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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Aluminium-Elektrolyt-Kondensator
und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Wenn
ein Aluminium-Elektrolyt-Kondensator in einer bei hoher Temperatur
gehaltenen Atmosphäre
ohne Ladung belassen wird, sinkt dessen Kapazität, und Gas wird gebildet, was
den Innendruck erhöht,
und dies führt
zu einem Austreten von Flüssigkeit.
Dieses Phänomen
wird hervorgerufen durch eine Korrosion einer aus Aluminium hergestellten
Kathoden-Folie und wird noch auffälliger in einem System, bei
dem Wasser einem Elektrolyten zugesetzt wird. Weiter wird in dem
Fall, in dem ein Aluminium-Elektrolyt-Kondensator bei einer hohen Temperatur
unter Anlegen einer Spannung belassen wird, ein Anoden-Anschluss,
der aus Aluminium hergestellt wurde, einem elektrolytischen Ätzen unterzogen, was
möglicherweise
zu einem Abschalten führt.
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Als
Verfahren zum Verhindern einer derartigen Korrosion von Aluminium
ist herkömmlicherweise
ein Verfahren zum Behandeln der Oberfläche von Aluminium mit Phosphorsäure unter
Bildung eines Überzugs
aus Aluminiumphosphat bekannt (siehe die Druckschrift JP-A 62-17,185
(1987)). Entsprechend diesem Verfahren wird durch vorheriges Ausbilden
eines Überzugs
aus Aluminiumphosphat eine Korrosionsreaktion (Al → Al3+ + 3e–) verhindert.
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Jedoch
kann selbst dann, wenn eine solche Behandlung durchgeführt wird,
eine Korrosion nicht in ausreichender Weise verhindert werden. Insbesondere
tritt in dem Fall, in dem der Feuehtigkeitsgehalt eines Elektrolyten
erhöht
wird, Korrosion mit hoher Wahrscheinlichkeit auf.
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Daher
ist es – unter
Berücksichtigung
des Vorhergesagten – eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aluminium-Elektrolyt-Kondensator
mit hoher Zuverlässigkeit
und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen.
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Um
die oben genannte Aufgabe zu lösen,
ist der Aluminium-Elektrolyt-Kondensator der vorliegenden Erfindung
durch die Merkmale von Anspruch 1 definiert. Er schließt ein: ein
Gehäuse,
ein Dichtungsmittel zum Abdichten des Gehäuses, einen Separator, eine
Kathode, eine Anode und einen Elektrolyten, der in dem Gehäuse dicht
eingeschlossen ist; und zwei Anschlüsse, die mit der Kathode bzw.
der Anode verbunden sind, worin die Kathode und die Anode eine Aluminium-Folie
einschließen,
die Anschlüsse aus
Aluminium hergestellt sind und eine feste Verbindung zum Konstant-Halten
des pH-Werts des
Elektrolyten weiter in dem Gehäuse
vorgesehen ist. Entsprechend dieser Konfiguration kann verhindert
werden, dass der pH-Wert des Elektrolyten zu stark sinkt, so dass
ein Aluminium-Elektrolyt-Kondensator mit hoher Zuverlässigkeit
erhalten werden kann.
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In
dem oben beschriebenen Aluminium-Elektrolyt-Kondensator können Löcher auf
einer Oberfläche
wenigstens einer Elektrode gebildet sein, die aus der Kathode und
aus der Anode gewählt
ist, und die feste Verbindung kann in den Löchern abgelegt sein. Gemäß dieser
Konfiguration kann insbesondere die Korrosion einer Elektrode verhindert werden.
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In
dem oben beschriebenen Aluminium-Elektrolyt-Kondensator kann die
feste Verbindung an dem Separator haften. Gemäß dieser Konfiguration kann
insbesondere eine Korrosion einer Elektrode verhindert werden.
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In
dem oben beschriebenen Aluminium-Elektrolyt-Kondensator kann die
feste Verbindung an einer Oberfläche
des Anschlusses haften. Gemäß dieser
Konfiguration kann insbesondere eine Korrosion eines Anschlusses
verhindert werden.
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In
dem oben genannten Aluminium-Elektrolyt-Kondensator enthält die feste
Verbindung ein Metall, und das Oxidationspotential EM,
bei dem sich das Metall in positive Ionen ändert, und das Oxidationspotential
EA, bei dem sich Aluminium in Aluminium-Ionen ändert, können der
folgenden Beziehung genügen:
EM ≤ EA.
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In
dem oben beschriebenen Aluminium-Elektrolyt-Kondensator kann die
feste Verbindung wenigstens eine Verbindung einschließen, die aus
der Gruppe gewählt
ist, die be steht aus einem Oxid von Yttrium, einem Hydroxid von
Yttrium, einem Oxid von Aluminium, einem Hydroxid von Aluminium, einem
Oxid von Scandium, einem Hydroxid von Scandium, einem Oxid von Lanthan,
einem Hydroxid von Lanthan, einem Oxid von Praseodym, einem Hydroxid
von Praseodym, einem Oxid von Neodym, einem Hydroxid von Neodym,
einem Oxid von Promethium, einem Hydroxid von Promethium, einem
Oxid von Cer, einem Hydroxid von Cer, einem Oxid von Gadolinium,
einem Hydroxid von Gadolinium, einem Oxid von Terbium, einem Hydroxid
von Terbium, einem Oxid von Dysprosium, einem Hydroxid von Dysprosium,
einem Oxid von Holmium, einem Hydroxid von Holmium, einem Oxid von
Erbium, einem Hydroxid von Erbium, einem Oxid von Thulium, einem
Hydroxid von Thulium, einem Oxid von Lutetium, einem Hydroxid von
Lutetium, einem Oxid von Beryllium und einem Hydroxid von Beryllium.
Gemäß dieser Konfiguration
kann ein Aluminium-Elektrolyt-Kondensator
mit besonders hoher Zuverlässigkeit
erhalten werden.
