(57)【要約】【課題】等価直流抵抗の低減、高容量化、小型化を達成できる電解コンデンサを提供する。【解決手段】本発明における電解コンデンサのコンデンサ素子５は陽極箔２と、陰極箔３と、シート部材４と、リードタブ７Ａ、７Ｂと、巻止めテープ５を備える。陽極箔２および陰極箔３の表面には導電性高分子層が形成されている。陽極箔２および陰極箔３には巻き始め部分を覆うようにシート部材４が配置され、陽極箔２と陰極箔３とシート部材４とがセパレータを介さずに巻回され、最外周を巻き止めテープによって止められる。これによりコンデンサ素子５が作製される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体皮膜および導電性高分子層が表面に順次形成された陽極箔と、
導電性高分子層が表面に形成された陰極箔と、
をセパレータを介さず巻回したコンデンサ素子を備えた電解コンデンサであって、
前記陽極箔の巻き始め部分の外周側の面と、前記陽極箔の巻き始め部分の内周側の面と、前記陰極箔の巻き始め部分の外周側の面と、前記陰極箔の巻き始め部分の内周側の面とのいずれかがシート部材で覆われている電解コンデンサ。
【請求項２】
前記陽極箔の一方端と前記陰極箔の一方端を巻き始め部分とし、前記シート部材が、前記陽極箔の一方端および／または前記陰極箔の一方端を越えて延びている請求項１記載の電解コンデンサ。
【請求項３】
前記シート部材は、天然繊維、合成樹脂、導電性高分子の少なくともいずれかからなる請求項１または請求項２のいずれかに記載の電解コンデンサ。
【請求項４】
前記陽極箔と前記陰極箔との隙間は、導電性高分子で充填されている請求項１乃至請求項３いずれかに記載の電解コンデンサ。
【請求項５】
誘電体皮膜および導電性高分子層が表面に順次形成された陽極箔と、
導電性高分子層が表面に形成された陰極箔と、
をセパレータを介さず巻回したコンデンサ素子を備えた電解コンデンサの製造方法であって、
陽極箔および陰極箔の表面に導電性高分子層を形成する第1の工程と、
前記陽極箔の巻き始め部分の外周側の面と、前記陽極箔の巻き始め部分の内周側の面と、前記陰極箔の巻き始め部分の外周側の面と、前記陰極箔の巻き始め部分の内周側の面と、のいずれかを覆うようにシート部材を配置して巻回しコンデンサ素子を作製する第２の工程と、
を備える電解コンデンサの製造方法。
【請求項６】
前記第２の工程において、前記巻き始め部分を前記陽極箔の一方端と前記陰極箔の一方端として、前記シート部材を配置し、前記一方端から延びた前記シート部材のみを巻回し、次いで前記陽極箔および前記陰極箔を前記シート部材とともに巻回する請求項５に記載の電解コンデンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、巻回式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。
【背景技術】
【０００２】
従来の巻回式電解コンデンサとして図７および図８に示されるものが知られている。（特許文献１参照）
図７の断面図に示すように、電解コンデンサ１は、リード線８Ａ、８Ｂを有するコンデンサ素子６、該コンデンサ素子６を収納する有底ケース９と、前記コンデンサ素子６を封止する封止部材１０を有している。有底ケース９の開口端近傍は、横絞り・カール加工されている。
【０００３】
前記コンデンサ素子６は、図８の斜視図に示すように、陽極箔２及び陰極箔３からなる一対の電極箔とセパレータ１２とを介して巻回し、巻き止めテープ５で止められて形成される。陽極リード線８Ａは陽極リードタブ７Ａを介して陽極箔２と接続され、陰極リード線８Ｂは陰極リードタブ７Ｂを介して陰極箔３と接続されている。
【０００４】
また、このような構造を有する電解コンデンサ１の電解質としては、電解液や固体電解質等が用いられ、コンデンサ素子６の電極箔２，３の隙間に充填されている。
【０００５】
このような電解コンデンサ１は静電容量が大きく、ＣＰＵのデカップリング回路あるいは電源回路などに広く使用されている。しかし、電子機器の発展に伴い、大容量化，小型化，低ＥＳＲ（Equivalent Series Resistance：等価直列抵抗）化などの多くの要求への対応が必要になってきた。
