JP2011009628A - 積層型電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】リードと電極箔との接続強度の低下を防ぐことができる積層型電解コンデンサを提供する。
【解決手段】積層型電解コンデンサ１は、陽極箔４と陰極箔５とがセパレータ６を介して交互に積層されてなる電極積層体２と、リード１３，１４とを備えている。リード１３，１４は、まず直線帯状のアルミニウム箔を互いに垂直方向に延びるように折り畳んで、屈曲帯状のアルミニウム箔を形成し、その状態で屈曲帯状のアルミニウム箔のうち折り畳んだ部分を折り畳んでいない部分に対して立った状態となるように垂直に折り曲げることにより形成される。リード１３，１４は、電極積層体２の積層方向に延びる折り曲げ部１３ｂ，１４ｂを有し、この折り曲げ部１３ｂ，１４ｂが陽極箔４及び陰極箔５の引き出し部１０，１２の側面１０ｂ，１２ｂにレーザ溶接等により接合されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して交互に積層されてなる構造を有する積層型電解コンデンサに関するものである。

従来の積層型電解コンデンサとしては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の積層型電解コンデンサでは、陽極箔と陰極箔とがコンデンサ紙を挟んで交互に積層されてなると共に、陽極箔及び陰極箔にそれぞれ設けられたリード取り出し用タブに陽極用リード及び陰極用リードがレーザ溶接等により接合されている。

特開平６−２７５４７６号公報

ところで、積層型電解コンデンサの製造過程では、コンデンサのハンドリングの際に、引き出し部の引き出し方向の引っ張り力がリードに作用することがある。上記従来技術においては、リードが引き出し部（リード取り出し用タブ）の先端面に接続されているため、リードに上記の引っ張り力が作用すると、リードと電極箔（陽極箔及び陰極箔）との接続強度が低下し、最悪の場合にはリードと電極箔とが断線してしまう可能性がある。

本発明の目的は、リードと電極箔との接続強度の低下を防ぐことができる積層型電解コンデンサを提供することである。

本発明は、陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して交互に積層されてなる電極積層体と、陽極箔及び陰極箔にそれぞれ接続された１対のリードとを備えた積層型電解コンデンサであって、陽極箔及び陰極箔は、セパレータを介して互いに対向する主電極部と、主電極部から引き出され、リードと接続される引き出し部とをそれぞれ有し、リードは、直線帯状の金属体を互いに実質的に直交する方向に延びるように折り畳んで屈曲帯状の金属体を形成し、その状態で屈曲帯状の金属体のうち折り畳んだ部分及び折り畳んでいない部分の何れか一方を他方に対して立った状態となるように折り曲げてなる構造を有し、リードの折り曲げ部分が引き出し部に接続されていることを特徴とするものである。なお、実質的に直交する方向とは、完全に直交する方向のみならず、略直交する方向も含む概念である。

このような本発明の積層型電解コンデンサでは、直線帯状の金属体を互いに実質的に直交する方向に延びるように折り畳んで屈曲帯状の金属体を形成し、その状態で屈曲帯状の金属体のうち折り畳んだ部分及び折り畳んでいない部分の何れか一方を他方に対して立った状態となるように折り曲げることで、リードを形成する。このとき、直線帯状の金属体を互いに実質的に直交する方向に延びるように折り畳むと、金属体同士が重なり合った三角形状の重なり領域が形成されることになる。このため、屈曲帯状の金属体の屈曲部分が厚くなるうえに、リードの両端に引っ張り力が作用すると、その引っ張り力を重なり領域の斜辺部分で受けることになるため、リードの引っ張り強度自体が高くなる。これにより、リードと引き出し部との接続強度の低下を抑制することができる。

好ましくは、リードは、屈曲帯状の金属体を形成した時に金属体同士が重なり合う重なり領域を有し、重なり領域において金属体同士が接合されている。このように重なり領域を形成する金属体同士を接合することにより、リードの引っ張り強度が更に高くなる。

本発明によれば、リードと電極箔との接続強度の低下を防ぐことができる。これにより、コンデンサのハンドリング性が良くなり、歩留まりを向上させることが可能となる。

本発明に係わる積層型電解コンデンサの一実施形態の外観を示す概略斜視図である。 図１に示した電極積層体及びリードを示す概略斜視図である。 図２に示した電極積層体及びリードを示す分解斜視図である。 図２に示した陽極箔の断面構成を示す図である。 図２に示したリードの形成工程を示す斜視図である。 図１に示した積層型電解コンデンサの製造工程を示す図である。 図１に示した積層型電解コンデンサの製造工程を示す図である。 図１に示したリードと電極箔との接続構造の変形例を示す斜視図である。 図１に示したリードと電極箔との接続構造の他の変形例を示す斜視図である。 比較例として他の構造のリードを示す斜視図である。

