JP4810679B2 - コンデンサ - Google Patents

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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の端面に、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1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。また他の溶接方法としては、超音波溶接を用いることもできるが、この場合には、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、
前記電極箔の端部には、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、該金属皮膜によっ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、電極箔の端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、電極箔の端部を金属皮膜に対して均等の接合状態で接続でき、信頼性の高い電気的接続を得られる。
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、積層体に平板状をなす接続端子など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接続端子など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、積層体と接続端子などの部材とを強固に接着できる。
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、
前記積層体は、前記金属皮膜を介して接続端子と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、接続端子を金属皮膜に接続するだけで、積層体を形成する全ての電極箔に対して接続端子が通電可能な状態で接続されるようになり、接続端子と各々の電極箔との接続作業を簡素化できる。
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、
前記積層体の端部の一部に接続端子を配置した状態で、該積層体の端部と前記接続端子の表面とに渡って前記金属粉末を噴き付けることで前記金属皮膜が形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、電極箔同士の接続と、積層体と接続端子との接続を同時に行うことができ、コンデンサの製造工程が簡略化される。
本発明の請求項6に記載のコンデンサは、請求項1ないし5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接続端子など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、電極箔と接続端子などの部材との電気的な接続をし易くなる。
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2(a)は、金属皮膜の形成前の状態を示し、図2(b)は、金属皮膜の形成後の状態を示し、図2(c)は、外部端子が接続された状態を示しており、図3は、積層体を示す縦断側面図であり、図4(a)は、陽極箔の端部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、金属皮膜に外部端子を接着した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(a)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の接続部の端部には、後述するように、本実施例における接続端子としての陽極側の外部端子16が接続されるようになっている(図2(c)参照)。
図3に示すように、陽極箔13の接続部の端部は、各々の陽極箔13同士の端部が束ねられるようになっている。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、前述のように陽極箔13同士の端部を束ねただけでは、互いに電気的に接続できないようになっている。しかしながら陽極箔13の端部、すなわち図3中の陽極箔13の右側面には、酸化皮膜が形成されておらず、陽極箔13を形成するアルミニウムが露出されている。そこで、コールドスプレー装置1を用いて積層体12の陽極箔13の端部に金属皮膜17を形成して陽極箔13同士の電気的な接続を行う。
陽極箔13同士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、積層体12を、その陽極箔13同士が束ねられた端部をスプレーガン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2(b)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、積層体12の陽極箔13の端部に噴き付けられる。陽極箔13の端部には、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、金属粉末は全ての陽極箔13の端部に噴き付けられるようになっており、金属皮膜17は積層された陽極箔13の端部のほぼ全体に渡って形成される。
尚、金属粉末を噴き付ける際には、陽極箔13の端部に、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。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。金属皮膜17によって複数の陽極箔13同士が、互いに通電可能に接続される。
本実施例では、陽極箔13の端部に、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、薄い陽極箔13を用いて積層体12を形成しても、その全ての陽極箔13の端部を金属皮膜17に対して均等の接合状態で金属皮膜17を接続でき、金属粉末の融点以下の低い温度により金属皮膜17を形成できるため、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の接続部の端部に噴き付けると、陽極箔13の表面に形成された酸化皮膜にも衝突され、その衝突力によって金属粉末が酸化皮膜に部分的に食い込まれ、この食い込んだ金属粉末が陽極箔13のアルミニウム芯金と接続されるため、陽極箔13同士の接続の接触抵抗を低減させることができる。
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。更に、陽極箔13の端部に若干の欠損した部位が存在しても、噴き付けられた金属粉末が陽極箔13の欠損した部位に入り込むようになり、陽極箔13の端部の欠損部位が修復され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。
図4(c)に示すように、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。
金属皮膜17に平坦面17’を形成することで、図2(c)及び図4(c)に示すように、積層体12に平板状をなす外部端子16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’に対して外部端子16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、積層体12と外部端子16とを強固に接着できる。
外部端子16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の端部に銅の金属皮膜17を形成し、該金属皮膜17を介して外部端子16を接着するようにすれば、陽極箔13と外部端子16とを強固に接着することができる。
尚、外部端子16を金属皮膜17の一部に接続するだけで、積層体12を形成する全ての陽極箔13に対して外部端子16が通電可能な状態で接続されるようになり、外部端子16と全ての陽極箔13との接続作業を行えるようになり、陽極箔13と外部端子16との接続作業を簡素化できる。
