JP4671218B2 - 電解コンデンサ用アルミニウム箔の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電解コンデンサ用アルミニウム箔の製造方法に関するものであり、特に陽極用のアルミニウム箔に好適な製造方法である。

一般に電解コンデンサ用アルミニウム箔の製造では、純度９９．９％以上の純アルミニウムを熱間、冷間圧延して１００μｍ程度の厚さのアルミニウム箔とし、これを最終焼鈍し、さらに表面の粗面化処理、陽極酸化を行っている。前記粗面化処理は、アルミニウム箔の表面積を増やし、静電容量を高めることを目的としており、一般に塩酸を主成分とした電解液でエッチング処理をして多くのピットを形成させている。このような粗面化処理により表面積を大きくとるほど単位面積当たりの静電容量を大きくすることができ、コンデンサの電極に用いるアルミニウム箔の量が低減され、小型化、及び省資源とすることができる。このように粗面化処理はコンデンサの性能に大きく関わるため、メーカによる種々の研究がなされている。

例えば、粗面化の拡大率すなわち粗面化率が高度に得られるアルミニウム箔を提供することを目的として、最終焼鈍における雰囲気を従来の真空下または不活性ガス雰囲気から還元性雰囲気に変えて前記粗面化率を改善する方法を提案している（特許文献１参照）。この方法によれば、粗面化処理に先立ってアルミニウム箔に形成される酸化皮膜が適切な厚さになり、酸化皮膜の結晶化率（酸化皮膜中の結晶質皮膜の占有割合）が調整され、よって、粗面化処理に際し均一なピットが多数形成されて粗面化率が向上することが期待される。

上記特許文献１では、焼鈍炉内に微量の含酸素含有物が存在していると、アルミニウム箔表面の酸化皮膜を成長させて粗面化に悪影響を与えることを前提としてなされたものである。すなわち、焼鈍炉内で真空排気することで含酸素含有物を除去して酸化皮膜の成長を抑制するというものである。

特開平８−２２２４８８号公報

ところで、電解コンデンサ用アルミニウム箔には、巻取品のように重ねあわされたアルミニウム箔とアルミニウム箔の間に、酸素、水分などの酸化性ガスや、洗浄で除去しきれなかった圧延油の残留分などが存在する。これらの酸化性ガスや残留油分は、最終焼鈍時にアルミニウム箔表面の酸化皮膜を厚く成長させたり、炭化物として残留したりするため、その後の粗面化率を阻害する。
しかし、前記特許文献１で示す方法では、前記巻取品の重ね合わせ部、特に幅方向中央部に残留する酸化性ガスや油分が十分に除去されないという問題がある。また、真空排気の際の到達真空度を高めたり、真空排気時間を延長したりする方法も考えられるが、真空度を高めるためには高性能の排気ポンプや炉の密閉性を高める必要がある。よって、生産性において設備費や製造時間でのコストに負担がかかり、現実的ではない。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、アルミニウム箔表面に付着した酸化性ガスや油分を確実に除去して、最終焼鈍時におけるアルミニウム箔の酸化皮膜厚を適切に制御し、粗面化処理に際し、高い粗面化率を得ることができる電解コンデンサ用アルミニウム箔の製造方法を提供することを目的とする。

すなわち本発明の電解コンデンサ用アルミニウム箔の製造方法のうち、請求項１記載の発明は、粗面化処理に先立って最終焼鈍を焼鈍炉内で行う電解コンデンサ用アルミニウム箔の製造方法であって、前記焼鈍炉内を加熱昇温する前に、焼鈍炉内雰囲気ガスを真空排気して１００Ｐａ以下の圧力とする排気処理工程と、前記排気処理工程後に前記焼鈍炉内へ不活性ガスを導入して１０ｋＰａ以上の圧力にする復圧処理工程とを２回以上繰り返して行い、その後、前記焼鈍炉内に、焼鈍雰囲気ガスとして不活性ガスと還元性ガスの一方または両方を導入し、該焼鈍雰囲気ガスの導入終了後または該焼鈍雰囲気ガスを導入しつつ前記焼鈍炉内を加熱昇温させて焼鈍を行うことを特徴とする。

請求項２記載の電解コンデンサ用アルミニウム箔の製造方法の発明は、請求項１記載の発明において、最後の排気処理における圧力が２０Ｐａ以下であることを特徴とする。

請求項３記載の電解コンデンサ用アルミニウム箔の製造方法の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記不活性ガスが、純度９９．９％以上の窒素ガスまたはアルゴンガスであることを特徴とする。

請求項４記載の電解コンデンサ用アルミニウム箔の製造方法の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記還元性ガスが、純度９９．９％以上の水素ガスであることを特徴とする。

