JP5219631B2 - 電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面が拡面処理された電極箔と表面が拡面処理されたタブ端子とが、冷間圧着によって形成された接合部によって接合されてなる電解コンデンサ、およびこのような電解コンデンサを製造する製造方法に関する。

電解コンデンサは、陽極箔と陰極箔との間にセパレータ紙を挟んで巻回することによって形成されたコンデンサ素子が、ケースに収納されて構成されている。ケースの開口部を封口する封口体からは、コンデンサ素子の陽極箔と陰極箔とにそれぞれタブ端子を介して接続された陽極用端子と陰極用端子とが突出している。

陽極箔および陰極箔の表面は、表面積を拡大する拡面処理のためにエッチングが施されている。エッチングが施されることで、各電極箔の表面が粗面化して拡面化され、コンデンサ容量を増加させることができる。

拡面処理された各電極箔には、陽極用端子および陰極用端子のそれぞれに接続された各タブ端子が取り付けられる。各タブ端子は、冷間圧着（コールドウェルド法）によって固定されるのが一般的である（例えば特許文献１参照）。

なお、従来のタブ端子は、一般的にエッチングにより拡面処理されていないものであり、タブ端子が取り付けられている部位は静電容量にあまり寄与しない部位であった。そこで、タブ端子も拡面処理されたものを用いることが提案されている（例えば特許文献２、特許文献３参照）。
このように、拡面処理されたタブ端子を用いることにより、電極箔に対するタブ端子の静電容量も付加することができるため、電解コンデンサ全体の容量を大きくすることができる。

ここで、電極箔にタブ端子を接合する冷間圧着に用いられる、従来の凸型と平型の構成を図７に示す。
凸型１０と平型１１はそれぞれプレス加工可能な金属で形成されており、図示しないプレス装置に設けられている。
凸型１０の形状は、平面視すると長円状であり、側面視すると先端に向けて徐々に幅狭となる台形状に形成されている。また、凸型１０の先端部１０ａは平面状に形成されており、この平面状に形成された先端部１０ａが電極箔９に当接する。

電極箔９とタブ端子８とは重ね合わせられ、凸型１０と平型１１との間に配置される。ここでは、電極箔９は凸型１０側に、タブ端子８は平型１１側に配置される。プレス装置が動作して、凸型１０が平型１１方向に移動すると、凸型１０によって電極箔９とタブ端子８とがプレスされて圧着される。

特開２００７―２７３６４５号公報 特許第２７７３２１７号公報 特許第３４５７２２２号公報

上述したような拡面処理されたタブ端子を冷間圧着により電極箔に取り付けると、拡面処理されたタブ端子自体が電極となり、対向する電極箔との間で静電容量が生じるため全体として容量の大きい電解コンデンサとすることができる。
しかし、このように拡面処理されたタブ端子を用いた電解コンデンサを用いて充放電試験を実施し、５０００万回充放電を繰り返した後に電解コンデンサを分解したところ、陰極タブ端子が茶色に変色していることが明らかになった。しかも変色部分には急激に大電流が流れるスパーク痕が存在することも確認された。
このように、スパークが生じるということは、陽極箔と陰極タブ端子との間でショートが発生していると考えられる。陽極箔と陰極タブ端子との間でショートを防止することができないと、電解コンデンサの破損に通じるおそれがあるという課題がある。

ショート発生の原理は、以下のような理由によると推測される。
図８に、拡面処理されたタブ端子を電極箔に冷間圧着した後の従来の構成を示す。
凸型１０に押されたタブ端子８と電極箔９は、溶着状態となった接合部１２が形成され、固定される。
この接合部１２では、タブ端子８の内部部分が塑性流動によってタブ端子８の表面に押し出され、タブ端子８の表面には拡面処理がされていない非拡面処理部１４が形成される。つまり、拡面処理されたタブ端子８を冷間圧着すると、拡面処理されていない非拡面処理部１４が生じてしまうので、この部分では周囲と比較して静電容量が小さくなるので電圧変動により電流が集中しやすくなり、ショートを生じさせるおそれがある。

そこで、本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、拡面処理されたタブ端子を有する電解コンデンサにおいて、充放電を繰り返してもタブ端子にショートを生じさせない電解コンデンサおよびその製造方法を提供することにある。

