JP5560310B2 - 電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電解コンデンサに関し、特に、陽極箔および陰極箔をセパレータを介在させた状態で巻回した巻回体を有する電解コンデンサおよびその製造方法に関する。

従来の電解コンデンサ、例えば、酸化アルミニウムを誘電体として用いたアルミニウム電解コンデンサは、一般的に次のように製造される。先ず、長尺なアルミニウム原箔を用いて、表面にエッチング処理が施された後に酸化皮膜が形成された陽極箔、およびエッチング処理が施された陰極箔を製造する。そして、この陽極箔および陰極箔にそれぞれリード線を接続してから、セパレータを介在させて対向させた積層体とし、これを巻回して巻回体を形成する。ここで、セパレータは、幅方向両端が陽極箔および陰極箔（以下、陽極箔および陰極箔を総称して「電極箔」という）の幅方向両端からはみ出た状態で陽極箔と陰極箔との間に介在している。その後、かかる巻回体を巻き止めテープによって巻き止め、コンデンサ素子を形成する。

続いて、上述のコンデンサ素子に電解液を含浸し、この電解液含浸後のコンデンサ素子を、一方端が開口している有底筒状の金属ケースに収容する。なお、金属ケースとしては、主としてアルミニウム製ケースが用いられる。最後に、金属ケースの開口を、コンデンサ素子のリード線が挿通される挿通孔が形成された封口材によって封口する（例えば、特許文献１参照）。

上述のようなアルミニウム電解コンデンサは、加熱、加圧を伴うモールド加工を施す必要が無い。したがって、コンデンサ素子の特性劣化を生じさせることなくアルミニウム電解コンデンサを形成できるという点で、高い実用性を有する。

しかしながら、上述の電解コンデンサにおいては、封口材によって金属ケースの開口を封口する際に、巻回体の両端部においてセパレータが押し潰されてしまうことがある。これにより、陽極箔とリード線とが、金属ケースの底面（内底面）に接近してしまう。その結果、陽極箔と金属ケースの底面とが接触したり、リード線の一部（先端部）と金属ケースの底面とが接触して、アルミニウム電解コンデンサ内部で電気的短絡を引き起こすおそれがある。

上記問題を解決するため、特許文献２には、金属ケースの底面に電解液を含浸したスペーサ紙を設置する方法が開示されている。また、特許文献３には、金属ケースの内部に樹脂膜を被着させる方法が開示されている。
特開平５−９００８３公報 実開昭６３−１０５３２２号公報 実開昭５８−１３８３２７号公報

しかしながら、上述の特許文献２に記載の方法では、製品に加えられる振動および長期の使用によってスペーサ紙の位置がずれてしまうおそれがあり、スペーサ紙の空隙部分（コンデンサ素子と金属ケースの底面とで挟まれた空間のうち、スペーサ紙が介在することなくコンデンサ素子と金属ケース底面とが対向する空間部分）でショート不良が発生することが懸念される。
また、特許文献３に記載の方法では、金属ケースの底面とコンデンサ素子との間のショート不良を防止することができても、コンデンサ素子を金属ケース内に収容する際の押し込みストレスにより、セパレータが押し潰されて陽極箔または陽極リード線と、陰極箔または陰極リード線とが接触してショート不良を引き起こすおそれがある。

本発明の目的は、陽極箔および／またはリード線と、金属ケースとの接触を確実に抑制することができる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。

