JP2004128311A - コンデンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】コンデンサの内部抵抗を減少させ、かつコンデンサの電解液が外部に漏れることがないコンデンサを提供することを目的とする。
【解決手段】コンデンサ素子１１を駆動用電解液と共に収納する外表面に外部接続用の端子を設けた金属ケース１２ａと、この金属ケース１２ａの開口部を封止する封口板１３ａとからなるコンデンサであって、上記封口板１３ａの外表面に外部接続用の端子１５ｂを設け、かつこの封口板１３ａに自己復帰型の圧力調整弁１８と駆動用電解液を注入する注入孔１７を設けると共に、上記注入孔１７に鍔付き円柱状の金属製の封止部材１９をＯリングを介在させて嵌入し、その封止部材１９の鍔部分の周囲をレーザ溶接して閉塞した構成とする。
【選択図】 図１
【解決手段】コンデンサ素子１１を駆動用電解液と共に収納する外表面に外部接続用の端子を設けた金属ケース１２ａと、この金属ケース１２ａの開口部を封止する封口板１３ａとからなるコンデンサであって、上記封口板１３ａの外表面に外部接続用の端子１５ｂを設け、かつこの封口板１３ａに自己復帰型の圧力調整弁１８と駆動用電解液を注入する注入孔１７を設けると共に、上記注入孔１７に鍔付き円柱状の金属製の封止部材１９をＯリングを介在させて嵌入し、その封止部材１９の鍔部分の周囲をレーザ溶接して閉塞した構成とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種電子機器に使用されるコンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のコンデンサの構成を図８に示す。同図において、８１はコンデンサ素子、８２はこのコンデンサ素子８１を収納した有底筒状の端子一体型の金属ケース、８３はこの端子一体型の金属ケース８２の内底面に設けられたコンデンサ素子８１の位置決め固定用の突起、８４はコンデンサ素子８１の端面に接合された端子一体型のフタ部材、８５はこの端子一体型のフタ部材８４に設けられたコンデンサ素子８１の位置決め固定用の突起、８６はカーリング加工部分、８７は外部接続用の穴を有する平板状の端子、８８は上記コンデンサ素子８１の中心に配設された中空部分を有する棒状の芯材、８９は上記端子一体型のフタ部材８４に設けた電解液注入孔、９０は圧力調整弁である。
【０００３】
上記電解液注入孔８９は、図９（ａ），（ｂ）に示すように、フタ部材８４に電解液注入孔８９が突出した筒状のものを、その部分を挟んで変形させた後、一部を閉塞するようにして、その閉塞部分に対してレーザ光を照射して溶接することにより封止部分９１を形成して密閉する構成としていた。
【０００４】
また、コンデンサに電圧を印加した際にはガスを発生するので、電解液注入孔８９とは別に圧力調整弁９０を設け、この圧力調整弁９０よりコンデンサの内部で発生したガスをコンデンサの外部へ放出することができる。
【０００５】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３１５６３２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のコンデンサでは、金属からなる筒状の電解液注入孔８９を挟んでその一部を閉塞して、その閉塞部分をレーザ溶接することから、溶接された封止部分９１に溶接欠陥が生じてコンデンサ内部側と外部側を貫通するパスが発生するという場合があり、また、電解液注入孔８９の内側面部及び開口端部に電解液が付着している状態でレーザ溶接すると、その付着した電解液が気化するときにレーザ溶接にて溶解した金属を同時に吹き飛ばして、コンデンサ内部側と外部側を貫通するパスが発生する場合があり、この発生した貫通のパスによりコンデンサ内部の駆動用電解液がコンデンサ外部へ漏出するという課題があった。
【０００８】
本発明はこのような従来の課題を解決し、確実に電解液注入孔を封止することができるコンデンサを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項１に記載の発明は、平板状の一対の電極をその間にセパレータを介在させ、かつ各々の電極の端面が互いに逆方向に突出するようにして巻回することにより構成された中空状のコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を駆動用電解液と共に収納する外表面に外部接続用の端子を設けた金属ケースと、この金属ケースの開口部を封止する封口板とからなるコンデンサであって、上記封口板の外表面に外部接続用の端子を設け、かつこの封口板に自己復帰型の圧力調整弁と駆動用電解液を注入する注入孔を設けると共に、上記注入孔に鍔付き円柱状の金属製の封止部材をＯリングを介して嵌入させ、その封止部材の鍔部分の周囲をレーザ溶接して上記注入孔を閉塞した構成としたものであり、この構成によれば、封止部材を注入孔に圧入する際、封止部材が鍔付きであるために、封止部材の円柱状ピン部分が斜めに挿入されることが軽減され、電解液注入孔の内側面部と封止部材の外側面部との接触が確保できるため、封止の信頼性をより向上させることができる。また、注入孔にＯリングを介して封止部材を挿入して、その封止部材の鍔部分をレーザ溶接するので、電解液が注入孔から漏れるようなことはなく、レーザ溶接に一部未溶接部分があったとしても、注入孔を確実に封止することができるという作用を有する。
【００１０】
