JP6850677B2 - 電解コンデンサおよびその製造方法 - 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の電解コンデンサおよびその製造方法に関するものである。

電解コンデンサは、様々な分野に広く利用されている。例えば、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いる。これら電解コンデンサは、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。

そこで、音質の向上を図るために、ケイ酸アルミニウムマグネシウムを含有するセパレータを利用したアルミニウム電解コンデンサが提案されている（特許文献１を参照）。

特開２０１４−０１１３６５号公報

しかしながら、従来のケイ酸アルミニウムマグネシウムを含有するセパレータを備えたアルミニウム電解コンデンサは、オーディオ機器に使用した場合において、ケイ酸アルミニウムマグネシウムを含有しないセパレータを備えた電解コンデンサに比べて、音質は改善されているが、さらなる高音質化が求められていた。

本発明は、オーディオ機器に使用した際に、音質の向上を図ることが可能な音響用の電解コンデンサを提供することを目的とするものである。

本発明は、以下のような電解コンデンサを提供する。

すなわち、本発明の実施形態に係る電解コンデンサは、下記の構成を有する。
セパレータを介して弁金属の陽極箔と陰極箔とを重ね合わせた状態で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止する封口体と、を備えた電解コンデンサであって、
前記セパレータは、複数種類の非導電性の粉末材料としてのケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末および木の粉末を含有していることを特徴とする。

この構成によれば、複数種類の非導電性の粉末を含有するセパレータを電解コンデンサに利用することにより、当該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質を向上させることができる。

なお、前記非導電性の粉末材料は、例えばケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末およびヒノキの粉末であることが好ましい。粉末材料の一方を木の粉末（ヒノキ）にすることで、廃棄される木片から粉末を得ることが可能であるので、製造コストを抑制しながら音質の向上も図ることができる。さらに、前記ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末と前記ヒノキの粉末の付着重量比が、１：２〜２：１であることがより好ましい。

また、本発明の電解コンデンサの製造方法は、 セパレータを介して弁金属の陽極箔と陰極箔とを重ね合わせた状態で巻回してなる電解コンデンサの製造方法であって、
前記セパレータの表面に、複数種類の非導電性の粉末材料としてのケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末および木の粉末を付着させる付着工程と、
前記ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末および前記木の粉末が付着した前記セパレータを介して前記陽極箔および前記陰極箔を巻回する工程と、
を備えたことを特徴とする。

この製造方法によれば、セパレータに非導電性の粉末材料としてのケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末および木の粉末を付着させることで、既存設備を利用して音質を向上させることのできる電解コンデンサを製造することができる。

また、前記製造方法において、前記付着工程は、塗工液として前記ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末および前記木の粉末を分散させた溶媒に前記セパレータを浸漬する工程と、
浸漬後の前記セパレータを乾燥する工程と、を含むことを特徴とする。

この製造方法によれば、ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末および木の粉末を分散させた分散液にセパレータを浸漬することにより、簡易な設備によって、セパレータにケイ酸アルミニウムマグネシウムおよび木の粉末を同時に付着させることが可能となる。

なお、前記ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末は、平均粒子径が０．０２〜２０．０μｍであり、
前記ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末の前記塗工液濃度は、０．１０〜０．２０重量％であり、
前記木の粉末は、ヒノキの粉末であり、
前記ヒノキの粉末は、平均粒子径が１０〜４０μｍであり、
前記ヒノキの粉末の前記塗工液濃度は、０．０５〜０．２０重量％であることを特徴とすることが好ましい。

この構成によれば、ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末およびヒノキの粉末の平均粒子径および塗工液濃度を所定の値とすることにより、特に音質の向上を図ることができる。また、セパレータの表面に生じる凹凸のバラつきが抑制され、巻回作業の効率の低下を回避することができる。

本発明の電解コンデンサおよびその製造方法によれば、オーディオ機器に使用した際に、さらなる音質の向上を図ることができる。

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。 本実施形態に係るセパレータの製造工程を示すフローチャートである。 本実施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。

以下、本発明の実施形態について、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。

電解コンデンサ１００は、図１および図２に示すように、コンデンサ素子７、弾性封口体１１および外装ケース１２を備える。なお、弾性封口体１１は、本発明の封口体に相当する。

