JP5570262B2 - 電解コンデンサ用陽極および電解コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、電解コンデンサ用陽極および電解コンデンサに関するものである。

電解コンデンサ用の電極、特に陽極には、単位面積当たりの静電容量を高めるため、電気化学的または化学的にエッチング処理することにより、エッチングピットを形成したエッチング箔の表面に、化成により酸化皮膜を設けるタイプと、支持箔表面に電極用の粉末焼結体を設け、化成により酸化皮膜を設けるタイプとがある。そして、外部との接続には、別部品としてリードタブ端子を陽極に重ね、ハトメまたはコールドウエル等により、陽極の化成により生じた酸化皮膜を貫いてリードタブ端子と電気的な接続をとっている。
また、エッチングピットの深さの限界や、エッチング処理を省けるメリットから、支持箔表面に電極用の粉末焼結体を設けるタイプの陽極の提案が盛んになってきている。

ところで、小形のコンデンサの場合には、リードタブ端子の使用が困難であるため、特許文献１では、陽極箔表面内の一部に、エッチング前にマスキングすることにより、接続用の未エッチング部を設けることが記載されている。
また、支持箔表面に陽極用の粉末焼結体を設ける場合には、化成前にマスキングしようとしてもマスキング部の粉末焼結体内部に化成液がしみ込んでしまうために、外部接続用のマスキングが難しい。そのため、特許文献２には、格子状のマスク器具を使用して、陽極用の粉末とバインダとのスラリーをディスペンサーにより支持箔上に部分的に塗布し、焼結して陽極用の粉末焼結体を設け、次に粉末焼結体を設けていないそれより外側の支持箔部分をマスキングテープで被うことで化成処理することが記載されている。

特開２００２−２３１５８２号公報 特開２００３−２４３２６２号公報

しかしながら、支持箔表面に部分的に陽極用の粉末焼結体を設ける方法では、粉末焼結体を設ける作業が煩雑になり、またマスキングテープで被うのに、粉末焼結体を設けていないそれより外側のはみ出した支持箔部分を使用する必要があるため全体形状が大きくなってしまう。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、支持箔表面に陽極用の粉末焼結体と外部との接続体とを容易にする小形対応の電解コンデンサ用陽極および電解コンデンサを得ることを目的としている。

本発明は、支持箔表面に焼結体層を設けた電解コンデンサ用陽極において、前記支持箔にこの支持箔表面から突出した外部接続用の凸状の肉厚部を設けた電解コンデンサ用陽極を提供するものである。
また、上記記載の電解コンデンサ用陽極を一枚または複数枚積層して使用した電解コンデンサを提供するものである。

本発明は、支持箔から突出した凸状の肉厚部の接続体を設けたことにより、粉末焼結体部分に少なくとも二方向に取り囲まれた外部との接続体を容易に設けることができるため、小形対応の電解コンデンサ用陽極および電解コンデンサを得ることができる。

本発明の電解コンデンサ用陽極の作成方法を断面斜視図で示している。 本発明の電解コンデンサ用陽極を使用した電解コンデンサ素子を示している。

本発明に述べる支持箔は、粉末焼結体を支持する支持体で、アルミニウム、タンタルなどの弁作用金属箔が使用できる。支持箔としては、特に限定されないが、加工が容易な点でアルミニウム箔が好ましい。また、支持箔の純度は、９９．５質量％以上が好ましい。
また、支持箔は、その組成として、珪素、鉄、銅、マグネシウム、マンガン、チタン、クロム、亜鉛、ガリウム、バナジウム、ニッケル及びホウ素の少なくとも１種の合金元素を必要範囲内において添加した合金あるいは上記の不可避的不純物元素の含有量を限定したものも含まれる。
支持箔の厚みは、特に限定されないが、５μｍ以上１００μｍ以下、特に、１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とするのが好ましい。また、支持箔の表面は、粗面化しても良い。粗面化方法は、特に限定されず、エッチング、サンドブラスト等の公知の技術を用いることができる。

