JP2009088295A - 電解コンデンサの駆動用電解液および電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】電解紙との反応に起因するガス発生を抑え、防爆弁膨張のような外観異常を防止することのできる電解コンデンサの駆動用電解液、および電解コンデンサを提供する。
【解決手段】電解コンデンサの駆動用電解液として、エチレングリコールなどを主溶媒とし、カルボン酸および／またはそのアンモニウム塩を主溶質とする電解液に対して、キシラナーゼ、リグニンペルオキシターゼ、セルラーゼ等の酵素を電解液全体に対して０．１〜１０．０ｗｔ％配合する。これにより、電解液と電解紙との化学反応を抑制することができ、防爆弁の膨張を抑制することができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、各種電気・電子機器に搭載される電解コンデンサの駆動用電解液（以下、電解液と称す）、および電解コンデンサに関するものである。特に、電解コンデンサの外観異常を防止するための電解液組成に関するものである。

アルミニウム電解コンデンサは一般に、高純度アルミニウム箔をエッチングし、その表面を陽極酸化した陽極電極箔と、アルミニウム箔をエッチングした陰極電極箔とを、これらの電極箔の間に電解紙が介在するように巻回したコンデンサ素子に電解液を含浸させ、その後、コンデンサ素子をアルミニウム製ケースに収納し、弾性封口体によって密封した構造となっている。ここで、電解コンデンサ用の電解紙はセルロース、ヘミセルロース、リグニンを主成分としている。これらの成分のうち、ヘミセルロースは反応性が高く分解し、ガスを発生させる傾向にある（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−２１３５７３

近年、電子機器の小形化および軽量化を図ることを目的に、電子部品にも小形化、軽量化が要求され、電解コンデンサでも小形化が図られている。その結果、ケース内では、余剰な空間が狭くなるので、高温条件下で長期間にわたって使用すると、ケース内でのガスの発生により内圧が上昇し、防爆弁が膨張するなどの外観不良が発生しやすくなる。このため、電解紙と電解液とが反応して電解紙が分解する際に発生するガスも、内圧の上昇および外観不良に大きく影響することになる。

なお、内圧上昇を抑える技術としては、従来、ニトロ化合物などの水素ガス吸収剤を電解液に配合することが採用されているが、ニトロ化合物が吸収するガスは、陰極電極箔と電解液の反応により発生した水素ガスであり、ニトロ化合物では、電解紙の分解ガスを吸収することは期待できない。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、電解紙との反応に起因するガス発生を抑え、防爆弁膨張のような外観異常を防止することのできる電解コンデンサの駆動用電解液、および電解コンデンサを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る電解液（電解コンデンサの駆動用電解液）では、溶媒中に溶質と共に酵素を添加したことを特徴とする。
また、本発明では、複数枚の電極箔を、電解紙を介して巻回または積層したコンデンサ素子と、該コンデンサ素子に含浸された電解液（駆動用電解液）と、該電解液が含浸された前記コンデンサ素子を収納するケースとを有する電解コンデンサにおいて、前記電解液には、溶媒中に溶質と共に酵素が配合されていることを特徴とする。

本願発明者が繰り返し行った実験結果によれば、本発明に係る電解液を用いると、電解液と電解紙との反応が抑えられ、電解紙の分解に起因するガス発生を抑制、防止することができる。それ故、本発明によれば、電解コンデンサの内圧の上昇および外観不良を抑制することができる。

本発明で用いる酵素とは、セルロース分解酵素、ヘミセルロース分解酵素、リグニン分解酵素である。これら各酵素は何れも高分子物質の分解酵素である。酵素によってはその作用様式がエンド型とエクソ型に大別されるものもあるが、本発明を実施するにあたってはいずれの型の酵素を使用しても良く、両者の型の酵素を併用しても良い。

酵素はその由来により基質特異性、作用ｐＨ域、作用温度域に特徴があるが、本発明を実施するにあたっては特に酵素の性質や由来の限定はない。処理の対象となる電解紙についても電解紙として使用可能な繊維であれば、天然繊維、再生セルロース繊維の区別なく利用できる。天然繊維にあっては、その繊維のろ水度、晒しパルプ・未晒しパルプの別、木材パルプ・比木材パルプの別等に限定はない。再生セルロースにあってはその製造方法、繊維径、繊維長に限定はない。

