JP2009043749A - アルミ電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】外部引き出し用リード線と接続した陽極箔または陰極箔の亀裂やショートを防止し、生産性の向上を図り信頼性に優れたアルミ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。
【解決手段】外部引き出し用リード線が接合された陽極箔と陰極箔をその間にセパレータを介在させて巻回することにより構成されたコンデンサ素子１１を金属ケース１３に収納して封口体１４で封口したアルミ電解コンデンサにおいて、上記外部引き出し用リード線１２が接合された陽極箔または陰極箔の接続部分に、セルロース系繊維粘着テープを接続部分の表面から裏面に折り曲げて貼り付けた構成からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は各種電子機器に使用されるアルミ電解コンデンサに関するものである。

この種のアルミ電解コンデンサの構成の断面図を図４に示す。また、図５は同アルミ電解コンデンサを構成するコンデンサ素子の陽極箔または陰極箔と外部引き出し用リード線の接続部を示す斜視図である。図４、図５において４１はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子４１は陽極箔４３と陰極箔４４をその間にセパレータを介在させて巻回することにより構成されており、さらに上記陽極箔４３と陰極箔４４には夫々外部引き出し用リード線４２が接合され、この一対の外部引き出し用リード線４２がコンデンサ素子４１から引き出された構成となっているものである。

４６は上記コンデンサ素子４１が図示しない駆動用電解液と共に収納された有底円筒状のアルミニウム製の金属ケース、４７は上記コンデンサ素子４１から引き出された一対の外部引き出し用リード線４２が挿通する貫通孔を備えて上記金属ケース４６の開放端を封止した封口体である。また、４８は金属ケース４６の内底面に装着された上記セパレータと同じ材質からなる絶縁紙で、この絶縁紙４８はコンデンサ素子４１と金属ケース４６の内底面との間を絶縁するものである。

上記外部引き出し用リード線４２は、図５にその詳細を示すように、アルミ線丸棒部４２ａの一端に銅下地錫引鉄線（以下、ＣＰ線と称す）４２ｂを溶接等により接合すると共に、上記アルミ線丸棒部４２ａの他端側を扁平に加工して平面部４２ｃを設け、この平面部４２ｃを陽極箔４３（あるいは陰極箔４４）に接合するようにしたものであり、この外部引き出し用リード線４２の平面部４２ｃと陽極箔４３の接合４２ｄは、超音波溶接や針カシメ、または冷間圧接等の手段により行われているものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平０７−２２６３４６号公報

上記従来のアルミ電解コンデンサにおいて、陽極箔４３または陰極箔４４と外部引き出し用リード線４２との接合は超音波溶接や針カシメまたは冷間圧接等の手段により行われているが、例えば、針カシメによる接合の場合は、陽極箔４３または陰極箔４４と外部引き出し用リード線４２に針で穴開け加工を施した後、外部引き出し用リード線４２の突出部分を圧接するので、十分な接合強度が得られるという長所を有する反面、陽極箔４３または陰極箔４４が圧接した部分に介在するので接触抵抗値がやや高く、また、外部引き出し用リード線４２と陽極箔４３または陰極箔４４を接続した部分に亀裂が生じやすくなり、接触抵抗が大きくなるという問題や、コンデンサ素子４１に巻回するときに断線する等の課題を有している。

また、外部引き出し用リード線４２と陽極箔４３または陰極箔４４を接続した部分において、外部引き出し用リード線４２側及び陽極箔４３または陰極箔４４側は盛り上がっているので、巻回時にストレスが集中するため、製品がショートするという課題も有している。

一方、金属ケース４６の内底面に絶縁紙４８を装着されたアルミ電解コンデンサは、コンデンサ素子４１と金属ケース４６との絶縁を保てるが、絶縁紙４８を金属ケース４６の内底面の中心部に装着されないと、コンデンサ素子４１を挿入したときに傾き、後工程でトラブルが発生し、生産設備がストップするという課題を有している。

