JP5104008B2 - Electrolytic capacitor - Google Patents
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Description
本発明は,小型で,大容量を可能とした電解コンデンサに関する。 The present invention relates to an electrolytic capacitor that is small in size and capable of large capacity.
電解コンデンサは,電子機器に広く使用される電子部品であり,一般的には以下のような構成を有している。 An electrolytic capacitor is an electronic component widely used in electronic devices, and generally has the following configuration.
一方向の電圧の印加において耐圧を有するが,逆方向に電圧を印加すると耐圧を失ってしまう作用を,いわゆる弁作用と呼び,電解コンデンサは,かかる弁作用を有するアルミニウムなどの弁金属を陽極に用い,陽極表面には絶縁性酸化皮膜を陽極酸化処理などにより形成している。 The action of having a withstand voltage when a voltage is applied in one direction but losing the withstand voltage when a voltage is applied in the opposite direction is referred to as a so-called valve action. Used, an insulating oxide film is formed on the anode surface by anodizing.
この酸化皮膜は誘電体層となり,電解液や導電性高分子などの電解質あるいは固体電解質が実質的な陰極として酸化皮膜に接触している。 This oxide film becomes a dielectric layer, and an electrolyte such as an electrolytic solution or a conductive polymer or a solid electrolyte is in contact with the oxide film as a substantial cathode.
巻回型コンデンサでは電解質は電解紙(セパレータ)などで保持されている形態をとる。平板型のコンデンサにおいては,電解質上にカーボンペーストや樹脂材料を含んだ金属粒子が陰極層として順次形成されている。 In the wound capacitor, the electrolyte is held by electrolytic paper (separator) or the like. In a flat capacitor, metal particles containing carbon paste or resin material are sequentially formed as a cathode layer on an electrolyte.
どちらの形態の電解コンデンサにおいてもアルミニウムなど金属からなる陰極から陰極側電極が引き出されている。 In both types of electrolytic capacitors, the cathode-side electrode is drawn from the cathode made of metal such as aluminum.
陽極側電極,及び陰極側電極は一般に帯状に切断された箔からなり,巻回型ではこれをセパレータと共に巻回されてコンデンサ素子が形成されている。平板型では四角形の陽極側電極,陰極層,陰極側電極等を重ねてコンデンサ素子が形成されている。さらに,このコンデンサ素子を積層したものが積層形となる。 The anode side electrode and the cathode side electrode are generally made of foil cut into a strip shape, and in a winding type, this is wound together with a separator to form a capacitor element. In the flat plate type, a square anode side electrode, a cathode layer, a cathode side electrode, and the like are stacked to form a capacitor element. Further, a laminate type is formed by laminating the capacitor elements.
また陰極層は,外部との電気的な接続をおこなう金属が主体の引出し電極に接続され,コンデンサ素子を覆う種々の外装から外部へ引き出されている。 Further, the cathode layer is connected to an extraction electrode mainly made of a metal that is electrically connected to the outside, and is drawn out from various exteriors covering the capacitor element.
ここで,電解コンデンサは,誘電体層が極めて薄い酸化皮膜層からなるので,電極の単位面積あたりの静電容量値が高く,小形で大容量のものが得られるのが特長である。しかしながら,電子機器の小形化に伴い,電解コンデンサに対しても小形,大容量化が求められている。 Here, the electrolytic capacitor is characterized in that since the dielectric layer is made of an extremely thin oxide film layer, the capacitance value per unit area of the electrode is high, and a small and large capacitance can be obtained. However, along with the downsizing of electronic equipment, there is a demand for smaller and larger capacity electrolytic capacitors.
電解コンデンサ容量の増加を図るため,これまで電極表面をエッチング処理等で粗面化し,表面積の拡大を図ることが行われてきた。しかし,この粗面化による表面積拡大も近年は限界に近づきつつあり,新たな静電容量増大のための対策が求められている。 In order to increase the electrolytic capacitor capacity, the surface of the electrode has been roughened by etching to increase the surface area. However, the surface area enlargement due to the roughening is approaching the limit in recent years, and new measures for increasing the capacitance are required.
たとえば単位面積当たりの容量を増やす,つまりエッチングピット形状を細く,アルミニウム箔中心部深く,無数にエッチングすると,単位面積当たりの容量が大きく取れる。 For example, if the capacity per unit area is increased, that is, if the etching pit shape is narrowed and the aluminum foil is deep in the center of the aluminum foil, the capacity per unit area can be increased.
しかし,前記のように単位面積の容量を大きくしようとすると,アルミニウム箔全体がエッチングピットに覆われてしまい,電極箔が脆くなり,電極箔強度の低下を引き起こしてしまう。 However, when the capacity of the unit area is increased as described above, the entire aluminum foil is covered with the etching pits, the electrode foil becomes brittle, and the electrode foil strength is reduced.
これに対し,一方法として箔強度を保持しながら電極箔の表面積を大きく取るために,アルミニウム箔の厚さを厚くしたものをエッチングし,単位面積当たりの容量を大きくしている。この方法では,単位面積の容量は大きくなるが,前記の電極箔を用いて,一般的な巻回型電解コンデンサを作成すると, 電極箔の厚さが厚いため,使用できる電極箔の長さに制限が発生し,ケースに収納できない素子が形成されてしまう。 On the other hand, as one method, in order to increase the surface area of the electrode foil while maintaining the foil strength, a thick aluminum foil is etched to increase the capacity per unit area. In this method, the capacity of the unit area is large. However, when a general wound electrolytic capacitor is made using the above electrode foil, the thickness of the electrode foil is so large that the length of the usable electrode foil is reduced. Limitation occurs, and an element that cannot be stored in the case is formed.
さらに,積層型固体電解コンデンサの場合,その形状の性質上高さの制約があり,むやみに高さを高く出来ない。前述の強度を落とした箔では,積層時の溶接条件が容易に設定できず,溶接後の強度にも問題がでてくる。 Furthermore, in the case of a multilayer solid electrolytic capacitor, there are restrictions on the height due to the nature of its shape, and the height cannot be increased unnecessarily. For foils with reduced strength, the welding conditions during lamination cannot be set easily, and the strength after welding also becomes problematic.