本発明において、前記溶媒は、例えば、主溶媒がγ−ブチロラクトンやエチレングリコールであり、前記溶質は少なくともカルボン酸および／またはその塩である。前記溶質において、主溶質としては、例えば、有機酸、無機酸および／またはその塩を用いることができる。ここで溶質としては、アゼライン酸、アジピン酸、１，６−デカンジカルボン酸などのカルボン酸類、安息香酸、サリチル酸、フタル酸等の芳香族カルボン酸類、ホウ酸等の無機酸類またはこれらの塩類を用いることができる。
また、前記溶媒は、エチレングリコールとγ−ブチロラクトンとの混合溶媒や、主溶媒に水、副溶媒として、プロピレングリコール等のグリコール類、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等のラクトン類、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−エチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−エチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド、ヘキサメチルホスホリックアミド等のアミド類、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、イソブチレンカーボネート等の炭酸化合物類、アセトニトリル等のニトリル類、ジメチルスルホキシド等のオキシド類、エーテル類、ケトン類、エステル類、スルホラン類等を混合してもよく、前記溶質としては、耐電圧の向上、ガス発生の抑制等を目的に公知の添加剤を混合してもよい。

本発明において、前記酵素の配合量は、電解液全体に対して０．１ｗｔ％〜１０．０ｗｔ％までの範囲（０．１〜１０．０ｗｔ％）であることが好ましい。酵素の配合量は酵素の種類にもよるが、その種類、溶媒の種類等々にかかわらず、電解紙のヘミセルロースを効果的に分解するという観点からすれば、上記の範囲とすることが望ましい。
すなわち、酵素の配合量が０．１ｗｔ％未満の場合には、電解紙への酵素による作用が不十分になりその効果が小さい。一方、１０．０ｗｔ％を超えると、他の溶質の濃度が下がり、比抵抗上昇を招く傾向にある。

本発明において、前記電解液をコンデンサ素子に含浸する際、電解液またはコンデンサ素子のうちの少なくとも一方を加温することが多く、この場合の温度は１０〜７０℃の範囲が好ましく、望ましくは温度２０〜６０℃、特に望ましくは４０〜６０℃である。このような温度範囲で上記酵素の一種類または二種類以上を作用させれば、繊維の処理を行なうことができる。

本発明では、電解液に酵素を配合したことに特徴を有し、かかる酵素の配合は電解液と電解紙との反応を低減させ、電解紙の分解によるガス発生を抑制する。従って、本発明を適用した電解コンデンサでは、高温雰囲気下に於いて長時間に渡って防爆弁の膨張が低減されるなどの効果を奏する。

本発明を適用した電解コンデンサの電解液、および電解コンデンサの実施例を説明する。以下の各実施例は、基本的な構成が最も一般的な巻回構造の電解コンデンサに適用した例である。このため、電解コンデンサの構造についての図示や詳細な説明は省略するが、概ね以下の工程によって製造される。

本例の電解コンデンサを製造するにあたっては、まず、陽極用のアルミニウム箔に対して電気化学的なエッチング処理を行った後、無機酸塩の中性ないし弱酸性水溶液中で陽極酸化を行い、表面に酸化皮膜を形成させ、その後、引き出し用リードタブを取り付けてアルミニウム陽極箔を形成する。一方、陰極用のアルミニウム箔にエッチング処理を行ない、引き出し用リードタブを取り付けてアルミニウム陰極箔を作製する。次に、陽極箔と陰極箔との間に電解紙が介在するように、陽極箔、陰極箔および電解紙を重ね合わせて巻回し、コンデンサ素子を作製する。
次に、コンデンサ素子に対して、加温下で電解液を含浸した後、有底筒状のアルミニウムケースに収納し、その後、ケース開口部を弾性封口体で密閉する。そして、陽極電極箔の端面の未化成部位を電解液にて化成するため、コンデンサに定格電圧を印加する。なお、コンデンサ素子に用いた陽極電極箔の端面の未化成部位に対する化成は、有底筒状のアルミニウムケースに収納する前、収納した後、または双方で実施してもよい。

このような方法により製造される電解コンデンサにおいて、本発明では、電解液として、表１に示す組成の電解液を用いる。

ここで、電解液の主溶媒は何れもエチレングリコールと水との混合溶媒であり、アジピン酸アンモニウムを溶質としている。なお、表１に示す電解液のうち、試料Ａは従来例１に係る電解液であり、この組成を基本に酵素を配合した電解液（試料Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋ）が本発明の実施例に係る電解液である。

