JPWO2020059728A1 - アルミニウム部材及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

アルミニウム部材１００は、金属アルミニウムにより構成された母材１１と、母材１１の表面を被覆する酸化アルミニウムを含む皮膜１２と、を含む多孔質層４０を備える。皮膜１２は５ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さを有し、皮膜１２は表面に形成された凹部１３及び凸部１４の少なくともいずれか一方を複数有し、凹部１３の深さは１０ｎｍ〜１００ｎｍであり、凸部１４の高さは１０ｎｍ〜１００ｎｍである。多孔質層４０は平均細孔径が０．１μｍ〜１０μｍである空孔１５を複数有する。

Description

本発明は、アルミニウム部材及びその製造方法に関する。
従来、例えばインフルエンザウイルスなどの感染を迅速かつ簡易に検査する体外診断用医薬品として、イムノクロマトグラフィーを利用した検査キットが知られている。この検査キットは、例えば、生体などから採取した検体を所定の位置に滴下し、テストラインとコントロールラインの両方が目視にて確認できた場合に陽性であり、コントロールラインのみが目視にて確認できた場合には陰性であることを示すものである。
検査キットは、例えば特許文献１に示されるように、検体を展開するための展開部材として、ニトロセルロース製メンブレンフィルターを備えている。採取した検体は、毛細管現象によってメンブレンフィルター内を流れ、テストラインとコントロールラインまで展開される。
特開第２００３−３４４４０６号公報
ニトロセルロース製メンブレンフィルターは、一般的に白色度が高いため、テストライン及びコントロールラインを目視にて確認することが比較的容易であり、多くの検査キットで使用されている。
しかしながら、ニトロセルロース製メンブレンフィルターは、生産日、製造場所及び製造ロットなどによって、空孔のサイズが不均一であったり、厚さが不均一であったりし、品質のばらつきが大きい傾向にある。このような品質のばらつきが大きいと、毛細管現象により流れる液体の流速が不均一になりやすく、検査結果に悪影響を及ぼすおそれがある。
また、ニトロセルロース製メンブレンフィルターは、一般的に保存性が良好でない。そのため、白色度及び保存性の高い、ニトロセルロース製メンブレンフィルターに代わる展開部材が望まれている。
本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、白色度及び水の吸い上げ性能が高いアルミニウム部材及びその製造方法を提供することである。
本発明の態様に係るアルミニウム部材は、金属アルミニウムにより構成された母材と、母材の表面を被覆する酸化アルミニウムを含む皮膜と、を含む多孔質層を備える。皮膜は５ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さを有し、皮膜は表面に形成された複数の凹部及び複数の凸部の少なくともいずれか一方を有する。複数の凹部に含まれる各凹部の深さは１０ｎｍ〜１００ｎｍであり、複数の凸部に含まれる各凸部の高さは１０ｎｍ〜１００ｎｍである。多孔質層は複数の空孔を有し、複数の空孔の平均細孔径が０．１μｍ〜１０μｍである。
本発明の態様に係るアルミニウム部材の製造方法は、多孔質構造を有するアルミニウム板を陽極酸化し、アルミニウム板に酸化アルミニウムを含む皮膜を形成する皮膜形成工程を備える。アルミニウム部材の製造方法は、皮膜が形成されたアルミニウム板を減極処理し、皮膜の表面の一部を除去する減極処理工程を備える。皮膜形成工程と減極処理工程とを交互に繰り返す。アルミニウム板は金属アルミニウムにより構成されている。
図１は、本実施形態に係る多孔質層の一部を拡大した多孔質層の三次粗面構造を示す模式的な断面図である。 図２は、図１の枠で囲んだ部分を拡大した多孔質層の一次粗面構造及び二次粗面構造を示す模式的な断面図である。 図３は、多孔質層の一次粗面構造及び二次粗面構造の別の例を示す模式的な断面図である。 図４は、多孔質層の一次粗面構造及び二次粗面構造の別の例を示す模式的な断面図である。 図５は、本実施形態に係るアルミニウム部材の一例を示す断面図である。 図６は、本実施形態に係るアルミニウム部材を用いた検査キットの一例を示す斜視図である。 図７は、エッチング後のアルミニウム板の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した写真である。 図８は、実施例３に係るアルミニウム部材の表面を走査型電子顕微鏡で観察した写真である。 図９は、実施例１０に係るアルミニウム部材の表面を走査型電子顕微鏡で観察した写真である。 図１０は、比較例３に係るアルミニウム部材の表面を走査型電子顕微鏡で観察した写真である。
以下、図面を用いて本実施形態に係るアルミニウム部材及びその製造方法について詳細に説明する。本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。また、実施形態における構成要素は、一部又は全部を適宜組み合わせることができる。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
［アルミニウム部材］
本実施形態では、ニトロセルロース製メンブレンフィルターの代替として、多孔質構造を有しているアルミニウム部材を用いることができないか検討した。しかしながら、通常、アルミニウム部材は、イムノクロマトグラフィーに適用できるほどの毛細管現象を発現させることが困難であると考えられている。また、アルミニウム部材は、通常、灰色をしており、テストライン及びコントロールラインなどの発色を確認し難い。
しかしながら、以下で詳述する本実施形態に係るアルミニウム部材は、白色度が高く、水の吸い上げ性能が高いことが分かった。このようなアルミニウム部材は、ニトロセルロース製メンブレンフィルターの代替としてだけではなく、様々な用途に有用であると期待される。
図１は、本実施形態に係る多孔質層４０の一部を拡大した模式的な断面図である。図２〜図４は、図１の枠で囲んだ部分を拡大した多孔質層４０の一次粗面構造１０及び二次粗面構造２０を示す模式的な断面図である。図１に示すように、本実施形態に係るアルミニウム部材１００は、多孔質層４０を備える。また、図２〜図４に示すように、多孔質層４０は、母材１１と、皮膜１２と、を含んでいる。そして、多孔質層４０では、この母材１１に皮膜１２が接するとともに、アルミニウム部材１００の外表面側に皮膜１２が配されている。皮膜１２は、その表面に凹部１３（第１凹部）及び凸部１４（第１凸部）の少なくともいずれか一方を有する。また、多孔質層４０は、複数の空孔１５を有している。
＜粗面構造＞
アルミニウム部材１００は、その表面に粗面構造を有している。粗面構造とは、表面に凹凸を複数有することで、平滑な面よりも表面が粗くなっている表面構造をいう。好ましくは、粗面構造は、凹部１３及び凸部１４の少なくともいずれか一方がアルミニウム部材１００の表面上に分散して配置されているものをいう。アルミニウム部材１００の表面上の粗面構造には、針状又は板状の凹凸構造物が配置されていないことが好ましい。アルミニウム部材１００の粗面構造は、表面粗度のスケールが大きくなる順に、一次粗面構造１０、二次粗面構造２０、及び三次粗面構造３０によって表すことができる。すなわち、二次粗面構造２０の表面粗度のスケールは一次粗面構造１０の表面粗度のスケールより大きく、三次粗面構造３０の表面粗度のスケールは二次粗面構造２０の表面粗度のスケールより大きい。後述するように、アルミニウム部材１００は、一次粗面構造１０と、二次粗面構造２０と、三次粗面構造３０とを有することによって白色度が高まるものと推測される。
図２〜図４に示すように、一次粗面構造１０は、皮膜１２と、皮膜１２の表面に存在する複数の凹部１３及び複数の凸部１４の少なくともいずれか一方とによって形成される微細な粗面構造である。一次粗面構造１０は、皮膜１２の表面に形成されている。一次粗面構造１０は、表面粗度のスケールが数ｎｍ〜数１００ｎｍ程度のオーダーの構造である。
