(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極箔と陰極箔との間にセパレータを介在させて巻付け形成することによりコンデンサ素子を作成し、このコンデンサ素子中のセパレータに電解質として導電性を有する機能性高分子を含浸・重合させる電解コンデンサにおいて、
前記セパレータを主体繊維とバインダーから構成し、主体繊維として融点が２５０℃〜２９０℃のポリアミド繊維を少なくとも３０％以上含有するとともに、バインダーとして熱融着樹脂を少なくとも１０％以上用いることを特徴とする電解コンデンサ。
【請求項２】
陽極箔と陰極箔との間にセパレータを介在させて巻付け形成することによりコンデンサ素子を作成し、このコンデンサ素子中のセパレータに電解質として導電性を有する機能性高分子を含浸・重合させる電解コンデンサにおいて、
前記セパレータを主体繊維とバインダーから構成し、主体繊維として融点が２５０℃〜２９０℃のポリアミド繊維を少なくとも３０％以上含有するとともに、バインダーとしての熱融着樹脂としてポリアミド又はポリエチレンを用いることを特徴とする電解コンデンサ。
【請求項３】
前記ポリアミド繊維として、ナイロン６，６又はナイロン４，６及びこれらの変性繊維の少なくとも１種類を用いた請求項１又は２に記載の電解コンデンサ。
【請求項４】
前記電解質としての機能性高分子として、ポリピロール，ポリチオフェン，ポリアニリン又はこれらの誘導体の少なくとも１種を使用する請求項１，２又は３に記載の電解コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は陽極箔と陰極箔との間にセパレータを介在させ、該セパレータに電解質として導電性を有する機能性高分子を含浸・重合させた電解コンデンサにかかり、特にはポリアミド繊維を含有するセパレータを用いたことによってインピーダンス特性を改善するとともに生産性を高めた電解コンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に電解コンデンサ、具体的には巻回型固体アルミ電解コンデンサは、陽極アルミ箔と陰極アルミ箔との間にセパレータを介在させて巻付け形成してコンデンサ素子を作成し、このコンデンサ素子を液状の電解液中に浸漬して電解質を含浸させ、封口して製作している。上記電解液としては、通常エチレングリコール（ＥＧ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）又はγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）等を溶媒とし、これらの溶媒に硼酸やアジピン酸アンモニウム、マレイン酸水素アンモニウム等の溶質を溶解したものを用いてコンデンサ素子の両端から浸透させて製造している。
【０００３】
近年、デジタル化された業務用及び民生用の各種電子機器は動作周波数の高速化が飛躍的に進み、電子機器全体としての省電力化も強く求められている現状にある。そこでこれらの電子機器を構成する部品である電解コンデンサにも、動作周波数の高速化及び省電力化のために、インピーダンス特性、特に等価直列抵抗（以下ＥＳＲと略称する）の低いものが求められている。具体的には電子機器に使用されるＣＰＵ等の高速化に伴い、高周波域でのＥＳＲの低減、例示すれば定格電圧４Ｖ、定格静電容量１００μＦの電解コンデンサにおいて、１００ｋＨｚのＥＳＲを５０ｍΩ以下とすることが求められている。
【０００４】
しかしながら、前記した電解液を電解質に使用した電解コンデンサでは、高周波域でＥＳＲの低減を十分にはかることが困難である。これは電解液そのものの比抵抗を低くすることができないためである。そのため、より比抵抗の小さい電解質として、二酸化マンガンやＴＣＮＱ錯体を使用した電解コンデンサが開発されている。
【０００５】
更に近時はポリピロールやポリチオフェン等の導電性を有する機能性高分子を電解質に使用した電解コンデンサが開発されている。これらの機能性高分子の比抵抗は、二酸化マンガンやＴＣＮＱ錯体の比抵抗よりも小さく、電解コンデンサ自体のＥＳＲが良好なものを製作することが可能であるため注目を集めている。なお、機能性高分子とは導電性を有して電解コンデンサの電解質として利用することができる高分子を指している。
