JP2000294456A - 電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低インピーダンス特性を有し、高温寿命特性
の良好な電解コンデンサを提供する。 【解決手段】 ＰＶＡ溶液を気体中へ押し出して形成し
たフィラメント状の繊維とマニラ麻繊維を含有する主体
繊維を混抄したセパレータを用いたので、セパレータの
強度が向上し、低密度のセパレータを用いることができ
る。そして、マニラ繊維を主体繊維として用いているの
で、さらに、低密度化が図れ、コンデンサの低インピー
ダンス特性を実現することができる。また、１２５℃の
高温寿命特性は良好である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は電解コンデンサに
関する。

【０００２】

【従来の技術】電解コンデンサは一般的には以下のよう
な構成を取っている。すなわち、帯状に形成された高純
度のアルミニウム箔を化学的あるいは電気化学的にエッ
チングを行って拡面処理するとともに、拡面処理したア
ルミニウム箔をホウ酸アンモニウム水溶液等の化成液中
にて化成処理することによりアルミニウム箔の表面に酸
化皮膜層を形成させた陽極箔と、同じく高純度のアルミ
ニウム箔を拡面処理した陰極箔をセパレータを介して巻
回してコンデンサ素子が形成される。そしてこのコンデ
ンサ素子には駆動用の電解液が含浸され、金属製の有底
筒状の外装ケースに収納される。さらに外装ケースの開
口端部は弾性ゴムよりなる封口体が収納され、さらに外
装ケースの開口端部を絞り加工により封口を行い、電解
コンデンサを構成する。

【０００３】そして、小型、低圧用の電解コンデンサ
の、コンデンサ素子に含浸される電解液としては、従来
より、エチレングリコールを主溶媒とし、アジピン酸、
安息香酸などのアンモニウム塩を溶質とするもの、また
は、γ−ブチロラクトンを主溶媒とし、フタル酸、マレ
イン酸などの四級化環状アミジニウム塩を溶質とするも
の等が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような電解コンデ
ンサの用途として、スイッチング電源の出力平滑回路等
がある。このような電子機器の用途においては、低イン
ピーダンスが要求されるが、電子機器の小型化が進むに
つれて、電解コンデンサの低インピーダンスの要求がさ
らに大きなものとなってきている。この要求には、従来
の電解コンデンサでは対応することができず、さらに低
インピーダンス特性を有する電解コンデンサがのぞまれ
ていた。

【０００５】そこで、本発明は、この問題点を改善する
もので、低インピーダンス特性を有し、かつ、高温寿命
特性の良好な電解コンデンサを提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、陽極箔と陰極
箔とセパレータを巻回してなるコンデンサ素子に駆動用
電解液を含浸し、このコンデンサ素子を外装ケースに収
納し、この外装ケースの開口部を封口部材で封口してな
る電解コンデンサにおいて、ポリビニルアルコール溶液
を気体中へ押し出して形成したフィラメント状の繊維と
マニラ麻繊維を含有する主体繊維を混抄したセパレータ
を用いたことを特徴とする。

【０００７】また、前記駆動用電解液が、γ−ブチロラ
クトンを含有する溶媒を用いたことを特徴とする。

【０００８】また、前記セパレータの密度が０．１５〜
０．６５ｇ／ｃｍ² であることを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の電解コンデンサは、以下
のようなセパレータを用いる。まず、ポリビニルアルコ
ール（以下ＰＶＡ）の溶液を用い、いわゆる、乾式紡糸
法にてＰＶＡ繊維を形成する。すなわち、ＰＶＡ溶液を
微細な紡糸口金孔から不活性ガスまたは空気中に押し出
し、紡糸しながら、溶媒を不活性ガスまたは空気中に拡
散することによって、フィラメント状の糸条を形成し
て、巻き取る。通常の乾式紡糸法においては、この後
に、延伸及び熱処理を行うが、本発明においては、この
処理を行わない。

