JP4481680B2 - 電解コンデンサ用エッチング箔の製造装置 - Google Patents
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Description
本発明は、各種電子機器に使用されるアルミニウム電解コンデンサ用エッチング箔の製造装置に関するものである。
アルミニウム電解コンデンサ用エッチング箔（以下、エッチング箔と称す。）は、アルミニウム箔に、塩酸を含む溶液中で、直流または交流を印加して電解し、表面を粗面化する方法で得られる。
直流を印加する場合、給電ローラに接触させたアルミニウム箔と溶液中のカーボン等の電極板との間で電解を行う（例えば、非特許文献１参照）。
永田伊佐也著「電解液陰極アルミニウム電解コンデンサ（アルミニウム乾式電解コンデンサ増補改訂版）」、日本蓄電器工業株式会社出版、Ｐ．２５０〜２５２
直流を印加する場合、給電ローラに接触させたアルミニウム箔と溶液中のカーボン等の電極板との間で電解を行う（例えば、非特許文献１参照）。
永田伊佐也著「電解液陰極アルミニウム電解コンデンサ（アルミニウム乾式電解コンデンサ増補改訂版）」、日本蓄電器工業株式会社出版、Ｐ．２５０〜２５２
図３は、従来の中高圧用エッチング箔の製造装置の概略図であり、１はロール状に巻回されたアルミニウム原箔を供給する巻き出しローラ、２は前処理槽、３はアルミニウム原箔、４はエッチング孔（ピット）を発生させる一次エッチング槽、５はエッチング用直流電源より直流電流を印加する給電ローラ、６は入側電極、７は出側電極、８は槽内ローラ、９は発生したピットの孔径を拡大する二次エッチング槽、１０は乾燥炉、１１は巻き取りローラである。
また、図４は図３の一次エッチング槽の拡大図である。
また、図４は図３の一次エッチング槽の拡大図である。
上記のように構成された中高圧エッチング機を用いて、アルミニウム電解コンデンサ用エッチング箔を製造する場合、まず、厚さ７０〜１１０μｍのアルミニウム原箔３を、前処理槽２で、アルカリ性または酸性の処理液により表面を清浄にする。
次に、この前処理済みのアルミニウム箔を一次エッチング槽４に搬送し、７０〜９０℃に加温した塩酸と、硫酸・硝酸・リン酸等との混酸のエッチング液にアルミニウム箔を浸漬する。
この時、アルミニウム箔が正極となるよう給電ローラ５に電流印加し、アルミニウム箔の両側に平行に配置した入側電極６および出側電極７を負極として、直流電流を印加することにより、アルミニウム箔を電気化学的にエッチングしてピットを発生させる。
次に、このピットが発生したエッチング箔を二次エッチング槽９に搬送し、７０〜９０℃に加温した塩酸系または硝酸系のエッチング液に浸漬し、化学エッチングによりピットの孔径を拡大する。
その後、図示しない洗浄工程でエッチング箔を洗浄し、乾燥炉１０による乾燥工程を経て巻き取りローラ１１に巻き取ることによりエッチング箔を製造していた。
次に、この前処理済みのアルミニウム箔を一次エッチング槽４に搬送し、７０〜９０℃に加温した塩酸と、硫酸・硝酸・リン酸等との混酸のエッチング液にアルミニウム箔を浸漬する。
この時、アルミニウム箔が正極となるよう給電ローラ５に電流印加し、アルミニウム箔の両側に平行に配置した入側電極６および出側電極７を負極として、直流電流を印加することにより、アルミニウム箔を電気化学的にエッチングしてピットを発生させる。
次に、このピットが発生したエッチング箔を二次エッチング槽９に搬送し、７０〜９０℃に加温した塩酸系または硝酸系のエッチング液に浸漬し、化学エッチングによりピットの孔径を拡大する。
その後、図示しない洗浄工程でエッチング箔を洗浄し、乾燥炉１０による乾燥工程を経て巻き取りローラ１１に巻き取ることによりエッチング箔を製造していた。
しかしながら、上記のエッチング箔の製造方法では、入側電極６の液面付近で高電流密度となり、槽内ローラ８付近で低電流密度となるため、ピットの長さが不均一となり、また、入側電極６を通過したアルミニウム原箔３はピットが発生し表面積が拡大しているため、出側電極７では、実効電流密度が低下し、効率良くピットが発生しないという問題を有していた。
この問題を解決するため、図５に示すエッチング装置のように、アルミニウム箔と対向する電極板の間に絶縁板（図７、８）を介在させ、該絶縁板に孔またはスリットを設け、電解液の液面から深くなるにつれて、スリットの面積を大きくしていく方式（図７）、または、孔の面積を大きく、かつ孔の間隔を狭くしていく方式（図８）がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２４４１５３
