JP2005072159A

JP2005072159A - 電解コンデンサーの封口板用フェノール樹脂成形材料および封口板

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Publication number: JP2005072159A
Application number: JP2003298126A
Authority: JP
Inventors: Etsuji Ono; 悦司大野
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-08-22
Also published as: JP4432408B2

Abstract

【課題】従来のフェノール樹脂製電解コンデンサー用封口板の欠点であった、アルミ端子との密着性を向上させ、端子に特別な処理や形状を施すことなく優れた気密性を得ることができるフェノール樹脂成形材料、及び該フェノール樹脂成形材料と金属端子を成形することにより得られる電解コンデンサーの封口板を提供すること。
【解決手段】本発明は、フェノール樹脂、ガラス繊維、無機粉末基材、及び数平均分子量５００〜８０００のポリエチレンを含有することを特徴とする電解コンデンサーの封口板用フェノール樹脂成形材料であり、また、本発明は、かかるフェノール樹脂成形材料と金属端子を成形して得られることを特徴とする電解コンデンサーの封口板である。
【選択図】なし

Description

本発明は、電解コンデンサーの封口板に用いるフェノール樹脂成形材料およびこのフェノール樹脂成形材料を用いた電解コンデンサーの封口板に関するものである。

電解コンデンサー用封口板は、端子となる金具をフェノール樹脂成形材料で一体成形することにより得られるが、端子と樹脂成形品の密着性が悪い場合には、液漏れが発生するという問題があった。このため、従来は、特許文献１や特許文献２のように、金属端子表面にカップリング処理等を施し化学的に樹脂成形体との接着を行う、あるいは、特許文献３や特許文献４のように、金属端子の形状を工夫することで気密性を確保する等の方法が実施されていた。
これらの方法は、塗布工程や金属端子の加工コストがかかるという欠点の他に、端子の形状で気密性を確保する場合、端子形状が規定されてしまうため適用可能な封口板の大きさ、形状が限定されてしまうという課題があった。

特開平０８−９７１０４号公報特開平５−２３４８３１号公報特開２００１−０５２９６０号公報実公平０６−２１２２２号公報

本発明者は、上記の点について鋭意検討を行った結果、金属端子の表面処理や端子の形状に関わることなく、フェノール樹脂成形材料に金属端子との密着性を付与することで電解コンデンサーの封口板としての気密性を確保するに至った。
即ち、本発明は、金属との密着性に優れた電解コンデンサーの封口板用フェノール樹脂成形材料を提供するものであり、さらに該フェノール樹脂成形材料と金属端子を成形してなる電解コンデンサー用封口板を提供するものである。
ここでいう電解コンデンサーは、特に限定されるものではないが、例えば、家庭電源や家庭電化製品等に用いられるアルミ電解コンデンサーや、電気自動車や燃料電池自動車等に用いられる電気二重層電解コンデンサー等を挙げることができる。

このような課題は、下記の本発明（１）〜（５）によって達成される。
（１）フェノール樹脂、ガラス繊維、無機粉末基材、及び数平均分子量５００〜８０００のポリエチレンを含有してなる電解コンデンサーの封口板用フェノール樹脂成形材料。
（２）前記（１）に記載のフェノール樹脂成形材料において、ガラス繊維の含有量が、成形材料全体に対して、０．５〜１０重量％である電解コンデンサーの封口板用フェノール樹脂成形材料。
（３）前記（１）に記載のフェノール樹脂成形材料において、成形材料全体に対して、フェノール樹脂３０〜５０重量％、ガラス繊維０．５〜１０重量％、無機粉末基材４５〜６５重量％、前記ポリエチレン０．１〜５重量％を含有してなる電解コンデンサーの封口板用フェノール樹脂成形材料。
（４）前記（１）ないし（３）のいずれかに記載のフェノール樹脂成形材料において、フェノール樹脂がレゾール型フェノール樹脂とノボラック型フェノール樹脂とを併用したものである電解コンデンサーの封口板用フェノール樹脂成形材料。
（５）前記（１）ないし（４）のいずれかに記載のフェノール樹脂成形材料と金属端子を成形して得られることを特徴とする電解コンデンサー用封口板。

