JP2005294344A - コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】複数のコンデンサを連結する際に陽極／陰極端子が相反する方向に引き出されているために接続スペースが大きくなり小型化できないという課題を解決し、接続が容易で接続スペースを低減し、かつ不要な抵抗を少なくできる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２を収容した金属ケース３の開口部を陽極／陰極端子５、６を設けた封口板４で封止し、コンデンサ素子２の陽極を陽極端子５に、同陰極を金属ケース３と接続部材８を介して陰極端子６に接続した構成により、コンデンサ素子２の端面から陽極／陰極の取り出しが直接、かつ同方向からできるために低抵抗化が図れ、また複数のコンデンサを連結する際に接続スペースの半減による小型化が図れる。
【選択図】図１

Description

本発明はハイブリッドカーや燃料電池車の回生用、あるいは電力貯蔵用に使用されるコンデンサに関するものである。

図１０はこの種の従来のコンデンサの構成を示した断面図であり、図１０において２０はコンデンサ素子であり、このコンデンサ素子２０はアルミニウム箔からなる集電体上に分極性電極層を形成した一対の電極を互いに逆方向に位置をずらしてその間にセパレータを介在させて巻回する（全て図示せず）ことにより構成され、このコンデンサ素子２０の両端面（図１０において上下方向）から陽極と陰極を取り出すようにしたものである。

２１は上記コンデンサ素子２０を図示しない駆動用電解液と共に収容したアルミニウム製の金属ケース、２１ａはこの金属ケース２１の底面に一体で設けられた外部接続用の陰極端子であり、コンデンサ素子２０の陰極側の端面を金属ケース２１の内底面にレーザー溶接等の手段によって接合することにより、機械的、電気的に接続したものである。

２２はアルミニウム製の蓋、２２ａはこの蓋２２に一体で設けられた外部接続用の陽極端子であり、コンデンサ素子２０の陽極側の端面を蓋２２の内面にレーザー溶接等の手段によって接合することにより機械的、電気的に接続すると共に、この蓋２２の周縁と上記金属ケース２１の開口部とを（図１０において符号２３で示す部分）、その間に図示しない絶縁部材を介在させて共に巻き込むように加工（一般に、カーリング加工と呼ばれている）することによって封止して構成されたものである。

このように構成された従来のコンデンサは、金属ケース２１の中心軸方向（図１０において上下方向）に外部接続用の陽極端子２２ａと陰極端子２１ａが設けられた構成となり、この陽極端子２２ａと陰極端子２１ａを（後述する図１１に示す）バスバーと呼ばれる接続部材２４を用いて複数のコンデンサを接続することにより、複数個のコンデンサを連結したキャパシタユニットとして車載用のバックアップ電源等に使用されているものであった。

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。
特開２０００−３１５６３２号公報

しかしながら上記従来のコンデンサでは、図１１に示すようにコンデンサを複数個連結してキャパシタユニットとして使用する場合に、陽極端子２２ａならびに陰極端子２１ａを接続する際に、各端子が夫々相反する方向に引き出されているために接続作業が大変であるばかりでなく、接続スペースｈ１とｈ２が両端に夫々必要なため、結果的に大きな取り付けスペースを必要として小型化できないという問題があった。

また、この問題を解決するために陽極端子と陰極端子を同一方向から引き出す手段として、アルミニウム箔からなる集電体上に分極性電極層を形成した一対の電極に外部引き出し用のリード部材を夫々接続し、このリード部材が接続された一対の電極を巻回することにより陽極端子と陰極端子を同一方向から引き出すということも可能であるが、この方法においては帯状に長い電極の１箇所（あるいは複数箇所）から電極引き出しを行うために、上記コンデンサ素子２０の端面全体から引き出しを行う端面集電と呼ばれる構成のものに比べて抵抗が大きく増大するという問題があり、コンデンサを複数個連結してキャパシタユニットとして使用する場合には到底採用できないという課題を有したものであった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、コンデンサを複数個連結してキャパシタユニットとして使用する際に、容易に接続することができると共に接続スペースを低減し、かつコンデンサとしても不要な抵抗を極めて少なく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。

