JP5050235B2 - 金属箔の接続方法 - Google Patents

Description

本発明は、積層された複数の金属箔同士を接続する金属箔の接続方法に関する。

従来のキャパシタ（コンデンサ）の製造方法では、複数の積層された集電極（金属箔）のリード部の束を電極端子に重ねて、超音波溶接機にセットし、リード部の束と電極端子とを溶接ヘッドとアンピルとで挟み込んで、圧力を加えながら、溶接ヘッドの超音波溶接面から超音波振動を与え、振動による摩擦熱を利用して溶接することにより、集電極のリード部の束と電極端子とを接続するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

また、コンデンサの電極には、表面に絶縁膜としての酸化被膜を有するアルミニウム箔（金属箔）が用いられており、このアルミニウム箔を用いてコンデンサを製造する際には、積層したアルミニウム箔に予め小孔を穿設し、アルミニウム箔の酸化被膜を小孔内面に沿って除去し、抵抗溶接機の電極を、小孔を中心とする被圧着域に押圧しつつ、電極に通電して抵抗溶接を行うことにより、積層したアルミニウム箔同士を接続している（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−１９８２６２号公報（第２頁、第１図） 特開２００６−３２６６２２号公報（第４頁、第５図）

しかしながら、特許文献１に記載のキャパシタ（コンデンサ）の製造方法にあっては、超音波振動による摩擦熱を利用して集電極（金属箔）同士を溶接しているだけなので、集電極のリード部の束の接続強度が弱くなってしまうという問題がある。

また、特許文献２に記載の積層したアルミニウム箔（金属箔）の抵抗溶接方法にあっては、アルミニウム箔に穿設する小孔を所定の寸法に形成しなければならず、抵抗溶接作業が煩雑になる。かつ小孔の寸法が小さ場合は穿孔が困難になるし、小孔の寸法が大きい場合は抵抗溶接後に小孔が完全に塞がらない虞があり、積層されるアルミニウム箔の厚みやサイズ、積層される枚数などが限定されてしまうという問題がある。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、いかなる寸法や枚数の金属箔であっても簡素化された接続作業により接続することができ、かつ金属箔同士の接続強度を向上させることができる金属箔の接続方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の金属箔の接続方法は、
積層された複数の金属箔同士を接続する金属箔の接続方法であって、
複数の前記金属箔を積層するとともに、該金属箔のそれぞれの端部に連続して接触するように少なくとも２つの接続体を配置し、一方の接続体に抵抗溶接装置の陽極を取り付けるとともに、他方の接続体に抵抗溶接装置の陰極を取り付け、該接続体を前記金属箔に向かって押圧しつつ電流を流して抵抗溶接を行い、前記接続体と前記金属箔とを接続することを特徴としている。
この特徴によれば、接続体を金属箔の端部に配置して抵抗溶接を行うため、金属箔に抵抗溶接用の加工等を施す必要がなく、積層された金属箔同士の接続作業が簡素化されるばかりか、いかなる寸法や枚数の金属箔であっても接続することができるようになり、かつ抵抗溶接により各々の金属箔が一旦溶融されて互いに接続されるため、金属箔同士や金属箔と接続体との接続強度を向上させることができる。そして接続体を抵抗溶接装置の陽極及び陰極として接続作業を行うことができ、別途、金属箔に抵抗溶接装置の電極を接続する作業が必要なくなり、金属箔同士や金属箔と接続体との接続作業を簡素化することができる。

本発明の請求項２に記載の金属箔の接続方法は、請求項１に記載の金属箔の接続方法であって、
前記積層された金属箔を積層方向に押圧しつつ、前記抵抗溶接を行うことを特徴としている。
この特徴によれば、積層された金属箔同士の間に隙間が形成されずに抵抗溶接され、一旦溶融された金属箔の部位同士が強固に接続される。

本発明の請求項３に記載の金属箔の接続方法は、請求項１または２に記載の金属箔の接続方法であって、
前記積層された金属箔のそれぞれの端部を、抵抗溶接を行う前に平面状に揃えることを特徴としている。
この特徴によれば、積層された金属箔の端部を平面状に揃えれば、それぞれの金属箔の端部が均一に接続体に当接できるようになり、積層された金属箔の端部と接続体とを抵抗溶接にて接合し易くなる。

