JPH04223320A - 気密シールされたアルミニウム電解キャパシタおよびアルミニウム電解キャパシタを気密シールする方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム電解キャ
パシタ、特に一方の端部でガラス／金属シールにより密
閉されたアルミニウム缶にパッケージされているキャパ
シタに関する。

【０００２】

【従来の技術】電解キャパシタパッケージのための最も
気密で信頼性の高い端部シールはガラス／金属シールで
あると長い間考えられてきたが、アルミニウム電解キャ
パシタは大体において常にアルミニウム缶に封止されて
おり、該アルミニウム缶は、可塑性および弾力性のある
絶縁部材に囲まれた金属陽極タブまたは線材からなる端
部シールにより密閉される。缶自体はキャパシタ部分の
陰極への電気通路を形成することができる。

【０００３】気密シールされたアルミニウム電解キャパ
シタを提供せんとする従来技術は成功しなかった。それ
というのも、シールリング、アルミニウムキャパシタ素
子およびアルミニウム缶の材料と相容性である封止ガラ
スは開発されていなかったからである。ガラス／アルミ
ニウムシールのいくつかの問題点は、これらの問題点を
解決するための１つの提案を示すスパロー（Ｓｐａｒｒ
ｏｗ）他によって、米国特許第３５２２４８９号明細書
、１９７０年８月４日発行により開示された。

【０００４】従来技術による他の試みは、マーカリアン
（Ｍａｒｋａｒｉａｎ）他により、米国特許第３６２８
１０４号明細書、１９７１年１２月１４日発行に示され
、該明細書によれば、２つのガラス／金属シールが封止
リングに使用されているのと同じ金属からなるスリーブ
に電気的にフロートする、アルミニウム電解キャパシタ
部分を形成する。円筒形ステンレススチールケーシング
スリーブは、いずれかの端部で、２つのガラス／金属シ
ールを有する外部ステンレススチールリングにそれぞれ
溶接によって密閉されている。２つのシールの使用は、
キャパシタ部分の陰極をアルミニウムとは異なる金属（
ステンレススチール）に接続するという問題を回避する
。一方のシールを省くためにアルミニウム陰極にパッケ
ージの内側で接続されたそのような異なる金属は、ステ
ンレススチールに溶接可能であるが、電食および根本的
な欠陥にさらされる。ステンレススチールスリーブは、
また外部ステンレススチールシールリングに容易に溶接
される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の課題は
、一方だけの気密端部シールを用いて真に気密なパッケ
ージに封止されたアルミニウム電解キャパシタを提供す
ることであった。

【０００６】本発明のもう１つの課題は、コストを最小
にし、かつ陰極との電気的接続部におけるバイメタル電
食を完全に除去するために、アルミニウム缶に収容され
たキャパシタを提供することであった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】気密封止されたアルミニ
ウム電解キャパシタは、電解質と接触するアルミニウム
陽極を有するキャパシタ部分を含む。キャパシタ部分は
、１つだけの開口端部を有するアルミニウム缶に収容さ
れている。タンタル外部リングを有するガラス／金属シ
ールは、缶の開口部の内部に嵌合されている。タンタル
外部リングは缶のアルミニウム開口部で、レーザにより
形成されたアルミニウム／タンタル連続溶接部によりシ
ールされている。

【０００８】成形アルミニウム−タンタル溶接、特に成
形Ａｌ−Ｔａ連続溶接の形成は、これらの２つの金属の
溶融温度が著しく離れていることに基づき特に許容され
ない。アルミニウムは６６０℃で溶融するが、これに対
しタンタルの溶融温度はほぼ３０００℃であり、アルミ
ニウムは２５００℃で沸騰する。

【０００９】ところで、隣接するアルミニウム部分とタ
ンタル部分の間の境界面にレーザを配向することにより
容易にアルミニウム／タンタル溶接部が形成されること
が判明した。隣接する２つのタンタル部分を溶接するた
めに最適であるエネルギとほぼ同じ大きさのレーザエネ
ルギを使用することにより最良の溶接が得られる。

