JP2007299866A - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固体電解コンデンサの耐湿性を向上させる。
【解決手段】表面に酸化皮膜が形成されている陽極箔２と陰極箔３とをセパレータ４を介して巻回してコンデンサ素子１を形成する。そして、固体電解質５が形成されたコンデンサ素子１を、熱処理炉において、アクリル樹脂をトルエンに溶解させた熱硬化性樹脂溶液に浸漬した後、乾燥させてコンデンサ素子１をコーティング（被覆）する熱硬化性樹脂層７を形成する。このとき、発生したガスを、熱処理炉外に強制的に排出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、導電性高分子からなる固体電解質を有する固体電解コンデンサの製造方法に関する。

電解コンデンサのコンデンサ素子は、アルミニウム、タンタル、または、ニオブ等の弁作用金属からなる多数のエッチングピットや微細孔が形成された陽極体（陽極箔または焼結体）を有する。この陽極体の表面には誘電体となる酸化皮膜が形成され、酸化皮膜からは電極が引き出されている。
具体的には、酸化皮膜に電解質が接触しており、この電解質が、酸化皮膜からの電極の引き出しを行う真の陰極として機能する。
ここで、この真の陰極としての電解質は、電解コンデンサの電気特性に大きな影響を及ぼすことから、従来から、様々な種類の電解質が採用された電解コンデンサが提案されている。

その中でも、固体電解コンデンサは、導電性を有する固体の電解質が用いられている電解コンデンサであり、電解質が液状であるものに比べて高周波領域におけるインピーダンス特性に優れている。また、固体電解質としては、導電性高分子であるポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＴ）が広く用いられている。

また、デジタル化に伴い、コンデンサの容量増加及び小型化に対する要求が高まってきているが、これらの要求を満たすことのできるコンデンサとして、巻回型の固体電解コンデンサがある。この巻回型の固体電解コンデンサのコンデンサ素子は、表面に酸化皮膜が形成されている陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して巻回され、セパレータに導電性高分子からなる固体電解質が保持された構造を有しており、電極面積を広く確保することが可能となっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１８９２４２号公報

このようなコンデンサ素子に耐湿性を持たせるために、コンデンサ素子の外周面を熱硬化性樹脂により被覆することが知られているが、熱硬化性樹脂層を形成する工程においてはガスが発生する。このガスが形成途中の熱硬化性樹脂層に入り込むと、熱硬化性樹脂層の形成が不安定になる。
具体的には、熱硬化性樹脂層に不純物が混入したり、樹脂層表面にガス侵入痕などが生じたりすることにより、熱硬化性樹脂層の耐湿性、即ち、固体電解コンデンサの耐湿性が低下する。このことは固体電解コンデンサの高信頼性を実現する上で大きな障害となる。

本発明の目的は、固体電解コンデンサの耐湿性を向上させる固体電解コンデンサの製造方法を提供することである。

本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、表面に酸化皮膜が形成された陽極体上に導電性高分子からなる固体電解質が形成されたコンデンサ素子を有する固体電解コンデンサの製造方法であって、前記コンデンサ素子を被覆する熱硬化性樹脂層を形成する熱処理炉が、該熱処理炉内で発生したガスを強制的に熱処理炉外に排出することを特徴とする。

本発明においては、前記熱硬化性樹脂層が、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、及びシリコーン樹脂の何れか１種であることが好ましい。

また、本発明においては、前記固体電解質が、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン及びそれらの誘導体の何れか１種であってもよい。

本発明によれば、コンデンサ素子を被覆する熱硬化性樹脂層を形成するときに、発生したガスが熱処理炉外へ強制的に排出される。
このため、発生したガスが熱硬化性樹脂層内に入り込みにくくなり、熱硬化性樹脂層に不純物が混入したり、熱硬化性樹脂層の表面にガス侵入痕などが生じたりするのが抑制される。これにより、コンデンサ素子の表面に安定した熱硬化性樹脂層が形成され、固体電解コンデンサの耐湿性が向上する。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の巻回型の固体電解コンデンサが有するコンデンサ素子の外観図である。図２は、コンデンサ素子１の断面模式図である。なお、図１においては、コンデンサ素子１をコーティング（被覆）している熱硬化性樹脂層７を省略している。
図１に示すように、コンデンサ素子１は、陽極箔（陽極体）２と陰極箔３とを有しており、これら陽極箔２と陰極箔３とがセパレータ４を介して巻回された構造となっている。また、図２に示すように、コンデンサ素子１は熱硬化性樹脂層７でコーティングされている。

