JP2005175015A - Method of manufacturing electrolytic capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体電解質層を備えた電解コンデンサの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an electrolytic capacitor having a solid electrolyte layer.
近年、高周波用途に適した電子部品のうちの1つとして、多様な電子機器に電解コンデンサが搭載されている。この電解コンデンサに関しては、例えば、電子機器のデジタル化、小型化および高速化が加速的に進行している情勢下において、大容量化や低インピーダンス化が要望されていると共に、動作安定性や動作信頼性の確保、ならびに高寿命化も併せて要望されている。 In recent years, electrolytic capacitors are mounted on various electronic devices as one of electronic components suitable for high-frequency applications. With regard to this electrolytic capacitor, for example, in a situation where the digitization, downsizing and speeding up of electronic devices are accelerating, there is a demand for large capacity and low impedance, as well as operational stability and operation. There is also a demand for ensuring reliability and extending the service life.
電解コンデンサは、例えば、弁作用金属により構成された陽極と、この陽極の表層が陽極酸化されることにより形成された酸化皮膜よりなる誘電体層と、電解質層と、陰極とがこの順に積層された構造を有している。 An electrolytic capacitor has, for example, an anode made of a valve metal, a dielectric layer made of an oxide film formed by anodizing the surface layer of the anode, an electrolyte layer, and a cathode in this order. Have a structure.
この電解コンデンサは、主に、電解質層の種類に応じて2種類に大別される。すなわち、液体材料により構成された電解質層(電解液)を備え、主にイオン伝導性を利用した導電特性を有する液体電解コンデンサと、錯塩や導電性高分子などの固体材料により構成された電解質層(固体電解質層)を備え、主に電子伝導性を利用した導電特性を有する固体電解コンデンサである。これらの2種類の電解コンデンサを作動特性の安定性の観点において比較すると、例えば、液体電解コンデンサでは電解液の漏洩や蒸発に起因して作動特性が経時劣化し得るのに対して、この電解液の漏洩や蒸発に起因する作動特性の経時劣化は固体電解コンデンサでは起こり得ないため、今後主流になり得る電解コンデンサとして、最近では液体電解コンデンサに代えて固体電解コンデンサに関する研究開発が活発に進められている。この固体電解コンデンサに関する研究過程では、例えば、漏れ電流特性、インピーダンス特性ならびに耐熱特性などの一連の作動特性を考慮して、固体電解質層の主要部が、二酸化マンガンや錯塩から、電子供与性または電子吸引性の物質(ドーパント)が含有(ドープ)された共役系の導電性高分子に急速に移行しつつある。 This electrolytic capacitor is mainly divided into two types according to the type of the electrolyte layer. That is, a liquid electrolytic capacitor having an electrolyte layer (electrolytic solution) made of a liquid material and having conductive characteristics mainly using ionic conductivity, and an electrolyte layer made of a solid material such as a complex salt or a conductive polymer This is a solid electrolytic capacitor having a (solid electrolyte layer) and having conductive characteristics mainly utilizing electronic conductivity. When these two types of electrolytic capacitors are compared in terms of stability of operating characteristics, for example, in liquid electrolytic capacitors, the operating characteristics may deteriorate over time due to leakage or evaporation of the electrolytic solution. As the electrolytic capacitors that can become the mainstream in the future are recently being actively researched and developed for solid electrolytic capacitors instead of liquid electrolytic capacitors, the deterioration of the operating characteristics due to leakage and evaporation of the liquid cannot occur with solid electrolytic capacitors. ing. In the research process for this solid electrolytic capacitor, for example, considering a series of operating characteristics such as leakage current characteristics, impedance characteristics, and heat resistance characteristics, the main part of the solid electrolyte layer is made of manganese dioxide or a complex salt from electron donating or electron It is rapidly shifting to a conjugated conductive polymer containing (doped) an attractive substance (dopant).
このドーパントがドープされた導電性高分子を含む固体電解質層を形成する際には、例えば、誘電体層が形成された陽極を準備したのち、単量体、ドーパントおよび酸化剤を使用し、その誘電体層上において酸化剤を使用して単量体を酸化重合させることによりドーパントを含む導電性高分子を生成しており、この種の固体電解質層の形成方法に関しては、既にいくつかの具体的な手法が知られている。 When forming a solid electrolyte layer containing a conductive polymer doped with this dopant, for example, after preparing an anode on which a dielectric layer is formed, a monomer, a dopant and an oxidizing agent are used. A conductive polymer containing a dopant is produced by oxidative polymerization of a monomer using an oxidant on a dielectric layer, and several methods for forming this type of solid electrolyte layer have already been proposed. Techniques are known.
具体的には、例えば、単量体、ドーパントおよび酸化剤の全てを含む単一の溶液を使用して導電性高分子を生成する手法(いわゆる一液法;例えば、特許文献1参照。)や、単量体、ドーパントおよび酸化剤を任意の組み合わせで別個に含む複数の溶液を使用して導電性高分子を生成する手法(いわゆる二液法;例えば、特許文献2,3参照。)などが提案されている。この二液法では、特に、単量体を含む溶液と酸化剤を含む溶液と(各溶液は必要に応じてドーパントを含む)を使用することにより導電性高分子を生成したり(例えば、特許文献2参照。)、単量体および易動性ドーパントを含む溶液と固定性ドーパントを含む溶液とを使用することにより導電性高分子を生成している(例えば、特許文献3参照。)。
ところで、固体電解コンデンサでは、一般に、高容量化を実現することを目的として、陽極に拡面化(または粗面化)処理が施されており、その陽極が微細な表面凹凸構造を有している。これに伴い、陽極の表層に形成されている誘電体層も同様に微細な凹凸構造を有しており、この凹凸構造を有する誘電体層を覆うように固体電解質層が設けられている。したがって、上記した誘電体層と固体電解質層との間の構造的特徴を考慮すれば、固体電解コンデンサの容量特性を安定的に向上させるためには、誘電体層に対する固体電解質層の定着性、より具体的には固体電解質層の導電特性に大きな影響を及ぼすドーパントの定着性を可能な限り向上させる必要がある。この場合には、特に、固体電解コンデンサの量産性を考慮して、その固体電解コンデンサを可能な限り容易かつ安定的に製造しつつ、ドーパントの定着性を向上させることが可能な製造技術の確立が望まれるところである。 By the way, in a solid electrolytic capacitor, in general, for the purpose of realizing a high capacity, the anode is subjected to surface enlargement (or roughening) treatment, and the anode has a fine surface uneven structure. Yes. Accordingly, the dielectric layer formed on the surface layer of the anode similarly has a fine uneven structure, and a solid electrolyte layer is provided so as to cover the dielectric layer having the uneven structure. Therefore, in view of the structural characteristics between the dielectric layer and the solid electrolyte layer, in order to stably improve the capacity characteristics of the solid electrolytic capacitor, the fixability of the solid electrolyte layer to the dielectric layer, More specifically, it is necessary to improve as much as possible the fixability of the dopant, which has a great influence on the conductive properties of the solid electrolyte layer. In this case, in particular, in consideration of mass production of solid electrolytic capacitors, establishment of a manufacturing technique capable of improving the fixability of dopants while manufacturing the solid electrolytic capacitors as easily and stably as possible. Is desired.
