JP4541267B2 - 電解コンデンサ用エッチング箔の製造装置、および電解コンデンサ用エッチング箔 - Google Patents

電解コンデンサ用エッチング箔の製造装置、および電解コンデンサ用エッチング箔 Download PDF

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本発明は、電解コンデンサ用エッチング箔の製造装置、およびこの装置により製造された電解コンデンサ用エッチング箔に関するものである。
電解コンデンサ用エッチング箔は、塩酸を含む溶液中での直流エッチングまたは交流エッチングをアルミニウム箔に施して表面を粗面化することで得られる。このようなエッチングのうち、例えば、直流エッチングを行う場合には、給電ローラに接触させることにより正の電圧を印加したアルミニウム箔をエッチング液中の電極板(陰極板)の間を通過させる(例えば、非特許文献1参照)。
ここで、中高圧用電解コンデンサに用いられるエッチング箔を製造するためのエッチング機は、例えば、図2および図5に示すように、アルミニウム箔3に対する給電ローラ5を備えているとともに、エッチング槽4内のエッチング液中で対向配置された電極板6(陰極板)からなる電極対をエッチング液中に備えており、これらの電極板の間をアルミニウム箔3が陽極として通過する際、アルミニウム箔3の両面が電気化学的にエッチングされ、アルミニウム箔3にエッチングピットが形成される。
なお、従来は、図5に示すように、電極対を構成する電極板6の中央部分における電極間距離L1′は、両端部における電極間距離L2′と等しく、電極対の幅寸法における電極間距離は一定である。
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、1997年2月24日、第2版第1刷、p.250〜252
しかしながら、従来の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では、電極板6の間を通過した段階でアルミニウム箔3の幅方向における両端部に短いエッチングピットが集中して形成されるため、このようなエッチングピットが集中した領域では、エッチングが進行していくうちに表面が欠落してしまう。その結果、静電容量が低下するとともに、アルミニウム箔3の幅方向において、静電容量が大きくばらついてしまうという問題点を有している。
ここに本願発明者は、このような容量バラツキが発生する原因として、電極板6から発生した水素ガスがアルミニウム箔3と電極板6の間から十分に排出されずにアルミニウム箔3に衝突し、エッチング液中で局部的に無電解状態が生じるなど、アルミニウム箔3の幅方向でエッチング条件が変動しているからと考え、このような水素ガスの影響を排除することを提案するものである。
すなわち、本発明の課題は、幅方向における静電容量のバラツキを抑制することのできる電解コンデンサ用エッチング箔の製造装置、および電解コンデンサ用エッチング箔を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明では、エッチング液中で対向配置された電極板からなる電極対を有しアルミニウム箔が前記電極対の間を通過する際に電解エッチングされる電解コンデンサ用エッチング箔の製造装置において、前記電極対は各々、前記アルミニウム箔と対向する部分のうち、幅方向の両端部での電極間距離が幅方向において最大となる加工部を備え、前記加工部の最大電極間距離が前記アルミニウム箔と対向する部分の幅方向における最小電極間距離の1.25〜1.70倍であり、かつ当該加工部の幅寸法が、前記電極対において前記アルミニウム箔と対向する有効幅寸法の10〜30%であることを特徴とする。
本発明では、アルミニウム箔と対向する部分のうち、幅方向の両端部での電極間距離が幅方向において最大となる加工部(加工部の最大電極間距離がアルミニウム箔と対向する部分の幅方向における最小電極間距離の1.25〜1.70倍)を備え、当該加工部の幅寸法が、前記アルミニウム箔と対向する有効幅寸法の10〜30%である電極対を用いているため、電極板の間で発生した水素ガスは、電極間距離が広い領域から効率よく排除される。このため、水素ガスがアルミニウム箔と電極板の間から十分に排出されずに局部的に無電解状態を発生させることがなく、アルミニウム箔は、幅方向全体において水素ガスによる影響を受けずに最適な条件でエッチングされる。
それ故、本発明によれば、静電容量を向上させることができるとともに、幅方向における静電容量のバラツキを抑制することができる。
本発明において、前記加工部は、例えば、前記電極対の各々に形成されたテーパ部である。
本発明において、前記加工部は、前記対をなす電極板の各々に形成された段差部である構成を採用してもよい。
本発明において、前記電極対で対向する電極面の形状は、前記アルミニウム箔の幅方向の中央を中心とする左右対称であることが好ましい。このように構成すると、アルミニウム箔の幅方向における容量バラツキをより抑制することができる。
