JP2022099336A - 電解コンデンサ用の電極箔、および電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】単位体積あたりの静電容量の高い電極箔を提供する。【解決手段】電解コンデンサ用の電極箔である。電極箔が、長手方向に延在する電極箔であり、かつ、長手方向に直交する幅方向を有し、電極箔が、電極箔の表面に拡面部を備え、拡面部に、幅方向に対して斜めの方向に割れが形成されており、拡面部において一方向に向かう複数の割れが互いに平行に形成され、一方向とは別の方向に向かう別の複数の割れが互いに平行に形成され、複数の割れの幅方向に対する角度と、別の複数の割れの幅方向に対する角度が互いに異なっている。【選択図】図６

Description

本発明は、電解コンデンサ用の電極箔、および電解コンデンサに関する。

従来と同一サイズのコンデンサケースを用いてコンデンサの静電容量をより高くするためには、単位体積当たりの静電容量を高くすることが必要である。電極箔の観点からは、投影面積当たりの静電容量を従来と同一として箔厚をより薄くすることや、箔厚を従来と同一として投影面積当たりの静電容量をより高くすることが必要である。しかし、ただ単に箔厚を薄くするということは、電極箔のうち拡面部（粗面化処理または拡面処理された部分）が形成されていない部分である芯部の厚さをただ薄くすることに他ならず、強度の低下は免れない。また電極箔の表面を海綿状構造の拡面部として形成した場合、投影面積当たりの静電容量を高くするため微細なピットを高密度に形成すると、電極箔が硬く脆くなって、コンデンサ製造時の加工性が悪化してしまうという強度面での問題が生じる。

そこで、この強度面での問題を解決すべく、投影面積当たりの静電容量を従来と同一として箔厚をより厚くすることが一般的に行われている。あるいは、国際公開第２０１７／１７１０２８号は、電極箔の表面の拡面部に幅方向の分断部を延在させることも行われていることを開示している（特許文献１の請求項１、段落００３３、図５）。更に、電極箔そのものの観点からではなく、電解液の含浸性の観点からによるものであるが、特開２０１３－１５３０２４号公報は、電極箔の粗面化された表面に長手方向に対して斜めに、レーザ加工によって溝を形成することも行われていることを開示している（特許文献２の請求項１、段落００５０、００５２、図９、１１）。

国際公開第２０１７／１７１０２８号 特開２０１３－１５３０２４号公報

しかしながら、一般的に行われている、投影面積当たりの静電容量を従来と同一として箔厚をより厚くする方法では、箔厚を厚くした分、単位体積あたりの静電容量は従来より低くなってしまう。

国際公開第２０１７／１７１０２８号に開示されている方法では、電極箔の表面の拡面部に分断部を形成すると、応力が分散し、引張破断伸びが向上する。この場合、セパレータを介して陽極箔と陰極箔とを巻回する際、ところどころに折れ曲がりが生じるのを抑制して、滑らかに巻回することができる。

しかし、分断部を形成することで引張最大荷重が低下してしまう（課題１）。また、箔厚を従来と同一で投影面積当たりの静電容量を従来より高くするために拡面部の厚みを増やすことでも引張最大荷重は低下してしまう（課題２）。そのため、厚みを増やした拡面部を形成した後に分断部を形成すると、引張最大荷重が更に低下してしまう。特にコンデンサメーカにおいて張力をかけて高速でスリットを行う際には、電極箔に破断が生じてしまう危険性がある。この場合、投影面積当たりの静電容量を従来より高くすることは難しいから、単位体積当たりの静電容量を従来より高くすることも難しい。

特開２０１３－１５３０２４号公報に開示されている方法では、電極箔の表面にレーザ加工により溝が形成されている。この場合、電解液の浸漬時には溝を伝ってセパレータ全体に電解液が含浸されやすくなり、陽極箔と陰極箔との間に十分に電解液を保持させることができ、含浸性を向上させることができる。

しかし、溝を形成する方向にかかわらず、レーザ加工によって粗面化された表面の一部が電極箔から削り取られてしまう。そのため、投影面積当たりの静電容量の低下は免れず、結果、単位体積当たりの静電容量の低下も免れない。

また、コンデンサなどの電子部品の小型化ニーズがより一層高まっていることから、それに応じて、電極箔は単位体積あたりの静電容量を増大させるため、拡面部構造の微細化および均一化が進んでいる。それに伴い、拡面部自体が硬く脆くなっている。その結果、静電容量に寄与しない残存芯厚を既存の電極箔より厚く残す必要がある。つまり、拡面部のみの単位体積当たりの静電容量を増大させても、箔全体で見た場合の改善効果が得られにくくなっている。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、機械的強度を確保しつつ単位体積あたりの静電容量の高い電極箔を提供することである。本発明の更に別の目的は、前記電極箔を用いた電解コンデンサを提供することである。

本発明の課題を解決するための手段の一例は、電解コンデンサ用の電極箔であって、前記電極箔が、長手方向に延在する電極箔であり、かつ、前記長手方向に直交する幅方向を有し、前記電極箔が、前記電極箔の表面に拡面部を備え、前記拡面部に、前記幅方向に対して斜めの方向に割れが形成されている、電極箔である。

