KR100865440B1 - 권회형 콘덴서 및 그 제조 방법 - Google Patents
권회형 콘덴서 및 그 제조 방법Info
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Abstract
누설전류의 증가를 억제할 수가 있는 권회형 콘덴서를 제공한다. 권회형 콘덴서(100)는 양극 단자(30)가 접속된 양극박(21)과 음극 단자(40)가 접속된 음극박(22)이 세퍼레이터(23)를 개재하여 권회되고, 양극박(21)과 음극박(22)의 사이에 전해질층(24)이 형성된 콘덴서 소자(20)와, 개구부를 가지고 콘덴서 소자(20)를 수용하는 수용 부재(10)와, 양극 단자(30) 및 음극 단자(40)가 관통하는 관통공을 구비하고, 수용 부재(10)의 개구부를 봉구하는 봉구 부재(11)를 구비하고, 봉구 부재(11)와 콘덴서 소자(20)의 사이에는 소정의 간극이 개재하고, 양극 단자(30) 및 음극 단자(40)의 적어도 어느 일방에 간극을 확보하기 위한 스토퍼(35)가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 각종 전자 기기에 이용되는 권회형 콘덴서(winding type condenser) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
근년 들어, 전자 기기의 디지털(digital)화에 수반하여, 콘덴서에 대용량화, 소형화 및 저소비 전력화, 및 고주파 영역에서의 임피던스(impedance)의 저하화가 요구되고 있다. 이들 콘덴서의 한 형태로서, 바닥 있는 통 형상의 알루미늄제 케이스, 수지 케이스 등의 내부에 콘덴서 소자가 수납되고, 상기 케이스의 개구부가 봉구(封口)된 권회형 전해 콘덴서가 알려져 있다.
상기의 봉구 방법으로서는, 에폭시 수지(epoxy resin) 등을 부어 넣는 방법, 기밀성이 높은 금속 재료를 이용하여 저항 용접하는 방법 등이 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 또는 2 참조). 또, 봉지 작업성 및 내습성을 가지는 고무 등의 염가의 봉구(封口) 부재(sealing material)에 의해 개구부를 봉구하고, 단자를 봉구 부재에 삽입 통과시키는 것도 행해지고 있다.
또한, 상기 콘덴서에 저소비 전력이 요구되고 있기 때문에, 콘덴서로부터의 누설전류를 극력 저감시키는 것이 필수로 된다. 그래서, 제조 공정에 있어서 전극박에 탭 단자(tab terminal)를 용접하고 권회(winding)한 소자를 전해액 중에서 통전하고, 전극박 및 탭 단자에 대해서 화성(化成) 피막을 형성함으로써 누설전류를 저감시키는 것이 행해지고 있다. 또, 탭 단자에 절연성 수지를 도포하는 기술도 있다(예를 들면, 특허문헌 3 참조).
특허문헌 1: 일본 특허공개 2000－114118호 공보
특허문헌 2: 일본 특허공개 평성 11－3840호 공보
특허문헌 3: 일본 특허공개 2001－284175호 공보
그렇지만, 특허문헌 1 또는 특허문헌 2의 기술에 의하면, 수지를 봉입할 때 또는 저항 용접을 할 때에 단자에 부하가 걸리기 쉽다. 또, 봉구 부재를 이용하는 경우에 있어서, 전극박 및 단자에 화성 피막을 형성하려고 해도, 봉구 부재에 의해 전극박 및 단자에의 전해액의 스며듦이 제한됨으로써 피막 형성 효과가 반감한다. 또, 피막 형성 후에 봉구 부재를 장착하는 경우에 있어서도, 봉구 부재를 장착할 때에 전극박 및 탭 단자에 걸리는 압력에 의해 화성 피막이 파괴되어 버린다. 그 결과, 누설전류의 증대를 초래하는 일이 있다. 특허문헌 3의 기술에 있어서도 마찬가지이다.
또, 용도에 따라서는 실장을 위해 고온 리플로우 납땜(reflow soldering)과 같이 200℃ 이상의 열이 수초에서 수분 동안 상기 콘덴서에 대해서 작용하는 경우가 있다. 이 경우, 전해질의 분해에 의해 내압이 상승하고, 봉구 부재 자체의 팽창에 의해 소자가 압력을 받음으로써, 누설전류의 증대, 또 봉구 부재의 변형에 의한 외관 불량을 초래하는 일이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 누설전류의 증가를 억제할 수가 있는 권회형 콘덴서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관계되는 권회형 콘덴서는 양극 단자가 접속된 양극박과 음극 단자가 접속된 음극박이 세퍼레이터(separator)를 개재하여 권회되고 양극박과 음극박의 사이에 전해질층이 형성된 콘덴서 소자와, 개구부를 가지고 콘덴서 소자를 수용하는 수용 부재와, 양극 단자 및 음극 단자가 관통하는 관통공을 구비하고 수용 부재의 개구부를 봉구하는 봉구 부재를 구비하고, 봉구 부재와 콘덴서 소자의 사이에는 1.0㎜∼3.0㎜의 간극이 개재하고, 양극 단자 및 음극 단자의 적어도 어느 일방은, 리드선부와 상기 리드선부보다 큰 직경을 가지고 상기 리드선부에 접속되어 상기 봉구 부재의 관통공을 관통하는 제1의 부재와, 상기 콘덴서 소자에 접속되는 제2의 부재와, 상기 제1의 부재와 상기 제2의 부재의 사이에 설치된 스토퍼(stopper)를 포함하고, 상기 스토퍼는 상기 제1의 부재의 직경보다 큰 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 관계되는 권회형 콘덴서에 있어서는, 봉구 부재와 콘덴서 소자의 사이의 간극에 의해 열 부하 등에 의한 봉구 부재의 팽창을 흡수할 수가 있다. 또, 스토퍼가 설치되어 있기 때문에, 봉구 부재와 콘덴서 소자의 접촉을 보다 효과적으로 방지할 수가 있다. 그에 의해, 봉구 부재로부터 콘덴서 소자에 압력이 가해지는 것을 방지할 수가 있다. 그 결과, 양극박의 에지(edge)부의 파괴를 방지할 수가 있다. 또, 봉구 부재와 콘덴서 소자의 사이의 간극에 의해, 콘덴서 소자 내에 잔류하는 용제 등의 휘발에 의한 내압 상승의 영향을 받기 어렵게 된다. 이 경우, 봉구 부재의 변형을 억제할 수가 있다. 이상의 것으로부터, 본 발명에 관계되는 권회형 콘덴서의 누설전류의 증가 및 봉구 부재의 변형에 의한 외관 불량을 억제할 수가 있다.
