JP6920593B2 - 電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
前記タブ端子は、第1金属を含む第1部分と、第2金属を含む第2部分と、を有し、
前記樹脂層は、前記第1部分および前記第2部分と接触しており、
前記第1金属の線膨張係数α1、前記第2金属の線膨張係数α2、および前記樹脂層の線膨張係数αrは、α1<αr<α2またはαr<α1<α2の関係を充足する、電解コンデンサに関する。
前記封止する工程の後、前記封口部材の前記有底ケースの外側に配される主面に、前記主面の少なくとも一部を覆う樹脂層を形成する工程と、を備え、
前記タブ端子は、第1金属を含む第1部分と、第2金属を含む第2部分と、を有し、
前記樹脂層は、前記第1部分および前記第2部分と接触しており、
前記第1金属の線膨張係数α1、前記第2金属の線膨張係数α2、および前記樹脂層の線膨張係数αrは、α1<αr<α2またはαr<α1<α2の関係を充足する、電解コンデンサの製造方法に関する。
本発明の一実施形態に係る電解コンデンサは、コンデンサ素子と、コンデンサ素子を収容する有底ケースと、有底ケースの開口を封止する封口部材と、コンデンサ素子に接続され、かつ封口部材を貫通するタブ端子と、封口部材の有底ケースの外側に配される主面の少なくとも一部を覆う樹脂層と、を備える。タブ端子は、第1金属を含む第1部分と、第2金属を含む第2部分と、を有する。樹脂層は、第1部分および第2部分と接触しており、第1金属の線膨張係数α1、前記第2金属の線膨張係数α2、および樹脂層の線膨張係数αrは、α1<αr<α2またはαr<α1<α2の関係を充足する。
図1は、本実施形態に係る電解コンデンサの断面模式図である。図2は、同電解コンデンサに係る巻回体の一部を展開した概略図である。
(有底ケース)
コンデンサ素子を収容する有底ケースには、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、鉄、真鍮などの金属あるいはこれらの合金が挙げられる。有底ケースには、例えば、第1金属または第2金属と同じ金属を利用してもよい。
コンデンサ素子を収容した後、有底ケースの開口は、封口部材で封止される。
封口部材は、絶縁性物質であればよい。絶縁性物質としては弾性体が好ましい。ゴムなどの弾性体を含む封口部材を用いることで、高い封止性を確保することができる。高い耐熱性が得られ易い観点からは、シリコーンゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム(ハイパロンゴムなど)、ブチルゴム、イソプレンゴムなどが好ましい。
封口部材の有底ケースの外側に配される主面には、この主面の少なくとも一部を覆うように樹脂層が形成されている。より具体的には、樹脂層が、第1部分および第2部分と接触するように、樹脂層は、封口部材の主面において、少なくとも、第1部分と第2部分との接続部分およびその周辺を覆うように配される。封口部材の酸化劣化を抑制する効果が得られ易い観点からは、封口部材の、有底ケースの外側に露出する領域全体を覆うように樹脂層を形成することが望ましい。
タブ端子は、第1金属を含む第1部分と第2金属を含む第2部分とを有する。タブ端子の一方の端部(具体的には、第2部分)は、コンデンサ素子に接続しており、他方の端部(具体的には、第1部分)は、封口部材の孔から導出される。樹脂層は、タブ端子の封口部材から外側に露出した部分に接触している。より具体的には、タブ端子の第1部分と第2部分とは、溶接などにより接続されており、この接続部分は封口部材から外側に露出している。そして、樹脂層は、少なくともこの接続部分およびその周辺に接触していることが好ましい。
第2金属(または第2部分)の線膨張係数α2とα1との差(=α2−α1)は、例えば、0.5×10-6/℃以上であり、23.5×10-6/℃以上であってもよい。α2−α1は、例えば、30.0×10-6/℃以下である。
α1やα2−α1がこのような範囲である場合、タブ端子の高い導電性や集電性を確保しながらも、樹脂層の線膨張係数αrを調節し易い。
タブ端子(棒状部や扁平部など)のサイズは、電解コンデンサのサイズや封口部材の厚みなどに応じて適宜決定すればよい。
(陽極箔)
陽極箔としては、例えば、表面が粗面化された金属箔が挙げられる。金属箔を構成する金属の種類は特に限定されないが、誘電体層の形成が容易である点から、アルミニウム、タンタル、ニオブなどの弁作用金属、または弁作用金属を含む合金を用いることが好ましい。
誘電体層は、陽極箔の表面に形成される。具体的には、誘電体層は、粗面化された金属箔の表面に形成されるため、陽極箔の表面の孔や窪み(ピット)の内壁面に沿って形成される。
