JP2012191127A - 電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工数が小さく、ＥＳＲを低くできる電解コンデンサの製造方法を提供する。
【解決手段】誘電体被膜が形成された陽極箔１１及び陽極箔１１に対向する対向陰極箔１２がセパレータ１３を介して巻回されたコンデンサ素子１０を導電性ポリマーが分散された分散液に浸漬し、陽極箔１１及び対向陰極箔１２の一方または両方に電圧を印加して導電性ポリマーを電気泳動により析出して導電性ポリマー層を形成する導電性ポリマー層形成工程を備えた。
【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、特に導電性ポリマー層を有する巻回型の電解コンデンサの製造方法に関する。

導電性ポリマー層を有する従来の電解コンデンサは特許文献１に開示されている。この電解コンデンサは電極箔を巻回したコンデンサ素子を密封されたケース内に配した巻回型に構成される。コンデンサ素子は陽極箔及び陽極箔に対向する対向陰極箔がセパレータを介して巻回される。陽極箔の表面には誘電体被膜が形成されている。

陽極箔及び対向陰極箔が巻回されたコンデンサ素子は分散体含浸工程で導電性ポリマーが分散された分散液に浸漬される。分散液はポリピロール等の導電性ポリマーの粒子を水等の媒質中に分散して形成される。これにより、コンデンサ素子の陽極箔及び対向陰極箔の表面に導電性ポリマー及び媒質が付着する。

次に、コンデンサ素子が分散液から取り出され、乾燥工程で例えば、８０℃〜３００℃に昇温してコンデンサ素子の乾燥が行われる。これにより、媒質が蒸発し、陽極箔及び対向陰極箔の表面に導電性ポリマー層が形成される。

次に、導電性ポリマー層が形成されたコンデンサ素子は電解液含浸工程で電解液に浸漬され、導電性ポリマー層の隙間に電解液が含浸される。これにより、導電性ポリマー層が形成されていない領域が電解液により覆われる。また、誘電体被膜の欠陥部分に電解液が入り込み、誘電体被膜の欠陥部の修復性を向上させることができる。

次に、コンデンサ素子をケースに収納して密封し、エージング処理を行って電解コンデンサが完成する。

特開２００８−１０６５７号公報（第４頁−第１３頁、第１図）

しかしながら、上記従来の電解コンデンサによると、導電性ポリマーが分散した分散液にコンデンサ素子を浸漬した後に乾燥して陽極箔及び対向陰極箔の表面に導電性ポリマー層が形成される。このため、導電性ポリマーの粒子が陽極箔及び対向陰極箔の表面上に不均一に付着する。これにより、導電性ポリマー層の被覆率が小さく、電解コンデンサのＥＳＲ（等価直列抵抗）が高くなる問題があった。分散体含浸工程及び乾燥工程を複数回繰り返すことによって導電性ポリマー層の被覆率を向上させることも可能であるが、製造工数が大きくなる問題がある。

本発明は、製造工数が小さく、ＥＳＲを低くできる電解コンデンサの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、誘電体被膜が形成された陽極箔及び前記陽極箔に対向する対向陰極箔がセパレータを介して巻回されたコンデンサ素子を導電性ポリマーが分散された分散液に浸漬し、前記陽極箔及び前記対向陰極箔の一方または両方に電圧を印加して前記導電性ポリマーを電気泳動により析出して導電性ポリマー層を形成する導電性ポリマー層形成工程を備えたことを特徴としている。

この構成によると、コンデンサ素子は陽極箔及び対向陰極箔がセパレータを介して巻回して形成される。陽極箔には誘電体被膜が形成されている。導電性ポリマー層形成工程でコンデンサ素子は導電性ポリマーが分散された分散液に浸漬される。そして、陽極箔及び対向陰極箔の一方または両方に電圧が印加される。これにより、電気泳動によって電圧を印加した陽極箔または対向陰極箔の表面に導電性ポリマーが析出して導電性ポリマー層が形成される。

