JP7481141B2

JP7481141B2 - 巻回形コンデンサ

Info

Publication number: JP7481141B2
Application number: JP2020056521A
Authority: JP
Inventors: 優介酒井; 定弘根尾; 勝多田; 輝喜大月
Original assignee: Nichicon Corp
Current assignee: Nichicon Corp
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2024-05-10
Anticipated expiration: 2040-03-26
Also published as: JP2021158209A

Description

本発明は、巻回形コンデンサに関し、電極箔とリードタブとを接続した電解コンデンサに関するものである。

従来、巻回形の電解コンデンサとして、陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を収納する有底筒状のコンデンサケースと、このコンデンサケースの開放端側を塞ぐ封口体とを有するものが知られている。封口体の外端面には陽極端子および陰極端子が引き出され、これらの端子の基端部には、陽極内部端子および陰極内部端子として陽極リードタブおよび陰極リードタブが、それぞれ陽極箔および陰極箔に接続されている（特許文献１参照）。

特開平０４－３５２３１３号公報

巻回形コンデンサとして、電解コンデンサにおいては、陽極箔および陰極箔はそれぞれ目的とする機能を発揮するため箔の厚み（箔厚）が異なっている。陽極箔は、所望の表面拡大率を実現するため、エッチングを施し、誘電体となる陽極酸化皮膜を形成するために箔厚を厚くする必要があり、一般的には、陽極箔は陰極箔よりも厚くなっている。

これに対して、陽極箔に接続される陽極リードタブおよび陰極箔に接続される陰極リードタブは、従来より同一寸法のものが用いられている。

このように、従来の電解コンデンサにおいては、厚みが異なる陽極箔および陰極箔と、厚みが同一であるリードタブを用いてコンデンサ素子を構成していることにより、陽極リードタブを接続した陽極箔、セパレータおよび陰極リードタブを接続した陰極箔を巻回してなるコンデンサ素子の形状は、真円ではなく楕円となる。

コンデンサ素子が楕円形状になると、製造工程において取り扱いが難しく、コンデンサ素子に機械的ストレスが加わりやすくなるため、電解コンデンサの漏れ電流特性が悪化する問題があった。特に、電解液を用いた電解コンデンサに比べて、導電性高分子を用いたいわゆる固体電解コンデンサは皮膜修復性が低く、機械的ストレスが漏れ電流特性に影響を及ぼすことになる。

本発明は、陽極箔、セパレータおよび陰極箔を巻回してなる巻回形のコンデンサ素子を有する電解コンデンサにおいて、漏れ電流特性の悪化を抑制し得る巻回形コンデンサを提供することを目的とするものである。

本発明の巻回形コンデンサは、第１のリードタブが接続された弁金属の陽極箔と、第２のリードタブが接続された陰極箔とを、セパレータを介して重ね合わせ、巻回してなるコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を収納する有底円筒状の外装ケースと、前記外装ケースの開口部を封止する封口体と、を備えた巻回形コンデンサであって、前記第１のリードタブの厚みが前記第２のリードタブの厚みより薄いことを特徴とする。

この構成によれば、陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して重ね合わせ巻回してなるコンデンサ素子の形状を真円に近づけることができる。これにより、巻回形コンデンサに与えられる製造工程での機械的ストレスを軽減することができ、漏れ電流特性の改善を図ることができる。

また、本発明の巻回形コンデンサは、上記構成において、前記陽極箔および前記第１のリードタブからなる部材厚みと、前記陰極箔および前記第２のリードタブからなる部材厚みとの差が１５％以下であることを特徴とする。

この構成によれば、陽極箔および第１のリードタブからなる部材厚み（Ａ）と、陰極箔および第２のリードタブからなる部材厚み（Ｂ）との割合（１－Ｂ／Ａ）を１５％以下とすることにより、実用上十分な範囲でコンデンサ素子の形状を真円に近づけることができ、これにより、漏れ電流特性を改善し得る。

また、本発明の巻回形コンデンサは、上記構成において、前記陽極箔と前記陰極箔との間に、導電性高分子を含むことを特徴とする。

この構成によれば、陽極箔と陰極箔との間に導電性高分子を含む、いわゆる固体電解コンデンサにおいても、コンデンサ素子の形状を真円に近づけることで製造工程での機械的ストレスを軽減することができ、漏れ電流特性の改善を図ることができる。

本発明の巻回形コンデンサによると、陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回してなる巻回形のコンデンサ素子を有する電解コンデンサにおいて、漏れ電流特性の悪化を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る巻回形コンデンサの構成を示す断面図である。本発明の実施形態に係るコンデンサ素子を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る加締め部を示す断面図および平面図である。本発明の実施形態に係る加締め部を示す断面図である。本発明の実施形態に係る陽極箔および陰極箔の巻回状態を示す略線図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態における巻回形の電解コンデンサ１は、主として、コンデンサ素子２と、外装ケース１２と、封口体１１とから構成される。

