JP6305682B2 - アルミニウム電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム電解コンデンサおよびその製造方法に関するものである。特に、アルミニウム電解コンデンサの引き出しリードタブと外部端子との接続に関するものである。

アルミニウム電解コンデンサは、表面をエッチング処理し化成による酸化膜を形成した陽極箔と、表面をエッチング処理し酸化膜を形成しない、あるいは低圧化成による酸化膜を形成した陰極箔とを電解紙等のセパレータを介して巻き回したコンデンサ素子に電解液を含浸し、このコンデンサ素子をケース内に収納後、陽極箔および陰極箔の電極箔から引き出した引き出しリードタブを、封口板を貫通する外部端子にそれぞれ接続し、封口板をケースに取り付けて密閉した構造になっている。

従来、このアルミニウム電解コンデンサにおいて、コンデンサ素子の陽極引き出しリードタブもしくは陰極引き出しリードタブと外部端子の接合は、外部端子の端面に外部端子の径よりも細くした突起部を設け、引き出しリータブの端部に穴をあけてその突起部に差し込み、次に押さえ板としての平ワッシャを差し込み、機械的にかしめるかしめ接合をしている。なお、引き出しリータブ、外部端子、そして平ワッシャとも腐食防止のため、いずれもアルミニウムを主体としたものからなっている。
近年、大電流に対応したコンデンサが望まれている。この課題に対して、かしめ接合は、機械的な接合で、接合部分表面の酸化膜のため接続抵抗が増加してしまいやすい。
そのため、特許文献１には、引出しリードタブの先端部を折り曲げて外部端子の端面部分に載置させ、
レーザ溶接で引出しリードタブと外部端子の端面部分とを接合する方法が提案されている。
ところで、上記の引出しリードタブは、レーザによる接合させる前、被接合部分の表面に載せて置かれているため、すき間が存在しやすく、十分な金属接合が得られない場合が生じやすい。
そのため、特許文献２では、外部端子の端面に外部端子の径よりも細くした突起部を設け、引き出しリータブドの端部に穴をあけてその突起部に差し込み、次に押さえ板としての平ワッシャを差し込み、機械的にかしめる従来のかしめ接合する方法に追加して、このかしめ接合側の外部端子の端面部分を上方向から、引出リードタブ部分、平ワッシャ部分、外部端子のかしめ部分、平ワッシャ部分、そして引出リードタブ部分の順に線状にレーザをスキャンしながら照射などして、引出リードタブの一部と、外部端子の引出リードタブと接触する側の部分と、外部端子のかしめ部分と、をレーザ溶接する方法が提案されている。

特開平３−３４５０５号公報 特開２００２−４３１７６号公報

かしめ接合で使用される平ワッシャは、引出リードタブを外部端子に押さえこむ押さえ板として使用するため、板厚は厚く、そのため放熱性が大きいため、レーザが貫通するのは容易ではない。また、レーザの出力をあげ、平ワッシャを貫通するように外部端子の端面部分をレーザでスキャンしながら照射すると、平ワッシャが破断してしまう。そのため、平ワッシャが破断しないようなパワーで、かしめ接合した外部端子の端面部分をレーザでスキャンしながら照射する上記の従来方法では、平ワッシャからはみ出した引出リードタブ部分が、レーザで溶融され外部端子と溶接されることとなるが、その部分は平ワッシャで外部端子に十分押さえこまれる部分ではないので、レーザ溶接が不安定になりやすい。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、平ワッシャ等の押さえ板で引出リードタブを外部端子に押さえこみながら、引出リードタブを外部端子に十分な金属接合したアルミニウム電解コンデンサを得ることを目的としている。

本発明は、上記の課題を解決するために、下記のアルミニウム電解コンデンサおよびその製造方法を提供するものである。
（１）電極箔から引き出され外部端子に接続される引き出しリードタブと、その引き出しリードタブを前記外部端子に押さえる押さえ板と、前記外部端子の端部に設けられた突起部に、前記引き出しリードタブと前記押さえ板とにそれぞれ設けられたはめ穴の部分がはめられ、前記突起部をかしめてかしめ接合されたアルミニウム電解コンデンサにおいて、前記押さえ板の前記はめ穴の周辺に設けられた、貫通のまたは前記引き出しリードタブの押さえ面とは反対側からへこんだ非貫通の溶接用孔部と、この溶接用孔部の孔軸方向で、前記引き出しリードタブと前記外部端子との間に設けた溶接部とを有することを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
（２）電極箔から引き出され外部端子に接続される引き出しリードタブと、その引き出しリードタブを前記外部端子に押さえる押さえ板と、前記外部端子の端部に設けられた突起部に、前記引き出しリードタブと前記押さえ板とにそれぞれ設けられたはめ穴の部分がはめられ、前記突起部をかしめてかしめ接合されるアルミニウム電解コンデンサの製造方法において、
前記突起部をかしめてかしめ接合する工程と、前記押さえ板の前記はめ穴の周辺に、貫通のまたは前記引き出しリードタブの押さえ面とは反対側からへこんだ非貫通の溶接用孔部を設ける工程とが同時におこなわれる第一工程と、
この溶接用孔部の孔軸方向で、前記押さえ板と前記引き出しリードタブと前記外部端子との間に溶接部を設ける第二工程とを有するアルミニウム電解コンデンサの造方法。

平ワッシャ等の押さえ板に貫通孔部を設け、その貫通孔部のところで、引き出しリードタブと外部端子との間に設けた接合部を有することにより、または平ワッシャ等の押さえ板の押さえ面とは反対側に非貫通孔であるへこみ部を設け、そのへこみ部と引き出しリードタブと記外部端子との間に設けた接合部を有することにより、平ワッシャ等の押さえ板で引出リードタブを外部端子に押さえこみながら、引出リードタブを外部端子に十分な金属接合がされているアルミニウム電解コンデンサを得ることができる。

本発明に係るアルミニウム電解コンデンサの断面図を示している。 本発明のアルミニウム電解コンデンサの外部端子と引き出しリードタブとの接続部分を示している。 本発明の別のアルミニウム電解コンデンサの外部端子と引き出しリードタブとの接続部分を断面図で示している。 本発明のアルミニウム電解コンデンサの外部端子と引き出しリードタブとの接続方法を示している。 本発明の別のアルミニウム電解コンデンサの外部端子と引き出しリードタブとの接続方法を示している。

本発明に述べる電極箔は、アルミニウム電解コンデンサの陽極と陰極とに使用される一般的な電極箔で、主にアルミニウムからなる。
陽極は、厚さ５０μｍから１５０μｍ程度の主にアルミニウム箔を、酸水溶液中、その表面をエッチング処理し、直径が０．１μｍから２μｍ程度のエッチングピットを設けた後、ホウ酸アンモニウム等の水溶液中で、定格電圧の１．５倍程度の電圧を印加して化成し、コンデンサとしての耐圧性の陽極酸化皮膜を形成したものである。
陰極は、厚さ２０μｍから１００μｍ程度の主にアルミニウム箔をそのまま、または酸水溶液中に浸漬し、その表面をエッチング処理したものである。

本発明に述べる引き出しリードタブは、５０μｍから５００μｍ程度の厚さの主にアルミニウム箔を、短冊状に切り出したもので、一般的には、エッチングなどの粗面化加工の施されていないプレンの箔が用いられている。少なくともその表面が９９．９％以上の純度のものを使用するのが好ましい。表面の純度を向上させる方法として、クラッド積層、表面蒸着またはメッキなど特に限定なく用いることができる。また、引き出しリードタブの芯となる部分は、シリコン等を添加し箔強度を上げると取り扱いが容易になる。また、陽極側の引き出しリードタブについては、陽極酸化が施されたものも使用される。

