JP5279548B2 - ネジ端子付きコンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ネジ端子付きコンデンサおよびその製造方法に関する。

近年、電子機器が高機能化するに従って電気回路の高周波対応化の要求が強くなり、これに伴って、コンデンサについても低インピーダンス化が必要となってきている。特に産業用のインバータの電源回路などに対しても、回路設計上、高周波ノイズやリプル電流の吸収性が要求され、低ＥＳＲ（等価直列抵抗）化、低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化が実現できるコンデンサが強く求められている。

大電流を扱う産業用のコンデンサの場合、コンデンサの容量も大きくなり、それに伴ってコンデンサの重量も大きくなるので、外部接続端子の径が大きなネジ端子付きコンデンサが使用されている。
図３は、一般的なネジ端子付きアルミニウム電解コンデンサの構造を示している。１０はコンデンサ素子である。このコンデンサ素子１０は、陽極箔と陰極箔とを電解紙を介して積層し巻回し、引き出しタブ１１を引き出した構造になっている。陽極箔は、エッチングした高純度のアルミニウム箔等の弁作用金属箔に酸化皮膜を形成したものである。また、陰極箔は、エッチングしたアルミ箔等の弁作用金属箔を用いる。電解紙はマニラ紙やクラフト紙などを用いる。
ケース１２は、アルミニウム等の金属材からなり、外観的に円筒状に形成されている。そしてケース１２の底部の中心部には溝状の防爆機構（図省略）を設ける場合もある。ケース１２には絶縁性チューブ（図省略）が被覆する場合もある。
そして、１３はコンデンサ用の封口体であり、ポリプロピレン・ポリフェニレンサルファイド・フェノール等のモールド用絶縁樹脂で、３〜３０ｍｍ程度の厚さであり、ケース１２の近傍の内周面に設けた突部１４に載せられる。また、封口体１３の最外周には、ゴム等の弾性材からなる弾性体１５が配置されている。そしてこの弾性体１５に、カーリングによるケース１２の屈曲した先端をくい込ませて密閉性を向上している。
また、封口体１３には、陽極と陰極のネジ端子１６を設けている。このネジ端子１６は、製作容易性と封口体との気密性を得るために、円柱形状に形成されており、この外側面の中程に封口体１３との気密性をより得るために凸状の鍔１６ａが形成され、この鍔１６ａの部分が封口体１３に埋設される。また、ネジ端子１６のネジ穴部１６ｂの位置は、ネジ端子１６の強度や加工性のためネジ端子１６の中心軸に設けられる。ネジ端子付き封口体１３の作成方法としてはインサート樹脂モールド等で行い、予めコンデンサ外側の端面において端面中心部から垂直軸方向にネジ穴部１６ｂが形成されたネジ端子１６を成形金型にセットし、形締め、金型を加熱、絶縁材料からなるモールド樹脂材を溶融させ一定の圧力で流し込むことで一体的に成形を行っている。
そして、ネジ端子１６のコンデンサ内側端面においては、引き出しタブ１１をリベット止めや超音波溶接法により接続する。また、ネジ端子１６のコンデンサ外側端面においては、通常六角ボルトのような、ネジ部１７ｂとその径よりも広い頭部１７ａがあるボルト１７が挿入され、外部配線回路と接続固定される。たとえば特許文献１、２、３または４のように、ネジ端子１６の径は通常このボルト１７の頭部１７ａの径程度の大きさである。

ところで、コンデンサの低ＥＳＲ（等価直列抵抗）化、低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化を向上させる方法として、たとえば特許文献５のように、引き出しリードタブの長さを短くする例や、ネジ端子付きアルミニウム電解コンデンサではないが、小電流を扱う小型のアルミニウム電解コンデンサの場合、特許文献６のように、使用される外部端子であるリード線同士を寄せて近づけて電解コンデンサから導出させる例がある。

実開平０５−０６６９５７公報 特開平０６−２７５４７１公報 特開平０８−０９７０８９公報 特開平０８−１４８３９０公報 特開２０００−２１６０５６公報 特開２００３−２３４２５２公報

