JPS5896723A - 電解コンデンサの駆動用電解液 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電解コンデンサの駆動用電解液に係り、特に
電解コンデンサの内部抵抗の低減、使用温度範囲の拡大
等を図ることができる中高圧用電解液に関する。

通信機器や計測機器等の各種電子機器において、電解コ
ンデンサの持つ電気的特性や寿命特性はそ（１） の精度や信頼性等に大きく関わり、とりわけスイッチン
グ周波数が高いスイッチングレギュレータに用いられる
平滑用電解コンデンサには、高周波に対して低インピー
ダンス特性を持つとともに、上限使用温度力月０５℃を
超えるものが要求される。

一般に乾式電解コンデンサは陽極側及び陰極側の電極箔
を両者間に介在させたセパレータ紙とともに重ね合せて
巻回した電解コンデンサ素子に電解液を含浸し、この電
解コンデンサ素子を外装ケースに封入したものである。

従って、電解コンデンサの電気的特性は電解コンデンサ
素子を構成している電極箔やセパレータ紙等で左右され
るが、とりわけ電解コンデンサ素子に含浸する電解液の
比抵抗や火花電圧等の電気的或いは化学的な性質が電解
コンデンサの使用温度範囲やインピーダンス特性等に大
きく関わっていることが知られている。

従来、定格電圧１６０（Ｖ）を超える中高圧用電解コン
デンサの電解液には、エチレングリコールを主体とした
溶媒に硼酸或いはそのアンモニウム塩を溶解した所謂エ
チレングリコール−硼酸光電（２） 解液が用いられている。この種の電解液は、低圧用電解
液に比較して比抵抗が著しく高いために、電解コンデン
サの損失増加とともに発熱の原因になり、電解コンデン
サの熱的劣化を促進する欠点がある。また、この種の電
解液にはその構成薬品中の水分の他にエチレングリコー
ルと硼酸によるエステル化反応で生ずる多量の水分が含
有されている。即ち、この種の電解液の場合、エステル
反応が容易に進行して硼酸１モルから３モルの水が生成
され、電解液中の含水量が極めて多くなる。

従って、これらの水分が陽極側の電極箔の表面に形成さ
れている誘電体酸化皮膜を著しく劣化させるため、電解
コンデンサの電気的特性を長期間安定に維持することが
困難であった。しかも、このような水分は、１００℃を
超える高温下で多量の水蒸気を発生して外装ケースの内
圧を異常上昇させ、防爆弁部の膨張等、外装ケースの外
観変形やこれに伴う電気的特性の劣化等を引き起す原因
になる。

このため、この種の電解液は１０５°Ｃを超える高温下
での使用が不可能であり、電解コンデンサの上（３） 限使用温度に制限を加えていた。

この発明の目的は、比抵抗値を小さくしかつ含水量を少
なくすることにより、中高圧用電解コンデンサに適する
電解コンデンサの駆動用電解液を提供することにある。

この発明は、プロピレン・モノマー又はプロピレン・オ
リゴマーにマレイン酸を付加した三塩基性酸を有機溶媒
に溶解したことを特徴とする。即ち、プロピレン・モノ
マー又はプロピレン・オリゴマーにマレイン酸を付加し
た三塩基性酸を有機溶媒に溶解した電解液の場合、従来
のエチレングリコール−硼酸系電解液と同様に例えばエ
チレングリコール等の有機溶媒と有機酸である三塩基性
酸とによるエステル反応で例えば１モルの有機酸から２
モルの水が生成し得るが、この場合の反応速度は従来の
エチレングリコール−硼酸系電解液のように速（なく、
生成水の量は極めて少ない。

また、この発明の電解液では溶質量がエチレングリコー
ル−硼酸系電解液に比較して少なく、且つ溶質の分子量
も硼酸に比較して大きいことから、（４） 電解液中の含水量が極めて少なくなるのが特徴である。

また、プロピレン・七ツマ−又はプロピレン・オリゴマ
ーにマレイン酸を付加した三塩基性酸を溶質にすること
で、電解液の比抵抗を低下させることができるとともに
、火花発生電圧を高めることができ、含浸電解コンデン
サ素子の耐電圧の向上を図ることができるのも特徴であ
る。

