JPH0384917A - 電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、コンデンサ素子の電極間にセパレータを介
在させてなる電解コンデンサに関するもので、特にセパ
レータを改良した乾式電解コンデンサに関する。

【従来の技術】

乾式電解コンデンサは、アルミニウム、タンクル、ニオ
ブ、チタンなど表面に絶縁性の酸化皮膜層が形成される
いわゆる弁金属を陽極に用い、この弁金属表面を陽極酸
化処理等の操作によって誘電体層となる絶縁酸化皮膜層
を形成する。 さらにこの陽極に対し、陰極を対抗配置し陽極陰極間に
各種の紙、多孔質樹脂シートなどの材料からなるセパレ
ータを配置する。セパレータには電解液が保持され、コ
ンデンサ素子が構成される。 第１図は、コンデンサ素子１の構造を表した部分分解図
である。図で示すように表面に陽極酸化処理によって誘
電体酸化皮膜が形成された帯状の陽極箔２と、この陽極
箔２とほぼ同幅の帯状の陰極箔３とが、これら電極箔２
．３より僅かに広い幅で同様に帯状に切断された２枚の
セパレータ４を介して重ね合わされ、−万端から巻回さ
れて円筒状のコンデンサ素子１を形成する。また陽極箔
２の所定の位置には、外部との電気的接続を得るための
細幅の陽極リード５が溶接、圧接等の手段で接続され、
陰極箔３についても同様の陰極り一部６が接続され、コ
ンデンサ素子１の上部端面より引き出される構造をなし
ている。そしてコンデンサ素子１には電解液が含浸され
、図示しない外装ケースに収納され、外装ケース開口部
を封口部材で密閉がなされる。 電解液は、各種の無機酸、有機酸またはこれらの塩を多
価アルコール類、酸アごド類をはじめとする各種の溶媒
中に溶解し、使用目的に応じて適宜添加剤を配合してな
り、陽極表面の誘電体酸化皮膜層に直接接触して、真の
陰極として機能すると共に、誘電体酸化皮膜の欠損部や
劣化部に作用して、陽極酸化反応を起こして酸化皮膜を
修復をする機能を併せ持つ。したがって陰極として配置
されている電極は陰極というよりむしろ集電極の役目を
果たす。 電解液はその性質上、充分な電導度と、皮膜修復機能を
維持するために、陽極電極および陰極電極に充分な量が
接触する必要がある。ところが電解液が過剰であると、
コンデンサ素子のリード部等に電解液が付着して、漏れ
電流の増大を来したり、コンデンサ素子を収納する密閉
容器から電解液が漏出する事故が起きることがある。 セパレータは上記したような不都合を防止する機能を有
しており、陽極、陰極間に充分な量の電解液を保持する
ために用いている。またセパレータは陽極、陰極の直接
の接触による短絡事故を防止する役目も有している。 このような機能に合致させるために、セパレータは、単
位体積（あるいは面積）あたりの電解液保持量が多いこ
と、電解液によるイオン電導が充分達成されるために、
空孔度合いが高い低抵抗の構造などを具備することが要
求される。このために、セパレータ自体の密度や空隙を
大きくすると電極間の短絡事故の増大や、耐圧不足を呈
すると共に、電解液の保持量も減少してくることがあり
、セパレータを構成する部材や密度の選択は相当に困難
である。

【発明が解決しようとする課題】

ところで、最近の電解コンデンサは長期間安定した特性
が維持されることが要求されている。電解コンデンサの
寿命特性を決定する要因の主要なものの一つに内部の電
解液の残存量がある。電解コンデンサは電解液を外装容
器内に長期間保持するために高度な密閉が施されている
が、長期の使用においては、内部圧力の上昇や、密閉構
造の劣化等によって電解液が徐々に蒸散することが避け
られず、電解液が減少すると、静電容量の低下、損失の
増大等の劣化を起こす。 従来の電解コンデンサに用いられるセパレータとしては
、クラフトやマニラ麻の繊維を漉いたものが多用されて
いる。クラフト紙は、安価で強い紙が作れるが、繊維の
断面が偏平であるために電解液の電流通路が長くなり抵
抗が大きくなるという欠点がある。マニラ麻祇はクラフ
ト紙に比べると繊維の断面の偏平度が小さく、電流通路
は前者に比べて短く抵抗については有利となるが高価で
ある。 また最近では、ポリオレフィン系などの合成樹脂の繊維
の使用も試みられている。これら合成樹脂繊維は断面が
ほぼ円形に底形できるので、電流通路が短くなり抵抗が
小さくなる。 しかしながら、このような従来のセパレータ材料はいず
れも繊維の表面が平滑なため、繊維内部へ電解液が取り
込まれることはなく、しかも繊維表面への電解液の付着
状態も充分ではない。電解液の保持は、繊維の交差部や
隣接した繊維間の狭小な隙間部に表面張力によって電解
液が保持されるのが主体となる。 このため、既存のセパレータでは長寿命の電解コンデン
サを得るために充分な量の電解液を保持できず、改善が
望まれていた。 また、電解液をセパレータが保持できる量販上に多量に
コンデンサ素子に含ませると、コンデンサ素子から余剰
の電解液が外装ケース内部に流出して、端子部に付着し
て漏れ電流を増加を来したり、外部への液漏れ事故を誘
発する原因となる。

