(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重合液が充填され重合反応に用いられる重合槽と、重合槽の重合液が流れ込み旧液を排出する排出槽と、重合液の新液と旧液の混合重合液を重合槽に送り込む供給槽と、排出槽と供給槽を連結した経路の一部に設けられ重合槽内の重合液を循環させる循環部と、を設け、上記循環部は、重合液が充填されるタンクと、このタンク内に排出槽からの旧液が上方から送り込まれると共に旧液の一部をタンク外へ排出するための排出口が分岐して設けられた旧液流入管と、新しい重合液をタンク内に上方から送り込む新液流入管と、旧液と新液が混合された混合重合液をタンクの下方から排出してポンプを介して上記供給槽へ供給すると共に混合重合液の一部をタンク内に上方から送り込むための循環口が分岐して設けられた混合重合液供給管と、重合液の温度を調整するための温度制御部と、を設けた固体電解コンデンサの製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固体電解コンデンサの製造装置を用い、重合液中で導電性高分子からなる固体電解質層を陽極体の表面に形成する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】
本発明は各種電子機器に使用されるコンデンサの中で、特に、導電性高分子を固体電解質に用いた固体電解コンデンサを製造する際に、上記固体電解質を電解重合により形成するのに最適な固体電解コンデンサの製造装置および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】
近年、電子機器の高周波化に伴い、これらに使用されるコンデンサとしても高周波領域における低インピーダンス化を実現するために、電解重合により得られる高電導度の導電性高分子を固体電解質として用いた固体電解コンデンサが提案され、種々検討されている。
【０００３】
図６はこの種の従来の固体電解コンデンサの固体電解質を電解重合により層状に形成するための固体電解コンデンサの製造装置の構成を示した正面断面図、図７は同側面断面図であり、図６と図７において、３０は重合槽、３１はこの重合槽３０の搬送方向に沿って複数が定間隔で設けられた堰であり、この堰３１によって重合槽３０を搬送方向と交差する方向に複数の槽が夫々独立して形成された構成にするようにしたものである。３２はこの重合槽３０の各槽内に充填された重合液であり、この重合液３２は固体電解質の骨格となる高分子のモノマーと導電性を付与するドーパントから構成されているものである。
【０００４】
３３は図示しない供給部から連続して供給される帯状の電極箔からなる陽極体であり、この陽極体３３は上記重合槽３０の堰３１により仕切られて独立した複数の槽に夫々供給されるものである。３４は上記陽極体３３の上面に貼り付けられた陽極電極、３５はこの陽極電極３４に電源３６を介して給電を行うための給電ローラであり、この給電ローラ３５は上記陽極電極３４を陽極体３３に押し当てて貼り付ける役割も兼ねているものである。
【０００５】
３７は上記陽極電極３４の対極となる陰極電極であり、この陰極電極３７は上記各堰３１を介して隣接する独立した個々の槽に配設されるように断面コ字状に形成されると共に、先端部が上記陽極体３３に貼り付けられた陽極電極３４に向かうように傾斜が設けられており、このように構成された複数の陰極電極３７は平板状の導電性金属棒３８によって一体に接続され、かつ、上記電源３６に接続されているものである。
【０００６】
３９は上記堰３１を介して独立した個々の槽に配設されるスペーサであり、個々の槽に充填された重合液３２の蒸発を防止する目的のものである。４０は重合液供給部、４１は重合液排出部、４２は入口側搬送ローラ、４３は出口側搬送ローラである。
【０００７】
このように構成された従来の固体電解コンデンサの製造装置は、陽極電極３４を上面に貼り付けた陽極体３３を重合液供給部４０側から投入して入口側搬送ローラ４２を経由して重合槽３０内の各槽内の重合液３２内に夫々浸漬して搬送させると共に、電源３６から陽極電極３４と陰極電極３７間に電圧を印加し、上記陽極電極３４を重合の開始点として電解重合を行い、陽極体３３の表面に導電性高分子からなる固体電解質層を形成した後、出口側搬送ローラ４３を経由して重合液排出部４１側へ取り出すように構成されたものであった。
