JP3913662B2

JP3913662B2 - 電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔

Info

Publication number: JP3913662B2
Application number: JP2002298204A
Authority: JP
Inventors: 兼滋山本; 次雄片岡
Original assignee: Nippon Foil Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nippon Foil Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2022-10-11
Also published as: JP2004131811A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高静電容量で且つ高引張強度及び高折曲強度の電解コンデンサ用電極箔を得ることのできる電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔に関するものである。特に、交流エッチング法で高静電容量、高引張強度及び高折曲強度の電解コンデンサ用陰極箔を得ることのできる電解コンデンサ陰極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】
従来より、電解コンデンサ用電極箔を製造するためには、電解コンデンサ電極用アルミニウム箔にエッチング処理を施し、箔表面に微細な孔を多数形成して、箔表面の表面積を拡大することが行なわれている。特に、電解コンデンサ用陰極箔を製造するには、電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔に交流エッチング処理を施し、箔表面に多数の微細な孔（いわゆる海綿状ピット）を形成して、箔表面の表面積を拡大することが行なわれている。この表面積の拡大は、電解コンデンサ用陰極箔の静電容量を高めるためには、最も有効な方法である。
【０００３】
エッチング特性を向上させ、表面積を拡大を図るため、電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔に、種々の微量元素を添加することが行われている。たとえば、特許文献１には、電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔に、Ｍｇを５０〜１５００ｐｐｍ、Ｚｎを５０〜１５００ｐｐｍ、Ｇａを３０〜１５０ｐｐｍ、Ｂを５〜１００ｐｐｍ含有させることが開示されている。また、特許文献２にはＭｇ含有量とＺｎ含有量とを以下の範囲に設定することが開示されている。すなわち、Ｍｇ含有量をＹとし、Ｚｎ含有量をＺとしたとき、（４／３）Ｙ−０．０４≦Ｚ≦（４／３）Ｙ＋０．０１なる範囲に設定することが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２１２８８号公報（第２頁、請求項１）
【特許文献２】
特開平５−２４７６０９号公報（第２頁、請求項１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者も、前記した先行技術と同様に、一般的に含有されているＦｅやＳｉと共に、ＭｇやＺｎなどの微量元素を添加し、エッチング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得るべく、種々研究を行った。この結果、Ｆｅ含有量とＭｇ含有量との間に一定の関係がある場合、及び、Ｆｅ含有量とＺｎ含有量との間に一定の関係がある場合、エッチング特性を良好にしうると共に、エッチングして電極箔とした場合において、高引張強度及び高折曲強度を実現することが判明した。本発明は、このような知見に基づくものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、アルミニウム純度が９９．３質量％以上であって、Ｓｉ：０．００２〜０．１５質量％、Ｃｕ：０．００３質量％以下、Ｎｉ：０．００２質量％以下、Ｔｉ：０．００１質量％以下、Ｚｎ：０．００１質量％以下、Ｆｅ：０．００３〜０．１２質量％、Ｍｇ及びその他の不可避不純物元素を含み、Ｆｅ含有量をＸ質量％とし、Ｍｇ含有量をＹ質量％としたとき、以下の（１）〜（３）を満足することを特徴とする電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔に関するものである。