(57)【要約】植込み型医用デバイス（ＩＭＤ）及びそのための平坦な電解コンデンサを含む様々な構成部品、並びに製造法及び使用法、特に最適化されたＥＳＲと陽極層表面積を有する改良された電解コンデンサ。電極積重ねアセンブリと電解質が、密封封止されたコンデンサ・ケースの内部ケース室内に位置する。電極積重ねアセンブリは、互いに位置合わせされて積み重ねられた複数のコンデンサ層を具備し、各コンデンサ層が、陰極タブを有する陰極層と、陽極タブを有する少なくとも１つの陽極層を具備する陽極サブアセンブリと、隣接する陽極層と陰極層の間に位置するセパレータ層とを具備し、それによって、積重ねの隣接する陰極層と陽極層すべてが、セパレータ層によって互いに電気的に絶縁される。陽極端子手段が、複数の陽極タブを互いに電気接続し、且つケースの外部で陽極接続端子を提供するためにコンデンサ・ケース側壁を介して伸長する。陰極端子手段が、複数の陰極タブを互いに電気接続し、且つケースの外部で陰極接続端子を提供するためにコンデンサ・ケース側壁のカプセル化領域に、又はそこを介して伸長する。コネクタ・アセンブリが、陽極タブと電気接続を形成するために陽極接続端子に、また陰極タブと電気接続を形成するために陰極接続端子に電気接続される。陽極層は、酸化物層を有し、そこを介する複数の穿孔と共に形成された１枚又は複数の非貫通エッチング陽極シートから形成される。
2004502316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解コンデンサ内で使用するための陽極層を作製する方法であって、
薄い金属陽極箔を用意するステップと、
前記薄い金属陽極箔をエッチングして前記薄い金属陽極箔の一部分まで伸長する孔を形成し、それによって表面積を増すエッチング陽極箔を形成するステップと、
前記エッチング・ステップに続いて、前記エッチング陽極箔内にある形状を切り、陽極シート縁部及び陽極シート厚によって境界を画された第１及び第２の向い合う主要表面を有するエッチング陽極シートを提供するステップと、
前記エッチング陽極シートの前記陽極シート厚を介して、前記第１及び第２の向い合う主要表面の間で伸長する複数のスルーホールを形成するステップと、
前記エッチング陽極シートの孔及びスルーホール表面を覆う酸化物層を形成するステップと、
複数の前記エッチング陽極シートを陽極層の形に組み立てるステップとを含む方法。
【請求項２】
前記金属箔を用意するステップはアルミニウム箔を用意することを含む請求項１の方法。
【請求項３】
前記スルーホールを形成するステップは比較的均一な距離だけ互いに離間された前記複数のスルーホールを形成するステップを含む請求項２の方法。
【請求項４】
スルーホールを形成する前記ステップは比較的均一な距離だけ互いに離間された前記複数のスルーホールを形成するステップを含む請求項１の方法。
【請求項５】
前記複数のスルーホールを形成するステップはパンチング、機械的穴あけ、レーザ穿孔から選択されたグループの１つを更に含む請求項１の方法。
【請求項６】
前記スルーホールは、等価直列抵抗を最小とし且つ静電容量を最大とするように、横断面及び長さのサイズがめされ、密に配分される請求項１の方法。
【請求項７】
電解コンデンサを作製する方法であって、
（ａ）薄い金属陽極箔を用意するステップ、
（ｂ）前記薄い金属陽極箔をエッチングして薄い金属陽極箔の一部分を通り伸長する孔を形成し、それによって表面積を増すエッチング陽極箔を形成するステップ、
（ｃ）前記エッチング陽極箔を切り分け、陽極シート縁部及び陽極シート厚によって境界を画された第１及び第２の向い合う主要表面を有するエッチング陽極シートを提供するステップ、
（ｄ）前記第１及び第２の向い合う主要表面の間で及び前記エッチング陽極シートの陽極シート厚を通り伸長する複数のスルーホールを形成するステップ、
（ｅ）前記エッチング陽極シートの孔及びスルーホール表面を覆う酸化物層を形成するステップ、
（ｆ）複数の前記エッチング陽極シートを陽極層の形に組み立てるステップ
（ｇ）セパレータ層及び陰極シートを用意するステップ、
（ｈ）前記陽極層の第１の主要表面と前記陰極シートの１つの主要表面との間で前記セパレータ層を組み立て、前記陽極層及び前記陰極シートの露出した第２の主要表面群を有するコンデンサ層を形成するステップ、
（ｉ）前記コンデンサ層を受け取るようにサイズ決めされたコンデンサ内部室を有するコンデンサ・ケースを用意するステップ、
（ｊ）前記コンデンサ層を前記コンデンサ内部室内に挿入するステップ、及び
（ｋ）前記コンデンサ内部室を電解質で充填し、前記コンデンサ層を電解質で浸漬するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７の方法であって、
他の複数のセパレータ層を用意するステップ、
各コンデンサ層の前記陽極層及び陰極シートの前記露出した第２の主要表面群の１つを覆う少なくとも１つのセパレータ層を付着させる追加ステップを含み、ステップ（ａ）〜（ｈ）に従って複数のコンデンサ層を形成するステップ、及び　前記複数のコンデンサ層を電極積重ねアセンブリの形に積み重ねるステップを更に含み、
すべての陽極層及び陰極層が少なくとも１つのセパレータ層によって分離される方法。
【請求項９】
前記スルーホールを形成する前記ステップは比較的均一な距離だけ互いに離間された前記複数のスルーホールを形成することを更に含む請求項８の方法。
【請求項１０】
スルーホールを形成する前記ステップが、比較的均一な距離だけ互いに離間された前記複数のスルーホールを形成することを更に含む、請求項７の方法。
【請求項１１】
金属箔を用意する前記ステップはアルミニウム箔を用意するステップを含む請求項７の方法。
【請求項１２】
複数のスルーホールを形成する前記ステップはパンチング、機械的穴あけ、及びレーザ穿孔から選択されたグループの１つを更に含む請求項７の方法。
【請求項１３】
前記スルーホールは、等価直列抵抗を最小限に抑え、且つ静電容量を最大化するように、横断面及び長さがサイズ決めされ、密度が配分される、請求項７の方法。
【請求項１４】
層状アルミニウム電解コンデンサにおいて、
向い合う主要陽極層表面と前記向い合う主要表面の周縁部の周りの陽極層縁部とを有し、陽極シートの一部分まで伸長する孔を形成することによって表面積を増すようにエッチングされた少なくとも１枚の薄い金属陽極シートから形成された陽極層であって、前記エッチング陽極シートが、陽極シート縁部及び陽極シート厚によって境界を画された第１及び第２の向い合う主要陽極シート表面を有し、前記エッチング陽極シートが、前記エッチング陽極シートの前記陽極シート厚を介して、前記第１及び第２の向い合う主要表面の間で伸長するように穿孔された複数のスルーホールと、前記孔及びスルーホールの露出した表面を覆う酸化物層とを有する陽極層と、
陰極層と、
前記陽極層と前記陰極層の間で位置決めされたセパレータ層と、
電解質と、を含むコンデンサ。
【請求項１５】
複数の陽極層、陰極層、セパレータ層は、積み重ねられて、電気結合された前記陽極層及び電気結合された前記陰極層を有する電極積重ねアセンブリを形成する請求項１４のコンデンサ。
【請求項１６】
前記電極積重ねアセンブリ及び前記電解質を封入するためのケース内部室を有するコンデンサ・ケースと、
前記結合された陽極層から前記ハウジング外部の陽極接続端子に伸長する陽極電気接点と、
前記結合された陰極層から前記ハウジング外部に伸長する陰極電気接点とを更に含む、請求項１５のコンデンサ。
【請求項１７】
前記陽極層は、隣接する積重ね陽極シートの第１及び第２の主要陽極シート表面が少なくとも部分的に接触するように積み重ねられた複数の前記陽極シートから形成される請求項１５のコンデンサ。
【請求項１８】
前記複数のスルーホールは、比較的均一な距離だけ互いに離間される請求項１４のコンデンサ。
【請求項１９】
前記金属陽極シートはアルミニウム箔を含む請求項１４のコンデンサ。
【請求項２０】
前記複数のスルーホールは、パンチング、機械的穴あけ、レーザ穿孔から選択されたグループの１つによって形成される請求項１４のコンデンサ。
【請求項２１】
前記スルーホールは、等価直列抵抗を最小限に抑え、且つ静電容量を最大化するように、横断面及び長さがサイズ決めされ、密度が配分される、請求項１４のコンデンサ。
【請求項２２】
層状アルミニウム電解コンデンサにおいて、
向い合う主要陽極層表面と前記向い合う主要表面の周縁部の周りの陽極層縁部とを有し、陽極シートの一部分まで伸長する孔を形成することによって表面積を増すようにエッチングされた少なくとも第１、第２、第３の陽極シートから形成された陽極層であって、各前記第１、第２、第３のエッチング陽極シートが、陽極シート縁部及び陽極シート厚によって境界を画された第１及び第２の向い合う主要陽極シート表面を有し、前記第１及び第２のエッチング陽極シートが、前記第１及び第２のエッチング陽極シートの前記陽極シート厚を介して、その前記第１及び第２の向い合う主要表面の間で伸長するように穿孔された複数のスルーホールを有し、前記第３のエッチング陽極シートが前記第１及び第２のエッチング陽極シートの間に配置される陽極層と、
