JP2002121632A - 電解コンデンサ陽極低電圧用アルミニウム合金箔 - Google Patents

電解コンデンサ陽極低電圧用アルミニウム合金箔

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JP2002121632A
JP2002121632A JP2000317119A JP2000317119A JP2002121632A JP 2002121632 A JP2002121632 A JP 2002121632A JP 2000317119 A JP2000317119 A JP 2000317119A JP 2000317119 A JP2000317119 A JP 2000317119A JP 2002121632 A JP2002121632 A JP 2002121632A
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昭弘 山口
Kaneshige Yamamoto
兼滋 山本
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高静電容量と高機械的強度とを同時に満足す
る再現性よい電解コンデンサ陽極低電圧用アルミニウム
合金箔を提供する。 【解決手段】 アルミニウム純度が99.9質量%以上であ
ってFe、Si、Cu、Zn、Mn及びその他不可避不純物を含有
しており、Cuの含有量を5以上30質量ppm 以下とし、Zn
の含有量を7以上25質量ppm 以下とし、Mnの含有量を0.
5 質量ppm を越え10質量ppm 以下とすると共に、Si/Fe
を1.1 以上1.67以下とし、Ti、V及びBの含有量比V/
(Ti+B)を1.0 以上2.5 以下とし、かつ、アルミニウ
ム鋳塊中の水素含有量を0.12cc/100g・Al以下とした電
解コンデンサ陽極低電圧用アルミニウム合金箔。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高折曲強度と高引
張強度とを有すると共に高静電容量を達成することがで
きる電解コンデンサ陽極低電圧用アルミニウム合金箔に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】周知の通り、電解コンデンサ電極箔の製
造においては、静電容量を高めるために電解コンデンサ
電極用アルミニウム合金箔にエッチング処理を施し、箔
表面に微細な孔(エッチングピット)を多数形成して箔
表面積を拡大する方法が採られている。
【0003】前記エッチング処理としては、使用耐電圧
に適したエッチングピットが得られるように種々の方法
が採用されており、例えば、陽極高電圧用アルミニウム
合金箔にはトンネル状のエッチングピットを形成するの
が好ましく、陽極低電圧用アルミニウム合金箔には海綿
状のエッチングピットを形成するのが好ましいので、前
者においては直流電解エッチング方法が、また、後者に
おいては交流電解エッチング方法が広く採用されてい
る。そして、近年、電解コンデンサ陽極低電圧箔におい
ては高静電容量を達成するために深いエッチング層を形
成した電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔が使用
されている。
【0004】また、エッチング処理による表面積の拡大
とアルミニウム合金箔に含まれる各種添加微量元素との
関係について、種々の提案がなされており、特開平10
−287944号公報には、加熱処理時のアルミニウム
中の水素の拡散を抑制することにより折曲げ強度の低下
を抑えた、交流エッチングの後の焼鈍後においても高い
折曲げ強度をもつ中低圧電解コンデンサ陽極用アルミニ
ウム合金が開示されており、特開平6−220561号
公報には、エッチング後の折り曲げ強度はエッチピット
の進行量の均一性に影響され、エッチング後の引張強度
と折り曲げ強度の間には一定の関係はないとして、エッ
チング処理後の折り曲げ強度を改良するためにアルミニ
ウム箔の自己腐食性を強めるSi、Feの量を規制し、ピッ
トの進行を促進して静電容量を増大させるCuの含有量を
限定し、エッチピットの分散を良好にしてエッチング後
の折り曲げ強度を向上させるTi、Vを特定範囲で含有さ
せることにより、交流エッチングの後の焼鈍後において
も高い折曲げ強度を有するようにした中低圧電解コンデ
ンサ陽極用アルミニウム合金が開示されており、特開平
7−278712号公報には、アルミニウムに含まれる
水素ガスの量とNaの量とを規制することにより、優れた
強度を有しかつ漏洩電流を減少させた低圧電解コンデン
サー陽電極箔製造用アルミニウム箔が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】電解コンデンサ電極箔
はエッチング特性の良好な電解コンデンサ電極用アルミ
