JP7219003B2 - 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る。

従来、この種の技術としては、特許文献１に記載された技術がある。特許文献１には、陰極箔とセパレータとを積層して九十九折りし、各セパレータの間に陽極箔を配置したコンデンサ素子を有する電解コンデンサにおいて、陰極箔又はセパレータの少なくともどちらか一方の折り曲げ部分に、ミシン目を設ける電解コンデンサについて開示されている。

特開２００３－５９７７８公報

ところで、特許文献１に開示された電解コンデンサでは、陰極箔及び陽極箔と電解液を含浸したセパレータとの密着性が低下し易く、低周波領域での等価直列抵抗（ＥＳＲ）が高くなる傾向がある。このため、陰極箔及び陽極箔と電解液を含浸したセパレータとの密着性を高くして、その状態を維持する必要がある。

ここで、陰極箔及び陽極箔とセパレータとの密着性を高くする方法として、セパレータに素子止めテープを貼着してセパレータの先端部を固定する際に、素子止めテープにテンションをかけながら素子止めテープを貼着することが考えられる。

しかし、特許文献１に記載されたコンデンサ素子においては、セパレータを屏風のように折り畳んでいるため、セパレータに強い張力をかけた場合に、つづら折りされたセパレータが広がってしまうおそれがある。しかも、セパレータがずれてしまったり、ミシン目の部分で破れてしまったりするおそれもある。このため、セパレータに対して強い張力をかけることが困難である。

そこで、上記問題が発生しないようにセパレータに弱い張力をかけることも考えられるが、この場合には、折り曲げ部分において発生するスプリングバックの影響により、陰極箔及び陽極箔と電解液を含浸したセパレータとの密着性が低下するおそれがある。

本発明は、このような問題点を解決し、陰極箔及び陽極箔と電解液を含浸したセパレータとの密着性の低下を防ぎ、電気特性を向上させることを実現する電解コンデンサの製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、次に記載する構成を備える。

（１） ２枚の帯状のセパレータと、
帯状の陰極箔と、
複数のシート状の陽極箔とを有し、
２枚の前記セパレータの間に前記陰極箔を挟んでなる積層体を巻き折りし、当該巻き折りによって形成される隣合う区画の間に前記陽極箔を介在させてなるコンデンサ素子を備えた電解コンデンサの製造方法において、
前記セパレータおよび前記陰極箔における少なくともいずれか一方の、前記巻き折りにおける折曲箇所に折り目を予め形成する折り目形成工程と、
前記折り目が形成された前記セパレータまたは前記陰極箔を有する前記積層体を巻き折りする巻き折り工程とを備えた
ことを特徴とする電解コンデンサの製造方法。
（２） （１）において、前記巻き折り工程において、前記積層体の端部に、前記陰極箔を外部に露出させる露出部を形成することを特徴とする電解コンデンサの製造方法。
（３） （１）において、前記折り目形成工程前に、前記セパレータおよび前記陰極箔における少なくともいずれか一方の、前記巻き折りにおける折曲箇所にミシン目または破線状エンボスが形成されていることを特徴とする電解コンデンサの製造方法。
（４） （３）において、前記巻き折り工程において、隣合う前記ミシン目同士または隣合う前記破線状エンボス同士の間隔が、前記コンデンサ素子の横幅が大きくなることに合せて徐々に広がるように前記積層体を巻き折りすることを特徴とする電解コンデンサの製造方法。

本発明によれば、陰極箔及び陽極箔と電解液との密着性の低下を防ぎ、電気特性を向上させることを実現する電解コンデンサの製造方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態における電解コンデンサ１の概観を示す斜視図である。 本発明の一実施形態における電解コンデンサ１の内部の要部構成を示す説明図である。 コンデンサ素子１０の構成部品を示す説明図である。 コンデンサ素子１０の構造を示す模式図である。 コンデンサ素子１０の組立方法を示す説明図である。 コンデンサ素子１０の組立方法を示す説明図である。 コンデンサ素子１０の組立方法を示す説明図である。 第１実施形態の電解コンデンサ１との比較例を示す模式図である。 第２実施形態の電解コンデンサ１に係る積層体７の外観を示す図である。 第２実施形態に係るコンデンサ素子１０の断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態における電解コンデンサ１の概観を示す斜視図である。図２は本発明の第１実施形態における電解コンデンサ１の内部の要部構成を示す説明図である。