上記課題を解決するために本発明は、コンデンサ素子を駆動用電解液と共に金属ケース内に収容し、この金属ケースの開口部を封口板で封止したコンデンサにおいて、上記コンデンサ素子の互いに逆方向に位置する電極の一方を封口板に設けられた端子に接続し、電極の他方を金属ケースの内底面に接合することにより陽極／陰極のいずれかの取り出しを端子で、他方の取り出しを金属ケースで行うようにした、あるいは、上記封口板に一対の端子を設け、この一対の端子の一方にコンデンサ素子の電極の一方を接続し、他方の端子に電極の他方を金属ケースを介して接続することにより陽極／陰極の取り出しを封口板に設けられた一対の端子で行うようにしたという構成のものである。

以上のように本発明によるコンデンサは、コンデンサ素子からの陽極／陰極の取り出しをリード部材等を用いることなく、素子の端面から直接取り出すようにしているために低抵抗化が図れ、また、陽極／陰極の外部取り出しを同一方向から取り出すことができるようになるため、このコンデンサを複数個連結してキャパシタユニットを構成する際に各コンデンサ間の接続スペースを半減することができるようになり、小型化を図り易くなるという格別の効果が得られるものである。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜５、１２〜１４に記載の発明について説明する。

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は同斜視図であり、図１、図２において１はコンデンサ、２はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子１はアルミニウム箔からなる集電体上の一端側に集電体の露出部分が形成されるように活性炭とバインダーを主体とした分極性電極層を形成した一対の電極（図示せず）を上記集電体の露出部分が互いに逆方向になるようにしてその間にセパレータ（図示せず）を介在させて巻回することにより構成されたものであり、図１において上面が陽極、下面が陰極となるように構成されているものである。

３はアルミニウムからなる有底筒状の金属ケースであり、上記コンデンサ素子２を図示しない駆動用電解液と共に収容し、この金属ケース３の内底面とコンデンサ素子２の陰極側端面とをレーザー溶接、金属溶射、ろう付け等の手段により接合することにより、機械的ならびに電気的に接続しているものであり、例えばアルミ半田のようなろう材を介在させた状態でレーザー溶接により接合する方法が作業性、接合強度面において優れた結果が得られるために好ましい。

４は封口板、５と６はこの封口板４に植設されたネジ付きの陽極端子と陰極端子であり、この封口板４はその底面部が上記コンデンサ素子２の陽極側端面に接合されることにより、この封口板４に植設された陽極端子５と電気的に接続された構成になっており、かつ陰極端子６は封口板４とは絶縁された状態としたものである。

７は円環状の封止ゴムであり、この封止ゴム７は上記封口板４の上面周縁に配設された状態で封口板４と共に金属ケース３の開口部に嵌め込まれ、金属ケース３の開口部近傍を絞り加工すると共に開口端をカーリング加工して封止する際に、金属ケース３の開口端が封止ゴム７に食い込むことによって確実な封止が行われるものである。

８は導電性の接続部材であり、この接続部材８は一端が金属ケース３に溶接により接合され、他端が陰極端子６に溶接により接合されることにより、上記コンデンサ素子２の陰極側が接合された金属ケース３を介して陰極端子６から陰極取り出しを行うように構成されたものである。

また、この接続部材８と封口板４に設けた陰極端子６、接続部材８と金属ケース３との接合面に例えばアルミ半田のようなろう材を介在させた状態で溶接を行ったり、あるいはコンデンサ素子２の陽極側端面ならびに陰極側端面にもろう材を介在させたり、あるいはディップしたりすることにより、緻密でかつ溶接強度に優れた接合が行えるようになるものである。

９は金属ケース３の開口端の内面に施された絶縁層であり、この絶縁層９は図示しない駆動用電解液が毛細管現象によって這い上がり、封止ゴム７と反応して封止ゴム７が劣化するのを防止する目的で設けたものである。