このために,容量を大きくしようとすると,積層枚数を増やすか,厚い電極箔を使用せざるを得なくなり,コンデンサの高さ寸法が大きくなってしまう。 For this reason, if the capacity is increased, the number of laminated layers must be increased or a thick electrode foil must be used, resulting in an increase in the height of the capacitor.
上記の一般的従来技術に加え,巻回型電解コンデンサの場合は,合成容量によって容量が算出される点に着目して,特許文献1に記載のように,基材表面に金属窒化物の蒸着皮膜を形成して容量増大を図る方法が知られている。あるいは,特許文献2に記載のように陰極にカーボンを物理的に接触させた箔を用いて,陰極側の容量をキャンセルし,陽極側の容量のみを合成容量に反映させることにより容量増大を図る方法が提案されている。
しかしながら,これらの従来方法を用いても,今後市場から要求される更なる大容量化に対しては,現状と同等の厚み,強度および耐圧を保った上で,大容量が実現できる陽極材料がなければ,十分対応できる電解コンデンサを得ることができない。 However, even if these conventional methods are used, in order to further increase the capacity demanded from the market in the future, an anode material capable of realizing a large capacity while maintaining the same thickness, strength and pressure resistance as the current situation is available. Without this, it is not possible to obtain an electrolytic capacitor that can sufficiently cope.
したがって,本発明の目的は,従来と同等の厚み,強度,耐圧を保ったまま,コンデンサの容量に関係した陽極箔表面積を飛躍的に増大する陽極電極箔構造を提示し,これを採用する大容量の電解コンデンサを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to present an anode electrode foil structure that dramatically increases the anode foil surface area related to the capacitance of the capacitor while maintaining the same thickness, strength, and breakdown voltage as in the past, and to adopt this structure. It is to provide an electrolytic capacitor having a capacity.
上記の目的を達成するために,本発明の第1の側面は,弁作用を有する金属からなる陽極箔と,陰極層と,前記陽極箔と陰極層との間に介在された電解質層を有する電解コンデンサであって,前記陽極箔の表面上に,誘電率を有する粒子がエアロゾルデポジション法により堆積して形成される誘電体酸化皮膜層を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention includes an anode foil made of a metal having a valve action, a cathode layer, and an electrolyte layer interposed between the anode foil and the cathode layer. An electrolytic capacitor is characterized in that it has a dielectric oxide film layer formed by depositing particles having a dielectric constant by an aerosol deposition method on the surface of the anode foil.
かかる第1の側面において,好ましい形態として,前記陽極箔は,平坦圧延アルミニウム箔又は,エッチングされた粗面を有するアルミニウム箔であって,前記陽極箔に堆積された堆積層の前記誘電率を有する粒子は,弁金属を主成分とした弁金属粒子とすることができる。 In this first aspect, as a preferred embodiment, the anode foil is a flat rolled aluminum foil or an aluminum foil having an etched rough surface, and has the dielectric constant of the deposited layer deposited on the anode foil. The particles can be valve metal particles based on the valve metal.
さらに,前記第1の側面において,好ましい形態として,さらに,前記陽極箔に堆積された堆積層の前記誘電率を有する粒子は,セラミックを主成分としたセラミック粒子を含む様にしてもよい。 Furthermore, in the first aspect, as a preferred embodiment, the particles having the dielectric constant of the deposited layer deposited on the anode foil may further include ceramic particles containing ceramic as a main component.
かかる構成の本発明によれば,エアロゾルデポジション法により誘電率の大きい弁金属粒子を陽極箔の表面に堆積した堆積層を有することができるので通常電解コンデンサで用いられるエッチド陽極箔よりも,陽極箔の単位面積当たりの表面積が大きい陽極箔が得られる。 According to the present invention having such a configuration, it is possible to have a deposited layer in which valve metal particles having a large dielectric constant are deposited on the surface of the anode foil by the aerosol deposition method. An anode foil having a large surface area per unit area of the foil is obtained.
したがって,かかる陽極箔を陽極電極に用いた電解コンデンサは,従来の電解コンデンサに比べて高い静電容量を有し,小形大容量の電解コンデンサを提供することができる。 Therefore, an electrolytic capacitor using such an anode foil as the anode electrode has a higher electrostatic capacity than a conventional electrolytic capacitor, and can provide a small and large-capacity electrolytic capacitor.
上記のエアロゾルデポジション法により弁金属粒子を堆積した堆積層及び陽極箔をさらにエッチング処理することにより,堆積層及び陽極箔の表面積をさらに増加させることが可能であり,電解コンデンサの更なる大容量化が可能である。なお,陽極箔は,前述のようにエアロゾルデポジション法による粒子堆積工程の前にもエッチング処理を行ってもよい。 It is possible to further increase the surface area of the deposited layer and the anode foil by further etching the deposited layer and the anode foil on which the valve metal particles are deposited by the aerosol deposition method described above. Is possible. The anode foil may be etched before the particle deposition step by the aerosol deposition method as described above.
上記の処理を行った電極箔に対し,適正な印加電圧にて化成処理を実施することで,耐電圧性の確保が可能である。また,通常のエッチング化成箔と比較して,エアロゾルデポジション法では吹付け速度,吹付け時間を調整することにより弁金属粒子の堆積層の厚みが調整できるため,容量の調整が可能なことも利点である。 The withstand voltage can be ensured by subjecting the electrode foil subjected to the above treatment to chemical conversion treatment at an appropriate applied voltage. In addition, compared to ordinary etching conversion foil, the aerosol deposition method can adjust the spraying speed and spraying time to adjust the thickness of the deposited layer of valve metal particles. Is an advantage.
