(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凹溝が形成された基体からなる蒸着用ボートであって、
前記凹溝は、
少なくとも蒸着材料が供給される供給用凹溝と、
この供給用凹溝と連通し、前記蒸着材料を蒸発させる蒸発用凹溝とで構成され、
表面に前記供給用凹溝が形成された領域の前記基体の抵抗値に対する、表面に前記蒸発用凹溝が形成された領域の前記基体の抵抗値の比は、蒸着の際の圧力下での前記蒸着材料の沸点を蒸着の際の圧力下での前記蒸着材料の融点で除した値以上である蒸着用ボート。
【請求項２】
前記供給用凹溝は前記蒸発用凹溝よりも幅が狭いものとした請求項１に記載の蒸着用ボート。
【請求項３】
表面に前記供給用凹溝が形成された領域は、表面に前記蒸発用凹溝が形成された領域よりも基体の幅が広いものとした請求項１に記載の蒸着用ボート。
【請求項４】
表面に前記供給用凹溝が形成された領域の前記基体の垂直断面積の平均値は、
表面に前記蒸発用凹溝が形成された領域の前記基体の垂直断面積の平均値よりも大きいものとした請求項１に記載の蒸着用ボート。
【請求項５】
前記供給用凹溝は、一方の端部側から前記蒸発用凹溝と連通する他方の端部に向かって段階的に深くなる構造とした請求項１に記載の蒸着用ボート。
【請求項６】
真空槽内で基材の表面に溶融した蒸着材料を蒸着させる蒸着装置であって、
前記真空槽内には、
前記基材の表面と対向する位置に配置されるとともに、両端がそれぞれ抵抗加熱用電源に接続された蒸着用ボートと、
この蒸着用ボートに蒸着材料を供給する供給部と、
前記真空槽内にガスを導入するガス管と、が少なくとも設けられ、
前記蒸着用ボートは、
表面に凹溝が形成された基体からなり、
前記凹溝は、
少なくとも前記供給部から蒸着材料が供給される供給用凹溝と、
この供給用凹溝と連通し、前記蒸着材料を蒸発させる蒸発用凹溝とで構成され、
表面に前記供給用凹溝が形成された領域の前記基体の抵抗値に対する、表面に前記蒸発用凹溝が形成された領域の前記基体の抵抗値の比は、蒸着の際の圧力下での前記蒸着材料の沸点を蒸着の際の圧力下での前記蒸着材料の融点で除した値以上である、蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸着用ボートとこれを用いた蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は電解コンデンサの電極箔１を模式的に表した断面図である。
【０００３】
この電極箔１は、アルミニウム箔からなる基材２と、この基材２上に形成された粗膜層３とを備えている。粗膜層３は、アルミニウムからなる微粒子４が不規則に積み重なって枝分かれし、内部に多数の空孔を有する疎な構造である。そして粗膜層３は、膜厚が２０〜４０μｍ程度の厚い膜である。このように粗膜層３を疎で厚い膜とすることによって、電極箔１の表面積を増やし、大容量のコンデンサを実現することができる。
【０００４】
そしてこのような疎で厚い粗膜層３を形成するための蒸着装置は、真空ポンプに連結された真空槽を備え、この真空槽内には、基材２の表面と対向する位置に配置されるとともに、両端がそれぞれ正または負の電極に接続された蒸着用ボートと、この蒸着用ボートに蒸着材料を供給する供給部と、真空槽内にガスを導入するガス管とが設けられている。蒸着用ボートは、凹溝が形成された基体からなり、その材料はＢＮ（窒化ホウ素）、Ｗ（タングステン）、ＰＢＮ(熱分解窒化ホウ素)などの抵抗発熱体からなる。
【０００５】
またガス管からは不活性ガスとしてのアルゴンガスと、活性ガスとしての酸素ガスとをバランスよく供給し、疎な粗膜層３を形成する。
【０００６】
