JP4704366B2 - Electrolytic capacitor - Google Patents
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Description
本発明は、陽極箔と陰極箔との間にセパレータを介在させて、駆動用電解液を電解質とした電解コンデンサに関し、特には等価直列抵抗特性,耐ショート不良率,高耐圧性,高耐熱性等を向上させるとともに、高リップル,長寿命で高信頼性を実現するものである。 The present invention relates to an electrolytic capacitor using a driving electrolyte as an electrolyte with a separator interposed between an anode foil and a cathode foil, and in particular, equivalent series resistance characteristics, short-circuit failure rate, high voltage resistance, and high heat resistance. Etc., and high reliability with high ripple and long life.
一般に電解コンデンサ,特にアルミ電解コンデンサは、陽極アルミ箔と陰極アルミ箔との間にセパレータを介在させて巻付け形成してコンデンサ素子を作成し、このコンデンサ素子を液状の駆動用電解液中に浸漬して電解質としての駆動用電解液を含浸させ、封口して製作している。駆動用電解液としては通常エチレングリコール(EG),ジメチルホルムアミド(DMF)又はγ−ブチロラクトン(GBL)等を溶媒とし、これらの溶媒に硼酸やアジピン酸アンモニウム,マレイン酸水素アンモニウム等の有機酸塩を溶解したものを用いてコンデンサ素子の両端から浸透させて製作している。また、溶質としてアゼライン酸,ブチルオクタン二酸,5,6デカンジカルボン酸,側鎖を有する二塩基酸及びそれらの塩の非水系を用いることで駆動用電解液中の水分を低減し、100℃以上の環境下においても水分の内圧上昇によるアルミ電解コンデンサの開弁を抑制することができる。 In general, electrolytic capacitors, especially aluminum electrolytic capacitors, are formed by winding a separator between an anode aluminum foil and a cathode aluminum foil to form a capacitor element, and the capacitor element is immersed in a liquid driving electrolyte. Then, it is impregnated with a driving electrolyte as an electrolyte and sealed. As the driving electrolyte, ethylene glycol (EG), dimethylformamide (DMF) or γ-butyrolactone (GBL) is usually used as a solvent, and organic acid salts such as boric acid, ammonium adipate, and ammonium hydrogen maleate are used as these solvents. The melted material is used to penetrate from both ends of the capacitor element. Further, by using non-aqueous system of azelaic acid, butyloctanedioic acid, 5,6 decanedicarboxylic acid, dibasic acid having side chains and salts thereof as solutes, the water content in the driving electrolyte is reduced, and 100 ° C. Even in the above environment, the valve opening of the aluminum electrolytic capacitor due to an increase in the internal pressure of moisture can be suppressed.
これら従来のアルミ電解コンデンサはセパレータ中に駆動用電解液を含浸させているため、コンデンサとしてのインピーダンス特性、特に等価直列抵抗(以下ESRと略する)が高くなり易く、そのためインピーダンス特性を良くするために駆動用電解液の抵抗を下げたり、セパレータを薄くするか密度を低くする手段の外、セパレータの原料としてレーヨン,クラフト,マニラ麻,ヘンプ,エスパルト等のセルロース系繊維が用いられ、使用目的によって該セパレータの厚み,密度,引張強さが適宜に選択される。しかしながら、駆動用電解液の抵抗値を下げると、アルミ箔に対して腐蝕性を与える原因となり、一方、セパレータを薄くしたり密度を低くすると必然的に引張強さが低下してショート不良率が増大し、仮にショートしなかった場合でも製品化されて市場に出された後のショート不良率が高くなる難点がある。 Since these conventional aluminum electrolytic capacitors are impregnated with a driving electrolyte in the separator, the impedance characteristics as a capacitor, in particular, the equivalent series resistance (hereinafter abbreviated as ESR) tends to be high, and therefore the impedance characteristics are improved. Cellulosic fibers such as rayon, kraft, manila hemp, hemp, esparto are used as the raw material for the separator in addition to means for reducing the resistance of the driving electrolyte or reducing the separator thickness or density. The thickness, density and tensile strength of the separator are appropriately selected. However, lowering the resistance value of the driving electrolyte causes corrosiveness to the aluminum foil. On the other hand, if the separator is made thinner or the density is lowered, the tensile strength is inevitably lowered, resulting in a short-circuit defect rate. Even if the short circuit does not occur, there is a problem that the short defect rate after being commercialized and put on the market becomes high.
そこでショート不良率を下げるためにはセパレータの厚さを厚くしたり、密度を高くしたり、同密度の場合にはその原料であるパルプの叩解の程度を示すJIS P 8121によるCSF(Canadian Standard Freeness)の数値を小さくすればパルプの繊維がフィブリル化して細かくなり、得られるセパレータが緻密となり、引張強さが増大してショート不良率が改善されることが知られている。また、これらの項目のESRに与える影響はセパレータを厚くすると一次式的にESRが悪化し、密度を高めると二次式的にESRが悪化することが判明している。即ちESRを改善するには、ショート不良率の改善とは逆にセパレータを薄く、その密度を低くする必要がある。 Therefore, in order to reduce the short-circuit defect rate, the thickness of the separator is increased, the density is increased, and in the case of the same density, CSF (Canadian Standard Freeness) according to JIS P 8121 indicating the degree of beating of the raw material pulp. It is known that if the numerical value of) is reduced, the fibers of the pulp become fibrillated and become finer, the resulting separator becomes dense, the tensile strength increases, and the short-circuit defect rate is improved. Further, it has been found that the effect of these items on ESR is that the ESR is linearly deteriorated when the separator is thickened, and that the ESR is deteriorated quadratically when the density is increased. That is, in order to improve ESR, it is necessary to make the separator thinner and lower its density, contrary to the improvement of the short-circuit defect rate.
そのため、ショート不良率の改善とESRの改善という双方の目的を達成するために、前記したようにセパレータの原料を通常の木材クラフトパルプから針葉樹木材パルプ,マニラ麻パルプ,エスパルトパルプ等の繊維径のより小さなパルプへ変更することによって、薄く、かつ、低密度で緻密なセパレータを製造する試みがなされている。 Therefore, in order to achieve both the objectives of improving the short defect rate and improving the ESR, as described above, the raw material of the separator is changed from a normal wood kraft pulp to a softwood wood pulp, mana hemp pulp, esparto pulp, etc. Attempts have been made to produce thin, low density and dense separators by changing to smaller pulp.
特許文献1には、低密度であるとともに大きな引張強さを有し、繊維間空隙が遮蔽されることがない新規なセパレータを用いてインピーダンス特性に悪影響を与えることなくショート不良率を改善した電解コンデンサの製造を目的として、陽極箔と陰極箔との間にセパレータを介在してなる電解コンデンサにおいて、抄紙後のセパレータに紙力増強剤の精製溶液を含浸塗布することにより繊維間の結合強度を増大させた電解コンデンサが開示されている。
特許文献2には、インピーダンス特性を良好に保つために低密度で薄いセパレータを用いても素子巻工程,含浸工程及びケース挿入,封口ゴム通し工程の何れの工程でもショート不良率を低減させた電解コンデンサを得るため、陽極箔と陰極箔との間にセパレータを介在してなる電解コンデンサにおいて、該セパレータはpH安定剤としてクエン酸,酢酸等の弱酸を用いた湿潤紙力増強剤が添加されたセルロース系繊維でなる電解コンデンサが開示されている。湿潤紙力増強剤としてデンプンを過沃素酸により酸化して、デンプンの構成単位をジアルデヒドに置換したジアルデヒドデンプンを用いている。 Patent Document 2 discloses an electrolysis in which the short-circuit defect rate is reduced in any of the element winding process, the impregnation process, the case insertion process, and the sealing rubber threading process even if a low-density thin separator is used to maintain good impedance characteristics. In order to obtain a capacitor, in an electrolytic capacitor in which a separator is interposed between an anode foil and a cathode foil, a wet paper strength enhancer using a weak acid such as citric acid or acetic acid is added to the separator as a pH stabilizer. An electrolytic capacitor made of cellulosic fibers is disclosed. As a wet paper strength enhancer, dialdehyde starch is used in which starch is oxidized with periodic acid and the constituent unit of starch is replaced with dialdehyde.
