JP4892099B1 - 電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で内部インピーダンスを容易に低くして電力損失を低減させることを可能とした電解コンデンサ及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】実施の形態によれば、電解コンデンサは、第１の電極箔と第２の電極箔と絶縁部材とを備える。第１の電極箔は、ループ状に形成され所定位置に第１の端子が接続される。第２の電極箔は、外周が第１の電極箔の内周に対向するようにループ状に形成され、所定位置に第２の端子が接続される。絶縁部材は、第１の電極箔の内周と第２の電極箔の外周との間に介在されるループ状に形成される。
【選択図】 図３

Description

この発明の実施の形態は、電解コンデンサ及びその製造方法に関する。

周知のように、電解コンデンサは、陽極箔と陰極箔との間に電解液を浸漬した絶縁紙を挟み込んで一体箔を形成し、その一体箔を一方の端部から巻き込む構造となっている。このため、電解コンデンサは、本来のキャパシタンス成分の外に、抵抗成分及びインダクタンス成分等を含んでいる。

これにより、電解コンデンサは、内部インピーダンスが高く電力損失が大きくなる傾向を有している。このため、例えばリップル電流を流すと内部発熱し、その発熱による温度上昇が寿命に大きな影響を与えることになる。したがって、現状では、許容リップル電流を小さく設定せざるを得ない状況となっている。

特開２００４−９５８１７号公報

簡易な構成で内部インピーダンスを容易に低くして電力損失を低減させることを可能とした電解コンデンサ及びその製造方法を提供することを目的とする。

実施の形態によれば、電解コンデンサは、第１の電極箔と第２の電極箔と絶縁部材とを備える。第１の電極箔は、ループ状に形成され所定位置に第１の端子が接続される。第２の電極箔は、外周が第１の電極箔の内周に対向するようにループ状に形成され、所定位置に第２の端子が接続される。絶縁部材は、第１の電極箔の内周と第２の電極箔の外周との間に介在されるループ状に形成される。

実施の形態における電解コンデンサ本体を構成する主要な構成要素の一例を説明するために示す図。 同実施の形態における電解コンデンサ本体の製造方法の一例を説明するために示す図。 同実施の形態における電解コンデンサ本体の主要な構造の一例を説明するために示す図。 現状における電解コンデンサの主要な構成要素の一例を説明するために示す図。 現状における電解コンデンサの主要な製造方法の一例を説明するために示す図。 現状における電解コンデンサの等価回路の一例を説明するために示す回路構成図。 同実施の形態における電解コンデンサ本体の等価回路の一例を説明するために示す回路構成図。 同実施の形態における電解コンデンサ本体の巻き込み方法の一例を説明するために示す図。 同実施の形態における電解コンデンサ本体の形状を説明するために示す斜視図。 同実施の形態における電解コンデンサの形状を説明するために示す斜視図。

以下、実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。すなわち、図１において、符号１１は一方の電極箔となる陽極箔である。この陽極箔１１は、例えばアルミニウム等の導電性材料によって、所定の幅Ｗで所定の長さＡを有する帯状に形成されている。そして、この陽極箔１１の一端部には、略棒状の陽極端子１２が接続されている。

また、図１において、符号１３は他方の電極箔となる陰極箔である。この陰極箔１３は、陽極箔１１と同様に、例えばアルミニウム等の導電性材料によって、所定の幅Ｗで所定の長さＡを有する帯状に形成されている。そして、この陰極箔１３の一端部には、略棒状の陰極端子１４が接続されている。

さらに、図１において、符号１５は絶縁部材となる絶縁紙である。この絶縁紙１５は、電解液に浸漬されたもので、陽極箔１１や陰極箔１３と同様に、所定の幅Ｗで所定の長さＡを有する帯状に形成されている。

そして、陽極箔１１と陰極箔１３と絶縁紙１５とを、陽極箔１１と陰極箔１３との間に絶縁紙１５を挟み込むようにして重ね合わせる。この場合、陽極箔１１に対して絶縁紙１５をその長手方向に所定の間隔ａだけずらせるとともに、絶縁紙１５に対してさらに陰極箔１３をその長手方向に同じ間隔ａだけずらせるように配置する。

これにより、図２に示すような、一体箔１６が形成される。このように形成された一体箔１６にあっては、陽極箔１１、陰極箔１３及び絶縁紙１５のそれぞれについて、その両端部における一方の面と他方の面とが露出されている。

そして、この一体箔１６を、図２に矢印で示すように、陽極箔１１、陰極箔１３及び絶縁紙１５の長さＡよりもやや短い円周を有する円柱形状のローラ１７に巻き付ける。すると、図３に示すように、陽極箔１１、陰極箔１３及び絶縁紙１５は、それぞれ、その両端部で露出された一方の面と他方の面とが接触され、ここに、電解コンデンサ本体１８が形成される。