ここで、（１）は、０．００３≦Ｘ≦０．０１５のとき、Ｙは、０．００１≦Ｙ≦０．００５＋１．２５Ｘを満足することである。（２）は、０．０１５≦Ｘ≦０．０４０のとき、Ｙは、０．０００２＋０．１２Ｘ≦Ｙ≦０．００５＋１．２５Ｘを満足することである。（３）は、０．０４０≦Ｘ≦０．１２のとき、Ｙは、−０．０２＋０．６２５Ｘ≦Ｙ≦０．００５＋１．２５Ｘを満足することである。なお、Ｚｎ含有量は、０．００１質量％以下であるが、この範囲において、Ｚｎ含有量をＺ質量％としたとき、（４／３）Ｙ−０．０４≦Ｚ≦（４／３）Ｙ＋０．０１を満足するＹの値は、本発明から除かれるものである。この理由は、本発明に係る電解コンデンサ用アルミニウム合金箔と、特開平５−２４７６０９号公報に記載された電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔とが、偶然に、（４／３）Ｙ−０．０４≦Ｚ≦（４／３）Ｙ＋０．０１の範囲で重複するためである。
【０００７】
また、本発明は、アルミニウム純度が９９．３質量％以上であって、Ｓｉ：０．００２〜０．１５質量％、Ｃｕ：０．００３質量％以下、Ｎｉ：０．００２質量％以下、Ｔｉ：０．００１質量％以下、Ｍｇ：０．００１質量％以下、Ｆｅ：０．００３〜０．１２質量％、Ｚｎ及びその他の不可避不純物元素を含み、Ｆｅ含有量をＸ質量％とし、Ｚｎ含有量をＺ質量％としたとき、以下の（１）〜（３）を満足することを特徴とする電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔に関するものである。ここで、（１）は、０．００３≦Ｘ≦０．０１５のとき、Ｚは、０．００１≦Ｚ≦０．００５＋１．２５Ｘを満足することである。（２）は、０．０１５≦Ｘ≦０．０４０のとき、Ｚは、０．０００２＋０．１２Ｘ≦Ｚ≦０．００５＋１．２５Ｘを満足することである。（３）は、０．０４０≦Ｘ≦０．１２のとき、Ｚは、−０．０２＋０．６２５Ｘ≦Ｚ≦０．００５＋１．２５Ｘを満足することである。なお、Ｍｇ含有量をＹ質量％としたとき、（４／３）Ｙ−０．０４≦Ｚ≦（４／３）Ｙ＋０．０１を満足するＺの値は除くものである。この趣旨は、上記した理由と同一である。
【０００８】
本発明に係る電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔は、アルミニウム純度が９９．３質量％以上である。アルミニウム純度が９９．３質量％未満であると、相対的にＦｅ，Ｓｉ，Ｃｕなどの元素の含有量が多くなって、エッチング時に過溶解を招き、結果的に表面積を拡大することが困難となるため、好ましくない。
【０００９】
本発明に係るアルミニウム合金箔は、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉを含有しており、更に、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｚｎを含有している。そして、Ｆｅの含有量に関連して、Ｍｇ及びＺｎの含有量が決定されるものである。本発明に係るアルミニウム合金箔中に含有されている各元素の量について、以下、説明する。
【００１０】
Ｓｉは０．００２〜０．１５質量％含有されている。Ｓｉが０．００２質量％未満であると、エッチング特性が良好でなくなるため、好ましくない。逆に、Ｓｉが０．１５質量％を超えると、エッチング時に過溶解を招き、結果的に表面積を拡大することが困難となるため、好ましくない。
【００１１】
Ｃｕは０．００３質量％以下含有されている。Ｃｕが０．００３質量％を超えると、エッチング時に過溶解を招き、結果的に表面積を拡大することが困難となるため、好ましくない。また、得られた電極箔をコンデンサに組み込んだとき、短絡などのトラブルが生じる恐れが高くなるため、好ましくない。
【００１２】
Ｎｉは、０．００２質量％以下含有されている。Ｎｉが０．００２質量％を超えると、エッチング時に過溶解を招くため、好ましくない。また、Ｔｉは、０．００１質量％以下含有されている。Ｔｉが０．００１質量％を超えるときも、エッチング時に過溶解を招くため、好ましくない。なお、Ｎｉ及びＴｉは、含有されていなくてもよい。
【００１３】
本発明に係るアルミニウム合金箔には、Ｆｅが０．００３〜０．１２質量％が含有されている。Ｆｅが０．００３質量％未満になると、エッチング時の初期反応性が不十分で、しかもエッチング開始点が増加しないため、好ましくない。また、Ｆｅが０．１２質量％を超えると、エッチング時に過溶解を招き、好ましくない。