図２〜図４に示すように、二次粗面構造２０は、多孔質層４０のうち、母材１１と複数の空孔１５とによって形成される粗面構造である。すなわち、二次粗面構造２０は、凸部２１（第２凸部、突出部）と、凹部２２（第２凹部、陥入部）とによって形成されている。凸部２１は、母材１１と皮膜１２とによって形成され、多孔質層４０の外側に向かって突出している。凹部２２は、母材１１と皮膜１２とによって形成され、多孔質層４０の内側に向かって陥入している。空孔１５は、凹部２２を形成する母材１１と皮膜１２とにより囲まれた多孔質層４０の内部空間によって形成されている。言い換えれば、二次粗面構造２０は、母材１１及び皮膜１２自体によって、アルミニウム部材１００の表面に形成されている。二次粗面構造２０は、表面粗度のスケールが数１００ｎｍ〜数１０μｍ程度のオーダーの構造である。
このようにして、多孔質層４０は、外部に連通する空孔１５を内部に有する多孔体となっている。このとき、空孔１５は皮膜１２に囲われている。すなわち、一次粗面構造１０の凹部１３及び凸部１４が多孔質層４０の表面における皮膜１２に形成されているのに対して、二次粗面構造２０の空孔１５は多孔質層４０の内部における母材１１とその表面を覆う皮膜１２に囲われて形成されている。皮膜１２に囲われた１つのセル構造を形成する空孔１５は、他のセル構造を形成する空孔１５と連通していてもよい。具体的には、多孔質層４０は、オープンセル型構造であってもよい。また、空孔１５は、多孔質層４０の一方の面から他方の面までを貫通していてもよく、貫通していなくてもよい。
図１に示すように、三次粗面構造３０は、多孔質層４０の外表面により構成される。三次粗面構造３０は、一次粗面構造１０及び二次粗面構造２０による凹凸が複数集まることで形成される粗大な粗面構造である。三次粗面構造３０は、アルミニウム部材１００の表面において、一次粗面構造１０及び二次粗面構造２０の集合からなる集合体である。なお、後述するが、三次粗面構造３０は、エッチング工程後に、皮膜形成工程及び減極処理工程を繰り返すことで、一次粗面構造１０と二次粗面構造２０の集合体からなる凹凸構造が発達することで形成される。三次粗面構造３０は、表面粗度のスケールが数１０μｍ〜数１００μｍ程度のオーダーの構造である。
図１に示すように、一次粗面構造１０と二次粗面構造２０との集合体からなる三次粗面構造３０によって、アルミニウム部材１００の表面に凹凸構造が形成されている。具体的には、三次粗面構造３０は、一次粗面構造１０と二次粗面構造２０との集合体によって、凸部３１（第３凸部、山部）と、凹部３２（第３凹部、谷部）とが形成されている。凸部３１はアルミニウム部材１００の表面の厚み方向に対して山のように盛り上がり、凹部３２はアルミニウム部材１００の表面の厚み方向に対して谷のように落ち窪んでいる。そして、これらの凸部３１と凹部３２とが繰り返し間隔を空けて現れることで、三次粗面構造３０は、一次粗面構造１０及び二次粗面構造２０よりもスケールの大きい周期的な山谷構造を有している。
三次粗面構造３０の周期は１０μｍ〜５００μｍであることが好ましく、３０μｍ〜２００μｍであることがさらに好ましい。三次粗面構造３０の周期とは、アルミニウム部材１００の平面方向において、凹部３２を挟んで隣り合って周期的に現れる凸部３１同士、または凸部３１を挟んで隣り合って周期的に現れる凹部３２同士の間隔をいう。三次粗面構造３０の周期がこのような範囲であることにより、白色度がより良好なアルミニウム部材１００を提供することができる。三次粗面構造３０の周期は、光学顕微鏡などで、アルミニウム部材１００の断面を観察して測定することができる。
アルミニウム部材１００は、上述のような三次粗面構造３０を有することで、表面のグロス感が減じてマット感が向上する。これにより、アルミニウム部材１００の表面に生じる光沢が抑えられて、アルミニウム部材１００に提示される色、模様、図形、記号、文字等の情報の視認性が良好になる。このような視認性の向上は、例えばアルミニウム部材１００を試験シートまたはクロマトグラフィー用の展開部材として用いて、アルミニウム部材１００上に生じる試験結果を目視または光学的に確認する場合に有効である。
＜母材＞
母材１１は、金属アルミニウムにより構成されている。母材１１を構成する金属アルミニウムは、純度が９９％以上の純アルミニウムであることが好ましく、純度が９９．９％以上の純アルミニウムであることがより好ましく、純度が９９．９８％以上の純アルミニウムであることがさらに好ましい。
母材１１は、不可避不純物を含有していてもよい。本実施形態において、不可避不純物とは、原料中に存在したり、製造工程において不可避的に混入したりするものを意味する。不可避不純物は、本来は不要なものであるが、微量であり、アルミニウム中の特性に影響を及ぼさないため、許容されている不純物である。アルミニウム中に含有される可能性がある不可避不純物は、アルミニウム（Ａｌ）以外の元素である。アルミニウム中に含有される可能性がある不可避不純物としては、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、鉛（Ｐｂ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、チタン（Ｔｉ）、ガリウム（Ｇａ）、ホウ素（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、カルシウム（Ｃａ）、コバルト（Ｃｏ）などが挙げられる。不可避不純物の量としては、アルミニウム中に合計で１質量％以下であることが好ましく、０．１質量％以下であることがより好ましく、０．０２質量％以下であることがさらに好ましい。
母材１１の形状は特に限定されず、多孔質状、樹状、繊維状、塊状及び海綿状などであってもよい。
＜皮膜＞
皮膜１２は、母材１１の表面を被覆している。具体的には、皮膜１２は、母材１１の表面及び空孔１５と接しており、母材１１が腐食するのを抑制している。
皮膜１２は、酸化アルミニウムを含む。本実施形態においては、皮膜１２は陽極酸化皮膜であり、陽極酸化皮膜はバリア型の陽極酸化皮膜であることが好ましい。また、皮膜１２は、水酸化アルミニウムを含んでいてもよい。皮膜１２は、水酸化アルミニウムを含む水和皮膜を有していてもよい。
例えば、皮膜１２は、母材１１側から、陽極酸化皮膜と、水和皮膜とがこの順で積層されたものであってもよいが、母材１１の表面を被覆する陽極酸化皮膜の表面側の一部において、水和皮膜が設けられていることが好ましい。または、皮膜１２は、母材１１の表面に、陽極酸化皮膜と水和皮膜とが海島状に分布するものであってもよいが、母材１１の表面に、陽極酸化皮膜が海状に分布するとともに、水和皮膜が島状に分布していることが好ましい。具体的には、皮膜１２の外表面全体に対する水和皮膜の割合は、５％以上５０％以下であることが好ましく、１０％以上４０％以下であることがより好ましく、１５％以上３０％以下であることがさらに好ましい。なお、皮膜１２が水酸化アルミニウムを含み、母材１１及び多孔質層４０の最表面の一部に水酸化アルミニウムが存在する場合、水酸化アルミニウムが凸部１４を形成していることが好ましい。
本実施形態に係る多孔質層４０は、母材１１及び多孔質層４０を被覆する水和皮膜を最表面全体に含んでいないことが好ましい。多孔質層４０が最表面全体に水和皮膜を含んでいないことにより、拡散反射が優位になり、アルミニウム部材１００の白色度をより向上させることができる。水酸化アルミニウムは一般式Ａｌ（ＯＨ）３で表される。
皮膜１２の最表面が針状又は板状の水和皮膜によって覆われている場合には、アルミニウム部材１００は黒色又は灰色に観察されることがある。これは、このような水和皮膜は、表面近傍が鋭利な先端形状を有しており、この先端部分が入射光の拡散反射に寄与するものの、拡散反射をすることのできる部分が、先端部分に限られ、面積的に少ないことが影響していると考えられる。また、このような皮膜は、先端部分から付け根部分に向かうにつれて、隣接する針状又は板状の水和皮膜同士の間が次第に狭まる内部形状を有している。そのため、この内部に入り込んだ入射光が、反射を繰り返すうちに水和皮膜に吸収され、光が外部に出射しにくいことも、アルミニウム部材１００が黒色又は灰色に観察されることに影響していると考えられる。
さらに、水和皮膜が存在すると一次粗面構造１０と二次粗面構造２０が目詰まりしてしまうことが多いため、アルミニウム部材１００の外観が黒色又は灰色になる傾向にある。それゆえ、陽極酸化皮膜からなる皮膜１２が多孔質層４０の表面に設けられており、凹部１３及び空孔１５が皮膜１２の最表面に存在していることが好ましい。一方、水酸化アルミニウムが多孔質層４０の最表面全体を被覆して水和皮膜を形成せずに、多孔質層４０の最表面の一部に粒状又は塊状に存在して凸部１４を形成する場合には、凸部１４によって白色度を向上させることができる。さらに、凸部１４と、水和皮膜に覆われずに多孔質層４０の最表面に露出する凹部１３とによって、白色度を向上させることもできる。また、水酸化アルミニウムが多孔質層４０の最表面全体を被覆して水和皮膜を形成するとともに、多孔質層４０の最表面に粒状又は塊状に存在して凸部１４を形成する場合には、凸部１４によって白色度を向上させることができる。