ニウム合金箔を使用して製造する必要があるが、深いエ
ッチング層を形成した電解コンデンサ陽極低電圧箔で
は、芯残り層のエッチング形態によっては折曲強度が高
いものと低いものとができ、芯残り層が均一で芯残り層
とエッチング層との界面が比較的平滑となれば、高い折
曲強度が得られるが、芯残り層が不均一で芯残り層とエ
ッチング層との界面があまり平滑でない場合には、折り
曲げ強度が低下するという現象が起きていた。
【0006】また、デジタル機器等のコンパクト化によ
り、高静電容量に加えて折曲強度及び引張強度の機械的
強度を伴った電解コンデンサ電極箔の更なる小型化が切
望され、そのため当該機械的強度についてもより一層の
向上が期待されているが、アルミニウム合金箔に含まれ
ている各種微量元素の機械的強度への影響と静電容量若
しくは溶解減量のエッチング性能への影響とは、微量元
素の含有量を増加させれば機械的強度が高くなる方向に
向かい、逆に微量元素の含有量を減少させれば、エッチ
ング性能は良くなるという、相反する傾向を示し、しか
も、折曲強度等の機械的強度は、エッチング後のピット
形態に影響される場合が多いので、機械的強度とエッチ
ング性能とを満足させるには、微量元素がエッチング形
態に及ぼす機構とエッチングされない芯部分におけるア
ルミニウム部分の強度とを的確にバランスさせる必要が
ある。しかし、前記提案されている各電解コンデンサ電
極用アルミニウム合金箔では高静電容量と高機械的強度
とを同時に満足させることができないという問題点があ
った。
【0007】そこで、本発明者等は、高静電容量と高機
械的強度とを同時に満足する電解コンデンサ陽極低電圧
用アルミニウム合金箔を再現性よく得ることを技術的課
題として、その具現化をはかるべく試行錯誤的に研究・
実験を重ねる過程で、各種微量元素の配合比により、ま
た、鋳造後のアルミニウム鋳塊に含まれる水素濃度を抑
えることにより折曲強度及び引張強度が低くならず、そ
して、エッチング性能を満足する電解コンデンサ陽極低
電圧用アルミニウム合金箔が得られることを発見し、更
なる実験を重ねた結果、特定微量元素の特定範囲、特定
微量元素の特定配合比、鋳造後のアルミニウム鋳塊に含
まれる水素濃度が特定範囲にあるときに電解エッチング
特性が良好で、高静電容量のしかも高機械的強度の電解
コンデンサ陽極低電圧用アルミニウム合金箔が得られる
という刮目すべき知見を得、前記技術的課題を達成した
ものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記技術的課題は、次の
通りの本発明によって解決できる。
【0009】即ち、本発明に係る電解コンデンサ陽極低
電圧用アルミニウム合金箔は、アルミニウム純度が99.9
質量%以上であってFe、Si、Cu、Zn、Mn及びその他不可
避不純物を含有しており、Cuの含有量を5以上30質量pp
m 以下とし、Znの含有量を7以上25質量ppm 以下とし、
Mnの含有量を0.5 質量ppm を越え10質量ppm 以下とする
と共に、Si/Feを1.1 以上1.67以下とし、Ti、V及びB
の含有量比V/(Ti+B)を1.0 以上2.5 以下とし、か
つ、アルミニウム鋳塊中の水素含有量を0.12cc/100g・
Al以下としたものである。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明に係る電解コンデンサ陽極
低電圧用アルミニウム合金箔におけるアルミニウム純度
は99.9%以上である。アルミニウム純度が99.9%未満で
あると、相対的にFe析出量及びSi析出量が多くなってCu
含有量及びその他不可避不純物元素を制御しても、析出
Fe及び析出Siの影響によりエッチング処理時に過溶解が
生じて箔表面積を十分に拡大させることが困難となり、
エッチング特性の良好な高静電容量の電解コンデンサ陽
極低電圧用アルミニウム合金箔が得られにくいので、好
ましくない。
【0011】また、Cu含有量は5以上30質量ppm 以下で
ある。Cu含有量が5質量ppm 未満の場合はエッチング時
の反応が遅すぎてライン生産性に劣るので好ましくな
い。Cu含有量が30質量ppm を越える場合はエッチング時
の反応が過剰となり、溶解減量が大きくなり過ぎてピッ
トの脱落が生じ、却って箔表面積が減少して静電容量が
低下するので、好ましくない。
【0012】また、Zn含有量は7以上25質量ppm 以下で
ある。Zn含有量が7質量ppm 未満の場合は芯残り層のア
ルミニウムの強度が低下してしまうため、好ましくな
い。Zn含有量が25質量ppm を越える場合は電解コンデン
サ陽極低電圧用アルミニウム合金箔の自然電極電位が卑
になり過ぎて過溶解を引き起こし、正常なピット形態と
ならないので、好ましくない。
【0013】また、Mn含有量は0.5 質量ppm を越え、10
質量ppm 以下である。Mnはアルミニウムと化合物を形成
し、ピット開始点および折曲強度の向上に寄与するの
