(57)【要約】【課題】ターミナルリベットとタブとの超音波接合の強度を高め、接続の信頼性向上を図ること。【解決手段】溶接すべきターミナルリベット３２上にコンデンサ素子２２から引き出されたタブ３４を重ね、該タブを加圧しながらターミナルリベットとタブとの溶接部４０に超音波エネルギを付与する電解コンデンサ用超音波溶接ホーンであって、ホーン部４の頂部１２には尖鋭部を持つ複数の突部１４を備え、少なくとも１以上の突部がタブの厚みｔより高く設定されたものである。また、電解コンデンサの製造方法は、係るホーンを用いてターミナルリベットとタブとの超音波溶接を行うものである。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接すべきターミナルリベット上にコンデンサ素子から引き出されたタブを重ね、該タブを加圧しながら前記ターミナルリベットと前記タブとの溶接部に超音波エネルギを付与する電解コンデンサ用超音波溶接ホーンであって、
ホーン部の頂部に尖鋭部を持つ複数の突部を備え、少なくとも１以上の前記突部が前記タブの厚みより高く設定されたことを特徴とする電解コンデンサ用超音波溶接ホーン。
【請求項２】
前記突部が柱状部を備えたことを特徴とする請求項１記載の電解コンデンサ用超音波溶接ホーン。
【請求項３】
前記突部の周縁側に形成された角錐面からなる傾斜部と、この傾斜部に面取り部を備えたことを特徴とする請求項１記載の電解コンデンサ用超音波溶接ホーン。
【請求項４】
封口板に貫通させて固定されたリベットにコンデンサ素子から引き出されたタブを重ねて超音波エネルギによって溶接する電解コンデンサの製造方法であって、
ホーン部の頂部に尖鋭部を持つ複数の突部を備え、少なくとも１以上の前記突部が前記タブの厚みより高く設定されている超音波溶接ホーンを前記リベット上の前記タブに当接して加圧させながら前記超音波溶接ホーンから前記タブと前記リベットとの溶接部に超音波エネルギを付与する処理と、
前記リベットと前記タブとを溶接させる処理と、
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５】
前記リベットと前記タブとを溶接させる処理により、前記突部によって複数の凹部、前記突部の間隔内に立壁部を形成することを特徴とする請求項４記載の電解コンデンサの製造方法。
【請求項６】
溶接時、前記タブに前記超音波溶接ホーンの超音波エネルギを前記タブと同一方向に付与することを特徴とする請求項４記載の電解コンデンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム電解コンデンサ等の電解コンデンサのターミナルリベットと引出しリード（タブ）との超音波溶接等に使用される超音波溶接ホーン、この超音波溶接ホーンを用いた電解コンデンサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム電解コンデンサでは、コンデンサ素子を封入する外装ケースの封口板にターミナルリベットが固定され、このリベットにコンデンサ素子から引き出されたタブをワッシャ等の加締めにより取り付けるとともに、タブをリベットの端部に超音波によって金属接合することにより、ターミナルリベットとタブとの機械的な結合とともに、電気的な接続が行われている。このような機械的な金属間接合を超音波接合によって補完するのは、信頼性の高い接合状態を実現することにある。このようなタブとターミナルリベットとを超音波を用いて接合する技術には例えば、特許第２８１１７３２号「アルミ電解コンデンサの製造方法」がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このアルミ電解コンデンサの製造方法では、被溶接部材に超音波エネルギを付与する超音波溶接ホーンが使用され、この超音波溶接ホーンには、複数個の円錐台形状の突起が形成されたものや、複数個の小突起が形成されたものがある。これらホーンの突起の高さがタブの厚みより低く、複数の突起の各頂面で超音波溶接が行われているので、接合されたリベットとタブとの間に境界面が生じるため、両者の接続強度が十分でない。特に、円錐台形状の突起では、加圧面が平坦面であるため、タブを一点で加圧し難い。この接続強度を高めるには、溶接処理に必要な超音波エネルギの増大が考えられ、複数枚のタブを重ねて溶接する場合には、タブの厚みや積層数が増すほどに超音波エネルギを増大させ、その超音波の印加時間を長くする必要がある。
