(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の溶媒および溶質からなる電解液に、表面にフッ素が担持されている誘電体粉末を含有させたアルミニウム電解コンデンサ駆動用電解液であって、
上記誘電体粉末の表面に担持されるフッ素は、フッ素の原子および／またはフッ化物イオンであり、上記フッ素の含有率が上記誘電体粉末に対して０．０１〜０．５ｗｔ％であることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ駆動用電解液。
【請求項２】
上記誘電体粉末の粒径が１ｎｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム電解コンデンサ駆動用電解液。
【請求項３】
上記電解液に対する上記誘電体粉末の含有率が０．００１〜１．０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム電解コンデンサ駆動用電解液。
【請求項４】
上記誘電体粉末が二酸化チタン（ＴｉＯ２）もしくはチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアルミニウム電解コンデンサ駆動用電解液。
【請求項５】
上記電解液の溶質として有機酸または無機酸が用いられ、溶媒として非プロトン溶媒および／またはプロトン溶媒が用いられることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアルミニウム電解コンデンサ駆動用電解液。
【請求項６】
ともにアルミニウム材からなる陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して渦巻き状に巻回し所定の電解液が含浸されたコンデンサ素子を有底筒状の金属ケース内に収納し、上記金属ケースの開口部を封口部材にて封止してなるアルミニウム電解コンデンサにおいて、
上記電解液に請求項１ないし５のいずれか１項による電解液を用いたことを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
【請求項７】
上記陽極箔と陰極箔の各電極箔表面にも、表面にフッ素が担持されている誘電体粉末が付着されていることを特徴とする請求項６に記載のアルミニウム電解コンデンサ。
【請求項８】
上記陽極箔と陰極箔の各電極箔表面に、フッ素皮膜を有しない誘電体粉末が付着されていることを特徴とする請求項６に記載のアルミニウム電解コンデンサ。
【請求項９】
上記セパレータにもさらに、表面にフッ素が担持されている誘電体粉末が含有されていることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１項に記載のアルミニウム電解コンデンサ。
【請求項１０】
音響機器のコンデンサとして用いられることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１項に記載のアルミニウム電解コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム電解コンデンサ駆動用電解液およびアルミニウム電解コンデンサに関し、さらに詳しく言えば、音響機器のコンデンサとして好適なアルミニウム電解コンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム電解コンデンサは、ともにアルミニウム材からなる電極箔としての陽極箔と陰極箔とを、それらの間にセパレータを挟んで渦巻き状に巻回してなるコンデンサ素子に所定の電解液を含浸して有底筒状の金属ケース内に収納し、そのケース開口部を封口ゴム等の封口部材にて封止し、陽極箔と陰極箔とに接続されている一対のタブ端子を封口部材に穿設されている貫通孔を通して外部に引き出してなる構造を備えている。
【０００３】
この種のアルミニウム電解コンデンサにおいて、セパレータには、通常、クラフトパルプ繊維やマニラ麻繊維等の繊維を抄製してなる繊維基材が用いられている。
【０００４】
アルミニウム電解コンデンサは、多くの電子・電気機器に採用されているが、音響機器の電源平滑コンデンサやカップリング用コンデンサ等に用いられる音響用途の場合、スピーカから発せられる音圧の変化や実装回路基板から伝播される振動によって、音響機器の音質が劣化するという問題がある。
