JP2008117950A - アルミ電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、従来のアルミ電解コンデンサが有している課題を解消して、ショート不良率を低減するとともに、インピーダンス特性、漏れ電流特性を向上させ、長寿命で高信頼性のアルミ電解コンデンサを提供することを目的とするものである。
【解決手段】表面に誘電体酸化皮膜を形成したアルミニウム箔に陽極リードを接続した陽極箔とアルミニウム箔に陰極リードを接続した陰極箔とをその間にセパレータを介在させて巻回したコンデンサ素子と、このコンデンサ素子に含浸された駆動用電解液と、前記コンデンサ素子を収納する有底の金属ケースと、この金属ケースの開口部を封口する封口部材とを備え、前記セパレータがセルロース繊維間にガラスビーズを介在させたことを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は各種電子機器に利用されるアルミ電解コンデンサに関するものである。

従来この種のアルミ電解コンデンサは図３に示すような構成となっている。すなわち、粗面化したアルミ箔の表面に陽極酸化によって誘電体酸化皮膜を形成した陽極箔３１と粗面化したアルミ箔からなる陰極箔３２とを対極させ、この陽極箔３１と陰極箔３２の間にセパレータ３３を介在させて巻回することによりコンデンサ素子３９を形成し、このコンデンサ素子３９に駆動用電解液３４を含浸させ、その後、コンデンサ素子３９を有底筒状の金属ケース３８に収納し、そしてこの金属ケース３８の開口部に、前記コンデンサ素子３９に接続した一対のリード線３５，３６が外部に導出されるように弾性封口体３７を装着し、その後、金属ケース３８と弾性封口体３７とを封止することにより、金属ケース３８の内部の駆動用電解液３４が蒸発しないような構成となっている。

このようなアルミ電解コンデンサにおいて、陽極箔３１及び陰極箔３２にリード線３５，３６を接続する場合、図４に示すように、リード線３５の偏平部３５ａに陽極箔３１（または陰極箔３２）を針カシメ工法等によりカシメ部３５ｂを形成して接続していた。

しかしながら、前記リード線３５の偏平部３５ａの厚さが約０．３ｍｍに対して陽極箔３１の厚さが０．０７〜０．１ｍｍ、陰極箔３２の厚さが約０．０４ｍｍと薄く、巻回してコンデンサ素子３９にしたときに、巻回時のストレスによりリード線３５の偏平部３５ａのエッジ部がセパレータを押しつぶして陽極箔３１または陰極箔３２を傷つけ、ショート不良となる問題を有していた。

この対策として、陽極箔３１及び陰極箔３２にリード線３５，３６を接続した部分にテープを貼り付けて被覆することにより、巻回時のストレスを吸収することができるので、リード線接続部による陽極箔３１と陰極箔３２の接触を確実に防止することができるということが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

また、前記セパレータ３４として、その原料を少なくとも１０重量％以上の叩解可能な再生セルロース繊維を用いることにより、ショート不良率及びインピーダンス特性を改善することができるということが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

一方、前記セパレータに無機微粒子を混抄させ、インピーダンス特性を改善した電解コンデンサも提案されている（例えば、特許文献４参照）。
特開平０４−１１９６１２号公報 特開２００３−１７３９３０号公報 特開平０５−２６７１０３号公報 特開平０５−２５１２７４号公報

しかしながら、前記陽極箔３１及び陰極箔３２にリード線３５，３６を接続した部分にテープを貼り付けて被覆したアルミ電解コンデンサにおいては、テープの材料として通常はセパレータ３３と同じ材料を用いていることから、リード線のエッジ部がセパレータを押しつぶしてしまうので、ショート不良を撲滅することができないという課題を有している。また、そのテープ材料の片面に粘着剤を塗布して形成させることから、場合によっては粘着剤が駆動用電解液に溶け込み、コンデンサ特性に悪影響を及ぼすという課題を有している。また、テープを貼り付ける工数も増えることから、コスト高になる問題も有している。

また、叩解可能な再生セルロース繊維を用いたアルミ電解コンデンサにおいては、ショート不良は低減することができるものの、駆動用電解液の種類によってはインピーダンス特性を向上させることができず、駆動用電解液を選択する必要があるという課題を有している。

また、無機微粒子を混抄させたセパレータを用いた電解コンデンサにおいても、無機微粒子の径が０．０１μｍ〜２０μｍの範囲のものを用いることから、セパレータに混抄させるときに無機微粒子が凝集してしまい、均一に分散させるのが難しく、思ったほどの特性を得ることができないという課題を有している。

本発明は、従来のアルミ電解コンデンサが有している課題を解消して、ショート不良率を低減するとともに、インピーダンス特性、漏れ電流特性を向上させ、長寿命で高信頼性のアルミ電解コンデンサを提供することを目的とするものである。

