JPH05299305A - 積層型電解コンデンサ及びその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電解コンデンサ駆動用電解液の特性を損ね
ず、かつ簡便に作成できる積層電解コンデンサの提供を
目的とする。 【構成】 ポリエーテルポリオールを基本骨格とし、ポ
リエーテル部分がオキシエチレンとオキシプロピレンの
ランダムコポリマーである高分子化合物（化２）の架橋
体及び必要に応じγ−ブチロラクトンを含有することに
より構成したイオン伝導性高分子接着剤を構成要素とし
て用いる。さらに製造方法として、有機溶剤でイオン伝
導性高分子接着剤の構成材料を溶解したものを、両電極
箔およびセパレータ上に塗布し、これらを圧着、熱硬化
する方法を用いる。 【効果】 イオン伝導性高分子接着剤の構成材料とし
て、特定の化合物を用いると、電解コンデンサ駆動用電
解液の特性を損ねない積層電解コンデンサを得ることが
出来た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は積層型電解コンデンサ及
びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電解コンデンサの素子構成は、誘
電体酸化皮膜を形成したアルミニウム陽極箔とアルミニ
ウム陰極箔の間にセパレータ紙を介在させたものを巻と
った捲回型のものが主流であった。しかしながら、この
ような捲回型コンデンサは、コイル成分が高周波域特性
に影響を及ぼすという問題があり、また構造上巻芯およ
びリード引出し部等の不必要な空間があり、特に小型お
よびチップ型のコンデンサにおいてはそのような空間を
無視することは出来なかった。

【０００３】このような課題を解決するため、その１手
段としてコンデンサ素子を捲回型から積層型に代えると
いうことが考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、そのよ
うな積層型の素子を作成する場合、素子の小型化をはか
ればはかるほど、両電極およびセパレータ紙を高精度に
重ね合わせることが困難であり、このような課題を解決
するため接着剤を用いても、駆動用電解液の伝導度等を
阻害することとなり、著しくコンデンサの特性を悪化さ
せるという課題がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、構成要素をイ
オン伝導性接着剤で相互に接着して積層型の電解コンデ
ンサを構成することを特徴とする。

【０００６】また、オン伝導性接着剤として、ポリエー
テルポリオールを基本骨格とし、ポリエーテル部分がオ
キシエチレンとオキシプロピレンのランダムコポリマー
である末端反応性高分子化合物（化２）の架橋体を主体
としてなるイオン伝導性高分子を用いることを特徴とす
る。

【０００７】

【化２】

【０００８】さらに、イオン伝導性接着剤を構成する材
料として、４級アンモニウム塩を溶解したγ−ブチロラ
クトンを含有することを特徴とする。

【０００９】また、接着剤を構成する高分子化合物（化
２）の重量Ｚと、γ−ブチロラクトンの重量Ｗとの関係
が、０≦（Ｗ／Ｚ）≦１であることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の構成要素であるイオン伝導性高分子接
着剤を用いると、きわめて簡便に、小型もしくはチップ
型の積層型電解コンデンサを作成することが出来る。

【００１１】また、イオン伝導性高分子接着剤を構成す
る材料として、ポリエーテルポリオールを基本骨格と
し、ポリエーテル部分がオキシエチレンとオキシプロピ
レンのランダムコポリマーである末端反応性高分子化合
物（化２）の架橋体を用いることにより、駆動用電解液
の伝導度を妨げることのない積層型電解コンデンサを作
成できる。

【００１２】さらに、イオン伝導性接着剤を構成する材
料として、４級アンモニウム塩を溶解したγ−ブチロラ
クトンを有するものを用いることによりさらなる駆動用
電解液の伝導度阻害の低減をはかることができ、また所
定量においてはさらに優れた特性になる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について、詳細に述べ
る。

【００１４】本発明の基本は、金属酸化物よりなる誘電
体と、電気伝導性電極と、セパレータと、誘電体とセパ
レータもしくは電気伝導性電極とセパレータを接着する
ための接着剤、および駆動用電解液を少なくとも具備し
ている積層型電解コンデンサで、電気伝導性電極として
は、アルミニウム、タンタル、チタンおよびこれらの混
合物が挙げられる。