しかしながら、上記した従来の固体電解コンデンサの製造方法では、誘電体層に対するドーパントの定着性を可能な限り向上させる必要があるにも関わらず、そのドーパントの定着性が十分でないため、固体電解コンデンサの容量特性を安定的に向上させることが困難であるという問題があった。なお、従来の固体電解コンデンサの製造方法と誘電体層に対するドーパントの定着性との間の関係に関して詳細に説明すれば、ドーパントの定着性は一液法よりも二液法において向上し得るが、そのドーパントの定着性は従来の二液法においても未だ十分とは言えない。しかも、固体電解質層中におけるドーパント全体の定着性を考慮すれば、そのドーパントの定着性を可能な限り向上させるためには、誘電体層に対する定着性だけでなく、導電性高分子に対する定着性、すなわち導電性高分子の網目構造中へのドーパントの入り込みやすさを向上させることが重要である。 However, in the conventional method for manufacturing a solid electrolytic capacitor described above, since the fixability of the dopant to the dielectric layer needs to be improved as much as possible, the fixability of the dopant is not sufficient. There has been a problem that it is difficult to stably improve the capacity characteristics. In addition, if the relationship between the manufacturing method of the conventional solid electrolytic capacitor and the fixability of the dopant to the dielectric layer is described in detail, the fixability of the dopant can be improved in the two-component method than the one-component method, The fixability of the dopant is still not sufficient even in the conventional two-component method. Moreover, considering the fixability of the entire dopant in the solid electrolyte layer, in order to improve the fixability of the dopant as much as possible, not only the fixability to the dielectric layer but also the fixability to the conductive polymer, That is, it is important to improve the ease of entry of the dopant into the network structure of the conductive polymer.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第1の目的は、ドーパントの定着性を可能な限り向上させることにより、容量特性を安定的に向上させることが可能な電解コンデンサの製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and a first object thereof is to produce an electrolytic capacitor capable of stably improving the capacity characteristics by improving the fixability of the dopant as much as possible. It is to provide a method.
また、本発明の第2の目的は、電解コンデンサを可能な限り容易かつ安定的に製造することが可能な電解コンデンサの製造方法を提供することにある。 The second object of the present invention is to provide an electrolytic capacitor manufacturing method capable of manufacturing an electrolytic capacitor as easily and stably as possible.
本発明に係る電解コンデンサの製造方法は、電極と、誘電体層と、固体電解質層とがこの順に積層された積層構造を有する電解コンデンサを製造する方法であり、誘電体層および固体電解質層を形成する工程が、界面活性剤およびドーパントのうちの少なくとも一方を含む第1の溶液に、電極を浸漬させる工程と、第1の溶液を使用して、電極の表層を酸化させることにより誘電体層を形成する工程と、単量体およびドーパントを含む第2の溶液に、誘電体層が形成された電極を浸漬させる工程と、第2の溶液中の単量体を重合させて導電性高分子を生成することにより、その導電性高分子と共にドーパントを含む固体電解質層を誘電体層を覆うように形成する工程とを含むようにしたものである。 An electrolytic capacitor manufacturing method according to the present invention is a method for manufacturing an electrolytic capacitor having a laminated structure in which an electrode, a dielectric layer, and a solid electrolyte layer are laminated in this order. The step of forming comprises immersing the electrode in a first solution containing at least one of a surfactant and a dopant, and oxidizing the surface layer of the electrode using the first solution to form the dielectric layer A step of immersing the electrode on which the dielectric layer is formed in a second solution containing a monomer and a dopant, and polymerizing the monomer in the second solution to form a conductive polymer Forming a solid electrolyte layer containing a dopant together with the conductive polymer so as to cover the dielectric layer.
本発明に係る電解コンデンサの製造方法では、界面活性剤およびドーパントのうちの少なくとも一方を含む第1の溶液に電極を浸漬させて、その電極の表層を酸化させることにより誘電体層を形成する処理(化成処理)と、その誘電体層の表面に界面活性剤およびドーパントのうちの少なくとも一方を定着させる処理(表面処理)との双方が、単一の工程において一括して電極に施される。これにより、化成処理および表面処理を単一の工程において行わずに別個の工程(すなわち2工程)において行う場合と比較して、電解コンデンサを製造するために要する工程数が減少する。しかも、第1の溶液を使用した単一の工程は、煩雑な作業を要するものではないため、化成処理や表面処理の成果に作業者ごとの個人差を深刻な程度に生じさせるものではない。 In the method for producing an electrolytic capacitor according to the present invention, the electrode is immersed in a first solution containing at least one of a surfactant and a dopant, and the dielectric layer is formed by oxidizing the surface layer of the electrode. Both (chemical conversion treatment) and treatment (surface treatment) for fixing at least one of a surfactant and a dopant on the surface of the dielectric layer are collectively applied to the electrodes in a single step. As a result, the number of steps required to manufacture the electrolytic capacitor is reduced as compared with the case where the chemical conversion treatment and the surface treatment are not performed in a single step but are performed in separate steps (that is, two steps). In addition, since the single process using the first solution does not require complicated work, it does not cause a significant individual difference for each worker in the results of chemical conversion treatment or surface treatment.
また、本発明に係る電解コンデンサの製造方法では、第1の溶液を使用して電極に表面処理を施すことにより、例えば、誘電体層の表面に存在する水酸基と界面活性剤およびドーパントのうちの少なくとも一方との間で結合しやすくなると共に、誘電体層により構成された細孔に界面活性剤およびドーパントのうちの少なくとも一方が入り込みやすくなる。この場合には、ドーパント自体が誘電体層の水酸基と結合しやすくなると共に細孔に入り込みやすくなる場合はもちろんのこと、界面活性剤が誘電体層の水酸基と結合しやすくなると共に細孔に入り込みやすくなる場合においても第2の溶液中のドーパントが界面活性剤を介して誘電体層と結合しやすくなるため、いずれの場合においても結果として誘電体層に対するドーパントの定着性が向上し、すなわちドーピング率が安定的に向上する。しかも、この場合には、誘電体層に対するドーパントの定着性の向上に基づき、そのドーパントが導電性高分子の網目構造中に入り込みやすくなり、すなわち導電性高分子に対するドーパントの定着性も向上するため、この観点においてもドーピング率が安定的に向上する。 Further, in the method for manufacturing an electrolytic capacitor according to the present invention, by performing surface treatment on the electrode using the first solution, for example, among the hydroxyl group present on the surface of the dielectric layer, the surfactant, and the dopant It becomes easy to bond with at least one, and at least one of the surfactant and the dopant easily enters the pores constituted by the dielectric layer. In this case, the dopant itself easily binds to the hydroxyl groups of the dielectric layer and easily enters the pores. Of course, the surfactant easily binds to the hydroxyl groups of the dielectric layer and enters the pores. Even in the case where it becomes easy, the dopant in the second solution becomes easy to bond to the dielectric layer via the surfactant, so that in any case, the fixability of the dopant to the dielectric layer is improved as a result, that is, doping is performed. The rate improves stably. Moreover, in this case, based on the improvement of the fixability of the dopant to the dielectric layer, the dopant easily enters the network structure of the conductive polymer, that is, the fixability of the dopant to the conductive polymer is also improved. In this respect, the doping rate is stably improved.
本発明に係る電解コンデンサの製造方法では、第1の溶液を使用して電極に化成処理および表面処理の双方を一括して電極に施すことが可能な限り、第1の溶液として、界面活性剤のみを含む溶液を使用するようにしてもよいし、ドーパントのみを含む溶液を使用するようにしてもよいし、界面活性剤およびドーパントの双方を含む溶液を使用するようにしてもよい。特に、第1の溶液として界面活性剤のみを含む溶液を使用する場合には、その界面活性剤としてドーパントを兼ねるものを使用するようにしてもよい。 In the method for producing an electrolytic capacitor according to the present invention, as long as it is possible to apply both the chemical conversion treatment and the surface treatment to the electrode using the first solution, the surfactant is used as the first solution. A solution containing only a dopant, a solution containing only a dopant, or a solution containing both a surfactant and a dopant may be used. In particular, when a solution containing only a surfactant is used as the first solution, a solution that also serves as a dopant may be used as the surfactant.
