JP4101937B2

JP4101937B2 - Polarized aluminum electrolytic capacitor

Info

Publication number: JP4101937B2
Application number: JP20088198A
Authority: JP
Inventors: 昭雄高澤
Original assignee: Nichicon Corp
Current assignee: Nichicon Corp
Priority date: 1998-07-15
Filing date: 1998-07-15
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2018-07-15
Also published as: JP2000030977A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルミニウム電解コンデンサに関するものである。さらに詳しくは、アルミニウム電解コンデンサからの駆動用電解液の漏出防止技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１および図２はそれぞれ、アルミニウム電解コンデンサの構成要素を示す説明図、およびアルミニウム電解コンデンサの断面図である。
小型アルミニウム電解コンデンサは、一般に、図１および図２に示すように、陽極箔と陰極箔の間に電解紙を介して巻回したコンデンサ素子２と、このコンデンサ素子２の陽極箔及び陰極箔から引き出された陽極リード端子３及び陰極リード端子４のアルミニウム製の各丸棒部３１、４１が各端子挿通孔５１、５２にそれぞれ嵌められたゴム封口体５と、駆動用電解液を含浸したコンデンサ素子２をゴム封口体５とともに封止するアルミニウム製のケース６とから構成されている。
【０００３】
アルミニウム電解コンデンサにおいても近年、デジタル回路等の発達に対応するため、低損失、低インピーダンス特性が要求されている。これらの要求に対応するための重要な技術は、主として、コンデンサ素子に含浸される駆動用電解液の低比抵抗化である。
この要求を満たす駆動用電解液としては、γ−ブチロラクトン単独溶媒、あるいはγ−ブチロラクトンを主溶媒としそれにエチレングリコールなどを配合した混合溶媒中に、ｏ−フタル酸やマレイン酸の４級アンモニウム塩などを溶質として溶解した駆動用電解液が用いられている。
【０００４】
このような有機溶剤を用いた駆動用電解液は、高温雰囲気中でゴム封口体を透過しての消失が激しく、このような消失はコンデンサ特性の著しい劣化を招来させる。そこで、このような駆動用電解液を用いる際には、ゴム封口体としてガス透過性の低いブチルゴムを使用するなど、気密面で各種の設計的配慮がなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の駆動用電解液を用いたアルミニウム電解コンデンサでは、従来のアルミニウム電解コンデンサではみられない新たな不具合が指摘されている。すなわち、アルミニウム電解コンデンサを負荷状態で長期間の使用、あるいは無負荷状態で長期間の放置を行ったときに、ゴム封口体の陰極側の端子挿通孔部から駆動用電解液が漏出し、漏出した駆動用電解液によって回路基板上で配線パターンがショートを発生するという不具合である。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、前記のような活性な薬品を駆動用電解液に用いても、電解液の漏出の発生しない有極性アルミニウム電解コンデンサを実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ゴム封口体の陰極側の端子挿通孔部から駆動用電解液が漏出するのを防止するために行った各種検討から得られた新たな知見に基づくものであり、ゴム封口体の陰極側の端子挿通部に接するリード端子のアルミニウム製の丸棒部と、該端子に接続されている陰極箔の電極電位差に着目したものである。すなわち、従来の有極性アルミニウム電解コンデンサにおいて、陰極箔はこれに接続するリード端子のアルミニウム製の丸棒部より電極電位が卑であるため、陰極箔とアルミニウム製の丸棒部とによって局部電池が形成される。