(57)【要約】【課題】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て、電解液とともに封口板付きケースに収納していた。電極ショート不良を改善するために、電解紙全面に物質を含浸する方法では、電解紙の繊維表面に含浸物質が沈着することになるので、電解紙の空隙率が減少し、密度全体的が増加するため、コンデンサのＥＳＲが増加しやすいし、電解液の保液性も低下しやすいし、そのため、コンデンサのＥＳＲの増加を抑えつつ、電解液の保液性も良好に保ちながら、ショート不良の多くを占める箔端面の切断バリによるショート不良の軽減を課題とする。【解決手段】セパレータが、その幅の両端部の、陽極箔の両幅端部付近で、その幅の中央部よりも大きな密度の電解紙であることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサを提供する。【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するアルミニウム電解コンデンサにおいて、セパレータが、その幅の両端部の、陽極箔の幅端部付近とかさなる両部分で、その幅の中央部よりも密度の大きな部分を有する電解紙である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】
陽極箔と、陰極箔とを、セパレータを介して巻回するアルミニウム電解コンデンサにおいて、セパレータが、その幅の両端部の、陽極箔の幅端部付近とかさなる両部分で、その幅の中央部よりも密度の大きな含浸部分を有する電解紙であることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
【請求項３】
セパレータが、請求項１または２の電解紙と、それと同じかそれより低い、均一密度の電解紙とで重ねたものであることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
【請求項４】
セパレータが、密な繊維層と粗な繊維層の複層紙であることを特徴とする請求項１または２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、セパレータに特徴のある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て、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陽極と陰極に、アルミニウム箔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。
アルミニウム電解コンデンサは、セパレータとして一般的に電解紙を使用しているが、電解紙中に電解液を含浸させているために、コンデンサとしＥＳＲ（等価特列抵抗）が増加しやすい。そのため、セパレータとしては密度を低くすることは考えられるが、そうすると、ショートしやすくなりやすい。特許文献１には、このショート不良を改善するために、澱粉、植物性ガム、半合成高分子などを電解紙全面に含浸して電解紙の引っ張り強度を向上させる方法が記載されている。
【特許文献１】特開平８−２７３９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
解決しようとする問題点は、ショート不良を改善するために、電解紙全面に物質を含浸する方法では、電解紙の繊維表面に含浸物質が沈着することになるので、電解紙の空隙率が減少し、密度全体的が増加するため、コンデンサのＥＳＲが増加しやすいし、電解液の保液性も低下しやすいし、また、巻回したコンデンサ素子の電解液の含浸も困難になりやすい。
そのため、コンデンサのＥＳＲの増加を抑えつつ、電解液の保液性も良好に保ちながら、ショート不良の多くを占める箔端面の切断バリによるショート不良の軽減を課題とする。
また、合わせて、巻回したコンデンサ素子の電解液の含浸性も改善する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、陽極箔と、陰極箔とを、セパレータを介して巻回するアルミニウム電解コンデンサにおいて、セパレータが、その幅の両端部の、陽極箔の幅端部付近とかさなる両部分で、その幅の中央部よりも密度の大きな部分を有する電解紙であることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサを提供することである。
また、陽極箔と、陰極箔とを、セパレータを介して巻回するアルミニウム電解コンデンサにおいて、セパレータが、その幅の両端部の、陽極箔の幅端部付近とかさなる両部分で、その幅の中央部よりも密度の大きな含浸部分を有する電解紙であることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサを提供することである。
また、セパレータが、上記の幅方向に密度差のある電解紙と、それと同じかそれより低い、均一密度の電解紙とで重ねたものであることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサを提供することである。
