JP3960829B2 - 固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体電解コンデンサ及びその製造方法に関するものであり、より具体的には、すぐれた耐振性及び信頼性を有し、特に、高温高湿下及び振動負荷環境下における特性劣化の小さい固体電解コンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体電解質として、ＴＣＮＱ(７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン)錯塩やポリピロール・ポリチオフェン・ポリフラン・ポリアニリン等の導電性ポリマーを用いた固体電解コンデンサがある。
固体電解コンデンサ(90)は、図７に示すように、コンデンサ素子(40)を金属ケース(92)に収納して構成される。コンデンサ素子(40)は、図６に示すように、リードタブ端子(52)を介して陽極リード線(54)が取り付けられた陽極箔(50)と、リードタブ端子(62)を介して陰極リード線(64)が取り付けられた対向陰極箔(60)とを、セパレータ紙(42)を介して巻回したものであり、コンデンサ素子(40)に固体電解質を含浸させ、図７に示すように、有底筒状の金属ケース(92)に収納して、ケース(92)の開口部を封止用ゴム(94)で封止することによって、固体電解コンデンサ(90)が作製される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の固体電解コンデンサ(90)を高温高湿環境下で放置した場合、封止用ゴム(94)が劣化して、封止用ゴム(94)とリードタブ端子(52)(62)との界面や、封止用ゴム(94)と金属ケース(92)との界面に隙間ができて水分等がコンデンサ(90)の内部に侵入したり、封止用ゴム(94)が裂化して、封止用ゴム自体に水分等が透過しコンデンサ(90)の内部に水分等が侵入することがある。
コンデンサ(90)の内部に水分等が侵入すると、固体電解質が劣化し、静電容量の減少等の電気特性の低下を招く。特に、封止用ゴム(94)とリードタブ端子(52)(62)の界面は振動等による機械的疲労に弱いため、車載用途等(約２００〜２０００Ｈｚ)の振動負荷環境下で使用する場合には、コンデンサ(90)の特性劣化が顕著に現れる。
【０００４】
本発明の目的は、高温高湿環境下や振動負荷環境下においても、電気特性の低下が少ない固体電解コンデンサを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の固体電解コンデンサは、弁作用を有する金属を陽極酸化した陽極箔と対向陰極箔をセパレータ紙を介して巻回したコンデンサ素子が金属ケースに収納され、封止用ゴムで封止してなる固体電解コンデンサにおいて、封止用ゴム上をプラスチック樹脂で被覆したものである。
上記固体電解コンデンサは、弁作用を有する金属を陽極酸化した陽極箔と対向陰極箔とをセパレータ紙を介して巻回したコンデンサ素子に固体電解質を含浸させ、コンデンサ素子を金属ケースに収納し、封止用ゴムで封止した後、封止用ゴム上をプラスチック樹脂で被覆することによって作製される。
【０００６】
【作用及び効果】
本発明の固体電解コンデンサによれば、封止用ゴムの上をプラスチック樹脂にて被覆している。従って、封止用ゴムだけでなく、プラスチック樹脂によってもコンデンサ内部への水分等の侵入が防止されるから、すぐれた耐振性及び信頼性を具備しており、高温高湿環境下や振動負荷環境下においても、電気特性が低下しにくく、コンデンサの特性劣化を小さくできる。
本発明の固体電解コンデンサは、上述のように、高温高湿環境下や振動負荷環境下、例えば、車載用途等に用いられる固体電解コンデンサとして特に有用である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
固体電解コンデンサ(10)は、図１に示すように、コンデンサ素子(40)に固体電解コンデンサを含浸させ、金属ケース(12)の内部に収納して構成される。
コンデンサ素子(40)は、図６に示すように、陽極箔(50)と陰極箔(60)をセパレータ紙(42)を介して巻回し、外周に巻止めテープ(46)を配して構成される。
陽極箔(50)は、アルミニウム、タンタル、ニオブ等の弁作用を有する金属を陽極酸化して形成される化成箔であって、上縁にリードタブ端子(52)を介して陽極リード線(54)が接続されており、対向陰極箔(60)には、上縁にリードタブ端子(62)を介して陰極リード線(64)が接続されている。
【０００８】
