JP2010283099A - 電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面に酸化皮膜層を有する複数の電極箔を冷間圧接によって接合する際に、簡素な工程で行うことができ、かつその接合状態が不十分となることを防止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。
【解決手段】酸化皮膜を形成した電極箔の一部を接合部として重ね合わせて冷間圧接により接合したコンデンサ素子３を備える電解コンデンサであって、前記接合部を重ね合わせた積層体に少なくとも一枚の金属板８を介在させて、その積層方向に冷間圧接することにより電極箔１を金属板８とともに接合することによりコンデンサ素子３が形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷間圧接法を用いて電極箔の一部を接合部として重ね合わせて接合して形成された積層体としてのコンデンサ素子を備える電解コンデンサ及びその製造方法に関する。

従来、積層された電極箔と金属板を冷間圧接法によって接合する方法があり、この方法では、電極箔を重ね合わせた積層体と金属板とを一体化するために、積層体の積層方向の最上面若しくは最下面、若しくはその両面に金属板を重ねるようにし、これらを冷間圧接金型によって上下に挟み込む冷間圧接法によって接合するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−５２７６６号公報（第２頁、第２図）

コンデンサとしての特徴となる働きを担う主な部分は陽極、陰極、絶縁体で構成されており、特にアルミ電解コンデンサにおいては、拡面処理であるエッチング処理を施した陽極箔の表面に化成処理により酸化皮膜層を形成している。しかしながら、このような電極箔と金属板を、特許文献１に記載の冷間圧接法により接合すると、酸化皮膜層は絶縁体であり、また、酸化皮膜層は拡面化した電極箔の表面を覆うように形成されているため、電極箔同士を接合しにくいばかりか、冷間圧接金型を用いて電極箔の積層方向に圧接した際に、この拡面化した電極箔表面に酸化皮膜層を有する電極箔は延伸作用がないため切断される。この傾向は、中高圧用の直流によりエッチング処理を施した電極箔で顕著である。また、延伸作用を有する金属板は圧接方向に延びるが、その延伸作用の限度を超えると金属板も切断されてしまう。そのため積層された電極箔が厚いと、一部の電極箔は金属板と接合できなくなるばかりか、電極箔同士の接合状態も不十分となってしまう虞がある。そこで、陽極箔における接合部分に酸化皮膜層が無い状態とするために、前述した化成処理により形成された酸化皮膜層を除去した後に接合作業を行う方法や、陽極箔の接合部分にマスキング等を行った後に前述した化成処理を行う方法が採られる場合があるが、いずれの方法も工程が煩雑となるという問題がある。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、拡面化した電極箔の表面に酸化皮膜層を有する電極箔の一部を接合部として冷間圧接によって接合する際に、簡素な工程で行うことができ、かつその接合状態が不十分となることを防止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を目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の電解コンデンサは、
酸化皮膜を形成した電極箔の一部を接合部として重ね合わせて冷間圧接により接合したコンデンサ素子を備える電解コンデンサであって、
前記接合部を重ね合わせた積層体に少なくとも一枚の金属板を介在させて、その積層方向に冷間圧接することにより、前記接合部を前記金属板とともに接合したことを特徴としている。
この特徴によれば、接合部を積層方向に冷間圧接した際に、積層された接合部の間に介在された金属板が圧接方向に延びるようになり、接合部が冷間圧接により切断されても、接合部の間に介在された金属板が互いの接合部を接合するようになり、十分な接合状態を得ることができる。また、酸化皮膜層を除去する工程等の冷間圧接以外の工程を設ける必要がなく、接合工程の簡素化を図ることができる。

本発明の電解コンデンサは、
前記金属板が前記接合部の少なくとも片面側に接触された状態で、前記複数の接合部が積層されることを特徴としている。
この特徴によれば、金属板が接合部の片面側に必ず配置されるようになり、冷間圧接された接合部は、その片面側が金属板と接合されるようになり、その接合状態をより向上させることができる。

本発明の電解コンデンサは、
前記接合部と前記金属板とは、交互に積層されることを特徴としている。
この特徴によれば、積層方向に冷間圧接して各金属板が、その延伸作用の限界を超えて切断されても、各金属板が延びることにより、各接合部を各金属板とともに接合させることができる。