このため、従来の有極性アルミニウム電解コンデンサにおいて、陰極側のリード端子の丸棒部での電極反応により、該丸棒部付近の駆動用電解液でアルカリ化が進行してしまう。その結果、陰極側のリード端子の丸棒部付近で駆動用電解液に接するゴム封口体にアルカリ劣化、すなわち、端子挿通孔の内面のゴム弾性の低下が進行し、この部分からの駆動用電解液の漏出が起こるのである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような知見に基づいて、本発明は、この局部電池の極性を逆転させることにより、駆動用電解液の漏出を防ぐことに特徴を有する。すなわち、本発明では、陽極箔と陰極箔の間に電解紙を介して巻回したコンデンサ素子と、該コンデンサ素子の前記陽極箔及び前記陰極箔から引き出された陽極リード端子及び陰極リード端子の各丸棒部が各端子挿通孔にそれぞれ嵌められたゴム封口体と、４級アンモニウム塩もしくはイミダゾリニウム塩を含む駆動用電解液を含浸した前記コンデンサ素子を前記ゴム封口体とともに封止するケースとを有する有極性アルミニウム電解コンデンサにおいて、前記陰極リード端子の前記丸棒部を前記陰極箔よりも純度の低いアルミニウム材としてアルミニウム−マグネシウム合金またはアルミニウム−亜鉛合金で形成することを特徴とする。
【０００９】
本発明において、陰極リード端子の丸棒部は、アルミニウム−マグネシウム（Ａｌ−Ｍｇ）合金、アルミニウム−亜鉛（Ａｌ−Ｚｎ）合金といった純度の低いアルミニウム材で形成されているので、陰極箔は陰極のリード端子の丸棒部より電極電位が貴になる。従って、陰極リード端子の丸棒部と陰極箔とによって局部電池が形成されても、丸棒部の表面では、丸棒部周辺における駆動用電解液においてアルカリ化が進行するような電極反応が起こらない。それ故、陰極リード端子の丸棒部付近で駆動用電解液に接するゴム封口体にアルカリ劣化、すなわち、端子挿通孔の内面のゴム弾性の低下が発生しないので、この部分からの駆動用電解液の漏出を防止することができる。
【００１０】
ここで、Ａｌ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｚｎ合金で陰極リード端子の丸棒部を形成すると陰極箔よりも電極電位が卑になる理由は、アルミニウムの純度が低いと、その表面に気中で酸化アルミニウム（自然酸化膜）が生成されにくいのに対して、純度が相対的に高い方の陰極箔の表面ではその製造過程などで表面が酸化されて電位的に安定化しているからと考えられる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する。ここで用いるアルミニウム電解コンデンサの構造は、図１および図２を参照して説明したとおりなので、その説明を省略する。
［実施例１］
まず、γ−ブチロラクトンを主成分とする溶媒に、テトラエチルアンモニウムのフタル酸塩を主溶質として１５重量％配合して駆動用電解液を調製した。次に、この駆動用電解液を用い、定格電圧１６Ｖ、静電容量３３０μＦ、ケースサイズ１０ｍｍ、長さ１２．５ｍｍのアルミニウム電解コンデンサを作製する。ここで用いた陰極箔は、純度が９９％のアルミニウム箔に塩酸水溶液中で交流エッチングを施したものである。
【００１２】
実施例では、図１および図２を参照して説明した陰極リード端子側の丸棒部として、Ａｌ₉₅−Ｍｇ₅合金、Ａｌ₉₅−Ｚｎ₅合金からなる棒材から形成したものを用いる。これに対して、従来例では、純度９９．９％のアルミニウム製の棒材から丸棒部を形成した陰極リード端子を用いる。本発明では、陽極リード端子側の丸棒部の材質について制約がないので、純度９９．９％のアルミニウム製の棒材から形成したものを用いる。なお、陰極側および陽極側を問わず、電極箔とリード端子との接続は、丸棒部と一体に形成されたタブでの加締めにより行うので、リード端子の丸棒部とタブとは材質が同一である。
【００１３】
このような丸棒部を備えるリード端子を用いて電解コンデンサをそれぞれ５００個作製し、エージング処理を施した後、温度８５℃、湿度８５％の高温高湿雰囲気中にて定格電圧印加、無負荷放置試験を２０００時間行い、試験後の各コンデンサ試料について駆動用電解液の漏出状況を確認した。
その結果を表１及び表２に示す。
【００１４】
【表１】

