(57)【要約】 【課題】  高周波領域でのインピーダンスが低く漏れ電流特性の良い固体電解コンデンサを提供すること。【解決手段】  陽極側電極としての弁作用金属１と、この弁作用金属１の表面を陽極酸化して得た誘電体酸化皮膜層２と、電解質として導電性高分子層３とを有する固体電解コンデンサであり、導電性高分子層３に添加剤としてエラストマー系バインダーを０．０１質量％から５０質量％含有する。また、そのエラストマー系バインダーにはジエン系ゴムバインダーやアクリレート系ゴムバインダーなどを用いることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極側電極としての弁作用金属と、前記弁作用金属の表面を陽極酸化して得た誘電体酸化皮膜層と、電解質として導電性高分子層とを有する固体電解コンデンサにおいて、前記導電性高分子層に添加剤としてエラストマー系バインダーを含有することを特徴とする固体電解コンデンサ。
【請求項２】
前記エラストマー系バインダーがジエン系ゴムバインダーやアクリレート系ゴムバインダーのような微粒子分散型バインダーであることを特徴とする請求項１記載の固体電解コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電解質として導電性高分子を用いた固体電解コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、高速化、デジタル化および多機能化に伴って、コンデンサの分野においても小型大容量で、高周波領域でのインピーダンスが低いコンデンサが強く要求されている。
【０００３】
従来、１００ｋＨｚ〜数十ＭＨｚの高周波領域で使用されるコンデンサには、マイカコンデンサ、積層セラミックコンデンサがあるが、これらのコンデンサでは形状が大きくなり大容量化が難しい。一方、大容量のコンデンサとしてはアルミニウム電解コンデンサやタンタル固体電解コンデンサなどの電解コンデンサが存在する。しかしこれらの電解コンデンサは用いられている電解質（アルミニウム電解コンデンサでは電解液、タンタル電解コンデンサでは二酸化マンガン）の電気伝導度が低いことから、高周波領域でのインピーダンスが十分に低いコンデンサを得ることは困難である。
【０００４】
この課題を解決するために、電解質として導電率の高いポリピロールやポリチオフェンなどの導電性高分子を用いたアルミニウムおよびタンタル固体電解コンデンサが、例えば特許文献１に開示されている。この導電性高分子を用いた固体電解コンデンサは、固体電解質の電気伝導度が高いため、高周波領域でのインピーダンスが十分に低いという大きな特徴を持つことから、その有用性を更に高めるため、特に漏れ電流を良くするために様々な改良が加えられている。例えば、特許文献２には、導電性高分子層にアクリル系樹脂やセルロース系樹脂を添加させた固体電解コンデンサが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特公平４−５６４４５号公報
【特許文献２】特許第３２４１６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術には以下に掲げる問題があった。特許文献２に開示されている固体電解コンデンサでは、高周波領域でのインピーダンスを低く保ちつつ漏れ電流を低減するのが困難であるという問題があった。
【０００７】
ここで、一般的な固体電解コンデンサの構造を模式的な断面図で図１に示す。１は弁作用金属、２は誘電体酸化皮膜層、３は導電性高分子層、４は陰極層、５は接着層、６は外部電極、７は弁作用金属ワイヤー、８は外装樹脂である。なお、この図１には、弁作用金属１上に形成する層の一部分を拡大して表示する拡大図を付加した。
【０００８】
