(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒としてエチレングリコールを用い、溶質として有機酸および／またはその塩、硼酸、硼酸アンモニウムの少なくとも１種以上を有し、かつポリビニルピロリドンと硼酸エステルとを含み、この硼酸エステルの添加量を１．０〜１５重量％の範囲とした電解コンデンサ駆動用電解液。
【請求項２】
硼酸エステルが（化１）、（化２）、（化３）で示される少なくとも１種を含む請求項１に記載の電解コンデンサ駆動用電解液。
【化１】
0003979104.tif 000011
【化２】
0003979104.tif 000012
【化３】
0003979104.tif 000013
【請求項３】
ポリビニルピロリドンの分子量が１０００〜１００００００の範囲である請求項１に記載の電解コンデンサ駆動用電解液。
【請求項４】
ポリビニルピロリドンの添加量が０．１〜５．０重量％の範囲である請求項１に記載の電解コンデンサ駆動用電解液。
【請求項５】
有機酸が１，７−オクタンジカルボン酸、アゼライン酸、安息香酸、セバシン酸の少なくとも１種である請求項１に記載の電解コンデンサ駆動用電解液。
【請求項６】
溶媒としてエチレングリコールを、溶質として有機酸および／またはその塩、硼酸、硼酸アンモニウムの少なくとも１種以上有するとともに、ポリビニルピロリドンと硼酸エステルとを含み、この硼酸エステルの添加量を１．０〜１５重量％の範囲とした電解コンデンサ用電解液を用いた電解コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電解コンデンサ駆動用電解液およびそれを用いた電解コンデンサに関するものであり、特に高温負荷特性の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は電解コンデンサの構成を示す一部切欠いた斜視図である。同図において、アルミニウム箔をエッチング処理により実効表面積を拡大した表面に陽極酸化により誘電体酸化皮膜を形成した陽極箔１１と、アルミニウム箔をエッチング処理した陰極箔１２とをセパレータ１３を介して巻回することによりコンデンサ素子１９を構成し、このコンデンサ素子１９の陽極箔１１および陰極箔１２にそれぞれ引き出し用の陽極リード１５、陰極リード１６を接続し、このコンデンサ素子１９に駆動用電解液１４を含浸させて、このコンデンサ素子１９をアルミニウムケース１８内に挿入し、封口体１７で封止することにより電解コンデンサが構成されている。
【０００３】
上記駆動用電解液１４は、有機溶媒と溶質として硼酸もしくは硼酸アンモニウムが用いられているが、これらは比較的化成性が良好であることから高圧用として長期にわたって使用されている。しかし、硼酸もしくは硼酸アンモニウムは、分子内に縮合水を有するため、高温でも特に１００℃以上で使用する電解コンデンサに用いることはできなかった。
【０００４】
そこで駆動用電解液１４の溶質として、アゼライン酸、ブチルオクタン二酸（特公昭６０−１３２９３号公報）、５，６−デカンジカルボン酸（特公昭６３−１５７３８号公報）、側鎖を有する二塩基酸（特開平２−１４５５３９号公報）等の二塩基酸及びそれらの塩を用いた非水系の駆動用電解液１４が知られている。これら有機カルボン酸は、電解液中の水分を低減できるため、１００℃以上の環境下でも水分による内圧上昇による電解コンデンサの開弁を抑制することができるとされている。
【０００５】
また、駆動用電解液１４の火花発生電圧および化成性を改善する目的でポリエチレングリコール（特公平３−７６７７６号公報）、ポリグリセリン（特公平７−７０４４３号公報）、ポリビニルアルコール（特公平７−２２０８７号公報）、アルキレンブロックポリマー（特開平２−３１２２１８号公報）等の界面活性剤を添加することも知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年高調波対策回路や車両用に用いられる電解コンデンサは、高温度での負荷特性が従来の電解コンデンサ以上に求められ、その要求を満足させるためには、上記従来の駆動用電解液１４に使用していた有機カルボン酸もしくはその塩に界面活性剤を添加した駆動用電解液１４や、硼酸もしくは硼酸アンモニウムとの組み合わせの駆動用電解液１４では、更なる高耐圧化、高耐熱性、長寿命の点で満足することができないという