JP2772297B2 - 電解コンデンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子機器に利用される電解コンデンサの改
良に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕

従来、電解コンデンサは１対の電極箔と、この箔の少
なくとも一方の電極の表面には化成膜が設けられ、１対
の電極箔相互間にはイオン透過性コンデンサ紙を設け、
このコンデンサ紙に液状の電解質を含浸して巻回し、金
属製容器にガス透過性のパッキングを施して密封し、そ
れぞれの電極よりリード線をパッキングを介して外部に
導出して構成されている。

液状の電解質としては硼酸やアジピン酸等の電解質を
エチレングリコールまたはジメチルホルムアミド等の溶
媒に溶解したものが用いられているが、これらは（OH）
⁻イオンを主体とするイオン伝導性を有するもので、交
流信号電流が内部に流れコンデンサ紙や電極にイオンが
衝突すると電離して酸素及び水素を発生し、酸素は通常
化成膜を修復する形で電極に吸収されるが、水素は容器
内に溜まり、内圧を上昇させる。また、水素ガスの量は
電流、温度、時間にほぼ比例して発生し、外部に放出さ
れるが、電解質もそれに伴って消費されるため、最終的
には枯渇してコンデンサの寿命となる。

また、内部の動作を示すインピーダンス特性は、通常
信号を流さない方法で測定されるため、動作時コンデン
サ内部に交流信号が流れると、その大小に応じたイオン
が移動して、絶えず微細な水素ガス気泡群が発生し、コ
ンデンサ紙を構成する繊維の内外に付着してイオン電流
の通過を妨げることになる。この影響はコンデンサの作
動電圧が低い十数ボルト以下で著しい。つまり、イオン
伝導効率の低下が起こるのである。その結果、実際の動
作時に信号電流が流れたときは電流及び温度に比例する
水素ガスが発生して内部インピーダンスを大幅に上昇さ
せるため、例えば、大出力の増幅器の電源に使用される
電解コンデンサ等は、動作時には測定時の10倍以上に上
昇して出力を低下させることになる。従来、これを有効
に解決する方法がなく、例えば、電解質中に水素に反応
する液状物質を混入して水素ガスを減少させる試みが行
われているが、このような物質は電解質の電気的特性
や、温度特性を悪化させるので、多量に用いることがで
きず、作用が不十分で高品質の電解コンデンサには、寧
ろ有害として使用されないことが多かった。また、前記
したガスの発生による寿命の短縮も電子機器では大きな
問題となっているが、有効な対策は得られなかった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記のような課題を解決するためになされ
たもので、一対の電極箔と、この箔の少なくとも一方の
電極箔の表面に設けた化成膜と、上記１対の電極箔相互
間に設けられたイオン透過性コンデンサ紙と、このコン
デンサ紙に含浸された電解質よりなり上記コンデンサ紙
に対し、0.1乃至１重量％のパラジウムまたは白金もし
くは両者の合金よりなり微粒子がほぼ均等にコンデンサ
紙に分散結着されている電解コンデンサを提供するもの
である。

また、コンデンサ紙に対して0.5乃至７重量％のグラ
ファイト微粒子がパラジウムまたは白金もしくは両者の
合金とともに分散結着されている電解コンデンサを提供
する。

〔作用〕

本発明は電解コンデンサ中に存在する酸素に着目し、
極めて簡単に水素を除去することが可能な電解コンデン
サを提供するものである。すなわち、上記の如き構成に
より、電解コンデンサ内部に交流信号電流が流れると、
電流はイオン電流となり、コンデンサ紙を構成する繊維
に先ず衝突し、イオンは電離し、酸素は化成膜に吸収さ
れるが、電離した微細な水素ガスは繊維に結着されたパ
ラジウム微粒子に先ず接触する。パラジウムは水素吸蔵
金属として知られているが、常温で微粒子状のとき電離
した水素に対して電解コンデンサ容器中に存在する酸素
と酸化還元反応を速やかに行なうための触媒作用を呈
し、水素が容器内にある酸素と化合して瞬時電解質中に
戻る。その結果、イオン伝導効率の妨げとなる微細なガ
スの発生は、著しく抑圧もしくは減少する。パラジウム
に代えて白金及びパラジウムと白金の合金においても同
様である。この関係は、第１表に示すように全く同一材
料、同一工程で製造された従来品Ａと本発明品Ｂ、Ｃの
２種類の１分後のリーケージ電流の比較を見ると５個の
平均値でパラジウムを0.4重量％コンデンサ紙に分散し
たものは何れも約1/2に減少していて、ガスの発生とリ
ーケージ電流とは通常相関関係にあることから、本発明
品は著しくガスの発生が抑止されていることが判る。