本発明に述べる焼結体層は、支持箔表面の片面または両面に設ける粉末の焼結体の層で、焼結体は弁作用金属からなる。陽極上の焼結体層は、外部接続部以外、支持箔の表面全面に設けるのが容量の点で好ましい。
上記焼結体は、純度９９．８質量％以上のアルミニウム、タンタルなどの弁作用金属の少なくとも１種から構成される。また、例えば、珪素、鉄、銅、マグネシウム、マンガン、チタン、クロム、亜鉛、ガリウム、バナジウム、ニッケル及びホウ素の少なくとも１種の合金元素を必要範囲内において添加した合金あるいは上記の不可避的不純物元素の含有量を限定したものも含まれる。前記焼結体は、弁作用金属及び弁作用金属合金の少なくとも１種からなる粒子どうしが互いに空孔を維持しながら焼結したものであることが好ましい。この場合の気孔率は、通常３０％以上７０％以内の範囲内で所望の静電容量等に応じて適宜設定することができる。また、空孔率は、例えば出発材料の弁作用金属又は弁作用金属合金の粉末の粒径、添加するバインダ等により制御することができる。
焼結体層の厚さは特に制限されないが、一般的には平均厚み５０μｍ以上１０００μｍ以下、特に１００μｍ以上５００μｍ以下のシート状であることが好ましい。薄いと支持箔割合が増え、電極抵抗は減少するが単位当たりの容量が減少する。厚いと焼結体層内部まで電解液が浸透しづらく容量の増加が抑えられてしまう。

焼結体は、弁作用金属粉末、必要に応じてバインダ、溶剤、焼結助剤、界面活性剤等が含まれる分散体を焼結することにより得られる。
弁作用金属粉末の形状は、特に限定されず、球状、不定形状、鱗片状、繊維状等のいずれも使用できる。粉末の平均粒径は０．１μｍ以上３０μｍ以下、特に１μｍ以上２０μｍが好ましい。平均粒径が０．１μｍより小さいと、所望の耐電圧が得られないおそれがある。また、３０μｍより大きいと、所望の静電容量が得られない場合がある。
バインダは、たとえばポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ブチラール樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、尿素樹脂、酢酸ビニルエマルジョン、ポリウレタン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、ニトロセルロース樹脂、樟脳などがあげられ、これらの樹脂は単独、あるいは、上記お互いの樹脂を２種以上混合して利用することができる。
溶媒は、８０℃以上２００℃以下が好ましく使用できる。具体的な溶剤としてはシクロヘキサノン、メチルセルソルブ、アニソール、キシレン、ベンジルアルコール、ジエチレングリコールなどがあげられる。この他、水、あるいはメタノール、イソプロパノール等のアルコール類、セルソルブ類、アセトン、メチルエチルケトン、イソホロン等のケトン類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド類、酢酸エチル等のエステル類、ジオキサン等のエーテル類、塩化メチル等の塩素系溶媒、トルエン等の芳香族系炭化水素類等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの溶剤は、単独又は２種類以上混合して用いてもよい。
上述の分散体は、各種の混練・分散機を用いて分散することができる。混練・分散にあたっては、攪拌機、二本ロール、三本ロール等のロール型混練機、縦型ニーダー、加圧ニーダー、プラネタリーミキサー等の羽根型混練機、ボール型回転ミル、サンドミル、アトライター等の分散機、超音波分散機、ナノマイザー等が使用できる。
このようにして作製された金属粉末分散体は、種々の塗布方法により塗布物として形成することができる。例えば、公知のロール塗布方法等により支持箔上に塗布物を形成することができる。また、塗布物を乾燥後、単位体積当たりの金属粉末の密度を上げるためにまた膜厚を平均化するために、プレスあるいはカレンダー処理をしてもよい。

