JP2004311831A

JP2004311831A - 電気二重層コンデンサ

Info

Publication number: JP2004311831A
Application number: JP2003105382A
Authority: JP
Inventors: Shinji Mizushima; 新二水島; Toshiichi Jinbo; 敏一神保
Original assignee: Elna Co Ltd
Current assignee: Elna Co Ltd
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2003-04-09
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2023-04-09
Also published as: JP4415558B2

Abstract

【課題】巻回型の電気二重層コンデンサにおいて、金属ケース内でコンデンサ素子を確実に固定し、外部衝撃や振動に起因するリード箔の断線やショートを防止する。
【解決手段】リード箔１１ａ，１１ｂを有する集電体に分極性電極を付着させた電極体の一対をセパレータ紙を介して巻回してなるコンデンサ素子１０を金属ケース２０内に収納してなる電気二重層コンデンサにおいて、金属ケース２０内に、コンデンサ素子１０に弾性的な押圧力を与えて同コンデンサ素子を固定するバネ手段３０を設ける。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気二重層コンデンサに関し、さらに詳しく言えば、巻回型の電気二重層コンデンサにおいて、金属ケース内に収納されているコンデンサ素子の振動を押さえる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
巻回型の電気二重層コンデンサは、アルミニウムエッチング箔などの集電体に活性炭およびカーボンブラックなどを主体とする分極性電極を付着した電極体の一対をセパレータ紙を介して巻回したコンデンサ素子を備え、同コンデンサ素子に所定の電解液を含浸させたのち、有底円筒状の金属ケース（多くの場合、アルミケース）内に収納し、その金属ケースの開口部を封口板によって封口することにより製造される。
【０００３】
なお、集電体にはリード箔が固着されているとともに、封口板には外部引出端子が設けられており、封口板を金属ケースの開口部に取り付ける際に、リード箔と外部引出端子とが接続される。
【０００４】
特に車載用途などにおいてよく見られるが、外部からの衝撃や振動により金属ケース内でコンデンサ素子が動くと、リード箔が断線したりショートすることがある。そのため、金属ケース内でのコンデンサ素子の動きを封ずる必要があり、これには次のような方法が知られている。
【０００５】
まず第１の方法として、金属ケース内に加熱により溶融したＡＰＰ（アタクチックポリプロピレン）を注入して固化させてコンデンサ素子を固定する。第２の方法として、封口後の金属ケースの周面に同ケース内に向かって出っ張る縦方向もしくは横方向に溝を形成することによりコンデンサ素子を固定する（例えば、特許文献１参照）。第３の方法として、コンデンサ素子を収納する前に、金属ケースの周面にあらかじめ同ケース内に向かって出っ張る溝を形成し、その金属ケース内にコンデンサ素子を収納して固定する（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１２４０８６号公報
【特許文献２】
特開２０００−３０９８１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第１のＡＰＰによる固定方法では、次のような危険性が指摘されている。すなわち、有機系電解液を使用する場合、電気二重層コンデンサの組み立てはほぼ絶乾状態のドライボックス内で行われるが、そのドライボックス内にＡＰＰを溶融させる熱源（約１５０℃）を持ち込むことは火災の原因になりかねないし、作業者に火傷を負わせる危険性がある。また、ＡＰＰ中の残留水分がコンデンサの性能に悪影響を与えるおそれもある。
【０００８】
上記第２の封口後の溝加工による固定方法によると、その加工工程が増えるため、生産性の点で好ましくない。また、溝加工時にコンデンサ素子に過大な圧力が加えられないようにするための調整が難しい。
【０００９】
上記第３の事前の溝加工による固定方法では、溝加工済みの金属ケース内にコンデンサ素子を挿入するため、コンデンサ素子を挿入し得るだけのクリアランスが必要とされる。このクリアランスは、コンデンサ素子の外径寸法のバラツキを見込んで設定されるため、コンデンサ素子を完全に固定することは難しい。
【００１０】
