JP2022057741A

JP2022057741A - 電解コンデンサ

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Publication number: JP2022057741A
Application number: JP2020166141A
Authority: JP
Inventors: 賢一大下; Kenichi Oshita; 満米田; Mitsuru Yoneda; 孝也酒井; Takaya Sakai; 吉峻熊谷; Yoshitaka Kumagai; 稜大近藤; Ryota Kondo
Original assignee: Nichicon Corp
Current assignee: Nichicon Corp
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2022-04-11
Anticipated expiration: 2040-09-30
Also published as: JP7438075B2

Abstract

【課題】電解コンデンサのリードタブにおける腐食の発生を抑制する。【解決手段】第１のリードタブが接続された弁金属の陽極箔と、第２のリードタブが接続された陰極箔とを、セパレータを介して重ね合わせ、巻回してなるコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を収納する有底円筒状の外装ケースと、前記外装ケースの開口部を封止するとともに前記第１のリードタブおよび前記第２のリードタブを挿通する一対の貫通孔が形成された封口体と、を備えた電解コンデンサであって、前記封口体の前記コンデンサ素子に面した内面には、前記コンデンサ素子側に開口を有する複数の有底の穴部をメッシュ状に形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、電解コンデンサに関し、セパレータを介して陽極箔と陰極箔を重ね合わせ、巻回したコンデンサ素子に電解液を含浸し、外装ケース内に挿入して封口体により封入した電解コンデンサに関する。

従来、電解コンデンサとして、陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を電解液とともに収納する有底筒状のコンデンサケースと、このコンデンサケースの開放端側を塞ぐ封口体とを有するものが知られている。封口体の外端面には陽極端子および陰極端子が引き出され、これらの端子の基端部には、陽極内部端子および陰極内部端子として陽極リードタブおよび陰極リードタブが、それぞれ陽極箔および陰極箔に接続されている（特許文献１参照）。

また、従来の電解コンデンサとして、封口体の内面に、陽極端子および陰極端子のための２つの貫通孔の間に一続きの溝等による液溜まり部を形成し、当該液溜り部に電解液を溜めることにより、電解液の封入量を増加させるように構成された電解コンデンサが考えられている（特許文献２参照）。

特開平０４－３５２３１３号公報特開２００５－２０９９０２号公報

しかしながら、従来の電解コンデンサにおいては、電解液の蒸散によって封口体の内面に発生する凝縮液の存在により、陽極側のリードタブと陰極側のリードタブが電気的に導通することで漏れ電流が発生し、陽極側のリードタブに腐食が発生する問題があった。

本発明は、リードタブにおける腐食の発生を抑制し得る電解コンデンサを提供することを目的とするものである。

本発明の電解コンデンサは、第１のリードタブが接続された弁金属の陽極箔と、第２のリードタブが接続された陰極箔とを、セパレータを介して重ね合わせ、巻回してなるコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を収納する有底円筒状の外装ケースと、前記外装ケースの開口部を封止するとともに前記第１のリードタブおよび前記第２のリードタブを挿通する一対の貫通孔が形成された封口体と、を備えた電解コンデンサであって、前記封口体の前記コンデンサ素子に面した内面には、前記コンデンサ素子側に開口を有する複数の有底の穴部がメッシュ状に形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、電解液の蒸散により発生する凝縮液をメッシュ状に形成された複数の穴部にそれぞれ保持することにより、第１および第２のリードタブ間において凝縮液で電気的に導通することを抑制することができる。これにより、第１および第２のリードタブ間に端子間電流が発生することを抑止し、腐食の発生を抑えることができる。

また、本発明の電解コンデンサは、上記構成において、前記穴部は、穴径が０．１ｍｍ以上であり、かつ、前記一対の貫通孔の間の形成領域に対して、５０％以上の面積占有率で形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、効果的に凝縮液を各穴部に保持することができる。

また、本発明の電解コンデンサは、上記構成において、前記穴部の前記形成領域は、円形であることを特徴とする。

この構成によれば、第１および第２のリードタブ間において、効果的に穴部を配置することができる。

本発明の電解コンデンサによると、リードタブにおける腐食の発生を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る電解コンデンサの構成を示す断面図である。本発明の実施形態に係るコンデンサ素子を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る封口体に形成された穴部を示す平面図である。本発明の実施形態に係る封口体の製造方法の説明に供する断面図である。他の実施形態に係る穴部を示す断面図である。他の実施形態に係る穴部の形成領域を示す平面図である。他の実施形態に係る穴部の形成領域を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態における巻回形の電解コンデンサ１は、主として、コンデンサ素子２と、外装ケース１２と、封口体２０とから構成される。

