JP2009188321A - 電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】静電容量を低下させることなく、ＥＳＲ特性及びＥＳＬ特性に優れた電解コンデンサを提供する。
【解決手段】陽極箔及び陰極箔をセパレータを介して巻回してなるコンデンサ素子と、前記陽極箔及び前記陰極箔と夫々接続されている陽極端子及び陰極端子と、前記コンデンサ素子を収納する有底ケースを有する電解コンデンサにおいて、一つの前記有底ケース内に、複数の前記コンデンサ素子が収納されており、前記コンデンサ素子は、略楕円形状の端面を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、有底ケース内に複数のコンデンサ素子を有する電解コンデンサに関する。

従来、電解コンデンサとして、図６の断面図で示される構造が知られている。図６の断面図が示す電解コンデンサ１０１は、陽極端子４０及び陰極端子５０を有するコンデンサ素子２０と、該コンデンサ素子２０を収納する有底ケース７０と、前記コンデンサ素子２０を封止する封止部材６０を有している。有底ケース７０の開口端近傍は、横絞り・カール加工されている。ここで、コンデンサ素子２０は、図５の斜視図で表わされる構造をしている。すなわち、陽極箔２０４及び陰極箔２０５をセパレータ２０１を介して巻回し、巻き止めテープ２０２で止められてコンデンサ素子２０が形成される。陽極端子４０及び陰極端子５０は、リードタブ３０を介して陽極箔２０４及び陰極箔２０５と夫々接続されている。

このような構造を有する電解コンデンサの電解質としては、電解液や固体電解質等がある。電解液には、溶媒として水、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、グリセリン、γ‐ブチロラクトン、Ｎ−メチルホルムアミド等を、電解質としてホウ酸、アジピン酸、マレイン酸、安息香酸、フタル酸、サリチル酸、アンモニア、トリエチルアミン、水酸化テトラメチルアンモニウム等を用いることができる。また、固体電解質としては、ＴＣＮＱ（7,7,8,8-テトラシアノキノジメタン）錯塩や、二酸化マンガン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフランまたはそれらの誘導体等の導電性高分子を用いることができる。

上記に挙げるような電解コンデンサにおいて、近年、低ＥＳＲ（Equivalent Series Resistance:等価直列抵抗）化や低ＥＳＬ（Equivalent Series Indactance:等価直列インダクタンス）化、大容量化の要求が高まってきている。

しかしながら、上記のような巻回型のコンデンサ素子を有する電解コンデンサにおいて、構造上の問題等から単一の電解コンデンサのみでは、低ＥＳＲ化、低ＥＳＬ化を図ることは難しくなってきている。そこで、電解コンデンサを並列に接続することで、低ＥＳＲ化、低ＥＳＬ化を図るという方法があるが、このような構成とすると、接続する数分だけ実装基板の実装面積を必要としていた。そこで、図７のように、一つのケースに複数のコンデンサ素子を収納する方法が提案されている。（例えば特許文献１）
特開昭５３−８５７号公報。

図７に示す電解コンデンサ１０２は、コンデンサ素子２０と、コンデンサ素子２０とリードタブ３０を介して各々接続されている陽極端子４０及び陰極端子５０を具え、該コンデンサ素子２０を有底ケース７０に収納し、封止部材６０で封止して、前記有底ケース７０の開口端近傍を横絞り、加締め加工することにより作製されている。ここで、コンデンサ素子２０は、図７の上面図（ｂ）及び図５が示すように、略円柱状をしている。すなわち、陽極箔２０４および陰極箔２０５を、セパレータ２０１を介して略円柱状になるように巻取り、巻き止めテープ２０２で止めることにより形成される。陽極端子４０は陽極リードタブ３０４を介して陽極箔２０４と、陰極端子５０は陰極リードタブ３０５を介して陰極箔２０５と接続されている。

上記のような構造では、複数の略円柱状のコンデンサ素子２０を有底の略円筒状のケース７０に収納するため、コンデンサ素子２０を従来より小型にする必要があり、電解コンデンサ１０の容量を減少させていた。また、有底ケース７０も、コンデンサ素子２０も端面が略円形状であるため、有底ケース７０に容量に寄与しない空間部分が多くできてしまう。このような電解コンデンサについて、大容量化への課題があった。

