JP2012064842A

JP2012064842A - アルミニウム電解コンデンサ

Info

Publication number: JP2012064842A
Application number: JP2010209058A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsuo; 隆司松尾
Original assignee: Hitachi AIC Inc
Current assignee: Lincstech Circuit Co Ltd
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-03-29

Abstract

【課題】有底形の金属ケースに素子を収納したアルミニウム電解コンデンサにあって、コンデンサとしての絶縁性を維持しながら、放熱性が良好なアルミニウム電解コンデンサを得ることを目的としている。
【解決手段】本発明は、金属ケースの表面に絶縁性の熱放射組成物層を設けた電解コンデンサを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルミニウム電解コンデンサに関するものである。特に、有底筒形の金属ケースを有するアルミニウム電解コンデンサに関するものである。

アルミニウム電解コンデンサは、表面をエッチング処理し化成による酸化膜を形成した陽極箔と、表面をエッチング処理し酸化膜を形成しない、あるいは低圧化成による酸化膜を形成した陰極箔とを電解紙等のセパレータを介して巻き回したコンデンサ素子に電解液を含浸し、このコンデンサ素子をアルミニウム製のケース内に収納後、陽極箔および陰極箔から引き出した引き出しリードタブを、蓋を貫通する外部端子にそれぞれ接続し、蓋をケースに取り付けて密閉した構造になっている。

特に最近の電子機器等に用いる電源は、小型化設計のため、その電源に使用されるアルミニウム電解コンデンサに、高いリップル電流を流すようになり、そのため、この高いリップル電流により、コンデンサが発熱し、高温状態になりやすい。また、アルミニウム電解コンデンサの寿命は、温度が高いほど短くなり、自己発熱を含めて温度を低く抑えることで長寿命化が可能となる。そのため、コンデンサ素子の巻芯部にヒートパイプを設ける場合があるが、構造が複雑になり、取り付け部品点数が増加してしまう。

そこで、特許文献１には、放熱性に優れた電解コンデンサを得るのに、熱伝導性に優れたアルミニウムの金属ケースの外周面に空気層の介在なく酸化アルミニウムや窒化アルミニウム等の絶縁皮膜で被覆するので効率よく放熱できる方法が提案されている。

特開２００５−２１００６９号公報

しかし、外周面の酸化アルミニウムや窒化アルミニウム等の絶縁皮膜が大気中への放熱性に特に優れているわけでもなく、また、酸化アルミニウムや窒化アルミニウム等の絶縁皮膜は、被膜がもろくなりやすく熱や機械的ストレスにより、被膜にクラックや剥離が発生しやすくコンデンサとしての絶縁性が維持でき難くなってしまう。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、コンデンサとしての絶縁性を維持しながら、大気中への放熱性が良好なアルミニウム電解コンデンサを得ることを目的としている。

本発明は、上記の課題を解決するために、下記のアルミニウム電解コンデンサを提供するものである。
（１）有底筒形の金属ケースに素子を収納したアルミニウム電解コンデンサにあって、金属ケースの表面に絶縁性の熱放射組成物層を設けることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
（２）有底筒形の金属ケースに素子を収納したアルミニウム電解コンデンサにあって、金属ケースの表面に中間絶縁層を介して絶縁性の熱放射組成物層を設けることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
（３）上記の（１）または（２）において、金属ケースの底部に、絶縁シートを設けることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
（３）上記の（１）から（３）において、表面に凹凸を設けた金属ケースを使用することを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。

金属ケースの表面に絶縁性の熱放射組成物層を設けることにより、コンデンサとしての絶縁性を維持しながら、放熱性が良好なアルミニウム電解コンデンサを得ることができる。

本発明のアルミニウム電解コンデンサの断面図を示している。本発明の別のアルミニウム電解コンデンサの断面図を示している。本発明の別のアルミニウム電解コンデンサの断面図を示している。

