JP2021178985A - 電極の表面処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自然環境へのリスクを低下させることができる電極の表面処理方法を提供する。【解決手段】電極の表面処理方法は、電解コンデンサに用いられる金属電極を提供するステップと、前記金属電極をオゾン溶液に浸漬させ、前記オゾン溶液で前記金属電極を酸化させて、エッチングした粗面を形成するステップと、を少なくとも含む。本発明により提供される電極の表面処理方法は、オゾン溶液で金属電極を酸化する。【選択図】図３

Description

本発明は、金属の表面処理方法に関し、特に、環境に優しい化成試薬を使用する方法に関する。

科学技術の進歩に伴い、多くの電子製品が日々更新している。通常、電子製品の回路設計では、電気エネルギーを蓄積し、安定な電圧を提供するために、いくつかのコンデンサが必要である。

多くのコンデンサでは、同じ体積とした際に、通常のコンデンサーと比較して、電解コンデンサがより多くの電気容量を提供することができる。電解コンデンサーは極性コンデンサーであり、陽極が不動態化可能な金属材料からなることが多い。漏れ電流を減らすように、その誘電材料が陽極金属材料の表面に形成された緻密な酸化物薄膜であり、電解コンデンサーの陰極材料は電解質である。

従来の電解コンデンサの製造方法は、一般的には、アルミニウム箔を提供するステップ、アルミニウム箔を酸エッチングするステップ、水洗するステップ、アルミニウム箔に化学皮膜を形成するステップおよび電解コンデンサを組み立てるステップを含む。そのうち、より良いプロセス効果を得るように、アルミニウム箔を酸エッチングするステップ及びアルミニウム箔に化学皮膜を形成するステップでは、大量の酸性液を使用しなければならない。

例えば、従来のアルミニウム箔を酸エッチングするステップでは、塩酸、塩酸と硫酸の混合液または混合強酸でアルミニウム箔を酸エッチングする。従来のアルミニウム箔に化学皮膜を形成するステップでは、アルミニウム箔をホウ酸、リン酸、アジピン酸アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム又はそれらの組み合わせと、純水とを混合して形成した酸性液に浸漬させ、化学皮膜を形成する工程を行う。

しかしながら、従来のアルミニウム箔に化学皮膜形成や再成膜に使用される酸性液は、自然環境にやさしくなく、酸性液を任意に排出することは、自然環境に大きなダメージを与える。環境意識の高まりに伴い、環境にやさしい化学皮膜形成に係わる化学物質及び関連工程は徐々に注目されてきている。

これにより、従来の電解コンデンサの製造方法に存在する問題を解決するための新規な電極の表面処理方法を必要としている。

これに鑑みて、本発明の目的は、環境にやさしいオゾン溶液で金属電極に対して酸化工程を施す電極の表面処理方法を提供することである。本発明により提供される電極の表面処理方法によって、酸性廃液の排出を大幅に減少させて、関連する電子部品製造産業が自然環境への悪影響と破壊を減少させることができる。

上記の目的を達成するために、本発明によって提供される電極の表面処理方法は、電解コンデンサに用いられる金属電極を提供するステップと、前記金属電極をオゾン溶液に浸漬させ、前記オゾン溶液で前記金属電極を酸化させて酸化表面を形成するステップと、を含む。

本発明によって提供される電極の表面処理方法において、環境にやさしいオゾン溶液で金属電極に対して酸化工程を施す。これによって、酸性廃液の排出を大幅に減少させて、関連する電子部品製造産業が自然環境への悪影響と破壊を減少させることができる。

本発明の一実施形態に係る電解コンデンサの製造方法を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電解コンデンサの構造を示す図である。 本発明の第一実施形態に係る電極の表面処理方法のフローチャートである。 本発明の第二実施形態に係る電極の表面処理方法のフローチャートである。 本発明の第三実施形態に係る電極の表面処理方法のフローチャートである。 本発明の第四実施形態に係る電極の表面処理方法のフローチャートである。

