電極箔とその製造方法およびこの電極箔を用いたコンデンサ
【課題】コンデンサの大容量化と漏れ電流の低減とを実現する事を目的とする。
【解決手段】この目的を達成するため本発明は、基材１８と、この基材１８上に形成された疎膜層１９と、この疎膜層１９上に形成された誘電膜８とを備え、疎膜層１９は、基材１８の表面から金属または金属化合物の少なくともいずれか一方からなる微粒子２０が不規則に複数個連なって構成されるとともに、内部に多数の空間を有する疎な構造体であり、誘電膜８は、疎膜層１９の微粒子２０の主成分とは異なる金属の化合物で構成された電極箔である。これにより本発明は、誘電率の高い材料で誘電膜８を構成するとともに、この誘電膜８で疎膜層１９を保護することができ、結果としてコンデンサの大容量化と漏れ電流の低減とを実現できる。
【解決手段】この目的を達成するため本発明は、基材１８と、この基材１８上に形成された疎膜層１９と、この疎膜層１９上に形成された誘電膜８とを備え、疎膜層１９は、基材１８の表面から金属または金属化合物の少なくともいずれか一方からなる微粒子２０が不規則に複数個連なって構成されるとともに、内部に多数の空間を有する疎な構造体であり、誘電膜８は、疎膜層１９の微粒子２０の主成分とは異なる金属の化合物で構成された電極箔である。これにより本発明は、誘電率の高い材料で誘電膜８を構成するとともに、この誘電膜８で疎膜層１９を保護することができ、結果としてコンデンサの大容量化と漏れ電流の低減とを実現できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電極箔とその製造方法およびこの電極箔を用いたコンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサとしては、パーソナルコンピュータのＣＰＵ周りに使用される低ＥＳＲの固体電解コンデンサや、大型機器用インバータ電源、ハイブリッドカー等の自動車用インバータ電源に使用される高耐圧のアルミ電解コンデンサなどが挙げられる。これらのコンデンサには、小型大容量化が強く望まれている。
【０００３】
例えば従来の固体電解コンデンサは、表面に誘電膜が形成された電極箔と、誘電膜上に形成された導電性高分子からなる固体電解質層と、この固体電解質層上に形成された陰極層とを有している。そして図６に示すように、従来の電極箔１は、弁作用金属箔からなる基材２と、この基材２上に形成された疎膜層３と、疎膜層３上に形成された誘電膜（図示せず）とを有している。基材２と疎膜層３とは、固体電解コンデンサの陽極層として機能する。
【０００４】
疎膜層３は、蒸着により形成され、基材２の表面から複数の微粒子４が不規則に連なって形成された、疎な構造体をしている。これにより電極箔１の単位面積当たりの表面積を拡大することができ、高容量のコンデンサを実現できる。
【０００５】
誘電膜は、疎膜層３の微粒子４を陽極酸化し、疎膜層３の表面を金属酸化物で被覆することで形成できる。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、２が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２５８４０４号公報
【特許文献２】特開２００９−７９２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の電極箔１では、コンデンサの大容量化に限界がある。
【０００９】
その理由は、誘電膜を疎膜層３の陽極酸化によって形成していたからである。すなわち誘電膜は、疎膜層３の微粒子の主成分と同金属の酸化物で構成されるため、その誘電率は疎膜層３の材料に影響を受ける。したがって誘電率を高めるにあたって設計の自由度が狭く、コンデンサの大容量化に限界がある。
【００１０】
さらに疎膜層３は、その構造上、機械的強度が低いうえに、従来は陽極酸化によって微粒子４の内側を侵食するように劈開性の高い誘電膜が形成され、より折れやすくなっていた。
【００１１】
そして折れた部分には金属面が露出して、陰極層と陽極層との電気的パスとなり、結果としてコンデンサの漏れ電流が増大することがある。
【００１２】
そこで本発明は、コンデンサの大容量化を図るとともに、漏れ電流を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そしてこの目的を達成するため本発明は、基材と、この基材上に形成された疎膜層と、この疎膜層上に形成された誘電膜とを備え、疎膜層は、基材の表面から金属または金属化合物の少なくともいずれか一方からなる微粒子が不規則に複数個連なって構成されるとともに、内部に多数の空間を有する疎な構造体であり、誘電膜は、疎膜層の微粒子の主成分とは異なる金属の化合物で構成された電極箔としたものである。
【発明の効果】
【００１４】
これにより本発明は、コンデンサの大容量化と漏れ電流の低減を実現できる。
【００１５】
その理由は、誘電膜を疎膜層の微粒子とは異なる金属の化合物で形成したからである。
【００１６】
すなわち本発明は、誘電率を高めるにあたり材料選択の自由度が高く、容易にコンデンサの大容量化が図れる。
【００１７】
さらに本発明は、陽極酸化法を用いずに形成されるものであり、誘電膜を微粒子の外表面に積層するように形成できる。したがって本発明は、誘電膜が微粒子の外表面を補強する保護層として働き、微粒子間の欠損を抑制でき、漏れ電流の少ないコンデンサを実現できる。
【００１８】
以上のように本発明は、コンデンサの大容量化と漏れ電流の低減とを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１におけるコンデンサの斜視図
【図２】（ａ）同コンデンサに使用されるコンデンサ素子の平面図、（ｂ）図２（ａ）の断面図（ＸＸ断面）
【図３】本発明の実施例１における電極箔の模式断面図
【図４】同電極箔を３万倍にしたＳＥＭ写真
【図５】本発明の実施例２におけるコンデンサの一部切り欠き斜視図
【図６】従来のコンデンサの電極箔の模式断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施例１）
以下、本実施例における電極箔と、この電極箔を用いたコンデンサについて説明する。本実施例のコンデンサは、電解質として導電性高分子材料を用いた固体電解コンデンサである。
【００２１】
図１はコンデンサ素子６を積層した本実施例のコンデンサ７の斜視図であり、図２（ａ）（ｂ）は平板状のコンデンサ素子６の平面図および断面図である。
【００２２】
図２（ｂ）に示すように、コンデンサ素子６は、表面に誘電膜８が形成された電極箔９と、誘電膜８を形成した後に電極箔９上に設けられて、電極箔９を陽極電極部１０と陰極形成部に分離する絶縁性のレジスト部１１と、陰極形成部の誘電膜８上に形成された陰極電極部１２とを有している。陰極電極部１２は、誘電膜８上に形成された導電性高分子からなる固体電解質層１３と、この固体電解質層１３上に形成されたカーボン層および銀ペースト層からなる陰極層１４とから構成される。
【００２３】
そして図１に示すように、コンデンサ素子６は複数枚積層され、夫々の陽極電極部１０を陽極コム端子１５にレーザー溶接によって接続する。
【００２４】
また陰極電極部１２には陰極コム端子１６が接続され、陰極コム端子１６には、コンデンサ素子６の搭載部分の両側面を上方に折り曲げた折り曲げ部１６ａが形成されている。陰極コム端子１６の素子搭載部分とコンデンサ素子６の陰極電極部１２間、折り曲げ部１６ａと陰極電極部１２間、ならびに各コンデンサ素子６の陰極電極部１２間は、それぞれ導電性接着材３１で接合できる。
【００２５】
