JPH02280310A - 電解コンデンサ用電極材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は電解コンデンサ用電極材料の製造方法に関し、
殊に静電容量の増大を図ることのできる電極材料の製造
方法に関するものである。

［従来の技術］ 電解コンデンサの性能を向上させる手段としては、例え
ば特開昭５９−１６７００９号、同６１〜１８２６号、
同６１〜２１４４２０号等に見られる様な各種の技術が
提案されており、ｉ極材料自体の静電容量の増大が検討
されている。

電極材料の静電容量の増大を図る為のほぼ確立された考
“え方では、電極材料用基材の表面を粗面化して表面積
を増大させ、その表面に高誘電体皮膜を形成するのがも
っとも効果的であるとされる。また前記高話電体皮膜表
面に微細な凹凸を形成しておけば、該表面積の拡大によ
り、静電容量はより一層増大すると言われている。

例えば特開昭６１〜２１４４２０号に開示された技術で
は、エツチング法で粗面化された基材表面に真空蒸着法
１不活性ガス中蒸着法、スパッタリング法、イオンブレ
ーティング法等を適用して導電性金属皮膜を形成してい
る。この技術によれば、第２図に示す様に、粗面化され
た基材１の表面３上に金属皮膜２が形成され、従ってこ
の金属皮ＩＩＩ　２には突出部５が形成され、この突出
部５は直径Ｒｈ旬、０２〜１．ＯＡｔｍＯ球頭状である
ことが好ましいとされる。そして金属皮膜２は酸化皮膜
となって高説電体となり、上記形状特性によって静電容
量が増大する。

［発明が解決しようとする課題］ 第３図は不活性ガス中蒸着法を実施する為の装置を示す
概略説明図であり、図中１０は真空容器、１２はガス導
入管、１３は蒸発源、１４は電子銃、１５は蒸発物質を
夫々示す。蒸発物質１５（金属物質）は電子銃１４から
放出された電子ビームによる加熱を受けて蒸発し、基材
１の表面に付着して金属皮膜２を形成する金属皮膜２に
前記突出部５を形成するには、Ａｒ等の不活性ガスをガ
ス導入管１２から導入することが不可欠である。即ち通
常の蒸着法においては雰囲気圧が低い場合には、皮膜が
平滑で緻密な膜となり表面拡大の効果が発揮されないの
で、不活性ガスを導入して皮膜を多孔質の柱状組織とし
、静電容量の増大に有効な突出部５を形成する様にして
いる。−船釣に真空蒸着法、スパッタリング法およびイ
オンブレーティング法では、金属が原子状態で蒸発して
基材表面に飛来し、該基材表面上に金属皮１１ｉ　２が
形成されるのであるが、形成される膜の形態は雰囲気圧
の影響を受けるから、雰囲気圧を適正に調整する為の不
活性ガスの導入は不可欠である。

上述の如く、これまで提案されてきた技術では、いずれ
の皮膜形成方法を採用するにしても、不活性ガスの導入
は不可欠である。しかしながら上記各種皮膜形成方法に
よって、第２図に示した様な好ましい皮膜形態を獲得す
る為には、不活性ガスの圧力・ｔＬ量等について微妙な
調整が必要であり、また蒸発源と基材間の距離によって
も皮膜形態が左右されることから、成膜条件の制御が困
難であるという欠点がある。また不活性ガスの費用も軽
視することはで籾ない。更に、こうして形成される多孔
質の柱状組織の皮膜は、基材との密着性が悪く、それ自
身の強度も低いことから、電解コンデンサの製作中に該
皮膜が損傷し、これが電解コンデンサの性能低下を招く
という問題もある。

本発明はこうした技術的課題を解決する為になされたも
のであって、その目的は、上述の様な不都合を生じるこ
となく、電解コンデンサの静電容量の向上を図り得る様
な、電解材料を製造する方法を提供する点にある。

［課題を解決する為の手段］ 上記目的を達成し得た本発明とは、基材表面にＴｉ皮膜
を形成して電解コンデンサ用電極材料を製造するに当た
り、陰極アークプラズマ蒸着法を適用し、ベース圧力を
１ｘｌＯ−４Ｔｏｒｒ以下とすると共に、反応ガスおよ
び不活性ガスのいずれも導入しない状態でアーク放電々
流を８０〜１２０Ａとし、基材表面にＴｉ皮膜を厚さ０
．１〜１．０μｍ形成する工程を含む点に要旨を有する
電解コンデンサ用電極材料の製造方法である。

［作用］ 本発明は上述の如く構成されるが、要するにベース圧力
およびアーク放電々流を適切な範囲に設定しつつ、反応
ガス（この点については後述する）や不活性ガスのいず
れをも導入しない状態で陰極アークプラズマ蒸′着法を
実行して基材上にＴｉ皮膜を形成すれば；希望する形態
の電極材料が得られることを見出し、ここに本発明を完
成した。