一般に漏れ電流が高いのは、図１を参照すると、陰極層４を形成している導電ペーストを構成している例えばグラファイトなどの微粒子が疎な状態の導電性高分子層３に侵入して誘電体酸化皮膜層２上部にコンタクトすることが原因だと言われている。そのため、特許文献２に記載のように導電性高分子層３にアクリル系樹脂やセルロース系樹脂を含有させた構造にすることで導電性高分子層３が密な膜状になり、漏れ電流特性を改善することができる。実際、この構造にすることで誘電体酸化皮膜層２上に導電ペースト（例えばグラファイトなど）が直に接する割合が減少し漏れ電流特性を改善させることができる。
【０００９】
しかし、アクリル系樹脂やセルロース系樹脂は溶剤溶解型のバインダーであり、かつ絶縁物であるために導電性高分子全体を被覆、つまり導電性高分子同士を面で結着させて膜を形成するので導電性高分子同士の結合部分が減少し、インピーダンスが高くなり、あまり顕著な効果があるとは言えない。
【００１０】
従って本発明の目的は、導電性高分子層３を密な膜状態にするため導電性高分子同士を点で結着させる特性を有するエラストマー系の微粒子分散型バインダーを添加剤として用いることで導電ペーストの誘電体酸化皮膜層２上への侵入を防止し、かつ高周波領域でのインピーダンスが低く漏れ電流特性が良い固体電解コンデンサを提供することである。
【００１１】
即ち本発明の課題は高周波領域でのインピーダンスが低く漏れ電流特性が良い固体電解コンデンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
【００１３】
本発明の固体電解コンデンサは、
（１）陽極側電極としての弁作用金属と、前記弁作用金属の表面を陽極酸化して得た誘電体酸化皮膜と、電解質として導電性高分子層とを有する固体電解コンデンサにおいて、前記導電性高分子層に添加剤としてのエラストマー系バインダーを含有している。
（２）前記添加剤としてのエラストマー系バインダーがジエン系ゴムバインダーやアクリレート系ゴムバインダーのような微粒子分散型バインダーであるとよい。
【００１４】
エラストマー系の微粒子分散型のバインダーは絶縁物ではあるが、ナノオーダーの微粒子が導電性高分子間に分散し導電性高分子同士を点で結着させて膜を形成する特性を有し、導電性高分子全体を覆うわけではないので導電性高分子同士の結合部分の割合も大きく変わることはない。
【００１５】
よって、以上のような構成にすることにより、導電性高分子層の抵抗を上昇させることなく密な膜が形成できるので導電ペースト（例えばグラファイトなど）の侵入を防止することが可能となり、漏れ電流を低減できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は以上のように構成されているので、以下に掲げる効果を奏する。
【００１７】
本発明による効果は、従来の固体電解コンデンサに対してインピーダンス特性を低下させること無く、漏れ電流を低減することができた点にある。
【００１８】
それは、導電性高分子同士を点で結着させる特性を有するエラストマー系の微粒子分散型バインダーを添加剤として用いることで、導電性高分子層を密な膜状態にし、導電ペーストの誘電体酸化皮膜層上への侵入を防止することが可能となったことによる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明するが、本発明の固体電解コンデンサの構造は、すでに説明した図１の固体電解コンデンサと同様であるので、図１を参照する。
【００２０】
本発明の固体電解コンデンサは、固体電解質の導電性高分子層３に添加剤としてのエラストマー系バインダーを０．０１質量％から５０質量％含有すること以外は、従来の固体電解コンデンサの構成とほぼ同様である。即ち、形状、バインダー以外の材質等も公知のものが採用でき、特に制限はない。ところで、エラストマー系バインダーの量が０．０１質量％未満の場合、漏れ電流の低減効果が明瞭でなく、５０質量％を超えると、導電性が低下するなどの点で好ましくない。
【００２１】
本発明は、弁作用金属１にその金属の誘電体酸化皮膜層２を形成する工程と、前記酸化皮膜上に添加剤としてのエラストマー系バインダーを加えた導電性高分子層３を形成する工程と、前記導電性高分子層３の上にグラファイトおよび銀ペーストなどで構成される導電ペーストからなる陰極層４を形成する工程から得られる固体電解コンデンサである。
