JP2012253287A - コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】外装ケースを加締めて封口体を封止する際に、リード端子を挿通させる挿通孔が加締めによる押圧力によって変形されても、リード端子の溶接部の露出を防止し、この溶接部から発生するウィスカの飛散を防止できるコンデンサを提供する。
【解決手段】外装ケース２の開口部３近傍を加締めて封止するコンデンサであって、挿通孔１０の開口部１２の形状は、リード端子６の金属線８の断面視形状と相異する形状に形成されており、この挿通孔１０の開口部１２の形状は、封口体４の端縁１４近傍が加締めにより変形されることで、リード端子６の金属線８の断面視形状と略同一の形状となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、外装ケースの開口部近傍を加締めることで、外装ケースの開口部近傍を封口体の端縁近傍とともに変形させて封止するコンデンサに関する。

一般的な電解コンデンサは、リード端子が取り付けられた陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回又は積層したコンデンサ素子を電解液に含浸させて、リード端子を封口体に形成した挿通孔に挿設し、これをアルミニウム等の金属からなる有底筒状の外装ケース内に収納して、外装ケースの開口部を封口体により閉塞するとともに、外装ケースを加締めることにより封口体により外装ケースを封止するようになっている。この加締めは、外装ケースの側面からの横加締め（絞り加工）と、開口端部の縦加締め（カーリング加工）によって封口を行っており、横加締めによって電解コンデンサの気密性を確保し、縦加締めによって封口体の抜けを防止している。

また、リード端子は、一端側に偏平部を有するアルミニウム線と、他端側に外部引出リード線として表面にメッキ層を有する引き出し線（金属線）と、が互いに溶接されることで形成される。近年の環境保護の観点から、リード端子においても鉛フリー化に対応するため、多くの場合、錫めっきを施した引き出し線が用いられている。この引き出し線の溶接部では、Ａｌ，Ｓｎ，Ｃｕ，Ｆｅなどが混在し、特にアルミニウム層が外気に晒されると、水和や酸化反応などによりＳｎ層に応力が働き、ウィスカと呼ばれるヒゲ状の結晶体が発生することが知られている。このウィスカが回路基板上に落下すると、電子回路をショートさせる危険性がある。

そこで、ウィスカが基板上に落下することを防ぐために、封口体に形成されるリード端子挿通孔の開口部の孔径をリード端子の引き出し線の直径よりも小径として、溶接部と外部とを遮断することで、ウィスカが飛散しないようにしている（例えば、特許文献１及び２参照）。また、封口ゴム（封口体）のリード線貫通孔（挿通孔）に、コンデンサ外部側に向かって漸次小径となる筒状の薄膜で閉塞された収納部を形成し、この収納部にリード線の溶接部を収納することで、溶接部で発生したウィスカが基板上に落下することを防ぐようにしている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００６−２９５０５５号公報 特開２００８−１０８８６５号公報 特開２００８−２５１９８２号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載のコンデンサにあっては、外装ケースを縦加締めて封口体を封止する際に、封口体における外装ケースとの接触部近傍が押圧されると、その応力によって封口体の挿通孔の開口部の形状が変形され、挿通孔の開口部の外装ケースに近接する部位が外装ケース側へ引っ張られることによって挿通孔の開口部が拡大してしまい、リード端子の溶接部が露出するという問題がある（図９参照）。また、特許文献３に記載のコンデンサにあっても、封口ゴム（封口体）の収納部を閉塞する筒状の薄膜が加締めにより引っ張られることによって変形してしまい、収納部が外部に開放されてしまう虞がある。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、外装ケースを加締めて封口体を封止する際に、リード端子を挿通させる挿通孔が加締めによる押圧力によって変形されても、リード端子の溶接部の露出を防止し、この溶接部から発生するウィスカの飛散を防止できるコンデンサを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のコンデンサは、
金属線とアルミニウム線とが溶接されて形成された溶接部を有するリード端子がコンデンサ素子に接続されており、該リード端子が封口体に形成された挿通孔に挿設され、前記コンデンサ素子を外装ケース内に収納し、該外装ケースの開口部を前記封口体により閉塞するとともに、前記外装ケースを加締めて封止するコンデンサであって、
前記挿通孔の少なくとも開口部の形状は、前記リード端子の金属線の断面視形状と相異する形状に形成されており、該挿通孔の開口部の形状は、前記封口体の端縁近傍が前記加締めにより変形されることで、前記リード端子の金属線の断面視形状と略同一の形状となることを特徴としている。
この特徴によれば、外装ケースを加締めて封口体を封止する際に、リード端子を挿通させる挿通孔が加締めによる押圧力によって変形されても、リード端子の金属線の断面視形状と相異する形状であった挿通孔の開口部の形状が、リード端子の金属線の断面視形状と略同一の形状となり、挿通孔の開口部とリード端子の金属線との間に隙間が生じずにリード端子の溶接部の露出を防止し、この溶接部から発生するウィスカの飛散を防止できる。

