JP2883361B2 - 電解コンデンサ - Google Patents

電解コンデンサ

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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
この発明は、電極間にセパレータを介在させてなるコ
ンデンサ素子を用いた電解コンデンサに関するもので、
特にセパレータを改良した乾式電解コンデンサに関す
る。
【従来の技術】 乾式電解コンデンサは、アルミニウム、タンタル、ニ
オブ、チタンなどの表面に絶縁性の酸化皮膜層が形成さ
れるいわゆる弁金属を陽極に用い、この弁金属表面を陽
極酸化処理等の操作によって誘電体層となる絶縁酸化皮
膜層を形成する。 さらにこの陽極に対し、陰極を対向配置し陽極陰極間
に各種の紙、多孔質樹脂シートなどの材料からなるセパ
レータを配置する。セパレータには電解液が保持され、
コンデンサ素子が構成される。 第1図は、コンデンサ素子1の構造を表した部分分解
図である。図で示すように表面に陽極酸化処理によって
誘電体酸化皮膜が形成された帯状の陽極箔2と、この陽
極箔2とほぼ同幅の帯状の陰極箔3とが、これら電極箔
2、3より僅かに広い幅で同様に帯状に切断された2枚
のセパレータ4を介して重ね合わされ、一方端から巻回
されて円筒状のコンデンサ素子1を形成する。また陽極
箔2の所定の位置には、外部との電気的接続を得るため
の細幅の陽極リード5が溶接、圧接等の手段で接続さ
れ、陰極箔3についても同様の陰極リード6が接続さ
れ、コンデンサ素子1の上部端面より引き出された構造
をなしている。そしてコンデンサ素子1には電解液が含
浸され、図示しない外装ケースに収納され、外装ケース
開口部を封口部材で密閉がなされる。 電解液は、各種の無機酸、有機酸またはこれらの塩を
多価アルコール類、酸アミドをはじめとする各種の溶媒
中に溶解し、使用目的に応じて添加剤を配合してなり、
陽極表面の誘電体酸化皮膜層に直接接触して、真の陰極
として機能すると共に、誘電体酸化皮膜の欠損部や劣化
部に作用して、陽極酸化反応を起こして酸化皮膜を修復
をする機能を併せ持つ。したがって陰極として配置され
ている電極は陰極というよりむしろ集電極の役目を果た
す。 電解液はその性質上、充分な電導度と、皮膜修復機能
を維持するために、陽極電極および陰極電極に充分な量
が接触する必要がある。ところが電解液が過剰である
と、コンデンサ素子のリード部等に電解液が付着して、
漏れ電流の増大を来したり、コンデンサ素子を収納する
密閉容器から電解液が漏出する事故が起きることがあ
る。 セパレータは上記したような不都合を防止する機能を
有しており、陽極、陰極間に充分な量の電解液を保持す
るために用いている。またセパレータは陽極、陰極の直
接の接触による短絡事故を防止する役目も有している。 このような機能に合致させるために、セパレータは、
単位体積(あるいは面積)あたりの電解液保持量が多い
こと、電解液によるイオン電導が充分達成されるために
空孔度合いが高い低抵抗の構造などを具備することなど
が要求される。このために、セパレータ自体の密度や空
隙を大きくすると電極間の短絡事故の増大や、耐圧不足
を呈すると共に、電解液の保持量も減少してくることが
あり、最適な特性が得られるセパレータを構成する部材
や密度の選択は相当に困難である。
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近の電解コンデンサは長期間安定した特
性が維持されることが要求されている。電解コンデンサ
の寿命特性を決定する要因の主要なものの一つに内部の
電解液の残存量がある。電解コンデンサは電解液を外装
容器内に長期間保持するために高度な密閉が施されてい
るが、長期の使用においては、内部圧力の上昇や、密閉
構造の劣化等によって電解液が徐々に蒸散することが避
けられず、電解液が減少すると、静電容量の低下、損失
の増大等の劣化を起こす。 従来の電解コンデンサに用いられるセパレータとして
は、クラフトやマニラ麻の繊維を漉いたものが多用され
ている。クラフト紙は、安価で強い紙が作れるが、繊維
が偏平であるために電解液の電流通路が長くなり抵抗が
大きくなるという欠点がある。マニラ麻紙はクラフト紙
に比べると繊維の偏平度が小さく、電流通路は前者に比
べて短く抵抗については有利となるが高価である。 また最近では、ポリオレフィン系などの合成樹脂の繊
維の使用も試みられている。これら合成樹脂繊維は断面