しかしながら、この方式では、絶縁板の孔またはスリットの面積、孔の間隔と、電流密度との関係を把握して、適切な電流密度となるよう管理することが難しいという問題がある。
上記のような問題があったため、電極板の液面付近と電極板下端部とで、電解液中の電流密度を均一にすることで、エッチング箔のピットの長さを均一にして、実効表面積の拡大ができ、かつ、電流密度の管理も容易にできるエッチング箔の製造装置が求められていた。
本発明は上記課題を解決し、エッチング箔への電流密度を均一にし、単位面積当たりの静電容量を高めるとともに、アルミニウム箔幅方向の静電容量バラツキが小さいエッチング箔の製造装置を提供するものである。
すなわち、一対の入側電極間から液中ローラを経由して一対の出側電極間まで通過させて通電し、エッチングを行う電解コンデンサ用エッチング箔の製造装置において、エッチング用直流電源と、エッチング用直流電源より直流電流をアルミニウム箔に印加する給電ローラとを備え、エッチング用直流電源は、給電ローラを正極とし、一対の入側電極および一対の出側電極を負極として、給電ローラと、一対の入側電極および一対の出側電極との間に接続され、一対の入側電極および一対の出側電極において、液面での電極間距離を液中の電極下端部間距離の１．５〜２．０倍とし、出側電極の有効電極長さを、入側電極の有効電極長さの０．６０〜０．９０倍としたことを特徴とする電解コンデンサ用エッチング箔の製造装置である。
すなわち、一対の入側電極間から液中ローラを経由して一対の出側電極間まで通過させて通電し、エッチングを行う電解コンデンサ用エッチング箔の製造装置において、エッチング用直流電源と、エッチング用直流電源より直流電流をアルミニウム箔に印加する給電ローラとを備え、エッチング用直流電源は、給電ローラを正極とし、一対の入側電極および一対の出側電極を負極として、給電ローラと、一対の入側電極および一対の出側電極との間に接続され、一対の入側電極および一対の出側電極において、液面での電極間距離を液中の電極下端部間距離の１．５〜２．０倍とし、出側電極の有効電極長さを、入側電極の有効電極長さの０．６０〜０．９０倍としたことを特徴とする電解コンデンサ用エッチング箔の製造装置である。
また、一対の入側電極および一対の出側電極における電極断面が台形または三角形であることを特徴とする電解コンデンサ用エッチング箔の製造装置である。
本発明によるエッチング箔の製造装置によれば、液面での電極間距離を液中の電極下端部間距離の１．５〜２．０倍とすることで、液面から液中の電流密度が均一となる。
また、出側電極の電流を印加できる有効電極長さを、入側電極の有効電極長さの０．６０〜０．９０倍とすることにより、出側電極間でのアルミニウム箔の実効電流密度が増加し、発生するピットの密度を高めることができる。
上記の構成により、単位面積当たりの静電容量を高めることができ、静電容量バラツキを抑制できるので、静電容量大で、高品質のアルミニウム電解コンデンサ用エッチング箔を提供することができる。
また、出側電極の電流を印加できる有効電極長さを、入側電極の有効電極長さの０．６０〜０．９０倍とすることにより、出側電極間でのアルミニウム箔の実効電流密度が増加し、発生するピットの密度を高めることができる。
上記の構成により、単位面積当たりの静電容量を高めることができ、静電容量バラツキを抑制できるので、静電容量大で、高品質のアルミニウム電解コンデンサ用エッチング箔を提供することができる。
本発明の一実施例について図面を用いて説明する。なお、従来のエッチング装置と同じ構成の部品には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図１は本発明による一次エッチング槽の比較例の概略図であり、入側電極６の液面の電極間距離をＬ１、入側電極６の液中の電極下端部間距離をＬ２とし、また、上記と同様に出側電極７の液面の電極間距離をＬ１、出側電極７の液中の電極下端部間距離をＬ２として表示している。
図２は本発明による一次エッチング槽の実施例の概略図であり、入側電極６の液面下電極長さ（有効電極長さ）をＬ３、出側電極７の液面下電極長さ（有効電極長さ）をＬ４とした。