【０００６】
一方で近年ハンダ中の鉛が環境に悪影響を及ぼすことから、鉛フリーハンダの導入が進められている。これに伴ってハンダリフロー温度が従来の１８０℃から２４０℃程度まで上がっており、必然的に電子機器に使用される各種電子部品の耐熱性を今まで以上に高くすることが必須の要件となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電解質として機能性高分子を使用して電解コンデンサ、特には巻回型固体アルミ電解コンデンサを製造しようとした場合、従来の電解質として電解液を使用するアルミ電解コンデンサにおいて用いられているセルロースを原料とするセパレータをそのまま使用することができないという問題がある。これはセパレータ中のセルロースが機能性高分子の重合溶液の含浸、あるいは機能性高分子の重合を阻害するためである。
【０００８】
このようなセルロースの影響を抑制するため、巻回したコンデンサ素子を熱処理し、セパレータを炭化して使用する試みが行われている。しかしコンデンサ素子中のセパレータを炭化することは工程が複雑になり、使用する部材に耐熱性、耐酸化性が必要である上、炭化により素子の形状が崩れたり、加熱によるストレスからコンデンサのＬＣ（漏れ電流）が増大する弊害があるため、改善が求められている。
【０００９】
また、セルロース繊維の代わりにガラス繊維を用いたセパレータを使用することも提案されているが、ガラス繊維紙は厚みを薄くすることが困難であり、そのためコンデンサ素子が大きくなったり巻回が難しくなるという問題が生じる。
【００１０】
特開平１０−３４０８２９号公報には、ビニロン繊維をセパレータに使用した電解コンデンサが開示されているが、コンデンサ素子形成後にバインダーを取り除かないと電解質の保持が不十分となって充分な電気特性が得られず、面実装型固体電解コンデンサに使用した際に製品が膨張するという問題が発生する。
【００１１】
このように高周波域でのＥＳＲの低減を実現するためには、比抵抗の小さい機能性高分子を電解質として使用することが有効な手段であり、その開発が試みられているが、機能性高分子を含浸・重合させるための生産性が悪い上、該機能性高分子との相性がよいセパレータがないため、このセパレータを開発することが機能性高分子を電解質として使用する電解コンデンサの課題となっている。
【００１２】
そこで本発明はポリアミド繊維を原料として電解コンデンサの小型化に対応できるように薄く、かつ、炭化しなくてもセパレータに対する機能性高分子の重合溶液の含浸性がよく、該機能性高分子の重合を阻害しない新規なセパレータを用いることにより、電解質として機能性高分子を使用した電解コンデンサのＥＳＲ特性を改良し、生産性を高め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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、陽極箔と陰極箔との間にセパレータを介在させて巻付け形成することによりコンデンサ素子を作成し、このコンデンサ素子中のセパレータに電解質として導電性を有する機能性高分子を含浸・重合させる電解コンデンサにおいて、前記セパレータを主体繊維とバインダーから構成し、主体繊維として融点が２５０℃〜２９０℃のポリアミド繊維を少なくとも３０％以上含有するとともに、バインダーとして熱融着樹脂を少なくとも１０％以上用いる電解コンデンサを基本手段として提供する。
【００１４】
また、前記セパレータを主体繊維とバインダーから構成し、主体繊維として融点が２５０℃〜２９０℃のポリアミド繊維を少なくとも３０％以上含有するとともに、バインダーとしての熱融着樹脂としてポリアミド又はポリエチレンを用いる。
【００１５】
そして、ポリアミド繊維として、ナイロン６，６又はナイロン４，６及びこれらの変性繊維の少なくとも１種類を用いる。