したがって、本発明の課題は、巻回型の電気二重層コンデンサにおいて、組み立て作業工程に負担をかけることがなく、また、コンデンサ素子の外径寸法のバラツキも吸収して金属ケース内でコンデンサ素子を確実に固定できるようにすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、リード箔を有する集電体に活性炭およびカーボンブラックを主体とする分極性電極を付着させた電極体の一対をセパレータ紙を介して巻回してなるコンデンサ素子を含み、上記コンデンサ素子を有底円筒状の金属ケース内に収納し、同金属ケースの開口部を上記リード箔と接続される外部引出端子を有する封口板にて封口してなる電気二重層コンデンサにおいて、上記金属ケース内に、上記コンデンサ素子に弾性的な押圧力を与えて同コンデンサ素子を固定するバネ手段が配置されていることを特徴としている。
【００１２】
本発明において、上記バネ手段には、上記金属ケースの内周面と上記コンデンサ素子の外周面との間に配置される第１バネ部材と、上記金属ケースの底面と上記コンデンサ素子の底面との間に配置される第２バネ部材とが含まれる。
【００１３】
上記第１バネ部材は、上記金属ケースの円周方向に沿って延びる支持基板と、上記金属ケースの軸線方向に延びるように上記支持基板に対して一体に形成された複数のバネ片とを備えた構成であることが好ましい。
【００１４】
上記バネ片には、中央部がほぼくの字状に折り曲げられた板バネ、板バネ材の一部分から切り起こされた舌片、端部がほぼＵ字状に折り曲げられた板バネの各態様が含まれる。上記バネ片は２つであってもよいが、特には３つ以上であって、その各々が上記金属ケースの内周面に沿ってほぼ均等間隔で配置されることが好ましい。
【００１５】
上記第２バネ部材としては、皿状バネもしくはスパイラルバネが好ましい。上記バネ手段の材質は、使用する電解液が水系電解液の場合には合成樹脂であってもよいが、有機系電解液を使用する場合には特にステンレス材が好ましく採用される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１７】
まず、図１を参照して、本発明による電気二重層コンデンサは、コンデンサ素子１０を有底円筒状の金属ケース２０内に収納してなる巻回型の電気二重層コンデンサである。
【００１８】
すなわち、コンデンサ素子１０は、図示しないアルミニウムエッチング箔などの集電体に活性炭およびカーボンブラックなどを主体とする分極性電極を付着した電極体の一対をセパレータ紙を介して巻回してなり、所定の電解液が含浸された状態で金属ケース２０内に収納される。なお、上記各集電体からは例えばアルミニウム材からなるリード箔１１ａ，１１ｂが引き出されている。
【００１９】
金属ケース２０は、通常この分野でよく用いられるアルミニウム材であってよく、その開口部は封口板２１によって封口される。この例において、封口板２１には、ベークライトやフェノール樹脂などの硬質基板２１ａにゴム膜２１ｂを積層してなる硬質封口板が用いられている。
【００２０】
封口板２１は、一対のラグ端子（外部引出端子）２２ａ，２２ｂを備え、所定の工程でリード箔１１ａ，１１ｂとラグ端子２２ａ，２２ｂとが接続される。なお、金属ケース２０に対する封口板２１の固着方法は常法にしたがってよい。すなわち、封口板２１を金属ケース２０に形成されている横絞り溝２３に係止せて配置したのち、開口部の端縁をかしめればよい。
【００２１】
本発明において、金属ケース２０内でのコンデンサ素子１０の振動（動き）を封ずるため、金属ケース２０内にはコンデンサ素子１０とともにバネ手段が配置される。このバネ手段には、金属ケース２０の内周面とコンデンサ素子１０の外周面との間に配置される図１に例示する第１のバネ部材３０と、金属ケース２０の底面とコンデンサ素子１０の底面との間に配置される図４に例示する第２のバネ部材４０とが含まれている。
【００２２】
まず、第１のバネ部材３０を図２により説明する。なお、図２（ａ）は第１のバネ部材３０を展開して示す正面図、図２（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図、図２（ｃ）は金属ケース２０内に入れる際の丸めた状態を示す平面図である。
【００２３】
この例において、第１のバネ部材３０はステンレス材よりなり、支持基板３１０と、支持基板３１０に一体に連設された複数、この例では３つのバネ片３２０とを備えている。
【００２４】
金属ケース２０との関係で説明すると、支持基板３１０は所定の幅を有する帯板で、金属ケース２０の円周方向に沿って延びている。その長さは、金属ケース２０の内周長よりも短い範囲で任意に設定されてよい。各バネ片３２０は、金属ケース２０の軸線方向に沿って延びている。すなわち、各バネ片３２０は、支持基板３１０に対して直交するように連設されており、その長さは金属ケース２０内に納められる範囲で任意に決められてよい。