なお、この出願の発明に近似する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２５８３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の電極箔は、図１１に示すように、粗膜層３の膜厚や密度が不均一で、静電容量がバラつくことがあった。
【０００９】
その理由は、粗膜層３を形成する際、供給部から供給される蒸着材料が、蒸着用ボートからの輻射熱や蒸発した微粒子４からの潜熱を受け、蒸着用ボートに到達する前に過剰に溶融してしまうからである。
【００１０】
このように過剰に溶融すると、蒸着材料が凹溝内に一定した速度で安定して充填されず、凹溝から蒸発材料が均一に蒸発しない。そしてその結果、粗膜層３が不均一となり、静電容量がバラつくのであった。
【００１１】
そこで本発明は、均一な粗膜層を有し、静電容量のバラツキの少ない電極箔を形成する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そしてこの目的を達成するため本発明は、表面に凹溝が形成された基体からなる蒸着用ボートであって、凹溝は、少なくとも蒸着材料が供給される供給用凹溝と、この供給用凹溝と連通し、蒸着材料を蒸発させる蒸発用凹溝とで構成され、表面に供給用凹溝が形成された領域の基体の抵抗値に対する、表面に蒸発用凹溝が形成された領域の基体の抵抗値の比は、蒸着の際の圧力下での蒸着材料の沸点を蒸着の際の圧力下での蒸着材料の融点で除した値以上であるものとした。
【発明の効果】
【００１３】
これにより本発明は、均一な粗膜層を有し、静電容量のバラツキの少ない電極箔を形成できる。
【００１４】
その理由は、上記蒸着用ボートの構成により、供給用凹溝が形成された領域の基体の発熱を抑えることができるからである。これにより供給用凹溝近傍からの輻射熱を抑制できるとともに、供給用凹溝からの蒸着材料の蒸発量を抑え、微粒子の潜熱による影響を低減することができる。したがって、蒸着材料が蒸着用ボートに到達する前に過剰に溶融するのを抑制でき、凹溝内に安定して蒸着材料を供給できる。
【００１５】
そしてその結果、蒸発用凹溝から蒸着材料を均一に蒸発させ、粗膜層が均一で、静電容量のバラツキの少ない電極箔を製造する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１における電極箔の断面図
【図２】本発明の実施例１における蒸着装置の模式図
【図３】（ａ）本発明の実施例１における蒸着用ボートの上面図、（ｂ）図３（ａ）の断面図、（ｃ）蒸着用ボートを抵抗加熱用電源に接続した回路図
【図４】本発明の実施例１における別の例の蒸着用ボートの断面図
【図５】本発明の実施例１における別の例の蒸着用ボートの断面図
【図６】本発明の実施例１における別の例の蒸着用ボートの断面図
【図７】本発明の実施例１における電極箔の顕微鏡写真
【図８】本発明の実施例１と従来の電極箔の静電容量のバラツキを示す図
【図９】（ａ）本発明の実施例２における蒸着用ボートの上面図、（ｂ）図９（ａ）の断面図
【図１０】従来の電極箔の断面図
【図１１】従来の電極箔の顕微鏡写真
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施例１）
以下、本実施例では、固体電解コンデンサや電解液を用いた電解コンデンサなどに用いる電極箔を製造する蒸着装置と、この装置に用いられる蒸着用ボートについて説明する。
【００１８】
図１に示すように、本実施例の電極箔５は、アルミニウムからなる基材６と、この基材６上に形成された粗膜層７とからなる。粗膜層７は、基材６の表面からアルミニウムからなる微粒子８が不均一に積層し、複数に枝分かれした疎な構造体である。この粗膜層７は、内部に多数の空孔が形成され、これらの空孔は外部と繋がっているため、粗膜層７の表面積は非常に大きくなっている。このような粗膜層７は、蒸着によって形成することができる。