前記第１、第２、第３のエッチング陽極シートの前記孔と前記第１及び第２の陽極シートのスルーホールとの露出した表面を覆う酸化物層と、
陰極層と、
前記陽極層と前記陰極層の間で位置決めされたセパレータ層と、
電解質と、を含むことを特徴とするコンデンサ。
【請求項２３】
複数の陽極層、陰極層、セパレータ層は、積み重ねられて、電気結合された前記陽極層及び電気結合された前記陰極層を有する電極積重ねアセンブリを形成する請求項２２のコンデンサ。
【請求項２４】
前記電極積重ねアセンブリ及び前記電解質を封入するためのケース内部室を有するコンデンサ・ケースと、
前記結合された陽極層から前記ハウジング外部の陽極接続端子に伸長する陽極電気接点と、
前記結合された陰極層から前記ハウジング外部に伸長する陰極電気接点とを更に含む、請求項２３のコンデンサ。
【請求項２５】
前記複数のスルーホールは、比較的均一な距離だけ互いに離間される請求項２２のコンデンサ。
【請求項２６】
前記金属陽極シートがアルミニウム箔を含む請求項２２のコンデンサ。
【請求項２７】
前記複数のスルーホールは、パンチング、機械的穴あけ、レーザ穿孔から選択されたグループの１つによって形成される請求項２２のコンデンサ。
【請求項２８】
前記スルーホールは、等価直列抵抗を最小限に抑え、且つ静電容量を最大化するように、横断面及び長さがサイズ決めされ、密度が配分される、請求項２２のコンデンサ。
【請求項２９】
電解コンデンサ内で使用するための陽極層を作製する方法であって、
（ａ）薄い金属陽極箔を用意するステップ、
（ｂ）前記薄い金属陽極箔をエッチングして薄い金属陽極箔の一部分を伸長する孔を形成し、それによって表面積を増すエッチング陽極箔を形成するステップ、
（ｃ）前記エッチング陽極箔を切り分け、陽極シート縁部及び陽極シート厚によって境界を画された第１及び第２の向い合う主要表面をそれぞれが有する第１、第２、第３のエッチング陽極シートを提供するステップと、
（ｄ）前記第１及び第２の向い合う主要表面の間で前記第１及び第２のエッチング陽極シートの前記陽極シート厚を通り伸長する複数のスルーホールを形成するステップ、
（ｅ）前記第１及び第２のエッチング陽極シートの孔及びスルーホール表面と、前記第２のエッチング陽極シートの孔表面とを覆う酸化物層を形成するステップ、
（ｆ）前記第１、第２、第３のエッチング陽極シートを、前記第１及び第２のエッチング陽極シートの間で第３のエッチング陽極シートが組み立てられた陽極層の形に組み立てるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項３０】
金属箔を用意する前記ステップはアルミニウム箔を用意するステップを含む請求項２９の方法。
【請求項３１】
前記切り分けるステップ（ｃ）は第４及び第５のエッチング陽極シートを切り分けることを更に含み、
前記形成するステップ（ｄ）は前記第４及び第５のエッチング陽極シートの前記陽極シート厚を介して、前記第１及び第２の向い合う主要表面の間で伸長する複数のスルーホールを形成することを更に含み、
前記形成するステップ（ｅ）は前記第４及び第５のエッチング陽極シートの孔及びスルーホール表面を覆う酸化物層を形成するステップを含み、
前記組み立てるステップ（ｆ）は前記第１及び第２のエッチング陽極シートの第２の主要表面に対する前記第４及び第５のエッチング陽極シートの第１の主要表面を、前記第１及び第４のエッチング陽極シートと前記第２及び第５のエッチング陽極シートとの間で第３のエッチング陽極シートが組み立てられた陽極層の形に組み立てるステップを含む請求項２９の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、植込み型医用デバイス（ＩＭＤ）及びそのための平坦な電解コンデンサを含む様々な構成部品、並びにその製造法及び使用法に関する。詳細には、１枚又は複数枚の非貫通エッチング（ｎｏｎｔｈｒｏｕｇｈ−ｅｔｃｈｅｄ）及び貫通穿孔された陽極シートから形成される陽極層をそれぞれが有する複数の積重ね形コンデンサ層から形成されるコンデンサに関する。
【０００２】
【発明の背景】
本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，００６，１３３号に述べられているように、広範なＩＭＤが当技術分野で周知である。特に関心が持たれるものは、悪性不整頻脈、たとえば心房細動又は心室細動が検出されたとき、患者の心臓に比較的高エネルギーのカルジオバージョン（ｃａｒｄｉｏｖｅｒｓｉｏｎ：電気除細動）及び／又は除細動ショックを送達する植込み型カルジオバータ除細動器（ＩＣＤ）である。一般に現行のＩＣＤは、指定された慢性又は挿間性の心房及び／又は心室徐脈及び頻脈を治療するために、単一（ｓｉｎｇｌｅ）又は二重（ｄｕａｌ ｃｈａｍｂｅｒ）ペーシング機能を有し、先にペースメーカ／カルジオバータ／除細動器（ＰＣＤ）と呼ばれていた。以前に開発された自動植込み型除細動器（ＡＩＤ）は、カルジオバージョン又はペーシング機能を有していなかった。本発明では、ＩＣＤが、少なくとも高電圧カルジオバージョン及び／又は除細動機能を有するそのようなＩＭＤをすべて包含するものと理解されたい。
【０００３】
エネルギー、容積、厚さ、質量は、ＩＣＤリードに結合されるＩＣＤ植込み型パルス発生器（ＩＰＧ）を設計する際にクリティカルな特徴である。カルジオバージョン／除細動ショックに必要とされるエネルギーを提供し、蓄積するために使用されるバッテリと高電圧コンデンサは、従来、比較的かさばり、費用がかかっている。現在、ＩＣＤ  ＩＰＧは、容積約４０から約６０ｃｃ、厚さ約１３ｍｍから約１６ｍｍ、質量約１００グラムが一般的である。送達可能なエネルギーを減少させることなく、そのようなコンデンサやＩＣＤ  ＩＰＧの容積、厚さ、質量を削減することが望ましい。そのようにすることは、患者の安楽にとって有益であり、ＩＣＤ  ＩＰＧの周囲で組織がびらんすることによる合併症を最低限に抑える。コンデンサのサイズの縮小はまた、バッテリに釣合いのとれた容積の追加を可能にし、それによってＩＣＤ  ＩＰＧの寿命を延ばし、あるいは新しい構成部品の釣合いのとれた追加を可能にし、それによってＩＣＤ  ＩＰＧに機能を追加することができる。そのようなＩＣＤ  ＩＰＧを、より高い水準の性能を保持しながら低コストで提供することもまた望ましい。同時に、コンデンサの信頼性を損なうことはできない。
【０００４】
様々なタイプの平坦な渦巻きコンデンサが当技術分野で周知であり、そのいくつかの例について以下に述べ、且つ／又は上記で参照し本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，００６，１３３号特許の表１にリストされている特許に見出すことができる。一般に、電解コンデンサは、エッチングされたアルミニウム陽極層（又は電極）と、アルミニウム陰極層（又は電極）と、それらの間に介在する溶媒ベース電解液に浸漬されたクラフト紙又はガーゼのスペーサ又はセパレータとを封入するコンデンサ・ケースと共に形成される。誘電体層として機能するアルミニウム酸化物層が、好ましくは陽極層を電流が通過する間に、エッチングされたアルミニウム陽極上に形成される。
【０００５】
電解質は、溶媒内で溶解しているイオン発生塩を含み、陰極とアルミニウム酸化物誘電体層の間でイオンによる導電性を提供する。コンデンサのエネルギーは、陽極層の表面上に配置されたアルミニウム酸化物層によって分離された反対の電荷によって生成される電磁場内で格納され、エッチングされたアルミニウム陽極層の表面積に比例する。従って、コンデンサの全体容積を最小限に抑えるために、コンデンサの全体（すなわち外部）寸法を増大することなく、単位容積当たりの陽極表面積を最大化しなければならない。セパレータ材料、陽極層端子及び陰極層端子、内部パッケージング、電気相互接続、並びに位置合わせフィーチャ及び陰極材料は、コンデンサの厚さと容積を更に増大させる。従って、コンデンサ内のこれらや他の構成部品、並びに所望の静電容量により、その物理的寸法を縮小できる範囲が制限される。
【０００６】
いくつかのＩＣＤ  ＩＰＧは、Ｔｒｏｕｐによって「Ｉｍｐｌａｎｔａｂｌｅ Ｃａｒｄｉｏｖｅｒｔｅｒｓ ａｎｄ Ｄｅｆｉｂｒｉｌｌａｔｏｒｓ」Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ Ｃａｒｄｉｏｌｏｇｙ、Ｖｏｌｕｍｅ ＸＩＶ、Ｎｕｍｂｅｒ１２、１９８９年１２月、Ｙｅａｒ Ｂｏｏｋ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ、シカゴ、で述べられたもの、及び米国特許第４，２５４，７７５号に述べられているものに類似の商用閃光電球コンデンサを使用する。電極又は陽極及び陰極は、螺旋のセパレータ層によって分離された陽極層及び陰極層の形に巻かれている。大抵の商用閃光電球コンデンサは、もろく、且つ高度にエッチングされたアルミニウム陽極箔が、陽極層、陰極層、セパレータ層を渦巻き形構成に巻いている間に破断しないように意図されたセパレータの芯を含む。商用閃光電球コンデンサの円筒形状と紙の芯により、それを使用して作製するＩＣＤ  ＩＰＧの容量パッケージング効率と厚さが制限される。
