JP5004356B2 - 電解コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、各種電子機器に用いられる電解コンデンサに関し、特に、リード端子の鉛フリー化に伴って発生するウィスカの対策に関するものである。

電解コンデンサは、陽極箔と陰極箔とにリード端子を固着させ、セパレータを介して巻回してなるコンデンサ素子に、電解液を含浸して外装ケースに収納し、封口ゴム（封口体）で封止して構成される。この際、リード端子は、封口ゴムを貫通して外部に引き出される。

リード端子は、例えばアルミニウムからなる棒材を押し潰した扁平部と丸棒部を有するタブ端子と、はんだ付けのための外部引出リード線とを備える。タブ端子の扁平部は、陽極箔と陰極箔とに固着する部分である。外部引出リード線は、表面にメッキを施した銅被覆鋼線（ＣＰ線）からなり、タブ端子の丸棒部に溶接されている。

近年のＲｏＨＳ指令の施行により、リード端子においても、鉛フリー化に対応するために、Ｓｎ１００％メッキなどの銅被覆鋼線が用いられる。それにより、リード端子から発生するＳｎウィスカ（ヒゲ状の結晶体）が問題となっている。

このＳｎウィスカは、リード端子の外部引出リード線自体からは発生しない。しかし、リード端子におけるタブ端子の丸棒部と外部引出リード線との溶接部では、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｆｅなどが混在しており、中でもＡｌの水和や酸化反応でＡｌの体積が膨張することによって、Ｓｎ層に応力が働き、Ｓｎウィスカが発生することが知られている。

リード端子は、封口ゴムに設けられた端子挿通孔を通じて外部に引き出される。そのため、タブ端子の丸棒部と外部引出リード線との溶接部は、端子挿通孔を介して外部に通じている。それにより、溶接部に発生したウィスカの成長が著しい場合、ウィスカが端子挿通孔を通じて回路基板上（外部）に飛散して、電子回路をショートさせる危険性がある。

そこで、Ｓｎウィスカ発生の抑制や、外部へ飛散しないようにするため、次のような公知発明が知られている。例えば、特許文献１に記載の発明では、封口ゴムの端子挿通孔の直径を、外部引き出しリード端子の直径よりも小径として、溶接部と外部とを遮断する方法が提案されている。これによれば、Ｓｎウィスカの成長がある程度まで抑えられ、ウィスカの外部への飛散はないものの、端子挿通孔の直径がリード端子よりも小径なので、電解コンデンサ組立時にリード線を外部へ引き出す際に、陽極箔および陰極箔とリード端子との固着部分に過剰なストレスが加わってしまう。それによって、陽極箔・陰極箔が割れてしまい、ショートなどの不良を引き起こす問題を有する。

特開２００６−２９５０５５号公報

そこで、本発明の課題は、ウィスカを外部に飛散しないようにすると共に、電解コンデンサ組立時にリード端子を外部へ引き出す際に過剰なストレスが加わらない構造を有する電解コンデンサを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、
陽極箔と陰極箔とにリード端子を固着させて、セパレータを介して巻回してなるコンデンサ素子と、一方端が開口され前記コンデンサ素子を収納する有底筒状の外装ケースと、前記リード端子を前記外装ケース外に引き出すための端子挿通孔が延設されるとともに、前記外装ケースの開口側に装着されて該外装ケースの開口を封止する封口体とを備えた電解コンデンサにおいて、
前記端子挿通孔には、該端子挿通孔を閉塞するように封止栓体が設けられ、
前記封止栓体は、弾性材で板状に形成されるとともに前記リード端子を通すためのスリット部を有し、
前記スリット部は、前記リード端子が延びる軸を中心として径方向に放射状に形成され、互いに隣接した切り込みからなり、
前記スリット部を介して前記リード端子が前記外装ケース外に引き出されることを特徴とする電解コンデンサである。

さらに、前記リード端子は、陽極箔と陰極箔とに取り付けられる扁平部と丸棒部とからなるタブ端子と、溶接部を介して前記丸棒部に溶接される外部引き出しリード線から構成され、
前記封止栓体は前記端子挿通孔のうち該端子挿通孔の延設方向において前記リード端子が前記外装ケース外に引き出される側に設けられ、
前記スリット部に前記外部引き出しリード線を挿通し、前記タブ端子と前記溶接部とを前記封止栓体に対して前記外装ケースの内方側に配置させたことを特徴とする電解コンデンサである。

本発明によれば、封口体の端子挿通孔を封止栓体で塞いでいるので、リード端子にウィスカが発生したとしても外部に飛散するのを防止することができる。
さらに、封止栓体は弾性体で形成されるとともに、リード端子を通すためのスリット部を有していることから、リード端子は、スリット部を通じて外装ケース外に引き出される。そのため、陽極箔および陰極箔とリード端子との固着部分に過剰なストレスが加わることなく、リード端子を外部へ引き出すことができる。