【０００５】
特に、電解液が含浸されているセパレータは、繊維間の機械的な結合が弱い膨潤状態にあるため、図４に示すアルミニウム電解コンデンサの等価回路において、セパレータ自体の抵抗とセパレータに含浸されている電解液の抵抗とを含むセパレータの抵抗Ｒｅが上記したような音圧の変化や振動等によって変化し、これによってアルミニウム電解コンデンサの電気的定数が変動することがある。
【０００６】
なお、図４の等価回路において、Ｒｆは皮膜抵抗，Ｌはコンデンサの巻き構造やタブ端子によるインダクタンス成分，Ｄは皮膜の極性，Ｃ＋は陽極酸化皮膜の静電容量，Ｃ−は陰極の自然空気酸化皮膜の静電容量である。
【０００７】
したがって、このようなセパレータを有するアルミニウム電解コンデンサを音響機器の電源平滑コンデンサやカップリング用コンデンサに使用した場合、音圧の変化や内部振動および外的振動等により、オーディオ信号の劣化や音質の歪みが生じやすくなる。
【０００８】
そこで、特許文献１に記載された発明では、音響用のアルミニウム電解コンデンサにおいて、セパレータの膨潤状態における機械的強度を補強するため、セパレータの繊維基材にフッ素雲母粒子を含有させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−６９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載された発明によれば、ある程度オーディオ信号の劣化や音質の歪みを少なくすることができるが、本発明らは、別の観点から電解液にも音質劣化をより少なくし得る余地が残されている点を究明し、本発明をなすに至った。
【００１１】
したがって、本発明の課題は、音響用途のアルミニウム電解コンデンサにおいて、その駆動用電解液の改良によって、音圧の変化や振動による音質の変化がより少なく、品質の高い再生音が得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明は、アルミニウム電解コンデンサ駆動用電解液において、所定の溶媒および溶質からなる電解液に、表面にフッ素が担持されている誘電体粉末を含有させたことを特徴としている。
【００１３】
本発明において、上記誘電体粉末の表面に担持されるフッ素は、フッ素の原子および／またはフッ化物イオンであり、上記フッ素の含有率は上記誘電体粉末に対して０．０１〜０．５ｗｔ％である。
【００１４】
また、上記電解液に対する上記誘電体粉末の好ましい含有率は０．００１〜１．０ｗｔ％である。
【００１５】
また、上記誘電体粉末に、二酸化チタン（ＴｉＯ２）もしくはチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）が好ましく採用される。
【００１６】
また、上記電解液の溶質として有機酸または無機酸が用いられ、溶媒として非プロトン溶媒および／またはプロトン溶媒が用いられてよい。
【００１７】
本発明には、アルミニウム電解コンデンサも含まれる。すなわち、本発明のアルミニウム電解コンデンサは、ともにアルミニウム材からなる陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して渦巻き状に巻回し所定の電解液が含浸されたコンデンサ素子を有底筒状の金属ケース内に収納し、上記金属ケースの開口部を封口部材にて封止してなるアルミニウム電解コンデンサにおいて、上記電解液にフッ素皮膜を有する誘電体粉末が含有されていることを特徴としている。
【００１８】
本発明のアルミニウム電解コンデンサには、上記陽極箔と陰極箔の各電極箔表面にも、表面にフッ素が担持されている誘電体粉末が付着されている態様が含まれる。なお、これとは別の態様として、上記陽極箔と陰極箔の各電極箔表面に、表面にフッ素を有しない誘電体粉末が付着されてもよい。
【００１９】