皮膜１２は、通常、５ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さを有する。皮膜１２の厚さは、２０ｎｍ〜８００ｎｍであることが好ましく、３０ｎｍ〜５００ｎｍであることがより好ましく、５０ｎｍ〜３００ｎｍであることがさらに好ましい。皮膜１２の厚さをこのような範囲とすることによって、多孔質層４０に入射した光を拡散反射させるだけの十分な厚さを確保しやすくなり、白色度がより良好なアルミニウム部材１００を提供することができる。さらに、十分に耐食性の高いアルミニウム部材１００を提供することができる。皮膜１２の厚さは、例えば、皮膜１２の断面を走査型電子顕微鏡などで観察することにより測定することができる。なお、本明細書において、皮膜１２の厚さは、凹部１３及び凸部１４を含まない厚さを意味する。
皮膜１２は、表面に形成された複数の凹部１３及び複数の凸部１４の少なくともいずれか一方を有している。具体的には、図２に示すように、皮膜１２は、皮膜１２の表面に複数の凹部１３を有していてもよい。または、図３に示すように、皮膜１２は、皮膜１２の表面に複数の凸部１４を有していてもよい。または、図４に示すように、皮膜１２は、皮膜１２の表面に凹部１３及び凸部１４を有していてもよい。すなわち、皮膜１２は、凹部１３又は凸部１４のいずれか一方を有していてもよく、凹部１３及び凸部１４の両方を有していてもよい。凹部１３又は凸部１４の有無は、皮膜１２の表面を走査型電子顕微鏡などによって観察することで判別することができる。
凹部１３及び凸部１４は、アルミニウム部材１００の白色度に寄与している。皮膜１２の表面に凹部１３及び凸部１４の少なくともいずれか一方が形成されることで、アルミニウム部材１００の白色度が向上する理由は必ずしも明らかではないが、以下の通り推察される。まず、アルミニウム部材に対して光が入射した場合には、入射光がアルミニウム部材の表面で反射する。このとき、アルミニウム部材の表面が平滑である場合には、鏡面状の光沢を示すことになる。ここで、アルミニウム部材の表面に微細な凹凸がある場合には、この凹凸による入射光の拡散反射が生じるが、通常は白色に視認できるほどの凹凸は存在していない。
これに対して、本実施形態に係るアルミニウム部材１００は、凹部１３及び凸部１４によって、皮膜１２表面での拡散反射を増加させることができる。すなわち、皮膜１２が凹部１３を有する場合には、入射光を拡散反射できる面積が凹部１３によって増大するため、アルミニウム部材１００は白色を示すように観察される。同様に、皮膜１２が凸部１４を有する場合には、入射光を拡散反射できる面積が凸部１４によって増大するため、アルミニウム部材１００は白色を示すように観察される。
凹部１３は、皮膜１２の露出した表面から母材１１に向かって窪んで形成されていることが好ましい。凹部１３の底部は母材１１まで貫通しておらず、凹部１３と母材１１との間には皮膜１２が形成されていることが好ましい。凹部１３の形状は、特に限定されないが、母材１１と皮膜１２の積層方向（皮膜１２の厚さ方向）において、断面視で略Ｕ字状又は略Ｖ字状であることが好ましい。後述するように、エッチングされたアルミニウム板が陽極酸化処理及び減極処理されることで、母材１１の表面に陽極酸化皮膜からなる皮膜１２が生じる。凹部１３は、この陽極酸化皮膜に形成される。凸部１４は、皮膜１２の露出した表面から外方に向かって張り出して形成されていることが好ましい。凸部１４の形状は、特に限定されないが、粒状又は塊状であることが好ましい。
複数の凹部に含まれる各凹部１３の径は、１０ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましく、２０ｎｍ〜１５０ｎｍであることがより好ましく、５０ｎｍ〜１００ｎｍであることがさらに好ましい。また、複数の凸部に含まれる各凸部１４の径は、１０ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましく、２０ｎｍ〜１５０ｎｍであることがより好ましく、５０ｎｍ〜１００ｎｍであることがさらに好ましい。凹部１３及び凸部１４の径をこのような範囲とすることによって、多孔質層４０に入射した光を凹部１３及び凸部１４によって拡散反射させやすくなり、白色度がより良好なアルミニウム部材１００を提供することができる。凹部１３の径は、皮膜１２の表面を走査型電子顕微鏡などによって観察し、凹部１３の入口部分の直径を測定することにより得ることができる。凸部１４の径は、皮膜１２の表面を走査型電子顕微鏡などによって観察し、凸部１４の径が最も大きくなる部分の直径を測定することにより得ることができる。
ここで、複数の凹部１３が近接している場合における、凹部１３及びその径の認定について説明する。まず、凹部１３の位置は、凹部１３の最も深い位置（ボトム側のピーク位置）によって定められる。隣接する凹部１３同士の間隔は、それぞれの凹部１３のボトム側のピーク位置の間の距離によって定めることができる。ある凹部１３が、周囲の凹部１３と５０ｎｍ以上の間隔を空けて存在する場合には、この凹部１３は独立した凹部１３とみなされる。一方、複数の凹部１３が５０ｎｍ未満の間隔をおいて集合している集団であって、当該集団に含まれない周囲の凹部１３と５０ｎｍ以上の間隔を空けて存在する集団を形成している場合には、この集団は一つの凹部１３とみなされる。そして、この集団全体の径を凹部１３の径として測定する。なお、窪みの周縁部を共有している複数の凹部１３であって、これら複数の凹部１３のボトム側のピーク位置が５０ｎｍ以上空いている場合には、これら複数の凹部１３は別個に独立した凹部１３とみなされる。このとき、周縁部を共有している窪みに対して、複数の凹部１３のボトム側のピーク位置を母点としたボロノイ分割をすることによって、それぞれの凹部１３に属する領域を画定することができる。
同様に、複数の凸部１４が近接している場合における、凸部１４及びその径の認定について説明する。まず、凸部１４の位置は、凸部１４の最も高い位置（トップ側のピーク位置）によって定められる。隣接する凸部１４同士の間隔は、それぞれの凸部１４のトップ側のピーク位置の間の距離によって定めることができる。ある凸部１４が、周囲の凸部１４と５０ｎｍ以上の間隔を空けて存在する場合には、この凸部１４は独立した凸部１４とみなされる。一方、複数の凸部１４が５０ｎｍ未満の間隔をおいて集合している集団であって、当該集団に含まれない周囲の凸部１４と５０ｎｍ以上の間隔を空けて存在する集団を形成している場合には、この集団は一つの凸部１４とみなされる。そして、この集団全体の径を凸部１４の径として測定する。なお、張り出しの周縁部を共有している複数の凸部１４であって、これら複数の凸部１４のトップ側のピーク位置が５０ｎｍ以上空いている場合には、これら複数の凸部１４は別個に独立した凸部１４とみなされる。このとき、周縁部を共有している張り出しに対して、複数の凸部１４のトップ側のピーク位置を母点としたボロノイ分割をすることによって、それぞれの凸部１４に属する領域を画定することができる。
複数の凹部に含まれる各凹部１３の深さは、母材１１と皮膜１２の積層方向において、通常、断面視で１０ｎｍ〜１００ｎｍであり、２０ｎｍ〜８０ｎｍであることが好ましく、３０ｎｍ〜５０ｎｍであることがより好ましい。凹部１３の深さは、皮膜１２の断面を走査型電子顕微鏡などによって観察し、凹部１３の入口部分から底部までの距離を測定した平均値を算出することにより得ることができる。
複数の凸部に含まれる各凸部１４の高さは、母材１１と皮膜１２の積層方向において、通常、断面視で１０ｎｍ〜１００ｎｍであり、２０ｎｍ〜８０ｎｍであることが好ましく、３０ｎｍ〜５０ｎｍであることがより好ましい。凸部１４の高さは、皮膜１２の断面を走査型電子顕微鏡などによって観察し、皮膜１２の平坦部の表面から凸部１４の最頂部までの距離を測定した平均値を算出することにより得ることができる。
