JP4576271B2 - 超音波溶接ホーンおよびそれを用いた電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム電解コンデンサの引き出しリードとターミナルとの超音波溶接に使用される超音波溶接ホーンおよび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ものである。

従来の引き出しリードと加締めされたターミナルの超音波接合は、超音波振動子（溶接ホーン）の接合面が、形状の大きい複数個の突起（円錐台形状の突起）によるものであった（例えば、特許文献１参照）。
また、引き出しリードと加締めされたターミナルの超音波溶接の溶接枚数を少なくして、引き出しリード同士を溶接しているものもあった（例えば、特許文献２参照）。
さらに、超音波溶接ホーンを、尖鋭部を持つ柱状の第１の突部と、第１の突部を包囲して形成される第１の突部よりも低い第２の突部からなる形状としているものもあった（例えば特許文献３参照）。
特許第２８１１７３２号公報（第４図） 特開平０９−１８６０５１（図１） 特開２００４−７９５６３

上記の特許文献１のように、形状の大きい突起を有する超音波振動子（図７）で接合を行う場合、特に、複数枚の引き出しリードの接合時に、リード枚数が多い場合には、図２（c)に示すように重ね合わせられた上側の引き出しリードがエッジ切れを起こし、剥がれが発生するという問題があり、この接合剥がれによって、接続抵抗の増加、接合強度の低下が発生し、電解コンデンサの電気的性能が悪化する。

この改善策として、特許文献２では、引き出しリード剥がれを発生させないために、引き出しリード枚数に対して、接合箇所の引き出しリードを数枚切断し、重ね合わせ枚数を減少させ、少ない厚みで接合する方法がとられている（図８）。

また、特許文献３の超音波溶接ホーンのように、尖鋭部を持つ柱状の第１の突部の高さを、第１の突部を包囲して形成される第２の突部より高くしているものもある（図９〜１２）。

しかしながら、形状的に大きい第１の突部が尖鋭部の場合、引き出しリードと加締めされたターミナルとの接合面積が減少し接合強度が低下することが多く、上側の引き出しリードのエッジ切れが発生し易いという問題があった。

上記のような問題があったため、形状的に大きい突部が尖鋭部であっても、平坦部であっても、引き出しリードと加締めされたターミナルとの接合強度が大きく、上側の引き出しリードのエッジ切れが発生しない構造が求められていた。

本発明は上記課題を解決するものであり、先端に平坦部または曲面部を持つドーム状の第１の突部と、第１の突部を包囲して形成される尖鋭状の第２の突部を備えた超音波溶接ホーンを適用しようとするものである。
すなわち、コンデンサ素子から引き出されたアルミニウム製リードを封口板に取り付けられたターミナルへ加締め接合するとともに、前記リードの先端を折り返して、加締めされたターミナル上に載せ、該引き出しリードと加締めされたターミナルとを超音波溶接する超音波溶接ホーンにおいて、
該超音波溶接ホーンが、先端に平坦部または曲面部を持つドーム状の第１の突部と、第１の突部を包囲して形成される尖鋭状の第２の突部を備え、前記第１の突部が単数であり、前記第２の突部が複数であり、前記第１の突部の高さが前記２の突部の高さより０．２〜１．０ｍｍ高いことを特徴とする超音波溶接ホーンである。

また、第２の突部の形状が三角錐状、四角錐状、若しくはそれ以上の多角錐状、または円錐状若しくは楕円錐状であることを特徴とする超音波溶接ホーンである。

また、上記の超音波溶接ホーンを使用して引き出しリードとターミナルとを溶接することを特徴とする電解コンデンサの製造方法である。

超音波溶接ホーンの先端に平坦部または曲面部を持つドーム状の第１の突部による接合で、引き出しリードとターミナルとの十分な接合面積を確保することができ、接合強度を向上させることができる。
万一、上側の引き出しリードにエッジ切れが発生した場合でも、第１の突部を包囲して形成される尖鋭状の第２の突部で、上側の引き出しリードと下側の引き出しリードを接合しているため、接合が維持され、剥がれを防止することができる。
よって、超音波接合箇所の強度が向上し、かつ接合を維持することができるので、電解コンデンサの電気的性能が安定し、かつ長期信頼性の向上が可能となる。

