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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung eines Elektrolytkondensators, bei dem eine mit Titan
bedampfte Aluminium-Elektrodenfolie verwendet wird.
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Elektrolytkondensatoren sind bisher aus einer Anodenfolie, auf
der eine durch anodische Oxidation erzeugte dielektrische Schicht
gebildet ist und die eine Folie aus hochreinem Aluminium
umfaßt, die zur Vergrößerung ihrer wirksamen Flächen
elektrolytisch geätzt und dann einer Formierungsbehandlung unterzogen
worden ist, und einer Kathodenfolie, bei der eine
Aluminiumfolie verwendet wird, die zur Vergrößerung ihrer wirksamen
Flächen elektrolytisch geätzt worden ist, gebildet worden, wobei
diese Folien unter Zwischenschaltung eines Separators
aufgewikkelt werden, worauf eine Durchtränkung mit einem
Betriebselektrolyten (nachstehend "Paste") folgt.
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Mit dem Trend, daß verschiedene elektronische Geräte kompakter
und dünner gemacht werden, wird entschieden verlangt, solche
Elektrolytkondensatoren, die in allgemein erhältlichen
elektronischen Geräten angewendet werden, kompakter und dünner zu
machen.
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Die Kapazität C von Elektrolytkondensatoren ist übrigens die
zusammengesetzte Kapazität der Anodenkapazität C mit der
Kathodenkapazität C und wird durch die folgende Formel
wiedergegeben:
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Infolgedessen ist versucht worden, nicht nur die
elektrostatische Kapazität der Anodenfolie, sondern auch die der
Kathodenfolie zu erhöhen, jedoch bewirkt ein übermäßiges Ätzen, daß die
Auflösung der Oberfläche von Aluminiumfolien fortschreitet, und
verhindert, daß die elektrostatische Kapazität zunimmt, und
ferner führt das Ätzen als Folge einer ungleichmäßigen
Auflösung eine starke Verminderung der Folienfestigkeit herbei, so
daß es ferner, weil dafür gesorgt wird, daß die Folien
geringere Breiten haben, damit sie kompakt gemacht werden, unmöglich
gewesen ist, Folien mit einer hohen Geschwindigkeit
aufzuwikkeln, weshalb bei der Erhöhung der elektrostatischen Kapazität
von Kathodenfolien durch Anwendung elektrolytischer
Ätzverfahren eine Beschränkung bleibt.
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Aus der GB-A 2 056 503 ist ein Verfahren zur Herstellung eines
Elektrolytkondensators bekannt, bei dem auf die Oberfläche
einer Substratfolie ein Metalldampf (Aluminium, Tantal) gerichtet
wird, um einen porösen Metallüberzug herzustellen.
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Ferner ist es bekannt, auf den aufgerauhten Oberflächen von
Aluminiumfolien einen aufgedampften Titanfilm zu bilden
(beispielsweise Japanische Ungeprüfte Patentpublikationen Nr. 1804201
1986 und Nr. 214420/1986).
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Die Kathodenfolien, die durch solch ein Verfahren der
Vakuumaufdampfung von Titan erhalten werden, können eine größere
Flächenausdehnung und eine stärker erhöhte elektrostatische
Kapazität haben als die, die durch das elektrolytische Ätzverfahren
erhalten werden, jedoch haben solche Kathodenfolien den
Nachteil, daß sie eine dichte Struktur haben, deren Durchtränkung
mit der Paste schwierig ist.
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Sie haben auch den Nachteil gehabt, daß eine Verminderung der
Kapazität verursacht wird, wenn die Vakuumbedampfung
kontinuierlich durchgeführt wird.
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Die vorliegende Erfindung ist daraufabgezielt, diese
Nachteile, die üblicherweise einbezogen sind, zu beseitigen, und es
ist eine Aufgabe davon, ein Verfahren zur Herstellung eines
Elektrolytkondensators bereitzustellen, bei dem eine
Kathodenfolie mit hoher Kapazität verwendet wird, die als Ergebnis der
Untersuchung der Vakuumaufdampfung von Titan erhältlich ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines
Elektrolytkondensators gelöst, das die Merkmale von Anspruch 1
hat.
