JP5123136B2 - 巻回型電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

巻回型電解コンデンサおよびその製造方法 Download PDF

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本発明は、陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して巻芯に巻回された巻回型電解コンデンサおよびその製造方法に関する。
巻回型電解コンデンサは、一般に、以下のように製造される。
まず、高純度のアルミニウム箔にエッチング処理を施して、アルミニウム箔の表面積を拡大させる。そして、このアルミニウム箔に化成処理を施して、コンデンサ素子の誘電体となる酸化皮膜が形成された陽極箔と、エッチング処理された陰極箔とを製造する。
その後、陽極箔と陰極箔とに針穴加締や超音波溶接にて一対の電極を取り出すリードタブ部を有するリード線をそれぞれ接合し、陽極箔と陰極箔との間に隔離材料であるセパレータを介在させて、互いに対応した積層体とした後、この積層体を巻回してコンデンサ素子を製造する(図6参照)。
このコンデンサ素子は、例えば、エチレングリコール(EG)やγ−ブチロラクトン(GBL)を主溶媒とし、三級アミン塩などを溶質として溶解した電解液に含浸されるか(例えば、特許文献1参照)、または、ポリアニン、ポリピロール、ポリチオフェン、および、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)など導電性高分子からなる固体電解質層が、陽極箔・陰極箔とセパレータとの間に形成されてなる(例えば、特許文献2参照)。
そして、これらの電解質を保持したコンデンサ素子は、一端が開口しているアルミニウムなどで形成された外装ケースに収納される。
外装ケースの開口は、リードタブが挿通される2つの挿通孔が形成され、イソブチレン−イソプレンラバー(IIR)やエチレンプロピレンターポリマー(EPT)のような弾性ゴムからなる封口材によって封止される。2つの挿通孔は、リードタブが挿通されることで隙間がなくなり、外装ケース内は密封される。
このようにして、巻回型電解コンデンサが製造される。
特開2004−247418号公報 特開2008−159941号公報(図1)
しかしながら、特許文献1、2に記載の巻回型電解コンデンサにおいては、リードタブをそれぞれ接合した陽極箔および陰極箔をセパレータを介在させて巻回したときに、陽極箔、陰極箔およびセパレータの厚さによってリードタブの引き出される位置を変える必要があり、このリードタブの引き出される位置に応じて封口材の挿通孔の位置を調整して形成する必要があり、面倒であった。
本発明の主たる目的は、リードタブの引き出される位置を考慮することなく、容易に製造可能な巻回型電解コンデンサおよびその製造方法を提供することである。
本発明の巻回型電解コンデンサは、表面に酸化皮膜が形成された陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して巻芯に巻回されたコンデンサ素子と、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、前記外装ケースの開口端を封口する封口材と、を有する巻回型電解コンデンサであって、前記巻芯には、前記巻芯の先端から前記封口材にかけてスリットが前記巻芯の軸方向に沿って形成され、該スリットに前記セパレータが挟まれた状態で前記陽極箔と前記陰極箔とが前記セパレータを介して巻回され、一方が前記陽極箔および前記巻芯と前記巻芯の軸方向に亘って当接し、他方が前記陰極箔および前記巻芯と前記巻芯の軸方向に亘って当接し、前記巻芯の先端から前記開口端に向かって延在した一対のリードタブを備えており、前記巻芯、前記一対のリードタブおよび前記封口材が、一体形成されている。
本発明において、前記封口材の少なくとも前記一対のリードタブと当接する部分は、ポリフェニレンサルファイド、またはポリイミドを含有してなることが好ましい。
また、本発明の巻回型電解コンデンサの製造方法は、表面に酸化皮膜が形成された陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して巻芯に巻回されたコンデンサ素子と、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、前記外装ケースの開口端を封口する封口材と、を有する巻回型電解コンデンサの製造方法であって、前記巻芯には、前記巻芯の先端から前記封口材にかけてスリットが前記巻芯の軸方向に沿って形成され、該スリットに前記セパレータが挟まれた状態で前記陽極箔と前記陰極箔とが前記セパレータを介して巻回され前記巻芯および前記封口材を一体形成する金型内に、前記巻芯の外周面に前記巻芯の軸方向に亘って接合されるように前記巻芯の先端から前記開口端に向かって延在した一対のリードタブを配置し、樹脂を流し込み、前記巻芯、前記封口材および前記一対のリードタブを一体成型する成型工程を備えている。
