JP4442561B2 - 積層コンデンサおよび積層コンデンサの製造方法 - Google Patents
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Description
一部を接続部とした金属箔を電気絶縁性セパレータを介して交互に複数積層して成るコンデンサ素子を、外装ケースに収納するとともに、前記接続部をそれぞれ正極外部端子並びに負極外部端子に接続する積層コンデンサの製造方法において、前記積層された前記各金属箔の各々の接続部を、摩擦撹拌溶接にて電気的、機械的に接続、結束すると共に、前記接続部の摩擦撹拌溶接において、積層した接続部の少なくとも一方に補強基材を設けて摩擦撹拌溶接を実施することを特徴としている。
この特徴によれば、前記接続部を摩擦撹拌溶接にて接続、結束することで、該接続部の表面にエッチング処理層や酸化皮膜層を有していても、地金同士が溶融して一体化するようになるため、前記接続部の良好な電気的、機械的な接続を有する積層コンデンサを得ることができる。しかも前記摩擦撹拌溶接において、積層された接続部が該補強基材にて担持或いは狭持されるようになり、摩擦撹拌溶接の施工性を高めることができるとともに、前記補強基材が接続部と一体となることで強固な接続が得られる。
前記補強基材を内部電極として用いて成ることを特徴としている。
この特徴によれば、内部電極を別途接続部に接続する必要がなく、部品点数を低減できるとともに、工程も簡素化できる。
前記補強基材を配置した側から、前記摩擦撹拌溶接を実施することを特徴としている。
この特徴によれば、積層された接続部と摩擦撹拌溶接を行う回転するスターロッドとの間に前記補強基材が介在することから、積層された接続部の上部の金属箔がプローブの圧入する際に、その回転により変形、破断することによる不具合の発生を、大幅に低減することができる。
前記補強基材として前記金属箔と同一の金属材料を用いることを特徴としている。
この特徴によれば、溶接による合金形成等による金属拡散等の問題を回避できるとともに、これら異金属間における電池形成等による腐食等の問題も回避できる。
前記金属箔と同種の金属から成り、前記接続部を成す金属箔を積層して成る積層体の厚みとほぼ等しいか或いは大きな厚みを有する溶接基材を、該積層体の積層側面の少なくとも一部に隣接するように配置し、該溶接基材と前記積層体の境界の少なくとも一部を、回転するプローブにより撹拌して溶接部を形成することを特徴としている。
この特徴によれば、前記積層体に積層されている各金属箔の接続部が、溶接基材とともに摩擦撹拌溶接により溶接されることで、溶接基材が攪拌されて積層体内に良好に供給され、結果として、前記積層体の溶接部における酸化皮膜の量が相対的に少なくなり、各金属箔がこれら溶接基材と各金属箔、並びに金属箔同士が電気的、機械的に接続されるようになるため、硬くかつ融点が高く、また電解コンデンサにおける耐電圧に作用するため厚く形成されている場合には、プローブの回転によっても溶融することなくチップ状に分断された状態で残存しやすい化成処理による酸化皮膜等による欠陥部の発生等の悪影響を大幅に低減することができ、よって、より安定した電気的、機械的な接続を得ることができる。また、溶接部における化成処理等による酸化皮膜等の量が少なくなることで、プローブ先端の摩耗を低減でき、よって、摩耗によるプローブの交換に伴って、工程が複雑化するとともに、製造コストが上昇してしまうことも抑制することができる。また、プローブが溶接対象となる金属箔の接続部の積層体自体への圧入面積が少なくなることで、該接続部近傍の金属箔の過度な変形や破壊などによる損傷を低減できる。
この特徴によれば、前記積層体に積層されている各金属箔の接続部が、溶接基材とともに摩擦撹拌溶接により溶接されることで、溶接基材が攪拌されて積層体内に良好に供給され、結果として、前記積層体の溶接部における酸化皮膜の量が相対的に少なくなり、各金属箔がこれら溶接基材と各金属箔、並びに金属箔同士が電気的、機械的に接続されるようになるため、硬くかつ融点が高く、また電解コンデンサにおける耐電圧に作用するため厚く形成されている場合には、プローブの回転によっても溶融することなくチップ状に分断された状態で残存しやすい化成処理による酸化皮膜等による欠陥部の発生等の悪影響を大幅に低減することができ、よって、より安定した電気的、機械的な接続を得ることができる。また、溶接部における化成処理等による酸化皮膜等の量が少なくなることで、プローブ先端の摩耗を低減でき、よって、摩耗によるプローブの交換に伴って、工程が複雑化するとともに、製造コストが上昇してしまうことも抑制することができる。また、プローブが溶接対象となる金属箔の接続部の積層体自体への圧入面積が少なくなることで、該接続部近傍の金属箔の過度な変形や破壊などによる損傷を低減できる。
