JP5834617B2 - コンデンサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンデンサ素子と外部端子との間に集電部材を備えるコンデンサの端子接続技術に関する。

電気二重層コンデンサ又は電解コンデンサでは、コンデンサ素子の電極部に外部端子が接続されている。コンデンサ素子の電極部の形成や、外部端子との接続構造はコンデンサ素子や、製品としてのコンデンサの内部抵抗など、コンデンサが備える電気的な特性に大きく影響を与える。

このような接続に関し、素子の端面に集電端子を設けること（例えば、特許文献１）、巻回素子の一方の端面に陽極集電板、他方の端面に陰極集電板を設けること（例えば、特許文献２）、巻回素子の端面に露出した集電箔を覆って集電板を備え、集電板と集電箔とを溶接接続すること（例えば、特許文献３）、また、集電板を外装ケースと素子との接続や外部端子との接続に用いること（例えば、特許文献４）が知られている。

特開平１１−２１９８５７公報 特開２００１−０６８３７９公報 特開２００７−３３５１５６公報 特開２０１０−０９３１７８公報

ところで、コンデンサ素子と外部端子との間に集電部材を備え、この集電部材でコンデンサ素子側の電極箔を並列化し、外部端子に接続する構成は、コンデンサ素子の内部抵抗を低減化し、端子構造部をコンパクト化することができる。

このように集電部材を備える構成は利点を有するが、コンデンサ素子側の電極張出し部の状態が集電部材との接続状態、内部抵抗に影響を与え、電極張出し部と集電部材との接続が歪んでいる場合には、集電部材と外部端子との接続、ひいては外装ケースへの素子封入や封口部材の固定精度などにも影響を及ぼすことになる。

また、電極張出し部の成形形態が製品としてのコンデンサの小型化や端子構造部の占める割合にも大きく影響する。

斯かる課題について、特許文献１〜４にはその開示や示唆はなく、それを解決する構成等についての開示や示唆はない。

そこで、本発明の目的は、上記課題に鑑み、集電部材との接続性を高め、コンデンサの小型化を図ることにある。

また、本発明の他の目的は、上記課題に鑑み、コンデンサの組立精度を向上させることにある。

上記目的を達成するため、本発明のコンデンサは、素子端面に張り出した電極張出部を備えるコンデンサ素子と、前記電極張出部に非溶接領域と溶接領域とを区分して形成され、前記溶接領域の面が前記非溶接領域の面より突出した位置に成形された電極部と、前記電極部に設置され、前記溶接領域に溶接により接続された集電板とを備えている。

上記目的を達成するためには、上記コンデンサにおいてより好ましくは、前記集電板は、前記溶接領域および前記非溶接領域との対向面が平坦面であればよい。

上記目的を達成するためには、上記コンデンサにおいてより好ましくは、前記電極部には、非溶接領域を挟んで該溶接領域が形成されてもよい。

また、上記目的を達成するため、本発明のコンデンサの製造方法は、素子端面に電極張出部を備えたコンデンサ素子を形成し、前記電極張出部に非溶接領域と溶接領域とを区分し、前記非溶接領域を折り曲げた後、前記各溶接領域を折り曲げて成形した電極部を前記素子端面に形成し、前記電極部の前記溶接領域に集電板を溶接により接続することを含んでいる。

上記目的を達成するためには、上記コンデンサの製造方法においてより好ましくは、前記溶接領域との溶接面を含む裏面側を平坦面に形成された前記集電板を前記電極部に当て、前記溶接面と前記集電板とを溶接してもよい。
上記目的を達成するためには、上記コンデンサの製造方法においてより好ましくは、前記電極部には、非溶接領域を挟んで該溶接領域が形成されていてもよい。

