JP5118295B2 - 電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は電解コンデンサの製造方法に関するもので、特に面実装型として基板に実装して用いられるチップ形電解コンデンサに関するものである。

図１はこの種の従来のチップ型電解コンデンサの構成を示した正面断面図と側面断面図であり、同図において、１０はチップ形電解コンデンサであり、このチップ型電解コンデンサ１は陽極リード線３ａと陰極リード線３ｂがそれぞれ接続された陽極箔と陰極箔とをその間にセパレータを介在させて巻回することにより構成されたコンデンサ素子９を駆動用電解液と共に有底円筒状の金属からなる外装ケース１０内に収納し、この外装ケース３の開放端部を封口部材４により封止することによって構成されている。

２は外装ケース１０のリード線導出端面に当接するように取り付けられた絶縁性の絶縁板であり、この絶縁板２には上記コンデンサ素子９から導出された一対のリード線３ａ，３ｂが貫通する貫通孔８と、この貫通孔８を貫通させた一対のリード線３ａ，３ｂ（折り曲げ部分は扁平に加工されている）を収納するための溝部が外表面に設けられており、リード線を直角方向に折り曲げて、絶縁板に沿うように折り曲げられて、溝部にリード線を収納することにより、プリント基板に表面実装が可能となるように構成されたものであった。

このようなチップ形電解コンデンサは、プリント基板に実装する際にははんだリフローによってはんだ付けすることが一般的に行われている。

このようなチップ型電解コンデンサに関する文献としては、次のような文献が知られている。
特開昭６０−１７０９２６号 特公平２−５６８０８号

ところで、近年、地球環境への影響を軽減するために、電子機器において鉛を用いないはんだ、いわゆる鉛フリーはんだを用いて電子部品をプリント基板に接合することが求められている。このような鉛フリーはんだとしては、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉ系合金はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金はんだ、Ｓｎ−Ａｇ系合金はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系合金はんだ等が使用されるが、これらのはんだはＳｎ−Ｐｂ系合金はんだに比べると、融点が高いという特徴がある。従って、このような鉛フリーはんだを用いてはんだ付けする際、例えばリフローはんだ付けする場合には、リフロー温度も高くする必要が出てくる。従来のＳｎ−Ｐｂ系はんだでは、リフロー温度を２２５〜２３５℃程度とすれば充分であったが、鉛フリーはんだを用いるとリフロー温度は２４５〜２５５℃程度まで上昇させる必要がある。

そして、リフロー温度の上昇に伴い、プリント基板に搭載される電解コンデンサにも、熱による影響が大きなものとなる。

電解コンデンサは前述したように内部に電解液を保持しており、高温になると電解液の溶媒が気化して電解コンデンサの内部圧力を上昇させてしまう。そして、電解コンデンサの内圧上昇に伴い、外装ケースを変形させることがある。鉛フリーはんだを用いることによりリフロー温度が上昇することに伴って、外装ケースの変形の問題はより顕著なものとなってきている。

そこで、このようなリフロー時に電解コンデンサの外装ケースが変形することを防止するために、外装ケースの硬度が高い材質が使用されている。従来、電解コンデンサの外装ケースとして用いられてきたのは、純アルミニウムに近いＪＩＳ１０００番台のアルミニウム合金であるが、より高い硬度を有するアルミニウム合金としてアルミニウムとマンガンの合金であるＪＩＳ３０００番台のアルミニウム合金が、電解コンデンサの外装ケースとして用いられることもある。外装ケースの硬度が上昇することによって、内部圧力の上昇に対する抗変形力が増し、より高い内圧上昇にも耐えられるようになる。

しかしながら、アルミニウム−マンガン合金を外装ケースとして用いると、次のような問題が発生する。前述したように電解コンデンサは、外装ケースにコンデンサ素子と封口体を収納した後、加締めと呼ばれる外装ケースの側面からの横溝加工（横加締め）と開口端部のカーリング加工（縦加締め）によって封口を行っているが、外装ケースの硬度が高くなったことに伴い、これらの横溝加工とカーリング加工も難易度が増すことになる。すなわち、外装ケースの硬度が高くなったことにより、外装ケースは変形しづらいものとなり、加締め治具を外装ケースに押し当てて変形加工させる際に、より多くの時間が必要となる。また、加締め治具を押し当てる力もより強いものが必要となり、外装ケースの加締め加工時に加締めゴマとの摩擦熱も大きなものとなる。