なお、円柱状の先端部分をテーパー形状とすることにより、注入孔に対しての円柱状部分の挿入をより容易にすることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、自己復帰型の圧力調整弁が、封口板の貫通孔を覆うように閉塞体を配設し、さらにこの閉塞体に重なるように外部と連通する孔を有するキャップを配設することにより、上記閉塞体が常時閉塞する方向に付勢される構成としたものであり、この構成によれば、例えば封口板に圧力調整弁が取り付けられる際、その圧力調整弁の取り付け部分が金属の場合においても、金属のキャップと封口板を溶接等の方法で容易に取り付けができるという作用を有する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、閉塞体とコンデンサ内部とを連通する貫通孔に、電解液の透過を防ぎ、かつコンデンサ内部で発生したガスを外部へ透過するシート状の部材を密着配設した構成としたものであり、この構成によれば、圧力調整弁の内部に対しての電解液の浸入を防ぐことができるため、電解液の溶質が閉塞体に付着して圧力調整弁の機能を損なうことがなく、かつ圧力調整弁を介してコンデンサ内部から外部への電解液の漏れを防ぐことができるという作用を有する。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、閉塞体がゴム状弾性部材からなる構成としたもので、この構成によれば、ゴムの材質と形状を最適化することにより所定の圧力で作動する安全弁を容易に構成することができるという作用を有する。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、封口板および金属ケースに設ける外部接続用の端子を平板状にし、上記封口板に設けた端子と上記金属ケースに設けた端子を金属ケースの中心軸を基準に相反する方向にずれるように配設した構成のものであり、この構成によれば、例えば本発明によるコンデンサを直列接続する際、陽極と陰極の平板状の端子どうしを重ね合わせ、この重ね合わせた部分をスポット溶接することにより直列接続ができるので、端子形状がネジ式端子の場合と比較して短時間で接合ができ、またネジ式端子の場合、直列接続の際、コンデンサの封止部分にねじれの応力が負荷されるために封止に悪影響を及ぼす恐れがあるが、平板状の端子の場合は直列接続においてもコンデンサの封止部分にねじれの応力が負荷されることはなく、封止に悪影響を及ぼすことがないという作用を有する。
【００１５】
また、封口板に設ける平板状の外部接続用の端子と金属ケースに設ける同端子を、金属ケースの中心軸を基準に相反する方向にずれるように配設することにより、陽極と陰極の平板状の端子どうしを重ねあわせて接合する際、金属ケースの中心軸を境にして両端子が密着するようになり、金属ケースが浮いたりひずんだりすることなく、精度の良い接合ができるという作用を有する。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、金属ケースの内底面に突起を設け、この突起によりコンデンサ素子の中心部の位置決めおよび／または固定を行うようにした構成としたもので、この構成によれば、コンデンサに対して外部より振動が加えられた際に、コンデンサ素子の端面と金属ケースの接合部分に対してのストレスが軽減できるために製品の耐振性を向上させることができ、かつコンデンサ使用時に内部発熱が生じた場合においても外部への放熱性を向上させることができるという作用を有する。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、コンデンサ素子の他方の電極の端面に電気的に接合される封口板に突起を設け、この突起によりコンデンサ素子の位置決めおよび／または固定を行うようにした構成のもので、この構成によれば、コンデンサに対して外部より振動が加えられた際に、コンデンサ素子の端面と封口板の接合部分に対してのストレスが軽減できるために製品の耐振性を向上させることができ、かつコンデンサ使用時に内部発熱が生じた場合においても外部への放熱性を向上させることができるという作用を有する。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、封口板および／または金属ケースの底面の少なくとも一方に隆起状の凹凸部分を設けた構成としたもので、この構成によれば、封口板または金属ケースの底面の隆起状の凹凸部分をコンデンサ素子の電極の端面に押し当てて配設することにより電極の端面が部分的にスウェッジ加工されるので、そのスウェッジ加工されることにより封口板または金属ケースとの接合をより確実にすることができるという作用を有する。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、平板状の一対の電極として、金属箔もしくは導電性高分子からなる集電体上に集電体の一端に集電体の露出部分が形成されるように活性炭と結着剤と導電剤の混合物からなる分極性電極層を形成してなる電極を用いた構成としたもので、この構成によれば、分極性電極層の界面で形成される電気二重層を利用した電気二重層コンデンサとして使用できるものであり、大容量でかつ低抵抗が必要とされるモータ駆動用の二次電源としての利用が可能となり、電気二重層コンデンサの内部抵抗の減少により大電流で充電もしくは放電しても、充放電における電圧の急激なダウン部分あるいはアップ部分の電圧範囲を小さくすることができるため、コンデンサのより大電流での充放電ができるという作用を有する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面にもとづいて説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１によるコンデンサの構成を示した断面図、図２（ａ），（ｂ）は同コンデンサに使用されるコンデンサ素子の展開斜視図と斜視図である。図１において、１１はコンデンサ素子、１２ａはこのコンデンサ素子１１を収納した有底筒状の端子一体型の金属ケース、１２ｂはこの端子一体型の金属ケース１２ａの内底面に設けられたコンデンサ素子１１の位置決め固定用のテーパーを有する円柱状の突起、１３ａはコンデンサ素子１１の端面に接合された端子一体型の封口板、１３ｂはこの端子一体型の封口板１３ａに設けられたコンデンサ素子１１の位置決め固定用のテーパを有する円柱状の突起、１４はカーリング加工部分、１５ａは金属ケース１２ａに一体に設けられた外部接続用の穴を有する平板状の端子、１５ｂは封口板１３ａに設けられた外部接続用のスリット入りの平板状の端子、１６は上記コンデンサ素子１１の中心に配設された中空部分を有する棒状の芯材、１７は上記端子一体型の封口板１３ａに設けた電解液注入孔、１８は圧力調整弁、１９は上記電解液注入孔１７を閉塞する封止部材である。
【００２２】
図２（ａ）は上記コンデンサ素子１１の構成を示す展開斜視図で、図２（ａ）において２１は一対の電極であり、この一対の電極２１は集電体の露出部分２２ａ，２２ｂが互いに逆方向に突出するようにして、活性炭と結着剤と導電性の混合物からなる分極性電極層２３ａ、２３ｂを形成して構成され、このように構成された一対の電極２１間にセパレータ２４を介在させた状態で巻回することにより、同図（ｂ）に示すようなコンデンサ素子１１が構成されている。
