JP2007318170A - 固体電解コンデンサの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 化成皮膜が形成された陽極部材を具えたコンデンサ素子に、陰極電解質としての導電性ポリマーを含浸して構成される固体電解コンデンサの製造方法において、電気的特性にバラツキの少ない固体電解コンデンサを得る。
【解決手段】 本発明の製造方法によれば、個々のコンデンサ素子の外径寸法に対応した大きさを有する溶液収容凹部に、酸化重合により導電性ポリマーとなるモノマーと酸化剤とを注入して、混合液を得る第１工程と、前記コンデンサ素子を浸漬する第２工程と、前記コンデンサ素子を前記溶液収容凹部から引き上げる第３工程と、さらに、前記溶液収容凹部を、横断面が略円形で、該溶液収容凹部の開口直径はコンデンサ素子直径より大きく、該溶液収容凹部の底面直径は該コンデンサ素子寸法に略等しく、該底面から該開口に向かって末広がりとすることによる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固体電解コンデンサの製造方法及び製造装置に関するものである。

化成皮膜を形成した弁作用金属部材を具えるコンデンサ素子に、電解質としてのＴＣＮＱ錯塩が含浸されている固体電解コンデンサは、特公昭６２−５１４８９号、特公昭６２−５１４９１号、特公平４−６６３７３号、米国特許公報第4,580,855号等に開示されている。ここでＴＣＮＱは、７，７，８，８−テトラシアノキノジメタンを意味する。

固体電解コンデンサの一形態として、図８に示す如く、有底筒状のアルミニウム製ケース(９)内にコンデンサ素子(１)を収容し、該ケース(９)内にエポキシ樹脂(91)を充填して、ケース(９)の開口部を封止した固体電解コンデンサが知られている。コンデンサ素子(１)は、図９に示す如く、化成皮膜を形成したエッチドアルミニウム箔からなる陽極箔(11)と対向陰極箔(12)とをセパレータ(13)を間に挟んで重ね合わせ、これをロール状に巻き取って巻き取り素子を作製し、該巻き取り素子にＴＣＮＱ錯塩等の固体電解質を含浸させたものである。陽極箔(11)及び陰極箔(12)からは一対のリードタブ端子(14)(14)が引き出され、これらのリードタブ端子からリード線(15)(15)が伸びている。

上記固体電解コンデンサの製造工程においては、先ずケース(９)にＴＣＮＱ錯塩の粉末を適量詰め、これを２５０〜３５０℃に加熱してＴＣＮＱ錯塩を融解液化させ、その中へ前記巻き取り素子を浸漬してＴＣＮＱ錯塩を含浸させた後、ケースごと急冷してＴＣＮＱ錯塩を固化させ、最後に、ケース(９)内にエポキシ樹脂(91)を充填する。

又、小型大容量で等価直列抵抗(ＥＳＲ)の小さい固体電解コンデンサとして、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリアニリン等の導電性ポリマーを電解質とした固体電解コンデンサが注目されている。該固体電解コンデンサにおいては、図９に示す構造と同様、化成皮膜を形成した陽極箔(11)と対向陰極箔(12)とをセパレータ(13)を介して巻回した巻き取り素子を作成し、該巻き取り素子内に導電性ポリマー層を形成してコンデンサ素子(１)を構成し、図６(ａ)(ｂ)(ｃ)に示す様に、リードタブ端子(14)(14)が突出するコンデンサ素子(１)の端部に、封止用のゴムパッキング(90)を嵌めた後、コンデンサ素子(１)をアルミニウム製のケース(９)内に収容する。そして、ケース(９)の開口側の端部に絞り加工を施すことによって、ゴムパッキング(90)を周囲から挟圧し、ケース(９)を封口する。

導電性ポリマーを電解質とした固体電解コンデンサの従来の製法においては、アルミニウム、タンタル等の弁作用金属からなる陽極焼結体或いは陽極箔の表面に、化成皮膜、導電性ポリマー層、グラファイト層、銀ペイント層を順次形成し、そこへ陰極リード線を導電性接着剤等により接続するが、この製法は、化成皮膜を形成した陽極箔と対向陰極箔とをセパレータ紙を介して巻回し、これによって得られた巻き取り素子(以下、コンデンサ素子という)に電解液を含浸するという通常の電解コンデンサの製法に比べて、かなり煩雑である。

