JP2010153701A - 電解コンデンサ - Google Patents

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Abstract

【課題】陽(陰)極箔やセパレータ紙の巻ずれが抑制される電解コンデンサを提供する。
【解決手段】陰極箔5の第1部分5aと対向するように、一方側に第1陽極箔3が配置され、陰極箔5の第2部分5bと対向するように、他方側に第2陽極箔4が配置されている。陰極箔5の第1部分5aと第1陽極箔3との間に第1セパレータ紙6が配置され、陰極箔5の第1部分5aと対向するように、陰極箔5に対して他方側に第2セパレータ紙7が配置されている。陰極箔5の第2部分5bと第2陽極箔4との間に第3セパレータ紙8が配置され、陰極箔5の第2部分5bと対向するように、陰極箔5に対して一方側に第4セパレータ紙9が配置されている。
【選択図】図1

Description

本発明は電解コンデンサに関し、特に、陽極部材および陰極部材等を巻回した電解コンデンサに関するものである。
現在、電解質として、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、または、ポリアニリン等の導電性高分子材料、あるいは、TCNQ錯塩(7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン)を用いた電解コンデンサが注目されている。この種の電解コンデンサでは、陽極箔と陰極箔とをセパレータを介在させて巻き取ることにより形成されたコンデンサ素子が、アルミニウムのケース内に収納されている。陽極箔は誘電体酸化被膜を形成したアルミニウム箔が適用され、陰極箔はアルミニウム箔が適用される。
このようなアルミニウム箔を適用した従来の電解コンデンサの陽極箔および陰極箔等の巻き取り方について説明する。図6に示すように、それぞれ所定の長さを有する帯状の陽極箔140、陰極箔141および2つのセパレータ紙106,107が用意され、これらが、陽極箔140と陰極箔141との間に一方のセパレータ紙106が挟み込まれるとともに、一方のセパレータ紙106と他方のセパレータ紙107との間に陽極箔140が挟みこまれる態様で配置される。なお、陽極箔140および陰極箔141には、完成した電解コンデンサにおいて陽極端子および陰極端子となる陽極リード線151と陰極リード線152が、それぞれリータブ端子150を介して接続されている。
次に、図7に示すように、配置された陽極箔140、陰極箔141およびセパレータ紙106,107の一端側を巻芯131a,131bに挟み込み、その状態で巻芯131a,131bを所定の方向に回転させることにより、一端側から陽極箔140および陰極箔141等が巻き取られて、図8に示すように、コンデンサ素子102が形成される。
ところで、固体電解質として、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性高分子を用いた固体電解コンデンサでは、ESR(等価直列抵抗:Equivalent Series Resistance)の低減が求められ、また、そのような低いESRの電解コンデンサの需要も急速に高まってきている。しかしながら、陽極箔および陰極箔等を巻き取ることによって形成される電解コンデンサ(巻回式電解コンデンサ)では、さらなるESRの低減には限界が見え始めている。
このような市場の要求に応える巻回式電解コンデンサとして、発明者らは、特許文献1において、複数枚の陽極箔を適用した電解コンデンサを提案した。複数の陽極箔を適用した場合には、陽極リード線の本数も複数となり、マルチ(多)端子となる。たとえば、陽極リード線の本数を2本とすると、陰極リード線の本数も2本となり、合計4本のリード線がコンデンサ素子に接続されることになる。
特に、マルチ端子の場合には、2端子の場合に比べて、陽極箔等におけるリードタブ端子の取り付け位置が、リードタブ端子の引出し位置および巻き方との関係でより制約を受ける。ここで、そのことについて説明する。
