(57)【要約】【課題】従来と比較して容易に製造することができ、静電容量に優れ、漏れ電流の小さい固体電解コンデンサの製造方法を提供する。【解決手段】粗面化された陽極部表面に誘電体皮膜を形成する工程と、前記陽極部と陰極部をセパレータを介して巻回してコンデンサ素子を作製する工程と、前記コンデンサ素子を導電性高分子粒子が分散した分散体に浸漬し、該分散体を振動させる工程と、コンデンサ素子に付着した分散体を乾燥する工程と、を含んでいる固体電解コンデンサの製造方法。【選択図】図１
2010087100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極部、陰極部および導電性高分子層を備える固体電解コンデンサの製造方法であって、
弁金属の焼結体又は粗面化された弁金属の箔からなる陽極部の表面に誘電体皮膜を形成する第1工程と、
前記陽極部を、導電性高分子の粒子と溶媒とを含む分散体に浸漬し、該分散体に２０Ｈｚ〜５００Ｈｚの周波数の振動を加える第２の工程と、
前記陽極部を乾燥させ、前記誘電体皮膜の表面に導電性高分子層を形成する第３の工程と、
を含む固体電解コンデンサの製造方法。
【請求項２】
前記第２の工程と前記第３の工程を複数回繰返す請求項１に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
【請求項３】
前記第1の工程において、粗面化された弁金属の箔からなる陽極部の表面に誘電体皮膜を形成した後、該陽極部と陰極部とを巻回する請求項１または請求項２に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
【請求項４】
前記第1の工程において、粗面化された弁金属の箔からなる陽極部の表面に誘電体皮膜を形成し、
前記第３の工程の後に、前記導電性高分子層の表面に陰極部を形成する第４の工程を有する請求項１または請求項２に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
【請求項５】
前記第1の工程において、弁金属の焼結体からなる陽極部の表面に誘電体皮膜を形成し、
前記第３の工程の後に、前記導電性高分子層表面に陰極部を形成する第４の工程を有する請求項１または請求項２に記載の固体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、固体電解コンデンサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体電解コンデンサとして図１に示されるものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
図１（ａ）の断面図に示すように、固体電解コンデンサ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。
【０００４】
前記コンデンサ素子６は、図１（ｂ）の斜視図に示すように、弁金属からなる陽極部２と陰極部３とをセパレータ１２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を介して陽極部２と接続され、陰極リード線８ｂは陰極リードタブ７ｂを介して陰極部３と接続されている。
【０００５】
また、陽極部表面はエッチングによって粗面化され、さらに化成処理によって誘電体皮膜が形成されている。電解質としては、ポリピロール系、ポリチオフェン系およびポリアニリン系等の導電性高分子が使用され、陽極部および陰極部の隙間に充填されている。
【０００６】
従来、前記導電性高分子の形成方法として、化学重合法や電解重合法などが用いられてきた。
【０００７】
化学重合法で導電性高分子の固体電解質層を形成する場合は、導電性高分子の前駆体モノマーと酸化剤の重合反応を用いるが、重合反応に長時間要し、また重合に使用した酸化剤を洗浄により除去する必要があるため、複雑な工程となり生産効率が悪かった。
【０００８】
一方、電解重合法で導電性高分子の固体電解質層を形成する場合、電圧の印加が必要であり、絶縁体である誘電体皮膜表面に導電性のプレコート層として導電性高分子層を化学重合で形成した後、該プレコート層を電極として電解重合を行う必要があるため、複雑な工程であり生産効率が悪かった。
【０００９】
その他の導電性高分子層の形成方法として、陽極部を、導電性高分子粒子を溶媒中に分散させた分散体へ浸漬することによって、導電性高分子層を形成する技術が開示されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−７１７７９号公報
