JP4619754B2 - 電解コンデンサー用タブ端子 - Google Patents

Description

電解コンデンサー用のタブ端子に関する。より詳細には、高張力で電極箔を巻回した場合でも電極箔が破損することがなく、かつ、高密度で電極箔を巻回できる、電解コンデンサー用のタブ端子に関する。

アルミ電解コンデンサーは、アルミニウム陽極箔とアルミニウム陰極箔とをセパレ−タを介してタブ端子に巻回したコンデンサー素子に駆動用電解液を含浸し、この素子を外装ケース内に組込み密閉した構造を有する。また、タブ端子は、アルミニウムからなる丸棒部と、この丸棒部を偏平状に加工した圧延部と、丸棒部に溶接された引出線とから構成されている。

近年、小型化および大容量化したアルミ電解コンデンサーの開発が進められている。例えば、極薄の電極箔を用いて巻回数を上げたり、電極箔電極箔にエッチング処理を施すことにより実効表面積を拡大して、静電容量を向上させることが行われている。

また、電極箔をタブ端子に巻回する際に、電極箔に高い張力をかけながら巻回することにより、高密度のコンデンサー素子とすることが行われている。

またさらに、電極箔をタブ端子に巻き始める際の巻き軸形状を工夫することにより、外装ケース内に効率よく収納できる、真円に近いコンデンサー素子が提案されている。

しかしながら、従来のタブ端子の圧延部は、プレス加工により平板状に形成されていたため、電極箔をこの圧延部に巻回す際に圧延部の側面に電極箔が接触し、電極箔を破損することがあった。特に、小型化されたアルミ電解コンデンサーでは製品直径が小さいため、素子の巻回曲率が大きくなり、圧延部と電極箔との接触圧が大きくなるため、電極箔が破損し易い。

また、高張力をかけて電極箔を巻回すると、当然、圧延部と電極箔との接触圧が高くなり、電極箔が破損し易くなる。

このような問題に対し、本発明者らは、先の出願（特願２００２−１５１３４４）において、タブ端子の圧延部とアルミ箔とが接する部分である圧延部の四隅の角を、アール形状とすることにより、アルミ箔と圧延部との接触圧を下げ、電極箔の破損を防止することを提案している。

しかしながら、断面端部がアール形状を有する圧延部として場合であっても、圧延部の断面端部は、圧延部の表面よりも電極箔との接圧が大きくなることに変わりはなく、電極箔を破損せずに、高密度で巻回できるようなタブ端子が依然として希求されている。

本発明者らは、平板状の圧延部に電極箔を巻回すると必ず圧延部付近に空隙が生じてしまい、高密度で電極箔を巻回するには限界があるとこに着目し、圧延部の断面四隅を所定形状に加工することにより、高張力で電極箔を巻回した場合でも電極箔が破損することがなく、かつ、高密度で電極箔を巻回できる、との知見を得た。本発明はかかる知見に基づくものである。

したがって、本発明は、高張力で電極箔を巻回した場合でも電極箔が破損することがなく、かつ、高密度で電極箔を巻回できる、電解コンデンサー用タブ端子を提供することを目的とする。

本発明による電解コンデンサー用タブ端子は、丸棒部と、この丸棒部を偏平状に加工した圧延部と、丸棒部に溶接された引出線とからなる電解コンデンサー用タブ端子であって、前記圧延部の矩形断面の四隅に面取り加工が施されてなるものである。このように、圧延部の断面四隅の面取り加工を行うことにより、電極箔を圧延部に巻回した場合でも、圧延部の端部とアルミ箔との接触が低減するため、電極箔を破損することがなくなる。

また、圧延部断面の四隅に面取り加工を施すことにより、従来の平板状の圧延部に比べて、電極箔を巻回した状態での圧延部付近の隙間が減少するため、より高密度に電極箔を巻回することができる。その結果、コンデンサー素子の素子体積効率が向上する。

本発明による電解コンデンサー用タブ端子について、図面を参照しながら説明する。

本発明の電解コンデンサー用タブ端子は、図１に示すように、丸棒部１と、この丸棒部を偏平状に加工した圧延部２と、丸棒部１に溶接された引出線３とで構成されている。丸棒部および圧延部を構成する材料としては、通常、アルミニウム等が使用される。また、引き出し線としては、鉄線、銅線、または鉄線に銅を被覆したもの（ＣＰ線）等が使用される。この引き出し線は、半田付け特性を向上させるため、通常、表面に半田メッキされている。

