JP4765103B2 - コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、複数の電極箔を積層して互いに電気的に接続した積層体を有するコンデンサに関する。

従来のコンデンサは、複数個の単板コンデンサを積み重ね、各単板コンデンサの陰極部を銀ペーストにより電気的及び機械的に接合した積層体を有しており、この積層体の単板コンデンサの側方に導出された陽極部同士の間にスペーサ（介在部材）を介装するとともに、陽極部の端面に、レーザ溶接によって形成される溶接部を設けることで、陽極部同士を互いに電気的（通電可能）に接続している（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−２０５９８４号公報（第３頁、第３図）

しかしながら、特許文献１に記載のコンデンサにあっては、溶接部によって陽極部（電極箔）同士を電気的（通電可能）に接続するため、レーザ溶接の際に発生する高熱が陽極部に伝達されてしまい、この高熱により陽極部に欠陥が生じる虞がある。またその他の溶接方法としては、導電性接着材や超音波溶接等があげられるが、導電性接着剤を用いる場合は、電極箔の材質を導電性接着剤と適合する材質にしなければならず、電極箔の材質が制限されてしまう。また超音波溶接を用いる場合には、電極箔が小型化された場合には、電極箔の積層体の溶接部分も小さくなり、超音波溶接の際の振動ストレスが電極箔の陽極部に箔割れが生じてしまう虞がある。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、コンデンサに用いられる積層体の電極箔同士を通電可能に接続する際に、電極箔への悪影響がなく、また信頼性の高い電気的接続を実現可能なコンデンサを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載のコンデンサは、
複数の電極箔を積層して互いに電気的に接続した積層体を有するコンデンサであって、
前記電極箔の表面には、融点温度よりも低い温度状態の金属粉末を超音速状態で噴き付けることで形成された金属皮膜が設けられるとともに、該金属皮膜を介して前記電極箔同士が互いに通電可能に接続されていることを特徴としている。
この特徴によれば、電極箔の表面に金属粉末の融点以下の低い温度により金属皮膜を形成できるため、製造の際に電極箔への悪影響がなく、また金属箔の表面に接続に安定的な金属皮膜を容易に形成可能となり、この金属皮膜を介して電極箔を接続する際に、超音波溶接、レーザ溶接の接続のためのエネルギーを少なくして接続可能となり、レーザ溶接、超音波溶接による電極箔の接続に際に、電極箔の陽極部への悪影響が低減される。また、接続に適した金属皮膜を形成することで、導電性接着剤と適合しない材質からなる電極箔を用いることができるようになり、電極箔の材質の制限が少なくなる。
尚、陽極箔のように表面に酸化皮膜がある電極箔であっても、金属粉末を超音速で噴き付けることで、その際の衝突力により金属粉末が酸化皮膜に食い込み、酸化皮膜を貫通させた状態で金属皮膜を形成できるので、この金属皮膜を介して容易に電極箔同士を接続可能となる。

本発明の請求項２に記載のコンデンサは、請求項１に記載のコンデンサであって、
前記電極箔の間には、導電性を有する介在部材が設けられるとともに、該介在部材と前記金属皮膜とが接続されることで、該介在部材を介して前記電極箔同士が互いに通電可能に接続されていることを特徴としている。
この特徴によれば、電極箔の間に介在部材を介して接続することで、電極箔の間の間隙によって接続時に生じる撓み等の不具合を防止できる。

本発明の請求項３に記載のコンデンサは、請求項１または２に記載のコンデンサであって、
前記金属皮膜には、平坦化処理によって形成された平坦面が設けられていることを特徴としている。
この特徴によれば、電極箔に平板状をなす介在部材などの他の部材を接続する際に、金属皮膜の表面に形成された平坦面に対して介在部材などの他の部材の表面を接続し易くなるとともに、互いの面同士を接着できるようになり、電極箔と介在部材などの他の部材とを強固に接着できる。