すなわち、この電解コンデンサ本体１８では、陽極箔１１、陰極箔１３及び絶縁紙１５が、それぞれ、終端の存在しないループ状に形成されている。そして、陽極箔１２の内周に陰極箔１３の外周が対向するように配置され、陽極箔１２の内周と陰極箔１３の外周との間に絶縁紙１５が介在される構造となっている。

なお、図３では、陽極箔１１、陰極箔１３及び絶縁紙１５のそれぞれについて、その両端部が接触されていることを分かり易く表現するために、陽極箔１１と絶縁紙１５、絶縁紙１５と陰極箔１３とを相互に離間して記述している。しかしながら、実際には、陽極箔１１と絶縁紙１５、絶縁紙１５と陰極箔１３とは隙間なく接触されている。

また、陽極箔１１及び陰極箔１３は、それぞれ、その両端部が接触されて電気的導通が可能になっているだけでよいが、必要に応じて、両端部を導電性接着剤で接着したり、溶着したりすることも可能である。なお、絶縁紙１５についても、その両端部を単に接触されておくだけでも良いが、固着しても良いものである。

上記のように構成された電解コンデンサ本体１８によれば、陽極箔１１は、その陽極端子１２から見て終端の存在しないループ形状となっている。このため、陽極端子１２と、それから見た陽極箔１１のもっとも遠い位置までとの間の距離は、陽極箔１１の元の長さＡの半分、つまり、Ａ／２となる。すなわち、陽極端子１２と、それから見て陽極箔１１のもっとも遠い位置までとの間には、同じ長さ（Ａ／２）を有する２つの経路が並列に存在することになる。

また、陰極箔１３も、その陰極端子１４から見て終端の存在しないループ形状となっている。このため、陰極端子１４と、それから見た陰極箔１３のもっとも遠い位置までとの間の距離も、陰極箔１３の元の長さＡの半分、つまり、Ａ／２となる。すなわち、陰極端子１４と、それから見て陰極箔１３のもっとも遠い位置までとの間についても、同じ長さ（Ａ／２）を有する２つの経路が並列に存在することになる。

ここで、現状では、図４に示すように、一端部に陽極端子１９が接続された幅Ｗで長さＡを有する帯状の陽極箔２０と、一端部に陰極端子２１が接続された幅Ｗで長さＡを有する帯状の陰極箔２２と、電解液に浸漬された絶縁紙２３とを、図５に示すように、陽極箔２０と陰極箔２２との間に絶縁紙２３を挟み込むように重ね合わせることで一体箔２４を形成する。そして、この一体箔２４に他の絶縁紙２５を添え、それを図５に矢印で示すように一方の端部から巻き込むことにより、電解コンデンサ本体２６を構成している。

図６は、このような現状における電解コンデンサ本体２６の等価回路を示している。この等価回路は、既に良く知られているように、陽極端子１９と陰極端子２１との間に、抵抗成分Ｒとインダクタンス成分Ｌとキャパシタンス成分Ｃとが直列接続されたものとして表わされている。そして、この現状における電解コンデンサ本体２６の陽極端子１９と陰極端子２１との間における内部インピーダンスＺ１は、（１）式のようになる。

この場合、抵抗成分Ｒは、主として、陽極端子１９及び陰極端子２１と、それから見た陽極箔２０及び陰極箔２２のもっとも遠い位置までとの間の距離Ａによって決定される。また、インダクタンス成分Ｌも、主として、陽極端子１９及び陰極端子２１と、それから見た陽極箔２０及び陰極箔２２のもっとも遠い位置までとの間の距離Ａによって決定される。さらに、キャパシタンス成分Ｃは、陽極箔２０と陰極箔２２との重なり合う面積によって決定される。

これに対し、図３に示した電解コンデンサ本体１８の等価回路は、図７に示すようになる。すなわち、先に述べたように、陽極端子１２及び陰極端子１４と、それから見て陽極箔１１及び陰極箔１３のもっとも遠い位置までとの間には、陽極箔１１及び陰極箔１３の元の長さＡの半分の長さ（Ａ／２）を有する２つの経路が並列に存在している。

このため、抵抗成分としては、抵抗値Ｒの抵抗が並列に接続されることになり、等価回路上の抵抗成分は、理論上、Ｒ／２に低下することになる。

また、インダクタンス成分についても同様で、インダクタンス値Ｌのインダクタンスが並列に接続されることになり、等価回路上のインダクタンス成分は、理論上、Ｌ／２に低下することになる。

なお、キャパシタンス成分Ｃについては、陽極箔１１と陰極箔１２との重なり合う面積が、現状における電解コンデンサ本体２６と同じであるため、同じキャパシタンス成分Ｃを保持している。