本発明に係る金属箔の接続方法を実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下に説明する。

本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、先ず図１は、実施例１におけるコンデンサ素子を示す斜視図であり、図２は、積層されたアルミニウム箔のタブ部を示す斜視図であり、図３は、抵抗溶接を行う際のアルミニウム箔のタブ部を示す正面図であり、図４（ａ）は、抵抗溶接後のアルミニウム箔のタブ部を示す拡大正面図であり、図４（ｂ）は、抵抗溶接後のアルミニウム箔のタブ部を示す拡大側断面図である。

図１の符号１は、電解コンデンサ等に用いられる本発明の適用されたコンデンサ素子である。このコンデンサ素子１は、複数枚の本実施例における金属箔としてのアルミニウム箔２が積層されて形成されており、陽極用のアルミニウム箔は、エッチング処理によって拡面化され、その上に酸化皮膜層が設けられ、陰極用のアルミニウム箔は、エッチング処理によって拡面化されている。尚、陽極アルミニウム箔２と陰極アルミニウム箔２とが交互に積層されており、陽極箔用のアルミニウム箔２と陰極箔用のアルミニウム箔２との間には、セパレータ（図示略）が配置されている。

図１に示すように、各々のアルミニウム箔２には、タブ部３が形成されており、陽極箔用のタブ部３同士が束ねられるとともに、陰極箔用のタブ部３同士が束ねられている。陽極用のタブ部３は、表面に設けられた酸化皮膜層が除去され、又は予め無いように形成されている。このタブ部３の束の上端縁（端部）には、それぞれ２本づつの本実施例における接続体としての接続線４が接続されている。タブ部３同士、及びタブ部３の束と接続線４とは、押圧しつつ電流を流して行う抵抗溶接にて接続されている。尚、接続線４は、アルミニウム箔２と同一の材質であるアルミニウムを用いて線状に形成されている。

次に、抵抗溶接を用いたタブ部３同士の接続方法について説明する。図２に示すように、積層されたタブ部３の束を前後両面から挟持部材５が挟持し、タブ部３の束を前後方向（積層方向）から押圧して、積層されたタブ部３同士の間の隙間をなくす。そして、タブ部３の束の上端縁に２本の接続線４を当接させる。接続線４は前後方向（積層方向）に向かって延びるように配置され、それぞれのタブ部３の上端縁に連続して接触している。この際に、タブ部３の束の上端縁は、研磨、研削または切断等の手法にて平面状に形成される。

図３に示すように、タブ部３の束に当接された各々の接続線４には、抵抗溶接装置の電極６が取り付けられる。この電極６は、接続線４との当接面積を増やすため、接続線４の外周面に適合する凹部を備え、この凹部に当接線４を取り付けることで、接続線４との接触面積を増やすとともに該凹部によって接続線４が所定位置に案内されて位置決めされる。尚、タブ部３の束に当接された２つの接続線４のうち、一方の接続線４には、抵抗溶接装置の陽極側の電極６が取り付けられるとともに、他方の接続線４には、抵抗溶接装置の陰極側の電極６が取り付けられる。更に尚、２つの接続線４は所定距離離間されて配置されている。

抵抗溶接装置の電極６は、接続線４の長手方向（前後方向）の全体をタブ部３に向かって押圧できるようになっている。この抵抗溶接装置の電極６によって接続線４をタブ部３に向かって押圧しつつ、両電極６，６間に溶接電流Ｅを流して抵抗溶接を行う。

陽極用の電極６から流された溶接電流Ｅは、一方の接続線４からタブ部３内に流入され、他方の接続線４から陰極用の電極６に向かって流れる。このとき、接続線４とタブ部３との間には、電気抵抗による発熱が生じ、その抵抗熱により接続線４及びタブ部３の一部が一旦溶融されて溶接部７が形成される。接続線４とタブ部３の当接面積を小さくする（点接触）ことで、接触抵抗を高め、当接部分の局所的な発熱を発生させることができ、効率よく接続線４及びタブ部３を溶融させることができる。