【００１５】
【表２】

表１及び表２に示すように、陰極リード端子側の丸棒部として、陰極箔よりも純度の低いＡｌ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｚｎ合金を用いたアルミニウム電解コンデンサでは駆動用電解液の漏出が発生せず、高い信頼性が得られることが判明した。
【００１６】
なお、テトラエチルアンモニウムのフタル酸塩に代えて、テトラエチルアンモニウムのマレイン酸塩、テトラメチルアンモニウムのフタル酸塩あるいはマレイン酸塩などといったその他の４級アンモニウム塩を用いた駆動用電解液で行った評価においても、やはり、陰極リード端子側の丸棒部として、陰極箔よりも純度の低いＡｌ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｚｎ合金を用いたアルミニウム電解コンデンサでは駆動用電解液の漏出が発生しないことが確認できた。
［実施例２］次に、γ−ブチロラクトンを主成分とする溶媒に、イミダゾリニウムのフタル酸塩を主溶質として１５重量％配合して駆動用電解液を調製した。次に、この駆動用電解液を用い、定格電圧１６Ｖ、静電容量３３０μＦ、ケースサイズ１０ｍｍ、長さ１２．５ｍｍの電解コンデンサを作製する。ここで用いた陰極箔は、純度が９９％のアルミニウム箔に塩酸水溶液中で交流エッチングを施したものである。ここでも、図１および図２を参照して説明した陰極リード端子側の丸棒部として、実施例１と同様、Ａｌ₉₅−Ｍｇ₅合金、Ａｌ₉₅−Ｚｎ₅合金からなる棒材から形成したものを用い、従来例としては、純度９９．９％のアルミニウム製の棒材から形成したものを用いる。また、陽極リード端子側の丸棒部には、通常の純度９９．９％のアルミニウム製の棒材から形成したものを用いる。
【００１７】
このような丸棒部を備えるリード端子を用いて電解コンデンサをそれぞれ５００個作製し、エージング処理を施した後、温度８５℃、湿度８５％の高温高湿雰囲気中にて定格電圧印加、無負荷放置試験を７０００時間行い、試験後の各コンデンサ試料について駆動用電解液の漏出状況を確認した。
その結果を表３及び表４に示す。
【００１８】
【表３】

【００１９】
【表４】

表３及び表４に示すように、陰極リード端子側の丸棒部として、陰極箔よりも純度の低いＡｌ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｚｎ合金を用いたアルミニウム電解コンデンサでは駆動用電解液の漏出が発生せず、高い信頼性が得られることが判明した。
［その他の実施例］なお、上記の評価以外にも、陰極リードの丸棒部および陰極箔の純度を変えて検討を行ったが、陰極リードの丸棒部を陰極箔より低純度のアルミニウム材である、アルミニウム−マグネシウム合金またはアルミニウム−亜鉛合金で形成することにより、丸棒部を陰極箔よりも駆動用電解液中での電極電位を卑にしたものでは、陰極側からの駆動用電解液の漏出を防止できることが確認できた。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、駆動用電解液に４級アンモニウム塩もしくはイミダゾリニウム塩を含む駆動用電解液を用いるにあたって、本発明では、丸棒部が陰極箔よりも低純度のアルミニウム材である、アルミニウム−マグネシウム合金またはアルミニウム−亜鉛合金で形成された陰極リード端子を使用する。従って、本発明によれば、陰極リード端子の丸棒部より陰極箔表面の電極電位が駆動用電解液中で貴になるので、駆動用電解液の漏出を確実に防止することができる。それ故、低損失、低インピーダンス特性を有するアルミニウム電解コンデンサの信頼性を向上させることができるので、本発明の持つ工業的、実用的価値は大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】アルミニウム電解コンデンサの構成要素を示す斜視図である。
【図２】アルミニウム電解コンデンサの縦断面図である。
【符号の説明】
２コンデンサ素子
３陽極リード端子
４陰極リード端子
５ゴム封口体
６アルミニウム製のケース
３１、４１アルミニウム製の丸棒部
５１、５２ゴム封口体の端子挿通孔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an aluminum electrolytic capacitor. More specifically, the present invention relates to a technique for preventing leakage of driving electrolyte from an aluminum electrolytic capacitor.
[0002]
[Prior art]
FIG. 1 and FIG. 2 are an explanatory view showing components of an aluminum electrolytic capacitor and a sectional view of the aluminum electrolytic capacitor, respectively.
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, a small aluminum electrolytic capacitor is generally composed of a capacitor element 2 wound through electrolytic paper between an anode foil and a cathode foil, and an anode foil and a cathode foil of the capacitor element 2. A rubber sealing body 5 in which each of the