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Weiter
ist das erste Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminium-Elektrolyt-Kondensators,
der eine Kathode und eine Anode einschließt, das die Verfahrensschritte
umfasst, dass man (i) eine Aluminium-Folie, die auf einer Oberfläche davon
Löcher
gebildet aufweist, mit einer wässrigen
Lösung eines
Nitrats eines Metalls imprägniert;
und (ii) nach dem Verfahrensschritt (i) die Aluminium-Folie mit
einer alkalischen wässrigen
Lösung
unter Bildung eines Hydroxids des Metalls in den Löchern imprägniert und
dadurch wenigstens eine Elektrode ausbildet, die gewählt ist
aus der Kathode und der Anode, worin das Oxidationspotential EM, bei dem sich das Metall in positive Ionen ändert, und
das Oxidationspotential, EA, bei dem sich
das Aluminium in Aluminium-Ionen ändert, der folgenden Beziehung
genügen: EM ≤ EA. Entsprechend diesem Herstellungsverfahren
kann ein in hohem Maße
zuverlässiger
Elektrolyt-Kondensator hergestellt werden, bei dem es unwahrscheinlich
ist, dass eine Elektrode korrodiert.
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Gemäß dem oben
genannten ersten Herstellungsverfahren kann das Metall wenigstens
ein Metall einschließen,
das gewählt
ist aus der Gruppe, die besteht aus Yttrium, Aluminium, Scandium,
Lanthan, Praseodym, Neodym, Promethium, Cer, Gadolinium, Terbium,
Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Lutetium und Beryllium.
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Gemäß dem oben
genannten ersten Herstellungsverfahren liegt der pH-Wert der alkalischen wässrigen
Lösung
in einem Bereich von 8 bis 12.
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Weiter
ist ein zweites Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminium-Elektrolyt-Kondensators,
der eine Kathode und eine Anode einschließt, das die Verfahrensschritte
umfasst, dass man (I) eine Aluminium-Folie, die auf einer Oberfläche davon
Löcher
gebildet aufweist, mit einer wässrigen
Lösung eins
Nitrats eines Metalls imprägniert;
und (II) nach dem Verfahrensschritt (I) die Aluminium-Folie unter Bildung
eines Oxids des Metalls in den Löchern
hitzebehandelt und dadurch wenigstens eine Elektrode ausbildet,
die aus der Kathode und der Anode gewählt ist, worin das Oxidationspotential
EM, bei dem sich das Metall in positive
Ionen ändert,
und das Oxidationspotential EA, bei dem
sich Aluminium in Aluminium-Ionen ändert, der folgenden Beziehung
genügen:
EM ≤ EA.
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Gemäß diesem
Herstellungsverfahren kann ein in hohem Maße zuverlässiger Elektrolyt-Kondensator hergestellt
werden, bei dem es unwahrscheinlich ist, dass die Elektrode korrodiert.
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Entsprechend
dem oben genannten zweiten Herstellungsverfahren kann das Metall
wenigstens ein Metall einschließen,
das gewählt
ist aus der Gruppe, die besteht aus Yttrium, Aluminium, Scandium, Lanthan,
Praseodym, Neodym, Promethium, Cer, Gadolinium, Terbium, Dysprosium,
Holmium, Erbium, Thulium, Lutetium und Beryllium.
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Diese
und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten
in diesem technischen Bereich offenbar bei Lesen und Verstehen der
folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren.
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die einen beispielhaften Aluminium-Elektrolyt-Kondensator gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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2 ist
eine teilweise explodierte perspektivische Ansicht des Aluminium-Elektrolyt-Kondensators,
wie er in 1 gezeigt ist.
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3 ist
eine Querschnittsansicht, die eine beispielhafte Kathoden-Folie
des Aluminium-Elektrolyt-Kondensators der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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4 ist
eine Querschnittsansicht, die einen beispielhaften Separator des
Aluminium-Elektrolyt-Kondensators
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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5 ist
eine Querschnittsansicht, die einen beispielhaften Anschluss des
Aluminium-Elektrolyt-Kondensators
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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6 ist
eine Querschnittsansicht, die ein beispielhaftes Dichtungsmittel
des Aluminium-Elektrolyt-Kondensators der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Die 7A und 7B zeigen
Verfahrensschritte eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung
eines Aluminium-Elektrolyt-Kondensators gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung anhand veranschaulichender Ausführungsformen unter
Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es sollte angemerkt sein,
dass die folgenden Ausführungsformen
für veranschaulichende
Zwecke beschrieben werden und dass die vorliegende Erfindung nicht
auf diese beschränkt
ist.
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Ausführungsform 1
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In
der Ausführungsform
1 wird ein Aluminium-Elektrolyt-Kondensator der vorliegenden Erfindung
beschrieben.
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Zuerst
wird ein Mechanismus beschrieben, bei dem eine Korrosion einer Elektrode
und eines Anschlusses in dem Aluminium-Elektrolyt-Kondensator abläuft.
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Wenn
der Aluminium-Elektrolyt-Kondensator ohne die Anlegung einer Spannung
belassen wird, korrodiert hauptsächlich
eine Kathode. Die Korrosion einer Kathode tritt auf aufgrund des
Batterieeffekts auf der Basis einer Nicht-Einheitlichkeit der Sauerstoff-Konzentration
in einem Elektrolyten, wie dies nachfolgend beschrieben wird. Ein
Kondensator-Element des Aluminium-Elektrolyt-Kondensators besteht
typischerweise aus einer Anode, die aus einer Aluminium-Folie hergestellt
ist, einer Kathode, die aus einer Aluminium-Folie hergestellt ist,
und einem Separator. Die Anode und die Kathode werden eng in Form
einer Spule aufgewickelt, wobei ein Separator zwischen diesen angeordnet
ist. Die Konzentration an gelöstem
Sauerstoff in dem Elektrolyten ist unterschiedlich im Bereich eines äußeren Umfangs-Abschnitts
und eines zentralen Abschnitts der Spule, so dass dadurch eine Potential-Differenz
hervorgerufen wird. Folglich korrodiert eine Elektrode (insbesondere
eine Kathode) im zentralen Bereich der Spule aufgrund des Batterieeffekts.