本発明に係る電解コンデンサの製造方法によれば、界面活性剤およびドーパントのうちの少なくとも一方を含む第1の溶液に電極を浸漬させる単一の工程において、化成処理および表面処理の双方が一括して電極に施される製法的特徴に基づき、電解コンデンサの製造工程数が減少すると共に、化成処理や表面処理の成果に作業者ごとの個人差が深刻な程度に生じないため、電解コンデンサを可能な限り容易かつ安定的に製造することができる。また、電極に表面処理を施すことにより、ドーパントの定着性の向上に基づいてドーピング率が安定的に向上するため、電解コンデンサの容量特性を安定的に向上させることができる。 According to the method for producing an electrolytic capacitor according to the present invention, in a single step of immersing the electrode in the first solution containing at least one of the surfactant and the dopant, both the chemical conversion treatment and the surface treatment are performed together. Electrolytic capacitors are possible because the number of manufacturing processes for electrolytic capacitors is reduced based on the manufacturing characteristics applied to the electrodes, and there are no significant individual differences among workers in the results of chemical conversion treatment or surface treatment. It can be manufactured as easily and stably as possible. In addition, by performing surface treatment on the electrode, the doping rate is stably improved based on the improvement of the fixability of the dopant, so that the capacitance characteristics of the electrolytic capacitor can be stably improved.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
まず、図1および図2を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る電解コンデンサの製造方法を使用して製造される電解コンデンサの構成について簡単に説明する。図1および図2は電解コンデンサの主要部(コンデンサ素子10)の構成を表しており、図1は外観構成を示し、図2は図1に示したII−II線に沿った断面構成を拡大して示している。
[First Embodiment]
First, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the structure of the electrolytic capacitor manufactured using the manufacturing method of the electrolytic capacitor based on the 1st Embodiment of this invention is demonstrated easily. 1 and 2 show the configuration of the main part (capacitor element 10) of the electrolytic capacitor, FIG. 1 shows the external configuration, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional configuration along the line II-II shown in FIG. As shown.
本実施の形態において製造される電解コンデンサは、図1および図2に示したコンデンサ素子10に陽極リードおよび陰極リード(いずれも図示せず)が接続され、これらの陽極リードおよび陰極リードの双方が部分的に露出するようにコンデンサ素子10がモールド樹脂(図示せず)により周囲を覆われた構造を有するものである。このコンデンサ素子10は、電解コンデンサの主要部として電気的反応を生じるものであり、例えば、図1および図2に示したように、陽極11と、この陽極11の周囲(一端部)を部分的に覆うように設けられた誘電体層12と、この誘電体層12の周囲を覆うように設けられた固体電解質層13と、この固体電解質層13の周囲を覆うように設けられた陰極14とを含み、すなわち陽極11、誘電体層12、固体電解質層13および陰極14がこの順に積層された積層構造を有している。
In the electrolytic capacitor manufactured in this embodiment, an anode lead and a cathode lead (both not shown) are connected to
陽極11は、拡面化(または粗面化)された表面構造を有する電極であり、例えば、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)またはニオブ(Nb)などの弁作用金属により構成されている。この陽極11は、具体的には、例えば、アルミニウムまたはチタンなどの金属箔や、タンタルまたはニオブなどの焼結体である。なお、拡面化された陽極11の表面凹凸構造に関しては後述する(図3参照)。
The
誘電体層12は、例えば、弁作用金属により構成された陽極11の表層が陽極酸化されることにより形成された酸化皮膜である。この誘電体層12は、例えば、陽極11がアルミニウムより構成されている場合には、酸化アルミニウム(Al2 O3 ;以下、単に「アルミナ」という。)により構成されている。
The
固体電解質層13は、導電性高分子およびドーパントを含み、すなわちドーパントがドープされた導電性高分子により構成されている。導電性高分子は、固体電解質層13の主要部を構成するものであり、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフランおよびこれらの誘導体を含む群のうちの少なくとも1種により構成されている。この「誘導体」としては、例えば、ポリチオフェンの誘導体であるポリエチレンジオキシチオフェンなどが挙げられる。ドーパントは、導電性高分子の導電性を高めるためのものであり、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸およびその塩(例えばパラトルエンスルホン酸鉄等)、アルキルナフタレンスルホン酸およびその塩(例えばイソプロピルナフタレンスルホン酸鉄等)、ならびにリン酸を含む群のうちの少なくとも1種により構成されている。この固体電解質層13を備えたコンデンサ素子10は、いわゆる固体電解コンデンサ素子である。
The
陰極14は、例えば、カーボン(グラファイト)層14Aと銀(Ag)層14Bとが積層された積層構造を有している。
The
なお、参考までに、陽極リードおよび陰極リードは、例えば、いずれも鉄(Fe)または銅(Cu)などの金属や、これらの金属にめっき処理(例えば錫(Sn)めっきや錫鉛(SnPb)めっき)が施されためっき処理金属により構成されており、それぞれコンデンサ素子10のうちの陽極11および陰極14に接続されている。モールド樹脂は、例えば、エポキシ樹脂などの絶縁性樹脂により構成されている。
For reference, both the anode lead and the cathode lead are, for example, a metal such as iron (Fe) or copper (Cu), or a plating treatment (for example, tin (Sn) plating or tin lead (SnPb)) on these metals. It is made of a plated metal subjected to plating, and is connected to the
次に、図3を参照して、コンデンサ素子10の詳細な構成について説明する。図3は、図2に示したコンデンサ素子10の断面構成を部分的に拡大して表している。
Next, a detailed configuration of the
コンデンサ素子10では、例えば、図3に示したように、陽極11を覆うように誘電体層12、固体電解質層13および陰極14(カーボン層14A,銀層14B)がこの順に積層されている。このコンデンサ素子10では、上記したように、陽極11の表面積を増大させることにより高容量化を実現するために、その陽極11に拡面化処理(または粗面化処理)が施されており、すなわち陽極11が微細な表面凹凸構造を有している。これに伴い、陽極11を覆うように形成されている誘電体層12は微細な凹凸構造を有しており、この凹凸構造を有する誘電体層12を覆うように固体電解質層13が設けられている。特に、誘電体層12は、凹凸構造のうちの凹部として複数の細孔12Hを構成しており、固体電解質層13は誘電体層12の細孔12Hに部分的に入り込んでいる。
In the
次に、図1〜図7を参照して、図1〜図3に示したコンデンサ素子10を備えた電解コンデンサの製造方法について説明する。図4は電解コンデンサの製造工程の流れを説明するためのものであり、図5は電解コンデンサの製造工程において使用される溶液(化成溶液,単量体溶液)の組成を説明するためのものである。また、図6は化成処理前の陽極11の断面構成を表し、図7は化成処理後の陽極11の断面構成を表しており、これらの図6および図7はいずれも図2に対応している。
Next, a method for manufacturing an electrolytic capacitor including the
電解コンデンサを製造する際には、まず、その電解コンデンサの主要部であるコンデンサ素子10を形成する。すなわち、まず、弁作用金属箔(例えばアルミニウム箔やチタン箔)により構成された陽極11として、例えば、図6に示したように、あらかじめ拡面化処理が施されていると共に(図3参照)、あらかじめ誘電体層12の一部が部分的に形成されているものを準備する。図6に示した陽極11では、例えば、矩形状の断面を構成する4つの面、すなわち互いに対向する2組の面PA,PB,PC,PDのうちの一方の組の面PA,PBにあらかじめ誘電体層12の一部を構成する誘電体層部分12A,12Bがそれぞれ形成されており、他方の組の面PC,PDがいずれも露出している。これらの誘電体層部分12A,12Bは、例えば、図3に示したように、陽極11の表面凹凸構造に対応した凹凸構造を有し、その凹凸構造のうちの凹部として複数の細孔12Hを構成していると共に、陽極11の形成材料がアルミニウム拡面化箔である場合には、アルミナにより構成されている。この陽極11は、例えば、面PA,PBにあらかじめ誘電体層部分12A,12Bが形成された広幅の陽極11が、面PC,PDにおいて短冊状に切断されたものである。なお、陽極11の構成材料としては、例えば、上記した弁作用金属箔に代えて、タンタルまたはニオブなどの弁作用金属の焼結体も使用可能である。
When manufacturing an electrolytic capacitor, first, the
誘電体層部分12A,12Bがあらかじめ形成された陽極11を準備したのち、例えば、図5に示したように、界面活性剤およびドーパントのうちの少なくとも一方を含む化成溶液(第1の溶液)として、界面活性剤のみを含む溶液を準備し、この化成溶液に陽極11を浸漬させる(ステップS101)。
After preparing the
化成溶液を調製する際には、例えば、界面活性剤および溶媒として以下の材料を使用する。すなわち、界面活性剤として、例えば、(1)アニオン性界面活性剤、(2)カチオン性界面活性剤、(3)両性界面活性剤、あるいは(4)非イオン性界面活性剤(エーテル系,エーテルエステル系,エステル系,含窒素系を含む)のいずれかを使用し、好ましくは、(1)アニオン性界面活性剤に属する界面活性剤のうち、界面活性剤としての機能と共にドーパントとしての機能も兼ねる化合物を使用する。この種の化合物としては、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキルナフタレンスルホン酸ナトリウムなどが挙げられる。なお、溶媒としては、例えば、水などを使用する。 In preparing the chemical conversion solution, for example, the following materials are used as a surfactant and a solvent. That is, as the surfactant, for example, (1) anionic surfactant, (2) cationic surfactant, (3) amphoteric surfactant, or (4) nonionic surfactant (ether type, ether) (1) Among the surfactants belonging to the anionic surfactant, the function as a surfactant as well as the function as a dopant is used. Use a compound that doubles as well. Examples of this type of compound include sodium alkylbenzene sulfonate and sodium alkyl naphthalene sulfonate. In addition, as a solvent, water etc. are used, for example.