図２は、図１に示したタブ端子の圧延部２のＡ−Ａ’断面を示したものである。本発明の電解コンデンサー用タブ端子は、圧延部の矩形断面の四隅に面取り加工が施された形状を有する。圧延部の矩形断面の四隅、すなわち、圧延部の圧延面４及び側面５が接する部分に面取り加工６を施すことにより、圧延部の端部と電極箔との接触圧を低減することができる。従って、高張力で電極箔を巻回したような場合であっても、電極箔にストレスがかかることなく、破損することがない。また、従来の矩形断面の圧延部を有するタブ端子と比較して、圧延部付近にできる電極箔の空隙が少なくなる。その結果、コンデンサー素子の素子体積効率が向上する。したがって、同一体積のアルミ電解コンデンサーを作製した場合には、圧延部を湾曲させたものの方が、より高密度に電極箔を巻回することができる。

さらに、本発明のアルミ電解コンデンサーは、品質安定性に非常に優れるものである。このような予期せぬ効果を有する理由としては、定かではないが、タブ端子圧延部の表面とアルミ箔との接触面積が増えるためと考えられる。

本発明の電解コンデンサー用タブ端子にあっては、面取り加工面６が、圧延部の圧延面４に対して１５０〜１７３度の角度を有していることが好ましく、１５２〜１７０度であることがより好ましい。面取り加工面にこのような範囲の角度を持たせることにより、電極箔の破損を防止しつつ電解コンデンサーの素子体積効率を向上させることができ、また、このような形状のタブ端子を容易に製造することができる。すなわち、面取り加工面６が、圧延部の圧延面４に対して１５０度未満であると、プレス加工により圧延部を形成する際に、パンチ欠けが発生するおそれがある。また、１７３度以上では、面取り加工の効果が期待できない。ここで、面取り加工面の、圧延部の圧延面に対する角度とは、図２に示すように、タブ端子圧延部の圧延面４と面取り加工面６とが接する点の角度θを意味する。

また、図２に示すように、圧延面の長さをL、幅をWとした場合に、圧延面の平坦部分の長さ（Ｌ’）が０．５０Ｌ〜０．９５Lであり、圧延部側面の平坦部の長さ（Ｗ’）が０．０３Ｗ〜０．８０Ｗであることが好ましく、Ｌ’が０．６５Ｌ〜０．９０Ｌ、かつＷ’が０．３Ｗ〜０．７０Ｗであることがより好ましい。圧延面の平坦部分の長さと圧延部側面の平坦部の長さを上記範囲、すなわち、面取り加工の程度を上記範囲になるように行うことにより、より一層電極箔の破損を防止しつつ電解コンデンサーの素子体積効率を向上させることができる。すなわち、圧延部の平坦部分長さ（Ｌ’）が、０．５０Ｌよりも小さいと、電極箔をタブ端子の圧延面に圧着する際に、カシメを充分に行うことができなくなり、素子の接触抵抗が増加する。一方、Ｌ’が０．９５Ｌを超えると、電極箔の巻き数を従来程度にしかできず、静電容量の向上が不十分となる。また、圧延部側面の平坦部長さ（Ｗ’）が、０．０３Ｗよりも小さいと、プレス加工により圧延部を形成する際に、上下の金型プレス用パンチ同士が接触してパンチ欠けが発生するおそれがある。一方、Ｗ’が０．８０Ｗよりも大きいと、電極箔の巻き数が従来程度にしかできず、静電容量の向上が不十分となる。

本発明の電解コンデンサーは、図１に示したような形状を有するものの他、図３に示しように、圧延部２’の位置が丸棒部１’の中心からずれたもの（偏心型タブ端子）も存在する。このような偏心型のタブ端子は、主として小型電解コンデンサーに好適に使用されるものであり、一対のタブ端子としてコンデンサー素子を作製する際に、圧延部間の距離を通常のタブ端子よりも広くとることができるため、体積素子効率を高めることができるものである。

