JP5978605B2 - コンデンサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、冷間圧接法により電極箔と引出し端子を接続する電解コンデンサや電気二重層コンデンサなどのコンデンサの製造方法に関する。

電解コンデンサなど、各種のコンデンサは、コンデンサ素子の陽極側および陰極側の電極箔に引出し端子を接続している。コンデンサ素子は、陽極側および陰極側の電極箔の間にセパレータを介在させて巻回されている。このコンデンサ素子に電解液を含浸した後、外装ケースに封入している。陽極箔および陰極箔にはアルミニウムなどの電極材料で形成された箔が使用されている。陽極箔には箔表面にエッチングによる拡面処理及び化成処理が施されている。陰極箔には箔表面に拡面処理、必要に応じて化成処理が施されている。

電極箔と引出し端子の接続方法には冷間圧接法（コールドウェルド）がある。この圧接法は、電極箔と引出し端子とを接続部で金型を押圧することにより接続する方法である。この押圧には台形状の押圧面を持つ金型が用いられてきた（たとえば、特許文献１、特許文献２）。

特開平７−２３５４５３号公報 特開２００７−２７３６４５号公報

ところで、化成処理により電極箔の表面に形成された酸化皮膜は一般的に硬く脆いことが知られている。また、コンデンサには小型化や高容量化が求められている。高容量化では、電極箔の表面積を拡大させるため高倍率のエッチング処理が施された電極箔が用いられる。この高倍率エッチングを施した電極箔の残芯部（酸化皮膜の未形成部）は高倍率エッチングを施していない電極箔と比べ薄くなる。このため、高倍率のエッチング処理を施し、化成処理を施した電極箔は脆弱化している。このような電極箔を冷間圧接金型で押圧すると、電極箔の一部に亀裂を生じたり、接続の信頼性を低下させるという課題がある。

また、小型化されたコンデンサでは電極箔の幅が狭いため、引出し端子との接続部と電極箔の縁との距離が短い。接続部で電極箔に生じた亀裂が電極箔の縁部まで波及し、これが箔割れの原因となる。このような電極箔の亀裂や箔割れは、引出し端子との接続性を悪化させるという課題がある。

このような電極箔の亀裂や箔割れは、冷間圧接金型が電極箔に押しつけられる押圧面の形状が関係している。従来、押圧面の形状は矩形であり、また、断面形状は台形状であった。このような形状の冷間圧接金型を用いると、その押圧面の角部に押圧時の応力が集中する。この応力集中が押圧面の角部から電極箔の押圧部に過剰な応力を生じさせる。高倍率エッチング処理などで脆弱化している電極箔では、その応力に打ち勝つことができず、亀裂を生じる原因になるという課題がある。

本発明のコンデンサの製造方法の目的は、上記課題に鑑み、冷間圧接接続に伴う亀裂や箔割れなどの電極箔の損傷を防止し、電極箔と引出し端子との接続強度を高めることにある。

上記目的を達成するため、本発明のコンデンサの製造方法は以下のとおりである。

(1) 上記目的を達成するため、本発明のコンデンサの製造方法は、冷間圧接法により電極箔と引出し端子を接続したコンデンサの製造方法であって、冷間圧接金型の押圧部を、断面形状を球形状かつ平面形状を円形状に形成し、コンデンサ素子の陽極側電極または陰極側電極に用いる電極箔を引出し端子に重ね、前記引出し端子の側部に拘束立壁として変形防止ストッパを備え、該変形防止ストッパと前記引出し端子とで形成される空間部内で前記引出し端子を加圧し、前記電極箔と前記引出し端子との接続部に前記冷間圧接金型を押圧して前記電極箔と前記引出し端子を接続する。

本発明によれば、次のような効果が得られる。

(1) 冷間圧接金型の押圧面が円形状であり角部を有さないので、電極箔に対する局所的な応力集中を回避できるので、電極箔の亀裂や割れを防止できる。

(2) 電極箔と引出し端子との接続性を高め、接続強度を向上させることができる。

そして、本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付図面及び各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。

第１の実施の形態に係る電極箔および引出し端子の接続部を示す図である。 図１のIIA−IIA線断面を示す断面図である。 電極箔および引出し端子の接続処理を示す図である。 第２の実施の形態に係る冷間圧接金型および接続処理を示す断面図である。 第３の実施の形態に係る拘束金型を併用した接続処理の変形例を示す図である。 拘束金型に固定治具を併用した変形例を示す図である。

〔第１の実施の形態〕

図１は第１の実施の形態に係る電極箔および引出し端子の接続部を示している。図１に示す構成は一例であって、本発明は係る構成に限定されるものではない。

電極箔２はコンデンサ素子の陽極側電極または陰極側電極に用いられる。この電極箔２はたとえば、アルミニウムで形成されている。電解コンデンサでは、陽極箔にエッチングによって拡面化処理した金属箔にさらに化成処理を施したものが使用され、陰極箔にエッチングにより拡面化処理を施した金属箔が使用される。

