JPWO2019194092A1 - 電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

静電容量の維持率を高くすることで、高周波数領域において大きい静電容量を有する電解コンデンサを提供する。１００ｋＨｚ以上の周波数領域で使用され、電極箔と電解液とを有する電解コンデンサにおいて、１００ｋＨｚにおける静電容量が、１２０Ｈｚにおける静電容量に対して５０％以上とする。

Description

本発明は、高周波数領域で使用される電解コンデンサに関する。

電解コンデンサは、コンデンサ素子を電解質に含浸させて成り、コンデンサ素子は、アルミニウムなどの弁金属箔に誘電体皮膜を形成した陽極箔と、同種または他の金属の箔によりなる陰極箔とを対向させ、陽極箔と陰極箔との間にセパレータを介在させて構成されている。

電解コンデンサの静電容量は、基材の表面積の大きさに比例し、その表面に形成される誘電体皮膜の厚さに反比例する。通常、電解コンデンサの電極箔にはエッチング等の拡面化処理が施され、この拡面化処理が施された拡面部には化成処理が施されて、大表面積の誘電体皮膜を有する。エッチングは、主に電気化学的手法が用いられることが多い。

特開平９−１４８２００号公報

近年、数十ｋＨｚ超の高周波数領域での情報処理が一般化しているディジタル機器においても、電解コンデンサが使用される例が多くなってきた。数十ｋＨｚ超の高周波数領域においても、電解コンデンサには静電容量が求められている。数十ｋＨｚ超の高周波数領域においては、電解コンデンサの静電容量は１２０Ｈｚの低周波数領域での静電容量と比較し、減少することが知られている。この現象は、エッチングピット長に起因し、ピットの深部で高速スイッチング動作の応答性を悪化させ、高周波数領域では、ピット全体で静電容量の発現に寄与しないことに起因していると考えられる。ところで、電解コンデンサの静電容量は、ＪＩＳＣ５１０１−１の４．７（静電容量）に準じて低周波数領域である１２０Ｈｚの周波数領域において測定された静電容量を基準としている。また、複数の電解コンデンサにおける相対的な静電容量の大小関係は、周波数に限らず一定であると考えられている。そのため、例えば１００ｋＨｚの高周波数領域で使用する複数の電解コンデンサの静電容量の大小関係と、１２０Ｈｚの周波数領域における静電容量の大小関係とは同じであると考えられていた。

低周波数領域のみならず数十ｋＨｚ以上の高周波数領域にも電解コンデンサの使用領域が拡大され、高周波数領域においても静電容量は求められており、数十ｋＨｚ超の高周波数領域においても、より高い静電容量を発現する電解コンデンサが求められている。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するため、高周波数領域において大きい静電容量を有する電解コンデンサを提供することにある。

本発明者は、鋭意研究の結果、１２０Ｈｚにおいて静電容量が劣る電解コンデンサであっても１２０Ｈｚの静電容量に対する１００ｋＨｚの静電容量の容量維持率が５０％以上であれば、数十ｋＨｚ以上の周波数領域で使用する時には、電解コンデンサとして容量の優劣が逆転し、高静電容量となる知見を得た。

そこで、上記目的を達成するため、本発明に係る電解コンデンサは、電極箔と電解液とを有する電解コンデンサであって、１００ｋＨｚにおける静電容量が、１２０Ｈｚにおける静電容量に対して５０％以上であること、を特徴とする。

前記１００ｋＨｚにおける静電容量が、１２０Ｈｚにおける静電容量に対して６５％以上であっても良い。

前記コンデンサは、１００ｋＨｚ以上の周波数領域で使用されるものであっても良い。

また、電解コンデンサの電解液として、エチレングリコールを主体としても良い。

さらに、電極箔はアルミニウム箔であっても良い。

本発明によれば、低周波数領域から高周波数領域における電解コンデンサの容量維持率を高くすることで、高周波数領域においても大きな静電容量を実現することができる。

実施例１において、各電解コンデンサにおける周波数と静電容量の関係を示すグラフである。 実施例２において、各電解コンデンサにおける時間経過とケース底の膨らみ量との関係を示すグラフである。 比較例３において、各電解コンデンサにおける周波数とＥＳＲの関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る電解コンデンサの実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものでない。