陰極アークプラズマ蒸着法は、例えば特公昭５８−３０
３３号に開示された「アーク堆積方法」として知られる
、真空での薄膜形成法の一種であり、蒸発粒子のイオン
化率が高く、高密度・高付着力の膜を比較的低温の基材
の上に形成できるという特徴を有する。この蒸着法は、
Ｎ２゜ＣＨ４等の反応性ガス雰囲気中でＴｉＮ。

Ｔｉｃ、Ｔ１ＣＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮ等の化合物からなる
耐摩耗性膜、耐食性膜、装飾膜を形成する為に主に利用
されており、特に切削工具への耐摩耗性膜のコーティン
グ技術として広く適用されている。

第４図は本発明を実施する為に構成される陰極アークプ
ラズマ蒸着装置を示す概略説明図、第５図は蒸発の様子
を示す原理図である。尚図中１１０．１３．１５は前記
第３図に付したのと同一の参照符号を付しており、また
１７はアーク電源、１８はバイアス電源、１９は陰極点
１２０は陽極、２１はマクロパーティクルを夫々示す。

アーク電源１７によって蒸発源１３に電圧を印加すると
、金属製蒸発物質（カソード）１５の表面上を陰極点（
アークスポット）１９がランダムに動きまわり、この陰
極点１９にアーク電流が集中する。陰極点１９の大きさ
は一般に１〜３μｍφ程度であり、この陰極点１９中の
電流は１０Ａ／μｍ２程度である。この様な大電流密度
が陰極点１９に集中する結果、蒸発物質はフラッシュ蒸
発する。この蒸発気体中には、電子、イオン、中性蒸気
原子および０．２〜１．０μｍ程度の粒子（以下これを
マクロパーティクルと呼ぶ）等が含まれる。蒸発気体は
第４図に示す様に、蒸発源１３から基材ｌに向かって放
出され、基材１の表面に？ｆｆ１ｊ突して、基材１上に
金属皮膜２を形成する。この様にして形成される金属皮
膜２の模式図を第１図に示す。尚図中２１はマクロパー
ティクルを示す。またバイアス電源は必要に応じて基材
１に負のバイアス電圧を付加する為のものであり、基材
１への金属皮膜２の密着性を向上させるのに効果的であ
る。

この様に陰極アークプラズマ蒸着法を適用し、反応ガス
および不活性ガスのいずれも導入しない状態で基材１表
面上に金属皮１１Ｍ２を形成すれば、蒸発物質１５から
金属原子やイオンと共に放出されたマクロパーティクル
２１が金属皮１１１２に適度な凹凸を形成し、これが電
極材料の静電容量の増大に寄与する。また反応ガスや不
活性ガスの導入が不要であることから、蒸発源１３と基
材１間の影響も小さく、操業の安定化が図れる。さらに
この方法によって形成される皮膜は、密着性および強度
も十分なものが得られる。

元来、耐摩耗性膜、耐食性膜および装ｆｉｉｉ　ｆｉｌ
を形成するに当たっては、蒸発物質のマクロパーティク
ルは膜の不均一性や表面粗度の悪化等の原因となり、好
ましいものではないとされており、陰極アークプラズマ
蒸着法による膜形成の欠点とされていた。そこで陰極ア
ークプラズマ蒸着法で上記各種膜を形成するに際しては
、第３図に示した如く反応性ガスを真空容器１０内に導
入して行なうのが一般的であり、これによってマクロパ
ーティクルの発生を大幅に減少し、実用上支障のない程
度の均一な膜の製造が実施されてきた。この理由は反応
性ガスを導入すると、金属製蒸発物質（カソード）の表
面に反応生成物例えばＴｉＮやＴｉＣの膜が形成され、
これらの生成物は金属製蒸発物質よりも高い融点を持っ
ているため、陰極点（アークスポット）での溶融が減少
し、マクロパーティクルが減少するものと考えられる。

本発明における陰極アークプラズマ蒸着法の適用は、同
方法のこれまでの一般的な実施様式によるものではなく
、従来欠点とされていた特徴即ち反応性ガス（または不
活性ガス）の存在しない状態で生成し易いマクロパーテ
ィクルを積極的に利用したものである。

本発明で各要件を限定した理由は次の通りである。

まずベース圧力はＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏ　ｒ　ｒ　（０
，０１３Ｐａ）以下とする必要がある。これはベース圧
力が１ｘｌＯ−４Ｔｏｒｒを超えると真空容器内に存在
する残留ガスの皮膜への影響が顕著になるからである。

