(57)【要約】【課題】  電圧差が大きく周期の短い充放電回路における使用において、電解コンデンサの長寿命化を成した電解コンデンサを提供することを目的としている。【解決手段】  陽極内部端子６を備えた陽極箔４と、陰極内部端子５を備えた陰極箔３とを、セパレータ２を介して巻回又は積層したコンデンサ素子１に駆動用電解液を含浸した電解コンデンサにおいて、前記陰極内部端子５は、表面に酸化皮膜を有し、少なくとも０．００５〜２μｍの長さ範囲で自己相似となる弁金属粒子層８を付着したアルミニウム材で構成した。【選択図】  図１
2007273912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極内部端子を備えた陽極箔と、陰極内部端子を備えた陰極箔とを、セパレータを介して巻回又は積層したコンデンサ素子に駆動用電解液を含浸した電解コンデンサにおいて、
前記陰極内部端子は、表面に酸化皮膜を有し、少なくとも０．００５〜２μｍの長さ範囲で自己相似となる弁金属粒子層を付着したアルミニウム材である電解コンデンサ。
【請求項２】
前記アルミニウム材は、その厚みが１００〜２５０μｍである請求項１に記載の電解コンデンサ。
【請求項３】
前記アルミニウム材は、その純度が９９．９％以上である請求項１又は２に記載の電解コンデンサ。
【請求項４】
前記駆動用電解液は、そのｐＨが５〜７である請求項１ないし３いずれかに記載の電解コンデンサ。
【請求項５】
前記セパレータの低密度側の面を前記陰極内部端子に対面するように配置した請求項１ないし４いずれいかに記載の電解コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミ電解コンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のアルミ電解コンデンサは、図４に示すように、アルミニウムやチタン等の弁作用金属からなるエッチング箔に化成皮膜を形成した陽極箔４と、アルミニウムやチタン等の弁作用金属のエッチング箔からなる陰極箔３とを絶縁紙等のセパレータ２を介して巻回したコンデンサ素子１を有している。前記陽極箔４及び陰極箔３には細長い箔状の陽極内部端子６及び陰極内部端子５がそれぞれの電極箔にステッチやコールドウェルド等により接続されている。前記コンデンサ素子１には駆動用電解液が含浸され、有底筒状の外装ケースに収納される。外装ケースはその開口部が封口体により封止され、前記封口部材に配置されたリベットを介してコンデンサ素子から導出された両極内部端子と両極外部端子が各々に接続されて電解コンデンサが形成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のコンデンサでは、電圧差が大きく短い周期の充放電回路に使用された場合には、前記陰極内部端子５は陰極箔３に比べてその表面積が小さいため、陰極箔３に比べて高い電圧が印加されてしまい、その放電時に前記陰極内部端子５及びその付近の陰極箔３に皮膜生成反応に伴う水素ガス等の生成物が発生し、この水素ガスの発生によって、コンデンサの内圧が上昇して防爆弁作動といった不具合が発生する可能性があった。
【０００４】
上述の問題の改善を目的としたものとしては、陰極内部端子のセパレータと接する面に弁金属粒子を蒸着し、陰極内部端子の単位面積あたりの静電容量を増大させることで、上記の水素ガスの発生を防ぐ発明が知られていた。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４４１４４号公報
【０００６】
しかしながら、上記の構成の電解コンデンサを電圧差が大きく周期の短い充放電回路において、更に長期間に渡って使用すると、陰極内部端子５付近でショートが発生する問題が新たに生じた。
【０００７】
