JP2009212283A - 電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電解コンデンサの製造工程を特に煩雑にすることがなく、しかも、耐充放電性能を改善することにより、陰極側の引き出しリードタブおよびその付近の陰極箔から生じる水素ガス等を抑制し、また陰極側の引き出しリードタブおよびその付近の陰極箔の破損部分の、陽極箔との接触によるショートを防止可能な電解コンデンサと、その製造方法を提供することを目的とする。

【解決手段】本発明は、陽極側の引き出しリードタブを接続した陽極箔と、陰極側の引き出しリードタブを接続した陰極箔とをセパレータを介し巻回したコンデンサ素子を有する電解コンデンサにおいて、前記陰極側の引き出しリードタブ周辺の、陰極箔とセパレータとの間に、絶縁性の液状樹脂を設けることを特徴とする電解コンデンサと、その製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器や産業機器に使用される電解コンデンサの中で、特に箔を電極として巻回した電解コンデンサおよびその製造方法に関するものである。

従来の箔を電極として巻回した電解コンデンサは、アルミニウムやチタンなどの弁作用金属からなるエッチング箔に酸化皮膜を形成した陽極箔と、アルミニウムやチタンなどの弁金属のエッチング箔からなる陰極箔とを絶縁紙などのセパレータを介して巻回したコンデンサ素子を有している。前記陽極及び陰極リードタブは、それぞれの電極箔にステッチ法やコールドウェルド法などにより接続されている。場合によっては、前記リードタブの凸部（バリ等）や接続部の他電極箔との接触によるショートを防止するために、絶縁紙や絶縁テープなどの保護部材で前記リードタブを覆っている。そして前記コンデンサ素子には駆動用電解液が含浸され、有底筒形状の外装ケースに収納される。外装ケースはその開口部が封口体により封止され、前記封口体に配置されたリベットを介してコンデンサ素子から導入された両極リードタブと両極外部端子が各々に接続されて電解コンデンサが形成される。

陰極箔および陰極側引き出しリードタブの表面には酸化皮膜があり、また電解液と接することで電気二重層が形成される。ここで、陰極箔は表面が粗面化され投影面積に対する表面積が大きく投影面積あたりの静電容量が大きいのに対し、陰極側引き出しリードタブは粗面化していないため、投影面積あたりの静電容量が小さい。この界面電圧が水素過電圧、酸素過電圧を超えると水素発生、酸化反応にて電解液は分解されるが、上記の通り陰極側引き出しリードタブにて分解電圧に達しやすく、特に負荷電流が充放電などの低周波のときに達しやすい。電解液は分解に伴い、陽極酸化皮膜の修復性能が劣化する。このため、アルミニウム電解コンデンサを充放電などの低周波負荷に供した場合、陰極側引き出しリードタブに対向する陽極箔部においてショートとなったり、あるいはこのような反応に起因して、水素ガスなどの生成物が発生し、コンデンサの内圧が上昇して圧力弁作動したりするといった不具合が発生する場合があった。

上記の問題の改善を目的としたものとして、陰極側引き出しリードタブ部分の表面拡大のために、陰極箔に接続された陰極側引き出しリードタブの陰極箔表面に、粗面化加工したアルミニウム箔の小片を重ねた発明（特許文献１）、陰極箔に接続された陰極側引き出しリードタブの陽極箔側の表面をエッチング処理した発明（特許文献２）がある。また、上記のショートを抑制するために、陰極箔に接続された陰極側引き出しリードタブと、セパレータを介しこれに隣接して対向する部分の陽極箔との間に、絶縁性フィルムのような電解液の比抵抗以上の電気抵抗値を持つ部材を設けて発明（特許文献３）等がある。

