JP2001023866A - アルミニウム電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐充放電性能および耐リプル電流性能を大幅
に向上させることのできる電解コンデンサを提供するこ
と。 【解決手段】 電解コンデンサ１において、単位面積あ
たりの容量が陰極箔の０．３倍以上であるアルミニウム
箔の小片６を陰極リードタブ２２に重ねたことを特徴と
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種電気・電子機
器に搭載されるアルミニウム電解コンデンサに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】各種のコンデンサのうち、アルミニウム
電解コンデンサ（以下、電解コンデンサという。）は、
図１に示すように、陽極箔、陰極箔およびセパレータを
巻回したコンデンサ素子２と、該コンデンサ素子２を収
納した有底筒状のアルミニウム製のコンデンサケース３
と、このコンデンサケース３の開放端側を塞ぐ合成樹脂
製の封口体４とを有している。封口体４の外端面には陽
極端子４１および陰極端子４２が構成され、これらの端
子４１、４２の下端部は、陽極内部端子４３および陰極
内部端子４４としてコンデンサ素子２から引き出された
陽極タブ端子２１および陰極タブ端子２２が電気的に接
続されている。ここで、陽極タブ端子２１および陰極タ
ブ端子２２は、いずれも２００μｍ程度のアルミニウム
板から切り出したものである。これらのタブ端子２１、
２２のうち、陰極タブ端子２２については陽極酸化が施
されていないものを使用し、陽極タブ端子２１について
は陽極酸化が施されたものを使用するが、いずれのタブ
端子２１、２２についても、エッチングなどの粗面化加
工の施されていないプレンの厚手のアルミニウム箔が用
いられている。

【０００３】また、陽極タブ端子２１および陰極タブ端
子２２のいずれにおいても、陽極箔あるいは陰極箔との
電気的な接続は、図４に示すように、陽極箔２６および
陰極箔２７の表面に陽極タブ端子２１および陰極タブ端
子２2を重ねた状態での加締め５（あるいは溶接）など
によってなされている。

【０００４】このような電解コンデンサ１において充放
電が起こるときの挙動は以下のとおりである。電解コン
デンサ１において、陰極箔２７については、厚さがたと
えば２０μｍ〜５０μｍのアルミニウム箔をエッチング
した後、陽極酸化で数ボルト程度の皮膜生成処理を施し
たものを用いる場合と、エッチングのみで強制的な皮膜
生成処理を行わないものを用いる場合とがあるが、強制
的に皮膜生成を行わない場合においてもアルミニウム箔
表面には大気中の水分または電解液中の水分と反応し
１．０Ｖ前後の耐圧を有する皮膜が生成している。この
ため、電解コンデンサの静電容量は、耐圧を保持する陽
極箔酸化皮膜の静電容量と陰極箔の静電容量との直列接
続での合成容量で成り立っている。ここで、陽極箔の単
位面積当たりの静電容量をＣａ（μＦ／ｃｍ^２）、陰極
箔の単位体積当たりの静電容量をＣｃ（μＦ／ｃｍ^２）
とし、電解コンデンサ１が充電された電圧をＶ、この電
圧Ｖを陽極側および陰極側で分担する電圧をＶａ、Ｖｃ
としたときに、放電時に陰極箔２７にかかる電圧Ｖｃ′
は、［数１］となる。

【０００５】

【数１】

【０００６】ここで、放電時に陰極箔２７にかかる電圧
が高過ぎると、陰極箔２７に皮膜が生成してコンデンサ
内でガスが発生するなどといった好ましくない現象が起
こる。従って、放電時に陰極箔２７に電圧がかかっても
陰極箔２７に皮膜が生成しない電圧をＶ′とすると、放
電時には［数２］を満たす必要がある。