凹部１３の深さ及び凸部１４の高さが上記範囲の下限を上回ると、凹部１３及び凸部１４による入射光を拡散反射できる面積が増加して、拡散反射が増大しやすくなる。また、凹部１３の深さ及び凸部１４の高さが上記範囲の上限を下回ると、凹部１３及び凸部１４が例えば針状又は板状の凹凸構造物となることにより生じる、拡散反射の減少を抑えることができる。当該拡散反射の減少は、針状又は板状の凹凸構造物によって、入射光を拡散反射できる面積が減少すること及び入射光の吸収が生じることなどによると考えられる。このようにして、凹部１３の深さ及び凸部１４の高さが上記範囲内であると、アルミニウム部材１００は白色を示すように観察される傾向にある。
皮膜１２における凹部１３及び凸部１４の密度は、３個／μｍ２〜５００個／μｍ２であることが好ましく、５個／μｍ２〜２００個／μｍ２であることがより好ましく，１０個／μｍ２〜１００個／μｍ２であることがさらに好ましい。凹部１３及び凸部１４の密度をこのような範囲とすることによって、多孔質層４０に入射した光を凹部１３及び凸部１４によって拡散反射させやすくなり、白色度がより良好なアルミニウム部材１００を提供することができる。凹部１３及び凸部１４の密度は、走査型電子顕微鏡などによって、皮膜１２の表面における単位面積当たりの凹部１３及び凸部１４の合計の数をカウントすることによって得ることができる。
皮膜１２における凹部１３及び凸部１４の面積率は、５％〜８０％であることが好ましく、２０％〜７０％であることがより好ましく、３０％〜６０％であることがさらに好ましい。凹部１３及び凸部１４の面積率をこのような範囲とすることにより、多孔質層４０に入射した光を凹部１３及び凸部１４によって拡散反射させやすくなり、白色度がより良好なアルミニウム部材１００を提供することができる。凹部１３及び凸部１４の面積率は、多孔質層４０の表面において、皮膜１２の表面積に対する凹部１３及び凸部１４が占める面積の割合をパーセンテージで表したものである。凹部１３及び凸部１４の面積率は、走査型電子顕微鏡などによって、皮膜１２の表面における単位面積当たりの凹部１３及び凸部１４が占める合計の面積を算出することによって得ることができる。
多孔質層４０は複数の空孔を有し、複数の空孔の平均細孔径が０．１μｍ〜１０μｍである。多孔質層４０における空孔１５の平均細孔径は、０．５μｍ〜８μｍであることが好ましく、１μｍ〜５μｍであることがより好ましい。多孔質層４０における平均細孔径ｄ（μｍ）はアルミニウム部材１００が水を４ｃｍ吸い上げるのに要する時間をｔ秒とした場合、以下の式で表される範囲であることが好ましい。
平均細孔径ｄ＝ｋ／ｔ
ここでｋは定数であり、具体的にはｋは２００〜２０００であることが好ましく、より好ましくは５００〜１５００である。このような空孔１５により、毛細管現象による水を吸い上げるための適切な径を確保しやすくなり、アルミニウム部材１００の水の吸い上げ性能を向上させることができる。空孔１５の平均細孔径は、例えば、水銀圧入法によって測定することができる。なお、凹部１３又は凸部１４の径は、上述した所定の範囲であり、かつ、多孔質層４０における平均細孔径よりも小さいことが好ましい。具体的には、凹部１３の径は、１０ｎｍ〜２００ｎｍであり、かつ、多孔質層４０における平均細孔径よりも小さいことが好ましい。凸部１４の径は、１０ｎｍ〜２００ｎｍであり、かつ、多孔質層４０における平均細孔径よりも小さいことが好ましい。
多孔質層４０の厚さは、３０μｍ〜１０ｃｍであることが好ましい。多孔質層４０の厚さをこのような範囲とすることにより、毛細管現象により水を吸い上げるための十分な厚みを確保しやすくなり、白色度と水の吸い上げ性能がより良好なアルミニウム部材１００を提供することができる。多孔質層４０の厚さは、４０μｍ以上であることが好ましく、５０μｍ以上であることがさらに好ましい。多孔質層４０の厚さは、１０００μｍ以下であることがより好ましく、２００μｍ以下であることがさらに好ましく、１５０μｍ以下であることが特に好ましい。
＜基板＞
図５に示すように、アルミニウム部材１００は、基板５０をさらに備えていてもよい。基板５０は、多孔質層４０を支持することができ、アルミニウム部材１００の剛性を向上させることができる。基板５０は、層状の形状をしていてもよい。
多孔質層４０は、基板５０の少なくとも一方の面側に設けられていてもよい。具体的には、多孔質層４０は、基板５０の一方の面側にのみ設けられていてもよく、基板５０の両方の面側に設けられていてもよい。多孔質層４０は、アルミニウム部材１００の最表面に配置されていることが好ましい。
アルミニウム部材１００は、必ずしも基板５０を備えている必要がないため、基板５０の厚さは０μｍ超である。基板５０の厚さは、用途にもよるが、例えば、１ｍｍ以下であってもよく、１００μｍ以下であってもよく、１０μｍ以下であってもよく、１μｍ以下であってもよい。
基板５０を構成する材料は、母材１１と実質的に同一の材料であってもよい。基板５０と母材１１とが同一の材料である場合には、基板５０と母材１１とが一体として形成されていてもよい。この場合、基板５０と、多孔質層４０の母材１１とが連続して形成されていてもよい。基板５０は金属アルミニウムにより構成されていてもよい。基板５０を構成する金属アルミニウムは、純度が９９％以上の純アルミニウムであることが好ましく、純度が９９．９％以上の純アルミニウムであることがより好ましく、純度が９９．９８％以上の純アルミニウムであることがさらに好ましい。
アルミニウム部材１００の厚さは、用途にもよるが、例えば、５０μｍ以上であってもよく、１００μｍ以上であってもよく、１５０μｍ以上であってもよい。また、アルミニウム部材１００の厚さは、３００μｍ以下であってもよく、２５０μｍ以下であってもよく、２００μｍ以下であってもよい。アルミニウム部材１００の厚さをこのような範囲とすることにより、折り曲げ強度が良好なアルミニウム部材１００を提供することができる。
アルミニウム部材１００における算術平均粗さＳａは、０．１μｍ〜３０μｍであることが好ましく、０．６μｍ〜２０μｍであることがより好ましく、１μｍ〜１０μｍであることがさらに好ましい。算術平均粗さＳａをこのような範囲とすることによって、Ｌ＊値が上昇する傾向にあり、白色度がより良好なアルミニウム部材１００を提供しやすくなる。算術平均粗さＳａは、アルミニウム部材１００における多孔質層４０側の表面をＩＳＯ２５１７８に準じて測定して得ることができる。なお、本明細書において、アルミニウム部材１００における算術平均粗さＳａとは、主に二次粗面構造２０による粗さを反映したものである。
アルミニウム部材１００は、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系におけるＬ＊値が８０以上であることが好ましく、８５以上であることがより好ましく、９０以上であることがさらに好ましく、９５以上であることが特に好ましい。Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系におけるＬ＊値は、ＪＩＳ Ｚ８７２２：２００９（色の測定方法−反射及び透過物体色）に準じて求めることができる。具体的には、Ｌ＊値は色彩色差計などを用いて測定することができ、拡散照明垂直受光方式（Ｄ／０）、視野角２°、Ｃ光源のような条件で測定することができる。
アルミニウム部材１００は、毛細管現象による水の吸い上げ高さが３ｃｍ以上であることが好ましく、４ｃｍ以上であることがより好ましく、５ｃｍ以上であることがさらに好ましい。このようにすることにより、例えば、クロマトグラフィーなどに適したアルミニウム部材１００を提供することができる。吸い上げ高さは、例えば、アルミニウム部材１００の平面方向が液面に対して垂直となるように、アルミニウム部材１００を、純水に浸し、１０分放置した後、毛細管現象によって水が吸い上げられた高さを測定することにより得ることができる。なお、純水は、３０℃で測定した比抵抗が１０ｋΩｍの純水である。
アルミニウム部材１００は、ＭＩＴ型折り曲げ試験法に準じた折り曲げ試験において、１００回以上折り曲げても破断しないことが好ましい。アルミニウム部材１００がこのような要件を満たす場合、アルミニウム部材１００をロール状にした保管及び搬送が容易になる。なお、ＭＩＴ型折り曲げ試験法はＥＩＡＪ ＲＣ−２３６４Ａで規定されており、ＭＩＴ型折り曲げ試験装置はＪＩＳ Ｐ８１１５（紙及び板紙−耐折強さ試験方法−ＭＩＴ試験機法）で規定された装置を使用することができる。
