JP2003249422A

JP2003249422A - アルミ電解コンデンサ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2003249422A
Application number: JP2002315720A
Authority: JP
Inventors: Kazumitsu Honda; 一光本田; Shigeo Shinpo; 成生新保; Hisao Miyazawa; 久男宮澤; Yoshihiro Watanabe; 善博渡辺
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2003-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】耐熱性が低く高温環境中ショートが発生する
という課題を解決し、高耐圧性、高耐熱性、耐振動性に
優れた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】外部接続用のリードが接続された陽極箔
と陰極箔をセパレータを介在させて巻回することにより
構成されたコンデンサ素子１１と、このコンデンサ素子
１１を収納する有底筒状の金属ケース１６と、この金属
ケース１６の開口部を封止する封口板１５とを備え、前
記コンデンサ素子１１の内部および外面部にイオン伝導
性を有するゲル状高分子１４が形成され、かつ前記ゲル
状高分子１４が前記金属ケース１６の内面に固着してコ
ンデンサ素子１１を固定した構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種電子機器に用い
られるアルミ電解コンデンサ及びその製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来のアルミ電解コンデンサに
ついて、以下に図面を用いて説明する。

【０００３】図３は従来のアルミ電解コンデンサの構成
を示す部分断面斜視図である。同図３において、アルミ
ニウム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り誘電体酸化皮膜を形成した陽
極箔３１とアルミニウム箔をエッチング処理した陰極箔
３２とをクラフト紙やマニラ紙などからなるセパレータ
３３を介して巻回することによりコンデンサ素子３９が
構成されている。このコンデンサ素子３９は陽極箔３１
および陰極箔３２にそれぞれ陽極リード３５、陰極リー
ド３６を接続し、駆動用電解液３４を含浸させるととも
に、このコンデンサ素子３９をアルミニウムケースなど
の金属ケース３８内に挿入してゴム等の封口板３７で封
止することによりアルミ電解コンデンサが得られる。

【０００４】前記駆動用電解液３４は、有機溶媒と溶質
として硼酸もしくは硼酸アンモニウムを用いたものや、
非水系の溶質として、アゼライン酸、ブチルオクタン二
酸、５，６−デカンジカルボン酸、側鎖を有する二塩基
酸等の二塩基酸及びそれらの塩を用いたものが知られて
いる。これら有機カルボン酸は、駆動用電解液３４中の
水分を低減できるため、１００℃以上の環境下において
も水分の内圧上昇によるアルミ電解コンデンサの開弁を
抑制することができるとされている。

【０００５】また、前記駆動用電解液３４の火花発生電
圧および化成性を改善する目的でポリエチレングリコー
ル（特許文献１）、ポリグセリン（特許文献２）、ポリ
ビニルアルコール（特許文献３）、アルキレンブロック
ポリマー（特許文献４）等の界面活性剤を添加すること
も知られている。また、漏液防止の観点から電解液にゲ
ル化剤を添加することは報告されている（特許文献
５）。しかし、これまで広告されているゲル化剤は、寒
天、セルロース、ゼラチン等を添加する方法であり、材
料の耐熱性が足りず高温で安定な形状保持が出来なかっ
たり、高分子を添加するのみのため均一性に乏しかっ
た。

【０００６】

【特許文献１】特公平３−７６７７６号公報

【特許文献２】特公平７−７０４４３号公報

【特許文献３】特公平７−２２０８７号公報

【特許文献４】特開平２−３１２２１８号公報

【特許文献５】特公平２−１４５０６号公報

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年高
調波対策回路や車両用に用いられるアルミ電解コンデン
サは、従来のアルミ電解コンデンサ以上の高耐圧、高耐
熱、長寿命と耐振動性などの高信頼性が必要とされてお
り、その要求を満足させるためには、前記従来の駆動用
電解液３４に使用していた有機カルボン酸もしくはその
塩に溶質として界面活性剤を添加した駆動用電解液３４
では、更なる高耐圧化（火花発生電圧の向上）、高耐
熱、長寿命の点で満足することができないという課題が
あった。

【０００８】また、コンデンサ素子は外部衝撃によって
容易に振動しないように固定材（アタクチックポリプロ
ピレン樹脂等）で固定されたアルミ電解コンデンサも提
案されているが、固定材がアタクチックポリプロピレン
樹脂等の熱可塑性樹脂で構成されているため、アルミ電
解コンデンサの周囲温度が高くなると固定材が軟化して
しまい、そして振動が加わると、コンデンサ素子を固定
する機能が低下し、これにより、コンデンサ素子の引き
出しリード部が断線し、コンデンサとして機能しなくな
り、信頼性に欠けるという問題点を有していた。

