JP2003173930A - 電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電解コンデンサの陰極引出しタブの静電容量
を大きくすることによらずに、過大リップル電圧印加時
における陰極引出しタブ上でのショートの発生を効果的
に防ぐことができる耐リップル性能の向上した新しい電
解コンデンサを提供すること。 【解決手段】 陰極箔１に接続する陰極引出しタブ２
と、セパレータ４を介しこれに隣接して対向する部分の
陽極箔３との間に、電解液の比抵抗以上の電気抵抗値を
持つ部材、すなわち陽極箔３及び陰極箔１間の電気抵抗
を引出しタブのない部分の対向陽極箔３及び陰極箔１間
の電気抵抗より大きくする部材を含むようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電解コンデンサに
関する。更に詳しく述べると、本発明は、陰極引出しタ
ブとこれに対向する陽極箔との間における電気抵抗を他
の箔間抵抗よりも大きくすることによって、電圧変動の
大きい負荷がコンデンサに与えられた場合の陰極引出し
タブ表面におけるショートを防止するのに優れた電解コ
ンデンサに関する。

【０００２】現在使用されているコンデンサにはいろい
ろな種類のものがあるが、本発明が特に関係するのはア
ルミニウム電解コンデンサであり、従って以下では特に
アルミニウム電解コンデンサを参照して本発明を説明す
るが、本発明はアルミニウム電解コンデンサに限定され
ることなく広く電解コンデンサ一般に適用できるもので
ある。

【０００３】

【従来の技術】コンデンサは、一般的な電気部品の一つ
であり、種々の電気、電子製品において主として電源回
路用や、デジタル回路のノイズフィルター用に広く使用
されている。アルミニウム電解コンデンサは、高純度ア
ルミニウム箔をエッチングして表面積を増加させ、その
表面を陽極酸化して誘電体化した陽極箔と、この陽極箔
に対向し、やはり表面をエッチングされたアルミニウム
陰極箔と、これらの陽極箔及び陰極箔の間に介在するセ
パレータ（隔離紙）とから構成した積層体を巻き取った
構造の素子に電解液を含浸し、この素子をケース（一般
にはアルミニウム製）に収容し、弾性封口体で密閉して
構成されている。なお、電解コンデンサの素子にはこの
ような巻回構造以外のものもある。

【０００４】このようなアルミニウム電解コンデンサに
おいては、セパレータを介在させて積層した陽極箔及び
陰極箔を巻回して作られたコンデンサ素子をコンデンサ
外部の電気回路に接続するために、リード線が用いられ
ている。リード線の一方の先端はコンデンサ外部に引出
されて外部電気回路への接続用の端子を構成し、他方の
先端は平坦化したタブ（陽極又は陰極引出しタブ）を構
成して、このタブを介し陽極箔又は陰極箔に接続されて
いる。リード線と陽極箔又は陰極箔との接続は、陽極箔
及び陰極箔となるアルミニウム箔をセパレータとともに
巻回してコンデンサ素子を形成する前に、リード線のタ
ブ部分をカシメ、溶接することによりなされている。

【０００５】稼働中のコンデンサには、直流出力などに
重畳されている交流分に起因するリップル電圧のかかる
ことが知られている。通常、リップル電圧は２０Ｖ程度
であり、電解コンデンサはそのようなリップル電圧に耐
えるように設計されている。そのようなリップル電圧以
外に、コンデンサには過大な、例えば１００Ｖほどにも
なる、リップル電圧の印加される場合のあることも知ら
れている。

【０００６】アルミニウム電解コンデンサの陰極箔は、
静電容量を大きくするために、上記のようにエッチング
による粗面加工が施されている。また、陰極箔には、自
然酸化皮膜として１．０〜１．５Ｖ程度の酸化皮膜が形
成されている。一方、従来陰極引出しタブはエッチング
などの粗面加工が施されていない。そのため、陰極引出
しタブは陰極箔に比べて静電容量が小さく、それに応じ
て、電解液と陰極引出しタブとの電位差は電解液と陰極
箔との電位差と大きく違う（前者の方が後者よりも大き
い）ことになる。