【００２３】
また、図３に封口板１３ａに設けられた圧力調整弁１８を、図４に電解液注入孔１７の閉塞後の状態の断面図を示す。
【００２４】
まず、図３において、封口板１３ａにコンデンサ内部と連通する貫通孔３２を設け、この貫通孔３２を覆うようにゴム状弾性部材からなる閉塞体３４を配設し、さらにこの閉塞体３４に重なるように外部と連通する穴３６を有するキャップ３５を配設し、かつ上記ゴム状弾性部材からなる閉塞体３４は常時閉塞する方向に付勢される構成としたもので、例えば封口板１３ａおよびキャップ３５が金属の場合、溶接等の方法で容易に取り付けができる。
【００２５】
また、図４においては、電解液注入孔１７にＯリング４２を介在させて封止部材１９を嵌入させ、その封止部材１９の鍔部分の周囲をレーザ溶接にて溶接部分４１を形成した構成としたものである。
【００２６】
以上のように構成された本実施の形態のコンデンサは、電解液注入孔１７にＯリング４２を介在させて封止部材１９を挿入して、その封止部材１９の鍔部分の周囲をレーザ溶接するので、レーザ溶接による溶接部分４１に未溶接箇所があったとしても、電解液注入孔１７を確実に封止することができる。
【００２７】
上記封止部材１９の鍔部分は、図４にも示すようにレーザ溶接する部分を他の鍔部分よりも肉厚を薄くすることにより、レーザ溶接による接合を容易にすることができる。なお、上記レーザ溶接はＹＡＧレーザを用いることにより、最小面積でＯリング４２に損傷を与えることなく、容易に封止部材１９を封口板１３ａに接合することができる。
【００２８】
また、圧力調整弁１８はコンデンサの内部圧力が所定以上の圧力になると圧力を外部に逃がすための自己復帰型のものである。すなわち、コンデンサ内部で発生したガスを外部へ放出してコンデンサ内部の圧力の上昇を防ぐことができ、また作動後に圧力調整弁１８は作動前の状態に復帰してコンデンサ内部の気密性を保持することができるため、コンデンサ内部のガス発生による圧力の上昇においてもコンデンサの外観に異常をきたすことはなく、その特性を維持することができる。
【００２９】
また、圧力調整弁１８を配設する貫通孔３２のコンデンサ内部側には、電解液の透過を防ぎ、かつコンデンサ内部で発生したガスを外部へ透過する材料を用いて構成したシート状部材３３を密着配設することにより、圧力調整弁１８の内部に対しての電解液の浸入を防ぐことができるため、電解液の溶質が閉塞体３４に付着して圧力調整弁１８の機能を損なうことがなく、かつ圧力調整弁１８を介してコンデンサ内部から外部への電解液の漏れを防ぐことができる。
【００３０】
上記圧力調整弁１８および電解液注入孔１７は図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す封口板１３ａに配設される。同図（ａ）は外観斜視図で、同図のＡ−Ａ断面を同図（ｂ）にＢ−Ｂ断面を同図（ｃ）に示す。隆起状の凹凸部分５１をコンデンサ素子１１の電極の端面に押し当てて配設することにより電極２１の端面が部分的にスウェッジ加工され、封口板１３ａとコンデンサ素子１１の電極２１が接合される。
【００３１】
また、この場合、電極２１の端面に隆起状の凹凸部分５１を押し当てる際、完全に押し当てずに封口板１３ａの凹凸部分のない平面部分がコンデンサ素子１１の端面に接触しないよう、封口板１３ａにコンデンサ素子１１の芯材と接触する突起１３ｂを設け、封口板１３ａの凹凸部分のない平面部分とコンデンサ素子１１の端面との間に隙間を設けることにより、電解液がコンデンサ素子１１へ浸入する際の一つの浸入経路となるものである。
【００３２】
なお、上記スウェッジ加工された箇所に封口板１３ａ側からコンデンサ素子１１の電極２１の端面方向にレーザ溶接して封口板１３ａとコンデンサ素子１１の端面を接合することにより、確実な接合が可能となる。
【００３３】
また、金属ケース１２ａおよび封口板１３ａに設けられたテーパーを有する円柱状の突起１２ｂ，１３ｂは、これに対応する中空部分を有する芯材１６の中空部分に挿入してコンデンサ素子１１を固定することができるので、外部より振動が加えられた際においてもコンデンサ素子１１の端面と端子一体型の封口板１３ａおよび端子一体型の金属ケース１２ａとの接合部分に対してのストレスが軽減できるものである。
【００３４】
また、コンデンサ素子１１の中心部に、コンデンサ素子１１の位置決めおよび／または固定を行うための棒状の芯材１６を配設した構成とすることにより、例えばコンデンサ素子１１の巻回時にこの芯材１６を巻芯とすることによって芯材１６のない場合と比較して固く巻くことができるために巻きずれの軽減ができ、かつ電極間の距離を短くすることができるためにコンデンサの内部抵抗を減少させることができ、かつコンデンサに対して外部より振動が加えられた際にコンデンサ素子１１の端面と電極部との接合部分に対してのストレスが軽減できるために製品の耐振性を向上させることができる。
【００３５】
さらにまた、上記芯材１６は、金属および／または絶縁性の高分子からなるものとし、例えば芯材１６が金属と絶縁性の高分子の複合材料からなる場合、コンデンサ素子１１の端面に接続した２つの電極部が芯材１６を介してショートすることがなく、かつ金属部を設けているためにコンデンサ使用時に内部発熱が生じた場合においても外部への放熱性を向上させることができ、さらにこの場合、金属部分が多いほど外部への放熱性を向上させることができるものである。
【００３６】
また、端子一体型の封口板１３ａと端子一体型の金属ケース１２ａのカーリング加工部分１４をアルマイトなどの絶縁処理とすることにより、カーリング加工後も端子一体型の封口板１３ａと端子一体型の金属ケース１２ａの絶縁を可能とすることができるものである。
【００３７】
なお、上記絶縁処理のコーティング部分の前処理として、脱脂処理または粗面化処理または酸化皮膜形成処理の少なくとも一つを行うことにより、カーリング加工の際においても、封口板と金属ケースの絶縁部材のコーティング部分の剥がれが軽減できるため、封口板と金属ケースの間の絶縁性がより確保できるものである。
【００３８】
