(57)【要約】  【課題】エッチング処理時におけるアルミニウム合金箔の過溶解に起因する機械的強度の不足がなく、高い静電特性と高い機械的強度とを併せ持つ電解コンデンサ陰極用アルミニウム合金箔及びその製造方法を提供する。【解決手段】Ｓｉ：０．０２〜０．２０％（質量％、以下同様）、Ｆｅ：０．０２〜０．２０％、Ｃｕ：０．０５〜０．３０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％を含有し、残部Ａｌ及び不可避不純物からなり、導電率が４２〜４７％ＩＡＣＳであり、引張強度が１７０ＭＰａ以上である電解コンデンサ陰極用アルミニウム合金箔とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ：０．０２〜０．２０％（質量％、以下同様）、Ｆｅ：０．０２〜０．２０％、Ｃｕ：０．０５〜０．３０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％を含有し、残部Ａｌ及び不可避不純物からなり、
導電率が４２〜４７％ＩＡＣＳであり、引張強度が１７０ＭＰａ以上であることを特徴とする電解コンデンサ陰極用アルミニウム合金箔。
【請求項２】
Ｔｉ、Ｚｎ、Ｇａのうち少なくとも１種を０．００５〜０．１０％含有することを特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサ陰極用アルミニウム合金箔。
【請求項３】
請求項１に記載の電解コンデンサ陰極用アルミニウム合金箔の製造方法であって、
鋳造され熱間圧延加工されたアルミニウム合金に冷間圧延加工を行う冷間圧延工程を備え、
前記冷間圧延工程の圧延率が９５％以上であることを特徴とする電解コンデンサ陰極用アルミニウム合金箔の製造方法。
【請求項４】
前記冷間圧延工程の途中に焼鈍工程を３００〜４５０℃で行ない、前記焼鈍工程後の圧延率が９５％以上であることを特徴とする請求項３に記載の電解コンデンサ陰極用アルミニウム合金箔の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解コンデンサ陰極として使用した場合に高い静電特性と高い機械的強度とを併せ持つ電解コンデンサ陰極用アルミニウム合金箔及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にアルミニウム電解コンデンサは、陽極酸化によりその表面に酸化アルミニウムの誘電体皮膜を形成させた陽極用アルミニウム箔と、酸化処理を施していない陰極用アルミニウム箔を、電解質を挟んで対向させた構成とされている。
近年、陰極用の低純度アルミニウム箔の静電容量の向上が要求されている。電解コンデンサの電気容量は表面積に比例するものであるから、陰極の表面積をエッチング処理することによって大きくし、陰極の静電容量を大きくすることが行なわれている。しかし、陰極用アルミニウム箔に対して、コンデンサの静電容量を充分に満足させる程度の表面積を得るためのエッチング処理を施すと、腐食による減量や穴形成により、コンデンサ用アルミニウム合金箔自体の機械的強度が低下するという問題や、漏洩電流が増大するという問題がある。このため、エッチング処理によって充分に満足できる程度にその表面積を大きくすることは困難であった。
【０００３】
この問題を解決するために、ＳｉとＦｅとＣｕとＭｎの個々の含有量と、Ｆｅ／Ｓｉの割合に着目し、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系化合物の過剰析出状態を制御し、マトリックスの腐食電位を制御して過溶解を解消することなどにより、高い静電容量と高い機械的強度の両立を図る材料が提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−７６０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、過不足なくエッチング処理を行なうことが困難であり、十分な静電特性が得られる程度にアルミニウム合金箔のエッチング処理を行なった場合、アルミニウム合金箔の過溶解によって折曲強度が不十分となることや、拡面処理工程あるいは後工程で負荷される熱処理により所望の強度が得られないことが問題となっていた。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、エッチング処理時におけるアルミニウム合金箔の過溶解に起因する機械的強度の不足がなく、高い静電特性と高い機械的強度とを併せ持つ電解コンデンサ陰極用アルミニウム合金箔及びその製造方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明者は鋭意研究を重ね、Ｓｉ：０．０２〜０．２０％（質量％、以下同様）、Ｆｅ：０．０２〜０．２０％、Ｃｕ：０．０５〜０．３０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％を含有し、残部Ａｌ及び不可避不純物からなり、アルミニウム合金箔の導電率が４２〜４７％ＩＡＣＳの範囲であるとき、高い静電容量と高い機械的強度の両立を図ることのできるアルミニウム合金箔となることを見出した。