【００２５】
この例において、各バネ片３２０は、図２（ｂ）の断面図に示すように、板バネ材３２１の中央部分を金属ケース２０の中心に向け膨らむようにほぼくの字状に折り曲げた板バネとして形成されている。その膨らみ量（出っ張り量）は、金属ケース２０の内周面とコンデンサ素子１０の外周面との間の隙間以上に設定される。
【００２６】
また、各バネ片３２０の間隔は、図２（ｃ）の平面図に示すように丸めた状態で、金属ケース２０の内周面に沿って均等間隔となるように配置されることが好ましい。この例では、３つであるから各バネ片３２０は１２０゜間隔となるように配置されることが好ましい。なお、バネ片３２０が２つの場合には１８０゜間隔，４つの場合には９０゜間隔とすればよい。
【００２７】
組み立て手順としては、最初に、第１のバネ部材３０を図２（ｃ）の平面図に示すように丸めた状態で金属ケース２０内に入れる。金属ケース２０内で第１のバネ部材３０を解放することにより、弾性復元力にて第１のバネ部材３０は金属ケース２０の内周面に密着するため接着材などは不要である。
【００２８】
次に、コンデンサ素子１０に力を加えながら、コンデンサ素子１０を各バネ片３２０を押し広げるようにして金属ケース２０内に挿入する。これにより、コンデンサ素子１０はその周囲から各バネ片３２０にて押さえ付けられるため、外部から衝撃や振動を受けたとしても固定状態に保持される。
【００２９】
バネ片３２０の変形例として、図３（ａ）に示すように、板バネ材３２１の一部分を切り起こした舌片３２２をコンデンサ素子１０に対するバネ片として用いてもよく、あるいは図３（ｂ）に示すように、板バネ材３２１のほぼＵ字状に折り返してなる端部３２３をコンデンサ素子１０に対するバネ片として用いることもできる。
【００３０】
なお、上記の例では、支持基板３１０の図２（ａ）における上辺側に各バネ片３２０がほぼ垂直に起立するように連設されているが、金属ケース２０内のスペースの許す限り、支持基板３１０の下辺側にもバネ片３２０を連設するようにしてもよい。その一例として、図２（ａ）において、左右のバネ片３２０はそのままとし、中央のバネ片３２０を支持基板３１０の下辺側に配置してもよい。また、第１のバネ部材３０の機械的な強度を高めるため、図２（ａ）に鎖線で示すように、バネ片３２０の上端間を連結することもできる。
【００３１】
次に、図４に示す第２のバネ部材４０について説明する。この第２のバネ部材４０は、金属ケース２０の底面とコンデンサ素子１０の底面との間に配置されるものであるため、コンデンサ素子１０を上方、すなわち封口板２１側に向けて付勢し得るバネであれば、その形状を問われることなく採用することができる。
【００３２】
その中でも、コンデンサ素子１０対して均一な付勢力を与えることができるという点からすれば、図５に示すような裾部に撓みやすくするための切れ目４１１が所定間隔で入れられた皿状バネ４１０であることが好ましい。これと同等のバネ機能を有するものとしてはスパイラルバネがある。また、底辺のない二等辺台形状の板バネであってもよい。
【００３３】
なお、本発明において、金属ケース２０の内周面とコンデンサ素子１０の外周面との間に配置される第１のバネ部材３０と、金属ケース２０の底面とコンデンサ素子１０の底面との間に配置される第２のバネ部材４０は、二者択一的なものではなく、第１のバネ部材３０と第２のバネ部材４０とを併用する態様についても、本発明に含まれる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、巻回型の電気二重層コンデンサにおいて、その金属ケース内にコンデンサ素子に弾性的な押圧力を与えて同コンデンサ素子を固定するバネ手段を設けたことにより、コンデンサ素子に外径寸法上のバラツキがあったとしても確実に固定することができ、したがって、外部衝撃や振動に起因するリード箔の断線やリード箔同士の接触によるショートが生ずることのない信頼性の高い電気二重層コンデンサが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電気二重層コンデンサの一実施形態を示す概略的な断面図。
【図２】上記実施形態に適用されている第１のバネ部材の（ａ）展開状態での正面図，（ｂ）同正面図のＡ−Ａ線断面図，（ｃ）丸めた状態での平明図。
【図３】（ａ），（ｂ）上記第１のバネ部材の変形例を示す図２（ｂ）と同様の断面図。
【図４】本発明による電気二重層コンデンサの他の実施形態を示す概略的な断面図。
【図５】上記他の実施形態に適用されている第２のバネ部材を示す斜視図。
【符号の説明】
１０コンデンサ素子
１１ａ，１１ｂリード箔
２０金属ケース
２１封口板
２２ａ，２２ｂラグ端子
２３横絞り溝
３０第１のバネ部材
３１０支持基板
３２０バネ片
３２１板バネ材
４０第２のバネ部材
４１０皿状バネ