本発明の電解コンデンサは、
前記電極箔がエッチング層及び酸化皮膜層を形成した電極箔の一部であって、該エッチング層及び酸化皮膜層の厚さよりも厚い金属板を用いて前記冷間圧接がなされていることを特徴としている。
この特徴によれば、冷間圧接によりエッチング層及び酸化皮膜層や金属板が押し潰された状態となっても、金属板はエッチング層及び酸化皮膜層より厚いため、冷間圧接時にエッチング層及び酸化皮膜層を貫通して接合部の芯金部に到達できるようになり、金属板を介して接合部同士を接合させることができる。

本発明の電解コンデンサは、
前記接合部の間に介在される金属板の他に、金属板が前記積層体の冷間圧接金型が接地する面に配置され、該接地面に配置された金属板に冷間圧接金型が接触して前記冷間圧接されることを特徴としている。
この特徴によれば、積層体を積層方向から冷間圧接を行う際に、積層方向の冷間圧接金型が接地する面に配置された接合部が最も延びて切断され易くなっているが、該接地面に金属板を配置することによって、前記冷間圧接金型が接地する面の接合部を補強するとともに、他の接合部及び他の金属板との接続状態がより向上される。

本発明の電解コンデンサの製造方法は、
酸化皮膜を形成した電極箔の一部を接合部として重ね合わせて冷間圧接により接合する電解コンデンサの製造方法であって、
前記接合部を重ね合わせた積層体に少なくとも一枚の金属板を介在させて積層する積層工程と、その積層方向に冷間圧接することにより前記接合部を前記金属板とともに接合する接合工程と、を含むことを特徴としている。
この特徴によれば、接合部を積層方向に冷間圧接した際に、積層された接合部の間に介在された金属板が圧接方向に延びるようになり、接合部が冷間圧接により切断されても、接合部の間に介在された金属板が互いの接合部を接合するようになり、十分な接合状態を得ることができる。また、酸化皮膜層を除去する工程等の冷間圧接以外の工程を設ける必要がなく、接合工程の簡素化を図ることができる。

実施例１における陽極箔にアルミ板を配置する状態を示す平面図である。 積層された陽極箔の端子部を冷間圧接する状態を示す斜視図である。 （ａ）は、冷間圧接金型を示す正面図であり、（ｂ）は、冷間圧接金型を示す底面図である。 冷間圧接金型により冷間圧接される陽極箔の端子部を示す平面図である。 図４のＡ−Ａ断面に対応した陽極箔の端子部を示す画像である。 変形例におけるアルミ帯を示す斜視図である。 アルミ帯を端子部に巻回した状態を示す斜視図である。 実施例２における陽極箔を陰極帯で巻回する状態を示す斜視図である。 コンデンサ素子を示す斜視図である。 変形例における陽極箔の端子部とアルミ板とを示す側面図である。

本発明に係る電解コンデンサ及びその製造方法を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

実施例１に係る電解コンデンサにつき、図１から図７を参照して説明する。本実施例のコンデンサとして、電解コンデンサを例示して説明する。この電解コンデンサは、アルミニウムで形成された複数の陽極箔１、陰極箔２及び該箔間にセパレータ１１を挟んで積層したコンデンサ素子３を、駆動用電解液とともに有底筒状の外装ケースに収納し、この外装ケースに形成された開口を封口体で密封するとともに、陽極箔１及び陰極箔２から導いたタブ４，５を封口体に設けた外部接続端子を介して導出させるものである（図１及び図２参照）。

図１に示すように、陽極箔１及び陰極箔２は平面視で略矩形状を成し、これら陽極箔１及び陰極箔２には、接合部としてそれぞれの一辺から突出された端子部１ａ，２ａが形成されている。陽極箔１は、その表面にはエッチング処理及び化成処理によって、エッチング層及び酸化皮膜層７が形成され、箔中心に芯金となる芯金部６が存在する（図５参照）。本実施例では、陽極箔１が有する酸化皮膜層がコンデンサの構成要素である絶縁体となっている。