さらに、本発明者は鋭意研究を重ね、引張強度が１７０ＭＰａ以上であるものとすることで、機械的強度の不足のないアルミニウム合金箔が実現できることを見出した。
すなわち、本発明の電解コンデンサ陰極用アルミニウム合金箔は、Ｓｉ：０．０２〜０．２０％（質量％、以下同様）、Ｆｅ：０．０２〜０．２０％、Ｃｕ：０．０５〜０．３０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％を含有し、残部Ａｌ及び不可避不純物からなり、導電率が４２〜４７％ＩＡＣＳであり、引張強度が１７０ＭＰａ以上であることを特徴とする。
本発明の電解コンデンサ陰極用アルミニウム合金箔においては、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｇａのうち少なくとも１種を０．００５〜０．１０％含有するものとすることができる。
【０００７】
また、本発明の電解コンデンサ陰極用アルミニウム合金箔の製造方法は、上記電解コンデンサ陰極用アルミニウム合金箔の製造方法であって、鋳造され熱間圧延加工されたアルミニウム合金に冷間圧延加工を行う冷間圧延工程を備え、前記冷間圧延工程の圧延率が９５％以上であることを特徴とする。
本発明者は鋭意研究を重ね、冷間圧延加工の圧延率を９５％以上とすることで、エッチング後の短時間熱処理時のアルミニウム合金における再結晶を促進させるとともに、十分な折曲強度を得ることができ、アルミニウム合金の機械的強度を向上させることができることを見出した。
また、電解コンデンサ陰極用アルミニウム合金箔の製造方法においては、前記冷間圧延工程の途中に焼鈍工程を３００〜４５０℃で行ない、前記焼鈍工程後の圧延率が９５％以上である方法とすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電解コンデンサ陰極用アルミニウム合金箔によれば、エッチング処理時におけるアルミニウム合金箔の過溶解に起因する機械的強度の不足がなく、高い静電特性と高い機械的強度とを併せ持つものとなる。
また、本発明の電解コンデンサ陰極用アルミニウム合金箔において、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｇａのうち少なくとも１種を０．００５〜０．１０％含有するものとすることで、断面形状の均一性に優れたものとなる。
また、本発明のアルミニウム合金箔の製造方法は、冷間圧延加工の圧延率が９５％以上であるので、エッチング後の短時間熱処理時のアルミニウム合金における再結晶を促進させるとともに、十分な折曲強度を得ることができるので、安定した静電容量が得られ、かつ、十分な機械的強度を有する加工性に優れたアルミニウム合金を製造することができる。
また、本発明のアルミニウム合金箔の製造方法において、前記冷間圧延工程の途中に焼鈍工程を３００〜４５０℃で行なうことで、エッチング後の短時間熱処理時の再結晶を効果的に促進させることができ、より一層優れたアルミニウム合金を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係る電解コンデンサ陰極用アルミニウム合金箔（以下、アルミニウム合金箔と略称することがある）およびその製造方法について詳細に説明する。
本発明のアルミニウム合金箔は、Ｓｉ：０．０２〜０．２０％（質量％、以下同様）、Ｆｅ：０．０２〜０．２０％、Ｃｕ：０．０５〜０．３０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％を含有し、残部Ａｌ及び不可避不純物からなり、導電率が４２〜４７％ＩＡＣＳであり、引張強度が１７０ＭＰａ以上であるものである。
【００１０】
［アルミニウム合金箔の成分組成］
本発明に係るアルミニウム合金箔は、ＳｉとＦｅとＣｕとＭｎとを主要構成元素として、個々に規定量含有してなる。なお、以下に記載する各元素の含有量は、特に規定しない限り質量％であり、また、特に規定しない限り上限と下限を含むものとする。従って、例えば０.０５〜０.５０％は、０.０５％以上、０.５０％以下を意味する。
【００１１】
「Ｓｉ」０.０２〜０.２０％
本発明に係るアルミニウム合金箔において、Ｓｉは、アルミニウム合金箔のエッチング処理時にエッチングピットの起点となる析出物を形成させる作用がある。
