JP3729031B2 - アルミ電解コンデンサ用電極箔の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はアルミ電解コンデンサ用電極箔の製造方法に関するもので、電極箔でも特に陽極箔のエッチングに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化、高信頼性化に伴い、アルミ電解コンデンサに対するユーザーからのニーズも小型化が強く要望されており、そのためにアルミ電解コンデンサ用電極箔も従来以上に単位面積当たりの静電容量を高める必要が生じている。
【0003】
一般的なアルミ電解コンデンサは、アルミニウム箔をエッチングによって実効表面積を拡大させた表面に陽極酸化により誘電体酸化皮膜を形成した陽極箔と、アルミニウム箔をエッチングによって実効表面積を拡大させた陰極箔とをセパレータを介して巻回することによりコンデンサ素子を構成し、このコンデンサ素子に駆動用電解液を含浸させるとともに、このコンデンサ素子を金属ケース内に封止することにより構成されている。
【0004】
この種のアルミ電解コンデンサにおいて、その静電容量を高める或いは小型化を図るには電極箔である陽極箔および陰極箔の実効表面積の拡大が必要不可欠になっており、その電極箔の実効表面積を拡大させるエッチング技術の開発が盛んに行われている。
【0005】
上記陽極箔の実効表面積を拡大する技術としては、例えば、特公昭54−21541号公報に記載の技術は、エッチング工程において、エッチングを中断して腐食を抑制する性質をもつ妨害皮膜を形成する工程を少なくとも一回含むようにした製造方法としたもので、エッチングを一時中断して、アルミニウム箔の表面に水酸化皮膜や陽極酸化皮膜、あるいは油膜を形成したのち、エッチングを再開すると、表面拡大に有効な凹凸形状部分を妨害皮膜により保護して妨害皮膜に点在する欠陥部分から主としてエッチングが進行するため、凹凸形状部分の溶解消失や脱落を防止することができるので、アルミニウム箔の実効表面積の拡大を図ることができるということが記載されている。
【0006】
また、登録特許第2696882号公報に記載の技術は、エッチングを第1段、第2段の2段階に分けて行うエッチング方法において、第2段エッチングの前および第2段エッチングの中間にNH4 +またはNa+を含む水溶液中で酸化皮膜を電気化学的或いは化学的に形成する中間処理を少なくとも一回以上行うことにより、アルミニウム箔の表面溶解と機械的強度を損失させることなく実効表面積の拡大を図ることができるということが記載されている。
【0007】
さらに、特開平4−341545号公報に記載の技術は、圧延されたアルミニウム箔の最終焼鈍後に、圧延方向の伸び率が0.1〜1%になるように引っ張りを与えることにより、アルミニウム箔の表面の酸化皮膜に欠陥を作るので、このアルミニウム箔をエッチングすることで高い静電容量を得ることができるということが記載されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特公昭54−21541号公報および登録特許第2696882号公報に記載の技術では、妨害皮膜の欠陥部分のバラツキが大きく、このバラツキがエッチング開始点のバラツキとなるのでエッチング開始点が不均一となり、凹凸形状部分の溶解消失や脱落を完全に防止することができなくなり、実効表面積の拡大が不十分であるという課題を有している。
【0009】
また、上記特開平4−341545号公報に記載の技術では、最終焼鈍後のアルミニウム箔の表面の酸化皮膜は硬くて脆い性質を有しているので、平板状の試験サンプル程度であれば圧延方向の伸び率が0.1〜1%になるように引っ張りを与えることができるが、実際に生産されるアルミニウム箔は幅が500mm、長さが数千m、厚さが0.1mmと薄くて長いアルミニウム箔を使用しているので、それを均一に伸ばして適度の酸化皮膜の欠陥を作るには極めて困難であるという課題を有している。
【0010】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、再エッチング開始点の均一性を向上させて、凹凸形状部分の溶解消失や脱落を起こりにくくし、実効表面積を拡大した静電容量の高いアルミ電解コンデンサ用電極箔を容易に製造することができるアルミ電解コンデンサ用電極箔の製造方法を提供することを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、以下の製造方法を有するものである。
【0012】
本発明の請求項1に記載の発明は、特にアルミニウム箔を多段階のエッチング槽に分けてエッチングを行うアルミ電解コンデンサ用電極箔の製造方法であって、エッチングとエッチングの間に妨害皮膜を形成させる中間処理を行い、かつ中間処理後のエッチングを、エッチング槽内の槽内ローラを上下に移動させアルミニウム箔を圧延方向に引っ張る力を0.5×10 -2 〜2×10 -2 kg/cm 2 の範囲にしてエッチングするようにした製造方法としたもので、この方法により、アルミニウム箔に均一に物理的な力が加わり、妨害皮膜に均一な欠陥部を形成することができるので、再エッチングの開始点となる妨害皮膜の欠陥部のバラツキが低減され、エッチングの局部集中による凹凸形状部分の溶解消失や脱落を起こりにくくし、実効表面積をさらに拡大した静電容量の高いアルミ電解コンデンサ用電極箔を得ることができるという作用効果を有する。