【０００７】
平坦な電解コンデンサはまた、一般的な応用分野向け、並びにＩＣＤ内で使用するために、従来技術で開示されている。より最近開発されたＩＣＤ  ＩＰＧは、１つ又は複数の平坦な高電圧コンデンサを使用して、円筒形閃光電球コンデンサに伴うパッケージングと容積の欠点のいくつかを克服する。たとえば、米国特許第５，１３１，３８８号は、それぞれが「電極積重ねサブアセンブリ」を含む複数の積重ね形コンデンサ層を有する平坦なコンデンサを開示している。各コンデンサ層は、陽極タブを有する陽極層を形成する１枚又は複数の陽極シートと、陰極タブを有する陰極シート又は層と、陽極層を陰極層から分離するためのセパレータとを含む。’３８８特許では、積重ね形コンデンサ層の電極積重ねアセンブリが非導電性のポリマー包被内に容れられ、ポリマー包被は、その綴じ目で封止され、導電性金属の室、コンデンサ・ケース内に、又はＩＣＤ  ＩＰＧハウジングの区画内にはめ込まれ、ケース又は区画の壁を介して伸長するフィードスルーによってコンデンサの陽極及び陰極と電気接続される。
【０００８】
積重ねのコンデンサ層すべての陽極層と陰極層のタブは、並列で電気接続されて単一のコンデンサを形成し、又はグループ化されて複数のコンデンサを形成する。アルミニウム陽極層タブは共に集められ、ケース又は区画の壁を介して伸長する陽極フィードスルーのフィードスルー・ピンに電気接続される。アルミニウム陰極層タブは共に集められ、ケース又は区画の壁を介して伸長する陰極フィードスルーのフィードスルー・ピンに電気接続され、又は導電性のコンデンサ・ケース壁に接続される。
【０００９】
ＩＣＤ  ＩＰＧ内で使用するために、平坦なアルミニウム電解コンデンサの設計における多数の改良、たとえば、ＣＡＲＴＳ ９６：１６ｔｈ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ ａｎｄ Ｒｅｓｉｓｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ、１９９６年３月１１〜１５日、及びＣＡＲＴＳ−ＥＵＲＯＰＥ ９６：１０ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｐａｓｓｉｖｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ、１９９６年１０月７〜１１日でＰ．Ｌｕｎｓｍａｎｎ及びＤ．ＭａｃＦａｒｌａｎｅによって発表された「Ｈｉｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ ｆｏｒ Ｉｍｐｌａｎｔａｂｌｅ Ｄｅｆｉｂｒｉｌｌａｔｏｒｓ」、ｐｐ．３５〜３９に述べられている改良などが開示されている。ＩＣＤ  ＩＰＧ内で使用するための、平坦な電解コンデンサの他の特徴は、すべてＭａｃＦａｒｌａｎｅらに発行された米国特許第４，９４２，５０１号、第５，０８６，３７４号、第５，１４６，３９１号、第５，１５３，８２０号、第５，５６２，８０１号、第５，５８４，８９０号、第５，６２８，８０１号及び第５，７４８，４３９号に開示されている。
【００１０】
一般に、各コンデンサ層の陽極層は、単一の高度にエッチングされた陽極シート、又は高度にエッチングされた金属箔から切り分けられた複数のそのような陽極シートを使用して形成される。高度にエッチングされたアルミニウム箔は、陽極箔を全面的に伸長するトンネルと共に陽極箔の一部分まで伸長する高集中度の孔を有する（貫通エッチング又はトンネル・エッチング）、又は陽極箔の一部分まで伸長する高集中度の孔だけを有する（非貫通エッチング）微細な輪郭を描くエッチング表面を有する。どちらの場合でも、そのような高度にエッチングされた箔から切り分けられたそのような貫通エッチング又は非貫通エッチング陽極シートは、その公称（長さ×幅）表面積よりはるかに大きな総表面積を示す。微視的な真の表面積と巨視的な公称面積の比である表面積率は１００：１にもなることがあり、有利にも静電容量を増加させる。貫通エッチング又はトンネル・エッチング陽極シートは、非貫通エッチング陽極シートの場合のようにトンネルを閉じるウェブ又は障壁表面がないため、幾分低い比を示す。
【００１１】
アルミニウム箔をエッチングした後で、ホウ酸又はクエン酸など電解質と水、又は当業者に知られている他の溶液を介して箔に電圧を印加することにより、エッチングされた表面上でアルミニウム酸化物層を形成する。一般に、個々の陽極シートは、箔上にアルミニウム酸化物を形成した後で、コンデンサ・パッケージに共形となる形状に穿孔し、打ち抜き、あるいは他の方法で箔から切り分ける。陽極シートの周縁周囲の切断縁は慎重にクリーニングし、電極積重ねアセンブリ内のコンデンサ層間に捕らえられて高い漏れ電流又はコンデンサ故障を引き起こす可能性のある陽極材料の粒子を除去する。陽極層は、単一の陽極シート又は複数の陽極シートから形成する。コンデンサ層は、陽極層、セパレータ層、陰極層を互いに積み重ねることによって組み立て、電極積重ねアセンブリは、セパレータ層によって分離された複数のコンデンサ層を互いに積み重ねることによって組み立てる。次いで、陽極層及び陰極層の切断縁、並びに他の露出したアルミニウムを、時効処理中にコンデンサ内で再形成し、漏れ電流を減らす。
【００１２】
非貫通エッチング陽極シートは、陽極層として陽極シート１枚だけを使用するとき使用する。静電容量（及びエネルギー密度）を増加させるために、上述のように複数の陽極シートを互いに積み重ねて多層陽極層を形成する。そのような多層陽極層では、貫通エッチング又はトンネル・エッチング陽極シートを使用し、サンドイッチ形の内側陽極シートのアルミニウム酸化物層すべてにわたって確実に電解質が分配されるようにし、且つイオン連絡のための経路を提供する必要がある。しかし、表面積の増加は、その中央に中実部が残っている同数の積重ね非貫通エッチング陽極シートで達成することができるものほど大きくない。
【００１３】
たとえば、’８９０特許は、中央に中実の芯を有する高度にエッチングされたシートを具備する３枚の陽極シートと、中央のシートをサンドイッチする２枚のトンネル・エッチング陽極シートとから形成された陽極層の使用を開示している。この構成は、電解質、従って導電性イオンが、陽極層の表面積全体、更には箔の内側層上で始まる孔に達することを可能にするように意図され、しかし同時にイオンは、陽極層を全面的に貫通することができない。所望の電気性能に応じて、より多くのトンネル・エッチング陽極シートをサンドイッチ形陽極層内で使用することができる。
【００１４】
そのような電界コンデンサの電気性能は、陽極層及び陰極層の表面積によって、また等価直列抵抗（ＥＳＲ）と呼ばれる電解コンデンサそのものに伴う抵抗によって影響を受ける。ＥＳＲは、源泉の如何に関わらず電解コンデンサのエネルギー損失すべてを表す「仮定的な」直列抵抗である。ＥＳＲは、充電時間をより長くし（又はより長いビルド・ファクタ）、放電効率をより低下させる。従って、ＥＳＲを最小限に低減することが望ましい。
【００１５】
ＥＳＲの要素の１つは、陽極表面積静電容量を増加させるための電気化学エッチング中に形成される陽極シートの孔又はトンネル内の溶液抵抗である。孔のサイズと深さ、及び陽極シートを介したトンネルのサイズは、エッチング・プロセス並びに酸化物形成プロセスによって決まる。ＥＳＲを最小限に抑えるために、トンネルは、酸化物が成長するのに十分な大きさ、及びイオンが陽極層の陽極シートを介して移動するのに十分な長さとするべきである。換言すれば、理想的な陽極シートは、シートの厚さを貫通し、且つ電解質が流通するのに十分な大きさである孔又はトンネルを有するべきである。現実には、孔とトンネルはサイズが変わる。狭いトンネルは、イオンの移動を遅らせることがあり、貫通エッチング・トンネルでない孔は、イオン移動のための経路を塞ぐ。
【００１６】
しかし、上記で指摘したように、貫通エッチング・トンネルは、陽極層表面積を縮小し、そのような陽極層で形成されたコンデンサ層の静電容量を、非貫通エッチング陽極層を使用して形成された等価のコンデンサ層の静電容量に比べて減少させる。静電容量を最大化するために、ＥＳＲを最小限に抑えるのに十分な大きい断面を有する最小限の数のトンネルが確実に得られるようにエッチング・パラメータを制御することは困難である。
【００１７】
大きい表面積は、アルミニウムを溶解し、トンネル又は穴を形成することにより、電気化学エッチング・プロセス中に得られる。しかし、電気化学トンネル・エッチングは「無作為」プロセスであり、制御不可能なトンネル部位の分布や様々なトンネル・サイズ／長さをもたらす。その結果、商用アルミニウム箔の静電容量は、同じサイズ／長さの部位制御可能なトンネルを有する理想的な箔の静電容量よりはるかに低くなる。
【００１８】
