JP5083578B2 - 遠赤外線高放射皮膜により冷却効果を高めたアルミニウム基材及びその製造法 - Google Patents
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Description
本発明は、遠赤外線高放射皮膜により冷却効果を高めたアルミニウム基材及びその製造技術に関するものであり、更に詳しくは、遠赤外線の放射を高めるためのアルミニウム基材の表面処理に、アルカリ水溶性と水ガラスとの混合水溶液等を用いることで、処理表面にアルミニウムの水酸化物を生成させると同時に、当該生成物からなる皮膜を、処理表面に強固に密着させた状態で、付着、固定化したアルミニウム基材及びその製造技術に関するものである。
本発明は、熱伝導率が高く、電子機器類の冷却部材として好適に利用される金属アルミニウム又はアルミニウム合金のアルミニウム基材に、遠赤外線の放射による冷却効果を高める遠赤外線高放射皮膜を形成すると同時に、当該皮膜を、アルミニウム基材に強固に密着させ、付着、固定化させることで、当該皮膜の固定化と、それにより、冷却効果を長期間持続させることを可能にした、遠赤外線高放射皮膜に関する新技術・新製品を提供するものである。
従来、放熱材料に関する先行技術として、例えば、真空用冷却部材の放熱性材料とは、アルミニウムないしアルミニウム合金からなる基体に、水酸化アルミニウムを主成分とし、酸化アルミニウム等のアルミニウム化合物を含む被膜を形成したこと（特許文献１）、が提案されており、また、回路基板の冷却構造として、窒化アルミニウム基板面に、アルミナ水和物層を形成し、冷媒と直接接触させることで冷却させること（特許文献２）、が提案されている。
また、他の先行技術として、電子機器のケーシングの冷却構造として、Ａｌ合金からなる板状基材の表面に黒色陽極酸化皮膜が形成されてなる遠赤外線放射材を形成したこと（特許文献３）、が提案されており、また、太陽電池モジュール用の放熱膜として、アルカリ金属ケイ酸塩からなる液状物に、特定の金属酸化物や金属水酸化物を含有させた組成物から成膜したこと（特許文献４）、が提案されており、また、例えば、高耐食高耐磨耗性のアルミニウム材として、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基体金属の表面に、Ａｌ（ＯＨ）３を主成分としたアルミニウムの水和酸化物を形成したこと（特許文献５）、が提案されている。
また、他の先行技術として、例えば、電子機器部材の放熱塗膜として、放熱性添加剤としての酸化チタンを含有し、導電性フィラーを含有しない塗膜を被覆したこと（特許文献６）、また、例えば、電子部品の放熱シートとして、二酸化珪素、酸化アルミニウムを含有する液体を塗布して形成した赤外線放射効果を有する熱放射膜を用いたこと（特許文献７）、が提案されている。
更に、他の先行技術として、例えば、アルミニウム板上に、水熱法を利用して複合ＴｉＯ２−ベーマイト皮膜を作製する方法（非特許文献１）、が提案されており、また、アルミニウム合金及びマグネシウム合金に、クロムフリー化成皮膜を形成する表面処理として、弱アルカリ性熱湯中若しくは飽和水蒸気でベーマイト皮膜を形成する方法（非特許文献２）、また、皮膜に銀を含有したアルミニウム陽極酸化品により放熱材料を開発したこと（非特許文献３）、また、熱を遠赤外線に変換、放熱する熱放射材料として、セラミック材を開発したこと（非特許文献４）、が提案されている。
このように、従来、先行技術として、アルミニウム基材の表面に、アルミニウム化合物等の被膜を形成した放熱材料が種々提案されているが、これまでの被膜は、基材との密着性に問題があり、被膜が容易に脱落してしまい、その放熱効果を、長期間に亘り、安定に維持することが困難であったことから、当技術分野においては、特に、電子機器類の冷却部材について、そのような問題のない、高性能の、新しい放熱材料を開発することが強く要請されていた。
藤野他、「軽金属」、ｖｏｌ．５２（１０）、ｐｐ．４４２−４４７（２００２）
森田他、「軽金属」、ｖｏｌ．５０（１１）、ｐｐ．５６０−５６６（２０００）
地形他、「埼玉県産業技術総合センター研究報告」、第６巻、ｐｐ．１３３−１３５（２００８）
出牛他、「沖テクニカルレビュー」、第１９９号、ｖｏｌ．７１（３）、ｐｐ．２２−２３（２００４）
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、遠赤外線放射率が高く、電子機器類の冷却部材として有用な、新しい材料を開発することを目標として鋭意研究を重ねた結果、アルミニウム基材の表面に、水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液と水ガラスの混合水溶液等を用いて皮膜を形成することにより、当該処理表面に、アルミニウムの水酸化物を生成させると同時に、当該生成物を基材表面に強固に密着さた状態で、付着、固定させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は、電子機器類の冷却部材として利用される金属アルミニウム又はアルミニウム合金のアルミニウム基材の表面に、遠赤外線の放射による冷却効果を高めたアルミニウム基材を提供することを目的とするものである。また、本発明は、処理表面に、アルミニウムの水酸化物を生成させると同時に、当該生成物を、基材表面に強固に密着させた状態で、付着、固定させることを可能とする新しいアルミニウム基材を提供することを目的とするものである。また、本発明は、簡便かつ低コストで、優れた冷却効果を発揮すると共に、耐候性に優れ、屋外での使用に好適な新しいアルミニウム基材を提供することを目的とするものである。