Weiter wird wegen dieser Korrosion eine chemische Reaktion (Al3+ + H2O → Al(OH)2+ + H+) im zentralen
Abschnitt des Kondensator-Elements
bewirkt. Daher wird der pH-Wert des Eletrolyten auf die saure Seite
verschoben, was weiter die Korrosion beschleunigt. Um eine solche
Korrosion einer Elektrode zu verhindern, ist es am meisten effektiv,
steigende Mengen von H+ zu neutralisieren.
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Weiter
wird es dann, wenn eine Spannung an dem Aluminium-Elektrolyt-Kondensator
angelegt wird, wahrscheinlich, dass hauptsächlich ein Anoden-Anschluss
korrodiert. Die Korrosion eines Anoden-Anschlusses tritt aufgrund
des oben beschriebenen elektrolytischen Ätzens auf. In dem Aluminium-Elektrolyt-Kondensator
sinkt die darin enthaltene Elektrolytmenge aufgrund von Verdampfung
mit Ablauf von Zeit. Dabei verliert der Elektrolyt, der an der Oberfläche des
Anoden-Anschlusses in einem Fall haftet, schrittweise seine Puffer-Eigenschaften
bei der Verdampfung, so dass es wahrscheinlich ist, dass die Anode
korrodiert. Sobald einmal die Korrosion auftritt, wird weiter H+ konzentrationsmäßig angereichert, was die Korrosion
in einem Korrosionsloch beschleu nigt. Es ist auch wirksam, erhöhende Konzentrationsmengen
an H+ im Hinblick auf die Korrosion des
Anoden-Anschlusses zu neutralisieren, und zwar in derselben Weise
wie bei Korrosion einer Kathoden-Folie.
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1 zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Aluminium-Elektrolyt-Kondensators 10 gemäß Ausführungsform
1, der die oben beschriebene Korrosion unterdrücken kann.
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Es
wird nun auf 1 Bezug genommen. Der Aluminium-Elektrolyt-Kondensator 10 schließt ein:
ein Gehäuse 12,
das mit einem Dichtungsmittel 11 abgedichtet ist, ein Kondensator-Element 13,
das in dem Gehäuse 12 eingeschlossen
ist, und einen Elektrolyten (nicht gezeigt). 2 zeigt
schematisch eine perspektivische Explosionsansicht des Kondensators 13.
Das Kondensator-Element 13 schließt ein: einen Separator 14,
eine Anode (Anoden-Folie) 15 und eine Kathode (Kathoden-Folie) 16,
die so angeordnet sind, dass sie den Separator 14 zwischen
sich anordnen, und einen Anoden-Anschluss 17,
der mit der Anode 15 verbunden ist, und einen Kathoden-Anschluss 18,
der mit der Kathode 16 verbunden ist. Nachfolgend werden
die Anode 15 und die Kathode 16 gemeinsam als „Elektroden-Folie" in Bezug genommen,
und der Anoden-Anschluss 17 und
der Kathoden-Anschluss 18 können gemeinsam als „Anschluss" in Bezug genommen
werden. Der Separator 14, die Anode 15 und die
Kathode 16 sind aufgewickelt und in dem Gehäuse 12 dicht
eingeschlossen. Der Elektrolyt wird hauptsächlich von dem Separator 14 gehalten.
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Das
Dichtungsmittel 11 ist beispielsweise aus Kautschuk oder
einem Harz hergestellt. Als Elektrolyt kann beispielsweise ein Elektrolyt
verwendet werden, wie er allgemein in einem Aluminium-Elektrolyt-Kondensator
verwendet wird. Beispielsweise kann ein Elektrolyt verwendet werden,
der Ethylenglycol enthält.
Noch spezieller kann ein Elektrolyt verwendet werden, der Wasser,
Ethylenglycol und ein Lösungsmittel
wie beispielsweise Ammoniumadipat enthält. Der Elektrolyt enthält einen
Korrosionsinhibitor, wenn dies erforderlich ist. Der anfängliche pH-Wert
des Elektrolyten beträgt
beispielsweise etwa 5 bis 7. Insbesondere enthält der Elektrolyt vorzugsweise
30 Massen-% bis 60 Massen-% Wasser. Entsprechend dieser Konfiguration
wird ein Aluminium-Elektrolyt-Kondensator
erhalten, der einen besonders niedrigen Wert des Äquivalent-Reihen-Widerstandes
(equivalent series resistance; nachfolgend bezeichnet als „ESR") aufweist.
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Als
Separator 14 kann Elektrolyt-Papier, wie es allgemein in
einem Aluminium-Elektrolyt-Kondensator
verwendet wird, beispielsweise Manila-Papier, verwendet werden.
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Als
Anode 15 und Kathode 16 kann eine Aluminium-Folie,
wie sie allgemein in einem Aluminium-Elektrolyt-Kondensator verwendet
wird, verwendet werden. Weiter kann als Anoden-Anschluss 17 und
Kathoden-Anschluss 18 ein Aluminium-Anschluss verwendet
werden, wie er allgemein in einem Elektrolyt-Kondensator verwendet
wird.
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Der
Aluminium-Elektrolyt-Kondensator 10 enthält weiter
eine fest Verbindung (die nachfolgend als „feste Verbindung A" in Bezug genommen
werden kann), um den pH-Wert
des Elektrolyten in dem Gehäuse 12 konstant
zu halten. Noch spezieller wird in dem Aluminium-Elektrolyt-Kondensator 10 eine
feste Verbindung A auf der Oberfläche oder einem inneren Abschnitt
von wenigstens einem Aufbau-Element angeordnet, das gewählt ist
aus der Gruppe, die besteht aus einer Elektroden-Folie, einem Separator,
einem Anschluss und einem Dichtungsmittel. Die feste Verbindung
A kann in dem Elektrolyten dispergiert sein.
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Wenn
die feste Verbindung A in einem festen Zustand in einer wässrigen
Lösung
(Elektrolyt) dispergiert ist, fungiert die feste Verbindung A in
der Weise, dass sie den pH-Wert der wässrigen Lösung konstant hält. Noch
spezieller fungiert die feste Verbindung A als ein Puffer.
