特開 2024-117446 電解コンデンサ素子及び電解コンデンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024117446

(43)【公開日】2024-08-29

(54)【発明の名称】電解コンデンサ素子及び電解コンデンサ

(51)【国際特許分類】

   H01G 9/028 20060101AFI20240822BHJP

   H01G 9/02 20060101ALI20240822BHJP

   H01G 9/15 20060101ALI20240822BHJP

   H01G 9/00 20060101ALI20240822BHJP

   H01G 9/145 20060101ALI20240822BHJP

【ＦＩ】

H01G9/028 F

H01G9/02

H01G9/15

H01G9/00 290H

H01G9/145

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023023557

(22)【出願日】2023-02-17

(71)【出願人】

【識別番号】000103220

【氏名又は名称】エルナー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】天羽 薫

(72)【発明者】

【氏名】山田 一樹

(72)【発明者】

【氏名】染井 秀徳

(57)【要約】

【課題】 ＥＳＲを低減することができる電解コンデンサ素子及び電解コンデンサを提供する。
【解決手段】 本発明の電解コンデンサ素子は、導電性高分子が含浸されたセパレータと、前記セパレータを介して互いに対向する陽極箔及び陰極箔とを有し、前記セパレータの端部には、３（ｍｍ）以下の幅を有する前記導電性高分子の帯状の集塊が、前記端部に沿って形成されていることを特徴とする。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電性高分子が含浸されたセパレータと、
前記セパレータを介して互いに対向する陽極箔及び陰極箔とを有し、
前記セパレータの端部には、３（ｍｍ）以下の幅を有する前記導電性高分子の帯状の集塊が、前記端部に沿って形成されていることを特徴とする電解コンデンサ素子。

【請求項2】

前記セパレータ、前記陽極箔、及び前記陰極箔は所定方向に巻き回されており、
前記所定方向に対する略直交方向における前記端部の反対側の他の端部には、３（ｍｍ）以下の幅を有する前記導電性高分子の他の帯状の集塊が、前記他の端部に沿って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサ素子。

【請求項3】

前記セパレータに形成された前記導電性高分子の集塊の幅は、２（ｍｍ）以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の電解コンデンサ素子。

【請求項4】

前記セパレータに形成された前記導電性高分子の集塊の幅は、１（ｍｍ）以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の電解コンデンサ素子。

【請求項5】

前記陽極箔には、前記導電性高分子の帯状の集塊が前記端部に沿って付着していることを特徴とする請求項１または２に記載の電解コンデンサ素子。

【請求項6】

前記陰極箔には、前記導電性高分子の帯状の集塊が前記端部に沿って付着していることを特徴とする請求項１または２に記載の電解コンデンサ素子。

【請求項7】

請求項１または２に記載の電解コンデンサ素子を備えることを特徴とする電解コンデンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電解コンデンサ素子及び電解コンデンサに関する。

【背景技術】

【0002】

陽極箔、陰極箔、及びセパレータを備え、誘電体層が形成された陽極箔の表面に導電性高分子膜を形成した巻回体を電解液に浸漬することにより製造される電解コンデンサが知られている。この種の電解コンデンサはハイブリット電解コンデンサなどと呼称され、小型かつ大容量でＥＳＲ（Equivalent Series Resistance:等価直列抵抗）が低く、例えば車載品用電子部品として広く用いられている。

【0003】

例えば特許文献１及び２には、ハイブリッド電解コンデンサの製造において、セパレータに導電性高分子が含浸されるように、導電性高分子の分散液または溶液（以下、導電性高分子液と表記）に電解コンデンサ素子を浸漬する点が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０１９－５１６２４１号公報

【特許文献2】米国特許第８４６２４８４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、セパレータに導電性高分子を十分に含浸させることは難しく、導電性高分子膜がセパレータに一様に形成されず、高さ方向の両端部に偏ることがある。この場合、セパレータの中央部に近い領域ほど、導電性高分子が少なく、電気抵抗が高くなる。このため、電解コンデンサのＥＳＲを十分に低減することが難しい。

【0006】

そこで本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ＥＳＲを低減することができる電解コンデンサ素子及び電解コンデンサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の電解コンデンサ素子は、導電性高分子が含浸されたセパレータと、前記セパレータを介して互いに対向する陽極箔及び陰極箔とを有し、前記セパレータの端部には、３（ｍｍ）以下の幅を有する前記導電性高分子の帯状の集塊が、前記端部に沿って形成されていることを特徴とする。

【0008】

上記の電解コンデンサ素子において、前記セパレータ、前記陽極箔、及び前記陰極箔は所定方向に巻き回されており、前記所定方向に対する略直交方向における前記端部の反対側の他の端部には、３（ｍｍ）以下の幅を有する前記導電性高分子の他の帯状の集塊が、前記他の端部に沿って形成されてもよい。

【0009】

上記の電解コンデンサ素子において、前記セパレータに形成された前記導電性高分子の集塊の幅は、２（ｍｍ）以下であってもよい。

【0010】

上記の電解コンデンサ素子において、前記セパレータに形成された前記導電性高分子の集塊の幅は、1（ｍｍ）以下であってもよい。

【0011】

上記の電解コンデンサ素子において、前記陽極箔には、前記導電性高分子の帯状の集塊が前記端部に沿って付着していてもよい。

【0012】

上記の電解コンデンサ素子において、前記陰極箔には、前記導電性高分子の帯状の集塊が前記端部に沿って付着していてもよい。

【0013】

本発明の電解コンデンサは、上記の電解コンデンサ素子を備える。

【発明の効果】

【0014】

本発明によると、電解コンデンサのＥＳＲを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、アルミ電解コンデンサの一例を示す側面図である。