【００１５】金属酸化物よりなる誘電体としては、アル
ミニウム、タンタル、チタンの酸化物、およびこれらの
混合酸化物が挙げられる。

【００１６】セパレータとしては、マニラ麻、クラフ
ト、エスパルト、インド太陽麻、ポリプロピレン、親水
性ポリプロピレンおよびこれらの混合物からなるものが
挙げられる。

【００１７】接着剤としては、ユリア樹脂、メラミン樹
脂、フェノール樹脂、α−オレフィン樹脂、エポキシ樹
脂、酢酸ビニル樹脂、水溶性高分子−イソシアネート系
接着剤、シアノアクリレート系接着剤、ポリウレタン系
接着剤、クロロプレンゴム系接着剤、ニトリルゴム系接
着剤、スチレンーブタジエンゴム系接着剤、エチレン共
重合樹脂系接着剤、レゾルシン系接着剤、セルロース系
接着剤、天然ゴム系接着剤およびこれらの混合物が挙げ
られる。これらのうちでは、ポリウレタン系接着剤が好
ましく、なかでもポリエーテルポリオールを基本骨格と
し、ポリエーテル部分がオキシエチレンとオキシプロピ
レンのランダムコポリマーである高分子化合物（化２）
の架橋体及び必要に応じγ−ブチロラクトンもしくは４
級アンモニウム塩を含有したγ−ブチロラクトンを含有
することにより構成したイオン伝導性高分子接着剤が好
ましい。

【００１８】なお、高分子化合物（化２）の末端基を、
ポリオール化合物により架橋することによってその工程
を簡素化できた。

【００１９】ポリエーテルポリオールを基本骨格とし、
ポリエーテル部分がオキシエチレンとオキシプロピレン
のランダムコポリマーである高分子化合物（化２）のエ
ーテル鎖の繰り返し単位数（ｎ＋ｍ）×ｌは、２≦（ｎ
＋ｍ）×ｌ≦４００であり、好ましくは２≦（ｎ＋ｍ）
×ｌ≦１００である。

【００２０】上記、含有される４級アンモニウム塩とし
ては、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモ
ニウム、テトラプロピルアンモニウム、メチルトリエチ
ルアンモニウム、エチルトリメチルアンモニウムのカル
ボン酸塩（マレイン酸、フタル酸、アジピン酸、アゼラ
イン酸、安息香酸、ブチルオクタン二酸、蟻酸等）等が
挙げられる。これらの内、好ましくはマレイン酸テトラ
エチルアンモニウム、フタル酸テトラエチルアンモニウ
ムである。

【００２１】接着剤を構成する高分子化合物（化２）の
重量Ｚと、γ−ブチロラクトンもしくは４級アンモニウ
ム塩を含有したγ−ブチロラクトンの重量Ｗとの重量比
（Ｗ／Ｚ）は、０≦（Ｗ／Ｚ）≦４であり、好ましくは
０≦（Ｗ／Ｚ）≦１である。Ｗ／Ｚが、４を越えると接
着強度が著しく低下する。

【００２２】駆動用電解液の溶媒としては、水、アルコ
ール溶媒（エチレングリコール、メチルセルソルブ、プ
ロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、グリセ
リン、ポリオキシアルキレングリコール、シクロヘキサ
ンジオール等）、ラクトン類（γ−ブチロラクトン、γ
−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、３−メチル
１，３−オキサゾリジン−２−オン、３−エチル−１，
３−オキサゾリジン−２−オン等）、カーボネート類
（プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ス
チレンカーボネート等）、アミド溶媒（Ｎ−メチルホル
ムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル
アセトアミド、Ｎ−メチルピロリジノン等）、エーテル
溶媒（メチラール、１，２−ジメトキシエタン、１−エ
トキシ−２−メトキシエタン、１，２−ジメトキシエタ
ン、ポリアルキレングリコールジメチルエーテル等）、
ニトリル溶媒（アセトニトリル、３−メトキシプロピオ
ニトリル等）フラン溶媒（２，５−ジメトキシテトラヒ
ドロフラン等）の単独あるいは混合溶媒が挙げられる。
このうちでは、エチレングリコール、γ−ブチロラクト
ン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートポ
リアリキレングリコールジメチルエーテルが好ましい。