【００１０】ここで、ＰＶＡ水溶液は、３０〜４０％の
ものを用い、熱空気中で紡糸することが好ましい。この
際に使用するＰＶＡの重合度は、２００〜３５００のも
のを用いることができる。ケン化度については、７０モ
ル％程度の部分ケン化のものから、９９モル％以上の完
全ケン化のものまで、通常使用されているケン化度のも
のを用いることができるが、９０％以上のものを用いる
ことが好ましい。

【００１１】次に、主体繊維となる、マニラ麻パルプを
含むパルプを、離解等の処理を施した後に、叩解する。
ここに前記のＰＶＡ繊維を混合し、これを抄紙して、電
解紙を形成し、裁断して、本発明のセパレータが形成さ
れる。

【００１２】セパレータの主体繊維となる、原料パルプ
はＣＳＦの数値に特に限定はないが、マニラ麻パルプを
含有させる。そして、このパルプには、エスパルト、サ
イザル、ヘンプ等を混合させることができる。これらの
中では、マニラ麻とエスパルトの混合物を用いると、低
密度化が図れるので好適であり、さらに、この混合物に
サイザル、ヘンプ等を混合させることができる。

【００１３】そして、この原料パルプに離解、除塵、脱
水等の処理を施した後、叩解し、ここに、ＰＶＡ繊維を
混合するが、主体繊維とＰＶＡ繊維の混合比率は９５：
５から４０：６０とすることが好ましい。つぎに、この
調整材料の抄紙は、円網抄紙機、長網抄紙機、長網円網
コンビネーション機等にて行われる。

【００１４】セパレータの密度は、０．１５〜０．６５
ｇ／ｃｍ² であり、好ましくは、０．１５〜０．３０ｇ
／ｃｍ² である。この範囲未満ではセパレータの強度が
不十分であり、この範囲を越えると、コンデンサのｔａ
ｎδが大きくなる。また、セパレータの厚みは、３０〜
８０μｍであり、好ましくは４０〜５０μｍである。こ
の範囲未満では、強度が不十分であり、この範囲を越え
ると、ｔａｎδが大きくなる。

【００１５】そして、以下のような電解液を用いる。

【００１６】本発明の溶媒としては、プロトン性極性溶
媒、非プロトン性溶媒、及びこれらの混合物を用いるこ
とができる。プロトン性極性溶媒としては、一価アルコ
ール類（エタノール、プロパノール、ブタノール、ペン
タノール、ヘキサノール、シクロブタノール、シクロペ
ンタノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール
等）、多価アルコール類およびオキシアルコール化合物
類（エチレングリコール、プロピレングリコール、グリ
セリン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、メトキ
シプロピレングリコール、ジメトキシプロパノール等）
などが挙げられる。また、非プロトン性の極性溶媒とし
ては、アミド系（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）、ラクトン類（γ−ブチロラクト
ン、δ−バレロラクトン、γ−バレロラクトン等）、ス
ルホラン系（スルホラン、３−メチルスルホラン、２，
４−ジメチルスルホラン等）、環状アミド系（Ｎ─メチ
ル─２─ピロリドン、エチレンカーボネイト、プロピレ
ンカーボネイト、イソブチレンカーボネイト等）、ニト
リル系（アセトニトリル等）、オキシド系（ジメチルス
ルホキシド等）、２−イミダゾリジノン系〔１，３−ジ
アルキル−２−イミダゾリジノン（１，３−ジメチル−
２−イミダゾリジノン、１，３−ジエチル−２−イミダ
ゾリジノン、１，３−ジ（ｎ−プロピル）−２−イミダ
ゾリジノン等）、１，３，４−トリアルキル−２−イミ
ダゾリジノン（１，３，４−トリメチル−２−イミダゾ
リジノン等）〕などが代表として、挙げられる。これら
の中で、γ−ブチロラクトンを含有することが好まし
い。

