JP2014197614A - 電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、引き出しリードタブをそれぞれ接続した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を有する電解コンデンサにあって、過負荷（例えば、過電圧・過温度、急速充放電など）が加わった際に、コンデンサ素子が発熱しても、ショートを回避することができる電解コンデンサを提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、前記引き出しリードタブを囲むように設けられた前記陰極箔の折り返し部分と、この折り返し部分の重なった部分同士が接合された接合部分とを有することを特徴とする電解コンデンサを提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器や産業機器に使用される電解コンデンサの中で、特に箔を電極として巻回した電解コンデンサに関するものである。

金属箔を電極とし、それに引き出しリードタブを接続して巻回した電解コンデンサは、アルミニウムやチタンなどの弁作用金属からなるエッチング箔に耐電圧性の酸化皮膜を形成した陽極箔と、アルミニウムやチタンなどの弁作用金属のエッチング箔からなる陰極箔とを絶縁紙などのセパレータを介して巻回したコンデンサ素子を有している。前記陽極箔及び陰極箔からそれぞれ引き出される引き出しリードタブは、それぞれの電極箔にステッチ法やコールドウェルド法などにより接続され、外装ケースの開口部に設ける封口体に配置された外部端子に各々に接続される。そしてコンデンサ素子には駆動用電解液が含浸され、有底筒形状の外装ケースに収納される。外装ケースは封口体により封止され、電解コンデンサが形成される。

ところで、陰極箔および陰極引き出しリードタブの表面には酸化皮膜があり、また電解液と接することで電気二重層が形成される。ここで、陰極箔は表面が粗面化され投影面積に対する表面積が大きく投影面積あたりの静電容量が大きいのに対し、陰極引き出しリードタブは粗面化していないため、投影面積あたりの静電容量が小さい。この界面電圧が水素過電圧、酸素過電圧を超えると水素発生、酸化反応にて電解液は分解されるが、上記の通り陰極引き出しリードタブにて分解電圧に達しやすく、特に負荷電流が充放電などの低周波のときに達しやすい。電解液は分解に伴い、陽極酸化皮膜の修復性能が劣化する。このため、アルミニウム電解コンデンサを充放電などの低周波負荷に供した場合、陰極引き出しリードタブに対向する陽極箔部においてショートとなったり、あるいはこのような反応に起因して、水素ガスなどの生成物が発生し、コンデンサの内圧が上昇して圧力弁作動したりするといった不具合が発生する場合があった。

上記の問題の改善を目的としたものとして、陰極引き出しリードタブ部分の表面拡大のために、陰極箔に接続された陰極引き出しリードタブの陰極箔表面に、粗面化加工したアルミニウム箔の小片を重ねた発明（特許文献１）、陰極箔に接続された陰極引き出しリードタブの陽極箔側の表面をエッチング処理した発明（特許文献２）がある。また、上記のショートを抑制するために、陰極箔に接続された陰極引き出しリードタブと、セパレータを介しこれに隣接して対向する部分の陽極箔との間に、絶縁性フィルムのような電解液の比抵抗以上の電気抵抗値を持つ部材を設ける発明（特許文献３）等がある。

