JP2008060235A

JP2008060235A - 電解コンデンサ

Info

Publication number: JP2008060235A
Application number: JP2006233741A
Authority: JP
Inventors: Toru Nomura; 徹野村; Yasuo Kakuzen; 安夫覚前; Jinichiro Kobayashi; 仁一郎小林
Original assignee: Denso Corp; Nichicon Corp
Current assignee: Denso Corp; Nichicon Corp
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2008-03-13

Abstract

【課題】特別な部材を設ける必要のない、耐振性に優れた電解コンデンサを提供する。
【解決手段】陽極箔と陰極箔との間に電解紙を介在させて巻回すると共に陽極箔および陰極箔からそれぞれ陽極リード４および陰極リード５を導出させたコンデンサ素子６と、電解液を含浸させたコンデンサ素子６を収納する有底筒状のケース８と、ケース８の開口部を封止する封口体７とからなる電解コンデンサ１０であって、ケース８の内径とコンデンサ素子６の外径との差が０．６ｍｍ以下となっていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、陽極箔、陰極箔および電解紙を巻回してなるコンデンサ素子に電解液を含浸して、有底筒状のケースに収容し、封口体により開口部を封止した電解コンデンサに関し、特に、振動が負荷される環境下で使用される電解コンデンサに関する。

電解コンデンサとは、アルミニウム、タンタル、ニオブ等の弁作用金属と呼ばれる金属を電極に使用すると共に、陽極酸化することで得られる酸化皮膜層を誘電体として利用するコンデンサのことである。

例えば、図１および図２に示す如く、アルミニウム電解コンデンサ１０は一般に、陽極箔１、陰極箔２および電解紙３を巻回してなると共に電解液を含浸させたコンデンサ素子６を有底筒状のケース８に収納し、ケース８の開口部を弾性封口体７によって封止し、かつ、コンデンサ素子６から導出される陽極リード４および陰極リード５を弾性封口体７の貫通孔から引き出し、さらにケース８外周部の開口部付近を締め付け、封止した、密閉構造とされている。

ところで、例えば自動車エンジン制御用の電子機器については、エンジン付近、または直接エンジンに搭載されることが望まれており、耐振性に優れた電解コンデンサが求められている。

ここで、図１および図２に示す如く、従来の電解コンデンサ１０におけるコンデンサ素子６は、リード４，５における丸棒部４ａ，５ａが封口体７によって堅固に固定された状態、すなわち、両リード４，５の丸棒部４ａ，５ａのみが弾性封口体７に支持された状態となっている。

また、コンデンサ素子６の外径寸法は、所定の静電容量を得るように決められた陽極箔１、陰極箔２の長さおよび厚さ、ならびに電解紙３の長さおよび厚さに応じて二次的に決まるものであり、ケース８の内径との差を考慮して決められるものではない。
すなわち、ケース８の内径は、容量が異なる数種のコンデンサ素子６に対応できるように、余裕をもって大きく設定されているのが一般的であり、コンデンサ素子６の外径とケース８の内径との差は約０．７ｍｍ以上と比較的大きくなっている。

したがって、従来の電解コンデンサ１０は、エンジン付近へ搭載された場合のような厳しい振動条件下において、弾性封口体７に固定されたリードの丸棒部４ａ，５ａを支点として、コンデンサ素子６が振動のサイクル毎に振動方向に大きく振られてしまっていた。
その結果、リードの丸棒部４ａ，５ａ付近は、振動方向や伸縮方向に強い力を受け、その最も弱い箇所にストレスが集中することで断線する不具合が生じていた。

そこで、コンデンサ素子の外周壁とケースの内周壁との間に円環部材やバネ手段を配置して、コンデンサ素子を確実に固定する技術や（例えば、特許文献１、２参照）、拡径可能な芯材に電極箔および電解紙を巻回し、ケース収容後に当該芯材を拡径させてコンデンサ素子を固定する技術（例えば、特許文献３参照）が提案されている。
特開平６−２０８９３５号公報特開２００４−３１１８３１号公報特開平１１−９７３０１号公報