【０００９】本発明は前記従来の課題を解決するもの
で、高耐圧性、高耐熱性、耐振動性、長寿命に優れた高
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。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明の請求項１に記載の発明は、外部接続用のリー
ドが接続された陽極箔と陰極箔をその間にセパレータを
介在させて巻回することにより構成されたコンデンサ素
子と、このコンデンサ素子を収納する有底筒状の金属ケ
ースと、この金属ケースの開口部を封止する封口板とを
備え、前記コンデンサ素子の内部および外面部に１０時
間半減期温度が７０℃〜１３０℃の有機過酸化物の重合
開始剤を用いてゲル化されたイオン伝導性を有するゲル
状高分子が形成され、かつ前記ゲル状高分子が前記金属
ケースの内面に固着してコンデンサ素子を固定した構成
とするものであり、コンデンサ素子の内部および外部に
イオン伝導性を有するゲル状高分子を形成させることに
より、耐圧性および耐熱性に優れたものを得ることがで
き、また、コンデンサ素子をゲル状高分子で金属ケース
の内面に固定することができるので、高耐圧性、高耐熱
性、耐振動性に優れたアルミ電解コンデンサを得ること
ができるという作用効果が得られる。

【００１１】請求項２に記載の発明は、ゲル状高分子が
極性溶媒と無機酸もしくは有機酸またはこれらの塩のい
ずれか１種以上の溶質と、有機過酸化物の１０時間半減
期温度が７０℃〜１１０℃の有機過酸化物の重合開始剤
により得られたアクリル酸エステルの共重合体により構
成されたものである。この場合、用いる重合開始剤の１
０時間半減期温度が７０℃より低いと、通常の保管時
が、冷凍庫保管または冷蔵庫保管等になり保管時の管理
が厳重になるばかりか、活性度が増すために取扱い時の
危険度が増すことが危惧される。また、１０時間半減期
温度が１１０℃より高いと、実際の重合時の反応温度を
非常に高くするか、長時間の反応時間を要するため、コ
ンデンサ内の極性溶媒と無機酸もしくは有機酸またはこ
れらの塩に与える熱ストレスが大きくなるばかりか、封
口板にも熱ストレスを与えることになるものである。ま
た、一般的には重合開始剤としてはα、α′−アゾビス
イソブチロニトリル（以下ＡＩＢＮ）が取扱いも容易な
材料として知られているが、この材料の場合、自身が分
解しラジカルを発生した際、同時に窒素ガスを発生しゲ
ル内部に気泡を内包したまま固化するため均一なゲル状
高分子が形成しにくいことが挙げられる。それに対し、
有機過酸化物ではＡＩＢＮのような窒素ガスの発生がな
いため、均一なゲル状高分子を形成しうるものである。

【００１２】また請求項２に記載の発明は、ゲル状高分
子が極性溶媒と無機酸もしくは有機酸またはこれらの塩
のいずれか１種以上の溶質と、アクリル酸エステルとの
共重合体を含む構成とするものであり、アクリル酸エス
テルの共重合体は溶媒との親和性が良く、無機酸もしく
は有機酸またはこれらの塩のいずれか１種以上の溶質を
溶かし込んだ極性溶媒を架橋した共重合体のマトリック
ス中に取り込みやすく、常温におけるイオン伝導度が高
いものを得ることができるという作用効果が得られる。

【００１３】また、マトリックスが物理的極間距離を維
持するため、アルミ電解コンデンサに適用した時ショー
ト性において優れた特性を示し、さらに、陽極箔や陰極
箔と反応することもなく、形成性ならびに長寿命化の点
で優れたものを得ることができる。

【００１４】なお、前記極性溶媒としては、エチレング
リコール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオ
ール、グリセリン、ポリオキシアルキレンポリオール
（分子量２００以下のポリオチレンオキシド、ポリプロ
ピレンオキシド、ポリオキシエチレン・オキシプロピレ
ングリコールならびに、これら２種類以上の併用）等、
アミド溶媒（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）、アルコール溶媒（メタノール、エタ
ノール等）、エーテル溶媒（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）、ニトリル溶媒（アセト
ニトリル、３−メトキシプロピオニトリル等）、フラン
溶媒（２，５−ジメトキシテトラヒドロフラン等）、ス
ルホラン溶媒（スルホラン、３−メチルスルホラン、
２，４−ジメチルスルホラン等）、カーボネート溶媒
（プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジ
エチルカーボネート、スチレンカーボネート、ジメチル
カーボネート、またはメチルエチルカーボネート等）、
ラクトン溶媒（γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクト
ン、δ−バレロラクトン、３−メチル−１，３−オキサ
ジリジン−２−オン、３−エチル−１，３−オキサゾリ
ジン−２−オン等）、イミダゾリジノン溶媒（１，３−
ジメチル−２−イミダゾリジノン等）、ピロリドン溶媒
の単独あるいは２種以上の併用が挙げられる。このうち
ではエチレングリコール、プロピレングリコール、ジエ
チレングリコール、水、ラクトン溶媒、アルコール溶
媒、カーボネート溶媒、エーテル溶媒、ニトリル溶媒お
よびフラン溶媒が好ましい。