本発明のコンデンサは、
前記挿通孔の少なくとも開口部の形状は、前記リード端子の金属線の断面視形状と略同一の形状に対して前記封口体の端縁側を前記封口体の中心側に向かって肉盛りにすることで、前記相異する形状となっていることを特徴としている。
この特徴によれば、外装ケースを加締めて封口体を封止する際に、リード端子を挿通させる挿通孔が加締めによる押圧力によって変形されても、肉盛りにより挿通孔の開口部とリード端子との接触を維持できるようになる。かつこの肉盛りの寸法を適宜設定することにより、封口体の弾性率や加締めによる押圧力等に応じて最適な挿通孔の開口部の形状とすることができる。

本発明のコンデンサは、
前記挿通孔の少なくとも開口部の形状は、略円形状をなし、かつ該挿通孔の開口部における前記封口体の端縁側を前記封口体の中心側に向かって肉盛りにすることで、前記相異する形状が形成されることを特徴としている。
この特徴によれば、挿通孔の開口部の形状が角部を有する角形状等の形状である場合と比較して、挿通孔の開口部の形状が略円形状であることで、外装ケースの加締めによって挿通孔の開口部がいずれの方向に引っ張られても、挿通孔の開口部とリード端子との間に隙間が生じ難くなり、かつ挿通孔を封口体のいかなる位置に貫通させても、挿通孔の開口部における封口体の端縁側を肉盛りにすればよく、肉盛りを形成する部位を設定し易くなる。

本発明のコンデンサは、
前記挿通孔は、前記溶接部を収納する収納部を有し、該挿通孔の形状が該収納部から前記挿通孔の開口部に向かって窄まる形状となっていることを特徴としている。
この特徴によれば、挿通孔がリード端子の金属線の断面視形状と相異する形状であっても、リード端子を収納部側から挿通孔の開口部に向かって挿通し易くなり、挿通時にリード端子を通してコンデンサ素子に加わる機械的ストレスを低減することができる。また、溶接部が覆われるため、ウィスカの発生部位となるリード端子の溶接部が外気に晒されない。そのため、水和や酸化反応などが起こり難く、ウィスカの発生を抑制することができる。

なお、本発明において略同一の形状になるとは、加締めによって変形した挿通孔の開口部の形状とリード端子の金属線の断面視形状とが同一であるのみならず、加締めによって変形した挿通孔の開口部と金属線との間にウィスカが落下しない程度の隙間を有する形状も含むものとする。

実施例１におけるコンデンサを示す縦断正面図である。 封口体を示す拡大縦断正面図である。 封口体を示す平面図である。 リード端子が挿通された封口体を示す平面図である。 図２における封口体を示すＡ−Ａ横断平面図である。 実施例２における封口体を示す平面図である。 図２のＡ−Ａ断面に対応する第１変形例の封口体を示す横断平面図である。 図２のＡ−Ａ断面に対応する第２変形例の封口体を示す横断平面図である。 従来の封口体を示す拡大縦断正面図である。