本発明をより明確に説明するために、好ましい実施形態を図面を参照して以下に詳細に説明する。図１及び２を参照すると、図１は本発明の一実施形態に係る電解コンデンサの製造方法を示す図である。図２は本発明の一実施形態に係る電解コンデンサの構造を示す図である。

図１において、電解コンデンサに対して必要なアルミニウム箔をエッチングする製造工程は、エッチングするステップ、水洗するステップ、化学皮膜を形成するステップ（化成ステップと略称する）および組み立てステップを含む。エッチングするステップでは酸性液でアルミニウム箔をエッチングし、そして、エッチングしたアルミニウム箔を水洗し、オゾン溶液でアルミニウム箔に化学皮膜を形成した後、電解コンデンサを組み立てる。

図１では、従来の技術によれば、酸性液でアルミニウム箔をエッチングするエッチングステップにおいては、まだ技術的なボトルネックがあり、一時的に効果的に改善することができない。しかしながら、ホウ酸、リン酸、アジピン酸アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム又はそれらの組み合わせを含む酸性溶液を利用する従来の化学皮膜を形成するステップとは異なり、本発明に係わる実施形態の化学皮膜を形成するステップでは、環境にやさしいオゾン溶液で金属電極に対して酸化工程を施す。これによって、酸性廃液の排出を大幅に減少させて、関連する電子部品製造産業が自然環境への悪影響と破壊を減少させることができる。

通常の電解コンデンサは極性コンデンサであり、陽極がアルミニウム、タンタル、ニオブ、チタンなどの不動態化可能な金属材料からなり、誘電材料が化学皮膜を形成する工程により陽極金属材料の表面に生成された緻密な酸化物薄膜であり、陰極材料が電解質である。同じ体積とした際に、通常のコンデンサーと比較して、電解コンデンサがより多くの電気容量を提供することができる。通常の電解コンデンサは、巻回型コンデンサ及びアルミニウム積層型コンデンサを含み、巻回型コンデンサであっても、アルミニウム積層型コンデンサであっても、製造工程において、「再成膜（再化成）」ステップを含む。しかしながら、本発明実施形態に係わる電極の表面処理方法は、再化成ステップ及び上述の化成ステップに適用できる。

次に、図２を参照すると、本発明の一実施形態に係る電解コンデンサ１は、二つのエッチングされたアルミニウム箔層１０と、当該二つのエッチングされたアルミニウム箔層１０の間に挟まれた電解質層２０とを含む。電解コンデンサ１を円筒状に巻回する前に、エッチングされたアルミニウム箔層１０の電極接続固定部１２及びエッチングされたアルミニウム箔層１０の裁断面１４を再化成して、緻密な酸化アルミニウム層を形成しなければならない。また、電解コンデンサ１を円筒状に巻回した後、電解コンデンサ１を再化成して、緻密な酸化アルミニウム層を形成し、これによって、作成された電解コンデンサ１がより低い漏れ電流を有する。

図３を参照すると、図３は本発明の第一実施形態に係る電極の表面処理方法のフローチャートである。本発明の第一実施形態に係る電極の表面処理方法は、以下のステップＳ０１及びステップＳ０２を含む。
ステップＳ０１において、電解コンデンサ１に用いられる金属電極を提供する。
ステップＳ０２において、金属電極をオゾン溶液に浸漬させ、オゾン溶液で金属電極を酸化させて酸化表面を形成する。

ステップＳ０１において、金属電極は、例えば、エッチングされたアルミニウム箔層１０であってもよく、エッチングされたアルミニウム箔層１０の電極接続固定部１２及び裁断面１４を更に含む。

ステップＳ０２において、オゾン溶液は、濃度が３０ｐｐｍ〜７０ｐｐｍであるオゾンを含む。本発明の第一実施形態では、オゾン溶液は、炭酸のような環境に分解される酸類を含む。本発明の第一実施形態では、オゾン溶液は、濃度が０．０５ｗｔ％〜０．１５ｗｔ％である炭酸を含む。本発明の第一実施形態では、オゾン溶液のｐＨ値が３〜６であるが、ｐＨ値が３．５〜５．８であることが好ましく、ｐＨ値が４〜５であることがより好ましい。