本発明の電解コンデンサは、長尺な陽極箔と陰極箔との間に、長尺であり、かつ前記陽極箔の幅よりも広い幅を有するセパレータが、その幅方向両端が前記陽極箔の幅方向両端からはみ出た状態で介在するように、前記陽極箔および前記陰極箔からなる電極箔が巻回された巻回体と、該巻回体の外周面に貼り付けられた１本の粘着テープと、前記陽極箔および前記陰極箔の各々に接続され、前記幅方向において前記巻回体の一端から引き出されたリード線とを有するコンデンサ素子と、
一方端に開口を有し、電解液を含浸させた前記コンデンサ素子を収容する有底筒状の金属ケースと、
挿通孔を有し、該挿通孔に前記リード線を挿通した状態で前記金属ケースの前記開口を封口する封口材とを備えた電解コンデンサであって、
前記巻回体の最外周に位置する前記セパレータの外周面に前記粘着テープが貼り付けられ、
前記粘着テープが、前記幅方向において前記巻回体の一端とは反対の他端側に寄っているとともに、前記巻回体において、前記セパレータが前記陽極箔と対向している対向領域と前記セパレータが前記陽極箔からはみ出ているはみ出し領域とにまたがって貼り付けられており、かつ、前記はみ出し領域に前記粘着テープの前記他端側の端部の全てが位置し、前記セパレータのはみ出し領域と前記巻回体の他端側に寄って貼り付けられた前記粘着テープとにより、前記電極箔と前記金属ケースの内底面との間に空間を確保したことを特徴とするものである（第１の発明）。

この構成によると、粘着テープによって、金属ケースの開口を封口材で封口する際の押し込みストレスで、巻回体の他端部においてセパレータが押し潰されるのを防ぎ、陽極箔と金属ケースとの間の空間を確保することができる。したがって、陽極箔が金属ケースに接触するのを確実に抑制することができる。また、押し込みストレスによって陽極箔に接続されたリード線が巻回体の他端側に押され、金属ケースに接触するのを確実に抑制することができる。その結果、電解コンデンサ内部での電気的短絡を防ぎ、製造時の異常発生を低減させることができる。

また、本発明の電解コンデンサでは、前記粘着テープの前記他端側の端部が、前記はみ出し領域内で、かつ前記巻回体の前記他端の近傍位置に位置、または前記巻回体の他端と一致していることが好ましい（第２の発明）。この構成によると、より確実に陽極箔と金属ケースとの間の空間を確保し、電気的短絡を防ぐことができる。

また、本発明の電解コンデンサでは、粘着テープを、巻回体を巻き止める巻き止めテープとしてもよい（第３の発明）。この構成によると、陽極箔と金属ケース並びにリード線と金属ケースとの接触を防ぐために、新たな部材を用いることがないので、信頼性に影響を及ぼしたり、コストが増大したりすることがない。つまり、粘着テープがセパレータの押し潰れを防止するとともに、巻回体を巻き止めるので、新たに巻き止め用のテープを用意する必要がない。

本発明の電解コンデンサの製造方法は、長尺な陽極箔と陰極箔との間に、長尺であり、かつ前記陽極箔の幅よりも広い幅を有するセパレータが、その幅方向両端が前記陽極箔の幅方向両端からはみ出た状態で介在するように、前記陽極箔および前記陰極箔からなる電極箔が巻回された巻回体と、該巻回体の外周面に貼り付けられた１本の粘着テープと、前記陽極箔および前記陰極箔の各々に接続され、前記幅方向において前記巻回体の一端から引き出されたリード線とを有するコンデンサ素子と、
一方端に開口を有し、電解液を含浸させた前記コンデンサ素子を収容する有底筒状の金属ケースと、
挿通孔を有し、該挿通孔に前記リード線を挿通した状態で前記金属ケースの前記開口を封口する封口材とを備えた電解コンデンサの製造方法であって、
前記粘着テープを、前記幅方向において前記巻回体の一端とは反対の他端側に寄せるとともに、前記巻回体において、前記セパレータが前記陽極箔と対向している対向領域と前記セパレータが前記陽極箔からはみ出ているはみ出し領域とにまたがるようにしつつ、前記粘着テープの前記他端側の端部の全てが、前記巻回体における前記セパレータが前記陽極箔からはみ出ているはみ出し領域に位置するように、前記粘着テープを前記巻回体の最外周に位置するセパレータの外周面に貼り付け、前記セパレータのはみ出し領域と前記巻回体の他端側に寄って貼り付けられた前記粘着テープとにより、前記電極箔と前記金属ケースの内底面との間に空間を確保したことを特徴とするものである（第４の発明）。