１つの態様においては、前記斜めの方向が、前記幅方向に対して１２°以上８０°以下の角度を有してもよい。

もう１つの態様においては、前記斜めの方向が、前記幅方向に対して２５°以上８０°以下の角度を有してもよい。

もう１つの態様においては、前記斜めの方向が、前記幅方向に対して１２°以上５５°以下の角度を有してもよい。

もう１つの態様においては、前記斜めの方向が、前記幅方向に対して２５°以上５５°以下の角度を有してもよい。

もう１つの態様においては、前記割れが互いに交差する複数の割れを含んでもよい。

もう１つの態様においては、前記割れがＶ字状に形成されていてもよい。

もう１つの態様においては、前記割れの領域を含む前記拡面部に更に誘電体皮膜が形成されていてもよい。

本発明の課題を解決するための手段の別の例は、前記電極箔が、陰極箔または陽極箔として用いられている、電解コンデンサである。

本発明によれば、機械的強度を確保しつつ単位体積あたりの静電容量の高い電極箔あるいは前記電極箔を用いた電解コンデンサを提供することができる。

本発明の電極箔の芯部、拡面部、及び割れを示した断面写真である。 拡面部に割れが形成されていない従来の電極箔の表面写真である。 拡面部に割れが形成されている本発明の電極箔の表面写真である。 割れの角度を計測する際の説明図である。 拡面部に割れが形成されている本発明の別の実施形態の電極箔の表面模式図である。 拡面部に割れが形成されている本発明の更に別の実施形態の電極箔の表面模式図である。 拡面部に割れが形成されている本発明の更に別の実施形態の電極箔の表面模式図である。 拡面部に割れが形成されていない化成箔（比較例１）を陽極箔として用いたコンデンサ素子の断面写真である。 拡面部に割れが形成されている化成箔（実施例２）を陽極箔として用いたコンデンサ素子の断面写真である。 拡面部に割れが形成されている化成箔（実施例５）を陽極箔として用いたコンデンサ素子の断面写真である。 拡面部に割れが形成されている化成箔（実施例８）を陽極箔として用いたコンデンサ素子の断面写真である。 実験１における、割れ角度ごと（実施例２～７および比較例２）の電極箔の単位体積あたりの静電容量を示したグラフである。 実験１における、割れ角度ごと（実施例２～７および比較例２）の引張破断伸びを示したグラフである。 実験１における、割れ角度ごと（実施例２～７および比較例２）のコンデンサ素子径（最大値）を示したグラフである。

以下、本発明の電解コンデンサ用の電極箔および電解コンデンサについて図面を参照して説明する。なお、図面は本発明の説明のために用いられるものであり、本発明は図面の内容に限定されない。

＜電極箔＞
図１は、本発明の一実施形態における電極箔１０の断面写真である。電極箔１０は、電極箔の表面に拡面部１４を備える。図１に示された実施形態においては、電極箔１０の裏面に更なる拡面部１６が形成されている。

電極箔１０は、長手方向に延在する電極箔であり、かつ、長手方向に直交する幅方向を有する。長手方向に延在する電極箔は、典型的には長尺状の電極箔であり、より典型的には長方形の電極箔である。長手方向は、長尺状の電極箔の場合には、長尺状に延在する辺の方向とすることができる。あるいは、長手方向は、長方形の電極箔の場合には、長方形の長辺の方向または短辺の方向に直交する方向とすることができる。幅方向は、前記長手方向に直交する方向である。あるいは、後述の実施形態に示されているように、電極箔上に縦方向の筋が形成されている場合には、長手方向を、電極箔に形成された縦方向の筋の方向としてもよい。すなわち、長手方向に直交する幅方向を、電極箔に形成された縦方向の筋の方向に直交する方向としてもよい。電極箔は、長方形、矩形、台形、または長手方向を設定することのできる他の任意の形状とすることができる。なお、本発明の電極箔は正方形を含み、この場合の長手方向は、電極箔の対向する２辺に平行な方向とこれに直交する方向のいずれか一方とすることができる。

電極箔１０は、コンデンサの陰極箔及び陽極箔として好適に用いられる。電極箔１０は、誘電体皮膜（化成皮膜とも言う）を形成しない陰極箔（以下、陰極未化成箔と言う）として用いることも出来る。電極箔１０は、誘電体皮膜を形成した陰極箔（以下、陰極化成箔と言う）として用いることも出来る。電極箔１０は、誘電体皮膜を形成した陽極箔（以下、陽極化成箔と言う）として用いることも出来る。誘電体皮膜形成前の陽極箔（以下、陽極未化成箔と言う）も、本発明の電極箔に含まれる。電極箔１０は、アルミニウム、ニオブ、タンタル等の弁金属材料から形成することができる。特に、電極箔１０はアルミニウムから形成するのが好ましい。

＜芯部＞
芯部１２は、電極箔１０のうち拡面部１４が形成されていない部分である。別言すれば、芯部１２は、電極箔１０のうち深さ方向に割れが無く中実な層状部分に相当する。電極箔の断面写真である図１を見ると、芯部１２と拡面部１４の境界は完全な直線ではなく凹凸になっている。そのため、三次元で見た場合には、芯部１２と拡面部１４との境界では双方が入り組んだ構造になっている。

芯部１２の厚みは特に限定されないが、例えば１０μｍ以上５０μｍ以下である。芯部１２の厚みは、必要な静電容量や強度によって任意に設計され得る。

＜拡面部＞
拡面部１４は、電極箔１０の表面に形成されている層状の部分である。拡面部１４は、通常、アルミ電解コンデンサ用として使用される純度のアルミ箔を基材として、塩化物イオンを含む電解液中で電気化学的又は化学的にエッチング処理することで形成される。エッチング後、付着している塩化物イオンなどを除去するために、酸洗浄などの後処理が行われてよい。拡面部１４は、海綿状、トンネル状、または、トンネル状と海綿状とが組み合わさった構造をとり得る。