【００１０】アルミニウム缶のリップに対して缶内に数
ミル深くくぼんだ位置にシールを有するタンタルリング
を設置することにより最良のＡｌ−Ｔａ溶接が実現され
ることが判明した。タンタルリングの周辺部を越えて延
びる、数ミルのアルミニウムの延長部は、溶接時に溶融
し、リングの周辺部に隣接するタンタル表面の部分の上
に流れる。そのようにして生じた大きな溶接部は、ワッ
シャに類似した環状形状を有し、数ミクロンの厚さにす
ぎない。この薄い溶接部は、流れたアルミニウムとタン
タルリング表面の下部との間に延びる。溶接時にアルミ
ニウム缶のリップと同じ高さのタンタルリングから出発
するが、タンタル縁部を越えるアルミニウムの流れがし
ばしば生じる。しかしながら比較的低い臨界性および高
い信頼性のためにレーザ溶接のための準備の際には、タ
ンタルリングを越えて延びる前記の状況にアルミニウム
缶リップを設定するのが有利である。

【００１１】

【実施例】図面に示した実施例より本発明を詳細に説明
する。

【００１２】図面には標準の巻締めアルミニウムキャパ
シタ部分１０を有するアルミニウム電解キャパシタが示
されている。該部分１０は、一対の陽極酸化したアルミ
ニウムシートと、該シートに間挿された多孔性紙の層と
からなる。

【００１３】アルミニウムシートと紙との積層体は、ア
ルミニウム心棒１２を中心に巻きつけられ、該心棒は部
分１０の一方の端部を越えて外側に突出している。巻締
めの際、陽極として用いられる一方のアルミニウムシー
トは、アルミニウム心棒１２に接着する。一方の端部が
他方のアルミニウムシートに溶接されたアルミニウムス
トリップまたは陰極タブ１４は、巻締め部分１０の他の
端部から延びている。部分１０はジメチルホルムアミド
をベースとした標準電解液を含浸している。アルミニウ
ムタブ１４の他方の末端部は、円筒形アルミニウム缶２
０の内側底面に溶接されている。はんだ可能な錫めっき
した銅陰極リード線１６は缶２０の外側底部に溶接され
た一方端部を有する。このようにして巻締めキャパシタ
部分１０のアルミニウム陰極シートと缶２０との間にす
べてがアルミニウムの電気的通路が缶の内部に形成され
る。

【００１４】キャパシタ部分１０は深絞りしたアルミニ
ウム缶２０内に存する。部分１０の底部は、密着した弗
素プラスチック固定素子２２によって保持されかつ缶２
０に対する相対運動が阻止される。部分１０の頭部は弗
素プラスチック部材２４により缶２０に対して相対的に
固定され、該部材はアルミニウム心棒１２の上側部分を
密着して包囲する。環状プラスチック部材２４にはゴム
製Ｏリング２６が巻付けてある。

【００１５】缶２０内のキャパシタ部分１０のアセンブ
リを製造するには、陰極タブ１４をプラスチック部材２
２の中央にある孔を貫通させ、陰極タブ１４の末端部を
缶２０の底部に溶接する。該タブ１４は、部分１０が缶
２０内に挿入される前に缶２０に接触できるように、図
１で示されるより著しく長く、多数の折曲げ部を有しな
ければならない。キャパシタ部分１０を缶２０に押込む
、それにより長いタブ１４は折重ねられ、キャパシタ部
分１０をプラスチック固定部材２２および缶２０の底部
に着座させる。陽極酸化したタンタル陽極立上り線３１
は、アルミニウム心棒１２に突合せ溶接された一方端部
を有し、立上り線３１の末端部はキャパシタ部分から遠
ざかる方向に軸線上を延びている。その後、缶２０を回
転させて、内部に向かった環状のビード２８を形成する
。該ビードは缶２０に対して環状プラスチック部材２４
およびゴム製Ｏリング２８を変形し、シールする。この
内部シール機構は部分１０の電解液が缶２０の壁により
およびガラス金属間端部シール３０の内側面に沿ってク
リープまたは拡散することをほとんど防止する。

【００１６】ガラス金属間端部シール３０は同心的に配
置された部分、すなわち、タンタル管３２、および管３
２を囲み結合された環状ガラス部材３６ならびにガラス
部材３６に結合された外部タンタルリング３４からなる
。