コンデンサ素子７は、陽極箔１と陰極箔２をセパレータ３を介して巻回された後に、その端部が素子止めテープ６によって固定されている。陽極箔１は、エッチング処理が施され、その両面に酸化皮膜が形成されている。陰極箔２は、エッチング処理が施されるとともに、自然酸化皮膜が形成されている。また、コンデンサ素子７は、駆動用電解液が含浸された後、図２に示すように、有底円筒状の外装ケース１２に収納される。

外装ケース１２の開口部には弾性封口体１１が装着されている。したがって、外装ケース１２の開口部は、絞り加工により密閉される。支持部材１５は、絶縁材料からなるものであり、その上面で外装ケース１２を開口側から支持している。弾性封口体１１を介して外装ケース１２から引き出されたコンデンサ素子７のリード（後述する陽極引き出しリード４および陰極引き出しリード５）は、支持部材１５に形成された貫通孔を介して外部に引き出されている。外部に引き出されたリードは、支持部材１５の下面に沿って伸延するように折り曲げられている。

一方の陽極引き出しリード４は、化成処理が施されたものが使用される。他方の陰極引き出しリード５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。両引き出しリード４、５は、一般的に弁金属から加工形成される。

電解コンデンサ１００の封止は、外装ケース１２に挿入した弾性封口体１１の部分をカーリングすることによって達成されている。

この電解コンデンサに用いられるセパレータ３は、一般的なクラフト系のセパレータが用いられる。このセパレータ３は、複数種類の非導電性の粉末を含有している。本実施形態のセパレータ３は、異なる２種類の非導電性の粉末である、ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末および木の粉末を含有する。木の粉末は、例えば、ヒノキを利用している。なお、セパレータ３としては、クラフト系に限らず、マニラ系、クラフト／マニラ麻の混抄など種々のものを用いることができる。なお、上述のように、非導電性の粉末は、複数種類の組み合わせであればよく、２種類に限定されるものではなく２種類以上の異なる非導電性の粉末の組み合わせであればよい。

本実施形態の場合、セパレータ３に所定平均粒子径のケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末およびヒノキの粉末のそれぞれを所定の重量％の割合で混合したものを用いている。一方のケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末は、平均粒子径を０．０２〜２０．０μｍ、かつ、塗工液濃度を０．１０〜０．２０重量％とし、他方のヒノキの粉末は、平均粒子径を１０〜４０μｍ、かつ、塗工液濃度を０．０５〜０．２０重量％とした種々のものを作製して特性試験を行った。その試験結果は後述する。

次に、本実施形態の電解コンデンサの製造方法について、図３に示すフローチャートに沿って説明する。

先ず、セパレータ３の製造方法について説明する。

先ず、ヒノキの粉末を脱塩素処理する（Ｓ１：脱塩素工程）。このとき処理される粉末は、粉砕などにより４０μｍ以下の径を有するように調整されたものである。

Ｓ１の後、ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末およびヒノキの粉末を溶媒である純水中で分散させた分散液に、セパレータ基材を浸漬させる（Ｓ２：複数種類の非導電性の粉末を含有する分散液に浸漬する工程）。なお、分散液における粉末の重量濃度は、０．１ｗｔ％である。

Ｓ２の後、セパレータ基材を乾燥させる（Ｓ３：乾燥工程）。このとき、セパレータ基材を、ヒータの熱やファンの熱風などにより、脱水・乾燥させる。

上記工程Ｓ１〜Ｓ３により、セパレータ３が完成する。

次に、図４のフローチャートに沿って、本実施形態に係る電解コンデンサ１００の製造工程を説明する。

先ず、図４に示す工程Ｓ１１〜Ｓ１４からなるコンデンサ素子作製工程Ｓ１０により、コンデンサ素子７を作製する。

先ず、陽極箔１および陰極箔２となる箔基材（アルミニウム箔）をエッチング液（塩酸などの強酸性の水溶液）に浸し、直流電圧や交流電圧を印加することにより、箔基材の表面に電気化学的に凹凸を形成し、箔基材の表面積を拡大する（Ｓ１１：エッチング工程）。

