JP5271868B2 - 電解コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は電解コンデンサに関し、特にオーディオ機器に利用される音響用電解コンデンサに関するものである。

電解コンデンサはアルミニウム、タンタルおよびニオブ等の弁金属と呼ばれる金属を電極に使用して、陽極酸化することで得られる酸化皮膜層を誘電体として利用するコンデンサである。

アルミニウムを電極に使用したアルミニウム電解コンデンサは、エッチング処理および酸化皮膜形成処理が施された陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して巻回され、素子止めテープによって固定されてコンデンサ素子が形成されている。このコンデンサ素子は駆動用電解液が含浸された後、有底筒状外装ケースに収納される。

さらに、外装ケースの開口部には封口体が装着され、該開口部は、絞り加工により密閉された構成を有する。

基板自立タイプのアルミニウム電解コンデンサは、この封口体の外端面に、陽極端子および陰極端子が形成され、これらの端子の下端部は、コンデンサ素子から引き出された陽極タブ端子および陰極タブ端子が電気的に接続されている。また、リード線タイプのアルミニウム電解コンデンサは、コンデンサ素子から引き出された陽極タブ端子および陰極タブ端子と電気的に接続されたリード端子が、封口体に設けられた挿通孔を通して外部に引き出されている。

オーディオ機器において、アルミニウムを電極に使用した音響用電解コンデンサは電源回路フィルタ、各回路ブロックのカップリング、デカップリングの用途に使用されており、使用する材料や製造方法によって再生される音質が変化する現象は公知の事実である。

ところで、アルミニウム電解コンデンサのセパレータとして、ガラス繊維を混抄してなる混抄紙を用いたものも考えられている（特許文献１参照）。ガラス繊維とは、ガラスを繊維状に加工したものや、繊維（セルロース）の表面全体にガラスがコーティングされたものである。このガラス繊維が混抄されたセパレータを用いたアルミニウム電解コンデンサは、漏れ電流値と高周波におけるインピーダンス値を抑制し、電気特性が優れたものとなっている。

このようなガラス繊維を混抄してなるセパレータを用いた上記のアルミニウム電解コンデンサをオーディオ機器に使用した場合においても、音質を改善できるものと考えられる。

特開２０００−１７３８６４号公報

しかしながら、繊維状のガラス繊維を混抄したセパレータは堅くなるため、コンデンサ素子の巻芯部が変形する問題があった。また、繊維の表面にガラスがコーティングされてなるガラス繊維は、それ自体が特別な工程を経て製造されたものであるため、製造コストが高くなり、このようなガラス繊維を混抄してなる電解紙をセパレータとして用いたアルミニウム電解コンデンサの製造コストも高くなる問題があった。

そこで、本発明は、オーディオ機器に使用した際に、品質の高い音を得ることができる音響用電解コンデンサを、コスト高になることを回避しながら提供することを目的とするものである。

本発明の電解コンデンサは、電解紙を介して弁金属の陽極箔と陰極箔とを重ね合わせて巻回してなるコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を収納する有底円筒状の外装ケースと、前記外装ケースの開口部を封口する封口体とを備え、前記電解紙には、ガラス粉末が混抄されており、前記電解紙に混抄される前記ガラス粉末は、平均厚さが０．４〜５．０μｍ、平均粒径が１０〜９００μｍのフレーク状ガラスであり、前記電解紙における前記ガラス粉末の混抄率は、前記電解紙の重量に対して０．０１〜１５．０重量％であることを特徴とする。

この構成によれば、フレーク状ガラスの粉末が混抄されている電解紙をセパレータとして用いることにより、このセパレータを有する電解コンデンサを使用したオーディオ機器により再生される音の品質を向上させることができる。

また、この構成によれば、フレーク状ガラスの粉末が混抄された電解紙をセパレータとして用いることにより、電解コンデンサの製造工程を変えることなく、音の品質を向上し得る電解コンデンサを得ることができる。