本発明によれば、焼鈍炉内雰囲気ガスを真空排気して１００Ｐａ以下の圧力とする排気処理工程により、炉内の含酸素含有物などが効果的に除去される。ただし、この排気処理のみによっては、巻取品の重ね合わせ部に残留する酸化性ガスや油分が十分に除去されない。その後、不活性ガスを焼鈍炉内に導入すると、該不活性ガスは、巻取品の減圧された重ね合わせ部内に進入し、一部の残留ガスや油分を重ね合わせ部から押し出す。さらに引き続き減圧を行うと、押し出された残留ガスなどが除去されるとともに、不活性ガス分子の移動に伴って重ね合わせ部に残留したままの酸化性ガスや油分も取り出され、排気に伴って炉外に排出されて残留ガスなどの除去作用が大幅に向上する。上記減圧・復圧を繰り返すことで残留ガスなどが効果的に除去される。最終焼鈍が不活性ガスと還元性ガスの一方または両方の雰囲気中で行われることで、酸化皮膜の成長が抑制された状態になり、後の粗面化処理において良好な粗面化率が得られる。

なお、真空排気時の圧力は１００Ｐａ以下の圧力とする。１００Ｐａより高い圧力で真空排気を終了した場合、酸化ガスや残留油分の除去が不十分となる。また、その圧力は、５０Ｐａ以下が望ましく、２０Ｐａ以下ならさらに良好な効果が期待できる。
また、最後の排気処理における圧力は、上記効果をより有効に得るために２０Ｐａ以下とするのが望ましい。

真空排気後の不活性ガス導入時の圧力は１０ｋＰａ以上とする。１０ｋＰａ未満では巻き取り品の内部にまで不活性ガスが十分に進入しない。この圧力は１００ｋＰａ以上であるのがさらに望ましい。

真空排気処理工程と不活性ガス雰囲気に復圧する工程とを繰り返す回数は、２〜４回が望ましい。この繰り返し工程がなく、大気からの排気と復圧のみであると、油分等の除去が十分になされない。また、５回以上繰り返しても、油分等の除去がそれ以上顕著に進まない。

上記最終焼鈍において、昇温前または昇温中に導入されるガスは、不活性ガスであっても還元性ガスであってもよく、さらに不活性ガスと還元性ガスとの混合ガスであってもよい。不活性ガスとしては、純度９９．９％以上の窒素ガスまたはアルゴンガスが望ましく、前記還元性ガスとしては、純度９９．９％以上の水素ガスが望ましい。

また、本発明に用いられるアルミニウム箔の組成は特に制限されないが、通常は純度９９％〜９９．９９％以上の純アルミニウム系やＪＩＳ Ａ３００３等の電解コンデンサ用アルミニウム箔が用いられる。なかでも、純度９９．９％以上、さらに９９．９６％以上のものが望ましく、その製造に際し、鋳造、圧延については通常のアルミニウム箔と同様の工程を採用することができ、最終厚みに至るまでの製造方法は特に限定されるものではないことはもちろんであるが、通常は０．１ｍｍ程度の厚さを最終厚みとしている。

以上説明したように、本発明の電解コンデンサ用アルミニウム箔の製造方法によれば、粗面化処理に先立って最終焼鈍を焼鈍炉内で行う電解コンデンサ用アルミニウム箔の製造方法であって、焼鈍炉内雰囲気ガスを真空排気して１００Ｐａ以下の圧力とする排気処理工程と、前記排気処理工程後に前記焼鈍炉内へ不活性ガスを導入して１０ｋＰａ以上の圧力にする復圧処理工程とを２回以上繰り返して行い、その後、前記焼鈍炉内に、焼鈍雰囲気ガスとして不活性ガスと還元性ガスの一方または両方を導入し、前記焼鈍炉内を加熱昇温させて焼鈍を行うので、残留含酸素成分や油分を巻取品の内部に至るまで確実に取り除くことができ、粗面化処理に先立ってアルミニウム箔に形成される酸化皮膜を適切な厚さに調整することができる。よって、粗面化処理に際し均一なピットが多数形成されて高い粗面化率が得られ、単位面積当たりの静電容量に優れる電解コンデンサを製造することができる。

（実施形態１）
以下に本発明の一実施形態について説明する。
純度が９９．９％以上（例えば９９．９９％以上）のアルミニウムを常法により鋳造、圧延し、通常は０．１ｍｍ程度の厚さのを最終厚みとしてアルミニウム箔を得る。前記アルミニウム箔は最終焼鈍を焼鈍炉で行う。
焼鈍に際しては、焼鈍炉内から大気を排気して１００Ｐａ以下、好適には５０Ｐａ以下の圧力に減圧する（排気処理工程）。その後、焼鈍炉内に純度９９．９％以上の窒素ガスまたはアルゴンガスなどからなる不活性ガスを導入して炉内圧力を１０ｋＰａ以上、好適には１００ｋＰａ以上に昇圧する（復圧処理工程）。
上記真空排気と不活性ガスの導入工程を２回以上繰り返せば、残留した含酸素成分や油分を確実にアルミニウム箔表面から除去することができる。

上記排気処理と復圧処理とを２回以上繰り返した後、不活性ガスと還元性ガスの一方または両方を焼鈍雰囲気ガスとして焼鈍炉内に導入する。焼鈍雰囲気圧力は本発明としては特定のものに限定されないが、外部からの大気の侵入を防止するため、大気圧（１０１ｋＰａ）以上であることが望ましい。さらに望ましい範囲は１０５ｋＰａ以上である。
上記焼鈍雰囲気ガスによって焼鈍中の酸化皮膜の成長が抑制され、アルミニウム箔表面に適切な厚さの酸化皮膜が形成される。
最終焼鈍に際しては、炉内を昇温させて所定の温度にまで加熱する。この昇温は、上記した焼鈍雰囲気ガスの導入終了後に行ってもよく、雰囲気ガスの導入とともに行うものであっても良い。

