(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極箔と陰極箔の間にセパレータを挟んで重ね合わせた積層体を巻回して得られるコンデンサ素子の最外周のセパレータを貼り付けて素子の形状を固定するのに用いられる接着剤であって、当該接着剤の構成ポリマーが、ポリアクリルアミド、ポリアクリルアミドの誘導体、ポリアクリル酸、及びポリアクリル酸の誘導体のうちの少なくとも１種の水溶性ポリマーと、接着性を発現する疎水性ポリマーとを、１：１から１：４までの含有質量比で含むことを特徴とする電解コンデンサ素子の形状固定用接着剤。
【請求項２】
前記構成ポリマーが接着性を発現する親水性ポリマーを更に含む、請求項１記載の接着剤。
【請求項３】
水溶性ポリマーと親水性ポリマーの合計質量と疎水性ポリマー質量との比が１：１から１：４までである、請求項２記載の接着剤。
【請求項４】
前記疎水性ポリマーがポリビニルアセテート、ポリアクリル酸エステル又はポリアクリル酸エステル誘導体であり、前記親水性ポリマーがアルコール基を有するビニル化合物、又はデンプンである、請求項２又は３記載の接着剤。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一つに記載の接着剤で固定されている電解コンデンサ素子を有することを特徴とする電解コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解コンデンサに関する。より詳しく言えば、本発明は、γ−ブチロラクトン系あるいはエチレングリコール系等の電解液を使用する電解コンデンサの製作で用いられる電解コンデンサ素子の形状固定用接着剤と、この接着剤を用いて製造された電解コンデンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電解コンデンサは、陽極箔と陰極箔（一般にアルミニウム等の金属製の箔が使用される）の間にセパレータ（隔離紙あるいは電解紙とも呼ばれる）を挟んで重ね合わせた積層体を巻回して作製した、陽極及び陰極のそれぞれ用のリードを備えたコンデンサ素子に、電解液を含浸させ、そしてこれをケースに収容し、次いで封口して製造される。
【０００３】
巻回により作られたコンデンサ素子は、そのままでは巻回のゆるみが生じて所望のコンデンサ特性を損ないかねないので、素子の最外周に位置するセパレータを接着剤で固定し、巻回した形状を固定することが一般に行われている。この目的に用いられる接着剤としては、種々のものが知られている。例えば、ポリビニルアセテートのような疎水性ポリマーを主成分とするもの、ポリビニルアルコールのような親水性ポリマーを主成分とするもの、疎水性ポリマーと親水性ポリマーの両方（例えばポリビニルアセテートとポリビニルアルコール）を主成分とするもの等があり、これらは水に溶解あるいは分散させた形で、最外周のセパレータを貼り付けることによる巻回形状の固定に供される。一例として、ポリビニルアセテートとポリビニルアルコールを主成分とする接着剤では、主成分のポリマー固形分は約３０〜４０％で、残りが水となる。また、接着剤に添加剤を加えることも知られており、例えば特開昭６０−１６３４２２号公報には、ポリビニルアルコールにセルロース誘導体を添加することで、含浸電解液の溶媒に不溶性の接着剤とすることができると記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電解コンデンサにおいては、用途や使用条件に応じて各種の電解液が用いられる。代表的な電解液は、有機化合物を主成分とする溶媒に、電解質としてアジピン酸、安息香酸などのカルボン酸、又はそのアンモニウム塩を溶解したものである。溶媒を構成する有機化合物としては、エチレングリコールやγ−ブチロラクトンが用いられている。用いる溶媒により、電解液は、例えば「エチレングリコール系」あるいは「γ−ブチロラクトン系」等と称される。
【０００５】
