JP3674346B2 - 電解コンデンサ駆動用電解液およびそれを用いた電解コンデンサ - Google Patents
電解コンデンサ駆動用電解液およびそれを用いた電解コンデンサ Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電解コンデンサ駆動用電解液およびそれを用いた電解コンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電解コンデンサに用いられる電解コンデンサ駆動用電解液（以下、電解液という）は、通常γ−ブチロラクトンやエチレングリコール等の有機化合物を主溶媒とし、これに放電電圧を高くできることから硼酸の無機酸を溶質としたものが用いられていたが、１００℃を超える環境下では硼酸中の結晶水が水蒸気となって蒸発し、これにより電解コンデンサのパッケージ内の内圧が上昇し、これを破壊させてしまうという問題があった。
【０００３】
これを解決するための手段として安息香酸、フタル酸等の芳香族カルボン酸やアジピン酸、アゼライン酸、ブチルオクタン二酸（特公昭６０−１３２９３号公報）、５，６−デカンジカルボン酸（特公昭６３−１５７３８号公報）、側鎖を有する二塩基酸（特許番号第２６８１２０２号公報）等の脂肪族カルボン酸およびそれらの塩を溶質とした電解液を用いることが知られている。
【０００４】
これらの有機カルボン酸類は電解液の水分を低減できるために１００℃を超える環境下でも水蒸気による電解コンデンサ内の内圧上昇を抑えることができるものである。
【０００５】
また、ポリエチレングリコール（特公平３−７６７７６号公報）、ポリグリセリン（特公平７−７０４４３号公報）、アルキレンブロックポリマー（特許番号第２７３１２４１号公報）等の界面活性剤を上記電解液に添加することにより、火花発生電圧および化成性を改善することができることも知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年使用機器における電解コンデンサの使用環境として高密度実装、高リップル化に伴い、高温度、長時間での使用が多くなってきており、上記従来の有機カルボン酸および界面活性剤を使用した電解液では、種類により多少の程度の差があるものの、溶媒とのエステル化反応により水分の増加を抑制することができず、水分の増加により高温度環境下で長時間電解コンデンサが晒されることで、特に化成皮膜を施していない陰極箔の劣化が促進されるという課題があった。この陰極箔の劣化によりガス発生が加速されたり、電解コンデンサの合成容量が低下することによる過リップル負荷により、弁作動等の不具合が発生するという課題を有したものであった。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するものであり、高温度で長寿命の電解コンデンサ駆動用電解液およびそれを用いた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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、有機溶媒と、無機酸、有機酸もしくはこれらの塩のいずれか１種以上の溶質と、陽イオン性界面活性剤からなる電解コンデンサ駆動用電解液としたものである。この本発明により、高温度でも長時間特性の安定した電解コンデンサを提供することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、有機溶媒と、無機酸、有機酸もしくはこれらの塩のいずれか１種以上の溶質と、陽イオン性界面活性剤からなり、この陽イオン性界面活性剤は（化２）で示されるものである構成とした電解コンデンサ駆動用電解液というものであり、陽イオン性界面活性剤がコンデンサ素子の陰極箔の表面に電気的影響で吸着し易くなるために表面を被覆して水分から陰極箔を保護するため、高温中に長時間晒されても安定な電解コンデンサが得られるという作用を有する。
【００１０】
【化２】
【００１２】
なお、ここで陽イオン性界面活性剤のＣ3Ｈ6−Ｏ，Ｃ4Ｈ8−Ｏの単独での付加は、エチレングリコールへの溶解性が低下するので望ましくない。また、Ｃ2Ｈ4−Ｏ−Ｃ3Ｈ6−Ｏ，Ｃ2Ｈ4−Ｏ−Ｃ4Ｈ8−Ｏの共重合物の付加は、ブロック共重合体では駆動用電解液の表面張力が低くなるためにコンデンサ素子に含浸する際の発泡性に問題が生じるため、ランダム共重合体を用いることが望ましい。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電解コンデンサ駆動用電解液を用いた電解コンデンサというものであり、これらの構成にすることにより、高温でも長時間安定した性能を発揮することができる電解コンデンサを提供することができるという作用を有する。