本発明の請求項４に記載のコンデンサは、請求項１ないし３のいずれかに記載のコンデンサであって、
前記金属皮膜が加熱処理されることで、前記金属皮膜が改質されていることを特徴としている。
この特徴によれば、金属皮膜を加熱処理することで、金属皮膜の改質を行い接続性に適する安定的な皮膜とすることができる。
尚、金属皮膜に対する加熱処理の温度は、その皮膜を構成する金属の融点以下が好ましい。

本発明の請求項５に記載のコンデンサは、請求項１ないし４のいずれかに記載のコンデンサであって、
前記金属粉末が、少なくともアルミニウム、銅、錫、鉄、チタンのいずれかの材質で形成されることを特徴としている。
この特徴によれば、アルミニウム、銅、錫、鉄、チタンなどの任意の材質を適宜選択することで、電極箔に対して接続される介在部材などの他の部材の材質に合わせて金属皮膜を形成できるようになり、電極箔と介在部材などの他の部材との電気的な接続をし易くなる。特に酸化されにくい材質、例えば銅を用いることで、電極箔同士をこの銅からなる金属皮膜を介して導電性接着剤で接続可能となり、レーザ溶接、超音波溶接等の場合に比べて、電極箔の陽極部への悪影響が低減されるとともに、製造工程も簡略化されるため好ましい。

本発明に係るコンデンサを実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下に説明する。

本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、先ず図１は、コールドスプレー装置を示す概略図であり、図２は、実施例１における積層体を示す斜視図であり、図３は、積層体を示す縦断側面図であり、図４（ａ）は、陽極箔に金属皮膜を形成した状態を示す側面図であり、図４（ｂ）は、金属皮膜に平坦化処理を施した状態を示す側面図であり、図４（ｃ）は、陽極箔同士をスペーサ部材を介して接着した状態を示す側面図であり、図５は、金属皮膜が形成された陽極箔を示す斜視図であり、図６は、スペーサ部材を介して陽極箔同士を接続する状態を示す斜視図であり、図７は、金属皮膜と外部端子との接続状態を示す側面図である。

図１の符号１は、融点温度よりも低い温度状態の金属粉末を超音速状態で噴き付ける装置としてのコールドスプレー装置であり、このコールドスプレー装置１は、作動ガスが充填された圧縮ガスタンク２と、金属粉末を供給するためのパウダーフィーダ３と、作動ガスを加熱するためのヒータ４と、作動ガスとともに金属粉末を噴出させるためのスプレーガン５と、を備えている。

図１に示すように、ヒータ４及びパウダーフィーダ３は、圧縮ガスタンク２と各々パイプ６，７を通じて連結されており、これらのパイプ６，７に設けられたバルブ８，９を操作することにより、圧縮ガスタンク２からヒータ４及びパウダーフィーダ３に供給される作動ガス量を調整できるようになっている。

パウダーフィーダ３内に充填された金属粉末は、ガスタンク２から供給された作動ガスによってスプレーガン５内部に供給されるとともに、ガスタンク２から供給され、かつヒータ４によって加熱された作動ガスがスプレーガン５内部に供給されるようになっている。

スプレーガン５には、先細末広形状のラバルノズル１０が形成されているとともに、スプレーガン５の内部には、作動ガスの流れを整えるための整流板１１が設けられている。このコールドスプレー装置１は、ガスタンク２から供給された作動ガスを２つに分け、その一方の作動ガスをヒータ４で５００℃程度まで加熱してスプレーガン５内に供給するとともに、他方の作動ガスをパウダーフィーダ３に供給してパウダーフィーダ３から金属粉末をスプレーガン５内に搬送するために用いるようになっている。

スプレーガン５内に供給された作動ガスは、ラバルノズル１０から外部に超音速状態のガス流として噴射されるようになっており、この超音速ガス流に含まれる金属粉末が超音速まで加速された状態でラバルノズル１０から外部に噴射される。尚、本実施例では、スプレーガン５から噴射される金属粉末の速度は、５５０〜８００ｍ／ｓ程度となっており、金属粉末に用いる材質などにより適宜噴射速度を変えられるようになっている。