Ｓｉの含有量が０．０２％未満であると、エッチングピットの起点となる析出物を形成させる作用が不十分となり、かつ、機械的強度の低下となり好ましくない。また、コストが高くなるため望ましくない。
また、Ｓｉの含有量が０.２０％を越えると、エッチングピットの起点となる析出物が過剰となり、エッチング処理時にアルミニウム合金箔の過溶解が生じ、エッチング後の断面形状が不均一となるため好ましくない。また、静電容量が安定せず、静電容量が低下するため好ましくない。
従って、Ｓｉの含有量は、０．０２〜０．２０％の範囲内とすることが好ましい。
【００１２】
「Ｆｅ」０.０２〜０.２０％
Ｆｅは、アルミニウム合金箔の強度向上、エッチングピットの起点となるＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系金属間化合物などの析出物を形成させる作用がある。
Ｆｅの含有量が０.０２％未満であると、引張強度および折曲強度を向上させる効果が不十分となる。また、Ｆｅの含有量が０.０２％未満であると、エッチングピットの起点となる析出物の量が減少し、かつ、機械的強度が低下し、好ましくない。また、コストメリットが無くなるため、好ましくない。
また、Ｆｅの含有量が０.２０％を超えると、エッチングピットの起点となる析出物が過剰となり、エッチング処理時にアルミニウム合金箔の過溶解が生じ、エッチング後の断面形状が不均一となるため好ましくない。また、静電容量及び折曲強度が低下するため好ましくない。
従って、Ｆｅの含有量は、０．０２〜０．２０％の範囲内とすることが好ましい。
【００１３】
「Ｃｕ」０.０５〜０.３０％
Ｃｕは、アルミニウム合金箔中に固溶し易く、アルミニウム合金箔の腐食電位を高め、エッチング処理時のエッチング液に対する溶解性を抑制するとともに、アルミニウム合金箔中に分散する析出物との電位差を生じさせる作用がある。また、Ｃｕは、アルミニウム合金箔の引張強度および折曲強度を向上させる。
Ｃｕの含有量が０.０５％未満だと、上述の作用が十分に発揮されないため、好ましくない。
また、Ｃｕの含有量が０.３０％を越えると、アルミニウム合金箔をコンデンサに組み込んだ際の短絡の危険性が高まるため、好ましくない。
従って、Ｃｕの含有量は、０．０５〜０．３０％の範囲内とすることが好ましい。
【００１４】
「Ｍｎ」０.１〜２.０％
Ｍｎは、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系化合物などの化合物の状態でアルミニウム合金箔中に存在し、マトリックスとの電位差を生じさせ、エッチングピットの起点となる作用を奏する。
Ｍｎの含有量が０.１％未満であると、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系化合物などの析出物が少なくなり、エッチングの起点が不十分で、満足なエッチング形態、引いては静電容量（Ｃａｐ）が得られない。また、Ｍｎの含有量が０.１％未満であると、十分な機械的強度が確保できず、好ましくない。
Ｍｎの含有量が２.０％を越えると、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系化合物の粒度が大きくなりやすくなり、粗大かつ不均一なエッチング形態となりやすく、好ましくない。
従って、Ｍｎの含有量は、０.１〜２.０％の範囲内とすることが好ましい。
【００１５】
「Ｔｉ、Ｚｎ、Ｇａのうち少なくとも１種」０.００５〜０.１０％
Ｔｉ、Ｚｎ、Ｇａは、エッチング形態の断面形状の均一性を向上させる作用がある。
Ｔｉ、Ｚｎ、Ｇａのうち少なくとも１種の含有量が０.００５％未満であると、上述の作用が不十分となり、好ましくない。
Ｔｉ、Ｚｎ、Ｇａのうち少なくとも１種の含有量が０.１０％を越えると、エッチング処理時にアルミニウム合金箔の過溶解が生じるため、エッチング後の断面形状の均一性が低下する。また、静電容量が安定せず、静電容量が低下するため好ましくない。
したがって、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｇａのうち少なくとも１種の含有量は、０.００５〜０.１０％の範囲内とすることが好ましい。
【００１６】
「導電率」４２〜４７％ＩＡＣＳ
アルミニウム合金箔の導電率は、アルミニウム合金箔中に存在する添加元素の固溶状態や析出状態によって変化するものであり、アルミニウム合金箔中に存在する添加元素の固溶量や析出量の指標として用いることができる。アルミニウム合金箔中に存在する添加元素の析出量が多いと、エッチング処理時にアルミニウム合金箔の過溶解が生じるため、エッチング後の断面形状の均一性が低下する。また、アルミニウム合金箔中に存在する添加元素の析出量が少ないと、エッチング後の焼鈍処理時における適度な折曲強度が得られない。