また、この構成によれば、電解紙に混抄されたフレーク状ガラスの粉末の平均厚さ、平均粒径および混抄率を所定の値とすることにより、有効に音の品質の向上を図ることができる。

本発明の電解コンデンサおよびその製造方法によると、オーディオ機器に使用した際に、品質の高い音を得ることができる音響用電解コンデンサを、コンデンサ素子の巻芯部の変形や、コスト高になることを回避しながら提供することができる。

本発明の電解コンデンサで使用されるコンデンサ素子の分解斜視図である。 本発明の電解コンデンサの構成を示す断面図である。 本実施の形態に係る電解コンデンサの製造工程を示すフローチャートである。 通常の繊維（セルロース等）による電解紙にガラス粉末を含んだものを略線的に示す図である。 ガラス繊維（繊維表面全体をガラスコーティングしたもの）および通常の繊維（セルロース等）からなる繊維体を含む電解紙（ガラス粉末を含んでいない電解紙）を略線的に示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る電解コンデンサのコンデンサ素子を示す斜視図であり、図２は、電解コンデンサの構成を示す断面図である。図１に示すように、電解コンデンサにおいては、エッチング処理および酸化皮膜形成処理が施された陽極箔１と陰極箔２とが電解紙（セパレータ）３を介して巻回され、素子止めテープ６で固定されてコンデンサ素子７が形成されている。このコンデンサ素子７は、駆動用電解液が含浸された後、有底筒状の外装ケース１２（図２）に収納される。

外装ケース１２の開口部には封口体が装着され、該開口部は絞り加工により密閉された構造を有する。封口体は、ベークライト１０に弾性部材１１を貼り合わせたものが用いられる。なお、外装ケース１２にコンデンサ素子７を固定する素子固定剤１５を有していてもよい。

封口体（ベークライト１０および弾性部材１１）の外端面には、陽極端子８および陰極端子９が形成され、これらの端子８、９の下端部は、コンデンサ素子７から引き出された陽極引き出しリード４および陰極引き出しリード５が加締部（または溶接部）１３Ａ、１３Ｂを介して電気的に接続されている。

ここで、陽極引き出しリード４については、化成処理が施されたものが使用されるが、陰極引き出しリード５については、一般的には化成処理が施されていないものが使用される。いずれの引き出しリード（陽極引き出しリード４、陰極引き出しリード５）についても、表面加工の施されていない弁金属箔が一般的には用いられる。

さらに、基板自立タイプのアルミニウム電解コンデンサの封口は、封口体の弾性部材１１と、外装ケース１２をカーリングした部分とでなされている。

この電解コンデンサにおいてセパレータとして用いられる電解紙３は、一般用電解紙（クラフト系）が用いられ、この電解紙にはガラス粉末が混抄されている。なお、電解紙としては、クラフト系に限らず、マニラ系、クラフト／マニラ麻の混抄等種々のものを用いることができる。また、本実施の形態の場合、電解紙に混抄されるガラス粉末としては、ガラス薄片（日本板硝子社製のガラスフレーク（登録商標））を用いるが、これに限られるものではなく、要はガラスを砕いて細かくなった粉末状（粒子状）のものであれば、広く適用することができる。

本実施の形態の場合、一般用電解紙（クラフト系）を抄く際に、所定平均厚さ、所定平均粒径のガラス粉末（ガラス薄片）を所定の重量％の割合で混抄させたものを用いる。平均厚さ、平均粒径および重量％として種々のものを作製して特性試験を行った。特性試験結果は後述する。

次に、本実施の形態の電解コンデンサの製造方法について説明する。図３は、本実施の形態に係る電解コンデンサの製造工程を示すフローチャートである。

（エッチング工程）
エッチング液（塩酸等の強酸性の水溶液）中で、直流電圧や交流電圧により電気化学的にアルミニウム箔の表面を凹凸にして、表面積を拡大する（ステップＳ１０１）。