本発明に述べるケースは、側面と底面を有し上面が開口したアルミニウム等の金属材からなり、外観的に円筒状や楕円筒状等の筒形に形成されている。ケース内側の底部は、中央にコンデンサ素子巻き芯の固定用の突起があってもよい。上面の開口部は、外部端子を導出した封口板により封口され、コンデンサ素子がケース内は密封される。
また、ケースの外表面または内外表面に凹凸を設けると、熱放射が改善する場合がありその点で好ましい。凹凸を設ける方法は、特に限定されず、エッチング、サンドブラスト等の公知の技術を用いることができる。

本発明に述べる絶縁性の熱放射組成物層は、熱放射材とバインダと溶剤等からなる塗料をコーティングして得た絶縁組成物層で、塗布膜厚さは１０μｍから５０μｍ程度となる。
熱放射材としては、たとえば酸化クロム、酸化チタンＴｉＯ_２、炭化ケイ素、チタン複合酸化物ＭＴｉ_２Ｏ_３（Ｍ；Ｎｉ、Ｃｏ）、酸化鉄Ｆｅ_２Ｏ_３、酸化シリコンＳｉＯ_２、クロマイトＦｅＣｒ_２Ｏ_４、マグネタイトＦｅ_３Ｏ_４、ＳｎＯ_２−Ｓｂ_２Ｏ_５、コージライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂ ），チタン酸アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃・Ｔｉ₂Ｏ₃），β−スポジューメン（Ｌｉ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・４ＳｉＯ₂）、ＭｎＯ₂：６０％，Ｆｅ₂Ｏ₃：２０％，ＣｕＯ：１０％，ＣｏＯ：１０％の複合酸化物等が使用できる。塗料の固形分合計１００重量部に対して、熱放射材は５０重量部以上が望ましい。より好ましくは７０重量部以上が望ましい。
バインダとしては、たとえばシリコーン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、アルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、アクリル樹脂、ビニル樹脂、ポリアミド樹脂など通常の樹脂が使用できる。
溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール等のアルコール類；アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド等のアミド類；テトラヒドロフラン、ジオキサン、メチルセロソルブ等のエーテル類；酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル類；ジメチルスルホキシド、スルホラン等のスルホキシド及びスルホン類；ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、トリクロロエタン等の脂肪族ハロゲン化炭化水素；ベンゼン、トルエン、キシレン、モノクロルベンゼン、ジクロルベンゼン等の芳香族類、高沸点芳香族ナフサ等が使用できる。
また、必要があれば、難燃剤、酸化防止剤表面平滑剤、紫外線吸収剤、粘度調整剤、硬化触媒、カーボンブラックを含む顔料分散剤、顔料沈降防止剤等を用いることができる。
塗料は希釈媒体の種類によって溶剤型、エマルションを含む水性型、硬化メカニズムによって常乾型、焼付型などの種々のタイプを取ることが可能である。粉体塗料の形態でも良い。

本発明に述べる絶縁層は、アルミニウム等の金属ケース材と絶縁性の熱放射組成物層との間に設ける絶縁膜で、耐熱性、耐摩耗性、機械的強度、上下層との密着性が強いものが好ましい。たとえば、ポリボロシロキサン樹脂、ポリカルボシラン樹脂、ポリシラスチレン樹脂、ポリチタノカルボシラン樹脂、ポリシラザン樹脂からなる群から選ばれた一種以上の樹脂またはアルミニウム酸化膜が使用できる。
耐熱性をさらに向上させる目的として無機充填剤を配合する場合には、各種セラミック粉末や金属酸化物などが好適し、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ、ＺｒＯ₂、ＭｎＯ₂、ＷＯ₂、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＣｕＯ、ＭｏＯ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃、Ｖ₂Ｏ₃、Ｐｒ₆Ｏ₁₁、ＡｌＮ、ＳｉＣなどが例示され、これらは単独あるいは混合して使用することができる。これらの無機充填剤は、固形分合計１００重量部に対して３０重量部以下が望ましい。また、有機溶剤としては、Ｎ−メチル２−ピロリドン、ジメチルアセトアミド等の極性溶剤やトルエン、キシレン等の非極性溶剤が好ましい。