陽極シート静電容量を増加させるために、側部でトンネル密度を高め、中央にウェブを残すことによって非貫通エッチング陽極箔を作製する。ウェブは、電解質連絡にとって物理的な障壁であり、「単陽極シート構成」でその非貫通エッチング陽極を、又は「多層陽極シート構成」で非貫通エッチング陽極１つだけを限定する。
【００１９】
ＥＳＲを最小限に抑え、且つ表面積を最大化するために、陽極シートを介してイオン連絡を提供することによってこれらの問題を克服することが望ましい。
【００２０】
【発明の概要】
本発明は、ＥＳＲを最小限に抑え、且つ表面積を最大化する電解コンデンサの陽極層を提供し、そのようなコンデンサは、１枚又は複数の非貫通エッチングされ、且つスルーホール穿孔された陽極シートから形成された陽極層をそれぞれが有する１つ又は複数の積重ね形コンデンサ層から形成される。
【００２１】
本発明は、ＥＳＲを低減し、イオンが移動するための経路がより多くなるように、非貫通エッチング陽極を介して小さなスルーホールを形成することによって電解質移動のための経路を設ける。これらスルーホールの数とサイズは、ＥＳＲを最小限に低減する一方、不必要に表面積を減少させないように選択する。一般に、スルーホールの最小限の数及びサイズは、完成したコンデンサが依然として応用分野の要件を満たしているように選択することになる。スルーホールが円形である必要はないが、円形は使用するのに都合のよい形状である。
【００２２】
互いにサンドイッチされて陽極層を形成する複数の陽極シートを使用する一実施形態では、最も内側の陽極シートは非貫通エッチングされるが穿孔されず、最も内側の陽極シートを介したイオン移動又は連絡に対する障壁を形成する一方、最も外側の陽極シートは穿孔され、イオン移動と陽極シート表面すべてへの電解質分配を可能にする。
【００２３】
１実施形態では、本発明に従って形成された例示的な電解コンデンサが、電極積重ねアセンブリと、密封封止されたコンデンサ・ケースの内部ケース室内に位置する電解質とを具備する。電極積重ねアセンブリは、互いに位置合わせされて積み重ねられた複数のコンデンサ層を具備し、各コンデンサ層が、陰極タブを有する陰極層と、陽極タブを有する少なくとも１つの陽極層を具備する陽極層と、隣接する陽極層と陰極層の間に位置するセパレータ層とを具備し、それによって、積重ねの隣接する陰極層と陽極シートすべてが、セパレータ層によって互いに電気的に絶縁される。陽極端子手段が、複数の陽極タブを互いに電気接続し、且つケースの外部で陽極接続端子を提供するためにコンデンサ・ケース側壁を介して伸長する。陰極端子手段が、複数の陰極タブを互いに電気接続し、且つケースの外部で陰極接続端子を提供するためにコンデンサ・ケース側壁のカプセル化領域に、又はそこを介して伸長する。コネクタ・アセンブリが、陽極タブと電気接続を形成するために陽極接続端子に、また陰極タブと電気接続を形成するために陰極接続端子に電気接続される。
【００２４】
本発明は、エッチング法に加えて、電解質連絡のためのスルーホール・トンネルを作製し、それにより、多層陽極シート構成で複数の非貫通エッチング陽極を使用することができる、より制御可能な方法を提供する。
【００２５】
穿孔法は、陽極層用のアルミニウム陽極シートを作製する際に使用されるアルミニウム箔内により多くのトンネルを生成する。しかし、これは電気化学エッチング中に得られる既存のトンネルもまた除去する。既存の技術は、エッチング・プロセス中に得られるものより小さいトンネルを生成することができないために、正味の結果として表面積が減少し、従って静電容量を損失する。静電容量損失の程度は、穴のサイズと密度によって決まる。しかし、非貫通エッチング箔は貫通エッチング箔より静電容量が高いために、穿孔非貫通エッチング箔の静電容量は、依然として貫通エッチング箔より高い。
【００２６】
穿孔プロセスは箔の静電容量を減少させるため、過度に行うべきではない。穴のサイズと密度は、箔を「多層陽極シート構成」で使用することができるが、より低いＥＳＲのために静電容量を過度に見返りにしないように制御する必要がある。本発明のこれら、及び他の利点や特徴は、添付の図面と共に考察して、以下本発明の好ましい実施形態の詳細な説明を参照することによってよりよく理解されたとき正しく認識されよう。図面の中で、同様な番号の参照番号は、部品の図全体にわたって同様な部品を示す。
【００２７】
【好ましい実施の形態の詳細な説明】
図１は、本発明のコンデンサを有利に組み込むことができるＩＣＤ  ＩＰＧ１０の一実施形態、その関連付けられたＩＣＤ電気リード１４、１６及び１８、並びに人の心臓１２とのそれらの関係を示す。リードは、図の３本のリードそれぞれについて別々のコネクタ・ポートを含むマルチポート・コネクタ・ブロック２０によってＩＣＤ  ＩＰＧ１０に結合されている。リード１４は、左胸の領域内で皮下に載置するように意図された皮下電極３０に結合されている。リード１６は、心臓の冠状静脈洞及び大静脈領域内に位置する、細長いコイル電極を使用する冠状静脈洞リードである。電極の位置は、３２において破線形式で示され、冠状静脈洞の開口内の点から左心耳付近内の点に心臓の周囲で延在する。
【００２８】
リード１８は、右心室内に位置する細長い電極コイル２８を備える。リード１８はまた、右心室の心筋組織内にねじ込まれる螺旋状コイルの形態をとる刺激電極３４を含む。リード１８はまた、近接場及び遠距離場エレクトログラム検知用に１つ又は複数の追加電極を含むことができる。
【００２９】
図のシステムでは、心臓ペーシング・パルスが、螺旋状電極３４と細長い電極２８の間で送達される。電極２８及び３４はまた、心室萎縮を示す電気信号を検知するために使用される。図のように、右心室電極２８は、連続及び同時パルス複数電極除細動療法中に共通電極として働くことが期待されている。たとえば、同時パルス除細動療法中には、電極２８と電極３０の間、及び電極２８と電極３２の間でパルスが同時に送達されることになる。連続パルス除細動中には、皮下電極３０と電極２８の間、及び冠状静脈洞電極３２と右心室電極２８の間でパルスが連続的に送達されることが考えられている。単パルスの２電極除細動ショック療法もまた、一般に電極２８と冠状静脈洞電極３２の間で提供することができる。あるいは、単パルスを電極２８と３０の間で送達することができる。ＩＣＤへの電極の特定の相互接続は、どの特定の単一の電極対除細動ショック療法を使用する可能性がより高いと思われるかに幾分左右されることになる。
【００３０】
図２は、図１のＩＣＤ  ＩＰＧのマイクロコンピュータをベースとするオペレーティング・システムの一例による高電圧出力回路４０、高電圧充電回路６４、及びコンデンサ２６５の相互接続を示すブロック図である。図のように、ＩＣＤの動作は、ＩＣＤ内で必要なすべての計算機能を実行するマイクロプロセッサ４２内に記憶されたプログラムによって制御される。マイクロプロセッサ４２は、双方向データ／制御バス４６によって制御回路４４にリンクされ、それによって出力回路４０及び高電圧充電回路６４の動作を制御する。ペース／検知回路７８は、ＩＣＤ動作モード又はパラメータ値を再プログラムしたとき、あるいは心臓ペーシング・パルスの送達を、又は心臓萎縮の発生を示す信号が発生したとき、マイクロプロセッサ４２を喚起して任意の必要な算術計算を実行し、且つ頻脈及び細動検出手順を実行し、且つペース／検知回路７８内のタイマーによって制御される時間間隔を更新する。
【００３１】
図１及び図２の例示的なＩＣＤの基本動作及び特定の構造又は構成部品は、当技術分野で周知のシステムのいずれかに対応することがあり、本発明は、それらのどのような特定の構成にも依存しない。本発明の平坦なアルミニウム電解コンデンサは一般に、本願の譲受人に譲渡された米国特許第４，５４８，２０９号に示される様々なシステムと共に、又は上記で参照し本願の譲受人に譲渡された 米国特許第６，００６，１３３号特許にリストされている様々な特許に開示された様々なシステムもしくは構成部品と共に使用することができる。
【００３２】
制御回路４４は、第一に重要な３つの信号を出力回路４０に送る。これらの信号は、本明細書で線４８のＥＮＡＢ、及び線５０のＥＮＢＡと標記された第１及び第２の制御信号を含む。出力コンデンサの放電を開始するＤＵＭＰ線５２、及び出力コンデンサＣ１、Ｃ２上に格納された電圧を示す信号を制御回路４４に送るＶＣＡＰ線５４もまた重要である。上記図１に示されている除細動電極２８、３０、３２は、図では、導体２２、２４、２６によって出力回路４０に結合されている。理解を容易にするために、これらの導体もまた「ＣＯＭＭＯＮ（共通）」、「ＨＶＡ」、「ＨＶＢ」と標記する。しかし、他の構成も可能である。たとえば、皮下電極３０をＨＶＢ導体２６に結合し、電極２８と３０の間で単パルス療法を送達することを可能とすることができる。線４８のＥＮＡＢ上の論理信号の間に、電極３０と電極２８の間でカルジオバージョン／除細動ショックを送達する。線５０のＥＮＢＡ上の論理信号の間に、電極３２と電極２８の間でカルジオバージョン／除細動ショックを送達する。
【００３３】
