JP2010098131A - 電解コンデンサおよび電解コンデンサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電解コンデンサは、陽極箔21と陰極箔22とがセパレータ23を介して重ね合わされて巻回され、電解質が含浸されたコンデンサ素子2と、このコンデンサ素子2を収納する有底円筒状の金属外装ケース4と、この金属外装ケース4の開口部を封止する封口材6と、陽極箔21および陰極箔22にそれぞれ電気的に接続され、封口材6を介して外部に引き出されたリード線3a、3bと、金属外装ケース4の底部内面に形成される絶縁膜5とを具備し、絶縁膜5は、底面視でコンデンサ素子2の中心からリード線3a、3bまでを半径とする円の範囲を含み、かつ、絶縁膜5が金属外装ケース4の底部内面の縁に接触しない範囲に形成されている。
【選択図】図2
Description
この陽極箔および陰極箔(以後、併せて「電極箔」と呼称する)を、セパレータを介在して対向させた積層体とし、この積層体を巻回してコンデンサ素子を製造する。
続いて、このコンデンサ素子に、例えば、エチレングリコール(EG)やγ−ブチロラクトン(GBL)を主溶媒とした電解液、またはポリチオフェン、ポリピロールなどの固体電解質を含浸し、この含浸後のコンデンサ素子を、一端に開口部を有する外装ケース(主としてアルミニウム製ケースが用いられる)に収納する。このケースの開口部は、電極箔に接続されたリード線が挿通する挿通孔を備えた封口材(イソブチレン−イソプレンラバー:IIRやエチレンプロピレンターポリマー:EPTのような弾性ゴムが用いられる)によって封止される。
よって、金属外装ケースの内面全てに絶縁膜を形成すると、コンデンサ素子の収納可能容積が減少し、小形化および大容量化が図れないという問題があった。
さらに、絶縁膜が金属外装ケースの底部内面の縁に接触しない範囲に形成されているため、張力により絶縁膜が金属外装ケースの周内壁に拡がることがなく、周内壁の膜厚が厚く、かつ絶縁膜中心部の膜厚が薄くなることがない。よって、絶縁膜中心部の所定厚さによる絶縁性(耐電圧性)が損なわれることがない。
また、液状の絶縁材料を塗布して形成する場合は、塗布した液状の絶縁材料が金属外装ケースの底部内面の縁に接触すると、張力や金属外装ケース側面とコンデンサ素子との間隙による毛細管現象によって液状の絶縁材料が金属外装ケースの側壁内面へ引き寄せられ、金属外装ケースの底部内面の中央部の絶縁膜が薄くなって所定の電気的絶縁性(耐電圧性)を保持することができない問題が生ずるが、本発明においては、絶縁膜が底部内面の縁に接触しない範囲に塗布されて形成されているから、かかる不都合の発生を防止して適切に絶縁膜を形成することができる。
さらに、絶縁膜が金属外装ケースの底部内面の縁に接触しない範囲において底部の内周側から外周側に向かって形成されているため、張力により絶縁膜が金属外装ケースの周内壁に拡がることがなく、周内壁の膜厚が厚く、かつ絶縁膜中心部の膜厚が薄くなることがない。よって、絶縁膜中心部の所定厚さによる絶縁性(耐電圧性)が損なわれることがない。
図1は、本実施形態である電解コンデンサの外観および内部構造を示す概略構成図である。図1に示すように、電解コンデンサ1は、コンデンサ素子2と、リード線3と、アルミニウム製の金属外装ケース4と、絶縁膜5(5a)と、封口材6とを有している。
陽極箔21は、アルミニウム等の弁作用金属で形成されている。この陽極箔21の表面はエッチング処理により粗面化(エッチング)されるとともに陽極酸化(化成)による陽極酸化皮膜が形成されている。
また、陰極箔22も陽極箔21と同様にアルミニウム等で形成されており、その表面は粗面化(エッチング)されるとともに自然酸化皮膜が形成されている。
なお、陽極箔、陰極箔の粗面化は、蒸着等のドライプロセスで形成してもよい。
陽極箔21と陰極箔22とからはそれぞれリードタブが接続され、リードタブを介してリード線3a、3bがそれぞれ引き出されている。
封口材6は、金属外装ケース4の開口部を封止するものであり、イソブチレン−イソプレンラバー(IIR)やエチレンプロピレンターポリマー(EPT)などの弾性ゴムで形成されている。また、コンデンサ素子2のリード線3a、3bが、封口材6に形成された貫通孔を介して金属外装ケース4から引き出されている。
