(57)【要約】【課題】  電極箔と引き出し端子との良好な接続部を備えたコンデンサ並びにその製造方法を提供することを目的としている。【解決手段】  電極箔に引き出し端子を接続し、該電極箔間にセパレータを介して積層又は巻回してコンデンサ素子を形成し、該コンデンサ素子を外装ケースに収納するとともに、該外装ケースの開口端を封口部材により封口してなるコンデンサの製造方法において、前記電極箔と引き出し端子の接続部の少なくとも一部に補強基材を配し、摩擦攪拌溶接により、前記電極箔に引き出し端子を電気的、機械的に接続する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極箔に引き出し端子を摩擦攪拌溶接にて電気的、機械的に接続し、該電極箔を積層または巻回してなるコンデンサ素子を外装ケースに収納したコンデンサ。
【請求項２】
前記引き出し端子を折り返してその間に前記電極箔を配置した請求項１に記載のコンデンサ。
【請求項３】
前記引き出し端子又は電極箔の少なくとも一部に補強基材が配され、該補強基材の一部が摩擦攪拌溶接により前記電極箔と接続されてなる請求項１又は２に記載のコンデンサ。
【請求項４】
電極箔に引き出し端子を接続し、該電極箔間にセパレータを介して積層又は巻回してコンデンサ素子を形成し、該コンデンサ素子を外装ケースに収納するとともに、該外装ケースの開口端を封口部材により封口してなるコンデンサの製造方法において、前記電極箔と引き出し端子の接続部の少なくとも一部に補強基材を配し、摩擦攪拌溶接により、前記電極箔に引き出し端子を電気的、機械的に接続するコンデンサの製造方法。
【請求項５】
電極箔と引き出し端子の間に間隙をほぼ有しない仮接合状態とし、該仮接合状態において前記摩擦撹拌溶接を実施する請求項４に記載のコンデンサの製造方法。
【請求項６】
前記仮接合状態とする方法が、前記電極箔と引き出し端子とを加圧による加締めを含む請求項５に記載のコンデンサの製造方法。
【請求項７】
前記仮接合状態とする方法が、超音波溶接、コールドウェルド、アーク溶接を含む請求項５又は６に記載のコンデンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電解コンデンサなどの各種コンデンサにおける電極箔と引き出し端子との接続構造及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンデンサとしては、アルミニウム等の弁金属からなる金属箔の表面を、該表面積を拡大する拡面処埋を施すとともに陽極酸化により誘電体層である化成被膜を形成した陽極箔と、前記アルミニウム等の弁金属からなる金属箔の表面に前記拡面処埋のみを施した陰極箔とに金属箔状の引き出し端子を接続し、絶縁紙などのからなる電気絶縁性セパレータとして該陽極箔と陰極箔との間に介在させて積層または巻回すことにより形成された電解コンデンサ素子を用いるものや、アルミニウム等の弁金属からなる金属箔の両面に活性炭層を形成して分極性電極箔とし、該分極性電極箔に引き出し端子を接続し、陽極および陰極の１対とされた該分極性電極箔の間に絶縁紙などからなる電気絶縁性セパレータとして介在させて積層または巻回すことにより形成された電気二重層コンデンサ素子を用いるものがあり、これらのコンデンサ素子からは、前記電極箔に接続された引き出し端子が導出され、封口部材などに設けられた外部端子に接続し、該コンデンサ素子を外装ケースに収納するとともに開口部を前記封口部材にて封口することで、電解コンデンサや電気２重層コンデンサとしていた。（特許文献１）
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１５４１０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらのコンデンサ素子を用いるコンデンサにおいては、電極箔と引き出し端子とを電気的並びに機械的に接続する必要があり、その手法としては、ステッチや超音波による溶接が主に使用されている。
【０００５】
しかしながら、電極箔と引き出し端子とを超音波溶接にて接続する場合、前記電極箔には、エッチング処理および化成処理により、アルミニウムなどの弁作用金属箔の表面にエッチング層および化成皮膜層が形成されているため、超音波溶接による接続部においては、電極箔と引き出し端子との間には境界線が残存しており、自動車などの振動が発生する場所に使用すると、前記振動による応力が前記接続部に集中して、前記接続部における金属箔間からの剥離がさらに生じ易く、接続強度、電気的接続性としては十分なものではなかった。
【０００６】