また本発明は、上記構成の電解コンデンサの製造方法において、前記導電性ポリマー層形成工程において、前記陽極箔及び前記対向陰極箔に同じ極性の電圧を印加したことを特徴としている。この構成によると、陽極箔及び対向陰極箔に導電性ポリマーの粒子と反対の極性の電圧が印加され、導電性ポリマーが析出する。

また本発明は、上記構成の電解コンデンサの製造方法において、前記導電性ポリマーがポリピロール、ポリチオフェンまたはこれらの誘導体から成ることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の電解コンデンサの製造方法において、前記導電性ポリマー層の隙間に電解液を含浸する電解液含浸工程を備えたことを特徴としている。この構成によると、導電性ポリマー層が形成されたコンデンサ素子は電解液含浸工程で電解液に浸漬され、導電性ポリマー層の隙間に電解液が含浸される。

本発明によると、導電性ポリマー層形成工程でコンデンサ素子を導電性ポリマーが分散された分散液に浸漬し、陽極箔または対向陰極箔に電圧を印加して導電性ポリマーを電気泳動により析出して導電性ポリマー層が形成される。これにより、容易に陽極箔または対向陰極箔の表面に均一に導電性ポリマー層を形成することができる。従って、電解コンデンサの製造工数を大きくすることなく、ＥＳＲを低くすることができる。

本発明の実施形態の電解コンデンサを示す側面断面図 本発明の実施形態の電解コンデンサのコンデンサ素子を示す分解斜視図 本発明の実施形態の電解コンデンサの製造工程を示す工程図

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は一実施形態の電解コンデンサを示す側面断面図である。電解コンデンサ１はコンデンサ素子１０がアルミニウム製のケース２に収納され、ケース２の開口部にゴムパッキン３を配して封止される。

図２はコンデンサ素子１０の分解斜視図を示している。コンデンサ素子１０は陽極箔１１及び対向陰極箔１２を電解紙等のセパレータ１３を介して巻回して形成される。陽極箔１１または対向陰極箔１２の終端は巻き止めテープ１４によって固定される。陽極箔１１はアルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン等の弁作用金属から成り、表面に誘電体皮膜が形成される。対向陰極箔１２はセパレータ１３を介して陽極箔１１に対向し、アルミニウム等により形成される。

また、陽極箔１１の誘電体皮膜の表面及び対向陰極箔１２の表面には導電性ポリマー層が形成され、導電性ポリマー層の隙間に電解液が含浸される。導電性ポリマー層を形成する導電性ポリマーは例えば、ポリピロール、ポリチオフェンまたはこれらの誘導体等が用いられる。

陽極箔１１及び対向陰極箔１２にはそれぞれリードタブ２１ａ、２２ａを介してリード線２１、２２が取り付けられている。リード線２１、２２によって陽極端子及び陰極端子が形成される。

図３は電解コンデンサ１の製造工程を示す工程図である。陽極化成工程ではアルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン等の弁作用金属から成る陽極箔１１の表面がエッチング処理により粗面化される。エッチング処理を施した陽極箔１１は化成液中で陽極酸化され、表面に酸化膜から成る誘電体皮膜が形成される。

次に、端子形成工程では陽極箔１１及び対向陰極箔１２の一端にリード線２１、２２のリードタブ２１ａ、２２ａがカシメによって接合される。次に、巻回工程では陽極箔１１及び対向陰極箔１２がセパレータ１３を介して巻回され、終端が巻き止めテープ４によって固定される。これにより、コンデンサ素子１０の素体が形成される。次に、素子化成工程ではコンデンサ素子１０を化成液中に浸漬して陽極酸化する。これにより、巻回工程等で欠損した誘電体皮膜が修復される。

次に、導電性ポリマー層形成工程では、コンデンサ素子１０を導電性ポリマーの粒子が分散された分散液に浸漬する。そして、陽極箔１１及び対向陰極箔１２に電圧を印加して導電性ポリマーを電気泳動により析出し、表面に導電性ポリマー層を形成する。