がほぼ円形に成形できるので、電流通路が短くなり抵抗
が小さくなる。 しかしながら、このような従来のセパレータ材料はい
ずれも繊維の表面が平滑なため、繊維内部へ電解液が取
り込まれることはなく、しかも繊維表面への電解液の付
着状態も充分ではない。電解液の保持は、繊維の交差部
や隣接した繊維間の狭小な隙間部に表面張力によって電
解液が保持されるのが主体となる。 このため、既存のセパレータでは長寿命の電解コンデ
ンサを得るために充分な量の電解液を保持できず、改善
が望まれていた。 また、電解液をセパレータが保持できる量以上に多量
にコンデンサ素子に含ませると、コンデンサ素子から余
剰の電解液が外装ケース内部に流出して、端子部に付着
して漏れ電流を増加を来したり、外部への液漏れ事故を
誘発する原因となる。
【課題を解決するための手段】
この発明は、長期の安定した特性を得るに好適な改良
されたセパレータを有する電解コンデンサに関する。 すなわちこの発明は、表面に誘電体酸化皮膜層が形成
された陽極電極と、陽極電極に対向配置された陰極電極
と、これら電極間に、電解液を保持して介在するセパレ
ータとからなるコンデンサ素子を有する電解コンデンサ
において、前記セパレータが、海島方式による極細繊維
束からなる繊維を一部または全部に含む不織布もしくは
織布からなることを特徴としている。 海島方式による繊維束からなる繊維とは、島成分を成
す通常形成可能な太さの繊維を複数本束ねると共に、島
成分以外の間隙を別の海成分と称される物質で満たして
一体の繊維とし、その後島成分の繊維表面を溶解すべく
海成分を通じて島成分を必要量溶解して極細の繊維とす
る。溶解後の繊維径は、0.6デニール以下好ましくは0.3
デニール程度の極めて細い形状とし、次いで海成分の全
部もしくは一部を溶解させ、実質的に島成分の極細繊維
束が残存する構造に形成される。 海島方式による繊維形成の具体例を挙げると、島成分
にはポリエステルを選び、かつ島成分の繊維径は0.8デ
ニール以上の普通の線径の繊維を用い、海成分にはアル
カリに侵され易い成分、例えばポリスチレン、あるいは
その共重合体、ポリオレフィンのごとき素材を選択して
繊維束を形成する。この繊維束を、苛性ソーダ水溶液な
どのアルカリに浸漬すると、アルカリに侵され易い海成
分を通じて、ポリエステル表面が浸食され、所望の極細
繊維となる。 次に海成分を除去するのであるが、この方法として
は、例えば海成分にポリスチレン系ポリマーを用いた場
合には、各種の芳香族炭化水素や、塩素系炭化水素その
他ポリエステルを溶解させない各種の有機溶媒を用いれ
ばよい。海成分にポリオレフィン系ポリマーを用いた場
合には、やはりポリエステルを損傷させる度合いの低い
各種をポリオレフィン溶剤を用いる。 第2図は、海島方式の繊維11の断面を説明したもの
で、複数の島成分である極細繊維12が束となって一本の
繊維を構成している。そして極細繊維12の隙間は海成分
が当初充填されているが、除去処理によりその全部もし
くは大半が除去され空隙部13を構成している。
【作用】
この発明によれば、海島方式による極細繊維束からな
る繊維は、断面が極細の繊維が束ねられて島部として一
本の円形の繊維を形成する構造となっており、海部とな
る繊維層を除去剤によってその全部若しくは一部が取り
除かれているので、極細繊維間に多数の隙間を持つ構造
となる。 このためセパレータに電解液を含浸させると、電解液
は繊維間の多数の空隙に保持される。また繊維自体の内
部に電解液が相当量保持されるので、繊維表面のぬれ性
も向上し、繊維外部への電解液の付着の量も増加する。 これによって、単位体積もしくは面積あたりで見た場
合、セパレータの電解液保持量が増加し、極細繊維束の
本数や繊維径、セパレータ密度等により数値は異なる
が、従来のセパレータ紙に比べ、ほぼ2倍ないし数倍程
度の電解液を保持することができる。
【実施例】
以下実施例に基づいてこの発明を説明する。 まずこの発明で用いるセパレータとして、以下のもの
を作成した。 繊維には、第2図に示す海島構造の繊維を用いた。繊
維は島成分がポリエステルの平均繊維径0.4μmの極細
繊維束からなり、ほぼ円形に形成されておりその径は約
5μmである。 この海島方式による繊維単独、またはマニラ麻繊維と
混抄してセパレータを作成した。また比較例として、マ
ニラ麻繊維のみからなる厚さ50μmのセパレータを準備
した。なおマニラ麻繊維は断面が偏平形状をしており、
短径の平均が約4μm、長径の平均が約8μmで、偏平
