JP2010080836A - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサ素子に機械的ストレスがかかることなく、弾性封口材の貫通孔にリード部を容易に挿通することができ、陽極酸化皮膜の破損防止が可能で、漏れ電流特性を改善することができる固体電解コンデンサの製造方法を提供する。
【解決手段】固体電解コンデンサ１の製造工程で、表面に陽極酸化皮膜が形成された陽極箔２と陰極箔３にそれぞれリード部６を接続するとともに、陽極箔２と陰極箔３とをセパレータ４を介して巻回した後、これら電極箔２、３との間に固体電解質層を形成してコンデンサ素子１０を作製する。次に、弾性封口材７を温度１８０〜２５０℃で加熱して弾性封口材７を軟化させた状態で、コンデンサ素子１０から導出されたリード部６を、弾性封口材７に形成された貫通孔７ａに挿通し、コンデンサ素子１０に弾性封口材７を取り付けた後、コンデンサ素子１０を有底筒状の外装ケース５に収納し、外装ケース５の開口部を弾性封口材７で封止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサ素子から導出されたリード部を、弾性封口材に形成された貫通孔に挿通して、コンデンサ素子に弾性封口材を取り付ける工程を有する固体電解コンデンサの製造方法に関する。

電解コンデンサは従来、電極を引き出すためのリード部が導出されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を収納する有底筒状の外装ケースと、この外装ケースの開口部をリード部が外部に引き出された状態で封止する弾性封口材とを備えたものである（例えば、特許文献１参照）。
コンデンサ素子は、表面に陽極酸化皮膜が形成された陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して巻回され、陽極箔と陰極箔との間に、固体または液体の電解質が保持された構造を有する。リード部は、陽極箔と陰極箔にそれぞれ接続されている。

一般に、このような電解コンデンサの製造工程では、コンデンサ素子のリード部を弾性封口材に形成された貫通孔に挿通し、該素子に弾性封口材を取り付けてから、外装ケースに収納するとともに、外装ケースの開口部に弾性封口材を挿入し、その後、外装ケースの開口部を巻き締めることにより弾性封口材を収縮させ、外装ケースを密閉している。

特開２００８−０６０２３５公報

上述したような電解コンデンサは、例えばリフローはんだ付け等により高温下にさらされると、外装ケース内の空気が膨張し、この膨張した空気により弾性封口材が押圧され、弾性封口材が外装ケースの外部側へ突出するように変形する場合がある。
このような弾性封口材の変形が生じると、リード部が弾性封口材により外装ケースの外部側へ引っ張られるため、コンデンサ素子に機械的ストレスがかかり、陽極酸化皮膜が破損して漏れ電流特性が悪化するなどの問題が生じる。
そのため、弾性封口材としては、上述したような変形を抑制するために、硬度の高いものを用いることが望ましい。

また、上述したような電解コンデンサでは、外装ケースを密閉するために、リード部を挿通する前の状態での弾性封口材の貫通孔の径は、貫通孔に挿通されるリード部の外径よりも若干小さく形成されている。
そのため、弾性封口材として比較的硬度の高い（弾性率の高い）ものを用いた場合、リード部を貫通孔に挿入する際、貫通孔の周囲はリード部の挿入方向に比較的大きい力で引っ張られるため、弾性封口材はその弾性力により、上記挿入方向と逆方向に変形し、弾性封口材とコンデンサ素子とが接触する場合がある。この接触により、コンデンサ素子に機械的ストレスがかかり、陽極酸化皮膜が破損して、漏れ電流特性が悪化し、最悪の場合にはショートを引き起こすことがある。

また、さらに硬度の高い弾性封口材を用いた場合には、リード部を弾性封口材の貫通孔に挿入する際、貫通孔の内壁がリード部により削られてしまうため、外装ケースを密閉できず、電解コンデンサの信頼性が悪化するという問題が生じる。

しかしながら、液体電解質を用いた電解コンデンサは、リード部を弾性封口材の貫通孔に挿入する時、コンデンサ素子に機械的ストレスがかかり陽極酸化皮膜が破損したとしても、組立後のエージングで電解液による当該破損部分の修復が可能であるため、漏れ電流特性の悪化を抑えることができた。
一方で、近年、低ＥＳＲ（等価直列抵抗）を特徴とする固体電解コンデンサが注目されているが、固体電解コンデンサに用いられる固体電解質は、陽極酸化皮膜の修復能力がほとんどないため、エージングで陽極酸化皮膜を十分修復できず、上記の問題が生じていた。