分散液は例えば、ポリピロール、ポリチオフェンまたはこれらの誘導体から成る導電性ポリマーの粒子を有機溶媒や無機溶媒から成る媒質に混合して形成される。媒質は導電性ポリマーを溶解しないことが望ましく、取り扱い性や導電性ポリマーの分散性等を考慮して水を用いるとより望ましい。

また、ポリピロール及びポリチオフェンは水を含む殆どの媒質に対して不溶性であるため、導電性ポリマーとしてポリピロールまたはポリチオフェンを用いると望ましい。導電性ポリマーの粒子径は特に制限されるものではないが、誘電体皮膜の欠陥部に入り込まない程度の粒子径とすると短絡を防止できるのでより望ましい。尚、分散液に分散剤や帯電補助剤を添加してもよい。

導電性ポリマーの微小な粒子は正または負に帯電する。このため、陽極箔１１及び対向陰極箔１２に導電性ポリマーと逆の極性の電圧を印加すると、電気泳動により導電性ポリマーを表面に析出させることができる。尚、ポリピロール及びポリチオフェンの粒子は分散液に分散したコロイド状態で帯電し易いため、容易に析出させることができる。また、印加電圧には直流または交流が用いられる。交流の場合は正弦波交流または非正弦波交流のいずれも用いることができ、その際に直流電圧を重畳してもよい。

次に、乾燥工程でコンデンサ素子１０を例えば、８０℃〜３００℃に昇温して乾燥する。これにより、コンデンサ素子１０の内部に浸透した媒質が除去される。分散液の媒質が水の場合は乾燥温度を沸点以上の温度である１００℃〜２００℃にするとよい。

次に、電解液含浸工程ではコンデンサ素子１０を電解液中に浸漬し、導電性ポリマー層の隙間に電解液を含浸する。電解液は非水系溶媒と有機塩とを含むとより望ましい。非水系溶媒として、γブチロラクトン、スルホラン、またはこれらの混合物を用いることができる。

有機塩として有機アミン塩を用いることができ、特に、有機アミンと有機酸との塩を用いるとより望ましい。有機アミンと有機酸との塩として、ボロジサリチル酸トリエチルアミン、フタル酸エチルジメチルアミン、フタル酸モノ１，２，３，４−テトラメチルイミダゾリニウム、フタル酸モノ１，３−ジメチル−２−エチルイミダゾリニウム、またはこれらの混合物等を用いることができる。

非水系溶媒中の有機塩の濃度は特に制限されるものではなく、例えば、５〜５０重量％とすることができる。また、コンデンサ素子１０の浸漬時間はサイズに応じて異なるが、例えば、１秒〜数時間、好ましくは１秒〜５分とすることができる。また、コンデンサ素子１０の浸漬温度は特に制限されないが、例えば、０℃〜８０℃、好ましくは１０℃〜４０℃とすることができる。

次に、組立工程では、一端面を開口した有底筒状のアルミニウム製のケース２にコンデンサ素子１０が収納される。そして、ケース２の開口部にゴムパッキン３を装着し、ゴムパッキン３に対向したケース２の周面に絞り加工が施されるとともに開口部の周縁にカーリング加工が施される。これにより、コンデンサ素子１０を収納したケース２が封止される。

次に、洗浄工程ではケース２の外面に付着した電解液による汚れが洗浄される。次に、エージング工程では、リード線２１、２２間に定格電圧を印加しながら、例えば、約１２５℃で約１時間のエージング処理を行う。エージング処理によって陽極箔１１の切断面やリード線２１の接続部分等に生じる誘電体皮膜の欠陥が修復される。次に、検査工程では電解コンデンサ１の外観及び特性が検査される。これにより、電解コンデンサ１が完成する。