図２に示すように、コンデンサ素子２は、エッチング処理および誘電体酸化皮膜形成処理が施された陽極箔（陽極アルミニウム箔）３ａとエッチング処理が施された陰極箔（陰極アルミニウム箔）３ｂとがセパレータ４を介して巻回され、素子止めテープ９（図１）で固定される。このコンデンサ素子２は、電解質が含浸されて有底筒状の外装ケース１２（図１）に収納される。

外装ケース１２は、アルミニウムを素材として作製されており、その開口部には樹脂やゴム等で形成された封口体２０が装着され、該開口部は絞り加工により密閉された構造を有する。具体的には、外装ケース１２の外周面１２ａには、その周方向に沿って環状に延在する凹部１２ｂが形成されている。凹部１２ｂは、封口体２０を外装ケース１２に挿入した後に、外装ケース１２の外周面１２ａに絞り加工を施すことで形成される。封口体２０は、例えば、イソブチレン－イソプレンラバー（ＩＩＲ）やエチレンプロピレンターポリマー（ＥＰＴ）のような弾性ゴムを素材として作製されている。

コンデンサ素子２から引き出されるリードタブ５、１５にはリード線６、１６が溶接され、封口体２０を介して外部に引き出されている。外装ケース１２は、スリーブ１３によって被覆される。

リードタブ５は、陽極箔３ａに対して加締めまたは溶接等の方法により接続された陽極側のリードタブであり、リードタブ１５は、陰極箔３ｂに対して加締めまたは溶接等の方法により接続された陰極側のリードタブである。

図１および図３に示すように、封口体２０には、コンデンサ素子２に面する内面２０ａから外部に面する外面２０ｂに貫通する貫通孔２０ｃ、２０ｄが所定の間隔を隔てて形成されており、貫通孔２０ｃ、２０ｄにはリードタブ５、１５が挿通されている。

封口体２０の内面２０ａには、複数の有底の穴部２０ｅがメッシュ状に配置されている。各穴部２０ｅは、直径が少なくとも０．０９ｍｍの非貫通の円形穴であり、穴の底部は略半球形状となっている。

図３に示すように、封口体２０の内面２０ａにおける穴部２０ｅの形成領域ＡＲ１は、貫通孔２０ｃ、２０ｄに挟まれた領域となっている。本実施形態の場合、当該形成領域ＡＲ１は、円形の領域となっており、貫通孔２０ｃ、２０ｄは、当該円形の直径と円周との交わる２点にそれぞれ形成されている。

このように穴部２０ｅの形成領域ＡＲ１を設定することにより、貫通孔２０ｃ、２０ｄの間、すなわち貫通孔２０ｃ、２０ｄに挿通されたリードタブ５、１５の間において、複数の穴部２０ｅを効果的に配置することができる。これにより、当該領域に広がる凝縮液を有効に穴部２０ｅに保持することができる。なお、本実施形態においては、形成領域ＡＲ１の面積における穴部２０ｅの開口面積の合計の占有率（面積占有率）を４５％以上とする。

コンデンサ素子２に含浸された電解質から蒸散した凝縮液は、封口体２０の内面２０ａに付着するが、リードタブ５、１５の間には、複数の穴部２０ｅが形成されていることにより、凝縮液は各穴部２０ｅの内部に留まる。すなわち、穴部２０ｅごとに独立して凝縮液を内部に留まらせるように保持することができ、これにより、各穴部２０ｅに保持された凝縮液同士がつながることを抑制し、リードタブ５、１５の間において凝縮液がつながることによる漏れ電流の発生を抑制することができる。

また、複数の穴部２０ｅがメッシュ状に独立して（穴部同士が離間している場合に限らず、穴部同士が当接して形成されている場合も含む）形成されていることにより、各穴部２０ｅに保持された凝縮液（電解液）に対する表面張力による保持力を増加させることができる。これにより、例えば、電解コンデンサ１を横置きに設置して使用する場合においても、十分に凝縮液（電解液）を各穴部２０ｅに保持することができ、リードタブ５、１５の間に発生する端子間電流を抑制し、陽極側のリードタブ５における腐食の発生を抑えることができる。

図４は、封口体２０の製造方法を示す断面図である。図４に示すように、上方を開口する有底筒状の下金型５１と、当該下金型５１の内周面に嵌合する上金型５２とにより成形加工が行われる。下金型５１の内底面には、一対のピン５１ａと、複数のピン５１ｂとが植設されている。一対のピン５１ａは、封口体２０の貫通孔２０ｃ、２０ｄを形成するためのものであり、複数のピン５１ｂは、封口体２０の穴部２０ｅを形成するためのものである。

下金型５１と上金型５２との間には封口体２０を形成するゴム等の弾性材料が配置される。上金型５２の底面にピン５１ａの上端が当接するまで下金型５１を矢印Ａ方向に上昇させると弾性材料が圧縮され、封口体２０が成形される。この時、一対のピン５１ａにより貫通孔２０ｃ、２０ｄ（図１）が形成され、複数のピン５１ｂにより穴部２０ｅ（図１）が形成される。

次に、電解コンデンサ１の製造工程について説明する。
所定の幅に切断された陽極箔３ａ（陽極アルミニウム箔）および陰極箔３ｂ（陰極アルミニウム箔）に外部引き出し電極用のリードタブ５および１５（アルミニウム製）を加締め接続する。陽極箔３ａは弁金属としてアルミニウム箔を用い、弁金属の表面にエッチング処理および化成処理を施すことによって、誘電体酸化皮膜が形成されたものを用いる。また、陰極箔３ｂも陽極箔３ａと同様にアルミニウム箔を用い、アルミニウム箔の表面にエッチング処理が施されるとともに自然酸化皮膜が形成されている。なお、陰極箔３ｂについても誘電体酸化皮膜を形成したり、表面にカーボン、チタン、窒化チタン、炭化チタン等を形成してもよい。陽極箔３ａおよび陰極箔３ｂを、セルロースを主体としたセパレータ４を介して巻回し、コンデンサ素子２を作製する。

そして、電解質を含浸したコンデンサ素子２をアルミニウム製ケース（外装ケース１２）に収納し、外装ケース１２の開口部をカーリングして封止した。電解質には、エチレングリコールやγ―ブチロラクトン等を主溶媒とし溶質を溶解した電解液、ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホン酸等の導電性高分子を主成分とする固体電解質と電解液との両方を使用することができる。その後、所定温度に設定された恒温槽内で、外装ケース１２にコンデンサ素子２を収納したアルミニウム電解コンデンサ（電解コンデンサ１）に定格電圧を印加し、エージング処理を施すことにより、電解コンデンサ１の製造工程を終了する。

以下に実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。

アルミニウムリードタブを陽極アルミニウム箔に加締め接続するとともに、アルミニウムリードタブを陰極アルミニウム箔に加締め接続する。そして、セパレータを介して陽極アルミニウム箔と陰極アルミニウム箔を重ね合わせ、巻回したアルミニウム電解コンデンサ素子に電解液を含浸する。そして、アルミニウム電解コンデンサ素子から引き出されている陽極側のリードタブおよび陰極側のリードタブの丸棒部をそれぞれ封口体の挿通孔から挿通させた後、アルミニウム電解コンデンサ素子を封口体とともに外装ケース内に挿入する。次に、外装ケースの開口部をカーリング加工するとともに外周面に絞り加工を施し封止する。これにより、定格４００Ｖ／１５０μＦのアルミニウム電解コンデンサ（外形寸法：直径φ１８ｍｍ×長さ４０ｍｍのアルミニウム電解コンデンサ）を製作し、カテゴリ上限温度を超える１１５℃の環境下にて定格電圧（４００Ｖ）を印加した場合に、陽極側のリードタブの近傍に腐食が発生するまでの時間を測定した。腐食の発生とは、腐食生成物の付着、またはアルミニウムの溶解が見られた状態を意味する。この測定結果を表１に示す。

比較例１は、封口体２０にメッシュ状の穴部２０ｅを設けない場合の腐食発生時間を測定した結果を示すものであり、実施例１～７は、封口体２０にメッシュ状の穴部２０ｅを設けた場合の腐食発生時間を測定した結果を示すものである。

（比較例１）
封口体２０に穴部２０ｅを設けない場合は、１５００～１７００時間でリードタブに腐食が発生した。

（実施例１）
封口体２０の形成領域ＡＲ１に直径０．０９ｍｍの穴部２０ｅを６０％の面積占有率でメッシュ状に設けた場合、５０００～５５００時間でリードタブに腐食が発生した。

（実施例２）
封口体２０の形成領域ＡＲ１に直径０．１ｍｍの穴部２０ｅを４５％の面積占有率でメッシュ状に設けた場合、５０００～５５００時間でリードタブに腐食が発生した。