引き出しリードと加締めされたターミナルとの接合に使用する超音波溶接ホーンの形状を図５に示すように、先端に平坦部を持つドーム状の第１の突部と、第１の突部を包囲して形成される四角錐状の第２の突部を備えた形状にする。

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら具体的に説明する。

［実施例１〜５］第１の突部：先端平坦部・ドーム状、第２の突部：四角錐状、図５
超音波溶接ホーンの接合面形状を、先端に平坦部を持つドーム状の第１の突部と、第１の突部を包囲して形成される四角錐状の第２の突部を備えた複合形状で形成し、超音波接合実験を行い、引き出しリードの剥がれが発生するか調査した。
この時、第１の突部と第２の突部の高さの差は０．１〜１．３ｍｍとし、リード剥がれに差が生じるか確認した。
また、引き出しリードとターミナルとの接合条件は下記のとおりとした。
（１）エネルギー １５０Ｊ、（２）加圧力 ０．３ＭＰａ、（３）保持時間 ０．２秒 上記のようにして接合した状態を、図３の斜視図、図４の断面図に示す。ここで、図４（ａ）は溶接時の状態、図４（ｂ）は溶接後の状態で、図３のＡ−Ａ’線による断面図である。
上記の引き出しリードとターミナルとの接合により、定格４００Ｖ−１０，０００μＦ（サイズ：φ９０×１７０Ｌｍｍ）用の電解コンデンサ素子に封口板を取り付けた。

［実施例６］第１の突部：半球ドーム状、第２の突部：六角錐状、図６
超音波溶接ホーンの接合面形状を、先端に半球ドーム状の第１の突部と、第１の突部を包囲して形成される六角錐状の第２の突部を備えた複合形状（図６）で形成し、超音波接合実験を行い、引き出しリードの剥がれを調査した。
この時、第１の突部と第２の突部の高さの差は０．７ｍｍとした。
また、引き出しリードとターミナルとの接合条件は上記実施例１〜５と同様とした。
上記の引き出しリードとターミナルとの接合により、定格４００Ｖ−１０，０００μＦ（サイズ：φ９０×１７０Ｌｍｍ）用の電解コンデンサ素子に封口板を取り付けた。

（従来例１）４個の円錐台形状突部、図７
超音波溶接ホーンの接合面形状を、４個の円錐台形状突部で形成し、超音波接合実験を行い、引き出しリードの剥がれを調査した。
また、引き出しリードとターミナルとの接合条件は上記実施例１〜５と同様とした。
上記のようにして接合した状態を、図１の斜視図、図２の断面図に示す。図２（ａ）は溶接時の状態、図２（ｂ）はリード剥がれが発生しない時、図２（ｃ）はリード剥がれが発生した時の図１のＡ−Ａ’線による断面図である。
上記の引き出しリードとターミナルとの接合により、定格４００Ｖ−１０，０００μＦ（サイズ：φ９０×１７０Ｌｍｍ）用の電解コンデンサ素子に封口板を取り付けた。

（従来例２）第１の突部：四角錐（柱状）、第２の突部：四角錐状、図９〜１２
超音波溶接ホーンの接合面形状を、四角錐を持つ柱状の第１の突部と、第１の突部を包囲して形成される四角錐状およびプリズム状の第２の突部を備えた複合形状で形成し、超音波接合実験を行い、引き出しリードの剥がれを調査した。
この時、第１の突部と第２の突部の高さの差は０．７ｍｍとした。
上記の引き出しリードとターミナルとの接合により、定格４００Ｖ−１０，０００μＦ（サイズ：φ９０×１７０Ｌｍｍ）用の電解コンデンサ素子に封口板を取り付けた。

上記実施例１〜６、従来例１、２について、引き出しリードの剥がれ発生数、および引っ張り強度試験（リード一括、リード１枚目）を行った結果を表１に示す。なお、試料数は各２０個とした。

