JP2009290059A - 電解コンデンサの製造方法および電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】電極箔とタブ端子とを接合する凸型の交換頻度を減らすことによって生産性を向上させ、且つ交換頻度を少なくしても、剥離強度を維持して箔切れを生じさせないようにすることで歩留まりを向上させることができる電解コンデンサの製造方法を提供する。
【解決手段】凸部５２を有する凸型５０と、凸部５２に対向して配置された平型５１との間に、電極箔３８，３９とタブ端子４０，４１とを重ね合わせて配置し、凸型５０または平型５１を相対的に接離動させることによって、電極箔３８，３９とタブ端子４０，４１とを冷間圧着によって接合して電解コンデンサ３０を製造する製造方法において、凸型５０として、電極箔３８，３９およびタブ端子４０，４１を押圧する凸部５２の外壁面の傾斜角が４０°〜５０°であるものを用いる。
【選択図】図６

Description

本発明は、電極箔とタブ端子とが冷間圧着によって形成された接合部によって接合されてなる電解コンデンサ、およびこのような電解コンデンサを製造する製造方法に関する。

電解コンデンサは、陽極箔と陰極箔（以下、これらを総称して電極箔と称する場合もある）との間にセパレータ紙を挟んで巻回することによって形成されたコンデンサ素子が、ケースに収納されて構成されている。ケースの開口部を封口する封口体からは、コンデンサ素子の陽極箔と陰極箔とにそれぞれ接続された陽極用端子と陰極用端子とが突出している。

陽極箔および陰極箔の表面は、表面積を拡大する拡面処理のためにエッチングが施されている。エッチングが施されることで、各電極箔の表面が粗面化して拡面化され、コンデンサ容量を増加させることができる。

拡面処理された各電極箔には、陽極用端子および陰極用端子のそれぞれに接続された各タブ端子が取り付けられる。各タブ端子は、冷間圧着（コールドウェルド法）によって固定されるのが一般的である（例えば特許文献１、特許文献２参照）。

ここで、特許文献１に開示されているような、電極箔にタブ端子を接合する冷間圧着に用いられる従来の凸型と平型の構成を図７に示す。
タブ端子２と電極箔１とは重ね合わされ、電極箔１側に凸型４が配置されている。また、タブ端子２側には、凸型４と対向するように平型９が配置されている。凸型４には複数の凸部５が形成されており、各凸部５が電極箔１とタブ端子２を電極箔１側から押圧して接合部７を形成する。

凸部５は、互いの凸部５の対向する面が所定角度傾斜する傾斜面１１として形成されている。凸部５の傾斜面１１と反対側の面は、タブ端子２および電極箔１に対してほぼ直角となる剪断面１２が形成されている。

そして、特許文献１には、凸型４を下降させていくことによって、凸部５の剪断面１２によって電極箔１が積層方向に剪断されて剪断部８が形成され、凸部５の傾斜面１１によって塑性変形により電極箔１とタブ端子２が流動し、凸部５の先端面６によって接合部７が形成される旨が開示されている。

特開２００７―２７３６４５号公報 登録実用新案第３１３６６２９号公報

電解コンデンサの設計時には、電解コンデンサの使用目的や要求される性能に応じて電極箔を選択するが、電極箔を選択するパラメータの１つとしては電極箔の厚さがある。
一方、電極箔とタブ端子とを接合する場合においては、十分な接合強度を有し且つ箔切れ等を生じさせないように良好に接合する必要がある。なお、箔切れとは、接合部において箔が極めて薄くなって切れ目を生じてしまう現象をいう。このように、電極箔とタブ端子とを接合する場合には、電極箔の厚さ、電極箔の硬さ（靭性、脆性）、電極箔の拡面処理の程度などを考慮して適切な凸型を選択しなくてはならない。

上述したように、従来の電解コンデンサの製造時には、製造される製品が変更される都度、凸型を交換する必要が生じていた。製造される製品が変更される都度凸型を交換すると、交換作業、凸型の位置決め、プレス圧の調整などの手間がかかり、電解コンデンサの生産性が低下してしまうという課題がある。