電極箔１０が陰極化成箔または陽極箔として用いられる場合は、割れＣの領域を含む拡面部１４に誘電体皮膜が形成される。

拡面部１４の厚みは特に限定されないが、例えば５μｍ以上１５０μｍ以下である。拡面部１４の厚みは、必要な静電容量や強度によって任意に設計され得る。

拡面部１４と芯部１２とは、同一の材料から形成することができ、または別の材料から形成することができる。拡面部１４と芯部１２とを、同一の材料から形成すると、拡面部中の空隙が電極箔表面の開口部まで連なった形状とすることができ、別の材料から形成した場合に拡面部中の空隙が単独で閉じた状態となることを回避できる。その結果、コンデンサ形成後においても、電極箔中に誘電体皮膜が形成されていない表面が残っているということがない。また、コンデンサ使用時にそのような表面が露出した場合のＬＣ（漏れ電流）の増大やショート不良などを回避することができる。拡面部１４と芯部１２とを、同一の材料から形成すると、拡面部中に残存している材料がもともと一体であったため、少なくとも誘電体皮膜形成前においてはすべて残存芯と界面がない状態で接続する。したがって、別の材料から形成した場合に、残存芯と拡面部界面および拡面部中の材料同士の界面（例えば蒸着法であれば蒸着粒子同士の界面）に存在する酸化物の層が形成され、コンデンサの抵抗成分が増大し、および密着性が小さいことにより拡面部の強度が低下すること（拡面部の崩壊）を回避できる。

＜更なる拡面部＞
図１に示された実施形態においては、電極箔１０の裏面に更なる拡面部１６が形成されている。更なる拡面部１６は、拡面部１４と同様に構成することができる。また、厚みの範囲についても、拡面部１４と同様であるが、拡面部１４と更なる拡面部１６はほぼ同じ厚さとする構成が好ましい。図１に示された実施形態においては、更なる拡面部１６にも割れＣが形成されている。そのため、例えば巻回型コンデンサにおいて、巻回時にどちらの面が外周になっても、新たに発生する割れをより効果的に抑制でき、コンデンサのＬＣを拡面部１４のみに割れを形成した場合よりさらに低減できる。これは、割れが形成された面がコンデンサ巻回時に内周側に面した場合、割れが片面にしか形成されていない電極箔では、割れが両面に形成された電極箔より新たな割れが多く形成されると考えられるためである。特に陽極化成箔においては、コンデンサの形態に加工した時点で、誘電体皮膜が形成されていない部分の面積が大きいほど、コンデンサのＬＣも大きくなる傾向がある。なお、ＬＣ低減の観点からは、拡面部を電極箔の両面に形成するとともに割れをそれぞれの拡面部に形成する構成が最も好ましく、拡面部を電極箔の両面に形成するとともに割れを一方の拡面部だけに形成する構成が好ましい。また本発明は、更なる拡面部１６に割れが無い構成を含む。

＜割れ＞
割れＣは、拡面部１４に、電極箔１０の長手方向に直交する幅方向に対して斜めの方向に形成されている（図３、４を参照）。電極箔１０の長手方向は、例えば図４の図面上で見て略上下方向である。電極箔１０の長手方向に直交する幅方向は、例えば図４の図面上で見て略左右方向である。図４の電極箔１０上の縦方向の筋は、電極箔１０の長手方向と実質的に平行である。この場合、長手方向を、電極箔に形成された縦方向の筋の方向としてもよい。すなわち、長手方向に直交する幅方向を、電極箔に形成された縦方向の筋の方向に直交する方向としてもよい。

割れＣは、拡面部１４に押圧力を加えることにより、裂け目を入れることにより、またはひびを入れることにより、形成することができる。好ましくは、割れＣは、拡面部１４に押圧力を加えることにより形成される。なお、本発明は、割れＣが拡面部１４に引張力を加えて裂け目を入れることにより形成されるものを含む。また本発明は、割れＣが拡面部１４に温度変化または湿度変化を加えてひびを入れることにより形成されるものを含む。割れＣは、上記形成方法の組み合わせにより形成してもよい。

割れＣは、例えばレーザまたは掘削などの加工により形成された溝（以下、単に溝と言う）とは明確に区別される。割れＣと溝とは、顕微鏡により観察した画像を目視することにより区別してもよい。あるいは、割れＣと溝とは、割れＣと溝の形成方法の違いにより区別してもよい。あるいは、割れＣと溝とは、割れＣと溝の静電容量の違いにより区別してもよい。例えばレーザ加工により形成された溝は、レーザ加工によって拡面部の一部が電極箔から削り取られてしまい、投影面積あるいは単位体積当たりの静電容量の低下は免れない。そのため、割れＣと溝とは、投影単位面積あるいは単位体積当たりの静電容量の点でも明確に区別される。

一般的に、金属を圧延加工して圧延箔を製造する際、金属箔表面は圧延時に触れる圧延ロールの形状を転写した形になる。圧延ロール表面には、しばしばロール幅方向に対して垂直方向に筋が入っている。その筋が箔の表面に転写されることで、箔の表面に縦方向の筋が観察される。この場合、原材料である金属箔の表面には、箔の長手方向と実質的に平行な筋が形成されることになる。縦方向の筋は、圧延ロール表面の形状を単に転写したものである。この場合、例えば圧延ロール上で凸状（山状）であれば凹状（谷状）となる。以上から、電極箔に形成された縦方向の筋は、割れＣと明確に区別することができる。