このように構成された本実施の形態によるコンデンサ１は、コンデンサ素子２の陽極側端面を封口板４の底面に接合（一般に端面集電と呼ばれる）することによってこの封口板４に植設された陽極端子５と接続し、同陰極側端面を金属ケース３の内底面に接合（一般に端面集電と呼ばれる）し、この金属ケース３と上記封口板４に設けた陰極端子６を接続部材８を介して接続した構成にしたことにより、コンデンサ素子２の陽極／陰極取り出しを端面集電により取り出すことを基本にし、かつ陰極側は接続部材８を介して最短距離で陰極端子６に接続しているため、不要な抵抗の発生を可能な限り抑制した低抵抗のコンデンサ１を実現することができるようになるものである。

さらに、陽極／陰極の取り出しを封口板４に設けた一対の陽極端子５と陰極端子６で同一方向から行うことができるようになるため、従来の課題であったコンデンサを複数個連続してキャパシタユニットとして使用する際に、各端子が夫々相反する方向に引き出されているために接続作業が大変であるばかりでなく、接続スペースが両端に夫々必要なため、結果的に大きな取り付けスペースを必要として小型化できないという課題を一挙に解決することができるようになるものである。

従って、図３に示すように、本実施の形態によるコンデンサ１をバスバー１０を用いて複数個連結してキャパシタユニットとして使用する場合に、陽極端子５ならびに陰極端子６を接続する際に、各端子が同一方向に引き出されているために接続作業が極めて容易になるばかりでなく、接続スペースはｈ１のみで良いため、結果的に取り付けスペースを半減して小型化を図ることができるようになるものである。

なお、本実施の形態においては、コンデンサ素子２の陰極側の取り出しは接続部材８を介して金属ケース３から陰極端子６に接続するように説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、接続部材８を用いることなく、金属ケース３の開口端を直接陰極端子６に接合する構成にしたり、あるいは金属ケース３から直接陰極取り出しを行うようにすることもできるものである。

また、本実施の形態においては、コンデンサ素子２の陽極側を封口板４に設けた陽極端子５に、同陰極側を金属ケース３に接合する構成として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、陽極と陰極が逆になった構成としても良いものである。

また、本実施の形態においては、コンデンサが円筒形のものを例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、楕円形や角形で構成することも可能である。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項７〜１０、１５〜１７に記載の発明について説明する。

本実施の形態は上記実施の形態１におけるコンデンサの陽極側の取り出し構造を一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図４は本発明の実施の形態２によるコンデンサの構成を示した断面図、図５は同コンデンサに使用される集電板の斜視図であり、図４、図５において、１１はアルミニウム製の集電板である。この集電板１１は図５にその詳細を示すように、コンデンサ素子２の陽極側端面と略同形状に形成されコンデンサ素子２の陽極側端面とレーザー溶接により接合される側に向かって複数のリブ１１ａが設けられ、このリブ１１ａをコンデンサ素子２の陽極側端面に押し当てるか、またはリブ１１ａに対応するようにコンデンサ素子２の陽極側端面を加工しておき、リブ１１ａを介してレーザー溶接により集電板１１とコンデンサ素子２の陽極側端面とを接合するようにしたものである。また、図５において１１ｄは集電板１１に設けた電解液通過孔である。

なお、このレーザー溶接を行う際に、集電板１１とコンデンサ素子２の陽極側端面との接合面に例えばアルミ半田のようなろう材を介在させた状態で溶接を行うことにより、緻密でかつ溶接強度に優れた接合が行えるようになるものである。

また、１２は上記集電板１１に結合されたアルミニウム製のリード板であり、このリード板１２は集電板１１に第１の結合部１１ｂにかしめ加工により結合され、かつ第２の結合部１１ｃに超音波溶接により結合され、先端部分が陽極端子５にかしめ加工によって接合されることにより、この陽極端子５からコンデンサ素子２の陽極側取り出しを行うようにしているものである。なお、上記リード板１２は集電板１１と一体に設けても良いものである。

