JP2013074092A

JP2013074092A - 電解コンデンサ

Info

Publication number: JP2013074092A
Application number: JP2011211904A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Iida; 和幸飯田
Original assignee: Hitachi AIC Inc
Current assignee: Lincstech Circuit Co Ltd
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-04-22

Abstract

【課題】陽極と陰極とをセパレータを介して積層しコンデンサ素子とする場合、巻き回してコンデンサ素子とする場合よりも位置合わせが煩雑になりやすく、そのため、製造の自動化も困難になりやすい。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、陽極と陰極とをセパレータを介して積層しコンデンサ素子とする場合であっても、位置合わせが容易で、そのため、製造の自動化も容易な構成の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、中央に貫通穴を有する円盤状の、陽極とセパレータと陰極との複数組の積層体と、それらの前記貫通穴を貫く貫通棒と、前記陰極には外周から延設され積層方向に整列した延設片と、前記セパレータには、外周から延設され積層方向に整列した延設片とまたは積層方向に整列した切り欠き部分と、前記陰極の前記延設片と接続する陰極引き出し端子と、前記陽極の外周と接続する陽極引き出し端子と、を有する電解コンデンサを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解コンデンサに関するものである。

従来、電解コンデンサは、アルミニウムなどの箔を陽極と陰極とし、セパレータを介して積層または巻回してコンデンサ素子として、電解液とともに封口板付きケースに収納していた。この電解コンデンサ用の電極、特に陽極には、単位面積当たりの静電容量を高めるため、電気化学的または化学的にエッチング処理することにより、エッチングピットを形成し、そのエッチング箔の表面に、化成により酸化皮膜を設けている。
また、エッチング箔のエッチングピットの深さの限界や、エッチング処理を省けるメリットから、特許文献１のように、支持箔表面に電極用の粉末焼結体を設けるタイプの陽極の提案が盛んになってきている。

ところで、上記のような粉末焼結体タイプの陽極は、エッチング箔タイプの陽極よりも厚膜に成形することができる反面、もろいシートになりやすく、これを使用して巻き回してコンデンサ素子を作成するのは困難となる。そのため、平らに積層する積層形のコンデンサ素子の陽極として使用されている。

特開２００８−９８２７９号公報

しかしながら、陽極と陰極とをセパレータを介して多層積層しコンデンサ素子とする場合、巻き回してコンデンサ素子とする場合よりも積層間の位置合わせが煩雑になりやすく、そのため、製造の自動化も困難になりやすい。

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、陽極と陰極とをセパレータを介して多層積層しコンデンサ素子とする場合であっても、積層間の位置合わせが容易で、そのため、製造の自動化も容易な構成の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、下記の電解コンデンサを提供するものである。
（１）中央に貫通穴を有する円盤状の、陽極とセパレータと陰極との複数組の積層体と、それらの前記貫通穴を貫く貫通棒と、前記陰極には外周から延設され積層方向に整列した延設片と、前記セパレータには、外周から延設され積層方向に整列した延設片とまたは積層方向に整列した切り欠き部分と、前記陰極の前記延設片と接続する陰極引き出し端子と、前記陽極の外周と接続する陽極引き出し端子と、を有する電解コンデンサ。
（２）陽極はその直径がセパレータまたは陰極の直径より小さく、陽極引き出し端子と接続する前記陽極の外周部分が積層体から露出するように、前記セパレータまたは前記陰極には、切り欠き部を設ける（１）記載の電解コンデンサ。
（３）セパレータの延設片と、陰極の延設片とは同位置に整列している（１）または（２）記載の電解コンデンサ。

本発明は、陽極と陰極とをセパレータを介して積層しコンデンサ素子とする場合であっても、位置合わせが容易で、そのため、製造の自動化も容易な構成の電解コンデンサを得ることができる。

本発明の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用の電極とセパレータとを示している。本発明の電解コンデンサ用の電極とセパレータと引き出し端子を示している。本発明の電解コンデンサの電極とセパレータの積層方法を示している。