上記カーリング加工部分１４を図６に示す。同図に示すように、カーリング加工部分１４の最大外周部が金属ケース１２ａの外周径より大きくならないようにするため、カーリング加工前に金属ケース１２ａの開口部の開口径を小さくするようなネッキング加工を施すとよい。また、上記アルマイトなどの絶縁処理の代わりにゴムシートやシリコーンゴムシートなどの絶縁部材６２で代用してもよい。
【００３９】
このようにして構成されたコンデンサは、分極性電極層２３ａ，２３ｂの界面で形成される電気二重層を利用した電気二重層コンデンサとして使用できるものであり、電気二重層コンデンサの内部抵抗の減少により大電流で充電もしくは放電しても充放電における電圧の急激なダウン部分あるいはアップ部分の電圧範囲を小さくすることができるためにコンデンサのより大電流での充放電ができるものである。
【００４０】
（実施の形態２）
上記実施の形態１において、コンデンサ素子１１を平板状の一対の電極として、表面に金属酸化皮膜を有する金属箔からなる電極箔を用いて、この金属箔の材料をアルミニウムとしてアルミ電解コンデンサを作製した。
【００４１】
このような構成にすることにより、主に高リプル電流化が必要なインバータ回路用のアルミ電解コンデンサとしての利用が可能となり、アルミ電解コンデンサの内部抵抗の減少により大電流を印加する場合の製品発熱を低減することができるため、従来のアルミ電解コンデンサより高リプル電流化が可能になる。
【００４２】
さらにまた、平板状の一対の電極の間に介在させるセパレータとこのセパレータに含浸する電解液に代え、機能性高分子もしくはセパレータと機能性高分子からなる複合部材を用いた構成とすることにより、機能性高分子コンデンサとして使用できるものであり、従来の巻回タイプの機能性高分子コンデンサより低インピーダンスのコンデンサを提供することができ、かつアルミ電解コンデンサのように電解液を使用しないためにドライアップが要因の寿命劣化モードがなくなり、コンデンサの長寿命化を図ることができる。
【００４３】
（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３によるコンデンサを示した正面図であり、同図において、７２はコンデンサ、７１ａと７１ｂは外部接続用の平板状の端子であり、この平板状の端子７１ａと７１ｂは金属ケースの中心軸を基準に相反する方向にずれるように配設されている。
【００４４】
このような構成にすることにより、同図に示すように、複数のコンデンサ７２を接続する際に上記金属ケースの中心軸を境にして両端子が密着すると共に、基板７３等の上面に載置した状態でコンデンサ７２が浮いたりすることもなくなり、精度の良い接続を行うことができるものである。
【００４５】
また、端子形状をスリット入りの平板状の端子とすることにより、例えば２点のスポット溶接で平板部どうしを溶接接合する場合において、溶接点の間にスリットがない時には１点目の溶接に続いて２点目の溶接を行う際、既に溶接されている部分に電流が流れるために溶接が困難となるが、溶接点の間にスリットを入れた場合は溶接を容易に行うことができるものである。また、ネジによる接続においては、平板状の端子を穴を有する平板状の端子とすることにより接続が容易となる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように本発明のコンデンサは、平板状の一対の電極をその間にセパレータを介在させ、かつ各々の電極の端面が互いに逆方向に突出するようにして巻回することにより構成された中空状のコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を駆動用電解液と共に収納する外表面に外部接続用の端子を設けた金属ケースと、この金属ケースの開口部を封止する封口板とからなるコンデンサであって、上記封口板の外表面に外部接続用の端子を設け、かつこの封口板に自己復帰型の圧力調整弁と駆動用電解液を注入する注入孔を設けると共に、上記注入孔に鍔付き円柱状の金属製の封止部材をＯリングを介在させて嵌入し、その封止部材の鍔部分の周囲をレーザ溶接して上記注入孔を閉塞した構成とすることにより、レーザ溶接に一部未溶接部分があったとしても、注入孔をＯリングを介在した封止部材で確実に封止することができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるコンデンサの構成を示す断面図
【図２】（ａ）同要部であるコンデンサ素子の構成を示す展開斜視図
（ｂ）同斜視図
【図３】同要部である圧力調整弁の構成を示す断面図
【図４】同要部である電解液注入孔の閉塞時を示す断面図
【図５】（ａ）同要部である封口板を示す斜視図
（ｂ）同Ａ−Ａ断面を示す断面図
（ｃ）同Ｂ−Ｂ断面を示す断面図
【図６】同要部であるカーリング部分の要部断面図
【図７】本発明の実施の形態３によるコンデンサを示す正面図
【図８】従来のコンデンサの構成を示す断面図
【図９】（ａ）同要部である電解液注入孔を示す断面図
（ｂ）同要部である電解液注入孔をレーザ溶接した上面図
【符号の説明】
１１ コンデンサ素子
１２ａ 金属ケース
１２ｂ 突起
１３ａ 封口板
１３ｂ 突起
１４ カーリング加工部分
１５ａ，１５ｂ 平板状の端子
１６ 芯材
１７ 電解液注入孔
１８ 圧力調整弁
１９ 封止部材
【発明の属する技術分野】
本発明は各種電子機器に使用されるコンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のコンデンサの構成を図８に示す。同図において、８１はコンデンサ素子、８２はこのコンデンサ素子８１を収納した有底筒状の端子一体型の金属ケース、８３はこの端子一体型の金属ケース８２の内底面に設けられたコンデンサ素子８１の位置決め固定用の突起、８４はコンデンサ素子８１の端面に接合された端子一体型のフタ部材、８５はこの端子一体型のフタ部材８４に設けられたコンデンサ素子８１の位置決め固定用の突起、８６はカーリング加工部分、８７は外部接続用の穴を有する平板状の端子、８８は上記コンデンサ素子８１の中心に配設された中空部分を有する棒状の芯材、８９は上記端子一体型のフタ部材８４に設けた電解液注入孔、９０は圧力調整弁である。
【０００３】