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Als
feste Verbindung A können
diejenigen Verbindungen verwendet werden, die ein Metall enthalten
und den folgenden drei Bedingungen genügen. Als erste Bedingung ist
es erforderlich, dass eine Verbindung in einem Elektrolyten in gewissem Umfang
stabil bleiben kann. Als zweite Bedingung ist erforderlich, dass
eine Verbindung ein Metall enthält (das
nachfolgend als „Metall
M" in Bezug genommen werden
kann), bei dem das Oxidationspotential EM, bei
dem sich das Metall in positive Ionen ändert, gleich ist mit oder
niedriger ist als das Oxidationspotential EA,
bei dem sich Aluminium in Aluminium-Ionen ändert. Noch spezieller genügen das
Oxidationspotential EM, bei dem sich das
Metall M in positive Ionen ändert,
und das Oxidationspotential EA der Bedingung:
EM ≤ EA (vorzugsweise EM < EA).
Als dritte Bedingung ist es erforderlich, dass eine Verbindung H+ in einem Elektrolyten neutralisiert.
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Beispiele
der festen Verbindung A, die den oben genannten Bedingungen genügen, schließen Yttriumoxid
und Yttriumhydroxid ein. Wenn der Versuch auftritt, dass der pH-Wert
eines Elektrolyten zur sauren Seite verschoben wird, ändert sich
Yttriumoxid selbst in Yttrium-Ionen, die in einer wässrigen
Lösung
gelöst
werden sollen, wodurch der pH-Wert konstant gehalten wird (Y2O3 + 6H+ → 2Y3+ + 3H2O). Yttriumhydroxid
hat auch eine ähnliche
Funktionsweise (Y(OH)3 + 3H+ → Y3+ + 3H2O). In dem
Aluminium-Elektrolyt-Kondensator 10 kann durch Gebrauchmachen
von einer derartigen Eigenschaft der festen Verbindung A der pH-Wert
des Elektrolyten konstant gehalten und so eine Korrosion unterdrückt werden.
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Als
feste Verbindung A können
andere Verbindungen als Yttriumoxid und Yttriumhydroxid verwendet
werden, so lange sie den oben genannten Bedingungen genügen. Speziell
ist es bevorzugt, dass die feste Verbindung A wenigstens eine Verbindung
einschließt,
die gewählt
ist aus der Gruppe, die besteht aus einem Oxid von Yttrium, einem
Hydroxid von Yttrium, einem Oxid von Aluminium, einem Hydroxid von
Aluminium, einem Oxid von Scandium, einem Hydroxid von Scandium,
einem Oxid von Lanthan, einem Hydroxid von Lanthan, einem Oxid von Praseodym,
einem Hydroxid von Praseodym, einem Oxid von Neodym, einem Hydroxid
von Neodym, einem Oxid von Promethium, einem Hydroxid von Promethium,
einem Oxid von Cer, einem Hydroxid von Cer, einem Oxid von Gadolinium,
einem Hydroxid von Gadolinium, einem Oxid von Terbium, einem Hydroxid
von Terbium, einem Oxid von Dysprosium, einem Hydroxid von Dysprosium,
einem Oxid von Holmium, einem Hydroxid von Holmium, einem Oxid von Erbium,
einem Hydroxid von Erbium, einem Oxid von Thulium, einem Hydroxid
von Thulium, einem Oxid von Lutetium, einem Hydroxid von Lutetium,
einem Oxid von Beryllium und einem Hydroxid von Beryllium. Mit anderen
Worten: Als Metall M kann wenigstens ein Metall gewählt werden,
das gewählt
ist aus der Gruppe, die besteht aus Yttrium, Aluminium, Scandium,
Lanthan, Praseodym, Neodym, Promethium, Cer, Gadolinium, Terbium,
Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Lutetium und Beryllium. Weiter können andere
Verbindungen als feste Verbindung A verwendet werden, so lange sie
die Eigenschaft aufweisen, die ähnlich
denjenigen der oben genannten Verbindungen ist. Von den oben genannten
festen Verbindungen ist Yttriumoxid oder Yttriumhydroxid besonders
bevorzugt, da sie sich in Ionen verändern, die mit einer relativ
hohen Geschwindigkeit gelöst werden.
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Nachfolgend
werden die Fälle
einer nach dem anderen beschrieben, in denen die feste Verbindung
A einer Kathode, einem Separator, einem Anschluss oder einem Dichtungsmittel
zugesetzt wird. Der Aluminium-Elektrolyt-Kondensator 10 schließt wenigstens
ein Bauelement ein, das gewählt
ist aus der Gruppe, die besteht aus einer Elektrode, einem Separator,
einem Anschluss und einem Dichtungsmittel, wie es nachfolgend beschrieben
wird.
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Kathode
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Als
Kathode 16 ist es bevorzugt, eine Aluminium-Folie zu verwenden,
in der Löcher
auf der Oberfläche
gebildet sind, und die feste Verbindung A wird in den Löchern abgelegt. 3 zeigt
schematisch eine Querschnitts-Ansicht einer Aluminium-Folie 31 mit
einer solchen Konfiguration. Die Aluminium-Folie 31 weist
Löcher 31a auf
einer Oberfläche 31s auf. Die
feste Verbindung A wird in den Löchern 31a abgelegt.
Eine Aluminium-Folie, die ähnlich
derjenigen der Kathode 16 ist, kann für die Anode 15 verwendet werden.
Noch spezieller kann es möglich
sein, dass Löcher
auf der Oberfläche
wenigstens einer Elektrode gebildet sind, die gewählt ist
aus der Anode 15 und der Kathode 16, und die feste
Verbindung A ist in den Löchern
abgelegt.
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Nachfolgend
wird ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer Kathoden-Folie
beschrieben, und zwar in dem Fall, in dem die feste Verbindung A
Yttriumhydroxid ist. Zuerst wird eine Aluminium-Folie mit Löchern, die
auf der Oberfläche
gebildet sind, hergestellt. Die Löcher auf der Oberfläche der Aluminium-Folie
können
beispielsweise gebildet werden durch elektrolytisches Ätzen oder
chemisches Ätzen.