続いて、化成溶液を使用して、電極11に化成処理(ステップS102)および表面処理(ステップS103)の双方を一括して施す。具体的には、化成処理として、誘電体層部分12A,12Bがあらかじめ形成された陽極11を化成溶液に浸漬させたのち、その化成溶液に浸漬させながら電圧を印加して陽極11の表層(露出面PC,PD)を部分的に陽極酸化させることにより、その陽極11の露出面PC,PDを覆うように酸化皮膜よりなる誘電体層部分12C,12Dを部分的を形成する。この化成処理により、一連の誘電体層部分12A〜12Dにより構成された誘電体層12が形成される。また、表面処理として、誘電体層12(誘電体層部分12A〜12D)の表面に化成溶液を付着させることにより、その誘電体層12の表面に界面活性剤を定着させる。この表面処理により、例えば、界面活性剤が誘電体層12の表面に存在する水酸基と結合しやすくなると共に、その界面活性剤が誘電体層12の細孔12Hに入り込みやすくなる。なお、化成処理を施す際に陽極11に印加する電圧は、例えば、誘電体層部分12C,12Dの形成厚さに応じて数V〜数百Vの範囲内で自由に設定可能である。特に、化成溶液を使用して陽極11に化成処理を施したのちには、例えば、使用済みの界面活性剤を洗い流すために、必要に応じて化成処理後の陽極11を水洗するのが好ましい。
Subsequently, using the chemical conversion solution, both the chemical conversion treatment (step S102) and the surface treatment (step S103) are collectively performed on the
続いて、図5に示したように、単量体およびドーパントと共に酸化剤を含む単量体溶液(第2の溶液)を準備し、この単量体溶液に、誘電体層12が形成された陽極11を浸漬させる(ステップS104)。
Subsequently, as shown in FIG. 5, a monomer solution (second solution) containing an oxidant together with the monomer and the dopant was prepared, and the
単量体溶液を調製する際には、例えば、単量体、ドーパント、酸化剤および溶媒として以下の材料を使用する。すなわち、単量体として、例えば、アニリン、ピロール、チオフェン、フランおよびこれらの誘導体のうちの少なくとも1種を使用する。これにより、導電性高分子として、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフランおよびこれらの誘導体のうちの少なくとも1種が生成される。また、ドーパントとして、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸およびその塩(例えばパラトルエンスルホン酸鉄等)、アルキルナフタレンスルホン酸およびその塩(例えばイソプロピルナフタレンスルホン酸鉄等)、ならびにリン酸を含む群のうちの少なくとも1種を使用し、酸化剤として、例えば、ハロゲン化物(例えばヨウ素または臭素等)、金属ハロゲン化物(例えば五フッ化ケイ素等)、プロトン酸(例えば硫酸等)、酸素化合物(例えば三酸化硫黄等)、硫酸塩(例えば硫酸セリウム等)、過硫酸塩(例えば過硫酸ナトリウム等)、過酸化物(例えば過酸化水素等)または鉄塩(例えばアルキルベンゼンスルホン酸鉄やアルキルナフタレンスルホン酸鉄等)などを使用する。なお、溶媒としては、例えば、水やブタノールなどを使用する。 In preparing the monomer solution, for example, the following materials are used as a monomer, a dopant, an oxidizing agent, and a solvent. That is, as the monomer, for example, at least one of aniline, pyrrole, thiophene, furan and derivatives thereof is used. Thereby, at least 1 sort (s) of polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyfuran, and these derivatives is produced | generated as a conductive polymer, for example. Further, as a dopant, for example, at least one selected from the group comprising alkylbenzenesulfonic acid and a salt thereof (for example, iron paratoluenesulfonate), alkylnaphthalenesulfonic acid and a salt thereof (for example, iron isopropylnaphthalenesulfonate), and phosphoric acid. 1 type is used, and as an oxidizing agent, for example, halide (for example, iodine or bromine), metal halide (for example, silicon pentafluoride), protonic acid (for example, sulfuric acid), oxygen compound (for example, sulfur trioxide) ), Sulfate (eg, cerium sulfate, etc.), persulfate (eg, sodium persulfate, etc.), peroxide (eg, hydrogen peroxide), or iron salt (eg, iron alkylbenzene sulfonate or iron alkylnaphthalene sulfonate) Is used. In addition, as a solvent, water, butanol, etc. are used, for example.