本発明のコンデンサまたはその製造方法によれば、次の何れかの効果が得られる。

(1) 素子端面の電極部と集電板との接続性が高められ、コンデンサを小型化することができる。

(2) 素子端面の電極部が非溶接領域と溶接領域に区分され、非溶接領域を中央にして、その両脇に溶接領域が成形されて平坦化されているので、電極部に対する集電板の載置性および密着性が向上し、電極部と集電板との接続性を高めることができる。

(3) 電極部に対する集電板の載置性が向上するので、溶接作業の容易化とともに、溶接精度が高められ、処理の迅速化、高精度化および歩留りの向上を図ることができる。

(4) コンデンサの組立精度を向上させることができる。

そして、本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付図面及び各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。

コンデンサの端子接続部を分解して示す斜視図である。 電極箔およびその加工の一例を示す図である。 電極張出し部が形成された素子端面の一例を示す斜視図である。 電極張出し部の成形手順を示す図である。 電極部の成形処理を示す図である。 集電板の配置および電極部との溶接を示す斜視図である。 集電板に対する外部端子の接続の一例を示す斜視図である。 コンデンサの一例を示す断面図である。

コンデンサの端子接続部の接続構造について、図１を参照する。図１はコンデンサの端子接続部を分解して示している。図１に示す構成は一例であって、係る構成に本発明が限定されるものではない。

このコンデンサ２は、本発明のコンデンサおよびその製造方法の一例である。図１に示すコンデンサ２では、コンデンサ素子４と、封口板６側の陽極端子８Ａ、陰極端子８Ｂとの間に集電板１０Ａ、１０Ｂが備えられている。コンデンサ２はたとえば、電気二重層コンデンサであり、電解コンデンサであってもよい。

コンデンサ素子４は、巻回素子または積層素子のいずれでもよいが、この実施の形態では巻回素子を例示している。このコンデンサ素子４の素子端面１２には、陽極側の電極部１４Ａと、陰極側の電極部１４Ｂとが形成され、これらの間は、絶縁間隔１６が設けられて絶縁されている。電極部１４Ａは陽極側の電極箔１８Ａ（図２）、電極部１４Ｂは陰極側の電極箔１８Ｂで形成されている。これら電極部１４Ａ、１４Ｂはそれぞれ非溶接部２０を中央にし、非溶接部２０の両脇に一対の溶接部２２が区分されている。各非溶接部２０は溶接されない領域（非溶接領域）の一例であり、溶接部２２は溶接される領域（溶接領域）の一例である。各溶接部２２は、集電板１０Ａまたは集電板１０Ｂと溶接される部分であり、溶接しない部分である非溶接部２０を挟んで配置されている。各溶接部２２は非溶接部２０より高く設定され、各溶接部２２の頂面部は素子端面１２の素子中心２４と直交する同一（または共通）の平坦面を構成している。

素子端面１２は電極箔１８Ａ、１８Ｂの間に挟み込まれて巻回されるセパレータの縁部によって形成されている。電極部１４Ａ、１４Ｂの間に設定された絶縁間隔１６は、素子中心２４を中心にして一定幅に形成されている。電極部１４Ａ、１４Ｂは、素子端面１２に引き出された電極張出し部２５Ａ、２５Ｂ（図２、図３）によって形成されている。そして、コンデンサ素子４の周囲部には保持テープ２７が巻回され、コンデンサ素子４の巻き戻しが防止されている。

各集電板１０Ａ、１０Ｂは、コンデンサ素子４の素子端面１２上に設置される集電部材であって、ほぼ半円板状の板状部材である。各集電板１０Ａ、１０Ｂの裏面は、既述の溶接部２２に溶接される溶接面として素子接続面２６が形成され、この素子接続面２６は平坦面である。したがって、この素子接続面２６と電極部１４Ａ、１４Ｂの溶接部２２との密着性が高められ、各電極部１４Ａ、１４Ｂに対する集電板１０Ａ、１０Ｂの載置性が高められる。

