JP4874511B2 - 電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電解コンデンサの製造方法に関するものであり、特に、レーザー照射によって電極箔同士の接続部となる突出部における酸化皮膜層を非接触に除去することにより、安定した接続状態を達成した電解コンデンサ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、例えば積層型電解コンデンサの場合は、表面にエッチング層と酸化皮膜層が形成され、端部に接続部として突出部を設けたアルミニウムよりなる陽極箔と、表面にエッチング層と、適宜選択されて酸化皮膜層が形成され、端部に接続部として突出部を設けたアルミニウムよりなる陰極箔とを、間にセパレータを介して、互いの突出部が接触しないように、複数層積層して積層型電解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た（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−３２６３４０号公報（全頁、全図）

しかしながら、積層型電解コンデンサにおいて、電極箔の突出部同士の接続をする際には、各電極箔の表面には酸化皮膜層が設けられており、この酸化皮膜層は、近年の小型大容量化の要求の中、電極箔の高倍率化、つまりより深いエッチングとなりかつ微細化されており、この高倍率化されたエッチング層上に形成された絶縁性を有する酸化皮膜層が、電極箔の突出部同士の接続部間に介在しているため電極箔の電気的接続性に悪影響を与え、しかも積層された電極箔の枚数が多くなるほど、電極箔同士の電気的接続性にさらに悪影響を与えてしまう。

そこで、各電極箔の接続を良好にするには、前記酸化皮膜層が接続される電極箔の突出部の間に存在しない状態、つまり電極箔の地金部分と直接に接続されることが、良好な接続状態、つまり接触抵抗を低減でき、かつ接続強度を高められることを見出した。

本発明に係る電解コンデンサの製造方法において、表面に酸化皮膜層及びエッチング層を有し、端部に突出部を有するアルミニウム電極箔の前記突出部上に形成された前記酸化皮膜層を前記エッチング層も含めて除去し、除去部分の表面に平坦状にアルミ地金を露出させて、該電極箔とセパレータとを交互に複数層積層し、前記突出部を互いに接続する。

酸化皮膜層の除去方法としては、プレス、研磨、回転ローラや超音波振動などによる機械的除去方法や、アークによる電気的除去が挙げられるが、この機械的除去方法では、電極箔に直接的に除去治具を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、電極箔自体に、例えば電極箔の地金部分や該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可能性があり、さらには酸化皮膜層及びエッチング層の機械的除去をした際に、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場合もあり、またアークによる電気的除去方法では、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、例えば小型品などの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いことより、酸化皮膜層を除去する際に除去治具を直接酸化皮膜層に接触することなく非接触にて除去可能となり該機械的ストレスの印可による損傷や歪みがなく、またバリ等の発生がなく、安定した電極箔同士の接触状態を達成可能なレーザー照射による酸化皮膜層の除去方法を使用することが好ましい。

また、レーザー照射により、少なくとも酸化皮膜層を除去する際、２台のレーザー装置を使用して、両面同時に除去してもよく、または１台のレーザー装置を使用して片面除去後裏返してもう片面を除去してもよい。なお、レーザー照射により、片面の酸化皮膜層を除去するのみでもよい。

さらに、レーザー照射をする際に、不活性気体を前記除去部分に吹き付け、加熱蒸発されずに残った溶融物を吹き飛ばして除去してもよい。また、レーザー照射を複数回行い、段階的に酸化皮膜層を除去してもよいし、レーザー照射する際に、該除去予定部分に予めカーボンを配してもよい。さらに、電極箔の突出部を、摩擦撹拌溶接により接続することが好ましい。

以上説明したように、本発明によれば、積層型コンデンサにおいて、電極箔の酸化皮膜層を除去することによって、前記酸化皮膜層を超えて電極箔の地金部分と直接に接続されるため、良好な接続状態、つまり接触抵抗を低減でき、かつ接続強度を高めることができる。

また、酸化皮膜層をレーザー照射により非接触にて除去することによって、電極箔の除去部分には、機械的に酸化皮膜層やエッチング層を除去した際に生じるバリ等が発生しなくなる。