このような製法で作成された陽極箔を巻回型電解コンデンサおよび単層型コンデンサおよび積層型コンデンサの陽極箔として採用することで,これらコンデンサの大容量化を実現することが可能である。 By using the anode foil prepared by such a manufacturing method as the anode foil of a wound electrolytic capacitor, a single layer capacitor, and a multilayer capacitor, it is possible to realize a large capacity of these capacitors.
以下に,図面に従い本発明の実施の形態例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は,本発明を適用する一実施例としての巻回型電解コンデンサの構造を示す概略図である。 FIG. 1 is a schematic view showing the structure of a wound electrolytic capacitor as one embodiment to which the present invention is applied.
図1において,(a)は外観であり,(b)は外装(金属ケース)10を外して透視状に内部を観察した図である。封口体(絶縁樹脂)11に陽極電極リード12,陰極電極リード13が固定されている。
In FIG. 1, (a) is an external appearance, and (b) is a diagram in which the exterior (metal case) 10 is removed and the inside is observed in a perspective manner. An anode electrode lead 12 and a
巻回されたコンデンサ素子20が,外装(金属ケース)1内で,封口体(絶縁樹脂)11に固定され,陽極電極リード12,陰極電極リード13が,それぞれ,陽極箔21と陰極箔22に電気的に接続されている。
The
陽極箔21と陰極箔22が,セパレータである電解紙23を介して円筒形に巻回され,終端部が巻き止めテープ24で固定されて巻回状態が維持されている。
The
本発明の電解コンデンサは,陽極箔となるアルミニウム箔を電解エッチングして得られたエッチド電極箔を使用した従来構成の電解コンデンサより,さらなる高容量を実現させるものである。 The electrolytic capacitor of the present invention realizes a higher capacity than a conventional electrolytic capacitor using an etched electrode foil obtained by electrolytic etching of an aluminum foil serving as an anode foil.
そして,特徴として,従来のエッチド電極箔の表面上に金属の超微細粉又は,前記金属の超微細粉とともに高誘電率を有する超微細粉あるいは弁金属類の表面を酸化させた超微細粉を高速の気体中に均一拡散させ,前記の気体を対象物であるエッチド電極箔表面に噴射させ,超微細粉の成形膜を形成させる。 As a feature, ultrafine powder of metal on the surface of a conventional etched electrode foil, ultrafine powder having a high dielectric constant together with the ultrafine powder of metal, or ultrafine powder obtained by oxidizing the surface of a valve metal is used. The gas is uniformly diffused in a high-speed gas, and the gas is sprayed onto the surface of the etched electrode foil, which is the object, to form a molded film of ultrafine powder.
これにより,従来のアルミニウム箔単体のエッチド電極箔に比べ, 同じ厚さの電極箔においてアルミニウムの表面積を拡大させた電極箔を用いることができる。さらに,追加的に,前記のエッチド電極箔表面に形成された超微細粉の成形膜を電解エッチングしても良い。 This makes it possible to use an electrode foil in which the surface area of the aluminum is expanded with the same thickness of the electrode foil as compared with the conventional etched electrode foil of a single aluminum foil. In addition, the ultrafine powder molded film formed on the etched electrode foil surface may be electrolytically etched.
これらの処理により,従来のアルミニウム箔単体のエッチド電極箔に比べ,同じ厚さの電極箔においてアルミニウムの表面積を更に拡大させた電極箔を用いることができる。 By these treatments, it is possible to use an electrode foil in which the surface area of aluminum is further expanded in an electrode foil having the same thickness as compared with a conventional etched electrode foil of a single aluminum foil.
かかる本発明の特徴的構成により,小型で大容量の電解コンデンサを提供することが可能である。 With such a characteristic configuration of the present invention, it is possible to provide a small and large capacity electrolytic capacitor.
以下にかかる本発明に従う特徴を実施例に基づき,更に詳細に説明する。 The following features according to the present invention will be described in more detail based on examples.
図2は,図1における巻回されたコンデンサ素子20の断面構造を示す概略図である。陽極箔21と陰極箔22は,電解質31が含浸されたセパレータである電解紙30を介して重ねられている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of the
陰極箔22は,電解紙,カーボン,金属箔,金属粒子,導電性樹脂のいずれかを少なくともひとつ以上含むように構成できる。
The
さらに,電解質31として,プロトン系溶媒に有機酸塩もしくは無機酸塩を溶解した電解液が使用可能である。更に電解質31の具体例としてポリチオフェン系,ポリピロール系,ポリアニリン系導電性高分子,TCNQ錯塩の固体電解質のいずれかを少なくともひとつ以上を用いることにより固体電解コンデンサが得られる。 Furthermore, as the electrolyte 31, an electrolytic solution in which an organic acid salt or an inorganic acid salt is dissolved in a proton solvent can be used. Further, as a specific example of the electrolyte 31, a solid electrolytic capacitor can be obtained by using at least one of polythiophene-based, polypyrrole-based, polyaniline-based conductive polymer, and TCNQ complex salt solid electrolyte.
