JP2009064958A - アルミニウム電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】従来、アルミニウム電解コンデンサは、アルミニウム箔を陽極と陰極とし、セパレータを介して巻回してコンデンサ素子として、電解液とともに封口板付きケースに収納していた。ショート不良を改善するために、電解紙全面に処理する方法では、電解紙の空隙率が減少し、密度全体的が増加するため、コンデンサのＥＳＲが増加しやすいし、電解液の保液性も低下しやすいし、また、巻回したコンデンサ素子の電解液の含浸も困難になりやすい。そのため、コンデンサのＥＳＲの増加を抑えつつ、ショート不良の多くを占める箔端面の切断バリによるショート不良の軽減を課題とする。
【解決手段】電解紙の両幅端部に、端部紙を追加積層して巻回することを特徴とするアルミニウム電解コンデンサを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルミニウム電解コンデンサに関するものである。特に、セパレータに特徴のあるアルミニウム電解コンデンサに関するものである。

従来、アルミニウム電解コンデンサは、アルミニウム箔を陽極と陰極とし、セパレータを介して巻回してコンデンサ素子として、電解液とともに封口板付きケースに収納していた。このコンデンサ素子から電極を引き出すために陽極と陰極に、アルミニウム箔からなる引き出しリードタブの片端を接続し、また、引き出しリードタブもう一方の片端には、封口板に設けた外部端子と接続していた。
アルミニウム電解コンデンサは、セパレータとして一般的に電解紙を使用しているが、電解紙中に電解液を含浸させているために、コンデンサとしＥＳＲ（等価特列抵抗）が増加しやすい。そのため、セパレータとしては密度を低くすることは考えられるが、そうすると、ショートしやすくなりやすい。特許文献１には、このショート不良を改善するためには、箔バリに対する耐性を向上させることであって、そのためにポリウレタン系樹脂などからなる湿潤紙力増強剤を抄紙中の電解紙原料に内添するとともに、澱粉、植物性ガム、半合成高分子など乾燥紙力増強剤を電解紙全面に含浸させる方法が記載されている。
特開平２００４−２００３９５号公報

解決しようとする問題点は、ショート不良を改善するために、電解紙全面に処理する方法では、電解紙の空隙率が減少し、密度全体的が増加するため、コンデンサのＥＳＲが増加しやすいし、電解液の保液性も低下しやすいし、また、巻回したコンデンサ素子の電解液の含浸も困難になりやすい。
そのため、コンデンサのＥＳＲの増加を抑えつつ、ショート不良の多くを占める箔端面の切断バリによるショート不良の軽減を課題とする。
また、合わせて、巻回したコンデンサ素子の電解液の保液性も改善する。

本発明は、陽極箔と、陰極箔とを、セパレータとして電解紙を介して巻回するアルミニウム電解コンデンサにおいて、電解紙の両幅端部に、端部紙を追加積層して巻回することを特徴とするアルミニウム電解コンデンサを提供することである。
また、陽極箔と、陰極箔とを、セパレータとして電解紙を介して巻回するアルミニウム電解コンデンサにおいて、電解紙の両幅端部に端部紙と、端部紙と端部紙に挟まれた中央部分に端部紙より低密度の中部紙を追加積層して巻回することを特徴とするアルミニウム電解コンデンサを提供することである。

本発明のセパレータは、電解紙の両幅端部に、端部紙を追加積層して巻回するので、幅の中央部に対して、陽極箔の両幅端付近部とかさなる部分でその密度が大きいため、ショート不良の多くを占める箔端面の切断バリによるショート不良を軽減することができる。また、セパレータの、幅の中央部の密度を低く抑えることができるので、コンデンサのＥＳＲの増加を抑えることができる。
また、電解紙の両幅端部に端部紙と、端部紙と端部紙に挟まれた中央部分に端部紙より低密度の中部紙を追加積層して巻回するので、低密度の中部紙により電解液の保液性も良好に保つことができる。保液性の確保は、ドライアップによる容量減少を抑えることができる。

本発明に述べる陽極箔は、アルミニウム電解コンデンサに使用される一般的な陽極箔で、厚さ５０μｍから１５０μｍ程度のアルミニウム箔等を、酸水溶液中、その表面をエッチング処理し、直径が０．１μｍから２μｍ程度のエッチングピットを設けた後、ホウ酸アンモニウム等の水溶液中で、定格電圧の１．５倍程度の電圧を印加して化成し、コンデンサとしての耐圧性の陽極酸化皮膜を形成したもので、化成後、引き出しリードタブを取り付け、陽極箔としたものである。

本発明に述べる陰極箔は、アルミニウム電解コンデンサに使用される一般的な陰極箔で、厚さ２０μｍから１００μｍ程度のアルミニウム箔等をそのまま、または酸水溶液中に浸漬し、その表面をエッチング処理し、引き出しリードタブを取り付け、陰極箔としたものである。

