(57)【要約】【課題】アルミニウム電解コンデンサ用電極材として好適な、静電容量の大きい化成処理済基材を生産性よく製造することが可能な化成液、及びこの化成液を使用するアルミニウムを含有する基材の化成処理方法を提供する。【解決手段】（Ａ）ホウ酸；（Ｂ）四ホウ酸リチウム、四ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸カリウム、ホウ酸アルミニウム及びこれらの水和物からなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物；及び水を含有する化成液である。この化成液を用いてアルミニウムを含有する基材を陽極酸化により化成処理し、その表面に酸化アルミニウム膜が形成された化成処理済基材を得る。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）ホウ酸；
（Ｂ）四ホウ酸リチウム、四ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸カリウム、ホウ酸アルミニウム及びこれらの水和物からなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物；及び
水を含有する水溶液である化成液。
【請求項２】
請求項１に記載の化成液を用いてアルミニウムを含有する基材を陽極酸化により化成処理し、その表面に酸化アルミニウム膜が形成された化成処理済基材を得る工程を含むアルミニウムを含有する基材の化成処理方法。
【請求項３】
請求項２に記載の化成処理方法によって得られる化成処理済基材。
【請求項４】
請求項３に記載の化成処理済基材を含むアルミニウム電解コンデンサ用電極材。
【請求項５】
請求項４に記載のアルミニウム電解コンデンサ用電極材を備えたコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化成液、この化成液を用いるアルミニウムを含有する基材の化成処理方法、この化成処理方法によって得られる化成処理済基材、この化成処理済基材を含むアルミニウム電解コンデンサ用電極材、及びこのアルミニウム電解コンデンサ用電極材を備えたコンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウムを含有する基材は、コンデンサ用電極や、ＴＦＴ素子及び集積回路等の配線に使用されている。そして、他の配線や電極との間の短絡を防止すべく、アルミニウムを含有する基材の表面に絶縁膜を形成することが必要である。アルミニウムやアルミニウム合金等の基材の表面に絶縁膜を形成する方法としては、例えば、陽極酸化による化成処理法がある。この方法は、アルミニウムやアルミニウム合金等の基材の表面を化成液中で電気化学的に酸化することによって、基材の表面に酸化物皮膜を形成する方法である。
【０００３】
このような方法に用いられる化成液として、例えば、ホウ酸アンモニウム水溶液又は酒石酸水溶液をアンモニアでｐＨ６〜７に調整した溶液と、プロピレングリコールとを混合した化成液が開示されている（特許文献１）。また、酒石酸水溶液をエチレングリコール又はプロピレングリコールで希釈し、アンモニア水でｐＨを７程度に調整した化成液が開示されている（特許文献２）。
【０００４】
さらに、酒石酸アンモニウム水溶液、アジピン酸アンモニウム水溶液、シュウ酸アンモニウム水溶液、又はクエン酸アンモニウム水溶液と、エチレングリコールとを所定の比率で混合した化成液が開示されている（特許文献３）。また、炭素数７〜２０の脂肪族ジカルボン酸の塩を含有する、金属酸化物の皮膜を形成するための化成液が開示されている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−１３３６６２号公報
【特許文献２】特開平２−８５８２６号公報
【特許文献３】特開平６−２１６３８９号公報
【特許文献４】特開２００１−１３５６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の化成液を用いた陽極酸化による化成処理法では、形成される酸化アルミニウム膜の影響によってアルミニウムを含有する基材の静電容量が大幅に低下することがあった。また、化成処理に要する時間が長く、生産性が低いといった課題を有していた。
【０００７】