なお、製造される製品が変更されても凸型を変更せずに同一の凸型を用いて製造した場合には、製造される電解コンデンサでは十分な接合強度が得られず、箔切れが生じるなどの不具合が生じ、電解コンデンサの歩留まりが低下することもあるという課題もある。

また、陰極箔と陽極箔は、その厚さが異なることが一般的である。例えば同じ電解コンデンサに用いる陰極箔の厚さが２０μｍ、陽極箔の厚さが１００μｍとなることもある。このように、陰極箔は陽極箔よりも薄いものが用いられることが一般的であるため、陰極箔は、タブ端子との接合時において、箔切れを起こしやすい。

特に陰極箔において、単に箔切れを発生させないようにするには、プレス圧力を弱めることも考えられる。しかし、プレス圧力を弱めてしまうと、箔切れは生じなくても、タブ端子との剥離強度が維持できなくなってしまう。

さらに、上述したように電解コンデンサの種類によって電極箔の厚さも様々である。陰極箔について言えば、その厚さは１５〜６０μｍ程度まで様々な厚さがある。
そして、このような様々な厚さの陰極箔に対して、交換頻度を少なくしても、箔切れを生じさせず、且つタブ端子との剥離強度を維持できるような凸型が従来より模索されている。

そこで、本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、様々な電解コンデンサを製造する場合であっても、電極箔とタブ端子とを接合する凸型の交換頻度を減らすことによって生産性を向上させ、且つ交換頻度を少なくしても、剥離強度を維持して箔切れを生じさせないようにすることで歩留まりを向上させることができる電解コンデンサの製造方法を提供することにある。

本発明にかかる電解コンデンサの製造方法によれば、凸部を有する凸型と、前記凸部に対向して配置された平型との間に、電極箔とタブ端子とを重ね合わせて配置し、前記凸型または前記平型を相対的に接離動させることによって、前記電極箔と前記タブ端子とを冷間圧着によって接合して電解コンデンサを製造する製造方法において、前記凸型として、前記電極箔および前記タブ端子を押圧する凸部の外壁面の傾斜角が４０°〜５０°であるものを用いることを特徴としている。
この方法を採用することによって、様々な電解コンデンサを製造する場合でも、その都度凸型を交換しなくとも、箔切れ等の不具合が無くなおかつ十分な剥離強度を維持することができるので、凸型の交換の手間を省いて生産性を上げることができ、歩留まりの向上にも寄与する。なお、本発明のタブ端子は、箔状に形成されたものである。

また、前記凸部の外壁面の傾斜角が４５°であるものを用いることを特徴としてもよい。この方法によれば、特に箔切れ等の不具合が無く、剥離強度を良好とすることができる。

さらに、前記凸部は、平面視すると正方形状であることを特徴としてもよい。
この方法によれば、凸型が電極箔およびタブ端子に貼りついてしまうことを防止でき離型性を良好にするとともに、箔切れを防止できる。

さらに、前記凸型は、前記電極箔側に配置され、重ね合わせられた電極箔とタブ端子とを電極箔側から押圧することを特徴としてもよい。
この方法によれば、剥離強度を上げることができるとともに、離型性も良好とすることができる。

なお、前記凸型は、陰極箔と陰極用タブ端子とを接合するための陰極用凸型であることを特徴としてもよい。

本発明にかかる電解コンデンサによれば、電極箔とタブ端子とが冷間圧着により形成された接合部によって接合されてなる電解コンデンサにおいて、前記接合部に形成される凹部の内壁面の傾斜角は、４０°〜５０°であることを特徴としている。

また、前記接合部に形成される凹部の内壁面の傾斜角が４５°であることを特徴としてもよい。
さらに、前記接合部の凹部は、平面視すると正方形状であることを特徴としてもよい。

前記接合部の凹部は、前記陰極箔から前記陰極用タブ端子に向けて凹むように形成されていることを特徴としてもよい。
前記接合部は、陰極箔と陰極用タブ端子とを冷間圧着することによって形成された陰極接合部であることを特徴としてもよい。