また、前記電極箔と引き出し端子とをステッチにて接続する場合においては、電極箔と引き出し端子を重ね合わせステッチ針を突き刺し、リーフを折り返して電極箔と引き出し端子とを接続しているが、この折り返しにより接続部の接続強度は低く、接続の信頼性は十分では無かった。
【０００７】
よって、本発明は上記した問題点に着目してなされたもので、電極箔に形成されたエッチング層や酸化皮膜にかかわらず、該電極箔と引き出し端子との良好な接続部を備えたコンデンサ並びにその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記した問題を解決するために、本発明のコンデンサは、電極箔に引き出し端子を摩擦攪拌溶接にて電気的、機械的に接続し、該電極箔を積層または巻回してなるコンデンサ素子を外装ケースに収納したことを特徴とする。
【０００９】
また、前記引き出し端子を折り返してその間に前記電極箔を配置することが好ましい。
【００１０】
また、前記引き出し端子又は電極箔の少なくとも一部に補強基材が配され、該補強基材の一部が摩擦攪拌溶接により前記電極箔と接続されることが好ましい。
【００１１】
また、本発明におけるコンデンサの製造方法は、電極箔に引き出し端子を接続し、該電極箔間にセパレータを介して積層又は巻回してコンデンサ素子を形成し、該コンデンサ素子を外装ケースに収納するとともに、該外装ケースの開口端を封口部材により封口してなるコンデンサの製造方法において、前記電極箔と引き出し端子の接続部の少なくとも一部に補強基材を配し、摩擦攪拌溶接により、前記電極箔に引き出し端子を電気的、機械的に接続することを特徴とする。
【００１２】
また、電極箔と引き出し端子の間に間隙をほぼ有しない仮接合状態とし、該仮接合状態において前記摩擦撹拌溶接を実施することを特徴とする。
【００１３】
また、前記仮接合状態とする方法が、前記電極箔と引き出し端子とを加圧による加締めを含むことを特徴とする。
【００１４】
また、前記仮接合状態とする方法が、超音波溶接、コールドウェルド、アーク溶接を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この特徴によれば、電極箔と引き出し端子とを摩擦撹拌溶接にて接続することで、該電極箔の表面にエッチング層や化成被膜層を有していても、これらエッチング層や化成被膜層が摩擦撹拌溶接におけるプローブの回転により破壊されて、地金同士が溶融して一体化し、電極箔と引き出し端子が金属結合するため、エッチング層や化成被膜層の有無にかかわらず、電極箔と引き出し端子との電気的並びに機械的接続が良好なコンデンサを得ることができる。
【００１６】
また、前記引き出し端子を折り返してその間に前記電極箔を配置することで、電極箔と引き出し端子との位置制御が容易となり摩擦撹拌溶接を実施しやすくなる。
【００１７】
また、前記引き出し端子又は電極箔の少なくとも一部に補強基材が配され、該補強基材の一部が摩擦攪拌溶接により前記電極箔と接続されることで、電極箔と引き出し端子との接続が強固になる。
【００１８】
次に本発明におけるコンデンサの製造方法によれば、電極箔と引き出し端子との接続部の少なくとも一部に補強基材が配されているため、摩擦撹拌溶接により前記電極箔と引き出し端子に加えて補強基材の一部がプローブの回転により加熱されて軟化し、撹拌されて一体化するため、より強固な電気的並びに機械的接続を得られる。
【００１９】
また、電極箔と引き出し端子の間に間隙をほぼ有しない仮接合状態とし、該仮接合状態において前記摩擦撹拌溶接を実施することで、溶接部における欠陥などがなく、良好な接続部を得ることができる。
【００２０】
また、前記仮接合状態とする方法が、前記電極箔と引き出し端子とを加圧による加締めることで、電極箔および引き出し端子を変形させて間隙を低減し、溶接部における欠陥は低減され、電極箔と引き出し端子との良好な接続を得ることができる。
【００２１】
また、前記仮接合状態とする方法が、超音波溶接、コールドウェルド、アーク溶接のいずれかにより加圧して電極箔と引き出し端子とを変形させて間隙を低減するとともに、仮接続がなされて比較的強固に固定された状態にて摩擦撹拌溶接がなされるため、欠陥は生じにくく、さらに良好な接続を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に示した実施例を参照して詳細に説明する。
【００２３】
（実施例）
本実施例のコンデンサは、各々引き出し端子２が接続された陽極箔１と陽極箔とを電気絶縁性のセパレータを介して積層または巻回されたコンデンサ素子を収納可能な有定筒状の外装ケースに収納し、外部端子が貫通して形成された封口部材にて封口した一般的なコンデンサと同様の外観を有している。