まず、2端子の電解コンデンサの場合には、陽極箔におけるリードタブ端子が接続される位置によって、巻き取り後のコンデンサ素子におけるリードタブ端子の位置が決まってしまう。このため、リードタブ端子を接続する位置は容易には変更することができない。図9に示すように、たとえば、陽極箔161の一端側Aから巻き取る場合に、陽極箔161の長さをC(たとえば約120mm程度)とすると、リードタブ端子を取り付ける位置163は、一端側Aから距離B(約30mm程度)の位置になる。
次に、マルチ端子の電解コンデンサとして、2枚の陽極箔を適用した電解コンデンサを想定する。図10に示すように、この場合には、ESRを最大限に抑えるうえで、2枚の陽極箔161a,161bの寸法を同じ寸法(C/2)とし、それぞれの陽極箔161a,161bの長手方向の中央付近にリードタブ端子を取り付ける位置163a,163bを設定した配置が理想的な配置とされる。
ところが、図11に示すように、陽極箔161aの一端側Aから巻き始める場合には、巻き取り後のリードタブ端子のピッチおよび配置関係を考慮すると、1本目のリードタブ端子を接続する位置163aは一端側Aから約30mmの位置に接続する必要があり、2本目のリードタブ端子を接続する位置163bは1本目のリードタブ端子を接続する位置163aから約6mmの位置に設定する必要がある。このため、それぞれ同じ寸法の2枚の陽極箔161a,161bでは、一方の陽極箔161aに2本のリードタブ端子が接続されて、他方の陽極箔161bにはリードタブ端子が接続されなくなってしまう。
これを解消しようとして、1本目のリードタブ端子を一方の陽極箔に接続し、2本目のリードタブ端子を他方の陽極箔に接続しようとすると、図12に示すように、2枚の陽極箔161a,161bの長さD,Eを変える必要があり、一方の陽極箔161aの長さDは約35〜45mmとなり、他方の陽極箔161bの長さEは約85〜80mmとなってしまう。このように、マルチ端子の場合において、陽極箔の一端側から巻き始める手法では、1本目のリードタブ端子と2本目のリードタブ端子の接続位置の制約から、上記の理想的な配置を採ることができない。
発明者らは、この問題点を解消するために、特許文献1において、図13に示すように、それぞれ所定の長さをもって所定の位置に配置された箔等(陽極箔103,104、陰極箔105およびセパレータ紙106,107)を、その長手方向の中央部から巻き取る手法を提案した。また、発明者らは、長手方向の中央部から巻き始める際に、図14に示すように、2枚のセパレータ紙106,107の間に陰極箔105を挟み込んだ状態で、巻芯131a,131bにより巻き取ることを提案した。
なお、この場合、第1陽極箔103には、リードタブ端子150を介して第1陽極リード線111が接続され、第2陽極箔104には、リードタブ端子150を介して第2陽極リード線112が接続されている。また、陰極箔105には、それぞれリード端部端子150を介して第1陰極リード線113と第2陰極リード線114が接続されている。
特開2007−173773号公報
本発明は、上述した電解コンデンサの一連の開発の一環で、さらなる改善を提案するものであり、その目的は、陽(陰)極箔やセパレータ紙の巻ずれが抑制される電解コンデンサを提供することである。
本発明に係る電解コンデンサは、それぞれ帯状の陰極箔、第1陽極箔、第2陽極箔、第1セパレータ紙、第2セパレータ紙、第3セパレータ紙および第4セパレータ紙を巻回した電解コンデンサであって、陰極箔と第1陽極箔と第2陽極箔と第1セパレータと第2セパレータと第3セパレータと第4セパレータとを備えている。陰極箔は、帯状に延在する長手方向の中央部から一端側の第1端部へ至る第1部分と長手方向の中央部から他端側の第2端部へ至る第2部分とを対向させる態様で、長手方向の中央部に対応する位置から所定の向きに巻き始めることによって巻回されている。第1陽極箔は、巻回された陰極箔のうち、内側に位置する第1部分と対向するように第1部分よりも内側に配置されている。第2陽極箔は、巻回された陰極箔のうち、外側に位置する第2部分と内側に位置する第1部分とに対向するように、第1部分と第2部分との間に配置されている。第1セパレータは、陰極箔の第1部分と第1陽極箔との間に介在するように配置されている。第2セパレータは、陰極箔の第1部分と第2陽極箔との間に介在するように配置されている。第3セパレータは、第2陽極箔と陰極箔の第2部分との間に介在するように配置されている。第4セパレータは、陰極箔の第2部分と対向するように、第2部分の外側に配置されている。
