JP3591463B2

JP3591463B2 - 積層型電解コンデンサ用陽極箔および積層型電解コンデンサ

Info

Publication number: JP3591463B2
Application number: JP2001028107A
Authority: JP
Inventors: 博司岡崎; 智之吉井; 滋朗市村; 利幸高野
Original assignee: Hitachi AIC Inc
Current assignee: Hitachi AIC Inc
Priority date: 2001-02-05
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2021-02-05
Also published as: JP2002231582A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層型電解コンデンサ用陽極箔および電解コンデンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にアルミニウム電解コンデンサ用電極箔は、単位面積当たりの静電容量を高めるために、アルミ箔を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、表裏面に通常エッチングピットまたはトンネル状ピットと呼ばれる無数の微細な穴を内部方向に向かって形成している（例えば、特開平３−１０９７１１号公報、特開平１０−２５６０９６号公報等）。エッチングピットは、陽極箔の表裏面に貫通するもの（以下、貫通ピットという）と、貫通しないもの（以下、不貫通ピットという）とがある。特に、貫通タイプの陽極箔は、貫通ピットを電解液が浸透し、陰極箔へのイオン伝導が行われるため、陽極箔を２枚重ねてダブルアノードとして使用できる反面、不貫通タイプの陽極箔と異なり、厚さ方向の中心部に芯と呼ばれる地金部がないため、機械的強度が弱く、化成処理したり、陽極箔を複数枚積層して接続する際に、箔割れしたり切断してしまう。
【０００３】
このため、従来は、機械的強度を維持するために、ピット数を少なくしたり、箔の側縁部にエッチングされない帯状の未エッチング部を設けている。また、特開平８−２６４３９１号公報に記載された電解コンデンサ用アルミニウム箔のエッチング方法は、別工程によって貫通ピットと不貫通ピットを形成し、さらに別工程で貫通ピットの直径を拡大するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ピット数を少なくして貫通ピットが形成されていない部分を多く残すと、単位面積当たりで得られる静電容量が制限されるため、大容量化を図る上で障害になるという問題があった。陽極箔の側縁部に帯状の未エッチング部を設ける場合も、それだけ有効表面積が減少するため、大容量化を図る上で障害になる。
特開平８−２６４３９１号公報に記載された電解コンデンサ用陽極箔は、貫通ピットを形成するエッチング工程と、不貫通ピットを形成するエッチング工程と、貫通ピットの直径を拡大するエッチング工程を必要とするため、エッチングの処理工程が多くなり、陽極箔の製作に長時間を要し、生産性が低いという問題があった。
【０００５】
本発明は上記した従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、陽極箔の一部に接続用の未エッチング部を設けるという簡単な構造で、静電容量および機械的強度を向上させることができ、複数の陽極箔を確実に接続することができるようにした積層型電解コンデンサ用陽極箔を提供することにある。
また、本発明は、薄型小型化を図ることができる積層型電解コンデンサを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために第１の発明は、陽極箔の一部に該陽極箔の表面から裏面にまで達する厚さの接続用未エッチング部を設け、この接続用未エッチング部が形成されている部分以外の部分に表裏面にわたって貫通するエッチングピットを形成した積層型電解コンデンサ用陽極箔において、前記接続用未エッチング部の表裏面の面積を異ならせたものである。
この発明においては、未エッチング部が表面から裏面にまで達しているので、未エッチング部の強度を増大させることができる。また、未エッチング部の表面側の面積と裏面側の面積とが異なっているので、陽極箔の内部において未エッチング部に段差ができるため、複数の陽極箔を積層してコールドウエルド法（圧着法）等によって接続する際に、貫通ピットが形成されているエッチング部分と未エッチング部分の厚さ方向の相対的な移動を防止し、互いに分離するのを防止することができる。