また、絶縁紙４８を金属ケース４６の内底面の中心部に装着されずにコンデンサ素子４１を挿入してできた製品は、駆動用電解液との親和性が乏しく、容量達成率、等価直列抵抗（以下、ＥＳＲと称す）特性等が高くなり、その結果、長期信頼性が保てないという課題を有している。さらには、製造工程が煩雑になるという課題も有している。

さらには、アルミ線丸棒部４２ａの一端にＣＰ線４２ｂを溶接等により接合した部分において、ＣＰ線４２ｂの表面に形成された錫めっき層とアルミニウムの溶融金属によりウィスカーが発生して、ショートになる可能性も有している。

本発明はこのような従来の課題を解決し、外部引き出し用リード線と接続した陽極箔または陰極箔の亀裂やショートを防止し、生産性の向上を図るとともに信頼性に優れたアルミ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。

上記課題を解決するために本発明は、外部引き出し用リード線が接合された陽極箔と陰極箔をその間にセパレータを介在させて巻回することにより構成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子に駆動用電解液を含浸して収納した有底筒状の金属ケースと、上記一対の外部引き出し用リード線が挿通する貫通孔を備えて上記金属ケースの開放端を封止した封口体からなるアルミ電解コンデンサにおいて、上記外部引き出し用リード線が接合された陽極箔または陰極箔の接続部分に、セルロース系繊維粘着テープを接続部分の表面から裏面に折り曲げて貼り付けた構成とするものである。

本発明により、外部引き出し用リード線が接合された陽極箔または陰極箔の接続部分に、セルロース系繊維粘着テープを接続部分の表面から裏面に折り曲げて貼り付けることにより、外部引き出し用リード線と陽極箔または陰極箔を接続した部分の亀裂を最小限にくい止めることができ、接触抵抗が大きくなる或いは断線する等の問題を解決することができ、ＥＳＲ特性等の電気的特性の改善を図ることができる。

また、セルロース系繊維粘着テープを接続部分の表面から裏面に折り曲げて貼り付けることにより、コンデンサ素子の底面部にテープの厚み分が存在することになり、従来装着していた絶縁紙がいらなくなり、装着不具合による特性の低下がなくなり、生産性も向上することができるという作用を有している。

さらに、セルロース系繊維粘着テープは、繊維を抄紙したものを用いることにより、駆動用電解液をセルロース系繊維粘着テープに浸透させることができ、陽極箔の接続部分の静電容量を引き出すことができる。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜３に記載の発明について詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態１によるアルミ電解コンデンサの構成を示す断面図である。

同図１において、陽極箔と陰極箔をその間にセパレータを介在させて巻回することによりコンデンサ素子１１を形成し、このコンデンサ素子１１の陽極箔と陰極箔には夫々外部引き出し用リード線１２が接合され、この一対の外部引き出し用リード線１２がコンデンサ素子１１から引き出されている。

このコンデンサ素子１１を駆動用電解液と共に収納された有底円筒状のアルミニウム製の金属ケース１３に挿入し、上記コンデンサ素子１１から引き出された一対の外部引き出し用リード線１２が挿通する貫通孔を備えた封口体１４で上記金属ケース１３の開放端を封止した構成のものである。

本発明は上記外部引き出し用リード線１２と陽極箔または陰極箔の接続部分に特徴を有するものであり、その構成について図面を用いて以下に説明する。

図２は本実施の形態で用いた外部引き出し用リード線と陽極箔（または陰極箔）を接続した部分の概念図である。同図において、外部引き出し用リード線２１は、アルミ丸棒部２２の一端にＣＰ線２４を熱溶着やアーク溶接等により接合され、アルミ丸棒部２２の他端は金型により扁平に加工した扁平加工部２３が形成されている。

そして、この外部引き出し用リード線２１の扁平加工部２３に、陽極箔（または陰極箔）２６を配置し、針かしめ加工によりアルミ丸棒部２２と陽極箔（または陰極箔）２６を接合（２５）する。

