JP2018117093A - アルミニウム電解コンデンサ用セパレータ及びアルミニウム電解コンデンサ - Google Patents
アルミニウム電解コンデンサ用セパレータ及びアルミニウム電解コンデンサ Download PDFInfo
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Abstract
【課題】耐ショート性とインピーダンス特性とがともに良好なアルミニウム電解コンデンサ用セパレータを提供する。
【解決手段】アルミニウム電解コンデンサの陽極と陰極との間に介在し、植物繊維で構成され、絶縁破壊の強さが２０ｋＶ／ｍｍ以上である層を、少なくとも１層有するアルミニウム電解コンデンサ用セパレータを構成する。
【選択図】なし
【解決手段】アルミニウム電解コンデンサの陽極と陰極との間に介在し、植物繊維で構成され、絶縁破壊の強さが２０ｋＶ／ｍｍ以上である層を、少なくとも１層有するアルミニウム電解コンデンサ用セパレータを構成する。
【選択図】なし
Description
本発明は、アルミニウム電解コンデンサに用いて好適なアルミニウム電解コンデンサ用セパレータ、及び、このアルミニウム電解コンデンサ用セパレータを用いたアルミニウム電解コンデンサに関する。
一般に、アルミニウム電解コンデンサは、陽極アルミ箔と陰極アルミ箔との間に、セパレータとして電解紙を介在させて、コンデンサ素子を作製し、このコンデンサ素子に電解液を含浸させて、封口することによって、作製されている。
アルミニウム電解コンデンサにおいて、セパレータの主な役割は、両電極の隔離と電解液の保持である。両電極を隔離するために、セパレータは低抵抗でありながらも、高い遮蔽性を有することが求められる。さらに、セパレータの素材には、電気絶縁性が要求され、また様々な種類の電解液の保持のために、親水性、親油性が要求される。従って、これらの特性を併せ持つ、セルロースを原料としたセパレータが使用されている。
アルミニウム電解コンデンサ用セパレータには、木材や非木材などからサルフェート（クラフト）法、サルファイト法あるいはアルカリ法によって蒸解し抽出された植物繊維である製紙用化学パルプが用いられる。
アルミニウム電解コンデンサは、他のコンデンサと比較して、小形で高容量な上に安価であることが特徴であるが、更なる高容量化や低インピーダンス化を常に求められてきた。また、デジタル家電や電源の小型化を背景に、アルミニウム電解コンデンサの小型化の市場要求が高まっている。加えて近年では、低コスト化のための部材量削減を目的とした、アルミニウム電解コンデンサの小型化の要求も強くなってきている。アルミニウム電解コンデンサを小形化するためには、セパレータを薄葉化する必要があるが、単純に薄葉化するとショート不良が増加するため、セパレータの薄葉化を実現するためには、より耐ショート性が高いセパレータが必要となる。
近年、電気・電子機器のグローバル化や、省エネルギーのためのインバータ化が進んでいる。また、太陽光発電や風力発電などのクリーンエネルギー関連の需要が拡大している。これらの機器に使用されるアルミニウム電解コンデンサには、従来よりも高い４００Ｖを超える電圧が求められるようになってきた。また、新興国の電源電圧は不安定であることから、新興国向けのアルミニウム電解コンデンサには、定格電圧より高い電圧に耐える過電圧対応が求められる。４００Ｖ以上の電圧や過電圧に対応するためには、より耐ショート性が高いセパレータが必要となる。
セパレータを厚くすると、耐ショート性を向上できるが、陽極箔と陰極箔との距離が大きくなり、アルミニウム電解コンデンサのインピーダンス特性が悪化する。
また、アルミニウム電解コンデンサの容量を確保するためには、所定の面積の電極箔を巻回する必要がある。そして、セパレータ幅が同じ場合、厚いセパレータを使用して所定の容量を確保しようとすると、コンデンサ素子が大径化するため、コンデンサの小型化も困難になる。
また、アルミニウム電解コンデンサの容量を確保するためには、所定の面積の電極箔を巻回する必要がある。そして、セパレータ幅が同じ場合、厚いセパレータを使用して所定の容量を確保しようとすると、コンデンサ素子が大径化するため、コンデンサの小型化も困難になる。
セパレータの耐ショート性の指標に、絶縁破壊の強さがある。絶縁破壊の強さは、セパレータを電極で挟んで電圧を印加し、セパレータが破壊されてショートした際の電圧をセパレータの厚さで除した値である。絶縁破壊の強さの値が大きいほど、単位厚さ当たりの耐ショート性が高いセパレータとなる。
セパレータの耐ショート性を低下させずにセパレータを薄葉化して低インピーダンス化するため、あるいは、厚さを厚くすることなく、即ちインピーダンス上昇を伴うことなくセパレータの耐ショート性を向上させるためには、絶縁破壊の強さを強くすることが有効である。セパレータの絶縁破壊の強さを強くするためには、セパレータの原料であるパルプの叩解工程が重要となる。叩解とは、水の存在下で、パルプに機械的処理を施し、柔軟化やフィブリル化、微細化等を行う処理を言う。
セパレータの耐ショート性を向上させるため、例えば、特許文献１及び特許文献２の技術が開示されている。