【００１６】
前記電解質としての機能性高分子として、ポリピロール，ポリチオフェン，ポリアニリン又はこれらの誘導体の少なくとも１種を使用する。
【００１７】
かかる電解コンデンサは、前記セパレータを主体繊維とバインダーから構成し、主体繊維として融点が２５０℃〜２９０℃のポリアミド繊維を少なくとも３０％以上含有させるとともに、熱融着樹脂としてポリアミド又はポリエチレンをバインダーとして用いたことにより、電解質の保持性、ハンダリフロー後の高周波域でのＥＳＲ特性が優れており、しかもセパレータ自体の強度が大きくなって巻回性と耐熱性にも優れ、面実装品に使用した場合でも他の電子部品と同等のリフローが可能となって電子工業分野での汎用性が高くなるという作用が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明にかかる電解コンデンサの具体的な実施形態を説明する。先ず電解質として機能性高分子を使用する巻回型固体アルミ電解コンデンサの代表的な製造方法を説明する。即ち、陽極アルミ箔と陰極アルミ箔との間にセパレータを介在させて巻付け形成することによりコンデンサ素子を作成する。
【００１９】
本発明は、セパレータを主体繊維とバインダーから構成し、主体繊維として融点が２５０℃〜２９０℃のポリアミド繊維を少なくとも３０％以上含有するとともに、バインダーとして熱融着樹脂を用いて構成されている。また、主体繊維として、ポリアミド繊維にポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維又はポリテトラフルオロエチレン繊維を混抄し、バインダーとしての熱融着樹脂としてポリアミド又はポリエチレンを用いる。そして該セパレータを陽極箔と陰極箔との間に介在させて巻回することによりコンデンサ素子を作成し、このコンデンサ素子を機能性高分子の重合用溶液に浸漬して素子中のセパレータに重合用溶液を含浸させ、このコンデンサ素子を重合用溶液から引き上げて乾燥し、その後加熱をすることでコンデンサ素子中で機能性高分子が重合してから封口することによって所期の電解コンデンサが得られる。
【００２０】
上記機能性高分子とは、導電性を有して電解コンデンサの電解質として利用できる特性を有する高分子を指しており、該特性を有する高分子で有れば使用可能である。具体的にはポリピロール，ポリチオフェン，ポリアニリン又はこれらの誘導体の少なくとも１種を使用することができる。
【００２１】
機能性高分子の重合用溶液は、チオフェンやポリピロールのモノマー溶液と酸化剤の溶液を混合することで調製する。バイエル株式会社のバイトロンＭ（３、４エチレンジオキシチオフェン）や、バイトロンＣ（パラトルエンスルホン酸鉄のブタノール溶液）がそれぞれモノマー溶液及び酸化剤溶液として広く使用されている。溶剤としては、イソプロピルアルコール，メタノール，エタノール，ブタノール，アセトンが使用可能である。
【００２２】
本発明では上記したように主体繊維に融点が２５０℃〜２９０℃のポリアミド繊維を少なくとも３０％以上含有させたセパレータを用いることにより、電解質の保持性が向上して高周波域でのＥＳＲ特性が改善され、更にセパレータ自体の強度が大きいため、巻回性や耐熱性にも優れており、面実装品に使用した場合でも他の電子部品と同等のリフローが可能となる。また、熱融着樹脂は固体電解質層の形成を阻害しないため、巻回後のバインダー除去工程は不要となる。
【００２３】
以下に本発明の具体的な実施例を従来例及び比較例とともに説明する。先ず陽極アルミ箔と陰極アルミ箔を所望の寸法を持つスリット状に形成した後、各陽極アルミ箔と陰極アルミ箔にリード棒を取り付け、表１に示す実施例１〜５、従来例１〜３及び比較例１〜３に記載したセパレータを介して巻付け形成してコンデンサ素子を作成した。実施例１〜５と比較例３のセパレータには、融点の高いポリアミド繊維であるナイロン６，６（融点２６０℃）を用いており、従来例２，３及び比較例１，２のセパレータには湿熱融着樹脂であるポバールをバインダーとして用いた。又、実施例１，２，３，５及び比較例３のセパレータのバインダーにはポリアミドバインダーとして融点の低いナイロン４，６の変性繊維（融点１４０℃）を用いており、実施例５はポリアミド繊維にポリエステル繊維（融点２６０℃）を混抄して用いた。又、実施例４のバインダーにはポリエチレン繊維（融点１３５℃）を用いた。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