更に、本発明は、放射基板となるアルミニウム基板表面を直接表面処理することで、放射率の高い生成物が、アルミニウム基板に強固に密着して、付着、固定した状態になり、当該生成物の脱落がなく、長期間、安定に、放熱による冷却効果を保持できる新しいアルミニウム基板を提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）金属アルミニウム又はアルミニウム合金のアルミニウム基材における遠赤外線の放射による冷却効果を高めたアルミニウム部材であって、
上記アルミニウム基材の表面に、アルミニウム水酸化物（アルミニウム水和酸化物を含む）、又は当該アルミニウム水酸化物とケイ酸化合物を含む、遠赤外線放射率［遠赤外線分光放射計、ヒータ温度１００℃（サンプル表面温度：約９０℃）、波長範囲約３〜２５μｍの積分波長範囲で測定］が８０％より高い部分からなる遠赤外線放射機能を有する厚みが少なくとも５μｍより厚い皮膜が、当該アルミニウム基材に密着した状態で、付着、固定化されて、上記基材と皮膜の界面が一体化している構造を有し、上記遠赤外線放射率の高い部分が、Ｂａｙｅｒｉｔｅ Ａｌ（ＯＨ） ３ 、Ｇｉｂｂｓｉｔｅ Ａｌ（ＯＨ） ３ 、Ｂｏｅｈｍｉｔｅ ＡｌＯ（ＯＨ）の結晶の１つ以上で構成されていることを特徴とする冷却用アルミニウム部材。
（２）遠赤外線放射率が５％より低いアルミニウム基材の表面に、遠赤外線放射率が８０％より高い部分が形成されている、前記（１）に記載の冷却用アルミニウム部材。
（３）上記皮膜が、アルミニウム基材表面に、直接、水酸化ナトリウム若しくは水酸化カリウムのアルカリ水溶液、又は当該アルカリ水溶液と水ガラスの混合溶液による表面処理を施すことで形成されたものである、前記（１）又は（２）に記載の冷却用アルミニウム部材。
（４）前記（１）〜（３）のいずれかに記載の冷却用アルミニウム部材を製造する方法であって、
金属アルミニウム又はアルミニウム合金のアルミニウム基材の表面の一部又は全部を、水酸化ナトリウム若しくは水酸化カリウムのアルカリ水溶液、又は当該アルカリ水溶液と水ガラスとの混合溶液による表面処理を施すことにより、処理表面にアルミニウム水酸化物、又は当該アルミニウム水酸化物とケイ酸化合物を含む遠赤外線放射機能を有する皮膜を生成させること、その際に、上記アルミニウム水酸化物として、Ｂａｙｅｒｉｔｅ Ａｌ（ＯＨ） ３ 、Ｇｉｂｂｓｉｔｅ Ａｌ（ＯＨ） ３ 、又はＢｏｅｈｍｉｔｅ ＡｌＯ（ＯＨ）の結晶の１つ以上で構成されるアルミニウム水酸化物を生成させると同時に、当該皮膜を基材に強固に密着させた状態で、付着、固定化させて、上記基材と皮膜の界面が一体化している構造を有するアルミニウム部材を製造すること、を特徴とする冷却用アルミニウム部材の製造方法。
（５）上記表面処理が、アルミニウム基材を、アルカリ水溶液、又は当該アルカリ水溶液と水ガラスとの混合溶液に所定時間浸漬することにより行われる、前記（４）に記載の冷却用アルミニウム部材の製造方法。
（６）浸漬後、アルミニウム基材を処理溶液から取り出し、反応を促進するために、加温又は水熱処理を行う、前記（４）又は（５）に記載の冷却用アルミニウム部材の製造方法。
（１）金属アルミニウム又はアルミニウム合金のアルミニウム基材における遠赤外線の放射による冷却効果を高めたアルミニウム部材であって、
上記アルミニウム基材の表面に、アルミニウム水酸化物（アルミニウム水和酸化物を含む）、又は当該アルミニウム水酸化物とケイ酸化合物を含む、遠赤外線放射率［遠赤外線分光放射計、ヒータ温度１００℃（サンプル表面温度：約９０℃）、波長範囲約３〜２５μｍの積分波長範囲で測定］が８０％より高い部分からなる遠赤外線放射機能を有する厚みが少なくとも５μｍより厚い皮膜が、当該アルミニウム基材に密着した状態で、付着、固定化されて、上記基材と皮膜の界面が一体化している構造を有し、上記遠赤外線放射率の高い部分が、Ｂａｙｅｒｉｔｅ Ａｌ（ＯＨ） ３ 、Ｇｉｂｂｓｉｔｅ Ａｌ（ＯＨ） ３ 、Ｂｏｅｈｍｉｔｅ ＡｌＯ（ＯＨ）の結晶の１つ以上で構成されていることを特徴とする冷却用アルミニウム部材。
（２）遠赤外線放射率が５％より低いアルミニウム基材の表面に、遠赤外線放射率が８０％より高い部分が形成されている、前記（１）に記載の冷却用アルミニウム部材。
（３）上記皮膜が、アルミニウム基材表面に、直接、水酸化ナトリウム若しくは水酸化カリウムのアルカリ水溶液、又は当該アルカリ水溶液と水ガラスの混合溶液による表面処理を施すことで形成されたものである、前記（１）又は（２）に記載の冷却用アルミニウム部材。
（４）前記（１）〜（３）のいずれかに記載の冷却用アルミニウム部材を製造する方法であって、