本発明の目的は、固体電解質を用いた電解コンデンサにおいて、コンデンサ素子に機械的ストレスがかかることなく、弾性封口材の貫通孔にリード部を容易に挿通することができ、陽極酸化皮膜の破損防止が可能で、漏れ電流特性を改善することができる固体電解コンデンサの製造方法を提供することにある。

本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、表面に陽極酸化皮膜が形成された陽極箔と陰極箔にそれぞれリード部を接続するとともに、前記陽極箔と前記陰極箔とをセパレータを介して巻回した後、前記陽極箔と前記陰極箔との間に導電性高分子からなる固体電解質層を形成して、コンデンサ素子を作製するコンデンサ素子作製工程と、前記コンデンサ素子から導出された前記リード部を、弾性封口材に形成された貫通孔に挿通し、前記コンデンサ素子に前記弾性封口材を取り付ける取付工程と、前記コンデンサ素子を有底筒状の外装ケースに収納する収納工程と、前記外装ケースの開口部を、前記弾性封口材で封止する封止工程と、を備えた固体電解コンデンサの製造方法であって、前記取付工程において、前記弾性封口材を１８０〜２５０℃で加熱して前記弾性封口材を軟化させ、前記貫通孔に前記リード部を挿通することを特徴とする（第１の発明）。

この構成によると、取付工程において、弾性封口材を加熱して軟化させた状態で、弾性封口材の貫通孔にリード部を挿通するため、リード部を貫通孔に容易に挿通することができる。よって、コンデンサ素子に機械的ストレスがかかることがないため、陽極酸化皮膜の破損による、漏れ電流特性悪化を生じることがない。
また、たとえ硬度の高い弾性封口材を用いた場合であっても、貫通孔の内壁がリード部によって削られることなく、リード部を貫通孔に挿通することができる。よって、外装ケースの封止が十分に行われ、電解コンデンサの信頼性を向上させることができる。

前記弾性封口材の加熱手段として、熱風ヒータから供給される熱風を、弾性封口材に吹き付けて加熱する製造方法を挙げることができる（第２の発明）。

また、前記取付工程において、前記弾性封口材の前記貫通孔の周囲のみを加熱してもよい（第３の発明）。

この構成によると、弾性封口材全体を加熱した場合に比べて、加熱時間を短縮することができ、消費電力の低減を図ることができるとともに、弾性封口材の外形の変形を防止することができる。また、弾性封口材全体を加熱した場合、設備の封口材保持部にも熱が伝わり、設備に熱ストレスが加わる可能性があるが、前記貫通孔の周囲のみを加熱することにより、上記の熱ストレスを軽減することができる。

第３の発明における、前記弾性封口材の加熱手段として、熱風ヒータから供給される熱風を、弾性封口材に形成された貫通孔の内径よりも外径が小さいノズルから吹き付け、貫通孔内部を加熱する製造方法を挙げることができる（第４の発明）。

本発明によると、弾性封口材を加熱して軟化させた状態で、弾性封口材の貫通孔にリード部を挿通するため、リード部を貫通孔に容易に挿通することができる。よって、コンデンサ素子に機械的ストレスがかかることがなく、陽極酸化皮膜の破損による、漏れ電流特性悪化を生じることがない。

本発明の実施の形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の固体電解コンデンサ１は、コンデンサ素子１０と、弾性封口材７と、外装ケース５とを備える。

図２に示すように、コンデンサ素子１０は、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を有する。

陽極箔２と陰極箔３には平坦状のリードタブ（図示省略）がそれぞれ接続されており、このリードタブを介して陽極箔２と陰極箔３からそれぞれリード部６が引き出されている。２つのリード部６は、コンデンサ素子１０の一方の端面から導出されており、各リード部６は、リードタブの先端に連結された丸棒状の接続部６ａと、接続部６ａの先端部に溶接されたリード線６ｂとから構成されている。

陽極箔２は、アルミニウム、タンタル、ニオブ等の弁作用金属で形成されている。図３に示すように、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）による陽極酸化皮膜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、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。

また、図３に示すように、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層８が保持されている。つまり、陽極箔２と陰極箔３との間（詳細には、陽極箔２とセパレータ４との間、および、陰極箔３とセパレータ４の間）には、固体電解質層８が形成されている。固体電解質層８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、および、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等を用いることができ、これら導電性高分子は、モノマーの化学重合により生成される。

