JPH0738368B2 - 電解コンデンサ用アルミニウム電極材料の製造方法 - Google Patents

電解コンデンサ用アルミニウム電極材料の製造方法

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JPH0738368B2
JPH0738368B2 JP9058287A JP9058287A JPH0738368B2 JP H0738368 B2 JPH0738368 B2 JP H0738368B2 JP 9058287 A JP9058287 A JP 9058287A JP 9058287 A JP9058287 A JP 9058287A JP H0738368 B2 JPH0738368 B2 JP H0738368B2
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達雄 大塚
秀一 室岡
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昭和アルミニウム株式会社
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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用アルミニウム電極材料の製
造方法に関する。
なおこの明細書において、アルミニウムの語はアルミニ
ウム合金を含む意味において用いる。
従来の技術 電解コンデンサの小型、高静電容量を達成するために
は、アルミニウム電極材料の静電容量を高める必要があ
る。そして電極材料の静電容量を増加させるには、電極
材の表面積を大きくする、高誘電率の皮膜を形成する、
誘電体の皮膜厚さを薄くする、などが必要である。
そこでこれらを達成して静電容量を増大しうる電極材料
として、本出願人は先に、粗面化したアルミニウム箔の
表面に、蒸着法による所定膜厚のチタン皮膜を形成した
電極材料を提案した(特開昭61-180420号、特開昭61-21
4420号)。かかる電極材料によれば、アルミニウム箔表
面の凹凸効果がチタン皮膜に波及するとともに、これに
チタン皮膜自体の凹凸効果が相俟って皮膜表面を粗な状
態となしうる結果、チタン皮膜を形成しないアルミニウ
ム箔に較べて拡面率を向上しえ、ひいては静電容量の増
大化が可能となった。
ところで、上記のように、アルミニウム箔にチタン蒸着
皮膜を形成する場合、アルミニウム箔をコイルに形成し
て、真空ベルジャー内で該コイルを巻き取りながら蒸着
処理を行う方法が、量産性が高いこと等の理由から採用
されている。
而して、従来、かかる蒸着処理操作にあっては、皮膜と
アルミニウム箔との密着性の向上、処理の迅速性等の観
点から、所定膜厚、例えば1μm前後の膜厚のチタン皮
膜を一回の蒸着処理で一度に形成していたため、次のよ
うな欠点があった。
発明が解決しようとする問題点 即ち、1μm前後のチタン皮膜を一度に形成する場合、
蒸着粒子の凝縮潜熱、蒸発源からの輻射熱によりアルミ
ニウム箔の温度は上昇する。もっとも、チタン皮膜形成
中は冷却ドラムでアルミニウム箔を冷却してはいるもの
の、それでもなお、通常200℃以上の達するもとなる。
かかるアルミニウム箔温度の上昇により、蒸着皮膜はチ
タン粒子が融合したような状態となり易く、こうなると
皮膜表面が平滑化してその凹凸効果が失われる効果、所
期する静電容量を得ることができないというような欠点
があることが判明した。
この発明は、かかる事情のもとになされたものであっ
て、チタン皮膜表面を凹凸状となしえて拡面率の高い即
ち静電容量の大きな電解コンデンサを確実に提供するこ
とを目的とするものである。
問題点を解決するための手段 上記目的において、この発明は、粒子の融合状態による
チタン表面の平滑化が、前述のように、蒸着処理中にお
けるアルミニウム箔の温度上昇に起因していることに鑑
み、アルミニウム箔の温度上昇を来たすことなく所定膜
厚のチタン皮膜を被覆形成せんとするものであり、この
ために、一回の蒸着処理によって一気に所定膜厚を達成
するのではなく、アルミニウム箔の温度上昇にさほど影
響を与えない程度の少量の蒸着処理を間欠的に繰り返す
ことによって、チタン薄膜層を順次的に堆積せしめ、も
って所期する膜厚のチタン皮膜を形成せんとするもので