（電解コンデンサ） 電解コンデンサとして、電極箔を巻回して成るコンデンサ素子に電解液を含浸した巻回型の非固体電解コンデンサを例にとり説明する。

電解コンデンサにおいてコンデンサ素子は、一方又は両方が誘電体皮膜を有する電極箔を陽極箔及び陰極箔として、この陽極箔と陰極箔とをセパレータを介在させて円筒状に巻回して成り、電解液が含浸される。陽極箔および陰極箔には、それぞれ陽極端子、陰極端子が接続され、コンデンサ素子から引き出される。陽極端子及び陰極端子は、合成樹脂板等の硬質基板絶縁板の表面および裏面にゴム板等の弾性絶縁体が貼り付けられた封口体に設けた外部端子と接続される。そして、このコンデンサ素子は有底筒状の外装ケースに収納され、封口体で封止され、エージング処理されることで、巻回形コンデンサの態様を採る。

セパレータは、クラフト、マニラ麻、エスパルト、ヘンプ、レーヨン等のセルロースおよびこれらの混合紙、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、それらの誘導体などのポリエステル系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ビニロン系樹脂、脂肪族ポリアミド、半芳香族ポリアミド、全芳香族ポリアミド等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、トリメチルペンテン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、アクリル樹脂等があげられ、これらの樹脂を単独で又は混合して用いることができる。

電解液の溶媒は、特に限定されるものではないが、電解液の溶媒としてはエチレングリコールを用いることが好ましく、その他の溶媒を併用してもよい。また、電解液の溶媒としては、プロトン性の有機極性溶媒として、一価アルコール類、多価アルコール類及びオキシアルコール化合物類が挙げられる。一価アルコール類としては、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロブタノール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール等が挙げられる。多価アルコール類としては、エチレングリコールの他、γ−ブチロラクトン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、１，２−プロパンジオール、グリセリン、１，３−プロパンジオール、１，３−ブタンジオール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール等が挙げられる。オキシアルコール化合物類としては、プロピレングリコール、グリセリン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、メトキシプロピレングリコール、ジメトキシプロパノール等が挙げられる。

また、非プロトン性の有機極性溶媒としては、アミド系、ラクトン類、スルホラン類、環状アミド系、ニトリル系及びオキシド系が挙げられる。アミド系としては、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ ジメチルホルムアミド、Ｎ エチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ ジエチルホルムアミド、Ｎ メチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ ジメチルアセトアミド、Ｎ エチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド、ヘキサメチルホスホリックアミド等が挙げられる。環状アミド系としては、γ ブチロラクトン、Ｎ メチル ２ ピロリドン、エチレンカルボネイト、プロピレン カルボネート、イソブチレンカルボネート、イソブチレンカルボネート等が挙げられる。ニトリル系としては、アセトニトリル等が挙げられる。オキシド系としては、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。

電解液の溶質は、通常電解コンデンサ駆動用電解液に用いられる、酸の共役塩基をアニオン成分とする、アンモニウム塩、アミン塩、４級アンモニウム塩および環状アミジン化合物の四級塩が挙げられる。アミン塩を構成するアミンとしては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、１，８ ジアザビシクロ（５，４，０） ウンデセン ７等）が挙げられる。第４級アンモニウム塩を構成する第４級アンモニウムとしてはテトラアルキルアンモニウム（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、テトラブチルアンモニウム、メチルトリエチルアンモニウム、ジメチルジエチルアンモニウム等）、ピリジウム（１ メチルピリジウム、１ エチルピリジウム、１，３ ジエチルピリジウム等）が挙げられる。また、環状アミジン化合物の四級塩を構成するカチオンとしては、以下の化合物を四級化したカチオンが挙げられる。すなわち、イミダゾール単環化合物（１ メチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、１，４ ジメチル ２ エチルイミダゾール、１ フェニルイミダゾール等のイミダゾール同族体、１−メチル−２−オキシメチルイミダゾール、１−メチル−２−オキシエチルイミダゾール等のオキシアルキル誘導体、１−メチル−４（５）−ニトロイミダゾール、１，２−ジメチル−４（５）−ニトロイミダゾール等のニトロおよびアミノ誘導体）、ベンゾイミダゾール（１−メチルベンゾイミダゾール、１−メチル−２−ベンジルベンゾイミダゾール等）、２−イミダゾリン環を有する化合物（１ メチルイミダゾリン、１，２−ジメチルイミダゾリン、１，２，４−トリメチルイミダゾリン、１，４−ジメチル−２−エチルイミダゾリン、１−メチル−２−フェニルイミダゾリン等）、テトラヒドロピリミジン環を有する化合物（１−メチル−１，４，５，６−テトラヒドロピリミジン、１，２−ジメチル−１，４，５，６−テトラヒドロピリミジン、１，８−ジアザビシクロ〔５．４．０〕ウンデセン−７、１，５−ジアザビシクロ〔４．３．０〕ノネン等）等である。アニオン成分としては、カルボン酸、フェノール類、ほう酸、リン酸、炭酸、ケイ酸等の酸の共役塩基が例示される。