金属アルミニウム又はアルミニウム合金のアルミニウム基材の表面の一部又は全部を、水酸化ナトリウム若しくは水酸化カリウムのアルカリ水溶液、又は当該アルカリ水溶液と水ガラスとの混合溶液による表面処理を施すことにより、処理表面にアルミニウム水酸化物、又は当該アルミニウム水酸化物とケイ酸化合物を含む遠赤外線放射機能を有する皮膜を生成させること、その際に、上記アルミニウム水酸化物として、Ｂａｙｅｒｉｔｅ Ａｌ（ＯＨ） ３ 、Ｇｉｂｂｓｉｔｅ Ａｌ（ＯＨ） ３ 、又はＢｏｅｈｍｉｔｅ ＡｌＯ（ＯＨ）の結晶の１つ以上で構成されるアルミニウム水酸化物を生成させると同時に、当該皮膜を基材に強固に密着させた状態で、付着、固定化させて、上記基材と皮膜の界面が一体化している構造を有するアルミニウム部材を製造すること、を特徴とする冷却用アルミニウム部材の製造方法。
（５）上記表面処理が、アルミニウム基材を、アルカリ水溶液、又は当該アルカリ水溶液と水ガラスとの混合溶液に所定時間浸漬することにより行われる、前記（４）に記載の冷却用アルミニウム部材の製造方法。
（６）浸漬後、アルミニウム基材を処理溶液から取り出し、反応を促進するために、加温又は水熱処理を行う、前記（４）又は（５）に記載の冷却用アルミニウム部材の製造方法。
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、遠赤外線放射率が５％より低い金属アルミニウム又はアルミニウム合金のアルミニウム基材における遠赤外線の放射による冷却効果を高めた冷却用アルミニウム部材であって、前記アルミニウム基材の表面に、アルミニウム水酸化物、又は当該アルミニウム水酸化物とケイ酸化合物を含む、遠赤外線放射率が約７０〜８０％より高い皮膜が、当該アルミニウム基材に強固に密着した状態で、付着、固定化されていることを特徴とするものである。
本発明は、遠赤外線放射率が５％より低い金属アルミニウム又はアルミニウム合金のアルミニウム基材における遠赤外線の放射による冷却効果を高めた冷却用アルミニウム部材であって、前記アルミニウム基材の表面に、アルミニウム水酸化物、又は当該アルミニウム水酸化物とケイ酸化合物を含む、遠赤外線放射率が約７０〜８０％より高い皮膜が、当該アルミニウム基材に強固に密着した状態で、付着、固定化されていることを特徴とするものである。
また、本発明は、上記冷却用アルミニウム部材を製造する方法であって、金属アルミニウム又はアルミニウム合金のアルミニウム基材の表面の一部又は全部を、水酸化ナトリウム若しくは水酸化カリウムのアルカリ水溶液、又は当該アルカリ水溶液と水ガラスとの混合溶液による表面処理を施すことにより、処理表面にアルミニウムの水酸化物を生成させると同時に、当該生成物を、基材に強固に密着させ、付着、固定化することを特徴とするものである。
本発明では、アルカリ水溶液、又はアルカリ水溶液と水ガラス水溶液を混合して、これらの水溶液からなる、遠赤外線放射処理溶液を調製する。この場合、例えば、上記アルカリ水溶液と水ガラス水溶液は、同体積で混合する。次に、当該処理溶液に、アルミニウム基材を浸漬して、当該アルミニウム基材の表面に上述の遠赤外線放射皮膜を形成させる。この場合、アルミニウム基材を浸漬して、泡が出始めてから約３０秒程度で、処理が終了する。次に、アルミニウム基材を処理液から取り出し、例えば、８０℃で、１２時間程度の条件で養生させるか、あるいは、１８０℃で、１２時間程度の条件で水熱養生させることで、遠赤外線放射アルミニウム部材が得られる。
本発明では、アルカリ水溶液として、所定濃度の水酸化ナトリウム水溶液、又は水酸化カリウム水溶液が用いられる。アルカリ水溶液の濃度は、例えば、図２〜４に示されるように、得られる構成化合物、遠赤外線放射率曲線、放熱特性に違いがあるので、使用目的に応じて、適宜、調整する必要がある。水酸化カリウム水溶液の場合も、ほぼ同様の効果が得られる。
次に、水ガラス水溶液の濃度についても、例えば、図６〜８に示されるように、得られる構成化合物、遠赤外線放射率曲線、放熱特性に違いがあるので、使用目的に応じて、適宜、調整する必要がある。本発明では、アルミニウム基材の表面に、直接、アルカリ水溶液、又はアルカリ水溶液と水ガラス水溶液の混合溶液による表面処理を施す。アルミニウム基材を、上述の処理液に浸漬後、当該基材を処理溶液から取り出し、反応を促進するために、加温又は水熱処理を行う。
本発明では、遠赤外線放射率が低い（５％以下）金属アルミニウム又はアルミニウム合金のアルミニウム基材の表面に、遠赤外線放射率が高い（約８０％以上）部分を形成するが、この場合、上記遠赤外線放射率が高い部分として、Ｂａｙｅｒｉｔｅ Ａｌ（ＯＨ）３、Ｇｉｂｂｓｉｔｅ Ａｌ（ＯＨ）３、又はＢｏｅｈｍｉｔｅ ＡｌＯ（ＯＨ）の結晶を１つ以上含むように構成することが好ましい。
次に、水熱処理の影響についても、例えば、図９〜１１に示されるように、水熱処理の処理液の違いにより得られる構成化合物、遠赤外線放射率曲線、放熱特性に違いが生じる場合があるので、使用目的に応じて、適宜の条件に設定することが求められる。また、アルミニウム基材の種類についても、図１２、１３に示されるように、処理液の違いにより、得られる構成化合物、遠赤外線放射率曲線に違いが生じる場合があるので、使用目的に応じて、アルミニウム基材の種類を、適宜、選択することが好ましい。
