(57)【要約】【課題】強度、エッチング性ともに優れた電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔を提供する。【解決手段】Ａｌ−Ｍｎ系合金からなり、板厚方向の中心部領域に、平均Ｍｎ濃度が箔全体の平均Ｍｎ濃度の１．５倍以上〜３倍以下である偏析層２を有する。偏析層の厚さは、箔厚ｔに対して、箔厚中心から両面側に略等しくそれぞれｔ／４以下であるのが望ましい。また、Ａｌ−Ｍｎ系合金の組成としては、質量％で、Ｍｎ：０．８〜２．０％、Ｆｅ：０．１〜０．６％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるものが好適である。該電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔は、連続鋳造圧延を経て製造することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ−Ｍｎ系合金からなり、板厚方向の中心部領域に、平均Ｍｎ濃度が箔全体の平均Ｍｎ濃度の１．５倍以上〜３倍以下である偏析層を有することを特徴とする電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔。
【請求項２】
前記偏析層の厚さが、箔厚ｔに対して、箔厚中心から両面側に略等しくそれぞれｔ／４以下であることを特徴とする請求項１記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔。
【請求項３】
前記Ａｌ−Ｍｎ系合金の組成が、質量％で、Ｍｎ：０．８〜２．０％、Ｆｅ：０．１〜０．６％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなることを特徴とする請求項１または２に記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔。
【請求項４】
連続鋳造圧延により製造された板材が用いられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電解コンデンサの電極に用いられる電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種の電気・電子回路に用いられる電解コンデンサでは、高容量化、小型化に対する要求が益々高まっており、このため電解コンデンサに用いられる電極用アルミニウム箔においては高い粗面化率を有するとともに、小型化を可能にするため高い強度を有することが求められている。
電解コンデンサ電極用アルミニウム箔の粗面化率を高めるためには、粗面化処理として箔に施す化学または電解エッチングにおいて、微細かつ高密度なピットを面方向、板厚方向に均一に発生させる必要がある。この際に、エッチングを受けない箔厚中心線近傍の強度が高く保たれることが望ましい。
上記要望に対しては、例えば、アルミニウム箔材料となるアルミニウム合金において、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｚｎなどの機械的強度向上に寄与する元素と、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｓｉなどのエッチング性向上に寄与する元素とを適量含有させ、さらにＦｅ／Ｓｉ比を制御してエッチングピットの起点となるＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系化合物を分散させることにより、エッチング性と機械的強度を向上させた電解コンデンサ電極用アルミニウム箔が提案されている（特許文献１参照）。
【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】
【０００３】