電解液は、液体またはゲル状である。ゲル状の電解質とは、例えば電解液にゲル化剤を加えてゲル化した電解質である。ゲル電解質は、例えば陽極箔、陰極箔及びセパレータを巻回して形成したコンデンサ素子に、ゲル化剤を含む電解液を含浸させ、更にゲル化反応を進行させることにより、誘電体層及び陰極箔と接した状態でコンデンサ素子内に存在させることができる。

（電極箔） 陽極箔及び陰極箔となる電極箔は、弁金属を材料とする箔体である。弁金属は、アルミニウム、タンタル、ニオブ、酸化ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス及びアンチモン等である。純度は、陽極箔に関して９９．９％程度以上が望ましく、陰極に関して９９％程度以上が望ましいが、ケイ素、鉄、銅、マグネシウム、亜鉛等の不純物が含まれていても良い。

この電極箔はエッチング処理により電極箔両面が拡面化されている。拡面化された電極箔は、電極箔両面から厚み中心に向けて掘り下げられたトンネル状のエッチングピットを多数有する。トンネル状のエッチングピットは円筒状の穴であり、この電極箔はエッチングピットが到達しない残芯部を有する。このトンネル状のエッチングピットは、化学エッチング又は電気化学的エッチングにより形成でき、例えばハロゲンイオンが存在する酸性水溶液中で電極箔を陽極にして直流電流を印加することで形成される。酸性水溶液は、例えば塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、食塩又はこれらの混合である。

更に、電極箔は、化成処理により誘電体皮膜が形成されて
いる。誘電体皮膜は、電極箔の表面をエッチングピットの内壁面を含めて酸化させて成る。この誘電体皮膜は、典型的には、ハロゲンイオン不在の緩衝溶液中で電極箔を陽極にして電圧印加することで形成される。緩衝溶液としては、ホウ酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、アジピン酸アンモニウムをはじめとする有機酸アンモニウム塩等が挙げられる。

更に、本実施形態の電解コンデンサは、１００ｋＨｚにおける静電容量の１２０Ｈｚにおける静電容量の割合を示す容量維持率が５０％以上である。電解コンデンサの容量維持率が５０％以上とすることで、容量維持率が５０％未満の電解コンデンサに対して、数十ｋＨｚ以上の高周波数領域において静電容量を相対的に大きくすることが可能となる。つまり、同じ大きさの電解コンデンサにおいては、容量維持率が５０％以上とすることで、容量維持率が５０％未満の電解コンデンサに対して１２０Ｈｚ等の低周波数領域で劣っていた静電容量が、高周波数領域において逆転する。また、電解コンデンサの容量維持率を６５％以上としても良い。容量維持率を６５％以上とすることで、１００ｋＨｚの高周波数領域において、ガスの発生量が抑制される。陽極箔におけるピット長、ピット径、ピット数、電解液の種類、電極箔の種類、及びセパレータの種類を適宜選択することで、容量維持率を変更することができる。ただし、陽極箔の残芯部については、電極箔の柔軟性及び伸縮性を確保すべく、十分な厚みを確保しておくとことが望ましい。

（実施例） 以下特性比較では、低周波数領域と高周波数領域との静電容量から算出する容量維持率が異なる５種類の電解コンデンサについて、静電容量の測定、経過時間ごとのガス発生に伴う内圧上昇によるケース底の膨れ量の測定、及びＥＳＲの比較を行った。以下、１２０Ｈｚを低周波数領域、１００ｋＨｚを高周波数領域を代表する周波数とし、説明する。

容量維持率は、電解コンデンサにおいて、１００ｋＨｚにおいて測定された静電容量の１２０Ｈｚにおいて測定された静電容量に対する割合であり、以下の式（１）より算出する。［式１］