図４を参照すると、図４は、本発明の第二実施形態に係る電極の表面処理方法のフローチャートである。本発明の第二実施形態に係る電極の表面処理方法は、以下のステップＳ０１〜Ｓ０３を含む。
ステップＳ０１において、電解コンデンサ１に用いられる金属電極を提供する。
ステップＳ０２において、金属電極をオゾン溶液に浸漬させ、オゾン溶液で金属電極を酸化させて酸化表面を形成する。
ステップＳ０３において、金属電極が浸漬されたオゾン溶液に電圧を印加させる。

ステップＳ０１において、金属電極は、例えば、エッチングされたアルミニウム箔層１０であってもよく、エッチングされたアルミニウム箔層１０の電極接続固定部１２及び裁断面１４を更に含む。

ステップＳ０２において、オゾン溶液は、濃度が３０ｐｐｍ〜７０ｐｐｍであるオゾンを含む。本発明の第二実施形態では、オゾン溶液は、炭酸のような環境に分解される酸類を含む。本発明の第二実施形態では、オゾン溶液は、濃度が０．０５ｗｔ％〜０．１５ｗｔ％である炭酸を含む。本発明の第二実施形態では、オゾン溶液のｐＨ値が３〜６であるが、ｐＨ値が３．５〜５．５であることが好ましく、ｐＨ値が４〜５であることがより好ましい。

ステップＳ０３において、金属電極が浸漬されたオゾン溶液に電圧を印加させることで、酸化アルミニウム層の形成レートを向上させるし、酸化アルミニウム層の緻密性を増加させることができる。これによって、電解コンデンサ１の漏れ電流を低減させる。本発明の第二実施形態では、オゾン溶液に印加された電圧が２Ｖよりも高い。

次に、図５を参照すると、図５は本発明の第三実施形態に係る電極の表面処理方法のフローチャートである。本発明の第三実施形態に係る電極の表面処理方法は、以下のステップＳ０１、ステップＳ０２及びステップＳ０４を含む。
ステップＳ０１において、電解コンデンサ１に用いられる金属電極を提供する。
ステップＳ０２において、金属電極をオゾン溶液に浸漬させ、オゾン溶液で金属電極を酸化させて酸化表面を形成する。
ステップＳ０４において、金属電極が浸漬されたオゾン溶液を振動させる。

ステップＳ０１において、金属電極は、例えば、エッチングされたアルミニウム箔層１０であってもよく、エッチングされたアルミニウム箔層１０の電極接続固定部１２及び裁断面１４を更に含む。

ステップＳ０２において、オゾン溶液は、濃度が３０ｐｐｍ〜７０ｐｐｍであるオゾンを含む。本発明の第三実施形態では、オゾン溶液は、炭酸のような環境に分解される酸類を含む。本発明の第三実施形態では、オゾン溶液は、濃度が０．０５ｗｔ％〜０．１５ｗｔ％である炭酸を含む。本発明の第三実施形態では、オゾン溶液のｐＨ値が３〜６であるが、ｐＨ値が３．５〜５．５であることが好ましく、ｐＨ値が４〜５であることがより好ましい。

ステップＳ０４において、金属電極が浸漬されたオゾン溶液を振動させることで酸化アルミニウム層の形成レートを向上させるし、酸化アルミニウム層の緻密性を増加させることができる。これによって、電解コンデンサ１の漏れ電流を低減させる。本発明の第三実施形態では、オゾン溶液を振動させる振動周波数が５０Ｈｚ〜２ＭＨｚである。

そして、図６を参照すると、図６は、本発明の第四実施形態に係る電極の表面処理方法のフローチャートである。本発明の第四実施形態に係る電極の表面処理方法は、以下のステップＳ０１〜ステップＳ０４を含む。
ステップＳ０１において、電解コンデンサ１に用いられる金属電極を提供する。
ステップＳ０２において、金属電極をオゾン溶液に浸漬させ、オゾン溶液で金属電極を酸化させて酸化表面を形成する。
ステップＳ０３において、金属電極が浸漬されたオゾン溶液に電圧を印加させる。
ステップＳ０４において、金属電極が浸漬されたオゾン溶液を振動させる。