【００２２】
このとき、前記添加剤としてのエラストマー系バインダーは微粒子分散型のバインダーであることが好ましく、ジエン系ゴムバインダーやアクリレート系ゴムバインダーは特に好適である。
【実施例】
【００２３】
以下に、本発明のいくつかの好適な実施例について、従来技術による固体電解コンデンサと比較して説明する。
【００２４】
（実施例１）
本発明の実施例１の固体電解コンデンサの構造は、一般的な固体電解コンデンサの構造を示す図１と同様であるので、図１を参照して説明する。
【００２５】
図１のように、本発明の実施の形態に係る固体電解コンデンサは、陽極側電極としての弁作用金属１と、この弁作用金属１の表面を陽極酸化して得た誘電体酸化皮膜層２と、固体電解質としての導電性高分子層３と、導電ペーストからなる陰極層４、外部電極６および外装樹脂８から構成されている。
【００２６】
この固体電解コンデンサを製造する方法を、図１を参照しながら、説明する。まず、縦３．５ｍｍ、横３．０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのタンタル微粉末の焼結体を作製した。これをリン酸水溶液中、３０Ｖの電圧を印加して陽極酸化し、タンタル微粉末表面全体が誘電体酸化皮膜層２で被覆されたペレットを得た。そして、3,4-ethylenedioxythiophene（3,4-エチレンジオキシチオフェン）を酸化剤のもとポリスチレンスルホン酸中で重合してなる導電性ポリマー溶液に添加剤としてジエン系ゴムバインダーを１質量％加えた。次に、この溶液に１０分間浸漬し、次いで３０分間自然乾燥後、所定の温度で１時間高温乾燥を行った。これら添加剤を加えた導電性ポリマー溶液の充填を行う一連の作業を５回繰り返してポリエチレンジオキシチオフェンからなる導電性高分子層３を形成した。
【００２７】
続いて、導電性高分子層３の表面にグラファイト、銀ペーストを順次塗布、加熱硬化させることにより、厚さ１０〜５０μｍの陰極層４を形成した。その後、接着層５を用いてコンデンサ素子の陰極層４と外部電極６とを接続した。またコンデンサ素子の陽極側は、予めタンタル焼結体から引き出された弁作用金属ワイヤー７を外部電極６に溶接した。更に外部をエポキシ樹脂で外装して外装樹脂８を形成し、図１に示す構造をもつ実施例１の固体電解コンデンサを完成させた。
【００２８】
このコンデンサでは、図１の断面図に示すように、誘電体酸化皮膜層２の全面に添加剤を含んだポリエチレンジオキシチオフェンの導電性高分子層３が形成されていることになる。なお、タンタル焼結体は本来、図１下部の拡大図に示してあるように内部に多数の非常に微小な空孔を持つ多孔質体であって、これを微視的に見れば空孔が内部に複雑に入り込んで表面状態は凹凸に富むものであるが、図１上部の全体断面図ではこれを簡潔化して理解を容易にするために、表面を平坦面で表してある。
【００２９】
本実施例１では、添加剤としてジエン系ゴムバインダーを使用したが、微粒子分散型のエラストマー系バインダーであれば同一の効果を得ることができる。
【００３０】
また、本実施例では導電性高分子層３としてポリエチレンジオキシチオフェンを使用したが、ポリピロールやポリアニリン、これら導電性高分子の誘導体等でも同一の効果を得ることができる。
【００３１】
更に、導電性高分子層を形成するドーパントの種類や形成する方法（例、化学酸化重合など）が変わっても同一の効果を得ることができる。
【００３２】
（実施例２）
添加剤としてアクリレート系ゴムバインダーを１質量％添加した以外は実施例１と同様な方法でコンデンサを完成させた。即ち、実施例１におけるのと同じ焼結体を用いて、実施例１と同様の方法で誘電体酸化皮膜層２を形成した。そして、3,4-ethylenedioxythiophene（3,4-エチレンジオキシチオフェン）を酸化剤のもとポリスチレンスルホン酸中で重合してなる導電性ポリマー溶液に添加剤としてジエン系ゴムバインダーを１質量％加えた。次に、この溶液に１０分間浸漬し、次いで３０分間自然乾燥後、所定の温度で１時間高温乾燥を行った。これら添加剤を加えた導電性ポリマー溶液の充填を行う一連の作業を５回繰り返してポリエチレンジオキシチオフェンからなる導電性高分子層３を形成した。