続いて、単量体溶液中の単量体を重合させることにより、誘電体層12(誘電体層部分12A〜12D)の周囲を覆うように固体電解質層13を形成する(ステップS105)。具体的には、誘電体層12が形成された陽極11を単量体溶液に浸漬させたのち、その陽極11を単量体溶液から引き上げて加熱し、酸化剤を使用して単量体を酸化重合させることにより、導電性高分子を生成する。これにより、導電性高分子と共にドーパントを含み、すなわち導電性高分子にドーパントがドープされた構成を有する固体電解質13が形成される。この際、化成処理時に誘電体層12の表面に定着した界面活性剤に基づくアンカー作用を利用して、ドーパントが誘電体層12に強固に定着する。この固体電解質層13を形成したのち、必要に応じて固体電解質層13を水洗することにより、例えば、導電性高分子に含まれている未反応の単量体、導電性高分子にドープされなかった余剰なドーパント、ならびに使用済みの酸化剤などを洗い流す。なお、上記した「単量体溶液への陽極11の浸漬(ステップS104)」ならびに「固体電解質層13の形成(ステップS105)」の組み合わせ工程を行う際には、例えば、必ずしも1回に限らず、固体電解質層13の形成厚さに応じて複数回に渡って繰り返し行うようにしてもよい。
Subsequently, the
以上の手順を経て固体電解質層13を形成したのち、その固体電解質層13の周囲を覆うように陰極14を形成する(ステップS106)。この陰極14を形成する際には、例えば、固体電解質層13の周囲にカーボンペーストを塗布して乾燥させることによりカーボン層14Aを形成したのち、そのカーボン層14A上にさらに銀ペーストを塗布して乾燥させることにより銀層14Bを形成し、これらのカーボン層14Aと銀層14Bとの積層構造を有するようにする。これにより、陽極11、誘電体層12、固体電解質層13および陰極14がこの順に積層された積層構造を有するコンデンサ素子10が完成する(図1〜図3参照)。
After forming the
コンデンサ素子10を形成したのち、このコンデンサ素子10を使用して電解コンデンサを組み立てる。すなわち、例えば、コンデンサ素子10のうちの陽極11に陽極リードを接続させると共に、陰極14に陰極リードを接続させたのち(ステップS107)、陽極リードおよび陰極リードの双方が部分的に露出するようにコンデンサ素子10の周囲をモールド樹脂で被覆する(ステップS108)。これにより、コンデンサ素子10に陽極リードおよび陰極リードが接続され、これらの陽極リードおよび陰極リードを部分的に露出するようにコンデンサ素子10がモールド樹脂により周囲を覆われた構造を有する電解コンデンサが完成する。なお、コンデンサ素子10に陽極リードおよび陰極リードを接続させる際には、例えば、溶接処理やかしめ加工などを使用して直接的に接続させるようにしてもよいし、あるいは導電性接着剤などを使用して間接的に接続させるようにしてもよい。
After the
本実施の形態に係る電解コンデンサの製造方法では、陽極11に誘電体層12および固体電解質層13を形成する際に、その陽極11を浸漬させるための溶液として、界面活性剤を含む化成溶液を使用し、その化成溶液中において陽極11に化成処理および表面処理の双方を施すようにしたので、その化成溶液を使用した単一の工程において、誘電体層部分12C,12Dを形成することにより誘電体層12(誘電体層部分12A〜12D)を形成する化成処理と、その誘電体層12(誘電体層部分12A〜12D)の表面に界面活性剤を定着させる表面処理との双方が一括して電極11に施される。この場合には、上記した化成処理および表面処理を単一の工程において行わずに別個の工程(すなわち2工程)において行う場合と比較して、電解コンデンサを製造するために要する工程数が減少する。しかも、化成溶液を使用した単一の工程は煩雑な作業を要せず、その化成溶液に陽極11を浸漬させながら必要に応じて電圧を印加する単純な作業しか要しないため、陽極11に施される化成処理や表面処理の成果に作業者ごとの個人差を深刻な程度に生じさせるものではない。したがって、本実施の形態では、電解コンデンサを可能な限り容易かつ安定的に製造することができる。
In the electrolytic capacitor manufacturing method according to the present embodiment, when forming the
特に、本実施の形態では、化成溶液を使用して陽極11に表面処理を施すことにより、上記したように、界面活性剤が誘電体層12の表面に存在する水酸基と結合しやすくなると共に細孔12Hに入り込みやすくなり、誘電体層12に対する界面活性剤の定着性が向上する結果、その界面活性剤に基づくアンカー作用を利用して誘電体層12に対する単量体溶液中のドーパントの定着性が向上するため、ドーピング率が安定的に向上する。しかも、この場合には、誘電体層12に対するドーパントの定着性の向上に基づき、そのドーパントが導電性高分子の網目構造中に入り込みやすくなり、すなわち導電性高分子に対するドーパントの定着性も向上するため、この観点においてもドーピング率が安定的に向上する。したがって、本実施の形態では、電解コンデンサの容量特性を安定的に向上させることができる。
In particular, in the present embodiment, the surface treatment is performed on the
さらに、本実施の形態では、化成溶液に含まれる界面活性剤として、ドーパントとしての機能を兼ねるものを使用することにより、その化成溶液に陽極11を浸漬させた際に、単量体が存在していない状態においてドーパントが単独で誘電体層12に接触する。この場合には、単量体溶液中において単量体が存在している状態においてドーパントが誘電体層12に接触する場合と比較して、単量体が存在していない分だけ誘電体層12とドーパントとの間の接触面積が大きくなり、ドーパントに対する誘電体層12の濡れ性が向上するため、ドーパントが誘電体層12の表面に存在する水酸基より結合しやすくなると共に細孔12Hにより入り込みやすくなる。したがって、本実施の形態では、誘電体層12に対するドーパントの定着性ならびに導電性高分子に対するドーパントの定着性の双方がより向上するため、電解コンデンサの容量特性をより安定的に向上させることができる。
Further, in the present embodiment, by using a surfactant that also functions as a dopant as the surfactant contained in the chemical conversion solution, a monomer is present when the
なお、本実施の形態では、化成溶液に含まれる界面活性剤として、ドーパントとしての機能を兼ねるものを使用するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、ドーパントとしての機能を兼ねない界面活性剤を使用するようにしてもよい。この種の界面活性剤としては、例えば、上記実施の形態において列挙した一連の界面活性剤、すなわち(1)アニオン性界面活性剤、(2)カチオン性界面活性剤、(3)両性界面活性剤、または(4)非イオン性界面活性剤の中から、ドーパントとして機能し得る金属塩を除いた一連の材料が挙げられる。この場合においても、化成溶液を使用して誘電体層12の表面に界面活性剤を定着させることにより、その界面活性剤に基づくアンカー作用を利用して単量体溶液中のドーパントの定着性を向上し得るため、上記実施の形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
In the present embodiment, as the surfactant contained in the chemical conversion solution, a surfactant that also functions as a dopant is used. However, the surfactant is not necessarily limited to this, and for example, also functions as a dopant. No surfactant may be used. As this type of surfactant, for example, a series of surfactants listed in the above embodiment, namely (1) anionic surfactant, (2) cationic surfactant, and (3) amphoteric surfactant. Or (4) A series of materials obtained by removing a metal salt that can function as a dopant from nonionic surfactants. Also in this case, by fixing the surfactant on the surface of the
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図8は、本実施の形態に係る電解コンデンサの製造工程において使用される溶液(化成溶液,単量体溶液)の組成を説明するためのものであり、図5に対応している。本実施の形態に係る電解コンデンサの製造方法は、誘電体層12を形成するために使用する化成溶液の組成が異なる点を除き、上記第1の実施の形態と同様の製造手順を使用するものである。
FIG. 8 is for explaining the composition of the solution (chemical conversion solution, monomer solution) used in the manufacturing process of the electrolytic capacitor according to the present embodiment, and corresponds to FIG. The electrolytic capacitor manufacturing method according to the present embodiment uses the same manufacturing procedure as that of the first embodiment except that the composition of the chemical conversion solution used for forming the
本実施の形態において化成溶液としては、例えば、図8に示したように、ドーパントとして機能し得る界面活性剤を含む溶液を使用した上記第1の実施の形態(図5参照)とは異なり、その界面活性剤に代えてドーパント(界面活性剤として機能し得ないドーパント)を含む溶液を使用する。このドーパントしては、例えば、パラトルエンスルホン酸鉄などを使用することが可能である。なお、単量体溶液としては、例えば、上記第1の実施の形態と同様に、単量体およびドーパントと共に酸化剤を含む溶液を使用する。 In this embodiment, as the chemical conversion solution, for example, as shown in FIG. 8, unlike the first embodiment (see FIG. 5) using a solution containing a surfactant that can function as a dopant, Instead of the surfactant, a solution containing a dopant (a dopant that cannot function as a surfactant) is used. As this dopant, it is possible to use, for example, iron paratoluenesulfonate. In addition, as a monomer solution, the solution containing an oxidizing agent with a monomer and a dopant is used similarly to the said 1st Embodiment, for example.
