(57)【要約】【課題】封口板本体２と電極端子３との接合性ないし両者２，３間のシール性を向上させるのに有効な電極端子３の表面状態を具体的に規定し、接合性を向上させ、もって優れたシール性を発揮することができる表面状態を備えた封口板用電極端子３を提供する。【解決手段】高分子材料よりなる封口板本体２にインサート成形により一体化される電極端子３であって、その表面のうち少なくとも封口板本体２と接触する部位の全部または一部に化学的処理を施した封口板用電極端子３において、前記化学的処理が施された電極端子３表面の面粗さの大きさをＲａ０．０５μｍ以上、好ましくはＲａ０．１μｍ以上にするとともに、前記化学的処理より電極端子３表面に形成された凹部の径寸法を最大でφ４μｍ以上、平均でφ１μｍ以上にした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子材料よりなる封口板本体（２）にインサート成形により一体化される電極端子（３）であって、その表面のうち少なくとも前記封口板本体（２）と接触する部位の全部または一部に化学的処理を施した封口板用電極端子（３）において、
前記化学的処理が施された電極端子（３）表面の面粗さの大きさをＲａ０．０５μｍ以上にするとともに、前記化学的処理により電極端子（３）表面に形成された凹部の径寸法を最大でφ４μｍ以上、平均でφ１μｍ以上にしたことを特徴とする封口板用電極端子。
【請求項２】
請求項１の封口板用電極端子において、
前記化学的処理が施された電極端子（３）表面の面粗さの大きさを好ましくはＲａ０．１μｍ以上にしたことを特徴とする封口板用電極端子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池（一次電池および二次電池を含む）やコンデンサ（電解コンデンサおよび電気二重層コンデンサ、キャパシタを含む）等の電子部品において、電池素子や電解液等の収容物を収容する圧力容器の開口部を閉塞するために用いられる封口板における電極端子に関するものであって、高分子材料よりなる封口板における電極端子に関するものである。本発明の封口板は例えば、車載用の補助電源としてのコンデンサやキャパシタ、定置式の燃料電池、インバーター用コンデンサ、風力発電用等の蓄電器、等に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電池またはコンデンサ等の圧力容器の開口部を閉塞する蓋として用いられる封口板であって、フェノール樹脂よりなる封口板本体にアルミニウムよりなる電極端子をインサート成形により一体化してなる封口板が知られている。この種の封口板においては、開口部閉塞後、圧力容器内部の収容物や発生ガス等が外部へ漏洩することがないように、圧力容器の開口部のみならず、封口板本体と電極端子との間にも十分な接合性ないしシール性が求められる。
【０００３】
そこで、本願出願人は先に、図８に示すように、封口板本体２に対して上下方向に貫通して取り付けられる円筒状の電極端子３の外周面３ａに環状の鍔部４を一体成形し、この鍔部４の上面および下面の少なくとも一方に環状の係合溝５を形成し、鍔部４を封口板本体２に埋設してなる構造の封口板１を提案した（特許文献１参照）。この封口板１によれば、係合溝５を形成した鍔部４が封口板本体２の高分子材料の厚さ内に埋設されてこの鍔部４に対して高分子材料が密着することから、封口板本体２と電極端子３との接合性を高めることが可能とされており、これにより封口板本体２と電極端子３との間の隙間から電解液や発生ガス等が漏洩するのを有効に防止することが可能とされている。
【０００４】
しかしながら近年、例えばコンデンサは車載用としてもその用途が検討されており、これに伴って上記封口板本体２と電極端子３との接合性ないしシール性についても今まで以上に過酷な熱的環境への対応が要求されて来ている。したがって上記特許文献１記載の発明はこの新たなニーズに応えるべく、これを更に改良する必要がある。
【０００５】
金属端子を樹脂モールドしてなるコンデンサ用端子板において、前記金属端子は少なくともその樹脂モールドされる部分の外周面に化学的処理によって形成された粗面化部を有するコンデンサ用端子板に係る発明が開示されているが（特許文献２参照）、この特許文献２には封口板本体と電極端子との接合性ないしシール性を向上させるべく金属端子の表面を粗面化することだけが記載されているのみで、接合性ないしシール性がどの程度向上したかを示す具体データはなく、更に、その目的を実現すべく粗面化部の状態をどのように規定したかは具体的には全く記載されていない。したがってこの発明によると、具体的にどのような粗面化部の状態が上記接合性ないしシール性の向上に有効であるかが一切不明のままであることから、このような意味合いにおいてこの発明は技術的に初歩的なアイデアを提示する域を出ていない。またこの特許文献２記載の発明の詳細は、金属端子の表面処理工程が、金属端子をアルカリ水溶液に浸漬することにより脱脂と酸化被膜除去を行なうステップと、続いて電極端子を酸水溶液に浸漬することにより粗面化するステップとに分かれており、よって工程数（ステップ数）が多いと云う不都合もある。