ここで,本発明に従う電解コンデンサは,特に陽極箔21表面の誘電体酸化皮膜層200が形成されていることに特徴を有している。
Here, the electrolytic capacitor according to the present invention is particularly characterized in that the dielectric
[第1の陽極箔形成方法]
図3は,陽極箔21表面に形成される誘電体酸化皮膜層200の第1の実施例の形成方法の手順を示す図である。フローの左側に処理ステップに対応して状態図を示している。
[First Anode Foil Forming Method]
FIG. 3 is a diagram showing a procedure of a forming method of the first embodiment of the dielectric
40μm厚の圧延法による純度99%アルミニウム箔21を用意した(ステップS1:状態I)。
An
用意されたアルミニウム箔21に対し,エアロゾルデポジションチャンバーで表面処理を以下のように実施した。図4は,エアロゾルデポジションチャンバーの概略構成例を示す図である。
Surface treatment was performed on the
製膜室303内にX,Y方向に移動可能のステージ304を有し,これにステップS1で用意した圧延アルミニウム箔21を貼り付け配置した(ステップS2)。
The
製膜室303内は,真空ポンプ306で真空に引き,予め10Pa以下に減圧した(ステップS3)。
The inside of the
一方,平均粒径8μmの弁金属であるAl粉末を主成分とする原料粉末300をエアロゾル発生容器301Aに入れ,振動器301Bによりエアロゾル発生容器301A全体に超音波を加え, 約150度で加熱しながら,30分間真空脱気して, 粉末表面に形成した水分を除去する前処理を施した(ステップS4)。
On the other hand, a
エアロゾル発生器301Aに高純度ヘリウムガス(ガス圧: 2kg/cm2, ガス流量:10l/min.) 302を導入し, 前処理を施した原料粉末300をエアロゾル化した(ステップS5)。
High-purity helium gas (gas pressure: 2 kg / cm 2 , gas flow rate: 10 l / min.) 302 was introduced into the
次に,このエアロゾルを,配管を通してノズル305により製膜室303に送り込む。ノズル305は, 内側にらせん状の溝を形成したものを使用した。内側にらせん状の溝を有したノズル305から基板アルミニウム箔21に向けて, 3分間噴射を行った(ステップS6)。この時のチャンバー中の圧力は500Paと一定とされた。
Next, this aerosol is fed into the
このようにして,アルミニウム微粒子によるエアロゾルデポジションにより基板アルミニウム箔21上面に形成されたAl膜201Aは,20μmの厚みであった(状態II:アルミニウム微粒子によるエアロゾルデポジション)。
Thus, the
なお,以上の要領で基板アルミニウム箔21の両面にアルミニウム膜を形成することも可能である。
It is also possible to form an aluminum film on both surfaces of the
ついで,不活性ガス中で前記アルミニウムの(融点+100℃)以下の温度である300℃で焼鈍し,堆積アルミニウム金属粒子を緻密化させる焼結前処理を行った。この箔を塩酸, 硝酸,AlCl3水溶液中で電流密度0.2A/m2(50Hz)で8分間,電解処理を行い,粗面化処理(エッチング)を行った(ステップS7)。このエッチング処理により微細空洞層201Bが形成された(状態III)。
Subsequently, a pre-sintering treatment for densifying the deposited aluminum metal particles was performed by annealing in an inert gas at 300 ° C. which is lower than (melting point + 100 ° C.) of the aluminum. This foil was subjected to an electrolytic treatment in hydrochloric acid, nitric acid, an AlCl 3 aqueous solution at a current density of 0.2 A / m 2 (50 Hz) for 8 minutes, and a roughening treatment (etching) was performed (step S7). By this etching process, a
その後,アジピン酸アンモニウム水溶液中で化成処理を行った(ステップS8)。 Thereafter, chemical conversion treatment was performed in an aqueous solution of ammonium adipate (step S8).
かかる処理により,微細空洞層201Bの形成により表面積が拡大し,且つステップS8における化成処理により微細空洞層201Bの表面201Cが酸化され,大きな誘電率の誘電体酸化皮膜層200が,基板アルミニウム箔21の表面に形成された(状態IV)。
By this treatment, the surface area is enlarged by forming the
[第2の陽極箔形成方法]
ここで,上記図3のフローに従う実施例では,陽極箔21として圧延法による99%の厚み40μmの基板アルミニウム箔を使用した例を説明したが,更に,第2の実施例として,図5Aに示すように従来技術においても使用されていた予めエッチング処理された粗面(エッチド面)201を有するエッチドアルミニウム箔を使用するようにしてもよい。
[Second Anode Foil Forming Method]
Here, in the embodiment according to the flow of FIG. 3 described above, an example in which a substrate aluminum foil having a thickness of 40 μm of 99% by a rolling method is used as the
図6は,本発明に従う第2の実施例の電極箔の製造方法の手順を示すフロー図である。 FIG. 6 is a flowchart showing the procedure of the method for manufacturing the electrode foil of the second embodiment according to the present invention.
圧延法による99%アルミニウム箔40μm厚を不活性ガス中で300℃で焼鈍し,前処理を行った。この箔を塩酸, 硝酸,AlCl3水溶液中で電流密度0.2A/m2(50Hz)で8分間 電解処理を行い, 粗面化処理を行った。これにより,図5Aのアルミニウム箔断面に示されるエッチド面201を有するアルミニウム箔21が得られた(ステップS1)。
A 99% aluminum foil having a thickness of 40 μm was annealed at 300 ° C. in an inert gas and pretreated. The foil was subjected to an electrolytic treatment in an aqueous solution of hydrochloric acid, nitric acid, and AlCl 3 at a current density of 0.2 A / m 2 (50 Hz) for 8 minutes to roughen the surface. Thereby, the
次いで,粗面化されたアルミニウム箔に対して, 先に第1の実施例について説明した図2の処理フローと同様に,ステップS2からステップS8の処理を行った。但し,図2のステップS7のエッチング処理は省略して,実施した。 Then, the roughened aluminum foil was subjected to the processing from step S2 to step S8 in the same manner as the processing flow of FIG. 2 described for the first embodiment. However, the etching process in step S7 in FIG. 2 was omitted.
以上の要領でエッチドアルミ箔両面にアルミニウム膜を形成することも可能である。 It is also possible to form an aluminum film on both surfaces of the etched aluminum foil in the manner described above.
