JP2010161151A - 電解コンデンサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】腐食等の生じない電解コンデンサの製造方法を提供する。
【解決手段】母材となる金属の表面に、その母材の金属とは異なる金属の酸化膜の皮膜が形成された陽極箔を用いたコンデンサ素子と、所定の金属を母材とし、その金属の金属酸化膜を皮膜とする陽極箔と、その金属とは異なる他の金属を母材とする陰極箔とを用いたコンデンサ素子とについて、陽極リード線に正の電圧を印加し、陰極リード線に負の電圧を印加することにより、母材の金属の表面が露出した陽極箔の端面に化成処理を施す。
【選択図】図２
【解決手段】母材となる金属の表面に、その母材の金属とは異なる金属の酸化膜の皮膜が形成された陽極箔を用いたコンデンサ素子と、所定の金属を母材とし、その金属の金属酸化膜を皮膜とする陽極箔と、その金属とは異なる他の金属を母材とする陰極箔とを用いたコンデンサ素子とについて、陽極リード線に正の電圧を印加し、陰極リード線に負の電圧を印加することにより、母材の金属の表面が露出した陽極箔の端面に化成処理を施す。
【選択図】図２
Description
本発明は、電解コンデンサの製造方法に関し、特に、陽極箔および陰極箔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。ここで、そのような電解コンデンサの製造方法について説明する。まず、アルミニウム箔に化成処理を施すことにより、アルミニウム箔の表面に酸化アルミニウム皮膜を形成する。次に、酸化アルミニウム箔の皮膜が形成されたアルミニウム箔を、所定のサイズに切断して帯状の陽極箔を形成する。また、他のアルミニウム箔を、所定のサイズに切断して帯状の陰極箔を形成する。
次に、図５に示すように、それぞれ帯状に切断された陽極箔１０３と陰極箔１０４とをセパレータ紙１０５，１０６を介在させて巻き取ることによりコンデンサ素子１０２を形成する。巻回されたコンデンサ素子１０２では、リードタブ端子１０８を介して陽極箔１０３と電気的に接続された陽極リード線１０９が突出し、また、リードタブ端子１０８を介して陰極箔１０４と電気的に接続された陰極リード１１０が突出している。
次に、アルミニウムの表面が露出している陽極箔１０３の切断面（端面）や、酸化アルミニウム皮膜の損傷部分に再化成処理（端面処理）を施す。図６に示すように、化成槽１２１に貯留された所定の薬液にコンデンサ素子１０２を浸漬する。次に、陽極リード線１０９に正の電位を印加し、化成槽１２１に負の電位を印加することにより、陽極箔１０３の切断面や酸化アルミニウム皮膜の損傷部分に、酸化アルミニウムの皮膜が形成される。
次に、コンデンサ素子に温度約１５０℃〜３００℃の熱処理を施し、コンデンサ素子１０２に固体電解質を含浸させる。次に、図７に示すように、固体電解質を含浸させたコンデンサ素子１０２に封止用ゴムパッキング１１２を装着し、これをアルミニウムケース１１１に収納する。次に、アルミニウムケース１１１の開口に横絞りとカール処理を施す。その後、エージング処理を施すことによって電解コンデンサ１０１が完成する。なお、この種の電解コンデンサの製造方法を開示した文献の一例として特許文献１がある。
上述したように、従来の電解コンデンサの陽極箔では、化成処理によりアルミニウム箔の表面に酸化アルミニウム皮膜が形成されている。近年、電解コンデンサには大容量化が求められている。
発明者は、コンデンサ素子のサイズを大きくすることなく大容量化を図るために、陽極箔の皮膜として、より誘電率の高い材料を適用することを試み、酸化アルミニウムの皮膜に代えて、酸化ニオブ、酸化タンタル、あるいは、酸化チタンの誘電体皮膜をアルミニウム箔に形成した陽極箔を用いて電解コンデンサを試作した。
