JP2003529944A - ケーシングに封入された積層スタック、該積層スタックを製造する方法及び該方法の使用法 - Google Patents

ケーシングに封入された積層スタック、該積層スタックを製造する方法及び該方法の使用法

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Abstract

(57)【要約】 本発明はケーシング内に挟持された積層スタック並びに帯状材料と複数の中間層とから前記積層スタックを以下のステップ、（イ）巻芯の上に帯状材料から多層の巻体を巻成し、その際、巻成の間に中間層を最高１８０゜湾曲させかつ巻層の間に重ねて配置し、（ロ）中間層が折れ曲がることなく圧迫されるように積層スタックをケーシング内に挟持することによって製造する方法に関する。さらに本発明はバッテリー、アキュムレータ又はコンデンサの製造に前記方法を使用することにも関する。本発明の方法は直方体形状のケーシングを有する電解質コンデンサの製造に用いられると特に有利である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、中間層を有する、ケーシングに封入された積層スタックと、該積層
スタックを製造する方法とに関する。さらに本発明は前記方法の使用法にも関す
る。
【０００２】 ケーシングに封入された積層スタック、例えば巻体又はスタックを製造するた
めの公知の方法は、特にバッテリー、アキュムレータ又は電解質コンデンサを製
造するために使用される。電解質コンデンサは主として、交互に相上下して位置
し、間に吸収性の、非導電性の絶縁層、例えば紙が配置されているアノード及び
カソードプレートから成っている、この絶縁層には液状の電解質が含浸させられ
ている。積層スタックをケーシング内に組込むことによりアノードとカソードは
押し合わされる。この場合にはスタックの横断面全体に亘る均等な圧着力に注意
を払う必要がある。この要求は電解質における導電メカニズムが金属における電
子の導電に比して抑止され、これにより電子によって電荷が搬送されるべき間隔
が特に大きな意義を持つことに帰因する。固定的に規定された均等な構成エレメ
ント特性を得るためには電極（アノードとカソード）との間の間隔ができるだけ
均等であることが重要である。さらにスタックがきわめて容易であるケーシング
幾何学的形状が要求される。特に複数のコンデンサを接続する場合には占拠する
空間の良好な活用に注意することが必要である。この観点からは円筒状のケーシ
ングは不適当であるのに対し、平らな面で制限されたケーシング、例えば直方体
形のケーシングの方が勝っている。
【０００３】 ケーシングに封入された積層スタックを製造するための公知の方法では４つの
帯材が相上下して円形の巻体に巻付けられている。この場合には、２つの帯材は
例えば金属製で、残った帯材は吸収性の絶縁材であることができる。このように
して製作された巻体は巻芯を取り除いたあとで中空円筒状の形を有しており、こ
の巻体は次いで有利には円筒形のケーシング内に押し込まれる。この方法はケー
シングに封入された複数の積層スタックを接続する際のスペースの活用にとって
最適ではないという欠点を有している。
【０００４】 他の可能性は製造された巻体をプリズム形のケーシングへ押し込むことである
。これにより特にケーシングの縁部領域にて帯材が折れ曲がったりもしくは伸ば
され又は据え込まれることになる。これは、帯材の１つがコンデンサの金属製の
電極である場合には欠点である。何故ならばこの電極は折れ曲がりに対し敏感に
反応し、その際にしばしば損傷するからである。
【０００５】 積層スタックを製造するための別の公知の方法では個々の層は単純に相上下に
積み重ねられている。これにより敏感な金属電極の損傷は回避されるが、この方
法はもちろん製作技術的に実現が困難で、大量生産には特に適さない。
【０００６】 本発明の目的は金属電極の損傷が回避される、ケーシングに封入された積層ス
タックを準備することである。さらに別の目的は、ケーシングに封入された積層
スタックを、ケーシングに組込む場合に層が損傷されることなく、ケーシングに
封入された積層スタックを簡単にかつ迅速に製作できる方法を提供することであ
る。
