JP4736680B2 - 電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電解コンデンサ及びその製造方法に関するものであり、特に、レーザを照射することによって、電極箔の引出端子接続部位の酸化皮膜を所定量除去することで接続部の信頼性を向上させることができる電解コンデンサ及びその製造方法に関するものである。

従来、電解コンデンサを製造する際、例えば巻回型コンデンサの場合は、アルミニウムからなる芯金の表面にエッチング層と酸化皮膜層を有する電極箔に、引出端子をステッチ、コールドウェルド、超音波溶接などにより接続し、電極箔の間にセパレータを介して巻回又は積層してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子を駆動用電解液に含浸するとともに、外装ケースに収納して電解コンデンサを形成している。

このような電極箔のうち、低圧箔は、芯金が厚く、エッチング層上には薄い酸化皮膜層が形成されているのに対し、高圧箔では、芯金が薄く、エッチング層上に厚い酸化皮膜が形成されている。

このような電極箔と引出端子との接続においては、引出端子が、電極箔の表面にあるエッチング層や酸化皮膜層を超えて、電極箔の芯金部分と直接に接続されることが必要であるため、特に、酸化皮膜の厚い高圧箔では、電極箔と引出端子との接続状態の信頼性が劣っていた。

このような問題点を解決するため、従来から種々の提案がなされている。例えば、電極箔の引出端子接続部の酸化皮膜を、予め、プレスや研磨などによって機械的に除去したり、あるいはアークなどによって電気的に除去し、その除去部分に引出端子を加締め接続したものがある。

また、電極箔の引出端子接続部の酸化皮膜層及びエッチング層を、粗面性のある回転ローラにより電極箔を挟み込み、回転させたり、電極箔に超音波振動装置を接触させて粉砕するなどして予め除去し、その除去部分に引出端子を加締め接続したものがある。さらに、切削、研削、破壊、折り曲げ、ヒートショック等の方法を用いて、予め接続部に酸化皮膜を形成しないようにしたものがある。

しかしながら、これらの接続方法には、次のような問題点があった。
すなわち、酸化皮膜層をプレスや研磨などによって機械的に除去する方法や、酸化皮膜層及びエッチング層を回転ローラや超音波振動などによって機械的に除去する方法では、電極箔に除去治具を直接的に接触させて酸化皮膜層やエッチング層を除去しているため、接触時の機械的ストレスが、電極箔自体、例えば電極箔の芯金部分や除去部分近傍の酸化皮膜層及びエッチング層に加わることによって、損傷や歪み等が起こり、また前記除去治具の一部が電極箔に転写するなどにより、電極箔の信頼性を悪化させるという問題点があった。

また、酸化皮膜層及びエッチング層を機械的に除去した際に、除去部分にバリ等が発生し、バリを除去する工程を追加する必要が生じ、製造工程が煩雑化するといった問題点もあった。さらに、酸化皮膜層をアークによって電気的に除去する際、アークの投入エネルギーの調節やアーク放電位置の調節などのアーク放電現象の制御が困難であるため、例えば、小型品等のように電極箔の箔幅が狭く、除去範囲が限られているなど、特定箇所のみの除去には適していなかった。また、予め酸化皮膜を形成しないようにするには、マスキングなどを施す必要があり、工程が煩雑なものとなっていた。

そこで、本出願人は、先にレーザにより酸化皮膜を除去する方法を見出し、特許出願した（特許文献１参照）。しかし、特許文献１に示したようなレーザによる酸化皮膜層の除去では、酸化皮膜を除去した接続部とその周囲の酸化皮膜層との境界部分で、バリなどの凹凸が生じてしまうことがあった。
また、このバリを防止する方法として、本出願人は、所定のレーザを用いることで、バリを防止する方法を見出し、特許出願した（特許文献２参照）しかし、特許文献２に示したような所定のレーザを用いて酸化皮膜層を除去する場合、酸化皮膜層の厚みが比較的厚く、芯金部が薄いトンネルピット状からなるエッチング層を備えた高圧用の電極箔に適用する際には、酸化皮膜層を全て除去すると機械的強度が低下し、ステッチなどによる引出端子との接続の際に芯金が破断してしまう場合があった。
またこの厚い酸化皮膜層を除去する際には、レーザエネルギーを高めるため、このレーザの伝熱により電極箔の芯金部が溶融し、この溶融した芯金部が部分的に固まり欠損部が生じ、また除去面が凹凸となるなどの問題があった。

