JP2010192486A - 電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明によれば、気密性の高く、耐熱性および耐湿性に優れた電解コンデンサおよびその製造方法が提供する。
【解決手段】リードタブ端子が夫々接続された陽極箔と陰極箔を巻回して形成されるコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を収納する有底ケースと、該有底ケースの開口部を封止する封止部材と、を具える電解コンデンサであって、前記封止部材は、前記リードタブ端子を挿入する貫通孔を有しており、表面にシランカップリング剤層が形成されている電解コンデンサおよびその製造方法。
【選択図】図２

Description

この発明は、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。

従来の電解コンデンサとして図１および図２に示されるものが知られている（たとえば特許文献１参照）。

図１に示すように、コンデンサ素子２は、弁金属からなる陽極部３と陰極部４とをセパレータ５を介して巻回し、巻き止めテープ６で止められて形成される。前記陽極箔３および陰極箔４には、各々リードタブ端子７を介してリード線８が取り付けられている。該コンデンサ素子の内部には、電解質としてポリピロール、ポリチオフェンおよびポリアニリン等の導電性高分子が充填されている。

そして、図２に示すように、導電性高分子を充填したコンデンサ素子２は、金属製の有底ケース９に収納され、該有底ケース９の開口部は前記リードタブ端子８を挿入する貫通孔を有する封止部材１０によって封止される。封止部材としては、ブチルゴム、イソプロピレンゴムなどが多く使用されている。有底ケース９の開口部近傍は、横絞り・カール加工によって封止されている。最後に、リード線７をプラスチック製の座板１１に挿入した後、電極端子として該リード線７をプレス加工し、座板に沿って折り曲げ加工することによって、電解コンデンサが完成する。

特開２００４−７１７７９号公報

一般に電解コンデンサの信頼性劣化の抑制には、その気密性の維持が重要である。しかしながら、上記構成の従来の電解コンデンサは、封止部材１０とリードタブ端子８との界面や、封止部材１０と有底ケース９との界面の機械的な接合部があるため、高温高湿環境下において、外部から水分や酸素などが電解コンデンサ内部に浸入ことがある。これにより、電解コンデンサ内部の電解質が劣化し、静電容量やＥＳＲ（Equivalent Series Resistance：等価直列抵抗）などの電気特性の低下や変動を招くことになり、電解コンデンサの信頼性が低下するという問題があった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、気密性が低下せず、信頼性の高い電解コンデンサを提供することを目的とする。

本発明は、リードタブ端子が夫々接続された陽極箔と陰極箔を巻回して形成されるコンデンサ素子と、コンデンサ素子を収納する有底ケースと、有底ケースの開口部を封止する封止部材と、を具える電解コンデンサであって、封止部材の表面には、シランカップリング剤層が形成されている電解コンデンサである。

さらに、封止部材は、リードタブ端子を挿入する貫通孔を有しており、貫通孔の内壁面にはシランカップリング剤層が形成されていることが好ましい。

シランカップリング剤層は、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランからなることが好ましい。

さらに、本発明は、リードタブ端子が夫々接続された陽極箔と陰極箔を巻回してコンデンサ素子を形成し、コンデンサ素子を有底ケースに収納し、貫通孔を有する封止部材によって有底ケースの開口部を封止した電解コンデンサの製造方法であって、封止部材を、シランカップリング剤またはシランカップリング剤を含有する溶液に浸漬する工程を有する電解コンデンサの製造方法である。

封止部材を、シランカップリング剤またはシランカップリング剤を含有する溶液に、減圧雰囲気下で浸漬する工程を有することが好ましい。

シランカップリング剤を含有する溶液は、水又はアルコールを溶媒として含有し、シランカップリング剤の濃度を０．０１〜２０重量％とすることが好ましい。

本発明によれば、気密性の高く、耐熱性および耐湿性に優れた電解コンデンサおよびその製造方法が提供される。

本発明の電解コンデンサにおけるコンデンサ素子を模式的に示す斜視図である。 本発明の電解コンデンサの断面図である。

本発明の実施のための形態について以下に説明する。

図１は本発明の電解コンデンサにおけるコンデンサ素子を模式的に示す斜視図であり、図２は本発明の電解コンデンサの断面図である。

本発明の電解コンデンサは、図１に示すコンデンサ素子２を具えている。該コンデンサ素子２の基本構造は、陽極箔３と陰極箔４とをセパレータ５を介して円筒状に巻回してなる構造である。陽極箔には、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタンなどの弁金属にエッチング処理および化成処理等をしたものが用いられる。そして、該陽極箔３および該陰極箔４には、それぞれ金属製のリードタブ端子８が電気的に接続されている。陽極箔３と接続したリードタブ端子８は、リード線７と電気的に接続されており、陰極箔４と接続したリードタブ端子８は、リード線７と電気的に接続されている。