【０００６】
【特許文献１】実公平６−２１２２２号公報
【特許文献２】特開２００１−２３７１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は以上の点に鑑みて、上記特許文献１記載の発明に対して、封口板本体と電極端子との接合性ないし両者間のシール性を今まで以上に過酷な熱的環境においても向上させることができる封口板用電極端子を提供することを目的とする。また、上記特許文献２記載の発明に対しては、封口板本体と電極端子との接合性ないし両者間のシール性を向上させるのに有効な粗面化部の状態を具体的に規定し、もって優れた接合性ないしシール性を発揮することができる粗面化部を備えた封口板用電極端子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１による封口板用電極端子は、高分子材料よりなる封口板本体にインサート成形により一体化される電極端子であって、その表面のうち少なくとも前記封口板本体と接触する部位の全部または一部に化学的処理を施した封口板用電極端子において、前記化学的処理が施された電極端子表面の面粗さの大きさをＲａ０．０５μｍ以上にするとともに、前記化学的処理により電極端子表面に形成された凹部の径寸法を最大でφ４μｍ以上、平均でφ１μｍ以上にしたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項２による封口板用電極端子は、上記した請求項１の封口板用電極端子において、前記化学的処理が施された電極端子表面の面粗さの大きさを好ましくはＲａ０．１μｍ以上にしたことを特徴とするものである。
【００１０】
このような電極端子の表面状態によれば、表面粗面化処理により形成された凹部により、所謂アンカー効果が発揮されるため、もって封口板本体と電極端子とをより強固に接合させる一因とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００１２】
すなわち、上記構成を備えた本発明の請求項１による封口板用電極端子によれば、電極端子表面の面粗さの大きさをＲａ０．０５μｍ以上にするとともに、表面粗面化処理により形成された凹部の径寸法を最大でφ４μｍ以上、平均でφ１μｍ以上にしたために、当該電極端子ないし封口板の実用領域で実際に求められる封口板本体と電極端子との接合性が向上することから、もって両者間のシール性を十分に確保することができる。
【００１３】
また、上記したように特許文献１記載の発明では、電極端子をインサート成形した封口板において、外周面に環状の鍔部を有する電極端子を採用することにより優れたシール性を有する封口板を提供可能としていたが、昨今の過酷な使用条件に照らすと更なる改良が求められることになる。そこで本発明の請求項２による封口板用電極端子では、封口板成形前の電極端子表面を表面粗面化処理し、更には表面粗面化処理後の電極端子表面の面粗さの大きさを好ましくはＲａ０．１μｍ以上にしたことにより、上記請求項１による効果の他に、封口板本体材質との接着性のばらつきを小さくすることができる優れた電極端子の表面状態を見出すことができた。したがって、従来によれば過酷な使用条件に対して使用前の初期状態では問題ないものの、過酷な条件による長期使用においては電解液漏れの虞があったところ、本発明により信頼性を得ることが十分に可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施例に係る電極端子３を備えた封口板１の平面図を示しており、図２は図１におけるＡ−Ａ線拡大断面図であって電極端子３の縦断面図を示している。
【００１６】
当該実施例に係る封口板１は、封口板本体２、電極端子３を有しており、以下のように構成されている。
【００１７】
すなわち先ず、金属材料よりなる電極端子３をインサートし、高分子材料によってプレート状に成形された封口板本体２であって、この封口板本体２に、電極端子３が厚さ方向に貫通するように埋設されている。また、封口板本体２の平面上一箇所には、圧力容器内部の圧力を開放するための圧力開放構造として例えばブリーザ部６が設けられていてもよい。
【００１８】
（１）封口板本体２