本実施形態によると、導電性ポリマー層形成工程でコンデンサ素子１０を導電性ポリマーが分散された分散液に浸漬し、陽極箔１１及び対向陰極箔１２に電圧を印加して電気泳動により導電性ポリマーを表面に析出して導電性ポリマー層が形成される。これにより、容易に陽極箔１１及び対向陰極箔１２の表面に均一に導電性ポリマー層を形成することができる。従って、電解コンデンサ１の製造工数を大きくすることなく、ＥＳＲを低くすることができる。

尚、導電性ポリマー層形成工程で陽極箔１１及び対向陰極箔１２の一方のみに電圧を印加し、電圧を印加した陽極箔１１または対向陰極箔１２のみに導電性ポリマー層を形成してもよい。また、電気泳動の電流や時間によってポリマーの析出量を制御することができる。この時、陽極、陰極のポリマー析出量を個々に制御することも可能である。

また、導電性ポリマー層形成工程において、陽極箔１１及び対向陰極箔１２に同じ極性の電圧を印加したので、陽極箔１１及び対向陰極箔１２に均一に導電性ポリマーを析出させることができる。

また、導電性ポリマーがポリピロール、ポリチオフェンまたはこれらの誘電体から成るので、分散液に分散したコロイド状態で帯電しやすく、導電性ポリマーを容易に析出させることができる。

また、導電性ポリマー層の隙間に電解液を含浸する電解液含浸工程を備えたので、誘電体被膜の欠陥部が修復されやすくなる。従って、漏れ電流（ＬＣ）の小さな電解コンデンサ１を得ることができる。

本実施形態において、電解液含浸工程を有した所謂ハイブリッド型の電解コンデンサについて説明しているが、電解液含浸工程のない固体電解コンデンサについても同様に導電性ポリマー層を形成することができる。

以下に本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

誘電体皮膜を有する陽極箔１１と対向陰極箔１２とからなる一対の電極箔をセパレータ１３を介して巻回し、定格３５Ｖ−１５０μＦのコンデンサ素子１０を作成した。コンデンサ素子１０の完成寸法（アルミニウム製のケース２に収納した状態での電解コンデンサの外形寸法）はφ１０ｍｍ×Ｈ１０．５ｍｍとしている。

上記のようにして作成したコンデンサ素子１０を、ポリエチレンジオキシチオフェン粒子が水に分散された分散液（濃度：１０質量％）に２５℃で浸漬する。この状態でコンデンサ素子１０の陽極のリード線２１をプラスとし、分散液の入ったステンレス容器をマイナスとして１０Ｖを１０分間印加して導電性ポリマー層を形成した。

その後、コンデンサ素子１０を分散液から取り出し、１２５℃の乾燥炉に入れてコンデンサ素子１０を乾燥させた。次に、導電性ポリマー層を形成したコンデンサ素子１０に、ボロジサリチル酸トリメチルアミンをγ―ブチロラクトンに溶解させた電解液（濃度：１５質量％）を含浸させた。

ついで、電解液を充填したコンデンサ素子１０をアルミニウム製のケース２に収納した。そして、ケース２の開口部にゴムパッキン３を装着してケース２に絞り加工及びカーリング加工を施した後、定格電圧の１．１５倍の電圧を印加しながら、約１２５℃で約１時間エージングすることにより、電解コンデンサ１を作成した。

本実施例では電解コンデンサ１を実施例１と同様に作成し、導電性ポリマー層の形成時に陰極のリード線２２をプラスとし、分散液の入ったステンレス容器をマイナスとして１０Ｖを１０分間印加した。

本実施例では電解コンデンサ１を実施例１と同様に作成し、導電性ポリマー層の形成時に陽極のリード線２１及び陰極のリード線２２の両方をプラスとし、分散液の入ったステンレス容器をマイナスとして１０Ｖを１０分間印加した。