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Als
nächstes
werden durch Imprägnieren
der Aluminium-Folie mit einer wässrigen
Yttriumnitrat-Lösung
die Löcher
der Aluminium-Folie mit der wässrigen
Yttriumnitrat-Lösung imprägniert.
Danach wird die Aluminium-Folie mit einer wässrigen Natriumhydroxid-Lösung imprägniert,
wodurch es möglich
gemacht wird, dass Yttriumhydroxid an den Löchern haftet. Zu diesem Zeitpunkt
kann der pH-Wert der wässrigen
Natriumhydroxid-Lösung 8 oder
höher sein.
Aluminium hat die Eigenschaft, in der wässrigen alkalischen Lösung gelöst zu werden,
so dass die Aluminium-Folie vorzugsweise mit einer wässrigen alkalischen
Lösung
behandelt wird, deren pH-Wert so nahe wie möglich dem Neutralpunkt ist.
Noch spezieller liegt der pH-Wert der wässrigen alkalischen Lösung vorzugsweise
in einem Bereich von 8 bis 12. Weiter beschädigt auch eine Behandlung bei
einer hohen Temperatur für
eine lange Zeit eine Aluminium-Folie,
so dass die Behandlung bei einer niedrigen Temperatur vorzugsweise
für eine
kurze Zeitdauer durchgeführt
wird.
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Als
nächstes
wird der Fall beschrieben, in dem die feste Verbindung A Yttriumoxid
ist. Zuerst werden durch Imprägnieren
einer Aluminium-Folie mit einer wässrigen Yttriumnitrat-Lösung die
Löcher der
Aluminium-Folie mit der wässrigen
Yttriumnitrat-Lösung
imprägniert.
Danach wird die Aluminium-Folie in der Weise hitzebehandelt, dass
sich Yttriumnitrat thermisch zersetzt, wodurch ermöglicht wird,
dass Yttriumoxid an den Löchern
haftet. Die Hitzebehandlung kann durchgeführt werden beispielsweise in
einer Atmosphäre
bei 500°C
für die
Zeit von 10 Minuten.
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Selbst
in dem Fall, in dem die feste Verbindung A ein Hydroxid oder Oxid
eines von Yttrium verschiedenen Metalls ist, kann die feste Verbindung
A durch dasselbe Verfahren hergestellt werden.
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Separator
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Als
Separator 14 ist es bevorzugt, einen Separator zu verwenden,
an dessen Oberfläche
die feste Verbindung A haftet. 4 zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht des Separators 41 mit
einer derartigen Konfiguration. Die feste Verbindung A haftet an
einer Oberfläche 41s des
Separators 41.
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Der
Separator, an dessen Oberfläche
die feste Verbindung A haftet, kann erhalten werden durch Reiben
eines Pulvers der festen Verbindung A (z. B. Yttriumoxid) direkt
in einen Separator. Als Separator kann Elektrolyt-Papier (z. B.
Manila-Papier), wie es allgemein in dem Aluminium-Elektrolyt-Kondensator
verwendet wird, verwendet werden.
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Als
Pulver der festen Verbindung A (z. B. Yttriumoxid) kann im Handel
erhältliches
Pulver verwendet werden, wie es ist. Es ist jedoch bevorzugt, dass
im Handel erhältliches
Pulver in einem Mörser gemahlen
wird, um die Teilchengröße zu verringern. Durch
Verringern der Teilchengröße wird
die Haftung des Pulvers an dem Separator verbessert, und das Pulver
kann in einfacher Weise ionisiert werden, wenn es als feste Verbindung
fungiert. Noch spezieller ist die mittlere Teilchengröße des Pulvers
vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 100 μm.
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Anschluss
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Als
Anschluss (insbesondere als Anoden-Anschluss 17) ist es
bevorzugt, einen Anschluss zu verwenden, an dessen Oberfläche die
feste Verbindung A haftet. 5 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Anschlusses 51 mit einer
derartigen Konfiguration. Der Anschluss 51 ist hergestellt
aus stabförmigem
Aluminium und schließt
einen Abschnitt 51a ein, um den herum Elektroden-Folien
gewickelt werden, und einen Abschnitt 51b, der in einem Durchlass-Loch
eines Dichtungsmittels angeordnet ist. Die feste Verbindung A haftet
an der Oberfläche des
Abschnitts 51b.
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In
dem Fall, in dem Yttriumhydroxid oder Yttriumoxid als feste Verbindung
A verwendet wird, kann ein Anschluss mit daran haftender fester
Verbindung A durch dasselbe Verfahren hergestellt werden wie dasjenige
zur Herstellung der Kathoden-Folie.
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Als
Anschluss, bei dem es möglich
ist, dass die feste Verbindung A daran haftet, kann ein Aluminium-Anschluss,
wie er allgemein in dem Aluminium-Elektrolyt-Kondensator verwendet
wird, verwendet werden.
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Dichtungsmittel
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Als
Dichtungsmittel 11 ist es bevorzugt ein Dichtungsmittel
zu verwenden, das die feste Verbindung A enthält. Noch mehr spezifisch ist
es bevorzugt, dass das Dichtungsmittel 11 aus einem Kautschuk
oder einem Harz hergestellt ist, dem die feste Verbindung A zugesetzt
wurde. 6 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines
Dichtungsmittels 61 mit einer derartigen Konfiguration.
Das Dichtungsmittel 61 hat die Form einer Scheibe, in die
zwei Durchgangslöcher 61h für das Einsetzen
von Anschlüssen
gebildet sind. Die feste Verbindung A ist an der Innenseite des
Dichtungsmittels 61 zugesetzt.
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Als
Material für
Kautschuk kann beispielsweise verwendet werden ein Butylkautschuk-Polymer, das ein
Copolymer ist aus Isobutylen, Isopren und Divinylbenzol. Das Pulver
der festen Verbindung A kann zugesetzt werden zusammen mit anderen Materialien
im Verlauf der Herstellung des Kautschuks, der ein Material für das Dichtungsmittel
sein soll. Es ist bevorzugt, dass das Pulver der festen Verbindung
A, das zugesetzt werden soll, eine mittlere Teilchengröße im Bereich
von 1 bis 100 μm
aufweist.