本発明に述べる絶縁シートは、２μｍから１００μｍ程度、好ましくは１０μｍから５０μｍ程度の薄い厚さの平らな樹脂成形体で、熱融着性があればそのまま、融着性がなければ、粘着性、接着性または熱融着性の材料を片面に塗布したもの、または熱により収縮するものである。
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、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。
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（ＰＥＴやＰＢＴ、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、ポリサルフォン、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。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のアルミニウム電解コンデンサの断面図を示している。
本発明の電解コンデンサは、通常のアルミニウム電解コンデンサと同様に、電極箔を適当な幅に裁断された後、電極箔に引き出しリードタブ１を接続し、紙などのセパレータと共に捲回または積層されたコンデンサ素子２が、電解液と共に上面が開口したアルミニウム等の金属材からなり外観的に筒状に形成されているケース３内に収容し、ケース３開放部側の側面に設けたくびれ３aとケース３開放部先端をカール部３ｂとで蓋４を挟み込んで封口されていて、電極箔から引き出された引き出しリードタブ１が、蓋４を貫通した外部端子５に接続されている構造になっている。
また、蓋４にはコンデンサの内部に向かって凸状の突起部分６を設け、コンデンサ素子２の揺れを防止することができる。
また、ケース３に設ける絶縁性の熱放射組成物層７は、ケース３開放部側の側面に設けたくびれ３a部分よりも下側からケース３底にかけて形成する。カール加工に対して、熱放射組成物層７とケース３との密着性が特に良好な場合には、ケース３表面全体または外面全体に熱放射組成物層７を設けてもよい。

図２は、本発明の別のアルミニウム電解コンデンサの断面図を示している。
ケース３に絶縁性の熱放射組成物層７を設ける前に、その中間に中間絶縁層８を設け、その他の部分は図１と同様な構造例を示している。