また、電子機器の高周波化に伴って、電子部品である電解コンデンサにおいても高周波領域でのインピーダンス特性に優れた大容量の電解コンデンサが求められてきている。最近では、この高周波領域のインピーダンスを低減するために、電気電導度の高い導電性高分子等の固体電解質を用いた固体電解コンデンサが検討されてきており、又大容量化の要求に対しては、電極箔を積層させる場合と比較して構造的に大容量化が容易な巻回型(陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回した構造のもの)による導電性高分子を用いた固体電解コンデンサが製品化されている。 Further, with the increase in the frequency of electronic equipment, there has been a demand for a large-capacity electrolytic capacitor having excellent impedance characteristics in a high-frequency region even in an electrolytic capacitor that is an electronic component. Recently, in order to reduce the impedance in this high frequency region, solid electrolytic capacitors using a solid electrolyte such as a conductive polymer with high electrical conductivity have been studied, and in response to the demand for large capacity. Using a conductive polymer of a winding type (with a structure in which an anode foil and a cathode foil are wound through a separator) that can easily increase the capacity in comparison with the case of laminating electrode foils Solid electrolytic capacitors have been commercialized.
巻回型の構造を採る固体電解コンデンサは、陽極箔と陰極箔との接触を避けるためにセパレータを介在させることが必須であり、このセパレータとしては、従来の駆動用電解液を電解質とする電解コンデンサに用いられているマニラ麻やクラフト紙からなるいわゆる電解紙を用いてコンデンサ素子を巻回した後に加熱方法等によりこの電解紙を炭化処理したものや、ガラス繊維不織布、乾式メルトブロー法による樹脂を主成分とする不織布などが用いられている。 In order to avoid contact between the anode foil and the cathode foil, it is essential that a solid electrolytic capacitor adopting a winding type structure has a separator interposed therebetween. As this separator, an electrolytic solution using a conventional driving electrolyte is used as an electrolyte. Mainly used is a capacitor element wound with so-called electrolytic paper made of Manila hemp or kraft paper used for capacitors, and then carbonized with a heating method, etc., glass fiber nonwoven fabric, and resin by dry melt blow method. A non-woven fabric as a component is used.
固体電解コンデンサとしては、例えば特許文献3には、電解コンデンサの小型化及び高周波領域における低インピーダンス特性を改良するため、誘電体酸化皮膜を有する陽極箔がセパレータ紙及び陰極箔と巻回された構造を持つ電解コンデンサにおいて、セパレータ紙が導電性高分子によって導電化されている電解コンデンサが記載されている。導電性高分子としてポリピロール,ポリアニリン,ポリチオフェン又はポリフランが用いられる。 As a solid electrolytic capacitor, for example, Patent Document 3 discloses a structure in which an anode foil having a dielectric oxide film is wound around a separator paper and a cathode foil in order to reduce the size of the electrolytic capacitor and improve low impedance characteristics in a high frequency region. An electrolytic capacitor in which separator paper is made conductive by a conductive polymer is described. Polypyrrole, polyaniline, polythiophene or polyfuran is used as the conductive polymer.
また、特許文献4には高周波域でのインピーダンスが低く、かつ、電気特性の優れた電解コンデンサを提供することを目的として、誘電体酸化皮膜を有する陽極箔と陰極箔をその間に多孔質樹脂フィルムを介在させて捲回することにより構成されたコンデンサ素子を備え、このコンデンサ素子における多孔質樹脂フィルムを導電性高分子によって導電化するようにした電解コンデンサが記載されている。
しかしながら、前記した従来のアルミ電解コンデンサのESR特性を改善するため、低密度のセパレータを用いると、このセパレータの引張強さが十分ではなく、コンデンサ素子の製造時及び該セパレータを必要な幅に裁断する際に紙切れが発生しやすくなるという難点が生じる。更に陽極箔と陰極箔間のショートとか耐電圧特性が劣化するという問題もある。 However, if a low-density separator is used to improve the ESR characteristics of the conventional aluminum electrolytic capacitor described above, the tensile strength of the separator is not sufficient, and the separator is cut to the required width when manufacturing the capacitor element. When doing so, there is a difficulty that paper breakage is likely to occur. Furthermore, there is a problem that the short circuit between the anode foil and the cathode foil or the withstand voltage characteristic deteriorates.
また、セパレータに紙力増強剤の精製溶液を含浸塗布したものは繊維間の結合強度が増大するものの、セルロース系繊維の表面に紙力増強剤が付着しているだけであるため、駆動用電解液を含浸させて長期間使用すると、セパレータが徐々に膨潤し、アルミ電解コンデンサの信頼性に課題を有している。 In addition, when the separator is impregnated with a refined solution of a paper strength enhancer, the bond strength between the fibers increases, but only the paper strength enhancer adheres to the surface of the cellulosic fiber. When the liquid is impregnated and used for a long period of time, the separator gradually swells, and there is a problem in the reliability of the aluminum electrolytic capacitor.
更に、駆動用電解液に代えて導電性高分子等の固体電解質を用いたものは、電解質として誘電体酸化皮膜等の修復性の乏しい固体電解質のみを用いているため、従来の駆動用電解液を用いたアルミ電解コンデンサに較べて漏れ電流の増加とか誘電体酸化皮膜の欠陥発生に伴うショート不良が発生しやすく、高耐電圧のアルミ電解コンデンサを得ることはできないという課題がある。 Furthermore, since a solid electrolyte such as a conductive polymer instead of the driving electrolyte uses only a solid electrolyte with poor repair properties such as a dielectric oxide film, the conventional driving electrolyte As compared with an aluminum electrolytic capacitor using aluminum, there is a problem that an increase in leakage current or a short circuit failure due to the occurrence of a defect in the dielectric oxide film is likely to occur, and an aluminum electrolytic capacitor having a high withstand voltage cannot be obtained.
一方、巻回型電解コンデンサの構造では、セパレータに導電性高分子を形成する際に重合反応に必要な酸化剤溶液等の処理液に対して、一般的なセルロース系繊維は化学的に不安定であるため、導電性高分子を形成しにくいという問題がある。導電性高分子をセパレータに形成するには、ポリエステル繊維,ポリエチレン繊維,ポリプロピレン繊維等の合成繊維を用いることがESR特性を高めるために好ましいが、電解コンデンサにおけるセパレータ自体のコストが高くなるとともに耐熱性にも問題がある。 On the other hand, in the structure of a wound electrolytic capacitor, general cellulosic fibers are chemically unstable with respect to a processing solution such as an oxidant solution required for a polymerization reaction when forming a conductive polymer on a separator. Therefore, there is a problem that it is difficult to form a conductive polymer. In order to form the conductive polymer in the separator, it is preferable to use synthetic fibers such as polyester fiber, polyethylene fiber, and polypropylene fiber in order to improve ESR characteristics. However, the cost of the separator itself in the electrolytic capacitor is increased and the heat resistance is increased. There is also a problem.
そこで本発明は前記従来のアルミ電解コンデンサが有している課題を解消して、ESR特性を改善するとともに耐ショート不良率,高耐圧性,高耐熱性を向上させるとともに、高リップルで長寿命の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。 Therefore, the present invention eliminates the problems of the conventional aluminum electrolytic capacitor, improves the ESR characteristics, improves the short-circuit failure rate, high voltage resistance, and high heat resistance, and has high ripple and long life. An object of the present invention is to provide an electrolytic capacitor.
