(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム純度が９９．８重量％以上のアルミニウム箔であって、且つ、該アルミニウム箔表面において、粒径０．５〜４．５μｍの晶・析出物が５００〜２，０００個／ｍｍ2存在すると共に、表面結晶粒の大きさは平均粒径３０〜７０μｍであって、該表面結晶粒の最大粒径が１５０μｍを超えないことを特徴とする電解コンデンサ陰極用アルミニウム箔。
【請求項２】
Ｆｅ含有量が０．０２〜０．０８重量％でアルミニウム純度が９９．８重量％以上の鋳塊に、５００〜５５０℃の温度条件で０．５時間以上３時間未満均質化処理を施した後、熱間圧延を施し、次いで圧延率が９５％以上となるように冷間圧延を施してアルミニウム箔を得、次いで２５０〜３５０℃の温度条件で最終焼鈍を施すことを特徴とする電解コンデンサ陰極用アルミニウム箔の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高静電容量で高引張強度の電解コンデンサ陰極箔を得ることのできるアルミニウム箔及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電解コンデンサ陰極箔は、アルミニウム箔に交流エッチングを施すことにより、製造されている。交流エッチングによって、アルミニウム箔表面には、海綿状ピットが形成されて表面積が拡大され、高静電容量を持つ電解コンデンサ陰極箔となるのである。交流エッチングによって海綿状ピットが形成されるのは、アルミニウム箔表面に存在する晶・析出物がエッチング開始点となって溶解するからである。従って、高静電容量を持つ電解コンデンサ陰極箔を得るためには、アルミニウム箔表面に存在する晶・析出物の大きさや数が重要である。
【０００３】
特開平２−２００７４９号公報には、大きさ０．１〜５μｍの析出物を、１ｍｍ2当たり２，０００〜６，０００個析出させたアルミニウム箔は、交流エッチングを施すことにより、高静電容量の電解コンデンサ陰極箔が得られると記載されている。確かに、このようなアルミニウム箔は、析出物の大きさ及び数を全く調整していないアルミニウム箔に比べて、交流エッチング性が良好で、高静電容量を持つ電解コンデンサ陰極箔が得られやすいものである。しかしながら、このようなアルミニウム箔は、引張強度が低く、得られる電解コンデンサ陰極箔の引張強度も低いということがあった。陰極箔の引張強度が低いと、陰極箔を巻回しながら電解コンデンサを得る際、陰極箔が破断しやすくなる恐れがある。特に、小型の電解コンデンサを得る際には、巻回時の曲率半径も小さくなり、陰極箔がより破断しやすくなり、小型の電解コンデンサが得られにくいという欠点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者は、晶・析出物の大きさ及び数を調整すると共に、アルミニウム箔の引張強度に関係する表面結晶粒の大きさを調整することによって、高静電容量で高引張強度の電解コンデンサ陰極用アルミニウム箔を得るべく、鋭意研究を重ねた。その結果、晶・析出物の大きさ及び数を特定範囲とし、且つ、表面結晶粒の大きさを特定範囲としたとき、高静電容量と高引張強度という特性が得られることが判明した。本発明は、このような知見に基づくものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、アルミニウム純度が９９．８重量％以上のアルミニウム箔であって、且つ、該アルミニウム箔表面において、粒径０．５〜４．５μｍの晶・析出物が５００〜２，０００個／ｍｍ2存在すると共に、表面結晶粒の大きさは平均粒径３０〜７０μｍであって、該表面結晶粒の最大粒径が１５０μｍを超えないことを特徴とする電解コンデンサ陰極用アルミニウム箔及びその製造方法に関するものである。
【０００６】