［電解コンデンサの構成］
図１及び図２に示すように、電解コンデンサ１は、コンデンサ素子１０と、ケース２１と、封口体２２と、リード線２３、２４と、を備えている。

コンデンサ素子１０（図２参照）は、静電容量により電荷を蓄えたり、放出したりする素子であり、ケース２１の内部に収容される。
ケース２１は、外形が略直方体形状の有底の筒体からなり、略直方体形状における長手方向の一端側が開放されており、他端側が閉鎖されている。

封口体２２は、ケース２１の開口を封止する部材であり、本体部２２ａと、ケース２１の開口に挿入される挿入部２２ｂと、を備えている。本体部２２ａは、略直方体形状であり、本体部２２ａを挿入方向視した形状は、ケース２１を長手方向視した外形と同一である。挿入部２２ｂは、本体部２２ａの上面から突出しており、挿入部２２ｂの外周は、本体部２２ａの外周よりも一回り小さく形成されている。このため、本体部２２ａから挿入部２２ｂにかけて段差が形成されている。ケース２１に挿入部２２ｂが挿入された場合に、ケース２１の側面と本体部２２ａの側面とがほぼ面一となる。

リード線２３、２４は、コンデンサ素子１０と外部の電気回路とを電気的に接続する端子であり、封口体２２に並べて固定されている。リード線２３、２４の一端部は、本体部２２ａの底面からケース２１の長手方向に沿って延びており、リード線２３、２４の他端部は、挿入部２２ｂの上面からケース２１の長手方向に沿って延びており、リード線２３、２４の中央部は封口体２２に埋設されている。

リード線２３、２４は、コンデンサ素子１０の陽極タブ２ｂ、陰極タブ３ｂに接続される。具体的には、挿入部２２ｂの上面から延びるリード線２３に対してコンデンサ素子１０の陽極タブ２ｂが、リード線２４に対してコンデンサ素子１０の陰極タブ３ｂが、例えば、溶接によってそれぞれ固定されるとともに、電気的に接続される。

そして、コンデンサ素子１０を電解液に浸した後、コンデンサ素子１０をケース２１内に挿入して、ケース２１の開口を封口体２２によって封止した後、封口体２２の段差部位をレーザー溶接によってケース２１に封口体２２を完全気密封止することにより、電解コンデンサ１が構成される。

［コンデンサ素子の構成］
次に、コンデンサ素子１０について説明する。
図３は、コンデンサ素子１０の構成部品を示す説明図である。
図３に示すように、コンデンサ素子１０は、複数の陽極部２と、陰極部３と、複数のセパレータ４とを有している。

陽極部２は、陽極箔２ａと、陽極タブ２ｂとを備えている。陰極部３は、陰極箔３ａと、陰極タブ３ｂとを備えている。陽極箔２ａは、アルミニウム等の弁作用金属で形成されたシート状の電極であり、陽極箔２ａの表面はエッチング処理により粗面化されるとともに酸化皮膜が形成されている。陰極箔３ａは、陽極箔２ａと同様にアルミニウム等の弁作用金属で形成された長尺の帯状の電極である。すなわち、陽極箔２ａ及び陰極箔３ａは矩形であって、タブ取付方向の長さが同一である。なお、以下の説明の便宜上、陰極箔３ａの矩形において、タブ取付方向に対して垂直方向に延びる幅を横幅と称し、タブ取付方向に延びる幅を縦幅と称することにする。すなわち、陽極箔２ａの縦幅と陰極箔３ａの縦幅とは同一である。

陽極タブ２ｂの一端部は、陽極箔２ａにおける横幅方向の一端側に固定されており、陽極タブ２ｂの他端部は、陽極箔２ａから縦幅方向に延びている。陰極タブ３ｂの一端部は、陰極箔３ａにおける横幅方向の一端側に固定されており、陰極タブ３ｂの他端部は、陰極箔３ａから縦幅方向に延びている。すなわち、陽極箔２ａ及び陰極箔３ａは、陽極タブ２ｂ及び陰極タブ３ｂにそれぞれ旗のように固定される。なお、陽極タブ２ｂは、ケース２１の内壁との間でショートが起こりにくくなるように、陽極箔２ａの横幅方向の一端部から離れた位置に固定することが望ましい。