特許文献１において、高密度層を厚さ１０．０〜５０．０μｍ、密度０．８８０〜１．０００ｇ／ｃｍ３、低密度層を厚さ１０．０〜５０．０μｍ、密度０．２００〜０．４００ｇ／ｃｍ３の範囲として、これら高密度層と低密度層を重ねた構成とした電解紙が開示されている。高密度層の密度を０．８８０〜１．０００ｇ／ｃｍ３とすることで、耐電圧が向上し、アルミニウム電解コンデンサのショート不良率を低減できる。
しかしながら、上述した通り、コンデンサの更なる高電圧や過電圧によるショート不良の低減が求められており、セパレータにも更なる耐ショート性の向上が求められている。
しかしながら、上述した通り、コンデンサの更なる高電圧や過電圧によるショート不良の低減が求められており、セパレータにも更なる耐ショート性の向上が求められている。
特許文献２では、絶縁破壊強度Ｅａ値が１６０ｋＶ／ｍｍ以上であり、空孔率が４５〜８５％であることを特徴とする多孔性フィルムである、蓄電デバイス用セパレータが開示されている。ポリオレフィン系樹脂を主体とした多孔性フィルムは、融点を持つため、１００℃以上の温度において寸法安定性や化学的安定性が要求される、アルミニウム電解コンデンサ用セパレータとしては使用することができない。また、多孔性フィルムであるこのセパレータは、特許文献１のようなセルロースからなるセパレータと比べ電解液の保持力が小さいため、アルミニウム電解コンデンサに用いると、コンデンサのインピーダンスが上昇する可能性や、電解液のドライアップが起こりやすく寿命が短くなるおそれがある。さらに、保持する電解液の絶対量が少ないと、酸化皮膜表面に電解液が行き渡らずに、有効な電極面積が減少し、アルミニウム電解コンデンサの静電容量が設計通りに発現しない場合もある。
上述した通り、コンデンサの耐ショート性を向上させつつ、低インピーダンス化することは困難であった。
本発明は、上述した課題を解決するためのものであり、耐ショート性とインピーダンス特性とが共に良好なセパレータを提供するものである。また、本発明は、該セパレータを用いることで、小型化あるいは高電圧対応、過電圧対応等を可能にするアルミニウム電解コンデンサを提供するものである。
本発明のアルミニウム電解コンデンサ用セパレータは、アルミニウム電解コンデンサの陽極と陰極との間に介在する、アルミニウム電解コンデンサ用セパレータであって、植物繊維で構成され、絶縁破壊の強さが２０ｋＶ／ｍｍ以上である層を、少なくとも１層有することを特徴とする
本発明のアルミニウム電解コンデンサは、陽極と陰極と、陽極と陰極との間に介在するセパレータを備え、セパレータに、本発明のアルミニウム電解コンデンサ用セパレータを用いたことを特徴とする。
本発明によれば、耐ショート性に優れたアルミニウム電解コンデンサ用セパレータを提供できる。また、該セパレータを用いることで、小型化あるいは高電圧対応、過電圧対応等を可能にしたアルミニウム電解コンデンサを提供できる。
本発明のアルミニウム電解コンデンサ用セパレータは、耐ショート性とインピーダンス特性とがともに良好である。このため、本発明のセパレータを用いることで、インピーダンス特性の悪化なくセパレータの耐ショート性を向上できる。あるいは、耐ショート性の悪化なくセパレータのインピーダンスを低減できる。そして、本発明のセパレータを用いることで、アルミニウム電解コンデンサの耐ショート性の向上やインピーダンスの低減も可能となるため、コンデンサの小型化や高電圧対応、過電圧対応、低インピーダンス化に寄与できる。
以下、本発明の一実施の形態例について詳細に説明する。
本発明のアルミニウム電解コンデンサ用セパレータは、植物繊維で構成された、絶縁破壊の強さが２０ｋＶ／ｍｍ以上の層を、少なくとも１層有する。
また、本発明のアルミニウム電解コンデンサは、陽極と陰極と、陽極と陰極との間に介在するセパレータを備え、セパレータに、本発明のアルミニウム電解コンデンサ用セパレータを用いている。
また、本発明のアルミニウム電解コンデンサは、陽極と陰極と、陽極と陰極との間に介在するセパレータを備え、セパレータに、本発明のアルミニウム電解コンデンサ用セパレータを用いている。
本発明に使用する植物繊維は、特に限定されず、いずれの繊維でも用いることができ、例えば、木材パルプや非木材パルプなどが好適に用いられる。
これらのパルプや繊維は、漂白処理されていても良く、また、溶解パルプのように精製されたものや、マーセル化パルプであっても良い。
これらのパルプや繊維は、漂白処理されていても良く、また、溶解パルプのように精製されたものや、マーセル化パルプであっても良い。
木材パルプとしては、トウヒ、モミ、マツ、ツガなどの針葉樹やブナ、ナラ、カバ、ユーカリなどの広葉樹を利用できる。
非木材パルプとしては、マニラ麻、サイザル麻、バナナ、パイナップルなどの葉脈繊維、コウゾ、三椏、ガンピ、ジュート、ケナフ、大麻、フラックス、などのジンピ繊維、エスパルト、竹、バガス、ワラ、アシなどの禾本科植物繊維、綿、リンター、カポックなどの種毛繊維、椰子などの果実繊維、その他の植物としてイグサやサバイ草など種々の植物が利用できる。
また、これらの材料は、１種あるいは２種類以上を混合して使用してもよい。
非木材パルプとしては、マニラ麻、サイザル麻、バナナ、パイナップルなどの葉脈繊維、コウゾ、三椏、ガンピ、ジュート、ケナフ、大麻、フラックス、などのジンピ繊維、エスパルト、竹、バガス、ワラ、アシなどの禾本科植物繊維、綿、リンター、カポックなどの種毛繊維、椰子などの果実繊維、その他の植物としてイグサやサバイ草など種々の植物が利用できる。