割れＣの幅は、例えば０μｍを超えて１０μｍ以下であるが、特にこれに限定されない。また複数の割れＣ同士の間隔は、例えば１０μｍ以上１０００μｍ以下であるが、特にこれに限定されない。割れＣの深さは、芯部１２を分断しない範囲で特に限定されないが、例えば拡面部の厚みの８０％以上１００％以下である。割れＣの深さは、拡面部１４を分断し芯部１２に到達する深さであるのが好ましい。すべての割れＣで深さは統一されなくてもよい。

なお、割れＣは電極箔１０の拡面部１４と更なる拡面部１６の両方に形成してもよい。

斜めの方向は、幅方向に対して１２°以上８０°以下、好ましくは２５°以上８０°以下、より好ましくは５０°以上８０°以下の角度を有する。この場合、芯部の厚さも拡面部の厚さも変えることなく、電極箔の静電容量の大幅な低下を防ぎつつ、引張最大荷重を高くすることができる。そのため、強度を維持しつつ芯部の厚さをより薄くする、または拡面部の厚さをより厚くすることが可能となる。こうして、電極箔の単位体積当たりの静電容量を更に高くすることができる。

巻回型コンデンサ素子の素子径または電極箔の引張破断伸びに着目する実施形態においては、斜めの方向は、幅方向に対して、１２°以上８０°以下、好ましくは１２°以上５５°以下、より好ましくは１２°以上３０°以下の角度を有する。この場合、素子巻回時の箔の折れ曲がりを抑制して滑らかに巻回することができ、素子巻回時の加工性改善効果を十分得ることができる。その結果、巻回型コンデンサ素子の素子径（最大値）を小さくすることができ、巻回型コンデンサのサイズを小さくすることができる。

電極箔の単位体積当たりの静電容量と巻回型コンデンサ素子の素子径の両方について同時に着目する実施形態、すなわち、巻回型コンデンサ用途に着目する実施形態について説明する。この実施形態おいては、斜めの方向は、幅方向に対して、１２°以上８０°以下、好ましくは２５°以上５５°以下、より好ましくは４０°以上５５°以下の角度を有する。この場合、単位体積当たりの静電容量を更に高くすることができる効果と巻回型コンデンサのサイズを小さくすることができる効果の両方について、一定以上の効果を得ることができる。そのため、同一のケースサイズにおける巻回型コンデンサの静電容量を高くすることができる。

なお、積層型コンデンサでは、巻回型コンデンサとは異なり、素子径を考慮する必要がない。そのため、積層型コンデンサ用途に着目する実施形態における斜めの方向は、電極箔の単位体積当たりの静電容量の場合と同じとなる。すなわち、斜めの方向は、幅方向に対して、１２°以上８０°以下、好ましくは２５°以上８０°以下、より好ましくは５０°以上８０°以下の角度を有する。

前記各実施形態内において、ある好ましい角度の範囲の上端または下端は、他の好ましい角度の範囲の下端または上端と、任意に組み合わせることができ、あるいは任意に交換することができる。

複数の割れＣは、互いに平行に一方向のみに形成してもよいし、互いに交差する方向に形成してもよい。なお、本願において「平行」という用語は、複数の割れＣがそれぞれ有する斜めの方向の角度が同じである、幾何学上の平行であることの意味を含み、更に複数の割れＣが、例えば電極箔１０の左上から右下の方向に揃って向かうように、巨視的に見た場合に概ね平行になっていることの意味をも含む。また、本願において「交差」とは、少なくとも２つの割れＣが互いにＸ字状または十字状に重なり合うことを意味する。

割れＣを一方向のみに形成した場合は、所望の効果（引張最大荷重は維持しつつ静電容量密度の改善）が十分に得られる。割れＣを互いに交差する方向に形成した場合は、箔サイズを大きくした場合の箔の変形の方向をより均一にすることができ、生産ライン上での箔搬送をより有利に行うことができる。

更に別の実施形態では、互いに交差する方向に形成する場合と異なり、電極箔２０の拡面部２４において左上から右下の方向に向かう割れＣＬと右上から左下の方向に向かう割れＣＲの両方の割れＣＬ、ＣＲを、各方向において互いに平行に形成するが、両方の割れＣＬ、ＣＲが交わるところから先には割れを意図的には形成しない、いわゆるＶ字状に形成してもよい（図５を参照）。すなわち、電極箔２０の拡面部２４において左上から右下の方向に向かう複数の割れＣＬを互いに平行に形成し、右上から左下の方向に向かう複数の割れＣＲを互いに平行に形成し、両方の割れＣＬ、ＣＲが交わるところで終了するように、電極箔２０を上面視で見てＶ字状の割れを形成してもよい。

また、Ｖ字状に形成する場合は、Ｖ字状における両方の割れＣＬ、ＣＲが交わるところの位置は、電極箔２０の幅方向の真ん中であっても真ん中でなくてもいずれでもよく、好ましくは真ん中である。Ｖ字状における両方の割れＣＬ、ＣＲが交わるところの位置は真ん中であるほうが、また、２つの斜めの方向の角度は同じであるほうが、それぞれ幅方向の左右でより均等に割れの効果を得ることができる。従って、Ｖ字状に形成する場合、より好ましくは、Ｖ字状における両方の割れＣＬ、ＣＲが交わるところの位置が真ん中であり、かつ、２つの斜めの方向の角度は同じである。

割れＣＬ、ＣＲをＶ字状に形成した場合には、互いに交差する方向に形成する場合より、生産ラインを短くすることができる。これは、互いに交差する方向に形成する場合には、一方向ずつ割れの形成を行う必要がある、すなわち２工程が必要となるところ、Ｖ字状に形成する場合には、割れＣＬ、ＣＲの形成に用いる丸棒等の表面の形状を工夫することで、１工程で済むためである。Ｖ字状の割れＣＬ、ＣＲを形成するためには、例えばＶ字状に対応する凸形状を設けた丸棒を用いることができる。