本発明に係る電解コンデンサ陰極用アルミニウム箔のアルミニウム純度は、９９．８重量％以上である。アルミニウム純度が９９．８重量％未満になると、不純物が多くなって、アルミニウム箔表面において、粒径０．５〜４．５μｍの晶・析出物が２，０００個／ｍｍ2を超える傾向が生じる。この結果、アルミニウム箔に交流エッチングを施すと、エッチング開始点が多くなりすぎて、エッチピットの合体により、過溶解を起こしやすくなるため、好ましくない。なお、アルミニウム純度９９．８重量％以上のアルミニウム箔に含まれているその他の元素としては、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｕ等が挙げられる。
【０００７】
アルミニウム箔表面において、粒径０．５〜４．５μｍの晶・析出物は５００〜２，０００個／ｍｍ2存在する。粒径が０．５〜４．５μｍの晶・析出物の数を問題にしたのは、次の理由による。即ち、粒径が０．５μｍ未満の晶・析出物は、エッチング開始点とならないため、その数の多少は、アルミニウム箔の表面積の拡大に殆ど影響を及ぼさない。また、晶・析出物の粒径が４．５μｍを超えると、相対的に晶・析出物の数が少なくなり、エッチング開始点が少なくなりすぎて、アルミニウム箔の表面積の拡大が図れず、実用性のある静電容量を持つ陰極箔が得られにくくなる。
【０００８】
粒径０．５〜４．５μｍの晶・析出物の数は、５００〜２，０００個／ｍｍ2である。この晶・析出物の数が５００個／ｍｍ2未満であると、エッチング開始点が少なくなり、アルミニウム箔の表面積の拡大が図れないので、好ましくない。また、この晶・析出物の数が２，０００個／ｍｍ2を超えると、エッチング開始点が多くなりすぎて、エッチピットの合体によって、過溶解が起こりやすくなり、高静電容量の陰極箔が得られにくくなるので、好ましくない。
【０００９】
晶・析出物の大きさ（粒径）及び数は、アルミニウム箔を電解研磨した後、走査型電子顕微鏡で写真撮影（倍率：１，０００倍）し、その写真を基にして画像解析し、０．０１ｍｍ2の箇所を１０箇所観察することによって行った。電解研磨は、過塩素酸：エタノール＝１：４（体積比）の混合液（液温０±５℃）に、アルミニウム箔を浸漬し、２０Ｖの直流定電圧を２０秒間与えた。晶・析出物の１個の大きさについては、１個の晶・析出物の占める面積を測定し、その面積に相当する仮想円の直径を大きさ（粒径）とした。また、複数の晶・析出物が合体して集合体となっているものについては、これは１個の晶・析出物とした。また、電解研磨によって晶・析出物等が脱落した箇所も存在するが、これらは全て晶・析出物が当該箇所に存在したものとして、その粒径及び数を測定した。なお、以上において、晶・析出物との表現は、晶出物と析出物とは理論的には異なるが、顕微鏡による観察では区別しにくいため、本発明では両者を含める意味で用いているものである。
【００１０】
また、アルミニウム箔表面において、表面結晶粒の平均粒径は３０〜７０μｍである。平均粒径が３０μｍ未満になると、粒界が多くなって、エッチング時に粒界に沿って進行する溶解量が多くなり、過溶解が生じやすくなるため、好ましくない。平均粒径が７０μｍを超えると、アルミニウム箔を最終焼鈍した場合、引張強度が低下するので、好ましくない。なお、本発明においては、表面結晶粒の最大粒径が１５０μｍを超えないように調整する。粒径が１５０μｍを超える表面結晶粒が存在すると、アルミニウム箔を最終焼鈍した場合、引張強度が大きく低下するので、好ましくない。
【００１１】
表面結晶粒の平均粒径は、アルミニウム箔を電解研磨した後、陽極酸化処理を行い、偏向顕微鏡写真（１００倍）に基づき、切断法（線分５本の平均値）により、求めたものである。電解研磨は、過塩素酸：エタノール＝１：４（体積比）の混合液（液温０±５℃）に、アルミニウム箔を浸漬し、２０Ｖの直流定電圧を５分間与えて行う。陽極酸化処理は、フッ酸：燐酸：メタノール＝３：５０：５０（体積比）の混合液（液温１０±２℃）に、電解研磨したアルミニウム箔を浸漬し、２０Ｖの直流定電圧を２０秒間与えて行う。また、切断法（線分５本の平均値）は、写真上に５０ｍｍ前後の長さの線分を任意に５本描き、各線分によって切られる結晶粒数を数えて、その切断長さの平均値をもって、平均粒径とした。なお、切断法については、軽金属協会編「アルミニウム技術便覧（１９８５年版）」の第２５８頁に記載されている。