各集電板１０Ａ、１０Ｂの上面には、中央部分に扇形の端子接続部２８が形成され、この端子接続部２８は溶接部２２と溶接される各溶接部３０の間に形成されている。この端子接続部２８には、陽極端子８Ａ、８Ｂを設置する設置面部３２と、この設置面部３２と直交する第１の溶接面部３４と、この溶接面部３４の前側に素子覆い部３６とを備えている。溶接面部３４は、陽極端子８Ａまたは陽極端子８Ｂの側面に形成された第２の溶接面部３８と一致する面部である。これら面部３４、３８は、円弧状でもよいし、直線状であってもよいが、レーザ溶接や電子ビーム溶接などの溶接のため、両者が一致していることが望ましい。素子覆い部３６は、溶接時に飛翔するスパッタからコンデンサ素子４の素子端面１２を防護する。

各集電板１０Ａ、１０Ｂの間には絶縁間隔４０が設定され、この絶縁間隔４０を挟んで対向する中心部には素子中心２４に合わせて円弧状の切欠部４２が形成されている。絶縁間隔４０は、電極部１４Ａ、１４Ｂ間の絶縁間隔１６と平行に設定し、絶縁間隔１６と同様に各集電板１０Ａ、１０Ｂ間を絶縁する。溶接部３０側の縁部には直方体状の突部４４が形成されており、この突部４４によって集電板１０Ａ、１０Ｂの熱容量を拡大している。

封口板６は、外装ケース４６を封口する封口手段であるとともに、陽極端子８Ａおよび陰極端子８Ｂを絶縁しかつ支持する支持部材である。陽極端子８Ａおよび陰極端子８Ｂは外部端子の一例であって、封口板６を貫通して設置されている。封口板６は、インサート成形によって陽極端子８Ａおよび陰極端子８Ｂを固定した絶縁性合成樹脂からなる本体部４８と、この本体部４８の上側縁部に設置された気密性の高い弾性リングからなる封止部５０とを備えている。

つぎに、コンデンサ素子４および電極張出し部２５Ａ、２５Ｂの形成について、図２を参照する。図２は電極箔の一例を示している。図２において、図１と共通部分は同一符号を付してある。

コンデンサ素子４には図２のＡに示す陽極側および陰極側の電極体である電極箔１８Ａ、１８Ｂが用いられる。各電極箔１８Ａ、１８Ｂにはベース材としてたとえば、アルミニウム箔が用いられる。各電極箔１８Ａ、１８Ｂは同一幅の帯状体であり、その両面部に活性炭などの活物質および結着剤を含む分極性電極が形成されている。各電極箔１８Ａ、１８Ｂの一方の縁部には、電極張出し部２５Ａ、２５Ｂを形成するための未塗工部５２が一定幅で形成されている。この未塗工部５２は非形成部分である。

各電極箔１８Ａ、１８Ｂの未塗工部５２には縁部から一定幅の折り目５４を形成する。この折り目５４はたとえば、ケガキ線であって、この折り目５４により折り曲げ時の座屈が防止される。この折り目５４は溝で構成し、断面形状は三角、四角又は湾曲（Ｒ）であってもよい。この折り目５４の形成には例えば、プレス、レーザ、切削等の方法を用いればよい。折り目５４は１本であってもよいが、未途工部５２の幅に応じて複数本としてもよい。折り目５４の形成面部は、未塗工部５２の片面でもよいが、両面であってもよい。一例としての折り目５４は、素子端面１２の素子中心２４（巻回素子であれば巻回中心、図１）に対向する面が谷折りになるように形成する。

電極箔１８Ａの未塗工部５２には図２のＢに示すように、電極箔１８Ａの長手方向に異なる幅Ｗａを持つ複数の電極張出し部２５Ａを形成する。同様に、電極箔１８Ｂの未塗工部５２には図２のＣに示すように、電極箔１８Ｂの長手方向に異なる幅Ｗｂ（＝Ｗａ）を持つ複数の電極張出し部２５Ｂを形成する。

