JP2002057075A - 電解コンデンサ用アルミニウム箔 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部位による静電容量のばらつきを低減した平
均的に静電容量の高い電解コンデンサ用アルミニウム箔
を提供する。 【解決手段】 表面から深さ２００nm以上の位置まで炭
素が混入していることを特徴とする電解コンデンサ用ア
ルミニウム箔。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エッチング処理に
よりピット形成して増大させた箔の表面に陽極酸化皮膜
を形成するアルミニウム箔であって、静電容量が高く且
つ部位によるばらつきの小さい電解コンデンサ用アルミ
ニウム箔に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウムは、化学的あるいは電気化
学的なエッチング処理により微小ピットを形成して表面
積の増大が容易にでき、その表面に化成処理と呼称され
る陽極酸化処理を施すことにより良質な陽極酸化皮膜が
形成できる。しかもこの皮膜が誘電体となるところか
ら、薄く圧延したアルミニウム箔をエッチング処理し、
その表面に使用電圧に応じた種々の化成電圧で化成処理
して陽極酸化皮膜を形成することにより、使用電圧に適
合する各種のコンデンサが製造されている。

【０００３】上記エッチング処理で形成する微小ピット
は、使用電圧に応じた化成電圧の高低に適した形状に穿
孔される。即ち、使用電圧の高い中高圧用のコンデンサ
に使用する場合は、化成電圧を高くして厚い化成皮膜を
形成する必要があるので、厚い化成皮膜でピットが埋ま
らないように、ピット形成は直流による電気化学的エッ
チング処理により行い、ピット形状をトンネルタイプと
する。その際、エッチング処理を一次、二次の二段階で
行い、一次エッチングでは例えば直流を印加して細いト
ンネル状の初期ピットを形成し、次いで二次エッチング
では化学的あるいは電気化学的なエッチングを施し初期
ピットの径を拡大している。

【０００４】中高圧コンデンサ用のアルミニウム箔は一
般に下記のように製造される。すなわち、Ｓｉ，Ｆｅ，
Ｃｕ，Ｍｎ等の各種元素の含有量を調節したアルミニウ
ム溶湯を鋳造し、得られた鋳塊を均質化処理し、熱延、
冷延を経て厚さ０．３mm程度の箔地とする。次いで、こ
の箔地を冷間で箔圧延して厚さ約０．１mm程度の目的厚
さのアルミニウム箔とし、４００〜６００mm程度の箔巾
でコイル状に巻く。更に、結晶方位調整等のために、コ
イルに真空または不活性ガス雰囲気の下で最終熱処理を
施し、中高圧コンデンサ用のアルミニウム箔とする。こ
の最終熱処理は、４７０〜６００℃程度の加熱温度で行
う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように製造され
たアルミニウム箔は、必要により寸法等を調整した後、
上述の如くエッチング処理によりピットを形成して表面
積を増大させ、次いで化成処理して電解コンデンサ箔と
する。しかし、箔のコイル内位置、すなわちコイルの巾
方向および厚さ方向（半径方向）の位置で箔の静電容量
に大きな差があった。また、静電容量が箔の部位により
ばらつくため、安定して高い静電容量を得ることができ
ないという問題があった。

【０００６】本発明は、部位による静電容量のばらつき
を低減し全体的に静電容量の高い電解コンデンサ用アル
ミニウム箔を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、表面から
深さ２００nm以上の位置まで炭素が混入していることを
特徴とする電解コンデンサ用アルミニウム箔である。本
発明者は、従来の箔より深い位置まで炭素を混入させた
箔は、エッチング処理によりトンネル状ピットを形成
し、化成処理を施こしても全般的に静電容量が高くなる
と共に、最終熱処理時のコイル内位置による静電容量の
ばらつきが小さくなる、という新規な事実を見出し、こ
れに基づいて本発明を完成させた。