本発明に係る他の電解コンデンサは、それぞれ帯状の陰極箔、第1陽極箔、第2陽極箔、第1セパレータ紙、第2セパレータ紙、第3セパレータ紙および第4セパレータ紙を巻回した電解コンデンサであって、以下のように巻回されるコンデンサ素子を備えている。すなわち、コンデンサ素子は、第1陽極箔を、陰極箔のうち、長手方向の中央部から一端側の第1端部へ至る第1部分と対向するように、陰極箔に対して第1方側に配置し、第2陽極箔を、陰極箔のうち、長手方向の中央部から他端側の第2端部へ至る第2部分と対向するように、陰極箔に対して第1方側とは反対の第2方側に配置し、第1セパレータを、陰極箔の第1部分と第1陽極箔との間に介在するように配置し、第2セパレータを、陰極箔の第1部分と対向するように、陰極箔に対して第2方側に配置し、第3セパレータを、陰極箔の第2部分と第2陽極箔との間に介在するように配置し、第4セパレータを、陰極箔の第2部分と対向するように、陰極箔に対して第1方側に配置し、陰極箔における第1部分と第2部分とを対向させる態様で、陰極箔の長手方向の中央部に対応する位置から、陰極箔、第1陽極箔、第2陽極箔、第1セパレータ、第2セパレータ、第3セパレータおよび第4セパレータを所定の向きに巻き始めることにより形成されている。
本発明に係る電解コンデンサによれば、陰極箔の第1陽極箔側に、陰極箔の長手方向に対して、第1セパレータと第4セパレータとの2つのセパレータが配置され、第2陽極箔側に、第2セパレータと第3セパレータとの2つのセパレータが配置されている。これにより、第1陽極箔、第2陽極箔、陰極箔および4つのセパレータを巻き取る際に、巻芯を陰極箔に直接接触させながら行うことができ、その結果、第1陽極箔、第2陽極箔、陰極箔およびセパレータの巻ずれを抑制することができる。
本発明に係る他の電解コンデンサによれば、陰極箔の第1方側に、第1セパレータと第4セパレータとの2つのセパレータが配置され、陰極箔の第2方側に、第2セパレータと第3セパレータとの2つのセパレータが配置される。これにより、陰極箔の長手方向にセパレータが2分されて、第1陽極箔、第2陽極箔、陰極箔および4つのセパレータを巻き取る際に、巻芯を陰極箔に直接接触させながら行うことができ、その結果、第1陽極箔、第2陽極箔、陰極箔およびセパレータの巻ずれを抑制することができる。
本発明の実施の形態に係る電解コンデンサについて説明する。この電解コンデンサのコンデンサ素子は、それぞれ帯状の2枚の陽極箔と1枚の陰極箔と4枚のセパレータ紙を巻回することによって形成される。陽極箔として、たとえば、エッチング処理および化成処理を施したアルミニウム箔が適用される。また、陽極箔と対向する陰極箔として、たとえばアルミニウム箔が適用される。
コンデンサ素子の分解斜視図を図1に示す。図1に示すように、まず、帯状に延在する陰極箔5のうち、長手方向の中央部から一端側の第1端部へ至る第1部分5aと対向するように、陰極箔5に対して一方側に第1陽極箔3が配置されている。また、陰極箔5のうち、長手方向の中央部から他端側の第2端部へ至る第2部分5bと対向するように、陰極箔5に対して一方側とは反対の他方側に第2陽極箔4が配置されている。
また、陰極箔5の第1部分5aと第1陽極箔3との間に介在するように第1セパレータ紙6が配置され、陰極箔5の第1部分5aと対向するように、陰極箔5に対して他方側に第2セパレータ紙7が配置されている。そして、陰極箔5の第2部分5bと第2陽極箔4との間に介在するように第3セパレータ紙8が配置され、陰極箔5の第2部分5bと対向するように、陰極箔5に対して一方側に第4セパレータ紙9が配置されている。
第1陽極箔3には、リードタブ端子10を介して第1陽極リード線11が接続され、第2陽極箔4には、リードタブ端子10を介して第2陽極リード線12が接続されている。また、陰極箔5には、それぞれリード端部端子10を介して第1陰極リード線13と第2陰極リード線14が接続されている。