【０００７】 この目的は本発明によれば、請求項１に記載した、ケーシングに封入された積
層スタックによって達成された。ケーシングに封入された積層スタックを製造す
るための方法と該方法の使用法は別の請求項に示されている。
【０００８】 本発明は相上下して位置し互いに分離された中間層を有し、該中間層の間を巻
付けられた帯状材料が走っておりかつ折れ曲がることなくケーシングの一側面に
対して押し付けられている、ケーシングに封入された積層スタックを提供する。
【０００９】 このような積層スタックは中間層が折れ曲がりによって損傷されないという利
点を有している。さらにこの積層スタックは組合わされた巻付け／スタック法で
製作可能であるという利点も有している。
【００１０】 さらに本発明は巻き付けとスタックとの組合せで、ケーシングに封入された積
層スタックを製造する方法を提供する。この方法の出発点は一方では帯状材料が
形成しかつ他方では複数の中間層が形成している。第１のステップで、帯状材料
が巻芯の上に巻付けられる。この場合には多層の巻体が形成される。巻付けの間
、中間層はそれぞれ２つの巻層の間に重ねて配置されるので帯状材料と中間層と
は交互に相上下して位置せしめられる。この場合には中間層が巻芯の上で最高１
８０゜湾曲させられることに注意が払われる必要がある。次のステップでこのよ
うにして製造されたスタックは、中間層がケーシングの一側面に押し付けられる
ようにケーシング内へ締付け保持される。中間層の１８０゜を越えない湾曲によ
って積層スタックの締付け保持は中間層が折れ曲がりなしで圧迫されるように行
なわれる。この本発明による方法は、実施が簡単である巻付け法を使用している
にも拘わらず、中間層が圧縮又は引張り負荷を発生させることなくかつ折れ曲が
りなしで互いに扁平に押し重ねられるという利点を有している。
【００１１】 本発明によれば、直径が中間層の幅の少なくとも３倍である円形の巻芯が使用
されると特に有利である。このような巻芯の周面には複数の中間層が並んで適合
させられるので、１つの巻芯の上に中間層のスタックが複数形成される。このた
めには帯状材料の１つの巻層の上に複数の中間層が巻芯の周方向に隣り合って配
置される。巻体が完成したあとで帯状材料は隣り合った中間積層スタックの間で
切断される。したがって任意の大きさの巻芯を使用することによりきわめて大き
な個数の中間積層スタックを同時に製造することができる。
【００１２】 円形の巻芯の代りに特に有利には、横断面が正多角形である巻芯を使用するこ
ともできる。この場合には多角形の一辺の長さは中間層の幅に等しい。このよう
な巻芯の上では多角形の各一辺の上に中間層を位置決めすることは特に簡単に行
なわれる。加えて、中間層は巻芯に平らに載せられ、巻芯に帯状材料を巻付ける
ときにも湾曲させられることはない。これにより中間層の最小の機械的な負荷が
保証される。
【００１３】 さらに、直径が中間層の幅の少なくとも１／２である円形の巻芯を使用するこ
とも特に有利である。このような巻芯においては本発明によればそれぞれ対抗し
た側に、相上下して位置する中間層のスタックがそれぞれ１つ配置される。巻体
が完成したあとで、巻体は巻芯から引抜かれかつ圧迫された状態でケーシングへ
組込まれる。このような方法では特に迅速に、ケーシングへ封入された積層スタ
ックが製造されることができる。
【００１４】 又、特に有利な形式で積層スタックを製造するために扁平な巻芯を使用するこ
とができる。この場合には巻芯の幅は中間層の幅と等しい。この扁平な巻芯を使
用した場合には巻芯の対向した広幅側に中間層のスタックがそれぞれ１つ配置さ
れる。扁平な巻芯を使用した方法は、中間層が湾曲させられないか又は最少にし
か湾曲させられないという利点を有する。
【００１５】 扁平な巻芯を使用した場合には本発明にしたがって２層の帯状材料が使用され
る方法が特に有利である。この場合には帯状材料を巻付けるときに帯状材料層は
Ｖ字形に拡開させられる。この場合、巻芯の片方の側でそれぞれ１つの中間層が
最上位の巻層と帯状材料の内側層との間と、帯状材料の内側層と外側層との間と
に配置される。このような方向は積層スタックの製造速度が２倍になるという利
点を有している。さらに２層の帯材は単層の帯材よりも裂断に強く、したがって
巻付ける際により強く緊張させることができる。
