JP4695966B2 - 電解コンデンサ用アルミニウム電極箔の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は電解コンデンサ用アルミニウム電極箔およびその製造方法に関するものである。
近年、電子機器の小形化、高信頼性化に伴い、アルミニウム電解コンデンサに対するユーザーからのニーズも小形化が強く要望されており、そのためにアルミニウム電解コンデンサに用いられる電極箔も、従来以上に高い静電容量が要求されている。
一般的なアルミニウム電解コンデンサは、アルミニウム箔をエッチングによって、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、該コンデンサ素子に駆動用電解液を含浸し、金属ケース内に収納し封止することにより構成されている。
この種のアルミニウム電解コンデンサにおいて、その静電容量を高めるか、または小形化を図るためには、陽極箔の表面積を拡大し、単位面積当たりの静電容量を高めることが必要不可欠になっており、陽極箔の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。
上記陽極箔のエッチング方法は、硫酸、硝酸、リン酸、シュウ酸等を添加した塩酸水溶液中で化学的または電気化学的に行われている。
中高圧用に使用される陽極箔のエッチング方法は、基本的にはメインピットを形成する前段エッチング工程と、このメインピットをアルミニウム電解コンデンサの使用電圧に適した径まで拡大する後段エッチング工程とからなる方法であり、いかに数多くのメインピットを形成して、効率よく拡大させるかが重要なポイントとなっている。
中高圧用に使用される陽極箔のエッチング方法は、基本的にはメインピットを形成する前段エッチング工程と、このメインピットをアルミニウム電解コンデンサの使用電圧に適した径まで拡大する後段エッチング工程とからなる方法であり、いかに数多くのメインピットを形成して、効率よく拡大させるかが重要なポイントとなっている。
ここで、「貫通タイプ」と呼ばれる電解コンデンサ用アルミニウム電極箔では、アルミニウム箔を貫通するトンネル状のピットが箔面に垂直方向に形成されている。貫通ピットが大多数を占めている「貫通タイプ」では、表面積の拡大は大きくなるが、折り曲げ強度が低いのでコンデンサ素子としての電極箔の巻取り時に箔切れが生ずるという問題がある。
一方、アルミニウム箔の中心部近傍に、厚さの５〜２０％程度、ピットの存在しない「芯」部分を残したいわゆる「芯残りタイプ」は、貫通ピットがないため機械的強度は高いが、表面積の拡大が「貫通タイプ」より少なくなり、静電容量を増加させることができない。
上記の関係を考慮して、表面積を拡大しながら箔の機械的強度を維持するために、貫通ピットと非貫通ピットを併用した電解コンデンサ用アルミニウム電極箔が提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
特開平８−２６４３９１号公報
永田伊佐也著、「電解液陰極アルミニウム電解コンデンサ」、日本蓄電器工業株式会社、平成９年２月２４日、第２版第１刷、Ｐ２２９−２３６
一方、アルミニウム箔の中心部近傍に、厚さの５〜２０％程度、ピットの存在しない「芯」部分を残したいわゆる「芯残りタイプ」は、貫通ピットがないため機械的強度は高いが、表面積の拡大が「貫通タイプ」より少なくなり、静電容量を増加させることができない。
