の方法。
金属イオンを、前記複数の分枝状構造体の少なくとも一部及び前記多孔性陽極層の複数の陽極細孔に注入するステップと、
前記注入された金属イオンを、第２の光散乱媒体を形成する金属酸化物粒子に変換するステップと、を更に含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
基礎をなす前記金属部品の金属表面上に配置された保護膜を含む金属部品であって、前記保護膜は、
前記金属部品の上面に相当する上面を有するバリア層であって、前記バリア層は、その中に配置された複数の分枝状構造体を有し、前記分枝状構造体は、前記バリア層内に分枝パターンで配置構成され、各分枝状構造体は細長い形状を有し、前記複数の分枝状構造体は、前記上面に入射する光のほとんど全ての可視波長を拡散反射する光散乱媒体を提供して、前記バリア層に白色の外観を与える、バリア層と、
前記バリア層の下に配置され、複数の細孔を有する多孔性陽極層であって、前記多孔性陽極層は、前記バリア層に、構造上の支持を提供し、前記細孔のそれぞれは、前記上面に対して実質的に垂直で、互いに対して実質的に平行である、多孔性陽極層と、
を含む金属部品。
前記多孔性陽極層は、前記バリア層より大きな厚さを有する、請求項１１に記載の金属部品。
前記複数の細孔は、前記分枝状構造体に隣接した上端と、基礎をなす前記金属部品の金属表面に隣接した下端とを有する、請求項１１に記載の金属部品。
前記下端は球形を有し、前記複数の球形の下端は、前記上面から受ける入射可視光線を反射するための第２の光散乱媒体を提供し、前記保護膜に白色の特性を更に追加する、請求項１３に記載の金属部品。
前記球形の下端の平均直径は、前記複数の細孔の残りの部分の平均直径より大きい、請求項１４に記載の金属部品。
前記細孔は、前記上面から受信する入射可視光線を散乱させる不規則な形状の細孔壁を有し、前記保護膜に更なる白色の特性を追加する、請求項１１に記載の金属部品。
前記金属部品は、アルミニウムを含む、請求項１１に記載の金属部品。
前記分枝状構造体の平均長さは、前記細孔の平均長さより短い、請求項１１に記載の金属部品。
前記保護膜内の第２の光散乱媒体を更に含み、前記第２の光散乱媒体は、前記分枝状構造体の少なくとも一部及び前記多孔性陽極層の前記複数の細孔内に注入された複数の金属酸化物粒子を含む、請求項１１から１８のいずれか一項に記載の金属部品。
前記複数の金属酸化物粒子は、二酸化チタンを含む、請求項１９に記載の金属部品。
金属基板であって、
基礎をなす金属表面上に一体的に形成された陽極膜を含み、前記陽極膜は、
前記金属基板の上面に相当する上面を有するバリア層であって、前記バリア層は、酸化物マトリックス内で不規則に向いた分枝状構造体の集合を含み、前記分枝状構造体の集合は、前記上面に入射する光のほとんど全ての可視波長を拡散反射し、前記バリア層に白色の外観を付与する、バリア層と、
前記バリア層と前記基礎をなす金属表面との間に配置された構造的な陽極層であって、前記構造的な陽極層は、前記バリア層の構造上の支持を提供するのに十分な厚さを有する、構造的な陽極層と、
を含む金属基板。
前記構造的な層は、複数の細孔を含み、前記細孔のそれぞれは、前記上面に実質的に垂直で、互いに実質的に平行である、請求項２１に記載の金属基板。
前記複数の細孔は、前記分枝状構造体に隣接した上端と、基礎をなす前記金属基板の金属表面に隣接した下端とを有し、前記下端は、前記上面に衝突する入射可視光を拡散反射する球状の形状であり、前記構造的な層に白色の外観を付与する、請求項２２に記載の金属基板。
前記複数の細孔は、前記上面に衝突する入射可視光を反射して、前記構造的な層に、更なる白色の外観を付与する、不規則な形状の細孔壁を有する、請求項２２に記載の金属基板。
前記バリア層は第１の厚さを有し、前記構造的な陽極層は第２の厚さを有し、前記第２の厚さは、前記第１の厚さより大きい、請求項２１に記載の金属基板。
