(57)【要約】【課題】機械的強度が高く、耐熱性、耐湿性、耐油性および冷熱衝撃特性等の耐環境性能が高く、さらに収納容器の素子収納効率が高いことにより小型化が可能なコンデンサを提供する。【解決手段】本発明のコンデンサ１００は、アルミニウムの外装ケース１内にコンデンサ素子３が配置され、封止樹脂２により封止されたコンデンサ１００である。そして、外装ケース１は、粗面化された内壁面１２に、アルミニウム化合物の皮膜１１が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムを主体とする金属からなる収納容器内にコンデンサ素子が配置され、封止樹脂により封止されたコンデンサであって、
前記収納容器は、粗面化された内壁面にアルミニウム化合物の皮膜が形成されている、ことを特徴とするコンデンサ。
【請求項２】
前記皮膜は、水酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウムである、請求項１記載のコンデンサ。
【請求項３】
アルミニウムを主体とする金属からなる収納容器の内壁面を粗面化する粗面化工程と、
前記粗面化工程により粗面化された前記内壁面にアルミニウム化合物の皮膜を形成する皮膜形成工程と、
前記皮膜形成工程の後に、前記収納容器内に前記コンデンサ素子を配置し、前記収納容器の少なくとも開口部に封止樹脂を充填して、前記コンデンサ素子を封止する封止工程と、を備えた、ことを特徴とするコンデンサの製造方法。
【請求項４】
前記粗面化工程において、化学エッチング手法により前記内壁面を粗面化する、請求項３記載のコンデンサの製造方法。
【請求項５】
前記皮膜は、水酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウムである、請求項３または４記載のコンデンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収納容器中に封止樹脂によりコンデンサ素子が封止されたコンデンサおよびコンデンサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気機器が使用される環境は多様化している。そのため、電気機器に使用されるコンデンサに対しても耐環境性能が強く要求される。具体的には、機械的強度が高く、耐熱性、耐湿性、耐油性に優れたコンデンサが要求される。特に、湿度、温度サイクル等の環境要因、加えて振動等などの複合要因に対してもより厳しい条件下での性能確保が要求されている。
【０００３】
特に耐湿性を向上させるためには、外装ケースを金属とすることが有効であり、金属製の外装ケース内にコンデンサ素子を封止樹脂で封止した構成のコンデンサが提案されている。
【０００４】
しかし、単に金属製の外装ケース内にコンデンサ素子を封止したコンデンサでは、温度差の大きい環境において金属製の外装ケースと封止樹脂との界面が線熱膨張係数の差により剥離するという課題があった。また、剥離を防止するために、封止後金属製の外装ケースと封止樹脂とをボルト等により螺合することも行われているが、製造工程が増加するうえ手間がかかり、生産性に劣るという課題があった。
【０００５】
そこで、特許文献１に記載されたように、表面を粗面化した金属製容器内にポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂層を積層してなる収納用容器内にフィルムコンデンサ素子を装着し封止樹脂により封止して構成されたコンデンサが提案されている。特許文献１に記載されたコンデンサによれば、ＰＰＳ樹脂層と金属製容器との界面の接着性・密着性が優れることから、冷熱衝撃特性、耐湿性および生産に優れたコンデンサを提供することができるとの効果を奏する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１６１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載されているコンデンサは、フィルムコンデンサ素子を封止する際、金属製容器の開口部のみならず、フィルムコンデンサ素子の周りに所定の厚みを有するＰＰＳ樹脂層を形成する必要があることから、ＰＰＳ樹脂層の厚み分容器の内寸が小さくなってしまい、素子収納効率が大幅に悪化するといった問題があった。