図４（ａ）に示すように、溶接部７は、タブ部３における接続線４との当接部位に形成されるため、この溶接部７によりタブ部３と接続線４とが強固に接続される。また、図４（ｂ）に示すように、溶接部７はタブ部３の束の前後方向（積層方向）に延びるように形成されるため、この溶接部７によりタブ部３同士が強固に接続される。

以上、本実施例における金属箔の接続構造及びその接続方法では、積層されたアルミニウム箔２のタブ部３のそれぞれの端部に連続して接触するように接続線４が配置され、接続線４をタブ部３に向かって押圧しつつ溶接電流Ｅを流して行う抵抗溶接にて、接続線４とタブ部３とが接続されていることで、アルミニウム箔２のタブ部３に抵抗溶接用の加工等を施す必要がなく、積層されたアルミニウム箔２同士の接続作業が簡素化されるばかりか、いかなる寸法や枚数のアルミニウム箔２のタブ部３であっても接続することができるようになり、かつ抵抗溶接により各々のタブ部３が一旦溶融されて互いに接続されるため、タブ部３同士やタブ部３と接続線４との接続強度を向上させることができる。

また、２本の接続線４がアルミニウム箔２のタブ部３の束に接続されていることで、２本の接続線４を介してタブ部３同士が互いに接続され、その接続強度を向上することができる。

また、アルミニウム箔２と接続線４とが同一の材質で形成されていることで、抵抗溶接にて溶融されるアルミニウム箔２のタブ部３と接続線４とが接続され易くなり、その接続強度を向上することができる。

また、本実施例における金属箔の接続構造及びその接続方法では、いかなる寸法や枚数のアルミニウム箔２であっても簡素化された接続作業により接続することができ、かつアルミニウム箔２同士の接続強度を向上させたコンデンサ素子１を備えたコンデンサを製作することができる。

また、アルミニウム箔２のタブ部３の束に２本の接続線４が配置され、一方の接続線４に抵抗溶接装置の陽極用の電極６を取り付けるとともに、他方の接続線４に抵抗溶接装置の陰極用の電極６を取り付けることで、接続線４を抵抗溶接装置の陽極及び陰極として接続作業を行うことができ、別途、アルミニウム箔２に抵抗溶接装置の電極６を接続する作業が必要なくなり、接続線４及びアルミニウム箔２同士の接続作業を簡素化することができる。

また、積層されたアルミニウム箔２のタブ部３の束を積層方向に押圧しつつ、抵抗溶接を行うことで、積層されたタブ部３同士の間に隙間が形成されずに抵抗溶接され、一旦溶融されたタブ部３の部位同士が強固に接続される。

積層されたアルミニウム箔２のそれぞれの端部を、抵抗溶接を行う前に平面状に揃えることで、積層されたアルミニウム箔２の端部を平面状に揃えれば、それぞれのアルミニウム箔２の端部が均一に接続線４に当接できるようになり、積層されたアルミニウム箔２の端部と接続線４とを抵抗溶接にて接合し易くなる。

次に、実施例２に係る金属箔の接続構造及びその接続方法につき、図５を参照して説明する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。図５は、実施例２における抵抗溶接を行う際のアルミニウム箔のタブ部を示す正面図である。

実施例２におけるコンデンサ素子１’は、実施例１のコンデンサ素子１とは異なり、図５に示すように、１本の接続線４がアルミニウム箔２のタブ部３の束に配置される。接続作業の際には、抵抗溶接装置の陽極用の電極６が接続線４に取り付けられるとともに、アルミニウム箔２におけるタブ部３近傍の部位には、抵抗溶接装置の陰極用の電極６’が取り付けられる。そして、抵抗溶接装置の陽極用の電極６によって接続線４をタブ部３に向かって押圧しつつ、両電極６，６’間に溶接電流Ｅを流して抵抗溶接を行う。なお、この陰極用の電極６’は、接触するタブ部３との接触抵抗を低くするために、タブ部３との接触面積を大きくすることが好ましい。