上記電解液注入孔８９は、図９（ａ），（ｂ）に示すように、フタ部材８４に電解液注入孔８９が突出した筒状のものを、その部分を挟んで変形させた後、一部を閉塞するようにして、その閉塞部分に対してレーザ光を照射して溶接することにより封止部分９１を形成して密閉する構成としていた。
【０００４】
また、コンデンサに電圧を印加した際にはガスを発生するので、電解液注入孔８９とは別に圧力調整弁９０を設け、この圧力調整弁９０よりコンデンサの内部で発生したガスをコンデンサの外部へ放出することができる。
【０００５】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３１５６３２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のコンデンサでは、金属からなる筒状の電解液注入孔８９を挟んでその一部を閉塞して、その閉塞部分をレーザ溶接することから、溶接された封止部分９１に溶接欠陥が生じてコンデンサ内部側と外部側を貫通するパスが発生するという場合があり、また、電解液注入孔８９の内側面部及び開口端部に電解液が付着している状態でレーザ溶接すると、その付着した電解液が気化するときにレーザ溶接にて溶解した金属を同時に吹き飛ばして、コンデンサ内部側と外部側を貫通するパスが発生する場合があり、この発生した貫通のパスによりコンデンサ内部の駆動用電解液がコンデンサ外部へ漏出するという課題があった。
【０００８】
本発明はこのような従来の課題を解決し、確実に電解液注入孔を封止することができるコンデンサを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項１に記載の発明は、平板状の一対の電極をその間にセパレータを介在させ、かつ各々の電極の端面が互いに逆方向に突出するようにして巻回することにより構成された中空状のコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を駆動用電解液と共に収納する外表面に外部接続用の端子を設けた金属ケースと、この金属ケースの開口部を封止する封口板とからなるコンデンサであって、上記封口板の外表面に外部接続用の端子を設け、かつこの封口板に自己復帰型の圧力調整弁と駆動用電解液を注入する注入孔を設けると共に、上記注入孔に鍔付き円柱状の金属製の封止部材をＯリングを介して嵌入させ、その封止部材の鍔部分の周囲をレーザ溶接して上記注入孔を閉塞した構成としたものであり、この構成によれば、封止部材を注入孔に圧入する際、封止部材が鍔付きであるために、封止部材の円柱状ピン部分が斜めに挿入されることが軽減され、電解液注入孔の内側面部と封止部材の外側面部との接触が確保できるため、封止の信頼性をより向上させることができる。また、注入孔にＯリングを介して封止部材を挿入して、その封止部材の鍔部分をレーザ溶接するので、電解液が注入孔から漏れるようなことはなく、レーザ溶接に一部未溶接部分があったとしても、注入孔を確実に封止することができるという作用を有する。
【００１０】
なお、円柱状の先端部分をテーパー形状とすることにより、注入孔に対しての円柱状部分の挿入をより容易にすることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、自己復帰型の圧力調整弁が、封口板の貫通孔を覆うように閉塞体を配設し、さらにこの閉塞体に重なるように外部と連通する孔を有するキャップを配設することにより、上記閉塞体が常時閉塞する方向に付勢される構成としたものであり、この構成によれば、例えば封口板に圧力調整弁が取り付けられる際、その圧力調整弁の取り付け部分が金属の場合においても、金属のキャップと封口板を溶接等の方法で容易に取り付けができるという作用を有する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、閉塞体とコンデンサ内部とを連通する貫通孔に、電解液の透過を防ぎ、かつコンデンサ内部で発生したガスを外部へ透過するシート状の部材を密着配設した構成としたものであり、この構成によれば、圧力調整弁の内部に対しての電解液の浸入を防ぐことができるため、電解液の溶質が閉塞体に付着して圧力調整弁の機能を損なうことがなく、かつ圧力調整弁を介してコンデンサ内部から外部への電解液の漏れを防ぐことができるという作用を有する。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、閉塞体がゴム状弾性部材からなる構成としたもので、この構成によれば、ゴムの材質と形状を最適化することにより所定の圧力で作動する安全弁を容易に構成することができるという作用を有する。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、封口板および金属ケースに設ける外部接続用の端子を平板状にし、上記封口板に設けた端子と上記金属ケースに設けた端子を金属ケースの中心軸を基準に相反する方向にずれるように配設した構成のものであり、この構成によれば、例えば本発明によるコンデンサを直列接続する際、陽極と陰極の平板状の端子どうしを重ね合わせ、この重ね合わせた部分をスポット溶接することにより直列接続ができるので、端子形状がネジ式端子の場合と比較して短時間で接合ができ、またネジ式端子の場合、直列接続の際、コンデンサの封止部分にねじれの応力が負荷されるために封止に悪影響を及ぼす恐れがあるが、平板状の端子の場合は直列接続においてもコンデンサの封止部分にねじれの応力が負荷されることはなく、封止に悪影響を及ぼすことがないという作用を有する。
【００１５】