양극 단자 및 음극 단자는 봉구 부재의 관통공을 관통하는 제1의 부재와 콘덴서 소자에 접속되는 제2의 부재를 포함하고, 스토퍼(stopper)는 제1의 부재의 직경보다 큰 직경을 가지고 제1의 부재와 제2의 부재의 사이에 설치되어 있어도 좋다. 이 경우, 스토퍼는 봉구 부재와 콘덴서 소자의 사이에 설치되어 있다. 그에 의해, 봉구 부재와 콘덴서 소자의 접촉을 효과적으로 방지할 수가 있다. 또, 제1의 부재는 환봉 형상을 가지고, 스토퍼는 제1의 부재의 직경보다 큰 폭을 가지는 평판 형상을 가지고 있어도 좋다.
양극박, 제1의 부재, 제2의 부재 및 스토퍼는 표면에 산화 피막을 가지고, 음극박은 표면에 산화 피막 또는 밸브 금속(valve metal) 또는 탄소 재료를 가지고 있어도 좋다. 양극박, 음극박, 제1의 부재, 제2의 부재 및 스토퍼는 표면에 산화 피막을 가지고 있어도 좋다. 이 경우, 본 발명에 관계되는 권회형 콘덴서의 누설전류 증가를 억제할 수가 있다.
수용 부재는 개구부 근방에 있어서 제1의 오목부를 구비하고, 봉구 부재는 제1의 오목부에 의해 지지되어 있어도 좋다. 이 경우, 봉구 부재와 콘덴서 소자의 접촉을 효과적으로 방지할 수가 있다. 또, 봉구 부재의 변형을 억제할 수가 있다. 또, 수용 부재는 봉구 부재와 콘덴서 소자의 사이에 제2의 오목부를 구비하고 있어도 좋다. 이 경우, 봉구 부재와 콘덴서 소자의 접촉을 보다 효과적으로 방지할 수가 있다. 또, 봉구 부재의 변형을 보다 효과적으로 억제할 수가 있다. 또한, 봉구 부재는 고무로 이루어져 있어도 좋다. 이 경우, 본 발명에 관계되는 권회형 콘덴서의 기밀성이 향상된다.
본 발명에 관계되는 권회형 콘덴서의 제조 방법은 양극 단자가 접속된 양극박과 음극 단자가 접속된 음극박을 세퍼레이터(separator)를 개재하여 권회하는 공정과, 양극 단자 및 음극 단자를 봉구(封口) 부재에 관통시키고 봉구 부재와 양극박 및 음극박의 사이에 소정의 간극을 설치하는 공정과, 양극 단자, 양극박, 음극 단자 및 음극박에 화성(化成) 처리를 하는 공정과, 양극박과 음극박의 사이에 전해질층을 형성하여 콘덴서 소자를 형성하는 공정과, 개구부를 가지는 수용 부재에 콘덴서 소자를 수용하여 개구부를 봉구 부재에 의해 봉구(封口)하는 공정을 포함하고, 양극 단자 및 음극 단자의 적어도 어느 일방에 간극을 확보하기 위한 스토퍼(stopper)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 관계되는 권회형 콘덴서의 제조 방법에 있어서는, 양극 단자가 접속된 양극박과 음극 단자가 접속된 음극박이 세퍼레이터를 개재하여 권회되고, 양극 단자 및 음극 단자가 봉구 부재를 관통하고, 봉구 부재와 양극박 및 음극박의 사이에 소정의 간극이 설치되고, 양극 단자, 양극박, 음극 단자 및 음극박에 화성 처리가 되고, 양극박과 음극박의 사이에 전해질층이 형성됨으로써 콘덴서 소자가 형성되고, 개구부를 가지는 수용 부재에 콘덴서 소자가 수용되고 개구부가 봉구 부재에 의해 봉구된다. 이 경우, 화성 처리에 의해 양극박의 단면(에지부)에 노출되는 금속 또는 단자 접속에 의한 손상 등에 기인하는 노출 금속면에 산화 피막이 형성된다. 또, 봉구 부재와 각 전극박의 사이에 공극이 설치되어 있기 때문에, 양극 단자에 충분히 전해액을 널리 퍼지게 할 수가 있다. 그에 의해, 양극 단자의 표면에 산화 피막을 충분히 형성할 수가 있다. 그 결과, 본 발명에 관계되는 권회형 콘덴서의 누설전류의 증가를 억제할 수가 있다.
수용부에 있어서의 봉구 부재를 지지하는 부위에 조임 가공 및 컬(curl) 가공을 하는 공정을 더 포함하고 있어도 좋다. 이 경우, 봉구 부재와 콘덴서 소자의 접촉을 효과적으로 방지할 수가 있다. 수용부에 있어서의 봉구 부재와 콘덴서 소자의 사이의 부위에 조임 가공을 하는 공정을 더 포함하고 있어도 좋다. 이 경우, 봉구 부재와 콘덴서 소자의 접촉을 보다 효과적으로 방지할 수가 있다. 봉구 부재는 고무로 이루어져 있어도 좋다. 이 경우, 본 발명에 관계되는 권회형 콘덴서의 기밀성이 향상된다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태를 설명한다.