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態について具体的に説明する。
まず、本実施の形態で用いる陽イオン性界面活性剤の構造を（表１）に示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】
（表１）に示すように、本発明の陽イオン性界面活性剤はＣＨ2−Ｏを付加物としているために種々の構造をとることができ、形状や液体の粘度を要求特性に応じて選択することができる。これにより、あらゆる電圧範囲の電解液に使用でき、また、作業の容易化も図れるという利点が生じるものである。
【００１７】
図１は一般的な電解コンデンサに用いられるコンデンサ素子を示したものであり、図１に示すように、アルミニウムよりなる陽極電極としての陽極箔１と、同じくアルミニウムよりなる陰極電極としての陰極箔２とを、その間にセパレータ３を介在させて対向するように巻き取ることでコンデンサ素子５を構成している。また、このコンデンサ素子５の陽極箔１および陰極箔２には、それぞれ外部引き出し用のリード線４が接続されている。また、図２はこのように構成されたコンデンサ素子５に図示しない電解液を含浸させ、アルミニウムなどからなるケース６内にコンデンサ素子５を封入してゴムもしくはフェノール樹脂等の封止部材７で封入することにより構成した電解コンデンサ８を示したものである。
【００１８】
次に、本実施の形態の具体的な実施例と比較例としての従来例の電解液の組成と特性を（表２）に示す。この時の電解液の水分は、２％に調整した。但し、硼酸系の実施例および従来例では水分を２５％に調整した。
【００１９】
【表２】
【００２０】
（表２）から明らかなように、本発明の実施例は陽イオン性界面活性剤を用いているため、電導度は多少低下するが火花発生電圧を向上させることができ、これによりショート性改善効果も認められるものである。
【００２１】
次に、（表２）に示した電解液を用いた電解コンデンサを各２０個用意し、寿命試験を行った結果を（表３）に示す。なお、ここで使用した電解コンデンサの定格はいずれも２００ＷＶ５６０μＦであり、その試験温度は１０５℃でリップル負荷試験を行った。
【００２２】
【表３】
【００２３】
（表３）から明らかなように、従来例では１０５℃リップル負荷試験７０００時間後に約４０％が開弁したのに比べ、本実施例による電解液を用いた電解コンデンサは特性が安定し、かつ開弁等の不具合も発生していない。これにより、本発明の陽イオン性界面活性剤が耐熱性に大きな効果があることがわかった。
【００２４】
次に、同様の検討を有機カルボン酸に変えてかつ従来例に示した公知の界面活性剤を添加した電解液を用いて実施した。本発明の陽イオン性界面活性剤を用いた電解液と従来の界面活性剤を用いた電解液との対比表を（表４）に示す。なお、この時の電解液の水分は２％に調整した。
【００２５】
【表４】
【００２６】
（表４）に示すように、本発明の電解液と従来の電解液の電気的特性に大きな差は認められていない。
【００２７】
これらの電解液を用いた電解コンデンサを各２０個試作し、その寿命試験を行った結果を（表５）、（表６）に示す。なお、ここで使用した電解コンデンサの定格はいずれも４００Ｖ３３０μＦであり、試験温度は有機カルボン酸系（従来例３、実施例７，８，９）では１２５℃中で行い、硼酸系（従来例４、実施例１０，１１，１２）では９５℃中でＤＣ負荷試験を行った。また、有機カルボン酸系（従来例３、実施例７，８，９）では、水分の影響を顕著にするために、あえて電解液に５％の加水を実施して評価を行った。
【００２８】
【表５】
【００２９】
【表６】
【００３０】
（表５）、（表６）から明らかなように、本実施例は従来例と比べて電解液の電気的特性は同等であったが、電解コンデンサの高温中での特性の長時間の安定性については、従来例では全数開弁が発生したのに対し、本実施例では非常に安定であり、歴然とした差があることがわかる。
【００３１】
この効果をより明確なものにするために、従来例４と実施例試験終了後の電解コンデンサを分解し、陰極箔の容量と外観を調査した。その結果を（表７）に示す。
【００３２】
【表７】
【００３３】
（表７）の結果より明らかなように、従来例４の試験後の陰極箔は初期容量比１／２以下まで減少し、かつ表面が黒色に変色していたが、実施例７の陰極箔は容量変化が殆ど観察されず、変色も見当たらなかった。これにより、本発明の陽イオン性界面活性剤は、高温環境下においても陰極箔表面を保護できる特性を有することが確認できたため、高温で長寿命の安定性を有する電解コンデンサを供給することができるものである。
【００３４】
また、上記実施例では示さなかったが、１００ＷＶ以下の電解コンデンサにおいても実施例と同様な陰極を使用する関係上、低圧駆動用の電解液においても同様の効果が期待できるものである。