【０００８】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２０００−２００７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら上記従来の固体電解コンデンサの製造装置では、堰３１により夫々独立した槽に配設された一対の陰極電極３７間には、電解重合を制御するために設定した電圧の電位差、電圧変動等による微小な電位差が生じているために堰３１の上部にまで重合液３２が浸透し、このために陰極電極３７どうしが重合液３２と接触することによって陰極電極３７に導電性高分子が生成付着し、これを起点として堰３１や重合槽３０の内壁にまで導電性高分子が生成付着してしまう。このために陰極電極３７の実効面積が変化し、陽極体３３に対して固体電解質層の形成が均一にできないという課題があった。
【００１０】
また、重合槽３０を堰３１によって夫々独立した狭い槽にした構成のため、この独立した狭い槽の中を循環させる重合液３２の量を増やすと槽から溢れ出してしまうために重合液３２の循環量を増やすことが難しく、これにより、電解重合反応を連続して行うことにより重合液３２の組成が変化して均一な固体電解質層を形成することが困難であるという課題があった。
【００１１】
さらに、上記堰３１や重合槽３０の内壁に付着した導電性高分子を除去するのが困難であり、薬品を用いて溶解する場合には発煙硝酸等の高濃度酸を用いなければならないために、製造装置が設置された現場において作業することは極めて難しく、また、ブラシを用いて除去する場合には、導電性高分子の付着強度が高いことに加え、各陽極体３３毎に堰３１が設けられ、かつ、各堰３１間が狭いために除去作業が困難で時間が掛かり、生産性が悪いという課題があった。
【００１２】
本発明はこのような従来の課題を解決し、導電性高分子からなる固体電解質層を陽極体に安定して形成することができる固体電解コンデンサの製造装置および固体電解コンデンサの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために本発明は、重合液が充填され重合反応に用いられる重合槽と、重合槽の重合液が流れ込み旧液を排出する排出槽と、重合液の新液と旧液の混合重合液を重合槽に送り込む供給槽と、排出槽と供給槽を連結した経路の一部に設けられ重合槽内の重合液を循環させる循環部と、を設け、上記循環部は、重合液が充填されるタンクと、このタンク内に排出槽からの旧液が上方から送り込まれると共に旧液の一部をタンク外へ排出するための排出口が分岐して設けられた旧液流入管と、新しい重合液をタンク内に上方から送り込む新液流入管と、旧液と新液が混合された混合重合液をタンクの下方から排出してポンプを介して上記供給槽へ供給すると共に混合重合液の一部をタンク内に上方から送り込むための循環口が分岐して設けられた混合重合液供給管と、重合液の温度を調整するための温度制御部と、を設けた構成のものである。
また、重合液が充填された上面開放の重合槽と、この重合槽内の重合液中に帯状の電極箔からなる陽極体を送り込む陽極体供給部と、上記陽極体が重合液中に浸漬される手前で陽極体の上面に帯状の陽極電極を貼り付ける陽極電極接合部と、この陽極電極が接合された状態で重合液中に浸漬されて搬送される陽極体の幅方向の両端に陽極体ならびに重合槽と夫々非接触状態で位置するように配設され、かつ、陽極体の搬送方向に沿って長尺状に形成された陰極電極と、上記陽極電極ならびに陰極電極間に電圧を印加する電源からなり、上記重合液中で陽極電極ならびに陰極電極間に電圧を印加した状態で陽極体を搬送することにより、電解重合によって導電性高分子からなる固体電解質層を陽極体の表面に形成するようにした構成のものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明による固体電解コンデンサの製造装置は、重合液を循環させるための循環タンクに旧液排出口を設けることにより排出槽から送り込まれた旧液を優先して排出するようにすると共に、混合重合液循環口を設けることにより混合重合液の組成と濃度をより安定するようにしており、これにより、重合反応により組成や濃度が変化した重合液を一定の組成と濃度に調合した重合液として循環させることができるようになるため、安定した固体電解質層の形成を行うことができるという効果が得られるものである。
また、電解重合により導電性高分子からなる固体電解質層を形成するための陰極電極を陽極電極が貼り付けられた陽極体の幅方向の両端に陽極体ならびに重合槽と夫々非接触状態で配設した構成により、陰極電極の周辺には障害となるものが存在しないために重合液の循環が良好になり、重合液の循環量を増やして重合電流を高めることができるようになるために生産性の向上が図れるばかりでなく、重合槽の内壁に導電性高分子が生成付着したり、陰極電極の実効面積が変化したりすることを極めて小さくすることができるようになるため、陽極体に対して導電性高分子からなる固体電解質層を均一に形成することができるようになり、さらに、陽極体が下方に湾曲しても陽極体と陰極電極の距離を常に一定に保つことができるため、均一な固体電解質層を安定して形成することができるという効果が得られるものである。