ところで、外装ケースの中には、外装ケースの外表面を樹脂でコーティングした外装ケースがある。これは外装ケースは内部に収納される電解液と接しており、電気的にはマイナスの端子と等価であるため、外装ケースの樹脂によってコーティングすることにより電気的に絶縁を図っているものである。

しかしながら、外装ケースに予め樹脂コーティング層が形成されている外装ケースの材質をアルミニウム−マンガン合金とした場合には、加締め加工時に樹脂コーティング層に加えられる機械的ストレスが強いものとなってしまう。加締め加工の難易度が上がっているために、加工時の摩擦熱および摩耗によって樹脂コーティング層がすり切れてしまうおそれが高まることになる。

以上のようにはんだ付けの鉛フリー化に伴い、電解コンデンサには従来にない新たな課題が生じていることになる。

電解コンデンサの製造プロセスにおいて、横加締めを施した際、横加締め時の変形応力の影響により外装ケースの開口端部が広がってしまう。そして、開口端部が開口端部が横加締め前の外装ケースの外径よりも広がっていると、その後のカーリング加工時に加締めゴマから開口端部に加わる機械的ストレスはより強いものとなってしまう。そのため、開口端部の樹脂コーティング層のすり切れのおそれは一段と高まることになる。

この発明では、アルミニウム−マンガン合金からなる外装ケースに予め樹脂コーティング層を形成した外装ケースを用いた場合でも、樹脂コーティング層がすり切れる等の問題が発生することが無く、かつ電解コンデンサの封口精度も高い電解コンデンサについて検討を加えた結果なされたものである。

この出願は以上の課題を解決するためのもので、請求項１に係る発明は、アルミニウム−マンガン合金からなり、外周に樹脂からなるコーティング層を有する有底円筒状の外装ケースにコンデンサ素子および弾性部材からなる封口部材を収納し、外装ケースの側面からの横溝加工によって前記封口部材を圧縮するとともに、外装ケースの開口端部のカーリング加工を施すことにより、外装ケースの封口を行う電解コンデンサの製造方法において、外装ケースの側面からの横溝加工を行った後に、外装ケースの開口端面の直径寸法を外装ケースの外径寸法以下の長さの状態で、開口端部のカーリング加工を行うことを特徴とする。

横加締めを施した後に、開口端部の直径寸法を外装ケースの外径寸法以下の長さとすることにより、その後のカーリング加工時に加締めゴマから開口端部に加わる機械的ストレスを緩和することができる。従って、開口端部の樹脂コーティング層のすり切れのおそれが低減する。
かつ、アルミニウム−マンガン合金は、純アルミニウムに近いアルミニウム合金に比べ、硬度が高い。このアルミニウム−マンガン合金を外装ケースに用いると、高温でのリフローにおいても、外装ケースが変形することがない。
さらに、外装ケースの外周に樹脂からなるコーティング層を有すると、外装ケースの絶縁を図ることができる。

請求項１に記載の電解コンデンサの製造方法において、外装ケースの側面からの横溝加工を行った後に、外装ケースの開口端面の直径寸法を外装ケースの外径寸法以下の長さとなるように、外装ケースの端部の折り曲げ加工を施すと好適である。

開口端部の直径寸法を外装ケースの外径寸法以下の長さとするには、開口端部が横加締め前の外装ケースの外径よりも広がっている状態から、開口端部を内側に折り曲げることにより、外装ケースの開口端面の直径寸法を外装ケースの外径寸法以下の長さの状態とすることができる。

