JP4878967B2 - 電解コンデンサ - Google Patents

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Description

本発明は、弁作用を有する金属の表面に酸化被膜が形成された陽極と、陰極と、これら両極間に設けられたセパレータとを巻回してなるコンデンサ素子を備え、上記両極間には電解質が介在する電解コンデンサに関する。
タンタル或いはアルミニウム等のような弁作用を有する金属を利用した電解コンデンサは、小型で大きな容量を得ることができることから、広く一般に用いられており、特に、電解コンデンサのうち、ポリピロール系、ポリチオフェン系、ポリアニリン系等の導電性高分子又はTCNQ錯塩を電解質に用いた固体電解コンデンサが注目されている。
ここで、上記固体電解コンデンサは、以下のようにして作製される。
先ず、エッチング処理、化成処理を行ったアルミニウム箔から成る陽極と、陰極とにそれぞれリード端子を取り付け、リード端子が取付けられた両極を、セパレータ紙を介して円筒状に巻き取ってコンデンサ素子を形成した後、当該コンデンサ素子の切り口化成と熱処理とを行う。次に、酸化剤とモノマーとを含む溶液に上記コンデンサ素子を浸漬した後、熱重合させることにより、コンデンサ素子の両極間に導電性高分子層を形成させる。次いで、コンデンサ素子をアルミケースに収納固定後、ゴム製のパッキンによりアルミケースの開口部を封止し、更にエージング処理を行う。最後に、アルミケース開口端部をカールするなどしてパッキンを固定し、リード線を通す孔を設けた座板によりアルミケース開口を蓋し、リード端子からのリード線をプレス加工・折り曲げを行って電極端子を作製することにより、固体電解コンデンサを完成させる。
ここで、陽極及び陰極にリード端子を接合する方法としては、アルミニウム箔にリード端子を重ね合わせ、加締め(ステッチ)や超音波溶接等により接合が行われている(特許文献1参照)。加締めによる接合は、陽極及び陰極を形成するアルミニウム箔の地金とリード端子とを直接に接触させて接合できるために(特許文献2参照)、アルミニウム箔に施される酸化被膜が厚い場合などには電気的接触抵抗が大きくなる超音波溶接による接合よりも有利であるものといえる。
特開2004−303814号公報
特開2003−282364号公報
しかしながら、近年、電子機器の小型化、薄型化に伴って、上記のような固体電解コンデンサにおいても小型化、低背化の要請が高まってきており、この要請に応えるために各電極の幅を小さくすることが求められている。このため、図8に示すように、従来は電極101の幅dが広く、電極101にリード線103を接続するためのリード端子102の長手方向(電極101の幅方向)に複数の接合部104,104,・・・を配置して十分な強度で接合できたものが、図9に示すように、電極101Aの幅を例えば1.0mm程度にすると、1つの接合部を設けるのが限度となって接続強度に不安が生じるといった問題がある。
従って、本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、各電極の幅が小さいときにも、リード端子と各電極とを十分な機械的強度で接合することができるとともに、当該接合における電気的接続関係の信頼性を確保することが可能な電解コンデンサを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、弁作用を有する金属の表面に酸化被膜が形成された陽極と、陰極と、これら両極の間に設けられたセパレータとをそれらの長手方向に巻回してなるコンデンサ素子を備え、上記両極のそれぞれには、リード線を接続するためのリード端子が接合され、上記両極間には電解質が介在する電解コンデンサにおいて、上記リード端子は、一端に上記リード線が接続された丸棒状のボス部と、上記ボス部の他端に繋がった平板状のタブ部とを備え、上記タブ部は、上記ボス部と上記タブ部とが並ぶ方向の長さよりも上記並ぶ方向に対して垂直な方向の長さが長く、且つ上記ボス部の直径よりも上記垂直な方向の長さが長く、上記タブ部は、上記垂直な方向に一列で並ぶ2以上の接合部により上記両極とそれぞれ接合され、上記接合部が、上記タブ部を上記両極のそれぞれと重ね合わせ、該タブ部側から所定先端形状の針を極側へと貫通して上記タブ部のバリを上記両極のそれぞれの裏面側に形成し、プレス加工により上記両極のそれぞれと上記タブ部とを圧縮して固着した加締めからなることを特徴とする。
