JPH0931629A - アルミニウム多孔体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 内部連通空間を有する三次元網状のプラ
スチック基体に金属アルミニウム層を形成する方法にお
いて、プラスチック基体上の第１層にアーク方式イオン
プレーティング法またはスパッタリング法により２００
オングストローム〜１ミクロンの金属アルミニウム層を
形成させた後、第２層に真空蒸着法で金属アルミニウム
層を形成させることを特徴とするアルミニウム多孔体の
製造方法。 【効果】 本発明によれば、内部連通空間を有する三次
元網状のプラスチック基体にアルミニウム多孔体を安価
に、密着性よく、かつ高速で製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内部連通空間を有
する三次元網状のプラスチック基体の表面が金属アルミ
ニウムにて構成されたアルミニウム多孔体を高速で製造
する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内部連通空間を有する三次元網状
構造のアルミニウム多孔体を製造する方法としては、内
部連通空間を有する三次元網状のプラスチック基体に気
相めっき法、特にアーク方式イオンプレーティング法に
よりアルミニウムの蒸着処理を施し、該基体の表面部か
ら最奥部に至る三次元網状の全格子の表面を覆って金属
アルミニウム層を形成し、更に必要により、上記基体を
除去する方法が知られている（特開平６−１００７７号
公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記したアーク方式イ
オンプレーティング法を用いてアルミニウム多孔体を製
造する方法では、成膜速度が遅く生産性に問題があり、
アーク方式イオンプレーティング装置の設備コストも高
価なものである。

【０００４】しかし、成膜速度を速く、設備コストを安
価にするために、アーク方式イオンプレーティング法に
代わり、真空蒸着法を用いることは、プラスチック基体
と金属アルミニウム層の密着性に問題が残る。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
内部連通空間を有する三次元網状構造のプラスチック基
体にアルミニウム多孔体を安価に、密着性よく、かつ高
速で製造する方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するため鋭意検討を行った結果、気相めっき法によ
るアルミニウム多孔体の製造方法において、異なる気相
めっき法の組合せによる多層めっき法に着眼した。ここ
で、本発明者は気相めっき法での密着性は、基体に最初
に形成される皮膜、特に初期の数１００オングストロー
ムの皮膜特性で決まることを知見し、プラスチック基体
上の第１層の皮膜は密着性を重視した気相めっき法を選
択し、第２層の皮膜は成膜速度を重視した気相めっき法
を選択することにより、密着性のある金属アルミニウム
層を高速で得ることに成功した。

【０００７】即ち、本発明は、内部連通空間を有する三
次元網状のプラスチック基体に金属アルミニウム層を形
成する方法において、プラスチック基体上の第１層にア
ーク方式イオンプレーティング法またはスパッタリング
法を用い２００オングストローム〜１ミクロンの金属ア
ルミニウム層を形成させた後、第２層に真空蒸着法で金
属アルミニウム層を形成するようにしたものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明につき更に詳しく説
明する。

【０００９】本発明でアルミニウム多孔体の製造に用い
るプラスチック基体は、内部連通空間を持つ三次元網状
構造を有しているものであり、このようなものとして発
泡プラスチック、プラスチック繊維不織布等が挙げられ
るが、勿論これらに限定されるものではない。発泡プラ
スチックとしては連続気泡構造を有していればいずれの
ものでもよいが、セル膜がなく、実質的に骨格格子のみ
から構成されているものが好ましい。例えば、セル膜を
除去したポリウレタンフォームが好ましく用いられる
が、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポ
リイソシアヌレート、ポリフェノール、ポリプロピレン
等の連続気泡発泡体も好適に使用される。また、プラス
チック繊維不織布としては、ポリプロピレン、ポリエス
テル等の各種プラスチック繊維の不織布を用いることが
できる。

