JP4918774B2 - コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンデンサに関し、特にコンデンサ素子より導出された複数の内部端子と外部端子との接続構造及びその接続方法に関する。

従来、コンデンサとしては、電解コンデンサ、電気２重層コンデンサなどがあり、小形・薄型化されたコンデンサとしては、金属フィルムとこの両面にラミネートした合成樹脂フィルムとからなる複合フィルム（以下ラミネートフィルムと称す）からなる外装体でコンデンサ素子を覆うとともに、外装体の周縁部を熱融着して密封し、かつコンデンサ素子より導出された複数の内部端子と接続した外部端子の一部を外装体の熱融着部で挟持して外部に取り出したコンデンサが実用化されるようになってきた。
このコンデンサにおいて、コンデンサ素子より導出された複数の内部端子と外部端子とを冷間圧接にて接続することが知られている（特許文献１）。

特願平１１−２２８９１３号公報

ところで、コンデンサ素子より導出された複数の内部端子と外部端子とを冷間圧接にて接続する際には、図４の（ａ）に示すように、冷間圧接用の基台１３’に、集束された内部端子６’及び外部端子８’が載置され、冷間圧接チップ１０’を矢印方向に移動して加圧することで、内部端子６’及び外部端子８’がそれぞれ圧接接続される。

この冷間圧接チップ１０’は、外周が傾斜面となる台形状の突起からなり、図４の（ｂ）に示すように、このチップ１０’の加圧時に、先端面１２’によって、矢印Ｘ’方向、Ｙ’方向などの周囲に加圧部分のアルミニウムが塑性変形によって流動するため、接続部１４’と外部端子８’の長手方向の側面との距離ｔ１が短い場合には、前記矢印Ｘ’方向、Ｙ’方向に流動したアルミニウムによって、内部端子６’又は外部端子８’の長手方向の側面における接続部１４’近傍に亀裂１７が生じ、これにより接続部１４’の信頼性が低下してしまうため、内部端子６’及び外部端子８’の幅方向の距離を長くしなければならず、コンデンサの小形化を困難にしている。

そこで、本発明は、小形化されたコンデンサであっても、コンデンサ素子より導出された複数の内部端子と外部端子との信頼性の高い冷間圧接による接続構造を備えたコンデンサを提供することを目的としている。

そこで、上記の課題を解決した本発明のコンデンサの製造方法は、
コンデンサ素子より導出された複数の内部端子を集束して外部端子と冷間圧接により接続し、該コンデンサ素子を外装体にて密封するコンデンサの製造方法であって、
前記集束された内部端子に外部端子を重ね合わせ、冷間圧接チップの側面により、前記内部端子と外部端子の一部を積層方向にせん断させるとともに、前記冷間圧接チップの先端面にて前記内部端子と外部端子を接続することを特徴としている。
これによると、冷間圧接チップの側面により、内部端子と外部端子の一部を積層方向にせん断させることで、冷間圧接時に前記冷間圧接チップによる内部端子及び外部端子の塑性変形量を低減するとともに、該塑性変形による流動を抑制して該内部端子及び外部端子のそれぞれを接続できるため、信頼性の高い接続部を形成することができる。

また、前記内部端子と外部端子のせん断部を、該内部端子又は外部端子の長手方向における側面近傍に形成することを特徴としている。
これによると、内部端子又は外部端子の幅方向への内部端子及び外部端子の塑性変形による流動を抑制できるため、距離が短く塑性変形による流動の吸収が少ない、接続部と内部端子又は外部端子の側面との間に亀裂が生じることがなく、信頼性の高い接続部を形成することができる。

また、前記内部端子と外部端子のせん断部を、該内部端子又は外部端子の長手方向における側面と略並行に形成することを特徴としている。これによると内部端子又は外部端子の長手方向の側面と略並行にせん断することで、圧接による内部端子及び外部端子の塑性変形による流動を前記側面に対して均等に押さえることができ、信頼性の高い接続部を形成することができる。

また、前記冷間圧接チップの先端面を複数にて接続することを特徴とする。これによると、複数の接続部を形成することで、回転方向への機械的ストレスに強い接続部を形成できる。

また、前記冷間圧接チップの側面の一部を、内部端子面に対して略直角とすることを特徴としている。これによると、確実に内部端子及び外部端子の一部を積層方向にせん断させることができる。

また、本発明のコンデンサは、
コンデンサ素子より導出された複数の内部端子を集束して外部端子に冷間圧接により接続し、該コンデンサ素子が外装体によって密封されたコンデンサであって、
前記集束された内部端子と外部端子の接続部近傍が積層方向にせん断されていることを特徴としている。
これによると、内部端子と外部端子の接続部近傍が積層方向にせん断されているため、冷間圧接時の内部端子及び外部端子の塑性変形による流動が抑制されるとともに該塑性変形量が低減され、信頼性の高い接続部を形成することができる。