本発明は、上記の課題を解決するために考え出されたものであり、即ち、陽極箔及び陰極箔をセパレータを介して巻回してなるコンデンサ素子と、前記陽極箔及び前記陰極箔と夫々接続されている陽極端子及び陰極端子と、前記コンデンサ素子を収納する有底ケースを有する電解コンデンサにおいて、一つの前記有底ケース内に、複数の前記コンデンサ素子が収納されており、前記コンデンサ素子は、略楕円形状の端面を有していることを特徴とする。

上記有底ケース内の複数の前記コンデンサ素子において、隣り合う前記コンデンサ素子の前記陽極端子同士が対向するように配置されていることが好ましい。

本発明の構成によると、一つの有底ケースに複数のコンデンサ素子を収納する際、従来は余分な空間であった部分にも素子を配置できるので、ＥＳＬ特性、ＥＳＲ特性に優れており、且つ大容量の電解コンデンサを提供することができる。

本発明の実施のための最良の形態について、以下に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の第一の実施形態による電解コンデンサの断面図（ａ）および、上面透視図（ｂ）である。すなわち、本発明の第一の実施形態の電解コンデンサ１は、コンデンサ素子２と、コンデンサ素子２を収納する有底ケース７と、コンデンサ素子２を封止する封止部材６とを具えている。有底ケース７の開口端近傍は、横絞り、カール加工されている。ここで図１（ｂ）の上面図が示すように、コンデンサ素子２の端面は略楕円形状になっている。コンデンサ素子２は、具体的には図２に示すように、陽極箔２４と陰極箔２５をセパレータ２１を介して巻回し、巻き止めテープ２２で巻き止めし、形成される。陽極端子４及び陰極端子５は、夫々陽極リードタブ３４及び陰極リードタブ３５を介して、陽極箔２４及び陰極箔２５と接続されており、隣接するコンデンサ素子２の陽極端子４同士及び陰極端子５同士が対向するように配置されている。

陽極箔２４及び陰極箔２５は、弁作用金属箔からなっており、表面積を拡大するために該弁作用金属箔はエッチングされていることが好ましい。また、少なくとも陽極箔２４においては、エッチングした前記弁作用金属箔の表面に化成処理により誘電体皮膜が形成されている。エッチング及び化成処理については、従来公知の技術、材料を適宜用いることができる。また、セパレータ紙についてもクラフト紙、マニラ紙や、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエチレンテレフタラート、アクリル繊維、ナイロン繊維等の合成繊維からなる不織布等の既知の材料の中から適宜選択して用いることができるが、含浸性、耐熱性に優れたものであることが好ましい。

コンデンサ素子２の端面が略楕円形状となるように形成する方法としては、従来と同様の巻き芯を用いて端面が略円形であるコンデンサ素子を形成した後、コンデンサ素子の側面を押圧して形成する方法や、略楕円柱状の巻き芯を用意し、該巻き芯に沿わせて陽極箔２４、セパレータ２１、陰極箔２５を巻き取っていきコンデンサ素子２を形成する方法等が考えられる。

上記コンデンサ素子２内には、電解質が含有している。電解質としては電解液や固体電解質等が考えられる。電解液は例えば水、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、グリセリン、γ‐ブチロラクトン、Ｎ‐メチルホルムアミド等の溶媒中に電解質であるホウ酸、アジピン酸、マレイン酸、安息香酸、フタル酸、サリチル酸、アンモニア、トリエチルアミン、水酸化テトラメチルアンモニウム等を混合することによって得られる。また、固体電解質としては、二酸化マンガンやＴＣＮＱ（7,7,8,8-テトラシアノキノジメタン）錯塩、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリフラン及びこれらの誘導体等の導電性高分子等を用いることができる。

コンデンサ素子２が収納されている有底ケース７の材料は特に限定されないが、加工のしやすさや、コスト等の面から、アルミケース等からなることが好ましい。この際、アルミケースの少なくとも外表面は、絶縁性樹脂等でコーティングされていることが好ましい。封止部材６の材料は、絶縁性であり弾性を有するものであれば特に限定されない。