本発明は上記目的を達成するために、陽極箔と陰極箔との間にセパレータを介在してコンデンサ素子を形成し、該コンデンサ素子に駆動用電解液を含浸させた電解コンデンサにおいて、前記セパレータは、ポリアクリルアミド樹脂からなる紙力増強剤を付着させたセルロース系繊維にシランカップリング剤を付与して乾燥させた後、200〜300℃で熱処理してなり、前記紙力増強剤のポリアクリルアミド樹脂をイミド化させるとともに、セルロース系繊維にシランカップリング剤を結合させた電解コンデンサを基本手段としている。また、コンデンサ素子に導電性高分子の固体電解質を設けた。 In order to achieve the above object, the present invention provides an electrolytic capacitor in which a capacitor element is formed by interposing a separator between an anode foil and a cathode foil, and the capacitor element is impregnated with a driving electrolyte solution. , dried by applying a silane coupling agent to cellulosic fibers with attached paper strength agent comprising a polyacrylamide resin, it was heat-treated at 200 to 300 [° C., polyacrylamide resin in the paper strength agent is a basic means Rutotomoni is imidized, the electrolytic capacitor is coupled to the silane coupling agent to the cellulosic fiber. The capacitor element was provided with a conductive polymer solid electrolyte.
また、前記電解コンデンサにおいて、駆動用電解液は有機溶媒と水との混合溶媒を用いたものからなり、この駆動用電解液中の水の量は20〜90重量%の範囲とする。 In the electrolytic capacitor, the driving electrolyte is made of a mixed solvent of an organic solvent and water, and the amount of water in the driving electrolyte is in the range of 20 to 90% by weight.
本発明にかかる電解コンデンサによれば、セパレータとしてポリアクリルアミド樹脂からなる紙力増強剤を付着させたセルロース系繊維にシランカップリング剤を付与して乾燥させた後、200〜300℃で熱処理したものを用いることにより、紙力増強剤であるポリアクリルアミド樹脂のアミド基がイミドに変化し、駆動用電解液の水に対して不溶の紙力増強剤とすることができる。また、シランカップリング剤を熱処理することによって、セルロースと縮合反応が起こり、セルロース系繊維と強固に結合するので、セパレータの水による繊維間の膨潤やほぐれを防止することができる。さらに、セルロース表面にセルロースの水酸基と結合したシラノール基を有するので、駆動用電解液を用いてもESRが高くなることはない。これらにより、有機溶媒と水からなる駆動用電解液を用いた電解コンデンサの長寿命で高信頼性化を図ることができる。 According to the electrolytic capacitor of the present invention, a cellulose fiber with a paper strength enhancer made of polyacrylamide resin attached as a separator is dried by applying a silane coupling agent and then heat treated at 200 to 300 ° C. By using, the amide group of the polyacrylamide resin, which is a paper strength enhancer, is changed to imide, and the paper strength enhancer can be made insoluble in the water of the driving electrolyte. Further, when the silane coupling agent is heat-treated, a condensation reaction with cellulose occurs and the cellulose-based fibers are firmly bonded to each other, so that swelling and loosening between the fibers due to water in the separator can be prevented. Furthermore, since it has a silanol group bonded to a hydroxyl group of cellulose on the cellulose surface, ESR does not increase even when a driving electrolyte is used. As a result, it is possible to achieve high reliability with a long life of the electrolytic capacitor using the driving electrolytic solution composed of an organic solvent and water.
また、該セパレータが紙力増強剤及びシランカップリング剤の熱処理によって化学的に安定するため、導電性高分子が容易に形成されて、ESR特性,耐ショート不良率,高耐圧性,高耐熱性,高リップルに優れた電解コンデンサを得ることができる。 In addition, since the separator is chemically stabilized by heat treatment of a paper strength enhancer and a silane coupling agent, a conductive polymer is easily formed, and ESR characteristics, short-circuit failure rate, high pressure resistance, and high heat resistance , Electrolytic capacitors with excellent high ripple can be obtained.
以下本発明にかかる電解コンデンサの最良の第1実施形態としてのアルミ電解コンデンサを説明する。図1は本発明における電解コンデンサの構造を示す要部断面斜視図である。図中の11は陽極箔,12は陰極箔,13はセパレータであり、陽極箔11はアルミ箔をエッチング処理によって実効表面積を拡大させた表面に化成処理によって誘電体酸化皮膜を形成してあり、陰極箔12はアルミ箔をエッチング処理して形成されている。前記陽極箔11と陰極箔12とをセパレータ13を介して巻回することによりコンデンサ素子19が構成され、陽極箔11と陰極箔12に夫々陽極リード15と陰極リード16を接続し、駆動用電解液14を含浸させてアルミニウムでなる金属ケース18内に挿入してゴム等の封口材17で封止することでアルミ電解コンデンサとして製作される。
An aluminum electrolytic capacitor as the best first embodiment of the electrolytic capacitor according to the present invention will be described below. FIG. 1 is a cross-sectional perspective view of a main part showing the structure of an electrolytic capacitor in the present invention. In the figure, 11 is an anode foil, 12 is a cathode foil, 13 is a separator, and the anode foil 11 has a dielectric oxide film formed by chemical conversion treatment on the surface of an aluminum foil whose effective surface area is enlarged by etching treatment. The
前記セパレータ13は、ポリアクリルアミド樹脂からなる紙力増強剤を付着させたセルロース系繊維にシランカップリング剤を付与して乾燥させた後、200〜300℃で熱処理した紙で構成されている。紙力増強剤であるポリアクリルアミド樹脂は熱処理することによりイミドに変化し、駆動用電解液の水に対して不溶の紙力増強剤とすることができる。また、シランカップリング剤の熱処理によって縮合反応が起こり、セルロース系繊維と強固に結合するので、セパレータ13の水による繊維間の膨潤やほぐれを防止することができる。
The
ここで、ポリアクリルアミド樹脂を付着させたセルロース系繊維からなるセパレータ基材にシランカップリング剤としてN−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製KBM603)を用い、表1に示す塗工量,熱処理温度及び熱処理時間でシランカップリング剤を熱処理したセパレータ1,2,3を作製し、セパレータの引張強さを下記試験条件で測定した。その結果を表2に示す。
試験条件:幅15mmのセパレータを純水中に30秒間浸漬し、その後JIS C 2111(電気絶縁紙試験方法)の引張強さの項目に準じて試験を行う。
Here, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane (KBE603, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) is used as a silane coupling agent on a separator base material made of cellulose fiber to which a polyacrylamide resin is attached. Using
Test conditions: A separator having a width of 15 mm is immersed in pure water for 30 seconds, and then tested according to the tensile strength item of JIS C2111 (electrical insulating paper test method).
表2から明らかなように、シランカップリング剤を処理してないセパレータ1に比べて、シランカップリング剤を処理したセパレータ2及びセパレータ3は、熱処理温度が200〜300℃で、処理時間が10〜30分(但し、300℃では10分まで)処理したものの引張強さが高くなる。例えば、200℃で10分間熱処理をした場合、塗工量0g/m2セパレータ1の引張強さは2.1N/15mmであるのに対し、塗工量0.8g/m2セパレータ2では3.7N/15mmに、塗工量1.8g/m2セパレータ3では4.6N/15mmと引張強さが如実に向上している。なお、表2に示すように熱処理温度が300℃の場合は熱処理時間が30分に及ぶとセパレータの引張強さが低下してしまうため、熱処理温度は10分ほどに留める必要がある。また、熱処理温度が250℃の場合も熱処理時間が30分に及ぶと熱処理時間が10分の場合に比べて、引張強さが低下するので、熱処理温度と熱処理時間は適当な範囲で選択することが好ましい。
As apparent from Table 2, the separator 2 and the separator 3 treated with the silane coupling agent have a heat treatment temperature of 200 to 300 ° C. and a treatment time of 10 as compared with the
これは、紙力増強剤であるポリアクリルアミド樹脂のアミド基がイミドに変化し、水に対して不溶の紙力増強剤とすることができ、更に、シランカップリング剤を熱処理することによって、セルロースと縮合反応が起こり、セルロース系繊維と強固に結合し、セパレータの水による繊維間の膨潤やほぐれを防止することができたものと考えられる。 This is because the amide group of the polyacrylamide resin, which is a paper strength enhancer, is changed to an imide and can be made into a paper strength enhancer that is insoluble in water. Furthermore, by heat treating the silane coupling agent, cellulose It is considered that the condensation reaction occurred and the cellulose fibers were firmly bonded to each other, and swelling and loosening between the fibers due to the water of the separator could be prevented.