【０００７】
第２の発明は、陽極箔の一部に該陽極箔の表面から裏面にまで達する厚さの接続用未エッチング部を設け、この接続用未エッチング部が形成されている部分以外の部分に表裏面にわたって貫通するエッチングピットを形成した積層型電解コンデンサ用陽極箔において、前記接続用未エッチング部の表面と裏面を前記陽極箔の面方向にずらしたものである。
このような発明においても、第１の発明と同様に陽極箔の内部において未エッチング部に段差ができるため、複数の陽極箔を積層してコールドウエルド法（圧着法）等によって接続する際に、貫通ピットが形成されているエッチング部分と未エッチング部分の厚さ方向の相対的な移動を防止し、互いに分離するのを防止することができる。
【００１１】
第３の発明は、上記第１または第２の発明に記載の発明に係る陽極箔を複数枚積層して形成した陽極箔積層体と、この陽極箔積層体に積層された陰極層と、前記陽極箔積層体と前記陰極箔との間に介在された電解紙とでコンデンサ素子を構成し、このコンデンサ素子に駆動用電解液を含浸したものである。
【００１２】
このような発明においては、貫通ピットが駆動用電解液の通過を可能にするため、陽極箔間に電解紙を介在させる必要がなく、コンデンサを薄型、小型化することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る積層型電解コンデンサの一実施の形態を示す概略断面図、図２はコンデンサ素子の要部の断面図、図３は陽極箔の平面図である。
【００１４】
図１において、１は弁作用金属としてアルミニウムを用いた積層型アルミ電解コンデンサである。この積層型アルミ電解コンデンサ１は、絶縁材からなるケース本体２と、このケース本体２内に２段に積層されて収納されたコンデンサ素子３と、ケース本体２の上面開口部を液密に閉塞する蓋体４と、ケース本体２内に収納された駆動用電解液５等で構成され、各コンデンサ素子３の陽極タブ６と陰極タブ７（図２）が前記ケース本体２に貫通して設けたプラスとマイナスのラグ端子８，９にそれぞれ電気的に接続されている。
【００１５】
図２および図３において、前記コンデンサ素子３は、所定の製品サイズに裁断された複数の陽極箔１４を複数枚積層して形成した陽極箔積層体１５と、この陽極箔積層体１６の表裏面に電解紙１７を介して積層された陰極箔１８とで構成され、図示しない駆動用電解液が含浸されている。陽極箔積層体１５と陰極箔１８の上面の一側縁部には、前記陽極タブ６と陰極タブ７の一端部が従来周知のコールドウエルド法（またはかしめつけ法）によってそれぞれ取付けられている。このようなコンデンサ素子３は、含浸工程により前記陽極箔１４および電解紙１７に電解液が含浸された後、前記ケース２内に収納される。
【００１６】
前記陽極箔１４は、厚さが１００μｍ程度のアルミ箔に溶液中で電気化学的または化学的エッチング処理を施し、表面と裏面からそれれぞれ内部方向に向かって延びる無数の微細なエッチングピット２０を形成した後、化成処理によって表面全体に誘電体としての酸化被膜（Ａｌ_２Ｏ_３）を形成したアルミ箔が用いられる。エッチングピット２０は、陽極箔１４の略全面にわたって形成されており、陽極箔１４の厚さ方向中心部付近で互いに連通することにより貫通ピットを形成している。
【００１７】
また、陽極箔１４の表面の一部には、エッチング時にマスキングされることにより、貫通ピット２０が形成されない部分、つまり未エッチング部２１（図２の斜線部）が設けられている。この未エッチング部２１は、複数の陽極箔１４を積層してコールドウエルド法（またはかしめつけ法）により機械的および電気的に接続する際の接続部となる部分であり、また前記陽極タブ６の取付部として用いられる。したがって、以下の説明においては、接続用未エッチング部ともいう。
【００１８】
接続用未エッチング２１は、図２に示すように陽極箔１４の厚さ方向の略中心部にまで達する厚みをもって形成され、この接続用未エッチング部２１に対応する裏面側には陽極箔１４の厚さ方向中心部に向かって伸長する不貫通なエッチングピット（不貫通ピット）２２が形成されている。このような接続用未エッチング部２１と不貫通ピット２２は、貫通ピット２０の形成時に図４に示すように陽極箔１４の表面で陽極タブ取付予定部に、例えばポリエステル系樹脂塗料等のマスク剤２３を塗布しておくことにより容易に形成することができ、形成後はマスク剤２３を溶剤によって除去すればよい。
【００１９】
ここで、本実施の形態においは、複数の陽極箔１４を積層してコールドウエルド法（またはかしめつけ法）により接続すると、全ての陽極箔１４を電気的に接続することができるため、前記陽極タブ６を積層された３枚の陽極箔１４のうち最上層の陽極箔１４にのみ設けた例を示したが、これに限らず各陽極箔１４にそれぞれ設け、リード線で接続してもよい。
