JP6413082B2 - 電解コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、巻回タイプの電解コンデンサに関する。

電解コンデンサは、コンデンサ素子と、該コンデンサ素子が収容された有底筒状の外装ケースと、該外装ケースの開口部を封止する封口部材とを備えている（例えば、特許文献１参照）。コンデンサ素子は巻回体を有し、該巻回体は、陽極箔、陰極箔、及びセパレータを含んでいる。陽極箔の表面には、誘電体被膜が形成されている。巻回体において、陽極箔及び陰極箔は、陽極箔に陰極箔が重ねられた状態で巻回されている。又、セパレータは、巻回体において陽極箔と陰極箔との間に介在する様に、陽極箔及び陰極箔に重ねられている。セパレータには電解質が含浸されている。

従来、陰極箔の長手方向についての長さは、陽極箔の長手方向についての長さより大きく、且つ、陽極箔全体に陰極箔が重ねられていた。この様に、従来の電解コンデンサおいては、陽極箔と陰極箔とを互いに対向させることによりコンデンサ成分を生じさせていた。

実開昭６１−７５１２４号公報

近年、電子機器の小型化及び高性能化に伴い、電子機器に搭載される電解コンデンサとして、単位体積あたりの静電容量が従来よりも大きいものが求められている。単位体積あたりの静電容量を増大させるための手法として、例えば、陽極箔の表面に形成される誘電体被膜の厚さを小さくすることが考えられる。しかし、この手法では、漏れ電流が増大する虞がある。又、従来の電解コンデンサにおいて、陽極箔及び陰極箔の巻回数を単に増やしただけでは、静電容量の増大に伴って電解コンデンサのサイズも大きくなり、従って単位体積あたりの静電容量は大きくならない。

そこで、本発明の目的は、単位体積あたりの静電容量を増大させることが可能な電解コンデンサを提供することである。

本発明に係る電解コンデンサは、巻回体を備えている。巻回体は、陽極部材と、陰極部材とを有し、陽極部材の表面には誘電体被膜が形成されている。巻回体において、陽極部材及び陰極部材が、陽極部材の一部に陰極部材が重ねられた状態で巻回されている。又、陽極部材の長手方向についての長さが、陰極部材の長手方向についての長さより大きく、且つ、陽極部材は、陰極部材を介さずに互いに対向する陽極対向部を含んでいる。

本発明に係る電解コンデンサによれば、単位体積あたりの静電容量を増大させることが出来る。

図１は本発明の実施形態に係る電解コンデンサを示した断面図である。 図２は実施形態に係る電解コンデンサが備えるコンデンサ素子を、その一部を分解して示した斜視図である。 図３はコンデンサ素子の巻回体を構成する陽極箔、陰極箔、及びセパレータについて、巻回前の形状を示した図である。 図４は巻回体の上面図であって、陰極箔の巻き終わりの位置及びその周辺の領域を拡大して示した図である。 図５は第１変形例に係る固体電解コンデンサを示した断面図である。 図６は第２変形例に係る固体電解コンデンサを示した断面図である。

図１は、本発明の実施形態に係る電解コンデンサを示した断面図である。図１に示す様に、電解コンデンサは、コンデンサ本体４０と、該コンデンサ本体４０が搭載された座板５０とから構成されている。コンデンサ本体４０は、コンデンサ素子４１と、該コンデンサ素子４１が収容された有底筒状の外装ケース４２と、該外装ケース４２の開口部４２１に嵌挿された封口部材４３とから構成されている。

図２は、コンデンサ素子４１を、その一部を分解して示した斜視図である。図２に示す様に、コンデンサ素子４１は、巻回体１と、陽極リードタブ端子２と、陰極リードタブ端子３とを有している。巻回体１は、陽極箔１１、陰極箔１２、並びに２枚のセパレータ１３及び１４を含んでいる。陽極箔１１及び陰極箔１２はそれぞれ、アルミニウム、タンタル、ニオブ等の弁作用金属から形成されている。陽極箔１１の表面には、誘電体被膜（図示せず）が形成されている。巻回体１において、陽極箔１１及び陰極箔１２は、陽極箔１１の一部に陰極箔１２が重ねられた状態で巻回されている。又、セパレータ１３及び１４は、巻回体１において陽極箔１１と陰極箔１２との間に介在する様に、陽極箔１１及び陰極箔１２にそれぞれ重ねられている。尚、巻回体１は、箔に限定されない様々な形態の陽極部材及び陰極部材が巻回されたものであってもよい。

陽極リードタブ端子２は、その平坦部２１が陽極箔１１に加締められることにより、陽極箔１１に取り付けられると共に、陽極箔１１に対して電気的に接続されている。又、陰極リードタブ端子３は、その平坦部３１が陰極箔１２に加締められることにより、陰極箔１２に取り付けられると共に、陰極箔１２に対して電気的に接続されている。