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Solch eine Vakuumaufdampfung von Titan führt zur Bildung eines
Titanfilms mit einer rauhen, säulenartigen Struktur, die
voneinander unabhängige Säulen umfaßt. Die Anwendung solch einer
Elektrode erlaubt, daß der Titanfilm mit säulenartiger Struktur
überall in seinen Einzelteilen mit der Paste durchtränkt wird,
was zu einer Erhöhung der wirksamen Fläche, zu einer
Verbesserung der elektrostatischen Kapazität und zu einer Verbesserung
der elektrostatischen Kapazität von Elektrolytkondensatoren
führt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
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Fig. 1(a) und 1(b) sind Querschnitte von Aluminiumfolien;
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Fig. 2 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines
Vakuumbedampfungsverfahrens, bei dem der Bedampfungswinkel u
vorgegeben ist;
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Fig. 3 und 4 sind Ansichten, die dazu dienen, die Beziehung
zwischen dem Vakuumbedampfungswinkel und der Kapazität zu
zeigen;
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Fig. 5 ist eine Ansicht, die dazu dient, die Beziehung zwischen
der Bedampfungstemperatur und der Kapazität zu zeigen;
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Fig. 6 ist eine schematische Ansicht einer
Vakuumbedampfungsapparatur für die Anwendung bei der Massenfertigung, und
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Fig. 7 ist eine Ansicht, die dazu dient, die Beziehung zwischen
der Bedampfungsstrecke und der Kapazität zu zeigen
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Nachstehend werden Beispiele für die vorliegende Erfindung
beschrieben.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben verschiedene
Untersuchungen über Fälle angestellt, in denen mit einem Substrat
aus Aluminiumfolie eine Vakuumbedampfung durchgeführt wird. Die
Gegenstände dieser Untersuchungen schlossen den
Bedampfungswinkel, die Bedampfungstemperatur, die Bedampfungsatmosphäre usw.
ein, und auch über die Kenndaten von Elektrolytkondensatoren
wurden Untersuchungen angestellt, indem als Kathode die
Aluminiumfolien angewendet wurden, die einer Vakuumbedampfung unter
verschiedenen Bedingungen unterzogen worden waren.
(Beispiel 1)
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Zunächst wurden Untersuchungen über den Bedampfungswinkel
angestellt.
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In Fig. 1 sind vergrößerte Modellquerschnitte der Strukturen
von vakuumaufgedampften Titanfilmen gezeigt. Fig. 1(a) zeigt
die Struktur eines durch herkömmliches Ätzen gebildeten Films,
und Fig. 1(b) ist eine Modellansicht eines mit dem
Bedampfungswinkel gemäß der vorliegenden Erfindung gebildeten
vakuumaufgedampften Titanfilms. Als Ergebnis verschiedener Untersuchungen,
die so durchgeführt wurden, daß rauhe vakuumaufgedampfte
Titanfilme erhalten werden konnten, wurde erhalten, daß die Vorgabe
des Bedampfungswinkels (u) bei einer Zunahme des Winkels u den
Wert 1/cos u pro Flächeneinheit ergibt, was zu einer groben
Vakuumaufdampfung führt, so daß der Film die säulenartige
Struktur wie in Fig. 1(b) gezeigt haben kann, die voneinander
unabhängige Säulen umfaßt.
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Bei der gegenwärtigen industriellen Fertigung führt die Vorgabe
des Bedampfungswinkels u zu einem schlechten Wirkungsgrad der
Bedampfung und erfordert auch eine sehr große
Vakuumbedampfungsapparatur. Unter Berücksichtigung dieser Gegebenheiten wurde
die Idee geboren, daß die Vakuumbedampfung so durchgeführt
werden kann, daß auf einem Substrat 1 aus Aluminiumfolie im
Anfangsstadium der Vakuumaufdampfung von Titan Keime gebildet
werden können, um zu bewirken, daß ein Titanfilm 2 mit einer
rauhen, säulenartigen Struktur wächst. Auf der Grundlage einer
solchen Idee wurden weitere Untersuchungen angestellt, wobei
gefunden wurde, daß in der in Fig. 2 erläuterten Weise eine
drehbare Walze (die eine vierkantige Walze sein kann, jedoch
häufig eine runde Walze ist) 3 verwendet werden kann, um den
Bedampfungswinkel u vorzugeben und trotzdem eine
Massenfertigung durchzuführen. In Fig. 2 bezeichnet die Zahl 4 eine
Aluminiumfolie, die Zahl 5 Titan und die Zahl 6 eine Rolle.
