JP4484056B2 - アルミニウム固体電解コンデンサ素子 - Google Patents

Description

本発明は、電解質として導電性高分子材を用いるアルミニウム固体電解コンデンサ素子に関し、さらに詳しく言えば、固体電解質材料の含浸性を高めて静電容量発現率を改善する技術に関するものである。

アルミニウム電解コンデンサ素子は、図４に示すように、基本的な構成として、陽極酸化皮膜を有するアルミエッチド陽極箔２と、アルミエッチド陰極箔３とを、それらの各箔の所定個所にあらかじめタブ端子４ａ，４ｂを取り付けた状態で、例えばセルローズ系のセパレータ５ａ，５ｂを介して渦巻き状に巻回し、所定の電解液が含浸される箔巻回体１を備えているが、電解液に代えて電解質としてポリピロールやポリチオフェンなどの導電性高分子材からなる固体電解質を用いたものがアルミニウム固体電解コンデンサ素子である。

この種のアルミニウム固体電解コンデンサ素子を製造するにあたって、例えば特許文献１では、箔巻回体１とした状態で例えば導電性高分子モノマーと酸化剤とを含む重合溶液を含浸させるようにしているが、箔巻回体１は箔が緊密に巻かれているため、重合溶液が内部にまで浸透しにくく、したがって製品寸法でいえば、例えば定格が１０Ｖ１０００μＦ〜１０Ｖ１５００μＦである場合、高さ寸法が１２．５ｍｍ程度に抑えられてしまう。

このように製品高さが抑えられるため、大容量化を図るには製品直径を大きくせざるを得ないが、このようにすると、箔巻き取り時に巻ずれが発生しやすくなり歩留まりが悪くなる。また、基板上での実装スペースも広くなるため、高密度実装の要求に応えられないという問題がある。

なお、別の方法として、巻き取る前の例えば陽極箔側にあらかじめ化学酸化重合により導電性高分子を形成し、箔巻回後に電解重合する方法も知られているが、これによると、箔巻回時に巻き取り機との接触や振動などより、化学酸化重合により形成された導電性高分子膜が箔表面から剥離することがあるため、好ましい方法とは言えない。

特開２００１−１１０６８３号公報

したがって、本発明の課題は、陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回してなる箔巻回体を有するアルミニウム固体電解コンデンサにおいて、固体電解質材料の含浸性を高めて静電容量発現率を改善することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、ともにタブ端子が取り付けられたアルミニウム材からなる所定幅のテープ状に形成された陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回してなる箔巻回体を有し、上記箔巻回体に導電性高分子からなる電解質材料を含浸してなるアルミニウム固体電解コンデンサ素子において、上記陽極箔と陰極箔の各々に、一方の面側が凸で他方の面側が凹となる箔の幅方向に延びる溝が、箔の長さ方向にわたって所定の間隔をもって形成されていることを特徴としている。

本発明において、少なくとも上記タブ端子が取り付けられる部分においては、上記溝の配置間隔が上記タブ端子の端子幅よりも大きくされていることが好ましい。また、箔巻回体の内周側においても、箔間に適当な隙間を確保するうえで、上記溝の配置間隔をＬ，上記タブ端子の幅をＷとして、Ｗ＜Ｌ≦Ｗ×１．５とすることが好ましい。また、上記溝の形状については、断面コ字形や断面Λ（ラムダ）形など任意に選択されてよいが、巻回体とした場合の箔への傷つきなどを考慮すると、角のない断面ほぼ半円形であることが好ましい。

本発明によれば、陽極箔と陰極箔とに溝が形成されているため、陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻いたときに、箔と箔の間に溝による隙間が確保される。したがって、固体電解質材料を素子内部にまで速やかに含浸でき、高い静電容量発現率が得られる。

次に、図１ないし図３により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は本発明のアルミニウム固体電解コンデンサ素子が備える箔巻回体を示す概略的な平面図，図２は本発明の要部である溝の部分を示す斜視図，図３は溝の変形例を示す図２と同様の斜視図である。

図１に示すように、この箔巻回体１０は、ともに所定幅のテープ状に形成された陽極箔１１，陰極箔１２および一対のセパレータ１４ａ，１４ｂを、例えば陽極箔１１→一方のセパレータ１４ａ→陰極箔１２→他方のセパレータ１４ｂの順に重ねて渦巻き状に巻回することにより構成される。

陽極箔１１には陽極酸化皮膜を有するアルミエッチド箔が、また、陰極箔１２にはアルミエッチド箔が用いられることが好ましい。陽極箔１１と陰極箔１２には、それぞれ巻回に先立ってアルミニウム製のタブ端子１３ａ，１３ｂが取り付けられる。その取り付け方法は、かしめや溶接などであってよい。セパレータ１４ａ，１４ｂには、セルローズ系のみでなく既存のセパレータのほとんどを使用することができる。

この箔巻回体１０には、固体電解質材料として例えば導電性高分子モノマーと酸化剤を含む重合溶液が含浸されるが、その含浸を容易とするため、陽極箔１１と陰極箔１２の各々に溝加工が施される。

図２を参照して、陽極箔１１と陰極箔１２の幅方向をＹ，長さ方向をＸとして、陽極箔１１と陰極箔１２には、図示しない例えば加圧ローラなどによる溝加工により、箔の一方の面側が凸で他方の面側が凹となる箔の幅Ｙ方向に延びる溝２０が、箔の長さＸ方向にわたって所定の間隔で形成される。

この溝２０によって、箔巻回体１０内の箔間には所定幅の隙間が確保されるが、箔に対するタブ端子１３ａ，１３ｂの取り付け性の観点からすれば、溝２０の配置間隔はタブ端子１３ａ，１３ｂの幅よりも大きいことが好ましい。