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Der
Aluminium-Elektrolyt-Kondensator 10 enthält die feste
Verbindung A, die die Funktion hat, den pH-Wert eines Elektrolyten
konstant zu halten. Daher kann ein Sinken der Kapazität aufgrund
der Korrosion einer Elektrode (insbesondere einer Kathode) verhindert
werden, und eine Gasbildung während
der Zeit, während
der der Kondensator ohne Ladung belassen wird, kann auch verhindert
werden. So kann eine hohe Zuver lässigkeit
in dem Aluminium-Elektrolyt-Kondensator 10 erreicht werden.
Weiter kann im Vergleich mit einem herkömmlichen Aluminium-Elektrolyt-Kondensator
unter denselben die Lebensdauer bestimmenden Bedingungen der Aluminium-Elektrolyt-Kondensator 10 Gebrauch
von einem Elektrolyten machen, der eine große Menge an Feuchtigkeit enthält und eine
hohe Leitfähigkeit
aufweist, so dass die ESR weiter gesenkt werden kann. Darüber hinaus
wird bei Verwendung eines Anschlusses oder eines Dichtungsmittels
mit der festen Verbindung A, die diesen zugesetzt wird, ein Kondensator
erhalten, in dem ein Abschalten eines Anschlusses nur sehr unwahrscheinlich
auftritt.
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Ausführungsform 2
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In
Ausführungsform
2 wird ein erstes Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Herstellen
eines Aluminium-Elektrolyt-Kondensators beschrieben.
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Die 7A und 7B sind
Querschnittsansichten, die Verfahrensschritte des Herstellungsverfahrens
von Ausführungsform
2 veranschaulichen. Entsprechend dem Herstellungsverfahren wird zuerst – wie in 7A gezeigt
ist – eine
Aluminium-Folie 71, auf deren Oberfläche Löcher gebildet wurden (siehe 3),
mit einer wässrigen
Lösung 72 eines
Nitrats eines Metalls imprägniert
(Verfahrensschritt (i)). Während
dieses Verfahrensschritts werden die Löcher der Aluminium-Folie 71 mit
der wässrigen
Lösung 72 gefüllt. Als
wässrige
Lösung 72 kann eine
wässrige
Lösung
eines Nitrats des Metalls M verwendet werden, wie es in Ausführungsform
1 beschrieben ist. Noch spezieller ist es möglich, eine wässrige Lösung eines
Nitrats zu verwenden, die wenigstens ein Metall enthält, das
gewählt
ist aus der Gruppe, die besteht aus Yttrium, Aluminium, Scandium,
Lanthan, Praseodym, Neodym, Promethium, Cer, Gadolinium, Terbium,
Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Lutetium und Beryllium. Die
Konzentration eines Nitrats in der wässrigen Lösung 72 liegt beispielsweise
im Bereich von 0,05 bis 0,5 Mol/l.
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Danach
wird – wie
in 7B gezeigt ist – die Aluminium-Folie 71 mit
einer wässrigen
alkalischen Lösung 73 imprägniert,
wobei ein Hydroxid des Metalls M in den Lö chern gebildet wird (Verfahrensschritt
(ii)). Die Aluminium-Folie 71, in der ein Hydroxid des
Metalls M (Verbindung A) in den Löchern gebildet wurde, wird
erhalten. Die Aluminium-Folie 71 wird verwendet als wenigstens
eine Elektrode, die gewählt
ist aus einer Kathode und einer Anode. Wenn sie als Kathode verwendet
wird, hat die Aluminium-Folie 71 besonders zufriedenstellende
Wirkungen.
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Ein
Aluminium-Elektrolyt-Kondensator wird hergestellt durch dieselben
Verfahrensschritte wie diejenigen eines üblichen Herstellungsverfahrens, mit
der Ausnahme des oben beschriebenen Verfahrens zur Herstellung einer
Elektrode. Noch spezieller werden eine Anoden-Folie und eine Kathoden-Folie mit
einem Anoden-Anschluss bzw. einem Kathoden-Anschluss verbunden.
Anschließend
werden die Anoden-Folie und die Kathoden-Folie in Spulenform mit
einem zwischen ihnen angeordneten Separator unter Bildung eines
Kondensator-Elements aufgewickelt, und der Separator wird mit einem
Elektrolyten imprägniert.
Danach wird das Kondensator-Element in ein Gehäuse eingesetzt, und das Gehäuse wird
mit einem Dichtungsmittel verschlossen. So wird ein Alurninium-Elektrolyt-Kondensator
hergestellt. Entsprechend dem Herstellungsverfahren von Ausführungsform
2 kann ein Aluminium-Elektrolyt-Kondensator gemäß der vorliegenden Erfindung
mit der festen Verbindung A an einer Elektrode haftend hergestellt
werden.
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Ausführungsform 3
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In
Ausführungsform
3 wird ein zweites Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Herstellung eines Aluminium-Elektrolyt-Kondensators beschrieben.
Dieselben Bereiche wie diejenigen in Ausführungsform 2 werden mit denselben
Bezugszeichen wie diejenigen, die dort verwendet wurden, bezeichnet,
und eine wiederholte Beschreibung dieser Abschnitte wird hier weggelassen.
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Gemäß dem Herstellungsverfahren
von Ausführungsform
3 wird zuerst – wie
in 7A gezeigt ist – eine Aluminium-Folie 71 mit
Löchern
(3), die auf der Oberfläche gebildet wurden, mit einer
wässrigen
Lösung 72 eines
Nitrats eines Metalls imprägniert (Verfahrensschritt
(I)). Verfahrensschritt (I) ist derselbe wie Verfahrensschritt (i),
wie er in Ausführungsform
2 beschrieben wurde. Während
dieses Verfahrensschritts werden die Löcher der Aluminium-Folie 71 mit
der wässrigen
Lösung 72 gefüllt. Als wässrige Lösung 72 kann
eine wässrige
Lösung
eines Nitrats des Metalls M verwendet werden, wie es in Ausführungsform
1 beschrieben wurde. Noch spezieller ist es möglich, eine wässrige Lösung eines
Nitrats zu verwenden, das wenigstens ein Metall enthält, das
gewählt
ist aus der Gruppe, die besteht aus Yttrium, Aluminium, Scandium,
Lanthan, Praseodym, Neodym, Promethium, Cer, Gadolinium, Terbium, Dysprosium,
Holmium, Erbium, Thulium, Lutetium und Beryllium. Die Konzentration
eines Nitrats in der wässrigen
Lösung 72 ist
beispielsweise in einem Bereich von 0,05 bis 0,5 Mol/l.
