JPH0521289A - 電解コンデンサ用電極箔の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】アルミニウム箔基体をプラズマ処理にて洗浄し
た後、該基体上に金属薄膜を形成する電解コンデンサ用
電極箔の製造方法である。 【効果】基体と金属薄膜の接着性を向上させることがで
きる。また金属薄膜蒸着時の基体の熱変形を軽減させる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電解コンデンサ用電極
箔の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電解コンデンサ用電極箔としては、一般
にアルミニウム箔にエッチングを施して表面積を拡大し
たものが用いられている。電極の表面積を拡大すること
は、コンデンサの静電容量を増加させるために必須であ
り、小型大容量化への要求から更に電極の表面積を拡大
することが求められている。しかしエッチングによる表
面積の拡大は、アルミニウム箔の強度の低下などから限
界に近付いている。

【０００３】これに対して、特開昭５６−２９６６９号
公報では、３０度以上、好ましくは８０〜８５度の入射
角で基体にアルミニウムやタンタルなどの弁金属の蒸気
を入射させて多孔質金属膜を作成し、表面積が拡大した
電解コンデンサ用電極箔を得ることが提案されている。
また特開昭５９−１６７００９号公報では、アルミニウ
ム箔などの基体上にアルミニウム、タンタル、チタン、
ニオブ、ジルコニウムなどの弁金属をアルゴンなどの不
活性ガス中で蒸着して多孔質膜を形成し、電極の表面積
を拡大すると共に誘電率を増加させることが提案されて
いる。

【０００４】これらの技術は電解コンデンサの単位面積
当たりの静電容量の増加に大きな効果がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の技術には未だ以下のような課題があった。

【０００６】アルミニウム箔基体に金属薄膜を蒸着によ
り形成させる場合、アルミニウム箔基体の表面にその製
造時の油分が残留しているため、金属薄膜とアルミニウ
ム箔基体との接着性が悪く、容易に金属薄膜が剥離して
しまうという問題がある。従来、この対策としては、ロ
−ル状に巻いたアルミニウム箔基体を熱処理することに
よってアルミニウム箔基体の表面に付着した油分を除去
しているが、この方法においても油分の除去が未だ不十
分であったり、熱処理によってアルミニウム箔基体の箔
強度が弱くなり、次工程である蒸着時にアルミニウム箔
基体の搬送時に皺が発生したり蒸着中に基体の変形をき
たすなどの問題があった。

【０００７】本発明は、かかる従来技術の諸欠点に鑑み
創案されたもので、その目的とするところはアルミニウ
ム箔基体の表面に付着している油分を箔強度の低下など
を生ずることなく確実に除去できるうえ、基体と金属薄
膜の接着性向上と金属薄膜蒸着時のアルミニウム箔基体
の熱変形の軽減を確実に達成することのできる電解コン
デンサ用電極箔の製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
アルミニウム箔基体をプラズマ処理により洗浄した後、
該アルミニウム箔基体上に金属薄膜を形成させることを
特徴とする電解コンデンサ用電極箔の製造方法により達
成される。

【０００９】本発明において用いられるアルミニウム箔
基体としては厚みが２００μｍ以下の実質上平坦なアル
ミニウム箔が挙げられるが、特に７〜５０μｍの厚みの
ものが好適に使用される。ここで実質上平坦であること
は化学エッチングなどによるエッチング孔がないこと、
および圧延条痕などによる過度の凹凸がないことを意味
する。隣接する突起と谷との高低差の平均値であるＲＭ
Ｓで表面粗さを表したとき、０．０３μｍ以下であるこ
とが好ましい。アルミニウム箔基体にはアルミニウム合
金箔も含まれる。

【００１０】本発明においてプラズマ処理とは、アルミ
ニウム箔基体を大気圧下もしくは減圧下でのグロ−放電
処理することを意味するが、処理効果の大きな点では減
圧下のグロ−放電処理することが好ましい。グロ−放電
処理とは、発生させたグロ−放電に処理物を晒すことを
言う。減圧下のグロ−放電処理の処理時の圧力は１０^-3
〜１０Torrの範囲が好ましく、５×１０^-3〜１Torrの範
囲が油分除去効果が大きい点で更に好ましい。処理雰囲
気としては、アルゴン、ネオン、ヘリウムなどの不活性
ガス、酸素、窒素、水素、二酸化炭素、空気やそれらの
混合ガスが採用できるが、油分除去効果が大きい点で中
でも不活性ガス、酸素およびこれらの混合ガスが好まし
く、酸素および酸素が１０％以上含まれる不活性ガスと
の混合ガスが更に好ましい。

