(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺の陽極箔および陰極箔それぞれの表面を粗面化する工程と、
前記陽極箔および前記陰極箔それぞれの表面にレーザ加工により複数の溝を形成する工程と、
セパレータを介して前記陽極箔と前記陰極箔とを長手方向に巻回し、コンデンサ素子を作製する工程と、
前記コンデンサ素子を電解液に浸漬し、前記陽極箔と前記陰極箔との間に電解液を保持させる工程と、
を含むことを特徴とする、電解コンデンサの製造方法。
【請求項２】
前記陽極箔および前記陰極箔のそれぞれに前記複数の溝を形成する工程においては、前記陽極箔および前記陰極箔の長手方向に沿う長辺に端部を有する複数の第１の溝を形成することを特徴とする、請求項１に記載の電解コンデンサの製造方法。
【請求項３】
前記陽極箔および前記陰極箔のそれぞれに前記複数の溝を形成する工程においては、前記複数の第１の溝と交差する第２の溝を形成することを特徴とする、請求項２に記載の電解コンデンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解コンデンサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電解コンデンサは、たとえば特許文献１，２に開示されている。これらの文献に開示された電解コンデンサは、円柱状のコンデンサ素子を備えている。コンデンサ素子は、セパレータを介して陽極箔と陰極箔とを巻回して構成されている。製造工程において、コンデンサ素子は、駆動用電解液（以下、「電解液」という。）に浸漬される。この電解液にコンデンサ素子を含浸することにより、陽極箔と陰極箔との間に電解液が保持される。これにより、コンデンサ素子は、コンデンサとしての電気的性質をもつようになる。
【０００３】
特許文献１，２に開示された電解コンデンサは、巻回前の陽極箔や陰極箔といった電極箔に突起付きローラなどによって塑性変形加工を施すことにより、凹部を形成している。このような凹部を有する電極箔は、セパレータと重なって巻回されると、凹部とセパレータとの間や、凹部の反対側に形成された凸部以外の部分とセパレータとの間に隙間を形成する。すなわち、電解液は、電極箔とセパレータとの隙間に容易に入り込んでセパレータ全体に含浸しやすくなる。その結果、陽極箔と陰極箔との間には、十分な電解液が保持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２９８０５７号公報
【特許文献２】特開２００６−１８６２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この種の電解コンデンサは、静電容量を大きくするために電極箔の表面が高度に粗面化されて拡大された、いわゆる高倍率箔や高圧箔を用いるのが一般的である。この種の高倍率箔や高圧箔といった電極箔は、残芯部が比較的薄くなっている。
そのため、上記従来のように、塑性変形加工によって電極箔に凹部（凸部）を形成すると、変形部分に残留応力が生じやすく、電極箔の巻回時に断裂や亀裂などが生じやすくなるという難点があった。
【０００６】
また、特許文献２の図１などに示されるように、塑性変形加工による凹部では、電極箔の厚みに対して凹部の反対側に形成される凸部の高さが相当大きくなる。このような凸部を有する電極箔とセパレータとを巻回すると、凸部の分だけ嵩張ってコンデンサ素子の外径が大きくなってしまう。
そのため、塑性変形加工による凹部は、コンデンサ全体の小形化を図る上では不利である。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、断裂や亀裂などを招くことなく十分な電解液を保持することができ、静電容量の大容量化や小形化の点でも有利な構造とす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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る電解コンデンサの製造方法は、長尺の陽極箔および陰極箔それぞれの表面を粗面化する工程と、前記陽極箔および前記陰極箔それぞれの表面にレーザ加工により複数の溝を形成する工程と、セパレータを介して前記陽極箔と前記陰極箔とを長手方向に巻回し、コンデンサ素子を作製する工程と、前記コンデンサ素子を電解液に浸漬し、前記陽極箔と前記陰極箔との間に電解液を保持させる工程と、を含むことを特徴としている。
【００１５】