また、１３はゴムや熱可塑性樹脂等からなる固定部材であり、この固定部材１３は封口板４と集電板１１の間に配設されることによりコンデンサ素子２の耐振動対策を行うようにしたものであり、この固定部材１３が封口板４や金属ケース３の内面と接するまで大きくすればその効果をより大きく引き出すことができるようになるものである。

このように本実施の形態によるコンデンサは、コンデンサ素子２の陽極側端面に集電板１１を端面集電により接合したことによってより低抵抗化を図ることができると共に、封口板４と集電板１１の間に固定部材１３を配設したことによって耐振動性に優れたコンデンサを提供することができるようになるものである。

また、図示はしないが、金属ケース３の内面とコンデンサ素子２の外面との隙間に熱可塑性の固定剤（例えば、ＡＰＰ（アイソタクチックポリプロピレン）等）を設けたり、金属ケース３の底面周縁にテーパまたはＲを設けることにより、更に耐振動性に優れたコンデンサを提供することができるようになるものである。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明の特に請求項６に記載の発明について説明する。

本実施の形態は上記実施の形態２におけるコンデンサにおいて、金属ケースによってコンデンサ素子を固定するようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態２と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図６は本発明の実施の形態３によるコンデンサの構成を示した断面図であり、図６において１４はコンデンサ素子であり、このコンデンサ素子１４は上記実施の形態２のコンデンサ素子２に比べて外形が大きく形成された例を示しており、その外周が金属ケース３の内径と略同じ寸法に形成されているものである。３ａは金属ケース３の開口部近傍を内部に向かって絞り加工することにより形成された円環状の窪みである。

このように形成されたコンデンサ素子１４を図示しない駆動用電解液と共に収容した金属ケース３の開口部近傍を内部に向かって絞り加工して窪み３ａを形成することにより、この窪み３ａの下端が（集電板１１、固定部材１３を介して）コンデンサ素子１４の上部を下方に付勢すると共に、窪み３ａの上端が封口板４と当接することにより封口板４の位置決めを行うことができるようになり、精度の良い組み立てと、より優れた耐振動性を発揮することができるようになるものである。

（実施の形態４）
以下、実施の形態４を用いて、本発明の特に請求項１１、１６に記載の発明について説明する。

本実施の形態は上記実施の形態１におけるコンデンサの金属ケースの内底面の形状が異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図７は本発明の実施の形態４によるコンデンサに用いる金属ケースの構成を示した斜視図であり、図７において１５は金属ケースであり、この金属ケース１５にはコンデンサ素子２の陰極側端面とレーザー溶接により接合される側に向かって複数のリブ１５ａが設けられ、このリブ１５ａをコンデンサ素子２の陰極側端面に押し当てるか、またはリブ１５ａに対応するようにコンデンサ素子２の陰極側端面を加工しておき、リブ１５ａを介してレーザー溶接により金属ケース１５とコンデンサ素子２の陰極側端面とを接合するようにしたものである。

このように構成することにより、金属ケース１５とコンデンサ素子２の陰極側端面の接合をより確実に行うことができるばかりでなく、低抵抗の接合を行うことができるようになるものであり、かつ、このレーザー溶接を行う際に、金属ケース１５とコンデンサ素子２の陰極側端面との接合面に例えばアルミ半田のようなろう材を介在させた状態で溶接を行うことにより、緻密でかつ溶接強度に優れた接合が行えるようになるものである。

（実施の形態５）
以下、実施の形態５を用いて、本発明の特に請求項３に記載の発明について説明する。

本実施の形態は上記実施の形態１におけるコンデンサの接続部材の構成が異なるものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図８（ａ）〜（ｃ）及び図９（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態５によるコンデンサに用いる接続部材の構成を示した断面図、及び断面図と平面図であり、図８と図９において８、８ａ、８ｂ、８ｃは導電性の接続部材であり、これらの接続部材８、８ａ、８ｂ、８ｃは一端が金属ケース３に溶接により接合され、他端が陰極端子６に溶接により接合されることにより、上記コンデンサ素子２の陰極側が接合された金属ケース３を介して陰極端子６から陰極取り出しを行うように構成されているのは全て同じ構成のものである。