本発明では、上述の製法により得られた遠赤外線放射アルミニウム部材について、遠赤外線放射率測定、薄膜Ｘ線回折、放熱特性評価、ＳＥＭ観察により評価した。本発明において、上述の表面処理は、遠赤外線の放射を高めるための表面処理であるだけではなく、基板表面に形成された皮膜を、脱落することなく、安定かつ強固に基板と密着して付着、固定化させるための表面処理であることが非常に重要である。
基板の表面と皮膜との界面の密着状況について、ＳＥＭ観察により、客観的に評価した。その結果、皮膜の処理液の組成として、水ガラスを混入させることにより、従来の放熱材の場合と比べて、格段に差異のある極めて良好な密着界面が形成されることが判明した。本発明では、とりわけ、水ガラスを含むアルカリ処理液を用いることが重要である。
上述のように、本発明では、アルミニウム基材を、例えば、所定の濃度の水酸化ナトリウム／水ガラス混合水溶液に所定時間浸漬する。その場合、処理条件としては、ＮａＯＨ：０．５〜５ｍｏｌ／Ｌ、水ガラス（ＳｉＯ４ ４−）：０．１５〜１．７ｍｏｌ／Ｌ、反応時間：約３０〜１２０ｓ、の条件が例示され、水酸化カリウムの場合についても、同様である。
浸漬後、アルミニウム基材を処理液から取り出し、反応を促進するために、加温、又は水熱処理を行なう。その場合、加温、又は水熱処理の条件としては、例えば、加温処理：８０℃、８０％ＲＨ、１２ｈ、水熱処理：１８０℃、１２ｈ 蒸気養生、の条件が例示される。
本発明は、上述の構成を採用することにより、熱伝導率が高く、電子機器類の冷却部材として利用される金属アルミニウム又はアルミニウム合金のアルミニウム基材に、遠赤外線の放射による冷却効果を高めたアルミニウム基材を提供することを可能とするものである。また、本発明は、上記基材により、遠赤外線の放射による電子機器に溜まった熱の放散を行なうことで、アルミニウム基材のみの場合と比べて、冷却効率が著しく高まるだけではなく、基材表面に皮膜が強固に密着して付着、固定化されているので、長期に亘り、持続可能に使用できる利点がある。
また、本発明は、遠赤外線の放射を高めるための表面処理に、アルカリ水溶液と水ガラスの混合水溶液等を用いることで、処理表面にアルミニウムの水酸化物を生成させると同時に、簡便かつ低コストで、当該生成物を強固に、基材に密着して付着、固定化させることを実現できる新しい技術である。
更に、本発明は、放熱基板となるアルミニウム基材を直接処理することで、放射率の高い生成物は、アルミニウム基材に密着した状態となること、コーティング剤は、安価な水酸化ナトリウムと水ガラス等で行なえること、浸漬処理が可能であることから、アルミニウム基材の形状を問わないこと、析出する物質は、無機化合物であり、紫外線により劣化する有機物よりも耐候性に優れ、屋外での使用に適していること、等の、従来材にない利点を有する。
本発明により、次のような効果が奏される。
（１）熱伝導率が高く、電子機器類の冷却部材として利用されるアルミニウム基材に、遠赤外線の放射による冷却効果を高めたアルミニウム基材を提供することができる。
（２）遠赤外線の放射による電子機器に溜まった熱の放散を行なうことで、アルミニウムのみの場合と比べて、冷却効率を著しく高めることができる。
（３）遠赤外線の放射を高めるための表面処理に、水酸化ナトリウムと水ガラスの混合水溶液等を用いることで、表面に、アルミニウムの水酸化物を生成させると同時に、当該生成物を強固に基材に密着して付着、固定化したアルミニウム基材を提供することができる。
（４）放熱基板となるアルミニウム基材を直接表面処理することで、放射率の高い生成物を、アルミニウム基材に強固に密着させることができる。
（５）コーティング剤は、安価な水酸化ナトリウムと水ガラス等であり、簡便かつ低コストな技術である。
（６）浸漬処理が可能であることから、アルミニウム基材の形状を問わない利点がある。
（７）析出する物質は、無機化合物であり、紫外線により劣化する有機物よりも耐候性に優れ、とりわけ、屋外での使用に好適である。
（１）熱伝導率が高く、電子機器類の冷却部材として利用されるアルミニウム基材に、遠赤外線の放射による冷却効果を高めたアルミニウム基材を提供することができる。
（２）遠赤外線の放射による電子機器に溜まった熱の放散を行なうことで、アルミニウムのみの場合と比べて、冷却効率を著しく高めることができる。
（３）遠赤外線の放射を高めるための表面処理に、水酸化ナトリウムと水ガラスの混合水溶液等を用いることで、表面に、アルミニウムの水酸化物を生成させると同時に、当該生成物を強固に基材に密着して付着、固定化したアルミニウム基材を提供することができる。
（４）放熱基板となるアルミニウム基材を直接表面処理することで、放射率の高い生成物を、アルミニウム基材に強固に密着させることができる。
（５）コーティング剤は、安価な水酸化ナトリウムと水ガラス等であり、簡便かつ低コストな技術である。
（６）浸漬処理が可能であることから、アルミニウム基材の形状を問わない利点がある。
（７）析出する物質は、無機化合物であり、紫外線により劣化する有機物よりも耐候性に優れ、とりわけ、屋外での使用に好適である。