また、封口板に設ける平板状の外部接続用の端子と金属ケースに設ける同端子を、金属ケースの中心軸を基準に相反する方向にずれるように配設することにより、陽極と陰極の平板状の端子どうしを重ねあわせて接合する際、金属ケースの中心軸を境にして両端子が密着するようになり、金属ケースが浮いたりひずんだりすることなく、精度の良い接合ができるという作用を有する。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、金属ケースの内底面に突起を設け、この突起によりコンデンサ素子の中心部の位置決めおよび／または固定を行うようにした構成としたもので、この構成によれば、コンデンサに対して外部より振動が加えられた際に、コンデンサ素子の端面と金属ケースの接合部分に対してのストレスが軽減できるために製品の耐振性を向上させることができ、かつコンデンサ使用時に内部発熱が生じた場合においても外部への放熱性を向上させることができるという作用を有する。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、コンデンサ素子の他方の電極の端面に電気的に接合される封口板に突起を設け、この突起によりコンデンサ素子の位置決めおよび／または固定を行うようにした構成のもので、この構成によれば、コンデンサに対して外部より振動が加えられた際に、コンデンサ素子の端面と封口板の接合部分に対してのストレスが軽減できるために製品の耐振性を向上させることができ、かつコンデンサ使用時に内部発熱が生じた場合においても外部への放熱性を向上させることができるという作用を有する。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、封口板および／または金属ケースの底面の少なくとも一方に隆起状の凹凸部分を設けた構成としたもので、この構成によれば、封口板または金属ケースの底面の隆起状の凹凸部分をコンデンサ素子の電極の端面に押し当てて配設することにより電極の端面が部分的にスウェッジ加工されるので、そのスウェッジ加工されることにより封口板または金属ケースとの接合をより確実にすることができるという作用を有する。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、平板状の一対の電極として、金属箔もしくは導電性高分子からなる集電体上に集電体の一端に集電体の露出部分が形成されるように活性炭と結着剤と導電剤の混合物からなる分極性電極層を形成してなる電極を用いた構成としたもので、この構成によれば、分極性電極層の界面で形成される電気二重層を利用した電気二重層コンデンサとして使用できるものであり、大容量でかつ低抵抗が必要とされるモータ駆動用の二次電源としての利用が可能となり、電気二重層コンデンサの内部抵抗の減少により大電流で充電もしくは放電しても、充放電における電圧の急激なダウン部分あるいはアップ部分の電圧範囲を小さくすることができるため、コンデンサのより大電流での充放電ができるという作用を有する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面にもとづいて説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１によるコンデンサの構成を示した断面図、図２（ａ），（ｂ）は同コンデンサに使用されるコンデンサ素子の展開斜視図と斜視図である。図１において、１１はコンデンサ素子、１２ａはこのコンデンサ素子１１を収納した有底筒状の端子一体型の金属ケース、１２ｂはこの端子一体型の金属ケース１２ａの内底面に設けられたコンデンサ素子１１の位置決め固定用のテーパーを有する円柱状の突起、１３ａはコンデンサ素子１１の端面に接合された端子一体型の封口板、１３ｂはこの端子一体型の封口板１３ａに設けられたコンデンサ素子１１の位置決め固定用のテーパを有する円柱状の突起、１４はカーリング加工部分、１５ａは金属ケース１２ａに一体に設けられた外部接続用の穴を有する平板状の端子、１５ｂは封口板１３ａに設けられた外部接続用のスリット入りの平板状の端子、１６は上記コンデンサ素子１１の中心に配設された中空部分を有する棒状の芯材、１７は上記端子一体型の封口板１３ａに設けた電解液注入孔、１８は圧力調整弁、１９は上記電解液注入孔１７を閉塞する封止部材である。
【００２２】
図２（ａ）は上記コンデンサ素子１１の構成を示す展開斜視図で、図２（ａ）において２１は一対の電極であり、この一対の電極２１は集電体の露出部分２２ａ，２２ｂが互いに逆方向に突出するようにして、活性炭と結着剤と導電性の混合物からなる分極性電極層２３ａ、２３ｂを形成して構成され、このように構成された一対の電極２１間にセパレータ２４を介在させた状態で巻回することにより、同図（ｂ）に示すようなコンデンサ素子１１が構成されている。
【００２３】
また、図３に封口板１３ａに設けられた圧力調整弁１８を、図４に電解液注入孔１７の閉塞後の状態の断面図を示す。
【００２４】
まず、図３において、封口板１３ａにコンデンサ内部と連通する貫通孔３２を設け、この貫通孔３２を覆うようにゴム状弾性部材からなる閉塞体３４を配設し、さらにこの閉塞体３４に重なるように外部と連通する穴３６を有するキャップ３５を配設し、かつ上記ゴム状弾性部材からなる閉塞体３４は常時閉塞する方向に付勢される構成としたもので、例えば封口板１３ａおよびキャップ３５が金属の場合、溶接等の方法で容易に取り付けができる。
【００２５】
また、図４においては、電解液注入孔１７にＯリング４２を介在させて封止部材１９を嵌入させ、その封止部材１９の鍔部分の周囲をレーザ溶接にて溶接部分４１を形成した構成としたものである。
【００２６】
以上のように構成された本実施の形態のコンデンサは、電解液注入孔１７にＯリング４２を介在させて封止部材１９を挿入して、その封止部材１９の鍔部分の周囲をレーザ溶接するので、レーザ溶接による溶接部分４１に未溶接箇所があったとしても、電解液注入孔１７を確実に封止することができる。
【００２７】
上記封止部材１９の鍔部分は、図４にも示すようにレーザ溶接する部分を他の鍔部分よりも肉厚を薄くすることにより、レーザ溶接による接合を容易にすることができる。なお、上記レーザ溶接はＹＡＧレーザを用いることにより、最小面積でＯリング４２に損傷を与えることなく、容易に封止部材１９を封口板１３ａに接合することができる。
【００２８】
また、圧力調整弁１８はコンデンサの内部圧力が所定以上の圧力になると圧力を外部に逃がすための自己復帰型のものである。すなわち、コンデンサ内部で発生したガスを外部へ放出してコンデンサ内部の圧力の上昇を防ぐことができ、また作動後に圧力調整弁１８は作動前の状態に復帰してコンデンサ内部の気密性を保持することができるため、コンデンサ内部のガス発生による圧力の上昇においてもコンデンサの外観に異常をきたすことはなく、その特性を維持することができる。
【００２９】
また、圧力調整弁１８を配設する貫通孔３２のコンデンサ内部側には、電解液の透過を防ぎ、かつコンデンサ内部で発生したガスを外部へ透過する材料を用いて構成したシート状部材３３を密着配設することにより、圧力調整弁１８の内部に対しての電解液の浸入を防ぐことができるため、電解液の溶質が閉塞体３４に付着して圧力調整弁１８の機能を損なうことがなく、かつ圧力調整弁１８を介してコンデンサ内部から外部への電解液の漏れを防ぐことができる。