図１に示すように、コンデンサ素子１０は、有底円筒状に形成された外装ケース５に収納されている。外装ケース５は、アルミニウム等により形成されている。

外装ケース５の開口部は、２つのリード部６が外部に引き出された状態で、弾性封口材７によって封止されている。弾性封口材７は、外装ケース５の開口部に形成された巻き締め部５ａによって圧縮された状態で配置されている。
弾性封口材７には、２つのリード部６（接続部６ａ）がそれぞれ貫通される２つの貫通孔７ａが形成されている。弾性封口材７に力が作用していない無負荷状態での貫通孔７ａの径は、接続部６ａの外径よりも若干小さい。

弾性封口材７は、ゴムまたは熱可塑性エラストマーを基材とする組成物により形成されている。弾性封口材７を構成するゴムとしては、具体的には、ＥＰＴ（エチレンプロピレンターポリマー）、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンモノマー共重合体）、ＩＩＲ（イソプレンイソブチレンラバー）等が用いられる。また、
ＥＰＴ、ＥＰＤＭ、ＩＩＲを用いた場合の弾性封口材４の軟化点は、添加物（カーボン等）の配合によって異なるが、１５０℃程度である。

次に、本発明の固体電解コンデンサ１の製造工程について、図４を参照して説明する。
まず、陽極箔２および陰極箔３を構成する金属箔の表面にエッチング処理を施して粗面化した後、粗面化された陽極箔２の表面に化成処理を施して陽極酸化皮膜２ａを形成し、陰極箔３には、耐水性処理および／または熱処理にて自然酸化皮膜３ａを形成した（酸化皮膜形成工程）。
そして、これら陽極箔２と陰極箔３とを所定の寸法に裁断後、それぞれにリードタブ（図示省略）を介してリード部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を介して巻回した（巻回工程）。
このようにして作製された円柱状のコンデンサ素子１０に、アジピン酸アンモニウム水溶液で電圧を印加して素子化成を行った後（切り口化成工程）、コンデンサ素子１０を加熱して、セパレータ４の炭化処理を行った。

次に、このコンデンサ素子１０に酸化剤溶液を含浸させてから、乾燥し（酸化剤含浸工程）、その後、コンデンサ素子１０にモノマー溶液を含浸させた（モノマー含浸工程）。
続いて、コンデンサ素子１０を所定の温度で一定時間加熱し、含浸された酸化剤とモノマーとを化学重合させて、電極箔２、３の間に、導電性高分子からなる固体電解質層８を形成した（固体電解質層形成工程）。
なお、上記の巻回工程から固体電解質層形成工程までが、本発明のコンデンサ素子作製工程に相当する。

次に、固体電解コンデンサ１の組立を行った。
まず、弾性封口材７の貫通孔７ａの周囲を、弾性封口材７の軟化点を超える温度（具体的には、１８０〜２５０℃）で１〜５秒間加熱し、弾性封口材７を一時的に軟化させた。この状態で、弾性封口材７の貫通孔７ａに、コンデンサ素子１０から導出されたリード部６を挿通し、コンデンサ素子２に弾性封口材７を取り付けた（取付工程）。
また、弾性封口材７の加熱方法として、熱風ヒータから供給される熱風を、貫通孔７ａの内径よりも外径が小さいノズルから吹き付け、貫通孔７ａ内部を加熱する方法を用いた。
また、予め、８０〜１５０℃の予備加熱を行ってもよい。

次に、弾性封口材７を取り付けたコンデンサ素子１０を外装ケース５に収納した（収納工程）。そして、外装ケース５の開口部に巻き締め加工を施し、外装ケース５の開口部を弾性封口材７で封止した（封止工程）。

以上の組立工程により作製された固体電解コンデンサ１に、高温雰囲気下において、所定の電圧を印加してエージング処理を行い、固体電解コンデンサ１の製造工程を完了した。

以上、説明した固体電解コンデンサ１の製造方法によると、取付工程において、弾性封口材７を加熱して軟化させた状態で、弾性封口材７の貫通孔７ａにリード部６を挿通するため、リード部６を貫通孔７ａに容易に挿通することができる。

