JP2009212117A - コンデンサ用ケース、該コンデンサ用ケースを備えたコンデンサおよびコンデンサ用ケースの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストかつ小形化・低背化を可能とし絶縁膜の破損を抑制することができるコンデンサ用ケース、該コンデンサ用ケースを備えたコンデンサおよびコンデンサ用ケースの製造方法を提供する。
【解決手段】陽極箔および陰極箔がセパレータを介して巻回されたコンデンサ素子３を収容するアルミニウムケース５の内表面および外表面に対してそれぞれ、酸化処理を施すことで電気絶縁膜である酸化アルミニウム皮膜５ｂ、５ｃを形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサ用ケース、該コンデンサ用ケースを備えたコンデンサおよびコンデンサ用ケースの製造方法に関するものである。

各種コンデンサの中には、陽極箔と陰極箔とを対向して配置されてなるコンデンサ素子を金属ケースに収容したタイプのコンデンサがある。例えば、アルミニウム電解コンデンサでは、陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して対向して配置されるとともに、巻回されてなるコンデンサ素子がアルミニウムケースに収容されている。
従来のアルミニウム電解コンデンサは、一般的に次のように製造される。まず、アルミニウム箔にエッチング処理を施した後、表面に化成処理を施すことによって酸化皮膜が形成された陽極箔、およびアルミニウム箔にエッチング処理を施した陰極箔を製造する。かかる陽極箔および陰極箔を、セパレータを介在させて対向させたものを積層体とし、巻回してコンデンサ素子を製造する。続いて、かかるコンデンサ素子に電解液を含浸させた後、一方端が開口している有底筒状の金属ケースに収容する。該金属ケースの開口は、陽極箔および陰極箔にそれぞれ接続されたリード線を挿通させる挿通孔が形成された封口材によって封口される。

さらに、近年の面実装化に対応するため、上述のアルミニウム電解コンデンサに貫通孔を有する絶縁板を、コンデンサ素子から引き出されたリード線を貫通孔に挿通した状態で装着すると共に、該絶縁板に設けられた端子溝に沿ってリード線を折り曲げた形状とした、チップ形アルミニウム電解コンデンサが知られている（特許文献１参照）。

上述のようなアルミニウム電解コンデンサにおいてコンデンサ素子を収容する金属ケースとしては、特にアルミニウム板を絞り加工した有底筒状のケースが用いられる。ここで、特許文献２には、電気絶縁性シートをコンデンサ素子とアルミニウムケースの底面との間に挟み込み、コンデンサ素子とアルミニウムケースとの間を絶縁する手法が提案されている。

また、アルミニウムケースの外側面にポリアミド系樹脂を接着剤を介して被覆したり、アルミニウム板の少なくとも片面に、ポリアミド系樹脂層を被覆した積層板をポリアミド系樹脂層が外側になるように絞り加工したりすることによって、絶縁する方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特許第２７０３７１８号公報 特開平１０−２２３４８８号公報 特許第２５７２０９４号公報

しかしながら、コンデンサ素子とアルミニウムケースとの間に電気絶縁性シートを挟み込んだり（特許文献２）、アルミニウムケースに樹脂層を形成（特許文献３）したりする場合には、新たに電気絶縁性シートおよび原材料として樹脂や接着剤が増えることとなりコストアップに繋がる。

また、特許文献３に記載されるように、樹脂層を予めアルミニウム板の片面または両面に形成し、これを絞り加工等の成形加工によりケースとする場合は、成形加工時のストレスによって樹脂層が割れたり剥離したりしてしまう問題がある。

また、チップ形アルミニウム電解コンデンサにおいては、リフローはんだ付けが行われる際に、コンデンサ自体が高温の雰囲気下に晒されることになる。このため、加熱による熱伸縮が原因となり樹脂層に割れ、裂け、剥がれ等が生じる危険性がある。

さらに、電子部品が搭載される基板では、セットの小形化が進んでいる。これに伴い電子部品の小形化、面実装化が進んでおり、アルミニウム電解コンデンサにも小形化・低背化が求められている。しかしながら、上述の方法では、シートや樹脂層の厚みにより、小形化・低背化が妨げられてしまう。