ある。
即ちこの発明は、粗面化されたアルミニウム箔の表面
に、チタン蒸着処理の少量実施を間欠的に繰り返すこと
によってチタン薄膜層を順次的に堆積せしめ、もって所
定膜厚のチタン皮膜を形成することを特徴とする電解コ
ンデンサ用アルミニウム電極材料の製造方法を要旨とす
るものである。
上記アルミニウム箔の組成は特に限定されるものではな
く、電解コンデンサ用として用いられるものであれば良
い。
アルミニウム箔の粗面化は、その凹凸効果をチタン皮膜
表面に波及せしめて、チタン皮膜表面の拡面率向上を助
長するために施されるものである。この粗面化は、一般
的には、電気化学的あるいは化学的な湿式エッチングに
より行われるが、機械加工により行うものとしても良
い。粗面化の状態や程度は特に限定されないが、好まし
い粗面化状態として、第1図に示すように、アルミニウ
ム箔(1)の表面を海綿状組織層(2)に形成した場合
を挙げうる。この海綿状組織層(2)とは、同図に示す
ように、三次元方向においては連続気泡状態に複雑に連
通した空隙部(2a)を有する組織層をいう。
アルミニウム箔表面へのチタン皮膜の形成は、この発明
では次のようにして行う。即ち、まずチタン蒸着処理を
少量実施することにより、第2図に示すように、アルミ
ニウム箔(1)表面へ最下層のチタン薄膜層(3a)を被
覆形成する。この蒸着処理は少量実施であるから、該処
理によってアルミニウム箔が大幅な温度上昇を来たす虞
れはない。その後アルミニウム箔の冷却時間をおいたの
ち、前記と同様に蒸着処理の少量実施を行って次層のチ
タン薄膜層(3b)を堆積状態に形成する。以後同様の蒸
着処理を行い、チタン薄膜層(3c)(3d)…を順次的に
堆積せしめ、もって所期する膜厚のチタン皮膜(3)を
形成する。このように、蒸着処理の少量実施を間欠的に
繰り返してチタン薄膜層を順次的に堆積せしめることに
より、アルミニウム箔の温度上昇を来たす虞れはなくな
り、低温度に保持した状態のままチタン皮膜(3)を形
成することができる。その結果、チタン粒子の融合によ
りチタン皮膜表面が平滑化する不都合がなくなる。
かかるチタン蒸着処理の少量実施を間欠的に行わしめる
ための具体的処理方法の好ましい例として、連続的巻き
取り蒸着法を挙げうる。即ちこの方法は、第3図に示す
ように、図示しない真空ベツジャー内において、コイル
(8)に巻かれた粗面化アルミニウム箔(1)を、回転
する冷却ロール(4)の下部周面に沿わせて搬送しつつ
巻き取りコイル(9)に巻き取る一方で、冷却ロール
(4)の下方に電子ビーム蒸発源(5)を配設し、冷却
ロール(4)の周面に沿って移動中のアルミニウム箔
(1)に前記蒸発源(5)からチタンを蒸着せしめて付
着させ、まずアルミニウム箔(1)の長さ方向全域に最
下層のチタン薄膜層(3a)を連続的に形成する。こうし
て巻き取りコイル(9)に巻き取ったのち、今度は元の
コイル(8)にアルミニウム箔を巻き戻しながら、次層
のチタン薄膜層(3b)を同じくアルミニウム箔の長さ方
向全域に連続的に形成する。そしてその後所期する膜厚
に達するまでコイルの巻き取りと巻き戻しを繰り返して
同様の蒸着処理を行い、チタン薄膜層を順次的に堆積せ
しめるものである。なお、第3図において、(6)はガ
イドロール、(7)はアルミニウム箔(1)への蒸着範
囲を規制する規制板である。このような方法の採用によ
って、例えばコイルの巻き取り、巻き戻し速度を変える
ことなどでチタン薄膜層の形成条件の設定が容易となる
とともに、効率良く蒸着処理を行うことができる。また
この方法によれば、冷却ロール(4)に沿ってアルミニ
ウム箔が移動することから、該箔の位置によって蒸発源
(5)からのチタン粒子の該箔に対する入射角が変化す
ることとなる。この入射角の変化が効果的にチタン皮膜
表面をより粗な状態とし、容量増加に対して好ましい影
響を与えうるという効果もある。
ここで、前記チタン皮膜(3)の最終膜厚は0.1〜3μ
m(皮膜量換算0.045〜1.35mg/cm2)に設定するのが望
ましい。0.1μm未満では、皮膜表面が平滑なものとな
ってしまい、ひいては静電容量が小さいものとなってし
まう虞れがあるからであり、逆に3μmを超えても使用
チタン材料の増大、コスト上昇にみあうだけの効果が得
られない虞れがあるからである。また、蒸着処理の間欠
