JP2006286970A - コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンデンサの小型化が図れ、かつ接合力が極めて強く、しかも長期に渡り密封性に優れたコンデンサを提供すること。
【解決手段】 引出端子４と接続したコンデンサ素子５と、該コンデンサ素子５を収納する開口部を有する外装ケース２と、前記引出端子４を密封状態で外部に導出した封口体３とを備え、前記開口部を封口体３で密着封止して外装ケース２と封口体３を接合したコンデンサ１であって、前記外装ケース２の前記封口体３との当接部２ａに凹凸部が形成されているとともに、少なくとも外装ケース２の前記当接部２ａ近傍がレーザ光２０の吸収性材料で、前記封口体３がレーザ光２０の透過性材料で構成され、前記当接部２ａへのレーザ光２０の照射により、封口体３が当接部２ａの凹部に食い込んで前記開口部を封口体３で密着封止した。
【選択図】 図３

Description

本発明は、引出端子と接続したコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を収納する開口部を有する外装ケースと、前記引出端子を密封状態で外部に導出した封口体とを備え、前記開口部を封口体で密着封止して外装ケースと封口体を接合したコンデンサ及びその製造方法に関する。

従来のコンデンサにおける外装ケースと封口体の接合手段として、例えば引出端子を密着状態で通過させた封口体をゴム等の電気絶縁材で構成し、一方、開口部を有する外装ケースをアルミニウムなどの金属製の有底筒状体で構成して、開口部を封口体により塞いで、両者を加締めもしくはレーザ溶接（シーム溶接）により密封接合して、電解液の漏出を阻止すると同時に、外部からの水や空気の侵入を防ぎコンデンサの劣化を極力防止するようにしたものが公知である（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−６３９０８号公報（段落００２３、００２４、図２、３）

前記特許文献１に記載された接合手段において、加締めによる接合は、加締め部分を必要とするためコンデンサの外形が大きくなり、しかも外力に対して加締め部分に変形が起きやすく接合力を安定して保持できないばかりでなく、封口体の劣化により加締め力が弱まることがあり密着性の低下が避けられなかった。一方、レーザ光による接合は、加締めによる接合よりは接合力が強く、封口体の劣化にも密着力の低下は少ないが、溶着部分がレーザ光を照射できる部分に限られ、即ち外装ケースと封口体との当接面の外縁部をシーム溶着したものであり、接合強度及び密着性能の点でコンデンサの外装ケースと封口体の接合手段として充分なものとは言えなかった。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、コンデンサの小型化が図れ、かつ接合力が極めて強く、しかも長期に渡り密封性に優れたコンデンサ及びその製造方法を提供することを目的としている。

前記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載のコンデンサは、
引出端子と接続したコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を収納する開口部を有する外装ケースと、前記引出端子を密封状態で外部に導出した封口体とを備え、前記開口部を封口体で密着封止して外装ケースと封口体を接合したコンデンサであって、前記外装ケースの前記封口体との当接部に凹凸部が形成されているとともに、少なくとも外装ケースの前記当接部近傍がレーザ光の吸収性材料で、前記封口体がレーザ光の透過性材料で構成され、前記当接部へのレーザ光の照射により、封口体が当接部の凹部に食い込んで前記開口部を封口体で密着封止したことを特徴としている。
この特徴によれば、接合のための加締め部分を必要とせずコンデンサの小型化が図れ、しかもレーザ光の照射により封口体の外装ケースとの当接部が溶融又は軟化して外装ケースに形成した凹凸部の凹部に食い込んで接合されるので、アンカー効果により接合力の強化が図れ、かつ長期に渡り密封性に優れた外装ケースと封口体の接合構造を有するコンデンサを提供できる。

本発明の請求項２に記載のコンデンサは、請求項１に記載のコンデンサであって、
前記レーザ光の吸収性材料はアルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴としている。
この特徴によれば、コンデンサ素子が主としてアルミニウムで形成されていることから、電池形成作用による腐食を防げ、コンデンサの電気特性に悪影響を与えることがない。

本発明の請求項３に記載のコンデンサの製造方法は、
引出端子と接続したコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を収納する開口部を有する外装ケースと、前記引き出し端子を密封状態で外部に導出した封口体とを備え、前記開口部を封口体で密着封止して外装ケースと封口体を接合するコンデンサの製造方法であって、前記外装ケースの少なくとも前記封口体との当接部を凹凸部が形成されたレーザ光の吸収性材料で構成するとともに、前記封口体をレーザ光の透過性材料で構成し、この封口体を前記凹凸部に当接させた状態でレーザ光を封口体側から凹凸部に向けて照射し、封口体の当接部を溶融又は軟化させ、前記凹凸部の凹部に食い込ませて接合することを特徴としている。
この特徴によれば、封口体を外装ケースの当接部に形成した凹凸部に当接させた状態でレーザ光を凹凸部に向けて照射するので、凹凸部がレーザ光を効果的に吸収して封口体を局所的に溶融又は軟化させることができる。また溶融又は軟化した封口体は凹凸部の凹部に食い込むので、極めて接合強度が高く、かつ密封性に優れている。しかも凹凸部を形成した箇所だけあるいは凹凸部の内任意の箇所をレーザ光で照射できるので、接合箇所の選択に自由度がある。