【特許文献１】特許第３４９５５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の電解コンデンサは、陽極箔と陰極箔との接触による短絡を防ぐため、陽極箔と陰極箔との間の全面にセパレータを挿入して巻回する必要があった。そのため、ESRの低減および大容量化、小型化を阻害する要因となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の本発明は、誘電体皮膜および導電性高分子層が表面に順次形成された陽極箔と、導電性高分子層が表面に形成された陰極箔とをセパレータを介さず巻回したコンデンサ素子を備えた電解コンデンサであって、陽極箔の巻き始め部分の外周側の面と、陽極箔の巻き始め部分の内周側の面と、陰極箔の巻き始め部分の外周側の面と、陰極箔の巻き始め部分の内周側の面とのいずれかがシート部材で覆われている電解コンデンサである。
【０００８】
さらに、陽極箔の一方端と陰極箔の一方端を巻き始め部分とし、シート部材が、陽極箔の一方端および／または陰極箔の一方端を越えて、コンデンサ素子中心部側に延びていることが好ましい。
【０００９】
更に、シート部材は、天然繊維、合成樹脂、導電性高分子の少なくともいずれかからなることが好ましい。
【００１０】
さらに、陽極箔と陰極箔との隙間は、導電性高分子で充填されていることが好ましい。
【００１１】
第２の発明は誘電体皮膜および導電性高分子層が表面に順次形成された陽極箔と、導電性高分子層が表面に形成された陰極箔とをセパレータを介さず巻回したコンデンサ素子を備えた電解コンデンサの製造方法であって、陽極箔および陰極箔の表面に導電性高分子層を形成する第1の工程と、陽極箔の巻き始め部分の外周側の面と、陽極箔の巻き始め部分の内周側の面と、陰極箔の巻き始め部分の外周側の面と、陰極箔の巻き始め部分の内周側の面とのいずれかを覆うようにシート部材を配置して巻回しコンデンサ素子を作製する第２の工程とを備える電解コンデンサの製造方法である。
【００１２】
さらに、第２の工程において、巻き始め部分を陽極箔の一方端部と前記陰極箔の一方端部としてシート部材を配置し、一方端から延びたシート部材のみを巻回し、次いで陽極箔および陰極箔を前記シート部材とともに巻回することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
このように、本発明よれば、予め電極箔の表面に導電性高分子層を形成することによって、セパレータを用いずに電解コンデンサを作製できる。さらに、コンデンサ素子の電極箔の巻き始め部分をシート部材で覆い巻回することによって、電極箔の巻き始め部分の損傷を防ぎ、陽極と陰極との間での短絡を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施のための最良の形態について以下に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の電解コンデンサの正面断面図、図２は本発明の電解コンデンサのコンデンサ素子の斜視図である。
【００１６】
本発明の電解コンデンサ１は、コンデンサ素子６と、リードタブ７Ａ、７Ｂと、リード線８Ａ、８Ｂと、有底ケース９と、封止部材１０と、座板１１とを備える。前記コンデンサ素子６は、陽極リードタブ７Ａおよび陰極リードタブ７Ｂが接続した陽極箔２および陰極箔３と、シート部材４とを備える。
【００１７】
まず、弁作用金属からなる陽極箔２および陰極箔３のうち、少なくとも前記陽極箔２の表面に化成処理によって酸化皮膜を形成する。化成処理は、電極箔を化成液に浸漬し電圧を印加することによって行った。
【００１８】
そして、前記陽極箔２および前記陰極箔３の表面に導電性高分子層を形成する。前記導電性高分子層には、脂肪族系、芳香族系、複素環式系および含ヘテロ原子系の導電性高分子を少なくとも１以上含まれていることが好ましく、中でもポリチオフェン系、ポリピロール系、ポリアニリン系導電性高分子が好ましい。前記導電性高分子層の形成方法としては、導電性高分子溶液または導電性高分子の微粒子を分散させた導電性高分子分散液を、電極箔の表面にコーティングする方法などが挙げられる。
【００１９】