【００１１】アルミニウム箔基体をプラズマ処理する場
合は、長尺のアルミニウム箔基体を走行させながらグロ
−放電処理をするのが好ましい。更にアルミニウム箔基
体上に金属薄膜を蒸着する領域の基体走行方向の上流側
にグロ−放電電極を設けることにより、グロ−放電処理
と金属薄膜の蒸着を同時に処理することは、生産性向上
の点で好ましい。

【００１２】グロ−放電の放電強度はアルミニウム箔基
体の油分を除去するためには大きい方が好ましい。一
方、放電強度が大きすぎるとアルミニウム箔基体が熱変
形を起こすので、放電強度は２００〜３００００Ｗｍｉ
ｎ／ｍ² の範囲が好ましく、５００〜１００００Ｗｍｉ
ｎ／ｍ² の範囲が更に好ましい。ここで言う放電強度は
放電に使われる電力を、長尺基体走行方向に対して直角
方向に配置されたグロ−放電電極の基体走行方向に直角
方向の長さおよびグロ−放電処理を受ける基体のスピ−
ドで除した値である。グロ−放電のための電力の供給は
直流であっても交流であっても良い。交流の周波数は特
に限定されないが、グロ−放電の広がりが大きい点で５
０ｋＨｚ以上の高周波が好ましい。

【００１３】グロ−放電に使われる電極の形状は円筒
形、平板形などから選ばれる。円筒形の電極には、金属
の棒、金属パイプ、ガラス被覆した金属の棒やパイプ、
中に電極を通したガラス棒などから選ばれる。平板形電
極には、金属板、ガラス被覆した金属板などから選ばれ
る。該電極は、グロ−放電処理効果を高めるために、同
軸マグネトロンと呼ばれる電極も用いることができる。
同軸マグネトロンとは、磁石を、電極として使うパイプ
の中に入れたもので、磁界の作用によって電子が電極近
傍に収束されるのでより強い処理を行うことができる。
また、これらの電極は内部からもしくは外部から冷却さ
れる方が好ましい。該電極とアルミニウム箔基体との距
離は１ｍｍ〜１００ｍｍが好ましく、５ｍｍ〜７０ｍｍ
がさらに好ましい。

【００１４】図１は長尺基体走行系にグロー放電電極を
設けた例を示す概略図で、１は巻出し軸、２は冷却ドラ
ム，３は巻取り軸で、巻出し軸１から巻出された所定厚
みのアルミニウム箔基体４は冷却ドラム２の周面を走行
した後巻取り軸３に巻き取られる。６は冷却ドラム２の
上流側の所定位置に対向して設けられたグロ−放電電
極、５は放電電極６を取り囲むように設けられた覆いで
あり、冷却ドラム２と覆い５と図示されていない覆い５
の側板によってほぼ密閉構造が形成される。覆い５は必
ずしも必要でないが、覆い５を設置することはノズル７
から導入したガスを電極近傍に閉じ込めるのでグロ−放
電処理に必要なガス量を少なくし、また真空排気系の負
担を小さくする効果があるので好ましい。グロ−放電電
極は、電源８と接続され電力が供給され、対極は冷却ド
ラムへ接続される。覆いの材料は金属でも絶縁物でもよ
いが、金属の覆いを冷却ドラムと等電位に接続したホロ
−カソ−ド法を用いることはグロ−放電処理効果を高め
るのでより好ましい。覆いはアルミニウム箔基体以外の
方向に放電が広がらないように電極を覆うようにするの
が好ましい。覆いとグロ−処理電極との間の距離は、近
すぎると均一な放電が起こりにくく、遠いと効果が少な
いので、覆いと電極の距離は５ｍｍ〜１００ｍｍが好ま
しい。グロ−処理電極と冷却ドラムの距離は１ｍｍ〜２
００ｍｍの範囲が好ましい。