封口板本体２は、高分子材料によってプレート状に成形された、例えば円板状、楕円状、或いは、略方形に成形されており、その材料としては、樹脂材料、例えば、ポリオレフィン系樹脂、メタロセン触媒にて重合したポリオレフィン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド、シンジオタクチックポリスチレン、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、液晶性樹脂等の熱可塑性樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、イミド系樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられ、ガラス繊維、炭素繊維またはウィスカー等の繊維状充填剤、炭素粒子、マイカ、ガラスビーズ等の粒子状充填剤等の充填剤・補強材、金属酸化物または加工助剤等が適宜配合される。尚、本実施例では、高分子材料としてフェノール樹脂組成物を用いた。
【００１９】
（２）電極端子３
円筒状を呈する電極端子３の外周面３ａには、環状の鍔部４が一体成形されており、この鍔部４の軸方向端面であって図上上面および下面の何れか一方または双方（図では双方）には、環状の係合溝５が所要数同心状に形成されている（図では上面に二本、下面に一本形成されている）。また、電極端子３の外側端面３ｂには、ここに外部端子（図示せず）を接続するための雌ネジ等よりなる外部端子接続部７が設けられており、電極端面３の内側端面３ｃには、ここに内部配線（図示せず）を接続するためのカシメ突起等よりなる内部配線接続部８が設けられている。尚、電極端子３は一般に、二本が一対として封口板本体２に一体化されているが、電極端子３は封口板本体２にいくつあっても構わない。
【００２０】
電極端子３の材質は、アルミニウム電解コンデンサでは、純アルミニウムまたはアルミニウム合金等の成形材料であるが、電池では亜鉛、鉄、ニッケル等の金属の成形材料によって成形されている。尚、本実施例では、電極端子３の材質として、９９．０％以上の高純度アルミニウムを用いた。
【００２１】
また、電極端子３は、機械加工により作製するが、加工手段は問わず、例えば切削加工など何れであっても可とする。
【００２２】
以上までの構成は、基本的に上記特許文献１記載の先行技術と同じであり、以上の構成によれば、封口板本体２と電極端子３との間の隙間から電解液や発生ガス等が漏洩するのを有効に防止することが可能とされている。但し、コンデンサが車載用途等に使用されて過酷な熱的環境への対応が要求されると、状況によっては封口板本体２と電極端子３との接合性ないしシール性に不足の懸念があるため、当該実施例に係る電極端子３には以下の点で改良が加えられている。
【００２３】
すなわち、当該電極端子３の表面のうち少なくとも封口板本体２と接触する部位の全面すなわち当該電極端子３の外周面３ａならびに鍔部４表面および係合溝５内面に化学的処理を施して、その面粗さの大きさをＲａ０．０５μｍ以上、好ましくはＲａ０．１μｍ以上に規定し、また、その処理により形成された凹部の径寸法を最大でφ４μｍ以上、平均でφ１μｍ以上の大きさに規定した。これは、本願発明者らの鋭意研究の結果として、以下の試験の結果からこれらを見出したものである。
【００２４】
試験工程
（１）  表面粗面化処理条件（処理時間、水溶液温度、水溶液濃度、添加剤等）を種々変更した電極端子を多数用意する。
（２）  上記（１）で用意した電極端子を用いて、実際と同様の成形法式（成形型によるインサート成形）により封口板のテストピースを多数作製する。
（３）  上記（２）で作製した各テストピースを用いて、その引張り試験を実施し、封口板本体および電極端子の接合面における破断応力ないし破断面樹脂残率を測定または算出する。ここに樹脂とは封口板本体の成形材質のことを云い、その破断面樹脂残率とは測定領域内における電極端子表面に対する付着残率を測定・算出した値を示す。
（４）  上記（３）の引張り試験に供した各テストピースにおける電極端子の表面状態（面粗さの大きさ、粗面化処理により形成された凹部の径寸法）を測定・算出する。
（５）  上記（３）における引張り試験結果と上記（４）における電極端子表面状態との関係を確認する。
【００２５】
尚、本願明細書にて用いられている用語の定義は、以下のとおりである。
ａ．面粗さ
レーザ顕微鏡により電極端子表面を拡大し、測定領域内の粗さを線ではなく面で３次元的に値を求めた。また、Ｒａは面粗度を示し、ＪＩＳ規格で定められたものであり、先に求めた値のうち算術平均粗さを示したものである（測定領域≒２００×３００μｍ）。
ｂ．表面粗面化処理により形成された凹部径：最大
レーザ顕微鏡により電極端子表面を拡大し、測定領域内に確認された表面粗面化処理により形成された凹部の径を全数確認し、最大のものの径を示したものである（測定領域≒２００×３００μｍ）。
ｃ．表面粗面化処理により形成された凹部径：平均
レーザ顕微鏡により電極端子表面を拡大し、測定領域内に確認された表面粗面化処理により形成された凹部の径を全数確認し、その平均径を求めたものである（測定領域≒２００×３００μｍ）。