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Mit einem in dieser Weise vorgegebenen Winkel können Keime mit
einer rauhen, säulenartigen Struktur aufgedampft werden, und
danach kann bewirkt werden, daß die Filmdicke in dem Teil, wo
ein aufgedampfter Film mit einem guten Wirkungsgrad der
Bedampfung und mit einem niedrigen Bedampfungswinkel gebildet wird,
kontinuierlich zunimmt, wodurch es möglich wird, kontinuierlich
und wirksam vakuumaufgedampfte Titanfilme herzustellen, die
rauhe, säulenartige Strukturen haben.
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Nachstehend werden bestimmte Beispiele der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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Um die Wirkung des Bedampfungswinkels u zu beweisen, wurde
zuerst der Bedampfungswinkel festgelegt, wie es in Fig. 3 gezeigt
ist, und die Beziehung zwischen dem Bedampfungswinkel und der
Kapazität ist für den besonderen Fall, daß die Bedampfung unter
Erzielung einer Filmdicke von 1,0 um durchgeführt wurde, wobei
vorausgesetzt ist, daß die Filmdicke, wenn sie kleiner als
dieser Wert war, als eine Dicke von 1,0 um in die Berechnung
einbezogen wurde, in Tabelle 1 und Fig. 4 gezeigt. Die Kapazität
wurde unter Verwendung einer Kapazitätsprüflösung [bestehend
aus 80 g Ammoniumborat und 1000 ml Wasser und mit einem
spezifischen elektrischen Widerstand von 100 ± 10 Ω·cm (30ºC)] und
einer Paste [bestehend aus 10 g Ammoniumadipat, 80 g
Ethylenglykol und 10 g Wasser sowie geringen Mengen von Zusatzstoffen
und mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 150 ± 5
Ω·cm (30ºC)] gemessen.
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Als Elektrodenfolienproben für die Messung wurden zwei
Folienproben mit einer Abmessung von 2,0 cm·1,0 cm gegenüberliegend
angeordnet, um die Messung in der vorstehenden Prüflösung bzw.
in der vorstehenden Paste bei einer Effektivspannung von 0,5 V;
120 Hz und einer Gleichstromvorspannung von 0 V durchzuführen,
und die Messungen wurden für eine Flächeneinheit von 1,0 cm²
berechnet.
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Die Bedingungen für die Herstellung der Proben waren wie folgt:
Die Vakuumbedampfung wurde in einer Vakuumapparatur in einer
Argongasatmosphäre bei einem Vakuumgrad von 2·10&supmin;&sup5; Torr unter
Anwendung von Elektronenstrahlen als Energiequelle durchgeführt,
wobei Titan mit einer Filmdicke von 1,0 um aufgedampft wurde
oder die Filmdicke mit einem Wert von 1,0 um in die Berechnung
einbezogen wurde, wobei die Ergebnisse erhalten wurden, die in
Tabelle 1 und Fig. 4 gezeigt sind. Die Einheit wird durch uF/cm²
ausgedrückt.
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Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist jedoch der Abstand zwischen
der Bedampfungsquelle und dem Substrat aus Aluminiumfolie wegen
der Winkel, die unter denselben Bedingungen vorgegeben sind,
verschieden, so daß der Wirkungsgrad der Bedampfung (die
Filmdicke) umgekehrt proportional zu der zweiten Potenz des
Abstandes abnimmt, was daher in Form der Filmdicke in die Berechnung
einbezogen und in Tabelle 1 gezeigt wird.
Tabelle 1
Bedampfungswinkel Prüflösung Paste Kapazitätsverhältnis (Paste/Prüflösung)
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Wie aus dieser Tabelle 1 oder aus Fig. 4 ersichtlich ist, wird
die Kapazität höher, während der Bedampfungswinkel u bei u&sub2;
größer wird als bei u&sub1;. Ferner liefert ein kleinerer
Bedampfungswinkel u eine dichtere säulenartige Struktur, so daß die
säulenartige Struktur mit Schwierigkeiten überall in ihrem
Inneren mit der Prüflösung durchtränkt werden kann, und die Paste,
die ein größeres Molekül hat und mit der die säulenartige
Struktur mit Schwierigkeiten durchtränkt werden kann, kann stärker
beeinflußt werden. Andererseits resultiert bei einer Zunahme
des Bedampfungswinkels u eine rauhere, säulenartige Struktur,
so daß sie überall in ihrem Inneren ausreichend mit der
Prüflösung oder der Paste durchtränkt werden kann, was dazu führt,
daß eine hohe Kapazität gezeigt wird. Vor allem wurde gefunden,
daß unter Verwendung der Paste, die gegenwärtig verwendet wird
und mit der es bisher schwierig gewesen ist, eine hohe
Kapazität zu zeigen, die hohe Kapazität erzielbar geworden ist, und
die erhaltenen Produkte können somit als Kathodenfolien mit
hoher Kapazität für die Anwendung in Kondensatoren verwendet
werden.
