JP4967931B2

JP4967931B2 - キャパシタの検査方法およびその検査方法を用いた製造方法

Info

Publication number: JP4967931B2
Application number: JP2007225543A
Authority: JP
Inventors: 照久三浦; 喜夫水谷
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2027-08-31
Also published as: JP2009059868A

Description

本発明は各種電子機器に使用されるキャパシタの中で、特に、素子の両端面に形成された電極を金属ケースと端子板に溶接することにより、一方の電極を金属ケースから、他方の電極を端子板から取り出すようにした端面集電方式のキャパシタの溶接状態を検査する際に最適な、キャパシタの検査方法およびその検査方法を用いた製造方法に関するものである。

図７はこの種の従来のキャパシタの構成を示した断面図、図８（ａ）、（ｂ）は同キャパシタに使用される素子の構成を示した展開斜視図と斜視図であり、図７と図８において１１は素子であり、この素子１１は一対の電極１２をその間にセパレータ１４を介在させた状態で巻回することにより構成されたものである。

また、上記一対の電極１２は、集電体の一端に設けた露出部分１２ａ、１２ｂを除く表面に活性炭と結着剤と導電性の混合物からなる分極性電極層１３ａ、１３ｂを形成して構成され、上記露出部分１２ａ、１２ｂが互いに逆方向に突出するように配置して巻回することにより、素子１１の両端面から一対の電極を夫々取り出すように構成されたものである。

１５は上記素子１１の一方の端面に接続された金属板、１６は素子１１を収納した有底円筒状の金属ケース、１６ａはこの金属ケース１６の内底面に設けられた突起、１７は上記金属ケース１６の開口部を封止した封口板、１８は一端に外部接続用の端子１８ａを備えた棒状の芯材、１９は上記金属ケース１６の外表面に接合された外部接続用の端子、２０は上記芯材１８と金属ケース１６とを絶縁するための絶縁部材、２１はキャップ２２と組み合わされて圧力調整弁を構成するためのゴム状弾性絶縁部材からなる閉塞体、２３はＯリングである。

このように構成された従来のキャパシタは、キャパシタの内部抵抗を減少させることができ、かつ、小型化と部品点数の削減を図ることができるというものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００６−２１０９６０号公報

しかしながら上記従来のキャパシタでは、素子１１の一方の電極を金属ケース１６の内底面にレーザー溶接により接合した構成であるため、このレーザー溶接の状態を確認することが難しく、溶接位置や面積、溶接痕の色等を外観から確認する程度のことしかできず、このような検査方法では精度の高い保証を行うことが困難であるという課題があった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、非破壊検査で溶接状態を高い精度で保証することが可能なキャパシタの検査方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明は、両端面から正負の電極を夫々取り出すように構成された素子と、この素子を駆動用電解液と共に収容した金属ケースと、この金属ケースの開口部に配設された端子板からなり、この端子板ならびに金属ケースの外表面から夫々レーザー光を照射して素子の一方の電極を端子板の内面に、他方の電極を金属ケースの内底面に接合した構成のキャパシタの検査方法であって、変位センサを用いて上記端子板ならびに金属ケースのレーザー光が照射されていない部分と照射された部分の高さを夫々測定し、レーザー光が照射されていない部分を基準面とし、レーザー光が照射された部分が上記基準面よりも外表面側に隆起した部分を溶接状態が異常、窪んでいる部分を溶接状態が良好と判定するようにした方法のものである。

以上のように本発明によるキャパシタの検査方法は、変位センサを用いてレーザー光が照射された部分の高さを測定することによって溶接状態を検査する方法により、非破壊検査で溶接状態の良否を精度よく判定することができるという効果が得られるものである。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜４に記載の発明について説明する。

図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態１によるキャパシタの構成を示した平面図と正面断面図と底面図、図２は同キャパシタのレーザー溶接部分を拡大した要部断面図であり、図１と図２において、１は素子、１ａはこの素子１に形成された中空部であり、この素子１はアルミニウム箔からなる集電体２ａ上に一端を除いて分極性電極層２ｂを形成した陽極電極２と、アルミニウム箔からなる集電体３ａ上に一端を除いて分極性電極層３ｂを形成した陰極電極３を互いに逆方向にして重ね合わせ、その間にセパレータ４を介在させた状態で巻回することにより、陽極電極２ならびに陰極電極３の各分極性電極層未形成部が夫々対向する端面に露出するように構成され、この素子１の両端面（図１において上下方向）から陽極電極部２ｃと陰極電極部３ｃを夫々取り出すようにしたものである。