【００１７】電解液の溶質としては、アジピン酸、ギ
酸、安息香酸などのカルボン酸のアンモニウム塩、４級
アンモニウム塩、またはアミン塩を用いることができ
る。第４級アンモニウム塩を構成する第４級アンモニウ
ムとしてはテトラアルキルアンモニウム（テトラメチル
アンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロ
ピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、メチル
トリエチルアンモニウム、ジメチルジエチルアンモニウ
ム等）、ピリジウム（１−メチルピリジウム、１−エチ
ルピリジウム、１，３−ジエチルピリジウム等）が挙げ
られる。また、アミン塩を構成するアミンとしては、一
級アミン（メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミ
ン、ブチルアミン、エチレンジアミン、モノエタノール
アミン等）、二級アミン（ジメチルアミン、ジエチルア
ミン、ジプロピルアミン、エチルメチルアミン、ジフェ
ニルアミン、ジエタノールアミン等）、三級アミン（ト
リメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミ
ン、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）−ウンデセ
ン−７、トリエタノールアミン等）があげられる。

【００１８】さらに、四級化環状アミジニウムイオンを
カチオン成分とする塩を用いることができる。この塩の
アニオン成分となる酸としては、フタル酸、イソフタル
酸、テレフタル酸、マレイン酸、安息香酸、トルイル
酸、エナント酸、マロン酸等を挙げることができる。

【００１９】カチオン成分となる四級化環状アミジニウ
ムイオンは、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−置換アミジン基をもつ環状
化合物を四級化したカチオンであり、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−置
換アミジン基をもつ環状化合物としては、以下の化合物
が挙げられる。イミダゾール単環化合物（１−メチルイ
ミダゾール、１−フェニルイミダゾール、１，２−ジメ
チルイミダゾール、１−エチル−２−メチルイミダゾー
ル、１，２−ジメチルイミダゾール、１−エチル−２−
メチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、
１，２，４−トリメチルイミダゾール等のイミダゾール
同族体、、１−メチル−２−オキシメチルイミダゾー
ル、１−メチル−２−オキシエチルイミダゾール等のオ
キシアルキル誘導体、１−メチル−４（５）−ニトロイ
ミダゾール等のニトロ誘導体、１，２−ジメチル−５
（４）−アミノイミダゾール等のアミノ誘導体等）、ベ
ンゾイミダゾール化合物（１−メチルベンゾイミダゾー
ル、１−メチル−２−ベンゾイミダゾール、１−メチル
−５（６）−ニトロベンゾイミダゾール等）、２−イミ
ダゾリン環を有する化合物（１−メチルイミダゾリン、
１，２−ジメチルイミダゾリン、１，２，４−トリメチ
ルイミダゾリン、１−メチル−２−フェニルイミダゾリ
ン、１−エチル−２−メチル−イミダゾリン、１，４−
ジメチル−２−エチルイミダゾリン、１−メチル−２−
エトキシメチルイミダゾリン等）、テトラヒドロピリミ
ジン環を有する化合物（１−メチル−１，４，５，６−
テトラヒドロピリミジン、１，２−ジメチル−１，４，
５，６−テトラヒドロピリミジン、１，５−ジアザビシ
クロ〔４，３，０〕ノネン−５等）等である。

【００２０】このような四級化環状アミジニウムイオン
をカチオン成分とする塩を用いると、電解液の高電導度
化が図れるので、好適である。

【００２１】さらに、本発明の電解コンデンサ用電解液
に、ほう酸、マンニット、ノニオン性界面活性剤、コロ
イダルシリカ等を添加することによって、耐電圧の向上
をはかることができる。

【００２２】そして、前述のように形成したセパレータ
を介して、陽極箔と陰極箔を巻回してコンデンサ素子を
形成し、このコンデンサ素子に、前記電解液を含浸す
る。ここで、コンデンサ素子を形成した後、電解液を含
浸する前に、コンデンサ素子を水等の溶剤に浸漬して、
セパレータのＰＶＡを溶出させ、その後に、電解液を含
浸させることもできる。次いで、このコンデンサ素子を
外装ケースに収納し、封口体で封口する。最後に、常法
により、加熱、電圧印加して、再化成を行って、本発明
の電解コンデンサが作成される。