従来は、各電極の幅方向に並ぶ各接合部により各リード端子を各電極と接合するものとしていたために、電解コンデンサの低背化の要請から各電極の幅が例えば1.0mm程度とされると接合部を1つ設けるのが限度となり、十分な機械的強度を確保するのが困難になる。これに対して、本発明では、各電極の長手方向に並ぶ接合部により各リード端子と各電極とを接合するものとしたことによって、各電極の幅が小さいときにも接合部の数を容易に増やすことができる。このため、2以上の接合部により各リード端子と各電極とを接合することが可能となり、十分な機械的強度を容易に確保することができる。
また、各電極と各リード端子との接合部を加締めにより形成するものとすることによって、酸化被膜が厚く設けられた電極においても各リード端子と各電極の金属の地金とが直接接触するように確実に接合することが可能となる。これによって、両者の電気的接続関係の信頼性を確保することができる。
上記各リード端子が、上記両極のそれぞれと接合される位置における上記両極それぞれの上記コンデンサ素子形成時の曲率に対応する曲率で曲げられているのが望ましい。
各リード端子を、上記両極の長手方向に並ぶ2以上の接合部により上記両極とそれぞれ接合するものとしたときには、各リード端子の各電極との接合部分の幅が大きくなり、これによって、コンデンサ素子を形成するために各電極を巻き取る際に各電極の金属(箔)に切れが生じる虞が増大するとともに、コンデンサ素子の巻取り形状が不良になるといった問題が生じる。これらの弊害を防止するために、各リード端子が接合される位置における上記両極の上記コンデンサ素子形成時の曲率に対応する曲率で各リード端子のタブ部を曲げるものとする。これによって、上記金属(箔)の切れ及びコンデンサ素子の巻取り形状の不良が発生するのを防止することが可能となる。
上記各リード端子における他極と対向する面が粗面化されていることが望ましい。
各電極は、表面の一部がこれに接合される各リード端子により覆われることになるが、各リード端子を各電極の長手方向に並ぶ2以上の接合部により接合するものとすることにより、各リード端子により覆われる各電極の面積は大きくなる。例えば各電極の長さが20.0mmであり、各リード端子の各電極との接合部分の幅が1.5mmであれば、各電極表面の7.5%がリード端子により覆われることになる。この7.5%の部分は、従来は粗面化が行われておらず、静電容量に十分には寄与しなかったのを、この部分のセパレータと対向する面、すなわち他極と対向する面を粗面化するものとすることによって、この部分をも静電容量に寄与させることが可能となり、この部分を粗面化しない場合と比較して、かなりの静電容量の増大が見込める。
本発明によれば、各電極の幅が小さいときにも、リード端子と各電極とを十分な機械的強度で接合することができるとともに、当該接合における電気的接続関係の信頼性を確保することができるという優れた効果を奏する。これにより、電解コンデンサの低背化を容易にすることができるという効果も奏する。
実施形態1
以下、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の最良の形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能なものである。
図1は本発明の一例である固体電解コンデサに用いるコンデンサ素子斜視図、図2は本発明の一例である固体電解コンデンサの断面図である。
図2に示すように、アルミケース9内にはコンデンサ素子1が配置されており、このコンデンサ素子1上には封止用ゴムパッキング10が挿入されている。また、アルミケース9の開口部は横絞りとカールすることで封止されており、この封止部上にはプラスチック製の座板11が挿入されている。この座板11上には、上記陰極2と陽極3とにそれぞれ電気的に接続された陰極用リード線8、陽極用リード線7を、プレス加工、折り曲げ加工して形成される電極端子12が設けられている。
