JP4214737B2 - 電解コンデンサ用超音波溶接ホーン、及び電解コンデンサの製造方法 - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム電解コンデンサ等の電解コンデンサのターミナルリベットと引出しリード(タブ)との超音波溶接等に使用される超音波溶接ホーン、この超音波溶接ホーンを用いた電解コンデンサの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
アルミニウム電解コンデンサでは、コンデンサ素子を封入する外装ケースの封口板にターミナルリベットが固定され、このリベットにコンデンサ素子から引き出されたタブをワッシャ等の加締めにより取り付けるとともに、タブをリベットの端部に超音波によって金属接合することにより、ターミナルリベットとタブとの機械的な結合とともに、電気的な接続が行われている。このような機械的な金属間接合を超音波接合によって補完するのは、信頼性の高い接合状態を実現することにある。このようなタブとターミナルリベットとを超音波を用いて接合する技術には例えば、特許第2811732号「アルミ電解コンデンサの製造方法」がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このアルミ電解コンデンサの製造方法では、被溶接部材に超音波エネルギを付与する超音波溶接ホーンが使用され、この超音波溶接ホーンには、複数個の円錐台形状の突起が形成されたものや、複数個の小突起が形成されたものがある。これらホーンの突起の高さがタブの厚みより低く、複数の突起の各頂面で超音波溶接が行われているので、接合されたリベットとタブとの間に境界面が生じるため、両者の接続強度が十分でない。特に、円錐台形状の突起では、加圧面が平坦面であるため、タブを一点で加圧し難い。この接続強度を高めるには、溶接処理に必要な超音波エネルギの増大が考えられ、複数枚のタブを重ねて溶接する場合には、タブの厚みや積層数が増すほどに超音波エネルギを増大させ、その超音波の印加時間を長くする必要がある。
【0004】
しかしながら、増大させた超音波エネルギにタブが耐えられない場合には、タブが変形し、その変形量は超音波エネルギ量によって大きくなり、溶接部分やその近傍に亀裂や破断を生じさせ、場合によってはタブ間にズレを生じさせる。特に、タブ間に幅方向のズレが生じると、溶接面が縮小する結果、溶接不良や接続強度の低下を来たし、接続の信頼性を低下させるおそれがある。
【0005】
そこで、本発明は、ターミナルリベットとタブとの超音波接合の強度を高め、接続の信頼性向上を図ることができる電解コンデンサ用超音波溶接ホーン、及び電解コンデンサの製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
係る課題を解決した本発明の電解コンデンサ用超音波溶接ホーン、及び電解コンデンサの製造方法の構成は以下の通りである。
【0007】
本発明の電解コンデンサ用超音波溶接ホーンにおいて、請求項1に係る電解コンデンサ用超音波溶接ホーンは、溶接すべきターミナルリベット32上にコンデンサ素子22から引き出されたタブ34を重ね、該タブを加圧しながら前記ターミナルリベットと前記タブとの溶接部40に超音波エネルギを付与する電解コンデンサ用超音波溶接ホーンであって、ホーン部と、該ホーン部に形成されて先端を尖鋭部とした角錐状の複数の突部と、該突部側に立ち上がる傾斜部を備え、前記突部と傾斜部とがV字状の屈曲面を形成するとともに、少なくとも1以上の前記突部が前記タブの厚みより高く設定されたことを特徴とする。
【0008】
即ち、突部の各尖鋭部が同一高さである場合には、溶接すべきターミナルリベットの上に重ねられたタブの溶接部に複数の突部が同時に当接し、各突部の尖鋭部が加圧によってタブ上に位置決めされ、各尖鋭部から超音波溶接が開始される。加圧を持続することで、軟化した溶接部に複数の突部が同時に進入し、超音波溶接が行われる。
【0009】
また、複数の突部中の少なくとも1つの突部がタブの厚みより高く設定されているので、その突部がタブの溶接部に選択的に当接されるとともに、各突部の尖鋭部が加圧によってタブ上に位置決めされ、その尖鋭部から超音波溶接が開始される。加圧を持続することで、軟化した溶接部に複数の突部が同時に進入し、その少なくとも1つがタブを超えてターミナルリベットに進入し、超音波溶接が行われる。
【0010】
このように、超音波溶接ホーンの各突部によって超音波溶接が行われると、超音波エネルギが各突部の尖鋭部に集中してタブ及びターミナルリベットに供給されるので、その溶接部分が尖鋭化し、タブ側の金属とリベット側の金属との接合面が一体化され、ターミナルリベットとタブとの接合強度が高められ、信頼性の高い接合状態が得られる。その結果、溶接時間の低減とともに、溶接に要する超音波エネルギを削減でき、溶接部の尖鋭化は、タブのズレ防止にも寄与する。
【0011】
また、このような超音波溶接ホーンを用いることで溶接時間及び溶接エネルギが削減され、超音波溶接ホーンを磨耗から防護でき、その耐用時間を延ばすことが可能である。
【0012】
本発明の電解コンデンサ用超音波溶接ホーンにおいて、請求項2に係る電解コンデンサ用超音波溶接ホーンは、前記突部が柱状部を備えたことを特徴とする。即ち、柱状部を備え、その高さを任意に設定して溶接部分を離間させることができる。
【0013】
本発明の電解コンデンサ用超音波溶接ホーンにおいて、請求項3に係る電解コンデンサ用超音波溶接ホーンは、前記突部の周縁側に形成された角錐面からなる傾斜部18と、この傾斜部に面取り部20を備えたことを特徴とする。即ち、傾斜部及び面取り部により、ホーン部の角部が鈍角化するため、溶接後のタブとの密着を防止でき、取外しが容易になる。
【0014】
本発明の電解コンデンサの製造方法において、請求項4に係る電解コンデンサの製造方法は、封口板28に貫通させて固定されたリベット(ターミナルリベット32)にコンデンサ素子22から引き出されたタブ34を重ねて超音波エネルギによって溶接する電解コンデンサの製造方法であって、ホーン部と、該ホーン部に形成されて先端を尖鋭部とした角錐状の複数の突部14と、該突部側に立ち上がる傾斜部を備え、前記突部と傾斜部とがV字状の屈曲面を形成するとともに、少なくとも1以上の前記突部が前記タブの厚みより高く設定されている超音波溶接ホーンを前記リベット上の前記タブに当接して加圧させながら前記超音波溶接ホーンから前記タブと前記リベットとの溶接部40に超音波エネルギを付与する処理と、前記リベットと前記タブとを溶接させる処理とを含むことを特徴とする。
【0015】
即ち、この電解コンデンサの製造方法によれば、既に述べた電解コンデンサ用超音波溶接ホーンにより、溶接時のタブの変形やズレが抑制され、溶接強度が高く、信頼性の高い接続状態が得られ、電解コンデンサにおいて、振動応力に対する耐力を備えた端子構造を実現することができる。
【0016】
本発明の電解コンデンサの製造方法において、請求項5に係る電解コンデンサの製造方法は、前記リベットと前記タブとを溶接させる処理により、前記突部14によって複数の凹部42、前記突部の間隔内に立壁部44を形成することを特徴とする。即ち、リベットとタブとの確実な固着状態が得られるとともに、溶接部の機械的強度の低下を防止できる。
【0017】
本発明の電解コンデンサの製造方法において、請求項6に係る電解コンデンサの製造方法は、溶接時、前記タブに前記超音波溶接ホーンの超音波エネルギを前記タブと同一方向に付与することを特徴とする。即ち、超音波振動がタブと同一方向に付与されるので、タブの幅方向へのズレが防止でき、リベットとタブとの接続範囲を広くすることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施の形態に係る電解コンデンサ用超音波溶接ホーンを示している。
【0019】
この電解コンデンサ用超音波溶接ホーンには、鋼等の金属材料を用いて例えば、十字形に形成されたホーンの先端に単一又は複数のホーン部4が形成されているとともに、図示しない超音波振動源から超音波エネルギが付与される構成である。
【0020】
各ホーン部4は角柱状の柱状部10の頂部12に、例えば、図2に示すように、同一又は異なる高さの尖鋭部を持つ複数の突部として、例えば、同一高さを持つ4つの突部14、これら突部14を仕切る凹部として断面V字状の凹部16を備えている。図3は図2に示したホーン部の各断面を示しており、図3の(A)は図2のIIIA−IIIA線断面、図3の(B)は図2のIIIB−IIIB線断面である。
【0021】
突部14は、底面側を正方形とし、点状の尖鋭部を持つ正四角錐形であって、鋭角状の頂角を備え、その角度θ1 は例えば、60°であり、突部14を形成する各側面部は二等辺三角形である。この突部14の高さhは被溶接部材であるタブ(図5)の厚さt及び溶接深さに応じて設定され、突部14の高さhはタブの厚さtより高く設定されている。この場合、頂部12には4つの正四角錐からなる突部14が形成されており、換言すれば、4つの突部14で頂部12が構成されている。この実施の形態では、各突部14を同一の高さh、頂角を同一角度θ1 に設定しているが、各突部14は異なる高さとしてもよく、角度θ1 も各突部14毎に異ならせてもよい。また、凹部16は、突部14の底縁を最深部とし、各突部14間に形成されて十字状である。なお、タブの厚みtより高い突部14は複数の突部14の全部である必要はなく、1以上であればよい。
【0022】
そして、突部14の下縁、即ち頂部12と柱状部10の中途部との間には、緩やかな傾斜で突部14側に立ち上がる角錐面からなる傾斜部18が形成されており、傾斜部18は頂部12側を上底とする4つの台形面と、二等辺三角形からなる4つの面取り部20とから構成されている。突部14の側面と傾斜部18とは、V字状の屈曲面を形成しており、その角度θ2 が存在している。
【0023】
次に、図4及び図5は、本発明の実施の形態に係る電解コンデンサの製造方法を示している。
【0024】
電解コンデンサは、コンデンサ素子22が封入される外装ケース24を備えており、この外装ケース24の開口部26は封口板28によって封止される。封口板28は硬質合成樹脂板で形成され、上縁部には封止部材としてOリング30が取り付けられている。
【0025】
封口板28には、外部端子を構成するターミナルリベット32が封口板28へのインサート成形によって貫通、固定されており、封口板28の内側に突出させたターミナルリベット32と、コンデンサ素子22から引き出された引出しリードとして、アルミニウム等の金属材料で形成された帯状の複数枚のタブ34とは、タブ34に形成された貫通孔36(図5)にターミナルリベット32を挿入するとともに、ターミナルリベット32に嵌合させたワッシャ38の加締めによって固定されている。この場合、タブ34の端部側が折り返されてターミナルリベット32の端部側に重ねられている。
【0026】
そして、ターミナルリベット32に重ねられたタブ34には、図5に示すように、本発明に係る超音波溶接ホーン(図1及び図2)のホーン部4が当接され、図示しない固定手段で位置決め固定された封口板28のターミナルリベット32に対向してホーン部4に矢印Fで示すように、加圧力とともに図示しない超音波溶接源から超音波エネルギが加えられる。この場合、突部14の高さhは被溶接部材であるタブ34の厚みtより高く設定されている。即ち、これらの大小関係は、h>tである。
【0027】
この超音波溶接において、ターミナルリベット32に重ねられたタブ34にホーン部4の同一高さの各突部14が当接され、その尖鋭部が加圧によってタブ34上に位置決めされ、この部分から超音波溶接が開始される。加圧を持続すると、超音波エネルギによって軟化したタブ34を構成する金属中に各突部14がその高さhだけ進入するが、その際、各突部14に沿って屈曲したタブ34が突部14とともにターミナルリベット32内に進入する。このとき、突部14の間の凹部16には、タブ34の金属が進入し、溶接部40中の主たる溶接部分が突部14によって形成されることにより、タブ34がターミナルリベット32に溶着し、溶接部40が形成される。この実施の形態では、突部14の高さhがタブ34の厚みtよりも高いため、溶接時、突部14がターミナルリベット32の端面より内側に進入し、その結果、ターミナルリベット32の深部にタブ34が入り込んでターミナルリベット32とタブ34とが溶接されるので、極めて高い接続強度が得られる。
【0028】
しかも、ホーン部4の各突部14で超音波溶接が行われ、各突部14の先端を中心に超音波エネルギが溶接部40に集中し、その溶接部分が尖鋭化し、タブ34側の金属とターミナルリベット32側の金属との接合面が一体化され、ターミナルリベット32とタブ34との接合強度が高められる。その結果、信頼性の高い接合状態が得られる。このような超音波溶接によれば、溶接時間や溶接に要する超音波エネルギを削減でき、溶接部40の突部14による尖鋭化は、タブ34のズレ防止を図ることができる。
【0029】
また、尖鋭部を持つ突部14を中心に超音波エネルギがタブ34に加わると、溶接部分が尖鋭化するが、この部分を中心に積層状のタブ34が反り返る現象が瞬間的に生じても、各突部14の尖鋭部が離間しているので、タブ34の溶接部40の範囲ないしその近傍を押圧する結果、反り返り等のタブ34の変形が抑制される。しかも、溶接部分が複数の突部としてこの場合、4つの突部14で形成され、タブ34の幅方向の大半の範囲に波及するので、溶接部40がターミナルリベット32の端面の全面となる結果、接合強度の高い溶接状態が得られ、タブ34のズレも防止できる。
【0030】
そして、このようなホーン部4を用いた超音波溶接では、例えば、図6に示すように、溶接部40には突部14に対応する正四角錐状の複数の凹部42、ホーン部4側の凹部16によって各凹部42の隣接側を仕切る複数の立壁部44が形成される。ホーン部4の突部14間の凹部16が成す空間がタブ34側の溶融金属溜まりとして機能するとともに、凹部16の空間に進入した金属で立壁部44が形成される。立壁部44の高さは、タブ34の外面に一致している。この場合、立壁部44の高さは、タブ34の平面内に後退させてもよい。
【0031】
このようなホーン部4を持つ超音波溶接ホーンを用いれば、溶接時間及び溶接エネルギを削減しても強力な溶接が可能となり、溶接時間を短縮できるので、タブ34に生じる過度な変形を防止できる上、超音波溶接ホーンを磨耗から防護でき、その耐用時間を延ばすことができる。
【0032】
【実施例】
本発明の実施例に係る超音波溶接ホーンは、例えば、ホーン部4に4つの正四角錐からなる突部14の頂角の角度(θ1 )=60°、高さ(h)=1.4mmとし、面取り部20の高さ=1mmに形成した。
【0033】
被溶接部材であるターミナルリベット32は直径φ=4mmとし、タブ34には厚さ=0.2mm、幅=7mmの化成タブを6枚重ねとした。即ち、タブ34の総厚み(t)=1.2mmであることから、ホーン部4の突部14の高さ(h)はタブ34の総厚み(t)=1.2mmより0.2mmだけ高く設定されている。
【0034】
溶接条件として、加圧力=4kg(ゲージ圧)で固定し、超音波振動はタブ34の長手方向と同方向に設定するとともに、タブ34に電解液が付着した状態、電解液が付着していない状態を設定した。
【0035】
また、比較例の従来ホーンとして、例えば、図7に示すように、ホーン部46に多数の小突起48が形成されたものを使用する。即ち、タブ34の貫通孔36にターミナルリベット32を貫通させ、ワッシャ38の加締めによってターミナルリベット32にタブ34を固定するとともに、折り返して重ねられたタブ34にホーン部46の小突起48を加圧力Fで加圧させながら超音波エネルギを付与して溶接を行った。
【0036】
このような条件下での溶接結果は表1の通りである。
【0037】
【表1】
【0038】
この実験結果から明らかなように、従来ホーンでは、電解液の有無を問わず、タブ34にズレや一部に破損が発生した。これに対し、実施例では、電解液の付着の有り、無しに拘わらず、タブ34のズレや破損は生じていない。実施例では、溶接時間が短縮され、溶接に要する超音波エネルギを大幅に低減でき、タブ34のズレや破損がないことから、接続強度を向上させることができ、信頼性の高い溶接が得られる。
【0039】
