JP2012019061A - 電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、引き出しリードタブをそれぞれ接続した陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子を有する電解コンデンサにおいて、過負荷（例えば、過電圧・過温度、急速充放電など）が加わった際に、コンデンサ素子が発熱しても、ショートを回避することができる電解コンデンサを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、引き出しリードタブおよびその周辺に対するセパレータ部分に、被着テープを貼り付けたことを特徴とする電解コンデンサを提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、各種電子機器や産業機器に使用される電解コンデンサの中で、特に箔を電極として巻回した電解コンデンサに関するものである。

金属箔を電極とし、それぞれ引き出しリードタブを接続して巻回した電解コンデンサは、アルミニウムやチタンなどの弁作用金属からなるエッチング箔に耐圧性の酸化皮膜を形成した陽極箔と、アルミニウムやチタンなどの弁作用金属からなるのエッチング箔からなる陰極箔とを絶縁紙などのセパレータを介して巻回したコンデンサ素子を有している。前記陽極箔及び陰極箔の引き出しリードタブは、それぞれの電極箔にステッチ法やコールドウェルド法などにより接続され、外装ケースの封口体に配置された外部端子に各々に接続される。そしてコンデンサ素子には駆動用電解液が含浸され、有底筒形状の外装ケースに収納される。外装ケースはその開口部が封口体により封止され、電解コンデンサが形成される。

ところで、電解コンデンサに過電圧・過温度、急速充放電などの過負荷が加わった場合、陽極箔の欠陥部分に電流が流れ、耐圧性の酸化皮膜を修復しようとする。このときにコンデンサ素子が発熱し、電解液がドライアップしてしまう場合や、陽極箔の欠陥部分の異常発熱によりセパレータが炭化しショートしてしまう場合がある。この炭化によりショートしてしまう場合には、ショート起点箇所は陽極の引き出しリードタブで発生するものが多く、そのため、従来、陽極の引き出しリードタブに樹脂を塗布したり（特許文献１）、陽極の引き出しリードタブの位置に対応させてフッ素樹脂シートを巻回配置させたりしていた（特許文献２）。

特開２００６−１２０８０８号公報 特開２０００−１１４１１０号公報

ところで、電解コンデンサに過負荷が加わり、コンデンサ素子の温度が上昇して、熱でコンデンサ素子が膨張すると、セパレータにも引っ張り力が発生する。このとき、コンデンサ素子の電極箔に部分的に設けてある引き出しリードタブ部分では、引き出しリードタブが電極箔に比べてかなり肉厚なため、セパレータは引き出しリードタブにより強く押さえつけられるとともに、引き出しリードタブの近傍では巻き間に隙間ができやすいので、この巻き間の押さえつけが弱い。そのため引き出しリードタブの近傍でセパレータが破損しやすく、そのために、破損によるショートが生じやすい。
特に、電解コンデンサのＥＳＲ（等価直列抵抗）改善のために、低密度のセパレータを採用したり、コンデンサ素子の電気収納性を高めるために、コンデンサ素子をきつく巻き取ったりしたとき、電解コンデンサに過負荷が加わると熱でコンデンサ素子が膨張しセパレータが破損しやくなる。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、電解コンデンサに過負荷が加わったとき、コンデンサ素子が発熱してもショートを回避可能な電解コンデンサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、引き出しリードタブをそれぞれ接続した陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子を有する電解コンデンサにおいて、前記引き出しリードタブおよびその周辺に対する前記セパレータ部分に、被着テープを貼り付けたことを特徴とする電解コンデンサを提供する。
また、引き出しリードタブをそれぞれ接続した陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子を有する電解コンデンサにおいて、前記陰極側の引き出しリードタブおよびその周辺に対する前記セパレータ部分に、被着テープを貼り付けたことを特徴とする電解コンデンサを提供する。
また、引き出しリードタブをそれぞれ接続した陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子を有する電解コンデンサにおいて、前記陰極側の引き出しリードタブおよびその周辺に対面する前記セパレータ部分に、被着テープを貼り付けたことを特徴とする電解コンデンサを提供する。

引き出しリードタブおよびその周辺に対するセパレータ部分に、被着テープを貼り付けたことにより、電解コンデンサに過負荷が加わりコンデンサ素子が発熱しても、セパレータの破損を回避しショートを防止する電解コンデンサを提供することができる。

本発明の実施の形態における電解コンデンサのコンデンサ素子の外周側を解体した形状を示す概略斜視図である。 本発明のコンデンサ素子の巻取り後の引き出しリードタブ近傍の概略断面図である。 本発明のコンデンサ素子の巻取り後の引き出しリードタブ近傍の別の概略断面図である。