【０００７】

【数２】

【０００８】ここで、Ｖａ＝Ｖ−Ｖｃであるから、上式
から［数３］が導かれる。

【０００９】

【数３】

【００１０】上記の［数３］を満たせば、放電時に陰極
箔に電圧がかかっても陰極箔２７に皮膜が生成しない。
よって、従来は［数３］を満たすように、陰極箔２７と
して、静電容量の大きなもの、あるいは充放電電流によ
って陰極箔２７に生成するであろう酸化皮膜の耐圧分を
あらかじめ皮膜生成していたものを用いるなど、電解コ
ンデンサ１の耐リプル性能、耐充放電性能を向上するに
あたっては、陰極箔２７あるいは陽極箔２６、電解液、
セパレータなどの材料の開発または改良を主体とした対
応がなされてきた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな基本材料の開発によって電解コンデンサ１の耐リプ
ル性能、耐充放電性能を向上するにも限界がある。すな
わち、本願発明者が繰り返し行った実験において、耐リ
プル試験、耐充放電試験を行った電解コンデンサ１を調
査、解析したところ、短時間のうちに許容リプルを遙か
に越えるリプル電流が周期的に印加される回路や電圧差
が大きく周期の短い充放電回路に用いる電解コンデンサ
１には、いくら陰極箔２７として理想に近いものを用い
ても、陰極タブ端子２２およびその周辺の陰極箔２７上
に皮膜生成反応がおこるため、コンデンサ内でガスが発
生し、内圧上昇に起因する防爆弁作動などといった不具
合が発生するという新たな知見を得た。

【００１２】そこで、本発明の課題は、コンデンサ素子
の構造面から放電時に陰極側に皮膜生成が起こるのを防
止することにより、耐充放電性能および耐リプル電流性
能を大幅に向上させることのできる電解コンデンサおよ
びそれに用いるコンデンサ素子の製造方法を提供するこ
とにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本願発明者は、繰り返し行った実験から、短時間でかつ
周期的に許容リプルを遙かに越えるリプル電流が電解コ
ンデンサに印加される回路や電圧差が大きく周期の短い
充放電回路に使われる電解コンデンサにおいて陰極タブ
端子周辺の陰極箔上に皮膜生成反応が起こる理由は、陰
極タブ端子では単位面積当りの容量が低いため、放電電
流が陰極タブ端子に流れた際に陰極タブ端子およびその
周囲には高い電圧がかかるためであるという結論に到達
した。そこで、本発明では、前記陰極タブ端子の表面
に、単位面積あたりの容量が陰極箔の０．３倍以上の容
量を持ったアルミニウム箔の小片を当該陰極タブ端子に
電気的接続した状態で重ねておくので、陰極タブ端子が
位置する部分で実際に陽極箔に対向するのは、単位面積
あたりの容量が陰極箔の０．３倍以上の容量を持ったア
ルミニウム箔の小片となる。このような小片は、前記陰
極タブ端子より単位面積当りの静電容量が大きいので、
短時間のうちに許容リプルを遙かに越えるリプル電流が
周期的に電解コンデンサに印加されても、陰極タブ端子
およびその周囲には高い電圧がかからない。それ故、陰
極タブ端子およびその周囲に皮膜が生成しないので、コ
ンデンサ内でのガス発生を防止できる。

【００１４】すなわち、アルミニウム製の陽極タブ端子
が電気的に接続された陽極箔と、アルミニウム製の陰極
タブ端子が電気的に接続された陰極箔とをセパレータを
介して巻回または積層したコンデンサ素子に駆動用電解
液を含浸してなるアルミニウム電解コンデンサにおい
て、単位面積当たりの容量が陰極箔の０．３倍以上であ
るアルミニウム箔の小片を陰極タブ端子に重ねてなるこ
とを特徴とするアルミニウム電解コンデンサである。

【００１５】そして、上記アルミニウム箔の小片が陰極
箔に加締めまたは溶接されていることを特徴とするアル
ミニウム電解コンデンサである。

【００１６】また、上記アルミニウム箔の小片が陰極タ
ブ端子と共に陰極箔に加締めまたは溶接されていること
を特徴とするアルミニウム電解コンデンサである。

【００１７】

【発明の実施の形態】図面を参照して、本発明の実施の
形態を説明する。図１は、電解コンデンサの構造を模式
的に示す断面である。図２および図３はそれぞれ、本形
態に係る電解コンデンサに用いたコンデンサ素子の構造
を示す説明図、およびこのコンデンサ素子の製造方法を
示す説明図である。なお、本形態の電解コンデンサも、
従来の電解コンデンサと基本的な構造が共通するので、
対応する部分には同一の符号を付してある。

