JP7451382B2 - 電解コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、電解コンデンサに関し、セパレータを介して陽極箔と陰極箔を重ね合わせ、巻回したコンデンサ素子に電解液を含浸し、外装ケース内に挿入して封口体により封入した電解コンデンサに関する。

従来、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電解液とともに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）。

また、従来の電解コンデンサとして、封口体の内面に、陽極端子および陰極端子を挿通するための２つの貫通孔の間に一続きの溝等による液溜まり部を形成し、当該液溜り部に電解液を溜めることにより、電解液の封入量を増加させるように構成された電解コンデンサが提案されている（特許文献２参照）。

特開平０４－３５２３１３号公報 特開２００５－２０９９０２号公報

しかしながら、従来の電解コンデンサにおいては、高温で長時間電圧を印加し続けると、電解液の蒸散によって封口体の内面に発生する凝縮液の存在により、陽極側のリードタブと陰極側のリードタブが電気的に導通することで漏れ電流が発生し、陽極側のリードタブが腐食する問題があった。

本発明は、リードタブの腐食を抑制し得る電解コンデンサを提供することを目的とするものである。

本発明の電解コンデンサは、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とともに前記第１のリードタブを挿通する第１の貫通孔および前記第２のリードタブを挿通する第２の貫通孔が形成された封口体と、を備えた電解コンデンサであって、前記封口体の前記コンデンサ素子に面した内面には、前記第１の貫通孔が形成された第１の領域と前記第２の貫通孔が形成された第２の領域とが、前記封口体の厚み方向において異なる高さに形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、電解液の蒸散により発生する凝縮液が封口体の内面に付着しても、封口体が陽極側と陰極側との間で、封口体の厚み方向において異なる高さで形成されることにより第１および第２のリードタブ間において凝縮液で電気的に導通することを抑制できる。これにより、第１および第２のリードタブ間に端子間電流が発生することを抑止し、腐食の発生を抑えることができる。

また、本発明の電解コンデンサは、上記構成において、前記封口体の内面は、前記第２の領域が、前記第１の領域よりも、前記コンデンサ素子との距離が大きくなるように形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、物理的ストレスを受けやすいコンデンサ素子の陰極側が封口体の内面によって押圧されることを抑制することができる。

また、本発明の電解コンデンサは、上記構成において、前記封口体の厚み方向において第１の領域と第２の領域の間の高さの差が、０．４５～０．５５ｍｍの範囲であることを特徴とする。

この構成によれば、電解液の蒸散による凝縮液による漏れ電流の発生を抑制することと、コンデンサ素子の陰極側へ加わる物理的ストレスの抑制とを、両立させることができる。

本発明の電解コンデンサによると、リードタブの腐食を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る電解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封口体を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る封口体の内面側を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る封口体の図４におけるＡ－Ａ線を断面にとって示す断面図である。 本発明の実施形態に係る封口体とコンデンサ素子との関係を示す略線図である。 本発明の実施形態に係る封口体の内面側における凝縮液の付着状態を示す断面図である。 他の実施形態に係る封口体を示す斜視図である。 他の実施形態に係る封口体を示す斜視図である。

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２０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とエッチング処理が施された陰極箔（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、電解質が含浸されて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は、アルミニウムを素材として作製されており、その開口部には樹脂やゴム等で形成された封口体２０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。具体的には、外装ケース１２の外周面１２ａには、その周方向に沿って環状に延在する凹部１２ｂが形成されている。凹部１２ｂは、封口体２０を外装ケース１２に挿入した後に、外装ケース１２の外周面１２ａに絞り加工を施すことで形成される。封口体２０は、例えば、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）のような弾性ゴムを素材として作製されている。

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２０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。

リードタブ５は、陽極箔３ａに対して加締めまたは溶接等の方法により接続された陽極側のリードタブであり、リードタブ１５は、陰極箔３ｂに対して加締めまたは溶接等の方法により接続された陰極側のリードタブである。

図１に示すように、封口体２０には、コンデンサ素子２に面する内面２０ａから外部に面する外面２０ｂに貫通する貫通孔２０ｃ、２０ｄが所定の間隔を隔てて形成されており、貫通孔２０ｃ、２０ｄにはリードタブ５、１５が挿通されている。

図１、図３、図４および図５に示すように、封口体２０の内面２０ａには、当該内面２０ａを二分し、封口体２０の厚み方向において内面の高さが異なる直線状の段差部２０ｅが設けられている。具体的には、封口体２０の内面２０ａについて、陽極側のリードタブ５を挿通する貫通孔２０ｃを含む第１の領域ＡＲ１と、陰極側のリードタブ１５を挿通する貫通孔２０ｄを含む第２の領域ＡＲ２とに二分するように段差部２０ｅが設けられている。この段差部２０ｅを設けることによって、封口体２０の内面２０ａにおいて、第１の領域ＡＲ１と第２の領域ＡＲ２との間に高低差を設けるようになっている。