また、本発明のアルミニウム電解コンデンサには、上記セパレータにもさらに、表面にフッ素が担持されている誘電体粉末が含有されている態様が含まれる。本発明のアルミニウム電解コンデンサは、音響機器のコンデンサとして好適である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、アルミニウム電解コンデンサの駆動用電解液に、表面にフッ素が担持されている誘電体粉末を含有させるようにしたことにより、音響用途のアルミニウム電解コンデンサにおいて、音圧の変化や振動による音質の変化がより少なく、より品質の高い再生音を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】アルミニウム電解コンデンサの基本的な構成を示す模式的な断面図。
【図２】コンデンサ素子の構成要素を図解した模式的な斜視図。
【図３】本発明で用いられる誘電体粉末を超拡大して示す模式的な断面図。
【図４】アルミニウム電解コンデンサの等価回路図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、図１ないし図３を参照して、本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２３】
まず、図１に示すように、本発明のアルミニウム電解コンデンサは、基本的な構成として、コンデンサ素子１０と、その収納容器である有底筒状の金属ケース２０と、金属ケース２０の開口部を封止する封口部材３０とを備える。
【００２４】
図２に示すように、コンデンサ素子１０は、陽極箔１１と陰極箔１２とを、それらの間にセパレータ１３（１３ａ，１３ｂ）を介在させて渦巻き状に巻回することにより構成される。
【００２５】
図示の例では、セパレータ１３ａ，陽極箔１１，セパレータ１３ｂ，陰極箔１２を重ねた状態で巻回される。なお、セパレータ１３ａ，１３ｂは同一の素材からなるため、特に区別する必要がない場合には、セパレータ１３とする。
【００２６】
陽極箔１１と陰極箔１２は、ともにアルミニウム材からなり、陽極箔１１には、アルミニウム材をエッチングし、さらに陽極化成したものが用いられ、また、陰極箔１２には、アルミニウム材をエッチングしてなるエッチド箔が好ましく用いられる。
【００２７】
陽極箔１１と陰極箔１２は、テープ状であって巻回する前に、その各々に引出リードとしてのタブ端子１４，１５が例えばかしめ針等の接続手段によって電気的・機械的に取り付けられる。
【００２８】
詳しくは図示しないが、タブ端子１４，１５は、アルミニウム材の丸棒からなり、その一端側をプレス等により扁平に押し潰して羽子板状とした端子本体と、端子本体の他端側に残されている丸棒の端部に溶接等により一体的に接続されたＣＰ線（銅被覆鋼線）とから構成されてよい。
【００２９】
金属ケース２０には、アルミニウム材のプレス成型品よりなるアルミニウムケースが用いられる。この実施形態において、封口部材３０には、ブチルゴム等からなる封口ゴムが用いられている。
【００３０】
封口部材３０には、タブ端子１４，１５を貫通する貫通孔が穿設されており、封口部材（封口ゴム）３０は、タブ端子１４，１５に取り付けられた状態でコンデンサ素子１０とともに金属ケース２０内に挿入され、金属ケース２０の開口端縁のかしめにより固着される。
【００３１】
コンデンサ素子１０には、電解液が含浸される。電解液の含浸は、金属ケース２０に収納する前もしくは収納後のいずれに行われてもよい。
【００３２】
電解液は、溶質および溶媒からなるが、溶質としては、有機酸または無機酸のアンモニウム塩やアミン塩，アミジン塩が好ましく、好ましい有機酸としては、フタル酸，安息香酸，サリチル酸またはレゾルシル酸等の芳香族カルボン酸や、マレイン酸，シトラコン酸，フマル酸，マロン酸，ノナン酸等の脂肪族カルボン酸が好ましく採用される。無機酸としては、硼酸，リン酸，珪酸等が挙げられる。
【００３３】
溶媒としては、非プロトン溶媒またはプロトン溶媒を単独または混合して用いるのが好ましく、非プロトン溶媒としては、β−ブチロラクトン，γ−ブチロラクトン，γ−バレロラクトン，δ−バレロラクトン，γ−カプロラクトン，ε−カプロラクトン，γ−ヘプタラクトン，γ−ヒドロキシ−ｎ−カプリル酸ラクトン，γ−ノナラクトン，δ−デカラクトン，γ−ウンデカラクトン等のラクトン類が好ましいが、ラクトン類にのみ限定されるものではない。
【００３４】
また、プロトン溶媒を用いる場合には、グリコール類が好ましく、エチレングリコール，エチレングリコールモノアルキルエーテル，エチレングリコールジアルキルエーテル，プロピレングリコール，ジエチレングリコール，ジエチレングリコールモノアルキルエーテル，ジエチレングリコールジアルキルエーテル，ポリエチレングリコール，グリセリン等が好ましいが、グリコール類にのみ限定されるものではない。