電解質としては、無機酸、有機酸またはこれらの塩を含む電解液や、固体電解質を用いることができる。固体電解質は、具体的には二酸化マンガンや、ＴＣＮＱ（７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン）錯塩、導電性高分子などがあるが、導電性が良好な導電性高分子、特にポリピロール、ポリチオフェンおよびポリアニリン等またはその誘導体からなる導電性高分子であることが望ましい。上記から選ばれる電解質を含浸、塗布などの周知の方法でコンデンサ素子２内に形成されている。

前記コンデンサ素子は、図２に示すように、金属製の有底ケース９に収納され、該有底ケースの開口部に封止部材１０を装着し封止されている。該封止部材１０には、前記コンデンサ素子２のリードタブ端子８を挿入する貫通孔が設けられている。有底ケース９の開口部には座板１１が装着されており、電極としてプレス加工されたリード線７が座板に沿って折り曲げられている。

また、封止部材には、ブチルゴム、イソプロピレンゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ素系ゴムなどを用いることができ、耐熱性、耐久性及び生産性の観点から、ブチルゴムが特に好ましい。

本発明において、前記封止部材１０の表面にはシランカップリング剤層が形成されている。これにより、コンデンサ素子２を有底ケース９に収納し封止部材１０で封止した際、封止部材１０とリードタブ端子８との界面や、封止部材１０と有底ケース９との界面の密着性が向上し、電解コンデンサの気密性を向上させることできる。これは、封止部材１０とリードタブ端子８との界面や、封止部材１０と有底ケース９との界面にシランカップリング剤層が介在することで、封止部材１０とリードタブ端子８との界面や、封止部材１０と有底ケース９との界面が化学的に接合するためである。

シランカップリング剤層は、リードタブ端子８や有底ケース９の表面に形成することもできるが、生産性の観点から、封止部材１０の表面に形成されていることが好ましい。また、シランカップリング剤層は、封止部材１０における、リードタブ端子８が接触する貫通孔内壁面や、有底ケース９が接触する面に形成含む表面に形成されていることが、特に好ましい。なお、封止部材の表面にシランカップリング剤層を形成する代わりに、封止部材の組成中にシランカップリング剤を添加した場合は、封止部材の製造工程中にシランカップリング剤が反応してしまい、上記の効果が得られなくなるため好ましくない。

本発明に用いるシランカップリング剤は、１つの分子中に、プラスチックやゴムなどの有機材料と化学結合する反応基と、金属や酸化物などの無機材料に化学結合する反応基とを有している。有機材料と化学結合する反応基としては、アミノ基、メタクリロキシ基、グリシドキシ基、メルカプト基、メチル基、ビニル基、アクリロキシ基、エポキシ基などが、封止部材との化学結合がより強固になるため好ましい。なお、撥水性の強いパーフルオロアルキル基などを有するシランカップリング剤は、封止部材との化学結合が弱いため、酸素の侵入を防ぐことができないので好ましくない。無機材料に化学結合する反応基としては、メトキシ基、エトキシ基などのアルコキシル基や、アセトキシ基などが、リードタブ端子との化学結合がより強固になるために好ましい。例えば、γ−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−（２アミノエチル）アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシランから選ばれた少なくとも１つを含むことが好ましく、封止部剤との接合性の観点からγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランが特に好ましい。

続いて、図１および図２に示す本発明の電解コンデンサの製造方法について説明する。

まず、公知の方法でエッチング処理および化成処理等をした陽極箔３を準備する。そして、陽極箔３にリードタブ端子８を介してリード線７を取り付け、陰極箔４にリードタブ端子８を介してリード線７を取り付ける。そして、セパレータ５を介して陽極箔３と陰極箔４とを巻き取って、巻止テープ６で止めコンデンサ素子２を形成する。その後、公知の方法で切り口化成をし、１５０〜３００℃の熱処理を行なう。