表２より明らかなように、実施例１〜４はリード剥がれの発生が皆無であり、従来例１、２よりも優れた結果となっている。
ただし、第１突部と第２突部の高さの差が０．１ｍｍでは、リードに対して第１突部による押し込みが浅くなり、リードとターミナルとの接合強度が低下し、一括での引張り強度が低下し（実施例１）、１．３ｍｍでは、第２突部による押し込みが浅くなり、リード剥がれが発生する（実施例５）。よって、第１突部と第２突部の高さの差は０．２〜１．０ｍｍの範囲が適当である。
また、第１の突部を半球ドーム状、第２の突部を六角錐状とした実施例６についてもリード剥がれの発生は皆無であった。
一方、超音波溶接ホーンの接合面形状を４個の円錐台形状とした従来例１、および第１の突部を四角錐状（柱状）、第２の突部を四角錐状とした従来例２では、いずれも接合強度に問題があり、重ね合わされたターミナル側の引き出しリード（１、２枚目）で剥がれが発生した。

なお、上記実施例では第２の突部に四角錐状のものを用いたが、これ以外に、三角錐状、五角錐以上の多角錐状、円錐状、楕円錐状のものを用いても、同様の効果を得ることができる。

従来の超音波ホーンにより引き出しリードを封口板のターミナルに接合した時の状態図である。 図２は図１のＡ−Ａ’線による断面図であり、（ａ）は溶接時、（ｂ）は溶接後、（ｃ）はリード剥がれが発生した時の状態図である。 本発明の実施例による超音波ホーンにより引き出しリードを封口板のターミナルに接合した時の状態図である。 図４は図３のＡ−Ａ’線による断面図であり、（ａ）は溶接時、（ｂ）は溶接後の状態図である。 本発明の実施例による超音波ホーンの外観図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は斜視図である。 本発明の他の実施例による超音波ホーンの斜視図である。 従来例による超音波ホーンの斜視図である。 他の従来例により、引き出しリードを封口板のターミナルに接合する時の断面図であり、（ａ）は接合前、（ｂ）は接合後の状態図である。 他の従来例による超音波溶接ホーンを示す側面図である。 図９の超音波溶接ホーンのホーン部を示す平面図である。 図１０に示すホーン部の各断面を示し、（ａ）は図１０の３Ａ−３Ａ線断面図、（ｂ）は図１０の３Ｂ−３Ｂ線断面図である。 図１０に示すホーン部の各断面を示し、（ａ）は図１０の４Ａ−４Ａ線断面図、（ｂ）は図１０の４Ｂ−４Ｂ線断面図である。

符号の説明

１ 封口板
２ａ ターミナル（超音波溶接面側）
２ｂ ターミナル（封口板側、加締接合）
３ 引き出しリード
３ａ、３ｂ 引き出しリード
４ 超音波接合箇所
４ａ 超音波接合箇所（第１の突部による）
４ｂ 超音波接合箇所（第２の突部による）
５ ワッシャ
６ 超音波溶接ホーン（角柱状）
７ 第１の突部（先端平面ドーム状）
７ａ 平坦部
８ 第２の突部（四角錐状）
９ 超音波溶接ホーン（円柱状）
１０ 第１の突部（半球状）
１１ 第２の突部（六角錐状）
１２ 超音波溶接ホーン（円柱、テーパ状）
１３ 突部（円錐台形状）
１４ 超音波溶接ホーン
１５ 孔
１６ リベット
１７ 弾性リング
１８ 超音波溶接ホーン（角柱、テーパ状）
１９ 第１の突部（四角錐状）
２０ａ 第２の突部（四角錐状）
２０ａ 第２の突部（プリズム状）

Claims (3)

1. コンデンサ素子から引き出されたアルミニウム製リードを封口板に取付けられたターミナルへ加締め接合するとともに、前記リードの先端を折り返して、加締めされたターミナル上に載せ、該引き出しリードと加締めされたターミナルとを超音波溶接する超音波溶接ホーンにおいて、
   該超音波溶接ホーンが、先端に平坦部または曲面部を持つドーム状の第１の突部と、第１の突部を包囲して形成される尖鋭状の第２の突部を備え、
   前記第１の突部が単数であり、前記第２の突部が複数であり、
   前記第１の突部の高さが前記２の突部の高さより０．２〜１．０ｍｍ高いことを特徴とする超音波溶接ホーン。
2. 請求項１記載の第２の突部の形状が三角錐状、四角錐状、若しくはそれ以上の多角錐状、または円錐状若しくは楕円錐状であることを特徴とする超音波溶接ホーン。
3. 請求項１または２記載の超音波溶接ホーンを使用して引き出しリードとターミナルとを溶接することを特徴とする電解コンデンサの製造方法。

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