互いに交差する方向に形成する場合とＶ字状に形成する場合は２つの斜めの方向に割れを形成することになるが、その２つの斜めの方向の角度は、同じであっても異なっていてもいずれでもよく、好ましくは同じである。ただし、２つの斜めの方向の角度が異なる場合は、それぞれ前記各実施形態内においては、少なくともどちらか一方の角度が上記した好ましい角度の範囲に含まれ、好ましくは、いずれの角度も上記した好ましい角度の範囲に含まれるものとする。

図６は、拡面部３４に割れＣＬ１、ＣＲ１が形成されている本発明の更に別の実施形態の電極箔３０の表面模式図である。図６においては、電極箔３０の拡面部３４上に上面視で見て左上から右下への割れＣＬ１が約３０°で形成され、右上から左下への割れＣＲ１が約６５°で形成されて、割れＣＬ１と割れＣＲ１が互いに交差している。この実施形態では、割れＣＬ１の間隔と割れＣＲ１の間隔は互いに異なっている。割れＣＬ１と割れＣＲ１を形成するためには、例えば、拡面部３４が形成された電極箔３０に互いに異なる角度で丸棒を押し付ける際、互いに異なる径を有する２つの丸棒を用いることができる。

図７は、拡面部４４に割れＣＬ２、ＣＲ２が形成されている本発明の更に別の実施形態の電極箔４０の表面模式図である。図７においては、電極箔４０の拡面部４４上に上面視で見て左上から右下への割れＣＬ２が約３０°で形成され、右上から左下への割れＣＲ２が約６５°で形成されて、割れＣＬ２と割れＣＲ２が交わるところで終了している。この実施形態では、割れＣＬ２の間隔と割れＣＲ２の間隔は互いに異なっている。具体的には、割れＣＬ２の間隔と割れＣＲ２の間隔は、それぞれの割れの方向に対する垂直方向で見た場合に互いに異なっている。ただし、電極箔４０の製造ラインの進行方向と一致する、図７の下から上の方向で見た場合には、割れＣＬ２の間隔と割れＣＲ２の間隔は、いずれも割れＣＬ２と割れＣＲ２の交点の間隔と等しい。割れＣＬ２と割れＣＲ２を形成するためには、例えば、図７のＣＬ２とＣＲ２で形成されるＶ字状に対応する凸形状を設けた丸棒を用いることができる。

＜巻回型コンデンサ素子＞
コンデンサのうち、巻回型のものは、陽極箔と陰極箔の間にセパレータを挟み、巻芯を巻き軸としてそれらを巻き取ることでコンデンサ素子を形成することができる。

＜巻回型コンデンサ＞
巻回型コンデンサ素子は、電解質、導電性高分子、又は電解質と導電性高分子の両方に含浸され、有底筒状の外装ケースに収納され、陽極端子及び陰極端子を引き出して封口体で封止され、エージング処理されることで、巻回型コンデンサを形成することができる。

＜積層型コンデンサ＞
コンデンサのうち、積層型のものは、陽極化成箔、固体電解質、および陰極体を備える。固体電解質としては、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフランまたはポリアニリンなどの導電性高分子を含む固体電解質を用いることができる。陰極体としては、カーボン層と銀ペースト層との積層体などを用いることができる。

以下、本発明に係る電極箔の特性について、比較例および実施例を用いて検証した実験について説明する。まず、電極箔の各特性の評価方法について説明する。なお、各実験および評価方法は、本発明を説明するための例であり、本発明を何ら限定するものではない。

＜評価方法＞
（１）静電容量
電子情報技術産業協会（ＪＥＩＴＡ）規格ＥＩＡＪ ＲＣ－２３６４Ａに基づいて、アジピン酸アンモニウム水溶液中で静電容量を測定する。

（２）引張強度
電子情報技術産業協会（ＪＥＩＴＡ）規格ＥＩＡＪ ＲＣ－２３６４Ａに基づいて、電極箔を１０ｍｍ幅にスリットした後、引張試験を行い、引張最大荷重及び引張破断伸びを測定する。

（３）顕微鏡写真
未化成箔の表面を観察する。化成箔を陽極箔とし、従来から用いられているセパレータを介して当該化成箔と従来から用いられている陰極箔とを巻回したコンデンサ素子の断面を観察する。

（４）割れ角度
１．本実施形態においては、図４によく示されるように、割れ角度Ｔの定義を、０．５ｍｍ以上一定方向に連続した割れＱに沿った角度測定用の直線Ｓと、電極箔に形成された縦方向の筋の方向に直交する方向を幅方向としたときの幅方向に水平な直線Ｐ（以下「基準線」とする）との角度のうち、鋭角のものの絶対値とする。
２．連続した割れＱは、顕微鏡で倍率１００倍にて撮影した電極箔の表面写真において、幅１００μｍ×長さ５００μｍの枠の範囲Ｒに連続してはみ出ずに入る割れとする。
３．角度測定用の直線Ｓは、任意に選択した連続した割れＱについて、上記枠の短辺と連続した割れＱとが交差する２点を結ぶ直線とする。
４．本実施形態に示された割れ角度Ｔは、任意に選出した３個の連続した割れについて、それぞれ割れ角度を計測し、それらを平均したものである。
５．なお、本実施形態における割れ角度Ｔは、本明細書における斜めの方向が幅方向に対して有する角度に相当する。