図5Bは,上記処理により得られる,予めエッチング処理された粗面201上にエアロゾルデポジションによりアルミニウム微粒子を堆積した層202の断面を模式的に示している。
FIG. 5B schematically shows a cross section of a
[第3の陽極箔形成方法]
図7は,本発明に従う第3の実施例の電極箔の製造方法の手順を示すフロー図である。第2の実施例と同様に,圧延法による99%アルミニウム箔40μm厚を不活性ガス中で300℃で焼鈍し,前処理を行った。この箔を塩酸, 硝酸,AlCl3水溶液中で電流密度0.2A/m2(50Hz)で8分間 電解処理を行い, 粗面化処理を行った。これにより,図5Aの粗面(エッチド面)201を有するエッチドアルミニウム箔21が得られた(ステップS1)。
[Third anode foil forming method]
FIG. 7 is a flowchart showing the procedure of the method for manufacturing the electrode foil of the third embodiment according to the present invention. Similar to the second embodiment, 99% aluminum foil 40 μm thick by rolling was annealed at 300 ° C. in an inert gas and pretreated. The foil was subjected to an electrolytic treatment in an aqueous solution of hydrochloric acid, nitric acid, and AlCl 3 at a current density of 0.2 A / m 2 (50 Hz) for 8 minutes to roughen the surface. Thereby,
エッチドアルミニウム箔21(図5A参照)に対し,図4に示したエアロゾルデポジションチャンバーで表面処理を図7のフローに従い,以下のように実施した。 Surface treatment was performed on the etched aluminum foil 21 (see FIG. 5A) in the aerosol deposition chamber shown in FIG. 4 according to the flow of FIG.
製膜室303内のX,Y方向に移動可能のステージ304にステップS1で用意した圧延アルミニウム箔21を貼り付け配置した(ステップS2)。
The rolled
製膜室303内は,真空ポンプ306で真空に引き,予め10Pa以下に減圧した(ステップS3)。
The inside of the
一方,平均粒径100nmのチタン酸バリウムからなる超微粒子セラミックを原料粉末300としてエアロゾル発生容器301Aに入れ,振動器301Bによりエアロゾル発生容器301A全体に超音波を加え, 約150度で加熱しながら,30分間真空脱気して, 粉末表面に形成した水分を除去する前処理を施した(ステップS4)。
On the other hand, an ultrafine ceramic made of barium titanate having an average particle diameter of 100 nm is placed as a
エアロゾル発生器301Aに高純度ヘリウムガス(ガス圧: 2kg/cm2, ガス流量:10l/min.) 302を導入し, 前処理を施した原料粉末300をエアロゾル化した(ステップS5)。
High-purity helium gas (gas pressure: 2 kg / cm 2 , gas flow rate: 10 l / min.) 302 was introduced into the
次に,このエアロゾルを,配管を通してノズル305により製膜室303に送り込む。ノズル305は, 内側にらせん状の溝を形成したものを使用した。内側にらせん状の溝を有したノズル305から基板アルミニウム箔21に向けて, 3分間噴射を行った(ステップS6)。この時のチャンバー中の圧力は500Paと一定とされた。
Next, this aerosol is fed into the
このようにして,セラミック微粒子によるエアロゾルデポジションにより基板アルミニウム箔21上面に形成されたセラミック(チタン酸バリウム)膜は,2μmの厚みであった。
In this way, the ceramic (barium titanate) film formed on the
なお,以上の要領で基板アルミニウム箔21の両面にセラミック膜を形成することも可能である。
In addition, it is also possible to form a ceramic film on both surfaces of the
ついで,不活性ガス中で前記アルミニウムの(融点+100℃)以下の温度である500℃で焼鈍し,堆積金属粒子を緻密化させる焼結前処理を行った。 Subsequently, annealing was performed in an inert gas at 500 ° C., which is a temperature lower than (melting point + 100 ° C.) of the aluminum, and a sintering pretreatment for densifying the deposited metal particles was performed.
ついで,アジピン酸アンモニウム水溶液中で化成処理を行った(ステップS8)。 Next, chemical conversion treatment was performed in an aqueous solution of ammonium adipate (step S8).
この第3実施例においても図2のステップS7のエッチング処理は省略して,実施した。 Also in the third embodiment, the etching process in step S7 in FIG. 2 was omitted.
[第4の陽極箔形成方法]
図8は,本発明に従う第4の実施例の電極箔の製造方法の手順を示すフロー図である。上記第2,第3の実施例と同様に,圧延法による99%アルミニウム箔40μm厚を不活性ガス中で300℃で焼鈍し,前処理を行った。この箔を塩酸, 硝酸,AlCl3水溶液中で電流密度0.2A/m2(50Hz)で8分間 電解処理を行い, 粗面化処理を行った。これにより,図5Aの粗面201を有するエッチドアルミニウム箔21が得られた(ステップS1)。
[Fourth anode foil forming method]
FIG. 8 is a flowchart showing the procedure of the method for manufacturing the electrode foil of the fourth embodiment according to the present invention. Similar to the second and third embodiments, a 99% aluminum foil having a thickness of 40 μm was annealed at 300 ° C. in an inert gas and subjected to pretreatment. The foil was subjected to an electrolytic treatment in an aqueous solution of hydrochloric acid, nitric acid, and AlCl 3 at a current density of 0.2 A / m 2 (50 Hz) for 8 minutes to roughen the surface. Thereby,
エッチドアルミニウム箔21(図5A参照)に対し,図4に示したエアロゾルデポジションチャンバーで表面処理を図7のフローに従い,以下のように実施した。 Surface treatment was performed on the etched aluminum foil 21 (see FIG. 5A) in the aerosol deposition chamber shown in FIG. 4 according to the flow of FIG.