【００３５】
またそのほか、電解液には、初期の損失角の正接（ｔａｎδ）を改善するためにケトン類を添加したり、ｐＨを調整するためにｐＨ調整剤を添加する等、その他の添加剤が添加されてよい。
【００３６】
セパレータ１３には、繊維を紙のように抄製したものが用いられる。繊維としては、クラフトパルプ繊維やマニラ麻繊維等の植物繊維やポリプロピレン，ビニロン，レーヨン，ポリエチレン，ポリエステル等の合成繊維を単独で用いたり、あるいはこれらにガラス繊維を混抄させたものが使用されてよい。
【００３７】
本発明では、音響用途のアルミニウム電解コンデンサにおいて、音圧の変化や振動による音質の変化がより少なく、品質の高い再生音が得られるようにするため、電解液に対して、図３に示すように、粒子状の誘電体４１の表面４１ａにフッ素が担持されている誘電体粉末４０を含有させる。なお、以下の説明において、フッ素が担持されている表面４１ａを「フッ素担持表面」と言うことがある。
【００３８】
誘電体粉末４０がフッ素担持表面を有していることにより、表面への電解液の溶媒分子の吸着挙動や酸化物表面近傍の誘電率が変化し、溶媒のみの場合と比べて誘電率の大きな部位が創出されるものと推測される。
【００３９】
また、フッ素担持条件を制御することにより、表面の親水性を増加させることができ、セパレータへの均一な固定が可能になる。さらには、フッ素担持表面を有する誘電体粉末は、その静電的反発から凝集を起こしにくいため、微小な粒子としてセパレータに固定することが可能となる。
【００４０】
フッ素の好ましい含有率は、誘電体粉末４０に対して０．０１〜０．５ｗｔ％である。これより少なくても、多くても所期の効果が得られないので好ましくない。
【００４１】
誘電体粉末４０の粒径は１ｎｍ〜１０μｍであることが好ましい。すなわち、１ｎｍ未満では、音圧の変化や振動による音質の変化に改善が見られず、他方において、１０μｍを超えると、かえって音質が損なわれるおそれがあるので好ましくない。
【００４２】
また、電解液に対する誘電体粉末４０の含有率は０．００１〜１．０ｗｔ％であることが好ましい。これより少なくても、多くても所期の効果が得られないので好ましくない。  
【００４３】
コアとなる誘電体４１には、二酸化チタン（ＴｉＯ２）もしくはチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）が好ましく採用される。本発明で使用する誘電体粉末４０は、誘電体４１の粒子をフッ素ガスと接触させることにより得ることができる。
【００４４】
二酸化チタンについて説明すれば、二酸化チタンには、アナターゼ型二酸化チタン，ルチル型二酸化チタン，ブルッカイト型二酸化チタン，アモルファス型二酸化チタン等が知られているが、これらの中では、アナターゼ型二酸化チタンが好ましい。
【００４５】
二酸化チタン粒子は、乾燥させた二酸化チタン粒子であってよいが、二酸化チタンゲル，二酸化チタンゾル等であってもよい。
【００４６】
二酸化チタンゲル，二酸化チタンゾル等の二酸化チタンの分散体を用いる場合には、フッ素化効率を高める観点から、二酸化チタン粒子をフッ素ガスと接触させる前に、二酸化チタンの分散体に含まれている溶媒をあらかじめ除去しておくことが好ましい。商業的に入手できる二酸化チタンには、例えば石原産業社製の品番ＳＴ−２１等が挙げられる。
【００４７】
二酸化チタン粒子をフッ素ガスと接触させることによって二酸化チタン粒子の表面にフッ素を担持させるには、フッ素ガスが大気中に放出されることを防止するうえで、密閉式のバッチ式反応装置を用いることが好ましい。
【００４８】
二酸化チタン粒子をフッ素ガスと接触させる際には、まず、反応装置内に二酸化チタン粒子を入れる。その量は、特に限定されず、使用する反応装置の規模等に応じて適宜調整すればよい。反応装置内に二酸化チタン粒子を入れた後、反応装置内に存在している空気等の不純物ガスを排除するため、その内部雰囲気を減圧することが好ましい。
【００４９】
