JPH03150820A - 電解コンデンサ用アルミニウム電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は電解コンデンサに用いられるアルミニウム電
極であって、特に陰極に用いられるアルミニウム電極に
関する。

【従来の技術】

電解コンデンサは、小型、大容量、安価で整流出力の平
滑用などの用途に優れた特性を示し、各種の電気・電子
機器の重要な構成要素の一つである。 電解コンデンサは、一般にアルミニウム等の絶縁性酸化
皮膜が形成され得る、いわゆる弁金属を陽極に用い、前
記絶縁性酸化皮膜を誘電体層として、集電用の陰極電極
との間にセパレータに保持された電解液を介在させてコ
ンデンサ素子を作成し、これを密閉容器内に収納して構
成される。 陽極材料は前述したように、アルミニウムをはじめ、タ
ンタル、ニオブ、チタンなどが使用される。また集電の
ための陰極電極材料には、陽極材料と同種の金属が用い
られる。 ところが、弁金属は一般に自然酸化による酸化皮膜層が
表面に形成される。この傾向はアルミニウムにおいて特
に顕著である。そしてこの自然酸化皮膜は極めて薄い絶
縁層のため、陰極側にも静電容量が形成され、電解コン
デンサは、陽極側の静電容量および陰極側の静電容量が
直列に接続された合成容量となり、所望の静電容量が得
られなくなる。また所望の静電容量を得るため、陽極側
の静電容量を必要以上に大きくする必要がある。 この影響を少なくするためには、陽極側の静電容量値に
比べ陰極側の静電容量値を著しく高くすれば、陰極側の
静電容量による影響は殆ど無視できることになるが、低
電圧用の電解コンデンサの陽極の単位面積あたりの静電
容量は相当に高い７準にあり、これをより高めるのは困
難で、合成１世による静電容量値の低下は免れ得ない。 そこで陰極側の静電容量値をより高くするたδに、陰極
電極表面をエツチング処理して表面積イ拡大する方法が
ある。しかしこの表面積を拡大する技術は、現在では高
度に洗練されているが、この技術のみによって電解コン
デンサの静電容量ツ飛躍的に増加させるのは次第に困難
になりつつオる。 むしろ陰極との合成容量による静電容量の低１の問題の
解決のためには、陰極の表面部に絶縁性の酸化皮膜を形
成しない導電性の金属からなる１膜で被覆することによ
って、合成容量による静１容量値の低下を防止すること
が考えられる。 このようなものとして、例えば特開昭６Ｏ−１８２Ｃ号
公報のように、各種の導電性金属を真空蒸着するものが
知られている。また薄膜を形成するためには、前記の真
空蒸着によるもののほか、イオンブレーティング法、ス
パッタリング法あるいはプラズマＣＶＤ法などのような
各種の物理的方法がある。 しかしながら、導電性金属のうち、金、白金などのいわ
ゆる貴金属については、薬品との反応が殆どなく、電解
コンデンサとして長期間使用しても良好な導電性を保ち
得る。しがしながらこの種の貴金属は、安価で多量の生
産が要求される電解コンデンサには、経済的理由から採
用されるに到起き、表面の状態が経時変化するために、
腐食事故の発生や、電解コンデンサの特性が安定しない
という欠点があった。

【発明が解決しようとする課題】

この発明は、高純度アルミニウムの表面に導電性で、し
かも電解コンデンサとして使用した場合に特性上安定度
の高い薄膜を形成し、単位面積あたりの静電容量が大き
く、しかも信頼性の高い電解コンデンサ用電極を得るこ
とを目的としている。

【課題を解決するための手段】

この発明は、窒化チタンがこの発明の目的に適合した薄
膜を形成することに着目したもので、この発明の電解コ
ンデンサ用電極は、高純度アルミニウム表面に、窒化チ
タン層を形成したことを特徴としている。 すなわちこの発明は、チタンの窒化物の薄膜によりアル
ミニウム電極表面を被覆することにより、この発明の目
的を達成している。 この発明によれば、被処理材料としては、通常の電解コ
ンデンサの陰極に用いる高純度で箔状あるいは板状のア
ルミニウムを用いることができる。 このアルミニウム表面は、あらかじめ脱脂処理等にをよ
り表面を清浄化しておく。またアルミニウム表面はエツ
チング処理を施しても良いし、ブレーンのままであって
も使用可能である。ただエツチングの際はエツチングに
よる凹凸の細かさの範囲を窒化チタン層を形成する手段
によって選択する必要がある場合がある。 形成される窒化チタン層の厚さは、少なくともアルミニ
ウム表面を均一に覆われる必要がある。 また厚さが必−要以上になると、被覆処理に時間がかか
ることなどから、好ましくは０．０２ないし５μｍ、よ
り好ましくは０，１ないし２μｍである。 窒化チタン薄膜を形成するための手段としては、各種の
手段が適用可能であるが、一般には薄膜ゆえ、厚さや状
態の制御が容易な物理的手段によるドライプロセスによ
るのが好適である。このような手段としては、真空蒸着
、陰極アーク蒸着、スパッタリング、イオンブレーティ
ング、プラズマＣＶＤ法などが例示できる。

【作　　　用】

窒化チタンは、比抵抗値が２２ないし１３０μΩ・ｃｍ
と低い抵抗値を有する硬質な化合物で、切削工具のチッ
プ表面の保護や時計用ケースの被覆などの用途が知られ
ている。 また窒化チタンはアルミニウムとの反応性も良好なこと
から、アルミニウム表面に低比抵抗の緻密な薄膜が形成
される。 この結果、アルミニウム電極は表面に形成された高容量
の極めて薄い自然酸化皮膜か、あるいは特定の微小部分
については自然酸化皮膜が殆ど形成されない電導度の高
い金属アルミニウム表面がそのまま、窒化チタンによっ
て安定して保護されることになり、電極全体として高い
静電容量値が得られるものと思われる。 また窒化チタンは、電解液との反応が起きにく（、電極
の表面状態を長期にわたって安定して維持させる。