【００１５】
また、陽極体の両端に配設した複数の陰極電極の一端を導電板で連結し、この導電板を重合槽と分離して支持する構成にしたことにより、重合槽からの陰極電極の除去が容易に行えるようになるため、重合槽等に導電性高分子が不要に生成付着した場合でも、極めて容易に除去することが可能になり、メンテナンス性の向上を図ることができるという効果も得られるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施の形態）
以下、実施の形態を用いて、本発明の特に全請求項に記載の発明について説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施の形態による固体電解コンデンサの製造装置の構成を示した正面断面図、図２は同側面断面図、図３は同製造装置の分配槽に設けられた堰を示した斜視図、図４は同製造装置の重合液を循環させるための循環タンクの構成を示した断面図、図５は同製造装置により製造される固体電解コンデンサの陽極体を示した要部平面図である。
【００１８】
図１〜図５において、１は本実施の形態による固体電解コンデンサの製造装置を用いて製造される陽極体であり、この陽極体１は厚さ０．１ｍｍの帯状のアルミニウム箔からなり、表面を電気化学的に粗面化し、酸化アルミニウムの誘電体酸化皮膜を形成した後に所定の形状に打ち抜き加工し、両端に３ｍｍ×４ｍｍの大きさの矩形部１ａが形成され、この矩形部１ａには、ステンレス、ニッケル等の金属に粘着樹脂を塗布した絶縁性テープ２が長手方向に連続して貼り付けられることにより、後述する導電性高分子からなる固体電解質層が形成される陰極部１ｂと陽極引き出し部１ｃに区分されている。また、上記陰極部１ｂに形成された誘電体酸化皮膜上には、硝酸マンガン水溶液を含浸させた後に熱分解することによって二酸化マンガンからなる導電層が形成されているものである。
【００１９】
３は重合槽であり、この重合槽３は上面を開放した長尺状に構成されたものである。４はこの重合槽３内に充填されて電解重合を行うための重合液であり、本実施の形態においては、この重合液４として、ピロールモノマー０．２モル／リットル、アルキルナフタレンスルホネート０．１モル／リットル水溶液を用いたものである。
【００２０】
５は帯状の陽極電極であり、この陽極電極５はリールに巻回された状態（図示せず）で図示しない供給部から供給され、同じくリールに巻回された状態で（図示せず）図示しない供給部から供給される帯状の陽極体１上に重なり合い、陽極電極５に電源１３を介して給電を行うための給電ローラ６により陽極電極５を陽極体１上に押し付けて貼り付けるようにするものであり、このようにして貼り付けを終えた状態は図５に示すように、陽極体１の陽極引き出し部１ｃと絶縁性テープ２の一部を覆うように貼り付けられ、この状態で上記重合槽３内に送り込まれるものである。
【００２１】
７は陰極電極であり、この陰極電極７はステンレスや白金、チタン等の金属、あるいはカーボンからなる導電体によって形成されると共に、上記陽極電極５が貼り付けられた状態で重合液４中に浸漬されて搬送される陽極体１の搬送方向に沿って長尺状に形成され、上記重合液４中で搬送される陽極体１の幅方向の両端に陽極体１ならびに重合槽３と夫々非接触状態で位置するように配設されたものであり、本実施の形態においては、上記陽極体１を搬送方向と交差する方向に定間隔で複数並設し、各陽極体１の幅方向の両端に陰極電極７が夫々同様に配設されるように構成したものである。
【００２２】
また、上記陽極電極５と陰極電極７との最短距離は６〜１６ｍｍとし、これに対応して陽極体１の矩形部１ａの端部と陰極電極７との最短距離は２〜１２ｍｍの範囲にするのが望ましい。この最短距離よりも小さい場合には矩形部１ａと陰極電極７の間に乱流が発生し、陰極電極７から発生する気泡が陽極体１に付着するために好ましくなく、また最短距離よりも大きい場合には電解重合反応が遅くなるために好ましくないものである。
【００２３】
また、上記陰極電極７の重合槽３内への浸漬は、少なくとも陽極体１より下方に配置されるようにすることが望ましく、好ましくは陽極体１の下面より１０ｍｍ以上下方に位置させ、かつ、重合槽３の底面に接触しないように配置するのが良いものである。このように構成することにより、電解重合反応によって組成が変化した重合液４を陽極体１毎に分離して搬送方向に循環させることができるようになり、また、重合槽３の底部に導電性高分子が形成されることを防止することができるようになるものである。
【００２４】