前記プローブを、前記溶接基材と前記積層体との境界または該境界の近傍位置に、該境界面に沿うように圧入したことを特徴としている。
この特徴によれば、円柱状のプローブはその回転により、回転方向への撹拌力が効率よく伝わるため、プローブを前記溶接基材と積層体との境界又は該境界の近傍位置に、該境界面に沿うように圧入することで、プローブを介して前記溶接基材と積層体とが隣接した位置となるため、円柱状のプローブの回転により撹拌されて溶融された酸化皮膜を有しない十分な量の溶接基材が積層体内に良好に供給されるため、化成処理による酸化皮膜による欠陥部の発生等の悪影響を大幅に低減することができるとともに強固な接続とり、より安定した電気的、機械的な接続を得ることができる。
前記溶接基材が、少なくとも前記積層体に積層されている金属箔の金属から成るほぼ均質のブロック体を含むことを特徴としている。
この特徴によれば、溶接基材をブロック体とすることで、ブロック体は積層体の積層方向にほぼ均質であって熱伝導性が良好であるために、摩擦撹拌溶接においてプローブとの摩擦によって生じた摩擦熱が溶接部の下方側まで良好に伝熱されるようになるため、伝熱不良による溶接品質のばらつきを抑止できるとともに、溶接部に隣接して積層体の積層方向にほぼ均質な未溶接のブロック体が残存することで、これら未溶接のブロック体を介して良好な伝熱性や電気伝導性を得ることができる。
前記溶接基材が、少なくとも表面に化成処理による酸化皮膜を有しない金属箔の積層体を含むことを特徴としている。
この特徴によれば、金属箔の積層数を調節することで、積層体の高さに合致した溶接基材を簡便に得ることができる。
前記溶接基材が、前記積層体の外周面に形成された切欠部、或いは前記積層体に積層された各金属箔のほぼ全てを貫通するように積層方向に穿設された孔部の内側面に隣接するように配置されていることを特徴としている。
この特徴によれば、切欠部、或いは孔部の内側面に溶接基材が隣接することで、プローブの圧入時においても、溶接基材と積層体との固定性・密着性がよく、これら溶接基材と積層体との位置ズレを防止できるようになるため、摩擦撹拌溶接の施工性を高めることができるとともに、前記溶接基材に金属箔の切欠部を合わせて該金属箔を順次積層することで、金属箔の積層ズレも低減できるばかりか、例え、金属箔に積層ズレが生じても、溶接基材の対向する面のどちらかには、金属箔がほぼ当接するようにできるので、より確実な溶接を実施でき、よって積層工程における金属箔の積層ズレも許容でき、これら積層ズレによる不良を低減できる。
前記プローブの形状を、前記切欠部又は孔部の内側面に隣接するように配置された溶接基材と前記積層体との境界のうち、対向する境界の少なくとも一部を、該プローブの回転により同時に溶接可能な形状としたことを特徴としている。
この特徴によれば、プローブの圧入にて対向する境界を同時に溶接できるようになるため、溶接に要する時間を短縮でき、製造方法を簡略化できるばかりか、対向する複数面が溶接されることにより、接続強度を向上でき、よって小形化を達成できるとともに、接続部における電気的抵抗の低減も可能となる。
前記積層体が、前記溶接基材に設けられた切欠部の内側面に隣接して配置されていることを特徴としている。
この特徴によれば、プローブの圧入時においても、溶接基材と積層体との固定性・密着性がよく、これら溶接基材と積層体との位置ズレを防止できるようになるため、摩擦撹拌溶接の施工性を高めることができるとともに、前記溶接基材の切欠部に合わせて金属箔を順次積層することで、金属箔の積層ズレも低減できるばかりか、例え、金属箔に積層ズレが生じても、溶接基材に設けられた切欠部の対向する面のどちらかには、金属箔がほぼ当接するようにできるので、より確実な溶接を実施でき、よって積層工程における金属箔の積層ズレも許容でき、これら積層ズレによる不良を低減できる。更には、前記前記積層体の外周面に形成された切欠部を併用することで、より一層、溶接基材と積層体との固定性・密着性を向上できる。
前記プローブにより溶接される溶接部が、溶接基材側に多く偏在するように前記プローブを圧入することを特徴としている。
この特徴によれば、溶接部内における酸化皮膜の絶対量をより低減でき、これら酸化皮膜の存在による欠陥の生成をより低減できるようになるばかりか、プローブの摩耗も低減できる。更には、溶接時に積層体にかかる機械的なストレスも低減でき、これら機械的なストレスによる溶接不良の発生も低減できる。
前記積層体における積層方向とほぼ同一方向に前記プローブを圧入することを特徴としている。