【００１５】本発明で言う金属薄膜としてはアルミニウ
ム、チタン、ジルコニウム、タンタル、ニオブおよびハ
フニウムなどのいわゆる弁金属の群から選ばれた少くと
も一つの金属またはこれらの金属の合金および金、白
金、パラジウムなどの貴金属からなることが好ましい
が、コバルト、クロム、ニクロム、ニッケル、銀、銅、
鉄、亜鉛などの金属も使用可能である。これらの中でも
弁金属が好ましく、チタンが静電容量増大に効果が大き
い点で最も好ましい。

【００１６】基体の熱ダメ−ジを抑制するために該金属
薄膜の膜厚は薄い方が良く、一方静電容量を増大させる
には、膜厚が厚いほうが良いので、０．００５〜０．５
μｍの範囲から選ばれることが好ましく、０．０２〜
０．４μｍの範囲から選ばれることが更に好ましい。

【００１７】金属薄膜は長尺のアルミニウム箔基体走行
系に設けられた真空蒸着装置によって形成することが好
ましい。

【００１８】図２は本発明方法の実施に好適に使用され
る装置の一例を示す概略図で、これは長尺の基体走行系
を備えた真空蒸着装置の上流側にグロ−放電電極を設け
たものである。真空槽９内に巻き出し軸１０，円筒状の
冷却ドラム１１，巻取り軸１２から成る長尺基体走行系
が設けられ、これに所定厚みのアルミニウム箔基体１３
がセットされる。真空槽９は、巻出し軸、巻取り軸およ
び覆い１４で囲まれたグロ−放電電極１５が収められた
上槽１６と、蒸発源１７が収められた下槽１８とに隔壁
１９，２０およびマスク２１，２２で分離されており、
排気口２３および２４よりそれぞれ真空排気される。マ
スク２１および２２は蒸発源からの蒸気の基体への入射
角が、所定の角度になるように設置することが好まし
い。

【００１９】ここで、所定の入射角度としては、後述の
図３において説明する、蒸気の基体への初期入射角βが
−３０〜３０度であり、かつ最終入射角αが−９０〜−
４５度の組合わせと、初期入射角βが９０〜４５度であ
り、かつ最終入射角αが−３０〜３０度の組合わせであ
ることが静電容量を大きくする点で好ましいが、勿論こ
れらに限定されない。

【００２０】かかる装置において、まず上槽９および下
槽１８を５×１０^-5Ｔｏｒｒ以下に排気し、バルブ２５
を開きノズル２６を通して酸素ガスを流し、覆い１４と
ドラムで略密閉された領域内を１０^-3〜１０Ｔｏｒｒの
範囲の所定の圧力にする。

【００２１】次いで、バルブ２７を開きノズル２８を通
して隔壁１９，２０マスク２１，２２および冷却ドラム
１１に囲まれた蒸気入射領域へ基体走行方向上流側から
不活性ガスを差し向け、下槽内圧力を１×１０^-4〜１×
１０^-2Ｔｏｒｒの範囲の所定の圧力に調整する。蒸発源
１７は電子ビ−ム加熱器で、チタンのインゴット２９が
充填されている。

【００２２】電極１５に直流電圧を印加しグロ−放電を
おこし、次にアルミニウム箔基体を走行させ、グロ−放
電処理に続けて、チタンのインゴット２９を溶融蒸発さ
せて、該基体上に所定の付着速度で所定の厚さのチタン
薄膜を付着させる。同様にしてアルミニウム箔基体のも
う一方の面もグロ−放電処理をした後チタン薄膜を付着
させる。かくして電解コンデンサ用電極箔を得る。

【００２３】アルミニウム箔基体を強度のグロ−放電雰
囲気中に晒すと、プラズマからの受熱によって変形を起
こすことがある。このためアルミニウム箔を走行させる
ための円筒状ドラムは冷却することが好ましい。

【００２４】本発明のグロ−放電処理によるアルミニウ
ム箔の洗浄は、アルミニウム箔圧延のあと熱処理が施さ
れていないもののみならず、熱処理は施されているが油
分除去には不十分で機械的強度が維持されているアルミ
ニウム箔についても適用することができる。

【００２５】金属の蒸発源としては電子ビ−ム加熱器の
ほか誘導加熱器、抵抗加熱器、レ−ザ−加熱器なども採
用できるが、高速に高融点金属を蒸発させるために電子
ビ−ム加熱器を採用することが好ましい。これらの蒸発
源と基体の間に高周波電力を放射するなどしてイオンプ
レ−ティングを行うことは適宜許される。またこれらの
蒸発源はドラムの真下にある必要はなく、材料使用効率
などの点から好適な位置を適宜選んで良い。