そのため、コンデンサを小型化するには限界があるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、耐環境性能が高く、小型化が可能なコンデンサを提供することを目的とする。また、このようなコンデンサの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一形態に係るコンデンサは、アルミニウムを主体とする金属からなる収納容器内にコンデンサ素子が配置され、封止樹脂により封止されたコンデンサであって、前記収納容器は、粗面化された内壁面にアルミニウム化合物の皮膜が形成されている、ことを特徴とする。
【００１０】
このように、収納容器の内壁面が粗面化された上にアルミニウム化合物の皮膜が形成されていることにより、コンデンサ素子の周りにまで封止樹脂を封止する必要がなく、少なくとも収納容器の開口部を封止樹脂で封止すればよい。しかも、皮膜の厚さを比較的薄くできることから、収納容器における素子収納効率が大幅に悪化することがない。
さらに、皮膜をアルミニウム化合物で形成することにより、皮膜と封止樹脂との界面の接着性・密着性を優れたものとすることができる。以上より、コンデンサの小型化を図るとともに、機械的強度が高く、耐熱性、耐湿性、耐油性および冷熱衝撃特性等の耐環境性能が高いコンデンサを実現できる。  
【００１１】
また、上記コンデンサにおいて、前記皮膜は、水酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウムであることとしてもよい。
【００１２】
これにより、皮膜と封止樹脂との界面の接着性・密着性をより優れたものとすることができる。そのため、機械的強度が高く、耐熱性、耐湿性、耐油性および冷熱衝撃特性等の耐環境性能が高いコンデンサを実現できる。また、皮膜を容易に形成することができることから、製造が容易であり低コストで製造することができるコンデンサを実現できる。
【００１３】
本発明の一形態に係るコンデンサの製造方法は、アルミニウムを主体とする金属からなる収納容器の内壁面を粗面化する粗面化工程と、前記粗面化工程により粗面化された前記内壁面にアルミニウム化合物の皮膜を形成する皮膜形成工程と、前記皮膜形成工程の後に、前記収納容器内に前記コンデンサ素子を配置し、前記収納容器の少なくとも開口部に封止樹脂を充填して、前記コンデンサ素子を封止する封止工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
このような製造方法により製造されたコンデンサは、収納容器の内壁面が粗面化されたうえにアルミニウム化合物の皮膜が形成されていることにより、コンデンサ素子の周りにまで封止樹脂を封止する必要がなく、少なくとも収納容器の開口部を封止樹脂で封止すればよい。しかも、皮膜の厚さを比較的薄くできることから、収納容器における素子収納効率が大幅に悪化することがない。
さらに、皮膜をアルミニウム化合物で形成することにより、皮膜と封止樹脂との界面の接着性・密着性が優れている。以上より、コンデンサの小型化を図るとともに、機械的強度が高く、耐熱性、耐湿性、耐油性および冷熱衝撃特性等の耐環境性能が高いコンデンサを製造できる。
【００１５】
また、上記コンデンサの製造方法において、前記粗面化工程が、化学エッチング手法により内壁面を粗面化するものとしてもよい。
【００１６】
これにより、容易に内壁面を粗面化できるため、コンデンサを容易に製造することができる。また、製造コストを抑制することができる。
【００１７】
また、上記コンデンサの製造方法において、前記皮膜は、水酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウムであることとしてもよい。