(제1의 실시의 형태)
도 1은 본 발명의 제1의 실시의 형태에 관계되는 권회형(winding type)의 콘덴서(condenser)(100)를 설명하기 위한 도이다. 도 1 (a) 및 도 1 (b)는 콘덴서(100)의 일부 절단 단면도이다. 도 1 (a)는 콘덴서(100)를 정면에서 본 경우의 도이고, 도 1 (b)는 콘덴서(100)를 측면에서 본 경우의 도이다. 도 1 (a) 및 도 1 (b)에 나타내듯이, 콘덴서(100)는 바닥 있는 통 형상의 금속 케이스(10) 내에 콘덴서 소자(20)가 수용된 구조를 가진다.
콘덴서 소자(20)는 양극박(21) 및 음극박(22)이 세퍼레이터(separator)(23)를 개재하여 권회된 통 형상의 콘덴서 소자이다. 양극박(21)과 세퍼레이터(23)의 사이 및 음극박(22)과 세퍼레이터(23)의 사이에 전해질층(24)이 형성되어 있다. 양극박(21) 및 음극박(22)은 알루미늄(aluminium), 탄탈룸(tantalum), 니오븀(niobium), 티타늄(titanium) 등의 금속으로 이루어진다. 음극박(22)은 양극박(21)과 동종의 금속이라도 좋고, 금속 재료 표면에 밸브 금속을 증착시킨 것, 탄소를 흡착시킨 것 등이라도 좋다. 본 실시의 형태에 있어서는, 양극박(21) 및 음극박(22)은 표면에 유전체 산화 피막이 형성된 알루미늄으로 이루어진다.
세퍼레이터(23)는 마닐라삼을 주성분으로 하는 셀룰로스(cellulose) 전해지(電解紙)라도 좋고, 아크릴 수지(acryl resin), PET(폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate) )등을 주성분으로 하는 부직포 등이라도 좋다. 또, 부직포 및 셀룰로스 전해지의 혼합물을 세퍼레이터(23)로서 이용할 수도 있다. 본 실시의 형태에 있어서는, 세퍼레이터(23)는 마닐라삼을 주체로 하는 전해지로 이루어진다. 이 경우, 화성(化成) 공정에 있어서의 열처리에 의해 마닐라삼이 탄화하고 밀도가 작아짐으로써, 세퍼레이터(23) 내에 전해질을 충분히 충전할 수가 있다.
전해질층(24)으로서는 카르복실산(carboxylic acid)을 물 등의 용매에 용해한 구동용 전해액, TCNQ 착체 등의 착염 등을 이용할 수가 있다. 본 실시의 형태에 있어서는, 전해질층(24)은 보다 저저항으로 고온 하에서도 안정한 도전성 고분자로 이루어진다. 이 도전성 고분자에는 폴리에틸렌디옥시티오펜(polyethylenedioxythiophene) 등의 중합 물질을 이용할 수가 있다. 이 경우, 콘덴서(100)의 고유 저항이 저감되고 ESR이 저감된다.
또, 콘덴서 소자(20)는 전극 인출 수단으로서 양극 단자(30) 및 음극 단자(40)를 구비하고 있다. 양극 단자(30)는 양극박(21)에 접속되고 음극 단자(40)는 음극박(22)에 접속되어 있다. 양극 단자(30) 및 음극 단자(40)의 상세한 것에 대하여는 후술한다.
금속 케이스(10)는 바닥 있는 통 형상으로 가공할 수 있는 금속 소재로 이루어진다. 본 실시의 형태에 있어서는 염가로 가공이 용이한 알루미늄을 금속 케이스(10)로서 이용하고 있다. 금속 케이스(10)의 개구부 부근의 원주면을 따라서 홈부(12)가 형성되어 있다. 금속 케이스(10)의 개구부에는 봉구(封口) 부재(11)가 밀어넣어져 있다. 봉구 부재(11)는 홈부(12)에 의해 고정되고 금속 케이스(10)는 봉구 부재(11)에 의해 밀봉되어 있다. 봉구 부재(11)에는 2개의 관통공이 형성되어 있다. 양극 단자(30) 및 음극 단자(40)는 이 2개의 관통공의 각각을 통과하여 금속 케이스(10)의 외부로 인출되어 있다.
봉구 부재(11)로서는 금속 케이스(10)와 저항 용접이 가능한 금속, 성형이 용이한 에폭시 수지(epoxy resin) 등을 이용할 수가 있다. 본 실시의 형태에 있어서는 봉구 부재(11)로서 고무재를 이용하고 있다. 이 경우, 조임 가공 및 컬(curl) 가공을 용이하게 할 수가 있음과 동시에 봉구 부재(11)의 기밀성이 보증된다. 이 고무재로서는 IIR(이소부틸렌 이소프로필렌 공중합체(isobutylene isopropylnene copolymer)로 이루어지는 고무), EPT(에틸렌 프로필렌 공중합체(ethylene propylene copolymer)로 이루어지는 고무), IIR 및 EPT의 블렌드(blend)품 등을 이용할 수가 있다.
봉구 부재(11)와 콘덴서 소자(20)의 사이에는 1.0mm~3.0mm 정도의 공간이 개재한다. 이 경우, 열 부하 등에 의한 봉구 부재(11)의 팽창을 흡수할 수가 있다. 그에 의해, 봉구 부재(11)로부터 콘덴서 소자(20)에 압력이 가해지는 것을 방지할 수가 있다. 그 결과, 양극박(21)의 에지(edge)부에 있어서의 유전체 산화 피막의 결손 발생을 방지할 수가 있다. 또, 봉구 부재(11)와 콘덴서 소자(20)의 사이에 공간이 개재함으로써, 콘덴서 소자(20) 내에 잔류하는 용제 등의 휘발에 의한 내압 상승의 영향을 받기 어렵게 된다. 이 경우, 봉구 부재(11)의 변형을 억제할 수가 있다. 이상의 것으로부터, 콘덴서(100)의 누설전류의 증가를 억제할 수가 있다.