また、これらの材料は、１種あるいは２種類以上を混合して使用してもよい。
本発明に使用する植物繊維は、叩解処理される必要がある。叩解処理には、ディスクリファイナーやコニカルリファイナー、高圧ホモジナイザ、ビーター等、製紙原料の調成に用いられる叩解機が、特に限定なく使用できる。
セルロースからなるこれらの植物繊維は、繊維間、及び繊維内に水素結合が形成され、繊維同士が結着されることで、シートの緻密性を向上させる。叩解された植物繊維では、繊維が微細化しており、この傾向が更に強まるため、繊維同士が点でなく線や面で接着し、より緻密なシートが形成できる。
植物繊維以外の繊維、例えば合成繊維などを用いると、セルロースの水素結合を阻害するため、シートの緻密性が低下する。また、セルロース繊維であっても、レーヨンのような化学繊維は、上述の植物繊維と比べ繊維が硬質であるため繊維同士の接着が弱く、セパレータの耐ショート性が低下する。
植物繊維以外の繊維、例えば合成繊維などを用いると、セルロースの水素結合を阻害するため、シートの緻密性が低下する。また、セルロース繊維であっても、レーヨンのような化学繊維は、上述の植物繊維と比べ繊維が硬質であるため繊維同士の接着が弱く、セパレータの耐ショート性が低下する。
例えば、抄紙法を用いて形成した湿式不織布とすることで、本発明のセパレータを構成できる。
セパレータの抄紙形式は、絶縁破壊の強さを満足することができれば、特に限定はなく、長網抄紙や短網抄紙、円網抄紙といった抄紙形式が使用できる。これらの抄紙形式の中でも、長網抄紙は、セパレータの緻密性をより向上できる。
しかしながら、本発明の絶縁破壊の強さを満足すれば、セパレータを構成する層の形成方法に限定はなく、抄紙法に限定されるものではない。
セパレータの抄紙形式は、絶縁破壊の強さを満足することができれば、特に限定はなく、長網抄紙や短網抄紙、円網抄紙といった抄紙形式が使用できる。これらの抄紙形式の中でも、長網抄紙は、セパレータの緻密性をより向上できる。
しかしながら、本発明の絶縁破壊の強さを満足すれば、セパレータを構成する層の形成方法に限定はなく、抄紙法に限定されるものではない。
また、本発明のセパレータは、絶縁破壊の強さが２０ｋＶ／ｍｍ以上の層を有していれば、さらに別の層を有していてもよい。この別の層は、セパレータとしての機能を阻害しない限り、構成する繊維や絶縁破壊の強さに特に限定はない。また、本発明のセパレータのシート形成に際しては、コンデンサ用セパレータに影響を与えない程度の不純物含有量であれば、分散剤や消泡剤、紙力増強剤などの添加剤を加えてもよい。
更に、本発明のセパレータは、絶縁破壊の強さを満足する限り、シート形成後に紙力増強加工、親液加工、カレンダ加工、エンボス加工等の後加工を施してもよい。
本発明のセパレータは、絶縁破壊の強さが２０ｋＶ／ｍｍの以上の層を、少なくとも１層有する。絶縁破壊の強さが２０ｋＶ／ｍｍ以上であれば、アルミニウム電解コンデンサの小型化あるいは高電圧対応、過電圧対応等に寄与できる、耐ショート性に優れたセパレータとなる。そして、耐ショート性が高いセパレータは、セパレータの薄葉化も可能となり、インピーダンスの低減にも寄与できる。
耐ショート性の観点から、絶縁破壊の強さは高いほど好ましいが、現実的には１００ｋＶ／ｍｍ程度が上限になると考えられる。絶縁破壊の強さを１００ｋＶ／ｍｍより強くするためには植物繊維の微細化を著しく進める必要があるが、過度に微細化した植物繊維では、セパレータを形成することが困難な場合がある。
耐ショート性の観点から、絶縁破壊の強さは高いほど好ましいが、現実的には１００ｋＶ／ｍｍ程度が上限になると考えられる。絶縁破壊の強さを１００ｋＶ／ｍｍより強くするためには植物繊維の微細化を著しく進める必要があるが、過度に微細化した植物繊維では、セパレータを形成することが困難な場合がある。
なお、絶縁破壊の強さとは、セパレータを電極で挟んで電圧を印加し、セパレータが破壊されてショートした際の電圧（絶縁破壊電圧）をセパレータの厚さで除した値であり、セパレータ単位厚さ当りの耐ショート性を測る指標として用いた。
絶縁破壊の強さが２０ｋＶ／ｍｍ未満の場合、セパレータの絶縁破壊電圧が厚さと比べ低すぎる、または、セパレータの絶縁破壊電圧と比べ厚さが厚すぎるといえる。つまり、絶縁破壊の強さが２０ｋＶ／ｍｍ未満の場合、セパレータの耐ショート性を満足するためにはセパレータを一定以上に薄くできず、インピーダンスの低減が困難になる、あるいは、目的のインピーダンスを満足するためにはセパレータを一定以上に厚くできず、セパレータの耐ショート性向上が困難になる。
絶縁破壊の強さが２０ｋＶ／ｍｍ未満の場合、セパレータの絶縁破壊電圧が厚さと比べ低すぎる、または、セパレータの絶縁破壊電圧と比べ厚さが厚すぎるといえる。つまり、絶縁破壊の強さが２０ｋＶ／ｍｍ未満の場合、セパレータの耐ショート性を満足するためにはセパレータを一定以上に薄くできず、インピーダンスの低減が困難になる、あるいは、目的のインピーダンスを満足するためにはセパレータを一定以上に厚くできず、セパレータの耐ショート性向上が困難になる。
セパレータの厚さは、１０〜８０μｍが好ましい。厚さ１０〜８０μｍ、かつ、絶縁破壊の強さが２０ｋＶ／ｍｍ以上の層をもつセパレータとすることで、セパレータの耐ショート性とインピーダンス特性とがともに良好なセパレータとできる。