本発明は、表面に誘電体酸化皮膜を形成したアルミニウム箔に陽極リードを接続した陽極箔とアルミニウム箔に陰極リードを接続した陰極箔とをその間にセパレータを介在させて巻回したコンデンサ素子と、このコンデンサ素子に含浸された駆動用電解液と、前記コンデンサ素子を収納する有底の金属ケースと、この金属ケースの開口部を封口する封口部材とを備え、前記セパレータがセルロース繊維間にガラスビーズを介在してなるアルミ電解コンデンサとするものである。

また、前記セパレータが紙力増強剤を含有し、この紙力増強剤でガラスビーズが保持されるようにしたもので、前記ガラスビーズの粒径はセパレータに用いる繊維径よりも大きく、セパレータ厚みの１／２よりも小さいものである。

本発明のアルミ電解コンデンサによれば、ガラスビーズは凝集性が小さいのでセパレータの繊維間に均一に分散させることができるので、これを用いたセパレータを用いることにより、リード線を接続した陽極箔と陰極箔をセパレータを介して巻回しても、セパレータのセルロース繊維間に介在させたガラスビーズがセパレータ厚みを均一に確保してくれるので、ショート不良率を良くすることができる。

また、ガラスビーズの粒径がセパレータに用いる繊維径よりも大きく、セパレータ厚みの１／２よりも小さいものを用いることにより、巻回したコンデンサ素子を形成してもセパレータのセルロース繊維間の空隙部を維持することができるので、駆動用電解液を選択することなくインピーダンス特性を向上させることができる。

以下、本発明にかかるアルミ電解コンデンサの最良の実施形態を説明する。図１は本発明におけるアルミ電解コンデンサの構造を示す要部断面斜視図である。図中の１１は陽極箔、１２は陰極箔、１３はセパレータであり、陽極箔１１はアルミ箔をエッチング処理によって実効表面積を拡大させた表面に化成処理によって誘電体酸化皮膜を形成されており、陰極箔１２はアルミ箔をエッチング処理して形成されている。前記陽極箔１１と陰極箔１２とをセパレータ１３を介して巻回することによりコンデンサ素子１９が構成され、陽極箔１１と陰極箔１２に夫々陽極リード１５と陰極リード１６が接続され、駆動用電解液１４を含浸させてアルミニウムでなる金属ケース１８内に挿入してゴム等の封口材１７で封止することでアルミ電解コンデンサとして製作される。

前記セパレータ１３は、図２に示すようにセルロース系繊維２０の表面及びセルロース系繊維２０間にガラスビーズ２１を介在させた構成を有するものを用いる。このセルロース系繊維２０としてはマニラ麻繊維、エスパルト繊維、ヘンプ繊維、クラフト繊維の少なくとも１種を含んでいるものから選ばれる。

前記ガラスビーズ２１は、その粒径がセパレータ１３に用いる繊維径よりも大きく、セパレータ厚みの１／２よりも小さいものを用いる。繊維径よりも小さい粒径が存在すると、繊維間を目詰まりさせＥＳＲ特性が悪くなり、また、セパレータ厚みの１／２よりも大きい粒径が存在すると、セパレータ表面のガラスビーズ２１の粒子が陽極箔１１と陰極箔１２を巻回したときにそれぞれの箔を押し潰してしまい、コンデンサ特性に悪影響を与えてしまう。

例えば、マニラ麻繊維からなる厚さ４０μｍのセパレータ１３を用いた場合は、マニラ麻繊維の繊維径が１０μｍ程度であるので、ガラスビーズ２１の粒径は１０μｍ以上で、２０μｍ以下のものを用いる。

前記ガラスビーズ２１をセパレータ１３に付着させる方法としては、セルロース系繊維２０とガラスビーズ２１を混合したものを抄造することにより得ることができる。または、セルロース系繊維２０を抄造した後、紙力増強剤とガラスビーズ２１を混合したものに浸漬または塗布しその後乾燥する、さらには、セルロース系繊維２０を抄造した後に、紙力増強剤を塗布し、その後ガラスビーズ２１を分散させて乾燥させることにより、ガラスビーズ２１が紙力増強剤を接着剤としてセルロース系繊維に付着させた状態のものを得ることができる。

前記紙力増強剤はグァーガム、ローカストビーガム、トラガカントガム等の植物性ガム類、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等の半合成高分子、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン樹脂、尿素樹脂等の合成高分子を使用することができる。この中でもポリアクリルアミド樹脂は熱処理することによりイミドに変化し、駆動用電解液の水に対して不溶の紙力増強剤とすることができるので好ましい。