【００１８】図１および図２に示すように、電解コンデ
ンサ１では、エッチング箔に陽極酸化（化成処理）を施
した陽極箔２６、陽極酸化皮膜を形成していないエッチ
ング箔あるいは薄い陽極酸化皮膜を形成したエッチング
箔からなる陰極箔２７、およびセパレータ２８を巻回し
たコンデンサ素子２と、該コンデンサ素子２を収納した
有底筒状のアルミニウム製のコンデンサケース３と、こ
のコンデンサケース３の開放端側を塞ぐ合成樹脂製の封
口体４と、コンデンサケース３にコンデンサ素子２を固
定する素子固定材３０とを有している。コンデンサ素子
２には駆動用電解液が含浸されている。封口体４の外端
面には陽極端子４１および陰極端子４２が構成され、こ
れらの端子４１、４２の下端部は、陽極内部端子４３お
よび陰極内部端子４４としてコンデンサ素子２から引き
出された複数枚の陽極タブ端子２１および複数枚の陰極
タブ端子２２がそれぞれ電気的に接続されている。ここ
で、陽極タブ端子２１および陰極タブ端子２２は、いず
れも２００μｍ程度の厚手のアルミニウム箔から切り出
したものである。これらのタブ端子２１、２２のうち、
陰極タブ端子２２には陽極酸化が施されていないものを
使用し、陽極タブ端子２１には陽極酸化が施されたもの
を使用しているが、いずれのタブ端子２１、２２におい
ても、陽極酸化を施したものを用いてもよい。

【００１９】本形態において、陽極タブ端子２１と陽極
箔２６との電気的な接続は、従来と同様、陽極箔２６の
表面に陽極タブ端子２１を重ねた状態で加締め５（ある
いは溶接）などを行うことによってなされている。但
し、本形態では、陰極タブ端子２２の表面には、単位面
積あたりの容量が陰極箔の０．３倍、以上の容量を持っ
たアルミニウム箔の小片６が陰極タブ端子２２に電気的
接続した状態で重ねられている。すなわち、アルミニウ
ム箔の小片６は、陰極タブ端子２２を覆うようにして陰
極タブ端子２２に重ねられ、この状態で、アルミニウム
箔の小片６は、陰極タブ端子２２とともに陰極箔２７に
対して一括して加締め６（あるいは溶接）されて電気的
に接続している。このような小片６として、本形態で
は、陰極箔２７として用いたアルミニウム箔を陰極タブ
端子２２より幅広で、かつ、陰極箔２７と略同一の幅寸
法に切り出したものを用いた。また、陰極箔２７および
小片６については、陽極酸化皮膜が形成されていないエ
ッチング箔、あるいは薄い陽極酸化皮膜を形成したエッ
チング箔あるいはエッチング箔表面に蒸着等を施した箔
いずれを用いてもよい。

【００２０】

【実施例】以下、本発明に関する評価試験の結果につい
て説明する。φ６３×６０ｍｍで定格４００Ｖ１５００
μＦの電解コンデンサを作製し、電圧差１５０Ｖ、０．
２５ｓｅｃの充放電試験を行い表１の結果を得た。（試
料数は各条件１０個）

【００２１】

【表１】

【００２２】本発明による実施例１〜４は弁作動を起こ
さなかったが、従来例と比較例は弁作動を起こした。陰
極タブ端子に重ねるアルミニウム箔の小片の容量が陰極
箔容量の０．３倍未満では、陰極箔に皮膜が生成し弁作
動することが分かる。よって、アルミニウム箔の小片の
容量は、陰極箔の単位面積当たりの容量の０．３倍以上
が必要である。

【００２３】このように構成した本形態の電解コンデン
サ１においては、単位面積あたりの容量が陰極箔の０．
３倍以上の容量を持ったアルミニウム箔の小片６で、陰
極タブ端子２２を覆うように陽極箔２６に対向させてお
り、陰極タブ端子２２が直接対向しているのではない。
上記小片６は、陰極タブ端子２２と違って、塩酸浴中で
のエッチングなどの方法で粗面化加工が施されている
分、陰極タブ端子２２と比較して単位面積当りの静電容
量がかなり大きい。従って、陰極タブ端子２２が位置す
る部分であっても、前記した［数３］の右辺の式で導か
れる値が小さいので、短時間のうちに許容リプルを遙か
に越えるリプル電流が周期的に印加されても、また、電
圧差が大きく周期の短い充放電回路に用いられても、陰
極タブ端子２２およびその周囲には高い電圧がかからな
い。それ故、過酷なリプル印加試験や充放電試験を行っ
ても、陰極タブ端子２２およびその周囲に皮膜が生成し
ないので、電解コンデンサ１内でのガス発生を防止でき
る。