次に、反応装置内にフッ素ガスを導入して、二酸化チタン粒子をフッ素ガスと接触させる。その際のフッ素ガスの圧力は、効率よくフッ素皮膜を形成する観点から、好ましくは０．５ｋＰａ以上であり、また、効率よく製造する観点および安全性の観点から、好ましくは２００ｋＰａ以下、より好ましくは１００ｋＰａ以下、さらに好ましくは５０ｋＰａ以下、特に好ましくは１５ｋＰａ以下である。
【００５０】
また、フッ素ガスの温度は、効率よくフッ素皮膜を形成する観点から、好ましくは０℃以上であり、過度のフッ素化反応の進行を抑制するとともに反応プロセスにおける安全性を確保する観点から、好ましくは４００℃以下、より好ましくは２００℃以下、さらに好ましくは１００℃以下である。
【００５１】
また、反応時間は、二酸化チタン粒子の粒子径および量、フッ素ガスの圧力および温度等によって異なるので、一概には決定することができないが、通常は、０．５〜５時間程度である。
【００５２】
本発明のより好ましい実施形態によれば、陽極箔１１と陰極箔１２の各電極箔の表面にも、粒子状の誘電体４１の表面４１ａにフッ素を担持させたフッ素担持表面を有する誘電体粉末４０が付着される。
【００５３】
これとは別の態様として、陽極箔１１と陰極箔１２の各電極箔の表面に、フッ素皮膜を有しない二酸化チタンやチタン酸バリウム等の誘電体粉末が付着されてもよい。
【００５４】
また、セパレータ１３にも、粒子状の誘電体４１の表面４１ａにフッ素を担持させたフッ素担持表面を有する誘電体粉末４０が含有されてもよい。その場合、セパレータ１３に対する好ましい含有量は０．０１〜１．０ｗｔ％である。
【実施例】
【００５５】
厚さ９０μｍのアルミニウム箔（純度４Ｎ）をエッチングし化成処理したものを陽極箔とし、厚さ５０μｍのアルミニウム箔（純度２Ｎ）をエッチングしたものを陰極箔とし、これらの間にセパレータを挟んで巻回してコンデンサ素子を作成した。そして、各コンデンサ素子に、フッ素皮膜を有する二酸化チタンよりなる誘電体粉末（粒径および含有量は表１参照）を含有したエチレングリコール系の電解液を含浸させた後、有底筒状のアルミニウムケースに収納し、各タブ端子を封口ゴムの貫通孔を貫通させて外部に引き出しながら、アルミニウムケースの開口部を密封することにより、直径１０ｍｍ，高さ１０ｍｍ，定格１６Ｖ２２０μＦの音響用アルミニウム電解コンデンサ（実施例１〜８，比較例１）を作成した。
【００５６】
【表１】
0005663269.tif 000002
【００５７】
実施例１〜８および比較例１のアルミニウム電解コンデンサを音響機器の電源平滑用コンデンサとして用い、音楽の再生音を６名で試聴して、その音質を帯域，質感，解像度，音像および音場に分けて１０点満点で評価した。その結果を表２に示す。
【００５８】
【表２】
0005663269.tif 000003
【００５９】
ここで、帯域とは、周波数特性であり、高得点のものほど再現できる音の周波数帯域が広いことを意味している。質感とは、音のＳ／Ｎ比で、音の伸びの再現性を意味している。解像度とは、音の分解能であり、例えば重なった旋律をそれぞれ把握できる度合いを意味している。音像とは、音の美しさであり、音の透明感や輪郭を意味し、音場とは、音の厚み、すなわち音の収束感を意味している。
【００６０】
表２から分かるように、本発明の実施例１〜８によれば、帯域，質感，解像度，音像および音場ともに７点以上（特に、実施例５〜８はすべてが１０点）の高得点であるのに対して、比較例１では５点評価であり、本発明の繊維基材にフッ素皮膜を有する誘電体粉末を含有させた電解液用いたアルミニウム電解コンデンサの優位性が検証された。
【００６１】
以上説明したように、本発明のアルミニウム電解コンデンサは、音響用途に好適であるが、これ以外の用途に適用されてもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００６２】
１０  コンデンサ素子
１１  陽極箔
１２  陰極箔
１３（１３ａ，１３ｂ）  セパレータ
１４，１５  タブ端子
２０  金属ケース（アルミニウムケース）
３０  封口部材
４０  誘電体粉末
４１  誘電体粒子
４１ａ  表面
【図１】
0005663269.tif 000004
【図２】
0005663269.tif 000005
【図３】
0005663269.tif 000006
【図４】
0005663269.tif 000007