本発明によると、巻芯、一対のリードタブおよび封口材が、一体形成されているため、リード線の引き出される位置が固定され、当該位置を考慮せずに、容易に巻回型電解コンデンサを製造することができる。
また、コンデンサ素子の変形やリード線、リードタブの断線を防止し、実装不良を防止することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1は、本実施形態に係る巻回型電解コンデンサの外観および内部構造を示す正面図である。図2は、コンデンサ素子の巻回状態を説明する平面図である。
図1に示すように、本実施形態に係る巻回型電解コンデンサ1は、コンデンサ素子2と、外装ケース4と、封口材5とを有している。
コンデンサ素子2は、アルミニウムなどの金属により形成された有底筒形状の外装ケース4内に収納されている。
外装ケース4の開口部には一対のリード線27a、27bのみ露出するように、封口材5が取り付けられている。そして、外装ケース4の開口部は絞り加工により封止されている。これにより、外装ケース4内のコンデンサ素子2の気密性を確保している。
封口材5は、外装ケース4の開口部を封止するとともに、コンデンサ素子2と当接した樹脂板11と、樹脂板11から外装ケース4の開口端まで、後述する一対のリード線27a、27bの引き出し方向に延在し、一対のリード線27a、27bと当接する樹脂片12と、樹脂片12の周部の外装ケース4との間の空間に設けられた封口ゴム13とを有している。
外装ケース4の開口部が絞り加工されることで、封口ゴム13が外装ケース4の内側に向かって押圧されて、外装ケース4内のコンデンサ素子2の気密性が向上している。
液体電解質を用いた電解コンデンサの場合、リフローはんだ付けやフローはんだ付け等の高温環境にさらされると、外装ケース4内の内部圧力が上昇する。このとき、巻芯20、樹脂板11および樹脂片12(図1、5参照)が、硬度の高いポリフェニレンサルファイド(PPS)のような材料で形成されていれば、高温環境下で内圧上昇しても弾性変形しない。本願では、巻芯20、樹脂板11および樹脂片12にポリフェニレンサルファイド(PPS)を用い、後述する成型工程において一対のリードタブ26a、26bとともに一体形成されている。
なお、当該部品を形成する材料は、ポリフェニレンサルファイド(PPS)に限らず、高温環境にさらされて、外装ケース4内の内部圧力が上昇して、押圧されても弾性変形しないような硬い素材であれば、例えば、ポリイミド等であってもよい。また、本実施形態における一対のリードタブ26a、26b、リード線27a、27b、および、後述するリードタブ28a、28bが、本発明におけるリードタブである。
封口ゴム13は、弾性のあるブチルゴム(IIR)により形成されている。なお、封口ゴム13は、ブチルゴム(IIR)に限らず、例えば、シール性の高いエチレンプロピレンターポリマー(EPT)などであってもよい。
封口ゴム13が弾性のあるIIRにより形成されていることで、外装ケース4の開口部が絞り加工されると、封口ゴム13が外装ケース4の内側に向かって押圧されて、外装ケース4内のコンデンサ素子2の気密性が向上する。
また、封口ゴム13が外装ケース4の内側に向かって押圧されても、一対のリード線27a、27bと当接している樹脂片12は硬い材料であるPPSにより形成されているため、封口ゴム13による押圧によって弾性変形することはなく、一対のリード線27a、27bが変形することを防止することができる。
図2に示すように、コンデンサ素子2は、巻芯20を中心軸として陽極箔21と、陰極箔22とが巻芯20のスリット20aに挟まれたセパレータ23を介して巻回された構造を有している。
巻芯20と陽極箔21との間、および、巻芯20と陰極箔22との間には、一方が巻芯20および陽極箔21と当接し、他方が巻芯20および陰極箔22と当接した一対のリードタブ26a、26bが接続されており、この一対のリードタブ26a、26bに一対のリード線27a、27bが接合されて外装ケース4の開口端から引き出されている。
陽極箔21は、アルミニウム、タンタル、ニオブなどの弁作用金属により形成されている。陽極箔21の表面は、エッチング処理により粗面化されているとともに、陽極酸化(化成)による陽極酸化皮膜が形成されている。
陰極箔22は、陽極箔21と同様にアルミニウムなどで形成され、その表面は、粗面化されているとともに、自然酸化皮膜が形成されている。
また、セパレータ23は、例えば、エチレングリコール(EG)やγ−ブチロラクトン(GBL)を主溶媒とし三級アミン塩等を溶質として溶解した電解液、または、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、および、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)など導電性高分子からなる固体電解質を保持している。つまり、陽極箔21とセパレータ23との間、および、陰極箔22とセパレータ23との間には、上記の電解質層が形成されている。
[実施例1]液体電解質を使用した場合(図3〜5参照)
