JP6475425B2 - 電解コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、各種電子機器や産業機器に使用される電解コンデンサの中で、特に箔を電極として巻回された電解コンデンサに関するものである。

従来、金属箔を電極とし、それに引き出しリードタブを接続して巻回された電解コンデンサは、アルミニウムやチタンなどの弁作用金属からなるエッチング箔に耐電圧性の酸化皮膜を形成した陽極箔と、アルミニウムやチタンなどの弁作用金属のエッチング箔からなる陰極箔とを絶縁紙などのセパレータを介して巻回されたコンデンサ素子を有している。前記陽極箔及び陰極箔からそれぞれ引き出される引き出しリードタブは、それぞれの電極箔にステッチ法やコールドウェルド法などにより接続され、外装ケースの開口部に設ける封口体に配置された外部端子に各々に接続される。そしてコンデンサ素子には駆動用電解液が含浸され、有底筒形状の外装ケースに収納される。外装ケースは封口体により封止され、電解コンデンサが形成される。

ところで、この巻回形の電解コンデンサの放熱性を改善するための方法として、コンデンサ素子は、巻回中心部で発熱が最も大きいため、特許文献１では、巻回形のコンデンサ素子を作成するための巻き取り機の、巻き軸をはずした後の巻きの中心部に、ヒートパイプを挿入して、巻回中心部の熱を効率的に周囲に放散する構成のコンデンサが提案されている。

実開昭５８−３７１２６号公報

特許文献１の巻きの中心部にヒートパイプを挿入する構造は、効率よく電解コンデンサの放熱性を改善することができるが、巻きの中心部に、ヒートパイプを挿入する方法は、挿入作業が繁雑になりやすい。

本発明は、上記した問題を解決するためになされたものであり、コンデンサの放熱性を改善するのに製造が自動化しやすい電解コンデンサを提供するものである。

上記課題を解決するために、下記の電解コンデンサを提供する。
（１）陽極箔と陰極箔とをセパレータを介し巻回したコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を収納する有底筒状の金属ケースと、前記コンデンサ素子の巻き初め部分に、前記陽極箔を巻き込まない空巻き部分を設けた電解コンデンサにあって、前記空巻き部分は、前記陰極箔の先端がセパレータの先端よりはみ出して巻き込まれていることを特徴とする電解コンデンサ。
（２）前記金属ケースの底部内側の中央部に設けた凸部と、前記空巻き部分の箔とが直接接触していることを特徴とする（１）の電解コンデンサ。

コンデンサ素子の巻き初めの空巻き部分において、前記陰極箔の先端がセパレータの先端よりはみ出して巻き込まれているので、発熱が大きい巻回中心部の熱を効率的に周囲に放散することができ、コンデンサの放熱性を改善するのに、部品点数を増やさずに、自動化しやすい構造の電解コンデンサを提供することができる。

本発明に係るアルミニウム電解コンデンサのコンデンサ素子において、陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回し初めた状態を模式的に示している。 本発明に係るアルミニウム電解コンデンサの陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回する方法を模式的に示している。

本発明の陽極箔は、電解コンデンサに使用される一般的な陽極箔で、厚さ５０μｍから１５０μｍ程度のアルミニウム箔等を、酸水溶液中、その表面をエッチング処理し、直径が０．１μｍから２μｍ程度のエッチングピットを設けた後、ホウ酸アンモニウム等の水溶液中で、定格電圧の１．５倍程度の電圧を印加して化成し、コンデンサとしての耐圧性の陽極酸化皮膜を形成したもので、化成後、引き出しリードタブを取り付け、陽極箔としたものである。

本発明の陰極箔は、電解コンデンサ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し、引き出しリードタブを取り付け、陰極箔としたものである。
特に厚さは、厚い方が放熱性の点と共に曲がりやすい陰極箔の形状安定性を得ることができるで好ましいが、あまり厚いと対容積あたりの容量が低下するため、５０μｍから７０μｍ程度にすることが好ましい。