また、陽極箔１の端子部１ａには、固定工程にて本実施例における金属板としてのアルミ板８が固定配置される。このアルミ板８の厚みは、陽極箔１の片面に形成されたエッチング層及び酸化皮膜層７（３０〜４０μ程度）の厚さよりも厚くなっている。アルミ板８を陽極箔１の端子部１ａに固定する固定手段は、冷間圧接、レーザー溶接、超音波溶接、抵抗溶接、プレス加工、接着剤等の金属部材同士を接合するなんらかの固定手段であればよい。

図２に示すように、コンデンサ素子３を製造する際には、先ず積層工程にて陽極箔１及び陰極箔２の間にセパレータ１１を挟んで交互に積層する。陽極箔１、陰極箔２及びセパレータ１１が積層されると、陽極箔１の端子部１ａ同士、及び陰極箔２の端子部２ａ同士がそれぞれ積層される。積層された陽極箔１の各端子部１ａ（積層体）には、アルミ板８が固定されているため、陽極箔１の端子部１ａとアルミ板８とが交互に積層される。

尚、積層された陽極箔１の端子部１ａの最上面には、アルミ板８が配置されるようになっている。更に尚、積層された陽極箔１及び陰極箔２の各端子部１ａ，２ａの最下面には、タブ４，５が配置されるようになっている。

次に接合工程にて陽極箔１及び陰極箔２の各端子部１ａ，２ａを、その積層方向に冷間圧接して互いに接合し、コンデンサ素子３を形成する。尚、図２において積層方向は上下方向となっている。更に尚、陽極箔１及び陰極箔２の各端子部１ａ，２ａは、それぞれ同様の冷間圧接金型９を用いて冷間圧接される。

ここで、接合工程にて用いる冷間圧接金型９（ＣＷチップ）の形状を説明する。図３（ａ）に示すように、冷間圧接金型９は正面視で略台形状を成し、底面９ａにゆくに従って幅狭になる形状となっており、左右側面にテーパ面９ｂが形成されている。また、図３（ｂ）に示すように、底面視で左右方向の長い長方形状を成し、前後に平坦面９ｃが形成されている。

接合工程では、積層された陽極箔１及び陰極箔２を台座（図示略）上に載置し、上方から陽極箔１及び陰極箔２の各端子部１ａ，２ａを冷間圧接金型９を用いて圧接する。すると陽極箔１及び陰極箔２の各端子部１ａ，２ａは、台座（図示略）と冷間圧接金型９との間に挟まれて冷間圧接される。この接合工程にて、陽極箔１の端子部１ａとアルミ板８とタブ４が接合され、かつ陰極箔２の端子部２ａとタブ５が接合される。

尚、図４に示すように、陽極箔１の端子部１ａにおいて冷間圧接金型９に圧接される部位は、端子部１ａに固定されたアルミ板８の端部側の部位となっている。前述した冷間圧接金型９により、端子部１ａ及びアルミ板８は冷間圧接金型９の前後の平坦面９ｃにより切断されるとともに、冷間圧接金型９の左右のテーパ面９ｂにより最上部から最下部にゆくに従い押し潰されるようになる（図５参照）。

前述のような冷間圧接金型にすることによって、端子部１ａの冷間圧接金型９の前後の平坦部方向の面積が小さい場合であっても、接合できる。又、面積が大きければ、その面積に応じて接合箇所を増やすことも可能である。

図５に示すように、拡面化（エッチング処理等）された電極箔の表面を覆うように酸化皮膜層が形成されているため、陽極箔１の端子部１ａは、冷間圧接金型９のテーパ面９ｂにより引き千切られる場合があるが、酸化皮膜層が形成されていないアルミ板８は、その延伸作用により引き千切られずに延びるようになっており、全ての端子部１ａがアルミ板８を介して電気的に接合できるようになっている。

また、陽極箔１に形成されたエッチング層及び酸化皮膜層７の厚さよりも厚いアルミ板８を用いて冷間圧接がなされていることで、冷間圧接によりエッチング層及び酸化皮膜層７やアルミ板８が押し潰された状態となっても、アルミ板８はエッチング層及び酸化皮膜層７より厚いため、冷間圧接時にエッチング層及び酸化皮膜層７を貫通して端子部１ａの芯金部６に到達できるようになり、アルミ板８を介して端子部１ａ同士を接合させることができる。

