(57)【要約】【課題】本発明は、生産効率の低下や、小型化への障壁を生じることなく、もしくはＥＳＲや寿命の特性を犠牲にすることなく、万が一、陽極箔の巻回開始端部が折れて破損した場合でも、セパレータを突き破り陰極箔と接触するのを回避して、信頼性の高いアルミニウム電解コンデンサを提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、陽極箔と、陰極箔とをセパレータを介して巻回したアルミニウム電解コンデンサにおいて、前記陽極箔の巻回方向の、巻回開始端部の前後の範囲で、前記陽極箔と前記陰極箔との間にシート片を挿入したことを特徴とするアルミニウム電解コンデンサである。また、シート片はセパレータに一部または全部が固着または粘着していることを特徴とする上記のアルミニウム電解コンデンサである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極箔と、陰極箔とをセパレータを介して巻回したアルミニウム電解コンデンサにおいて、前記陽極箔の巻回方向の、巻回開始端部の前後の範囲で、前記陽極箔と前記陰極箔との間にシート片を挿入したことを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
【請求項２】
シート片はセパレータに一部または全部が固着または粘着していることを特徴とする請求項１のアルミニウム電解コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム電解コンデンサに関するものである。特に、巻回構造のアルミニウム電解コンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミニウム電解コンデンサは、アルミニウム箔を陽極と陰極とし、セパレータを介して巻回してコンデンサ素子とした後、電解液とともに封口板付きケースに収納していた。このコンデンサ素子から電極を引き出すために、たとえば陽極と陰極とに、アルミニウムからなる引き出しリードタブの片端を接続し、また、引き出しリードタブのもう一方の片端には、封口板に設けた外部端子と接続していた。
陽極箔に設ける誘電体皮膜は酸化アルミニウムであるが、中高圧用途では、まず水和処理にて水酸化アルミニウム皮膜を形成した後に、酸溶液での通電や熱処理にて、酸化アルミニウムすなわち誘電体皮膜に転化させている。この転化にて膜体積が収縮することから、陽極箔に歪を生じ、シワや蛇行となる場合がある。
巻回時では、まずセパレータと陰極箔が巻取られ、陽極箔は先端を巻取り中のセパレータと陰極箔に差込むことで摩擦にて巻込まれていく。しかし、陽極箔にシワや蛇行が生じていた場合、正常に巻込まれず、巻回開始端部が折れて破損する場合がある。この場合、破損した陽極箔片が巻取りテンションにてセパレータを突き破って陰極箔と接触し、信頼性を低下させる原因となる。
これを防止する方法として、巻取り速度を遅くすることで陽極箔の巻回開始端部の折れを回避することができるが、しかし、同時に生産効率が低下するという問題が生じる。また、セパレータを厚肉にする、または高密度とすることで、陽極箔が折れた場合でもセパレータを突き破ることを防げるが、しかし、厚肉とした場合は収納効率低減により製品の小型化を阻害し、また、高密度とした場合はＥＳＲ（等価直列抵抗、以下「ＥＳＲ」という。）増加および電解液保持量の減少にて寿命特性を悪化させることになる。
【０００３】
これを回避するために、特許文献１には、陽極箔の巻回開始端部に対して、バーナーによる加熱や電極箔への通電、または電磁波による誘導加熱等を行った後、自然冷却して軟化させる、いわゆる焼鈍処理をすることにより、陽極箔の巻回開始端部の破損自体を防止することが記載されている。
【特許文献１】特開平６−１６８８４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載の方法では、エッチングの形状も酸化皮膜の厚さも変化するわけではなく、陽極箔中の金属部分の軟化処理だけなので、必ずしも十分ではなかった。また、軟化させる設備を巻回機内に設置する必要があり、加熱後の急な冷却はできないため、製造タクトを縮めることが難しいという問題があった。
【０００５】
陽極箔の巻回開始端部で折れが生じることは多くない。しかし、折れが生じた場合には信頼性を低下させる場合がある。ところが、これを防止しようとすると、前述の通り、生産効率の低下や、小型化への障壁を生じ、もしくはＥＳＲや寿命の特性が犠牲になるという問題があった。
【０００６】
