特開 2024-170017 コンデンサおよびその製造方法

(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】P2024170017

(43)【公開日】2024-12-06

(54)【発明の名称】コンデンサおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01G 9/048 20060101AFI20241129BHJP

   H01G 9/042 20060101ALI20241129BHJP

   H01G 9/00 20060101ALI20241129BHJP

   H01G 9/10 20060101ALI20241129BHJP

【ＦＩ】

H01G9/048 B

H01G9/042 500

H01G9/00 290J

H01G9/10 C

H01G9/048 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023086927

(22)【出願日】2023-05-26

(71)【出願人】

【識別番号】000228578

【氏名又は名称】日本ケミコン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083725

【弁理士】

【氏名又は名称】畝本 正一

(74)【代理人】

【識別番号】100140349

【弁理士】

【氏名又は名称】畝本 継立

(74)【代理人】

【識別番号】100153305

【弁理士】

【氏名又は名称】畝本 卓弥

(74)【代理人】

【識別番号】100206933

【弁理士】

【氏名又は名称】沖田 正樹

(72)【発明者】

【氏名】岩田 英希

(72)【発明者】

【氏名】新井 孝

(72)【発明者】

【氏名】ムハンマド レストゥ ズルヒザ

(72)【発明者】

【氏名】相良 光軌

(72)【発明者】

【氏名】関 駿斗

(72)【発明者】

【氏名】板垣 力

(57)【要約】

【課題】 本開示は、たとえば、６０ｍｍを超える長さを有する長寸法コンデンサのタブの負荷を抑制することを目的とする。
【解決手段】 コンデンサ（２）は、６０ｍｍを超える長さを有する外装ケース（４）と、重ねられた陽極箔（４４）、陰極箔（４２）およびセパレータ（４６）を含み、前記外装ケースに収納されるとともに前記外装ケースの底部（１６）に加圧状態で接触するコンデンサ素子（８）と、を含み、前記外装ケースの前記底部側において、前記陰極箔が前記陽極箔の側端部（４４－１）から突出している。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

６０ｍｍを超える長さを有する外装ケースと、
重ねられた陽極箔、陰極箔およびセパレータを含み、前記外装ケースに収納されるとともに前記外装ケースの底部に加圧状態で接触するコンデンサ素子と、
を備え、
前記外装ケースの前記底部側において、前記陰極箔が前記陽極箔の側端部から突出していることを特徴とするコンデンサ。

【請求項2】

前記陽極箔の前記側端部の外側において、前記コンデンサ素子は、前記陰極箔の突出部と前記セパレータとによる積層構造を有することを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。

【請求項3】

前記外装ケースの前記底部側において、前記陰極箔の側端部が前記陽極箔の前記側端部と前記セパレータの側端部との間の領域に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。

【請求項4】

前記外装ケースの前記底部側において、前記陰極箔の側端部と前記セパレータの側端部との間の陰極マージン距離が、前記陽極箔の前記側端部と前記セパレータの前記側端部との間の陽極マージン距離の２分の１以下であることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。

【請求項5】

前記陰極マージン距離が前記陽極マージン距離の５分の１以下であることを特徴とする請求項４に記載のコンデンサ。

【請求項6】

前記陰極箔がカーボン層を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のコンデンサ。

【請求項7】

重ねられた陽極箔、陰極箔およびセパレータを含み、一端部において前記陰極箔が前記陽極箔の側端部から突出しているコンデンサ素子を作製または準備する工程と、
有底筒状の外装ケースに前記コンデンサ素子を挿入して、前記コンデンサ素子の前記一端部を前記外装ケースの底部に加圧状態で接触させる工程と、
を備え、
前記外装ケースが６０ｍｍを超える長さを有することを特徴とするコンデンサの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、コンデンサおよびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電解コンデンサなどのコンデンサは、たとえば、外装ケースに収納されたコンデンサ素子と、外装ケースの開口部を封口する封口板とを含む。封口板に取り付けられた外部端子は、コンデンサ素子から引き出された引き出しリード（タブ）に接続される（たとえば、特許文献１）。この外部端子と引き出しリードとの接続により、コンデンサ素子への蓄電およびコンデンサ素子からの電気の取り出しが可能になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－４４０６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、近年、コンデンサの高容量化が要求されている。また、コンデンサが採用される電気・電子装置および情報通信機器の高性能化、小型化および軽量化が積極的に推進され、これらの装置および機器に用いる電源装置の小型化および高効率化が望まれている。従って、コンデンサの高容量化が要求されるだけでなく、コンデンサの基板実装面積が小さくなる傾向にあり、基板の他の電子部品との配置の関係上、コンデンサを配置するスペースが限定される傾向にある。このような要求に対応すべく、たとえば、コンデンサを細長くすることが行われている。外装ケースの底面を基板から離すように、細長い外観形状を有するコンデンサを立てて載置することで、実装面積の小径化を実現できる。また、外装ケースの側面が基板に対して平行になるように、コンデンサを寝かせて載置することで、コンデンサを基板の細長いスペースに実装できる。しかしながら、細長いコンデンサにおいてコンデンサの高容量化を実現しようとすると、コンデンサ素子も長くなり、コンデンサ素子の重量も大きくなる。外装ケースの内部でコンデンサ素子が移動すると、引き出しリードに負荷が掛かることになる。引き出しリード（タブ）に掛かる負荷は、コンデンサ素子の重量の増加などにより大きくなる。そのため、たとえば６０ミリメートル（以下「ｍｍ」と表す）を超える長さを有する長寸法コンデンサでは、短い通常のコンデンサとは異なる引き出しリード（タブ）への負荷軽減対策が必要になる。