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、電圧差が大きく周期の短い充放電回路における使用において、電解コンデンサの長寿命化を成した電解コンデンサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明者らは、鋭意研究した結果、電解コンデンサを電圧差が大きく周期の短い充放電回路に長期間に渡って使用する際に生じるショートの発生要因を解明するべく、ショートが発生した電解コンデンサを分析したところ、陰極内部端子の単位面積あたりの比表面積が、陰極内部端子付近でのショートを抑制できるまでに至っていないことが分かった。
【０００９】
そこで、本発明の電解コンデンサは、陰極内部端子の比表面積を更に拡大させることで、陰極内部端子付近でのショートの発生を確実に防止できることを見出して成されてものであり、陽極内部端子を備えた陽極箔と、陰極内部端子を備えた陰極箔とを、セパレータを介して巻回又は積層したコンデンサ素子に駆動用電解液を含浸した電解コンデンサにおいて、前記陰極内部端子は、表面に酸化皮膜を有し、少なくとも０．００５〜２μｍの長さ範囲で自己相似となる弁金属粒子層を付着したアルミニウム材であることを特徴とする。この陰極内部端子は、その表面に付着した弁金属粒子層によって、飛躍的に比表面積が拡大し、これにより陰極内部端子付近でのショートを確実に防止できる。
【００１０】
ここで、「０．００５〜２μｍの長さ範囲で自己相似」とは、弁金属粒子の粒径が「０．００５〜２μｍ」であることを意味するものではない。微粒子が凝集し、あるいは積み重なって、結果として平滑なアルミニウム材の表面に、微細な凹凸が自己相似的、すなわちフラクタル状に形成され、この自己相似となるスケールが「０．００５〜２μｍ」であることを意味している。そして、この弁金属粒子層は、その表面に酸化皮膜層を備えている。
【００１１】
なお、粒径が０．００５〜０．１μｍの弁金属粒子を用い、前記０．００５〜２μｍの長さ範囲で自己相似となる弁金属粒子層では、その比表面積を３０×１０３ｃｍ２／ｃｍ３〜４００×１０３ｃｍ２／ｃｍ３とし、また、粒径が０．２μｍ〜２μｍの弁金属粒子を用い、前記０．００５〜２μｍの長さ範囲で自己相似となる弁金属粒子層では、その比表面積を、２０×１０３ｃｍ２／ｃｍ３〜７０×１０３ｃｍ２／ｃｍ３とすると好ましい。
【００１２】
そして、陰極内部端子を構成するアルミニウム材の厚みは１００〜２５０μｍ、アルミニウム純度は９９．９％以上が好ましい。
【００１３】
さらに、この発明で用いる駆動用電解液のｐＨを５〜７とすることで、陰極内部端子付近から水素ガス発生を抑制可能となる。また、前記セパレータの低密度側の面を前記陰極内部端子に対面するように配置することで、前記セパレータの低密度側の面は、駆動用電解液の保持性が高く、陰極内部端子付近への駆動用電解液の供給量を充分に確保でき、陰極内部端子付近からの水素ガス発生を抑制できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電圧差が大きく周期の短い充放電回路における使用において、電解コンデンサにおける陰極内部端子付近でのショートを並びに水素ガスの発生を抑制し、長寿命化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態における電解コンデンサを示す斜視図である。図２は本発明の実施の形態における陰極内部端子を示す断面図である。図３は本発明の実施の形態における電解コンデンサの陰極箔、陽極箔及びセパレータの載置状態を示す断面図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施例の電解コンデンサにおいて、陽極箔４は、エッチング処理し化成皮膜を形成したアルミニウム箔からなり、陰極箔３はエッチング処理したアルミニウム箔からなり、任意に化成皮膜が形成される。この両電極箔には、アルミニウム等からなる細長い箔状の内部タブ端子や丸棒部及び偏平部及び該丸棒部に接続したリード部からなるリード端子等の電極内部端子がステッチ法やコールドウェルド法により接続し接続部７が形成される。前記陽極箔４及び陰極箔３の間にセパレータ２を介して巻回又は積層することでコンデンサ素子１が形成される。前記セパレータ２はマニラ紙やクラフト紙等の絶縁紙、不織布又はそれらの混抄紙などの絶縁部材から構成されている。