一方、上記コンデンサ素子1は、図1に示すように、表面が凹凸形状のアルミニウム箔の表面に酸化被膜が形成された陽極3と、表面が凹凸形状のアルミニウム箔からなる陰極2と、これら両極2,3間に設けられた紙製のセパレータ4とを有している。そして、これら両極2、3とセパレータ4とはロール状に巻回されて、円筒伏のコンデンサ素子1を構成しており、このコンデンサ素子1の巻回端部には固定用テープ5が貼着されている。また、上記両極2,3間には、ポリチオフェン系の導電性高分子層が形成され、上記両極2,3のそれぞれには、陰極用リード線8及び陽極用リード線7を接続するための各リード端子6が接合されている。
また、上記両極それぞれのアルミニウム箔の寸法は、例えば長さが20.0mm、幅が1.0mm程度とされる。
ここで、上記構造の固体電解コンデンサを、以下のようにして作製した。
先ず、アルミニウム製シートから切り出された帯状のアルミニウム箔にエッチング処理を行なう。このようにエッチング処理を行うのは、アルミニウム箔の表面を粗面化して、表面積を拡大し、静電容量を大きくするためである。次に、粗面化されたアルミニウム箔上に、窒化チタン(TiN)の被膜を蒸着により形成する。尚、蒸着に代えて、イオンプレーティング法、スパッタリング法、熱CVD法、プラズマCVD法、光CVD法、レーザーCVD法にて被膜を形成してもよい。
次に、窒化チタンの被膜を形成したアルミニウム箔を化成液に漬け、約5Vの電圧を印加することにより、窒化チタンの被膜を酸化して、酸化チタンから構成される誘電体酸化被膜を形成した。これにより、陽極3が作製される。尚、化成液としては、リン酸塩、ホウ酸塩、アジピン酸塩等の溶液が知られているが、他の酸塩の溶液を用いてもよい。陰極2は、アルミニウム製シートから切り出された後、エッチング処理を行った帯状のエッチドアルミニウム箔をそのまま用いる。
次に、陽極3及び陰極2のそれぞれに各リード端子6を接合した。
ここで、図3に示すように、各リード端子6は、陰極用リード線8及び陽極用リード線7が接続されるアルミニウム製のボス部6aと、各電極2,3とそれぞれ接合されるアルミニウム製の平板状のタブ部6bとを有しており、それぞれのタブ部6bは各電極2,3の長手方向に並ぶ2以上(図示例では2つ)の接合部11により各電極2,3と接合されている。また、各接合部11は、加締めにより形成されている。
以下、リード端子6の接合方法を更に詳しく説明する。
図4及び図5に示すように、リード端子6を各電極2,3と接合する際には、各電極2,3に透孔2a,3aを穿設し(図5(a))、この透孔2a,3aの穿設部分に各リード端子6のタブ部6bを重ね合わせ(図4)、タブ部6b側から先端部が四角錐状に成形された針21を各電極2,3側へと透孔2a,3aを通すように貫通してタブ部6bのバリ6cを各電極2,3の裏面側に形成する。更にプレス加工により、バリ6cを含めて、各電極2,3とタブ部6bとを圧縮して固着するようにして、加締めからなる各接合部11を形成する(図5(a))。このように、各電極2,3に透孔2a,3aを穿設し、その透孔2a,3aを通すようにタブ部6b側から各電極2,3側へと針21を貫通させて各タブ部6bのバリ6cを各電極2,3の裏面側に形成するものとすることによって、前記透孔2a,3aの内周面でバリ6cと各電極2,3の地金とが直接接触するように各リード端子6と各電極2,3とを接合することが可能となる。このため、酸化被膜が表面に形成されている陽極3においても良好な電気的接続性を確保することが可能となる。
なお、透孔2a,3aを穿設することなく、各リード端子6のタブ部6bと各電極2,3とを重ね合わせ、タブ部6b側から針21を各電極2,3側へと貫通してタブ部6b及び各電極2,3のバリを各電極2,3の裏面側に形成するようにしてもよい。この場合には、特に陽極3において、酸化被膜の存在により良好な電気的接続性を得られないおそれは生じるが、工数を減少させることができる。