これらの電解液のうちで、溶媒にγ−ブチロラクトンを用いたγ−ブチロラクトン系のものは、広い温度範囲にわたり高い信頼性を示す電解コンデンサをもたらすものとして知られている。ところが、γ−ブチロラクトン溶媒を用いた電解液は、水が混入すると化学的に活性になり、電極箔と反応してコンデンサ特性を著しく低下させる。すなわち、水の作用によりγ−ブチロラクトンが開環してオキシ酪酸になるが、このオキシ酪酸は電解液のｐＨに影響を及ぼし、電解液の特性を著しく不安定にするため、電解液中の水と電極箔との反応を促進させる。
【０００６】
従って、γ−ブチロラクトン系の電解液を用いる場合には、電解液への水の混入を防ぐことが重要である。そのため、この場合には、巻回と最外周のセパレータの接着固定により製作したコンデンサ素子を乾燥処理工程にかけて、接着剤の水分を十分乾燥させることが必要不可欠である。この乾燥処理は、電解コンデンサの製造工数が多くなるので、製造効率の低下ばかりでなく、製品コストの上昇の要因にもなっている。
【０００７】
γ−ブチロラクトン系電解液への水の影響を小さくするために、接着剤の水含有量を低下させる解決策が考えられ、例えば前述のポリビニルアセテートとポリビニルアルコールを主成分とする接着剤の場合に、疎水性ポリマーであるポリビニルアセテートの量を増加させることが考えられる。ところが、ポリビニルアセテートは電解液の溶媒に溶解しやすいので、ポリビニルアセテート量の増加した接着剤は、その溶解に伴いコンデンサ素子の巻回がゆるんでコンデンサ特性を著しく低下させる原因になる。従って、この解決策は非現実的である。一方、接着剤の溶解性を抑えるため親水性ポリマーであるポリビニルアルコールの濃度を高めた接着剤を使用すると、乾燥に工数を多く取られることになる。
【０００８】
乾燥処理工程は、エチレングリコール系電解液の場合にも不可欠であり、例えば、親水性ポリマー濃度の高い接着剤を使用すると特に、接着剤が電解液に溶解して素子の巻回がゆるんでしまうと言った不具合が生じる。
【０００９】
そこで、本発明は、各種電解液を使用する電解コンデンサの製造において巻回素子の形状固定用に乾燥処理工程を必要とすることなく用いることができる接着剤の提供を目的とするものである。
そのような接着剤を使って製造され、低温から高温にかけての広い温度範囲において長期間安定に動作することもできる、高信頼性の電解コンデンサを提供することも、本発明の一つの目的である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の電解コンデンサ素子の形状固定用接着剤は、陽極箔と陰極箔の間にセパレータを挟んで重ね合わせた積層体を巻回して得られるコンデンサ素子と、これに含浸させる電解液とを使用して電解コンデンサを製造するに際し、巻回コンデンサ素子の最外周のセパレータを貼り付けて素子の形状を固定するのに用いられる接着剤であって、接着剤構成ポリマーが、ポリアクリルアミド、ポリアクリルアミドの誘導体、ポリアクリル酸、及びポリアクリル酸の誘導体のうちの少なくとも１種の水溶性ポリマーと、接着性を発現する疎水性ポリマーとを、１：１から１：４までの含有質量比で含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明はまた、本発明の接着剤により固定されている電解コンデンサ素子を有することを特徴とする電解コンデンサをも提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の接着剤はポリマー成分から構成され、水と一緒にして使用されるものであり、ポリマー成分として、ポリアクリルアミド、ポリアクリルアミドの誘導体、ポリアクリル酸、及びポリアクリル酸の誘導体のうちの少なくとも１種の水溶性ポリマーが含まれる接着剤である。このような水溶性ポリマーを含む接着剤を使用することにより、巻回形状を固定したコンデンサ素子を乾燥処理にかけることなく使用しても、すなわち水分の除去を行わずに使用しても、その巻回形状がゆるむことはなく、製品電解コンデンサは良好なコンデンサ特性を保つことができる。本発明の接着剤は、上記の水溶性ポリマー以外の接着剤構成ポリマーとして、接着性の発現に有効で、且つ電解コンデンサの特性に重大な影響を及ぼさないポリマーを含むことができる。そのような接着性発現ポリマーとしては、疎水性ポリマーが好ましく、これに加えて親水性ポリマーを使用することもできる。