【００１７】缶に対するガラス金属間シール３０のアセ
ンブリは以下のとおりである。ブチルゴムまたはそれに
類似したものからなる小さなリング３７が立上り線３１
の周囲に配置されている。該シール３０を陽極立上り線
３１がチューブ３２を貫通し、該チューブ内に入るよう
に缶２０の開口部に向って進行させる。次いで、ガラス
金属間シールを心棒１２に接触する弾力性リング３７を
圧縮して缶２０の開口部に挿入する。この全アセンブリ
はキャパシタ軸４２を中心に実質的に対称的である。

【００１８】図２について説明すれば、アルミニウム缶
リップ部３９とタンタルリング３４との間の境界面にレ
ーザビームを導くために缶２０の軸線４２に対して軸線
方向４１にパルス化したレーザ（図示されていない）を
配向する。該ビームは上記境界面に沿って移動させ、一
方レーザは図３で示されるアルミニウム−タンタル境界
面に沿って連続的な溶接部４０を形成するために、繰り
返しパルスする。このことは、レーザビームを固定保持
し、缶を回転させるかまたは逆の方法により達成するこ
とができる。溶接部分におけるアルミニウムおよびタン
タルの酸化を避けるために、例えばアルゴンまたは他の
不活性ガスを充満させることにより溶接中にシールの周
囲に不活性ガスを維持するのが有利である。

【００１９】使用したレーザは、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　Ｇ
ｅｎｅｒａｌ，　Ｓｔｕｒｂｒｉｄｇｅ，　Ｍａｓｓａ
ｃｈｕｓｅｔｔｓ　により供給された、パルス化した赤
外線ガラスレーザモデルＮｏ．１４である。タンタルシ
ールリングは外周２７ｍｍを有する。缶およびシールア
センブリは溶接中１秒間に１／２４回の速度で回転され
る。１秒間に１パルスの割合でパルス化すると、溶接部
は１つのキャパシタパッケージに環状溶接部を形成する
ために２６パルスバーストを発生する。２６個のパルス
は、缶の３６０度の回転後に２つの溶接パルスをオーバ
ーラップさせる。

【００２０】その後、立上り線３１をチューブ３２の端
部とほぼ同一平面で切断し、溶接部４４でこれらを接合
し、一緒にシールする。次いで、はんだ付け可能な陽極
リード線４６の端部を溶接部４４に接続して、キャパシ
タ部分の陽極への電気的通路を形成する。

【００２１】アルミニウム縁部３９とタンタル３０が相
互に平らになるようにシール３０を最初に着座させるこ
とにより、良好なアルミニウム−タンタル溶接が得られ
るが、アルミニウムリップ３９がタンタルエッジ３８を
こえて軸線方向に延びる溶接製造法では、溶接中に、ア
ルミニウムリップ３９が溶融し、この過剰のアルミニウ
ムが熱したタンタルエッジ３８からオーバフローし、フ
ラッシュシーティング構造で可能であるよりも多くの広
範な溶接境界面区域を形成せしめる。このＡｌ／Ｔ界面
の治金学的実験によれば驚異的にも、図３に示されるよ
うに、流れたアルミニウムとタンタルリング３０の下側
部分との間のタンタルエッジ３８に隣接する均一な厚さ
（約１０ミクロン）を有する真のＡｌ−Ｔａ溶接部４０
が存在することが判明した。

【００２２】このタンタル／アルミニウム溶接を生じる
重要な要因が、タンタルに比してはるかに高いアルミニ
ウムの反射能であると思われている。したがって所定量
の赤外線放射に対して、タンタルはアルミニウムよりエ
ネルギーを多く吸収する傾向がある。溶融したアルミニ
ウムは隣接した溶融しないタンタル表面に従い、その間
に形成された薄いＴａ−Ａｌ溶接部は、恐らくタンタル
表面内へのアルミニウムの固相拡散により生じる。タン
タルの外見（可視スペクトル内で）は、アルミニウムよ
りはるかに暗色であるので、相当する放射出力エネルギ
ーを有する赤外線レーザが何倍もの熱を生じ、有利であ
るにもかかわらず、他の波長を有する放射線を発生する
レーザをこの広範なＡｌ−Ｔａのシール溶接部を形成す
るために使用することもできると思われる。

【００２３】連続ビーム溶接機も原理的に同様に作業す
ることを疑う理由はないが、しかしながら熱供給量の調
整が容易であること、およびコマンドに基づく始動およ
び停止能力のために、パルス溶接機が有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による気密シールしたアルミニウム電解
キャパシタの縦断面図である。

【図２】図１のキャパシタを製造する際の溶接工程直前
の、タンタルシールリングとアルミニウム缶のリップと
の相対的位置を示す細部５１の部分的一断面図である。

【図３】シール端部のタンタルリングとアルミニウム缶
の間の溶接部分を囲む細部５１の拡大断面図である。

【符号の説明】

１０　　キャパシタ部分、　　１２　　心棒、　　１４
　　タブ、　　１６　　陰極リード線、２０　　アルミ
ニウム缶、　　２４　　弗素　　プラスチック部材、　
　２６　　ゴム製Ｏリング、　　３０　　ガラス／金属
末端シール、　　３２　　タンタルチューブ、　　３４
　　外側タンタルリング、　　３６　　ガラス部材、　
　３８　　タンタルエッジ、　　３９　　アルミニウム
リップ、　　４０　　連続的溶接部、　　４４　　溶接
部、　　４６　　陽極リード線

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　アルミニウム陽極および電解液を有す
   るキャパシタ部分と、開放端部および閉鎖端部を有する
   アルミニウム缶と、タンタル外側リングを有するガラス
   ／金属シールとからなり、上記缶は上記キャパシタ部分
   および電解液を収容し、上記シールは上記開放端部内に
   密に嵌合されかつ該開放端部を閉鎖し、上記タンタルリ
   ングは連続的環状レーザ溶接によって上記アルミニウム
   缶に対して完全にシールされていることを特徴とする、
   気密シールされた電解アルミニウムキャパシタ。
2. 【請求項２】　　前記アルミニウム缶のリップ部分が接
   合時に溶融し、タンタルリングの隣接した周辺部上を、
   該部分に密に従って流れることにより形成されている、
   請求項１記載の気密シールされたアルミニウム電解キャ
   パシタ。
3. 【請求項３】　　前記溶接部が、リフローしたアルミニ
   ウム缶のリップと、タンタルリングの周辺部分との境界
   面の薄い金属間Ａｌ−Ｔａ層からなる、請求項２記載の
   気密シールされたアルミニウム電解キャパシタ。
4. 【請求項４】　　前記キャパシタ部分が電解液に接触し
   たアルミニウム陰極を有し、前記アルミニウム陰極が前
   記開放端部から離れたアルミニウム缶の内側に導電結合
   されている、請求項１記載の気密シールされたアルミニ
   ウム電解キャパシタ。
5. 【請求項５】　　前記陽極が該陽極から延びるタンタル
   陽極立上り部分を有し、前記ガラス／金属シールが付加
   的に前記タンタル外側リング内で該リングにかつそれに
   結合されたガラス部材と、該ガラス部材を貫通して埋込
   まれたタンタルチューブとを有し、上記タンタル立上り
   部材は該タンタルチューブを貫通して延びかつ該チュー
   ブにその末端部でシールされている、請求項１記載の気
   密シールされたアルミニウム電解キャパシタ。
6. 【請求項６】　　電解液と接触したアルミニウム陽極を
   有するキャパシタ部分を製造し、開放端部を有するアル
   ミニウム缶の内部に上記キャパシタ部分と電解液とを装
   填し、該開放端部にアルミニウム缶に接触するタンタル
   外部リングを有するガラス／金属シールを充填し、かつ
   連続的環状レーザ溶接によりタンタルリングをアルミニ
   ウム缶にシールするために溶接することを特徴とする、
   アルミニウム電解キャパシタを気密シールする方法。
7. 【請求項７】　　前記充填の際に付加的に、封止する前
   に、前記缶のリップがタンタル外側リングを越えて延び
   るように、缶内のタンタルリングの深さを調整する、請
   求項６記載の方法。