厚さが１０μｍ未満では、耐ショート性が良好な本発明のセパレータであっても、コンデンサのショート不良低減が困難になる場合がある。また厚さが８０μｍを超過すると、インピーダンス特性が良好な本発明のセパレータであっても、コンデンサの低インピーダンス化が困難になる場合がある。
厚さが１０μｍ未満では、耐ショート性が良好な本発明のセパレータであっても、コンデンサのショート不良低減が困難になる場合がある。また厚さが８０μｍを超過すると、インピーダンス特性が良好な本発明のセパレータであっても、コンデンサの低インピーダンス化が困難になる場合がある。
セパレータの密度は、０．６０〜１．００ｇ／ｃｍ３程度が、一般的に用いられる。
また、多層セパレータでは、０．６０〜１．００ｇ／ｃｍ３程度の層と、更に密度の低い層とを組み合わせて、全体としては０．６０ｇ／ｃｍ３を下回る密度のセパレータが用いられる場合もあるが、本発明のセパレータは、絶縁破壊の強さを満足すれば、セパレータの密度に特に限定はない。
また、多層セパレータでは、０．６０〜１．００ｇ／ｃｍ３程度の層と、更に密度の低い層とを組み合わせて、全体としては０．６０ｇ／ｃｍ３を下回る密度のセパレータが用いられる場合もあるが、本発明のセパレータは、絶縁破壊の強さを満足すれば、セパレータの密度に特に限定はない。
例えば、空孔率３１．３％の８０メッシュ金網を用いて試料濃度０．１５質量％にした以外は、ＪＩＳ Ｐ８１２１［パルプ−ろ水度試験方法−第２部：カナダ標準ろ水度法］に準拠して測定したろ水度を０〜３００ｍｌとすることで、絶縁破壊の強さが２０ｋＶ／ｍｍ以上の本発明のセパレータを得ることができる。
繊維の叩解の程度の指標として、一般的に、「ＪＩＳ Ｐ８１２１−２ パルプ−ろ水度試験法−第２部：カナダ標準ろ水度法」に従って測定される、カナダ標準ろ水度が使用される。カナダ標準ろ水度は、カナダ標準ろ水度試験器のサイドオリフィスから集めたろ水の容量をｍｌで表したものである。具体的には、直径０．５ｍｍの孔を１ｃｍ２当たり９７個持つふるい板の上に形成された繊維マットを通過して、計測漏斗の中のサイドオリフィスから排出される、ろ水の量を測定する。
繊維は、叩解により微細化される。微細化された繊維はろ水性が低下するため、叩解が進むにつれてカナダ標準ろ水度の値は小さくなり、０ｍｌに到達する。さらに叩解を進めると、ふるい板孔を通過する微細な繊維が増加し、ろ水度の値は上昇に転じる。
つまり、高度に叩解された繊維のろ水性を評価する指標として、カナダ標準濾水度は適切ではない。正確なろ水度を測定するためには、微細化された繊維を捕捉できるよう細かいメッシュを使用する必要がある。さらに、細かいメッシュを使用すると、ろ水性がより悪化するため、適切なろ水速度が得られるように試料濃度を低く設定する必要がある。
そこで、本発明の実施の形態例では、正確なろ水度を測定するため、空孔率３１．３％の８０メッシュ金網を使用し、試料濃度を０．１５質量％とした以外は、ＪＩＳ Ｐ８１２１−２に準拠して測定する、０．１５％ろ水度を用いた。
つまり、高度に叩解された繊維のろ水性を評価する指標として、カナダ標準濾水度は適切ではない。正確なろ水度を測定するためには、微細化された繊維を捕捉できるよう細かいメッシュを使用する必要がある。さらに、細かいメッシュを使用すると、ろ水性がより悪化するため、適切なろ水速度が得られるように試料濃度を低く設定する必要がある。
そこで、本発明の実施の形態例では、正確なろ水度を測定するため、空孔率３１．３％の８０メッシュ金網を使用し、試料濃度を０．１５質量％とした以外は、ＪＩＳ Ｐ８１２１−２に準拠して測定する、０．１５％ろ水度を用いた。
０．１５％ろ水度の値が３００ｍｌより大きい場合、繊維の微細化の程度が低いため、緻密な紙層を形成できず、絶縁破壊の強さが２０ｋＶ／ｍｍ未満になる場合がある。また、当該０．１５％ろ水度であっても、叩解を高度に進めると、ふるい板孔を通過する微細な繊維が多くなり、ろ水度の値が上昇に転じることがある。高度に叩解されて０．１５％ろ水度の値が上昇に転じ、３００ｍｌより大きくなった繊維は、抄紙時の原料の網上歩留りが低下する、ろ水速度が低下するため生産性が著しく悪化する、などの問題が発生するため、本発明のセパレータには適さない。
上述した通り、本発明の実施の形態例では、繊維の微細化の指標としてろ水度を用いたが、本発明の絶縁破壊の強さを満足できれば、その実現手段に特に限定はなく、上述のろ水度に限定されるものではない。また、ろ水度測定用の試料の濃度、ろ水度測定用の網のメッシュは、特に限定されるものではない。
以上のセパレータの構成により、耐ショート性に優れたアルミニウム電解コンデンサが得られることを見出した。
以下、本発明にかかるアルミニウム電解コンデンサ用セパレータ及び、当該アルミニウム電解コンデンサ用セパレータを備えたアルミニウム電解コンデンサの具体的な各種実施例、比較例について、詳細に説明する。
〔セパレータ及びアルミニウム電解コンデンサの特性の測定方法〕
本実施の形態のセパレータ及びアルミニウム電解コンデンサの各特性の具体的な測定は、以下の条件及び方法で行った。
本実施の形態のセパレータ及びアルミニウム電解コンデンサの各特性の具体的な測定は、以下の条件及び方法で行った。
〔厚さ〕