８は上記複数の陰極電極７の夫々の一端を連結した導電板、９はこの導電板８を支持する導電板支持脚であり、この導電板支持脚９は上記重合槽３と分離して外部に設けられることによって重合槽３と直接接触しないようにしているものである。
【００２５】
１０は上記重合槽３の上流側に設けられた供給槽、１１はこの供給槽１０に連結して設けられた分配槽であり、上記供給槽１０内には重合液４が常に満杯状態になるように供給され、このように満杯状態になった重合液４は供給槽１０と分配槽１１間に設けられた堰１０ａから溢れ出て分配槽１１内に流れ込み、さらに、この分配槽１１内で満杯状態になった重合液４は分配槽１１と重合槽３間に設けられた堰１１ａから溢れ出て重合槽３内に流れ込むように構成されているものである。
【００２６】
また、上記堰１１ａは上端部に複数のスリット１１ｂが等間隔で設けられており、このスリット１１ｂは上記重合槽３内に配設された陰極電極７間の中心と夫々対応するように形成されているため、このスリット１１ｂから分岐して流れ出た重合液４は各陰極電極７間の中心に向かって流れるようになるものである。
【００２７】
１２は上記重合槽３の下流側に設けられた排出槽であり、重合槽３に設けられた堰３ａから溢れ出た重合液４がこの排出槽１２内に流れ込み、後述する循環タンクを介してこの排出槽１２から上記供給槽１０へと重合液４を循環させるようにしているものである。
【００２８】
１３は電源であり、上記給電ローラ６と複数の陰極電極７を連結した導電板８間に所定の電圧を印加して電解重合を行うように構成されているものである。１４は上記重合電極５が貼り付けられた陽極体１を重合液４中に案内する入口側搬送ローラ、１５は電解重合を終えた陽極体１を重合液４から引き上げるための出口側搬送ローラ、１６はこの出口側搬送ローラ１５によって重合液４から引き上げられた陽極体１に貼り付けられた重合電極５を陽極体１から引き剥がす剥離ローラ、１７はこの重合電極５が剥がされた陽極体１を搬送する搬送ローラである。
【００２９】
１８はポリ塩化ビニール系発泡樹脂板からなる矩形状の遮蔽板であり、この遮蔽板１８は上記各陰極電極７間に夫々配設されることにより重合液４上に浮遊し、これによって重合液４の蒸発を防止して液面を安定に保つように設けられたものである。また、この遮蔽板１８は重合液４の液面で陰極電極７との接触を防止するために、導電板８に図示しない絶縁樹脂製のロープで半固定状態にされているものである。
【００３０】
１９は上記排出槽１２と供給槽１０の経路の一部に設けられて重合液４を循環させる循環部を構成する循環タンクである。２０は上記排出槽１２から排出された重合液４（以下、旧液と呼ぶ）が循環タンク１９内に上方から送り込まれる旧液流入管、２０ａはこの旧液流入管２０内に送り込まれた旧液の一部を循環タンク１９外へ強制的に排出するために旧液流入管２０から分岐して設けられた旧液排出口である。２１は新しい重合液４（以下、新液と呼ぶ）を循環タンク１９内に上方から送り込むための新液流入管である。
【００３１】
２２は上記循環タンク１９内で混合された旧液と新液（以下、混合重合液と呼ぶ）が送り出されるように循環タンク１９の下方に設けられた混合重合液供給管、２３はこの混合重合液供給管２２の一部に設けられて混合重合液を上記供給槽１０へ送り込むためのポンプ、２２ａはこの混合重合液供給管２２内に送り込まれた混合重合液の一部を強制的に循環タンク１９内に上方から送り込むために混合重合液供給管２２から分岐して設けられた混合重合液循環口である。２４は上記混合重合液供給管２２と混合重合液循環口２２ａの流量を夫々調整するためのバルブである。
【００３２】
２５は循環タンク１９内に配設されて重合液４の温度調整を行うためのヒーター、２６は循環タンク１９の外壁に設けられて重合液４の温度調整を行うための冷却ジャケットであり、このヒーター２５ならびに冷却ジャケット２６により重合液４の温度を常に所定の温度に保つように制御するものである。
【００３３】
このように構成された本実施の形態による固体電解コンデンサの製造装置の動作について説明すると、まず、帯状のアルミニウム箔からなる陽極体１と帯状の陽極電極５を図示しない夫々の供給部から供給して重ね合わせ、給電ローラ６により陽極体１上に陽極電極５を貼り付け、この状態で入口側搬送ローラ１４を経由して重合槽３内に充填された重合液４中に浸漬する。
【００３４】
続いて、上記陽極体１を重合液４中を搬送させると共に、電源１３から給電ローラ６と導電板８を介して各陰極電極７間に所定の電圧を印加することにより、陽極電極５を重合の開始点として電解重合反応が開始され、陽極体１に設けられた陰極部１ｂの表裏面全体にポリピロールの導電性高分子からなる固体電解質層が生成される。
【００３５】