また、本例では上記と同じ構造の電解コンデンサにおいて、表２に示す組成の電解液についても検討を行った。

表２に示す電解液では、エチレングリコールを主溶媒とし、安息香酸アンモニウムを溶質としている。また、表２に示す電解液のうち、試料Ｌは従来例２に係る電解液であり、この組成を基本に酵素を配合した電解液（試料Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒ）が本発明の実施例に係る電解液である。

次に、表１に示す従来例および実施例の電解液を用いて、定格３５Ｖ−１０００μＦの電解コンデンサを作製した。また、表２に示す従来例および実施例の電解液を用いて、定格２００Ｖ−１００μＦの電解コンデンサを作製した。その際、アルミニウムケースとしては、底部に防爆弁を有するものを用いた。かかる防爆弁は、コンデンサの内圧が上昇すると外側に膨らみ、さらに内圧が上昇すると弁が開いてガスを逃がすことにより、電解コンデンサが破裂することを防止する。

これらの供試コンデンサを、１０５℃に保持された恒温槽内にて定格直流電圧を５０００時間印加し、防爆弁の弁膨張率（試験前後におけるコンデンサの長さ寸法の増加率）を調査するとともに、試験後の電気的特性を測定した。それらの結果を表３および表４に示す。なお、電気的特性は１２０Ｈｚにおける静電容量、ｔａｎδ、および定格電圧を１分間印加した後に電解コンデンサに流れる電流（漏洩電流）を２０℃にて測定した。

表３および表４に示す結果から分かるように、従来の電解液（試料Ａ，Ｌ）を用いた電解コンデンサは、１０５℃雰囲気中での負荷試験において５０００時間経過後の防爆弁の弁膨張率が１０５％台である。

これに対して、本発明を適用した電解液（試料Ｂ〜Ｋおよび試料Ｍ〜Ｒ）を用いた電解コンデンサは１０５℃雰囲気中での定格電圧印加試験において５０００時間経過後の防爆弁の弁膨張率が低減されており、従来の電解液（試料Ａ，Ｌ）を用いた電解コンデンサと比較し、高温での安定性に優れていることが確認できた。

それ故、本発明を適用した電解液を用いた電解コンデンサによれば、周囲の部品が発熱するような状況下での使用においても、長期間にわたって防爆弁の膨張などの外観不良の発生を防止することができ、かつ、従来の電解液を用いた場合と比較して同等以上の電気特性を得ることができる。

また、各実施例を比較すると分かるように、酵素の種類についてはキシラナーゼを用いた場合に防爆弁の弁膨張率を低減できる効果が大きい。また、酵素の濃度については、電解液全体に対して０．１ｗｔ％で防爆弁の弁膨張率を低減する効果が認められ、その効果は配合量を増すほど大きくなる傾向にある。
ここで、酵素の配合量は０．１ｗｔ％未満では効果が小さい一方（実施例１−１）、配合量が１０．０ｗｔ％を超えると電解液の比抵抗が上昇する傾向にある（実施例１−６）。それ故、酵素の配合量については、電解液全体に対して０．１〜１０．０ｗｔ％の範囲が好ましい。なお、含浸温度については、２０℃、４０℃、６０℃を比較すると、４０℃および６０℃では防爆弁の弁膨張率が比較的小さい傾向にあった。

Claims (4)

1. 溶媒中に溶質と共に酵素を配合したことを特徴とする電解コンデンサの駆動用電解液。
2. 前記酵素が、キシラナーゼ、リグニンペルオキシターゼ、セルラーゼであることを特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサの駆動用電解液。
3. 前記酵素の配合量が、電解液全体に対して０．１〜１０．０ｗｔ％の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の電解コンデンサの駆動用電解液。
4. 複数枚の電極箔を、電解紙を介して巻回または積層したコンデンサ素子と、該コンデンサ素子に含浸された駆動用電解液と、該駆動用電解液が含浸された前記コンデンサ素子を収納するケースとを有する電解コンデンサにおいて、
   前記駆動用電解液には、溶媒中に溶質と共に酵素が配合されていることを特徴とする電解コンデンサ。