ｄ．破断面樹脂残率
上記引張り試験後、試験後品の破断面を光学顕微鏡により拡大し、電極端子の破断面に残存している封口板本体の材質（樹脂）の面積を求め、電極端子の破断面の全体面積に対する比率を計算して求めたものである。
【００２６】
上記引張り試験の結果を破断応力と破断面樹脂残率との関係でまとめると、図３のグラフ図に示すように、破断応力がある大きさ以上では破断面樹脂残率が一定の領域に達することが判った。またこれにより、強固な接合性（接着性）を示す破断面樹脂残率の領域は８０％以上が目安となることが判った。
【００２７】
また、破断面樹脂残率が８０％以上の試料は、破断面全体でほぼ良好な接着性を持っていたものと想定できるが、破断面樹脂残率が８０％未満の試料は、明らかに破断面の一部に接着性の低い箇所が存在していたものと考えられる。このような接着性の低い状態を封口板に置き換えると、初期状態でシール性は確保されても、接着性の低い箇所では過酷な熱的条件による長期の使用により、封口板本体および電極端子間の界面に電解液のしみ込みが発生し、その範囲が徐々に広がり、電解液の漏れを来たすものもあると考えられる。
【００２８】
そこで、このような接着性の低い状態と封口板のシール性との関係を確認するため、表面粗面化処理を施して図５−２に示すような種々の表面粗さＲａをもつ電極端子を用いて実際に封口板を作製し、以下のとおりシール性確認試験を実施した。尚、供試試料数は図５−２に示すように各面粗度範囲の表面粗さのものを１０個とし、シール性確認試験は各熱刺激条件の下で以下に示すＡ：ヘリウムリーク試験、Ｂ：カラーチェック法の順序で行った。
【００２９】
シール性確認試験・・・
熱刺激条件
高温長時間：１８０℃×１０００Ｈｒ
冷熱サイクル：−４０℃×１Ｈｒ＋１５０℃×１Ｈｒ  １００サイクル
シール性確認方法
Ａ：ヘリウムリーク試験
試験方法：封口板本体２および電極端子３間の界面からの液漏れの有無を確認する。
試験治具：図４に示す試験治具２１を用いる。図上符合１は供試試料としての封口板を示しており、この封口板１を試験治具２１のケーシング２２内にセットし、ヘリウムガス供給側からケーシング内一方の空間２３へヘリウムガスを所定の圧力で供給する。一方、ケーシング内他方の空間２４側を真空ポンプで真空引きし、一方の空間２３から他方の空間２４へとヘリウムガスが漏洩したときにこれをリークディテクター２５で検出する。
治具内圧：０．４ＭＰａ
加圧時間：３ｍｉｎ
判定方法：ヘリウムが検知されると液漏れ有りと判断
Ｂ：カラーチェック法
試験方法：封口板本体２および電極端子３間の界面の隙間の有無を確認する。具体的には、封口板本体２および電極端子３間の界面に浸透液を塗布して数分保持した後、浸透液を拭き取り、浸透液を塗布した箇所に現像液を塗布する。
判定方法：発色が確認されると隙間有りと判断
【００３０】
試験結果は、図５−１の表図に示すとおりであり、破断面樹脂残存率８０％以上に相当する電極端子面粗度Ｒａ０．０５μｍ以上、好ましくは０．１μｍ以上の電極端子を用いれば、熱刺激を加えた後でも封口板のシール性が良好であることを確認することができた。また、この試験結果から見ても判るように、破断面樹脂残存率８０％未満（電極端子面粗度Ｒａ０．０５μｍ未満）であると、初期状態でシール性は確保されても、接着性の低い箇所では過酷な熱的条件による長期の使用により、封口板本体および電極端子間の界面に電解液のしみ込みが発生することから、この場合にはその範囲が徐々に広がり、電解液の漏れを来たすものもあると考えられる。
【００３１】
一方、表面粗面化処理後の電極端子表面を観察したところ、図６のグラフ図に示すように、電極端子の表面粗面化処理条件次第で、電極端子表面の面粗さの大きさ（Ｒａ）および形成される凹部の大きさも異なることが判った。尚、凹部には、単独形成された穴状のものもあれば、複数の穴がつながって縞状を形成しているものもあり、ここで言う凹部には、この穴状の場合と縞状の場合とが両方含まれる。尚、縞状の凹部は、その形状が複雑・不規則なため、上記用語の定義の項のｂおよびｃにて定義しているような凹部径の適切な寸法規定は困難なため、本発明では規定していない。
【００３２】
以上の事項を電極端子の表面粗さと破断面樹脂残率との関係でまとめると、図７のグラフ図に示すように、表面粗面化処理により電極端子の表面粗さをＲａ０．０５μｍ以上にすると、破断面樹脂残率はばらつきが小さく安定して８０％以上を確保できることを見出すことができた。更に、電極端子の表面粗さをＲａ０．１μｍ以上にすると、破断面樹脂残率のばらつきが更に小さくなるので、より安定して８０％以上の破断面樹脂残率が確保できた。また、この際の形成される凹部の大きさは、最大φ４μｍ以上、平均φ１μｍ以上であることを見出すことができた。