本発明は、フェノール樹脂、ガラス繊維、無機粉末基材、及び数平均分子量５００〜８０００のポリエチレンを含有することを特徴とする電解コンデンサーの封口板用フェノール樹脂成形材料であり、また、本発明は上記のフェノール樹脂成形材料と金属端子とを成形して得られる電解コンデンサーの封口板であるが、このようにして得られた封口板は、従来の電解コンデンサーの封口板に比べ成形体と端子の密着性が良好で気密性に優れる。このため各種電解コンデンサーの封口板として好適に用いることができる。

以下、本発明の電解コンデンサーの封口板用フェノール樹脂成形材料、およびこれを用いた電解コンデンサーの封口板について説明する。
本発明の電解コンデンサーの封口板（以下、単に「封口板」ということがある）用フェノール樹脂成形材料は、フェノール樹脂、ガラス繊維、無機粉末基材、及び数平均分子量５００〜８０００のポリエチレンを含有することを特徴とする。
本発明の封口板は上記のフェノール樹脂成形材料と金属端子を成形して得られることを特徴とする。

まず、本発明の封口板用フェノール樹脂成形材料について説明する。
本発明で用いるフェノール樹脂は、ノボラック型フェノール樹脂（以下、ノボラック樹脂という）、レゾール型フェノール樹脂（以下、レゾール樹脂という）があるが、特に限定されるものではない。これらは、単独或いは併用して用いることができるが、ノボラック樹脂の場合、通常硬化剤としてヘキサメチレンテトラミンを使用する。ヘキサメチレンテトラミンの配合量は、フェノール樹脂１００重量部に対し、通常１０〜２０重量部が好ましい。一方、レゾール樹脂は、自硬化性の樹脂であるため、ノボラック樹脂と異なりヘキサメチレンテトラミンを用いることなく硬化させることができる。
ヘキサメチレンテトラミンを使用した場合には、これの分解による腐食性のアンモニアガスが発生するので、この低減のためにはヘキサメチレンテトラミンを使用しないか、あるいは使用量を少なくして、自硬化性のレゾール樹脂を用いることが好ましい。更には、レゾール樹脂を単独で使用する場合よりノボラック樹脂とレゾール樹脂を併用する方が、成形性が優れているので、より好ましい。

フェノール樹脂の配合量は、ヘキサメチレンテトラミンを使用する場合はこれを含めて、好ましくは、成形材料全体に対して３０〜５０重量％である。フェノール樹脂が３０重量％未満であると、成形材料の製造が困難となることがあり、また成形材料の流動性が低下するため成形が困難になるといった問題が生じる場合がある。特に、成形時に金属端子の周りに発生するウェルド部において樹脂同士の密着が悪く気密性を満足することが困難となる。５０重量％を越えると成形収縮や後収縮による寸法変化が大きくなるため所定の成形体寸法を維持することが難しくなることがある。従って、成形性と気密性、寸法精度等を考慮すれば、好ましくは３０〜５０重量％である。

本発明には基材としてガラス繊維および無機粉末基材を用いる。ガラス繊維は、成形体（封口板）の機械的強度を高くするために使用される。通常、平均繊維径が６〜３５μｍで平均繊維長が２０μｍ〜５ｍｍのミルドファイバー或いはチョップドストランドである。かかるガラス繊維の配合量は０．５〜１０重量％であることが特に好ましい。１０重量％を超える場合は成形流動時や成形後の収縮で異方性が大きくなる為、良好な密着性を確保することが困難となる。一方、０．５重量％より少ない場合でも気密性は確保されるが、成形体の機械的強度を大きくする効果が小さくなる。また、成形材料製造時の作業性が低下することがある。

無機粉末基材は、成形時に配向がなく、成形収縮を小さくし、良好な寸法安定性を確保するものである。かかる無機粉末基材としては、焼成されたカオリナイト、焼成クレー、未焼成クレー、タルク、シリカ、ガラス粉末、ガラスビーズ、炭酸カルシウム、ウォラストナイト等、通常のフェノール樹脂成形材料に用いられる粉末の基材を用いることができる。ここで用いる無機粉末基材は、通常、平均粒径０．５μｍ〜５００μｍの粉末状物質であり、単独或いは併用して用いてもよい。また、電解液にさらされても、有機基材と異なり、膨潤を起こしにくく良好な寸法安定性を確保できることも特長である。即ち、無機粉末基材は、粉末状であるため、成形流動時に配向がないことから、成形体に異方性が生じない。この為、金属端子の周りにおいて均一な成形収縮となり、かつ成形収縮率は大きくなるので、電解コンデンサーの良好な気密性を確保することが可能となる。
これらの無機基材の配合量は成形材料全体の４５〜６５重量％が好ましい。６５重量％を超える場合、成形時の流動性が乏しくなり充填不良やウェルドなど成形体の欠陥が生じることがある。一方、４５重量％より少ない場合、成形後の収縮や線膨張係数が大きくなるため、安定した寸法の成形体を得ることが困難となることがある。