図２に示すように、コンデンサ素子２は、エッチング処理および誘電体酸化皮膜形成処理が施された陽極箔（陽極アルミニウム箔）３ａと陰極箔（陰極アルミニウム箔）３ｂとがセパレータ４を介して巻回され、素子止めテープ９（図１）で固定される。このコンデンサ素子２は、有底筒状の外装ケース１２（図１）に収納される。

外装ケース１２の開口部には樹脂やゴム等で形成された封口体１１が装着され、該開口部は絞り加工により密閉された構造を有する。

コンデンサ素子２から引き出されるリードタブ５、１５にはリード線６、１６が溶接され、封口体１１を介して外部に引き出されている。外装ケース１２は、スリーブ１３によって被覆される。

陽極箔３ａおよび陰極箔３ｂには、リードタブ５および１５が加締めや溶接等によって接続されている。

図３（ａ）および（ｂ）に示すように、陽極側のリードタブ５は、コンデンサ素子２の端面から突出する丸棒部５ａと、この丸棒部５ａの一端に連結されており、陽極箔３ａが接続される偏平部５ｂとから構成されている。

リードタブ５は、アルミニウムからなる丸棒状の部材の一端部を、所定長さだけプレスして偏平部５ｂを形成し、残りの部分を丸棒部５ａとすることによって形成されている。

また、丸棒部５ａの先端（偏平部５ｂと反対側の端部）には、リード線６が溶接されている。

偏平部５ｂの長さは、陽極箔３ａの幅とほぼ同じまたは短くなっており、例えば１～２５０ｍｍである。偏平部５ｂの幅は、例えば１～３０ｍｍである。

偏平部５ｂは、陽極箔３ａの表面上に、陽極箔３ａの封口体側端面から垂直方向に配置され、例えば３つの加締め部７により陽極箔３ａに接続される。
陽極箔３ａの厚みをＴ１（ｍｍ）、リードタブ５の偏平部５ｂの厚みをＴ２（ｍｍ）、これらの厚みの合計（Ｔ１＋Ｔ２）をＴ３（ｍｍ）とする。

また、図４に示すように、陰極側のリードタブ１５は、陽極側のリードタブ５と同様に、コンデンサ素子２の端面から突出する丸棒部１５ａと、この丸棒部１５ａの一端に連結されており、陰極箔３ｂが接続される偏平部１５ｂとから構成されている。

リードタブ１５は、アルミニウムからなる丸棒状の部材の一端部を、所定長さだけプレスして偏平部１５ｂを形成し、残りの部分を丸棒部１５ａとすることによって形成されている。

また、丸棒部１５ａの先端（偏平部１５ｂと反対側の端部）には、リード線１６が溶接されている。

偏平部１５ｂの長さは、陰極箔３ｂの幅とほぼ同じまたは短くなっており、例えば１～２５０ｍｍである。偏平部５ｂの幅は、例えば１～３０ｍｍである。

偏平部１５ｂは、陰極箔３ｂの表面上に、陰極箔３ｂの封口体側端面から垂直方向に配置され、例えば３つの加締め部７により陰極箔３ｂに接続される。
陰極箔３ｂの厚みをＴ１１（ｍｍ）、リードタブ１５の偏平部１５ｂの厚みをＴ１２（ｍｍ）、これらの厚みの合計（Ｔ１１＋Ｔ１２）をＴ１３（ｍｍ）とする。

陽極箔３ａの厚みＴ１は、陰極箔３ｂの厚みＴ１１よりも厚く形成されているのに対して、陽極側のリードタブ５の偏平部５ｂの厚みＴ２は、陰極側のリードタブ１５の偏平部１５ｂの厚みＴ１２よりも薄く形成されている。

これにより、陽極側における陽極箔３ａの厚みＴ１および偏平部５ｂの厚みＴ２の合計厚みＴ３と、陰極側における陰極箔３ｂの厚みＴ１１および偏平部１５ｂの厚みＴ１２の合計厚みＴ１３との差が１５％以下（本実施例では１２％）となるように各々の部材（陽極箔３ａ、陰極箔３ｂ、リードタブ５、１５）が形成されている。