【００２６】次に、図３の真空蒸着機の概略図を用いて
蒸気の基体への入射角について説明する。

【００２７】蒸発源の中心３４とマスク３２の基体走行
方向下流端３９を結ぶ直線４０がドラム（基体）に入射
する点４１でドラム面に法線４２を立てる。法線４２と
直線４０がなす角βが初期入射角である。マスク３２、
ドラム３０および蒸発源３１の位置関係によって、初期
入射角はドラム面に立てた法線に対して基体走行方向の
上流側である場合と下流側である場合がある。入射角の
正負については、該法線４２と該直線４０がなす角が、
基体走行方向上流側にくる場合を負値とし、下流側にく
る場合を正値とする。蒸発源の中心３４とマスク３３の
基体走行方向上流端３５を結ぶ直線３６がドラムに入射
する点３７でドラム面に法線３８を立てる。法線３７と
直線３６がなす角αが最終入射角である。マスク３３、
ドラム３０および蒸発源３１の位置関係によって、最終
入射角も負値である場合と正値である場合がある。

【００２８】本発明の作用の詳細は明らかではないが次
のように推測される。

【００２９】プラズマ中にアルミニウム箔基体を晒すと
プラズマの熱や化学的エネルギ−によってアルミニウム
箔基体表面に付着した油分が除去される一方、アルミニ
ウム箔基体の温度は上昇せず、機械的強度が維持された
ものと考えられる。

【００３０】（特性の測定方法、評価方法） （１）接着力の評価方法 粘着テ−プ剥離テストで金属蒸着膜とアルミニウム箔基
体との接着力を測定した。アルミニウム箔基体上に蒸着
した金属薄膜に剃刀で金属蒸着膜だけに１ｍｍ間隔で縦
横の切れ目をいれ１０×１０の碁盤の目をつくる。金属
薄膜表面に直接ポリエステル粘着テ−プを貼りつけ、引
き剥がしたときに金属蒸着膜が基体に付いたまま碁盤の
目の幾つに残るかによって判定する。

【００３１】（２）表面粗さの測定 万能表面形状測定器（（株）小坂研究所製ＥＴ−１０）
で基体の表面粗さを測定した。該表面粗さは隣接する突
起と谷の高低差であるＲＭＳで表す。金属箔は通常圧延
方向に条痕があることが多く、表面粗さにも方向性があ
る。このときは、基体の長さ方向と幅方向の両方につい
て測定を行い、粗い方の測定値を採用した。基体の表面
粗さを金属薄膜の上から測定しても、基体を直接測定し
てもほとんど測定値は変わらないので、表面粗さの測定
は、金属薄膜の形成前でも後でも良い。

【００３２】

【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明する
が、本発明はこれらに限定されるものではない。

【００３３】実施例１ 図２の長尺基体走行系およびグロ−放電電極を備えた真
空蒸着装置に、厚さ１２μｍ、引張強度２．１ｋｇ／ｃ
ｍ、表面粗さＲＭＳ＝０．０４μｍの実質上平坦なアル
ミニウム箔基体を装着した。マスク２１および２２を調
節して初期入射角が０度、最終入射角が−５２度になる
ようにした。またマスク開口部端とドラムの距離は３０
０ｍｍとした。グロ−放電電極１５は、同軸マグネトロ
ン電極を用いた。グロ−放電電極とドラムの距離は８ｍ
ｍとした。蒸発源１７にチタンのインゴット２９を充填
した後、真空槽９内を排気口２３および２４より排気し
て、真空槽９内を５×１０^-5Ｔｏｒｒ以下にした。

【００３４】バルブ２５を開きノズル２６を通して覆い
１４で囲まれたグロ−放電電極１５へ酸素ガスを０．１
l／ｍｉｎ供給し、覆い１４内の圧力を１．０×１０-2
Ｔｏｒｒとした。

