特表 2024-506783 段差を設けたカソードを有するコンデンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-15

(54)【発明の名称】段差を設けたカソードを有するコンデンサ

(51)【国際特許分類】

   H01G 9/08 20060101AFI20240207BHJP

【ＦＩ】

H01G9/08 F

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023539278

(86)(22)【出願日】2022-02-11

(85)【翻訳文提出日】2023-07-31

(86)【国際出願番号】 EP2022053315

(87)【国際公開番号】W WO2022175166

(87)【国際公開日】2022-08-25

(31)【優先権主張番号】21158169.9

(32)【優先日】2021-02-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】512158181

【氏名又は名称】バイオトロニック エスエー アンド カンパニー カーゲー

【氏名又は名称原語表記】ＢＩＯＴＲＯＮＩＫ ＳＥ ＆ Ｃｏ． ＫＧ

【住所又は居所原語表記】Ｗｏｅｒｍａｎｎｋｅｈｒｅ １ １２３５９ Ｂｅｒｌｉｎ Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】リヒテンベルガー、ヤノシュ

(72)【発明者】

【氏名】プレッツラフ、ベルント

(57)【要約】

本発明は、ハウジング内面及び当該ハウジング内面によって実質的に画定されるハウジング内部を有する導電性ハウジングと、第１の極性を有し、ハウジング内部に配置される少なくとも１つの第１の電極と、ハウジング内面と少なくとも１つの第１の電極との間に配置される少なくとも１つのセパレータ素子と、ハウジング内面と少なくとも１つのセパレータ素子との間に配置される導電性コーティングとを備えるコンデンサに関する。本発明によれば、ハウジング内面は、少なくとも１つの凹部を有し、導電性コーティングは、少なくとも１つの凹部内に配置される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コンデンサであって、
ハウジング内面（１１）と、当該ハウジング内面（１１）によって実質的に画定されるハウジング内部と、を有する、導電性ハウジング（１０）と、
第１の極性を有すると共に前記ハウジング内部に配置される、少なくとも１つの第１の電極（２０）と、
前記ハウジング内面（１１）と前記少なくとも１つの第１の電極（２０）との間に配置される、少なくとも１つのセパレータ素子（３０）と、
前記ハウジング内面（１１）と前記少なくとも１つのセパレータ素子（３０）との間に配置される導電性コーティング（４０）と、
を備え、
前記ハウジング内面（１１）は、少なくとも１つの凹部（１２）を含み、
前記導電性コーティング（４０）は、前記少なくとも１つの凹部（１２）内に配置されることを特徴とする、コンデンサ。

【請求項2】

前記少なくとも１つの凹部（１２）が、前記ハウジング内面（１１）から前記コンデンサ内部に延びるウェブ（１３）によって制限されており、前記少なくとも１つのセパレータ素子（３）が前記ウェブ（１３）によって実質的に支持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3】

前記コンデンサは、電解コンデンサとして構成され、第２の極性を有する第２の電極は、電解質として構成され、前記電解質は前記導電性コーティング（４０）と電気的に導通することを特徴とする請求項１または２に記載のコンデンサ。

【請求項4】

前記少なくとも１つの凹部は、１０μｍから５００μｍの範囲の深さを有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のコンデンサ。

【請求項5】

前記導電性コーティングが、２μｍから４００μｍの範囲の厚さを有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のコンデンサ。

【請求項6】

前記導電性コーティング（４０）が、炭素、特にグラファイト、グラフェン、活性炭、木炭、カーボンブラック、カーボンナノチューブもしくはフラーレン、または導電性ポリマーの形態で構成されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のコンデンサ。

【請求項7】

前記少なくとも１つの第１の電極（２０）が、バルブ金属、好ましくはタンタルまたはニオブからなる、または実質的に構成されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のコンデンサ。

【請求項8】

前記導電性ハウジング（１０）は、ビーカー部分と蓋部分とを備え、前記少なくとも１つの凹部（１１）は、前記ビーカー部分または前記蓋部分の内面（１１）内に構成されていることを特徴とする、前記請求項１から７のいずれか１項に記載のコンデンサ。

【請求項9】

前記導電性ハウジング（１０）が、チタンまたはチタン合金からなる、または実質的に構成されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載のコンデンサ。