陽極コム端子１５と陰極コム端子１６は、夫々一部が外表面に露呈する状態で、上記複数枚のコンデンサ素子６とともに絶縁性樹脂からなる外装樹脂体１７で一体に被覆される。この外装樹脂体１７から表出した陽極コム端子１５と陰極コム端子１６の一部を外装樹脂体１７に沿って底面へと折り曲げると、コンデンサ７の底面に陽極端子と陰極端子を形成した面実装型のコンデンサ７となる。
【００２６】
そして本実施例では、電極箔９は、図２（ｂ）に示すように、基材１８と、この基材１８上に形成された疎膜層１９と、この疎膜層１９上に形成された誘電膜８とを有している。
【００２７】
また図３の断面図、図４のＳＥＭ写真に示すように、疎膜層１９は、基材１８の表面から複数の微粒子２０が不規則に連なって、伸びるように形成され、複数の枝に枝分かれした構造体である。また内部には多数の空間が存在している。
【００２８】
なお、疎膜層１９の微粒子２０は、ほぼ同じ粒径のものを積み重ねてもよく、また粒径の異なる微粒子２０をランダムに積層してもよいが、本実施例では、基材１８に近い根元部分は粒径が大きい微粒子２０、表層側には粒径の小さい微粒子２０を積層している。このように根元部分の微粒子２０の粒径を大きくすることで、疎膜層１９と基材１８との密着性を高めることができる。また表層側の微粒子２０の粒径を小さくすることで、疎膜層１９全体の表面積を大きくできる。
【００２９】
ここで本実施例では、基材１８としてアルミニウム箔を用い、微粒子２０もアルミニウムを主成分とした。そして微粒子２０の外表面において、微粒子２０の表面形状に沿って積層された誘電膜８は、微粒子２０の酸化物である酸化アルミニウムよりも誘電率の高い二酸化チタンで構成した。このように、複数の微粒子２０同士が結合した接続部分２１を除き、各微粒子２０の表面全体に誘電膜８を形成することによって、誘電膜８の表面積が拡大され、電極箔９の静電容量を大きくすることが出来る。なお、誘電膜８の誘電率が低い場合であっても、二酸化シリコンなどの薄膜形成が可能な金属化合物であれば、コンデンサの大容量化に寄与する。
【００３０】
そして基材１８や微粒子２０の主成分は、アルミニウム以外にも、アルミニウム合金やチタン、ニオブ、タンタルなど、種々の金属が挙げられ、一部の微粒子２０が金属酸化物または金属窒化物等の金属化合物粒子であるものや、微粒子２０の一部に金属化合物を含むものでもよく、疎膜層１９が導電性を有していればよい。なお本実施例では、基材１８および微粒子２０のいずれも比較的融点の低いアルミニウムで構成した。疎膜層１９を融点の低いアルミニウムで構成することで、蒸着するときの生産性に優れる。また疎膜層１９と基材１８の主成分は異なっていてもよいが、同じ金属とすることで、蒸着時の熱で基材１８が適度に軟化し、基材１８の形状を維持しつつ、微粒子２０との結合が強まる。
【００３１】
さらに本実施例では、誘電膜８の材料として二酸化チタンを用いたが、ジルコニウム、シリコン、タンタル、ニオブなどの金属の酸化物や、窒化物などの化合物で形成できる。
【００３２】
以下、本実施例の製造方法について説明する。
【００３３】
本実施例では、下記のように疎膜層１９を形成した。
（１）弁作用金属の基材１８を蒸着槽内に配置して０．０１〜０．００１Ｐａの真空に保つ。
（２）基材１８周辺に酸素ガスに対してアルゴンガスの流量を４〜６倍にした不活性ガスを流入して基材１８周辺の圧力を１０〜２０Ｐａの状態にする。
（３）基材１８の温度を２００〜３００℃の範囲に保つ。
（４）蒸着源にアルミニウムを配設した状態で真空蒸着により平均粒径の大きい疎膜層１９ａを形成する。
（５）基材１８周辺に、アルゴンガスの流量比を上記（２）の工程よりも下げ、酸素ガスに対してアルゴンガスの流量を２〜４倍にした不活性ガスを流入して基材１８周辺の圧力を２０〜３０Ｐａの状態にする。
（６）基材１８の温度を１５０〜２００℃の範囲に保つ。
（７）蒸着源にアルミニウムを配設した状態で真空蒸着により粒系の小さい第二の疎膜層１９ｂを形成する。
【００３４】
なお、本実施例においては、基材１８として、厚みが５０μｍの高純度アルミニウム箔を用いた。基材１８の材料は、例えばアルミニウム以外にもアルミニウム合金やタンタル、チタンなどの金属材料を用いてもよく、導電性高分子からなるフィルム、あるいは透明導電性ガラスのようなものでもよい。
【００３５】
疎膜層１９ａの微粒子２０は平均粒子径が、０．１μｍ以上０．３μｍ以下となるものが好ましく、本実施例では０．２μｍとした。なお、機械的強度を保つため、微粒子２０の接続部分２１の直径は、微粒子２０の粒子径の３０％以上となる構成が好ましい。したがって、疎膜層１９ａの平均粒子径が上記の範囲の場合、その接続部分は０.０３μｍ以上、０．３μｍ未満が望ましい。
【００３６】
さらに本実施例では、第二の疎膜層１９ｂにおいて、空孔径の最頻値が約０．０３μｍと極めて微細なものとなった。これは、通常のエッチングで粗面化した電極箔の空孔径の最頻値と比較して極めて微細化されたものであり、これにより、表面積を大きく拡大することができる。
【００３７】
なお、第二の疎膜層１９ｂの厚みは容量に寄与するため、第一の疎膜層１９ａより厚く形成することが好ましい。そして疎膜層１９全体では、空孔径の最頻値を０．０１μｍ以上、０．１μｍ以下とする事が好ましい。本実施例では、空孔径を小さくすることで粒径も小さくなり、容量を大きくすることができるが、ある程度の大きさは維持することで、誘電膜８や固体電解質の積層を容易にできる。なお第二の疎膜層１９ｂにおいても、機械的強度を保つため、微粒子２０の接続部分の直径は、微粒子２０の直径の３０％以上とし、本実施例では０．００３μｍ以上、０．１μｍ未満が望ましい。
【００３８】
また、図３、図４からも明らかなように、同種類の金属材料を用い、同一真空内で形成するため第一の疎膜層１９ａと第二の疎膜層１９ｂの境界は明確に現れない。
【００３９】
また、本実施例では、上記形成方法（５）〜（７）に示すように、第二の疎膜層１９ｂを形成する工程では、酸素ガスとアルゴンガスの流量比、周辺の圧力、基材１８の温度を、第一の疎膜層１９ａを形成する工程とは変えたことで、微粒子２０の運動エネルギーおよび粒子表面の活性度が抑えられ、微粒子２０が成長しにくくなり、第二の疎膜層１９ｂの微粒子２０を第一の疎膜層１９ａよりも小さくなるように形成できたと考えられる。
【００４０】
なお、図３に示すように、第一の疎膜層１９ａ、第二の疎膜層１９ｂは、いずれも複数の微粒子２０が結合した状態である。したがって、垂直方向（積層方向）の断面には、微粒子間に接続部分２１が多く存在し、個々の粒子径を測定しにくい場合がある。その場合は、微粒子２０の平均粒子径を、粒子の水平断面のＳＥＭ写真を画像処理することで測定しやすくなる。
【００４１】
以上のように本実施例では、複数の枝分かれ構造の第一の疎膜層１９ａおよび第二の疎膜層１９ｂが基材１８から表層に向かってアルミニウムの複数の微粒子２０が連なって形成され、かつ、夫々複数の枝に枝分かれして形成されているために、コンデンサとしてみた場合に、液（ポリマー等）の含浸性に優れる。
【００４２】
なお、上記（２）の工程では、その他の例として、酸素ガスおよびアルゴンガスを流入させずに蒸着を行ってもよい。
【００４３】
また、その他の例として、上記（５）〜（７）の工程では、第二の疎膜層１９ｂが第一の疎膜層１９ａの表面から段階的に粒子径が小さくなるように形成するため、上記（２）、（３）の条件から酸素ガスに対してアルゴンガスの流量比を２〜４、不活性ガスを流入して基材１８周辺の圧力を２０〜３０Ｐａ、基材１８の温度を１５０〜２００℃の範囲に段階的に変化させてもよい。
【００４４】