実施例１〜４及び比較例１として、容量維持率が異なる５種類の電解コンデンサを作製した。表１は、各電解コンデンサの容量維持率を示す。

表１に示すように、実施例１として容量維持率８５％、実施例２として容量維持率６５％、実施例３として容量維持率６０％、実施例４として容量維持率５０％、比較例１として容量維持率４０％の電解コンデンサを使用した。容量維持率が異なる各電解コンデンサは、以下の工程により、作製した。

（実施例１） 実施例１の電解コンデンサは、大きさが直径３５ｍｍ×高さ５０ｍｍの巻回形電解コンデンサである。以下で使用する陽極箔、陰極箔、及びセパレータは、電解コンデンサのサイズに合わせたものが使用される。この陽極箔は、アルミニウム箔に２段階のエッチング処理を施した。エッチング処理において、第１の工程では、塩酸を含む水溶液中で直流電流にて電気化学的にアルミニウム箔にエッチングを行って、エッチングピットを形成した。第２の工程では、硝酸を含む水溶液中で前記アルミニウム箔を電気化学的あるいは化学的にエッチングして、すでに形成されたエッチングピットを拡大した。エッチングピットを形成した電極箔をホウ酸アンモニウム水溶液中で化成処理し、表面に酸化皮膜層を形成した。化成皮膜レプリカ法によりエッチングピットの深さを測定したところ、エッチングピットの深さは２０μｍであった。また、陰極箔としては、陽極箔の箔長に応じた長さを有し、電極箔厚が約２０μｍのアルミニウム箔を陰極箔とした。陰極箔には交流エッチング処理を施し、表面に海綿状のエッチングピットを形成した。

実施例１では、陽極箔の電極箔厚を５５μｍとした。この電極箔厚とケースのサイズを踏まえて、電極箔長が３７５０ｍｍのアルミニウム箔を使用した。電極箔の長さは、電極箔厚に依存する。すなわち、ケースの内径が一定の場合、該ケースに挿入できるコンデンサ素子の最大直径は一定であるため、コンデンサ素子を構成する材料が厚い場合、材料が薄い場合に比べ、巻回できる材料の長さが減少し、反対にコンデンサ素子を構成する材料が薄い場合は、材料の長さは長くなる。

この陽極箔と陰極箔を、厚さ６０μｍのセパレータを介在させて円筒状に巻回し、コンデンサ素子を形成した。このコンデンサ素子を、エチレングリコールを主溶媒とする電解液を含浸させた。陽極箔および陰極箔には、それぞれ陽極端子、陰極端子が接続され、コンデンサ素子から引き出される。陽極端子及び陰極端子は、合成樹脂板等の硬質基板絶縁板の表面および裏面にゴム板等の弾性絶縁体が貼り付けられた封口体に設けた外部端子と接続される。そして、このコンデンサ素子は有底筒状の外装ケースに収納され、封口体で封止され、エージング処理されることで、大きさが直径３５ｍｍ×高さ５０ｍｍの巻回形コンデンサである実施例１の電解コンデンサを完成させた。

（実施例２〜４、及び比較例１） 実施例２〜４、及び比較例１の電解コンデンサは、実施例１同様に、大きさが直径３５ｍｍ×高さ５０ｍｍの巻回形電解コンデンサである。実施例２〜４、及び比較例１の電解コンデンサは、陽極箔における電極箔厚、電極箔長、及びピットの深さを表２に示すような値に調整することにより、異なる容量維持率の電解コンデンサを作製した。表２は、実施例１〜４、及び比較例１のピットの深さ、電極箔厚、残芯部の厚さ及び電極箔長を示す表である。

表２に示すように、実施例２の電解コンデンサは、陽極箔として電極箔厚を６９μｍとした。この電極箔厚とケースのサイズを踏まえて、電極箔長が３５００ｍｍのアルミニウム箔を使用した。陽極箔の両面に形成したエッチングピットの深さは、両面共に２７μｍであった。電極箔厚が６９μｍの電極箔の両面に、深さ２７μｍのエッチングピットを形成するため、エッチングピットが形成されない残芯部の厚さは、１５μｍとなる。実施例３の電解コンデンサは、陽極箔として電極箔厚を８１μｍとした。この電極箔厚とケースのサイズを踏まえて、電極箔長が３３１１ｍｍのアルミニウム箔を使用した。陽極箔の両面に形成したエッチングピットの深さは、両面共に３３μｍであった。実施例４の電解コンデンサは、陽極箔として電極箔厚を１１１μｍとした。この電極箔厚とケースのサイズを踏まえて、電極箔長が２９１７ｍｍのアルミニウム箔を使用した。陽極箔の両面に形成したエッチングピットの深さは、両面共に４８μｍであった。比較例１の電解コンデンサは、陽極箔の電極箔厚を１２５μｍとした。この電極箔厚とケースのサイズを踏まえて、電極箔長が２７６３ｍｍのアルミニウム箔を使用した。陽極箔の両面に形成したエッチングピットの深さは、両面共に５５μｍであった。