【００２３】駆動用電解液の電解質塩としては、金属
塩、アンモニウム塩、アミン塩および４級アンモニウム
塩が挙げられる。金属としては、１族、または２族の金
属が挙げられ、なかでも陽イオン半径の小さいＬｉ、Ｎ
ａおよびＫが好ましい。アミンとしては１級アミン（メ
チルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルア
ミン、エチレンジアミン等）、２級アミン（ジメチルア
ミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、メチルエチ
ルアミン、ジフェニルアミン等）、３級アミン（トリメ
チルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、
トリフェニルアミン等）が挙げられる。４級アンモニウ
ムとしては、テトラメチルアンモニウム、テトラエチル
アンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、メチルト
リエチルアンモニウム、エチルトリメチルアンモニウム
等が挙げられる。金属塩、アンモニウム塩、アミン塩、
４級アンモニウム塩としては、ホウ酸塩、過塩素酸塩、
トリフルオロメタンスルホン酸塩、チオシアン酸塩、テ
トラフルオロホウ酸塩、リン酸塩、スルホン酸塩（アリ
ールスルホン酸等）およびカルボン酸塩（マレイン酸、
フタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、安息香酸、ブチ
ルオクタン二酸、蟻酸等）の塩が挙げられる。これらの
内、電気伝導性の面でカルボン酸のアンモニウム塩もし
くはカルボン酸の場合に好ましい結果を得た。

【００２４】以下、具体例について述べる。 （実施例１）第１図は、本実施例の積層型電解コンデン
サの構成断面図である。

【００２５】構造式（化２）において（ｌ＋ｍ）×ｎ＝
５０で示しされる高分子化合物１０ｇ、及びメチルエチ
ルケトン３０ｇを撹拌混合することにより、イオン伝導
性高分子接着剤の原液を作成し、これをマニラ麻よりな
る大きさ２．５ｍｍ×２００ｍｍのセパレータ紙（厚さ
４０μｍ）上に均一に塗布した。

【００２６】その後、厚さ０．１ｍｍ、大きさ３ｍｍ×
２００ｍｍの誘電体酸化皮膜を形成させたアルミニウム
箔で作られた電極及び、厚さ４０μｍ大きさ３ｍｍ×２
００ｍｍのアルミニウム陰極のあいだに前記セパレータ
紙を介在させた状態で、誘電体電極、セパレータ、陰
極、セパレータの順で形成された構造物を１０回繰り返
し、９０℃の温度で３時間保存することにより接着剤原
液を硬化させた。なお、上記誘電体酸化皮膜は、ほう酸
（８０ｇ／ｌ）の水溶液５００ｍｌ中で、１７０Ｖの定
電圧化成により形成させた。

【００２７】次に、得られた大きさ２．２ｍｍ×３ｍｍ
×２００ｍｍの積層構造物を幅３ｍｍ間隔で裁断し、両
極からスポット溶接によりリードを引出し積層型コンデ
ンサ素子を作成した。

【００２８】最後に、得られたコンデンサ素子にγ−ブ
チロラクトン系コンデンサ駆動用電解液を含浸し、この
素子を樹脂ケースに入れエポキシ樹脂で封口して積層コ
ンデンサＡを得た。

【００２９】つぎに、これに対する比較例として、フェ
ノール樹脂およびスチレンブタジエンゴムを接着剤とし
て作成した積層電解コンデンサＢおよびＣを作成した。

【００３０】製造方法は、積層電解コンデンサＡの作成
における接着剤である高分子化合物（化２）の代わり
に、フェノール樹脂およびスチレンブタジエンゴムを用
いた以外、全て同一の材料、構成方法により行った。

【００３１】以上の様に作成した実施例の積層電解コン
デンサＡ及び比較例の積層電解コンデンサＢ、Ｃについ
て、インピーダンス及び容量の周波数特性の評価を行っ
た。その結果を図２、図３に記載した。

【００３２】第２図に於いて、縦軸及び横軸はそれぞ
れ、インピーダンス及び測定周波数を示した。この評価
により接着剤の異なる比較例の積層電解コンデンサＢお
よびＣのインピーダンスは、実施例の積層電解コンデン
サＡに比べて極めて高いことが分かった。

【００３３】図３に於いて、縦軸及び横軸はそれぞれ、
容量及び測定周波数を示した。この評価により接着剤の
異なる比較例の積層電解コンデンサＢ、Ｃの容量は、実
施例の積層電解コンデンサＡに比べて極めて小さいこと
が分かった。

