JP2008016687A

JP2008016687A - 電解コンデンサの製造方法

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Publication number: JP2008016687A
Application number: JP2006187360A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ota; 誠太田; Tatsuro Kubonai; 達郎久保内
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2008-01-24

Abstract

【課題】ボイドの発生を防止し、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、所定のレーザ光の一部のみを透過する開口部を有するマスクを介して該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て接続部を形成し、この接続部に前記引き出し端子を接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解コンデンサの製造方法に係り、特に、レーザ照射によって、電極箔と引き出し端子の接続部分を加熱溶融して接続部を形成する場合に、接続部の周囲にボイドが生じることを防止すべく改良を施した電解コンデンサ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や、酸化皮膜形成処理時にマスキングを施すことによって、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）。

しかしながら、上記のような特許文献１〜特許文献３に示された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。

そこで、上記のような問題点を解決すべく、本出願人は、特許文献４に示すような発明を完成させた。すなわち、図４に示すように、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１６にエッチング処理を施し、その後化成処理を施すことにより、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４（Ａ））、陰極箔６にはエッチング処理を施し、必要に応じて酸化皮膜層を設ける。

そして、図４（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、引き出し端子を接続する部位（以下、接続部という）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、コンデンサ素子を形成する。その後、コンデンサ素子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。

実開昭５４−１６４４５１号公報特開平０２−２２２５１７号公報特開２０００−８２６４０号公報特開２００６−１００５５９号公報

上記のような特許文献４の発明によれば、引き出し端子の接続部となる電極箔１６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、新たな接続部３０を形成することができ、また、この接続部３０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、引き出し端子との良好な接続が可能となる。

しかしながら、接続部を溶融させるために照射するレーザ光（例えば、パルスＹＡＧレーザ）は、図５（Ａ）に示すようなエネルギー分布を呈するため、電極箔に供給される熱量は、レーザ光の照射範囲内で必ずしも均一なものとはならず、中央部で高く、周辺部で低いといった領域差が生じる。

また、レーザ光は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、レーザ光の出力口径を加工対象部位である接続部の直径“ｒ”と同一にすると、図５（Ｂ）のＡ曲線に示すように、照射されるレーザ光の周辺部においては、接続部を溶融させるために必要な熱量が得られない。そのため、レーザ光の出力口径“Ｒ”は、図５（Ｂ）のＢ曲線に示すように、加工対象部位である接続部の直径“ｒ”より大きく設定されていた。

そのため、加工対象部位である接続部の周囲（図中、斜線部）にも熱が加えられる場合があり、その結果、図６に示すように、接続部３０の周囲にも溶融箇所が発現し、ボイド３１が発生する場合があった。このように、接続部の周囲にボイドが発生すると、電気抵抗になり、また、強度も低下するという問題が生じる場合があった。

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、レーザ照射によって引き出し端子と接続可能な新たな接続部を形成する場合に、接続部の周囲にボイドが生じることを防止することができる電解コンデンサ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、所定のレーザ光の一部のみを透過する開口部を有するマスクを介して該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て接続部を形成し、この接続部に前記引き出し端子を接続することを特徴とするものである。

このような請求項１に記載の発明によれば、レーザ光の一部のみを透過する開口部を有するマスクを用いることによって、照射範囲が限定されたレーザ光を電極箔に照射することができるので、接続部形成部分のみを局部的に加熱・溶融することができる。その結果、レーザ光が照射される部分のみ、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ができるので、接続部形成部分の周囲にボイドが形成されることを防止しつつ、引き出し端子と接続可能な新たな接続部を形成することができる。

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の製造方法において、前記マスクに形成される開口部が、前記引き出し端子接続部位と同一径、且つ、同一形状であることを特徴とするものである。
このような請求項２に記載の発明によれば、レーザ光の高エネルギー部分のみを、加工対象部位に効率良く照射することができるので、加工対象部位の周囲にボイドが発生することを防止できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の電解コンデンサの製造方法において、前記マスクに形成される開口部が、複数の小開口部から構成されていることを特徴とするものである。
このような請求項３に記載の発明によれば、マスクに形成された複数の小さな開口部を介してレーザ光が照射される結果、電極箔に複数の小さな小接続部が形成される。その結果、これらの小接続部と小接続部との間には、エッチング層及び酸化皮膜層が部分的に残存するため、接続部としての強度が維持されるという効果が得られる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一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ものである。
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、レーザ照射によって電極箔の所定部位に引き出し端子と接続可能な新たな接続部を形成する場合に、接続部の周囲にボイドが生じることを防止することができる電解コンデンサ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面を参照して詳細に説明する。