陰極箔には、例えば、金属箔が使用される。金属の種類は特に限定されないが、アルミニウム、タンタル、ニオブなどの弁作用金属または弁作用金属を含む合金を用いることが好ましい。陰極箔には、必要に応じて、粗面化および/または化成処理を行ってもよい。粗面化および化成処理は、例えば、陽極箔について記載した方法などにより行なうことができる。
セパレータとしては、特に制限されず、例えば、セルロース、ポリエチレンテレフタレート、ビニロン、ポリアミド(例えば、脂肪族ポリアミド、アラミドなどの芳香族ポリアミド)の繊維を含む不織布などを用いてもよい。
電解液としては、非水溶媒であってもよく、非水溶媒とこれに溶解させたイオン性物質(溶質、例えば、有機塩)との混合物であってもよい。非水溶媒は、有機溶媒でもよく、イオン性液体でもよい。非水溶媒としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、スルホラン、γ−ブチロラクトン、N−メチルアセトアミドなどを用いることができる。有機塩としては、例えば、マレイン酸トリメチルアミン、ボロジサリチル酸トリエチルアミン、フタル酸エチルジメチルアミン、フタル酸モノ1,2,3,4−テトラメチルイミダゾリニウム、フタル酸モノ1,3−ジメチル−2−エチルイミダゾリニウムなどが挙げられる。
上記の電解コンデンサは、タブ端子が接続したコンデンサ素子を収容した有底ケースの開口を、コンデンサ素子から延在するタブ端子を貫通させた状態の封口部材で封止する工程と、封止する工程の後、封口部材の有底ケースの外側に配される主面に、主面の少なくとも一部を覆う樹脂層を形成する工程と、を備える製造方法により製造できる。巻回体やコンデンサ素子を有底ケースに収容する際には、巻回体やコンデンサ素子に接続されたタブ端子が、有底ケースの開口側に位置するように、収容される。電解質は、封止工程の前にコンデンサ素子に含浸される。また、組み立てた電解コンデンサには、定格電圧を印加しながら、エージング処理を行ってもよい。
(封止工程)
封止工程では、例えば、コンデンサ素子から延在するタブ端子を貫通させた状態の封口部材を、有底ケース内に収容したコンデンサ素子の上方に配置し、次に、有底ケースの開口端近傍に、横絞り加工を施して封口部材を固定する。そして、有底ケースの開口端は、その近傍で封口部材をかしめて、カール加工される。
図1に示すような座板を配置する場合には、カール部分に配置すればよい。
この工程では、封止した後に、封口部材の有底ケースの外側に配される主面(上面)に樹脂層を形成する。例えば、封口部材の上記の主面に、硬化性樹脂組成物を塗布して塗膜を形成し、塗膜を硬化させることにより、硬化性樹脂組成物の硬化物で構成された樹脂層を形成することができる。塗膜は、公知の塗布方法により形成できる。
なお、樹脂層は、座板と一体で形成されていてもよい。このような樹脂層は、例えば、封口部材の周囲を金型で覆い、硬化性樹脂組成物を金型内に流し込む(または射出成形する)ことによって塗膜を形成し、塗膜を硬化させることで形成することができる。
本実施例では、定格電圧35V、定格静電容量270μFの巻回型の電解コンデンサ(直径10mm×長さ10mm)を作製した。以下に、電解コンデンサの具体的な製造方法について説明する。
表面を粗面化したAl箔に、アジピン酸アンモニウム溶液を用いて化成処理し、誘電体層を形成した。得られた陽極箔を所定サイズに裁断した。陽極箔と陰極箔としてのAl箔に、それぞれ、タブ端子の扁平部を接続し、陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回し、外側表面を巻止めテープで固定することで巻回体を作製した。このとき、タブ端子の棒状部および線状部は、巻回体より引き出した状態で、タブ端子を巻き込みながら巻回した。巻回体に、さらにアジピン酸アンモニウム溶液を用いて再度化成処理した。
ケース内に電解液を注液し、減圧雰囲気(40kPa)中でコンデンサ素子に電解液を含浸させた。電解液としては、γブチロラクトンとスルホランとフタル酸エチルジメチルアミンとを含む溶液を用いた。
図1に示すようなブチルゴム製の封口部材に、コンデンサ素子から導出されたタブ端子を貫通させ、線状部を封口部材の外側に引き出した。この状態で、封口部材を、ケースの開口に嵌め込み、深絞り加工を施して、封口部材を固定した。ケースの開口端をカール加工することにより、コンデンサ素子を封止した。
エポキシ樹脂と、フィラーとしての平均粒径10μmの球状シリカと、硬化剤とを含む熱硬化性樹脂組成物を、封口部材の上面に塗布し、塗膜を熱硬化性樹脂組成物の硬化温度以上に加熱して、図1に示すような樹脂層(厚み0.3mm)を形成した。硬化性樹脂組成物の固形分全体(つまり、形成された樹脂層)に占めるフィラーの含有量は、75質量%であった。また、樹脂層の線膨張係数αrは、19×10-6/℃(α1<αr<α2)であった。