【図2】図２は、電解コンデンサ素子の一例を示す斜視図である。

【図3】図３は、図２のＡ－Ａ線に沿った断面の一部を示す断面図である。

【図4】図４は、導電性高分子層の形成が不十分である場合の図２のＡ－Ａ線に沿った断面の一部を示す断面図である。

【図5】図５は、ＥＳＲが高い場合及びＥＳＲが低い場合のセパレータの表面を示す平面図である。

【図6】図６は、巻回体から分解した陽極箔及び陰極箔を示す平面図である。

【図7】図７は、アルミ電解コンデンサの製造工程の一例を示すフローチャートである。

【図8】図８は、電解コンデンサ素子の浸漬方法を示す図である。

【図9】図９は、減圧保持工程において導電性高分子の分散液がセパレータに含浸される様子の一例を示す巻回体の断面図である。

【図10】図１０は、セパレータに分散液が十分に含浸されていない巻回体の一例を示す断面図である。

【図11】図１１は、ナノ粒子の蓄積領域の形成が抑制された状態で大気開放工程が開始された場合の分散液の含浸状態の一例を示す巻回体の断面図である。

【図12】図１２は、セパレータに分散液が理想的に含浸された巻回体の一例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

［実施形態］
（アルミ電解コンデンサの構成）
図１は、アルミ電解コンデンサ１の一例を示す側面図である。図１の紙面において、アルミ電解コンデンサ１の中心線Ｌｃを挟んだ右半分には、その内部の断面が示されている。

【0017】

アルミ電解コンデンサ１は、電解コンデンサの一例であり、具体的には導電性高分子ハイブリッドアルミ電解コンデンサである。アルミ電解コンデンサ１は、電子回路基板に実装され、例えばカップリング、デカップリング、及び平滑化などに用いられる。

【0018】

アルミ電解コンデンサ１は、電解コンデンサ素子１０、ケース１１、封口体１２、座板１３、一対の丸棒部１１１、及び一対のリード部１１０を有する。丸棒部１１１及びリード部１１０は電解コンデンサ素子１０の引き出し電極であり、リード部１１０は丸棒部１１１の先端から延びている。なお、図１には一方の丸棒部１１１のみが示されているが、中心線Ｌを挟んだ対称な位置に他方の丸棒部１１１が設けられている。

【0019】

ケース１１は、アルミニウムにより形成され、上部の開口が塞がった円筒形状を有する。ケース１１は、電解コンデンサ素子１０及び封口体１２を覆い、アルミ電解コンデンサ１の外装として機能する。なお、ケース１１の形状は円筒形状に限定されず、角筒形状であってもよい。

【0020】

封口体１２は、例えばブチルゴムなどの弾性部材により形成された略円柱形状の部材である。封口体１２は、電解コンデンサ素子１０に隣接し、ケース１１下部の開口を封口する。

【0021】

電解コンデンサ素子１０は、後述するように、陽極箔、陰極箔、及びセパレータ（電解紙）を重ねて所定方向に巻回した構成を有する。電解コンデンサ素子１０の底部からは一対の丸棒部１１１が延びている。

【0022】

丸棒部１１１及びリード部１１０はアルミニウムなどから形成された棒状部材である。一対の丸棒部１１１は、陽極箔及び陰極箔に対し、かしめなどの接合手段によりそれぞれ接合されており、アルミ電解コンデンサ１の陽極端子及び陰極端子として機能する。各丸棒部１１１は、封口体１２に形成された一対の貫通孔１２０にそれぞれ挿通されている。なお、図１には一方の貫通孔１２０のみが示されているが、中心線Ｌを挟んだ対称な位置に他方の貫通孔１２０が設けられている。

【0023】

リード部１１０は平板形状を有し、Ｌ字形状に屈曲し、その先端側の部分は座板１３の板面に沿って延びている。リード部１１０の丸棒部１１１側の部分は座板１３の貫通孔１３０に挿通されている。リード部１１０は、電子回路基板のリフロー工程において、電子回路基板上のパッドにはんだ付けされる。

【0024】

座板１３は、樹脂などにより形成された板状部材であり、ケース１１及び封口体１２の下部に設けられている。座板１３は、実装対象の電子回路基板に対してケース１１及び封口体１２を支持する。座板１３には、リード部１１０の貫通孔１３０、及びリード部１１０の屈曲した先端部分を収容する溝部１３１が設けられている。溝部１３１は座板１３の底面に沿って中央近傍から外側へ延びている。座板１３の底面は、電子回路基板に対するアルミ電解コンデンサ１の実装面となるため、板状のリード部１１０を電子回路基板上のパッドにはんだ付けすることが可能となる。なお、本実施形態では表面実装タイプのアルミ電解コンデンサ１を挙げるが、後述する実施例は、座板１３がないリードタイプにも適用することができる。

【0025】

（電解コンデンサ素子の構成）
図２は、電解コンデンサ素子１０の一例を示す斜視図である。図２において、図１と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。電解コンデンサ素子１０は、陽極箔１０１、陰極箔１０２、及びセパレータ（電解紙）１０３を巻回した巻回体１００と、陽極箔１０１及び陰極箔１０２に接続された一対の引き出し電極１９とを有する。

【0026】

一対の引き出し電極１９は、アルミ電解コンデンサ１の高さ方向において巻回体１００の下方に延びる。各引き出し電極１９の丸棒部１１１は陽極箔１０１及び陰極箔１０２にそれぞれ接続されている。なお、図２では、リード部１１０の屈曲前の状態が示されている。

【0027】

陽極箔１０１及び陰極箔１０２は、例えばアルミニウム、タンタル、チタン、及びニオブ等の弁金属およびその合金箔並びに蒸着箔等により形成されている。陽極箔１０１の表面には、電極面積が増加するようにエッチング処理が施されている。これにより、電解コンデンサ素子１０は所定の静電容量を確保する。さらに陽極箔１０１の表面には極薄の酸化被膜が形成されている。このため、陽極箔１０１は、他の部材から絶縁されている。酸化被膜が誘電体として機能することで、電解コンデンサ素子１０がコンデンサとして機能する。陽極箔１０１の厚みは、例えば５～２００（μｍ）である。この厚み範囲によると、陽極箔１０１の強度と容量の発現量の間に適切なバランス関係が実現できるため、好ましい。