コンデンサ素子(40)には、切り口化成と熱処理を施して陽極箔(50)の酸化被膜を強化た後、ＴＣＮＱ錯塩やポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリアニリン等の導電性ポリマーを電解質として含浸させる。なお、切り口化成は、陽極箔(50)の端面に酸化被膜を形成し、又は、陽極箔(50)の巻回時に剥離した酸化被膜を再形成するために実施するものである。
次に、コンデンサ素子(40)に、封止用ゴム(14)を装着する。封止用ゴム(14)は、図１に示すように、リードタブ端子(52)(62)を挿通させる一対の孔(16)(16)が貫通開設されており、該孔(16)(16)にリード線(54)(64)及びリードタブ端子(52)(62)を挿入して、コンデンサ素子(40)に取り付けられる。なお、後工程にてプラスチック樹脂(20)を注入するために、樹脂注入用のテーパー(18)(18)を孔(16)(16)の上端に形成しておいてもよい。
【０００９】
封止用ゴム(14)を装着したコンデンサ素子(40)を、図１に示すように、アルミニウム等の金属ケース(12)に収納固定し、金属ケース(12)の開口部を横絞り及びカール処理して封止する。
【００１０】
次に、封止用ゴム(14)に、プラスチック樹脂(20)の被覆を行なう。
プラスチック樹脂(20)として、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等を例示することができる。
また、プラスチック樹脂(20)の被覆方法として、注入やスプレー塗布、刷毛を用いた塗布、浸漬等を例示することができ、これらを組み合わせて適用することもできる。プラスチック樹脂(20)を被覆した後、該樹脂を硬化させる。
プラスチック樹脂(20)の被覆は、封止用ゴム(14)の上面全面に行なうことが望ましいが、少なくとも封止用ゴム(14)とリードタブ端子(52)(62)の界面及び／又は封止用ゴム(14)と金属ケース(12)の界面に行なえばよい。
【００１１】
プラスチック樹脂(20)で被覆を行なった後、エージング処理を施し、必要に応じて、コンデンサ(10)の上部にプラスチック製の座板(30)を取り付け、リード線(54)(64)を電極端子としてプレス加工・折り曲げを行ない、コンデンサ(10)が作製される。
【００１２】
【実施例】
＜実施例１＞
陽極箔(50)として、エッチング処理、化成処理を行なったアルミニウム箔を用い、対向陰極箔(60)との間にセパレータ紙(42)を介して円筒状に巻き取ったコンデンサ素子(40)を用いた。なお、陽極箔(50)及び陰極箔(60)には、夫々上縁にリードタブ端子(52)(62)を介して陽極リード線(54)、陰極リード線(64)を取り付けている。
コンデンサ素子(40)に切り口化成と２８０℃の熱処理を行なった後、コンデンサ素子(40)を希釈剤として、ｎ−ブチルアルコールを含むｐ−トルエンスルホン酸鉄(III)と３，４−エチレンジオキシチオフェンの混合溶液に浸漬し、コンデンサ素子(40)の両電極間に導電性ポリマー層を形成した。
得られたコンデンサ素子(40)に、図１に示すような樹脂注入用テーパー(18)を付けた封止用ゴム(14)を挿入し、アルミニウム製の金属ケース(12)に収納して固定した後、金属ケース(12)の開口部を横絞りとカールした。
次に、樹脂注入用テーパー(18)(18)にエポキシ樹脂をプラスチック樹脂(20)として注入し、硬化させた。
その後、エージング処理を行なった後、コンデンサ(10)の上面にプラスチック製の座板(30)を挿入し、コンデンサ(10)のリード線(54)(64)を両極端子としてプレス加工及び折り曲げを行なって、縦型チップアルミ固体電解コンデンサ(10)を作製した。
【００１３】
＜実施例２＞
実施例１のプラスチック樹脂(20)を注入、硬化工程の後、さらに、封止用ゴム(14)の上面全面にプラスチック樹脂(エポキシ樹脂)をスプレー塗布し、図２に示すように、封止用ゴム(14)上にプラスチック樹脂の薄膜(24)を形成する工程を挿入した。それ以外は、実施例１と同様の手法でコンデンサ(10)を作製した。
【００１４】
＜実施例３＞
実施例１のプラスチック樹脂(20)の注入の後、さらに、図３に示すように、封止用ゴム(14)の上面全面にエポキシ樹脂をプラスチック樹脂(22)として注入し、硬化させた。それ以外は、実施例１と同様である。
【００１５】
＜実施例４＞
図４に示すように、樹脂注入用テーパーを形成していない封止用ゴム(14)を用い、封止用ゴム(14)の上面全面にプラスチック樹脂(エポキシ樹脂)をスプレー塗布して、封止用ゴム(14)上に薄膜(24)を形成した。それ以外は、実施例１と同様である。
【００１６】
＜実施例５＞
実施例４のスプレー塗布に代えて、図５に示すように、封止用ゴム(14)の上面全面にエポキシ樹脂をプラスチック樹脂(22)として注入し、硬化させた。それ以外は実施例４と同様である。