【0005】

特許文献１には斯かる課題の開示や示唆はなく、特許文献１に開示された構成では斯かる課題を解決することができない。

【0006】

そこで、本開示は、たとえば、６０ｍｍを超える長さを有する長寸法コンデンサのタブの負荷を抑制することを第１の目的とする。

【0007】

本開示は、たとえば、長寸法コンデンサのタブの損傷を抑制することを第２の目的とする。

【0008】

本開示は、たとえば、長寸法コンデンサの素子重量増加に耐え得る耐振構造を提供し、長寸法コンデンサの耐振性または耐久性を向上させることを第３の目的とする。

【0009】

本開示は、たとえば、長寸法コンデンサの用途を拡大させることを第４の目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するため、本開示の第一の側面によれば、コンデンサは、６０ｍｍを超える長さを有する外装ケースと、重ねられた陽極箔、陰極箔およびセパレータを含み、前記外装ケースに収納されるとともに前記外装ケースの底部に加圧状態で接触するコンデンサ素子と、を含み、前記外装ケースの前記底部側において、前記陰極箔が前記陽極箔の側端部から突出している。

【0011】

前記陽極箔の前記側端部の外側において、前記コンデンサ素子は、前記陰極箔の突出部と前記セパレータとによる積層構造を有してもよい。

【0012】

前記外装ケースの前記底部側において、前記陰極箔の側端部が前記陽極箔の前記側端部と前記セパレータの側端部との間の領域に配置されてもよい。

【0013】

前記外装ケースの前記底部側において、前記陰極箔の側端部と前記セパレータの側端部との間の陰極マージン距離が、前記陽極箔の前記側端部と前記セパレータの前記側端部との間の陽極マージン距離の２分の１以下でもよい。前記陰極マージン距離が前記陽極マージン距離の５分の１以下でもよい。

【0014】

上記コンデンサにおいて、前記陰極箔がカーボン層を含んでもよい。

【0015】

上記目的を達成するため、本開示の第二の側面によれば、コンデンサの製造方法は、重ねられた陽極箔、陰極箔およびセパレータを含み、一端部において前記陰極箔が前記陽極箔の側端部から突出しているコンデンサ素子を作製または準備する工程と、有底筒状の外装ケースに前記コンデンサ素子を挿入して、前記コンデンサ素子の前記一端部を前記外装ケースの底部に加圧状態で接触させる工程と、を含み、前記外装ケースが６０ｍｍを超える長さを有する。

【発明の効果】

【0016】

本開示によれば、次のような効果が得られる。

【0017】

(1) 陰極箔が陽極箔の側端部から突出するので、外装ケースの底部側において、コンデンサ素子の剛性が高められる。そのため、加圧状態のコンデンサ素子では圧力の吸収が抑制され、コンデンサ素子の封口板などへの押圧力が向上する。

【0018】

(2) コンデンサ素子の移動およびタブへの負荷が抑制され、タブの損傷を抑制できる。

【0019】

(3) 長寸法コンデンサの耐振性または耐久性を向上させることができる。

【0020】

(4) 耐振性または耐久性の向上により、長寸法コンデンサの用途を拡大させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】実施の形態に係るコンデンサの一例を示す図である。

【図2】コンデンサ素子の構造の一例を示す図である。

【図3】他のコンデンサ素子の構造の一例を示す図である。

【図4】コンデンサ素子の圧縮応力の確認結果の一例を示すグラフである。

【図5】コンデンサの実験結果の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１は、実施の形態に係るコンデンサの一例を示している。図１では、外装ケース４および封口板６が中央部における断面で示されている。図２は、コンデンサ素子の構造の一例を示している。図１および図２に示されている構成は一例であって、図１および図２に示されている構成に本開示の技術が限定されるものではない。

【0023】

コンデンサ２は、たとえば電解コンデンサである。コンデンサ２は、たとえば外装ケース４と、封口板６と、タブ３２を有するコンデンサ素子８とを含む。コンデンサ素子８は外装ケース４の内部に収納され、封口板６は外装ケース４の開口部１０に配置および固定される。また、封口板６の少なくとも外部端子２２に押圧されたタブ３２がコンデンサ素子８に押し込まれる。そのため、コンデンサ素子８の素子端面８－１、素子端面８－２がそれぞれ外装ケース４の底部１６、タブ３２や外部端子２２を介して封口板６に加圧状態で接触して、コンデンサ素子８が、外装ケース４の底部１６と封口板６とにより固定される。コンデンサ２は、たとえば６０ｍｍを超える長さＬを有する。コンデンサ２の長さＬは、端部加締め後の外装ケース４の底部１６から端部加締め部１４の頂点までの長さと一致する。