【００１８】
これにより、皮膜と封止樹脂との界面の接着性・密着性をより優れたものとすることができる。そのため、機械的強度が高く、耐熱性、耐湿性、耐油性および冷熱衝撃特性等の耐環境性能が高いコンデンサを製造できる。また、皮膜を容易に形成することができることから、製造コストを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、機械的強度が高く、耐熱性、耐湿性、耐油性および冷熱衝撃特性等の耐環境性能が高いコンデンサを提供することができる。また、収納容器の素子収納効率が高く、小型化が可能なコンデンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態に係るコンデンサの構成を示す斜視図である。
【図２】本実施形態に係るコンデンサの構成を示す断面図である。
【図３】本実施形態に係るコンデンサの製造工程を示す工程図であり、図３（ａ）〜図３（ｅ）は第１〜第５工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００２２】
図１は本実施形態に係るコンデンサの構成を示す斜視図である。また、図２は本実施形態に係るコンデンサの構成を示す断面図である。図１および図２を用いて、コンデンサ１００の構成について説明する。
【００２３】
図１および図２に示すように、コンデンサ１００は、収納容器である外装ケース１内にコンデンサ素子３を配置し、外装ケース１の開口部が封止樹脂２により封止された構成を有する。なお、コンデンサ素子３はケース開口部側が封止樹脂２に覆われて外部に露呈していないが、陽極端子３１および陰極端子３２は封止樹脂２から突出して外部に露呈している。なお、封止樹脂２は、例えばエポキシ樹脂およびフェノール樹脂等とすればよい。
【００２４】
外装ケース１はアルミニウムを主体とする金属により構成されている。この実施形態では、アルミニウム単体からなるケースで構成されている。このようにコンデンサ１００の外部は金属であるアルミニウムにより構成されていることから、コンデンサ１００は耐湿性が高い。また、アルミニウム製の外装ケース１は、機械的強度も高く、軽量で比較的安価である。また、後述する水酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウムなどの皮膜を形成する観点から有利になる。
【００２５】
また、図２に示すように、外装ケース１の内壁面には水酸化アルミニウムである皮膜１１が形成されている。つまり、外装ケース１内に充填された封止樹脂２は皮膜１１に接触している。なお、詳細は後述するが、皮膜１１が形成された外装ケース１の内壁面は粗面化されている。このように、粗面化されることにより内壁面の表面積が大きくなる。そして表面積の大きい内壁面に形成された水酸化アルミニウムである皮膜１１が封止樹脂２と接触していることから、皮膜１１と封止樹脂２との界面における接着性および密着性がより優れたものとなる。それにより、皮膜１１と封止樹脂２とが剥離しにくく、冷熱衝撃特性等の耐環境性能が高い。
【００２６】
また、皮膜１１の厚みは、比較的薄くできる。それにより、外装ケース１の内壁面に皮膜１１を形成しても、外装ケース１の容量が著しく小さくなることはない。そのため、外装ケース１の素子収納効率が大幅に変化することはない。例えば、外装ケースの内部に封止樹脂としてポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂層を形成した場合はＰＰＳ樹脂層の厚みが３ｍｍ程度必要となるが、本実施形態のコンデンサ１００においては、外装ケース1に皮膜１１を形成するだけで、コンデンサ素子３の周りにＰＰＳ樹脂を形成する必要がないので、その分、素子収納効率を向上できる。
【００２７】
