JP2006100559A - 電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した引き出し端子と電極箔の接続状態を得ることができる電解コンデンサの製造方法を提供する。
【解決手段】表面に酸化皮膜層及びエッチング層を備えた電極箔に引き出し端子を接続し、この電極箔を、セパレータを介して巻回又は積層する電解コンデンサの製造方法において、アルミニウム芯金とエッチング層と該エッチング層上に形成された酸化皮膜層とからなる電極箔の前記引き出し端子接続部位に、所定のレーザ光を照射することにより、その照射部位を加熱して溶融させ、アルミニウムと酸化皮膜層との混合層を形成し、この混合層に前記引き出し端子を接続する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電解コンデンサ及びその製造方法に関するものであり、特に、レーザ照射によって、電極箔の引き出し端子との接続部分を加熱溶融して、アルミニウムと酸化皮膜層との混合層からなる接続部を形成することにより、引き出し端子と電極箔との安定した接続状態を得ることができる電解コンデンサ及びその製造方法に関するものである。

従来、電解コンデンサを製造する際、例えば巻回型コンデンサの場合は、アルミニウムからなる芯金の表面にエッチング層と酸化皮膜層を有する電極箔に、引き出し端子をステッチ、コールドウェルド、超音波溶接などにより接続し、電極箔の間にセパレータを介して巻回又は積層してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子を駆動用電解液に含浸するとともに、外装ケースに収納して電解コンデンサを形成している。

このような電極箔のうち、低圧箔は、芯金が厚く、エッチング層上には薄い酸化皮膜層が形成されているのに対し、高圧箔では、芯金が薄く、エッチング層上に厚い酸化皮膜が形成されている。

このような電極箔と引き出し端子との接続においては、引き出し端子が、電極箔の表面にあるエッチング層や酸化皮膜層を超えて、電極箔の芯金部分と直接に接続されることが必要であるため、特に、酸化皮膜の厚い高圧箔では、電極箔と引き出し端子との接続状態の信頼性が劣っていた。

このような問題点を解決するため、従来から種々の提案がなされている。例えば、電極箔の引き出し端子接続部の酸化皮膜を、予め、プレスや研磨などによって機械的に除去したり、あるいはアークなどによって電気的に除去し、その除去部分に引き出し端子を加締め接続したものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、電極箔の引き出し端子接続部の酸化皮膜層及びエッチング層を、粗面性のある回転ローラにより電極箔を挟み込み、回転させたり、電極箔に超音波振動装置を接触させて粉砕するなどして予め除去し、その除去部分に引き出し端子を加締め接続したものがある（例えば、特許文献２参照）。さらに、切削、研削、破壊、折り曲げ、ヒートショック等の方法を用いて、予め接続部に酸化皮膜を形成しないようにしたものがある（例えば、特許文献３参照）。

特開昭５４−１６４４５１号公報 特開平０２−２２２５１７号公報 特開２０００−８２６４０号公報

しかしながら、従来の技術には次のような問題点があった。
すなわち、酸化皮膜層をプレスや研磨などによって機械的に除去する方法や、酸化皮膜層及びエッチング層を回転ローラや超音波振動などによって機械的に除去する方法では、電極箔に除去治具を直接的に接触させて酸化皮膜層やエッチング層を除去しているため、接触時の機械的ストレスが、電極箔自体、例えば電極箔の芯金部分や除去部分近傍の酸化皮膜層及びエッチング層に加わることによって、損傷や歪み等が起こり、また前記除去治具の一部が電極箔に転写するなどにより、電極箔の信頼性を悪化させるという問題点があった。

また、酸化皮膜層及びエッチング層を機械的に除去した際に、除去部分にバリ等が発生し、バリを除去する工程を追加する必要が生じ、製造工程が煩雑化するといった問題点もあった。さらに、酸化皮膜層をアークによって電気的に除去する際、アークの投入エネルギーの調節やアーク放電位置の調節などのアーク放電現象の制御が困難であるため、例えば、小型品等のように電極箔の箔幅が狭く、除去範囲が限られているなど、特定箇所のみの除去には適していなかった。また、予め酸化皮膜を形成しないようにするには、マスキングなどを施す必要があり、工程が煩雑なものとなっていた。