製膜室303内のX,Y方向に移動可能のステージ304にステップS1で用意した圧延アルミニウム箔21を貼り付け配置した(ステップS2)。
The rolled
製膜室303内は,真空ポンプ306で真空に引き,予め10Pa以下に減圧した(ステップS3)。
The inside of the
一方,平均粒径100nmのチタン酸バリウムからなる超微粒子セラミックと平均粒径8μmの超微粒子アルミニウム粉末の混合物を原料粉末300としてエアロゾル発生容器301Aに入れ,振動器301Bによりエアロゾル発生容器301A全体に超音波を加え, 約150度で加熱しながら,30分間真空脱気して, 粉末表面に形成した水分を除去する前処理を施した(ステップS4)。
On the other hand, a mixture of ultrafine ceramics composed of barium titanate with an average particle size of 100 nm and ultrafine aluminum particles with an average particle size of 8 μm is put as a
エアロゾル発生器301Aに高純度ヘリウムガス(ガス圧: 2kg/cm2, ガス流量:10l/min.) 302を導入し, 前処理を施した原料粉末300をエアロゾル化した(ステップS5)。
High-purity helium gas (gas pressure: 2 kg / cm 2 , gas flow rate: 10 l / min.) 302 was introduced into the
次に,このエアロゾルを,配管を通してノズル305により製膜室303に送り込む。ノズル305は, 内側にらせん状の溝を形成したものを使用した。内側にらせん状の溝を有したノズル305から基板アルミニウム箔21に向けて, 3分間噴射を行った(ステップS6)。この時のチャンバー中の圧力は500Paと一定とされた。
Next, this aerosol is fed into the
このようにして,図9Aに示すように,セラミック微粒子202aとアルミニウム微粒子202bによるエアロゾルデポジションにより基板アルミニウム箔21の粗面201上に形成されたセラミック(チタン酸バリウム)−アルミニウム膜202は,20μmの厚みであった。
In this way, as shown in FIG. 9A, the ceramic (barium titanate) -
なお,以上の要領で基板アルミニウム箔21の両面にセラミック(チタン酸バリウム)セラミック−アルミニウム膜を形成することも可能である。
It is also possible to form a ceramic (barium titanate) ceramic-aluminum film on both surfaces of the
ついで,アジピン酸アンモニウム水溶液中で化成処理を行った(ステップS8)。 Next, chemical conversion treatment was performed in an aqueous solution of ammonium adipate (step S8).
次に,図3のステップS4に対応して,加熱処理を行い,その後に化成処理を施すことにより, 表面に酸化アルミニウム層201Bが形成された強固な陽極箔21及び誘電体酸化皮膜層200が形成される。この第4実施例においても図3のステップS7のエッチング処理は省略して,実施した。
Next, in accordance with step S4 of FIG. 3, a heat treatment is performed, followed by a chemical conversion treatment, whereby the
上記実施例により,あらかじめエッチング処理された粗面201とその上に堆積される弁金属粒子202aであるアルミニウム粒子とセラミック粒子202bであるチタン酸バリウム粒子の堆積層202により,より大きな表面積が得られ,従って静電容量も大きくできる。
According to the above embodiment, a larger surface area can be obtained by the
なお,図9Bに示すように,図3のステップS7のエッチング処理を行って,エアロゾルデポジション膜202の中の弱い結合力の粒子および粒子間部がエッチングされ, アルミニウムのポーラスな構造とすることができる。
As shown in FIG. 9B, the etching process of step S7 in FIG. 3 is performed to etch the particles with weak binding force and the inter-particle portions in the
ここで,上記弁金属粒子202aとして,弁金属アルミニウム及びその化合物,チタン及びその化合物,タンタル及びその化合物,ニオブ及びその化合物のいずれか少なくとも一つ以上含むものを使用することができる。
Here, as the
さらに,セラミック粒子202bとして,チタン酸バリウム粒子の他,誘電率が10以上の酸化物,窒化物または炭化物から成る材料を使用することができる。
Furthermore, as the
図10A,10B,及び図11A,図11Bは,本発明によるエアロゾルデポジション法を用いて生成したコンデンサ素子を図1に示した巻回型ではなく,積層及び単層型電解コンデンサに適用する例を示す図である。 10A, 10B, and FIGS. 11A, 11B are examples in which the capacitor element generated by using the aerosol deposition method according to the present invention is applied to a multilayer and single-layer electrolytic capacitor instead of the winding type shown in FIG. FIG.
図10Aは,2端子型の単位コンデンサ素子100の断面内部の概略構造を示す図である。
FIG. 10A is a diagram showing a schematic structure inside the cross section of the two-terminal type
陽極箔21の両面側に誘電体酸化皮膜層200が形成されている。陽極箔21の一端側に陽極電極端子12が接続される。陰極箔22は,金属粒子と樹脂を含む層22Aと,カーボン粒子と樹脂を含む層22Bの二層構造である。二層構造の陰極箔22が,陽極箔21の一端側と両面側を囲う様に形成される。
Dielectric oxide film layers 200 are formed on both sides of the
図10Bは,図10Aの単位コンデンサ素子100を積層した電解コンデンサの断面図である。外装10Aが絶縁体ケースで形成され,積層した単位コンデンサ素子100の露出した陽極箔21の一端側が共通に陽極電極端子12に接続される。
FIG. 10B is a cross-sectional view of an electrolytic capacitor in which the
陰極電極端子13には,積層された単位コンデンサ素子100の金属粒子と樹脂を含む層22Aに電気的に共通接続される。
The
これにより2端子構成の電解コンデンサが形成される。 As a result, an electrolytic capacitor having a two-terminal configuration is formed.
図11Aは,3端子型の単位コンデンサ素子100の断面内部の概略構造を示す図である。
FIG. 11A is a diagram showing a schematic structure inside a cross section of the three-terminal type
陽極箔21の両面側に誘電体酸化皮膜層200が形成されている。陽極箔21の両端がそれぞれ陽極電極端子12に接続される。陰極箔22は,金属粒子と樹脂を含む層22Aと,カーボン粒子と樹脂を含む層22Bの二層構造である。二層構造の陰極箔22が,陽極箔21を中心にして,誘電体酸化皮膜層200を囲う様に形成される。
Dielectric oxide film layers 200 are formed on both sides of the
図11Bは,図11Aの単位コンデンサ素子100を積層した電解コンデンサの断面図である。外装10Aが導電体金属ケースで形成され,積層した単位コンデンサ素子100の陽極箔21の両端が共通にそれぞれ陽極電極端子12A,12Bに接続される。
FIG. 11B is a cross-sectional view of an electrolytic capacitor in which the
陰極電極端子13は,単位コンデンサ素子100の金属粒子と樹脂を含む陰極箔層22Aと,積層された単位コンデンサ素子100を固定する導電性樹脂101を通して電気的に接続される。これにより3端子構成の電解コンデンサが形成される。
The
ここで,上記した本発明に従う誘電体酸化皮膜層200が形成された陽極箔21を用いて形成される電解コンデンサにおいて,前記誘電体酸化皮膜層200の構造の違いにより生じる効果の比較結果が表1に示される。
Here, in the electrolytic capacitor formed using the
なお,下記表1において,上記第1〜第4の実施例と比較する比較例を次のように実施した。 In Table 1 below, comparative examples to be compared with the first to fourth examples were implemented as follows.