次に、導電性高分子層を形成した前記陽極箔２および前記陰極箔３に、リードタブ７Ａ、７Ｂをそれぞれ接続する。前記リードタブ７Ａ、７Ｂは、前記陽極箔２および前記陰極箔３にそれぞれ電気的に接続されており、少なくとも陽極リードタブ７Ａの表面には誘電体皮膜が形成されているのが好ましい。
【００２０】
続いて、前記陽極箔２と陰極箔３をセパレータを介さず巻回し、最外周を巻止めテープ５で止める。この際、導電性高分子層によって、前記陽極箔２と前記陰極箔３とが接触しても短絡しなくなるため、従来の電解コンデンサのように、陽極箔と陰極箔との間の全面にセパレータを介在させる必要がなくなる。
【００２１】
しかし、巻取り機を使って巻回する際、前記コンデンサ素子にはセパレータを有していないため、図３（ａ）に示すように、陽極箔２および陰極箔３の一方端部は巻き始め部分として巻取り機の巻芯１３に挿入され、図３（ｂ）に示すように絡めて巻回されることになる。この場合、陽極箔２および陰極箔3は巻芯のエッジ部分Ａが接触することによって、表面の誘電体皮膜および導電性高分子層が損傷し、陽極と陰極との間で短絡しやすくなる。これを防ぐための方法を次に説明する。
【００２２】
図４は巻回時における巻芯近傍の図である。図４（ａ）に示すように、陽極箔２および陰極箔３の一方端部を巻き始め部分として巻芯１３に挿入する際、少なくとも1以上のシート部材４が、陽極箔２および陰極箔３の巻き始め部分を覆うように配置されている。そして、図４（ｂ）に示すように、巻芯13が時計方向に回転すると、陽極箔２、陰極箔３およびシート部材４がともに巻回される。このように巻回されたコンデンサ素子の陽極箔２および陰極箔３の巻き始め部分は、少なくとも１以上のシート部材とともに巻回されているため、巻芯１３のエッジ部分Ａと陽極箔２および陰極箔３との接触を防ぐことができる。
【００２３】
また、前記巻き始め部分は陽極箔２および陰極箔３の端部でなくても良い。図５は陽極箔を２枚および陰極箔を１枚用いて、陰極箔３の長手方向中央部を巻き始め部分とした場合の、巻芯１３近傍の図である。図５（ａ）に示すように、陰極箔３の長手方向中央部を覆うようにシート部材４が配置され、巻芯１３に挿入されている。陽極箔２は、陰極箔３の両面に配置され、一方の陽極箔２は巻芯１３の片側および他方の陽極箔２は巻芯１３の反対側に配置されている。そして、巻芯13が時計方向に回転すると、陽極箔２、陰極箔３およびシート部材４は、図５（ｂ）に示すように巻回される。これによって、巻芯１３のエッジ部分と陽極箔２および陰極箔３との接触を防ぐことができる。このように、電極箔の巻き始め部分は、電極箔の端部だけでなく長手方向中央部でも良い。
【００２４】
また、巻芯１３には陽極箔２および陰極箔３を挿入せず、シート部材のみを挿入して巻回しても良い。図６は、巻芯１３にシート部材４のみを挿入して巻回する場合の図である。図６（ａ）に示すように、陽極箔２および陰極箔３の一方端部の巻き始め部分を覆うようにシート部材４が配置されているが、前記シート部材４の一部は陽極箔２および陰極箔３の一方端から巻芯側すなわちコンデンサ素子の中心部側に延びており、巻芯１３に挿入されている。そして、巻芯13が時計方向に回転すると、図６（ｂ）に示すように、シート部材４を巻回されるとともに、陽極箔２および陰極箔３が巻き込まれて巻回される。この場合、巻芯１３に挿入されているのはシート部材４のみであり、陽極箔２および陰極箔３は巻芯１３に挿入されていないため、巻芯１３のエッジ部分Ａとの接触を防ぐことができる。
【００２５】
使用する前記シート部材４の数量は、少なくとも１以上であればよく、電極箔と巻芯のエッジ部分との接触箇所や、電極箔の数量などに応じて適宜変更できる。
【００２６】
また、巻回する前に、前記シート部材４を陽極箔２および陰極箔３の巻き始め部分へ、粘着剤を用いて貼り付けても良い。前記粘着剤としては、一般的な粘着剤を使用して良く、例えば、アクリル系、シリコーン系、ゴム系等の接着剤が挙げられる。
【００２７】
前記シート部材４は、前記陽極箔２および前記陰極箔３を保護し巻回できる程度の強度を備えていれば良く、従来用いられているセパレータと異なりイオン透過性の有無は問わない。材質としては、例えば、マニラ麻、エストパルト、クラフト、木材パルプ等の天然繊維、ナイロン、アクリル、ビニロン、アラミド、テフロン（登録商標）等の合成樹脂、ポリチオフェン系、ポリピロール系、ポリアニリン系等の導電性高分子、等が材質として挙げられる。