上記コンデンサ素子２の端面が略楕円形状であることにより、コンデンサ素子２を複数個有底ケース７に収納した際、有底ケース７内の空間部分が減少する。すなわち、同一サイズの有底ケース７において、図５に示すような従来のコンデンサ素子２０を用いたときよりも、本発明のコンデンサ素子２を用い作製された電解コンデンサ１の方が、容量が大きくすることができる。また、各々のコンデンサ素子２は、並列に接続されているので、コンデンサの低ＥＳＬ化、低ＥＳＲ化を実現することができる。
（実施形態２）
図３は、本発明の第二の実施形態の電解コンデンサの断面図（ａ）及び上面透視図（ｂ）である。図３の電解コンデンサ１０は、図２に示すコンデンサ素子２と、該コンデンサ素子２を収納する有底ケース７と、コンデンサ素子２を封止する封止部材６と、座板８とを備えている。ここで、有底ケース７、封止部材６、コンデンサ素子２は、実施形態１と同様の材料を用いることができ、座板８は、例えばプラスチックからなる。

コンデンサ素子２は、実施形態１と同様に、陽極端子４同士及び陰極端子５同士が隣り合うように配置されている。座板８には、陽極端子４及び陰極端子５を通すための貫通孔が設けられており、該貫通孔を通った陽極端子４及び陰極端子５は、座板８の外側に向けて折り曲げられている。ここで座板８には、溝部が設けられていて、該溝部内に陽極端子４及び陰極端子５が配置されるように折り曲げを行うことが好ましい。この構成により、電解コンデンサ１０の実装基板への接着面が面一になり、実装基板との密着性が向上する。

このような座板８を有する電解コンデンサ１０においても、コンデンサ素子２が並列に接続しているため、実施形態１と同様にＥＳＬ特性・ＥＳＲ特性が良好となる。また、有底ケース７内の空間を少なくすることができるため、電解コンデンサ１０の容量低下を防ぐことができる。
（実施形態３）
図４は、本発明の別の実施形態の断面図（ａ）と上面透視図（ｂ）である。本実施形態の電解コンデンサ１１は、コンデンサ素子２の配置を、コンデンサ素子２の陽極端子４と該コンデンサ素子と隣り合うコンデンサ素子２の陰極端子５とが、互い対向するように配置されていること以外は、実施形態１と同様である。このような電解コンデンサ１１においても、コンデンサ素子２は並列接続されているので、電解コンデンサ１１の低ＥＳＬ化、低ＥＳＲ化を達成することができる。また、コンデンサ素子２の端面は略楕円形状であるので、有底ケース７内の空間を減少させることができ、電解コンデンサ１０の容量の低下を抑えることができる。

本発明について、以下に実施例を挙げてさらに詳しく説明する。
（実施例１）
まず、従来周知の方法により表面にエッチング処理、化成処理が施され、適当な大きさに切り出されたアルミニウム箔を用意する。これを陽極箔２４とし、エッチング処理され、適当な大きさに切断されたアルミニウム箔２５を陰極として、陽極箔２４及び陰極箔２５に、それぞれ陽極リードタブ３４及び陰極リードタブ３５を介して陽極端子４及び陰極端子５を接続する。次に、陽極箔２４及び陰極箔２５を、例えばアラミド繊維等の合成繊維から構成されるセパレータ２１を介し、略円柱状の巻き芯を用いて巻き取り、巻き止めテープ２２で止めてコンデンサ素子を作製した後、該コンデンサ素子の側面を押圧して、端面が略楕円形状のコンデンサ素子２を作製した。次いで、コンデンサ素子２の切り口化成及び１５０〜３００℃での熱処理を行った。

次に、該コンデンサ素子２内に、電解質を含有させた。具体的には、モノマーとして３，４−エチレンジオキシチオフェンと、酸化剤兼支持電解質としてｐ−トルエンスルホン酸第二鉄とを有する重合液に、コンデンサ素子２を浸漬、乾燥を行い、ポリチオフェンからなる電解質を形成した。