この電極箔２に接続される引出し端子４は一例として内部リード部４−１、支持部４−２および外部リード部４−３を備えている。内部リード部４−１は、アルミニウムの棒状体を偏平に圧縮成形した偏平部である。支持部４−２は、内部リード部４−１が形成されていない既述の棒状体の原型部分であって、図示しないコンデンサ素子を収納した外装ケースの封口部材を貫通させ、封口部材に支持させる部分である。外部リード部４−３は、支持部４−２より細く、半田付け可能な金属を表面にめっきしたワイヤで形成されている。外部リード部４−３は支持部４−２に溶接によって接続されている。外部リード部４−３は半田付け可能な金属ワイヤで形成してもよい。

この引出し端子４は、内部リード部４−１に重ねられた電極箔２と冷間圧接法により圧接接続されている。引出し端子４と電極箔２との間には複数の接続部６−１、６−２が形成されている。各接続部６−１、６−２は平面視円形形状の湾曲凹部８である。この湾曲凹部８は平面形状が円形状の凹部の一例である。この湾曲凹部８は、冷間圧接金型１０（図３）の押圧により電極箔２および引出し端子４に生じている圧接接続の痕跡である。

図２のＡは、各接続部６−１、６−２の断面を示している。図２のＢは、図２のＡのIIB部の拡大断面を示している。

図２のＡに示すように、各接続部６−１、６−２には断面半球形状の湾曲凹部８が形成されている。各湾曲凹部８の底部では電極箔２と引出し端子４の内部リード部４−１との間で圧接による接続が生じている。この実施の形態では、図２のＢに示すように、電極箔２が湾曲凹部８に臨み、内部リード部４−１は重ねられた電極箔２とともに押し潰されている。破線で示す部分では、電極箔２と内部リード部４−１との金属間が一体化されている。

図３は、冷間圧接法による接続工程を示している。この接続工程は、コンデンサの製造法に含まれる一工程である。この実施の形態は、冷間圧接法により電極箔と引出し端子を接続したコンデンサの製造方法の一例である。図３のＡは圧接前の状態を示している。図３のＢは圧接処理を示している。

この接続工程には、重ね工程と、圧接工程が含まれる。

(1) 重ね工程

この重ね工程では、平坦面金型１２の上面に載置された引出し端子４の内部リード部４−１の上面に電極箔２を重ねる。この場合、球形状押圧面１４を備えた冷間圧接金型１０を用いる。冷間圧接金型１０の中心線Ｏに引出し端子４の中心を合わせる。引出し端子４と重ねられた電極箔２とを所定位置に保持する。

(2) 圧接工程

既述の重ね工程を経て、引出し端子４に重ねられた電極箔２の上面に冷間圧接金型１０を降下させる。これにより、冷間圧接金型１０と平坦面金型１２との間に電極箔２および引出し端子４の内部リード部４−１が挟み込まれる。冷間圧接金型１０に対して平坦面金型１２に向かう圧力Ｐを加える。これにより、電極箔２および引出し端子４の内部リード部４−１の接続部６−１、６−２には図３のＢに示すように、冷間圧接金型１０の球形状押圧面１４による湾曲凹部８が形成される。この結果、電極箔２と引出し端子４の内部リード部４−１の金属が一体化されることにより接続される。

このような球形状押圧面１４を有する冷間圧接金型１０を用いた場合には、次のような圧接接続が得られる。

(a) 球形状押圧面１４で電極箔２を押圧するので、球形状押圧面１４から電極箔２に加わる応力が球形状押圧面１４から放射状に作用し、均等な応力となり、応力集中を回避できる。つまり、球形状押圧面１４では、角部がないので、従前の金型で角部に生じていた応力集中はない。球形状押圧面１４により冷間圧接金型１０からの応力が特定の一か所に集中することを防止できる。このため、電極箔２が脆弱化していても、局所的な応力の集中がないため、応力集中による亀裂発生を防止できる。

(b) 球形状押圧面１４により押圧された電極箔２および引出し端子４の平坦な内部リード部４−１との圧接部分に広がりが生じる。この結果、接続部６−１、６−２の面積が広く、電極箔２および引出し端子４の接続強度も高めることができる。

〔第２の実施の形態〕

第１の実施の形態の冷間圧接金型１０の形状を球形状押圧面１４としたのに対し、第２の実施形態では、円錐台状押圧面１６とした冷間圧接金型１０を用いている。図４は、円錐台状押圧面１６を備える冷間圧接金型１０およびこれを用いた第２の実施の形態に係る圧接接続を示している。図４において、図３と同一部分には同一符号を付してある。

第２の実施の形態では冷間圧接金型１０に図４のＡに示すように、円錐台状押圧面１６を備えている。円錐台状押圧面１６は、冷間圧接金型１０の先端部に平坦面部１６−１と円錐面部１６−２とともに、平坦面部１６−１と円錐面部１６−２とを連結する湾曲面部１６−３を備えている。