【００１５】また、無機酸もしくは有機酸としては、ポ
リカルボン酸（２〜４価）：脂肪族ポリカルボン酸〔飽
和ポリカルボン酸、例えばシュウ酸、マロン酸、コハク
酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン
酸、アゼライン酸、セバシン酸、１，６−デカンジカル
ボン酸、５，６−デカンジカルボン酸、１，７−オクタ
ンジカルボン酸、７−メチル−７−メトキシカルボニル
−１，９−デカンジカルボン酸、７，９−ジメチル−
７，９−ジメトキシカルボニル−１，１１−ドデカンジ
カルボン酸、７，８−ジメチル−７，８−ジメトキシカ
ルボニル−１，１４−テトラデカンジカルボン酸：不飽
和ポリカルボン酸、例えばマレイン酸、フマル酸、イコ
タン酸〕；芳香族ポリカルボン酸、例えばフタル酸、イ
ソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ピロメリ
ット酸；脂環式ポリカルボン酸、例えばテトラヒドロフ
タル酸（シクロヘキサン−１，２−ジカルボン酸等）、
ヘキサヒドロフタル酸；これらのポリカルボン酸のアル
キル（炭素数１〜３）もしくはニトロ置換体、例えばシ
トラコン酸、ジメチルマレイン酸、ニトロフタル酸（３
−ニトロフタル酸、４−ニトロフタル酸）；および硫黄
含有ポリカルボン酸、例えばチオプロピオン酸；モノカ
ルボン酸；脂肪族モノカルボン酸（炭素数１〜３０）
〔飽和モノカルボン酸、例えばギ酸、酢酸、プロピオン
酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント
酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、ラウリル酸、ミリスチ
ン酸、ステアリン酸、ベヘン酸、リンゴ酸、酒石酸：不
飽和モノカルボン酸、例えばアクリル酸、メタクリル
酸、オレイン酸〕；芳香族モノカルボン酸、例えば安息
香酸、ｏ−ニトロ安息香酸、ｐ−ニトロ安息香酸、ケイ
皮酸、ナフトエ酸；オキシカルボン酸、例えばサリチル
酸、マンデル酸、レゾルシン酸等が挙げられ、さらに、
ほう酸、りん酸、：けいタングステン酸、けいモリブデ
ン酸、りんタングステン酸、りんモリブデン酸等があ
り、特に電気二重層コンデンサ用としては、４−フッ化
ホウ酸、６−フッ化リン酸、過塩素酸、トリフルオロメ
タンスルホン酸等やこれらの塩が挙げられる。

【００１６】請求項３に記載の発明は、無機酸もしくは
有機酸の塩がアンモニウム塩、アミン塩またはアミジン
塩から選ばれる１種以上の溶質である構成とするもの
で、これらの溶質はカチオンとして金属塩を用いないた
めに、アルミ電解コンデンサに適用した場合、耐ショー
ト性を向上させつつ、高いイオン伝導度を引き出すこと
ができるという作用効果が得られる。

【００１７】なお、アンモニウム塩としては前記無機酸
もしくは有機酸の塩がアンモニウム塩などが挙げられ、
アミン塩を構成するアミンとして１級アミン（メチルア
ミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、
エチレンジアミン等）、２級アミン（ジメチルアミン、
ジエチルアミン、ジプロピルアミン、メチルエチレンア
ミン、ジフェニルアミン、ジエタノールアミン等）、３
級アミン（トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ
プロピルアミン、トリフェニルアミン、トリエタノール
アミン等）、４級アミン（テトラメチルアミン、テトラ
エチルアミン、テトラプロピルアミン等）が挙げられ、
アミジン塩として、アルキル置換アミジン基を有する化
合物およびアルキル置換アミジン基を有する化合物の４
級化物が、炭素数１〜１１のアルキル基またはアリール
アルキル基で４級化されたイミダゾール化合物、ベンゾ
イミダゾール化合物、脂環式アミジン化合物から選ばれ
る化合物が挙げられる。