【００１７】
＜従来例＞
図７に示すように、樹脂注入用テーパーを形成していない封止用ゴム(94)を用い、封止用ゴム(94)にプラスチック樹脂による被覆を施していないコンデンサ(90)を作製した。なお、プラスチック樹脂被覆を行なっていない以外は、実施例４と同様である。
【００１８】
得られた実施例１乃至５と従来例のコンデンサ(何れも定格：１６Ｖ−１５０μＦ、大きさ：外径φ１０ｍｍ×高さＨ８.０ｍｍ)に対して、以下の条件で、コンデンサの複合試験を実施し、静電容量変化率を測定した。
＜複合試験条件＞
▲１▼高温高湿試験：コンデンサを８５℃、湿度８５％の環境下に無負荷の状態で２０００時間放置する。試験終了後、各コンデンサの静電容量を測定し、初期状態(以下、同様に「▲１▼の試験前」を意味する)からの変化率を求めた。
▲２▼振動試験(ＪＩＳ Ｃ ５１０２ 種類Ａに準拠)：高温高湿試験を行なったコンデンサについて、さらに、１０Ｈｚ−５５Ｈｚ−１０Ｈｚを１分間周期とする対数掃引を、全振幅１.５ｍｍの条件で、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に各２時間ずつ、合計６時間実施した。試験終了後、各コンデンサの静電容量を測定し、初期状態からの変化率を求めた。
▲３▼高温高湿試験：振動試験を行ったコンデンサについて、再度、▲１▼と同じ条件で、高温高湿試験を行った。試験終了後、各コンデンサの静電容量を測定し、初期状態からの変化率を求めた。
表１に静電容量変化率を示す。
【００１９】
【表１】

【００２０】
表１を参照すると、本発明である実施例１乃至５は、何れも、従来例と比較して、静電容量の低下が抑制されていることがわかる。高温高湿試験▲１▼では、封止用ゴム(14)上を被覆したプラスチック樹脂(20)によって、封止用ゴム(14)の劣化が防止されたことにより、コンデンサ内部への水分等の侵入をほとんど阻止できている。また、振動試験▲２▼では、プラスチック樹脂(20)(22)(24)の被覆によって、封止用ゴム(14)とリードタブ端子(52)(62)又は金属ケース(12)との界面にほとんど隙間が生じていないことがわかる。さらに、振動試験▲２▼において界面に隙間が生じていないから、高温高湿試験▲３▼でも、コンデンサ内部への水分等の侵入を可及的に低減できたことがわかる。つまり、封止用ゴム(14)上をプラスチック樹脂によって被覆することによって、高温高湿環境下や振動負荷環境下でも、静電容量はほとんど減少せず、コンデンサの特性劣化が防止できることがわかる。
実施例どうしを比較すると、実施例３は特に静電容量の低下が小さい。これは、樹脂注入用テーパー(18)(18)にプラスチック樹脂(20)を注入して、封止用ゴム(14)とリードタブ端子(52)(62)の界面に隙間を生じないようにしただけでなく、上面全面にプラスチック樹脂(22)を注入したことにより、プラスチック樹脂(20)による被覆効果がさらに高められたことによるものである。
【００２１】
一方、従来例は、封止用ゴム(94)のみによる封止であるため、高温高湿試験▲１▼にて、封止用ゴム(94)の劣化や、封止用ゴム(94)とリードタブ端子(52)(62)又は金属ケース(92)との界面に隙間が生じ、コンデンサ内部への水分等の侵入を許容している。また、振動試験▲２▼では、さらに前記界面における隙間が大きくなり、高温高湿試験▲３▼で水分等が侵入しやすくなり、静電容量が大きく低下していることがわかる。
【００２２】
上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の固体電解コンデンサを示す断面図である。
【図２】本発明の実施例２の固体電解コンデンサを示す断面図である。
【図３】本発明の実施例３の固体電解コンデンサを示す断面図である。
【図４】本発明の実施例４の固体電解コンデンサを示す断面図である。
【図５】本発明の実施例５の固体電解コンデンサを示す断面図である。
【図６】コンデンサ素子の斜視図である。
【図７】従来の固体電解コンデンサの断面図である。
【符号の説明】
(10) 固体電解コンデンサ
(12) 金属ケース
(14) 封止用ゴム
(20) プラスチック樹脂
(40) コンデンサ素子

Claims (1)

1. 弁作用を有する金属を陽極酸化した陽極箔と対向陰極箔をセパレータ紙を介して巻回したコンデンサ素子が金属ケースに収納され、封止用ゴムで封止してなる固体電解コンデンサにおいて、
   封止用ゴムにプラスチック樹脂を注入するための樹脂用注入テーパを有し、プラスチック樹脂が注入されてなることを特徴とする固体電解コンデンサ。

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