一方、前記導電性ポリマー層は電解重合法や気相重合法等により形成されるが、巻回型のコンデンサ素子内に電解重合法や気相重合法により導電性ポリマー層を形成するのは容易でない。陽極箔上に化成皮膜及び導電性ポリマー層を形成した後、対向陰極箔とともに巻き取るという製法も考えられるが、化成皮膜や導電性ポリマー層を損傷することなく巻き取るのは困難である。

又、前記導電性ポリマー層は液相での化学重合法によっても形成することが出来るが、この場合も、従来は、酸化重合により導電性ポリマーとなるモノマーを有機溶媒で希釈すると共に酸化剤を添加した化学重合液に、コンデンサ素子を浸漬し、乾燥させるという処理を５〜１０回繰り返していたため、作業効率が悪かった。

そこで出願人らは、化成皮膜が形成された陽極部材を具えたコンデンサ素子に、陰極電解質としての導電性ポリマーを含浸して構成される固体電解コンデンサの製法として、酸化重合により導電性ポリマーとなるモノマーに酸化剤を溶解させて、混合液を得た後、該混合液にコンデンサ素子を浸漬する工程を有する固体電解コンデンサの製法を開発した。
特開平１０-５０５５８号公報 該製法によれば、コンデンサ素子の化学重合液への浸漬及びその後の熱処理を何回も繰り返す必要が無くなり、簡易な工程によって、小型大容量で低ＥＳＲの固体電解コンデンサを得ることが出来る。

図７は、上述の出願人の提案に係る固体電解コンデンサの製法を実施するための製造設備のレイアウトを表わしている。

該製造設備においては、溶液混合ステーション(５)と溶液含浸ステーション(６)の間が容器搬送機構(４)によって連結されると共に、容器搬送機構(４)に沿って素子搬送機構(３)が配備されている。溶液混合ステーション(５)には、複数の溶液収容凹部(20)が形成された容器(２)が送り込まれ、該容器(２)の溶液収容凹部(20)に、酸化重合により導電性ポリマーとなるモノマーと、酸化剤(ドーパント)とが注入されて、両液体が混合される。これによって、導電性ポリマーの酸化重合が開始されることになる。その後、混合液を収容した容器(２)は、容器搬送機構(４)によって溶液含浸ステーション(６)へ向けて搬送される。

一方、素子搬送機構(３)によって、複数のコンデンサ素子を互いに連結してなるコンデンサ素子群(10)が溶液含浸ステーション(６)へ向けて搬送され、溶液含浸ステーション(６)では、容器(２)の各溶液収容凹部(20)に注入されている混合液中へ各コンデンサ素子が浸漬される。

この結果、各コンデンサ素子に、モノマーと酸化剤の混合液が含浸されることになる。

その後、温度が約３０℃〜約５０℃、湿度が６０％以上の空気中に約３０分間放置して重合反応を進行させ、更に温度が約１６０℃の炉内で約５分間の乾燥熱処理を行なって、陽極部材の化成皮膜上にポリマー層を形成するのである。

しかしながら、図７に示す従来の製法によって作製された固体電解コンデンサにおいては、ＥＳＲなどの電気的特性にバラツキがあり、場合によっては所期の性能が得られない問題があった。

そこで、出願人らは上記問題を解決するべく鋭意研究を重ねた結果、従来の製法においては、溶液含浸ステーション(６)にて容器(２)の溶液収容凹部(20)に注入されているモノマーと酸化剤の混合液の混合状態が不均一となっており、この不均一性が陽極部材の化成皮膜上に形成される導電性ポリマー層の性状に影響を与えて、完成品としての固体電解コンデンサの電気的特性の優劣を左右することとなっていたことを究明し、本発明の完成に至った。