以上のプロセスで疎膜層１９を形成することができる。本実施例では、疎膜層１９の膜厚は、片面で２０μｍ以上８０μｍ以下とした程度とし、基材１８の両面に形成した。疎膜層１９は片面のみに形成してもよい。疎膜層１９の厚みは２０μｍ以上の膜厚とすることで、容量の大きいコンデンサ７を実現できる。８０μｍ以下としたのは、この厚みが本実施例における蒸着プロセスで精度よく形成できる限界厚みだからである。なお、本実施例では、疎膜層１９を形成するプロセスとして蒸着を例に挙げたが、本実施例のような複数の微粒子２０が連なり、それぞれの微粒子２０間に隙間が形成された疎な構造体が形成できれば、蒸着以外の手法を用いてもよい。
【００４５】
以下、本実施例の誘電膜８の形成方法について、説明する。
【００４６】
本実施例では、誘電膜８を湿式法の一例であるめっき法により形成した。めっき法は、無電解めっき法、電解めっき法のいずれでもよいが、本実施例では、電解めっき法を用いた。
【００４７】
すなわち本実施例では、溶液中にチタンフッ化アンモニウムなどのチタン化合物、ｐＨ調整剤や還元剤などの各種添加剤を溶解させておき、その溶液に基材１８を浸漬し、外部電源を用いて電位を制御することで、誘電膜８を析出することができる。
【００４８】
このとき、チタン以外であっても誘電体材料となりうる元素の化合物を溶解させておけば、種々の材料からなる誘電膜８を形成することができる。
【００４９】
例えばシリコン化合物を溶解させておけば、高耐圧な誘電膜８を形成することができる。
【００５０】
また電解めっき法の場合、析出時間を制御すれば、誘電膜８の厚みを適宜調整することができる。例えば誘電膜８の厚みを薄くすれば、容量の大きな電極箔とすることができる。
【００５１】
以上のように形成することで、膜厚０．０１μｍ〜０．１μｍ程度の誘電膜８を形成できる。
【００５２】
下記の（表１）において、本実施例における誘電膜８と、陽極酸化によって形成した従来の誘電膜とを対比した。
【００５３】
比較したのは、夫々の誘電膜の誘電率と、これらの誘電膜を形成した後の、微粒子間の接続部分の直径である。この接続部分には、誘電膜が形成された部分を含まないものとした。すなわち微粒子の主成分であるアルミニウム部分の直径を測定したものである。容量値、ＬＣ値（漏れ電流値）は、電極箔の値である。電極箔は、それぞれ疎膜層を片面に形成したものであり、疎膜層の厚みはそれぞれ約３０μｍとした。
【００５４】
なお従来の誘電膜は、本実施例の電極箔９と同様の方法によって疎膜層３を蒸着により形成した後、化成電圧５Ｖ、保持時間２０分、７％アジピン酸アンモニウム水溶液、７０℃、０．０５Ａ／ｃｍ2で化成を行い、測定条件としては、インピーダンスアナライザーを用い、８％ホウ酸アンモニウム水溶液、３０℃、測定面積１０ｃｍ2、測定周波数１２０Ｈｚで行ったものである。
【００５５】
【表１】
【００５６】
本実施例の効果を以下に説明する。
【００５７】
本実施例の電極箔９を用いると、コンデンサ７の漏れ電流を５００μＡから３００μＡまで低減することができる。
【００５８】
その理由は、誘電膜８を疎膜層１９の微粒子２０とは異種の金属の化合物で形成したからである。
【００５９】
すなわち微粒子２０をランダムに積み上げた疎膜層１９は、元来、機械的強度の弱い構造である。さらに従来の誘電膜は、陽極酸化により形成していたため、微粒子（図６の図番４）の外表面だけでなく、微粒子４の内側を侵食するように劈開性の高い誘電膜が形成され、さらに折れやすくなる。特に微粒子４間の接続部分５は、陽極酸化により直径が細くなり、欠損は顕著となる。そしてこのように折れた部分には金属面が露出して、陰極層と陽極層との電気的パスとなることがある。
【００６０】
これに対し本実施例の誘電膜（図３の図番８）は、陽極酸化法を用いずに形成されるものであり、微粒子２０の外表面に積層するように形成される。
【００６１】
したがって本実施例では、誘電膜８は微粒子２０の内側を侵食することなく形成され、接続部分２１が過剰に細くなるのを防ぐことが出来る。さらにこの誘電膜８自体が微粒子２０の外表面を補強する保護層として働く。よって折れやすい微粒子２０間のくびれ部分（接続部分２１）においても欠損を抑制し、結果として漏れ電流の少ないコンデンサ７を実現できる。
【００６２】
なお本実施例のように、疎膜層１９を厚み２０μｍ以上でかつ空孔径が０．１μｍ以下となるように形成すると、機械的強度の弱い微粒子２０間の接続部分２１が多数個形成されることになる。したがって本実施例のように、疎膜層１９の強度を上げることは有用である。
【００６３】
さらに本実施例のようにコンデンサ７では、電解質として固体の導電性高分子を用いているため、微粒子２０が欠損し、一旦金属面が露出すると、誘電膜８を修復する作用がない。したがって本実施例のように、誘電膜８を用いて疎膜層１９の機械的強度を高めることは、漏れ電流を低減し、高耐圧の電解コンデンサを実現するのに効果がある。
【００６４】
また、本実施例における誘電膜８は、物理蒸着やスパッタ、化学蒸着等のドライ雰囲気下で形成してもよいが、このような乾式法で形成すると、本実施例のような複数に枝分かれした構造体の疎膜層１９に、均一に誘電膜８を形成する事は難しく、誘電膜８が不連続となりやすい。これに対し本実施例では、液系の存在下で成膜する湿式のめっき法により形成したため、乾式法で形成した場合と比較して、均一に膜を形成しやすい。さらに本実施例では、湿式法により誘電膜８を形成したため、複数の微粒子２０が接続したくびれ部分（接続部分２１）の外表面にも、ほぼ連続的に形成でき、漏れ電流を低減することができる。
【００６５】
さらに湿式法には、ＬＰＤ法（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法）、ゾルゲル法、めっき法など種々あるが、特にめっき法のうち電解めっき法であれば、疎膜層１９の立体的な構造に問わず、導電性の微粒子２０上に形成できるため、より連続的で均一な膜厚の誘電膜８が形成できる。まためっき法で微粒子２０の主成分とは異なる金属を形成し、その後析出した金属のみを例えば陽極酸化することで、誘電膜８を形成することも可能である。
【００６６】
なお、成分分析をすれば、ＬＰＤ法で形成する場合は、誘電膜８内にフッ素、ゾルゲル法で形成する場合は炭素、めっき法の場合は、窒素や炭素などの元素が不純物として残留する。また湿式法で形成する場合は、乾式で形成する場合と比較し、誘電膜８に混入する水酸化物の割合が多くなっていることが分かる。
【００６７】
また本実施例で用いた湿式法は、乾式法よりも設備が簡易であり、生産コストを下げることができる。
【００６８】
なお、本実施例では、疎膜層１９は、複数の微粒子２０が不規則に連なった疎な構造体であるが、例えば微粒子２０を成長させ、柱状に積み上げた構造体や、塊状に積層した緻密な構造体の疎膜層においても、湿式法を用いることで、連続的で均一な誘電膜を効率よく生産することができる。
【００６９】
また本実施例の電極箔９を用いれば、コンデンサの容量の低減を抑制できる。すなわち従来は誘電膜８を陽極酸化で形成していたため、誘電膜８が微粒子２０の内側へ侵食するように形成され、微粒子２０間の接続部分２１が誘電体で繋がってしまうことがあった。このように微粒子２０間が絶縁体の誘電体で繋がると、容量の低下の要因となる。これに対し本実施例では、誘電膜８を疎膜層１９の微粒子２０とは異種の金属の酸化物で形成したため、陽極酸化で形成するものではない。したがって疎膜層１９の内側への浸食は殆どなく、微粒子２０の外表面に積層するように形成される。よって本実施例では、微粒子２０間の接続部分２１の絶縁を抑制し、結果として大容量のコンデンサを実現できる。
【００７０】
さらに本実施例の電極箔９では、誘電膜８を、疎膜層１９の主成分となる金属とは異なる金属の化合物で形成したため、誘電率や成膜プロセスによって自由に材料を選択できる。したがって、誘電膜８の誘電率を高めたり、あるいは誘電膜８を薄くしたりすることによって、大容量のコンデンサを効率よく生産できる。
【００７１】