また、上記の幅方向に密度差のある電解紙が、密な繊維層と粗な繊維層の複層紙であることを特徴とする上記アルミニウム電解コンデンサを提供することである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のセパレータは、その密度が、幅の中央部に対して、陽極箔の両幅端の付近部とかさなる部分で大きいため、ショート不良の多くを占める箔端面の切断バリによるショート不良を軽減することができる。また、セパレータの、幅の中央部の密度を低く抑えることができるので、コンデンサのＥＳＲの増加を抑えつつ、電解液の保液性も良好に保つことができる。保液性の確保は、ドライアップによる容量減少を抑えることができる。
また、部分的に厚さの厚い部分ができるわけではないので、全体的にはセパレータを薄くもまたは密度を低くもでき、セパレータを薄くした場合は、コンデンサの容量増加または小型化が、セパレータの密度を低くした場合は、ＥＳＲの低減や高リプル電流化を得ることができる。
また、本発明の電解紙とそれより低密度の電解紙とで重ねたものをセパレータとすることにより、巻回したコンデンサ素子の端面より、低密度の電解紙を通して、電解液の含浸がしやすくなる。
また、本発明の電解紙が、相対的に高密度な密な繊維層と相対的に低密度な粗な繊維層の複層紙であると、セパレータの両幅部を有機物で含浸しても、複層紙の繊維が粗な層の部分は目詰まりしにくいので、繊維が粗な層部分を通して、巻回したコンデンサ素子の端面より電解液の含浸がしやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
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、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、定格電圧の１．５倍程度の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。
【０００７】
本発明に述べる陰極箔は、アルミニウム電解コンデンサ使用される一般的な陰極箔で、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。
【０００８】
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、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。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、１ｃｍから３０ｃｍ程度で、長さは数ｃｍから数ｍほどのもの、厚さは数μｍから数１０μｍほどのものである。セパレータは、一枚でも２枚以上でも重ねて巻いてもかまわなし、一枚が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紙であってもかまわない。
【０００９】
本発明に述べる電解紙は、その幅方向に対し密度が変化し、大まかには高密度−低密度−高密度の３分割で、中央部で密度が小さいことである。特に、巻回後、陽極箔の両幅端部と重なる部分が高密度になるようにする。本技術は全ての電解紙繊維種およびに幅寸法に応用可能であり、両幅端側と中央側の密度差と密度の境界領域は定格電圧および製品寸法による変化する。たとえば、幅両端から５％から２０％の領域で密度が大きくし、密度値は、０．６から０．９５の層を高密度層とし、０．６未満の層を低密度層とする。
【００１０】
高密度にする方法としては、有機物または無機物を溶剤に溶解または分散したものを必要な場所に含浸する方法がとられる。
含浸する有機物とし一種または混合して用いられ、天然系では、アラビアガム、トラガンガム、グーアガム、カラヤガム、ローカストビーンガム、アラビノガラクトン、ペクチン、クインスシードデンプン等の植物性高分子、アルギン酸、カラギーナン、寒天等の海藻系高分子、ゼラチン、カゼイン、アルブミン、コラーゲン等の動物系高分子、キサンテンガム、デキストラン等の微生物系高分子、
半合成系では、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロースカルボキシアルキルヒドロキシアルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、ヒドロキシアルキルメチルセルロース、および部分セルロースエステル等の繊維素系高分子、デンプングリコール酸ナトリウム、デンプンリン酸エステルナトリウム等のデンプン系高分子、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸プロピレングルコールエステル等の海藻系高分子、
純合成系では、ポリビニルアルコールおよびそのコポリマー、ポリビニルピロリドンおよびそのコポリマー、ポリビニルピリジウムハライド、ポリビニルメチルエーテル等のビニル系高分子、