図８（ａ）においては、接続部材８は階段状に形成され、カーリング加工された金属ケース３の上端面（図８（ａ）の上部端面）と陰極端子６の段付き部分に跨るようにして溶接により接合されているものである。

図８（ｂ）においては、接続部材８ａは角度を持った階段状に形成され、カーリング加工された金属ケース３の上端部（図８（ａ）の上部端面）と陰極端子６の上端面に跨るようにして溶接により接合されているものであり、このコンデンサを取り付ける際に陰極端子６に図示しないネジを締め付けることによって陰極端子６を上面から抑えるようになるため、接合部分に余計な負荷が加わらないという効果を有する。

図８（ｃ）においては、接続部材８ｂは角度を持った階段状に形成され、その一端が金属ケース３の開口端と封口板４の間に挟み込まれるように、金属ケース３をカーリング加工する際に挟み込み、かつ他端が陰極端子６の上端面に当接するようにして溶接により接合されているものであり、このコンデンサを取り付ける際に陰極端子６に図示しないネジを締め付けることによって陰極端子６を上面から抑えるようになるために接合部分に余計な負荷が加わらないという効果に加え、金属ケース３の開口端と封口板４の間に一端側が挟み込まれているために、より信頼性が安定するという効果を有する。

図９（ａ）、（ｂ）においては、接続部材８ｃはその外形が封口板４の全面を覆う大きさの円形に形成され、周縁が金属ケース３のカーリング加工された上端部（図９（ａ）の上部端面）に溶接により接合され、かつ陰極端子６と当接する部分が凸状に形成されて陰極端子６の上端面に当接するようにして溶接により接合されているものである。なお、図中の符号１６は圧力調整弁である。

このように構成されることにより、コンデンサを取り付ける際に陰極端子６に図示しないネジを締め付けることによって陰極端子６を上面から抑えるようになるために接合部分に余計な負荷が加わらないという効果に加え、接続部材８ｃの周縁が全て金属ケース３の上端部と接合されている（部分的な接合でも良い）ために、ネジ締めに伴って接続部材８ｃが回転しようとすることがなくなり、より信頼性が安定するという効果を有する。

本発明によるコンデンサは、コンデンサ素子からの陽極／陰極の取り出しをリード部材等を用いることなく、素子の端面から直接取り出すようにしているために低抵抗化が図れ、また、陽極／陰極の外部取り出しを同一方向から取り出すことができるようになるため、このコンデンサを複数個連結してキャパシタユニットを構成する際に各コンデンサ間の接続スペースを半減することができるようになるという格別の効果を有し、ハイブリッドカーや燃料電池車の回生用、あるいは電力貯蔵用等として有用である。

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 同斜視図 同コンデンサを複数個連結したキャパシタユニットの正面図 本発明の実施の形態２によるコンデンサの構成を示した断面図 同コンデンサに使用される集電板の斜視図 本発明の実施の形態３によるコンデンサの構成を示した断面図 本発明の実施の形態４によるコンデンサに用いる金属ケースの構成を示した斜視図 （ａ）〜（ｃ）本発明の実施の形態５によるコンデンサに用いる接続部材の構成を示した断面図 （ａ）本発明の実施の形態５によるコンデンサに用いる接続部材の構成を示した断面図、（ｂ）同平面図 従来のコンデンサの構成を示した断面図 従来のコンデンサを複数個連結したキャパシタユニットの正面図

符号の説明

１ コンデンサ
２、１４ コンデンサ素子
３、１５ 金属ケース
３ａ 窪み
４ 封口板
５ 陽極端子
６ 陰極端子
７ 封止ゴム
８、８ａ、８ｂ、８ｃ 接続部材
９ 絶縁層
１０ バスバー
１１ 集電板
１１ａ、１５ａ リブ
１１ｂ 第１の結合部
１１ｃ 第２の結合部
１１ｄ 電解液通過孔
１２ リード板
１３ 固定部材
１６ 圧力調整弁