シランカップリング剤の塗工量について表1では0.8g/m2と1.8g/m2の2点で評価したが、塗工量が2.0g/m2を超えると、セルロース系繊維間の空隙が減少して電解コンデンサとしてのESR特性が悪くなり、0.5g/m2未満ではシランカップリング剤の効果を発揮させることができない。そのため、シランカップリング剤の塗工量としては、0.5g/m2〜2.0g/m2が適当であり、好ましくは0.8g/m2〜1.8g/m2の範囲である。 In Table 1, the coating amount of the silane coupling agent was evaluated at two points of 0.8 g / m 2 and 1.8 g / m 2 , but when the coating amount exceeded 2.0 g / m 2 , cellulosic fibers The gap between them is reduced and the ESR characteristic as an electrolytic capacitor is deteriorated, and if it is less than 0.5 g / m 2 , the effect of the silane coupling agent cannot be exhibited. Therefore, the coating amount of the silane coupling agent is suitably from 0.5g / m 2 ~2.0g / m 2 , is preferably in the range of 0.8g / m 2 ~1.8g / m 2 .
シランカップリング剤の熱処理は、ポリアクリルアミド樹脂を付着させたセルロース系繊維からなるセパレータ基材を一旦熱処理し、その後シランカップリング剤を付与させて乾燥後行うようにする、或いは陽極箔と陰極箔との間にシランカップリング剤を付与して乾燥させたセルロース系繊維を介在させてコンデンサ素子19を形成してから熱処理してもよいが、ポリアクリルアミド樹脂を付着させたセルロース系繊維からなるセパレータ基材にシランカップリング剤を付与させて乾燥してから熱処理したものは、ポリアクリルアミド樹脂とシランカップリング剤が絡みあった状態でセルロース系繊維に付着されるとともに、セルロース表面とシランカップリング剤の反応が効率よく進むので好ましい。
The heat treatment of the silane coupling agent is performed by once treating the separator base material made of cellulosic fiber to which the polyacrylamide resin is adhered, and then applying the silane coupling agent and drying, or anode foil and cathode foil A separator made of cellulose fiber to which a polyacrylamide resin is attached may be subjected to heat treatment after forming a
セルロース系繊維としてはレーヨン,マニラ麻,クラフト,ヘンプ,エスパルトの少なくとも1種を含んだ繊維を使用する。これらの繊維は見かけ上の繊維間隔が緻密であり、微細な貫通孔が多数個存在するため駆動用電解液14の伝導度を低下させることがなく、アルミ電解コンデンサの抵抗損失を小さくするとともに耐ショート不良率を高めることができる。セパレータ13の坪量は10〜60g/m2のものを用いる。この範囲のセパレータを用いることによって得られたアルミ電解コンデンサ内のセパレータ13の占める抵抗分を下げることができるため、ESR特性と低インピーダンス化に対して効果がある。この坪量とはセパレータの面積が1平方メートル(m2)当たりの質量をグラム(g)で表した値である。
As the cellulosic fiber, a fiber containing at least one of rayon, Manila hemp, craft, hemp, and esparto is used. These fibers have a fine apparent fiber spacing and a large number of fine through-holes, so that the conductivity of the driving
セパレータ13の坪量が10g/m2の未満では、耐ショート不良率を改善することができず、坪量が60g/m2を超えると耐ショート不良率は良くなるもののその他のコンデンサ特性の向上をはかることができない。なお、最適な坪量範囲は10〜40g/m2である。
If the basis weight of the
シランカップリング剤は、ビニル系,エポキシ系,アミノ系を用いることができ、ビニル系としてビニルトリクロルシラン,ビニルトリメトキシシラン,ビニルトリエトキシシランが挙げられ、エポキシ系では2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン,3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン,3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン,3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。 As the silane coupling agent, vinyl type, epoxy type, and amino type can be used. Examples of vinyl type include vinyltrichlorosilane, vinyltrimethoxysilane, and vinyltriethoxysilane. Epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane and the like.
また、アミノ系としてはγ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン,γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン,γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン,ビニルトリアセトキシシラン,ビニルトリメトキシシラン,N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン,N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン,N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン,3−アミノプロピルトリメトキシシラン,3−アミノプロピルトリエトキシシラン,3−トリエトキシシリル−N−(1,3−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミン,N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン,N−(ビニルベンジル)−2−アミノエチル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン塩酸塩等が挙げられる。 In addition, the amino group includes γ- (2-aminoethyl) aminopropyltrimethoxysilane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, vinyltriacetoxysilane, vinyltrimethoxysilane, N 2- (aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-triethoxysilyl-N- (1,3-dimethyl-butylidene) propylamine, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (Vinylbenzyl) -2-aminoethyl-3 Aminopropyltrimethoxysilane hydrochloride and the like.
駆動用電解液14は、基本的には有機溶媒と水の混合溶媒に、無機酸,有機酸,無機酸塩,有機酸塩の1種以上を含む溶質とからなり、特に電解コンデンサのESR特性を向上させることができる。
The driving
有機溶媒としては、アルコール溶媒(エチレングリコール,プロピレングリコール,1,4−ブタンジオール,グリセリン,ポリオキシアルキレンポリオール等),アミド溶媒(N−メチルホルムアミド,N,N−ジメチルホルムアミド,N−メチルアセトアミド,N−メチルピロジリノン等),アルコール溶媒(メタノール,エタノール等),エーテル溶媒(メチラール,1,2−ジメトキシエタン,1−エトキシ−2−メトキシエタン,1,2−ジエトキシエタン等),ニトリル溶媒(アセトニトリル,3−メトキシプロピオニトリル等),フラン溶媒(2,5−ジメトキシテトラヒドロフラン等),スルホラン溶媒(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),カーボネート溶媒(プロピレンカーボネート,エチレンカーボネート,ジエチルカーボネート,スチレンカーボネート,ジメチルカーボネート又はメチルエチルカーボネート等),ラクトン溶媒(γ−ブチロラクトン,γ−バレロラクトン,δ−バレロラクトン,3−メチル−1,3−オキサジリジン−2−オン,3−エチル−1,3−オキサゾリジン−2−オン等),イミダゾリジノン溶媒(1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等),ピロリドン溶媒の単独あるいは2種以上の併用が挙げられる。この中ではエチレングリコール,γ−ブチロラクトンを用いることが望ましい。また、水の含有量は、駆動用電解液14の20〜90重量%含むものが好適である。
Examples of the organic solvent include alcohol solvents (ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, glycerin, polyoxyalkylene polyol, etc.), amide solvents (N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N-methylacetamide, N-methylpyrrolidinone, etc.), alcohol solvents (methanol, ethanol, etc.), ether solvents (methylal, 1,2-dimethoxyethane, 1-ethoxy-2-methoxyethane, 1,2-diethoxyethane, etc.), nitriles Solvent (acetonitrile, 3-methoxypropionitrile, etc.), furan solvent (2,5-dimethoxytetrahydrofuran, etc.), sulfolane solvent (sulfolane, 3-methylsulfolane, 2,4-dimethylsulfolane, etc.), carbonate solvent (propylene carbonate) Ethylene carbonate, diethyl carbonate, styrene carbonate, dimethyl carbonate or methyl ethyl carbonate), lactone solvent (γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, 3-methyl-1,3-oxaziridin-2-one, 3 -Ethyl-1,3-oxazolidine-2-one etc.), imidazolidinone solvent (1,3-dimethyl-2-imidazolidinone etc.), pyrrolidone solvent alone or in combination of two or more. Among these, it is desirable to use ethylene glycol and γ-butyrolactone. Moreover, what contains 20 to 90 weight% of the
前記溶質は、無機酸,有機酸,無機酸塩,有機酸塩の1種以上を含む溶質とからなるが、この中でも好ましくは硼酸,リン酸,アゼライン酸,アジピン酸,グルタル酸,フタル酸,マレイン酸,安息香酸,5,6−デカンジカルボン酸,1,7−オクタンジカルボン酸,1,6−デカンジカルボン酸等の二塩基酸又はその塩が挙げられる。前記の塩としては、アンモニウム塩,アミン塩,四級アンモニウム塩,アミジン系塩等が使用できる。 The solute is composed of an inorganic acid, an organic acid, an inorganic acid salt, and a solute containing at least one organic acid salt. Among these, boric acid, phosphoric acid, azelaic acid, adipic acid, glutaric acid, phthalic acid, Examples thereof include dibasic acids such as maleic acid, benzoic acid, 5,6-decanedicarboxylic acid, 1,7-octanedicarboxylic acid, 1,6-decanedicarboxylic acid, and salts thereof. As the salt, ammonium salt, amine salt, quaternary ammonium salt, amidine salt and the like can be used.