이어서, 양극 단자(30)의 상세한 것에 대하여 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2는 양극 단자(30)의 상세한 것에 대하여 설명하기 위한 도이다. 도 2 (a)는 양극 단자(30)의 측면도이고, 도 2 (b)는 후술하는 압연부(壓延部)(31)측에서 양극 단자(30)를 본 경우의 저면도이고, 도 2 (c)는 후술하는 리드선부(33)측에서 양극 단자(30)를 본 경우의 상면도이고, 도 2 (d)는 양극 단자(30)의 정면도이다.
도 2 (a) 및 도 2 (d)에 나타내듯이, 양극 단자(30)는 탭 단자(tab terminal) 구조를 가진다. 구체적으로는, 양극 단자(30)는 압연부(31), 환봉부(32), 리드선부(33)를 포함한다. 환봉부(32)와 리드선부(33)는 용접부(34)를 개재하여 접속되어 있다. 압연부(31) 및 환봉부(32)는 양극박(21)과 마찬가지의 재료로 구성된다. 또, 압연부(31) 및 환봉부(32)의 표면에는 양극박(21)과 마찬가지로 화성 처리에 의해 산화 피막이 형성되어 있어도 좋고, 폴리이미드(polyimide) 등의 절연성 수지가 코팅되어 있어도 좋다. 본 실시의 형태에 있어서는, 압연부(31) 및 환봉부(32)는 표면에 화성 처리가 된 알루미늄으로 이루어지고, 리드선부(33)는 표면에 주석 도금 처리가 된 동선으로 이루어진다.
압연부(31)에는 환봉부(32)측으로부터 순서대로 스토퍼(stopper)부(35) 및 접속부(36)가 형성되어 있다. 스토퍼부(35)는 콘덴서(100)에 있어서 봉구 부재(11)와 콘덴서 소자(20)의 사이의 공간에 위치한다. 이 스토퍼부(35)는 도 2 (d)에 나타내듯이, 환봉부(32)의 직경보다도 큰 폭을 가진다. 이 경우, 열 부하 등에 의해 봉구 부재(11)가 팽창하려고 해도, 봉구 부재(11)와 콘덴서 소자(20)의 접촉을 효과적으로 방지할 수가 있다. 그에 의해, 양극박(21)의 에지부에 있어서의 유전체 산화 피막의 결손 발생을 보다 효과적으로 방지할 수가 있다. 접속부(36)는 판 모양의 형상을 가진다. 양극 단자(30)와 양극박(21)은 접속부(36)에 의해 접속되어 있다.
스토퍼부(35)의 폭은 예를 들면, 환봉부(32)의 직경의 1.2배 정도 이상인 것이 바람직하다. 또, 스토퍼부(35)의 두께는 접속부(36)의 두께의 2.5배 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 콘덴서(100)를 안정적으로 조립할 수가 있고, 잔류 용제 등의 휘발에 의한 내압 상승의 영향을 억제할 수가 있고, 봉구 부재(11)의 팽창에 의한 봉구 부재(11)와 콘덴서 소자(20)의 접촉을 방지할 수가 있다. 또한, 스토퍼부(35)는 환봉부(32)의 일부를 압연함으로써 형성 가능하고, 접속부(36)는 스토퍼부(35)의 일부를 더 압연함으로써 형성 가능하다.
또한, 음극 단자(40)는 양극 단자(30)와 마찬가지의 구조를 가진다. 본 실시의 형태에 있어서는, 음극 단자(40)의 압연부(31) 및 환봉부(32)는 표면에 화성 처리가 된 알루미늄으로 이루어지고, 음극 단자(40)의 리드선부(33)는 표면에 주석 도금 처리가 된 동선으로 이루어진다.
이어서, 콘덴서(100)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 3 및 도 4는 콘덴서(100)의 제조 흐름도이다. 우선, 도 3 (a)에 나타내듯이, 양극 단자(30)의 접속부(36)와 양극박(21)을 접합하고, 음극 단자(40)의 접속부(36)와 음극박(22)을 접합한다. 이 경우, 초음파 용접법, 저항 용접법, 코킹 프레스(caulking press)법을 이용할 수가 있다. 본 실시의 형태에 있어서는 코킹 프레스법을 이용하고 있다. 이 경우, 접속부와 전극박의 사이에 있어서 보다 많은 금속 결합이 형성되기 때문에, 권회시 등에 부하되는 외부 응력에 대해서 강하게 된다. 그에 의해 저항 변화를 억제할 수가 있다. 다음에, 도 3 (b)에 나타내듯이, 양극박(21) 및 음극박(22)을 세퍼레이터(23)를 개재하여 권회한다. 이어서, 도 3 (c)에 나타내듯이, 양극 단자(30) 및 음극 단자(40)의 환봉부(32)를 봉구 부재(11)의 관통공에 삽입하고, 봉구 부재(11)와 각 전극박의 사이에 공극을 설치한다.
다음에, 도 3 (d)에 나타내듯이, 양극박(21), 음극박(22), 양극 단자(30) 및 음극 단자(40)에 대해서 전해액 중에서 통전하는 화성(化成) 처리를 한다. 전해액에 이용하는 용질은 인산 등의 수용액 중에서 전기 전도성을 가지는 용질이다. 본 실시의 형태에 있어서는, 전해액으로서 아디프산암모늄(ammonium adipate)을 이용하고 있다. 이 화성 처리는 아디프산암모늄 농도 0.5%~2%를 주체로 한 화성액을 이용하여 유전체 산화 피막의 화성 전압값에 근사한 전압으로 한다. 그 후, 열처리를 하고 화성 처리를 추가로 수회 행한다. 그에 의해, 보다 강고한 유전체 산화 피막을 형성할 수가 있다. 또한, 열처리는 200℃~320℃의 온도 범위에서 수분~수십분 정도 한다.