【0024】

外装ケース４は、たとえば、アルミニウムケースなどの金属ケースであって、有底筒状の容器である。外装ケース４は、開口部１０側の側面に側面加締め部１２を有し、開口部１０側の端部に端部加締め部１４を有する。側面加締め部１２は、封口板６の配置位置を決定し、端部加締め部１４は、封口板６を側面加締め部１２に押し当てる。外装ケース４は、外装ケース４の底部１６に脆弱部１８を有してもよい。脆弱部１８は、外装ケース４の内部圧力が設定値以上に上昇した時に破損し、外装ケース４の内部圧力を低下させる。脆弱部１８は、コンデンサ２の破裂を防止する。

【0025】

封口板６は、外装ケース４の開口部１０の内部であって、側面加締め部１２と端部加締め部１４との間に配置される。封口板６は、端部加締め部１４により側面加締め部１２に押し付けられ、これにより外装ケース４の開口部１０に固定される。封口板６は、外装ケース４の開口部１０を封止する。封口板６は、外装ケース４の開口部１０の形状に応じた形状を有し、たとえば、円形の開口部１０と同径またはそれに近い径の円盤形状を有する。封口板６は、多角形の開口部１０に合わせた形状および大きさを有してもよい。封口板６は、たとえば、機能の異なる複数の部材を積層した積層体２０と、たとえば二つの外部端子２２とを含む。積層体２０は、たとえばゴム層２４と樹脂層２６とを含む。ゴム層２４は、気体を透過させるが、液体を遮断する機能を有する。ゴム層２４は、たとえばエチレンプロピレンゴムやブチルゴム、シリコンゴムなどのゴム材料である。樹脂層２６は、ゴム層２４よりも剛性を有し、たとえば紙フェノール樹脂である。紙フェノール樹脂は、紙基材にフェノール系樹脂を含浸させた合成材料である。樹脂層２６は、紙フェノール樹脂による単一の構成でよく、または図示しない他の材料を重ね合わせた積層の構成であってもよい。ゴム層２４は、封口板６の外部側（つまり、外装ケース４の端部加締め部１４側）に配置され、封口板６の外側面を形成する。樹脂層２６は、封口板６の内部側（つまり、コンデンサ素子８側）に配置され、封口板６の内側面を形成する。積層体２０は、外部端子２２のリベット３０が貫通する貫通孔２７を有する。

【0026】

外部端子２２は、電極端子２８とリベット３０とを含む。電極端子２８は、封口板６の外側面に配置され、コンデンサ２の陽極端子または陰極端子として機能する。電極端子２８は、たとえばＬ字形状を有し、積層体２０に対して立設し、外部部品と接続するための立設部と、積層体２０の表面に平行に配置される平坦部とを有する。平坦部は、リベット３０が貫通する貫通孔を有する。

【0027】

リベット３０は、積層体２０を貫通し、積層体２０の外側面および内側面から突出する。リベット３０は、鍔部３４－１、３４－２、３４－３と円柱部３６とを有する。鍔部３４－１は、封口板６の外側面側に配置され、鍔部３４－２、３４－３は、封口板６の内側面側に配置される。円柱部３６は、鍔部３４－１、３４－２の間および鍔部３４－２、３４－３の間に配置され、鍔部３４－１、３４－２、３４－３と一体化されている。円柱部３６が電極端子２８の平坦部および積層体２０を貫通し、鍔部３４－１、３４－２が電極端子２８の平坦部および積層体２０を挟み込む。そのため、電極端子２８が積層体２０に固定される。円柱部３６はタブ３２の貫通孔を貫通し、鍔部３４－２、３４－３がタブ３２を挟み込む。そのため、タブ３２が外部端子２２に固定される。つまり、リベット３０は、たとえば、圧接または挟み込みにより、コンデンサ素子８のタブ３２に接続される。リベット３０に対するタブ３２の接続部分は、リベット３０と一体化し、外部端子２２を形成する。リベット３０は、通電可能な金属材料または表面に金属メッキが施されており、電極端子２８およびタブ３２と電気的に接続されている。

【0028】

外部端子２２の一部はコンデンサ素子８の素子端面８－２に押し込まれている。コンデンサ素子８は、外部端子２２の押し込みにより外装ケース４の底部１６と封口板６に固定される。外部端子２２の押し込みは、図１に示されているように、封口板６からコンデンサ素子８への圧力Ｐ１と、外装ケース４の底部１６からコンデンサ素子８への圧力Ｐ２を生じさせる。圧力Ｐ２は圧力Ｐ１の反発力である。外部端子２２の押し込み量が外部端子２２の突出距離よりも小さいとき、図１に示されているように、外部端子２２以外の部分において、素子端面８－２は封口板６から離間する。しかしながら、外部端子２２の押し込み量は外部端子２２の突出距離よりも大きくてもよく、外部端子２２以外の部分において、素子端面８－２が封口板６に接触してもよい。

【0029】

コンデンサ素子８は、図２に示されているように、陰極箔４２と、陽極箔４４と、セパレータ４６とを含む。セパレータ４６が陰極箔４２と陽極箔４４の間に配置されるように、陰極箔４２、陽極箔４４およびセパレータ４６は重ねられるとともに巻回されて、巻回素子が形成される。この巻回素子がコンデンサ素子８を形成する。