そうしたところ、このような陽極箔を適用したコンデンサ素子では、化成槽に浸漬して再化成処理（図６参照）を施すと、コンデンサ素子に腐食が生じたり、コンデンサ素子の表面に析出物が発生することが、今回、発明者によってはじめて明らかにされた。特に、リード端子が接続されている側と反対側のコンデンサ素子の部分に腐食等が顕著に出現することがわかった。
本発明は、今回はじめて判明した上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、腐食等の生じない電解コンデンサの製造方法を提供することである。
本発明に係る電解コンデンサの製造方法は、以下の工程を備えている。所定の金属を母材とし、その母材の金属とは異なる金属の金属酸化膜を皮膜とする陽極箔と、陰極箔とを巻回してコンデンサ素子を形成する。コンデンサ素子を化成槽に貯留された所定の薬液に浸漬した状態で、陽極箔に電気的に接続された陽極リード線に正の電圧を印加し、陰極箔に電気的に接続された陰極リード線に負の電圧を印加することにより、金属の表面が露出した陽極箔の端面にその金属の金属酸化膜を形成する。
本発明に係る他の電解コンデンサの製造方法は、以下の工程を備えている。第１金属を母材とし、その第１金属の金属酸化膜を皮膜とする陽極箔と、第１金属とは異なる第２金属を母材とする陰極箔とを巻回してコンデンサ素子を形成する。コンデンサ素子を化成槽に貯留された所定の薬液に浸漬した状態で、陽極箔に電気的に接続された陽極リード線に正の電圧を印加し、陰極箔に電気的に接続された陰極リード線に負の電圧を印加することにより、第１金属の表面が露出した陽極箔の端面にその第１金属の第１金属酸化膜を形成する。
本発明に係る電解コンデンサの製造方法によれば、陽極箔の端面（あるいは切断面）に金属酸化膜を形成する工程において、コンデンサ素子に腐食等が発生するのを防止することができる。
本発明に係る他の電解コンデンサの製造方法によれば、陽極箔の端面（あるいは切断面）に第１金属酸化膜を形成する工程において、コンデンサ素子に腐食等が発生するのを防止することができる。
本発明の実施の形態に係る電解コンデンサの製造方法について説明する。まず、陽極箔となる材料として、母材とするアルミニウム箔の表面に、酸化皮膜としてニオブ酸化膜（Ｎｂ2Ｏ5）を蒸着した材料と、アルミニウム箔の表面にタンタル酸化膜（Ｔａ2Ｏ5）を蒸着した材料とを用いる。また、陰極箔となる材料として、母材とするアルミニウム箔の表面に、皮膜として窒化チタンを蒸着した材料と、アルミニウム箔の表面に皮膜を形成しない材料とを用いる。
次に、陽極箔となるそれぞれの材料を所定のサイズに切断することにより、帯状の陽極箔を形成する。また、陰極箔となるそれぞれの材料を所定のサイズに切断することにより、帯状の陰極箔を形成する。次に、図１に示すように、それぞれ帯状に切断された陽極箔３と陰極箔４とをセパレータ紙５，６を介在させて巻き取ることにより、コンデンサ素子２を形成する。
次に、コンデンサ素子２における陽極箔３等の切断面（端面）や酸化皮膜の損傷部分に、酸化皮膜を形成する端面処理（化成処理）を施す。図２に示すように、化成槽２１に貯留された所定の薬液２２にコンデンサ素子２を浸漬する。次に、陽極リード線９に正の電位を印加し、陰極リード線１０に負の電位を印加することにより、陽極箔３等の切断面や酸化皮膜の損傷部分に露出したアルミニウムの表面に酸化アルミニウムの皮膜が形成される。