【０００４】
しかしながら、増大させた超音波エネルギにタブが耐えられない場合には、タブが変形し、その変形量は超音波エネルギ量によって大きくなり、溶接部分やその近傍に亀裂や破断を生じさせ、場合によってはタブ間にズレを生じさせる。特に、タブ間に幅方向のズレが生じると、溶接面が縮小する結果、溶接不良や接続強度の低下を来たし、接続の信頼性を低下させるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、ターミナルリベットとタブとの超音波接合の強度を高め、接続の信頼性向上を図ることができる電解コンデンサ用超音波溶接ホーン、及び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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
係る課題を解決した本発明の電解コンデンサ用超音波溶接ホーン、及び電解コンデンサの製造方法の構成は以下の通りである。
【０００７】
本発明の電解コンデンサ用超音波溶接ホーンにおいて、請求項１に係る電解コンデンサ用超音波溶接ホーンは、溶接すべきターミナルリベット３２上にコンデンサ素子２２から引き出されたタブ３４を重ね、該タブを加圧しながら前記ターミナルリベットと前記タブとの溶接部４０に超音波エネルギを付与する電解コンデンサ用超音波溶接ホーンであって、ホーン部４の頂部１２に尖鋭部を持つ複数の突部１４を備え、少なくとも１以上の前記突部が前記タブの厚みより高く設定されたことを特徴とする。
【０００８】
即ち、突部の各尖鋭部が同一高さである場合には、溶接すべきターミナルリベットの上に重ねられたタブの溶接部に複数の突部が同時に当接し、各突部の尖鋭部が加圧によってタブ上に位置決めされ、各尖鋭部から超音波溶接が開始される。加圧を持続することで、軟化した溶接部に複数の突部が同時に進入し、超音波溶接が行われる。
【０００９】
また、複数の突部中の少なくとも１つの突部がタブの厚みより高く設定されているので、その突部がタブの溶接部に選択的に当接されるとともに、各突部の尖鋭部が加圧によってタブ上に位置決めされ、その尖鋭部から超音波溶接が開始される。加圧を持続することで、軟化した溶接部に複数の突部が同時に進入し、その少なくとも１つがタブを超えてターミナルリベットに進入し、超音波溶接が行われる。
【００１０】
このように、超音波溶接ホーンの各突部によって超音波溶接が行われると、超音波エネルギが各突部の尖鋭部に集中してタブ及びターミナルリベットに供給されるので、その溶接部分が尖鋭化し、タブ側の金属とリベット側の金属との接合面が一体化され、ターミナルリベットとタブとの接合強度が高められ、信頼性の高い接合状態が得られる。その結果、溶接時間の低減とともに、溶接に要する超音波エネルギを削減でき、溶接部の尖鋭化は、タブのズレ防止にも寄与する。
【００１１】
また、このような超音波溶接ホーンを用いることで溶接時間及び溶接エネルギが削減され、超音波溶接ホーンを磨耗から防護でき、その耐用時間を延ばすことが可能である。
【００１２】
本発明の電解コンデンサ用超音波溶接ホーンにおいて、請求項２に係る電解コンデンサ用超音波溶接ホーンは、前記突部が柱状部を備えたことを特徴とする。即ち、柱状部を備え、その高さを任意に設定して溶接部分を離間させることができる。
【００１３】
本発明の電解コンデンサ用超音波溶接ホーンにおいて、請求項３に係る電解コンデンサ用超音波溶接ホーンは、前記突部の周縁側に形成された角錐面からなる傾斜部１８と、この傾斜部に面取り部２０を備えたことを特徴とする。即ち、傾斜部及び面取り部により、ホーン部の角部が鈍角化するため、溶接後のタブとの密着を防止でき、取外しが容易になる。
【００１４】