すなわち上記の（表１）に示すように、従来酸化アルミニウム皮膜を誘電膜とした場合は、酸化アルミニウムの誘電率が１０であり、その電極箔の静電容量は２０００μｍＦであったのに対し、本実施例では、二酸化チタンを誘電膜８として用いることで、誘電率を４０にまで高め、静電容量を２８００μＦまで高めることができた。
【００７２】
また本実施例では、疎膜層１９の表層側（疎膜層１９ｂ側）の粒径を根元よりも小さくしたため、より根元側（疎膜層１９ａ側）にまで液が到達しやすく、連続的で均一な誘電膜８を形成しやすくなる。
【００７３】
（実施例２）
本実施例では、上記実施例１と同様の電極箔を用いた、別の種類の電解コンデンサについて説明する。この電解コンデンサは、電解質として導電性溶液を用いたものである。
【００７４】
図５に示すように、本実施例の電解コンデンサ２２は、表面に誘電膜（図示せず）が形成された陽極用の第１の電極箔（以下陽極箔２３という）と、陰極用の第２の電極箔（以下陰極箔２４という）とを、陽極箔２３に形成された誘電膜と陰極箔２４との間にセパレータ２５を介して巻回したものをコンデンサ素子２６とし、このコンデンサ素子２６を駆動用電解液とともにケース２７に入れたものである。駆動用電解液は、セパレータ２５に含浸させ、誘電膜と陰極箔２４に接触させている。
【００７５】
本実施例の陽極箔２３は、実施例１と同様に、基材と、この基材上に複数の微粒子が連なり、複数に枝分かれしたツリー構造体からなる疎膜層と、この疎膜層上に形成された誘電膜とからなる。
【００７６】
またこの電解コンデンサ２２は、陽極箔２３に形成した誘電膜と微粒子の一部を削り取り、露出させた基材の表面に陽極リード端子２８を接合させている。さらに陰極箔２４に陰極リード端子２９を接合させている。
【００７７】
さらにケース２７の開口部は、ゴム製の封止材３０で封止し、封止材３０に陽極リード端子２８、陰極リード端子２９を挿入して露出させている。
【００７８】
本実施例では、たとえば陰極箔２４として、エッチングしたアルミニウム箔、駆動用電解液として酢酸、シュウ酸、蟻酸等、セパレータ２５として、マニラ麻、クラフト、ヘンプ、エスパルト等のセルロース繊維を用いることができる。
【００７９】
このような本実施例におけるコンデンサ２２においても、上記実施例１と同じ陽極箔２３を用いたため、もともとの疎膜層の機械的強度に起因する疎膜層の欠損を抑制し、漏れ電流を低減できる。また誘電膜が微粒子の内側に形成されることによる微粒子間の絶縁化を抑制し、容量の低下を低減することができる。
【００８０】
なお、本実施例では、巻回型の電解コンデンサを例に挙げたが、その他積層型であってもよい。また本実施例では、電解液として駆動用電解液のみを用いたが、陽極箔２３の誘電膜上に固体電解質層を形成し、駆動用電解液と併用してもよい。
【００８１】
その他実施例１と同様の構成および効果については、説明を省略する。
【００８２】
以上のように上記実施例１、２では、本発明による電極箔をコンデンサの電極箔として用いたが、電極箔はコンデンサ以外にも応用が可能である。
【００８３】
なお、上記実施例１、２ではコンデンサの電極を例に挙げたが、例えば誘電膜を二酸化チタンで構成し、基材として導電性ガラスやアルミニウムを用い、さらにルテニウム錯体などの色素や電解質を用いれば、色素増感太陽電池などの電極として利用することができる。
【００８４】
また誘電膜を二酸化チタンで構成し、二酸化チタンの光触媒作用による有機物や有害物質の分解機能を利用した抗菌・消臭・水質浄化用品にも利用できる。
【００８５】
この場合は、疎膜層で表面積を拡大させているため、抗菌・消臭・水質浄化機能を高めることができるとともに、疎膜層の機械的強度が高く、信頼性に富むアプリケーションを実現できる。その他ガスセンサーなど種々の電極として利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明による電極箔は、小型大容量化でかつ、漏れ電流が少なく、高耐圧な電解コンデンサ薄膜化を実現できる。また本発明による電極箔は、機械的強度が強く、高い信頼性の必要なアプリケーションに応用可能である。
【符号の説明】
【００８７】
６ コンデンサ素子
７ コンデンサ
８ 誘電膜
９ 電極箔
１０ 陽極電極部
１１ レジスト部
１２ 陰極電極部
１３ 固体電解質層
１４ 陰極層
１５ 陽極コム端子
１６ 陰極コム端子
１６ａ 折り曲げ部
１７ 外装樹脂体
１８ 基材
１９ 疎膜層
１９ａ 疎膜層
１９ｂ 疎膜層
２０ 微粒子
２１ 接続部分
２２ コンデンサ
２３ 陽極箔
２４ 陰極箔
２５ セパレータ
２６ コンデンサ素子
２７ ケース
２８ 陽極リード端子
２９ 陰極リード端子
３０ 封止材
【技術分野】
【０００１】
本発明は電極箔とその製造方法およびこの電極箔を用いたコンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサとしては、パーソナルコンピュータのＣＰＵ周りに使用される低ＥＳＲの固体電解コンデンサや、大型機器用インバータ電源、ハイブリッドカー等の自動車用インバータ電源に使用される高耐圧のアルミ電解コンデンサなどが挙げられる。これらのコンデンサには、小型大容量化が強く望まれている。
【０００３】
例えば従来の固体電解コンデンサは、表面に誘電膜が形成された電極箔と、誘電膜上に形成された導電性高分子からなる固体電解質層と、この固体電解質層上に形成された陰極層とを有している。そして図６に示すように、従来の電極箔１は、弁作用金属箔からなる基材２と、この基材２上に形成された疎膜層３と、疎膜層３上に形成された誘電膜（図示せず）とを有している。基材２と疎膜層３とは、固体電解コンデンサの陽極層として機能する。
【０００４】
疎膜層３は、蒸着により形成され、基材２の表面から複数の微粒子４が不規則に連なって形成された、疎な構造体をしている。これにより電極箔１の単位面積当たりの表面積を拡大することができ、高容量のコンデンサを実現できる。
【０００５】
誘電膜は、疎膜層３の微粒子４を陽極酸化し、疎膜層３の表面を金属酸化物で被覆することで形成できる。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、２が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２５８４０４号公報
【特許文献２】特開２００９−７９２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の電極箔１では、コンデンサの大容量化に限界がある。
【０００９】
その理由は、誘電膜を疎膜層３の陽極酸化によって形成していたからである。すなわち誘電膜は、疎膜層３の微粒子の主成分と同金属の酸化物で構成されるため、その誘電率は疎膜層３の材料に影響を受ける。したがって誘電率を高めるにあたって設計の自由度が狭く、コンデンサの大容量化に限界がある。
【００１０】
さらに疎膜層３は、その構造上、機械的強度が低いうえに、従来は陽極酸化によって微粒子４の内側を侵食するように劈開性の高い誘電膜が形成され、より折れやすくなっていた。
【００１１】
そして折れた部分には金属面が露出して、陰極層と陽極層との電気的パスとなり、結果としてコンデンサの漏れ電流が増大することがある。
【００１２】
そこで本発明は、コンデンサの大容量化を図るとともに、漏れ電流を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そしてこの目的を達成するため本発明は、基材と、この基材上に形成された疎膜層と、この疎膜層上に形成された誘電膜とを備え、疎膜層は、基材の表面から金属または金属化合物の少なくともいずれか一方からなる微粒子が不規則に複数個連なって構成されるとともに、内部に多数の空間を有する疎な構造体であり、誘電膜は、疎膜層の微粒子の主成分とは異なる金属の化合物で構成された電極箔としたものである。