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、高耐圧化、高耐熱性、長寿命に寄与できる駆動用電解液を提供し、この駆動用電解液を用いて高温度での負荷特性を向上させた電解コンデンサを得ることができる電解コンデンサ駆動用電解液およびそれを用いた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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項１に記載の発明は、溶媒としてエチレングリコールを用い、溶質として有機酸および／またはその塩、硼酸、硼酸アンモニウムの少なくとも１種以上を有し、かつポリビニルピロリドンと硼酸エステルとを含み、この硼酸エステルの添加量を１．０〜１５重量％の範囲としたものであり、硼酸エステルは分子内に硼酸を有して縮合水が無いため、電解コンデンサの内圧上昇を抑制することができ、また、ポリビニルピロリドンは耐熱性を有し、水への溶解性が高く、有機溶媒に溶解し難いため、電解液中で適度な溶解分散効果によりエチレングリコールや有機酸および／またはその塩、硼酸、硼酸アンモニウムなどの作用を有効に発揮させることができることから、電解液の電導度を低下させることなく高温度での負荷特性を向上させることができ、また、火花発生電圧を飛躍的に向上させることができるという作用を有する。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、特に硼酸エステルが（化４）、（化５）、（化６）で示される少なくとも１種を含むもので、硼酸エステルの分子内に硼酸を含んでおり、また、置換基を変えることにより、電解液の粘度を適度に調整することができ、火花発生電圧を向上させることができるという作用を有する。
【００１０】
【化４】
0003979104.tif 000002
【００１１】
【化５】
0003979104.tif 000003
【００１２】
【化６】
0003979104.tif 000004
【００１３】
なお、硼酸エステルの添加量が１．０重量％未満では更なる火花発生電圧の向上を図ることはできず、２０重量％を越えると電解液の粘性が高くなりすぎて電導度を低下してしまう。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、特に、ポリビニルピロリドンの分子量を１０００〜１００００００の範囲とするもので、また、請求項４に記載の発明は、ポリビニルピロリドンの添加量を０．１〜５．０重量％の範囲とするものであり、使用可能な添加量と分子量範囲を規定することにより最適化を図ることができるという作用を有する。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、特に、有機酸が１，７−オクタンジカルボン酸、アゼライン酸、安息香酸、セバシン酸の少なくとも１種としたものであり、陽極箔の化成性が良好となるため、請求項１に記載の発明の作用を更に向上させることができるという作用を有する。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、溶媒としてエチレングリコールを、溶質として有機酸および／またはその塩、硼酸、硼酸アンモニウムの少なくとも１種以上有するとともに、ポリビニルピロリドンと硼酸エステルとを含み、この硼酸エステルの添加量を１．０〜１５重量％の範囲とした駆動用電解液を用いた電解コンデンサとするもので、高耐圧化、高耐熱性、長寿命に寄与できる駆動用電解液を用いることにより、高温度での負荷特性を向上させた電解コンデンサを得ることができるという作用を有する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
本実施の形態１の駆動用電解液は、溶媒としてエチレングリコールを用い、溶質として有機酸および／またはその塩、硼酸、硼酸アンモニウムの少なくとも１種以上を有し、かつ硼酸エステルとポリビニルピロリドンとを含むものを用いることにより、火花発生電圧が向上し、高耐圧化、高耐熱性、長寿命に寄与できる駆動用電解液を得ることができることから、この駆動用電解液を用いた電解コンデンサは高温度での負荷特性を向上させることができる。
【００１９】
特に定格電圧が４５０ＷＶ以上の電解コンデンサにおいて高耐圧化、高耐熱性、長寿命の電解コンデンサを提供することができるものである。
