JP2010074083A - 電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】等価直流抵抗の低減、高容量化、小型化を達成できる電解コンデンサを提供する。
【解決手段】本発明における電解コンデンサのコンデンサ素子６は陽極箔２と、陰極箔３と、保護部材４と、陽極リードタブ７と、陰極リードタブ８と、巻止めテープ５を備える。陽極箔２および陰極箔３の表面には導電性高分子層が形成されている。陽極箔２と陽極リードタブ７との接続部分および陰極箔３と陰極リードタブ８との接続部分は保護部材４によって被覆されている。そして、陽極箔２と、陰極箔３と、陽極リードタブ７と、陰極リードタブ８と、保護部材４とは、セパレータを介さず巻回され、巻止めテープ５によって止められる。これによりコンデンサ素子６が作製される。
【選択図】図３

Description

この発明は、巻回式電解コンデンサおよびその製造方法に関するものである。

従来の巻回式電解コンデンサとして図４および図５に示されるものが知られている。（特許文献１参照）
図４の断面図に示すように、電解コンデンサ１は、陽極リード線９及び陰極リード線１０を有するコンデンサ素子６、該コンデンサ素子６を収納する有底ケース１１と、前記コンデンサ素子６を封止する封止部材１２を有している。有底ケース１１の開口端近傍は、横絞り・カール加工されている。

前記コンデンサ素子６は、図５の斜視図に示すように、陽極箔２及び陰極箔３からなる一対の電極箔と、セパレータ１４とを介して巻回し、巻き止めテープ５で止められて形成される。陽極リード線９は陽極リードタブ７を介して陽極箔２と接続され、陰極リード線１０は陰極リードタブ８を介して陰極箔３と接続されている。

また、このような構造を有する電解コンデンサ１の電解質としては、電解液や固体電解質等が用いられ、コンデンサ素子６の電極箔２，３の隙間に充填されている。

このような電解コンデンサ１は静電容量が大きく、ＣＰＵのデカップリング回路あるいは電源回路などに広く使用されている。しかし、電子機器の発展に伴い、大容量化，小型化，低ＥＳＲ（Equivalent Series Resistance：等価直列抵抗）化などの多くの要求への対応が必要になってきた。
特許第３４９５５２９号公報

従来の電解コンデンサは、陽極箔と陰極箔との接触による短絡を防ぐため、陽極箔と陰極箔との間の全面にセパレータを挿入して巻回する必要があった。そのため、ESRの低減および大容量化、小型化を阻害する要因となっていた。

第1の発明は、誘電体皮膜および導電性高分子層が表面に順次形成された陽極箔と、導電性高分子層が表面に形成された陰極箔と、陽極箔および陰極箔に接続されたリードタブと、保護部材と、を備えたコンデンサ素子からなる電解コンデンサであって、陽極箔および陰極箔はセパレータを介さず巻回され、コンデンサ素子の陽極箔と陰極箔との間には、保護部材を設けた第1の領域と、保護部材がない第2の領域とがあり、第1の領域は、陽極箔に接続しているリードタブを覆う領域と、陰極箔に接続しているリードタブを覆う領域と、リードタブと陽極箔との接続部分の陽極箔の裏側を覆う領域と、リードタブと陰極箔との接続部分の陰極箔の裏側を覆う領域とのいずれか含んでいる電解コンデンサである。

さらに、第1の領域は、陽極箔に接続しているリードタブを覆う領域と、前記陰極箔に接続しているリードタブを覆う領域と、リードタブと陽極箔との接続部分の陽極箔の裏側を覆う領域と、リードタブと陰極箔との接続部分の陰極箔の裏側を覆う領域との全てを含んでいることが好ましい。