特開２００５−３９１３２号公報 特開２００６−１００５６１号公報

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、高圧用の電極箔であっても、芯金部の破断や欠損などがなく、機械的強度を備えかつ平坦化された、酸化皮膜を除去した接続部を形成し、引出端子との接続性を向上させた電解コンデンサ及びその製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明の電解コンデンサの製造方法は、表面に酸化皮膜を有するエッチング層を備えた電極箔に引出端子を接続し、この電極箔を、セパレータを介して巻回又は積層する電解コンデンサの製造方法において、前記電極箔の引出端子接続部位表面にレーザ光を照射することにより、エッチング層をその平均ピット深さの２０〜７０％が残存するように除去することを特徴としている。
このように、電極箔の引出端子接続部位表面のエッチング層をその平均ピット深さの２０〜７０％が残存するように除去することで、残存した酸化皮膜によって電極箔の引出端子接続部位の強度を維持でき、次工程の引出端子とのステッチなどの接続の際に、芯金の破断などなく、信頼性の高い接続が可能となる。また、レーザ照射時に、レーザ光が残存されるエッチング層に形成された酸化皮膜層によって遮断されるため、電極箔の芯金部に熱ストレスが加わりにくく、これにより、芯金部自体が溶融して欠損することがなく、引出端子を接続した際の信頼性が向上する。なお、エッチング層の残存部が７０％を超えると、残存する酸化皮膜の量が多く、この電極箔と引出端子との接続部の抵抗が高くなり、また２０％より低くなると、電極箔の芯金部が溶融して欠損部が形成されやすくなり、３０〜４０％の範囲が好適である。また、前記レーザ光は、パルスＹＡＧレーザ光を用いると好ましい。

また、本発明の電解コンデンサは、表面に酸化皮膜を有するエッチング層を備えた電極箔と、この電極箔に接続される引出端子と、この電極箔をセパレータを介して巻回又は積層した電解コンデンサにおいて、前記電極箔の引出端子接続部位表面におけるエッチング層の平均ピット深さは、元の平均ピット深さに対して２０〜７０％であることを特徴としている。
これによると、残存した酸化皮膜によって電極箔の引出端子接続部位の強度を維持でき、引出端子とのステッチなどによる信頼性の高い接続部が得られ、かつ酸化皮膜層の除去面の芯金部の破断や欠損などがなく平坦化された酸化皮膜の除去面を形成できる。なお、エッチング層の残存部が７０％を超えると、残存する酸化皮膜の量が多く、この電極箔と引出端子との接続部の抵抗が高くなり、また２０％より低くなると、電極箔の芯金部が溶融して欠損部が形成されやすくなり、３０〜４０％の範囲が好適である。そして酸化皮膜層の厚みが比較的厚く、芯金部が薄いトンネルピット状からなるエッチング層を備えた高圧用の電極箔であっても適用可能である。

本発明によれば、高圧用の電極箔であっても芯金部の破断や欠損などがなく、機械的強度を備えかつ平坦化された、酸化皮膜を除去した接続部を形成することができ、引出端子との接続性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る巻回型電解コンデンサ素子１の構成を示したものであって、巻回型コンデンサ素子１は、その最外側にセパレータ２が配置され、その内側に陰極箔３が積層される。この陰極箔３の内側にさらにセパレータ２が積層され、セパレータ２の内側に陽極箔４が積層される。また、巻回型電解コンデンサ素子１は、陽極箔４に陽極引出端子６が、また、陰極箔３に陰極引出端子５がそれぞれ接続されている。

そして、セパレータ２と陰極箔３、セパレータ２と陽極箔４とは先に述べた順序で積層され、陽極箔４を内側にして巻回され、巻終わり端が巻止めテープにて固定された巻回型構造とされている。なお、陽極箔４及び陰極箔３はアルミニウム箔で形成されている。

次に、図２に基づき、本発明の巻回型電解コンデンサの製造方法を説明する。
まず、陽極箔４としてアルミニウムなどの弁作用金属からなる金属箔に、表面に酸化皮膜を有するエッチング層８及びエッチング処理が施されていないアルミニウムからなる芯金部９が形成される。このエッチング層８は、高圧用として、金属箔をトンネルエッチング処理することで、トンネルピット状のエッチング層を形成し、その後化成処理により該エッチング層の表面に酸化皮膜層を形成したものである。この酸化皮膜層の厚みは、６００ｎｍ程度である。陰極箔３はエッチング処理が施されているが、必要に応じて酸化皮膜層が設けられる。

図２に示すように、陰極箔３又は陽極箔４の両電極箔７の上部にレーザ源２４を配置し、電極箔７とレーザ源１３の間にレンズ１２を配置する。そして、電極箔７の表面に形成された酸化皮膜を有するエッチング層８の所定の部位、すなわち、引出端子５，６を接続する部位１４に、レンズ１２を通過して集束されたレーザ光１１を照射して、電極箔７の酸化皮膜を有するエッチング層８を除去する。

この電極箔７のエッチング層８は、その平均ピット深さの２０〜７０％が残存するように除去される。図２に示すように、ｔ１を元のエッチング層８の平均ピット深さとし、ｔ２の平均ピット深さがｔ１に対して２０〜７０％残存するようにエッチング層８をレーザにより除去する。
このように、少なくとも２０％以上エッチング層を残存させることで、該残存したエッチング層に設けられた酸化皮膜によって、電極箔７の引出端子接続部位１４の強度を維持でき、次工程の引出端子５，６とのステッチ接続の際に、芯金の破断などなく、レーザ照射時に、レーザ光が残存されるエッチング層８に形成された酸化皮膜によって遮断されるため、電極箔７の芯金部９に熱ストレスが加わりにくく、これにより、芯金部自体が溶融して欠損することがなく、平坦な接続部１４を形成することができる。
なお、エッチング層８の残存部が７０％を超えると、残存する酸化皮膜の量が多く、この電極箔７と引出端子５，６との接続部１４の抵抗が高くなり、この好ましくない。好適な残存範囲は３０〜４０％である。