図３は、陽極箔１１、陰極箔１２、並びにセパレータ１３及び１４について、巻回前の形状を示した図である。図３に示す様に、陽極箔１１は、その長手方向についての長さＬ１が、陰極箔１２の長手方向についての長さＬ２より大きい。又、セパレータ１３は、陽極箔１１と同程度の長さを有し、セパレータ１４は、陰極箔１２と同程度の長さを有している。

巻回体１を作製する際（図２参照）、陰極箔１２及びセパレータ１４を巻芯（図示せず）に仮留めし、この状態で巻芯を回転させる。これにより、陰極箔１２に対してセパレータ１４が内側になる様に、陰極箔１２及びセパレータ１４を巻芯に巻き付けていく。そして、これらの巻回途中で、既に巻回された部分とこれから巻回される部分との間に、陽極箔１１及びセパレータ１３を、陽極箔１１に対してセパレータ１３が内側になる様に差し込む。この様にして、巻芯に、陽極箔１１及びセパレータ１３を更に巻き付けていく。尚、巻回体１の作製方法は、この態様に限定されるものではない。例えば、陽極箔１１及びセパレータ１３を巻芯に仮留めし、陽極箔１１及びセパレータ１３の巻回途中で陰極箔１２及びセパレータ１４を差し込んでもよい。或いは、陽極箔１１、陰極箔１２、並びにセパレータ１３及び１４を全て巻芯に仮留めし、この状態で巻芯を回転させることにより、これらを巻芯に巻き付けてもよい。

図４は、巻回体１の上面図であって、陰極箔１２の巻き終わりの位置及びその周辺の領域を拡大して示した図である。尚、図４には示されていないが、巻回体１の中心である巻回軸１ｂ（図１又は図２参照）は、図４に示された領域の上方に存在している。巻回体１において、陽極箔１１は、陰極箔１２を介さずに互いに対向する陽極対向部１１１（図４においてハッチングが施された部分）を有している。よって、巻回体１は、陽極対向部１１１が巻回された陽極巻回部１０を有している。換言すれば、巻回体１は、陽極箔１１の一部が陰極箔１２と重ならずに巻回されている部分を有している。

本実施形態においては、陽極対向部１１１は、巻回軸１ｂを中心とした径方向において、陰極箔１２の最外周面１２ａの外側に設けられている。又、陰極箔１２の最外周面１２ａの外側において、陽極箔１１の一部が、巻回軸１ｂを中心として２周以上巻回されており、これにより陽極対向部１１１が構成されている。更に、本実施形態においては、陰極箔１２は、巻回軸１ｂを中心として１周以上巻回されている。

上述した様に、本実施形態においては、セパレータ１３の長さは陽極箔１１の長さＬ１と同程度であり、セパレータ１４の長さは陰極箔１２の長さＬ２と同程度である。よって、図４に示す様に、陽極対向部１１１の対向面間には、２枚のセパレータ１３及び１４のうち一方のセパレータ１３のみが介在している。例えば、セパレータ１４の長さが陽極箔１１の長さＬ１と同程度に設定された場合、陽極対向部１１１の対向面間には、２枚のセパレータ１３及び１４が介在することになる。この様な構成に比べて、本実施形態の構成によれば、陽極対向部１１１の対向面間の距離が小さくなり、その結果、巻回体１の体積が小さくなる。

巻回体１において、セパレータ１３及び１４には、固体又は液体の電解質が含浸されている。ここで、セパレータ１３は、陽極箔１１と陰極箔１２との間に介在するだけでなく、陽極対向部１１１の対向面間にも介在している。従って、巻回体１の陽極巻回部１０（陰極箔１２の最外周面１２ａより外側の部分）の内部には、電解質が存在している。よって、陰極箔１２に重なる陽極箔１１の表面だけなく、陽極対向部１１１の対向面も、コンデンサ成分を生じる電極表面として機能することになる。尚、セパレータ１３及び１４はそれぞれ、電気絶縁性のセパレータであってもよいし、導電性のセパレータであってもよい。

図１に示す様に、陽極リードタブ端子２及び陰極リードタブ端子３は、巻回体１の下端面１ａから引き出されている。尚、陽極箔１１に取り付けられている陽極リードタブ端子２の本数は、１本に限らず複数本であってもよい。又、陰極箔１２に取り付けられている陰極リードタブ端子３の本数は、１本に限らず複数本であってもよい。

陽極リードタブ端子２及び陰極リードタブ端子３は、封口部材４３を貫通している。これにより、コンデンサ素子４１が封口部材４３に固定されると共に、陽極リードタブ端子２のリード部２２と陰極リードタブ端子３のリード部３２とが、外装ケース４２の外部へ引き出されている。リード部２２及び３２はそれぞれ、座板５０を貫通すると共に、先端部分が座板５０の下面５０ａに沿う様に屈曲している。この様にして、リード部２２及び３２のうち、座板５０の下面５０ａに存在する部分により、電解コンデンサの外部端子が形成されている。

