(57)【要約】【課題】耐電圧の向上を可能とした固体電解コンデンサを提供する。【解決手段】弁金属からなる陰極箔と、表面に酸化皮膜を形成した弁金属からなる陽極箔とを巻回してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子に、チオフェン誘導体からなる重合性モノマーとｐ−トルエンスルホン酸第二鉄とを含浸して導電性ポリマーからなる固体電解質層を形成する固体電解コンデンサにおいて、固体電解質層のＦｅ／Ｓ比を０．０５〜０．９とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に酸化皮膜を形成した弁金属からなる陽極体と、チオフェン誘導体からなる重合性モノマーとｐ−トルエンスルホン酸第二鉄から形成される固体電解質層からなる固体電解コンデンサにおいて、
前記固体電解質層のＦｅ／Ｓ比を一定としたことを特徴とする固体電解コンデンサ。
【請求項２】
弁金属からなる陰極箔と、表面に酸化皮膜を形成した弁金属からなる陽極箔とを巻回してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子に、チオフェン誘導体からなる重合性モノマーとｐ−トルエンスルホン酸第二鉄とを含浸して導電性ポリマーからなる固体電解質層を形成する固体電解コンデンサにおいて、
前記固体電解質層のＦｅ／Ｓ比を一定としたことを特徴とする固体電解コンデンサ。
【請求項３】
前記Ｆｅ／Ｓ比が、０．０５〜０．９であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体電解コンデンサ。
【請求項４】
前記チオフェン誘導体が、３，４−エチレンジオキシチオフェンであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の固体電解コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高耐電圧を得ることができる固体電解コンデンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
タンタルあるいはアルミニウム等のような弁作用を有する金属を利用した電解コンデンサは、陽極側対向電極としての弁作用金属を焼結体あるいはエッチング箔等の形状にして誘電体を拡面化することにより、小型で大きな容量を得ることができることから、広く一般に用いられている。特に、電解質に固体電解質を用いた固体電解コンデンサは、小型、大容量、低等価直列抵抗であることに加えて、チップ化しやすく、表面実装に適している等の特質を備えていることから、電子機器の小型化、高機能化、低コスト化に欠かせないものとなっている。
【０００３】
この種の固体電解コンデンサにおいて、小型、大容量用途としては、一般に、アルミニウム等の弁作用金属からなる陽極箔と陰極箔をセパレータを介在させて巻回してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子に駆動用電解液を含浸し、アルミニウム等の金属製ケースや合成樹脂製のケースにコンデンサ素子を収納し、密閉した構造を有している。なお、陽極材料としては、アルミニウムを初めとしてタンタル、ニオブ、チタン等が使用され、陰極材料には、陽極材料と同種の金属が用いられる。
【０００４】
また、固体電解コンデンサに用いられる固体電解質としては、二酸化マンガンや７、７、８、８−テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）錯体が知られているが、近年、反応速度が緩やかで、かつ陽極電極の酸化皮膜層との密着性に優れたポリエチレンジオキシチオフェン（以下、ＰＥＤＴと記す）等の導電性ポリマーに着目した技術（特許文献１参照）が存在している。
【０００５】
このような巻回型のコンデンサ素子にＰＥＤＴ等の導電性ポリマーからなる固体電解質層を形成するタイプの固体電解コンデンサは、以下のようにして作製される。まず、アルミニウム等の弁作用金属からなる陽極箔の表面を塩化物水溶液中での電気化学的なエッチング処理により粗面化して、多数のエッチングピットを形成した後、ホウ酸アンモニウム等の水溶液中で電圧を印加して誘電体となる酸化皮膜層を形成する（化成）。陽極箔と同様に、陰極箔もアルミニウム等の弁作用金属からなるが、その表面にはエッチング処理を施すのみである。
【０００６】
このようにして表面に酸化皮膜層が形成された陽極箔とエッチングピットのみが形成された陰極箔とを、セパレータを介して巻回してコンデンサ素子を形成する。続いて、修復化成を施したコンデンサ素子に、３，４−エチレンジオキシチオフェン（以下、ＥＤＴと記す）等の重合性モノマーと酸化剤溶液をそれぞれ吐出し、あるいは両者の混合液に浸漬して、コンデンサ素子内で重合反応を促進し、ＰＥＤＴ等の導電性ポリマーからなる固体電解質層を生成する。その後、このコンデンサ素子を有底筒状の外装ケースに収納して固体電解コンデンサを作成する。
【０００７】
【特許文献１】
特開平２−１５６１１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、上述したような固体電解コンデンサが車載用として用いられるようになってきている。このような車載用として要求される耐電圧は、ますます高くなってきており、２５ＷＶ以上の高耐電圧が要求されている。しかしながら、上述したような従来の製造方法により、このような高耐電圧品を製造した場合、エージング工程でショートが発生する割合が高く、歩留まりが低いという欠点があった。
【０００９】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、耐電圧の向上を図ることができる固体電解コンデンサを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく、２５ＷＶ以上の高耐電圧を実現することができる固体電解コンデンサを提供すべく、鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至ったものである。
【００１１】