本発明に係る製造装置によって製造されたアルミニウム電解コンデンサ用エッチング箔では、幅方向における静電容量のバラツキが小さいので、これを用いて電解コンデンサを製造した際、電解コンデンサの静電容量のバラツキが小さく、容量小などの不具合品の発生を防止できる。
本発明では、幅方向の両端部に電極間距離が広い領域が形成された電極対を用いているため、電極板の間で発生した水素ガスは、電極間距離が広い領域から効率よく排除される。このため、水素ガスがアルミニウム箔と電極板の間から十分に排出されずに局部的に無電解状態を発生させることがなく、アルミニウム箔は、幅方向全体において水素ガスによる影響を受けずに最適な条件でエッチングされる。
それ故、幅方向における静電容量のバラツキを抑制することができる。
[実施の形態1]
(全体構成)
図1は、本発明を適用したエッチング機(電解コンデンサ用エッチング箔の製造装置)の概略構成を示す説明図である。図2は、図1に示すエッチング機の一次エッチング槽の概略構成を示す説明図である。
図1および図2に示すエッチング機は、中高圧用の電解コンデンサ用エッチング箔を製造するための装置であり、1はロール状に巻回されたアルミニウム箔を供給する巻き出しロール、2は前処理槽、3はアルミニウム箔、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アルミニウム箔に直流電流を印加する給電ローラ、6は電極板、7は発生したピットの孔径を拡大する二次エッチング槽、8は乾燥炉、9は巻き取りロールである。
このように構成された中高圧エッチング機を用いて、電解コンデンサ用エッチング箔を製造する場合を説明する。
まず、アルミニウム箔3として、原箔(未エッチングのアルミニウム箔)の状態で厚さが70〜110μmのものを用い、前処理槽2でアルカリまたは酸系の処理液により表面を清浄にする。ここで、アルミニウム箔3は、巻き出しロール1にロール状に巻回された状態で仕掛けられる。
次に、前処理済みのアルミニウム箔3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・リン酸等との混酸水溶液からなるエッチング液中にアルミニウム箔3を通す。
この時、アルミニウム箔が正極となるよう給電ローラ5と、アルミニウム箔3を挟むように対向配置された電極板6からなる電極対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3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3を二次エッチング槽7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、洗浄槽(図示せず)においてエッチング箔3を洗浄し、乾燥炉8による乾燥工程を経て巻き取りロール9に巻き取ることにより、電解コンデンサ用エッチング箔を製造する。
(電極対の構成)
図3は、本発明に実施の形態1に係るエッチング機において、図2に示す一次エッチング槽内に配向配置された電極板のA−A′線断面図である。
図3に示すように、エッチング液中で対向配置された電極板6からなる電極対では、幅方向の両端部に、当該両端部の電極間距離を幅方向において最大とする加工部が形成されている。このような加工部として、本形態では、電極対を構成する各電極板6の両端部にテーパ部61が形成されている。
図3には、アルミニウム箔3と対向する部分の幅方向における電極板6の最小電極間距離をL1、最大電極間距離をL2で示してある。また、電極板6においてアルミニウム箔3と対向する部分の有効幅寸法をL3、加工部の幅寸法をL4で表してある。
本形態の電極対において、アルミニウム箔と対向する部分の幅方向における最大電極間距離L2は、最小電極間距離L1の1.25〜1.70倍になっている。
また、加工部の幅寸法L4は、電極板6においてアルミニウム箔3と対向する部分の有効幅寸法L3の10〜30%に設定されている。
ここで、電極対で対向する電極板6の電極面(電極板同士が対向する側の面)の形状は、アルミニウム箔3の幅方向の中央を中心とする左右対称である。
(本形態の主な効果)
本形態の中高圧用のエッチング機では、電極対の最大電極間距離L2が最小電極間距離L1の1.25〜1.70倍であり、幅方向の所定位置に電極間距離が広い領域が形成されている。このため、エッチング中、電極板6の間で発生した水素ガスは、電極間距離が広い領域から効率よく排除される。
従って、水素ガスがアルミニウム箔3と電極板6の間から十分に排出されずに局部的に無電解状態を発生させることがないため、アルミニウム箔3は、幅方向全体において水素ガスによる影響を受けずに最適な条件でエッチングされる。それ故、アルミニウム箔3の幅方向の全体にわたって、ピット長が均一となる。