出力回路は、電極に除細動ショックを送達するために使用する、コンデンサＣ１及びＣ２並びにダイオード１２１及び１２３を含むコンデンサ・バンクを含む。別法では、コンデンサ・バンクは、上記で参照した’７５８出願に示されているように他の１組のコンデンサを含むことができる。図２では、コンデンサ２６５が、ＣＨＤＲ線６６を用いて制御／タイミング回路４４によって制御される高電圧充電回路６４と共に示されている。図のように、コンデンサ２６５は、高周波、高電圧トランス６５によって充電される。ダイオード１２１及び１２３によって適切な充電極性が維持される。ＶＣＡＰ線５４は、コンデンサ・バンク上の電圧を示す信号を送り、高電圧充電回路を制御し、且つ測定電圧がプログラムされた充電レベルに等しいとき充電機能を終了することを可能にする。
【００３４】
ペース／検知回路７８は、Ｒ波検知増幅器と、心臓ペーシング・パルスを発生するためのパルス発生器とを含み、また任意の周知の心臓ペースメーカ出力回路に応答することができ、マイクロプロセッサ４２の制御を受けて制御／データ・バス８０を介して心室ペーシング間隔、不応間隔、ブランキング間隔を定義するためのタイミング回路を含む。
【００３５】
ペース／検知回路７８による心臓ペーシング・パルスの発生をトリガする制御信号、及びペース／検知回路７８からの、Ｒ波の発生を示す信号は、双方向データ・バス８１によって制御回路４４に通信される。ペース／検知回路７８は、導体３６によって図１に示す螺旋状電極３４に結合される。ペース／検知回路７８はまた、導体８２によって図１に示す心室電極２８に結合され、上記で論じたように、電極３４と２８の間でＲ波の２極検知を、また電極３４と２８の間で２局ペーシング・パルスの送達を可能にする。
【００３６】
図３（ａ）から図３（ｇ）は、本発明のコンデンサの一実施形態を含むＩＣＤ  ＩＰＧ１０の様々な構成部品の斜視図を示し、このとき、これらの構成部品は、右側及び左側シールド３４０及び３５０によって形成されたＩＣＤ  ＩＰＧ１０のハウジング内に連続的に配置されている。図３（ａ）では、電子回路モジュール３６０がＩＣＤ  ＩＰＧ１０の右側シールド３４０内に配置されている。図３（ｂ）は、電子回路モジュール３６０が右側シールド３４０内に着座された後のＩＣＤ  ＩＰＧ１０を示す。
【００３７】
図３（ｃ）は、右側シールド３４０内に配置される前の、本明細書で述べるように形成された１対のコンデンサ２６５を示し、コンデンサ２６５は、電子回路モジュール３４０内の相互接続によって直列で電気接続されている。図３（ｄ）は、１対のコンデンサ２６５が右側シールド３４０内に配置された後のＩＣＤ  ＩＰＧ１０を示す。他の形状のコンデンサ２６５を、本明細書で述べるような同じ、又は同様な形でＩＣＤ  ＩＰＧ１０のハウジング内に挿入することができることは理解されよう。
【００３８】
図３（ｅ）は、右側シールド３４０内でコンデンサ２６５の頂部に配置する前の絶縁体カップ３７０を示す。図３（ｆ）は、シールド３４０内に配置する前の、絶縁体３８２がバッテリ３８０の周囲に配置された電気化学セル又はバッテリ３８０を示す。バッテリ３８０は、コンデンサ２６５を充電及び再充電するのに必要とされる電気エネルギーを供給し、また電子回路モジュール３６０に給電する。バッテリ３８０は、カルジオバージョン／除細動エネルギーを供給するために従来技術で使用されているどのような形態をとることもでき、そのいくつかは、上記で参照し本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，００６，１３３号特許内で識別されている。
【００３９】
図３（ｇ）は、左側シールド３５０が右側シールド３４０に接続され、フィードスルー３９０が両シールド・ハーフから上向きに突出するＩＣＤ  ＩＰＧ１０を示す。図では、活動センサ４００及び患者警報装置４１０が左側シールド３５０の下側部上に配置されている。左側シールド３５０と右側シールド３４０は、その後で閉じられ、密封封止される（図示せず）。
【００４０】
図４は、コンデンサ２６５の陽極−陰極サブアセンブリ又はコンデンサ層２２７の一実施形態の分解図を示す。本明細書で述べるコンデンサ設計は、図５に関して以下で更に述べるように、複数のコンデンサ層２２７の積重ね構造を使用する。各コンデンサ層２２７は、互い違いで実質的に方形の陽極層１７０及び陰極層１７５を具備し、実質的に方形のセパレータ層１８０がそれらの間に介在している。陽極層１７０、陰極層１７５、セパレータ層１８０の形状は主に設計選択の問題であり、主としてこれらの層が最後に配置されるケース９０の形状又は構成によって示される。陽極層１７０、陰極層１７５、セパレータ層１８０は、パッケージング効率を最適化するようにどのような任意の形状をとることもできる。
【００４１】
例示的な陽極層１７０ｄは、１８５ａ、１８５ｂ、１８５ｃで示す複数の切欠き無し陽極シート１８５、陽極タブ切欠き２００を含む切欠き付き陽極シート１９０、及び陽極シート１８５ａに結合された陽極タブ１９５を具備することが最も好ましい。図４に示す陽極層１７０ｄが陽極層１７０の１つの可能な実施形態にすぎないことは理解されよう。例示的な陰極層１７５ｄは、単一シートのアルミニウム箔から形成され、また、それに一体形成され、且つその周縁部から突出する陰極タブ１７６を有することが最も好ましい。
【００４２】
個々の陽極シート１８５／１９０は、典型的には幾分剛性であり、単位面積当たりで高い静電容量を達成するようにエッチングによって加工された高純度アルミニウムから形成する。薄い陽極箔は、特にそれらが実質的に比静電容量を維持し又は増加させると同時に電極積重ねアセンブリ２２５の厚さを削減する、あるいは電極積重ねアセンブリ２２５の厚さを維持すると同時に全体的な静電容量を増加させる場合に好ましい。たとえば、個々の陽極シート１８５／１９０は、約１０マイクロメートルと約５００マイクロメートルの間の厚さを有することが企図されている。
【００４３】
陰極層１７５は、高純度の可撓性アルミニウム箔から切り分けられた単一のシートから形成することが好ましい。陰極層１７５は、大きい表面積（高度にエッチングされた陰極箔）、高い比静電容量（好ましくは少なくとも２００マイクロファラド／ｃｍ２、新鮮なときは少なくとも２５０マイクロファラド／ｃｍ２）、厚さ約３０マイクロメートル、計画された面積の最大塩化物汚染に関して清浄度約１．０ｍｇ／ｍ２、及び陽極箔を作製する開始箔材料に対応してより低くすることができる純度を有する陰極箔から形成することが最も好ましい。陰極箔は、初期純度少なくとも９９％のアルミニウム、しかしより好ましくは約９９．４％のアルミニウム、最終厚約３０マイクロメートル、初期比静電容量約２５０マイクロファラド毎平方センチメートルを有することが好ましい。他の実施形態では、陰極箔は、約１００と約５００マイクロファラド／ｃｍ２の間の範囲の比静電容量、及び約１０と約１５０マイクロメートルの間の範囲の厚さを有する。
【００４４】
一般に、陰極箔の比静電容量はできる限り高いこと、及び陰極層１７５はできる限り薄いことが好ましい。たとえば、個々の陰極層１７５は、比静電容量約１００〜１，０００マイクロファラド／ｃｍ２を有することが企図されている。適切な陰極箔は広く市販されている。更に他の実施形態では、アルミニウム、アルミニウム合金、及び「純粋な」アルミニウムに加えた材料又は金属から形成する。
【００４５】
セパレータ層シート１８０ａ及び１８０ｂ、並びに複数の積重ねコンデンサ層２２７から形成された電極積重ねアセンブリ２２５（図８）の外側セパレータ層は、セパレータ材料のロール又はシートから作製することが最も好ましい。セパレータ層１８０は、陽極層１７０及び陰極層１７５よりわずかに大きく切り分け、層を積み重ねる間の心ずれを吸収し、陽極層と陰極層間のその後の短絡を防止し、あるいは完成したコンデンサの陽極と陰極間に物理的な障壁が確実に配置されるようにする。
【００４６】
図４に示すように、コンデンサ層２２７の好ましい一実施形態では、２枚の個々のセパレータ層シート１８０ａ及び１８０ｂが、各陽極層１７０と陰極層１７５間に配置されるセパレータ層１８０を形成する。他の単一のセパレータ層シート１８０ａ及び１８０ｂが、陽極シート１８５ｃ及び陰極層１７５ｄの外側表面に対して配置されている。サブアセンブリを積み重ねたとき、最も外側の単一セパレータ層シート１８０ａ及び１８０ｂは、隣接するコンデンサ層の隣接する最も外側の単一セパレータ層シート１８０ｂ及び１８０ａをそれぞれ圧迫し、それにより、２シート・セパレータ層１８０が、電極積重ねアセンブリ２２５の隣接する陰極層及び陽極層をすべて分離する。
【００４７】