【0030】

陽極箔４４の幅ｘおよび陰極箔４２の幅ｙは、いずれもセパレータ４６の幅ｚよりも短く、陽極箔４４の幅ｘは、たとえば陰極箔４２の幅ｙよりも短い。コンデンサ素子８の一端部８－３において、陰極箔４２が陽極箔４４の側端部４４－１から突出している。そのため、陽極箔４４の側端部４４－１とセパレータ４６の側端部４６－１との間の領域（以下、「側端部４４－１の外側領域」という）において、コンデンサ素子８が陰極箔４２の突出部４２－３とセパレータ４６とによる積層構造５８を有する。コンデンサ素子８の一端部８－３は、素子端面８－１およびその近傍部を含み、外装ケース４の底部１６側に配置される。コンデンサ素子８の積層構造５８により、側端部４４－１の外側領域において、コンデンサ素子８の剛性が高められている。つまり、コンデンサ素子８は、全体として積層構造５８を伴わないコンデンサ素子８よりも高い剛性を有する。

【0031】

コンデンサ素子８の一端部８－３において、陰極箔４２の側端部４２－１は、たとえばセパレータ４６の側端部４６－１に重なっている。陰極箔４２の側端部４２－１は、図３に示されているコンデンサ素子１０８のように、側端部４４－１の外側領域内に配置されていてもよく、セパレータ４６の側端部４６－１の近傍部に配置されていてもよい。側端部４６－１の近傍部は、陰極マージン距離ｗ１（図３のＡ）が、たとえば陽極マージン距離ｖ１の２分の１以下または５分の１以下となるような場所である。陰極マージン距離ｗ１は、陰極箔４２の側端部４２－１とセパレータ４６の側端部４６－１との間の距離であって、側端部４２－１が側端部４６－１に重なる場合、０になる。陽極マージン距離ｖ１は、陽極箔４４の側端部４４－１とセパレータ４６の側端部４６－１との間の距離である。陽極マージン距離ｖ１は、蓄電により電位が上昇する陽極箔４４を外装ケース４に接触させないようにするために必要な距離以上の距離を有し、たとえば２ｍｍである。

【0032】

図２のＡおよび図２のＢに示されているように、コンデンサ素子８の他端部８－４において、陰極箔４２の側端部４２－２は、たとえば陽極箔４４の側端部４４－２に重なっている。陰極マージン距離ｗ２は、陰極箔４２の側端部４２－２とセパレータ４６の側端部４６－２との間の距離であり、陽極マージン距離ｖ２は、陽極箔４４の側端部４４－２と側端部４６－２との間の距離である。陰極マージン距離ｗ２および陽極マージン距離ｖ２は、陰極箔４２および陽極箔４４を外部端子２２に短絡させないようにするために必要な距離以上の距離を有し、たとえば３ｍｍである。

【0033】

コンデンサ素子８は、素子端面８－２から突出する二つのタブ３２を有する。タブ３２は陽極箔４４または陰極箔４２に接続されており、タブ３２の突出部分が外部端子２２に接続される。

【0034】

陰極箔４２は、電極箔の一例であって、コンデンサ２の陰極を構成する。陰極箔４２は、たとえば帯状の箔であって、基材箔およびカーボン層を有する。

【0035】

基材箔は、陰極箔４２の地金であって、たとえば、アルミニウム箔、タンタル箔、ニオブ箔、チタン箔、ハフニウム箔、ジルコニウム箔、亜鉛箔、タングステン箔、ビスマス箔、アンチモン箔などの弁作用金属箔である。基材箔の表面は、たとえばエッチングにより形成された凹凸を有し、基材箔の表面積が拡大されている。基材箔の表面は、たとえばトンネル状または海綿状のエッチングピットを含んでもよく、このトンネル状または海綿状のエッチングピットが凹凸を形成してもよい。

【0036】

カーボン層は、たとえば基材箔の両面または片面に配置されている。カーボン層は、部分的に凹凸の内部に侵入し、そのため基材箔の凹凸に密着かつ係合し、陰極箔４２の強度を増加させる。カーボン層は、たとえば、主材として炭素材を含み、添加剤としてバインダーおよび分散剤を含む。

【0037】

炭素材は、活性炭、カーボンブラック、カーボンナノホーン、無定形炭素、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛化ケッチェンブラック、メソポーラス炭素、繊維状炭素などである。活性炭は、たとえば、やしがらなどの天然植物組織、フェノールなどの合成樹脂、石炭、コークスまたはピッチなどの化石燃料由来のものを原料として生成される。カーボンブラックは、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャネルブラックまたはサーマルブラックなどである。繊維状炭素は、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバなどである。カーボンナノチューブは、グラフェンシートが１層である単層カーボンナノチューブでも、２層以上のグラフェンシートが同軸状に丸まり、チューブ壁が多層をなす多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）でもよい。

【0038】

バインダーは、たとえばスチレンブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデンまたはポリテトラフルオロエチレンなどの樹脂系バインダーであって、炭素材を結合させる。分散剤は、たとえばカルボキシメチルセルロースナトリウムである。

【0039】

陽極箔４４は、電極箔の一例であって、コンデンサ２の陽極を構成する。陽極箔４４は、たとえば既述の弁作用金属箔であって、帯状の箔である。陽極箔４４の表面には多孔質構造を有する拡面部が形成されている。多孔質構造は、たとえば、エッチングにより形成されたトンネル状のピット、海綿状のピット、または密集した紛体間の空隙により成る。拡面部の表面は、化成処理により形成された誘電体酸化皮膜を含んでいる。