本発明の電解コンデンサの製造方法において、請求項４に係る電解コンデンサの製造方法は、封口板２８に貫通させて固定されたリベット（ターミナルリベット３２）にコンデンサ素子２２から引き出されたタブ３４を重ねて超音波エネルギによって溶接する電解コンデンサの製造方法であって、ホーン部４の頂部１２に尖鋭部を持つ複数の突部１４を備え、少なくとも１以上の前記突部が前記タブの厚みより高く設定されている超音波溶接ホーンを前記リベット上の前記タブに当接して加圧させながら前記超音波溶接ホーンから前記タブと前記リベットとの溶接部４０に超音波エネルギを付与する処理と、前記リベットと前記タブとを溶接させる処理とを含むことを特徴とする。
【００１５】
即ち、この電解コンデンサの製造方法によれば、既に述べた電解コンデンサ用超音波溶接ホーンにより、溶接時のタブの変形やズレが抑制され、溶接強度が高く、信頼性の高い接続状態が得られ、電解コンデンサにおいて、振動応力に対する耐力を備えた端子構造を実現することができる。
【００１６】
本発明の電解コンデンサの製造方法において、請求項５に係る電解コンデンサの製造方法は、前記リベットと前記タブとを溶接させる処理により、前記突部１４によって複数の凹部４２、前記突部の間隔内に立壁部４４を形成することを特徴とする。即ち、リベットとタブとの確実な固着状態が得られるとともに、溶接部の機械的強度の低下を防止できる。
【００１７】
本発明の電解コンデンサの製造方法において、請求項６に係る電解コンデンサの製造方法は、溶接時、前記タブに前記超音波溶接ホーンの超音波エネルギを前記タブと同一方向に付与することを特徴とする。即ち、超音波振動がタブと同一方向に付与されるので、タブの幅方向へのズレが防止でき、リベットとタブとの接続範囲を広くすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係る電解コンデンサ用超音波溶接ホーンを示している。
【００１９】
この電解コンデンサ用超音波溶接ホーンには、鋼等の金属材料を用いて例えば、十字形に形成されたホーンの先端に単一又は複数のホーン部４が形成されているとともに、図示しない超音波振動源から超音波エネルギが付与される構成である。
【００２０】
各ホーン部４は角柱状の柱状部１０の頂部１２に、例えば、図２に示すように、同一又は異なる高さの尖鋭部を持つ複数の突部として、例えば、同一高さを持つ４つの突部１４、これら突部１４を仕切る凹部として断面Ｖ字状の凹部１６を備えている。図３は図２に示したホーン部の各断面を示しており、図３の（Ａ）は図２のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線断面、図３の（Ｂ）は図２のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線断面である。
【００２１】
突部１４は、底面側を正方形とし、点状の尖鋭部を持つ正四角錐形であって、鋭角状の頂角を備え、その角度θ１　は例えば、６０°であり、突部１４を形成する各側面部は二等辺三角形である。この突部１４の高さｈは被溶接部材であるタブ（図５）の厚さｔ及び溶接深さに応じて設定され、突部１４の高さｈはタブの厚さｔより高く設定されている。この場合、頂部１２には４つの正四角錐からなる突部１４が形成されており、換言すれば、４つの突部１４で頂部１２が構成されている。この実施の形態では、各突部１４を同一の高さｈ、頂角を同一角度θ１　に設定しているが、各突部１４は異なる高さとしてもよく、角度θ１　も各突部１４毎に異ならせてもよい。また、凹部１６は、突部１４の底縁を最深部とし、各突部１４間に形成されて十字状である。なお、タブの厚みｔより高い突部１４は複数の突部１４の全部である必要はなく、１以上であればよい。
【００２２】
そして、突部１４の下縁、即ち頂部１２と柱状部１０の中途部との間には、緩やかな傾斜で突部１４側に立ち上がる角錐面からなる傾斜部１８が形成されており、傾斜部１８は頂部１２側を上底とする４つの台形面と、二等辺三角形からなる４つの面取り部２０とから構成されている。突部１４の側面と傾斜部１８とは、Ｖ字状の屈曲面を形成しており、その角度θ２　が存在している。
【００２３】
次に、図４及び図５は、本発明の実施の形態に係る電解コンデンサの製造方法を示している。
【００２４】
電解コンデンサは、コンデンサ素子２２が封入される外装ケース２４を備えており、この外装ケース２４の開口部２６は封口板２８によって封止される。封口板２８は硬質合成樹脂板で形成され、上縁部には封止部材としてＯリング３０が取り付けられている。
【００２５】