本発明は、生産効率の低下や、小型化への障壁を生じることなく、もしくはＥＳＲや寿命の特性を犠牲にすることなく、万が一、陽極箔の巻回開始端部が折れて破損した場合でも、セパレータを突き破り陰極箔と接触するのを回避して、信頼性の高いアルミニウム電解コンデンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、陽極箔と、陰極箔とをセパレータを介して巻回したアルミニウム電解コンデンサにおいて、前記陽極箔の巻回方向の、巻回開始端部の前後の範囲で、前記陽極箔と前記陰極箔との間にシート片を挿入したことを特徴とするアルミニウム電解コンデンサである。
また、シート片はセパレータに一部または全部が固着または粘着していることを特徴とする上記のアルミニウム電解コンデンサである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、シート片を、陽極箔の、巻回開始端部の前後の範囲で、前記陽極箔と前記陰極箔との間に挿入したことにより、陽極箔にシワや蛇行があり、巻回開始端部が折れて破損したとしても、セパレータを突き破って陰極箔と接触するのを回避して、信頼性の高いアルミニウム電解コンデンサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に述べる陽極箔は、アルミニウム電解コンデンサに使用される一般的な陽極箔で、たとえば、厚さ５０μｍから１５０μｍ程度のアルミニウム箔等を、酸水溶液中、その表面をエッチング処理し、直径が０．１μｍから２μｍ程度のエッチングピットを設けた後、ホウ酸アンモニウム等の水溶液中で、定格電圧に応じた電圧を印加して化成し、コンデンサとしての耐圧性の陽極酸化皮膜を形成する。化成後、引き出しリードタブを取り付け、陽極箔としたものである。
【００１０】
本発明に述べる陰極箔は、アルミニウム電解コンデンサに使用される一般的な陰極箔で、たとえば、厚さ２０μｍから１００μｍ程度のアルミニウム箔等をそのまま、または酸水溶液中に浸漬し、その表面をエッチング処理し、引き出しリードタブを取り付け、陰極箔としたものである。
【００１１】
本発明に述べるセパレータは、陽極箔と、陰極箔とを物理的にわけると共に、電解液を保持する役目をする多孔質シートで、マニラ紙、ヘンプ紙、クラフト紙などの従来から使用されてきた電解紙を主材料としたものであるが、プラスチック多孔質シートでもよく、特に限定なく使用できる。大きさはコンデンサの大きさにより選定されるが、おおよそ幅は、陽陰極箔幅より広く、数ｍｍから３０ｃｍ程度で、長さは数ｃｍから数ｍほどのもの、トータル厚さは数μｍから数１００μｍほどのものである。
このセパレータはまた、密度の均一なものや、相対的に繊維が密な高密度な層と相対的に繊維が粗な低密度な層の複層体や、高密度紙と低密度紙の複枚を重ねたものなど特に限定なく使用できる。
【００１２】
本発明に述べるアルミニウム電解コンデンサは、通常のアルミニウム電解コンデンサと同様で、たとえば、陰陽極箔を適当な幅に裁断した後、引き出しリードタブを接続し、紙などのセパレータと共に巻回されたコンデンサ素子を、上面が開口したアルミニウム等の金属材からなり、外観的に円筒状や楕円筒状に形成されているケース内に収容し、封口板で封口したものである。また、引き出しリードタブのもう一方の片端は、封口板に設けた外部端子と接続した。ケースには絶縁性チューブを被覆する場合もある。
【００１３】
本発明に述べるシート片は、巻回開始部分の、陽極箔と陰極箔とを物理的にわけるのを補強する役目をするシートで、貫通孔を有するものでも貫通孔を有しないものでもよい。たとえば、プラスチックシート、紙などからなる。コンデンサの容量減少回避の点からは貫通孔を有するものが好ましく、陽極箔と陰極箔間のショート回避の点からは裂けにくい貫通孔を有しないものが好ましい。不織布、繊維なども使用できる。
プラスチックシートとして具体的には、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルアルコールなど特に限定なく使用できるが、シートに裂け易い方向がないものが好ましい。プラスチックシートに裂け易い方向がある場合には、裂け易い方向を巻回方向にするのが好ましい。紙として具体的には、アルミニウム電解コンデンサのセパレータに使われるものが特に限定なく使用できる。好ましくは、密度が０．４〜１ｇ／ｃｍ3程度あるクラフト高密度紙が使用できる。