このように、このコンデンサ素子では、陰極箔5に対して一方側には、第1セパレータ紙6と第4セパレータ紙9とが配置され、また、陰極箔5に対して他方側には、第2セパレータ紙7と第3セパレータ紙8とが配置されている。すなわち、陰極箔5と対向するように配置されるセパレータ紙は、陰極箔5の長手方向に対して2つに分けられている。
次に、電解コンデンサの製造方法について説明する。図2に示すように、陰極箔5の長手方向の中央部に対応する位置において、陰極箔5を直接挟み込み、所定の向きに回転させながら、図1に示される配置態様で、第3セパレータ紙8、第2陽極箔4、第1セパレータ紙6、第1陽極箔3が挟み込まれ、さらに、第2セパレータ紙7(図示せず)および第4セパレータ紙9(図示せず)が挟み込まれ、図3および図4に示すように、コンデンサ素子2となる第1陽極箔3、第2陽極箔4、陰極箔5および第1セパレータ紙6〜第4セパレータ紙9が巻回される。
こうして、陰極箔5は、長手方向の中央部に対応する位置において、長手方向の中央部から一端側の第1端部へ至る第1部分5aと長手方向の中央部から他端側の第2端部へ至る第2部分5bとを対向させる態様で、所定の向きに巻き始められて巻回される。第1陽極箔3は、巻回された陰極箔5のうち、内側に位置する第1部分5aと対向するように第1部分5aよりも内側に配置されることになる。第2陽極箔4は、巻回された陰極箔5のうち、外側に位置する第2部分5bと内側に位置する第1部分5aとに対向するように、第1部分5aと第2部分5bとの間に配置されることになる。
第1セパレータ紙6は、陰極箔5の第1部分5aと第1陽極箔3との間に介在するように配置されることになる。第2セパレータ紙7は、陰極箔5の第1部分5aと第2陽極箔4との間に介在するように配置されることになる。第3セパレータ紙8は、第2陽極箔4と陰極箔5の第2部分5bとの間に介在するように配置されることになる。第4セパレータ紙9は、陰極箔5の第2部分5bと対向するように、第2部分5bの外側に配置されることになる。
次に、コンデンサ素子2に対して、陽極箔等の切断面等に化成処理が施され、さらに、温度150℃〜300℃程度の熱処理が施される。次に、重合により導電性高分子となるモノマーとして、たとえば、3,4−エチレンジオキシチオフェンと、酸化剤溶液として、たとえば、p−トルエンスルホン酸第二鉄アルコール溶液との混合溶液をコンデンサ素子2に含浸させる。その後、熱化学重合させることにより、コンデンサ素子2の両極間に導電性高分子層(図示せず)が形成される。なお、電解質としては、この他に、たとえば、ポリピロール、ポリフラン、または、ポリアニリン等の導電性高分子材料、あるいは、TCNQ錯塩(7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン)を用いてもよい。
次に、図5に示すように、コンデンサ素子2に封止用ゴムパッキング21が装着されて、コンデンサ素子2は所定の大きさのアルミニウムケース20に収納される。次に、アルミニウムケース20の開口部が横絞りとカールによって封止されて、エージング処理が行なわれる。その後、アルミニウムケース20のカール面にプラスチック製の座板22が装着され、陽極リード線および陰極リード線を電極端子としてプレス加工と折り曲げ加工を施すことで、電解コンデンサ1が完成する。
次に、上述した電解コンデンサについて行った巻ずれの評価について説明する。まず、電解コンデンサとしては、4V品(φ8mm×L12.0mm:図5参照)の電解コンデンサを評価の対象とした。また、図13に示す配置構造の電解コンデンサを比較例とし、それぞれの試料数を1000とした。そして、X線により巻ずれの有無を評価した。評価結果を表1に示す。
Figure 2010153701
表1に示すように、本実施の形態に係る電解コンデンサでは、処理数(試料数)が1000に対して、巻ずれが生じた電解コンデンサは0であった。一方、比較例に係る電解コンデンサでは、9つの電解コンデンサに巻ずれが発生していることがわかった。