このような、偏心型のタブ端子にあっては、図４に示すように、コンデンサー素子の中心側を向く圧延面４Ａと、コンデンサー素子の外周側を向く圧延面４Ｂとで、異なった面取り加工を施すことが好ましい。具体的には、圧延部の一方の側の圧延面の平坦部長さ（Ｌ’’）が、０．５０Ｌ〜０．９０Ｌであり、他方の側の圧延面の平坦部長さ（Ｌ’’’）が、０．５０Ｌ〜０．９５Ｌであることが好ましい。偏心型のタブ端子は小型電解コンデンサーに使用されるため電極箔をタブ端子に巻回した際の曲率半径が小さい。従って、タブ端子の圧延部と電極箔とに間に隙間が生じるため、素子の体積効率が低下する。本発明においては、図４に示すように、Ｌ’’’をＬ’’よりも長くすることにより、より小さな曲率半径で電極箔を巻回することができ、それにより、素子体積効率が高い小型化電解コンデンサーを実現できる。Ｌ’’は、０．６５Ｌ〜０．８５Ｌであることがより好ましく、また、Ｌ’’’は、０．７０Ｌ〜０．９０Ｌであることがより好ましい。

圧延部は、その厚み（Ｗ）が、０．１５〜０．７０ｍｍであるであることが好ましい。このように、従来のタブ端子の圧延部よりも厚みを薄くすることにより、電極箔のカシメ性、すなわち、電極箔を高張力でタブ端子の圧延部に巻回することができる。また、このように高張力で電極箔を巻回することにより、タブ端子の圧延部と電極箔との接触抵抗が減少する。圧延部の厚みが７０ｍｍを超えると、カシメ性が不良となり、一方、０．１５ｍｍ未満では、圧延部の強度が低下して、タブ端子を搬送する際や電極箔を圧着する際に、圧延部を破損してしまう。

さらに、本発明の電解コンデンサー用タブ端子にあっては、面取り加工面６と圧延部面４との境界部分Ｒ１、および面取り加工面６と圧延部側面５との境界部分Ｒ２にアール形状加工が施されてなることが好ましい。図５に示すように、圧延部断面の八箇所のエッジ部分（Ｒ１〜Ｒ８）をアール形状とすることにより、さらに、電極箔の破損を防ぐことができる。また、このように圧延部断面のエッジ部分をアール形状とするとこにより、エッジ部分と電極箔との接触抵抗が低減され、コンデンサーの高周波特性がより一層改善される。このようにエッジ部分をアール形状とすることにより接触抵抗が低減されることは予期せぬものであった。その理由は定かではないが、以下のように考えられる。すなわち、金属のエッジ部分には電荷が集中する傾向にあり、そのエッジをなくすことにより電荷密度が均一になると考えられる。そのため、圧延部の断面のエッジ部分（Ｒ１〜Ｒ８）をアール形状とすることにより、漏れ電流が低減され、その結果、端子と電極箔との接触抵抗が小さくなるものと推測される。

アール形状の曲率半径は、圧延部の厚み（Ｗ）を１とした場合に、０．０１〜０．８５であることが好ましい。このような曲率半径を有するアール加工を各エッジ部分７に施すことにより、電極箔がより破損しにくくなる。また、エッジ部分と電極箔との接触抵抗がより一層低減され、コンデンサーの高周波特性が改善される。となる（曲率半径を所定値にする意義をお教え下さい）。

次に、本発明の電解コンデンサー用タブ端子の製造方法について説明する。

図６は、本発明の電解コンデンサー用タブ端子を製造する装置の一例を示した正面図である。

受け台１１は基礎１２に固定されており、その受け台１１の上方に、パンチ１３が設けられており、両者が向き合うように配置されている。

受け台１１とパンチ１３の中間に、昇降台１５が設けられており、その昇降台１５には切断装置１４が設置されている。昇降台１５は、基礎１２から垂直に立つ支柱１６に摺動自在に挿通されている。そして、パンチ１３は、昇降台１５に設けた垂直方向の通孔１７に挿通されている。パンチ１３は、パンチ昇降台１８と連動して上下運動を行い、パンチ昇降台１８は、支柱６に摺動自在に挿通されている。

昇降ロッド１９の下端はパンチ昇降台１８に連結されており、上端は駆動源（図示しない）に接続されている。そして、パンチ１３をパンチ昇降台１８と共に上昇したり下降したりする。

カム２０には、これに長さ調節自在のねじロッド２１のロール２２が押し当てられると共に、ねじロッド２１が昇降台１５に連結されており、これらにより切刃反転位置調整機構が構成されている。