round bar portions

31 and 41 made of aluminum of the extracted anode lead terminal 3 and cathode lead terminal 4 is fitted in each

terminal insertion hole

51 and 52, and a capacitor impregnated with a driving electrolyte It is comprised from the case 6 made from aluminum which seals the element 2 with the rubber sealing body 5. FIG.
[0003]
In recent years, aluminum electrolytic capacitors have been required to have low loss and low impedance characteristics in order to cope with the development of digital circuits and the like. An important technique for meeting these requirements is mainly to lower the specific resistance of the driving electrolyte impregnated in the capacitor element.
As a driving electrolyte satisfying this requirement, γ-butyrolactone alone solvent, or a mixed solvent containing γ-butyrolactone as a main solvent and ethylene glycol, etc., quaternary ammonium salt of o-phthalic acid or maleic acid, etc. A driving electrolytic solution in which is dissolved as a solute is used.
[0004]
Such a driving electrolyte solution using an organic solvent is apt to disappear through a rubber sealing body in a high temperature atmosphere, and such disappearance causes a significant deterioration of capacitor characteristics. Therefore, when such a driving electrolyte is used, various design considerations have been made in terms of airtightness, such as using butyl rubber having low gas permeability as a rubber sealing body.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the aluminum electrolytic capacitor using the above-described driving electrolytic solution has been pointed out as a new problem that cannot be seen in the conventional aluminum electrolytic capacitor. That is, when the aluminum electrolytic capacitor is used for a long time in a loaded state or left for a long time in a no-load state, the drive electrolyte leaks from the terminal insertion hole on the cathode side of the rubber seal, The problem is that the wiring pattern causes a short circuit on the circuit board due to the driving electrolyte.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to realize a polar aluminum electrolytic capacitor in which leakage of the electrolytic solution does not occur even when the active chemical as described above is used for the driving electrolytic solution.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is based on new knowledge obtained from various studies conducted to prevent leakage of the driving electrolyte from the terminal insertion hole on the cathode side of the rubber sealing body. The focus is on the electrode potential difference between the aluminum round bar portion of the lead terminal in contact with the terminal insertion portion on the cathode side and the cathode foil connected to the terminal. That is, in the conventional polar aluminum electrolytic capacitor, the cathode foil has a lower electrode potential than the aluminum round bar portion of the lead terminal connected to the cathode foil, so that the local battery is formed by the cathode foil and the aluminum round bar portion. It is formed. For this reason, in the conventional polar aluminum electrolytic capacitor, the alkali reaction proceeds in the driving electrolyte near the round bar due to the electrode reaction at the round bar of the lead terminal on the cathode side. As a result, the rubber sealing body in contact with the driving electrolyte near the round bar of the lead terminal on the cathode side undergoes alkali deterioration, that is, the rubber elasticity of the inner surface of the terminal insertion hole decreases, and driving electrolysis from this portion Liquid leakage occurs.