エッチング箔の製造条件は公知の条件に従い、アルミニウム原箔３には、市販のアルミニウム純度９９．９９％、厚さ１０４μｍ、幅５００ｍｍのものを使用し、一次エッチング槽４に、８０℃、５ｗｔ％塩酸＋２０ｗｔ％硫酸混合液を満たし、４０００Ａで、２０クーロン／ｃｍ２の電解処理を行い、二次エッチング槽９では、８０℃、５ｗｔ％の硝酸溶液に浸漬して化学エッチングを行った。化学エッチングは、浸漬時間を調整し、アルミニウム溶解量が５ｍｇ／ｃｍ２となるように調整した。
［比較例４〜６］
液面の電極間距離Ｌ１と、液中の電極下端部間距離Ｌ２の比Ｌ１／Ｌ２を表１に示すように、１．５〜２．０となるように設定し、また、これらの電極形状を断面台形とした（図１）。
エッチング箔の有効幅を４８０ｍｍとして、等間隔に１２点打ち抜いたものを化成評価用試料とした。
化成条件は、ＥＩＡＪ ＲＣ―２３６４（１９９２）に従って、２５０Ｖで化成を行い、幅方向の静電容量を測定し、容量バラツキを計算して表１の結果を得た。
液面の電極間距離Ｌ１と、液中の電極下端部間距離Ｌ２の比Ｌ１／Ｌ２を表１に示すように、１．５〜２．０となるように設定し、また、これらの電極形状を断面台形とした（図１）。
エッチング箔の有効幅を４８０ｍｍとして、等間隔に１２点打ち抜いたものを化成評価用試料とした。
化成条件は、ＥＩＡＪ ＲＣ―２３６４（１９９２）に従って、２５０Ｖで化成を行い、幅方向の静電容量を測定し、容量バラツキを計算して表１の結果を得た。
（比較例１、２）
液面の電極間距離Ｌ１と、液中の電極下端部間距離Ｌ２の比Ｌ１／Ｌ２を表１に示すように、１．２または２．５となるように設定し、断面台形とした（図１）。
試料の採取方法および化成条件は、上記比較例と同様とした。
液面の電極間距離Ｌ１と、液中の電極下端部間距離Ｌ２の比Ｌ１／Ｌ２を表１に示すように、１．２または２．５となるように設定し、断面台形とした（図１）。
試料の採取方法および化成条件は、上記比較例と同様とした。
（従来例１）
液面での電極間距離Ｌ１と、液中の電極下端部間距離Ｌ２が等しい、断面方形とした（図４）。
試料の採取方法および化成条件は、上記比較例と同様とした。
液面での電極間距離Ｌ１と、液中の電極下端部間距離Ｌ２が等しい、断面方形とした（図４）。
試料の採取方法および化成条件は、上記比較例と同様とした。
（従来例２、３）
液面の電極間距離Ｌ１と、液中の電極下端部間距離Ｌ２が等しい、断面方形の電極に絶縁板を取付け（図６）、図５に示すエッチング装置によりエッチングを行った。なお、絶縁板は、スリットを設けたもの（図７）を従来例２とし、孔を設けたもの（図８）を従来例３とした。
試料の採取方法および化成条件は、上記比較例と同様とした。
液面の電極間距離Ｌ１と、液中の電極下端部間距離Ｌ２が等しい、断面方形の電極に絶縁板を取付け（図６）、図５に示すエッチング装置によりエッチングを行った。なお、絶縁板は、スリットを設けたもの（図７）を従来例２とし、孔を設けたもの（図８）を従来例３とした。
試料の採取方法および化成条件は、上記比較例と同様とした。
表１より明らかなように、Ｌ１／Ｌ２が１．５〜２．０の比較例４〜６は、Ｌ１／Ｌ２＝１．０の従来例１より高容量で、かつ、幅方向の容量バラツキが少なくなっていることが分かる。
しかし、Ｌ１／Ｌ２が１．２の比較例１は、容量アップおよび容量バラツキの抑制効果が充分ではなく、Ｌ１／Ｌ２が２．５の比較例２は、容量が低下しており、問題がある。
よって、液面の電極間距離Ｌ１は、液中下端部の電極間距離Ｌ２の１．５〜２．０倍とする必要がある。
しかし、Ｌ１／Ｌ２が１．２の比較例１は、容量アップおよび容量バラツキの抑制効果が充分ではなく、Ｌ１／Ｌ２が２．５の比較例２は、容量が低下しており、問題がある。
よって、液面の電極間距離Ｌ１は、液中下端部の電極間距離Ｌ２の１．５〜２．０倍とする必要がある。
本願発明による比較例４〜６の場合、液面の電極間距離を広げることで電解液の液抵抗が増加し電流密度が下がり、液中下端部の電極間距離を狭くすることで液抵抗が減少し電流密度が上がるため、電極間の電流密度が均一となり、従来例１より静電容量値が大きく、バラツキが少ないエッチング箔が得られると考えられる。
ここで、比較例４〜６は、他の従来例２、３と比較すると、静電容量値が高く、バラツキが抑えられている。また、比較例４〜６は、従来例２、３のように絶縁板の孔またはスリットの面積と、電流密度との関係から電流密度管理をする必要がなく、液面での電極間距離Ｌ１と、液中の電極下端部間距離Ｌ２の比Ｌ１／Ｌ２のみ設定すればよい点で、管理が容易であり、従来例２、３より優れている。
なお、上記比較例では、電極の断面形状を台形としたが、三角形としても同様の効果が得られる。場合により、液中下端部に広がる曲線形状としてもよい。