【０００８】なお、本発明においては、アルミニウム箔
表面から深さ方向に沿った炭素の分析は、オージェ電子
分光分析法で行い、その際の炭素の検出限界値に基づ
き、炭素の混入深さを決定した。本発明において、表面
から深さ２００nm以上の位置まで炭素が混入していると
の規定は、箔コイルを最終熱処理した後の状態を規定し
たものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明に用いることができるアル
ミニウムの組成を以下に説明する。ただし、本発明に用
いるアルミニウムは下記の組成に限定する必要はなく、
高純度のアルミニウムの他、種々のアルミニウム合金も
用いることができる。例えば、化成電圧２００Ｖ程度以
上で処理するような中高圧コンデンサ用アルミニウム箔
の場合は、好ましくはＳｉ５〜５０ppm 、Ｆｅ５〜５０
ppm 、Ｃｕ２５〜７０ppm を含有するアルミニウムや、
ＪＩＳ Ｈ ２１１１に記載される方法に準じて測定さ
れるＡｌ純度９９．９８wt％以上のアルミニウムの他、
更にＺｎ，Ｇａ等の元素を任意に選択して含有させたア
ルミニウム合金でもよい。

【００１０】なお、Ｐｂは中高圧コンデンサ用アルミニ
ウム箔には通常添加される元素であり、本発明のアルミ
ニウム箔にもＰｂを添加することが好ましい。即ちＰｂ
は箔の表面積増大のためのエッチング処理に使用する電
解液との反応を促進して、初期のトンネルピット数を増
加させる効果があるので、その後のピット径拡大処理と
炭素の深さ方向の存在の効果と相まって、静電容量が高
くてばらつきの小さいアルミニウム箔を得る上で有利で
ある。

【００１１】特にＰｂの含有量を箔の表面から０．１μ
ｍの深さ部分に４０ppm 〜２０００ppm とすると好まし
い。箔の表面から０．１μｍの深さ部分に含有されるＰ
ｂ量が下限値未満であると上記の効果少なく、一方、上
限値を超えると箔表面の過剰溶解を誘起し、静電容量の
高い箔が得難くなる。上記のＰｂ量を達成するには、ア
ルミニウム溶湯中にＰｂを例えば４ppm 以下添加し、箔
コイルの最終熱処理を４７０℃程度以上の加熱温度で行
う。

【００１２】アルミニウム箔表面から深さ方向に沿った
炭素の分析は、上述したようにオージェ電子分光分析法
で行い、箔表面から深さが増加するのに伴い炭素量が順
次低下し、信頼できる分析値として検出できなくなった
深さをもって、炭素の混入深さとする。箔の表面から２
００nm以上の深さまで炭素を混入させることにより、上
述の如き効果が得られる理由は未だ解明されていない
が、下記のように推察される。

【００１３】即ち、前述のように、中高圧コンデンサ用
に使用されるアルミニウム箔はたとえば４００〜６００
mm巾の箔を後方に張力をかけながらコイル状に巻いた状
態で最終熱処理を施す。圧延された箔の厚みや、コイル
に巻く際に後方にかける張力は、必ずしも巾方向に均一
ではない。更に、コイルの厚さ方向（半径方向）につい
ては、箔の巻き始めに相当するコイルの巻き芯部近傍
と、巻き終わりに相当するコイル外周部近傍とでは、上
下互いに接する箔の接触圧に大きな差がある。このよう
な状態ではコイルの巾および厚さ方向における各位置で
箔と箔の間に捕捉されている圧延油残滓、空気等の酸化
性物質の量にばらつきがある。その結果、コイルの最終
熱処理を真空あるいは不活性ガス雰囲気中で行っても、
熱処理中に箔表面のＡｌと酸化性物質が反応し、反応生
成物の量に大きな差が生じ、箔の位置による静電容量の
ばらつきが大きくなるものと考えられる。

【００１４】これに対して、本発明のように箔表面から
深い位置まで炭素が存在すると、箔の表面はエッチング
液に対して耐食性を有し、熱処理中に生じた反応生成物
の量に従来の如くばらつきがあったとしても、前記箔表
面から深い位置にまで炭素が存在することによる箔表面
の耐食性向上によって、ビット形成のためのエッチング
処理に際して箔表面の過剰溶解を最大限防ぎ、最終的
に、コイル内位置によるばらつきが低減し、平均的に静
電容量が高くなるものと考えられる。静電容量の向上お
よびそのためのばらつき低減の効果を得る上では、炭素
の混入深さが大きい程好ましく、２５０nm以上あるいは
３００nm以上の位置まで混入していることが更に望まし
い。ただし、炭素混入深さが大きくなるにしたがって、
熱延および冷延等の操業が困難となる。また、炭素混入
深さが５００nmを越えると、静電容量のばらつき低減の
効果の向上は飽和する傾向がみられる。