【００１８】具体的には、アルキル置換アミジン基を有
する化合物の４級化物が１−メチル−１，８−ジアザビ
シクロ〔５，４，０〕ウンデセン−７、１−メチル−
１，５−ジアザビシクロ〔４，３，０〕ノネン−５、
１，２，３−トリメチルイミダゾリニウム、１，２，
３，４−テトラメチルイミダゾリニウム、１，２−ジメ
チル−３−エチル−イミダゾリニウム、１，３，４−ト
リメチル−２−エチルイミダゾリニウム、１，３−ジメ
チル−２−ヘプチルイミダゾリニウム、１，３−ジメチ
ル−２−（−３′ヘプチル）イミダゾリニウム、１，３
−ジメチル−２−ドデシルイミダゾリニウム、１，２，
３−トリメチル−１，４，５，６−テトラヒドロピリミ
ジウム、１，３−ジメチルイミダゾリニウム、１−メチ
ル−３−エチル−イミダゾリニウム、１，３−ジメチル
ベンゾイミダゾリニウムが挙げられる。

【００１９】請求項４に記載の発明は、アクリル系誘導
体の末端に水酸基を有する（化１）〜（化４）で表され
る第１グループおよび（化５）〜（化１６）で表される
第２グループの中からそれぞれ少なくとも１種以上を用
いて重合された共重合体を含む構成とするものであり、
アクリル系誘導体の末端に水酸基を有することにより無
機酸、有機酸またはこれらの塩の溶質を溶かし込んだ極
性溶媒との親和性が向上し、これらを架橋した共重合体
のマトリックス中に取り込みやすくなり、イオン伝導性
を有するゲル状高分子の適用範囲を広げることができる
という作用効果が得られる。

【００２０】請求項５に記載の発明は、アクリル系誘導
体の末端に水酸基を有する（化１）〜（化４）で表され
る第１グループおよび（化５）〜（化１６）で表される
第２グループの中からそれぞれ少なくとも１種以上を用
いて重合された共重合体の化合物の混合比が、重量比で
１００：３〜３：１００としたアクリル酸エステルの共
重合体マトリックスである構成としたものであり、好ま
しくは１００：１０〜１０：１００である。これによ
り、マトリックスの骨格維持がより安定するものであ
り、その効果をより効率良く引き出すことができるとい
う作用効果が得られる。

【００２１】請求項６に記載の発明は、極性溶媒と無機
酸もしくは有機酸またはこれらの塩のいずれか１種以上
の溶質を合わせた重量に対しアクリル酸エステルの含有
量が５〜５０ｗｔ％である構成とするものであり、アク
リル酸エステルの含有量が５ｗｔ％より少ないと架橋し
た共重合体のマトリックスが不十分で、硬化ができな
い。また、含有量が５０ｗｔ％以上になると、マトリッ
クス中に取り込める電解液の絶対量が減るため、イオン
伝導度が大幅に低下し十分な特性を引き出せないことに
なる。

【００２２】請求項７に記載の発明は、１０時間半減期
温度が７０℃〜１１０℃の有機過酸化物がパーオキシエ
ステルである構成とするものであり、有機過酸化物の種
類にも数多くの化合物が存在するが、コンデンサ用で用
いられる極性溶媒中では油状物となって分散し、均一に
溶解できないものも数多くある。その場合、その後の重
合過程において均一な重合に支障をきたし、局部的に重
合不十分な状態になり、ついにはショートに至る可能性
が危惧される。それに対し、有機過酸化物がパーオキシ
エステル類では、極性溶媒への溶解性もよく均一な重合
を可能にし、強いてはショートの防止に繋がるものであ
る。なお、パ−オキシエステルの類としては、ｔ−ヘキ
シルパ−オキシ−２−エチルヘキサネート、ｔ−ブチル
パ−オキシ−２−エチルヘキサネート、ｔ−ブチルパ−
オキシイソブチレート、ｔ−ヘキシルパ−オキシイソプ
ロピルモノカーボネート、ｔ−ブチルパ−オキシマレイ
ン酸、ｔ−ブチルパ−オキシ−３，３，５−トリメチル
ヘキサネート、ｔ−ブチルパ−オキシラウレート、２，
５−ジメチル−２，５−ビス（ｍ−トルオイルパ−オキ
シ）ヘキサン、ｔ−ブチルパ−オキシイソプロピルモノ
カーボネート、ｔ−ブチルパ−オキシ−２−エチルヘキ
シルモノカーボネート、ｔ−ヘキシルパ−オキシベンゾ
エート、２，５−ジメチル−２，５−ビス（ベンゾイル
パ−オキシ）ヘキサン、ｔ−ブチルパ−オキシアセテー
ト、ｔ−ブチルパ−オキシベンゾエート、ジ−ｔ−ブチ
ルパ−オキシイソフタレートが挙げられる。