本発明に述べる引き出しリードタブは、外部接続用の部材で、電解コンデンサで用いられる通常の引き出しリードタブを使用することができる。たとえば、アルミニウムなどからなる細長い箔状のタブ端子や丸棒部と偏平部またはこの丸棒部に接続したリード部からなるものが挙げられる。引き出しリードタブは、ステッチ法やコールドウェルド法により電極箔と接続される。また、引き出しリードタブは、電極箔の長さ方向の途中に間隔をあけて数箇所設けられていて、流れる電流に支障がないように、電極箔の厚さより倍程度厚い、厚さが１００μｍから３００μｍ程度、幅が３ｍｍから１５ｍｍ程度のものとなっている。

本発明に述べる陽極箔は、電解コンデンサに使用される一般的な陽極用の箔で、厚さ５０μｍから１５０μｍ程度のアルミニウム箔等を、酸水溶液中、その表面をエッチング処理し、直径が０．１μｍから２μｍ程度のエッチングピットを設けた後、ホウ酸アンモニウム等の水溶液中で、定格電圧の１．５倍程度の電圧を印加して化成し、コンデンサとしての耐圧性の陽極酸化皮膜を形成したものを用いる。

本発明に述べる陰極箔は、電解コンデンサに使用される一般的な陰極用の箔で、厚さ２０μｍから１２０μｍ程度のアルミニウム箔等をそのまま、または酸水溶液中に浸漬し、その表面をエッチング処理したもの、またはその後、低圧化成による酸化膜を形成したものを用いる。陰極箔の厚さは、厚い方が放熱性の点と共に曲がりやすい陰極箔の形状安定性を得ることができるので好ましいが、あまり厚いと対容積あたりの容量が低下するため、３０μｍから７０μｍ程度にすることが好ましい。

本発明に述べるセパレータは、陽極箔と陰極箔とを物理的にわけると共に、電解液を保持する役目をする多孔質シートで、マニラ紙、ヘンプ紙、クラフト紙などの従来から使用されてきた電解紙を主材料としたもので、電解コンデンサで用いられる通常のセパレータを使用することができる。大きさはコンデンサの大きさにより選定されるが、おおよその幅は、陽・陰極箔の幅より広く、０．５ｃｍから３０ｃｍ程度で、長さは数ｃｍから数ｍほどのもの、厚さは数μｍから数１０μｍほどのものである。セパレータの構成としては、単純密度紙のほか、片面が相対的に高密度な繊維の層と、相対的に低密度な繊維の層の複層紙などであってもよい。また、複数枚使用してもよい。

本発明に述べる被着テープは、樹脂材をフィルム状にしたベース材、または繊維状樹脂材や繊維状無機材を織布、不織布もしくは紙状にしたベース材に、被着材が片面に積層された薄い平らな積層体で、引き出しリードタブおよびその周辺に対するセパレータ部分に貼り付ける。被着材としては、粘着性、接着性または熱融着性の材料をベース材の片面に積層したものである。ベース材が繊維状であると、ベース材の反対側ににじみでて被着テープのベース材表面と接する側にも貼りついてしまい、巻き回時や熱膨張時にセパレータと被着テープのベース材表面と接する側の間でずれが発生した場合には、セパレータが裂けやすくなるため、この場合には被着材は、塗布により作成せずにシート状にしてベース材に積層するのが好ましい。また、ベース材が樹脂材をフィルム状にしたものは、被着材が反対側ににじみでることはないのでこの点で好ましいが、巻き回中またはその後ベース材とそれと接する面とでずれやすいように、ベース材の被着材とは反対表面に凹凸を設けたり場合によっては離型層を設けたりするのが好ましい。
被着テープの厚さは、２μｍから２００μｍ程度、好ましくは１０μｍから５０μｍ程度のものが使用できる。被着テープの厚さが２μｍ以下であると、テープ強度が不十分で好ましくはない。また、被着テープの厚さが２００μｍ以上あると、コンデンサ素子の小形化の妨げとなり好ましくない。
樹脂材としては、耐熱性、耐電解液性（たとえば耐アルコール性）のほか、水分油分ハロゲン等の透過性の少ない材質が選ばれる。具体的には、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、芳香族ポリアミド樹脂（アラミド樹脂）、脂肪族ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリ塩化ビニリデンなどのビニル系樹脂、エチレン−プロピレン共重合体、ポリサルホン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂から選択できる。
繊維状無機材としては、繊維状のガラス、セラミック材などから選択できる。
粘着性の材料としては、アクリル系、ポリイソブチレン、プチルゴム、クロロプレンゴム、などから選択できる。
接着性の材料としては、熱可塑性の上記樹脂材や可塑性ウレタン樹脂などから選択できる。
熱融着性の材料としては、熱融着性を有している熱可塑性樹脂で、その融点が１３０℃〜３３０℃程度のものが使用できる。熱融着性を有しているものであるならば特に規定はないが、本発明に用いられる熱可塑性樹脂を具体的に挙げるならば、ポリアミド樹脂（ナイロン６・６やナイロン６など）、フッ素ポリマー（パーフルオロアルケンやパーフルオロビニルエーテルなど）、ポリエステル、ポリカーボネートなど）、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルホン、芳香属ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、芳香属ポリエステル等が挙げられる。また、上記で述べた熱可塑性樹脂層にエポキシ樹脂やアリル基を持った樹脂などの架橋性樹脂を配合させることにより耐熱接着性を向上させることができる。
被着テープの貼り付け場所は、引き出しリードタブおよびその周辺に対するセパレータ部分で、引き出しリードタブが設けられたところの電極箔の真上、真下または両側のセパレータの部分である。またそのセパレータ部分の片面または両面である。また、陰極箔側の引き出しリードタブおよびその周辺に対面するセパレータ部分とは、陰極箔側の引き出しリードタブが直接セパレータ部分接する片面をさしている。
被着テープは、電極引き出しリードタブを覆うようにし、テープ巾およびテープ貼り付け長さは電極引き出しリードタブに対して、０．５ｍｍから１００ｍｍほどはみ出るテープとする。コンデンサの大型化防止のためにはリードタブ巾に対し、０．５ｍｍから２０ｍｍ程度はみ出るものが好ましい。