ステップＳ０１において、金属電極は、例えば、エッチングされたアルミニウム箔層１０であってもよく、エッチングされたアルミニウム箔層１０の電極接続固定部１２及び裁断面１４を更に含む。

ステップＳ０２において、オゾン溶液は、濃度が３０ｐｐｍ〜７０ｐｐｍであるオゾンを含む。本発明の第四実施形態では、オゾン溶液は、炭酸のような環境に分解される酸類を含む。本発明の第四実施形態では、オゾン溶液は、濃度が０．０５ｗｔ％〜０．１５ｗｔ％である炭酸を含む。本発明の第四実施形態では、オゾン溶液のｐＨ値が３〜６であるが、ｐＨ値が３．５〜５．５であることが好ましく、ｐＨ値が４〜５であることがより好ましい。

ステップＳ０３において、金属電極が浸漬されたオゾン溶液に電圧を印加させることで、酸化アルミニウム層の形成レートを向上させるし、酸化アルミニウム層の緻密性を増加させることができる。これによって、電解コンデンサ１の漏れ電流を低減させる。本発明の第四実施形態では、オゾン溶液に印加された電圧が２Ｖよりも高い。

ステップＳ０４において、金属電極が浸漬されたオゾン溶液を振動させることで酸化アルミニウム層の形成レートを向上させるし、酸化アルミニウム層の緻密性を増加させることができる。これによって、電解コンデンサ１の漏れ電流を低減させる。本発明の第四実施形態では、オゾン溶液を振動させる振動周波数が５０Ｈｚ〜２ＭＨｚである。

電解コンデンサが巻回型コンデンサであっても、アルミニウム積層型コンデンサであっても、製造工程において、「再成膜（再化成と略称する）」ステップを含む。しかしながら、本発明の実施形態に係わる電極の表面処理方法は、再化成ステップ及び上記化成ステップに適用できる。本発明の実施形態に係わる電極の表面処理方法において、環境にやさしいオゾン溶液で金属電極に対して酸化工程を行う。これによって、酸性廃液の排出を大幅に減少させて、関連する電子部品製造産業が自然環境への悪影響と破壊を減少させることができる。

上述したものは本発明の好ましい可能な実施形態に過ぎず、本発明の明細書及び特許請求の範囲の均等変化はすべて、本発明の特許請求の範囲内に含まれるべきである。

１：電解コンデンサ
１０：エッチングされたアルミニウム箔層
１２：電極接続固定部
１４：裁断面
２０：電解質層
Ｓ０１、Ｓ０２、Ｓ０３、Ｓ０４：ステップ

Claims (10)

1. 電解コンデンサに用いられる金属電極を提供するステップと、
   前記金属電極をオゾン溶液に浸漬させ、前記オゾン溶液で前記金属電極を酸化させて酸化表面を形成するステップと、
   を含む電極の表面処理方法。
2. 前記オゾン溶液は、濃度が３０ｐｐｍ〜７０ｐｐｍであるオゾンを含む請求項１に記載の電極の表面処理方法。
3. 前記オゾン溶液は、環境に分解される酸類を含む請求項１に記載の電極の表面処理方法。
4. 前記環境に分解される酸類は炭酸を含む請求項３に記載の電極の表面処理方法。
5. 前記オゾン溶液は、濃度が０．０５ｗｔ％〜０．１５ｗｔ％である炭酸を含む請求項４に記載の電極の表面処理方法。
6. 記オゾン溶液のｐＨ値が３〜６である請求項３に記載の電極の表面処理方法。
7. 前記金属電極が浸漬された前記オゾン溶液に電圧を印加させるステップを含む請求項１に記載の電極の表面処理方法。
8. 前記電圧が２Ｖよりも高い請求項７に記載の電極の表面処理方法。
9. 前記金属電極が浸漬された前記オゾン溶液を振動させるステップを含む請求項１または７に記載の電極の表面処理方法。
10. 前記振動周波数が５０Ｈｚ〜２ＭＨｚである請求項９に記載の電極の表面処理方法。
    

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