JP5551743B2 - 電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法、電解コンデンサ電極用アルミニウム材、アルミニウム電解コンデンサ用陽極材およびアルミニウム電解コンデンサ - Google Patents
電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法、電解コンデンサ電極用アルミニウム材、アルミニウム電解コンデンサ用陽極材およびアルミニウム電解コンデンサ Download PDFInfo
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Description
この発明は、電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法、電解コンデンサ電極用アルミニウム材、アルミニウム電解コンデンサ用陽極材およびアルミニウム電解コンデンサに関する。
なお、この明細書において「アルミニウム」の語はその合金を含む意味で用い、アルミニウム材には箔と板およびこれらを用いた成形体が含まれる。
アルミニウム電解コンデンサ用電極材料として一般に用いられるアルミニウム材は、静電容量を大きくする目的で、電気化学的あるいは化学的エッチング処理を施して、アルミニウム材の実効面積を拡大することが行われている。
直流エッチング法でトンネル状ピットを生成させる電解コンデンサ陽極用アルミニウム材の製造においては、アルミニウムの立方体集合組織を発達させるために、冷間圧延工程の途中に中間焼鈍を実施し、仕上げ冷間圧延（低圧下率圧延）を行った後、500℃前後の温度で不活性雰囲気もしくは真空中で最終焼鈍するのが一般的である（例えば特許文献１）。
最終焼鈍後のアルミニウム材のエッチング特性は、焼鈍前のアルミニウム材の特性に大きく依存することから、アルミニウム材表面層の特性を均一化するために、冷間圧延の途中や冷間圧延終了後にアルミニウムを溶解する液で洗浄することが検討されている。
特許文献２では、純度99.96〜99.98％の純アルミニウム材を使用し、中間焼鈍を200〜500℃の温度で1時間以上行い、中間焼鈍後最終焼鈍までの間にアルミニウム箔の表層部を厚さ方向に0.1μm以上除去することを特徴とする電解コンデンサ電極用アルミニウム箔の製造方法が記載されている。
また、特許文献３には、アルミニウム箔の表面層を除去する工程と、除去後、温度：40〜350℃、露点：0〜80℃、時間：30〜1800秒の条件で加熱酸化する工程と、加熱酸化後、非酸化性雰囲気で焼鈍する工程を実施することにより、焼鈍後のアルミニウム箔表層の酸化膜を薄くでき、かつエッチング液中で速やかに溶解除去できることが開示されている。
特公昭５４−１１２４２号公報
特開平１０−８１９４５号公報
特開平７−２０１６７３号公報
しかしながら、化学的処理によって表層部を除去すると、表層除去前のアルミニウム材表面の耐食性が不均質なため、化学的処理によって表層部を均一に除去することは困難であり、静電容量の向上には限界があった。また、中間焼鈍後のアルミニウム材表面の酸化膜の特性は中間焼鈍雰囲気により変化し、その後の表層除去に大きく影響するが、特許文献２には中間焼鈍の雰囲気に関する記載がない。中間焼鈍後仕上げ冷間圧延前に表面層を除去する場合はもとより、中間焼鈍、仕上げ冷間圧延を順次実施した後表層除去する場合においても、仕上げ冷間圧延の圧下率は中間焼鈍以前の冷間圧延に比べ一般的に低いため、中間焼鈍の雰囲気が仕上げ冷間圧延後の化学的処理による表面層の溶解に大きく影響を及ぼす。
また、特許文献３の方法では、焼鈍前の加熱酸化はアルミニウム材表層酸化膜の均質化に寄与するが、除去前のアルミニウム材表面層の特性は不均質であり、洗浄した後の表面層は洗浄前の表面層の不均質さの影響を受けるため、その後の加熱酸化による均質化は不十分でありエッチング特性の向上には限界があった。また、特許文献３には中間焼鈍に関する記載がない。
また、特許文献３に記載されているように、最終焼鈍は最終焼鈍後にアルミニウム材表層酸化膜が厚くなりすぎエッチング特性が低下しないよう非酸化性雰囲気で実施するのが一般的であり、特許文献２でも従来の技術として非酸化性雰囲気中での最終焼鈍が紹介され、発明の実施の形態において常法に従い最終焼鈍されることが記載されている。
最終焼鈍と同様に中間焼鈍を非酸化性雰囲気で実施すれば表層酸化膜を薄くすることができる。このため電解コンデンサ電極用高純度アルミニウム材の中間焼鈍は窒素等の非酸化性雰囲気中で行われるのが一般的である。しかしながら、非酸化性雰囲気中の中間焼鈍以前の圧延材表面層の不均質さは解消されないため、中間焼鈍より後に行う洗浄において均一に表面層を除去することが困難になる。
この発明は、従来の電解コンデンサ用アルミニウム材の製造法において、中間焼鈍より後の工程においてアルミニウム材表面層を洗浄により溶解させる際に、アルミニウム材表面層の溶け方が不均質であるため最終焼鈍後のアルミニウム材のエッチング特性が不十分であるという問題点を解決し、エッチング特性に優れ高静電容量を実現できる電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法、電解コンデンサ電極用アルミニウム材、アルミニウム電解コンデンサ用陽極材およびアルミニウム電解コンデンサを提供することを課題とする。
上記課題は、以下の手段によって解決される。