なお、皮膜１１は水酸化アルミニウムとしたが、封止樹脂２との高い接着性および密着性が実現できるのであれば他のアルミニウム化合物による膜でもよい。例えば、皮膜１１は酸化アルミニウムとしてもよい。その場合でも、皮膜１１と封止樹脂２との界面における接着性および密着性が優れたものとなり、皮膜１１と封止樹脂２とが剥離しにくく、コンデンサ１００の冷熱衝撃特性等の耐環境性能が高い。また、酸化アルミニウムであっても皮膜１１の厚みは比較的薄いため、外装ケース１の素子収納効率が大幅に悪化することはない。
【００２８】
次に、図３を用いて、コンデンサ１００の製造方法について説明する。図３は本実施形態に係るコンデンサの製造工程を示す工程図であり、図３（ａ）〜図３（ｅ）は第１〜第５工程図である。
【００２９】
まず、図３（ａ）に示すように、開口部を有するアルミニウムからなる外装ケース１を用意する。
【００３０】
次に、図３（ａ）に示す外装ケース１の内壁面１２を、図３（ｂ）に示すように粗面化された内壁面１２ａとする粗面化工程を行う。粗面化工程は、エッチング処理により行うことが好ましい。具体的には、外装ケース１内を、塩酸、硫酸または硝酸、もしくはこれらを２種類以上混合して作製した酸で浸すことにより、外装ケース１の内壁面１２をエッチングにより粗面化することができる。
なお、図３（ｂ）では粗面化されているのは、外装ケース１の内壁面１２ａだけであるが、外装ケース１の表面全体を粗面化してもよい。また、内壁面１２の一部を粗面化された内壁面１２aとしてもよい。例えば、封止樹脂２と接する外装ケース１の開口部のみを粗面化された内壁面１２ａとしてもよい。すなわち、この後の工程において封止樹脂２と接触する皮膜１１が形成される個所を少なくとも粗面化すればよい。
【００３１】
内壁面１２の粗面化は、エッチング処理以外で行ってもよい。例えば、機械的に内壁面１２を粗面化してもよい。具体的には、工具を用いて内壁面１２にスリット溝またはねじ切り溝を形成してもよい。これらの溝を複数形成することで粗面化された内壁面１２ａを形成すればよい。例えば、これらの溝は、エンドミルやねじ切り用のタップ等の工具を用いて形成すればよい。また、内壁面１２をレーザ加工やサンドブラストすることにより粗面化してもよい。さらに、例えば、内壁面１２にアルミニウムをスパッタすることにより、内壁面１２にアルミニウムを堆積させることにより粗面化して内壁面１２の表面積を増やしてもよい。
【００３２】
粗面化工程では、内壁面１２を粗面化して表面積を拡張することができればよいが、表面積の拡張効率や製造工程の容易さなどを考慮すると、粗面化はエッチング処理により行うことが好ましい。
【００３３】
粗面化工程の後、図３（ｃ）に示すように、粗面化された内壁面１２ａに水酸化アルミニウムの皮膜１１を形成する皮膜形成工程を行う。なお、皮膜１１は、粗面化された内壁面１２aに形成されることから、皮膜１１の表面積を大きくできる。
【００３４】
粗面化された内壁面１２aに水酸化アルミニウムの皮膜１１を形成するには、アルミニウムの外装ケース１を水和処理すればよい。具体的には、８０℃〜１００℃程度の熱水中に粗面化された外装ケース１を所定の時間浸漬することで外装ケース１の表面に水酸化アルミニウムの皮膜１１が形成される。浸浸する時間は、例えば５分間とすればよい。なお、図３（ｃ）では皮膜１１が形成されているのは、外装ケース１の内壁面だけであるが、外装ケース１の表面全体に皮膜１１を形成してもよい。また、内壁面の一部に皮膜１１を形成してもよい。例えば、外装ケース１の開口部のみを粗面化した場合には、粗面化した領域のみに皮膜を形成してもよい。すなわち、この後の工程において封止樹脂２と接触する個所について少なくとも皮膜１１を形成すればよい。さらに、水酸化アルミニウムの皮膜１１と封止樹脂２との接着強度を高めるため、水酸化アルミニウムの皮膜１１の脱水処理を行なうとよい。具体的には、角形状の外装ケースに、２００〜５５０℃で５〜１０分間の加熱処理を施すことで、水酸化アルミニウムの皮膜１１の脱水処理を行なうことができる。
【００３５】
後述する封止工程により水酸化アルミニウムの皮膜１１が封止樹脂２と接触して接着されることとなるが、皮膜１１と封止樹脂２との界面は高い接着性および密着性を有する。また、粗面化工程において内壁面１２に溝を形成した場合は、当該溝の形成方向が外装ケース１の開口部の面に対して平行に近いほど、皮膜１１と封止樹脂２との界面の接着性が高くなる。