本発明に述べる陽極は、中央に貫通穴を有する円盤状のプラス側の電極で、エッチング金属箔、支持箔表面に粉末焼結体の層を設けた粉末焼結積層体シート、または支持箔のない粉末焼結体シートなどからなる。いずれも表面には耐圧性の酸化皮膜を設ける。エッチング金属箔のエッチングピットの深さの限界や、エッチング処理を省けるメリットから、粉末焼結積層体シートまたは粉末焼結体シートが好ましい。陽極の厚さは特に限定はなく、エッチング金属箔で１００μｍ前後、粉末焼結積層体シート、または粉末焼結体シートの場合は２００μｍから２０００μｍ程度となる。
粉末焼結積層体シートにおける支持箔は、特に限定されないが、アルミニウム、タンタルなどの弁作用金属箔が使用できる。加工が容易な点でアルミニウム箔が好ましい。また、支持箔の純度は、９９．５質量％以上が好ましい。支持箔の厚みは、特に限定されないが、５μｍ以上１００μｍ以下、特に、１０μｍ以上６０μｍ以下の範囲内とするのが好ましい。また、支持箔の表面は、粗面化しても良い。粗面化方法は、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。
粉末焼結体は、純度９９．８質量％以上のアルミニウム、タンタルなどの弁作用金属のうち少なくとも１種から構成され、粒子どうしが互いに空孔を維持しながら焼結したもので、この場合の空孔率は、通常３０％以上７０％以内の範囲内で、所望の静電容量等に応じて適宜設定することができる。また、空孔率は、例えば出発材料の弁作用金属又は弁作用金属合金の粉末の粒径、添加するバインダ等により制御することができる。
粉末焼結体は、弁作用金属粉末、必要に応じてバインダ、溶剤、焼結助剤、界面活性剤等が含まれる分散体を焼結することにより得られる。
弁作用金属粉末の形状は、特に限定されず、球状、不定形状、鱗片状、繊維状等のいずれも使用できる。粉末の平均粒径は、０．１μｍ以上３０μｍ以下、特に１μｍ以上２０μｍが好ましい。平均粒径が０．１μｍより小さいと、所望の耐電圧が得られないおそれがある。また、３０μｍより大きいと、所望の静電容量が得られない場合がある。
バインダは、たとえばポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ブチラール樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、尿素樹脂、酢酸ビニルエマルジョン、ポリウレタン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、ニトロセルロース樹脂、樟脳などがあげられ、これらは単独、あるいは、上記の樹脂を２種以上混合して利用することができる。
溶剤は、沸点が８０℃以上２００℃以下のものが好ましく使用できる。具体的な溶剤としてはシクロヘキサノン、メチルセルソルブ、アニソール、キシレン、ベンジルアルコール、ジエチレングリコールなどがあげられる。この他、水、あるいはメタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、セルソルブ類、アセトン、メチルエチルケトン、イソホロン等のケトン類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド類、酢酸エチル等のエステル類、ジオキサン等のエーテル類、塩化メチル等の塩素系溶媒、トルエン等の芳香族系炭化水素類等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの溶剤は、単独又は２種類以上混合して用いても良い。
上述の分散体は、各種の混練・分散機を用いて分散することができる。混練・分散にあたっては、攪拌機、二本ロール、三本ロール等のロール型混練機、縦型ニーダー、加圧ニーダー、プラネタリーミキサー等の羽根型混練機、ボール型回転ミル、サンドミル、アトライター等の分散機、超音波分散機、ナノマイザー等が使用できる。
このようにして作製された粉末分散体は、種々の塗布方法により塗布物として形成することができる。例えば、公知のロール塗布方法等により支持箔上に塗布物を形成することができる。また、塗布物の乾燥後、単位体積当たりの金属粉末の密度を上げるためにまた膜厚を平均化するために、プレスあるいはカレンダー処理をしてもよい。

本発明に述べる陰極は、中央に貫通穴を有する円盤状のマイナス側の電極で、陰極引き出し端子との接続のために、その円盤状の外周から延設した延設片を有する。陰極箔の材質としては、アルミニウム、タンタルなどの弁作用金属箔が使用できる。加工が容易な点でアルミニウム箔が好ましい。また、陰極箔の純度は、９９．５質量％以上が好ましい。
陰極箔の厚みは、特に限定されないが、５μｍ以上１００μｍ以下、特に、３０μｍ以上６０μｍ以下の範囲内とするのが好ましい。また、陰極箔の表面は、通常粗面化する。粗面化方法は、特に限定されず、エッチング等の公知の技術を用いることができる。

本発明に述べるセパレータは、中央に貫通穴を有する円盤状で、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、通常の電解コンデンサ用のセパレータが使用できる。たとえば、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が使用できる。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、一枚のなかで相対的に繊維が密な高密度な層と、相対的に繊維が粗な低密度な層の複層紙などであってもよい。

本発明に述べる貫通棒は、中央に貫通穴を有する円盤状の、陽極とセパレータと陰極との円柱状の多層積層したコンデンサ素子のそれらの貫通穴を貫通した円柱の棒状体で、軸が直線で変形しないこと、表面が絶縁体であることが好ましい。また中空のパイプでもよい。

本発明に述べる引き出し端子は、それぞれの陽極の外周側またはそれぞれの陰極の外周側と接続して外部に引き出す端子で、金属線または金属箔が使用できる。陽陰極との接続はレーザー等の溶接が好ましく使用できる。また、陰極との接続はその外周から延設した延設片と接続する。

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、本発明の電解コンデンサの断面図を示している。
有底で上端が開放した筒状のケース１内にコンデンサ素子を収納し、封口体２でケース１の上端を封口している。コンデンサ素子は、ケース１底のほうから、陰極３、セパレータ４、陽極５、セパレータ４、の順に重ね、以下この順序で複数組積層する。セパレータ４、陰極３、または陽極５は、中央に貫通穴６を有する円盤状で、貫通棒７によりそれらの貫通穴６を貫いている。その積層体は両端に設けた押さえ板８により押さえている。また、図１では向かって左側で、積層体から左側にはみ出した各陰極３の延設片と陰極引き出し端子９とが溶接等により接続され、封口体２に設けた外部端子１０に接続されている。また、図１では向かって右側で、各陽極５の外周と陽極引き出し端子１１とが溶接等により接続され、封口体２に設けたもう一方の外部端子１０に接続されている。貫通棒７の端部がケース１底と封口体２とに差し込まれて、貫通棒７が固定されている。

