JP2007048942A - アルミニウム電解コンデンサ用チタン蒸着箔の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】高い静電容量が得られ、静電容量の経時変化の少ないアルミニウム電解コンデンサ用チタン蒸着箔の製造方法を提供する。
【解決手段】アルミニウム箔に、真空蒸着法により、チタン微粒子を蒸着してなるアルミニウム電解コンデンサ用チタン蒸着箔の製造方法において、
酸素原子を含む気体、または、チタンと反応する、酸素原子を持たない気体と酸素原子を含む気体とを混合した気体を、チタンの蒸発量に対し、一定の割合で供給することを特徴とし、
上記の酸素原子を含む気体が、空気、酸素、二酸化炭素、水蒸気のいずれかであり、チタンと反応する酸素原子を持たない気体が窒素であることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、アルミニウム電解コンデンサ用のチタン蒸着箔の製造方法に関するものである。
アルミニウム電解コンデンサ用の陰極箔の製造方法として、チタンをアルミニウム基材に蒸着処理する手法があり、この手法によれば、非常に高い静電容量が得られることが知られている(例えば、非特許文献1参照)。
また、他の代表的な手法として、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で、粗面化したアルミニウム箔上に、チタンの微粒子を蒸着する方法(例えば、特許文献1、2、3参照)や雰囲気ガスとして窒素を使用し、陽極アーク蒸着法によりイオン化し、窒化チタン皮膜を得る方法(例えば、特許文献4、5参照)や、チタンを蒸着する際、基材への入射角度を変化させて、多孔質のチタン皮膜を生成させる方法(例えば、特許文献6参照)が開示されている。
さらに、チタン蒸着後の箔を湿式で処理する方法や、チタン蒸着完了後、アルゴンガスに酸素を混入した雰囲気中で300℃以下の熱処理を施して、予め酸化させることにより静電容量の経時変化の改善を図る方法が開示されている(例えば、特許文献7参照)。
特許第1674572号公報 特許第1636763号公報 特許第1631296号公報 特許第2687299号公報 特許第2864477号公報 特許第3168587号公報 特許第2578551号公報 永田伊佐也,「電解液陰極アルミニウム電解コンデンサ」,日本蓄電器工業株式会社,平成9年2月24日,第2版第1刷,P344
しかしながら、これらのチタンをアルミニウム基材に蒸着処理した陰極箔については、高い静電容量が得られるにもかかわらず、静電容量の経時変化が大きいという問題があった。
また、静電容量の経時変化の改善手法は、いずれも新たな工程を付加する方法であるため、工数が増加するという問題があった。よって、チタンの蒸着段階において何らかの工夫を加え、効果的に静電容量の経時変化を抑える手法の開発が求められていた。
本発明は、上記課題を解決するもので、アルミニウム箔に、真空蒸着法によりチタン微粒子を蒸着してなるアルミニウム電解コンデンサ用チタン蒸着箔の製造方法において、
酸素原子を含む気体、または、チタンと反応する酸素原子を持たない気体と酸素原子を含む気体とを混合した気体を、チタンの蒸発量に対し、一定の割合で供給することを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ用チタン蒸着箔の製造方法である。
また、上記の酸素原子を含む気体が、空気、酸素、二酸化炭素、水蒸気のいずれかであり、チタンと反応する酸素原子を持たない気体が窒素であることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ用チタン蒸着箔の製造方法である。
さらに、上記の酸素原子を含む気体が酸素であり、酸素の供給比率がチタンの蒸発量(g/分)に対し、常温常圧換算値で、5〜50ml/gであることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ用チタン蒸着箔の製造方法である。
そして、上記の酸素原子を含む気体が空気であり、空気の供給量がチタンの蒸発量(g/分)に対し、常温常圧換算値で、30〜300ml/gであることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ用チタン蒸着箔の製造方法である。
また、上記の酸素原子を含む気体が二酸化炭素であり、二酸化炭素の供給比率がチタンの蒸発量(g/分)に対し、常温常圧換算値で、30〜300ml/gであることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ用チタン蒸着箔の製造方法である。