本発明に述べる凸状の肉厚部は、支持箔表面の片面または両面から一体的に突出した凸形状部分で、陽極同士または陽極から引き出される引き出し電極などの外部との接続に使用する。
形状は、陽極同士の接続の場合には、直径が１ｍｍから５ｍｍ程度の円柱、引き出し電極との接続の場合には、一辺が１ｍｍから１０ｍｍ程度の四角柱などとなるが、凸状の肉厚部のおおきさ、形状には特に限定はない。高さはいずれも焼結体層の厚さ程度となる。
設置場所は、実際には、個々の陽極は小さいく、複数個同時に作成され後で個々の陽極に切り分けされるため、陽極同士の接続の場合には、陽極の中央部分、引き出し電極との接続の場合には、陽極の角または辺の等の周辺部分となり、焼結体に少なくとも二方に囲まれているように設ける。
作成方法は、支持箔がコイル状で供給される場合には、圧延ローラに凸状の肉厚部に対応する凹部を複数設け、連続的に複数個作成する。支持箔が枚様で供給される場合には平板プレスヘッドに凸状の肉厚部に対応する凹部を複数設け、プレスする方法で作成することができる。加工性が悪い場合には、２００℃から３００℃ほど加熱しながら成形を行ってもよい。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の電解コンデンサ用陽極の作成方法を断面斜視図で示している。
図１（ａ）は、支持箔を、図１（ｂ）は、支持箔に凸状の肉厚部を設けた後を、図１（ｃ）は、支持箔表面に焼結体層を設けた後を、図１（ｄ）は、切断して個々の陽極にする前を、図１（ｅ）は、切断して個々の陽極にした後を示している。

以下、１０ｍｍ×２０ｍｍ程度の大きさの陽極の作成する方法を詳しく説明する。
支持箔１は、図１（ａ）に示すように、複数の陽極が一度に作成できる大きさたとえば幅が５００ｍｍ程度の弁作用金属箔の枚様またはコイル状で供給する。

次に、図１（ｂ）に示すように、凸状の肉厚部２は、圧延ローラに凸状の肉厚部に対応する凹部を複数設け、連続的に複数個の凸状の肉厚部を片面または両面同時場所に作成する。支持箔１が枚様の場合には平板プレスヘッドに凸状の肉厚部に対応する凹部を複数設け、プレスする方法で作成することもできる。
凸状の肉厚部２は、陽極同士との接続の凸状の肉厚部２ａを直径が１ｍｍから５ｍｍ程度の円柱形状で、陽極から引き出される引き出し電極との接続の凸状の肉厚部２ｂを一辺が２ｍｍから１０ｍｍ程度の四角注形状で示している。また、このほかに焼結体層の層厚が金属粉末分散体の塗布時に安定するように、スペーサとしての凸状の肉厚部を分散してまたは周辺部に設けてもよい。

次に、図１（ｃ）に示すように、金属粉末分散体を塗布し、焼結させ焼結体層３を設ける。金属粉末分散体の塗布厚は、金属粉末分散体を塗布後、凸状の肉厚部２の高さになるようにスキジー等でかきとってそろえてもよい。
次に、化成処理によって焼結体の表面全体に誘電体である酸化皮膜を形成する。一般的に化成処理は、沸騰した純水中に浸漬し、表面に擬似ベーマイトを形成する。次に、ホウ酸、リン酸等の無機酸イオンや、モノカルボン酸、ジカルボン酸、オキシカルボン酸等の有機酸イオンを含む水溶液中に積層箔を浸漬し、所定の電圧を印加し、陽極酸化を行う。その後、熱処理、減極処理、陽極酸化を繰り返し、その後、洗浄、乾燥して化成工程を終了する。

次に、図１（ｄ）に示すように、切断して個々の陽極にする前を示している。点線で示す部分で切断して個々の陽極４にする。凸状の肉厚部２は、陽極同士との接続の凸状の肉厚部２ａは個々の陽極の中央部分、陽極から引き出される引き出し電極との接続の凸状の肉厚部２ｂは、切断部分で２分割されることを示している。