巻ずれにより、セパレータ紙と陽極箔あるいはセパレータ紙と陰極箔とが相対的にずれて、陽極箔と陰極箔とが部分的に接触すると、電気的に短絡して漏れ電流(LC特性)が増加したり、耐圧が低下するおそれがある。
また、巻ずれが発生すると、コンデンサ素子の形状がいびつになることがある。そうすると、電解コンデンサとして組立てる際に、コンデンサ素子が機械的なストレスを受けて、LC特性、耐圧特性が悪くなるおそれがある。
そこで、次に、上述した電解コンデンサについて行った電気的特性の評価について説明する。まず、電解コンデンサとしては、4V品(φ8mm×L12.0mm:図5参照)の電解コンデンサを評価の対象とした。また、図13に示す配置構造の電解コンデンサを比較例1とし、図6に示す配置構造の電解コンデンサを比較例2とし、それぞれの試料数を30とした。評価結果を表2に示す。
Figure 2010153701
表2において、Cap.は静電容量を表し、tanδは誘電正接を表す。ESRは等価直列抵抗を表し、LCは漏れ電流を表す。また、Cap.とtanδの測定は周波数120Hzのもとで行い、ESRの測定は周波数100kHzのもとで行った。また、LCは定格電圧印加後2分後の値とした。
表2に示すように、本電解コンデンサでは、比較例1および比較例2に対して、LCが改善されていることがわかった。また、比較例2に対して、ESRが改善されていることがわかった。この結果から、本電解コンデンサでは、巻ずれの発生が抑制されていることが実証された。
以上説明したように、本電解コンデンサでは、セパレータ紙6,7,8,9が、陰極箔5の長手方向に対して2つに分けられていることで、第1陽極箔3、第2陽極箔4、陰極箔5およびセパレータ紙6〜7を巻き取る際に、巻芯31a,31bを陰極箔5に直接接触させながら行うことができる。これにより、第1陽極箔3、第2陽極箔4、陰極箔5およびセパレータ紙6〜7の巻ずれがなくなって、ESRやLC等を大幅に改善することができる。
なお、上述した電解コンデンサでは、第1陽極箔3に第1陽極リード線11が接続し、第2陽極箔4に第2陽極リード線12を接続し、また、陰極箔5に第1陰極リード線13と第2陰極リード線14をそれぞれ接続し、リード線の本数としては、合計4本の場合を例に挙げて説明したが、各リード線の数はこの本数に限られない。
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明の実施の形態に係る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。 同実施の形態において、電解コンデンサの製造方法の一工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図2に示される工程が行なわれた後の巻回されたコンデンサ素子を示す模式的な平面図である。 同実施の形態において、図2に示す工程の後に行われる工程を示す斜視図である。 同実施の形態において、図4に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 従来の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。 従来の電解コンデンサの製造方法の一工程を示す平面図である。 図8に示す工程の後に行われる工程を示す斜視図である。 陽極箔とタブ端子の接続位置との関係を示す第1の平面図である。 陽極箔とタブ端子の接続位置との関係を示す第2の平面図である。 陽極箔とタブ端子の接続位置との関係を示す第3の平面図である。 陽極箔とタブ端子の接続位置との関係を示す第4の平面図である。 従来の他の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。 従来の他の電解コンデンサの製造方法の一工程を示す平面図である。
符号の説明
1 電解コンデンサ、2 コンデンサ素子、3 第1陽極箔、4 第2陽極箔、5 陰極箔、5a 第1部分、5b 第2部分、6 第1セパレータ紙、7 第2セパレータ紙、8 第3セパレータ紙、9 第4セパレータ紙、10 リードタブ端子、11 第1陽極リード線、12 第2陽極リード線、13 第1陰極リード線、14 第2陰極リード線、20 アルミニウムケース、21 封止用ゴムパッキング、22 座板、31a 巻芯、31b 巻芯。