「ＪＩＳ Ｃ ２３００−２ 『電気用セルロース紙-第２部：試験方法』 ５．１ 厚さ」に規定された、「５．１．１ 測定器及び測定方法 a） 外側マイクロメータを用いる場合」のマイクロメータを用いて、「５．１．３ 紙を折り重ねて厚さを測る場合」の１０枚に折り重ねる方法で、セパレータの厚さを測定した。
「ＪＩＳ Ｃ ２３００−２ 『電気用セルロース紙-第２部：試験方法』 ５．１ 厚さ」に規定された、「５．１．１ 測定器及び測定方法 a） 外側マイクロメータを用いる場合」のマイクロメータを用いて、「５．１．３ 紙を折り重ねて厚さを測る場合」の１０枚に折り重ねる方法で、セパレータの厚さを測定した。
〔密度〕
「ＪＩＳ Ｃ ２３００−２ 『電気用セルロース紙-第２部：試験方法』 ７．０Ａ 密度」のＢ法に規定された方法で、絶乾状態のセパレータの密度を測定した。
「ＪＩＳ Ｃ ２３００−２ 『電気用セルロース紙-第２部：試験方法』 ７．０Ａ 密度」のＢ法に規定された方法で、絶乾状態のセパレータの密度を測定した。
〔平均繊維長〕
平均繊維長は、ＪＩＳ Ｐ ８２２６−２『パルプ−光学的自動分析法による繊維長測定方法 第２部：非偏光法』（ＩＳＯ１６０６５−２『Ｐｕｌｐｓ−Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｉｂｒｅ ｌｅｎｇｔｈ ｂｙ ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ−Ｐａｒｔ２：Ｕｎｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｌｉｇｈｔ ｍｅｔｈｏｄ』）に準じて、繊維長測定装置（Ｋａｊａａｎｉ ＦｉｂｅｒＬａｂ Ｖ４（Ｍｅｔｓｏ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ社製））を用いて測定した、長さ加重平均繊維長の値である。
平均繊維長は、ＪＩＳ Ｐ ８２２６−２『パルプ−光学的自動分析法による繊維長測定方法 第２部：非偏光法』（ＩＳＯ１６０６５−２『Ｐｕｌｐｓ−Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｉｂｒｅ ｌｅｎｇｔｈ ｂｙ ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ−Ｐａｒｔ２：Ｕｎｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｌｉｇｈｔ ｍｅｔｈｏｄ』）に準じて、繊維長測定装置（Ｋａｊａａｎｉ ＦｉｂｅｒＬａｂ Ｖ４（Ｍｅｔｓｏ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ社製））を用いて測定した、長さ加重平均繊維長の値である。
〔０．０５ｍｍごとの繊維長分布における最頻値〕
０．０５ｍｍごとの繊維長分布における最頻値は、平均繊維長測定の際に得られた０．０５ｍｍごとの繊維長分布において、最も頻度が高かった値である。
０．０５ｍｍごとの繊維長分布における最頻値は、平均繊維長測定の際に得られた０．０５ｍｍごとの繊維長分布において、最も頻度が高かった値である。
〔０．１５％ろ水度〕
空孔率３１．３％の８０メッシュ金網を使用し、試料濃度を０．１５質量％とした以外は、ＪＩＳ Ｐ８１２１［パルプ−ろ水度試験方法−第２部：カナダ標準ろ水度法］に準拠して測定した。
空孔率３１．３％の８０メッシュ金網を使用し、試料濃度を０．１５質量％とした以外は、ＪＩＳ Ｐ８１２１［パルプ−ろ水度試験方法−第２部：カナダ標準ろ水度法］に準拠して測定した。
〔絶縁破壊の強さ〕
「ＪＩＳ Ｃ ２３００−２ 『電気用セルロース紙-第２部：試験方法』 ２４ 絶縁破壊の強さ ２４．２．２ 直流の場合 Ｂ法」に規定された方法で、セパレータの絶縁破壊の強さを測定した。
「ＪＩＳ Ｃ ２３００−２ 『電気用セルロース紙-第２部：試験方法』 ２４ 絶縁破壊の強さ ２４．２．２ 直流の場合 Ｂ法」に規定された方法で、セパレータの絶縁破壊の強さを測定した。
〔セパレータを使用したアルミニウム電解コンデンサの製作〕
以下、本実施の形態例のセパレータを用いたアルミニウム電解コンデンサの製作方法を説明する。
陽極箔と陰極箔との間に本実施の形態のセパレータを介在させ、捲回し、アルミニウム電解コンデンサ素子を得た。この素子を、有底円筒状のアルミニウムケース内に収納し、電解液を注入し真空含浸を行った後、封口ゴムで封止してアルミニウム電解コンデンサを作製した。
以下、本実施の形態例のセパレータを用いたアルミニウム電解コンデンサの製作方法を説明する。
陽極箔と陰極箔との間に本実施の形態のセパレータを介在させ、捲回し、アルミニウム電解コンデンサ素子を得た。この素子を、有底円筒状のアルミニウムケース内に収納し、電解液を注入し真空含浸を行った後、封口ゴムで封止してアルミニウム電解コンデンサを作製した。
〔ショート不良率〕
ショート不良率は、作製したコンデンサ素子を用いて、電解液含浸前の巻取り素子の導通ショート及びエージング中のショート不良数を計数し、これらのショート不良となった素子数を、破断不良なく巻き取れた素子数で除して、百分率をもってショート不良率とした。