続いて、外部引き出し用リード線２１と陽極箔（または陰極箔）２６を接続した部分の表裏面にセルロース系繊維粘着テープ２７を貼り付ける。

ここで、セルロース系繊維粘着テープ２７の貼り付けは、外部引き出し用リード線２１と陽極箔（または陰極箔）２６を接続した部分において、外部引き出し用リード線２１に覆い被さるようにセルロース系繊維粘着テープ２７を貼り付け、そのセルロース系繊維粘着テープ２７が陽極箔（または陰極箔）２６の側面２８で折り曲げられ、反対面の針かしめ加工の部分を覆うように貼り付けるようにする。

上記セルロース系繊維粘着テープ２７は、セルロース系繊維を抄紙したものに粘着剤層を積層した構成のものであり、セルロース系繊維としては、マニラ紙、ヘンプ紙、エスパルト紙、クラフト紙、レーヨン紙の少なくとも１種からなり、粘着剤層としてはアクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂のいずれかの粘着剤を用いることができる。

上記セルロース系繊維粘着テープの厚さは２０〜５０μｍの範囲が好ましく、さらに詳しくは、セルロース系繊維の厚みが１０〜４０μｍで、粘着層の厚みが１０〜２０μｍの範囲にするのが好ましい。

また、セルロース系繊維を抄紙したものに粘着剤層を積層する際、粘着層が積層する反対面に表出しないようにする。これは、セルロース系繊維粘着テープとセパレータが重なり合って巻回したときに、セルロース系繊維の表面まで粘着層が表出してしまうと、セパレータにまで粘着層が付着し、その部分に駆動用電解液がしみ込まなくなり、容量達成率が悪くなるからである。

このような構成にすることにより、外部引き出し用リード線２１と陽極箔／陰極箔２６を接続した部分の亀裂を最小限にくい止めることができ、接触抵抗が大きくなる或いは断線する等の問題を解決することができる。

また、外部引き出し用リード線２１と陽極箔／陰極箔２６を接続した部分におけるリード線側及び陽極箔／陰極箔側の盛り上り部を完全に覆ってしまうので、製品がショートすることもない。

さらに、セルロース系繊維に粘着剤を含浸させた絶縁紙２７を、外部引き出し用リード線２１の陽極箔／陰極箔２６からはみ出す方向と反対の端面を覆うようにすることにより、従来装着していた絶縁紙がいらなくなり、装着不具合による特性の低下がなくなり、生産性も向上することができる。

以下、具体的な実施例について説明をする。

（実施例１〜１２）
上記実施の形態１において、セルロース系繊維粘着テープを（表１）の実施例１〜１２に示したものを用い、それぞれアルミ電解コンデンサを作製した（１６Ｖ ３３０μＦ φ８×１２ｍｍ）。

（比較例１）
上記実施の形態１において、セルロース系繊維粘着テープを貼り付けないでアルミ電解コンデンサを作製した。

（比較例２）
上記実施の形態１において、セルロース系繊維粘着テープの代わりに合成繊維であるポリエステル繊維にアクリル系樹脂の粘着剤層を積層したものを用いてアルミ電解コンデンサを作製した。

上記実施例１〜１２及び比較例１〜２のアルミ電解コンデンサについて、容量達成率、インピーダンス特性、ショート発生率を測定した。その結果を（表１）に示す。なおサンプル数は１００００個で、値はその平均値である。

上記（表１）からも明らかなように、実施例１〜１１のアルミ電解コンデンサは、セルロース系繊維粘着テープを貼り付けないアルミ電解コンデンサ（比較例１）と比較してショート発生率を向上させることができる。また、合成繊維を用いたアルミ電解コンデンサ（比較例２）に比べて、容量達成率及びＥＳＲ特性を向上させることができる。なお、実施例１２のアルミ電解コンデンサはセルロース系繊維粘着テープの厚さが６０μｍと厚くなることから、ショート発生率は無いが、ＥＳＲ特性が他の実施例よりも悪くなる。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項４に記載の発明について説明する。