以上の通り、本実施形態に係るアルミニウム部材１００は、金属アルミニウムにより構成された母材１１と、母材１１の表面を被覆する酸化アルミニウムを含む皮膜１２と、を含む多孔質層４０を備える。皮膜１２は５ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さを有し、皮膜１２は表面に形成された複数の凹部１３及び複数の凸部１４の少なくともいずれか一方を有している。複数の凹部１３に含まれる各凹部１３の深さは１０ｎｍ〜１００ｎｍであり、複数の凸部１４に含まれる各凸部１４の高さは１０ｎｍ〜１００ｎｍである。多孔質層４０は複数の空孔１５を有し、複数の空孔１５の平均細孔径が０．１μｍ〜１０μｍである。
また、アルミニウム部材１００は、金属アルミニウムにより構成された基板５０をさらに備え、基板５０の少なくとも一方の面側には、多孔質層４０が設けられていてもよい。
本実施形態に係るアルミニウム部材１００は、高い白色度及び水の吸い上げ性能を有するが、これらの特性のいずれもが要求されている用途に限らず、いずれか一方の特性が要求されている用途にも用いることができる。
本実施形態に係るアルミニウム部材１００の有用な用途の例としては、例えば、気体又は液体の分離膜；吸湿材料；吸水材料；花粉、粒子状物質、細菌、臭い成分、重金属などの異物を吸着する吸着材料；拭き取りシート；濃硫酸などの薬品用、検尿用及びｐＨ試験用などの試験シート；薄層クロマトグラフィーなどのクロマトグラフィー用の展開部材；除菌及び殺菌用材料；反射材：標準白色板；電池及び電気二重層キャパシタなどのセパレータ；触媒担体；合成反応等の反応場；断熱素材；などが挙げられる。上記分離膜の例としては、逆浸透膜、イオン交換膜、ガス分離膜などが挙げられる。上記吸着材料の例としては、マスク、濾過膜、フィルターなどが挙げられる。
アルミニウム部材１００は、白色度が高いことから、試験シート、クロマトグラフィー用の展開部材、反射材及び標準白色板として用いることが好ましい。また、アルミニウム部材１００は、多孔質であることから、分離膜、吸湿材料、吸水材料、吸着材料、クロマトグラフィー用の展開部材、セパレータ、触媒担体、反応場、及び断熱素材として用いることが好ましい。
これらのなかでも、アルミニウム部材１００は、白色度及び水の吸い上げ性能が高いことから、クロマトグラフィーに用いられることがより好ましい。クロマトグラフィーの中でも、ラテラルフロー型のクロマトグラフィーに用いられることがさらに好ましい。また、クロマトグラフィーはイムノクロマトグラフィーであることが好ましい。イムノクロマトグラフィーの中でも、ラテラルフローイムノアッセイに用いられることがより好ましい。そのため、アルミニウム部材１００はクロマトグラフィー用の展開部材であってもよい。クロマトグラフィー用の展開部材は、クロマトグラフィー用のテストストリップであってもよい。また、アルミニウム部材１００は、イムノクロマトグラフィーを利用した検査キットなどの体外診断用医薬品に用いられることも好ましい。なお、検査キットは、診断キットとも称されることもある。
［検査キット］
次に、アルミニウム部材１００を用いた検査キット２００の一例について説明する。図６に示すように、検査キット２００は、アルミニウム部材１００を備える。具体的には、検査キット２００は、アルミニウム部材１００と、検体供給部１１０と、判定部１２０と、吸収部１３０と、を備える。
検体供給部１１０には、例えば、インフルエンザウイルスなどの検出対象と特異的に結合する標識抗体が含まれていてもよい。生体などから採取した検体は、検体供給部１１０に供給され、標識抗体と混合され、混合液となる。混合液は、アルミニウム部材１００の毛細管現象により、判定部１２０まで展開され、余剰の検体が吸収部１３０に吸収される。
判定部１２０は、例えば、テストラインとコントロールラインを有する。テストラインには、例えば、検出対象に特異的に結合する抗体が固定されている。検体中に検出対象が含まれている場合には、標識抗体が検出対象を介してテストラインの抗体に固定される。コントロールラインには、例えば、標識抗体と特異的に結合する抗体が固定されている。検体と標識抗体を含む混合液がコントロールラインまで展開されると、標識抗体は、コントロールラインに固定された抗体と結合する。
標識抗体は、一般的に、着色粒子又は金コロイド粒子などのような標識と、この標識と結合して複合体を形成するとともに、検出対象と特異的に結合する抗体と、を含んでいる。そのため、標識抗体の濃度又は密度が高い箇所がある場合、標識が密集することで、この箇所を目視にて確認することができる。したがって、検査キット２００によって、テストラインとコントロールラインの両方が目視にて確認できた場合に陽性であり、コントロールラインのみが目視にて確認できた場合には陰性であることを検査することができる。
検査キット２００は、例えば、感染症検査；遺伝子解析；妊娠検査；畜産用検査；食品、動物、植物、金属、ハウスダストなどのアレルゲン検査；などに用いることができる。
検査キット２００による検査対象としては、例えば、アミノ酸、ペプチド、蛋白質、遺伝子、糖、脂質、細胞、またはこれらの複合体が挙げられる。より具体的には、ＰＣＴ（プロカルシトニン）などのペプチド；尿中アルブミンなどの蛋白質；ＨＣＧ（ヒト絨毛性ゴナドトロピン）、ＬＨ（黄体形成ホルモン）などのホルモン；ＨＢｓ抗原、ロタウイルス抗原、アデノウイルス抗原、ＲＳＶ（Respiratory Syncytialウイルス）抗原、インフルエンザウイルス抗原、ノロウイルス抗原、ムンプウイルス抗原、サイトメガロウイルス抗原、単純ヘルペスウイルス抗原、水痘・帯状疱疹ウイルス抗原、ＳＡＲＳ（重症急性呼吸器症候群）抗原、ＨＢｓ抗体、ＨＣＶ（Ｃ型肝炎ウイルス）抗体、ＨＩＶ抗体、ＥＢＶ抗体、ＲＳＶ抗体、風疹ウイルス抗体、麻疹ウイルス抗体、エンテロウイルス抗体、デングウイルス抗体、ＳＡＲＳ抗体などのウイルス感染症の抗原又は抗体；肺炎球菌抗原、マイコプラズマ抗原、Ａ群溶血性連鎖球菌抗原、レジオネラ抗原、結核菌抗原、淋菌抗原、破傷風抗原、マイコプラズマ抗体、ヘリコバクター・ピロリ抗体、結核菌抗体などの細菌感染症の抗原又は抗体；クラジミア抗原などのクラミジア感染症の抗原又は抗体；梅毒トレポネーマ抗体などのスピロヘータ感染症の抗原又は抗体；マラリア抗体、トキソプラズマ抗体などの原虫性疾患の抗原又は抗体；などが挙げられる。
［アルミニウム部材の製造方法］
次に、本実施形態に係るアルミニウム部材１００の製造方法について説明する。本実施形態のアルミニウム部材１００の製造方法は、特に限定されないが、例えば、エッチング工程と、皮膜形成工程と、減極処理工程と、を有している。また、アルミニウム部材１００の製造方法は、必要に応じて、水和処理工程を有していてもよい。以下、各工程について詳細に説明する。
（エッチング工程）
エッチング工程では、皮膜形成工程の前に、アルミニウム板をエッチングし、アルミニウム板に多孔質構造を形成する。エッチング工程により、複数のピットを有する多孔質構造を有するアルミニウム板を形成することができる。エッチング工程では、アルミニウム板をエッチングすることにより、母材１１が形成される。アルミニウム板は、上述した基板５０と同様の材料を使用することができる。すなわち、アルミニウム板は、金属アルミニウムにより構成されていてもよい。
エッチング工程では、アルミニウム板にピットを形成して、アルミニウム板を多孔質化する。これにより、アルミニウム板を、多孔質構造を有する多孔体とすることで、その表面積を拡大することができる。エッチング工程は、例えば、電解エッチング、化学エッチングなどにより行うことができる。電解エッチングとしては、直流電解エッチング、交流電解エッチングが挙げられる。また、化学エッチングとしては、酸性溶液を用いる化学エッチング、アルカリ性溶液を用いる化学エッチングが挙げられる。これらのエッチング手法は、単独で行ってもよく、複数の手法を組み合わせてもよい。
ここでは、電解エッチングを例に挙げて説明する。エッチング工程では、直流電解エッチングを行うことで、アルミニウム板の表面にピットが形成され、アルミニウム板の表面に対して垂直方向である深さ方向にピットがトンネル状に成長するとともに、ピットの径が拡大する。また、交流電解エッチングを行うことで、ピットが三次元方向に形成されて海綿状に成長するとともに、ピットの径が拡大する。アルミニウム板の中心部にまでピットが成長した場合には、多孔質層４０からなるアルミニウム部材１００が形成される。また、アルミニウム板の中心部までピットが成長せず、多孔質層４０が形成されない中心部を有する場合には、多孔質層４０と基板５０とからなるアルミニウム部材１００が形成される。