以下、図面に基づき、本発明に係る電解コンデンサとして、アルミニウム電解コンデンサについて説明する。

図１は、アルミニウム電解コンデンサの全体構成を示す断面図である。図1に示すように、アルミニウム電解コンデンサは、陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回してなるコンデンサ素子１を備える。コンデンサ素子１には、陽極箔および陰極箔にそれぞれ陽極リード端子及び陰極リード端子２，２が接続されている。そして、コンデンサ素子１は、電解コンデンサ駆動用電解液を含浸した後、一方端が開口された有底筒状の外装ケース３に収納される。
外装ケース３の開口部には、弾性ゴムからなる封口体４が装着され、外装ケース３の開口を封止する。さらに、陽極リード端子および陰極リード端子２、２は封口体４に延設された端子挿通孔５を通って外装ケース３外に引き出される。その後、外装ケース３は、絞り加工により密封される。そして、被覆チューブ６が、外装ケース３に被せられる。

図２は、リード端子を示す斜視図である。図２に示すように、リード端子２は、タブ端子２１と外部引出リード線２２とを備える。アルミニウム材からなるタブ端子２１は、プレス成型されてなる扁平部２１ａと丸棒部２１ｂとを有している。そして、タブ端子の扁平部２１ａは、固着加工によって、陽極箔１ａと陰極箔１ｂとに取り付けられる。

外部引出リード線２２は、回路基板へのはんだ付け性を良くするために、表面にメッキを施した銅被覆鋼線（ＣＰ線）が用いられている。それらのメッキは、近年のＲｏＨＳ指令の施行による鉛フリー化に対応するため、Ｓｎ１００％メッキなどが使用されている。

外部引出リード線２２は、タブ端子２１の丸棒部２１ｂよりも径が細く、丸棒部２１ｂの端面部に溶接部２３を介して溶接される。溶接部２３では、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｆｅなどが混在しており、Ａｌの水和や酸化反応でＡｌの体積が膨張することによって、Ｓｎ層に応力が働き、Ｓｎウィスカ２４が発生し成長する。なお、外部引出リード線２２からは、Ｓｎウィスカ２４の発生が観られない。

外部引出リード線２２は、封口体４に設けられた端子挿通孔５を通して外部に引き出されている。そのため、何ら対処を行わない場合には、溶接部２３と外部雰囲気とが端子挿通孔５を通じて繋がっている。そのため、ウィスカ２４の成長が著しい場合には、ウィスカ２４が端子挿通孔５を通じて回路基板上（外部）に飛散し、電子回路をショートさせる危険性がある。そこで、本発明では、図３に示すように、端子挿通孔５の一部をゴム等の弾性物からなる封止栓体４１で塞ぎ、封止栓体４１に設けられたスリット部４２に外部引出リード線２２を挿通し、外部引出リード線２２を外装ケース３の外に引き出している。

図３は、封止栓体を説明するための説明図である。図３（Ａ）は、封止栓体を示す平面図、（Ｂ−１）および（Ｃ）は、図１の円部分Ａを拡大して示す断面図、（Ｂ−２）は、（Ｂ−１）の斜視図である。図３に示すように、封止栓体４１は、端子挿通孔５と同径の円板状に構成されている。そして、封止栓体４１は、封口体４に設けられた端子挿通孔５の開口端（端子挿通孔の延設方向において、リード端子が外装ケース外に引き出される側）に取り付けられ、端子挿通孔５を閉塞している（図３（Ｂ−１））。

封止栓体４１は、中心部付近にスリット部４２を備える。スリット部４２は、リード端子が延びる軸を中心として径方向に放射状に形成された複数の直線状の切り込み４２ａからなる。スリット部４２は、封止栓体４１の一方主面４１ａから他方主面４１ｂへ貫通している（図３（Ｂ−１））。スリット部４２は、切り込み４２ａの長さＷ２が外部引出リード線２２の径Ｗ１よりも長く構成されている。

図３（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、外部引出リード線２２は、封止栓体４１のスリット部４２に挿通されて、封口体４の外へ引き出される。その際、封止栓体４１のスリット部４２の切り込み４２ａの長さＷ２が、引出リード線２２の径Ｗ１より長くなっているので、引出リード線２２は、過剰なストレスが加わることなく外部へ引き出される。
さらに、封止栓体４１は、ゴムなどの弾性材で構成されているので、引出リード線２２をスリット部４２に挿通した状態でも、スリット部４２が元の状態に復帰しようとして、引出リード線２２に密着して封止する（図３（Ｃ））。これにより、端子挿通孔５内の溶接部２３にウィスカ２４が発生しても、封止栓体４１で端子挿通孔５が塞がれているので、ウィスカ２４が外部に飛散することはない。従って、回路基板に実装した場合、ウィスカ２４による電子回路のショート発生を未然に防止することができる。