【００１４】
本発明において含有されるＭｇの量は、Ｆｅの含有量との関係で決定される。ここで、Ｆｅの含有量をＸ質量％とし、Ｍｇの含有量をＹ質量％としたとき、以下のとおりになる。まず、Ｆｅの含有量が０．００３〜０．０１５質量％の範囲内にあるとき、Ｍｇの含有量は、０．００１≦Ｙ≦０．００５＋１．２５Ｘの範囲になることが必要である。次に、Ｆｅの含有量が０．０１５〜０．０４０の範囲内にあるとき、Ｍｇの含有量は、０．０００２＋０．１２Ｘ≦Ｙ≦０．００５＋１．２５Ｘの範囲になることが必要である。さらに、Ｆｅの含有量が０．０４０〜０．１２質量％の範囲内にあるとき、Ｍｇの含有量は、−０．０２＋０．６２５Ｘ≦Ｙ≦０．００５＋１．２５Ｘの範囲にあることが必要である。以上の範囲外であると、静電容量、引張強度及び折曲強度のいずれもが、低下するので好ましくない。
【００１５】
なお、以上の関係が成立するのは、Ｚｎが０．００１質量％以下のときである。Ｚｎが０．００１質量％を超えると、ＺｎとＭｇの相互作用が生じ、以上の関係が成立しない。また、以上の範囲内において、Ｚｎの含有量をＺ質量％としたとき、（４／３）Ｙ−０．０４≦Ｚ≦（４／３）Ｙを関係を満足するＭｇ含有量は除外されるものである。この理由は、特開平５−２４７６０９号公報に記載された電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔を、本発明に係るアルミニウム合金箔から除外するためである。
【００１６】
また、Ｚｎを０．００１質量％以下に規制しない場合、本発明において含有されるＺｎの量は、Ｆｅの含有量との関係で決定される。ここで、Ｆｅの含有量をＸ質量％とし、Ｚｎの含有量をＺ質量％としたとき、以下のとおりになる。まず、Ｆｅの含有量が０．００３〜０．０１５質量％の範囲内にあるとき、Ｚｎの含有量は、０．００１≦Ｚ≦０．００５＋１．２５Ｘの範囲になることが必要である。次に、Ｆｅの含有量が０．０１５〜０．０４０の範囲内にあるとき、Ｚｎの含有量は、０．０００２＋０．１２Ｘ≦Ｚ≦０．００５＋１．２５Ｘの範囲になることが必要である。さらに、Ｆｅの含有量が０．０４０〜０．１２質量％の範囲内にあるとき、Ｚｎの含有量は、−０．０２＋０．６２５Ｘ≦Ｚ≦０．００５＋１．２５Ｘの範囲にあることが必要である。以上の範囲外であると、静電容量、引張強度及び折曲強度のいずれもが、低下するので好ましくない。
【００１７】
なお、以上の関係が成立するのは、Ｍｇが０．００１質量％以下のときである。Ｍｇが０．００１質量％を超えると、ＺｎとＭｇの相互作用が生じ、以上の関係が成立しない。また、以上の範囲内において、Ｍｇの含有量をＹ質量％としたとき、（４／３）Ｙ−０．０４≦Ｚ≦（４／３）Ｙを関係を満足するＺｎ含有量は除外されるものである。この理由は、特開平５−２４７６０９号公報に記載された電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔を、本発明に係るアルミニウム合金箔から除外するためである。
【００１８】
本発明に係る電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔は、従来公知の方法で製造される。すなわち、所定の元素組成のアルミニウム鋳塊を準備し、この鋳塊を常法で均質化処理し、続いて、熱間圧延を行う。そして、常法で、冷間圧延及び所望により中間焼鈍を挿入して、所定厚さ（一般的には５０〜３００μｍ程度の厚さ）のアルミニウム合金箔を得る。最後に、必要であれば、常法により最終焼鈍を施して、電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔を得る。
【００１９】
以上のようにして得られた、電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔には、従来公知のエッチング処理及び化成処理が施され、電解コンデンサ用電極箔として用いられる。特に、本発明に係るアルミニウム合金箔には、交流エッチングが施され、電解コンデンサ用陰極箔又は電解コンデンサ用陽極低圧箔として好適に用いることができる。
【００２０】
【実施例】
〔アルミニウム鋳塊の準備〕
以下の表１及び表２に示すアルミニウム鋳塊Ｎｏ．１〜４５を準備した。なお、アルミニウム鋳塊Ｎｏ．１〜３５は、本発明の範囲内のもので実施例であるが、Ｎｏ．３，５，６，８，１０，１１及び１３は、特開平５−２４７６０９号公報に記載されたものと重複する恐れのあるもので、参考例とした。また、Ｎｏ．３６〜４５は、比較例である。
【００２１】