さらに、上記の酸素原子を含む気体が水蒸気であり、水蒸気の供給比率がチタンの蒸発量(g/分)に対し、常温常圧換算値で10〜100ml/gであることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ用チタン蒸着箔の製造方法である。
そして、上記の酸素原子を含む気体が酸素であり、チタンと反応する酸素原子を持たない気体が窒素であり、チタンの蒸発量(g/分)に対し、常温常圧換算値で、酸素の供給比率が5〜50ml/g、窒素の供給比率が100〜300ml/gであることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ用チタン蒸着箔の製造方法である。
また、上記の酸素原子を含む気体が水蒸気であり、チタンと反応する酸素原子を持たない気体が窒素であり、チタンの蒸発量(g/分)に対し、常温常圧換算値で、水蒸気の供給比率が10〜100ml/g、窒素の供給比率が100〜300ml/gであることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ用チタン蒸着箔の製造方法である。
本発明は、チタンの蒸発量(g/分)に対し、酸素原子を含む気体、または、チタンと反応する酸素原子を持たない気体と酸素原子を含む気体とを混合した気体を、チタンの蒸発量に対し、一定の割合で供給することにより、高い静電容量が得られ、静電容量の経時変化が少ないアルミニウム電解コンデンサ用のチタン蒸着箔を提供することができる。
以下に本発明の実施例について説明する。
[実施例1〜4]
まず、市販のエッチング箔を10cm幅にスリットしたコイルを、真空蒸着装置にセットし、真空度5×10−4Torr(0.065Pa)まで真空引きした後、チタンの蒸発量(g/分)に対し、酸素供給比率を各々5ml/g、10ml/g、20ml/g、50ml/gの割合で供給した。
具体的には、チタン蒸発量を0.5g/分に設定し、酸素の供給速度を各々、2.5ml/分、5ml/分、10ml/分、25ml/分とした。
また、箔速度は1.5m/分とし、粗面化されたアルミニウム箔に、チタン微粒子を真空蒸着した陰極箔を作製した。
(比較例1、2)
チタン蒸発量(g/分)に対する酸素供給比率を3ml/g、80ml/gとし、酸素の供給速度を各々、1.5ml/分、40ml/分とした以外は、実施例1と同様の条件でチタン微粒子を真空蒸着した陰極箔を作製した。
[実施例5〜8]
実施例1の酸素の代わりに空気を使用し、チタン蒸発量(g/分)に対する空気供給比率を各々、30ml/g、60ml/g、120ml/g、300ml/gの割合で供給した。
具体的には、チタン蒸発量を0.5g/分に設定し、空気の供給速度を各々、15ml/分、30ml/分、60ml/分、150ml/分とした。
その他の条件は実施例1と同様にして、チタン微粒子を真空蒸着した陰極箔を作製した。
(比較例3、4)
チタン蒸発量(g/分)に対する空気供給比率を各々、20ml/g、400ml/gとし、従って空気の供給速度は各々、10ml/分、200ml/分とした以外は、実施例1と同様の条件でチタン微粒子を真空蒸着した陰極箔を作製した。
[実施例9〜12]
実施例1の酸素の代わりに二酸化炭素を使用し、チタン蒸発量(g/分)に対し、二酸化炭素供給比率を各々30ml/g、60ml/g、120ml/g、300ml/gの割合で供給した。
ここで、二酸化炭素の供給速度は各々、15ml/分、30ml/分、60ml/分、150ml/分とした。
その他の条件は実施例1と同様にして、チタン微粒子を真空蒸着した陰極箔を作製した。
(比較例5、6)
チタン蒸発量(g/分)に対する二酸化炭素供給比率を各々20ml/g、400ml/gとし、二酸化炭素の供給速度は各々、10ml/分、200ml/分とした以外は、実施例1と同様の条件でチタン微粒子を真空蒸着した陰極箔を作製した。
[実施例13〜16]
実施例1の酸素の代わりに水蒸気を使用し、チタン蒸発量(g/分)に対する水蒸気供給比率を各々10ml/g、20ml/g、50ml/g、100ml/gの割合で供給した。
ここで、水蒸気の供給速度は各々、5ml/分、10ml/分、25ml/分、50ml/分とした。
その他の条件は実施例1と同様にして、チタン微粒子を真空蒸着した陰極箔を作製した。
(比較例7、8)