封口板２８には、外部端子を構成するターミナルリベット３２が封口板２８へのインサート成形によって貫通、固定されており、封口板２８の内側に突出させたターミナルリベット３２と、コンデンサ素子２２から引き出された引出しリードとして、アルミニウム等の金属材料で形成された帯状の複数枚のタブ３４とは、タブ３４に形成された貫通孔３６（図５）にターミナルリベット３２を挿入するとともに、ターミナルリベット３２に嵌合させたワッシャ３８の加締めによって固定されている。この場合、タブ３４の端部側が折り返されてターミナルリベット３２の端部側に重ねられている。
【００２６】
そして、ターミナルリベット３２に重ねられたタブ３４には、図５に示すように、本発明に係る超音波溶接ホーン（図１及び図２）のホーン部４が当接され、図示しない固定手段で位置決め固定された封口板２８のターミナルリベット３２に対向してホーン部４に矢印Ｆで示すように、加圧力とともに図示しない超音波溶接源から超音波エネルギが加えられる。この場合、突部１４の高さｈは被溶接部材であるタブ３４の厚みｔより高く設定されている。即ち、これらの大小関係は、ｈ＞ｔである。
【００２７】
この超音波溶接において、ターミナルリベット３２に重ねられたタブ３４にホーン部４の同一高さの各突部１４が当接され、その尖鋭部が加圧によってタブ３４上に位置決めされ、この部分から超音波溶接が開始される。加圧を持続すると、超音波エネルギによって軟化したタブ３４を構成する金属中に各突部１４がその高さｈだけ進入するが、その際、各突部１４に沿って屈曲したタブ３４が突部１４とともにターミナルリベット３２内に進入する。このとき、突部１４の間の凹部１６には、タブ３４の金属が進入し、溶接部４０中の主たる溶接部分が突部１４によって形成されることにより、タブ３４がターミナルリベット３２に溶着し、溶接部４０が形成される。この実施の形態では、突部１４の高さｈがタブ３４の厚みｔよりも高いため、溶接時、突部１４がターミナルリベット３２の端面より内側に進入し、その結果、ターミナルリベット３２の深部にタブ３４が入り込んでターミナルリベット３２とタブ３４とが溶接されるので、極めて高い接続強度が得られる。
【００２８】
しかも、ホーン部４の各突部１４で超音波溶接が行われ、各突部１４の先端を中心に超音波エネルギが溶接部４０に集中し、その溶接部分が尖鋭化し、タブ３４側の金属とターミナルリベット３２側の金属との接合面が一体化され、ターミナルリベット３２とタブ３４との接合強度が高められる。その結果、信頼性の高い接合状態が得られる。このような超音波溶接によれば、溶接時間や溶接に要する超音波エネルギを削減でき、溶接部４０の突部１４による尖鋭化は、タブ３４のズレ防止を図ることができる。
【００２９】
また、尖鋭部を持つ突部１４を中心に超音波エネルギがタブ３４に加わると、溶接部分が尖鋭化するが、この部分を中心に積層状のタブ３４が反り返る現象が瞬間的に生じても、各突部１４の尖鋭部が離間しているので、タブ３４の溶接部４０の範囲ないしその近傍を押圧する結果、反り返り等のタブ３４の変形が抑制される。しかも、溶接部分が複数の突部としてこの場合、４つの突部１４で形成され、タブ３４の幅方向の大半の範囲に波及するので、溶接部４０がターミナルリベット３２の端面の全面となる結果、接合強度の高い溶接状態が得られ、タブ３４のズレも防止できる。
【００３０】
そして、このようなホーン部４を用いた超音波溶接では、例えば、図６に示すように、溶接部４０には突部１４に対応する正四角錐状の複数の凹部４２、ホーン部４側の凹部１６によって各凹部４２の隣接側を仕切る複数の立壁部４４が形成される。ホーン部４の突部１４間の凹部１６が成す空間がタブ３４側の溶融金属溜まりとして機能するとともに、凹部１６の空間に進入した金属で立壁部４４が形成される。立壁部４４の高さは、タブ３４の外面に一致している。この場合、立壁部４４の高さは、タブ３４の平面内に後退させてもよい。
【００３１】
このようなホーン部４を持つ超音波溶接ホーンを用いれば、溶接時間及び溶接エネルギを削減しても強力な溶接が可能となり、溶接時間を短縮できるので、タブ３４に生じる過度な変形を防止できる上、超音波溶接ホーンを磨耗から防護でき、その耐用時間を延ばすことができる。
【００３２】
【実施例】