【００２３】請求項８に記載の発明は、セパレータの秤
量が０．０１〜５５ｇ／ｍ²の範囲のものを用いて構成
したものであり、従来の電解液または高分子固体電解質
では、これら秤量の低いセパレータを用いた場合、ショ
ートを引き起こし安定な特性を保つことができないのに
対し、本発明のゲル状高分子を用いた場合、セパレータ
に高分子マトリックスが網目状に張り巡らされるため、
各電極間の極間距離を物理的に保つことができるため耐
圧の安定性が向上し、従来では適用できなかった中高圧
のコンデンサにも秤量の低いセパレータの使用を可能に
し、良好な特性の引き出しが可能となるという作用効果
が得られる。

【００２４】ここで、セパレータの種類としてはマニラ
紙、クラフト紙、セルロース紙、Ｈｅｍｐ紙、不織布、
およびこれらの混抄セパレータが挙げられる。

【００２５】請求項９に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、セパレータが空孔率１０〜９０％の範
囲である多孔質樹脂フィルムもしくは不織布とした構成
とするものであり、多孔質樹脂フィルムもしくは不織布
にゲル状高分子が網目状に張り巡らされ、その中に溶質
の溶け込んだ極性溶媒を含有するため、コンデンサ素子
の電極間の極間距離を物理的に保つことができるため、
耐圧を安定に保つことができると共に、良好な特性の引
き出しを可能にすることができるという作用効果が得ら
れる。

【００２６】特に、これらのセパレータを使用すること
により、コンデンサ素子内のセパレータの占める抵抗分
を大きく下げることが可能となるため、低ＥＳＲ化、低
インピーダンス化に多基く寄与することができるもので
ある。

【００２７】なお、前記多孔質樹脂フィルムもしくは不
織布としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹
脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、
ポリウレタン樹脂、スチレン樹脂、ポリエチレンテレフ
タレート樹脂、塩化ビニル樹脂、ビニルカルバゾール樹
脂、塩化ビニリデン樹脂、酢酸ビニル樹脂、メタクリル
樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、セ
ルロース樹脂等の熱可塑性樹脂およびフェノール樹脂、
尿素樹脂、メラミン樹脂、グアナミン樹脂、アニリン樹
脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル
樹脂、キシレン樹脂、シリコン樹脂、フラン樹脂等の熱
硬化性樹脂が挙げられる。

【００２８】請求項１０に記載の発明は、外部接続用の
リードが接続された陽極箔と陰極箔をその間にセパレー
タを介在させて巻回することによりコンデンサ素子を作
製する素子作製工程と、コンデンサ素子に電解液とゲル
化剤の混合溶液を含浸させる含浸工程と、電解液とゲル
化剤の混合溶液が含浸されたコンデンサ素子を金属ケー
ス内に収納して組み立てを行う組み立て工程と、組み立
て品を加熱することによりコンデンサ素子に含浸された
電解液とゲル化剤の混合溶液を硬化させてゲル状高分子
を形成する加熱工程とを少なくとも有したアルミ電解コ
ンデンサの製造方法であり、これらの工程を少なくとも
有することで、素子内部にゲル化されたイオン伝導性を
有するゲル状高分子が形成され、かつ前記ゲル状高分子
が前記金属ケースの内面に固着してコンデンサ素子を固
定したアルミ電解コンデンサを提供するものである。

【００２９】請求項１１に記載の発明は、ゲル化剤がモ
ノマーと、架橋剤と、重合開始剤からなるものを用いた
アルミ電解コンデンサの製造方法であり、これにより効
率よくゲル状高分子を形成することが可能となり、高耐
圧性、高耐熱性、耐振動性、長寿命のアルミ電解コンデ
ンサを提供できるものである。

【００３０】請求項１２に記載の発明は、加熱工程を７
０〜１６０℃の温度範囲内で行うようにしたアルミ電解
コンデンサの製造方法であり、７０℃未満では反応が不
十分であり、逆に１６０℃を越えると極性溶媒と無機酸
もしくは有機酸またはこれらの塩のいずれか１種以上の
溶質を含むゲル状高分子が熱劣化を起こすものであり、
この温度範囲で加熱工程を行うことで安定したゲル状高
分子を短時間で形成させることが可能となり、高耐圧
性、高耐熱性、耐振動性、長寿命のアルミ電解コンデン
サを提供できるものである。

【００３１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施の形態にお
けるアルミ電解コンデンサの構成を示す部分断面正面図
である。同図１において、アルミ箔をエッチング処理に
より実効表面積を拡大した表面に陽極酸化により誘電体
酸化皮膜を形成して引き出し陽極リード１２を接続した
陽極箔と、アルミニウム箔をエッチング処理して陰極リ
ード１３を接続した陰極箔とをセパレータを介して巻回
することによりコンデンサ素子１１を構成し、このコン
デンサ素子１１をイオン伝導性を有するゲル状高分子を
形成することができる溶液を含浸してアルミニウムの金
属ケース１６内に挿入して金属ケース１６の開口部を封
口板１５で封止する。