Ｓ１１の後、陽極箔１となる箔基材を化成液（硼酸アンモニウムなどの弱酸性の水溶液）に浸し、直流電圧を印加することにより、箔基材の表面に誘電体となるアルミニウム酸化皮膜を形成する（Ｓ１２：化成工程）。これにより、陽極箔１および陰極箔２が完成する。なお、セパレータ３は、上述した方法により製造されたケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末およびヒノキの粉末が塗布されたものである。

Ｓ１２の後、両電極箔間に、図１に示すセパレータ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４、５を陽極箔１および陰極箔２の各々に接続する。当該セパレータ３の巻き終わりの部分を素子止めテープ６で止めて円筒状の巻回体を形成する（Ｓ１３：巻回工程）。なお、電極引き出しリード４、５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）などを例示することができる。

Ｓ１３の後、減圧や加圧などにより、コンデンサ素子７に駆動用の電解液を含浸させる（Ｓ１４：含浸工程）。このときの含浸時間は、電解液の種類などにもよるが、一般的に、コンデンサ素子７のサイズが大きくなるほど長くなる傾向にある。含浸工程の後、過剰な電解液を遠心分離機などで取り除いてもよい。

上記工程Ｓ１１〜Ｓ１４により、コンデンサ素子７が完成する。

Ｓ１０の後、電解コンデンサ１００の各構成部材を組み立てる（Ｓ１５：組立工程）。具体的には、先ず、外装ケース１２にコンデンサ素子７を収容する。その後、弾性封口体１１に形成された２つの貫通孔のそれぞれにリード４、５を貫通させる。すなわち、外装ケース１２から電極引き出しリード４、５を引き出した状態で、外装ケース１２の開口部に弾性封口体１１を装着する。そして、開口部の周縁を絞り加工することによって外装ケース１２が、弾性封口体１１に密閉される。なお、チップ形電解コンデンサにおいては、この後、電解コンデンサ１００を開口側から支持するように、支持部材１５を外装ケース１２に組み付ける。このとき、弾性封口体１１を介して外装ケース１２から引き出されたコンデンサ素子７の電極引き出しリードを、支持部材１５に形成された貫通孔を介して外部に引出し、さらに外部に引き出された電極引き出しリードを、支持部材１５の下面に沿って伸延するように折り曲げることによって、リフロー等による表面実装に対応可能な形状に形成する。これにより、電解コンデンサ１００が完成する。

本実施形態では、さらに、Ｓ１５の後、高温下で電解コンデンサ１００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（Ｓ１６：エージング工程）。

以上の本実施形態によれば、ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末およびヒノキの粉末を含有したセパレータ３を用いることにより、後述の実施例で示すように、音質向上が実現可能である。また、一般的に廃棄される木片を利用することにより、製造コストを抑制することができる。したがって、電解コンデンサ１００の製造コストを抑制しつつ、音質向上を実現可能である。

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。

セパレータを介して陽極箔と陰極箔を重ね合わせ、巻回したコンデンサ素子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いた。

このコンデンサ素子７を外装ケース１２内に弾性封口体１１とともに挿入し、直径６．３ｍｍ、長さ７．７ｍｍ、定格電圧１６Ｖ、静電容量１００μＦの電解コンデンサを作製し、エージング処理を行った。なお、以下の従来例、実施例１〜３に使用するセパレータは、一般的なクラフト系である。

（従来例）
従来例の電解コンデンサで利用するセパレータは、平均粒子径０．０２μｍのケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末のみを含有する。

（実施例１）
本実施例１の電解コンデンサで利用するセパレータは、ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末およびヒノキの粉末を含有する。ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末の平均粒子径は、０．０２μｍである。ヒノキの粉末の平均粒子径は、４０μｍである。ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末の塗工液濃度は、０．１０重量％である。ヒノキの粉末の塗工液濃度は、０．０５重量％である。

（実施例２）
本実施例２の電解コンデンサで利用するセパレータは、ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末およびヒノキの粉末を含有する。ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末の平均粒子径は、０．０２μｍである。ヒノキの粉末の平均粒子径は、４０μｍである。ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末の塗工液濃度は、０．１０重量％である。ヒノキの粉末の塗工液濃度は、０．１０重量％である。