本実施の形態２は上記実施の形態１で説明したアルミ電解コンデンサの陽極箔／陰極箔の外部引き出し用リード線において、外部引き出し用リード線のアルミ線丸棒部とＣＰ線との接合を断面凹形の金属キャップを用いた構成としたものであり、図３に本発明の実施の形態２によるアルミ電解コンデンサの外部引き出し用リード線に陽極箔／陰極箔が接続された要部側面図を示す。なお、外部引き出し用リード線と陽極箔／陰極箔との接続は上記実施の形態１と同様であるのでここでは省略する。

図３において、外部引き出し用リード線３０は、アルミ線丸棒部３１の一端に断面凹形の金属キャップ３３が嵌め込まれており、その金属キャップ３３の外部にＣＰ線３２が接続された構成からなるものである。

上記外部引き出し用リード線３０のアルミ線丸棒部３１とＣＰ線３２との接合方法を図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す。

図３（ａ）はアルミ線丸棒部３１とＣＰ線３２を接続する前の初期状態を示し、金属キャップ３３は、金属板をプレス加工することによって、開口部３３ｂと、開口部３３ｂに対向するドーム状の端部３３ａとを備え、開口部３３ｂと端部３３ａとを結ぶ軸方向に沿った断面が凹形としたものである。

ＣＰ線３２は、鉄、ニッケル、銅の単体、鉄合金、ニッケル合金、銅合金などからなる金属基材の線である。また、ＣＰ線３２は、めっき層が形成されてもよく、めっき層として、例えば回路基板との接続のために錫単体、あるいは錫に銀、ビスマス、インジウム、鉛などが添加された錫合金からなる錫系めっきを用いることができる。

次に図３（ｂ）に示すように、アルミ線丸棒部３１の端部は、金属キャップ３３の内周に係合するようにプレス加工、またはガラ掛け研磨等によりトリミングした後、図３（ｃ）に示すように、金属キャップ３３をアルミ線丸棒部３１の端部に嵌め込む。

図３（ｄ）において、接続するときの溶接用の電極をＣＰ線３２とアルミ線丸棒部３１に夫々接続し、アーク溶接、抵抗溶接等の電気溶接を用いて、ＣＰ線３２と金属キャップ３３との接合を行い、アルミ線丸棒部３１は金属キャップ３３の内面と接合され、ＣＰ線３２は金属キャップ３３の外面端部３３ａと接合され、外部引き出し用リード線３０とした。

なお、金属キャップ３３は、金属キャップ３３とＣＰ線３２とを抵抗溶接によって接合する場合、金属キャップ３３とＣＰ線３２との電気抵抗の相違が小さいことが好ましく、例えばＣＰ線３２が鉄系基材の場合は、金属キャップ３３は鉄、ニッケル、鉄ニッケル合金系基材を選択し、ＣＰ線３２が銅系基材の場合は、金属キャップ３３は銅、銅合金基材を選択することが望ましく、これによってＣＰ線３２と金属キャップ３３との接合強度を保ちながら、バリ等の形状不良発生を抑制する効果を高めることができる。

また、金属キャップ３３とＣＰ線３２とが抵抗溶接等により接合する際に、金属キャップ３３とアルミ線丸棒部３１の端部との接合部に溶融が生じても、金属キャップ３３に被覆されるため、金属キャップ３３とＣＰ線３２との接合部において溶融のバリ等の不良形状の発生がないものとすることができる。

また、金属キャップ３３の端部３３ａの外面は、平坦状であってもよく、これによってＣＰ線３２との接合状態を安定にすることができる。

なお、図３では、金属キャップ３３の外径は、アルミ線丸棒部３１の直径より大きいものであるが、アルミ線丸棒部３１の直径と同一あるいは小さくてもよい。例えば、アルミ線丸棒部３１の先端をトリミングして細くし、アルミ線丸棒部３１の径より小さい外径の金属キャップ３３を嵌合してもよいし、また、アルミ線丸棒部３１の金属キャップとの接合部のみ径を細くしてもよい。