【００３２】その後、この金属ケース１６を加熱などの
熱を加えることによりコンデンサ素子１１の内部および
外表面と、金属ケース１６の内面にイオン伝導性を有す
るゲル状高分子１４が形成され、コンデンサ素子１１が
金属ケース１６に固定された状態でアルミ電解コンデン
サが構成されている。なお、金属ケース１６は外装樹脂
１７で覆われている。

【００３３】前記イオン伝導性を有するゲル状高分子
は、アクリル酸エステル類が１０時間半減期温度が７０
℃〜１１０℃の有機過酸化物の重合開始剤の存在下で加
熱することでラジカル重合反応を起こし、マトリックス
を形成すると同時に無機酸もしくは有機酸またはこれら
の塩いずれか１種以上の溶質を溶かし込んだ極性溶媒が
架橋した共重合体のマトリックス中に取り込まれたゲル
状高分子として生成するものである。なお、加熱温度と
反応時間は、重合開始剤の半減期と温度の関係より算出
し、その中の一部を図４に示す。

【００３４】なお、ここでいうゲル状高分子とは半固体
状の高分子をいう。

【００３５】以下、本実施の形態について実施例を用い
て詳細に説明する。

【００３６】（実施例１〜８）エッチング処理により表
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５２０Ｖ）を形成したアルミニウム箔からな
る陽極箔とアルミニウム箔をエッチング処理した陰極箔
とをポリエチレン樹脂のスパンボンド法により得られた
不織布セパレータ（厚さ５０μｍ、秤量２５ｇ／ｍ²）
を介在させて巻回することによりコンデンサ素子を得
た。

【００３７】次に、本発明の実施例１〜８のイオン伝動
性を有するゲル状高分子と比較例１および２の固体電解
質の組成と物性を（表１）に示す。これらゲル状高分子
溶液を用いて、前記コンデンサ素子に含浸した。なお、
（表１）中のゲル状高分子溶液中の水分は２ｗｔ％に調
整した。また、（化１）および（化５）のアクリル酸エ
ステル誘導体の構造を（表２）及び（表３）に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】

【表３】

【００４１】次に、前記コンデンサ素子を樹脂加硫ブチ
ルゴム封口材（ブチルゴムポリマー３０部、カーボン２
０部、無機充填剤５０部から構成、封口体硬度：７０Ｉ
ＲＨＤ〔国際ゴム硬さ単位〕）と共に有底筒状のアルミ
ニウムの金属ケースに封入した後、カーリング処理によ
り開口部を封止した。

【００４２】続いて、このものに熱を加えることによ
り、コンデンサ素子の内部および外表面と、金属ケース
の内面にイオン伝導性を有するゲル状高分子が形成し、
かつコンデンサ素子が金属ケースの内面に固定された状
態でアルミ電解コンデンサを得た。

【００４３】以上の実施例１〜８および比較例１のアル
ミ電解コンデンサを各２０個用意し、寿命試験および耐
振動試験を行った結果を（表４）に示す。

【００４４】なお、アルミ電解コンデンサの定格はいず
れも３５０ＷＶ４７０μＦであり、試験温度は１０５℃
でリップル負荷試験を行った。また、耐振動試験は１０
〜５００Ｈｚの範囲で１０段階にパターン化した振動を
加えて断線ショートの判断を行った。その結果を（表
４）に示す。

【００４５】

【表４】

【００４６】（表４）の結果から、比較例１はエージン
グ中にショートが発生し、正常な製品が作製できなかっ
たのに対し、実施例１〜８のアルミ電解コンデンサは初
期特性が安定し、１０５℃リップル負荷試験５０００時
間後でもショートかつ開弁等の不具合も発生していな
い。

【００４７】また、耐振動試験においても、各実施例の
アルミ電解コンデンサは全く問題はなかった。

【００４８】ここで、実施例１と比較例１のアルミ電解
コンデンサによる電極箔への化成能力を比較した結果を
図２に示す。本発明のイオン伝導性を有するゲル状高分
子を用いた場合、比較例１に対し１００Ｖ以上の高い化
成能力を有することが示される。これにより高温環境下
でも比較例１に対し高い化成能力を有し、これが耐ショ
ート性の向上を来すものである。これにより、セパレー
タに従来に比べ秤量の小さいセパレータもしくは多孔質
樹脂フィルムを用いることが可能となり、従来に無い優
れた特性を実現できるものである。