上記の関係を考慮して、表面積を拡大しながら箔の機械的強度を維持するために、貫通ピットと非貫通ピットを併用した電解コンデンサ用アルミニウム電極箔が提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
しかしながら、上記した従来の電解コンデンサ用アルミニウム電極箔の製造方法では、アルミニウム箔をエッチング処理するに際し、第１、第２工程の電流密度、貫通ピットと非貫通ピットとの発生数の割合が適正に設定されていなかったため、電気量が増えると、箔表面の目減り（脱落）が起こり、静電容量および機械的強度を十分向上させ得るものではなかった。
本発明は、上記の問題を解決することを目的とするものである。
本発明は、上記の問題を解決することを目的とするものである。
本発明は上記課題を解決するもので、エッチング処理により製造される電解コンデンサ用アルミニウム電極箔の製造方法において、
貫通ピットを形成する第１工程と、
非貫通ピットを形成する第２工程と、
第１および第２工程で形成したピットを拡大する第３工程とを有し、
上記の第１工程が、少なくとも塩素イオンを含有する水溶液中で、電流密度３０〜４０ｍＡ／ｃｍ ２ の電流を印加する工程であり、
上記の第２工程が、少なくとも硫酸イオンと塩素イオンとを含有する水溶液中で、電流密度１００〜１５０ｍＡ／ｃｍ ２ の電流を印加する工程であり、
上記の貫通ピットと非貫通ピットの発生数の割合が２５：７５〜３５：６５であることを特徴とする電解コンデンサ用アルミニウム電極箔の製造方法である。
貫通ピットを形成する第１工程と、
非貫通ピットを形成する第２工程と、
第１および第２工程で形成したピットを拡大する第３工程とを有し、
上記の第１工程が、少なくとも塩素イオンを含有する水溶液中で、電流密度３０〜４０ｍＡ／ｃｍ ２ の電流を印加する工程であり、
上記の第２工程が、少なくとも硫酸イオンと塩素イオンとを含有する水溶液中で、電流密度１００〜１５０ｍＡ／ｃｍ ２ の電流を印加する工程であり、
上記の貫通ピットと非貫通ピットの発生数の割合が２５：７５〜３５：６５であることを特徴とする電解コンデンサ用アルミニウム電極箔の製造方法である。
さらに、上記の第１工程で使用する水溶液の液温が６０〜８５℃であり、第２工程で使用する水溶液の液温が６０〜８５℃であることを特徴とする電解コンデンサ用アルミニウム電極箔の製造方法である。
アルミニウム箔を用い、エッチング処理を、「第１工程：塩素イオンを主成分とする水溶液中で、電流密度３０〜４０ｍＡ／ｃｍ２の直流電流を印加して貫通ピットを形成する工程、第２工程：硫酸イオンと塩素イオンとを主成分とする水溶液中で電流密度１００〜１５０ｍＡ／ｃｍ２の直流電流を印加して非貫通ピットを形成する工程、第３工程：第１および第２工程で設けたピットの径を拡大する工程」で行い、貫通ピットと非貫通ピットの発生数の割合を２５：７５〜３５：６５とすることにより、電気量が増えた場合でも、箔表面の目減り（脱落）が少なく、静電容量を向上させることができ、また、機械的強度をも向上させ得るアルミニウム電極箔を提供することができる。
以下、本願発明の実施例について詳述する。
［実施例１〜３、比較例１、２］ピット発生数割合［％］の比較
純度９９．９８％、厚さ１８０μｍのアルミニウム箔を用い、第１工程として、液温を７０℃とし、塩素イオンの濃度１５ｇ／Ｌとするエッチング液中に上記アルミニウム箔を浸漬し、電流密度３５ｍＡ／ｃｍ２の直流電流を印加し、電気量８〜１６Ｃ／ｃｍ２としてエッチングを行い、貫通ピットを形成した。