アクリル酸、メタクリル酸、Ｃ１〜Ｃ６の低級アルキルアクリレートエステル、Ｃ１〜Ｃ６の低級アルキルメタクリレートエステル、スチレン、ジアルキルアミノアクリレート、およびジアルキルアミノメタクリレートなどのアクリル系ポリマーまたはメタクリル系ポリ、スチレンアクリル樹脂等のアクリル系樹脂、スチレンマレイン酸樹脂、ビニルナフタレンアクリル樹脂、ビニルナフタレンマレイン酸樹脂、四級アンモニウムやアミノ基等のカチオン性官能基の塩を側鎖に有する高分子化合物、セラック等の天然高分子化合物等が挙げられる。
無機物としては、コロイダルシリカ、コロイダル炭酸カルシウム、コロイダルアルミナなどの分散液を含浸する。
【００１１】
有機物に無機物を充填剤成分として使用するならば、シリカ、各種シリケート、ゼオライト、焼成カオリン、けいそう土、硫黄バリウム、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウムなどのような一般的な無機顔料を混合する。
【００１２】
溶媒としては、水、単独もしくは分散を容易にするために水溶性有機溶剤を併用してもよい。水溶性有機溶剤としては、エタノール、メタノール、ノルマルプロパノール、イソプロパノール等の低級アルコール類；エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、低分子量のポリエチレングリコール、ヘキシレングリコール等の多価アルコール類；エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の多価アルコールアルキルエーテル類、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル等の多価アルコールアリールエーテル類；Ｎ−メチル−２−ピロリドン、１，３−ジメチルイミダゾリジノン、ε−カプロラクタム、γ−ブチロラクトン等の含窒素複素環化合物；ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド類；モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン等のアミン類、ジメチルスルホキシド、スルホラン等の含硫黄化合物類、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等が使用できる。
【００１３】
含浸する方法は、各コンデンサ用に切り分けする前の原反の場合には、ロールコーター印刷が、各コンデンサ用に切り分けした後の電解紙の場合には、ヘッドから電解紙に溶液を吐出するインクジェット印刷が好ましい。電解紙表面、または内部の余分な含浸液は、表面であればエアーナイフで、内部であればブロアで取り除くことが好ましい。含浸は片面からのほか両面から行ってもかまわない。
また、印刷後、電解紙への含浸が不十分で電解紙の表面にとどまっている場合には、フッ素系の表面コートした一対のローラ等で必要に応じて加熱しながら電解紙内に押し込んでもかまわない。
【００１４】
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に、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捲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には、封口板に設けた外部端子と接続していた。ケースには絶縁性チューブを被覆する場合もある。
【００１５】
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。
図１は、本発明に係るアルミニウム電解コンデンサのコンデンサ素子の構成を示していて、捲回途中の状態を模式的に示している。
コンデンサ素子は、陽極箔１と陰極箔２を適当な幅に裁断した後、引き出しリードタブ３を接続し、陽極箔１と陰極箔２の幅よりも広い幅のセパレータ４と共に捲回される。  高密度の含浸部分５は、ドットで表示した部分で、必ずしもセパレータ４の幅の端部までなければならない訳ではないが、少なくとも、巻回後、陽極箔の両幅端部とかさなる周辺部分が高密度になるようにする。セパレータ４の幅の端部にはないほうが、固形物を混入して密度を向上させる場合、セパレータ４を必要な幅で裁断する場合にこの固形物が裁断機等を汚すことないので好ましい。
【００１６】
図２は、本発明に係るアルミニウム電解コンデンサの、コンデンサ素子に巻き込んだ陽極箔、セパレータ、そして陰極箔の積層部分の端面図を模式的に示している。含浸部分５は、図１と同様にドットで表示した部分で、セパレータ４の幅の端部で、少なくとも、巻回後、陽極箔１の両幅端部と重なる周辺部分が高密度になるようにする。
図２（ａ）は、セパレータ１が１枚の場合を示している。
図２（ｂ）は、セパレータが２枚組で、１枚が図２（ａ）と同じ幅方向に密度差のある電解紙６で、もう１枚がそれと同じかそれより低密度の幅方向に密度差のない電解紙７を重ねて使用することを示している。
図２（ｃ）は、セパレータが１枚で、繊維が密な層８と繊維が粗な層９からなる複層紙を示している。含浸部分５は、同時に含浸しても、繊維が密な層８の部分では、繊維が粗な層９の部分より含浸物がより多く被着しやすくそれだけ密度が上昇しやすい。逆に繊維が粗な層９の部分では、繊維が密な層８の部分より含浸物がその分被着しにくいので、そのため密度が上昇しにくい。このことにより、巻回したコンデンサ素子は、この繊維が粗な層９の端面より容易に電解液が侵入することができる。