なお、照射するレーザ光としては、例えば、パルス幅が１０００ｎｓｅｃ以下、より好ましくは２００〜３００ｎｓｅｃ、波長１０６４ｎｍ程度、レーザパワー１５Ｗ程度のパルスＹＡＧレーザマーカを用いることが好ましい。

このパルス幅が１０００ｎｓｅｃ以下のレーザ装置により照射されるレーザエネルギーは、パルス幅がこの範囲より高いレーザ装置に比べて、短時間に照射部分の加熱が可能となる。従って、電極箔７の引出端子接続部位１４にレーザを照射した際に、接続部位以外の電極箔７へのレーザ照射熱などによる悪影響を及ぼすことが少なく、図２に示すように、良好な接続部１４を形成することができる。なお、電極箔７のエッチング層８をレーザ照射により除去する際に、電極箔７を冷却することで、レーザの熱エネルギーが電極箔８の芯金部９に加わることを低減させることもできる。

このようにエッチング層８が除去された接続部１４には、図３に示すように、引出端子５，６が超音波溶接、加締め、コールドウェルド、スポット溶接、レーザなどの方法により接続される。陰極箔３、陽極箔４にそれぞれ引出端子５，６が接続された後、セパレータ２を間に介在して巻回され、巻終わり端が巻止めテープにて固定されて巻回型の電解コンデンサ素子１が形成される。このコンデンサ素子１は、外装ケースに収納され、前記引出端子５，６を封口部材に貫通させるとともに、該封口部材によって外装ケースの開口端を封止してあるみ電解コンデンサとなる。なお、前記引出端子５，６は、直接外部に引き出しても良く、また別途封口部材に設けた外部端子と接続させて外部に引き出すこともできる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
例えば、上記の実施形態では巻回型電解コンデンサについて説明したが、陰極箔に陰極用引出端子を接続し、陽極箔に陽極用引出端子を接続し、電極箔間にセパレータを介在して電極箔を交互に複数重ね合わせた積層型電解コンデンサにも適用することもできる。

また、本発明において、レーザ源１３からのレーザ光１１をレンズ１２により集束させて所定部位に照射する際に、レンズ１２の形状や照射距離を変えることで照射するレーザ光１１の面積やレーザエネルギーを容易に変更することができる。

さらに、レーザ光１１を照射する際に、ヘリウムガスやアルゴンガスなどの不活性気体を所定部位に吹き付けると、電極箔の接続部分の表面状態が良好となる。
また、エッチング層８の引出端子接続部分にカーボン層を設けて、そのカーボン層にレーザ光１１を照射すると、酸化皮膜及びエッチング層８の熱吸収が高められるので、加熱溶融を促進させることができる。あるいは、まずレーザ光１１を照射することにより少なくとも酸化皮膜層を一部溶融した後、その表面にカーボン層を設け、さらにレーザ光１１を照射することで加熱溶融の速度を上げることもできる。

巻回型アルミ電解コンデンサ素子の構成を示す斜視図である 本発明による巻回型アルミ電解コンデンサの製造工程を示す概念図である 本発明による巻回型アルミ電解コンデンサの製造工程を示す断面図である 従来のアルミ電解コンデンサの製造工程を示す断面図である

符号の説明

１ 巻回型電解コンデンサ素子
２ セパレータ
３ 陰極箔
４ 陽極箔
５ 陰極引出端子
６ 陽極引出端子
７ 電極箔
８ エッチング層
９ 芯金部
１０ 凹凸
１１ レーザ光
１２ レンズ
１３ レーザ源
１４ 接続部

Claims (4)

1. 表面に酸化皮膜を有するエッチング層を備えた電極箔に引出端子を接続し、この電極箔を、セパレータを介して巻回又は積層する電解コンデンサの製造方法において、
   前記電極箔の引出端子接続部位表面にレーザ光を照射することにより、エッチング層をその平均ピット深さの２０〜７０％が残存するように除去する電解コンデンサの製造方法。
2. 前記レーザ光は、パルスＹＡＧレーザ光である請求項１に記載の電解コンデンサの製造方法。
3. 表面に酸化皮膜を有するエッチング層を備えた電極箔と、この電極箔に接続される引出端子と、この電極箔をセパレータを介して巻回又は積層した電解コンデンサにおいて、
   前記電極箔の引出端子接続部位表面におけるエッチング層の平均ピット深さは、元の平均ピット深さに対して２０〜７０％である電解コンデンサ。
4. 前記電極箔のエッチング層は、トンネルピット状である請求項３に記載の電解コンデンサ。