JP6277620B2 - コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、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に関し、たとえば、冷間圧接法により引出し端子に電極箔を接続するコンデンサおよびその製造方法に関する。

コンデンサとしてたとえば、電解コンデンサでは、陽極側および陰極側の電極箔の間にセパレータを挟み込んで巻回したコンデンサ素子が用いられる。このコンデンサ素子の各電極箔には外部端子である引出し端子（タブ）が接続されている。この接続には冷間圧接法が用いられている。冷間圧接法は、重ね合わせた部材間を非加熱状態で圧接する方法である。

この冷間圧接法による引出し端子および電極箔の接続では、電極箔と引出し端子の接続部に押圧する金型に台形状の押圧面を持つ金型を使用することが知られている（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、コンデンサの小型化により、コンデンサ素子に用いられる電極箔の幅が狭くなり、引出し端子との接続に必要な幅（領域）が制限される。図５のＡに示すように、引出し端子１０２に重ねられた狭い電極箔１０４では、２つの接続部１０６−１、１０６−２を従前の間隔で設定すると、一方の接続部１０６−２が電極箔１０４の接続可能領域１０８からはみ出してしまう。各接続部１０６−１、１０６−２には、冷間圧接法による接合部１１０が形成されている。この例では、接合部１１０が電極箔１０４の縁部から外れている。

このような電極箔１０４からのはみ出しを防止するには、図５のＢに示すように、接続部１０６を電極箔１０４の中央の１箇所に設定すればよい。このような接続部１０６では、電極箔１０４から接続部１０６がはみ出すことはないが、引出し端子１０２との接続強度が不足する。このような接続形態では、コンデンサの製造工程中に引出し端子１０２に電極箔１０４の長さ方向の負荷が作用すると、接続部１０６の中心を支点に引出し端子１０２が回転してしまい、接合部１１０に負荷が掛かり、電極箔１０４の接合部１１０およびその周辺にひび割れや電極箔割れが生じることがある

このような接続強度の低下を防止するには図５のＣに示すように、接続部１１６−１、１１６−２を狭小化するとともに、接続部１１６−１、１１６−２の間隔を狭め、接続可能領域１０８内に接続部１１６−１、１１６−２を設定すればよい。

このような接続部１１６−１、１１６−２の狭小化や間隔を小さくすれば、従前の接続可能領域１０８に接続部１１６−１、１１６−２を設定できるものの、接続部１１６−１、１１６−２が狭小化した分だけ接合部１１０は小さくなるので、十分な接続強度が得られないという課題がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題に鑑み、引出し端子に対する電極箔の接続可能領域の狭小化および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は、電極箔に引出し端子が冷間圧接法により接続されたコンデンサであって、前記引出し端子と前記電極箔とが圧接接続された圧接接続部と、前記圧接接続部内に複数の凹部を備え、前記複数の凹部は一部を重ねて隣接し、前記各凹部間で隣接する壁部が前記各凹部で形成された窪み内に存在している。

上記コンデンサにおいて、前記圧接接続部の形状が曲面状であってもよい。

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、電極箔と引出し端子との接続に冷間圧接法を用いたコンデンサの製造方法であって、複数の凸部を重ねて隣接させ、前記各凸部間で隣接する壁部が前記各凸部で形成された突出部内に存在する押圧部を冷間圧接金型に形成し、前記引出し端子に前記電極箔を重ね、前記冷間圧接金型の前記押圧部により押圧する。

本発明によれば、次のような効果が得られる。

(1) 冷間圧接法で接続される引出し端子と電極箔の圧接接続部に複数の凹部を備えることにより、狭い電極箔に対して接続可能領域を拡大することなく、引出し端子と電極箔との接続強度を高めることができる。

(2) 複数の凹部を含むことで、コンデンサの製造工程中に引出し端子に電極箔の長さ方向に対して負荷が掛かった場合でも、凹部を中心にして引出し端子が回転することはなく、圧接接続部に生じるひび割れや電極箔割れを防ぐことができる。

(3) 凹部間の金属流動を抑制でき、引出し端子から電極箔に対する反発力により、電極箔に対する引出し端子の接続強度が高められる。

そして、本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面およ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。