しかし、従来提案されている電解コンデンサ電極用アルミニウム箔においても、エッチングを受けない箔厚中心線近傍の強度は十分ではなく、コンデンサ小型化の障害となっている。一方、アルミニウム箔の強度を向上させることを主眼にして成分調整を行うと、十分なエッチング性が得られなくなるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、エッチングにおいて高い粗面化率を得ることができるとともに、機械的強度に優れ、エッチング後においてもエッチングを受けない箔厚中心線近傍の強度が高く維持される電解コンデンサ電極用アルミニウム箔を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、本発明の電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔のうち、請求項１記載の発明は、Ａｌ−Ｍｎ系合金からなり、板厚方向の中心部領域に、平均Ｍｎ濃度が箔全体の平均Ｍｎ濃度の１．５倍以上〜３倍以下である偏析層を有することを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔の発明は、請求項１記載の発明において、前記偏析層の厚さが、箔厚ｔに対して、箔厚中心から両面側に略等しくそれぞれｔ／４以下であることを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔の発明は、請求項１または２に記載の発明において、
前記Ａｌ−Ｍｎ系合金の組成が、質量％で、Ｍｎ：０．８〜２．０％、Ｆｅ：０．１〜０．６％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなることを特徴とする電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔。
【０００８】
請求項４記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、連続鋳造圧延により製造された板材が用いられていることを特徴とする。
【０００９】
すなわち本発明によれば、Ａｌ−Ｍｎ系の組成により、Ａｌ−Ｍｎ系化合物（Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ化合物など）が生成されており、該晶析出物を起点にして表層部においてエッチングピットが適切に生成される。また、非エッチング部である板厚中心近傍では、Ｍｎが濃縮された偏析層により強度が向上する。
【００１０】
偏析層Ｍｎ濃度：１．５〜３倍（箔全体に対する）
上記偏析層では、上記のようにＭｎ濃度（偏析層の平均）が箔全体の平均Ｍｎ濃度に対し、１．５〜３倍となっている。ここでＭｎ濃度の濃縮が１．５倍未満であると、箔中心部での強度を十分に向上させることが困難になる。一方、Ｍｎ濃度の濃縮が３倍を超えると、偏析層に粗大な晶析出物が生成されて却って強度が低下する。このため、偏析層でのＭｎ濃度は、箔全体に対し、１．５〜３倍とする。
【００１１】
偏析層厚さ：片側ｔ／４以下（ｔ：箔厚）
上記偏析層の厚さは、あまりに厚くすると、エッチング層と重なり過溶解を引き起こし、強度低下、粗面化率低下を招く。このため箔厚中心から両面側に略等しくそれぞれｔ（箔厚）／４以下（合計ｔ／２以下）であるのが望ましい。一方で、偏析層の厚さがあまりに小さいと強度向上効果が小さくなるので、片側でｔ／８以上とするのが望ましい。
【００１２】
Ａｌ−Ｍｎ系合金組成
（Ｍｎ：０．８〜２．０％）
Ａｌ−Ｍｎ系合金に含まれるＭｎは、Ａｌ−Ｍｎ系化合物を生成する。該晶析出物は、マトリックスとの電位差によりエッチングに際し、ピットの起点となる。また、上記偏析層においては強度向上に寄与する。このＭｎが少ないと、ピットの起点が十分に得られず、エッチング性が不十分となる。また、Ｍｎ量が多すぎると、前記晶析出物が過剰になり、過溶解を招き、強度低下となる。このため、該合金に含まれるＭｎ量は、０．８〜２．０％とするのが望ましい。
【００１３】
（Ｆｅ：０．１〜０．６％）
Ａｌ−Ｍｎ系合金に含まれるＦｅは、上記ＭｎとともにＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ化合物を生成する。該晶析出物は、マトリックスとの電位差によりエッチングに際し、ピットの起点となる。また、上記偏析層においては強度向上に寄与する。このＦｅが少なすぎると、ピットの起点が十分に得られず、エッチング性が不十分となる。また、高純度化のため製造コストが上昇する。一方、Ｆｅ量が多すぎると、前記晶析出物が過剰になり、過溶解を招き、強度低下となる。このため、該合金に含まれるＦｅ量は、０．１〜０．６％とするのが望ましい。
【００１４】
なお、Ａｌ−Ｍｎ系合金では、上記成分の他に、Ｓｉ（０．１５〜０．２５％）、Ｃｕ（０．１０〜０．５０％）、Ｍｇ（０．００１〜２．０％）、Ｚｎ（０．００１〜０．５％）などの１種以上を含有することもできる。