また、弾性封口材７を軟化させずにリード部６を挿通した場合、弾性封口材７の弾性力に起因してコンデンサ素子１０と弾性封口材７との接触が生じ、陽極酸化皮膜２ａが破損する場合があるが、本実施形態では、弾性封口材７を軟化させた状態でリード部６を貫通孔７ａに挿入するため、上述したようなコンデンサ素子１０と弾性封口材７との接触を防止でき、その結果、陽極酸化皮膜２ａの破損による、漏れ電流特性の悪化を防止できるともに、ショートの発生を防止できる。

また、硬度の高い弾性封口材７を用いた場合であっても、貫通孔７ａの内壁がリード部６（接続部６ａ）によって削られることなく、リード部６を貫通孔７ａに挿通することができるため、外装ケース５を十分封止でき、信頼性に優れた固体電解コンデンサを得ることができる。

さらに、硬度の高い弾性封口材７が使用可能となったため、固体電解コンデンサ１が高温下に配置されて、外装ケース５内の膨張した空気により弾性封口材７が押圧された場合であっても、弾性封口材７が変形するのを抑制することができる。
そのため、このような弾性封口材７の変形に起因するコンデンサ素子１０への機械的ストレスが低減でき、その結果、漏れ電流特性が安定するとともに、ショートの発生を防止できる。

また、弾性封口材７の貫通孔７ａの周囲のみを加熱することで、弾性封口材７全体を加熱した場合に比べて、加熱時間を短縮することができ、消費電力の低減を図ることができるとともに、弾性封口材７の外形が変形するのを防止することができる。また、弾性封口材７全体を加熱した場合、設備の封口材保持部（図示省略）にも熱が伝わり、設備に熱ストレスが加わる可能性があるが、貫通孔７ａの周囲のみを加熱することにより、上記の熱ストレスを軽減することができる。

なお、前記実施形態では、取付工程において、弾性封口材７の貫通孔７ａの周囲のみを加熱し、貫通孔７ａの周囲のみを軟化させた状態で、リード部６を貫通孔７ａに挿通しているが、弾性封口材７全体を加熱し、弾性封口材７全体を軟化させた状態で、リード部６を貫通孔７ａに挿通してもよい。この場合、弾性封口材７の加熱手段としては、熱風ヒータから供給される熱風を、弾性封口材７全体に吹き付けて加熱する方法を挙げることができる。

また、前記実施形態では、組立工程において、コンデンサ素子１０に弾性封口材７を取り付ける取付工程の後、外装ケース５に収納する収納工程を行い、その後、外装ケース５の開口部を弾性封口材７により封止する封止工程を行っているが、この順序に必ずしも限定されるものではない。
例えば、弾性封口材７を取り付ける前のコンデンサ素子１０を外装ケース５に収納した後、加熱により軟化した弾性封口材７の貫通孔７ａにリード部６を挿通して、コンデンサ素子１０に弾性封口材７を取り付けてから、外装ケース５の開口部を弾性封口材７で封止してもよい。

次に、本発明のより具体的な実施例を比較例を用いて説明する。

［実施例１−１〜１−６、２−１〜２−６］硬度、加熱温度の比較
表１に示すＥＰＴ、ＩＩＲの封口ゴム材料を用い、硬度７０、８５Ｈｓとした弾性封口材を、熱風ヒータから供給される熱風を、弾性封口材の貫通孔の内径よりも外径が小さいノズルから吹き付けることにより、温度１８０、２２０、２５０℃で、１〜５秒間、貫通孔内部を加熱し軟化させた。この状態で、弾性封口材の貫通孔にリード部を挿通して、コンデンサ素子に弾性封口材を取り付け、表１に示す実施例１−１〜１−６、実施例２−１〜２−６の固体電解コンデンサ試料を各２０個作製した。
なお、固体電解質層を構成する導電性高分子としては、ＰＥＤＯＴを使用し、各固体電解コンデンサは、定格電圧４．０Ｖ、静電容量１００μＦ（サイズ：φ５×６Ｌ（ｍｍ））とした。

（比較例１−１〜１−４、２−１〜２−４）硬度、加熱温度の比較
表１に示すＥＰＴ、ＩＩＲの封口ゴム材料を用い、硬度７０、８５Ｈｓとした弾性封口材を、温度１７０、２６０℃とした以外は、上記実施例と同様にして、コンデンサ素子に取り付け、表１に示す比較例１−１〜１−４、２−１〜２−４の固体電解コンデンサ試料を各２０個作製した（上限、下限を超える場合の比較）。