本発明の請求項４に記載のコンデンサの製造方法は、請求項３に記載のコンデンサの製造方法であって、
前記凹凸部は、１５００番手より小さい番手のサンドペーパで形成したことを特徴としている。
この特徴によれば、凹凸部を１５００番手より小さい番手のサンドペーパで形成することにより、封口体の溶融又は軟化した部分が凹部に食い込むアンカー効果が適正に発揮され、接合強度の強化が図れる。

本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、先ず図１は、本発明の実施例１におけるコンデンサを示す一部破断斜視図であり、図２は、コンデンサの外装ケースを示す斜視図であり、図３（ａ）は、コンデンサ素子と外装ケースと封口体の分解組立断面図であり、図３（ｂ）は、レーザ光を用いた外装ケースと封口体の接合を示す断面図である。

図１の符号１は、本発明の適用された円筒状コンデンサ１であり、このコンデンサ１は、有底円筒状の外装ケース２と、外装ケース２内部に収納される２本の引出端子４が接続されたコンデンサ素子５と、外装ケース２の開口を封口して引出端子４を密封状態で外部に導出する略円盤状の封口体３とで構成されている。

この外装ケース２の内部には電解液が充填されており、外装ケース２内部に収納されたコンデンサ素子５は、陽極箔ならび陰極箔の間にセパレータを介して巻回させた円筒タイプの電解コンデンサ素子５が用いられている。尚、本実施例で用いられるコンデンサ素子は、陽極箔ならび陰極箔の間にセパレータを介して積層させた積層式タイプの電解コンデンサ素子を用いてもよいし、電気二重層コンデンサ等の各種コンデンサを用いるようにしてもよい。

また、この引出端子４は電極箔に引出端子４の一方が接続され、他方が封口体３を貫通して封口体３に装着される。尚、本実施例で用いる引出端子４は、封口体３に予め外部引き出し用となる外部端子をインサート形成し、別途電極箔に接続した内部端子を前記外部端子と接続したものを用いても良い。

引出端子４のコンデンサ素子５との内部の接続部分は、特に図示しないが電極箔（陽極箔ならび陰極箔）と接続し易いように平板状に形成されている。また、コンデンサ素子５にはアルミニウムが使用されている。尚、本実施例では、使用するコンデンサ素子５を円筒状としていることから外装ケース２も円筒状としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら使用するコンデンサ素子５が四角形の角状のものであれば、外装ケースも四角筒状のものとすれば良く、コンデンサ素子の形状に合わせて外装ケース２の形状を適宜選択するようにするとよい。

尚、図２に示される外装ケース２はアルミニウム又はアルミニウム合金等の吸収性材料で形成されることが好ましく、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いた場合、後述するレーザ照射時においてレーザ光２０の吸収特性が良い。またコンデンサ素子５が主としてアルミニウムで形成されていることから、電池形成作用による腐食を防げ、かつコンデンサの電気特性に悪影響を与えることがない。

尚、本実施例ではアルミニウムを用いているが、その他の吸収性材料として鉄、銅、スズを用いる事も可能となっている。外装ケース２の開口上端には、外装ケース２の厚みとほぼ同じ所定幅を有する本実施例における当接部としての当接面２ａが形成されている。後述するように、この当接面２ａが封口体３の下面３ａ（当接部）に当接されるようになっている。

次に本実施例において外装ケース２と封口体３の接合に用いられるレーザ光２０について具体的に説明すると、本実施例に用いられるレーザは、半導体レーザ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ_２レーザを用いる事が好ましい。レーザ照射条件として、［波長８２０ｎｍ、最大出力１５Ｗ、連続発振、ビームモードＴＥＭ００（ガウス分析）、照射点スポット径１ｍｍ、走査速度０．５ｍｍ／ｓ、走査距離１０ｍｍ］で照射させることが好ましい。また、外装ケース２の吸収性材料等により種々のレーザ照射条件を変更して最適なレーザ光２０を構成してもよい。