特開２０００−２１６０５８号公報 特開２０００−２７７３８４号公報 特開２００３−１７３９３０号公報

しかしながら、陰極箔に接続された陰極側引き出しリードタブの陰極箔表面に、粗面化加工したアルミニウム箔の小片を重ねた発明には、粗面化したアルミニウム箔の小片を固定／接続する手段を必要とし、工程を煩雑にしてしまうという問題点がある。
また、陰極箔に接続された陰極側引き出しリードタブの陽極箔側の表面をエッチング処理した発明には、陰極側引き出しリードタブ作製時に、通常行わない片面エッチング処理の工程が追加されることになるほか、エッチングしていない通常のリードタブとの混合防止対策や在庫管理においても手間がかかるという問題点がある。
また、陰極箔に接続された陰極側引き出しリードタブと、セパレータを介しこれに隣接して対向する部分の陽極箔との間に絶縁性フィルムのような電解液の比抵抗以上の電気抵抗値を持つ部材を設ける発明には、陰極側引き出しリードタブ表面に、粗面化加工したアルミニウム箔の小片を重ねた発明と同様、固定する手段が必要で、設置する手段が煩雑となるという問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、従来のように電解コンデンサの製造工程を特に煩雑にすることがなく、しかも、耐充放電性能を改善することにより、陰極側の引き出しリードタブおよびその付近の陰極箔から生じる水素ガス等を抑制し、また陰極側の引き出しリードタブおよびその付近の陰極箔の破損部分の、陽極箔との接触によるショートを防止可能な電解コンデンサと、その製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、陽極側の引き出しリードタブを接続した陽極箔と、陰極側の引き出しリードタブを接続した陰極箔とをセパレータを介し巻回したコンデンサ素子を有する電解コンデンサにおいて、前記陰極側の引き出しリードタブ周辺の、陰極箔とセパレータとの間に、絶縁性の液状樹脂を設けることを特徴とする電解コンデンサを提供する。
また、陽極側の引き出しリードタブを接続した陽極箔と、陰極側の引き出しリードタブを接続した陰極箔とをセパレータを介し巻回したコンデンサ素子を有する電解コンデンサにおいて、前記陰極引き出しリードタブ周辺の、陰極箔とセパレータとの間およびセパレータ中に、絶縁性の液状樹脂を設けることを特徴とする電解コンデンサを提供する。
また、陽極側の引き出しリードタブを接続した陽極箔と、陰極側の引き出しリードタブを接続した陰極箔とをセパレータを介し巻回したコンデンサ素子を有する電解コンデンサにおいて、巻回工程時に、巻取り方向に対し、前記陰極側の引き出しリードタブの巻始側に絶縁性の液状樹脂をポッティングし、巻取り時に前記陰極側の引き出しリードタブ及びその周辺の陰極箔とセパレータに塗り広げることを特徴とした電解コンデンサの製造方法を提供する。

本発明によれば、設置する手段と固定する手段が容易なため、電解コンデンサの製造工程を特に煩雑にすることがなく、しかも、陰極側の引き出しリードタブ周辺の、陰極箔とセパレータとの間に、絶縁性の液状樹脂を設けることにより、陰極側の引き出しリードタブおよびその付近の陰極箔から生じる水素ガス等を抑制し、また陰極側の引き出しリードタブおよびその付近の陰極箔の破損部分の、陽極箔との接触によるショートを防止可能な電解コンデンサの構造と製造方法を提供することができる。

本発明における引き出しリードタブとしては、電解コンデンサで用いられる通常の引き出しリードタブを使用することができる。たとえば、アルミニウムなどからなる細長い箔状のタブ端子や丸棒部及び偏平部及びこの丸棒部に接続したリード部からなるものが挙げられる。引き出しリードタブは、電極箔とステッチ方やコールドウェルド法により接続される。

また、本発明におけるセパレータについても、電解コンデンサで用いられる通常のセパレータを使用することができるが、本発明の特徴に合わせてセパレータの配置を検討することもできる。すなわち、セパレータにおいて、２枚もしくは２重紙を１枚以上用いている場合、陰極側引き出しリードタブ及び陰極箔側にセパレータの高密度側を配置することで、絶縁性物質の電解液中の流動及び拡散を抑制し、対電極側に電解液保持量がより多い低密度側を配置することにより、酸化皮膜の修復を促進する効果が得られる。