次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例により何ら限定されるものではない。
ここでは、実施例における処理水溶液の作製手順、アルミニウム基板（Ａｌ板）表面処理液によるＡｌの処理と養生、遠赤外線放射アルミニウム部材（Ａｌ部材）の評価について説明する。図１に、処理溶液の作製・評価方法を示す。
（１）処理溶液の作製手順
４８％水酸化ナトリウム水溶液（高杉製薬製、食品添加物）と、蒸留水を、重量比で、１．６７：１で混合し、１０ｍｏｌ／Ｌ−ＮａＯＨ水溶液を調製した（実施例１〜４で使用）。
（１）処理溶液の作製手順
４８％水酸化ナトリウム水溶液（高杉製薬製、食品添加物）と、蒸留水を、重量比で、１．６７：１で混合し、１０ｍｏｌ／Ｌ−ＮａＯＨ水溶液を調製した（実施例１〜４で使用）。
また、１号水ガラス（ケイ酸ナトリウム、ＡＧＣエスアイテック製）と、蒸留水を、重量比で、０．８９：１で混合し、ケイ酸イオン濃度が３．３ｍｏｌ／Ｌとなるように、原液を調製した（実施例１〜５で使用）。また、実施例５で使用する１０ｍｏｌ／Ｌ−ＫＯＨ水溶液を、粒状のＫＯＨ（和光純薬工業製、試薬特級）１１２．２ｇを、全量が２００ｍｌとなるように、蒸留水を加え、溶解し、調製した。
なお、ＮａＯＨ水溶液、ＫＯＨ水溶液、水ガラス水溶液の原液を、それぞれ２倍、３倍、９倍に蒸留水で希釈した、希釈水溶液を調製した。溶液の種類と希釈した倍率で、処理溶液の符号とした。例えば、ＮａＯＨ水溶液の３倍希釈液は、「Ｎ０３」、ＫＯＨの３倍希釈液は、「Ｋ０３」、水ガラスの３倍希釈液は、「Ｓ０３」とした。以下の表１に、処理水溶液の濃度とサンプルＩＤを示す。
（２）Ａｌ板表面処理溶液によるＡｌの処理と養生
上記（１）で調製した各種濃度のＮａＯＨ水溶液と、水ガラス水溶液を、同体積で混合し、Ａｌ板の処理溶液（遠赤外線放射処理溶液）とした。各混合溶液に、Ａｌ板（Ａｌ１０５０（実施例１〜３、５、６）、又は、Ａｌ５０５２（実施例４））を入れ、Ａｌの溶解反応に伴う泡が出始めてから、３０秒間浸漬した。泡が確認されるまでの時間は、ＮａＯＨが濃いものほど速い傾向がみられ、１０秒程度であり、薄いものでは、約３０秒であった。
上記（１）で調製した各種濃度のＮａＯＨ水溶液と、水ガラス水溶液を、同体積で混合し、Ａｌ板の処理溶液（遠赤外線放射処理溶液）とした。各混合溶液に、Ａｌ板（Ａｌ１０５０（実施例１〜３、５、６）、又は、Ａｌ５０５２（実施例４））を入れ、Ａｌの溶解反応に伴う泡が出始めてから、３０秒間浸漬した。泡が確認されるまでの時間は、ＮａＯＨが濃いものほど速い傾向がみられ、１０秒程度であり、薄いものでは、約３０秒であった。
取り出した後、表面の泡が消えるまで、室温に放置し、その後、８０℃、８０％ＲＨの反応養生装置（ＥＳＰＥＣ社製、ＬＨＬ−１１３）に入れ、１２時間反応させた（実施例１，２，４〜６の養生条件）。また、実施例３では、ステンレス製圧力釜（栗原製作所、オートクレーブ）に、浸漬処理を行なったサンプルを入れ、１８０℃、１２時間、水熱蒸気処理を行なった。このとき、圧力釜内の最高圧力は、約１０ａｔｍであった。
（３）遠赤外線放射Ａｌ部材の評価
上記（２）で養生した各種サンプルを取り出した後、水流で軽く洗浄し、脱落する生成物を取り除き、固着した生成物のみで覆われた遠赤外線放射Ａｌ部材の遠赤外線放射率測定、薄膜Ｘ線回折、放熱特性評価、ＳＥＭ観察を行なった。
上記（２）で養生した各種サンプルを取り出した後、水流で軽く洗浄し、脱落する生成物を取り除き、固着した生成物のみで覆われた遠赤外線放射Ａｌ部材の遠赤外線放射率測定、薄膜Ｘ線回折、放熱特性評価、ＳＥＭ観察を行なった。
遠赤外線放射率は、遠赤外線分光放射計（日本電子製、ＪＩＲ−Ｅ５００）を用い、ヒータ温度１００℃（サンプル表面温度：約９０℃）、波長範囲約３〜２５μｍで測定を行ない、材料表面から放射される遠赤外線放射率を評価した。
薄膜Ｘ線回折測定では、薄膜Ｘ線回折装置（日本フィリップス社製、ＭＰＤ１８８０）を用い、入射角度２°として、走査範囲４〜６０°まで測定を行ない、表面の生成物の結晶相の同定を行なった。
放熱特性では、発熱部にＬＥＤ（Ｃｒｅｅ社、ＸＰ−Ｅ、消費電力２．４Ｗ）を用い、ヒートシンク部には、表面処理したＡｌ１０５０（４４．５＊４４．５＊ｔ２ｍｍ）を取り付けて、ＬＥＤのスイッチをオンにし、温度の時間変化を読み取り、放熱特性を評価した。温度上昇の少ない表面処理が性能が良いことになる。
ＳＥＭ観察は、表面処理界面の付着状況を確認するために、走査型電子顕微鏡（日本電子製、ＪＳＭ−６３００Ｆ）を用いて観察を行なった。表面処理したＡｌ板を、約１５ｍｍ角に切り出し、エポキシ樹脂に埋入し、サンプル断面を、ダイヤモンド砥粒（１μｍ）で仕上げたサンプルを観察に用いた。
実施例１
水酸化ナトリウムの濃度（Ｎ０１−Ｓ０３，Ｎ０３−Ｓ０３，Ｎ０９−Ｓ０３）を変えて、表面生成物（ＸＲＤ）、放射率（Ｆ−ＩＲ）、基板温度、付着界面（ＳＥＭ）を調べた。図２に、処理液の違いによる生成物のＸＲＤを示す。析出物は、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）が中心であり、ＮａＯＨ濃度がＮ０３よりも薄いサンプルで、Ｄａｗｓｏｎｉｔｅ（ＮａＡｌＣＯ３（ＯＨ）２）が生成した。