【００１９】
基材６の膜厚は３０μｍ程度、粗膜層７の厚みは片面で２０μｍ〜８０μｍ程度であり、粗膜層７は、基材６の片面あるいは両面に形成されていてもよい。粗膜層７は、２０μｍ以上の厚い膜とすることで表面積を拡大し、大容量化を実現できる。なお、８０μｍ以下としたのは、この厚みが本実施例における蒸着プロセスで精度よく形成できる限界厚みだからである。
【００２０】
微粒子８は、直径が０．０１μｍ〜０．３μｍ程度であり、空孔径の最頻値は、０．０１μｍ〜０．２μｍ程度である。このように微細な微粒子８を積み上げるとともに、微細な空孔を多数形成することによって、粗膜層７の表面積を拡大することができる。
【００２１】
基材６の材料は、アルミニウムに限定されず、その他チタン、タンタルなどの弁金属やその合金材料、銅、銀など種々の導電性材料を用いることができる。本実施例では、膜厚３０μｍ、幅１０ｃｍ程度のものを用いた。
【００２２】
また粗膜層７の材料もアルミニウムに限定されず、その他弁金属材料やその合金材料をはじめ、種々の導電性材料を用いることができる。
【００２３】
なお、複数の微粒子８が結合する部分が電気的に導通していれば電極として機能するため、これらの結合部分を除き、それぞれの微粒子８の一部は、酸化物あるいは窒化物などの絶縁性の金属化合物で構成されていてもよい。
【００２４】
基材６と微粒子８の材料は、異なるものを用いてもよいが、主成分を同一にする方が、両者の親和性が高く、また微粒子８の蒸着時の熱で基材６も軟化し、密着性を高めることができる。
【００２５】
また蒸着材料は、アルミニウムのように比較的融点の低い金属材料を用いることによって、生産性を高めることができる。
【００２６】
次に、本実施例の電極箔５を製造する蒸着装置９について説明する。図２に示すように、本実施例の蒸着装置９は、基材６を所定方向（矢印Ｘ）に連続的に移送させながら、基材６の表面に沸騰した蒸着材料を蒸着させ、基材６上に粗膜層７を形成するものである。
【００２７】
この蒸着装置９は、真空ポンプ（図示せず）に連結された真空槽１０を備え、この真空槽１０内には帯状の基材６が巻かれている巻き出しローラー１１と、この巻き出しローラー１１から移送されてきた基材６を巻き取る巻き取りローラー１２と、これらの巻き出しローラー１１と巻き取りローラー１２との間で基材６の表面と対向する位置に設けられ、両端がそれぞれ抵抗加熱用電源の正負の電極（図示せず）に接続された蒸着用ボート１３と、この蒸着用ボート１３に蒸着材料を供給する供給部１４と、真空槽１０内に不活性ガスおよび活性ガスを導入するガス管（図示せず）とが少なくとも設けられている。
【００２８】
蒸着材料とは、本実施例では細い線状に加工されたアルミニウム線からなる。供給部１４は、アルミニウム線が巻かれているボビン１５と、アルミニウム線を蒸着用ボート１３へ導く供給管１６とを備えている。
【００２９】
蒸着用ボート１３は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、表面に凹溝１７が形成された基体１８からなり、凹溝１７は、供給部１４側に配置され、この供給部１４から蒸着材料が供給される供給用凹溝１９と、この供給用凹溝１９と連通し、蒸着材料を蒸発させる蒸発用凹溝２０とを少なくとも備えている。
【００３０】