本実施例では電解コンデンサ１を実施例１と同様に作成し、導電性ポリマー層を形成したコンデンサ素子１０に電解液を含浸する工程を省いた。

尚、上記各実施例と比較する比較例の電解コンデンサ１を以下の通りに形成した。

＜比較例１＞
電解コンデンサ１を実施例１と同様に作成し、導電性ポリマー層の形成時に陽極及び陰極のどちらにも電圧を印加しなかった。

＜比較例２＞
誘電体皮膜を有する陽極箔１１と対向陰極箔１２とからなる一対の電極箔をセパレータ１３を介して巻回し、定格３５Ｖ−１５０μＦのコンデンサ素子１０を作成した。コンデンサ素子１０の完成寸法（アルミニウム製のケース２に収納した状態での電解コンデンサの外形寸法）はφ１０ｍｍ×Ｈ１０．５ｍｍとしている。

上記のようにして作成したコンデンサ素子１０を、ポリエチレンジオキシチオフェン粒子が水に分散された分散液（濃度：１０質量％）に２５℃で１分間、８９ｋＰａの減圧下で浸漬した。これにより、分散液をコンデンサ素子１０に含浸させて導電性ポリマー層を形成した。

含浸後、コンデンサ素子１０を分散液から取り出し、１２５℃の乾燥炉に入れてコンデンサ素子１０を乾燥させた。次に、導電性ポリマー層を形成したコンデンサ素子１０に、ボロジサリチル酸トリメチルアミンをγ―ブチロラクトンに溶解させた電解液（濃度：１５質量％）を含浸させた。

ついで、電解液を充填したコンデンサ素子１０をアルミニウム製のケース２に収納した。そして、ケース２の開口部にゴムパッキン３を装着してケース２に絞り加工及びカーリング加工を施した後、定格電圧の１．１５倍の電圧を印加しながら、約１２５℃で約１時間エージングすることにより、電解コンデンサ１を作成した。

＜比較例３＞
電解コンデンサ１を比較例２と同様に作成し、導電性ポリマー層を形成したコンデンサ素子１０に電解液を含浸する工程を省いた。

上記のようにして作成した各実施例及び各比較例の電解コンデンサについて、静電容量、ＥＳＲ（等価直列抵抗）、ｔａｎδ（損失角の正接）、および漏れ電流（ＬＣ）を測定した。その結果を表１に示す。

表１に示されるように、本発明の電解コンデンサ１はＥＳＲが大幅に改善されていることが分かる。また、実施例４と比較例３の静電容量を比較すると実施例４の方が格段に大きくなっている。これは導電性ポリマーの充填量が多く、また均一であることを示している。

今回開示された実施形態及び実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、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内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明によると、導電性ポリマー層を有する巻回型の電解コンデンサに利用することができる。

１ 電解コンデンサ
２ ケース
３ ゴムパッキン
１０ コンデンサ素子
１１ 陽極箔
１２ 対向陰極箔
１３ セパレータ
１４ 巻き止めテープ
２１、２２ リード線
２１ａ、２２ａ リードタブ

Claims (4)

1. 誘電体被膜が形成された陽極箔及び前記陽極箔に対向する対向陰極箔がセパレータを介して巻回されたコンデンサ素子を導電性ポリマーが分散された分散液に浸漬し、前記陽極箔及び前記対向陰極箔の一方または両方に電圧を印加して前記導電性ポリマーを電気泳動により析出して導電性ポリマー層を形成する導電性ポリマー層形成工程を備えたことを特徴とする電解コンデンサの製造方法。
2. 前記導電性ポリマー層形成工程において、前記陽極箔及び前記対向陰極箔に同じ極性の電圧を印加したことを特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサの製造方法。
3. 前記導電性ポリマー層形成工程において、前記導電性ポリマーがポリピロール、ポリチオフェンまたはこれらの誘導体から成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電解コンデンサの製造方法。
4. 前記導電性ポリマー層の隙間に電解液を含浸する電解液含浸工程を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電解コンデンサの製造方法。

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