【００２３】以上の本発明の電解コンデンサは、低イン
ピーダンス特性を有し、さらに、高温寿命特性も良好で
ある。

【００２４】一般に、電解コンデンサのインピーダンス
特性は電解箔、リード線、セパレータ等のインピーダン
スと、電解液の電導度の成分からなるが、本発明におい
ては、これらのインピーダンス成分のうち、セパレータ
のインピーダンス成分の低減を試みたものである。

【００２５】すなわち、本願発明のセパレータは、乾式
紡糸法において、フィラメント状の糸条を形成した後、
通常は実施する延伸及び熱処理を行っていないＰＶＡ繊
維とマニラ麻繊維を含有する主体繊維を混抄したもので
ある。このセパレータは強度が高いので、従来より低密
度のセパレータを用いることができ、そのことによっ
て、コンデンサのインピーダンスを低減させることがで
きる。そして、マニラ麻繊維を主体繊維として用いてい
るので、さらに、セパレータの低密度化が図れ、インピ
ーダンスは低減する。

【００２６】そして、γ−ブチロラクトンを含有した溶
媒を用い、マニラ麻繊維を含有する主体繊維を用いる
と、理由は明らかでないが、インピーダンスがさらに低
減する。この主体繊維にクラフト繊維等を用いると、マ
ニラ麻繊維を用いた場合ほどのインピーダンスの低減は
図れない。また、電解液にほう酸が含有されていると、
ＰＶＡ繊維が電解液へ溶解してセパレータの密度が低減
するので、さらに好適である。

【００２７】また、コンデンサ素子を、水等の溶剤に浸
漬して、セパレータのＰＶＡ繊維を溶出させ、その後
に、電解液を含浸させることができる。セパレータのＰ
ＶＡ繊維を溶出させることによって、セパレータの密度
が低減するので、さらにコンデンサのインピーダンスは
低減する。

【００２８】そして、以上のような本発明の電解コンデ
ンサは、１２５℃の高温寿命特性も良好である。

【００２９】

【実施例】次にこの発明について実施例を示し、詳細に
説明する。セパレータは以下のように作成した。ＰＶＡ
（ケン化度９８モル％、重合度１７００）を３５％溶解
した水溶液を紡糸口金孔より熱空気中に押し出して、糸
状を形成して、これを巻き取って、ＰＶＡ繊維を形成す
る。次に、マニラ麻とエスパルトのパルプに離解、除
塵、脱水処理を施し、これを叩解する。このパルプに前
記のＰＶＡ繊維を８０：２０の割合で混合する。そして
この混合原料を円網抄紙機で抄造して、電解紙を形成
し、この電解紙を裁断してセパレータを形成した。

【００３０】ここで、作成した電解紙は、電解紙Ａであ
り、密度は０．２３ｇ／ｃｍ² である。また、比較例と
してクラフト繊維を主体繊維とする電解紙Ｂを作成し
た。密度は０．５０ｇ／ｃｍ² である。なお、従来のマ
ニラ麻繊維を用いた電解紙Ｃの密度は０．２８ｇ／ｃｍ
² である。

【００３１】次いで、このようにして作成したセパレー
タを介して、陽極箔と、陰極箔を巻回してコンデンサ素
子を形成する。陽極電極箔は、純度９９．９％のアルミ
ニウム箔を酸性溶液中で化学的あるいは電気化学的にエ
ッチングして拡面処理した後、アジピン酸アンモニウム
の水溶液中で化成処理を行い、その表面に陽極酸化皮膜
層を形成したものを用いる。陰極箔として、純度９９．
９％のアルミニウム箔をエッチングして拡面処理した箔
を用いた。