【0014】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、特に妨害皮膜を形成させる中間処理をリン酸系を含有する水溶液中で行うようにする製造方法としたもので、均一な欠陥部を形成しやすい妨害皮膜を得ることができるという作用効果を有している。
【0015】
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、特に中間処理の温度を50〜85℃の範囲とした製造方法としたもので、請求項2と同様の作用効果を得ることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
以下、実施の形態1を用いて、本発明の特に請求項1に記載の発明について説明する。
【0017】
図1は実施の形態1のアルミ電解コンデンサ用電極箔の直流エッチング工程を示す製造装置の概念図である。同図において、1はアルミニウム箔、2は直流電源からアルミニウム箔1に電流を供給する給電ローラ、3および4はエッチング槽、5および6は陰極板、7および8はエッチング槽3,4の内部に設置された槽内ローラで、この槽内ローラ8は上下に移動させることによりアルミニウム箔1の引っ張り強さを調節することができる(槽内ローラ7は固定である)。9は中間処理槽、10は後処理槽である。
【0018】
上記直流エッチング工程において、まず、純度99.98%、厚さ100μmのアルミニウム箔1を用い、液温度85℃の酸性水溶液(塩酸濃度10%、硫酸濃度10%)で満たされたエッチング槽3で、アルミニウム箔1を陽極として陰極板5の間で直流エッチングを行う。
【0019】
次に、エッチングされたアルミニウム箔1は、液温度50℃のリン酸水溶液(リン酸濃度0.05%)で満たされた中間処理槽9で妨害皮膜を形成し、再び液温度70℃の硝酸水溶液(硝酸濃度3%)で満たされたエッチング槽4で再エッチングされる。このエッチング槽4は、槽内ローラ8によりアルミニウム箔1の幅方向に、しかも均等に引っ張るようにして再エッチングを行うようにしている。このときアルミニウム箔1の引っ張り強さを0.5×10-2〜2×10-2kg/cm2の範囲にするのが好ましい。引っ張り強さが0.5×10-2kg/cm2未満では妨害皮膜に均一な欠陥部を形成することができず、2×10-2kg/cm2を越えるとアルミニウム箔1の機械的強度が弱くなり切断されてしまうという問題を有している。
【0020】
なお、ここではアルミニウム箔1の引っ張り強さを槽内ローラ8により加えるようにしたが、本発明はこれに限定するものではなく、アルミニウム箔1に均等に引っ張り強さを与えることができるものであればどうような手段でも構わない。
【0021】
最後に、後処理槽10で脱Cl処理として液温度50℃、濃度10%の硝酸水溶液中で1分間洗浄してエッチングされたアルミニウム箔を得る。
【0022】
このエッチングされたアルミニウム箔を、液温度85℃のアジピン酸アンモニウムの水溶液中(濃度50g/lで、電流密度0.5A/cm2、電圧印加250Vで陽極酸化を行い、その後静電容量特性および折り曲げ強度(φ1.0mm、50g荷重、折り曲げ角度90度の条件下で1往復を1回とする)を測定した結果を(表1)に示す。
【0023】
なお、エッチング槽4でのアルミニウム箔の引っ張り強さをそれぞれ0、0.1×10-2、0.5×10-2、1.0×10-2、1.5×10-2、2.0×10-2、2.5×10-2kg/cm2にして行った。
【0024】
【表1】
【0025】
(表1)から明らかなように、実施の形態1におけるアルミ電解コンデンサ用電極箔は、再エッチングをするときにアルミニウム箔1の引っ張り強さを0.5×10-2〜2×10-2kg/cm2の範囲にすることにより、妨害皮膜に均一な欠陥部を形成することができるので、再エッチングの開始点となる妨害皮膜の欠陥部のバラツキが低減することから、エッチングされたアルミニウム箔の実効表面積の拡大を図ることができ、静電容量で約5%向上し、折り曲げ強度の低下もなかった。
【0026】
(実施の形態2)
次に、実施の形態2を用いて、本発明の特に請求項2および3に記載の発明について説明する。
【0027】
図2は実施の形態2のアルミ電解コンデンサ用電極箔の交流エッチング工程を示す製造装置の概念図である。同図において、11はアルミニウム箔、12および13,14,15はエッチング槽、16および17,18,19は陰極板でアルミニウム箔11の表面に対向するように設置されている。20および21,22はエッチング槽13,14,15の内部に設置された槽内ローラで、この槽内ローラ20,21,22は上下に移動させることによりアルミニウム箔11の引っ張り強さを調節することができる。23および24,25は中間処理槽、26は後処理槽である。
【0028】
上記交流エッチング工程において、まず、純度99.98%、厚さ100μmのアルミニウム箔11を用い、液温度が50℃の酸性水溶液(塩酸濃度5%、塩化アルミニウム濃度2wt%)で満たされたエッチング槽12で陰極板16間に交流を印加して交流エッチングを行う。