そして、実施例２〜４及び比較例１の陽極箔の箔長に応じた長さを有し、直径３５ｍｍ×高さ５０ｍｍのケースに封入可能な、電極箔厚が約２０μｍのアルミニウム箔を陰極箔として用意した。実施例２〜４及び比較例１の電解コンデンサは、陽極箔における電極箔厚、電極箔長、及びピットの深さと、陰極箔の電極箔厚、及び電極箔長を除き、実施例１の電解コンデンサと同一方法及び同一条件にて作製された。

（静電容量測定） 実施例１〜４及び比較例１の電解コンデンサの静電容量を測定した。測定にはＬＣＲメータ（Agilent Technologies社製、4284A）を用いた。測定では、周囲温度が２０℃であり、交流電圧レベルが０．５Ｖｒｍｓ以下であり、測定周波数を１２０Ｈｚから１００ｋＨｚの範囲とした。各周波数での充電及び静電容量の測定は３回ずつ行った結果の平均値を、グラフにプロットした。その結果を図１及び表３に示す。表３は、実施例１〜４及び比較例１の容量維持率、ピットの深さ、及び静電容量を示す。表３における静電容量は、１２０Ｈｚと１００ｋＨｚで測定した値を示す。

表３に示すように、比較例１の電解コンデンサにおいて、１２０Ｈｚにおける静電容量は６５８μＦであり１００ｋＨｚにおける静電容量は２６３μＦであった。１２０Ｈｚにおける静電容量は６５８μＦという値は、実施例１〜４及び比較例１のうちで最も大きい。一方、１００ｋＨｚにおける静電容量の２６３μＦという値は、実施例１〜４及び比較例１のうちで最も小さい。そのため、容量維持率が５０％の実施例４との比較でも、１２０Ｈｚにおける静電容量は比較例１が勝っているが、１００ｋＨｚにおける静電容量は実施例４の方が大きくなる。つまり、容量維持率が５０％以上の実施例１〜４は、容量維持率が５０％未満の比較例１に対して低周波数領域で静電容量が劣っていたとしても、高周波数領域において逆転した。

また、図１からは、１２０Ｈｚにおける静電容量においては、比較例１の静電容量が実施例１〜４の静電容量と比較して最も大きい。比較例１と実施例１〜４の電解コンデンサにおいては測定周波数が１２０Ｈｚから１０ｋＨｚへと増加するにしたがって、静電容量が徐々に減少していく。減少の割合は、１２０Ｈｚにおける静電容量が大きい比較例１や実施例４で大きく、１２０Ｈｚにおける静電容量が小さい実施例１や実施例２で小さい。しかしながら、１０ｋＨｚの時点では、比較例１と実施例１〜４の静電容量の大小関係は、１２０Ｈｚにおける静電容量の大小関係と同じである。そして、測定周波数が１０ｋＨｚから大きくなるにつれて比較例１の静電容量の減少率が大きくなる。そして、図１における右から２つ目のプロットである６７ｋＨｚ付近においては、比較例１は約３１２μＦ、実施例１は約３４６μＦ、実施例２は約３２１μＦ、実施例３は約３６５μＦ、実施例４は約３３６μＦであり、比較例１の静電容量が、比較例１と実施例１〜４との中で最も静電容量が小さくなる。つまり、低周波数領域の１２０Ｈｚにおいて最も大きな静電容量を有した比較例１は、高周波数領域の６７ｋＨｚ付近において、最も静電容量が小さくなる。すなわち、容量維持率が５０％未満の比較例１と容量維持率が５０％以上の実施例１〜４とでは、６７ｋＨｚ付近において、静電容量の大小関係が逆転する。なお、６７ｋＨｚ付近における静電容量は、１２０Ｈｚにおける静電容量に対して、比較例１では約４７％、実施例１では約８７％、実施例２では約７４％、実施例３では約６９％、実施例４では約５５％であった。