陽極用の電極６から流された溶接電流Ｅは、接続線４を介してタブ部３からアルミニウム箔２内に流入され、アルミニウム箔２に取り付けられた陰極用の電極６’に向かって流れる。このとき、接続線４とタブ部３との間には、電気抵抗による発熱が生じ、その抵抗熱により接続線４及びタブ部３の一部が一旦溶融されて、タブ部３と接続線４とが強固に接続される。

次に、実施例３に係る金属箔の接続構造及びその接続方法につき、図６を参照して説明する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。図６は、実施例３におけるコンデンサ素子を示す側断面図である。

実施例３に係るコンデンサ素子８は、複数個（図６では４個）の単板コンデンサ９を積み重ね、各単板コンデンサ９の陰極部を銀ペースト１０により電気的及び機械的に接合した積層コンデンサ素子８である。各単板コンデンサ９は、そのコンデンサ本体部分から側方に陽極部１１（金属箔）が導出しており、それぞれの陽極部１１を溶接することで、機械的および電気的に接続されている。

先ず、金属箔として、アルミニウム箔（又は、板材）を短冊状に切断し、このアルミニウム箔の所定領域をアジピン酸、燐酸、硼酸系等の化成液中で陽極酸化処理して、酸化皮膜を形成する。次に、この酸化皮膜の表面上に、電解重合又は化学重合により、固体電解質となるポリエチレンジオキシチオフェン等の導電性高分子層を形成する。その後、この導電性高分子層の表面上に、陰極引出し用グラファイト層及び銀ペースト層を順次形成する。その後、陽極部１１は、表面に形成された酸化皮膜を研磨、研削等によって除去し、アルミニウム面を露出させる。なお、陽極部１１をマスキング等によって予め酸化皮膜を形成しないようにしてもよい。このようにして、単板コンデンサ９を得る。尚、弁作用を有する皮膜形成性金属としては、アルミニウム、タンタル及びチタン等がある。

次に、複数個の単板コンデンサ９を積み重ね、各単板コンデンサ９の銀ペースト層間を銀ペースト１０で電気的及び機械的に接合する。その後、各単板コンデンサ９の陽極部１１を束ねる。この際に実施例１と同様に、陽極部１１の端縁を、研磨、研削または切断等の手法にて平面状に形成する。

積層された陽極部１１の束を上下両面から挟持部材１２が挟持し、陽極部１１の束を上下方向（積層方向）から押圧して、積層された陽極部１１同士の間の隙間をなくす。そして、陽極部１１の束の端縁に２本の接続線１３（接続体）を当接させる。尚、接続線１３は、導電性接着剤による接合が可能な銅を用いて形成されている。接続線１３は上下方向（積層方向）に向かって延びるように配置され、それぞれの陽極部１１の端縁に連続して接触している。なお、実施例２で示したように、１本の接続線１３（接続体）での抵抗溶接を行うこともできる。

図６に示すように、陽極部１１の束に当接された各々の接続線１３には、抵抗溶接装置の電極１４が取り付けられる。尚、実施例１と同様に、陽極部１１の束に当接された２つの接続線１３のうち、一方の接続線１３には、抵抗溶接装置の陽極側の電極１４が取り付けられるとともに、他方の接続線１３には、抵抗溶接装置の陰極側の電極１４が取り付けられる。更に尚、２つの接続線１３は所定距離離間されて配置されている。

抵抗溶接装置の電極１４は、接続線１３の長手方向（上下方向）の全体を陽極部１１に向かって押圧できるようになっている。また、抵抗溶接装置の電極１４の形状は、実施例１で示したように、接続線１３との当接面積を増やすため、接続線１３の外周面に適合する凹部を備えている。この抵抗溶接装置の電極１４によって接続線１３を陽極部１１に向かって押圧しつつ、実施例１と同様に両電極１４，１４間に溶接電流を流して抵抗溶接を行う。

陽極用の電極１４から流された溶接電流は、一方の接続線１３から陽極部１１内に流入され、他方の接続線１３から陰極用の電極１４に向かって流れる。このとき、接続線１３と陽極部１１との間には、電気抵抗による発熱が生じ、その抵抗熱により接続線１３及び陽極部１１の一部が一旦溶融されて溶接接合される。