陽極箔２は、アルミニウム等の弁作用金属で形成されている。この陽極箔２の表面はエッチング処理により粗面化されるとともに陽極酸化（化成）による酸化皮膜２ａが形成されている。
また、陰極箔３も陽極箔２と同様にアルミニウム等で形成されており、その表面は粗面化されるとともに自然酸化皮膜３ａが形成されている。

セパレータ４の両面には導電性高分子からなる固体電解質５が保持されている。つまり、陽極箔２及び陰極箔３とセパレータ４の間に固体電解質５が挟持されている。固体電解質５を構成する導電性高分子としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＴ）またはその誘導体等を使用でき、これらはモノマーの化学重合により生成される。さらに、陽極箔２と陰極箔３とにはそれぞれリードタブが接続され、各リードタブを介して陽極箔２と陰極箔３とからリード線６が引き出されている。

次に、固定電解コンデンサの製造方法について、図１〜図３を参照しつつ説明する。図３は、固定電解コンデンサの製造方法を示す工程図である。
図３に示すように、まず、電極の実効表面積を大きくするために、陽極箔２及び陰極箔３の表面にエッチング処理を施して粗面化する。
さらに、粗面化された陽極箔２の表面に化成処理を施して酸化皮膜２ａを形成し、陰極箔３の表面に耐水性処理及び／または熱処理にて自然酸化皮膜３ａを形成する。そして、酸化皮膜２ａ、３ａが形成された陽極箔２と陰極箔３を所定の寸法に裁断後、それぞれにリードタブを介してリード線６を接続するとともに、これら陽極箔２と陰極箔３とをセパレータ４を介して巻回させ、さらに、切り口化成及び必要によりセパレータ４の炭化処理を経て、円筒形のコンデンサ素子１を作製する。

この円筒形のコンデンサ素子１を、モノマーと酸化剤を溶解させた溶液または酸化剤溶液とモノマー溶液に浸漬させた後、重合槽内で所定の温度で一定時間保持することでモノマーを化学重合させて、陽極箔２及び陰極箔３とセパレータ４との間に、導電性高分子からなる固体電解質５を形成する。
その後、固体電解質５が形成されたコンデンサ素子１を、アクリル樹脂をトルエンに溶解させたコーティング樹脂溶液に浸漬させた後、乾燥させる。これにより、コンデンサ素子１をコーティングするアクリル樹脂から成る熱硬化性樹脂層７が形成される。
後述するように、熱硬化性樹脂層７が形成されるときに発生したガス（トルエン）が強制的に外部に排出される。

次に、固体電解コンデンサの組立を行う。即ち、前述した工程により得られた円筒形のコンデンサ素子１を有底筒状の外装ケースに収納し、開口部を封口ゴム等により密封する。最後に、エージングを行って製造工程を完了する。

ここで、熱硬化性樹脂層７を形成する工程について図４を参照しつつ詳細に説明する。図４は、熱硬化性樹脂層７を形成する工程（熱硬化性樹脂コーティング＋ガス排出）を行う樹脂層形成装置１０の外観図である。図４に示すように、樹脂層形成装置１０は、熱処理炉１１と、この熱処理炉１１に接続された吸気管１２と、排気管１３とを有している。
ここで、吸気管１２の口径はφ１３０ｍｍであり、一方、排気管１３の口径はφ１５０ｍｍである。

熱処理炉１１は、内部にコーティング樹脂溶液が満たされた図示しない溶液槽が設置されている。コーティング樹脂溶液は、アクリル樹脂をトルエンに溶解させたものであるが、溶質にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂を用いてもよいし、溶媒に酢酸ブチルを用いてもよい。
なお、溶液槽は、熱が加わらないように必要時のみ扉が開閉する開閉装置を有している。また、溶液槽は熱処理炉の外に設置してもよい。
熱処理炉１１内においては、固体電解質５が形成されたコンデンサ素子１を、溶液槽のコーティング樹脂溶液に浸漬した後に引き上げ、９０℃で３０分間乾燥させる。これにより、コンデンサ素子１の底面及び素子外周面をコーティングするアクリル樹脂が硬化して熱硬化性樹脂層７が形成される。
このとき、コーティング樹脂溶液の溶媒として用いるトルエンが熱により蒸散するため、ガスが発生する。このガスには、アクリル樹脂中に残留物として残る溶媒（不純物）も含まれている。

吸気管１２の途中には、外部から流入する空気を加熱する加熱用ヒータ１４が設けられており、空気は加熱用ヒータ１４で加熱されてから熱処理炉１１へ流入する。
また、吸気管１２と熱処理炉１１との接続部付近には、熱処理炉１１に流入する空気の風速（風量）を計測する風速計１５が設定されている。