【００１２】
本発明に係る電解コンデンサ陰極用アルミニウム箔の製造方法としては、以下に挙げる方法を採用するのが好ましい。即ち、Ｆｅ含有量が０．０２〜０．０８重量％でアルミニウム純度が９９．８重量％以上の鋳塊に、５００〜５５０℃の温度条件で０．５時間以上３時間未満均質化処理を施した後、熱間圧延を施し、次いで圧延率が９５％以上となるように冷間圧延を施してアルミニウム箔を得、次いで２５０〜３５０℃の温度条件で最終焼鈍を施すという方法を採用するのが好ましい。以下、この方法を説明する。
【００１３】
まず、Ｆｅ含有量が０．０２〜０．０８重量％でアルミニウム純度が９９．８重量％以上の鋳塊を準備する。Ｆｅ含有量が０．０２重量％未満になると、得られるアルミニウム箔表面において、粒径０．５〜４．５μｍの晶・析出物の数が相対的に少なくなり、エッチング開始点の数が少なくなって、表面積の拡大が図りにくくなる傾向が生じる。また、Ｆｅ含有量が０．０８重量％を超えると、得られるアルミニウム箔表面において、粒径０．５〜４．５μｍの晶・析出物の数が多くなり、エッチング時に過溶解が生じやすくなる傾向が生じる。また、アルミニウム純度が９９．８重量％未満になると、不純物が多くなって、得られるアルミニウム箔表面において、粒径０．５〜４．５μｍの晶・析出物が多くなりすぎ、エッチング時に過溶解を起こしやすくなる傾向が生じる。
【００１４】
この鋳塊に、均質化処理を施す。均質化処理の温度条件は、５００〜５５０℃である。温度が５００℃未満であると、粒径０．５〜４．５μｍの晶・析出物の数が少なくなり、アルミニウム箔の表面積の拡大を図りにくくなる傾向が生じる。また、温度が５５０℃を超えると、粒径０．５〜４．５μｍの晶・析出物の数が多くなり、過溶解を起こしやすくなる傾向が生じる。また、均質化処理の保持時間は０．５時間以上３時間未満である。保持時間が０．５時間未満であったり、或いは保持時間が３時間以上であると、Ｆｅを最適分散しにくくなる傾向が生じる。Ｆｅを最適分散させないと、得られるアルミニウム箔表面において、粒径０．５〜４．５μｍの晶・析出物の数が多くなり、エッチング時に過溶解を生じやすくなる。
【００１５】
均質化処理を施した後、熱間圧延を施す。熱間圧延は、従来公知の方法を採用すれば良い。熱間圧延を施した後、冷間圧延を施す。冷間圧延における圧延率は、９５％以上とする。圧延率が９５％未満であると、金属間化合物又は金属単体が析出するための駆動力が不足する傾向が生じ、０．５〜４．５μｍの晶・析出物の数が少なくなる傾向が生じる。ここで、圧延率とは、〔（冷間圧延前のアルミニウム板の厚さ−冷間圧延後のアルミニウム箔の厚さ）／冷間圧延前のアルミニウム板の厚さ〕×１００で算出されるものである。なお、本発明においては、冷間圧延途中に中間焼鈍を施すのは、差し控えた方が良い。何故なら、中間焼鈍時に、アルミニウム中に最適分散したＦｅが析出する恐れがあるからである。従って、Ｆｅの析出を防止しうる条件であれば、中間焼鈍を施しても良いということになる。
【００１６】
冷間圧延の後、２５０〜３５０℃の温度条件で最終焼鈍を施す。この最終焼鈍によって、アルミニウム中に最適分散したＦｅ等を核として、０．５〜４．５μｍの晶・析出物が析出する。最終焼鈍の温度が２５０℃未満であると、不純物であるＳｉが単独で析出しやすくなり、０．５〜４．５μｍの晶・析出物の数を調整しにくくなる傾向が生じる。また、アルミニウム箔表面における表面結晶粒の平均粒径が３０μｍ未満となりやすい傾向が生じる。また、最終焼鈍の温度が３５０℃を超えると、一旦析出した晶・析出物が再固溶する場合があり、０．５〜４．５μｍの晶・析出物の数が減少し、エッチング開始点が少なくなり、表面積の拡大を図りにくくなる傾向が生じる。また、最終焼鈍の保持時間は任意であるが、一般的に、１〜１０時間程度であるのが好ましい。