この構成によれば、粗面化された表面を有する陽極箔や陰極箔といった電極箔を形成し、これら電極箔の表面積を拡大することができる。電極箔とセパレータとの間には、レーザ加工により複数の溝を形成することができる。このようなレーザ加工によれば、変形部分が形成されず、塑性変形などによる残量応力を生じることがない。また、レーザ加工によれば、溝の反対側に突出した部分を形成することがない。
よって、電解液の浸漬時には、これらの溝を伝ってセパレータ全体に電解液を含浸しやすくすることができる。したがって、本発明に係る電解コンデンサの製造方法によれば、断裂や亀裂などを招くことなく十分な電解液を保持させることができ、静電容量の大容量化や小形化の点でも有利な構造を有する電解コンデンサを製造することができる。
【００１６】
また、本発明に係る電解コンデンサの製造方法は、前記陽極箔および前記陰極箔のそれぞれに前記複数の溝を形成する工程においては、前記陽極箔および前記陰極箔の長手方向に沿う長辺に端部を有する複数の第１の溝を形成することを特徴としている。
【００１７】
この構成によれば、電解液の浸漬時に電極箔の長辺側から複数の第１の溝の端部へと電解液を侵入しやすくすることができる。これにより、第１の溝を通じてセパレータの中央部分へと十分な量の電解液を導くことができ、陽極箔と陰極箔との間により十分な電解液を保持させることができる。
【００１８】
また、本発明に係る電解コンデンサの製造方法は、前記陽極箔および前記陰極箔のそれぞれに前記複数の溝を形成する工程においては、前記複数の第１の溝と交差する第２の溝を形成することを特徴としている。
【００１９】
この構成によれば、たとえばセパレータの中央部分に対応する領域に第２の溝を形成し、複数の第１の溝から第２の溝へと電解液を導くようにすることができる。これにより、第１および第２の溝を通じてより十分な量の電解液をセパレータの中央部分へと導くことができ、さらにより一層十分な電解液を保持させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、断裂や亀裂などを招くことなく、十分な電解液を保持させることができ、静電容量の大容量化や小形化の点でも有利な構造をもつ電解コンデンサの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電解コンデンサのコンデンサ素子を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電解コンデンサの構成を示す断面図である。
【図３】図１に示すコンデンサ素子を展開した状態を示す展開図である。
【図４】図１に示すコンデンサ素子に形成された溝の断面を示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る電解コンデンサの製造工程を示すフローチャートである。
【図６】図５に示すレーザ加工工程を説明するための斜視図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る電解コンデンサのコンデンサ素子を展開した状態を示す展開図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る電解コンデンサのコンデンサ素子を展開した状態を示す展開図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る電解コンデンサのコンデンサ素子を展開した状態を示す展開図である。
【図１０】本発明の第５実施形態に係る電解コンデンサのコンデンサ素子を展開した状態を示す展開図である。
【図１１】本発明の第６実施形態に係る電解コンデンサのコンデンサ素子を展開した状態を示す展開図である。
【図１２】本発明の第７実施形態に係る電解コンデンサのコンデンサ素子を展開した状態を示す展開図である。
【図１３】他の例としてコンデンサ素子に形成された溝の断面を示す断面図である。
【図１４】他の例としてコンデンサ素子に形成された溝の断面を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の第１実施形態に係る電解コンデンサのコンデンサ素子を示す斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る電解コンデンサの構成を示す断面図である。図３は、図１に示すコンデンサ素子を展開した状態を示す展開図である。図４は、図１に示すコンデンサ素子に形成された溝の断面を示す断面図である。
【００２４】
図１に示すように、電解コンデンサは、エッチング処理および酸化皮膜形成処理ならびにレーザ加工処理が施された長尺の陽極箔１と陰極箔２とが、紙か合成繊維等からなるセパレータ３を介して長手方向に巻回され、さらに素子止めテープ６で固定されて構成されたコンデンサ素子７を有する。なお、以下の説明において、陽極箔１と陰極箔２とを特に区別しない場合は、陽極箔および陰極箔を総称して「電極箔」と称する。