さらに、保護部材は、コンデンサ素子の巻回方向に０．５周分以下にわたって延びていることが好ましい。

さらに、保護部材は、天然繊維、合成樹脂、導電性高分子のいずれかからなるシート状部材であることが好ましい。

さらに、第2の領域は、導電性高分子で充填されていることが好ましい。

第2の発明は、陽極箔表面に誘電体皮膜および導電性高分子層を順次形成し、陰極箔表面に導電性高分子層を形成する第1の工程と、電極箔にリードタブを接続する第2の工程と、陽極箔に接続しているリードタブを覆う部分と、陰極箔に接続しているリードタブを覆う部分と、リードタブと陽極箔との接続部分の陽極箔の裏側を覆う部分と、リードタブと陰極箔との接続部分の陰極箔の裏側を覆う部分とのいずれかに保護部材を配置し、陽極箔および陰極箔をセパレータを介さず巻回してコンデンサ素子を作製する第３の工程とを備える電解コンデンサの製造方法である。

さらに、第3の工程が、陽極箔に接続しているリードタブを覆う部分と、陰極箔に接続しているリードタブを覆う部分と、リードタブと陽極箔との接続部分の陽極箔の裏側を覆う部分と、リードタブと陰極箔との接続部分の陰極箔の裏側を覆う部分とのいずれか樹脂を塗布し保護部材を形成して、陽極箔および陰極箔をセパレータを介さず巻回してコンデンサ素子を作製する工程であることが好ましい。

本発明よれば、予め陽極箔および陰極箔の表面に導電性高分子層を形成することによって、セパレータを用いずに電解コンデンサを作製できる。

さらに陽極箔および陰極箔とリードタブとの接続部分を保護部材で覆うことによって、陽極と陰極との間での短絡を回避することができる。

本発明の実施のための最良の形態について以下に説明する。

図１は、本発明の電解コンデンサの正面断面図、図２は本発明の電解コンデンサのコンデンサ素子の斜視図である。

本発明の電解コンデンサ１は、コンデンサ素子６と、陽極リードタブ７と、陰極リードタブ８と、陽極リード線９と、陰極リード線１０と、有底ケース１１と、封止部材１２と、座板１３とを備える。前記コンデンサ素子６は、前記陽極リードタブ７が接続した陽極箔２と、前記陰極リードタブ８が接続した陰極箔３と、保護部材４とを備える。

まず、弁作用金属からなる陽極箔２および陰極箔３の、少なくとも前記陽極箔２の表面に化成処理によって誘電体皮膜を形成する。化成処理は、電極箔を化成液に浸漬し電圧を印加することによって行う。

そして、前記陽極箔２および前記陰極箔３の表面に導電性高分子層を形成する。前記導電性高分子層には、脂肪族系、芳香族系、複素環式系および含ヘテロ原子系の導電性高分子が少なくとも１以上含まれていることが好ましく、中でもポリチオフェン系、ポリピロール系、ポリアニリン系導電性高分子が好ましい。前記導電性高分子層の形成方法としては、導電性高分子溶液または導電性高分子の微粒子を分散させた導電性高分子分散液を、電極箔の表面にコーティングする方法などが挙げられる。

次に、導電性高分子層を形成した前記陽極箔２および前記陰極箔３に、それぞれ陽極リードタブ７および陰極リードタブ８をそれぞれ接続する。前記陽極リードタブ７および前記陰極リードタブ８は、前記陽極箔２および前記陰極箔３にそれぞれ電気的に接続されており、少なくとも陽極リードタブ７の表面には誘電体皮膜が形成されているのが好ましい。

続いて、前記陽極リードタブ７が接続された前記陽極箔２と、前記陰極リードタブ８が接続された前記陰極箔３とをセパレータを介さず巻回し、最外周を巻止めテープ５で止める。この際、導電性高分子層によって、前記陽極箔２と前記陰極箔３とが接触しても短絡しなくなるため、従来の電解コンデンサのように、陽極箔と陰極箔との間の全面にセパレータを介在させる必要がなくなる。

しかし、前記陽極箔２と前記陽極リードタブ７との接続部分および前記陰極箔３と前記陰極リードタブ８との接続部分は、これらと外周側および内周側で位置する電極箔と接触し、電極箔表面の誘電体皮膜や導電性高分子層を損傷し、陽極と陰極との間で短絡しやすくなる。これを防ぐため、図３に示す位置に、保護部材４を配置することが好ましい。
前記保護部材４は、前記陽極箔に接続している前記陽極リードタブを覆う部分と、前記陰極箔に接続している前記陰極リードタブを覆う部分と、前記陽極リードタブと前記陽極箔との接続部分の前記陽極箔の裏側を覆う部分と、前記陰極リードタブと前記陰極箔との接続部分の前記陰極箔の裏側を覆う部分とのいずれかに配置されていることが好ましい。これによって、電極箔とリードタブとの接続部分と、これらと外周側および内周側に位置した電極箔との巻回時の接触を防ぐことができ、陽極と陰極との間での短絡を回避することができる。

