JPH0413411B2 - - Google Patents
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- JPH0413411B2 JPH0413411B2 JP58175828A JP17582883A JPH0413411B2 JP H0413411 B2 JPH0413411 B2 JP H0413411B2 JP 58175828 A JP58175828 A JP 58175828A JP 17582883 A JP17582883 A JP 17582883A JP H0413411 B2 JPH0413411 B2 JP H0413411B2
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- JP
- Japan
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- aluminum
- titanium
- capacitance
- film
- aluminum alloy
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Description
本発明は電解コンデンサに用いられるアルミニ
ウム合金電極に関するものである。 電解コンデンサの電極材料は非常に薄い誘電体
酸化皮膜が電気化学的に生成されるようないわゆ
るバルブ金属が用いられている。現在のところア
ルミニウムとタンタルが電極材料として広く使用
されている。 このうちアルミニウム電極の誘電体である
Al2O3の誘電率はおよそ７〜10であり、他の弁作
用金属の比誘電率よりも決して大きな値ではな
い。たとえばTa2O5は比誘電率ε＝25.2であり、
TiO2の比誘電率ε＝66.1である。このためアル
ミニウム電解コンデンサに用いられるアルミニウ
ム箔は静電容量増大のためにかなりの高倍率エツ
チングを行い表面積を増大させている。 このエツチング処理は箔厚を考慮し幾何学的に
表面積が最大になる形状、即ち理想エツチング形
態にすべく電気化学的あるいは化学的なエツチン
グ方法の検討を行なつている。しかしながら、エ
ツチング技術はかなり進歩し現時点において現在
の表面拡大率の２倍、３倍とすることは単に表面
を微細化させるのみでは不可能になつてきてい
る。また仮り微細化することに成功したとしても
高い陽極酸化電圧になるとエツチング孔のいわゆ
る目詰り現象によつてエツチング形状は十分生か
せず静電容量の低下を招く。さらに電解コンデン
サを作成した時も電解液との界面接触も低下し、
箔抵抗の増大、tanδの増大、インピーダンス特性
の低下など様々な諸特性の低下につながる。 一方陽極酸化方法（化成方法）による静電容量
の増大も試みられている。これは純水ボイル処理
によるベーマイト皮膜と電気化学的生成皮膜との
複合皮膜、硼酸溶液による化成皮膜とリン酸溶液
による化成皮膜との複合皮膜、化成前処理に特殊
薄膜を作成させ、該薄膜と電気化学的皮膜との複
合皮膜など様々な検討が行なわれている。しかし
ながら大幅な静電容量の増加方法は見出されてい
ない。 このように現時点に使用されている99.99％あ
るいは99.9％の高純度アルミニウムを用いてエツ
チング処理および化成処理を改良するだけでは大
幅な静電容量の増大にはかなりの困難に直面して
いる。無理をして静電容量の増大を図つても、漏
れ電流の増大、耐圧の低下が起こり良好ではな
い。 本発明はこのような背景をもとに無理なく静電
容量の増大をめざすために見出されたものであ
る。 本発明の骨子はアルミニウム電解コンデンサの
誘電体をAl2O3単体からAl2O3＋TiO2、Al2O3＋
ZrO2、Al2O3＋Nb2O5、Al2O5＋HfO2のように
Al2O3の比誘電率より大きな比誘電率を有する酸
化物との複合皮膜を形成し、大幅に静電容量を増
加せしめんとするものである。Al2O3の比誘電率
は７〜10であるのに対し、TiO2は66.1、ZrO2は
31、Nb2O5は47.1、HfO2は41.1であり、これらと
Al2O3との複合静電容量は混合比によつて大きく
変化することは容易に想定できる。最近の特許で
は特公昭58−15933号公報にみられるように、ア
ルミニウムとタンタルをスパツタリング処理して
基板上で合金化し陽極酸化を行い、誘電体皮膜の
誘電率を増加させた例があるが、未だ充分満足し
得るものは得られていない。 本発明は最近の強制固溶体合金作成の技術が大
幅にレベルアツプしてきたことを背景にして、ア
ルミニウムとチタン、ジルコニウム、ニオブ、あ
るいはハフニウムといつた高比誘電率を有する金
属との合金を液体急冷法により強制固溶させ、均
一分散したアルミニウム合金を作成し、これを電
極とし陽極酸化処理を行い高い静電容量を得よう
とするものである。 この強制固溶体合金の作成にあたり、一番問題
となるのは過冷却液体の凝固時における結晶核形
成速度と結晶成長速度との関係であり、これにつ
いては充分考慮した。 アルミニウムとの合金に関する場合、急冷時間