このように陽極箔３ａおよびこれに接続されたリードタブ５の合計厚みＴ３と、陰極箔３ｂおよびこれに接続されたリードタブ１５の合計厚みＴ１３との差が所定範囲に収まるように構成されたコンデンサ素子２においては、図５に示すように、コンデンサ素子の巻回中心Ｏから偏平部５ｂ、１５ｂが設けられている加締め位置までのそれぞれの半径は、いずれも、陽極箔３ａ（図５において実線で示す）、セパレータ４および陰極箔３ｂ（図５において破線で示す）を巻回して構成されているため、同じ半径寸法となる。一方、加締め位置において、陰極箔３ｂに比べて厚い陽極箔３ａには、偏平部１５ｂ（リードタブ１５）よりも薄い偏平部５ｂ（リードタブ５）が加締め接続され、これに対して、陽極箔３ａに比べて薄い陰極箔３ｂには、偏平部５ｂ（リードタブ５）よりも厚い偏平部１５ｂ（リードタブ１５）が加締め接続されていることにより、偏平部５ｂが設けられている加締め部および偏平部１５ｂが設けられている加締め部においては、同じ厚みのリードタブ（偏平部）を接続する場合に比べて、各々の加締め部の外周側における巻回中心Ｏからの半径寸法が、近似した範囲内となる。
なお、図５は、コンデンサ素子２における陽極箔３ａおよび陰極箔３ｂの巻回状態を略線的に示す図であり、セパレータ４を省略して示している。

これにより、当該加締め部よりも巻回の外側において、巻回形状が楕円形状となることを抑制することができる。

次に、電解コンデンサ１の製造工程について説明する。
所定の幅に切断された陽極箔３ａ（陽極アルミニウム箔）および陰極箔３ｂ（陰極アルミニウム箔）に、外部引き出し電極用のリードタブ５および１５（アルミニウム製）を加締め接続する。陽極箔３ａは弁金属としてアルミニウム箔を用い、弁金属の表面にエッチング処理および２２Ｖの化成処理を施すことによって、誘電体酸化皮膜が形成されたものを用いる。陽極箔３ａおよびカーボンを担持した陰極箔３ｂ（アルミニウム箔）を、セルロースを主体としたセパレータ４を介して巻回し、コンデンサ素子２を作製する。

そして、陽極箔３ａの切り口や外部引き出し電極（リードタブ５、１５）の取り付け時に欠損した誘電体皮膜の修復を目的として化成処理を行う。化成液には、２重量％のアジピン酸アンモニウムを用いる。この化成液にコンデンサ素子２を浸漬し、誘電体酸化皮膜の化成電圧値に近似した電圧を印加することで化成処理を行う。

そして、酸化剤およびモノマーをそれぞれ浸漬および乾燥後、コンデンサ素子内に導電性高分子を形成する。導電性高分子の形成は、導電性高分子を分散させた溶液にコンデンサ素子を浸漬および乾燥してもよく、乾燥前または乾燥後に難蒸発性の溶媒を含浸してもよい。当該コンデンサ素子２をアルミニウム金属ケース（外装ケース１２）に収納し、外装ケース１２の開口部をカーリングして封止した。１５０℃に設定された恒温槽内で、外装ケース１２にコンデンサ素子２を収納したアルミニウム固体電解コンデンサ（電解コンデンサ１）に定格電圧を印加し、エージング処理を施すことにより、電解コンデンサ１の製造工程を終了する。

以下に実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。

アルミニウムリードタブを陽極アルミニウム箔に加締め接続するとともに、アルミニウムリードタブを陰極アルミニウム箔に加締め接続する。そして、化成処理および導電性高分子の形成処理を行い、セパレータを介して陽極アルミニウム箔と陰極アルミニウム箔を重ね合わせ、巻回したアルミニウム固体電解コンデンサ素子を外装ケース内に封口体と共に挿入する。これにより、直径８ｍｍ、長さ７ｍｍ、定格電圧１０ＷＶ、静電容量３３０μＦのアルミニウム固体電解コンデンサを作製し、エージング処理を行った。

（実施例）
本実施例は、陽極アルミニウム箔およびアルミニウムリードタブからなる部材厚み（図３において合計厚みＴ３）と、陰極アルミニウム箔およびアルミニウムリードタブからなる部材厚み（図４において合計厚みＴ１３）との割合が１２％（１－０．２６０／０．２９５）であるアルミニウム固体電解コンデンサである。具体的には、表１に示すように、陽極アルミニウム箔の厚みＴ１が０．１１５（ｍｍ）、当該陽極アルミニウム箔に加締め接続されるアルミニウムリードタブ（偏平部５ｂ（図３））の厚みＴ２が０．１８０（ｍｍ）、これらの合計厚みＴ３が０．２９５（ｍｍ）であるのに対して、陰極アルミニウム箔の厚みＴ１１が０．０３０（ｍｍ）、当該陰極アルミニウム箔に加締め接続されるアルミニウムリードタブ（偏平部１５ｂ（図４））の厚みＴ１２が０．２３０（ｍｍ）、これらの合計厚みＴ１３が０．２６０（ｍｍ）であるアルミニウム固体電解コンデンサである。