ここで、上記プレス加工は、所定の曲率で各リード端子6のタブ部6bを各電極2,3の長手方向に曲げるように実行される。すなわち、後掲のように、各リード端子6のタブ部6bが接合された各電極2,3と、絶縁体であるセパレータ4とをロール状に巻回してコンデンサ素子1が形成されるが、このときに各電極2,3のアルミニウム箔に切れが生じたり、コンデンサ素子1の巻取り形状が不良になったりするのを避けるために、タブ部6bが接合される位置における各電極2,3のコンデンサ素子1形成時の曲率と対応する曲率でタブ部6bを各電極2,3の長手方向に曲げるようにプレス加工がなされる。
図6に示すように、コンデンサ素子1形成時に、例えばタブ部6bが中心から半径rの位置にあるものとすれば(図6(b))、タブ部6bは曲率「1/r」で曲げられる。また、このようなプレス加工は、対応する曲率を有する金型(不図示である)を使用することによって、実現することが可能である。このように、各電極2,3とタブ部6bとを接合する加締めの際に実行されるプレス加工により各タブ部6bを曲げるものとすることによって、工数が増大するのを防止することができる。
しかる後、上記陽極3と、陰極2とを、絶縁体であるセパレータ4を介してロール状に巻回し、巻回終端をテープ5でとめ、コンデンサ素子1を作製した。ここで、陽極3は、前記の如く、アルミニウム製シートから切り出されて作成されるので、陽極3の端面には、誘電体酸化被膜が形成されていない。したがって、コンデンサ素子1の切り口化成を行って、陽極の端面にも誘電体酸化被膜を形成した。この後、コンデンサ素子1を280℃で熱処理して、誘電体酸化被膜の特性を安定させた。
次に、モノマーとしての3,4−エチレンジオキシチオフェンと、酸化剤溶液としてのp−トルエンスルホン酸第二鉄とを含む50wt%程度のエチルアルコール溶液に、コンデンサ素子1を浸漬後、熱重合して両極2,3間に導電性高分子層を形成し、コンデンサ素子1を完成させた。
その後、図2に示すように、上記のようにして作製したコンデンサ素子1をアルミケース9内に収納し、更に、コンデンサ素子1上のアルミケース9内に封止用ゴムパッキング10を挿入して固定した後、アルミケース9の開口部に対し横絞りとカールを施すことで封止を行った。最後に、エージング処理を行った後、コンデンサのカール面にプラスチック製の座板11を挿入し、更に、コンデンサのリード線7、8のプレス加工、折り曲げ加工を行って電極端子12を形成することにより、固体電解コンデンサを作製した。
このようにして作製した固体電解コンデンサは、定格電圧4Vで静電容量47μFであり、またアルミケース9の外形寸法は直径6.3mmで高さ2.7mmである。
実施形態2
以下、本発明の実施形態2を説明する。実施形態2は実施形態1を改変したものであり、リード端子6の各電極2,3との接合部分(タブ6b)を静電容量の増大に寄与させるようにしたものである。
すなわち、実施形態2では、陰極2を作製するためにアルミニウム製シートから帯状のアルミニウム箔を切り出し、リード端子6を加締めにより陰極2のアルミニウム箔に接合した後、陰極2の表面とリード端子6の接合部分(タブ部6b)の表面、すなわちタブ部6bの陽極3との対向面にエッチング処理を行う。これにより、従来は、リード端子6の各電極2,3との接合部分がほとんど静電容量に寄与していなかったものが、その接合部分の他極との対向面が粗面化されて表面積が大きくなり、この接合部分を静電容量の増大に寄与させることが可能となる。
ここで、陽極3についても、アルミニウム製シートから帯状のアルミニウム箔を切り出した後、エッチング処理及び誘電体酸化被膜の形成処理を行なう前に、リード端子6を加締めにより陽極3のアルミニウム箔に接合し、その後で、エッチング処理及び誘電体酸化被膜の形成処理を行なうようにしてもよい。
このように、リード端子6のタブ部6bの他極との対向面を粗面化することは、各電極2,3の長手方向に並ぶ2以上の接合部11により各電極2,3とリード端子6とを接合するものとした本発明においては特に重要となる。すなわち、各電極2,3の長手方向に並ぶ2以上の接合部11により各電極2,3とリード端子6とを接合する場合には、リード端子6の接合部分により覆われる陽極3の表面積が大きくなり、結果として静電容量が小さくなってしまうからである。各電極2,3の長さが例えば20.0mmであり、タブ部6bの幅Dが1.5mmであるものとすれば、各電極2,3の表面積の7.5%がタブ部6bにより覆われることになるので、タブ部6bの表面にエッチング処理を行うことにより、静電容量のかなりの増大が見込める。