解決しようとする問題点は、コンデンサの低ＥＳＲ（等価直列抵抗）化、低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化を向上させるために、引き出しタブを短くする方法は、引き出しタブを封口体の外部端子に接続してから封口されるため、設計上限界が生ずる。
また、低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化を向上させるために、ネジ端子同士を、近づける方法は、リード線のようにその間隔が変形可能な端子であれば、外部回路との接合に問題を生じないが、ネジ端子のように径が大きな場合、外部配線回路との接合がそのままでは合わせることができない場合がある点である。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、大電流を扱うネジ端子付きコンデンサにおいて、外部配線回路との接合に支障がなく、さらなる低ＥＳＲ（等価直列抵抗）化、低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化が実現できるネジ端子付きコンデンサの提供を目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、下記のネジ端子付きコンデンサおよびその製造方法を提供するものである。
（１）陽極と陰極とをセパレータを介して巻回し、引き出しタブが陽極と陰極とに接続されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を収容する有底筒状のケースとを有し、このケースの開口部を封口体で封止する前に、この封口体を貫通して設けた一対の円柱形のネジ端子に前記引き出しタブを接続するネジ端子付きコンデンサにおいて、前記ネジ端子同士を接近させるために、前記ネジ端子の外部端面側に形成したネジ穴部の位置を前記ネジ端子の中心軸からずらすことにより、前記ネジ端子のネジ穴間隔の距離を一定にさせながら、前記ネジ端子の径を大きくしたネジ端子付きコンデンサを提供するものである。
（２）陽極と陰極とをセパレータを介して巻回し、引き出しタブが陽極と陰極とに接続されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を収容する有底筒状のケースとを有し、このケースの開口部を封口体で封止する前に、この封口体を貫通して設けた一対の円柱形のネジ端子に前記引き出しタブを接続するネジ端子付きコンデンサの製造方法にあって、前記ネジ端子同士を接近させるために、前記ネジ端子の径を大きくする場合において、まず、ネジ端子のネジ穴を設けずに、この端子を成形金型にセットして一体的に封口体を成形し、その後、外部配線回路にネジ端子のネジ穴部間の距離を合わせて、この端子のネジ穴を切削するネジ端子付きコンデンサの製造方法を提供するものである。

本発明は、ネジ端子同士を接近させるために、ネジ端子の径を大きくしたことにより、接続端子自体の電気抵抗が減少し、また接続端子同士を接近しているので、さらなる低ＥＳＲ（等価直列抵抗）化、低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化が実現でき、またネジ間距離を変更しなくてもよいので、外部配線回路との接合に支障が生じない。

本発明および従来の封口体の断面図の例を示している。 本発明のネジ端子付きコンデンサに用いる封口体の断面図の別例を従来例と共に示している。 一般的なネジ端子付きアルミニウム電解コンデンサの構造を示している。

本発明に述べるコンデンサ素子とは、エッチング等により細かい穴のピット形状に粗面化され、化成工程により表面に酸化膜からなる誘電体を形成した陽極用のアルミニウムの電極箔と、表面は一般的に自然酸化皮膜を設けた陰極用のアルミニウムの電極箔とを適当な幅に裁断した後、引き出しタブを接続し、紙などのセパレータと共に巻回または積層されたものをさす。また、コンデンサ素子としては他に、金属箔に引き出しタブを接続し、フィルムなどのセパレータと共に捲回または積層されたもの、コンデンサ紙やプラスティックフィルムに亜鉛などを真空蒸着等した金属化紙や金属化フィルムを巻回し、両端面にメタリコンを設け、このメタリコンに引き出しタブを接続した構造のものを用いたものも含まれる。

本発明に述べる引き出しタブは、コンデンサ素子の各電極から引き出され、コンデンサに設けた外部との中継電極である外部端子であるネジ端子と電気的に結ぶものである。形状は、２０μｍから５００μｍ程度の厚さのアルミニウム箔を短冊状に切り出したもので、一般にはエッチングなどの粗面化加工の施されていないプレンの箔やまたは金属線が用いられている。

本発明に述べるケースとは、上面が開口したアルミニウム等の金属材からなり、外観的に円筒状や楕円筒状に形成されている。ケース内側の底部はコンデンサ素子の底部に接する平面状で、中央にコンデンサ素子の巻き芯を固定するための突起があってもよい。また、ケース内側の底部側に別部品としてコンデンサ素子の底部を平均的に接する平面状のものを設けたり、その平面状のものの中央にコンデンサ素子の巻き芯を固定するための突起を設置してもよい。ケースには絶縁性チューブを被覆する場合もある。