次に、第２工程として液温を７０℃とし、硫酸イオンの濃度６０ｇ／Ｌ、塩素イオンの濃度１５ｇ／Ｌとするエッチング液中に浸漬し、電流密度１２０ｍＡ／ｃｍ２の直流電流を印加し、電気量２４〜３２Ｃ／ｃｍ２としてエッチングを行い、非貫通ピットを形成した。
第１工程と第２工程で、貫通ピットと非貫通ピットの発生数の割合を２０：８０〜４０：６０にするため、上記電気量を、第１工程と第２工程で、当該比率に分けた。
すなわち、比較例１（２０：８０）では、８Ｃ／ｃｍ２：３２Ｃ／ｃｍ２とし、
実施例１（２５：７５）では、１０Ｃ／ｃｍ２：３０Ｃ／ｃｍ２、実施例２（３０：７０）では、１２Ｃ／ｃｍ２：２８Ｃ／ｃｍ２、実施例３（３５：６５）では、１４Ｃ／ｃｍ２：２６Ｃ／ｃｍ２、比較例２（４０：６０）では、１６Ｃ／ｃｍ２：２４Ｃ／ｃｍ２とした。
次に、第３工程として液温８５℃の塩素イオン濃度１３ｇ／Ｌに１５分間浸漬し、貫通ピットおよび非貫通ピットの径の拡大を行い、電極箔を作製した。
純度９９．９８％、厚さ１８０μｍのアルミニウム箔を用い、第１工程として、液温を７０℃とし、塩素イオンの濃度１５ｇ／Ｌとするエッチング液中に上記アルミニウム箔を浸漬し、電流密度３５ｍＡ／ｃｍ２の直流電流を印加し、電気量８〜１６Ｃ／ｃｍ２としてエッチングを行い、貫通ピットを形成した。
次に、第２工程として液温を７０℃とし、硫酸イオンの濃度６０ｇ／Ｌ、塩素イオンの濃度１５ｇ／Ｌとするエッチング液中に浸漬し、電流密度１２０ｍＡ／ｃｍ２の直流電流を印加し、電気量２４〜３２Ｃ／ｃｍ２としてエッチングを行い、非貫通ピットを形成した。
第１工程と第２工程で、貫通ピットと非貫通ピットの発生数の割合を２０：８０〜４０：６０にするため、上記電気量を、第１工程と第２工程で、当該比率に分けた。
すなわち、比較例１（２０：８０）では、８Ｃ／ｃｍ２：３２Ｃ／ｃｍ２とし、
実施例１（２５：７５）では、１０Ｃ／ｃｍ２：３０Ｃ／ｃｍ２、実施例２（３０：７０）では、１２Ｃ／ｃｍ２：２８Ｃ／ｃｍ２、実施例３（３５：６５）では、１４Ｃ／ｃｍ２：２６Ｃ／ｃｍ２、比較例２（４０：６０）では、１６Ｃ／ｃｍ２：２４Ｃ／ｃｍ２とした。
次に、第３工程として液温８５℃の塩素イオン濃度１３ｇ／Ｌに１５分間浸漬し、貫通ピットおよび非貫通ピットの径の拡大を行い、電極箔を作製した。
［実施例４、２、５、比較例３、４］第１工程電流密度［ｍＡ／ｃｍ２］の比較
実施例１と同様のアルミニウム箔を用い、第１工程の電流密度を２５〜４５ｍＡ／ｃｍ２とした以外は、実施例１と同様にしてエッチングを行い、電極箔を作製した。
実施例１と同様のアルミニウム箔を用い、第１工程の電流密度を２５〜４５ｍＡ／ｃｍ２とした以外は、実施例１と同様にしてエッチングを行い、電極箔を作製した。
［実施例６、２、７、比較例５、６］第２工程電流密度［ｍＡ／ｃｍ２］の比較
実施例１と同様のアルミニウム箔を用い、第２工程の電流密度を９０〜１６０ｍＡ／ｃｍ２とした以外は、実施例１と同様にしてエッチングを行い、電極箔を作製した。
実施例１と同様のアルミニウム箔を用い、第２工程の電流密度を９０〜１６０ｍＡ／ｃｍ２とした以外は、実施例１と同様にしてエッチングを行い、電極箔を作製した。
［実施例８、２、９、比較例７、８］第１工程エッチング液温［℃］の比較