이 화성 처리에 의해, 양극박(21)의 단면(에지부)에 노출되는 밸브 금속 또는 단자 접속에 의한 손상 등에 기인하는 노출 금속면에 산화 피막이 형성된다. 또, 봉구 부재(11)와 각 전극박의 사이에 공극이 설치되어 있기 때문에, 양극 단자(30)에 충분히 전해액을 널리 퍼지게 할 수가 있다. 그에 의해, 양극 단자(30)의 표면에 산화 피막을 충분히 형성할 수가 있다. 그 결과, 콘덴서(100)의 누설전류의 증가를 억제할 수가 있다.
또한, 상기 화성 처리 공정에 있어서 음극박(22) 및 음극 단자(40)의 표면에도 산화 피막이 형성된다. 다만, 음극박(22) 및 음극 단자(40)의 절연성은 콘덴서(100)의 누설전류와 관계를 가지지 않는다. 따라서, 음극박(22) 및 음극 단자(40)의 표면에는 산화 피막이 형성되어 있지 않아도 좋다.
이어서, 도 4 (a)에 나타내듯이, 중합성 모노머(monomer) 및 산화제를 세퍼레이터(23)에 함침시켜 전해질층(24)을 형성한다. 전해질층(24)을 구성하는 폴리에틸렌디옥시티오펜(polyethylenedioxythiophene)으로 이루어지는 도전성 고분자는 예를 들면, 3, 4-에틸렌디옥시티오펜(3, 4-ethylenedioxythiophene) 등의 중합성 모노머 및 산화제에 의해 중합시켜 형성할 수가 있다.
또한, 중합성 모노머 대신에 중합성 모노머와 휘발 용액을 1：1 ~ 1：3의 체적비로 혼합한 모노머 용액을 이용할 수도 있다. 이 휘발성 용액으로서는 탄소수 1 이상의 유기 용매로서, 펜탄(pentane) 등의 탄화수소류, 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran) 등의 에테르(ether)류, 포름산에틸(ethyl formate) 등의 에스테르(ester)류, 아세톤(acetone) 등의 케톤(ketone)류, 메탄올(methanol) 등의 알코올(alcohol)류, 아세토니트릴(acetonitrile) 등의 질소 화합물 등을 이용할 수가 있고, 이들의 혼합 용매를 이용할 수도 있다. 특히, 메탄올, 에탄올, 아세톤 등을 이용하는 것이 바람직하다.
산화제로서는 고도전성의 고분자 형성에 적합한, 예를 들면 용매에 용해된 p－톨루엔술폰산제2철, p－톨루엔술폰산제2철 및 도데실벤젠술폰산제2철의 혼합물, p－톨루엔술폰산제2철 및 메톡시벤젠술폰산제2철의 혼합물 등을 이용할 수가 있다. 특히 후자 2예와 같은 혼합 산화제의 경우, 고분자 중의 도펀트(dopant)가 안정화되고 내열성도 안정하다. 상기 용매는 부탄올(butanol) 또는 부탄올과 탄소수 1 이상의 알코올인 것이 바람직하다. 이 경우, 산화제 분자가 분산되고 상기 중합성 모노머의 중합 반응이 촉진된다. 그 결과, 중합 시간의 단축화를 도모할 수 있다.
상기 용매와 산제２철의 비율은 임의라도 좋지만 40%~70% 용액을 이용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 산화제 농도가 높아지기 때문에, 상기 중합성 모노머의 중합 반응에 있어서 보다 치밀하고 수득량이 큰 고분자가 형성된다. 그에 의해, 도전성 고분자는 도전성이 우수한 성질을 가진다. 그 결과, ESR을 저하시킬 수가 있다. 또, 중합성 모노머와 산화제의 배합비는 1：3 ~ 1：6의 범위가 바람직하다.
다음에, 중합이 종료한 콘덴서 소자(20)에 대해서 열처리를 한다. 이 열처리는 240℃~320℃의 온도에서 3분~20분 정도 한다. 이 경우, 중합 반응에 사용되지 않은 모노머, 산화제 및 그들을 용해하고 있던 용매를 제거할 수가 있다. 그에 의해, 용매 등의 휘발에 의한 내압 상승을 억제할 수가 있다. 그 결과, 금속 케이스(10) 및 봉구 부재(11)의 변형을 방지할 수가 있다.
다음에, 도 4 (b)에 나타내듯이, 콘덴서 소자(20)를 금속 케이스(10) 내에 수납한다. 이어서, 도 4 (c)에 나타내듯이, 봉구 부재(11)를 금속 케이스(10)의 개구부에 밀어넣고, 금속 케이스(10)의 개구부에 대해서 조임 가공 및 컬(curl) 가공을 한다. 그에 의해 홈부(12)가 형성된다. 이 경우, 봉구 부재(11)와 콘덴서 소자(20)의 사이에 공간이 개재하고 있기 때문에, 콘덴서 소자(20)에 대해서 압력이 가해지지 않는다. 그에 의해, 양극박(21)의 화성 피막의 파괴를 방지할 수가 있다. 이상의 공정에 의해 콘덴서(100)가 완성된다.
또한, 용도에 따라서는 실장을 위해 고온 리플로우 납땜(reflow soldering)과 같이 200℃ 이상의 열이 수초에서 수분, 콘덴서(100)에 대해서 작용하는 경우가 있다. 그렇지만, 콘덴서 소자(20)의 상부, 양극 단자(30)의 압연부(31), 및 환봉부(32)는 이미 유전 산화 피막이 재화성 처리시에 형성되어 있다. 그에 의해, 내압 상승시라도 누설전류를 억제할 수가 있다. 봉구 후의 콘덴서 소자(20)에 대해서 120℃~180℃에서 소정의 전압 처리를 한 후에, 필요하다면 리드선부(33)을 가공하여 콘덴서(100)를 완성시킨다. 예를 들면 표면 실장품에 있어서는, 리드선부(33)를 프레스(press)하고 좌판(座板)을 삽입 후 휨 가공을 해도 좋다.