この構成によると、粘着テープによって、金属ケースの開口を封口材で封口する際の押し込みストレスで、陽極箔と金属ケース並びにリード線と金属ケースとが接触するのを確実に抑制することができる。よって、電解コンデンサ内部での電気的短絡を防ぐことができる。

また、粘着テープにより巻回体を巻き止めるようにしてもよい（第５の発明）。この構成によると、巻き止め用として粘着テープの材質、基本幅等を変更することなく、巻回体への貼り付け位置のみを変更して電気的短絡防止の効果が得られる。したがって、現行の電解コンデンサ製造条件の変更や再検討の必要がなく、現行の製造工程に容易に導入することが可能である。

本発明によれば、陽極箔および／またはリード線と、金属ケースとの接触を確実に抑制することができる

以下、本発明の好適な一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施の形態にかかるアルミニウム電解コンデンサの概略構成を示す図である。なお、図１においては、その内部構造を示すため、一部分を断面で表している。図２は、図１に示すコンデンサ素子の分解斜視図である。図３は、図２に示す分解状態のコンデンサ素子の上面図である。図４は、図１に示すコンデンサ素子の側面図である。

本実施の形態のアルミニウム電解コンデンサ（以下、単に「コンデンサ」と称する）１は、製品サイズが直径：φ６．３×高さ：６．１Ｌのチップ形アルミニウム電解コンデンサである。図１に示すように、コンデンサ１は、コンデンサ素子３を端部に開口５ａを有する有底筒状の金属ケース５に収納してなる。金属ケース５の開口５ａは、封口材７によって封口されている。

図２および図３に示すように、コンデンサ素子３は、長尺な陽極箔３１と陰極箔３２とが長尺なセパレータ３３を介在させた状態で巻回された巻回体３４を有している。セパレータ３３は、陽極箔３１および陰極箔３２よりも広い幅を有している。そして、セパレータ３３は、その幅方向両端が陽極箔３１および陰極箔３２の幅方向両端からはみ出た状態で、陽極箔３１および陰極箔３２の間に介在している。すなわち、図２においてＡで示すセパレータ３３の幅方向両端部の領域は、陽極箔３１および陰極箔３２の幅方向両端部からはみ出ている。以下では、このような領域Ａを「はみ出し領域」という。

陽極箔３１は、エッチング処理が施されたアルミニウム箔の表面（エッチングピットが形成されたアルミニウム箔表面）に化成処理を施すことによって、誘電体となる酸化皮膜（図示せず）を形成したものである。また、陰極箔３２も陽極箔３１と同様にアルミニウム箔で形成されている。そして、陰極箔３２の表面は、エッチングピットの形成により粗面化されている。

さらに、コンデンサ素子３は、巻回体３４を巻き止めるための巻き止めテープ（粘着テープ）３５と、陽極箔３１および陰極箔３２にそれぞれ接続されており、幅方向における巻回体３４の一端（図２、４中の下端）から引き出されたリード線３６とを有している。なお、図１に示すように、コンデンサ素子３が収容された金属ケース５の開口５ａを封口する封口材７には、かかるリード線３６を挿通するための挿通孔７ａが金属ケース５の筒軸方向に形成されている。