以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態における電解コンデンサのコンデンサ素子の外周側を解体した形状を示す概略斜視図である。図２は、本発明のコンデンサ素子の巻取り後の引き出しリードタブ近傍の概略断面図である。図３は、本発明のコンデンサ素子の巻取り後の引き出しリードタブ近傍の別の概略断面図である。

図１に示すように、本発明の電解コンデンサのコンデンサ素子において、陽極箔１は、エッチング処理し酸化皮膜を形成したアルミニウムやチタンなどの弁作用金属箔からなり、陰極箔２はエッチング処理したアルミニウムやチタンなどの弁作用金属箔からなる。そしてこの両電極箔には、アルミニウムなどからなる細長い箔状の引き出しリードタブ３がステッチ法やコールドウェルド法により接続される。引き出しリードタブ３は、丸棒部と偏平部またはこの丸棒部に接続したリード部からなるリード端子などの場合もある。そして前記陽極箔１及び陰極箔２の間にセパレータ４を介して巻回することでコンデンサ素子が形成される。前記セパレータ４はマニラ紙やクラフト紙などの絶縁紙、不織布又はそれらの混抄物などの絶縁部材から構成されている。また、セパレータ４には、巻回し陰極側の引き出しリードタブ３と重ね合う位置に陰極側の引き出しリードタブ３の幅よりも広い幅の被着テープ５が貼り付けてある。

また、図２に示すように、陽極箔１または陰極箔２の電極箔に設けた引き出しリードタブ３表面と接するセパレータ４側に被着テープ５を設けると、セパレータ４が引き出しリードタブ３の近傍で破損するのを防止することができる。被着テープ５は、ベース材５ａに被着材５ｂが積層されていて、被着材５ｂにより、セパレータ４に貼り付ける。
図２(ａ)は、陰極箔２に設けた引き出しリードタブ３の部分で、この引き出しリードタブ３側の陰極箔２とセパレータ４との間に被着テープ５を設けている。
図２(ｂ)は、陰極箔２に設けた引き出しリードタブ３の部分で、この引き出しリードタブ３側のセパレータ４とそれに接する陽極箔１との間に被着テープ５を設けている。
図２(ｃ)は、陽極箔１に設けた引き出しリードタブ３の部分で、この引き出しリードタブ３側の陽極箔１とセパレータ４との間に被着テープ５を設けている。
図２(ｄ)は、陽極箔１に設けた引き出しリードタブ３の部分で、この引き出しリードタブ３側のセパレータ４とそれに接する陰極箔２との間に被着テープ５を設けている。
なお、図２では、被着テープ５をセパレータ４の片側に貼り付けているが、両方に貼り付けてもよい。また、被着テープ５を陰極箔２に設けた引き出しリードタブ３の部分と、陽極箔１に設けた引き出しリードタブ３の部分の両方に貼り付けてもよい。