的実施回数、還元すればチタン薄膜層の層数は2〜10の
範囲とするのが良い。10回を超えて蒸着処理を繰り返し
ても、効果が飽和するのみならず、却って生産性が悪化
し処理コストが高くつくからである。蒸着速度は、所期
するチタン皮膜厚さと蒸着処理回数との関係を考慮して
適宜決定されるべきものであるが、望ましくは、100〜5
000Å/sec(付着量換算4.5×10-3〜0.225mg/cm2sec)に
設定するのが良い。5000Å/secを超える蒸着速度では雰
囲気圧の影響がなくなり、静電容量が低下するなどの欠
点を派生する虞れがあるからであり、逆に100Å/sec未
満の蒸着速度では生産性が悪く処理コストが高くつくか
らである。また蒸着処理雰囲気はAr等の不活性ガス雰囲
気とするのが、チタン皮膜表面をより粗面化できること
から好ましい。雰囲気圧は5×10-5〜5×10-3Torrとす
るのが良い。5×10-5Torr未満では皮膜の微細粗面化効
果が減少して静電容量の小さいものとなる虞れがあるか
らであり、逆に5×10-3Torrを超える圧力に設定する
と、チタンが蒸発しにくくなるうえ、アルミニウム箔と
の密着性が悪くなる虞れがあるからである。量産性を考
えた場合、好適には1×10-3Torr程度の圧力に設定する
のが良い。蒸発距離は150〜400mmとするのが良い。400m
mを超えるとチタンの付着効率(チタン皮膜の形成量/
チタンの蒸発量)が悪くなる虞れがあるからであり、逆
に150mm未満では、付着効率は良くなるが蒸発源からの
輻射熱でアルミニウム箔表面の温度上昇をきたすととも
に、ガス圧の影響が少なくなり静電容量が低下する虞れ
があるからである。
チタン皮膜(3)を形成したアルミニウム箔は、これを
そのまま電解コンデンサ用陰極材料としても良く、ある
いはその後硼酸、硼酸アンモニウム、酒石酸、酒石酸ア
ンモニウム等の溶液あるいは水溶液中で陽極酸化処理
し、酸化皮膜を形成して陽極材料として使用しても良
い。
発明の効果 この発明は上述の次第で、粗面化されたアルミニウム箔
の表面に所定膜厚のチタン皮膜を形成するに際し、チタ
ン蒸着処理の少量実施を間欠的に繰り返すことによっ
て、チタン薄膜層を順次的に堆積せしめることにより、
所定膜厚を達成せんとするものである。従って従来の如
く、所定膜厚のチタン皮膜を一回の蒸着処理により一度
に形成する場合に較べて、アルミニウム箔の温度上昇を
抑制しえて低温度に保持した状態で所期するチタン皮膜
を形成することができるから、アルミニウム箔の温度上
昇に起因して生じていたチタン粒子の融合による皮膜表
面の平滑化を確実かつ有効に防止しえ、著しく粗な拡面
率の大きな皮膜表面を得ることができ、ひいては電極材
料の静電容量を増大することができる。しかもチタン薄
膜層表面の微細凹凸が、その上方に形成されるチタン薄
膜層に順次的に波及する結果、益々表面の粗なチタン薄
膜を得ることができ、高静電容量を達成することができ
る。さらにまた、アルミニウム箔の温度を低く保持しつ
つチタン皮膜の形成が可能であるから、連続的巻き取り
法により蒸着処理を行う場合には、巻き取りあるいは巻
き戻し時の材料変形(伸び)がなく、安定した静電容量
を得ることができるという効果をも奏する。
実施例 次にこの発明の実施例を比較例との対比において示す。
[実施例1] 塩酸を主成分とし、これに硝酸、リン酸、硫酸等を添加
して溶液中で交流電解エッチングを施し、表面を海綿状
組織層を有するものに粗面化したアルミニウム箔コイル
を用意した。なおアルミニウム箔は厚さ50μm、純度9
9.8%のものを用いた。
次に上記アルミニウム箔コイルを、1×10-3TorrのAr雰
囲気に保持した真空ベルジャー内において、第3図に示
す連続的巻き取り法により蒸着処理を施して、チタン皮
膜を形成した。皮膜の形成は以下の手順に従った。即
ち、まず前記アルミニウム箔コイルを巻き取りながら、
蒸着速度0.045mg/cm2secで皮膜量0.11mg/cm2のチタン薄
膜層をアルミニウム箔の長さ方向の全域にわたって連続
的に形成した。続いてコイルを巻き戻しながら、同様に
アルミニウム箔の長さ方向の全域に蒸着速度0.045mg/cm
2secで皮膜量0.11mg/cm2の二層目のチタン薄膜層を形成
し、もってチタン皮膜とした。該チタン皮膜の膜厚は0.