５は上記素子１を図示しない駆動用電解液と共に収容したアルミニウム製の有底円筒状の金属ケース、５ａはこの金属ケース５の内底面に帯状に突出するように複数箇所に設けられた接合部であり、この接合部５ａにより金属ケース５内に挿入された上記素子１の一方の端面に設けられた陰極電極部３ｃを押し潰し、この接合部５ａに外部からレーザー光を照射してレーザー溶接する（溶接痕５ｂ）ことによって金属ケース５と素子１の陰極電極部３ｃを機械的、かつ電気的に接合し、素子１の陰極を金属ケース５から取り出すようにしているものである。

６はアルミニウム製の端子板、６ａはこの端子板６の内面に帯状に突出するように複数箇所に設けられた接合部、６ｂは外部接続用の端子部であり、上記接合部６ａにより上記素子１の他方の端面に設けられた陽極電極部２ｃを押し潰し、この接合部６ａに外部からレーザー光を照射してレーザー溶接する（溶接痕６ｃ）ことによって機械的、かつ電気的に接合し、素子１の陽極を端子板６から取り出すようにしているものである。

７は上記端子板６の外周面と金属ケース５の内周面の間に配設されて両者の絶縁を行う円環状の絶縁部材であり、上記金属ケース５の外周面を横絞り加工することによって位置決めされるものである。８は上記端子板６の上面周縁に配設されて金属ケース５の開口端をカーリング加工することにより圧縮されて封止を行う封口ゴムである。９は上記端子板６に設けられた電解液注入用の連通孔を塞ぐようにして設けられた圧力調整弁である。

また、上記素子１の陽極電極部２ｃと端子板６の接合部６ａとのレーザー溶接（溶接痕６ｃ）による接合（素子１の陰極電極部３ｃと金属ケース５の接合部５ａとのレーザー溶接（溶接痕５ｂ）による接合も同様）は、図２にその詳細を示すように、陽極電極部２ｃは陽極電極２の分極性電極層未形成部となる集電体２ａが突出し、この突出した複数の集電体２ａを端子板６に設けた接合部６ａで押し潰し、複数の集電体２ａが重なり合った部分に図中の矢印方向からレーザー光を照射して溶接痕６ｃの部分でレーザー溶接するようにしたものであり、このようにしてレーザー溶接により接合を行った部分の溶接状態を検査する方法について以下に詳細に説明する。

（実施例１）
図３（ａ）、（ｂ）は上記素子１の陽極電極部２ｃと端子板６の接合部６ａとのレーザー溶接部分の溶接状態を示した断面図と、同溶接部分を検査した結果を示した検査データであり、この検査は被測定部に光源から光を照射し、この反射光をセンサで検知し、この情報を処理することによって被測定部の高さを測定する、いわゆる変位センサを用いた方式によるものであり、株式会社キーエンス製のダブルスキャン高精度レーザ測定器ＬＴ−９０３０Ｍを用い、１μｍピッチで複数のポイントを測定したものである。

図３（ｂ）において、縦軸は溶接部の高さを示し、Ａ−Ａ線はレーザー溶接時にレーザー光が照射されていない部分（端子板６の外表面を示す）であり、このＡ−Ａ線を基準面として判定するようにしたものである。横軸は測定ポイントを示し、両端はレーザー溶接時にレーザー光が照射されていない部分である端子板６の外表面であり、この両端を除く中央部分がレーザー溶接時にレーザー光が照射されてレーザー溶接が行われた部分（溶接痕６ｃ）を示すものである。

従って、図３（ｂ）から溶接状態を判断すると、レーザー溶接が行われた部分である溶接痕６ｃでは、一部を除いた殆どが上記基準面よりも窪んだ状態になっており、これはアルミニウムからなる端子板６の接合部６ａと陽極電極部２ｃを構成するアルミニウムからなる集電体２ａの夫々が融解していることを意味するものであり、良好な溶接接合がなされていることを示すものである。

なお、上記溶接痕６ｃにおいて、溶接部の高さが基準面よりも外表面側に隆起した部分が一部に発生しているが、これは溶接作業時に発生したスパッタがレーザー照射部に落下し付着したこと等によるものであり、このような隆起部分が全体の５０％以上に発生していれば溶接状態が異常と判定し、５０％未満であれば良好な溶接が行われていると判定できるものである。