（５）コンデンサ素子径
顕微鏡で撮影したコンデンサ素子の断面写真において、素子径の最大値を測定する。具体的には、素子に外接する円のうち、最も小さい円（写真中の円。例えば、図８における一点鎖線の円および図９～１１における二点鎖線の円）の直径を測定する。

＜実験１＞：陽極化成箔における斜め割りによる効果の確認（化成箔について斜め割り有無による強度比較、及び強度をそろえた際の割れ角度の好ましい範囲の確認）
本実験１においては、実施例１～８、比較例１、および比較例２の１０種類の陽極化成箔を用いて、上記の各特性について検証した。なお、実施例２～８の引張最大荷重が比較例２と同程度になるように調整した。同様に、実施例２～７については拡面部の厚さを、実施例８については箔厚を調整した。

〔実施例１〕
１１５μｍのアルミニウム原箔を用いて、箔の表裏両面に、各面に形成される拡面部の厚さがほぼ同じになるように低圧箔用の交流エッチングを行い、合計厚さ７０μｍの拡面部を形成した。具体的には、液温３５℃、４．５ｗｔ％の塩酸、０．９ｗｔ％の硫酸および２．０ｗｔ％の塩化アルミニウムを含むエッチング液を用い、電流密度２８０ｍＡ／ｃｍ²、電流波形に三角波（半波）を用いてエッチングを行った。エッチング処理の時間は、拡面部の厚みに応じて変化させた。エッチング処理を施した箔には、低圧箔用の後処理を行った。具体的には、液温６０°、１０ｗｔ％の硝酸を含む後処理液に２分間浸漬した。その後、箔の幅方向に対して右斜め４５°の角度を成す方向に直径３ｍｍの丸棒を押し付けた。次いで、左斜め４５°の角度を成す方向に同じ丸棒を押し付けて、互いに交差するように斜め方向の割れを入れた。その後、１６０Ｖの化成電圧で化成処理を施し、陽極化成箔を作製した。

〔実施例２〕
実施例２の陽極化成箔は、合計厚さ９７μｍの拡面部を形成し、割れを右斜め８０°の角度および左斜め８０°の角度にいれることを除いて、実施例１と同様に作製した。

〔実施例３〕
実施例３の陽極化成箔は、合計厚さ９３μｍの拡面部を形成し、割れを右斜め６５°の角度および左斜め６５°の角度にいれることを除いて、実施例１と同様に作製した。

〔実施例４〕
実施例４の陽極化成箔は、合計厚さ９０μｍの拡面部を形成し、割れを右斜め５３°の角度および左斜め５３°の角度にいれることを除いて、実施例１と同様に作製した。

〔実施例５〕
実施例５の陽極化成箔は、合計厚さ８８μｍの拡面部を形成し、割れを右斜め４５°の角度および左斜め４５°の角度にいれることを除いて、実施例１と同様に作製した。

〔実施例６〕
実施例６の陽極化成箔は、合計厚さ８２μｍの拡面部を形成し、割れを右斜め２６°の角度および左斜め２６°の角度にいれることを除いて、実施例１と同様に作製した。

〔実施例７〕
実施例７の陽極化成箔は、合計厚さ７７μｍの拡面部を形成し、割れを右斜め１２°の角度および左斜め１２°の角度にいれることを除いて、実施例１と同様に作製した。

〔実施例８〕
実施例８の陽極化成箔は、１００μｍのアルミニウム原箔を用いることを除いて、実施例１と同様に作製した。

〔比較例１〕
比較例１の陽極化成箔は、後処理の後に割れを入れなかったことを除いて、実施例１と同様に作製した。

〔比較例２〕
比較例２の陽極化成箔は、後処理の後、箔の幅方向に丸棒を押し付けて割れを入れたことを除いて、実施例１と同様に作製した。

実施例１～８、比較例１、および比較例２の電極箔に関して、静電容量、引張最大荷重、および引張破断伸びの測定を行った。また、その電極箔を陽極箔に用いた電解コンデンサの素子巻きを行い、その素子径の測定を行った。

実施例１～８、比較例１、および比較例２の箔厚、芯厚、割れ角度、静電容量、引張最大荷重、引張破断伸び、素子径最大値、および素子巻回時の箔の折れ曲がり抑制効果について、表１に示す。また、引張最大荷重が同程度になるようにしたときの割れ角度の影響について、電極箔の単位体積あたりの静電容量については図１２に、電極箔の引張破断伸びについては図１３に、コンデンサ素子径については図１４に、それぞれ示す。なお、箔の幅方向または横方向というのは、割れ角度０°を意味する。

表１に示すように、実施例１の陽極化成箔においては、比較例２に対して同じ箔厚で十分大きな引張最大荷重が得られた。実施例２～８の陽極化成箔においては、比較例２に対して同じ引張最大荷重で高い静電容量が得られた。実施例８の陽極化成箔においては、比較例１および比較例２に対して小さい箔厚で、同程度の静電容量が得られた。つまり、実施例２～８は、比較例１、２に比べて共に高い静電容量密度の陽極化成箔が得られた。

いずれの実施例の箔においても、引張破断伸びは比較例１よりも大きかった。コンデンサ素子径最大値は比較例１に対して十分小さいことが確認できた。

上記の結果から、陽極化成箔について、拡面部の形成後であって誘電体皮膜の形成前に斜めに割れを形成することで、割れ無しのものと比較して引張破断伸びを大きくし、横割れ（割れ角度０°）のものと比較して引張最大荷重を大きくできることが分かった。また、割れ角度が１２°以上８０°以下、好ましくは１２°以上６５°以下となるように割れを形成することで、割れなしのものと比較して引張破断伸びを大きくし、横割れのものと比較して同等の引張最大荷重を維持しつつ、単位体積あたりの静電容量の高い陽極化成箔が得られることが分かった。