본 실시의 형태에 있어서는, 금속 케이스(10)가 수용 부재에 상당하고, 환봉부(32)가 제1의 부재에 상당하고, 접속부(36)가 제2의 부재에 상당하고, 홈부(12)가 제1의 오목부에 상당한다.
(제2의 실시의 형태)
도 5는 본 발명의 제2의 실시의 형태에 관계되는 콘덴서(100a)의 외관도이다. 도 5에 나타내듯이, 금속 케이스(10)의 개구부 부근에 원주면을 따라 홈부(13)가 더 형성되어 있다. 도 6은 콘덴서(100a)의 일부 절단 단면도이다. 도 6 (a)는 콘덴서(100a)를 정면에서 본 경우의 도이고, 도 6 (b)는 콘덴서(100a)를 측면에서 본 경우의 도이다. 도 6 (a) 및 도 6 (b)에 나타내듯이, 콘덴서(100a)가 도 1의 콘덴서(100)와 다른 점은 금속 케이스(10)에 있어서, 봉구 부재(11)와 콘덴서 소자(20)의 사이에 홈부(13)가 형성되어 있다는 점이다.
이 경우, 홈부(12) 및 홈부(13)에 의해 봉구 부재(11)가 고정된다. 그에 의해, 열 부하 등에 의해 봉구 부재(11)가 팽창하려고 해도 봉구 부재(11)와 콘덴서 소자(20)의 접촉을 효과적으로 방지할 수가 있다. 그에 의해, 양극박(21) 및 음극박(22)의 에지(edge)부에 있어서의 유전체 산화 피막의 결손 발생을 보다 효과적으로 방지할 수가 있다. 또, 봉구 부재(11)의 변형을 보다 효과적으로 억제할 수가 있다.
이어서, 콘덴서(100a)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 7은 콘덴서(100a)의 제조 흐름도이다. 우선, 도 3 (a) ~ 도 3 (c) 및 도 4 (a)의 공정에 따라서 콘덴서 소자(20)를 완성시킨다. 다음에, 도 7(a)에 나타내듯이, 콘덴서 소자(20)를 금속 케이스(10) 내에 수납한다. 이어서, 도 7(b)에 나타내듯이, 봉구 부재(11)를 금속 케이스(10)의 개구부에 밀어넣고, 금속 케이스(10)에 있어서의 봉구 부재(11)와 콘덴서 소자(20)의 사이에 조임 가공을 한다. 그에 의해 홈부(13)가 형성된다. 이 경우, 봉구 부재(11)와 콘덴서 소자(20)의 사이에 공간이 개재하고 있기 때문에 콘덴서 소자(20)에 대해서 압력이 가해지지 않는다. 그에 의해, 양극박(21) 및 음극박(22)의 화성 피막의 파괴를 방지할 수가 있다.
다음에, 도 7(c)에 나타내듯이, 금속 케이스(10)에 있어서의 봉구 부재(11)가 배치된 곳에 조임 가공 및 컬(curl) 가공을 한다. 그에 의해 홈부(12)가 형성된다. 이 경우, 봉구 부재(11)가 홈부(12)에 의해 고정된다. 이상의 공정에 의해 콘덴서(100a)가 완성된다.
도 8은 콘덴서(100a)의 다른 제조 흐름도이다. 우선, 도 3 (a) ~ 도 3 (c) 및 도 4 (a)의 공정에 따라서 콘덴서 소자(20)를 완성시킨다. 다음에, 도 8 (a)에 나타내듯이, 조임 가공에 의해 미리 홈부(13)가 형성된 금속 케이스(10) 내에 콘덴서 소자(20)를 수납한다. 이어서, 도 8 (b)에 나타내듯이, 봉구 부재(11)를 금속 케이스(10)의 개구부에 밀어넣고, 금속 케이스(10)의 개구부에 대해서 조임 가공 및 컬(curl) 가공을 한다. 그에 의해 홈부(12)가 형성된다. 이 경우, 봉구 부재(11)와 콘덴서 소자(20)의 사이에 공간이 개재하고 있기 때문에 콘덴서 소자(20)에 대해서 압력이 가해지지 않는다. 그에 의해, 양극박(21) 및 음극박(22)의 화성 피막의 파괴를 방지할 수가 있다. 이상의 공정에 의해 콘덴서(100a)가 완성된다.
본 실시의 형태에 있어서는 홈부(13)가 제2의 오목부에 상당한다.
<실시예>
이하, 상기 실시의 형태에 관계되는 콘덴서를 제작하고 그 특성을 조사하였다.
(실시예)
실시예에 있어서는 도 1의 콘덴서(100)를 제작하였다. 양극박(21) 및 음극박(22)에는 에칭(etching) 처리 및 화성(化成) 처리가 된 알루미늄박을 이용하였다. 양극 단자(30) 및 음극 단자(40)의 리드선부(33)에는 동(copper) 모재에 주석 도금 처리를 한 것을 이용하였다. 양극 단자(30) 및 음극 단자(40)의 압연부(31) 및 환봉부(32)에는 알루미늄을 이용하였다. 세퍼레이터(23)에는 마닐라삼 주체의 전해지를 이용하였다. 금속 케이스(10)에는 내외면에 수지 코트(coat)가 된 알루미늄을 이용하였다. 봉구 부재(11)에는 IIR을 이용하였다. 실시예에 관계되는 콘덴서의 정격전압은 2.5WV이다.