本発明の電解コンデンサの製造方法によれば、様々な電解コンデンサを製造する場合であっても、電極箔とタブ端子とを接合する凸型の交換頻度を減らすことによって生産性を向上させ、且つ交換頻度を少なくしても、剥離強度を維持して箔切れを生じさせないようにすることで歩留まりを向上させることができる。
本発明の電解コンデンサによれば、箔切れが無く、剥離強度が良好なものとすることができる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に本実施形態の電解コンデンサの全体構成を示す。
本実施形態の電解コンデンサ３０は、アルミニウム等の金属で形成された有底筒状の外装ケース３１の内部にコンデンサ素子３２が配置され、外装ケース３１の開口部をゴム貼積層樹脂板等の封口体３４で閉塞されて構成されている。
また、外装ケース３１の外側には、コンデンサの性能表示が印刷されたスリーブ３５が被覆されている。

図２にコンデンサ素子の構造について示す。
コンデンサ素子３２は、陽極箔３８と、陰極箔３９と、陽極箔３８と陰極箔３９との間に配置され、電解液が含浸されたセパレータ紙３７とが巻回されて構成されている。

陽極箔３８と陰極箔３９には、それぞれ陽極用タブ端子４０及び陰極用タブ端子４１を介して、陽極用端子４２及び陰極用端子４３が接続されている。陽極用端子４２と陰極用端子４３は、外装ケース３１の開口部から突出して配置される。

陽極箔３８は、エッチングによって拡面処理されたアルミニウム箔が用いられる。また、エッチングされた陽極箔３８には、さらに化成処理を施して拡面処理された表面に酸化被膜を形成させる。
陰極箔３９も陽極箔３８と同様に、エッチングによって拡面処理されたアルミニウム箔が用いられるが、拡面処理された表面には化成処理を施して酸化被膜を形成しなくてもよい。

陽極箔３８に固定される陽極用タブ端子４０はアルミニウムの板材によって構成される。なお、この陽極用タブ端子４０としては、エッチングによって拡面処理されたアルミニウムの板材を用いてもよい。ただし、エッチングされた陽極用タブ端子４０には、化成処理を施して拡面処理された表面に酸化被膜を形成させる。
陰極箔３９に固定される陰極用タブ端子４１もアルミニウムの板材によって構成される。この陰極用タブ端子４１もエッチングによって拡面処理されたアルミニウムの板材を用いてもよい。ただし、エッチングされた陰極用タブ端子４１には、化成処理を施して酸化被膜を形成しなくてもよい。

本実施形態における陰極用タブ端子４１の陰極箔３９への取り付け構造について、図３に基づいて説明する。
陰極用タブ端子４１と陰極箔３９は、冷間圧着によって形成された接合部４４によって取り付けられている。接合部４４は複数箇所に形成され、後述するような複数の凸部を有する凸型を用いて接合される。接合部４４では、陰極用タブ端子４１と陰極箔３９とが圧着状態となって接合されている。

陰極用タブ端子の陰極箔への取り付け方法について、図４に基づいて説明する。
上述してきたように、陰極用タブ端子４１と陰極箔３９は、冷間圧着によって取り付けられる。冷間圧着は、図示しないプレス装置に設けられた陰極用凸型５０と陰極用平型５１が相対的に接離動し、重ね合わせられた陰極用タブ端子４１と陰極箔３９とを、陰極用凸型５０と陰極用平型５１によってプレスすることによって行われる。

本実施形態では、陰極用凸型５０が下方に、陰極用平型５１が上方に配置されており、陰極用平型５１に対して陰極用凸型５０が上昇することによってプレス加工が施される。
また、本実施形態では陰極用凸型５０に１つの陰極用凸部５２が形成されているところしか図示していないが、１つの陰極用凸型５０に複数の陰極用凸部５２が形成されているとよい。
なお、本発明としては、陰極用凸型５０が下方に陰極用平型５１が上方に配置されて、陰極用平型５１に対して陰極用凸型５０が上昇することに限定はされない。例えば、陰極用凸型５０が上方に陰極用平型５１が下方に配置されてもよいし、また陰極用凸型５０に対して陰極用平型５１が上昇または下降するように動作してもよい。