【００３４】以上の結果より、イオン伝導性接着剤を用
いた積層電解コンデンサは、インピーダンスが低く、か
つ容量の大きいものであることが分かった。

【００３５】なお、本実施例では高分子接着剤組成液を
作成する際、溶剤としてメチルエチルケトンを用いた
が、アセトン，テトラヒドラフラン，ジエチルエーテル
等の低沸点溶媒を用いても、同様の効果を持つことが分
かった。

【００３６】（実施例２） （化１）の構造式において（ｌ＋ｍ）×ｎ＝５０で示し
される高分子化合物のメチルエチルケトン溶液におい
て、高分子化合物（化２）の重量％を５、１０、１５、
２０、４０、６０％と変化させたイオン伝導性高分子接
着剤の原液を各々作成し、以下（実施例１）と同様にし
て積層電解コンデンサＤ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉを作成し
各々の積層電解コンデンサの１００Ｈｚでの容量値を評
価した。その結果を、図４に記載した。

【００３７】図４に於て、縦軸及び横軸はそれぞれ、１
００Ｈｚでの容量値及び高分子化合物（化２）の重量％
である。この結果より、メチルエチルケトン溶液におけ
る高分子化合物（化２）の濃度は、４０ｗｔ％以下が最
適であることが判った。

【００３８】なお、本実施例では高分子接着剤組成液を
作成する際、溶剤としてメチルエチルケトンを用いた
が、アセトン，テトラヒドラフラン，ジエチルエーテル
等の低沸点溶媒を用いても、同様の効果を持つことが分
かった。

【００３９】（実施例３） （化２）の構造式において（ｌ＋ｍ）×ｎ＝５０で示し
される高分子化合物１０ｇ，メチルエチルケトン２０ｇ
にたいし、γ−ブチロラクトンを様々な重量で撹拌混合
することにより、イオン伝導性高分子接着剤の原液を作
成し、以下（実施例１）と同様にして積層電解コンデン
サＪ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏを作成した。なお、この材料
組成比は、請求項４に記載した、イオン伝導性高分子接
着剤を構成する高分子化合物（化２）の重量Ｚとγ−ブ
チロラクトンの重量Ｗとの関係Ｗ／Ｚに対応するもので
ある。

【００４０】以上の様に作成した実施例の積層電解コン
デンサについて、イオン伝導性高分子接着剤の組成比Ｗ
／Ｚに対する、１００Ｈｚでのインピーダンス及び容量
の評価を行った。その結果を、それぞれ図５、図６に記
載した。

【００４１】図５に於て、縦軸及び横軸はそれぞれ、１
００Ｈｚでのインピーダンス及びイオン伝導性高分子接
着剤の組成比Ｗ／Ｚを示した。この評価によりイオン伝
導性高分子接着剤を構成する高分子化合物（化２）の重
量Ｚと、γ−ブチロラクトンの重量Ｗとの組成比Ｗ／Ｚ
は、これが大きいほどインピーダンスは、小さくなるこ
とが分かった。

【００４２】また、図６に於いて、縦軸及び横軸はそれ
ぞれ、１００Ｈｚでの容量及びイオン伝導性高分子接着
剤の組成比Ｗ／Ｚを示した。この評価によりコンデンサ
のの容量は、イオン伝導性高分子接着剤の組成比Ｗ／Ｚ
の増加とともに増し、ある量以上では飽和する事がわか
った。

【００４３】以上の結果より、イオン伝導性高分子接着
剤を構成する高分子化合物（化２）の重量Ｚと、γ−ブ
チロラクトンの重量Ｗとの関係が、０≦（Ｗ／Ｚ）≦１
である時、良好な初期性能を有する積層電解コンデンサ
を作成することが出来た。

【００４４】なお、本実施例では高分子接着剤組成液を
作成する際、組成液構成材料にγ−ブチロラクトンを用
いたが、４級アンモニウム塩を含有したγ−ブチロラク
トンを用いても、同様な効果を持つことがわかった。

【００４５】（実施例４） （化２）構造式において（ｌ＋ｍ）×ｎ＝５０で示しさ
れる高分子化合物のメチルエチルケトン溶液において、
高分子化合物（化１）の重量％を５、１０、１５、２
０、４０、６０％と変化させたイオン伝導性高分子接着
剤の原液を各々作成し、これらをマニラ麻よりなる大き
さ１０ｍｍ×１０ｍｍのセパレータ紙（厚さ４０μｍ）
の両面に均一に塗布し、厚さ０．１ｍｍ、大きさ１０ｍ
ｍ×５０ｍｍの誘電体酸化皮膜を形成させたアルミニウ
ム箔で作られた電極及び、厚さ４０μｍ大きさ１０ｍｍ
×５０ｍｍのアルミニウム陰極のあいだに前記セパレー
タ紙を介在させた状態で接着剤組成液を硬化させ、接着
面積１ｃｍ²における引っ張り強度を測定した。その結
果を、（表１）に示す。