チタン蒸発量(g/分)に対する水蒸気供給比率を各々6ml/g、120ml/gとし、水蒸気の供給速度は各々、3ml/分、60ml/分とした以外は、実施例1と同様の条件でチタン微粒子を真空蒸着した陰極箔を作製した。
[実施例17〜30]
実施例1の酸素の代わりに、酸素と窒素を混合して用い、チタン蒸発量(g/分)に対し、酸素供給比率5〜50ml/g、窒素供給比率100〜450ml/gの割合で各々混合し、酸素の供給速度を2.5〜25ml/分、窒素の供給速度を50〜225ml/分とした。
その他の条件は実施例1と同様にして、チタン微粒子を真空蒸着した陰極箔を作製した。
(比較例9〜16)
実施例1の酸素の代わりに、酸素と窒素を混合して用い、チタン蒸発量(g/分)に対する酸素供給比率を各々3ml/g、80ml/g、窒素供給量を各々100〜450ml/gとし、酸素の供給速度は各々1.5ml/分、40ml/分、窒素の供給速度は各々50〜225ml/分とした。
その他の条件は実施例1と同様にして、チタン微粒子を真空蒸着した陰極箔を作製した。
[実施例31〜44]
実施例1の酸素の代わりに、水蒸気と窒素を混合して用い、チタン蒸発量(g/分)に対し、水蒸気供給比率10〜100ml/g、窒素供給比率100〜450ml/gの割合で各々混合し、水蒸気の供給速度を各々5〜50ml/分、窒素の供給速度を各々50〜225ml/分とした。
その他の条件は実施例1と同様にして、チタン微粒子を真空蒸着した陰極箔を作製した。
(比較例17〜24)
実施例1の酸素の代わりに、水蒸気と窒素を混合して用い、チタン蒸発量(g/分)に対する水蒸気供給比率を各々6ml/g、120ml/g、窒素供給比率を各々100〜450ml/gとし、水蒸気の供給速度を各々3ml/分、60ml/分、窒素の供給速度を各々50〜225ml/分とした。
その他の条件は実施例1と同様の方法でチタン微粒子を真空蒸着した陰極箔を作製した。
(従来例)
実施例1と同様のエッチング箔を使用し、チタンの蒸発量(g/分)に対するアルゴンの供給比率を4ml/gとし、供給速度を2ml/分の割合で供給した。
その他の条件は実施例1と同様にして、チタン微粒子を真空蒸着させた陰極箔を作製した。
上記の実施例1〜44、比較例1〜24、従来例について、蒸着後に湿度35%の常温大気中で1日放置した蒸着箔と、3ヶ月放置した蒸着箔の静電容量を測定し、その容量変化率を算出した。その結果を表1〜3に示す。
Figure 2007048942
[酸素による効果]
表1から明らかなように、従来例と比較して、酸素を供給した実施例1〜4は、容量変化率が改善されている。ここで、酸素の供給比率は5〜50ml/gが望ましい。5ml/g未満では容量変化率の改善効果が十分ではなく(比較例1)、50ml/gを超えると、1日放置後の静電容量値が低下する(比較例2)。
[空気による効果]
また、従来例と比較して、空気を供給した実施例5〜8は、容量変化率が改善されている。ここで、空気の供給比率は30〜300ml/gが望ましい。30ml/g未満では容量変化率の改善効果が十分ではなく(比較例3)、300ml/gを超えると、1日放置後の静電容量値が低下する(比較例4)。
[二酸化炭素による効果]
さらに、従来例と比較して、二酸化炭素を供給した実施例9〜12は、容量変化率が改善されている。ここで、二酸化炭素の供給比率は30〜300ml/gが望ましい。30ml/g未満では容量変化率の改善効果が十分ではなく(比較例5)、300ml/gを超えると、1日放置後の静電容量値が低下する(比較例6)。
[水蒸気による効果]
また、従来例と比較して、水蒸気を供給した実施例13〜16は、容量変化率が改善されている。ここで、水蒸気の混合量は10〜100ml/gが望ましい。10ml/g未満では容量変化率の改善効果が十分ではなく(比較例7)、100ml/gを超えると、1日放置後の静電容量値が低下する(比較例8)。
Figure 2007048942
[窒素と酸素とを混合した気体による効果]
表2から明らかなように、従来例と比較して、酸素と窒素を混合した実施例17〜30は、容量変化率が改善されている。ここで、酸素の供給比率は5〜50ml/gが望ましい。5ml/g未満では容量変化率が改善されず(比較例9、11、13、15)、50ml/gを超えると、1日放置後の静電容量値が低下する(比較例10、12、14、16)。
さらに、酸素だけで窒素を供給しなかった実施例1〜4と、酸素と窒素(100〜300ml/g)を供給した実施例17〜28とを比較すると、後者の方が静電容量が向上できることが分かる。窒素供給比率450ml/gでは静電容量の向上効果は低下する(実施例29、30)。