本発明のセパレータは、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の大きさにより選定されるが、おおよそ幅は、陽極箔幅より広く、１ｃｍから３０ｃｍ程度で、長さは数ｃｍから数ｍほどのもの、厚さは数μｍから数１０μｍほどのものである。セパレータの構成としては、単純密度紙のほか、一枚が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などであってもよい。

本発明に述べる巻き軸は、巻回される材料を巻き込む軸となるもので、巻き終えた後は、コンデンサ素子から抜き取られるものである。巻き軸は、概ね半円柱形状で、軸方向に柱状にふたつで一対になっており、全体では円柱形状となっている。対面する面間で巻回される材料をはさみ、一対で軸方向に回転する構造になっている。

本発明の空巻き部分は、一対の巻き軸によりはさみ込まれ、巻回される初めの部分で、コンデンサとしての機能を有さない巻きの中心部分である。空巻き部分は、陰極箔またはセパレータからなるが、陰極箔の長さは、セパレータの長さよりも長くする。
また、巻き軸部分と直接接触する部分を、陰極箔、または陰極に加工する前の箔とすると、金属ケースの底部内側の中央部に凸部を設けた場合、空巻き部分の箔と直接金属接触するため放熱性にとって好ましい。

本発明の金属ケースは、側面と底面を有し上面が開口したアルミニウム等の金属材からなり、外観的に円筒状や楕円筒状に形成されている。ケース内側の底部には、中央にコンデンサ素子固定用の突起があってもよい。上面の開口部は、外部端子を導出した封口板により封口され、コンデンサ素子がケース内は密封される。

以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。

図１は、本発明に係るアルミニウム電解コンデンサのコンデンサ素子において、陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回し初めた状態を模式的に示している。
１は巻き軸、２は陰極箔、３は陽極箔、４はセパレータを示している。
巻き軸１は、円柱を軸方向に縦に半分に割った断面が半円形の形をしていて、陰極箔２と２枚のセパレータ４との巻回開始端部をその順序にかさねて、巻き軸１により、はさみこんで軸方法に回転し、途中で陽極箔３をセパレータ間に挿入して巻回されている。巻き軸１によるはさみこみより先の部分において、２枚のセパレータ４よりも陰極箔２の長さが長く陰極箔２の先端がセパレータの先端よりはみ出している。また、巻き軸１によるはさみこみより後の部分において、２枚のセパレータ４と陰極箔２がかさなって数回転させて空巻き部分を設け、その後陽極箔３を２枚のセパレータ４間に挿入してさらに巻き取ってコンデンサ素子とする。

図２は、本発明に係るアルミニウム電解コンデンサの陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回する方法を模式的に示している。
まず、図２（ａ）に示すように、陰極箔２と２枚のセパレータ４とは右側から供給され、陰極箔２と２枚のセパレータ４とその順序に重ね合わせ、一対の押さえローラ５で、上下を搬送可能な程度で押さえている。この重ね合わせた積層体は、左側の一対の押さえ治具６の左側で同時に切断されている。
次に、図２（ｂ）に示すように、押さえ治具６と押さえローラ５の間の押さえローラ５側において、バキューム治具７を、陰極箔２の上面に接触させる。
次に、図２（ｃ）に示すように、押さえ治具６を解放し、バキューム治具７で陰極箔２を吸引しながら左側に移動させる。移動後、押さえ治具６で再び積層体を押さえる。
次に、図２（ｄ）に示すように、一対の巻き軸１を押さえ治具６と押さえローラ５の間で積層体をはさみ込む。
次に押さえ治具６を解放しながら、巻き軸１を回転させ、空巻き部分を設けた後、陽極箔３を２枚のセパレータ４間に挿入して、さらに巻き軸１を回転させながら巻き取ってコンデンサ素子とする。なお巻き取りの途中で、陽極箔３及び陰極箔２からそれぞれ引き出される引き出しリードタブを、それぞれの電極箔にステッチ法やコールドウェルド法などにより接続する。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、実施例は、定格４００Ｖ、５６００μＦの電解コンデンサを製造する場合について説明する。