実施例１と同様のアルミニウム箔を用い、第１工程のエッチング液温を５５〜９０℃とした以外は、実施例１と同様にしてエッチングを行い、電極箔を作製した。
実施例１と同様のアルミニウム箔を用い、第１工程のエッチング液温を５５〜９０℃とした以外は、実施例１と同様にしてエッチングを行い、電極箔を作製した。
［実施例１０、２、１１、比較例９、１０］第２工程エッチング液温［℃］の比較
実施例１と同様のアルミニウム箔を用い、第２工程のエッチング液温を５５〜９０℃とした以外は、実施例１と同様にしてエッチングを行い、電極箔を作製した。
実施例１と同様のアルミニウム箔を用い、第２工程のエッチング液温を５５〜９０℃とした以外は、実施例１と同様にしてエッチングを行い、電極箔を作製した。
（従来例１〜３）
実施例１と同様のアルミニウム箔を用い、第１工程は行わず、第２工程でのエッチング液温を６０〜８５℃とし、電流密度１２０ｍＡ／ｃｍ２の直流電流を印加し、電気量３２Ｃ／ｃｍ２としてエッチングを行い、非貫通ピットを形成した電極箔を作製した。
実施例１と同様のアルミニウム箔を用い、第１工程は行わず、第２工程でのエッチング液温を６０〜８５℃とし、電流密度１２０ｍＡ／ｃｍ２の直流電流を印加し、電気量３２Ｃ／ｃｍ２としてエッチングを行い、非貫通ピットを形成した電極箔を作製した。
（従来例４、５）
実施例１と同様のアルミニウム箔を用い、第１の工程でのエッチング液温を７０℃とし、電流密度４０ｍＡ／ｃｍ２、または７０ｍＡ／ｃｍ２の直流電流を印加し、電気量１．２Ｃ／ｃｍ２、または３．６Ｃ／ｃｍ２としてエッチングを行った。
次に、第２の工程でのエッチング液温を７０℃とし、電流密度２５０ｍＡ／ｃｍ２、または３５０ｍＡ／ｃｍ２の直流電流を印加し、電気量１２Ｃ／ｃｍ２、または２４Ｃ／ｃｍ２としてエッチングを行い、電極箔を作製した。
実施例１と同様のアルミニウム箔を用い、第１の工程でのエッチング液温を７０℃とし、電流密度４０ｍＡ／ｃｍ２、または７０ｍＡ／ｃｍ２の直流電流を印加し、電気量１．２Ｃ／ｃｍ２、または３．６Ｃ／ｃｍ２としてエッチングを行った。
次に、第２の工程でのエッチング液温を７０℃とし、電流密度２５０ｍＡ／ｃｍ２、または３５０ｍＡ／ｃｍ２の直流電流を印加し、電気量１２Ｃ／ｃｍ２、または２４Ｃ／ｃｍ２としてエッチングを行い、電極箔を作製した。
（従来例６、４、７）
実施例１と同様のアルミニウム箔を用い、第１の工程でのエッチング液温を６５〜８５℃とし、電流密度４０ｍＡ／ｃｍ２の直流電流を印加し、電気量１．２Ｃ／ｃｍ２としてエッチングを行った。
次に、第２の工程でのエッチング液温を６５〜８５℃とし、電流密度２５０ｍＡ／ｃｍ２の直流電流を印加し、電気量１２Ｃ／ｃｍ２としてエッチングを行い、電極箔を作製した。
実施例１と同様のアルミニウム箔を用い、第１の工程でのエッチング液温を６５〜８５℃とし、電流密度４０ｍＡ／ｃｍ２の直流電流を印加し、電気量１．２Ｃ／ｃｍ２としてエッチングを行った。
次に、第２の工程でのエッチング液温を６５〜８５℃とし、電流密度２５０ｍＡ／ｃｍ２の直流電流を印加し、電気量１２Ｃ／ｃｍ２としてエッチングを行い、電極箔を作製した。
上記した実施例１〜１２、比較例１〜１０、従来例１〜８のエッチングされた電極箔について、液温９０℃、濃度８％のホウ酸水溶液中で２５０Ｖ化成を行い、それらの電極箔について静電容量と折曲げ強度（φ１．０ｍｍ、５０ｇ荷重、折曲げ角度９０°の条件下で１往復を１回とする）を測定した。その結果を表１に示す。
［貫通ピット／非貫通ピットの比率の比較］
