JP2005340609A - コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサを複数連結する際に陽極／陰極端子が相反する側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が困難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、不要抵抗を低減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の開口部を封止する端子板４が、コンデンサ素子２の電極の一方に接合されるリブ５ｂと端子５ａを備えた端子片５をインサート成形して構成され、コンデンサ素子２の電極の一方を端子片５のリブ５ｂに接合し、同電極の他方を金属ケース３の内底面に接合した構成により、陽極／陰極のいずれかの取り出しを端子板４に設けた端子５ａで、他方の取り出しを金属ケース３で行うことができるために低抵抗化が図れ、また複数のコンデンサ１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及びその製造方法に関するものである。

図８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８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８において上下方向）から陽極と陰極を夫々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８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８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９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して連結することにより、コンデンサ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９に示すように複数のコンデンサを連結してコンデンサ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、複数のコンデンサを連結してコンデンサ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、複数のコンデンサを連結してコンデンサ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端子板で封止したコンデンサにおいて、上記端子板が、コンデンサ素子の互いに逆方向に位置する電極の一方に接合されるリブならびに外部接続用の端子を備えた端子片を絶縁性の樹脂でインサート成形することにより構成され、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上記端子板に設けた端子片のリブに接合し、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板に設けた外部接続用の端子で、他方の取り出しを金属ケース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端子板に設けた端子と金属ケース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コンデンサ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、２、５、６、８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と図３は同コンデンサに使用される端子板の平面図と断面図、図４は同端子板にインサート成形される端子片の平面図であり、図１〜図４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２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において上面側が陽極、下面側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の内底面中央に設けた突起３ａをコンデンサ素子２の巻芯跡である空洞部内に挿入してコンデンサ素子２の位置決め固定を行うと共に、金属ケース３の内底面に部分的に突出するように設けられたリブ３ｂとコンデンサ素子２の陰極側の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る。

４は端子板であり、この端子板４は外部接続用の端子５ａを備えたアルミニウム製の端子片５を絶縁性の樹脂（フェノールまたはＰＰＳが適している）を用いてインサート成形することにより構成されており、さらにこの端子板４には金属ケース３内に図示しない駆動用電解液を注入するための孔を兼ねた安全弁取り付け孔４ｂ（図示しないが、駆動用電解液を注入した後に安全弁が装着される）が設けられ、かつ下面の中央にはコンデンサ素子２の巻芯跡である空洞部内に挿入するための突起４ａが設けられている。

また、上記端子片５には下方に向かって部分的に突出する溝状のリブ５ｂが放射状に設けられており、このリブ５ｂの先端部分を上記コンデンサ素子２の陽極側の端面に当接させてレーザー溶接することによって機械的ならびに電気的に接続を行い、これによりコンデンサ素子２の陽極の取り出しを端子５ａから行えるようにしているものである。

６は環状の封止ゴムであり、この封止ゴム６は上記端子板４の上面周縁に配設された状態で端子板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６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。

なお、上記金属ケース３の開口部近傍を絞り加工すると共に開口部をカーリング加工して封止する際に、金属ケース３の周面を中心方向に押し付けることによって端子板４と金属ケース３が密着した状態で加工を行うことにより、図示しない駆動用電解液が外部に漏れることがない、高い気密性を得ることができるようになるものである。

７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７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６と反応して封止ゴム６が劣化するのを防止する目的で設けられたものである。

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の陽極側端面を端子板４に設けた端子片５のリブ５ｂ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端子板４に設けられた外部接続用の端子５ａ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、かつ陽極側は端子片５を介して最短距離で端子５ａ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／陰極の取り出しを端子板４に設けた端子５ａと金属ケース３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複数のコンデンサを連結してコンデンサ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。

なお、本実施の形態においては、コンデンサ素子２の陽極側を端子板４に設けた端子片５を介して端子５ａに、同陰極側を金属ケース３に接合する構成で説明したが、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１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。

また、本実施の形態においては、コンデンサ素子２の陽極側端面に端子板４の陽極端子片５をレーザー溶接するためのリブ５ｂを複数箇所設ける例で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、リブ５ｂが１本でも良いし、あるいはリブ５ｂが無くても良いものである。

（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９、１０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によるコンデンサを複数個連結してコンデンサユニットとして使用する場合の一例を示したものであり、実施の形態１と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５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正面図であり、図５において１は上記実施の形態１と同様に構成されたコンデンサであり、５ａはこのコンデンサ１に設けられて図示しないコンデンサ素子の陽極が接続された端子である。また、８は同じくコンデンサであり、９ａはこのコンデンサ８に設けられて図示しないコンデンサ素子の陰極が接続された端子である。

従って、コンデンサ１においては陽極の取り出しを端子５ａから行い、陰極の取り出しを金属ケースから行うように構成され、またコンデンサ８においては陽極の取り出しを金属ケースから行い、陰極の取り出しを端子９ａから行うように構成されており、このように２種類のコンデンサ１、８の金属ケースどうしを接続部材１０により接続することにより直列接続するようにしたものである。また、１１はこのように直列接続された２種類のコンデンサ１、８の端子９ａと５ａを接続した接続部材である。なお、上記接続部材１０は溶接や導電性接着剤等の手段で接続し、接続部材１１はネジ止め等の手段で接続するのが好ましい方法である。