そこで、本発明の目的は、低コストかつ小形化・低背化が可能であり電気絶縁膜の破損を抑制することができるコンデンサ用ケース、該コンデンサ用ケースを備えたコンデンサおよびコンデンサ用ケースの製造方法を提供することである。

本発明のコンデンサ用ケースは、一方端が開口された有底筒状に形成され、内部にコンデンサ素子を収容可能な金属ケースを備えたコンデンサ用ケースであって、
前記金属ケースの内表面が酸化処理により形成された内面側電気絶縁膜で覆われていることを特徴とする（第１の発明）。

また、本発明のコンデンサ用ケースでは、前記金属ケースの外表面が酸化処理により形成された外面側電気絶縁膜で覆われていてもよい（第２の発明）。

さらに、本発明のコンデンサ用ケースでは、前記内面側電気絶縁膜および前記外面側電気絶縁膜は、前記酸化処理として前記金属ケースを陽極酸化溶液中に浸漬させながら陽極酸化することで形成されてもよい（第３の発明）。

加えて、本発明のコンデンサ用ケースでは、前記金属ケースは、アルミニウム単体またはアルミニウム合金で形成されていてもよい（第４の発明）。

また、本発明のコンデンサは、上述の第１ないし４のいずれかの発明のコンデンサ用ケースと、
前記コンデンサ用ケースに収容され、陽極箔および陰極箔にリード線をそれぞれ接続し、セパレータを介して積層させ巻回したコンデンサ素子と、
前記コンデンサ用ケースの筒軸方向に挿通孔が形成されており、該挿入孔に前記リード線を挿通した状態で前記コンデンサ用ケースの開口を封口する封口材と
を備えたことを特徴とする（第５の発明）。

また、本発明のコンデンサ用ケースの製造方法は、一方端が開口された有底筒状に形成され、内部にコンデンサ素子を収容可能な金属ケースを備えたコンデンサ用ケースの製造方法であって、
前記金属ケースの内表面および外表面に対して酸化処理を同時に施して前記金属ケースの内表面および外表面にそれぞれ内面側電気絶縁膜および外面側電気絶縁膜を形成することを特徴とする（第６の発明）。

加えて、本発明のコンデンサ用ケースの製造方法では、前記酸化処理として前記金属ケースを陽極酸化溶液中に浸漬させながら陽極酸化を行って前記金属ケースの内表面および外表面にそれぞれ前記内面側電気絶縁膜および前記外面側電気絶縁膜を形成してもよい（第７の発明）。

さらに、本発明のコンデンサ用ケースの製造方法では、前記酸化処理は前記金属ケースに対して成形加工が実行された後に施されてもよい（第８の発明）。

この発明によると、金属ケースの表面は酸化処理により形成された電気絶縁膜で覆われているので、樹脂層を電気絶縁膜とした場合における、金属ケースの成形加工や加熱に起因する電気絶縁膜の割れ、裂け、剥がれ等の破損を防止することができる。
また、この発明によれば、新たに電気絶縁性シートおよび原材料として樹脂や接着剤を用いる必要がないので、原材料費がかさむことなく低コストで電気絶縁膜を形成することができる。また、電気絶縁性シートや樹脂層の厚みによりコンデンサの小形化・低背化が妨げられることがない。

以下、本発明の好適な一実施の形態について、コンデンサとしてアルミニウム電解コンデンサを例に図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施の形態にかかるアルミニウム電解コンデンサの概略構成を示す図である。なお、図１においては、その内部構造を示すため、一部分を断面で表している。図２は、図１に示すコンデンサ素子の分解斜視図である。図３は、図１において破線で囲まれた領域の拡大図である。