（実施例１）
まず、陽極箔はアルミニウム箔をエッチング処理、化成処理を施して製造する。すなわち、このアルミニウム箔を直流エッチング法によって０．７μＦ／ｃｍ^２になるように粗面化する。粗面化後、純水中でボイルする。ボイル後、ホウ酸の化成液中において、６００Ｖの電圧をかけて化成し、化成膜を形成する。化成処理後、幅１２０ｍｍの適切な長さに切断して、陽極箔とする。また、陽極用リードタブには化成処理をした幅１０ｍｍのアルミニウム箔を用いる。そしてこの陽極用リードタブにコールドウェルドにより接続する。
陰極箔は、アルミニウム箔を電解エッチング処理し、平均直径０．８μｍのエッチングピットを設け、２００μＦ／ｃｍ^２になるように粗面化する。幅１２７ｍｍの適切な長さに切断する。陰極用リードタブは、幅１０ｍｍの大きさに切断し、陰極箔にコールドウェルドにより接続する。
セパレータとしては、幅１３０ｍｍのクラフト紙を用いた。
巻回は、断面が半円形の径が１０ｍｍの巻き軸を使用し、図２で示した方法のように、まず陰極箔と２枚のセパレータをその順序でかさねて、陰極箔をセパレータより１０ｃｍはみ出して巻回初め、途中で陽極箔を挿入して巻回し、コンデンサ素子を形成した。
その後、電解液を含浸した。電解液を含浸後、コンデンサ素子から引き出した陽極用リードタブ及び陰極用リードタブを、各々封口板に貫通して設けた陽極端子及び陰極端子に接続した。接続後、予め硬化前の固定剤を底の方に充填したアルミニウムのケースにコンデンサ素子を収納した。収納後、固定剤を硬化するとともに、封口板をケースの端に取り付けて、ケースを密閉した。なお、封口板には防爆弁が取り付けられている。ケースを密閉後、温度８５℃の雰囲気中に放置して４２５Ｖの電圧を印加してエージング処理した。エージング処理後、ケースに絶縁性のチューブを被覆した。

（実施例２）
アルミニウムのケースの内底部中心に突起を一体で設けたものを使用、この突起と巻きはじめの陰極箔が接触するようにする以外実施例１と同様に製作した。

（比較例１）
巻回初め、陰極箔をセパレータよりはみ出さずに巻回した以外実施例１と同様に製作した。
実施例１、２を比較例１、２とともに下記の方法で測定し、結果を表１に示す。
〔測定方法〕
電解コンデンサの巻回部中心部に熱電対を挿入し、４０Armsのリプル電流を印加し、中心部の温度上昇を測定した。

表１の結果より、従来仕様である比較例１に対し、実施例１、２は、巻回部中心部温度上昇を低減することができた。

１…巻き軸、２…陰極箔、３…陽極箔、４…セパレータ、５…押さえローラ、６…押さえ治具、７…バキューム治具

Claims (5)

1. 陽極箔と陰極箔とをセパレータを介し巻回したコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を収納する有底筒状の金属ケースと、前記コンデンサ素子の巻き初め部分に、前記陽極箔を巻き込まない空巻き部分を設けた電解コンデンサにあって、前記空巻き部分は、前記陰極箔と前記セパレータとが巻き込まれているとともに、前記陰極箔の先端がセパレータの先端よりはみ出して巻き込まれていることを特徴とする電解コンデンサ。
2. 前記金属ケースの底部内側の中央部に設けた凸部と、前記空巻き部分の箔とが直接接触していることを特徴とする請求項１の電解コンデンサ。
3. 前記空巻き部分では、前記陰極箔と前記セパレータとが数周巻回されていることを特徴とする請求項１又は２の電解コンデンサ。
4. 前記空巻き部分における前記陰極箔及び前記セパレータの先端部分は、前記空巻き部分以外の部分における前記陰極箔及び前記セパレータとは逆向きに巻回されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項の電解コンデンサ。
5. 前記陰極箔の先端は、前記空巻き部分において、前記陰極箔と前記セパレータとの間に巻き込まれていることを特徴とする請求項４の電解コンデンサ。
   

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