圧延法による99%アルミニウム箔40μm厚を不活性ガス中で300℃で焼鈍し,前処理を行った。この箔を塩酸, 硝酸,AlCl3水溶液中で電流密度0.2A/m2(50Hz)で8分間 電解処理を行い,粗面化処理を行った。その後,アジピン酸アンモニウム水溶液中で化成処理を行った。 A 99% aluminum foil having a thickness of 40 μm was annealed at 300 ° C. in an inert gas and pretreated. The foil was subjected to an electrolytic treatment in an aqueous solution of hydrochloric acid, nitric acid, and AlCl 3 at a current density of 0.2 A / m 2 (50 Hz) for 8 minutes to roughen the surface. Thereafter, chemical conversion treatment was performed in an aqueous solution of ammonium adipate.
すなわち,比較例は,第1実施例の処理フローにおけるステップS2からS7のアルミニウム微粒子あるいは,セラミック微粒子による膜形成による粗面化処理を行っていないものである。 That is, in the comparative example, the surface roughening process is not performed by forming a film with the aluminum fine particles or ceramic fine particles in steps S2 to S7 in the processing flow of the first embodiment.
さらに測定条件として,それぞれの実施例において生成される陽極箔について,所定電圧20Vに到達後30分の時点での漏れ電流を測定した。また, 膜の引張強度を測定した。 Furthermore, as a measurement condition, the leakage current at the time of 30 minutes after reaching the predetermined voltage 20V was measured for the anode foil produced in each example. The tensile strength of the film was also measured.
このときの引張強度は幅1cm, 長さ5cmの試験片を切り出し, 引張試験機で10mm/minで引っ張り, 破断強度が1.5kg/cm(厚さでノーマライズせず,試験片の二次元形状で規定)以上であれば合格とする測定を行った。また,箔の引っ張り強度を測定した。 At this time, a test piece with a width of 1 cm and a length of 5 cm was cut out and pulled at 10 mm / min with a tensile tester, and the breaking strength was 1.5 kg / cm (not normalized with the thickness, but the two-dimensional shape of the test piece) If it is equal to or greater than the above), the measurement was accepted. In addition, the tensile strength of the foil was measured.
上記表1において,第2〜第4の実施例の箔の引張強度は比較例1より向上している。単位面積あたりの静電容量は比較例1の40μFに対して,第2〜第4の実施例では150〜180μFといずれも4倍程度となっている。
In Table 1 above, the tensile strength of the foils of the second to fourth examples is higher than that of Comparative Example 1. The electrostatic capacity per unit area is about 4 times that of 40 μF in Comparative Example 1 and 150 to 180 μF in the second to fourth embodiments.
したがって,本発明により従来と比較して静電容量が4倍程度の電解コンデンサを提供することが可能となる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an electrolytic capacitor having a capacitance about four times that of the prior art.
エアロゾルデポジション法では皮膜耐電圧と容量の関係を考慮して,蓄積させる弁金属粒子の種類,配合比を調整することが可能であることも利点であり,もちろん一種類の弁金属のみを蓄積させても良い。 The aerosol deposition method is also advantageous in that it is possible to adjust the type and compounding ratio of valve metal particles to be stored in consideration of the relationship between the withstand voltage of the film and the capacity. Of course, only one type of valve metal is stored. You may let them.
(付記1)
弁作用を有する金属からなる陽極箔と,陰極層と,前記陽極箔と陰極層との間に介在された電解質層を有する電解コンデンサであって,
前記陽極箔の表面上に,誘電率を有する粒子を堆積して形成される誘電体酸化皮膜層を有する,
ことを特徴とする電解コンデンサ。
(Appendix 1)
An electrolytic capacitor having an anode foil made of a metal having a valve action, a cathode layer, and an electrolyte layer interposed between the anode foil and the cathode layer,
Having a dielectric oxide film layer formed by depositing particles having a dielectric constant on the surface of the anode foil;
An electrolytic capacitor characterized by that.
(付記2)
付記1において,
前記誘電率を有する粒子を堆積して形成される誘電体酸化皮膜層は,エアロゾルデポジション法を用いて形成されることを特徴とする電解コンデンサ。
(Appendix 2)
In
The electrolytic capacitor, wherein the dielectric oxide film layer formed by depositing particles having a dielectric constant is formed by using an aerosol deposition method.
(付記3)
付記1または2において,
前記陽極箔は,平坦圧延アルミニウム箔又は,エッチングされた粗面を有するアルミニウム箔であって,
前記陽極箔に堆積された堆積層の前記誘電率を有する粒子は,弁金属を主成分とした弁金属粒子であることを特徴とする電解コンデンサ。
(Appendix 3)
In
The anode foil is a flat rolled aluminum foil or an aluminum foil having an etched rough surface,
The electrolytic capacitor characterized in that the particles having the dielectric constant of the deposited layer deposited on the anode foil are valve metal particles mainly composed of a valve metal.
(付記4)
付記3において,
さらに,前記陽極箔に堆積された堆積層の前記誘電率を有する粒子は,セラミックを主成分としたセラミック粒子を含むことを特徴とする電解コンデンサ。
(Appendix 4)
In
Furthermore, the particle | grains which have the said dielectric constant of the deposition layer deposited on the said anode foil contain the ceramic particle | grains which have a ceramic as a main component.