本発明における絶縁性の液状樹脂としては、巻回してコンデンサ素子にするときに変形可能な絶縁性の樹脂で、コンデンサで使用する電解液に対して不活性で、導入するときに液状の絶縁性の樹脂が使用できる。また、導入した後は、弾性体、ゲルを含め固化するものが好ましい。固化しない場合、電解液に対して溶解性でないことが必要で、粘度が高いペースト状が好ましい。
固化する方法としては、加熱による溶剤の蒸発、硬化剤の添加や光照射による樹脂の架橋化があげられる。
液状樹脂材として、特に限定はないが、液状ガスケット材、ポッティング剤、液状封止材、ダイボンド剤などと呼ばれているものから選択できる。
液状樹脂は樹脂の種類や剤型により、熱硬化・熱可塑、溶剤・無溶剤、一液・二液型などに分類される。
樹脂の種類の代表例は、ポリオレフィン類、ビニル系ポリマー（分子中にビニル基を持つポリマー）、ポリアミド、ポリエステル、アルキド樹脂、メタクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、セルロース、合成もしくは天然ゴム、シリコーンゴムなどの有機材料であり、それらを変性したり組み合わせたりすることも可能である。
たとえば、液状封止材の場合、その構成材料はエポキシ樹脂が主に使用され、必要に応じて可塑性ポリマー等の樹脂や、カップリング剤、希釈剤、難燃剤、消泡剤等の添加材が使用される。可塑性ポリマーを添加する目的は、液状封止材の可塑化、可撓化以外には、液状封止材コンパウンドの反応において粘度上昇を抑制するメリットがある。添加できる可塑性ポリマーとしては、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フェノキシ樹脂などが挙げられる。
熱硬化タイプの液状封止材ではエポキシ樹脂系のほか、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、耐熱性の熱可塑性芳香族ポリアミド樹脂などを用いる。

また、絶縁性の液状樹脂を設ける方法は、陰極箔に接続された陰極リードタブの陰極箔表面全面にスプレーで吹きつけたり、溶射したりして設ける。形成された後の膜厚は、１μｍから５０μｍ程度、好ましくは、２μｍから２０μｍ程度である。
絶縁性の液状樹脂のポッティング方法としては、たとえば、ポッティングする部分に、絶縁性の液状樹脂をチューブのような注入容器を用いて垂らしたり、またはスプレーで吹きつけたりすることができる。
このとき、電解コンデンサが使用される段階にて、絶縁性の液状樹脂は必ずしも固体である必要はなく、このため絶縁性の液状樹脂が電解液中を流動する物質でなければ上記のようにポッティングしたままの液体の状態でよい。また、電解液中を流動する物質であれば、巻取り時に温風などをあてて固化させるかまたは巻取り後加熱固化などして流動しないよう調整することができる。

巻回工程時に、巻取り方向に対し、陰極側の引き出しリードタブの巻始側（即ち、陰極側の引き出しリードタブよりも巻取り方向側の位置）に絶縁性の液状樹脂をポッティングし、巻取り時に陰極側の引き出しリードタブ及びその周辺の陰極箔とセパレータに塗り広げることにより以下のことができる。つまり、絶縁性を有する物質のポッティング作業のみで、ポッティング作業後は通常とおり巻回することで、塗布するのと同様の効果が得ることができ、製造コストの削減及び製造方法の簡略が計れる。さらには、ポッティングする絶縁性物質は多くの選択基材があり、使用状況でその最適な基材を選択することができる。

絶縁性の液状樹脂を設ける場所は、陰極側の引き出しリードタブ周辺の、陰極箔とセパレータとの間である。より具体的には、陰極側の引き出しリードタブのおもて表面、幅側面および下部（引き出し側とは反対側）側面はできるだけ被覆する。なお、絶縁性の液状樹脂は、陰極側の引き出しリードタブの、表側および裏側のセパレータにも散在してもよい。また、引き出しリードタブと陰極箔の間の隙間にも入り込んでもよい。