ショート不良率は、作製したコンデンサ素子を用いて、電解液含浸前の巻取り素子の導通ショート及びエージング中のショート不良数を計数し、これらのショート不良となった素子数を、破断不良なく巻き取れた素子数で除して、百分率をもってショート不良率とした。
〔インピーダンス〕
作製したアルミニウム電解コンデンサのインピーダンスは、ＬＣＲメータを用いて、２０℃で１ｋＨｚの周波数で測定した。
作製したアルミニウム電解コンデンサのインピーダンスは、ＬＣＲメータを用いて、２０℃で１ｋＨｚの周波数で測定した。
〔実施例１〕
針葉樹未漂白クラフトパルプをディスクリファイナーにより叩解した原料を用いて、長網抄紙し、実施例１のセパレータを得た。
このセパレータは、厚さ３０μｍ、密度０．７５ｇ／ｃｍ３、平均繊維長１．９５ｍｍ、０．０５ｍｍごとの繊維長分布における最頻値０．４０ｍｍ、０．１５％ろ水度２８０ｍｌ、絶縁破壊の強さ２１ｋＶ／ｍｍであった。
このセパレータを用いて、定格電圧２５０Ｖ、定格容量４７μＦ、直径１２．５ｍｍ、高さ２０．０ｍｍのアルミニウム電解コンデンサを作製し、実施例１のアルミニウム電解コンデンサとした。このアルミニウム電解コンデンサのショート不良率は０．１％、インピーダンスは１．５Ωであった。
針葉樹未漂白クラフトパルプをディスクリファイナーにより叩解した原料を用いて、長網抄紙し、実施例１のセパレータを得た。
このセパレータは、厚さ３０μｍ、密度０．７５ｇ／ｃｍ３、平均繊維長１．９５ｍｍ、０．０５ｍｍごとの繊維長分布における最頻値０．４０ｍｍ、０．１５％ろ水度２８０ｍｌ、絶縁破壊の強さ２１ｋＶ／ｍｍであった。
このセパレータを用いて、定格電圧２５０Ｖ、定格容量４７μＦ、直径１２．５ｍｍ、高さ２０．０ｍｍのアルミニウム電解コンデンサを作製し、実施例１のアルミニウム電解コンデンサとした。このアルミニウム電解コンデンサのショート不良率は０．１％、インピーダンスは１．５Ωであった。
〔実施例２〕
針葉樹ＴＣＦ漂白クラフトパルプをディスクリファイナーにより叩解した原料を用いて、長網抄紙し、実施例２のセパレータを得た。
このセパレータは、厚さ２０μｍ、密度１．００ｇ／ｃｍ３、平均繊維長０．３７ｍｍ、０．０５ｍｍごとの繊維長分布における最頻値０．２０ｍｍ、０．１５％ろ水度２７０ｍｌ（０ｍｌよりさらに叩解が進み上昇に転じた後の値）、絶縁破壊の強さ９６ｋＶ／ｍｍであった。
このセパレータを用いて、定格電圧２５０Ｖ、定格容量４７μＦ、直径１２．０ｍｍ、高さ２０．０ｍｍのアルミニウム電解コンデンサを作製し、実施例２のアルミニウム電解コンデンサとした。このアルミニウム電解コンデンサは、ショート不良は発生しなかった。また、インピーダンスは１．４Ωであった。
針葉樹ＴＣＦ漂白クラフトパルプをディスクリファイナーにより叩解した原料を用いて、長網抄紙し、実施例２のセパレータを得た。
このセパレータは、厚さ２０μｍ、密度１．００ｇ／ｃｍ３、平均繊維長０．３７ｍｍ、０．０５ｍｍごとの繊維長分布における最頻値０．２０ｍｍ、０．１５％ろ水度２７０ｍｌ（０ｍｌよりさらに叩解が進み上昇に転じた後の値）、絶縁破壊の強さ９６ｋＶ／ｍｍであった。
このセパレータを用いて、定格電圧２５０Ｖ、定格容量４７μＦ、直径１２．０ｍｍ、高さ２０．０ｍｍのアルミニウム電解コンデンサを作製し、実施例２のアルミニウム電解コンデンサとした。このアルミニウム電解コンデンサは、ショート不良は発生しなかった。また、インピーダンスは１．４Ωであった。
〔比較例１〕
針葉樹未漂白クラフトパルプをディスクリファイナーにより叩解した原料を用いて、長網抄紙し、比較例１のセパレータを得た。
このセパレータは、厚さ４０μｍ、密度０．９０ｇ／ｃｍ３、平均繊維長２．０８ｍｍ、０．０５ｍｍごとの繊維長分布における最頻値０．６０ｍｍ、０．１５％ろ水度３１５ｍｌ、絶縁破壊の強さ１７ｋＶ／ｍｍであった。
このセパレータを用いて、定格電圧２５０Ｖ、定格容量４７μＦ、直径１３．０ｍｍ、高さ２０．０ｍｍのアルミニウム電解コンデンサを作製し、比較例１のアルミニウム電解コンデンサとした。このアルミニウム電解コンデンサのショート不良率は３．３％、インピーダンスは２．０Ωであった。
針葉樹未漂白クラフトパルプをディスクリファイナーにより叩解した原料を用いて、長網抄紙し、比較例１のセパレータを得た。
このセパレータは、厚さ４０μｍ、密度０．９０ｇ／ｃｍ３、平均繊維長２．０８ｍｍ、０．０５ｍｍごとの繊維長分布における最頻値０．６０ｍｍ、０．１５％ろ水度３１５ｍｌ、絶縁破壊の強さ１７ｋＶ／ｍｍであった。
このセパレータを用いて、定格電圧２５０Ｖ、定格容量４７μＦ、直径１３．０ｍｍ、高さ２０．０ｍｍのアルミニウム電解コンデンサを作製し、比較例１のアルミニウム電解コンデンサとした。このアルミニウム電解コンデンサのショート不良率は３．３％、インピーダンスは２．０Ωであった。
〔比較例２〕
ディスクリファイナーにより叩解した針葉樹未漂白クラフトパルプと、ディスクリファイナーにより叩解した溶剤紡糸セルロース繊維を、２：１の割合で混合して長網抄紙し、比較例２のセパレータを得た。
このセパレータは、厚さ４０μｍ、密度０．６５ｇ／ｃｍ３、平均繊維長１．６５ｍｍ、０．０５ｍｍごとの繊維長分布における最頻値０．３０ｍｍ、０．１５％ろ水度５０ｍｌ、絶縁破壊の強さ１５ｋＶ／ｍｍであった。