【００２８】
次に、前記コンデンサ素子６は切り口化成され、前記陽極箔２および前記陰極箔３の端面に酸化皮膜が形成される。切り口化成は、コンデンサ素子を化成液に浸漬し電圧を印加することによって行う。
【００２９】
続いて、前記コンデンサ素子６の前記陽極箔２と前記陰極箔３との隙間に電解重合または化学重合によって導電性高分子層が形成される。前記導電性高分子には、脂肪族系、芳香族系、複素環式系および含ヘテロ原子系の導電性高分子を少なくとも１以上含まれていることが好ましく、中でもポリチオフェン系、ポリピロール系、ポリアニリン系導電性高分子が好ましい。また、前記導電性高分子の代わりに、電解液をコンデンサ素子６に含浸して用いることができる。
【００３０】
その後、前記コンデンサ素子６を有底ケース９に収納し、該有底ケース９の開口端部に封止部材１０を挿入して横絞り、カール加工を行う。そして、該カール面に座板１１を挿入し、電極端子としてリード線８Ａ，８Ｂをプレス加工、折り曲げ加工を行い、電解コンデンサ１を完成させる。
【００３１】
このように、本発明によれば、予め電極箔の表面に導電性高分子層を形成することによって、セパレータを用いずに電解コンデンサを作製できる。さらに、コンデンサ素子の電極箔の巻き始め部分にシート部材を挿入し、ともに巻回することによって、巻取り機の巻芯のエッジ部分の接触による電極箔の損傷を防ぎ、陽極と陰極との間での短絡を回避することができる。
［実施例１］
まず、アルミニウムからなる陽極箔２および陰極箔３の表面にエッチング処理を施した。その後、エッチング処理を施した前記陽極箔２を化成液中に浸漬し電圧を印加することにより、酸化皮膜を形成した。
【００３２】
続いて、前記陽極箔２および前記陰極箔３の表面に、ポリチオフェン系導電性高分子からなる導電性高分子層を形成した。
【００３３】
次に、前記陽極箔２および前記陰極箔３に、それぞれ陽極リードタブ７Ａおよび陰極リードタブ７Ｂを接続した。
【００３４】
そして、図４（ａ）に示すように、前記陽極箔２および前記陰極箔３の一方端の巻き始め部分を覆う位置にマニラ麻からなるシート部材４を配置し、図４（ｂ）に示すように、巻芯13を時計方向に回転させ、前記陽極箔２、前記陰極箔３および前記シート部材４をともに巻回した。巻回後、最外周を巻止めテープ５によって止め、コンデンサ素子６を作製した。
【００３５】
続いて、前記コンデンサ素子６の切り口化成を行った。切り口化成は、前記コンデンサ素子６を化成液に浸漬し電圧を印加することにより行った。
【００３６】
そして、重合により導電性高分子となる３，４−エチレンジオキシチオフェンと、酸化剤溶液としてｐ−トルエンスルホン酸第二鉄アルコール溶液にコンデンサ素子を含浸させた。そして、前記コンデンサ素子６に熱を加えることにより熱化学重合させて、前記陽極箔２および前記陰極箔３の間に導電性高分子層を形成させた。
【００３７】
その後、前記コンデンサ素子６を有底ケース９に収納し、該有底ケース９の開口端部に封止部材１０を挿入して横絞り、カール加工を行った。そして、該カール面に座板１１を挿入し、リード線８Ａ、８Ｂをプレス加工、折り曲げ加工を行い、電解コンデンサ１を完成させた。
［実施例２］
シート部材４の材質にアラミド繊維を用いたこと以外は、実施例１と同様にして電解コンデンサを作製した。
［実施例３］
シート部材４の材質にフッ素樹脂を用いたこと以外は、実施例１と同様にして電解コンデンサを作製した。
［実施例４］
シート部材４の材質にポリチオフェン系導電性高分子を用いたこと以外は、実施例１と同様にして電解コンデンサを作製した。
［実施例５］
実施例５は、巻回方法が実施例１と異なり、図６（ａ）に示すように、陽極箔２および陰極箔３の巻き始め部分を覆うようにマニラ麻からなるシート部材４が配置され、前記シート部材４の一部は陽極箔２および陰極箔３の巻き始め部分の端から巻芯方向に延びており、前記シート部材の延びた部分が巻芯１３に挿入された後、図６（ｂ）に示すように、巻芯13を時計方向に回転させて、シート部材４を巻回するとともに、陽極箔２および陰極箔３の一方端部が前記シート部材４巻き込まれて巻回されたこと以外は、実施例１と同様にして電解コンデンサを作製した。
［実施例６］
シート部材４の材質にアラミド繊維を用いたこと以外は、実施例５と同様にして電解コンデンサを作製した。