本実施の形態のアルミニウム電解コンデンサ（以下、単に「コンデンサ」と称する）１は、図１に示すように、コンデンサ素子３を、一方端に開口５ａを有する有底筒状のアルミニウムケース５（本発明の「金属ケース」に相当）に収納してなる。アルミニウムケース５の表面には、酸化処理を施すことによって電気絶縁性を有する酸化アルミニウム皮膜５ｂ、５ｃが形成されている。すなわち、アルミニウムケース５と酸化アルミニウム皮膜５ｂ、５ｃとから本願の「コンデンサ用ケース」が構成されている。より詳細には、図１および図３に示すように、アルミニウムケース５の内表面および外表面の全体にそれぞれ、酸化皮膜からなる内面側電気絶縁膜５ｂおよび外面側電気絶縁膜５ｃが形成されている。また、アルミニウムケース５の開口５ａは、弾性封口材７によって封口されている。

酸化皮膜５ｂ、５ｃは、以下のようにしてアルミニウムケース５の表面に形成される。すなわち、アルミニウム板を成形加工してアルミニウムケース５を作製した後に該アルミニウムケース５を陽極酸化溶液（硫酸、リン酸、シュウ酸、その他の有機カルボン酸）中に浸漬させる。そして、アルミニウムケース５を陽極として直流および／または交流を付与することによってアルミニウムケース５の表面全体に酸化皮膜を形成（陽極酸化）する。つまり、アルミニウムケース５の内表面および外表面に対して同時に酸化処理が施されることによって、アルミニウムケース５の内表面および外表面がそれぞれ、酸化皮膜からなる内面側電気絶縁膜５ｂおよび外面側電気絶縁膜５ｃで覆われる。これにより、自然酸化皮膜（膜厚：約１ｎｍ）に比べて十分な厚みを有する構造的に強固な酸化皮膜をアルミニウムケース５の表面に形成することができる。

このように、アルミニウムケース５に内面側電気絶縁膜５ｂおよび外面側電気絶縁膜５ｃを形成することで、次のような作用効果が得られる。すなわち、内面側電気絶縁膜５ｂを形成することで、コンデンサ素子３とアルミニウムケース５とが接触し、ショート不良が発生するのを防止することができる。

また、外部からの電気的・物理的な接触障害を回避するために、通常、アルミニウムケース５の外表面をラミネートフィルムにより被覆することが行われる。この場合、アルミニウムケース５の内面側に対する絶縁処理と、外面側に対する絶縁処理とを別個に行うとともに、新たにラミネート用フィルム材が必要となるが、この実施形態のように、アルミニウムケース５の内表面および外表面に対して同時に酸化処理（陽極酸化）を施すことで、ラミネートフィルムによる被覆を行うことなく、外部に対する絶縁を行うことができる。しかも、酸化皮膜を絶縁膜としていることから、アルミニウムケース５表面に酸化皮膜を形成するにあたり、アルミニウム箔に対する化成処理（誘電体皮膜の形成）を実行する装置を流用することも可能である。

図２に示すように、コンデンサ素子３は、陽極箔３１と陰極箔３２とをセパレータ３３を介して積層して巻回することによって形成されている。陽極箔３１は、高純度のアルミニウム箔にエッチング処理を施して表面積を拡大させ、さらにその表面に化成処理を施すことによって、誘電体となる酸化皮膜（図示せず）を形成したものである。また、陰極箔３２も陽極箔３１と同様にアルミニウム箔で形成されており、その表面にエッチング処理が施されている。さらに、陽極箔３１および陰極箔３２には、針穴加締や超音波溶接といった方法でリードタブ（図示せず）が接合されており、該リードタブを介して陽極箔３１および陰極箔３２からリード線３６がそれぞれ引き出されている。

弾性封口材７には、例えば、イソブチレン−イソプレンラバー（ＩＩＲ）、エチレンプロピレンターポリマー（ＥＰＴ）等の弾性ゴムが用いられる。また、弾性封口材７には、図１に示すように、コンデンサ素子３から引き出されたリード線３６を挿通するための挿通孔７ａがコンデンサ用ケースの筒軸方向に形成されている。かかる挿通孔７ａは、リード線３６を挿通させることにより隙間が密封されるようになっている。