以下、この発明の実施例について説明する。各実施例は
例えばエチレングリコールを主体にした有機溶媒に、プ
ロピレン・モノマー、プロピレン・タイマー、プロピレ
ン・トリマー又はプロピレン・テトラマーにマレイン酸
を付加した三塩基性酸を溶質としたものである。このよ
うな電解液における溶質の作用を確認するため、エチレ
ングリコールを主体としたエチレングリコール−硼酸系
電解液を従来例として示した。これら各側の電解液組成
に対するｐＨ，生成水の含有量（％）及び３０℃下にお
ける比抵抗値（０ｃｍ）を第１表に示している。なお、
実施例１ないし４の電解液にはア（５） 第１表 ンモニアガスを注入してｐＨ値を７．０に設定している
。実験によれば、実施例の電解液において、ｐＨ値と比
抵抗の間には一定の関係があり、ｐ　Ｈ６ないし８の範
囲において、比抵抗値が最小となるため、各実施例のｐ
　Ｉ−１値はアンモニアガスの注入量を加減してｐＨ７
，０に設定したものである。

（６） 第１表において、従来例並びに各実施例の具体的な測定
値から明らかなように、エチレングリコールを主体とす
る溶媒に、プロピレン・モノマーないしプロピレン・テ
トラマーにマレイン酸ヲ付加した三塩基性酸を溶質とし
て構成される電解液によれば、含水量及び比抵抗値を従
来の電解液に比較して大幅に低減することができること
が分る。

即ち、各実施例の場合、エチレングリコールにフ０ロピ
レン・モノマーないしプロピレン・テトラマーにマレイ
ン酸を付加した三塩基性酸とともに前記アンモニアをア
ンモニアガスの注入によって溶解させており、エチレン
グリコールと有機酸によるエステル化反応とともに、有
機酸とアンモニアによるアミド化反応で１モルの有機酸
から２モルの水が生成し得るが、この反応速度は前記従
来例の電解液の場合程遠くないため、生成水の発生量は
極めて少なくなる。しかもこの電解液の場合、従来例に
比較して溶質墓が少なく、溶質の分子量が硼酸に比較し
て大きいことからも電解液中の含水量がより少なくなる
ことが分る。

（７） また、プロピレン・モノマーないしプロピレン・テトラ
マーにマレイン酸を付加したこ塩基性酸とを溶質とする
場合、各実施例の比抵抗値が従来電解液の１／２程度に
成っていることから明らかなように、これらの溶質が電
解液の比抵抗を低下させるように機能することが分る。

しかも前記のように電解液のｐ　ｆ（はアンモニアガス
の注入量で間接し、略７．０程度に設定することにより
最小の比抵抗値を得ることができる。

また、この各実施例の電解液について、火花電圧の測定
では、４００〜５００（Ｖ）と極めて高い電圧値が得ら
れ、さらにこの電解液を含浸した電解コンデンサ素子の
耐電圧は少なくとも３５０（Ｖ）以上に成ることが確認
された。

次にこの発明に係る電解液を使用した電解コンデンサの
電気的特性を従来の電解液を使用した電解コンデンサと
比較して説明する。試供電解コンデンサは、高純度アル
ミニウム箔の表面にエツチング処理を施した後、６２０
　　（Ｖ）の電圧印加で陽極酸化を施して誘電体酸化皮
膜を形成したものを（８） 陽極側電極、エツチング処理のみが施された前記アルミ
ニウム箔を陰極側電極とし、これら両電極間にセパレー
タ紙を介在させ且つ巻回して電解コンデンサ素子を形成
し、この電解コンデンサ素子に前記実施例の電解液及び
従来の電解液を個別に含浸して列装ケースに収納し、外
装ケースの開口部を弾性封口部材で密封したものである
。各試供電解コンデンサは共に、定格電圧４００（Ｖ）
、定格静電容量１０　　（μＦ）である。第２表は２０
℃下の各試供電解コンデンサの初期特性を示している。