【００３５】
また、陽イオン性界面活性剤における自然数ｎとしては、エチレングリコールへの溶解性を考慮すると５から２０が望ましく、分子量としては、作業性を考慮すると２００００以下が望ましいが、水分からの陰極箔の保護という目的から考慮すると、いかなる自然数ｎや分子量でも効果が顕著であり、その範囲を限定するものではない。
【００３６】
さらに、陽イオン性界面活性剤の添加量においては、陰極箔への吸着はごく微量でも起こり得るものであるために、本発明では０．０１ｗｔ％以上としているものである。
【００３７】
【発明の効果】
このように本発明は、化成皮膜を施していない陰極箔表面を水分や高温度環境下から保護できるため、特性の安定した電解コンデンサを供給することができ、工業的価値の大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるコンデンサ素子の構成を示す分解斜視図
【図２】同実施の形態による電解コンデンサを示す半断面正面図
【符号の説明】
１ 陽極箔
２ 陰極箔
３ セパレータ
４ リード線
５ コンデンサ素子
６ ケース
７ 封止部材
８ 電解コンデンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は電解コンデンサ駆動用電解液およびそれを用いた電解コンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電解コンデンサに用いられる電解コンデンサ駆動用電解液（以下、電解液という）は、通常γ−ブチロラクトンやエチレングリコール等の有機化合物を主溶媒とし、これに放電電圧を高くできることから硼酸の無機酸を溶質としたものが用いられていたが、１００℃を超える環境下では硼酸中の結晶水が水蒸気となって蒸発し、これにより電解コンデンサのパッケージ内の内圧が上昇し、これを破壊させてしまうという問題があった。
【０００３】
これを解決するための手段として安息香酸、フタル酸等の芳香族カルボン酸やアジピン酸、アゼライン酸、ブチルオクタン二酸（特公昭６０−１３２９３号公報）、５，６−デカンジカルボン酸（特公昭６３−１５７３８号公報）、側鎖を有する二塩基酸（特許番号第２６８１２０２号公報）等の脂肪族カルボン酸およびそれらの塩を溶質とした電解液を用いることが知られている。
【０００４】
これらの有機カルボン酸類は電解液の水分を低減できるために１００℃を超える環境下でも水蒸気による電解コンデンサ内の内圧上昇を抑えることができるものである。
【０００５】
また、ポリエチレングリコール（特公平３−７６７７６号公報）、ポリグリセリン（特公平７−７０４４３号公報）、アルキレンブロックポリマー（特許番号第２７３１２４１号公報）等の界面活性剤を上記電解液に添加することにより、火花発生電圧および化成性を改善することができることも知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年使用機器における電解コンデンサの使用環境として高密度実装、高リップル化に伴い、高温度、長時間での使用が多くなってきており、上記従来の有機カルボン酸および界面活性剤を使用した電解液では、種類により多少の程度の差があるものの、溶媒とのエステル化反応により水分の増加を抑制することができず、水分の増加により高温度環境下で長時間電解コンデンサが晒されることで、特に化成皮膜を施していない陰極箔の劣化が促進されるという課題があった。この陰極箔の劣化によりガス発生が加速されたり、電解コンデンサの合成容量が低下することによる過リップル負荷により、弁作動等の不具合が発生するという課題を有したものであった。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するものであり、高温度で長寿命の電解コンデンサ駆動用電解液およびそれを用いた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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、有機溶媒と、無機酸、有機酸もしくはこれらの塩のいずれか１種以上の溶質と、陽イオン性界面活性剤からなる電解コンデンサ駆動用電解液としたものである。この本発明により、高温度でも長時間特性の安定した電解コンデンサを提供することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、有機溶媒と、無機酸、有機酸もしくはこれらの塩のいずれか１種以上の溶質と、陽イオン性界面活性剤からなり、この陽イオン性界面活性剤は（化２）で示されるものである構成とした電解コンデンサ駆動用電解液というものであり、陽イオン性界面活性剤がコンデンサ素子の陰極箔の表面に電気的影響で吸着し易くなるために表面を被覆して水分から陰極箔を保護するため、高温中に長時間晒されても安定な電解コンデンサが得られるという作用を有する。