【００１３】
本発明の接着剤が乾燥処理を施さずに使用できるのは、一例としてγ−ブチロラクトン系電解液の場合について説明すれば、水溶性ポリマーを含むことによって接着剤中の水が電解液のγ−ブチロラクトンに及ぼす影響が緩和され、電解液が化学的に安定になるためと考えられる。γ−ブチロラクトン系の電解液は低温特性に優れ、−５５℃でも安定に動作する電解コンデンサをもたらすものとして知られているが、本発明の接着剤を使って巻回形状を固定し乾燥処理を受けていないコンデンサ素子から製造された電解コンデンサは、−５５℃でもやはり安定に動作する。その上、この電解コンデンサは、高温条件下でも、接着剤の接着性の経時変化が極めて少なく、接着力が低下して素子の巻回構造がゆるむようなことがないことから、良好なコンデンサ特性を維持することができる。また、エチレングリコール系の電解液を使用した場合にも、これまでのように接着剤の乾燥工程を導入しなくても接着剤の電解液への溶解が抑制されて、素子がゆるむ事態には至らない。
【００１４】
本発明の接着剤において使用する水溶性ポリマーは、製品コンデンサの特性に悪影響を及ぼさないものであればどのようなものでもよいが、このような条件を満足するものとして、本発明では、ポリアクリルアミド、ポリアクリルアミドの誘導体、ポリアクリル酸、及びポリアクリル酸の誘導体を好ましく使用することができる。これらはいずれも、入手が容易であって経済的であり、取り扱い性の点でも良好である。水溶性ポリマーは、１種類を単独で使用してもよく、２種類以上を一緒にして使用してもよい。
【００１５】
ポリアクリルアミドあるいはその誘導体は、次の一般式で表すことができる。
【００１６】
【化１】
0003732067.tif 000002
【００１７】
上式において、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 は同一でも異なっていてもよく、水素原子、又は炭素原子数が１〜４の置換もしくは非置換の低級アルキル基、例えばメチル基、エチル基などを表し、ｎは正の整数である。Ｒ1 〜Ｒ3 が全て水素原子である場合がポリアクリルアミドであり、Ｒ1 〜Ｒ3 のうちの少なくとも一つが水素原子以外である場合がポリアクリルアミド誘導体であって、例えばＲ3 がメチル基であればポリメタクリルアミドとなる。
【００１８】
ポリアクリル酸あるいはその誘導体は、次の一般式で表すことができる。
【００１９】
【化２】
0003732067.tif 000003
【００２０】
上式において、Ｒ4 、Ｒ5 、Ｒ6 は同一でも異なっていてもよく、水素原子、又は炭素原子数が１〜４の置換もしくは非置換の低級アルキル基、例えばメチル基、エチル基などを表し、ｎは正の整数である。Ｒ4 〜Ｒ6 が全て水素原子である場合がポリアクリル酸であり、Ｒ4 〜Ｒ6 のうちの少なくとも一つが水素原子以外である場合がポリアクリル酸誘導体であって、例えばＲ6 がメチル基であればポリメタクリル酸（α−メチルアクリル酸）となる。
【００２１】
ポリマー類は一般に様々な分子量のものが存在するが、本発明においては接着剤の塗布作業性等に有意の影響がない限り、任意の分子量の水溶性ポリマーを使用可能である。
【００２２】