セパレータ層シート１８０ａ及び１８０ｂ、並びに電極積重ねアセンブリとケース及びカバーの間の外部セパレータ層は、（ａ）化学的に不活性である、（ｂ）選択された電解質と化学的に適合する、（ｃ）電解質で浸漬して隣接する陽極層と陰極層間に低抵抗経路を作り出すことができる、（ｄ）隣接する陽極層と陰極層を物理的に分離する材料から形成することが好ましい。好ましい一実施形態では、セパレータ材料が、厚さ約０．００１２７ｃｍ（０．０００５インチ）、密度約１．０６グラム／ｃｍ３、厚さ約０．００２５４ｃｍ（０．００１インチ）当たり交流１，４００ボルトの絶縁破壊強さ、及び少数の導電経路（約０．０３７ｍ２（０．４ｆｔ２）以下）を有する純セルロースの、ハロゲン化物又は塩化物含有量が非常に少ないクラフト紙である。セパレータ層シート１８０ａ及び１８０ｂ、並びに外側セパレータ層１６５ａ及び１６５ｂはまた、マニラ紙、多孔質ポリマー材料又はガーゼ材料など、クラフト紙以外の材料から形成することができる。複数のコンデンサ層から形成されたそのようなコンデンサ積重ねでは、電解液がセパレータ層１８０を浸漬し、又は湿らせ、コンデンサ内部ケース室内に配置される。
【００４８】
当業者には、電極積重ねアセンブリ２２５内で使用するために選択されるコンデンサ層２２７の正確な数が、エネルギー密度、容積、電圧、電流、エネルギー出力、及びコンデンサ２６５に対して与えられる他の要件によって決まることになることは理解されよう。同様に、当業者には、コンデンサ層２２７の所与の実施形態内で使用するために選択される切欠き付き陽極シート１９０及び切欠き無し陽極シート１８５、陽極タブ１９５、陽極層１７０、陰極層１７５、及びセパレータ層１８０の正確な数が、エネルギー密度、容積、電圧、電流、エネルギー出力、及びコンデンサ２６５に対して与えられる他の要件によって決まることになることは理解されよう。次いで、コンデンサ層２２７の正確な数、並びに陽極層１７０を形成する切欠き付き陽極シート１９０及び切欠き無し陽極シート１８５、各コンデンサ層２２７内に配置される陽極層１７０、陽極タブ１９５、陰極層１７５、及びセパレータ層１８０の正確な数に関して、ほとんど無制限の数の組合せと順列をコンデンサ２６５の特定要件に従って選択することができることが明らかになろう。
【００４９】
図５は、スルーホールを有する陽極シートを形成し、次いでその陽極シートを使用して電解コンデンサを作製する方法を示す。上述したタイプの第１の薄いアルミニウム箔がステップＳ１００で提供され、ステップＳ１０２でエッチングされ、ステップＳ１０４で図６（ａ）に示す陽極シート１８５／１９０に切り分けられる。陽極箔は、ステップＳ１０２で非貫通エッチングされ、高い比静電容量（少なくとも約０．３、少なくとも０．５、又は最も好ましくは少なくとも約０．８マイクロファラド／ｃｍ２）を有し、少なくとも直流４２５ボルトの絶縁破壊耐性パラメータと、約５０と約２００マイクロメートルの間の範囲の厚さと、計画された面積の最大塩化物汚染に関して清浄度約１．０ｍｇ／ｍ２とを有する。陽極箔は、定格サージ電圧３９０ボルト、初期純度約９９．９９％のアルミニウム、最終厚約１０４マイクロメートル±約５マイクロメートル、及び比静電容量約０．８マイクロファラド毎平方センチメートルを有することが好ましい。指定に従ってエッチングされた適切な陽極箔が広く市販されている。
【００５０】
陽極シートと陰極シートは、壁から壁へのクリアランスが少ないダイを使用して形状に切り分けることが最も好ましく、パンチ及びダイの実質的に垂直に配向された対応する壁間の壁間間隔は、１辺当たり２．５４ｃｍ（１インチ）の約１００万分の１程度であることが最も好ましい。パンチ及びキャビティの実質的に垂直に配向された対応する壁間のより大きい、又はより小さい壁間間隔、たとえば２．５４ｃｍ（１インチ）の約２〜１２００万分の１もまた使用することができるが、それほど好ましくない。タブ１７６及び１９５並びにセパレータ層１８０もまた、同じ形でそれぞれアルミニウム箔及びクラフト紙から切り分けることが好ましい。
【００５１】
そのような少ないクリアランスにより、陽極シート１８５及び１９０、タブ１７６及び１９５、陰極層１７５、及びセパレータ層１８０の周縁部に沿って滑らかなバリのない縁部が形成される。ダイの壁上の滑らかなバリのない縁部は、コンデンサの確実な性能に関してクリティカルであることが発見された。陽極シート１８５及び１９０、陽極タブ１９５、陰極層１７５、及びセパレータ層１８０の周縁部に沿ってバリがあると、短絡及びコンデンサの故障を引き起こす可能性がある。陽極箔、陰極箔、セパレータの材料を切り分け、又は形成する手段は、形成された、又は切り分けられた部材の周縁部の周りに配置されるバリその他の切断屑の有無に対して著しい影響を及ぼすことがある。
【００５２】
少ないクリアランスのダイの使用により、スチール・ルール・ダイなど他の切削方法によって作り出される縁部より優れた縁部が生まれる。クリアランスの少ないダイの形状、柔軟性、速度は、レーザ又はブレード切削によって達成されるものより優れていることが発見された。陽極シート１８５及び１９０、陽極タブ１９５、陰極層１７５、及びセパレータ層１８０を切り分ける、又は形成する他の方法は、それだけには限らないが、スチール・ルール・ダイ切削、レーザ切削、水ジェット切削、及びブレード切削を含む。陽極箔を切り分けて陽極シートを形成し、また、陽極シートを共にサンドイッチして陽極層１７０を形成する好ましい方法に関する他の詳細は、上記で参照し本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，００６，１３３号特許に述べられている。
【００５３】
図６（ａ）では、非貫通エッチング陽極シート１８５／１９０が、向い合う主要陽極シート表面１８６及び１８８を有し、これらの表面は高度にエッチングされ、シート・ウェブ又は芯１８４へと陽極シート１８５／１９０の厚さの一部分まで伸長する孔１９２を形成する。孔１９２は、エッチング前の平面シート表面１８６、１８８に比べて表面積を増す。しかし、芯１８４を介してどのようなトンネルもなく、イオンが流れることが、また、サンドイッチされた陽極シートの内側主要表面すべてに電解質が接触することが困難となり、それによってＥＳＲが増加する。過去にとられた一手法は、貫通エッチング又はトンネル・エッチングを使用して、向い合う主要陽極シート表面１８６と１８８の間で、芯１８４を介して伸長するトンネルを形成することであった。しかし、そのようなトンネル・エッチングは、表面積と静電容量の損失を引き起こす。過度に大きなトンネルは不必要に表面積を減少させ、小さなトンネルは、それを介してイオン移動や電解質濡れを可能にすることができず、従ってやはりＥＳＲを減少させることなく表面積を減少させる。
【００５４】
ある程度のアルミニウム箔の貫通エッチングがステップＳ１０２で行われ、小さな孔１９２を設け、トンネルはなく、それにより表面積とそれに対応する静電容量が最大化される。ステップＳ１０６によれば、次いで図６（ｂ）に示す複数のスルーホール２０２が形成され、第１及び第２の向い合う主要表面１８６と１８８の間で、陽極シートの厚さ及び芯１８４を介して伸長する。好ましくは、スルーホール２０２が均一にサイズ決めされ、均一に離間されることが好ましい。これらスルーホール２０２の単位面積当たり数とサイズは、ＥＳＲを最小限に抑える一方、不必要に表面積を減少させないように選択する。一般に、スルーホールの最小限の数、間隔、サイズは、完成したコンデンサが依然として応用分野の要件を満たしているように選択することになる。
【００５５】
スルーホールは、任意の穿孔プロセスによって、たとえば、パンチング、機械的穴あけ、レーザ穿孔などによって形成することが好ましい。スルーホールが円形である必要はないが、円形は使用するのに都合のよい形状である。
【００５６】
次いで、ステップＳ１０８では、当技術分野で周知の形で孔１９２、スルーホール２０２、陽極シート切断縁の上にアルミニウム酸化物誘電体層を成長させる。陽極シート１８５／１９０は、そのプロセスの後で、上記で参照し本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，００６，１３３号特許に述べられている機器を使用して、ステップＳ１１０で共に組み立てられて陽極層１７０を形成する。
【００５７】
一作製方法では、これらのステップの後で、図４に示すコンデンサ層２２７ｄの陽極層１７０ｄの形に形成される非貫通エッチング陽極シート１８５ａ〜１８５ｃ及び１９０のすべてを、ステップＳ１０６に従ってスルーホール穿孔する。図６（ｃ）は、図６（ａ）の非貫通エッチング陽極シート１８５’の両側でサンドイッチ又は積重ねの形に組み立てられた図６（ｂ）に示すスルーホール穿孔陽極シート１９０ａ及び１９０ｂを使用する、ステップＳ１００〜Ｓ１１０で形成されるコンデンサ層２２７’変形形態を示す。非貫通エッチング陽極シート１８５’は、ステップＳ１０６に従って穿孔しない。外側スルーホール穿孔陽極シート１９０ａ及び１９０ｂ内のスルーホールは、最も内側の非貫通エッチング陽極シート１８５’の主要反対側表面に電解質が確実に達するようにする。
【００５８】
この図６（ｃ）の示された例では、タブ（図示せず）が、中央に配置された非貫通エッチング陽極シート１８５’に取り付けられ、スルーホール穿孔陽極シート１９０ａ及び１９０ｂが、タブを収容するための切欠き付き陽極シートとして識別されている。タブ付き及び切欠き付き陽極シート１８５／１９０の他の選択を図の選択の代わりに使用することができる。