【実　施　例］ 以下実施例に基づいて、この発明を更に詳細に説明する
。 この発明の窒化チタン薄膜を表面に形成した高純度アル
ミニウム被処理材を以下の実施例１およ゛び２のごとく
作成した。また比較例として、窒化物でない金属チタン
層を形成したもの、従来から用いられている高純度アル
ミニウム表面をエツチング処理のみ行ったものを比較例
１ないし３とした。 ’ＩＩＩＬ− 高純度のアルミニウム箔（純度９９．９５％、厚さ１０
０μｍ）を５０ｍｍＸ　１００ｍｍに切断したものを被
処理材として使用し、窒素ガスを含む全圧が５Ｘ１０−
”Ｔｏｒｒのチャンバ中で、陰極アーク蒸着法を用いて
蒸着を行った。蒸着条件は、被処理材を２００’Ｃに加
熱し、蒸発距離２００１１ＩＩ１１でアーク放電電圧１
００■、アーク電流ｔｏｏ　Ａで蒸着速度を０．０５μ
ｍ／分で４分間蒸着を行った。 この結果表面に、膜厚０．２μｍの窒化チタン層が形成
された。 一皇施貞Ｉ− 実施例１と同じ高純度アルミニウムに、イオンブレーテ
ィング法によって、窒化チタン薄膜を形成した。 形成条件は、チャンバ中の窒素ガスを含む全圧が、Ｉ　
Ｘｌ０−”Ｔｏｒｒの雰囲気で、被処理材と蒸着源であ
るチタン電極間にＩ２００　Ｖを印加して２０分間イオ
ンブレーティングを行った。 この結果、表面に、膜厚０８２μｍの窒化チタン層が形
成された。 一止較拠上一 被処理材には実施例と同じものを用い、これを常温状態
で、２　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒのアルゴンガス雰囲気の
チャンバ中で実施例１と同じ陰極アーク蒸着法によって
金属チタン薄膜を形成した。蒸着条件は、アーク放電電
圧１００Ｖ、アーク電流ｔｏｏ　Ａで蒸着温度を０．０
２μｍ／分で１０分間蒸着を行った。 この結果、膜厚０．２μｍの金属チタン蒸着膜が形成さ
れた。 一止較斑Ｉ− 実施例２と同じイオンブレーティング法によって金属チ
タンの薄膜を形成した。 被処理材は、実施例１と同じものを用いた。薄膜形成条
件は、２　Ｘ　１０−　”Ｔｏｒｒのアルゴンガス雰囲
気中で、被処理材、蒸発源間に１２００　Ｖの電圧を印
加して１８分間蒸着を行った。 この結果、膜厚０．２μｍの金属チタン膜が形成された
。 ！剋１１一 実施例と同じ素材からなる高純度アルミニウム材表面を
交流電解法によってエツチング処理したものを準備した
。 これら、各実施例および比較例の被処理材について、各
々の単位面積あたりの静電容量値を測定したところ、第
１表に示す結果が得られた。 （第　１　表） この結果から明らかなように、この発明の実施例のもの
は、比較のものに比べていずれも単位面積あたりの静電
容量値が高いことがわかる。 次に、形成された薄膜の安定性を調べるために、これら
各被処理材を電解コンデンサの陰極に用いて電解コンデ
ンサを作成し、寿命試験を行って特性の変化を調べた。 作成した電解コンデンサは、リード線同一方向型の電解
コンデンサで、箔状の電極をセパレータと共に巻回した
素子に電解液を含浸し、金属ケース内に収納し、開口部
を封口ゴムで密閉したものである。電解コンデンサを構
成する材料は、陰極箔として上記の各実施例ならびに比
較例のものを用いた以外は全て共通のものを使用した。 また組立方法についても全て同じである。 電解コンデンサの定格電圧は６．３Ｖ、定格容量−が４
７μＦ、外形寸法が直径５ｆｆｌｆｌｌ、長さ７ｍｍで
ある。 使用した電解液の組成は、エチレングリコール７８重量
％、アジピン酸アンモニウム１０重量％、水１２重量％
の組成からなるもので、通常用いられる電解液に比べて
、水の含有量を多くしである。これは、水による電極箔
の水和劣化の発生が顕著になるようにしたためである。 この電解コンデンサに定格電圧を印加し、１１０°Ｃで
５００時間の寿命試験を行った後の静電容量値と、初期
の静電容量値との変化率を調べた。この結果を第２表に
示す。 （第　２　表） この結果かられかるように、この発明のアルミニウム電
極を用いた電解コンデンサは、初期値においても、高い
静電容量値が得られるとともに、高温負荷寿命試験を行
った後も、電極表面に水和劣化等の特性劣化が生じない
ので、電気特性に変動が少なく、長期にわたって安定し
た特性が維持できることがわかる。 【発明の効果】 以上述べたようにこの発明によれば、電解コンデンサ用
の電極として、単位面積あたりの静電容量を高めること
ができるので、特に低圧領域において小型大容量の電解
コンデンサが得られる。 また電極表面が窒化チタンによって保護され、水和劣化
等の電極表面の劣化が防止されるので、長期にわたって
安定した特性が維持できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　高純度アルミニウム表面に、窒化チタン層を形
   成したことを特徴とする電解コンデンサ用アルミニウム
   電極。