49μm(皮膜量換算0.22mg/cm2)であった。
[実施例2] 実施例1と同じアルミニウム箔コイルを用い、該コイル
を1×10-4TorrのAr雰囲気に保持した真空ベルジャー内
において、実施例1と同様の方法により、まずコイルを
巻き取りながら0.068mg/cm2secの蒸着速度で皮膜量0.07
mg/cm2のチタン薄膜層をアルミニウム箔の長さ方向全域
に連続的に形成した。次にコイルを巻き戻しながら、巻
き取り時と同じ蒸着速度、皮膜量で二層目のチタン薄膜
層を被覆形成したのち、再度コイルを巻き取りながら同
一の蒸着処理を実施した三層目のチタン薄膜層を形成
し、もってチタン皮膜とした。このチタン皮膜の膜厚は
0.47μm(皮膜量換算0.21mg/cm2)であった。
[比較例] 実施例1と同じアルミニウム箔コイルを用い、該コイル
1×10-3TorrのAr雰囲気に保持した真空ベルジャー内に
おいて、実施例1と同様の方法により、該コイルを巻き
取りながら、蒸着速度0.045mg/cm2secで1回の蒸着処理
を行い、一度に膜厚0.49μm(皮膜量換算0.22mg/cm2
のチタン皮膜を形成した。
上記により得られた3種類の電極材料につき、その静電
容量を30℃、10%硼酸アンモニウム溶液中で測定した。
また各材料のチタン皮膜の密着性を調べるため、同一条
件でセロテープによる剥離試験を実施し、皮膜の剥離の
有無を目視観察した。それらの結果を下記第1表に示
す。
上表の結果からわかるように、この発明に従って製造さ
れた電極材料は静電容量が大きく、またチタン皮膜の密
着性も問題ないことを確認しえた。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明によって製造される電極材料の一例を
示す模式的断面図、第2図は第1図の一部拡大図、第3
図はこの発明を実施する蒸着処理法の一例としての連続
的巻き取り蒸着法の構成を示す説明的断面図である。 (1)……アルミニウム箔、(3)……チタン皮膜、
(3a)(3b)(3c)(3d)……チタン薄膜層。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】粗面化されたアルミニウム箔の表面に、チ
    タン蒸着処理の少量実施を間欠的に繰り返すことによっ
    てチタン薄膜層を順次的に堆積せしめ、もって所定膜厚
    のチタン皮膜を形成することを特徴とする電解コンデン
    サ用アルミニウム電極材料の製造方法。
  2. 【請求項2】チタン蒸着処理の少量実施を2〜10回の範
    囲で行う特許請求の範囲第1項記載の電解コンデンサ用
    アルミニウム電極材料の製造方法。
  3. 【請求項3】アルミニウム箔コイルを巻き取りながらチ
    タン蒸着処理の少量実施を行って、まずアルミニウム箔
    に最下層のチタン薄膜層を連続的に形成したのち、コイ
    ルを巻き戻して次層のチタン薄膜層を形成し、その後必
    要に応じてコイルの巻き取りと巻き戻しを繰り返すこと
    によりチタン薄膜層を順次的に堆積させる特許請求の範
    囲第1項または第2項記載の電解コンデンサ用アルミニ
    ウム電極材料の製造方法。
  4. 【請求項4】チタン皮膜の膜厚が0.1〜3μmである特
    許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれか1に記載の
    電解コンデンサ用アルミニウム電極材料の製造方法。
  5. 【請求項5】蒸着速度が100〜5000Å/secである特許請
    求の範囲第1項ないし第4項のいずれか1に記載の電解
    コンデンサ用アルミニウム電極材料の製造方法。
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