【００３０】
上記圧力調整弁１８および電解液注入孔１７は図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す封口板１３ａに配設される。同図（ａ）は外観斜視図で、同図のＡ−Ａ断面を同図（ｂ）にＢ−Ｂ断面を同図（ｃ）に示す。隆起状の凹凸部分５１をコンデンサ素子１１の電極の端面に押し当てて配設することにより電極２１の端面が部分的にスウェッジ加工され、封口板１３ａとコンデンサ素子１１の電極２１が接合される。
【００３１】
また、この場合、電極２１の端面に隆起状の凹凸部分５１を押し当てる際、完全に押し当てずに封口板１３ａの凹凸部分のない平面部分がコンデンサ素子１１の端面に接触しないよう、封口板１３ａにコンデンサ素子１１の芯材と接触する突起１３ｂを設け、封口板１３ａの凹凸部分のない平面部分とコンデンサ素子１１の端面との間に隙間を設けることにより、電解液がコンデンサ素子１１へ浸入する際の一つの浸入経路となるものである。
【００３２】
なお、上記スウェッジ加工された箇所に封口板１３ａ側からコンデンサ素子１１の電極２１の端面方向にレーザ溶接して封口板１３ａとコンデンサ素子１１の端面を接合することにより、確実な接合が可能となる。
【００３３】
また、金属ケース１２ａおよび封口板１３ａに設けられたテーパーを有する円柱状の突起１２ｂ，１３ｂは、これに対応する中空部分を有する芯材１６の中空部分に挿入してコンデンサ素子１１を固定することができるので、外部より振動が加えられた際においてもコンデンサ素子１１の端面と端子一体型の封口板１３ａおよび端子一体型の金属ケース１２ａとの接合部分に対してのストレスが軽減できるものである。
【００３４】
また、コンデンサ素子１１の中心部に、コンデンサ素子１１の位置決めおよび／または固定を行うための棒状の芯材１６を配設した構成とすることにより、例えばコンデンサ素子１１の巻回時にこの芯材１６を巻芯とすることによって芯材１６のない場合と比較して固く巻くことができるために巻きずれの軽減ができ、かつ電極間の距離を短くすることができるためにコンデンサの内部抵抗を減少させることができ、かつコンデンサに対して外部より振動が加えられた際にコンデンサ素子１１の端面と電極部との接合部分に対してのストレスが軽減できるために製品の耐振性を向上させることができる。
【００３５】
さらにまた、上記芯材１６は、金属および／または絶縁性の高分子からなるものとし、例えば芯材１６が金属と絶縁性の高分子の複合材料からなる場合、コンデンサ素子１１の端面に接続した２つの電極部が芯材１６を介してショートすることがなく、かつ金属部を設けているためにコンデンサ使用時に内部発熱が生じた場合においても外部への放熱性を向上させることができ、さらにこの場合、金属部分が多いほど外部への放熱性を向上させることができるものである。
【００３６】
また、端子一体型の封口板１３ａと端子一体型の金属ケース１２ａのカーリング加工部分１４をアルマイトなどの絶縁処理とすることにより、カーリング加工後も端子一体型の封口板１３ａと端子一体型の金属ケース１２ａの絶縁を可能とすることができるものである。
【００３７】
なお、上記絶縁処理のコーティング部分の前処理として、脱脂処理または粗面化処理または酸化皮膜形成処理の少なくとも一つを行うことにより、カーリング加工の際においても、封口板と金属ケースの絶縁部材のコーティング部分の剥がれが軽減できるため、封口板と金属ケースの間の絶縁性がより確保できるものである。
【００３８】
上記カーリング加工部分１４を図６に示す。同図に示すように、カーリング加工部分１４の最大外周部が金属ケース１２ａの外周径より大きくならないようにするため、カーリング加工前に金属ケース１２ａの開口部の開口径を小さくするようなネッキング加工を施すとよい。また、上記アルマイトなどの絶縁処理の代わりにゴムシートやシリコーンゴムシートなどの絶縁部材６２で代用してもよい。
【００３９】
このようにして構成されたコンデンサは、分極性電極層２３ａ，２３ｂの界面で形成される電気二重層を利用した電気二重層コンデンサとして使用できるものであり、電気二重層コンデンサの内部抵抗の減少により大電流で充電もしくは放電しても充放電における電圧の急激なダウン部分あるいはアップ部分の電圧範囲を小さくすることができるためにコンデンサのより大電流での充放電ができるものである。
【００４０】
（実施の形態２）
上記実施の形態１において、コンデンサ素子１１を平板状の一対の電極として、表面に金属酸化皮膜を有する金属箔からなる電極箔を用いて、この金属箔の材料をアルミニウムとしてアルミ電解コンデンサを作製した。
【００４１】
このような構成にすることにより、主に高リプル電流化が必要なインバータ回路用のアルミ電解コンデンサとしての利用が可能となり、アルミ電解コンデンサの内部抵抗の減少により大電流を印加する場合の製品発熱を低減することができるため、従来のアルミ電解コンデンサより高リプル電流化が可能になる。
【００４２】
さらにまた、平板状の一対の電極の間に介在させるセパレータとこのセパレータに含浸する電解液に代え、機能性高分子もしくはセパレータと機能性高分子からなる複合部材を用いた構成とすることにより、機能性高分子コンデンサとして使用できるものであり、従来の巻回タイプの機能性高分子コンデンサより低インピーダンスのコンデンサを提供することができ、かつアルミ電解コンデンサのように電解液を使用しないためにドライアップが要因の寿命劣化モードがなくなり、コンデンサの長寿命化を図ることができる。
【００４３】
（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３によるコンデンサを示した正面図であり、同図において、７２はコンデンサ、７１ａと７１ｂは外部接続用の平板状の端子であり、この平板状の端子７１ａと７１ｂは金属ケースの中心軸を基準に相反する方向にずれるように配設されている。
【００４４】
このような構成にすることにより、同図に示すように、複数のコンデンサ７２を接続する際に上記金属ケースの中心軸を境にして両端子が密着すると共に、基板７３等の上面に載置した状態でコンデンサ７２が浮いたりすることもなくなり、精度の良い接続を行うことができるものである。