このセパレータを用いて、定格電圧２５０Ｖ、定格容量４７μＦ、直径１３．０ｍｍ、高さ２０．０ｍｍのアルミニウム電解コンデンサを作製し、比較例２のアルミニウム電解コンデンサとした。このアルミニウム電解コンデンサのショート不良率は１４．５％、インピーダンスは１．８Ωであった。
ディスクリファイナーにより叩解した針葉樹未漂白クラフトパルプと、ディスクリファイナーにより叩解した溶剤紡糸セルロース繊維を、２：１の割合で混合して長網抄紙し、比較例２のセパレータを得た。
このセパレータは、厚さ４０μｍ、密度０．６５ｇ／ｃｍ３、平均繊維長１．６５ｍｍ、０．０５ｍｍごとの繊維長分布における最頻値０．３０ｍｍ、０．１５％ろ水度５０ｍｌ、絶縁破壊の強さ１５ｋＶ／ｍｍであった。
このセパレータを用いて、定格電圧２５０Ｖ、定格容量４７μＦ、直径１３．０ｍｍ、高さ２０．０ｍｍのアルミニウム電解コンデンサを作製し、比較例２のアルミニウム電解コンデンサとした。このアルミニウム電解コンデンサのショート不良率は１４．５％、インピーダンスは１．８Ωであった。
〔従来例〕
市販の多孔質フィルムを従来例のセパレータとした。このセパレータは、厚さ２０μｍ、密度０．４０ｇ／ｃｍ３、絶縁破壊の強さ１７０ｋＶ／ｍｍであった。
このセパレータを用いて、定格電圧２５０Ｖ、定格容量４７μＦ、直径１２．０ｍｍ、高さ２０．０ｍｍのアルミニウム電解コンデンサを作製し、従来例のアルミニウム電解コンデンサとした。このアルミニウム電解コンデンサは、ショート不良は発生しなかった。また、インピーダンスは４．２Ωであった。
市販の多孔質フィルムを従来例のセパレータとした。このセパレータは、厚さ２０μｍ、密度０．４０ｇ／ｃｍ３、絶縁破壊の強さ１７０ｋＶ／ｍｍであった。
このセパレータを用いて、定格電圧２５０Ｖ、定格容量４７μＦ、直径１２．０ｍｍ、高さ２０．０ｍｍのアルミニウム電解コンデンサを作製し、従来例のアルミニウム電解コンデンサとした。このアルミニウム電解コンデンサは、ショート不良は発生しなかった。また、インピーダンスは４．２Ωであった。
〔実施例３〕
長網円網抄紙機を使用し、長網部では、マニラ麻パルプとヘンプパルプを１：１の割合で混合してディスクリファイナーにより叩解した原料を抄紙して、円網部では、マニラ麻パルプとヘンプパルプを１：１の割合で混合してディスクリファイナーにより軽度に叩解した原料を抄紙して、それぞれの抄紙を抄き合わせ、実施例３のセパレータを得た。
このセパレータは、長網層と円網層の２層で構成され、セパレータ全体では、厚さ５０μｍ、密度０．７２ｇ／ｃｍ３であった。長網層は、厚さ２０μｍ、密度０．８５ｇ／ｃｍ３、平均繊維長０．８６ｍｍ、０．０５ｍｍごとの繊維長分布における最頻値０．３０ｍｍ、０．１５％ろ水度１０ｍｌ、絶縁破壊の強さ４９ｋＶ／ｍｍであった。円網層は、厚さ３０μｍ、密度０．６３ｇ／ｃｍ３、平均繊維長２．１０ｍｍ、０．０５ｍｍごとの繊維長分布における最頻値２．４２ｍｍ、０．１５％ろ水度７３０ｍｌ、絶縁破壊の強さ１３ｋＶ／ｍｍであった。
このセパレータを用いて、定格電圧４５０Ｖ、定格容量３．３μＦ、直径１２．５ｍｍ、高さ２０．０ｍｍのアルミニウム電解コンデンサを作製し、実施例３のアルミニウム電解コンデンサとした。このアルミニウム電解コンデンサのショート不良率は０．２％、インピーダンスは２０．５Ωであった。
長網円網抄紙機を使用し、長網部では、マニラ麻パルプとヘンプパルプを１：１の割合で混合してディスクリファイナーにより叩解した原料を抄紙して、円網部では、マニラ麻パルプとヘンプパルプを１：１の割合で混合してディスクリファイナーにより軽度に叩解した原料を抄紙して、それぞれの抄紙を抄き合わせ、実施例３のセパレータを得た。
このセパレータは、長網層と円網層の２層で構成され、セパレータ全体では、厚さ５０μｍ、密度０．７２ｇ／ｃｍ３であった。長網層は、厚さ２０μｍ、密度０．８５ｇ／ｃｍ３、平均繊維長０．８６ｍｍ、０．０５ｍｍごとの繊維長分布における最頻値０．３０ｍｍ、０．１５％ろ水度１０ｍｌ、絶縁破壊の強さ４９ｋＶ／ｍｍであった。円網層は、厚さ３０μｍ、密度０．６３ｇ／ｃｍ３、平均繊維長２．１０ｍｍ、０．０５ｍｍごとの繊維長分布における最頻値２．４２ｍｍ、０．１５％ろ水度７３０ｍｌ、絶縁破壊の強さ１３ｋＶ／ｍｍであった。
このセパレータを用いて、定格電圧４５０Ｖ、定格容量３．３μＦ、直径１２．５ｍｍ、高さ２０．０ｍｍのアルミニウム電解コンデンサを作製し、実施例３のアルミニウム電解コンデンサとした。このアルミニウム電解コンデンサのショート不良率は０．２％、インピーダンスは２０．５Ωであった。
〔比較例３〕
長網円網抄紙機を使用し、長網部では、針葉樹未漂白クラフトパルプをディスクリファイナーにより叩解した原料を抄紙して、円網部では、針葉樹未漂白クラフトパルプをディスクリファイナーにより軽度に叩解した原料を抄紙して、それぞれの抄紙を抄き合わせ、比較例３のセパレータを得た。
このセパレータは、長網層と円網層の２層で構成され、セパレータ全体では、厚さ６０μｍ、密度０．５３ｇ／ｃｍ３であった。長網層は、厚さ３０μｍ、密度０．７０ｇ／ｃｍ３、平均繊維長２．１１ｍｍ、０．０５ｍｍごとの繊維長分布における最頻値２．００ｍｍ、０．１５％ろ水度３８０ｍｌ、絶縁破壊の強さ１７ｋＶ／ｍｍであった。円網層は、厚さ３０μｍ、密度０．３６ｇ／ｃｍ３、平均繊維長２．６０ｍｍ、０．０５ｍｍごとの繊維長分布における最頻値３．０３ｍｍ、０．１５％ろ水度７５０ｍｌ、絶縁破壊の強さ１０ｋＶ／ｍｍであった。
