JP2022039173A - 電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】電解コンデンサのリードタブにおける腐食の発生を抑制する。【解決手段】第１のリードタブが接続された弁金属の陽極箔と、第２のリードタブが接続された陰極箔とを、セパレータを介して重ね合わせ、巻回してなるコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を収納する有底円筒状の外装ケースと、前記外装ケースの開口部を封止する封口体と、を備えた電解コンデンサであって、前記第１のリードタブおよび前記第２のリードタブはいずれも酸化皮膜を有し、前記第２のリードタブの酸化皮膜の耐電圧が前記第１のリードタブの酸化皮膜の耐電圧よりも高い構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、電解コンデンサに関し、電極箔にリードタブが接続された電解コンデンサに関するものである。

従来、電解コンデンサとして、陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を収納する有底筒状のコンデンサケースと、このコンデンサケースの開放端側を塞ぐ封口体とを有するものが知られている。封口体の外端面には陽極端子および陰極端子が引き出され、これらの端子の基端部には、陽極内部端子および陰極内部端子として陽極リードタブおよび陰極リードタブが、それぞれ陽極箔および陰極箔に接続されている（特許文献１参照）。

また、従来の電解コンデンサとして、リードタブに陽極酸化皮膜を有するものを用いることにより、リードタブの腐食を防止するようにしたものが考えられている（特許文献２参照）。

特開平０４－３５２３１３号公報 特開平０６－１７６９７５号公報

しかしながら、電解コンデンサの長寿命化に伴い、従来の電解コンデンサにおいては、電解質の存在による漏れ電流の発生により、寿命末期において陽極リードタブの封口体近傍に腐食が発生する問題があった。

本発明は、リードタブにおける腐食の発生を抑制し得る電解コンデンサを提供することを目的とするものである。

本発明の巻回形コンデンサは、第１のリードタブが接続された弁金属の陽極箔と、第２のリードタブが接続された陰極箔とを、セパレータを介して重ね合わせ、巻回してなるコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を収納する有底円筒状の外装ケースと、前記外装ケースの開口部を封止する封口体と、を備えた電解コンデンサであって、前記第１のリードタブおよび前記第２のリードタブはいずれも酸化皮膜を有し、前記第２のリードタブの酸化皮膜の耐電圧が前記第１のリードタブの酸化皮膜の耐電圧よりも高いことを特徴とする。

この構成によれば、陽極側のリードタブおよび陰極側のリードタブの両方に対して酸化皮膜を形成することにより耐電圧特性を持たせ、さらに、陰極側のリードタブに形成した酸化皮膜の耐電圧を陽極側のリードタブに形成した酸化皮膜の耐電圧よりも高くすることにより、陽極側のリードタブに腐食が発生するまでの時間を延ばすことができる。

また、本発明の電解コンデンサは、上記構成において、前記第１のリードタブの酸化皮膜の耐電圧および前記第２のリードタブの酸化皮膜の耐電圧の比率は１：２以上であることを特徴とする。

この構成によれば、陰極側のリードタブに形成する酸化皮膜の耐電圧を陽極側のリードタブに形成する酸化皮膜の耐電圧の２倍以上とすることにより、陽極側のリードタブに腐食が発生することを効果的に抑制することができる。

本発明の電解コンデンサによると、陽極側のリードタブにおける腐食の発生を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る巻回形コンデンサの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るコンデンサ素子を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る加締め部を示す断面図および平面図である。 本発明の実施形態に係るリードタブの化成処理の説明に供する略線図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態における巻回形の電解コンデンサ１は、主として、コンデンサ素子２と、外装ケース１２と、封口体１１とから構成される。

図２に示すように、コンデンサ素子２は、エッチング処理および誘電体酸化皮膜形成処理が施された陽極箔（陽極アルミニウム箔）３ａと陰極箔（陰極アルミニウム箔）３ｂとがセパレータ４を介して巻回され、素子止めテープ９（図１）で固定される。このコンデンサ素子２は、有底筒状の外装ケース１２（図１）に収納される。

外装ケース１２の開口部には樹脂やゴム等で形成された封口体１１が装着され、該開口部は絞り加工により密閉された構造を有する。

コンデンサ素子２から引き出されるリードタブ５、１５にはそれぞれリード線６、１６が溶接され、封口体１１を介して外部に引き出されている。外装ケース１２は、スリーブ１３によって被覆される。

リードタブ５は、陽極箔３ａに対して加締めまたは溶接等の方法により接続された陽極側のリードタブであり、リードタブ１５は、陰極箔３ｂに対して加締めまたは溶接等の方法により接続された陰極側のリードタブである。