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Based on such knowledge, the present invention is characterized by preventing leakage of the driving electrolyte by reversing the polarity of the local battery. That is, in the present invention, each of the capacitor element wound through the electrolytic paper between the anode foil and the cathode foil, the anode foil of the capacitor element, and the anode lead terminal and the cathode lead terminal drawn from the cathode foil A rubber sealing body in which a round bar portion is fitted in each terminal insertion hole, and a case for sealing the capacitor element impregnated with a driving electrolyte containing a quaternary ammonium salt or an imidazolinium salt together with the rubber sealing body; In the polar aluminum electrolytic capacitor having the above, the round bar portion of the cathode lead terminal is formed of an aluminum-magnesium alloy or an aluminum-zinc alloy as an aluminum material having a purity lower than that of the cathode foil.
[0009]
In the present invention, the round bar portion of the cathode lead terminal is formed of a low-purity aluminum material such as an aluminum-magnesium (Al-Mg) alloy or an aluminum-zinc (Al-Zn) alloy. The electrode potential becomes noble from the round part of the lead terminal. Therefore, even when a local battery is formed by the round bar portion of the cathode lead terminal and the cathode foil, an electrode reaction that causes alkalinization in the driving electrolyte around the round bar portion occurs on the surface of the round bar portion. Absent. Therefore, there is no alkali deterioration in the rubber sealing body in contact with the driving electrolyte near the round bar portion of the cathode lead terminal, that is, there is no decrease in rubber elasticity on the inner surface of the terminal insertion hole. Leakage can be prevented.
[0010]
Here, when the round bar part of the cathode lead terminal is formed of Al-Mg alloy or Al-Zn alloy, the electrode potential becomes lower than that of the cathode foil. If the purity of aluminum is low, the surface is oxidized in the air. This is presumably because aluminum (natural oxide film) is hard to be generated, whereas the surface of the cathode foil having a relatively high purity is oxidized and stabilized in potential during the manufacturing process.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described. Since the structure of the aluminum electrolytic capacitor used here is as described with reference to FIGS. 1 and 2, the description thereof is omitted.
[Example 1]
First, a driving electrolyte solution was prepared by blending 15 wt% of tetraethylammonium phthalate as a main solute with a solvent containing γ-butyrolactone as a main component. Next, an aluminum electrolytic capacitor having a rated voltage of 16 V, a capacitance of 330 μF, a case size of 10 mm, and a length of 12.5 mm is produced using this driving electrolyte. The cathode foil used here is an aluminum foil having a purity of 99% subjected to AC etching in an aqueous hydrochloric acid solution.
[0012]
In the embodiment, as the round rod portion of the cathode lead terminal side described with reference to FIGS. 1 and 2, used as formed from bar material made of Al ₉₅ -Mg ₅ alloy, Al ₉₅ -Zn ₅ alloy. In contrast, in the conventional example, a cathode lead terminal in which a round bar portion is formed from a bar made of aluminum having a purity of 99.9% is used. In the present invention, since there is no restriction on the material of the round bar portion on the anode lead terminal side, a material formed from an aluminum bar material having a purity of 99.9% is used. Regardless of the cathode side or the anode side, the electrode foil and the lead terminal are connected by caulking with a tab formed integrally with the round bar portion. Are the same.
[0013]
After producing 500 electrolytic capacitors each using lead terminals having such a round bar part and performing an aging treatment, the rated voltage is applied in a high-temperature and high-humidity atmosphere at a temperature of 85 ° C. and a humidity of 85%, and no load is applied. The standing test was conducted for 2000 hours, and the leakage state of the driving electrolyte was confirmed for each capacitor sample after the test.
The results are shown in Tables 1 and 2.
[0014]
[Table 1]

[0015]
[Table 2]