なお、実施の形態では、各突部14を正四角錐状にしたが、円錐状としてもよく、また、突部14は、尖鋭部を持つ円柱状又は角柱状等、柱状部を備えてもよい。柱状部の高さを加減することで、所望の溶接深度に設定することができる。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次の効果が得られる。
(a) 複数の突部を以て溶接を行うことができるとともに、少なくとも1つの突部の高さをタブの厚みより高く設定しているので、ターミナルリベットとタブとの溶接強度を向上させることができ、溶接時のタブの変形やズレを防止でき、接続の信頼性の向上を図ることができる。
(b) 溶接時間を大幅に低減できるとともに、溶接に要する超音波エネルギを小さくでき、溶接によるタブの亀裂、破断等の損傷の発生を防止でき、タブとターミナルリベットとの溶接の信頼性を高めることができる。
(c) 溶接時間や溶接時の超音波エネルギを削減できるため、ホーン部の突部の先端部分を磨耗から防護でき、ホーン寿命を延ばすことができるとともに、安定した溶接を長期間に亘って維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る超音波溶接ホーンを示す側面図である。
【図2】超音波溶接ホーンのホーン部を示す平面図である。
【図3】図2に示すホーン部の各断面を示し、(A)は図2のIIIA−IIIA線断面図、(B)は図2のIIIB−IIIB線断面図である。
【図4】本発明の実施の形態に係る電解コンデンサの製造方法における製造途上の電解コンデンサの一部を示す図である。
【図5】ターミナルリベットとタブとの溶接を示す図である。
【図6】ターミナルリベットとタブとの溶接部を示す部分平面図である。
【図7】従来の超音波溶接ホーン及び電解コンデンサの製造方法を示す側面図である。
【符号の説明】
4 ホーン部
12 頂部
14 突部
18 傾斜部
20 面取り部
22 コンデンサ素子
28 封口板
32 ターミナルリベット
34 タブ
40 溶接部
42 凹部
44 立壁部
Claims (6)
- 溶接すべきターミナルリベット上にコンデンサ素子から引き出されたタブを重ね、該タブを加圧しながら前記ターミナルリベットと前記タブとの溶接部に超音波エネルギを付与する電解コンデンサ用超音波溶接ホーンであって、
ホーン部と、
該ホーン部に形成されて先端を尖鋭部とした角錐状の複数の突部と、
該突部側に立ち上がる傾斜部を備え、
前記突部と傾斜部とがV字状の屈曲面を形成するとともに、少なくとも1以上の前記突部が前記タブの厚みより高く設定されたことを特徴とする電解コンデンサ用超音波溶接ホーン。 - 前記突部が柱状部を備えたことを特徴とする請求項1記載の電解コンデンサ用超音波溶接ホーン。
- 前記突部の周縁側に形成された角錐面からなる傾斜部と、この傾斜部に面取り部を備えたことを特徴とする請求項1記載の電解コンデンサ用超音波溶接ホーン。
- 封口板に貫通させて固定されたリベットにコンデンサ素子から引き出されたタブを重ねて超音波エネルギによって溶接する電解コンデンサの製造方法であって、
ホーン部と、該ホーン部に形成されて先端を尖鋭部とした角錐状の複数の突部と、該突部側に立ち上がる傾斜部を備え、前記突部と傾斜部とがV字状の屈曲面を形成するとともに、少なくとも1以上の前記突部が前記タブの厚みより高く設定されている超音波溶接ホーンを前記リベット上の前記タブに当接して加圧させながら前記超音波溶接ホーンから前記タブと前記リベットとの溶接部に超音波エネルギを付与する処理と、
前記リベットと前記タブとを溶接させる処理と、
を含むことを特徴とする電解コンデンサの製造方法。 - 前記リベットと前記タブとを溶接させる処理により、前記突部によって複数の凹部、前記突部の間隔内に立壁部を形成することを特徴とする請求項4記載の電解コンデンサの製造方法。
- 溶接時、前記タブに前記超音波溶接ホーンの超音波エネルギを前記タブと同一方向に付与することを特徴とする請求項4記載の電解コンデンサの製造方法。
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