この測定結果から明らかなように、実施例の電解コンデ
ンサを使用した電解コンデンサの場合、（９） 従来の電解液を使用したものに比較して損失　ｔａｎδ
は３／４程度に、また等価直列抵抗（ＥＳＲ）は１／３
程度に低減していることが分る。

第３表は前記各試供電解コンデンサの負荷寿命試験に基
づ＜　１，０００時間経過特性を示している。

負荷寿命１式験は１１０℃の高温下で定格電圧４００（
■）を各試供電解コンデンサに印加して１　、０００時
間放置して行い、この試験時間の経過後、初期特性と同
様の測定をし、且つ外装ケースの外観形状の変化につい
て観察した。

第３表 この第２表及び第３表の比較から明らかなように、この
発明に係る電解液を使用した電解コンデ（１０） ンサの電気的特性は、Ｉ　、　０００時間の負荷寿命試
験の後も初ル１特性と同一であり、従来の電解液を用た
場合のようにその変化が殆ど認められない。また、従来
の電解液の場合、特性劣化に加えて、外装ケースの内圧
上昇による封口部材の飛び出しや防爆弁の作動等によっ
て外観不良の発生が試供電解コンデンサ１０細巾９個に
達しているが、この発明に係る電解液を用いた電解コン
デンサでは、このような外観不良の発生は皆無であった
。

このような実験結果が示しているように、電解液の溶質
にプロピレン・モノマーないしプロピレン・テトラマー
にマレイン酸を付加した三塩基性酸を使用することによ
って電解液の比抵抗値が低減して電解コンデンサの等価
直列抵抗が減少し、しかも含水量の低減でに湯上の水蒸
気の発生が抑制され、外観形状等の変化が防止できる。

従って、このような電解液を使用すれば、１０５°Ｃを
超える高温下でも安定した電気的特性が維持できる等、
使用温度範囲の拡大とともに、損失及び等価直列抵抗が
小さく、＾周波に対する低インピーダンス特性を有する
極めて信頼性の商いしかも沌耐圧の電解コンデンサを実
現することができる。周知のように、電解コンデンサの
インピーダンス特性は、その共振周波数近傍の１０ない
し：３０　ＫＩＩｚｏ）　高周波域におけるインピーダ
ンスに対して等価直列抵抗値の占める割合が人き（、高
周波域のインピータンスの値は等価直列抵抗値の低減で
大きく改悟されるから、この発明の電解液によれば、市
い上限使用温度とともに高周波に対する低インピーダン
ス特性が要求されるスイソチンダレギコレータの平滑用
電解コンデンサ等に適する電解コンデンサを構成するこ
とができる。また、このような優れた電気的的特性を持
つ電解コンデンサによれば、各種電子機器の周波数特性
の改善やその信頼性の向」二を図ることができる。

なお、実施例ではプロピレン・モノマーないしプロピレ
ン・テトラマーにマレイン酸を付加した三塩基性酸を溶
質とする電解液について説明したが、実験によればこれ
以外のプロピレン・オリゴマーにマレイン酸を付加した
三塩基性酸を溶質とする電解液も同様の効果を有するこ
とが確認されている。

また、有機溶媒にはエチレングリコールの他の多（曲ア
ルコール アミド類又はラクＩン類の１又は２以上を用いることに
よって前記実施例と同様の効果を得ることができる。

以上説明したようにこの発明によれば、比抵抗値が小さ
くしかも含水量が少ない電解液を得ることができ、低損
失で使用温度範囲の拡大とりわけ−に駆使用温度を商め
、低インピーダンス特性で高耐圧の電解コンデンサを構
成することができ、しかも含水量が少ないため、高温下
で水蒸気の発生による外装ケースの内圧を異常上昇させ
ることがなく、また陽極側の電極箔の誘電体酸化皮膜を
劣化さゼることもない。

（１３）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）プロピレン・モノマー又はプロピレン・オリゴマ
   ーにマレイン酸を付加した三塩基性酸を有機溶媒に溶解
   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. （２）前記プロピレン・オリゴマーはプロピレンダイマ
   ー、プロピレン・トリマー又はプロピレン・テトラマー
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   電解コンデンサの駆動用電解液。