しかしながら、上記特許文献１〜３に記載された技術は、円環部材、バネ手段または芯材等の特別な部材が必要であり、部品点数の増加を招いていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、特別な部材を設ける必要のない、耐振性に優れた電解コンデンサを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、（１）陽極箔と陰極箔との間に電解紙を介在させて巻回すると共に前記陽極箔および前記陰極箔からそれぞれ陽極リードおよび陰極リードを導出させたコンデンサ素子と、電解液を含浸させた前記コンデンサ素子を収納する有底筒状のケースと、当該ケースの開口部を封止する封口体とからなる電解コンデンサであって、前記ケースの内径と前記コンデンサ素子の外径との差が０．６ｍｍ以下となっていることを特徴とする電解コンデンサを提供するものである。

また、本発明は、上記構成において、（２）前記コンデンサ素子は、電解紙が追加巻きされていることを特徴とする電解コンデンサを提供するものである。
ここで、「電解紙が追加巻きされている」とは、電解紙の通常の役割である、陽極箔と陰極箔の隔離および電解液の保持を果たすのに足りる長さ以上に、コンデンサ素子の外周に電解紙が巻かれていることを意味する。

また、本発明は、上記構成の何れかにおいて、（３）前記コンデンサ素子は、前記陽極箔、陰極箔の何れか一方、および／または素子止めテープが追加巻きされていることを特徴とする電解コンデンサを提供するものである。
ここで、「素子止めテープが追加巻きされている」とは、素子止めテープの通常の役割である、コンデンサ素子の巻回状態の維持を果たすのに足りる長さ以上に、素子止めテープが巻かれていることを意味する。

また、本発明は、上記構成の何れかにおいて、（４）前記コンデンサ素子は、前記ケースへの収納方向に向かって先細形状となっていることを特徴とする電解コンデンサを提供するものである。

また、本発明は、上記構成の何れかにおいて、（５）前記陽極リードおよび陰極リードはそれぞれ、前記陽極箔または陰極箔に接続された平板状のタブ部と、当該タブ部から伸延すると共に前記封口体に支持される丸棒部とを備えており、さらに、前記タブ部の厚さが前記丸棒部の厚さの３０％以上になっていることを特徴とする電解コンデンサを提供するものである。

また、本発明は、上記構成（１）〜（４）の何れかにおいて、（６）前記陽極リードおよび陰極リードはそれぞれ、前記陽極箔または陰極箔に接続された平板状のタブ部と、当該タブ部から伸延すると共に前記封口体に支持される丸棒部とを備えており、さらに、前記タブ部と前記丸棒部との境界部分が、傾斜角度４５°以下の緩やかな傾斜部となっていることを特徴とする電解コンデンサを提供するものである。

そして、本発明は、上記構成（１）〜（６）の何れかにおいて、（７）前記コンデンサ素子を収納する有底筒状のケースの外径が１６ｍｍ以上であることを特徴とする電解コンデンサを提供するものである。

本発明によれば、ケースの内周壁とコンデンサ素子の外周壁との隙間が非常に小さいので、振動環境下において、コンデンサ素子がケース内で移動できるスペースが小さく、コンデンサ素子の揺れを抑えることができる。
したがって、リードに加わる振動方向または伸縮方向のストレスを低減させ、リードの断線を防止することができる。
また、コンデンサ素子を、ケースへの収納方向に向かって先細形状とすれば、ケースへの挿入がし易くなり、かつ、挿入時のストレスが軽減される。
また、上記構成において、コンデンサ素子の陽極箔および陰極箔それぞれに接続されるリードのタブ部を厚くして、すなわちタブ部の厚さを丸棒部の厚さの３０％以上にして、丸棒部の厚さとの差を小さくするか、タブ部と丸棒部との境界部分を傾斜角度４５°以下の緩やかな傾斜部とすることで、振動環境下における上記境界部分にかかるストレスがより緩和される。

以下、図面を参照して、本発明をアルミニウム電解コンデンサに適用した場合の一実施形態につき説明する。
図１は本実施形態にかかるコンデンサ素子を示す概略斜視図、図２は本実施形態にかかる電解コンデンサを示す概略断面図である。

陽極箔１には、９９．９％以上の高純度のアルミニウム箔に対し、酸性溶液中で化学的または電気化学的なエッチング処理を行い、その後、アジピン酸、ホウ酸、リン酸等、および／またはそのアンモニウム塩の水溶液中で誘電体層となる酸化皮膜を形成したものを用いる。