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、機械的に酸化皮膜層及びエッチング層を除去した際に生じるバリ等の発生や、機械的ストレスの印加による損傷や歪みの発生を防止し、安定した引き出し端子と電極箔の接続状態を得ることができる電解コンデンサ及びその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、表面に酸化皮膜層及びエッチング層を備えた電極箔に引き出し端子が接続され、この電極箔を、セパレータを介して巻回又は積層されてなる電解コンデンサにおいて、前記電極箔の前記引き出し端子接続部位を加熱し、該電極箔を構成するアルミニウム芯金とエッチング層と該エッチング層上に形成された酸化皮膜層とを溶融させて、アルミニウムと酸化皮膜層との混合層からなる接続部を形成し、この接続部に前記引き出し端子を接続したことを特徴とする。

このような請求項１に記載の発明によれば、電極箔の所定の部位（引き出し端子接続部位）を加熱溶融させることにより、アルミニウムと酸化皮膜層との混合層からなる新たな接続部を形成することができ、この接続部は、表面に酸化皮膜層がなく平坦状であると共に所定の厚さを維持することができるため、接続部としての強度が増し、これによって、引き出し端子との良好な接続が可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電解コンデンサにおいて、前記電極箔の前記引き出し端子接続部位を加熱する手段が、パルスＹＡＧレーザの照射であることを特徴とする。

パルスＹＡＧレーザは、１照射あたりの発光のピーク値が比較的低く、発光幅が長いため、電極箔にレーザ照射される際に、照射側の反対側まで十分な加熱がなされ、その結果、電極箔のアルミニウム芯金、エッチング層及び酸化皮膜層が溶融して混合され、良好な接続部が形成される。

請求項３に記載の発明は、表面に酸化皮膜層及びエッチング層を備えた電極箔に引き出し端子を接続し、この電極箔を、セパレータを介して巻回又は積層する電解コンデンサの製造方法において、アルミニウム芯金とエッチング層と該エッチング層上に形成された酸化皮膜層とからなる電極箔の前記引き出し端子接続部位に、所定のレーザ光を照射することにより、その照射部位を加熱して溶融させ、アルミニウムと酸化皮膜層との混合層を形成し、この混合層に前記引き出し端子を接続することを特徴とする。

このような請求項３に記載の発明によれば、電極箔の所定の部位（引き出し端子接続部位）に所定のレーザ光を照射し、その照射部位を加熱して溶融させることにより、アルミニウムと酸化皮膜層との混合層からなる新たな接続部を形成することができ、この接続部は表面に酸化皮膜層がなく平坦状であると共に所定の厚さを維持することができるため、接続部としての強度が増し、これによって、引き出し端子との良好な接続状態を得ることができる電解コンデンサを製造することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の電解コンデンサの製造方法において、前記レーザ光が、パルスＹＡＧレーザ光であることを特徴とする。
パルスＹＡＧレーザは、１照射あたりの発光のピーク値が比較的低く、発光幅が長いため、電極箔にレーザ照射される際に、照射側の反対側まで十分な加熱がなされ、その結果、電極箔のアルミニウム芯金、エッチング層及び酸化皮膜層が溶融して混合され、良好な接続部が形成される。

本発明によれば、機械的に酸化皮膜層及びエッチング層を除去した際に生じるバリ等の発生や、機械的ストレスの印加による損傷や歪みの発生を防止し、安定した引き出し端子と電極箔の接続状態を得ることができる電解コンデンサ及びその製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して詳細に説明する。
（１）構成
図１は、本発明に係る巻回型電解コンデンサ素子２の構成を示したものであって、巻回型コンデンサ素子２は、その最外側に第１のセパレータ４が配置され、その内側に陰極箔６が積層される。この陰極箔６の内側にさらに第２のセパレータ８が積層され、第２のセパレータ８の内側に陽極箔１０が積層される。また、巻回型電解コンデンサ素子２は、陽極箔１０に陽極引き出し端子１２が、また、陰極箔６に陰極引き出し端子１４がそれぞれ接続されている。

