JP3729013B2 - アルミ電解コンデンサ用電極箔の製造方法 - Google Patents

アルミ電解コンデンサ用電極箔の製造方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルミ電解コンデンサに用いられる電極箔の製造方法に関するもので、特に中高圧用アルミ電解コンデンサの陽極用に使用されるアルミ電解コンデンサ用電極箔の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化、高信頼性化に伴い、アルミ電解コンデンサに対するユーザからのニーズも小型化が強く要望されており、そのためにアルミ電解コンデンサの陽極用の電極箔も従来以上に単位面積当たりの静電容量を高める必要が生じている。
【0003】
一般的なアルミ電解コンデンサは、アルミニウム箔をエッチングして実効表面積を拡大した表面に陽極酸化により誘電体酸化皮膜を形成した陽極用の電極箔と、アルミニウム箔をエッチングによって実効表面積を拡大した陰極箔を用いて、上記陽極用の電極箔と陰極箔の間にセパレータを介して巻回することによりコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子に駆動用電解液を含浸させると共に、このコンデンサ素子を金属ケース内に封止した構成になっている。
【0004】
上記陽極用の電極箔のエッチングは、アルミニウム箔を硫酸、硝酸、燐酸、蓚酸などの酸を添加した塩化物水溶液中で電気化学的に行われているが、中高圧用に使用される陽極用の電極箔のエッチングは、基本的にはエッチングピット(以下、ピットと称す)を生成させる前段エッチング工程と、このピットを使用電圧に適した径まで拡大する後段エッチング工程とからなり、いかに数多くのピットを生成させて効率よくピットの径を拡大させるかが重要なポイントとなっている。
【0005】
また、上記前段エッチング工程及び後段エッチング工程は、図8に示すようなエッチング槽を複数槽用いてアルミニウム箔を連続的にエッチングしている。
【0006】
上記図8において、81はアルミニウム箔、82a,82bはアルミニウム箔81に対向して配置された各一対の陰極板、83はエッチングするための電解液、84a,84bはアルミニウム箔81に給電する電流供給ローラ、85はエッチング槽内に配置された槽内ローラ、86は電解液の液面、→はアルミニウム箔81の流れる方向を示す。
【0007】
このエッチング槽によるアルミニウム箔81のエッチングは、アルミニウム箔81が電流供給ローラ84aを介して電解液83中に入り、電解液83中でアルミニウム箔81と対向した一対の陰極板82aの間でエッチングされ、さらにアルミニウム箔81が槽内ローラ85を通過して再度電流供給ローラ84bからアルミニウム箔81に給電され、アルミニウム箔81と対向した一対の陰極板82bの間でエッチングされることにより、エッチングされたアルミニウム箔81を連続して得ることができるものであった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の方法では、前段エッチング工程及び後段エッチング工程に上記エッチング槽を用いると、電解液83中の電解電流密度は電解液83の液面86近傍で高く、電解液83の液面86から深くなるにつれて低くなるという現象が発生するものであった。
【0009】
これは、直流電流が電流供給ローラ84a,84bからアルミニウム箔81に供給されるためにアルミニウム箔81の体積固有抵抗による直流電流の損失によるものと、アルミニウム箔81は電解液83の液面86から深くなるにつれて実効表面積が拡大して増えていき、アルミニウム箔81の単位面積当たりの電流量が小さくなるからである。
【0010】
このため、前段エッチング工程では、電解電流密度が高い所ではピットの長さは短くなり、電解電流密度が低い所ではピットの長さは長くなってしまい、発生するピットの長さが不均一となり、アルミニウム箔81の実効表面積の拡大を高めることができにくいという課題を有していた。
【0011】
また、後段エッチング工程でも、電解液83の液面86近傍でしかピットの径の拡大が行われず、エッチング効率が悪いという課題を有していた。
【0012】
この対策として、アルミニウム箔81と陰極板82a,82bの距離を電解液83の液面86近傍で長くし、電解液83の液面86から深いところで短くするなどの方法が考えられるが、エッチング槽の構造が煩雑になって大きくなるので、実際は電解液83中の伝導度と電解電流密度の最適化を図ってエッチングしているのが実態である。
【0013】
