JP2010129756A - 電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】電解コンデンサのコンデンサ素子は、引き出しリード箔を設け、有機溶剤と電解質からなる電解液を含浸してから、封口板に設けたリベット外部端子と引き出しリード箔とを接続するために、引き出しリード箔表面に電解液が付着しやすい。そのため、その状態でリベット外部端子と機械的に接触させてもその間の電解液を取り除くことは難点になりやすい。そのため接続不良を起こしやすい欠点がある。本発明は、この点を解決しようとするものである。
【解決手段】本発明は、電解液を含浸したコンデンサ素子から引き出される短冊状のリード箔と、前記コンデンサ素子を収納するケースを封口する封口板と、前記リード箔とかしめにより接続する前記封口板を貫通するリベット外部端子とを有する電解コンデンサにおいて、前記リード箔の少なくともリベット外部端子との接続部分に、線状の凹凸加工を設けたものを使用することを特徴とする電解コンデンサを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器や産業機器に使用される電解コンデンサのコンデンサ素子から引き出される短冊状のリード箔に関するものである。

従来、アルミニウム電解コンデンサは、アルミニウムの箔を陽極と陰極とし、セパレータを介して積層または捲回してコンデンサ素子として、エチレングリコールなどの有機溶剤と電解質とからなる電解液を含浸し、封口板を取り付けたケースに収納していた。このコンデンサ素子から電極を引き出すために陽極と陰極に、アルミニウムの箔からなる引き出しリード箔の片端を接続し、また、この引き出しリード箔のもう一方の片端は、封口板に設けた外部端子と接続していた。
そして、市場で広く流通している紙フェノール絶縁板とゴム板を張り合わせたタイプの封口板の場合、その外部端子は、リベット外部端子を使用していて、このリベット外部端子は、リベットとそれに取り付けた外部接続用の金属板端子を有し、引き出しリード箔を接続固定するため、引き出しリード箔の端部に穴をあけて、リベットの円柱部分に差し込み、次に平ワッシャを差し込み、機械的にかしめるリベット止めが一般的となっている。

ところで、このリベット止めの場合、引き出しリード箔とリベット外部端子を機械的に接触させて電気的な接続を得るため、往々にして接続不良を起こしやすい欠点がある。

そのための対策として従来、特許文献１のように、リベットまたは平ワッシャの少なくとも一方をサンドブラストなどして凹凸を設ける方法が提案されていた。
実開昭５７−４４５３７号公報

電解コンデンサのコンデンサ素子は、引き出しリード箔を設けながら積層または捲回し、その後エチレングリコールなどの有機溶剤と電解質からなる電解液に含浸してから、封口板に設けたリベット外部端子と引き出しリード箔とを接続するために、引き出しリード箔表面に電解液が付着しやすい。そのため、その状態でリベット外部端子と機械的に接触させてもその部分の引き出しリード箔表面に付着した電解液を取り除くことは難点になりやすい。リベットまたは平ワッシャの少なくとも一方をサンドブラストなどして凹凸を設けたとしても、引き出しリード箔表面に電解液がある場合、接続は、リベットまたは平ワッシャの凸部先端を電解液中に浸漬するような形となるため、また、接続中いつまでも電解液が引き出しリード箔表面に留まりやすく、そのため接続不良を起こしやすい欠点がある。本発明は、この接続不良の点を解決しようとするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、電解液を含浸したコンデンサ素子から引き出される短冊状のリード箔と、前記コンデンサ素子を収納するケースを封口する封口板と、前記リード箔とかしめにより接続する前記封口板を貫通するリベット外部端子とを有する電解コンデンサにおいて、少なくとも前記リベット外部端子との接続部分に、メッシュ状、ストライプ状または放射状の凹凸加工を設けた前記リード箔を使用することを特徴とする電解コンデンサを提供する。