そして、約１５分程度で所望の固体電解質層が形成され、出口側搬送ローラ１５を経由して固体電解質層が形成された陽極体１が重合液４から引き上げられ、続いて剥離ローラ１６によって陽極体１に貼り付けられていた陽極電極５が引き剥がされ、陽極体１のみが搬送ローラ１７によって搬送され、図示しない次の工程へと送り込まれるものである。
【００３６】
また、上記重合液４は供給槽１０から分配槽１１を経て重合槽３内に送り込まれ、電解重合反応に用いられた後に排出槽１２に流れ込んで排出される。そして、循環タンク１９により新しい重合液４が加えられて所定の組成と濃度の混合重合液が作製され、常に一定の組成と濃度に調合された状態で上記供給槽１０に循環供給されるようになるものである。
【００３７】
このように本実施の形態による固体電解コンデンサの製造装置は、電解重合により導電性高分子からなる固体電解質層を形成するための陰極電極７を陽極電極５が貼り付けられた陽極体１の幅方向の両端に非接触状態で配設した構成により、陰極電極７の周辺には障害となるものが存在しないために重合液４の循環が良好になって重合液４の循環量を従来の０．６〜０．８Ｌ／分から２０〜２５Ｌ／分へと飛躍的に増やすことができるようになり、これにより重合電流を大幅に高めることができるようになるために重合反応も従来の３０分から１５分へと半減することが可能になり、生産性を一挙に２倍にすることができるようになるものである。
【００３８】
また、このように重合液４の循環量を飛躍的に増加させることにより、重合槽３の内壁に導電性高分子が生成付着したり、陰極電極７の実効面積が変化したりすることを極めて小さくすることができるようになるため、陽極体１に対して導電性高分子からなる固体電解質層を均一に形成することができるようになり、さらに、陽極体１が下方に湾曲しても陽極体１と陰極電極７の距離を常に一定に保つことができるため、均一な固体電解質層を安定して形成することができるという効果が得られるものである。
【００３９】
また、陽極体１の両端に配設した複数の陰極電極７の一端を夫々導電板８で連結し、この導電板８を重合槽３の外部で支持する構成にしたことにより、重合槽３からの陰極電極７の除去が容易に行えるようになるため、重合槽３等に導電性高分子が不要に生成付着した場合でも、極めて容易に除去することが可能になり、メンテナンス性の向上を図ることができるという効果も得られるものである。
【００４０】
また、このように大量の重合液４を循環させるための循環タンク１９は、旧液排出口２０ａを設けることにより排出槽１２から送り込まれた旧液を優先して排出するようにすると共に、混合重合液循環口２２ａを設けることにより混合重合液の組成と濃度をより安定するようにしており、これにより、重合反応により組成や濃度が変化した重合液４を常に一定の組成と濃度に調合した重合液４として循環させることができるようになるため、常に安定した固体電解質層の形成を行うことが可能になるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明による固体電解コンデンサの製造装置は、均一な固体電解質層を安定して形成することができるという効果を有し、各種電子機器用として、特に、高周波領域における低インピーダンス化が要求される用途の固体電解コンデンサを製造する製造装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施の形態による固体電解コンデンサの製造装置の構成を示した正面断面図
【図２】同側面断面図
【図３】同製造装置の分配槽に設けられた堰を示した斜視図
【図４】同製造装置の重合液を循環させるための循環タンクを示した断面図
【図５】同製造装置により製造される固体電解コンデンサの陽極体を示した要部平面図
【図６】従来の固体電解コンデンサの製造装置の構成を示した正面断面図
【図７】同側面断面図
【符号の説明】
【００４３】
１  陽極体
１ａ  矩形部
１ｂ  陰極部
１ｃ  陽極引き出し部
２  絶縁性テープ
３  重合槽
３ａ、１０ａ、１１ａ  堰
４  重合液
５  陽極電極
６  給電ローラ
７  陰極電極
８  導電板
９  導電板支持脚
１０  供給槽
１１  分配槽
１１ｂ  スリット
１２  排出槽
１３  電源
１４  入口側搬送ローラ
１５  出口側搬送ローラ
１６  剥離ローラ
１７  搬送ローラ
１８  遮蔽板
１９  循環タンク
２０  旧液流入管
２０ａ  旧液排出口
２１  新液流入管
２２  混合重合液供給管
２２ａ  混合重合液循環口
２３  ポンプ
２４  バルブ
２５  ヒーター
２６  冷却ジャケット
【図１】
0004736856.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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