本発明は従来のこのような課題を解決するもので、エッチングするときの電解電流密度を均一にしてエッチング効率を高め、アルミニウム箔の実効表面積の拡大を高めることができるアルミ電解コンデンサ用電極箔の製造方法を提供することを目的とするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、アルミニウム箔が電流供給ローラを介して電解液中の一対の陰極板の間を通過することによりエッチングされるアルミ電解コンデンサ用電極箔の製造方法において、アルミニウム箔と対向する陰極板の間に流れる直流電流を、複数の孔または複数のスリットの開口部を有し、上記電解液の液面から深くなるにつれて孔の開口部を大きくまたはスリットの開口部を広くして間隔を狭くなるように設けた電気絶縁材で部分的に遮断してエッチングするようにした製造方法としたもので、この方法により、電解液中の電解電流密度を均一にすることができるので、アルミニウム箔に形成されるピットの長さが均一になり、また、エッチング効率も高めることができるので、実効表面積の拡大を高めたアルミ電解コンデンサ用の電極箔を得ることができる。
【0015】
また、上記製造方法において、電気絶縁材が複数の孔または複数のスリットの開口部を設けるようにした方法としたもので、電解液中の電解電流密度をより均一にすることができる。
【0016】
また、上記複数のスリットの開口部が電解液の液面から深くなるにつれてスリットの開口部を広くし、かつスリットの間隔を狭くなるようにするか、または上記複数の孔の開口部が電解液の液面から深くなるにつれて、孔の開口部の面積を大きくなるようにした方法により、電解液中での電解電流密度を制御することができることから、電解電流密度を精度良く均一にすることができる。
【0017】
また、上記電気絶縁材がアルミニウム箔と対向する陰極板の表面に被覆したものか、または陰極板の表面に電気絶縁材を設置するようにした方法により、効率的にアルミニウム箔をエッチングすることができ、電流ロスを少なくすることができる。
【0018】
また、上記陰極板の表面に被覆または設置された電気絶縁材が、アルミニウム箔との間隔を電解液に浸漬される陰極板の長さを3%以上とする方法により、アルミニウム箔と電気絶縁材の間の電解電流密度をより均一にすることができるので、アルミニウム箔を連続して均一にエッチングすることができる。
【0019】
なお、陰極の長さの3%未満では、孔またはスリットの開口部の電解電流密度が過剰に高くなり、ピットの長さが不均一となりアルミニウム箔の実効表面積の拡大を高めることができない。
【0020】
【発明の実施の形態】
(実施の形態)
図1は本発明の実施の形態によるアルミニウム箔のエッチング工程を示すフローチャートである。同図において、まず、弁作用を有するアルミニウム箔は、厚さ50〜110μmのものを用い必要に応じて前処理を行う。この前処理は、前段エッチングの前に前処理工程を行うことにより前段エッチングでのピットの密度をより高めることができるもので、一般的な金属の前処理に用いられている酸洗浄やアルカリ洗浄などを使用することができる。
【0021】
次に、前段エッチング工程は、アルミニウム箔の表面を如何に密度を高めて均一にピットを生成させるかが重要となる。このためには、図2に示すエッチング槽を2槽〜3槽用いてアルミニウム箔を連続的にエッチングをする。同図において、1はアルミニウム箔、2a,2bはアルミニウム箔1に対向して配置された各一対の陰極板、3はエッチングするための電解液、4a,4bはアルミニウム箔1と陰極板2a,2bに流れる直流電流を部分的に遮断する電気絶縁材、5a,5bはアルミニウム箔1に給電する電流供給ローラ、6a,6bはエッチング槽7内に配置された槽内ローラ、8は電解液3の液面であり、→はアルミニウム箔1の流れる方向を示す。
【0022】
このエッチング槽7によるアルミニウム箔1のエッチングは、まずアルミニウム箔1が電流供給ローラ5aを介して電解液3中に入り、電解液3中でアルミニウム箔1と対向した一対の陰極板2aの間でエッチングされる。次にアルミニウム箔1が槽内ローラ6a,6bを通過して、再度電流供給ローラ5bからアルミニウム箔1に通電されて、アルミニウム箔1と対向した一対の陰極板4bの間でエッチングされることにより、実効表面積の拡大を高めたアルミニウム箔1を連続的に得ることができる。
【0023】
上記陰極板2a,2bは、図3に示すような構成のものを用いる。同図において、21は陰極板であり、電解液3の液面24から下部を部分的にスリット23を設けるように電気絶縁材22で被覆してある。この電気絶縁材22で被覆するときに、電解液3の液面24から深くなるにつれてスリット23の開口部を広くし、かつスリット23の開口部の間隔を狭くなるようにする。このことにより、電解液3の液面24から下部までの電解電流密度を均一にすることができる。
【0024】
また、直流電流を部分的に遮断する電気絶縁材4a,4bの別の方法としては、図4に示すように電解液3の液面33から深くなるにつれてスリット32の開口部を広くし、かつスリット32の開口部の間隔を狭くした電気絶縁材31の板を、アルミニウム箔1と対向した一対の陰極板2a,2bの表面に設置した方法にすることもできる。