【００２４】
陽極箔１および陰極箔は、アルミニウム、チタン、タンタル、ニオブなどの弁作用金属から形成され、陽極箔１にはその表面に拡面処埋であるエッチング処理によるエッチング処理層、および該エッチング処理層の上にバリア型陽極酸化処理による陽極酸化皮膜が形成され、陰極箔には拡面処埋であるエッチング処理によるエッチング処理層が形成される。本実施例では、陽極箔１及び陰極箔ともにアルミニウムから構成され、かつその厚みは陽極箔１が０．１ｍｍ、陰極箔が０．０５ｍｍのものを用いている。
【００２５】
引き出し端子２は、アルミニウムからなる帯状体で表面にはエッチング処理層や酸化皮膜が形成されていない、厚さ０．２ｍｍのものを用いている。
【００２６】
前記陽極箔１に前記引き出し端子２を重ね合わせ、該重ね合わせ部の陽極箔１側を加工盤上にて載置し、図示しないプレス手段にて前記引き出し端子２の上方側より加圧されて加締め部６が形成されて仮接合状態とされる（図１参照）。そして、これら加締め部６には、必要に応じて、超音波溶接、コールドウェルド、アーク溶接などを実施することで、前記陽極箔１と引き出し端子２とがより強固に固定された仮接合状態とされる。
【００２７】
そして、前記引き出し端子２と陽極箔１を図示しない固定手段にて固定して、前記陽極箔１と引き出し端子２との加締め部６における引き出し端子２の背面側から回転するスターロッド４の先端に設けられたプローブ５を所定深さまで圧入し、該圧入されたプローブ５が図１の（ｂ）に示す接合線に沿って移動されることにより摩擦撹拌溶接が実施されることで、接続部３が形成され、陽極箔１と引き出し端子２とが電気的並びに機械的に接合される。同様に引き出し端子２と陰極箔も摩擦撹拌溶接により接続する。なお、加締め部６における陽極箔１側より摩擦撹拌溶接を行ってもよい。
【００２８】
この摩擦撹拌溶接においては、前記圧入したプローブ５が回転することにより、引き出し端子２及び電極箔との摩擦熱並びに加工熱が生じ、該摩擦熱並びに加工熱によって引き出し端子２や電極箔とを構成する金属であるアルミニウムが昇温、軟化されるとともに、該プローブ５による回転により該軟化したアルミニウムが撹拌されることで、電極箔の表面に存在する酸化皮膜が破壊されてアルミの地金同士が軟化した状態で接触するようになり、該プローブ５の移動に伴って、その後方において固化することで、引き出し端子２と電極箔とが強固に固相接続されるようになる。
【００２９】
これら摩擦撹拌溶接においては、前記スターロッド４に前記プローブ５が先行するように、２〜５度の傾斜角θを設けるようにするのが好ましいが、これら傾斜角θは、使用する引き出し端子２や電極箔の厚みスターロッド４の回転数、並びに圧入する量等から適宜に選択すれば良い。
【００３０】
また、プローブ５の形状等も使用する引き出し端子２の厚みや電極箔の枚数やスターロッド４の回転数、並びに圧入する量等から適宜に選択すれば良い。
【００３１】
また、スターロッド４の回転数、並びにプローブ５を圧入する量や、移動速度等も、使用する引き出し端子２の厚みや電極箔の枚数等から適宜に選択すれば良い。
【００３２】
その後、摩擦撹拌溶接により引き出し端子２が接続された陽極箔１および陰極箔は間に電気絶縁性セパレータとしてマニラ紙やクラフト紙などの電解紙からなるセパレータを介在させて巻回されてコンデンサ素子が形成される。そしてこのコンデンサ素子から導出された陽極用及び陰極用の引き出し端子２は絶縁樹脂などからなる封口部材に貫通して設けられた外部端子に接続されて、封口部材と一体となるとともに、該コンデンサ素子に駆動用電解液が含浸され、アルミニウムなどからなる有底筒状の外装ケースに収納される。外装ケースの開口部に前記封口部材がはめ込まれ、外装ケースの開口端をカーリング処理を行い封口することで電解コンデンサが完成する。
【００３３】
なお、コンデンサ素子は巻回して形成されているが、これに限らず、各々引き出し端子２を摩擦撹拌溶接にて接続した陽極箔１と陰極箔を間にセパレータを介して各々の引き出し端子２が接触しないように、積層してコンデンサ素子を形成してもよい。
【００３４】