そして供給用凹溝１９は、蒸発用凹溝２０よりも蒸着用ボート１３の長手方向（供給用凹溝１９と蒸発用凹溝２０との連結方向）に対して垂直方向の幅が狭く（ｄ1＜ｄ2）、表面に供給用凹溝１９が形成された領域の基体１８の抵抗値（以下Ｒ１と言う）は、表面に蒸発用凹溝２０が形成された領域の基体１８の抵抗値（以下Ｒ２と言う）よりも小さくなっている。本実施例では、幅ｄ1を１０ｍｍ、幅ｄ2を２０ｍｍ程度とし、供給用凹溝１９と蒸発用凹溝２０の長さは合計で基材６の幅（１０ｃｍ）とほぼ同じとなるように設計した。
【００３１】
ここで抵抗値とは、図３（ｃ）に示すように、蒸着用ボート１３の長手方向の両端を、それぞれ抵抗加熱用電源Ｚに接続した場合の基体１８の抵抗値である。抵抗値Ｒ１とＲ２とは、直列に繋がっている。これらの抵抗値Ｒ１、Ｒ２は、Ｒ＝ρ・ｌ／Ｓ（ρ；抵抗係数、ｌ；基体の長さ、Ｓ；基体の垂直断面積）から求めることができる。ρ、ｌ、Ｓの値は、それぞれの凹溝（供給用凹溝１９あるいは蒸発用凹溝２０）が形成された領域の基体１８の値である。なお、供給用凹溝１９あるいは蒸発用凹溝２０の底面に傾斜をつけるなど、基体１８の垂直断面積が変化する場合は、その平均値をＳとする。
【００３２】
そして本実施例の蒸着用ボート１３は、蒸着領域を広くとるため、蒸発用凹溝２０の長さｌ2の方が、供給用凹溝１９の長さｌ1よりも長くなるように形成している。したがって、抵抗値Ｒ１をＲ２より下げるためには、供給用凹溝１９が形成された領域の基体１８の垂直断面積の平均値は、蒸発用凹溝２０が形成された領域の基体１８の垂直断面積の平均値よりも大きくなるものである。
【００３３】
本実施例では、抵抗値Ｒ１を１とした場合に、抵抗値Ｒ２は３倍〜４倍とした。
【００３４】
この抵抗値の比率は、この値に制限されないが、少なくとも蒸着材料の沸点を蒸着材料の融点で除した（割った）値以上とすることで、供給用凹溝１９近傍で過剰に蒸着材料（アルミニウム線）が溶融してしまうのを低減できる。
【００３５】
なお、本実施例では、１０Ｐａ条件下において、蒸着材料となるアルミニウムの融点は約６６０℃、沸点は１３００℃前後であり、蒸着材料の沸点を蒸着材料の融点で除した値は約２である。
【００３６】
またこの抵抗値の比率は、５倍以下とすることが望ましい。すなわち、供給用凹溝１９が設けられた領域の基体１８は、後述の蒸着プロセスにおいて、蒸着材料の融点以上に加熱される必要がある。したがって、上述の抵抗値の比率を５倍よりも大きくすると、蒸発用凹溝２０が設けられた領域の基体１８の温度は、非常に高温になることになり、蒸着材料が蒸発用凹溝２０の全体に行き渡る前に蒸発してしまい、均一な粗膜層７を形成するのが難しくなる。また基材６への輻射熱が大きくなり、微粒子４が成長してしまい、空孔の小さな粗膜層７を形成するのが難しくなる。
【００３７】
なお、蒸着用ボート１３は、ＢＮ（窒化ホウ素）やＷ（タングステン）、ＰＢＮ（熱分解窒化ホウ素）、グラファイト、あるいはこれらの複合体からなる抵抗発熱材料を用いることができる。
【００３８】
また供給用凹溝１９は、図４に示すように一方の端部から蒸発用凹溝２０と連通する他方の端部に向かって段階的に深くなる構造としてもよい。またこのような供給用凹溝１９の底面の傾斜は、図５に示すように、供給用凹溝１９の端部から形成されていなくともよい。すなわち、供給用凹溝１９の途中から蒸発用凹溝２０と連通する他方の端部に向けて形成されていてもよい。このように、供給用凹溝１９の一方の端部側から蒸発用凹溝２０側へと溝を深くしていくことで、蒸着材料を蒸発用凹溝２０へと速やかに流し込むことができる。
【００３９】
あるいは図６に示すように、蒸発用凹溝２０の、供給用凹溝１９と連通する端部から他方の端部に向かって段階的に深くなるように傾斜を設ければ、蒸発用凹溝２０の全体に効率よく蒸着材料を充填することができる。
【００４０】
以下、本実施例の電極箔５の製造方法について説明する。
【００４１】