【発明の効果】
【００１４】
これにより本発明は、コンデンサの大容量化と漏れ電流の低減を実現できる。
【００１５】
その理由は、誘電膜を疎膜層の微粒子とは異なる金属の化合物で形成したからである。
【００１６】
すなわち本発明は、誘電率を高めるにあたり材料選択の自由度が高く、容易にコンデンサの大容量化が図れる。
【００１７】
さらに本発明は、陽極酸化法を用いずに形成されるものであり、誘電膜を微粒子の外表面に積層するように形成できる。したがって本発明は、誘電膜が微粒子の外表面を補強する保護層として働き、微粒子間の欠損を抑制でき、漏れ電流の少ないコンデンサを実現できる。
【００１８】
以上のように本発明は、コンデンサの大容量化と漏れ電流の低減とを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１におけるコンデンサの斜視図
【図２】（ａ）同コンデンサに使用されるコンデンサ素子の平面図、（ｂ）図２（ａ）の断面図（ＸＸ断面）
【図３】本発明の実施例１における電極箔の模式断面図
【図４】同電極箔を３万倍にしたＳＥＭ写真
【図５】本発明の実施例２におけるコンデンサの一部切り欠き斜視図
【図６】従来のコンデンサの電極箔の模式断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施例１）
以下、本実施例における電極箔と、この電極箔を用いたコンデンサについて説明する。本実施例のコンデンサは、電解質として導電性高分子材料を用いた固体電解コンデンサである。
【００２１】
図１はコンデンサ素子６を積層した本実施例のコンデンサ７の斜視図であり、図２（ａ）（ｂ）は平板状のコンデンサ素子６の平面図および断面図である。
【００２２】
図２（ｂ）に示すように、コンデンサ素子６は、表面に誘電膜８が形成された電極箔９と、誘電膜８を形成した後に電極箔９上に設けられて、電極箔９を陽極電極部１０と陰極形成部に分離する絶縁性のレジスト部１１と、陰極形成部の誘電膜８上に形成された陰極電極部１２とを有している。陰極電極部１２は、誘電膜８上に形成された導電性高分子からなる固体電解質層１３と、この固体電解質層１３上に形成されたカーボン層および銀ペースト層からなる陰極層１４とから構成される。
【００２３】
そして図１に示すように、コンデンサ素子６は複数枚積層され、夫々の陽極電極部１０を陽極コム端子１５にレーザー溶接によって接続する。
【００２４】
また陰極電極部１２には陰極コム端子１６が接続され、陰極コム端子１６には、コンデンサ素子６の搭載部分の両側面を上方に折り曲げた折り曲げ部１６ａが形成されている。陰極コム端子１６の素子搭載部分とコンデンサ素子６の陰極電極部１２間、折り曲げ部１６ａと陰極電極部１２間、ならびに各コンデンサ素子６の陰極電極部１２間は、それぞれ導電性接着材３１で接合できる。
【００２５】
陽極コム端子１５と陰極コム端子１６は、夫々一部が外表面に露呈する状態で、上記複数枚のコンデンサ素子６とともに絶縁性樹脂からなる外装樹脂体１７で一体に被覆される。この外装樹脂体１７から表出した陽極コム端子１５と陰極コム端子１６の一部を外装樹脂体１７に沿って底面へと折り曲げると、コンデンサ７の底面に陽極端子と陰極端子を形成した面実装型のコンデンサ７となる。
【００２６】
そして本実施例では、電極箔９は、図２（ｂ）に示すように、基材１８と、この基材１８上に形成された疎膜層１９と、この疎膜層１９上に形成された誘電膜８とを有している。
【００２７】
また図３の断面図、図４のＳＥＭ写真に示すように、疎膜層１９は、基材１８の表面から複数の微粒子２０が不規則に連なって、伸びるように形成され、複数の枝に枝分かれした構造体である。また内部には多数の空間が存在している。
【００２８】
なお、疎膜層１９の微粒子２０は、ほぼ同じ粒径のものを積み重ねてもよく、また粒径の異なる微粒子２０をランダムに積層してもよいが、本実施例では、基材１８に近い根元部分は粒径が大きい微粒子２０、表層側には粒径の小さい微粒子２０を積層している。このように根元部分の微粒子２０の粒径を大きくすることで、疎膜層１９と基材１８との密着性を高めることができる。また表層側の微粒子２０の粒径を小さくすることで、疎膜層１９全体の表面積を大きくできる。
【００２９】
ここで本実施例では、基材１８としてアルミニウム箔を用い、微粒子２０もアルミニウムを主成分とした。そして微粒子２０の外表面において、微粒子２０の表面形状に沿って積層された誘電膜８は、微粒子２０の酸化物である酸化アルミニウムよりも誘電率の高い二酸化チタンで構成した。このように、複数の微粒子２０同士が結合した接続部分２１を除き、各微粒子２０の表面全体に誘電膜８を形成することによって、誘電膜８の表面積が拡大され、電極箔９の静電容量を大きくすることが出来る。なお、誘電膜８の誘電率が低い場合であっても、二酸化シリコンなどの薄膜形成が可能な金属化合物であれば、コンデンサの大容量化に寄与する。
【００３０】
そして基材１８や微粒子２０の主成分は、アルミニウム以外にも、アルミニウム合金やチタン、ニオブ、タンタルなど、種々の金属が挙げられ、一部の微粒子２０が金属酸化物または金属窒化物等の金属化合物粒子であるものや、微粒子２０の一部に金属化合物を含むものでもよく、疎膜層１９が導電性を有していればよい。なお本実施例では、基材１８および微粒子２０のいずれも比較的融点の低いアルミニウムで構成した。疎膜層１９を融点の低いアルミニウムで構成することで、蒸着するときの生産性に優れる。また疎膜層１９と基材１８の主成分は異なっていてもよいが、同じ金属とすることで、蒸着時の熱で基材１８が適度に軟化し、基材１８の形状を維持しつつ、微粒子２０との結合が強まる。
【００３１】
さらに本実施例では、誘電膜８の材料として二酸化チタンを用いたが、ジルコニウム、シリコン、タンタル、ニオブなどの金属の酸化物や、窒化物などの化合物で形成できる。
【００３２】
以下、本実施例の製造方法について説明する。
【００３３】
本実施例では、下記のように疎膜層１９を形成した。
（１）弁作用金属の基材１８を蒸着槽内に配置して０．０１〜０．００１Ｐａの真空に保つ。
（２）基材１８周辺に酸素ガスに対してアルゴンガスの流量を４〜６倍にした不活性ガスを流入して基材１８周辺の圧力を１０〜２０Ｐａの状態にする。
（３）基材１８の温度を２００〜３００℃の範囲に保つ。
（４）蒸着源にアルミニウムを配設した状態で真空蒸着により平均粒径の大きい疎膜層１９ａを形成する。
（５）基材１８周辺に、アルゴンガスの流量比を上記（２）の工程よりも下げ、酸素ガスに対してアルゴンガスの流量を２〜４倍にした不活性ガスを流入して基材１８周辺の圧力を２０〜３０Ｐａの状態にする。
（６）基材１８の温度を１５０〜２００℃の範囲に保つ。
（７）蒸着源にアルミニウムを配設した状態で真空蒸着により粒系の小さい第二の疎膜層１９ｂを形成する。
【００３４】
なお、本実施例においては、基材１８として、厚みが５０μｍの高純度アルミニウム箔を用いた。基材１８の材料は、例えばアルミニウム以外にもアルミニウム合金やタンタル、チタンなどの金属材料を用いてもよく、導電性高分子からなるフィルム、あるいは透明導電性ガラスのようなものでもよい。
【００３５】
疎膜層１９ａの微粒子２０は平均粒子径が、０．１μｍ以上０．３μｍ以下となるものが好ましく、本実施例では０．２μｍとした。なお、機械的強度を保つため、微粒子２０の接続部分２１の直径は、微粒子２０の粒子径の３０％以上となる構成が好ましい。したがって、疎膜層１９ａの平均粒子径が上記の範囲の場合、その接続部分は０.０３μｍ以上、０．３μｍ未満が望ましい。
【００３６】