切断装置１４は、図７の詳細図に示すように、パンチ１３と受け台１１の左右に切込み用切刃２３と切除用切刃２４を、上下接近した位置に一体的に組み付けて構成する。

切込み用切刃２３は、図１２の拡大図でいっそう明らかなように、そのエッジに切欠き部ｐを形成する。

そして昇降ロッド１９を駆動してパンチ昇降台１８を下降すると、受け台１１に置いたアルミ頭部ｂの上にパンチ１３が下り、アルミ頭部ｂを押しつぶし所定の厚みに扁平にする（図８）。

パンチ１３の先端は、図７に示すような所定の形状を有し、また、受け台１１の先端もパンチ１３の先端と対応した所定形状を有している。したがって、圧扁されたアルミ頭部（圧延部）は、図２に示すように、その四隅が面取り加工された形状となる。

次に、カム２０により切断装置１４が下がって、切込み用切刃２３がパンチ１３の外にはみ出た部分に切り込んで止まり、はみ出し部に切込み線を刻み込む（図９）。

その後、切断装置１４だけ反転上昇し、切込み用切刃２３が上に離れると同時に下の切除用切刃２４がパンチ１３の先端より上方に上がって、はみ出し部を切込み線より切り離し切除する（図１０）。切除したアルミのカスはエアで吹き飛ばす。

次に、パンチ１３も上昇して受け台１１の上方を開放し、製品のタブ端子を取り出す（図１１）。

ところで、パンチ１３と切断装置１４の相互のタイミングとストロークであるが、図面に示した製造装置の一例では、ねじロッド２１の長さを調整してこれを行う。

こうしてタイミング等を調節したパンチ１３と切り込み用切刃２３の位置関係を、図１２〜１４に拡大して示す。

パンチ１３が下降してアルミ頭部が所定の湾曲形状の厚みに形成されると、次に切り込み用切刃２３が下がり出し、図１２から図１３の状態になる。

図１２で切込み用切刃２３がはみ出し部に当り、はみ出し部を図１３のように押し下げるので、パンチ１３と受け台１１の間に挟まれた部分とはみ出し部の境界付近が引っ張られる。

引き続き、パンチ１３が、図１２の当り始めの位置よりエッジの切欠き部ｐの深さだけ下がると、切欠き部ｐの端のエッジがはみ出し部に切り込み始める
切刃２３がさらに圧延部の厚みの半分ぐらいに下がって深く切り込むと、いままで切らずに引っ張られた部分が切れて、そのためにスプリングバックという現象が起こり、引っ張られていた部分がパンチ１３側に引き戻されて、切刃２３と圧延部の間に隙間ｔを生じる（図１４）。

こうして出来た隙間のために、切刃２３が上昇に転じるとき、切刃２３は圧延部の周縁を引っ掛けることがない。したがって、返りバリが発生しない。

ここで図１５に示すように、パンチ１３のパンチ面のエッジ内側をアール２５に形成すると、図５に示すように、タブ端子の圧延部断面のエッジ部分（Ｒ１〜Ｒ８）を同じアールに形成できる。

１．タブ端子の作製
φ１．５ｍｍのアルミニウムからなる丸棒と、φ０．６ｍｍのＣＰ線とを溶接し、図６に示す装置を用いて、丸棒部の一部にプレス加工を施すことにより、電解コンデンサー用タブ端子を作製した。この際、製造装置の上下パンチ形状を変えることによりタブ端子圧延部の断面寸法を調整した。

また、上記と同様の丸棒およびＣＰ線を用いて、偏心型の電解コンデンサー用タブ端子を作製した。上記と同様に製造装置の上下パンチ形状を変えることにより、タブ端子の圧延部の断面寸法を調整した。

得られたタブ端子圧延部の断面形状は、下記表１に示される通りであった。

２．タブ端子の評価
（１）素子体積効率の評価
上記で得られた実施例１、２および比較例１の一対のタブ端子に、厚さ１００μｍの電極箔／電解紙の一端をステッチングして固定して巻回ししてコンデンサー素子を作製した。アルミ箔の巻回量は、コンデンサー素子を組み込むアルミケース（φ１０ｍｍ）に挿入できる限界の大きさ（直径）になるまでとした。

上記と同様にして実施例３、４および比較例２の一対のタブ端子に、厚さ９０μｍの電極箔／電解紙の一端をステッチングして固定して巻回ししてコンデンサー素子を作製した。アルミ箔の巻回量は、コンデンサー素子を組み込むアルミケース（φ５ｍｍ）に挿入できる限界の大きさ（直径）になるまでとした。