【００２０】
以下、具体的な実施例を用いて詳細に説明をする。
【００２１】
（実施例１〜９）
まず、（表１）に（化４）、（化５）、（化６）で示される硼酸エステルの具体的な事例を列記する。
【００２２】
【表１】
0003979104.tif 000005
【００２３】
（表１）に示すように、本実施例の（化４）、（化５）、（化６）で示される硼酸エステルは、置換基をあらゆる形で選択できるため、粘度や融点等の物理的特性をその駆動用電解液の用途に応じて自由に選択できるものである。
【００２４】
なお、上記（表１）で示した構造式は、本実施例の（化４）、（化５）、（化６）で示した構造の一部を示すものであり、（表１）以外にもあらゆる構造を有することができるものである。
【００２５】
次に、溶媒にエチレングリコールを用い、溶質として有機酸塩、硼酸、硼酸アンモニウムの少なくとも１種と、（表１）で示した硼酸エステルとポリビニルピロリドンとを用いた駆動用電解液の特性を（表２）に示す。
【００２６】
【表２】
0003979104.tif 000006
【００２７】
（表２）において、実施例１〜４は溶質として有機酸塩を用いたもの（比較例１と対比）、実施例５および６は硼酸および／または硼酸アンモニウムを用いたもの（比較例２と対比）、実施例７〜９は有機酸塩と硼酸または硼酸アンモニウムを用いたもの（比較例３と対比）で、これら各実施例の駆動用電解液は各比較例の駆動用電解液に比べて高い火花発生電圧を得ることができる。
【００２８】
また、比較例４は有機酸塩と硼酸アンモニウムに硼酸エステルを、比較例５は有機酸塩と硼酸アンモニウムにポリビニルピロリドンをそれぞれ加えたものであるが、実施例７〜９の方が高い火花発生電圧を得ることができる。
【００２９】
また、上記実施例９と比較例３の火花発生電圧の特性を図２に示す。図２から明らかなように、実施例９は比較例３に比べて化成皮膜の修復性が良好であるために、化成性が良好で高い火花発生電圧を得ることができるものである。
【００３０】
（実施例１０〜１７）
溶媒にエチレングリコールを用い、溶質として１，７−オクタンジカルボン酸２アンモニウムおよび硼酸アンモニウムと、（表１）で示した硼酸エステルとポリビニルピロリドンとを用いた駆動用電解液において、硼酸エステルとポリビニルピロリドンの添加量について説明する。
【００３１】
（表３）に硼酸エステルとポリビニルピロリドンの分子量およびその添加量を変化させたときの駆動用電解液の組成と火花発生電圧の結果を示す。
【００３２】
【表３】
0003979104.tif 000007
【００３３】
（表３）において、実施例１０〜１２はポリビニルピロリドンの分子量を変化させたもの（添加量は一定）、実施例１３〜１７はポリビニルピロリドンの分子量と添加量を変化させ、また、ポリビニルピロリドンの添加量に合わせて硼酸エステルの添加量を変化させたときのものである。
【００３４】
上記実施例１０〜１２から、ポリビニルピロリドンの分子量が大きくなると火花発生電圧を高くすることができる。しかし、上記（表１）からでも火花発生電圧が高くなると電導度は低下するので、駆動用電解液の組成の最適化が必要である。
【００３５】
また、上記実施例１３〜１７から、ポリビニルピロリドンの分子量が小さいときは添加量を多くし、ポリビニルピロリドンの分子量が大きいときは添加量を少なくしても火花発生電圧をほぼ同等の値にすることができる。
【００３６】
一般に重合物の溶解度は、分子量が高くなるにつれて溶媒中に溶解しにくくなるため、ポリビニルピロリドンの分子量は１０００〜１００００００の範囲が好ましい。そして、その添加量は０．１〜５．０重量％の範囲が最適である。
【００３７】
さらに、硼酸エステルについても、その添加量に応じて火花発生電圧を向上させることも可能であるが、添加量が多過ぎた場合、駆動用電解液の粘度が極端に上昇し、電導度が低下して駆動用電解液としての機能を果たすことができなくなるため、その添加量は１．０〜２０重量％の範囲が好ましい。
【００３８】
（実施の形態２）
上記実施の形態１の各実施例の駆動用電解液を用いて電解コンデンサを作製し、その寿命試験について説明をする。
【００３９】
本実施の形態２で用いた電解コンデンサは図１と同様の構成を有している。
【００４０】