電解液を通して陽極箔表面から陰極側に流れる電流において、陰極側の引き出しリードタブ表面は絶縁皮膜で覆われているので電流が流れ込まず、全て陰極箔表面に流れ込む。陰極箔表面は粗面化され表面積大にて投影面積あたりの静電容量が大きいため、低周波負荷での界面電圧が電解液分解電圧に達せず、したがってショート、圧力弁作動に至らない。
また、陰極側の引き出しリードタブ周辺の、陰極箔とセパレータとの間およびセパレータ中に、絶縁性の液状樹脂を設けることにより、液状樹脂が、セパレータの間隙部に浸透し、その部分自体が絶縁体となる。このため、従来の保護部材のように、リードタブの上面に盛り上がって、巻径を圧迫する心配が少ない。

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は本発明の実施の形態における電解コンデンサのコンデンサ素子の一部解体した形状を示す斜視図である。図２は本発明の実施の形態における、コンデンサ素子の製造方法を示す説明図である。図３は本発明の巻取り後の陰極側の引き出しリードタブ付近の断面図である。図４は従来品の巻取り後の陰極側の引き出しリードタブ付近の断面図である。

図１に示すように、本発明の電解コンデンサのコンデンサ素子において、陽極箔１は、エッチング処理し酸化皮膜を形成したアルミニウムやチタンなどの弁作用金属箔からなり、陰極箔２はエッチング処理したアルミニウムやチタンなどの弁作用金属箔からなる。そしてこの両電極箔には、アルミニウムなどからなる細長い箔状の引き出しリードタブ３がステッチ法やコールドウェルド法により接続される。引き出しリードタブ３は、丸棒部及び偏平部及び該丸棒部に接続したリード部からなるリード端子などの場合もある。そして前記陽極箔１及び陰極箔２の間にセパレータ４を介して巻回することでコンデンサ素子が形成される。前記セパレータ４はマニラ紙やクラフト紙などの絶縁紙、不織布又はそれらの混抄物などの絶縁部材から構成されている。
また、陰極側の引き出しリードタブ３上には絶縁性の液状樹脂５が被覆されている。絶縁性の液状樹脂５は、陰極側の引き出しリードタブ３の表面、幅側面および下部側面をできるだけ全て被覆するのが好ましい。なお、絶縁性の液状樹脂５は、陰極側の引き出しリードタブ３の表側および裏側のセパレータ４にも散在してもかまわない。

図２は、セパレータ４として、陰極側の引き出しリードタブ３及び陰極箔側に高密度紙４ａ、陽極箔側に低密度紙４ｂの２枚紙を用いている場合を示している。絶縁性の液状樹脂５は、注入容器６により陰極側の引き出しリードタブ３の前方の陰極箔２に滴下する。次に、高密度紙４ａをその上面方向から導入し、一対の押し付けローラ７ａにより重ね合わせる。このとき、絶縁性の液状樹脂５は、陰極側の引き出しリードタブ３周辺の、陰極箔２と高密度紙４ａとの間に展開される。次に、固化手段８により固化される。次に、陰極箔２の下側から低密度紙４ｂと高密度紙４ａがこの順に、また、陰極箔２の上側から低密度紙４ｂ、陽極箔１をこの順に導入し、押し付けローラ７ｂにより重ね合わせる。次に、最後に巻き取られて、コンデンサ素子となる。