（比較例）
比較例は、陽極アルミニウム箔およびアルミニウムリードタブからなる部材厚み（図３において合計厚みＴ３）と、陰極アルミニウム箔およびアルミニウムリードタブからなる部材厚み（図４において合計厚みＴ１３）との割合が２５％（１－０．２６０／０．３４５）であるアルミニウム固体電解コンデンサである。具体的には、表２に示すように、陽極アルミニウム箔の厚みＴ１が０．１１５（ｍｍ）、当該陽極アルミニウム箔に加締め接続されるアルミニウムリードタブ（偏平部５ｂ（図３））の厚みＴ２が０．２３０（ｍｍ）、これらの合計厚みＴ３が０．３４５（ｍｍ）であるのに対して、陰極アルミニウム箔の厚みＴ１１が０．０３０（ｍｍ）、当該陰極アルミニウム箔に加締め接続されるアルミニウムリードタブ（偏平部１５ｂ（図４））の厚みＴ１２が０．２３０（ｍｍ）、これらの合計厚みＴ１３が０．２６０（ｍｍ）であるアルミニウム固体電解コンデンサである。

実施例のアルミニウム固体電解コンデンサの漏れ電流特性は、平均値で７１．１μＡであり、比較例のアルミニウム固体電解コンデンサの漏れ電流特性は、平均値で１６７．４μＡである測定結果を得た。

この測定結果から以下のことが分かる。
本発明の実施例の構成（陽極アルミニウム箔およびアルミニウムリードタブからなる部材厚みＴ３と陰極アルミニウム箔およびアルミニウムリードタブからなる部材厚みＴ１３の差が１２％となる構成）の場合、アルミニウムリードタブが加締め接続された陽極アルミニウム箔、アルミニウムリードタブが加締め接続された陰極アルミニウム箔およびセパレータを巻回してなるコンデンサ素子形状は、比較例の構成（陽極アルミニウム箔およびアルミニウムリードタブからなる部材厚みＴ３と陰極アルミニウム箔およびアルミニウムリードタブからなる部材厚みＴ１３の差が２５％となる構成）に比べて、真円に近くなることにより、アルミニウム固体電解コンデンサに与えられる製造工程での機械的ストレスを軽減することができ、漏れ電流特性の改善を得ることが分かる。

なお、上述の実施形態においては、本発明をアルミニウム固体電解コンデンサに適用する場合について述べたが、これに限られず、例えば、セパレータを介して陽極箔と陰極箔を重ね合わせ、巻回したアルミニウム電解コンデンサ素子に電解液を含浸させることで作製される電解コンデンサや、導電性高分子を形成したコンデンサ素子に電解液を含浸させることで作製されるハイブリッド型電解コンデンサ、また、上述の実施形態においては本発明をリード端子形について述べたが、これに限られず、チップ形、基板端子形、ネジ端子形においても適用することができる。

また、上述の実施形態においては、陽極アルミニウム箔およびアルミニウムリードタブからなる部材厚みＴ３と陰極アルミニウム箔およびアルミニウムリードタブからなる部材厚みＴ１３の差が１２％となる構成について述べたが、これに限られず、陽極アルミニウム箔およびアルミニウムリードタブからなる部材厚みＴ３と陰極アルミニウム箔およびアルミニウムリードタブからなる部材厚みＴ１３の差が１５％以内であれば、コンデンサ素子を真円に近い構成とすることができ、漏れ電流特性を改善することができる。

１電解コンデンサ
２コンデンサ素子
３ａ陽極箔
３ｂ陰極箔
４セパレータ
５、１５リードタブ
５ｂ偏平部
７加締め部
１１封口体
１２外装ケース
１３スリーブ

Claims

第１のリードタブが接続された弁金属の陽極箔と、第２のリードタブが接続された陰極箔とを、セパレータを介して重ね合わせ、巻回してなるコンデンサ素子と、
前記コンデンサ素子を収納する有底円筒状の外装ケースと、
前記外装ケースの開口部を封止する封口体と、を備えた巻回形電解コンデンサであって、
前記陽極箔および前記第１のリードタブからなる部材厚み（Ａ）と、前記陰極箔および前記第２のリードタブからなる部材厚み（Ｂ）との割合（１－Ｂ／Ａ）が１５％以下であり、かつ前記第１のリードタブの厚みが、前記第２のリードタブの厚みよりも薄く、
前記陽極箔と前記陰極箔との間に、導電性高分子を含むことを特徴とする巻回形電解コンデンサ。