JP5137631B2

JP5137631B2 - 電解コンデンサ用金属箔の製造方法、及び電解コンデンサ

Info

Publication number: JP5137631B2
Application number: JP2008063081A
Authority: JP
Inventors: 貴行松本
Original assignee: Saga Sanyo Industry Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Saga Sanyo Industry Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2028-03-12
Also published as: JP2009218501A; CN101533718A; CN101533718B

Description

本発明は、電解コンデンサの陽極箔や陰極箔に用いられる金属箔の製造方法、及びその金属箔を用いた電解コンデンサに関する。

現代社会において、テレビやパーソナルコンピュータをはじめとする電化製品や自動車は生活に不可欠なほど普及している。これらの高機能化は電解コンデンサなどの電子部品の高性能化に負うところが大きい。
一般的な電解コンデンサでは、アルミニウム、タンタル、チタンなどの弁作用を有する金属からなる金属箔が電極箔として用いられている。例えば、矩形状の陽極箔と陰極箔とを巻回したコンデンサ素子を形成し、陽極箔と陰極箔との間に駆動用電解液を含浸させた後、ケース内にコンデンサ素子を収納した電解コンデンサや、駆動用電解液の代わりに電気電導度に優れるポリチオフェン、ポリピロールなどからなる固体電解質を用いた固体電解コンデンサなどが製品化されている。

上記のような電解コンデンサ用金属箔の製造方法としては、例えば、まず幅広の帯状金属シートにエッチング処理を行って表面積を拡大し、さらにその表面に陽極酸化処理を行って陽極酸化皮膜を形成した陽極箔用金属シートと、幅広の帯状金属シートにエッチング処理のみを行って表面積を拡大した陰極箔用金属シートとを作製する。そして、スリット工程においてこの幅広の帯状金属シートを切断刃により所定幅に裁断し、さらに切断工程において裁断した金属シートを切断装置により個片に切断して矩形状の金属箔を作製している（例えば、特許文献１）。
特開２００７−１５２４３６号公報

ところで、自動車などは高機能化のために様々な電子部品が搭載される傾向にあり、そのため２５Ｖや３５Ｖの高い定格電圧を有する高耐圧電解コンデンサが求められている。
しかしながら、このような高耐圧電解コンデンサは製造時に短絡不良が発生しやすいという問題がある。これは、高耐圧電解コンデンサの製造に用いられる陽極箔や陰極箔の裁断面に発生したバリやクラックが原因と考えられる。すなわち、上記したように電解コンデンサの陽極箔や陰極箔は、エッチング処理された帯状金属シートを所定幅に裁断するスリット工程を経て作製されるが、高耐圧電解コンデンサ用の陽極箔や陰極箔には、エッチングピットの大きな金属箔を用いる必要がある。そのため、帯状金属シートを裁断した際に裁断面の凹凸が大きくなり、それによってバリやクラックが発生しやすくなる。特に、陽極箔用金属シートは、その表面に硬い陽極酸化皮膜が形成されているため、切断刃による切れ味が低下し、裁断面にバリやクラックが発生しやすい。

この裁断面にバリやクラックが発生した金属箔を用いて電解コンデンサを製造した場合、バリが電極箔間を導通させることにより漏れ電流の増大や短絡が発生したり、クラックの進行によって漏れ電流の増大や容量の低下が起こる。このため、工業的な生産においては上記のような短絡などの問題が発生する不良品が増加し、歩留まりが低下するという問題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、帯状金属シートを切断刃により裁断して電解コンデンサ用金属箔を作製する場合に、裁断面でバリやクラックの発生の少ない金属箔を製造し、もって短絡などの問題が発生する不良品数を低減することを目的とする。

本発明は、エッチング処理された幅広の帯状金属シートを切断刃で所定サイズに裁断するスリット工程を有する電解コンデンサ用金属箔の製造方法であって、前記切断刃と当接する前記帯状金属シートの裁断部が加熱されていることを特徴とする製造方法である。上記製造方法によれば、帯状金属シートの裁断部が加熱されているため、裁断部の金属シートの硬度を低下させることができ、切断刃による裁断性を向上することができる。