以下、本発明にかかるアルミ電解コンデンサの第1実施形態の具体的な実施例及び比較例を説明する。 Hereinafter, specific examples and comparative examples of the first embodiment of the aluminum electrolytic capacitor according to the present invention will be described.
エッチング処理により表面を粗面化した後に陽極酸化処理により誘電体酸化皮膜(化成電圧10V)を形成したアルミニウム箔からなる陽極箔と、アルミニウム箔をエッチング処理した陰極箔とをセパレータを介在させて巻回することによってコンデンサ素子を作製した。前記セパレータはレーヨンとヘンプで構成された紙からなるセパレータ基材イ(厚さ40μm、坪量20g/m2)にポリアクリルアミド樹脂希釈溶液を含浸させ、プレスロールで余分のポリアクリルアミド樹脂を除去し、乾燥後に200℃で5分間熱処理を行ったものをセパレータ基材ロとした。 An anode foil made of an aluminum foil having a dielectric oxide film (chemical conversion voltage 10 V) formed by roughening the surface by etching and then anodizing, and a cathode foil obtained by etching the aluminum foil are wound with a separator interposed therebetween. A capacitor element was produced by turning. The separator is made by impregnating a separator base material (a thickness of 40 μm, basis weight 20 g / m 2 ) made of paper made of rayon and hemp with a diluted polyacrylamide resin, and removing excess polyacrylamide resin with a press roll. The separator substrate was subjected to heat treatment at 200 ° C. for 5 minutes after drying.
次に、このセパレータ基材ロにシランカップリング剤としてN−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製KBM603)を用いて塗工量が1.0g/m2になるように塗布して乾燥した後、200℃で30分間熱処理を行ったものをセパレータとして用いた。得られたコンデンサ素子に表3に示す駆動用電解液Aを減圧条件下(−700mmHg)で含浸した。次にコンデンサ素子を樹脂加硫ブチルゴム封口材とともに有底筒状のアルミニウムケースに挿入した後、該アルミニウムケースの開口部をカーリング処理により封止し、最後に直流電圧6.3Vを雰囲気温度105℃で1時間連続的に印加することによりエージングを行い、直径10mm×高さ10mmサイズのアルミ電解コンデンサを作製した。なお、ブチルゴム封口材は、ブチルゴムポリマー30部,カーボン20部,無機充填剤50部から構成され、封口材硬度:70IRHD(国際ゴム硬さ単位)のものを使用した。 Next, this separator base material B was coated with a coating amount of 1.0 g / L using N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane (KBM603 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) as a silane coupling agent. A separator that was heat-treated at 200 ° C. for 30 minutes after being applied to m 2 and dried was used as a separator. The obtained capacitor element was impregnated with the driving electrolyte A shown in Table 3 under reduced pressure (-700 mmHg). Next, after inserting the capacitor element into the bottomed cylindrical aluminum case together with the resin vulcanized butyl rubber sealing material, the opening of the aluminum case was sealed by curling treatment, and finally the DC voltage of 6.3 V was applied to the ambient temperature of 105 ° C. Aging was performed by continuously applying for 1 hour to produce an aluminum electrolytic capacitor having a diameter of 10 mm and a height of 10 mm. The butyl rubber sealing material was composed of 30 parts of butyl rubber polymer, 20 parts of carbon, and 50 parts of an inorganic filler, and a sealing material hardness of 70 IRHD (international rubber hardness unit) was used.
実施例1において、セパレータ基材イにポリアクリルアミド樹脂希釈溶液を含浸させ、プレスロールで余分のポリアクリルアミド樹脂を除去して乾燥したものをセパレータ基材ハとし、このセパレータ基材ハにシランカップリング剤として前記N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシランを用いて塗工量が1.0g/m2になるように塗布し、乾燥後200℃で30分間熱処理を行ったものをセパレータとして用いた以外は、実施例1と同一の工程を経てアルミ電解コンデンサを作製した。 In Example 1, the separator substrate i was impregnated with a diluted polyacrylamide resin solution, and the excess polyacrylamide resin was removed with a press roll and dried to obtain a separator substrate C. Silane coupling was applied to the separator substrate c. Using N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane as an agent, the coating amount was 1.0 g / m 2, and after drying, heat treatment was performed at 200 ° C. for 30 minutes. An aluminum electrolytic capacitor was manufactured through the same process as in Example 1 except that the separator was used as a separator.
実施例2において、シランカップリング剤の熱処理温度を250℃で10分間行った以外は、実施例2と同一の工程を経てアルミ電解コンデンサを作製した。 In Example 2, an aluminum electrolytic capacitor was manufactured through the same steps as Example 2 except that the heat treatment temperature of the silane coupling agent was 250 ° C. for 10 minutes.
実施例2において、シランカップリング剤の熱処理温度を300℃で5分間行った以外は、実施例2と同一の工程を経てアルミ電解コンデンサを作製した。 In Example 2, an aluminum electrolytic capacitor was manufactured through the same process as Example 2 except that the heat treatment temperature of the silane coupling agent was 300 ° C. for 5 minutes.
実施例2において、セパレータ基材イとしてマニラ麻とヘンプで構成された紙(厚さ40μm、坪量10g/m2)からなるものを用いた以外は、実施例2と同一の工程を経てアルミ電解コンデンサを作製した。 In Example 2, aluminum electrolysis was performed through the same steps as in Example 2 except that the separator substrate i was made of paper composed of Manila hemp and hemp (thickness 40 μm, basis weight 10 g / m 2 ). A capacitor was produced.
実施例2において、セパレータ基材イをクラフトとエスパルとから構成された紙と、マニラ麻とヘンプとから構成された紙とからなる二重紙(厚さ70μm、坪量60g/m2)を用いた以外は、実施例2と同一の工程を経てアルミ電解コンデンサを作製した。 In Example 2, a double paper (thickness 70 μm, basis weight 60 g / m 2 ) made of paper made of kraft and espal as separator base material i and paper made of manila hemp and hemp was used. Except for the above, an aluminum electrolytic capacitor was manufactured through the same process as in Example 2.
実施例2において、駆動用電解液Aに代えて表3の駆動用電解液Bを用いた以外は、実施例2と同一の工程を経てアルミ電解コンデンサを作製した。 In Example 2, an aluminum electrolytic capacitor was manufactured through the same process as Example 2 except that the driving electrolyte B shown in Table 3 was used instead of the driving electrolyte A.