【００４５】
また、端子形状をスリット入りの平板状の端子とすることにより、例えば２点のスポット溶接で平板部どうしを溶接接合する場合において、溶接点の間にスリットがない時には１点目の溶接に続いて２点目の溶接を行う際、既に溶接されている部分に電流が流れるために溶接が困難となるが、溶接点の間にスリットを入れた場合は溶接を容易に行うことができるものである。また、ネジによる接続においては、平板状の端子を穴を有する平板状の端子とすることにより接続が容易となる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように本発明のコンデンサは、平板状の一対の電極をその間にセパレータを介在させ、かつ各々の電極の端面が互いに逆方向に突出するようにして巻回することにより構成された中空状のコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を駆動用電解液と共に収納する外表面に外部接続用の端子を設けた金属ケースと、この金属ケースの開口部を封止する封口板とからなるコンデンサであって、上記封口板の外表面に外部接続用の端子を設け、かつこの封口板に自己復帰型の圧力調整弁と駆動用電解液を注入する注入孔を設けると共に、上記注入孔に鍔付き円柱状の金属製の封止部材をＯリングを介在させて嵌入し、その封止部材の鍔部分の周囲をレーザ溶接して上記注入孔を閉塞した構成とすることにより、レーザ溶接に一部未溶接部分があったとしても、注入孔をＯリングを介在した封止部材で確実に封止することができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるコンデンサの構成を示す断面図
【図２】（ａ）同要部であるコンデンサ素子の構成を示す展開斜視図
（ｂ）同斜視図
【図３】同要部である圧力調整弁の構成を示す断面図
【図４】同要部である電解液注入孔の閉塞時を示す断面図
【図５】（ａ）同要部である封口板を示す斜視図
（ｂ）同Ａ−Ａ断面を示す断面図
（ｃ）同Ｂ−Ｂ断面を示す断面図
【図６】同要部であるカーリング部分の要部断面図
【図７】本発明の実施の形態３によるコンデンサを示す正面図
【図８】従来のコンデンサの構成を示す断面図
【図９】（ａ）同要部である電解液注入孔を示す断面図
（ｂ）同要部である電解液注入孔をレーザ溶接した上面図
【符号の説明】
１１ コンデンサ素子
１２ａ 金属ケース
１２ｂ 突起
１３ａ 封口板
１３ｂ 突起
１４ カーリング加工部分
１５ａ，１５ｂ 平板状の端子
１６ 芯材
１７ 電解液注入孔
１８ 圧力調整弁
１９ 封止部材
Claims (9)
- 平板状の一対の電極をその間にセパレータを介在させ、かつ各々の電極の端面が互いに逆方向に突出するようにして巻回することにより構成された中空状のコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を駆動用電解液と共に収納する外表面に外部接続用の端子を設けた金属ケースと、この金属ケースの開口部を封止する封口板とからなるコンデンサであって、上記封口板の外表面に外部接続用の端子を設け、かつこの封口板に自己復帰型の圧力調整弁と駆動用電解液を注入する注入孔を設けると共に、上記注入孔に鍔付き円柱状の金属製の封止部材をＯリングを介して嵌入させ、その封止部材の鍔部分の周囲をレーザ溶接して上記注入孔を閉塞したコンデンサ。
- 自己復帰型の圧力調整弁が、封口板の貫通孔を覆うように閉塞体を配設し、さらにこの閉塞体に重なるように外部と連通する孔を有するキャップを配設することにより、上記閉塞体が常時閉塞する方向に付勢される構成とした請求項１に記載のコンデンサ。
- 閉塞体とコンデンサ内部とを連通する貫通孔に、電解液の透過を防ぎ、かつコンデンサ内部で発生したガスを外部へ透過するシート状の部材を密着配設した請求項２に記載のコンデンサ。
- 閉塞体がゴム状弾性部材からなる請求項２に記載のコンデンサ。
- 封口板および金属ケースに設ける外部接続用の端子を平板状にし、上記封口板に設けた端子と上記金属ケースに設けた端子を金属ケースの中心軸を基準に相反する方向にずれるように配設した請求項１に記載のコンデンサ。
- 金属ケースの内底面に突起を設け、この突起によりコンデンサ素子の中心部の位置決めおよび／または固定を行うようにした請求項１に記載のコンデンサ。
- コンデンサ素子の他方の電極の端面に電気的に接合される封口板に突起を設け、この突起によりコンデンサ素子の位置決めおよび／または固定を行うようにした請求項１に記載のコンデンサ。
- 封口板および／または金属ケースの底面の少なくとも一方に隆起状の凹凸部分を設けた請求項１に記載のコンデンサ。
- 平板状の一対の電極として、金属箔もしくは導電性高分子からなる集電体上に集電体の一端に集電体の露出部分が形成されるように活性炭と結着剤と導電剤の混合物からなる分極性電極層を形成してなる電極を用いた請求項１に記載のコンデンサ。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002292182A JP2004128311A (ja) | 2002-10-04 | 2002-10-04 | コンデンサ |
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|---|---|---|---|---|
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-
2002
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| WO2008093593A1 (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-07 | Meidensha Corporation | 電気二重層キャパシタ |
| JP2008192726A (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Meidensha Corp | 電気二重層キャパシタ |
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