また、上述のコンデンサ素子３は、巻き止めテープ３５によって巻き止められている。巻き止めテープ３５は、ポリプロピレン（ＰＰ）フィルム、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム、ポリイミド（ＰＩ）フィルム等を基材とするものであり、その片面に接着剤が配置されている。

そして、かかるコンデンサ素子３は、例えばエチレングリコール（ＥＧ）やγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）を主溶媒とした電解液が含浸された後、アルミニウムケース５に収容される。

以上のように、本実施の形態のコンデンサ１は、コンデンサ素子３を収容するアルミニウムケース５の内表面および外表面に電気絶縁性を有する酸化アルミニウム皮膜５ｂ、５ｃが形成されている。
したがって、電気絶縁膜として機能する酸化アルミニウム皮膜５ｂ、５ｃを低コストで形成することができる。また、電気絶縁膜の厚みによりコンデンサ１の小形化・低背化が妨げられることがない。
また、酸化アルミニウム皮膜５ｂ、５ｃは、アルミニウムケース５を成形加工した後に生成することが可能であるので、アルミニウム板の加工成形時に電気絶縁膜に微小な割れ、裂け、剥がれ等が発生することがない。さらに、リフローはんだ付けの際における加熱による熱収縮が原因となる酸化アルミニウム皮膜５ｂ、５ｃの割れ、裂け、剥がれ等も抑制することができる。したがって、電気絶縁膜の破損を抑制することができる。

以上、本発明の好適な一実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて、様々な設計変更を行うことが可能なものである。例えば、上記実施形態では金属ケースの材質としてアルミニウムを用いているが、ケースの材質は、アルミニウム単体に限定されず、アルミニウム合金であってもよい。また、陽極箔および陰極箔としてアルミニウムを用いているが、箔の材質はこれに限定されず、タンタルおよびニオブ等の金属であってもよい。
また、上記実施形態では、金属ケースの両表面（内表面および外表面）を酸化皮膜からなる電気絶縁膜で覆っているが、これに限定されず、金属ケースの内表面のみに酸化処理を施して該金属ケースの内表面を電気絶縁膜（内面側電気絶縁膜）で覆うように構成してもよい。このように構成しても、コンデンサ素子３が金属ケースと接触してショート不良が発生するのを防止することができる。

＜比較試験１＞
ここで、上述の実施例で述べた酸化アルミニウム皮膜５ｂ、５ｃと、ＰＥＴ、６−ナイロン、およびポリイミドの３種類の樹脂製の膜との絶縁破壊圧力を比較する実験を行った。

表１に示すように、実施例の酸化アルミニウム皮膜は、他の樹脂製のどの電気絶縁膜と比べても絶縁破壊電圧が高い。したがって、絶縁性に優れていることが分かる。

＜比較試験２＞
続いて、上述の実施例で述べたコンデンサ１と、以下に比較例１、２および従来例としてそれぞれ述べるコンデンサとを比較する比較試験を行った。

（比較例１）
比較例１にかかるコンデンサは、アルミニウムケースの内面にＰＥＴラミネートが施されており、酸化アルミニウム皮膜は形成されていない。その他の構成は実施例のコンデンサ１と同じである。

（比較例２）
比較例２にかかるコンデンサは、アルミニウムケースの内面にナイロンラミネートが施されており、酸化アルミニウム皮膜は形成されていない。その他の構成は実施例のコンデンサ１と同じである。

（従来例）
従来例にかかるコンデンサのアルミニウムケースには、酸化アルミニウム皮膜が形成されていない。すなわち、従来例のアルミニウムケースには絶縁処理が施されていない。その他の構成は実施例のコンデンサ１と同じである。

上述の実施例のコンデンサ、比較例１、２、および従来例のコンデンサを、チップ形として製品サイズ直径：φ６．３×高さ：３．９ｍｍＬにてそれぞれ作製し、電気特性測定時のショート発生数を比較した。なお、試験数は各５００個とした。

表２に示すように、従来例にかかるコンデンサではショート発生数が２０／５００であるのに対し、実施例にかかるコンデンサでは、比較例１、比較例２と同様にショート発生数が０／５００であり、コンデンサ素子とアルミニウムケースとの接触によるショート不良が防止が防止されていることがわかる。