したがって、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、その課題とするところは、アルミニウム電解コンデンサ用電極材として好適な、静電容量の大きい化成処理済基材を生産性よく製造することが可能な化成液を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の課題とするところは、上記化成液を使用するアルミニウムを含有する基材の化成処理方法、及びこの化成処理方法によって得られる化成処理済基材を提供することにある。さらに、本発明の課題とするところは、上記化成処理済基材を含むアルミニウム電解コンデンサ用電極材、及びこのアルミニウム電解コンデンサ用電極材を備えたコンデンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、特定の成分を含有する化成液とすることで上記課題を解決しうることを見出し、本発明に至った。
【００１０】
すなわち、本発明によれば、（Ａ）ホウ酸；（Ｂ）四ホウ酸リチウム、四ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸カリウム、ホウ酸アルミニウム及びこれらの水和物からなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物；及び水を含有する水溶液である化成液が提供される。
【００１１】
また、本発明によれば、上記の化成液を用いてアルミニウムを含有する基材を陽極酸化により化成処理し、その表面に酸化アルミニウム膜が形成された化成処理済基材を得る工程を含むアルミニウムを含有する基材の化成処理方法が提供される。
【００１２】
さらに、本発明によれば、上記の化成処理方法によって得られる化成処理済基材、この化成処理済基材を含むアルミニウム電解コンデンサ用電極材、及びこのアルミニウム電解コンデンサ用電極材を備えたコンデンサが提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、アルミニウム電解コンデンサ用電極材として好適な、静電容量の大きい化成処理済基材を生産性よく製造することが可能な化成液を提供することができる。
【００１４】
また、本発明によれば、上記化成液を使用するアルミニウムを含有する基材の化成処理方法、及びこの化成処理方法によって得られる化成処理済基材を提供することができる。さらに、本発明によれば、上記化成処理済基材を含むアルミニウム電解コンデンサ用電極材、及びこのアルミニウム電解コンデンサ用電極材を備えたコンデンサを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。本発明の化成液は、例えば、アルミニウムを含有する基材を陽極酸化により化成処理し、その表面に酸化アルミニウム膜が形成された化成処理済基材を製造するために用いることができる。
【００１６】
本発明の化成液を用いれば、金属製の基材を広く陽極酸化することができる。陽極酸化の対象となる基材を構成する金属としては、アルミニウム及びアルミニウム合金等を挙げることができる。アルミニウム合金を構成する、アルミニウムと組み合わせる金属の種類と数は特に制限されない。すなわち、本発明の化成液を用いれば、ＴＦＴ素子や集積回路の配線、及びアルミニウム電解コンデンサ用電極材に用いることができるアルミニウム及びアルミニウム合金からなる基材を有効に陽極酸化することができる。
【００１７】
本明細書における「アルミニウムを含有する基材」（以下、単に「基材」とも記す）の形状は特に限定されない。好適な基材の材質としては、例えば、純アルミニウム（純度９９％以上のアルミニウム）や、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金等を挙げることができる。基材の形状としては、例えば、箔、板、及びこれら用いた成形体等を挙げることができる。また、化成処理済基材の表面に形成される酸化アルミニウム膜の厚さは特に限定されないが、好ましくは１ｎｍ〜１ｍｍの範囲である。
【００１８】
本発明の化成液は、（Ａ）成分、（Ｂ）成分、及び溶媒としての水を必須成分として含有する水溶液である。例えば、アルミニウムを含有する基材を本発明の化成液を用いて電気化学的に酸化することによって、基材の表面に酸化アルミニウム膜が形成され、アルミニウム電解コンデンサ用電極材として好適な、静電容量の大きい化成処理済基材を製造することができる。
【００１９】