請求項１に記載の電解コンデンサの製造方法において、外装ケースの側面からの横溝加工を行う際に、外装ケースの開口端面を支持した状態で横溝加工を行うことを特徴とする。

開口端部の直径寸法を外装ケースの外径寸法以下の長さとする別の方法としては、横溝加工時に、外装ケースの開口端面を支持部材等によって支持した状態で横溝加工を行うことにより、開口端部が外部側に湾曲することが無く、外装ケースの開口端面の直径寸法を外装ケースの外径寸法以下の長さの状態とすることができる。

さらに、コーティング層がエポキシ系樹脂であることを特徴とする。

エポキシ樹脂は熱硬化性樹脂であり、耐熱性に優れるとともに耐摩耗性にも優れる。このため、エポキシ樹脂を外周に用いた外装ケースは、加締め加工時においても、樹脂コーティング層が溶融したり、すり切れたりすることがない。

この発明を実施するための最良の形態について説明する。図１はチップ型電解コンデンサの内部構造を示す断面図である。

コンデンサ素子９は陽極箔と陰極箔をセパレータを介して巻回して形成したもので、一方の巻回端面より２本の電極タブおよびリード線３ａ、３ｂが導出されている。

このコンデンサ素子９は、有底筒状の外装ケース１０に収納されている。ここで用いられる外装ケース１０は、アルミニウム−マンガン合金を用いている。そして外装ケースの外装にエポキシ樹脂からなる樹脂コーティング層１０ａが形成されている、この樹脂コーティング層１０ａの厚さは８μｍとなっている。このような樹脂コーティング層１０ａを形成することによって、外装ケースの絶縁を図ることが可能となるとともに、外装ケースの頭部に所定の印刷表示をすることが可能となる。

外装ケースの開口端部は、封口体４によって封口されている。なお、封口体４には貫通孔が形成されており、コンデンサ素子の電極タブおよびリード線３ａ、３ｂが封口体４の貫通孔に挿入されている。この封口体４はブチルゴム等の弾性部材からなる。

そして、電解コンデンサのリード線導出端面には、絶縁板２が配置され、リード線３ａ、３ｂが絶縁板２に沿って折り曲げられて、絶縁板の外表面に臨むように構成され、チップ型電解コンデンサとしている。

このような電解コンデンサの製造工程を図２、図３とともに説明する。

所定の工程によりコンデンサ素子９を作成し、コンデンサ素子９に駆動用の電解液を含浸した後、コンデンサ素子９のリード線３ａ、３ｂおよび電極タブを封口体４の貫通孔の挿入して、コンデンサ素子９に封口体４を取り付ける。そして、図２（ａ）に示すように、外装ケース１０にコンデンサ素子９及び封口体４を収納する。

さらに、外装ケース１０の開口端部の封口を行う。外装ケース１０は、側面からの横溝加工によって、封口体を圧縮し、気密を得ている。また、外装ケースの開口端部はカーリング加工によって、開口端部が封口体に食い込むように加工されており、外装ケースからの封口体の脱落を防止している。

横加締めは、図２（ａ）に示すように、軸に回転自在に取り付けられたコマ状の横加締め治具１１を外装ケースの側面に押し当てて、図２（ｂ）に示すような、外装ケース１０が径小となるように横溝加工を行う。この横加締めでは横加締め治具１１を押し当てて、横溝加工を行うと、横加締め治具１１から加わる応力によって、外装ケース１０の開口端部には中心から外周方向に広がるように応力が加わる。この状態で外装ケース１０を周回して横溝加工を行っていくと、横溝加工を終えた後には、外装ケース１０の開口端部が当初の径よりも広がった状態となってしまう。

そこで、外装ケースの開口端部に加工治具１４を押し当てて、図２（ｃ）に示すように、外装ケース１０の径よりも小さくなるように、加工を行う。

その後、図２（ｄ）に示すように、カーリング治具１２を外装ケース１０の開口端部に押し当てて、外装ケース１０の端部を巻き込むように変形させ、開口端部を封口体４に食い込むようにカーリング加工を行って、図３（ａ）のような電解コンデンサを得る。