セパレータ４は、横幅が陰極箔３ａよりも短く、縦幅が陰極箔３ａよりも若干長い矩形の帯状の電解紙であり、その両面には駆動用電解液および／または固体電解質が保持されている。本実施形態によれば、３枚の陽極箔２ａと２枚のセパレータを使用しており、一方のセパレータ４（以下、セパレータ４ａと称する）は、他方のセパレータ４（以下、セパレータ４ｂと称する）よりも横幅が長く設定されている。セパレータ４ａは、陽極箔２ａの横幅の４倍よりも若干長く、セパレータ４ｂは、陽極箔２ａの横幅の２倍よりも若干長く設定されている。

図４は、コンデンサ素子１０の構造を示す模式図である。図４に示すように、コンデンサ素子１０は、陰極箔３ａをセパレータ４ａ、４ｂによって挟んでなる積層体７を、巻き折りし（つづら折りと異なり同一方向に折り重ねて）、この巻き折りによって形成された厚み方向に隣合う矩形の区画７ａ、７ａの間に陽極箔２ａを介在させた構造を備えている。ここで、陰極箔３ａの最外周には、露出部３ｃが形成されている。第１実施形態によれば、陰極箔３ａの最外周全体が露出部３ｃとなる。そして、素子止めテープ６が外部に露出している陰極箔３ａに対して直接貼着されることによって、積層体７の巻き折り構造が維持される。

［コンデンサ素子の組立方法］
次に、コンデンサ素子１０の組立方法について、図５～図７を用いて説明する。コンデンサ素子１０の組立において、まず、図５（ａ）に示すように、陰極タブ３ｂがセパレータ４ｂにおける長手方向の一端の近傍に位置するようにセパレータ４ｂ上に陰極箔３ａを載置し、陰極箔３ａ上にセパレータ４ａを載置することで、図５（ｂ）に示すように、陰極箔３ａをセパレータ４ａ、４ｂの間に挟む。この際、陰極箔３ａを、ショート対策として、セパレータ４ａ、４ｂの一端から内側（同図では左側）に０．５ｍｍ程度ずらした部位に位置付ける。なお、説明の便宜上、セパレータ４における長手方向の一端側を右側、他端側を左側と称する。また、図５（ｂ）に示す、陰極箔３ａをセパレータ４ａ、４ｂの間に挟んだものを、積層体７と称する。つまり、陰極箔３ａは、セパレータ４ａ、４ｂ右側端部から若干離間した位置に配置される。

次に、図５（ｃ）に示すように、セパレータ４ａの右側端部に、陽極箔２ａを載置する。この際、陽極タブ２ｂを陰極タブ３ｂの左側に位置付けて、陽極タブ２ｂと陰極タブ３ｂとが重ならないようにする。これにより、陽極タブ２ｂは、陰極タブ３ｂから離間した位置に配置される。

次に、積層体７における陽極タブ２ｂの左側近傍を谷折りすることにより、図６（ａ）に示すように、積層体７における陽極箔２ａが載置されている区画７ａを、陽極箔２ａとともに左側に折り畳む。これにより、陽極箔２ａはセパレータ４に挟まれた状態となるとともに、セパレータ４を介して陽極箔２ａと陰極箔３ａとが積層される。

次に、図６（ｂ）に示すように、積層体７における左側に折り畳まれた区画７ａ上に、２枚目の陽極箔２ａを載置する。この際、２枚目の陽極箔２ａから延びる陽極タブ２ｂが、１枚目の陽極箔２ａから延びる陽極タブ２ｂと重なるように載置する。

次に、積層体７における２枚目の陽極箔２ａが載置されている区画７ａを、１枚目及び２枚目の陽極箔２ａとともに左側に折り畳む。これにより、図６（ｃ）に示すように、２枚目の陽極箔２ａがセパレータ４に挟まれた状態となるとともに、陰極箔３ａの上下にセパレータ４を介して２枚の陽極箔２ａ、２ａが配置される。

次に、図６（ｄ）に示すように、積層体７における左側に折り畳まれた区画７ａ上に、３枚目の陽極箔２ａを載置する。この際、３枚目の陽極箔２ａから延びる陽極タブ２ｂを、１枚目及び２枚目の陽極箔２ａから延びる陽極タブ２ｂと重なるように載置する。