特開２０００−２１６０５８号公報 特開２０００−２７７３８４号公報 特開２００３−１７３９３０号公報

しかしながら、陰極箔に接続された陰極引き出しリードタブの陰極箔表面に、粗面化加工したアルミニウム箔の小片を重ねた発明には、粗面化したアルミニウム箔の小片を固定/接続する手段を必要とし、工程を煩雑にしてしまうという問題点がある。
また、陰極箔に接続された陰極引き出しリードタブの陽極箔側の表面をエッチング処理した発明には、陰極引き出しリードタブ作製時に、通常行わない片面エッチング処理の工程が追加されることになるほか、エッチングしていない通常の引き出しリードタブとの混合防止対策や在庫管理においても手間がかかるという問題点がある。
また、陰極箔に接続された陰極引き出しリードタブと、セパレータを介しこれに隣接して対向する部分の陽極箔との間に絶縁性フィルムのような電解液の比抵抗以上の電気抵抗値を持つ部材を設ける発明には、陰極引き出しリードタブ表面に、粗面化加工したアルミニウム箔の小片を重ねた発明と同様、固定する手段が必要で、設置する手段が煩雑となるという問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、従来のように電解コンデンサの製造工程を特に煩雑にすることがなく、しかも、耐充放電性能を改善することにより、陰極側の引き出しリードタブおよびその付近の陰極箔から生じる水素ガス等を抑制し、また陰極側の引き出しリードタブおよびその付近の陰極箔の破損部分の、陽極箔との接触によるショートを防止可能な電解コンデンサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、下記の電解コンデンサを提供する。
（１）引き出しリードタブをそれぞれ接続した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を有する電解コンデンサにあって、前記陰極箔上の前記引き出しリードタブを囲むように設けられた前記陰極箔の折り返し部分と、この折り返し部分の重なった部分同士が接合された接合部分とを有することを特徴とする電解コンデンサ。
（２）前記引き出しリードタブを囲むように設けられた前記陰極箔の折り返し部分と、この折り返し部分の重なった部分同士と前記引き出しリードタブとが接合された接合部分とを有することを特徴とする（１）の電解コンデンサ。

引き出しリードタブを覆うのに、陰極箔を折り返すだけなので、部品点数が増加しない。また、折り返し部分の重なった部分同士が接合されているので、陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回してコンデンサ素子とするときに、折り返し部分形状を維持しながら巻回することができる電解コンデンサを提供することができる。

本発明の電解コンデンサのコンデンサ素子の構造を示す説明図である。 本発明の電解コンデンサの引き出しリードタブ近傍の概略断面図である。 本発明の別の電解コンデンサの引き出しリードタブ近傍の概略断面図である。 本発明の別の電解コンデンサの引き出しリードタブ近傍の概略断面図である。 本発明の電解コンデンサの引き出しリードタブ近傍の製造方法である。 本発明の別の電解コンデンサの引き出しリードタブ近傍の製造方法である。

本発明に述べる引き出しリードタブは、外部接続用の部材で、電解コンデンサで用いられる通常の引き出しリードタブを使用することができる。たとえば、アルミニウムなどからなる細長い箔状のタブ端子が挙げられる。引き出しリードタブは、ステッチ法やコールドウェルド法により電極箔と接続される。また、引き出しリードタブは、電極箔の長さ方向の途中に間隔をあけて数箇所設けられていて、流れる電流に支障がないように、電極箔の厚さより倍程度厚い、厚さが１００μｍから３００μｍ程度、幅が３ｍｍから１５ｍｍ程度のものとなっている。

本発明に述べる陽極箔は、電解コンデンサに使用される一般的な陽極用の箔で、厚さ５０μｍから１５０μｍ程度のアルミニウム箔等を、酸水溶液中、その表面をエッチング処理し、直径が０．１μｍから２μｍ程度のエッチングピットを設けた後、ホウ酸アンモニウム等の水溶液中で、定格電圧の１．５倍程度の電圧を印加して化成し、コンデンサとしての耐圧性の陽極酸化皮膜を形成したものを用いる。

本発明に述べる陰極箔は、電解コンデンサに使用される一般的な陰極用の箔で、厚さ２０μｍから１２０μｍ程度のアルミニウム箔等をそのまま、または酸水溶液中に浸漬し、その表面をエッチング処理したもの、またはその後、低圧化成による酸化膜を形成したものを用いる。陰極箔の厚さは、厚い方が放熱性の点と共に曲がりやすい陰極箔の形状安定性を得ることができるので好ましいが、あまり厚いと対容積あたりの容量が低下するため、３０μｍから７０μｍ程度にすることが好ましい。

