JP2010153714A - アルミニウム電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ウィスカのコンデンサ外への落下を防止し、短絡事故などをより確実に防くことが可能なアルミニウム電解コンデンサを提供する。
【解決手段】リード線挿通孔５ｂに第１テーパ面５１と、第１テーパ面５１よりも急勾配の第２テーパ面５２とを設け、第２テーパ面５２の出口を引出リード線５ｂの直径よりも小径として、第２テーパ面５２の出口を引出リード線５ｂの外周面に沿って環状に密着させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、アルミニウム電解コンデンサに関し、さらに詳しく言えば、リード端子の溶接部に生成されるウィスカの落下を防止するアルミニウム電解コンデンサに関する。

アルミニウム電解コンデンサでは、コンデンサ素子を構成するアルミニウム材からなる陽極箔と陰極箔とにリード端子が取り付けられ、そのリード端子が外装ケースの開口部を封止している封口体を貫通して外部に引き出されるようになっている。

通常、リード端子は、アルミニウムの棒材の一端に羽子板状に押し潰された扁平部を有し、他端側が丸棒部とされたタブ端子が用いられるが、回路基板にハンダ付けを可能とするため、タブ端子の丸棒部には、引出リード線としてＳｎメッキされた銅被覆鋼線（ＣＰ線）が溶接される。

環境問題から引出リード線のメッキ層は鉛フリー化され、Ｓｎメッキが用いられるようになってきている。鉛を含まないＳｎの表面にはウィスカが生成されることが知られており、とりわけ、アルミニウムや鉄など異種金属が混在する溶接部は、ウィスカが急激に生成されることが知られている。

Ｓｎウィスカは脆く、衝撃などによって容易に剥がれ落ちるため、場合によっては封口体の端子挿通孔の隙間を通ってコンデンサの外に出て、回路基板上に落ちるおそれがある。したがって、アルミニウム電解コンデンサでは、引出リード線の鉛フリー化に伴い発生するＳｎウィスカ由来の回路での短絡が発生しないように予防することが課題となっている。

しかしながら、特許文献１に記載された端子挿通孔には、次のような問題があった。すなわち、アルミニウム電解コンデンサのリード線を回路基板のスルーホールに挿入する際、例えば位置ズレなどにより、ＣＰ線が強制的に折り曲げられることがある。

そうすると、端子挿通孔と引出リード線との間に隙間が生じ、その隙間からウィスカが回路基板上に落下するおそれが考えられた。そこで、このような問題を解決する方法の１つとして、特許文献２には、端子挿通孔の引出口側にウィスカ落下防止用のブーツを一体的に形成している。

これによれば、ＣＰ線の動きに追従してブーツの先端が動くため、ＣＰ線が折り曲げられても、ブーツとＣＰ線の間に隙間が生じにくくなっている。しかしながら、特許文献２に記載のブーツは、端子挿通孔の引出口からファンネル状（漏斗状）に突出されており、その内周面に沿って溶接部が配置されるため、ウィスカがブーツの内周面に擦れて剥がれ落ちやすいばかりでなく、擦れて微細化して落下するおそれがあった。

特開２００６−２９５０５５号公報 特開２００８−２５１９８２号公報

そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ウィスカのコンデンサ外への落下を防止し、短絡事故などをより確実に防くことが可能なアルミニウム電解コンデンサを提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明は以下に示すいくつかの特徴を備えている。請求項１に記載の発明は、一対のリード端子が取り付けられたコンデンサ素子と、上記コンデンサ素子が所定の電解物質とともに収納される有底筒状の外装ケースと、上記外装ケースの開口部に装着され、上記リード端子用の端子挿通孔を有する封口ゴムとを含み、リード端子は、上記コンデンサ素子に電気的に接続され、アルミニウム材からなるタブ端子と、上記タブ端子の丸棒部の端部に溶接される引出リード線とを有し、上記引出リード線が上記端子挿通孔を介して上記外装ケース外に引き出されるアルミニウム電解コンデンサにおいて、上記端子挿通孔には、上記リード端子の丸棒部が挿通される丸棒挿通孔と、上記丸棒挿通孔に同軸的に連通し、上記引出リード線が挿通され、上記丸棒挿通孔よりも小径なリード線挿通孔とを含み、上記リード線挿通孔は、上記丸棒挿通孔側から上記引出リード線の挿通方向に沿って内径が漸次減少するすり鉢状の第１テーパ面と、上記封口ゴムの外周面の開口径が少なくとも上記引出リード線の直径よりも小径となるように、上記第１テーパ面の終端から上記引出リード線の挿通方向に沿って内径が漸次減少するすり鉢状の第２テーパ面とを有することを特徴としている。

請求項１に記載の発明は、上記請求項１において、上記第２テーパ面は、その勾配が上記第１テーパ面の傾斜角よりも急勾配となるように形成されていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、上記請求項１または２において、上記第１テーパ面の終端側の開口径が、上記引出リード線の開口径よりも大径であることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、上記請求項１，２または３において、上記引出リード線の先端が半球状または角を取るように面取りされていることを特徴としている。