上記帯状金属シートの加熱は、前記帯状金属シートへの熱風の送風または前記切断刃の加熱によって行ってもよい。上記製造方法によれば、簡易な方法により裁断部を加熱することができる。

上記裁断部のエッチング部は、溶媒が充填されていることが好ましい。エッチングされた金属シートは、エッチング部が多孔質となっているため、該エッチング部に溶媒が充填されれば、金属シートに腰を持たせることができる。

上記製造方法において、前記切断刃と前記切断刃と対向配置された切断刃受け部材との間で金属シートを裁断するようにしてもよい。切断刃受け部材を使用することにより帯状金属シートの安定な走行が得られる。また、溶媒が裁断部のエッチング部に充填された帯状金属シートを裁断する場合に、切断刃と切断刃受け部材との間で金属シートを裁断すれば、溶媒によって帯状金属シートが切断刃受け部材に張り付き、帯状金属シートを切断刃受け部材に密着させることができるため、裁断性をさらに向上することができる。

上記帯状金属シートは、対向配置された第１の切断刃と第２の切断刃との間で裁断されてもよい。上記製造方法によれば、切断刃からの剪断力を裁断部に集中させることができる。

そして、本発明は上記の製造方法によって製造された金属箔を陽極箔、陰極箔のいずれかまたは両方に用いた電解コンデンサである。上記製造方法によって製造される金属箔は、裁断面にバリやクラックの発生が少ない。このため、上記製造方法によって製造される金属箔を陽極箔や陰極箔に用いれば、短絡などの問題が発生する不良品数を低減することができる。

以上のように、本発明によれば、帯状金属シートを裁断して金属箔を製造する場合に、裁断面でのバリやクラックの発生を低減することができる。このため、短絡などの問題が発生する不良品の発生数を低減することができる。

帯状金属シートのエッチング処理方法は、従来公知のケミカルエッチング法や電解エッチング法を使用することができる。例えば、アルミニウム、タンタル、チタンなどの弁作用金属からなる金属シートを硫酸、硝酸、燐酸、蓚酸などの酸を添加した酸性水溶液中などで電気化学的に処理することにより、金属シートの表面に多数の細孔が形成され、金属シートの表面積を拡大することができる。既述したように、高耐圧電解コンデンサ用の金属箔は大きなエッチングピットが形成されるため、裁断面の凹凸が大きくなり、また陽極箔用金属シートは陽極酸化皮膜により硬度が高くなっているため、バリやクラックが発生しやすい。特に、最近では大容量化のためにエッチング処理により０．３〜５μｍの大きさを有するエッチングピットを形成するとともに、８０〜１５０μｍの厚みを有する金属シートが用いられている。このため、切断刃が早期に摩耗しやすくなり、また多孔質化により金属シートの腰が弱くなるとともに、切断刃がエッチング部で引っかかりやすくなって、裁断面にバリやクラックが発生しやすくなる。従って、上記のような大きさのエッチングピットを有する厚い帯状金属シートが用いられる場合、本実施の形態の製造方法が特に有効である。帯状金属シートを陽極箔用金属シートとして使用する場合には、エッチング処理後、さらに陽極酸化処理を行うことにより、帯状金属シートの表面に陽極酸化皮膜を形成することができる。

本実施の形態では、上記のようにしてエッチング処理された帯状金属シートを所定サイズに裁断するスリット工程において、帯状金属シートを加熱し、加熱状態にある裁断部を切断刃により裁断する。帯状金属シートを加熱することにより、金属シートの硬度を低下させることができるため、裁断性を向上することができ、それによって裁断面でのバリやクラックの発生を低減することができる。