図３は、本発明の別のアルミニウム電解コンデンサの断面図を示している。
図３は、図１に示す絶縁性の熱放射組成物層７構造のアルミニウム電解コンデンサの底部に厚さ２０μｍから２０００μｍ程度の絶縁シート９を設けた構造例を示している。絶縁シート９を設けることにより、アルミニウム電解コンデンサの底部の絶縁を補強することができる。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、実施例は、定格４００Ｖ、５６００μＦのアルミニウム電解コンデンサを製造する場合について説明する。
先ず、ケースとケースに塗布する塗料を準備する。
ケースは、円筒形で上面が開口した厚さ１．２ｍｍのアルミニウム材からなり、ケースの開放部側の側面に、蓋を止めるくびれを設けた。次に、くびれより上の部分をマスキングテープでマスクした。
塗料は、熱放射材として炭化ケイ素と酸化シリコンをそれぞれ５ｗｔ％、バインダとしてシリコーン樹脂２０ｗｔ％、エポキシ樹脂５ｗｔ％、溶剤としては、トルエン、ブタノール、キシレン、高沸点芳香族ナフサの混合液用いを混連した。
次に、ケースを脱脂後、上記塗料をエアースプレーにより、乾燥厚さ２５μｍになるように塗装した。次に、１００℃で乾燥後マスクテープを取り除き、２００℃で３０分間加熱し、ケースに目的の絶縁性の熱放射組成物層を形成した。
陽極箔は厚さ１００μｍのアルミニウム箔を処理して製造する。すなわち、このアルミニウム箔を直流エッチング法によって０．７μＦ／ｃｍ^２になるように粗面化する。粗面化後、純水中でボイルする。ボイル後、ホウ酸の化成液中において、６００Ｖの化成電圧をかけて化成し、化成膜を形成する。化成処理後、安定化させるために、リン酸処理をし、その後、幅１２０ｍｍ、長さ８０００ｍｍの大きさに切断して、陽極箔とする。
また、陽極用引き出しリードタブには化成処理をしない厚さ１５０μｍ、幅１０ｍｍ、長さ１６０ｍｍのアルミニウム箔を用いる。そしてこの陽極用リードタブの、１００ｍｍの長さの部分を陽極箔に２０００ｍｍおきに４枚、コールドウェルにより接続する。
陰極箔は、厚さ６０μｍのアルミニウム箔を塩酸と硫酸の混合酸からなる水溶液中に浸漬し、その表面を電解エッチング処理し、平均直径０．８μｍのエッチングピットを設け、２００μＦ／ｃｍ^２になるように粗面化し、その後、リン酸処理をする。リン酸処理後、幅１２０ｍｍ、長さ８３００ｍｍの大きさに切断する。
陰極用引き出しリードタブは、アルミニウム箔を長さ１５０μｍ、幅１０００ｍｍに圧延し、次いで焼なまし、５００ｍｍの幅に切断した後、さらに幅１０ｍｍの大きさに切断して製造する。そしてこの陰極用リードタブを陰極箔に２０００ｍｍ間隔で４枚をコールドウェルにより接続する。
電解紙として、厚さ６０μｍ、幅１３０ｍｍ、密度０．６ｇ／ｍ^３のマニラ紙の電解紙と、厚さ３０μｍ、幅３０ｍｍ、密度０．７５ｇ／ｍ^３のクラフト紙を用いる。
陰極箔を電解紙から５ｍｍはみ出して、この電解紙を介して陽極箔と陰極箔とを積層して巻回し、コンデンサ素子を形成した。その後、有機酸系の電解液を含浸した。
電解液を含浸後、コンデンサ素子から引き出した陽極用引き出しリードタブ及び陰極用引き出しリードタブを、各々蓋に貫通して設けた陽極端子及び陰極端子に接続した。
次に、ケースにコンデンサ素子を収納した。収納後、蓋をケースの端に取り付けて、ケースを密閉した。なお、蓋には防爆弁が取り付けられている。ケースを密閉後、温度８５℃の雰囲気中に放置して４２５Ｖの電圧を加えてエージング処理した。

熱放射組成物層をケースに設ける前に、以下の方法で中間絶縁層を設ける以外、実施例１と同様に作成した。
まず、ケースのカール加工される部分より下をマスキングテープでマスクした。中間絶縁層用のコート材塗料としては、酸化シリコンを５ｗｔ％、バインダとしてシリコーン樹脂４０ｗｔ％、エポキシ樹脂５ｗｔ％、溶剤としては、トルエン、ブタノール、キシレン、高沸点芳香族ナフサの混合液用いを混連したものを使用し、１００℃で乾燥後マスクテープを取り除き、２００℃で３０分加熱して、平均厚さ３０μｍの中間絶縁層を得た。

試料数は各４０個とした。実施例１、２および比較例として中間絶縁層および熱放射組成物層のないのアルミニウム電解コンデンサにたいして、雰囲気温度４０℃、直流電圧３００Ｖ、交流分１２０Ｈｚ，リプル電流４０Ａｒｍｓで５時間後放置の条件で試験した。

表１から、実施例は、比較例と比べ、発熱温度に対して良好な結果を得た。

１…引き出しリードタブ、２…コンデンサ素子、３…ケース、３a…くびれ部、３ｂ…カール部、４…蓋、５…外部端子、６…突起部分、７…熱放射組成物層、８…中間絶縁層、９…絶縁シート

Claims

有底筒形の金属ケースに素子を収納したアルミニウム電解コンデンサにあって、金属ケースの表面に絶縁性の熱放射塗布層を設けることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
有底筒形の金属ケースに素子を収納したアルミニウム電解コンデンサにあって、金属ケースの表面に中間絶縁層を介して絶縁性の熱放射組成物層を設けることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
請求項１または２において、金属ケースの底部に、絶縁シートを設けることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
請求項１、２または３において、エッチングした金属ケースを使用することを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。