【0029】
次に、液温度50〜80℃のリン酸アンモニウム水溶液(リン酸アンモニウム濃度5%)で満たされた中間処理槽23で妨害皮膜を形成し、再び液温度40℃の酸性水溶液(塩酸濃度5%、塩化アルミニウム濃度2wt%)で満たされたエッチング槽13で再エッチングを行う。このときアルミニウム箔11の引っ張り強さを1.0×10-2kg/cm2とした。
【0030】
続いて、先ほどと同じように中間処理槽24で妨害皮膜の形成、エッチング槽14での再エッチング、中間処理槽25で妨害皮膜の形成、エッチング槽15での再エッチングを順次行った後、後処理槽26で脱Cl処理として液温度50℃、濃度10%の硝酸水溶液中で1分間洗浄して、最後に250℃で120秒間の熱処理(図示せず)を行い、エッチングされたアルミニウム箔を得た。
【0031】
なお、上記エッチング槽14,15でもアルミニウム箔11を引っ張りながらエッチングをすることは言うまでもない。
【0032】
また、上記中間処理槽23,24,25はリン酸アンモニウム水溶液を用いることで、他の妨害皮膜の形成方法よりも簡単で均一の薄い妨害皮膜を形成することができるものであり、ここではリン酸アンモニウム水溶液を用いたが、その他にリン酸カリウム、リン酸ナトリウム、リン酸、リン酸アルミニウムなどリン酸系の水溶液であれば濃度を調整するだけで用いることができる。
【0033】
さらに、中間処理槽23,24,25における液温度は50〜85℃の範囲が好ましい。液温度が50℃未満では必要な妨害皮膜を形成する時間が長くなってしまい、エッチング時間とのバランスが取れなくなる。また、85℃を越えると、妨害皮膜を形成する反応が激しくなって不均一の妨害皮膜となってしまう。
【0034】
上記交流エッチング工程において、中間処理槽23,24,25にリン酸アンモニウム水溶液(リン酸アンモニウム濃度5%)を用い、その液温度を45,50,60,70,85,90℃にしたときに得られたエッチングされたアルミニウム箔の静電容量の結果を(表2)に示す。
【0035】
なお、静電容量の測定は、液温度85℃のアジピン酸アンモニウムの水溶液中(濃度150g/l)で、電流密度0.1A/cm2、電圧印加19Vで陽極酸化を行った後、測定した。
【0036】
【表2】
【0037】
(表2)から明らかなように、中間処理槽23〜25の液温度を50〜85℃の範囲にすることで均一な妨害皮膜を形成することができるので、再エッチングをするときにアルミニウム箔11に引っ張り強さが加わり妨害皮膜に均一な欠陥部を数多く作ることから、エッチングされたアルミニウム箔の実効表面積が拡大され、静電容量を高めることができる。
【0038】
なお、本実施の形態では妨害皮膜の形成を一回ないしは3回行っているが、エッチングと妨害皮膜の形成を数回〜十数回繰り返し行っても同様の効果が得られるものである。
【0039】
【発明の効果】
以上のように本発明は、アルミニウム箔を多段階のエッチング槽に分けてエッチングを行うアルミ電解コンデンサ用電極箔の製造方法において、エッチングとエッチングの間に妨害皮膜を形成させる中間処理を行い、かつ中間処理後のエッチングを、エッチング槽内の槽内ローラを上下に移動させアルミニウム箔を圧延方向に引っ張る力を0.5×10 -2 〜2×10 -2 kg/cm 2 の範囲にしてエッチングするようにした製造方法としたもので、この方法により、アルミニウム箔に均一に物理的な力が加わり、妨害皮膜に均一な欠陥部を形成することができるので、再エッチングの開始点となる妨害皮膜の欠陥部のバラツキが低減され、エッチングの局部集中による凹凸形状部分の溶解消失や脱落防止を起こりにくくし、実効表面積をさらに拡大して静電容量の高いアルミ電解コンデンサ用電極箔を得られるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1におけるアルミ電解コンデンサ用電極箔の直流エッチング工程を示す製造装置の概念図
【図2】同実施の形態2におけるアルミ電解コンデンサ用電極箔の交流エッチング工程を示す製造装置の概念図
【符号の説明】
1 アルミニウム箔
2 給電ローラ
3,4 エッチング槽
5,6 陰極板
7 槽内ローラ(固定式)
8 槽内ローラ(可変式)
10 後処理槽
Claims (3)
- アルミニウム箔を多段階のエッチング槽に分けてエッチングを行うアルミ電解コンデンサ用電極箔の製造方法であって、エッチングとエッチングの間に妨害皮膜を形成させる中間処理を行い、かつ中間処理後のエッチングを、エッチング槽内の槽内ローラを上下に移動させアルミニウム箔を圧延方向に引っ張る力を0.5×10 -2 〜2×10 -2 kg/cm 2 の範囲にしてエッチングするようにしたアルミ電解コンデンサ用電極箔の製造方法。
- 妨害皮膜を形成させる中間処理をリン酸系を含有する水溶液中で行うようにした請求項1に記載のアルミ電解コンデンサ用電極箔の製造方法。
- 中間処理の温度を50〜85℃の範囲とした請求項2に記載のアルミ電解コンデンサ用電極箔の製造方法。
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