(57)【要約】【課題】電解液の蒸散を抑え、かつ封口体の破壊強度を高めることができる電解コンデンサを提供する。【解決手段】電解紙３を介して弁金属の陽極箔１と陰極箔２とを重ね合わせて巻回してなるコンデンサ素子７と、前記コンデンサ素子７を収納する有底円筒状の外装ケース１２と、前記外装ケース１２の開口部を封口する封口体２０と、を備えた電解コンデンサであって、前記封口体２０として、鱗片状ガラスが混合された弾性体を用いる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介して弁金属の陽極箔と陰極箔とを重ね合わせて巻回してなるコンデンサ素子と、
前記コンデンサ素子を収納する有底円筒状の外装ケースと、
前記外装ケースの開口部を封口する封口体と、を備えた電解コンデンサであって、
前記封口体として、鱗片状ガラスが混合された弾性体を用いることを特徴とする電解コンデンサ。
【請求項２】
前記弾性体は、
平均厚さが０．４〜５．０μｍ、平均粒径が１０〜９００μｍの前記鱗片状ガラスの粉末を少なくとも０．５重量％混合してなることを特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサ。
【請求項３】
前記封口体は、
前記鱗片状ガラスが混合された前記弾性体を貼り付けた樹脂板であることを特徴とする請求項１または２に記載の電解コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電解コンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電解コンデンサはアルミニウム、タンタルおよびニオブ等の弁金属と呼ばれる金属を電極に使用して、陽極酸化することで得られる酸化皮膜層を誘電体として利用するコンデンサである。
【０００３】
アルミニウムを電極に使用したアルミニウム電解コンデンサは、エッチング処理および酸化皮膜形成処理が施された陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して巻回され、素子止めテープによって固定されてコンデンサ素子が形成されている。このコンデンサ素子は駆動用電解液が含浸された後、有底筒状外装ケースに収納され、場合によっては固定材を用いてケース内に固定される。
【０００４】
さらに、外装ケースの開口部には封口体が装着され、該開口部は、絞り加工により密閉された構成を有する。
【０００５】
基板自立タイプのアルミニウム電解コンデンサは、この封口体の外端面に陽極端子および陰極端子が形成され、これらの端子の端部は、コンデンサ素子から引き出された陽極タブ端子および陰極タブ端子が電気的に接続されている。また、リード線タイプのアルミニウム電解コンデンサは、コンデンサ素子から引き出された陽極タブ端子および陰極タブ端子と電気的に接続されたリード端子が、封口体に設けられた挿通孔を通して外部に引き出されている。
【０００６】
ところで、従来の電解コンデンサにおいては、電解液が封口体から蒸散することにより寿命が短くなる問題があった。
【０００７】
この問題点を解決するための一つの方策として、封口板に用いられるフェノール樹脂にガラス繊維や無機粉末基材を混ぜることで気密性を高めるようにしたもの（特許文献１参照）や、タルクまたはマイカを添加したゴム材を封口板として用いるもの（特許文献２、特許文献３参照）が考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−７２１１５９号公報
【特許文献２】特開昭５５−５５５１４号公報
【特許文献３】特開２００８−２５１９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
また、電解コンデンサにおいては、有底円筒状の外装ケースの底部に圧力弁が設けられており、内部圧の上昇に伴って圧力弁が作動して、内部圧を外部に逃がすようになっている。この圧力弁が作動する作動圧に対応できるように、封口体の破壊強度を向上させることで、封口体が破損する前に圧力弁が作動するようになっている。
【００１０】
このように、圧力弁の作動圧に対応できるように、封口体の破壊強度を向上させる必要があるため、封口体の破壊強度を高めることができれば、圧力弁の作動圧を高くすることができると考えられる。
【００１１】
本発明は、電解液の蒸散を抑えること、および封口体の破壊強度を高めることができる電解コンデンサ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】
【００１２】
本発明の電解コンデンサは、セパレータを介して弁金属の陽極箔と陰極箔とを重ね合わせて巻回してなるコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を収納する有底円筒状の外装ケースと、前記外装ケースの開口部を封口する封口体と、を備えた電解コンデンサであって、前記封口体として、鱗片状ガラスが混合された弾性体を用いることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、鱗片状ガラスが混合されたゴム材を封口体に用いることにより、封口体のガス透過量を少なくすることができると共に、大型コンデンサの封口体においては破壊強度をも向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の電解コンデンサは、前記構成において、前記弾性体は、平均厚さが０．４〜５．０μｍ、平均粒径が１０〜９００μｍの前記鱗片状ガラスの粉末を少なくとも０．５重量％混合してなることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、所定の平均厚さおよび所定の平均粒径の鱗片状ガラスを少なくとも０．５重量％混合した弾性体を用いることにより、ガス透過量の低減および大型コンデンサの封口体においては破壊強度向上をも有効に実現することができる。
【００１６】
また、本発明の電解コンデンサは、前記構成において、前記封口体は、前記鱗片状ガラスが混合された前記弾性体を貼り付けた樹脂板であることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、鱗片状ガラスが混合されたゴム材をフェノール樹脂板に貼り付けるだけでガス透過量の低減および大型コンデンサの封口体においては破壊強度向上をも容易に実現することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の電解コンデンサによると、電解液の蒸散を抑え、かつ大形コンデンサの封口体においては破壊強度をも高めることができる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】
【００１９】
【図１】本発明の電解コンデンサで使用されるコンデンサ素子の分解斜視図である。
【図２】本発明の電解コンデンサの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の電解コンデンサの製造工程を示すフローチャートである。
【図４】本発明の電解コンデンサの外装ケースの底面部に設けられた圧力弁を示す平面図である。
【図５】本発明の封口板を用いた電解コンデンサのガス透過性試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本実施の形態に係る電解コンデンサのコンデンサ素子を示す斜視図であり、図２は、電解コンデンサの構成を示す断面図である。図１に示すように、電解コンデンサにおいては、エッチング処理および酸化皮膜形成処理が施された陽極箔１と陰極箔２とが電解紙（セパレータ）３を介して巻回され、素子止めテープ６で固定されてコンデンサ素子７が形成されている。このコンデンサ素子７は、駆動用電解液が含浸された後、有底筒状の外装ケース１２（図２）に収納され、ポリプロピレンもしくはタール系ピッチからなる固定材１４（図２）により固定される。
【００２２】
外装ケース１２の開口部には封口体として封口板２０が装着され、該開口部は絞り加工により密閉された構造を有する。封口板２０は、フェノール樹脂板２１と、このフェノール樹脂板２１に貼着されたゴム材２２とから構成されている。ゴム材２２は、フェノール樹脂板２１の電解コンデンサ外側の面の全面に接着により設けられている。ゴム材２２には、平均厚さが０．４〜５．０μｍ、平均粒径が１０〜９００μｍの鱗片状ガラスが少なくとも０．５重量％以上混合されている。
【００２３】
封口板２０の外端面には、陽極端子８および陰極端子９が形成され、これらの端子８、９の端部は、コンデンサ素子７から引き出された陽極引き出しリード４および陰極引き出しリード５が加締部（または溶接部）１３Ａ、１３Ｂを介して電気的に接続されている。
【００２４】
ここで、陽極引き出しリード４については、化成処理が施されたものが使用されるが、陰極引き出しリード５については、一般的には化成処理が施されていないものが使用される。いずれの引き出しリード（陽極引き出しリード４、陰極引き出しリード５）についても、表面加工の施されていない弁金属箔が一般に用いられる。
【００２５】
さらに、基板自立タイプの電解コンデンサの封口は、封口板２０のゴム材と、外装ケース１２をカーリングした部分とでなされている。
【００２６】
上述したように、本実施の形態の電解コンデンサにおいて用いられる封口板２０は、鱗片状ガラスを混合したゴム材２２をフェノール樹脂板２１に貼り付けたものである。所定の平均厚さおよび所定の平均粒径の鱗片状ガラスの粉末を混合してなるゴム材２２を貼り付けた封口板２０の破壊強度試験を行った。この破壊強度試験に用いられる封口板２０は、直径３５ｍｍの電解コンデンサに使用される封口板である。また、当該封口板２０を用いて、定格５０Ｖ、１５０００μＦで、直径３５ｍｍ、長さ５０ｍｍの電解コンデンサを作製し、ガス透過性試験を行った。これらの試験結果は後述する。
【００２７】
次に、本実施の形態の電解コンデンサの製造方法について説明する。図３は、本実施の形態に係る電解コンデンサの製造工程を示すフローチャートである。
【００２８】
（エッチング工程）
エッチング液（塩酸等の強酸性の水溶液）中で、直流電圧や交流電圧により電気化学的にアルミニウム箔の表面を凹凸にして、表面積を拡大する（ステップＳ１０１）。
【００２９】
（化成工程）
化成液（硼酸アンモニウム等の弱酸性の水溶液）中で直流電圧を印加し、エッチング箔表面に誘電体となるアルミニウム酸化皮膜を形成する（ステップＳ１０２）。
【００３０】
（加締・巻取工程）
両電極箔間に、図１に示す電解紙３を介して円筒形のコンデンサ素子７に巻取りながら、電極引き出しリード材を陽極箔および陰極箔各々に接続し、最後に、巻き終わりを素子止めテープ６で止める（ステップＳ１０３）。電極引き出しリード材と電極箔との接続方法としては、針穴加締方法やコールド加締（冷間圧着）等を例示することができる。
【００３１】
（含浸工程）
減圧や加圧等によりコンデンサ素子７に駆動用電解液を含浸させる（ステップＳ１０４）。この時の含浸時間は、コンデンサ素子７のサイズや駆動用電解液の種類によって異なるが、一般的に素子サイズが大きくなるほど含浸時間も長くなる。その後、過剰な駆動用電解液を遠心分離機にてある一定量取り除く。
【００３２】
（組立工程）
駆動用電解液を含浸済みのコンデンサ素子７と封口板２０（ゴム材２２が貼り付けられたフェノール樹脂板２１）とを接合させた後、外装ケース１２内に固定材１４を注ぎ込む。その直後に、封口板２０が接合されたコンデンサ素子７を外装ケース１２内に挿入し、封止して気密を保持する（ステップＳ１０５）。封口板２０は、鱗片状ガラスが混合されたゴム材２２をフェノール樹脂板２１に貼り付けるだけの簡単な方法により得ることができる。
【００３３】
（エージング工程）
高温下で本電解コンデンサ（製品）に直流電圧を印加し、箔の切断や巻取りによって損傷した酸化皮膜の修復を行う（ステップＳ１０６）。
【実施例】
【００３４】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
【００３５】
まず、封口板２０の破壊強度試験について説明する。この破壊強度試験においては、フェノール樹脂板２１にゴム材２２を接着材により貼り付けてなる封口板２０を作製した。この封口板２０のサイズは、直径３５ｍｍの電解コンデンサに用いられるサイズである。
【００３６】
（実施例１）
本実施例１は、平均厚さ０．４μｍ、平均粒径１０μｍの鱗片状ガラスの粉末を０．５重量％の割合で混合したゴム材２２をフェノール樹脂板２１に貼り付けてなる封口板２０である。
【００３７】
（実施例２）
本実施例２は、平均厚さ０．４μｍ、平均粒径１０μｍの鱗片状ガラスの粉末を５．０重量％の割合で混合したゴム材２２をフェノール樹脂板２１に貼り付けてなる封口板２０である。
【００３８】
（実施例３）
本実施例３は、平均厚さ０．４μｍ、平均粒径１０μｍの鱗片状ガラスの粉末を１０．０重量％の割合で混合したゴム材２２をフェノール樹脂板２１に貼り付けてなる封口板２０である。
【００３９】
（実施例４）
本実施例４は、平均厚さ５．０μｍ、平均粒径１０μｍの鱗片状ガラスの粉末を０．５重量％の割合で混合したゴム材２２をフェノール樹脂板２１に貼り付けてなる封口板２０である。
【００４０】
（実施例５）
本実施例５は、平均厚さ５．０μｍ、平均粒径１０μｍの鱗片状ガラスの粉末を１０．０重量％の割合で混合したゴム材２２をフェノール樹脂板２１に貼り付けてなる封口板２０である。
【００４１】
（実施例６）
本実施例６は、平均厚さ０．４μｍ、平均粒径９００μｍの鱗片状ガラスの粉末を０．５重量％の割合で混合したゴム材２２をフェノール樹脂板２１に貼り付けてなる封口板２０である。
【００４２】
（実施例７）
本実施例７は、平均厚さ０．４μｍ、平均粒径９００μｍの鱗片状ガラスの粉末を１０．０重量％の割合で混合したゴム材２２をフェノール樹脂板２１に貼り付けてなる封口板２０である。
【００４３】
（実施例８）
本実施例８は、平均厚さ５．０μｍ、平均粒径９００μｍの鱗片状ガラスの粉末を０．５重量％の割合で混合したゴム材２２をフェノール樹脂板２１に貼り付けてなる封口板２０である。
【００４４】
（実施例９）
本実施例９は、平均厚さ５．０μｍ、平均粒径９００μｍの鱗片状ガラスの粉末を１０．０重量％の割合で混合したゴム材２２をフェノール樹脂板２１に貼り付けてなる封口板２０である。
【００４５】
（実施例１０）
本実施例１０は、平均厚さ０．１μｍ、平均粒径９００μｍの鱗片状ガラスの粉末を１０．０重量％の割合で混合したゴム材２２をフェノール樹脂板２１に貼り付けてなる封口板２０である。
【００４６】
（実施例１１）
本実施例１１は、平均厚さ５．５μｍ、平均粒径９００μｍの鱗片状ガラスの粉末を１０．０重量％の割合で混合したゴム材２２をフェノール樹脂板２１に貼り付けてなる封口板２０である。
【００４７】
（実施例１２）
本実施例１２は、平均厚さ５．０μｍ、平均粒径５μｍの鱗片状ガラスの粉末を１０．０重量％の割合で混合したゴム材２２をフェノール樹脂板２１に貼り付けてなる封口板２０である。
【００４８】
（実施例１３）
本実施例１３は、平均厚さ５．０μｍ、平均粒径１０００μｍの鱗片状ガラスの粉末を１０．０重量％の割合で混合したゴム材２２をフェノール樹脂板２１に貼り付けてなる封口板２０である。
【００４９】
（従来例）
従来例は、鱗片状ガラスの粉末を混合しないゴム材をフェノール樹脂板に貼り付けてなる封口板である。
【００５０】
上記の実施例１〜１３の封口板２０および従来例の封口板に対して、破壊強度試験とゴム硬度を測定した。破壊強度試験は、油圧試験機に封口板を取り付け、封口板が割れる際の圧力を測定する試験である。また、ゴムの硬度はＪＩＳＫ６２５３に従って測定した。測定結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
表１から以下のことがわかる。本発明の実施例１〜１３の鱗片状ガラスの粉末を混合したゴム材２２を用いた封口板２０は、鱗片状ガラスの粉末を混合しないゴム材を用いた従来例の封口板と比べると、ゴム硬度と破壊強度が向上している。このように、ゴム材２２に鱗片状ガラスを混合することによってゴム硬度が向上し、封口板２０の破壊強度を向上させることができた。
【００５３】
このように、表１から、少なくとも０．５重量％の割合で鱗片状ガラスの粉末を混合したゴム材２２をフェノール樹脂板２１に貼り付けてなる封口板２０は、鱗片状ガラスの粉末を混合しないゴム材をフェノール樹脂板２１に貼り付けてなる封口板よりも破壊強度を向上させることができる。この封口板２０を用いた電解コンデンサにおいては、内圧の上昇によって封口板２０の反りの発生を低減することができる。
【００５４】
また、外装ケース１２の底面部１２Ａ（図２）には、図４に示すように、電解コンデンサ内で急激に発生したガスを逃がす目的で、圧力弁１５が設けられている。この圧力弁１５は、外装ケース１２の底面部１２Ａに十字状に薄肉部を形成することにより、内部圧の上昇に伴ってこの薄肉部が割れて内部圧を外部に逃がすようになっている。この弁が開く際の内部圧を弁の作動圧と呼び、この作動圧に対応できるように封口板２０の破壊強度を向上させる必要がある。本発明によれば、封口板２０の破壊強度を向上させることができることにより、その分、外装ケース１２の弁作動圧を大きくすることができる。
【００５５】
次に、ガス透過性試験について説明する。電解紙３を介して陽極箔１と陰極箔２を重ね合わせ、巻回した基板自立タイプの電解コンデンサ素子７に駆動用電解液を含浸した後、遠心分離機にて余剰な駆動用電解液を取り除く。このコンデンサ素子７を外装ケース１２内に封口板２０と共に挿入し、固定材１４により固定し、定格５０Ｖ、１５０００μＦで、直径３５ｍｍ、長さ５０ｍｍの電解コンデンサを作製した。
【００５６】
（実施例１４）