なお、図２では、陽極箔１が右側、陰極箔２が左側となっているが特に限定しているわけではなく、逆でもかまわない。
【実施例１】
【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。先ず、陽極箔は厚さ１００μｍのアルミニウム箔を処理して製造する。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、安定化するために、リン酸処理をし、ついで温度５５０℃で焼成処理をする。焼成処理後、幅１２０ｍｍ、長さ８０００ｍｍの大きさに切断して、陽極箔とする。
また、陽極用リードタブには化成処理をしない厚さ１５０μｍ、幅１０ｍｍ、長さ１６０ｍｍ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の、１００ｍｍの長さの部分を陽極箔に２０００ｍｍおきに４枚、コールドウェルにより接続する。
陰極箔は、厚さ６０μｍのアルミニウム箔を塩酸と硫酸の混合酸からなる水溶液中に浸漬し、その表面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し、その後、リン酸処理をする。リン酸処理後、幅１２０ｍｍ、長さ８３００ｍｍの大きさに切断する。
陰極用リードタブは、アルミニウム箔を長さ１５０μｍ、幅１０００ｍｍに圧延し、次いで焼なまし、５００ｍｍの幅に切断した後、さらに幅１０ｍｍの大きさに切断して製造する。そしてこの陰極用リードタブを陰極箔に２０００ｍｍ間隔で４枚をコールドウェルにより接続する。
電解紙としては厚さ６０μｍ、幅１３０ｍｍ、のクラフト紙を用いる。
両幅端部の高密度化する方法は、電解紙の両端付近に設置した大きさが１５ｍｍ×１５ｍｍのマルチノズルで吐出させるインクジェット印刷で行った。印刷場所は電解紙の両幅余白１ｍｍの各１０ｍｍ幅で、ポリビニルアルコールを２０％エタノール水溶液に溶解した濃度２０％の含浸液を、電解紙を垂直に立てた部分で両面から行った。
そして、通風乾燥後、この電解紙を介して陽極箔と陰極箔とを積層して巻回し、コンデンサ素子を形成した。その後、有機酸系の電解液を含浸した。
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、予じ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の電圧を加え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。
【００１８】
このときの電解紙の密度は、両幅端部で０．７５、それ以外の、中央部の領域の密度が０．５であった。全域の密度が０．７５、０．５の電解紙を使用した以外同様に製作したコンデンサ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は、各コンデンサ試料５０個について、定格電圧の約１２０％まで徐々に昇圧していき、エージングを行う。この時のエージングショート、防爆弁の作動、液漏れ、封口部の膨れ等の外観異常を含めたコンデンサの個数を各５０個で除してショート不良率とした。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。電解コンデンサの静電容量は、２０℃、１２０Ｈｚの周波数でＬＣＲメータによって測定した。コンデンサの漏れ電流は、コンデンサの定格直流電圧を負荷して、５分後電流値を測定した。
【００１９】
【表１】
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実施例１と比較して、比較例１は、含浸速度が遅く、ＥＳＲが下がらなかった。比較例２は、エージング時のショート不良が多発した。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
陽極箔と、陰極箔とを、セパレータを介して巻回するアルミニウム電解コンデンサのほかに、同様な構造の電気二重層コンデンサにも応用できる。また、陽極箔と、陰極箔とを、セパレータを介して積層するアルミニウム電解コンデンサや電気二重層コンデンサにも応用できる。この場合、陽極箔の四辺部分に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るアルミニウム電解コンデンサのコンデンサ素子の構成を示していて、捲回途中の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、コンデンサ素子に巻き込ませた陽極箔、セパレータ、そして陰極箔の積層部分の端面図を模式的に示している。
【符号の説明】
【００２２】
１…陽極箔、２…陰極箔、３…引き出しリードタブ、４…セパレータ、５…含浸部分（ドット表示部分）、６…幅方向に密度差のある電解紙、７…幅方向に密度差がない電解紙、８…繊維が密な層、９…繊維が粗な層９。
【図１】
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【図２】
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