【００５９】
更に、任意の数の図６（ｂ）の外側スルーホール穿孔陽極シート１８５／１９０を、中央に配置された非貫通エッチング陽極シート１８５’の両側で等しい、又は等しくない数で積み重ねて、陽極層１７０を形成することができる。
【００６０】
図７は、図８に示すコンデンサ・ケース９０用のコンデンサ・ケース・カバー１１０に対し、ステップＳ１１２による電極積重ねアセンブリ２２５の形成を示す。電極積重ねアセンブリ２２５は、上述のように形成され、陽極タブ１９５ａ〜１９５ｈ及び陰極タブ１７６ａ〜１７６ｈを有する複数のコンデンサ層２２７ａ〜２２７ｈを具備する。電極積重ねアセンブリ２２５内に配置された各コンデンサ層にわたって発生する電圧は、直流約３６０と約３９０ボルトの間の範囲であることが最も好ましい。
【００６１】
以下で述べるように、電極積重ねアセンブリ２２５の様々な陽極サブアセンブリは、典型的には、電極積重ねアセンブリ２２５の様々な陰極層のように、並列で電気接続する。図７に示す電極積重ねアセンブリ２２５は例示的なものにすぎず、陽極層１７０、陰極層１７５、セパレータ層１８０、陽極タブ１９５、陰極タブ１７６などの数又は組合せに関して、本発明の範囲を決して制限しない。それよりも電極構成部品の数は、必要とされる総静電容量、各層の総面積、使用される箔の比静電容量、及び他の要因によって決定される。
【００６２】
本発明のスルーホールの使用は、各陽極層１７０内で使用される複数の陽極シート１８５／１９０の使用を容易にし、同じ層面積を有する一方、ユーザが、（全コンデンサ層２２７を電極積重ねアセンブリ２２５から引いて、又はそれに加えて、それにより総静電容量を変化させるのに対して）選択された陽極層１７０内に含まれる陽極シート１８５／１９０の数を増やし、又は減らすことによって決定することができるほぼ連続的に変化する、異なる選択可能な総静電容量を有するコンデンサの作成を可能にする。
【００６３】
ステップ１１２で、コンデンサ層２２７ａ−２２７ｈ並びに外側紙層１６５ａ及び１６５ｂが積み重ねられ、外側ラップ１１５が、電極積重ねアセンブリ２２５の上部を覆って折り重ねられる。次いで、ラッピング・テープ２４５が外側ラップ１１５を定位置に保持し、電極積重ねアセンブリ２２５の様々な構成部品を共に固定する。外側ラップ１１５は、上述したセパレータ材料からダイ切断することが最も好ましいが、広範な他の適切な材料、たとえば、ポリマー材料、アルミニウム、適切な熱収縮材料、適切なゴム引き材料、及びその合成均等物又は派生物などから形成することができる。
【００６４】
ラッピング・テープ２４５は、ポリプロピレンで裏打ちされたアクリル接着テープから切り分けることが最も好ましいが、ステープル、超音波紙接合又は溶接、アクリル接着剤以外の適切な接着剤、ポリプロピレンで裏打ちされたテープ以外の適切なテープ、フック及び対応するクランプなどで置き換えることもできる。外側ラップ１１５及びラッピング・テープ２４５の使用可能な代替物、並びに電極積重ねアセンブリ２２５を作製することが最も好ましい様々な積重ね及び位置合わせプロセスは本発明にとって重要ではなく、上記で参照し本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，００６，１３３号特許に開示されている。
【００６５】
図８は、図７の電極積重ねアセンブリ２２５を内部で使用し、集められた陽極及び陰極タブ２３２及び２３３に電気接続が形成された、例示的な、文字種対象外の電解コンデンサ２６５の一実施形態の分解上面斜視図を示す。この実施形態は、それぞれ螺旋状基礎部分１２１及び１２６を有することが最も好ましい陽極フィードスルー１２０と陰極フィードスルー１２５とを含む。フィードスルー１２０及び１２５は、コンデンサ２６５葉の電気フィードスルー端子を提供し、集められた陽極タブ２３２と集められた陰極タブ２３３とを電気及び機械相互接続のために基礎部分１２１及び１２６内に集める。
【００６６】
フィードスルー・ワイヤを最初に提供し、フィードスルー１２０及び１２５を構築するためにある長さに切り揃える。切り揃えられたワイヤの一端を螺旋状にし、それによりその内径又は寸法が、集められた陽極タブ２３２又は集められた陰極タブ２３３を取り囲むのに必要とされる直径又は寸法よりわずかに大きくなるようにする。次に、集められた陽極タブ２３２が集められ、圧着によって共に束ねられ、陽極フィードスルー・コイル・アセンブリ１２０の内径１３１が集められた陽極タブ２３２の上に配置され、それにより、陽極フィードスルー・ピン１３０が集められた陽極タブ２３２の基部から外向きに伸長する。同様に、集められた陰極タブ２３３が集められ、陰極フィードスルー・コイル・アセンブリ１２５の内径１３６が集められた陽極タブ２３３の上に配置され、それにより、陰極フィードスルー・ピン１３５が集められた陽極タブ２３３の基部から外向きに伸長する。
【００６７】
次いで、陽極及び陰極フィードスルー１２０及び１２５の螺旋状基礎部分１２１及び１２６は、陽極及び陰極タブ２３２及び２３３上に圧着し、それに続いてその遠位端を切り揃えるのが最も好ましく、それにより、そのように形成された圧着部が、集められた陽極及び陰極タブ２３２及び２３３の虚軸２３４及び２３５に対して実質的に直角をなすように配向されることが最も好ましい。遠位端を切り揃えることはまた、それほど好ましくはないが、虚軸２３４及び２３５に対して他の直角をなさない角度で行うことができる。
【００６８】
いくつかの好ましい方法では、後続の好ましい溶接ステップ全体を通してフィードスルー・コイル１２１及び１２６並びにタブ２３２及び２３３に圧着力が加わる。一方法では、圧着された陽極及び陰極フィードスルーを、遠位端の切り揃えられた縁部の上部に沿って陽極及び陰極タブ２３２及び２３３にレーザ又は超音波によって溶接することが好ましい。フィードスルー１２０及び１２５を集められた陽極タブ２３２及び集められた陰極タブ２３３にそれぞれ溶接した後で、ケース９０のフィードスルー穴１４２及び１４３を介して挿入するためにピン１３０及び１３５を曲げる。
【００６９】
フィードスルー、並びにフィードスルー・ピンを陽極及び陰極タブに接続するための手段の異なる実施形態が、図に明示的に示したものの他に多数あり、上記で参照し本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，００６，１３３号特許に述べられている。
【００７０】
ケース・サブアセンブリもまたケース９０から得られ、最初に陽極フェルール９５、陰極フェルール１００、充填ポート・フェルール１０５を提供する。コンデンサ２６５の好ましい一実施形態では、ケース９０及びカバー１１０がアルミニウムから形成される。他の実施形態では、ケース９０又はカバー１１０は、任意の他の適切な耐食性金属、たとえば、チタン又はステンレス鋼から形成することができ、あるいは、適切なプラスチック、ポリマー材料、又はセラミックから形成することができる。陽極フェルール９５及び陰極フェルール１００は、陽極及び陰極フィードスルー・フェルール穴１４２及び１４３の周りではめ込むようにアルミニウム・ケース側壁に溶接し、充填ポート・フェルールは、充填ポート穴１３９の周りでケース側壁に溶接する。溶接ステップは本発明の一部を形成せず、溶接を行う様々な方法が、上記で参照し本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，００６，１３３号特許に詳しく開示されている。
【００７１】
ワイヤ・ガイド１４０及び１４１は、フェルール９５及び１００の中央穴内にそれぞれはめ込み、中央の電気的に絶縁された陽極及び陰極ピン１３０及び１３５を、ケース９０、陽極フェルール９５、陰極フェルール１００から受け取る。フェルール９５、１００及び陰極ピン１３０、１３５を用いたワイヤ・ガイド１４０、１４１の形成及び組立ては本発明の一部を形成せず、その例が、上記で参照し本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，００６，１３３号特許に詳しく開示されている。同様に、ワイヤ・ガイド１４０、１４１を介した陰極ピン１３０、１３５の挿入、並びにそれに結合された電極積重ねアセンブリ２２５の、ケース９０の内部ケース室内への着座は本発明の一部を形成せず、その例が、上記で参照し本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，００６，１３３号特許に詳しく開示されている。
【００７２】
次いで、すべて本発明の一部を形成しない形で、カバー１１０をケース側壁の上部縁部９２上に配置し、上部縁部９２をカバー縁部の上に圧着し、その間の継ぎ目をレーザ溶接する。コネクタ・アセンブリはまた、露出した外向きに伸長するピン１３０及び１３５と結合される。好ましい一実施形態では、コネクタ・ブロック１４５が、ケース９０及び／又はカバー１１０の頂部に配置され、又はそれに他の方法で接続され、且つ、そこにワイヤ・ハーネス１５５が取り付けられ、その中にポッティング接着剤が配置される。ただし、コネクタ・ブロック１４５の特定の構成とその作製方法は、本発明を実施する際の役割を果たさない。その例は、上記で参照し本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，００６，１３３号特許に詳しく開示されている。