図１は、本実施の形態の製造方法の一例を示す概略図であり、図２は、図１の製造装置を帯状金属シート１の送り出し方向から見た裁断状態を示す部分概略図である。この図１の製造装置は、ロール・トウ・ロール方式と呼ばれる巻出しと巻取りとを同時に行う形式のものである。図２に示すように、この製造装置は、切断手段として、帯状金属シート１の一面側から当接する周縁に刃部を有する回転刃である第１の切断刃Ｓ１と、第１の切断刃Ｓ１と対向配置され、帯状金属シート１の他面側から当接する切断刃受け部材である第１の回転支持ロールＲ１とを複数備えている。また、図２に示すように、この製造装置は、第１の切断刃Ｓ１と第１の回転支持ロールＲ１とからなる１組の切断手段を上下逆転させた第２の切断刃Ｓ２と第２の回転支持ロールＲ２とからなる１組の切断手段を複数備えている。この切断刃Ｓ１，Ｓ２としては、従来公知の超硬鋼、ハイス鋼、ダイス鋼などからなる切断刃を用いることができる。そして、図１に示すように、この製造装置は、帯状金属シート１とこれらの切断刃Ｓ１，Ｓ２とが当接する裁断部１ａに熱風を送風し、帯状金属シート１を加熱するための加熱手段としてブロワ２を備えている。なお、裁断部１ａの温度を高めることができれば、ブロワ２はさらに上流側に配置してもよい。帯状金属シート１を裁断する際には、所定間隔で上下方向に離間された切断刃Ｓ１，Ｓ２と回転支持ロールＲ１，Ｒ２との間に一定速度で帯状金属シート１を送り出すとともに、ブロワ２から熱風を裁断部１ａに送風し、帯状金属シート１を加熱する。そして、切断刃Ｓ１，Ｓ２と回転支持ロールＲ１，Ｒ２とを近接させることにより、切断刃Ｓ１，Ｓ２から裁断部１ａに剪断力が付与されて所定幅に帯状金属シート１が裁断される。このとき、裁断部１ａにおける帯状金属シート１はブロワ２からの熱により硬度が低下しているため、裁断性よく金属シートを裁断することができる。加熱温度は、余りに高温になると金属シート１が膨張し、所定サイズに裁断することが難しくなるため、裁断部１ａ近傍の温度が４０〜１５０℃となるように金属シート１を加熱することが好ましく、７０〜１００℃となるように金属シート１を加熱することがより好ましい。

図３は、本実施の形態の製造方法の他の一例を示す概略図である。図中、図１と同様の構成については同符号を付して説明を省略する。この製造装置では、切断刃Ｓ１，Ｓ２の各回転軸の内部にヒータ３が配置されており、加熱された第１の切断刃Ｓ１と第２の切断刃Ｓ２とにより、これらの切断刃Ｓ１，Ｓ２と当接する帯状金属シート１の裁断部１ａが加熱され、それによって金属シート１の硬度を低下させることができる。

また、本実施の形態では、裁断部のエッチング部に溶媒が充填された状態の帯状金属シートを裁断することが好ましい。帯状金属シートに溶媒を供給し、該エッチング部に溶媒が充填されれば、エッチング部の細孔が溶媒で満たされ、それによって金属シートに腰を持たせることができる。これは、水を含ませたスポンジが、乾燥スポンジよりも、裁断面が平坦になるのと同様の現象が溶媒が充填されたエッチング部で起こっているためと考えられる。また、切断刃と切断刃受け部材との間で金属シートを裁断する場合、エッチング部に溶媒を充填することにより、裁断部の金属シートが切断刃受け部材に張り付くため、金属シートを切断刃受け部材に密着させることができる。このため、さらに裁断性を向上することができる。

図４は、本実施の形態の製造方法の他の一例を示す概略図である。図中、図１と同様の構成については同符号を付して説明を省略する。この製造装置では、ブロワ２よりも下流側に帯状金属シート１の両面に溶媒を供給するための溶媒供給手段４が配置されている。従って、帯状金属シート１が切断刃Ｓ１，Ｓ２と回転支持ロールＲ１，Ｒ２との間に向かって送り出されると、まずブロワ２からの熱風により帯状金属シート１が加熱される。そして、加熱された帯状金属シート１に溶媒供給手段４から溶媒が供給されることにより、帯状金属シート１の両面が溶媒で濡らされ、エッチング部の細孔に溶媒が充填される。これにより、金属シート１の硬度を低下できるとともに、金属シート１に腰を持たせることができる。また、帯状金属シート１の両面が溶媒によって濡らされるため、裁断部１ａの帯状金属シート１が回転支持ロールＲ１，Ｒ２の表面に張り付き、帯状金属シート１が回転支持ロールＲ１，Ｒ２の表面に密着した状態となる。これにより、裁断部１ａの帯状金属シート１が固定されるため、裁断性をさらに向上することができる。