本発明の実施例に係る超音波溶接ホーンは、例えば、ホーン部４に４つの正四角錐からなる突部１４の頂角の角度（θ１　）＝６０°、高さ（ｈ）＝１．４ｍｍとし、面取り部２０の高さ＝１ｍｍに形成した。
【００３３】
被溶接部材であるターミナルリベット３２は直径φ＝４ｍｍとし、タブ３４には厚さ＝０．２ｍｍ、幅＝７ｍｍの化成タブを６枚重ねとした。即ち、タブ３４の総厚み（ｔ）＝１．２ｍｍであることから、ホーン部４の突部１４の高さ（ｈ）はタブ３４の総厚み（ｔ）＝１．２ｍｍより０．２ｍｍだけ高く設定されている。
【００３４】
溶接条件として、加圧力＝４ｋｇ（ゲージ圧）で固定し、超音波振動はタブ３４の長手方向と同方向に設定するとともに、タブ３４に電解液が付着した状態、電解液が付着していない状態を設定した。
【００３５】
また、比較例の従来ホーンとして、例えば、図７に示すように、ホーン部４６に多数の小突起４８が形成されたものを使用する。即ち、タブ３４の貫通孔３６にターミナルリベット３２を貫通させ、ワッシャ３８の加締めによってターミナルリベット３２にタブ３４を固定するとともに、折り返して重ねられたタブ３４にホーン部４６の小突起４８を加圧力Ｆで加圧させながら超音波エネルギを付与して溶接を行った。
【００３６】
このような条件下での溶接結果は表１の通りである。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
この実験結果から明らかなように、従来ホーンでは、電解液の有無を問わず、タブ３４にズレや一部に破損が発生した。これに対し、実施例では、電解液の付着の有り、無しに拘わらず、タブ３４のズレや破損は生じていない。実施例では、溶接時間が短縮され、溶接に要する超音波エネルギを大幅に低減でき、タブ３４のズレや破損がないことから、接続強度を向上させることができ、信頼性の高い溶接が得られる。
【００３９】
なお、実施の形態では、各突部１４を正四角錐状にしたが、円錐状としてもよく、また、突部１４は、尖鋭部を持つ円柱状又は角柱状等、柱状部を備えてもよい。柱状部の高さを加減することで、所望の溶接深度に設定することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次の効果が得られる。
（ａ）　複数の突部を以て溶接を行うことができるとともに、少なくとも１つの突部の高さをタブの厚みより高く設定しているので、ターミナルリベットとタブとの溶接強度を向上させることができ、溶接時のタブの変形やズレを防止でき、接続の信頼性の向上を図ることができる。
（ｂ）　溶接時間を大幅に低減できるとともに、溶接に要する超音波エネルギを小さくでき、溶接によるタブの亀裂、破断等の損傷の発生を防止でき、タブとターミナルリベットとの溶接の信頼性を高めることができる。
（ｃ）　溶接時間や溶接時の超音波エネルギを削減できるため、ホーン部の突部の先端部分を磨耗から防護でき、ホーン寿命を延ばすことができるとともに、安定した溶接を長期間に亘って維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る超音波溶接ホーンを示す側面図である。
【図２】超音波溶接ホーンのホーン部を示す平面図である。
【図３】図２に示すホーン部の各断面を示し、（Ａ）は図２のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線断面図、（Ｂ）は図２のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る電解コンデンサの製造方法における製造途上の電解コンデンサの一部を示す図である。
【図５】ターミナルリベットとタブとの溶接を示す図である。
【図６】ターミナルリベットとタブとの溶接部を示す部分平面図である。
【図７】従来の超音波溶接ホーン及び電解コンデンサの製造方法を示す側面図である。
【符号の説明】
４　ホーン部
１２　頂部
１４　突部
１８　傾斜部
２０　面取り部
２２　コンデンサ素子
２８　封口板
３２　ターミナルリベット
３４　タブ
４０　溶接部
４２　凹部
４４　立壁部
【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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