この特徴によれば、例えば前記積層体に積層される金属箔の数が少ないときには、プローブを圧入することのみで、該積層体と溶接基材側とを溶接にて一体化できる。
前記積層体における積層方向とほぼ直角方向に前記プローブを圧入することを特徴としている。
この特徴によれば、溶接範囲が広く安定した溶接部を形成できるプローブの根元付近にて摩擦撹拌溶接を実施できるようになるとともに、このプローブの根元付近での溶接を、積層体に積層された各金属箔の接続部にほぼ同様に実施でき、かつプローブの圧入位置が、積層体の各接続部でほぼ同様の相対位置にて摩擦撹拌溶接が実施されるようにでき、溶接されるプローブの位置の違いによる溶接品位(溶接状態)の違いにより、積層体に積層された各金属箔の溶接品位(溶接状態)にばらつきを生じることを回避して、積層体に積層された各金属箔の溶接品位(溶接状態)をほぼ均等にできるばかりか、プローブの圧入長さおよびプローブ径を剛性を維持する最小限に留めて溶接面積を小形化することができ、且つ、積層体の厚みが変更してもプローブ長さを変更する必要がなく工程も簡素化できる。
前記金属箔と同種の金属から成り、前記金属箔よりも大きな厚みを有する補強基材を前記積層体に当接配置し、該補強基材の一部を積層体とともに摩擦攪拌溶接にて溶接することを特徴としている。
この特徴によれば、補強基材を個別に溶接する必要がなく、工程を簡素化することができるばかりか、これら補強基材からも酸化皮膜を有しない金属が供給されて溶接部内における酸化皮膜の絶対量をより低減でき、これら酸化皮膜の存在による欠陥の生成をより低減できるようになるばかりか、プローブの摩耗も低減できる。
この特徴によれば、溶接基材と補強基材とを一体とすることで、これら溶接基材と補強基材との位置合わせや保持の必要が無くなり、摩擦撹拌溶接の施工性をより一層高めることができる。
前記溶接基材と前記補強基材とが一体とされた補強溶接基材の形状が、断面視L字状或いは、少なくとも一端が開放された断面視コ字状であることを特徴としている。
この特徴によれば、補強溶接基材が少なくとも1方向に開放されていることから、該補強溶接基材の積層体への配置を容易に実施することができるとともに、配置後においても積層体の積層状況を確認することもできる。
前記積層体に積層されている一部の金属箔の間に、前記金属箔よりも大きな厚みを有する補強基材を介在させることを特徴としている。
この特徴によれば、これら補強基材からも酸化皮膜を有しない金属が供給されて溶接部内における酸化皮膜の絶対量をより低減でき、これら酸化皮膜の存在による欠陥の生成をより低減できるようになるばかりか、プローブの摩耗も低減できる。更には、前記積層体に積層されている金属箔の積層状況が、溶接によって崩れることを抑止できるようになり、摩擦撹拌溶接の施工性をより一層高めることができる。
前記金属箔は、少なくとも前記接続部の表面を除く該金属箔の表面に、化成処理による酸化皮膜、或いは活性炭またはカーボンを主成分とする分極性電極層を有することを特徴としている。
この特徴によれば、これら化成処理による酸化皮膜や分極性電極層が摩擦撹拌溶接に及ぼす欠陥の発生等の悪影響を低減でき、より安定した電気的、機械的な接続を得ることができる。
請求項1〜20のいずれかに記載の積層コンデンサの製造方法を用いて製造されていることを特徴としている。
この特徴によれば、前記接続部を摩擦撹拌溶接にて接続、結束することで、該接続部の表面にエッチング処理層や酸化皮膜層、又は分極性電極層などを有していても、これらエッチング処理層や酸化皮膜層、又は分極性電極層が摩擦撹拌溶接におけるプローブの回転により破壊されて、地金同士が溶融して一体化するようになるため、エッチング処理層や酸化皮膜層、又は分極性電極層の有無にかかわらず、前記接続部の良好な電気的、機械的な接続を有する積層コンデンサを得ることができる。
Claims (21)
- 一部を接続部とした金属箔を電気絶縁性セパレータを介して交互に複数積層して成るコンデンサ素子を、外装ケースに収納するとともに、前記接続部をそれぞれ正極外部端子並びに負極外部端子に接続する積層コンデンサの製造方法において、前記積層された前記各金属箔の各々の接続部を、摩擦撹拌溶接にて電気的、機械的に接続、結束すると共に、前記接続部の摩擦撹拌溶接において、積層した接続部の少なくとも一方に補強基材を設けて摩擦撹拌溶接を実施することを特徴とする積層コンデンサの製造方法。
- 前記補強基材を内部電極として用いて成ることを特徴とする請求項1に記載の積層コンデンサの製造方法。
- 前記補強基材を配置した側から、前記摩擦撹拌溶接を実施することを特徴とする請求項1または2に記載の積層コンデンサの製造方法。