すなわち、この段差部２０ｅを設けることによって、第１の領域ＡＲ１における内面２０ａは、第２の領域ＡＲ２における内面２０ａよりも、封口体２０の厚みが厚くなる凸側の上段面２０ｆを構成し、第２の領域ＡＲ２における内面２０ａは、第１の領域ＡＲ１よりも、封口体２０の厚みが薄くなる下段面２０ｇを構成する。

本実施形態では、封口体２０の厚みＴを４～５ｍｍとし、段差部２０ｅの高さ（第１の領域ＡＲ１と第２の領域ＡＲ２の間の高さの差）Ｈ（図５）を、０．４５～０．５５ｍｍとしている。このような高さとすることにより、コンデンサ素子２への物理的ストレスの軽減を図ることができるとともに、コンデンサ素子２に含浸された電解液から蒸散した凝縮液が内面２０ａに付着しても、陽極側および陰極側のリードタブ間において凝縮液が繋がることを防止することができる。

具体的には、封口体２０を外装ケース１２に挿入した後に、外装ケース１２の外周面１２ａに絞り加工を施すと、封口体２０の内面２０ａ（上段面２０ｆ）がコンデンサ素子２に接触して押圧することになるため、当該押圧による物理的ストレスを軽減するために段差部２０ｅの高さＨが所定の高さ以下となるように構成されている。

また図６に示すように、陰極側を下段面２０ｇとしたことにより、陰極側においては、下段面２０ｇ（第２の領域ＡＲ２）とコンデンサ素子２との間の間隔Ｇ２が陽極側の間隔（コンデンサ素子２と第１の領域ＡＲ１との距離）Ｇ１よりも大きくなっていることにより、陽極箔よりも柔らかい陰極箔とリードとの接続部に対して封口体２０の内面２０ａが押圧することによる物理的ストレスを効果的に抑制することができる。

また、コンデンサ素子２に含浸された電解液から蒸散した凝縮液は、封口体２０の内面２０ａに付着するが、リードタブ５、１５の間には、段差部２０ｅが形成されていることにより、図７に示すように、凝縮液１１０は段差部２０ｅを境として、陽極側の上段面２０ｆと、陰極側の下段面２０ｇとの間で分離した状態となる。これにより、陽極側の上段面２０ｆに付着した凝縮液１１０と、陰極側の下段面２０ｇに付着した凝縮液１１０とが繋がることを抑制し、リードタブ５、１５の間において凝縮液が繋がることによる漏れ電流の発生を抑制することができる。

封口体２０の段差部２０ｅの製造方法としては、封口体２０を形成するゴム等の弾性材料を段差２０ｅに応じた形状の金型に入れて成形する方法、または段差部２０ｅが形成されていない封口体を成形し、その後に封口体２０の内面２０ａ側を切削することにより段差部２０ｅを形成する方法などがある。

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）を各々加締め接続する。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。また、陰極箔３ｂも陽極箔３ａと同様にアルミニウム箔を用い、アルミニウム箔の表面にエッチング処理が施されるとともに自然酸化皮膜が形成されている。なお、陰極箔３ｂについても誘電体酸化皮膜を形成したり、表面にカーボン、チタン、窒化チタン、炭化チタン等を形成してもよい。陽極箔３ａおよび陰極箔３ｂ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、電解質を含浸したコンデンサ素子２をアルミニウム製ケース（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。電解質には、エチレングリコールやγ―ブチロラクトン等を主溶媒とし溶質を溶解した電解液、またはポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホン酸等の導電性高分子を主成分とする固体電解質と電解液との両方を使用することができる。その後、所定温度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の製造工程を完了する。

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、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電解コンデンサ素子に電解液を含浸する。そして、アルミニウム電解コンデンサ素子から引き出されている陽極側のリードタブおよび陰極側のリードタブの丸棒部をそれぞれ封口体の挿通孔から挿通させた後、アルミニウム電解コンデンサ素子を封口体とともに外装ケース内に挿入する。次に、外装ケースの開口部をカーリング加工するとともに外周面に絞り加工を施し封止する。これにより、定格４５０Ｖ／１２０μＦのアルミニウム電解コンデンサ（外形寸法：直径φ１８ｍｍ×長さ３１．５ｍｍのアルミニウム電解コンデンサ）を作製し、カテゴリ上限温度を超える１１５℃の環境下にて定格電圧（４５０Ｖ）を印加した場合に、漏れ電流（６０秒値）と、陽極側のリードタブの近傍に腐食が発生するまでの時間を測定した。腐食の発生とは、腐食生成物の付着、またはアルミニウムの溶解が見られた状態を意味する。この測定結果を表１に示す。