前記セパレータ１３の秤量は１０〜５０ｇ／ｍ²のものが好ましい。この範囲のセパレータ１３を用いることによって得られたアルミ電解コンデンサ内のセパレータ１３の占める抵抗分を下げることができるため、ＥＳＲ特性と低インピーダンス化に対して効果がある。この秤量とはセパレータ１３の面積が１平方メートル（ｍ²）当たりの質量をグラム（ｇ）で表した値である。セパレータ１３の秤量が１０ｇ／ｍ²未満では、耐ショート不良率を改善することができず、秤量が５０ｇ／ｍ²を超えると耐ショート不良率は良くなるもののその他のコンデンサ特性の向上を図ることができない。なお、最適な秤量範囲は２０〜４０ｇ／ｍ²である。

前記駆動用電解液１４は、基本的には有機溶媒と、無機酸、有機酸、無機酸塩、有機酸塩の１種以上を含む溶質とからなり、特に電解コンデンサのＥＳＲ特性を向上させることができる。

前記有機溶媒としては、ラクトン類（γ−ブチロラクトン、α−バレロラクトン、γ−バレロラクトン等）、カーボネート系（エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチレンカーボネート、スチレンカーボネート、ジメチルカーボネート等）、ニトリル系（アセトニトリル、３−メトキシプロピオニトリル等）、フラン系（２，５−ジメトキシテトラヒドロフラン等）、スルホラン系（スルホラン、３−メチルスルホラン、２，５−ジメチルスルホラン等）、エーテル系（メチラール、１，２−ジメトキシエタン、１−エトキシ−２−メトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン等）、アミド系（Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロジリノン等）が挙げられ、これらの溶媒を用いることで、低ＥＳＲ化と高温での特性安定化を図ることができる。

前記溶質は、無機酸、有機酸、無機酸塩、有機酸塩の１種以上を含む溶質とからなるが、この中でも好ましくは硼酸、リン酸、アゼライン酸、アジピン酸、グルタル酸、フタル酸、マレイン酸、安息香酸、５，６−デカンジカルボン酸、１，７−オクタンジカルボン酸、１，６−デカンジカルボン酸等の二塩基酸又はその塩が挙げられる。前記の塩としては、アンモニウム塩、アミン塩、四級アンモニウム塩、アミジン系塩等が使用できる。特に、三級アミン化合物、イミダゾリウム化合物、イミダゾリニウム化合物、ピリジニウム化合物などは、高電導度化と高温での特性の安定化を図ることができるので好ましい。

以下、具体的な実施例及び比較例に基づいて本発明にかかるアルミ電解コンデンサの実施形態を説明する。

（実施例１）
まず、エッチング処理によりアルミニウム箔の表面を粗面化した後に陽極酸化処理により誘電体酸化皮膜（化成電圧２２Ｖ）を形成したアルミニウム箔からなる陽極箔（厚さ１００μｍ）とマニラ麻繊維からなるセパレータ（厚さ４０μｍ、秤量３０ｇ／ｍ²）と、アルミニウム箔をエッチング処理した陰極箔（厚さ４０μｍ）とセパレータ（厚さ４０μｍ）とを順次重ね合わせて巻回することによりコンデンサ素子を得た。

前記セパレータは、マニラ麻繊維を抄造したものに、紙力増強剤としてポリアクリルアミド樹脂を用い、この樹脂にガラスビーズ（ホウ珪酸ガラス、粒径１０μｍ）を混合したものを前記抄造したものに塗布し、１５０℃で乾燥させたものである。