また、引張最大荷重が同程度になるように拡面部の厚さを調整した実施例２～７及び比較例２に関する図１２より、電極箔の単位体積あたりの静電容量は、割れ角度が大きくなるにつれ高くなることが分かった。従って、電極箔の単位体積あたりの静電容量を高くするには、割れ角度は、１２°以上８０°以下、好ましくは２５°以上８０°以下、より好ましくは５０°以上８０°以下である。

また、同じく図１３より、電極箔の引張破断伸びは、割れ角度が小さくなるにつれ低下を抑制することができることが分かった。そして、同じく図１４より、コンデンサ素子径（最大値）は、割れ角度が小さくなるにつれ増大を抑制することができることが分かった。すなわち、コンデンサ素子径（最大値）には引張破断伸びが影響を及ぼしていることが分かった。従って、巻回型コンデンサのサイズが大きくなるのを抑制するためには、割れ角度は、１２°以上８０°以下、好ましくは１２°以上５５°以下、より好ましくは１２°以上３０°以下である。

また、図１２および図１４より、電極箔の単位体積当たりの静電容量と巻回型コンデンサ素子の素子径はトレードオフの関係にあることが分かった。従って、割れ角度を、１２°以上８０°以下、好ましくは２５°以上５５°以下、より好ましくは４０°以上５５°以下とすることで、単位体積当たりの静電容量を更に高くすることができる効果と巻回型コンデンサのサイズを小さくすることができる効果の両方について一定以上の効果を得ることができる。すなわち、同一のケースサイズにおける巻回型コンデンサの静電容量を高くすることができる。

なお、上記検討は化成の電極箔を代表するものとして陽極化成箔を用いて検討を行ったが、陰極化成箔についても同様の効果が得られる。

なお、本実験および以下の実験においては、互いに斜めの方向に割れが交差するように形成したが、斜めの方向が交差しない態様においても、また、割れをＶ字状に形成する態様においても、同等の効果が得られた。

本発明による電極箔を、割れを形成していない箔と比較すると、引張最大荷重は低下している。そのため、引張最大荷重を主眼に置いた場合の効果では、割れ無しが良いようにも見える。しかし、実際には割れ無しの引張最大荷重は、拡面部と残存芯両方の荷重を表しているため、コンデンサ形成までのハンドリングにおいて一概に引張最大荷重が大きいほうが好ましいとは言えない場合もある。例えば、引張破断伸びで比較すると、８０°の角度で割れを形成したものにおいても、割れを形成していない箔よりも大きくなっており、かつ素子径も３％程度小さくすることが出来ている。

一方、本発明の手法と拡面部に横方向に割れを形成したものを比較すると、本発明の手法において引張最大荷重が大きくなっている。引張破断伸びを比較すると、本発明の場合は横割れを形成した場合より小さくなっているが、箔を巻回して素子を形成する際ところどころに折れ曲がりが発生することを抑える効果は十分得られる。以上のように、割れの方向によらず、割れを形成した電極箔においては、割れを形成していない電極箔よりも引張最大荷重は小さいものの、同等以上の加工性が得られる。具体的には、スリット時に破断しにくい、また、巻回時にところどころに折れ曲がりが発生することがなく、素子径を小さくできる。また、特に斜め方向に割れを形成した場合、横方向に割れを形成した電極箔と比較し、同等の残存芯厚で引張最大荷重を大きくすることができる。そのため、強度を維持しつつ残存芯をさらに薄く設計でき、単位体積当たりの静電容量を増加させることが出来る。

＜実験２＞：陰極未化成箔における斜め割りによる効果の確認（未化成箔について箔厚をそろえた際の効果の比較）
本実験２においては、実施例９、実施例１０及び比較例３、比較例４の４種類の陰極未化成箔を用いて、各特性について検証した。

〔実施例９〕
５０μｍのアルミニウム原箔を用いて、箔の表裏両面に、各面に形成される拡面部の厚さがほぼ同じになるように陰極箔用の交流エッチングを行い、合計厚さ３０μｍの拡面部を形成した。具体的には、液温４５℃、４．５ｗｔ％の塩酸、０．９ｗｔ％の硫酸および２．０ｗｔ％の塩化アルミニウムを含むエッチング液を用い、電流密度５００ｍＡ／ｃｍ²、電流波形に三角波（半波）を用いてエッチングを行った。エッチング処理の時間は、目標とする拡面部の厚みに応じて適宜調整した。エッチング処理を施した箔には、陰極箔用の後処理を行った。具体的には、液温６０°、１０ｗｔ％の硝酸を含む後処理液に１分間浸漬した。その後、箔の幅方向に対して右斜め４５°の角度を成す方向に、直径３ｍｍの丸棒を押し付けた。次いで、左斜め４５°の角度を成す方向に同じ丸棒を押し付けて、互いに交差するように斜め方向の割れを入れ、陰極未化成箔を作製した。