Claims (17)

1. 金属箔からなる集電体上に分極性電極層を形成した一対の電極を互いに逆方向に位置をずらしてその間にセパレータを介在させて巻回することにより構成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を駆動用電解液と共に収容した有底筒状の金属ケースと、この金属ケースの開口部を封止した封口板からなるコンデンサにおいて、上記コンデンサ素子の互いに逆方向に位置する電極の一方を封口板に設けられた端子に接続し、電極の他方を金属ケースの内底面に接合することにより、陽極／陰極のいずれかの取り出しを封口板に設けられた端子で、他方の取り出しを金属ケースで行うようにしたコンデンサ。
2. 封口板に一対の端子を設け、この一対の端子の一方にコンデンサ素子の互いに逆方向に位置する電極の一方を接続し、他方の端子に電極の他方を金属ケースを介して接続することにより、陽極／陰極の取り出しを封口板に設けられた一対の端子で行うようにした請求項１に記載のコンデンサ。
3. 封口板に設けた他方の端子と金属ケースを接続部材を用いて接合した請求項２に記載のコンデンサ。
4. 封口板に設けた他方の端子と接続部材および／または金属ケースと接続部材の接合面にろう材を介在させた請求項３に記載のコンデンサ。
5. 電極を構成する分極性電極層を集電体上の一端側に集電体の露出部分が残るように形成し、この分極性電極層が形成された一対の電極を上記集電体の露出部分が互いに逆方向になるようにしてその間にセパレータを介在させて巻回することにより構成したコンデンサ素子を用いた請求項１〜３のいずれか一つに記載のコンデンサ。
6. 金属ケースの外周面から内部に向かう窪みを円環状に設け、この窪みの下端がコンデンサ素子の上部を下方に付勢すると共に、上端が封口板と当接することにより封口板の位置決めを行うようにした請求項１〜３のいずれか一つに記載のコンデンサ。
7. コンデンサ素子の互いに逆方向に位置する電極の封口板に設けられた端子に接続される側に集電板を接合し、この集電板を介して上記封口板に設けられた端子に接続するようにした請求項１〜３のいずれか一つに記載のコンデンサ。
8. 集電板を封口板に設けられた端子と接続するためのリード板を集電板に設けた請求項７に記載のコンデンサ。
9. 封口板と集電板の間に固定部材を配設した請求項７に記載のコンデンサ。
10. 集電板のコンデンサ素子との接合面に部分的に突出するリブを設けた請求項７に記載のコンデンサ。
11. 金属ケースの内底面のコンデンサ素子との接合面に部分的に突出するリブを設けた請求項１〜３のいずれか一つに記載のコンデンサ。
12. 封口板と組み合わさって封止を行う封止ゴムを設けると共に、少なくともこの封止ゴムと接触する部分の金属ケースに絶縁処理を施した請求項１〜３のいずれか一つに記載のコンデンサ。
13. 金属ケースの少なくとも封止ゴムまたは固定部材と接する部分に絶縁処理を施した請求項１〜３、９，１２のいずれか一つに記載のコンデンサ。
14. コンデンサ素子の互いに逆方向に位置する電極にろう材をディップした請求項１〜３のいずれか一つに記載のコンデンサ。
15. 金属ケースの内面とコンデンサ素子の外面との隙間に熱可塑性の固定剤を設けた請求項１〜３のいずれか一つに記載のコンデンサ。
16. 金属ケースの内底面とコンデンサ素子との接合面および／または集電板とコンデンサ素子との接合面の少なくとも一部にろう材を介在させた請求項１〜３、７のいずれか一つに記載のコンデンサ。
17. 金属ケースの底面周縁にテーパまたはＲを設けた請求項１〜３のいずれか一つに記載のコンデンサ。

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