【課題を解決するための手段】

この発明は、長期の安定した特性を得るに好適な改良さ
れたセパレータを有する電解コンデンサに関する。 すなわちこの発明は、表面に誘電体酸化皮膜層が形成さ
れた陽極電極と、陽極電極に対抗配置された陰極電極と
、これら電極間に、電解液を保持して介在するセパレー
タとからなるコンデンサ素子を有する電解コンデンサに
おいて、前記セパレータが、分割型複合繊維を一部また
は全部に含む不織布もしくは織布からなることを特徴と
している。 分割型複合繊維は、例えば特開昭５０−８９６７２号公
報などに示されるように、相互に密着性の低い二種の繊
維形成性のある重合体が長手方向に沿って接合されて形
成されたものを、その膨張係数等の性質の違いを利用し
て、膨潤収縮、加熱処理などの化学的あるいは機械的刺
激を与えることによって、２種の重合体を剥離分割して
得られる。 第２図は、分割型複合繊維の代表的な断面形態を表した
もので、同図（ａ）のものは十字の放射状構造の第一の
重合体１１からなる芯材に、４個の扇状の第二の重合体
１２が分割処理によって形成された隙間１３をもって配
置された構造をしている。同図（１））のものは同様に
芯材１１が放射状をしているが、この場合は芯材１１は
８つの分岐を持っており、８個のくさび状の第二の重合
体１２が芯材に嵌め込まれるように配置されている。ま
た同図（Ｃ）のものは、十字の放射状の第一の重合体１
１の外部に第二の重合体１２が配置され、さらにその外
部の回分に再度第一の重合体１１が配置される構成とな
っている。 またこのような放射状の構造でなく、同図（ｄ）のごと
く第一の重合体１１と第二の重合体１２とが扇状に四分
割され、それぞれ交互に配置された構造もとり得る。更
には同図（ｅ）のように第一の重合体１１と第二の重合
体１２とが交互に層状に配置された構造も可能である。 またこれらの例示した構造以外にも二種の重合体を任意
に組み合わせて分割型複合繊維が得られる。これら分割
型複合繊維は、いずれもが、微細な繊維が適当な隙間を
もって集合して全体で略円形の繊維を形成している。 重合体には、各種の材料が選択出来得るが、具体的なも
のを例示するとポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂
などのポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、各種の
ナイロン素材として知られるポリアミド樹脂などが選択
できる。

【作　　　用】

この発明によれば、分割型複合繊維は、断面が放射状に
分岐した第１の成分に、分岐部の空間に僅かな空隙をも
って、くさび状の第２の成分が配置される構造となって
いるので、−本の繊維が極細の繊維素を複数本組み合わ
せかつ繊維素間に多数の隙間を持つ構造となる。また繊
維自体の外径は電解液の抵抗を低減できる円形となって
いる。 このためセパレータに電解液を含浸させると、電解液は
繊維内部の空隙に保持される。また繊維に電解液が相当
量保持されるので、繊維表面のぬれ性も向上し、繊維外
部への電解液の付着の量も増加する。 これによって、単位体積（もしくは単位面積）あたりの
セパレータの電解液保持量が増加し、分割型複合繊維の
構造や繊維径、セパレータ密度等により数値は異なるが
、従来のセパレータ紙に比べ、はぼ２倍ないし数倍の電
解液を保持することができる。