一実施の形態に係るコンデンサの引出し端子と電極箔との接続を示す図である。 図１のＡのII−II線で切断した切断端面を示す図である。 冷間圧接接続を示す図である。 他の実施の形態に係るコンデンサの引出し端子と電極箔との接続を示す図である。 従来の引出し端子と電極箔との接続を示す図である。

〔一実施の形態〕

図１のＡおよびＢは、本発明の一実施の形態に係るコンデンサの引出し端子および電極箔の接続を示している。

引出し端子２は、電極箔４に接続されるタブの一例である。この引出し端子２には、電極箔４が重ねられる偏平部２−１、支持部２−２およびリード部２−３が備えられている。電極箔４は、陽極側または陰極側のいずれの電極箔であってもよい。この電極箔４にはたとえば、アルミニウム箔が使用される。陽極側の電極箔４では、エッチング処理されたアルミニウム箔の表面に化成処理により誘電体酸化皮膜が形成されている。陰極側の電極箔４では、陽極側の電極箔と同様でもよいし、化成処理が施されていないエッチング箔であってもよい。これら陽極側および陰極側の電極箔４の間にセパレータを介在させ、巻回または重ね合わせによりコンデンサ素子が形成される。

引出し端子２は一例として偏平部２−１、支持部２−２およびリード部２−３を備えている。偏平部２−１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２−２は、偏平部２−１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。リード部２−３は、支持部２−２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。リード部２−３は支持部２−２に溶接によって接続されている。リード部２−３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２は、偏平部２−１に重ねられた電極箔４と冷間圧接法により圧接接続されている。引出し端子２と電極箔４との間には圧接接続部８が形成されている。この圧接接続部８には複数の凹部の一例として、平面視円形形状の２つの接続凹部８−１、８−２が形成されている。各接続凹部８−１、８−２は、冷間圧接金型１６（図３）の押圧により電極箔４および引出し端子２に生じている圧接接続の痕跡である。

圧接接続部８には、結合された２つの円形の接続凹部８−１、８−２が形成されている。各接続凹部８−１、８−２には図１のＢに示すように、円形の一対の接合部１０が形成されている。各接合部１０は、円形の圧接ピーク部分であり、電極箔４と引出し端子２の偏平部２−１とが密着して冷間圧接されている接合エリアである。複数の凹部として２つの接続凹部８−１、８−２が引出し端子２の長さ方向に隣接して配置され、各接続凹部８−１、８−２間には山型の***部１２が形成されている。この***部１２は隣接する接続凹部８−１、８−２の壁部の一例である。この***部１２は隣接した接続凹部８−１、８−２からなる窪み内に存在しており、押圧によって形成された接続凹部８−１、８−２の重なり部分の一例である。

この接合エリアは、電極箔４と引出し端子２が圧接により物理的及び電気的に接続している部位をいう。つまり、冷間圧接金型１６で圧接したとき、半球部１８−１、１８−２の頂点で圧接される電極箔４は、その圧接時の応力により表面の誘電体酸化皮膜が破壊分断され、誘電体酸化皮膜に覆われていない電極箔の基材が現れる。さらに、圧接を続けると、引出し端子２と基材が圧接により接続する。絶縁性である誘電体酸化皮膜が除去され、引出し端子２と基材とが直に接続した接合部１０については、機械的接続と電気的接続がなされる。一方、接合部１０以外の圧接接続部８については、電極箔４と引出し端子２の機械的接続のみが達成されている。つまり、接合部１０の周辺の電極箔４は、圧接時に圧接方向に伸びるため、誘電体酸化皮膜にひびが入る。しかし、接合部１０のように誘電体酸化被膜が破壊分断されることはなく、ひびが生じるだけであるため、該ひびに引出し端子２のアルミニウムが入り込み、アンカー効果で機械的接続が達成される。

図２は、図１のＡのII−II線で切断した切断端面を示している。このように圧接接続部８の底部には、接合部１０が形成されている。各接合部１０の間には既述した***部１２が偏平部２−１の幅方向、電極箔４の長さ方向に形成されている。この***部１２では、偏平部２−１の金属流動が抑えられ、偏平部２−１の***部１２によって電極箔４の一部が表面方向に突出した形態となっている。