【００３２】上記のように構成したコンデンサ素子に、
電解コンデンサの駆動用の電解液を含浸する。この電解
液を含浸したコンデンサ素子を、有底筒状のアルミニウ
ムよりなる外装ケースに収納し、外装ケースの開口端部
に、ブチルゴム製の封口体を挿入し、さらに外装ケース
の端部を絞り加工することにより電解コンデンサの封口
を行う。

【００３３】ここで用いる電解液の組成と特性及び電解
紙を（表１）に示す。また、実施例４として、コンデン
サ素子形成後、コンデンサ素子を１００℃の水中に５分
間浸漬し、その後に、実施例１の電解液を含浸して、電
解コンデンサを作成した。

【００３４】以上のように構成した電解コンデンサの高
温寿命試験を行った。電解コンデンサの定格は、５０Ｗ
Ｖ−１００μＦである。１２５℃、定格電圧負荷、１０
００時間の結果を（表２）に示す。

【００３５】

【表１】 （注）ＢＬ ：γ−ブチロラクトン EDMIP ：フタル酸1-エチル-2,3- ジメチルイミダゾリニ
ウム TMAP ：フタル酸テトラメチルアンモニウム TEMP ：フタル酸トリメチルアンモニウム

【００３６】

【表２】 （注）Cap ：静電容量（μＦ）、tan δ：誘電損失の正
接（１２０Ｈｚ）、LC：漏れ電流（μＡ）、ESR ：等価
直列抵抗（ｍΩ／１００ｋＨｚ）、ΔCap ：静電容量変
化率（％）

【００３７】（表２）から明らかなように、本発明の四
級化環状アミジニウム塩を用いた実施例１は、従来例１
に比べて、また、三級アンモニウム塩を用いた実施例３
は従来例２に比べて、初期及び高温寿命試験後のＥＳＲ
は約８０％低減されている。また、四級アンモニウム塩
を用いた実施例２のＥＳＲも低いものとなっている。さ
らに、セパレータのＰＶＡ繊維を除去したコンデンサ素
子を用いた実施例４のＥＳＲは、従来例に比べて、約３
０％低減されており、本発明のセパレータの効果がわか
る。また、本発明のセパレータにおいて、クラフト繊維
を主体繊維として用いた比較例は、ＥＳＲが１０倍以上
となっており、主体繊維にマニラ麻繊維を用いる効果が
明らかである。

【００３８】

【発明の効果】本発明の電解コンデンサは、ＰＶＡ溶液
を気体中へ押し出して形成したフィラメント状の繊維と
マニラ麻繊維を含有する主体繊維を混抄したセパレータ
を用いたものである。本発明のセパレータを用いること
によって、セパレータの強度が向上するので、低密度の
セパレータを用いることができ、このことによって、コ
ンデンサのインピーダンスが低減する。そして、マニラ
繊維を主体繊維として用いているので、さらに、セパレ
ータの低密度化が図れ、インピーダンスは低減する。ま
た、γ−ブチロラクトンを含有する溶媒を電解液として
用いると、マニラ繊維との相乗効果によって、さらにイ
ンピーダンスが低減する。また、この電解コンデンサの
１２５℃高温寿命特性は良好である。以上のように、本
発明によって、低インピーダンス特性を有し、高温寿命
特性の良好な電解コンデンサを実現することができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽極箔と陰極箔とセパレータを巻回して
   なるコンデンサ素子に駆動用電解液を含浸し、このコン
   デンサ素子を外装ケースに収納し、この外装ケースの開
   口部を封口部材で封口してなる電解コンデンサにおい
   て、ポリビニルアルコール溶液を気体中へ押し出して形
   成したフィラメント状の繊維とマニラ麻繊維を含有する
   主体繊維を混抄したセパレータを用いた電解コンデン
   サ。
2. 【請求項２】 γ−ブチロラクトンを含有する溶媒から
   なる駆動用電解液を用いた請求項１記載の電解コンデン
   サ。
3. 【請求項３】 セパレータの密度が０．１５〜０．６５
   ｇ／ｃｍ² である、請求項１記載の電解コンデンサ。