また、アルミ線丸棒部３１の他端の扁平加工は、ＣＰ線を接続した後に加工してもよいし、ＣＰ線を接続する前に加工しても構わない。

このような構成により、外部引き出し用リード線３０は、アルミ線丸棒部３１とＣＰ線３２を金属キャップ３３により接続するので、ＣＰ線３２の表面に形成した錫めっき層とアルミニウムの溶融金属が存在しなくなるので、錫とアルミニウムとが溶融して発生するいわゆるウィスカーの発生がなくなり、信頼性の高いアルミ電解コンデンサを提供することができる。

なお、本実施の形態では陽極箔／陰極箔を用いたアルミ電解コンデンサとしたが、例えば、集電体の表面に分極性電極を形成し、その集電体に外部引き出し用リード線を接続した電気二重層コンデンサについても、接触抵抗の低い、接続強度の高いものが得られるという効果を得ることができる。

以上のように本発明によるアルミ電解コンデンサは、外部引き出し用リード線と陽極箔または陰極箔を接続した部分の表裏面を覆い、かつ、外部引き出し用リード線の陽極箔または陰極箔からはみ出す方向と反対の端面を覆うように、セルロース系繊維に粘着剤を含浸させた絶縁紙を貼り付けた構成により、外部引き出し用リード線と陽極箔または陰極箔を接続した部分の亀裂を最小限にくい止めることができ、接触抵抗が大きくなる或いは断線する等の問題を解決することができる。

また、外部引き出し用リード線は、アルミ線丸棒部とＣＰ線を金属キャップにより接続するので、ＣＰ線の表面に形成した錫めっき層とアルミニウムの溶融金属が存在しなくなるので、錫とアルミニウムとが溶融して発生するいわゆるウィスカーの発生がなくなる。このことから、生産性を大幅に向上し、信頼性の高いアルミ電解コンデンサを提供することができる。

本発明は、アルミ電解コンデンサの外部引き出し用リード線と接続した陽極箔または陰極箔の亀裂やショートを防止し、生産性の向上を図り信頼性に優れたアルミ電解コンデンサを各種電子機器に使用することができる。

本発明の実施の形態１におけるアルミ電解コンデンサの構成を示す断面図 （ａ）本発明の実施の形態１による外部引き出し用リード線と陽極箔／陰極箔との接続部（表面）を示す斜視図、（ｂ）同接続部（裏面）を示す斜視図 （ａ）〜（ｄ）同実施の形態２による外部引き出し用リード線の製造工程の一部を示す概念図 従来のアルミ電解コンデンサの構成を示した断面図 同外部引き出し用リード線と陽極箔／陰極箔との接続部を示す斜視図

符号の説明

１１ コンデンサ素子
１２ 外部引き出し用リード線
１３ 金属ケース
１４ 封口体

Claims (4)

1. 外部引き出し用リード線が接合された陽極箔と陰極箔をその間にセパレータを介在させて巻回することにより構成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子に駆動用電解液を含浸して収納した有底筒状の金属ケースと、上記一対の外部引き出し用リード線が挿通する貫通孔を備えて上記金属ケースの開放端を封止した封口体からなるアルミ電解コンデンサにおいて、上記外部引き出し用リード線が接合された陽極箔または陰極箔の接続部分に、セルロース系繊維粘着テープを接続部分の表面から裏面に折り曲げて貼り付けた構成からなるアルミ電解コンデンサ。
2. セルロース系繊維粘着テープの粘着剤層が他方の面に表出しないものである請求項１に記載のアルミ電解コンデンサ。
3. セルロース系繊維粘着テープが、繊維を抄紙したものからなり、その厚さが２０〜５０μｍの範囲とした請求項１に記載のアルミ電解コンデンサ。
4. 外部引き出し用リード線がアルミ線丸棒部の一端に外部接続線を接合したものからなり、その接合を断面凹径の金属キャップを用いて接続するようにした請求項１または２に記載のアルミ電解コンデンサ。

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