図２に示すように、外装ケース２の当接面２ａには、その表面に数ミクロンの凹凸部が形成されている。この当接面２ａの表面に形成された凹凸部について詳述すると、この凹凸部は、外装ケース２の当接面２ａをサンドペーパに繰り返し擦りつける研磨処理を行うことによって、所定の粗さの凹凸になるように形成される。尚、研磨処理を行う際に用いるサンドペーパは、１５００番手より小さいサンドペーパを用いるようにする。

尚、本実施例では、サンドペーパを用いた研磨処理によってアルミニウム等のレーザ光２０の吸収性材料で構成された外装ケース２の当接面２ａに凹凸部を形成しているが、その他にもサンドブラスト処理や放電加工やエッチング加工やプレス加工等によって凹凸部を形成するようにしてもよい。尚、本実施例では、外装ケース２の当接面２ａのみに凹凸部が形成されているが、外装ケース２の側周面や底面などの全体に渡って凹凸部を形成するようにしてもよい。

次に、封口体３について詳述すると、図３（ａ）に示される封口体３は、レーザ光２０の透過性を有する本実施例における透過性材料として、アクリルなどの熱可塑性樹脂で形成されている。

図３（ａ）に示すように、封口体３の中央部には２つの貫通孔３ｂが形成されており、コンデンサ素子５に接続された２本の引出端子４を貫通孔３ｂに貫通させることで、コンデンサ素子５が封口体３に取り付けられる。引出端子４は貫通孔３ｂにきつめに嵌入されるようになっており、そのため貫通孔３ｂを介してコンデンサ１の内部に外部から水分や異物等が入りこまないようになっているとともに外装ケース２内部の電解液やその気化成部の流出を防ぐことができる。尚、前記貫通孔３ｂに接着剤やゴムパッキンを配することで、引出端子４と貫通孔３ｂとの密封性をさらに高めることもできる。

次いで封口体３を外装ケース２に取り付けるときの取付作業を説明すると、図３（ｂ）に示すように、封口体３の下面３ａを外装ケース２の当接面２ａに当接させるとともに、外装ケース２の当接面２ａと封口体３の下面３ａが密着するように封口体３を下方に向けて押圧する。

そして、図３（ｂ）に示すように、レーザ光２０を封口体３の上方より、封口体３の縁部に向けて照射する。レーザ光２０は透過性材料で形成された封口体３を透過して、外装ケース２の当接面２ａに照射される。するとレーザ光２０の有するエネルギーによって当接面２ａの温度が上昇し、この当接面２ａの熱が当接面２ａに当接されている封口体３の下面３ａの縁部に伝導される。そして封口体３の下面３ａの縁部の温度が上昇し、封口体３の下面３ａを軟化または溶融させることができる。尚、アルミニウムで構成されている外装ケース２の当接面２ａはレーザ光２０が照射されても軟化または溶融されないようになっている。

レーザ光２０の照射域を徐々に移動させて行くと、既にレーザ光２０が照射された外装ケース２の当接面２ａに対応する部位の封口体３の下面３ａが固化されはじめ、封口体３の下面３ａが外装ケース２の当接面２ａに強固に接合されるようになる。レーザ光２０の照射幅が外装ケース２の当接面２ａの幅より狭い場合には、このようなレーザ照射を当接面２ａの所定幅全体に渡って行い、当接面２ａを封口体３の下面３ａに面接合させる。

そして封口体３の縁部全体に渡ってレーザ照射を行うことで、外装ケース２の当接面２ａが全面に渡って封口体３の下面３ａに面接合されるので、封口体３が外装ケース２に密着封止される。

尚、レーザ光２０により軟化または溶融された封口体３の下面３ａが外装ケース２の当接面２ａに接合するときに、当接面２ａに所定の粗さの凹凸部が形成されているため、金属材料で構成された外装ケース２の当接面２ａの凹部に対して、熱可塑性樹脂で構成された封口体３の下面３ａの軟化または溶融された部分が食い込むアンカー効果が生じ、このアンカー効果により外装ケース２と封口体３の接合力の強化が図れ、かつ長期に渡り密封性に優れた外装ケース２と封口体３の接合構造が形成される。尚、アンカー効果により熱可塑性樹脂とアルミニウムの熱膨張の違いによるひずみに対しても有効に接合力が発揮されるようになる。

尚、当接面２ａの凹凸部は、アルミニウムで構成される外装ケース２の表面上の光の反射率を低下させる効果も有しており、結果的に外装ケース２の当接面２ａのレーザ光２０の吸収率を高めることができる。