【特許文献２】特開２００７−２７７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の特許文献２のような、陽極部を、導電性高分子粒子が溶媒中に分散した分散体へ浸漬し、導電性高分子層を形成する方法では、所望の静電容量を有する固体電解コンデンサが得られないという問題があった。従って、本発明の目的は、従来方法と比較して静電容量に優れ、容易に製造することができる固体電解コンデンサの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明では、陽極部表面の細孔部への導電性高分子粒子を充填させるために、導電性高分子粒子を溶媒中に分散させた分散体に振動を加えながら、陽極部を該分散体に浸漬することで、従来方法と比較して固体電解コンデンサの静電容量が飛躍的に向上することが判明した。さらに、陽極部を分散体へ浸漬する際の振動周波数よって、固体電解コンデンサの漏れ電流を大幅に低減できることが判明した。
【００１２】
すなわち本発明は、陽極部、陰極部および導電性高分子層を備える固体電解コンデンサの製造方法であって、弁金属の焼結体又は粗面化された弁金属の箔からなる陽極部の表面に誘電体皮膜を形成する第1工程と、陽極部を、導電性高分子の粒子と溶媒とを含む分散体に浸漬し、分散体に２０Ｈｚ〜５００Ｈｚの周波数の振動を加える第２の工程と、陽極部を乾燥させ導電性高分子層を形成する第３の工程とを含む固体電解コンデンサの製造方法である。
【００１３】
さらに、前記第２の工程と前記第３の工程を複数回繰返すことが好ましい。
【００１４】
さらに、第1の工程において、粗面化された弁金属の箔からなる陽極部の表面に誘電体皮膜を形成した後、陽極部と陰極部とを巻回することが好ましい。
【００１５】
さらに、第1の工程において、粗面化された弁金属の箔からなる陽極部の表面に誘電体皮膜を形成し、第３の工程の後に、導電性高分子層表面に陰極部を形成する第４の工程を有することが好ましい。
【００１６】
第1の工程において、弁金属の焼結体からなる陽極部の表面に誘電体皮膜を形成し、第３の工程の後に、導電性高分子層表面に陰極部を形成する第４の工程を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
このように、本発明によれば、陽極部を導電性高分子粒子の分散体へ振動させながら浸漬することで導電性高分子層を形成することが可能となるため、従来の化学重合法や電解重合法と比較して、容易に固体電解コンデンサを製造することができる。
【００１８】
また、本発明によれば、分散体の振動周波数を２０〜５００Ｈｚとすることで、静電容量に優れ、漏れ電流を抑制した固体電解コンデンサを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
《実施の形態１》
図１は、本発明の固体電解コンデンサの正面断面図、図２は本発明の固体電解コンデンサのコンデンサ素子の斜視図である。
【００２０】
本発明の固体電解コンデンサ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と接続した陽極部２と、陰極リードタブ７ｂが接続した陰極部３と、セパレータ４とを備える。
【００２１】
まず、弁作用金属箔からなる陽極部２および陰極部３のうち、少なくとも前記陽極部２の表面に、粗面化のためにエッチング処理および誘電体皮膜形成のために化成処理を施す。
【００２２】
次に、前記陽極部２および前記陰極部３に、リードタブ７ａ、７ｂをそれぞれ接続し、前記陽極部２と前記陰極部３とをセパレータ４を介して巻回し、最外周を巻止めテープ５で止めることで、コンデンサ素子６を作製する。前記コンデンサ素子６は切り口化成され、前記陽極部２の端面に誘電体皮膜が形成される。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。
【００２３】
前記コンデンサ素子６の陽極部と陰極部の間に導電性高分子を形成するための分散体は、導電性高分子の粒子と溶媒とを含んでいる。ここで導電性高分子としては、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、ポリアニリン系、ポリピロール系導電性高分子が好ましい。
【００２４】
前記分散体の調製方法としては、導電性高分子の粒子を溶媒中に分散させることで分散体を得る方法や、溶媒中で導電性高分子の前駆体モノマーを重合し導電性高分子粒子を合成することで分散体を得る方法などを用いることができる。
【００２５】
分散させる導電性高分子粒子の粒径は、陽極部表面の細孔を充填できる程度の大きさが良く、５ｎｍ〜５００ｎｍが好ましい。
【００２６】
前記分散体に含まれる溶媒としては、有機溶媒や無機溶媒を使用することができるが、取り扱い性の観点から水や有機溶媒が好ましい。分散体中の導電性高分子粒子の濃度は、０．１％〜５０％が好ましい。また、導電性高分子粒子が凝集する場合や粘度を調整する場合、分散剤を分散体へ添加しても良い。
【００２７】
続いて、前記コンデンサ素子を前記分散体に浸漬し、乾燥することによって、前記コンデンサ素子の陽極部と陰極部との間に導電性高分子層を形成する。
【００２８】