(付記5)
付記4において,
前記セラミック粒子は, 誘電率が10以上の酸化物,窒化物,又は炭化物からなることを特徴とする電解コンデンサ。
(Appendix 5)
In Appendix 4,
The ceramic particles are made of an oxide, nitride, or carbide having a dielectric constant of 10 or more.
(付記6)
付記3において,
前記弁金属は,弁金属アルミニウム及びその化合物, チタン及びその化合物,タンタル及びその化合物,ニオブ及びその化合物のいずれかを少なくともひとつ以上を含むことを特徴とする電解コンデンサ。
(Appendix 6)
In
The electrolytic capacitor includes at least one of valve metal aluminum and a compound thereof, titanium and a compound thereof, tantalum and a compound thereof, niobium and a compound thereof.
(付記7)
付記3又は4において,
前記陽極箔及び前記堆積層に対して,化成処理を施し金属酸化物層が形成されていることを特徴とする電解コンデンサ。
(Appendix 7)
In
An electrolytic capacitor, wherein a metal oxide layer is formed by subjecting the anode foil and the deposited layer to a chemical conversion treatment.
(付記8)
付記1または2において,
前記電解質層の電解質として,プロトン系溶媒に有機酸塩もしくは無機酸塩を溶解した電解液であることを特徴とする電解コンデンサ。
(Appendix 8)
In
An electrolytic capacitor comprising an electrolyte solution in which an organic acid salt or an inorganic acid salt is dissolved in a protonic solvent as an electrolyte of the electrolyte layer.
(付記9)
付記1または2において,
前記電解質層の電解質として,ポリチオフェン系,ポリピロール系,ポリアニリン系導電性高分子,TCNQ錯塩の固体電解質のいずれかを少なくともひとつ以上を用いることを特徴とする電解コンデンサ。
(Appendix 9)
In
An electrolytic capacitor characterized in that at least one of a polythiophene-based, polypyrrole-based, polyaniline-based conductive polymer, and a TCNQ complex salt solid electrolyte is used as the electrolyte of the electrolyte layer.
(付記10)
付記1または2において,
前記陰極層に電解紙,カーボン,金属箔,金属粒子,導電性樹脂のいずれかを少なくともひとつ以上含むことを特徴とする電解コンデンサ。
(Appendix 10)
In
An electrolytic capacitor characterized in that the cathode layer contains at least one of electrolytic paper, carbon, metal foil, metal particles, and conductive resin.
(付記11)
付記3において,
前記弁金属粒子の粒径は100nm〜100μmの範囲内であることを特徴とする請求項2記載の電解コンデンサ
(付記12)
付記4において,
前記セラミック粒子の粒径は,500nm以下であることを特徴とする電解コンデンサ。
(Appendix 11)
In
3. The electrolytic capacitor according to
In Appendix 4,
The ceramic capacitor has a particle size of 500 nm or less.
本発明に従う電解コンデンサにおいて,陽極箔は強度を保った上で高容量化されているため,巻回型電解コンデンサにおける,陽極,陰極電極金属への接続において破断することが無く,また積層型電解コンデンサにおいても,積層時の箔破損が生じることなく,それぞれのコンデンサの高容量化が可能である。よって,本発明による産業上寄与するところ大である。 In the electrolytic capacitor according to the present invention, since the anode foil has a high capacity while maintaining strength, the winding electrolytic capacitor does not break at the connection to the anode and cathode electrode metal, and the laminated electrolytic Capacitors can also have higher capacities without causing foil damage during lamination. Therefore, the present invention greatly contributes to the industry.
21 陽極箔
22 陰極箔
30 電解紙
31 電解質
200 誘電体酸化皮膜層
21
Claims (5)
前記陽極箔の表面上に誘電率を有する粒子をエアロゾルデポジッション法により堆積(酸素を含む雰囲気下における堆積を除く)して形成される誘電体酸化皮膜層を有し,
前記誘電体酸化皮膜層は,エッチング処理により形成される微細空洞層を有する
ことを特徴とする電解コンデンサ。 An electrolytic capacitor having an anode foil made of a metal having a valve action, a cathode layer, and an electrolyte layer interposed between the anode foil and the cathode layer,
Having a dielectric oxide film layer formed by depositing particles having a dielectric constant on the surface of the anode foil by an aerosol deposition method (excluding deposition in an atmosphere containing oxygen) ;
The electrolytic capacitor characterized in that the dielectric oxide film layer has a fine cavity layer formed by an etching process.
前記陽極箔は,平坦圧延アルミニウム箔又は,エッチングされた粗面を有するアルミニウム箔であって,
前記陽極箔に堆積された堆積層の前記誘電率を有する粒子は,弁金属を主成分とした弁金属粒子であることを特徴とする電解コンデンサ。 Oite to claim 1,
The anode foil is a flat rolled aluminum foil or an aluminum foil having an etched rough surface,
The electrolytic capacitor characterized in that the particles having the dielectric constant of the deposited layer deposited on the anode foil are valve metal particles mainly composed of a valve metal.
さらに,前記陽極箔に堆積された堆積層の前記誘電率を有する粒子は,セラミックを主成分としたセラミック粒子を含むことを特徴とする電解コンデンサ。 Oite to claim 2,
Furthermore, the particle | grains which have the said dielectric constant of the deposition layer deposited on the said anode foil contain the ceramic particle | grains which have a ceramic as a main component.
前記弁金属は,弁金属アルミニウム及びその化合物,チタン及びその化合物,タンタル及びその化合物,ニオブ及びその化合物のいずれかを少なくともひとつ以上を含むことを特徴とする電解コンデンサ。 Oite to claim 2,
The electrolytic capacitor includes at least one of valve metal aluminum and a compound thereof, titanium and a compound thereof, tantalum and a compound thereof, niobium and a compound thereof.
前記陽極箔及び前記堆積層に対して,化成処理を施し金属酸化物層が形成されていることを特徴とする電解コンデンサ。 Oite to claim 2 or 3,
An electrolytic capacitor, wherein a metal oxide layer is formed by subjecting the anode foil and the deposited layer to a chemical conversion treatment.
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