が長くなると、例えばアルミニウム−チタンの場
合だとAlTi3相が形成され、包晶温度以下になる
とアルミニウムがデンドリツク（樹枝状）に凝固
し花びら状に成長してしまう。従つて急冷速度は
106℃／秒以上にしなければならなかつた。これ
についてはジルコニウム、ニオブ、およびハフニ
ウムについても同様のことが判つた。 以下、本発明の具体的実施例について述べる。 99.999％のアルミニウム塊と99.9％の金属チタ
ンを原子％でアルミニウム30％、チタン70％の母
合金になるように真空中で電子ビーム溶解炉を用
いて溶解させ作成した。これに純アルミニウムを
添加して種々のチタン濃度のアルミニウム母合金
を作成した。この時の溶解条件は各合金の液相線
温度より150℃高い温度で40分保つてから金型に
鋳造した。さらに各鋳塊は650℃、10時間均質化
加熱したあと少量を切り出し、小型高周波炉で再
溶解し、単ロール法で106℃／秒の速度で急冷さ
せ、１cm幅、30μｍ厚みのアルミ−チタン合金箔
を作成した。これらの作成した試料についてＸ線
回折および透過型電子顕微鏡を用いた観察では直
径1μｍ程度の微細粒組織となつており、またＸ
線マイクロアナライザーによる測定においてもア
ルミニウム中のチタンは完全に均一分散されてい
た。 上記方法によつて作成した試料を６％塩酸、
0.02％硫酸溶液中で交流エツチング処理を施し約
10倍の表面積とした。次いで充分洗浄したのちPH
＝6.5、70℃での比抵抗200Ωcmのリン酸アンモニ
ア溶液中で100Vまでの化成皮膜を形成した。 化成皮膜を施した試料は５％硼酸アンモニア液
中でキヤパシタンスブリツジを用い静電容量を測
定し、また耐圧測定としては上記化成液中で85
℃、0.02ｍＡ／cm2の定電流を流して電圧上昇曲線
をとり、その屈曲点を耐圧とした。種々のアルミ
ニウム−チタン強制固溶体合金の成分表と静電容
量、耐圧およびCV積についての結果を第１表に
示した。
ウム合金電極に関するものである。 電解コンデンサの電極材料は非常に薄い誘電体
酸化皮膜が電気化学的に生成されるようないわゆ
るバルブ金属が用いられている。現在のところア
ルミニウムとタンタルが電極材料として広く使用
されている。 このうちアルミニウム電極の誘電体である
Al2O3の誘電率はおよそ７〜10であり、他の弁作
用金属の比誘電率よりも決して大きな値ではな
い。たとえばTa2O5は比誘電率ε＝25.2であり、
TiO2の比誘電率ε＝66.1である。このためアル
ミニウム電解コンデンサに用いられるアルミニウ
ム箔は静電容量増大のためにかなりの高倍率エツ
チングを行い表面積を増大させている。 このエツチング処理は箔厚を考慮し幾何学的に
表面積が最大になる形状、即ち理想エツチング形
態にすべく電気化学的あるいは化学的なエツチン
グ方法の検討を行なつている。しかしながら、エ
ツチング技術はかなり進歩し現時点において現在
の表面拡大率の２倍、３倍とすることは単に表面
を微細化させるのみでは不可能になつてきてい
る。また仮り微細化することに成功したとしても
高い陽極酸化電圧になるとエツチング孔のいわゆ
る目詰り現象によつてエツチング形状は十分生か
せず静電容量の低下を招く。さらに電解コンデン
サを作成した時も電解液との界面接触も低下し、
箔抵抗の増大、tanδの増大、インピーダンス特性
の低下など様々な諸特性の低下につながる。 一方陽極酸化方法（化成方法）による静電容量
の増大も試みられている。これは純水ボイル処理
によるベーマイト皮膜と電気化学的生成皮膜との
複合皮膜、硼酸溶液による化成皮膜とリン酸溶液
による化成皮膜との複合皮膜、化成前処理に特殊
薄膜を作成させ、該薄膜と電気化学的皮膜との複
合皮膜など様々な検討が行なわれている。しかし
ながら大幅な静電容量の増加方法は見出されてい
ない。 このように現時点に使用されている99.99％あ
るいは99.9％の高純度アルミニウムを用いてエツ
チング処理および化成処理を改良するだけでは大
幅な静電容量の増大にはかなりの困難に直面して
いる。無理をして静電容量の増大を図つても、漏
れ電流の増大、耐圧の低下が起こり良好ではな
い。 本発明はこのような背景をもとに無理なく静電
容量の増大をめざすために見出されたものであ
る。 本発明の骨子はアルミニウム電解コンデンサの
誘電体をAl2O3単体からAl2O3＋TiO2、Al2O3＋
ZrO2、Al2O3＋Nb2O5、Al2O5＋HfO2のように
Al2O3の比誘電率より大きな比誘電率を有する酸
化物との複合皮膜を形成し、大幅に静電容量を増
加せしめんとするものである。Al2O3の比誘電率
は７〜10であるのに対し、TiO2は66.1、ZrO2は
31、Nb2O5は47.1、HfO2は41.1であり、これらと
Al2O3との複合静電容量は混合比によつて大きく
変化することは容易に想定できる。最近の特許で
は特公昭58−15933号公報にみられるように、ア
ルミニウムとタンタルをスパツタリング処理して
基板上で合金化し陽極酸化を行い、誘電体皮膜の
誘電率を増加させた例があるが、未だ充分満足し
得るものは得られていない。 本発明は最近の強制固溶体合金作成の技術が大