また、コンデンサ素子にリードタブを３以上有している場合は、リードタブと電極箔との接続部分に対応する数量の保護部材を備えることが好ましい。

前記保護部材４の長さは、電極箔とリードタブとの接続部分よりも長く、電極箔の始端および終端に達しない長さであればよいが、小型化および材料費削減のためにコンデンサ素子６の巻回方向に０．５周分にわたる長さ以下であることが好ましい。また、前記保護部材４の長さは、巻回時における保護部材４の位置ズレに対応するためにリードタブの横幅の１．５倍程度が更に好ましい。

前記保護部材４は、前記陽極箔２および前記陰極箔３を保護することができる程度の強度を備えていれば良く、従来用いられているセパレータと異なりイオン透過性の有無は問わない。材質としては、例えば、マニラ麻、エストパルト、クラフト、木材パルプ等の天然繊維、ナイロン、アクリル、ビニロン、アラミド、テフロン（登録商標）等の合成樹脂、ポリチオフェン系、ポリピロール系、ポリアニリン系等の導電性高分子、等が材質として挙げられる。

前記保護部材４を、前記コンデンサ素子６の前記接続部分を被覆する位置へ配置させる方法としては、陽極箔２および陰極箔３を巻回する際に保護部材４を所定の位置に挿入して巻回する方法、または、予め保護部材４を粘着材によって陽極箔２および陰極箔３の所定の位置へ直接接着してから巻回する方法などを用いることができる。

また、前記接続部分に、樹脂を塗布し乾燥することによって保護部材４を前記接続部分に直接形成してから巻回することもできる。前記樹脂としては、電極箔２、３を保護することができるものであればよく、例えば、エポキシ、フェノール、ポリエチレン等の樹脂が挙げられる。

次に、前記コンデンサ素子６は切り口化成され、前記陽極箔２および前記陰極箔３の端面に誘電体皮膜が形成される。

続いて、前記コンデンサ素子６の前記陽極箔２と前記陰極箔３との隙間に電解重合または化学重合によって導電性高分子層が形成される。前記導電性高分子には、脂肪族系、芳香族系、複素環式系および含ヘテロ原子系の導電性高分子が少なくとも１以上含まれていることが好ましく、中でもポリチオフェン系、ポリピロール系、ポリアニリン系導電性高分子が好ましい。また、前記導電性高分子の代わりに、電解液をコンデンサ素子６に含浸して用いることができる。

その後、前記コンデンサ素子６を有底ケース１１に収納し、該有底ケース１１の開口端部に封止部材１２を挿入して横絞り、カール加工を行う。そして、該カール面に座板１３を挿入し、電極端子としてリード線９，１０をプレス加工、折り曲げ加工を行い、電解コンデンサ１を完成させる。

このように、本発明よれば、予め陽極箔２および陰極箔３の表面に導電性高分子層を形成することによって、セパレータを用いずに電解コンデンサを作製できる。さらに電極箔２，３とリードタブ７，８との接続部分を保護部材４で覆うことによって、陽極と陰極との間での短絡を回避することができる。
［実施例１］
まず、アルミニウムからなる陽極箔２および陰極箔３の表面にエッチング処理を施した。その後、エッチング処理を施した前記陽極箔２を化成液中に浸漬し電圧を印加することにより、誘電体皮膜を形成した。