【0028】

一方、陰極箔１０２の表面には酸化被膜が形成されていない。なお、陰極箔１０２の表面にもエッチング処理が施されてもよい。また、陰極箔１０２の表面には、酸化被膜が形成されてもよいし、無機層またはカーボン層が形成されていてもよい。

【0029】

セパレータ１０３は陽極箔１０１及び陰極箔１０２の間に挟まれた状態で巻回される。セパレータ１０３はセルロース、レーヨン、及びガラス繊維などから選択される少なくとも１種類以上を材料とする。巻回体１００は、陽極箔１０１、陰極箔１０２、及びセパレータ１０３を所定の巻回方向に巻回すことにより形成された略円柱状の素子である。本実施形態では、この略円柱形状の高さに沿って電解コンデンサ素子１０の高さ方向を規定する。高さ方向は、巻回体１００が巻き回された方向に対して略直交する略直交方向の一例であり、各引き出し電極１９の丸棒部１１１が延びる方向に実質的に一致する。

【0030】

巻回体１００は、アルミ電解コンデンサ１の製造工程において電解液及び導電性高分子の分散液または溶液（以下、導電性高分子液と表記）に浸漬される。導電性高分子液は、導電性高分子を含有する液体の一例である。セパレータ１０３の厚みは、例えば１～１００（μｍ）である。この厚み範囲によると、セパレータ１０３の強度、絶縁性、空隙率、及び導電性物質のバランスが良好に保たれるため、好ましい。

【0031】

電解液は、多価アルコール、スルホン化合物、ラクトン化合物、カーボネート化合物、多価アルコールのジエーテル化合物、１価のアルコールなどを含むことができる。これらは単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。

【0032】

多価アルコールは、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ポリアルキレングリコール、グリセリン、の少なくとも一つを含むことが望ましい。ポリアルキレングリコールとしては、平均分子量が２００～１０００のポリエチレングリコール、平均分子量が２００～５０００のポリプロピレングリコールを用いることが好ましい。

【0033】

ラクトン化合物としては、γ－ブチロラクトン、γ－バレロラクトンなどを用いることができる。カーボネート化合物としては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネートなどを溶媒として含むことができる。特に、エチレングリコール、ポリアルキレングリコール、γ－ブチロラクトン、スルホランを用いることが望ましい。

【0034】

電解液は、溶質を含んでいてもよい。溶質として、酸成分、塩基成分、酸成分および塩基成分からなる塩、ニトロ化合物、フェノール化合物等を用いることができる。

【0035】

酸成分は、有機酸、無機酸、有機酸と無機酸との複合化合物を用いることができる。有機酸としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、マレイン酸、琥珀酸、グルタル酸、アジピン酸、安息香酸、４－ヒドロキシ安息香酸、１，６－デカンジカルボン酸、１，７－オクタンジカルボン酸、アゼライン酸などのカルボン酸などを用いることができる。無機酸としては、硼酸、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸、リン酸エステル、リン酸ジエステルなどを用いることができる。

【0036】

有機酸と無機酸との複合化合物としては、ボロジサリチル酸、ボロジシュウ酸、ボロジグリコール酸等を用いることができる。

【0037】

塩基成分は、１級～３級アミン、４級アンモニウム、４級化アミジニウム等を用いることができる。１級～３級アミンとしては、例えば、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、Ｎ，Ｎ－ジイソプロピルエチルアミン、テトラメチルエチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、アニリンなどを用いることができる。４級アンモニウムとしては、例えば、テトラメチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウムなどを用いることができる。４級化アミジニウムとしては、例えば、エチルジメチルイミダゾリニウム、テトラメチルイミダゾリニウムなどを用いることができる。

【0038】

導電性高分子は、導電性を有する高分子であれば特に限定されるものではない。例えば、導電性高分子として、例えば、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンおよびこれらの誘導体からなる群より選択される少なくとも１種の高分子を用いる。導電性高分子として、一般的に、ｐ－トルエンスルホン酸およびポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）等からなる群より選択される少なくとも１種の酸をドーパントとするポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）が用いられる。

【0039】

図３は、図２のＡ－Ａ線に沿った断面の一部を示す断面図である。セパレータ１０３は陽極箔１０１及び陰極箔１０２の間に挟まれている。陽極箔１０１は、両側のセパレータ１０３に隣接するエッチング層３１、及び各エッチング層３１の間のアルミニウム層３０を有する。

【0040】

セパレータ１０３側のエッチング層３１の表面には、酸化被膜である誘電体層が形成されている。誘電体層は、ピットなどと称される多数の小孔がエッチング処理により形成されている。アルミ電解コンデンサ１の製造工程において、電解コンデンサ素子１０が電解液に浸漬されると、セパレータ１０３内だけでなくピット内にも電解液が満たされる。

【0041】

電解液の浸漬より先に、導電性高分子の浸漬処理が行われる。電解コンデンサ素子１０が導電性高分子散液に浸漬されることで、セパレータ１０３には導電性高分子散液が含浸され、導電性高分子の多数のナノ粒子４が保持されている。セパレータ１０３の高さ方向の上部と下部には多数のナノ粒子４が保持されている。電解コンデンサ素子１０を導電性高分子の分散液または溶液に浸漬した後、電解コンデンサ素子１０を乾燥させることにより、拡大図Ｍに示されるように、ナノ粒子４は凝集して導電性高分子層４０を形成する。