幅にレベルアツプしてきたことを背景にして、ア
ルミニウムとチタン、ジルコニウム、ニオブ、あ
るいはハフニウムといつた高比誘電率を有する金
属との合金を液体急冷法により強制固溶させ、均
一分散したアルミニウム合金を作成し、これを電
極とし陽極酸化処理を行い高い静電容量を得よう
とするものである。 この強制固溶体合金の作成にあたり、一番問題
となるのは過冷却液体の凝固時における結晶核形
成速度と結晶成長速度との関係であり、これにつ
いては充分考慮した。 アルミニウムとの合金に関する場合、急冷時間
が長くなると、例えばアルミニウム−チタンの場
合だとAlTi3相が形成され、包晶温度以下になる
とアルミニウムがデンドリツク（樹枝状）に凝固
し花びら状に成長してしまう。従つて急冷速度は
106℃／秒以上にしなければならなかつた。これ
についてはジルコニウム、ニオブ、およびハフニ
ウムについても同様のことが判つた。 以下、本発明の具体的実施例について述べる。 99.999％のアルミニウム塊と99.9％の金属チタ
ンを原子％でアルミニウム30％、チタン70％の母
合金になるように真空中で電子ビーム溶解炉を用
いて溶解させ作成した。これに純アルミニウムを
添加して種々のチタン濃度のアルミニウム母合金
を作成した。この時の溶解条件は各合金の液相線
温度より150℃高い温度で40分保つてから金型に
鋳造した。さらに各鋳塊は650℃、10時間均質化
加熱したあと少量を切り出し、小型高周波炉で再
溶解し、単ロール法で106℃／秒の速度で急冷さ
せ、１cm幅、30μｍ厚みのアルミ−チタン合金箔
を作成した。これらの作成した試料についてＸ線
回折および透過型電子顕微鏡を用いた観察では直
径1μｍ程度の微細粒組織となつており、またＸ
線マイクロアナライザーによる測定においてもア
ルミニウム中のチタンは完全に均一分散されてい
た。 上記方法によつて作成した試料を６％塩酸、
0.02％硫酸溶液中で交流エツチング処理を施し約
10倍の表面積とした。次いで充分洗浄したのちPH
＝6.5、70℃での比抵抗200Ωcmのリン酸アンモニ
ア溶液中で100Vまでの化成皮膜を形成した。 化成皮膜を施した試料は５％硼酸アンモニア液
中でキヤパシタンスブリツジを用い静電容量を測
定し、また耐圧測定としては上記化成液中で85
℃、0.02ｍＡ／cm2の定電流を流して電圧上昇曲線
をとり、その屈曲点を耐圧とした。種々のアルミ
ニウム−チタン強制固溶体合金の成分表と静電容
量、耐圧およびCV積についての結果を第１表に
示した。
【表】
第１表に示したように本発明品はCV積（静電
容量×耐圧）は大幅に増加する。チタンの含有量
が増加すればそれに伴いCV積は上昇していくが、
チタンの量が原子％で60％以上であるとアルミニ
ウムのもつ耐電圧性が低下し始め、結果として
CV積は減少していく。またチタン量が１％であ
ると無添加のものとほとんど変化は認められな
い。従つてチタンの含有量としては２〜60％が良
好であるといえる。 これと同様の実験をジルコニウム、ニオブ、ハ
フニウムについて行なつたが、チタンと同様CV
積の上昇がみられた。またこの時の耐圧もアルミ
ニウムが原子％で40％以下になると低下してい
た。 また１％程度の含有量になるとCV積の差異は
認められず２％以上になつて認められた。従つて
ジルコニウム、ニオブ、ハフニウムについても含
有量としては２〜60％が良好であるといえる。ま
たこれらの金属を目的に応じて２種以上含有した
ものについても同様にして合金を作成することが
できた。 このように本発明のアルミニウム合金電極によ
つてCV積は大幅に増加したが、製品化した場合
においても静電容量が高い割にtanδおよびＬ、Ｃ
が良好で、高周波インピーダンスも優れていた。 インピーダンス特性が良好であつた一因として
本発明のアルミニウム合金電極箔が微細粒化さ
れ、合金組成が強制固溶していることがあげられ
る。 第２表は上述のアルミニウム合金電極箔を用い
て定格80WV、1000μFの電解コンデンサを製作
し、同定格の従来品とを105℃中に連続放置し、
250、500、750、1000時間毎に漏れ電流を測定し
比較した結果を示す。 第２表から明らかなように105℃、1000時間の
無負荷試験においても従来品と比べ1/5程の漏れ
電流増しか示さなかつた。これは電極上に生成す
る誘電体皮膜も緻密で均一であることに起因して
いることはいうまでもない。
容量×耐圧）は大幅に増加する。チタンの含有量
が増加すればそれに伴いCV積は上昇していくが、
チタンの量が原子％で60％以上であるとアルミニ
ウムのもつ耐電圧性が低下し始め、結果として
CV積は減少していく。またチタン量が１％であ
ると無添加のものとほとんど変化は認められな
い。従つてチタンの含有量としては２〜60％が良
好であるといえる。 これと同様の実験をジルコニウム、ニオブ、ハ
フニウムについて行なつたが、チタンと同様CV
積の上昇がみられた。またこの時の耐圧もアルミ
ニウムが原子％で40％以下になると低下してい
た。 また１％程度の含有量になるとCV積の差異は