図３（ａ）および（ｂ）に示すように、陽極側のリードタブ５は、コンデンサ素子２の端面から突出する丸棒部５ａと、この丸棒部５ａの一端に形成されており、陽極箔３ａが加締め部７によって接続される扁平部５ｂとから構成されている。

このように、リードタブ５は、アルミニウムからなる丸棒状の部材の一端部を、所定長さだけプレスして扁平部５ｂを形成し、残りの部分を丸棒部５ａとすることによって形成されている。

また、丸棒部５ａの先端（扁平部５ｂと反対側の端部）には、リード線６が溶接されている。

また、陰極側のリードタブ１５も、陽極側のリードタブ５と同様に、コンデンサ素子２の端面から突出する丸棒部１５ａと、この丸棒部１５ａの一端に形成されており、陰極箔３ｂが加締め部７によって接続される扁平部１５ｂとから構成されている。

このように、リードタブ１５は、アルミニウムからなる丸棒状の部材の一端部を、所定長さだけプレスして扁平部１５ｂを形成し、残りの部分を丸棒部１５ａとすることによって形成されている。

また、丸棒部１５ａの先端（扁平部１５ｂと反対側の端部）には、リード線１６が溶接されている。

本実施形態においては、かかる構成の陽極側のリードタブ５および陰極側のリードタブ１５のいずれに対しても、化成処理を施しその表面に酸化皮膜を形成している。

図４は、化成処理の説明に供する略線図である。図４に示すように、液槽３０には化成液３１が貯留され、その中にリードタブ５（１５）が浸漬される。液槽３０の上部には、リードタブ５（１５）に溶接されたリード線６（１６）を保持する保持具３６が設けられており、保持具３６にリード線６（１６）が保持されたリードタブ５（１５）は、その扁平部５ｂ（１５ｂ）および丸棒部５ａ（１５ａ）を含む所定領域が化成液３１内に浸漬される高さに吊下された状態で保持される。

保持具３６は電源４０の陽極に接続されており、陰極は液槽３０中の化成液３１に接続されている。電源４０の電圧を所定の化成電圧に設定して印加することにより、化成液中のリードタブ５（１５）に対して化成処理を施すことができ、当該化成処理によって、リードタブ５（１５）の化成液中の領域ＡＲ１（図４）に酸化皮膜を形成することができる。

本実施形態では、この化成電圧を調整することにより、陽極側のリードタブ５に形成する酸化皮膜の耐電圧（リードタブの耐電圧と称することもある）と陰極側のリードタブ１５に形成する酸化皮膜の耐電圧との比率を１：１超とする（すなわち、陽極側のリードタブ５の耐電圧に対して、陰極側のリードタブ１５の耐電圧を高くする）。

このように、陽極側のリードタブ５および陰極側のリードタブ１５の両方に化成処理を施して酸化皮膜を形成するとともに、陽極側のリードタブ５および陰極側のリードタブ１５に形成した酸化皮膜の耐電圧比率を１：１超とすることにより、漏れ電流を抑え、陽極側のリードタブ５における腐食の発生を抑制することができる。

化成処理が施されたリードタブ５、１５は、加締め・巻取工程において、扁平部５ｂ、１５ｂが陽極箔３ａ、陰極箔３ｂに加締めまたは溶接等の方法によって接続される。

次に、電解コンデンサ１の製造工程について説明する。
所定の幅に切断された陽極箔３ａ（陽極アルミニウム箔）および陰極箔３ｂ（陰極アルミニウム箔）に、上述の化成処理が施され酸化皮膜を形成した外部引き出し電極用のリードタブ５および１５（アルミニウム製）を加締め接続する。陽極箔３ａは弁金属としてアルミニウム箔を用い、弁金属の表面にエッチング処理および誘電体酸化皮膜形成処理を施すことによって、誘電体酸化皮膜が形成されたものを用いる。また、陰極箔３ｂも陽極箔３ａと同様にアルミニウム箔を用い、アルミニウム箔の表面にエッチング処理が施されるとともに自然酸化皮膜が形成されている。なお、陰極箔３ｂについても誘電体酸化皮膜を形成したり、表面にカーボン、チタン、窒化チタン、炭化チタン等を形成したりしてもよい。陽極箔３ａと陰極箔３ｂとを、セルロースを主体としたセパレータ４を介して巻回し、コンデンサ素子２を作製する。

そして、電解質を含浸したコンデンサ素子２をアルミニウム金属ケース（外装ケース１２）に収納し、外装ケース１２の開口部をカーリングして封止した。電解質には、エチレングリコールやγ―ブチロラクトン等を主溶媒とし電解質を溶解した電解液、ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホン酸等の導電性高分子を主成分とする固体電解質、電解液と固体電解質の両方を使用することができる。その後、所定温度に設定された恒温槽内で、外装ケース１２にコンデンサ素子２を収納したアルミニウム電解コンデンサ（電解コンデンサ１）に定格電圧を印加し、エージング処理を施すことにより、電解コンデンサ１の製造工程を終了する。