また、同様に電解コンデンサの製造の終期に電極箔の
損傷により化成膜の修復を目的として電極に直流電圧を
加える、いわゆるエージング作業が行われるが、この工
程においても第１図に示すように、本発明品Ｂ、Ｃは従
来品Ａに比較してエージング工程の初期に、若干大きな
電流が流れるが、短時間約15分を境にして本発明品は急
速に減少し、化成が急速に進み、何れもガス電流による
影響が大きく減少することを示している。

更に、本発明品の高調波歪特性について説明すれば、
第２図に示すように従来品Ａに対して本発明品Ｂは印加
電圧に対して発生する第３次高調波歪の量は著しく減少
していることが判る。

さらに、通常のコンデンサ紙に対して、あらかじめ４
重量％のグラファイト微粒子を分散結着して構成したジ
ェルマックス社電解コンデンサ商品名「Black Gata」に
使用されるコンデンサ紙に、0.4重量％のパラジウム微
粒子を分散結着した本発明品Ｃは、更に発生する歪量は
減少し、最良の歪特性となった。

これら本発明品Ｂ、Ｃをオーデイオ増幅器に実装した
ところ、著しい音質の向上が認められ、また、テレビ受
像機に実装したところ画質は著しく向上し、色調はすべ
て鮮明に改善された。また、CDプレーヤのデジタル回路
に使用したところ、デジタル信号の位相変化が激減し、
極めて高品位の再生出力が得られた。また、本発明に係
る16V470μＦの電解コンデンサをスイッチング周波数10
0kHzのスイッチング電源装置の出力平滑用10V2200μＦ
の代わりの置換えたところ第２表に示すように、出力リ
ップルノイズ38mVより4.8mVに低減された。この種スイ
ッチング電源はコンピュータなどの情報機器に広く利用
されているが、出力直流電圧が低いためコンデンサの機
能は低く出力リップルノイズが何れも数10mVと大で、こ
の電源を利用する電子機器は勿論、共通の電力線を使用
する他の各種電子機器にも影響を与えるため大きな問題
となっていたが、本発明に係る電解コンデンサは容量が
使用値の1/4の値にもかかわらずリップルノイズの値
は、逆に激減した。このような低いレベルに低減された
のは、殆ど例がなく、大きな成果である。

更に、容量を適正値に近い値に増大すれば、当然、更
にリップルノイズ値は低減され、リップルノイズのため
利用が不可能であった低雑音電子機器の電源用に広く利
用することが可能となる。また、この電源に使用した電
解コンデンサＢと、同等規格の従来品との寿命試験結果
を第３図に示す。本発明品は同一条件で製造された従来
品に比較して、約３倍以上の時間・等価直列抵抗（E.S.
R.）が維持され、有効機能は保たれる。従って、寿命は
少なくとも３倍以上確保され、コンデンサ内部の水素ガ
スの発生による電解液の枯渇が大幅に改善されているこ
とが確かめられた。

本発明の実施例で実験に使用されたコンデンサ紙はパ
ラジウム微粒子が0.4重量％結着されたものを示した
が、0.1重量％以上１重量％未満では同等の効果が期待
できる。この範囲を外れ0.1重量％未満ではガス発生抑
止の効果が十分ではない。また、１重量％以下ではほと
んどイオンの流通に支障はないが、１重量％を超えると
微粒子相互が連接してイオンの流通に影響が生じ、等価
直列抵抗の増加が認められるので、0.1重量％乃至１重
量％の範囲の微粒子に選定することが望ましい。白金も
パラジウムと同等の範囲の微粒子を結着することによっ
て本発明の効果を期待することができる。白金は水素ガ
スに対する還元作用はパラジウムより強く、本発明の作
用効果は大となるが、価格がパラジウムの３倍と高価な
欠点がある。パラジウムと白金両者の合金微粒子は双方
の含有の程度により作用効果は両者の中間となる。何れ
の微粒子も内部の電解質には侵されず、かつ、電極に対
し特別な電位をもつことはない。また、電磁も有しない
ので、コンデンサを通過する交流信号電流に対して何等
の悪影響を与えることはない。

なお、本発明の実施に当たり、0.5乃至７重量％のグ
ラファイト微粒子の存在は、歪の故に好ましい。かかる
グラファイト微粒子を予め添加したコンデンサ紙にパラ
ジウムまたは白金の微粒子を分散結着させてもよいが、
両者を同時にコンデンサ紙に分散結着させてもよい。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面によって説明すれば、第４図に
おいて１対のアルミ箔よりなる電極箔11−１、11−２
と、その電極箔の少なくとも一方の電極箔11−１の表面
に設けた化成膜（図示せず）と、上記１対の電極箔相互
間に設けられた天然繊維を主成分とする例えばマニラ紙
等のイオン透過性コンデンサ紙12−１、12−２よりな
り、このコンデンサ紙には硼酸やアジピン酸等の電解質
をエチレングリコールまたはジメチルホルムアミド等の
溶媒に溶解した液状の電解質が含浸され重ね合わせて巻
き込み電解コンデンサを構成せしめる。また、それぞれ
の電極箔にはリード端子13−１、13−２が溶接等により
取付けられている。