次に、コンデンサ素子に温度約１５０℃〜３００℃の熱処理を施し、コンデンサ素子２に固体電解質を含浸させる。次に、図３に示すように、固体電解質を含浸させたコンデンサ素子２に封止用ゴムパッキング１２を装着し、これをアルミニウムケース１１に収納する。次に、アルミニウムケース１１の開口に横絞りとカール処理を施す。その後、エージング処理を施すことによって電解コンデンサ１が完成する。
上述した製造方法では、端面処理において、コンデンサ素子の陰極リード線に負の電圧を印加することで、化成槽に負の電圧を印加する場合にコンデンサ素子に発生していた腐食や、析出物を大幅に抑えることができることが判明した。その評価結果について説明する。
図４は、上述した方法により製造されるコンデンサ素子と、従来の製造方法によって製造されるコンデンサ素子とについて、端面処理後のコンデンサ素子の状態を評価した結果を示す図である。評価した試料数はいずれも３０個である。
図４に示すように、試料１（陽極箔：Ｎｂ2Ｏ5／Ａｌ、陰極箔：ＴｉＮ／Ａｌ）では、化成槽に負の電圧を印加（比較例）すると、昇圧しなかったのに対して、陰極リード線に負電圧を印加（発明例）すると、腐食等が発生したコンデンサ素子はなかった。また、試料２（陽極箔：Ｎｂ2Ｏ5／Ａｌ、陰極箔：皮膜なし／Ａｌ）では、化成槽に負の電圧を印加（比較例）すると、３０個のうち２６個の試料について腐食等が発生したのに対して、陰極リード線に負電圧を印加（発明例）すると、腐食等が発生したコンデンサ素子はなかった。
試料３（陽極箔：Ｔａ2Ｏ5／Ａｌ、陰極箔：ＴｉＮ／Ａｌ）では、化成槽に負の電圧を印加（比較例）すると、昇圧しなかったのに対して、陰極リード線に負電圧を印加（発明例）すると、腐食等が発生したコンデンサ素子はなかった。また、試料４（陽極箔：Ｔａ2Ｏ5／Ａｌ、陰極箔：皮膜なし／Ａｌ）では、化成槽に負の電圧を印加（比較例）すると、３０個のうち１４個の試料について腐食等が発生したのに対して、陰極リード線に負電圧を印加（発明例）すると、腐食等が発生したコンデンサ素子はなかった。なお、各かっこ内は、「皮膜／母材」を表す。
この試料１〜試料４の陽極箔のように、母材となる金属の表面に、その母材の金属とは異なる金属の酸化膜の皮膜が形成された陽極箔を用いたコンデンサ素子では、化成槽に負の電圧を印加して端面処理を施すと、コンデンサ素子に腐食等が発生したのに対して、陰極リード線に負電圧を印加して端面処理を施すことにより、コンデンサ素子には腐食等が発生しないことが実証された。なお、腐食が生じた場合、析出物が析出した場合、あるいは、昇圧しない場合には、陽極箔の端面に形成されるべき酸化皮膜（酸化アルミニウム）が、正常に形成されていないことも判明した。
また、発明者は、試料１〜試料４の他に、試料５（陽極箔：ＴｉＯ2／Ａｌ、陰極箔：ＴｉＮ／Ａｌ）と、試料６（陽極箔：ＴｉＯ2／Ａｌ、陰極箔：皮膜なし／Ａｌ）についても、同様の評価を行い、陰極リード線に負電圧を印加して端面処理を施すことにより、コンデンサ素子には腐食等が発生しないことを確認した。
さらに、発明者は、試料１〜試料６の他に、試料７（陽極箔：Ｎｂ2Ｏ5／Ｎｂ、陰極箔：ＴｉＮ／Ａｌ）、試料８（陽極箔：Ｎｂ2Ｏ5／Ｎｂ、陰極箔：皮膜なし／Ａｌ）、試料９（陽極箔：Ｔａ2Ｏ5／Ｔａ、陰極箔：ＴｉＮ／Ａｌ）、試料１０（陽極箔：Ｔａ2Ｏ5／Ｔａ、陰極箔：皮膜なし／Ａｌ）、試料１１（陽極箔：ＴｉＯ2／Ｔｉ、陰極箔：ＴｉＮ／Ａｌ）、試料１２（陽極箔：ＴｉＯ2／Ｔｉ、陰極箔：皮膜なし／Ａｌ）、試料１３（陽極箔：Ａｌ2Ｏ3／Ｎｂ、陰極箔：ＴｉＮ／Ａｌ）、試料１４（陽極箔：Ａｌ2Ｏ3／Ｎｂ、陰極箔：皮膜なし／Ａｌ）についても、上述した方法により製造されるコンデンサ素子と、従来の製造方法によって製造されるコンデンサ素子とについて、端面処理後のコンデンサ素子の状態を評価した。