よって、本形態のエッチング機によって製造された電解コンデンサ用エッチング箔では、幅方向における静電容量のバラツキが小さいので、これを用いて電解コンデンサを製造した際、電解コンデンサの静電容量のバラツキが小さく、容量小などの不具合品の発生を防止できる。
また、本形態では、加工部の幅寸法L4は、電極対においてアルミニウム箔と対向する有効幅寸法L3の10〜30%である。しかも、電極対で対向する電極面の形状は、アルミニウム箔3の幅方向の中央を中心とする左右対称である。このため、アルミニウム箔3の幅方向における容量バラツキをより抑制することができる。
[実施の形態2]
図4は、本発明に実施の形態2に係るエッチング機において、図2に示す一次エッチング槽内に配向配置された電極板のA−A′線断面図である。なお、本形態のエッチング機の基本的な構成は、実施の形態1と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
図4に示すように、本形態のエッチング機では、エッチング液中で対向配置された電極板6からなる電極対では、幅方向の両端部に、段差部62からなる加工部が形成されている。このため、アルミニウム箔と対向する部分の幅方向における最大電極間距離L2は、最小電極間距離L1の1.25〜1.70倍になっている。
また、加工部の幅寸法L4は、電極板6においてアルミニウム箔3と対向する部分の有効幅寸法L3の10〜30%に設定されている。
ここで、電極対で対向する電極板6の電極面(電極板同士が対向する側の面)の形状は、アルミニウム箔3の幅方向の中央を中心とする左右対称である。
(本形態の主な効果)
このように構成した中高圧用のエッチング機でも、実施の形態1と同様、電極対の最大電極間距離L2が最小電極間距離L1の1.25〜1.70倍であり、幅方向の所定位置に電極間距離が広い領域が形成されている。
このため、エッチング中、電極板6の間で発生した水素ガスは、電極間距離が広い領域から効率よく排除される。よって、水素ガスがアルミニウム箔3と電極板6の間から十分に排出されずに局部的に無電解状態を発生させることがないため、アルミニウム箔3は、幅方向全体において水素ガスによる影響を受けずに最適な条件でエッチングされる。それ故、本形態のエッチング機によって製造された電解コンデンサ用エッチング箔では、幅方向における静電容量のバラツキが小さいので、これを用いて電解コンデンサを製造した際、電解コンデンサの静電容量のバラツキが小さく、容量小などの不具合品の発生を防止できるなど、実施の形態1と同様な効果を奏する。
[その他の実施の形態]
上記形態では、直流エッチングにより中高圧用のエッチング箔を製造するためのエッチング機を例に説明したが、アルミニウム箔と電極板(電極対)とに交流を印加してアルミニウム箔に交流エッチングを行うエッチング機、対向配置された電極板(電極対)に交流を印加するとともにその間にアルミニウム箔を通して交流エッチングを行うエッチング機に本発明を適用してもよい。
また、エッチング機では、アルミニウム箔の走行方向に沿って電極対が複数配置されることが多いが、これらの電極対のうちの一部のみに本発明に係る電極構造を採用してもよい。この場合、少なくとも、アルミニウム箔の走行方向における上流側(入側)に位置する電極対に本発明に係る電極構造を採用することが好ましい。
さらに、上記形態では、電極対の長さ方向(深さ方向)の全体に、本発明に係る電極構造を採用した例を説明したが、電極対の長さ方向(深さ方向)の一部に本発明に係る電極構造を採用してもよい。この場合も、少なくとも、電極対の長さ方向(深さ方向)の上流側に本発明に係る電極構造を採用することが好ましい。
[実施例1〜4]
以下、実施例に基づいて、本発明をより詳細に説明する。本例では、エッチング箔3のエッチング条件などは周知の条件を採用する。すなわち、アルミニウム箔3として、市販のアルミニウム純度99.99%以上、厚さ104μm、幅500mmのアルミニウム原箔を用いる。
また、一次エッチング槽4には、温度が80℃、5wt%塩酸+20wt%硫酸混合液からなるエッチング液を貯留させ、4000Aで、20クーロン/cm2の電解処理を行う。
二次エッチング槽8には、温度が80℃、5wt%の硝酸溶液を貯留させ、一次エッチング槽4でエッチングされたアルミニウム箔3に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、溶解量が5mg/cm2となるように調整した。
本形態において、電極板6としては、図3によるものを用い、その有効幅寸法L3が500mm、厚さ寸法が100mmの導電性電極を使用し、最小電極間距離L1を120mmとした。
さらに、電極板6については図3に示すテーパ部61からなる加工部を形成し、それにより、アルミニウム箔と対向する部分の幅方向における最小電極間距離L1に対する最大電極間距離L2の比(L2/L1)、および加工部の幅寸法L4の電極板6においてアルミニウム箔3と対向する部分の有効幅寸法L3の比(L4/L3)を表1に示すように設定した。なお、表1において、(L2/L1)が1.00、(L4/L3)が「−」で示す従来例とは、図5に示す電極板6の例である。