表１より明らかなように、貫通ピット／非貫通ピットの比率は、２５：７５〜３５：６５の範囲が適当である（実施例１〜３）。上記範囲では、静電容量が改善され、かつ、折り曲げ強度も従来例２と同等である。２０：８０では静電容量が改善されず（比較例１）、４０：６０では折り曲げ強度の低下が著しい（比較例２）。
表１より明らかなように、貫通ピット／非貫通ピットの比率は、２５：７５〜３５：６５の範囲が適当である（実施例１〜３）。上記範囲では、静電容量が改善され、かつ、折り曲げ強度も従来例２と同等である。２０：８０では静電容量が改善されず（比較例１）、４０：６０では折り曲げ強度の低下が著しい（比較例２）。
［第１工程の電流密度の比較］
表１より明らかなように、第１工程の電流密度は３０〜４０ｍＡ／ｃｍ２の範囲が適当である（実施例４、２、５）。上記範囲では、静電容量が改善され、かつ、折り曲げ強度も従来例２と同等である。２５ｍＡ／ｃｍ２では、ピットの発生数が少なく（比較例３）、４５ｍＡ／ｃｍ２ではピットが貫通しない（比較例４）ので、好ましくない。
表１より明らかなように、第１工程の電流密度は３０〜４０ｍＡ／ｃｍ２の範囲が適当である（実施例４、２、５）。上記範囲では、静電容量が改善され、かつ、折り曲げ強度も従来例２と同等である。２５ｍＡ／ｃｍ２では、ピットの発生数が少なく（比較例３）、４５ｍＡ／ｃｍ２ではピットが貫通しない（比較例４）ので、好ましくない。
［第２工程の電流密度の比較］
表１より明らかなように、第２工程の電流密度は１００〜１５０ｍＡ／ｃｍ２の範囲が適当である（実施例６、２、７）。上記範囲では、静電容量が改善され、かつ、折り曲げ強度も従来例２と同等である。９０ｍＡ／ｃｍ２では、ピットが貫通してしまい、折り曲げ強度が弱くなる（比較例５）。１６０ｍＡ／ｃｍ２では、ピットの形成と同時に箔表面の溶解が進んで、表面積が減少するので、好ましくない（比較例６）。
表１より明らかなように、第２工程の電流密度は１００〜１５０ｍＡ／ｃｍ２の範囲が適当である（実施例６、２、７）。上記範囲では、静電容量が改善され、かつ、折り曲げ強度も従来例２と同等である。９０ｍＡ／ｃｍ２では、ピットが貫通してしまい、折り曲げ強度が弱くなる（比較例５）。１６０ｍＡ／ｃｍ２では、ピットの形成と同時に箔表面の溶解が進んで、表面積が減少するので、好ましくない（比較例６）。
［第１工程のエッチング液温の比較］
表１より明らかなように、第１工程のエッチングの液温は６０〜８５℃の範囲が適当である（実施例８、２、９）。上記範囲では、静電容量が改善され、かつ、折り曲げ強度も従来例２と同等である。９０℃では、貫通ピット数が過剰となり、折り曲げ強度が弱くなる（比較例８）。５５℃では、貫通ピット数が不足するため、静電容量が低下する（比較例７）。
表１より明らかなように、第１工程のエッチングの液温は６０〜８５℃の範囲が適当である（実施例８、２、９）。上記範囲では、静電容量が改善され、かつ、折り曲げ強度も従来例２と同等である。９０℃では、貫通ピット数が過剰となり、折り曲げ強度が弱くなる（比較例８）。５５℃では、貫通ピット数が不足するため、静電容量が低下する（比較例７）。
［第２工程のエッチング液温の比較］
表１より明らかなように、第２工程のエッチングの液温は６０〜８５℃の範囲が適当である（実施例１０、２、１１）。上記範囲では、静電容量が改善され、かつ、折り曲げ強度も従来例２と同等である。９０℃では、貫通ピットが溶解するため、静電容量が低下し、折り曲げ強度も弱くなる（比較例１０）。５５℃では、ピットの長さが短くなり、静電容量が低下する（比較例９）。