本発明に述べるセパレータは、陽極箔と陰極箔とを物理的にわけると共に、電解液を保持する役目をする多孔質シートで、マニラ紙、ヘンプ紙、クラフト紙などの従来から使用されてきた電解紙を主材料としたもので、電解コンデンサで用いられる通常のセパレータを使用することができる。大きさはコンデンサの大きさにより選定されるが、おおよその幅は、陽・陰極箔の幅より広く、０．５ｃｍから３０ｃｍ程度で、長さは数ｃｍから数ｍほどのもの、厚さは数μｍから数１０μｍほどのものである。セパレータの構成としては、単純密度紙のほか、片面が相対的に高密度な繊維の層と、相対的に低密度な繊維の層の複層紙などであってもよい。また、複数枚使用してもよい。

本発明に述べる折り返し部分は、引き出しリードタブが接合している陰極箔の前後部分で、長さ方向に折り返えされていて、引き出しリードタブを取り囲むむように積層されている。
折り返えしの程度は、引き出しリードタブ幅の１．１倍から３倍程度が好ましい。また、折り返えし部分の積層すき間はできるだけなくすように、巻回前に、少なくとも折り返えし部分の端部部分をプレスなどしておくのが好ましい。

本発明に述べる接合部分は、折り返し部分にあって、陰極箔の積層部分の層間または引き出しリードタブと陰極箔との積層部分の層間の金属接合をさす。陰極箔の積層間と引き出しリードタブと陰極箔との積層間の一体的な金属接合も含まれる。接合方法としては、たとえばステッチ法やコールドウェルド法（冷間圧接法）などが利用できる。
引き出しリードタブの折り返し部分への挿入場所は、折り返し部分が陰極箔の３層重なった部分となっているので、そのすき間の２ヶ所のうち１ヶ所となる。また、陰極箔の折り返し部分の接合部分の面は、折り返し部分が陰極箔の３層重なった部分となっているので、４ヶ所となり、そのうち少なくとも１ヶ所で引き出しリードタブと折り返し部分とが接合される。

以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
図１は、本発明の電解コンデンサのコンデンサ素子の構造を示す説明図である。

図１に示すように、本発明の電解コンデンサのコンデンサ素子は、陽極箔１と陰極箔２とに引き出しリードタブ３をそれぞれ接合し、セパレータ４を介して巻回されている。特に、引き出しリードタブ３が接合している陰極箔２部分では、長さ方向に折り返えされた折り返し部分５を有していて、引き出しリードタブ３を取り囲むむように積層されている。また、折り返し部分５で、引き出しリードタブ３と陰極箔２との接合部分６で、陰極箔２同士も一括して接合されている。

図２は、本発明の電解コンデンサの引き出しリードタブ近傍の概略断面図を示している。
図２は、図１のような引き出しリードタブ近傍の概略断面図を示していて、折り返し部分５で、引き出しリードタブ３と陰極箔２との接合部分６で、陰極箔２同士も一括して接合されている。

図３は、本発明の別の電解コンデンサの引き出しリードタブ近傍の概略断面図を示している。
引き出しリードタブ３と陰極箔２との二層間の接合部分６ａと、陰極箔２同士の三層間の接合部分６ｂが別々に接合されている。そのため、引き出しリードタブ３と陰極箔２との電気的な二層間の接合部分６ａの接合の条件設定がしやすくなる。また、図３では、陰極箔２同士の三層の接合部分６ｂが、折り返し部分５による引き出しリードタブ３の取り囲んだ先にあるため、引き出しリードタブ３を安定化することができる。

図４は、本発明の別の電解コンデンサの引き出しリードタブ近傍の概略断面図を示している。
引き出しリードタブ３と陰極箔２との二層間の接合部分６ａと、引き出しリードタブ３と陰極箔２との四層間の接合部分６ｃとが別々に接合されている。そのため、引き出しリードタブ３と陰極箔２との二層間の接合部分６ａの電気的な接合の条件設定がしやすくなる。また、引き出しリードタブ３と陰極箔２との四層間の接合部分６ｃの機械的な接合の条件設定がしやすくなる。