【0042】

しかし、セパレータ１０３へ導電性高分子液が十分に含浸されず、導電性高分子層４０の形成が不十分となるおそれがある。

【0043】

図４は、導電性高分子層４０の形成が不十分である場合の図２のＡ－Ａ線に沿った断面の一部を示す断面図である。図４において、図３と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

【0044】

セパレータ１０３の高さ方向の中央部１０３ｍには、導電性高分子液が十分に含浸されていないため、ナノ粒子４がほとんど到達せず、セパレータ１０３の乾燥後、導電性高分子層４０は形成されない。導電性高分子層４０はセパレータ１０３の高さ方向の両端部のみに、図３の場合よりナノ粒子４の密度が高い状態で形成されている。導電性高分子層４０は、セパレータ１０３の高さ方向の上部及び下部から中央部１０３ｍに向かって薄くなっていく。

【0045】

このため、セパレータ１０３の高さ方向の中央部１０３ｍは、その両端部よりも高抵抗となり、発熱量も高くなる。これに対し、図３に示されるように、セパレータ１０３の高さ方向全体にわたって導電性高分子層４０が形成された場合、高さ方向において抵抗は実質的に一様となる。したがって、アルミ電解コンデンサ１のＥＳＲは、導電性高分子層４０の形成領域が大きいほど、低下する。なお、セパレータ１０３の高さ方向の中央部１０３ｍには、導電性高分子層４０が存在しない場合でも電解液は存在する。このため、アルミ電解コンデンサ１の静電容量は、図３の場合と実質的に差分がない。

【0046】

図５は、ＥＳＲが高い場合（符号Ｇ１ａ参照）及びＥＳＲが低い場合（符号Ｇ１ｂ参照）のセパレータ１０３の表面を示す平面図である。図５においてセパレータ１０３は、略矩形形状であり、巻回体１００から分解され長手方向に展開された状態で示されている。セパレータ１０３の中央部１０３ｍにおいて、網目が狭い領域には多くの導電性高分子のナノ粒子４が存在する。逆に網目が広い領域には導電性高分子のナノ粒子４が少ない。

【0047】

何れの場合も、セパレータ１０３の高さ方向の両端部１０３ｕ，１０３ｄには、導電性高分子の帯状の集塊４１ｕ，４１ｄが、端部１０３ｕ，１０３ｄに沿って形成されている。集塊４１ｕ，４１ｄは、セパレータ１０３の他の部分より多くのナノ粒子４が密集して形成されている。また、集塊４１ｕ，４１ｄは、セパレータ１０３の端部１０３ｕ，１０３ｄから一定の距離を保って線状に形成されている。

【0048】

ＥＳＲが高い場合の集塊４１ｕ，４１ｄの高さ方向の幅はＤａ（ｍｍ）とし、ＥＳＲが低い場合の集塊４１ｕ，４１ｄの高さ方向の幅はＤｂ（ｍｍ）とすると、Ｄａ＞Ｄｂの関係が成立する。つまり、ＥＳＲが低いほうが、集塊４１ｕ，４１ｄの高さ方向の幅が狭い。

【0049】

また、セパレータ１０３の高さ方向の中央部１０３ｍを上記の２つの場合で比較すると、ＥＳＲが高い場合、中央部１０３ｍにナノ粒子４の粒子数が極めて少ない領域Ｗが形成されているが、ＥＳＲが低い場合、そのような領域Ｗは存在せず、実質的に一様にナノ粒子４が分布している。ＥＳＲが高い場合、セパレータ１０３の両端部１０３ｕ，１０３ｄに幅の太い集塊４１ｕ，４１ｄが形成されているため、多くのナノ粒子４が両端部１０３ｕ，１０３ｄに集積されおり、中央部１０３ｍのナノ粒子４の粒子数が少なくなる。一方、ＥＳＲが低い場合、セパレータ１０３の両端部１０３ｕ，１０３ｄに幅の細い集塊４１ｕ，４１ｄが形成されているため、中央部１０３ｍのナノ粒子４の粒子数が多くなる。

【0050】

したがって、集塊４１ｕ，４１ｄの幅（Ｄａ，Ｄｂ）が狭いほど、セパレータ１０３の高さ方向において導電性高分子が一様に含浸され、ＥＳＲが低くなる。集塊４１ｕ，４１ｄの幅は３（ｍｍ）以下であると、十分にＥＳＲが低減される。さらに好ましくは、集塊４１ｕ，４１ｄの幅は２（ｍｍ）以下であってもよいし、１（ｍｍ）以下であってもよい。

【0051】

また、本例では、セパレータ１０３の高さ方向の両端部１０３ｕ，１０３ｄに沿って集塊４１ｕ，４１ｄが形成されている。このため、アルミ電解コンデンサ１の製造工程において、巻回体１００を導電性高分子液に浸漬する場合、幅が狭くなるように集塊４１ｕ，４１ｄを形成することによって、アルミ電解コンデンサ１のＥＳＲを低減することができる。

【0052】

セパレータ１０３は陽極箔１０１及び陰極箔１０２に重ねられているため、セパレータ１０３の集塊４１ｕ，４１ｄは陽極箔１０１及び陰極箔１０２の対向する各々の表面に付着している。

【0053】

図６は、巻回体１００から分解した陽極箔１０１及び陰極箔１０２を示す平面図である。ここで陽極箔１０１及び陰極箔１０２は、略矩形形状であり、セパレータ１０３（点線参照）に重ねられた状態で長手方向に展開されている。セパレータ１０３の高さ方向の幅は、陽極箔１０１及び陰極箔１０２の高さ方向の幅より広い。このため、高さ方向においてセパレータ１０３の両端部１０３ｕ，１０３ｄは、陽極箔１０１及び陰極箔１０２の両端部１０１ｕ，１０１ｄ，１０２ｕ，１０２ｄから外側にそれぞれ差分Δｈだけずれている。