次に、積層体における３枚目の陽極箔２ａが載置されている区画７ａを陽極箔２ａとともに左側に折り畳む。これにより、図７（ａ）に示すように、３枚目の陽極箔２ａがセパレータ４に挟まれた状態となるとともに、１枚目の陽極箔２ａにセパレータ４を介して積層される。なお、図７（ａ）に示す状態において、セパレータ４ａ、４ｂの左側端部が互いに重なり合うとともに、左端が揃うようになる（図４参照）。このように、積層体７を、陽極箔２ａを挟みながら左側に巻き折りすることによって、図７（ｂ）に示すように構成する。

次に、図７（ｃ）に示すように、陰極箔３ａの左端部に素子止めテープ６を貼着し、素子止めテープ６を引っ張って陰極箔３ａに張力をかけながら、図７（ｄ）に示すように、素子止めテープ６を、剥き出し状態の陰極箔３ａの周囲に貼着する。本実施形態によれば、１周を若干超えた分だけ素子止めテープ６を巻き付ける。以上の手順で、コンデンサ素子１０が組み立てられる。

図８は、第１実施形態の電解コンデンサ１との比較例を示す模式図である。図８に示す電解コンデンサ１は、特許文献１にて開示されたものであり、セパレータ４に素子止めテープ６を貼着して積層体７のつづら折り構造を維持させたものである。図８の構造においては、セパレータ４に素子止めテープ６が貼着されるため、陰極箔３ａに直接的にテンションをかけることができない。このため、最外周の陰極箔３ａに対してセパレータ４を密着させることが可能であるが、コンデンサ素子１０の中心側であるほど、陰極箔３ａがセパレータ４によって押圧され難くなることから、陰極箔３ａがセパレータ４に密着し難くなる。

それに対して、第１実施形態の電解コンデンサ１によれば、素子止めテープ６を陰極箔３ａに対して直接に貼着することができる。このため、素子止めテープ６を貼着する際に、素子止めテープ６に対して直接的にテンションをかけることが可能になる。その際、積層体７は、巻き折りされているため、積層体７の内側における陰極箔３ａとセパレータ４との摩擦力が高いために、陰極箔３ａに比較的強いテンションをかけても陰極箔３ａがずれることが防止される。したがって、陰極箔３ａとセパレータ４との密着性を向上させることが可能になり、低周波領域での等価直列抵抗（ＥＳＲ）の上昇を抑えることが可能になる。

このように構成された第１実施形態の電解コンデンサ１によれば、コンデンサ素子１０の最外周が陰極箔３ａであるため、陰極箔３ａに直接素子止めテープ６を貼着することが可能になり、素子止めテープ６を引っ張ることで陰極箔３ａに直接テンションをかけながら、巻き折りされた積層体７を周回させることが可能になる。これにより、コンデンサ素子１０の厚さを低減できるとともに、陽極箔２ａ又は陰極箔３ａとセパレータ４に含まれている電解質との密着性を向上させることが可能になり、低周波領域での等価直列抵抗（ＥＳＲ）の上昇を抑えることが可能になる。しかも、素子止めテープ６を引っ張ることで陰極箔３ａに対するセパレータ４のずれを防止しながら積層体７を収縮させることが可能になり、コンデンサ素子１０の小型化を図ることができる。これにより、小型の電解コンデンサ１を提供することが可能になる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態における電解コンデンサについて説明する。
第２実施形態の電解コンデンサ１と第１実施形態の電解コンデンサ１とは、セパレータ４の構造において一部異なっている。

図９は、第２実施形態の電解コンデンサ１に係る積層体７の外観を示す図であり、第２実施形態のセパレータ４は、第１実施形態におけるセパレータ４の折り曲げ部位にミシン目４ｃを形成したものである。隣合うミシン目４ｃ、４ｃの間隔は、積層体７を巻き折りすることによってコンデンサ素子１０の本体の横幅が大きくなることに合わせて、右側から左側に向かって徐々に広がっている。なお、第２実施形態によれば、セパレータ４ａにおいて３箇所、図示しないがセパレータ４ｂにおいて２箇所、ミシン目４ｃが形成されている。

第２実施形態に係るコンデンサ素子１０の組立方法は、基本工程については図５～図７に示す第１実施形態に係るコンデンサ素子１０の組立方法と略同じであるが、折り畳む前に、ミシン目４ｃの部位を折り込んで折り目を付けてから折り畳む。本実施形態においては、例えば、図５（ｃ）あるいは図６（ｂ）、図６（ｄ）に示すように、陽極箔２ａを巻き込む毎に折り目をつけているが、陽極箔２ａを巻き込む前、例えば、図５（ｂ）に示す段階で、予め折り目を付けることも可能である。