また、絶縁膜5はコンデンサ素子2に含浸されている電解液によって、化学反応や膨潤性といった変化、変質を起こさない物質であることが望ましい。
また、絶縁膜5は、コンデンサに使用されている各種部材、すなわち金属ケース、電極箔、電解紙、素子止めテープ、弾性封口体、電解液等に対して、周囲環境温度によらず、影響を及ぼさないことが望ましい。
このような要求を満たす絶縁性材料としては、電解コンデンサの素子止め粘着材や包装用フィルムとして使用されているPVA(ポリビニルアルコール)のようなプラスチック材料がある。PVAは、水には容易に溶解するが有機溶媒には不溶であるため、耐薬品性に優れている。また、造膜性、接着性、耐熱性、絶縁性を有し、コンデンサに使用する他の部材との相互作用がなく、絶縁用途に適している。
電解コンデンサ1の製造方法は、コンデンサ素子形成工程、絶縁膜形成工程、収納工程、および封止工程を有している。
さらに、粗面化された陽極箔21の表面に化成処理を施して陽極酸化皮膜を形成し、陰極箔22は、耐水性処理および/または熱処理にて自然酸化皮膜を形成する。
そして、陽極酸化皮膜、自然酸化皮膜が形成された陽極箔21と陰極箔22とのそれぞれにリードタブを介してリード線3a、3bを接続するとともに、これら陽極箔21と陰極箔22とをセパレータ23を介して巻回し、円柱形のコンデンサ素子2を作製する(図5参照)。
次に、コンデンサ素子2を電解液に浸漬して、コンデンサ素子2に電解液を含浸させるか、重合反応により、導電性高分子をコンデンサ素子2に形成させる。
なお、コンデンサ素子2を金属外装ケース4に収納した後、電解液を注入し、コンデンサ素子に電解液を含浸してもよい。
なお、リード線3a、3bの間隔は、コンデンサ素子2の直径の0.50倍であり、リード線3a、3bの中点と金属外装ケース4の底部内面の中点とはほぼ一致している。
実施例1は、金属外装ケース4の底部内面の中点を中心とした円形に絶縁膜5を形成し、絶縁膜5の直径をコンデンサ素子2の直径の0.50倍(リード線間距離)とし、これを50個作製した。
実施例2は、金属外装ケース4の底部内面の中点を中心とした円形に絶縁膜5を形成し、絶縁膜5の直径をコンデンサ素子2の直径の0.60倍(リード線間距離超)とし、これを50個作製した。実施例2は、図1に示されている。
実施例3〜5は、金属外装ケース4の底部内面の中点を中心とした円形に絶縁膜5を形成した。実施例3〜5それぞれの絶縁膜5の直径をコンデンサ素子2の直径の0.70、0.80、0.90倍(各々、リード線間距離超)とし、これらをそれぞれ50個作製した。
実施例6は、金属外装ケース4の底部内面の中点を中心とした円形に絶縁膜5を形成し、絶縁膜5の直径をコンデンサ素子2の直径の0.95倍(リード線間距離超)とし、これを50個作製した。実施例6は、図2に示されており、金属外装ケース4の底部と側壁との交差部分(底部の縁、エッジ部分)が金属外装ケース4の内部に向かって盛り上がっているため、本実施例において、絶縁膜5が金属外装ケース4の底部内面の縁に接触しない限界とも考えられる。
比較例1は、金属外装ケース4の底部内面の中点を中心とした円形に絶縁膜5を形成し、絶縁膜5の直径をコンデンサ素子2の直径の0.45倍(リード線間距離未満)とし、これを50個作製した。
比較例2は、金属外装ケース4の底部内面の中点を中心とした円形に絶縁膜5を形成し、絶縁膜5の直径をコンデンサ素子2の径の1.05倍(リード線間距離超)とし、これを50個作製した。比較例2は、図4に示されており、絶縁膜5が金属外装ケース4の底部内面の縁に接触しているものである。
実施例7は、金属外装ケース4の底部内面の中点を中心とした楕円形に絶縁膜5を形成し、その短径はコンデンサ素子2の直径の0.83倍(リード線間距離超)とし、その長径は0.95倍(リード線間距離超)とし、これを50個作製した。実施例7は、図3に示されている。
従来例1は、金属外装ケース4の底部内面に絶縁膜5を形成していないものであり、これを50個作製した。
従来例2は、金属外装ケース4の底部内面の中点を中心とした円形に電解紙を形成し、その径は、コンデンサ素子2の直径の0.80倍(リード線間距離超)とし、これを50個作製した。
また、従来例2では電解紙を絶縁手段に用いたものであるが、短絡品の発生が2個、漏れ電流値の規格外製品の発生数が4個となっている。