また、パウダーフィーダ３内に充填される金属粉末の粒子径は、５〜５００ｎｍ程度となっており、金属粉末に用いる材質などにより、適宜粒子径を変えるようになっている。更に、パウダーフィーダ３内に充填される金属粉末の材質は、アルミニウム、銅、錫、鉄、チタンのいずれかの材質が用いられるようになっている。尚、これら複数の材質を混合して用いてもよい。

図３は、コンデンサなどに用いられる積層体１２の構造を模式的に示しており、この積層体１２は、本実施例における電極箔としての陽極箔１３を有している。この陽極箔１３は矩形状をなし、アルミニウムによって形成されている。陽極箔１３には、その表面にエッチング処理ならびに陽極酸化処理が成され、この陽極箔１３の略半分を覆うようにチオフェン、ピロール、アニリン等からなる固体電解質層を形成した陰極部１４と、残りの陽極箔１３同士を接続するための接続部となる。積層体１２には、複数枚の陽極箔１３が積層された状態で設けられている。

また、積層された陽極箔１３同士の陰極部１４には、前述の通りチオフェン、ピロール、アニリン等からなる固体電解質層が形成され、この固体電解質層の上に銀ペースト１５からなる陰極集電層が形成されているとともに、銀ペースト１５が積層された陽極箔１３の略半分を覆っている。

図２に示すように、１つの陽極箔１３は薄く、多数の陽極箔１３が積層された積層体１２は略長方体状をなしている。また、陽極箔１３が銀ペースト１５で覆われた部位には、陰極側の外部端子（図示略）が接続されるようになっているとともに、銀ペースト１５によって覆われていない陽極箔１３の接続部には、後述するように、陽極側の外部端子１６が接続されるようになっている（図３参照）。

図３に示すように、陽極箔１３同士の間に、本実施例における介在部材としての銅で形成されたスペーサ部材２１が配置されており、このスペーサ部材２１は陽極箔１３の接続部と通電可能に接続されている。尚、図３中における陽極箔１３の上面及び下面には、その全面に渡って陽極酸化処理によって形成された硬い酸化皮膜が設けられている。

酸化皮膜は絶縁性を有しており、単に陽極箔１３の接続部とスペーサ部材２１とを当接させただけでは、互いに電気的に接続できないようになっている。そこで、コールドスプレー装置１を用いて陽極箔１３の表面に金属皮膜１７を形成して陽極箔１３とスペーサ部材２１の電気的な接続を行う。

陽極箔１３の接続部とスペーサ部材２１との電気的な接続を行う際には、先ず図１に示すように、スプレーガン５の近傍に、陽極箔１３の接続部の上面をスプレーガン５に向けるように配置する。尚、本実施例では、パウダーフィーダ３内に銅で形成された金属粉末が充填される。

次に、バルブ８，９を開放することによって、作動ガスをパウダーフィーダ３及びヒータ４に供給し、パウダーフィーダ３及びヒータ４から作動ガス及び金属粉末が、スプレーガン５内に供給される。金属粉末は、ヒータ４により加熱された作動ガスの熱により加熱されるようになっているが、金属粉末（銅）の融点温度より低い温度で加熱される。そのため金属粉末が溶融されない状態、すなわち固体状態のままラバルノズル１０から外部に超音速状態で噴射されるようになっている。尚、金属粉末が固体状態のままラバルノズル１０から噴射されることで、液体状態の金属を噴射することと比較して金属粉末が飛散し難くなっている。

図４（ａ）及び図５に示すように、スプレーガン５から噴射された金属粉末は、陽極箔１３の上面に噴き付けられる。陽極箔１３の上面には、超音速状態で噴き付けられた金属粉末が成層されることで銅の金属皮膜１７が形成される。尚、陽極箔１３の下面にも同様の金属皮膜１７を形成するようになっており、陽極箔１３の上面及び下面の両面に金属皮膜１７が形成される。更に、積層体１２に用いられる全ての陽極箔１３に金属皮膜１７を形成する。