（１）アルミニウム材に冷間圧延、中間焼鈍、仕上げ冷間圧延、最終焼鈍を順次実施して電解コンデンサ電極用アルミニウム材を製造するに際し、前記中間焼鈍を酸化性雰囲気中で行い、かつ中間焼鈍より後であって仕上げ冷間圧延前の工程においてアルミニウム材表面層を洗浄により除去することを特徴とする電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（２）中間焼鈍における酸化性雰囲気中の酸素濃度が0.1体積％以上である前項１に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（３）酸化性雰囲気中での中間焼鈍を２００℃以上３２０℃以下の温度で実施する前項１または２に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（４）洗浄に用いる洗浄液がアルカリ性水溶液である前項１ないし前項３の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（５）洗浄に用いる洗浄液が酸性水溶液である前項１ないし前項３の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（６）洗浄は、アルカリ性水溶液による洗浄と酸性水溶液による洗浄の順次的実施により行われる前項１ないし前項３の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（７）アルカリが水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化カリウム、オルトケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、リン酸三ナトリウム、炭酸ナトリウムの中から選ばれた１種あるいは２種以上である前項４または前項６に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（８）酸性水溶液中の酸が塩酸、硫酸、硝酸、リン元素を含む酸の中から選ばれた１種または２種以上である前項５または前項６に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（９）洗浄によるアルミニウム材表面層除去量が、以下に規定する除去量D(nm)においてアルミニウム材片面あたり1nm以上500nm以下である前項１ないし前項８の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
除去量D(nm)＝E（g/cm2）×107／2.7(g/cm3）
ただし、Eは洗浄による単位表面積当たりの質量減
2.7g/cm3はアルミニウムの密度
（１０）中間焼鈍前の冷間圧延後であって、最終焼鈍より前の工程で脱脂を行う前項1ないし前項９の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（１１）有機溶剤を用いて脱脂を行う前項１０に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（１２）界面活性剤が添加された水を用いて脱脂を行う前項１０に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（１３）水溶性有機溶剤と水の混合物を用いて脱脂を行う前項１０に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（１４）最終焼鈍が不活性ガス雰囲気中で行われる前項１ないし前項１３の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（１５）最終焼鈍が４５０℃以上６００℃以下で行われる前項１ないし前項１４の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（１６）アルミニウム材のアルミニウム純度が９９．９質量％以上である前項１ないし前項１５の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（１７）アルミニウム材のアルミニウム純度が９９．９５質量％以上である前項１ないし前項１５の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（１８）アルミニウム材のアルミニウム純度が９９．９８５質量％以上である前項１ないし前項１５の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（１９）前項１ないし前項１８の何れか１項に記載の製造方法によって製造された電解コンデンサ電極用アルミニウム材。
（２０）中圧用または高圧用陽極材として用いられる前項１９に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材。
（２１）前項１ないし前項１８の何れか１項に記載の製造方法によって製造されたアルミニウム材に、エッチングを実施する工程を含むことを特徴とする電解コンデンサ用電極材の製造方法。
（２２）エッチングの少なくとも一部が直流エッチングである前項２１に記載の電解コンデンサ用電極材の製造方法。
（２３）前項２１または前項２２に記載の製造方法によって製造されたアルミニウム電解コンデンサ用陽極材。
（２４）電極材として前項２１または前項２２に記載の製造方法によって製造されたアルミニウム電極材が用いられていることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