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Danach
wird die Aluminium-Folie 71 aus der wässrigen Lösung 72 herausgezogen
und getrocknet. Danach wird die Aluminium-Folie 71 hitzebehandelt,
wodurch ein Oxid des Metalls M in den Löchern gebildet wird (Verfahrensschritt
(II)). Aufgrund dieser Hitzebehandlung wird das Nitrat des Metalls
M thermisch zersetzt und wird so das Oxid des Metalls M. Die Hitzebehandlung
kann beispielsweise durchgeführt
werden bei 500°C
für die
Zeit von 10 Minuten. So wird die Aluminium-Folie 71 mit
einem Hydroxid des Metalls M (Verbindung A), das in den Löchern gebildet
wurde, erhalten und wird als wenigstens eine Elektrode verwendet,
die gewählt
ist aus einer Kathode und einer Anode. Bei Verwendung als Kathode
hat die Aluminium-Folie 71 besonders zufriedenstellende Wirkungen.
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Ein
Aluminium-Elektrolyt-Kondensator wird in der Weise hergestellt,
wie dies in Ausführungsform 2
beschrieben wurde, mit der Ausnahme des oben beschriebenen Verfahrens
zur Bildung einer Elektrode. Entsprechend dem Herstellungsverfahren
von Ausführungsform
3 kann ein Aluminium-Elektrolyt-Kondensator gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten
werden, bei dem die feste Verbindung A an einer Elektrode haftet.
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Beispiele
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung weiter im einzelnen mittels veranschaulichender
Beispiele beschrieben.
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Beispiel 1
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In
Beispiel 1 wird der Fall beschrieben, in dem man die feste Verbindung
A an der Oberfläche einer
Kathoden-Folie und in hohlen Abschnitten von Ätz-Löchern zum Haften gebracht werden
kann.
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Zuerst
wurde eine wässrige
Yttriumnitrat-Lösung
mit einer Konzentration von 10 Massen-% hergestellt. Weiter wurde
als eine Kathoden-Folie eine Aluminium-Folie für einen Niederspannungs-Elektrolyt-Kondensator
hergestellt. Anschließend
wurde die Aluminium-Folie mit der wässrigen Yttriumnitrat-Lösung für einige
Sekunden imprägniert,
so dass sie in ausreichender Weise mit Yttriumnitrat imprägniert war.
Als nächstes
wurde die Aluminium-Folie aus der wässrigen Yttriumnitrat-Lösung herausgezogen,
und ein Überschuss
von Flüssigkeit
wurde von der Folie entfernt. Anschließend wurde die Aluminium-Folie mit
einer wässrigen
alkalischen Lösung
behandelt. Noch spezieller wurde die Aluminium-Folie mit einer wässrigen
Natriumhydroxid-Lösung
(pH-Wert: 8) 10 Sekunden
lang imprägniert.
Nach dem Imprägnieren wurde
die Aluminium-Folie
aus der Lösung
herausgenommen, und ein Überschuss
Flüssigkeit
wurde von der Folie entfernt. Zum Schluss wurde die Aluminium-Folie
kurz mit reinem Wasser in der Weise gewaschen, dass das abgelegte
Yttriumhydroxid nicht weggespült
wurde, und dem folgte ein Schritt des Trocknens. Durch die oben
beschriebene Verfahrensweise wurde es ermöglicht, dass Yttriumhydroxid
an der Oberfläche
der Aluminium-Folie und der Wand-Oberfläche von Ätz-Löchern in der Folie haftet, wodurch
eine Kathoden-Folie
gebildet wurde.
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Unter
Verwendung der so gebildeten Kathoden-Folie wurde ein Aluminium-Elektrolyt-Kondensator hergestellt.
Normalerweise verwendete Elemente wurden für die Abschnitte verwendet,
die von der Kathoden-Folie verschieden sind.
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Beispiel 2
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In
Beispiel 2 wird der Fall beschrieben, in dem man die feste Verbindung
A an einem Separator haften ließ.
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Zuerst
wurde ein Reagenz aus Yttriumoxid (Reinheit 99,99% oder mehr, hergestellt
von der Firma Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) in einem Mörser gemahlen
und so feine Teilchen gebildet. Als Separator wurde Manila-Papier
hergestellt, das ein Elektrolyt-Papier für einen Niederspannungs-Elektrolyt-Kondensator
ist. Danach wurde das Pulver aus Yttriumoxid in Form feiner Teilchen
einheitlich auf dem Separator durch ein feines Sieb dispergiert,
und das Yttriumoxid-Pulver wurde mit einem Finger eingerieben, um
zu erreichen, dass es an dem Separator haftet. Danach wurde überschüssiges zurückbleibendes Pulver
abgeschüttelt.
So wurde der Separator hergestellt, an dem Yttriumoxid-Pulver haftete.
In dem vorliegenden Beispiel ließ man Yttriumoxid an dem Separator
in einer Menge von 0,1 mg pro cm2 haften. Ein
Aluminium-Elektrolyt-Kondensator
wurde hergestellt unter Verwendung des so produzierten Separators. Üblicherweise
verwendete Bauteile wurden für die
Abschnitte verwendet, die von dem Separator verschieden sind.
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Vergleichsbeispiel 1
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In
Vergleichsbeispiel 1 wurde ein Aluminium-Elektrolyt-Kondensator
unter Verwendung einer Kathoden-Folie und eines Separators hergestellt,
die nicht mit der festen Verbindung A versehen waren. Die Abschnitte,
die von denen der Kathoden-Folie und des Separators verschieden
sind, hatten dieselbe Konfiguration wie diejenigen des Aluminium-Elektrolyt-Kondensators
der Beispiele 1 und 2.