本発明に係るコンデンサを実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

実施例１に係るコンデンサにつき、図１から図４を参照して説明する。図１の符号１は、本発明の適用された電解コンデンサである。この電解コンデンサ１は、略有底円筒形状をなす外装ケース２を有し、外装ケース２の一端に開口部３が形成され、この開口部３を合成樹脂製の略円柱形状をなす封口体４が閉塞している。なお、外装ケース２は、アルミニウム等の金属材料で形成されており、封口体４は、樹脂ゴム等の弾性を有する弾性材料で形成されている。

図１に示すように、この電解コンデンサ１は、アルミニウムで形成された複数の電極箔をセパレータを介して巻回または積層したコンデンサ素子５を有しており、このコンデンサ素子５を電解液とともに外装ケース２に収納している。コンデンサ素子５には、陽極及び陰極の２本のリード端子６が接続されている。

また、リード端子６は、コンデンサ素子５に接続されるアルミニウム線７と、外部に導出される金属線８（ＣＰ線）と、が互いに溶接されることにより形成されている。アルミニウム線７及び金属線８は略円柱形状をなし、アルミニウム線７の直径は金属線８の直径よりも大きい径となっている。なお、アルミニウム線７の下端には、プレス加工等により略扁平形状に形成された扁平部（図示略）が設けられており、この扁平部がコンデンサ素子５の電極箔に接続されるようになっている。

金属線８は、軟鋼線が心材とされており、この軟鋼線の外周に金属材料としての銅を厚くめっきした銅被覆層（金属めっき層）が形成されている。更に、その外周に金属材料としての錫１００％からなる錫めっき層（金属めっき層）が形成されている。この金属線８を構成する材質には、鉛が一切使用されていないとともに、アルミニウム線７やコンデンサ素子５などを構成する材質にも、鉛が一切使用されておらず、本実施例における電解コンデンサは、鉛を含まずに自然環境に対する悪影響を与えない鉛フリーの電子部品となっている。

なお、リード端子６の溶接部９では、Ａｌ，Ｓｎ，Ｃｕ，Ｆｅなどが混在し、特にアルミニウム層が外気に晒されると、水和や酸化反応などによりＳｎ層（錫層）に応力が働き、ウィスカと呼ばれるヒゲ状の結晶体が発生することが知られている。即ちリード端子６における金属線８とアルミニウム線７との溶接部９は、ウィスカの発生部位となっている。

図２に示すように、封口体４には、各リード端子６が挿設される２つの挿通孔１０が貫通されている。なお、図２における紙面上方側を封口体４の表面側とし、紙面下方側を封口体４の裏面側として説明する。リード端子６は、コンデンサ素子５に接続された後に、封口体４の裏面側から挿通孔１０に挿通され、リード端子６の金属線８が封口体４の表面側に導出されるようになっている。

また、挿通孔１０の内部空間には、リード端子６の溶接部９を収納する収納部１１が形成されており、溶接部９にて発生するウィスカは、この収納部１１に封じ込められるようになっている。なお、挿通孔１０の形状は、収納部１１から挿通孔１０の開口部１２側（封口体４の表面側）に向かって窄まる形状となっている。

図３に示すように、封口体４の表面側における挿通孔１０の開口部１２の形状は、略円形状をなしているが、リード端子６における金属線８の断面視形状と相異する形状に形成されている。金属線８の断面視形状が真円形状であるのに対して、挿通孔１０の開口部１２の形状は、真円形状の一部が切り欠かれた形状となっている。

具体的には、この挿通孔１０の開口部１２には、この開口部１２における封口体４の端縁Ｔ側を封口体４の中心Ｃ側に向かって肉盛りにする肉盛部１３が形成されている。更に、肉盛部１３の縁辺は、平面視で略直線状に形成されている。この肉盛部１３が形成されていることにより、金属線８の断面視形状と相異する形状になっている。なお、挿通孔１０の開口部１２の直径は、金属線８の直径よりも若干小さい寸法となっている。