なお、最終焼鈍における温度は通常、実体温度で、交流電解エッチングに用いられる陰極用及び低圧陽極用が２８０℃〜４００℃、直流電解エッチングに用いられる中高圧陽極用が５００℃〜６００℃程度である。また最終焼鈍における保持時間は通常、１ｈ〜１０ｈ程度である。さらに最終焼鈍における昇温速度、冷却速度は通常、１０℃／ｈ〜２００℃／ｈ程度である。

以下に、本発明の一実施例を説明する。常法により純度９９．９９％のアルミニウムを鋳造し、均質化処理、面削、熱間圧延、冷間圧延の過程を経てスリットを施し、厚さ１１０μｍのアルミニウム箔を得た。
前記アルミニウム箔に対し、表１に示すように条件の異なる真空排気処理工程と復圧処理工程とを組み合わせてそれぞれ最終焼鈍を行った。また、２回以上の排気処理工程と復圧処理工程の条件を満たさない従来例と比較例について、最終焼鈍を行った。

最終焼鈍では、昇温速度を約１００℃／ｈとし、実体保持温度を５６０℃、保持時間を約６時間とした。昇温開始後、所定温度での保持終了までは焼鈍雰囲気ガスを平均２０ｎｍ^３／ｈで導入し、前記ガス雰囲気中の圧力が１０３ｋＰａ〜１１０ｋＰａとなるよう適宜排気した。所定温度での保持終了後、冷却速度を約１００℃／ｈとした冷却工程に移行した。冷却工程では基本的に前記排気を止め、炉内圧力が１０３ｋＰａ〜１１０ｋＰａとなるように前記ガスの流入量を調節した。
冷却工程で実体温度が５０℃以下になってから、焼鈍を行ったアルミニウム箔を大気中に取り出した。なお、炉内に水素ガスが存在する場合には、安全確保のため、炉内を窒素ガスで置換してからアルミニウム箔を取り出した。
得られたアルミニウム箔の幅方向中央部から供試材を採取し、以下の条件で粗面化処理と化成処理を施した後、静電容量を測定した。各測定結果を表２にまとめて示した。

１．粗面化処理条件
（１）第１段エッチング条件（直流電解エッチング）
電解液（混合液）
ＨＣｌ １ｍｏｌ／ｌ
Ｈ_２ＳＯ_４ ３ｍｏｌ／ｌ
温 度 ８０℃
電流密度 ０．５Ａ／ｃｍ^２
通電時間 ６０秒
（２）第２段エッチング条件（化学エッチング）
エッチング液 ３０％ＨＮＯ_３水溶液
温 度 ７５℃
時 間 ２４０秒

２．化成処理条件
ＥＩＡＪ規格により化成電圧３５０Ｖｆで実施。

表２から明らかなように、最終焼鈍で、真空排気と復圧とを２回以上繰り返して行うことにより、アルミニウム箔の静電容量が明らかに増大することがわかる。また、本発明の供試材の中でも真空排気時の到達真空度が高く、復圧圧力が高いと、静電容量の増加が一層顕著になっていた。
これに対し、真空排気と不活性ガスの導入を２回以上繰り返し行わなかったものは、高い静電容量が得られなかった。
また、真空排気時の到達真空度の低い例と復圧圧力が低い例では、真空排気、不活性ガスの導入を繰り返しても僅かに静電容量が高まる程度に留まった。

Claims (4)

1. 粗面化処理に先立って最終焼鈍を焼鈍炉内で行う電解コンデンサ用アルミニウム箔の製造方法であって、前記焼鈍炉内を加熱昇温する前に、焼鈍炉内雰囲気ガスを真空排気して１００Ｐａ以下の圧力とする排気処理工程と、前記排気処理工程後に前記焼鈍炉内へ不活性ガスを導入して１０ｋＰａ以上の圧力にする復圧処理工程とを２回以上繰り返して行い、その後、前記焼鈍炉内に、焼鈍雰囲気ガスとして不活性ガスと還元性ガスの一方または両方を導入し、該焼鈍雰囲気ガスの導入終了後または該焼鈍雰囲気ガスを導入しつつ前記焼鈍炉内を加熱昇温させて焼鈍を行うことを特徴とする電解コンデンサ用アルミニウム箔の製造方法。
2. 最後の排気処理における圧力が２０Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１記載の電解コンデンサ用アルミニウム箔の製造方法。
3. 前記不活性ガスが、純度９９．９％以上の窒素ガスまたはアルゴンガスであることを特徴とする請求項１または２に記載の電解コンデンサ用アルミニウム箔の製造方法。
4. 前記還元性ガスが、純度９９．９％以上の水素ガスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電解コンデンサ用アルミニウム箔の製造方法。
   製造方法。