【請求項10】

コンデンサの製造方法であって、
ハウジング内面（１１）と、当該ハウジング内面（１１）によって実質的に画定されるハウジング内部とを有するハウジング（１０）を提供することであって、前記ハウジング内面（１１）に少なくとも１つの凹部（１２）が設けられる、前記提供することと、
前記少なくとも１つの凹部（１２）に導電性コーティング（４０）を塗布することと、
前記ハウジング内部に少なくとも１つの第１の電極（２０）を配置することと、
前記少なくとも１つの第１の電極（２０）と前記ハウジング内面（１１）との間に少なくとも１つのセパレータ素子（３０）を配置することと、
を含む、製造方法。

【請求項11】

前記少なくとも１つの凹部（１２）は、深絞り、エッチング、アブレーション、機械加工、スタンピングまたはエンボス加工によって前記ハウジング内面に設けられることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記ハウジング（１０）は、ビーカー部分と蓋部分との形態で提供されることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の方法。

【請求項13】

前記ビーカー部分と前記蓋部分とが接合される、特に溶接されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンデンサ及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電解タンタルコンデンサやニオブコンデンサのようなコンデンサでは、電解液の形をしたカソードは、通常、カソード電流コレクタとして機能する導電性ハウジングを介して外部から電気的に接触し、焼結および陽極酸化金属体などの形をしたアノードは、ハウジングから電気的に絶縁した電気供給路を介して外部と接触する。陰極と電気的に接触させるために、このようなコンデンサは一般的に、コンデンサのハウジングの内側に塗布された導電性コーティングを利用しており、電解液で濡らすことがでる。電解コンデンサは、陽極を包む袋状の少なくとも１つのセパレータ素子をさらに含み、望ましくないシャウト回路を防ぐために、陽極とハウジングまたはコーティングの間にそれぞれ電気的な絶縁を提供する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

しかし、このような一般的な電解コンデンサでは、通常、セパレータ素子は導電性コーティングと直接実質的に物理的に接触しており、コーティングは、例えば振動、衝撃または機械的圧力の場合に、セパレータ素子によって加えられる機械的応力に潜在的にさらされる。さらに、このようなコーティングは、例えば、セパレータエレメントやハウジングと比較して、むしろ劣った機械的安定性を示す。その結果、コーティングは、セパレータエレメントによって機械的な障害や損傷を受ける可能性があり、例えば摩耗によって、短絡やコンデンサの損失を招く可能性がある。

【0004】

上記の問題を克服するために、当技術分野で知られている１つの解決策は、セパレータの厚さを調整することである。しかし、この解決策はかなり不確実であり、さらに、より厚いセパレータ素子を使用することにより、電気的直列抵抗が増加し、その結果、コンデンサの効率が低下する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

そこで、本発明は、コンデンサの信頼性を向上させる手段および方法を提供することを目的とする。

【0006】

この目的は、請求項１の特徴を有するコンデンサ、および請求項１０の特徴を有するそのようなコンデンサの製造方法によって達成される。その適切な実施形態は、それぞれの従属請求項および以下の説明において述べられている。

【0007】

請求項１に記載の発明によれば、コンデンサが提供される。当該コンデンサは、
ハウジング内面と、当該ハウジング内面によって実質的に画定されるハウジング内部と、を有する、導電性ハウジングと、
第１の極性を有すると共に前記ハウジング内部に配置される、少なくとも１つの第１の電極と、
前記ハウジング内面と前記少なくとも１つの第１の電極との間に配置される、少なくとも１つのセパレータ素子と、
前記ハウジング内面と前記少なくとも１つのセパレータ素子との間に配置される導電性コーティングとを有する。

【0008】

本発明によれば、ハウジング内面が少なくとも１つの凹部または窪みからなり、導電性コーティングが少なくとも１つの凹部または窪みに配置されることが特に考えられる。更に、少なくとも１つのセパレータ素子は、導電性コーティングと実質的に接触していないか、または無視できる程度の物理的接触しかしておらず、特に、少なくとも１つのセパレータ素子は、コーティングの完全性を損ない得る、導電性コーティングに対する物理的ストレスを与えない。

【0009】

有利なことに、一般的にコンデンサの信頼性を向上させることができ、さらに、トライボロジー的に低性能であっても、コンデンサの信頼性を維持したまま、よりコストと製造効率の高いコーティングを使用することができる。