【０００７】アルミニウム電解コンデンサにリップル電
圧が印加されたときには、放電電流が陰極側に流れる。
そのとき陰極を構成する陰極箔と陰極引出しタブ両方の
静電容量が陽極箔のそれに対して充分でないと、放電エ
ネルギーの吸収ができずに陰極箔上や陰極引出しタブ上
に酸化皮膜が形成される。陰極箔に比べて陰極引出しタ
ブは静電容量が小さいので、リップル電圧の印加に伴う
酸化皮膜は、陰極箔よりも陰極引出しタブにおいて早く
形成され、それにより陰極引出しタブと電解液との電位
差が一層大きくなって、陰極引出しタブ上でショートを
起こしてしまうという問題が生じる。

【０００８】この問題を解決するために、これまでは、
陰極引出しタブを粗面化して静電容量を大きくしたり、
あるいは陰極引出しタブ表面にチタンなどの弁金属粒子
を蒸着することにより陰極引出しタブの誘電率を上げて
静電容量を大きくすることにより、陰極引出しタブに皮
膜が形成されるのを防ぐ対策がなされてきた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来のように陰極引出
しタブの静電容量を大きくすることにより、リップル電
圧印加時に陰極引出しタブに酸化皮膜が形成されないよ
うに対応をしたコンデンサは、過大リップル電圧印加時
において陰極引出しタブでショートの起きるのを効果的
に防ぐことができる。しかしながら、陰極引出しタブの
粗面化も陰極引出しタブへの弁金属の蒸着も、煩わしい
工程を追加するのにほかならず、過大リップル電圧印加
時の陰極引出しタブでのショートの防止に有効であるも
っと簡単な対策が強く求められている。

【００１０】本発明の目的は、そのような要望に応え、
過大リップル電圧が印加された場合でも陰極引出しタブ
でのショートの発生を防ぐことができる耐リップル性能
の向上した新しい電解コンデンサを提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による電解コンデ
ンサは、セパレータを介して積層したアルミニウムの陽
極箔及び陰極箔を巻回して作られ、電解液を含浸したコ
ンデンサ素子と、この素子を収容して封口された容器
と、一端が当該容器の外部に引き出されたリード線端子
であって他端に形成された引出しタブにより陽極箔及び
陰極箔にそれぞれ接続されたリード線端子とを有する電
解コンデンサであって、陰極箔に接続する陰極引出しタ
ブと、セパレータを介しこれに隣接して対向する部分の
陽極箔との間に、電解液の比抵抗以上の電気抵抗値を持
つ部材、すなわち陽極箔及び陰極箔間の電気抵抗を引出
しタブのない部分の対向陽極箔及び陰極箔間の電気抵抗
より大きくする部材を含むことを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明では、陰極箔に接続する引
出しタブと、セパレータを介してこれに隣接して対向す
る部分の陽極箔との間に、それらの間の電気抵抗を陰極
引出しタブのない部分の対向陽極箔及び陰極箔間の電気
抵抗より大きくする部材として、電解液の比抵抗以上の
電気抵抗値を持つ部材を配置することにより、過大リッ
プル電圧印加時において陰極引出しタブ部分で発生する
ショートを未然に防止する。