＜コンデンサの製造方法＞

図３は、コンデンサの製造方法における引出し端子２と電極箔４との接続工程を示している。

この製造工程において、引出し端子２、電極箔４、電極箔４を用いたコンデンサ素子の形成などは従前の例と同様であるので、詳細な説明は割愛する。

引出し端子２の偏平部２−１には図３のＡに示すように、電極箔４が設置されている。この電極箔４と引出し端子２の接続に関し、圧接接続可能領域１４は電極箔４と引出し端子２の重なり部分であり、換言すれば、圧接金型１６の圧接領域である。この圧接接続可能領域１４には、冷間圧接法に用いる圧接金型１６が配置される。この圧接金型１６は、先端が円形の２つの円柱体を連結した形状である。つまり、先端に圧接部（押圧部）として一対の半球部１８−１、１８−２を備え、半円形の一対の柱状部２０−１、２０−２を一体に備えている。半球部１８−１、１８−２は複数の凸部の一例であり、突出部を構成する。つまり、圧接金型１６の先端部には複数の凸部の一例として２つの半球部１８−１、１８−２が隣接して配置されている。各半球部１８−１、１８−２の間には金型凹部２２が形成されている。この金型凹部２２は各半球部１８−１、１８−２の隣接する壁部の一例である。この金型凹部２２が各半球部１８−１、１８−２で形成された突出部内に存在している。

この圧接金型１６を図３のＢに示すように、偏平部２−１上の電極箔４に押し付け、冷間圧接を行う。これにより、各半球部１８−１、１８−２に押し付けられた部分に一対の接合部１０が形成される。各接合部１０は、圧接金型１６の圧接ピーク点で生成された圧接接合箇所である。

この実施の形態のように、圧接金型１６の先端が半球の場合、冷間圧接時に圧接部から電極箔４に加わる応力が半球状の圧接部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、圧接金型１６の先端に角部がある形状の場合、圧接面の角部に電極箔４に押し付けた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４の押圧部に過剰な応力を生じさせ、電極箔４のひび割れや箔割れの起因となることがある。しかしながら、本実施の形態のように先端面を半球状とすることで応力集中を回避でき、電極箔４のひび割れや箔割れを防止できる。

また、接合部に応力が集中して圧接した場合、応力集中した電極箔の部位の周辺は、接続部の他の部位と比較し、局所的に薄くなる。つまり、圧接金型接続部による圧接の際、応力が集中した接合部は、接合部周辺の電極箔と比べ、圧接される力が強い。そのため、応力集中した接合部の周辺部の電極箔が圧接方向に伸ばされ、局所的に薄くなる。局所的に薄くなると、その部分が脆弱部となるので、引出し端子に外部から応力が加わった場合に、ひび割れや箔割れを生じやすくなる。そのため、接続強度が低下する。しかしながら、本実施の形態のように先端面を半球状とすることで、電極箔４に加わる応力は均等に放射状に作用するため、電極箔４が局所的に圧接されて薄くなることはなく、脆弱部の発生を防止できる。

ひいては、引出し端子２と電極箔との接続強度の強化やコンデンサの信頼性をより高めることができる。なお、圧接金型１６の先端部を台形部とした場合にも、角部を曲面化（球面状化）すれば圧接応力を軽減できる利点がある。

＜一実施の形態の効果＞

この実施の形態では、接合面積を低減することなく、圧接接続部８に少なくとも２箇所の接続凹部８−１、８−２を重ね合わせて生成することができる。つまり、半球部１８の個数を増加すれば、２箇所を超える接合部を形成することができる。このような２箇所以上の接続凹部を備えれば、狭い電極箔４に対して圧接接続可能領域１４を拡大することなく、電極箔４と引出し端子２との接続強度を高めることができる。つまり、引出し端子２に電極箔４の長さ方向の負荷が加わっても、複数の接続凹部による接続強度により、引出し端子２と電極箔４との接続を維持することができる。単一の接合部１０では、接合部１０を回転中心として引出し端子２が可動するおそれがあるが、このような不都合が解消される。これにより、接続強度が強化され、電極箔４に無用な応力を作用させることがなく、電極箔４を箔割れなどから防護することができる。結果として、コンデンサの信頼性を維持することができる。