また、端子部１ａの間に介在されるアルミ板８の他に、アルミ板８が積層された端子部１ａの最上面に配置され、最上面に配置されたアルミ板８に冷間圧接金型９が接触して冷間圧接されることで、積層された端子部１ａを積層方向から冷間圧接を行う際に、積層方向の最上面に配置された端子部１ａが最も延びて切断され易くなっているが、最上面にアルミ板８を配置することによって、最上面の端子部１ａを補強するとともに、他の端子部１ａ及び他のアルミ板８との接続状態がより向上される。

図６は、タブ４’，５’の変形例を示している。変形例におけるタブ４’，５’は、平面視で略Ｌ字形状を成す帯状の金属板となっている。尚、変形例のタブ４’，５’が本実施例における金属帯を構成している。図７に示すように、積層工程にて積層された陽極箔１及び陰極箔２の端子部１ａ，２ａをタブ４’，５’により囲むようにする。

次に接合工程にて陽極箔１及び陰極箔２の各端子部１ａ，２ａを、その積層方向に冷間圧接して互いに接合し、コンデンサ素子３’を形成する。タブ４’，５’により囲まれた積層された陽極箔１及び陰極箔２の各端子部１ａ，２ａが圧接方向に対して側面側に型崩れを起こし難くなり、陽極箔１及び陰極箔２の各端子部１ａ，２ａ及びアルミ板８の接合部位が揃った状態で、陽極箔１及び陰極箔２の各端子部１ａ，２ａ及びアルミ板８が圧接方向に延びるようになり、十分な接合状態を得ることができる。

次に、実施例２に係る電解コンデンサにつき、図８から図１０を参照して説明する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。

図８に示すように、陽極箔１は平面視で略矩形状を成し、これら陽極箔１には、接合部としてそれぞれの一辺から突出された端子部１ａが形成されている。尚、陽極箔１は、実施例１と同様に予めエッチング処理及び化成処理によりエッチング層及び酸化皮膜層７が形成されている。また、陽極箔１の端子部１ａには、固定工程にて本実施例における金属板としてのアルミ板８が固定配置される。

尚、実施例２では、実施例１の陰極箔２を用いずに本実施例における電極部としての帯状陰極箔１０を用いるようになっている。この帯状陰極箔１０は平面視で略帯状を成し、その一部にタブ４’’，５’’が接合されている。積層工程にて陽極箔１を積層する際には、帯状を成す陰極箔１０の一面側に帯状セパレータ１３を載置し、その上に陽極箔１を並べた状態とし、更に、並べた陽極箔１の上に帯状セパレータ１２を載置した状態で、陽極箔１とともに帯状陰極箔１０及び帯状セパレータ１２，１３を巻回する。

図９に示すように、接合工程にて帯状陰極箔１０により巻回された陽極箔１の端子部１ａを、その積層方向に冷間圧接して互いに接合し、コンデンサ素子３’’を形成する。このように実施例２では、陰極箔を帯状の帯状陰極箔１０を一枚用いるだけでよくなり、生産する電極箔の枚数を低減させることができる。また、冷間圧接時に、巻回された陽極箔１が型崩れを起こし難くなっている。

図１０は、陽極箔１の端子部１ａとアルミ板８との積層状態の変形例を示している。この変形例では、アルミ板８が陽極箔１の接合部としての端子部１ａの少なくとも片面側に接触された状態で、複数の陽極箔１が積層されている。このようにすることで、アルミ板８が陽極箔１の端子部１ａの片面側に必ず配置されるようになり、冷間圧接された端子部１ａは、その片面側がアルミ板８と接合されるようになり、その接合状態をより向上させることができる。

以上、本実施例では、エッチング処理及び化成処理によりエッチング層及び酸化皮膜層７が形成された複数の陽極箔１を積層し、少なくとも一枚のアルミ板８が陽極箔１の一部に設けた端子部１ａの間に介在され、端子部１ａとアルミ板８とを、その積層方向に冷間圧接して互いに接合することによりコンデンサ素子３が形成されることで、端子部１ａを積層方向に冷間圧接した際に、積層された端子部１ａの間に介在されたアルミ板８が圧接方向に延びるようになり、端子部１ａが冷間圧接により切断されても、端子部１ａの間に介在されたアルミ板８が互いの端子部１ａを接合するようになり、十分な接合状態を得ることができる。また、酸化皮膜層を除去する工程等の冷間圧接以外の工程を設ける必要がなく、接合工程の簡素化を図ることができる。