（１）アルミニウム材に冷間圧延、中間焼鈍、仕上げ冷間圧延、最終焼鈍を順次実施して電解コンデンサ電極用アルミニウム材を製造するに際し、前記中間焼鈍を酸化性雰囲気中で行い、かつ中間焼鈍より後であって仕上げ冷間圧延前の工程においてアルミニウム材表面層を洗浄により除去することを特徴とする電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（２）中間焼鈍における酸化性雰囲気中の酸素濃度が0.1体積％以上である前項１に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（３）酸化性雰囲気中での中間焼鈍を２００℃以上３２０℃以下の温度で実施する前項１または２に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（４）洗浄に用いる洗浄液がアルカリ性水溶液である前項１ないし前項３の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（５）洗浄に用いる洗浄液が酸性水溶液である前項１ないし前項３の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（６）洗浄は、アルカリ性水溶液による洗浄と酸性水溶液による洗浄の順次的実施により行われる前項１ないし前項３の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（７）アルカリが水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化カリウム、オルトケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、リン酸三ナトリウム、炭酸ナトリウムの中から選ばれた１種あるいは２種以上である前項４または前項６に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（８）酸性水溶液中の酸が塩酸、硫酸、硝酸、リン元素を含む酸の中から選ばれた１種または２種以上である前項５または前項６に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（９）洗浄によるアルミニウム材表面層除去量が、以下に規定する除去量D(nm)においてアルミニウム材片面あたり1nm以上500nm以下である前項１ないし前項８の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
除去量D(nm)＝E（g/cm2）×107／2.7(g/cm3）
ただし、Eは洗浄による単位表面積当たりの質量減
2.7g/cm3はアルミニウムの密度
（１０）中間焼鈍前の冷間圧延後であって、最終焼鈍より前の工程で脱脂を行う前項1ないし前項９の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（１１）有機溶剤を用いて脱脂を行う前項１０に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（１２）界面活性剤が添加された水を用いて脱脂を行う前項１０に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（１３）水溶性有機溶剤と水の混合物を用いて脱脂を行う前項１０に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（１４）最終焼鈍が不活性ガス雰囲気中で行われる前項１ないし前項１３の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（１５）最終焼鈍が４５０℃以上６００℃以下で行われる前項１ないし前項１４の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（１６）アルミニウム材のアルミニウム純度が９９．９質量％以上である前項１ないし前項１５の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（１７）アルミニウム材のアルミニウム純度が９９．９５質量％以上である前項１ないし前項１５の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（１８）アルミニウム材のアルミニウム純度が９９．９８５質量％以上である前項１ないし前項１５の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
（１９）前項１ないし前項１８の何れか１項に記載の製造方法によって製造された電解コンデンサ電極用アルミニウム材。
（２０）中圧用または高圧用陽極材として用いられる前項１９に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材。
（２１）前項１ないし前項１８の何れか１項に記載の製造方法によって製造されたアルミニウム材に、エッチングを実施する工程を含むことを特徴とする電解コンデンサ用電極材の製造方法。
（２２）エッチングの少なくとも一部が直流エッチングである前項２１に記載の電解コンデンサ用電極材の製造方法。
（２３）前項２１または前項２２に記載の製造方法によって製造されたアルミニウム電解コンデンサ用陽極材。
（２４）電極材として前項２１または前項２２に記載の製造方法によって製造されたアルミニウム電極材が用いられていることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
前項（１）に係る発明によれば、中間焼鈍を酸化性雰囲気中で行い、かつ中間焼鈍より後であって仕上げ冷間圧延前の工程においてアルミニウム材表面層を洗浄により除去するから、洗浄時にアルミニウム材を均一に溶解することができ、その後最終焼鈍により、エッチング特性に優れひいては高静電容量の電解コンデンサ電極用アルミニウム材とすることができる。
前項（２）に係る発明によれば、中間焼鈍における酸化性雰囲気中の酸素濃度が0.1体積％以上であるから、アルミニウム材表面層を十分に酸化させることができる。
前項（３）に係る発明によれば、酸化性雰囲気中での中間焼鈍を２００℃以上３２０℃以下の温度で実施するから、最終焼鈍時に立方体方位を有する再結晶粒が優先成長するのに充分な組織を得ることができ、優れたエッチング特性が安定して得られる電解コンデンサ電極用アルミニウム材とすることができる。