認められず２％以上になつて認められた。従つて
ジルコニウム、ニオブ、ハフニウムについても含
有量としては２〜60％が良好であるといえる。ま
たこれらの金属を目的に応じて２種以上含有した
ものについても同様にして合金を作成することが
できた。 このように本発明のアルミニウム合金電極によ
つてCV積は大幅に増加したが、製品化した場合
においても静電容量が高い割にtanδおよびＬ、Ｃ
が良好で、高周波インピーダンスも優れていた。 インピーダンス特性が良好であつた一因として
本発明のアルミニウム合金電極箔が微細粒化さ
れ、合金組成が強制固溶していることがあげられ
る。 第２表は上述のアルミニウム合金電極箔を用い
て定格80WV、1000μFの電解コンデンサを製作
し、同定格の従来品とを105℃中に連続放置し、
250、500、750、1000時間毎に漏れ電流を測定し
比較した結果を示す。 第２表から明らかなように105℃、1000時間の
無負荷試験においても従来品と比べ1/5程の漏れ
電流増しか示さなかつた。これは電極上に生成す
る誘電体皮膜も緻密で均一であることに起因して
いることはいうまでもない。
【表】
以上のように本発明の電解コンデンサ用アルミ
ニウム合金電極を用いると、コンデンサとしての
特性は大幅に改善され、軽薄短小が容易に実現で
き、工業的かつ実用的価値大なるものである。
ニウム合金電極を用いると、コンデンサとしての
特性は大幅に改善され、軽薄短小が容易に実現で
き、工業的かつ実用的価値大なるものである。
Claims (1)
- １ チタン、ジルコニウム、ニオブ、ハフニウム
の少なくとも１種の２〜60原子％の金属と回避で
きない不純物を含有したアルミニウム合金を、加
熱して融解し、融解状態より急冷して固相材料を
得る、いわゆる液体急冷法により作製したことを
特徴とする電解コンデンサ用アルミニウム合金電
極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17582883A JPS6066806A (ja) | 1983-09-22 | 1983-09-22 | 電解コンデンサ用アルミニウム合金電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17582883A JPS6066806A (ja) | 1983-09-22 | 1983-09-22 | 電解コンデンサ用アルミニウム合金電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6066806A JPS6066806A (ja) | 1985-04-17 |
| JPH0413411B2 true JPH0413411B2 (ja) | 1992-03-09 |
Family
ID=16002927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17582883A Granted JPS6066806A (ja) | 1983-09-22 | 1983-09-22 | 電解コンデンサ用アルミニウム合金電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6066806A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0828312B2 (ja) * | 1987-11-09 | 1996-03-21 | ニチコン株式会社 | 電解コンデンサ用アルミニウム合金電極 |
| AU2003280811A1 (en) * | 2002-11-18 | 2004-06-15 | Cbmm Asia Co., Ltd. | Nb-Al ALLOY POWDER AND METHOD FOR ELECTROLYTIC CAPACITOR AND METHOD FOR PREPARATION THEREOF, AND ELECTROLYTIC CAPACITOR |
| JP5786140B2 (ja) | 2009-10-30 | 2015-09-30 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電解コンデンサ用電極箔およびこれを用いた電解コンデンサ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS581046A (ja) * | 1981-06-04 | 1983-01-06 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 電解コンデンサ用アルミニウム合金箔およびその製造法 |
-
1983
- 1983-09-22 JP JP17582883A patent/JPS6066806A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6066806A (ja) | 1985-04-17 |
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