（１）構成
本実施形態においては、図１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。さらに、レンズ２２と電極箔６，１０の間に、後述するような形状を有するマスク４０を配置する。

なお、このマスク４０は、例えば、ステンレス等のレーザ吸収能に優れ、レーザ光を反射しない部材から構成することが好ましい。また、マスク４０の形状は、図２（Ａ）（Ｂ）に示すようなものを用いることが好ましい。

すなわち、図２（Ａ）に示したマスク４１には、その中央部に、加工対象部位である接続部と同一径の円形の開口部４２が形成されている。なお、この円形の開口部４２の径“ｒ”は、レーザ光の出力口径“Ｒ”より小さく設定されている。このマスク４１を用いた場合には、レーザ光の高エネルギー部分のみを、加工対象部位に効率良く照射することができるという利点がある。

また、図２（Ｂ）に示したマスク４３には、略正方形の開口部４４が４つ形成されている。なお、４つの略正方形の開口部４４は、すべてレーザ光の出力口径“Ｒ”内に収納されるように設定されている。また、略正方形の開口部４４の個数は特に限定されない。

なお、このマスク４３を用いた場合には、この複数の小さな開口部４４を介して、電極箔６、１０に複数の小さな小接続部が形成される。この小接続部と小接続部との間には、エッチング層及び酸化皮膜層が部分的に残存し、このため、接続部としての強度が維持されるという利点がある。さらに、図２（Ａ）（Ｂ）に示すようなマスク４１、４３は、それぞれ引き出し端子の形状や、該引き出し端子との接続方法によって、任意に用いられる。

（２）作用
上記のような構成を有する本実施形態においては、以下のようにして接続部が形成される。なお、図３は、マスク４０によってレーザ光の一部が遮蔽され、照射されるレーザ光の内、高エネルギーのレーザ光が電極箔に照射される様子を模式的に示したものである。

すなわち、図３に示すように、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後、上記マスク４０によってその一部が遮蔽されたレーザ光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に引き出し端子をコールドウェルドやステッチ等により接続する。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、コンデンサ素子を形成する。その後、コンデンサ素子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。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加工対象部位に、マスク４０によって照射範囲が限定されたレーザ光を照射することによって、接続部の部分のみを局部的に加熱し、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。

このように、本実施形態によれば、従来の製造方法のように、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、酸化皮膜形成時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。このような高圧箔のエッチング方法としては、アルミニウム箔の芯金方向に向かってトンネル状のピットを形成するトンネルエッチング法があげられる。

さらに、本実施形態によれば、接続部の周囲にボイドが発生することを防止できるので、電気抵抗を低減でき、また、強度の低下も防止することができる。

（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、アルミニウムへのレーザ照射に適した波長を備えた半導体レーザを用いることができる。また、その他にもエキシマレーザ、ＣＯ₂レーザ等を用いることができる。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。

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、電極箔６，１０の引き出し端子の接続部に対応する部分を、マスクを介して照射したレーザ光によって加熱溶融した状態を示す断面図。本発明に用いられるマスクを例示したものであって、（Ａ）は、接続部の直径と同一径の開口部を有するマスクを示す平面図、（Ｂ）は、略正方形の開口部が複数個形成されたマスクを示す平面図。本発明に用いられるマスクによってレーザ光の一部が遮蔽され、照射されるレーザ光の内、高エネルギーのレーザ光が電極箔に照射される様子を示す模式図。従来の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に対応する部分を加熱溶融した状態を示す断面図。（Ａ）は、レーザ光のエネルギー分布を示す図、（Ｂ）は、レーザ光の出力口径と、照射されるレーザ光のエネルギー分布、及び電極箔における照射範囲との関係を示す模式図。接続部３０の周囲にボイド３１が発生した状態を示す断面図。

符号の説明

６…陰極箔
１０…陽極箔
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…接続部
３１…ボイド
４０、４１、４３…マスク
４２、４４…開口部

Claims

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、所定のレーザ光の一部のみを透過する開口部を有するマスクを介して該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て接続部を形成し、この接続部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。
前記マスクに形成される開口部が、前記引き出し端子接続部位と同一径、且つ、同一形状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の製造方法。
前記マスクに形成される開口部が、複数の小開口部から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサの製造方法。
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１乃至請求項３のいずれか一に記載の電解コンデンサの製造方法。