本発明に述べる外部端子は、コンデンサケースの封口板にあって、封口板を貫通する端子で、引き出しリードタブと外部回路を電気的につなぐものである。主にアルミニウムからなる。外部端子は一般にほぼ円柱形に形成されており、たとえばこの外側面の中程に鍔が形成され、この鍔の部分が封口板に埋設される。また、一般には、外部端子の外側の端面には、ネジ穴が形成されたネジ端子となっている。外部端子の他端には、引き出しリードタブを接続固定するための接続部を設ける。この接続部として、外部端子の径よりも細くした突起部を設け、引き出しリータブドの端部に穴をあけてその突起部に差し込み、次に押さえ板としての平ワッシャを差し込み、機械的にかしめるかしめ接合をする。この突起部は、たとえば柱形に形成されており、加工上柱状体の軸と同じ軸方向にあるのが好ましい。また、突起部の径は、太いほど突起部に差し込む押さえ板を固定しやすいが、太すぎると押さえ板自体の押さえ面積が減少する。
外部端子の直径はおおよそ０．５ｃｍから２ｃｍ程度で、突起部の直径は、外部端子の直径の４分の１から半分程度となっている。

本発明に述べる押さえ板は、引き出しリードタブの表面に設け、引き出しリードタブを外部端子に押さえ込む板で、引き出しリードタブとともに、中央に差し込み穴を設け、外部端子の端面に設けた突起部に差し込み、突起部をかしめて押さえ込む。一般的には厚さが０．５ｍｍから５ｍｍ程度のアルミニウム製で、より強度を得るためには、シリコン、マグネシウム等を添加する。形状は、外部端子の端面と同形となるが、一般的には、方向性のない円盤系の場合平ワッシャと呼ばれ、中央にはめ穴を設けたものとなる。

本発明に述べる溶接用孔部は、押さえ板に設ける貫通または非貫通の穴で、押さえ板の中央部分に設ける差し込み穴の周辺部分に１つ以上複数設けるが、多いほど押さえ板の押さえつけ強度が減少する。非貫通のへこみ穴の場合は、引き出しリードタブの押さえ面とは反対側からへこんでいる。
溶接用孔部は、押さえ板が円盤の場合、円盤の直径と差し込み穴の直径との間の長さの直径の円周上に点在するもので、溶接用孔部の広さが押さえ板の内周または外周にかからないようにするほうが、押さえ板の強度の点で好ましい。押さえ板が円盤でない場合も円盤と同様に中間に溶接用孔部を点在させる。また、溶接用孔部の広さが押さえ板の外周にかからないようにするために、絶縁等に問題がなければ、押さえ板の直径は外部端子の直径よりも大きいほうが押さえ板の強度の点で好ましい。
また、溶接用孔部は、押さえ板を外部端子に差し込まれる前に設けると、溶接用孔部の量産には好ましいが、その後の工程である溶接の場所の位置検索が困難になりやすい。この場合には、押さえ板を外部端子に差し込んだ後に加工されるのが好ましい。外部端子突起部をかしめてかしめ接合する工程と同時に溶接用孔部を設けると、工程数がその分減少し好ましい。
押さえ板を外部端子に差し込まれた後、溶接用孔部を設ける場合には、先が丸いまたは特に先がとがった円錐状の治具を使用して押さえ板に押し込み加工すると穿孔性の点で好ましい。

引き出しリードタブと外部端子間溶接は、この溶接用孔部の孔軸方向でおこなわれる。溶接法としては、アーク溶接、超音波溶接、または抵抗溶接等、特に限定なく使用できる。押さえ板の溶接用孔部が貫通孔の場合、溶接部は、引き出しリードタブと外部端子との間で形成される。押さえ板の溶接用孔部が非貫通孔の場合、溶接部は、押さえ板と引き出しリードタブと外部端子との間にまたがって形成され好ましい。
レーザ溶接の場合、先がとがった円錐状の治具を使用することにより、押さえ板の溶接用孔部が先がつぼまった穴の場合、レーザの直径が貫通孔の側面にかかると、レーザがかかった側面部分も溶けるので、溶接部は、押さえ板と引き出しリードタブと外部端子との間にまたがって形成される。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るアルミニウム電解コンデンサの断面図を示している。

