JP5203097B2 - アルミニウム電解コンデンサケース用アルミニウム樹脂被覆材、それを用いたアルミニウム電解コンデンサケース、ならびに、アルミニウム電解コンデンサ - Google Patents
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Description
2層構成のアルミニウム樹脂被覆材を高さ/直径比の大きいケースに成形した際、樹脂層の剥離や亀裂が発生する原因としては、下側樹脂層のアルミニウム基材との密着性不足、上下樹脂層の伸び不足、上側樹脂層の下側樹脂層との密着性不足が考えられる。また、アルミニウム樹脂被覆材の耐高温高湿性が不足する原因としてはポリエステル樹脂の加水分解が考えられる。
本発明のアルミニウム電解コンデンサケース用アルミニウム樹脂被覆材は、アルミニウム基材表面のポリエステル系樹脂を含む下側樹脂層と、この下側樹脂層上のエポキシ系樹脂を含む上側樹脂層とから構成される。全樹脂層厚さを2〜22μmとする。全樹脂層のテトラクロロエチレン抽出率を3〜30%になるように硬化される。また、上側樹脂層の厚さを全樹脂層厚さの10〜80%とする。
下側樹脂層は、ポリエステル系樹脂から構成される。それ以外の樹脂では十分な成形性が得られないからである。ポリエステル樹脂はエステル基を有することから加水分解し易く、耐高温高湿性はエポキシ樹脂に劣るが、伸びが大きく成形性に優れている。成形時に上側樹脂層であるエポキシ樹脂層に亀裂が生じたとしても、成形性が良好なポリエステル樹脂が下層に存在することにより、絶縁性が確保される。また、従来プレス油はその成形性の良好さから高粘度プレス油が使用されてきたが、環境問題への対応から低粘度で脱脂工程を省略できる揮発性プレス油を使用するケースが増加している。本発明のコンデンサケース材は成形性に優れることから、いずれのプレス油を使用しても成形可能である。
上側樹脂層は、エポキシ系樹脂から構成される。それ以外の樹脂系では2層構成の上側樹脂層として、十分な成形性と耐高温高湿性が得られないからである。つまり、エポキシ樹脂はポリエステル樹脂のように加水分解し易いエステル基を有しておらず、耐高温高湿性に優れるとともに、下側樹脂層のポリエステル樹脂との密着性も良好である。したがって、コンデンサケースに要求される成形性と耐高温高湿性を両立するためには、ポリエステル樹脂層の上にエポキシ樹脂層を形成することが非常に有効である。
260〜300℃で20〜45秒間焼き付けて硬化する。
全樹脂層の厚さは、2〜22μmである。2μm未満では成形時に樹脂層が破れ易くなり十分な成形性が得られない。22μmを超えると成形時の面圧が大きくなり過ぎ、やはり十分な成形性が得られない。全樹脂層厚さを、4〜14μmとするのが更に好ましい。
本発明で用いるアルミニウム基材としては、純アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材(以下、これらを「アルミニウム基材」と呼称する)が用いられ、要求特性に応じて適宜選択することができる。アルミニウム合金としては、1000系、3000系等が好適に用いられる。アルミニウム基材は、通常0.2〜0.5mmの厚さのアルミニウム板が好適に用いられる。
以上のようにロールを適切に研磨することにより、長過ぎる凹部の発生を抑制することが可能になり、このようなロールにて冷間圧延することにより本発明の表面形状を有するアルミニウム基材板が得られる。
アルミニウム基材に樹脂層を形成する前にアルミニウム基材表面に下地処理を施して下地皮膜を形成することにより、アルミニウム基材に対する樹脂層の密着性が良好となり成形性の向上に寄与する。樹脂層の下地処理としては、従来よりアルミニウム合金用に用いられているリン酸クロメート処理の他に塗布型クロメート処理や環境問題に配慮したノンクロメート処理を用いることもできる。ノンクロメート処理としては、反応型のリン酸ジルコニウム処理、リン酸チタニウム処理の他、塗布型ジルコニウム処理などを用いることもできる。更に、下地処理の前に、アルミニウム基材をアルカリ脱脂等によって前処理するのが好ましい。