本実施の形態では、図8に示した溶液(化成溶液,単量体溶液)を使用し、上記第1の実施の形態において図4に示した製造工程と同様の工程を経て誘電体層12および固体電解質層13を形成することにより、図1〜図3に示した電解コンデンサを製造することが可能である。この化成溶液を使用した表面処理では、化成処理を経て形成された誘電体層12(誘電体層12A〜12D)の表面にドーパントが定着される。
In the present embodiment, the solution (chemical conversion solution, monomer solution) shown in FIG. 8 is used, and the
本実施の形態に係る電解コンデンサの製造方法では、陽極11に化成処理を施すために、ドーパントを含む化成溶液を使用するようにしたので、この場合においても、化成溶液を使用した単一の工程において陽極11に化成処理および表面処理の双方が一括して施される。したがって、上記第1の実施の形態と同様の作用により、電解コンデンサを製造するために要する工程数が減少すると共に、その単一の工程において陽極11に施される化成処理や表面処理の成果に作業者ごとの個人差を深刻な程度に生じないため、電解コンデンサを可能な限り容易かつ安定的に製造することができる。この場合には、特に、化成溶液として界面活性剤を含む溶液を使用した第1の実施の形態とは異なり、陽極11に化成処理を施したのちに使用済みの界面活性剤を洗い流す必要がないため、その水洗処理が不要になる分だけ電解コンデンサの製造工程をより簡略化することができる。
In the manufacturing method of the electrolytic capacitor according to the present embodiment, since the chemical conversion solution containing the dopant is used to perform the chemical conversion treatment on the
特に、本実施の形態では、ドーパントを含む化成溶液を使用することにより、上記第1の実施の形態と同様に、誘電体層12に対するドーパントの定着性が向上する結果、導電性高分子に対するドーパントの定着性も向上するため、ドーピング率が安定的に向上する。したがって、電解コンデンサの容量特性を安定的に向上させることができる。
In particular, in the present embodiment, the use of a chemical conversion solution containing a dopant improves the fixability of the dopant to the
なお、本実施の形態に係る電解コンデンサの製造方法に関する上記以外の製造手順、作用および効果は、上記第1の実施の形態と同様である。 In addition, the manufacturing procedures, operations, and effects other than those described above relating to the method for manufacturing the electrolytic capacitor according to the present embodiment are the same as those in the first embodiment.
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。 Next, specific examples of the present invention will be described.
上記各実施の形態において説明した電解コンデンサの製造方法を使用して、電解コンデンサを製造した。すなわち、まず、陽極11として前処理済み(拡面化処理済みおよび誘電体層部分12A,12Bの形成処理済み)のアルミニウム箔(15mm×30mm;図6参照)と共に化成溶液を準備したのち、その化成溶液にアルミニウム箔を浸漬させた。続いて、化成溶液中においてアルミニウム箔に電圧(=23V)を印加して陽極酸化反応を進行させることにより、酸化アルミニウム皮膜よりなる誘電体層部分12C,12Dを形成した(図7参照)。これにより、陽極11の周囲を覆うように誘電体層12(誘電体層部分12A〜12D)が形成された。続いて、単量体およびドーパントと共に酸化剤を含む単量体溶液を準備し、誘電体層12が形成された陽極11を単量体溶液に30秒間に渡って浸漬させることにより、その誘電体層12に単量体溶液を付着させたのち、陽極11を0.5mm/秒で引き上げて室温乾燥させた。続いて、単量体溶液に浸漬済みの陽極11を乾燥器(温度=95℃)に投入して加熱し、その単量体溶液に含まれている酸化剤を使用して単量体を酸化重合させることにより導電性高分子を生成した。この酸化重合反応の結果、ドーパントがドープされた導電性高分子よりなる固体電解質層13が誘電体層12を覆うように形成された。この固体電解質層13を形成する際には、上記した固体電解質層13の形成手順を3回繰り返し、特に、酸化重合反応の完了時ごとに蒸留水やエタノールで固体電解質層13を洗浄することにより、未反応の単量体や余剰なドーパント,酸化剤を随時除去した。続いて、固体電解質層13の周囲にカーボンペーストを5μm〜10μmの厚さとなるように塗布して乾燥させることによりカーボン層14Aを成膜したのち、さらにカーボン層14A上に銀ペーストを20μm〜50μmの厚さとなるように塗布して乾燥させることにより銀層14Bを成膜し、これらのカーボン層14Aと銀層14Bとの積層構造を有するように陰極14を形成した。これにより、陽極11、誘電体層12、固体電解質層13および陰極14がこの順に積層された積層構造を有するコンデンサ素子10が形成された(図1〜図3参照)。最後に、コンデンサ素子10に銅製の陽極リードおよび陰極リードを接続させたのち、モールド樹脂としてエポキシ樹脂で陽極リードおよび陰極リードが部分的に露出するようにコンデンサ素子10の周囲を覆うことにより、電解コンデンサが完成した。
An electrolytic capacitor was manufactured using the method for manufacturing an electrolytic capacitor described in each of the above embodiments. That is, first, after preparing a chemical conversion solution together with an aluminum foil (15 mm × 30 mm; see FIG. 6) that has been pre-treated as the anode 11 (surface-expanded and
この電解コンデンサに関して、化成溶液および単量体溶液の組成をそれぞれ以下のように設定した上で作動特性を調べた。なお、電解コンデンサの作動特性を調べる際には、作動特性を簡略かつ高精度に調べるために、完成体の電解コンデンサに代えて、図9に示した簡易型の電解コンデンサとしてコンデンサ素子10を使用して作動特性試験を行った。図9に示したコンデンサ素子10は、陽極リードおよび陰極リードの代わりに試験用のテストリード15,16がそれぞれ陽極11,陰極14に接続されていると共に、陽極11と陰極14との間を絶縁するために、その陽極11に絶縁層17(例えばシリコン樹脂)が設けられている点を除き、図1〜図3に示したコンデンサ素子10と同様の構造を有している。
With respect to this electrolytic capacitor, the operating characteristics were examined after setting the composition of the chemical conversion solution and the monomer solution as follows. When examining the operating characteristics of the electrolytic capacitor, the
(実施例1)
上記第1の実施の形態において説明した電解コンデンサの製造方法を使用した。すなわち、化成溶液として、ドーパントを兼ねる界面活性剤としてアルキルナフタレンスルホン酸ナトリウムを含む溶液を使用し、具体的にはアルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム1.6%水溶液を使用した。また、単量体溶液として、単量体として3,4−エチレンジオキシチオフェン、ならびにドーパント兼酸化剤としてパラトルエンスルホン酸鉄をそれぞれ含む溶液を使用し、具体的には単量体としてバイエル株式会社製Baytron M (商品名)を使用し、ドーパント兼酸化剤としてパラトルエンスルホン酸鉄40%ブタノール溶液(バイエル株式会社製Baytron C (商品名))を使用した。この単量体溶液を調製する際には、単量体(3,4−エチレンジオキシチオフェン)およびドーパント兼酸化剤(パラトルエンスルホン酸鉄40%ブタノール溶液)を氷水で十分に冷却し、それらの単量体およびドーパント兼酸化剤をそれぞれ0.867g,13.0g秤量して混合したのち、その混合液を氷水で冷やしながらマグネチックスターラーで攪拌した。
(Example 1)
The electrolytic capacitor manufacturing method described in the first embodiment was used. That is, as the chemical conversion solution, a solution containing sodium alkylnaphthalene sulfonate as a surfactant also serving as a dopant was used, and specifically, a 1.6% aqueous solution of sodium alkyl naphthalene sulfonate was used. In addition, as a monomer solution, a solution containing 3,4-ethylenedioxythiophene as a monomer and iron paratoluenesulfonate as a dopant and oxidant is used. Baytron M (trade name) manufactured by company was used, and 40% butanol solution of iron paratoluenesulfonate (Baytron C (trade name) manufactured by Bayer Co., Ltd.) was used as a dopant and oxidizing agent. In preparing this monomer solution, the monomer (3,4-ethylenedioxythiophene) and the dopant / oxidizer (40% butanol solution of iron paratoluenesulfonate) were sufficiently cooled with ice water, Next, 0.867 g and 13.0 g of the monomer and the dopant / oxidant were weighed and mixed, and the mixture was stirred with a magnetic stirrer while being cooled with ice water.