また、端子部１ａとアルミ板８とは、交互に積層されることで、積層方向に冷間圧接して各アルミ板８が、その延伸作用の限界を超えて切断されても、各アルミ板８が延びることにより、各端子部１ａを各アルミ板８とともに接合させることができる。

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。

例えば、前記実施例では、冷間圧接金型を片面側から圧入しているが、両面側から冷間圧接金型を圧入してもよい。また、前記実施例では、タブ４が端子部１ａの最下面に配置されているが、アルミ板の代わりに端子部１ａ間のいずれかに配置してもよい。更に、電極箔１の一辺から突出された端子部を設けているが、矩形状の電極箔１の一部に他方の電極箔及びセパレータが重ならないように積層し、当該部分を接合部としての端子部とし、接続箇所としてもよい。前記実施例では、陽極箔１の端子部１ａとアルミ板８とが交互に積層されたり、アルミ板８が陽極箔１の端子部１ａの少なくとも片面側に接触された状態で積層されたりしているが、積層された陽極箔１の端子部１ａの積層方向の略中央部にアルミ板８を一枚介在させた状態であってもよい。

また、前記実施例では、積層体に介在する金属板として、酸化皮膜層を形成しないアルミ板を用いていたが、電極箔との接合に影響のない程度の化成処理による酸化皮膜層が形成されているアルミ板を用いてもよい。その際の化成電圧は、陽極箔の化成電圧以上であれば好ましい。こうすると、外装ケースに収納後、封口体で密封した後の工程で行われる再化成処理において、予め化成処理を施したアルミ板を用いることにより再化成時間の短縮を図ることができるとともに、製品としても漏れ電流が低減される。

更に、前記各実施例では、矩形の陽極箔を積層したコンデンサ素子を例示したが、本発明は、これに限られるものではなく、例えば、帯状の陽極箔、陰極箔及びセパレータを重ね合わせて、巻回したコンデンサ素子や、つづら折りすることによって積層したコンデンサ素子を用いてもよく、接合部が積層状態であればコンデンサ素子の形態は限られることはない。

１ 陽極箔（電極箔）
１ａ 端子部（接合部）
２ 陰極箔
２ａ 端子部
３ コンデンサ素子
４，５ タブ
６ 芯金部
７ エッチング層及び酸化皮膜層
８ アルミ板（金属板）
９ 冷間圧接金型
９ａ 底面
９ｂ テーパ面
９ｃ 平坦面
１０ 帯状陰極箔
１１ セパレータ
１２，１３ 帯状セパレータ

Claims (6)

1. 酸化皮膜を形成した電極箔の一部を接合部として重ね合わせて冷間圧接により接合したコンデンサ素子を備える電解コンデンサであって、
   前記接合部を重ね合わせた積層体に少なくとも一枚の金属板を介在させて、その積層方向に冷間圧接することにより、前記電極箔を前記金属板とともに接合したことを特徴とする電解コンデンサ。
2. 前記金属板が前記接合部の少なくとも片面側に接触された状態で、前記複数の接合部が積層され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. 前記接合部と前記金属板とは、交互に積層されることを特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサ。
4. 前記接合部がエッチング層及び酸化皮膜層を形成した電極箔の一部であって、該エッチング層及び酸化皮膜層の厚さよりも厚い金属板を用いて前記冷間圧接がなされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電解コンデンサ。
5. 前記接合部の間に介在される金属板の他に、金属板が前記積層体の冷間圧接金型が接地する面に配置され、該接地面に配置された金属板に冷間圧接金型が接触して前記冷間圧接されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電解コンデンサ。
6. 酸化皮膜を形成した電極箔の一部を接合部として重ね合わせて冷間圧接により接合する電解コンデンサの製造方法であって、
   前記接合部を重ね合わせた積層体に少なくとも一枚の金属板を介在させて積層する積層工程と、その積層方向に冷間圧接することにより前記接合部を前記金属板とともに接合する接合工程と、を含むことを特徴とする電解コンデンサの製造方法。