陰極用凸部５２は、その外壁面５２ｂの傾斜角αが４０°〜５０°のものを用いるとよい。なかでも傾斜角αを４５°とすると好適である。このようにすることで、箔切れを防止し、なおかつ陰極箔３９と陰極用タブ端子４１とを所定の剥離強度を維持しつつも、様々な厚さの陰極箔３９に対して対応することができる。
なお、陰極用凸部５２の傾斜角αとは、陰極用凸部５２の外壁面（傾斜面）５２ｂと陰極用凸部５２の基面５２ｃとがなす角をいう。

図５に、陰極用凸部の平面図を示す。
陰極用凸部５２の頂部５２ａは平面状に形成されている。
また、陰極用凸部５２は、平面視すると四角形状に形成されている。具体的には、正方形に形成されているとよい。このように、陰極用凸部５２を平面視正方形に形成することによって、プレス後に、陰極用凸部５２が陰極箔３９および陰極用タブ端子４１に貼りついてしまうことを防止でき離型性を良好にするとともに、箔切れも防止できる。

陰極用凸型５０と陰極用平型５１の間に、陰極箔３９と陰極用タブ端子４１とが、陰極箔の３９の上に陰極用タブ端子４１が重ね合わせられて配置される。
こうして本実施形態では、下から陰極用凸型５０、陰極箔３９、陰極用タブ端子４１、陰極用平型５１の順番に配置される。そして、陰極用凸型５０が上昇することにより、陰極用凸部５２は陰極箔３９を陰極用タブ端子４１側へ押圧して陰極箔３９と陰極用タブ端子４１とを冷間圧着する。このように陰極用凸部５２が陰極箔３９を陰極用タブ端子４１側へ押圧することで、剥離強度を上げることができるとともに、且つ製造時の離型性も良好とすることができる。

図６に、このような凸型を用いて成形された接合部の断面形状を示す。
本実施形態における接合部４４は、陰極用凸部５２が陰極箔３９を陰極用タブ端子４１側へ押圧して形成されるものであるので、陰極箔３９側から陰極用タブ端子４１側へ凹む凹部５５が形成される。かかる凹部５５の傾斜角α（凹部５５の内壁面５５ａと陰極箔３９の表面とがなす角）は、４０°〜５０°に形成されている。特に、傾斜角αが４５°であると好適である。

このように、接合部４４の凹部５５の傾斜角αが、４０°〜５０°、特に４５°であると、箔切れが無く、且つ剥離強度も所定の値以上に維持できている電解コンデンサとすることができる。

陰極箔と陰極用タブ端子を接合する陰極用凸型の凸部の傾斜角を３８°、４０°、４５°、５０°、５２°、６０°に変更し、厚さが２０μｍ（高電圧用）、３０μｍ（低電圧用）、４０μｍ（低電圧用）、５０μｍ（低電圧用）の４種類の陰極箔を陰極用タブ端子に接合させ、それぞれの箔切れ有無の外観検査（Ａ）、剥離強度測定（Ｂ）および離型性の良否（Ｃ）に基づく評価を行った。なお、このときのプレス装置のプレス圧力は１．５Ｍｐａである。

（Ａ）外観検査は、箔の割れや切れについて、実体顕微鏡２０倍以上にて行う。
（Ｂ）剥離強度測定は、陰極箔を固定し、接合した陰極用タブ端子を垂直方向に引っ張る力を加え、剥離した力の値をプッシュプルゲージで測定する。このときの力が所定の値よりも大きい場合に良品と判断される。
（Ｃ）離型性の良否は、離型性が悪いことから生じる箔の切れの有無について実体顕微鏡２０倍以上にて外観検査することで判断している。