(実施例2)
上記第2の実施の形態において説明した電解コンデンサの製造方法を使用した。すなわち、化成溶液として、ドーパントとしてパラトルエンスルホン酸鉄を含む溶液を使用し、具体的にはパラトルエンスルホン酸鉄1.6%ブタノール溶液(バイエル株式会社製Baytron C (商品名))を使用した。また、単量体溶液として、実施例1と同様の溶液を使用した。
(Example 2)
The electrolytic capacitor manufacturing method described in the second embodiment was used. That is, as the chemical solution, a solution containing iron paratoluenesulfonate as a dopant was used, and specifically, a 1.6% butanol solution of iron paratoluenesulfonate (Baytron C (trade name) manufactured by Bayer Co., Ltd.) was used. . Moreover, the solution similar to Example 1 was used as a monomer solution.
(比較例)
なお、本発明(実施例1,2)の電解コンデンサの作動特性を調べる際には、その性能を比較評価するために、本発明の化成溶液に代えて、界面活性剤およびドーパントのいずれにも該当しない電解質を含む溶液(アジピン酸アンモニウム7%水溶液)を使用して化成処理を行った点を除き、実施例1,2と同様の手順を経て製造した比較例の電解コンデンサの作動特性も調べた。
(Comparative example)
When investigating the operating characteristics of the electrolytic capacitors of the present invention (Examples 1 and 2), in order to compare and evaluate the performance, in place of the chemical conversion solution of the present invention, either a surfactant or a dopant is used. Examine the operating characteristics of the electrolytic capacitor of the comparative example manufactured through the same procedure as in Examples 1 and 2 except that a chemical conversion treatment was performed using a solution containing a non-applicable electrolyte (7% aqueous solution of ammonium adipate). It was.
電解コンデンサの作動特性として、まず、インピーダンス特性を調べたところ、図10に示した結果が得られた。図10は電解コンデンサのインピーダンス変化を表しており、「横軸」は経過時間(時間)を示し、「縦軸」はインピーダンス変化率(%)を示している。電解コンデンサのインピーダンス変化を調べる際には、作動周波数を100kHzに設定すると共に、インピーダンス変化を加速的に調べるために、電解コンデンサを高温環境(温度=125℃)中に投入した際のインピーダンス変化を追跡した。なお、図10に示した「10A,10B,10C」はそれぞれ実施例1,実施例2,比較例に関する結果を表している。 As the operating characteristic of the electrolytic capacitor, first, the impedance characteristic was examined, and the result shown in FIG. 10 was obtained. FIG. 10 represents the impedance change of the electrolytic capacitor. The “horizontal axis” represents elapsed time (hours), and the “vertical axis” represents the impedance change rate (%). When examining the impedance change of the electrolytic capacitor, the operating frequency is set to 100 kHz, and the impedance change when the electrolytic capacitor is put in a high temperature environment (temperature = 125 ° C.) in order to accelerate the impedance change is examined. Tracked. Note that “10A, 10B, and 10C” shown in FIG. 10 represent the results regarding Example 1, Example 2, and Comparative Example, respectively.
図10に示した結果から判るように、実施例1,2および比較例のいずれに関しても、インピーダンス変化率は経過時間が経過するにしたがって次第に正の方向に大きくなった。しかしながら、実施例1,2と比較例との間でインピーダンス変化率の挙動を比較すると、比較例よりも実施例1,2においてインピーダンス変化率が小さくなり、すなわちインピーダンスが変化しにくくなった。特に、実施例1,2間でインピーダンス変化率を比較すると、実施例2よりも実施例1においてインピーダンス変化率が著しく小さくなった。より具体的には、試験後(約900時間経過後)のインピーダンス変化率は、実施例1,2および比較例においてそれぞれ約57%,約167%,約214%であった。 As can be seen from the results shown in FIG. 10, the impedance change rate gradually increased in the positive direction as the elapsed time passed in all of Examples 1 and 2 and the comparative example. However, comparing the behavior of the impedance change rate between Examples 1 and 2 and the comparative example, the impedance change rate in Examples 1 and 2 was smaller than that in the comparative example, that is, the impedance was less likely to change. In particular, when the impedance change rate was compared between Examples 1 and 2, the impedance change rate in Example 1 was significantly smaller than that in Example 2. More specifically, the rate of change in impedance after the test (after about 900 hours) was about 57%, about 167%, and about 214% in Examples 1 and 2 and Comparative Example, respectively.
続いて、電解コンデンサの容量特性を調べたところ、図11に示した結果が得られた。図11は電解コンデンサの容量変化を表しており、「横軸」は経過時間(時間)を示し、「縦軸」は容量変化率(%)を示している。電解コンデンサの容量変化を調べる際には、実施例1,2および比較例のいずれに関しても2種類の作動周波数(120Hz,10kHz)を設定すると共に、インピーダンス変化を調べた場合と同様に電解コンデンサを高温環境(温度=125℃)中に投入した際の容量変化を追跡した。なお、図11に示した「11A,11B,11C,11D,11E,11F」はそれぞれ実施例1(120Hz)、実施例2(120Hz),比較例(120Hz),実施例1(10kHz),実施例2(10kHz),比較例(10kHz)に関する結果を表している。 Subsequently, when the capacitance characteristics of the electrolytic capacitor were examined, the result shown in FIG. 11 was obtained. FIG. 11 shows the capacitance change of the electrolytic capacitor, where the “horizontal axis” indicates elapsed time (hours) and the “vertical axis” indicates the rate of change in capacitance (%). When examining the capacitance change of the electrolytic capacitor, two types of operating frequencies (120 Hz, 10 kHz) are set for any of Examples 1 and 2 and the comparative example, and the electrolytic capacitor is set in the same manner as when the impedance change is examined. The change in capacity at the time of charging in a high temperature environment (temperature = 125 ° C.) was traced. In addition, “11A, 11B, 11C, 11D, 11E, and 11F” shown in FIG. 11 are respectively Example 1 (120 Hz), Example 2 (120 Hz), Comparative Example (120 Hz), Example 1 (10 kHz), and Example. The result regarding Example 2 (10 kHz) and a comparative example (10 kHz) is represented.
図11に示した結果から判るように、作動周波数の差異(120Hz,10kHz)に関わらず、実施例1,2および比較例のいずれに関しても、容量変化率は経過時間が経過するにしたがって次第に負の方向に大きくなった。しかしながら、実施例1,2と比較例との間で容量変化率を比較すると、比較例よりも実施例1,2において容量変化率が小さくなり、すなわち容量が変化しにくくなった。特に、実施例1,2間で容量変化率を比較すると、実施例2よりも実施例1において容量変化率が著しく小さくなった。より具体的には、試験後(約880時間経過後)の容量変化率は、実施例1(120Hz)、実施例2(120Hz),比較例(120Hz),実施例1(10kHz),実施例2(10kHz),比較例(10kHz)においてそれぞれ約−5.7%,約−6.7%,約−7.6,約−9.5%,約−18%,約−23%であった。 As can be seen from the results shown in FIG. 11, regardless of the difference in operating frequency (120 Hz, 10 kHz), the capacity change rate gradually decreased as the elapsed time passed for all of Examples 1 and 2 and the comparative example. Became larger in the direction of. However, comparing the capacity change rate between Examples 1 and 2 and the comparative example, the capacity change rate in Examples 1 and 2 was smaller than that in the comparative example, that is, the capacity was less likely to change. In particular, when the capacity change rate was compared between Examples 1 and 2, the capacity change rate was significantly smaller in Example 1 than in Example 2. More specifically, the rate of change in capacity after the test (after about 880 hours) is as follows: Example 1 (120 Hz), Example 2 (120 Hz), Comparative Example (120 Hz), Example 1 (10 kHz), Example 2 (10 kHz) and Comparative Example (10 kHz) were about −5.7%, about −6.7%, about −7.6, about −9.5%, about −18%, and about −23%, respectively. It was.