この静電容量の逆転メカニズムは、これに限定されるものではないが、以下のように推察される。すなわち、電解コンデンサの静電容量は、基材の単位面積当たりの比表面積の大きさや誘電体皮膜の厚さおよび陽極箔全体の面積により決定される。誘電体皮膜の表面積は、誘電体皮膜が形成されるエッチングピットの深さと、エッチングピットのピット径を加味される。つまり、エッチングピットの深さが深くなれば、誘電体皮膜の表面積が大きくなり、エッチングピットの径が大きくなれば誘電体皮膜の表面積は大きくなる。実施例１〜４及び比較例１では、ピットの深さを除き同一条件で作製されたものであり、エッチングピットのピット径は同一であると推察できる。

故に、比較例１と実施例１との誘電体皮膜の表面積の比較は、比較例１及び実施例１のピットの深さを比較することで行うことができる。比較例１及び実施例１のピットの深さは、比較例１が５５μｍであり実施例１の２０μｍの２．７５倍であるため、比較例１の誘電体皮膜の表面積が、実施例１の誘電体皮膜の表面積より広い。比較例１が、１２０Ｈｚにおいて大きな静電容量を発現していることを勘案すると、１２０Ｈｚにおいては誘電体皮膜の表面積が静電容量に対して優位的な影響を与える、一方で、容量維持率に対して悪影響を与えることが推察できる。

一方、誘電体皮膜が形成される陽極箔の面積が静電容量に対して優位的な影響を与える場合について推察する。実施例１及び比
較例１の電極箔の長さは、実施例１が３７５０ｍｍであり、比較例１の２７６３ｍｍの１．３６倍である。実施例１の容量維持率が８５％と大きく、１２０Ｈｚと１００ｋＨｚの静電容量との差が少ないことを勘案すると、１００ｋＨｚにおいても静電容量を維持できるという優位な効果を奏する。一方で、１２０Ｈｚにおいては静電容量に与える影響は少ないと推察できる。

つまり、容量維持率が５０％未満の電解コンデンサは、ピットの深さが深いため、誘電体皮膜の表面積が大きく、１２０Ｈｚの静電容量は大きくなる。しかしながら、１００ｋＨｚにおいては、ピットの深さを有効的に活用できず、しかも、電極箔の長さが短いため、高い静電容量を維持することができず、１００ｋＨｚに近づくにつれて静電容量は大幅に低下する。

これに対して、容量維持率が５０％以上の電解コンデンサは、ピットの深さが浅いため、誘電体皮膜の表面積が小さく、１２０Ｈｚにおいて大きな静電容量を発現することはできない。一方で、数十ｋＨｚ超の高周波数領域においては、浅いピットが効率良く使われており、また、電極箔の長さが長いため、数十ｋＨｚ超の高周波数領域においても高い静電容量を維持することが可能となる。以上の結果より、１００ｋＨｚにおいて容量維持率が５０％未満の電解コンデンサと、容量維持率が５０％以上の電解コンデンサとにおいて、静電容量の逆転が起こるという推察が可能である。そして、この逆転現象は、少なくとも６７ｋＨｚ付近を下限として始まり、１００ｋＨｚにおいて顕著であることが確認された。

（２．第２の特性比較） 第２の特性比較としては、実施例１〜４及び比較例１の電解コンデンサにおける経過時間ごとのガス発生量の測定を行った。

（経過時間ごとのガス発生量の測定） 実施例１〜４及び比較例１の電解コンデンサのガス発生量の測定は、経過時間ごとのケース底の膨らみ量と、ケース底の安全弁の作動時間を基に行った。測定では、実施例１〜４及び比較例１の電解コンデンサを５個ずつ用意した。これらの電解コンデンサに対して、周囲温度が１０５℃の条件のもと、リプル周波数１００ｋＨｚ、リプル電流４．４Ａｒｍｓ、印加電圧のピークが４２０Ｖとなるようにリプル電流を流し続けた。そして、経過時間ごとのケース底の膨らみ量と、ケース底の安全弁が作動した時間を測定した。その結果を図２及び表４に示す。図２は、実施例１〜４及び比較例１の経過時間ごとのケース底の膨らみ量を示す。

図２が示すように、実施例１〜４及び比較例１の電解コンデンサは、時間の経過に伴って、内部で発生したガスにより、ケース底が徐々に膨らんでくる。例えば、１０００時間経過時には、ケースの膨らみ量は、比較例１は約１．５ｍｍであり、これは実施例１及び実施例２の約１．５倍に相当する。