巻き止めテープ３５は、ポリプロピレン（ＰＰ）フィルム、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム、ポリイミド（ＰＩ）フィルム等を基材とするものであり、その片面に接着剤が配置されている。幅方向において巻き止めテープ３５は巻回体３４よりも狭い幅を有している。また、巻き止めテープ３５は、図２および図４に示すように、幅方向において、巻回体３４の表面におけるリード線３６が引き出されている一端とは反対側の他端（図２、４中の上端）に寄って貼り付けられている。より詳細には、巻き止めテープ３５の他端側の端部が、図２の“Ａ”に示すはみ出し領域内で、かつ巻回体３４の他端側の端部の近傍位置に位置、または巻回体３４の他端側の端部と一致している。巻き止めテープ３５の貼り付け位置は、電極幅に対する巻き止めテープ幅に鑑みて上記に規定した範囲内で任意に設定することができる。すなわち、電極箔の巻きずれの度合い、封口材７によるリード線３６の押し上げ度合い等に基づき、電極箔およびリード線３６の一部（先端部）と金属ケース５の底面（内底面）とが確実に非接触状態となるように実験的に巻き止めテープ３５の貼り付け位置が設定される。なお、封口材７の押し込みによるセパレータ３３の潰れを抑制する観点からは、巻き止めテープ３５の他端側の端部と巻回体３４の他端側の端部とを一致させることが好ましい。

次に、本実施の形態にかかるコンデンサ１の製造工程について、図５を参照しつつ説明する。

まず、エッチング処理が施された陽極箔３１の表面に酸化皮膜を形成する一方、陰極箔３２の表面にエッチング処理を施す（Ｓ１）。続いて、両電極箔（陽極箔３１および陰極箔３２）の各々にリード線３６を接続すると共に、陽極箔３１と陰極箔３２との間にセパレータ３３が介在するように電極箔を巻回することによって巻回体３４を形成する（Ｓ２）。さらに、巻き止めテープ３５を、幅方向において巻回体３４の両端のうちリード線３６が引き出されている一端とは反対側の他端側に寄せるとともに、巻き止めテープ３５の他端側の端部が、巻回体３４におけるセパレータ３３が電極箔からはみ出ているはみ出し領域（図２の“Ａ”に示す領域）に位置するように、巻回体３４の外周面に貼り付けることによって、巻回体３４の巻き止めを行う（Ｓ３）。これにより、コンデンサ素子３が形成される。

その後、コンデンサ１の組立を行う（Ｓ４）。すなわち、ステップＳ３により得られたコンデンサ素子３に電解液を含浸させた後、金属ケース５に収容し、開口５ａを封口材７によって封口する。

以上のように、本実施の形態のコンデンサ１は、巻き止めテープ３５の他端側（幅方向においてコンデンサ素子３のリード線３６が引き出されている一端とは反対側）の端部が、幅方向においてセパレータ３３が陽極箔からはみ出ているはみ出し領域内で、かつ巻回体３４の他端側の端部の近傍位置に位置、または巻回体３４の他端側の端部と一致している。
このため、巻き止めテープ３５によって、金属ケース５の開口５ａを封口材７で封止する際の押し込みストレスで、巻回体３４のリード線３６が引き出されている一端とは反対側の他端部において、セパレータ３３が押し潰されるのを防ぎ、電極箔（陽極箔３１および陰極箔３２）と金属ケース５との間の空間を確実に確保することができる。その結果、電極箔と金属ケース５が接触したり、リード線３６と金属ケース５とが接触するのを確実に防止することができる。
また、現行の電解コンデンサに対して新たな部材を追加したり、巻き止めテープ３５の材質や幅等を変更したりすることなく、巻き止めテープ３５の巻回体３４への貼り付け位置のみを変更して電気的短絡防止の効果を得ることができる。したがって、信頼性に影響を及ぼしたり、コストが増大したりすることがない。さらに、現行の電解コンデンサ製造条件の変更や再検討の必要がなく、現行の製造工程に容易に導入することが可能である。

以上、本発明の好適な一実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて、様々な設計変更を行うことが可能なものである。