前項（４）に係る発明によれば、洗浄に用いる洗浄液がアルカリ性水溶液であるから、アルミニウム材表面層を洗浄により確実に除去することができる。
前項（５）に係る発明によれば、洗浄に用いる洗浄液が酸性水溶液であるから、アルミニウム材表面層を洗浄により確実に除去することができる。
前項（６）に係る発明によれば、洗浄は、アルカリ性水溶液による洗浄と酸性水溶液による洗浄の順次的実施により行われるから、アルミニウム材表面層をさらに確実に除去することができる。
前項（７）に係る発明によれば、アルカリが水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化カリウム、オルトケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、リン酸三ナトリウム、炭酸ナトリウムの中から選ばれた１種または２種以上であるから、より効果的な表面層の除去を行うことができる。
前項（８）に係る発明によれば、酸性水溶液中の酸が塩酸、硫酸、硝酸、リン元素を含む酸の中から選ばれた１種または２種以上であるから、より効果的な表面層の除去を行うことができる。
前項（９）に係る発明によれば、洗浄によるアルミニウム材表面層除去量がアルミニウム材片面あたり1nm以上500nm以下であるから、アルミニウム材の均一溶解による静電容量の増大効果を確実に得ることができる。
前項（１０）に係る発明によれば、中間焼鈍前の冷間圧延後であって、最終焼鈍より前の工程で脱脂を行うから、アルミニウム材の表面に付着している油分を除去することができ、より性能の良い電解コンデンサ電極用アルミニウム材を製造することができる。
前項（１１）に係る発明によれば、有機溶剤を用いて脱脂を行うから、確実に脱脂を行うことができる。
前項（１２）に係る発明によれば、界面活性剤が添加された水を用いて脱脂を行うから、確実に脱脂を行うことができる。
前項（１３）に係る発明によれば、水溶性有機溶剤と水の混合物を用いて脱脂を行うから、確実に脱脂を行うことができる。
前項（１４）に係る発明によれば、最終焼鈍が不活性ガス雰囲気中で行われるから、酸化皮膜の厚さの増大化を抑制することができ、アルミニウム材の酸化性雰囲気中での加熱及び洗浄除去の効果を有効に発揮させることができる。
前項（１５）に係る発明によれば、最終焼鈍が４５０℃以上６００℃以下で行われるから、エッチピットが均一に生成するアルミニウム材表面を得ることができる。
前項（１６）に係る発明によれば、アルミニウム材のアルミニウム純度が９９．９質量％以上であるから、最終焼鈍後に良好な立方体方位占有率を得ることができ、エッチング特性に優れたアルミニウム材となし得る。
前項（１７）に係る発明によれば、アルミニウム材のアルミニウム純度が９９．９５質量％以上であるから、さらに良好な立方体方位占有率を得ることができる。
前項（１８）に係る発明によれば、アルミニウム材のアルミニウム純度が９９．９８５質量％以上であるから、さらに良好な立方体方位占有率を得ることができる。
前項（１９）に係る発明によれば、エッチング特性に優れた電解コンデンサ電極用アルミニウム材となしうる。
前項（２０）に係る発明によれば、エッチング特性に優れた中圧用または高圧用陽極材となし得る。
前項（２１）に係る発明によれば、エッチングにより大きな静電容量を有する電解コンデンサ用電極材を製造することができる。
前項（２２）に係る発明によれば、エッチングの少なくとも一部を直流エッチングで行うことにより、深くて太い多数のトンネル状ピットを生成することができ、前記酸化性雰囲気中での加熱及び洗浄による表面層除去による前記効果を効率的に発揮させることができる。
前項（２３）に係る発明によれば、高静電容量のアルミニウム電解コンデンサ用陽極材となし得る。
前項（２４）に係る発明によれば、高静電容量のアルミニウム電解コンデンサとなし得る。
本願発明者は、アルミニウム材に冷間圧延、中間焼鈍、仕上げ冷間圧延、最終焼鈍を順次実施することによる電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法において、中間焼鈍を酸化性雰囲気で実施し、かつ中間焼鈍より後であって最終焼鈍より前の工程においてアルミニウム材表面層を洗浄により除去すると、酸化性雰囲気中の中間焼鈍によるアルミニウム材の酸化によりアルミニウム材表層の溶解性が均一になり、最終焼鈍後のアルミニウム材のエッチング特性が顕著に向上することを見出した。
以下に、電解コンデンサ用アルミニウム材の製造方法を詳細に説明する。
アルミニウム材の純度は電解コンデンサ用に使用される範囲であれば特に限定されないが、良好な立方体方位占有率を得るために、純度99.9質量%以上のものが好ましく、特に99.95質量%以上が好ましく、とりわけ99.985質量%以上が好ましい。なお、本発明においてアルミニウム材の純度は100質量%からFe, SiおよびCuの合計濃度（質量％）を差し引いた値とする。
アルミニウム材の製造工程は、限定されないが、アルミニウム材の溶解成分調整・スラブ鋳造、熱間圧延、冷間圧延、酸化性雰囲気中での中間焼鈍、仕上げ冷間圧延（低圧下率圧延）、最終焼鈍の順に実施され、酸化性雰囲気中での中間焼鈍より後であって最終焼鈍より前の工程において洗浄によるアルミニウム材表面層除去が実施される。
前記酸化性雰囲気中での中間焼鈍は、加熱体との接触によるものではなく、雰囲気加熱により行われる。雰囲気加熱は、アルミニウム材と加熱体が接触しないため、加熱体との接触加熱のように加熱時に皺や疵が発生する恐れがないため、本発明では雰囲気加熱により中間焼鈍を実施する。