【0040】

セパレータ４６は、陽極箔４４と陰極箔４２の間に配置され、陽極箔４４と陰極箔４２の間の短絡を防止する。セパレータ４６は、絶縁材料であって、セパレータ部材としてクラフトを含み、マニラ麻、エスパルト、ヘンプ、レーヨン、セルロース、これらの混合材などの他のセパレータ部材を含んでもよい。

【0041】

電解質は、電解液、ゲル電解質、導電性高分子を含む固体電解質などである。電解質が電解液またはゲル電解質と、導電性高分子を含む固体電解質とを備えて所謂ハイブリッド型の電解コンデンサが形成されてもよい。

【0042】

コンデンサ２は、たとえば以下の製造工程により作製することができる。以下の製造工程に示されている構成は一例であり、以下の製造工程に示されている構成により本開示の技術が限定されるものではない。

【0043】

コンデンサ２の製造工程は、本開示のコンデンサ２の製造方法の一例であって、たとえば外装ケース４の作製工程、封口板６の作製工程、コンデンサ素子８の作製工程、封口板６とコンデンサ素子８のタブ３２との接続工程、コンデンサ素子８の封入工程、および加締め工程を含む。

【0044】

外装ケース４の作製工程では、アルミニウムなどの金属材料を有底筒状の形状にたとえば成形して、側面加締め部１２および端部加締め部１４を形成する前の外装ケース４を作製する。外装ケース４の作製工程では、たとえば購入により、側面加締め部１２および端部加締め部１４を形成する前の外装ケース４を準備してもよい。

【0045】

封口板６の作製工程は、積層体２０の作製工程と、積層体２０への外部端子２２の取付け工程とを含む。

【0046】

積層体２０の作製工程では、ゴム層２４を形成するための既述のゴム材料を、樹脂層２６を形成するためのたとえば紙フェノール樹脂に重ね、ゴム材料および紙フェノール樹脂を加熱圧着して、積層材を生成する。生成された積層材をたとえばプレス加工によって封口板６の形状および寸法に打ち抜いて、積層体２０を作製する。プレス加工では、積層材がたとえばプレス機の剪断刃によって切断される。ドリル、打ち抜き装置などの孔開け装置により、外部端子２２を通すための貫通孔２７を積層体２０に形成する。

【0047】

積層体２０への外部端子２２の取付け工程では、押し潰し前の円柱部３６と鍔部３４－２とを有するリベット３０の円柱部３６を樹脂層２６側から積層体２０の貫通孔２７に挿通するとともに、電極端子２８の平坦部の貫通孔に挿通する。鍔部３４－２を樹脂層２６に接触させた状態で、電極端子２８の平坦部から突出する円柱部３６を押し潰して、鍔部３４－１を形成する。鍔部３４－１、３４－２の挟み込みにより、電極端子２８、リベット３０、および積層体２０が一体化する。積層体２０への外部端子２２の取付け状態では、コンデンサ素子８のタブ３２が取付けられるように、リベット３０を樹脂層２６の表面から突出させておく。封口板６の作製工程では、たとえば購入により、封口板６、積層体２０、外部端子２２、ゴム層２４、樹脂層２６、電極端子２８またはリベット３０を準備してもよい。

【0048】

コンデンサ素子８の作製工程は、陽極箔４４の作製工程と、陰極箔４２の作製工程と、セパレータ４６の作製工程と、積層工程とを含む。

【0049】

陽極箔４４の作製工程では、たとえば、既述の弁作用金属箔の表面に多孔質構造を有する拡面部を形成し、拡面部が形成された弁作用金属箔の表面に化成処理により誘電体酸化皮膜を形成する。拡面部は、直流エッチング、交流エッチング、または弁作用金属箔への金属粒子などの蒸着もしくは焼結により形成される。直流エッチングまたは交流エッチングでは、典型的には、塩酸などのハロゲンイオンを含む酸性水溶液中に漬けられた弁作用金属箔に直流電流または交流電流が印加される。誘電体酸化皮膜が形成された弁作用金属箔を裁断して、陽極箔４４が作製される。

【0050】

陰極箔４２の作製工程では、たとえば、エッチングにより既述の弁作用金属箔の表面に凹凸を形成して、基材箔が作製される。陰極箔４２のエッチングは、陽極箔４４のエッチングと同じでもよく、異なっていてもよい。基材箔にカーボン層を形成し、基材箔およびカーボン層を帯状に裁断して、陰極箔４２が作製される。

【0051】

カーボン層は、たとえば次のように形成される。既述の炭素材、バインダーおよび分散剤を希釈液に加え、ミキサー、ジェットミキシング（噴流衝合）、超遠心処理、超音波処理などの分散処理によりこれらを混合して、スラリーを形成する。希釈液は、たとえばアルコール、炭化水素系溶媒、芳香族系溶媒、アミド系溶媒、水およびこれらの混合物などである。アルコールは、たとえばメタノール、エタノールまたは２－プロパノールである。アミド系溶媒は、たとえばＮ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）またはＮ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）である。