以上、本実施例のようにすれば、摩擦撹拌溶接された接続部３の断面の様子は、摩擦熱並びに加工熱により軟化したアルミニウムが、撹拌されてアルミ地金同士が接触し、固化することで、境界のない強固な固相を形成しており、その接合強度も高いのに対し、従来の超音波溶接による接続部３の断面の様子は、各アルミニウム箔の界面が残存しており、この界面の接合強度も極めて不安定となっていることから、本実施例のように、接続部３である電極箔の表面にエッチング処理層や酸化皮膜層を有していても、これらエッチング処理層や酸化皮膜層が摩擦撹拌溶接におけるプローブ５の回転により破壊されて、地金であるアルミニウム同士が溶融して一体化するようになるため、エッチング処理層や化成被膜層の有無にかかわらず、前記電極箔と引き出し端子２との良好な接続を得ることができる。また、前記電極箔と引き出し端子２との間に間隙をほぼ有しない仮接合状態にて摩擦撹拌溶接を実施することで、接続部３に空隙などの溶接欠陥部を生じることを大幅に低減でき、より安定して良好な電気的並びに機械的な接続状態を得ることができる。
【００３５】
以上、本発明を実施例１に基づいて説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲での変更や追加があっても、本発明に含まれることは言うまでもない。
【００３６】
例えば、実施例では引き出し端子２を電極箔上に重ね合わせて摩擦撹拌溶接を実施していたが、これに限らず、図２の（ａ）および（ｂ）に示すように、帯状の引き出し端子２を折り返してその間に電極箔を介在させ、つまり該引き出し端子２により電極箔を挟み込むことで、電極箔の位置ずれを防止し、かつ前記電極箔を挟み込んだ引き出し端子２の背面より摩擦撹拌溶接を実施してもよい。尚、プローブ５は下側に配置された引き出し端子２まで圧入されることが望ましく、このようにすることで、電極箔の上下面に配置された引き出し端子２がとともに接合されるため、接続性が向上する。
【００３７】
また、この他にも、図３の（ａ）および（ｂ）に示すように、引き出し端子２と重なる電極箔の下面側や、前記引き出し端子２のさらに上面側にアルミニウムなどからなる補強基材７を配して摩擦撹拌溶接を実施してもよい。該補強基材７の一部が摩擦攪拌溶接により前記電極箔と接続されることで、電極箔と引き出し端子２との接続が強固になる。またこの場合、補強基材７側より摩擦撹拌溶接を行うこともでき、これはプローブ５の回転による引き出し端子２の変形・破断による端子機能の低下を防いでいる。なお補強基材７も合わせて加締めなどによる仮接合状態とすると該補強基材７と電極箔の間に間隙がなくなり、接続時に生じる欠陥も低減できる。
【００３８】
また、実施例では、摩擦撹拌溶接としてプローブ５を圧入・移動することで電極箔と引き出し端子２とを接続していたが、図３の（ｂ）に示すようにプローブ５を圧入して一定時間回転させた後引き抜いて溶接を行うこともできる。この場合は、複数箇所を接続してもよい。
【００３９】
また、前記補強基材７の厚みとしては、この厚みが０．２ｍｍ以下となると、補強基材７としての良好な強度を得られないとともに、該補強基材７の背面から前記プローブ５を圧入して摩擦撹拌溶接を実施する場合に、スターロッド４の回転速度、移動速度、角度等の制御を行い難く、安定した摩擦撹拌溶接が難しくなり、逆にこの厚みが著しく厚くなると、摩擦撹拌溶接に要する加工時間が長いものになってしまうことから、その厚みとしては０．２ｍｍから１．０ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００４０】
また、実施例では引き出し端子２として、アルミニウムなどからなる帯状体を例示したが、これに限らず、ＣＰ線を溶接した丸棒部と偏平部を有するアルミニウム材からなる引き出し端子２に適用することは言うまでもない。
【００４１】
また、前記実施例では、通常の積層電解コンデンサを例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記陽極箔１７と陰極箔８をアルミニウム箔の両面に活性炭シートを配して分極性電極箔とした電気二重層コンデンサにおける該陽極箔１および陰極箔と引き出し端子２との接続に本発明を適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施例におけるコンデンサの接続状態を示す断面図および斜視図である。
【図２】本発明の他の実施例におけるコンデンサの接続状態を示す断面図および斜視図である。
【図３】本発明の他の実施例におけるコンデンサの接続状態を示す断面図および斜視図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  陽極箔
２  引き出し端子
３  接続部
４  スターロッド
５  プローブ
６  加締め部
７  補強基材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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