【００７３】
例示の実施形態では、事前形成されたプラスチックのコネクタ・ブロック１４５が、コネクタ・ブロック陽極フィードスルー穴３００を介して陽極フィードスルー・ピン１３０を案内し、次いで、コネクタ・ブロック陰極フィードスルー穴３０５を介して陰極フィードスルー・ピン１３５を案内することにより、陽極フェルール９５及び陰極フェルール１００上に配置されている。次に、コネクタ・ブロック１４５をケース９０の外部表面に対して同一平面で着座させる。次いで、陽極フィードスルー・ピン１３０をワイヤ・ハーネス１５５の陽極圧着管１５０ｂ内に挿入する。
【００７４】
次いで、陰極フィードスルー・ピン１３５をワイヤ・ハーネス１５５の陰極圧着管１５０ａ内に挿入する。次いで、圧着管１５０ａ及び１５０ｂをフィードスルー・ピン１３０及び１３５に圧着する。圧着管１５０ａ及び１５０ｂの遠位又は基礎部分は、絶縁陽極リード１５１及び絶縁陰極リード１５２上でそれぞれ圧着される。次いで、エポキシ接着剤をコネクタ・ブロック１４５の空隙内に注入して、圧着された接続部を絶縁し、ワイヤ・ガイド１４０及び１４１、ケース９０、フェルール９５及び１００を封止し、フィードスルー・ピン１３０及び１３５に、及びフィードスルー・ワイヤ圧着接続部にひずみ取りを提供する。絶縁リード１５１及び１５２は、摺動接点の雌型端部を形成し、図３（ｄ）の電子回路モジュール３６０に接続するように構成される端子コネクタ１５３に同様に接続する。
【００７５】
コンデンサ２６５の寿命は、溶媒蒸気又は電解液がコンデンサ２６５の内部から逃げた場合に、明らかに短くなる可能性がある。更に、コンデンサ２６５から電解質が漏れた場合には、電解質によって、コンデンサ２６５が接続されている回路が破壊作用を受ける可能性があり、更にその回路の各部間で導電経路ができる可能性がある。本発明は、溶媒及び溶媒蒸気がコンデンサ２６５から逃げるのを防止する有益な手段を提供する。更に具体的には、コンデンサ２６５が、接合ケース９０及びカバー１１０の間で、またフェルール９５、１００、１０５とケース９０の間で密封レーザ溶接綴じ目を含むことが最も好ましい。更に、陽極フィードスルー部分２３６及び陰極フィードスルー部分２４０は、フェルール壁及びフィードスルー・ワイヤを封止するために、その中に接着剤封止が配置されていることが最も好ましい。
【００７６】
電極積重ねアセンブリ２２５によって占有されていないコンデンサ２６５の内部は、穴１３９内に充填ポート・フェルール１０５部で溶接された充填ポート１０７を介して電解質で充填され、時効処理が行われ、次いで充填ポートが閉じられる。充填及び時効処理は複数の真空浸漬サイクルで行われ、時効処理は本発明の一部を形成せず、その例が、上記で参照し本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，００６，１３３号特許に詳しく開示されている。電解質は、高電圧電解コンデンサ用の任意の適切な電解液とすることができる。本発明の好ましい一実施形態では、電解質が、アジピン酸溶質を有するエチレングリコールを主成分とする電解質である。高電圧コンデンサ内で使用するのに適した他の電解質もまた使用できることが企図されている。
【００７７】
コンデンサの充電中に、エチレングリコールを主成分とする電解質は、内部コンデンサ室内に蓄積し、ついには基部及びカバーを外側に膨張させることがある水素ガスを放出する。本発明の好ましい一実施形態によれば、水素ガスが充填ポート１０７の内腔を介して開放される一方、液体又は蒸発した電解質の損失が防止される。別法として、コンデンサ２６５は、ケース９０及びカバー１１０が陰極層に電気接続され、従って陰極層と同じ電位、すなわち負の電位にあるケース負のコンデンサとして形成することができることは理解されよう。
【００７８】
前記の特定実施形態は、本発明による、コンデンサ構造とその作製方法、及びそのＩＭＤへの組込みの例示的なものである。従って、当業者に周知の、又は本明細書で開示された、また、本願の出願日より前に存在し、又は後日存在するようになる他の得策は、本発明、又は添付の特許請求の範囲から逸脱することなく使用することができることを理解されたい。特許請求の範囲では、手段＋機能（ｍｅａｎｓ−ｐｌｕｓ−ｆｕｎｃｔｉｏｎ）記載部分は、述べられている機能、並びに構造均等物だけでなく均等な構造物をも実施するように本明細書の構造物を包含するものとする。本明細書に開示されている特許及び印刷発表物はすべて、そのそれぞれの全体を本明細書で参照により本明細書内に組み込む。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明を有利に組み込むことができるＩＣＤ　ＩＰＧ及びリード・システムの例示的な一実施形態の物理構成部品の図である。
【図２】
１つのタイプのＩＣＤの主たる機能構成部品と、本発明の高電圧コンデンサを用いた電圧変換回路との相互接続を示す簡単な機能ブロック図である。
【図３】
図３（ａ）〜図３（ｇ）は、本発明の電解コンデンサを含む図１及び図２の例示的なＩＣＤ　ＩＰＧの様々な構成部品が、ＩＣＤ　ＩＰＧのハウジング内に配置された形の分解斜視図である。
【図４】
本発明を組み込む電解コンデンサの単一コンデンサ層の１実施形態の分解図である。
【図５】
本発明による電解コンデンサを形成するステップを示す流れ図である。
【図６】
図６（ａ）は、本発明による穿孔前の非貫通エッチング陽極シートの側断面図である。
図６（ｂ）は、図４及び図６（ｃ）のコンデンサ層内で使用するために本発明に従って穿孔した後の非貫通エッチング陽極シートの側断面図である。
図６（ｃ）は、図６（ｂ）のスルーホール穿孔された非貫通エッチング陽極シートと共に図６（ａ）の非貫通エッチング陽極シートを組み込む電解コンデンサの単一コンデンサ層について、特定の１実施形態の側断面図である。
【図７】
電解コンデンサの電極積重ねアセンブリに組み立てられた、本発明を組み込む一連のコンデンサ層の１実施形態の分解上面斜視図である。
【図８】
図５の最終ステップに従って作製され、本発明を組み込む電解コンデンサの１実施形態の構成部品の分解上面斜視図である。
【図２】
2004502316.tif 000003
【図５】
2004502316.tif 000004
【国際公開パンフレット】
2004502316.tif 000005
2004502316.tif 000006
2004502316.tif 000007
2004502316.tif 000008
2004502316.tif 000009
2004502316.tif 000010
2004502316.tif 000011
2004502316.tif 000012
2004502316.tif 000013
2004502316.tif 000014
2004502316.tif 000015
2004502316.tif 000016
2004502316.tif 000017
2004502316.tif 000018
2004502316.tif 000019
2004502316.tif 000020
2004502316.tif 000021
2004502316.tif 000022
2004502316.tif 000023
2004502316.tif 000024
2004502316.tif 000025
2004502316.tif 000026
2004502316.tif 000027
2004502316.tif 000028
2004502316.tif 000029
2004502316.tif 000030
2004502316.tif 000031
2004502316.tif 000032
2004502316.tif 000033
2004502316.tif 000034
2004502316.tif 000035
2004502316.tif 000036
2004502316.tif 000037
2004502316.tif 000038
2004502316.tif 000039
2004502316.tif 000040
2004502316.tif 000041
2004502316.tif 000042
2004502316.tif 000043
2004502316.tif 000044
2004502316.tif 000045
2004502316.tif 000046
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004502316.tif 000047
【国際調査報告】
2004502316.tif 000048
2004502316.tif 000049