【００３３】
尚、本実施例における表面粗面化処理の手順は、以下のとおりである。
【００３４】
電極端子３をアルカリ水溶液により化学的に粗面化処理し、その表面に凹部を形成する。尚、アルカリ水溶液については、例えば水酸化ナトリウムの固体状態のものまたは水溶液状態のものを純水または一定の温度に調節した純水により希釈し、一定濃度に調節したものを用い、粗面化処理は、例えばアルカリ水溶液中に電極端子３を撹拌しながら一定時間浸漬することにより実施する。
【００３５】
粗面化の程度は下記（Ａ）および（Ｂ）のとおりとし、この粗面化の程度を実現することができれば、表面粗面化処理の条件は処理時間、水溶液温度、水溶液濃度、添加剤の追加等の何れの組み合わせも可とする。また、電極端子３の各部寸法とくにネジ部（外部端子接続部７）の寸法精度を維持するため、粗面化の程度は電極端子３の仕様毎に決定する。更には、表面粗面化処理をし過ぎてもアンカー効果の向上が期待できず、処理時間が長くなり加工コストが高くなること等があるため、表面粗面化処理の程度は適宜決定する。
（Ａ）  面粗さ：Ｒａ０．０５μｍ以上、好ましくは０．１μｍ以上
（Ｂ）  表面粗面化処理により形成された凹部径：最大φ４μｍ以上、平均φ１μｍ以上
【００３６】
以上の処理の後、当該電極端子３を水で十分に洗浄し、更には十分に乾燥させる。そして、以上の表面粗面化処理を施した当該電極端子３を成形型のキャビティ内にインサートし固定した後、トランスファまたは射出等の成形手段により、封口板本体２の成形材料を型内に流し込み、封口板本体２を成形する。
【００３７】
尚、表面粗面化処理方法について、上記実施例ではアルカリ水溶液を用いたが、電極端子３の表面を所定の粗さにできれば、この限りではない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例に係る電極端子を備えた封口板の平面図
【図２】図１におけるＡ−Ａ線拡大断面図であって電極端子の縦断面図
【図３】本発明における面粗さの大きさおよび粗面化による凹部の径寸法を規定する際に行なった試験の結果を示す図で、破断応力と破断面樹脂残率の関係を示すグラフ図
【図４】試験治具の説明図
【図５−１】封口板のシール性試験結果を示す表図
【図５−２】供試試料の表面粗さデータを示す表図
【図６】本発明における面粗さの大きさおよび粗面化による凹部の径寸法を規定する際に行なった試験の結果を示す図で、図６（Ａ）は粗面化処理条件の変更による面粗さの変化を示すグラフ図、図６（Ｂ）は粗面化処理条件の変更による凹部の大きさの変化を示すグラフ図
【図７】本発明における面粗さの大きさおよび粗面化による凹部の径寸法を規定する際に行なった試験の結果を示す図で、図７（Ａ）は表面粗さと破断面樹脂残率の関係を示すグラフ図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）におけるＢ部詳細図
【図８】従来例に係る封口板の要部縦断面図
【符号の説明】
【００３９】
１  封口板
２  封口板本体
３  電極端子
３ａ  外周面
３ｂ  外側端面
３ｃ  内側端面
４  鍔部
５  係合溝
６  ブリーザ部
７  外部端子接続部
８  内部配線接続部
２１  試験治具
２２  ケーシング
２３，２４  空間
２５  リークディテクター
【図１】
2005032669.tif 000003
【図２】
2005032669.tif 000004
【図３】
2005032669.tif 000005
【図４】
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【図５−１】
2005032669.tif 000007
【図５−２】
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【図６】
2005032669.tif 000009
【図７】
2005032669.tif 000010
【図８】
2005032669.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成15年7月24日(2003.7.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005032669.tif 000012
【図２】
2005032669.tif 000013
【図３】
2005032669.tif 000014
【図４】
2005032669.tif 000015
【図５−１】
2005032669.tif 000016
【図５−２】
2005032669.tif 000017
【図６】
2005032669.tif 000018
【図７】
2005032669.tif 000019
【図８】
2005032669.tif 000020