シート片を設ける場所は、陽極箔の巻回方向の、巻回開始端部の前後の範囲で、陰極箔との間にシート片を挿入する。陽極箔の巻回開始端部の巻回内側と巻回外側に陰極箔は平行してある場合には、その両方にシート片を挿入するのが好ましい。平行するこの陽極箔と陰極箔との間にはセパレータがあるので、陽極箔、シート片、セパレータ、そして陰極箔の順でも、陽極箔、セパレータ、シート片、そして陰極箔の順でも、また陽極箔、シート片、セパレータ、シート片、そして陰極箔の順でもよい。
シート片の厚さは、５μｍから５０μｍ、好ましくは１０μｍから５０μｍ程度である。５μｍより薄いと取り扱いがしづらく、また陽極箔と陰極箔間のショート回避の点から好ましくない。６０μｍよりも厚いと取り扱いが容易であるが、シート強度が上がるため巻回に難がある。シート片の大きさは、陽極箔の幅より大きく、セパレータの幅程度で、また陽極箔の両幅端より出るように設けるのが好ましい。シート片の長さは、陽極箔の、巻回開始端部から前後５ｍｍ以上を覆う長さが望ましい。
また、セパレータとは一部または全部が固着または粘着するのがハンドリングの点で好ましい場合がある。シート片自体が融着性や自着性をもっていない場合には、粘着材や接着材をセパレータとの間に設けてもよい。冷間圧接でもよい。そうすることにより、コンデンサの巻回がスムズーに行うことができるし、またシート片の固定ずれを防止することができる。
粘着材としては、ポリビニルアルコールなど特に限定なく使用できる。
接着材としては、でんぷん系など特に限定なく使用できる。
自着性のシートとしては、ウレタン樹脂にアクリル樹脂やブタジエン系合成樹脂を添加したものなど特に限定なく使用できる。
シート片の挿入の仕方としては、たとえば、２枚のシート片を陽極箔の巻回開始端部を両面から覆うように挿入する。もしくは１枚のシート片を２枚に折り、陽極箔の巻回開始端部を挟むように挿入することもできる。また、必要に応じて挿入するシート片の枚数を増やすこともできる。
【００１４】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係るアルミニウム電解コンデンサの陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回し初めた状態を模式的に示している。図１（ａ）は、２枚のシート片を挿入した場合を、図１（ｂ）は、１枚のシート片を折って挿入した場合を示している。
１は巻き芯、２は陽極箔、３は陰極箔、４はセパレータ、５はシート片を示している。
図１（ａ）においては、巻き芯１は、円柱を軸方向に縦に半分に割った断面が半円形の形をしていて、２枚のセパレータ４と陰極箔３の巻回開始端部をはさみこんで軸方法に回転し、途中で陽極箔２を挿入して巻回されている。シート片５は、２枚のシートとなっており、その１枚が陽極箔２の巻回開始端部の、巻方向の前後の範囲で、陽極箔２と、陽極箔２より巻回内側の陰極箔３との間に挿入され、もう１枚が陽極箔２と、陽極箔２より巻回外側の陰極箔３との間とに挿入された構成になっている。
図１（ｂ）においては、シート片５は、１枚のシートが折り曲げられて、陽極箔２の巻回開始端部をはさむように設けられ、折り曲げられた一方の側が、巻方向の前後の範囲で、陽極箔２と、陽極箔２より巻回内側の陰極箔３との間に挿入され、もう一方の側が、陽極箔２と、陽極箔２より巻回外側の陰極箔３との間とに挿入された構成になっており、これ以外は図１（ａ）と同様な構成になっている。
【００１６】
図２は、本発明に係るアルミニウム電解コンデンサの陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回しながら１枚のシート片を折り曲げて挿入する方法を模式的に示している。
まず、図２（ａ）に示すように、巻き芯１に２枚のセパレータ４の巻回開始端部をはさみこみ、一対の陰極箔送りローラ６により、陰極箔３を２枚のセパレータ４の間にはさみこんで軸方向に回転する。一方、陽極箔２は、巻回巻き込み部分から挿入できるように待機していて、陽極箔２の巻回開始端部の先にはその挿入方向とは直角方向に１枚のシート片５を配置する。
次に、図２（ｂ）に示すように、一対の陽極箔送りローラ７により、陽極箔２の巻回巻き込み部分から挿入を始める。このとき中央の陽極箔２の巻回開始端部と両端部に設けた一対のガイドローラ８により、シート片５は中央から折り曲げられ、陽極箔２の巻回開始端部をはさむように陽極箔２とともに挿入し始める。その結果、シート片５は、１枚のシートが折り曲げられて、陽極箔２の巻回開始端部をはさむ形となり、折り曲げられた一方の側が、巻方向の前後の範囲で、陽極箔２と、陽極箔２より巻回内側の陰極箔３との間に挿入され、もう一方の側が、陽極箔２と、陽極箔２より巻回外側の陰極箔３との間に挿入される。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、実施例は、定格４００Ｖ、５６００μＦの電解コンデンサを製造する場合について説明する。