【００３６】
なお、上述の皮膜形成工程では、水酸化アルミニウムの皮膜１１を形成したが、皮膜１１は水酸化アルミニウムに限定されるわけではなく、他のアルミニウム化合物としてもよい。例えば、粗面化された内壁面１２ａに酸化アルミニウムの皮膜１１を形成することとしてもよい。皮膜１１が酸化アルミニウムであっても、水酸化アルミニウムと同様に、皮膜１１と封止樹脂２との界面は高い接着性および密着性を有する。
【００３７】
皮膜形成工程の後、図３（ｄ）に示すように外装ケース１内にコンデンサ素子３を配置し、さらに図３（ｅ）に示すように、封止樹脂２を外装ケース１内に充填して、コンデンサ素子３を封止する封止工程を行う。封止工程において、コンデンサ素子３のケース開口部側は封止樹脂２により覆われるが、コンデンサ素子３の陽極端子３１および陰極端子３２は外部に露呈するように封止樹脂２が充填される。
【００３８】
以上の工程により、コンデンサ１００が製造される。このようにして製造されたコンデンサ１００は、粗面化された内壁面１２ａ上に形成された皮膜１１が封止樹脂２に接着されるので、皮膜１１と封止樹脂２との界面の接着性および密着性が高く、温度変化や衝撃に対して皮膜１１と封止樹脂２とが剥離しにくい。また、外側のケースである外装ケース１がアルミニウムを主体とした金属であるため、コンデンサ１００は、機械的強度が高く、耐熱性、耐湿性、耐油性および冷熱衝撃特性等の耐環境性能が高い。また、外装ケース１の素子収納効率が高く、コンデンサ１００を小型化できる。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されない。
【００４０】
（実施例１）
開口部を有する、アルミニウムからなる１２ｍｍ×２６ｍｍ×２．５ｍｍの角形ケースを、液温２５℃の塩酸１Ｎ（１ｍｏｌ／Ｌ）に浸漬させ、内壁面を化学エッチングにより粗面化した。その後、粗面化した角形状の外装ケースを８０℃〜１００℃の熱水中に５分間浸漬することで水和処理を施し、角形状の外装ケースの表面に水酸化アルミニウムを形成した。さらに、角形状の外装ケースに、２００〜５５０℃で５〜１０分間の加熱処理を施し、水酸化アルミニウムの脱水処理を行なった。
この角形状の外装ケース内に、積層に形成したコンデンサ素子（４００Ｖ−３．３μＦ）を収納し、その後、角形状の外装ケースの開口部を密閉させるべく、開口部にエポキシ樹脂を注入し、コンデンサ素子を封止した。エポキシ樹脂を硬化させた後、エージングを施し、角形状のコンデンサを作製した。
【００４１】
（実施例２）
開口部を有する、アルミニウムからなる１２ｍｍ×２６ｍｍ×２．５ｍｍの角形ケースの内面に、レーザ加工により凸凹の溝を設け表面を粗面化した。その後、粗面化した角形状の外装ケースを８０℃〜１００℃の熱水中に５分間浸漬することで水和処理を施し、角形状の外装ケースの表面に水酸化アルミニウムを形成した。さらに、角形状の外装ケースに、２００〜５５０℃で５〜１０分間の加熱処理を施し、水酸化アルミニウムの脱水処理を行なった。この角形状の外装ケース内に、積層に形成したコンデンサ素子（４００Ｖ−３．３μＦ）を収納し、その後、角形状の外装ケースの開口部を密閉させるべく、開口部にエポキシ樹脂を注入し、コンデンサ素子を封止した。エポキシ樹脂を硬化させた後、エージングを施し、角形状のコンデンサを作製した。
【００４２】
（実施例３）
開口部を有する、アルミニウムからなる１２ｍｍ×２６ｍｍ×２．５ｍｍの角形状の外装ケースの内面に、タップを用いてねじ切り溝を設け表面を粗面化した。その後、粗面化した角形状の外装ケースを８０℃〜１００℃の熱水中に５分間浸漬することで水和処理を施し、角形状の外装ケースの表面に水酸化アルミニウムを形成した。さらに、角形状の外装ケースに、２００〜５５０℃で５〜１０分間の加熱処理を施し、水酸化アルミニウムの脱水処理を行なった。この角形状の外装ケース内に、積層に形成したコンデンサ素子（４００Ｖ−３．３μＦ）を収納し、その後、角形状の外装ケースの開口部を密閉させるべく、開口部にエポキシ樹脂を注入し、コンデンサ素子を封止した。エポキシ樹脂を硬化させた後、エージングを施し、角形状のコンデンサを作製した。