酸化性雰囲気中での中間焼鈍時の加熱方法としては、送風加熱、輻射加熱などを例示できる。また、アルミニウム材を酸化性雰囲気中で加熱する際の昇温速度・パターンは特に限定されないが、最終焼鈍後の立方体方位占有率が高くなる条件で行われる。また、加熱されるアルミニウム材の形態は特に限定されるものではなく、コイルに巻き取った状態でバッチ焼鈍しても良いし、コイルを巻き戻し連続焼鈍したのちコイルに巻き取っても良い。
中間焼鈍における酸化性雰囲気中の酸素濃度は0.1体積%以上であることが好ましい。酸素濃度が0.1体積%未満では加熱時にアルミニウム材表面が十分酸化されない恐れがある。酸素濃度は特に1体積%以上であることが好ましく、とりわけ５体積%以上であることが好ましく、空気を酸化性雰囲気として好適に利用できる。空気を酸化性雰囲気として利用する場合は、酸素濃度制御の必要がなく中間焼鈍工程のコストダウンを図ることができる。
酸化性雰囲気中での中間焼鈍温度は、２００℃以上３２０℃以下が好ましい。上記温度範囲における中間焼鈍によりアルミニウム材が酸化されアルミニウム材表層の溶解性が均一になる。中間焼鈍温度が２００℃未満では最終焼鈍時に立方体方位を有する再結晶粒が優先成長するのに十分な組織が得られず、３２０℃を超えると最終焼鈍時の立方体方位粒の優先成長を阻害する再結晶粒が成長するからである。なお、良好な立方体方占有率が得られる中間焼鈍温度および時間はアルミニウム材の組成に依存し、最終焼鈍後に高い立方体方位占有率が得られる条件が選択される。
仕上げ冷間圧延は中間焼鈍と組み合わせて立方体方位の制御のため行われる工程であり、公知の方法を用いることができる。
仕上げ冷間圧延における圧下率は１０％以上２５％以下であることが好ましい。圧下率が１０％未満の場合には、立方体方位を有する結晶粒を優先成長させるための加工歪が不十分であり、圧下率が２５％を越えると、導入された加工歪によって最終焼鈍時に非立方体方位粒が成長し、立方体方位を有する結晶粒を優先的に成長させにくくなる。
中間焼鈍より後であって最終焼鈍より前の工程において洗浄によるアルミニウム材表面層除去が行われる。
洗浄液は特に限定されないが、アルカリ性水溶液、酸性水溶液を用いることができる。表面層の除去は、アルカリ性水溶液あるいは酸性水溶液のどちらかを用いて行ってもよく、アルカリ性水溶液を用いて実施した後酸性水溶液を用いて洗浄しても良い。
アルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化カリウム、オルトケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、リン酸三ナトリウム、炭酸ナトリウムが例示でき、これらアルカリの中から選ばれた１種あるいは２以上を水に溶解させ洗浄液として用いることができる。
酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン元素を含む酸の中から選ばれる１種または２種以上を用いる。リン元素を含む酸としてはオルトリン酸（以後リン酸と称す。）、ピロリン酸、メタリン酸、ポリリン酸を例示できる。
アルミニウム材の表面層除去量は、アルカリまたは酸の濃度、アルカリ性または酸性水溶液の温度およびアルミニウム材とアルカリ性または酸性水溶液との接触時間を適正なものにすることにより調節される。
また、アルミニウム材表面層の洗浄効果を高める目的で洗浄液に界面活性剤やキレート剤を添加しても良い。
洗浄によるアルミニウム材表面層除去量はアルミニウム材片面あたり1nm以上500nm以下であることが好ましい。表面層除去量が1nm未満の場合アルミニウム材表面層の酸化膜の除去が不十分な恐れがあり、500nmより多く表層を除去するとアルミニウム材表面層のエッチピット核の生成が抑制されるため却ってエッチング特性が悪く静電容量が低下する恐れがある。冷間圧延終了後に洗浄を行う場合の洗浄による表面層除去量はさらに、1.5nm以上200nm以下が好ましく、5nm以上200nm以下がより好ましく、10nm以上150nm以下が最も好ましい。
なお、アルミニウム材表面層酸化膜と金属のアルミニウムは密度が異なるが、本願においてアルミニウム材の表面層除去量D(nm)は洗浄による単位表面積当たりの質量減E（g/cm2）とアルミニウムの密度2.7g/cm3を用いて、D(nm)=E×107／2.7と規定する。
洗浄は、洗浄液とアルミニウム材との接触により行われる。接触方法としては、特に限定されないが、浸漬、洗浄液表面へのアルミニウム材の接触、スプレー等があげられる。
前記洗浄によるアルミニウム材表面層の除去は、仕上げ冷間圧延後であって最終焼鈍前に行っても良いし、中間焼鈍後であって仕上げ冷間圧延前に行っても良い。
また、熱間圧延後であって中間焼鈍より前の工程において、前記洗浄液を用いた洗浄によりアルミニウム材表面層を除去してもよい。熱間圧延後であって中間焼鈍より前の工程での洗浄に用いる洗浄液は目的に応じて選択され特に限定されないが、前記中間焼鈍後の洗浄に用いられるものと同じものを用いることができる。
中間焼鈍前の冷間圧延後であって、最終焼鈍よりも前の工程で脱脂を行ってもよい。脱脂方法は特に限定されないが、有機溶剤もしくは界面活性剤を添加した水とアルミニウム材を接触させる事により行うことができる。また、水溶性有機溶剤と水の混合物を用いても良い。有機溶剤、界面活性剤を添加した水、及び水溶性有機溶剤と水の混合物の少なくとも一つとアルミニウム材との接触方法としては、特に限定されないが、浸漬、洗浄液表面へのアルミニウム材の接触、スプレー等があげられる。
有機溶剤は特に限定されるものではないが、例として、アルコール、ジオール、トルエン・キシレン等の芳香族炭化水素、アルカン系炭化水素、シクロヘキサン、ケトン、エーテル、エステル、石油製品等があげられる。