なお、リード端子６が封口体４に形成された挿通孔１０に挿設されると、挿通孔１０の開口部１２の形状がリード端子６の金属線８の断面視形状に合うように拡径されるが、この状態では、挿通孔１０の肉盛部１３が金属線８を押圧する状態となる。

図２に示すように、リード端子６が封口体４に形成された挿通孔１０に挿設された状態で、コンデンサ素子５を外装ケース２の一端に形成された開口部３から挿入して、コンデンサ素子５を外装ケース２内に収納する。そして、外装ケース２の開口部３を封口体４により閉塞するとともに、外装ケース２の開口部３の端縁１４近傍を加締めるようになっている。

この加締め加工は、外装ケース２の開口部３近傍の側面を全周に渡って絞り込む横加締め（絞り加工）と、外装ケース２の開口部３側の端縁１４を全周に渡って内側に屈曲させて外装ケース２の開口部３側の端縁１４を封口体４の端縁Ｔ近傍に押し付ける縦加締め（カーリング加工）と、により行われる。なお、横加締めによって外装ケース２の気密性を確保し、縦加締めによって封口体４の抜けを防止している。

図２及び図４に示すように、縦加締めによって外装ケース２の内側に屈曲された端縁１４の先端部は、封口体４の端縁Ｔの近傍に食い込むようになり、この食い込みによる押圧力によって、封口体４の表面側は、その中心Ｃ側から端縁Ｔ側に引っ張られるようになる。この引っ張り力により前述した肉盛部１３が封口体４の端縁Ｔ側に移動し、挿通孔１０の開口部１２の形状がリード端子６の金属線８の断面視形状と略同一の形状となる。そして、挿通孔１０の開口部１２とリード端子６の金属線８との間に隙間を生じさせないようにできる。なお、挿通孔１０の肉盛部１３が金属線８を押圧することも無くなる。さらに、肉盛部１３の寸法については、封口体４の弾性や加締め加工の際の押圧力等に合わせて適宜設定するようになっている。

次に、実施例２に係るコンデンサにつき、図６を参照して説明する。なお、前記実施例１と同一構成で重複する構成を省略する。

図６に示すように、封口体４ａには、各リード端子６が挿設される２つの挿通孔１０ａが貫通されている。挿通孔１０ａは、封口体４ａの端縁Ｔ近傍に形成されている。なお、実施例２に用いられるリード端子６の金属線８の断面視形状は、前記実施例１と同様に真円形状をなす。

また、封口体４の端縁Ｔ近傍に形成された挿通孔１０ａの開口部１２ａの形状は、略円形状をなしているが、リード端子６における金属線８の断面視形状と相異する形状に形成されている。金属線８の断面視形状が真円形状であるのに対して、挿通孔１０ａの開口部１２ａの形状は、真円形状の一部の曲率が変化している。

具体的には、この挿通孔１０ａの開口部１２ａには、この開口部１２ａにおける封口体４ａの端縁Ｔ側を封口体４ａの中心Ｃ側に向かって肉盛りにする肉盛部１３ａが形成されている。更に、肉盛部１３ａは、平面視で三日月形状に形成されている。この肉盛部１３ａが形成されていることにより、挿通孔１０ａの開口部１２ａは、金属線８の断面視形状と相異する形状になっている。

実施例２において加締め加工が施されると、縦加締めによって封口体４ａの表面側は、その中心Ｃ側から端縁Ｔ側に引っ張られるようになる。この引っ張り力によって、封口体４ａの端縁Ｔ近傍に形成された挿通孔１０ａの開口部１２ａの肉盛部１３ａが封口体４ａの端縁Ｔ側に移動し、挿通孔１０ａの開口部１２ａの形状がリード端子６の金属線８の断面視形状と略同一の形状となる。

肉盛部１３ａの寸法は、封口体４ａにおける挿通孔１０ａの貫通位置に応じて適宜変更され、肉盛部１３ａの寸法は、封口体４ａの中心Ｃから離れるに行くに従って大きくなるように設定される。