で、Mn含有量が10質量ppm を越えて含有されていれば、
化合物が多くなり過ぎて過溶解となるので、好ましくな
い。Mn含有量が0.5 質量ppm 以下では、エッチング処理
時に初期ピットが形成され難く、結果的に箔表面積が拡
大できないので、好ましくない。
【0014】また、Si含有量とFe含有量とはそれぞれ60
質量ppm 以下であり、SiはFeとAlの3元系の状態図を作
り、Si/Feが1.1 以上の範囲では、Feの固溶限が増加す
るので、Feの析出が抑えられ、Feの析出が抑えられれ
ば、局部電池が減少するため、過溶解が抑えられ、これ
により無効溶解が減少して箔表面積が減少しないから、
高静電容量が得られる。しかし、Si/Feが1.67倍を越え
る範囲では、Si単体の析出物が増加して過溶解を生じる
ため、好ましくない。従って、Si含有量とFe含有量との
比Si/Feは1.1 以上1.67以下であるのが好ましい。
【0015】また、Ti含有量、V含有量及びB含有量の
比V/(Ti+B)は1.0 以上2.5 以下である。TiとVと
はアルミニウム結晶粒界の欠陥部において水素と化合し
て最終焼鈍時にボイドを形成する要因となるが、Tiは交
流エッチング時のピットを均一分散させることができる
ので、適量添加されるのが好ましい。また、BはTiと化
合して前記欠陥部へ集積する性質を有しており、水素の
拡散を防止するので、適量添加されるのが好ましいが、
BとTiとの過度の添加は、交流エッチング時のエッチフ
ィルムが増加して皮膜の欠陥が増加し、エッチングピッ
ト同士が合体脱落するため、却って表面積が減少するの
で好ましくない。VはTiほどこの作用を示さず、強度の
みに影響するので、適量添加されるのが好ましい。具体
的には、1質量ppm 以下のTi、3質量ppm 以下のB及び
3質量ppm 以下のVにおいて、前記1.0 以上2.5 以下の
V/(Ti+B)を満足すればよい。V/(Ti+B)が1.
0未満では、結果的に(Ti+B)含有量に比して、V含
有量が少なくなり、エッチング特性には何ら支障ないも
のの引張強度が大きくならないので、好ましくない。V
/(Ti+B)が2.5 を越えれば、結果的に(Ti+B)含
有量の合計に比して、V含有量が増加して引張強度は向
上するが、今度はエッチング特性が劣化して溶解減量が
多くなり、静電容量の小さい箔となるので、好ましくな
い。
【0016】さらに、アルミニウム鋳塊中の水素含有量
は0.12cc/100g・Al以下である。水素含有量が0.12cc/
100g・Alを越えると、アルミニウム結晶粒界の欠陥部に
集積する水素量が多くなるので、同様に欠陥部へ集積す
るTi及びVと化合して水素化合物となり、最終焼鈍時に
おいて水素拡散され、微小なボイドがアルミニウム合金
箔内に形成されるから、折曲試験の際にそのボイド部へ
応力が集中し、折曲強度が弱くなるから、好ましくな
い。ここでいうアルミニウム鋳塊とは、水素ガス測定の
ためにアルミニウム合金箔の所要量を溶解して塊にした
ものである。
【0017】なお、水素含有量を減少させる具体的な方
法は、塩素ガスをアルミニウム溶湯中に吹込み、脱水素
処理を行えばよく、脱水素処理後にアルミニウム合金箔
とすればよい。しかし、処理時間等が不十分であった
り、処理雰囲気中に水蒸気などが混入していると、前記
アルミニウム鋳塊中の水素ガス含有量が増加してしまう
ので好ましくない。
【0018】
【実施例】実施例1〜20,比較例1〜62.
【0019】厚さ500mm ,アルミニウム純度99.98 質量
%の表1(実施例1〜20)及び表2〜4(比較例1〜
62)に示す各アルミニウム鋳塊を、600 ℃×5時間の
均質化処理を施した後、熱間圧延を直ちに行い、6mm厚
の圧延板を得た。この圧延板に冷間圧延を各パス温度70
〜120 ℃で行い、さらに、弱アルカリ洗浄を施した後、
300 ℃×10時間の最終焼鈍を施して、0.1mm 厚の各電解
コンデンサ陽極低電圧用アルミニウム合金箔を得た。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】
【表3】
【0023】
【表4】
【0024】なお、水素ガス含有量は前記各電解コンデ
ンサ陽極低電圧用アルミニウム合金箔を5g 採取してア
セトンで脱脂した後、水素ガス分析装置EMGA-620(株式
会社堀場製作所製)を用いて黒鉛るつぼ中で溶解し、発
生したガスの内、CO2 及びN2をダストフィルタに通した
後、赤外線検出器でCO2 を検出し、熱伝導度検出器でN2
を検出した。そして、検出されたガス成分を校正、値補
正及び試料質量補正した後に積算処理を行い、残ったH2
成分を全体ガス量から差し引いて求め、アルミニウム鋳
塊中の水素ガス量とした。
【0025】前記各電解コンデンサ陽極低電圧用アルミ
ニウム合金箔を353K(80℃)の15wt%HCl 水溶液に150s
ec浸漬し、浸漬前後の質量差により、化学溶解減量(g