【００２５】
図２に示すように、コンデンサ素子７は、電解液に含浸された後、有底筒状の外装ケース１２に収納されている。
【００２６】
外装ケース１２の開口部には、封口体が装着されている。この開口部は、絞り加工により密閉された構造を有する。封口体は、ベークライト１０に弾性部材１１を貼り合わせて構成されている。
なお、外装ケース１２とコンデンサ素子７との間には、外装ケース１２に対してコンデンサ素子７を固定すべく素子固定剤１４を充填してもよい。
【００２７】
封口体（ベークライト１０および弾性部材１１）の外端面には、陽極端子８および陰極端子９が形成されている。陽極端子８および陰極端子９の下端部は、コンデンサ素子７から引き出された陽極引き出しリード４および陰極引き出しリード５のリード線４’，５’が溶接部１３Ａ、１３Ｂを介して電気的に接続されている。
【００２８】
陽極引き出しリード４は、化成処理が施されたものが使用される。陰極引き出しリード５は、一般的には化成処理が施されていないものが使用される。いずれの引き出しリード（陽極引き出しリード４、陰極引き出しリード５）も、表面加工の施されていない弁金属箔が一般的には用いられる。
【００２９】
基板自立タイプの電解コンデンサの封口は、封口体の弾性部材１１と、外装ケース１２をカーリングした部分とでなされている。
【００３０】
本実施形態において、電極箔１，２は、後述のエッチング工程を経て表面が高度に粗面化されたものであり、いわゆる高倍率箔や高圧箔からなる。これにより、電極箔１，２の表面積は、見かけ上の表面積より拡大されている。電極箔１，２としては、たとえばアルミニウム箔が使用される。
【００３１】
図３に示すように、電極箔１，２の片側の表面には、レーザ加工によって複数の溝Ｄ１，Ｄ２が形成されている。符号Ｄ１の第１の溝は、両端部Ｄ１ａが電極箔１，２の長手方向に沿う長辺１Ａ,２Ａに一致するように形成されている。
複数の第１の溝Ｄ１は、電極箔１，２の長手方向に所定の間隔に配置され、その幅方向に沿って形成されている。符号Ｄ２の第２の溝は、電極箔１，２の幅方向に所定の間隔をあけて複数配置され、その長手方向に沿って形成されている。これにより、第２の溝Ｄ２は、セパレータ３の中央部分と対向する領域に形成され、複数の第１の溝Ｄ１と交差している。
【００３２】
図４に示すように、レーザ加工により形成された第１および第２の溝Ｄ１，Ｄ２は、Ｖ字状の凹断面を有している。第１および第２の溝Ｄ１，Ｄ２の幅は、０．１〜５．０ｍｍ程度である。第１および第２の溝Ｄ１，Ｄ２の深さは、１０μｍ以上で後述する酸化皮膜の膜厚以下の程度である。
なお、本実施形態の電極箔１，２は、外側の表面のみに第１および第２の溝Ｄ１，Ｄ２が形成されたものであるが、内側のみに第１および第２の溝Ｄ１，Ｄ２が形成されたものでも、また、外側と内側の両面に第１および第２の溝Ｄ１，Ｄ２が形成されたものでも、電解液の保持に関して、同様の効果を得ることができる。
【００３３】
次に、第１実施形態に係る電解コンデンサの製造方法について説明する。図５は、本実施形態に係る電解コンデンサの製造工程を示すフローチャートである。図６は、図５に示すレーザ加工処理を説明するための斜視図である。
【００３４】
（エッチング工程）
まず、エッチング工程においては、アルミニウム箔をエッチング液（塩酸等の強酸性の水溶液）中に配置し、このアルミニウム箔に対して直流電圧や交流電圧により電気化学的処理（エッチング処理）を施す。これにより、アルミニウム箔の表面は、凹凸状となって粗面化され、表面積が拡大する。これにより、高倍率箔あるいは高圧箔といった電極箔１，２が形成される（ステップＳ１０１）。
【００３５】
（化成工程）
次に、化成工程においては、電極箔１，２を化成液（硼酸アンモニウム等の弱酸性の水溶液）中に配置し、電極箔１，２に対して直流電圧を印加する。これにより、電極箔１，２の表面には、誘電体となるアルミニウム酸化皮膜が形成される（ステップＳ１０２）。
【００３６】
（レーザ加工工程）
コンデンサ素子７は、最初にセパレータ３を巻き取りながら巻芯を形成し、巻芯と、引き続き巻き取られるセパレータ３との間に、陽極箔１と陰極箔２を各々差し込んで、巻芯側からセパレータ３、陰極箔２、セパレータ３、陽極箔１の順になるよう、円筒形に巻き取り形成する。
レーザ加工工程は、陽極箔１と陰極箔２の外側面に各々、レーザ照射器Ｌ１，Ｌ２を配置し、これらのレーザ照射器Ｌ１，Ｌ２から陽極箔１および陰極箔２の表面に向けてレーザを照射する（ステップＳ１０３、図６参照）。