〔実施例１０〕
実施例１０の陰極未化成箔は、拡面部の合計厚さを３５μｍとすることを除いて、実施例９と同様に作製した。

〔比較例３〕
比較例３の陰極未化成箔は、拡面部の合計厚さを３０μｍとし、後処理の後に割れを入れなかったことを除いて、実施例９と同様に作製した。

〔比較例４〕
比較例４の陰極未化成箔は、後処理の後、箔の幅方向に丸棒を押し付けて割れを入れたことを除いて、実施例９と同様に作製した。

実施例９、実施例１０、比較例３、および比較例４の箔厚、芯厚、割れ角度、静電容量、引張最大荷重、および引張破断伸びについて、表２に示す。

表２に示すように、実施例９の陰極未化成箔においては、比較例３および比較例４と比較して同じ箔厚および同程度の静電容量で、比較例３に対して大きい引張破断伸びが得られた。また、比較例４に対して大きい引張最大荷重が得られた。実施例１０の陰極未化成箔においては、比較例３および比較例４と比較して同じ箔厚で、高い静電容量が得られた。引張最大荷重は比較例４と同程度で、引張破断伸びは比較例３よりも大きかった。

上記の結果から、化成皮膜を形成していない電極箔においても、斜め４５°方向に交差させた割れを形成することで、機械的強度を確保しつつ単位体積あたりの静電容量の高い電極箔が得られることが分かった。なお、上記検討は未化成の電極箔を代表するものとして陰極未化成箔を用いて検討を行ったが、陽極未化成箔についても同様の効果が得られる。

本発明によれば、拡面部に、幅方向に対して斜めの方向に割れを入れることで、割れの形成に伴う引張最大荷重の低下を抑制しつつ、単位体積あたりの静電容量の高い電極箔を提供することができる。この割れを入れる場合において、幅方向に対して斜めの方向に割れを入れることで、幅方向に沿って割れを入れたものより引張最大荷重を十分高くすることができる。そのため、芯部の厚さをより薄くする、または、拡面部の厚さをより厚くすることが可能となり、単位体積当たりの静電容量を更に高くすることができる。例えば、張力をかけて高速でスリットを行う際、引張最大荷重はスリット性との関連性が強いとされる。そのため、幅方向に対して斜めの方向に割れを入れることにより、電極箔に破断が発生してしまう可能性を幅方向に割れを入れたときと同程度に抑制した上で、単位体積当たりの静電容量を幅方向に割れを入れたときより高くすることができる。

また、一般に拡面部に割れを入れることで、芯部の変形できる箇所が増え、引張破断伸びが向上する。そのため、幅方向に対して垂直の方向（箔の長辺の方向）にコンデンサ素子を巻回する際、ところどころに折れ曲がりが発生することが抑制される。従って、巻回型コンデンサの素子径（最大値）を小さくすることができ、巻回型コンデンサのサイズを小さくすることができる。本発明の効果は、巻回型コンデンサに当てはまるから、巻回型コンデンサ用の電極箔として有用である。

また、誘電体皮膜を形成するために化成処理を行うことでも、電極箔が硬く脆くなることが知られている。しかしながら、本発明の効果は、拡面部に割れを入れた後、化成処理を行わなかった場合だけでなく、更に化成処理を行って、割れの領域を含む前記拡面部に誘電体皮膜を形成した場合においても、得ることができる。

今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明に限定されず、特許請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０、２０、３０、４０ 電極箔
１２ 芯部
１４、２４、３４、４４ 拡面部
１６ 更なる拡面部
Ｃ、ＣＬ、ＣＲ、ＣＬ１、ＣＲ１、ＣＬ２、ＣＲ２ 割れ

Claims (10)

1. 電解コンデンサ用の電極箔であって、
   前記電極箔が、長手方向に延在する電極箔であり、かつ、前記長手方向に直交する幅方向を有し、
   前記電極箔が、前記電極箔の表面に拡面部を備え、
   前記拡面部に、前記幅方向に対して斜めの方向に割れが形成されており、
   前記拡面部において一方向に向かう複数の前記割れが互いに平行に形成され、前記一方向とは別の方向に向かう別の複数の前記割れが互いに平行に形成され、
   前記複数の前記割れの前記幅方向に対する角度と、前記別の複数の前記割れの前記幅方向に対する角度が互いに異なっている、電極箔。
2. 電解コンデンサ用の電極箔であって、
   前記電極箔が、長手方向に延在する電極箔であり、かつ、前記長手方向に直交する幅方向を有し、
   前記電極箔が、前記電極箔の表面に拡面部を備え、
   前記拡面部に、前記幅方向に対して斜めの方向に割れが形成されており、
   前記拡面部において一方向に向かう複数の前記割れが互いに平行に形成され、前記一方向とは別の方向に向かう別の複数の前記割れが互いに平行に形成され、
   前記複数の前記割れの間隔と、前記別の複数の前記割れの間隔が、それぞれの割れの方向に対する垂直方向で見た場合に互いに異なっている、電極箔。
3. 前記斜めの方向が、前記幅方向に対して１２°以上８０°以下の角度を有する、請求項１または２に記載の電極箔。
4. 前記斜めの方向が、前記幅方向に対して２５°以上８０°以下の角度を有する、請求項１または２に記載の電極箔。
5. 前記斜めの方向が、前記幅方向に対して１２°以上５５°以下の角度を有する、請求項１または２に記載の電極箔。
6. 前記斜めの方向が、前記幅方向に対して２５°以上５５°以下の角度を有する、請求項１または２に記載の電極箔。
7. 前記複数の前記割れと前記別の複数の前記割れが互いに交差する、請求項１から６のいずれか１項に記載の電極箔。
8. 前記複数の前記割れと前記別の複数の前記割れが互いに交わるところで終了するようになっていて、前記複数の前記割れと前記別の複数の前記割れとでＶ字状を形成する、請求項１から６のいずれか１項に記載の電極箔。
9. 前記割れの領域を含む前記拡面部に更に誘電体皮膜が形成されている、請求項１から８のいずれか１項に記載の電極箔。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の電極箔が、陰極箔または陽極箔として用いられている、電解コンデンサ。

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