/m2)を測定した。
【0026】また、前記各電解コンデンサ陽極低電圧用
アルミニウム合金箔を313Kの0.1 %NaOH水溶液中に30se
c 浸漬して前処理した後、313Kの7.5wt %HCl +0.1wt
%H2SO4 +9.3wt %AlCl3 ・6H2O水溶液中に浸漬し、電
流密度0.35A /cm2 、周波数20Hzの矩形波交流で270sec
電解エッチングを行い、水洗、乾燥させた。そして、エ
ッチング処理後の前記各アルミニウム合金箔をEIAJ法に
則って、対向電極をSUS304として化成処理を20Vで行っ
た。得られた化成処理後の各電解コンデンサ陽極箔(大
きさ:幅10mm×長さ50mm)1枚を303Kの13%五硼酸アン
モニウム水溶液中に浸漬し、対向電極を、静電容量が40
000 μF 以上のエッチドアルミニウム箔として、120Hz
の直列等価回路でLCR メーターを用いて静電容量(μF
/cm2 )を測定した。
【0027】また、前記各エッチング処理後のアルミニ
ウム合金箔を673K,300secにて加熱処理し、この加熱処
理後のアルミニウム合金箔をJIS P 8115(「紙及び板紙
のMIT 試験機による耐折強さ試験方法」)に準じて、MI
T 型耐折試験機により折曲強度(回/cm)を測定した。
【0028】さらに、前記各エッチング処理後のアルミ
ニウム合金箔を673K,300secにて加熱処理し、この加熱
処理後のアルミニウム合金箔をインストロン型万能引張
試験機により、チャック間長さ:50mm,クロスヘッド速
度:1.7 ×10-4m /sec ,フルスケール:10kgの条件に
て引張試験を行って引張強度(kN/m )を求めた。
【0029】化学溶解減量及び静電容量については、表
1中の実施例20において得られた値を100%として
相対比較で表し、折曲強度及び引張強度と共に、表5
(実施例1〜20)及び表6〜8(比較例1〜62)に
示した。
【0030】
【表5】
【0031】
【表6】
【0032】
【表7】
【0033】
【表8】
【0034】実施例1〜20及び比較例1〜62の結果
より、Cu含有量、Ti含有量、V含有量、B含有量、その
成分比(V/(Ti+B))、Mn含有量およびZn含有量、
Si含有量/Fe含有量、アルミニウム鋳塊中のH2ガス含有
量がそれぞれ同時に適切な範囲にある電解コンデンサ陽
極低電圧用アルミニウム合金箔を使用すれば、高折曲強
度、高引張強度、高静電容量の電解コンデンサ陽極低電
圧箔を再現性よく得ることができることを確認した。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、アルミニウム純度が9
9.9質量%以上であってFe、Si、Cu、Zn、Mn及びその他
不可避不純物を含有しており、Cu含有量を5以上30質量
ppm 以下とし、Zn含有量を7以上25質量ppm 以下とし、
Mn含有量を0.5 質量ppm を越え10質量ppm 以下とすると
共に、Si/Feを1.1 以上1.67以下とし、Ti、V及びBの
含有量比V/(Ti+B)を1.0 以上2.5 以下とし、か
つ、アルミニウム鋳塊中の水素含有量を0.12cc/100g・
Al以下とした電解コンデンサ陽極低電圧用アルミニウム
合金箔に所定のエッチング条件を施せば、高折曲強度、
高引張強度、高静電容量の電解コンデンサ陽極低電圧箔
を得ることができる。
【0036】さらに、高静電容量と高機械的強度とを同
時に満足する電解コンデンサ陽極低電圧用アルミニウム
合金箔を再現性よく得ることができるから、コンパクト
化したデジタル機器等に採用できる陽極低電圧用電解コ
ンデンサに適応した電解コンデンサ陽極低電圧用アルミ
ニウム合金箔を提供することができる。
【0037】従って、本発明の産業上利用性は非常に高
いといえる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウム純度が99.9質量%以上であ
    ってFe、Si、Cu、Zn、Mn及びその他不可避不純物を含有
    しており、Cuの含有量が5以上30質量ppm 以下であり、
    Znの含有量が7以上25質量ppm 以下であり、Mnの含有量
    が0.5 質量ppm を越え10質量ppm 以下であると共に、Si
    /Feが1.1 以上1.67以下であり、Ti、V及びBの含有量
    比V/(Ti+B)が1.0 以上2.5 以下であり、かつ、ア
    ルミニウム鋳塊中の水素含有量が0.12cc/100g・Al以下
    であることを特徴とする電解コンデンサ陽極低電圧用ア
    ルミニウム合金箔。
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Cited By (2)

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