JP2016192505A - 湿式電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】支持体の表面に設けた金属粉体を焼結した板状の陽極と、箔状の陰極とがセパレータを介して積層されケース内に収納される湿式電解コンデンサにあって、厚さの薄いコンデンサでも、外力で変形しにくい湿式電解コンデンサを得ることを目的としている。【解決手段】一枚の箔状の陰極で、板状の陽極の一方の表面から反対側の表面まで囲むように内側に折り込まれている湿式電解コンデンサ。【選択図】図１

Description

本発明は、湿式電解コンデンサに関するものである。

従来、湿式電解コンデンサは、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化成による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積層または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。
ただし、このエッチング方式では、エッチング液が金属箔内部まで作用するのが容易ではなく、厚くとも１２０μｍ程度の電極厚さとなっている。

特許文献１には、弁作用金属の粉体と有機バインダと溶剤とを混合してペーストとし、弁作用金属箔の表面に塗布後、有機バインダと溶剤を除去し、次に焼結させることにより、陽極の焼結層の厚さを特に制限なく得ることができることが記載されている。

特開２０１１−２０４７２８号公報

ところで、特許文献１の湿式電解コンデンサの電極のように、弁作用金属箔の表面に、弁作用金属の粉体を焼結させる陽極構成の場合、焼結層の厚さを厚くできるため、電極の複数組みを積層しなくともある程度の容量を得ることができ、厚さの薄いコンデンサを提供することが可能となる。しかし、厚さの薄いコンデンサは、外力で変形しやすく、変形すると、陽極の酸化皮膜が破損しやすくなる。

本発明は、上記実情に鑑み、厚さの薄いコンデンサでも、外力で変形しにくい湿式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）箔状の陰極と、金属粉体の焼結体を主体とした板状の陽極とがセパレータを介して積層され、ケース内に収納される湿式電解コンデンサであって、一枚の箔状の陰極で、板状の陽極の一方の表面から反対側の表面までを囲むように内側に折り込まれていることを特徴とする湿式電解コンデンサ。
（２）前記板状の陽極が長方形状であり、前記長方形状の板状の陽極の少なくとも長辺のところで、前記箔状の陰極が内側に折り込まれていることを特徴とする（１）に記載の湿式電解コンデンサ。
（３）前記陽極が、金属粉体の焼結体が積層されていない中央部分で、コの字状に折り曲がっていることを特徴とする（１）に記載の湿式電解コンデンサ。
（４）前記箔状の陰極には、珪素が５００〜５００００質量ｐｐｍ添加されていることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の湿式電解コンデンサ。
（５）一枚の箔状の陰極で、板状の陽極の一方の表面から反対側の表面までを囲むように、コの字状に内側に折り込まれていることを特徴とする（１）に記載の湿式電解コンデンサ。

本発明によれば、金属粉体の焼結体を主体とした板状の陽極と、箔状の陰極とがセパレータを介して積層され容器内に収納される湿式電解コンデンサにあって、一枚の箔状の陰極が、板状の陽極の一方の表面から反対側の表面までを囲むように内側に折り込まれているので、厚さの薄いコンデンサでも、外力で変形しにくい湿式電解コンデンサを得ることができる。

本発明の湿式電解コンデンサの一実施形態を示す模式断面図である。 本発明の湿式電解コンデンサに用いる箔状の陰極を示す模式斜視図である。 本発明の湿式電解コンデンサに用いる別の箔状の陰極を示す模式斜視図である。 本発明の湿式電解コンデンサの他の実施形態を示す模式断面図である。