【００２２】

【００２３】
実施例１〜２８、参考例１〜７及び比較例１〜１０
厚さ５００ｍｍのアルミニウム鋳塊Ｎｏ．１〜４５を準備し、５２０℃で１時間の均質化処理を施した後、直ちに熱間圧延を施し、厚さ３ｍｍのアルミニウム板を得た。このアルミニウム板に冷間圧延を繰り返して、厚さ０．０５ｍｍの電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔を得た。
【００２４】
この各アルミニウム合金箔に、以下の条件でエッチング処理及び化成処理を施して、以下に示す条件で静電容量（μＦ／ｃｍ²）を測定した。そして、アルミニウム鋳塊Ｎｏ．３６の場合（比較例１）の静電容量を１００％とし、それとの比で、各箔の静電容量を（％）で表した。また、各アルミニウム合金箔について、以下の方法で引張強度（ｋＮ／ｃｍ）及び折曲強度（回）を測定した。これらの結果を表３及び表4 に示した。
【００２５】
〔エッチング処理〕
５質量％ＨＣｌ＋６質量％ＡｌＣｌ₃・６Ｈ₂Ｏ＋０．１質量％Ｃ₂Ｈ₂Ｏ₄・２Ｈ₂Ｏ溶液（液温３０℃）中に、各電解コンデンサ電極用アルミニウム箔を浸漬し、０．４Ａ／ｃｍ²で５０Ｈｚの正弦波交流を、１５０秒間流して、エッチング処理を行った。
〔化成処理〕
エッチング処理後の各アルミニウム合金箔を、ＥＩＡＪ法に則った大きさに裁断し、この試験片を１３質量％アジピン酸アンモニウム水溶液（液温８５℃）に浸漬し、対向電極をＳＵＳ３０４として、３ＶでＥＩＡＪ法に則って化成処理を行った。
〔静電容量〕
化成処理した各試験片１枚を、１３質量％アジピン酸アンモニウム水溶液（液温３０℃）に浸漬し、対向電極を、静電容量が４００００μＦ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。
【００２６】
〔引張強度〕
エッチング処理を終えたアルミニウム合金箔を、大気中、４００℃で５分間加熱処理を行った。この加熱処理後の箔を、インストロン型万能引張試験機を用いて、９８０Ｎのロードセルを用いて引張強度（ｋＮ／ｃｍ）を測定した。測定条件は、チャック間長さ５０ｍｍ、箔の巾１０ｍｍ、引張速度１．６７×１０^-4ｍ／ｓｅｃとした。
〔折曲強度〕
エッチング処理を終えたアルミニウム合金箔を、大気中、４００℃で５分間加熱処理を行った。この加熱処理後の箔を、ＪＩＳＰ８１１５「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ＭＩＴ型耐折試験機により、折曲強度（回）を測定した。
【００２７】

【００２８】

【００２９】
〔アルミニウム鋳塊の準備〕
以下の表５に示すアルミニウム鋳塊Ｎｏ．５０〜５６を準備した。なお、アルミニウム鋳塊Ｎｏ．５０〜５９は、本発明の範囲内のもので実施例であるが、Ｎｏ．５２及び５３は、特開平５−２４７６０９号公報に記載されたものと重複する恐れのあるもので、参考例とした。また、Ｎｏ．６０〜６６は、比較例である。
【００３０】