上記の水溶性ポリマー以外の接着剤構成ポリマーは、接着性の発現に有効で、且つ電解コンデンサの特性に重大な影響を及ぼさなければ、どのようなものでもよいが、本発明の接着剤はその構成ポリマーとして、少なくとも疎水性ポリマーを含むのが好ましく、更に親水性ポリマーを含むこともできる。これらのポリマーは、接着剤において通常用いられているものでよい。一例までに、疎水性ポリマーとしては、ポリビニルアセテートや、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリル酸エステルの誘導体を挙げることができ、ポリアクリル酸エステルの代表例はポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル等であり、ポリアクリル酸エステル誘導体の代表例はポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル等である。同じく一例までに、親水性ポリマーとしては、アルコール基を有するビニル化合物や、デンプンなどを挙げることができ、アルコール基を有するビニル化合物の代表例としてポリビニルアルコールを挙げることができる。通常は，ポリマーの示す接着性や入手の容易性から、疎水性ポリマーとしてポリビニルアセテート、親水性ポリマーとしてポリビニルアルコールを使用するのが好ましい。
【００２３】
本発明の接着剤では、構成ポリマーである水溶性ポリマーと疎水性ポリマーとの含有量の比（質量比）が１：１から１：４までであるのが好ましい。上述のとおり、本発明の接着剤は、接着性を発現するポリマーとして、疎水性ポリマーのほかに親水性ポリマーを任意に含むことができるが、そのような親水性ポリマーを含む場合、上記の水溶性ポリマーの含有量には親水性ポリマーの量も含まれるものとし、すなわち上記の含有量比は水溶性ポリマーと親水性ポリマーの合計量と疎水性ポリマー量との比を表すものとする。水溶性ポリマー（親水性ポリマーを使用する場合にはこれも含む）に対する疎水性ポリマーの比が４を超えると、接着剤の粘性が急激に増大して製造時の取り扱いが非常に困難になるとともに、接着剤の電解液への溶解性が増大して接着力が急激に低下する。水溶性ポリマー（親水性ポリマーを含む）に対する疎水性ポリマーの比が１未満になると、接着剤の初期接着力が低下するため、コンデンサ素子の巻回形状を初めから固定できなくなる。
【００２４】
接着剤の構成ポリマーとして、例えばポリビニルアルコールなどの親水性ポリマーが含まれる場合には、その最大使用量は、水溶性ポリマー（ここでは、具体的に言うとポリアクリルアミド、ポリアクリルアミドの誘導体、ポリアクリル酸、及びポリアクリル酸の誘導体のうちの少なくとも１種）と親水性ポリマーの合計量の５０％までとする。親水性ポリマー量が水溶性ポリマーと親水性ポリマーの合計量の５０％を超えると、水溶性ポリマーの効果が薄れて、乾燥処理を行わないと巻回素子形状の固定が困難になってしまう。
【００２５】
また、本発明の接着剤を使用する際には、接着剤の構成ポリマー成分（水溶性ポリマー、疎水性ポリマー、必要に応じて親水性ポリマー）の合計量が１５〜５０ｗｔ％の組成物となるように、水と一緒にする。ポリマー成分が５０ｗｔ％を超えると、組成物の粘度が高くなって取り扱いが難しくなり、好ましくない。１５ｗｔ％未満では、水分量が多いため接着力が低下すると同時に、電解液への影響もでてくる。
【００２６】
本発明における電解液としては、主にγ−ブチロラクトン系あるいはエチレングリコール系のものを使用することができる。これらの電解液は特別なものではなく、従来から一般に用いられているものでよく、一般的に言えば、γ−ブチロラクトン又はエチレングリコールを主溶媒とし、任意にその他の有機溶媒を含み、そしてカルボン酸等の有機酸又はそのような有機酸の塩類、あるいは場合により無機酸又はそれらの塩類等の電解質を溶質とする電解液であれば、どのようなものでもよい。
【００２７】
本発明の接着剤を用いて電解コンデンサを製造するには、まず、アルミニウム等の金属箔から作られた陽極箔と陰極箔をそれらの間にセパレータ（隔離紙）を挟んで重ね合わせることで形成した積層体であって、陽極及び陰極のそれぞれ用のリードを取り付けた積層体を巻回して、コンデンサ素子を作製する。次に、本発明の接着剤を使って、この巻回素子の最外周のセパレータを貼り付け、すなわちセパレータの末端をその下側に位置するセパレータに貼り合わせて、素子の形状を固定する。続いて、接着剤の乾燥処理を行わずに、巻回素子に電解液を含浸する。そして最後に、巻回素子をケース（一般にはアルミニウム製）に収容し、弾性封口体でケースを密封して、電解コンデンサを完成する。