- 前記補強基材として前記金属箔と同一の金属材料を用いることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の積層コンデンサの製造方法。
- 前記金属箔と同種の金属から成り、前記接続部を成す金属箔を積層して成る積層体の厚みとほぼ等しいか或いは大きな厚みを有する溶接基材を、該積層体の積層側面の少なくとも一部に隣接するように配置し、該溶接基材と前記積層体の境界の少なくとも一部を、回転するプローブにより撹拌して溶接部を形成することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の積層コンデンサの製造方法。
- 一部を接続部とした金属箔を電気絶縁性セパレータを介して交互に複数積層して成るコンデンサ素子を、外装ケースに収納するとともに、前記接続部をそれぞれ正極外部端子並びに負極外部端子に接続する積層コンデンサの製造方法において、前記積層された前記各金属箔の各々の接続部を、前記金属箔と同種の金属から成り、前記接続部を成す金属箔を積層して成る積層体の厚みとほぼ等しいか或いは大きな厚みを有する溶接基材を、該積層体の積層側面の少なくとも一部に隣接するように配置し、該溶接基材と前記積層体の境界の少なくとも一部を、回転するプローブにより撹拌する摩擦撹拌溶接にて電気的、機械的に接続、結束して溶接部を形成することを特徴とする積層コンデンサの製造方法。
- 前記プローブを、前記溶接基材と前記積層体との境界または該境界の近傍位置に、該境界面に沿うように圧入したことを特徴とする請求項5または6に記載の積層コンデンサの製造方法。
- 前記溶接基材が、少なくとも前記積層体に積層されている金属箔の金属から成るほぼ均質のブロック体を含むことを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載の積層コンデンサの製造方法。
- 前記溶接基材が、少なくとも表面に化成処理による酸化皮膜を有しない金属箔の積層体を含むことを特徴とする請求項5〜8のいずれかに記載の積層コンデンサの製造方法。
- 前記溶接基材が、前記積層体の外周面に形成された切欠部、或いは前記積層体に積層された各金属箔のほぼ全てを貫通するように積層方向に穿設された孔部の内側面に隣接するように配置されていることを特徴とする請求項5〜9のいずれかに記載の積層コンデンサの製造方法。
- 前記プローブの形状を、前記切欠部又は孔部の内側面に隣接するように配置された溶接基材と前記積層体との境界のうち、対向する境界の少なくとも一部を、該プローブの回転により同時に溶接可能な形状としたことを特徴とする請求項10に記載の積層コンデンサの製造方法。
- 前記積層体が、前記溶接基材に設けられた切欠部の内側面に隣接して配置されていることを特徴とする請求項5〜11のいずれかに記載の積層コンデンサの製造方法。
- 前記プローブにより溶接される溶接部が、溶接基材側に多く偏在するように前記プローブを圧入することを特徴とする請求項5〜12のいずれかに記載の積層コンデンサの製造方法。
- 前記積層体における積層方向とほぼ同一方向に前記プローブを圧入することを特徴とする請求項5〜13のいずれかに記載の積層コンデンサの製造方法。
- 前記積層体における積層方向とほぼ直角方向に前記プローブを圧入することを特徴とする請求項5〜13のいずれかに記載の積層コンデンサの製造方法。
- 前記金属箔と同種の金属から成り、前記金属箔よりも大きな厚みを有する補強基材を前記積層体に当接配置し、該補強基材の一部を積層体とともに摩擦攪拌溶接にて溶接することを特徴とする請求項5〜15のいずれかに記載の積層コンデンサの製造方法。
- 前記溶接基材と前記補強基材とが一体とされていることを特徴とする請求項16に記載の積層コンデンサの製造方法。
- 前記溶接基材と前記補強基材とが一体とされた補強溶接基材の形状が、断面視L字状或いは、少なくとも一端が開放された断面視コ字状であることを特徴とする請求項17に記載の積層コンデンサの製造方法。
- 前記積層体に積層されている一部の金属箔の間に、前記金属箔よりも大きな厚みを有する補強基材を介在させることを特徴とする請求項5〜18のいずれかに記載の積層コンデンサの製造方法。
- 前記金属箔は、少なくとも前記接続部の表面を除く該金属箔の表面に、化成処理による酸化皮膜、或いは活性炭またはカーボンを主成分とする分極性電極層を有することを特徴とする請求項5〜19のいずれかに記載の積層コンデンサの製造方法。
- 請求項1〜20のいずれかに記載の積層コンデンサの製造方法を用いて製造されていることを特徴とする積層コンデンサ。
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