コンデンサ素子に電解液を含浸したときに引き出しリード箔表面に付着した電解液は、引き出しリード箔に凹凸を設けると、凹部表面に偏在しやすい。そのためリベット外部端子と引き出しリード箔は、付着した電解液の少ない部分で接触しやすくなり、リベット外部端子と引き出しリード箔との間の電気的接続が容易になりやすい。
また、引き出しリード箔にメッシュ状またはストライプ状の凹凸を設けると、引き出しリード箔の凹部表面に偏在した電解液は、かしめ接続時に接続部分から容易に排出しやすく、接続部分に電解液が残りにくいため、リベット外部端子と引き出しリード箔との間の電気的接続が容易になりやすい。

本発明に述べるコンデンサ素子とは、エッチング等によりピット形状に粗面化され、化成工程により表面に酸化膜からなる誘電体を形成した陽極用のアルミニウムの電極箔と、表面は一般的に自然酸化皮膜を設けた陰極用のアルミニウムの電極箔とを適当な幅に裁断した後、引き出しリードを接続し、紙などのセパレータと共に捲回または積層されたものをさす。

本発明に述べるリード箔は、５０μｍから５００μｍ程度の厚さのアルミニウム箔を、短冊状に切り出したもので、一般にはエッチングなどの粗面化加工の施されていないプレンの箔が用いられている。陽極側の引き出しリードについては、陽極酸化が施されたものも使用される。これらの端子の下端部は、陽極箔あるいは陰極箔と電気的に接続する。陽極箔あるいは陰極箔との電気的な接続は、陽極箔および陰極箔の表面に陽極引き出しリードおよび陰極引き出しリード箔を重ねた状態での加締め、圧接あるいは溶接などによってなされている。

本発明に述べるリード箔に対するメッシュ状、ストライプ状または放射状の凹凸加工は、縞状または縞状が交錯したまたは放射状の凹凸形状で、短冊状に加工されたリード箔の前記リベット外部端子との接続部分範囲で少なくとも袋小路にならない程度の長さの線状加工である。放射状の凹凸形状は、引き出しリード箔の端部に設けた接続穴を中心として放射状に設けたものである。凹凸の程度は、リベット外部端子の大きさ、リード箔の厚さや硬度にもよるが、凹凸の平均高低差が２０μｍから４００μｍ、好ましくは４０μｍから２００μｍ程度である。凸と凸とのピッチ間隔は、平均高低差の１倍から４倍、好ましくは１．５倍から３倍程度である。
凹凸加工範囲は、少なくとも外部端子とリード箔との接続部分で、外部端子の断面範囲または差し込まれる平ワッシャと同程度の範囲で、一割程度大きな加工面積となると引き出しリード箔の凹部表面に偏在した電解液は、かしめ接続時に接続部分から容易に排出しやすくなる。
凹凸加工方法は、凹凸を設けた平板により上下からプレスする等により行うことができ、外部端子のリベット差し込み用の穴開け加工と同時に行うこともできる。片面だけの加工でもよい。

本発明に述べる封口板は、紙フェノール絶縁板にゴムシートを貼り合わせたもので、コンデンサの開口部の形状に合わせて封口板用に加工されたものである。コンデンサ用としては一般的に流通しているものを使用する。紙フェノール絶縁板としては、紙基材に、架橋前のフェノール樹脂をアルコールなどに溶解したものを含浸させ、乾燥後、加熱架橋硬化させたものが使用されている。また、ゴムシートのゴム材としてはブチルゴム、エチレンプロピレンゴムなどが使用されている。
フェノール樹脂は、塩素イオン濃度が低い、好ましくは１０ｐｐｍ程度以下のフェノール樹脂と、塩素イオン濃度が低い、好ましくは１０ｐｐｍ程度以下の充填剤を有するもので、本発明に用いるフェノール樹脂は、ノボラックタイプでもレゾールタイプでもまたは変性物でもかまわないが、塩素イオン濃度が低いことが好ましい。
また、ゴム貼り紙フェノール絶縁板の裏面には、イオン物質遮断性の樹脂フィルム、たとえばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンとプロピレンの共重合体、またはポリフェニレンサルファイドフィルム、フッ素樹脂フィルムなどを重ね、接着一体化してもかまわない。