以上、本実施例１〜２にあっては、挿通孔１０の開口部１２の形状は、リード端子６の金属線８の断面視形状と相異する形状に形成されており、この挿通孔１０の開口部１２の形状は、封口体４の端縁Ｔ近傍が加締めにより変形されることで、リード端子６の金属線８の断面視形状と略同一の形状となることで、外装ケース２を加締めて封口体４を封止する際に、リード端子６を挿通させる挿通孔１０が加締めによる押圧力によって変形された際に、リード端子６の金属線８の断面視形状と相異する形状であった挿通孔１０の開口部１２の形状が、リード端子６の金属線８の断面視形状と略同一の形状となり、挿通孔１０の開口部１２とリード端子６の金属線８との間に隙間が生じずにリード端子６の溶接部９の露出を防止し、この溶接部９から発生するウィスカの飛散を防止できる。

また、前述した加締め加工は、外装ケース２の開口部３の端縁１４を内側に屈曲させて、外装ケース２の開口部３の端縁１４を封口体４の端縁Ｔ近傍に押し付ける縦加締めとなっていることで、この縦加締めによって封口体４は、その中心Ｃ側から端縁Ｔ側に引っ張られるようになり、この引っ張り力により挿通孔１０の開口部１２の形状をリード端子６の金属線８の断面視形状と略同一の形状とすることができ、挿通孔１０の開口部１２とリード端子６の金属線８との間に隙間を生じさせないようにできる。

また、挿通孔１０の開口部１２の形状は、リード端子６の金属線８の断面視形状と略同一の形状に対して封口体４の端縁Ｔ側を封口体４の中心Ｃ側に向かって肉盛りにする肉盛部１３を有することで、リード端子６の金属線８の断面視形状と相異する形状となっていることで、外装ケース２を加締めて封口体４を封止する際に、リード端子６を挿通させる挿通孔１０が加締めによる押圧力によって変形されても、肉盛部１３により挿通孔１０の開口部１２とリード端子６との接触を維持できるようになる。かつこの肉盛部１３の寸法を適宜設定することにより、封口体４の弾性率や加締めによる押圧力等に応じて最適な挿通孔１０の開口部１２の形状とすることができる。

また、前記実施例１及び２にあっては、挿通孔１０の開口部１２の形状は、略円形状をなし、かつ挿通孔１０の開口部１２における封口体４の端縁Ｔ側を封口体４の中心Ｃ側に向かって肉盛りにする肉盛部１３を有することで、リード端子６の金属線８の断面視形状と相異する形状が形成されることで、挿通孔１０の開口部１２の形状が角部を有する角形状等の形状である場合と比較して、挿通孔１０の開口部１２の形状が略円形状であることで、外装ケース２の加締めによって挿通孔１０の開口部１２がいずれの方向に引っ張られても、挿通孔１０の開口部１２とリード端子６の金属線８との間に隙間が生じ難くなり、かつ挿通孔１０を封口体４のいかなる位置に貫通させても、挿通孔１０の開口部１２における封口体４の端縁Ｔ側を肉盛部１３にすればよく、肉盛部１３を形成する部位を設定し易くなる。

また、挿通孔１０は、リード端子６の溶接部９を収納する収納部１１を有し、この挿通孔の形状が収納部１１から挿通孔１０の開口部１２に向かって窄まる形状となっていることで、挿通孔１０がリード端子６の金属線８の断面視形状と相異する形状であっても、リード端子６を収納部１１側から挿通孔１０の開口部１２に向かって挿通し易くなり、挿通時にリード端子を通してコンデンサ素子に加わる機械的ストレスを低減することができる。また、溶接部が覆われるため、ウィスカの発生部位となるリード端子の溶接部が外気に晒されないため、水和や酸化反応などが起こり難く、ウィスカの発生を抑制することができる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、前記実施例では、コンデンサとして電解コンデンサ例示しているが、本発明が適用されるコンデンサはこれに限らず、電気２重層コンデンサ、電気化学キャパシタなどの各種コンデンサ、キャパシタに適用できる。