以下、本発明に係わる積層型電解コンデンサの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係わる積層型電解コンデンサの一実施形態の外観を示す概略斜視図であり、図２は、図１に示した積層型電解コンデンサの主要部分を示す概略斜視図である。各図において、本実施形態の積層型電解コンデンサ１は、電極積層体２と、この電極積層体２を収容するケース３とを備えている。

電極積層体２は、図２及び図３に示すように、電極箔である陽極箔４及び陰極箔５とセパレータ６とを複数ずつ有している。電極積層体２は、陽極箔４と陰極箔５とがセパレータ６を介して交互に積層されることにより構成される。

陽極箔４は、箔状の弁作用金属からなる。ここでは、陽極箔４としてアルミニウム箔（例えば、厚み５０〜１５０μｍ）を用いている。陽極箔４は、図４に示すように、エッチング処理により形成されたエッチング層７と、このエッチング層７上に形成された酸化皮膜層８とを有している。陰極箔５は、金属プレーン箔にエッチング層が形成された金属エッチング箔からなる。ここでは、陰極箔５としてアルミニウムエッチング箔（例えば、厚み１０〜１００μｍ）を用いている。セパレータ６は、絶縁紙や繊維不織布等からなり、略矩形形状を呈している。セパレータ６は、陽極箔４と陰極箔５とを電気的に絶縁すると共に、電解液（不図示）を保持する機能を有している。

陽極箔４は、略矩形形状の主電極部９と、この主電極部９から引き出される引き出し部１０とを有している。主電極部９と引き出し部１０とは、一体に形成されている。引き出し部１０は、先端面１０ａと、この先端面１０ａに直交する２つの側面１０ｂとを有している。陰極箔５は、略矩形形状の主電極部１１と、この主電極部１１から引き出される引き出し部１２とを有している。主電極部１１と引き出し部１２とは、一体に形成されている。引き出し部１２は、先端面１２ａと、この先端面１２ａに直交する２つの側面１２ｂとを有している。主電極部９，１１は、セパレータ６を介して互いに対向している。

ケース３は、可撓性を有するフィルム（例えば、複合包装フィルム）からなる。ケース３は、例えば矩形形状を呈したフィルムを重ね合わせ、重ね合わせたフィルムの縁部同士をヒートシール（熱融着）して作製することができる。ケース３の内部（フィルムのヒートシールされていない部分領域により形成される空間）には、上記の電極積層体２及び電解液（図示せず）が収容される。

また、積層型電解コンデンサ１は、各陽極箔４に接続される陽極リード１３と、各陰極箔５に接続される陰極リード１４とを更に備えている。これらのリード１３，１４は、金属プレーン箔からなる。ここでは、リード１３，１４としてアルミニウム箔を用いている。

リード１３，１４は、図５（ａ）に示すような直線帯状のアルミニウム箔１５を用いて形成される。具体的には、まず直線帯状のアルミニウム箔１５を互いに垂直方向に延びるように屈曲状に折り畳んで、図５（ｂ）に示すような屈曲帯状のアルミニウム箔１６を形成する。つまり、アルミニウム箔のなす角度が９０度となるように直線帯状のアルミニウム箔１５を水平方向に対して屈曲状に折り曲げる。すると、屈曲帯状のアルミニウム箔１６において、アルミニウム箔同士が重なり合った二等辺三角形状の重なり領域１７が形成される。このとき、重なり領域１７を形成するアルミニウム箔同士は、例えば圧着、超音波溶接及び抵抗溶接等により接合されるのが好ましい。

そして、図５（ｃ）に示すように、屈曲帯状のアルミニウム箔１６のうち折り畳んだ部分１６ｂを折り畳んでいない部分１６ａに対して立った状態となるように垂直（９０度）に折り曲げる。このとき、屈曲帯状のアルミニウム箔１６のうち折り畳んだ部分１６ｂを重なり領域１７のエッジから折り畳んでいない部分１６ａの折り畳み面の反対側に向けて折り曲げるようにする。これにより、図２及び図３に示すようなリード１３，１４が得られることとなる。

陽極リード１３は、ベース部１３ａ（上記の折り畳んでいない部分１６ａに相当）と、折り曲げ部１３ｂ（上記の折り畳んだ部分１６ｂに相当）とからなっている。陽極リード１３は、ベース部１３ａが引き出し部１０の引き出し方向に延び、折り曲げ部１３ｂが電極積層体２の積層方向に延びるように配置されている。そして、その状態で、折り曲げ部１３ｂが引き出し部１０の外側の側面１０ｂにレーザ溶接等により接合されている。これにより、引き出し部１０と陽極リード１３とが電気的且つ物理的に接続されることとなる。

陰極リード１４は、ベース部１４ａ（上記の折り畳んでいない部分１６ａに相当）と、折り曲げ部１４ｂ（上記の折り畳んだ部分１６ｂに相当）とからなっている。陰極リード１４は、ベース部１４ａが引き出し部１２の引き出し方向に延び、折り曲げ部１４ｂが電極積層体２の積層方向に延びるように配置されている。そして、その状態で、折り曲げ部１４ｂが引き出し部１２の外側の側面１２ｂにレーザ溶接等により接合されている。これにより、引き出し部１２と陰極リード１４とが電気的且つ物理的に接続されることとなる。

次に、上記の積層型電解コンデンサ１を製造する方法について説明する。まず図６に示すように、陽極箔４となる陽極箔母材１８を準備する。陽極箔母材１８は、大判のアルミニウム箔からなる。陽極箔母材１８の両面には、予めエッチング及び陽極酸化処理（化成処理）によりエッチング層及び酸化皮膜層が形成されている。続いて、陽極箔母材１８を型で打ち抜くことにより、複数の陽極箔４を形成する。

また、陰極箔５となる陰極箔母材（図示せず）を準備する。陰極箔母材は、大判のアルミニウムエッチング箔からなる。そして、陽極箔４の形成と同様に、陰極箔母材を型で打ち抜くことにより、複数の陰極箔５を形成する。

次いで、セパレータ６を準備する。続いて、陽極箔４及び陰極箔５を、図３に示すように、セパレータ６を介して主電極部９，１１が対向するように交互に積層する。これにより、電極積層体２が得られることとなる。

次いで、図７に示すように、各陽極箔４の引き出し部１０と陽極リード１３とをＹＡＧレーザ溶接により接続し、各陰極箔５の引き出し部１２と陰極リード１４とをＹＡＧレーザ溶接により接続する。具体的には、陽極リード１３の折り曲げ部１３ｂを引き出し部１０の外側の側面１０ｂに当接させ、折り曲げ部１３ｂ側からレーザ照射Ｌを行うことにより、折り曲げ部１３ｂと引き出し部１０とを接合する。また、陰極リード１４の折り曲げ部１４ｂを引き出し部１２の外側の側面１２ｂに当接させ、折り曲げ部１４ｂ側からレーザ照射Ｌを行うことにより、折り曲げ部１４ｂと引き出し部１２とを接合する。これにより、各陽極箔４は陽極リード１３に並列接続され、各陰極箔５は陰極リード１４に並列接続される。

このとき、引き出し部１０，１２の側面１０ｂ，１２ｂは、打ち抜きによる切断面であることから、酸化皮膜層が形成されておらず、またアルミニウム箔におけるエッチング層が形成されていない部分が露出することとなる。このため、アルミニウム箔におけるエッチング層が形成されていない部分を利用することで、レーザ溶接を容易に行うことができる。

なお、引き出し部１０の側面１０ｂと折り曲げ部１３ｂとのレーザ溶接、引き出し部１２の側面１２ｂと折り曲げ部１４ｂとのレーザ溶接が困難である場合には、他の手法を用いて、引き出し部１０と陽極リード１３との接続、引き出し部１２と陰極リード１４との接続を行っても良い。その一例を図８及び図９に示す。

図８に示すものでは、各引き出し部１０間、各引き出し部１２間にそれぞれ金属（例えばアルミニウム）スペーサ２０を挟み込み、これらの金属スペーサ２０を引き出し部１０，１２に対して外側に突出させた状態で引き出し部１０，１２にかしめて固定する。そして、金属スペーサ２０の突出部分と陽極リード１３及び陰極リード１４とをＹＡＧレーザ溶接によりそれぞれ接続する。この場合には、引き出し部１０，１２にレーザが当たらないので、引き出し部１０，１２の酸化皮膜層の損傷を抑制することができる。

図９に示すものでは、陽極リード１３の折り曲げ部１３ｂをつづら折り構造として、引き出し部１０にかしめて固定すると共に、陰極リード１４の折り曲げ部１４ｂをつづら折り構造として、引き出し部１２にかしめて固定する。

次いで、リード１３，１４が組み付けられた電極積層体２をケース３に収容する。ケース３は、上述したフィルムの縁部（シール部）のうち、電極積層体２を挿入するための開口部以外の部分を、例えばシール機を用いて所定の加熱条件で所望のシール幅だけヒートシールすることにより得られる。そして、リード１３，１４が組み付けられた電極積層体２をケース３に収容した後、ケース３内に電解液を注入する。このとき、電極積層体２に電解液を含浸させておいてもよい。続いて、減圧シール機を用いて、ケース３の開口部をシールする。

次いで、エージング処理を行う。ここでは、陽極リード１３を直流電源の陽極に接続すると共に陰極リード１４を直流電源の陰極に接続して、陽極箔４と陰極箔５との間に直流電圧を印加する。これにより、陽極箔４の酸化皮膜層における破損した部分の修復と、陽極箔４の打ち抜きによる切断面に対する酸化皮膜層の形成が行われることとなる。以上により、図１に示す積層型電解コンデンサ１が得られる。

以上のように本実施形態にあっては、リード１３，１４を引き出し部１０，１２の先端面１０ａ，１２ａではなく側面１０ｂ，１２ｂに接合するようにしたので、コンデンサのハンドリングを行う際に、リード１３，１４に対して引き出し部１０，１２の引き出し方向に引っ張り力が作用した場合でも、その引っ張り力は引き出し部１０，１２の側面１０ｂ，１２ｂに交差する方向には作用し難いため、リード１３、１４と引き出し部１０，１２との接続強度の低下を抑制することができる。

ところで、リード１３，１４として、図１０に示すように、Ｌ字状に加工されたアルミニウム箔を単純に折り曲げて形成した構造のものを使用した場合、リード１３，１４に対して引き出し部１０，１２の引き出し方向に引っ張り力が作用したときには、その引っ張り力はＬ字の角部１点（図中のＡ点）で支えられることになるため、リード１３，１４の引っ張り強度を上げることが困難である。また、アルミニウム箔をＬ字状に形成する場合には、加工上手間がかかるだけでなく、材料の無駄が多くなる。

これに対し本実施形態では、まず直線帯状のアルミニウム箔１５を互いに垂直方向に延びるように折り畳んで、屈曲帯状のアルミニウム箔１６を形成し、その屈曲帯状のアルミニウム箔１６のうち折り畳んだ部分１６ｂを折り畳んでいない部分１６ａに対して立った状態となるように垂直に折り曲げることにより、リード１３，１４を作製するようにしたので、図１０に示す構造に比べてリード１３，１４の引っ張り強度が高くなる。その理由は、直線帯状のアルミニウム箔１５を折り畳むことで、アルミニウム箔同士が重なり合った重なり領域１７が形成されるため、リード１３，１４の屈曲部分の厚みが増大することに加え、リード１３，１４に対して引き出し部１０，１２の引き出し方向に引っ張り力が作用したときに、その引っ張り力を、一点ではなく重なり領域１７の一辺（図２及び図３中の斜辺Ｂ）で支えることになるからである。また、重なり領域１７を形成するアルミニウム箔同士を接合することにより、リード１３，１４の引っ張り強度が一層高くなる。

このように引き出し部１０，１２の引き出し方向に対するリード１３，１４の引っ張り強度が十分高くなるため、リード１３，１４の破損等を防止することができる。これにより、リード１３，１４と引き出し部１０，１２との接続強度の低下を一層抑制することができる。その結果、コンデンサのハンドリング性を良好にし、歩留まりを向上させることが可能となる。

また、リード１３，１４の作製に直線帯状のアルミニウム箔１５を用いるので、スリット加工で対応可能であり、加工上の手間を省くことができると共に、材料の無駄が殆ど生じないため、製造コストを削減することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、屈曲帯状のアルミニウム箔１６を形成した後、その屈曲帯状のアルミニウム箔１６のうち折り畳んだ部分１６ｂを折り畳んでいない部分１６ａに対して立った状態となるように折り曲げるようにしたが、屈曲帯状のアルミニウム箔１６のうち折り畳んでいない部分１６ａを折り畳んだ部分１６ｂに対して立った状態となるように折り曲げても良い。

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
まず、エッチング層及び酸化皮膜層が形成された陽極箔母材を、主電極部のサイズが１７ｍｍ×３２ｍｍとなるように打ち抜き、陽極箔を得た。また、陰極箔母材を、同様に主電極部のサイズが１７ｍｍ×３２ｍｍとなるように打ち抜き、陰極箔を得た。その後、セパレータを介して陽極箔及び陰極箔を交互に積層し、電極積層体を得た。ここでは、陽極箔を５層とし、陰極箔を６層とし、セパレータを１２層とした。

また、直線帯状のアルミニウム箔から作った陽極リードを準備し、陽極リードの折り曲げ部を陽極箔の引き出し部の側面に当接させ、折り曲げ部側からＹＡＧレーザ照射を行うことにより、陽極リードと陽極箔とを接合した。また、直線帯状のアルミニウム箔から作った陰極リードを準備し、陰極リードの折り曲げ部を陰極箔の引き出し部の側面に当接させ、折り曲げ部側からＹＡＧレーザ照射を行うことにより、陰極リードと陰極箔とを接合した（図７参照）。

また、ケースとなる２枚のアルミニウムラミネート箔を準備し、アルミニウムラミネート箔の間に電極積層体を配置した後、アルミニウムラミネート箔の３辺をヒートシールにより封口した。その後、電解液を注液し、アルミニウムラミネート箔の残りの１辺をヒートシールにより封口した。そして、エージング処理を行い、積層型電解コンデンサを作製した。

（実施例２）
陽極リード及び陰極リードをＹＡＧレーザにより陽極箔及び陰極箔に接合する代わりに、陽極リード及び陰極リードを陽極箔及び陰極箔にかしめ接続してつづら折り形状とした（図９参照）以外は、実施例１と同様にして、積層型電解コンデンサを作製した。

（比較例１）
Ｌ字状に加工されたアルミニウム箔から陽極リード及び陰極リードを作った以外は、実施例１と同様にして、積層型電解コンデンサを作製した。

（比較例２）
Ｌ字状に加工されたアルミニウム箔から陽極リード及び陰極リードを作った以外は、実施例２と同様にして、積層型電解コンデンサを作製した。

（積層型電解コンデンサの特性評価試験）
実施例１，２及び比較例１，２の積層型電解コンデンサをそれぞれ１００個ずつ作製し、各１００個の積層型電解コンデンサについて、コンデンサ特性を評価してオープン不良率を確認した。その結果を表１に示す。

実施例１，２では、比較例１，２に比してオープン不良率が低かった。実施例１，２のリードを用いることにより、引き出し部の引き出し方向に対するリードの引っ張り強度が強くなったため、製品のハンドリング時におけるリードの切断が少なくなり、製品のオープン不良が減ったものと推測される。

１…積層型電解コンデンサ、２…電極積層体、４…陽極箔、５…陰極箔、６…セパレータ、９…主電極部、１０…引き出し部、１０ｂ…側面、１１…主電極部、１２…引き出し部、１２ｂ…側面、１３…陽極リード、１３ｂ…折り曲げ部、１４…陰極リード、１４ｂ…折り曲げ部、１５…直線帯状のアルミニウム箔（直線帯状の金属体）、１６…屈曲帯状のアルミニウム箔（屈曲帯状の金属体）、１７…重なり領域。

Claims (2)

1. 陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して交互に積層されてなる電極積層体と、前記陽極箔及び前記陰極箔にそれぞれ接続された１対のリードとを備えた積層型電解コンデンサであって、
   前記陽極箔及び前記陰極箔は、前記セパレータを介して互いに対向する主電極部と、前記主電極部から引き出され、前記リードと接続される引き出し部とをそれぞれ有し、
   前記リードは、直線帯状の金属体を互いに実質的に直交する方向に延びるように折り畳んで屈曲帯状の金属体を形成し、その状態で前記屈曲帯状の金属体のうち折り畳んだ部分及び折り畳んでいない部分の何れか一方を他方に対して立った状態となるように折り曲げてなる構造を有し、
   前記リードの折り曲げ部分が前記引き出し部に接続されていることを特徴とする積層型電解コンデンサ。
2. 前記リードは、前記屈曲帯状の金属体を形成した時に前記金属体同士が重なり合う重なり領域を有し、
   前記重なり領域において前記金属体同士が接合されていることを特徴とする請求項１記載の積層型電解コンデンサ。
   
   
   
   

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