本発明によれば、リード線挿通孔の一部に第１テーパ面と、第１テーパ面よりも急勾配の第２テーパ面とを設け、第２テーパ面の出口を引出リード線の直径よりも小径としたことにより、第２テーパ面の出口が引出リード線の外周面に沿って環状に密着するため、もし引出リード線が折り曲げられても、密着部が追従して動きやすく、リード線挿通孔の開口端を塞ぐことでウィスカの落下を確実に防止することができる。また、引出リード線の先端を半球状に面取りすることで、封口ゴムの内部を傷つけることなく、リード線挿通孔へ確実に案内される。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこの限りではない。図１は本発明の一実施形態に係るアルミニウム電解コンデンサの断面図であり、図２はリード端子と封口体の部分拡大図であり、図３はリード線挿通孔の要部拡大断面図である。図４は、引出リード線の先端の拡大図である。

図１および図２に示すように、このアルミニウム電解コンデンサは、一対のリード端子２，２を有するコンデンサ素子１を備える。コンデンサ素子１は、アルミニウム材からなる陽極箔と陰極箔とをセパレータ紙（ともに図示しない）を介して渦巻き状に巻回することにより形成される。

コンデンサ素子１は、有底円筒状の外装ケース３内に所定の電解物質を伴って収納され、外装ケース３の開口部は、封口ゴム（封口体）４によって封口される。封口ゴム４には、端子挿通孔５，５が設けられており、この端子挿通孔５，５を通してリード端子２，２の先端部が外部に引き出される。

封口ゴム４は、リード端子２，２に取り付けられた状態でコンデンサ素子１とともに外装ケース３内に収納され、その後に形成される外装ケース３の横絞り溝３ａと、外装ケース３の端縁３ｂのカシメによって外装ケース３の開口部内に気密的に固定される。

この例において、端子挿通孔５，５の孔径は、リード端子２，２の丸棒部５ｂの直径の２０〜９９．９％とされているが、好ましくは孔径が７５％以下、より好ましくは孔径が４０％以下としてウィスカ２３ａが漏れないようにきつく嵌合することが好ましい。

外装ケース３は、通常よく用いられるアルミニウムケースであってよい。封口ゴム４には、ブチルゴムなどが用いられてよい。外装ケース３および封口ゴム４の材質は、仕様に応じて任意に設定されてよい。また、電解物質には、通常、水系もしくは有機系の液状電解質以外に固体電解質が用いられてもよく、この限りではない。

リード端子２，２はともに同一形状であり、コンデンサ素子１に対して電気的に接続されるタブ端子２１と、タブ端子２１の先端に一体的に溶接される引出リード線２２とを含んでいる。

タブ端子２１はアルミニウム材からなり、丸棒材の一部を羽子板状にプレスして成形される扁平部２１ａと、未加工のままの丸棒部２１ｂとを備えている。タブ端子２１は、扁平部２１ａがカシメなどによってコンデンサ素子１の陽極箔と陰極箔とに取り付けられている。

引出リード線２２には、表面がＳｎメッキされた銅被覆鋼線（ＣＰ線）が用いられる。引出リード線２２は、回路基板に対するハンダ付け性をよくするため、表面にＳｎ（スズ）のメッキ層が設けられている。メッキ層は一般にＳｎ１００％からなるが、基本的に鉛フリーであれば、その他の合金元素や添加剤などが添加されていてもよい。

引出リード線２２は、タブ端子２１の丸棒部よりも小径で、丸棒部の端部に溶接（溶接部２３）によって一体的に固着されている。リード端子２は、タブ端子２１と引出リード線２２ではメッキ層は安定しているが、溶接部２３では、アルミニウムや鉄などの異種金属が混在しているため、外気に晒されると、アルミニウムの水和や酸化反応によってＳｎ層に応力が働き、ウィスカ２３ａがヒゲ状に多数形成される。

図４に示すように、引出リード線２２の先端２２ａは、引出リード線２２を少なくとも封口ゴム４に挿通するときには、半球状に面取りされている。引出リード線２２の先端２２ａを面取りする方法は、切削加工やプレス加工など仕様に応じて任意に選択されてよい。また、引出リード線２２の先端の角部を落とすように面取りしてもよい。

引出リード線２２の先端２２ａを面取りすることにより、端子挿通孔５に引出リード線２２を挿入した際に、端子挿通孔５の内面を傷つけることなく、引出リード線２２を確実に出口まで案内することができる。さらには、回路基板のスルーホールへの案内もスムーズにできる。先端２２ａは、少なくとも角部が面取りされていればよいが、より案内をスムーズにするために先端部２２ａの全体を半球状に形成することが好ましい。引出リード線２２を封口ゴム４に挿通したのちに、先端部２２ａを切断することは任意である。

参考までに、先端部２２ａを半球状に面取りした引出リード線２２を用いたコンデンサ１００００個の歩留まりは、９９．９８％（１００００個中１７個が挿入不良）であったのに対し、面取りしていないコンデンサ１００００個の歩留まりは、７２．４％（１００００個中２７５７個の挿入不良）であった。