【００１０】
【化２】
なお、ここで陽イオン性界面活性剤のＣ3Ｈ6−Ｏ，Ｃ4Ｈ8−Ｏの単独での付加は、エチレングリコールへの溶解性が低下するので望ましくない。また、Ｃ2Ｈ4−Ｏ−Ｃ3Ｈ6−Ｏ，Ｃ2Ｈ4−Ｏ−Ｃ4Ｈ8−Ｏの共重合物の付加は、ブロック共重合体では駆動用電解液の表面張力が低くなるためにコンデンサ素子に含浸する際の発泡性に問題が生じるため、ランダム共重合体を用いることが望ましい。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電解コンデンサ駆動用電解液を用いた電解コンデンサというものであり、これらの構成にすることにより、高温でも長時間安定した性能を発揮することができる電解コンデンサを提供することができるという作用を有する。
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態について具体的に説明する。
まず、本実施の形態で用いる陽イオン性界面活性剤の構造を（表１）に示す。
【００１５】
【表１】
（表１）に示すように、本発明の陽イオン性界面活性剤はＣＨ2−Ｏを付加物としているために種々の構造をとることができ、形状や液体の粘度を要求特性に応じて選択することができる。これにより、あらゆる電圧範囲の電解液に使用でき、また、作業の容易化も図れるという利点が生じるものである。
【００１７】
図１は一般的な電解コンデンサに用いられるコンデンサ素子を示したものであり、図１に示すように、アルミニウムよりなる陽極電極としての陽極箔１と、同じくアルミニウムよりなる陰極電極としての陰極箔２とを、その間にセパレータ３を介在させて対向するように巻き取ることでコンデンサ素子５を構成している。また、このコンデンサ素子５の陽極箔１および陰極箔２には、それぞれ外部引き出し用のリード線４が接続されている。また、図２はこのように構成されたコンデンサ素子５に図示しない電解液を含浸させ、アルミニウムなどからなるケース６内にコンデンサ素子５を封入してゴムもしくはフェノール樹脂等の封止部材７で封入することにより構成した電解コンデンサ８を示したものである。
【００１８】
次に、本実施の形態の具体的な実施例と比較例としての従来例の電解液の組成と特性を（表２）に示す。この時の電解液の水分は、２％に調整した。但し、硼酸系の実施例および従来例では水分を２５％に調整した。
【００１９】
【表２】
（表２）から明らかなように、本発明の実施例は陽イオン性界面活性剤を用いているため、電導度は多少低下するが火花発生電圧を向上させることができ、これによりショート性改善効果も認められるものである。
【００２１】
次に、（表２）に示した電解液を用いた電解コンデンサを各２０個用意し、寿命試験を行った結果を（表３）に示す。なお、ここで使用した電解コンデンサの定格はいずれも２００ＷＶ５６０μＦであり、その試験温度は１０５℃でリップル負荷試験を行った。
【００２２】
【表３】
（表３）から明らかなように、従来例では１０５℃リップル負荷試験７０００時間後に約４０％が開弁したのに比べ、本実施例による電解液を用いた電解コンデンサは特性が安定し、かつ開弁等の不具合も発生していない。これにより、本発明の陽イオン性界面活性剤が耐熱性に大きな効果があることがわかった。
【００２４】
次に、同様の検討を有機カルボン酸に変えてかつ従来例に示した公知の界面活性剤を添加した電解液を用いて実施した。本発明の陽イオン性界面活性剤を用いた電解液と従来の界面活性剤を用いた電解液との対比表を（表４）に示す。なお、この時の電解液の水分は２％に調整した。
【００２５】
【表４】
（表４）に示すように、本発明の電解液と従来の電解液の電気的特性に大きな差は認められていない。
【００２７】
これらの電解液を用いた電解コンデンサを各２０個試作し、その寿命試験を行った結果を（表５）、（表６）に示す。なお、ここで使用した電解コンデンサの定格はいずれも４００Ｖ３３０μＦであり、試験温度は有機カルボン酸系（従来例３、実施例７，８，９）では１２５℃中で行い、硼酸系（従来例４、実施例１０，１１，１２）では９５℃中でＤＣ負荷試験を行った。また、有機カルボン酸系（従来例３、実施例７，８，９）では、水分の影響を顕著にするために、あえて電解液に５％の加水を実施して評価を行った。
【００２８】
【表５】
【表６】
（表５）、（表６）から明らかなように、本実施例は従来例と比べて電解液の電気的特性は同等であったが、電解コンデンサの高温中での特性の長時間の安定性については、従来例では全数開弁が発生したのに対し、本実施例では非常に安定であり、歴然とした差があることがわかる。
【００３１】