一方、排気管１３は工場内から工場外まで延在しており、工場外において排気管１３の末端が図示しない排気ファンに接続されている。排気ファンが駆動することにより、熱処理炉１１内で発生したガスが排気管１３を介して工場外へ排出される。
また、排気管１３の途中には、熱処理炉１１から排出される空気の量を調整する風量調整用つまみ１６と、排出される空気からガスを除去するスクラバー１７とが設けられている。尚、風量調整用つまみ１６は、排気管１３内に設けられた板１８を回転させることにより、排出される空気の量を調整することができるように構成されている。

次に、本発明に係る具体的な実施例の耐湿性を比較例と比較しつつ説明する。尚、以下に説明する実施例及び比較例は、製造時において熱硬化性樹脂層７を形成する工程が異なっているものの、その他の工程は全て同じである。以下、実施例及び比較例における熱硬化性樹脂層７を形成する工程について説明する。

実施例では、熱硬化性樹脂層７を形成する工程において発生したガスを風量３．５ｍ／ｓで強制的に排出した。
また、比較例では、固体電解質５が形成されたコンデンサ素子１を、アクリル樹脂をトルエンに溶解させたコーティング樹脂溶液に浸漬させ、９０℃で３０分間乾燥して、熱硬化性樹脂層を形成した。尚、この比較例では、熱硬化性樹脂層を形成する際に発生するガスの強制的な排出は行わなかった。

以上の実施例及び比較例の耐湿試験前及び耐湿試験を１０００時間行った後の電気特性（静電容量、等価直列抵抗（ＥＳＲ）、ｔａｎδ（損失角の正接）及び漏れ電流）を測定した。
耐湿試験は、温度６０℃、ＲＨ（相対湿度）９０％の室内において固体電解コンデンサに定格電圧を印加することによって行った。結果を表１に示す。ここで、作成した固体電解コンデンサは、定格４Ｖ、５６０μＦで、実施例、比較例ともサンプル数は５個、データは平均値とした。

表１より、耐湿試験を１０００時間行った後の、実施例における静電容量の低下率と、等価直列抵抗、ｔａｎδ及び漏れ電流の増加率とが、比較例より小さくなっている。これにより、実施例の耐湿性が比較例より向上していることが認められる。

尚、以上説明した実施例においてはＰＥＤＴを固体電解質として用いたが、ＰＥＤＴ以外の公知の導電性高分子（例えばポリアニリンやポリピロール）を固体電解質として用いた場合にも同様の効果が得られることが確認された。

このように、本実施形態に係る製造方法によれば、コンデンサ素子１をコーティングする熱硬化性樹脂層７を形成する工程において、発生したガスが熱処理炉１１外に強制的に排出されるため、発生したガスが熱硬化性樹脂層７内に入り込みにくくなり、熱硬化性樹脂層７に不純物が混入したり、熱硬化性樹脂層７の表面にガス侵入痕などが生じたりするのが抑制される。これにより、安定した熱硬化性樹脂層７が形成され、固体電解コンデンサの耐湿性が向上する。

また、発生したガスが工場外に排出されるため、工場内に臭気が発生することもない。従って、作業環境が良くなると共に作業者に不快感などを与えないで済む。

なお、上述した実施形態においては、巻回型の固体電解コンデンサについて説明したが、本発明は、他の形状を有する固体電解コンデンサにも適用可能である。

本発明の実施形態に係る固体電解コンデンサが有するコンデンサ素子の概略斜視図である。 図１に示すコンデンサ素子の積層構造を概略的に示す図である。 図１に示すコンデンサ素子を有する固体電解コンデンサの製造工程を示す図である。 図３に示す熱硬化性樹脂層を形成する工程で用いられる樹脂層形成装置の概略構成図である。

符号の説明

１ コンデンサ素子
２ 陽極箔
２ａ 酸化皮膜
３ 陰極箔
３ａ 自然酸化皮膜
４ セパレータ
５ 固体電解質
６ リード線
７ 熱硬化性樹脂層
１０ 樹脂層形成装置
１１ 熱処理炉
１２ 吸気管
１３ 排気管
１４ 加熱用ヒータ
１５ 風速計
１６ 風量調整用つまみ
１７ スクラバー
１８ 板

Claims (3)

1. 表面に酸化皮膜が形成された陽極体上に導電性高分子からなる固体電解質が形成されたコンデンサ素子を有する固体電解コンデンサの製造方法であって、
   前記コンデンサ素子を被覆する熱硬化性樹脂層を形成する熱処理炉が、該熱処理炉内で発生したガスを強制的に熱処理炉外に排出することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
2. 前記熱硬化性樹脂層が、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、及びシリコーン樹脂の何れか１種であることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
3. 前記固体電解質が、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン及びそれらの誘導体の何れか１種であることを特徴とする請求項１または２に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
   

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