（比較例１−Ａ、１−Ｂ、２−Ａ、２−Ｂ）加熱なしの場合の比較
表１に示すＥＰＴ、ＩＩＲの封口ゴム材料を用い、硬度７０、８５Ｈｓとした弾性封口材を、加熱による軟化を行わなかった以外は、上記実施例と同様にして、固体電解コンデンサ試料を各２０個作製した。

上記の実施例１−１〜１−６、２−１〜２−６、および比較例１−１〜１−４、２−１〜２−４、１−Ａ、１−Ｂ、２−Ａ、２−Ｂの固体電解コンデンサについて、定格電圧印加、２分後の漏れ電流値を測定した。その平均値を表１に示す。
また、ゴム硬度が８５Ｈｓの実施例１−４〜１−６、２−４〜２−６、および比較例１−３、２−３については、リード部を弾性封口材の貫通孔に挿入した際の、貫通孔の内壁の削れの有無を確認した。その結果も表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１−１〜１−６、２−１〜２−６の固体電解コンデンサは、弾性封口材の加熱温度を１７０℃とした比較例１−１、１−３、２−１、２−３の固体電解コンデンサと比較して、漏れ電流が低減されている。
よって、弾性封口材の加熱温度は１８０℃以上とするのが好ましい。１８０℃を下回ると弾性封口材を十分軟化させることができず、コンデンサ素子に機械的ストレスによる漏れ電流特性悪化が生ずる。また、２５０℃を超えると弾性封口材の変質、劣化が生じるので好ましくない。よって、弾性封口材の加熱温度は１８０〜２５０℃とするのが好ましく、より好ましくは、２２０〜２５０℃である。
そして、弾性封口材の加熱時間は加熱温度より適宜選択すればよいが、生産性を考慮すれば短時間の方が好ましく、１〜５秒とするのがより好ましい。
また、実施例１−４〜１−６、２−４〜２−６の固体電解コンデンサは、比較例１−Ｂ、２−Ｂの固体電解コンデンサと比較して、弾性封口材の削れを抑えることができる。

なお、上記実施例では、弾性封口材全体を加熱したが、貫通孔の周囲のみを加熱した場合でも同様の効果が得られる。

本発明の実態の形態に係る固体電解コンデンサの内部構造を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る固体電解コンデンサにおけるコンデンサ素子の分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係る固体電解コンデンサ構成を示す概念図である。 本発明の実施の形態に係る固体電解コンデンサの製造工程を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 固体電解コンデンサ
２ 陽極箔
２ａ 陽極酸化皮膜
３ 陰極箔
３ａ 自然酸化皮膜
４ セパレータ
５ 外装ケース
５ａ 巻き締め部
６ リード部
６ａ 接続部
６ｂ リード線
７ 弾性封口材
７ａ 貫通孔
８ 固体電解質層
１０ コンデンサ素子

Claims (4)

1. 表面に陽極酸化皮膜が形成された陽極箔と陰極箔にそれぞれリード部を接続するとともに、前記陽極箔と前記陰極箔とをセパレータを介して巻回した後、前記陽極箔と前記陰極箔との間に導電性高分子からなる固体電解質層を形成して、コンデンサ素子を作製するコンデンサ素子作製工程と、
   前記コンデンサ素子から導出された前記リード部を、弾性封口材に形成された貫通孔に挿通し、前記コンデンサ素子に前記弾性封口材を取り付ける取付工程と、
   前記コンデンサ素子を有底筒状の外装ケースに収納する収納工程と、
   前記外装ケースの開口部を、前記弾性封口材で封止する封止工程と、
   を備えた固体電解コンデンサの製造方法であって、
   前記取付工程において、
   前記弾性封口材を１８０〜２５０℃で加熱して前記弾性封口材を軟化させ、前記貫通孔に前記リード部を挿通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. 前記弾性封口材の加熱手段として、熱風ヒータから供給される熱風を、弾性封口材に吹き付けて加熱す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. 前記取付工程において、
   前記弾性封口材の前記貫通孔の周囲のみを加熱す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。
4. 前記弾性封口材の加熱手段として、熱風ヒータから供給される熱風を、弾性封口材に形成された貫通孔の内径よりも外径が小さいノズルから吹き付け、貫通孔内部を加熱することを特徴とする請求項３に記載の固体電解コンデンサの製造方法。

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