その結果、化成槽に負の電圧を印加して端面処理を施すと、コンデンサ素子に腐食等が発生した試料が認められたのに対して、陰極リード線に負電圧を印加して端面処理を施すことにより、コンデンサ素子には腐食等が発生しないことが確認された。
この試料７〜試料１４のように、所定の金属を母材とし、その金属の金属酸化膜を皮膜とする陽極箔と、その金属とは異なる他の金属を母材とする陰極箔とを用いたコンデンサ素子においても、化成槽に負の電圧を印加して端面処理を施すと、コンデンサ素子に腐食等が発生したのに対して、陰極リード線に負電圧を印加して端面処理を施すことにより、コンデンサ素子には腐食等が発生しないことが確認された。
なお、陽極箔をなす母材としては、母材に化成処理を施すことにより酸化皮膜（誘電体皮膜）を形成する場合には、Ａｌ，Ｎｂ，ＴａおよびＴｉ、あるいは、これらを含む合金を適用することが可能である。一方、誘電体皮膜を蒸着によって形成する場合には、陽極の母材に特に制限はない。その誘電体皮膜を形成する方法としては、Ａｌ，Ｎｂ，ＴａおよびＴｉのいずれかの金属を蒸着した後に、化成処理を施すことによりその金属を酸化する方法がある。あるいは、Ａｌの酸化皮膜、Ｎｂの酸化皮膜およびＴａの酸化皮膜を蒸着させてもよい。なお、陰極箔の材料については特に制限はない。
また、発明者は、試料１５（陽極箔：Ａｌ2Ｏ3／Ａｌ、陰極箔：皮膜なし／Ａｌ）あるいは試料１６（陽極箔：Ａｌ2Ｏ3／Ａｌ、陰極箔：ＴｉＮ／Ａｌ）のように、化成槽に負の電圧を印加して端面処理を施しても、コンデンサ素子に腐食等が発生しなかった試料については、陰極リード線に負電圧を印加して端面処理を施しても、コンデンサ素子には腐食等が発生しないことを確認した。
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。
１ 電解コンデンサ、２ コンデンサ素子、３ 陽極箔、４ 陰極箔、５ セパレータ紙、６ セパレータ紙、７ 巻き止めテープ、８ リードタブ、９ 陽極リード線、１０ 陰極リード線、１１ アルミニウムケース、１２ 封止用ゴムパッキング、２１ 化成槽、２２ 薬液。
Claims (4)
- 所定の金属を母材とし、前記母材の前記金属とは異なる金属の金属酸化膜を皮膜とする陽極箔と、陰極箔とを巻回してコンデンサ素子を形成する工程と、
前記コンデンサ素子を化成槽に貯留された所定の薬液に浸漬した状態で、前記陽極箔に電気的に接続された陽極リード線に正の電圧を印加し、前記陰極箔に電気的に接続された陰極リード線に負の電圧を印加することにより、前記金属の表面が露出した前記陽極箔の端面に前記金属の金属酸化膜を形成する工程と
を備えた、電解コンデンサの製造方法。 - 前記母材の前記金属は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であり、
前記皮膜は、酸化チタン、酸化ニオブおよび酸化タンタルのうちのいずれかの皮膜である、請求項１記載の電解コンデンサの製造方法。 - 第１金属を母材とし、前記第１金属の金属酸化膜を皮膜とする陽極箔と、前記第１金属とは異なる第２金属を母材とする陰極箔とを巻回してコンデンサ素子を形成する工程と、
前記コンデンサ素子を化成槽に貯留された所定の薬液に浸漬した状態で、前記陽極箔に電気的に接続された陽極リード線に正の電圧を印加し、前記陰極箔に電気的に接続された陰極リード線に負の電圧を印加することにより、前記第１金属の表面が露出した前記陽極箔の端面に前記第１金属の第１金属酸化膜を形成する工程と
を備えた、電解コンデンサの製造方法。 - 前記第１金属は、チタン、ニオブおよびタンタルのいずれかの金属である、請求項３記載の電解コンデンサの製造方法。
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