（実施例２）
図４（ａ）、（ｂ）は上記実施例１と同様にレーザー溶接を行った他のサンプルのレーザー溶接部分の溶接状態を示した断面図と、同溶接部分を検査した結果を示した検査データであり、図４（ｂ）から溶接状態を判断すると、レーザー溶接が行われた部分である溶接痕６ｃでは、両端部分は基準面よりも窪んだ状態になっており、上記実施例１と同様に良好な溶接がなされていると判断できるものである。しかしながら、溶接痕６ｃの中央部が基準面よりも隆起した状態になっており、これは陽極電極部２ｃを構成する集電体２ａが何らかの要因で凹みを生じ、これにより端子板６の接合部６ａとの間に隙間（１ｍｍ以上）が発生したことに起因したものであり、これにより端子板６の外表面からレーザー照射により接合部６ａの融解部分が集電体２ａまで到達しないため、端子板６の接合部６ａのみが融解して凝固し、この部分が隆起したものであり、溶接状態が異常であることを示すものである。

なお、このように基準面よりも隆起した状態になっている部分が全体の１５％以上に発生していれば溶接状態が異常と判断し、１５％未満であれば良好な溶接が行われていると判定できるのは、上記実施例１で述べたとおりである。

（実施例３）
図５（ａ）、（ｂ）は上記実施例１と同様にレーザー溶接を行った他のサンプルのレーザー溶接部分の溶接状態を示した断面図と、同溶接部分を検査した結果を示した検査データであり、図５（ｂ）から溶接状態を判断すると、レーザー溶接が行われた部分である溶接痕６ｃでは、全般に基準面よりも隆起した状態になっており、これにより、端子板６の接合部６ａと陽極電極部２ｃを構成する集電体２ａとの融解が十分に行われておらず、このために溶接強度も低いものになっており、溶接状態が異常であることを示すものである。

なお、このように基準面よりも隆起した状態になっている部分が全体の５０％以上に発生していれば溶接状態が異常と判断し、５０％未満であれば良好な溶接が行われていると判定できるのは、上記実施例１で述べたとおりである。

（実施例４）
図６（ａ）、（ｂ）は上記実施例１と同様にレーザー溶接を行った他のサンプルのレーザー溶接部分の溶接状態を示した断面図と、同溶接部分を検査した結果を示した検査データであり、図６（ｂ）から溶接状態を判断すると、レーザー溶接が行われた部分である溶接痕６ｃでは、全般に基準面よりも大きく凹んだ状態になっており、これにより、端子板６の接合部６ａと陽極電極部２ｃを構成する集電体２ａとの融解状態が過剰に行われていることが分かり、更に、一部に深い融解部が発生しており、この深い融解部は端子板６の接合部６ａに内部と連通する孔が発生しているものであり、溶接状態が異常であることを示すものである。従って、基準面からの窪みが接合部６ａ部分の溶接前の厚みの７５％までは溶接状態が良好、７５％を超えるものについては溶接状態が異常と判定するものである。

また、上記実施例１〜実施例４の結果から、溶接状態が良好と判定した部分の面積を算出し、この算出された面積から溶接状態の良否を判定することも可能なものであり、例えば、溶接部（溶接痕６ｃ）全体の面積を１００とし、溶接状態が良好な部分の面積が５０％以上あれば溶接状態が良好と判定するようにしても良いものである。

以上のように本発明によるキャパシタの検査方法は、変位センサを用いてレーザー光が照射された部分の高さを測定することによって溶接状態を検査する方法により、非破壊検査で溶接状態の良否を精度よく判定することができるという格別の効果を奏するものである。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項５に記載の発明について説明する。

本実施の形態は、上記実施の形態１で説明したキャパシタの検査方法において、変位センサを用いてレーザー溶接部の高さを測定する前に、キャパシタの傾きを補正してから測定するようにしたものである。

具体的には、上記実施の形態１と同様に、被測定物である端子板６（または金属ケース５）のレーザー光が照射されていない面（できる限り外周側が好ましい）の高さを変位センサを用いて３点以上測定し、この測定データからキャパシタの傾きを求め、この結果に基づいてキャパシタの傾きを補正するようにしたものである。

このように、本実施の形態によるキャパシタの検査方法は、キャパシタの傾きを補正してからキャパシタの溶接部の高さを測定するようにした方法により、精度の高い測定を安定して行うことができるようになるという格別の効果を奏するものである。

本発明によるキャパシタの検査方法は、非破壊検査で溶接状態の良否を精度よく判定することができるという効果を有し、特に高い信頼性と過酷な使用環境が要求される自動車用のキャパシタ等として有用である。