即ち残留ガスとＴｉの反応生成物（例えばＴｉＮやＴｉ
０２）が膜に不純物として混入したり、基材表面に付着
している残留ガスの為に膜の付着力が低下する。尚ここ
でベース圧力は、蒸発開始時の圧力の意味であり、この
ベース圧力を所定の値に設定してお籾さえすれば成膜中
のガス導入は不要であるから、圧力の制御は不要である
。

アーク放電々流が増大するほどマクロパーティクルが増
加する傾向を示すが、電極材料に希望する形態を与えて
静電容量の増大効果を得る為には、アーク放電々流は８
０Ａ以上とする必要がある。しかしながらアーク放電々
流が１００Ａ程度となるとマクロパーティクルの増加は
飽和状態となり、更に１２０Ａを超えると陰極点が２つ
以上に分かれる可能性が大きくなり静電容量の低下を招
く。

陰極アークプラズマ蒸着法によれば、Ｔｉ以外にもＴａ
、Ｃｕ、Ｆｅ等の金属皮ＩＩＩ　２を形成することもで
きるが、酸化によって生じるＴｉＯ２の誘電率が大きい
ことおよび他の金属に比べて耐久性や強度の点に優れて
いることから、本発明では基材１上に形成する金属皮膜
２をＴＩに限定した。また金属皮膜２の厚さは静電容量
にそれほど大きな影響を及ぼすものではないが、０．１
μｍ未満であると、静電容量のばらつき（膜厚分布の影
響）が現われ、これに対し１．０μｍを超えるとＴｉタ
ーゲットのコストの増大を招き好ましくない。従って本
発明ではＴｉ皮膜の厚さは０．１〜１．０μｍに設定し
た。

一方本発明で使用する基材１についてはこれまで用いら
れてきた基材を用いればよく特に限定するものではない
が、表面をエツチング処理したアルミニウム箔が最も一
般的である。但し、基材には導電性材料の他に、非導電
性材料を用いることもできる。即ち電極材料として要求
される電気的導通能は基材１表面の金属皮１ｉ２（Ｔｉ
皮膜）で行なわれるので、基材１そのものには導電性で
あることか要求される訳ではない。

尚本発明を実施する為の装置としては、前記第４図に示
した様なバッチ式のものに限らず、例えばＮ６図に示す
様なロールコータ方式のものであってもよく、この様な
装置であれば、巻出しロール３２１巻取りロール３３お
よび冷却ロール３４によってコイル状基材３１を送給し
つつ金属皮膜２の連続的な形成が達成され、生産性の向
上が図れる。

以下本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下
記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・
後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明
の技術的範囲に含まれるものである。

［実施例］ 表面をエツチング処理したアルミニウム箔を基材１とし
て用い、アーク放電々流を様々に変え、第４図に示した
装置によって基材１上に様々なＴｉ皮膜を形成した。尚
このときのベース圧力（残留ガス）は５．５　Ｘ　１０
−’Ｔｏ　ｒ　ｒであり、反応ガスおよび不活性ガスは
導入せず、バイアス電圧は印加しない状態であった。

得られた電極材料の静電容量を測定したところ、第１表
に示す結果が得られた。尚第１表中には比較例の１つと
して、Ｔｉ皮膜を形成しない電第１表 第１表から明らかな様に、本発明で規定する要件を満足
する実施例（Ｎｏ、１．４〜６）は、いずれも大きな静
電容量が得られている。

［発明の効果］ 以上に述べた如く本発明方法によれば、従来技術で示し
た様な不都合を生じることなく、最適な電解コンデンサ
用電極材が実現できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法によって形成される金属皮膜２を示
す模式図、第２図は従来の金属皮膜２の形態を示す模式
図、第３図は不活性ガス中蒸着法を実施する為の装置を
示す概略説明図、第４図は本発明方法を実施する為に構
成される陰極アークプラズマ蒸着装置を示す概略説明図
、第５図は陰極アークプラズマ蒸着法における金属蒸発
の様子を示す原理図、第６図は本発明方法を実施する為
に構成される陰極アークプラズマ蒸着装置の他の例を示
す概略説明図である。 １．３１・・・基材　　　２・・・金属皮膜１０・・・
真空容器　　　１３・・・蒸発源５・・・蒸発物質　　
　１７・・・アーク電源８・・・バイアス電源　１９・
・・陰極点０・・・陽極 １・・・マクロパーティクル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基材表面にＴｉ皮膜を形成して電解コンデンサ用電極材
   料を製造するに当たり、陰極アークプラズマ蒸着法を適
   用し、ベース圧力を１×１０＾−＾４Ｔｏｒｒ以下とす
   ると共に、反応ガスおよび不活性ガスのいずれも導入し
   ない状態でアーク放電々流を８０〜１２０Ａとし、基材
   表面にＴｉ皮膜を厚さ０．１〜１．０μｍ形成する工程
   を含むことを特徴とする電解コンデンサ用電極材料の製
   造方法。