また、本発明により、電極箔の地金部分や除去部分近傍の酸化皮膜層やエッチング層に、該機械的な除去方法によるストレスが印可されることがなくなったため、電極箔自体に歪みや損傷が起きなくなり、また機械的な除去を行う際に電極箔に直接接触する除去治具の一部が電極箔に転写するなどによる電極箔への悪影響がなくなり、状態も良好になり、さらに安定した引き出し端子と電極箔との接続状態を達成することができる。

さらに、互いに重ね合わせてまとめられた電極箔の接続部の少なくとも酸化皮膜層を除去するに際し、小型品などの箔幅が狭く接続部が限られている場合や、酸化皮膜層やエッチング層の厚みが製品によって異なる場合、レーザー照射の際にレーザー光の照射面積やレーザーエネルギーを調整することで、容易に対応して除去することが可能となる。

これらの結果、積層型電解コンデンサにおいて、電極箔の接続部におけるアルミ地金の接合性が向上する。

さらに、除去部分にバリ等が発生しなくなったため、該バリを除去する工程が不要になり、製造工程が簡単になったため、コスト削減が実現できる。

レーザー照射による除去部分の表面状態が良くなったことにより、接触部に付加容量が発生しない高品質のコンデンサの製造が可能になり、歩留まりが向上する。

レーザー照射により除去することによって、溶接時の精度が要求されない低精度な溶接機でも高品質な製品を製造できるようになり、高精度な溶接機が不要となったため、コスト削減が実現できる。

レーザー照射により除去することによって、除去部分の形状の精度が上がり、不要な部分のレーザー照射を省くことが可能となったため、製造工程時間を短縮でき、またレーザーを使用する時間の短縮にもつながったため、コスト削減の実現とさらには環境問題対策に貢献できる。

また、レーザー照射する際に、不活性気体を除去部分に吹き付けることにより、加熱蒸発されずに溶融物が残った場合でも該溶融物を除去するため、該除去部分の表面状態が良好となって、接触が良くなり、高品質のコンデンサの製造が可能になる。

レーザー照射を複数回行い、少なくとも酸化皮膜層を段階的に除去することによって、所望の深さまで除去することが可能になる。

さらに、本発明による、レーザー照射の際に酸化皮膜層やエッチング層の表面にカーボン層を設けることによって、各層の熱吸収を高め加熱蒸発を促進させて容易に除去することが可能になる。

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。

本発明に係る積層型電解コンデンサについて、図１，２，３，４を用いて説明する。

この積層型電解コンデンサ素子２において、図１に示すように、陽極箔６、陰極箔８がセパレータ４を介して交互に積層し、該突出部１０，１２を陽極用、陰極用として別々に揃えて、それぞれ溶接する。

各電極箔６，８では、アルミ地金１６上に酸化皮膜層１８及びエッチング層が形成されている。各電極箔６，８の一端部に突出部１０，１２をそれぞれ設け、陽極箔６の突出部１０を一方の辺の角部近傍に突出させ、陰極箔８の突出部１２は前記突出部１０と同一辺の隣り合う他の角部近傍に突出させる。前記突出部１０，１２に相当する部分の酸化皮膜層１８をレーザー光２０により除去し、陽極箔６の突出部１０同士、陰極箔８の突出部１２同士をそれぞれ摩擦撹拌溶接により接続する。

図２，３を参照して、積層型電解コンデンサの製造方法を説明する。

まず、アルミニウムなどの弁作用金属からなる金属箔の両面にエッチング処理及び化成処理により酸化皮膜層１８及びエッチング層を形成し、突出部１０又は１２を設けて方形に打ち抜き、陽極箔６及び陰極箔８とする（図２（ａ））。なお陰極箔への酸化皮膜層の形成は適宜選択できる。

この電極箔について図３では陽極箔を例にとって示すが、陽極箔の上部と下部にレーザー源２４をそれぞれ配置し、該陽極箔６と該レーザー源の間にレンズ２２を配置する。上下両側のレーザー源２４から陽極箔６にレーザー光２０を照射する。このレーザー照射によって前記突出部１０両面の酸化皮膜層１８を除去し（図３（ａ））、エッチング層も除去すると、該突出部１０は両面ともアルミ地金１６が露出した接続部３６となる（図２（ｂ））。なお酸化皮膜層１８を除去する際にエッチング層も含めて除去するとこの除去部分の表面に平坦状にアルミ地金１６が露出するため好ましいが、少なくとも接続部３６における酸化皮膜層１８の一部分を除去して該除去部分の表面の一部にエッチング層を露出させればよい。陰極箔８の突出部１２の酸化皮膜層１８も同様に除去する。