【００１６】 ２層の帯状材料を使用した場合には本発明にしたがって帯状材料の両方の層が
巻芯の周囲の１／２だけずらされて巻付けられると特に有利である。この場合に
は巻芯の対向した側で中間層を帯状材料の層の間に配置することができる。これ
はケーシングに封入された積層スタックを製造する際に２種の中間層が使用され
る場合に特に有利である。これは例えばアノード中間層とカソード中間層とが交
互に配置される電解質コンデンサを製造する場合に当嵌まる。この場合には巻芯
の各側に一方種の中間層だけを供給し、帯状材料の層の間に配置することができ
る。各種中間層が配置される両方の位置は空間的に互いに分離されるので、これ
からは特に機械技術的な観点（マガジンからの中間層の供給）での利点が得られ
る。
【００１７】 本発明の方法は特に有利に、バッテリー、アキュムレータ又はコンデンサを製
造するために使用される。この場合には複数のバッテリー、アキュムレータ又は
コンデンサを接続する場合にも、提供されている空間の最適な活用が達成される
。何故ならば平行な壁によって制限された、スタック可能なケーシングへの積層
スタックの損傷のない組込みを可能にするからである。
【００１８】 以下、本発明の複数の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【００１９】 図１にはケーシングに封入された積層スタックを製造する本発明による方法で
あって、０．５ｍの直径Ｄを有する円形の巻芯３に帯状材料１が巻付けられる形
式のものが示されている。巻芯３は有利には鋼から成っている。何故ならばこの
材料は必要な機械的な強度を有しているからである。帯状材料としては例えば電
解質コンデンサを製造する場合にはセルローズから成る紙のような吸収性の層又
はポリテトラフルオルエチレンから成るフリースが用いられる。巻芯３に帯状材
料１を巻付ける間に中間層２がそのつど最外位の巻層の上に配置される。巻付け
の間、帯状材料１には引っ張り負荷が作用させられるので中間層２は特別に固定
される必要はなく、緊張させられた帯状材料１が巻芯３に作用させる圧着力だけ
に基づき固定される。帯状材料１は例えば電解質コンデンサを製造する場合には
、帯状材料１がその毛細管作用に基づき液状電解質を吸収できるように形成され
ている。中間層２の幅Ｂは例えば１．５ｃｍであり、したがって例として図示し
た直径０．５ｍを有する巻芯３の上では約５０の積層スタックを製造することが
できる。帯状材料の厚さは典型的な形式で５０μｍと５００μｍとの間の値を有
している。中間層２は金属電極であることができる。このような金属電極は例え
ば電解質コンデンサの製造に際して必要とされる。特に銅、アルミニウム又はニ
ッケルのような金属が用いられる。さらに場合によっては、金属製の中間層２を
例えば電解質を用いて粗面化することが有意義である。バッテリー又はアキュム
レータにおける電極として使用するためにはマンガン酸化物又はニッケル酸化物
もしくは炭素で被覆される金属電極が適している。中間層２の厚さは５０μｍと
５００μｍとの間である。有利な実施例においては中間層２はほぼ正方形の横断
面を有している。したがって中間層２の長さは幅Ｂに相当している。電気的な接
触のためには中間層２は接続ラグを備えていることができる。この接続ラグは例
えば巻芯３の軸方向に延びていることができる。コンデンサを製造する場合には
共通した電極を形成する中間層２の接続ラグは例えば前方へ突出させられるのに
対し、他の電極を形成する中間層２の接続ラグは巻体から後ろに向かって突出さ
せられる。したがって問題のない接触がコンデンサの接続ピンを形成する各線材
との間に可能である。帯状材料１は電解質コンデンサを製造するためには、帯状
材料が液体に毛細管力を作用させ、２つの中間層２の間にある全帯状材料１に電
解質を含浸させるのに前記毛細管力が適するように形成されている。電解質とし
ては特に導電塩を混合させた有機的な溶剤が有利である。
【００２０】 図２には直径Ｄが中間層４の幅Ｂのほぼ１／２である巻芯３が使用される。ケ
ーシングに封入された積層スタックのための本発明による製造方法が示されてい
る。帯状材料１は円形の巻芯３の上に巻付けられる。巻付けの間、巻芯の対向し