尚、金属粉末を噴き付ける際には、陽極箔１３の表面に、矩形状の孔部が設けられたマスキング部材（図示略）を配置するようにしてもよく、マスキング部材（図示略）を配置することで、金属皮膜１７を矩形状に形成できる（図５参照）。更に尚、マスキング部材（図示略）に設ける孔部の形状は、矩形状に限らず、円形状やその他の形状でもよく、孔部の形状に合わせて金属皮膜１７の形状を適宜変えることができる。

図４（ａ）に示すように、積層体１２の陽極箔１３の端部に形成された金属皮膜１７は、その表面が凸凹形状をなしている。また、金属皮膜１７が形成されるときに、金属粉末が超音速状態で陽極箔１３の表面、すなわち陽極箔１３の酸化皮膜に衝突され、その衝突力によって金属粉末が酸化皮膜に食い込むようになっており、酸化皮膜を貫通させた状態で金属皮膜１７を形成でき、金属皮膜１７と陽極箔１３を形成するアルミニウムとが通電可能に接続される。

本実施例では、陽極箔１３の表面に、融点温度よりも低い温度状態の金属粉末を超音速状態で噴き付けることで金属皮膜１７を形成しているため、溶接等の高熱を用いる作業と比較して、低い温度により金属皮膜１７を形成できるようになっており、積層体１２の製造の際に陽極箔１３への悪影響の虞がなくなる。また、金属粉末の粒子径が、５〜５００ｎｍであることにより、薄くて緻密な金属皮膜１７を形成でき、金属皮膜１７内を流れる電流の電気抵抗を低減できるようになっている。

そして、金属皮膜１７の形成後に、金属皮膜１７に対してレーザ照射等にて金属皮膜１７を加熱する加熱処理を行う。レーザ照射により金属皮膜１７を加熱することで、陽極箔１３を高熱に曝すことなく金属皮膜１７のみを加熱することができる。

また、金属皮膜１７に対する加熱処理の温度は、金属皮膜１７を構成する材質（銅）の融点以下の温度となっている。尚、加熱処理に用いる加熱手段は、レーザ照射のみならずヒータ等の他の加熱手段を用いてもよい。加熱処理後の金属皮膜１７は、金属皮膜１７を加熱処理によって、金属皮膜１７の改質が行われ、接続性に適する安定的な皮膜となる。

次に、加熱処理後の金属皮膜１７の表面を研削することにより、図４（ｂ）に示すように、金属皮膜１７の表面を平坦化する平坦化処理を行う。このように金属皮膜１７に対して平坦化処理を行うことで金属皮膜１７の表面に平坦面１７’が形成される。尚、本実施例では、金属皮膜１７に対して前述した加熱処理を行った後に平坦化処理を行っているが、平坦化処理を行った後に加熱処理を行うようにしてもよい。そして、図６に示すように、２枚の陽極箔１３同士の間にスペーサ部材２１を介在させた状態で互いに接着する。

図４（ｃ）に示すように、金属皮膜１７とスペーサ部材２１とを接着する際には、金属皮膜１７の平坦面１７’に導電性接着剤１８を塗布した後、スペーサ部材２１を金属皮膜１７の平坦面１７’に当接させることで接着するようになっている。本実施例では、スペーサ部材２１が銅で形成されており、このスペーサ部材２１との接着性を良好なものとするために、銅と適合する導電性接着剤１８が用いられている。

金属皮膜１７に平坦面１７’を形成することで、図４（ｃ）及び図６に示すように、陽極箔１３同士の間に平板状をなすスペーサ部材２１を接続する際に、金属皮膜１７の表面に形成された平坦面１７’に対してスペーサ部材２１の表面を接続し易くなるとともに、互いの面同士を接着できるようになり、陽極箔１３とスペーサ部材２１とを強固に接着できる。