水酸化ナトリウムの濃度（Ｎ０１−Ｓ０３，Ｎ０３−Ｓ０３，Ｎ０９−Ｓ０３）を変えて、表面生成物（ＸＲＤ）、放射率（Ｆ−ＩＲ）、基板温度、付着界面（ＳＥＭ）を調べた。図２に、処理液の違いによる生成物のＸＲＤを示す。析出物は、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）が中心であり、ＮａＯＨ濃度がＮ０３よりも薄いサンプルで、Ｄａｗｓｏｎｉｔｅ（ＮａＡｌＣＯ３（ＯＨ）２）が生成した。
図３に、処理液の違いによる遠赤外線放射率曲線を示す。ＮａＯＨ濃度がＮ０３よりも濃い処理液で８０％以上の放射率を示した。図４に、処理液の違いによる放熱特性を示す。遠赤外線放射率の高いサンプル（Ｎ０１，Ｎ０３）で、温度上昇は抑制され、放熱特性が良好であった。また、コントロールである金属Ａｌよりも、約１０℃も温度を抑制できた。図５に、処理液の違いによる付着界面の様子を示す。Ａｌ基板が溶解し、反応生成物が析出したため、析出物は、Ａｌ基板に良好に密着していた。
実施例２
水ガラスの濃度（Ｎ０２−Ｓ０１，Ｎ０２−Ｓ０２，Ｎ０２−Ｓ０３）を変えて、表面生成物（ＸＲＤ）、放射率（Ｆ−ＩＲ）、基板温度を調べた。図６に、処理液の違いによる生成物のＸＲＤを示す。析出物は、どのサンプルでも、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）が中心であり、Ｄａｗｓｏｎｉｔｅ（ＮａＡｌＣＯ３（ＯＨ）２）が生成した。図７に、処理液の違いによる遠赤外線放射率曲線を示す。どの処理液でも８０％以上の放射率を示した。図８に、処理液の違いによる放熱特性を示す。どのサンプルでも、Ａｌ基板よりも放熱特性が良好で、約１０℃も温度上昇を抑制できた。
水ガラスの濃度（Ｎ０２−Ｓ０１，Ｎ０２−Ｓ０２，Ｎ０２−Ｓ０３）を変えて、表面生成物（ＸＲＤ）、放射率（Ｆ−ＩＲ）、基板温度を調べた。図６に、処理液の違いによる生成物のＸＲＤを示す。析出物は、どのサンプルでも、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）が中心であり、Ｄａｗｓｏｎｉｔｅ（ＮａＡｌＣＯ３（ＯＨ）２）が生成した。図７に、処理液の違いによる遠赤外線放射率曲線を示す。どの処理液でも８０％以上の放射率を示した。図８に、処理液の違いによる放熱特性を示す。どのサンプルでも、Ａｌ基板よりも放熱特性が良好で、約１０℃も温度上昇を抑制できた。
実施例３
各アルカリ濃度の処理液（Ｎ０１−Ｓ０３， Ｎ０３−Ｓ０３， Ｎ０９−Ｓ０３）で処理したＡｌ基板を、水熱処理して、表面生成物（ＸＲＤ）、放射率（Ｆ−ＩＲ）、基板温度を調べた。図９に、処理液の違いによる生成物のＸＲＤを示す。析出物は、どのサンプルでも、水酸化アルミニウム（ＡｌＯＯＨ）が中心であった。図１０に、処理液の違いによる遠赤外線放射率曲線を示す。どの処理液でも、約９０％の放射率を示した。図１１に、処理液の違いによる放熱特性を示す。どのサンプルでも、Ａｌ基板よりも放熱特性が良好で、約１０℃も温度上昇を抑制できた。
各アルカリ濃度の処理液（Ｎ０１−Ｓ０３， Ｎ０３−Ｓ０３， Ｎ０９−Ｓ０３）で処理したＡｌ基板を、水熱処理して、表面生成物（ＸＲＤ）、放射率（Ｆ−ＩＲ）、基板温度を調べた。図９に、処理液の違いによる生成物のＸＲＤを示す。析出物は、どのサンプルでも、水酸化アルミニウム（ＡｌＯＯＨ）が中心であった。図１０に、処理液の違いによる遠赤外線放射率曲線を示す。どの処理液でも、約９０％の放射率を示した。図１１に、処理液の違いによる放熱特性を示す。どのサンプルでも、Ａｌ基板よりも放熱特性が良好で、約１０℃も温度上昇を抑制できた。
実施例４
Ａｌ基板に、Ａｌ５０５２を用い、処理液（Ｎ０３−Ｓ０３）で処理し、表面生成物（ＸＲＤ）、放射率（Ｆ−ＩＲ）を調べた。図１２に、処理液の違いによる生成物のＸＲＤを示す。析出物は、Ａｌ基板の違いによらず、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）が中心であり、Ｄａｗｓｏｎｉｔｅ（ＮａＡｌＣＯ３（ＯＨ）２）が生成した。図１３に、処理液の違いによる遠赤外線放射率曲線を示す。Ａｌ５０５２基板でも、７０％以上の放射率を示し、未処理のＡｌよりも放射特性を改善できた。また、ＬＥＤ放熱実験（２．４Ｗ）を行なった結果、冷却効果は、未処理のＡｌ基板よりも、１０．４℃低下させることが可能であった。
Ａｌ基板に、Ａｌ５０５２を用い、処理液（Ｎ０３−Ｓ０３）で処理し、表面生成物（ＸＲＤ）、放射率（Ｆ−ＩＲ）を調べた。図１２に、処理液の違いによる生成物のＸＲＤを示す。析出物は、Ａｌ基板の違いによらず、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）が中心であり、Ｄａｗｓｏｎｉｔｅ（ＮａＡｌＣＯ３（ＯＨ）２）が生成した。図１３に、処理液の違いによる遠赤外線放射率曲線を示す。Ａｌ５０５２基板でも、７０％以上の放射率を示し、未処理のＡｌよりも放射特性を改善できた。また、ＬＥＤ放熱実験（２．４Ｗ）を行なった結果、冷却効果は、未処理のＡｌ基板よりも、１０．４℃低下させることが可能であった。
実施例５