【0054】

陽極箔１０１及び陰極箔１０２には、セパレータ１０３に形成されたナノ粒子４の集塊４１ｕ，４１ｄがセパレータ１０３の両端部１０３ｕ，１０３ｄに沿ってそれぞれ付着している。このため、セパレータ１０３上の集塊４１ｕ，４１ｄを介した陽極箔１０１と陰極箔１０２の電気的経路が短くなり、ＥＳＲが低減される。また、セパレータ１０３は、陽極箔１０１及び陰極箔１０２に強固に接続されるため、陽極箔１０１及び陰極箔１０２からの剥離が抑制される。

【0055】

陽極箔１０１及び陰極箔１０２はセパレータ１０３と略平行に重なった状態で巻回されている。このため、陽極箔１０１及び陰極箔１０２に付着した集塊４１ｕ，４１ｄは、陽極箔１０１及び陰極箔１０２の両端部１０１ｕ，１０１ｄ，１０２ｕ，１０２ｄに沿って延びている。

【0056】

陽極箔１０１に付着したナノ粒子４の集塊４１ｕ，４１ｄの高さ方向の幅Ｄｐと、陰極箔１０２に付着したナノ粒子４の集塊４１ｕ，４１ｄの高さ方向の幅Ｄｎとは、セパレータ１０３上の集塊４１ｕ，４１ｄの幅と上記の差分Δｈに応じて決定される。具体的には、陽極箔１０１及び陰極箔１０２上の集塊４１ｕ，４１ｄの幅Ｄｐ，Ｄｎは、それぞれ、セパレータ１０３上の集塊４１ｕ，４１ｄの幅から差分Δｈを減じた値となる。セパレータ１０３と同様に、集塊４１ｕ，４１ｄの幅Ｄｐ，Ｄｎが狭いほど、陽極箔１０１及び陰極箔１０２の高さ方向の中央部に付着する導電性高分子のナノ粒子４の粒子数が多い。

【0057】

（アルミ電解コンデンサの製造工程）
図７は、アルミ電解コンデンサ１の製造工程の一例を示すフローチャートである。アルミ電解コンデンサ１の製造にあたって、陽極箔１０１、陰極箔１０２、及びセパレータ１０３などを準備する。例えば、陽極箔１０１の厚みは５～２００（μｍ）であり、セパレータの厚みは１～１００（μｍ）である。陽極箔１０１及び陰極箔１０２の各表面には、エッチング処理によりピットが形成されてもよい。陽極箔１０１には化成処理が施され、エッチング処理された表面上に酸化被膜の誘電体層が形成されている。また、陽極箔１０１及び陰極箔１０２には、一対の引き出し電極１９がそれぞれ接続されている。引き出し電極１９を接続手段としては、一例としてかしめが挙げられるが、これに限定されない。

【0058】

まず、陽極箔１０１、セパレータ１０３、陰極箔１０２、及びセパレータ１０３をこの順に積層して巻回し、外側表面を巻止めテープで固定することで巻回体１００を生成する（ステップＳｔ１）。

【0059】

次に巻回体１００を例えばリン酸アンモニウム水溶液に浸漬させて陽極箔１０１に対して所定電圧を印加しながら再化成処理を施して、酸化被膜を修復し、陽極箔１０１の切り口に表面に誘電体層を形成する（ステップＳｔ２）。

【0060】

次に減圧雰囲気中で、導電性高分子の分散液に巻回体１００を浸漬し、巻回体１００に分散液を含浸させる（ステップＳｔ３）。なお、導電性高分子の分散液に代えて、導電性高分子を含む溶液に巻回体１００を浸漬してもよい。巻回体１００を導電性高分子液に浸漬する方法については後述する。

【0061】

次に巻回体１００を乾燥させる（ステップＳｔ４）。このとき、巻回体１００内のセパレータ１０３に含浸された導電性高分子液のうち、溶媒である水分は蒸発し、ナノ粒子４は導電性高分子層４０を形成する。

【0062】

次に減圧雰囲気中で電解液を電解コンデンサ素子１０に含浸させる（ステップＳｔ５）。次に電解コンデンサ素子１０をケース１１に収容して封口体１２によって封口する（ステップＳｔ６）。このとき、電解コンデンサ素子１０から延びる引き出し電極１９は封口体１２の貫通孔１２０に挿通される。その後、アルミ電解コンデンサ１に定格電圧を印加しながらエージング処理を行なってもよい。このようにしてアルミ電解コンデンサ１の製造工程は行われる。

【0063】

（電解コンデンサ素子の浸漬方法）
上記のステップＳｔ３において、巻回体１００、つまり導電性高分子液及び電解液に浸漬する前段階の電解コンデンサ素子１０（以下、電解コンデンサ素子１０ａ）を導電性高分子液に浸漬する方法を述べる。なお、以下の実施形態では、導電性高分子の分散液を例示するが、導電性高分子の溶液の場合も浸漬方法は同様である。

【0064】

図８は、電解コンデンサ素子１０ａの浸漬方法を示す図である。図６には、真空チャンバ９に設置された貯留槽９０の鉛直方向に沿った断面と、電解コンデンサ素子１０ａとが示されている。電解コンデンサ素子１０ａは、セパレータ１０３に導電性高分子が含浸されるように、貯留槽９０に貯留された導電性高分子の分散液Ｌに浸漬される。

【0065】

圧力制御装置（ＣＮＴ）９１は、真空チャンバ９内の圧力を不図示の真空ポンプなどにより制御する。具体的には、圧力制御装置９１は、符号Ｇで示されるように、時間の経過に応じて真空チャンバ９内の真空度（ｋＰａ）を制御する。真空度は、真空チャンバ９周囲の大気圧を０（ｋＰａ）としたときの相対的な圧力である。本実施形態では、一例として真空度が－９３（ｋＰａ）であるとき、真空チャンバ９内は実質的に真空であると規定する。