これにより、陽極箔１および陰極箔２の表面には、図３，４に示すような第１および第２の溝Ｄ１，Ｄ２が形成される。特に、第１の溝Ｄ１は、陽極箔１および陰極箔２の搬送方向に対して交差する方向にレーザを走査しながら照射することによって形成される。これにより、第１の溝Ｄ１の両端部Ｄ１ａは、陽極箔１および陰極箔２の長辺１Ａ，２Ａに一致するように形成される。
レーザの照射条件は、たとえば、レーザパワーが最大出力の１０〜７０％、走査速度が１０００〜２０００ｍｍ／ｓ、パルス周期が１０〜３０μｓ、照射時間が０．１６〜０．２５ｓである（ステップＳ１０３）。なお、レーザの照射条件や走査方向を変更することにより、後述する他の実施形態などに示す各種形態の溝を形成することができる。
また、セパレータ３と電極箔１，２とを大きく離間させた状態とし、各電極箔１，２の両面側にレーザ照射器Ｌ１，Ｌ２を配置することにより、各電極箔１，２の両側の表面に第１および第２の溝Ｄ１，Ｄ２を形成することもできる。
【００３７】
（加締・巻回工程）
加締工程では、レーザ加工により溝Ｄ１，Ｄ２が形成された陽極箔１と陰極箔２に、リード材４，５を加締め等により接続する。
巻回工程では、レーザ加工により溝Ｄ１，Ｄ２が形成され、リード材４，５が接続された陽極箔１と陰極箔２とをセパレータ３の間に差し込んで巻き取り、最後に巻き終わりを素子止めテープで止める（ステップＳ１０４）。
なお、本実施形態においては、レーザ加工工程後、連続して加締・巻回工程が行われるが、加締・巻回工程とは独立してレーザ加工工程を行うようにしてもよい。
【００３８】
（含浸工程）
次に、含浸工程においては、減圧や加圧等によりコンデンサ素子７に電解液を含浸させる。電解液は、電極箔１，２の長辺１Ａ，２Ａ側から第１の溝Ｄ１の両端部Ｄ１ａに入り、毛細管現象によって第１の溝Ｄ１の内部へと浸透していく。さらに、電解液は、第１の溝Ｄ１に交差する第２の溝Ｄ２へと浸透していく。すなわち、電解液は、第１および第２の溝Ｄ１，Ｄ２を伝ってセパレータ３の中央部分へと十分導かれる。これにより、セパレータ３全体に電解液が含浸され、陽極箔１と陰極箔２との間に十分な電解液が保持される。
この時の含浸時間は、コンデンサ素子７のサイズや電解液の種類によって異なり、一般的に素子サイズが大きくなるほど含浸時間とともにリードタイムが長くなるが、第１および第２の溝Ｄ１，Ｄ２を伝って含浸されるため、溝が設けられていないものよりもリードタイムが短縮される。また、減圧時においては、コンデンサ素子７の内部に含まれる空気が第１および第２の溝Ｄ１，Ｄ２を介してスムーズに抜けるため、減圧時間を短縮することができる。（ステップＳ１０５）。
なお、含浸工程の後は、過剰な電解液が遠心分離機にてある一定量取り除かれる。
【００３９】
（組立工程）
次に、組立工程においては、電解液が含浸されたコンデンサ素子７と封口体（ベークライト１０と弾性部材１１）とを接合させた後、外装ケース１２に収容し、図２に示すように、コンデンサ素子７の下端部外周面に素子固定部材１４を充填し、さらに外装ケース１２の開口部を封止する（ステップＳ１０６）。これにより、電解コンデンサの半完成品が形成される。
【００４０】
（エージング工程）
次に、エージング工程においては、高温下で電解コンデンサに直流電圧を印加し、電極箔１，２に対するレーザ加工や巻回によって損傷した酸化皮膜の修復を行う（ステップＳ１０７）。これにより、電解コンデンサの完成品が形成される。
【００４１】
以上の構成からなる電解コンデンサ、およびその製造方法によれば、次のような効果が得られる。
【００４２】
電極箔１，２とセパレータ３との間には、レーザ加工によって細長い第１および第２の溝Ｄ１，Ｄ２が形成されており、電解液が第１および第２の溝Ｄ１，Ｄ２を伝ってセパレータ３の中央部分まで含浸されやすくなっている。
これにより、セパレータ３全体に電解液を含浸させることができ、陽極箔１と陰極箔２との間に十分な電解液を保持させることができる。
【００４３】
第１および第２の溝Ｄ１，Ｄ２は、レーザ加工による微細な切削加工によって形成されるため、塑性変形による形成されるような部分がなく、電極箔１，２に残留応力が生じることがない。これにより、高倍率箔や高圧箔といった電極箔１，２の巻回時にあっても、断裂や亀裂などを招くおそれがない。
また、巻回時には、電極箔１，２の外側が内側よりも引っ張られて伸び率が大きくなるが、その外側の表面に形成された特に第１の溝Ｄ１によって伸びが緩和されることとなる。これにより、巻回時における電極箔１，２の強度が高められ、巻ストレスに対して強くすることができる。
【００４４】
電極箔１，２は、粗面化された表面を有するため、これらの表面積が見かけ上の表面積よりも相当拡大されている。これにより、電解コンデンサにおける静電容量の大容量化を図ることができる。
【００４５】