た側で、それぞれ１つの中間層２が個々の巻層４の間に配置されている。巻体が
完成したあとで巻芯３は巻体から引出される。これによって扁平に圧し潰すこと
のできるほぼ中空円筒体が形成される。扁平に圧潰された巻体は平行な側面５を
有する直方体状のケーシング６内へ組込まれる。これにより中間層２は互いに不
動に押し合わされる（図３）。巻体をケーシング６内へ組込んだあとで帯状材料
は液状電解質で充たされる。
【００２１】 図３にはケーシング６内に配置された本発明による、ケーシングに封入された
積層スタックが示されている。積層スタックは相上下して位置する中間層２を有
し、この中間層２は種々の巻層４を有する、巻かれた帯状材料１で互いに分離さ
せられている。積層スタックはケーシング６の平行な側面５の間に挟持されてい
る。平行な側面５でケーシング６はきわめて容易にかつスペースを節約してスタ
ック可能である。積層スタックは特に有利に、折り曲げてはならない金属電極を
有する電気化学的な構成部材であることができる。特にこの構成部材としては電
解質コンデンサが考えられる。
【００２２】 図４には扁平な巻芯３と２種の中間層９，１０とを用いた、ケーシングに封入
された積層スタックを製造するための本発明による方法が示されている。巻芯３
の幅は中間層９，１０の幅に相応している。２種の中間層９，１０は例えば電解
質コンデンサを製造する際に用いられる。この場合、第１種の中間層９はコンデ
ンサのアノードを形成し、第２種の中間層１０はコンデンサのカソードを形成す
る。扁平な巻芯３の上には帯状材料１が巻付けられる。巻付けの間、中間層９，
１０は巻芯３の対向する側にてスタックを形成して帯状材料１と最外位の巻層４
との間に挿入される。
【００２３】 図５には扁平な巻芯３と２層の帯状材料７，８とを用いて、ケーシングに封入
された積層スタックを製造する本発明による方法が示されている。帯状材料７，
８を巻付ける場合に、内側の巻層７と外側の巻層８はＶ字形に拡開される。した
がって第１種の中間層９は帯状材料の内側の巻層７と最外位の巻層４との間に配
置され、第２種の中間層１０は帯状材料の外側の層８と内側の層７との間に配置
されることができる。この特殊な方法によって１回転ごとにスタックに供給され
る中間層９，１０の数は倍増される。
【００２４】 図６には図５に示されたケーシングに封入された積層スタックを製造する方法
が示されている。この場合にはもちろん帯状材料の内側の層７と外側の層８とは
巻芯３の１／２回転ずらされて巻付けられる。これは、２種の中間層９，１０を
空間的に互いに分離された位置から帯状材料７，８の層の間へ供給できるという
機械技術的な利点を有している。異種の中間層９，１０は巻芯３の互いに対向し
た側から供給される。
【００２５】 本発明は例示した実施例に限定されるものではなく、請求項１と２の全般的な
形式で規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 大きな巻芯を用いた本発明による方法を示した概略的な側面図。
【図２】 小さな巻芯を用いた本発明による方法を示した概略的な側面図。
【図３】 図２に示した方法にしたがって製作された本発明による積層スタックを示した
図。
【図４】 扁平な巻芯を用いた本発明の方法を示した概略的な横断面図。
【図５】 ２層の帯状材料を用いた本発明の方法を示した概略的な横断面図。
【図６】 ２層の帯状材料を使用し、帯状材料の両方の層が巻芯の周囲の１／２ずらして
巻付けられる本発明による方法を示した図。
【符号の説明】
１ 帯状材料、 ２ 中間層、 ３ 巻芯、 ４ 巻層、 ５ 側面、 ６ ケーシング、 ７，８ 帯状材料、 ９，１０ 中間層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴェルナー エアハルト ドイツ連邦共和国 バレンドルフ ランゲ シュトラーセ 26 Ｆターム(参考） 5H028 AA07 BB04 BB08 CC02 CC24 EE01 EE06

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 相上下して位置し、互いに分離された複数の中間層（２）を
    有し、前記中間層（２）の間を巻回された帯状材料（１）が走っておりかつ前記