최초로 콘덴서 소자(20)를 제작하였다. 우선, 코킹 프레스(caulking press)법에 의해, 양극박(21)을 양극 단자(30)에 접속하고 음극박(22)을 음극 단자(40)에 접속하였다. 그 후, 세퍼레이터(23)를 개재하여 양극박(21) 및 음극박(22)을 권회하고, 양극 단자(30) 및 음극 단자(40)의 환봉부(32)를 봉구 부재(11)의 관통공에 관통시킴으로써 봉구 부재(11)를 콘덴서 소자(20)에 장착하였다.
양극박(21), 음극박(22), 그리고 양극 단자(30) 및 음극 단자의 압연부(31)에 대해서, 아디프산암모늄(ammonium adipate) 농도 0.5%~2%를 주체로 한 화성액을 이용하여 양극박(21)의 산화 피막의 화성 전압값에 근사한 전압으로 화성 처리를 하고, 200℃~320℃의 온도 범위에서 3분~20분 열처리를 하였다. 다시 이 화성 처리 및 열처리를 3회~7회 반복한 후, 순수한 물로 5분 이상 세정 후, 100℃ 이상의 분위기에서 30분~90분 건조시켰다.
이어서, 전해질층(24)을 형성하였다. 세퍼레이터(23)에 3, 4-에틸렌디옥시티오펜(3, 4-ethylenedioxythiophene)과 p－톨루엔술폰산제2철의 1－부탄올(1-butanol) 용액을 함침시키고, 40℃~150℃의 온도 범위에서 16시간 대기 중에 유지하고, 폴리에틸렌디옥시티오펜으로 이루어지는 도전성 고분자층을 형성시켜 전해질층(24)을 완성시켰다. 다음에, 콘덴서 소자(20)에 240℃~320℃에서 3분~20분 정도 열처리를 한 후, 금속 케이스(10)에 수납 후, 조임 가공에 의해 봉구하였다. 봉구 후 125℃ 이상의 분위기 중에서 2.5V 이상의 전압을 인가하는 에이징(aging) 처리를 하고, 치수 φ8×11.5L의 콘덴서(100)를 완성시켰다.
(비교예)
비교예에 있어서는, 콘덴서 소자(20)와 봉구 부재(11)의 사이에 공간을 설치하지 않은 콘덴서를 제작하였다. 우선, 양극박(21) 및 음극박(22)을 세퍼레이터(23)를 개재하여 권회하고 봉구 부재(11)를 콘덴서 소자(20)의 상면까지 밀어넣고 재화성 처리를 하였다. 그 외의 구성 재료 및 제조 공정은 실시예에 관계되는 콘덴서와 마찬가지이다. 비교예에 관계되는 콘덴서의 정격전압도 2.5WV이다.
(분석)
실시예 및 비교예에 관계되는 콘덴서의 주파수 120Hz에 있어서의 정전 용량, tanδ, 주파수 100kHz에 있어서의 ESR, 및 정격전압 인가 후 2분에 있어서의 누설전류의 값을 표 1에 나타낸다. 실시예 및 비교예에 관계되는 콘덴서는 각각 50개씩 제작되어 있고, 표 1의 각 값은 그들의 평균치 Aｖe 및 불균일 σ를 나타내고 있다.
비교예에 관계되는 콘덴서와 비교하여 실시예에 관계되는 콘덴서에 있어서는, 봉구 부재(11)와 콘덴서 소자(20)의 사이에 공간이 개재하고 있다. 그에 의해, 실시예에 관계되는 콘덴서에 있어서는, 화성 처리에 있어서 압연부(31) 및 환봉부(32)로 전해액이 충분히 공급되고, 압연부(31) 및 환봉부(32)의 표면에 강고한 유전체 산화 피막이 형성되어 있다. 이상의 것으로부터, 콘덴서(100)에의 전압 인가시의 절연성이 향상되고, 누설전류가 저감되었다고 생각된다.
다음에, 열 부하에 의한 특성 변화를 조사하였다. 구체적으로는, 실시예 및 비교예에 관계되는 콘덴서를 땜납조(240℃, 90초간)에 함침하여 외관의 확인을 함과 동시에, 정격전압 인가 후 2분에서의 누설전류를 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 표 2에 있어서도 표 1의 각 값과 마찬가지로 50개의 콘덴서의 평균치가 표시되어 있고, 시험 후의 외관 상태와 누설전류의 평균치 Aｖe 및 불균일 σ가 표시되어 있다.
표 2에 나타내듯이, 실시예에 관계되는 콘덴서에 있어서는, 비교예에 관계되는 콘덴서와 비교하여 누설전류의 증가량이 낮아졌다. 또, 외관으로 비교한 경우, 실시예에 관계되는 콘덴서에 있어서는, 비교예에 관계되는 콘덴서와 비교하여 열 부하 후에도 눈에 띄는 변화가 없이 형상이 안정되어 있었다.
열 부하시에 있어서는, 전해질 중의 미반응분의 산화제, 모노머(monomer), 잔류 용제 등이 휘발함으로써 금속 케이스(10) 내의 내압이 상승한다. 비교예에 관계되는 콘덴서에 있어서는, 내압 상승에 더하여 콘덴서 소자(20)가 봉구 부재(11)의 변형에 의한 응력을 받는다. 그에 의해, 비교예에 관계되는 콘덴서에 있어서는, 콘덴서 소자(20)의 양극박(21) 및 음극박(22)의 에지(edge)부의 산화 피막이 파괴되어 결함부로 되고, 누설전류가 증가했다고 생각된다.
또한, 실시예에 관계되는 콘덴서에 있어서는, 금속 케이스(10) 내에 공간이 확보되어 있기 때문에 내압 상승 후에도 증기가 빠져나갈 곳이 있다. 따라서, 실시예에 관계되는 콘덴서에 있어서는 누설전류의 증가에 이르지 않았다고 생각된다. 또, 홈부(12) 및 압연부(31)에 봉구 부재(11)가 균일한 힘으로 지지됨으로써 봉구 부재(11)의 변형이 억제된 것도 이유의 하나라고 추측된다.