前記分枝状構造体の少なくとも一部及び前記構造的な陽極層の複数の細孔は、その中に注入された金属酸化物粒子を有し、それにより、前記注入された金属酸化物粒子は、前記陽極膜を更に白化する、請求項２１から２５のいずれか一項に記載の金属基板。
金属酸化物粒子は二酸化チタンを含む、請求項２６に記載の金属基板。
金属基板上に白色の外観を有する陽極膜を設ける方法であって、
前記金属基板の一部を実質的に細孔を有しないバリア層に変換するステップと、
前記バリア層内に分枝状構造体を形成するステップであって、前記分枝状構造体は、各々細長い形状を有し、前記バリア層内で互いに対して非平行な構成で配置構成され、前記陽極膜に前記白色の外観を付与する光散乱媒体を形成する、ステップと、を含む方法。
前記バリア層は、前記バリア層の露出面上に、複数の凹凸部分を有し、前記凹凸部分は、前記分枝状構造体の形成を促進する、請求項２８に記載の方法。
前記金属基板の一部をバリア層に変換するステップは、中性から弱アルカリ性の溶液を含有する電解浴中で、前記金属基板を陽極酸化するステップを含む、請求項２８に記載の方法。
前記電解浴は、モノエタノールアミン及び硫酸を含む、請求項３０に記載の方法。
前記分枝状構造体は、前記バリア層の実質的に全ての厚さにわたって形成される、請求項２８に記載の方法。
前記分枝状構造体を形成するステップは、
前記バリア層を弱酸浴内での電解プロセスにさらすステップを含む、請求項２８に記載の方法。
弱酸浴は、約１０℃〜約２４℃の範囲の温度を有する、請求項３３に記載の方法。
前記電解プロセスは、約５ボルト〜約３０ボルトの間の電圧を印加するステップを含む、請求項３３に記載の方法。
前記電解プロセスは、約０．２Ａ／ｄｍ^２〜約３／０Ａ／ｄｍ^２の間の電流密度を印加するステップを含む、請求項３３に記載の方法。
前記電解プロセスは、約６０分未満の間、電圧を印加するステップを含む、請求項３３に記載の方法。
前記多孔性陽極層が、前記バリア層と前記金属基板との間に配置されるように、前記金属基板の第２の部分を多孔性陽極層に変換するステップを更に含み、前記多孔性陽極層は、構造上の支持を前記バリア層に提供するように、前記バリア層の厚さより十分に大きい厚さを有する、請求項２８から３７のいずれか一項に記載の方法。
前記多孔性陽極層は、前記金属基板に隣接した下端を有する複数の細孔を含み、前記方法は、
下端を、球形を有するように修正するステップを更に含み、前記複数の球形の下端は、前記陽極膜の前記白色の外観を更に白化する第２の光散乱媒体を提供する、請求項３８に記載の方法。
電子デバイスであって、
上部に形成された白色の保護コーティングを有する金属エンクロージャを含み、前記白色の保護コーティングは、
前記金属エンクロージャの外部表面に相当する露出した表面を有するバリア層であって、前記バリア層は、その中に配置された複数の分枝状構造体を有し、各分枝状構造体は、細長い形状を有し、前記分枝状構造体は、前記バリア層内に分枝パターンで配置構成され、前記露出面に入射する光を散乱させ、前記白色の保護コーティングに白色の外観を付与する、バリア層と、
前記バリア層と前記金属エンクロージャの金属表面との間に配置され、前記バリア層の厚さより大きい厚さを有する多孔性陽極層と、
を含む電子デバイス。
前記バリア層は、約１マイクロメートルの厚さを有する、請求項４０に記載の電子デバイス。
前記多孔性陽極層は、約５マイクロメートル〜約３０マイクロメートルの間の範囲の厚さを有する、請求項４０に記載の電子デバイス。
前記多孔性陽極層は、複数の細孔を含み、前記複数の細孔は、前記分枝状構造体に隣接した上端と、前記金属表面に隣接した下端とを有し、前記下端は、前記露出面に入射する光を更に散乱させるように形状が球状であって、前記白色の保護コーティングの前記白色の外観を強める、請求項４０に記載の電子デバイス。