得られたコンデンサ素子の溶液アルミ箔端面には酸化被膜が形成されていないので、６０℃，１．０重量％アジビン酸アンモニウム水溶液中で化成処理を行った。次に３，４エチレンジオキシチオフェンとｐ−トルエンスルホン酸鉄（▲３▼）とをｉ−プロパノールに溶解した重合溶液（モノマー：酸化剤＝１：１．５，モル比）に浸漬した後、１００℃，６０分間保持して化学重合によるポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＴ）の固体電解質層を形成した。そして得られた固体電解質層を有するコンデンサ素子を乾燥・加熱した後にケースに入れ、開口部を封口部剤で封止し、封口部剤側に面実装用座板を取り付け、定格電圧４Ｖ、定格静電容量１００μＦの面実装型固体電解コンデンサを各１００個作製した。
【００２６】
表１中には各実施例と従来例及び比較例にかかる面実装型固体電解コンデンサを構成する各要素の含有率（％）、厚さ（μｍ）、密度（ｇ／ｃｍ３）、引張強度（ｋｇｆ／１５ｍｍ）、吸液度（ｉ−プロパノール，ｍｍ／１０ｍｉｎ）の外に初期特性（静電容量，ＥＳＲ）とリフロー試験後の特性並びに外観の異常有無を示してある。リフロー試験は２４０℃で１０秒，２回行った。
【００２７】
表１に記載したように、実施例１〜５は従来例及び比較例と較べて初期特性とリフロー試験後の特性が何れも優れており、重合溶液の溶媒であるｉ−プロパノールの吸液度から重合溶液に対する馴染みが良いことが判明した。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
表２はセパレータの主体繊維を選択するために、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ビニロン繊維、ポリアミド繊維の融点及び熱分解温度をまとめた表である。ポリエチレン繊維は融点が１２５℃〜１３５℃と低いため、セパレータを構成する主体繊維としては耐熱性が不足して不向きであり、ハンダリフロー後の特性が悪化する惧れがある。しかしポリエチレン繊維をバインダーとして使用する際に耐熱性の高いポリアミド繊維を３０％以上混抄すればハンダリフロー温度にも耐えてリフロー後の特性に良い結果が得られる。
【００３０】
ポリプロピレン繊維はポリエチレン繊維と較べて融点が１６５℃〜１７３℃と高いが、ハンダリフロー温度を考慮すると満足できる温度ではない。従ってハンダリフロー後の特性が悪化する問題が生じる。
【００３１】
ビニロン繊維は２００℃以上の温度での空気中で水分子の脱離現象が起こり、ガスを発生して高分子の主鎖が切断、分離して熱分解する。従ってハンダリフロー後にケースが膨張する問題がある。
【００３２】
本発明で採用したポリアミド繊維の融点は２５０℃〜２９０℃であり、ハンダリフロー温度に耐える耐熱性を保持している。しかもポリアミド繊維は他の繊維と比較して価格的に安価であり、工業的に供給可能であるという利点を有している。
【００３３】
図１はセパレータに含まれているポリアミド繊維含有率（％）とハンダリフロー後の電解コンデンサ（４Ｖ／１００μＦ）のＥＳＲ（ｍΩ）の関係を示すグラフであり、同図からポリアミド繊維の含有率は３０〜９０％で最適であることが分かる。特にシートを構成するポリアミド繊維の含有率が１０〜９０％の範囲にない場合には、コンデンサ素子の強度不足とか乾燥時の熱収縮、シワの発生等によって正常なシートを構成することが困難となる。又、融点が高いポリアミド繊維含有率が高い方がセパレータとしての耐熱性が良好であり、ハンダリフロー後のＥＳＲが優れていることが判明した。
【００３４】