Claims

リード箔を有する集電体に活性炭およびカーボンブラックを主体とする分極性電極を付着させた電極体の一対をセパレータ紙を介して巻回してなるコンデンサ素子を含み、上記コンデンサ素子を有底円筒状の金属ケース内に収納し、同金属ケースの開口部を上記リード箔と接続される外部引出端子を有する封口板にて封口してなる電気二重層コンデンサにおいて、
上記金属ケース内に、上記コンデンサ素子に弾性的な押圧力を与えて同コンデンサ素子を固定するバネ手段が配置されていることを特徴とする電気二重層コンデンサ。
上記バネ手段が、上記金属ケースの内周面と上記コンデンサ素子の外周面との間に配置される第１バネ部材からなる請求項１に記載の電気二重層コンデンサ。
上記第１バネ部材には、上記金属ケースの円周方向に沿って延びる支持基板と、上記金属ケースの軸線方向に延びるように上記支持基板に対して一体に形成された複数のバネ片とが含まれている請求項２に記載の電気二重層コンデンサ。
上記バネ片が、中央部がほぼくの字状に折り曲げられた板バネからなる請求項３に記載の電気二重層コンデンサ。
上記バネ片が、板バネ材の一部分から切り起こされた舌片からなる請求項３に記載の電気二重層コンデンサ。
上記バネ片が、端部がほぼＵ字状に折り曲げられた板バネからなる請求項３に記載の電気二重層コンデンサ。
上記バネ片が３つ以上であって、その各々が上記金属ケースの内周面に沿ってほぼ均等間隔で配置される請求項３ないし６のいずれか１項に記載の電気二重層コンデンサ。
上記バネ手段が、上記金属ケースの底面と上記コンデンサ素子の底面との間に配置される第２バネ部材からなる請求項１に記載の電気二重層コンデンサ。
上記第２バネ部材が、皿状バネからなる請求項８に記載の電気二重層コンデンサ。
上記第２バネ部材が、スパイラルバネからなる請求項８に記載の電気二重層コンデンサ。