上記のようにして電解質を含有するコンデンサ素子２を二つ用意し、該コンデンサ素子２の陽極端子４及び陰極端子５を封止部材６の貫通孔に通し、コンデンサ素子２をアルミニウムからなるφ８ｍｍ、長さ９ｍｍの有底ケース７に収納した。その後、有底ケース７の開口端側を横絞りとカール加工を行うことで、コンデンサ素子２を有底ケース７内に封止し、エージングを行って電解コンデンサ１を完成させた。
（実施例２）
コンデンサ素子２の数を３つにし、φ１０ｍｍ、長さ９ｍｍの大きさの有底ケース７を使用したこと以外は実施例１と同様にして電解コンデンサを作製した。
（比較例１）
コンデンサ素子の側面に圧力をかけず、端面が略円形のコンデンサ素子２０を用いたこと以外は実施例１と同様にして電解コンデンサを作製した。
（比較例２）
コンデンサ素子２０の数を３つにし、φ１２．５ｍｍ、長さ９ｍｍの有底ケース７０を用いたこと以外は比較例１と同様にして電解コンデンサを作製した。
（比較例３）
φ１０ｍｍ、長さ９ｍｍの有底ケース７０を用い、これより一回り小さいコンデンサ素子２０を１つ形成して有底ケース７０内に収納したこと以外は実施例１と同様にして、電解コンデンサを作製した。

上記実施例１・２、比較例１・２・３の電解コンデンサを夫々１０個ずつ作製し、静電容量、ＥＳＲ、ＥＳＬを測定し、平均値を算出した。結果を表１に示す。

表１の実施例２と比較例３より、同じサイズの有底ケースを用いた場合、１つのコンデンサ素子を収納したときより、それよりもサイズの小さいコンデンサ素子を２つ収納した時の方が、静電容量、ＥＳＲ、ＥＳＬ共に良好な性質を示すことがわかる。また、実施例１と比較例１を比較して、同じサイズの有底ケースでコンデンサ素子を２つ収納した場合でも、端面が略円形状のコンデンサ素子より端面が略楕円形状のコンデンサ素子のほうが、静電容量が大きくなっていることがわかる。これらのことから、略楕円形状の端面を有するコンデンサ素子を用い、該コンデンサ素子を複数個有底ケースに収納してなる電解コンデンサは、大容量で、ＥＳＲ特性及びＥＳＬ特性に優れていることがわかる。従って本発明により、静電容量が大きく、ＥＳＲ特性及びＥＳＬ特性に優れた電解コンデンサを提供することができる。
上記実施例は、本発明を説明するためのものに過ぎず、特許請求の範囲に記載の発明を限定する様に解すべきでない。本発明は、特許請求の範囲内及び均等の意味の範囲内で自由に変更することができる。例えば本発明の実施例では、電解質としてポリチオフェンを例に挙げたが、これに限らずポリピロールやポリアニリン等の導電性高分子やＴＣＮＱ（7,7,8,8-テトラシアノキノジメタン）錯塩等の有機半導体や、二酸化マンガン等の固体電解質であってもよいし、電解液を含浸させてもよい。また、固体電解質を形成する際、本発明では、モノマーと酸化剤兼ドーパントを含む混合液にコンデンサ素子を浸漬したが、モノマーを含む溶液と酸化剤兼ドーパントを含む溶液とを別々に用意してもよい。

本発明の第一実施形態による電解コンデンサの断面図（ａ）および上面図（ｂ）である。 本発明のコンデンサ素子の斜視図である。 本発明の第二実施形態による電解コンデンサの断面図（ａ）および上面図（ｂ）である。 本発明の第三実施形態による電解コンデンサの断面図（ａ）および上面図（ｂ）である。 従来のコンデンサ素子の斜視図である。 有底ケースに一つのコンデンサ素子が収納されている従来の電解コンデンサの断面図である。 有底ケースに二つのコンデンサ素子が収納されている従来の電解コンデンサの断面図（ａ）および上面図（ｂ）である。

符号の説明

１． 電解コンデンサ
２． コンデンサ素子
２１． セパレータ
２２． 巻き止めテープ
２４． 陽極箔
２５． 陰極箔
３． リードタブ
４． 陽極端子
５． 陰極端子
６． 封止部材
７． 有底ケース
８． 座板

Claims (3)

1. 陽極箔及び陰極箔をセパレータを介して巻回してなるコンデンサ素子と、前記陽極箔及び前記陰極箔と夫々接続されている陽極端子及び陰極端子と、前記コンデンサ素子を収納する有底ケースを有する電解コンデンサにおいて、
   一つの前記有底ケース内に、複数の前記コンデンサ素子が収納されており、
   前記コンデンサ素子は、略楕円形状の端面を有していることを特徴とする電解コンデンサ。
2. 前記複数のコンデンサ素子は、各々の前記陽極端子が対向するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサ。
3. 前記一つの有底ケース内に収納されている前記コンデンサ素子の数が２つであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電解コンデンサ。

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