そして、図７（ｃ）に示すように、積層体７を折り畳んだ後、直接素子止めテープ６によって、積層体７の左端部を積層体７の表面に固定する。これにより、第２実施形態に係るコンデンサ素子１０が組み立てられる。

図１０は、第２実施形態に係るコンデンサ素子１０の断面図である。コンデンサ素子１０は、両側部に折り目が施されており、更に、中央部において３枚の陽極箔２ａが積層されているため、縦方向視した場合に、図１０に示すように、アーモンドのような両端部が尖った楕円形となる。

このように構成された第２実施形態の電解コンデンサ１によれば、セパレータ４において折り畳む部位にミシン目が形成されているため、折り込み作業が行いやすくなり、しかも、セパレータ４のスプリングバックを軽減することが可能になる。これにより、コンデンサ素子１０の厚さを低減できるため、小型の電解コンデンサ１を提供することが可能になるとともに、陽極箔２ａ又は陰極箔３ａとセパレータ４に含まれている電解液との密着性を向上させることが可能になり、低周波領域での等価直列抵抗（ＥＳＲ）の上昇を抑えることが可能になる。

なお、第２実施形態においては、図９に示すように、セパレータ４にミシン目４ｃを形成しているが、ミシン目４ｃの代わりに、破線状エンボスを付けてもよい。この場合、エンボス加工によって形成される突起は、外周側に突出させるのがよい。

また、第２実施形態においては、第１実施形態と同様に、最外周の陰極箔３ａが露出した状態で直接素子止めテープ６によって積層体７の左端部を積層体７の表面に固定してもよい。また、直接素子止めテープ６を貼着する前に、巻き折りされた積層体７の折り目に再度折り目を付ける作業を行うことにより、コンデンサ素子１０の厚さを小さくすることが可能になる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその趣旨を超えない範囲において変更が可能である。例えば、上述の第１実施形態においては、積層体７を谷折りしながら巻いているが、第２実施形態と同様に、積層体７にしっかりと折り目を付けてから巻いてもよい。これにより、第１実施形態においても、セパレータ４のスプリングバックを軽減することが可能になる。
なお、第２実施形態によれば、積層体７すなわちセパレータ４および陰極箔３ａの両方に折り目を付けているが、それに限らず、セパレータ４のみ、あるいは陰極箔３ａのみに折り目を付けてもよい。
また、第１実施形態においては外周部に陰極箔３ａがセパレータ４を介さずに対向する部位を設けているが、陰極箔３ａの巻き終わり部をセパレータ４の巻き終わり部と同じ位置としてもよい。

１ 電解コンデンサ
２ 陽極部
２ａ 陽極箔
２ｂ 陽極タブ
３ 陰極部
３ａ 陰極箔
３ｂ 陰極タブ
４ セパレータ
４ｃ ミシン目
６ 素子止めテープ
７ 積層体
１０ コンデンサ素子

Claims (4)

1. ２枚の帯状のセパレータと、
   帯状の陰極箔と、
   複数のシート状の陽極箔とを有し、
   ２枚の前記セパレータの間に前記陰極箔を挟んでなる積層体を巻き折りし、当該巻き折りによって形成される隣合う区画の間に前記陽極箔を介在させてなるコンデンサ素子を備えた電解コンデンサの製造方法において、
   前記セパレータおよび前記陰極箔における少なくともいずれか一方の、前記巻き折りにおける折曲箇所に折り目を予め形成する折り目形成工程と、
   前記折り目が形成された前記セパレータまたは前記陰極箔を有する前記積層体を巻き折りする巻き折り工程とを備えた
   ことを特徴とする電解コンデンサの製造方法。
2. 前記巻き折り工程において、前記積層体の端部に、前記陰極箔を外部に露出させる露出部を形成することを特徴とする請求項１記載の電解コンデンサの製造方法。
3. 前記折り目形成工程前に、前記セパレータおよび前記陰極箔における少なくともいずれか一方の、前記巻き折りにおける折曲箇所にミシン目または破線状エンボスが形成されていることを特徴とする請求項１記載の電解コンデンサの製造方法。
4. 前記巻き折り工程において、隣合う前記ミシン目同士または隣合う前記破線状エンボス同士の間隔が、前記コンデンサ素子の横幅が大きくなることに合せて徐々に広がるように前記積層体を巻き折りすることを特徴とする請求項３記載の電解コンデンサの製造方法。

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