【００１５】中高圧コンデンサ用アルミニウム箔は、ピ
ット形成による表面積増大のために、典型的には下記の
ようにエッチングされる。例えば直流による連続エッチ
ング処理でトンネル状ピットを穿孔して表面積を増大さ
せる。このエッチング処理は一次エッチングと二次エッ
チングの二段階に分けて行い、一次エッチング処理では
箔表面に初期トンネルピットを多数形成し、次いで二次
エッチング処理では処理条件を変えて初期トンネルピッ
トの径を拡大する。

【００１６】一次エッチング処理で使用する電解液は、
塩酸、硫酸、燐酸、硝酸等を含有する酸水溶液等の公知
の液でよく、特に限定されるものではない。電解液の温
度が高いと反応が促進されて好ましいが、高温に過ぎる
と反応が速過ぎて箔表面の溶解が激しく均一な初期トン
ネルピットを形成し難くなる。好ましい液温度は６０〜
９５℃である。また好ましい処理時間は２〜４分程度で
ある。電気量は１５〜３０クーロン／cm² 、電流密度は
１００〜３００mA／cm² が好ましい。

【００１７】二次エッチング処理による初期トンネルピ
ット径の拡大処理は、直流電解処理、化学処理、または
両者を併用して、一次エッチングで形成した初期のピッ
トの径を拡大して表面積を増大させる。トンネル状ピッ
トの長さは、箔厚さとエッチング処理された箔の用途等
によって異なるが、一般的に数十μｍである。二次エッ
チング処理の条件は、本発明を限定するものではない
が、例えば電解液としては、塩酸に少量の硫酸、燐酸、
蓚酸等を加えた酸水溶液や硝酸を加えた酸水溶液が好ま
しい。電解液の温度は６０〜９５℃、電流密度は６０〜
２００mA／cm² が好ましい。処理時間は、トンネルピッ
トの拡径の寸法にもよるが２〜２０分程度が適当であ
る。

【００１８】本発明の如くアルミニウム箔の表面から深
い位置まで炭素が存在することにより、箔表面の耐食性
が向上し、従来の如く最終焼鈍を施こして箔表面の状態
に均一性が欠けたとしても箔表面の過剰溶解の発生し易
い部位の過剰溶解が防がれトンネルピットの形崩れが抑
制されて全体的静電容量が向上し、コイル内位置による
静電容量のばらつきが低減されると考えられる。

【００１９】エッチング処理によりピットを形成して表
面積を増大させたアルミニウム箔に、この箔を陽極とし
た化成処理を施す。化成処理は公知の条件で行えばよ
く、例えば電解液としては、硼酸アンモニウム、りん酸
アンモニウム、有機酸アンモニウムなどの緩衝溶液を用
いて、コンデンサの用途によって約２００Ｖ以上の電圧
を一段または多段階で印加して化成皮膜すなわち誘電体
皮膜を形成する。

【００２０】中高圧コンデンサ用アルミニウム箔は、エ
ッチング処理に先だって、アルミニウム箔の表面を脱脂
および表面調整等のために酸またはアルカリ液による処
理を行ってもよい。この処理は、例えば処理液としては
０．０５〜１モル／リットルの硝酸または苛性ソーダ水
溶液を用い、温度は４０〜６０℃で処理する。本発明の
箔は、最終熱処理後の状態として、表面から深さ２００
nm以上の位置まで炭素が混入しているアルミニウム箔で
ある。このように深い位置まで炭素が混入している箔を
得るには、例えば箔地または箔を得るための冷間圧延の
諸条件を調整する。即ち冷間圧延工程で用いられる条件
のうち、例えば冷間圧延油、圧延速度、ワークロール
径、圧下率等を組み合わせて冷間圧延する。ただし、上
記の方法に限定する必要はない。

【００２１】以上、本発明を中高圧コンデンサ用のアル
ミニウム箔について詳述したが、本発明はこれに限定す
る必要はなく、最終熱処理を行う箔であれば低圧コンデ
ンサ用アルミニウム箔および陰極用アルミニウム箔につ
いても適用できる。