【００３５】バルブ２７を開き、ノズル２８を通して金
属蒸気の基体への入射領域に向けてアルゴンガスを０．
１６ l／ｍｉｎ供給し、下槽内圧力を１．０×１０^-3Ｔ
ｏｒｒに調整した。基体を走行させながらグロ−放電電
極１５へ直流電力を投入してグロ−放電を起こし、２７
００Ｗｍｉｎ／ｍ² の放電強度でグロ−放電処理をしな
がら、チタンのインゴット２９を溶融蒸発させてアルミ
ニウム箔基体上に厚さ０．１５μｍのチタン薄膜を形成
した。チタン薄膜を形成する際、冷却ドラム１１は−２
０℃に冷却した。同様にして該アルミニウム箔基体の反
対の面にもチタン薄膜を形成した。

【００３６】かくして得た電解コンデンサ用電極箔は熱
による変形はほとんど無く、平坦性は良好であった。ま
た粘着テ−プ剥離テストでは、チタン蒸着膜は全く剥離
せず、チタン薄膜とアルミニウム箔基体との密着性は良
好であった。

【００３７】実施例２ グロ−放電電極へ酸素２０％、アルゴン８０％の混合ガ
スを導入し、覆い１４内の圧力を１．０×１０^-2Ｔｏｒ
ｒに調整し、１０００Ｗｍｉｎ／ｍ² の放電強度でグロ
−放電処理をおこなったこと以外は実施例１と同様にし
て電解コンデンサ用電極箔を作成した。

【００３８】かくして得た電解コンデンサ用電極箔は熱
による変形はほとんどなく、平坦性は良好であった。ま
た粘着テ−プ剥離テストを行ったところ、チタン蒸着膜
は全く剥離せず、チタン蒸着膜とアルミニウム箔基体の
密着性は良好であった。

【００３９】比較例１ 覆い２１内へのガスの供給およびグロ−放電電極への電
力の供給をやめ、グロ−放電処理を行わなかったこと以
外は実施例１と同様にして電解コンデンサ用電極箔を作
製した。 かくして得た電解コンデンサ用電極箔は熱に
よる変形はほとんど無く平坦性は良好であったものの、
粘着テ−プ剥離テストを行ったところ、チタン蒸着膜は
アルミニウム箔基体から全部剥離してしまい、チタン蒸
着膜とアルミニウム箔基体との密着性は不良であった。

【００４０】比較例２ 厚さ１２μｍ、引張強度１．４ｋｇ／ｃｍ、表面粗さＲ
ＭＳ＝０．０４μｍ（熱処理による油分除去を行い機械
的強度が低下したアルミニウム箔基体）の実質上平坦な
アルミニウム箔基体を使用し、プラズマ処理を施さなか
ったこ以外は比較例１と同様にして電解コンデンサ用電
極箔を作製した。

【００４１】かくして得た電解コンデンサ用電極箔は、
粘着テ−プ剥離テストを行ったところチタン蒸着膜は全
く剥離せず、チタン蒸着膜とアルミニウム箔基体の密着
性は良好であったが、熱による変形が生じ、平坦性が不
良でコンデンサ素子巻き工程において障害となった。

【００４２】

【発明の効果】本発明は上述のごとく構成したので、基
体と金属薄膜の接着性向上に著しい効果がある上、プラ
ズマ処理による洗浄は、アルミニウム箔基体の箔強度が
低下せずにアルミニウム箔基体の表面に付着している油
分を十分除去することができるので、アルミニウム箔基
体の箔強度の低下防止および金属薄膜蒸着時のアルミニ
ウム箔基体変形の軽減などにも顕著な効果を奏するもの
である。さらに、プラズマ処理は真空蒸着法と同時に処
理あるいは連続して処理できるので生産性の点でも優れ
ている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の実施に使用されるプラズマ処理装
置の一例を示す概略図である。

【図２】本発明方法の実施に使用される電解コンデンサ
用電極箔の製造装置の一例を示す概略図である。

【図３】本発明方法における金属薄膜形成時の基体への
金属蒸気の入射角の説明図である。

【符号の説明】

１：巻出し軸 ２：冷却ドラム ３：巻取り軸 ４：アルミニウム箔基体 ５：覆い ６：グロ−放電電極 ９：真空槽 １７：蒸発源 １９および２０：隔壁 ２１および２２：マスク

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】アルミニウム箔基体をプラズマ処理により
   洗浄した後、該アルミニウム基体上に金属薄膜を形成さ
   せることを特徴とする電解コンデンサ用電極箔の製造方
   法。