また、前記内部端子と外部端子のせん断部が内部端子又は外部端子の長手方向に形成されたことを特徴としている。これによると、内部端子又は外部端子の幅方向への内部端子及び外部端子の塑性変形による流動を抑制できるため、距離が短く塑性変形による流動の吸収が少ない接続部と内部端子又は外部端子の側面との間に亀裂が生じることがなく、信頼性の高い接続部を形成することができる。

また、前記接続部が、複数であることを特徴としている。これによると、複数の接続部を形成することで、回転方向への機械的ストレスに強い接続部を形成できる。

本発明によれば、小形化されたコンデンサであっても、コンデンサ素子より導出された複数の内部端子と外部端子との信頼性の高い冷間圧接による接続構造を備えたコンデンサを実現できる。

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、実施例における電解コンデンサを示す分解斜視図であり、図２は、電解コンデンサの製造工程を示す側断面図であり、図３は、電解コンデンサの内部端子と外部端子との接続工程及び接続部を示す図である。

図１の符号１は、本発明の適用された電解コンデンサであり、この電解コンデンサ１は、コンデンサ素子２と陰極端子及び陽極端子とラミネートフィルム４とを有している。コンデンサ素子２は、陽極箔及び陰極箔で構成される電極箔５が、セパレータを挟んで交互に積層されて形成されており、陽極箔及び陰極箔の各々に設けられた内部端子６と外装体の外方に引き出される外部端子３が接続された陽極端子及び陰極端子がコンデンサ素子より導出されている。陽極箔は、アルミニウムなどの金属箔にエッチング層及び酸化皮膜層が形成され、陰極箔は、アルミニウムなどの金属箔にエッチング層と必要に応じて酸化皮膜層が形成されている。

この内部端子６は、アルミニウムからなる帯状部材をステッチ、冷間圧接、超音波溶接、レーザ溶接、摩擦攪拌溶接などの手段により陽極箔及び陰極箔にそれぞれ接続されたものや、陽極箔及び陰極箔の一部を突出させて内部端子とすることもできる。本実施例では、陽極箔の内部端子６は、冷間圧接にて接続されたアルミニウムからなる帯状部材を用い、陰極箔の内部端子６は、陰極箔の一部を突出させたものを用いている。

図１に示すように、コンデンサ素子２の内部端子６は、陽極箔から突出された内部端子６と陰極箔から突出された内部端子６とが各々束ねられており、各々の内部端子６の先端部には、外部端子３が接続されるようになっている。この２つの外部端子３は、中間部がポリプロピレンなどの絶縁樹脂層７で囲繞され、この絶縁樹脂層７によって２つの外部端子３が互いに連結されている。以下、本実施例において、内部端子６に接続される外部端子３の端部を内端部８、他方側を先端部９と称する。

このコンデンサ素子２は、ラミネートフィルム４で密封状に外装されるようになっている。コンデンサ素子２を外装する際には、１枚のラミネートフィルム４がコンデンサ素子２を挟み込むように折り曲げられ、ラミネートフィルム４のエンボス部にコンデンサ素子が収納されるとともに、重ねられたラミネートフィルム４の外周部を熱融着させるようになっている。

更に詳述すると、ラミネートフィルム４は、耐熱性樹脂やアルミ箔や熱融着性樹脂によって複数の層が形成されており、外側の層には耐熱性樹脂が配置され、中心の層にはアルミ箔が配置され、内側の層には熱融着性樹脂の層が配置されている。本実施例では、外側の層にはナイロンを用い、中心の層にはアルミ箔が配置され、内側の層には、ポリプロピレンが配置されている。そして、ラミネートフィルム４を折り曲げ、一部に外部端子３の中間部に設けられた絶縁樹脂層７を挟むように熱融着性樹脂の層同士を当接させて重ね、この重ねた部位に熱を加えると、熱融着性樹脂同士が融けて熱融着され、コンデンサ素子２をラミネートフィルム４の内部に密封できるようになっている。

次に、電解コンデンサ１の製造工程について詳述すると、先ず図２（ａ）に示すように、電極箔５を積層させ、各々の電極箔５に取り付けられた内部端子６を重ね合わせる。このとき重ね合わせた内部端子６は、積層された電極箔５の上面側か下面側のいずれか一方側と面一になるように束ねられる。尚、本実施例では、積層された電極箔５の下面側と面一になるように内部端子６を寄せて束ねている。