JIS A3004のアルミニウム合金板を以下の方法にて製造した。すなわち、520℃×4時間の均質処理後,開始温度450℃,終了温度330℃で熱間圧延して、厚さ2.3mmとした。その後、厚さ0.25mmまで冷間圧延し,焼鈍炉にて350℃×2時間の最終焼鈍を実施した。冷間圧延には、表1、表2に示す研磨条件で研磨したロールを用いることにより、これら表に示すところの中心面を基準として算術平均粗さRaの2倍を超える高さを有する突起の圧延方向における長さの平均値、1mm2当たり存在個数を有する表面形状を備えたアルミニウム基材板を得た。
冷間圧延後のアルミニウム基材板の表面形状はレーザーテック(株)製コンフォーカル顕微鏡HD100を用いて測定した。対物レンズ50倍でアルミニウム基材板Bの表面において,レーザープローブを圧延方向と垂直に走査して二次元粗度を測定し、圧延方向の走査位置を変化させて3次元像を測定する。320μm角の面積において、圧延方向に8μmずつずらしながら圧延方向と垂直な方向の二次元粗度を40箇所測定し、これら二次元の算術平均粗さRaを40箇所で平均して三次元測定における算術平均粗さRaとした。前述した320μm角の面積部分において、中心面を基準として算術平均粗さRaの2倍を超える高さを有する突起のみからなる3次元画像を作成した。そして、その画像に存在する突起の圧延方向における長さ及び突起の個数を計測し、個数については1mm2当りの個数に換算した。測定箇所を任意に5箇所選択して5回測定し、Ra、Raの2倍を超える高さを有する突起の圧延方向における長さ、1mm2当りの突起個数の平均値を算出した。
アルミニウム基材板上に形成した下側樹脂層厚さは、渦電流式膜厚計にて5箇所測定して平均値を求めた。下側樹脂層上に上側樹脂層を形成し、全樹脂層厚さを渦電流式膜厚計にて5箇所測定して平均値を求めた。上側樹脂層厚さは、求めた全樹脂層厚さから下側樹脂層厚さを差し引いて算出した。
テトラクロロエチレン抽出率は100mm角に切断した試料を用い、初期重量を測定後、95℃テトラクロロエチレンに1時間浸漬後にこれを乾燥し、95℃テトラクロロエチレン浸漬後重量を測定した。その後濃硫酸に5分浸漬して脱膜し、水洗、乾燥後、脱膜後重量を測定した。テトラクロロエチレン抽出率は下記の式より算出した。測定試料は5試料であって、5つの算術平均値をもってテトラクロロエチレン抽出率とした。また、下側樹脂層のテトラクロロエチレン抽出率は下側樹脂層形成後であって上側樹脂層形成前に測定し、全体のテトラクロロエチレン抽出率は下側樹脂層及び上側樹脂層形成後に測定した。
テトラクロロエチレン抽出率(%)={(初期重量−テトラクロロエチレン浸漬後重量)/(初期重量−脱膜後重量)}×100
成形性は5段の絞りしごき成形方式にて、樹脂層側を外面にして各種サイズのコンデンサケースに成形し、成形後樹脂層を目視観察して評価した。成形の際、動粘度1.6mm2/sの揮発性プレス油を使用した。下記の基準に基づいて評価した。
◎:成形前後において変化がない。
○:樹脂層に微少な亀裂が発生し、表面が若干荒れている。
△:樹脂層に亀裂が発生し、表面が荒れている。
×:樹脂層に亀裂が発生し、表面が荒れているとともに筋が観察される。
◎又は○であれば、コンデンサケース材として十分な絶縁性を有する。言い換えれば、十分な成形性を有する。従って、◎及び○を合格とし、△及び×を不合格とした。
耐高温高湿性は温度80℃、相対湿度85%の環境に2000時間暴露前後の樹脂層表面抵抗によって評価した。すなわち、JIS K6911に準拠した方法にて上記暴露後の表面抵抗を測定した。下記の基準に基づいて評価した。
◎:表面抵抗≧1013Ω
◎○:1013Ω>表面抵抗≧1012Ω
○:1012Ω>表面抵抗≧1010Ω
△:1010Ω>表面抵抗≧106Ω
×:106Ω>表面抵抗