【００１７】
図２に示すように、前記陰極内部端子５は、アルミニウムからなり、厚みは１００−２５０μｍ、純度は９９％以上のものが用いられている。この陰極内部端子５には、酸素を含む不活性ガス雰囲気内で、表面が０．００５〜２μｍの長さ範囲で自己相似となるように弁金属粒子層８を付着させた。なお不活性ガスとしては、アルゴン、窒素を用いることができる。また不活性ガスの圧力は、０．０５〜０．８Ｐａ、酸素分圧は不活性ガスの圧力の１／１０以下が好ましい。
【００１８】
この陰極内部端子５の比表面積は、粒子径が０．００５〜０．１μｍの弁金属粒子を用い、０．００５〜２μｍの長さ範囲で自己相似となる弁金属粒子層では、比表面積が３０×１０３ｃｍ２／ｃｍ３〜４００×１０３ｃｍ２／ｃｍ３、好ましくは、７０×１０３ｃｍ２／ｃｍ３〜４００×１０３ｃｍ２／ｃｍ３さらに好ましくは、９０×１０３ｃｍ２／ｃｍ３〜４００×１０３ｃｍ２／ｃｍ３とすると好ましい。また、粒子径が０．２μｍ〜２μｍの弁金属粒子を用い、前記０．００５〜２μｍの長さ範囲で自己相似となる弁金属粒子層では、その比表面積を、２０×１０３ｃｍ２／ｃｍ３〜７０×１０３ｃｍ２／ｃｍ３、好ましくは、３０×１０３ｃｍ２／ｃｍ３〜６０×１０３ｃｍ２／ｃｍ３、さらに好ましくは、３５×１０３ｃｍ２／ｃｍ３〜５５×１０３ｃｍ２／ｃｍ３とすると好ましい。特に粒子径が０．２μｍ〜２μｍの場合は粒子間に大きな空隙を設けることができるため、電解コンデンサの使用時に駆動用電解液との反応等によって前記粒子表面に形成される生成皮膜によって空隙が埋まることが抑制され、長時間に渡って、陰極内部端子５の比表面積を維持でき好ましい。この弁金属粒子層８の空隙率は、２０〜６０％、好ましくは２５〜５５％、さらに好ましくは３０〜５０％である。このように陰極内部端子５の比表面積を拡大し、且つ陰極内部端子５の表面状態及び粒子径を適宜設定し、適正な陰極内部端子５の比表面積範囲とすることで、陰極内部端子５への電流の集中を分散し、陰極内部端子５付近からのガス発生並びにショートを抑制できることとなる。なお、陰極内部端子５の比表面積は、陰極内部端子５に静電容量を有する皮膜を形成し、同様の皮膜を形成したプレーン箔の静電容量と面積から算出する。また、空隙率は水銀圧入法で測定することができる。
【００１９】
セパレータ２は、前述の通り、マニラ紙やクラフト紙等の絶縁紙、不織布又はそれらの混抄紙などからなり、抄紙工程により、表面、裏面で異なる状態となり、一方が平坦状（高密度２ｂ）、他方が凹凸状（低密度２ａ）に形成される。通常の電解コンデンサでは、陽極内部端子６に生じるバリを防ぐため、該陽極内部端子６側にセパレータ２の低密度側２ａの面を配置しているが、駆動用電解液の保持量が大きいセパレータ２の低密度側２ａの面を前記陰極内部端子５側に対面するように配置することで、駆動用電解液の前記陰極内部端子５付近への供給が可能となり、陰極内部端子５付近からの水素ガスの発生を抑制できる。
【００２０】
図３に示すように、この陰極箔３、陽極箔４及びセパレータ２の巻回方法としては、陰極箔３は放熱性を向上させるために最外周に配置することが好ましく、このため巻軸にセパレータ２、陽極箔４、セパレータ２、陰極箔３の順に載置し、巻軸を回転させて前記載置順で巻回している。ここで陽極箔４と陰極箔３の載置位置を揃えて巻回すると、コンデンサ素子１の中心部では、陽極箔４の内周面に陰極箔３が対向しない部分が存在し、陰極箔３への電圧の分散が不均等となる。そのため、陰極箔３を陽極箔４より所定長さ先に巻軸に載置して、該巻軸を所定回数の回転した後に陽極箔４を巻軸に載置して巻回するとよい。また、陰極箔３と陽極箔４の幅を同等とすると、この巻回時にずれが生じ、陰極に対向しない陽極箔４の部分が生じないように、陽極箔４の幅に対して陰極箔３の幅を１０％以上大きくすると好ましい。さらには、コンデンサ素子を外装ケースに収納する際に外装ケースの内底面にセパレータ２の低純度側をコンデンサ素子側に向けて配置し、このセパレータ２に駆動用電解液を保持させ、必要に応じてコンデンサ素子に供給させることもできる。