また、当接面２ａの凹凸の程度について説明すると、アンカー効果を発揮し、かつ当接面２ａのレーザ光の吸収率を高めるためには、当接面２ａの凹凸の程度を粗くする必要があり、サンドペーパで当接面２ａを粗くした場合の凹凸の程度とレーザ光の吸収率の関係について、長さ１μｍあたりの溝の本数である溝本数密度γ［／μｍ］により評価した。溝本数密度γは、γ＝ｔａｎ（Δａ）／２Ｒａで表される。溝本数密度γの算出については、粗さ計によって算出し、算術平均粗さＲａと算術平均傾斜Δａを求めて行った。その結果、溝本数密度γが略０．０５〜０．１５［／μｍ］程度の範囲で、レーザ光吸収率が略２０〜３５％程度となり、この範囲が接合に適している。

そして、レーザ光２０の照射を止めて外装ケース２と封口体３の接合作業が終了し、封口体３の下面３ａが完全に固化した状態で封口体３の上方からの押圧を止める。このように、レーザ光２０を照射している間、封口体３を上方から押圧することにより、外装ケース２と封口体３の密接度が高められ、効率的に接合強度の大きい接合が可能となる。

本発明のコンデンサ１における外装ケース２と封口体３の接合構造によれば、外装ケース２と封口体３の接合のための加締め部分が不要となりコンデンサ１の小型化が図れ、しかもレーザ光２０の照射により外装ケース２の当接面２ａと封口体３の下面３ａとの当接面全体が面接合されているので、外力に対しても接合力が低下することがなく、かつ長期に渡り接合力が大きい密封性に優れたコンデンサ１を提供できるようになる。また、外装ケース２と封口体３によるコンデンサ１内部の密封性が向上されるので、外部からのコンデンサ素子５への影響がより強固に保護され、コンデンサ１内部の電解液やその気化成分の漏れも確実に防止される。

本発明のコンデンサ１における外装ケース２と封口体３の接合方法によれば、封口体３を外装ケース２の当接面２ａに形成した凹凸部に当接させた状態でレーザ光２０を凹凸部に向けて照射するので、凹凸部がレーザ光２０を効果的に吸収して封口体２を局所的に溶融又は軟化させることができる。また溶融又は軟化した封口体３は凹凸部の凹部に食い込むので、極めて接合強度が高く、密封性に優れたものとなり、しかも凹凸部を形成した箇所だけ、あるいは凹凸部の内、任意の箇所をレーザ光２０の照射で接合できるので、接合箇所の選択に自由度がある。

以上の各実施例の説明から、本発明における外装ケース２と封口体３の接合構造及びその接合方法は、コンデンサに複雑な構成を付加または煩雑な機器類を用いることなく、コンデンサ１の小型化が図れ、かつ外力に対してもより安定して外装ケース２と封口体３の接合力を保持でき、しかも長期に渡り接合強度が大きく、密封性能の高いコンデンサ１の製造方法となる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

実施例１におけるコンデンサを示す一部破断斜視図である。 コンデンサの外装ケースを示す斜視図である。 （ａ）は、コンデンサ素子と外装ケースと封口体の分解組立断面図であり、（ｂ）は、レーザ光を用いた外装ケースと封口体の接合を示す断面図である。

符号の説明

１ 円筒状コンデンサ
２ 外装ケース
２ａ 当接面
３ 封口体
３ａ 下面
３ｂ 貫通孔
４ 引出端子
５ コンデンサ素子
２０ レーザ光

Claims (4)

1. 引出端子と接続したコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を収納する開口部を有する外装ケースと、前記引出端子を密封状態で外部に導出した封口体とを備え、前記開口部を封口体で密着封止して外装ケースと封口体を接合したコンデンサであって、前記外装ケースの前記封口体との当接部に凹凸部が形成されているとともに、少なくとも外装ケースの前記当接部近傍がレーザ光の吸収性材料で、前記封口体がレーザ光の透過性材料で構成され、前記当接部へのレーザ光の照射により、封口体が当接部の凹部に食い込んで前記開口部を封口体で密着封止したことを特徴とするコンデンサ。
2. 前記レーザ光の吸収性材料はアルミニウム又はアルミニウム合金である請求項１に記載のコンデンサ。
3. 引出端子と接続したコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を収納する開口部を有する外装ケースと、前記引き出し端子を密封状態で外部に導出した封口体とを備え、前記開口部を封口体で密着封止して外装ケースと封口体を接合するコンデンサの製造方法であって、前記外装ケースの少なくとも前記封口体との当接部を凹凸部が形成されたレーザ光の吸収性材料で構成するとともに、前記封口体をレーザ光の透過性材料で構成し、この封口体を前記凹凸部に当接させた状態でレーザ光を封口体側から凹凸部に向けて照射し、封口体の当接部を溶融又は軟化させ、前記凹凸部の凹部に食い込ませて接合することを特徴とするコンデンサの製造方法。
4. 前記凹凸部は、１５００番手より小さい番手のサンドペーパで形成した請求項３に記載のコンデンサの製造方法。

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