図10および図11に示した結果を総括すると、実施例1,2の電解コンデンサでは、比較例の電解コンデンサと比較してインピーダンスが変化しにくくなり、これに伴って容量が変化しにくくなるため、容量特性を安定的に向上させることが可能であることが確認された。 When the results shown in FIG. 10 and FIG. 11 are summarized, the electrolytic capacitors of Examples 1 and 2 are less likely to change impedance than the electrolytic capacitor of Comparative Example, and accordingly, the capacitance is less likely to change. It was confirmed that the capacity characteristics can be improved stably.
以上、いくつかの実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態や実施例に限定されず、種々の変形が可能である。 The present invention has been described above with reference to some embodiments and examples. However, the present invention is not limited to these embodiments and examples, and various modifications can be made.
具体的には、上記各実施の形態および実施例では、電解コンデンサの製造工程において、図6に示したように、4つの面PA〜PDのうちの面PA,PBにあらかじめ誘電体層部分12A,12Bがそれぞれ形成されていると共に、残りの面PC,PDが露出している構造を有する陽極11を使用するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、その電解コンデンサの製造工程において使用する陽極11の構造は自由に設定可能である。例えば、図6に示した構造を有する陽極11に代えて、図12に示したように、4つの面PA〜PDのいずれにもあらかじめ誘電体層部分が形成されておらず、すなわち全ての面PA〜PDが露出している構造を有する陽極11を使用してもよい。この場合には、化成溶液を使用して陽極11の表層(面PA〜PD)を全体的に陽極酸化させることにより、例えば、図13に示したように、陽極11の4つの面PA〜PDを覆うように誘電体層12(誘電体層部分12A〜12D)を一括して形成することが可能である。この場合においても、上記各実施の形態および実施例と同様の効果を得ることができる。
Specifically, in each of the above-described embodiments and examples, in the electrolytic capacitor manufacturing process, as shown in FIG. 6, the
また、上記各実施の形態および実施例では、電解コンデンサの製造工程において、陽極11としてあらかじめ拡面化処理が施された弁作用金属箔を使用するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、あらかじめ拡面化処理が施されていない未処理の弁作用金属箔を使用し、電解コンデンサの製造過程において化学的または電気化学的エッチングを使用して弁作用金属箔に拡面化処理を別途施すようにしてもよい。この場合においても、上記各実施の形態および実施例と同様の効果を得ることができる。
Further, in each of the above embodiments and examples, in the electrolytic capacitor manufacturing process, the valve action metal foil that has been subjected to the surface enlargement process in advance is used as the
また、上記各実施の形態および実施例では、化成溶液として、第1の実施の形態においてドーパントとして機能し得る界面活性剤のみを含む溶液を使用すると共に、第2の実施の形態においてドーパントのみを含む溶液を使用するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、化成溶液を使用して陽極11に化成処理および表面処理の双方を一括して施すことが可能な限り、その化成溶液の組成は自由に変更可能である。具体的には、例えば、化成溶液として、ドーパントとして機能し得る界面活性剤とドーパントとの双方を含む溶液を使用するようにしてもよい。この場合においても、上記各実施の形態および実施例と同様の効果を得ることができる。
In each of the above embodiments and examples, as the chemical conversion solution, a solution containing only a surfactant that can function as a dopant in the first embodiment is used, and only the dopant is used in the second embodiment. However, the present invention is not necessarily limited to this. As long as it is possible to perform both the chemical conversion treatment and the surface treatment on the
本発明に係る電解コンデンサの製造方法は、電気的反応を生じる主要部が固体材料(導電性高分子)により構成された電解コンデンサの製造工程に適用することが可能である。 The method for manufacturing an electrolytic capacitor according to the present invention can be applied to a manufacturing process of an electrolytic capacitor in which a main part that generates an electrical reaction is composed of a solid material (conductive polymer).
10…コンデンサ素子、11…陽極、12…誘電体層、12A〜12D…誘電体層部分、13…固体電解質層、14…陰極、14A…カーボン層、14B…銀層、15,16…テストリード、17…絶縁層、PA〜PD…面。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記誘電体層および前記固体電解質層を形成する工程が、
界面活性剤およびドーパントのうちの少なくとも一方を含む第1の溶液に、電極を浸漬させる工程と、
前記第1の溶液を使用して、前記電極の表層を酸化させることにより誘電体層を形成する工程と、
単量体およびドーパントを含む第2の溶液に、前記誘電体層が形成された前記電極を浸漬させる工程と、
前記第2の溶液中の前記単量体を重合させて導電性高分子を生成することにより、その導電性高分子と共に前記ドーパントを含む固体電解質層を前記誘電体層を覆うように形成する工程と
を含むことを特徴とする電解コンデンサの製造方法。 A method for producing an electrolytic capacitor having a laminated structure in which an electrode, a dielectric layer, and a solid electrolyte layer are laminated in this order,
Forming the dielectric layer and the solid electrolyte layer;
Immersing the electrode in a first solution containing at least one of a surfactant and a dopant;
Forming a dielectric layer by oxidizing the surface layer of the electrode using the first solution;
Immersing the electrode on which the dielectric layer is formed in a second solution containing a monomer and a dopant;
Forming a solid electrolyte layer containing the dopant together with the conductive polymer so as to cover the dielectric layer by polymerizing the monomer in the second solution to form a conductive polymer; A method for manufacturing an electrolytic capacitor, comprising:
ことを特徴とする請求項1記載の電解コンデンサの製造方法。 The at least one of the surfactant and the dopant is fixed on the surface of the dielectric layer by forming the dielectric layer using the first solution. Manufacturing method of the electrolytic capacitor.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電解コンデンサの製造方法。 The method for producing an electrolytic capacitor according to claim 1 or 2, wherein a solution containing only the surfactant is used as the first solution.
ことを特徴とする請求項3記載の電解コンデンサの製造方法。 The method for producing an electrolytic capacitor according to claim 3, wherein the surfactant also serves as the dopant.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電解コンデンサの製造方法。 The method for producing an electrolytic capacitor according to claim 1, wherein a solution containing only the dopant is used as the first solution.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電解コンデンサの製造方法。 The method for producing an electrolytic capacitor according to claim 1 or 2, wherein a solution containing both the surfactant and the dopant is used as the first solution.
前記単量体を酸化重合させることにより前記導電性高分子を生成する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の電解コンデンサの製造方法。 Using the second solution containing an oxidant together with the monomer and the dopant,
The method for producing an electrolytic capacitor according to any one of claims 1 to 6, wherein the conductive polymer is produced by oxidative polymerization of the monomer.
前記電極の表層を全体的に酸化させることにより前記誘電体層を形成する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の電解コンデンサの製造方法。 As the electrode, using a part of the dielectric layer that is not partially formed in advance,
The method for manufacturing an electrolytic capacitor according to any one of claims 1 to 7, wherein the dielectric layer is formed by totally oxidizing a surface layer of the electrode.
前記電極層の表層を部分的に酸化することにより前記誘電体層を形成する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の電解コンデンサの製造方法。 As the electrode, a part of the dielectric layer that is partially formed in advance is used,
The method for manufacturing an electrolytic capacitor according to any one of claims 1 to 7, wherein the dielectric layer is formed by partially oxidizing a surface layer of the electrode layer.
ことを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の電解コンデンサの製造方法。 The said conductive polymer produces | generates at least 1 sort (s) of the group containing polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyfuran, and these derivatives. The one of Claim 1 thru | or 9 characterized by the above-mentioned. Manufacturing method of electrolytic capacitor.
ことを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の電解コンデンサの製造方法。
11. The method according to claim 1, wherein at least one member selected from the group comprising alkylbenzene sulfonic acid and a salt thereof, alkyl naphthalene sulfonic acid and a salt thereof, and phosphoric acid is used as the dopant. The manufacturing method of the electrolytic capacitor of description.
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