本実施形態に述べる箔状の陰極としては、陰極に使用される弁作用金属の箔であり、表面をエッチング処理し、化成による酸化膜を形成しないものか、あるいは低圧化成による酸化膜を形成したものを用いることができる。弁作用金属としては例えば、タンタル、ニオブ、またはアルミニウムが挙げられる。純度は、９９．４質量％以上で、例えば、珪素、鉄、銅、マグネシウム、マンガン、チタン、クロム、亜鉛、ガリウム、バナジウム、ニッケル及びホウ素の少なくとも１種の合金元素を、箔強度またはエッチング性の必要範囲内において添加した合金あるいは上記の不可避的不純物元素の含有量を限定したものも含まれる。厚さは、特に限定されないが、２０μｍから１５０μｍ程度であることが好ましい。２０μｍより薄いと箔強度が得にくい。また１５０μｍより厚いと、曲げ変形しにくく、コンデンサ自体の厚さが増加することになる。また、珪素等の添加は、箔強度を増加させるため、その点で５００〜５００００質量ｐｐｍ程度添加することが好ましい。
また、容量を増加させるために、箔表面に蒸着法等により、チタン等を設けてもよい。
また、箔状の陰極には、外部に引き出される引き出しリードとそれに続く外部端子を設ける。特に、厚さの薄いコンデンサの場合には、箔状の陰極の端部から一体に突設させてもよい。

本実施形態に述べる板状の陽極は、陽極に使用される弁作用金属粉体の焼結体を主体とした板であり、引き出しリードとして支持箔を使用し、その支持箔の表面に弁作用金属粉体の焼結体を設ける場合と、短冊、棒、または網などの形状での引き出しリードが、弁作用金属粉体の焼結体に一部を残して埋まっているか、または溶接されている場合等がある。外部との接続には、引き出しリードをそのまま使用するか、引き出しリードの先に外部端子を設ける。
弁作用金属粉体の焼結体を支持箔の表面に設ける場合には、弁作用金属粉体と有機バインダと溶剤とを混合してペーストとし、弁作用金属箔の表面に塗布後、有機バインダと溶剤を除去し、次に焼結させる。
引き出しリードを弁作用金属の焼結体に一部を残して埋設させる場合には、例えば、弁作用金属の粉体と有機バインダを混合し、型等に引き出しリードとともに押し込んで成形し、有機バインダを除去し、次に焼結させる。
引き出しリードを弁作用金属の焼結体に溶接させる場合には、例えば、型等に押し込んで成形し、有機バインダを除去し、次に焼結させ、その後で、得られた板状の焼結体に引き出しリードを溶接する。

焼結体の板の厚さは、特に限定されないが、１００μｍから１０００μｍ程度であることが好ましい。１００μｍより薄いとコンデンサの容量密度が低くなりやすい。１０００μｍより厚いと、有機バインダや溶剤などの有機物が加熱除去しにくくなる。

金属粉体としては例えば、タンタル、ニオブ、アルミニウム等の弁作用を有する金属の少なくとも１種が挙げられる。純度は、９９．８質量％以上で、例えば、珪素、鉄、銅、マグネシウム、マンガン、チタン、クロム、亜鉛、ガリウム、バナジウム、ニッケル及びホウ素の少なくとも１種の合金元素を必要範囲内において添加した合金あるいは上記の不可避的不純物元素の含有量を限定したものも含まれる。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、繊維状等のいずれのものも使用できる。金属粉体の平均粒径は、２μｍから５μｍ程度で、粒径が大きいほど、陽極酸化により表面に設ける酸化皮膜を厚くできるため高耐電圧対応とすることができるが、大きすぎると比表面積が小さくなり高い電気容量を得にくくなる。

有機バインダとしては例えば、弁作用金属粉末に添加し、空孔のある焼結体を得るための有機物で、球状、不定形状、繊維状等のいずれも使用できる。例えば、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、樟脳が挙げられ、これらの有機物は単独、あるいは、２種以上混合して利用することができる。これらの有機バインダの平均粒径は、一般に１μｍ以上３０μｍ以下程度となるが、これらに限定されるものではない。

溶剤は、例えば、沸点が８０℃以上２００℃以下である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等が挙げられる。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などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの溶剤は、単独または２種類以上混合して用いてもよい。

上述の金属粉体と有機バインダや溶剤等の有機物は、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、超音波分散機などが使用できる。
このようにして作製された混練体は、種々の塗布方法により支持体に塗布され、塗布物を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。