図２はセパレータに含まれているポリエチレン繊維バインダー含有率（％）とハンダリフロー後の電解コンデンサ（４Ｖ／１００μＦ）のＥＳＲ（ｍΩ）の関係を示すグラフであり、同図からポリエチレン繊維バインダーの含有率は１０〜７０％で最適であることが分かる。特にポリエチレン繊維バインダーの含有率が１０〜８０％の範囲にない場合には、コンデンサ素子の強度不足とか乾燥時の熱収縮、シワの発生等によって正常なシートを構成することが困難となる。ＥＳＲについてはポリエチレン繊維バインダー含有率が低い方が良いことが判明した。
【００３５】
上記各実施例では固体電解質にポリチオフェンとしてポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＴ）を用いたが、これ以外にポリピロール、ポリアニリン、ＰＥＤＴ以外のポリチオフェンまたはそれらの誘導体を用いても電解コンデンサの初期特性並びにリフロー試験の何れも満足する特性が得られる。
【００３６】
固体電解質である機能性高分子の形成方法には特に制限がなく、単一若しくは複数の固体電解質を化学重合で形成するか、化学重合による固体電解質層をプレコート層として電解重合により固体電解質層を形成しても良い。又、固体電解質を形成したコンデンサ素子をケースに入れて封口する作業を行いやすくするため、固体電解質を形成したコンデンサ素子に樹脂等を塗布するか含浸しても良い。
【００３７】
上記したように本発明にかかるポリアミド繊維を含有して熱融着樹脂としてポリアミド又はポリエチレンをバインダーとするセパレータを使用した電解コンデンサは、電解質の保持性、ハンダリフロー後の高周波域でのＥＳＲ特性に優れ、かつ、セパレータ自体の強度が大きくて巻回性と耐熱性に優れており、面実装品に使用した場合でも他の電子部品と同等のリフローが可能となり、電子工業分野で広く利用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によればセパレータを主体繊維とバインダーから構成し、主体繊維として融点が２５０℃〜２９０℃のポリアミド繊維を少なくとも３０％以上含有するとともに、バインダーとして熱融着樹脂を用いたことにより、セパレータが機能性高分子の重合溶液の含浸と重合を阻害することがなく、電解質の保持性、ハンダリフロー後の高周波域でのＥＳＲ特性を満足することができる。特に鉛フリーハンダを導入したことによってハンダリフロー温度が高くなっても耐熱性及び特性上の問題が生じないので、従来のハンダに用いられている鉛による環境への悪影響をなくすことができる。
【００３９】
更に従来のように陽極箔と陰極箔との間にセパレータを介在させて巻付け形成したコンデンサ素子を熱処理した後に炭化して使用する工程は不要であり、コンデンサ素子形成後にバインダーを取り除く必要がないので、製作工程が簡易化されるとともに素子形状の崩れとか加熱によるストレスからコンデンサの漏れ電流が増大する惧れは生じない。
【００４０】
本発明で採用したセパレータ自体は強度が大きくて巻回性と生産性にも優れており、面実装品に使用した場合でも製品の膨張現象が発生せずに他の電子部品と同等のリフローが可能であり、各種の電子機器に使用される電解コンデンサの耐熱性が今まで以上に高くなるため、電子工業分野での汎用性が高くなるという効果が得られる。
【００４１】
従って本発明によればポリアミド繊維を原料として電解コンデンサの小型化に対応できるように薄く、かつ、炭化しなくてもセパレータに対する機能性高分子の重合溶液の含浸性がよく、機能性高分子の重合を阻害しないセパレータを用いたことにより、ＥＳＲ特性を改良するとともに生産性を高めた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】
【図１】  セパレータに含まれているポリアミド繊維含有率と電解コンデンサのＥＳＲの関係を示すグラフ。
【図２】  同ポリエチレン繊維バインダー含有率と電解コンデンサのＥＳＲの関係を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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