溶媒としては、揮発性を有し、常温で液体の溶媒であれば特に制限されることなく使用することができる。このような溶媒としては、具体的には、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、水などが挙げられる。帯状金属シートへの溶媒の供給量は、特に限定されないが、帯状金属シートの一面側で１ｃｍ^２あたり２．５〜４．０μｌが好ましい。

図５は、本実施の形態の製造方法の他の一例を示す概略図である。図中、図１と同様の構成については同符号を付して説明を省略する。この製造装置は、回転支持ロールＲ１の表面に溶媒を供給するための溶媒供給手段４が第１の回転支持ロールＲ１に隣接して配置されている。なお、図示しないが、第２の回転支持ロールＲ２に溶媒を供給するための溶媒供給手段が第２の回転支持ロールＲ２に隣接して配置されている。これにより、回転支持ロールＲ１，Ｒ２が帯状金属シート１にそれぞれ当接する際に、回転支持ロールＲ１，Ｒ２の表面に供給された溶媒が帯状金属シート１の各面に転写されるため、裁断部１ａの帯状金属シート１を回転支持ロールＲ１，Ｒ２に密着させることができるとともに、エッチング部に溶媒を充填することができる。

本実施の形態では、以上のようにして所定幅で裁断された金属シートを、切断装置などによって所定長さに切断して金属箔が作製される。上記の製造方法によって製造される金属箔は、切断刃によって帯状金属シートを裁断する際のバリやクラックの発生が少ない。従って、この金属箔を陽極箔、陰極箔のいずれかまたは両方に使用すれば、短絡などが発生する不良品数を低減することができる。

巻回型の電解コンデンサを作製する場合、例えば、エッチング処理及び陽極酸化処理を施した帯状金属シートから得られる金属箔を陽極箔として、エッチング処理のみを行った帯状金属シートから得られる金属箔を陰極箔として用い、各金属箔にリードタブを接合する。次に、陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回してコンデンサ素子を形成し、コンデンサ素子の切り口化成、及び１５０〜３００℃の熱処理を行った後、コンデンサ素子に駆動用電解液を含浸させる。そして、リードタブに封止用のゴムパッキンを挿入し、これをケース内に収納固定した後、ケースの開口部を横絞り・カール処理を行うことにより、電解コンデンサを製造することができる。駆動用電解液の代わりに、コンデンサ素子にチオフェン、ピロールなどのモノマーと、ｐ−トルエンスルホン酸第二鉄などの酸化剤とを含有する重合溶液を含浸させ、モノマーを重合して陽極箔と陰極箔との間に固体電解質層を形成すれば、固体電解コンデンサを製造することができる。また、上記のようにして製造される金属箔を積層すれば、積層型の固体電解コンデンサを製造することができる。

（その他）
（１）上記実施の形態では、裁断部を加熱するための加熱手段としてブロワまたは切断刃内のヒータを用いているが、加熱手段は必ずしもこれに限定されない。例えば、図１の製造装置では赤外線や電熱ヒータなどを用いて金属シートを加熱してもよく、図２の製造装置では切断刃の軸部を熱媒により加熱してもよい。また、図４の切断刃受け部材を加熱することにより、金属シートを加熱してもよい。

（２）上記実施の形態では、帯状金属シートの両面側に切断刃Ｓ１，Ｓ２が設けられているが、片面側のみに切断刃を設けてもよい。

（３）上記実施の形態では、切断刃と、該切断刃と対向配置された切断刃受け部材とからなる切断手段が用いられているが、切断手段は必ずしもこれに限定されない。例えば、図６に示すように、第１の切断刃Ｓ１と第２の切断刃Ｓ２とが対向配置された切断手段を用いてもよい。