図５は、本発明の電解コンデンサの引き出しリードタブ近傍の製造方法を示している。
陽極箔と陰極箔とを電極とし、セパレータを介してコンデンサ素子に巻回しながら、陰極箔に引き出しリードタブを設ける図１または図２の構成となる工程を以下説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、冷間圧接機の台座７とダイス８との間に陰極箔２を通していて、陰極箔２の下面側である台座７側には、陰極箔２の長さ方向とは直角方向を軸方向に、折り返し用の加工棒９を設置しておく。
次に、図５（ｂ）に示すように、陰極箔２の上面側に、陰極箔２の長さ方向とは直角方向を軸方向に折り返し用の支え棒１０と、折り返し用の加工棒９とは反対側に引き出しリードタブ３を、図５の背面から手前方向に引き出す。このとき、引き出しリードタブ３の真上にダイス８があるようにしておく。
次に、図５（ｃ）に示すように、折り返し用の加工棒９を、矢印のように、引き出しリードタブ３を越えて移動させながら時計回りに１８０度程度回転させる。
次に、ダイス８を真下下方に移動させ、陰極箔２の折り返し部分間どうしと引き出しリードタブ３と陰極箔２の折り返し部分とを同時に冷間圧接させ、その後、ダイス８を元の位置に戻らせる。
最後に、陰極箔２にかからないように、折り返し用の加工棒９と折り返し用の支え棒１０とを最初の位置に戻らせる。

図６は、本発明の別の電解コンデンサの引き出しリードタブ近傍の製造方法を示している。
陽極箔と陰極箔とを電極とし、セパレータを介してコンデンサ素子に巻回しながら、陰極箔に引き出しリードタブを設ける図３の構成となる工程を以下説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、図５（ａ）と同様に、冷間圧接機の台座７とダイス８との間に陰極箔２を通していて、陰極箔２の下面側である台座７側には、陰極箔２の長さ方向とは直角方向を軸方向に、折り返し用の加工棒９を設置しておく。
次に、図５（ｂ）と同様に、陰極箔２の上面側に、陰極箔２の長さ方向とは直角方向を軸方向に折り返し用の支え棒１０と、折り返し用の加工棒９とは反対側に引き出しリードタブ３を、図６の背面から手前方向に引き出す。このとき、引き出しリードタブ３の真上にダイス８があるようにする。
次に、図６（ｂ）に示すように、ダイス８を真っすぐ下に下降させて、引き出しリードタブ３と陰極箔２とのあいだで接合させる。次に、ダイス８を元の位置に上昇させる。
次に、図６（ｃ）に示すように、折り返し用の加工棒９を、矢印のように、引き出しリードタブ３を越えて移動させながら時計回りに１８０度程度回転させる。このときの移動距離は、引き出しリードタブ３と折り返し用の加工棒９の間にダイス８が降下できる幅とする。次に、ダイス８を引き出しリードタブ３と折り返し用の加工棒９の間になるように横に移動後、真っすぐ下に下降させて、三重に重なった陰極箔２間で冷間接合させる。
次に、ダイス８を最初の位置に戻らせ、最後に、陰極箔２にかからないように、折り返し用の加工棒９と折り返し用の支え棒１０とを最初の位置に戻らせる。

１…陽極箔、２…陰極箔、３…引き出しリードタブ、４…セパレータ、５…折り返し部分、６…接合部分、６ａ…二層間の接合部分、６ｂ…三層間の接合部分、６ｃ…四層間の接合部分、７…台座、８…ダイス、９…折り返し用の加工棒、１０…折り返し用の支え棒

Claims (2)

1. 引き出しリードタブをそれぞれ接続した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を有する電解コンデンサにあって、前記陰極箔上の前記引き出しリードタブを囲むように設けられた前記陰極箔の折り返し部分と、この折り返し部分の重なった部分同士が接合された接合部分とを有することを特徴とする電解コンデンサ。
2. 前記引き出しリードタブを囲むように設けられた前記陰極箔の折り返し部分と、この折り返し部分の重なった部分同士と前記引き出しリードタブとが接合された接合部分とを有することを特徴とする請求項１の電解コンデンサ。

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