【0025】
さらに、別の電気絶縁材4a,4bとしては、図5に示すように電解液3の液面43から深くなるにつれて複数の孔42の面積を大きくなるようにした電気絶縁材41の板を、アルミニウム箔1と対向した一対の陰極板2a,2bの表面に設置した方法にすることもできる。このときの孔42の形状は円形、楕円、四角形および長方形ならびに多角形にすることができる。
【0026】
上記電気絶縁材4a,4bのアルミニウム箔1との距離は、電解液3に浸漬される陰極板2a,2bの長さの3%以上とする。電解液3に浸漬される陰極板2a,2bの長さは通常100〜200cmの範囲であるが、例えば電解液3に浸漬される陰極板2a,2bの長さを150cmとするとアルミニウム箔1と電気絶縁材4a,4bの距離は4.5cm以上とする。このことにより、アルミニウム箔1と電気絶縁材4a,4bの間の電解電流密度を均一にすることができ、連続してアルミニウム箔1を均一にエッチングすることができる。
【0027】
また、前段エッチング工程で用いられる電解液3は、塩酸水溶液またはその水溶液に蓚酸、硫酸、リン酸、硼酸からなる酸またはその塩の少なくとも1つを添加した酸性水溶液を用いることができる。この酸性水溶液の酸濃度は2〜15%の範囲が好ましく、酸濃度が2%以下では十分なピットを得ることができず、15%以上ではアルミニウム箔1の表面の溶解が起きてしまう。
【0028】
上記エッチング槽7でエッチングされたアルミニウム箔1は、ピットの長さを均一にすることができ、ピット密度も高めることができる。
【0029】
次に、後段エッチング工程は、前段エッチング工程でできたピットをアルミニウム箔1の表面の溶解を抑えてピットの径拡大を行うもので、効率よく均一にピット径の拡大をするかがポイントとなる。
【0030】
従って、アルミニウム箔1と対向する陰極箔2a,2bの間の電解電流密度は均一にしなければならず、上記エッチング槽7を用いることにより効率よく均一にピット径の拡大をすることができる。
【0031】
また、後段エッチング工程に用いられる電解液は硫酸、硝酸のいずれかに蓚酸、燐酸、クロム酸、酢酸、リン酸、クエン酸、硼酸の少なくとも1つ以上を添加した酸性水溶液が好ましく、この酸性水溶液中でエッチングすることにより、アルミニウム箔1中の不純物や粒界の影響による表面溶解を抑えてピット径の拡大と均一化を図ることができる。
【0032】
最後に、脱Cl処理してエッチングされたアルミニウム箔1とする。
【0033】
以下、具体的な実施例について説明する。
【0034】
(実施例1)
純度99.98%、厚み100μmのアルミニウム箔を0.5%NaOH水溶液に1分間浸漬して前処理を行った。
【0035】
次に、前段エッチングとして、図2に示したエッチング槽を2槽用い、また陰極板として図3に示した構造(大きさ:厚さ5cm、幅50cm、電解液に浸漬される長さ140cm、アルミニウム箔と電気絶縁材の距離4.2cm)のものを使用して、10%塩酸溶液に1%硫酸を添加した85℃の電解液で電解電流密度が0.15A/cm2になるように電気給電ローラに直流電流を給電して、1槽当たり100秒間エッチングを行い、その後水洗をした。
【0036】
続いて、後段エッチングとして、前段エッチングで用いたエッチング槽を4槽用いて、5%硫酸溶液に0.5%硼酸を添加した50℃の電解液で電解電流密度が0.1A/cm2になるように電気給電ローラに直流電流を給電して、1槽当たり100秒間エッチングを行い、その後水洗をして、最後に脱C1処理してエッチングされたアルミニウム箔を作製した。
【0037】
(実施例2)
上記実施例1において、前段エッチング工程及び後段エッチング工程で用いた陰極板を、図4で示すようなスリットを設けたFRPの電気絶縁材の板を陰極板表面に設置して、アルミニウム箔に対向しない陰極板の全面をFRPで被覆した以外は実施例1と同様にしてエッチングされたアルミニウム箔を作製した。
【0038】
(実施例3)
上記実施例1において、前段エッチング工程及び後段エッチング工程で用いた陰極板を、図5で示すような複数の孔を設けたFRPの電気絶縁材の板を陰極板の表面に設置して、アルミニウム箔に対向しない陰極板の全面をFRPで被覆した以外は実施例1と同様にしてエッチングされたアルミニウム箔を作製した。
【0039】
(実施例4)
上記実施例1において、陰極板に被覆した電気絶縁材とアルミニウム箔の距離を5.6cmにした以外は実施例1と同様にしてエッチングされたアルミニウム箔を作製した。
【0040】
(実施例5)
上記実施例1において、陰極板に被覆した電気絶縁材とアルミニウム箔の距離を3.9cmにした以外は実施例1と同様にしてエッチングされたアルミニウム箔を作製した。
【0041】
(比較例1)