◎、◎○又は○であれば、コンデンサケース材として十分な耐高温高湿性を有する。従って、◎、◎○及び○を合格とし、△及び×を不合格とした。
比較例43では、上側及び下側の両方の樹脂層にポリエステル樹脂を用いたため、耐高温高湿性に劣った。
比較例53では、上側樹脂層厚さの全樹脂層厚さに対する比率が8%と低過ぎたため、高温高湿性に劣った。
比較例60では、上側樹脂層厚さの全樹脂層厚さに対する比率が86%と高過ぎたため、成形性に劣った。
比較例61では、全樹脂層厚さが1.5μmと薄過ぎたため、成形性に劣った。
比較例68では、全樹脂層厚さが24μmと厚過ぎたため、成形性に劣った。
比較例69では、全樹脂層のテトラクロロエチレン抽出率が2%と低過ぎ、成形性に劣った。
比較例76では、全樹脂層のテトラクロロエチレン抽出率が32%と高過ぎ、高温高湿性に劣った。
比較例77では、上側樹脂層を形成しなかったため、成形性及び高温高湿性に劣った。
比較例78では、下側樹脂層を形成しなかったため、成形性に劣った。
このように、比較例ではいずれも成形性又は耐高温高湿性が劣り、コンデンサケース材としては適さない。
CS‥‥‥中心面
D‥‥‥圧延方向
L‥‥‥中心面を基準として算術平均粗さRaの2倍を超える高さを有する突起の圧延方向における長さ
P‥‥‥中心面を基準として算術平均粗さRaの2倍を超える高さを有する突起
S‥‥‥中心面から算術平均粗さRaの2倍に達する面
Claims (7)
- アルミニウム電解コンデンサケース用アルミニウム樹脂被覆材であって、アルミニウム基材と、エポキシ系樹脂を含む上側樹脂層及びポリエステル系樹脂を含む下側樹脂層との2層の硬化樹脂層とを有し、
全樹脂層厚さが2〜22μmであり、全樹脂層のテトラクロロエチレン抽出率が3〜30%になるように硬化されており、上側樹脂層の厚さが全樹脂層厚さの10〜80%であり、
前記アルミニウム基材表面において、中心面を基準として算術平均粗さRaの2倍を超える高さを有する突起の圧延方向における長さの平均値が10〜300μmであり、当該突起が50〜1000個/mm 2 存在することを特徴とするアルミニウム電解コンデンサケース用アルミニウム樹脂被覆材(ここでいう中心面とは粗度測定を実施した面積内でもっとも低い谷の高さともっとも高い山高さを足して2で割った高さにある水平面である)。 - 前記下側樹脂層のテトラクロロエチレン抽出率が、下側樹脂層を形成した後であって上側樹脂層を形成する前において5〜50%である、請求項1に記載のアルミニウム電解コンデンサケース用アルミニウム樹脂被覆材。
- 前記上側樹脂層におけるエポキシ系樹脂の硬化剤がユリア樹脂又はアクリル樹脂であり、エポキシ系樹脂の数平均分子量が5000〜13000である、請求項1又は2に記載のアルミニウム電解コンデンサケース用アルミニウム樹脂被覆材。
- 前記下側樹脂層におけるポリエステル系樹脂の硬化剤がイソシアネート樹脂又はメラミン樹脂であり、ポリエステル系樹脂の数平均分子量が8000〜32000である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のアルミニウム電解コンデンサケース用アルミニウム樹脂被覆材。
- 前記上側樹脂層に潤滑剤として、ポリエチレンワックス又はカルナバワックスが乾燥エポキシ樹脂重量に対して0.1〜5重量%含有される、請求項1〜4のいずれか一項に記載のアルミニウム電解コンデンサケース用アルミニウム樹脂被覆材。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載のアルミニウム樹脂被覆材を用いたことを特徴とするアルミニウム電解コンデンサケース。
- 請求項6に記載のアルミニウム電解コンデンサケースを用いたことを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
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