上記各成分以外の残部は、Ａｌと不可避不純物よりなる。
【００１５】
上記偏析層を有するアルミニウム箔は、代表的には連続鋳造圧延を経て製造することができる。現在主として用いられている半連続鋳造スラブ製造→熱間・冷間圧延プロセスに比べ、急速な凝固速度が得られる連続鋳造圧延では、エッチング層における晶析出物をエッチングにとって好適に微細に分散させるとともに、急冷凝固時の最終凝固部である板厚中心線近傍（中心部）への溶質排斥を利用して特にＭｎの濃化層を設けることで中心部における強度の向上を図ることが可能になる。
【００１６】
連続鋳造圧延による中心部偏析は、板材の二次加工を必要とする製品においては、強度劣化や表面品質の低下を招くおそれのあることから、一般にはこれを防止する処置がとられている。一方、本発明の対象とする電解コンデンサ電極箔ではそのような高度な変形を受ける機械的２次加工がないため、一定の制御下では中心部偏析が欠陥として働くことはない。本発明では、逆に合金組成や製造条件を制御することにより、エッチング後の残芯部分の金属組織を箔強度の向上にとって好適にすることが可能であるという知見を利用している。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明の電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔によれば、Ａｌ−Ｍｎ系合金からなり、板厚方向の中心部領域に、平均Ｍｎ濃度が箔全体の平均Ｍｎ濃度の１．５倍以上〜３倍以下である偏析層を有するので、表層側では、Ａｌ−Ｍｎ系化合物により優れたエッチング性が得られるとともに、中心部では、Ｍｎが濃縮した偏析層により高い強度が得られ、エッチング性、機械的強度の両特性に優れているという効果が得られる。この結果、該アルミニウム箔を用いたコンデンサの高容量化、小型化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の一実施形態を図１の製造工程フロー図および図２の箔断面図を用いて説明する。
本発明の合金組成に調整したＡｌ−Ｍｎ系合金を用いて、連続鋳造圧延によりアルミニウム合金圧延板を得る。Ａｌ−Ｍｎ系合金としては、好適には、質量％で、Ｍｎ０．８〜２．０％、Ｆｅ０．１〜０．６％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成のものを用いる。
また、本発明としては、特に連続鋳造圧延の方法が限定されるものではなく、ベルト法や双ロール法等を採用することができる。なお、連続鋳造圧延に際しては、中心線側に溶質が濃縮して偏析層が形成される。偏析層については、連鋳板厚、セットバック量を調整することで、濃縮程度、偏析層厚さを調整することができる。すなわち、連鋳板厚を大きくするほど濃縮程度、偏析層厚さ共に大となり、板厚を小さくするほど濃縮程度、偏析層厚さ共に小となる。また、セットバック量を大きくするほど濃縮程度、偏析層厚さ共に小となり、セットバック量を小さくするほど濃縮程度、偏析層厚さ共に大となる。
上記調整により、偏析層はＭｎ含有量が平均で、板材全体の平均Ｍｎ含有量の１．５〜３．０倍とする。また、偏析層の厚さは、最終的な箔の状態で、板厚ｔに対し、厚さ中心線から両側に略等しくｔ／４以下となるようにする。
【００１９】
上記連続鋳造圧延によって得られた圧延板には、好適には均質化処理を施す。該均質化処理は、例えば、５７０〜６１０℃、６〜２４時間の条件で行う。該均質化処理は、適宜の加熱炉などを用いて行うことができ、加熱方法、加熱手段が特に限定されるものではない。
【００２０】
前記均質化処理の後、冷間圧延を経て所望の厚さのアルミニウム箔を得る。冷間圧延に際しては中間焼鈍を介在させてもよい。この中間焼鈍前に、６０％以上、９５％未満の圧下率で冷間圧延を行うのが望ましい。なお、中間焼鈍は、例えば、３００〜４５０℃の加熱温度を条件にして０．５〜４時間の保持時間で行うことができる。中間焼鈍は、既知の焼鈍炉などを用いて行うことができ、中間焼鈍後は、最終厚さの箔にまで冷間圧延を行う。中間焼鈍後の圧下率は本発明としては特に限定をしないが、例えば７５〜９０％の圧下率とすることができる。
上記冷間圧延によって、例えば数十μｍから１００μｍ程度のアルミニウム合金箔を得ることができるが、本発明としては最終品としてのアルミニウム合金箔の厚さが特に限定されるものではない。