（実施例３）
本実施例３の電解コンデンサで利用するセパレータは、ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末およびヒノキの粉末を含有する。ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末の平均粒子径は、０．０２μｍである。ヒノキの粉末の平均粒子径は、４０μｍである。ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末の塗工液濃度は、０．１０重量％である。ヒノキの粉末の塗工液濃度は、０．２０重量％である。

上記の従来例および実施例１〜３のアルミニウム電解コンデンサをプリメインアンプのカップリングコンデンサとして実装し、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１０点満点とし、再生音質の評価結果を表１に示す。

表１から以下のことが分かる。本発明の実施例１〜３のケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末およびヒノキの粉末を含有するセパレータ３を用いた電解コンデンサは、従来例の電解コンデンサと比べると総合評価点が高く、高い音質を再生することができた。特に、実施例１、２の場合、いずれの項目も従来例から向上している。さらに、ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末およびヒノキの粉末の重量パーセント濃度を同じの０．１０ｗｔ％に設定した実施例２の場合、その総合評価点は、従来例の総合評価点５０に対して８４である。すなわち、従来例から約７０％も向上した。

なお、上記各実施形態において、各粉末の径の測定は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して観察した結果である。具体的には、３５０倍の倍率で撮影した写真に表れた複数の粉末について、最長対角の長さを径として測定し、粉末の個数で除して平均値にて算出した。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

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

（２）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カップリングコンデンサとして実装した場合について述べたが、これに限定されるものではなく、その他の各回路ブロックのデカップリングまたはプリメインアンプの電源フィルタに実装するなどの用途において使用する電解コンデンサにおいても本発明を適用すると好的な結果が得られる。

（３）セパレータ３は、電解紙に限定されず、例えば、織布、不織布、フィルムなどであってもよい。また、セパレータ３は、マニラ麻、サイザル麻、レーヨン、セルロース、ガラス繊維、ポリプロピレン、ポリエチレンポリオレフィン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）多孔体など様々な材料を利用してもよい。

（４）上記実施形態では、木の粉末としてヒノキを例にとって説明したが、非導電性の他の粉末をケイ酸アルミニウムマグネシウムと組み合わせてもよい。例えば、非導電性の他の粉末として、シリコン粒子、ナイロン微粒子、ポリマー粉末を用いても同様の効果が得られる。

１ 陽極箔
２ 陰極箔
３ 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
１１ 弾性封口体
１２ 外装ケース
１３Ａ、１３Ｂ 加締部
１５ 支持部材

Claims (6)

1. セパレータを介して弁金属の陽極箔と陰極箔とを重ね合わせた状態で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止する封口体と、を備えた電解コンデンサであって、
   前記セパレータは、複数種類の非導電性の粉末材料としてのケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末および木の粉末を含有していることを特徴とする電解コンデンサ。
2. 前記木の粉末は、ヒノキの粉末であることを特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサ。
3. 前記ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末と前記ヒノキの粉末の付着重量比が、１：２〜２：１であることを特徴とする請求項２に記載の電解コンデンサ。
4. セパレータを介して弁金属の陽極箔と陰極箔とを重ね合わせた状態で巻回してなる電解コンデンサの製造方法であって、
   前記セパレータの表面に、複数種類の非導電性の粉末材料としてのケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末および木の粉末を付着させる付着工程と、
   前記ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末および前記木の粉末が付着した前記セパレータを介して前記陽極箔および前記陰極箔を巻回する工程と、
   を備えたことを特徴とする電解コンデンサの製造方法。
5. 前記付着工程は、塗工液として前記ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末および前記木の粉末を分散させた溶媒に前記セパレータを浸漬する工程と、
   浸漬後の前記セパレータを乾燥する工程と、を含むことを特徴とする請求項４に記載の電解コンデンサの製造方法。
6. 前記ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末は、平均粒子径が０．０２〜２０．０μｍであり、
   前記ケイ酸アルミニウムマグネシウムの粉末の前記塗工液濃度は、０．１０〜０．２０重量％であり、
   前記木の粉末は、ヒノキの粉末であり、
   前記ヒノキの粉末は、平均粒子径が１０〜４０μｍであり、
   前記ヒノキの粉末の前記塗工液濃度は、０．０５〜０．２０重量％であることを特徴とする請求項５に記載の電解コンデンサの製造方法。

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