【００１３】そのような部材としては、コンデンサで使
用する電解液に対して不活性である任意の絶縁性材料を
使用することができる。絶縁材料の代表的形態は、フィ
ルム、シート、板、布などである。絶縁性材料の代表例
は、ポリオレフィン類、ビニル系ポリマー（分子中にビ
ニル基を持つポリマー）、ポリアミド、ポリエステル、
メタクリル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、エポキシ
樹脂、セルロース、合成もしくは天然ゴム、シリコーン
ゴムなどの有機材料であり、それらを組み合わせること
も可能である。絶縁材料のもう一つの代表例は、金属酸
化物である。より具体的には、例えば、ポリプロピレ
ン、ポリエチレン、ナイロン、アクリル、セルロースな
どの有機材料のフィルム、金属酸化物（一例としてアル
ミナ）等の無機材料のフィルム、あるいはそのような無
機材料を充填し又はコーティングした有機材料フィルム
に代表される、電解液を浸透しないものを使用すること
ができる。また、例えばセルロース繊維、ナイロン繊
維、アクリル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン
繊維、ポリエステル繊維などの有機系繊維材料で構成さ
れ、あるいは金属酸化物やガラス等の無機系の繊維材料
で構成される布、フィルム、シート状のものに代表され
る、電解液を浸透する部材を使用することもできる。

【００１４】陰極引出しタブとセパレータを介してこれ
に隣接して対向する部分の陽極箔との間に絶縁材料の部
材を配置することによって、陰極引出しタブと陽極箔と
の間の抵抗値が上昇する。この抵抗値の上昇により、電
解コンデンサに電圧変動の大きな負荷が印加され、すな
わち大きなリップル電圧が印加されても、陰極引出しタ
ブと電解液との電位差を相対的に小さくすることがで
き、その結果、過大なリップル電圧が印加されても陰極
引出しタブでのショートの発生を抑制することができ
る。陰極引出しタブと陽極箔との間の抵抗値が上昇する
ことによるこの効果は、絶縁材料の部材が陰極引出しタ
ブと陽極箔との間のいずれの位置に存在している場合に
も同じように得られる。

【００１５】従って、絶縁材料の部材は、陰極引出しタ
ブとセパレータを介してこれに隣接して対向する部分の
陽極箔との間のいずれの部位に配置してもよい。すなわ
ち、この部材は、陰極引出しタブとセパレータとの間
（この場合絶縁材料部材は陰極引出しタブに直接接触す
る）、あるいはセパレータと陽極箔との間（この場合絶
縁材料部材は陽極箔に直接接触する）に位置してもよ
い。また、巻回したコンデンサ素子を作るのに４枚のセ
パレータが用いられ、その結果陰極引出しタブとこれに
対向する部分の陽極箔との間に２枚のセパレータが介在
する場合には、その２枚のセパレータ間に位置すること
もできる。図１、図２、及び図３に、絶縁材料部材をそ
れぞれ、陰極引出しタブとセパレータとの間、セパレー
タと陽極箔との間、及び２枚のセパレータ間に配置した
ところを模式的に示す。これらの図において、１は陰極
箔、２は陰極引出しタブ、３は陽極箔、４はセパレータ
を表し、そして５が絶縁性部材を表している。

【００１６】本発明で使用する絶縁材料部材は、陽極箔
と陰極箔の積層体を巻回してコンデンサ素子を作製する
前に、積層体の所定の位置に組み入れておくことができ
る。これは、陰極引出しタブのエッチングによる粗面化
や陰極引出しタブへの弁金属の蒸着といった従来技術の
煩わしい作業に比べて、はるかに簡単に行うことができ
る。使用する絶縁材料部材が厚くなると巻回時に箔にス
トレスがかかって、コンデンサの組立てあるいはエージ
ング時にショート不良を招きかねない。これを考慮し
て、本発明で使用する絶縁材料部材の厚さは２００μｍ
以下が好ましい。絶縁材料部材のより好ましい厚さは１
００μｍ以下であり、最も好ましいのは５０μｍ以下で
ある。厚さの下限については、過大リップル電圧印加時
の陰極引出しタブでのショート故障発生の抑制に有効で
ある限り、特に制限はない。現時点で実際に入手できる
絶縁材料フィルムの最小厚さは０．８μｍ程度である。
従って、絶縁材料部材の現時点での好ましい厚さは０．
８〜２００μｍ、より好ましくは０．８〜１００μｍ、
最も好ましくは０．８〜５０μｍである。