コンデンサ素子を分散体へ浸漬する際、分散体を振動することによって陽極部の誘電体皮膜表面の細孔に分散体が浸透しやすくなり、導電性高分子粒子を細孔に充填させることができる。また、分散体を振動させる周波数は、分散体を細孔に浸透させやすくするため１０Ｈｚ以上にすることが好ましく、特に２０Ｈｚ以上で良好な静電容量が得られる。一方、超音波振動のような高い周波数で振動させると、陽極部表面のエッチング部分および誘電体皮膜が損傷し漏れ電流が増加する虞があるが、５００Ｈｚ以下の周波数で振動させることで、漏れ電流を大幅に軽減することができる。浸漬時間は、特に制限はされないが、１０秒〜５分とすることが好ましい。
【００２９】
次に、分散体が付着したコンデンサ素子を乾燥し、溶媒成分を蒸発させ、陽極部と陰極部との間に導電性高分子層を形成する。この際、陽極部の誘電体皮膜表面の細孔内部にも導電性高分子層が形成される。また、コンデンサ素子の分散体への浸漬および乾燥は、導電性高分子層の形成状態に応じて、複数回繰返しても良い。
【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。
《実施の形態２》
本発明は、上記で説明した巻回型の固体電解コンデンサ１以外に、図２に示すような弁金属箔からなるコンデンサ素子６を積層した固体電解コンデンサ１の製造方法においても適用することができる。
【００３１】
図２（ａ）に示す固体電解コンデンサ１は、外装樹脂１５で被覆された１以上のコンデンサ素子６と、リードフレーム１４ａ、１４ｂとから構成されている。前記コンデンサ素子６は、図２（ｂ）に示すように、弁金属からなる陽極部２、誘電体皮膜１２、導電性高分子１３および陰極部３で構成されている。前記固体電解コンデンサ１に、本発明の製造方法を適用した場合、次のような工程となる。
【００３２】
まず、弁金属からなる箔体を所定の大きさに切り出し陽極部２とし、該陽極部２の表面をエッチング処理により粗面化し、さらに化成処理により誘電体皮膜１２を形成する。
【００３３】
次に、表面に誘電体皮膜が形成された前記陽極部２を、実施の形態１で説明した導電性高分子粒子の分散体に振動させながら浸漬する。その後、分散体が付着した前記陽極部２を乾燥させ、導電性高分子層１３を形成する。本実施の形態においても、分散体の振動周波数は２０Ｈｚ〜５００Ｈｚが好ましく、浸漬と乾燥を複数回繰返しても良い。
【００３４】
そして、前記導電性高分子層１３の表面に、カーボン層及び銀ペースト層からなる陰極部３を形成することで、コンデンサ素子６を作製する。
【００３５】
前記コンデンサ素子６の陽極部２は陽極リードフレーム１４ａに接続され、陰極部３は陰極リードフレーム１４ｂに接続される。コンデンサ素子を複数個積層する場合は、リードフレームに接続した前記コンデンサ素子６の上に、別のコンデンサ素子６を対向するように配置し、陽極部同士および陰極部同士を接続する。
【００３６】
上記のように積層されたコンデンサ素子のリードフレーム１４ａ、１４ｂの一部を露出するようにして、外装樹脂１５でコンデンサ素子を封止し、リードフレーム１４ａ、１４ｂを外装樹脂１５に沿って折り曲げて、固体電解コンデンサ１が完成する。
《実施の形態３》
さらに、本発明は、図３に示すような弁金属の焼結体からなるコンデンサ素子６を用いた固体電解コンデンサ１においても適用することができる。
【００３７】
図３（ａ）に示す固体電解コンデンサ１は、外装樹脂１５で被覆されたコンデンサ素子６と、リードフレーム１４とから構成されている。また、前記コンデンサ素子６は、図３（ｂ）に示すように、弁金属の焼結体からなる陽極部２、該陽極部２から植立した陽極リード１６、誘電体皮膜１２、導電性高分子１３および陰極部３で構成されている。前記固体電解コンデンサ１に、本発明の製造方法を適用した場合、次のような工程となる。
【００３８】
まず、弁金属の粉末を焼結することで多孔質の陽極部２を作製し、該陽極２部の表面に化成処理により誘電体皮膜１２を形成する
次に、表面に誘電体皮膜１２が形成された前記陽極部２を、上記で説明した導電性高分子粒子の分散体に振動させながら浸漬する。そして分散体が付着した前記陽極部を乾燥させ、導電性高分子層１３を形成する。この場合においても、分散体の振動周波数は２０Ｈｚ〜５００Ｈｚが好ましく、浸漬と乾燥を複数回繰返しても良い。
【００３９】
そして、前記導電性高分子層１３の表面に、カーボン層及び銀ペースト層からなる陰極部３を形成することで、コンデンサ素子６を作製する。
【００４０】
前記コンデンサ素子６の陽極部２は、該陽極部２から植立した陽極リード１６を介して陽極リードフレーム１４ａに接続され、陰極部３は陰極リードフレーム１４ｂと接続される。そして、前記リードフレーム１４ａ，１４ｂの一部を露出するようにして、外装樹脂１５でコンデンサ素子６を封止し、リードフレーム１４ａ，１４ｂを外装樹脂１５に沿って折り曲げて、固体電解コンデンサ１が完成する。
【００４１】
本発明の製造方法によれば、従来の導電性高分子層を形成する方法である化学重合法や電解重合法と比較して、大幅に製造工程及び製造時間の低減を実現できる。さらに、静電容量に優れ、漏れ電流の少ない固体電解コンデンサを製造することができる。
［実施例１］