【0066】

圧力制御装置９１は、減圧引き工程Ｓｔ１１、減圧保持工程Ｓｔ１２、大気開放工程Ｓｔ１３、及び大気保持工程Ｓｔ１４をこの順で実行する。符号Ｇのグラフは、減圧引き工程Ｓｔ１１、減圧保持工程Ｓｔ１２、大気開放工程Ｓｔ１３、及び大気保持工程Ｓｔ１４の所要時間である減圧引き時間、減圧保持時間、大気開放時間、及び大気保持時間とともに真空度の時間変化を示す。また、貯留槽９０に対する電解コンデンサ素子１０ａの位置も工程ごとに示されている。

【0067】

減圧引き工程Ｓｔ１１は、真空チャンバ０内を減圧して実質的に真空状態とする工程の一例である。圧力制御装置９１は、減圧引き工程Ｓｔ１１において、真空チャンバ９内の真空度を所定の減圧引き時間で大気圧の０（ｋＰａ）から真空（－９３（ｋＰａ））に減圧する。減圧引き時間は一例として６０（秒）である。また、単位時間当たりの圧力の低下値は一定である。減圧引き工程Ｓｔ１１により真空チャンバ９内は実質的に真空状態となる。

【0068】

減圧引き工程Ｓｔ１１の実行中、電解コンデンサ素子１０ａは真空チャンバ９内の導電性高分子の分散液Ｌの外部に保持される。つまり、電解コンデンサ素子１０ａは分散液Ｌに浸漬されていない。このため、本工程によると、分散液Ｌに浸漬する前に電解コンデンサ素子１０ａ内から空気を除去することができるため、後工程において分散液Ｌを電解コンデンサ素子１０ａにスムーズに導入することができる。

【0069】

これに対し、減圧引き工程Ｓｔ１１の実行中、電解コンデンサ素子１０ａを分散液Ｌに浸漬した状態に維持した場合、電解コンデンサ素子１０ａから空気が抜けるときに分散液Ｌを泡立ててしまう。このため、電解コンデンサ素子１０ａに断続的に分散液Ｌが侵入することとなり、セパレータ１０３導電性高分子を十分に含浸させることができないおそれがある。

【0070】

減圧保持工程Ｓｔ１２では、電解コンデンサ素子１０ａを分散液Ｌに浸漬し、減圧保持時間だけ、真空チャンバ９内を真空状態に維持する。本工程において、電解コンデンサ素子１０ａの巻回体１００は完全に分散液Ｌに浸漬される。このとき、巻回体１００は、下面１００ｄを貯留槽９０の底面９０ａに対向させ、上面１００ｕを分散液Ｌの液面Ｌｓに略平行に維持した姿勢に保持される。

【0071】

電解コンデンサ素子１０ａが分散液Ｌに浸漬される一方で、圧力制御装置９１は、真空度を－９３（ｋＰａ）に維持する。巻回体１００内でセパレータ１０３は陽極箔１０１及び陰極箔１０２に挟まれているため、分散液Ｌは、毛細管現象によりセパレータ１０３の高さ方向の両端部から中央部に向かうように導入される。減圧保持時間は、例えば３００（秒）以下である。

【0072】

大気開放工程Ｓｔ１３では、電解コンデンサ素子１０ａを分散液Ｌに浸漬したまま、大気開放時間で真空チャンバ９内を、真空状態に減圧される前の大気圧まで戻す。本工程において、巻回体１００は、減圧保持工程Ｓｔ１２から連続して分散液Ｌに浸漬された状態に維持される。巻回体１００が浸漬された状態のまま、圧力制御装置９１は真空度を０（ｋＰａ）まで大気開放によって自然に増加させる。このとき、単位時間当たりの圧力の増加値は実質的に一定である。また、大気開放時間は、例えば４０（秒）以下である。また、大気開放工程Ｓｔ１３では、真空チャンバ９内をポンプなどで加圧することにより減圧前の大気圧に戻してもよい。

【0073】

大気保持工程Ｓｔ１４では、電解コンデンサ素子１０ａを分散液Ｌに浸漬したまま、真空チャンバ９内を大気圧保持時間だけ大気圧に保持する。大気保持時間の経過後は、電解コンデンサ素子１０ａは分散液Ｌから引き上げられる。大気保持時間は、一例として６（秒）であるが、これに限定されない。以上の工程により電解コンデンサ素子１０ａのセパレータ１０３に導電性高分子が含浸される。

【0074】

上記の減圧保持時間及び大気開放時間の少なくとも一方を適切に調整することにより、導電性高分子の集塊４１ｕ，４１ｄの幅（Ｄａ，Ｄｂ）を狭くし、導電性高分子をセパレータ１０３の高さ方向の中央部またはその近傍まで含浸させることができる。以下に減圧保持工程Ｓｔ１２及び大気開放工程Ｓｔ１３における含浸のプロセスを説明する。

【0075】

図９は、減圧保持工程Ｓｔ１２において導電性高分子の分散液がセパレータ１０３に含浸される様子の一例を示す巻回体１００の断面図である。図９において、図３と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

【0076】

セパレータ１０３において、複数の直線でハッチングされた領域Ａ１は分散液から分離した溶媒の水分が含浸した領域を示し、網掛けでハッチングされた領域Ａ２は分散液が含浸した領域を示す。また、セパレータ１０３において、無色の領域は水分及び分散液の何れも含浸していない領域を示す。

【0077】

しかし、導電性高分子のナノ粒子４と溶媒のセパレータ１０３に対する含浸速度が異なるため、ある程度含浸が進むと、導電性高分子液から溶媒（例えば水）が先行してセパレータの高さ方向の中央部１０３ｍへ到達する。このため、先行した溶媒が充満したセパレータの中央部１０３ｍに導電性高分子が到達することが困難となり、結果として導電性高分子のナノ粒子４が大量に蓄積された蓄積領域８０が両端部１０３ｕ，１０３ｄ側に形成されてしまう。符号Ｋは、蓄積領域８０と他の領域の境界付近の拡大図を示す。蓄積領域８０では、他の領域より高密度でナノ粒子４が存在する。