即ち、本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法及び製造装置においては、溶液混合ステーション(５)と溶液含浸ステーション(６)の間に溶液攪拌ステーション(７)を配備して、コンデンサ素子にモノマーと酸化剤の混合液を含浸させる工程の直前で、混合液を攪拌することによって、混合液の混合状態を均一化するのである。

この結果、コンデンサ素子内の陽極部材の化成皮膜上には、常に良好な性状の導電性ポリマー層が形成されることとなって、完成品としての固体電解コンデンサの電気的特性が安定したものとなる。

尚、前記混合液を攪拌する方法としては、溶液攪拌ステーション(７)に空気噴射ノズル(71)を配備して、混合液に圧縮空気を吹き付ける方法を採用することが出来る。

又、溶液攪拌ステーション(７)に超音波発生装置(72)を配備して、混合液に振動を加える方法を採用することも可能である。

更に又、溶液攪拌ステーション(７)に攪拌機(73)を配備して、混合液を直接に掻き混ぜる方法を採用することも可能である。

本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法及び製造装置によれば、小型大容量で低ＥＳＲであり、然も電気的特性にバラツキの少ない固体電解コンデンサを得ることが出来る。

以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。

本発明に係る固体電解コンデンサの製造装置においては、図１に示す如く、溶液混合ステーション(５)と溶液含浸ステーション(６)の間が容器搬送機構(４)によって連結され、容器搬送機構(４)の途中に溶液攪拌ステーション(７)が設けられている。又、容器搬送機構(４)に沿って素子搬送機構(３)が配備されている。

溶液混合ステーション(５)には、複数の溶液収容凹部(20)が形成された容器(２)が送り込まれ、該容器(２)の溶液収容凹部(20)に、酸化重合により導電性ポリマーとなるモノマーと、酸化剤(ドーパント)とが注入されて、両液体が混合される。これによって、導電性ポリマーの酸化重合が開始されることになる。その後、混合液を収容した容器(２)は、容器搬送機構(４)によって溶液攪拌ステーション(７)へ向けて搬送される。

尚、酸化剤としては、ｎ−ブチルアルコールを５０％含むｐ−トルエンスルホン酸、モノマーとしては、３，４−エチレンジオキシチオフェンを用いることが出来る。

溶液攪拌ステーション(７)には、図２に示す如く、搬送台(８)上の容器(２)の溶液収容凹部(20)へ向けて、圧縮空気を噴射する空気噴射ノズル(71)が配備されている。これによって、容器(２)の溶液収容凹部(20)に注入されているモノマーと酸化剤の混合液に圧縮空気が吹き付けられ、２液が充分に攪拌されて均一な混合状態となる。

その後、容器(２)は、容器搬送機構(４)によって溶液含浸ステーション(６)へ向けて搬送される。

尚、溶液攪拌ステーション(７)には、図３(ａ)(ｂ)に示す如く、搬送台(８)に超音波発生装置(72)を連結して、容器(２)の溶液収容凹部(20)内の混合液に振動を加えることによって、混合液を攪拌する方法を採用することも可能である。

或いは、溶液攪拌ステーション(７)には、図４に示す如く、攪拌機(73)を配備して、容器(２)の溶液収容凹部(20)内の混合液を直接に掻き混ぜる方法を採用することも可能である。

又、本発明に係る固体電解コンデンサの製造装置においては、図１に示す如く、素子搬送機構(３)によって、複数のコンデンサ素子を互いに連結してなるコンデンサ素子群(10)が溶液含浸ステーション(６)へ向けて搬送され、溶液含浸ステーション(６)では、容器(２)の各溶液収容凹部(20)に注入されている混合液中へ各コンデンサ素子が浸漬される。

図５(ａ)(ｂ)(ｃ)は、容器(２)の溶液収容凹部(20)に注入されている混合液(21)中にコンデンサ素子(１)を浸漬した後、容器(２)から引き上げる工程を表わしており、これによって、溶液収容凹部(20)内の混合液(21)がコンデンサ素子(１)に含浸されることになる。