次に、巻回型電解コンデンサ1の製造工程について、図3〜5を参照して説明する。
図3は、本実施形態に係る巻回型電解コンデンサの製造方法を示す工程フロー図である。
図4は、コンデンサ素子の巻回手順を説明する平面図である。
図5は、第2成型工程後の成型物の正面図である。
まず、図3(図5)に示すように、巻芯20、樹脂板11および樹脂片12を一体形成する金型内に、巻芯20の外周面に接合されるように一対のリード線27a、27bが接合された一対のリードタブ26a、26bを配置し、ポリフェニレンサルファイド(PPS)を流し込み、巻芯20、樹脂板11および樹脂片12とともに一対のリードタブ26a、26bに接合された一対のリード線27a、27bを一体成型した(第1成型)。なお、一対のリードタブ26a、26bと、一対のリード線27a、27bとは、あらかじめ一対のリードタブ(中間タブ)28a、28bを介して溶接接続されている。
そして、一体成型された巻芯20、樹脂板11、樹脂片12および一対のリード線27a、27bを、封口ゴム13を形成する金型内に入れ、ブチルゴム(IIR)を流し込み、樹脂片12の周部に封口ゴム13を一体成型した(第2成型)。
このような製造方法にて巻芯20、封口材5および一対のリード線27a、27bを一体成型した(図5参照)。なお、第1成型工程および第2成型工程を合わせて、本発明における成型工程とする。
第1成型工程および第2成型工程と並行して、電極の実効表面積を大きくするために、陽極箔21および陰極箔22にエッチング処理を施して表面を粗面化(エッチング)した。さらに、粗面化された陽極箔21の表面に化成処理を施して陽極酸化皮膜を形成した。
そして、粗面化された陰極箔22の表面には、自然酸化皮膜22aが形成される。
次に、巻芯20のスリット20aにセパレータ23を挟んで、巻芯20を巻回した(図4(a)参照)。このとき、巻芯20を中心とした点対称の位置に、陽極酸化皮膜が形成された陽極箔21と一対のリードタブ26a、26bの一方、および、自然酸化皮膜が形成された陰極箔22と一対のリードタブ26a、26bの他方が当接するように、陽極箔21および陰極箔22を配置して巻芯20を軸中心として巻回した(図4(b)参照:電極箔巻回)。
上記の成型物に巻回したコンデンサ素子を、エチレングリコール(EG)、γ−ブチロラクトン(GBL)を含む溶媒に三級アミン等を溶質として溶解した電解液に含浸した。そして、この電解液に含浸されたコンデンサ素子を、有底筒状のアルミニウムで形成された外装ケースに収納し、ケース開口部を絞り加工により封止して組み立て、最後に、エージング処理を行い、巻回型液体電解コンデンサ試料を作製した。
(従来例1)液体電解質を使用した場合
上記実施例と、コンデンサ素子、リードタブ、封口材の変形について比較するため、「巻芯、リードタブ、封口材を一体形成した成型物」を使用せず、通常のゴム封口材を使用し、巻芯は巻回後抜き取り、コンデンサ素子の中心部は空洞とした以外は上記実施例1と同様の条件で、巻回型液体電解コンデンサ試料を作製した。
[実施例2]固体電解質を使用した場合(図3〜5)
上記実施例1で作製したものと同様の、成型物に巻回したコンデンサ素子をアジピン酸アンモニウム水溶液中で、電圧を印加して素子化成を行い、さらに、セパレータ23の炭化処理を施して、円筒形のコンデンサ素子2を作製した(切り口化成・炭化処理)。
作製したコンデンサ素子2を、ドーパントを含む酸化剤に浸漬することにより、コンデンサ素子2に酸化剤を含浸させた(酸化剤含浸)。次に、酸化剤を含浸させたコンデンサ素子2に、モノマー溶液を滴下して含浸させた(モノマー含浸)。
その後、コンデンサ素子2を加熱することにより、酸化剤およびモノマーがさらに化学重合し、陽極箔21の陽極酸化皮膜および陰極箔22の自然酸化皮膜と、セパレータ23との間に導電性高分子からなる固体電解質層24を形成した(固体電解質形成)。
次に、円筒形のコンデンサ素子2を有底筒状の外装ケース4に収納し、外装ケース4の開口部を絞り加工により封止し、巻回型電解コンデンサ1を組み立てた(組み立て)。最後に、エージング処理を行い(エージング)、巻回型固体電解コンデンサ試料を作製した。
(従来例2)固体電解質を使用した場合
上記実施例2と、コンデンサ素子、リードタブ、封口材の変形について比較するため、「巻芯、リードタブ、封口材を一体形成した成型物」を使用せず、通常のゴム封口材を使用し、巻芯は巻回後抜き取り、コンデンサ素子の中心部は空洞とした以外は上記実施例2と同様の条件で、巻回型固体電解コンデンサ試料を作製した。
上記で作製した実施例1、2、従来例1、2による巻回型電解コンデンサ試料に、絶縁板(座板)を取り付け、リフローによるはんだ付け試験を行った。なお、リフロー条件は、プリヒート150〜180℃、120秒とし、ピーク温度260℃、5秒以内、230℃を超える時間60秒以内のリフローを3回行い、コンデンサ素子、リードタブ、封口材の変形について比較した。
その結果を下記の表1に示す。
表1より明らかなように、従来例1、2では、試験後のコンデンサ素子、リードタブ、封口材の変形が発生したのに対し、本発明による実施例1、2では、これらの変形の発生が皆無であり、実装不良を防止できることが分かる。