スペーサ部材２１との接着に用いる導電性接着剤１８が、陽極箔１３を形成している材質であるアルミニウムとは不適合な導電性接着剤１８であっても、本実施例のように、コールドスプレー装置１によって陽極箔１３の表面に銅の金属皮膜１７を形成し、該金属皮膜１７を介してスペーサ部材２１を接着するようにすれば、陽極箔１３とスペーサ部材２１とを強固に接着することができる。

図２及び図３に示すように、陽極箔１３同士の間にスペーサ部材２１を介在させながら、陽極箔１３を積層して積層体１２を形成する。そして、最上面に配置された陽極箔１３の上面の金属皮膜１７に外端子１６を接続する。金属皮膜１７と外部端子１６とを接着する際には、金属皮膜１７の平坦面１７’に導電性接着剤１８を塗布した後、外部端子１６を金属皮膜１７の平坦面１７’に当接させることで接着するようになっている。本実施例では、外部端子１６がアルミニウムで形成されており、この外部端子１６の表面に前述のコールドスプレー装置１にて銅の金属皮膜を形成し、この外部端子１６の金属皮膜と前記陽極箔１３の接続部に形成された金属皮膜１７とを導電性接着剤１８にて接続することができる。なお、外部端子１６として銅を用いることもでき、この場合は、表面に前述のコールドスプレー装置にて金属皮膜を形成することなく、導電性接着剤にて前記金属皮膜１７と接続できる。

本実施例では、金属皮膜１７を介して導電性接着剤１８を陽極箔１３に塗布して陽極箔１３と、スペーサ部材２１及び外部端子１６とを接続できるため、陽極箔１３とスペーサ部材２１及び外部端子１６との接続作業が容易になり、かつ導電性接着剤１８と適合しないアルミニウム等の材質であっても陽極箔１３に用いることができるようになり、陽極箔１３の材質の改良によるコンデンサの性能の向上を図り易くなる。

また、本実施例では、コールドスプレー装置１に用いる金属粉末に銅を用いることで、陽極箔１３の表面に銅の金属皮膜１７を形成しているが、コールドスプレー装置１に用いる金属粉末は銅に限らず、アルミニウム、錫、鉄、チタンなどの材質を用いてもよく、アルミニウム、銅、錫、鉄、チタンなどの任意の材質を適宜選択して金属粉末に使用することで、陽極箔１３に対して接続されるスペーサ部材２１及び外部端子１６の材質や、スペーサ部材２１及び外部端子１６と接着するための導電性接着剤１８に適合する金属皮膜１７を陽極箔１３に形成できるようになり、陽極箔１３とスペーサ部材２１及び外部端子１６との電気的な接続をし易くなる。

図８は、実施例２における金属皮膜１７ａ，２０ａと外部端子１６との接続状態を示す側面図である。本実施例２では、先ずコールドスプレー装置１を用いて、アルミニウムで形成された陽極箔１３の上面に、アルミニウムの金属皮膜２０ａを形成する。その後、再びコールドスプレー装置１を用いてアルミニウムの金属皮膜２０ａの表面に、銅の金属皮膜１７ａを形成する。そして、この銅の金属皮膜１７ａの表面に導電性接着剤１８を塗布し、この導電性接着剤１８と適合する材質（銅）からなる外部端子１６を接続する。なお、前記銅の金属皮膜１７ａと外部端子１６との接続を導電性接着剤１８に代えて、レーザ溶接、超音波溶接、その他抵抗溶接等にて接続することもできる。この場合は、外部端子１６をアルミニウムで構成することもできる。

このようにすることで、同じアルミニウムで形成される金属皮膜２０ａと陽極箔１３との境界を消失させた状態で金属皮膜２０ａを形成でき、かつ導電性接着剤１８と適合する銅の金属皮膜１７ａを介して金属皮膜２０ａと外部端子１６と接続できるようになる。