上記実施例1において、電気絶縁材を被覆しない陰極板(大きさ:厚さ5cm、幅50cm、電解液に浸漬される長さ140cm、アルミニウム箔と陰極板の距離4.2cm)を用いた以外は実施例1と同様にしてエッチングされたアルミニウム箔を作製した。
【0042】
上記実施例1と比較例において、その前段エッチングをしたときのアルミニウム箔と電気絶縁材の間及びアルミニウム箔と陰極板の間の電解電流密度を測定した結果を図6及び図7に示す。
【0043】
この図6及び図7から明らかなように、電気絶縁材で部分的に遮断することにより、アルミニウム箔と対向する陰極板の間に流れる直流電流の電解電流密度を均一にすることができる。
【0044】
また、上記実施例1〜5と比較例のエッチングされたアルミニウム箔を、温度が90℃の8%ホウ酸水溶液中で500Vの印加電圧で化成した後、各試料について静電容量と折曲げ強度(φ1.0mm、50g荷重、折曲げ角度90度の条件下で1往復を1回とする)を測定した。その結果を(表1)に示す。
【0045】
【表1】
Figure 0003729013
【0046】
(表1)より明らかなように、本発明の実施例1〜3のエッチングされたアルミニウム箔は、比較例に比べて、電解液の液面近傍と液面から深くなる所の電解電流密度を均一にすることにより静電容量が高くなり、機械的強度も比較例と同等のものを得ることができる。
【0047】
また、実施例4および実施例5のエッチングされたアルミニウム箔は、アルミニウム箔と電気絶縁材の距離を変えたものであるが、実施例4のように電解液に浸漬される陰極板の長さの3%以上にすることにより、陽極用の電極箔の静電容量を比較例に比べて10%以上高めることができる。一方、実施例5はアルミニウム箔と電気絶縁材の距離を電解液に浸漬される陰極板の長さの2.8%にしたもので、静電容量は比較例に比べて3.5%程度アップしているが、実際に生産した場合は3.5%程度のばらつきを有することから、アルミニウム箔と電気絶縁材の距離は、電解液に浸漬される陰極板の長さの3%以上にすることが好ましい。
【0048】
【発明の効果】
以上のように本発明は、アルミニウム箔が電流供給ローラを介して電解液中の一対の陰極板の間を通過することによりエッチングされるアルミ電解コンデンサ用電極箔の製造方法において、アルミニウム箔と対向する陰極板の間に流れる直流電流を、複数の孔または複数のスリットの開口部を有し、上記電解液の液面から深くなるにつれて孔の開口部を大きくまたはスリットの開口部を広くして間隔を狭くなるように設けた電気絶縁材で部分的に遮断してエッチングするようにした製造方法により、電解液中の電解電流密度を均一にすることができるので、アルミニウム箔に形成されるピットの長さが均一になり、また、エッチング効率も高めることができるので、実効表面積の拡大を高めたアルミ電解コンデンサ用電極箔を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態によるアルミニウム箔のエッチング工程を示すフローチャート
【図2】同実施の形態によるエッチング槽の構成を示す断面図
【図3】同実施の形態による陰極板の構成を示す斜視図
【図4】同実施の形態による電気絶縁材の構成を示す斜視図
【図5】同実施の形態による他の電気絶縁材の構成を示す斜視図
【図6】同実施の形態の実施例1によるアルミニウム箔と電気絶縁材の間の電解電流密度を示す特性図
【図7】同実施の形態の比較例によるアルミニウム箔と電気絶縁材の間の電解電流密度を示す特性図
【図8】従来のエッチング槽の構成を示す断面図
【符号の説明】
1 アルミニウム箔
2a,2b 陰極板
3 電解液
4a,4b 電気絶縁材
5a,5b 電流供給ローラ
6a,6b 槽内ローラ
7 エッチング槽
8 電解液の液面

Claims (4)

  1. アルミニウム箔が電流供給ローラを介して電解液中の一対の陰極板の間を通過することによりエッチングされるアルミ電解コンデンサ用電極箔の製造方法において、アルミニウム箔と対向する陰極板の間に流れる直流電流を、複数の孔または複数のスリットの開口部を有し、上記電解液の液面から深くなるにつれて孔の開口部を大きくまたはスリットの開口部を広くして間隔を狭くなるように設けた電気絶縁材で部分的に遮断してエッチングするようにしたアルミ電解コンデンサ用電極箔の製造方法。
  2. 電気絶縁材がアルミニウム箔と対向する陰極板の表面に被覆したものである請求項1に記載のアルミ電解コンデンサ用電極箔の製造方法。
  3. 電気絶縁材がアルミニウム箔と対向する陰極板の表面に設置するようにしたものである請求項1に記載のアルミ電解コンデンサ用電極箔の製造方法。
  4. 陰極板の表面に被覆または設置された電気絶縁材のアルミニウム箔との間隔を、電解液に浸漬される陰極板の長さの3%以上とする請求項またはに記載のアルミ電解コンデンサ用電極箔の製造方法。
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