【００２８】
完成した電解コンデンサは、接着剤の水分を除去する乾燥処理を受けていないにもかかわらず、コンデンサ素子の巻回構造が長期的に保持されることから、低温（例えば−５５℃）でも、あるいは高温（例えば１００℃以上）でも、長期間にわたり安定に動作する。電解コンデンサは、ハンダリフローのような高温を使用する処理（例えば２００〜２５０℃で１〜２分の高温処理）でプリント配線板などの基板に搭載されることがあるが、本発明の接着剤を使って製造された電解コンデンサは、そのような高温にさらされた場合にも、良好な特性を維持する。
【００２９】
【実施例】
次に、実施例により本発明を更に説明するが、本発明はこれらの実施例にいささかも限定されるものでない。
【００３０】
（実施例１〜５）
陽極酸化処理して表面に酸化皮膜を形成したアルミニウム製の陽極箔と陰極箔のおのおのに、電極引き出し用のリードタブを取り付け、そしてこの陽極箔と陰極箔の間にセパレータを挟み、最外周にセパレータが位置するように巻回して、巻回コンデンサ素子を作製した。次に、最外周のセパレータの末端部に接着剤を塗布してその下側にあるセパレータに接着させて、素子の巻回形状を固定した。使用した接着剤の組成は、表１、２に示すとおりであった。なお、表中の略号「ＰＶＡｃ」と「ＰＶＡ」は、それぞれポリビニルアセテートとポリビニルアルコールを表している。
【００３１】
巻回素子の作製後に、従来は巻回素子を３０℃以上で３０分〜１時間の乾燥処理にかけて接着剤中の水分を除去していたが、ここでは乾燥を行わずに、巻回素子に直ちに電解液を含浸させ、そしてそれをアルミニウムケースに収容し、弾性封口体で密封して、１０ＷＶ−１２００μＦのコンデンサ仕様の電解コンデンサを作製した。使用した電解液の組成は、表１、２に示すとおりであった。
【００３２】
これらのコンデンサについて、１０５℃の温度条件下で定格電圧１０Ｖを印加した時の特性の経時変化を調査した。表１と表２に、初期特性と、１０５℃で１０Ｖ負荷試験３０００時間後のコンデンサ特性を示す。なお、コンデンサ特性の測定は全て常温（２５℃）で行った。容量とＴａｎδは１２０Ｈｚで測定し、Ｌ．Ｃ．（漏れ電流）は定格電圧印加１分後の電流値として測定した。
【００３３】
（比較例１〜３）
巻回素子形状固定用の接着剤として、水溶性ポリマーを添加せず、表３に示した組成のものを使用したことを除いて、それぞれ実施例１、２、５を反復した。同様に先の実施例と同じ条件で測定されたコンデンサ特性は、表３に示すとおりであった。
【００３４】
【表１】
0003732067.tif 000004
【００３５】
【表２】
0003732067.tif 000005
【００３６】
【表３】
0003732067.tif 000006
【００３７】
これらの表から明らかなように、水溶性ポリマーを含む本発明の接着剤では、γ−ブチロラクトン系電解液を使用した場合とエチレングリコール系電解液を使用した場合の両方において、巻回素子の製作後水分を除去せずに使用してもコンデンサ特性は良好に維持されるのに対し、水溶性ポリマーを含まない比較例の接着剤では、いずれの場合にも高温条件下でのコンデンサ特性の経時変化（接着剤の接着性の低下と電解液に及ぼす影響に起因する）が大きくなることが分かる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の接着剤は、コンデンサ素子の巻回形状固定用に使用後に従来の接着剤の場合には不可欠であった乾燥工程を省略するのを可能にする。また、本発明の接着剤は、製品コンデンサを高温に長時間さらしても接着力が低下しないので、コンデンサ素子の巻回形状の保持が可能であり、それにより長期にわたって良好なコンデンサ特性を維持することができる。更に、本発明の接着剤はハンダリフロー時の高熱にさらされても良好な特性を維持する。
このようにして、本発明によれば、低温から高温にかけての広い温度範囲において長期間安定に動作する、信頼性の高い電解コンデンサの利用が可能となる。