【００２１】
なお、前述のとおり巻回又は積層して形成されたコンデンサ素子１には、ｐＨが５〜７の駆動用電解液が含浸される。この駆動用電解液としては、好ましい駆動用電解液の成分としては、駆動用電解液の溶媒としてエチレングリコール、水、スルホラン、γ−ブチルラクトンから選択される少なくとも一種類以上の溶液を単独或いは混合溶液として使用すると良い。
【００２２】
また、他にも駆動用電解液の溶媒としては、プロトン性極性溶媒、非プロトン性極性溶媒、水、及びこれらの混合物を用いることができる。プロトン性極性溶媒としては、一価アルコール類（エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロブタノール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール等）、多価アルコール類およびオキシアルコール化合物類（エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、メトキシプロピレングリコール、ジメトキシプロパノール等）などが挙げられる。また、非プロトン性の極性溶媒としては、アミド系（Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−エチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−エチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド、ヘキサメチルホスホリックアミド等）、ラクトン類（γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、γ−バレロラクトン等）、スルホラン系（３−メチルスルホラン、２，４−ジメチルスルホラン等）、環状アミド系（Ｎ−メチル−２−ピロリドン、エチレンカーボネイト、プロピレンカーボネイト、イソブチレンカーボネイト等）、ニトリル系（アセトニトリル等）、オキシド系（ジメチルスルホキシド等）、２−イミダゾリジノン系〔１，３−ジアルキル−２−イミダゾリジノン（１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、１，３−ジエチル−２−イミダゾリジノン、１，３−ジ（ｎ−プロピル）−２−イミダゾリジノン等）、１，３，４−トリアルキル−２−イミダゾリジノン（１，３，４−トリメチル−２−イミダゾリジノン等）〕などが代表として、挙げられる。
【００２３】
また、駆動用電解液に含まれる溶質としては、通常アルミ電解コンデンサ用電解液に用いられる、酸の共役塩基をアニオン成分とする、アンモニウム塩、アミン塩、４級アンモニウム塩および環状アミジン化合物の四級塩が挙げられる。第４級アンモニウム塩を構成する第４級アンモニウムとしてはテトラアルキルアンモニウム（テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、メチルトリエチルアンモニウム、ジメチルジエチルアンモニウム等）、ピリジウム（１−メチルピリジウム、１−エチルピリジウム、１，３−ジエチルピリジウム等）が挙げられる。また、アミン塩を構成するアミンとしては、一級アミン（メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、エチレンジアミン、モノエタノールアミン等）、二級アミン（ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、エチルメチルアミン、ジフェニルアミン、ジエタノールアミン等）、三級アミン（トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）−ウンデセン−７、トリエタノールアミン等）があげられる。
【００２４】