ウィスカ２３ａが図示しない基板上に落ちると短絡のおそれがあるため、本発明では、図３に示すように、封口ゴム４に形成される端子挿通孔５，５を以下のような構成としている。なお、端子挿通孔５，５は同一形状であるため、以下においては、いずれか一方についてのみ説明する。

すなわち、端子挿通孔５は、タブ端子２１の丸棒部２１ｂが挿入される丸棒挿通孔５ａと、引出リード線２２が挿通されるリード線挿通孔５ｂとを含んでおり、リード線挿通孔５ｂは、丸棒挿通孔５ａの一端側に同軸的に連通するように配置されている。

丸棒挿通孔５ａは、丸棒部２１ｂと同径もしくは若干小径な孔であってよい。これに対して、リード線挿通孔５ｂは、丸棒挿通孔５ａ側から引出リード線２２の挿通方向（図３では上下方向）に沿って内径が漸次減少するすり鉢状の第１テーパ面５１と、第１テーパ面５１に同軸的に連通し、内径が軸線方向に沿って漸次さらに減少するすり鉢状の第２テーパ面５２とを備えている。

第１テーパ面５１は、引出リード線２２の引出方向に沿って丸棒挿通孔５ａ側の内径φ１から終端側の開口径φ２となるように漸次内径が小さくなるすり鉢状に形成されている。第２テーパ面５２は、第１テーパ面５１の傾斜角よりもさらに急傾斜となるように、その開口径が漸次小さくなるように形成されている。

第２テーパ面５２は、封口ゴム４の端面の開口径φ３が引出リード線の直径φａよりも小さく（φ３＜φａ）なるように形成されている。これによれば、図２に示すように、溶接部２３から落下してきたウィスカ２３ａを第１テーパ面５１の空間で確実に貯留しておくことができる。

第２テーパ面５２における封口ゴム４の平均厚さは０．１ｍｍ以上、または、封口ゴム４の軸方向の全体厚さの１％以上であることが好ましい。これによれば、第２テーパ面５２と引出リード線２２との間に隙間が生じることがない。

さらには、第２テーパ面５２の先端側が引出リード線２２の外周面に沿って密着することにより、もし引出リード線２２が折り曲げられても、第２テーパ面５２の先端側が引出リード線２２に追従して密着することによって、隙間からウィスカ２３ａが落下するのを確実に防止できる。

この実施形態において、第１テーパ面５１および第２テーパ面５２はともに、すり鉢状（円錐状）に形成されているが、これ以外の錘形状であってもよく、異なる錘形状を組み合わせてもよい。また、端子挿通孔５はアルミニウム電解コンデンサを例にとって説明したが、本発明はこれに限られず、同様の構造品にも適用することができる。

本発明の一実施形態に係るアルミニウム電解コンデンサの断面図。 リード端子と封口体の部分拡大図。 リード線挿通孔の要部拡大断面図。 引出リード線の先端の拡大図。

符号の説明

１ コンデンサ素子
２ リード端子
２１ タブ端子
２２ 引出リード線
２３ 溶接部
２３ａ ウィスカ
３ 外装ケース
４ 封口ゴム（封口体）
５ 端子挿通孔
５ａ 丸棒挿通孔
５ｂ リード線挿通孔
５１ 第１テーパ面
５２ 第２テーパ面

Claims (4)

1. 一対のリード端子が取り付けられたコンデンサ素子と、上記コンデンサ素子が所定の電解物質とともに収納される有底筒状の外装ケースと、上記外装ケースの開口部に装着され、上記リード端子用の端子挿通孔を有する封口ゴムとを含み、リード端子は、上記コンデンサ素子に電気的に接続され、アルミニウム材からなるタブ端子と、上記タブ端子の丸棒部の端部に溶接される引出リード線とを有し、上記引出リード線が上記端子挿通孔を介して上記外装ケース外に引き出されるアルミニウム電解コンデンサにおいて、
   上記端子挿通孔には、上記リード端子の丸棒部が挿通される丸棒挿通孔と、上記丸棒挿通孔に同軸的に連通し、上記引出リード線が挿通され、上記丸棒挿通孔よりも小径なリード線挿通孔とを含み、
   上記リード線挿通孔は、上記丸棒挿通孔側から上記引出リード線の挿通方向に沿って内径が漸次減少するすり鉢状の第１テーパ面と、上記封口ゴムの外周面の開口径が少なくとも上記引出リード線の直径よりも小径となるように、上記第１テーパ面の終端から上記引出リード線の挿通方向に沿って内径が漸次減少するすり鉢状の第２テーパ面とを有することを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
2. 上記第２テーパ面は、その勾配が上記第１テーパ面の傾斜角よりも急勾配となるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム電解コンデンサ。
3. 上記第１テーパ面の終端側の開口径が、上記引出リード線の開口径よりも大径であることを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム電解コンデンサ。
4. 上記引出リード線の先端が半球状または角を取るように面取りされていることを特徴とする請求項１，２または３に記載のアルミニウム電解コンデンサ。

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