As shown in Tables 1 and 2, in the case of an aluminum electrolytic capacitor using an Al—Mg alloy or Al—Zn alloy having a purity lower than that of the cathode foil as the round bar portion on the cathode lead terminal side, leakage of the driving electrolyte is caused. It has been found that high reliability can be obtained without occurrence.
[0016]
In addition, in the evaluation performed with the driving electrolyte using other quaternary ammonium salts such as tetraethylammonium maleate, tetramethylammonium phthalate or maleate instead of tetraethylammonium phthalate However, the aluminum electrolyte capacitor using Al-Mg alloy or Al-Zn alloy with a purity lower than that of the cathode foil as the round bar portion on the cathode lead terminal side can be confirmed to prevent leakage of the driving electrolyte. It was.
[Example 2] Next, 15% by weight of imidazolinium phthalate as a main solute was blended in a solvent containing γ-butyrolactone as a main component to prepare a driving electrolyte. Next, an electrolytic capacitor having a rated voltage of 16 V, a capacitance of 330 μF, a case size of 10 mm, and a length of 12.5 mm is produced using this driving electrolyte. The cathode foil used here is an aluminum foil having a purity of 99% subjected to AC etching in an aqueous hydrochloric acid solution. Again, as round bar portion of the cathode lead terminal side described with reference to FIGS. 1 and 2, as in Example 1 was formed from a rod material made of Al ₉₅ -Mg ₅ alloy, Al ₉₅ -Zn ₅ Alloy As a conventional example, an aluminum rod having a purity of 99.9% is used. In addition, a round bar portion on the anode lead terminal side is formed from a normal bar made of aluminum having a purity of 99.9%.
[0017]
After producing 500 electrolytic capacitors each using lead terminals having such a round bar part and performing an aging treatment, the rated voltage is applied in a high-temperature and high-humidity atmosphere at a temperature of 85 ° C. and a humidity of 85%, and no load is applied. The standing test was performed for 7000 hours, and the leakage state of the driving electrolyte was confirmed for each capacitor sample after the test.
The results are shown in Tables 3 and 4.
[0018]
[Table 3]

[0019]
[Table 4]

As shown in Tables 3 and 4, the aluminum electrolytic capacitor using Al—Mg alloy or Al—Zn alloy having a purity lower than that of the cathode foil as the round bar portion on the cathode lead terminal side causes leakage of the driving electrolyte. It has been found that high reliability can be obtained without occurrence.
[Other Examples] In addition to the above evaluation, examination was carried out by changing the purity of the round bar part of the cathode lead and the cathode foil. However, the round bar part of the cathode lead was made of an aluminum material having a lower purity than the cathode foil. In the case where the electrode potential in the driving electrolyte is lower than that of the cathode foil by forming the round bar portion with the aluminum-magnesium alloy or aluminum-zinc alloy, the driving electrolyte from the cathode side It was confirmed that it was possible to prevent leakage.
[0020]
【The invention's effect】
As described above, when using a driving electrolyte containing a quaternary ammonium salt or an imidazolinium salt as the driving electrolyte, in the present invention, the round bar is an aluminum material having a lower purity than the cathode foil . A cathode lead terminal formed of an aluminum-magnesium alloy or aluminum-zinc alloy is used. Therefore, according to the present invention, since the electrode potential on the surface of the cathode foil becomes noble in the driving electrolyte from the round bar portion of the cathode lead terminal, leakage of the driving electrolyte can be reliably prevented. Therefore, since the reliability of the aluminum electrolytic capacitor having low loss and low impedance characteristics can be improved, the industrial and practical value of the present invention is great.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing components of an aluminum electrolytic capacitor.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an aluminum electrolytic capacitor.
[Explanation of symbols]
2 Capacitor element 3 Anode lead terminal 4 Cathode lead terminal 5 Rubber sealing body 6

Aluminum case

31, 41

Aluminum round bar

51, 52 Terminal insertion hole of rubber sealing body

Claims

Capacitor element wound through electrolytic paper between anode foil and cathode foil, and the anode foil terminal of the capacitor element, the anode lead terminal drawn from the cathode foil, and each round bar portion of the cathode lead terminal are each terminal Polar aluminum electrolysis having a rubber sealing body fitted in each insertion hole and a case for sealing the capacitor element impregnated with a driving electrolyte containing a quaternary ammonium salt or an imidazolinium salt together with the rubber sealing body In the capacitor
A polar aluminum electrolytic capacitor, wherein the round bar portion of the cathode lead terminal is formed of an aluminum-magnesium alloy or an aluminum-zinc alloy as an aluminum material having a purity lower than that of the cathode foil.