表１より明らかなように、第２工程のエッチングの液温は６０〜８５℃の範囲が適当である（実施例１０、２、１１）。上記範囲では、静電容量が改善され、かつ、折り曲げ強度も従来例２と同等である。９０℃では、貫通ピットが溶解するため、静電容量が低下し、折り曲げ強度も弱くなる（比較例１０）。５５℃では、ピットの長さが短くなり、静電容量が低下する（比較例９）。
また、第１工程のエッチングは行わず、第２工程のエッチングのみを行った従来例１〜３では、静電容量を十分に改善することができなかった。
さらに、第１工程の電流密度を４０ｍＡ／ｃｍ２、第２工程の電流密度を２５０ｍＡ／ｃｍ２とし、エッチング液温を変えた従来例４、６、７では、第２工程の電流密度が大きくなり過ぎ、ピットの形成と同時に箔表面の溶解が進んで、表面積が低下するので、静電容量を十分に改善させることができなかった。
そして、第１工程の電流密度を７０ｍＡ／ｃｍ２、第２工程の電流密度を３５０ｍＡ／ｃｍ２とし、第１および第２工程のエッチング液温を７０℃とした従来例５は、第１および第２工程の電流密度が大きくなり過ぎ、第１工程ではピットが貫通せず、第２工程ではピットの形成と同時に箔表面の溶解が進んで、表面積が低下するので、静電容量を十分に改善させることができなかった。
さらに、第１工程の電流密度を４０ｍＡ／ｃｍ２、第２工程の電流密度を２５０ｍＡ／ｃｍ２とし、エッチング液温を変えた従来例４、６、７では、第２工程の電流密度が大きくなり過ぎ、ピットの形成と同時に箔表面の溶解が進んで、表面積が低下するので、静電容量を十分に改善させることができなかった。
そして、第１工程の電流密度を７０ｍＡ／ｃｍ２、第２工程の電流密度を３５０ｍＡ／ｃｍ２とし、第１および第２工程のエッチング液温を７０℃とした従来例５は、第１および第２工程の電流密度が大きくなり過ぎ、第１工程ではピットが貫通せず、第２工程ではピットの形成と同時に箔表面の溶解が進んで、表面積が低下するので、静電容量を十分に改善させることができなかった。
なお、上記実施例では、直流電流を印加してエッチングを行ったが、これに限定されるものではなく、脈流を用いてエッチングを行うこともできる。
Claims (2)
- エッチング処理により製造される電解コンデンサ用アルミニウム電極箔の製造方法において、
貫通ピットを形成する第１工程と、
非貫通ピットを形成する第２工程と、
第１および第２工程で形成したピットを拡大する第３工程とを有し、
上記の第１工程が、少なくとも塩素イオンを含有する水溶液中で、電流密度３０〜４０ｍＡ／ｃｍ ２ の電流を印加する工程であり、
上記の第２工程が、少なくとも硫酸イオンと塩素イオンとを含有する水溶液中で、電流密度１００〜１５０ｍＡ／ｃｍ ２ の電流を印加する工程であり、
上記の貫通ピットと非貫通ピットの発生数の割合が２５：７５〜３５：６５であることを特徴とする電解コンデンサ用アルミニウム電極箔の製造方法。 - 上記の第１工程で使用する水溶液の液温が６０〜８５℃であり、第２工程で使用する水溶液の液温が６０〜８５℃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電極箔の製造方法。
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