陰極箔２には、９９．０％以上の高純度のアルミニウム箔に対し、酸性溶液中で化学的または電気化学的なエッチング処理を行ったものを用いる。また、その後、化成電圧が０．１〜５．０Ｖの酸化皮膜形成処理を施したものを用いてもよい。
なお、陰極箔には、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化タンタル、窒化ニオブから選ばれる金属窒化物、またはチタン、ジルコニウム、タンタル、ニオブから選ばれる金属を、蒸着法、メッキ法、塗布法等従来より知られている方法により被覆したものや、銅を含有したアルミニウム合金箔を用いてもよい。

電解紙３には、一般にはマニラ麻、エスパルト、コットン、クラフト紙等の紙が用いられる。好ましくは、マニラ麻、エスパルトを原料としたものを用いる。
低インピーダンス特性を満足させるには、ショート不良を起こさない範囲において、低密度、薄厚であることが好ましい。
また、ポリプロピレン、ポリエチレン、テフロン（登録商標）等の高分子多孔質フィルムを用いることもできる。

弾性封口体７としては、ブチルゴム製が好ましいが、ブチルゴム以外に、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、ブタジエン、イソプレン、ニトリル、クロロプレン等のゴム原料や、特殊ゴムとして、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、エピクロロヒドリン、シリコーン等を用いて成形した弾性体を用いてもよい。

陽極リード４および陰極リード５は、陽極箔１および陰極箔２に接続されるリードタブ部４ｃ，５ｃと、リードタブ部４ｃ，５ｃから伸延する丸棒部４ａ，５ａとが高純度のアルミニウムよりなり、リードタブ部４ａ，５ａの先端に固着したリード線部４ｂ，５ｂが錫、銀等でメッキされた銅メッキ鉄鋼線、銅線、鉄鋼線等からなっている。
また、リードの丸棒部４ａ，５ａおよび／またはリード線部４ｂ，５ｂの表面には、陽極酸化による酸化皮膜形成処理を施したものや、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２等からなるセラミックコーティングによる絶縁層を形成したものを用いてもよい。

また、リードタブ部４ｃ，５ｃと、陽極箔１および陰極箔２との電気的な接続は、加締めまたは超音波等による溶接によってなされている。

この電解コンデンサ１０は、例えば以下のように製造される（図１および図２参照）。
まず、アルミニウム箔の表面をエッチングにより粗面化した後、化成処理によって酸化皮膜（不図示）を形成し、陽極箔１とする。同様に、アルミニウム箔の表面をエッチングにより粗面化し、陰極箔２とする。
次いで、所定幅に裁断した陽極箔１および陰極箔２に、それぞれ陽極リード４および陰極リード５を接続する。
次いで、陽極箔１および陰極箔２を、これらの間に電解紙３ａ，３ｂを介在させつつ、所定の静電容量が得られるように巻回し、コンデンサ素子６を一旦形成する。
そして、コンデンサ素子６の外径を測定し、その外径と、後の工程においてコンデンサ素子６を収容するケース８の内径との差が、０．６ｍｍ以下になっているかを判別する。
ここで、前記の差が０．６ｍｍ以下であれば巻回を終了するが、そうでない場合は、外側の電解紙３ｂを追加で余分に巻き、当該差が０．６ｍｍ以下になるように調整する。

次に、コンデンサ素子６に電解液を含浸させたものを、有底筒状のケース８に収納する。
そして、ケース８の開口部に弾性封口体７を装着すると共に、陽極箔１および陰極箔２から伸延する陽極リード４、陰極リード５を弾性封口体７に形成した貫通孔から引き出す。
さらに、ケース８外周部の開口部付近を締め付け、封止して密閉構造とし、電解コンデンサ１０を作製する。

上記のように、本発明に係る電解コンデンサ１０は、陽極箔１および陰極箔２を、それらの間に電解紙３を介在させつつ、定格静電容量になるように巻回してコンデンサ素子を一旦形成した後、コンデンサ素子６の外径の実測値に基づいて、コンデンサ素子６の外径が調整され得る。
したがって、コンデンサ素子６の外径とケース８の内径との差を確実に０．６ｍｍ以下にすることができる。