本発明に述べるセパレータは、陽極箔と、陰極箔とを物理的にわけると共に、電解液を保持する役目をする多孔質シートで、マニラ紙、ヘンプ紙、クラフト紙などの従来から使用されてきた電解紙を主材料としたものである。大きさはコンデンサの大きさにより選定されるが、おおよそ幅は、陽陰極箔幅より広く、１ｃｍから３０ｃｍ程度で、長さは数ｃｍから数ｍほどのもの、厚さは数μｍから数１０μｍほどのものである。セパレータの構成としては、単純密度紙のほか、一枚が相対的に繊維が密な高密度な層と、相対的に繊維が粗な低密度な層の複層紙などであってもかまわない。

本発明に述べる端部紙は、電解紙の両幅端部に、重ねて設ける電解紙で、両方でセパレータの全幅の２０から５０％程度の幅からなる。この値は、コンデンサのＥＳＲの増加抑制の点から小さい方が好ましいが、幅が狭いと電極箔といっしょに巻回するときに破断しやすいため、クラフト紙のような強度のある電解紙が好ましい。また、セパレータの幅方向の中央部は厚さが薄くなり空間ができやすいので、電解液の保液性が悪化しやすいため、この点においては端部紙の厚さは薄いほど好ましい。したがって、端部紙の厚さは５μｍから３０μｍで、密度は０．５ｇ／ｍ^３以上が好ましい。

本発明に述べる中部紙は、端部紙と端部紙に挟まれた中央部分に設けるもので、端部紙と端部紙に挟まれた中央部分と陽極箔と陰極箔に挟まれた空間に電解液を保液するためのものである。厚さは端部紙と同じ程度で、端部紙より密度が低い、たとえばマニラ、ヘンプ、エスパルトまたはコットンリンターなどから選んで使用する。

本発明に述べるアルミニウム電解コンデンサは、通常のアルミニウム電解コンデンサと同様に、陰陽極箔を適当な幅に裁断した後、引き出しリードタブを接続し、紙などのセパレータと共に捲回されたコンデンサ素子を、上面が開口したアルミニウム等の金属材からなり、外観的に円筒状や楕円筒状に形成されているケース内に収容し、封口板で封口したものである。また、引き出しリードタブのもう一方の片端には、封口板に設けた外部端子と接続していた。ケースには絶縁性チューブを被覆する場合もある。

以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るアルミニウム電解コンデンサのコンデンサ素子の構成を示していて、捲回途中の状態を模式的に示している。
コンデンサ素子は、陽極箔１と陰極箔２を適当な幅に裁断した後、引き出しリードタブ３を接続し、陽極箔１と陰極箔２の幅よりも広い幅の電解紙４と共に捲回される。 電解紙４の片面の両端には端部紙５をかさねて電解紙４と共に捲回される。

図２は、本発明に係るアルミニウム電解コンデンサの別のコンデンサ素子の構成を示していて、捲回途中の状態を模式的に示している。
コンデンサ素子は、陽極箔１と陰極箔２を適当な幅に裁断した後、引き出しリードタブ３を接続し、陽極箔１と陰極箔２の幅よりも広い幅のセパレータ４と共に捲回される。 セパレータ４の片面の両端には端部紙５を中央部には中部紙６をかさねてセパレータ４と共に捲回される。端部紙５と中部紙６とはかさならないようにする。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、実施例は、定格４００Ｖ、５６００μＦの電解コンデンサを製造する場合について説明する。

（実施例１）
先ず、陽極箔は厚さ１００μｍのアルミニウム箔を処理して製造する。すなわち、このアルミニウム箔を直流エッチング法によって０．７μＦ／ｃｍ^２になるように粗面化する。粗面化後、純水中でボイルする。ボイル後、ホウ酸の化成液中において、６００Ｖの化成電圧をかけて化成し、化成膜を形成する。化成処理後、安定化させるために、リン酸処理をし、その後、幅１２０ｍｍ、長さ８０００ｍｍの大きさに切断して、陽極箔とする。
また、陽極用リードタブには化成処理をしない厚さ１５０μｍ、幅１０ｍｍ、長さ１６０ｍｍのアルミニウム箔を用いる。そしてこの陽極用リードタブの、１００ｍｍの長さの部分を陽極箔に２０００ｍｍおきに４枚、コールドウェルにより接続する。
陰極箔は、厚さ６０μｍのアルミニウム箔を塩酸と硫酸の混合酸からなる水溶液中に浸漬し、その表面を電解エッチング処理し、平均直径０．８μｍのエッチングピットを設け、２００μＦ／ｃｍ^２になるように粗面化し、その後、リン酸処理をする。リン酸処理後、幅１２０ｍｍ、長さ８３００ｍｍの大きさに切断する。
陰極用リードタブは、アルミニウム箔を長さ１５０μｍ、幅１０００ｍｍに圧延し、次いで焼なまし、５００ｍｍの幅に切断した後、さらに幅１０ｍｍの大きさに切断して製造する。そしてこの陰極用リードタブを陰極箔に２０００ｍｍ間隔で４枚をコールドウェルにより接続する。
電解紙として、厚さ６０μｍ、幅１３０ｍｍ、密度０．６ｇ／ｍ^３のマニラ紙の全幅の電解紙と、厚さ３０μｍ、幅３０ｍｍ、密度０．７５ｇ／ｍ^３のクラフト紙の端部紙を用いる。
この電解紙を介して陽極箔と陰極箔とを積層して巻回し、コンデンサ素子を形成した。その後、有機酸系の電解液を含浸した。
電解液を含浸後、コンデンサ素子から引き出した陽極用リードタブ及び陰極用リードタブを、各々封口板に貫通して設けた陽極端子及び陰極端子に接続した。接続後、予め硬化前の固定剤を底の方に充填したケースにコンデンサ素子を収納した。収納後、固定剤を硬化するとともに、封口板をケースの端に取り付けて、ケースを密閉した。なお、封口板には防爆弁が取り付けられている。ケースを密閉後、温度８５℃の雰囲気中に放置して４２５Ｖの電圧を加えてエージング処理した。エージング処理後、ケースに絶縁性のチューブを被覆した。