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Als nächstes wird nachstehend ein Beispiel beschrieben, bei dem
unter Vorgabe des Bedampfungswinkels und bei kontinuierlichem
Lauf der Folie eine Versuchsfertigung durchgeführt wurde, wobei
die vorstehende Apparatur, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, bei
der die industrielle Massenfertigung berücksichtigt wird,
angewendet wurde. Folien wurden in einer Argongasatmosphäre und bei
einem Vakuumgrad von 5·10&supmin;&sup4; Torr als
Vakuumbedampfungsbedingungen unter Anwendung von Elektronenstrahlen als Energiequelle
mit einer Ausgangsleistung von 6 kW und bei einer
Folienlaufgeschwindigkeit von 1,0 m/min hergestellt, wobei die Filmdicke
des aufgedampften Titanfilms 1,0 um betrug, und die Produkte
wurden der Messung in der vorher beschriebenen Prüflösung und
auch in der vorher beschriebenen Paste unterzogen. Erhaltene
Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Als Vergleichsprodukte
wurden Proben verwendet, die unter denselben Vakuumbedingungen
bei Festlegung des Bedampfungswinkels auf 0º und gemäß der
Elektronenstrahl-Vakuumbedampfung mit einer Titanfilmdicke von 1,0 um
hergestellt worden waren. D.h., diese Bedingungen stimmen mit
den Bedingungen der herkömmlichen Vakuumaufdampfung von Titan
überein.
Tabelle 2
Produkte der Erfindung Vergleichsprodukte Prüflösung Paste Einheit
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In der Paste, die bei der tatsächlichen Anwendung als
Elektrolytkondensatoren verwendet wird, wurde somit eine Erhöhung der
Kapazität auf mindestens etwa das 4fache der Kapazität der
herkömmlichen Folie erzielt.
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Ferner wurden unter Verwendung von Aluminiumfolien, die mit dem
Bedampfungswinkel gemäß der vorliegenden Erfindung mit Titan
bedampft worden waren, (von Folien, die unter denselben
Bedingungen wie den vorstehend erwähnten hergestellt worden waren)
und von Vergleichsfolien (den vorstehend erwähnten Folien, die
mit einem Bedampfungswinkel von 0º mit Titan bedampft worden
waren), die jeweils als Kathodenfolien verwendet wurden,
Kondensatoren hergestellt. Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
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Die Kondensatoren hatten Außenabmessungen von 6,3 mm ·5 mm
Länge und wurden gebaut, indem als Anodenfolien Aluminiumfolien
mit einer Foliendicke von 90 um und einer elektrostatischen
Kapazität von 3000 uF/10 cm² für die Anwendung bei einer
Betriebsspannung von 2 V verwendet und die Folien mit der
vorstehenden Paste durchtränkt wurden.
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Die Elektrolytkondensatoren hatten denselben Aufbau wie die
herkömmlichen Produkte, und als Kathode wurden die mit Titan
bedampften Folien verwendet, die unter Bedingungen gemäß der
vorliegenden Erfindung hergestellt worden waren.
Tabelle 3
Art des Kondensators: Kondensator der Erfindung Vergleichskondensator Kathode Folie, die mit Titan mit einem Bedampfungswinkel bedampft worden ist von 0º Kapazität
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Die Kapazität hat somit im Vergleich zu dem Kondensator, bei
dem die herkömmliche mit Titan bedampfte Folie verwendet wird,
um 64% zugenommen.
(Beispiel 2)
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Als nächstes wurden Untersuchungen über die
Bedampfungstemperatur angestellt. Die Temperaturen der Aluminiumfolie 4 wurden
auf 25 bis 400ºC eingestellt, und Titan wurde im Vakuum
aufgedampft, und auf diese Weise in einem Betriebselektrolyten
erhaltene Kapazitätswerte sind in Fig. 5 gezeigt. Wie aus dieser
Fig. 5 hervorgeht, sieht man, daß die Kapazität verbessert
worden ist, wenn die Temperaturen der Aluminiumfolie 4 in dem
Bereich von 50 bis 200ºC liegen.