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Man
beließ die
Kondensatoren der Beispiele 1 und 2 und des Vergleichsbeispiels
1 bei einer hohen Temperatur ohne Anlegen einer Spannung. Dieser
Test wurde durchgeführt,
in dem man die Kondensatoren bei 85°C für 5.000 Stunden beließ.
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Danach
wurde jeder Kondensator auseinandergebaut, und der Zustand der Korrosion
und eine Änderung
der Kapazität
jeder Kathoden-Folie wurden untersucht. Der Zustand der Korrosion
jeder Kathoden-Folie wurde bewertet, indem man visuell jede Kathoden-Folie beobachtete,
bevor und nachdem jeder Kondensator verlassen wurde. Weiter wurde
die Änderung
der Kapazität
jeder Kathoden-Folie nach der folgenden Gleichung bewertet: Verhältnis des Kapazitäts-Rückhalts
(%) = {(Kapazität,
nachdem man einen Kondensator bei hoher Temperatur hat stehen lassen)/(Kapazität, bevor
ein Kondensator bei einer hohen Temperatur belassen wird)} × 100.
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Als
Ergebnis war in den Kondensatoren der Beispiele 1 und 2 das Außenerscheinungsbild
einer Kathoden-Folie nicht verändert,
und die Kapazitäts-Rückhaltung
betrug 95%. Andererseits änderte sich
bei dem Kondensator von Vergleichsbeispiel 1 das Außenerscheinungsbild
einer Kathoden-Folie nach zu schwarz, und das Verhältnis der
Beibehaltung der Kapazität
betrug 60%. So sank gemäß dem Test
zum Zurücklassen
eines Kondensators bei hoher Temperatur die Kapazität der Kathoden-Folie
wesentlich in dem Kondensator von Vergleichsbeispiel 1, während sich
die Kapazität
der Kathoden-Folie in den Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren von
Beispiel 1 und 2 kaum änderte.
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Beispiel 3
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In
Beispiel 3 wird der Fall beschrieben, in dem ermöglicht wird, dass die feste
Verbindung A an der Oberfläche
eines Anoden-Anschlusses haftet. Zuerst wurde ein Anoden-Anschluss, ein Aluminium-Anschluss
für einen
elektrolytischen Niedervolt-Kondensator
hergestellt. Der Anoden-Anschluss wurde mit einer wässrigen
Yttriumnitrat-Lösung
imprägniert
und so ermöglicht,
dass Yttrium-Ionen an der Oberfläche
des Anoden-Anschlusses haften. Anschließend wurde der Anoden-Anschluss
mit einer wässrigen
alkalischen Lösung
behandelt, wodurch ermöglicht
wurde, dass Yttrium hydroxid an der Oberfläche des Anoden-Anschlusses
haftete. Die Verfahrensweise und die Bedingungen, mit denen ermöglicht wurde,
dass Yttriumhydroxid an der Oberfläche des Anoden-Anschlusses
haftet, waren dieselben wie diejenigen, die in Beispiel 1 beschrieben
sind. Ein Aluminium-Elektrolyt-Kondensator wurde unter Verwendung
des so hergestellten Anoden-Anschlusses hergestellt. Üblicherweise
vorhandene Bauteile wurden für
die Abschnitte verwendet, die von denjenigen des Anoden-Anschlusses
verschieden sind.
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Beispiel 4
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In
Beispiel 4 wird der Fall beschrieben, in dem die feste Verbindung
A einem Dichtungsmittel zugesetzt wird. In Beispiel 4 wurde während der
Herstellung von Kautschuk für
das Dichtungsmittel Yttriumoxid als ein Additiv zur Herstellung
des Dichtungsmittels verwendet. Als Kautschuk, der ein Material
für das
Dichtungsmittel sein soll, wurden verwendet: ein Butyl-Kautschuk-Polymer,
das aus einem Copolymer Isobutylen, Isopren und Divinylbenzol hergestellt worden
war. Weiter wurden 10 mg Yttriumoxid auf 1 g Kautschuk zugesetzt.
Ein Aluminium-Elektrolyt-Kondensator wurde unter Verwendung des
aus dem Kautschuk hergestellten Dichtungsmittels hergestellt. Normalerweise
vorhandene Bauteile wurden für
die Abschnitte verwendet, die von dem Dichtungsmittel verschieden
sind.
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Vergleichsbeispiel 2
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In
Vergleichsbeispiel 2 wurde ein Aluminium-Elektrolyt-Kondensator
unter Verwendung eines Anoden-Anschlusses und eines Dichtungsmittels hergestellt,
die nicht mit der festen Verbindung A versehen worden waren. Die
Konfigurationen der Abschnitte, die von denjenigen des Anoden-Anschlusses
und des Dichtungsmittels verschieden waren, waren dieselben, wie
diejenigen der Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren der Beispiele
3 und 4.
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Die
Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren der Beispiele 3 und 4 und des
Vergleichsbeispiels 2 beließ man
bei einer hohen Temperatur unter Anlegen einer Spannung. Dieser
Test wurde durchgeführt,
indem man die Kondensatoren bei 85°C für 5.000 Stunden unter Anlegen
einer Spannung von 6,3 V beließ.
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Nach
dem oben beschriebenen Test wurde jeder Kondensator auseinandergebaut,
und der Zustand von Korrosion jedes Anoden-Anschlusses wurde untersucht.
Der Zustand der Korrosion jedes Anoden-Anschlusses wurde bewertet,
indem man visuell jeden Anoden-Anschluss vor und nach dem Test unter
Belassen jedes Kondensators beobachtete.
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Als
Ergebnis wurden bei dem Kondensator von Vergleichsbeispiel 2, nachdem
man ihn bei einer hohen Temperatur belassen hatte, eine Zahl von
Korrosions-Löchern
an der Oberfläche
eines Anoden-Anschlusses beobachtet. Im Gegensatz dazu wurde bei
den Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren von Beispiel 3 und 4 nicht
mehr als eine Spur einer Loch-Korrosion beobachtet.