続いて、前記陽極箔２および前記陰極箔３の表面に、ポリチオフェン系導電性高分子からなる導電性高分子層を形成した。

次に、導電性高分子層を表面に形成した前記陽極箔２および前記陰極箔３に、それぞれ陽極リードタブ７および陰極リードタブ８を接続した。

そして、前記陽極箔２および前記陰極箔３をともに巻回した。このとき、図３に示す位置にマニラ麻からなる保護部材４を挿入し、前記陽極箔２と前記陰極箔３とともに巻回した。巻回後、最外周を巻止めテープ５によって止め、コンデンサ素子６を作製した。

続いて、前記コンデンサ素子６の切り口化成を行った。切り口化成は、前記コンデンサ素子６を化成液中に浸漬し電圧を印加することにより行った。

そして、重合により導電性高分子となる３，４−エチレンジオキシチオフェンと、酸化剤溶液としてｐ−トルエンスルホン酸第二鉄アルコール溶液にコンデンサ素子を含浸させた。そして、前記コンデンサ素子６に熱を加えることにより熱化学重合させて、前記陽極箔２および前記陰極箔３の間に導電性高分子層を形成させた。

その後、前記コンデンサ素子６を有底ケース１１に収納し、該有底ケース１１の開口端部に封止部材１２を挿入して横絞り、カール加工を行った。そして、該カール面に座板１３を挿入し、リード線９，１０をプレス加工、折り曲げ加工を行い、電解コンデンサ１を完成させた。
［実施例２］
保護部材４の材質にアラミド繊維を用いたこと以外は、実施例１と同様にして電解コンデンサを作製した。
［実施例３］
保護部材４の材質にフッ素樹脂を用いたこと以外は、実施例１と同様にして電解コンデンサを作製した。
［実施例４］
保護部材４の材質にポリチオフェン系導電性高分子を用いたこと以外は、実施例１と同様にして電解コンデンサを作製した。
［実施例５］
巻回時に保護部材４を挿入する代わりに、前記陽極箔２と前記陽極リードタブ７との接続部分および前記陰極箔３と前記陰極箔８との接続部分に、予めエポキシ樹脂を塗布、乾燥させて保護部材４を形成して巻回したこと以外は、実施例１と同様にして電解コンデンサを作製した。
［比較例］
保護部材４を省いて巻回したこと以外は実施例１と同様にして電解コンデンサを作製した。
［従来例］
従来例では、表面に導電性高分子層を形成していない陽極箔２および陰極箔３を使用し、保護部材４を省き、マニラ麻からなるセパレータ紙とともに巻回してコンデンサ素子を作製したこと以外は、実施例１と同様にして電解コンデンサを作製した。

表１は、実施例１〜実施例５、比較例および実施例の電解コンデンサの各々について３０個の平均値の電気的特性測定結果である。なお、前記電解コンデンサは、定格電圧４Ｖ、容量５６０μＦであり、であり、寸法は直径８ｍｍで高さ１２ｍｍである。また、容量およびｔａｎδの測定は、１２０ｋＨｚの周波数で行われ、等価直流抵抗の測定は、１００ｋＨｚの周波数で行われた。また、リーク電流は、定格電圧を印加した後、２分後の値である。

表１の結果から、実施例１〜実施例５および比較例による電解コンデンサは、従来例の電解コンデンサよりも等価直流抵抗が低い。したがって、陽極箔および陰極箔表面に導電性高分子を形成しセパレータを省くことによって、等価直流抵抗の低い電解コンデンサを作製することができる。

さらに、実施例１〜実施例５による電解コンデンサは、比較例の電解コンデンサよりもリーク電流が低い。したがって、陽極箔および陰極箔表面に導電性高分子層を形成してセパレータを省いた電解コンデンサにおいて、陽極箔および陰極箔とリードタブとの接続部分を保護部材で被覆することによって、リーク電流の増大を抑制することができる。

また、実施例１〜実施例５および比較例による電解コンデンサはセパレータを用いないため、従来例による電解コンデンサよりも直径を小さくすることができる。すなわち、電解コンデンサを小型化できる。

また、実施例１〜実施例５および比較例による電解コンデンサはセパレータを用いないため、同じ直径の従来例による電解コンデンサよりも１．６倍の容量を有する。すなわち、電解コンデンサを大容量化することができる。