例えば、上述の実施の形態では、巻き止めテープ３５の他端部が、巻回体３４の他端側の端部の近傍位置に位置、または巻回体３４の他端部とが一致している場合について説明したが、巻き止めテープ３５の巻回体３４への貼り付け位置はこれには限定されない。巻き止めテープ３５が、巻回体３４の他端側に寄っていると共に、その他端側の端部が、セパレータ３３が陽極箔３１からはみ出ているはみ出し領域（図２の“Ａ”に示す領域）に位置していればよい。
また、上記実施形態では、巻き止めテープ３５によりセパレータ３３の押し潰れを防止しているが、これに限定されず、巻き止めテープとは別個に粘着テープを巻回体３４に貼り付けてもよい。具体的には、巻き止めテープ３５を巻き止めに適した任意の位置（例えば幅方向において巻回体３４の中央位置）に貼り付ける一方、巻き止めテープ３５とは異なる粘着テープを幅方向において巻回体３４の他端側に寄せるとともに、粘着テープの他端側の端部が、セパレータ３３が陽極箔３１からはみ出ているはみ出し領域に位置するように、粘着テープを巻回体に貼り付けてもよい。
また、上記実施形態では、本発明をチップ形電解コンデンサに適用しているが、これに限定されず、リード線形電解コンデンサ、基板自立形電解コンデンサ、ネジ端子形電解コンデンサ等に対しても適用することができる。

＜比較試験＞
上述の実施例で述べたコンデンサ１、および以下に比較例１、２として述べるコンデンサとを比較する比較試験を行った。

（比較例１）
比較例１にかかるコンデンサは、上述の実施例のコンデンサ１における巻き止めテープ３５の貼り付け位置のみを変更したものであり、その他の構成は実施例のコンデンサ１と同じである。比較例１のコンデンサの巻き止めテープは、幅方向において巻回体３４よりも狭い幅を有し、幅方向における巻回体一端と他端との間の中心位置に配置、すなわち、幅方向において巻き止めテープの中心位置と巻回体の中心位置とが一致するように配置されている。

（比較例２）
比較例２にかかるコンデンサは、上述の実施例のコンデンサ１における巻き止めテープ３５の貼り付け位置のみを変更すると共に、金属ケースの底面と巻回体の他端側の端部との間に絶縁物を設置して作製したものであり、その他の構成は実施例のコンデンサ１と同じである。比較例２のコンデンサの巻き止めテープは、幅方向における巻回体の一端と他端との間の中心位置に位置している。

上述の実施例にかかるコンデンサ１、比較例１にかかるコンデンサ、および比較例２にかかるコンデンサをそれぞれ作製し、これらの製品の電気的特性を測定し、短絡製品数（ショートが発生した製品数）、漏れ電流値における規格外製品数を調査した。その後、良品各１００個を用いて２６０℃リフローを３回実施し、リフロー後の短絡製品数を比較した。

表１から明らかなように、実施例にかかるコンデンサ１によれば、短絡製品数および漏れ電流値における規格外製品数は皆無（零）であり、比較例１および２にかかるコンデンサに比較して、電極箔と金属ケースとの接触およびリード線と金属ケースとの接触が確実に防止されていることが分かる。また、リフロー後においても製品電気特性が安定していることが分かる。

次に、上述の実施例にかかるコンデンサ１、比較例１にかかるコンデンサ、および比較例２にかかるコンデンサについて、２６０℃リフローを３回実施した良品を１０５℃恒温槽中で定格電圧を印加し、５０００時間経過後の漏れ電流不良数を比較した。

表２より明らかなように、実施例にかかるコンデンサ１は、比較例１にかかるコンデンサおよび比較例２にかかるコンデンサよりも安定した製品信頼性が得られる。

本発明の実施の形態にかかるアルミニウム電解コンデンサの概略構成を示す図である。 図１に示すコンデンサ素子の分解斜視図である。 図２に示す分解状態のコンデンサ素子の上面図である。 図１に示すコンデンサ素子の側面図である。 図１に示すアルミニウム電解コンデンサの製造工程を示す図である。