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Man sieht somit, daß der aufgedampfte Titanfilm mit der rauhen
Struktur, der für Elektrodenfolien zur Anwendung in
Elektrolytkondensatoren geeignet ist, in dem Bereich von 50 bis 200ºC
gebildet worden ist.
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In der vorstehenden Weise erhaltene Kathodenfolien wurden in
Aluminium-Elektrolytkondensatoren eingebaut; die Ergebnisse
davon sind in Tabelle 4 gezeigt.
Tabelle 4 (Nennspannung: 4 V; Gehäusegröße: 8·7)
Temperatur der bedampften Oberfläche Elektrostatische Kapazität der Elektrodenfolie des Aluminium-Elektrolytkondensators
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Wie in Tabelle 4 gezeigt ist, ist bei dem typischen Beispiel
der vorliegenden Erfindung, bei dem die Folie, die der
Vakuumbedampfung bei 120ºC unterzogen worden war, als Kathodenfolie
in den Elektrolytkondensator eingebaut wurde, die
elektrostatische Kapazität davon stark erhöht.
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Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung in bezug auf
die Verminderung der Kapazität infolge der kontinuierlichen
Vakuumbedampfung beachtet, daß bei der Durchführung der
Vakuumbedampfung für titanbedampfte Folien die Wärme aus der
Vakuumbedampfungsquelle die Folientemperatur erhöht und folglich ein
Film gebildet wird, der dicht ist und eine geringe
Flächenausdehnung hat, was zu einer Verminderung der Kapazität führt.
Diese Erscheinungen können unter Anwendung eines
Elektronenmikroskops mit starker Vergrößerung beobachtet werden. Damit die
säulenartige Struktur erhalten wird, muß die Temperatur auf 50
bis 200ºC eingestellt werden.
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Bei der Durchführung der kontinuierlichen Vakuumbedampfung wird
das Substrat aus Aluminiumfolie jedoch durch die Wärme aus der
Vakuumbedampfungsquelle nach und nach erhitzt, bis es auf eine
hohe Temperatur von 200ºC oder mehr erhitzt worden ist. Aus
diesem Grund wurde auf eine Abkühlung dieses erhitzten Substrats
geachtet, und somit wird insbesondere die Walze, die bei der
Durchführung der Vakuumbedampfung damit in enge Berührung kommt,
innen unter Verwendung von Wasser oder einem Kühlmittel
gekühlt, wodurch verhindert wird, daß die Temperatur des
Substrats aus Aluminiumfolie erhöht wird, so daß die rauhe,
säulenartige
Struktur, die eine große Flächenausdehnung hat,
angenommen werden kann.
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Das Kühlmittel kann die Form von Gas oder Flüssigkeit annehmen,
jedoch ist das Gas wegen seiner niedrigen Wärmeleitfähigkeit
und Wärmekapazität nicht zweckmäßig, und Flüssigkeiten, Wasser
oder halogenhaltige Lösungsmittel, werden bevorzugt, und ein
Umlaufsystem, ein Abflußsystem usw. kann in verschiedener Weise
angewandt werden. Diese können unter Berücksichtigung der
Kosten, des Wirkungsgrades usw. frei gewählt werden.
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Zur Erhöhung dem Kühlwirkungsgrades kann als Kühlwalze auch
eine bloße Bad- bzw. Tauchwalze angewandt werden, um die
Wärmeableitungswirkung des Substrats aus Aluminiumfolie zu erhöhen.
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Eine bestimmte Vakuumbedampfungsapparatur wird in Fig. 6
schematisch erläutert.
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Die Aluminiumfolie 4 wird im Inneren einer Vakuumkammer mittels
einer Abwickelwalze 16 abgewickelt, und Titan 5, das in einem
Tiegel 15 erhitzt wird, wird unter Anwendung einer
Vakuumbedampfungswalze auf jeder Oberfläche abgeschieden. Die
resultierende Folie wird zu einer Aufwickelwalze 17 laufen gelassen und
dort aufgewickelt. Im Verlauf des Laufweges geht die
Aluminiumfolie 4 über mehrere Rollen 6, so daß ihre Laufrichtung
verändert wird. Ein Verschluß 18 ist geschlossen, bis das
aufzudampfende Titan 5 durch Vorschmelzen oder dergleichen stabil
geworden ist, so daß die Vakuumaufdampfung von Titan verhindert
werden kann.