その後、定格電圧を印加しながら、130℃で2時間エージング処理を行った。このようにして、電解コンデンサを完成させた。
(静電容量およびESR)
得られた電解コンデンサについて、下記の手順で、静電容量およびESR値を求めた。
4端子測定用のLCRメータを用いて、電解コンデンサの周波数120Hzにおける静電容量(初期静電容量)(μF)を測定した。
4端子測定用のLCRメータを用いて、電解コンデンサの周波数100kHzにおけるESR値(初期ESR値)(mΩ)を測定した。
静電容量およびESR値は、それぞれ、ランダムに選択した10個の電解コンデンサについて測定し、平均値を算出した。
ランダムに選択した10個の電解コンデンサを、165℃で1500時間の条件下で保存し、電解コンデンサの陽極箔と陰極箔との間に35Vの電圧を印加し、120秒後の漏れ電流を測定した。そして、漏れ電流量が500μAを超えるものを不良品と判断して、10個の電解コンデンサに占める不良品の個数をLC不良率とし、漏れ電流の指標とした。
ランダムに選択した120個の電解コンデンサを、165℃で150時間の条件下で保存し、樹脂層の劣化(割れ)を目視で観察した。10個の電解コンデンサに占める樹脂層に割れが見られた電解コンデンサの個数を求めた。
硬化性樹脂組成物の固形分全体に占めるフィラーの含有量を、70質量%に変更したこと以外は、実施例1と同様に、樹脂層および電解コンデンサを形成し、評価を行った。樹脂層の線膨張係数αrは、20×10-6/℃(α1<αr<α2)であった。
硬化性樹脂組成物の固形分全体に占めるフィラーの含有量を、85質量%に変更したこと以外は、実施例1と同様に、樹脂層および電解コンデンサを形成し、評価を行った。樹脂層の線膨張係数αrは、10×10-6/℃(αr<α1<α2)であった。
樹脂層を形成しなかったこと以外は、実施例1と同様に、電解コンデンサを形成し、評価を行った。比較例1については、樹脂層の劣化に代えて、封口部材の劣化(割れ)を評価した。
硬化性樹脂組成物の固形分全体に占めるフィラーの含有量を、50質量%に変更したこと以外は、実施例1と同様に、樹脂層および電解コンデンサを形成し、評価を行った。樹脂層の線膨張係数αrは、38×10-6/℃(α1<α2<αr)であった。
実施例および比較例の評価結果を表1に示す。A1〜A3は、実施例であり、B1〜B2は、比較例である。
Claims (5)
- コンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を収容する有底ケースと、前記有底ケースの開口を封止する封口部材と、前記コンデンサ素子に接続され、かつ前記封口部材を貫通するタブ端子と、前記封口部材の前記有底ケースの外側に配される主面の少なくとも一部を覆う樹脂層と、を備え、
前記タブ端子は、第1金属を含む第1部分と、第2金属を含む第2部分と、を有し、
前記樹脂層は、前記第1部分および前記第2部分と接触しており、
前記第1金属の線膨張係数α1、前記第2金属の線膨張係数α2、および前記樹脂層の線膨張係数αrは、α1<αr<α2またはαr<α1<α2の関係を充足する、電解コンデンサ。 - 前記樹脂層は、前記有底ケースの開口端に接触している、請求項1に記載の電解コンデンサ。
- 前記第1金属は、鉄、銅、ニッケルおよび錫からなる群より選択される少なくとも一種を含み、
前記第2金属は、アルミニウムを含む、請求項1または2に記載の電解コンデンサ。 - 前記第2部分は、前記コンデンサ素子と接続しており、前記封口部材を貫通する棒状部を有し、
前記第1部分は、前記封口部材から露出しており、前記棒状部の先端から延在する線状部を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。 - タブ端子が接続したコンデンサ素子を収容した有底ケースの開口を、前記コンデンサ素子から延在する前記タブ端子を貫通させた状態の封口部材で封止する工程と、
前記封止する工程の後、前記封口部材の前記有底ケースの外側に配される主面に、前記主面の少なくとも一部を覆う樹脂層を形成する工程と、を備え、
前記タブ端子は、第1金属を含む第1部分と、第2金属を含む第2部分と、を有し、
前記樹脂層は、前記第1部分および前記第2部分と接触しており、
前記第1金属の線膨張係数α1、前記第2金属の線膨張係数α2、および前記樹脂層の線膨張係数αrは、α1<αr<α2またはαr<α1<α2の関係を充足する、電解コンデンサの製造方法。
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