一方、実施例1〜6(絶縁膜の直径/素子径=0.50〜0.95)については、短絡品の発生数は0個であり、漏れ電流値の規格外製品の発生数が0個または1個にとどまっており、従来例1、2と比較して優れている。その中でも、実施例2〜6(絶縁膜の直径/素子径=0.60〜0.95)は、漏れ電流の規格外製品の発生数が0個であり、特に優れていることが分かる。
これは、絶縁膜5が金属外装ケース4の底部内面の縁(R部)に接触するように底部の内周側から外周側に向かって形成されていると、毛細管現象により絶縁膜5が金属外装ケース4の周内壁に拡がり、周内壁の膜厚が厚く、絶縁膜中心部の膜厚が薄くなってしまい、絶縁膜中心部の所定厚さによる絶縁性(耐電圧性)が損なわれるためと考えられる。
2 コンデンサ素子
3a リード線(陽極)
3b リード線(陰極)
4 金属外装ケース
5 絶縁膜
6 封口材
21 陽極箔
22 陰極箔
23 セパレータ
Claims (8)
- 陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して重ね合わされて巻回され、電解質が含浸されたコンデンサ素子と、
前記コンデンサ素子を収納する有底円筒状の金属外装ケースと、
前記金属外装ケースの開口部を封止する封口材と、
前記陽極箔および前記陰極箔にそれぞれ電気的に接続され、前記封口材を介して外部に引き出されたリード線と、
前記金属外装ケースの底部内面に形成される絶縁膜とを具備し、
前記絶縁膜は、底面視で前記コンデンサ素子の中心から前記リード線までを半径とする円の範囲を含むように形成され、かつ、前記底部内面の縁に接触しない範囲に形成されていることを特徴とする電解コンデンサ。 - 前記絶縁膜は、液状で前記金属外装ケースの底部内面に塗布されて形成されるものであることを特徴とする請求項1に記載の電解コンデンサ。
- 前記絶縁膜は、底面視で前記コンデンサ素子径の0.60〜0.95の長さを直径とした円の範囲に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電解コンデンサ。
- 前記絶縁膜がポリビニルアルコールを含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
- 前記絶縁膜が、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、チタン酸バリウムまたはチタン酸鉛のうち1種以上を含有していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
- コンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を収納する有底円筒状の金属外装ケースと、前記金属外装ケースの開口部を封止する封口材と、陽極箔および陰極箔にそれぞれ電気的に接続され、前記封口材を介して外部に引き出されたリード線と、前記金属外装ケースの底部内面に形成される絶縁膜とを具備した電解コンデンサの製造方法であって、
陽極箔および陰極箔に電極取り出し用のリード線を接続し、前記陽極箔と前記陰極箔とがセパレータを介して重ね合わされて巻回され、電解質が含浸されたコンデンサ素子を作製するコンデンサ素子形成工程と、
前記コンデンサ素子を収納する有底円筒状の金属外装ケースの底部内面において、絶縁膜を、底面視で前記コンデンサ素子の中心から前記リード線までを半径とする円の範囲を含むように形成し、かつ、前記底部内面の縁に接触しない範囲に形成する絶縁膜形成工程と、
前記金属外装ケースに前記コンデンサ素子を収納する収納工程と、
前記金属外装ケースの開口部を封口材で封止する封止工程と、
を備えていることを特徴とする電解コンデンサの製造方法。 - 前記絶縁膜形成工程は、液状の絶縁材料を前記金属外装ケースの底部内面に塗布することにより、前記絶縁膜を形成することを特徴とする請求項6に記載の電解コンデンサの製造方法。
- 前記絶縁膜形成工程は、底面視で前記コンデンサ素子の直径の0.60〜0.95倍の長さを直径とした円の範囲に前記絶縁膜を形成することを特徴とする請求項6または7に記載の電解コンデンサの製造方法。
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