図２（ｂ）に示すように、外部端子３の内端部８を束ねられた内部端子６に下方側から当接させ、この当接部を冷間圧接によって上下方向から押圧して内部端子６と外部端子３の内端部８を接続固定する。そして、図２（ｃ）に示すように、内部端子６及び外部端子の内部端８における圧接部位よりも先端側を切断し、内部端子６の先端部及び外部端子３の内端部８が、Ｌ字形状になるように折り曲げる。このとき外部端子３の先端部９は、積層された電極箔５の下面側と面一になる。

次に、図２（ｄ）に示すように、コンデンサ素子２をラミネートフィルム４で挟み込むように覆い、外部端子３の先端部９を、ラミネートフィルム４から突出させて配置する。そして、ラミネートフィルム４の重ねられた部位の所定範囲Ｄを上下方向から熱を加えならながら押圧して熱融着させる。

なお、図２（ｄ）に示すように、コンデンサ素子２の内部端子６と外部端子３とをＬ字状に折り曲げて接続したので、電解コンデンサ１の所定寸法Ｌが短くなるように形成でき、電解コンデンサ１の小形化が図れるようになっている。

更に図２（ｄ）に示すように、外部端子３の先端部９が、積層された電極箔５の下面側と面一になっていることで、この電解コンデンサ１の下面を電子部品の基板に当接させたときに、外部端子３の先端部９が基板上の配線に接続し易くなる。そのため電子部品における電解コンデンサ１が占める容積を小さくできるので、電解コンデンサ１が搭載される電子部品の小型化が可能になる。

ここで、図２（ｂ）に示す、内部端子と外部端子との冷間圧接による接続工程を説明する。図３（ａ）に示すように、基台１３上に、束ねられた内部端子６とその上に当接して外部端子３の内端部８が配置される。この冷間圧接チップ１０は、先端が突起形状をなし、先端面１２とこの先端面１２から所定角度外側に傾斜する３つの傾斜面１１’と、前記先端面１２から内部端子６の面に対して略直角となる１つのせん断面１１とからなる突起が、冷間圧接チップ１０の中心から線対称に２つ形成されている。この冷間圧接チップ１０は、そのせん断面１１が、内部端子６及び外部端子の内端部８の長手方向における側面近傍に、該長手方向の側面と略並行になるように配置され、矢印のとおり、内部端子６及び外部端子の内端部８に向かって移動して加圧し、該内部端子６と外部端子の内端部８が接続される。

図３（ｂ）に示すように、この冷間圧接チップ１０を加圧する際には、チップ１０のせん断面１１によって、内部端子６及び外部端子の内端部８を積層方向にせん断されてせん断部１６が形成されるとともに、チップ１０の傾斜面１１’によって、矢印Ｙ方向へ圧接されて塑性変形により流動した内部端子６及び外部端子の内端部８の逃げ部１５が形成され、チップ１０の先端面１２にて内部端子６及び外部端子の内端部８との接続部１４が形成される。

図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＡ−Ａ断面図であり、冷間圧接チップ１０の先端面１２により、内部端子６と外部端子の内端部８が圧接されて接続部１４が形成され、該チップ１０のせん断面１１によって、内部端子６及び外部端子の内端部８の積層方向へのせん断部１６が形成されている。

このように、冷間圧接チップ１０によって、内部端子６と外部端子の内端部８のせん断部１６を内部端子６又は外部端子８の長手方向における側面近傍に、該長手方向の側面と略並行に形成することで、図３（ｂ）に示すように、矢印Ｘ方向への圧接された内部端子６及び外部端子８の塑性変形による流動を防ぐとともに該塑性変形量を低減し、チップ１０の傾斜面１１’によって、圧接された内部端子８及び外部端子の塑性変形による流動の吸収量が大きい矢印Ｙ方向に案内させながら内部端子６及び外部端子の内部端８が接続されるため、接続部１４と、内部端子６又は外部端子の内部端８の長手方向の側面との距離ｔ２が短く、圧接された内部端子６及び外部端子の内端部８の塑性変形による流動を吸収する領域が狭い場合であっても、前記接続部１４の近傍に亀裂１７が生じることがなく、内部端子６と外部端子８とを確実に接続できる。

なお、この冷間圧接チップ１０によって冷間圧接接続する際に、内部端子６及び外部端子の内端部８のせん断部１６の近傍を別途固定治具（図示せず）にて固定した状態で冷間圧接することで、冷間圧接チップ１０のせん断面１１による内部端子６及び外部端子の内端部８のせん断を効率よく行うことができる。

なお、この冷間圧接チップの２つの先端面１２によって内部端子と外部端子の接続部を２箇所以上形成することで、回転方向への機械的ストレスに強い接続部を形成できるが、先端面１２を１つにしてもよい。

また、内部端子又は外部端子の長手方向の側面と略並行にせん断することで、圧接による内部端子及び外部端子の塑性変形による流動を前記側面に対して均等に押さえることができ、信頼性の高い接続部を形成することができる。