また、前記実施例では、金属線８に施される錫めっき層が１００％となっているが、めっき層における錫の含有量は１００％に限らず、少なくとも錫９０％以上からなる錫めっき層であればよい。さらに、金属めっき層としては、錫めっき層のみならず、銀めっき層、金めっき層などの他の金属材料にてめっき層を形成してもよい。また、前記めっき層に他の金属材料を添加することもできる。例えば、錫にビスマス等の金属を添加しためっき層が挙げられる。なお、金属めっき層における錫、銀、または金の含有量は、半田付け可能な範囲で適宜設定できる。

また、前記実施例では、開口部１２とリード端子６との接触を維持しているが、これに限らず、開口部１２とリード端子６の金属線８の間にウィスカが落下しない程度の隙間を設けてもよい。例えば、加締め後の開口部１２とリード端子６との間が、４０μm程度以下であれば、ショートを生じさせるウィスカの基板への落下を防ぐことができる。

また、前記実施例では、いずれもリード端子６の導出部を封口体４の中心部Ｃを中心に対称となる端縁側に配置したがこれに限らず、中心部Ｃに配置したり、非対称となる位置に配置してもよい。その場合の開口部１２の肉盛部１３の寸法は、配置位置によって変えればよい。

また、前記実施例では、挿通孔１０の開口部１２のみに肉盛部１３が形成されており、図５に示すように、挿通孔１０内面には肉盛部１３が形成されていないが、これに限らず、挿通孔１０全体に開口部１２と同様に肉盛部１５を形成してもよい。例えば、図７の変形例１に示すように、開口部１２の肉盛部１３と同様に封口体４の端縁側のみに肉盛部１５を形成してもよい。また、これに限らず、図８の変形例２に示すように、挿通孔１０内面全体に肉盛部１５，１６を形成してもよい。この際、挿通孔１０内面における封口体４の端縁側の肉盛部１５と、そのほかの挿通孔１０内面に形成する肉盛部１６とを分割して形成してもよい。

さらには、前記実施例では、断面視円形の封口体を用いたが、これに限らず、断面視四角形状としてもよい。また、金属線８を断面視形状を真円形状としているが、これに限らず、断面視形状を角形状としてもよい。

１ コンデンサ
２ 外装ケース
３ 開口部
４ 封口体
５ コンデンサ素子
６ リード端子
７ アルミニウム線
８ 金属線
９ 溶接部
１０ 挿通孔
１１ 収納部
１２ 開口部
１３ 肉盛部
１４ 端縁
１５ 肉盛部

Claims (4)

1. 金属線とアルミニウム線とが溶接されて形成された溶接部を有するリード端子がコンデンサ素子に接続されており、該リード端子が封口体に形成された挿通孔に挿設され、前記コンデンサ素子を外装ケース内に収納し、該外装ケースの開口部を前記封口体により閉塞するとともに、前記外装ケースの開口部近傍を加締めて封止するコンデンサであって、
   前記挿通孔の少なくとも開口部の形状は、前記リード端子の金属線の断面視形状と相異する形状に形成されており、該挿通孔の開口部の形状は、前記封口体の端縁近傍が前記加締めにより変形されることで、前記リード端子の金属線の断面視形状と略同一の形状となることを特徴とするコンデンサ。
2. 前記挿通孔の少なくとも開口部の形状は、前記リード端子の金属線の断面視形状と略同一の形状に対して前記封口体の端縁側を前記封口体の中心側に向かって肉盛りにすることで、前記相異する形状となっていることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。
3. 前記挿通孔の少なくとも開口部の形状は、略円形状をなし、かつ該挿通孔の開口部における前記封口体の端縁側を前記封口体の中心側に向かって肉盛りにすることで、前記相異する形状が形成されることを特徴とする請求項２に記載のコンデンサ。
4. 前記挿通孔は、前記溶接部を収納する収納部を有し、該挿通孔の形状が該収納部から前記挿通孔の開口部に向かって窄まる形状となっ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。

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