化成液に含まれる（Ａ）成分は、ホウ酸である。化成液中の（Ａ）成分の含有量（濃度）は特に限定されず、化成処理の対象となる基材の厚みや大きさに応じて適宜選択することができる。化成処理の対象となる基材がアルミニウムを含有する基材である場合は、化成液中の（Ａ）成分の含有量は０．１〜２０質量％であることが好ましく、１〜１０質量％であることが特に好ましい。
【００２０】
化成液に含まれる（Ｂ）成分は、四ホウ酸リチウム、四ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸カリウム、ホウ酸アルミニウム、及びこれらの水和物からなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物である。（Ｂ）成分としてホウ酸アルミニウムを用いると、アルミニウム電解コンデンサ用電極材として好適な、静電容量の大きい基材（化成処理済基材）を製造することができることために好ましい。なかでも、（Ｂ）成分としてホウ酸アルミニウムのみを用いることが特に好ましい。
【００２１】
化成液中の（Ｂ）成分の含有量（濃度）は特に限定されず、化成処理の対象となる基材の厚みや大きさに応じて適宜選択することができる。化成処理の対象となる基材がアルミニウムを含有する基材である場合は、化成液中の（Ｂ）成分の含有量は０．００００１〜５質量％であることが好ましく、０．０００１〜１質量％であることが特に好ましい。
【００２２】
化成液に含まれる水は、通常、（Ａ）成分及び（Ｂ）成分の濃度に応じた化成液の残部として用いられる成分である。また、化成液が後述するその他の添加剤をさらに含有する場合には、（Ａ）成分、（Ｂ）成分、及びその他の添加剤の濃度に応じた化成液の残部として用いられる。化成液中の水の含有量は、例えば、７５〜９９質量％とすればよい。
【００２３】
本発明の化成液には、本発明の目的を損なわない範囲で必要に応じて、その他の添加剤を含有させることができる。その他の添加剤としては、例えば、安定化剤、消泡剤、ｐＨ調整剤、比重調整剤、粘度調整剤、濡れ性改善剤、キレート剤、酸化剤、還元剤、及び界面活性剤等を挙げることができる。その他の添加剤は、１種単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。化成液中のその他の添加剤の含有量は、添加剤１種類あたり、０．０１〜１０質量％であることが好ましい。
【００２４】
本発明のアルミニウムを含有する基材の化成処理方法（以下、単に「化成処理方法」とも記す）は、前述の化成液を用いてアルミニウムを含有する基材を陽極酸化により化成処理し、その表面に酸化アルミニウム膜が形成された化成処理済基材を得る工程を含む。
【００２５】
化成液を用いてアルミニウムを含有する基材を陽極酸化する際の条件は特に限定されず、周知一般の条件を適用することができる。陽極酸化の際の温度は、化成液が液体として安定的に存在する温度とすることが好ましい。具体的には、２０〜１００℃とすることが好ましく、４０〜１００℃とすることがさらに好ましく、７０〜９５℃とすることが特に好ましい。陽極酸化時の電流及び電圧は、基材の表面に酸化物皮膜（酸化アルミニウム膜）が形成される条件となるように適宜制御すればよい。通常、予め定めた化成電圧（Ｖｆ）となるまで定電流で化成した後、化成電圧（Ｖｆ）で一定時間保持して陽極酸化する。電流密度は、０．１〜１００ｍＡ／ｃｍ2の範囲内とすることが好ましく、１．０〜５０ｍＡ／ｃｍ2の範囲内とすることがさらに好ましい。また、化成電圧（Ｖｆ）は、通常、２〜８００Ｖの範囲内、好ましくは５〜７００Ｖの範囲内、さらに好ましくは４５０〜６５０Ｖの範囲内に設定する。なお、化成電圧（Ｖｆ）に達するまでピーク電流値が一定の交流で化成し、化成電圧（Ｖｆ）に達したところで直流に切り替えて一定時間保持してもよい。
【００２６】
本発明の化成処理方法においては、基材の全体を陽極酸化により化成処理してもよく、基材の一部のみを陽極酸化により化成処理してもよい。基材の表面の一部に酸化アルミニウム膜を形成する場合には、陽極酸化すべき部分をフォトレジスト等の方法によって予め選択しておけばよい。
【００２７】
本発明の化成処理方法は、得られた化成処理済基材を熱処理する工程をさらに含むことが好ましい。化成処理済基材を熱処理することで、表面に形成された酸化アルミニウム膜の絶縁性をさらに高めることができる。化成処理済基材を熱処理する際の温度は、２００〜５００℃とすることが好ましい。