本発明に述べる外部端子は、絶縁板とゴム板を張り合わせたタイプの封口板を貫通する外部端子で、たとえば、ゴム板側からリベットとそれに取り付けた金属板端子を設け、リベットの先を封口板に設けた貫通穴に通し、絶縁板側から固定用のワッシャなどをリベットの先に差し込んで、封口板に外部端子を固定するものである。固定用のワッシャの代わりに、リベットを同様な形に変形させる場合もある。また、リベットが逆向きに封口板に挿入され、ゴム板側に金属板端子差し込んだ後で、リベットの先端をかしめる場合もある。この場合には、リベットの頭部分には柱状突起を設け、コンデンサ素子から引き出された引き出しリード箔を接続する。
なお、封口板を貫通する外部端子が、インサート成形により一体的成形されるネジ付き端子でも、リード箔を端子にかしめ等により接続する場合には同様に使用することができる。

以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るアルミニウム電解コンデンサの断面図を示している。
本発明に係るアルミニウム電解コンデンサは、通常のアルミニウム電解コンデンサと同様に、電極箔を適当な幅に裁断された後、電極箔に引き出しリード箔１を接続し、紙などのセパレータと共に捲回または積層されたコンデンサ素子２が、電解液と共に上面が開口したアルミニウム等の金属材からなり外観的に円筒状や楕円筒状に形成されているケース４内に収容し、封口板３により封口されていて、電極箔から引き出されたリード箔が、封口板３を貫通した外部端子８に接続されている構造になっている。ケース４には絶縁性チューブを被覆する場合もある。
封口板３は、紙フェノール絶縁板５の表面に、ゴム板６がその裏側にはイオン物質遮断性の樹脂フィルム７が貼り合わされている。
外部端子８は、外部端子貫通用の穴で封口板３を貫通する形で取り付けられる正負極用一対のリベット９と、リベット９に接続し別端部が外部と接続する板状端子１０と、封口板３に固定するためのリベット９の先端から差し込まれた固定用平ワッシャ１１を有し、コンデンサ素子２から引き出された引き出しリード箔１をその端部に穴を開け、またその周辺表面にメッシュ状またはストライプ状の凹凸部１３を設けて、リベット９に差し込み、更にかしめ用平ワッシャ１２をリベット９に差し込みかしめて接続している。

図２は、かしめ用平ワッシャと引き出しリード箔のかしめ具合の模式断面図を示している。図２（ａ）は、かしめ前を、図２（ｂ）は、かしめ前半を、（ｃ）は、かしめ後半途中を示している。