（ａ）本発明の実施の形態１によるキャパシタの構成を示した平面図、（ｂ）同正面断面図、（ｃ）同底面図同キャパシタのレーザー溶接部分を拡大した要部断面図（ａ）同キャパシタのレーザー溶接部分の溶接状態を示した断面図、（ｂ）同溶接部分の検査結果を示した検査データを示す図（ａ）同キャパシタのレーザー溶接部分の溶接状態を示した断面図、（ｂ）同溶接部分の検査結果を示した検査データを示す図（ａ）同キャパシタのレーザー溶接部分の溶接状態を示した断面図、（ｂ）同溶接部分の検査結果を示した検査データを示す図（ａ）同キャパシタのレーザー溶接部分の溶接状態を示した断面図、（ｂ）同溶接部分の検査結果を示した検査データを示す図従来のキャパシタの構成を示した断面図（ａ）同キャパシタに使用される素子の構成を示した展開斜視図、（ｂ）同斜視図

符号の説明

１素子
１ａ中空部
２陽極電極
２ａ、３ａ集電体
２ｂ、３ｂ分極性電極層
２ｃ陽極電極部
３陰極電極
３ｃ陰極電極部
４セパレータ
５金属ケース
５ａ、６ａ接合部
５ｂ、６ｃ溶接痕
６端子板
６ｂ端子部
７絶縁部材
８封口ゴム
９圧力調整弁

Claims

金属箔からなる集電体の表面に一端を除いてカーボン系電極層を形成した正負一対の電極を互いに逆方向に位置をずらして配置し、その間にセパレータを介在させて対向させることにより、正負の電極の各カーボン系電極層未形成部が夫々相反する方向に突出するように構成された素子と、この素子を駆動用電解液と共に収容した有底筒状の金属ケースと、この金属ケースの開口部に配設された金属製の端子板からなり、この端子板ならびに金属ケースの外表面から夫々レーザー光を照射して素子の一方の電極を端子板の内面に、同他方の電極を金属ケースの内底面に接合した構成のキャパシタの検査方法であって、変位センサを用いて上記端子板ならびに金属ケースのレーザー光が照射されていない部分と照射された部分の高さを夫々測定し、レーザー光が照射されていない部分を基準面とし、レーザー光が照射された部分が上記基準面よりも外表面側に隆起した部分を溶接状態が異常、窪んでいる部分を溶接状態が良好と判定するようにしたキャパシタの検査方法。
レーザー光が照射された部分が基準面よりも外表面側に隆起した部分が所定の割合以上ある場合に溶接状態が異常と判定するようにした請求項１に記載のキャパシタの検査方法。
レーザー光が照射された部分が基準面よりも所定の寸法以上窪んでいる部分を溶接状態が異常、所定の寸法以内の窪みであれば溶接状態が良好と判定するようにした請求項１に記載のキャパシタの検査方法。
溶接状態が良好と判定した部分の面積を算出し、この算出された面積から溶接状態の良否を判定するようにした請求項１に記載のキャパシタの検査方法。
端子板ならびに金属ケースのレーザー光が照射されていない面の高さを変位センサを用いて３点以上測定し、この測定データからキャパシタの傾きを補正した後、溶接状態の良否検査を行うようにした請求項１に記載のキャパシタの検査方法。
金属箔からなる集電体の表面に一端を除いてカーボン系電極層を形成した正負一対の電極を互いに逆方向に位置をずらして配置し、その間にセパレータを介在させて対向させることにより、正負の電極の各カーボン系電極層未形成部が夫々相反する方向に突出するようにして素子を形成する工程と、この素子を有底筒状の金属ケースに収納すると共に上記素子の負の電極のカーボン系電極層未形成部を金属ケースの内底面に接合し、この接合部分に金属ケースの外表面からレーザー光を照射して、金属ケースと素子の負の電極のカーボン系電極層未形成部とを機械的かつ電気的に溶接する工程と、上記素子の正の電極のカーボン系電極層未形成部を金属製の端子板に接合し、この接合部に端子板の外表面からレーザー光を照射して、端子板と素子の正の電極のカーボン系電極層未形成部とを機械的かつ電気的に溶接する工程と、上記金属ケースの開口部を円環状の絶縁部材を介して上記端子板で封止する工程と、変位センサを用いて上記端子板ならびに上記金属ケースのレーザー光が照射されていない部分と照射された部分の高さを夫々測定し、レーザー光が照射されていない部分を基準面とし、レーザー光が照射された部分が上記基準面よりも外表面側に隆起した部分を溶接状態が異常、窪んでいる部分を溶接状態が良好と判定するようにした検査工程とを含んだキャパシタの製造方法。