以下に実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。

化成処理が施され所定の耐電圧特性を有するアルミニウムリードタブ（化成タブ）を陽極アルミニウム箔に加締め接続するとともに、陰極アルミニウム箔にも化成タブを加締め接続する。そして、セパレータを介して陽極アルミニウム箔と陰極アルミニウム箔を重ね合わせ、巻回したアルミニウム電解コンデンサ素子に電解液を含浸し、外装ケース内に封口体と共に挿入する。これにより、定格４００Ｖ／１５０μＦのアルミニウム電解コンデンサ（外形寸法：直径φ１８ｍｍ×長さ４０ｍｍのアルミニウム電解コンデンサ）を製作し、カテゴリ上限温度を超える１１５℃の環境下にて定格電圧（４００Ｖ）を印加した場合に、陽極側のリードタブ５の近傍に腐食が発生するまでの時間を測定した。腐食の発生とは、腐食生成物の付着、またはアルミニウムの溶解が見られた状態を意味する。この測定結果を表１に示す。

実施例１～４は、陽極側のリードタブの耐電圧および陰極側のリードタブの耐電圧を同等とした場合（比較例１）を基準として、陰極側のリードタブの耐電圧を陽極側のリードタブの耐電圧よりも大きくした場合の腐食発生時間を測定した結果を示すものである。

（比較例１）
陽極側のリードタブの耐電圧を２００Ｖ、陰極側のリードタブの耐電圧を２００Ｖとした場合（すなわち、陽極側リードタブの耐電圧および陰極側リードタブの耐電圧の比率を１：１とした場合）は、３０００～３５００時間でリードタブに腐食が発生した。

（実施例１）
陽極側のリードタブの耐電圧を２００Ｖ、陰極側のリードタブの耐電圧を２５０Ｖとした場合（すなわち、陽極側リードタブの耐電圧および陰極側リードタブの耐電圧の比率を１：１．２５とした場合）は、５０００～５５００時間でリードタブに腐食が発生した。

（実施例２）
陽極側のリードタブの耐電圧を２００Ｖ、陰極側のリードタブの耐電圧を３００Ｖとした場合（すなわち、陽極側リードタブの耐電圧および陰極側リードタブの耐電圧の比率を１：１．５とした場合）は、７５００～８０００時間でリードタブに腐食が発生した。

（実施例３）
陽極側のリードタブの耐電圧を２００Ｖ、陰極側のリードタブの耐電圧を４００Ｖとした場合（すなわち、陽極側リードタブの耐電圧および陰極側リードタブの耐電圧の比率を１：２とした場合）は、１００００時間を超えてもリードタブに腐食が発生しなかった。

（実施例４）
陽極側のリードタブの耐電圧を２００Ｖ、陰極側のリードタブの耐電圧を４５０Ｖとした場合（すなわち、陽極側リードタブの耐電圧および陰極側リードタブの耐電圧の比率を１：２．２５とした場合）は、１００００時間を超えてもリードタブに腐食が発生しなかった。

このように、陰極側のリードタブの耐電圧を陽極側のリードタブの耐電圧よりも大きくしていくと、腐食発生時間が延び、陽極側リードタブの耐電圧および陰極側リードタブの耐電圧の比率を１：２以上とした場合に、１００００時間を超えてもリードタブに腐食の発生は認められず、腐食の発生を効果的に抑制することができた。

また、比較例１～比較例５は、陽極側のリードタブの耐電圧および陰極側のリードタブの耐電圧を同等とした場合（比較例１）を基準として、陽極側のリードタブの耐電圧を陰極側のリードタブの耐電圧よりも大きくした場合の腐食発生時間を測定した結果を示すものである。

（比較例２）
陽極側のリードタブの耐電圧を２５０Ｖ、陰極側のリードタブの耐電圧を２００Ｖとした場合（すなわち、陽極側リードタブの耐電圧および陰極側リードタブの耐電圧の比率を１．２５：１とした場合）は、３５００～４０００時間でリードタブに腐食が発生した。

（比較例３）
陽極側のリードタブの耐電圧を３００Ｖ、陰極側のリードタブの耐電圧を２００Ｖとした場合（すなわち、陽極側リードタブの耐電圧および陰極側リードタブの耐電圧の比率を１．５：１とした場合）は、３５００～４０００時間でリードタブに腐食が発生した。

（比較例４）
陽極側のリードタブの耐電圧を４００Ｖ、陰極側のリードタブの耐電圧を２００Ｖとした場合（すなわち、陽極側リードタブの耐電圧および陰極側リードタブの耐電圧の比率を２：１とした場合）は、４０００～４５００時間でリードタブに腐食が発生した。