【００２０】
貫通ピット２０、不貫通ピット２２および接続用未エッチング２１を有する前記陽極箔１４を製作するには、純度９９．９８％以上、厚さ１００μｍのアルミ箔に以下の工程を施すことにより製作することができる。
一般的にエッチング工程は、まず塩酸、硫酸等の酸を含む酸性水溶液もしくは水酸化ナトリウム等のアルカリを含むアルカリ性水溶液に所定の時間アルミ箔を浸漬し、第一工程のエッチングを行う。この後、塩酸、塩化ナトリウム等の塩化物を含む水溶液に、硫酸、リン酸、硝酸、蓚酸等の皮膜を形成する酸を添加した液中で、電気化学的にエッチングピットを形成する第二工程を行う。次に、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸、蓚酸等の酸を含む水溶液中で、化学的もしくは電気化学的エッチングを行いピット内壁に沿ってアルミニウムを溶解させ、ピット径を目的の太さに拡大する第三工程のエッチングを行う。第三工程が終わったアルミ箔を洗浄後、純水で洗浄して乾燥し、エッチング処理を終了する。これらの処理により、アルミ箔には無数の微細な貫通ピット２０と非貫通ピット２２および未エッチング部２１が形成される。
【００２１】
次に、化成処理によってアルミ箔の表面全体に誘電体である酸化皮膜を形成する。一般的に化成処理は、前記エッチング処理を行ったアルミ箔を沸騰した純水中に浸漬し、表面に疑似ベーマットを形成する。次に、ホウ酸、リン酸等の無機酸イオンや、モノカルボン酸、ジカルボン酸、オキシカルボン酸等の有機酸イオンを含む水溶液中にアルミ箔を浸漬し、所定の電圧を印加し陽極酸化を行う。その後、熱処理、減極処理、陽極酸化を繰り返し、その後、洗浄、乾燥して化成工程を終了する。以上の工程を終了したアルミ箔を上記した陽極箔１４として用いる。この陽極箔１４は、有効面積が大きく、高圧（１００Ｖ以上）の積層型アルミ電解コンデンサ用陽極箔として用いることができる。
【００２２】
前記陰極箔１８は、陽極箔１４と同様にアルミ箔からなり、エッチング処理されることにより表面と裏面から内部方向に向かって延びる無数の不貫通ピット２５がそれぞれ形成されることにより、厚さ方向中心部に芯としての地金部２６を残すものが用いられるが、これに限らず不貫通ピット２５が形成されていないアルミ箔であってもよい。陰極箔１８の厚さは、１５〜６０μｍ程度で、特別の場合を除き化成処理による酸化皮膜は形成されていない。ただし、安定化処理は行われるため、きわめて薄い酸化皮膜は存在する。
【００２３】
前記ケース本体２内に収納される駆動用電解液５と、前記陽極箔１４、電解紙１７に含浸される駆動用電解液としては、通常エチレングリコール（ＥＧ）を主溶媒とし、硼酸系、有機酸系アンモニウム等が溶質として用いられる。
【００２４】
前記電解紙１７としては、マニラ紙、クラフト紙等が用いられる。電解紙１７の特性としては、電荷をもったイオンの移動を可能にするため微細な貫通孔を有する多孔質で高い緻密性と気密性が要求される。電解紙１７の厚さは、３０〜７０μｍ、密度は０．６〜０．８５程度とされる。
【００２５】
このような積層型電解コンデンサ１においては、陽極箔１４の表面の一部に機械的強度の大きい接続用未エッチング部２１を設けているので、複数の陽極箔１４を積層してコールドウエルド法（またはかしめつけ法）により接続するとき、この接続用未エッチング部２１を加圧またはかしめつけて接続すると、貫通ピット２０が形成されているエッチング部分が破壊したり切断することがなく良好に、かつ確実に接続することができる。また、機械的、電気的に接続が良好であれば、貫通ピット２０のピット数を増大させて有効表面積を拡大することができるので、静電容量を向上させることができる。
【００２６】
また、本実施の形態においては、表面側の接続用未エッチング部２１に対応する陽極箔１４の裏面側に、厚さ方向中心部に向かって伸長する不貫通ピット２２を形成しているので、陽極箔１４の有効表面積を一層増大させることができ、静電容量を向上させることができる。
【００２７】
さらに、貫通タイプの陽極箔１４を用いたコンデンサ素子３は、陰極箔１８に対するイオン伝導が貫通ピット２０を通って行われるので、陽極箔１４間に電解紙を介在させる必要がなく、不貫通タイプの陽極箔を用いたコンデンサ素子に比べて、薄型、小型化、さらには軽量化を図ることができる。但し、実際の製作に当たっては、駆動用電解液の浸透をより良好かつ確実にしコンデンサの寿命を向上させるために陽極箔１４間に電解紙を介在させてもよいことは勿論である。
【００２８】