【００４９】このように本実施例１〜８のイオン伝導性
を有するゲル状高分子を用いたアルミ電解コンデンサは
特性が安定し、耐熱性に大きな効果があることが判っ
た。

【００５０】（実施例９〜１２）本発明の実施例９〜１
２のゲル状高分子と比較例２の固体電解質の電解液の組
成および物性を（表５）に示す。なお、実施例９〜１２
のゲル状高分子中の水分は２ｗｔ％に調整した。

【００５１】

【表５】

【００５２】次に、（表５）に示したゲル状高分子を用
いてアルミ電解コンデンサを各２０個用意し、その寿命
試験および耐振動試験を行った結果を（表６）に示す。
なお、アルミ電解コンデンサの定格はいずれも６３Ｖ３
３０μＦで、試験温度は１２５℃中でＤＣ負荷試験を行
った。

【００５３】

【表６】

【００５４】（表６）の結果から、実施例９〜１２のア
ルミ電解コンデンサは、比較例２と駆動用電解質の電気
的な特性は同等であったが、高温中でのアルミ電解コン
デンサの長時間の安定性については、比較例２では全数
ショートが発生したのに対し、実施例９〜１２は非常に
安定であり、歴然とした差があることが判る。

【００５５】また、実施例９〜１２のアルミ電解コンデ
ンサは、セパレータの秤量を０．１〜１２．０ｇ／ｍ²
の範囲のものを用いても、負荷試験および耐振動試験に
おいて全くショートは発生しなかった。

【００５６】（実施例１３〜１７）本発明の実施例１３
〜１７のゲル状高分子と比較例３の駆動用電解液の組成
および物性を（表７）に示す。なお、実施例１３〜１７
および比較例３の水分は２５ｗｔ％に調整した。

【００５７】

【表７】

【００５８】次に、（表７）に示したゲル状高分子を用
いてアルミ電解コンデンサを各２０個用意し、その寿命
試験および耐振動試験を行った結果を（表８）に示す。
なお、アルミ電解コンデンサの定格はいずれも３５０Ｖ
３３０μＦで、試験温度は９５℃中でＤＣ負荷試験を行
った。

【００５９】

【表８】

【００６０】（表８）の結果から、実施例１３〜１７の
アルミ電解コンデンサは、比較例３と比べて伝導度は多
少低下するが、火花発生電圧を向上させることができ、
これにより、初期特性および寿命試験後のＬＣ値を小さ
くすることができる。特にアクリル酸エステルの中でも
（化１）〜（化４）で表される第１グループおよび（化
５）〜（化１６）で表される第２グループの中からそれ
ぞれ少なくとも１種以上を用いて重合された共重合体を
用いたものは寿命試験後の特性が優れている。

【００６１】また、耐振動試験においても、各実施例の
アルミ電解コンデンサは全く問題はなかったが、比較例
３は全数断線してしまった。

【００６２】また、（表７）に示した効果をより明確な
ものにするために、実施例１３と比較例３のアルミ電解
コンデンサについて、寿命試験終了後、分解し、陰極箔
の容量と外観を検査した。その結果を（表９）に示す。

【００６３】

【表９】

【００６４】（表９）の結果より明らかなように、比較
例３の試験後の陰極箔は初期容量比が１／２以下まで減
少し、かつ表面が黒色に変色していたが、本発明の実施
例１３の陰極箔は容量変化は殆ど観察されず、変色も見
当たらなかった。これにより、本発明の極性溶媒と無機
酸、有機酸もしくはこれらの塩のいずれか１種以上の溶
質と、アクリル酸エステルからなる共重合体マトリック
スとを含むイオン伝導性を有するゲル状高分子は、高温
環境下においても陰極箔表面を保護できる特性を有する
ことが確認されたため、高温で長寿命の安定性を有する
アルミ電解コンデンサを提供することができるものであ
る。

【００６５】なお、ゲル状高分子によるコンデンサ素子
の固定は、コンデンサ素子の底面部を最低限固定すれば
良く、最大コンデンサ素子の２／３程度まで固定しても
構わない。

【００６６】

【発明の効果】以上のように本発明は、外部接続用のリ
ードが接続された陽極箔と陰極箔をセパレータを介在さ
せて巻回することにより構成されたコンデンサ素子と、
このコンデンサ素子を収納する有底筒状の金属ケース
と、この金属ケースの開口部を封止する封口板とを備
え、前記コンデンサ素子の内部および外面部にイオン伝
導性を有するゲル状高分子が形成され、かつ前記ゲル状
高分子が前記金属ケースの内面に固着してコンデンサ素
子を固定した構成とするものであり、コンデンサ素子の
内部および外部にイオン伝導性を有するゲル状高分子を
形成させることにより、耐圧性および耐熱性に優れたも
のを得ることができる。