次に、駆動用電解液（γ−ブチロラクトンを７５重量％、フタル酸１，２，３，４−テトラメチルイミダゾリニウムを２５重量％）を用いて、前記コンデンサ素子に含浸させ、このコンデンサ素子を有底筒状のアルミニウムの金属ケースに挿入後、この金属ケースの開口部を、樹脂加硫ブチルゴムからなる封止部材でカーリング処理にて封止することによりアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例２）
前記実施例１において、ガラスビーズをホウ珪酸ガラスで、粒径２０μｍのものを用いた以外は前記実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例３）
前記実施例１において、セパレータとして、クラフト繊維（繊維径：２０μｍ程度）の混合繊維を抄造（厚さ４０μｍ、秤量４０ｇ／ｍ²）したものに、紙力増強剤としてポリアクリルアミド樹脂を用い、この樹脂にガラスビーズ（ホウ珪酸ガラス、粒径２０μｍ）を混合したものを前記抄造したものに塗布し、１５０℃で乾燥させたものを用いた以外は前記実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例４）
前記実施例１において、セパレータとして、マニラ麻繊維とエスパルト繊維（繊維径：１０μｍ程度）の混合繊維を抄造（厚さ４０μｍ、秤量３０ｇ／ｍ²）したものに、紙力増強剤としてポリアクリルアミド樹脂を用い、この樹脂にガラスビーズ（ホウ珪酸ガラス、粒径１０μｍ）を混合したものを前記抄造したものに塗布し、１５０℃で乾燥させたものを用いた以外は前記実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例５）
前記実施例１において、セパレータとして、ヘンプ繊維（繊維径：１０μｍ程度）の混合繊維を抄造（厚さ４０μｍ、秤量２０ｇ／ｍ²）したものに、紙力増強剤としてポリアクリルアミド樹脂を用い、この樹脂にガラスビーズ（ホウ珪酸ガラス、粒径２０μｍ）を混合したものを前記抄造したものに塗布し、１５０℃で乾燥させたものを用いた以外は前記実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例６）
前記実施例１において、駆動用電解液（γ−ブチロラクトンを７５重量％、蓚酸１，２，３，４−テトラメチルイミダゾリニウムを２５重量％）を用いた以外は前記実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例７）
前記実施例１において、セパレータとして、マニラ麻繊維（繊維径：１５μｍ程度）の混合繊維を抄造（厚さ６０μｍ、秤量３０ｇ／ｍ²）したものに、紙力増強剤としてポリアクリルアミド樹脂を用い、この樹脂にガラスビーズ（ホウ珪酸ガラス、粒径２０μｍ）を混合したものを前記抄造したものに塗布し、１５０℃で乾燥させたものを用いた以外は前記実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（比較例１）
前記実施例１において、セパレータにガラスビーズを付着させないものを用いた以外は前記実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

以上の実施例１〜７と比較例１のアルミ電解コンデンサを各１００個作製し、その初期特性と寿命試験（１０５℃、１６Ｖ負荷、２０００時間）を行った結果を（表１）に示す。なお、容量、容量変化率、ＥＳＲの値はそれぞれ１００個の平均値である。また、アルミ電解コンデンサのサイズは直径１０ｍｍ、長さ１０ｍｍとし、定格電圧は１６Ｖで各コンデンサ素子を同一空隙率にするようなコンデンサ設計とした。試験温度は１０５℃中でリップル負荷試験を行った。

前記（表１）から明らかなように、本実施例１〜７のアルミ電解コンデンサは、セパレータにガラスビーズを介在させることにより、ガラスビーズを繊維間に均一に分散させることができ、セパレータ厚みを均一に確保してくれるので、比較例１のアルミ電解コンデンサに比べてショート不良率を良くすることができる。

また、ガラスビーズの粒径がセパレータに用いる繊維径よりも大きく、セパレータ厚みよりも小さいものを用いることにより、巻回したコンデンサ素子を形成してもセパレータのセルロース繊維間の空隙部を維持することができるので、駆動用電解液を選択することなくインピーダンス特性を向上させることができる。

本発明は、ショート不良率を低減するとともに、インピーダンス特性、漏れ電流特性を向上させる、長寿命で高信頼性のアルミ電解コンデンサであり、ＡＶ機器やパソコン等のデジタル回路等の小型化、高性能化の要求に対応することができる。

本発明のアルミ電解コンデンサの構成を示す一部切欠斜視図 同セパレータの表面拡大を表す模式図 従来のアルミ電解コンデンサの構成を示す一部切欠斜視図 （ａ）同リード線と陽極箔との接続部分（表）の斜視図、（ｂ）同リード線と陽極箔との接続部分（裏）の斜視図

符号の説明

１１ 陽極箔
１２ 陰極箔
１３ セパレータ
１４ 駆動用電解液
１５ 陽極リード
１６ 陰極リード
１７ 封口材
１８ 金属ケース
１９ コンデンサ素子
２０ セルロース系繊維
２１ ガラスビーズ

Claims (4)

1. 表面に誘電体酸化皮膜を形成したアルミニウム箔に陽極リードを接続した陽極箔とアルミニウム箔に陰極リードを接続した陰極箔とをその間にセパレータを介在させて巻回したコンデンサ素子と、このコンデンサ素子に含浸された駆動用電解液と、前記コンデンサ素子を収納する有底の金属ケースと、この金属ケースの開口部を封口する封口部材とを備え、前記セパレータがセルロース繊維間にガラスビーズを介在してなるアルミ電解コンデンサ。
2. 前記セパレータが紙力増強剤を含有し、この紙力増強剤でガラスビーズが保持されてなる請求項１に記載のアルミ電解コンデンサ。
3. 前記ガラスビーズの粒径がセパレータに用いる繊維径よりも大きく、セパレータ厚みの１／２よりも小さいものである請求項１または２に記載のアルミ電解コンデンサ。
4. 前記セパレータがマニラ麻繊維、エスパルト繊維、ヘンプ繊維、クラフト繊維の少なくとも１種からなる請求項１に記載のアルミ電解コンデンサ。