【0052】

スラリーを基材箔に塗布し、溶媒を揮発させてカーボン層を形成し、カーボン層をプレスする。プレスは、たとえば炭素材を凹凸の細孔にまで押し込むことができ、また、炭素材が凹凸の細孔より大きい場合においては炭素材を凹凸の凹凸面に沿って変形させることができる。炭素材を凹凸の細孔にまで押し込む、または、炭素材を凹凸の凹凸面に沿って変形させることで、たとえばカーボン層と基材箔との密着性および定着性を向上させる。

【0053】

セパレータ４６の作製工程では、既述のセパレータ部材を裁断して、セパレータ４６が作製される。

【0054】

積層工程では、セパレータ４６が陽極箔４４と陰極箔４２の間に配置されるように、陽極箔４４、陰極箔４２およびセパレータ４６を重ね、陽極箔４４、陰極箔４２およびセパレータ４６を巻回して、コンデンサ素子８が作製される。巻回前または巻回中に、陽極箔４４および陰極箔４２が、それぞれタブ３２に接続され、タブ３２を素子端面８－２から突出させる。素子端面８－１側において、陰極箔４２が陽極箔４４の側端部４４－１から突出するように陽極箔４４および陰極箔４２を重ねると、一端部８－３に記述の積層構造５８を形成することができる。コンデンサ素子８の作製工程では、たとえば購入により、陰極箔４２、陽極箔４４、セパレータ４６、またはコンデンサ素子８を準備してもよい。

【0055】

封口板６とコンデンサ素子８のタブ３２との接続工程では、封口板６の内側面から突出している円柱部３６を、タブ３２の貫通孔に挿通する。鍔部３４－２をタブ３２に接触させた状態で、タブ３２から突出する円柱部３６を押し潰して、鍔部３４－３を形成する。鍔部３４－２、３４－３の挟み込みにより、タブ３２および外部端子２２が一体化する。

【0056】

コンデンサ素子８の封入工程では、電解液などの電解質が含浸されたコンデンサ素子８を外装ケース４の内部に挿入し、外装ケース４の開口部１０に封口板６を配置する。このとき、収納のために、タブ３２が封口板６とコンデンサ素子８の間の隙間に折り畳まれていてもよい。

【0057】

加締め工程では、外部端子２２、または外部端子２２と重なり外部端子２２を形成するタブ３２がコンデンサ素子８に押し込まれるように、封口板６の取付位置および側面加締め部１２の形成位置を決定する。取付位置および形成位置は、計算処理により決定してもよく、以前に製造されたコンデンサ２の取付位置および形成位置とコンデンサ素子８の押し込みの有無または圧縮量との関係から決定してもよい。

【0058】

加締め工程では、決定した形成位置に、加締めにより側面加締め部１２を形成する。また、外装ケース４の開口部１０の端部を曲げて、端部加締め部１４を形成する。端部加締め部１４の形成により、封口板６が側面加締め部１２に押付けられて固定されるとともに、外部端子２２がコンデンサ素子８に押し込まれて、コンデンサ素子８が外装ケース４の底部１６と封口板６との間に固定される。

【0059】

図４は、コンデンサ素子の圧縮応力の確認結果を示している。図４に示されているグラフにおいて、横軸は押し込み深さを表し、縦軸は圧縮応力を表す。図４に示されている確認結果は一例であり、斯かる確認結果に本開示の技術が限定されるものではない。

【0060】

陰極箔４２の突出による作用、効果を確認するため、既述のコンデンサ素子８、図３に示されているコンデンサ素子１０８、および比較のためのコンデンサ素子（以下「比較素子」と言う）を作製した。

【0061】

図２のＡおよび図２のＢに示されているように、作製されたコンデンサ素子８では、側端部４４－１の外側領域の全体またはほぼ全体において、積層構造５８が形成された。図３のＡおよび図３のＢに示されているように、作製されたコンデンサ素子１０８では、側端部４４－１の外側領域の一部において、積層構造５８が形成された。比較素子では、比較素子が積層構造５８を持たないように、陰極箔４２の側端部４２－１が陽極箔４４の側端部４４－１に重ねられた。

【0062】

コンデンサ素子８、１０８および比較素子は、表１に示されている素子長、素子径、陽極箔幅ｘ、陰極箔幅ｙ、セパレータ幅ｚ、陰極マージン距離ｗ１を有する。素子長はコンデンサ素子の長さであって、セパレータ幅ｚと一致する。素子径はコンデンサ素子の直径である。

【表1】

【0063】

陽極箔４４は既述のトンネル状のピットを有し、セパレータ４６は、密度０．９５ｇ／ｃｍ³、厚さ２５μｍのクラフトおよび密度０．８５ｇ／ｃｍ³、厚さ１５μｍのクラフトを含む。コンデンサ素子８、１０８および比較素子に電解液を含浸させた。電解液は、溶媒として、エチレングリコールを含み、溶質としてアゼライン酸ジエチルアミンを含み、耐圧向上剤としてポリオキシエチレングリセリンを含む。

【0064】

反発力の評価のために、電解液を含浸させたコンデンサ素子８、コンデンサ素子１０８または比較素子の素子端面８－２をフォースゲージで素子端面８－１に向けて０～３ｍｍの押し込み深さの範囲で押圧した時の圧縮応力を３回計測および確認した。計測に用いたフォースゲージは、株式会社イマダ製、デジタルフォースゲージ（ＺＴＡ－５０００Ｎ）である。