前記多孔性陽極層は、前記露出面に入射する光を更に散乱させる不規則な形状の細孔壁を有する複数の細孔を含み、前記白色の保護コーティングの前記白色の外観を強める、請求項４０に記載の電子デバイス。
前記多孔性陽極層は、複数の細孔を含み、前記分枝状構造体の少なくとも一部及び前記複数の細孔は、前記露出面に入射する光を更に散乱させるように、内部に注入された金属酸化物粒子を有し、前記白色の保護コーティングの前記白色の外観を強める、請求項４０〜４４のいずれか一項に記載の電子デバイス。
金属酸化物粒子は二酸化チタンを含む、請求項４５に記載の電子デバイス。
金属部品を陽極酸化する方法であって、
前記金属部品の第１の部分をバリア層に変換するステップであって、前記バリア層は前記金属部品の外表面に相当する第１表面を有し、前記バリア層は実質的に細孔を有しない、ステップと、
前記バリア層内に複数の分枝状構造体を形成するステップであって、前記複数の分枝状構造体の各々は、細長い形状を有し、前記複数の分枝状構造体は、前記バリア層内に分枝パターンで配置構成され、
前記金属部品の第２の部分を多孔性陽極層に変換するステップであって、前記多孔性陽極層は、複数の実質的に平行に配置構成された細孔を有する、ステップと、
金属イオンを、前記複数の分枝状構造体の少なくとも一部及び実質的に平行に配置構成された細孔に注入するステップと、
金属酸化物粒子が、前記バリア層及び多孔性陽極層内に捕捉されるように、前記注入された金属イオンを前記金属酸化物粒子に変換するステップであって、前記複数の分枝状構造体及び前記捕捉された金属酸化物粒子は、前記金属部品の前記外表面に入射する光を拡散して散乱し、前記金属部品に白色の外観を付与する、ステップと、を含む方法。
前記バリア層は、前記多孔性陽極層の厚さより小さい厚さに生成される、請求項４７に記載の方法。
前記バリア層は、約１マイクロメートルの厚さに生成される、請求項４８に記載の方法。
前記多孔性陽極層は、約５マイクロメートル〜約３０マイクロメートルの間の厚さに生成される、請求項４８に記載の方法。
前記複数の分枝状構造体を形成するステップは、前記金属部品の前記第２の部分を、前記多孔性陽極層に変換するステップと同じ電解浴によって起きる、請求項４７に記載の方法。
複数の分枝状構造体を形成するステップは、電流密度が、回復電流値に到達するまで電解プロセスを用いるステップを含み、その時点で、前記電流密度が上昇し、前記金属部品の前記第２の部分を多孔性陽極層に変換するステップが始まる、請求項５１に記載の方法。
前記回復電流値に到達するまで、前記電解プロセスは、約１０分〜２５分の間に起きる、請求項５２に記載の方法。
前記金属部品の前記第２の部分を多孔性陽極層に変換するステップは、実質的に一定の電流密度が用いられる電解プロセスを含む、請求項４７に記載の方法。
前記複数の実質的に平行に配置構成された細孔は、前記複数の分枝状構造体と連続的である、請求項４７に記載の方法。
前記複数の実質的に平行に配置構成された細孔は、前記複数の分枝状構造体に隣接した第１の端部と基礎をなす金属基板に隣接した第２の端部を有し、前記方法は、
第２の端部を球形を有するように修正するステップであって、前記球形の第２の端部は、前記金属部品の前記外表面に入射する光を更に拡散して散乱し、前記金属部品の前記白色の外観を強める、ステップを更に含む、請求項４７に記載の方法。
前記複数の実質的に平行に配置構成された細孔の細孔壁を不規則な形状を有するように粗面化するステップであって、前記不規則な形状の細孔壁は、前記金属部品の前記外表面に入射する光を更に拡散して散乱し、前記金属部品の前記白色の外観を強める、請求項４７に記載の方法。
前記複数の分枝状構造体を形成するステップは、前記バリア層を弱酸浴内での電解プロセスにさらすステップを含む、請求項４７に記載の方法。
前記電解プロセスは、約５ボルト〜約３０ボルトの間の電圧を印加するステップを含む、請求項５８に記載の方法。
前記金属酸化物粒子は二酸化チタンを含む、請求項４７から５９のいずれか一項に記載の方法。