１ アルミニウム電解コンデンサ
３ コンデンサ素子
５ 金属ケース
５ａ 開口
７ 封口材
７ａ 挿通孔
３１ 陽極箔
３２ 陰極箔
３３ セパレータ
３４ 巻回体
３５ 巻き止めテープ
３６ リード線
Ａ はみ出し領域

Claims (5)

1. 長尺な陽極箔と陰極箔との間に、長尺であり、かつ前記陽極箔の幅よりも広い幅を有するセパレータが、その幅方向両端が前記陽極箔の幅方向両端からはみ出た状態で介在するように、前記陽極箔および前記陰極箔からなる電極箔が巻回された巻回体と、該巻回体の外周面に貼り付けられた１本の粘着テープと、前記陽極箔および前記陰極箔の各々に接続され、前記幅方向において前記巻回体の一端から引き出されたリード線とを有するコンデンサ素子と、
   一方端に開口を有し、電解液を含浸させた前記コンデンサ素子を収容する有底筒状の金属ケースと、
   挿通孔を有し、該挿通孔に前記リード線を挿通した状態で前記金属ケースの前記開口を封口する封口材とを備えた電解コンデンサであって、
   前記巻回体の最外周に位置する前記セパレータの外周面に前記粘着テープが貼り付けられ、
   前記粘着テープが、前記幅方向において前記巻回体の一端とは反対の他端側に寄っているとともに、前記巻回体において、前記セパレータが前記陽極箔と対向している対向領域と前記セパレータが前記陽極箔からはみ出ているはみ出し領域とにまたがって貼り付けられており、かつ、前記はみ出し領域に前記粘着テープの前記他端側の端部の全てが位置し、前記セパレータのはみ出し領域と前記巻回体の他端側に寄って貼り付けられた前記粘着テープとにより、前記電極箔と前記金属ケースの内底面との間に空間を確保したことを特徴とする電解コンデンサ。
2. 前記粘着テープの前記他端側の端部が、前記はみ出し領域内で、かつ前記巻回体の前記他端の近傍位置に位置、または前記巻回体の他端と一致していることを特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサ。
3. 前記粘着テープが前記巻回体を巻き止める巻き止めテープであることを特徴とする請求項１または２に記載の電解コンデンサ。
4. 長尺な陽極箔と陰極箔との間に、長尺であり、かつ前記陽極箔の幅よりも広い幅を有するセパレータが、その幅方向両端が前記陽極箔の幅方向両端からはみ出た状態で介在するように、前記陽極箔および前記陰極箔からなる電極箔が巻回された巻回体と、該巻回体の外周面に貼り付けられた１本の粘着テープと、前記陽極箔および前記陰極箔の各々に接続され、前記幅方向において前記巻回体の一端から引き出されたリード線とを有するコンデンサ素子と、
   一方端に開口を有し、電解液を含浸させた前記コンデンサ素子を収容する有底筒状の金属ケースと、
   挿通孔を有し、該挿通孔に前記リード線を挿通した状態で前記金属ケースの前記開口を封口する封口材とを備えた電解コンデンサの製造方法であって、
   前記粘着テープを、前記幅方向において前記巻回体の一端とは反対の他端側に寄せるとともに、前記巻回体において、前記セパレータが前記陽極箔と対向している対向領域と前記セパレータが前記陽極箔からはみ出ているはみ出し領域とにまたがるようにしつつ、前記粘着テープの前記他端側の端部の全てが、前記巻回体における前記はみ出し領域に位置するように、前記粘着テープを前記巻回体の最外周に位置するセパレータの外周面に貼り付け、前記セパレータのはみ出し領域と前記巻回体の他端側に寄って貼り付けられた前記粘着テープとにより、前記電極箔と前記金属ケースの内底面との間に空間を確保したことを特徴とする電解コンデンサの製造方法。
5. 前記粘着テープが前記巻回体を巻き止めていることを特徴とする請求項４に記載の電解コンデンサの製造方法。

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