【００２２】

【実施例】〔試料の作製〕Ｐｂ０．８ppm 、Ｓｉ１５pp
m 、Ｆｅ１０ppm 、Ｃｕ５０ppm を含有するＡｌ純度９
９．９９wt％のアルミニウム溶湯を半連続鋳造して厚さ
５３０mmの鋳塊を得、該鋳塊を６００℃×１０時間の均
質化処理し、室温で両面を１５mm面削した。再加熱して
鋳塊温度５２０℃で熱間圧延を開始し、厚さ６〜１０mm
の熱延板とした。熱間圧延はロールをブラシで清掃しつ
つ行い、終了温度は３００℃であった。次いで冷間圧延
機のワークロールの粗度、圧延油粘度、ワークロール
径、圧下率を変化させて冷間圧延し、厚さ０．２５mmの
箔地を得た。このときの条件を表１に示す。次いで表１
の各条件で得た箔地を箔圧延して厚さ１０６μｍの箔と
してコイル状に巻き取った。箔の幅は５００mmである。
この巻き取ったコイルをアルゴンガス雰囲気中で５３０
℃×６時間の最終熱処理を施し、（１００）面を圧延面
に揃えた。最終熱処理後に箔の表面から深さ０．１μｍ
までの部分のＰｂ量を化学分析したところ８００ppm で
あった。

【００２３】〔箔表面層の炭素の測定〕図１に示すよう
に、コイルの芯部、中間部および外周部の３位置につい
て、幅方向の中央部および両端部（箔端から中央部へ向
けて８０mmの位置）の合計９箇所の箔をサンプルとして
採取した。このサンプルをオージェ電子分光分析法によ
って炭素が検出限界値となるまで測定し、炭素の存在す
る深さ位置とした。表面のエッチングはアルゴンイオン
を用いた。以下に測定条件を示す。測定結果を表２に示
す。

【００２４】〔オージェ電子分光分析法による箔表層の
炭素量測定〕 ＜電子線系＞ 測定装置：ＶＧ社製ＭＩＣＲＯＬＡＢ３１０Ｄ 電子線源：ＬａＢ₆ フィラメント 加速電圧：１０kV フィラメント電流：０．１mA 測定領域：約１００μｍ×１００μｍ 照射電流：約２０nA〜３０nA（ファラデーカップ計測） ＜イオン銃系＞ イオン銃：ＶＧ社製ＥＸ０５０イオン銃 加速電圧：３kV フィラメント電流：５mA 照射電流：約５００nA（ファラデーカップ計測） Ａｒイオンエッチング速度はＡｌ₂ Ｏ₃ 換算で約４nm／
分とし、１試料当り５点を測定してその平均値を求め
た。

【００２５】〔エッチング処理〕上記各位置のサンプル
に対して、前処理に次いでエッチング処理し、箔表面積
を増大した。以下に処理条件を示す。 ＜処理条件＞ ・前処理 液 ：０．１モル／リットル水酸化ナトリウム、５０℃ 条件：浸漬６０秒 ・１次エッチング 液 ：１モル／リットル塩酸、３モル／リットル硫酸混
合液、８５℃ 電解：直流、２００mA／cm² ×１２０秒 ・２次エッチング 液 ：同上液 条件：浸漬１５分 エッチング後、硼酸系水溶液で２００Ｖ化成処理を施し
た。

【００２６】〔箔の静電容量の測定〕各試料に対して静
電容量を硼酸アンモニウム水溶液中で測定した。サンプ
ル番号３のコイルの半径方向中間部の幅方向中央部の静
電容量を１００として他のサンプルの容量を表示した。
結果を表３に示す。表２および表３の結果から、測定点
において、表面から２００nm以上の深い位置まで炭素の
存在する本発明例（番号３，４，６，７）は、コイル内
位置によるばらつきが１．０〜１．９と小さいこと、ま
た、全体的に静電容量が高くなっていることが判かる。
一方、炭素の存在する位置が２００nm未満である比較例
（番号１，２，５）は、静電容量が極端に低い個所があ
り、コイルにおける箔位置による容量のばらつきが５．
０〜５．９と大きいこと、また、全般的に静電容量が低
いことが判かる。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】

【発明の効果】上述した如く、本発明の電解コンデンサ
用アルミニウム箔は、化成処理を施こしても全般的に静
電容量高く、しかもコイル内位置による静電容量のばら
つきが小さいから、信頼性の高いコンデンサが製作でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、コイル内サンプル採取位置を示す部分
断面図かつ斜視図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片野 雅彦 静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番１号 日本軽金属株式会社グループ技術センター 内 (72)発明者 大竹 富美雄 愛知県稲沢市小池１丁目11番１号 日本軽 金属株式会社名古屋工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面から深さ２００nm以上の位置まで炭
   素が混入していることを特徴とする電解コンデンサ用ア
   ルミニウム箔。