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の端部に銅の金属皮膜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外部端子16などの部材の材質や、それらの部材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と外部端子16などの部材との電気的な接続をし易くなる。
図5は、実施例2における積層体12aを示す斜視図であり、図5(a)は、金属皮膜17aの形成前の状態を示し、図5(b)は、金属皮膜17aの形成時に外部端子16が接続された状態を示している。
図5(a)に示すように、金属皮膜17aを形成する前に、積層体12aの陽極箔13の端部に外部端子16を当接させた状態で配置する。そして、コールドスプレー装置1を用いて陽極箔13の端部及び外部端子16の表面に渡って金属粉末を噴き付け、陽極箔13及び外部端子16を覆うように金属皮膜17aを形成する。
図5(b)に示すように、金属皮膜17aを形成すれば、外部端子16が金属皮膜17aによって陽極箔13と通電可能に接続されるばかりか、陽極箔13同士も金属皮膜17aよって通電可能に接続される。本実施例2では、陽極箔13同士の接続作業と、陽極箔13と外部端子16との接続作業を1度の工程で同時に行うことができ、かつ実施例1のように導電性接着剤18を使用する必要もなくなり、コンデンサの製造工程が簡略化される。
図6は、実施例3における積層体12bを示す斜視図であり、図6(a)は、金属皮膜17bの形成前の状態を示し、図6(b)は、金属皮膜17bの形成時に外部端子16bが接続された状態を示している。
図6(a)に示すように、外部端子16bにおける積層体12bの陽極箔13に当接される部位には、矩形状の孔部19が形成されている。金属皮膜17bを形成する前に、外部端子16bの孔部19が形成された部位を、積層体12bの陽極箔13の端部に当接させた状態で配置する。そして、コールドスプレー装置1を用いて陽極箔13の端部及び外部端子16bの表面に渡って金属粉末を噴き付け、陽極箔13及び外部端子16bを覆うように金属皮膜17bを形成する。
図6(b)に示すように、金属皮膜17bを形成すれば、陽極箔13同士や外部端子16bが金属皮膜17bによって陽極箔13と通電可能に接続される。更に、外部端子16bの孔部19が形成されていることで、孔部19から露呈される陽極箔13の端部にも金属粉末が噴き付けられ、陽極箔13の端部の広い範囲に渡って金属皮膜17bが形成されるようになる。そのため陽極箔13と外部端子16bとを強固に接続できるようになっている。
図7は、実施例4における金属皮膜17c,20c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4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の端部に、アルミニウムの金属皮膜20c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20cの表面に、銅の金属皮膜17cを形成する。そして、この銅の金属皮膜17cの表面に導電性接着剤18を塗布し、この導電接着剤18と適合する材質(銅)からなる外部端子16を接続する。
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20cと陽極箔13との境界を消失させた状態で金属皮膜20c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17cを介して金属皮膜20cと外部端子16と接続できるようになる。なお、前記銅の金属皮膜17c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。
図8は、実施例5における金属皮膜17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5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の端部に、アルミニウムの金属皮膜20dを形成する。そして、このアルミニウムの金属皮膜20dの表面に外部端子16を当接させた状態で配置し、レーザ溶接、若しくは抵抗溶接等を用いて金属皮膜20dとアルミニウムからなる外部端子16とを接続する。
このようにすることで、レーザ溶接、若しくは抵抗溶接時に発生する高熱は、金属皮膜20dを加熱するようになっているが、金属皮膜20dにより高熱が吸収されるため、陽極箔13には高熱が伝わり難くなり、陽極箔13と外部端子16との電気的な接続の際に陽極箔13への悪影響の虞がなくなる。
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、コールドスプレー装置1による積層体12の陽極箔13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、表面に酸化皮膜を形成した陽極箔13同士の端部を束ね、この端部に金属皮膜を形成しているが、本発明はこれに限ることなく、陽極箔13の接続部に形成された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、この接続部の端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、表面に酸化皮膜を形成した陽極箔13同士の接続部の端部を束ね、この端部に金属皮膜を形成しているが、本発明はこれに限ることなく、例えば、前記陽極箔13同士の端部の間に、陽極箔13の端部に超音波溶接、レーザ溶接、導電性接着剤などにて接続されたアルミニウムや銅などの金属製のスペーサを挟み込むことで、前記電極箔間の隙間によって生じる撓みを無くし、このスペーサも含めて、陽極箔13の端部に金属皮膜を形成することもできる。
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り、(a)は、金属皮膜の形成前の状態を示し、(b)は、金属皮膜の形成後の状態を示し、(c)は、外部端子が接続された状態を示している。 積層体を示す縦断側面図である。 (a)は、陽極箔の端部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、金属皮膜に外部端子を接着した状態を示す側面図である。 実施例2における積層体を示す斜視図であり、(a)は、金属皮膜の形成前の状態を示し、(b)は、金属皮膜の形成時に外部端子が接続された状態を示している。 実施例3における積層体を示す斜視図であり、(a)は、金属皮膜の形成前の状態を示し、(b)は、金属皮膜の形成時に外部端子が接続された状態を示している。 実施例4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。 実施例5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
12,12a 積層体
12b 積層体
13 陽極箔(電極箔)
14 陰極部
15 銀ペースト
16,16b 外部端子(接続端子)
17,17a 金属皮膜
17b,17c 金属皮膜
17e 金属皮膜
17’ 平坦面
18 導電性接着剤
19 孔部
20c,20d 金属皮膜
20e 金属皮膜

Claims (6)

  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、
    前記電極箔の端部には、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、該金属皮膜によっ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に記載のコンデンサ。
  3. 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または2に記載のコンデンサ。
  4. 前記積層体は、前記金属皮膜を介して接続端子と接続されている請求項1ないし3のいずれかに記載のコンデンサ。
  5. 前記積層体の端部の一部に接続端子を配置した状態で、該積層体の端部と前記接続端子の表面とに渡って前記金属粉末を噴き付けることで前記金属皮膜が形成されている請求項1ないし4のいずれかに記載のコンデンサ。
  6. 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5のいずれかに記載のコンデンサ。
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