Figure 0004541267
このように構成したエッチング機によりエッチング箔を製造した後、エッチング箔の有効幅を480mmとし、幅方向において等間隔に12点打ち抜いたものを化成評価用試料とした。その際の化成条件は、EIAJ RC―2364(1992)に従って、250Vで化成を行い、幅方向の容量を測定した。そのときの容量バラツキの算出結果を表1に示す。
表1から分かるように、最大電極間距離L2に対する最小電極間距離L1の比(L2/L1)を1.25〜1.70倍(L4/L3:10〜30%)に設定した実施例1〜4では、従来例より高容量で、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。
但し、L2/L1が1.13倍(L4/L3:5%)の比較例1では、容量アップおよび容量バラツキ抑制効果が充分ではない。また、L2/L1が1.80倍(L4/L3:40%)の比較例2は、容量が低下している。よって、最大電極間距離L2に対する最小電極間距離L2の比は1.25〜1.70倍の範囲であることが好ましい。また、アルミニウム箔3をエッチングする有効幅寸法L3に対する加工部の幅寸法L4の比は10〜30%の範囲であることが好ましい。
[実施例5、6]
実施例1〜4では、電極板6としては、図3を参照したものを用いたが、実施例5、6では、図4に示す段差部62からなる加工部を形成し、それにより、アルミニウム箔と対向する部分の幅方向における最小電極間距離L1に対する最大電極間距離L2の比(L2/L1)、および加工部の幅寸法L4の電極板6においてアルミニウム箔3と対向する部分の有効幅寸法L3の比(L4/L3)を表2に示すように設定した。なお、表2においても、(L2/L1)が1.00、(L4/L3)が「−」で示す従来例とは、図5に示す電極板6の例である。また、エッチング条件や容量バラツキの求め方については、実施例1〜4と同様である。
Figure 0004541267
表2から分かるように、最大電極間距離L2に対する最小電極間距離L1の比(L2/L1)を1.25倍(L4/L3:30%)に設定した実施例5、および最大電極間距離L2に対する最小電極間距離L1の比(L2/L1)を1.70倍(L4/L3:10%)に設定した実施例6では、従来例より高容量で、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。
エッチング機の基本的な構成を模式的に示す説明図である。 図1に示す一次エッチング槽の縦断面図である。 本発明の実施の形態1に係る電極対の構成を示す横断面図である。 本発明の実施の形態2に係る電極対の構成を示す横断面図である。 従来の電極対の構成を示す横断面図である。
符号の説明
1 巻き出しロール
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 電極板
7 二次エッチング槽
8 乾燥炉
9 巻き取りロール
61 テーパ部(加工部)
62 段差部(加工部)

Claims (5)

  1. エッチング液中で対向配置された電極板からなる電極対を有し、アルミニウム箔が前記電極対の間を通過する際に電解エッチングされる電解コンデンサ用エッチング箔の製造装置において、
    前記電極対は各々、前記アルミニウム箔と対向する部分のうち、幅方向の両端部での電極間距離が幅方向において最大となる加工部を備え、
    前記加工部の最大電極間距離が前記アルミニウム箔と対向する部分の幅方向における最小電極間距離の1.25〜1.70倍であり、かつ当該加工部の幅寸法が、前記電極対において前記アルミニウム箔と対向する有効幅寸法の10〜30%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。
  2. 請求項1において、前記加工部は、前記電極対の各々に形成されたテーパ部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。
  3. 請求項において、前記加工部は、前記対をなす電極板の各々に形成された段差部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。
  4. 請求項1〜5のいずれかにおいて、前記電極対で対向する電極面の形状は、前記アルミニウム箔の幅方向の中央を中心とする左右対称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。
  5. 請求項1〜6のいずれかに規定する電解コンデンサ用エッチング箔の製造装置によって製造されたことを特徴とする電解コンデンサ用エッチング箔。
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