【００１７】本発明の目的上、絶縁材料の部材は、陰極
引出しタブとそれに対向する部分の陽極箔との間に、必
ずしも先に説明したような布、フィルム、板又はシート
状のものとして存在する必要はない。それは、例えば、
セパレータの該当部分に塗布して形成したコーティング
（被覆物）であってもよく、セパレータの該当部分にセ
パレータ材料を置換する形でセパレータの一部として組
み込まれたフィルム又はシート状の部材であってもよ
い。あるいは、セパレータの該当部分の抵抗が他の部分
より大きくなるように、該当部分を厚くし、又は該当部
分に電解液の浸透を妨げるような物質を含ませ、又は該
当部分の抵抗を高くする絶縁性物質を含ませることで、
その部分に絶縁材料部材の働きをさせるようにしてもよ
い。これらの場合における絶縁材料部材は外見上セパレ
ータと一体になっており、従ってそれは、図１、２、３
に例示したようなセパレータと別個のものとしては存在
しない。図４に、セパレータと一体の絶縁材料部材を模
式的に示す。この図において、１は陰極箔、２は陰極引
出しタブ、３は陽極箔、４はセパレータを表し、絶縁材
料部材はセパレータのうちの６で指示される斜線で表示
した部分に位置している。

【００１８】このようにして、本発明によれば、リップ
ル電圧が印加されたときに陰極引出しタブに酸化皮膜が
形成されるのを防ぐことができ（特に電解液を浸透しな
いタイプの絶縁材料部材が陰極引出しタブに接してこれ
を覆っている場合）、また陰極引出しタブに酸化皮膜が
形成した場合でも、陰極引出しタブとセパレータを介し
てこれに対向する部分の陽極箔との間の抵抗を、その他
の部分における対向陽極箔及び陰極箔間の抵抗よりも大
きくすることによって、陰極引出しタブと電解液との電
位差を相対的に小さくすることができ、これにより過大
リップル電圧印加時の陰極引出しタブでのショートを防
止できる。

【００１９】

【実施例】次に、実施例により本発明を更に説明する
が、本発明がこれらの実施例に限定されるものでないこ
とは言うまでもない。

【００２０】陽極箔と陰極箔をセパレータを介し巻き込
んで、定格４５０Ｖ／２２μＦ、直径２０ｍｍ、長さ２
０ｍｍアルミニウム電解コンデンサを作製し、その際
に、厚さ１５０μｍのポリプロピレン製フィルムを下記
の各箇所に配置した試料を、各実施例ごとに１０個ずつ
試作した。 ・実施例１： 陰極引出しタブ表面を上記フィルムにて
覆った試料 ・実施例２： 陰極引出しタブ上の２枚のセパレータ間
に上記フィルムを設置した試料 ・実施例３： 陰極引出しタブに対向する陽極箔上に上
記フィルムを設置した試料 ・実施例４： 陰極引出しタブ表面に、巻回するセパレ
ータとは別に同じセパレータ材料のストリップ片を配置
した試料

【００２１】これらの試料のほかに、比較例の試料とし
て次に示すものを各例ごとに１０個ずつ用意した。 ・比較例１： 陰極引出しタブのところで陰極箔を折り
返して重ねることで、陰極引出しタブを陰極箔で覆った
構造の試料 ・比較例２： 上記対策を行っていない従来のコンデン
サ