本実施形態において、基板５０のエッチングは、交流方式の電気化学的エッチングであることが好ましい。エッチング条件は特に限定されないが、例えば、エッチング時間は１分〜６０分であり、エッチング温度は２０℃〜８０℃である。電気化学的エッチングの場合には、例えば、電流密度が５０ｍＡ／ｃｍ２〜５００ｍＡ／ｃｍ２である。
エッチングに用いられるエッチング溶液は、塩酸を含む水溶液であることが好ましい。塩酸水溶液の濃度は、６質量％〜２５質量％であることが好ましい。塩酸水溶液は、アルミニウムの過剰な溶解を抑制するため、塩化アルミニウムなどに由来するアルミニウムイオンが含まれていてもよい。塩化アルミニウムの濃度は、０．１質量％〜１０質量％であることが好ましい。
エッチング工程は、一段階の工程で実施されてもよく、異なる複数分かれた多段階の工程で実施されてもよい。例えば、エッチング工程は、エッチング溶液に含まれる化学種、エッチング溶液の濃度、エッチング時間、エッチング温度、及び電流密度などが異なる複数のエッチング工程を有していてもよい。
（皮膜形成工程）
皮膜形成工程では、多孔質構造を有するアルミニウム板を陽極酸化し、アルミニウム板の表面に酸化アルミニウムを含む皮膜１２を形成する。皮膜形成工程では、エッチング工程による多孔質化を受けた母材１１の表面に、陽極酸化によって皮膜１２が形成される。このとき、アルミニウム板において、外部に露出した母材１１の表面と、内部のピットを形成する母材１１の表面とに皮膜１２が形成される。皮膜形成工程では、例えば、基板５０が設置された陽極と、ステンレス鋼（ＳＵＳ）が設置された陰極とを電解液に浸漬し、電解処理される。
皮膜形成に用いられる電解液は特に限定されない。例えば、ホウ酸、ホウ酸アンモニウム、リン酸、ピロリン酸、リン酸アンモニウム、アジピン酸アンモニウム、硫酸、又は蓚酸などの水溶液を用いることができる。皮膜形成の条件は特に限定されないが、例えば、電圧は５Ｖ〜５００Ｖである。皮膜形成は、一段階の工程で実施されてもよく、異なる複数の工程に分けて実施されてもよい。
（減極処理工程）
減極（デポラリゼーション）処理工程では、皮膜１２が形成されたアルミニウム板を減極処理し、皮膜１２の表面の一部を除去する。減極処理工程では、皮膜形成工程で形成された皮膜１２の一部が除去され、皮膜１２中に残ったボイド及びクラックが露出する。また、減極処理工程では、皮膜１２の除去（浸食）により皮膜１２の表面を粗面化し、皮膜１２の表面に凹部１３を形成することができる。減極処理では、例えば、皮膜形成工程で皮膜１２が形成された部材であるアルミニウム板を、減極処理液に浸漬させることにより実施される。
減極処理液は、酸化アルミニウム皮膜の表面を除去（浸食）することができれば特に限定されないが、リン酸類、リン酸類の金属塩、酒石酸、塩酸、及び塩酸の金属塩からなる群より選択される少なくとも一種が溶解された溶液、又は、水酸化ナトリウム溶液及びアンモニア水溶液の少なくともいずれか一方であることが好ましい。リン酸類には、例えば、オルトリン酸、亜リン酸、次亜リン酸、及びこれらの混合物などが含まれる。金属塩を形成する金属には、例えば、アルミニウム、ナトリウム、マグネシウム、カルシウム及び亜鉛などが含まれる。
減極処理液として、リン酸類及びリン酸類の金属塩を用いる場合、リン酸類及びリン酸類の金属塩の含有量は、例えば、０．１ｇ／Ｌ〜５０ｇ／Ｌであることが好ましい。リン酸処理の処理温度は、例えば５０℃〜８０℃であることが好ましい。また、リン酸処理の処理時間は、１分〜６０分であることが好ましい。
本実施形態に係るアルミニウム部材１００の製造方法では、皮膜形成工程と減極処理工程とによって、皮膜の表面に複数の凹部１３及び複数の凸部１４の少なくともいずれか一方を形成する。すなわち、本実施形態に係るアルミニウム部材１００の製造方法では、上記エッチング工程と、上記皮膜形成工程と、上記減極処理工程とをこの順で、少なくとも各工程を１回行うことができる。各工程の実施回数は特に限定されないが、上記エッチング工程の後に、上記皮膜形成工程と上記減極処理工程とを交互に繰り返して実施することが好ましい。これにより、皮膜１２の浸食と浸食された皮膜１２の修復が繰り返されることで、良好な多孔質層４０が形成される。複数の凹部１３及び複数の凸部１４の少なくともいずれか一方は、皮膜形成工程と減極処理工程とを交互に２回以上繰り返すことによって形成されることが好ましい。上記皮膜形成工程と上記減極処理工程の繰り返し回数は特に限定されないが、例えば、２０回以下であってもよく、１５回以下であってもよい。上記皮膜形成工程と上記減極処理工程の繰り返し回数は、２回〜１０回であることが好ましく、３回〜８回であることがより好ましい。上記皮膜形成工程と上記減極処理工程の繰り返し回数は、５回以上であることがさらに好ましい。皮膜形成工程と減極処理工程を繰り返すことによって、皮膜１２に複数の凹部１３を形成することができるため、アルミニウム部材１００の白色度を向上させることができる。
（水和処理工程）
本実施形態に係るアルミニウム部材１００の製造方法は、水和処理工程を有していてもよいが、水和処理工程を行った場合には、その後に、皮膜形成工程と減極処理工程とを繰り返し行うことが好ましい。アルミニウム部材１００の製造方法は、皮膜形成工程の前に、アルミニウム板を水和処理し、多孔質構造を有するアルミニウム板に水和皮膜を形成する水和処理工程をさらに有していてもよい。水和処理工程とは、一般的には、エッチング工程の後に金属アルミニウムの表面に水酸化アルミニウムによる水和皮膜を形成する工程であり、表面が多孔質化されたアルミニウムを沸騰水などの温水で熱処理する工程である。表面の微細な凹凸が水酸化アルミニウムによって覆われると、光の拡散反射が阻害され、アルミニウム部材の白色度が低下する場合がある。さらに、アルミニウム部材の多孔質部分が水酸化アルミニウムで目詰まりしやすくなることで光の拡散反射が阻害されてアルミニウム部材の白色度が低下する。
水和処理工程が省略されることにより、アルミニウム部材１００の白色度をより向上させることができる。また、水和処理工程によって水和皮膜を形成した場合には、さらに陽極酸化と減極処理とを施すことで、水和皮膜を溶かすことができる。これにより、水和皮膜を減少又は消失させて、皮膜１２の表面に凸部１４を形成することができる。そして、この凸部１４によって、白色度を向上させることができる。このとき、残存した水和皮膜、又は陽極酸化皮膜により凸部１４を形成することができると考えられる。
具体的には、陽極酸化と減極処理とを施すことで、内層側の水和皮膜から順に陽極酸化皮膜に取り込まれ、母材１１の表面に陽極酸化皮膜と水和皮膜の残部とからなる皮膜１２が生じる。言い換えれば、母材１１と陽極酸化皮膜と水和皮膜の残部とがこの順で積層される層構造が生じる。この層構造が、さらに陽極酸化処理及び減極処理を受けることで、皮膜１２に凸部１４が形成される。
なお、陽極酸化処理及び減極処理の条件に応じて、皮膜１２に凸部１４とともに凹部１３を形成することができる。また、水和皮膜が残存しない程度に陽極酸化処理及び減極処理を行うことで、皮膜１２の表面に凹部１３を形成することができる。凸部１４は、水和皮膜（の残部）又は陽極酸化皮膜によって形成される。
上述の通り、エッチング工程による母材１１へのピット生成による多孔質化と、皮膜形成工程及び減極処理工程による陽極酸化皮膜の形成及び除去とを経て、多孔質層４０に空孔１５が生じることによって、二次粗面構造２０が形成される。また、皮膜形成工程及び減極処理工程によって、皮膜１２の表面に凹部１３が生じ、一次粗面構造１０が形成される。また、水和処理工程後の皮膜形成工程及び減極処理工程によって、皮膜１２の表面に凸部１４が生じ、一次粗面構造１０が形成される。さらに、エッチング工程後に、皮膜形成工程及び減極処理工程を繰り返すことで、一次粗面構造１０と二次粗面構造２０の集合体からなる凹凸構造が発達し、三次粗面構造３０が形成される。