比較例は、封口体２０の内面２０ａに段差部２０ｅを設けない場合の漏れ電流および腐食発生時間を測定した結果を示すものであり、実施例は、封口体２０の内面２０ａに高さ０．５ｍｍの段差部２０ｅを設けた場合の漏れ電流および腐食発生時間を測定した結果を示すものである。

（比較例）
封口体２０に段差部２０ｅを設けない場合は、漏れ電流が８０～１００μＡであり、２０００～２５００時間でリードタブに腐食が発生した。

（実施例）
封口体２０に高さ０．５ｍｍの段差部２０ｅを設けた場合は、漏れ電流が２０～３０μＡであり、少なくとも３５００時間経過まではリードタブに腐食が発生しなかった。

以上の測定結果から以下のことが分かる。
段差部２０ｅを設けた場合は、段差部２０ｅを設けない場合に比べて、漏れ電流が格段に抑制され、その結果、腐食発生時間が大幅に伸びることが分かった。

以上の構成によれば、封口体２０の内面２０ａにおいて、陰極側および陽極側を分断する段差部２０ｅを設け、内面２０ａに付着した凝縮液を陽極および陰極間で分断することによって、陽極および陰極が凝縮液を介して電気的に繋がることを回避し、漏れ電流を抑制するとともに、当該漏れ電流に起因するリードタブの腐食の発生を抑制することができる。

また、段差部２０ｅを挟んで下段側の下段面２０ｇを陰極側に形成することにより、封口体２０の内面２０ａ（下段面２０ｇ）によってコンデンサ素子２が押圧されることにより発生する物理的ストレスを、陰極側（陰極側のリードタブ１５と陰極箔との接合部分）において特に低減することができる。これにより、厚い酸化皮膜が形成された陽極側に比べて柔らかい陰極側のリード接続部に対して、封口体２０の内面２０ａによる物理的付加による箔の破れやしわの発生を効果的に抑制することができる。

なお、上述の実施形態においては、段差部２０ｅによって封口体２０の内面２０ａを直線状に二分割した場合について述べたが、本発明はこれに限られず、例えば、図８に示すように陰極側の下段面２０ｇを陰極側の貫通孔２０ｄを含めて円形に厚み方向に窪んだ凹部を形成してもよい。また、これとは逆に、図９に示すように、陽極側の上段面２０ｆを陽極側の貫通孔２０ｃを含めて円形に厚み方向に突出した凸部を形成してもよい。

また、段差部２０ｅは、直線状（図３）、円形状（図８、図９）に形成する場合に限らず、要は、陽極側と陰極側との間の高さが異なるように形成されるような形状であれば、種々の形状を適用することができる。

また、上述の実施形態においては、定格４５０Ｖ／１２０μＦのリード線形アルミニウム電解コンデンサ（外形寸法：直径φ１８ｍｍ×長さ３１．５ｍｍのアルミニウム電解コンデンサ）について述べたが、本発明はこれに限られず、チップ形、基板自立形、ネジ端子形のアルミニウム電解コンデンサ、導電性高分子ハイブリッドアルミニウム電解コンデンサ等、種々のアルミニウム電解コンデンサに広く適用することができる。

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
１２ 外装ケース
１３ スリーブ
２０ 封口体
２０ａ 内面
２０ｅ 段差部
２０ｆ 上段面
２０ｇ 下段面

Claims (3)

1. 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とともに前記第１のリードタブを挿通する第１の貫通孔および前記第２のリードタブを挿通する第２の貫通孔が形成された封口体と、を備えた電解質に電解液を含む電解コンデンサであって、
   前記封口体の前記コンデンサ素子に面した内面には、前記第１の貫通孔が形成された第１の領域と前記第２の貫通孔が形成された第２の領域とが、前記封口体の厚み方向において異なる高さに形成されており、前記第１の領域と前記第２の領域との境界は前記封口体の周側面に至ることを特徴とする電解コンデンサ。
2. 前記封口体の内面は、前記第２の領域が、前記第１の領域よりも、前記コンデンサ素子との距離が大きくなるように形成され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. 前記封口体の厚み方向において前記第１の領域と前記第２の領域の間の高さの差が、０．４５～０．５５ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電解コンデンサ。

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