さらに本実施例では、第二の疎膜層１９ｂにおいて、空孔径の最頻値が約０．０３μｍと極めて微細なものとなった。これは、通常のエッチングで粗面化した電極箔の空孔径の最頻値と比較して極めて微細化されたものであり、これにより、表面積を大きく拡大することができる。
【００３７】
なお、第二の疎膜層１９ｂの厚みは容量に寄与するため、第一の疎膜層１９ａより厚く形成することが好ましい。そして疎膜層１９全体では、空孔径の最頻値を０．０１μｍ以上、０．１μｍ以下とする事が好ましい。本実施例では、空孔径を小さくすることで粒径も小さくなり、容量を大きくすることができるが、ある程度の大きさは維持することで、誘電膜８や固体電解質の積層を容易にできる。なお第二の疎膜層１９ｂにおいても、機械的強度を保つため、微粒子２０の接続部分の直径は、微粒子２０の直径の３０％以上とし、本実施例では０．００３μｍ以上、０．１μｍ未満が望ましい。
【００３８】
また、図３、図４からも明らかなように、同種類の金属材料を用い、同一真空内で形成するため第一の疎膜層１９ａと第二の疎膜層１９ｂの境界は明確に現れない。
【００３９】
また、本実施例では、上記形成方法（５）〜（７）に示すように、第二の疎膜層１９ｂを形成する工程では、酸素ガスとアルゴンガスの流量比、周辺の圧力、基材１８の温度を、第一の疎膜層１９ａを形成する工程とは変えたことで、微粒子２０の運動エネルギーおよび粒子表面の活性度が抑えられ、微粒子２０が成長しにくくなり、第二の疎膜層１９ｂの微粒子２０を第一の疎膜層１９ａよりも小さくなるように形成できたと考えられる。
【００４０】
なお、図３に示すように、第一の疎膜層１９ａ、第二の疎膜層１９ｂは、いずれも複数の微粒子２０が結合した状態である。したがって、垂直方向（積層方向）の断面には、微粒子間に接続部分２１が多く存在し、個々の粒子径を測定しにくい場合がある。その場合は、微粒子２０の平均粒子径を、粒子の水平断面のＳＥＭ写真を画像処理することで測定しやすくなる。
【００４１】
以上のように本実施例では、複数の枝分かれ構造の第一の疎膜層１９ａおよび第二の疎膜層１９ｂが基材１８から表層に向かってアルミニウムの複数の微粒子２０が連なって形成され、かつ、夫々複数の枝に枝分かれして形成されているために、コンデンサとしてみた場合に、液（ポリマー等）の含浸性に優れる。
【００４２】
なお、上記（２）の工程では、その他の例として、酸素ガスおよびアルゴンガスを流入させずに蒸着を行ってもよい。
【００４３】
また、その他の例として、上記（５）〜（７）の工程では、第二の疎膜層１９ｂが第一の疎膜層１９ａの表面から段階的に粒子径が小さくなるように形成するため、上記（２）、（３）の条件から酸素ガスに対してアルゴンガスの流量比を２〜４、不活性ガスを流入して基材１８周辺の圧力を２０〜３０Ｐａ、基材１８の温度を１５０〜２００℃の範囲に段階的に変化させてもよい。
【００４４】
以上のプロセスで疎膜層１９を形成することができる。本実施例では、疎膜層１９の膜厚は、片面で２０μｍ以上８０μｍ以下とした程度とし、基材１８の両面に形成した。疎膜層１９は片面のみに形成してもよい。疎膜層１９の厚みは２０μｍ以上の膜厚とすることで、容量の大きいコンデンサ７を実現できる。８０μｍ以下としたのは、この厚みが本実施例における蒸着プロセスで精度よく形成できる限界厚みだからである。なお、本実施例では、疎膜層１９を形成するプロセスとして蒸着を例に挙げたが、本実施例のような複数の微粒子２０が連なり、それぞれの微粒子２０間に隙間が形成された疎な構造体が形成できれば、蒸着以外の手法を用いてもよい。
【００４５】
以下、本実施例の誘電膜８の形成方法について、説明する。
【００４６】
本実施例では、誘電膜８を湿式法の一例であるめっき法により形成した。めっき法は、無電解めっき法、電解めっき法のいずれでもよいが、本実施例では、電解めっき法を用いた。
【００４７】
すなわち本実施例では、溶液中にチタンフッ化アンモニウムなどのチタン化合物、ｐＨ調整剤や還元剤などの各種添加剤を溶解させておき、その溶液に基材１８を浸漬し、外部電源を用いて電位を制御することで、誘電膜８を析出することができる。
【００４８】
このとき、チタン以外であっても誘電体材料となりうる元素の化合物を溶解させておけば、種々の材料からなる誘電膜８を形成することができる。
【００４９】
例えばシリコン化合物を溶解させておけば、高耐圧な誘電膜８を形成することができる。
【００５０】
また電解めっき法の場合、析出時間を制御すれば、誘電膜８の厚みを適宜調整することができる。例えば誘電膜８の厚みを薄くすれば、容量の大きな電極箔とすることができる。
【００５１】
以上のように形成することで、膜厚０．０１μｍ〜０．１μｍ程度の誘電膜８を形成できる。
【００５２】
下記の（表１）において、本実施例における誘電膜８と、陽極酸化によって形成した従来の誘電膜とを対比した。
【００５３】
比較したのは、夫々の誘電膜の誘電率と、これらの誘電膜を形成した後の、微粒子間の接続部分の直径である。この接続部分には、誘電膜が形成された部分を含まないものとした。すなわち微粒子の主成分であるアルミニウム部分の直径を測定したものである。容量値、ＬＣ値（漏れ電流値）は、電極箔の値である。電極箔は、それぞれ疎膜層を片面に形成したものであり、疎膜層の厚みはそれぞれ約３０μｍとした。
【００５４】
なお従来の誘電膜は、本実施例の電極箔９と同様の方法によって疎膜層３を蒸着により形成した後、化成電圧５Ｖ、保持時間２０分、７％アジピン酸アンモニウム水溶液、７０℃、０．０５Ａ／ｃｍ2で化成を行い、測定条件としては、インピーダンスアナライザーを用い、８％ホウ酸アンモニウム水溶液、３０℃、測定面積１０ｃｍ2、測定周波数１２０Ｈｚで行ったものである。
【００５５】
【表１】
【００５６】
本実施例の効果を以下に説明する。
【００５７】
本実施例の電極箔９を用いると、コンデンサ７の漏れ電流を５００μＡから３００μＡまで低減することができる。
【００５８】
その理由は、誘電膜８を疎膜層１９の微粒子２０とは異種の金属の化合物で形成したからである。
【００５９】
すなわち微粒子２０をランダムに積み上げた疎膜層１９は、元来、機械的強度の弱い構造である。さらに従来の誘電膜は、陽極酸化により形成していたため、微粒子（図６の図番４）の外表面だけでなく、微粒子４の内側を侵食するように劈開性の高い誘電膜が形成され、さらに折れやすくなる。特に微粒子４間の接続部分５は、陽極酸化により直径が細くなり、欠損は顕著となる。そしてこのように折れた部分には金属面が露出して、陰極層と陽極層との電気的パスとなることがある。
【００６０】
これに対し本実施例の誘電膜（図３の図番８）は、陽極酸化法を用いずに形成されるものであり、微粒子２０の外表面に積層するように形成される。
【００６１】
したがって本実施例では、誘電膜８は微粒子２０の内側を侵食することなく形成され、接続部分２１が過剰に細くなるのを防ぐことが出来る。さらにこの誘電膜８自体が微粒子２０の外表面を補強する保護層として働く。よって折れやすい微粒子２０間のくびれ部分（接続部分２１）においても欠損を抑制し、結果として漏れ電流の少ないコンデンサ７を実現できる。
【００６２】
なお本実施例のように、疎膜層１９を厚み２０μｍ以上でかつ空孔径が０．１μｍ以下となるように形成すると、機械的強度の弱い微粒子２０間の接続部分２１が多数個形成されることになる。したがって本実施例のように、疎膜層１９の強度を上げることは有用である。
【００６３】
さらに本実施例のようにコンデンサ７では、電解質として固体の導電性高分子を用いているため、微粒子２０が欠損し、一旦金属面が露出すると、誘電膜８を修復する作用がない。したがって本実施例のように、誘電膜８を用いて疎膜層１９の機械的強度を高めることは、漏れ電流を低減し、高耐圧の電解コンデンサを実現するのに効果がある。