実施例2において、駆動用電解液Aに代えて表3の駆動用電解液Cを用いた以外は、実施例2と同一の工程を経てアルミ電解コンデンサを作製した。 In Example 2, an aluminum electrolytic capacitor was manufactured through the same process as Example 2 except that the driving electrolyte C in Table 3 was used instead of the driving electrolyte A.
実施例2において、駆動用電解液Aに代えて表3の駆動用電解液Dを用いた以外は、実施例2と同一の工程を経てアルミ電解コンデンサを作製した。 In Example 2, an aluminum electrolytic capacitor was fabricated through the same steps as Example 2 except that the driving electrolyte D in Table 3 was used instead of the driving electrolyte A.
実施例2において、駆動用電解液Aに代えて表3の駆動用電解液Eを用いた以外は、実施例2と同一の工程を経てアルミ電解コンデンサを作製した。 In Example 2, an aluminum electrolytic capacitor was manufactured through the same process as Example 2 except that the driving electrolyte E shown in Table 3 was used instead of the driving electrolyte A.
実施例1において、セパレータとして、実施例2におけるセパレータ基材ハにシランカップリング剤を付与して乾燥させたセパレータを介在させてコンデンサ素子を形成し、その後熱処理を行ったものを用いた以外は、実施例1と同一の工程を経てアルミ電解コンデンサを作製した。 In Example 1, a separator was used except that a separator was formed by interposing a separator obtained by applying a silane coupling agent to the separator substrate C in Example 2 and drying the separator, followed by heat treatment. The aluminum electrolytic capacitor was manufactured through the same process as in Example 1.
[比較例1]
セパレータとして、実施例1におけるセパレータ基材イにポリアクリルアミド樹脂希釈溶液を含浸させ、プレスロールで余分のポリアクリルアミド樹脂を除去し、乾燥したものを用いた以外は、実施例1と同一の工程を経てアルミ電解コンデンサを作製した。
[Comparative Example 1]
As the separator, the same steps as in Example 1 were used except that the separator substrate in Example 1 was impregnated with the diluted polyacrylamide resin solution, the excess polyacrylamide resin was removed with a press roll, and the dried product was used. After that, an aluminum electrolytic capacitor was produced.
[比較例2]
実施例1において、セパレータとして、実施例1におけるセパレータ基材ロを用いてアルミ電解コンデンサを作製した。
[Comparative Example 2]
In Example 1, an aluminum electrolytic capacitor was produced using the separator base material in Example 1 as a separator.
[比較例3]
セパレータとして、実施例1におけるセパレータ基材イにポリアクリルアミド樹脂希釈溶液を含浸させ、プレスロールで余分のポリアクリルアミド樹脂を除去して乾燥し、更にシランカップリング剤としてN−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製KBM603)を塗工量が0.5g/m2になるように塗布して乾燥したものをセパレータとして用いた以外は、実施例1と同一の工程を経てアルミ電解コンデンサを作製した。
[Comparative Example 3]
As a separator, the separator substrate a in Example 1 was impregnated with a diluted polyacrylamide resin solution, and the excess polyacrylamide resin was removed by a press roll and dried. Further, N-2- (aminoethyl) was used as a silane coupling agent. Example 1 except that a separator obtained by applying and drying -3-aminopropyltrimethoxysilane (KBM603 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) so that the coating amount is 0.5 g / m 2 is used. An aluminum electrolytic capacitor was fabricated through the same process.
実施例1〜実施例11及び比較例1〜比較例3において使用した駆動用電解液A〜Eの成分構成を表3に示す。 Table 3 shows component configurations of the driving electrolytes A to E used in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 3.
以上の実施例1〜11と比較例1〜3のアルミ電解コンデンサを各20個作製し、寿命試験を行った結果を表4に示す。なお、試験温度は105℃で負荷試験を行った。ESR特性は100kHzでの測定結果である。 Table 4 shows the results obtained by fabricating 20 aluminum electrolytic capacitors of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 3 and conducting a life test. The load test was conducted at a test temperature of 105 ° C. The ESR characteristic is a measurement result at 100 kHz.
表4から明らかなように、本発明を適用した実施例1〜11のアルミ電解コンデンサは、比較例1〜3に比べてセパレータにポリアクリルアミド樹脂の紙力増強剤,シランカップリング剤を形成した後の熱処理を行っているので、紙力増強剤であるポリアクリルアミド樹脂がイミドに変化し、さらに、シランカップリング剤の熱処理によって縮合反応が起こり、セルロース系繊維と強固に結合するので、駆動用電解液の水に対して不溶の紙力増強剤とすることができ、セパレータ繊維間の膨潤やほぐれを防止することができることから、有機溶媒と水からなる駆動用電解液を用いた電解コンデンサの低ESRで長寿命及び高信頼性化を図ることができる。 As is apparent from Table 4, the aluminum electrolytic capacitors of Examples 1 to 11 to which the present invention was applied formed a paper strength enhancer of polyacrylamide resin and a silane coupling agent on the separator as compared with Comparative Examples 1 to 3. Since the post-heat treatment is performed, the polyacrylamide resin, which is a paper strength enhancer, is converted into an imide, and further, a condensation reaction occurs due to the heat treatment of the silane coupling agent, and the cellulose fiber is firmly bonded. Since it can be a paper strength enhancer that is insoluble in water of the electrolytic solution and can prevent swelling and loosening between separator fibers, an electrolytic capacitor using a driving electrolytic solution composed of an organic solvent and water can be used. Long life and high reliability can be achieved with low ESR.
次に本発明にかかる電解コンデンサの最良の第2実施形態としてのアルミ電解コンデンサを説明する。前記第1実施形態において、セパレータ13としてポリアクリルアミド樹脂からなる紙力増強剤を付着させたセルロース系繊維にシランカップリング剤を付与して熱処理し、前記紙力増強剤のポリアクリルアミド樹脂をイミド化させ、かつ、セルロース系繊維にシランカップリング剤を結合させたものに導電性高分子を付与した紙で構成されたものを用いた以外は、前記第1実施形態と同様にしてアルミ電解コンデンサを構成した。
Next, an aluminum electrolytic capacitor as a second preferred embodiment of the electrolytic capacitor according to the present invention will be described. In the first embodiment, the
導電性高分子としては、ポリピロール,ポリ3,4−エチレンジオキシチオフェン,ポリアニリン等が挙げられる。これらの導電性高分子はセパレータ13に化学重合もしくは気相重合で形成される、或いはコンデンサ素子に導電性高分子を化学重合により形成される。
Examples of the conductive polymer include polypyrrole, poly3,4-ethylenedioxythiophene, and polyaniline. These conductive polymers are formed on the
以下、本発明にかかるアルミ電解コンデンサの第2実施形態の具体的な実施例及び比較例を説明する。 Specific examples and comparative examples of the second embodiment of the aluminum electrolytic capacitor according to the present invention will be described below.
まず、セパレータとしてレーヨンとヘンプで構成された紙からなる厚さが40μm、坪量が20g/m2のセパレータ基材イを用い、このセパレータ基材イにポリアクリルアミド樹脂希釈溶液を含浸させ、プレスロールで余分のポリアクリルアミド樹脂を除去し、乾燥後に200℃で5分間熱処理を行い、セパレータ基材ロとした。続いて、このセパレータ基材ロにシランカップリング剤としてビニルトリアセトキシシラン(東レ・ダウコーニング株式会社製SZ6030)を塗工量が1.5g/m2になるように塗布して乾燥した後、200℃で30分間熱処理を行い、セパレータ基材ニとした。 First, a separator base material a having a thickness of 40 μm and a basis weight of 20 g / m 2 is used as a separator. The separator base material is impregnated with a diluted polyacrylamide resin solution and pressed. Excess polyacrylamide resin was removed with a roll, and after drying, heat treatment was performed at 200 ° C. for 5 minutes to obtain a separator base material. Subsequently, vinyl triacetoxysilane (SZ6030 manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd.) was applied as a silane coupling agent to the separator substrate and dried so that the coating amount was 1.5 g / m 2 . Heat treatment was performed at 200 ° C. for 30 minutes to obtain a separator base material D.