図２（ａ）のかしめ前において、コンデンサ素子に電解液を含浸したとき等により引き出しリード箔１表面に付着した場合、電解液１４は、引き出しリード箔１に設けた凹凸のと凹部１５表面に偏在しやすい。
そのため、図２（ｂ）のかしめ前半において、かしめ用平ワッシャ１２と引き出しリード箔１は、付着した電解液１４の少ない部分で接触しやすくなり、かしめ用平ワッシャ１２と引き出しリード箔１との間の電気的接続が容易になりやすい。
また、図２（ｃ）のかしめ後半途中において、引き出しリード箔１に設けた凹凸はメッシュ状またはストライプ状または放射状なので、電解液１４は、かしめ間隔が狭まるに連れて接続部分から容易に排出しやすく、接続部分に電解液が残りにくいため、かしめ用平ワッシャ１２と引き出しリード箔１との間の電気的接続が容易になりやすい。かしめ用平ワッシャ１２とリベット外部端子とのかしめ部分には特に電解液の汚染はないので、以上のように、リベット外部端子と引き出しリード箔１との間の電気的接続が容易になりやすい。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、実施例は、定格４００Ｖ、５６０μＦの電解コンデンサを製造する場合について説明する。
先ず、封口板を準備しておく。厚さ２ｍｍの紙フェノール絶縁板の表面に、厚さ１ｍｍのブチルゴム板を、その裏側には厚さ１００μｍのイオン物質遮断性の樹脂フィルムとしてポリプロピレンを貼り合わせて、打ち抜き加工により封口板の外形加工と、封口板を貫通する外部端子用の貫通孔を設けた。次に、ゴム板側にリベットとそれに取り付けた金属板端子を設け、絶縁板側から固定用のワッシャをリベットの先から差し込んで、封口板に外部端子を固定した。
次に、陽極箔は厚さ約１００μｍのアルミニウム箔を処理して製造する。すなわち、このアルミニウム箔を直流および化学エッチング法によって粗面化する。粗面化後、純水中でボイルする。ボイル後、ホウ酸の化成液中において、６００Ｖの直流電圧をかけて化成し、化成膜を形成する。化成処理後、安定化するために、リン酸処理をし、ついで温度５５０℃で焼成処理をする。焼成処理後、幅４０ｍｍ、長さ３０００ｍｍの大きさに切断して、陽極箔とする。
また、陽極用リード箔には未エッチングで６００Ｖの化成処理を施した厚さ１５０μｍ、幅５ｍｍ、長さ６０ｍｍのアルミニウム箔を用いる。そしてこの陽極用リード箔を陽極箔にコールドウェルドにより接続する。
陰極箔は、厚さ３０μｍのアルミニウム箔をエッチング、リン酸処理後、約２００μＦ／ｃｍ^２としたものを用い、幅４０ｍｍ、長さ３０５０ｍｍの大きさに切断する。
陰極用リード箔は、アルミニウム箔を長さ１５０μｍ、幅１０００ｍｍに圧延し、次いで焼なまし、５００ｍｍの幅に切断した後、さらに幅５ｍｍの大きさに切断して製造する。そしてこの陰極用リード箔を陰極箔にコールドウェルドにより接続する。
電解紙としては、幅５０ｍｍのものを使用し、厚さ６０μｍ、密度０．７５ｇ／ｃｍ^３のクラフト紙を用いた。
この電解紙を介して陽極箔と陰極箔とを積層して捲回し、コンデンサ素子を形成した。その後、エチレングリコールと２−ブチルオクタン二酸アンモニウムの有機酸系電解液を含浸した。
電解液を含浸後、コンデンサ素子から引き出した陽極用リード箔及び陰極用リード箔の端部に、リベット差し込み用の穴をあけ、その穴周辺に表１に示す条件の凹凸を設けた平板プレスすることにより凹凸加工した。そして、各々封口板に貫通して設けた陽極端子及び陰極端子に接続した。接続後、ケースにコンデンサ素子を収納した。収納後、封口板をケースの端に取り付けて、ケースを密閉した。ケースを密閉後、温度８５℃の雰囲気中に放置して４２５Ｖの電圧を加えてエージング処理した。エージング処理後、ケースに絶縁性のチューブを被覆した。

凹凸加工を表１に示すように変える以外実施例１と同様に実施例２−８まで製造した。隣り合う放射状の凹凸加工の加工角度は１０度で行った。また、凹凸加工しない従来例１併せて、１３０℃の高温下にて２０００時間定格電圧印加後の端子部抵抗変化を示す。
その結果より、凹凸加工を施した実施例１〜８は従来例より初期端子部抵抗値および電圧印加後の抵抗値が低く高信頼性であることがわかる。

本発明に係るアルミニウム電解コンデンサの断面図を示している。 本発明に係るかしめ用平ワッシャと引き出しリード箔のかしめ具合の模式断面図を示している。

符号の説明

１…引き出しリード箔、２…コンデンサ素子、３…封口板、４…ケース、５…紙フェノール絶縁板、６…ゴム板、７…イオン物質遮断性の樹脂フィルム、８…外部端子、９…リベット、１０…板状端子、１１…固定用平ワッシャ、１２…かしめ用平ワッシャ、１３…メッシュ状またはストライプ状の凹凸部、１４…電解液、１５…凹部。

Claims (1)

1. 電解液を含浸したコンデンサ素子から引き出される短冊状のリード箔と、前記コンデンサ素子を収納するケースを封口する封口板と、前記リード箔とかしめにより接続する前記封口板を貫通するリベット外部端子とを有する電解コンデンサにおいて、少なくとも前記リベット外部端子との接続部分に、メッシュ状、ストライプ状または放射状の凹凸加工を設けた前記リード箔を使用することを特徴とする電解コンデンサ。

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