すなわち、請求項１に記載の発明は、表面に酸化皮膜を形成した弁金属からなる陽極体と、チオフェン誘導体からなる重合性モノマーとｐ−トルエンスルホン酸第二鉄から形成される固体電解質層からなる固体電解コンデンサにおいて、前記固体電解質層のＦｅ／Ｓ比を一定としたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、弁金属からなる陰極箔と、表面に酸化皮膜を形成した弁金属からなる陽極箔とを巻回してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子に、チオフェン誘導体からなる重合性モノマーとｐ−トルエンスルホン酸第二鉄とを含浸して導電性ポリマーからなる固体電解質層を形成する固体電解コンデンサにおいて、前記固体電解質層のＦｅ／Ｓ比を一定としたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の固体電解コンデンサにおいて、前記Ｆｅ／Ｓ比が、０．０５〜０．９であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の固体電解コンデンサにおいて、前記チオフェン誘導体が、３，４−エチレンジオキシチオフェンであることを特徴とする。
【００１５】
上記のような構成を有する請求項１〜請求項４の発明によれば、固体電解質層のＦｅ／Ｓ比を０．０５〜０．９とすることにより、耐電圧の向上を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明者は、重合性モノマーとしてＥＤＴ、酸化剤としてｐ−トルエンスルホン酸第二鉄（以下、ＦｅＰＴＳと記す）を用い、従来の製造方法により巻回型の固体電解コンデンサを製造して、エージング工程でショートが発生する箇所の特徴について検討したところ、以下の知見を得たものである。
【００１７】
まず、コンデンサ素子へのＥＤＴとＦｅＰＴＳの含浸方法によって、耐電圧に差が生ずるか否かについて検討したところ、図１に示したように、混合含浸した場合の方が、個別含浸した場合より耐電圧が高いことが分かった。言い換えれば、ＥＤＴとＦｅＰＴＳとを個別に含浸した場合より、混合含浸した場合の方がショートが発生しにくいことが分かった。
なお、ここでいう「混合含浸」とは、ＥＤＴとＦｅＰＴＳとを混合した溶液にコンデンサ素子を浸漬したものであり、「個別含浸」とは、コンデンサ素子にＥＤＴを含浸した後、乾燥し、その後ＦｅＰＴＳを含浸したものである。
【００１８】
次に、巻回していたコンデンサ素子を再度開き、ショートが発生した箇所を調べたところ、個別含浸した場合には、図２に示したように、ショートの発生箇所は巻き終わり部分に集中していた。一方、混合含浸した場合には、図３に示したように、巻線の全体に分散していた。
【００１９】
また、個別含浸した場合と混合含浸した場合の両方について、ショートが発生した箇所のＦｅ／Ｓ比について調べたところ、それぞれ表１、表２に示したような結果が得られた。なお、Ｆｅ／Ｓ比は、ＦｅとＳの元素定量分析によって測定した。
【表１】
2004128091.tif 000002
【表２】
2004128091.tif 000003
【００２０】
表１及び表２から明らかなように、ショートが発生した箇所のＦｅ／Ｓ比は、０．９より大きいことが判明した。このことから、Ｆｅ／Ｓ比を０．９より小さくすることにより、ショートの発生を低減できることが分かった。さらに検討を重ねた結果、Ｆｅ／Ｓ比は０．０５〜０．９とすることが好ましく、０．０５〜０．６０とすることがより好ましいことが分かった。
【００２１】
そこで、本発明者は、このＦｅ／Ｓ比と、ＥＤＴ及びＦｅＰＴＳの混合比との関係について検討した。その結果、“Ｆｅ”は酸化剤であるＦｅＰＴＳにのみ含有されており、“Ｓ”はＥＤＴ及びＦｅＰＴＳの両方に含有されていることから、重合性モノマーの混合比を高くすることが望ましいことが示唆された。
【００２２】
また、個別含浸した場合に、ショート箇所が巻き終わり部分に集中しているのは、その箇所のＥＤＴが蒸発、脱離などの理由によって少なくなりやすく、その結果、その箇所のＦｅ／Ｓ比が大きくなって、その箇所がショートしやすくなるためと考えられる。一方、混合含浸した場合に、ショート箇所が分散しているのは、混合含浸した結果、ＥＤＴとＦｅＰＴＳが均一に含浸されるため、ＥＤＴのみが蒸発、脱離などを起こすことが少なく、Ｆｅ／Ｓ比が大きくなる箇所が極めて少ないためと考えられる。
さらに、本発明者は、焼結体型の固体電解コンデンサについても同様の検討を行ったところ、ショートが発生した箇所のＦｅ／Ｓ比は０．９より大きいことが判明した。
【００２３】
このことから、固体電解コンデンサにおいては、固体電解質層のＦｅ／Ｓ比を一定とすることにより、より具体的には、固体電解質層のＦｅ／Ｓ比を０．０５〜０．９、好ましくは０．０５〜０．６０とすることにより、固体電解コンデンサの耐電圧の向上を図ることができることが分かった。
【００２４】
このように固体電解質層のＦｅ／Ｓ比を規定したのは、以下の理由による。すなわち、図１〜図３、表１及び表２から分かるように、個別含浸の場合のショート電圧は４５〜４８Ｖと低く、ショート箇所は巻き終わりの下部に集中し、その部位のＦｅ／Ｓ比は０．９以上となっている。これに対して、混合含浸の場合のショート電圧は４９〜６１Ｖと高く、ショート箇所は電極箔の全体に分散していて、Ｆｅ／Ｓ比は０．１〜０．５となっているからである。
【００２５】
（他の実施形態）
本発明に用いられる重合性モノマーとしては、上記ＥＤＴの他に、下記の構造式を有するチオフェン誘導体を適用することができる。
【化１】
2004128091.tif 000004
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、固体電解質層のＦｅ／Ｓ比を０．０５〜０．９とすることにより、耐電圧の向上を可能とした固体電解コンデンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】含浸方法と耐電圧の関係を示す図
【図２】個別含浸した場合のショート発生箇所を示す図
【図３】混合含浸した場合のショート発生箇所を示す図
【図１】
2004128091.tif 000005
【図２】
2004128091.tif 000006
【図３】
2004128091.tif 000007