第１および第２の溝Ｄ１，Ｄ２は、レーザ加工により形成されるため、その反対側に突出した部分を形成することがない。これにより、電極箔１，２の表面全体にわたってセパレータ３を密接させた状態でより小さく巻回することができる。
すなわち、電極箔１，２とセパレータ３とを巻回して構成されるコンデンサ素子７の外径をできる限り小さくし、このコンデンサ素子７を収容する外装ケース１２とともに電解コンデンサ全体の小形化を図ることができる。
【００４６】
次に、他の実施形態に係る電解コンデンサのコンデンサ素子について説明する。なお、上述した第１実施形態によるものと同一または類似の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４７】
図７〜１２は、本発明の他の実施形態に係る電解コンデンサのコンデンサ素子を展開した状態を示す展開図である。図１３，１４は、他の例としてコンデンサ素子に形成された溝の断面を示す断面図である。
【００４８】
図７に示すように、第２実施形態のコンデンサ素子７においては、セパレータ３の中央部分と対向する電極箔１，２の中央部分に第２の溝Ｄ２が１つだけ形成されている。このような構成によっても、電解液を第２の溝Ｄ２を伝ってセパレータ３の中央部分まで含浸しやすくすることができ、陽極箔１と陰極箔２との間に十分な電解液を保持することができる。
【００４９】
図８に示すように、第３実施形態のコンデンサ素子７においては、第２実施形態と同様に第２の溝Ｄ２が１つだけ形成されているほか、第１の溝Ｄ１の一方の端部Ｄ１ａのみが電極箔１，２の長辺１Ａ，２Ａに一致するように形成されている。
複数の第１の溝Ｄ１は、第２の溝Ｄ２を中心としてその両側に形成されており、電極箔１，２の長手方向に沿って互い違いに位置するように配列されている。これにより、第１の溝Ｄ１の他方の端部が第２の溝Ｄ２と交差している。このような構成によっても、第１の溝Ｄ１から第２の溝Ｄ２へと電解液を導くことができる。
【００５０】
図９に示すように、第４実施形態のコンデンサ素子７においては、第１の溝Ｄ１同士が互いに交差するように電極箔１，２の長手方向に対して斜めに形成されている。第２の溝は設けられていない。このような構成によれば、第１の溝Ｄ１のみを伝って駆動用電解液をセパレータ３の中央部分へと導くことができる。
【００５１】
図１０に示すように、第５実施形態のコンデンサ素子７は、第１実施形態のコンデンサ素子７において第２の溝を設けない構成としたものに相当する。このような構成によっても、第１の溝Ｄ１のみを伝って電解液をセパレータ３の中央部分へと導くことができる。
【００５２】
図１１に示すように、第６実施形態のコンデンサ素子７においては、第１の溝Ｄ１同士が互いに交差することなく平行となるように電極箔１，２の長手方向に対して斜めに形成されている。このような構成によっても、第１の溝Ｄ１のみを伝って電解液をセパレータ３の中央部分へと導くことができる。
【００５３】
図１２に示すように、第７実施形態のコンデンサ素子７においては、電極箔１，２の両側の長辺１Ａ,２Ａ間において第１の溝Ｄ１が蛇行する曲線状に形成されている。第１の溝Ｄ１の端部Ｄ１ａは、電極箔１，２の両側の長辺１Ａ,２Ａに必ず一致するように形成されている。これにより、第１の溝Ｄ１は、電極箔１，２の長辺１Ａ,２Ａで必ず途切れるようにして複数形成されている。このような構成によっても、第１の溝Ｄ１のみを伝って電解液をセパレータ３の中央部分へと導くことができる。
【００５４】
図１３および図１４に示すように、第１および第２の溝Ｄ１，Ｄ２の断面は、凹状や半円状であってもよい。その他、特に図示しないが、第１および第２の溝Ｄ１，Ｄ２の断面をＵ字状や台形状としてもよい。このような第１および第２の溝Ｄ１，Ｄ２の断面は、上述したレーザの照射条件を適宜変更することによって形成することができる。
【００５５】
なお、本発明は、上述の各実施形態による構成に限定されるものではない。
【００５６】
たとえば、第１の溝や第２の溝は、コンデンサ素子の外側よりも内側に位置するものほど、あるいはその逆に溝同士の間隔が狭くなるように形成してもよい。そうした場合、コンデンサ素子の外側と内側とで電解液の含浸性が異なる場合に好適に対応することができる。
具体的には、含浸性が低い部分ほど溝同士の間隔を狭めて溝を密に形成することにより、電解液の含浸性を高めることができる。
【符号の説明】
【００５７】
１      陽極箔
１Ａ    長辺
２      陰極箔
２Ａ    長辺
３      セパレータ
４、５  リード材
Ｄ１    第１の溝
Ｄ１ａ  端部
Ｄ２    第２の溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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