【0065】

図４のＡに示されているように、積層構造５８を有するコンデンサ素子８の圧縮応力は、積層構造５８を持たない比較素子の圧縮応力よりも大きくなった。また、図４のＢに示されているように、側端部４４－１の外側領域の全体またはほぼ全体に積層構造５８が形成されたコンデンサ素子８の圧縮応力は、側端部４４－１の外側領域の一部において積層構造５８が形成されたコンデンサ素子１０８の圧縮応力よりも大きくなった。これらの結果から、積層構造５８が圧縮応力を大きくすることが解かるとともに、セパレータ４６のみが積層されている領域が狭くなることで、圧縮応力、つまり反発力が大きくなることが解かった。

【0066】

図５は、コンデンサの実験結果を示している。図５に示されている実験結果は一例であり、斯かる実験結果に本開示の技術が限定されるものではない。

【0067】

陰極箔４２の突出による作用または効果を確認するため、実施例として実験番号１、２に係るコンデンサ２、および比較例として実験番号３、４に係るコンデンサを作製した。

【0068】

実験番号１、２に係るコンデンサ２の基本的な構造は、既に述べたコンデンサ素子８を含むコンデンサ２と同様である。実験番号３、４に係るコンデンサの基本的な構造は、積層構造５８を持たないことを除き、既に述べたコンデンサ２と同様である。実験番号１、２に係るコンデンサ２および実験番号３、４に係るコンデンサは、３５ｍｍの製品径および３３．５ｍｍの素子径を有し、図５に示されている製品高さ、素子長、陽極箔幅ｘ、陰極箔幅ｙ、セパレータ幅ｚ、陰極マージン距離ｗ１、および圧縮量を有する。製品径はコンデンサの直径であり、素子径はコンデンサ素子の直径である。製品高さは既述の長さＬであり、素子長は外部端子２２が押し込まれる前のコンデンサ素子の長さである。圧縮量は、外部端子２２が押し込まれる前のコンデンサ素子の長さと、外部端子２２が押し込まれている部分のコンデンサ素子の長さとの差である。

【0069】

陽極箔４４は既述のトンネル状のピットを有し、セパレータ４６は密度０．７０ｇ／ｃｍ³、厚さ５０μｍのクラフトである。電解液は、溶媒として、エチレングリコールを含む。

【0070】

実験番号１、２に係るコンデンサ２と実験番号３、４に係るコンデンサとを振動試験（修正振動試験）により評価した。修正振動試験は、日本産業規格（ＪＩＳ） Ｃ５１０１－４：２０１９「電子機器用固定コンデンサ－第４部：品種別通則－固定アルミニウム固体（ＭｎＯ₂）及び非固体電解コンデンサ」の「４．８ 振動」、およびＪＩＳ Ｃ５１０１－１：２０１９「電子機器用固定コンデンサ－第１部：品種別通則」の「４．１７ 振動」に準拠した規格振動試験の一部を修正した振動試験である。規格振動試験の条件は以下の通りである。なお、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は図１に示す通りである。
・周波数： １０～５５Ｈｚ
・振幅または加速度： 片振幅０．７５ｍｍ又は１００ｍ／ｓ²（いずれか緩い方）
・掃引の割合： １０Ｈｚ－５５Ｈｚ－１０Ｈｚ（約１分）
・掃引方向と試験時間：（掃引方向） 最初にＸ方向、次にＹ方向、最後にＺ方向
（試験時間） 各方向２時間（合計６時間）

【0071】

修正振動試験では、規格振動試験で使用される振幅（つまり片振幅０．７５ｍｍ）の２．０倍の振幅（つまり片振幅１．５０ｍｍ）の振幅が使用される。振幅が大きくなると、コンデンサ２に加わる振動エネルギーが大きくなる。つまり、修正振動試験は、規格振動試験よりも厳しい試験である。

【0072】

図５における「タブ損傷」は、コンデンサ２の評価項目である。「タブ損傷」の評価結果は、振動試験後のタブ３２の損傷の有無を表し、評価結果「ＯＫ」はタブ３２が損傷しなかったことを表し、評価結果「ＮＧ」はタブ３２が損傷したことを表す。
実施例としての実験番号１、２に係るコンデンサ２は、評価結果「ＯＫ」を得ることが解り、比較例としての実験番号３、４に係るコンデンサは、評価結果「ＮＧ」を得ることが解った。つまり、実施例に係るコンデンサ２では、比較例に係るコンデンサに比べて、タブ損傷が発生し難いことが解った。

【0073】

実施の形態によれば、たとえば以下の効果が得られる。

【0074】

(1) 積層構造５８により、側端部４４－１の外側領域において、コンデンサ素子８の剛性が高められている。積層構造５８により、コンデンサ素子８の圧縮応力（反発力）が増加し、コンデンサ素子８が固定され易くなる。コンデンサ素子８の振動によるタブ３２への負荷が抑制され、タブ３２の損傷（たとえばタブ３２の破断）を抑制できる。

【0075】

(2) コンデンサ素子８が大きくなるにつれて、たとえばコンデンサ素子８が振動した時にタブ３２に掛かる負荷が大きくなる。積層構造５８は、６０ｍｍを超える長さを有する長寸法コンデンサ２の耐振性または耐久性を向上させることができ、長寸法コンデンサ特有の課題を解消させることができる。