本実施形態における巻回型電解コンデンサ1によると、巻芯20、樹脂板11および樹脂片12が一対のリードタブ26a、26bとともに一体形成されているため、一対のリード線27a、27bの引き出される位置が固定され、リード線27a、27bの引き出される位置を考慮せずに、容易に巻回型電解コンデンサを製造することができる。
また、本実施形態における巻回型電解コンデンサに端子溝が形成された絶縁板を装着し、端子溝に沿ってリードタブを折り曲げたチップ型電解コンデンサにおいては、基板への実装時にリフローにより高温環境にさらされて、加熱により外装ケース4内の内部圧力が上昇して、樹脂板11を押圧しても、硬い素材である樹脂板11が押し出されることがなく、リード線27a、27bやリードタブ26a、26bへのストレスが抑制され、コンデンサ素子2の変形、リード線27a、27bやリードタブ26a、26bの断線や、絶縁板(座板)やリード線27a、27bの変形による実装不良を防止することができる。
さらに、一対のリード線27a、27bと接合された一対のリードタブ26a、26bは、巻芯20の外周面に当接して配置されているため、一対のリード線27a、27bの引き出し位置の調整が不要となり、工数を低減することができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその趣旨を超えない範囲において変更が可能である。例えば、封口材5を構成する巻芯20、樹脂板11および樹脂片12は、封口ゴム13と別材料であったが、封口ゴム13と同じ材料で形成されていてもよい。
また、本実施形態においては、巻芯20のスリット20aにセパレータ23を挟んで、巻芯20とセパレータ23の間に陽極箔21および陰極箔22をそれぞれ挟んで巻芯20を巻回していたが、セパレータ23を挟んで陰極箔22および陽極箔21を積層させて巻芯20に巻回してもよい。
本実施形態に係る巻回型電解コンデンサの外観および内部構造を示す正面図である。 コンデンサ素子の巻回状態を説明する平面図である。 本実施形態に係る巻回型電解コンデンサの製造方法を示す工程フロー図である。 コンデンサ素子の巻回手順を説明する平面図である。 第2成型工程後の成型物の正面図である。 従来例による巻回型電解コンデンサ素子の外観図である。
符号の説明
1 巻回型電解コンデンサ
2 コンデンサ素子
4 外装ケース
5 封口材
11 樹脂板
12 樹脂片
13 封口ゴム
20 巻芯
20a スリット
21 陽極箔
22 陰極箔
23 セパレータ
26a、26b リードタブ
27a、27b リード線
28a、28b リードタブ(中間タブ)

Claims (3)

  1. 表面に酸化皮膜が形成された陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して巻芯に巻回されたコンデンサ素子と、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、前記外装ケースの開口端を封口する封口材と、を有する巻回型電解コンデンサであって、
    前記巻芯には、前記巻芯の先端から前記封口材にかけてスリットが前記巻芯の軸方向に沿って形成され、該スリットに前記セパレータが挟まれた状態で前記陽極箔と前記陰極箔とが前記セパレータを介して巻回され、
    一方が前記陽極箔および前記巻芯と前記巻芯の軸方向に亘って当接し、他方が前記陰極箔および前記巻芯と前記巻芯の軸方向に亘って当接し、前記巻芯の先端から前記開口端に向かって延在した一対のリードタブを備えており、
    前記巻芯、前記一対のリードタブおよび前記封口材が、一体形成されていることを特徴とする巻回型電解コンデンサ。
  2. 前記封口材の少なくとも前記一対のリードタブと当接する部分は、ポリフェニレンサルファイド、またはポリイミドを含有してなることを特徴とする請求項1に記載の巻回型電解コンデンサ。
  3. 表面に酸化皮膜が形成された陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して巻芯に巻回されたコンデンサ素子と、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、前記外装ケースの開口端を封口する封口材と、を有する巻回型電解コンデンサの製造方法であって、
    前記巻芯には、前記巻芯の先端から前記封口材にかけてスリットが前記巻芯の軸方向に沿って形成され、該スリットに前記セパレータが挟まれた状態で前記陽極箔と前記陰極箔とが前記セパレータを介して巻回され、
    前記巻芯および前記封口材を一体形成する金型内に、前記巻芯の外周面に前記巻芯の軸方向に亘って接合されるように前記巻芯の先端から前記開口端に向かって延在した一対のリードタブを配置し、樹脂を流し込み、前記巻芯、前記封口材および前記一対のリードタブを一体成型する成型工程を備えていることを特徴とする巻回型電解コンデンサの製造方法。
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