また、窒素の供給比率は、容量変化率に大きく影響しないことが分かる。
Figure 2007048942
[窒素と水蒸気とを混合した気体による効果]
表3から明らかなように、従来例と比較して、水蒸気と窒素を混合した実施例31〜44は、容量変化率が改善されている。ここで、水蒸気の供給比率は10〜100ml/gが望ましい。10ml/g未満では容量変化率が改善されず(比較例17、19、21、23)、100ml/gを超えると、1日放置後の静電容量値が低下する(比較例18、20、22、24)。
さらに、水蒸気だけで窒素を供給しなかった実施例13〜16と、水蒸気と窒素(100〜300ml/g)を供給した実施例31〜42とを比較すると、後者の方が静電容量が向上できることが分かる。窒素供給比率450ml/gでは静電容量の向上効果は低下する(実施例43、44)。
また、窒素の供給比率は、容量変化率に大きく影響しないことが分かる。
上記実施例では、酸素原子を含む気体として、酸素、空気、二酸化炭素、水蒸気を使用したが、この他に、一酸化炭素、アセトン、亜酸化窒素を用いても、同様の効果が得られる。
また、チタンと反応する、酸素原子を持たない気体として、窒素を用いたが、これ以外にアンモニアを用いても、同様の効果が得られる。
そして、水蒸気とメタン、酸素とアンモニア、水蒸気とアンモニア、亜酸化窒素と酸素を混合させた場合も、同様の効果が得られる。

Claims (8)

  1. アルミニウム箔に、真空蒸着法によりチタン微粒子を蒸着してなるアルミニウム電解コンデンサ用チタン蒸着箔の製造方法において、
    酸素原子を含む気体、または、チタンと反応する酸素原子を持たない気体と酸素原子を含む気体とを混合した気体を、チタンの蒸発量に対し、一定の割合で供給することを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ用チタン蒸着箔の製造方法。
  2. 請求項1記載の酸素原子を含む気体が、空気、酸素、二酸化炭素、水蒸気のいずれかであり、チタンと反応する酸素原子を持たない気体が窒素であることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ用チタン蒸着箔の製造方法。
  3. 請求項1記載の酸素原子を含む気体が酸素であり、酸素の供給比率がチタンの蒸発量(g/分)に対し、常温常圧換算値で、5〜50ml/gであることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ用チタン蒸着箔の製造方法。
  4. 請求項1記載の酸素原子を含む気体が空気であり、空気の供給率がチタンの蒸発量(g/分)に対し、常温常圧換算値で、30〜300ml/gであることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ用チタン蒸着箔の製造方法。
  5. 請求項1記載の酸素原子を含む気体が二酸化炭素であり、二酸化炭素の供給比率がチタンの蒸発量(g/分)に対し、常温常圧換算値で、30〜300ml/gであることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ用チタン蒸着箔の製造方法。
  6. 請求項1記載の酸素原子を含む気体が水蒸気であり、水蒸気の供給比率がチタンの蒸発量(g/分)に対し、常温常圧換算値で10〜100ml/gであることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ用チタン蒸着箔の製造方法。
  7. 請求項1記載の酸素原子を含む気体が酸素であり、チタンと反応する酸素原子を持たない気体が窒素であり、チタンの蒸発量(g/分)に対し、常温常圧換算値で、酸素の供給比率が5〜50ml/g、窒素の供給比率が100〜300ml/gであることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ用チタン蒸着箔の製造方法。
  8. 請求項1記載の酸素原子を含む気体が水蒸気であり、チタンと反応する酸素原子を持たない気体が窒素であり、チタンの蒸発量(g/分)に対し、常温常圧換算値で、水蒸気の供給比率が10〜100ml/g、窒素の供給比率が100〜300ml/gであることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ用チタン蒸着箔の製造方法。
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