【００１０】この場合、網状プラスチック基体の性状は
アルミニウム多孔体の用途等に応じ種々選定されるが、
一般的にその平均孔径が数１０ミクロン以上であること
が好ましい。更に、基体の形状等にも限定はないが、そ
の厚さは通常０．０５〜１０ｍｍとされ、アーク方式イ
オンプレーティング法によれば、平均孔径、空隙率が小
さく、厚さが比較的厚い基体を用いた場合も、その最奥
部の格子表面に対して良好にアルミニウム層を形成し得
る。

【００１１】本発明は、上記網状のプラスチック基体に
対し、第１層として、アーク方式イオンプレーティング
法またはスパッタリング法を用い、２００オングストロ
ーム〜１ミクロンの金属アルミニウム層を形成するもの
である。ここで、熱速度で薄膜を形成する真空蒸着法に
比べ、熱速度よりも大きい運動エネルギーをもつイオン
で薄膜形成を行うアーク方式イオンプレーティング法ま
たはスパッタリング法で金属アルミニウム層を形成する
ことから、プラスチック基体と金属アルミニウム層の密
着性は向上するものである。

【００１２】アーク方式イオンプレーティング法は、真
空中でアーク放電により金属ターゲット（カソード）を
蒸発させて被処理物表面に金属膜をコーティングする方
法であり、凹凸状の皮膜が形成される。アーク方式イオ
ンプレーティング法の条件は適宜選定することができる
が、真空度１×１０^-3〜１×１０^-4Ｔｏｒｒで、典型的
にはアーク電流約１００ＡＨ、バイアス電圧約３０Ｖと
することができ、２００オングストローム〜１ミクロン
の凹凸状の金属アルミニウム層を形成することができ
る。なお、第１層でアーク方式イオンプレーティング法
を用い、凹凸状の金属アルミニウム層を形成することか
ら第２層の表面状態も凹凸状の金属アルミニウム層を形
成する。

【００１３】一方、スパッタリング法は、作動ガスを入
れた密閉容器内の両極に高電圧を加えてグロー放電さ
せ、放電に伴うスパッタリング現象によってめっき皮膜
を形成させる方法である。ここで用いられるスパッタリ
ング法は、直流２極スパッタ法、高周波スパッタ法、マ
グネトロンスパッタ法などであり、勿論これらに限定さ
れるものではない。このスパッタリング法でも条件は適
宜選定することができるが、真空度１×１０^-3〜１×１
０^-1Ｔｏｒｒでスパッタリングを行い、２００オングス
トローム〜２０００オングストロームの平滑な金属アル
ミニウム層を形成することができる。なお、第１層でス
パッタリング法を用い、平滑な金属アルミニウム層を形
成することから、第２層の表面状態も平滑な金属アルミ
ニウム層を形成する。

【００１４】この場合、第１層の金属アルミニウム層は
プラスチック基体上に２００オングストローム〜１ミク
ロンと極めて薄く形成する。これはプラスチック基体と
金属アルミニウム層の密着力を向上させるための膜厚で
あり、２００オングストロームより薄く形成すると密着
力の低下が起こり、金属アルミニウム層を１ミクロンよ
り厚く形成すると高速で製造するのに問題が残る。

【００１５】本発明によれば、上記のようにプラスチッ
ク基体上の第１層にアーク方式イオンプレーティング法
またはスパッタリング法を用い２００オングストローム
〜１ミクロンの金属アルミニウム層を形成した後、第２
層として、真空蒸着法を用いて金属アルミニウム層を形
成するものである。

【００１６】ここで、真空蒸着法は、真空にした密閉容
器内で蒸着金属を加熱して、基体に蒸着させ、めっきす
る方法である。この真空蒸着の条件も適宜選定すること
ができるが、５×１０^-6〜５×１０^-4Ｔｏｒｒで真空蒸
着を行うことが好ましい。また、この真空蒸着による第
２層の金属アルミニウム層の膜厚は、特に限定されな
い。