このセパレータを用いて、定格電圧４５０Ｖ、定格容量３．３μＦ、直径１３．０ｍｍ、高さ２０．０ｍｍのアルミニウム電解コンデンサを作製し、比較例３のアルミニウム電解コンデンサとした。このアルミニウム電解コンデンサのショート不良率は５．２％、インピーダンスは４６．６Ωであった。
長網円網抄紙機を使用し、長網部では、針葉樹未漂白クラフトパルプをディスクリファイナーにより叩解した原料を抄紙して、円網部では、針葉樹未漂白クラフトパルプをディスクリファイナーにより軽度に叩解した原料を抄紙して、それぞれの抄紙を抄き合わせ、比較例３のセパレータを得た。
このセパレータは、長網層と円網層の２層で構成され、セパレータ全体では、厚さ６０μｍ、密度０．５３ｇ／ｃｍ３であった。長網層は、厚さ３０μｍ、密度０．７０ｇ／ｃｍ３、平均繊維長２．１１ｍｍ、０．０５ｍｍごとの繊維長分布における最頻値２．００ｍｍ、０．１５％ろ水度３８０ｍｌ、絶縁破壊の強さ１７ｋＶ／ｍｍであった。円網層は、厚さ３０μｍ、密度０．３６ｇ／ｃｍ３、平均繊維長２．６０ｍｍ、０．０５ｍｍごとの繊維長分布における最頻値３．０３ｍｍ、０．１５％ろ水度７５０ｍｌ、絶縁破壊の強さ１０ｋＶ／ｍｍであった。
このセパレータを用いて、定格電圧４５０Ｖ、定格容量３．３μＦ、直径１３．０ｍｍ、高さ２０．０ｍｍのアルミニウム電解コンデンサを作製し、比較例３のアルミニウム電解コンデンサとした。このアルミニウム電解コンデンサのショート不良率は５．２％、インピーダンスは４６．６Ωであった。
実施例１乃至実施例２、比較例１乃至比較例２、従来例のそれぞれのセパレータ単体及び定格電圧２５０Ｖのコンデンサの評価結果を、表１に示す。また、実施例３及び比較例３のセパレータ単体及び定格電圧４５０Ｖのコンデンサの評価結果を、表２に示す。
比較例１のセパレータは、特許文献１に記載された高密度層の厚さ及び密度であるが、実施例１及び実施例２と比べて、ショート不良率が高い。実施例１及び実施例２と、比較例１との比較から、絶縁破壊の強さが２０ｋＶ／ｍｍ以上必要であるとわかる。
比較例２のセパレータは、植物繊維の他に、溶剤紡糸セルロース繊維を含有している。このため、絶縁破壊の強さが弱くなり、コンデンサのショート不良率が高くなったと考えられる。このことから、植物繊維のみで構成されたセパレータは、植物繊維以外の他の繊維も含有しているセパレータよりも、絶縁破壊の強さを強くできることがわかる。
従来例のセパレータは、絶縁破壊の強さが非常に高いセパレータであるが、実施例１及び実施例２と比べて、コンデンサのインピーダンスが高い。これは、セルロースと比べて親液性の低いポリオレフィン系樹脂からなるセパレータであるため、電解液の保持力が小さいことが理由と考えられる。
比較例３のセパレータは、絶縁破壊の強さが２０ｋＶ／ｍｍ以上の層を有さない。このため、実施例３のセパレータと比べ厚いにも関わらず、ショート不良率が高い。このことから、絶縁破壊の強さを２０ｋＶ／ｍｍ以上とすることで、セパレータの薄葉化も可能となり、ひいてはコンデンサの小型化にも寄与できるとわかる。
以上、本実施の形態によれば、植物繊維で構成された、絶縁破壊の強さが２０ｋＶ／ｍｍ以上の層を少なくとも１層有することで、耐ショート性に優れたアルミニウム電解コンデンサ用セパレータを提供できる。
上述のセパレータを用いることで、小型化あるいは高電圧対応、過電圧対応等を可能にしたアルミニウム電解コンデンサを提供できる。
以上、本実施の形態のセパレータをアルミニウム電解コンデンサに用いた例を説明した。
アルミニウム電解コンデンサの他の構成、製造方法の詳細についての説明は省略したが、本発明のアルミニウム電解コンデンサにおいて、電極材料及び電解液材料については、特別に限定を必要とすることはなく、種々の材料を用いることができる。また、素子外径が許容する限り、本発明のセパレータを複数枚、または本発明のセパレータを一枚以上用いて複数枚重ねて使用することも可能である。
アルミニウム電解コンデンサの他の構成、製造方法の詳細についての説明は省略したが、本発明のアルミニウム電解コンデンサにおいて、電極材料及び電解液材料については、特別に限定を必要とすることはなく、種々の材料を用いることができる。また、素子外径が許容する限り、本発明のセパレータを複数枚、または本発明のセパレータを一枚以上用いて複数枚重ねて使用することも可能である。
Claims (2)
- アルミニウム電解コンデンサの陽極と陰極との間に介在する、アルミニウム電解コンデンサ用セパレータであって、
植物繊維で構成され、
絶縁破壊の強さが２０ｋＶ／ｍｍ以上である層を、少なくとも１層有する
ことを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ用セパレータ。 - 陽極と陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に介在するセパレータを備え、
前記セパレータに、請求項１に記載のアルミニウム電解コンデンサ用セパレータを用いた
ことを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
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