【００４３】
（比較例１）
開口部を有する、アルミニウムからなる１２ｍｍ×２６ｍｍ×２．５ｍｍの角形状の外装ケースを、液温２５℃の塩酸１Ｎ（１ｍｏｌ／Ｌ）に１０分間浸漬させて、角形状の外装ケースの表面を粗面化した。その後、この角形状の外装ケース内に、積層に形成したコンデンサ素子（４００Ｖ−３．３μＦ）を収納し、その後、角形状の外装ケースの開口部を密閉させるべく、開口部にエポキシ樹脂を注入し、コンデンサ素子を封止した。エポキシ樹脂を硬化させた後、エージングを施し、角形状のコンデンサを作製した。
【００４４】
（比較例２）
開口部を有する、アルミニウムからなる１２ｍｍ×２６ｍｍ×２．５ｍｍの角形ケースに、なんら表面処理を施すことなく、角形状の外装ケース内に、積層に形成したコンデンサ素子（４００Ｖ−３．３μＦ）を収納し、その後、角形状の外装ケースの開口部を密閉させるべく、開口部にエポキシ樹脂を注入し、コンデンサ素子を封止した。エポキシ樹脂を硬化させた後、エージングを施し、角形状のコンデンサを作製した。
【００４５】
上記の実施例１〜３のコンデンサおよび比較例１、２のコンデンサについて、１０５℃信頼性試験を実施した。具体的には、各コンデンサを１０５℃の環境下に配置し、コンデンサに直流電圧を印加（４００Ｖ）した状態で所定の時間が経過した後のコンデンサの各特性を測定した。
測定した特性は、静電容量、損失角の正接（誘電正接）および漏れ電流である。また、測定者が目視によりコンデンサの外観を確認した。これらの測定結果を表１に表わす。なお、表１中、Ｃａｐは静電容量（μＦ）、ｔａｎδは損失角の正接（誘電正接）、ＬＣは漏れ電流（μＡ）を示す。
【００４６】
【表１】
2017017097.tif 000003
【００４７】
比較例２のコンデンサは、試験開始早々、気密不良が発生し、樹脂封止による気密性の脆弱が確認できた。そして、表１に示すように、試験開始後１００時間経過した後の測定では外装ケースと封止樹脂の界面から液漏れが発生し、気密不良であることが外観から確認でき、異常と判断された。
【００４８】
比較例１のコンデンサは、比較例２のコンデンサに比べると、若干気密性の向上が見られるものの、比較例２のコンデンサと同様、樹脂封止による気密性は、脆弱なるものであり、表１に示すように、試験開始から５００時間経過した後の測定では外装ケースと封止樹脂の界面から液漏れが発生し、気密不良であることが外観から確認でき、異常と判断された。
【００４９】
しかし、実施例１〜３のコンデンサは試験開始から２０００時間経過した後の測定でも問題がなく、ターゲット規格であった、１０５℃で２０００時間保証が満足できた。
【００５０】
なお、上記実施形態では、外装ケース１内に配置したコンデンサ素子３に対し、外装ケース１の開口部のみに封止樹脂２を充填し封止したが、コンデンサ素子３の周りを封止樹脂２により封止してもよい。この場合でも、外装ケース１の開口部の粗面化された内壁面にアルミニウム皮膜が形成されていることから耐環境性能が担保され、従来に比べ封止樹脂の充填量（コンデンサ素子３周りの封止樹脂の厚み）を低減し、収納効率を高めることができる。
【００５１】
また、実施例では、エポキシ樹脂を使用したが、これに限定されるものではなく、ＰＰＳ樹脂、ウレタン樹脂など公知の材料を使用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１            外装ケース
２            封止樹脂
３            コンデンサ素子
１１          皮膜
１２、１２ａ  内壁面
３１          陽極端子
３２          陰極端子
【図１】
2017017097.tif 000004
【図２】
2017017097.tif 000005
【図３】
2017017097.tif 000006