【実　施　例】

以下実施例に基づいてこの発明を説明する。 まずこの発明で用いるセパレータとして、以下のものを
作成した。 分割型複合繊維には、第２図（ｂ）に示す放射構造の繊
維を用いた。繊維の放射状芯材を形成する素材には、ポ
リアミド樹脂（ナイロン６）、くさび状の素材には、ポ
リエステル樹脂が用いられており、繊維の平均口径は約
５μｍであり、断面形状はほぼ円形である。 この分割型複合繊維単独、またはマニラ麻繊維と混抄し
てセパレータを作成した。また比較例として、マニラ麻
繊維のみからなる厚さ５０μｍのセパレータを作成した
。なおマニラ麻繊維は断面が偏平形状をしており、短径
の平均が約４μｍ、長径の平均が約８μｍで、偏平率は
ほぼｌ：２である。 これらのセパレータの電解液保持能力を比較するために
、セパレータに同一の電解液を含浸させ、所定面積あた
りの電解液の保持量を調べた。保持量の測定は、帯状の
セパレークのみを円筒状に巻回し、これに電解液（エチ
レグリコールーアジピン酸アンモニウム系電解液）を含
浸し、これを遠心分離機（回転速度１００回／分）にて
５秒間遠心分離したものを分解し、セパレータの中間部
を所定の面積（１０ｃＩ１１）に切断し、精密天秤で秤
量し、あらかじめ乾燥状態で測定したセパレータ自体の
重量を：＄ｉしたものである。 準備したセパレータの組成（分割型複合繊維の含有量〉
および保持電解液量の測定結果は、第１表のとおりであ
る。 第１表 この表からもわかるように、 この実施例のセパ レークは、比較のマニラ麻繊維のセパレータに比べ、い
ずれも単位面積あたりの電解液保持量が増加しているこ
とがわかる。特に実施例４の分割型複合繊維のみのセパ
レータは比較例に比べ、電解液保持量がおよそ２．５倍
に増加している。 次にこれらのセパレータを帯状に切断したものを第１図
に示すように電極箔と共に巻回して円筒形のコンデンサ
素子を作成し、電解液を含浸させた後金属製の外装ケー
スに収納し、外装ケース開口部をゴム張りの封口板で閉
じて電解コンデンサとした。 この電解コンデンサは、定格電圧２５Ｖ、静電容量２２
００ｕＦのものである。この各電解コンデンサの初期の
電気的特性（静電容量、損失、漏れ電流）は、第２表の
とおりであった。 第 表 この結果をみると、初期における電気的特性は、静電容
量、漏れ電流についてはさほどの差異はないが、損失に
ついてはこの発明のセパレータの繊維断面がほぼ円形の
ため、内部抵抗骨が小さく、低い値となっていることが
わかる。 さらに、これらの電解コンデンサのうち、実施例２、実
施例４および比較例のものについて１０５°Ｃで定格電
圧（５０Ｖ　）を印加して長期の高温負荷寿命試験を行
った。試験は、初期の静電容量値に対する時間経過に伴
う静電容量値の変化率と、時間経過、に伴う損失値の変
化とを調べた。この結果を第３図に示す、なお同図（ａ
）は静電容量の変化率、同図（ｂ）は損失値の変化を示
すグラフである。 これらのグラフかられかるように、比較例の電解コンデ
ンサは、内部の電解液保持量が少ないので、長時間の使
用により静電容量の減少、損失の増大が著しく、１７５
００時間で試験を中止した。 一方この実施例の電解コンデンサは、比較例のものに比
べ、静電容量の減少が少ないと共に、損失の上昇が抑制
され、電気特性を長期間安定して維持していることがわ
かる。

【発明の効果】

以上述べたように、この発明によればセパレータの電解
液保持量を増加させることができるので、電解コンデン
サの長期間の使用することで、内部電解液の減少による
静電容量の減少、損失、インピーダンス特性の劣化を防
止し、信頼性の高い長寿命の電解コンデンサが得られる
。 またセパレータの電解液保持能力が高いので、コンデン
サ素子から外装ケース内へ余剰の電解液が流れ出し、漏
れ電流の増大や液漏れ事故を発生することもない。 またこの発明のセパレータは、繊維断面をほぼ円形とす
ることができるので、セパレータ中の抵抗骨が低く、こ
の結果電解コンデンサの損失やインピーダンス特性が向
上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は電解コンデンサの素子構造を示す部分分解図、
第２図（ａ）ないしくｅ）は、この発明のセパレータに
用いる繊維の断面を示す断面図、第３図は電解コンデン
サの高温負荷試験の結果を表すグラフで、（ａ）は静電
容量の変化率、（ロ）は損失値の変化を示している。 １・・・コンデンサ素子　　　２・・・陽極箔３・・・
陰極箔　　　　　　　４・・・セパレータ５・・・陽極
リード　　　　　６・・・陰極リード１１・・・第一の
重合体（芯材）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面に誘電体酸化皮膜層が形成された陽極電極と
   、陽極電極に対抗配置された陰極電極と、これら電極間
   に、電解液を保持して介在するセパレータとからなるコ
   ンデンサ素子を有する電解コンデンサにおいて、 前記セパレータが、分割型複合繊維を一部または全部に
   含む不織布もしくは織布からなることを特徴とする電解
   コンデンサ。