図３は、図２で巻き取られたコンデンサ素子の陰極側の引き出しリードタブ３付近の断面図を示している。陰極箔２に接続された陰極側の引き出しリードタブ３の陽極箔１と対向する部分が、絶縁性の液状樹脂５で覆われている。この絶縁性の液状樹脂５は、ポッティング量を調整し、陰極側の引き出しリードタブ３の幅と同等またはより幅広になるようにする。
図３では、絶縁性の液状樹脂５は、陰極側の引き出しリードタブ３の少なくとも表面、幅側面が被覆されているが、そのほかに、絶縁性の液状樹脂５と接する陰極側の引き出しリードタブ３上面に位置する高密度紙４ａ内にも浸入していて、その部分の、高密度紙の繊維間の間隙を充填している。このことにより、図４に示すような、電流集中を防ぐために、従来用いていた絶縁フィルム９を陰極側の引き出しリードタブ３上に設ける方法における、おおよそ絶縁フィルム９の厚み分だけリードタブの上面に盛り上がって、巻径を圧迫するという心配が少ない。強いテンションで巻回した場合、たとえば、図４に示すように、陰極側の引き出しリードタブ３上であって、高密度紙４ａ上の低密度紙４ｂが圧迫を受けて繊維間の間隙が詰まり、電解液が減少してしまうと、それと接する陽極箔１の酸化皮膜の修復ができず、漏れ電流が増加する心配が生ずる。
また、図３では図示してはいないが、絶縁性の液状樹脂５は、低粘度であれば、微細なエッチング穴を持った陰極箔２にも浸入し、アンカー効果として、絶縁性の液状樹脂５が陰極側の引き出しリードタブ３からはく離するのを防止する。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
厚さ１００μｍ、化成電圧６００Ｖの陽極箔と厚さ２０μｍの陰極箔、および厚さ６０μｍのクラフト紙を巻回し、有機酸系電解液を含浸させ素子とする。陽極箔と陰極箔には厚さ２００μｍ、巾５ｍｍのアルミリードタブがコールドウェルドにより接続されている。
本素子を用いて、定格４００Ｖ３３０μＦの基板自立形アルミニウム電解コンデンサを作製した。ここで比較例は、通常手法によって作製したもので、実施例は請求項３に基づき、陰極リードタブ表面にシリコーンゴムを滴下したものであり、陰極リードタブのセパレータ側表面は約１５μｍのシリコーンゴム膜にて覆われている。
これら比較例および実施例コンデンサ各１０ヶを、表１の充放電条件にて試験したときのショート率を表２に示す。

本発明の実施の形態における電解コンデンサのコンデンサ素子の一部解体した形状を示す斜視図である。 本発明の実施の形態における、コンデンサ素子の製造方法を示す説明図である。 本発明の、巻取り後の陰極側の引き出しリードタブ付近の断面図である。 従来品の、巻取り後の陰極側の引き出しリードタブ付近の断面図である。

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、４ａ…高密度紙、４ｂ…低密度紙、５…絶縁性の液状樹脂、６…注入容器、７ａ、７ｂ…押し付けローラ、８…固化手段、９…絶縁フィルム。

Claims (3)

1. 陽極側の引き出しリードタブを接続した陽極箔と、陰極側の引き出しリードタブを接続した陰極箔とをセパレータを介し巻回したコンデンサ素子を有する電解コンデンサにおいて、前記陰極側の引き出しリードタブ周辺の、陰極箔とセパレータとの間に、絶縁性の液状樹脂を設けることを特徴とする電解コンデンサ。
2. 陽極側の引き出しリードタブを接続した陽極箔と、陰極側の引き出しリードタブを接続した陰極箔とをセパレータを介し巻回したコンデンサ素子を有する電解コンデンサにおいて、前記陰極側の引き出しリードタブ周辺の、陰極箔とセパレータとの間およびセパレータ中に、絶縁性の液状樹脂を設けることを特徴とする電解コンデンサ。
3. 陽極側の引き出しリードタブを接続した陽極箔と、陰極側の引き出しリードタブを接続した陰極箔とをセパレータを介し巻回したコンデンサ素子を有する電解コンデンサの製造方法において、巻回工程時に、巻取り方向に対し、前記陰極側の引き出しリードタブの巻始側に絶縁性の液状樹脂をポッティングし、巻取り時に前記陰極側の引き出しリードタブ及びその周辺の陰極箔とセパレータに塗り広げることを特徴とした電解コンデンサの製造方法。

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