この突出部１０のアルミ地金１６が露出した陽極箔６を一回り大きいセパレータ４に挟み込んで保持する。

陽極箔６とセパレータ４を重ね、さらに陰極箔８とセパレータ４を重ねてそれぞれを一体化する（図３（ｃ））。一体化した陽極箔６及びセパレータ４と、一体化した陰極箔８及びセパレータ４とを交互に複数回積層して、巻止めテープで固定する。その際、該陽極箔６の接続部３６同士の端部と、該陰極箔８の接続部３７同士の端部をそれぞれ揃え、該接続部３６，３７が互いに接触しないように積層する。その後、接続部３６同士をまとめて摩擦撹拌溶接にて溶接して接続し（図３（ｂ））、接続部３７同士も同様に接続して（図示せず）、積層型電解コンデンサ素子２を形成する。

その後、積層型電解コンデンサ素子２の前記接続部３６，３７を封口部材に設けた外部端子に取り付け、駆動用電解液に含浸させ、アルミニウムなどからなる有底角状の金属ケースに収納し、該封口部材にて封止して、積層型電解コンデンサが完成する。

実施例では、まとめられた陽極箔の接続部３６同士の溶接方法として摩擦撹拌溶接を用いているが、この摩擦撹拌溶接を詳しく説明すると、図３（ｂ）に示すように、陽極箔の接続部３６同士をまとめ、溶接台３２に配置し、該接続部３６の上方より回転するスターロッド２８の先端に設けられたプローブ３４が圧入され、プローブ３４の先端が下方に積層された陽極箔の接続部３６に達するとスターロッド２８が図の矢印方向に直線または蛇行して移動し、プローブ３４の回転により移動方向にある接続部３６のアルミニウム地金１６部分と一部残存した酸化皮膜層１８とエッチング層とが昇温されて軟化し、プローブ３４の移動方向に行くに従って撹拌されて固化し、陽極箔の接続部３６となるアルミニウム地金１６同士が強固に固相接続される。なお、陰極箔８の接続部３７も同様に接続される。以下、陽極箔６と陰極箔８についてまとめて電極箔として説明する。

ここで、スターロッド２８は、プローブ３４がスターロッド２８に先行するように移動方向に対して２〜５度の角度を持って圧入され、プローブ３４の長さはまとめられた電極箔の接続部３６，３７の下方に達する程度に設定されるのが好ましい。また摩擦撹拌溶接を行うに際し、まとめられた電極箔の接続部３６，３７の少なくとも一方側に、好ましくはスターロッド２８圧入側、さらに好ましくは双方に０．２から１．０ｍｍの厚みのアルミニウムなどの金属からなる補強板３０を配することが好ましい。これにより、まとめられた電極箔の接続部３６，３７の上方において、スターロッド２８のプローブ３４の圧入および回転により変形、破断が生じにくくなり、スターロッド２８の回転速度や、移動速度などのスターロッド２８による溶接時の制御が容易となる。