【００２１】
上記各工程を経て得られたアルミニウム合金箔には、その後、通常は熱処理を施すことなく、エッチング処理がなされる。冷間圧延終了後に熱処理を行うと、回復や再結晶が起こり、強度低下を引き起こすため、冷間圧延後に熱処理を施さないのが望ましい。
エッチング工程は塩酸を主体とする電解液や塩酸を含まない（１０００ｐｐｍ以下）電解液を用いた電解エッチングや無電解エッチングにより行うことができる。コスト面では無電解エッチングが有利である。
【００２２】
エッチング処理においては、アルミニウム箔１にピット（図示しない）が高密度で均一に形成され、面方向において未エッチング部が生じることなく、図１に示すように表層部にエッチング層２、２が形成されて高い粗面化率が得られる。一方、中心部側には、Ｍｎが濃縮した偏析層３が得られており、前記ピットは、該偏析層３にまで至らないように生成されている。すなわち、偏析層３は、未エッチング層となっている。
該偏析層３は、箔の厚さｔに対し、中心線から両表層側に略等しくｔ／４以下の厚さｄに形成されている。なお、偏析層３のＭｎ濃度は、箔全体の平均Ｍｎ濃度の１．５〜３倍に濃縮されている。該偏析層３によって中心部の強度が維持されており、高密度のエッチングによっても箔としての十分な強度が確保される。
【００２３】
この箔を化成処理し、必要な耐電圧を得た後、常法により電解コンデンサに電極として組み込むことにより静電容量の高いコンデンサが得られる。本発明としては化成処理の方法が特に限定されるものではない。
本発明は電解コンデンサの陰極として使用するのが好適であるが、本発明としてはこれに限定されるものではなく、例えば耐電圧の低い電解コンデンサの陽極としても使用することができる。
【実施例１】
【００２４】
次に、本発明の実施例を説明する。
表１に示す組成（残部Ａｌおよびその他の不純物）に調整したＡｌ−Ｍｎ系合金を溶解し、横型双ロール法による連続鋳造圧延によりアルミニウム合金板を得た。
該連続鋳造圧延に際しては、連鋳板厚を調整することで、最終的なアルミニウム箔における偏析層のＭｎ濃縮度と厚さを表１に示すように調整した。なお、発明材の板厚は１０ｍｍ、比較材の板厚は５ｍｍとした。
その後、上記アルミニウム合金板材に対し、５９０℃、６時間の均質化処理を行い、さらに、発明材は９３％、比較材は８６％の圧下率で冷間圧延を行い、３５０℃、２時間の保持時間で中間焼鈍を行った後、８８％の圧下率での最終冷間圧延を経て、最終板厚８０μｍのアルミニウム合金箔とした。この供試材における偏析層Ｍｎ濃度、偏析層厚さを測定し、表１に示した。なお、偏析層濃度及び偏析層厚さは、ＥＰＭＡ定量分析により測定した。
【００２５】
上記試供材を、
第１段階：６Ｍ−ＨＣｌ＋０．５Ｍ−Ｈ３ＰＯ４、５０℃×６０ｓｅｃ
第２段階：２Ｍ−ＨＣｌ＋１．５Ｍ−Ｈ３ＰＯ４、４０℃×１８０ｓｅｃ
の条件でエッチング処理した後、８５℃のアジピン酸アンモニウム溶液中で３Ｖ化成後、箔の引張強度を測定し、その結果を表１に示した。なお、引張強度は、比較材１における供試材の引張強度を１００とする相対評価により示した。
【００２６】
表１から明らかなように、本発明材は、強度の向上効果が明らかとなっている。ただし、供試材Ｎｏ．７〜９は、Ｍｎ、Ｆｅの量が好適な範囲から外れているため、他の発明材に比べ、強度が低くなっている。
一方、本発明の範囲外となる比較材Ｎｏ．１、２は、偏析濃度が低いため強度向上効果が小さく、ＤＣ通常で製造された比較材Ｎｏ．３、４は、強度向上効果はない。
【００２７】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態における電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔を製造する工程フロー図である。
【図２】同じく、一実施形態における電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔の断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  電解コンデンサ電極用アルミニウム合金箔
２  エッチング層
３  偏析層
【図１】
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【図２】
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