図１（ｅ）は、切断して個々の陽極にした後のひとつを示している。

図２は、本発明の電解コンデンサ用陽極を使用した電解コンデンサ素子の断面図を示している。

４は陽極、５はセパレータ、６は陰極を示している。
陽極４は、支持箔１に貫通穴７を設けていて、陽極４同士２枚をかさね合わせ、陽極４同士との接続の凸状の肉厚部２ａと引き出し電極との接続の凸状の肉厚部２ｂがはそれぞれのとことで、コールドウエル等で圧接し接続部８を設けておく。貫通穴７は陽極４同士２枚以上かさね合わせる場合特に必要になる。貫通穴７の大きさは特に限定はなく、１μｍから１ｍｍ程度の直径が使用できる。
セパレータ５は、陽極箔と、陰極箔とを物理的にわけると共に、電解液を保持する役目をする多孔質シートで、マニラ紙、ヘンプ紙、クラフト紙などの従来から使用されてきた電解紙を主材料としたものである。大きさはコンデンサ素子の大きさにより選定されるが、おおよそ幅は、陽陰極箔幅より広く、トータル厚さは数μｍから数１００μｍほど、密度は０．２ｇ／ｃｍ^３〜１．０ｇ／ｃｍ^３程度のものである。電解紙は、繊維密度が均一な単層紙のほか、相対的に繊維が密な高密度な層と、相対的に繊維が粗な低密度な層の複層紙を、重ねたものも使用できる。複層紙は、紙製造中の抄合わせ工程中に複層させることができる。
陰極６は、アルミニウム電解コンデンサに使用される一般的な陰極箔で、厚さ２０μｍから１００μｍ程度のアルミニウム箔等をそのまま、または酸水溶液中に浸漬し、その表面をエッチング処理、またはエッチング処理後化成した箔を使用できる。

電解コンデンサ素子は、陽極４と、陰極６とを、セパレータ５を介して積層し、ケースに収納後、陽極４と、陰極６とはそれぞれ引き出し電極と接続し、電解液を注入し、最後にケースを封口する。
電解液は、主に溶媒と溶質とからなり、通常のアルミニウム電解コンデンサ用の電解液が使用できる。

（陽極の作成）
支持箔は、幅が５００ｍｍのアルミニウム箔をコイル状で供給する。
次に、凸状の肉厚部は、圧延ローラに凸状の肉厚部に対応する凹部を複数設け、連続的に複数個の凸状の肉厚部を両面同時場所に作成する。
凸状の肉厚部は、陽極同士との接続の凸状の肉厚部を直径が１．５ｍｍの円柱形状で、陽極から引き出される引き出し電極との接続の凸状の肉厚部は、一辺が３ｍｍの四角注形状で形成する。
次に、凸状の肉厚部以外の部分に直径が１００μｍの貫通穴を５ｍｍピッチで形成する。
次に、平均粒径５μｍのアルミニウム粉末１００質量部にバインダとしてアクリル樹脂３０質量部を混合し、溶剤としてのメチルセルソルブ５０質量部に分散させ塗工液を準備する。次に、塗工液を塗布し、片面厚さ１００μｍの両面焼結体層を得た。
次に、化成処理によって焼結体の表面全体に誘電体である酸化皮膜を形成する。まず、沸騰した純水中に浸漬し、表面に擬似ベーマイトを形成する。
次に、ホウ酸を含む水溶液中に積層箔を浸漬し、２００Ｖの電圧を印加し、陽極酸化を行う。その後、熱処理、減極処理、陽極酸化を繰り返し、その後、洗浄、乾燥して化成工程を終了した。
次に、１０ｍｍ×２０ｍｍの大きさで切断して個々の陽極にする。

（電解コンデンサ素子と電解コンデンサの作成）
陽極は、陽極同士２枚をかさね合わせ、陽極同士との接続の凸状の肉厚部と引き出し電極との接続の凸状の肉厚部とのとことで、コールドウエルで圧接しておく。セパレータは、厚さ５０μｍのマニラ紙の電解紙を使用し、陰極は、厚さ５０μｍのアルミニウム箔を使用し、陽極と、陰極とを、セパレータを介して３組積層し、電解コンデンサ素子を作成した。
次に、電解コンデンサ素子をケースに収納後、陽極と、陰極とはそれぞれ引き出し電極と接続し、電解液を注入し、最後にケースを封口した。

１…支持箔、２…凸状の肉厚部、２ａ…陽極同士との接続の凸状の肉厚部、２ｂ…引き出し電極との接続の凸状の肉厚部、３…焼結体層、４…陽極、５…セパレータ、６…陰極、７…貫通穴、８…接続部

Claims (2)

1. 支持箔表面に焼結体層を設けた電解コンデンサ用陽極において、前記支持箔にこの支持箔表面から突出した外部接続用の凸状の肉厚部を設けた電解コンデンサ用陽極。
2. 請求項１記載の電解コンデンサ用陽極を一枚または複数枚積層して使用した電解コンデンサ。

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