本発明にかかる電解コンデンサの製造方法によれば、表面が拡面処理された電極箔と表面が拡面処理されたタブ端子とを重ね合わせ、重ね合わせられた前記電極箔と前記タブ端子とを押圧する凸部を有し前記電極箔または前記タブ端子のいずれか一方の側に配置された凸型と、前記電極箔または前記タブ端子のいずれか他方の側に前記凸型と対向して配置された平型とを用い、前記凸型または前記平型を相対的に接離動させることによって、前記電極箔と前記タブ端子とを冷間圧着によって接合して電解コンデンサを製造する製造方法において、前記凸部として、四角錐状であり、前記凸部の前記電極箔または前記タブ端子に当接する頂部の断面の縁が上方に凸となる曲線状に構成され、前記凸部の傾斜面が凸部の基面から立ち上がる部分である、裾部の断面の縁が下方に凸となる曲線状に形成されているものを用い、表面が拡面処理された電極箔と表面が拡面処理されたタブ端子との接合部に形成される非拡面処理部の面積を小さくするように冷間圧着することを特徴としている。
この方法によれば、タブ端子と電極箔との固定が確実であり、且つ非拡面処理部の面積を小さくすることができるので充放電を繰り返してもタブ端子にショートが発生するのを防止できる。なお、本発明のタブ端子は、箔状に形成されたものである。
また、裾部の断面の縁は曲線状であるので、冷間圧着する載に、電極箔の塑性変形が緩やかになり、箔切れの抑制を図ることができる。

また、前記凸部の頂部は、断面の縁が円弧状であることを特徴としてもよい。
さらに、前記凸部は、平面視すると正方形状であることを特徴としてもよい。このような凸型を用いることで、接合部の面積を小さくし、ひいては非拡面処理部の面積を小さくすることができる。また、プレス後に、凸型が電極箔およびタブ端子に貼りついてしまうことを防止でき離型性を良好にするとともに、電極箔が切れてしまうこと（いわゆる箔切れ）を防止できる。

また、前記凸部の裾部は、断面の縁が円弧状であることを特徴としてもよい。

なお、前記凸型は、前記電極箔側に配置され、重ね合わせられた電極箔とタブ端子とを電極箔側から押圧することを特徴としてもよい。このような方法によれば、剥離強度を上げることができるとともに、離型性も良好とすることができる。

本発明の電解コンデンサの製造方法および電解コンデンサによれば、充放電を繰り返してもタブ端子にショートが発生するのを防止できる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に本実施形態の電解コンデンサの全体構成を示す。
本実施形態の電解コンデンサ３０は、アルミニウム等の金属で形成された有底筒状の外装ケース３１の内部にコンデンサ素子３２が配置され、外装ケース３１の開口部をゴム貼積層樹脂板の封口体３４で閉塞されて構成されている。
また、外装ケース３１の外側には、コンデンサの性能表示が印刷されたスリーブ３５が被覆されている。

図２にコンデンサ素子の構造について示す。
コンデンサ素子３２は、陽極箔３８と、陰極箔３９と、陽極箔３８と陰極箔３９との間に配置され、電解液が含浸されたセパレータ紙３７とが巻回されて構成されている。

陽極箔３８と陰極箔３９には、それぞれ陽極用タブ端子４０及び陰極用タブ端子４１を介して、陽極用端子４２及び陰極用端子４３が接続されている。陽極用端子４２と陰極用端子４３は、外装ケース３１の開口部から突出して配置される。

陽極箔３８は、エッチングによって拡面処理されたアルミニウム箔が用いられる。また、エッチングされた陽極箔３８には、さらに化成処理を施して拡面処理された表面に酸化被膜を形成させる。
陰極箔３９も陽極箔３８と同様に、エッチングによって拡面処理されたアルミニウム箔が用いられるが、拡面処理された表面には化成処理を施して酸化被膜を形成しなくてもよい。

陽極箔３８に固定される陽極用タブ端子４０も、エッチングによって拡面処理されたアルミニウムの板材を用いてもよい。エッチングされた陽極用タブ端子４０には、化成処理を施して拡面処理された表面に酸化被膜を形成させる。
陰極箔３９に固定される陰極用タブ端子４１も、エッチングによって拡面処理されたアルミニウムの板材が用いられるが、拡面処理された表面には化成処理を施して酸化被膜を形成しなくてもよい。
このように、陰極用タブ端子をエッチングにより拡面処理を施したことにより、陰極用タブ端子４１も対向する陽極箔３８に対して、十分な静電容量を有することが可能となる。

本実施形態における陰極用タブ端子４１の陰極箔３９への取り付け構造について、図３に基づいて説明する。
陰極用タブ端子４１と陰極箔３９は、冷間圧着によって形成された接合部４４によって取り付けられている。接合部４４は複数箇所に形成され、後述するような複数の凸部を有する凸型を用いて接合される。接合部４４では、陰極用タブ端子４１と陰極箔３９とが圧着状態となって接合されており、圧着状態となったそれぞれの箇所において、拡面処理されていない部分である非拡面処理部４６が形成されている。