さらに摩擦撹拌溶接について詳細に述べると、まとめられた電極箔の接続部３６，３７に圧入されたプローブ３４を積層方向と直角方向に移動させ、つまりプローブ３４と当接する積層された全ての電極箔の接続部３６，３７全てを昇温、軟化、撹拌して固化させて強固に溶接を行うことができるため、スターロッド２８のプローブ３４の長さを変えることで、積層厚みにとらわれず、つまり数多く積層した場合でも安定して溶接が可能となる。これに対し他の溶接方法として、例えば超音波溶接やコールドウェルドでは、まとめられた電極箔の接続部３６，３７に対して接続治具を積層方向に溶接エネルギーを注入しているため、積層された接続部３６，３７同士は該溶接エネルギーにより接続されているものの、数多く積層した場合には、下方に積層された接続部は該溶接エネルギーが伝わりにくく、従って上方の接続部と下方の接続部での接続状態は不均一となることから積層枚数に限界がある。このため、積層型電解コンデンサの接続部の溶接には摩擦撹拌溶接が特に適している。そしてこの摩擦撹拌溶接では、まとめられた電極箔の接続部３６，３７においては、一部酸化皮膜層１８およびエッチング層が存在しても、プローブ３４により、該酸化皮膜層１８、エッチング層および電極箔の地金部分を含めて撹拌して溶接するため、接続部の接続状態は安定している。しかし、特に低圧品などに使用される電極箔は、形成された酸化皮膜層１８及びエッチング層は堅く溶接時のプローブ３４による昇温、軟化及び撹拌を行いにくい場合がある。そこで、可能である限り酸化皮膜層１８が存在しない状態、例えば電極箔の接続部３６，３７に形成された酸化皮膜層１８をレーザー照射や、研磨、プレス、超音波振動などにより除去して摩擦撹拌溶接を行うことが好ましく、特に、電極箔の接続部３６，３７において所定部分の酸化皮膜層１８を選択的に容易に除去できるレーザー照射による除去方法が好ましい。

ここで、図４は、積層型電解コンデンサ素子２の接続部３６，３７における、少なくとも酸化皮膜層１８をレーザー照射により除去した該除去部分の形状を示す。電極箔の接続部３６，３７の接続方法に基づき適宜除去部分の形状を設定している。例えば、図４（ａ）は重なり合う接続部３６，３７全体の酸化皮膜層を除去した場合を示し、これはステッチ、コールドウェルド、超音波溶接、摩擦撹拌溶接など、溶接方法にとらわれず容易に接続を可能とし、また、図４（ｂ）に示すように電極箔の接続部３６，３７の突出方向に酸化皮膜層１８を除去し、摩擦撹拌溶接の接続ラインに適合させたり、あるいは、図４（ｃ）に示すように電極箔の酸化皮膜層１８を間隔をもって点状に又は部分的に除去し、ステッチのステッチ針形状や配置間隔、コールドウェルドや超音波溶接の接触子の形状やその配置間隔に適合させたりすることもできる。このように特定の小スペースのみの除去を可能とするレーザー照射による除去方法を使用すると、各種溶接方法の接続部の形態に適合させて酸化皮膜層１８の除去が可能となり、また溶接方法に対し実際に接続される部分のみの酸化皮膜層１８を除去することで、最小限の部分的除去のみにて接続の安定性を確保することができる。なお、上記除去部分４２，４４は少なくとも接続部３６，３７における酸化皮膜層１８を部分的に除去したものであるが、他にも、互いに重なり合う電極箔の接続部３６，３７に、格子状又は放射状に、連続して又は間隔を持って部分的に酸化皮膜層１８を除去し、各種溶接方法による接続部３６，３７の少なくとも一部における酸化皮膜層１８を除去することで接続時に生じる接続強度や接触抵抗の悪化を防止することもできる。

本発明における駆動用電解液の成分としては、駆動用電解液の溶媒としてエチレングリコール、水、スルホラン、γ−ブチルラクトンなどを単独或いは混合溶液として使用し、溶質として酸の共役塩基をアニオン成分とするアンモニウム塩、アミン塩、環状アミジン化合物の四級塩、アニオン成分としてアジピン酸、安息香酸、フタル酸、ほう酸、１，６−デカンジカルボン酸などを用いている。

本発明において、酸化皮膜層１８及びエッチング層の除去に用いられるレーザーとしては、エキシマレーザー、ＹＡＧレーザー、ＣＯ_２レーザーが好適であるがこれに限定されるものではない。

本発明において使用されるセパレータ４は、クラフト紙、マニラ紙などの電解紙、不織布、フィルムやこれらの混合紙などから構成される。

本発明において用いられる溶接の手段としては、ステッチ、コールドウェルド、超音波溶接、摩擦撹拌溶接などがある。

本発明において、レーザー源２４からのレーザー光２０をレンズ２２により集束して除去部分に照射する際に，レンズ２２の角度を変えることで照射するレーザー光２０の面積やレーザーエネルギーを容易に変更することができる。