【００６７】また、コンデンサ素子をゲル状高分子で金
属ケースの内面に固定することにより、容易に耐振動性
に優れたアルミ電解コンデンサを得ることができること
から、音響用のアルミ電解コンデンサとして用いても音
質の優れたものが得られ、その工業的価値は大なるもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態によるアルミ電解コンデ
ンサの構成を示す部分断面正面図

【図２】本発明の一実施の形態による電極箔の化成能力
を示す特性図

【図３】従来のアルミ電解コンデンサの構成を示す部分
断面斜視図

【図４】加熱温度と反応時間を重合開始剤の半減期と温
度の関係より示す図

【符号の説明】

１１コンデンサ素子１２陽極リード１３陰極リード１４イオン伝導性を有するゲル状高分子１５封口板１６金属ケース１７外装樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮澤久男大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者渡辺善博大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部接続用のリードが接続された陽極箔
と陰極箔をその間にセパレータを介在させて巻回するこ
とにより構成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ
素子を収納する有底筒状の金属ケースと、この金属ケー
スの開口部を封止する封口板とを備え、前記コンデンサ
素子の内部および外面部に１０時間半減期温度が７０℃
〜１１０℃の有機過酸化物の重合開始剤を用いてゲル化
されたイオン伝導性を有するゲル状高分子が形成され、
かつ前記ゲル状高分子が前記金属ケースの内面に固着し
てコンデンサ素子を固定したアルミ電解コンデンサ。
【請求項２】ゲル状高分子が極性溶媒と無機酸もしく
は有機酸またはこれらの塩のいずれか１種以上の溶質
と、有機過酸化物の１０時間半減期温度が７０℃〜１１
０℃の有機過酸化物の重合開始剤により得られたアクリ
ル酸エステルの共重合体を含む請求項１に記載のアルミ
電解コンデンサ。
【請求項３】無機酸もしくは有機酸の塩がアンモニウ
ム塩、アミン塩またはアミジン塩から選ばれる１種以上
の溶質である請求項２に記載のアルミ電解コンデンサ。
【請求項４】アクリル酸エステルの共重合体が、アク
リル系誘導体の末端に水酸基を有する（化１）〜（化
４）で表される第１グループおよび（化５）〜（化１
６）で表される第２グループの中からそれぞれ少なくと
も１種以上を用いて重合された共重合体である請求項２
に記載のアルミ電解コンデンサ。【化１】【化２】【化３】【化４】【化５】【化６】【化７】【化８】【化９】【化１０】【化１１】【化１２】【化１３】【化１４】【化１５】【化１６】
【請求項５】アクリル系誘導体の末端に水酸基を有す
る（化１）〜（化４）で表される第１グループおよび
（化５）〜（化１６）で表される第２グループの中から
それぞれ少なくとも１種以上を用いて重合された共重合
体の混合比が、重量比で１００：３〜３：１００とした
アクリル酸エステルの共重合体マトリックスからなる請
求項２に記載のアルミ電解コンデンサ。
【請求項６】ゲル状高分子が極性溶媒と無機酸もしく
は有機酸またはこれらの塩のいずれか１種以上の溶質を
合わせた重量に対し、アクリル酸エステルの共重合体の
含有量が５〜５０ｗｔ％である請求項２に記載のアルミ
電解コンデンサ。
【請求項７】１０時間半減期温度が７０℃〜１１０℃
の有機過酸化物がパーオキシエステルである請求項１に
記載のアルミ電解コンデンサ。
【請求項８】セパレータの秤量が０．０１〜５５ｇ／
ｍ²の範囲である請求項１に記載のアルミ電解コンデン
サ。
【請求項９】セパレータが空孔率１０〜９０％の多孔
質樹脂フィルムまたは不織布を用いた請求項１に記載の
アルミ電解コンデンサ。
【請求項１０】外部接続用のリードが接続された陽極
箔と陰極箔をその間にセパレータを介在させて巻回する
ことによりコンデンサ素子を作製する素子作製工程と、
コンデンサ素子に電解液とゲル化剤の混合溶液を含浸さ
せる含浸工程と、電解液とゲル化剤の混合溶液が含浸さ
れたコンデンサ素子を金属ケース内に収納して組み立て
を行う組み立て工程と、組み立て品を加熱することによ
りコンデンサ素子に含浸された電解液とゲル化剤の混合
溶液を硬化させてゲル状高分子を形成する加熱工程とを
少なくとも有したアルミ電解コンデンサの製造方法。
【請求項１１】ゲル化剤がモノマーと、架橋剤と、重
合開始剤からなるものを用いた請求項１０に記載のアル
ミ電解コンデンサの製造方法。
【請求項１２】加熱工程を７０〜１６０℃の温度範囲
内で行うようにした請求項１０に記載のアルミ電解コン
デンサの製造方法。