なお、非拡面処理部４６とは、陰極用タブ端子４１の拡面処理されていない内部部分が塑性流動によって、陰極用タブ端子４１の表面に押し出されて形成された部位であり、拡面処理されていないため、電極として十分な静電容量を有しない部位である。

陰極用タブ端子と陰極箔への取り付け方法について、図４に基づいて説明する。
上述してきたように、陰極用タブ端子４１と陰極箔３９は、冷間圧着によって取り付けられる。冷間圧着は、図示しないプレス装置に設けられた凸型５０と平型５１が相対的に接離動することによって行われる。
本実施形態では、凸型５０が下方に、平型５１が上方に配置されており、平型５１に対して凸型５０が上昇することによってプレス加工が施される。

本実施形態では凸型５０に１つの凸部５２が形成されているところしか図示していないが、１つの凸型５０に複数の凸部５２が形成されているとよい。
凸部５２は、本実施形態のように陰極箔３９と陰極用タブ端子４１とを接合する場合には、傾斜角αが４０°〜５０°のものを用いるとよい。なかでも傾斜角αを４５°とすると好適である。このようにすることで、陰極箔３９と陰極用タブ端子４１とを所定の剥離強度を維持しつつも、様々な厚さの陰極箔３９に対して対応することができる。
なお、凸部５２の傾斜角αとは、凸部５２の傾斜面５２ｂと凸部５２の基面５２ｃとがなす角の最大角をいう。

一方、陽極箔３８と陽極用タブ端子４０とを接合する場合に用いる凸部５２であれば、傾斜角αが５５°〜６５°のものを用いるとよい。なかでも傾斜角αを６０°とすると好適である。陽極箔３８は陰極箔３９と比較して箔厚が厚くなっているので、陰極箔３９と陰極用タブ端子４１とを接合する場合よりも凸部５２の傾斜角αは大きくすることが必要である。そして、このような凸部５２を有する凸型５０を用いることで、所定の剥離強度を維持しつつも、様々な厚さの陽極箔３８に対して対応することができる。

凸型５０と平型５１の間に陰極箔３９と陰極用タブ端子４１とが配置される。そして、陰極箔の３９の上に陰極用タブ端子４１が重ね合わせられる。
こうして本実施形態では、下から凸型５０、陰極箔３９、陰極用タブ端子４１、平型５１の順番に配置される。そして、凸型５０が上昇することにより、凸型５０の凸部５２は陰極箔３９を陰極用タブ端子４１側へ押圧して陰極箔３９と陰極用タブ端子４１とを冷間圧着する。このようにすることで、剥離強度を上げることができるとともに、且つ製造時の離型性も良好とすることができる。

凸部５２の頂部５２ａは、断面の縁が上方に凸となる曲線状に形成されている。具体的には、凸部５２の頂部５２ａは、断面の縁が所定の曲率半径を有する円弧状である。
さらに、凸部５２の裾部５２ｄ（凸部５２の傾斜面５２ｂが凸部５２の基面５２ｃから立ち上がる部分）は、断面の縁が下方に凸となる曲線状に形成されている。具体的には、凸部５２の裾部５２ｄは、断面の縁が所定の曲率半径を有する円弧状である。

なお、図５には凸部５２の平面図を示す。
このように、凸部５２は、平面視すると四角形状に形成されている。具体的には、正方形に形成されているとよい。このように、凸部５２を平面視正方形に形成することによって、なるべく接合部４４の面積を小さくし、ひいては非拡面処理部の面積を小さくすることができる。また、プレス後に、凸型が電極箔およびタブ端子に貼りついてしまうことを防止でき離型性を良好にするとともに、箔切れも防止できる。

図６に、このような凸型を用いて成形された接合部の断面形状を示す。
本実施形態における接合部４４は、凸部５２が陰極箔３９を陰極用タブ端子４１側へ押圧して形成されるものであるので、陰極箔３９側から陰極用タブ端子４１側へ凹む凹部５５が形成される。かかる凹部５５の底部５５ａ（幅方向の先端）は、断面の縁が曲線状になるように形成されている。なお、凸部５２の頂部５２ａの断面の縁を所定の曲率半径を有する円弧状に形成することで、凹部５５の底部５５ａの断面の縁も所定の曲率半径を有する円弧状に形成される。
そして、陰極用タブ端子４１側に形成された非拡面処理部４６は、従来のように平面状の凸部で押圧された場合と比較して極めて小さく形成されている。