本実施例では、上述の蒸着装置９を用いた抵抗加熱式蒸着法によって、下記のように粗膜層７を形成した。なお、本実施例では、活性ガスとして酸素ガスを用い、不活性ガスとしてアルゴンガスを用いている。
（１）図２に示す真空槽１０の内部を０．０１〜０．００１Ｐａの真空に保つ。
（２）基材６の周辺に、酸素ガスと、酸素ガスに対して流量が２〜６倍のアルゴンガスを、ガス管を介して導入させ、基材６の周辺の圧力を１０〜３０Ｐａの状態にする。
（３）基材６の温度を１５０〜３００℃の範囲に保つ。
（４）図３（ａ）に示す蒸着用ボート１３の供給用凹溝１９に、図２に示す供給部１４からアルミニウム線を供給する。
（５）蒸着用ボート１３を抵抗加熱により加熱し、供給用凹溝１９でアルミニウム線を溶融させて蒸発用凹溝２０に流し込む。
（６）蒸発用凹溝２０に充填されたアルミニウムを沸騰させ、蒸発させて、アルミニウムの微粒子８を基材６の表面に蒸着させる。基材６は巻き出しローラー１１から巻き取りローラー１２へと矢印Ｘ方向に移送させ、微粒子８を基材６の表面に、順次連続的に蒸着していく。
【００４２】
上記の圧力やガス圧、温度などの条件は一例であるが、以上のプロセスで粗膜層７を形成することができる。
【００４３】
本実施例の効果を以下に説明する。
【００４４】
ここで図１１は、従来の蒸着用ボート１３を用いて蒸着した場合の電極箔１を上面から写した顕微鏡写真であり、図７は本実施例の蒸着用ボート１３を用いた場合の電極箔５を上面から写した顕微鏡写真である。図７および図１１を比較すれば、目視でも粗膜層７のムラが低減できていることが分かる。また図８は、従来と本実施例における電極箔について、基材の長さ方向における位置を横軸に、単位面積当たりの容量バラツキを計測したものである。この図８では、従来の電極箔１（図１１の電極箔）は、単位面積当たりの容量バラツキが最大で±４０％前後あるのに対し、本実施例の電極箔５は、±５％程度に抑えられたことが分かる。
【００４５】
このように本実施例では、均一な粗膜層７を有し、静電容量のバラツキの少ない電極箔５を製造できる。
【００４６】
その理由は、蒸着用ボート１３の凹溝１７を、上記構成としたことにより、供給用凹溝１９周辺の発熱を抑えることができるからである。
【００４７】
すなわち供給用凹溝１９が形成された領域では、基体１８の抵抗が低いため、発熱を抑えることができ、近傍の輻射熱も抑制できる。したがって、供給部１４から供給された蒸着材料が蒸着ボートに到達する前に過剰に溶融するのを抑制でき、蒸発用凹溝２０に一定量を一定の速度で安定して供給することができる。また蒸着材料が蒸着ボートに到達する前に、アルミニウムが溶融し難くなるため、表面の熱酸化による酸化アルミニウム皮膜の発生を低減できる。なお、この酸化アルミニウム皮膜が形成されると、沸点が上昇してしまうため、アルミニウムが露出している部分との蒸発速度が変わる。したがって、酸化アルミニウム皮膜の形成を抑制することは、均一な蒸発に有用である。
【００４８】
さらに供給用凹溝１９が形成された領域では、基体１８の抵抗が低いため、発熱を抑制でき、供給用凹溝１９における蒸着材料の蒸発量を抑えることができる。また本実施例では、供給用凹溝１９の開口部は幅が狭いため、更に効果的に蒸発量を抑えることができる。したがって、供給部１４から供給される蒸着材料が、蒸発した微粒子８からの潜熱によって加熱されるのを抑制できる。よって蒸着材料が蒸着用ボート１３に到達する前に過剰に溶融するのを抑制でき、凹溝１７内に均一に蒸着材料を供給できる。また熱酸化も抑制でき、蒸着材料の表面に酸化皮膜が形成されるのを抑制できる。
【００４９】
以上のように本実施例では、蒸着用ボート１３からの輻射熱と、蒸着微粒子８からの潜熱を低減することができ、蒸発用凹溝２０から蒸発材料を均一に蒸発させ、粗膜層７が均一で、静電容量のバラツキの少ない電極箔５を製造する事ができる。