まず、アルミニウムからなる陽極部２および陰極部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部２を化成液中に浸漬し電圧を印加することにより、誘電体皮膜を形成した。
【００４２】
次に、前記陽極部２および前記陰極部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。そして前記陽極部２および前記陰極部３をセパレータとともに巻回し、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。
【００４３】
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。
【００４４】
そして、前記コンデンサ素子６を、ポリエチレンジオキシチオフェンからなる導電性高分子粒子を含有する分散体に、２０Ｈｚの振動を加えながら、１分間浸漬した。次に、前記コンデンサ素子６を、１２０℃の乾燥機で、１０分間保持することで、溶媒を蒸発させた。前記コンデンサ素子は、浸漬および乾燥を２回繰返すことで、導電性高分子層を形成した。
【００４５】
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］
コンデンサ素子を分散体に浸漬する際、分散体の振動周波数を２００Ｈｚにしたこと以外は、実施例１と同様にして電解コンデンサを作製した。
［実施例３］
コンデンサ素子を分散体に浸漬する際、分散体の振動周波数を５００Ｈｚにしたこと以外は、実施例１と同様にして電解コンデンサを作製した。
［比較例１］
コンデンサ素子を分散体に浸漬する際、分散体に振動を加えなかったこと以外は、実施例１と同様にして電解コンデンサを作製した。
［比較例２］
コンデンサ素子を分散体に浸漬する際、分散体の振動周波数を１０Ｈｚにしたこと以外は、実施例１と同様にして電解コンデンサを作製した。
［比較例３］
コンデンサ素子を分散体に浸漬する際、分散体の振動周波数を１０００Ｈｚにしたこと以外は、実施例１と同様にして電解コンデンサを作製した。
［比較例４］
コンデンサ素子を分散体に浸漬する際、分散体の振動周波数を４５０００Ｈｚにしたこと以外は、実施例１と同様にして電解コンデンサを作製した。
【００４６】
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２０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２０Ｖ、容量６８μＦであり、寸法は直径１０ｍｍで高さ８ｍｍである。また、静電容量の測定は、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、漏れ電流は、定格電圧を印加した後、２分後の値である。
【００４７】
【表１】
2010087100.tif 000003
【００４８】
表１の結果から、実施例１〜実施例３および比較例２〜比較例４による固体電解コンデンサは、比較例１の固体電解コンデンサよりも静電容量が高い。したがって、コンデンサ素子を、分散体に浸漬する際に振動を与えることで、静電容量を高めることができる。
【００４９】
さらに、実施例１〜実施例３、比較例３および比較例４による固体電解コンデンサは比較例２の固体電解コンデンサよりも静電容量が高い。したがって分散体の振動周波数を２０Ｈｚ以上にすることで、より静電容量を高めることができる。
【００５０】
また、実施例１〜実施例３による固体電解コンデンサは、比較例３および比較例４の固体電解コンデンサよりも漏れ電流が大幅に小さい。したがって、したがって分散体の振動周波数を５００Ｈｚ以下にすることで、漏れ電流を軽減することができる。
【００５１】
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】
【００５２】
【図１】本発明の製造方法で作製した巻回型の固体電解コンデンサの図である。（ａ）は固体電解コンデンサの断面図であり、（ｂ）はコンデンサ素子の斜視図である
【図２】本発明の製造方法で作製した、弁金属箔からなるコンデンサ素子を積層した固体電解コンデンサの図である。（ａ）は固体電解コンデンサの断面図であり、（ｂ）はコンデンサ素子の断面図である。
【図３】本発明の製造方法で作製した、弁金属の焼結体からなるコンデンサ素子を用いた固体電解コンデンサの図である。（ａ）は固体電解コンデンサの断面図であり、（ｂ）はコンデンサ素子の断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１    電解コンデンサ
２    陽極部
３    陰極部
４    セパレータ
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  誘電体皮膜
１３  導電性高分子
１４  リードフレーム
１５  外装樹脂
１６  陽極リード
【図１】
2010087100.tif 000004
【図２】
2010087100.tif 000005
【図３】
2010087100.tif 000006