［実施例７］
シート部材４の材質にフッ素樹脂を用いたこと以外は、実施例５と同様にして電解コンデンサを作製した。
［比較例］
シート部材４を省いて巻回したこと以外は実施例１と同様にして電解コンデンサを作製した。
［従来例］
従来例では、表面に導電性高分子層を形成していない陽極箔２および陰極箔３を使用し、シート部材４を省き、マニラ麻からなるセパレータ紙とともに巻回してコンデンサ素子を作製したこと以外は、実施例１と同様にして電解コンデンサを作製した。
【００３８】
表１は、実施例１〜実施例７、比較例および実施例の電解コンデンサの各々について３０個の平均値の電気的特性測定結果である。なお、前記電解コンデンサは、定格電圧４Ｖ、容量５６０μＦであり、寸法は直径８ｍｍで高さ１２ｍｍである。また、容量およびｔａｎδの測定は、１２０ｋＨｚの周波数で行われ、等価直流抵抗の測定は、１００ｋＨｚの周波数で行われた。また、リーク電流は、定格電圧を印加した後、２分後の値である。
【００３９】
【表１】
2010074089.tif 000003
【００４０】
表１の結果から、実施例１〜実施例７および比較例による電解コンデンサは、従来例の電解コンデンサよりも等価直流抵抗が低い。したがって、陽極箔および陰極箔表面に導電性高分子を形成しセパレータを省くことによって、等価直流抵抗の低い電解コンデンサを作製することができる。
【００４１】
さらに、実施例１〜実施例７による電解コンデンサは、比較例の電解コンデンサよりもリーク電流が低い。したがって、陽極箔および陰極箔表面に導電性高分子層を形成してセパレータを省いた電解コンデンサにおいて、シート部材を配置して陽極箔および陰極箔の巻き始め部分と巻芯のエッジ部分との接触を防ぐことによって、リーク電流の増大を抑制することができる。
【００４２】
また、実施例１〜実施例７および比較例による電解コンデンサはセパレータを用いないため、従来例による電解コンデンサよりも直径を小さくすることができる。すなわち、電解コンデンサを小型化できる。
【００４３】
また、実施例１〜実施例７および比較例による電解コンデンサはセパレータを用いないため、同じ直径の従来例による電解コンデンサよりも１．６倍の容量を有する。すなわち、電解コンデンサを大容量化することができる。
【００４４】
上記実施例は、本発明を説明するためのものに過ぎず、特許請求の範囲に記載の発明を限定する様に解すべきでない。本発明は、特許請求の範囲内及び均等の意味の範囲内で自由に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の電解コンデンサの断面図である。
【図２】本発明の電解コンデンサに用いるコンデンサ素子の斜視図である。
【図３】本発明において、電極箔の巻き始め部分にシート部材を挿入しないで巻回した場合の巻芯近傍の図である。
【図４】本発明において、電極箔の巻き始め部分にシート部材を挿入して巻回した場合の巻芯近傍の図である。
【図５】本発明において、電極箔の中央部を巻き始め部分とし、該巻き始め部分にシート部材を挿入して巻回した場合の巻芯近傍の図である
【図６】本発明において、シート部材を巻き取るとともに、電極箔の巻き始め部分を、シート部材に巻き込んで巻回した場合の巻芯近傍の図である。
【図７】従来の電解コンデンサの断面図である。
【図８】従来の電解コンデンサに用いるコンデンサ素子の斜視図である。
【符号の説明】
【００４６】
１    電解コンデンサ
２    陽極箔
３    陰極箔
４    シート部材
５    巻止めテープ
６    コンデンサ素子
７    リードタブ
８    リード線
９    有底ケース
１０  封止部材
１１  座板
１２  セパレータ
１３  巻芯
１４  エッジ部分
【図１】
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【図２】
2010074089.tif 000005
【図３】
2010074089.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
2010074089.tif 000009
【図７】
2010074089.tif 000010
【図８】
2010074089.tif 000011