接合部１０に挟まれた***部１２では、引出し端子２側の金属流動を抑えることができ、たとえば***した金属により電極箔４側への反発力が得られる。つまり***部１２は、半球部１８−１と半球部１８−２が隣接して形成された金型凹部２２によって押圧されている。このとき***部１２には、たとえば金型凹部２２の周縁において半球部１８−１と半球部１８−２による押圧力が***部１２を中心として対向状態となる。このように引出し端子２は、***部１２において、対向する押圧力を受けることで金属流動が生じない。また、***部１２に作用する押圧力は、半球部１８−１、１８−２側への反発力となる。そして、図３のＢにおいて矢視するように、この反発力と圧接金型１６の金型凹部２２による押圧力により電極箔４と引出し端子２に挟まれた電極箔４の伸びを防止でき、電極箔４と引出し端子２との接続強度を向上させることができる。

〔他の実施の形態〕

(1) 上記実施の形態に示すコンデンサは、電解コンデンサに限定されない。電気二重層コンデンサなどの他のコンデンサに適用できるものである。

(2) 上記実施の形態では、圧接金型１６に２つの圧接部として半球部１８−１、１８−２を備えたが、３以上の圧接部を備え、接合部１０を引出し端子２の長手方向または幅方向に増加させてもよい。

(3) 上記実施の形態では、単一の圧接接続部８に複数の接合部１０（凹部）を備える形態について説明したが、複数の圧接接続部８を備え、各圧接接続部８に複数の接合部１０（凹部）を備えてもよい。斯かる接続形態は、狭い電極箔４に好適ではあるが、本発明は電極箔４が狭い場合に限定されるものではない。

(4) 上記実施の形態では、引出し端子２に電極箔４を重ねた後、電極箔４側から圧接金型１６を押し付けて接続している。このように、引出し端子２に加工をせず、接続させてもよいが、引出し端子２の圧接接続部８となる部分に予め凹部を形成した後、凹部を覆って引出し端子２に電極箔４を重ねた後、電極箔４側から圧接金型１６を押し付けて接続してもよい。このようにすることで、凹部に電極箔４が入り込んだ後、凹部の側面および底面に対して均等に押圧するため、電極箔４が局所的に押圧されて薄くなることはなく、脆弱部の発生を防止することができる。

(5) また、圧接金型１６を圧接する際に、引出し端子２の偏平部２−１の変形を抑えるため、偏平部２−１の側面を囲うように拘束金型を用いてもよい。この拘束金型では、引出し端子２を載置する平坦面部と、引出し端子２の側面部に配置される拘束立壁と、偏平部２−１のリード部２−３と反対側の縁部に配置される拘束立壁を備え、拘束金型で引出し端子２の偏平部２−１を囲んだ状態で、圧接金型１６で圧接してもよい。このような構成とすれば、電極箔４に脆弱部が発生することがなく、引出し端子２の応力変形による箔割れを防止できる。

つまり、拘束金型を配置すれば、圧接金型１６の押圧時、引出し端子２の幅方向への広がり、それによる電極箔４の追従による引き延ばしを防止できる。この結果、圧接時に幅方向への引出し端子２の広がりもなく、引出し端子２の応力変形による箔割れを防止でき、電極箔４と引出し端子２の接続強度を高めることができる。

(6) 上記実施の形態では、冷間圧接（コールドウェルド接続）による圧接接続部８に形成される接続凹部８−１、８−２が引出し端子２の長さ方向に隣接して配置した場合を示したがこれに限られない。接続凹部８−１、８−２は、たとえば図４に示すように、引出し端子２の幅方向に隣接して配置してもよい。すなわちこの接続凹部８−１、８−２の配置方向は、たとえば引出し端子２を接続する電極箔４の長さ方向に沿って設定される。

このような構成によっても、上記のように、引出し端子２と電極箔４との接続強度を向上させることができる。また、接続凹部８−１、８−２を引出し端子２の幅方向に隣接して配置することで、コンデンサの低背化に伴ってコンデンサ素子の高さを低くする構造とした場合に、接続凹部８−１、８−２と電極箔４の端との間で箔割れの発生を防ぐことができる。つまり、コンデンサ素子の高さを低くするために電極箔４の幅を狭小化した場合、接続凹部８−１、８−２を電極箔４の幅方向の端部から距離をとって形成することができる。このように接続凹部８−１、８−２を電極箔４の端部または縁部に近接させないことで、接続凹部８−１、８−２と電極箔４の幅方向の端との間で、形成加工時などに箔割れが発生するのを防ぎ、コンデンサの低背化とともに、接続強度を高めることができる。