続いて、コンデンサ素子(１)を炉内に収容して、２００℃以上の温度で熱処理を施す。この結果、コンデンサ素子(１)内の陽極部材の化成皮膜上に導電性ポリマー層が形成されることになる。

その後、図６(ａ)(ｂ)(ｃ)に示す様に、リードタブ端子(14)(14)が突出するコンデンサ素子(１)の端部に、封止用のゴムパッキング(90)を嵌めた後、コンデンサ素子(１)をアルミニウム製のケース(９)内に収容する。そして、ケース(９)の開口側の端部に絞り加工を施すことによって、ゴムパッキング(90)を周囲から挟圧し、ケース(９)を封口する。

最後にエージング処理を施す。これによって固体電解コンデンサが完成する。

上記本発明の固体電解コンデンサの製造方法においては、溶液混合ステーション(５)と溶液含浸ステーション(６)の間に溶液攪拌ステーション(７)が配備されて、コンデンサ素子(１)にモノマーと酸化剤の混合液を含浸させる工程の直前で、容器(２)に注入されている混合液が攪拌されるので、溶液含浸ステーション(６)における混合液の混合状態が均一化する。

この結果、コンデンサ素子(１)を構成する陽極部材の化成皮膜上には、常に良好な性状の導電性ポリマー層が形成されることとなって、固体電解コンデンサの電気的特性が安定したものとなる。

上記本発明の効果を確認するべく、図１に示す本発明の製造方法によって作成した固体電解コンデンサ(実施例１、２、３)と、図７に示す従来の製造方法によって作成した固体電解コンデンサ(従来例)の初期電気的特性の比較を行なった。その結果を表１に示す。

尚、従来例及び実施例ともに、コンデンサの直径は６.３ｍｍ、長さは５.８ｍｍ、出力電圧は２０Ｖ、容量は２２μＦである。又、表１において、Ｃａｐ．は１２０Ｈｚの静電容量、ｔａｎδは１２０Ｈｚの損失角の正接、ＥＳＲは１００ｋＨｚの等価直列抵抗であって、それぞれ試料数ｎ＝３０個の平均値を示している。又、( )内には標準偏差を示している。

表１の結果から明らかな様に、本発明の製造方法によって作製された固体電解コンデンサ(実施例１〜３)においては、従来の製造方法によって作製された固体電解コンデンサ(従来例)に比べて、バラツキが少なく安定した電気的特性が得られている。

又、上記の実施例１、２、３と従来例の固体電解コンデンサについて、半田耐熱性試験を行なって、耐熱性能を比較した。その結果を表２に示す。

尚、半田耐熱試験は、ＶＰＳ法(１５０℃×１２０秒の予熱後、２４０℃×５０秒の加
熱)により行なった。又、表２において、ΔＣ／Ｃは、試験前と比較した試験後の静電容
量変化率を示し、ＬＣは、定格電圧(２０Ｖ)を印加したときの６０秒後の漏れ電流値であって、それぞれ試料数ｎ＝３０個の平均値を示している。

表２の結果から明らかな様に、本発明の製造方法によって作製された固体電解コンデンサ(実施例１〜３)においては、従来の製造方法によって作製された固体電解コンデンサ(従来例)に比べて、熱による電気的特性の劣化が少なくなっている。

上述の如く、本発明に係る固体電解コンデンサの製造装置においては、溶液混合ステーション(５)と溶液含浸ステーション(６)の間に溶液攪拌ステーション(７)を設けることによって、電気的特性の安定した固体電解コンデンサを作製することが出来、然も耐熱特性に関しても、熱劣化の少ない固体電解コンデンサを得ることが出来る。

尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施例では、巻回式のコンデンサ素子を具えた固体電解コンデンサについて説明したが、本発明は、タンタル等の焼結体を用いた樹脂モールドタイプの固体電解コンデンサに実施することも可能であって、同様な効果を得ることが出来る。