前記コンデンサ紙12−１、12−２には本発明において
はコンデンサ紙に対して0.1重量％乃至１重量％ののパ
ラジウムまたは白金もしくは両者の合金よりなり、水素
に対して還元性を有する微粒子がほぼ均等にコンデンサ
紙に分散結着されているものである。

先ず、パラジウムについて説明すれば、硝酸パラジウ
ム水溶液中に酒石酸またはロッシェル塩を加え、これを
コンデンサ紙に含浸塗工するものである。コンデンサ紙
に対して硝酸パラジウムの重量を予め規正しておけば、
酒石酸の還元作用によって微粒子状のパラジウムが紙の
繊維の内外に析出して結着する。

次いで、塗工を施したコンデンサ紙を純水洗浄を行
い、硝酸根を除去し乾燥すると、本発明に係る電解コン
デンサのコンデンサ紙は完成する。

若干の残留酸成分はコンデンサの性能には殆ど影響を
与えない。分散した微粒子は繊維に強固に結着し、外部
の振動によって移動することはない。白金の場合も同様
にクロロ白金酸の溶液中に酒石酸またはロッシェル塩を
加え、同様な工程によって含浸塗工を施してコンデンサ
紙に対しパラジウム同様白金微粒子をコンデンサ紙の内
外面に結着させる。これを純水洗浄を行って乾燥すれ
ば、パラジウム同様本発明の電解コンデンサのコンデン
サ紙は完成する。

パラジウムと白金の合金微粒子についても同様な方法
でコンデンサ紙に分散結着することができる。

第５図は、第４図の実施例Ａ−Ａ′線で截断して示す
断面図で、１対のアルミ箔よりなる電極箔11−１、11−
２と、その電極箔の少なくとも一方に設けた化成膜14
と、前記電極箔相互間に設けられたイオン透過性のコン
デンサ紙12−１、12−２よりなり、このコンデンサ紙に
は電解質が含浸されている。そして、コンデンサ紙を構
成する繊維には前記したコンデンサ紙に対して0.1重量
％乃至１重量％のパラジウムまたは白金もしくは両者の
合金よりなり水素に対して還元性を有する微粒子がほぼ
均等にコンデンサ紙に分散結着されて構成される。

また、コンデンサ紙に対して予めもしくはパラジウム
等と同時に0.5重量％乃至７重量％のグラファイト微粒
子を分散結着したものに前記した工程に従って、更にパ
ラジウムまたは白金もしくは還元性を有する微粒子をほ
ぼ均等に分散結着すれば、本発明に係る超低雑音の電解
コンデンサ紙を提供することができる。

〔発明の効果〕

本発明による電解コンデンサは、前述したとおり動作
中に内部に発生するガスをコンデンサ紙に結着した触媒
活性のある微粒子により、コンデンサ中に存在する酸素
と速やかに酸化還元反応により消滅させ、再び電解質に
戻して循環させるため、ガス発生によってイオン伝導効
率が損なわれることがなく、従来のものに比較して電解
コンデンサの機能を著しく高め、低雑音になるから使用
した電子機器を高能率、低雑音化し、信号対雑音比（S/
N）を高め高品質にできる利点がある。また短寿命であ
った電解コンデンサの原因を排除して遥かに長寿命にで
きるから、電子機器の機能も長寿命にすることができる
利益がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明及び従来の電解コンデンサのエージング
工程中における電流の変化を示す曲線図、第２図は本発
明及び従来の電解コンデンサの印加電圧と第３次高調波
歪の関係を示す特性曲線図、第３図は本発明及び従来の
電解コンデンサの寿命試験特性を示す曲線図、第４図は
本発明の実施例に係る電解コンデンサを一部展開して示
す図、第５図は第４図の実施例をＡ−Ａ′線で截断して
示す断面図である。 11−１、11−2:電極箔、12−１、12−2:イオン透過性コ
ンデンサ紙、13−１、13−2:リード端子、14:化成膜。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１対の電極箔と、この箔の少なくとも一方
   の電極箔の表面に設けた化成膜と、上記１対の電極箔の
   相互間に設けられたイオン透過性コンデンサ紙と、この
   コンデンサ紙に含浸された電解質よりなり、上記コンデ
   ンサ紙に対して0.1乃至１重量％のパラジウムまたは白
   金もしくは両者の合金よりなる微粒子がほぼ均等にコン
   デンサ紙に分散結着されていることを特徴とする電解コ
   ンデンサ。
2. 【請求項２】上記コンデンサ紙として、コンデンサ紙に
   対して0.5乃至７重量％のグラファイト微粒子が前記パ
   ラジウムまたは白金もしくは両者の合金よりなる微粒子
   とともに分散結着されていることを特徴とする電解コン
   デンサ。