コンデンサ素子４のように巻回素子にあっては、各電極張出し部２５Ａ、２５Ｂが絶縁間隔１６を挟んで直径方向に素子中心２４に対向するように、形成位置が設定され、幅Ｗａ、Ｗｂは、周回半径の増加に応じて直線的に増加する幅に設定されている。また、電極張出し部２５Ａ、２５Ｂは端面を異ならせ、極性判別が可能な面積に設定し、たとえば、電極張出し部２５Ｂ側の幅Ｗｂを電極張出し部２５Ａの幅Ｗａより小さく設定すればよい。この実施の形態では、絶縁間隔１６が一定幅であるので、図２のＢ、Ｃ間に示すように、間隔幅はＷｄ＝Ｗｃである。

斯かる構成とすれば、図３に示すように、コンデンサ素子４の素子端面１２には半周毎に電極張出し部２５Ａ、２５Ｂが形成される。各電極張出し部２５Ａ、２５Ｂは端面の面積が同一に設定されているとともに、両者間には絶縁間隔１６が一定幅に形成されている。また、各電極張出し部２５Ａ、２５Ｂは、折り目５４によって素子中心２４側に向かって屈曲させることができる。

つぎに、電極張出し部およびその成形について、図４および図５を参照する。図４および図５は、図３に示す素子端面および各電極張出し部を模式的に示している。

図４に示すように、素子端面１２に対しＸ軸、Ｙ軸を設定し、絶縁間隔１６をＸ軸方向とする。そこで、電極張出し部２５Ａ、２５Ｂの図中垂直方向の中心軸（Ｙ軸）方向にコンデンサ素子４の周縁から素子中心２４に向かって成形圧力Ｆ１を作用させ、電極張出し部２５Ａ、２５Ｂを中心部で部分的に折り曲げ、最初に非溶接部２０の範囲を平坦に成形する。図５のＡは最初に成形された各電極部１４Ａ、１４Ｂの非溶接部２０を示している。この場合、非溶接部２０の範囲は角度θ1 である。

非溶接部２０の成形の後、電極張出し部２５Ａ、２５Ｂから既述の溶接部２２を形成する範囲を中心に、周縁から素子中心２４に向かって成形圧力Ｆ２を作用させ、溶接部２２を平坦に成形する。この成形範囲をθ2 とする。たとえば、θ1 ＝５０〔°〕とすれば、θ2 は６５〔°〕となる。これにより、非溶接部２０と溶接部２２とが区分され、溶接部２２が非溶接部２０を挟んで形成され、非溶接部２０の両側に溶接部２２が形成される。図５のＢは非溶接部２０の成形後に成形された各電極部１４Ａ、１４Ｂの溶接部２２を示している。この場合、溶接部２２の範囲は角度θ2 ＞θ1 を示している。

このように非溶接部２０の成形後に、溶接部２２が成形される結果、溶接部２２の頂面が非溶接部２０より高く設定され、集電板１０Ａ、１０Ｂとの溶接部位である溶接部２２の成形は、非溶接部２０の成形後に行われるため、成形後の溶接部２２には他の応力は加わらず、溶接に適するバランスの取れた平坦面を維持できる。また、各溶接部２２の成形を同時に行えば、非溶接部２０側に歪みを逃がすことができ、各溶接部２２の成形精度を高めることができる。

つぎに、電極部、集電板の位置決めおよび接続について、図６を参照する。図６は集電板の保持、集電板の位置決めを示している。

図６に示すように、集電板１０Ａを電極部１４Ａ側に位置決めするとともに、集電板１０Ｂを電極部１４Ｂに位置決めし、各集電板１０Ａ、１０Ｂの間に絶縁間隔４０を設定し、溶接を行う。コンデンサ素子４の素子端面１２側に位置決めされた集電板１０Ａの各溶接部３０にレーザ照射装置５６によりレーザ照射５８を行い、それぞれの溶接部２２、３０間を溶接し、電気的に接続する。レーザ照射５８は、素子中心２４側からコンデンサ素子４の周辺方向に放射状に延びる各溶接ライン６０で溶接を行う。溶接には既述のレーザ溶接に代え、電子ビーム溶接を用いてもよい。