（化成工程）
化成液（硼酸アンモニウム等の弱酸性の水溶液）中で直流電圧を印加し、エッチング箔表面に誘電体となるアルミニウム酸化皮膜を形成する（ステップＳ１０２）。

（加締・巻取工程）
両電極箔間に、図１に示す電解紙３を介して円筒形のコンデンサ素子７に巻取りながら、電極引き出しリード材を陽極箔および陰極箔各々に接続する。なお、電解紙３は、ガラス粉末を混抄してなる電解紙である。最後に、巻き終わりを素子止めテープ６で止めると共に、図２に示すようにコンデンサ素子７の下端部外周面に素子固定部材１５を嵌め込む（ステップＳ１０３）。電極引き出しリード材と電極箔との接続方法としては、針穴加締方法やコールド加締（冷間圧着）等を例示することができる。

（含浸工程）
減圧や加圧等によりコンデンサ素子７に駆動用電解液を含浸させる（ステップＳ１０４）。この時の含浸時間は、コンデンサ素子７のサイズや駆動用電解液の種類によって異なるが、一般的に素子サイズが大きくなるほど含浸時間も長くなる。その後、過剰な駆動用電解液を遠心分離機にてある一定量取り除く。

（組立工程）
駆動用電解液を含浸済みのコンデンサ素子７と封口体（ベークライト１０と弾性部材１１）とを接合させた後、外装ケース１２に入れ、封止して気密を保持する。その後、外装スリーブ１６（図２）で被覆する（ステップＳ１０５）。

（エージング工程）
高温下で本電解コンデンサ（製品）に直流電圧を印加し、箔の切断や巻取りによって損傷した酸化皮膜の修復を行う（ステップＳ１０６）。

図４は、セルロース等の通常の繊維５０による電解紙３にガラス粉末４０を混抄したものを略線的に示す線図である。また、図５は、ガラス繊維（繊維表面全体をガラスコーティングしたもの）および通常の繊維（セルロース等）からなる繊維体６０を含む電解紙３（ガラス粉末を含んでいない電解紙）を略線的に示す線図である。

ガラス粉末４０が混抄されていない電解紙３（図５）は、セルロース等の通常の繊維やガラス繊維からなる繊維体６０が絡み合う構成を有しているのに対して、ガラス粉末４０が混抄されている電解紙３（図４）は、セルロース等の通常の繊維５０とは別に、ガラス粉末４０でなる微粉の存在が認められる。このように、ガラス粉末４０を含んでなる電解紙３は、ガラス粉末４０を含まない電解紙３と外観上の見分けが可能な構成となっている。

なお、ガラス粉末４０を含む電解紙３においては、そのガラス粉末４０を含ませる方法（混抄、塗布またはふりかけ）によらず、いずれの方法によっても、図４に示すようなガラス粉末４０の微粉の存在が認められるものであり、ガラス粉末４０を含まない電解紙（通常の繊維やガラス繊維を含む電解紙）とは見分けが可能なものである。但し、混抄や塗布によりガラス粉末を含んだ電解紙では、ガラス粉末が電解紙と絡み合った状態となっているのに対して、ガラス粉末をふりかけた電解紙では、ガラス粉末と電解紙とが絡み合っていない状態となる。

以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。

電解紙を介して陽極箔と陰極箔を重ね合わせ、巻回した基板自立タイプのアルミニウム電解コンデンサ素子７に駆動用電解液を含浸した後、遠心分離機にて余剰な駆動用電解液を取り除く。このコンデンサ素子７を外装ケース１２内に封口体と共に挿入し、直径３５．０ｍｍ、長さ５８．０ｍｍ、定格電圧７１Ｖ、静電容量１５０００μＦの電解コンデンサを作製し、エージング処理を行った。