すなわち、図３に示した電解コンデンサ本体１８の陽極端子１２と陰極端子１４との間における内部インピーダンスＺ２は、理論上、（２）式のようになる。

この（２）式から明らかなように、図３に示した電解コンデンサ本体１８は、現状における電解コンデンサ本体２６に比べて、抵抗成分及びインダクタンス成分が共に１／２に低下しており、キャパシタンス成分Ｃを変化させることなく、内部インピーダンスを低くすることができる。このため、電力損失を大きく削減することができるようになり、許容リップル電流を現状に比して大きく設定することができるようになる。

また、図３に示した電解コンデンサ本体１８は、陽極箔１１に対する陰極箔１３の長手方向のずれ量を可変することにより、陽極端子１２に対する陰極端子１４の位置を容易に変えることができ、実用上便利である。

さらに、図３に示した電解コンデンサ本体１８では、略棒状の陽極端子１２及び陰極端子１４を、略帯状に形成された陽極箔１１及び陰極箔１３の一端部に接続する構成であるため、現状における接続技術がそのまま使用でき、陽極端子１２及び陰極端子１４と陽極箔１１及び陰極箔１３との接続作業が容易化される。

なお、図３に示した電解コンデンサ本体１８は、そのままではサイズが大きすぎて、回路基板上に実装するための実用性に不向きである。このため、図８に示すように、電解コンデンサ本体１８をプレスにより平坦な形状となるように潰し、それに他の絶縁紙２７を添えたものを、図８に矢印で示すように一方の端部から巻き込むことにより、図９に示すような小型サイズの電解コンデンサ本体２８を構成している。

そして、この電解コンデンサ本体２８を、図１０に示すように、ケース２９に収納し、陽極端子１２及び陰極端子１４を外部に露出させるようにケース２９の開口を封口材３０で閉塞することにより、実用的なサイズの電解コンデンサ３１が構成される。

なお、この発明は上記した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を種々変形して具体化することができる。また、上記した実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜に組み合わせることにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良いものである。さらに、異なる実施の形態に係る構成要素を適宜組み合わせても良いものである。

１１…陽極箔、１２…陽極端子、１３…陰極箔、１４…陰極端子、１５…絶縁紙、１６…一体箔、１７…ローラ、１８…電解コンデンサ本体、１９…陽極端子、２０…陽極箔、２１…陰極端子、２２…陰極箔、２３…絶縁紙、２４…一体箔、２５…絶縁紙、２６…電解コンデンサ本体、２７…絶縁紙、２８…電解コンデンサ本体、２９…ケース、３０…封口材、３１…電解コンデンサ。

Claims (5)

1. ループ状に形成され所定位置に第１の端子が接続された第１の電極箔と、
   外周が前記第１の電極箔の内周に対向するようにループ状に形成され、所定位置に第２の端子が接続された第２の電極箔と、
   前記第１の電極箔の内周と前記第２の電極箔の外周との間に介在されるループ状に形成された絶縁部材とを具備する電解コンデンサ。
2. 前記第１の電極箔は、前記第１の端子が一端部に接続された、略帯状に形成された金属箔の両端部を接触させた構成であり、
   前記第２の電極箔は、前記第２の端子が一端部に接続された、略帯状に形成された金属箔の両端部を接触させた構成であり、
   前記絶縁部材は、電解液を浸漬した略帯状に形成された紙の両端部を接触させた構成である請求項１記載の電解コンデンサ。
3. 前記第１の電極箔と前記第２の電極箔との間に前記絶縁部材を挟み込んで形成されたループを平坦化して一方の端部から巻き込んだものを収納するケースと、
   前記ケースの開口を前記第１及び第２の端子を露出させて閉塞する封口材とを具備する請求項１記載の電解コンデンサ。
4. 略帯状に形成された絶縁部材を、略帯状に形成され一端部に第１の端子が接続された第１の電極箔と、略帯状に形成され一端部に第２の端子が接続された第２の電極箔との間に挟み込み、前記第１の電極箔に対して前記絶縁部材をその長手方向に所定の間隔だけずらせるとともに、前記絶縁部材に対してさらに前記第２の電極箔をその長手方向に所定の間隔だけずらせて配置することにより一体箔を形成し、
   前記一体箔をループ状に巻き込むことにより、前記第１の電極箔の両端部同士、前記絶縁部材の両端部同士及び前記第２の電極箔の両端部同士を、それぞれ接触させる電解コンデンサの製造方法。
5. 前記ループ状に巻き込んだ一体箔を平坦に潰し、それを一方の端部から巻き込んだものをケースに収納し、
   前記ケースの開口を前記第１及び第２の端子を露出させて封口材で閉塞する請求項４記載の電解コンデンサの製造方法。

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