【００３１】
実施例５０〜５７、参考例５０及び５１、比較例５０〜５６
厚さ５００ｍｍのアルミニウム鋳塊Ｎｏ．５１〜６６を準備し、実施例１〜２８と同様にして、厚さ０．０５ｍｍのアルミニウム合金箔を得た。その後、ｐＨ９．５の洗浄液を用いてアルカリ洗浄し、３２０℃で５時間の最終焼鈍を施して、電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔を得た。そして、実施例１〜２８と同様にして、静電容量、引張強度及び折曲強度を測定した。その結果を表６に示した。なお、静電容量は、アルミニウム鋳塊Ｎｏ．６０の場合（比較例５０）の静電容量を１００％とし、それとの比で、各箔の静電容量を（％）で表した。
【００３２】
〔表６〕
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
鋳塊No. 静電容量引張強度折曲強度
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実施例５０５０１０８２．０５１５
実施例５１５１１２２２．０６１５
参考例５０５２１３４２．０５１６
参考例５１５３１０６２．０４１４
実施例５２５４１０４２．０８１４
実施例５３５５１０７２．０５１５
実施例５４５６１１１２．０６１６
実施例５５５７１２１２．０６１７
実施例５６５８１０５２．０７１６
実施例５７５９１０６２．０４１４
比較例５０６０１００１．９２１３
比較例５１６１９５１．９１１２
比較例５２６２８９１．８７１１
比較例５３６３８７１．８８９
比較例５４６４８６１．８４１０
比較例５５６５７６１．９１１１
比較例５６６６８２１．８８１０
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【００３３】
以上の表３、表４及び表６の結果から分かるように、本発明の範囲内の元素組成を持つものは、それ以外のものに比べて、静電容量、引張強度及び折曲強度のいずれもが向上していることが分かる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に係る電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔は、Ｍｇ含有量がＦｅ含有量に関連付けられており、又は、Ｚｎ含有量がＦｅ含有量に関連付けられているので、エッチング特性が向上し、高静電容量の電解コンデンサ用電極箔を得ることができる。また、本発明に係るアルミニウム合金箔を用いて得られた電解コンデンサ用電極箔は、エッチング後における引張強度も折曲強度も高いので、小型化された電気機器に適用するのに適しているという効果も奏する。

Claims

アルミニウム純度が９９．３質量％以上であって、Ｓｉ：０．００２〜０．１５質量％、Ｃｕ：０．００３質量％以下、Ｎｉ：０．００２質量％以下、Ｔｉ：０．００１質量％以下、Ｚｎ：０．００１質量％以下、Ｆｅ：０．００３〜０．１２質量％、Ｍｇ及びその他の不可避不純物元素を含み、Ｆｅ含有量をＸ質量％とし、Ｍｇ含有量をＹ質量％としたとき、以下の（１）〜（３）を満足することを特徴とする電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔。
（１）０．００３≦Ｘ≦０．０１５のとき、Ｙは、０．００１≦Ｙ≦０．００５＋１．２５Ｘを満足すること。
（２）０．０１５≦Ｘ≦０．０４０のとき、Ｙは、０．０００２＋０．１２Ｘ≦Ｙ≦０．００５＋１．２５Ｘを満足すること。
（３）０．０４０≦Ｘ≦０．１２のとき、Ｙは、−０．０２＋０．６２５Ｘ≦Ｙ≦０．００５＋１．２５Ｘを満足すること。
但し、Ｚｎ含有量をＺ質量％としたとき、（４／３）Ｙ−０．０４≦Ｚ≦（４／３）Ｙ＋０．０１を満足するＹの値は除く。
アルミニウム純度が９９．３質量％以上であって、Ｓｉ：０．００２〜０．１５質量％、Ｃｕ：０．００３質量％以下、Ｎｉ：０．００２質量％以下、Ｔｉ：０．００１質量％以下、Ｍｇ：０．００１質量％以下、Ｆｅ：０．００３〜０．１２質量％、Ｚｎ及びその他の不可避不純物元素を含み、Ｆｅ含有量をＸ質量％とし、Ｚｎ含有量をＺ質量％としたとき、以下の（１）〜（３）を満足することを特徴とする電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔。
（１）０．００３≦Ｘ≦０．０１５のとき、Ｚは、０．００１≦Ｚ≦０．００５＋１．２５Ｘを満足すること。
（２）０．０１５≦Ｘ≦０．０４０のとき、Ｚは、０．０００２＋０．１２Ｘ≦Ｚ≦０．００５＋１．２５Ｘを満足すること。
（３）０．０４０≦Ｘ≦０．１２のとき、Ｚは、−０．０２＋０．６２５Ｘ≦Ｚ≦０．００５＋１．２５Ｘを満足すること。
但し、Ｍｇ含有量をＹ質量％としたとき、（４／３）Ｙ−０．０４≦Ｚ≦（４／３）Ｙ＋０．０１を満足するＺの値は除く。