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、前記各実施例では、コールドスプレーによる積層体の電極箔同士の接続をコンデンサとして、固体電解コンデンサを例示して説明してきたが、これに限らず、本発明は駆動用電解液を用いた電解コンデンサ、電気２重層コンデンサ、電気化学キャパシタなど、積層体を有する各種コンデンサ、キャパシタに適用できる。

また、前記各実施例では、陽極箔１３同士の間にスペーサ部材２１を介在させた状態で、陽極箔１３同士を電気的に接続しているが、本発明はこれに限ることなく、スペーサ部材２１を用いずに、陽極箔１３同士を金属皮膜１７を介して接続するようにしてもよい。

また、前記実施例では、金属粉末が超音速状態で陽極箔１３の酸化皮膜に衝突されるときの衝突力によって酸化皮膜に食い込み、酸化皮膜を貫通させた状態で金属皮膜１７を形成しているが、本発明はこれに限ることなく、陽極箔１３の接続部の酸化皮膜を除去したり、または陽極酸化処理の際にマスキング等にて該接続部に酸化皮膜が形成されないようにし、この接続部にコールドスプレー装置１を用いて金属皮膜１７を形成するようにしてもよい。

また、前記各実施例では、陽極箔１３の接続部にコールドスプレー装置１にて金属皮膜を形成した後、導電性接着剤１８で、陽極箔１３同士を接続しているが、本発明はこれに限ることなく、導電性接着剤１８に代えて、レーザ溶接、超音波溶接等を用いることができる。

コールドスプレー装置を示す概略図である。 実施例１における積層体を示す斜視図である。 積層体を示す縦断側面図である。 （ａ）は、陽極箔に金属皮膜を形成した状態を示す側面図であり、（ｂ）は、金属皮膜に平坦化処理を施した状態を示す側面図であり、（ｃ）は、陽極箔同士をスペーサ部材を介して接着した状態を示す側面図である。 金属皮膜が形成された陽極箔を示す斜視図である。 スペーサ部材を介して陽極箔同士を接続する状態を示す斜視図である。 金属皮膜と外部端子との接続状態を示す側面図である。 実施例２における金属皮膜と外部端子との接続状態を示す側面図である。

符号の説明

１ コールドスプレー装置
２ 圧縮ガスタンク
３ パウダーフィーダ
４ ヒータ
５ スプレーガン
６，７ パイプ
８，９ バルブ
１０ ラバルノズル
１１ 整流板
１２ 積層体
１３ 陽極箔（電極箔）
１４ 陰極部
１５ 銀ペースト
１６ 外部端子
１７，１７ａ 金属皮膜
１７’ 平坦面
１８ 導電性接着剤
２０ａ 金属皮膜
２１ スペーサ部材（介在部材）

Claims (5)

1. 複数の電極箔を積層して互いに電気的に接続した積層体を有するコンデンサであって、
   前記電極箔の表面には、融点温度よりも低い温度状態の金属粉末を超音速状態で噴き付けることで形成された金属皮膜が設けられるとともに、該金属皮膜を介して前記電極箔同士が互いに通電可能に接続されていることを特徴とするコンデンサ。
2. 前記電極箔の間には、導電性を有する介在部材が設けられるとともに、該介在部材と前記金属皮膜とが接続されることで、該介在部材を介して前記電極箔同士が互いに通電可能に接続されている請求項１に記載のコンデンサ。
3. 前記金属皮膜には、平坦化処理によって形成された平坦面が設けられている請求項１または２に記載のコンデンサ。
4. 前記金属皮膜が加熱処理されることで、前記金属皮膜が改質されている請求項１ないし３のいずれかに記載のコンデンサ。
5. 前記金属粉末が、少なくともアルミニウム、銅、錫、鉄、チタンのいずれかの材質で形成される請求項１ないし４のいずれかに記載のコンデンサ。

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