【0076】

(3) コンデンサ素子８に圧縮応力を発生させることにより、タブ３２の振動状態とコンデンサ素子８の振動状態を極力近付けることができる。タブ３２の損傷は、タブ３２に応力が加わることで生じる。タブ３２への応力付加は、タブ３２とコンデンサ素子８とが個別に振動することに起因することがある。コンデンサ２の振動によって、タブ３２とコンデンサ素子８とが別個に振動しあるいは振動共振を生じさせる場合がある。このような揺動や振動共振にタブ３２が晒されると、タブ３２に過大な振動応力が集中する。この結果、タブ３２が損傷する恐れがある。しかしながら、圧縮応力を発生させることによりタブ３２とコンデンサ素子８を一体化させることで、振動共振を抑制し、タブ３２への応力を低減できる。

【0077】

(4) 耐振性または耐久性の向上により、長寸法コンデンサ２の用途を拡大させることができる。

【0078】

(5) 陰極箔４２がカーボン層を含む場合、陰極箔４２およびコンデンサ素子８の強度が向上する。そのため、圧力Ｐ１、Ｐ２に対するコンデンサ素子８の耐圧力性が向上する。

【0079】

(6) 陰極マージン距離ｗ２および陽極マージン距離ｖ２が陰極マージン距離ｗ１および陽極マージン距離ｖ１よりも広い場合、製品高さを抑制しつつ、押し込まれた外部端子２２と電極箔との間の短絡が抑制される。

【0080】

以上説明した実施の形態について、その特徴事項や変形例を以下に列挙する。

【0081】

(1) 外装ケース４、封口板６、コンデンサ素子８、電解質などは実施の形態で述べたものに限定されない。これらの素材は、アルミ電解コンデンサまたは類似のコンデンサで採用されている他の素材でもよい。コンデンサ素子８は、たとえば平坦な複数の陰極箔４２、陽極箔４４およびセパレータ４６が積層された積層素子でもよい。カーボン層の素材は実施の形態で述べたものに限定されない。カーボン層を形成する素材は、カーボンを含む任意の導電性部材でもよい。基材箔に対するカーボン層の密着または係合状態は、実施の形態で述べたものに限定されない。陰極箔４２は、カーボン層を含まなくてもよく、たとえば既述の弁作用金属箔のみから作られていてもよい。

【0082】

(2) 陰極箔４２は、陽極箔４４とは異なり基本的には電位上昇に無関係である。そのため、陰極箔４２は、外装ケース４の底部１６に接触していてもよく、セパレータ４６の側端部４６－１から突出していてもよい。

【0083】

(3) 陰極箔４２は、他端部８－４において、外部端子２２に対して非接触な状態で、陽極箔４４の側端部４４－２から突出していてもよい。つまり、コンデンサ素子８、１０８は、一端部８－３および他端部８－４の両方において、積層構造５８を有してもよい。

【0084】

(4) 実施の形態では、鍔部３４－１、３４－２の挟み込みにより、電極端子２８、リベット３０、および積層体２０が一体化し、鍔部３４－２、３４－３の挟み込みにより、タブ３２および外部端子２２が一体化する。しかしながら、電極端子２８およびタブ３２は、たとえば冷間圧接によりリベット３０に取り付けられてもよい。

【0085】

(5) 積層構造５８は、短い通常のコンデンサに適用されてもよい。

【0086】

(6) 実施の形態では、図１に示されているように、外装ケース４の底部１６が平坦である。しかしながら、外装ケース４の底部１６に突起が形成され、底部１６の突起がコンデンサ素子８の素子端面８－１を押し込んでいてもよい。底部１６の突起により、外部端子２２による押し込みの負担を抑制することができる。

【0087】

(7) 外装ケース４は外装ケース４の内側面にリブを有してもよい。リブは、外装ケース４の内側面とコンデンサ素子８の側面との間の距離を減少させる。そのため、リブは、Ｘ方向およびＹ方向におけるコンデンサ素子８の移動を抑制し、コンデンサ２の耐振性を高めることができる。

【0088】

以上説明したように、本開示の最も好ましい実施の形態等について説明した。本開示の技術は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、または明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更が、本開示の範囲に含まれることは言うまでもない。

【産業上の利用可能性】

【0089】

本開示の技術は、耐振性または耐久性を有するコンデンサを提供することができ、有用である。

【符号の説明】

【0090】

２ コンデンサ
４ 外装ケース
６ 封口板
８、１０８ コンデンサ素子
８－１、８－２ 素子端面
８－３ 一端部
８－４ 他端部
１０ 開口部
１２ 側面加締め部
１４ 端部加締め部
１６ 底部
１８ 脆弱部
２０ 積層体
２２ 外部端子
２４ ゴム層
２６ 樹脂層
２７ 貫通孔
２８ 電極端子
３０ リベット
３２ タブ
３４－１、３４－２、３４－３ 鍔部
３６ 円柱部
４２ 陰極箔
４４ 陽極箔
４６ セパレータ
４２－１、４２－２、４４－１、４４－２、４６－１、４６－２ 側端部
４２－３ 突出部
５８ 積層構造

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】