この結果を表１に示す。表１では、○、△、×で評価しているが、上記のように外観検査（Ａ）、剥離強度測定（Ｂ）、離型性の良否（Ｃ）の３つの評価を総合的にみて評価をしている。
具体的には、
○：（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）全て良好。
△：電極箔の割れ・切れの兆候あり。ただし、製品として許容できる範囲。また、離型性に難がある。したがって、生産性の低下に影響がでてくる。
×：電極箔に割れ・切れがある。

上記の様な実験結果によれば、陰極用凸型の凸部の傾斜角が４０°〜５０°の範囲であれば、様々な種類の陰極箔に対して、製品として一応生産可能なレベルであり、特に４５°の場合には、ほぼ不良品が発生せず、十分に生産可能なレベルとなり、非常に好ましい結果が得られた。

なお、上述した実施形態では、陰極箔と陰極用タブ端子を接合する陰極用凸型における凸部の傾斜角についてのみ説明したが、本発明としては陽極箔と陽極用タブ端子を接合する陽極用凸型における凸部の傾斜角についても適応させることができる。

以上本発明につき好適な実施形態を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。

本発明にかかる電解コンデンサの側面からの断面図である。 コンデンサ素子の斜視図である。 陰極用タブ端子と陰極箔との取り付け構造を示す説明図である。 冷間圧着に用いる陰極用凸型と陰極用平型を示す側面図である。 陰極用凸型の平面図である。 陰極箔と陰極用タブ端子を冷間圧着した後の接合部の断面図である。 従来の電極箔とタブ端子徒の接合の様子を示す説明図である。

符号の説明

３０ 電解コンデンサ
３１ 外装ケース
３２ コンデンサ素子
３４ 封口体
３５ スリーブ
３７ セパレータ紙
３８ 陽極箔
３９ 陰極箔
４０ 陽極用タブ端子
４１ 陰極用タブ端子
４２ 陽極用端子
４３ 陰極用端子
４４ 接合部
５０ 陰極用凸型
５２ 凸部
５１ 陰極用平型
５５ 凹部

Claims (10)

1. 凸部を有する凸型と、前記凸部に対向して配置された平型との間に、電極箔とタブ端子とを重ね合わせて配置し、
   前記凸型または前記平型を相対的に接離動させることによって、前記電極箔と前記タブ端子とを冷間圧着によって接合して電解コンデンサを製造する製造方法において、
   前記凸型として、前記電極箔および前記タブ端子を押圧する凸部の外壁面の傾斜角が４０°〜５０°であるものを用いることを特徴とする電解コンデンサの製造方法。
2. 前記凸部の外壁面の傾斜角が４５°であるものを用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。
3. 前記凸部は、平面視すると正方形状であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電解コンデンサの製造方法。
4. 前記凸型は、前記電極箔側に配置され、重ね合わせられた電極箔とタブ端子とを電極箔側から押圧することを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項記載の電解コンデンサの製造方法。
5. 前記凸型は、陰極箔と陰極用タブ端子とを接合するための陰極用凸型であることを特徴とする請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項記載の電解コンデンサの製造方法。
6. 電極箔とタブ端子とが冷間圧着により形成された接合部によって接合されてなる電解コンデンサにおいて、
   前記接合部に形成される凹部の内壁面の傾斜角は、４０°〜５０°であることを特徴とする電解コンデンサ。
7. 前記接合部に形成される凹部の内壁面の傾斜角が４５°であることを特徴とする請求項６記載の電解コンデンサ。
8. 前記接合部の凹部は、平面視すると正方形状であることを特徴とする請求項６または請求項７記載の電解コンデンサ。
9. 前記接合部の凹部は、前記陰極箔から前記陰極用タブ端子に向けて凹むように形成されていることを特徴とする請求項６〜請求項８のうちのいずれか１項記載の電解コンデンサ。
10. 前記接合部は、陰極箔と陰極用タブ端子とを冷間圧着することによって形成された陰極接合部であることを特徴とする請求項６〜請求項９のうちのいずれか１項記載の電解コンデンサ。

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