【0078】

このため、分散液から溶媒の水分だけが分離して蓄積領域８０を超えてセパレータの高さ方向の中央部１０３ｍへ向かい、ナノ粒子４はセパレータの中央部１０３ｍに到達することが困難となる。この蓄積領域８０は、ステップＳｔ４の乾燥工程後に高さ方向の両端部１０３ｕ，１０３ｄまで拡大して導電性高分子の集塊４１ｕ，４１ｄとなる。

【0079】

図１０は、セパレータ１０３に分散液が十分に含浸されていない巻回体１００の一例を示す断面図である。図１０において、図９と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。上述したように、セパレータ１０３にナノ粒子４の蓄積領域８０が形成されると、分散液から分離した水分だけが蓄積領域８０を超えてセパレータ１０３の高さ方向の中央部１０３ｍへ到達する。

【0080】

したがって、ナノ粒子４の分布がセパレータ１０３の高さ方向の両端部１０３ｕ，１０３ｄに偏り、セパレータ１０３の中央部１０３ｍに近い領域ほど、ナノ粒子４が少なくなる。このため、図４に示されるように、セパレータ１０３の両端部１０３ｕ，１０３ｄに分布が偏った導電性高分子層４０が形成される。したがって、アルミ電解コンデンサ１のＥＳＲは、ナノ粒子４がセパレータ１０３の高さ方向に均一に分布する場合と比べると、高くなってしまう。

【0081】

これに対し、例えば減圧保持工程Ｓｔ１２を図１０の例より短縮することにより、ナノ粒子４の蓄積領域８０の形成を抑制しておき、大気開放工程Ｓｔ１３を開始すると、ナノ粒子４がセパレータ１０３の高さ方向に均一に分布させることができる。

【0082】

図１１は、ナノ粒子４の蓄積領域８０の形成が抑制された状態で大気開放工程Ｓｔ１３が開始された場合の分散液の含浸状態の一例を示す巻回体１００の断面図である。図１１において、図９と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。本例において、分散液は、図１０の例と比べると、分散液の含浸が進行しておらず、その含浸領域はセパレータ１０３の中央部１０３ｍから見て遠く、高さ方向の長さが短い。また、蓄積領域８０の形成は、図１０の例と比べると抑制されている。このため、蓄積領域８０の高さ方向の幅が狭く、乾燥後の導電性高分子の集塊４１ｕ，４１ｄの幅も狭くなる。

【0083】

大気開放工程Ｓｔ１３では真空チャンバ９内が大気圧まで戻るため、セパレータ１０３において分散液が存在しない中央部１０３ｍ側の領域には陰圧が生じ、分散液が含浸された両端部１０３ｕ，１０３ｄ側の領域には陽圧が生ずる。このため、中央部１０３ｍ側の領域と両端部１０３ｕ，１０３ｄ側の領域の間の差圧（以下、領域間差圧と表記）により、分散液は、形成が抑制された蓄積領域８０を超えて、矢印Ｄで示されるように中央部１０３ｍに向かって移動する。この領域間差圧を利用することにより、両端部１０３ｕ，１０３ｄから中央部１０３ｍにわたって導電性高分子のナノ粒子４を分布させることができる。

【0084】

図１２は、セパレータ１０３に分散液が理想的に含浸された巻回体１００の一例を示す断面図である。図１２において、図９と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。本例では、セパレータ１０３の両端部１０３ｕ，１０３ｄから中央部１０３ｍにわたって分散液が含浸されている。このため、セパレータ１０３の高さ方向においてナノ粒子４が均一に分布することが可能となり、図３に示されるように、セパレータ１０３の高さ方向全体にわたって導電性高分子層４０を形成することができる。

【0085】

このように、セパレータ１０３に分散液を含浸させる際、減圧保持時間及び大気開放時間を適切に調整することにより、セパレータ１０３内のナノ粒子４の蓄積領域８０の形成を抑制しておき、領域間差圧を利用してナノ粒子４をセパレータ１０３の高さ方向の全体にわたって実質的に一様に分布させることができる。その後のステップＳｔ４の乾燥工程が実行されると、セパレータ１０３には、図５に示されるように、蓄積領域８０に導電性高分子の集塊４１ｕ，４１ｄが形成される。このため、蓄積領域８０の形成が抑制されることにより、集塊４１ｕ，４１ｄの高さ方向の幅が狭まるため、アルミ電解コンデンサ１のＥＳＲが低減される。

【実施例0086】

上記の製造工程に従ってアルミ電解コンデンサ１のサンプルＮｏ．１～１６を１００個ずつ作製した。ここで、セパレータ１０３の両端部１０３ｕ，１０３ｄの位置と、陽極箔１０１及び陰極箔１０２の両端部１０１ｕ，１０１ｄ，１０２ｕ，１０２ｄの位置との差分Δｈは０．５（ｍｍ）とした。サンプルＮｏ．１～８の定格電圧及び定格静電容量は、それぞれ、６３（Ｖ）及び３３（μＦ）とし、サンプルＮｏ．９～１６の定格電圧及び定格静電容量は、それぞれ、２５（Ｖ）及び１０００（μＦ）とした。サンプルＮｏ．１～８のケースのサイズは直径８（ｍｍ）×長さ１０（ｍｍ）とし、サンプルＮｏ．９～１８のケースのサイズは直径１２．５（ｍｍ）×長さ１６．５（ｍｍ）とした。