そして、第１のセパレータ４と陰極箔６、第２のセパレータ８と陽極箔１０とは先に述べた順序で積層され、陽極箔１０を内側にして巻回され、巻終わり端が巻止めテープにて固定された巻回型構造とされている。なお、陽極箔１０及び陰極箔６はアルミニウム箔で形成されている。

（２）電解コンデンサの製造方法
次に、図２に基づき、本発明の巻回型電解コンデンサの製造方法を説明する。
まず、陽極箔１０としてアルミニウムなどの弁作用金属からなる金属箔に、エッチング処理を施し、その後化成処理を施すことで、エッチング層と該層上に形成された酸化皮膜層１８を設け（図２（Ａ））、陰極箔６はエッチング処理が施されているが、必要に応じて酸化皮膜層が設けられる。

図２（Ｂ）に示すように、電極箔６，１０の上部にレーザ源２４を配置し、電極箔６，１０とレーザ源２４の間にレンズ２２を配置する。そして、電極箔６，１０の表面に形成された酸化皮膜層１８の所定の部位、すなわち、引き出し端子１２，１４を接続する部位に、レンズ２２を通過して集束されたレーザ光２０を照射して、電極箔の所定箇所を加熱する。

この加熱により、電極箔を構成するアルミニウム芯金とエッチング層と該エッチング層上に形成された酸化皮膜層とを溶融させて、アルミニウムと酸化皮膜層との混合層からなる接続部３０を形成する。その後、この接続部３０に引き出し端子１２，１４をコールドウェルド等により接続する。接続後、陽極箔１０と陰極箔６の間にセパレータ４，８を介して巻回し、巻終わり端を巻止めテープにて固定し、コンデンサ素子２を形成する。その後、コンデンサ素子２を駆動用電解液に含浸させ、アルミニウムなどからなる有底筒状の金属ケースに収納し、封口部材にて封止して、電解コンデンサを得る。

なお、照射するレーザ光としては、例えば、パルス幅５ｍｓｅｃ、波長１０６４ｎｍ、出力４．３ＪのパルスＹＡＧレーザを用いることができる。なお、パルス幅は０．５〜２０ｍｓｅｃ、出力は１〜１０Ｊが好ましい。パルスＹＡＧレーザは、１照射あたりの発光のピーク値が比較的低く、発光幅が長いため、電極箔にレーザ照射される際に、照射側の反対側まで十分な加熱がなされ、電極箔のアルミニウム芯金、エッチング層及び酸化皮膜層が溶融して混合し、良好な接続部が形成される。

なお、アルミニウムと酸化皮膜層との混合層からなる接続部は、図３に示すような構造となっている。
また、照射するレーザ光は、電極箔の所定部位を加熱溶融できるものであれば、その種類は特に限定されず、また、照射回数も特に限定されない。

（３）効果
上述したように、本発明によれば、引き出し端子の接続部となる電極箔の一部を、レーザ光を照射することによって局部的に加熱し、その部分のアルミニウム芯金とエッチング層と該エッチング層上に形成された酸化皮膜層とを溶融させることにより、アルミニウムと酸化皮膜層との混合層からなる新たな接続部を形成することができる。また、この接続部は、表面に酸化皮膜層がなく平坦状であると共に所定の厚さを維持することができるため、接続部としての強度が増し、これによって、引き出し端子との良好な接続が可能となる。

従って、従来のように、電極箔の表面の一部に酸化皮膜を形成しないようにするためにマスキングなどを施す、または電極箔の表面の酸化皮膜層を後処理にて除去するなどの煩雑な工程が不要となる。また、酸化皮膜層が厚く形成された高圧箔であっても、上記加熱工程のみによって、表面に酸化皮膜のない良好な接続部を形成することができる。

（４）他の実施形態
なお、上記の実施形態では巻回型電解コンデンサについて説明したが、陰極箔に陰極用引き出し端子を接続し、陽極箔に陽極用引き出し端子を接続し、電極箔間にセパレータを介在して電極箔を交互に複数重ね合わせた積層型電解コンデンサにも適用することができる。