【００１８】
（実施例１）
まず、陽極箔はアルミニウム箔をエッチング処理、化成処理を施して製造する。すなわち、このアルミニウム箔を直流エッチング法によって０．７μＦ／ｃｍ２になるように粗面化する。粗面化後、純水中でボイルする。ボイル後、ホウ酸の化成液中において、６００Ｖの化成電圧をかけて化成し、化成膜を形成する。化成処理後、幅１２０ｍｍの適切な長さに切断して、陽極箔とする。また、陽極用リードタブには化成処理をした幅１０ｍｍのアルミニウム箔を用いる。そしてこの陽極用リードタブにコールドウェルドにより接続する。
陰極箔は、アルミニウム箔を電解エッチング処理し、平均直径０．８μｍのエッチングピットを設け、２００μＦ／ｃｍ２になるように粗面化する。幅１２７ｍｍの適切な長さに切断する。陰極用リードタブは、幅１０ｍｍの大きさに切断し、陰極箔にコールドウェルドにより接続する。
セパレータとしては、幅１３０ｍｍのクラフト紙を用いた。
シート片としては、幅１３０ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ５０μｍのクラフト紙を使用した。
巻回は、断面が半円形の径が１０ｍｍの巻き芯を使用し、まず陰極箔と２枚の上記セパレータをはさみこんで巻回始め、途中で陽極箔とそれを両面から覆うように２枚のシート片を挿入して巻回し、コンデンサ素子を形成した。このとき、シート片は、陽極箔の巻回開始端部の前後の範囲で、陽極箔と陰極箔との間に挿入した構成になっていた。
その後、電解液を含浸した。電解液を含浸後、コンデンサ素子から引き出した陽極用リードタブ及び陰極用リードタブを、各々封口板に貫通して設けた陽極端子及び陰極端子に接続した。接続後、予め硬化前の固定剤を底の方に充填したケースにコンデンサ素子を収納した。収納後、固定剤を硬化するとともに、封口板をケースの端に取り付けて、ケースを密閉した。なお、封口板には防爆弁が取り付けられている。ケースを密閉後、温度８５℃の雰囲気中に放置して４２５Ｖの電圧を印加してエージング処理した。エージング処理後、ケースに絶縁性のチューブを被覆した。
【００１９】
（実施例２）
シート片を、電解紙にでんぷん系接着剤で固定した以外は実施例１と同様に製作した。
（比較例１）
シート片を挿入しない以外は実施例１と同様に製作した。
（比較例２）
セパレータを実施例１より１０μｍ厚くし、シート片を挿入しない以外は実施例１と同様に製作した。
実施例１、２を比較例１、２とともに下記の方法で測定し、結果を表１に示す。
〔測定方法〕
エージング中の不良率（信頼性）は、各コンデンサ試料５０個について、定格電圧の約１０６％まで徐々に昇圧していき、エージングを行い、このときのエージングショート、圧力弁の作動、液漏れ、封口部の膨れなどの外観異常を含めた。また、電解コンデンサのＥＳＲ（等価直列抵抗）は、２０℃、１２０Ｈｚの周波数でＬＣＲメータによって測定した。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
表１の結果より、従来仕様である比較例１に対し、実施例１、２は、従来の対策仕様である比較例２に比べ、エージング時の不良率（信頼性）を改善しながら、低ＥＳＲを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るアルミニウム電解コンデンサの陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回し初めた状態を模式的に示している。
【図２】本発明に係るアルミニウム電解コンデンサの陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回しながら１枚のシート片を折り曲げて挿入する方法を模式的に示している。
【符号の説明】
【００２３】
１…巻き芯、２…陽極箔、３…陰極箔、４…セパレータ、５…シート片、６…陰極箔送りローラ、７…陽極箔送りローラ、８…ガイドローラ。
【図１】
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【図２】
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