【００２２】これらの各試料について、ｔａｎδ測定
後、ＤＣ３８０Ｖに周波数１２０Ｈｚ、実効電圧１００
Ｖｒｍｓの正弦波電圧を重畳した負荷を１０５℃の温度
条件で印加する過リップル負荷試験を行い、コンデンサ
の故障に至るまでの時間（故障時間）及び故障モードに
ついて調査した。試験結果を表1に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１から分かるように、実施例１〜４の試
料は全てドライアップでオープンしての故障モード（安
全弁が開いて電解液が蒸発することにより機能しなくな
る通常の故障モード）であった。また、比較例１の試料
も、通常のドライアップによるオープン故障モードとな
った。それに対し、過大リップル電圧印加に対する対策
を行っていない比較例２の試料の最終故障モードは、全
て陰極引出しタブ上でのショートという、より深刻な故
障モードであり、しかも故障時間も他の例の試料に比べ
てはるかに短かった。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるアル
ミニウム電解コンデンサにおいては、陰極引出しタブと
これに対向する陽極箔と間に、それらの間の電気抵抗を
陰極引出しタブのない部分の対向陽極箔及び陰極箔間の
電気抵抗より大きくする部材を配置してそれらの間の抵
抗値を上げることにより、電圧変動の大きな負荷が印加
されても陰極引出しタブと電解液との電位差を小さくす
ることができ、その結果、電圧変動の大きな負荷が印加
された際に発生する陰極引出しタブ上でのショート故障
の発生をうまく抑制できる。このような部材の利用は、
陰極引出しタブのエッチングによる粗面化や陰極引出し
タブへの弁金属の蒸着といった、同様の効果を奏するが
煩わしい工程の追加を余儀なくされる従来の技術に比
べ、電圧変動の大きな負荷の印加時における陰極引出し
タブ上でのショート故障をずっと簡単に解決するのを可
能にし、電圧変動の大きな負荷が印加されてもショート
に至らない信頼性の高い電解コンデンサの実現をより容
易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】陰極引出しタブとセパレータの間に位置する絶
縁材料部材を示す図である。

【図２】セパレータと陽極箔の間に位置する絶縁材料部
材を示す図である。

【図３】２枚のセパレータ間に位置する絶縁材料部材を
示す図である。

【図４】セパレータと一体の絶縁材料部材を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…陰極箔 ２…陰極引出しタブ ３…陽極箔 ４…セパレータ ５、６…絶縁材料部材

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セパレータを介して積層したアルミニウ
   ムの陽極箔及び陰極箔を巻回して作られ、電解液を含浸
   したコンデンサ素子と、この素子を収容して封口された
   容器と、一端が当該容器の外部に引き出されたリード線
   端子であって他端に形成された引出しタブにより陽極箔
   及び陰極箔にそれぞれ接続されたリード線端子とを有す
   る電解コンデンサであって、陰極箔に接続する陰極引出
   しタブと、セパレータを介しこれに隣接して対向する部
   分の陽極箔との間に、電解液の比抵抗以上の電気抵抗値
   を持つ部材を含むことを特徴とする電解コンデンサ。
2. 【請求項２】 前記部材の材料が絶縁性の有機材料、無
   機材料、又は両者を組み合わせた材料である、請求項１
   記載の電解コンデンサ。
3. 【請求項３】 前記有機材料が、ポリオレフィン類、ビ
   ニル系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、メタクリ
   ル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、セ
   ルロース、合成もしくは天然ゴム、シリコーンゴム、又
   はそれらの組み合わせである、請求項２記載の電解コン
   デンサ。
4. 【請求項４】 前記無機材料が金属酸化物である、請求
   項２記載の電解コンデンサ。
5. 【請求項５】 前記部材がフィルム、シート、板状又は
   布状である、請求項１から４までのいずれか一つに記載
   の電解コンデンサ。
6. 【請求項６】 前記部材の厚さが２００μｍ以下であ
   る、請求項５記載の電解コンデンサ。
7. 【請求項７】 前記部材が前記セパレータ上のコーティ
   ングであり、又は前記セパレータの材料を置換する形で
   当該セパレータの一部として組み込まれたフィルム又は
   シート状部材であり、又は前記セパレータに含まれた、
   電解液を浸透させない、もしくは絶縁性の材料で構成さ
   れている、請求項１記載の電解コンデンサ。
8. 【請求項８】 前記部材が前記セパレータの厚みを増し
   た部分として構成されている、請求項１記載の電解コン
   デンサ。