本発明に係るアルミニウム電解コンデンサは、表面をエッチング処理し化成による酸化膜を形成した陽極箔と、表面をエッチング処理し酸化膜を形成しない、あるいは低圧化成による酸化膜を形成した陰極箔とを電解紙等のセパレータを介して巻き回したコンデンサ素子１に電解液を含浸し、このコンデンサ素子１をケース２内に収納後、陽極箔および陰極箔から引き出した引き出しリードタブ３を、封口板４を貫通する外部端子５にそれぞれ接続し、封口板４をケース２に取り付けて密閉した構造になっている。また、ケース２の外側面には、絶縁性の外装スリーブ６を設けている。
外部端子５は柱状で断面が円形のものが加工しやすい。また外部端子５には、引き出しリードタブ３と接続する端面に突起部７を設ける。突起部７には必要な数の引き出しリードタブ３とそれを押さえる押さえ板８が差し込まれ、かしめ加工される。突起部７の直径は、外部端子１の直径の１／５から１／２が好ましく、外部端子１の直径の１／５よりも小さいと押さえ込む強度が取れにくくなり、外部端子１の直径の１／２より大きいと押さえ込む面積が減少しやすい。
また、押さえ板８には、突起部７の差し込み穴の周辺に、貫通のまたは引き出しリードタブ３の押さえ面側で非貫通の溶接用孔部９を設け、この溶接用孔部９の孔軸方向で、引き出しリードタブと３外部端子１との間に溶接部１０を設ける。

図２は、本発明のアルミニウム電解コンデンサの外部端子と引き出しリードタブとの接続部分を示している。図２（ａ）は、断面図を、図２（ｂ）は、上面図を示している。
外部端子５の突起部７に、必要な数の引き出しリードタブ３とそれを押さえる押さえ板８が差し込まれ、かしめ加工されている。また、押さえ板８には、突起部７への差し込み穴の周辺に、引き出しリードタブ３の押さえ面側で非貫通の溶接用孔部９を設け、この溶接用孔部９の孔軸方向で、押さえ板８と引き出しリードタブ３と外部端子５との間に溶接部１０を設けて接合している。
また、溶接用孔部９の直径が大きいほど、溶接部１０の面積が増加するが、押さえ板の押さえつけ強度が減少するため、外部端子間の絶縁に支障がない範囲で、押さえ板の直径を増加させるのが好ましい。

図３は、本発明の別のアルミニウム電解コンデンサの外部端子と引き出しリードタブとの接続部分を断面図で示している。
図２と同様に外部端子５の突起部７に、必要な数の引き出しリードタブ３とそれを押さえる押さえ板８が差し込まれ、かしめ加工されている。また、押さえ板８には、突起部７に差し込まれる差し込み穴の周辺に、貫通の溶接用孔部９を設け、この溶接用孔部９の軸方向で、引き出しリードタブ３と外部端子５との間に溶接部１０を設けて接合している。