また、コンデンサ素子６の外径が小さかった場合の調整は、まず、外側の電解紙３ｂを余分に巻くことによって行われる。したがって、調整によって定格静電容量は変化せず、また、特別な部材を必要としない。
また、ケース８に収容する際、コンデンサ素子６の外周がケース８の内周壁と接触して傷がついたとしても、外側の電解紙３ｂは余分に巻いた分であるので、コンデンサの性能に影響はない。

また、電解コンデンサ１０は、ケース８の内径とコンデンサ素子６の外径との差が０．６ｍｍ以下と非常に小さいので、振動環境において、コンデンサ素子６が有底ケース８内で移動できるスペースが小さく、コンデンサ素子６の揺れを抑えることができる。
したがって、リードタブ部に加わる振動方向または伸縮方向のストレスを低減させ、リードの断線を防止することができる。

次に、定格２５Ｖ、２２００μＦ（サイズ：φ１６ｍｍ×３１．５ｍｍＬ）の電解コンデンサ（以下、φ１６品と称する）、および定格２５Ｖ、３３００μＦ（サイズ：φ１８ｍｍ×３１．５ｍｍＬ）の電解コンデンサ（以下、φ１８品と称する）であって、外側の電解紙３ｂを追加で０．５〜１．５周巻いたものを作製し、各試料数ｎ＝５０にて、振動試験を行った（電解紙の厚さ：５０μｍ）。振動試験後、コンデンサの電気特性を調査し、断線の有無を判定した。その結果を表１に示す。
なお、振動試験の条件は、下記のとおりとした。
［振動試験の条件１］
正弦波振動：ｆ＝５０〜２０００Ｈｚ、最大振幅：０．４２ｍｍ、最大加速度：２０Ｇ、掃引速度：１ｏｃｔ／分（対数掃引）、振動方向：Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸各２４時間［振動試験の条件２］
正弦波振動：ｆ＝５０〜２０００Ｈｚ、最大振幅：０．４２ｍｍ、最大加速度：３０Ｇ、掃引速度：１ｏｃｔ／分（対数掃引）、振動方向：Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸各５０時間

上記の表１より明らかなように、ケースの内径とコンデンサ素子の外径との差は０．６ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下とするのがよい。上記差を０．７ｍｍとした従来例では、［試験条件１］で不良が発生し、より厳しい条件である［試験条件２］ではそれが顕著となった。

［変形例］
以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、コンデンサ素子６の外径調整時に追加で巻く外側の電解紙３ｂの幅を漸減させることにより、コンデンサ素子６を、図３に示す如く、ケース収納方向に向かって先細形状になるように形成してもよい。
この場合、先端が先細になっているため、ケース８に収納する際、コンデンサ素子６がケース８へ挿入され易くなり、挿入時のストレスが軽減される。

また、上記実施形態においては、コンデンサ素子の外径が小さかった場合、電解紙の巻き数を変えることで調整したが、陽極箔、陰極箔の何れか一方および／または、巻回後のコンデンサ素子の巻き緩みを防止するために巻き付けられる素子止めテープを追加巻きすることで適宜、調整することもできる。
このとき、素子止めテープの幅を漸減させることにより、コンデンサ素子をケース収納方向に向かって先細形状になるように形成しておけば、ケースにコンデンサ素子を挿入し易くなり、挿入時のストレスが軽減される。

また、上記構成において、図４に示すように、リードのタブ部４ｃ’，５ｃ’を厚くして、すなわちタブ部４ｃ’，５ｃ’の厚さを丸棒部４ａ，５ａの厚さ（直径）の３０％以上にして、丸棒部４ａ，５ａの厚さとの差を小さくしたリード４’，５’（図４Ａ参照）、または、タブ部４ｃ，５ｃと丸棒部４ａ，５ａとの境界部分を平面もしくは曲面を有する傾斜角度４５°以下の緩やかな傾斜部としたもの４’’，５’’（図４ＢおよびＣ参照）を用いた場合、従来のリード４，５（図４Ｄ参照）を用いた場合と比較して、振動環境下における当該境界部分への応力集中を緩和することができ、さらに耐振動性を向上させることができる。