이상의 것으로부터, 실시예에 관계되는 콘덴서에 있어서는 초기 누설전류가 저감되는 것을 알았다. 또, 열 부하시에 있어서는 누설전류의 증가가 억제되고 또한 형상 변화가 억제되는 것을 알았다.
본 발명에 의하면, 봉구 부재와 콘덴서 소자의 접촉을 효과적으로 방지할 수가 있다. 그에 의해, 봉구 부재로부터 콘덴서 소자에 압력이 가해지는 것을 방지할 수가 있다. 이상의 것으로부터 누설전류의 증가를 억제할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 제1의 실시의 형태에 관계되는 권회형(winding type)의 콘덴서(condenser)를 설명하기 위한 도이다.
도 2는 양극 단자의 상세한 것에 대하여 설명하기 위한 도이다.
도 3은 제1의 실시의 형태에 관계되는 콘덴서의 제조 흐름도이다.
도 4는 제1의 실시의 형태에 관계되는 콘덴서의 제조 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제2의 실시의 형태에 관계되는 콘덴서의 외관도이다.
도 6은 제2의 실시의 형태에 관계되는 콘덴서의 일부 절단 단면도이다.
도 7은 제2의 실시의 형태에 관계되는 콘덴서의 제조 흐름도이다.
도 8은 제2의 실시의 형태에 관계되는 콘덴서의 다른 제조 흐름도이다.
<부호의 설명>
10 금속 케이스(metal case)
11 봉구(封口) 부재
12, 13 홈(groove)부
20 콘덴서(condenser) 소자
30 양극 단자
40 음극 단자
31 압연부
32 환봉부
33 리드선부
35 스토퍼(stopper)부
36 접속부
100, 100a 콘덴서(condenser)
Claims (11)
- 양극 단자가 접속된 양극박과 음극 단자가 접속된 음극박이 세퍼레이터를 개재하여 권회되고, 상기 양극박과 상기 음극박의 사이에 전해질층이 형성된 콘덴서 소자와,개구부를 가지고, 상기 콘덴서 소자를 수용하는 수용 부재와,상기 양극 단자 및 상기 음극 단자가 관통하는 관통공을 구비하고, 상기 수용 부재의 개구부를 봉구하는 봉구 부재를 구비하고,상기 봉구 부재와 상기 콘덴서 소자의 사이에는 1.0㎜∼3.0㎜의 간극이 개재하고,상기 양극 단자 및 상기 음극 단자의 적어도 어느 일방은, 리드선부와, 상기 리드선부보다 큰 직경을 가지고 상기 리드선부에 접속되어 상기 봉구 부재의 관통공을 관통하는 제1의 부재와, 상기 콘덴서 소자에 접속되는 제2의 부재와, 상기 제1의 부재와 상기 제2의 부재의 사이에 설치된 스토퍼를 포함하고,상기 스토퍼는 상기 제1의 부재의 직경보다 큰 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 권회형 콘덴서.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 제1의 부재는 환봉 형상을 가지고,상기 스토퍼는 상기 제1의 부재의 직경보다 큰 폭을 가지는 평판 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 권회형 콘덴서.
- 제3항에 있어서,상기 양극박, 상기 제1의 부재, 상기 제2의 부재 및 상기 스토퍼는 표면에 산화 피막을 가지고,상기 음극박은 표면에 산화 피막 또는 밸브 금속 또는 탄소 재료를 가지는 것을 특징으로 하는 권회형 콘덴서.
- 제1항, 제3항, 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 수용 부재는 상기 개구부 근방에 있어서 제1의 오목부를 구비하고,상기 봉구 부재는 상기 제1의 오목부에 의해 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 권회형 콘덴서.
- 제5항에 있어서,상기 수용 부재는 상기 봉구 부재와 상기 콘덴서 소자의 사이에 제2의 오목부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 권회형 콘덴서.
- 제1항, 제3항, 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 봉구 부재는 고무로 이루어지는 것을 특징으로 하는 권회형 콘덴서.
- 양극 단자가 접속된 양극박과 음극 단자가 접속된 음극박을 세퍼레이터를 개재하여 권회하는 공정과,상기 양극 단자 및 상기 음극 단자를 봉구 부재에 관통시키고, 상기 봉구 부재와 상기 양극박 및 상기 음극박의 사이에 1.0㎜∼3.0㎜의 간극을 설치하는 공정과,상기 양극 단자, 상기 양극박, 상기 음극 단자 및 상기 음극박에 화성 처리를 하는 공정과,상기 양극박과 상기 음극박의 사이에 전해질층을 형성하여 콘덴서 소자를 형성하는 공정과,개구부를 가지는 수용 부재에 상기 콘덴서 소자를 수용하여, 상기 개구부를 상기 봉구 부재에 의해 봉구하는 공정을 포함하고,상기 양극 단자 및 상기 음극 단자의 적어도 어느 일방은, 리드선부와 상기 리드선부보다 큰 직경을 가지고 상기 리드선부에 접속되어 상기 봉구 부재의 관통공을 관통하는 제1의 부재와, 상기 콘덴서 소자에 접속되는 제2의 부재와, 상기 제1의 부재와 상기 제2의 부재의 사이에 설치된 스토퍼를 포함하고,상기 스토퍼는 상기 제1의 부재의 직경보다 큰 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 권회형 콘덴서의 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 수용부에 있어서의 상기 봉구 부재를 지지하는 부위에 조임 가공 및 컬 가공을 하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 권회형 콘덴서의 제조 방법.
- 제8항 또는 제9항에 있어서,상기 수용부에 있어서의 상기 봉구 부재와 상기 콘덴서 소자의 사이의 부위에 조임 가공을 하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 권회형 콘덴서의 제조 방법.
- 제8항 또는 제9항에 있어서,상기 봉구 부재는 고무로 이루어지는 것을 특징으로 하는 권회형 콘덴서의 제조 방법.
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