本発明に述べる封口体は、ケース上面の開口部を封口するもので、ポリプロピレン・ポリフェニレンサルファイド・フェノール等の絶縁樹脂からなり、３〜５０ｍｍ程度の厚さがある。ケースの近傍の内周面に設けた突部に載せられ、封口体の最外周には、段面が三角形状の突起が設けられ、ゴム等の弾性材からなる弾性体が配置される場合もある。そしてこの弾性体にカーリングによるケースの屈曲した先端をくい込ませて密閉性を向上している。
封口体の作成方法としては、インサート樹脂モールド等で行い、予め端子を成形金型にセットし、形締め、金型を加熱、絶縁材料からなるモールド樹脂材を溶融させ一定の圧力で流し込むことで一体的に成形を行っている。
また、封口体には、ケース内部の圧力が上昇した場合、それを逃がす圧力弁等を設ける場合も多い。

本発明に述べるネジ端子は、封口体にあって封口体を貫通する端子で、引き出しタブと外部配線回路とを電気的につなぐものである。ネジ端子は、アルミニウム、鉄、銅などの導電性の金属材料からなり、切削・転造・鋳造など金属加工に用いる一般的な加工方法により作成される。
ネジ端子は、製作容易性と封口体との気密性を得るために、ほぼ円柱形に形成されており、その外側端面側には外部配線回路と電気的に接続するネジ穴を形成する。ネジ穴には通常六角ボルトのようなネジ部とその径よりも広い頭部分があるボルトにより外部配線回路と接続固定される。ネジ端子径は端子同士を接近させるために、ボルトの頭の径よりも大きくする。好ましくはボルトの頭部の径の１．３倍から３倍程度で、好ましくは１．５倍から２．５倍程度となる。最大径の限界は、求められる外部端子間の絶縁抵抗や封口体との気密性や封口体の径による。
また、ネジ端子の他端には、引き出しタブを接続固定するための、リベット止め部や超音波溶接法により接続部を設ける。外部端子の径よりも細くした円柱部分を設け、引き出しタブの端部に穴をあけてその円柱部分に差し込み、次に平ワッシャを差し込み、機械的にかしめるリベット止めが一般的である。
このネジ端子の外周外側面の中程には封口体との気密性をより得るために鍔が形成されている場合が多く、この鍔の部分で封口体に埋設されている。この鍔は封口体のモールド樹脂との接触面積を増加させるためのもので、ネジ端子の径が比較的小さい場合はネジ端子から突出しているが、ネジ端子の径が大きい場合は凹んだ逆鍔状もよい。その場合、端子間の耐圧は改善される。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明および従来の封口体の断面図の例を示している。
図１（ａ）は、従来の封口体の断面図、図１（ｂ）は本発明の封口体の断面図、図１（ｃ）、図１（ｄ）は本発明の別の封口体の断面図を示している。
１は、ネジ端子、２は、封口体、３は、ボルトを示している。

図１に示すように、ネジ端子１は、封口体２に対して垂直方向で円柱形状に一対形成されており、この外側面の中程に封口体２との気密性をより得るために鍔１ａが形成され、この鍔１ａの部分が封口体２に埋設されている。また、ネジ端子１には、円柱形の中心軸方向に端面下に向けてネジ穴加工のネジ穴部１ｂを設けてあって、ボルト３が挿入された状態を示している。ボルト３は頭部３ａとネジ穴部１ｂに挿入されるネジ部３ｂからなり、頭部３ａの径はネジ穴部１ｂに挿入されるネジ部３ｂの径の１．５倍から２倍程度のものが一般に流通していてそれを使用する。

図１（ａ）に示すように、従来、封口体２に埋設されるネジ端子１の径は、おおよそ上記のボルト３の頭部３ａと同じ程度となっている。ここで、低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化を向上させるために、一対のネジ端子１同士を、近づける方法は、リード線のようにその間隔が変形可能な端子であれば、外部配線回路との接合に問題を生じないが、ネジ端子１のように径が大きな場合、外部配線回路との接合がそのままでは合わせることができない場合があるので、 図１（ｂ）に示すように、本発明では、一対のネジ端子１の、ネジ穴部１ｂ間の距離は変えずに、ネジ端子１自体の径を大きくすることによりネジ端子１同士が接近し、低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化を向上させると共に、ネジ端子１の径が太くなることにより、低ＥＳＲ（等価直列抵抗）化を向上させることができることを示している。