次に、接続用未エッチング部の他の例を図５〜図９に示す。
図５（ａ）、（ｂ）は、請求項３に記載の発明に対応する実施の形態を示すもので、接続用未エッチング部３１を陽極箔１４の表面から裏面にまで達する厚さに形成するとともに、接続用未エッチング部３１の表面３１ａと裏面３１ｂの面積を異ならせて厚さ方向中心部付近に段差３２を設け、陽極箔１４の裏面で前記段差３２に対応する部分に不貫通ピット２２を形成したものである。このような接続用エッチング部３１を形成するには、陽極箔１４の表面側と裏面側に面積の異なるマスク剤２３Ａ，２３Ｂを大きさを異ならせて塗布してエッチング処理を行い、貫通ピット２０と不貫通ピット２２を形成すればよい。
【００２９】
接続用未エッチング部３１の表面３１ａと裏面３１ｂの面積を異ならせ、未エッチング部３１の上側部分と下側部分との間に段差３２を設けると、複数の陽極箔１４を積層してコールドウエルド法（またはかしめつけ法）により接続するとき、段差３２が貫通ピット２０が形成されているエッチング部分と接続用未エッチング部３１の厚さ方向の相対的な移動を防止し、互いに分離するのを防止することができる。
【００３０】
図６（ａ）、（ｂ）は、請求項４に記載の発明に対応する実施の形態を示すもので、接続用未エッチング部３５を陽極箔１４の表面から裏面にまで達する厚さに形成するとともに、接続用未エッチング部３５の表面３５ａと裏面３５ｂを陽極箔１４の面方向に所要距離ずらして厚さ方向中心部付近に段差３６を設け、陽極箔１４の表面と裏面で前記段差３６に対応する部分に不貫通ピット２２を形成したものである。このような接続用エッチング部３６を形成するには、陽極箔１４の表面側と裏面側にマスク剤２３Ａ，２３Ｂを所要距離ずらして塗布してエッチング処理を行い、貫通ピット２０と不貫通ピット２２を形成すればよい。
【００３１】
このような陽極箔１４においても、未エッチング部３５の上側部分と下側部分との間に段差３６を設けているので、図５に示した実施の形態と同様に、複数の陽極箔１４を積層してコールドウエルド法（またはかしめつけ法）により接続するとき、段差３６が貫通ピット２１が形成されているエッチング部分と未エッチング部３５の厚さ方向の相対的な移動を防止し、互いに分離するのを防止することができる。
【００３２】
図７は図６に示した未エッチング部３５の変形例で、接続用未エッチング部３５を陽極箔１４の表面から裏面にまで達する厚さに形成するとともに、接続用未エッチング部３５の表面３５ａと裏面３５ｂの面積を異ならせ、一側縁を互いに一致させたものである。このような構造においても、上記した実施の形態と同一の効果が得られることは明らかであろう。
【００３３】
図８（ａ）、（ｂ）は、請求項５に記載の発明に対応する実施の形態を示すもので、陽極箔１４の表面および裏面に陽極箔１４の内部中間位置まで達する厚さの接続用未エッチング部３８，３９を互いに重ならないように陽極箔１４の面方向に所要距離だけ離間させてそれぞれ設け、これら接続用未エッチング部３８，３９が形成されている部分以外の部分に表裏面に貫通する貫通ピット２０を形成し、未エッチング部３８，３９の裏側に不貫通ピット２２をそれぞれ形成したものである。
【００３４】
このような構造においては、未エッチング部の面積が増大するため、陽極箔１４の機械的強度を増大させることができる。
【００３５】
図９（ａ）、（ｂ）は、陽極箔１４の表裏面に達する厚さの接続用未エッチング部４０を設け、この接続用未エッチング部４０の厚さ方向中心部に幅が表面および裏面側より広い広幅部４０Ａを設けることにより段差４１を設けたものである。このような接続用エッチング部４０を形成するには、陽極箔１４の表面側と裏面側にエッチングされ易いマスク剤４３と、され難いマスク剤４４を重ねて塗布してエッチング処理を行い、貫通ピット２０と不貫通ピット２２を形成すればよい。
【００３６】
このような構造においても、図５〜図７に示した実施の形態と同一の効果が得られることは明らかだろう。
【００３７】
【実施例】
図１０〜図１２に陽極箔の電子顕微鏡写真を示す。
図１０は不貫通ピットが形成された陽極箔、図１１は従来の貫通ピットが形成された電解コンデンサ用陽極箔、図１２は本発明によって製作された積層型電解コンデンサ用陽極箔の断面の電子顕微鏡写真である。
図１０に示す不貫通ピットが形成された陽極箔の場合、ピット密度が多く（単位面積当たりの静電容量が高い）、陽極箔の厚さ方向の中央部分が未エッチングのまま残存しているため機械的強度が強いことが特徴ではあるが、貫通ピットがないため、電解液が浸透しずらく、小型化を目的とした積層型コンデンサ（陽極箔を積層）には不適である。
【００３８】