【００５０】
なお、酸素ガスを導入する場合、酸化皮膜が形成されやすいことから、本実施例のように供給用凹溝１９近傍における蒸着材料の溶融を抑制することは、均一な膜形成に有効である。
【００５１】
また本実施例のように、活性ガス、不活性ガスを導入し、比較的高圧条件下で蒸着をする場合、微粒子８が結合して大きな潜熱を持ちやすいことから、供給用凹溝１９近傍における蒸発量を低減することは、均一な膜形成に有効である。
【００５２】
（実施例２）
本実施例では、図９（ａ）に示すように、蒸着用ボート２１の供給用凹溝２２と蒸発用凹溝２３の幅を同じ幅とし、基体２４自体の幅を変えたものである。
【００５３】
すなわち本実施例では、表面に供給用凹溝２２が形成された領域の基体２４の幅ｔ1は、表面に蒸発用凹溝２３が形成された領域の基体２４の幅ｔ2よりも幅が広く、表面に供給用凹溝２２が形成された領域の基体２４の抵抗値は、表面に蒸発用凹溝２３が形成された領域の基体２４の抵抗値よりも小さくなるように形成した。
【００５４】
なお本実施例でも、実施例１と同様に、表面に供給用凹溝２２が形成された領域の基体２４の抵抗値に対する、表面に蒸発用凹溝２３が形成された領域の基体２４の抵抗値の比は、（蒸着材料の沸点）／（蒸着材料の融点）以上であって５以下となることが好ましく、本実施例でもこの比は３〜４程度である。
【００５５】
これにより本実施例では、供給用凹溝２２周辺の発熱を抑えるとともに、供給用凹溝２２からの蒸発量を抑えることができる。したがって、供給部（図２の１４）から供給された蒸着材料が蒸着用ボート２１に到達する前に過剰に溶融するのを抑制でき、また蒸着材料の表面の熱酸化を防ぐことができる。そしてその結果、粗膜層７を均一に形成し、容量バラツキの少ない電極箔５を形成できる。
【００５６】
なお本実施例では、図９（ｂ）に示すように、供給用凹溝２２と蒸発用凹溝２３の深さは同一としたが、例えば供給用凹溝２２は、一方の端部側から蒸発用凹溝２３と連通する他方の端部に向かって段階的に深くなる構造としてもよく、この場合は供給用凹溝２２から蒸発用凹溝２３へと蒸着材料をより速やかに移動させることができる。
【００５７】
その他実施例１と同様の構成および効果については説明を省略する。
【００５８】
なお、上記実施例１および２では、凹溝の幅や基体の幅を変えることによって表面に供給用凹溝が形成された領域の基体の抵抗値に対する、表面に蒸発用凹溝が形成された領域の基体の抵抗値の比を、蒸着材料の沸点を蒸着材料の融点で除した値以上としたが、凹溝や基体の幅は等幅とし、凹溝の底面に傾斜や段差を設けることによってこの値以上としてもよい。また凹溝の幅と凹溝の長さとの比は、１：１５以上とする事が好ましい。凹溝の横幅を狭めることによって、凹溝の長さ方向に蒸着材料が流れ込み易くなり、基材により均一に蒸着することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、均一な大容量の電極箔の量産性を高めることができ、電解コンデンサの陽極箔、あるいは陰極箔として用いることができる。
【符号の説明】
【００６０】
５  電極箔
６  基材
７  粗膜層
８  微粒子
９  蒸着装置
１０  真空槽
１１  巻き出しローラー
１２  巻き取りローラー
１３  蒸着用ボート
１４  供給部
１５  ボビン
１６  供給管
１７  凹溝
１８  基体
１９  供給用凹溝
２０  蒸発用凹溝
２１  蒸着用ボート
２２  供給用凹溝
２３  蒸発用凹溝
２４  基体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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