上記アルコールの例としては、メタノール(CH3OH)、エタノール(C2H5OH)、1-プロパノール(CH3CH2CH2OH)、2-プロパノール(CH3CH(OH)CH3)、1-ブタノール(CH3CH2CH2CH2OH)、2-ブタノール(CH3CH2CH(OH)CH3)、1-ペンタノール(CH3CH2CH2CH2CH2OH)、2-ペンタノール(CH3CH2CH2CH(OH)CH3)等が挙げられ、CnH2n+1OH(n=1〜10の自然数)で表されるものが好ましい。また、シクロヘキサノール等の脂環式化合物も用いることが出来る。
上記ジオールの例としては1,2-エタンジオール（HOCH2CH2OH）、1,2-プロパンジオール（CH3CH(OH)CH2OH）、1,3-プロパンジオール（HOCH2CH2CH2OH）等が例示できる。
上記アルカン系炭化水素の例としては、ペンタン(C5H12)、ヘキサン(C6H14)、ヘプタン(C7H16)、オクタン(C8H18)、ノナン(C9H20)、デカン(C10H22)等が挙げられCnH2n+2(ｎ=5〜15の自然数)で表されるものが好ましい。またシクロヘキサン等脂環式炭化水素の適用も可能である。
上記ケトンの例としてはアセトン(CH3COCH3)、2-ブタノン(CH3COC2H5)、3-ペンタノン（CH3CH2COCH2CH3）、3-メチル-2-ブタノン（CH3COCH(CH3)2）等が例示でき、R1COR2(R1およびR2:脂肪族炭化水素基であり、R1とR2の炭素数の合計が8以下)で表されるものが好ましい。また、シクロヘシサノン(C6H10O)等環状ケトンを用いても良い。
上記エーテルの例としては、R1-O-R2(R1およびR2:脂肪族炭化水素基であり、R1とR2の炭素数の合計が8以下)で表される物質、2-メトキシエタノール（CH3OCH2CH2OH）、2-エトキシエタノール(CH3CH2OCH2CH2OH)、2-ブトキシエタノール（CH3CH2CH2CH2OCH2CH2OH）、2-(2-エトキシ)エトキシエタノール（CH3CH2OCH2CH2OCH2CH2OH）、等のグリコールエーテルも含まれる。
上記エステルの例としては、CH3COOR(R:炭素数１〜5である脂肪族炭化水素基)で表される酢酸エステルが例示できる。
上記石油製品の例としては、工業ガソリン（JIS K 2201）、自動車ガソリン（JIS K 2202）、航空ガソリン（JIS K 2206）、灯油（JIS K 2203）、軽油(JIS K 2204)、石油エーテル(JIS K 8593)、石油ベンジン(JIS K 8594)、リグロイン(JIS K 8937)、ケロシン等が挙げられる。
上記脱脂に用いる水に界面活性剤を添加した液に含まれる界面活性剤は特に限定されるものではないが、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、非イオン性界面活性剤を用いることが出来る。
アニオン界面活性剤として硫酸エステル塩、スルホン酸塩を用いることができる。
上記硫酸エステル塩としては、R-OSO3Na(R=炭素数8〜18の飽和炭化水素基もしくは二重結合を一つ有する不飽和炭化水素基)が利用でき、具体的にはドデシル硫酸ナトリウム(C12H25OSO3Na)、ヘキサデシル硫酸ナトリウム(C16H33OSO3Na)、ステアリル硫酸ナトリウム(C18H37OSO3Na)、オレイル硫酸ナトリウム(C18H35OSO3Na)等が例示できる。
上記スルホン酸塩はR-SO3Na(R=炭素数8〜18の飽和炭化水素基もしくは二重結合を一つ有する不飽和炭化水素基)もしくはドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(C12H25-C6H4-SO3Na)等のR-SO3Na(R:アルキル基が炭素数8〜14の飽和炭化水素基もしくは二重結合を一つ有する不飽和炭化水素基であるアルキルベンジル基)で表されるものを用いることができる。
カチオン界面活性剤としてR-N+(CH3)3・Cl- (R=炭素数8〜16の飽和炭化水素基)で表される第４級アンモニウム塩を用いることができる。
非イオン性界面活性剤として、R-O-(-CH2CH2O)nH(R=炭素数8〜16の飽和炭化水素基もしくは二重結合を一つ有する不飽和炭化水素基、n=6〜14)またはR-O-(-CH2CH2O)nH(R=アルキル基が炭素数8〜12の飽和炭化水素基もしくは二重結合を一つ有する不飽和炭化水素基であるアルキルフェニル基、n=6〜14)で表されるポリエチレングリコール型非イオン界面活性剤を例示できる。なおｎが上記範囲より多いものが非イオン性界面活性剤中に50%以下のモル比で含まれていても良い。
上記界面活性剤の少なくとも１種類以上を水に添加し洗浄液として用いる事ができる。界面活性剤の炭素数が上記範囲より少ない界面活性剤が50%以下のモル比で添加されていても良い。なお、アニオン界面活性剤とカチオン界面活性剤を水中で混合させると沈殿が生成するため、混合は避けることが好ましい。
界面活性剤の添加濃度は特に規定されないが脱脂効果を発揮させるために臨界ミセル濃度以上であることが好ましい。
なお、水と混合して使用できる有機溶剤としては、上記有機溶剤のうち、メタノール、エタノール、プロパノール、アセトン等が挙げられる。
アルミニウム材の最終焼鈍における処理雰囲気は特に限定されるものではないが、酸化皮膜の厚さを増大させすぎないように、水分および酸素の少ない雰囲気中で加熱するのが好ましい。具体的には、アルゴン、窒素などの不活性ガス中あるいは0.1Pa以下の真空中で加熱することが好ましい。また、最終焼鈍の雰囲気として水素ガスも好適に利用できる。
最終焼鈍後のアルミニウム材の立方体方位占有率は90％以上が好ましい。
最終焼鈍の方法は特に限定されるものではなく、コイルに巻き取った状態でバッチ焼鈍しても良く、コイルを巻き戻し連続焼鈍したのちコイルに巻き取っても良く、バッチ焼鈍と連続焼鈍の少なくともどちらかを複数回行っても良い。