（４）上記実施の形態において、図４及び５の製造装置では帯状金属シートの両面側から溶媒を供給しているが、片面側からのみ溶媒を供給してもよい。

以下、実施例を挙げてさらに本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
エッチング処理及び陽極酸化処理を施した帯状アルミニウムシート（厚み：１２０μｍ，エッチングピット：１μｍ）を図１に示す製造装置（切断刃：ハイス鋼）を用いて所定幅で裁断した。裁断にあたっては、金属シートの温度が８０℃となるようにブロワから熱風を金属シートに送風した。
（実施例２）
図４に示す製造装置を用い、エタノールを金属シートに供給（供給量：２．５μｌ／ｃｍ^２）した以外は、実施例１と同様にして金属シートを裁断した。
（実施例３）
図５に示す製造装置を用い、エタノールを回転支持ロールに供給（供給量：３．５μｌ／ｃｍ^２）した以外は、実施例１と同様にして金属シートを裁断した。
（実施例４）
金属シートの温度が７０℃となるように加熱した以外は、実施例２と同様にして金属シートを裁断した。
（実施例５）
金属シートの温度が１００℃となるように加熱した以外は、実施例２と同様にして金属シートを裁断した。
（比較例１）
ブロワから熱風を送風しなかった以外は、実施例１と同様にして金属シートを裁断した。

上記のようにして作製した実施例及び比較例の各金属シートの裁断面３００ｍｍをマイクロスコープにより観察し、１０μｍ以上の大きさのバリの発生数、及びクラックの発生の有無を観察した。
また、上記の実施例及び比較例で作製した各金属シートから得られた金属箔を陽極箔として使用し、巻回型の固体電解コンデンサ（２５Ｖ−１０μＦ）を各５０個作製した。そして、各固体電解コンデンサに定格電圧の１．１５倍の電圧を印加しながら、温度１２５℃で約１時間エージングを行った際に短絡が発生した不良品数を評価した。表１はこの結果を示す。

上記表１に示すように、帯状金属シートを加熱しながら裁断した実施例の金属シートは裁断面でバリ、及びクラックの発生が少ないことが分かる。特に、溶媒が供給された帯状金属シートを裁断して得られた実施例の金属シートは、バリ及びクラックが極めて低減されていることが分かる。

また、実施例で作製された金属箔を用いて作製された固体電解コンデンサは、短絡発生数が少ないことが分かる。従って、本実施例によれば、不良品の発生数を抑え、歩留まりよく電解コンデンサを製造できる。

本発明の実施の形態に係る製造方法の一例を示す概略図である。図１を、帯状金属シートの送り出し方向から見た裁断状態を示す部分概略図である。本発明の実施の形態に係る製造方法の他の一例を示す概略図である。本発明の実施の形態に係る製造方法の他の一例を示す概略図である。本発明の実施の形態に係る製造方法の他の一例を示す概略図である。本発明の実施の形態に係る切断手段の他の一例を示す部分概略図である。

符号の説明

１帯状金属シート
１ａ裁断部
２ブロワ
３ヒータ
４溶媒供給手段
Ｓ１，Ｓ２切断刃
Ｒ１，Ｒ２回転支持ロール

Claims

エッチング処理された幅広の帯状金属シートを切断刃で所定サイズに裁断するスリット工程を有する電解コンデンサ用金属箔の製造方法であって、前記切断刃と当接する前記帯状金属シートの裁断部が加熱され、前記帯状金属シートは加熱された状態において切断されることを特徴とする製造方法。
前記帯状金属シートの加熱は、前記帯状金属シートへの熱風の送風または前記切断刃の加熱によって行われることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
前記裁断部のエッチング部に、溶媒が充填されていることを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
前記帯状金属シートを、前記切断刃と前記切断刃と対向配置された切断刃受け部材との間で裁断することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
前記帯状金属シートを、対向配置された第１の切断刃と第２の切断刃との間で裁断することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法によって製造された金属箔を陽極箔、陰極箔のいずれかまたは両方に用いた電解コンデンサ。