Claims (5)

  1. それぞれ帯状の陰極箔、第1陽極箔、第2陽極箔、第1セパレータ、第2セパレータ、第3セパレータおよび第4セパレータを巻回した電解コンデンサであって、
    帯状に延在する長手方向の中央部から一端側の第1端部へ至る第1部分と前記長手方向の中央部から他端側の第2端部へ至る第2部分とを対向させる態様で、前記長手方向の中央部に対応する位置から所定の向きに巻き始めることによって巻回された陰極箔と、
    巻回された前記陰極箔のうち、内側に位置する前記第1部分と対向するように前記第1部分よりも内側に配置された第1陽極箔と、
    巻回された前記陰極箔のうち、外側に位置する前記第2部分と前記内側に位置する前記第1部分とに対向するように、前記第1部分と前記第2部分との間に配置された第2陽極箔と、
    前記陰極箔の前記第1部分と前記第1陽極箔との間に介在するように配置された第1セパレータと、
    前記陰極箔の前記第1部分と前記第2陽極箔との間に介在するように配置された第2セパレータと、
    前記第2陽極箔と前記陰極箔の前記第2部分との間に介在するように配置された第3セパレータと、
    前記陰極箔の前記第2部分と対向するように、前記第2部分の外側に配置された第4セパレータと
    を備えた、電解コンデンサ。
  2. 前記第1陽極箔の所定に位置に接続された第1陽極リード線と、
    前記第2陽極箔の所定の位置に接続された第2陽極リード線と、
    前記陰極箔の前記第1部分に接続された第1陰極リード線と、
    前記陰極箔の前記第2部分に接続された第2陰極リード線と
    を備えた、請求項1記載の電解コンデンサ。
  3. それぞれ帯状の陰極箔、第1陽極箔、第2陽極箔、第1セパレータ、第2セパレータ、第3セパレータおよび第4セパレータを巻回した電解コンデンサであって、
    第1陽極箔を、陰極箔のうち、長手方向の中央部から一端側の第1端部へ至る第1部分と対向するように、前記陰極箔に対して第1方側に配置し、
    第2陽極箔を、前記陰極箔のうち、前記長手方向の中央部から他端側の第2端部へ至る第2部分と対向するように、前記陰極箔に対して前記第1方側とは反対の第2方側に配置し、
    第1セパレータを、前記陰極箔の前記第1部分と前記第1陽極箔との間に介在するように配置し、
    第2セパレータを、前記陰極箔の前記第1部分と対向するように、前記陰極箔に対して前記第2方側に配置し、
    第3セパレータを、前記陰極箔の前記第2部分と前記第2陽極箔との間に介在するように配置し、
    第4セパレータを、前記陰極箔の前記第2部分と対向するように、前記陰極箔に対して前記第1方側に配置し、
    前記陰極箔における前記第1部分と前記第2部分とを対向させる態様で、前記陰極箔の前記長手方向の中央部に対応する位置から、前記陰極箔、前記第1陽極箔、前記第2陽極箔、前記第1セパレータ、前記第2セパレータ、前記第3セパレータおよび前記第4セパレータを、所定の向きに巻き始めることにより形成されたコンデンサ素子を備えた、電解コンデンサ。
  4. 前記第1陽極箔の所定に位置に接続された第1陽極リード線と、
    前記第2陽極箔の所定の位置に接続された第2陽極リード線と、
    前記陰極箔の前記第1部分に接続された第1陰極リード線と、
    前記陰極箔の前記第2部分に接続された第2陰極リード線と
    を備えた、請求項3記載の電解コンデンサ。
  5. 電解質として、ポリピロール系、ポリチオフェン系およびポリアニリン系の少なくともいずれかの導電性高分子材料、または、TCNQ錯塩(7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン)を含む、請求項1〜4のいずれかに記載の電解コンデンサ。
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