焼鈍時の温度、時間は特に限定されるものではないが、例えばコイルの状態でバッチ焼鈍を行う場合には、４５０〜６００℃にて１０分〜５０時間焼鈍するのが好ましい。温度が４５０℃未満、時間が１０分未満では、エッチピットが均一に生成する表面が得られない恐れがあるからである。逆に６００℃を越えて焼鈍すると、コイルでバッチ焼鈍する場合はアルミニウム材が密着を起こし易くなり、また５０時間を超えて焼鈍してもエッチングによる拡面効果は飽和し、却って熱エネルギーコストの増大を招く。特に好ましい焼鈍温度は４５０〜５９０℃、さらに好ましくは４６０〜５８０℃特に４６０〜５７０℃である。特に好ましい焼鈍時間は２０分〜４０時間である。
また、昇温速度・パターンは特に限定されず、一定速度で昇温させても良く、昇温、温度保持を繰り返しながらステップ昇温・冷却させても良く、焼鈍工程にて４５０〜６００℃の温度域で合計１０分〜５０時間焼鈍されれば良い。
最終焼鈍後に得られる電解コンデンサ電極用アルミニウム材の厚さは特に規定されない。箔と称される２００μｍ以下のものも、それ以上の厚いものも本発明に含まれる。
最終焼鈍を経たアルミニウム材には、拡面率向上のためエッチング処理を実施する。エッチング処理条件は特に限定されないが、好ましくは直流エッチング法を採用するのが良い。直流エッチング法によって、前記焼鈍において生成が促進されたエッチピットの核となる部分において、深く太くエッチングされ、多数のトンネル状ピットが生成され、高静電容量が実現される。
エッチング処理後、望ましくは化成処理を行って陽極材とするのが良く、特に、中圧用および高圧用の電解コンデンサ電極材として用いるのが良いが、陰極材として用いることを妨げるものではない。また、この電極材を用いた電解コンデンサは大きな静電容量を実現できる。
本発明で規定した以外の工程および工程条件は限定されず、常法に従って行われる。また、アルミニウム材のエッチング条件との関係で、アルミニウム材の製造工程は適宜変更される。
なお、静電容量の測定は常法に従えば良く、化成処理されたエッチド箔について、例えば３０℃の８０ｇ／Ｌのホウ酸アンモニウム水溶液中で、ステンレス板を対極として１２０Ｈｚにて測定する方法を例示できる。
以下に本発明の実施例および比較例を示す。
表１に示すように、組成の異なるアルミニウム鋳塊を準備した。表１に鋳塊中に含まれるFe, Si, およびCuの濃度を示す。これらのアルミニウム鋳塊を熱間圧延して得られた板を冷間圧延し厚さ130μmのシート状アルミニウム材を用意した。表２に中間焼鈍前に行う脱脂以降の工程、表３に表２中の工程２（中間焼鈍）の条件、表４および表５に表２中の工程４および工程７（洗浄によるアルミニウム材表面層の除去）の条件を示す。
なお、アルミニウム材表面層除去量は洗浄液への浸漬時間により制御し、アルカリ洗浄の後に酸洗浄を実施する場合にはアルカリ洗浄液への浸漬時間を調節することにより除去量を制御した。
［実施例１］
表１記載のFe 0.0015質量％, Si 0.0022質量％, Cu0.0055質量％(組成３)のアルミニウム鋳塊を熱間圧延し、得られた板を冷間圧延して得られた厚さ130μｍのアルミニウム材を、表６に示す条件にて処理した。すなわち、アルミニウム材に対して空気中で260℃にて18時間の中間焼鈍を行った（工程２）。その後、圧下率20%の仕上げ冷間圧延を実施した（工程５）。仕上げ冷間圧延後のアルミニウム材をn-ヘキサンにより脱脂した後（工程６）、80℃20質量%りん酸水溶液中に浸漬することによりアルミニウム材表面層を12nm除去させた（工程７）。その後、アルゴン雰囲気中で530℃にて6時間最終焼鈍し（工程８）、電解コンデンサ電極用アルミニウム材を得た。
［実施例２〜実施例５１、比較例１〜比較例４］
表１に示すFe、Si及びCuを含有するアルミニウム鋳塊を熱間圧延し、得られた板を冷間圧延して得られた厚さ130μｍのアルミニウム材を、表６〜表９に示す条件にて処理し、電解コンデンサ電極用アルミニウム材を得た。
表１記載のFe 0.0015質量％, Si 0.0022質量％, Cu0.0055質量％(組成３)のアルミニウム鋳塊を熱間圧延し、得られた板を冷間圧延して得られた厚さ130μｍのアルミニウム材を、表６に示す条件にて処理した。すなわち、アルミニウム材に対して空気中で260℃にて18時間の中間焼鈍を行った（工程２）。その後、圧下率20%の仕上げ冷間圧延を実施した（工程５）。仕上げ冷間圧延後のアルミニウム材をn-ヘキサンにより脱脂した後（工程６）、80℃20質量%りん酸水溶液中に浸漬することによりアルミニウム材表面層を12nm除去させた（工程７）。その後、アルゴン雰囲気中で530℃にて6時間最終焼鈍し（工程８）、電解コンデンサ電極用アルミニウム材を得た。
［実施例２〜実施例５１、比較例１〜比較例４］
表１に示すFe、Si及びCuを含有するアルミニウム鋳塊を熱間圧延し、得られた板を冷間圧延して得られた厚さ130μｍのアルミニウム材を、表６〜表９に示す条件にて処理し、電解コンデンサ電極用アルミニウム材を得た。
なお、表６〜９において、工程１〜８は表２の工程１〜８に対応しており、各工程の具体的な条件は表２〜５及び表６〜９に記載されている。
上記の各実施例および比較例で得られたアルミニウム材を、液温80℃、2mol/LのH2SO4水溶液に浸漬した後、水洗し、次に、HCl 1.0mol／LとH2SO4 3.5mol／Lを含む液温80℃の水溶液中で電流密度0.2A/cm2で直流電解エッチングを施した。電解処理後のアルミニウム材をさらに前記組成の塩酸―硫酸混合水溶液に90℃にて360秒浸漬し、ピット径を太くしエッチド箔を得た。得られたエッチド箔を化成電圧270VにてEIAJ規格に従い化成処理し、静電容量測定用サンプルとした。