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Es ist ein typisches Merkmal, daß die Vakuumbedampfung
durchgeführt wird, während diese Vakuumbedampfungswalze 3 oder
wahlweise die Rollen 6 gekühlt werden.
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Ein Beispiel für die vorliegende Erfindung wird nachstehend
unter Anwendung bestimmter Daten beschrieben. In dem Beispiel
wurde dafür gesorgt, daß die Vakuumbedampfungswalze 3 in Fig. 6
eine wassergekühlte Walze umfaßte, und die Vakuumbedampfung
wurde unter Wasserkühlung durchgeführt.
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Was die Vakuumbedampfungsbedingungen anbetrifft, wurde die
Vakuumbedampfung in einer Argongasatmosphäre bei einem Vakuumgrad
von 2·10&supmin;&sup4; Torr und bei einer
Vakuumbedampfungs-Folienlaufgeschwindigkeit von 2 m/min unter Anwendung einer
Vakuumbedampfungs-Energiequelle mit einer Elektronenstrahl-Ausgangsleistung
von 8 kW durchgeführt. Zwei Folienproben mit einer Abmessung
von 2,0 cm·1,0 cm wurden gegenüberliegend angeordnet, um die
Messung der Folienkapazität in einer Kapazitätsprüflösung
durchzuführen.
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Zusammensetzung der Kapazitätsprüflösung:
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Ammoniumborat 80 g
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Wasser 1000 g.
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Spezifischer elektrischer Widerstand: 100 ± 10 Ω·cm (30ºC).
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Die Vakuumbedampfung wurde kontinuierlich über eine Länge von
100 m durchgeführt, und zur Durchführung der Messung erfolgte
in Abständen von 10 m eine Probenahme. Erhaltene Ergebnisse sind
in Tabelle 5 gezeigt.
Tabelle 5
Angewandte Walze Beginn der Aufdampfung (Walzentemperatur) Anmerkungen Herkömmliche Walze Kühlwalze * In den runden Klammern sind Walzentemperaturen angegeben, bei denen es sich um Werte handelt, die in der Walze mit einem Thermopaar gemessen wurden. X: Starke Änderung der Kapazität, die zu einer Verminderung der Kapazität führt. Y: Hohe Kapazität mit geringerer Streuung der Kapazität.
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Wie in Tabelle 5 gezeigt ist, behält die Folie, mit der die
Vakuumbedampfung unter Anwendung der Kühlwalze durchgeführt
wurde, einen hohen Kapazitätswert mit geringerer Streuung der
Kapazität bei, und man sieht somit, daß die Kühlwalze eine sehr
große Wirkung herbeiführt.
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Fig. 7 zeigt Kapazitätswerte, die in Abständen von 10 m
gemessen wurden.
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Der Kondensator der vorliegenden Erfindung, bei dem die
Aluminiumfolie, die unter Anwendung der Kühlwalze mit Titan bedampft
worden war, als Kathode verwendet wurde, wurde ferner mit dem
Kondensator verglichen, bei dem die Kathode verwendet wurde,
die durch das herkömmliche elektrolytische Ätzverfahren
gebildet worden war, und die Eigenschaften davon sind in Tabelle 6
gezeigt. In beiden Fällen umfaßt die Anode eine Aluminiumfolie,
die unter denselben Bedingungen gebildet wurde.
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Die Kapazität der Kathode beträgt in bezug auf die mit Titan
bedampften Kathoden 1210 uF/cm² und in bezug auf die
vorstehende Vergleichskathode 308 uF/cm². Die Produkte hatten
Abmessungen von 4 mm ·7 mm Länge und eine Titanfilmdicke von
etwa 1 um. Die Kapazitätsmeßlösung besteht aus 80 g Ammoniumborat
und 1000 ml Wasser und hat einen spezifischen elektrischen
Widerstand von 100 ± 10 Ω·cm (30ºC). Als Paste wurde die
verwendet, die aus 10 g Antimonadipat, 80 g Ethylenglykol und 10 g
Wasser sowie geringen Mengen von Zusatzstoffen besteht und
einen spezifischen elektrischen Widerstand von 150 ± 5 Ω·cm (30ºC)
hat.
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Als Elektrodenfolienproben für die Messung wurden zwei
Folienproben mit einer Abmessung von 2,0 cm·1,0 cm gegenüberliegend
angeordnet, um die Messung in der vorstehenden
Kapazitätsmeßlösung bzw. in dem Betriebselektrolyten durchzuführen.