ここで、比較例４〜６は、他の従来例２、３と比較すると、静電容量値が高く、バラツキが抑えられている。また、比較例４〜６は、従来例２、３のように絶縁板の孔またはスリットの面積と、電流密度との関係から電流密度管理をする必要がなく、液面での電極間距離Ｌ１と、液中の電極下端部間距離Ｌ２の比Ｌ１／Ｌ２のみ設定すればよい点で、管理が容易であり、従来例２、３より優れている。
なお、上記比較例では、電極の断面形状を台形としたが、三角形としても同様の効果が得られる。場合により、液中下端部に広がる曲線形状としてもよい。
［実施例４〜７］
図２は本発明による、実施例の概略図で、出側電極７の液面下電極長さ（有効電極長さ）Ｌ４と、入側電極６の液面下電極長さ（有効電極長さ）Ｌ３の比Ｌ４／Ｌ３が０．６０〜０．９０となるように設定され、出側電極７における電流密度が増加し、発生するピットの密度を高めることができる。
本構造にて上記比較例４〜６と同様の評価を行った結果、表２の結果を得た。
図２は本発明による、実施例の概略図で、出側電極７の液面下電極長さ（有効電極長さ）Ｌ４と、入側電極６の液面下電極長さ（有効電極長さ）Ｌ３の比Ｌ４／Ｌ３が０．６０〜０．９０となるように設定され、出側電極７における電流密度が増加し、発生するピットの密度を高めることができる。
本構造にて上記比較例４〜６と同様の評価を行った結果、表２の結果を得た。
（比較例３）
出側電極７の液面下電極長さ（有効電極長さ）Ｌ４と、入側電極６の液面下電極長さ（有効電極長さ）Ｌ３の比Ｌ４／Ｌ３を０．５０となるように設定し、上記と同様の評価を行った。
出側電極７の液面下電極長さ（有効電極長さ）Ｌ４と、入側電極６の液面下電極長さ（有効電極長さ）Ｌ３の比Ｌ４／Ｌ３を０．５０となるように設定し、上記と同様の評価を行った。
表２より明らかなように、実施例４〜７は、出側電極間でのアルミニウム箔の実効電流密度が増加し、発生するピットの密度を高めることができるので、単位面積当たりの静電容量を高めることができ、実施例１と比較して高容量であり、バラツキも抑制されていることが分かる。
ただし、Ｌ４／Ｌ３を０．５０となるように設定した比較例３では、電流密度の均一化の効果が小さくなり、静電容量が若干小さく、バラツキ抑制効果も小さくなるため、０．６０〜０．９０とするのが適当である。
ただし、Ｌ４／Ｌ３を０．５０となるように設定した比較例３では、電流密度の均一化の効果が小さくなり、静電容量が若干小さく、バラツキ抑制効果も小さくなるため、０．６０〜０．９０とするのが適当である。
また、電解エッチングを１段だけでなく、異なる条件で２段、３段と行う場合においても、それぞれまたは特定段だけに本発明を適用することができる。
１ 巻き出しローラ
２ 前処理槽
３ アルミニウム原箔
４ 一次エッチング槽
５ 給電ローラ
６ 入側電極
７ 出側電極
８ 槽内ローラ
９ 二次エッチング槽
１０ 乾燥炉
１１ 巻き取りローラ
１２ 絶縁板
１３ａ スリット
１３ｂ 孔
１４ 電解液
２ 前処理槽
３ アルミニウム原箔
４ 一次エッチング槽
５ 給電ローラ
６ 入側電極
７ 出側電極
８ 槽内ローラ
９ 二次エッチング槽
１０ 乾燥炉
１１ 巻き取りローラ
１２ 絶縁板
１３ａ スリット
１３ｂ 孔
１４ 電解液
Claims (2)
- エッチング槽内でアルミニウム箔を一対の入側電極間から液中ローラを経由して一対の出側電極間まで通過させて通電し、エッチングを行う電解コンデンサ用エッチング箔の製造装置において、
エッチング用直流電源と、
前記エッチング用直流電源より直流電流を前記アルミニウム箔に印加する給電ローラと
を備え、
前記エッチング用直流電源は、前記給電ローラを正極とし、前記一対の入側電極および前記一対の出側電極を負極として、前記給電ローラと、前記一対の入側電極および前記一対の出側電極との間に接続され、
前記一対の入側電極および前記一対の出側電極において、液面の電極間距離を液中の電極下端部間距離の１．５〜２．０倍とし、
出側電極の有効電極長さを、入側電極の有効電極長さの０．６０〜０．９０倍としたことを特徴とする電解コンデンサ用エッチング箔の製造装置。 - 請求項１記載の前記一対の入側電極および前記一対の出側電極における電極断面が台形または三角形であることを特徴とする電解コンデンサ用エッチング箔の製造装置。
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