また、接続凹部８−１、８−２を引出し端子２の幅方向に隣接して配置させることで、幅の狭い電極箔４に対しても複数の接続凹部８−１、８−２を設けることができる。これにより、接続凹部８−１、８−２の端部と電極箔４の縁部との隙間を確保でき、接続凹部８−１、８−２と電極箔４の縁部間のひび割れや箔割れを防ぐことができる。しかも、圧接金型１６を押圧した際、引出し端子２が放射線状に伸びるので、これに追従して電極箔４が伸びるので、接続凹部８−１、８−２と電極箔４の縁部との幅が少ない場合、接続凹部８−１、８−２と電極箔４の縁部との間にひび割れや箔割れが生じるのを防止できる。また、製造工程中に引出し端子２に電極箔４の長さ方向に対して負荷が掛かった場合でも、引出し端子２の回転を防止でき、圧接接続部８にひび割れや箔割れが生じるのを防止できる。

そのほか接続凹部８−１、８−２を引出し端子２の幅方向に形成することで、常に接続凹部８−１、８−２が電極箔４内に設定される。これにより接続凹部８−１、８−２の形成間隔が大きく設定された場合でも、接合部１０が電極箔４からはみ出すことがなく、引出し端子２と電極箔４との接続状態を維持し、その接続強度を向上させることができる。

(7) 上記実施の形態では、冷間圧接による圧接接続部８に形成される接続凹部８−１、８−２が引出し端子２の長さ方向もしくは幅方向に隣接して配置した場合を示したが、これに限られず、斜め方向に配置してもよい。このように圧接接続箇所を最も長く確保できる斜め方向に圧接接続部８を形成することで、圧接接続可能領域１４がより狭小化した場合であっても、電極箔４の端部からの距離をとって接続凹部８−１、８−２を形成できる。

(8) 上記実施の形態では、半球形の一対の柱状部２０−１、２０−２を一体に備えた圧接金型１６を用いているが、これに限定されない。たとえば、半球形の柱状部を別個に複数用意し、隣接した状態に配置した上で、同時に電極箔４に押し付けてもよい。

(9) 上記実施の形態では、***部１２は隣接した接続凹部８−１、８−２からなる窪み内に存在しており、***部１２は偏平部２−１の電極箔４が載置した面より低く形成されているが、これに限定されない。偏平部２−１の電極箔４が載置された面まで形成されてもよい。半球部１８−１と１８−２とが隣接する面積が大きくなることで、電極箔４と引出し端子２の接続強度を向上させることができる。

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。本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、また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。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。

本発明ではたとえば、単一の接続部の凹部内に複数の接合部を備えることにより、電極箔と引出し端子との接続強度を高めており、電解コンデンサ、電気二重層コンデンサなどのコンデンサの端子接続の強化および信頼性を高めることができ、有用である。

２ 引出し端子
２−１ 偏平部
２−２ 支持部
４ 電極箔
８ 圧接接続部
８−１、８−２ 接続凹部
１０ 接合部
１２ ***部
１４ 圧接接続可能領域
１６ 圧接金型
１８−１、１８−２ 半球部
２０−１、２０−２ 柱状部
２２ 金型凹部

Claims (3)

1. 電極箔に引出し端子が冷間圧接法により接続されたコンデンサであって、
   前記引出し端子と前記電極箔とが圧接接続された圧接接続部と、
   前記圧接接続部内に複数の凹部を備え、
   前記複数の凹部は一部を重ねて隣接し、前記各凹部間で隣接する壁部が前記各凹部で形成された窪み内に存在している、
   ことを特徴とするコンデンサ。
2. 前記圧接接続部の形状が曲面状であることを特徴とする、
   請求項１に記載のコンデンサ。
3. 電極箔と引出し端子との接続に冷間圧接法を用いたコンデンサの製造方法であって、
   複数の凸部を重ねて隣接させ、前記各凸部間で隣接する壁部が前記各凸部で形成された突出部内に存在する押圧部を、冷間圧接金型に形成し、
   前記引出し端子に前記電極箔を重ね、前記冷間圧接金型の前記押圧部により押圧する処理を含むことを特徴とするコンデンサの製造方法。

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