そして、アルミニウム合金箔の導電率が４７％ＩＡＣＳを越えると、エッチング後の断面形状の均一性が低下するため好ましくない。また、アルミニウム合金箔の導電率が４２％ＩＡＣＳ未満であると、十分な折曲強度が得られない。
【００１７】
「引張強度」１７０ＭＰａ以上
アルミニウム合金箔の引張強度が１７０ＭＰａ未満であると、機械的強度が不足して電解コンデンサを製造する場合に十分な加工性が得られない。
したがって、アルミニウム合金箔の引張強度は１７０ＭＰａ以上とすることが好ましい。
【００１８】
［電解コンデンサ陰極用アルミニウム合金箔の製造方法］
本発明のアルミニウム合金箔の製造方法は、本発明のアルミニウム合金箔を製造する方法である。本発明のアルミニウム合金箔を製造するには、まず、上述した組成比となるように調整した合金溶湯からインゴットを鋳造して、均質化処理を施す。ここでの均質化処理は、５５０〜６２０℃、より好ましくは５７０〜６００℃の温度範囲で３〜１０時間加熱する条件で行なう。均質化処理を行なうことによる再固溶により、エッチング処理時におけるアルミニウム合金箔の過溶解を防止できる。均質化処理の温度を５７０℃以上とすることで、効果的にエッチング処理時におけるアルミニウム合金箔の過溶解を防止できる。
均質化処理の温度が５５０℃未満であると、エッチングピットの起点となるＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系化合物などの析出物が析出しやすくなり、エッチング処理時にアルミニウム合金箔の過溶解が生じやすくなるため好ましくない。また、均質化処理の温度が６２０℃を越えると、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系化合物が過剰に固溶し、次工程の熱間圧延工程で析出物が析出しやすくなる。また、加熱に要するエネルギーが多くなるため、経済的に好ましくない。
【００１９】
次いで、均質化処理した鋳塊に熱間圧延加工を施し、熱間圧延加工後に圧延率８０〜９５％程度まで第１冷間圧延加工を必要回数行なう。
次いで、第１冷間圧延を行ったアルミニウム合金を焼鈍処理する。ここでの焼鈍処理は、３００〜４５０℃の温度範囲で２時間以上加熱する条件で行なう。焼鈍処理により、アルミニウム合金の析出処理を行なって適度な析出状態にすることにより、機械的強度を向上させることができる。焼鈍処理の温度が３００℃未満であると、アルミニウム合金箔の析出が不十分のため、十分な折曲強度が得られない。また、焼鈍処理の温度が４５０℃を越えると、析出が進行し過ぎて過溶解を引き起こすので、好ましくない。
【００２０】
次いで、焼鈍処理されたアルミニウム合金に第２冷間圧延加工を行う。第２冷間圧延加工を圧延率９５％以上になるまで必要回数行なうことにより、最終的な厚さのアルミニウム合金箔とする。冷間圧延加工の圧延率が９５％未満であると、エッチング後の短時間熱処理時のアルミニウム合金を再結晶させる駆動力が不足し、十分な折曲強度が得られない。
【００２１】
「実験例１〜実験例２４」
以下、実験例を示して本発明の電解コンデンサ陰極用アルミニウム合金箔を更に詳しく説明する。表１に示す成分組成、及び製造条件で、以下に示すようにアルミニウム合金箔を作製した。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
［アルミニウム合金箔作製工程］
表１に示す成分を含有するアルミニウム合金を鋳造して、表１に示す温度で６時間加熱する均質化処理を施した。次いで、均質化処理した鋳塊に熱間圧延加工を施して厚さ７ｍｍの板材とした後、第１冷間圧延加工を必要回数行うことにより種々の厚さの板材とした。次いで、第１冷間圧延加工を施したアルミニウム合金を、表１に示す温度で４時間加熱する焼鈍処理を行った。そして、焼鈍処理されたアルミニウム合金に第２冷間圧延加工を行ない、厚さ５０μｍのアルミニウム合金箔とした。
【００２４】
このようにして得られた実験例１〜実験例２４のアルミニウム合金箔の第２冷間圧延加工の圧延率（％）、導電率（％ＩＡＣＳ）、引張強度（ＭＰａ）、折曲強度（％）、静電容量（％）を表１に示す。
なお、折曲強度、静電容量は、以下のようにして測定した。
【００２５】
［折曲強度の測定］
実験例１〜実験例２４のアルミニウム合金箔から、打ち抜き機を用いて幅１５ｍｍの試験片を作製し、荷重２００Ｋｇｆ、曲げ角９０°曲げ部曲率半径１ｍｍ（Ｒ＝１）の条件で、ＭＩＴ耐揉疲労試験機（東洋精機製作所社製）を用いて測定した。なお、測定回数は、１往復で１回とし、測定結果は、実験例１の結果を１００とした相対評価で示した。
【００２６】
［静電容量の測定］
実験例１の結果を１００とした相対評価で示した。
【００２７】
表１より、本発明の実施例である実験例１、２２、２４では、引張強度、折曲強度、静電容量の全てが優れていることが確認できた。