【0087】

作製したサンプルＮｏ．１～１８の各１０個を解体して導電性高分子の集塊４１ｕ，４１ｄの高さ方向の幅と、ＥＳＲ（平均値）とを測定した。集塊４１ｕ，４１ｄについて、レーザー顕微鏡により集塊４１ｕ，４１ｄの幅を測定した。ＥＳＲについて、４端子測定用のＬＣＲメータを用いて、アルミ電解コンデンサ１の周波数が１００ｋＨｚであるときのＥＳＲ（初期ＥＳＲ）（ｍΩ）を測定した。

【0088】

（サンプルＮｏ．１～８）
サンプルＮｏ．１～８を用いて、セパレータ１０３、陽極箔１０１、及び陰極箔１０２に形成された導電性高分子の集塊４１ｕ，４１ｄの幅と、ＥＳＲとを評価した。

【0089】

【表1】

【0090】

表１は、サンプルＮｏ．１～８の評価結果を示す。表１は、サンプルＮｏ．１～８のセパレータ１０３、陽極箔１０１、及び陰極箔１０２における集塊４１ｕ，４１ｄの幅と、ＥＳＲと、ＥＳＲ比と、判定結果とを示す。ＥＳＲ比は、サンプルＮｏ．７のＥＳＲである１６．９（ｍΩ）に対する他のサンプルＮｏ．１～６，８のＥＳＲの比である。ＥＳＲ比が１未満であるサンプルＮｏ．１～６の判定結果は「〇」とし、ＥＳＲが１以上のサンプルＮｏ．７，８の判定結果は「×」とした。

【0091】

集塊４１ｕ，４１ｄの幅が狭いほど、ＥＳＲ及びＥＳＲ比は小さくなった。セパレータ１０３の集塊４１ｕ，４１ｄの幅が３（ｍｍ）以下のサンプルＮｏ．１～６について、ＥＳＲ比は１未満となった。セパレータ１０３の集塊４１ｕ，４１ｄの幅が２（ｍｍ）以下のサンプルＮｏ．１～４について、ＥＳＲ比は０．８４未満となったため、好ましい。セパレータ１０３の集塊４１ｕ，４１ｄの幅が１．５（ｍｍ）以下のサンプルＮｏ．１～３について、ＥＳＲ比は０．８３未満となったため、さらに好ましい。

【0092】

また、セパレータ１０３の集塊４１ｕ，４１ｄの幅が３（ｍｍ）より広いサンプルＮｏ．７，８について、ＥＳＲ比は１以上となった。

【0093】

また、サンプルＮｏ．１～８について、陽極箔１０１、及び陰極箔１０２に付着した導電性高分子の集塊４１ｕ，４１ｄの幅は、セパレータ１０３の集塊４１ｕ，４１ｄの幅より差分Δｈの０．５（ｍｍ）だけ狭くなった。

【0094】

（サンプルＮｏ．９～１６）
サンプルＮｏ．９～１６を用いて、セパレータ１０３、陽極箔１０１、及び陰極箔１０２に形成された導電性高分子の集塊４１ｕ，４１ｄの幅と、ＥＳＲとを評価した。

【0095】

【表2】

【0096】

表２は、サンプルＮｏ．９～１６の評価結果を示す。表２は、サンプルＮｏ．９～１６のセパレータ１０３、陽極箔１０１、及び陰極箔１０２における集塊４１ｕ，４１ｄの幅と、ＥＳＲと、ＥＳＲ比と、判定結果とを示す。ＥＳＲ比は、サンプルＮｏ．１５のＥＳＲである５．６（ｍΩ）に対する他のサンプルＮｏ．９～１４，１６のＥＳＲの比である。ＥＳＲ比が１未満であるサンプルＮｏ．９～１４の判定結果は「〇」とし、ＥＳＲが１以上のサンプルＮｏ．１５，１６の判定結果は「×」とした。

【0097】

集塊４１ｕ，４１ｄの幅が狭いほど、ＥＳＲ及びＥＳＲ比は小さくなった。セパレータ１０３の集塊４１ｕ，４１ｄの幅が３（ｍｍ）以下のサンプルＮｏ．９～１４について、ＥＳＲ比は１未満となった。セパレータ１０３の集塊４１ｕ，４１ｄの幅が２（ｍｍ）以下のサンプルＮｏ．９～１２について、ＥＳＲ比は０．７２未満となったため、好ましい。セパレータ１０３の集塊４１ｕ，４１ｄの幅が１．０（ｍｍ）以下のサンプルＮｏ．９，１０について、ＥＳＲ比は０．７未満となったため、さらに好ましい。

【0098】

また、セパレータ１０３の集塊４１ｕ，４１ｄの幅が３（ｍｍ）より広いサンプルＮｏ．１５，１６について、ＥＳＲ比は１以上となった。

【0099】

また、サンプルＮｏ．９～１６について、陽極箔１０１、及び陰極箔１０２に付着した導電性高分子の集塊４１ｕ，４１ｄの幅は、セパレータ１０３の集塊４１ｕ，４１ｄの幅より差分Δｈの０．５（ｍｍ）だけ狭くなった。

【0100】

このように、電解コンデンサ素子１０において、セパレータ１０３の高さ方向の端部１０３ｕ，１０３ｄには、３（ｍｍ）以下の幅を有する導電性高分子の帯状の集塊４１ｕ，４１ｄが、端部１０３ｕ，１０３ｄに沿って形成されている。このため、セパレータ１０３の中央部１０３ｍまで導電性高分子の分散液が含浸して、セパレータ１０３の高さ方向にわたって導電性高分子のナノ粒子４が実質的に一様に分布する。したがって、アルミ電解コンデンサ１のＥＳＲが低減される。

【0101】

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0102】

１ アルミ電解コンデンサ
１０，１０ａ 電解コンデンサ素子
１１ ケース
１２ 封口体
１３ 座板
４０ 導電性高分子層
１００ 巻回体
１０１ 陽極箔
１０２ 陰極箔
１０３ セパレータ
１０３ｕ，１０３ｄ 端部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】