（実施例２）
電解紙として、厚さ６０μｍ、幅１３０ｍｍ、密度０．６ｇ／ｍ^３のマニラ紙の全幅の電解紙と、厚さ３０μｍ、幅３０ｍｍ、密度０．７５ｇ／ｍ^３のクラフト紙の端部紙と、厚さ３０μｍ、幅６０ｍｍ、密度０．４ｇ／ｍ^３のヘンプ紙の中部紙を用いる以外実施例１と同様にコンデンサを製作した。

（比較例１）
電解紙として、厚さ６０μｍ、幅１３０ｍｍ、密度０．６ｇ／ｍ^３のマニラ紙の全幅の電解紙（端部紙と中部紙は使用せず）以外同様にコンデンサを製作した。

（比較例２）
電解紙として、厚さ６０μｍ、幅１３０ｍｍ、密度０．６ｇ／ｍ^３のマニラ紙の全幅の電解紙と、厚さ３０μｍ、幅１３０ｍｍ、密度０．４ｇ／ｍ^３のヘンプ紙の全幅の電解紙をかさねて使用して用いる以外同様に製作したコンデンサを製作した。

（比較例３）
電解紙として、厚さ６０μｍ、幅１３０ｍｍ、密度０．６ｇ／ｍ^３のマニラ紙と厚さ３０μｍ、幅１３０ｍｍ、密度０．７５ｇ／ｍ^３のクラフト紙枚の全幅の電解紙をかさねて使用して用いる以外同様に製作したコンデンサを製作した。

以上の各コンデンサを下記の方法で測定し、結果を表１に示す。
〔測定方法〕
エージング中の不良率は、各コンデンサ試料５０個について、定格電圧の約１２０％まで徐々に昇圧していき、エージングを行う。この時のエージングショート、防爆弁の作動、液漏れ、封口部の膨れ等の外観異常を含めたコンデンサの個数を各５０個で除してショート不良率とした。電解コンデンサのＥＳＲ（等価直列抵抗）は、２０℃、１２０Ｈｚの周波数でＬＣＲメータによって測定した。電解コンデンサの容量変化率は、４００Ｖ負荷、５０００時間後の初期容量に対する変化量をパーセントで示し、静電容量値は、２０℃、１２０Ｈｚの周波数でＬＣＲメータによって測定した。

表１より、実施例は、比較例１、２とくらべて、幅端部に密度の高い端部紙を設けているので、エージング時のショート不良が発生しにくいことがわかる。また、実施例は、比較例３とくらべて、幅中央部の電解紙の密度を低くしているので、エージング時のショート不良の発生を抑えながら、ＥＳＲの増加を低くすることができることがわかる。また、実施例２は、実施例１とくらべて、端部紙と端部紙に挟まれた幅中央部分に端部紙より低密度の中部紙を追加積層しているので、ＥＳＲの増加を抑えながら、容量変化率を低減することができることがわかる。

陽極箔と、陰極箔とを、セパレータを介して巻回するアルミニウム電解コンデンサのほかに、同様な構造の電気二重層コンデンサにも応用できる。また、陽極箔と、陰極箔とを、セパレータを介して積層するアルミニウム電解コンデンサや電気二重層コンデンサにも応用できる。この場合、陽極箔の四辺部分に応用できる。

本発明に係るアルミニウム電解コンデンサのコンデンサ素子の構成を示していて、捲回途中の状態を模式的に示している。 本発明に係るアルミニウム電解コンデンサのコンデンサ素子の別の構成を示していて、捲回途中の状態を模式的に示している。

符号の説明

１…陽極箔、２…陰極箔、３…引き出しリードタブ、４…電解紙、５…端部紙、６…中部紙。

Claims (2)

1. 陽極箔と、陰極箔とを、セパレータとして電解紙を介して巻回するアルミニウム電解コンデンサにおいて、電解紙の両幅端部に、端部紙を追加積層して巻回することを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
2. 陽極箔と、陰極箔とを、セパレータとして電解紙を介して巻回するアルミニウム電解コンデンサにおいて、電解紙の両幅端部に端部紙と、端部紙と端部紙に挟まれた中央部分に端部紙より低密度の中部紙とを追加積層して巻回することを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。

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