水酸化カリウムの濃度（Ｋ０１−Ｓ０３，Ｋ０３−Ｓ０３，Ｋ０９−Ｓ０３）を変えて、表面生成物（ＸＲＤ）、放射率（Ｆ−ＩＲ）を調べた。図１４に、処理液の違いによる生成物のＸＲＤを示す。析出物は、ＫＯＨ濃度がＫ０３よりも濃い処理溶液で、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）が中心であった。図１５に、処理液の違いによる遠赤外線放射率曲線を示す。ＫＯＨ濃度がＫ０３よりも濃い処理液で、８０％以上の放射率を示し、生成物をほとんど生じなかったＫ０９の処理液では、未処理Ａｌ基板と同程度の放射率であった。
水酸化カリウムの濃度（Ｋ０１−Ｓ０３，Ｋ０３−Ｓ０３，Ｋ０９−Ｓ０３）を変えて、表面生成物（ＸＲＤ）、放射率（Ｆ−ＩＲ）を調べた。図１４に、処理液の違いによる生成物のＸＲＤを示す。析出物は、ＫＯＨ濃度がＫ０３よりも濃い処理溶液で、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）が中心であった。図１５に、処理液の違いによる遠赤外線放射率曲線を示す。ＫＯＨ濃度がＫ０３よりも濃い処理液で、８０％以上の放射率を示し、生成物をほとんど生じなかったＫ０９の処理液では、未処理Ａｌ基板と同程度の放射率であった。
比較例１
Ａｌ基板に、Ａｌ１０５０を用い、未処理のＡｌ１０５０基板の放射率（Ｆ−ＩＲ）及び放熱特性を調べた。Ａｌ１０５０基板を、アセトンで超音波洗浄し、測定に用いた。放射率は、図３に示すように、ほぼゼロであり、積分放射率は、１．８％であった。また、放熱特性は、図４に示すように、処理したサンプルよりも１０℃も高い温度を示し、放射による放熱特性が悪かった。
Ａｌ基板に、Ａｌ１０５０を用い、未処理のＡｌ１０５０基板の放射率（Ｆ−ＩＲ）及び放熱特性を調べた。Ａｌ１０５０基板を、アセトンで超音波洗浄し、測定に用いた。放射率は、図３に示すように、ほぼゼロであり、積分放射率は、１．８％であった。また、放熱特性は、図４に示すように、処理したサンプルよりも１０℃も高い温度を示し、放射による放熱特性が悪かった。
実施例６
水ガラスを含まず、アルカリ水溶液（Ｎ０１−Ｓ００， Ｎ０３−Ｓ００， Ｎ０９−Ｓ００）のみで処理したＡｌ基板の表面生成物（ＸＲＤ）及び放射率（Ｆ−ＩＲ）を調べた。図１６に、処理液の違いによる生成物のＸＲＤを示す。析出物は、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）が中心であり、Ｎ０３よりもＮａＯＨ濃度の薄いサンプルで、Ｄａｗｓｏｎｉｔｅ（ＮａＡｌＣＯ３（ＯＨ）２）が生成した。図１７に、処理液の違いによる遠赤外線放射率曲線を示す。全てのサンプルで、８０％以上の放射率を示した。
水ガラスを含まず、アルカリ水溶液（Ｎ０１−Ｓ００， Ｎ０３−Ｓ００， Ｎ０９−Ｓ００）のみで処理したＡｌ基板の表面生成物（ＸＲＤ）及び放射率（Ｆ−ＩＲ）を調べた。図１６に、処理液の違いによる生成物のＸＲＤを示す。析出物は、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）が中心であり、Ｎ０３よりもＮａＯＨ濃度の薄いサンプルで、Ｄａｗｓｏｎｉｔｅ（ＮａＡｌＣＯ３（ＯＨ）２）が生成した。図１７に、処理液の違いによる遠赤外線放射率曲線を示す。全てのサンプルで、８０％以上の放射率を示した。
比較例２
アルカリ水溶液を含まず、水ガラス水溶液（Ｎ００−Ｓ０３）のみで処理したＡｌ基板の表面生成物（ＸＲＤ）及び放射率（Ｆ−ＩＲ）を調べた。図１８に、処理液の違いによる生成物のＸＲＤを示す。結晶質の析出物は確認されなかった。図１９に、処理液の違いによる遠赤外線放射率曲線を示す。積分放射率（３．３３〜２５．４２μｍ）は、２６．０％と低い放射率を示した。
アルカリ水溶液を含まず、水ガラス水溶液（Ｎ００−Ｓ０３）のみで処理したＡｌ基板の表面生成物（ＸＲＤ）及び放射率（Ｆ−ＩＲ）を調べた。図１８に、処理液の違いによる生成物のＸＲＤを示す。結晶質の析出物は確認されなかった。図１９に、処理液の違いによる遠赤外線放射率曲線を示す。積分放射率（３．３３〜２５．４２μｍ）は、２６．０％と低い放射率を示した。
以上詳述したように、本発明は、遠赤外線高放射皮膜により冷却効果を高めたアルミニウム基材に係るものであり、本発明により、熱伝導率が高く、電子機器類の冷却部材として利用されるアルミニウム基材に、遠赤外線の放射による冷却効果を高めたアルミニウム基材を提供することができる。また、本発明では、遠赤外線の放射による電子機器に溜まった熱の放散を行なうことで、アルミニウムのみの場合と比べて、冷却効率を著しく高めることができる。また、本発明により、遠赤外線の放射を高めるための表面処理に、水酸化ナトリウムと水ガラスの混合水溶液等を用いることで、表面に、アルミニウムの水酸化物を生成させると同時に、当該生成物を強固に基材に密着させたアルミニウム基材を提供することができる。本発明は、放熱基板となるアルミニウム基材を直接表面処理することで、放射率の高い生成物を、アルミニウム基材に強固に密着させることができること、コーティング剤は、安価な水酸化ナトリウムと水ガラス等であり、簡便かつ低コストな技術であること、浸漬処理が可能であるので、アルミニウム基材の形状を問わないこと、析出する物質は、無機化合物であり、紫外線により劣化する有機物よりも耐候性に優れ、とりわけ、屋外での使用に好適であること、等の利点を有する。
