JP2008016701A - 電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

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、前記電極箔の引き出し端子接続部位の上下両面に、それぞれ所定の開口部を有する上部冷却板及び下部冷却板を電極箔に密着するように配設し、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、前記上部冷却板の開口部を介して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５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５（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５（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、引き出し端子と接続可能な新たな接続部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６（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６（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６（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７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、前記電極箔の前記引き出し端子接続部位の上下両面に、それぞれ所定の開口部を有する上部冷却板及び下部冷却板を該電極箔に密着するように配設し、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、前記上部冷却板の開口部を介して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、上部冷却板によって電極箔の加工対象部位の周囲が被覆されるので、マスキング効果を得ることができ、加工対象部位のみに高エネルギーのレーザ光を照射することができると共に、加工対象部位の周囲を効率良く冷却することができる。その結果、加工対象部位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ができるので、加工対象部位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、前記上部冷却板のレーザ源設置側に、前記レーザ光の一部のみを透過するマスクを配置し、該マスクを透過したレーザ光を、前記上部冷却板の開口部を介して前記電極箔に照射す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さらに防止することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２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の加工対象部位の上下両面に、熱伝導性に優れた部材からなる上部冷却板４０ａ及び下部冷却板４０ｂが電極箔６，１０に密着するように配設されている。また、この上部冷却板４０ａには、レーザ光の照射路となる開口部４１が形成されている。

この開口部４１は、その上面の径が電極箔と接触する下面の径より大きくなるように、言い換えれば、断面形状がテーパー状となるように形成され、さらに、下面の径は、接続部の径“ｒ”より若干大きくなるように形成されている。一方、下部冷却板４０ｂには、接続部と同一径の円筒状の開口部４２が形成されている。

なお、上部冷却板４０ａの開口部４１の断面形状をテーパー状とすることで、レーザ光が上部冷却板４０ａに照射されにくくなり、上部冷却板４０ａが加熱されることを防止している。

また、上部冷却板４０ａの下面の径を接続部の径“ｒ”より若干大きくする理由は、レーザ照射によって溶融したアルミニウムが冷却板に付着することを防ぐためである。

なお、前記上部冷却板４０ａ及び下部冷却板４０ｂは、熱伝導性に優れたＣｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ、ステンレス等の金属、あるいはセラミックス等から構成することが好ましい。また、これらの冷却板４０ａ、４０ｂの表面に放熱フィン等を形成すれば、より優れた冷却効果が得られる。

また、図２に示すように、上部冷却板４０ａに、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素等の不活性ガスを加工部位に吹き付けるためのガス供給路５０を設けても良い。また、このガス供給路５０を冷却媒体の供給路として用いることもでき、ガスの吹き付けに替えて冷却媒体を加工部位に吹き付けることもできる。これにより、高エネルギーのレーザ光と接触する上部冷却板４０ａを効率良く冷却することができるので、冷却板４０ａ、４０ｂによる冷却効果が低減することを防止できる。なお、前記ガス供給路５０を冷却用として用いる場合には、冷却板４０ａ、４０ｂをステンレス等の熱伝導率の低い部材から構成しても、優れた冷却効果を得ることができる。

そして、図３に示すように、上記のような冷却板４０ａ、４０ｂを電極箔の加工対象部位の上下面に設置した後、電極箔の上部にレーザ源２４を配置し、電極箔６，１０とレーザ源２４の間にレンズ２２を配置し、加工対象部位にレーザ光２０を照射するように構成されている。

（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。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レーザ光２０を、上部冷却板４０ａの開口部４１を介して照射することにより、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新たな接続部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の上下両面に、上部冷却板４０ａ及び下部冷却板４０ｂを設置した後、レーザ光を照射することによって、加工対象部位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、上部冷却板４０ａによって電極箔の加工対象部位の周囲が被覆されるので、マスキング効果を得ることができ、加工対象部位のみに高エネルギーのレーザ光を照射することができる。また、冷却板４０ａ、４０ｂによって加工対象部位の周囲を効率良く冷却することができるので、接続部の周囲にボイドが発生することを防止できる。その結果、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）変形例
図４に示すように、レンズ２２と上部冷却板４０ａの間に、レーザ光２０の一部（中心部）のみを透過する開口部６１を有するマスク６０を配置しても良い。これにより、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さらに防止することができる。

（５）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。 本発明による巻回型アルミ電解コンデンサの他の製造方法を示す概念図。 本発明による巻回型アルミ電解コンデンサの製造方法の変形例を示す概念図。 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、電極箔６，１０の引き出し端子の接続部に対応する部分の上下面に冷却板を設置し、この冷却板を介して照射したレーザ光によって電極箔の接続部形成部位が加熱溶融した状態を示す断面図。 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
４０ａ…上部冷却板
４０ｂ…下部冷却板
４１、４２…開口部
５０…ガス供給路
６０…マスク
６１…開口部

Claims (3)

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、
   前記電極箔の前記引き出し端子接続部位の上下両面に、それぞれ所定の開口部を有する上部冷却板及び下部冷却板を該電極箔に密着するように配設し、
   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、前記上部冷却板の開口部を介して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。
2. 前記上部冷却板のレーザ源設置側に、前記レーザ光の一部のみを透過するマスクを配置し、該マスクを透過したレーザ光を、前記上部冷却板の開口部を介して前記電極箔に照射す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。
3. 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又は請求項２に記載の電解コンデンサの製造方法。

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