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Der Vakuumgrad wurde zuerst auf 10&supmin;&sup7; Torr oder weniger
eingestellt, und Argongas wurde zugeführt, um die jeweiligen
Vakuumgrade einzustellen. Wenn Sauerstoffgas oder Stickstoffgas
vorhanden
ist, kann eine Reaktion unter Bildung von Titanoxid oder
Titannitrid eintreten, so daß unterschiedliche Zustände
herbeigeführt werden, und deshalb wurde einmal ein Hochvakuum erzeugt,
und dann wurde nicht reaktionsfähiges, inertes Argongas
zugeführt, um die Vakuumgrade einzustellen. Als Inertgas kann
Heliumgas oder dergleichen zufriedenstellend sein, jedoch wurde
unter Berücksichtigung der Kosten Argongas verwendet, das in
einer großen Menge vorhanden und bei niedrigen Kosten leicht
verfügbar ist.
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Wie in Tabelle 6 gezeigt ist, führt ein niedriges Vakuum mit
einem Vakuumgrad von 1,0·10&supmin;&sup5; bis 10·10&supmin;&sup4; Torr zu der
rauhen Filmstruktur und ermöglicht die Erzielung einer hohen
Kapazität. Ferner kann eine um so höhere Kapazität erzielt werden,
je niedriger das vorgegebene Vakuum ist. Ein niedriges Vakuum
von 10&supmin;³ Torr resultiert jedoch in allzu häufigen
Zusammenstößen von Argongas mit Titandampf, so daß der
Bedampfungswirkungsgrad verschlechtert und ferner die Kapazität vermindert wird.
Außerdem führt das niedrige Vakuum von 10&supmin;³ Torr eine
Ionenbombardementerscheinung von Argongas herbei, die die Durchtrennung
eines (Heiz- bzw. Glüh)fadens der Energieerzeugungsquelle
während ihrer kurzzeitigen Anwendung verursacht, was in einer
kurzen Lebensdauer resultiert, und ferner wegen des Umstands, daß
leicht eine anomale Entladung verursacht wird, keine
kontinuierliche Anwendung erlaubt. Genauer gesagt, die
Vakuumaufdampfung von Titan bei Vakuumgraden von 1,0·10&supmin;&sup5; bis 10·10&supmin;&sup4;
Torr, was Bedingungen sind, unter denen ein guter Wirkungsgrad
der Vakuumbedampfung, d. h. eine gute Produktivität, erzielt
werden kann, führt die Filmstruktur herbei, bei der eine hohe
Kapazität erhalten werden kann.
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Tabelle 6 zeigt die Kapazität, die in der Kapazitätsmeßlösung
und in der Paste gemessen wird.
Tabelle 6 (Einheit des Vakuumgrades: Torr; Einheit der Kapazität: uF/cm²)
Vakuumgrad Meßlösung Paste
Tabelle 6 (Fortsetzung)
Vakuumgrad Meßlösung Paste
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Das Vorstehende ist in Tabelle 7 zusammengefaßt.
Tabelle 7
Vakuumgrad Kapazität Sonstiges Hochvakuum von 10&supmin;&sup6; Torr odder mehr Dichte Filmstrukktur mit einer niedrigen Kapazität. Rauhe Filmstruktur mit einer hohen Kapazität. Die Kapazität ist um so höher, je niedriger das Vakuum ist Keine Unregelmäßigkeiten in bezug auf kontinuierliche Betriebsfähigkeit usw. Niedriges Vakuum von nicht mehr als Rauhe Filmstruktur mit einer hohen Kapazität, jedoch Verminderung des Bedampfungswirkungsgrades mit einer Abnahme der Kapazität. Neigung zu anomaler Entladung. (Heiz- bzw. Glüh)faden wird leicht durchtrennt. (Kontinuierliche Fertigung ist deshalb unmöglich).
Tabelle 8
Art des Produkts Angewandte Kathodenfolie Kapazität der Kathodenfolie Kapazität des Produkts Produkt der Erfindung Mit Titan bedampfte Aluminiumfolie Herkömmliches Produkt Elektrolytisch geätzte Folie
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Wie in Tabelle 8 gezeigt ist, war es auch möglich, durch bloße
Änderung der Kathodenfolie unter denselben Bedingungen eine
2,5fache Kapazität zu erzielen.