さらに、時間が経過し、経過時間が１５００時間となると、比較例１において、ケースの膨らみが１．８ｍｍに達する。実施例１〜４及び比較例１の電解コンデンサのケースは、ケース底の形状などの制約のため、ケース底は１．８ｍｍ以上に膨らむことはない。そのため、比較例１においては、経過時間１５００時間以降は、発生したガスにより電解コンデンサ内部の圧力を高くする方向に作用する。図２からは、ケース底の膨らみ量が１．８ｍｍに達する時間は、実施例１が３０００時間、実施例２が２５００時間、実施例３が２０００時間、実施例４が２０００時間であることがわかる。表４は、実施例１〜４及び比較例１の容量維持率、ピットの深さ、及びケース底の安全弁が作動した時間と個数を示す。

表４に示すように、電解コンデンサは、ケース底の膨らみが１．８ｍｍに達した１０００時間後、電解コンデンサ内の圧力がケース底の安全弁の作動圧力より大きくなり、安全弁が動作する。すなわち、比較例１では、経過時間が２５００時間を超えると５個の電解コンデンサのうち２個の電解コンデンサで安全弁が作動し、３０００時間を超えると残りの３個の電解コンデンサで安全弁が作動する。また、実施例４では、経過時間が３０００時間を超えると５個の電解コンデンサの全てで安全弁が作動する。実施例３では、経過時間が３０００時間を超えると５個の電解コンデンサのうち１個の電解コンデンサで安全弁が作動し、３５００時間を超えると残りの４個の電解コンデンサで安全弁が作動する。一方、実施例１及び実施例２のコンデンサにおいては、経過時間が３５００時間以下では、電解コンデンサの安全弁は作動しない。

これにより、１００ｋＨｚにおける静電容量が１２０Ｈｚにおける静電容量に対して６５％以上の電解コンデンサにおいては、リプル周波数が１００ｋＨｚの高周波数領域においても、経時劣化に対する高い信頼性を有することが確認された。

（３．第３の特性比較） 第３の特性比較では、実施例１〜４及び比較例１の各電解コンデンサにおける１２０Ｈｚ〜１００ｋＨｚのＥＳＲを測定した。

（ＥＳＲ測定） 実施例１〜４及び比較例１の電解コンデンサのＥＳＲを測定した。ＥＳＲの測定は、第１の特性比較と同じ条件において行った。つまり、周囲温度が２０℃であり、交流電圧レベルが０．５Ｖｒｍｓ以下であり、測定周波数を１２０Ｈｚから１００ｋＨｚの範囲とした。各周波数での充電及び静電容量の測定は３回ずつ行い平均値を、横軸を周波数とし、縦軸を静電容量とするグラフにプロットした。その結果を図３に示す。

図３に示すように、１２０ＨｚにおけるＥＳＲは、実施例１〜４及び比較例１において、約１４０ｍΩであるが、１００ｋＨｚにおけるＥＳＲは実施例１が９０ｍΩ、実施例２が９０ｍΩ、実施例３が１００ｍΩであり、実施例４が１２０ｍΩ、比較例１が１２０ｍΩである。すなわち、容量維持率が６０％以上で、１００ｋＨｚにおけるＥＳＲが低くなることが確認された。従って、１００ｋＨｚにおけるＥＳＲの観点では、容量維持率は６０％以上であることが望ましいことが確認された。

コンデンサのＥＳＲを低く設定することができると、リプル電流印加時の自己発熱が抑制され、高周波数領域のリプル電流印加に対して、低損失、かつ、長寿命のコンデンサが設計可能である。

Claims (5)

1. 電極箔と電解液とを有する電解コンデンサであって、 １００ｋＨｚにおける静電容量が、１２０Ｈｚにおける静電容量に対して５０％以上であること、 を特徴とする電解コンデンサ。
2. 前記１００ｋＨｚにおける静電容量が、前記１２０Ｈｚにおける静電容量に対して６５％以上であること、 を特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサ。
3. 前記コンデンサは、１００ｋＨｚ以上の周波数領域で使用されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電解コンデンサ。
4. 前記電解液はエチレングリコールを主体とする電解液であること、 を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電解コンデンサ。
5. 前記電極箔はアルミニウム箔であること、 を特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の電解コンデンサ。
   

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