本実施形態に述べるケースは、電解液を含浸したコンデンサ素子を収納し密封したもので、端部に外部端子を設けた構造になっている。開放端のある容器のほか、厚さの薄いコンデンサの場合には特に袋状にしたラミネートシートが使用できる。開放端のある容器には、開放端部に外部端子を設けた蓋を設ける。また、ラミネートシートの袋においても外部端子を固定する蓋状の固定材があったほうが、密封性が向上する。

本実施形態に述べるセパレータは、通常の湿式電解コンデンサの場合と同様に短絡防止と電解液の保持のためのもので、電解紙または不織布等が使用できるが、厚さの薄いコンデンサの場合には特に、外部からの変形に対して板状の陽極を守る緩衝材としても作用するものである。そのため、密度が低くても反発力または復帰力の大きなものが好ましい。

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、本発明の湿式電解コンデンサの一実施形態を示す模式断面図である。図１に示す湿式電解コンデンサは、セパレータ１を介して箔状の陰極２が板状の陽極３を取り囲むコンデンサ素子構造になっている。箔状の陰極２は、板状の陽極３の一方の表面から反対側の表面までを囲むように内側に折り込まれている。また、箔状の陰極２から引き出しリードが一体で引き出されている。板状の陽極３には、引き出しリードとして、支持箔３１を使用し、その支持箔３１の表面に弁作用金属粉体の焼結体３２を設けている。また、このコンデンサ素子構造のケース４には、端部に外部端子５を設けた構造になっていて、袋状にしたラミネートシートを使用した例を示していて、外部端子５を固定する蓋状の固定材６を設け密封性を向上させている。

図２は、本実施形態の湿式電解コンデンサに用いる箔状の陰極を示す模式斜視図である。
板状の陽極３が長方形状の場合であって、長方形状の板状の陽極３の長辺のところで、箔状の陰極２を内側に折り込んでいることを示している。折り込みは、板状の陽極３の厚さに合わせて、厚さ部分に相当する端部を設けるように、９０度で２箇所折り込むと、長方形の長辺方向の曲げに対して強くなり好ましい。

図３は、本実施形態の湿式電解コンデンサに用いる別の箔状の陰極を示す模式斜視図である。
板状の陽極３が長方形状の場合であって、長方形状の板状の陽極３の長辺及び短辺のところで、箔状の陰極２が内側に折り込まれていることを示している。折り込みは、一度に１８０度ではなく、９０度で２回折り込むと、長方形の長辺方向の曲げに対して強くなり好ましい。

図４は、本発明の湿式電解コンデンサの別の実施形態を示す模式断面図である。
板状の陽極が、金属粉体の焼結体が積層されていない中央部分で、コの字状に折り曲がった構造となっている。
この構造は折り曲げるだけで簡便に２層構造とすることができ、２倍の静電容量を持つ湿式電解コンデンサを得る事ができるため好ましい。
また、このコの字状に折り曲げた２層構造を多層積層することで、静電容量をさらに増やすことも容易にできる。

１…セパレータ、２…陰極、３…陽極、３１…支持箔、３２…焼結体、４…ケース、５…外部端子、６…固定材。

Claims (5)

1. 箔状の陰極と、金属粉体の焼結体を主体とした板状の陽極とがセパレータを介して積層され、ケース内に収納される湿式電解コンデンサであって、一枚の箔状の陰極で、板状の陽極の一方の表面から反対側の表面までを囲むように内側に折り込まれていることを特徴とする湿式電解コンデンサ。
2. 前記板状の陽極が長方形状であり、前記長方形状の板状の陽極の少なくとも長辺のところで、前記箔状の陰極が内側に折り込まれていることを特徴とする請求項１に記載の湿式電解コンデンサ。
3. 前記陽極が、金属粉体の焼結体が積層されていない中央部分で、コの字状に折り曲がっていることを特徴とする請求項１に記載の湿式電解コンデンサ。
4. 前記箔状の陰極には、珪素が５００〜５００００質量ｐｐｍ添加されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の湿式電解コンデンサ。
5. 一枚の箔状の陰極で、板状の陽極の一方の表面から反対側の表面までを囲むように、コの字状に内側に折り込まれていることを特徴とする請求項１に記載の湿式電解コンデンサ。

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