また、上記した構成によれば、引出リード線２２は、端子挿通孔５を塞いだ封止栓体４１のスリット部４２を通って外部に引き出され、溶接部２３と封口体４とが接触しないため、陽極箔１ａおよび陰極箔１ｂとリード端子２との固着部分に過剰なストレスが加わることなく引出リード線２２を外部へ引き出すことができる。

本実施例では、リード端子２の外部引出リード線２２の表面にＳｎ１００％メッキ層を有する直径０．６ｍｍの銅被覆鋼線を有し、図３に示すような端子挿通孔５を封止栓体４１で塞いだアルミニウム電解コンデンサを用いて、サンプル（実施例）に対して試験を行った。なお、比較対象として、端子挿通孔５を封止栓体４１で塞がないアルミニウム電解コンデンサを用いて、サンプル（比較例）に対して試験も行った。

実施例および比較例ともに、温度６０℃、相対湿度９０％で１０００時間の耐湿放置試験を行った後に振動試験を行い、基板へ落下したウィスカ２４の数および溶接部２３に発生したウィスカ２４の数を測定した。なお、今回の測定では、長さ３０μｍ以上のウィスカ２４を測定対象とした。また、実施例は外部から溶接部２３を観測することができないため、溶接部２３を覆っている封止栓体４１を取り除いてウィスカ２４の数を測定した。

図４は、Ｓｎウィスカ２４の観測結果を示すグラフである。図４に示すように、実施例では、溶接部２３に発生したウィスカ２４（８本）は、全く基板に落下していない（０本）のに対し、比較例では、溶接部２３に発生したウィスカ２４（７本）は、その一部（３本）が基板に落下した。

さらに、実施例および比較例ともに、製品を分解し、陽極箔１ａおよび陰極箔１ｂとリード端子２との固着部分で、陽極箔１ａおよび陰極箔１ｂに割れが発生しているか否かを観察した。

その結果、実施例および比較例ともに、陽極箔１ａおよび陰極箔１ｂの割れは観測できなかった。以上のことから、本発明品は、陽極箔１ａおよび陰極箔１ｂとリード端子２との固着部分に過剰なストレスが加わっていないことが明らかである。

これら試験結果から、実施例の電解コンデンサは溶接部２３で発生したウィスカ２４が外部に飛散せず、陽極箔１ａおよび陰極箔１ｂとリード端子２との固着部分に過剰なストレスが加わらないという効果が確認された。

なお、スリット部４２は、複数本の切り込み４２ａを放射状に配置してなるのが好ましいが、複数本の切り込み４２ａを平行に配置しても、また、一本の切り込み４２ａで構成されていてもよい。

本発明に係るアルミニウム電解コンデンサの全体構成を示す断面図。 アルミニウム電解コンデンサに用いられるリード端子を示す斜視図。 封止栓体を説明するための図。 ウィスカの発生本数および落下本数を示すグラフ。

符号の説明

１ コンデンサ素子
２ リード端子
２１ タブ端子
２１ａ 扁平部
２１ｂ 丸棒部
２２ 外部引出リード線
２３ 溶接部
２４ ウィスカ
３ 外装ケース
４ 封口体
４１ 封止栓体
４１ａ 一端
４１ｂ 他端
４２ スリット部
４２ａ 切り込み
Ｗ１ 外部引出リード線の直径
Ｗ２ 切り込みの長さ
５ 端子挿通孔
６ 被覆チューブ

Claims (2)

1. 陽極箔と陰極箔とにリード端子を固着させて、セパレータを介して巻回してなるコンデンサ素子と、一方端が開口され前記コンデンサ素子を収納する有底筒状の外装ケースと、前記リード端子を前記外装ケース外に引き出すための端子挿通孔が延設されるとともに前記外装ケースの開口側に装着されて、該外装ケースの開口を封止する封口体とを備えた電解コンデンサにおいて、
   前記端子挿通孔には、前記端子挿通孔を閉塞するように封止栓体が設けられ、
   前記封止栓体は、弾性材で板状に形成されるとともに前記リード端子を通すためのスリット部を有し、
   前記スリット部は、前記リード端子が延びる軸を中心として径方向に放射状に形成され、互いに隣接した切り込みからなり、
   前記スリット部を介して前記リード端子が前記外装ケース外に引き出されることを特徴とする電解コンデンサ。
2. 前記リード端子は、陽極箔と陰極箔とに取り付けられる扁平部と丸棒部とからなるタブ端子と、溶接部を介して前記丸棒部に溶接される外部引き出しリード線から構成され、
   前記封止栓体は前記端子挿通孔のうち該端子挿通孔の延設方向において前記リード端子が前記外装ケース外に引き出される側に設けられ、
   前記スリット部に前記外部引き出しリード線を挿通し、前記タブ端子と前記溶接部とを前記封止栓体に対して前記外装ケースの内方側に配置させたことを特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサ。