JP5049208B2 - 電解コンデンサ - Google Patents

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本発明は、陽極側リード端子が接続された陽極箔と、陰極側リード端子が接続された陰極箔とをセパレータを介して巻回して構成されるコンデンサ素子をケース内に収納してなる電解コンデンサに関する。
近年、半導体素子の動作が高速化してきている。このため、EMI対策を含め高周波ノイズをいかにして抑えるかということが、半導体素子の機能を確保するために重要な問題となっている。
例えば、高周波フィルタ機能を有するセラミックフィルムコンデンサと、平滑用の電解コンデンサとを並列に接続して高周波フィルタを構成することで、高周波ノイズを抑える方法が一般的に知られている。
しかし、セラミックフィルムコンデンサと電解コンデンサを並列に接続すると、電解コンデンサの等価直列インダクタンス(以下、単にESL(Equivalent Series Inductance)と称する場合がある)とセラミックフィルムコンデンサとで共振してしまうという問題があった。そこで、電解コンデンサのESLを低減するための構成が従来より研究されている。
電解コンデンサのESLを低減させるための構成としては、コンデンサ素子の陽極箔と陰極箔のそれぞれに複数の引出端子を取り付け、引出端子をコンデンサ素子の一方の巻回端面から導出するとともに、外周近傍にある引出端子を折り曲げ、内周側にある引出端子に接続した構成がある(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
このように、引出端子を近接することにより、それぞれの引出端子の誘導磁場が打ち消されるため、ESLが低減する。
特開2003−297677号公報 特開2003−297675号公報
上述したような従来の構成によれば、引出端子を接近させて誘導磁場の打ち消しを図っている。このため、引出端子におけるコンデンサのケース外部に突出している部位(以下、本願の構成のようにリードと称する)同士の間隔は、汎用的に使用される間隔、あるいは規格等で定められている間隔よりも狭くなってしまうので、例えば回路基板における必要な面間距離やパターン幅を確保しにくくなるなど、非常に使い勝手が悪いという課題がある。
なお、引出端子を接近させ、リードを屈曲または変形させることで、誘導磁場の打ち消しを図りつつリードの間隔を汎用的に使用される間隔あるいは規格等で定められている間隔にすることはできる。
しかし、リードが屈曲していると、プリント基板等への実装の際、屈曲した部位の長さ分だけマージンの制限が大きくなるため、やはり使い勝手が悪いという課題がある。
そこで、本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、リードが接続されている丸棒の間隔を維持することで使い勝手が悪くならないようにしつつ、ESLを低減させることが可能な電解コンデンサを提供することにある。
本発明にかかる電解コンデンサによれば、ケース外部へ突出する部位であるリードと、陽極箔に接続される部位であるタブと、タブとリードを接合する部位である丸棒とを備える陽極側リード端子と、ケース外部へ突出する部位であるリードと、陰極箔に接続される部位であるタブと、タブとリードを接合する部位である丸棒とを備える陰極側リード端子と、前記陽極側リード端子が接続された陽極箔と前記陰極側リード端子が接続された陰極箔とをセパレータを介して巻回して構成されるコンデンサ素子をケース内に収納してなる電解コンデンサにおいて、巻回された状態における前記コンデンサ素子の前記陽極側リード端子の丸棒と前記陰極側リード端子の丸棒との距離をPとし、前記陽極箔と前記陰極箔とを重ね合わせたままで前記コンデンサ素子の巻回を展開した状態における前記陽極側リード端子の陽極箔への接続位置と前記陰極側リード端子の陰極箔への接続位置との距離をrとしたとき、0≦r<πP/2の関係を満たし、前記陽極側リード端子及び前記陰極側リード端子のうち少なくとも何れか一方は、巻回された状態の前記コンデンサ素子において、前記タブを肉薄側から見た場合における軸線方向に沿った中心線が、前記丸棒の径の中心を通る軸線方向に沿った中心線よりも内周側に位置するように配置されることを特徴としている。
この構成を採用することによる作用は以下の通りである。
すなわち、従来の構成であれば、リードの間隔をPとした場合に、コンデンサ素子を広げた場合における、陽極側リード端子のタブの接続位置と陰極側リード端子のタブの接続位置との間の距離はπP/2で定まる。しかし、陽極側リード端子のタブの接続位置と陰極側リード端子のタブの接続位置との間の距離を狭めると、丸棒の間隔が狭くなってしまう。
本発明では、丸棒の間隔Pがリードの間隔として汎用的に使用されている間隔または規定された間隔を維持することができるので使い勝手が良く、且つコンデンサ素子を広げた場合における、陽極側リード端子のタブの接続位置と陰極側リード端子のタブの接続位置とが0≦r<πP/2という関係を満たすことで、丸棒の間隔Pが通常の間隔を維持したままrの値を小さくする(陽極側リード端子のタブの接続位置と陰極側リード端子のタブの接続位置との間の距離を狭める)ことができるので、ESLを減少させることが可能となった。また、丸棒の間隔を従来通りに維持しつつ、コンデンサ素子を展開した状態では陽極側リード端子のタブの接続位置と陰極側リード端子のタブの接続位置とを容易に近づけることができ、ESLを減少させることができる。
また、巻回された状態における前記コンデンサ素子の前記陽極側リード端子のタブと前記陰極側リード端子のタブとは、前記コンデンサ素子の巻回軸に対して対向する位置に配置されていることを特徴としてもよい。
また、ケース外部へ突出する部位であるリードと、陽極箔に接続される部位であるタブと、タブとリードを接合する部位である丸棒とを備える陽極側リード端子と、ケース外部へ突出する部位であるリードと、陰極箔に接続される部位であるタブと、タブとリードを接合する部位である丸棒とを備える陰極側リード端子と、前記陽極側リード端子が接続された陽極箔と前記陰極側リード端子が接続された陰極箔とをセパレータを介して巻回して構成されるコンデンサ素子をケース内に収納してなる電解コンデンサにおいて、巻回された状態における前記コンデンサ素子の前記陽極側リード端子の丸棒と前記陰極側リード端子の丸棒との距離をPとし、前記陽極箔と前記陰極箔とを重ね合わせたままで前記コンデンサ素子の巻回を展開した状態における前記陽極側リード端子の陽極箔への接続位置と前記陰極側リード端子の陰極箔への接続位置との距離をrとしたとき、0≦r<πP/2の関係を満たし、前記陽極側リード端子及び前記陰極側リード端子のうち少なくとも何れか一方は、前記タブを肉薄側から見た場合における軸線方向に沿った中心線と、前記丸棒の径の中心を通る軸線方向に沿った中心線とは異なる位置となるように形成されていることを特徴としてもよい。
この構成によっても、丸棒の間隔を従来通りに維持しつつ、コンデンサ素子を展開した状態では陽極側リード端子のタブの接続位置と陰極側リード端子のタブの接続位置とを容易に近づけることができ、ESLを減少させることができる。
また、ケース外部へ突出する部位であるリードと、陽極箔に接続される部位であるタブと、タブとリードを接合する部位である丸棒とを備える陽極側リード端子と、ケース外部へ突出する部位であるリードと、陰極箔に接続される部位であるタブと、タブとリードを接合する部位である丸棒とを備える陰極側リード端子と、前記陽極側リード端子が接続された陽極箔と前記陰極側リード端子が接続された陰極箔とをセパレータを介して巻回して構成されるコンデンサ素子をケース内に収納してなる電解コンデンサにおいて、巻回された状態における前記コンデンサ素子の前記陽極側リード端子の丸棒と前記陰極側リード端子の丸棒との距離をPとし、前記陽極箔と前記陰極箔とを重ね合わせたままで前記コンデンサ素子の巻回を展開した状態における前記陽極側リード端子の陽極箔への接続位置と前記陰極側リード端子の陰極箔への接続位置との距離をrとしたとき、0≦r<πP/2の関係を満たし、前記陽極側リード端子及び前記陰極側リード端子のうち少なくともいずれか一方は、前記丸棒又は前記タブが屈曲した形状に形成されていることを特徴としてもよい。
この構成によっても、丸棒の間隔を従来通りに維持しつつ、コンデンサ素子を展開した状態では陽極側リード端子のタブの接続位置と陰極側リード端子のタブの接続位置とを容易に近づけることができ、ESLを減少させることができる。
本発明の電解コンデンサによれば、丸棒の間隔を維持することで使い勝手が悪くならないようにしつつ、ESLを低減させることができる。
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1に本実施形態の電解コンデンサの全体構成を示す。
本実施形態の電解コンデンサ30は、アルミニウム等の金属で形成された有底筒状の外装ケース31の内部にコンデンサ素子32が配置され、外装ケース31の開口部をゴム貼積層樹脂板等の封口体34で閉塞されて構成されている。
また、外装ケース31の外側には、コンデンサの性能表示が印刷されたスリーブ35が被覆されている。
図2にコンデンサ素子の構造について示す。
コンデンサ素子32は、陽極箔38と、陰極箔39と、陽極箔38と陰極箔39との間に配置され、電解液が含浸されたセパレータ紙37とが巻回されて構成されている。また、セパレータ紙37は陰極箔39の外周側にも配置されており、陰極箔39が外装ケース31に直接接触しないように設けられている。
陽極箔38と陰極箔39には、それぞれ陽極側リード端子40及び陰極側リード端子41が接続されている。
陽極側リード端子40及び陰極側リード端子41のそれぞれは、陽極箔38及び陰極箔39に接続されるタブ40a,41aと、外装ケース31の外側に突出する部位である直線状のリード40b,41bとを備えている。タブ40a,41aとリード40b,41bは丸棒40c,41cにおいて溶接等によって接合されて形成されている。本実施形態では、各リード40b,41bの径の中心と、各丸棒40c,41cの径の中心とは一致するように接合されている。また、各リード端子40,41の丸棒40c、41cが、封口体34に収納される部位となる。
図3では、電解コンデンサを封口体34側から見たときの、各丸棒40c,41cと各タブ40a,41aとの位置関係を示す概略図を示している。黒丸がリードを表し、白丸が丸棒を表し、黒棒がタブを表している。なお、図3では、見やすくするために各リード40b,41bおよび各丸棒40c,41cと、各タブ40a,41aとを接続している部分は省略している。
図4では、図3の電解コンデンサを側面から見た概略図を示している。
図3及び図4に示すように、本発明の電解コンデンサ30は、封口体34側からみた場合、各丸棒40c,41cよりもタブ40a,41aが内側に配置されるように構成されている。すなわち、図3のように、各丸棒40c,41cの位置の間の距離Pを直径とする円形のリード範囲Lを考えた場合に、このリード範囲Lの内側に、タブ40a,41aが配置されるように構成されている。言い換えると、巻回された状態のコンデンサ素子32において、封口体34側からみると、タブ40a,41aを肉薄側から見た場合における軸線方向に沿った中心線が、丸棒40c,41cの径の中心を通る軸線方向に沿った中心線よりも内周側に位置している。
また、図4のように、各電極箔38,39が巻回された状態のコンデンサ素子32における各タブ40a,41aの距離pは、各電極箔38,39が巻回された状態のコンデンサ素子32における各丸棒40c,41cの距離Pよりも小さくなるように構成されている。
なお、図3では、陽極側リード端子40と陰極側リード端子41の双方のタブ40a,41aが、リード範囲Lの内側に配置されるように構成されているが、後述するように本発明では少なくとも何れか一方のタブ40a,41aがリード範囲Lの内側に配置されていればよい。
以下、本発明の原理について説明する。
本発明者等は、電解コンデンサ30でESLが生じている原因として、陽極側リード端子40のタブ40aの位置と陰極側リード端子41のタブ41aの位置に原因が有ると考えた。
つまり、図5に示すように、各電極箔38,39を広げて見た場合、陽極箔38のタブ40aの位置と、陰極箔39のタブ41aの位置が距離rだけ離れているとする。リード端子のリード40b,41b間の距離(丸棒40c,41cの間の距離)Pは、汎用的に用いられている距離であり、また過去にはJIS等の規格で予め決められていた経緯もあるので、容易に変更することはできない。そして、従来のように、丸棒40c,41cの間隔Pと、タブ40a,41aの間隔pが一致している場合は、電極箔38,39を巻回したときにタブ40a,41aの間隔がp=Pとなるように、タブの距離rが決定される。なお、r=πP/2である。
陽極箔38では、タブ40aから左右両側の端部方向へ電流が流れ、陰極箔39では、両端部からタブ41aへ向かって電流が流れる。ここで、陽極箔38と陰極箔39とで互いに逆向きに流れている電流は相殺され、この部分ではインダクタンスは生じない。しかし、陽極箔38のタブ40aと陰極箔39のタブ41aとの間においては、電流の向きが同一方向になってしまうので、この電流に基づくインダクタンスが発生する。
そこで、陽極箔38のタブ40aの位置と陰極箔39のタブ41aの位置をなるべく接近させる(距離rを短くする)ことにより、同一方向となる電流をなるべく小さくでき、インダクタンス(ESL)を減少させることができる。
本発明では、コンデンサ素子32を展開した場合における陽極箔38のタブ40aと陰極箔39のタブ41aとの距離rを、少なくとも従来の構成における距離πP/2よりも小さくすることで、従来の構成よりもESLを低減させることができる。
すなわち、r<πP/2の関係式が成立するように、電解コンデンサを構成するとよい。
なお、陽極箔38におけるタブ40aの位置と、陰極箔39におけるタブ41aの位置を一致させれば、陽極箔38と陰極箔39を流れる電流のうちESLの原因となる電流成分を無くすことができるので、ESLを大幅に減少させることができる。かかる場合、コンデンサ素子32を展開した場合における陽極箔38のタブ40aと陰極箔39のタブ41aとの距離rについて、r=0の関係式が成立する。
すなわち、本発明では、陽極箔38におけるタブ40aの位置と陰極箔39におけるタブ41aの位置とを一致させた上記の関係式に、上述したように距離rを少なくとも従来の構成における距離πP/2よりも小さくする条件を加えることにより、コンデンサ素子32を展開した場合における陽極箔38のタブ40aと陰極箔39のタブ41aとの距離rについて、0≦r<πP/2の関係式が成立するように電解コンデンサを構成する。
ただし、上述したように、予めリード40b,40cの間隔(丸棒40c,41cの間隔)Pは汎用的に用いられているか、または規格で決められていたものであるため、丸棒とタブが一直線状に形成されているリード端子を用いた場合、タブの位置を自由に変更することはできない。
そこで、丸棒とタブとが一直線状に形成されていないリード端子を用いることによって、丸棒40c,41cの間隔は、汎用的に用いられていたり規格で定められていた通りの間隔を維持しつつ、タブ40a,41a同士の距離を近づけることができるようになった。
続いて、リード端子の具体的な構造について説明する。図6には、通常用いられているリード端子を示している。図6(a)に、通常のリード端子の正面図を、図6(b)に通常のリード端子の側面図を示す。
図6に示すような通常のリード端子50は、平板状に形成されたタブ50aと、円柱状(線状)のリード50bと、タブ50aとリード50bの接続部分である円柱状の丸棒50cとを有しており、リード50bと丸棒50cとタブ50aとが側面視すると(タブの肉薄方向から見ると)一直線状に形成されている。タブ50aとリード50bは、元々別部材であり、溶接によって接合されている。また、タブ50aは、円柱状の部材をプレス加工することにより平板状に形成され、プレス加工されずにそのまま円柱状に残っている部分が丸棒50cである。
なお、タブ50a、リード50b及び丸棒50cは鉄に銅めっきまたは錫めっきを施してなる金属で構成されている。
図7には、本発明に用いるリード端子を示している。
図7(a)に、本発明に用いるリード端子の正面図を、図7(b)に本発明に用いるリード端子の側面図を示す。
図7に示すリード端子60は、丸棒60cの径の中心線c1と、タブ60aの厚さ方向(肉薄側から見た場合)の中心線c2が異なる位置となるように設けられているものである。なお、丸棒60cの径の中心線とリード60bの径の中心線は一致している。このような構成のリード端子を用いることにより、リード60bとタブ60aが一直線状ではなく、タブ60aをリード60bの内側に配置可能となる。
このようなリード端子60を電極箔38,39に接続するには、丸棒60cの中心線c1から離れた側のタブ60a面に、電極箔38,39の外側面を接続する。このようにすれば、丸棒60cの径の中心線c1と、タブ60aの厚さ方向の中心線c2との位置がずれた分だけ、タブ60aをリード60bよりも内側に配置できる。つまり、タブ同士の距離を短くしてESLの低減に寄与できる。
タブをリードの内側に配置可能なリード端子の他の実施形態について、図8に基づいて説明する。
この実施形態では、上述のようなリード端子とは異なり、リード端子65の丸棒65cが屈曲した形状となっている。このように、丸棒65cを屈曲した形状に形成したことにより、リード65bの内側にタブ65aを配置することができ、タブ同士の距離を短くしてESLの低減に寄与できる。
さらに、タブをリードの内側に配置可能なリード端子の他の実施形態について、図9に基づいて説明する。
この実施形態では、リード端子66のタブ66aが屈曲した形状となっている。このように、丸棒66cを屈曲した形状に形成したことにより、リード66bの内側にタブ66aを配置することができ、タブ同士の距離を短くしてESLの低減に寄与できる。
また、上述してきた実施形態では、互いのタブはコンデンサ素子32の直径方向に対向して配置される構成についてのみ説明してきた。
しかし、図10に示すように、丸棒40c,41cが規格に適合する距離Pさえ維持していれば、タブ40a,41aが互いに対向して配置されていなくてもよい。かかる場合には、リード範囲Lの内側(タブ40a,41aが丸棒40c,41cの内周側)でさえあればいずれの位置にタブが配置されていてもよい。
なお、図10では、見やすくするために各丸棒40c,41cと各タブ40a,41aとを接続している部分は省略している。
以上本発明につき好適な実施形態を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。
本発明にかかる電解コンデンサの側面からの断面図である。 コンデンサ素子の斜視図である。 リードとタブとの位置関係を示す概略図である。 図3を側面から示した概略図である。 本発明の原理を説明するための説明図である。 通常のリード端子の外観構成図である。 本発明に使用されるリード端子の外観構成図である。 リード端子の他の実施形態を示す外観構成図である。 リード端子の他の実施形態を示す外観構成図である。 他の実施形態におけるリードとタブとの位置関係を示す概略図である。
符号の説明
30 電解コンデンサ
31 外装ケース
32 コンデンサ素子
34 封口体
35 スリーブ
37 セパレータ紙
38 陽極箔
39 陰極箔
40 陽極側リード端子
40a,41a,50a,60a,65a,66a タブ
40b,41b,50b,60b,65b,66b リード
40c,41c,50c,60c,65c,66c 丸棒
41 陰極側リード端子
50,60,65, 66 リード端子
L リード範囲

Claims (4)

  1. ケース外部へ突出する部位であるリードと、陽極箔に接続される部位であるタブと、タブとリードを接合する部位である丸棒とを備える陽極側リード端子と、
    ケース外部へ突出する部位であるリードと、陰極箔に接続される部位であるタブと、タブとリードを接合する部位である丸棒とを備える陰極側リード端子とを具備し、
    前記陽極側リード端子が接続された陽極箔と前記陰極側リード端子が接続された陰極箔とをセパレータを介して巻回して構成されるコンデンサ素子をケース内に収納してなる電解コンデンサにおいて、
    巻回された状態における前記コンデンサ素子の前記陽極側リード端子の丸棒と前記陰極側リード端子の丸棒との距離をPとし、前記陽極箔と前記陰極箔とを重ね合わせたままで前記コンデンサ素子の巻回を展開した状態における前記陽極側リード端子の陽極箔への接続位置と前記陰極側リード端子の陰極箔への接続位置との距離をrとしたとき、
    0≦r<πP/2
    の関係を満たし、
    前記陽極側リード端子及び前記陰極側リード端子のうち少なくとも何れか一方は、
    巻回された状態の前記コンデンサ素子において、前記タブを肉薄側から見た場合における軸線方向に沿った中心線が、前記丸棒の径の中心を通る軸線方向に沿った中心線よりも内周側に位置するように配置されることを特徴とする電解コンデンサ。
  2. ケース外部へ突出する部位であるリードと、陽極箔に接続される部位であるタブと、タブとリードを接合する部位である丸棒とを備える陽極側リード端子と、
    ケース外部へ突出する部位であるリードと、陰極箔に接続される部位であるタブと、タブとリードを接合する部位である丸棒とを備える陰極側リード端子とを具備し、
    前記陽極側リード端子が接続された陽極箔と前記陰極側リード端子が接続された陰極箔とをセパレータを介して巻回して構成されるコンデンサ素子をケース内に収納してなる電解コンデンサにおいて、
    巻回された状態における前記コンデンサ素子の前記陽極側リード端子の丸棒と前記陰極側リード端子の丸棒との距離をPとし、前記陽極箔と前記陰極箔とを重ね合わせたままで前記コンデンサ素子の巻回を展開した状態における前記陽極側リード端子の陽極箔への接続位置と前記陰極側リード端子の陰極箔への接続位置との距離をrとしたとき、
    0≦r<πP/2
    の関係を満たし、
    前記陽極側リード端子及び前記陰極側リード端子のうち少なくとも何れか一方は、
    前記タブを肉薄側から見た場合における軸線方向に沿った中心線と、前記丸棒の径の中心を通る軸線方向に沿った中心線とは異なる位置となるように形成されていることを特徴とする電解コンデンサ。
  3. ケース外部へ突出する部位であるリードと、陽極箔に接続される部位であるタブと、タブとリードを接合する部位である丸棒とを備える陽極側リード端子と、
    ケース外部へ突出する部位であるリードと、陰極箔に接続される部位であるタブと、タブとリードを接合する部位である丸棒とを備える陰極側リード端子とを具備し、
    前記陽極側リード端子が接続された陽極箔と前記陰極側リード端子が接続された陰極箔とをセパレータを介して巻回して構成されるコンデンサ素子をケース内に収納してなる電解コンデンサにおいて、
    巻回された状態における前記コンデンサ素子の前記陽極側リード端子の丸棒と前記陰極側リード端子の丸棒との距離をPとし、前記陽極箔と前記陰極箔とを重ね合わせたままで前記コンデンサ素子の巻回を展開した状態における前記陽極側リード端子の陽極箔への接続位置と前記陰極側リード端子の陰極箔への接続位置との距離をrとしたとき、
    0≦r<πP/2
    の関係を満たし、
    前記陽極側リード端子及び前記陰極側リード端子のうち少なくともいずれか一方は、前記丸棒又は前記タブが屈曲した形状に形成されていることを特徴とする電解コンデンサ。
  4. 巻回された状態における前記コンデンサ素子の前記陽極側リード端子のタブと前記陰極側リード端子のタブとは、前記コンデンサ素子の巻回軸に対して対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項1〜請求項3のうちのいずれか1項記載の電解コンデンサ。
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