まず、上記（表２）で示した実施例２と比較例１の駆動用電解液を用いて電解コンデンサを各２０個用意し、寿命試験を行った結果を（表４）に示す。ここで使用した電解コンデンサの定格は、いずれも４５０ＷＶ３３μＦであり、その試験温度は１０５℃で行った。
【００４１】
【表４】
0003979104.tif 000008
【００４２】
（表４）から明らかなように、実施例２の駆動用電解液を用いた電解コンデンサは、火花発生電圧が高いという特徴から製品作製段階であるエージング工程および寿命試験を通じてショート・パンク等の不具合も生じず、寿命試験後の容量変化率、ｔａｎδ、漏れ電流（ＬＣ）、外観変化のどの特性においても変化が少なく信頼性の高い電解コンデンサを得ることができる。
【００４３】
次に、上記（表２）で示した実施例８と比較例３の駆動用電解液を用いて電解コンデンサを各２０個用意し、寿命試験を行った結果を（表５）に示す。ここで使用した電解コンデンサの定格は、いずれも５００ＷＶ２２μＦであり、その試験温度は１０５℃で行った。
【００４４】
【表５】
0003979104.tif 000009
【００４５】
（表５）から明らかなように、実施例８の駆動用電解液は、火花発生電圧が高いという特徴からそれを用いた電解コンデンサは、５００Ｖで評価したにもかかわらず製品作製段階であるエージング工程および寿命試験を通じてショートパンク等の不具合も生じず、試験後の容量変化率、ｔａｎδ変化、漏れ電流（ＬＣ）、外観変化のどの特性においても変化が少なく信頼性の高い電解コンデンサを得ることができるものである。
【００４６】
次に、上記（表３）で示した実施例１６と比較例３〜５の駆動用電解液を用いて電解コンデンサを各２０個用意し、高温安定性を確認するために、試験温度を１２５℃中で寿命試験を行った結果を（表６）に示す。ここで使用した電解コンデンサの定格は、いずれも５００ＷＶ１０μＦを用いて実施した。
【００４７】
【表６】
0003979104.tif 000010
【００４８】
（表６）から明らかなように、実施例１６の駆動用電解液は、火花発生電圧が高いという特徴からそれを用いた電解コンデンサは、１２５℃という高温度環境下で評価したにもかかわらず、寿命試験後もショートパンク等の不具合も生じず、試験後の容量変化率、ｔａｎδ変化、漏れ電流（ＬＣ）、外観変化のどの特性においても変化が少なく信頼性の高い電解コンデンサを得ることができるものである。
【００４９】
なお、実施の形態１で用いた有機酸塩としてアンモニウム塩を使用したが、このアンモニウム塩以外にアミン塩、アミジン系塩等が使用できる。その有機酸および／またはその塩は、単独はもちろん、使用用途に応じて２種以上の混合でも問題なく、本実施の形態と同様の効果が得られるものである。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、溶媒としてエチレングリコールを用い、溶質として有機酸および／またはその塩、硼酸、硼酸アンモニウムの少なくとも１種以上を有し、かつポリビニルピロリドンと硼酸エステルとを含み、この硼酸エステルの添加量を１．０〜１５重量％の範囲としたものであり、硼酸エステルは分子内に硼酸を有して縮合水が無いため、電解コンデンサの内圧上昇を抑制することができ、また、ポリビニルピロリドンは耐熱性を有し、水への溶解性が高く、有機溶媒に溶解し難いため、電解液中で適度な溶解分散効果によりエチレングリコールや有機酸および／またはその塩、硼酸、硼酸アンモニウムなどの作用を有効に発揮させることができることから、電解液の電導度を低下させることなく高温度での負荷特性を向上させることができ、また、火花発生電圧を飛躍的に向上させることができる。
【００５１】
また、上記駆動用電解液を用いた電解コンデンサは１２５℃という高温度環境下でも高耐圧で、長時間特性の安定した電解コンデンサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態および従来の電解コンデンサの構成を示す一部切欠いた斜視図
【図２】  本発明の実施の形態１による実施例９と比較例３における駆動用電解液の化成性を示す特性図
【符号の説明】
１１  陽極箔
１２  陰極箔
１３  セパレータ
１４  駆動用電解液
１５  陽極リード
１６  陰極リード
１７  封口体
１８  アルミニウムケース
１９  コンデンサ素子
【図１】
0003979104.tif 000014
【図２】
0003979104.tif 000015