上述してきたように、凸部５２の頂部５２ａの断面を曲面形状とすることで、拡面処理された周囲の部分よりも静電容量が小さい非拡面処理部４６の面積を小さくすることができる。これにより、拡面処理された周囲の部分との間での電圧変動を少なくすることができ、電流の集中を防止し、充放電を繰り返してもタブ端子にショートが発生するのを防止できる。

なお、非拡面処理部４６の面積が小さくなる理由は、以下の様な理由によると推察される。すなわち、従来のように平面部分で押圧されると、陰極箔３９における押圧された部位はそのまま陰極用タブ端子４１側へ流動する。しかし、本発明のように曲面部分で押圧されると、陰極箔３９における押圧された部位は、陰極用タブ端子４１側ではなく陰極箔３９の内部で横方向に流動する分（図７の矢印）が多くなり、陰極用タブ端子４１側に押し出される分が減少するので、陰極用タブ端子４１側に形成される非拡面処理部４６を小さくすることができると考えられる。

凸部の先端部を曲率半径０．２５ｍｍとし、プレス圧を１．９ＭＰａ〜２．７ＭＰａの範囲で、厚さ２０μｍの陰極箔に厚さ２００μｍの陰極用タブ端子を接合させる実験を行った。
すると、剥離強度について現状の規格を満足する結果となり、なおかつ非拡面処理部の面積を、従来のものと比較して極めて小さくできることが確認できた。

なお、上述してきた実施形態では、陰極用タブ端子の構造についてのみ説明してきた。しかし、本発明としては陰極用タブ端子には限定されず、陽極用タブ端子の構造について上述してきた実施形態の構造を適用させてもよい。

なお、冷間圧着に用いる、凸型と平型は、どちらが上方または下方に配置されていてもよく、またどちらが移動可能に設けられていてもよい。

以上本発明につき好適な実施形態を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。

本発明にかかる電解コンデンサの側面からの断面図である。 コンデンサ素子の斜視図である。 陰極用タブ端子と陰極箔との取り付け構造を示す説明図である。 冷間圧着に用いる凸型と平型を示す側面図である。 凸型の平面図である。 冷間圧着された後の接合部の断面図である。 従来の凸型と平型を示す側面図である。 従来の接合部の断面図である。

符号の説明

３０ 電解コンデンサ
３１ 外装ケース
３２ コンデンサ素子
３４ 封口体
３５ スリーブ
３７ セパレータ紙
３８ 陽極箔
３９ 陰極箔
４０ 陽極用タブ端子
４１ 陰極用タブ端子
４２ 陽極用端子
４３ 陰極用端子
４４ 接合部
４６ 非拡面処理部
５０ 凸型
５１ 平型
５２ 凸部
５２ａ 頂部
５２ｂ 傾斜面
５２ｃ 基面
５５ 凹部

Claims (6)

1. 表面が拡面処理された電極箔と表面が拡面処理されたタブ端子とを重ね合わせ、
   重ね合わせられた前記電極箔と前記タブ端子とを押圧する凸部を有し前記電極箔または前記タブ端子のいずれか一方の側に配置された凸型と、前記電極箔または前記タブ端子のいずれか他方の側に前記凸型と対向して配置された平型とを用い、前記凸型または前記平型を相対的に接離動させることによって、前記電極箔と前記タブ端子とを冷間圧着によって接合して電解コンデンサを製造する製造方法において、
   前記凸部として、
   四角錐状であり、
   前記凸部の前記電極箔または前記タブ端子に当接する頂部の断面の縁が上方に凸となる曲線状に構成され、
   前記凸部の傾斜面が凸部の基面から立ち上がる部分である、裾部の断面の縁が下方に凸となる曲線状に形成されているものを用い、
   表面が拡面処理された電極箔と表面が拡面処理されたタブ端子との接合部に形成される非拡面処理部の面積を小さくするように冷間圧着することを特徴とする電解コンデンサの製造方法。
2. 前記凸部の頂部は、断面の縁が円弧状であることを特徴とする請求項１記載の電解コンデンサの製造方法。
3. 前記凸部は、平面視すると正方形状であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電解コンデンサの製造方法。
4. 前記凸部の裾部は、断面の縁が円弧状であることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項記載の電解コンデンサの製造方法。
5. 前記凸型は、前記電極箔側に配置され、重ね合わせられた電極箔とタブ端子とを電極箔側から押圧することを特徴とする請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項記載の電解コンデンサの製造方法。
6. 陽極箔と陽極用タブ端子とを接合する場合に用いる凸部の傾斜角は、陰極箔と陰極用タブ端子とを接合する場合に用いる凸部の傾斜角よりも大きくすることを特徴とする請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項記載の電解コンデンサの製造方法。

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