表６〜表９に比較例１の静電容量を100としたときの相対静電容量を示す。
上記のように、アルミニウム材を酸化性雰囲気中で中間焼鈍し、中間焼鈍より後であって最終焼鈍より前の工程においてアルミニウム材表面層を洗浄により溶解させ最終焼鈍することによりエッチング特性に優れた電解コンデンサ電極用アルミニウム材を得ることができる。
一方、中間焼鈍を100%窒素雰囲気で行い、仕上げ冷間圧延後に洗浄によりアルミニウム材表面層を除去し最終焼鈍した比較例１では、洗浄時のアルミニウム材の溶解性が不均一であり、静電容量が低い。
また、酸化性雰囲気中で中間焼鈍した後、仕上げ冷間圧延、脱脂を行った後最終焼鈍した比較例２は、圧延により生成した不均質な表面層が残るため静電容量は実施例に及ばなかった。
また、比較例３および比較例４は酸化性雰囲気中で中間焼鈍しているが、中間焼鈍より後であって最終焼鈍より前の工程において洗浄による表面層の除去を行っていないため、最終焼鈍後のアルミニウム材表層酸化膜が厚く良好なエッチング特性が得られなかった。
Claims (18)
- アルミニウム材に冷間圧延、中間焼鈍、仕上げ冷間圧延、最終焼鈍を順次実施して電解コンデンサ電極用アルミニウム材を製造するに際し、前記中間焼鈍を酸化性雰囲気中で行い、かつ中間焼鈍より後であって仕上げ冷間圧延前の工程においてアルミニウム材表面層を洗浄により除去することを特徴とする電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
- 中間焼鈍における酸化性雰囲気中の酸素濃度が0.1体積％以上である請求項１に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
- 酸化性雰囲気中での中間焼鈍を２００℃以上３２０℃以下の温度で実施する請求項１または２に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
- 洗浄に用いる洗浄液がアルカリ性水溶液である請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
- 洗浄に用いる洗浄液が酸性水溶液である請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
- 洗浄は、アルカリ性水溶液による洗浄と酸性水溶液による洗浄の順次的実施により行われる請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
- アルカリが水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化カリウム、オルトケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、リン酸三ナトリウム、炭酸ナトリウムの中から選ばれた１種あるいは２種以上である請求項４または請求項６に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
- 酸性水溶液中の酸が塩酸、硫酸、硝酸、リン元素を含む酸の中から選ばれた１種または２種以上である請求項５または請求項６に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
- 洗浄によるアルミニウム材表面層除去量が、以下に規定する除去量D(nm)においてアルミニウム材片面あたり1nm以上500nm以下である請求項１ないし請求項８の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
除去量D(nm)＝E（g/cm2）×107／2.7(g/cm3）
ただし、Eは洗浄による単位表面積当たりの質量減
2.7g/cm3はアルミニウムの密度 - 中間焼鈍前の冷間圧延後であって、最終焼鈍より前の工程で脱脂を行う請求項１ないし請求項９の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
- 有機溶剤を用いて脱脂を行う請求項１０に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
- 界面活性剤が添加された水を用いて脱脂を行う請求項１０に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
- 水溶性有機溶剤と水の混合物を用いて脱脂を行う請求項１０に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
- 最終焼鈍が不活性ガス雰囲気中で行われる請求項１ないし請求項１３の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
- 最終焼鈍が４５０℃以上６００℃以下で行われる請求項１ないし請求項１４の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
- アルミニウム材のアルミニウム純度が９９．９質量％以上である請求項１ないし請求項１５の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
- アルミニウム材のアルミニウム純度が９９．９５質量％以上である請求項１ないし請求項１５の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
- アルミニウム材のアルミニウム純度が９９．９８５質量％以上である請求項１ないし請求項１５の何れか１項に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム材の製造方法。
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