図２は、本発明の電解コンデンサ用の電極とセパレータとを示している。
図２（ａ）は、陽極５を、図２（ｂ）は、セパレータ４を、図２（ｃ）は、陰極３を示している。
図３は、本発明の電解コンデンサ用の電極とセパレータと引き出し端子を示している。
図３（ａ）は、図２の陰極３の上にセパレータ４その上に陽極５を積層した積層体を陽極５側から見た図を、図３（ｂ）は、その積層体を陰極３側から見た図を示している。
いずれも、中央に貫通穴６を有する円盤状で、貫通穴６の直径は、陽極５では貫通棒７より０．１ｍｍから２ｍｍ程度若干大きくし、セパレータ４では、積層作業性の点では貫通棒７より若干大きくてもよいが、逆に貫通棒７より０．１ｍｍから２ｍｍ程度若干小さくするのが好ましい。また、陰極３ではショートしない程度に貫通棒７より０．５ｍｍから５ｍｍ程度大きくするのが好ましい。セパレータ４の直径を、貫通棒７の直径より若干小さくすることにより、極間ショートとなりうる空間をなくするとともに、貫通棒７側のセパレータ４部分が貫通棒７にそってせり上がった場合、その表面に積層された陽極５または陰極３の貫通穴６の側面と貫通棒７との直接の接触を回避し、電極表面の接触破損を低減することができる。
また、陽極５の外径を、セパレータ４や陰極３の外径より小さくした場合には特に、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すように、セパレータ４や陰極３に切り欠き部分１２を設け、図３に示すように、切り欠き部分１２から積層体の陽極５の一部を露出させると、陽極５と陽極引き出し端子９との溶接等の接続が容易となる。また、セパレータ４と陰極３とにそれぞれその外周部分から一体に延設した延設片１３を設け、延設片１３を整列させることにより、前記の切り欠き部分１２を整列させることにもなり、引き出し端子との溶接等の接続が容易となる。

図４は、本発明の電解コンデンサの電極とセパレータの積層方法を示している。
図４（ａ）と図４（ｂ）とは、陰極３の上にセパレータ４その上に陽極５を積層した積層体を陽極５側から見た図で、図４（ｃ）は、その積層体を陰極３側から見た図を示している。ここでは、陰極３とセパレータ４の外径は同じで、陽極の外径がそれらより一回小さい場合を示している。
図４（ａ）では、セパレータ４と陽極５との中央に設けた貫通穴６を貫通棒７に貫通させて、電解コンデンサとしての高さ軸方向の位置を確定し、陰極３とセパレータ４とに設けた延設片１３を延設片ガイド１４にそって積層させることにより陰極３とセパレータ４との軸回転を固定することができることを示している。場合によっては、延設片ガイド１４は、陰極３とセパレータ４と別々に設けてもよい。
図４（ｂ）では、セパレータ４に延設片１３を延設させなくとも、セパレータ４に設けた切り欠き部分１２を、切り欠き部分ガイド１５に沿わせて積層させることにより、セパレータ４の軸回転を固定することができることを示している。
図４（ｃ）では、陰極３の外周側に素子外周ガイド１６を設けることにより、陰極３の高さ軸方向の位置を確定することができることを示している。
いずれのガイドも、積層と引き出し端子の接続後、コンデンサ素子をケース１内に収納前に取り払うが、収納に問題がなければそのままガイドもケース１内に収納してもよい。

１…ケース、２…封口体、３…陰極、４…セパレータ、５…陽極、６…貫通穴、７…貫通棒、８…押さえ板、９…陽極引き出し端子、１０…外部端子、１１…陽極引き出し端子、１２…切り欠き部分、１３…延設片、１４…延設片ガイド、１５…切り欠き部分ガイド、１６…素子外周ガイド

Claims

中央に貫通穴を有する円盤状の、陽極とセパレータと陰極との複数組の積層体と、それらの前記貫通穴を貫く貫通棒と、前記陰極には外周から延設され積層方向に整列した延設片と、前記セパレータには、外周から延設され積層方向に整列した延設片とまたは積層方向に整列した切り欠き部分と、前記陰極の前記延設片と接続する陰極引き出し端子と、前記陽極の外周と接続する陽極引き出し端子と、を有する電解コンデンサ。
陽極はその直径がセパレータまたは陰極の直径より小さく、陽極引き出し端子と接続する前記陽極の外周部分が積層体から露出するように、前記セパレータまたは前記陰極には、切り欠き部を設ける請求項１の電解コンデンサ。
セパレータの延設片と、陰極の延設片とは同位置に整列している請求項１または２の電解コンデンサ。