【００２４】このような電解コンデンサ１に用いるコン
デンサ素子２を製造する際には、図３に模式的に示すよ
うに、コンデンサ素子２の巻き取り工程において、陰極
タブ端子２２を陰極箔２７に電気的に接続する際に、素
子巻き取り機８の陰極タブ端子取りつけエリア８０にお
いて、タブ供給部（図示せず。）から供給された陰極タ
ブ端子２２、および小片供給部（図示せず。）から供給
されたアルミニウム箔の小片６を陰極箔２７の表面にこ
の順に重ねた状態で、陰極箔２７、陰極タブ端子２２お
よび小片６を加締め装置８２によって一括して加締め
（あるいは溶接）した後、陽極タブ端子（図２参照）が
電気的に接続された陽極箔２６と、アルミニウム製の陰
極タブ端子２２が電気的に接続された陰極箔とをセパレ
ータ２８を介して巻回し、コンデンサ素子２を形成す
る。

【００２５】なお、上記形態では、陽極箔２６および陰
極箔２７がセパレータ２８を介して巻回されたコンデン
サ素子２を例に説明したが、陽極箔２６および陰極箔２
７がセパレータ２８を介して積層されたコンデンサ素子
２を用いた電解コンデンサ１に対して本発明を適用して
もよい。

【００２６】（その他の実施の形態）なお、上記形態で
は、陰極箔２７に対して陰極タブ端子２２および小片６
を同時に加締めする構成であったが、陰極タブ端子２２
と小片６が重なっておればよく、陰極箔２７に対して陰
極タブ端子２２および小片６を別々に加締めや溶接など
の方法によって電気的接続した電解コンデンサ（図５）
にも適用できる。また、上記形態では、封口体４とし
て、端子を埋め込んだ合成樹脂性のモールド板を用いた
が、本発明は、封口体４としてゴム貼り積層板を用いた
構成の電解コンデンサにも適用できる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るアル
ミニウム電解コンデンサは、陰極タブ端子の表面に、単
位面積あたりの容量が陰極箔の０．３倍以上の容量を持
ったアルミニウム箔の小片を当該陰極タブ端子に電気的
接続した状態で重ねておくので、陰極タブ端子が位置す
る部分で実際に陽極箔に対向するのは、単位面積あたり
の容量が陰極箔の０．３倍以上の容量を持ったアルミニ
ウム箔の小片である。このような小片は、陰極タブ端子
より単位面積当りの静電容量が大きいので、短時間のう
ちに許容リプルを遙かに越えるリプル電流が周期的に印
加されても、また、電圧差が大きく周期の短い充放電回
路に用いられても、陰極タブ端子およびその周囲には高
い電圧がかからない。それ故、陰極タブ端子およびその
周囲に皮膜が生成しないので、コンデンサ内でのガス発
生を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電解コンデンサの構造を模式的に示す断面図で
ある。

【図２】本発明を適用した電解コンデンサに用いたコン
デンサ素子の構造を示す説明図である。

【図３】図２に示すコンデンサ素子の製造方法を示す説
明図である。

【図４】従来の電解コンデンサに用いたコンデンサ素子
の構造を示す説明図である。

【図５】本発明によるその他の実施の形態に係る電解コ
ンデンサに用いたコンデンサ素子の構造を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 電解コンデンサ ２ コンデンサ素子 ３ コンデンサケース ４ 封口体 ５、７ 加締め（あるいは溶接） ６ アルミニウム箔の小片 ８ 素子巻き取り機 ２１ 陽極タブ端子 ２２ 陰極タブ端子 ２６ 陽極箔 ２７ 陰極箔 ２８ セパレータ ３０ 素子固定材 ４１ 陽極端子 ４２ 陰極端子 ４３ 陽極内部端子 ４４ 陰極内部端子 ８１ 陰極タブ端子取りつけエリア ８２ 加締め装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム製の陽極タブ端子が電気的
   に接続された陽極箔と、アルミニウム製の陰極タブ端子
   が電気的に接続された陰極箔とをセパレータを介して巻
   回または積層したコンデンサ素子に駆動用電解液を含浸
   してなるアルミニウム電解コンデンサにおいて、 単位面積あたりの容量が陰極箔の０．３倍以上であるア
   ルミニウム箔の小片を上記陰極タブ端子に重ねてなるこ
   とを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
2. 【請求項２】 上記アルミニウム箔の小片が陰極箔に加
   締めまたは溶接されていることを特徴とする請求項１記
   載のアルミニウム電解コンデンサ。
3. 【請求項３】 上記アルミニウム箔の小片が陰極タブ端
   子と共に陰極箔に加締めまたは溶接されていることを特
   徴とする請求項１記載のアルミニウム電解コンデンサ。