率はほぼ1:2である。 これらのセパレータの電解液保持能力を比較するため
に、セパレータに同一の電解液を含浸させ、所定面積あ
たりの電解液の保持量を調べた。保持量の測定は、帯状
のセパレータのみを円筒状に巻回し、これに電解液(エ
チレグリコール−アジピン酸アンモニウム系電解液)を
含浸し、これを遠心分離期(回転速度100回/分)にて
5秒間遠心分離したものを分解し、セパレータの中間部
を所定の面積(10cm2)に切断し、精密天秤で秤量し、
あらかじめ乾燥状態で測定したセパレータ自体の重量を
減じたものである。 準備したセパレータの組成(海島方式による極細繊維
束からなる繊維の含有量)および保持電解液量の測定結
果は、第1表のとおりである。 この表からもわかるように、この実施例のセパレータ
は、比較のマニラ麻繊維のセパレータに比べ、いずれも
単位面積あたりの電解液保持量が増加していることがわ
かる。特に実施例4の海島方式による極細繊維束からな
る繊維のみを使用したセパレータは比較例に比べ、電解
液保持量がおよそ3倍に増加している。 次にこれらのセパレータを帯状に切断したものを第1
図に示すように電極箔と共に巻回して円筒形のコンデン
サ素子を作成し、電解液を含浸させた後金属製の外装ケ
ースに収納し、外装ケース開口部をゴム張りの封口板で
閉じて電解コンデンサとした。 この電解コンデンサは、定格電圧25V、静電容量2200
μFのものである。この各電解コンデンサの初期の電気
的特性(静電容量、損失、漏れ電流)は、第2表のとお
りであった。 この結果をみると、初期における電気的特性は、静電
容量、漏れ電流についてはさほどの差異はないが、損失
についてはこの発明のセパレータの繊維断面がほぼ円形
のため、内部抵抗分が小さく、低い値となっていること
がわかる。 さらに、これらの電解コンデンサを105℃で定格電圧
(50V)を印加して長期の高温負荷寿命試験を行った。
試験は、初期の静電容量値に対する時間経過に伴う静電
容量値の変化率と、時間経過に伴う損失値の変化とを調
べた。この結果を第3図に示す。なお同図(a)は静電
容量の変化率、同図(b)は損失値の変化を示すグラフ
である。 これらのグラフからわかるように、比較例の電解コン
デンサは内部の電解液保持量が少ないので、長時間の使
用により、静電容量の減少、損失の増加が著しく、1750
0時間で試験を中止した。 一方この実施例の電解コンデンサは、比較例のものに
比べ、静電容量の減少が少ないと共に、損失の上昇が抑
制され、電気特性を長期間安定して維持していることが
わかる。
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によればセパレータの電
解液保持量を増加させることができるので、電解コンデ
ンサの長期間の使用することで、内部電解液の減少によ
る静電容量の減少、損失、インピーダンス特性の劣化を
防止し、信頼性の高い長寿命の電解コンデンサが得られ
る。 またセパレータの電解液保持能力が高いので、コンデ
ンサ素子から外装ケース内へ余剰の電解液が流れ出し、
漏れ電流の増大や液漏れ事故を発生することもない。 またこの発明のセパレータは、繊維断面をほぼ円形と
することができるので、セパレータ中の抵抗分が低く、
この結果電解コンデンサの損失やインピーダンス特性が
向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は電解コンデンサの素子構造を示す部分分解図、
第2図は、この発明のセパレータに用いる繊維の断面を
示す断面図、第3図は電解コンデンサの高温負荷試験の
結果を表すグラフで、(a)は静電容量の変化率、
(b)は損失値の変化を示している。 1……コンデンサ素子、2……陽極箔 3……陰極箔、4……セパレータ 5……陽極リード、6……陰極リード 11……海島方式の繊維、12……極細繊維 13……空隙部

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表面に誘電体酸化皮膜層が形成された陽極
    電極と、陽極電極に対向配置された陰極電極と、これら
    電極間に、電解液を保持して介在するセパレータとから
    なるコンデンサ素子を有する電解コンデンサにおいて、 前記セパレータが、海島方式による極細繊維束からなる
    繊維を一部または全部に含む不織布もしくは織布からな
    ることを特徴とする電解コンデンサ。
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