【００４６】

【表１】

【００４７】この結果より、高分子化合物（化２）の重
量％が２０％以上で必要かつ十分な接着剤の引っ張り強
度が得られることが判った。

【００４８】（実施例５） （化２）の構造式において（ｌ＋ｍ）×ｎ＝５０で示し
される高分子化合物のメチルエチルケトン溶液におい
て、高分子化合物（化１）の重量％を５、１０、１５、
２０、４０、６０％と変化させた溶液を各々作成し、そ
れらの溶液各々に対しγ−ブチロラクトンを、含有され
る高分子化合物（化２）と同重量加えイオン伝導性高分
子接着剤原液を各々作成した。以下、実施例４と同様に
してそれぞれの引っ張り強度を測定した。その結果を、
（表２）に示す。

【００４９】

【表２】

【００５０】この結果より、高分子化合物（化２）の重
量％が１０％以上で必要かつ十分な接着剤の引っ張り強
度が得られることが判った。

【００５１】なお、本実施例では高分子接着剤組成液を
作成する際、組成液構成材料にγ−ブチロラクトンを用
いたが、４級アンモニウム塩を含有したγ−ブチロラク
トンを用いても、同様な効果を持つことがわかった。

【００５２】

【発明の効果】本発明に従うと、駆動用電解液の特性を
損ねることがなく、かつ作業性の良い方法で、優れた積
層電解コンデンサを得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の積層電解コンデンサの構成
断面図

【図２】同実施例の積層電解コンデンサの特性図

【図３】実施例１の積層電解コンデンサの特性図

【図４】本発明の第２の実施例の積層電解コンデンサの
特性図

【図５】本発明の第３の実施例の積層電解コンデンサの
特性図

【図６】同実施例３の積層電解コンデンサの特性図

【符号の説明】

１ 電極 ２ 陽極用コネクタ ３ 誘電体層 ４ 電極 ５ 陰極用コネクタ ６ 駆動用電解液を含浸したセパレータおよびイオン伝
導性高分子接着剤層 ７ 樹脂ケース ８ エポキシ樹脂

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオン伝導性を有する接着材料で相互に接
   着された金属酸化物よりなる誘電体、電気伝導性電極お
   よび電気絶縁性材料よりなるセパレータと、駆動用電解
   液を少なくとも具備することを特徴とする積層型電解コ
   ンデンサ。
2. 【請求項２】イオン伝導性接着剤が、ポリエーテルポリ
   オールを基本骨格とし、ポリエーテル部分がオキシエチ
   レンとオキシプロピレンのランダムコポリマーである末
   端反応性高分子化合物（化１）の架橋体を主体としてな
   るイオン伝導性高分子を用いてなることを特徴とする請
   求項１記載の積層型電解コンデンサ。
3. 【請求項３】イオン伝導性接着剤を構成する材料とし
   て、４級アンモニウム塩を溶解したγ−ブチロラクトン
   を含有することを特徴とする請求項２記載の積層型電解
   コンデンサ。
4. 【請求項４】接着剤を構成する高分子化合物（化１）の
   重量Ｚと、γ−ブチロラクトンの重量Ｗとの関係が、０
   ≦（Ｗ／Ｚ）≦１であることを特徴とする請求項３記載
   の積層型電解コンデンサ。
5. 【請求項５】イオン伝導性接着剤材料を有機溶媒に溶か
   し、これを金属酸化物よりなる誘電体表面に形成された
   電極箔、セパレータ紙および電極箔上に均一に塗布した
   後、これらを誘電体電極箔、セパレータ紙、電極箔、セ
   パレータ紙の順で重ね合わし１素子とし、その素子を１
   層以上重ね合わせた後加熱硬化し、その後セパレータお
   よびイオン伝導性接着剤硬化物に駆動用電解液を真空含
   浸することを特徴とする積層型電解コンデンサの製造
   法。 【化１】