得られた各コンデンサー素子の断面を、拡大鏡にて観察し、アルミケースの断面の面積に対するアルミ箔の面積の割合を算出した。

評価結果は、下記表２に示される通りであった。

（２）電極箔のクラック評価
コンデンサー素子の断面を切断し、切断面を拡大鏡で観察することにより、タブ端子付近で発生する電極箔のクラックの有無を調べた。結果は下記表２に示される通りであった。

また、上記で作成した各コンデンサー素子について、断面を拡大鏡で観察することにより、タブ端子に巻回したアルミ箔の隙間面積を算出した。その結果、本発明のタブ端子によれば、従来のタブ端子（比較例１および２）に比較して、隙間面積が約２５％程度減少していた。また、本発明のタブ端子を用いた場合、高密度で電極箔を巻回しても電極箔の破損がなく、高品位な電解コンデンサーが得られた。

本発明のタブ端子の斜視図である。 本発明のタブ端子のＡ−Ａ’断面を示した断面図である。 本発明の別の態様のタブ端子の斜視図である。 図３に示したタブ端子のＢ−Ｂ’断面を示した断面図である。 本発明の別の態様のタブ端子のＡ−Ａ’断面を示した断面図である。 本発明のタブ端子を製造する装置の一例を示したものである。 本発明のタブ端子の製造工程を順に示したものである。 本発明のタブ端子の製造工程を順に示したものである。 本発明のタブ端子の製造工程を順に示したものである。 本発明のタブ端子の製造工程を順に示したものである。 本発明のタブ端子の製造工程を順に示したものである。 図９の工程を拡大して更に詳細に示したものである。 図９の工程を拡大して更に詳細に示したものである。 図９の工程を拡大して更に詳細に示したものである。 図６に示す製造装置のパンチを拡大した図である。

符号の説明

１、１’丸棒部
２、２’圧延部
３ 引出線
４ 圧延面
５ 圧延部の側面の平坦部分
６ 面取り加工面
７ アール形状部分
１１ 受け台
１３ パンチ
１４ 切断装置
１５ 昇降台
１８ パンチ昇降台
１９ 昇降ロッド
２０ カム
２３ 切り込み用切刃
２４ 切除用切刃
ｂ アルミ頭部
ｐ 切欠き部

Claims (6)

1. 丸棒部と、この丸棒部を偏平状に加工した圧延部と、丸棒部に溶接された引出線とからなる電解コンデンサー用タブ端子を製造する方法であって、
   パンチ面のエッジ内側をアールに形成した受け台及びパンチにより、前記丸棒部の頭部を偏平状に押しつぶし、
   前記丸棒部の頭部の、前記パンチ面からはみ出した部分を、切込み用切刃と切除用切刃とが上下接近した位置に一体的に組み付けられた切断装置を用いて、切断装置の上側に設けられた切込み用切刃で、切込み線を刻み込み、次いで、
   前記切り込み線が刻まれたはみ出した部分を、切断装置の下側に設けられた切除用切刃で切り離して切除して、圧延部を形成する、
   ことを含んでなり、
   前記切込み用切刃には、そのエッジに切欠き部が設けられており、前記圧延部の形成により、圧延部の矩形断面の四隅に前記圧延部の圧延面に対して１５０〜１７３度の角度を有する面取り加工が施される、電解コンデンサー用タブ端子の製造方法。
2. 前記圧延部の圧延面の長さをＬ、幅をＷとした場合に、圧延面の平坦部分の長さが０．５０Ｌ〜０．９５Lであり、圧延部側面の平坦部の長さが０．０３Ｗ〜０．８０Ｗである、請求項１に記載の方法。
3. 前記圧延部の一方の側の圧延面の平坦部長さが、０．５０Ｌ〜０．９０Ｌであり、他方の側の圧延面の平坦部長さが、０．５０Ｌ〜０．９５Ｌである、請求項２に記載の方法。
4. 前記圧延部の圧延面の幅（Ｗ）が、０．１５〜０．７ｍｍである、請求項２または３に記載の方法。
5. 前記面取り加工面と前記圧延部面との境界部分、および、前記面取り加工面と前記圧延部側面との境界部分にアール形状加工が施されてなる、請求項２〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記アール形状の曲率半径が、圧延部の厚み（Ｗ）を１とした場合に、０．０１〜０．８５である、請求項２〜５のいずれか一項に記載の方法。

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