（実施例３）
封口体２０の形成領域ＡＲ１に直径０．１ｍｍの穴部２０ｅを５０％の面積占有率でメッシュ状に設けた場合、１００００時間を超えてもリードタブに腐食が発生しなかった。

（実施例４）
封口体２０の形成領域ＡＲ１に直径０．１ｍｍの穴部２０ｅを８５％の面積占有率でメッシュ状に設けた場合、１００００時間を超えてもリードタブに腐食が発生しなかった。

（実施例５）
封口体２０の形成領域ＡＲ１に直径０．８ｍｍの穴部２０ｅを５０％の面積占有率でメッシュ状に設けた場合、１００００時間を超えてもリードタブに腐食が発生しなかった。

（実施例６）
封口体２０の形成領域ＡＲ１に直径０．８ｍｍの穴部２０ｅを８５％の面積占有率でメッシュ状に設けた場合、１００００時間を超えてもリードタブに腐食が発生しなかった。

（実施例７）
封口体２０の形成領域ＡＲ１に直径０．８ｍｍの穴部２０ｅを４５％の面積占有率でメッシュ状に設けた場合、３５００～４０００時間でリードタブに腐食が発生した。

このように、穴部２０ｅの穴径が０．１ｍｍ以上であって、かつ、穴部２０ｅの面積占有率が５０％以上であれば、１００００時間を超えてもリードタブに腐食が発生しない結果となった。

以上の測定結果から以下のことが分かる。
封口体２０の内面２０ａの形成領域ＡＲ１に穴径が０．０９ｍｍ以上の穴部２０ｅを、４５％以上の面積占有率で設けることにより、腐食発生時間を延ばすことができることが分かる（実施例１～７）。また、穴部２０ｅの穴径を０．１ｍｍ以上とし、かつ、穴部２０ｅの面積占有率を５０％以上とすることにより、電解コンデンサのリードタブに腐食が発生することを効果的に抑制することができることが分かる（実施例３～６）。

なお、上述の実施形態においては、穴部２０ｅの底部形状を略半球形状とする場合について述べたが、本発明にこれに限られず、例えば、図５に示すように、穴部２０ｅの底部形状を平面形状としてもよい。

また、上述の実施形態においては、穴部２０ｅを丸穴形状とする場合について述べたが、本発明はこれに限られず、例えば開口部が四角形の角穴であってもよい。

また、上述の実施形態においては、すべての穴部２０ｅを同一形状とする場合について述べたが、本発明はこれに限られず、異なる形状（穴径、穴の深さなどの穴の形状）のものが混在していてもよい。

また、上述の実施形態においては、穴部２０ｅの形成領域ＡＲ１を円形とした場合について述べたが、本発明はこれに限られず、例えば、図６に示すような四角形の領域、または図７に示すような楕円形の領域等、種々の形状の領域を適用することができる。

また、上述の実施形態においては、定格４００Ｖ／１５０μＦのリード線形アルミニウム電解コンデンサ（外形寸法：直径φ１８ｍｍ×長さ４０ｍｍのアルミニウム電解コンデンサ）について述べたが、本発明はこれに限られず、チップ形、基板自立形、ネジ端子形のアルミニウム電解コンデンサ、導電性高分子アルミニウム電解コンデンサ、導電性高分子ハイブリッドアルミニウム電解コンデンサ等、種々のアルミニウム電解コンデンサに広く適用することができる。

１電解コンデンサ
２コンデンサ素子
３ａ陽極箔
３ｂ陰極箔
４セパレータ
５、１５リードタブ
１２外装ケース
１３スリーブ
２０封口体
２０ｅ穴部

Claims

第１のリードタブが接続された弁金属の陽極箔と、第２のリードタブが接続された陰極箔とを、セパレータを介して重ね合わせ、巻回してなるコンデンサ素子と、
前記コンデンサ素子を収納する有底円筒状の外装ケースと、
前記外装ケースの開口部を封止するとともに前記第１のリードタブおよび前記第２のリードタブを挿通する一対の貫通孔が形成された封口体と、を備えた電解コンデンサであって、
前記封口体の前記コンデンサ素子に面した内面には、前記コンデンサ素子側に開口を有する複数の有底の穴部がメッシュ状に形成されていることを特徴とする電解コンデンサ。
前記穴部は、穴径が０．１ｍｍ以上であり、かつ、前記一対の貫通孔の間の形成領域に対して、５０％以上の面積占有率で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサ。
前記穴部の前記形成領域は、円形であ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。