本実施例１４は、平均厚さ０．４μｍ、平均粒径１６０μｍの鱗片状ガラスの粉末を０．５重量％の割合で混合したゴム材２２をフェノール樹脂板２１に貼り付けてなる封口板２０を用いた電解コンデンサである。
【００５７】
上記の実施例１、１４の電解コンデンサおよび従来例の電解コンデンサに対して、ガス透過性試験を実施した。ガス透過性試験は、電解コンデンサを１１５℃の環境下で放置した場合の、時間経過に伴う内部ガスの蒸散量（内部ガスが封口板２０を透過する透過量）を調べるものである。このガス透過性試験においては、電解コンデンサの重量変化を測定することにより、この測定結果を電解液の減少量としている。この測定結果をグラフ（図５）に示す。
【００５８】
図５は、実施例１、１４および従来例の電解コンデンサを、所定温度（１１５〔℃〕）の環境下に放置した場合の時間経過（０〜５００時間〔Ｈ〕）に伴う電解コンデンサの重量変化（Δｇ／ｇ〔％〕）の測定結果を示すグラフである。
【００５９】
図５に示すように、本発明の実施例１、１４の電解コンデンサは、従来例の電解コンデンサと比べて、時間経過に伴う電解コンデンサの重量変化が小さい。このことは、電解液の減少が少ないことを意味しており、この測定結果から、実施例１、１４の電解コンデンサに用いられた封口板２０（鱗片状ガラスが混合されているゴム材２２をフェノール樹脂板２１に貼り付けた封口板）のガス透過量が少ないことがわかる。
【００６０】
すなわち、少なくとも０．５重量％の割合で鱗片状ガラスの粉末を混合してなるゴム材２２をフェノール樹脂板２１に貼り付けた封口板２０においては、ガス透過量が少ないことがわかる。ガス透過量が少ない封口板２０を用いることにより、電解液の蒸散を抑えることができ、その分、電解コンデンサの寿命を長くすることができる。
【００６１】
なお、封口板からの電解液の蒸散を抑える他の比較例としては、鱗片状ガラスの粉末を混合したゴム材２２を用いることに代えて、フェノール樹脂板の厚みを厚くする方法が考えられるが、この場合にはフェノール樹脂板の厚みを格段に厚くする必要がある。これに対して、本実施の形態の封口板２０においては、鱗片状ガラスの粉末を混合してなるゴム材２２を、一般的な封口板の材料であるフェノール樹脂板２１に貼り付けるだけの簡易な構成によって、電解液の蒸散を抑えることができ、封口板２０の厚みの大幅な増大を抑制しつつ、電解液の蒸散を十分に抑えることができる。
【００６２】
以上説明したように、鱗片状ガラスの粉末を混合してなるゴム材２２をフェノール樹脂板２１に貼り付けてなる封口板２０を用いることにより、封口板２０の破壊強度を強くすることができるとともに、ガス透過性を低くすることができる。これにより、電解液の蒸散を抑えた、弁作動圧の大きな電解コンデンサを実現することができる。
【００６３】
また、封口板２０として一般的に用いられるフェノール樹脂板２１に対して、鱗片状ガラスが混合されたゴム材２２を貼り付けるだけの簡単な工程によって、ガス透過量の少ない、高強度の封口板２０を得ることができる。これにより、簡単な製造工程によって、電解液の蒸散を抑えた、弁作動圧の大きな電解コンデンサを得ることができる。
【００６４】
なお、上述の実施の形態においては、ゴム材２２を、フェノール樹脂板２１の電解コンデンサ外側の面に設けた場合について述べたが、これに限られるものではなく、フェノール樹脂２１の電解コンデンサ内側の面か両面に設けるようにしてもよい。
【００６５】
また、上述の実施の形態においては、封口体２０に用いられる樹脂板としてフェノール樹脂板２１を用いる場合について述べたが、これに限られるものではなく、他の樹脂材料を用いることができる。
また、上述の実施の形態においては、本発明を定格５０〔Ｖ〕、１５０００〔μＦ〕で、直径３５〔ｍｍ〕、長さ５０〔ｍｍ〕の電解コンデンサに適用する場合について述べたが、これに限られるものではなく、他の種々の大きさ、仕様の電解コンデンサに適用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１  陽極箔
２  陰極箔
３  電解紙（セパレータ）
４  陽極引き出しリード
５  陰極引き出しリード
６  素子止めテープ
７  コンデンサ素子
８  陽極端子
９  陰極端子
１２  外装ケース
１２Ａ  底面部
１４  固定材
１５  圧力弁
２０  封口板
２１  フェノール樹脂板
２２  ゴム材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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