尚、単板コンデンサ９を形成した後、この単板コンデンサ９を複数個積み重ね、各単板コンデンサ９のそれぞれの陽極部１１を接続した後、各単板コンデンサ９の陰極部を銀ペースト１０で接合して積層コンデンサ素子８を形成してもよい。

この積層コンデンサ素子８の陽極部１１に接合された接続線１３に、陽極リード（又はリードフレーム）を銀ペースト等の導電性接着剤にて接続し、同じく陰極部に陰極リード（又はリードフレーム）を接続する。次いで、積層コンデンサ素子８をエポキシ樹脂等で所定の形状に外装し、固体電解コンデンサが完成する。

尚、単板コンデンサ９の陽極部１１を束ねる際に、陽極部１１間に、アルミニウム、銅等の金属スペーサを介在させることもできる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、各実施例では、コンデンサとして電解コンデンサ及び固体電解コンデンサを例示してこの電解及び固体コンデンサのコンデンサ素子に本発明が適用されるように説明してきたが、これに限らず、電気２重層コンデンサ、電気化学キャパシタなどの各種コンデンサ、キャパシタに適用でき、更には、電池にも適用できる。

また、前記実施例１及び２では、接続線４を金属箔であるアルミニウム箔２と同一の材質であるアルミニウムを例示し、また実施例３では、接続線４を、導電性接着剤による接合が可能な銅を例示しているが、他にも、接続線４として、金属箔と異なる材質、例えば、鉄やステンレス等の材質で接続線４を形成してもよい。

また、各実施例では、接続線４の形状が線状に形成され、各々のタブ部３（金属箔）の端部と一点の線接触で使用されているが、接続線４の形状は線状に限らず、板状であってもよいし、また、複数点の線接触、又は面接触等、各々のタブ部３（金属箔）の端部に接触できる形状であり、かつ該端部と接続線との接触抵抗が、抵抗溶接装置の電極６と接続線４との接触抵抗より高く設定できる形状であればどのような形状をなしていてもよい。

また、各実施例では、アルミニウム箔２のタブ部３の束に２つの接続線４が抵抗溶接により接続されているが、タブ部３の束に３つや４つ或いはそれ以上の数の接続線４を抵抗溶接により接続するようにしてもよい。

実施例１におけるコンデンサ素子を示す斜視図である。 積層されたアルミニウム箔のタブ部を示す斜視図である。 抵抗溶接を行う際のアルミニウム箔のタブ部を示す正面図である。 （ａ）は、抵抗溶接後のアルミニウム箔のタブ部を示す拡大正面図であり、（ｂ）は、抵抗溶接後のアルミニウム箔のタブ部を示す拡大側断面図である。 実施例２における抵抗溶接を行う際のアルミニウム箔のタブ部を示す正面図である。 実施例３におけるコンデンサ素子を示す側断面図である。

符号の説明

１，１’ コンデンサ素子
２ アルミニウム箔（金属箔）
３ タブ部
４ 接続線（接続体）
５ 挟持部材
６，６’ 抵抗溶接装置の電極
７ 溶接部
８ コンデンサ素子
９ 単板コンデンサ
１０ 銀ペースト
１１ 陽極部（金属箔）
１２ 挟持部材
１３ 接続線（接続体）
１４ 抵抗溶接装置の電極

Claims (3)

1. 積層された複数の金属箔同士を接続する金属箔の接続方法であって、
   複数の前記金属箔を積層するとともに、該金属箔のそれぞれの端部に連続して接触するように少なくとも２つの接続体を配置し、一方の接続体に抵抗溶接装置の陽極を取り付けるとともに、他方の接続体に抵抗溶接装置の陰極を取り付け、該接続体を前記金属箔に向かって押圧しつつ電流を流して抵抗溶接を行い、前記接続体と前記金属箔とを接続することを特徴とする金属箔の接続方法。
2. 前記積層された金属箔を積層方向に押圧しつつ、前記抵抗溶接を行うことを特徴とする請求項１に記載の金属箔の接続方法。
3. 前記積層された金属箔のそれぞれの端部を、抵抗溶接を行う前に平面状に揃えることを特徴とする請求項１または２に記載の金属箔の接続方法。

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