以上の通り、アルミニウム部材１００の製造方法は、多孔質構造を有するアルミニウム板を陽極酸化し、アルミニウム板に酸化アルミニウムを含む皮膜１２を形成する皮膜形成工程を有する。アルミニウム部材１００の製造方法は、皮膜１２が形成されたアルミニウム板を減極処理し、皮膜１２の表面の一部を除去する減極処理工程を有する。皮膜形成工程と減極処理工程とを交互に繰り返す。アルミニウム板は金属アルミニウムにより構成されている。さらに、アルミニウム部材１００の製造方法は、皮膜形成工程と減極処理工程とによって、皮膜１２の表面に複数の凹部１３及び複数の凸部１４の少なくともいずれか一方を形成する。また、皮膜１２は５ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さを有する。複数の凹部１３に含まれる各凹部１３の深さは１０ｎｍ〜１００ｎｍであり、複数の凸部１４に含まれる各凸部１４の高さは１０ｎｍ〜１００ｎｍである。アルミニウム部材１００は複数の空孔１５を有し、複数の空孔１５の平均細孔径が０．１μｍ〜１０μｍである。
本実施形態では、電気化学的エッチングなどにより、多孔質層４０を備えるアルミニウム部材１００の製造方法について説明した。しかしながら、アルミニウム部材１００の製造方法は上記実施形態に限られず、例えば、アルミニウム粉体を焼結させて多孔質層４０を形成してもよい。
以下、本実施形態を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
［実施例１］
１５０μｍの厚さを有するアルミニウム箔を、３ｍｏｌ／Ｌの塩酸と０．２ｍｏｌ／Ｌの硫酸を含有する水溶液中で交流電解エッチングして、アルミニウム箔の表面を多孔質化した後、水で十分に洗浄した。アルミニウム箔は、純度が９９．９８％の高純度アルミニウムを使用した。
図７は、エッチング後のアルミニウム板の表面を走査型電子顕微鏡で観察した様子を示す写真である。図７に示すように、エッチングされたアルミニウム板は、０．１μｍ〜１μｍ程度の径を有し、内部に進行するピットを複数有する多孔質構造となっている。また、アルミニウム板の表面には、０．１μｍ〜１μｍ程度の径を有するピットが複数形成されて外部に露出しており、アルミニウム板が粗面化されている。
次に、電解エッチングしたアルミニウム箔を陽極酸化し、純アルミニウムからなる母材の表面に皮膜を形成した。具体的には、陽極に設置されたアルミニウム箔と、陰極に設置されたステンレス鋼（ＳＵＳ）とを、濃度が８０ｇ／Ｌ、電解液の温度が７０℃であるホウ酸電解液に浸漬させた。そして、電圧２００Ｖで１０分間陽極酸化処理した。
次に、皮膜を形成したアルミニウム箔を水で十分に洗浄した後、濃度が５０ｇ／Ｌ、温度が６０℃であるリン酸水溶液に、２０分間浸漬させ、減極処理した。
そして、上記陽極酸化と上記減極処理を、この順番で、上記と同様の条件にて５回繰り返し、アルミニウム部材を作製した。
［実施例２］
陽極酸化処理に用いたホウ酸電解液をリン酸二水素アンモニウム１ｇ／Ｌ水溶液に変更し、陽極酸化処理電圧を５０Ｖに変更した以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム部材を作製した。
［実施例３］
陽極酸化処理に用いたホウ酸電解液をアジピン酸アンモニウム１００ｇ／Ｌ水溶液に変更し、陽極酸化処理電圧を１５０Ｖに変更した以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム部材を作製した。
［実施例４］
陽極酸化処理に用いたホウ酸電解液を蓚酸５０ｇ／Ｌ水溶液に変更し、陽極酸化処理温度を３０℃、陽極酸化処理電圧を２０Ｖに変更した以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム部材を作製した。
［実施例５］
陽極酸化処理を施す前に、前処理として濃度が５０ｇ／Ｌ、温度が６０℃であるリン酸水溶液に１０分間浸漬させて減極処理を行い、陽極酸化処理の電圧を１５０Ｖに変更した以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム部材を作製した。
［実施例６］
減極処理を繰り返した後の試料に、後処理として、親水性コーティング剤を塗布した以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム部材を作製した。
［実施例７］
減極処理を繰り返した後の試料の一方の面を、後処理として、２０μｍ厚のナイロン樹脂で被覆した以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム部材を作製した。
［実施例８］
リン酸水溶液による減極処理の内の１回を熱処理に変更した以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム部材を作製した。なお、熱処理は空気中、５００℃で５分間実施した。
［実施例９］
減極処理に用いたリン酸水溶液を水酸化ナトリウム５ｇ／Ｌ水溶液に変更し、減極処理温度を４０℃に変更した以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム部材を作製した。
［実施例１０］
陽極酸化処理前に、電解エッチングしたアルミニウム箔を沸騰した純水に１０分間浸漬して水和処理を施して、その後に陽極酸化処理と減極処理を実施し、陽極酸化処理と減極処理の繰り返し回数を７回に変更した。上記以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム部材を作製した。
［比較例１］
電解エッチングしたアルミニウム箔に対し、陽極酸化処理を１回だけ実施し、減極処理を実施しなかった以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム部材を作製した。
［比較例２］
電解エッチングを実施せずに陽極酸化処理と減極処理を実施した以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム部材を作製した。
［比較例３］
陽極酸化処理と減極処理の繰り返し回数を１回に変更した以外は、実施例１０と同様にしてアルミニウム部材を作製した。
［評価］
実施例３、実施例１０及び比較例３に係るアルミニウム部材の表面を走査型電子顕微鏡で観察した。電子顕微鏡写真を、図８、図９及び図１０にそれぞれ示す。
各例で得られたアルミニウム部材において、皮膜厚さ、一次構造の凹部又は凸部の径、凹部の深さ又は凸部の高さ、空孔の平均細孔径、折り曲げ試験、算術平均粗さＳａ、三次粗面構造の周期、Ｌ＊値及び水の吸い上げ高さをそれぞれ以下の通り評価した。
（皮膜厚さ）
アルミニウム部材を切断した後に、日本電子株式会社製のクロスセクションポリッシャ（登録商標）で切断面を鏡面仕上げして、皮膜厚さ測定用のサンプルを得た。この皮膜厚さ測定用のサンプルの断面をカールツァイス株式会社製の走査型電子顕微鏡ＵＬＴＲＡ ｐｌｕｓで観察して皮膜の厚さを測定した。
（一次構造の凹部の径）
皮膜の表面をカールツァイス株式会社製の走査型電子顕微鏡ＵＬＴＲＡ ｐｌｕｓによって観察し、凹部の入口部分の直径を平均して凹部の径を求めた。
（一次構造の凸部の径）
皮膜の表面をカールツァイス株式会社製の走査型電子顕微鏡ＵＬＴＲＡ ｐｌｕｓによって観察し、凸部が最も大きくなる部分の直径を平均して凸部の径を求めた。
（凹部の深さ）
皮膜の断面を走査型電子顕微鏡によって観察し、凹部の入口部分から底部までの距離を測定した平均値を算出することにより凹部の深さを求めた。
（凸部の高さ）
皮膜の断面を走査型電子顕微鏡によって観察し、皮膜の平坦部の表面から凸部の最頂部までの距離を測定した平均値を算出することにより凸部の高さを求めた。
（空孔の平均細孔径）
水銀圧入法によって空孔の平均細孔径を測定した。
（折り曲げ試験）
折り曲げ試験は、日本電子機械工業会が規定するＭＩＴ型折り曲げ試験法（ＥＩＡＪ ＲＣ−２３６４Ａ）に従って実施した。ＭＩＴ型折り曲げ試験装置は、ＪＩＳ Ｐ８１１５（紙及び板紙−耐折強さ試験方法−ＭＩＴ試験機法）で規定された装置を使用した。折り曲げ試験では、アルミニウム部材を９０°折り曲げて元の形状に戻すまでの工程を１回の曲げ回数とし、アルミニウム部材を１００回折り曲げ、アルミニウム部材が破断しなかった場合を「良」、破断した場合を「否」として評価した。
（算術平均粗さＳａ）
アルミニウム部材における多孔質層側の表面の算術平均粗さＳａをＩＳＯ２５１７８に準じて測定した。なお、算術平均粗さＳａの測定条件は以下の通りである。
算術平均粗さＳａの測定条件
装置：ブルカー・エイエックスエス株式会社 ３次元白色干渉型顕微鏡 ＣｏｎｔｏｕｒＧＴ−Ｉ
測定範囲：６０μｍ×７９μｍ
対物レンズ：１１５倍
内部レンズ：１倍
（三次粗面構造の周期）
光学顕微鏡で、得られたアルミニウム部材の断面を観察し、三次粗面構造の周期を測定した。
（Ｌ＊値）
ＪＩＳ Ｚ８７２２に準拠し、アルミニウム部材の表面を色彩色差計で測定し、Ｌ＊値を求めた。なお、測色条件は以下の通りである。
Ｌ＊値の測定条件
色彩色差計：コニカミノルタジャパン株式会社製 ＣＲ４００
照明・受光光学系：拡散照明垂直受光方式（Ｄ／０）
観察条件：ＣＩＥ２°視野等色関数近似
光源：Ｃ光源
表色系：Ｌ＊ａ＊ｂ＊
（水の吸い上げ高さ）
アルミニウム部材の平面方向が、液面に対して垂直となるようにアルミニウム部材を純水に浸し、１０分放置した後、毛細管現象によって水が吸い上げられた高さを水の吸い上げ高さとした。
図８、図９及び図１０は、それぞれ、実施例３、実施例１０及び比較例３に係るアルミニウム部材の表面を走査型電子顕微鏡で観察した写真である。実施例３に係るアルミニウム部材は、水和処理がされていないことから水和皮膜を含まず、アルミニウム部材の表面に、矢印で示すように、径が１０ｎｍ〜２００ｎｍの凹部による一次粗面構造が形成されていた。実施例１０に係るアルミニウム部材は、沸騰純水によるボイルによって水和皮膜を形成した後に、陽極酸化処理と減極処理とを繰り返し実施している。そのため、矢印で示すように、アルミニウム部材の表面に径が１０ｎｍ〜２００ｎｍの凸部による一次粗面構造が形成されていた。これらの凹部及び凸部が、アルミニウム部材の白色度に寄与していると推測される。これに対して、比較例３のアルミニウム部材では、水和処理後の陽極酸化処理と減極処理とが不十分であったため、凹部又は凸部が形成されず、多孔質化されたアルミニウム板の表面が、針状又は板状の構造を有する水酸化アルミニウムで覆われていた。これにより、比較例３では、アルミニウム部材の白色度が低下していると推測される。
次に、各例で得られたアルミニウム部材の評価結果を表１に示す。
Figure 2020059728
表１に示すように、実施例１〜実施例１０のアルミニウム部材は、比較例１〜３のアルミニウム部材と比較し、白色度（Ｌ＊値）及び水の吸い上げ性能が良好であった。一方、比較例１では、陽極酸化処理後に減極処理が実施されなかったため、凹部又は凸部が形成されず、白色度が低いものであった。また、比較例２では、電解エッチングが実施されなかったため、空孔が形成されず、水の吸い上げ性能が不十分であった。また、比較例３では、水和処理後の陽極酸化処理と減極処理との繰り返し回数が少なかったため、表面全てが水和皮膜で覆われた状態となり、白色度が低かった。
なお、図示しないエッチング前のアルミニウム板における算術平均粗さＳａは０．３７μｍであり、Ｌ＊値は４９．５である。また、図７に示すエッチング後のアルミニウム板における算術平均粗さＳａは０．３３６μｍであり、Ｌ＊値は７１．４である。そのため、アルミニウム板を単にエッチングしただけでは、アルミニウム板は白色度が高くなっていない。
特願２０１８−１７４９４７号（出願日：２０１８年９月１９日）の全内容は、ここに援用される。
以上、本実施形態を実施例及び比較例によって説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
本発明によれば、白色度及び水の吸い上げ性能が高いアルミニウム部材及びその製造方法を提供することができる。
１０ 一次粗面構造
１１ 母材
１２ 皮膜
１３ 凹部
１４ 凸部
１５ 空孔
２０ 二次粗面構造
３０ 三次粗面構造
４０ 多孔質層
５０ 基板
１００ アルミニウム部材

Claims (15)

  1. 金属アルミニウムにより構成された母材と、前記母材の表面を被覆する酸化アルミニウムを含む皮膜と、を含む多孔質層を備え、
    前記皮膜は５ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さを有し、
    前記皮膜は表面に形成された複数の凹部及び複数の凸部の少なくともいずれか一方を有し、
    前記複数の凹部に含まれる各凹部の深さは１０ｎｍ〜１００ｎｍであり、
    前記複数の凸部に含まれる各凸部の高さは１０ｎｍ〜１００ｎｍであり、
    前記多孔質層は複数の空孔を有し、前記複数の空孔の平均細孔径が０．１μｍ〜１０μｍである、アルミニウム部材。
  2. 前記各凹部の径は１０ｎｍ〜２００ｎｍであり、かつ、前記多孔質層の平均細孔径よりも小さい、請求項１に記載のアルミニウム部材。
  3. 前記各凸部の径は１０ｎｍ〜２００ｎｍである、請求項１又は２に記載のアルミニウム部材。
  4. 前記皮膜と、前記複数の凹部及び前記複数の凸部の少なくともいずれか一方とによって形成された一次粗面構造と、
    前記母材と前記複数の空孔とによって形成された二次粗面構造と、
    前記一次粗面構造と前記二次粗面構造との集合からなる三次粗面構造と、
    を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアルミニウム部材。
  5. 算術平均粗さＳａが、０．１μｍ〜３０μｍである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアルミニウム部材。
  6. Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系におけるＬ＊値が８０以上である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアルミニウム部材。
  7. 毛細管現象による水の吸い上げ高さが３ｃｍ以上である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のアルミニウム部材。
  8. ＭＩＴ型折り曲げ試験法に準じた折り曲げ試験において、１００回以上折り曲げても破断しない、請求項１〜７のいずれか一項に記載のアルミニウム部材。
  9. 金属アルミニウムにより構成された基板をさらに備え、
    前記基板の少なくとも一方の面側には、前記多孔質層が設けられる、請求項１〜８のいずれか一項に記載のアルミニウム部材。
  10. クロマトグラフィーに用いられる、請求項１〜９のいずれか一項に記載のアルミニウム部材。
  11. 多孔質構造を有するアルミニウム板を陽極酸化し、前記アルミニウム板に酸化アルミニウムを含む皮膜を形成する皮膜形成工程と、
    前記皮膜が形成されたアルミニウム板を減極処理し、前記皮膜の表面の一部を除去する減極処理工程と、を備え、
    前記皮膜形成工程と前記減極処理工程とを交互に繰り返し、
    前記アルミニウム板は金属アルミニウムにより構成されている、アルミニウム部材の製造方法。
  12. 前記皮膜形成工程と前記減極処理工程とによって、前記皮膜の表面に複数の凹部及び複数の凸部の少なくともいずれか一方を形成し、
    前記皮膜は５ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さを有し、
    前記複数の凹部に含まれる各凹部の深さは１０ｎｍ〜１００ｎｍであり、
    前記複数の凸部に含まれる各凸部の高さは１０ｎｍ〜１００ｎｍであり、
    前記アルミニウム部材は複数の空孔を有し、前記複数の空孔の平均細孔径が０．１μｍ〜１０μｍである、請求項１１に記載のアルミニウム部材の製造方法。
  13. 前記皮膜形成工程の前に、前記アルミニウム板をエッチングし、前記アルミニウム板に前記多孔質構造を形成するエッチング工程をさらに有する、請求項１１又は１２に記載のアルミニウム部材の製造方法。
  14. 前記皮膜形成工程の前に、前記アルミニウム板を水和処理し、前記多孔質構造を有するアルミニウム板に水和皮膜を形成する水和処理工程をさらに有する、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のアルミニウム部材の製造方法。
  15. 前記皮膜形成工程と前記減極処理工程とによって、前記皮膜の表面に複数の凹部及び複数の凸部の少なくともいずれか一方を形成し、
    前記複数の凹部及び前記複数の凸部の少なくともいずれか一方は、前記皮膜形成工程と前記減極処理工程とを交互に２回以上繰り返すことによって形成される、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載のアルミニウム部材の製造方法。
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