このセパレータ基材ニを過硫酸アンモニウム(濃度3重量%)と有機酸化合物である1−ナフタレンスルホン酸(濃度5重量%)を含有する水溶液に浸漬してから引き上げ、その後ピロール蒸気中に曝露することで表面に過硫酸アンモニウムの酸化作用を利用した化学酸化重合により導電性高分子となるポリピロールを形成した。ポリピロールが被覆されたセパレータ基材ニを水洗後に105℃で乾燥してセパレータを作製した。次に、エッチング処理により表面を粗面化した後に陽極酸化処理により誘電体酸化皮膜(化成電圧10V)を形成したアルミニウム箔からなる陽極箔と、アルミニウム箔をエッチング処理した陰極箔とを前記セパレータを介在させて巻回することによってコンデンサ素子を作製した。 This separator substrate d is pulled up after being immersed in an aqueous solution containing ammonium persulfate (concentration 3% by weight) and 1-naphthalenesulfonic acid (concentration 5% by weight) which is an organic acid compound, and then exposed to pyrrole vapor. Thus, polypyrrole, which becomes a conductive polymer, was formed on the surface by chemical oxidative polymerization using the oxidizing action of ammonium persulfate. The separator substrate coated with polypyrrole was washed with water and dried at 105 ° C. to produce a separator. Next, an anode foil made of an aluminum foil whose surface is roughened by an etching process and then a dielectric oxide film (formation voltage 10 V) is formed by an anodic oxidation process, and a cathode foil obtained by etching the aluminum foil are separated from the separator. Capacitor elements were produced by interposing and winding.
このコンデンサ素子にフタル酸トリエチルアミン塩25重量%を含むγ−ブチロラクトン溶液を−700mmHgの減圧条件下で含浸した。次にコンデンサ素子を樹脂加硫ブチルゴム封口材とともに有底筒状のアルミニウムケースに挿入した後、該アルミニウムケースの開口部をカーリング処理により封止し、最後に直流電圧6.3Vを雰囲気温度105℃で1時間連続的に印加することによりエージングを行い、直径10mm×高さ10mmサイズのアルミ電解コンデンサを作製した。なお、ブチルゴム封口材は、ブチルゴムポリマー30部,カーボン20部,無機充填剤50分から構成され、封口材硬度:70IRHD(国際ゴム硬さ単位)のものを使用した。 This capacitor element was impregnated with a γ-butyrolactone solution containing 25% by weight of triethylamine phthalate under a reduced pressure of −700 mmHg. Next, after inserting the capacitor element into the bottomed cylindrical aluminum case together with the resin vulcanized butyl rubber sealing material, the opening of the aluminum case was sealed by curling treatment, and finally the DC voltage of 6.3 V was applied to the ambient temperature of 105 ° C. Aging was performed by continuously applying for 1 hour to produce an aluminum electrolytic capacitor having a diameter of 10 mm and a height of 10 mm. The butyl rubber sealing material used was composed of 30 parts of butyl rubber polymer, 20 parts of carbon, and 50 minutes of inorganic filler, and had a sealing material hardness of 70 IRHD (international rubber hardness unit).
実施例12において、セパレータ基材イにポリアクリルアミド樹脂希釈溶液を含浸させ、プレスロールで余分のポリアクリルアミド樹脂を除去して乾燥したものをセパレータ基材ハとし、このセパレータ基材ハにシランカップリング剤としてN−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシランを用いて塗工量が1.0g/m2になるように塗布し、乾燥後200℃で30分間熱処理を行ったものをセパレータとして用いた以外は、実施例12と同一の工程を経てアルミ電解コンデンサを作製した。 In Example 12, the separator substrate i was impregnated with a diluted polyacrylamide resin solution, and the excess polyacrylamide resin was removed by a press roll and dried to obtain a separator substrate C, and silane coupling was performed on the separator substrate C. N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane was applied as an agent so that the coating amount was 1.0 g / m 2, and after drying, heat-treated at 200 ° C. for 30 minutes An aluminum electrolytic capacitor was manufactured through the same process as Example 12 except that was used as a separator.
実施例13において、シランカップリング剤の形成後の熱処理を250℃で10分間熱処理した以外は、実施例13と同一の工程を経てアルミ電解コンデンサを作製した。 In Example 13, an aluminum electrolytic capacitor was produced through the same process as Example 13 except that the heat treatment after the formation of the silane coupling agent was heat-treated at 250 ° C. for 10 minutes.
実施例13において、シランカップリング剤の形成後の熱処理を300℃で5分間熱処理した以外は、実施例13と同一の工程を経てアルミ電解コンデンサを作製した。 In Example 13, an aluminum electrolytic capacitor was manufactured through the same process as Example 13 except that the heat treatment after the formation of the silane coupling agent was heat-treated at 300 ° C. for 5 minutes.
実施例12において、セパレータ基材イにポリアクリルアミド樹脂希釈溶液を含浸させ、プレスロールで余分のポリアクリルアミド樹脂を除去して乾燥し、続いてシランカップリング剤としてビニルトリアセトキシシランを塗布して乾燥した後、250℃で10分間熱処理を行ったセパレータを用いた以外は、実施例12と同一の工程を経てアルミ電解コンデンサを作製した。 In Example 12, the separator substrate i was impregnated with the diluted polyacrylamide resin solution, the excess polyacrylamide resin was removed with a press roll and dried, followed by applying vinyltriacetoxysilane as a silane coupling agent and drying. After that, an aluminum electrolytic capacitor was manufactured through the same process as Example 12 except that a separator that had been heat-treated at 250 ° C. for 10 minutes was used.
実施例12において、セパレータ基材イに代えてマニラ麻とヘンプで構成された紙(厚さ40μm、坪量10g/m2)を用いた以外は前記実施例12と同一の工程を経てアルミ電解コンデンサを作製した。 In Example 12, an aluminum electrolytic capacitor was subjected to the same steps as in Example 12 except that paper (thickness 40 μm, basis weight 10 g / m 2 ) composed of Manila hemp and hemp was used instead of the separator base material A. Was made.
実施例12において、セパレータ基材イに代えてクラフトとエスパルとから構成された紙と、マニラ麻とヘンプとから構成された紙とからなる二重紙(厚さ70μm、坪量60g/m2)を用いた以外は、前記実施例12と同一の工程を経てアルミ電解コンデンサを作製した。 In Example 12, double paper (thickness 70 μm, basis weight 60 g / m 2 ) composed of paper composed of craft and espal instead of separator base material a, and paper composed of manila hemp and hemp An aluminum electrolytic capacitor was fabricated through the same process as in Example 12 except that was used.
実施例12において、セパレータ基材イにポリアクリルアミド樹脂希釈溶液を含浸させ、プレスロールで余分のポリアクリルアミド樹脂を除去して乾燥し、続いてシランカップリング剤としてビニルトリアセトキシシランを塗布して乾燥したものをセパレータ基材ホとし、このセパレータ基材ホを陽極箔と陰極箔との間に介在させてコンデンサ素子を形成し、その後250℃で10分間熱処理を行った。 In Example 12, the separator substrate i was impregnated with the diluted polyacrylamide resin solution, the excess polyacrylamide resin was removed with a press roll and dried, followed by applying vinyltriacetoxysilane as a silane coupling agent and drying. This was used as a separator base material, and this separator base material was interposed between the anode foil and the cathode foil to form a capacitor element, and then heat-treated at 250 ° C. for 10 minutes.