【００２８】
上記の化成処理方法によって製造された化成処理済基材を用いれば、アルミニウム電解コンデンサ用電極材を製造することができる。すなわち、本発明のアルミニウム電解コンデンサ用電極材は、上記の化成処理済基材を含むものである。
【００２９】
さらに、上記のアルミニウム電解コンデンサ用電極材を用いれば、コンデンサを製造することができる。すなわち、本発明のコンデンサは、上記のアルミニウム電解コンデンサ用電極材を備えたものである。アルミニウム電解コンデンサ用電極材を備えた本発明のコンデンサは、公知の方法によって製造することができる。コンデンサは、電極材（陽極材及び陰極材）、電解液、及び電解紙等をさらに備えることができる。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例及び比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。
【００３１】
＜化成液＞
（実施例１〜５）
表１に示す配合となるように各成分を混合し、化成液（実施例化成液Ｎｏ．１〜５）を調製した。なお、各化成液の調製において、成分の合計が１００質量％となるように水を配合した。
【００３２】
2018152428.tif 000002
【００３３】
（比較例１〜６）
表２に示す配合となるように各成分を混合し、化成液（比較化成液１〜６）を調製した。なお、各化成液の調製において、成分の合計が１００質量％となるように水を配合した。
【００３４】
2018152428.tif 000003
【００３５】
＜基材＞
縦２０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ０．１２ｍｍのアルミニウム箔（ＵＡＣＪ社製）を用意した。このアルミニウム箔を５０℃の５質量％リン酸水溶液に６０秒間浸漬した後、２５℃の超純水に６０秒間浸漬し、次いで、乾燥空気により乾燥させた。電解エッチング電源（商品名「ＨＡ−１５１Ｂ」、北斗電子工業社製）、並びに塩化水素３質量％、硫酸３０質量％、及びリン酸０．０５質量％を含有する水溶液を使用し、０．２Ａ／ｃｍ2、７５℃、２００秒の条件で電解エッチングした。さらに、電解エッチング電源、並びに硝酸５質量％及びホウ酸０．５質量％を含有する水溶液を使用し、０．１Ａ／ｃｍ2、６０℃、６００秒の条件で後処理して処理済アルミニウム箔Ａを得た。得られた処理済アルミニウム箔Ａを「アルミニウムを含有する基材」として用いた。
【００３６】
＜アルミニウム電解コンデンサ用電極材＞
（実施例６）
アルミニウムを含有する基材（処理済アルミニウム箔Ａ）を実施例化成液Ｎｏ．１に浸漬した。化成処理電源（商品名「ＰＡ６００−０．１Ｂ」、テクシオテクノロジー社製）を使用し、２５ｍＡ／ｃｍ2、９０℃の条件下、定格電圧が５００Ｖになるまで化成処理した。これにより、アルミニウム電解コンデンサ用電極材（実施例評価用アルミニウム箔Ｎｏ．１）を製造した。
【００３７】
（実施例７〜１０）
実施例化成液Ｎｏ．１に代えて、実施例化成液Ｎｏ．２〜５をそれぞれ使用したこと以外は、前述の実施例６と同様の方法により、アルミニウム電解コンデンサ用電極材（実施例評価用アルミニウム箔Ｎｏ．２〜５）を製造した。
【００３８】
（比較例７〜１２）
実施例化成液Ｎｏ．１に代えて、比較化成液１〜６をそれぞれ使用したこと以外は、前述の実施例６と同様の方法により、アルミニウム電解コンデンサ用電極材（比較評価用アルミニウム箔１〜６）を製造した。
【００３９】
＜評価＞
静電容量測定器（商品名「ＬＣＲ−７００」、三ツ和電気計器社製）を使用し、実施例評価用アルミニウム箔Ｎｏ．１〜５及び比較評価用アルミニウム箔１〜４の静電容量を測定した。そして、比較評価用アルミニウム箔１の静電容量に対する相対比（静電容量比）を算出した。また、定格電圧が５００Ｖに達するまでの時間（化成処理に要した時間）を測定した。結果を表３に示す。
【００４０】
2018152428.tif 000004
【００４１】
表３に示す通り、実施例評価用アルミニウム箔Ｎｏ．１〜５の静電容量は、いずれも、比較評価用アルミニウム箔１の静電容量に対して１．０５倍以上であったことが確認された。なかでも、実施例評価用アルミニウム箔Ｎｏ．３〜５の静電容量が大幅に増大したことが確認された。これに対して、比較例８〜１０及び１２では６０分以上化成処理したが、定格電圧が５００Ｖに達しないことがわかった。