また、図１（ｃ）に示すように、一対のネジ端子１の、ネジ穴部１ｂ間の距離は変えずに、ネジ端子１自体の径を大きくしていくと、ネジ端子１が封口体２の外周のカーリング部分と接触してしまう場合には、ネジ端子１のネジ穴部１ｂの位置をネジ端子１の中心軸からずらすことにより、ネジ端子１のネジ穴部１ｂ間の距離は変えずによりネジ端子１同士がより接近し、低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化をより向上させると共に、ネジ端子１の径がより太くなることにより、低ＥＳＲ（等価直列抵抗）化をより向上させることができる。
ネジ端子１のネジ穴を設けずに、予めこの端子を成形金型にセットし、形締め、金型を加熱、絶縁材料からなるモールド樹脂材を溶融させ一定の圧力で流し込むインサート樹脂モールド方式で一体的に成形を行い、この端子付きの封口体を製造し、その後、外部配線回路に合わせてこの端子のネジ穴を切削することにより、ネジ端子１のネジ穴部１ｂの位置をネジ端子１の中心軸にとらわれずにまたネジ穴部１ｂの穴径を自由に設定することもできる。また、ネジ端子１にネジ穴部１ｂ設けておいた場合には、成形金型の方にネジ穴部１ｂに嵌合する突起部分等を設けることにより、外部配線回路に合わせてネジ端子１のネジ穴部１ｂ間の距離を設定することもできる。

また、図１（ｄ）に示すように、一対のネジ端子１の、ネジ穴部１ｂ間の距離は変えずに、ネジ端子１自体の径を大きくしていくと、鍔部分が障害となって、ネジ端子１間の耐圧がとれない場合には、鍔部分を凹ませて逆鍔状態の溝１ｃにしてもよい。

図２は、本発明の封口体の断面図の別例を従来例と共に示している。
図２（ａ）は、被覆前の、従来例の断面図、図１（ｂ）は被覆後の、本発明の封口体の断面図の例を示している。
１はネジ端子、２は封口体を示している。
封口体２が、ネジ端子１のネジ穴入口面または付近、または引き出しタブとの接続面または付近を除いて絶縁樹脂で被覆されることにより、ネジ端子１間の空間距離（絶縁された導体間の直線距離）は同じでも沿面距離（双方を隔てる絶縁物の表面に沿って計測した距離）を増加させることができることを示している。図２では、絶縁樹脂の被覆は、封口体２そのものの樹脂を封口体２を成形すると同時に設けているが、別の絶縁材料を封口体２の成形後に設けてもよい。

１、１６…ネジ端子、１ａ、１６ａ…鍔、１ｂ、１６ｂ…ネジ穴部、１ｃ…溝、２、１３…封口体、３、１７…ボルト、３ａ、１７ａ…頭部、３ｂ、１７ｂ…ネジ部、１０…コンデンサ素子、１１…引き出しタブ、１２…ケース、１４…突部、１５…弾性体。

Claims (2)

1. 陽極と陰極とをセパレータを介して巻回し、引き出しタブが陽極と陰極とに接続されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を収容する有底筒状のケースとを有し、このケースの開口部を封口体で封止する前に、この封口体を貫通して設けた一対の円柱形のネジ端子に前記引き出しタブを接続するネジ端子付きコンデンサにおいて、前記ネジ端子同士を接近させるために、前記ネジ端子の外部端面側に形成したネジ穴部の位置を前記ネジ端子の中心軸からずらすことにより、前記ネジ端子のネジ穴間隔の距離を一定にさせながら、前記ネジ端子の径を大きくしたネジ端子付きコンデンサ。
2. 陽極と陰極とをセパレータを介して巻回し、引き出しタブが陽極と陰極とに接続されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を収容する有底筒状のケースとを有し、このケースの開口部を封口体で封止する前に、この封口体を貫通して設けた一対の円柱形のネジ端子に前記引き出しタブを接続するネジ端子付きコンデンサの製造方法にあって、前記ネジ端子同士を接近させるために、前記ネジ端子の径を大きくする場合において、まず、ネジ端子のネジ穴を設けずに、この端子を成形金型にセットして一体的に封口体を成形し、その後、外部配線回路にネジ端子のネジ穴部間の距離を合わせて、この端子のネジ穴を切削するネジ端子付きコンデンサの製造方法。

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