次に、このコンデンサ素子を過硫酸アンモニウム(濃度3重量%)と有機酸化合物である1−ナフタレンスルホン酸(濃度5重量%)を含有する水溶液に浸漬してから引き上げ、その後ピロール蒸気中に曝露することで表面に過硫酸アンモニウムの酸化作用を利用した化学酸化重合により導電性高分子となるポリピロールを形成した。ポリピロールが被覆されたコンデンサ素子を水洗後に105℃で乾燥してセパレータを作製したものを用いた以外は前記実施例12と同一の工程を経てアルミ電解コンデンサを作製した。 Next, the capacitor element is dipped in an aqueous solution containing ammonium persulfate (concentration 3% by weight) and 1-naphthalenesulfonic acid (concentration 5% by weight) which is an organic acid compound, and then pulled up, and then exposed to pyrrole vapor. As a result, polypyrrole, which becomes a conductive polymer, was formed on the surface by chemical oxidative polymerization utilizing the oxidizing action of ammonium persulfate. An aluminum electrolytic capacitor was produced through the same process as in Example 12 except that the capacitor element coated with polypyrrole was washed with water and dried at 105 ° C. to produce a separator.
[比較例4]
実施例12において、レーヨンとヘンプで構成された紙からなる厚さ40μm、坪量20g/m2のセパレータ基材イにポリアクリルアミド樹脂希釈液を含浸させ、プレスロールで余分のポリアクリルアミド樹脂を除去し、乾燥させた後、シランカップリング剤として前記ビニルトリアセトキシシランを塗布し、乾燥させた。次にこのセパレータ基材に、過硫酸アンモニウム(濃度3重量%)と有機酸化合物である1−ナフタレンスルホン酸(濃度5重量%)を含有する水溶液に浸漬してから引き上げ、その後ピロール蒸気中に曝露することで表面に過硫酸アンモニウムの酸化作用を利用した化学酸化重合により導電性高分子となるポリピロールを形成した。ポリピロールが被覆されたセパレータ基材を水洗後に105℃で乾燥させて前記実施例12と同一の工程を経てアルミ電解コンデンサを作製した。
[Comparative Example 4]
In Example 12, a separator substrate (i) having a thickness of 40 μm and a basis weight of 20 g / m 2 made of paper composed of rayon and hemp was impregnated with a polyacrylamide resin diluent, and excess polyacrylamide resin was removed with a press roll. Then, the vinyl triacetoxysilane was applied as a silane coupling agent and dried. Next, the separator substrate is pulled up after being immersed in an aqueous solution containing ammonium persulfate (concentration 3% by weight) and 1-naphthalenesulfonic acid (concentration 5% by weight), which is an organic acid compound, and then exposed to pyrrole vapor. As a result, polypyrrole, which becomes a conductive polymer, was formed on the surface by chemical oxidative polymerization utilizing the oxidizing action of ammonium persulfate. The separator base material coated with polypyrrole was washed with water and dried at 105 ° C., and an aluminum electrolytic capacitor was produced through the same process as in Example 12.
以上の実施例12〜実施例19と比較例4のアルミ電解コンデンサを各20個作製し、寿命試験を行った結果を表5に示す。なお、試験温度は105℃で負荷試験を行った。ESR特性は100kHzでの測定結果である。 Table 5 shows the results obtained by fabricating 20 aluminum electrolytic capacitors of Examples 12 to 19 and Comparative Example 4 and performing a life test. The load test was conducted at a test temperature of 105 ° C. The ESR characteristic is a measurement result at 100 kHz.
表5から明らかなように、本発明を適用した実施例12〜19のアルミ電解コンデンサは、比較例4に比べてセパレータにポリアクリルアミド樹脂の紙力増強剤,シランカップリング剤を形成した後の熱処理を行っているので、紙力増強剤であるポリアクリルアミド樹脂がイミドに変化し、さらに、シランカップリング剤の熱処理によって縮合反応が起こり、セルロース系繊維と強固に結合するので、導電性高分子の化学酸化重合によるセパレータの劣化を抑制することができる。そのため、比較例4と比較しても初期特性が飛躍的に向上しており、寿命試験の結果からもセパレータの劣化が少なく、セパレータ自体の強度も向上していることから製品寿命も向上し、高周波領域でのESR特性を高めることができる。 As is apparent from Table 5, the aluminum electrolytic capacitors of Examples 12 to 19 to which the present invention was applied were obtained after forming a paper strength enhancer of polyacrylamide resin and a silane coupling agent on the separator as compared with Comparative Example 4. Since the heat treatment is performed, the polyacrylamide resin, which is a paper strength enhancer, is converted into an imide, and further, a condensation reaction occurs due to the heat treatment of the silane coupling agent, and it is strongly bonded to the cellulosic fiber. It is possible to suppress the deterioration of the separator due to the chemical oxidation polymerization. Therefore, the initial characteristics are dramatically improved even when compared with Comparative Example 4, and the product life is also improved because the separator is less deteriorated from the results of the life test and the strength of the separator itself is improved, ESR characteristics in a high frequency region can be enhanced.
以上詳細に説明したように、本発明にかかる電解コンデンサに用いるセパレータは、ポリアクリルアミド樹脂からなる紙力増強剤を付着させたセルロース系繊維にシランカップリング剤を付与して乾燥させた後、200〜300℃で熱処理することで紙力増強剤であるポリアクリルアミド樹脂が劣化の少ないイミドに変化し、更にシランカップリング剤の熱処理によって起きる縮合反応によりセルロース系繊維と強固に結合してセパレータの劣化を防止することができることにより、ESR特性に優れ、長寿命で高信頼性の電解コンデンサとして利用することができる。 As described above in detail, the separator used in the electrolytic capacitor according to the present invention is obtained by applying a silane coupling agent to a cellulose fiber to which a paper strength enhancer made of polyacrylamide resin is attached and drying it. Heat treatment at ~ 300 ° C changes the polyacrylamide resin, which is a paper strength enhancer, to imide with little deterioration, and further bonds with cellulosic fibers due to condensation reaction caused by heat treatment of the silane coupling agent, causing deterioration of the separator. Can be used as an electrolytic capacitor having excellent ESR characteristics, long life, and high reliability.
また、セパレータに導電性高分子を付与したことにより車両用その他の高周波特性の要求される電子部品として、ESR特性,耐ショート不良率,高耐圧性,高耐熱性,高リップルに優れ、長寿命で高信頼性の電解コンデンサとして利用することができる。 In addition, by applying a conductive polymer to the separator, it has excellent ESR characteristics, short-circuit failure rate, high pressure resistance, high heat resistance, high ripple, and long life as an electronic component for vehicles and other high-frequency characteristics required. And can be used as a highly reliable electrolytic capacitor.
11…陽極箔
12…陰極箔
13…セパレータ
14…駆動用電解液
15…陽極リード
16…陰極リード
17…封口材
18…金属ケース
19…コンデンサ素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ...
Claims (4)
前記セパレータは、ポリアクリルアミド樹脂からなる紙力増強剤を付着させたセルロース系繊維にシランカップリング剤を付与して乾燥させた後、200〜300℃で熱処理してなり、前記紙力増強剤のポリアクリルアミド樹脂をイミド化させるとともに、セルロース系繊維にシランカップリング剤を結合させたことを特徴とする電解コンデンサ。 In an electrolytic capacitor in which a separator is interposed between an anode foil and a cathode foil to form a capacitor element, and the capacitor element is impregnated with a driving electrolyte,
The separator is formed by applying a silane coupling agent to a cellulose-based fiber to which a paper strength enhancer made of polyacrylamide resin is attached and drying it, followed by heat treatment at 200 to 300 ° C. Rutotomoni is imidized polyacrylamide resin, electrolytic capacitors, characterized in that to bind the silane coupling agent to the cellulosic fiber.
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