また、本発明において、アルミニウムと酸化皮膜層の加熱溶融に用いられるレーザとしては、パルスＹＡＧレーザの他に、エキシマレーザ、ＣＯ₂レーザを用いることもできる。さらに、本発明において用いられる溶接の手段としては、ステッチ、コールドウェルド、超音波溶接、摩擦撹拌溶接、レーザ溶接などがある。

また、本発明において、レーザ源２４からのレーザ光２０をレンズ２２により集束させて所定部位に照射する際に、レンズ２２の形状や照射距離を変えることで照射するレーザ光２０の面積やレーザエネルギーを容易に変更することができる。

さらに、レーザ光２０を照射する際に、ヘリウムガスやアルゴンガスなどの不活性気体を所定部位に吹き付けると、電極箔の接続部分の表面状態が良好となる。
また、酸化皮膜層の引き出し端子接続部分にカーボン層を設けて、そのカーボン層にレーザ光２０を照射すると、酸化皮膜層１８及びエッチング層の熱吸収が高められるので、加熱溶融を促進させることができる。あるいは、まずレーザ光２０を照射することにより少なくとも酸化皮膜層１８を一部溶融した後、その表面にカーボン層を設け、さらにレーザ光２０を照射することで加熱溶融の速度を上げることもできる。

また、本発明において、電極箔の引き出し端子接続部位を、予め酸化皮膜層の一部を除去し、この状態で加熱溶融させて新たな接続部を形成しても良い。酸化皮膜層の除去方法としては、研削、切削、研磨、レーザ照射、アーク、超音波振動、化学処理等がある。このようにして形成された接続部は、予め酸化皮膜層が除去された状態であるため、形成された接続部中の酸化皮膜層の絶対量を少なくでき、従って抵抗が低く良好な接続部が形成される。

巻回型アルミ電解コンデンサ素子の構成を示す斜視図 本発明による巻回型アルミ電解コンデンサの製造方法を示す概念図であって、（Ａ）は、アルミ芯金１６の両面に、酸化皮膜層１８及びエッチング層を形成した状態を示す断面図、（Ｂ）は、電極箔６，１０の引き出し端子の接続部分に対応する部分を加熱溶融した状態を示す断面図。 本発明の製造方法により得られたアルミニウムと酸化皮膜層の混合層からなる接続部を示す写真であって、（Ａ）は断面写真、（Ｂ）は平面写真。

符号の説明

２…巻回型電解コンデンサ素子
４…第１のセパレータ
６…陰極箔
８…第２のセパレータ
１０…陽極箔
１２…陽極引き出し端子
１４…陰極引き出し端子
１６…金属箔（アルミニウム芯金）
２０…レーザ光
２２…レンズ
２４…レーザ源
３０…混合層からなる接続部

Claims (4)

1. 表面に酸化皮膜層及びエッチング層を備えた電極箔に引き出し端子が接続され、この電極箔を、セパレータを介して巻回又は積層されてなる電解コンデンサにおいて、
   前記電極箔の前記引き出し端子接続部位を加熱し、該電極箔を構成するアルミニウム芯金とエッチング層と該エッチング層上に形成された酸化皮膜層とを溶融させて、アルミニウムと酸化皮膜層との混合層からなる接続部を形成し、この接続部に前記引き出し端子を接続したことを特徴とする電解コンデンサ。
2. 前記電極箔の前記引き出し端子接続部位を加熱する手段が、パルスＹＡＧレーザの照射であ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. 表面に酸化皮膜層及びエッチング層を備えた電極箔に引き出し端子を接続し、この電極箔を、セパレータを介して巻回又は積層する電解コンデンサの製造方法において、
   アルミニウム芯金とエッチング層と該エッチング層上に形成された酸化皮膜層とからなる電極箔の前記引き出し端子接続部位に、所定のレーザ光を照射することにより、その照射部位を加熱して溶融させ、アルミニウムと酸化皮膜層との混合層を形成し、この混合層に前記引き出し端子を接続することを特徴とする電解コンデンサの製造方法。
4. 前記レーザ光が、パルスＹＡＧレーザ光であることを特徴とする請求項３に記載の電解コンデンサの製造方法。