つぎに、集電板１０Ａ、１０Ｂと外部端子との接続について、図７を参照する。図７は封口板側の陽極端子および陰極端子と集電板との接続を示している。

コンデンサ素子４の素子端面１２には図７に示すように、既述の処理によって集電板１０Ａ、１０Ｂが溶接によって接続されている。

これら集電板１０Ａ、１０Ｂに封口板６側の陽極端子８Ａ、陰極端子８Ｂが位置決めされる。そして、集電板１０Ａ、１０Ｂの端子接続部２８の側面に形成された溶接面３４と、陽極端子８Ａまたは陰極端子８Ｂの側壁に形成された溶接面３８との間をレーザ照射装置５６によりレーザ照射５８を行い、溶接面３４、３８間を溶接する。これにより、コンデンサ素子４と封口板６（図１）一体化され、単一の部品となる。

つぎに、コンデンサ２の組立ておよびコンデンサ２について、図８を参照する。図８はコンデンサの一例を示している。

図８に示すコンデンサ２では、アルミニウムなどの金属材料で形成された有底筒状の外装ケース４６が用いられている。この外装ケース４６にはコンデンサ素子４とともに、封口板６が挿入され、この封口板６には絞り加工された外装ケース４６の段部６２に固定されている。外装ケース４６の開口端部６４をカーリング処理によって封止部５０内に食い込ませ、外装ケース４６が封止されている。

〔他の実施の形態〕

(1) 上記実施の形態では、コンデンサ素子４の同一の素子端面６に電極部１４Ａ、１４Ｂを設け、集電板１０Ａ、１０Ｂを設置しているが、異なる素子端面に個別に電極部を張り出し、集電板を設置する構成としてもよい。

(2) 上記実施の形態では、陽極側および陰極側に同一形状の集電板１０Ａ、１０Ｂを用いているが、異なる形状であってもよい。

(3) 上記実施の形態では、素子端面6に非溶接部２０を挟んで溶接部２２を設置しているが、溶接部２２は１箇所でもよい。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明のコンデンサおよびその製造方法は、素子端面に電極張出し部の成形順序によって平坦でバランスの取れた電極部を形成し、集電板の溶接面を平坦化することにより、加工精度と加工の迅速化を図り、以て加工コストの低減化を実現したものであり、製造の自動化に寄与し、有益である。

２ コンデンサ
４ コンデンサ素子
８Ａ 陽極端子
８Ｂ 陰極端子
１０Ａ、１０Ｂ 集電板
１２ 素子端面
１４Ａ、１４Ｂ 電極部
１６ 絶縁間隔
１８Ａ、１８Ｂ 電極箔
２０ 非溶接部
２２、３０ 溶接部
２４ 素子中心
２６ 素子接続部
２８ 端子接続部
３２ 設置面部
３４ 第１の溶接面部
３８ 第２の溶接面部
４０ 絶縁間隔

Claims (3)

1. 素子端面に電極張出部を備えたコンデンサ素子を形成し、
   前記電極張出部に非溶接領域と溶接領域とを区分し、
   前記非溶接領域を折り曲げた後、前記各溶接領域を折り曲げて成形した電極部を前記素子端面に形成し、
   前記電極部の前記溶接領域に集電板を溶接により接続する
   ことを含むことを特徴とするコンデンサの製造方法。
2. 前記溶接領域との溶接面を含む裏面側を平坦面に形成された前記集電板を前記電極部に当て、前記溶接面と前記集電板とを溶接することを特徴とする、請求項１に記載のコンデンサの製造方法。
3. 前記電極部には、前記非溶接領域を挟んで前記溶接領域が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のコンデンサの製造方法。

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