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Die Kapazität der ohne Anwendung der Kühlwalze gebildeten
Kathode wird unter dem Einfluß von Wärme niedriger, so daß sie
denselben Wert hat wie bei der herkömmlichen elektrolytisch
geätzten Folie, wobei außerdem eine Streuung der Kapazität
resultiert.
(Beispiel 3)
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben auch
Untersuchungen über Vakuumgrade angestellt.
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Die Vakuumbedampfung wird im allgemeinen bei einem hohen
Vakuumgrad durchgeführt, damit die Adhäsion verbessert und ein
dichter Film hergestellt werden kann. Im Rahmen der
vorliegenden Erfindung wurden die Vakuumgrade untersucht, wobei umgekehrt
darauf geachtet wurde, die Flächenausdehnung größer zu machen,
mit anderen Worten, einen rauhen Film herzustellen, um die
Kapazität zu erhöhen, und dies wurde möglich gemacht, indem die
Vakuumaufdampfung von Titan bei einem niedrigen Vakuumgrad
durchgeführt wurde. Dies basiert auf dem Mechanismus, daß Titandampf
zwischen der Vakuumbedampfungsquelle und dem Substrat, das der
Vakuumbedampfung unterzogen wird, mit Gasmolekülen (hierin mit
den Argongasmolekülen, die sich in dem Raum befinden, in dem
das Titan das Substrat, das der Vakuumbedampfung unterzogen
wird, erreicht und daran anhaftet) zusammenstößt, so daß die
kinetische Energie vermindert und auf diese Weise eine rauhe
Filmstruktur gebildet wird.
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Unter Verwendung der mit Titan bedampften Folie, die in dieser
Weise bei 5·10&supmin;&sup4; Torr, was im Bereich der
Vakuumbedampfungsbedingungen der vorliegenden Erfindung liegt, hergestellt
worden war, als Kathode wurde experimentell ein
Elektrolytkondensator hergestellt, wobei die nachstehend gezeigten Ergebnisse
erhalten wurden. Als Kathodenfolie wurde eine Folie verwendet,
die einer Formierung bei 5 V unterzogen worden war, und als
Vergleichskondensator wurde ein Kondensator verwendet, der eine
durch das herkömmliche Ätzverfahren gebildete Kathodenfolie mit
einer Kapazität von 300 uF/cm² umfaßte. Wenn das Produkt eine
Abmessung von 6,3 mm Durchmesser und 7 mm Länge hat, kann mit
dem Elektrolytkondensator der vorliegenden Erfindung eine
Kapazität von 612 uF erzielt werden, während mit dem
Vergleichskondensator nur eine Kapazität von 285 uF, was nicht mehr als die
Hälfte ist, erzielt werden kann. Die Werte sind in Tabelle 9
gezeigt.
Tabelle 9
Abmessung ( · Länge) Kapazität Kondensator der Erfindung Kondensator, der die herkömmliche Kathode umfaßt
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Der Elektrolytkondensator der vorliegenden Erfindung, bei dem
als Kathode die Aluminiumfolie verwendet wird, die in einer
Argonatmosphäre bei einem Vakuumgrad von 1,0·10&supmin;&sup5; bis 10·10&supmin;&sup4;
Torr mit Titan vakuumbedampft worden ist, kann somit kompakt
sein und eine hohe Kapazität erhalten.
MÖGLICHKEIT DER INDUSTRIELLEN VERWENDUNG
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Wie vorstehend beschrieben wurde, kann mit dem
Elektrolytkondensator, bei dem als Kathode die mit Titan bedampfte
Aluminiumfolie gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine
starke Erhöhung der elektrostatischen Kapazität erzielt werden;
er kann sehr kompakt gemacht werden, kann dünner gemacht
werden, kann derart hergestellt werden, daß er eine hohe Kapazität
hat, wodurch bei den anzuwendenden Geräten große Vorteile
herbeigeführt werden, und kann trotzdem kontinuierlich hergestellt
werden und hat bei seiner Herstellung einen hohen Wirkungsgrad
der Massenfertigung, so daß damit eine starke Verbesserung der
Fertigungskosten oder dergleichen erzielt und somit ein großer
Beitrag zur Industrie geleistet werden kann.
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Liste der Bezugszahlen in der Zeichnung:
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1 Substrat aus Aluminiumfolie
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2 Titanfilm
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3 Drehbare Walze
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4 Aluminiumfolie
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5 Titan
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6 Rolle
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15 Tiegel
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16 Abwickelwalze
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17 Aufwickelwalze
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18 Verschluß.