また、コンデンサ素子として、陽極箔と陰極箔をセパレータを介して積層したコンデンサ素子を例示したが、これに限らず陽極箔と陰極箔をセパレータを介して巻回するコンデンサ素子を用いてもよい。また、コンデンサ素子より導出された陰極端子及び陽極端子は、それぞれ外部端子の先端部をコンデンサ素子側に配置して内部タブと接続し、その後Ｌ字状に折り曲げたものを例示したが、これに限らず、外部端子の先端部を、コンデンサ外方に配置して内部タブと接続したものを用いても良い。

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、実施例では、外装体としてラミネートフィルムを用いたものを示したが、本発明はこれに限らず、アルミニウムなどの金属や絶縁樹脂などからなる外装ケースにコンデンサ素子を収納しても良い。

また、実施例では、コンデンサとして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、電気２重層コンデンサ、電気化学キャパシタなどの各種素子より導出された複数の内部端子と外部端子との接続に適用でき、更には、電池にも適用できる。

本発明の実施例における電解コンデンサを示す分解斜視図である。 本発明の実施例の電解コンデンサの製造工程を示す側断面図である。 本発明の実施例の電解コンデンサにおける内部端子と外部端子の接続工程及び接続部を示す。 従来の電解コンデンサの内部端子と外部端子の接続工程及び接続部を示す。

符号の説明

１ 電解コンデンサ
２ コンデンサ素子
３ 外部端子
４ ラミネートフィルム
５ 電極箔
６ 内部端子
７ 絶縁樹脂層
８ 内端部
９ 先端部
１０ 冷間圧接用チップ
１１ せん断面
１２ 先端面
１３ 基台
１４ せん断部
１５ 逃げ部
１６ 接続部
１７ 亀裂

Claims (8)

1. コンデンサ素子より導出された複数の内部端子を集束して外部端子と冷間圧接により接続し、該コンデンサ素子を外装体にて密封するコンデンサの製造方法であって、
   前記集束された内部端子に外部端子を重ね合わせ、冷間圧接チップの側面により、前記内部端子と外部端子の一部を積層方向にせん断させるとともに、前記冷間圧接チップの先端面にて前記内部端子と外部端子を接続し、
   前記冷間圧接チップは、先端が突起形状をなし、先端面と前記先端面から所定角度外側に傾斜する３つの傾斜面と、前記先端面から内部端子の面に対して略直角となる１つのせん断面とからなる突起が、冷間圧接チップの中心から線対称に２つ形成されており、
   前記冷間圧接チップを加圧する際には、前記冷間圧接チップのせん断面によって、前記内部端子及び外部端子の内端部を積層方向にせん断されてせん断部が形成されるとともに、前記冷間圧接チップの傾斜面によって、圧接されて塑性変形により流動した前記内部端子及び外部端子の内端部の逃げ部が形成されるコンデンサの製造方法。
2. 前記内部端子と外部端子のせん断部を、該内部端子又は外部端子の長手方向における側面近傍に形成する請求項１に記載のコンデンサの製造方法。
3. 前記内部端子と外部端子のせん断部を、該内部端子又は外部端子の長手方向における側面と略並行に形成する請求項１又は２に記載のコンデンサの製造方法。
4. 前記冷間圧接チップの先端面を複数にて接続する請求項１ないし３に記載のコンデンサ。
5. 前記冷間圧接チップの側面の一部を、内部端子面に対して略直角とした請求項１ないし４いずれかに記載のコンデンサの製造方法。
6. コンデンサ素子より導出された複数の内部端子を集束して外部端子に冷間圧接により接続し、該コンデンサ素子が外装体によって密封されたコンデンサであって、
   前記集束された内部端子に外部端子を重ね合わせ、冷間圧接チップの側面により、前記内部端子と外部端子の一部を積層方向にせん断させるとともに、前記冷間圧接チップの先端面にて前記内部端子と外部端子を接続し、
   前記冷間圧接チップは、先端が突起形状をなし、先端面と前記先端面から所定角度外側に傾斜する３つの傾斜面と、前記先端面から内部端子の面に対して略直角となる１つのせん断面とからなる突起が、冷間圧接チップの中心から線対称に２つ形成されており、
   前記冷間圧接チップを加圧する際には、前記冷間圧接チップのせん断面によって、前記内部端子及び外部端子の内端部を積層方向にせん断されてせん断部が形成されるとともに、前記冷間圧接チップの傾斜面によって、圧接されて塑性変形により流動した前記内部端子及び外部端子の内端部の逃げ部が形成されるコンデンサ。
7. 前記内部端子と外部端子のせん断部が、内部端子又は外部端子の長手方向における側面近傍に形成された請求項６に記載のコンデンサ。
8. 前記接続部が、複数である請求項６又は７に記載のコンデンサ。