しかしながら、溝２０の配置間隔を大きく採りすぎると、箔巻回体１０の内周側で箔間の隙間が確保できないおそれがあるため、溝２０の配置間隔をＬ，タブ端子１３ａ，１３ｂの幅をＷとして、溝２０の配置間隔ＬをＷ＜Ｌ≦Ｗ×１．５の範囲内とすることが好ましい。

また、溝２０の高さ（箔面からの突出長）は、タブ端子１３ａ，１３ｂの厚さとほぼ同じ程度とすることが好ましい。ちなみに、一例として直径１６ｍｍ，高さ４０ｍｍのアルミニウム電解コンデンサに用いられるタブ端子について言えば、幅は２．５ｍｍ，厚さ０．３ｍｍである。なお、溝２０は、図１，２に示すように、角のない断面ほぼ半円形であることが好ましいが、図３に例示するように、断面Λ（ラムダ）形としてもよい。

次に、本発明によるアルミニウム固体電解コンデンサを実際に作製して、その静電容量発現率を測定したので、その結果を比較例と対比して説明する。なお、静電容量発現率は、（実測による静電容量／静電容量設計値）×１００（％）により求めた。

《実施例１》
本発明にしたがって、陽極箔と陰極箔とに、それぞれ高さ０．４ｍｍ，幅０．８ｍｍである半円形の溝を６．５ｍｍ間隔で形成し、これによる箔巻回体に固体電解質材料として導電性高分子モノマーと重合剤を含浸させたのち、常法にしたがって直径１２．５ｍｍ，高さ３０ｍｍで、定格１０Ｖ１０００μＦのアルミニウム固体電解コンデンサを作製したところ、静電容量発現率は９５％であった。
〈比較例１〉
陽極箔と陰極箔とに溝を形成することなく、それ以外は実施例１と同様にして、直径１２．５ｍｍ，高さ３０ｍｍで、定格１０Ｖ１０００μＦのアルミニウム固体電解コンデンサを作製したところ、静電容量発現率は６６％であった。

《実施例２》
本発明にしたがって、陽極箔と陰極箔とに、それぞれ高さ０．４ｍｍ，幅０．８ｍｍである半円形の溝を６．５ｍｍ間隔で形成し、これによる箔巻回体に固体電解質材料として導電性高分子モノマーと重合剤を含浸させたのち、常法にしたがって直径１２．５ｍｍ，高さ３５ｍｍで、定格１０Ｖ１２００μＦのアルミニウム固体電解コンデンサを作製したところ、静電容量発現率は９２％であった。
〈比較例２〉
陽極箔と陰極箔とに溝を形成することなく、それ以外は実施例２と同様にして、直径１２．５ｍｍ，高さ３５ｍｍで、定格１０Ｖ１２００μＦのアルミニウム固体電解コンデンサを作製したところ、静電容量発現率は５７％であった。

《実施例３》
本発明にしたがって、陽極箔と陰極箔とに、それぞれ高さ０．４ｍｍ，幅０．８ｍｍである半円形の溝を６．５ｍｍ間隔で形成し、これによる箔巻回体に固体電解質材料として導電性高分子モノマーと重合剤を含浸させたのち、常法にしたがって直径１２．５ｍｍ，高さ４０ｍｍで、定格１０Ｖ１５００μＦのアルミニウム固体電解コンデンサを作製したところ、静電容量発現率は９０％であった。
〈比較例３〉
陽極箔と陰極箔とに溝を形成することなく、それ以外は実施例３と同様にして、直径１２．５ｍｍ，高さ４０ｍｍで、定格１０Ｖ１５００μＦのアルミニウム固体電解コンデンサを作製したところ、静電容量発現率は５０％であった。

上記実施例１〜３から分かるように、本発明によれば、特に製品高さが３０ｍｍ以上の箔巻回型アルミニウム固体電解コンデンサにおいて、その静電容量発現率９０％以上を確保することができる。これは、固体電解質材料が箔巻回体の内部にまで含浸していることによるものである。

本発明のアルミニウム固体電解コンデンサ素子が備える箔巻回体を示す概略的な平面図。 本発明の要部である溝の部分を示す斜視図。 溝の変形例を示す図２と同様の斜視図。 従来のアルミニウム固体電解コンデンサ素子が備える箔巻回体を示す概略的な平面図。

符号の説明

１０ 箔巻回体
１１ 陽極箔
１２ 陰極箔
１３ａ，１３ｂ タブ端子
１４ａ，１４ｂ セパレータ
２０ 溝

Claims (4)

1. ともにタブ端子が取り付けられたアルミニウム材からなる所定幅のテープ状に形成された陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回してなる箔巻回体を有し、上記箔巻回体に導電性高分子からなる電解質材料を含浸してなるアルミニウム固体電解コンデンサ素子において、
   上記陽極箔と陰極箔の各々に、一方の面側が凸で他方の面側が凹となる箔の幅方向に延びる溝が、箔の長さ方向にわたって所定の間隔をもって形成されていることを特徴とするアルミニウム固体電解コンデンサ素子。
2. 少なくとも上記タブ端子が取り付けられる部分においては、上記溝の配置間隔が上記タブ端子の端子幅よりも大きくされていることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム固体電解コンデンサ素子。
3. 上記溝の配置間隔をＬ，上記タブ端子の幅をＷとして、Ｗ＜Ｌ≦Ｗ×１．５であることを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム固体電解コンデンサ素子。
4. 上記溝の形状が、断面ほぼ半円形であることを特徴とする請求項１，２または３に記載のアルミニウム固体電解コンデンサ素子。

Images