    中間層（２）がケーシング（６）の一側面（５）に対して押し付けられているこ
    とを特徴とする、ケーシングに封入された積層スタック。
  2. 【請求項２】 帯状材料（１）と複数の中間層（２）とから、ケーシングに
    封入された積層スタックを製造する方法であって、 （イ）帯状材料を巻芯（３）に巻付けて多層の巻体を形成し、その際に中間層を
    巻付け過程の間に最高１８０゜湾曲させかつ巻層（４）の間に重ねて配置するこ
    と、 （ロ）中間層（２）が折れないでケーシング（６）の側面（５）に押し付けられ
    るように積層スタックをケーシング（６）内へクランプすること、 以上（イ）、（ロ）のステップを特徴とする、ケーシングに封入された積層スタ
    ックを製造する方法。
  3. 【請求項３】 直径（Ｄ）が中間層（２）の幅（Ｂ）の少なくとも３倍であ
    る円形の巻芯（３）を使用し、該巻芯（３）の周面にて複数の中間層を並べて１
    つの巻層（４）の上に配置し、巻体の完成後に帯状材料（１）を、並んで位置す
    る中間層のスタックの間で切離すことを特徴とする、請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 横断面が規則的な多角形であって、その辺長さが中間層（２
    ）の幅（Ｂ）と等しい巻芯を使用する、請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 直径（Ｄ）が少なくとも中間層（２）の幅の１／２である円
    形の巻芯（３）を使用し、該巻芯の対向した側に、相上下して位置する中間層の
    スタックが配置され、完成した巻体を巻芯（３）から引抜く、請求項２記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 幅が中間層（２）の幅（Ｂ）と同じである扁平な巻芯（３）
    が使用され、該巻芯（３）の広幅側に中間層（２）のスタックがそれぞれ１つ配
    置される、請求項２記載の方法。
  7. 【請求項７】 巻付ける際に両層（７，８）がＶ字形に拡開される２層の帯
    状材料（１）を使用し、巻芯（３）の片側にてそれぞれ１つの中間層（２）が最
    上位の巻層（４）と帯状材料（１）の内側の層（７）との間と、帯状材料（１）
    の内側の層（７）と外側の層（８）との間とに配置される、請求項６記載の方法
    。
  8. 【請求項８】 帯状材料（７，８）の層が巻芯（３）の１／２周ずらされて
    巻付けられ、巻芯の向き合った側にてそれぞれ１つの中間層（２）が帯状材料（
    １）の層（７，８）の間に配置される、請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 ２種類の中間層（９，１０）が使用され、第１種の中間層（
    ９）を巻芯（３）の一方の側からかつ第２種の中間層（１０）を巻芯（３）の他
    方の側から巻体に供給される、請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 直方体形のケーシング（６）を使用する、請求項２から９
    までのいずれか１項記載の方法。
  11. 【請求項１１】 鋼製の巻芯（３）を使用する、請求項２から１０までのい
    ずれか１項記載の方法。
  12. 【請求項１２】 中間層（２）として銅、アルミニウム又はニッケル層を使
    用する、請求項２から１１までのいずれか１項記載の方法。
  13. 【請求項１３】 帯状材料として吸収性のプラスチック又はセルローズから
    成るか又はポリテトラフルオルエチレンダイヤフラムから成る帯材を使用する、
    請求項２から１２までのいずれか１項記載の方法。
  14. 【請求項１４】 ケーシング（６）へ中間積層スタックを挟持させたあとで
    帯状材料（１）を液状電解質で充たす、請求項１３記載の方法。
  15. 【請求項１５】 バッテリー、アキュムレータ又はコンデンサの製造に使用
    する、請求項２から１４までのいずれか１項記載の方法の使用法。
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