【００３３】
また、本実施例では導電性高分子層３としてポリエチレンジオキシチオフェンを使用したが、ポリピロールやポリアニリン、これら導電性高分子の誘導体等でも同一の効果を得ることができる。
【００３４】
（比較例）
導電性ポリマー溶液に添加剤を添加しないこと以外は実施例１と同様な方法でコンデンサを完成させた。
【００３５】
即ち、実施例１におけるのと同じ焼結体を用いて、実施例１と同様の方法で誘電体酸化皮膜層２を形成した。次に、3,4-ethylenedioxythiophene（3,4-エチレンジオキシチオフェン）を酸化剤のもとポリスチレンスルホン酸中で重合してなる導電性ポリマー溶液に１０分間浸漬し、次いで３０分間自然乾燥後、所定の温度で１時間高温乾燥を行った。これら導電性ポリマー溶液の充填を行う一連の作業を５回繰り返して、ポリエチレンジオキシチオフェンからなる導電性高分子層３を形成した。
【００３６】
以下に、上述のようにして作製した本実施例１〜２の固体電解コンデンサおよび比較例のそれぞれの固体電解コンデンサに対して、初期のインピーダンスおよび漏れ電流特性、漏れ電流測定後の良品率を測定した結果について述べる。まず、漏れ電流の測定は、一定電圧を印加して６０秒経過した後の電流値を測定し、インピーダンスは、周波数１００ｋＨｚの試験信号周波数におけるインピーダンスを測定した。なお、サンプル数は各水準１００個ずつとし、各特性はその平均を算出した。結果を下記の表１にまとめた。なお、インピーダンス（実数値）および漏れ電流特性は、比較例の固体電解コンデンサの値を１とし、その値に対する倍率（相対値）で表した。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
まず、表１を参照して実施例１から２と比較例のそれぞれの固体電解コンデンサについて結果を評価する。
【００３９】
インピーダンスに関して、添加剤を添加していない比較例と本発明の添加剤を添加した実施例１および２のそれぞれの固体電解コンデンサでは差が無く同等レベルであり、この添加剤は絶縁物であるが、添加によりインピーダンスに悪影響を及ぼしていないことが分かる。これはエラストマー系の微粒子分散型のバインダーは絶縁物ではあるが、ナノオーダーの微粒子が導電性高分子間に分散し導電性高分子同士を点で結着して膜を形成しているため導電性高分子全体が覆われていないので導電性高分子同士の結合部分を阻害することはないと考える。
【００４０】
また、実施例１〜２の結果より、材質は変わっても同等の特性を有する固体電解質層を形成することで同様の効果を得ることができると考える。
【００４１】
本発明の実施例１〜２の固体電解コンデンサにおける漏れ電流特性および良品率は、比較例と比べかなり改善され良くなっている。この理由について述べる。一般に漏れ電流が高くなるのは、陰極層を形成している導電ペースト中のグラファイトなどの微粒子が疎な状態の導電性高分子層に侵入して誘電体酸化皮膜上部にコンタクトすることが主原因だと言われている。本実施例で使用したエラストマー系の微粒子分散型のバインダーは、微粒子が導電性高分子間に分散し導電性高分子同士を点で結着させて密な膜を形成することができるため、導電ペーストの誘電体酸化皮膜層上への侵入を防止することが可能となり特性が改善されたと推測する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明および従来例に係る一般的な固体電解コンデンサの構造を示す模式的な断面図。
【符号の説明】
【００４３】
１  弁作用金属
２  誘電体酸化皮膜層
３  導電性高分子層
４  陰極層
５  接着層
６  外部電極
７  弁作用金属ワイヤー
８  外装樹脂
【図１】
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