【００６４】
また、本実施例における誘電膜８は、物理蒸着やスパッタ、化学蒸着等のドライ雰囲気下で形成してもよいが、このような乾式法で形成すると、本実施例のような複数に枝分かれした構造体の疎膜層１９に、均一に誘電膜８を形成する事は難しく、誘電膜８が不連続となりやすい。これに対し本実施例では、液系の存在下で成膜する湿式のめっき法により形成したため、乾式法で形成した場合と比較して、均一に膜を形成しやすい。さらに本実施例では、湿式法により誘電膜８を形成したため、複数の微粒子２０が接続したくびれ部分（接続部分２１）の外表面にも、ほぼ連続的に形成でき、漏れ電流を低減することができる。
【００６５】
さらに湿式法には、ＬＰＤ法（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法）、ゾルゲル法、めっき法など種々あるが、特にめっき法のうち電解めっき法であれば、疎膜層１９の立体的な構造に問わず、導電性の微粒子２０上に形成できるため、より連続的で均一な膜厚の誘電膜８が形成できる。まためっき法で微粒子２０の主成分とは異なる金属を形成し、その後析出した金属のみを例えば陽極酸化することで、誘電膜８を形成することも可能である。
【００６６】
なお、成分分析をすれば、ＬＰＤ法で形成する場合は、誘電膜８内にフッ素、ゾルゲル法で形成する場合は炭素、めっき法の場合は、窒素や炭素などの元素が不純物として残留する。また湿式法で形成する場合は、乾式で形成する場合と比較し、誘電膜８に混入する水酸化物の割合が多くなっていることが分かる。
【００６７】
また本実施例で用いた湿式法は、乾式法よりも設備が簡易であり、生産コストを下げることができる。
【００６８】
なお、本実施例では、疎膜層１９は、複数の微粒子２０が不規則に連なった疎な構造体であるが、例えば微粒子２０を成長させ、柱状に積み上げた構造体や、塊状に積層した緻密な構造体の疎膜層においても、湿式法を用いることで、連続的で均一な誘電膜を効率よく生産することができる。
【００６９】
また本実施例の電極箔９を用いれば、コンデンサの容量の低減を抑制できる。すなわち従来は誘電膜８を陽極酸化で形成していたため、誘電膜８が微粒子２０の内側へ侵食するように形成され、微粒子２０間の接続部分２１が誘電体で繋がってしまうことがあった。このように微粒子２０間が絶縁体の誘電体で繋がると、容量の低下の要因となる。これに対し本実施例では、誘電膜８を疎膜層１９の微粒子２０とは異種の金属の酸化物で形成したため、陽極酸化で形成するものではない。したがって疎膜層１９の内側への浸食は殆どなく、微粒子２０の外表面に積層するように形成される。よって本実施例では、微粒子２０間の接続部分２１の絶縁を抑制し、結果として大容量のコンデンサを実現できる。
【００７０】
さらに本実施例の電極箔９では、誘電膜８を、疎膜層１９の主成分となる金属とは異なる金属の化合物で形成したため、誘電率や成膜プロセスによって自由に材料を選択できる。したがって、誘電膜８の誘電率を高めたり、あるいは誘電膜８を薄くしたりすることによって、大容量のコンデンサを効率よく生産できる。
【００７１】
すなわち上記の（表１）に示すように、従来酸化アルミニウム皮膜を誘電膜とした場合は、酸化アルミニウムの誘電率が１０であり、その電極箔の静電容量は２０００μｍＦであったのに対し、本実施例では、二酸化チタンを誘電膜８として用いることで、誘電率を４０にまで高め、静電容量を２８００μＦまで高めることができた。
【００７２】
また本実施例では、疎膜層１９の表層側（疎膜層１９ｂ側）の粒径を根元よりも小さくしたため、より根元側（疎膜層１９ａ側）にまで液が到達しやすく、連続的で均一な誘電膜８を形成しやすくなる。
【００７３】
（実施例２）
本実施例では、上記実施例１と同様の電極箔を用いた、別の種類の電解コンデンサについて説明する。この電解コンデンサは、電解質として導電性溶液を用いたものである。
【００７４】
図５に示すように、本実施例の電解コンデンサ２２は、表面に誘電膜（図示せず）が形成された陽極用の第１の電極箔（以下陽極箔２３という）と、陰極用の第２の電極箔（以下陰極箔２４という）とを、陽極箔２３に形成された誘電膜と陰極箔２４との間にセパレータ２５を介して巻回したものをコンデンサ素子２６とし、このコンデンサ素子２６を駆動用電解液とともにケース２７に入れたものである。駆動用電解液は、セパレータ２５に含浸させ、誘電膜と陰極箔２４に接触させている。
【００７５】
本実施例の陽極箔２３は、実施例１と同様に、基材と、この基材上に複数の微粒子が連なり、複数に枝分かれしたツリー構造体からなる疎膜層と、この疎膜層上に形成された誘電膜とからなる。
【００７６】
またこの電解コンデンサ２２は、陽極箔２３に形成した誘電膜と微粒子の一部を削り取り、露出させた基材の表面に陽極リード端子２８を接合させている。さらに陰極箔２４に陰極リード端子２９を接合させている。
【００７７】
さらにケース２７の開口部は、ゴム製の封止材３０で封止し、封止材３０に陽極リード端子２８、陰極リード端子２９を挿入して露出させている。
【００７８】
本実施例では、たとえば陰極箔２４として、エッチングしたアルミニウム箔、駆動用電解液として酢酸、シュウ酸、蟻酸等、セパレータ２５として、マニラ麻、クラフト、ヘンプ、エスパルト等のセルロース繊維を用いることができる。
【００７９】
このような本実施例におけるコンデンサ２２においても、上記実施例１と同じ陽極箔２３を用いたため、もともとの疎膜層の機械的強度に起因する疎膜層の欠損を抑制し、漏れ電流を低減できる。また誘電膜が微粒子の内側に形成されることによる微粒子間の絶縁化を抑制し、容量の低下を低減することができる。
【００８０】
なお、本実施例では、巻回型の電解コンデンサを例に挙げたが、その他積層型であってもよい。また本実施例では、電解液として駆動用電解液のみを用いたが、陽極箔２３の誘電膜上に固体電解質層を形成し、駆動用電解液と併用してもよい。
【００８１】
その他実施例１と同様の構成および効果については、説明を省略する。
【００８２】
以上のように上記実施例１、２では、本発明による電極箔をコンデンサの電極箔として用いたが、電極箔はコンデンサ以外にも応用が可能である。
【００８３】
なお、上記実施例１、２ではコンデンサの電極を例に挙げたが、例えば誘電膜を二酸化チタンで構成し、基材として導電性ガラスやアルミニウムを用い、さらにルテニウム錯体などの色素や電解質を用いれば、色素増感太陽電池などの電極として利用することができる。
【００８４】
また誘電膜を二酸化チタンで構成し、二酸化チタンの光触媒作用による有機物や有害物質の分解機能を利用した抗菌・消臭・水質浄化用品にも利用できる。
【００８５】
この場合は、疎膜層で表面積を拡大させているため、抗菌・消臭・水質浄化機能を高めることができるとともに、疎膜層の機械的強度が高く、信頼性に富むアプリケーションを実現できる。その他ガスセンサーなど種々の電極として利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明による電極箔は、小型大容量化でかつ、漏れ電流が少なく、高耐圧な電解コンデンサ薄膜化を実現できる。また本発明による電極箔は、機械的強度が強く、高い信頼性の必要なアプリケーションに応用可能である。
【符号の説明】
【００８７】
６ コンデンサ素子
７ コンデンサ
８ 誘電膜
９ 電極箔
１０ 陽極電極部
１１ レジスト部
１２ 陰極電極部
１３ 固体電解質層
１４ 陰極層
１５ 陽極コム端子
１６ 陰極コム端子
１６ａ 折り曲げ部
１７ 外装樹脂体
１８ 基材
１９ 疎膜層
１９ａ 疎膜層
１９ｂ 疎膜層
２０ 微粒子
２１ 接続部分
２２ コンデンサ
２３ 陽極箔
２４ 陰極箔
２５ セパレータ
２６ コンデンサ素子
２７ ケース