Claims (6)
- 金属アルミニウム又はアルミニウム合金のアルミニウム基材における遠赤外線の放射による冷却効果を高めたアルミニウム部材であって、
上記アルミニウム基材の表面に、アルミニウム水酸化物（アルミニウム水和酸化物を含む）、又は当該アルミニウム水酸化物とケイ酸化合物を含む、遠赤外線放射率［遠赤外線分光放射計、ヒータ温度１００℃（サンプル表面温度：約９０℃）、波長範囲約３〜２５μｍの積分波長範囲で測定］が８０％より高い部分からなる遠赤外線放射機能を有する厚みが少なくとも５μｍより厚い皮膜が、当該アルミニウム基材に密着した状態で、付着、固定化されて、上記基材と皮膜の界面が一体化している構造を有し、上記遠赤外線放射率の高い部分が、Ｂａｙｅｒｉｔｅ Ａｌ（ＯＨ） ３ 、Ｇｉｂｂｓｉｔｅ Ａｌ（ＯＨ） ３ 、Ｂｏｅｈｍｉｔｅ ＡｌＯ（ＯＨ）の結晶の１つ以上で構成されていることを特徴とする冷却用アルミニウム部材。 - 遠赤外線放射率が５％より低いアルミニウム基材の表面に、遠赤外線放射率が８０％より高い部分が形成されている、請求項１に記載の冷却用アルミニウム部材。
- 上記皮膜が、アルミニウム基材表面に、直接、水酸化ナトリウム若しくは水酸化カリウムのアルカリ水溶液、又は当該アルカリ水溶液と水ガラスの混合溶液による表面処理を施すことで形成されたものである、請求項１又は２に記載の冷却用アルミニウム部材。
- 請求項１〜３のいずれかに記載の冷却用アルミニウム部材を製造する方法であって、
金属アルミニウム又はアルミニウム合金のアルミニウム基材の表面の一部又は全部を、水酸化ナトリウム若しくは水酸化カリウムのアルカリ水溶液、又は当該アルカリ水溶液と水ガラスとの混合溶液による表面処理を施すことにより、処理表面にアルミニウム水酸化物、又は当該アルミニウム水酸化物とケイ酸化合物を含む遠赤外線放射機能を有する皮膜を生成させること、その際に、上記アルミニウム水酸化物として、Ｂａｙｅｒｉｔｅ Ａｌ（ＯＨ） ３ 、Ｇｉｂｂｓｉｔｅ Ａｌ（ＯＨ） ３ 、又はＢｏｅｈｍｉｔｅ ＡｌＯ（ＯＨ）の結晶の１つ以上で構成されるアルミニウム水酸化物を生成させると同時に、当該皮膜を基材に強固に密着させた状態で、付着、固定化させて、上記基材と皮膜の界面が一体化している構造を有するアルミニウム部材を製造すること、を特徴とする冷却用アルミニウム部材の製造方法。 - 上記表面処理が、アルミニウム基材を、アルカリ水溶液、又は当該アルカリ水溶液と水ガラスとの混合溶液に所定時間浸漬することにより行われる、請求項４に記載の冷却用アルミニウム部材の製造方法。
- 浸漬後、アルミニウム基材を処理溶液から取り出し、反応を促進するために、加温又は水熱処理を行う、請求項４又は５に記載の冷却用アルミニウム部材の製造方法。
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| JP7222486B2 (ja) | 2020-06-26 | 2023-02-15 | 株式会社丸保 | ポリエステル系繊維材料の転写捺染法及び転写捺染されたポリエステル系繊維製品の製造方法 |
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| JPS59185783A (ja) * | 1983-04-08 | 1984-10-22 | Mitsubishi Alum Co Ltd | アルミニウム又はアルミニウム合金の表面処理法 |
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| JPH02180835A (ja) * | 1988-12-29 | 1990-07-13 | Lion Corp | 外用製剤 |
| JPH10140372A (ja) * | 1996-11-12 | 1998-05-26 | Toyota Motor Corp | アルミニウム系基地における耐食性皮膜及びその製造方法 |
| JP2005291644A (ja) * | 2004-04-01 | 2005-10-20 | Honda Motor Co Ltd | 熱交換装置 |
| JP4940538B2 (ja) * | 2004-05-26 | 2012-05-30 | 凸版印刷株式会社 | 偽装用積層材料 |
| JP2008038223A (ja) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | Furukawa Sky Kk | 接合体 |
| JP5192685B2 (ja) * | 2006-12-14 | 2013-05-08 | 株式会社アルバック | 真空用冷却部材および真空用機器 |
| DK2281960T3 (da) * | 2008-04-23 | 2021-09-20 | FUTAEDA Inc. | System til regulering af indeklimaet |
-
2010
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