【0010】

特に、ハウジング内面におけるそのような凹部又は窪みは、機械加工、スタンピング、エンボス、深絞り等の技術によって提供することができる。また、窪みを提供するために、（例えばレーザーを用いて）エッチングまたはアブレーションのような技術も可能である。この文脈では、当業者は、このような凹部または窪みは、梁、支柱などの突出した素子をハウジング内面に配置することによっても提供され得ることを理解するであろう。

【0011】

特に、少なくとも１つの凹部又は窪みは、ハウジング内面からコンデンサの内部に延びる突出部、ウェブ又はバー、特に円周方向の突出部、ウェブ又はバーによって制限されており、少なくとも１つのセパレータ素子は、突出部、ウェブ又はバーによって実質的に支持され、特に機械的又は物理的に支持される。言い換えれば、少なくとも１つのセパレータ素子は、組み立てられた状態において、実質的に突出部、ウェブ又はバーに対して押圧される。

【0012】

一実施形態において、本発明のコンデンサは、電解コンデンサとして構成され、第２の極性を有する第２の電極が電解質として構成され、電解質は、導電性コーティングと電気的に導通する。

【0013】

本発明のコンデンサの一実施形態では、少なくとも１つの凹部または窪みは、１０μｍから５００μｍの範囲内の深さを有する。

【0014】

本発明のコンデンサの一実施形態では、導電性コーティングは、２μｍから４００μｍの範囲の厚さを有する。

【0015】

本発明のコンデンサの一実施形態では、導電性コーティングは、導電性炭素、特にグラファイト、グラフェン、活性炭、木炭、カーボンブラック、カーボンナノチューブまたはフラーレン、または導電性ポリマーの形態で構成されている。一実施形態では、導電性コーティングは、バインダーを含んでなる。一実施形態では、バインダーは、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、カルボメチルセルロース（ＣＭＣ：ｃａｒｂｏｍｅｔｈｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）またはゴム、特にアクリルゴム、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ：ｎｉｔｒｉｌｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ：ｓｔｙｒｅｎｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ）またはブチルゴムから選ばれる。

【0016】

本発明のコンデンサの一実施形態では、電解質は水性電解質である。一実施形態では、電解質は、エチレングリコールと、任意に酸、特にホウ酸または酢酸とからなり、特に陽極がタンタルによって形成されている場合には、その酸を含む。一実施形態では、電解質は、エチレングリコール、酢酸および酢酸アンモニウムからなる。一実施形態では、電解質は、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドおよび／またはγ－ブチロラクトンからなる。一実施形態では、電解質は、テトラシアノキノジメタン、ポリピロール、またはポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）から構成される。

【0017】

本発明のコンデンサの一実施形態では、少なくとも１つの第１の電極は、バルブ金属を含む、または実質的にバルブ金属から構成される。一実施形態では、バルブ金属は、タンタルまたはニオブから選択される。一実施形態では、本発明のコンデンサは、１つの第１の電極を備え、第１の電極は、実質的に、焼結され陽極酸化されたタンタルの本体である。一実施形態では、焼結され陽極酸化されたタンタルの本体は、特に袋として設計されている１つのセパレータ素子によって実質的に囲まれている。

【0018】

本発明のコンデンサの一実施形態では、ハウジングは、ビーカー部分と蓋部分とから構成されるか、またはそれらによって形成され、少なくとも１つの凹部または窪みは、ビーカー部分または蓋部分の内面内に構成されている。一実施形態では、蓋部分は、少なくとも１つの第１の電極に電気的に接触するように構成された電気フィードスルーと、任意に電解液を充填するための開口部とを含んでいる。

【0019】

本発明のコンデンサの一実施形態では、ハウジングは、チタンまたはチタン合金で作られている。

【0020】

本発明のコンデンサの一実施形態では、ハウジングは、複数の凹部または窪みを有し、その各々が導電性コーティングを構成する。

【0021】

本発明のコンデンサの一実施形態では、少なくとも１つのセパレータ素子は、セルロース（紙）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、エチレンクロロトリフルオロエチレン、またはポリスルホンからなる、もしくは実質的になる。請求項１０によれば、コンデンサの製造方法が提供され、特に、上記のような本発明のコンデンサを製造するための方法が提供される。
当該方法は、
ハウジング内面と、当該ハウジング内面によって実質的に画定されるハウジング内部とを有するハウジングを提供することであって、前記ハウジング内面に少なくとも１つの凹部が設けられる、前記提供することと、
前記少なくとも１つの凹部に導電性コーティングを塗布することと、
前記ハウジング内部に少なくとも１つの第１の電極を配置することと、
前記少なくとも１つの第１の電極と前記ハウジング内面との間に少なくとも１つのセパレータ素子を配置することと、
を含む。