本発明に係る固体電解コンデンサの製造装置のレイアウトを示す図である。 溶液攪拌ステーションに設置される空気噴射ノズルを示す側面図である。 溶液攪拌ステーションに設置される超音波発生装置の平面図(ａ)及び側面図(ｂ)である。 溶液攪拌ステーションに設置される攪拌機の側面図である。 溶液含浸ステーションにおける工程を示す図である。 コンデンサ素子をケース内に収容して封止する工程を示す図である。 従来の製造装置のレイアウトを示す図である。 固体電解コンデンサの一部破断側面図である。 コンデンサ素子の一部展開斜視図である。

符号の説明

(１) コンデンサ素子
(10) コンデンサ素子群
(２) 容器
(20) 溶液収容凹部
(３) 素子搬送機構
(４) 容器搬送機構
(５) 溶液混合ステーション
(６) 溶液含浸ステーション
(７) 溶液攪拌ステーション
(71) 空気噴射ノズル
(72) 超音波発生装置
(73) 攪拌機
(８) 搬送台
(９) ケース

Claims (6)

1. 化成皮膜が形成された陽極部材を具えたコンデンサ素子に、陰極電解質としての導電性ポリマーを含浸して構成される固体電解コンデンサの製造方法において、
   容器に形成された複数の溶液収容凹部の各々に、酸化重合により導電性ポリマーとなるモノマーと酸化剤とを注入して、混合液を得る第１工程と、
   前記各溶液収容凹部内の混合液に、複数の前記コンデンサ素子を同時に夫々浸漬する第２工程と、
   前記複数のコンデンサ素子を、前記各溶液収容凹部から同時に夫々引き上げる第３工程とを備え、
   前記各溶液収容凹部は、前記各コンデンサ素子を１個ずつ収容することのできる大きさを有することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
2. 前記コンデンサ素子は、化成皮膜が形成された陽極箔と対向陰極箔とをセパレータを介してロール状に巻き取った構成を有し、
   前記各溶液収容凹部は、該凹部の深さ方向に対して垂直な横断面が略円形で、該横断面の直径が開口部から底部に向かって徐々に小さくなり、前記底部の直径が前記各コンデンサ素子の外径に略等しい形状の内壁面を有することを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
3. 前記第１工程と第２工程との間に、前記各溶液収容凹部内の混合液を、該混合液に圧縮空気を吹き付けることによって攪拌する工程を備え、
   前記圧縮空気の吹き付けは、前記各溶液収容凹部の内壁面に向けて行なうことを特徴とする請求項２に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
4. 化成皮膜が形成された陽極部材を具えたコンデンサ素子に、陰極電解質としての導電性ポリマーを含浸して構成される固体電解コンデンサの製造装置において、
   容器に形成された複数の溶液収容凹部の各々に、酸化重合により導電性ポリマーとなるモノマーと酸化剤とを注入して、混合液を調製する溶液混合ステーションと、
   前記各溶液収容凹部内の混合液に、複数の前記コンデンサ素子を同時に夫々浸漬する含浸ステーションとを備え、
   前記各溶液収容凹部は、前記各コンデンサ素子を１個ずつ収容することのできる大きさを有することを特徴とする固体電解コンデンサの製造装置。
5. 前記コンデンサ素子は、化成皮膜が形成された陽極箔と対向陰極箔とをセパレータを介してロール状に巻き取った構成を有し、
   前記各溶液収容凹部は、該凹部の深さ方向に対して垂直な横断面が略円形で、該横断面の直径が開口部から底部に向かって徐々に小さくなり、前記底部の直径が前記各コンデンサ素子の外径に略等しい形状の内壁面を有することを特徴とする請求項４に記載の固体電解コンデンサの製造装置。
6. 前記溶液混合ステーションと含浸ステーションとの間に、前記各溶液収容凹部内の混合液を、該混合液に圧縮空気を吹き付けることによって攪拌する攪拌ステーションを備え、
   該攪拌ステーションには、前記圧縮空気を前記各溶液収容凹部の内壁面に向けて吹き付ける圧縮空気噴射ノズルが配備されていることを特徴とする請求項５に記載の固体電解コンデンサの製造装置。

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