上記実施例は、本発明を説明するためのものに過ぎず、特許請求の範囲に記載の発明を限定する様に解すべきでない。本発明は、特許請求の範囲内及び均等の意味の範囲内で自由に変更することができる。

本発明の電解コンデンサの断面図である。 本発明の電解コンデンサに用いるコンデンサ素子の斜視図である。 本発明における、電極箔、リードタブ、保護部材の位置関係を示す図である。 従来の電解コンデンサの断面図である。 従来の電解コンデンサに用いるコンデンサ素子の斜視図である。

符号の説明

１ 電解コンデンサ
２ 陽極箔
３ 陰極箔
４ 保護部材
５ 巻止めテープ
６ コンデンサ素子
７ 陽極リードタブ
８ 陰極リードタブ
９ 陽極リード線
１０ 陰極リード線
１１ 有底ケース
１２ 封止部材
１３ 座板
１４ セパレータ

Claims (7)

1. 誘電体皮膜および導電性高分子層が表面に順次形成された陽極箔と
   導電性高分子層が表面に形成された陰極箔と、
   前記陽極箔および前記陰極箔に接続されたリードタブと、
   保護部材と、
   を備えたコンデンサ素子からなる電解コンデンサであって、
   前記陽極箔および前記陰極箔はセパレータを介さず巻回され、
   前記コンデンサ素子の前記陽極箔と前記陰極箔との間には、前記保護部材を設けた第1の領域と、前記保護部材がない第2の領域とがあり、
   前記第1の領域は、
   前記陽極箔に接続している前記リードタブを覆う領域と、
   前記陰極箔に接続している前記リードタブを覆う領域と、
   前記リードタブと前記陽極箔との接続部分の前記陽極箔の裏側を覆う領域と、
   前記リードタブと前記陰極箔との接続部分の前記陰極箔の裏側を覆う領域と、
   のいずれか含んでいる電解コンデンサ。
2. 前記第1の領域は、
   前記陽極箔に接続している前記リードタブを覆う領域と、
   前記陰極箔に接続している前記リードタブを覆う領域と、
   前記リードタブと前記陽極箔との接続部分の前記陽極箔の裏側を覆う領域と、
   前記リードタブと前記陰極箔との接続部分の前記陰極箔の裏側を覆う領域と、
   の全てを含んでいる請求項1に記載の電解コンデンサ。
3. 前記保護部材は、コンデンサ素子の巻回方向に０．５周分以下にわたって延びている請求項１または請求項2に記載の電解コンデンサ。
4. 前記保護部材は、天然繊維、合成樹脂、導電性高分子のいずれかからなるシート状部材である請求項１乃至請求項３いずれかに記載の電解コンデンサ。
5. 前記第2の領域は、導電性高分子で充填されている請求項１乃至請求項４いずれかに記載の電解コンデンサ。
6. 陽極箔表面に誘電体皮膜および導電性高分子層を順次形成し、陰極箔表面に導電性高分子層を形成する第1の工程と、
   前記陽極箔および前記陰極箔にリードタブを接続する第2の工程と、
   前記陽極箔に接続している前記リードタブを覆う部分と、
   前記陰極箔に接続している前記リードタブを覆う部分と、
   前記リードタブと前記陽極箔との接続部分の前記陽極箔の裏側を覆う部分と、
   前記リードタブと前記陰極箔との接続部分の前記陰極箔の裏側を覆う部分と、
   のいずれかに前記保護部材を配置し、前記陽極箔および前記陰極箔をセパレータを介さず巻回してコンデンサ素子を作製する第３の工程と、
   を備える電解コンデンサの製造方法。
7. 前記第3の工程が、
   前記陽極箔に接続している前記リードタブを覆う部分と、
   前記陰極箔に接続している前記リードタブを覆う部分と、
   前記リードタブと前記陽極箔との接続部分の前記陽極箔の裏側を覆う部分と、
   前記リードタブと前記陰極箔との接続部分の前記陰極箔の裏側を覆う部分と、
   のいずれかに樹脂を塗布し保護部材を形成して、前記陽極箔および前記陰極箔をセパレータを介さず巻回してコンデンサ素子を作製する工程である請求項６に記載の電解コンデンサの製造方法。