下記に示す実施例１〜１８に係る電解コンデンサの中で電解紙に混抄したガラス粉末（ガラス薄片）としては日本板硝子社製のガラスフレーク（登録商標）を用いた。

（実施例１）
本実施例１は一般用電解紙（クラフト系）に平均厚さ０．４μｍ、平均粒径１０μｍのガラス粉末を電解紙に対して０．０１重量％の割合で混抄させたものを電解紙として使用した電解コンデンサである。

（実施例２）
本実施例２は一般用電解紙（クラフト系）に平均厚さ０．４μｍ、平均粒径１０μｍのガラス粉末を電解紙に対して１．００重量％の割合で混抄させたものを電解紙として使用した電解コンデンサである。

（実施例３）
本実施例３は一般用電解紙（クラフト系）に平均厚さ０．４μｍ、平均粒径１０μｍのガラス粉末を電解紙に対して１５．０重量％の割合で混抄させたものを電解紙として使用した電解コンデンサである。

（実施例４）
本実施例４は一般用電解紙（クラフト系）に平均厚さ５．０μｍ、平均粒径１０μｍのガラス粉末を電解紙に対して０．０１重量％の割合で混抄させたものを電解紙として使用した電解コンデンサである。

（実施例５）
本実施例５は一般用電解紙（クラフト系）に平均厚さ５．０μｍ、平均粒径１０μｍのガラス粉末を電解紙に対して１．００重量％の割合で混抄させたものを電解紙として使用した電解コンデンサである。

（実施例６）
本実施例６は一般用電解紙（クラフト系）に平均厚さ５．０μｍ、平均粒径１０μｍのガラス粉末を電解紙に対して１５．０重量％の割合で混抄させたものを電解紙として使用した電解コンデンサである。

（実施例７）
本実施例７は一般用電解紙（クラフト系）に平均厚さ０．４μｍ、平均粒径９００μｍのガラス粉末を電解紙に対して０．０１重量％の割合で混抄させたものを電解紙として使用した電解コンデンサである。

（実施例８）
本実施例８は一般用電解紙（クラフト系）に平均厚さ０．４μｍ、平均粒径９００μｍのガラス粉末を電解紙に対して１．００重量％の割合で混抄させたものを電解紙として使用した電解コンデンサである。

（実施例９）
本実施例９は一般用電解紙（クラフト系）に平均厚さ０．４μｍ、平均粒径９００μｍのガラス粉末を電解紙に対して１５．０重量％の割合で混抄させたものを電解紙として使用した電解コンデンサである。

（実施例１０）
本実施例１０は一般用電解紙（クラフト系）に平均厚さ５．０μｍ、平均粒径９００μｍのガラス粉末を電解紙に対して０．０１重量％の割合で混抄させたものを電解紙として使用した電解コンデンサである。

（実施例１１）
本実施例１１は一般用電解紙（クラフト系）に平均厚さ５．０μｍ、平均粒径９００μｍのガラス粉末を電解紙に対して１．００重量％の割合で混抄させたものを電解紙として使用した電解コンデンサである。

（実施例１２）
本実施例１２は一般用電解紙（クラフト系）に平均厚さ５．０μｍ、平均粒径９００μｍのガラス粉末を電解紙に対して１５．０重量％の割合で混抄させたものを電解紙として使用した電解コンデンサである。

（実施例１３）
本実施例１３は一般用電解紙（クラフト系）に平均厚さ０．３μｍ、平均粒径９００μｍのガラス粉末を電解紙に対して１５．０重量％の割合で混抄させたものを電解紙として使用した電解コンデンサである。

（実施例１４）
本実施例１４は一般用電解紙（クラフト系）に平均厚さ５．１μｍ、平均粒径９００μｍのガラス粉末を電解紙に対して１５．０重量％の割合で混抄させたものを電解紙として使用した電解コンデンサである。

（実施例１５）
本実施例１５は一般用電解紙（クラフト系）に平均厚さ５．０μｍ、平均粒径５μｍのガラス粉末を電解紙に対して１５．０重量％の割合で混抄させたものを電解紙として使用した電解コンデンサである。