次に、電解質として導電性高分子を、コンデンサ素子２の内部に形成するために、導電性高分子の重合液を準備する。重合液は、導電性高分子のモノマーと、重合を促進させる酸化剤を含有している。そして、前記コンデンサ素子２に重合液を含浸させた後、化学重合することによって、コンデンサ素子２の内部に導電性高分子を形成する。

続いて、シランカップリング剤溶液を準備する。シランカップリング剤溶液は、希釈していない１００重量％のシランカップリング剤、若しくはシランカップリング剤を水又は有機溶媒で希釈した溶液を使用することができる。シランカップリング剤を水又は有機溶媒で希釈する場合、シランカップリング剤溶液の濃度は、０．０１〜２０重量％が好ましく、１．０〜１０重量％が特に好ましい。シランカップリング剤溶液の濃度が、０．０１重量％未満または２０重量％超過であると、封止部剤との接合性が弱くなる虞がある。また、有機溶媒は、メタノール、エタノール、ブタノール、アセトンなどを用いることができ、安全性及びシランカップリング剤の溶解性の観点から、ブタノールが特に好ましい。

そして、封止部材１０をシランカップリング剤溶液に浸漬し、引き上げて乾燥させることによって、封止部材１０の表面にシランカップリング剤層を形成する。封止部材１０をシランカップリング剤溶液に浸漬する際、減圧雰囲気にすることが好ましい。減圧雰囲気にすることで、封止部材１０の貫通孔にシランカップリング剤溶液が浸入しやすくなり、リードタブ端子８と接触する封止部材１０の貫通孔内壁面へ、確実にシランカップリング剤層を形成することが可能となる。なお、減圧雰囲気の圧力は、２０〜９０ｋＰａが好ましく、浸漬時間は１〜１０分が好ましい。封止部材１０は、シランカップリング剤溶液から引き上られた後、６０〜１２０℃で、１０〜３０分間乾燥させる。以上の操作により、封止部材１０の表面にシランカップリング剤層が形成される。

そして、内部に導電性高分子を形成したコンデンサ素子２を有底ケース９に収納し、前記封止部材１０を該有底ケースの開口部に挿入する。このとき、コンデンサ素子２のリードタブ端子８は封止部材１０の貫通孔に挿入されている。その後、有底ケースの開口部を、横絞り・カール加工することによって封止し、エージング処理を行う。最後に、カール面に座板１１を挿入し、リード線７を電極端子としてプレス加工および折り曲げを行ない、電解コンデンサを完成する。

＜実施例１＞
まず、アルミニウム箔の表面を、公知の方法でエッチング処理および化成処理等をした陽極箔３を準備した。そして、陽極箔３および陰極箔４にアルミニウムからなるリードタブ端子８を介してリード線７を取り付けた。そして、セパレータ５を介して陽極箔３と陰極箔４とを巻き取って、巻止テープ６で止めコンデンサ素子２を形成した。その後、公知の方法で切り口化成をし、２８０℃の熱処理を行った。

次に、前記コンデンサ素子２に、導電性高分子モノマーとして３，４エチレンジオキシチオフェンと、酸化剤としてｐ−トルエンスルホン酸第二鉄と、を含有する重合液を含浸させ、化学重合させることによって、コンデンサ素子２の内部にポリチオフェンからなる導電性高分子を形成した。

次に、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランをブタノールで２重量％に希釈したシランカップリング剤溶液に、ブチルゴムからなる封止部材１０を浸漬した。その後、シランカップリング剤溶液から封止部材１０を引き上げた後、６０℃で、２０分間保持することによって乾燥させた。