この効果をより明確なものにするために、従来例４と実施例試験終了後の電解コンデンサを分解し、陰極箔の容量と外観を調査した。その結果を（表７）に示す。
【００３２】
【表７】
（表７）の結果より明らかなように、従来例４の試験後の陰極箔は初期容量比１／２以下まで減少し、かつ表面が黒色に変色していたが、実施例７の陰極箔は容量変化が殆ど観察されず、変色も見当たらなかった。これにより、本発明の陽イオン性界面活性剤は、高温環境下においても陰極箔表面を保護できる特性を有することが確認できたため、高温で長寿命の安定性を有する電解コンデンサを供給することができるものである。
【００３４】
また、上記実施例では示さなかったが、１００ＷＶ以下の電解コンデンサにおいても実施例と同様な陰極を使用する関係上、低圧駆動用の電解液においても同様の効果が期待できるものである。
【００３５】
また、陽イオン性界面活性剤における自然数ｎとしては、エチレングリコールへの溶解性を考慮すると５から２０が望ましく、分子量としては、作業性を考慮すると２００００以下が望ましいが、水分からの陰極箔の保護という目的から考慮すると、いかなる自然数ｎや分子量でも効果が顕著であり、その範囲を限定するものではない。
【００３６】
さらに、陽イオン性界面活性剤の添加量においては、陰極箔への吸着はごく微量でも起こり得るものであるために、本発明では０．０１ｗｔ％以上としているものである。
【００３７】
【発明の効果】
このように本発明は、化成皮膜を施していない陰極箔表面を水分や高温度環境下から保護できるため、特性の安定した電解コンデンサを供給することができ、工業的価値の大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるコンデンサ素子の構成を示す分解斜視図
【図２】同実施の形態による電解コンデンサを示す半断面正面図
【符号の説明】
１ 陽極箔
２ 陰極箔
３ セパレータ
４ リード線
５ コンデンサ素子
６ ケース
７ 封止部材
８ 電解コンデンサ
Claims (2)
- 有機溶媒と、無機酸、有機酸もしくはこれらの塩のいずれか１種以上の溶質と、陽イオン性界面活性剤からなり、この陽イオン性界面活性剤は（化１）で示されるものである電解コンデンサ駆動用電解液。
- 請求項１に記載の電解コンデンサ駆動用電解液を用いた電解コンデンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33539998A JP3674346B2 (ja) | 1998-11-26 | 1998-11-26 | 電解コンデンサ駆動用電解液およびそれを用いた電解コンデンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33539998A JP3674346B2 (ja) | 1998-11-26 | 1998-11-26 | 電解コンデンサ駆動用電解液およびそれを用いた電解コンデンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000164469A JP2000164469A (ja) | 2000-06-16 |
| JP3674346B2 true JP3674346B2 (ja) | 2005-07-20 |
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ID=18288117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33539998A Expired - Fee Related JP3674346B2 (ja) | 1998-11-26 | 1998-11-26 | 電解コンデンサ駆動用電解液およびそれを用いた電解コンデンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3674346B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007160543A (ja) * | 2005-12-09 | 2007-06-28 | Mitsubishi Plastics Ind Ltd | 熱収縮性積層フィルム、並びに該フィルムを用いた成形品、熱収縮性ラベル及び容器 |
-
1998
- 1998-11-26 JP JP33539998A patent/JP3674346B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2000164469A (ja) | 2000-06-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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