（比較例５）
陽極側のリードタブの耐電圧を４５０Ｖ、陰極側のリードタブの耐電圧を２００Ｖとした場合（すなわち、陽極側リードタブの耐電圧および陰極側リードタブの耐電圧の比率を２．２５：１とした場合）は、４０００～４５００時間でリードタブに腐食が発生した。

このように、陽極側のリードタブの耐電圧を陰極側のリードタブの耐電圧よりも大きくしていくと、その比率が大きくなるほど、腐食の発生が認められるまでの時間は僅かに長くなるが、陰極側のリードタブの耐電圧を陽極側のリードタブの耐電圧よりも高くした場合（実施例１～実施例４）に比べて、腐食発生時間は相対的に短くなっている。また、陽極側リードタブの耐電圧および陰極側リードタブの耐電圧の比率が２：１以上となっても、４０００～４５００時間で腐食が発生しており、陰極側のリードタブの耐電圧を陽極側のリードタブの耐電圧よりも大きくした場合に比べて、腐食の発生を抑制するという点において、その効果は限定的となっている。

また、従来例１は、陽極側のリードタブおよび陰極側のリードタブのいずれも化成処理を施さない場合の腐食発生時間を測定したものであり、従来例２は、陽極側のリードタブのみに化成処理を施した場合の腐食発生時間を測定したものである。

（従来例１）
陽極側のリードタブおよび陰極側のリードタブのいずれも化成処理を施さない電解コンデンサ（陽極側のリードタブの耐電圧および陰極側のリードタブの耐電圧はいずれも０Ｖ）においては、１５００～１７００時間でリードタブに腐食が発生した。

（従来例２）
陽極側のリードタブの耐電圧を２００Ｖ、陰極側のリードタブの耐電圧を０Ｖとした場合（すなわち、陰極側リードタブには化成処理を施していない場合）は、２０００～２３００時間でリードタブに腐食が発生した。

このように、陰極側のリードタブに化成処理を施していない場合（すなわち、陰極側のリードタブの耐電圧が０Ｖである場合）、陰極側のリードタブの耐電圧を陽極側のリードタブの耐電圧よりも高くした場合（実施例１～実施例４）に比べて、リードタブに腐食が発生するまでの時間が短いことが分かる。

以上の測定結果から以下のことが分かる。
陽極側のリードタブおよび陰極側のリードタブの両方に対して化成処理を施してそれぞれに所定の耐電圧特性を持たせ、さらに、陰極側のリードタブの耐電圧を陽極側のリードタブの耐電圧よりも大きくすることにより、腐食発生時間を延ばすことができることが分かる（実施例１～実施例４）。また、陽極側のリードタブの耐電圧および陰極側のリードタブの耐電圧の比率を１：２以上とすることにより、電解コンデンサのリードタブに腐食が発生することを効果的に抑制することができることが分かる（実施例３、実施例４）。

なお、上述の実施形態においては、定格４００Ｖ／１５０μＦのリード線形アルミニウム電解コンデンサ（外形寸法：直径φ１８ｍｍ×長さ４０ｍｍのアルミニウム電解コンデンサ）について述べたが、本発明はこれに限られず、チップ形、基板自立形、ネジ端子形のアルミニウム電解コンデンサ、導電性高分子アルミニウム電解コンデンサ、導電性高分子ハイブリッドアルミニウム電解コンデンサ等、種々のアルミニウム電解コンデンサに広く適用することができる。

１ 電解コンデンサ
２ コンデンサ素子
３ａ 陽極箔
３ｂ 陰極箔
４ セパレータ
５、１５ リードタブ
５ａ 丸棒部
５ｂ 扁平部
７ 加締め部
１１ 封口体
１２ 外装ケース
１３ スリーブ
３０ 液槽
３１ 化成液
３６ 保持具
４０ 電源

Claims (2)

1. 第１のリードタブが接続された弁金属の陽極箔と、第２のリードタブが接続された陰極箔とを、セパレータを介して重ね合わせ、巻回してなるコンデンサ素子と、
   前記コンデンサ素子を収納する有底円筒状の外装ケースと、
   前記外装ケースの開口部を封止する封口体と、を備えた電解コンデンサであって、
   前記第１のリードタブおよび前記第２のリードタブはいずれも酸化皮膜を有し、前記第２のリードタブの酸化皮膜の耐電圧が前記第１のリードタブの酸化皮膜の耐電圧よりも高いことを特徴とする電解コンデンサ。
2. 前記第１のリードタブの酸化皮膜の耐電圧および前記第２のリードタブの酸化皮膜の耐電圧の比率は１：２以上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。
   

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