この横溝加工、カーリング加工の際にはそれぞれの治具が外装ケースと当接し、摩擦による熱が発生する。この際、外装ケースの硬度が高いと外装ケースの加工がしづらく、外装ケースを変形させるのに時間がかかることになる。このため、加工治具との接触時間が長くなり、摩擦熱の発生も大きなものとなってしまう。

しかし、カーリング加工の際には、外装ケースの開口端部が横加締め前の外装ケースの外径と同じか、より小径となっているために、外装ケース１０がカーリング治具１２から受ける機械的ストレスが緩和される。また、カーリング加工するための加工時間も短縮することができる。このことから外装ケースの樹脂コーティング層への負担も軽減され、樹脂コーティング層がすり切れたりすることを防止することができる。

特に、外装ケースに施す樹脂コーティング層１０ａとしてエポキシ樹脂を用いると、エポキシ樹脂が熱硬化性樹脂であるとともに、耐摩耗性に優れる樹脂であるため、樹脂コーティング層がすり切れたりすることが無い。

さらに電解コンデンサの封口を行った後、電解コンデンサのリード線導出端面に、絶縁板２を当接させる。絶縁板２にはリード線３ａ、３ｂを貫通する貫通孔８，８が形成されており、この貫通孔８，８を貫通させた一対のリード線３ａ、３ｂを収納するための溝部が外表面に設けられており、リード線３ａ、３ｂを直角方向に折り曲げて、絶縁板２に沿うように折り曲げられて、溝部にリード線を収納することにより、プリント基板に表面実装が可能となるように構成する。

さらに別の実施の形態について説明する。
図４（ａ）に示す電解コンデンサの横加締め時の工程で、予め外装ケース１０の開口端部を外部より支持部材１５によって支持しておき、この状態で、軸に回転自在に取り付けられたコマ状の横加締め治具１１を外装ケース１０の側面に押し当てて、図４（ｂ）に示すような、外装ケース１０が径小となるように横溝加工を行う。前述したように横加締め治具を押し当てて横溝加工を行うと、横加締め治具から加わる応力によって、外装ケースの開口端部には中心から外周方向に広がるように応力が加わる。しかし、外装ケースの開口端部は外部より支持部材によって支持されていることによって、外装ケースの開口端部が広がることを防止することができる。

このような工程の後に、図４（ｃ）に示したカーリング工程を行い、図４（ｄ）に示す電解コンデンサを得るようにしても良い。

チップ型電解コンデンサの内部構造を示す断面図である。 この発明の電解コンデンサの製造方法の各工程を示す図面である。 この発明の電解コンデンサの製造方法の各工程を示す図面で，図２より続く図面である。 この発明の電解コンデンサの製造方法の別の実施の形態における各工程を示す図面である。

符号の説明

１ チップ型電解コンデンサ
２ 絶縁板
３ リード線
４ 封口部材
８ 貫通孔
９ コンデンサ素子
１０ 外装ケース
１０ａ 樹脂コーティング層
１１ 横加締め治具
１２ カーリング治具
１４ 加工治具
１５ 支持部材

Claims (3)

1. アルミニウム−マンガン合金からなり、外周に樹脂からなるコーティング層を有する有底円筒状の外装ケースにコンデンサ素子および弾性部材からなる封口部材を収納し、外装ケースの側面からの横溝加工によって前記封口部材を圧縮するとともに、外装ケースの開口端部のカーリング加工を施すことにより、外装ケースの封口を行う電解コンデンサの製造方法において、
   外装ケースの側面からの横溝加工によって前記封口部材を圧縮した後に、外装ケースの開口端面の直径寸法を外装ケースの外径寸法以下の長さとなるように外装ケースの端部の折り曲げ加工を施し、その後開口端部のカーリング加工を行うことを特徴とする電解コンデンサの製造方法。
2. 外装ケースの側面からの横溝加工を行う際に、外装ケースの開口端面を支持した状態で横溝加工を行う請求項１に記載の電解コンデンサの製造方法。
3. コーティング層がエポキシ系樹脂である請求項１に記載の電解コンデンサの製造方法。