【００１７】本発明においては、第１層の金属アルミニ
ウム層と第２層の金属アルミニウム層との形成は、それ
ぞれ別個の装置で行ってもよいが、第１層及び第２層の
金属アルミニウムの形成を同一装置内で連続して行うこ
とが推奨される。即ち、第１層と第２層の金属アルミニ
ウム層は、アルミニウム同士で密着性が良好である他に
アーク方式イオンプレーティング法またはスパッタリン
グ法と真空蒸着法を同一装置内で連続して行うことによ
り、大気中にさらされることなく酸化皮膜等の不純物が
第１層と第２層中に付着しないことから密着性は更に向
上するものである。

【００１８】ここでこの連続装置の概略を説明すると、
図１及び図２は、それぞれアーク方式イオンプレーティ
ング法と真空蒸着法及びスパッタリング法と真空蒸着法
によりプラスチック基体上に金属アルミニウム層を蒸着
する装置の一例を示すもので、図中１は反応装置（真空
チャンバ）、２はアルミニウムターゲット、３は真空ポ
ンプ、４はプラスチック基体を連続的に送り出す送り出
しローラー、５はプラスチック基体を保持するためのロ
ーラー、６はアルミニウム蒸発源、７は真空度を変える
ための仕切板、８はプラスチック基体を連続的に巻くた
めのローラーである。

【００１９】ここで、図１の装置においては、送り出し
ローラー４から送り出された三次元網状のプラスチック
シート（基体）Ｓの表裏面をアルミニウムターゲットか
らの金属アルミニウムでアーク方式イオンプレーティン
グ法によって第１層のアルミニウム層を形成した後、ま
ずこのシートＳの一方の面にアルミニウム蒸発源６から
の金属アルミニウムで真空蒸着させ、次いでシートＳを
反転して該シートＳの他方の面にアルミニウムを真空蒸
着させるものである。また、図２の装置においては、送
り出しローラー４から送り出された三次元網状のプラス
チックシート（基体）Ｓの一方の面にスパッタリング法
により第１のアルミニウム層を形成し、次いでこの一方
の面にアルミニウムを真空蒸着した後、上記シートＳを
反転し、このシートＳの他方の面にスパッタリング法に
より第１のアルミニウム層を形成し、次いでこの他方の
面にアルミニウムを真空蒸着するものである。

【００２０】このようにして得られた本発明のアルミニ
ウム多孔体はそのまま、即ち網状プラスチック基体の格
子表面にアルミニウム層を形成したままその使用に供す
ることができるが、必要により網状プラスチック基体を
除去し、格子がアルミニウムのみからなるアルミニウム
多孔体、即ち網状プラスチック基体と同一の格子態様を
有するアルミニウムのみから構成されたアルミニウム多
孔体として使用に供することができる。

【００２１】この場合、網状プラスチック基体を除去す
る方法としては、プラスチックの種類（溶融温度或いは
熱分解温度、化学的溶解性等）に応じて適宜選定し得、
例えば溶融或いは熱分解によりプラスチック基体を除去
する方法、プラスチックを適宜な有機溶媒で溶解する方
法等が採用される。

【００２２】本発明により得られたアルミニウム多孔体
は、軽量で高耐食性を有し、安価であるため種々の用途
に用いられ、代表的な例として、リチウムイオン２次電
池用正極電極支持体として用いられる。

【００２３】

【実施例】以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具
体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限される
ものではない。

【００２４】〔実施例，比較例Ｉ〕気相めっき方法と成膜時間の関係 ポリエステル不織布（繊維径約１２ミクロン、厚さ０．
１ｍｍ、重量３６ｇ／ｍ²）に、以下の成膜条件で５ミ
クロンの金属アルミニウム層を形成し、成膜時間を比較
した。結果を表１に示す。 成膜条件 アーク方式イオンプレーティング法 真空度 １×１０^-4Ｔｏｒｒ アーク電流 １００ＡＨ 成膜時間 ０．６分 真空蒸着法 真空度 ８×１０^-5Ｔｏｒｒ 成膜時間 ３．７分 スパッタリング法 真空度 ３×１０^-2Ｔｏｒｒ 放電電力 ６００Ｗ 成膜時間 １．０分 真空蒸着法 真空度 ８×１０^-5Ｔｏｒｒ 成膜時間 ４．０分 アーク方式イオンプレーティング法 真空度 １×１０^-4Ｔｏｒｒ 放電電流 １００ＡＨ 成膜時間 １０．０分

【００２５】

【表１】 上記表１の結果より、従来のアーク方式イオンプレーテ
ィング法（単層）に比べ、本発明の実施例の方が金属ア
ルミニウム層の成膜時間が短縮されていることが認めら
れる。

【００２６】〔実施例，比較例ＩＩ〕折り曲げテスト ポリエステル不織布上に、以下の成膜条件で金属アルミ
ニウム層を形成し被覆したテストピースに対し、１８０
度折り曲げテストを表裏１０回（計２０回）繰り返し、
折り曲げ部の金属アルミニウム層とポリエステル不織布
との密着程度を比較した。結果を表２に示す。 成膜条件 アーク方式イオンプレーティング法 真空度 １×１０^-4Ｔｏｒｒ アーク電流 １００ＡＨ 成膜時間 ０．６分 真空蒸着法 真空度 ８×１０^-5Ｔｏｒｒ 成膜時間 ３．７分 スパッタリング法 真空度 ３×１０^-2Ｔｏｒｒ 放電電力 ６００Ｗ 成膜時間 １．０分 真空蒸着法 真空度 ８×１０^-5Ｔｏｒｒ 成膜時間 ４．０分 真空蒸着法（単層） 真空度 ８×１０^-5Ｔｏｒｒ 成膜時間 ４．０分 アーク方式イオンプレーティング法 真空度 １×１０^-4Ｔｏｒｒ 放電電流 １００ＡＨ 成膜時間 １０．０分

【００２７】

【表２】 〔実施例，比較例ＩＩＩ〕テープテスト ポリエステル不織布上に、以下の成膜条件で金属アルミ
ニウム層を形成し被覆したテストピースに対し、市販セ
ロハンテープで９０度のテープテストを行い、テープに
付着する繊維状の付着物量と粉付着物量の比較を行った
（×４０拡大鏡）。結果を表３に示す。 成膜条件 アーク方式イオンプレーティング法 真空度 １×１０^-4Ｔｏｒｒ アーク電流 １００ＡＨ 成膜時間 ０．６分 真空蒸着法 真空度 ８×１０^-5Ｔｏｒｒ 成膜時間 ３．７分 スパッタリング法 真空度 ３×１０^-2Ｔｏｒｒ 放電電力 ６００Ｗ 成膜時間 １．０分 真空蒸着法 真空度 ８×１０^-5Ｔｏｒｒ 成膜時間 ４．０分 真空蒸着法（単層） 真空度 ８×１０^-6Ｔｏｒｒ 成膜時間 ４．０分 アーク方式イオンプレーティング法 真空度 １×１０^-4Ｔｏｒｒ 放電電流 １００ＡＨ 成膜時間 １０．０分

【００２８】

【表３】 上記表２及び表３の結果より、真空蒸着法（単層）に比
べ、本発明の実施例の方が金属アルミニウム層の密着性
が良好であることが認められる。

【００２９】〔用途例〕 リチウムイオン２次電池の電極用材料としての応用例 実施例の３種類のアルミニウム多孔体からなる電極支持
体に正極活物質（二酸化マンガン、酸化コバルト、硫化
チタン等）を充填した正極電極を用い、負極としてリチ
ウムを主体とした電極を用いた非水電解液からなる電池
と、従来のアルミニウム薄板を用いた電極基板上に前記
と同じ正極活物質と導電体（黒鉛、カーボン等）とこれ
らを結着させる結着剤とを混練りしたものを塗布した正
極電極を用い、一方負極として前記と同じリチウム極を
用いた上記と同じ非水電解液からなる電池との特性（放
電電気容量・電気出力）を比較した。結果を表４に示
す。

【００３０】

【表４】 表４の結果から認められるように、アルミニウム多孔体
を正極の電極支持体に用いたものがいずれの特性も優れ
ていた。また、本発明によるものは、アーク方式イオン
プレーティング法のみの単層で製法したアルミニウム多
孔体とほぼ同等の特性を示した。

【００３１】なお、金属アルミニウム層の顕微鏡写真を
図３〜図６に示す。図３はアーク方式イオンプレーティ
ング法（単層）で５ミクロン成膜された顕微鏡写真、図
４はスパッタリング法で２０００オングストローム成膜
された顕微鏡写真、図５はアーク方式イオンプレーティ
ング法（０．３ミクロン成膜）＋真空蒸着法（４．７ミ
クロン成膜）で形成された顕微鏡写真、図６はスパッタ
リング法（０．０６ミクロン成膜）＋真空蒸着法（４．
９４ミクロン成膜）で形成された顕微鏡写真である。図
３と図４からわかるように、アーク方式イオンプレーテ
ィング法では凹凸状の金属アルミニウム層が形成され、
スパッタリング法では平滑な金属アルミニウム層が形成
されることがわかる。また、図５と図６からわかるよう
に、プラスチック基体上の第１層をアーク方式イオンプ
レーティング法またはスパッタリング法とすることで第
２層の析出状態が凹凸状になったり、平滑な金属アルミ
ニウム層が形成されることがわかる。なお、これらの顕
微鏡写真の倍率はいずれも７５０倍である。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、内部連通空間を有する
三次元網状のプラスチック基体にアルミニウム多孔体を
安価に、密着性よく、かつ高速で製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に用いるアーク方式イオンプレー
ティング法と真空蒸着法との連続処理装置の一例を示す
概略断面図である。

【図２】本発明の実施に用いるスパッタリング法と真空
蒸着法との連続処理装置の一例を示す概略断面図であ
る。

【図３】アーク方式イオンプレーティング法（単層）で
５ミクロン成膜された顕微鏡写真である。

【図４】スパッタリング法で２０００オングストローム
成膜された顕微鏡写真である。

【図５】アーク方式イオンプレーティング法（０．３ミ
クロン成膜）と真空蒸着法（４．７ミクロン成膜）で成
膜された顕微鏡写真である。

【図６】スパッタリング法（０．０６ミクロン成膜）と
真空蒸着法（４．９４ミクロン成膜）で成膜された顕微
鏡写真である。

【符号の説明】

１ 反応装置（真空チャンバ） ２ アルミニウムターゲット ３ 真空ポンプ ４ 送り出しローラー ５ ローラー ６ アルミニウム蒸発源 ７ 仕切板 ８ 巻きローラー Ｓ プラスチックシート（基体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村尾 敏則 大阪府枚方市１丁目５番１号 上村工業株 式会社中央研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部連通空間を有する三次元網状のプラ
   スチック基体に金属アルミニウム層を形成する方法にお
   いて、プラスチック基体上の第１層にアーク方式イオン
   プレーティング法またはスパッタリング法により２００
   オングストローム〜１ミクロンの金属アルミニウム層を
   形成させた後、第２層に真空蒸着法で金属アルミニウム
   層を形成させることを特徴とするアルミニウム多孔体の
   製造方法。
2. 【請求項２】 内部連通空間を有する三次元網状のプラ
   スチック基体に第１層及び第２層の金属アルミニウム層
   を形成した後、上記基体を除去して、金属アルミニウム
   の三次元網状格子からなるアルミニウム多孔体を得るこ
   とを特徴とする請求項１記載のアルミニウム多孔体の製
   造方法。
3. 【請求項３】 アーク方式イオンプレーティングまたは
   スパッタリングと真空蒸着とを同一の真空チャンバ内で
   行うようにした請求項１又は２記載のアルミニウム多孔
   体の製造方法。