さらに、上記実施形態において、コンデンサ素子を収納する有底筒状のケースの外径を１６ｍｍ、または１８ｍｍとしたが、これは１６ｍｍ以上のコンデンサが振動の影響を大きく受けるためであり、１６ｍｍ未満の場合でも、耐振動性を向上させることができる。

そして、上記実施形態においては、電極箔としてアルミニウム箔を用いたが、タンタル、ニオブ等の弁作用金属箔を用いてもよい。

また、本発明の電解コンデンサは、図５Ａに示されるような構造であってもよい。
すなわち、封口体７の外端面に陽極端子１３および陰極端子１４が構成され、これらの端子１３、１４の下端部は、陽極内部端子１５および陰極内部端子１６として、コンデンサ素子６から引き出された陽極タブ端子１１および陰極タブ端子１２と電気的に接続された構造であってもよい。

また、本発明の電解コンデンサは、面実装が可能となる、図５Ｂに示されるようなチップ形電解コンデンサの構造であってもよい。
すなわち、図２に示す電解コンデンサと同様に電解コンデンサを構成し、リード端子１８を引き出した端面に当接するように配設し、かつリード端子１８が貫通する貫通孔を備えた絶縁板１９を装着して、基板装着上の安定性を持たせるように構成されたものであってもよい。

本発明に係る電解コンデンサのコンデンサ素子の一例を示す概略斜視図である。本発明に係る電解コンデンサの一例を示す概略断面図である。本発明の変形例に係るコンデンサ素子を示す概略正面図である。リードを示す概略側面図であって、Ａ、Ｂ、Ｃは本発明の変形例に係るリードを示す概略側面図、Ｄは従来例に係るリードを示す概略側面図である。本発明の変形例に係る電解コンデンサを示す概略断面図であって、Ａは外部端子と内部端子とが電気的に接続される構造のものを示す概略断面図、Ｂは面実装が可能なチップ形のものを示す概略断面図である。

符号の説明

１陽極箔
２陰極箔
３電解紙
４、４’、４’’ 陽極リード
４ａ陽極リードの丸棒部
４ｂ陽極リードのリード線部
４ｃ、４ｃ’ 陽極リードのタブ部
５、５’、５’’ 陰極リード
５ａ陰極リードの丸棒部
５ｂ陰極リードのリード線部
５ｃ、５ｃ’ 陰極リードのタブ部
６コンデンサ素子
７弾性封口体
８ケース
１０、１０’、１０’’ 電解コンデンサ
１１陽極タブ端子
１２陰極タブ端子
１３陽極端子
１４陰極端子
１５陽極内部端子
１６陰極内部端子
１８リード
１９絶縁板

Claims

陽極箔と陰極箔との間に電解紙を介在させて巻回すると共に前記陽極箔および前記陰極箔からそれぞれ陽極リードおよび陰極リードを導出させたコンデンサ素子と、電解液を含浸させた前記コンデンサ素子を収納する有底筒状のケースと、当該ケースの開口部を封止する封口体とからなる電解コンデンサであって、
前記ケースの内径と前記コンデンサ素子の外径との差が０．６ｍｍ以下となっていることを特徴とする電解コンデンサ。
前記コンデンサ素子は、電解紙が追加巻き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。
前記コンデンサ素子は、前記陽極箔、陰極箔の何れか一方、および／または素子止めテープが追加巻きされ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。
前記コンデンサ素子は、前記ケースへの収納方向に向かって先細形状となっていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電解コンデンサ。
前記陽極リードおよび陰極リードはそれぞれ、前記陽極箔または陰極箔に接続された平板状のタブ部と、当該タブ部から伸延すると共に前記封口体に支持される丸棒部とを備えており、さらに、前記タブ部の厚さが前記丸棒部の厚さの３０％以上になっていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電解コンデンサ。
前記陽極リードおよび陰極リードはそれぞれ、前記陽極箔または陰極箔に接続された平板状のタブ部と、当該タブ部から伸延すると共に前記封口体に支持される丸棒部とを備えており、さらに、前記タブ部と前記丸棒部との境界部分が、傾斜角度４５°以下の緩やかな傾斜部となっていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電解コンデンサ。
前記コンデンサ素子を収納する有底筒状のケースの外径が１６ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の電解コンデンサ。