本発明においては、数平均分子量５００〜８０００のポリエチレンを配合する。通常、成形材料では生産時の作業性や成形時の離型性を付与するため、離型剤としてステアリン酸等の高級脂肪酸やステアリン酸亜鉛などに代表される金属石鹸などが配合されるが、これらは成形材料製造時或いは成形時の熱により溶融し、製造装置や金型などとの間に均一に介在することで離型性を向上させる。このため、これら高級脂肪酸系の離型剤の配合量がある量以上（例えば、０．７重量％以上）では金属端子との密着性を低下させるようになる。

一方、ポリエチレンは、フェノール樹脂成形材料においてポリマー系ワックスとして用いられた場合、金属との接着性に優れるという特色も持ち合わせている。このため上記高級脂肪酸系の離型剤とは作用が異なる。即ち、用いられるポリエチレンは、低・中分子量タイプのものであり高級脂肪酸と同様な離型効果を有するものであるが、金属との良好な接着性を有することから金属端子との密着性を良好なものとし、電解コンデンサーの気密性が確保される。ここで用いるポリエチレンは、数平均分子量５００〜８０００が好ましい。５００未満では分子量が小さすぎるため、外観不良や不純物として溶出してくるようになる。また８０００を越えると、分散不良の原因となり成形体中で異物として欠陥の原因となり機械的強度を低下させたり、特性のばらつきを大きくしたりする要因となりやすい。

かかるポリエチレンの配合量は成形材料全体の０．１〜５重量％が好ましい。０．１重量％未満では、離型効果が小さくなるため製造時に設備への付着が生じ生産性を低下させたり、成形時の金型からの脱型が悪くなることがある。５重量％を越えると、成形材料の製造時滑り過ぎるため混練性が低下し生産性が損なわれたり、成形体の外観不良が起こることがある。更には金属端子との密着性が小さくなり気密性が確保しにくくなることから、目的とする気密性に優れた封口板を得ることができない場合がある。

本発明のフェノール樹脂成形材料を製造する方法は、通常の方法が採用される。例えば、上記の配合物に更に着色剤、硬化触媒等を加え所定の配合割合で混合し、加熱ロール等により混練し、シート状にしたものを顆粒状に粉砕して得られる。

次に、本発明の電解コンデンサーの封口板について説明する。本発明の封口板は、前記本発明の成形材料を用い金属端子をインサートとして成形して得られるものであり、成形体と金属端子との密着性に優れており、寸法安定性も良好であるので、電解コンデンサーの気密性に優れたものである。
本発明の封口板の成形方法は、特に限定されないが、通常、圧縮成形、トランスファー成形あるいは射出成形が用いられる。射出成形を用いる場合は、金属端子をインサートとして加熱された成形金型に固定し、次いで、溶融した成形材料をこの成形金型内に注入し、所定時間保持した後、硬化した成形体を金型から取り出すことにより得ることができる。射出成形条件の一例を挙げると、金型温度１７０〜１８０℃、射出圧力２００〜６００ｋｇｆ／ｃｍ²、硬化時間０.５〜１分間で成形することにより、封口板を得ることができる。

以下、実施例等により本発明を具体的に説明する。
実施例及び比較例に用いた各配合物は以下の通りである。
レゾール樹脂：住友ベークライト(株)製・ＰＲ−５１５０１Ｂ
ノボラック樹脂：住友ベークライト(株)製・ＰＲ−５０７１６
ガラス繊維：日本板硝子(株)製・チョップドストランドＲＥＳ（繊維径９〜１５μｍ、繊維長２０〜３００μｍ）
未焼成クレー：ＥＣＣ社製・ＥＣＫＡＬＩＴＥ
ポリエチレン：ヤスハラケミカル社製・ネオワックス（数平均分子量３０００）
着色剤：カーボンブラック
硬化触媒：水酸化カルシウム