【００１７】
以上のようにして得られた電解コンデンサ陰極用アルミニウム箔は、一般的に、アルミニウム箔表面において、粒径０．５〜４．５μｍの晶・析出物が５００〜２，０００個／ｍｍ2存在すると共に、表面結晶粒の大きさは平均粒径３０〜７０μｍであって、この表面結晶粒の最大粒径が１５０μｍを超えないものである。従って、このアルミニウム箔に、交流エッチング処理を施すと、高静電容量で高引張強度の電解コンデンサ陰極箔が得られるのである。
【００１８】
【実施例】
実施例１〜１０及び比較例１〜２８
Ａｌ：９９．９０重量％、Ｓｉ：０．０３重量％、その他不可避不純物よりなる元素組成に、表１に示す量のＦｅを含有する、厚さ５００ｍｍの鋳塊を準備した。この鋳塊に、表１に示す温度条件及び時間で均質化処理を施した後、熱間圧延を直ちに行い、厚さ３ｍｍのアルミニウム板を得た。このアルミニウム板に、表１に示した圧延率で冷間圧延を施し、アルミニウム箔を得た。次いで、表１に示す温度条件で３時間の最終焼鈍を施し、電解コンデンサ陰極用アルミニウム箔を得た。
【００１９】
得られた電解コンデンサ陰極用アルミニウム箔に、電解研磨した後、走査型電子顕微鏡で写真撮影し、その写真を基にして画像解析することにより、粒径０．５〜４．５μｍの晶・析出物の数を測定した。その結果を表１に示した。更に、得られた電解コンデンサ陰極用アルミニウム箔を電解研磨した後、陽極酸化処理を行い、偏向顕微鏡写真（１００倍）に基づき、切断法により、表面結晶粒の平均粒径及び最大粒径を求めた。その結果も表１に示した。
【００２０】
また、得られた電解コンデンサ陰極用アルミニウム箔から、１００ｍｍ×１０ｍｍの大きさの短冊状試料を切り出し、インストロン型万能試験機にて、評点距離５０ｍｍ及び引張速度１０ｍｍ／ｍｉｎ．で、引張強度を測定した。その結果も表１に示した。
【００２１】
更に、得られた電解コンデンサ陰極用アルミニウム箔に、以下の条件で交流エッチング処理を施した後、以下の条件で化成処理を行った。
〔交流エッチング処理〕：８重量％塩酸＋６重量％塩化アルミニウム＋０．１重量％蓚酸水溶液（液温：４０±１℃）中で、５０Ｈｚの交流により、電流密度０．４Ａ／ｃｍ2で１２０秒間電解エッチングを行った。
〔化成処理〕：アジピン酸アンモニウム１５０ｇを純水１０００ｃｍ3に溶解した水溶液（８０±２℃）中で、３Ｖで化成した。
【００２２】
化成処理後のアルミニウム箔を、アジピン酸アンモニウム１５０ｇを純水１０００ｃｍ3に溶解した水溶液（３０±１℃）中に浸漬し、ＬＣＲメーターを用いて、静電容量（μＦ／ｃｍ2）を測定した。静電容量は、実施例１に係る方法で得られた電解コンデンサ陰極用アルミニウム箔の静電容量を１００％として、これとの相対比較値を表１に示した。
【００２３】
【表１】
0004462518.tif 000002
【００２４】
表１の結果から明らかなように、実施例に係る方法で得られた電解コンデンサ陰極用アルミニウム箔は、比較例に係る方法で得られたものに比べて、引張強度及び静電容量の双方共、バランス良く向上していることが分かる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る電解コンデンサ陰極用アルミニウム箔は、アルミニウム箔表面において、エッチング開始点となる粒径０．５〜４．５μｍの晶・析出物が所定数存在するように調整したので、エッチング処理によって、過溶解を起こす恐れが少なく、十分な表面積の拡大を図ることができ、高静電容量を持つ電解コンデンサ陰極箔が得られるという効果を奏するものである。また、これと共に、引張強度に関連する表面結晶粒の大きさを所定範囲内としたので、得られる電解コンデンサ陰極箔が高引張強度となり、巻回して電解コンデンサとする際に破断しにくく、従って、小型の電解コンデンサが製造しやすくなるという効果を奏するものである。依って、本発明に係る電解コンデンサ陰極用アルミニウム箔を用いれば、小型で高静電容量の電解コンデンサが得られ、産業上、有益である。