このような円錐台状押圧面１６を備える冷間圧接金型１０を用いれば、図４のＢに示すように、円錐台状押圧面１６によって冷間圧接金型１０の湾曲凹部８が形成される。つまり、接続部６−１、６−２に形成される湾曲凹部８では、電極箔２および内部リード部４−１に平坦面部１８−１が形成される。この平坦面部１８−１を中心にすり鉢状の円錐面部１８−２が形成される。この円錐面部１８−２と平坦面部１８−１との間は湾曲面部１８−３によって連続した面部が形成される。

このため、第２の実施の形態によっても次のような圧接接続が得られる。

(a) 円錐台状押圧面１６で電極箔２を押圧するので、円錐台状押圧面１６から電極箔２に加わる応力が円錐台状押圧面１６から放射状に作用する。つまり、円錐台状押圧面１６では、角部がないので、従前の金型で角部に生じていた応力集中はない。円錐台状押圧面１６により冷間圧接金型１０からの応力が特定の一か所に集中することを防止できる。このため、電極箔２が脆弱化していても、第１の実施の形態と同様に、局所的な応力の集中がないため、応力集中による亀裂発生を防止できる。

(b) 円錐台状押圧面１６により押圧された電極箔２および引出し端子４の平坦な内部リード部４−１との圧接部分に広がりが生じることは第１の実施の形態と同様である。この結果、接続部６−１、６−２の面積が広く、電極箔２および引出し端子４の接続強度も高めることができる。

〔他の実施の形態〕

(1) 上記実施の形態の平坦面金型１２に引出し端子４の内部リード部４−１の変形を抑えるため、拘束金型２０を用いてもよい。この拘束金型２０では、平坦面金型１２の平坦面と平行な平坦面部２０−１の側部に拘束立壁として変形防止ストッパ２０−２を備え、各変形防止ストッパ２０−２と平坦面部２０−１とで形成される空間部内で内部リード部４−１を加圧してもよい。このような構成とすれば、引出し端子４の応力変形による箔割れを防止でき、接続部６−１、６−２の接続強度をより高めることができる。

つまり、拘束金型２０を配置すれば、冷間圧接金型１０の押圧時、引出し端子４の幅方向への広がり、それによる電極箔２の追従による引き延ばしを防止でき、電極箔２の残芯部の伸びを防止でき、電極箔２の厚さが薄くなることを防止できる。この結果、押圧時に幅方向への引出し端子４の広がりもなく、引出し端子４の応力変形による箔割れを防止でき、接続部６−１、６−２の接続強度をより高めることができる。

更に、電極箔２側に押圧時に図６に示すように、電極箔２を変形防止ストッパ２０−２と挟み込むように固定治具２２を配置してもよい。このような構成とすれば、冷間圧接金型１０の押圧時に引出し端子４が拘束金型２０に拘束されるとともに、固定治具２２で引出し端子４が上方に伸びる力を押さえ込むことができる。これにより、引出し端子４の変形防止と、電極箔２の伸び上がりを防止できるので、押圧力を接続部６−１、６−２に集中でき、各接続部６−１、６−２の接続強度がより高められる。

(2) 上記実施の形態では、電解コンデンサの電極箔を例示したが、電解コンデンサ以外の電極箔と引出し端子との圧接接続に利用してもよい。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明では、冷間圧接金型の押圧面部を球面状または円錐台状にし、押圧時に生じる応力集中から電極箔を防護でき、圧接接続による亀裂や箔割れを防止でき、信頼性の高いコンデンサの提供に寄与し、有用である。

２ 電極箔
４ 引出し端子
４−１ 内部リード部
４−２ 支持部
４−３ 外部リード部
６−１ 接続部
６−２ 接続部
８ 湾曲凹部
１０ 冷間圧接金型
１２ 平坦面金型
１４ 球形状押圧面
１６ 円錐台状押圧面
１６−１ 平坦面部
１６−２ 円錐面部
１６−３ 湾曲面部
１８−１ 平坦面部
１８−２ 円錐面部
１８−３ 湾曲面部
２０ 拘束金型
２０−１ 平坦面部
２０−２ 変形防止ストッパ
２２ 固定治具

Claims (1)

1. 冷間圧接法により電極箔と引出し端子を接続したコンデンサの製造方法であって、
   冷間圧接金型の押圧部を、断面形状を球形状かつ平面形状を円形状に形成し、
   コンデンサ素子の陽極側電極または陰極側電極に用いる電極箔を引出し端子に重ね、
   前記引出し端子の側部に拘束立壁として変形防止ストッパを備え、該変形防止ストッパと前記引出し端子とで形成される空間部内で前記引出し端子を加圧し、
   前記電極箔と前記引出し端子との接続部に前記冷間圧接金型を押圧して前記電極箔と前記引出し端子を接続することを特徴とする、
   コンデンサの製造方法。

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