外装ケース４２は、アルミニウム等の金属材料から形成されている。外装ケース４２の開口部４２１には、これに横絞り加工を施すことにより、外装ケース４２に封口部材４３を固定するための絞り部４２２が形成されている。本実施形態においては更に、外装ケース４２の開口端部にカール処理が施されている。尚、外装ケース４２は、金属材料に限らず、電気絶縁材料を含む種々の材料から形成されていてもよい。

封口部材４３は、ゴム等の弾性材料から形成されている。絞り部４２２は、封口部材４３をその周囲から内側へ向けて圧縮している。これにより、封口部材４３は、弾性変形すると共に、その側周面４３ａが外装ケース４２の内周面４２ａに密着している。この様にして、外装ケース４２の開口部４２１が、封口部材４３により封止されている。尚、外装ケース４２の開口部４２１は、封口部材４３の嵌挿に代えて開口部４２１に樹脂材が充填されることにより、この樹脂材によって封止されていてもよい。

本実施形態においては、上述した様に、陽極対向部１１１の対向面間には陰極箔１２が存在しない。よって、陽極対向部１１１を持たない従来の構成と本実施形態の構成とを同じ寸法で比較した場合、本実施形態の電解コンデンサの方が、陽極箔１１の巻回数が多くなる。よって、本実施形態の電解コンデンサによれば、コンデンサ成分を生じる電極表面の総面積が増大し、その結果、単位体積あたりの静電容量が増大することになる。

巻回体１において、陽極箔１１が巻回される位置が巻回軸１ｂから径方向へ離れる程（陽極箔１１の巻回径が大きくなる程）、陽極箔１１の１周分の長さが大きくなる。ここで、本実施形態においては、陽極対向部１１１が、巻回軸１ｂを中心とした径方向において、陰極箔１２の最外周面１２ａの外側に設けられている。よって、陽極対向部１１１の１周分の長さは大きく、従って、電解コンデンサにおいて単位体積あたりの静電容量を増大させ易い。

単位体積あたりの静電容量を効率良く増大させるという観点からは、本実施形態の様に、陰極箔１２の最外周面１２ａの外側において、陽極箔１１の一部（陽極対向部１１１）が、巻回軸１ｂを中心として２周以上巻回されていることが好ましい。この構成によれば、陽極対向部１１１の１周目の部分の外周面全体を、コンデンサ成分を生じる電極表面として有効に機能させることが出来る。これに加えて、陽極対向部１１１の２周目の部分の内周面全体が、コンデンサ成分を生じる電極表面として有効に機能する。

更に、本実施形態においては、陰極箔１２が、巻回軸１ｂを中心として１周以上巻回されている。陽極箔１１と陰極箔１２とを巻回する過程において、巻回軸１ｂを中心として陰極箔１２が１周以上巻回されれば、製造過程及び完成品において陽極箔１１からの陰極箔１２のずれが生じ難くなる。

図５は、上記電解コンデンサの第１変形例を示した断面図である。第１変形例においては、巻回体１の内部及び最外周面１ｃに固体電解質層１５が形成されている。尚、図５では、固体電解質層１５のうち、巻回体１の最外周面１ｃに形成された部分だけが模式的に示されている。この様な構成において、固体電解質層１５の最外周面１５ａのうち陽極対向部１１１の最外周面（陽極巻回部１０の最外周面）上に存在する領域Ｒの少なくとも一部に、陰極層１６が形成されていることが好ましい。陰極層１６は、例えば、固体電解質層１５の最外周面１５ａに形成されたカーボン層（図示せず）と、該カーボン層上に形成された銀ペースト層とから構成されている。尚、図５に示す様に、固体電解質層１５の最外周面１５ａにおいて、陰極層１６の一部が、領域Ｒ以外の領域に形成されていてもよい。又、陰極層１６は、固体電解質層１５の最外周面１５ａ全体に形成されていてもよい。

第１変形例の電解コンデンサによれば、陽極巻回部１０の陰極部分に生じる抵抗成分が、陰極層１６によって低減される。よって、電解コンデンサにおいて、巻回体１に陽極巻回部１０を設けたことによるＥＳＲの増加が抑制されることになる。

図６は、上記電解コンデンサの第２変形例を示した断面図である。図６に示す様に、陽極巻回部１０は、巻回軸１ｂを中心とした径方向において、陰極箔１２の最内周面１２ｂより内側に設けられていてもよい。この構成においては、陽極対向部１１１が、陰極箔１２の最内周面１２ｂの内側に設けられることになる。