そして、前記コンデンサ素子２を有底ケース９に収納し、前記封止部材１０を該有底ケースの開口部に挿入した。このとき、コンデンサ素子２のリードタブ端子８は封止部材１０の貫通孔に挿入させた。その後、有底ケース９の開口部を、横絞り・加締め加工することによって封止し、エージング処理を行った。最後に、有底ケース９の開口部に座板１１を挿入し、リード線７を電極端子としてプレス加工および折り曲げを行ない、本発明の電解コンデンサを完成した。
＜実施例２＞
シランカップリング剤溶液に封止部材１０を浸漬する際、２０ｋＰａの減圧雰囲気下で、１０分間保持したこと以外は、実施例１と同様の方法で電解コンデンサを作製した。
＜比較例＞
封止部材１０の表面にシランカップリング剤層を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様の方法で電解コンデンサを作製した。

実施例１、２及び比較例にかかる電解コンデンサの定格電圧は４Ｖ、定格容量は５６０μＦ、外形はφ８．０ｍｍ×９．０ｍｍとした。実施例１、２および比較例にかかる電解コンデンサについて、周波数１２０Ｈｚにおける静電容量、周波数１００ｋＨｚにおけるＥＳＲを測定した後、高温試験及び耐湿試験を行った。耐熱試験は、温度１２５℃、５０００時間の条件で行い、試験後の静電容量、ＥＳＲを測定し、静電容量変化率[％]、及びＥＳＲ変化率[倍]を算出した。耐湿試験は、温度８５℃、湿度８５％、２０００時間の条件で行い、試験後での静電容量、ＥＳＲを測定し、静電容量変化率[％]、及びＥＳＲ変化率[倍]を測定した。結果を表１に示す。また、静電容量変化率及びＥＳＲ変化率は、同様にして作製した電解コンデンサ３０個の平均値を示す。

表１より、封止部材表面にシランカップリング剤層を形成した実施例１、２の電解コンデンサは、封止部材表面にシランカップリング剤層を形成していない比較例の電解コンデンサと比較して、耐熱試験前後での静電容量変化率およびＥＳＲ変化率が小さく、耐湿試験前後での静電容量変化率およびＥＳＲ変化率が小さい。このことから、実施例１、２の電解コンデンサは、耐熱性および耐熱性に優れていることが分かる。

また、シランカップリング剤溶液への浸漬を、減圧雰囲気下で行った実施例２の電解コンデンサは、大気圧下で行った実施例１の電解コンデンサと比較して、耐熱試験前後での静電容量変化率およびＥＳＲ変化率が小さく、耐湿試験前後での静電容量変化率およびＥＳＲ変化率が小さい。このことから、実施例１、２の電解コンデンサは、耐熱性および耐熱性に優れていることが分かる。

今回開示した実施の形態及び実施例は、本発明を説明するためのものに過ぎず、特許請求の範囲に記載の発明を限定する様に解すべきでない。本発明は、特許請求の範囲内及び均等の意味の範囲内で自由に変更することができる。

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、６ 巻止めテープ、７ リード線、８ リードタブ端子、９ 有底ケース、１０ 封止部材、１１ 座板

Claims (6)

1. リードタブ端子が夫々接続された陽極箔と陰極箔を巻回して形成されるコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を収納する有底ケースと、該有底ケースの開口部を封止する封止部材と、を具える電解コンデンサであって、
   前記封止部材の表面には、シランカップリング剤層が形成されている電解コンデンサ。
2. 前記封止部材は、前記リードタブ端子を挿入する貫通孔を有しており、該貫通孔の内壁面にはシランカップリング剤層が形成されている請求項１に記載の電解コンデンサ。
3. 前記シランカップリング剤層は、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを含有する請求項１又は請求項２に記載の電解コンデンサ。
4. リードタブ端子が夫々接続された陽極箔と陰極箔を巻回してコンデンサ素子を形成する第１工程と、該コンデンサ素子を有底ケースに収納する第２工程と、貫通孔を有する封止部材によって該有底ケースの開口部を封止する第３工程と、を含む電解コンデンサの製造方法であって、
   前記第３工程の前に、前記封止部材をシランカップリング剤またはシランカップリング剤を含有する溶液に浸漬する、浸漬工程を有する電解コンデンサの製造方法。
5. 前記浸漬工程は、減圧雰囲気下で行う請求項４に記載の電解コンデンサの製造方法。
6. 前記シランカップリング剤を含有する溶液は、水又はアルコールを溶媒として含有し、シランカップリング剤の濃度を０．０１〜２０重量％とする請求項４又は請求項５に記載の電解コンデンサの製造方法。