また、酸化皮膜層１８やエッチング層にレーザー光２０を複数回照射することにより、所望の深さまで除去可能となる。

本発明の他の実施の形態としてレーザー光２０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該除去部分に吹き付けると、加熱蒸発されなかった溶融物があった場合でも該溶融物を除去するため、電極箔の接続部３６の表面状態が良好となる（図示せず）。

また、本発明の他の実施の形態として、レーザー光２０を照射することにより少なくとも酸化皮膜層１８を除去する際に、除去部分の酸化皮膜層１８の表面にカーボン層を設けて、該カーボン層にレーザー光２０を照射することで、酸化皮膜層１８及びエッチング層の熱吸収を高め、加熱蒸発を促進させて容易に除去できる。または、まずレーザー光２０を照射することにより少なくとも酸化皮膜層１８を一部除去した後、その表面にカーボン層を設けてレーザー光２０を照射することで除去の速度を上げることもできる。

本発明による積層型電解コンデンサの構造を示す説明図であって、それぞれ突出部１０，１２を設けた陽極箔６，陰極箔８をセパレータ４を介して交互に積層した状態を示している。 本発明による積層型電解コンデンサの製造方法を示す概念図であって、（ａ）は酸化皮膜層１８及びエッチング層が形成された電極箔６，８に、突出部１４を設けて方形に打ち抜かれた状態、（ｂ）は該突出部１４の少なくとも酸化皮膜層１８が除去され接続部３６が形成された状態を示している。 本発明による積層型電解コンデンサの製造方法を示す説明図であって、（ａ）は陽極箔の両面の少なくとも酸化皮膜層１８がレーザー照射により除去された状態の断面図、（ｂ）は摩擦撹拌溶接による積層型電解コンデンサ素子２の陽極箔接続部３６を溶接する方法を示した図、（ｃ）は陽極箔とセパレータが一体になった状態を上から見た図である。 本発明による積層型電解コンデンサ素子３８の製造方法を示す概念図であって、少なくとも酸化皮膜層１８が除去される形状の例であり、（ａ）は突出部１４全体の少なくとも酸化皮膜層１８を除去した状態、（ｂ）は摩擦撹拌溶接などにより突出部１４の少なくとも酸化皮膜層１８を線形に除去した状態、（ｃ）はステッチ、コールドウェルド、超音波溶接などにより突出部１４の少なくとも酸化皮膜層１８を点状に除去した状態を示している。

符号の説明

２ 積層型電解コンデンサ素子
４ セパレータ
６ 陽極箔
８ 陰極箔
１０ 陽極突出部
１２ 陰極突出部
１４ 突出部
１６ アルミ地金
１８ 酸化皮膜層
２０ レーザー光
２２ レンズ
２４ レーザー源
２８ スターロッド
３０ 補強板
３２ 溶接台
３４ プローブ
３６ 陽極箔接続部
３７ 陰極箔接続部
４０ 全体的除去部分
４２，４４ 部分的除去部分

Claims (6)

1. 表面に酸化皮膜層及びエッチング層を有し、端部に突出部を有するアルミニウム電極箔の前記突出部上に形成された前記酸化皮膜層を前記エッチング層も含めて除去し、除去部分の表面に平坦状にアルミ地金を露出させて、該電極箔とセパレータとを交互に複数層積層し、前記突出部を互いに接続する電解コンデンサの製造方法。
2. 前記酸化皮膜層をレーザー照射により除去する請求項１に記載の電解コンデンサの製造方法。
3. 前記レーザー照射をする際に、不活性気体を前記除去部分に吹き付けて加熱蒸発されずに残った溶融物を除去する請求項２に記載の電解コンデンサの製造方法。
4. 前記レーザー照射を複数回行い、段階的に酸化皮膜層を除去する請求項２又は３いずれかに記載の電解コンデンサの製造方法。
5. 前記レーザー照射する際に、該除去予定部分に予めカーボンを配してなる請求項２乃至４いずれかに記載の電解コンデンサの製造方法。
6. 前記積層された突出部を、摩擦撹拌溶接により接続する請求項１乃至５いずれかに記載の電解コンデンサの製造方法。

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