尚、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、陽極巻回部１０は、巻回軸１ｂを中心とする径方向において、陰極箔１２の最外周面１２ａと最内周面１２ｂとの間に設けられていてもよい。又、上記実施形態においては、陰極箔１２の最外周面１２ａの外側において、陽極箔１１の一部が、巻回軸１ｂを中心として２周以上巻回されている。しかし、本発明はこれに限定されず、最外周面１２ａの外側での陽極箔１１の巻回数は２周未満であってもよい。更には、上記実施形態において、最外周面１２ａの外側での陽極箔１１の巻回数が１周以下であり、陽極対向部１１１が存在しないものの、陽極箔１１の長さＬ１が陰極箔１２の長さＬ２よりも大きいといった構成が採用されてもよい。

１ 巻回体
１ａ 下端面
１ｂ 巻回軸
１ｃ 最外周面
２ 陽極リードタブ端子
３ 陰極リードタブ端子
Ｒ 領域
１０ 陽極巻回部
１１ 陽極箔（陽極部材）
１２ 陰極箔（陰極部材）
１２ａ 最外周面
１２ｂ 最内周面
１３、１４ セパレータ
１５ 固体電解質層
１５ａ 最外周面
１６ 陰極層
２１、３１ 平坦部
２２、３２ リード部
４０ コンデンサ本体
４１ コンデンサ素子
４２ 外装ケース
４２ａ 内周面
４３ 封口部材
４３ａ 側周面
５０ 座板
５０ａ 下面
１１１ 陽極対向部
４２１ 開口部
４２２ 絞り部

Claims (5)

1. 陽極部材と、陰極部材とを有し、前記陽極部材の表面には誘電体被膜が形成されており、前記陽極部材及び前記陰極部材が、前記陽極部材の一部に前記陰極部材が重ねられた状態で巻回されている、巻回体を備え、
   前記陽極部材の長手方向についての長さは、前記陰極部材の長手方向についての長さより大きく、且つ、前記陽極部材は、前記陰極部材を介さずに互いに対向する陽極対向部を含み、
   前記陽極部材と前記陰極部材との間にはセパレータが配されると共に、前記陽極対向部の対向面間にもセパレータが配され、
   前記セパレータには電解質が含浸され、
   前記巻回体の巻回軸を中心とした径方向における前記陰極部材の最外周面の外側において、前記陽極部材の一部が、前記巻回軸を中心として２周以上巻回されており、これにより前記陽極対向部が構成されている、電解コンデンサ。
2. 陽極部材と、陰極部材とを有し、前記陽極部材の表面には誘電体被膜が形成されており、前記陽極部材及び前記陰極部材が、前記陽極部材の一部に前記陰極部材が重ねられた状態で巻回されている、巻回体を備え、
   前記陽極部材の長手方向についての長さは、前記陰極部材の長手方向についての長さより大きく、且つ、前記陽極部材は、前記陰極部材を介さずに互いに対向する陽極対向部を含み、
   前記陽極部材と前記陰極部材との間にはセパレータが配されると共に、前記陽極対向部の対向面間にもセパレータが配され、
   前記セパレータには電解質が含浸され、
   前記巻回体の巻回軸を中心とした径方向における前記陰極部材の最内周面の内側において、前記陽極部材の一部が、前記巻回軸を中心として２周以上巻回されており、これにより前記陽極対向部が構成されている、電解コンデンサ。
3. 前記巻回体の内部及び最外周面に形成された固体電解質層を備え、
   前記固体電解質層の最外周面のうち、前記陽極対向部の最外周面上に存在する領域の少なくとも一部に形成された陰極層と、を更に備える、請求項１に記載の電解コンデンサ。
4. 前記セパレータは複数からなり、第１セパレータは第２セパレータより長手方向において長く、前記陽極対向部の対向面間には、前記第１セパレータが配されている、請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の電解コンデンサ。
5. 陽極部材と、陰極部材とを有し、前記陽極部材の表面には誘電体被膜が形成されており、前記陽極部材及び前記陰極部材が、前記陽極部材の一部に前記陰極部材が重ねられた状態で巻回されている、巻回体を備え、
   前記陽極部材の長手方向についての長さは、前記陰極部材の長手方向についての長さより大きく、且つ、前記陽極部材は、前記陰極部材を介さずに互いに対向する陽極対向部を含み、
   前記陽極対向部は、前記巻回体の巻回軸を中心とした径方向において、前記陰極部材の最外周面の外側に配され、
   前記陽極部材と前記陰極部材との間、前記陽極対向部の対向面間および前記陽極対向部の最外周面には、固体電解質層が配され、
   前記陽極対向部の最外周面に配された固体電解質層の外周面のうち、少なくとも一部の領域に形成された陰極層と、を更に備える、電解コンデンサ。