これらを表１に示す割合で混合し、約９０℃の加熱ロール間で混練し、次いで、シート状にし冷却したものを粉砕して顆粒状の成形材料とした。

特性を測定するための試験片は、得られた成形材料を用いて、射出成形により作製した。成形条件は、金型温度１７５℃、硬化時間１分とした。成形後各特性の評価を実施した。
特性評価は、機械的強度として曲げ強さを、また物理特性として成形収縮率、線膨張係数を、それぞれＪＩＳＫ６９１１「熱硬化性プラスチック一般試験方法」により測定した。
接着力は、図１に示す試験片を使用した。この試験片は、一方の金属板（幅２５ｍｍ）１の上に成形材料３を２ｇ程度置き他方の金属板（幅２５ｍｍ）２をその上に重なり部分４０ｍｍとして載置し、温度１７５℃で硬化時間１分間とし、成形圧力４００ｋｇｆ／ｃｍ²で加圧することにより作製した。これを引張試験機にセットして最大荷重を測定した。
気密性評価は成形した成形体（封口板）を、容器にセットして密閉し、容器の空気導入口から内圧８ｋｇｆ／ｃｍ²の空気圧を加え、封口板の金属端子部分から空気の漏れの有無を確認した。

成形体特性の評価結果を表２に示した。

表２の実施例１〜３と比較例１〜３の結果より、フェノール樹脂のタイプに関わらず、ポリエチレンの使用により、金属との接着性に優れ、封口板としての気密性が優れたものとなることを確認した。また、実施例３の曲げ強さは、比較例３と同等であり、ガラス繊維を使用しない比較例４より高くなっていて、ガラス繊維配合による効果を確認できた。さらに、実施例３の異方性は、比較例３、４と同等であり、比較例５より小さい値であった。このように、ガラス繊維の配合量を適切な量とすることで機械的強度と異方性を両立させることができた。
なお、実施例３（レゾール樹脂とノボラック樹脂を併用）は、成形収縮率が大きいが、異方性が小さいため、金属端子を均等に締め付けることとなるので、気密性向上のために好ましいことである。また、表２のデータには示されていないが、実施例３は、実施例２（レゾール樹脂のみ使用）に比較して成形性に優れていた。これは、レゾール樹脂はのみの場合に比べて、レゾール樹脂とノボラック樹脂を併用した方が硬化は緩やかになり、熱安定性に優れる為である。

本発明は、電解コンデンサーの封口板に用いるフェノール樹脂成形材料およびこのフェノール樹脂成形材料を用いた電解コンデンサーの封口板であり、特に、金属端子との密着性に優れていて、電解コンデンサーの気密性が向上する。従って、家庭電源や家庭電化製品等に用いられるアルミ電解コンデンサーや、電気自動車や燃料電池自動車等に用いられる電気二重層電解コンデンサーの用途に好適に適用できるものである。

成形材料の接着力の測定法を示す概略断面図

符号の説明

１金属板
２金属板
３成形材料硬化物

Claims

フェノール樹脂、ガラス繊維、無機粉末基材、及び数平均分子量５００〜８０００のポリエチレンを含有してなる電解コンデンサーの封口板用フェノール樹脂成形材料。
請求項１に記載のフェノール樹脂成形材料において、ガラス繊維の含有量が、成形材料全体に対して、０．５〜１０重量％である電解コンデンサーの封口板用フェノール樹脂成形材料。
請求項１に記載のフェノール樹脂成形材料において、成形材料全体に対して、フェノール樹脂３０〜５０重量％、ガラス繊維０．５〜１０重量％、無機粉末基材４５〜６５重量％、前記ポリエチレン０．１〜５重量％を含有してなる電解コンデンサーの封口板用フェノール樹脂成形材料。
請求項１ないし３のいずれかに記載のフェノール樹脂成形材料において、フェノール樹脂がレゾール型フェノール樹脂とノボラック型フェノール樹脂とを併用したものである電解コンデンサーの封口板用フェノール樹脂成形材料。
請求項１ないし４のいずれかに記載のフェノール樹脂成形材料と金属端子を成形して得られることを特徴とする電解コンデンサー用封口板。