また更に、駆動用電解液に含まれるアニオン成分としては、アジピン酸、グルタル酸、コハク酸、安息香酸、イソフタル酸、フタル酸、テレフタル酸、マレイン酸、トルイル酸、エナント酸、マロン酸、蟻酸、１，６−デカンジカルボン酸、５，６−デカンジカルボン酸等のデカンジカルボン酸、１，７−オクタンジカルボン酸等のオクタンジカルボン酸、アゼライン酸、セバシン酸等の有機酸、あるいは、硼酸、硼酸と多価アルコールより得られる硼酸の多価アルコール錯化合物、りん酸、炭酸、けい酸等の無機酸の共役塩基を挙げることができる。これらの中で好ましいのは、デカンジカルボン酸、オクタンジカルボン酸、アゼライン酸、セバシン酸、アジピン酸、グルタル酸、コハク酸、安息香酸、イソフタル酸、蟻酸等の有機カルボン酸、または、硼酸、硼酸の多価アルコール錯化合物である。
【実施例】
【００２５】
次に本発明の電解コンデンサの実施例について説明する。
（実施例１）０．１Ｐａの圧力の窒素と、この窒素の圧力の１／１０以下の圧力の酸素雰囲気内で、純度９９．９％以上、厚さ２００μｍのアルミニウム材に、粒子径０．００５〜０．１μｍのアルミニウム粒子を蒸着して、０．００５〜２μｍの長さ範囲で自己相似となるアルミニウム粒子層を付着させ、この比表面積を、２．１×１０５ｃｍ２／ｃｍ３とした陰極内部端子を作成した。陽極内部端子は、９９．９％以上のアルミニウム材からなり、陽極酸化電圧６２０Ｖによる化成皮膜が形成されている。陰極箔３は、エッチング処理及び陽極酸化電圧３Ｖによる化成皮膜が形成され、陽極箔は、エッチング処理及び陽極酸化電圧６２０Ｖによる化成皮膜が形成されている。
前記両内部端子を、それぞれ各電極箔の所定位置にステッチにより取り付けた後、セパレータの低密度側の面が、陰極内部端子側に対面するように巻回してコンデンサ素子を形成し、ｐＨ６の駆動用電解液を含浸して外装ケースに収納し、電解コンデンサを作成した。
【００２６】
（実施例２）実施例１のアルミニウム材に粒子径０．２〜２μｍのアルミニウム粒子を蒸着して、０．００５〜２μｍの長さ範囲で自己相似となるアルミニウム粒子層を付着させ、この比表面積を、５．０×１０５ｃｍ２／ｃｍ３とした陰極内部端子を用い、その他は実施例１と同様とした。
【００２７】
（比較例１）実施例１のアルミニウム材に、粒子径０．０２〜０．２μｍのアルミニウム粒子を蒸着して陰極内部端子を作成した。ここでの蒸着層は、実施例１及び２で示す表面が０．００５〜２μｍの長さ範囲で自己相似となる形状とは異なるスポンジ状のアルミニウム粒子層である。その他は、実施例１と同様である。
【００２８】
次に実施例１及び２と比較例１の電解コンデンサを各１０個作成し、４００Ｖ−２００Ｖの電圧差２００Ｖ、３Ｈｚでの充放電試験を行った。その結果を以下の表１に示す。
【００２９】
【表１】
2007273912.tif 000003
【００３０】
表１に示される様に、実施例１及び２の電解コンデンサでは、充放電回数が５０００万回を超えても異常は無かったのに対し、比較例１では、充放電回数が５０００万回で２個の電解コンデンサでショートが発生した。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態における電解コンデンサを示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態における陰極内部端子を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における電解コンデンサの陰極箔、陽極箔及びセパレータの載置状態を示す断面図である。
【図４】従来のアルミ電解コンデンサを示す斜視図である
【符号の説明】
【００３２】
１    コンデンサ素子
２    セパレータ
２ａ  低密度側
２ｂ  高密度側
３    陰極箔
４    陽極箔
５    陰極内部端子
６    陽極内部端子
７    接続部
８    弁金属粒子層
【図１】
2007273912.tif 000004
【図２】
2007273912.tif 000005
【図３】
2007273912.tif 000006
【図４】
2007273912.tif 000007