図１１に示す貫通ピットが形成された従来の陽極箔は、陽極２枚重ね（ダブルアノード）用であり、積層型コンデンサに使用可能ではあるが、機械的強度を維持するためにピット密度が図１０に示した不貫通ピットに比べて低い。
【００３９】
図１２に示す本発明による陽極箔は積層型電解コンデンサに使用することを主目的とするものである。このため、エッチング部の機械的強度の制限が殆どなく、ピット密度を極限まで高めることが可能である。これは、上記の図１〜図９で説明したように接続用未エッチング部２１（３１，３５，３８，３９，４０）を採用したことによるものである。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る積層型電解コンデンサ用陽極箔および電解コンデンサによれば、陽極箔の表面から裏面に達し、かつ表裏面の面積が異なるかまたは表面側と裏面側が陽極箔の面方向にずれた接続用未エッチング部を設けているので、複数の陽極箔を積層して接続するとき、確実に接続することができ、貫通タイプにも拘わらずピット数を増大させることができる。
また、接続用未エッチング部の強度が大で、複数の陽極箔を積層してコールドウエルド法（圧着法）等によって接続する際に、貫通ピットが形成されているエッチング部分と未エッチング部分の厚さ方向の相対的な移動を防止し、互いに分離するのを防止することができる。
また、電解紙を必要としないので、コンデンサの薄型、小型化を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る積層型電解コンデンサの一実施の形態を示す概略断面図である。
【図２】コンデンサ素子の要部の断面図である。
【図３】陽極箔の平面図である。
【図４】エッチング時の様子を示す図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は接続用未エッチング部の他の実施の形態を示す断面図およびエッチング時の様子を示す図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は接続用未エッチング部のさらに他の実施の形態を示す断面図およびエッチング時の様子を示す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は接続用未エッチング部のさらに他の実施の形態を示す断面図およびエッチング時の様子を示す図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は接続用未エッチング部のさらに他の実施の形態を示す断面図およびエッチング時の様子を示す図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は接続用未エッチング部のさらに他の実施の形態を示す断面図およびエッチング時の様子を示す図である。
【図１０】不貫通ピットが形成された陽極箔の電子顕微鏡写真である。
【図１１】従来の貫通ピットが形成された電解コンデンサ用陽極箔の電子顕微鏡写真である。
【図１２】本発明によって製作された積層型電解コンデンサ用陽極箔の電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１…アルミ電解コンデンサ、２…ケース、３…コンデンサ素子、５…駆動用電解液、６…陽極タブ、７…陰極タブ、８，９…ラグ端子、１４…陽極箔、１５…陽極箔積層体、１７…電解紙、１８…陰極箔、２０…貫通ピット、２１…接続用未エッチング部、２２…不貫通ピット、３１，３５，３８，３９，４０…未エッチング部。

Claims

陽極箔の一部に該陽極箔の表面から裏面にまで達する厚さの接続用未エッチング部を設け、この接続用未エッチング部が形成されている部分以外の部分に表裏面にわたって貫通するエッチングピットを形成した積層型電解コンデンサ用陽極箔において、
前記接続用未エッチング部の表裏面の面積を異ならせたことを特徴とする積層型電解コンデンサ用陽極箔。
陽極箔の一部に該陽極箔の表面から裏面にまで達する厚さの接続用未エッチング部を設け、この接続用未エッチング部が形成されている部分以外の部分に表裏面にわたって貫通するエッチングピットを形成した積層型電解コンデンサ用陽極箔において、
前記接続用未エッチング部の表面と裏面を前記陽極箔の面方向にずらしたことを特徴とする積層型電解コンデンサ用陽極箔。
請求項１または２記載の積層型電解コンデンサ用陽極箔を複数枚積層して形成した陽極箔積層体と、この陽極箔積層体に積層された陰極層と、前記陽極箔積層体と前記陰極箔との間に介在された電解紙とでコンデンサ素子を構成し、このコンデンサ素子に駆動用電解液を含浸してなる積層型電解コンデンサ。