【0022】

特に、少なくとも１つの凹部または窪みは、ハウジング内面からコンデンサの内部に突出する突出部、ウェブ、またはバー、特に周方向の突出部、ウェブ、またはバーによって制限され、少なくとも１つの第１の電極とハウジング内面との間に少なくとも１つのセパレータ素子を配置することは、少なくとも１つのセパレータ素子が突出部、ウェブまたはバーによって実質的に支持されている、特に機械的にまたは物理的に支持されている、言い換えると、組み立てられた状態において突出部、ウェブまたはバーに対して少なくとも１つのセパレータ素子が実質的に押圧されることが挙げられる。

【0023】

本発明の方法の一実施形態では、少なくとも１つの凹部または窪みは、深絞り、エッチング、アブレーション、機械加工、スタンピングまたはエンボス加工によって前記ハウジング内面に設けられる。一実施形態では、複数の凹部または窪みが前記ハウジング内面に設けられ、導電性コーティングが前記複数の凹部または窪みの各々に塗布される。

【0024】

本発明の方法の一実施形態では、導電性ハウジングは、ビーカー部分と蓋部分との形態で提供される。ビーカー部分は、機械加工または深絞りなどの適切な技術によって提供され得る。

【0025】

本発明の方法の一実施形態では、ビーカー部分と蓋部分とは、本発明のコンデンサの他の上述の構成素子、例えば第１の電極および／または少なくとも１つのセパレータ素子をハウジングに組み付けた後に、特に溶接して接合される。

【0026】

一実施形態では、蓋部分は、ハウジングから電気的に絶縁された少なくとも１つの第１の電極に電気的に接触するように構成された電気フィードスルーを備え、任意で電解液を充填するための開口部を備える。

【0027】

以下、本発明の更なる利点、特徴及び実施形態について、図面を参照しながら説明するが、本図面は、以下のように説明されている。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１は、従来技術のコンデンサのハウジングと導電性コーティングの概略図である。

【図2】図２は、本発明によるハウジングと導電性コーティングの概略図である。

【図3】図３は、本発明のコンデンサの一実施形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0029】

図１は、先行技術の電解コンデンサを示し、より正確には、コンデンサのカソードのための電流コレクタとして機能する導電性ハウジング１０の一部を示す。正極（電解質）と接触するために、例えば活性炭と適切なバインダーからなる導電性コーティング４０が、ハウジング１０の内面１１上に塗布される。この構成では、陽極を包むセパレータ３０（図１では図示せず）が導電性コーティング４０に大きな物理的ストレスを与え、その結果、例えば磨耗によってコーティングを損傷する可能性がある。

【0030】

上記とは対照的に、本発明のコンデンサは、図２に示すように、例えばチタン製で、導電性コーティング４０が塗布される１つまたは複数の凹部または窪み１２を有する導電性ハウジング１０を具備する。それにより、１つ以上の凹部または窪み１２は、バーまたはウェブ１３によって制限または閉じ込められる。図３においてより詳細に見ることができるように、セパレータ３０は、バーまたはウェブ１３によって実質的に（機械的または物理的に）支持されるが、導電性コーティング４０によって支持されないかまたは無視できる程度にしか支持されない。それによって、セパレータ３０は、バーまたはウェブ１３に対して実質的な物理的ストレスを与えることができるが、導電性コーティング４０に対しては与えない。したがって、セパレータ３０による導電性コーティング４０への損傷は、低減または抑制され得る。

【0031】

このような凹部又は窪み１２は、例えば深絞り、スタンピング又はエンボス、又は代替的又は追加的に、レーザーアブレーション又はエッチングによって、ハウジング１０のビーカー部分及び／又は蓋部分に設けることができる。１つまたは複数の凹部又は１つまたは複数の窪み１２の形成後、導電性コーティング４０が１つまたは複数の凹部又は１つまたは複数の窪み１２内に塗布される。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【国際調査報告】