また、陽極3のアルミニウム箔に誘電体酸化被膜の形成処理を行う前にリード端子6と接合することによって、各電極2,3に透孔2a,3aを穿設することなく加締めからなる各接合部11を形成するものとしても、陽極3とリード端子6との良好な電気的接続性を確保することが可能となる。したがって、工数を減らしながら良好な電気的接続性を確保することができる。
実施形態2において、これ以外の工程は、実施形態1と同様である。
〔その他の事項〕
(1)上記実施例では、電極の母材にエッチドアルミニウム箔を用いているが、プレーン(未エッチド)アルミニウム箔を用いても良いことは勿論である。
(2)電解質にはポリチオフェン系導電性高分子を用いているが、これに限定するものではなく、ポリピロール系、ポリアニリン系等の導電性高分子又はTCNQ錯塩を用いても良いことは勿論である。
(3)本発明は電解質として固体電解質を用いた固体電解コンデンサに限定するものではなく、電解質として電解液を用いた液系の電解コンデンサにも適用できる。
(4)弁作用を有する金属としては上記アルミニウムに限定するものではなく、タンタル、ニオブ等であっても良い。
(5)接合部は2つに限らず3以上でも良い。
本発明は、例えば携帯電話、ノートパソコン、PDA等の電子機器のプリント配線基板
における表面実装用電子部品等として用いることができる。
本発明の一例である固体電解コンデサに用いるコンデンサ素子斜視図である。 本発明の一例である固体電解コンデサの断面図である。 コンデンサ素子を構成する各電極とリード端子との接合部の詳細を示す正面図(a)及び側面図(b)である。 上記接合部の形成方法の詳細を示す図である。 上記接合部の形成方法の詳細を示す図である。 コンデンサ素子における各リード端子のタブ部の設置位置及び設置態様を示す正面図(a)及び底面図(b)である。 各電極における各リード端子の設置位置を示す正面図である。 従来の固体電解コンデサにおける各電極と各リード端子の接合方法の一例を示す正面図である。 従来の固体電解コンデサにおける各電極と各リード端子の接合方法の一例を示す正面図である。
符号の説明
1 コンデンサ素子
2 陰極
3 陽極
4 セパレータ
6 リード端子
6b タブ部
7 陽極用リード線
8 陰極用リード線
9 アルミケース
11 接合部

Claims (4)

  1. 弁作用を有する金属の表面に酸化被膜が形成された陽極と、陰極と、これら両極の間に設けられたセパレータとをそれらの長手方向に巻回してなるコンデンサ素子を備え、上記両極のそれぞれには、リード線を接続するためのリード端子が接合され、上記両極間には電解質が介在する電解コンデンサにおいて、
    上記リード端子は、一端に上記リード線が接続された丸棒状のボス部と、上記ボス部の他端に繋がった平板状のタブ部とを備え、
    上記タブ部は、上記ボス部と上記タブ部とが並ぶ方向の長さよりも上記並ぶ方向に対して垂直な方向の長さが長く、且つ上記ボス部の直径よりも上記垂直な方向の長さが長く、
    上記タブ部は、上記垂直な方向に一列で並ぶ2以上の接合部により上記両極とそれぞれ接合され
    上記接合部が、上記タブ部を上記両極のそれぞれと重ね合わせ、該タブ部側から所定先端形状の針を極側へと貫通して上記タブ部のバリを上記両極のそれぞれの裏面側に形成し、プレス加工により上記両極のそれぞれと上記タブ部とを圧縮して固着した加締めからなることを特徴とする電解コンデンサ。
  2. 上記タブ部が、上記両極のそれぞれと接合される位置における上記両極それぞれの上記コンデンサ素子形成時の曲率に対応する曲率で曲げられている、請求項1記載の電解コンデンサ。
  3. 上記タブ部における他極と対向する面が粗面化されている、請求項1又は2記載の電解コンデンサ。
  4. 上記接合部が、上記タブ部を上記両極のそれぞれと重ね合わせ、該タブ部側から所定先端形状の針を極側へと貫通して上記タブ部のバリを上記両極のそれぞれの裏面側に形成し、プレス加工により上記両極のそれぞれと上記タブ部とを圧縮して固着した加締めからなる、請求項1〜3記載の電解コンデンサ。
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