JP2009064959A

JP2009064959A - アルミニウム電解コンデンサ

Info

Publication number: JP2009064959A
Application number: JP2007231458A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsuo; 隆司松尾
Original assignee: Hitachi AIC Inc
Current assignee: Lincstech Circuit Co Ltd
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2009-03-26

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。耐電圧を維持しながらＥＳＲの低減をはかることを課題とする
【解決手段】陽極箔と陰極箔との間をセパレータで介したアルミニウム電解コンデンサにおいて、前記セパレータが、陽極箔側順から低密度層、高密度層の第１の複層紙と、低密度層、高密度層の第２の複層紙と、であ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２

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または積層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、そのために耐電圧が低下しやすくなる。特許文献１には、耐電圧を維持しながら、ＥＳＲを改善するために、低密度層と高密度層の複層紙をセパレータに使用することが記載されている。
特開平６−１６８８４８号公報

解決しようとする問題点は、アルミニウム電解コンデンサの耐電圧を維持しながらＥＳＲの低減をはかることを課題とする。

本発明は、陽極箔と陰極箔との間をセパレータで介したアルミニウム電解コンデンサにおいて、前記セパレータが、陽極箔側から順に低密度層、高密度層の第１の複層紙と、低密度層、高密度層の第２の複層紙と、であ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、第１の複層紙の高密度層が第２の複層紙の高密度層よりも高密度であることを特徴とする上記のアルミニウム電解コンデンサを提供することである。

本発明の電解紙は、酸化皮膜のある陽極箔と接する部分に低密度層を設けるので、陽極酸化皮膜に十分な電解液を供給でき、ＥＳＲを低減することができ、また、生じた皮膜欠陥部を迅速に修復することができる。なおかつ、高密度層をわけて設けることにより一方の高密度層の欠陥部分を補強することができる。
また、陽極側に近い高密度層には、両側から低密度層を設けることにより、十分な電解液を供給でき、なおかつ、高密度層と、高密度層の間に低密度層を設けることにより、各高密度層に十分な電解液を供給でき、ＥＳＲの増加を抑制することができる。
また、ふたつの高密度層のうち、陽極箔側に、より高密度にし両側から低密度層を設けることにより、耐電圧を維持しながらＥＳＲの低減をはかることができる。

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する。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、トータル厚さは数μｍから数１００μｍほどのものである。

本発明に述べる電解紙は、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を、陽極箔側から順に低密度層、高密度層の第１の複層紙と、低密度層、高密度層の第２の複層紙と、２枚の複層紙をかさねたものである。各複層紙は、紙製造中の抄きあわせ工程中に複層させることができる。
高密度層は、厚さが５〜５０μｍ，密度が０．８８〜１．００ｇ／ｃｍ^３程度であり、低密度層は、厚さが５〜６０μｍ，密度が０．２０〜０．４０ｇ／ｃｍ^３程度である。そして、全体としては、厚さ２０〜１５０μｍ，密度０．５０〜０．８０ｇ／ｃｍ^３程度である。
複層紙に使用する原材料には特に限定はなく、高密度層に使用する原材料には、針葉樹木材繊維のクラフトパルプが使用できる。一方、低密度層に使用する原料としては、マニラ麻パルプ、サイザル麻パルプ、エスパルトパルプ、コットンリンターパルプ等が使用できる。

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で、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セパレータ４と共に捲回される。セパレータ４は、陽極箔側順にから低密度層、高密度層の第１の複層紙５と、低密度層、高密度層の第２の複層紙６をかさねて捲回される。

図２は、本発明に係るアルミニウム電解コンデンサの、コンデンサ素子に巻き込んだ陽極箔、セパレータ、そして陰極箔の積層部分の部分端面図を模式的に示している。セパレータは、陽極箔１側順にから低密度層７、高密度層８の第１の複層紙５と、低密度層７、高密度層８の第２の複層紙６をかさねて捲回する。

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。
電解紙としては、幅１３０ｍｍのものを使用し、低密度層がマニラ麻パルプを使用した厚さ３０μｍ、密度０．４５ｇ／ｃｍ^３で、高密度層がクラフトパルプを使用した厚さ３０μｍ、密度０．９５ｇ／ｃｍ^３の第１の複層紙と、第１の複層紙と同一の第２の複層紙とを、陽極箔側から順に低密度層、高密度層の第１の複層紙と、低密度層、高密度層の第１の複層紙と同一の第２の複層紙とかさねて用いた。
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、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、予じ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、低密度層がエスパルトパルプを使用した厚さ３０μｍ、密度０．３０ｇ／ｃｍ^３で、高密度層がクラフトパルプを使用した厚さ３０μｍ、密度０．８５ｇ／ｃｍ^３の第２の複層紙を用いた以外実施例１と同様に製作した。
（実施例３）
電解紙として、低密度層がエスパルトパルプを使用した厚さ３０μｍ、密度０．３０ｇ／ｃｍ^３で、高密度層がクラフトパルプを使用した厚さ３０μｍ、密度０．８５ｇ／ｃｍ^３の第１の複層紙を用いた以外実施例１と同様に製作した。
（比較例１−８）
表１に記載した複層紙の配列以外実施例２と同様に製作したコンデンサを比較例１−６に、低密度層がマニラ麻パルプを使用した厚さ６０μｍ、密度０．４５ｇ／ｃｍ^３で、高密度層がクラフトパルプを使用した厚さ６０μｍ、密度０．９５ｇ／ｃｍ^３の第１の複層紙のみを用いた以外実施例１と同様に製作した比較例７、８とともに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１３０％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個で除して破壊電圧とした。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。

表１の結果より、実施例は比較例よりエージング時のショートを回避しながら、低ＥＳＲをはかることができる。また、第１の複層紙の高密度層が第２の複層紙の高密度層よりも高密度である実施例２のほうが実施例１、３よりエージング時のショートを回避しながら、より低ＥＳＲをはかることができる。

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、コンデンサ素子に巻き込ませた陽極箔、セパレータ、そして陰極箔の積層部分の部分端面図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…セパレータ、５…第１の複層紙、６…第２の複層紙、７…低密度層、８…高密度層。

Claims

陽極箔と陰極箔との間をセパレータで介したアルミニウム電解コンデンサにおいて、前記セパレータが、陽極箔側から順に低密度層、高密度層の第１の複層紙と、低密度層、高密度層の第２の複層紙と、であることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
第１の複層紙の高密度層が第２の複層紙の高密度層よりも高密度であることを特徴とする請求項１のアルミニウム電解コンデンサ。