ところで、陽極箔１は、陰極箔２と比べ倍ほど厚くしかも表面に耐圧性の酸化皮膜を形成しているので、堅い。それに比べ陰極箔２は薄く耐圧性の酸化皮膜を形成していないので、柔軟性がある。また、引き出しリードタブ３は、陽極箔１や陰極箔２よりも厚さが厚く変形しにくい。そのため、セパレータ４は、図２(ｃ)と図２(ｄ)のように、陽極箔１に設けた引き出しリードタブ３と陰極箔２間よりも、図２(ａ)と図２(ｂ)のように、陰極箔２に設けた引き出しリードタブ３と陽極箔１間で、より強く挟まれる。そのため、過負荷が加わり、コンデンサ素子の温度が上昇して、熱でコンデンサ素子が膨張して、セパレータ４に引っ張り力が発生すると、引き出しリードタブ３の近傍部分でセパレータ４がより破損しやすく、図２(ａ)と図２(ｂ)のように、このセパレータ４部分に、被着テープ５を貼り付けて補強するほうが好ましい。

また、引き出しリードタブ３のエッジがたっていたり加工時のバリがあったりした場合には、図２(ａ)と図２(ｃ)のように被着テープ５が引き出しリードタブ３と直接接するほうが、引き出しリードタブ３のエッジ部分でセパレータ４が裂けるのを保護するため好ましい。

また、図３に示すように、陰極箔２がより薄く、巻回したときに陰極箔２に設けた引き出しリードタブ３の側面に沿って陰極箔２が変形しやすい場合には、陰極箔２に設けた引き出しリードタブ３とは反対面と接する第二セパレータ４ｂ側に被着テープ５を設けると、第二セパレータ４ｂが引き出しリードタブ３の近傍で破損するのを防止しすることができる。被着テープ５は図３（ａ）のように第二セパレータ４ｂの陰極箔２側の面、または図３（ｂ）のように陰極箔２とは反対面に、または両方に設けるとよい。また、図２(ａ)や図２(ｂ)のように陰極箔２に設けた引き出しリードタブ３側の第一セパレータ４ａ側に設ける被着テープと同時に設けてもよい。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
（実施例１−４）
厚さ１００μｍ、化成電圧６００Ｖのアルミニウムの陽極箔と、厚さ５０μｍのアルミニウムの陰極箔に、厚さ１５０μｍ、巾１０ｍｍのアルミニウムの引き出しリードタブをコールドウェルドにより接続し、厚さ８０μｍのセパレータとしてのクラフト紙には、引き出しリードタブ表面と接するセパレータ側に、巾２０ｍｍ、厚さ４５μｍのポリエステル樹脂の被着テープを表１に示す位置に設けて、巻回し、有機酸系電解液を含浸させコンデンサ素子とした。
次に、このコンデンサ素子をケースに収納し、定格４００Ｖ、６８００μＦのネジ端子形アルミニウム電解コンデンサを作製した。ここで比較例としては、表１に示す位置で、被着テープを引き出しリードタブ側に貼り付けて作製したもので、これら比較例および実施例のコンデンサ各５０ヶを、過負荷条件として７５０Ｖ印加で試験し、そのときのショート数を表１に示す。

（実施例５）

陰極箔の厚さを３０μｍとし、被着テープは陰極箔の引き出しリードタブ面とは反対面に接するセパレータの面（図３（ａ）参照）に設ける以外実施例１と同様にして、アルミニウム電解コンデンサを作製した。
（実施例６）

陰極箔の厚さを３０μｍとし、被着テープは陰極箔の引き出しリードタブ面とは反対面に接するセパレータの引き出しリードタブとは反対面（図３（ｂ）参照）に設ける以外実施例１と同様にして、アルミニウム電解コンデンサを作製した。
（実施例７）

陰極箔の厚さを３０μｍとし、陰極箔の引き出しリードタブ面とは反対面に接するセパレータの面にも、別の被着テープを設ける以外実施例１と同様にして、アルミニウム電解コンデンサを作製した。
以上の実施例５−７を実施例１と同様に試験したときのショート数を表２に示す。

１…陽極箔、２…陰極箔、３…引き出しリードタブ、４…セパレータ、４ａ…第一セパレータ、４ｂ…第二セパレータ、５…被着テープ、５ａ…ベース材、５ｂ…被着材

Claims (3)

1. 引き出しリードタブをそれぞれ接続した陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子を有する電解コンデンサにおいて、前記引き出しリードタブおよびその周辺に対する前記セパレータ部分に、被着テープを貼り付けたことを特徴とする電解コンデンサ。
2. 引き出しリードタブをそれぞれ接続した陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子を有する電解コンデンサにおいて、前記陰極箔側の引き出しリードタブおよびその周辺に対する前記セパレータ部分に、被着テープを貼り付けたことを特徴とする電解コンデンサ。
3. 引き出しリードタブをそれぞれ接続した陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子を有する電解コンデンサにおいて、前記陰極箔側の引き出しリードタブおよびその周辺に対面する前記セパレータ部分に、被着テープを貼り付けたことを特徴とする電解コンデンサ。

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