（実施例１６）
本実施例１６は一般用電解紙（クラフト系）に平均厚さ５．０μｍ、平均粒径１０００μｍのガラス粉末を電解紙に対して１５．０重量％の割合で混抄させたものを電解紙として使用した電解コンデンサである

（実施例１７）
本実施例１７は一般用電解紙（クラフト系）に平均厚さ５．０μｍ、平均粒径９００μｍのガラス粉末を電解紙に対して０．００５重量％の割合で混抄させたものを電解紙として使用した電解コンデンサである。

（実施例１８）
本実施例１８は一般用電解紙（クラフト系）に平均厚さ５．０μｍ、平均粒径９００μｍのガラス粉末を電解紙に対して２０．０重量％の割合で混抄させたものを電解紙として使用した電解コンデンサである

（比較例）
比較例は、ガラス繊維を混抄してなるセパレータを電解紙として使用した電解コンデンサである。

（従来例）
従来例は、一般用電解紙（クラフト系）を電解紙として使用した電解コンデンサである。

上記の実施例１〜１８の電解コンデンサ、および従来例の電解コンデンサをプリメインアンプの電源フィルタに実装し、その再生音質を評価した。試聴者は３名で、各項目共に１０点満点で評価して３名の評価点の平均値とした。また、総合評価点は１０項目の評価点の合計値で示し１００点満点とし、再生音質の評価結果を表１に示す。

表１から以下のことがわかる。本発明の実施例１〜１８のガラス粉末を混抄した電解紙３を用いた電解コンデンサは、比較例、従来例の電解コンデンサと比べると総合評価点が高く、品質の高い音を再生することができた。そして、混抄するガラス粉末は、平均厚さが０．４〜５．０μｍ、平均粒径が１０〜９００μｍ、添加量が０．０１〜１５．０重量％の範囲とした実施例１〜１２が、上記範囲外の実施例１３〜１８より総合評価点が高く、さらに品質の高い音質を再生することができた。

なお、ガラス粉末を混抄する電解紙３は、上記実施例で用いたクラフト系だけではなく、マニラ系、クラフト／マニラ麻の混抄等どのような品種でも本発明の目的を実現することは可能である。

また、上述の実施例においては、本発明を基板自立タイプの電解コンデンサに適用したが、リード線形やチップ形の電解コンデンサに適用しても同様の効果が得られる。

また、上述の実施例においては、電解コンデンサをプリメインアンプの電源フィルタに実装する場合について述べたが、これに限られるものではなく、その他の各回路ブロックのカップリング、デカップリング等の用途において使用するアルミニウム電解コンデンサにおいても本発明を適用して好適である。

１ 陽極箔
２ 陰極箔
３ 電解紙（セパレータ）
４ 陽極引き出しリード
５ 陰極引き出しリード
６ 素子止めテープ
７ コンデンサ素子
８ 陽極端子
９ 陰極端子
１０ ベークライト
１１ 弾性部材
１２ 外装ケース
１３Ａ、１３Ｂ 加締部（または溶接部）
１４ 内部端子
１５ 素子固定材
１６ 外装スリーブ
４０ ガラス粉末
５０ 繊維
６０ 繊維体

Claims (1)

1. 電解紙を介して弁金属の陽極箔と陰極箔とを重ね合わせて巻回してなるコンデンサ素子と、
   前記コンデンサ素子を収納する有底円筒状の外装ケースと、
   前記外装ケースの開口部を封口する封口体と、を備える電解コンデンサであって、
   前記電解紙には、ガラス粉末が混抄されており、
   前記電解紙に混抄される前記ガラス粉末は、平均厚さが０．４〜５．０μｍ、平均粒径が１０〜９００μｍのフレーク状ガラスであり、
   前記電解紙における前記ガラス粉末の混抄率は、前記電解紙の重量に対して０．０１〜１５．０重量％であることを特徴とする電解コンデンサ。

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