次に、上述の実施例のコンデンサ、比較例１、２、および従来例のコンデンサを用いてリフロー耐熱性試験を実施した。試験数は各５０個とした。リフロー条件は、コンデンサの本体表面温度でピーク温度２６０℃、２３０℃を超える時間が６０秒、処理回数は２回とした。そして、試験後に絶縁できなくなる試料の個数を調べた。

表３に示すように、比較例１、比較例２にかかるコンデンサでは、リフローはんだ付け時の加熱による熱収縮により絶縁ができなくなる試料が発生するが、実施例にかかるコンデンサでは発生しなかった。

上記の比較試験の結果から、実施例１にかかるコンデンサは、絶縁樹脂の貼り付け等を行うことなく電気絶縁性を実現することが可能であり、加熱による電気絶縁膜の損傷（割れ、裂け、剥がれ等）による電気絶縁性の劣化が抑制されていることが確認された。なお、上記では、チップ形アルミニウム電解コンデンサにて比較実験を行ったが、類似した構造を持つリード形アルミニウム電解コンデンサ等であっても同様の効果が得られることは明白である。

本実施の形態にかかるアルミニウム電解コンデンサの概略構成を示す図である。 図１に示すコンデンサ素子の分解斜視図である。 図１において破線で囲まれた領域の拡大図である。

符号の説明

１ アルミニウム電解コンデンサ
３ コンデンサ素子
５ アルミニウムケース（金属ケース）
５ａ 開口
５ｂ 酸化アルミニウム皮膜（内面側電気絶縁膜）
５ｃ 酸化アルミニウム皮膜（外面側電気絶縁膜）
７ 弾性封口材
７ａ 挿通孔
３１ 陽極箔
３２ 陰極箔
３３ セパレータ
３５ 巻き止めテープ
３６ リード線

Claims (8)

1. 一方端が開口された有底筒状に形成され、内部にコンデンサ素子を収容可能な金属ケースを備えたコンデンサ用ケースであって、
   前記金属ケースの内表面が酸化処理により形成された内面側電気絶縁膜で覆われていることを特徴とするコンデンサ用ケース。
2. 前記金属ケースの外表面が酸化処理により形成された外面側電気絶縁膜で覆われていることを特徴とする請求項１記載のコンデンサ用ケース。
3. 前記内面側電気絶縁膜および前記外面側電気絶縁膜は、前記酸化処理として前記金属ケースを陽極酸化溶液中に浸漬させながら陽極酸化することで形成されることを特徴とする請求項２記載のコンデンサ用ケース。
4. 前記金属ケースは、アルミニウム単体またはアルミニウム合金で形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のコンデンサ用ケース。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のコンデンサ用ケースと、
   前記コンデンサ用ケースに収容され、陽極箔および陰極箔にリード線をそれぞれ接続し、セパレータを介して積層させ巻回したコンデンサ素子と、
   前記コンデンサ用ケースの筒軸方向に挿通孔が形成され、該挿入孔に前記リード線を挿通した状態で前記コンデンサ用ケースの開口を封口する封口材と
   を備えたことを特徴とするコンデンサ。
6. 一方端が開口された有底筒状に形成され、内部にコンデンサ素子を収容可能な金属ケースを備えたコンデンサ用ケースの製造方法であって、
   前記金属ケースの内表面および外表面に対して酸化処理を同時に施して前記金属ケースの内表面および外表面にそれぞれ内面側電気絶縁膜および外面側電気絶縁膜を形成することを特徴とするコンデンサ用ケースの製造方法。
7. 前記酸化処理として前記金属ケースを陽極酸化溶液中に浸漬させながら陽極酸化を行って前記金属ケースの内表面および外表面にそれぞれ前記内面側電気絶縁膜および前記外面側電気絶縁膜を形成することを特徴とする請求項６記載のコンデンサ用ケースの製造方法。
8. 前記酸化処理は前記金属ケースに対して成形加工が実行された後に施されることを特徴とする請求項６または７記載のコンデンサ用ケースの製造方法。

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