２８ 陽極リード端子
２９ 陰極リード端子
３０ 封止材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
この基材上に形成された疎膜層と、
この疎膜層上に形成された誘電膜とを備え、
前記疎膜層は、前記基材の表面から金属または金属化合物の少なくともいずれか一方からなる微粒子が不規則に複数個連なって構成されるとともに、内部に多数の空間を有する疎な構造体であり、
前記誘電膜は、前記疎膜層の微粒子の主成分とは異なる金属の化合物で構成された電極箔。
【請求項２】
前記誘電膜は、前記複数の微粒子同士が結合した接続部分を除く各微粒子の表面に形成された請求項１に記載の電極箔。
【請求項３】
前記疎膜層は、
複数の枝に枝分かれした構造体である請求項１に記載の電極箔。
【請求項４】
前記疎膜層の空孔径の最頻値は、
０．０１μｍ以上０．１μｍ以下である請求項１に記載の電極箔。
【請求項５】
前記複数の微粒子が結合した接続部分は、くびれている請求項１に記載の電極箔。
【請求項６】
くびれた前記接続部分の外表面に、前記誘電膜が形成されている請求項５に記載の電極箔。
【請求項７】
基材上に疎膜層を形成する第一の工程と、この疎膜層上に誘電膜を形成する第二の工程とを備え、
前記第一の工程では、前記基材の表面から金属または金属化合物の少なくともいずれか一方からなる微粒子を複数個不規則に連なるように積層させ、内部に複数の空間を有する疎な構造体を形成するとともに、
前記第二の工程では、前記疎膜層の表面を、この疎膜層の前記微粒子の主成分とは異なる金属の化合物で被覆して前記誘電膜を形成する電極箔の製造方法。
【請求項８】
前記第二の工程では、湿式法で前記誘電膜を形成する請求項７に記載の電極箔の製造方法。
【請求項９】
基材上に疎膜層を形成する第一の工程と、この疎膜層上に誘電膜を形成する第二の工程とを備え、
前記第一の工程では、前記基材の表面から金属または金属化合物の少なくともいずれか一方からなる微粒子を積層させ、
前記第二の工程では、湿式法を用い、前記疎膜層の表面を、この疎膜層の前記微粒子の主成分とは異なる金属の化合物で被覆して前記誘電膜を形成する電極箔の製造方法。
【請求項１０】
表面に誘電膜が形成された電極箔と、前記誘電膜上に形成された導電性高分子からなる固体電解質層と、この固体電解質層上に形成された陰極層とを有するコンデンサ素子を備え、
前記電極箔は、
基材およびこの基材上に形成された疎膜層からなる陽極層と、前記疎膜層上に形成された前記誘電膜とを有し、
前記疎膜層は、前記基材の表面から金属または金属化合物の少なくともいずれか一方からなる微粒子が複数個不規則に連なって構成されるとともに、内部に複数の空間を有する疎な構造体であり、
前記誘電膜は、前記疎膜層の微粒子の主成分とは異なる金属の化合物で構成されている、コンデンサ。
【請求項１１】
表面に誘電膜が形成された第一の電極箔と、前記誘電膜と第二の電極箔との間に設けられたセパレータとを有するコンデンサ素子と、
前記セパレータに含浸されて前記誘電膜と前記第二の電極箔に接触する駆動用電解液と、
この駆動用電解液および前記コンデンサ素子を収容するケースと、
を少なくとも備え、
前記第一の電極箔は、
基材と、この基材上に形成された疎膜層とからなる電極層と、前記疎膜層上に形成された前記誘電膜とを有し、
前記疎膜層は、前記基材の表面から金属または金属化合物の少なくともいずれか一方からなる微粒子が複数個不規則に連なるとともに、内部に複数の空間を有する疎な構造体であり、
前記誘電膜は、前記疎膜層の微粒子の主成分とは異なる金属の化合物で構成されている、コンデンサ。
【請求項１】
基材と、
この基材上に形成された疎膜層と、
この疎膜層上に形成された誘電膜とを備え、
前記疎膜層は、前記基材の表面から金属または金属化合物の少なくともいずれか一方からなる微粒子が不規則に複数個連なって構成されるとともに、内部に多数の空間を有する疎な構造体であり、
前記誘電膜は、前記疎膜層の微粒子の主成分とは異なる金属の化合物で構成された電極箔。
【請求項２】
前記誘電膜は、前記複数の微粒子同士が結合した接続部分を除く各微粒子の表面に形成された請求項１に記載の電極箔。
【請求項３】
前記疎膜層は、
複数の枝に枝分かれした構造体である請求項１に記載の電極箔。
【請求項４】
前記疎膜層の空孔径の最頻値は、
０．０１μｍ以上０．１μｍ以下である請求項１に記載の電極箔。
【請求項５】
前記複数の微粒子が結合した接続部分は、くびれている請求項１に記載の電極箔。
【請求項６】
くびれた前記接続部分の外表面に、前記誘電膜が形成されている請求項５に記載の電極箔。
【請求項７】
基材上に疎膜層を形成する第一の工程と、この疎膜層上に誘電膜を形成する第二の工程とを備え、
前記第一の工程では、前記基材の表面から金属または金属化合物の少なくともいずれか一方からなる微粒子を複数個不規則に連なるように積層させ、内部に複数の空間を有する疎な構造体を形成するとともに、
前記第二の工程では、前記疎膜層の表面を、この疎膜層の前記微粒子の主成分とは異なる金属の化合物で被覆して前記誘電膜を形成する電極箔の製造方法。
【請求項８】
前記第二の工程では、湿式法で前記誘電膜を形成する請求項７に記載の電極箔の製造方法。
【請求項９】
基材上に疎膜層を形成する第一の工程と、この疎膜層上に誘電膜を形成する第二の工程とを備え、
前記第一の工程では、前記基材の表面から金属または金属化合物の少なくともいずれか一方からなる微粒子を積層させ、
前記第二の工程では、湿式法を用い、前記疎膜層の表面を、この疎膜層の前記微粒子の主成分とは異なる金属の化合物で被覆して前記誘電膜を形成する電極箔の製造方法。
【請求項１０】
表面に誘電膜が形成された電極箔と、前記誘電膜上に形成された導電性高分子からなる固体電解質層と、この固体電解質層上に形成された陰極層とを有するコンデンサ素子を備え、
前記電極箔は、
基材およびこの基材上に形成された疎膜層からなる陽極層と、前記疎膜層上に形成された前記誘電膜とを有し、
前記疎膜層は、前記基材の表面から金属または金属化合物の少なくともいずれか一方からなる微粒子が複数個不規則に連なって構成されるとともに、内部に複数の空間を有する疎な構造体であり、
前記誘電膜は、前記疎膜層の微粒子の主成分とは異なる金属の化合物で構成されている、コンデンサ。
【請求項１１】
表面に誘電膜が形成された第一の電極箔と、前記誘電膜と第二の電極箔との間に設けられたセパレータとを有するコンデンサ素子と、
前記セパレータに含浸されて前記誘電膜と前記第二の電極箔に接触する駆動用電解液と、
この駆動用電解液および前記コンデンサ素子を収容するケースと、
を少なくとも備え、
前記第一の電極箔は、
基材と、この基材上に形成された疎膜層とからなる電極層と、前記疎膜層上に形成された前記誘電膜とを有し、
前記疎膜層は、前記基材の表面から金属または金属化合物の少なくともいずれか一方からなる微粒子が複数個不規則に連なるとともに、内部に複数の空間を有する疎な構造体であり、
前記誘電膜は、前記疎膜層の微粒子の主成分とは異なる金属の化合物で構成されている、コンデンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図４】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−９６８７２（Ｐ２０１１−９６８７２Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４９７６８（Ｐ２００９−２４９７６８）
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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