図４は、本発明のアルミニウム電解コンデンサの外部端子と引き出しリードタブとの接続方法を示している。図４（ａ）は、かしめ前の状態を、図４（ｂ）は、かしめ直後の状態を、図４（ｃ）は、溶接直後の状態を示している。
まず、図４（ａ）に示すように、外部端子５の端面に設けた突起部７に、必要な数の引き出しリードタブ３とそれを押さえる押さえ板８を差し込む。このとき、引き出しリードタブ３と押さえ板８とには差し込み用の差し込み穴を設けておく。
次に、図４（ｂ）に示すように、かしめ部１１と溶接用孔部９が同時に形成できる型治具１２により、外部端子５の端面上方から押しつけてかしめ部１１と溶接用孔部９である非貫通のへこみを設ける。このとき、この型治具１２の端面外周には押さえ板８が外側に広がらないように、ダム状のストッパー部１３を設けるのが好ましい。
次に、図４（ｃ）に示すように、溶接用孔部９と、かしめ部１１とは反対側の外部端子５の端面間で抵抗溶接用の電極１４をはさんで、押さえ板８と引き出しリードタブ３と外部端子５との間に溶接部１０を設ける。

図５は、本発明の別のアルミニウム電解コンデンサの外部端子と引き出しリードタブとの接続方法を示している。図５（ａ）は、かしめ直後の状態を、図５（ｂ）は、溶接開始の状態を、図５（ｃ）は、溶接後の状態を示している。
まず、図４（ａ）に示すのと同様にように、外部端子５の端面に設けた突起部７に、必要な数の引き出しリードタブ３とそれを押さえる押さえ板８を差し込む。このとき、引き出しリードタブ３と押さえ板８とには差し込み穴を設けておく。
次に、図５（ａ）に示すように、かしめ部１１と溶接用孔部９が同時に形成できる型治具１２により、外部端子５の端面上方から押しつけてかしめ部１１と溶接用孔部９である貫通孔を設ける。この場合の型治具１２の溶接用孔部９の形成部分の形状は、先がとがった円錐状になっている。そのため、できた押さえ板８の溶接用孔部９もまた先がつぼまった形状となる。
次に、図４（ｂ）に示すように、レーザ光１５の直径を溶接用孔部９の中間程度の直径として照射する。
次に、図４（ｃ）に示すように、その結果、押さえ板８の溶接用孔部９のつぼまった部分も溶融して結果として、押さえ板８と引き出しリードタブ３と外部端子５との間に溶接部１０が設けられる。

１…コンデンサ素子、２…ケース、３…引き出しリードタブ、４…封口板、５…外部端子、６…外装スリーブ、７…突起部、８…押さえ板、９…溶接用孔部、１０…溶接部、１１…かしめ部、１２…型治具、１３…ダム状のストッパー部、１４…電極、１５…レーザ光

Claims (2)

1. 電極箔から引き出され外部端子に接続される引き出しリードタブと、
   前記引き出しリードタブを前記外部端子に押さえる押さえ板と、を備え、
   前記外部端子の端部に設けられた突起部に、前記引き出しリードタブと前記押さえ板とにそれぞれ設けられたはめ穴の部分がはめられ、前記突起部をかしめてかしめ接合されたアルミニウム電解コンデンサにおいて、
   前記押さえ板の前記はめ穴の周辺に、当該押さえ板の内周または外周にかからないように設けられた貫通の溶接用孔部と、
   前記溶接用孔部の孔軸方向で、前記引き出しリードタブと前記外部端子との間に設けた溶接部とを有するアルミニウム電解コンデンサ。
2. 電極箔から引き出され外部端子に接続される引き出しリードタブと、
   前記引き出しリードタブを前記外部端子に押さえる押さえ板と、を備え、
   前記外部端子の端部に設けられた突起部に、前記引き出しリードタブと前記押さえ板とにそれぞれ設けられたはめ穴の部分がはめられ、前記突起部をかしめてかしめ接合されるアルミニウム電解コンデンサの製造方法において、
   前記突起部をかしめてかしめ接合する工程と、前記押さえ板の前記はめ穴の周辺に、当該押さえ板の内周または外周にかからないように貫通の溶接用孔部を設ける工程とが同時におこなわれる第一工程と、
   前記溶接用孔部の孔軸方向で、前記押さえ板と前記引き出しリードタブと前記外部端子との間に溶接部を設ける第二工程とを有するアルミニウム電解コンデンサの製造方法。

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