このように本実施の形態によれば、コンデンサ素子の陽極／陰極の取り出し方法を異ならせた２種類のコンデンサ１と８を作製することにより、接続部材１０と１１を用いることによって容易に２種類のコンデンサを直列接続して容量倍増を図ることができるようになり、しかもこの直列接続された２種類のコンデンサの陽極と陰極の取り出しは端子５ａと９ａで行うために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１、８を複数個連結してコンデンサ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３、４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素子の陽極／陰極の接合方法が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６（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態３によるコンデンサの構成を示す要部断面図であり、同図において１２はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子１２はアルミニウム箔からなる集電体１３ａの表面に分極性電極層１４ａを形成した陽極電極１５と、同じくアルミニウム箔からなる集電体１３ｂの表面に分極性電極層１４ｂを形成した陰極電極１６を互いに逆方向に位置をずらしてその間にセパレータ１７を介在させて巻回することにより構成されており、同図においては陽極側の端面部分を拡大して見たものである。

５ｂは端子板４にインサート成形された端子片５に設けられた溝状のリブ、１８はこのリブ５ｂの外表面に設けられたろう材であり、本実施の形態においては、このろう材１８としてアルミ半田（アルミニウムとシリコンを主体に構成され、融点が５８６±６℃のものを選択して用いたが、本発明はこれに限定されるものではない）を用い、図６（ａ）に示すように、コンデンサ素子１２の陽極側端面をリブ５ｂ上に設けられたろう材１８に当接させ、この状態でレーザー溶接を行うことによりコンデンサ素子１２の陽極をリブ５ｂに接合するようにしたものである。

従って、リブ５ｂが設けられた端子片５を構成するアルミニウムと集電体１３ａを構成するアルミニウムとをレーザー溶接する際に、上記ろう材１８を介在させてレーザー溶接を行うことにより、アルミニウムよりも融点が低いろう材１８が早い段階で溶融するため、図６（ｂ）に示すように溶融したろう材１８が集電体１３ａを包み込むようになると共に、コンデンサ素子１２の陽極側の端面部分と密着して緻密に接合されるようになるため、優れた接合強度が安定して得られるようになり、特に耐振動性に大きな効果を発揮するようになるものである。

また、このろう材１８を介在させる手段としては、コンデンサ素子１２の陽極側端面にろう材１８をディップしたり、あるいは端子片５に設けたリブ５ｂの外表面に固着する等の方法があり、これ以外の方法として、例えば図７に示すように、端子片５に設けたリブ５ｂの外表面にアルミ半田１９が形成されたクラッド構造にすることも可能であり、このようなクラッド構造を採用することにより必要部分のみにアルミ半田１９を介在させてレーザー溶接することが可能になるため、接合精度と信頼性、ならびに作業性を大幅に向上させることができるようになるものである。

なお、上記ろう材１８（またはアルミ半田１９）を介在させてレーザー溶接を行う説明は、コンデンサ素子１２の陽極側端面と端子片５に設けたリブ５ｂとの接合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、コンデンサ素子１２の陰極側端面と金属ケース３の内底面との接合においても同様に適用することが可能なものである。

（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７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素子の構成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の詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に説明する。

本実施の形態におけるコンデンサ素子は、電極を構成する分極性電極層を集電体上に集電体の露出部分が残らないように全面に形成し、この分極性電極層が形成された一対の電極を夫々の端部が互いに逆方向に突出す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ものであり、このように構成されたコンデンサ素子は、集電体の露出部分（容量に寄与しない部分）が一端に残る実施の形態１のものに比べて集電体上に分極性電極層が全面に形成されているために小型大容量化が可能になるという特徴を有するものである。

また、上記実施の形態１のように、集電体の露出部分を一端に残すように集電体上に分極性電極層を形成するためには、複数の電極を一度に生産するような量産を想定した場合には上記露出部分（即ち、分極性電極層の未塗工部分）が長尺状の集電体にストライプ状に形成されるようにしなければならず、しかも集電体の表裏面に位置を合わせて形成しなければならないために作業性と寸法精度面で課題があるのに対し、本実施の形態のように集電体の全面に分極性電極層を形成する構成にすれば、作業性と寸法精度面において大きな改善を図ることができ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１１、１２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素子の構成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の詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に説明する。

本実施の形態におけるコンデンサ素子は、コンデンサ素子の両端面に形成された分極性電極層を除去するようにしたものであり、その具体的な手段としては、コンデンサ素子の両端面を１８０℃以上に加熱した後、このコンデンサ素子の両端面に形成された分極性電極層を機械的に除去するようにしたものであり、この方法によれば、分極性電極層を構成する活性炭とバインダーの内、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）からなるバインダーが熱分解することによって活性炭の保持力が低下するために極めて容易に活性炭を除去することができるようになり、例えばブラシや砥石等を用いて機械的に活性炭を除去することによりアルミニウム箔からなる集電体を露出させることができるようになり、これによりレーザー溶接時に端子板や金属ケースの接合部分に穴があく（バインダーがガス化して内圧が上昇することによって穴が発生するもので、一般にブローホールと呼ばれている）ことがなくなり、溶接強度を向上させて接合の信頼性を向上させることができるようになるものである。

また、上記コンデンサ素子の両端面に形成された分極性電極層を除去する別の手段として、分極性電極層の少なくとも端子板および／または金属ケースと当接する部分を機械的に除去する方法があり、より具体的には回転型の砥石等を用いて切削するようにしたものであり、この方法によっても上記の方法と同様の効果が得られるものである。

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端子板に設けた端子と金属ケース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コンデンサ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 同コンデンサに使用される端子板の平面図 同断面図 同端子板にインサート成形される端子片の平面図 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正面図 （ａ）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接合前の要部断面図、（ｂ）同接合後の要部断面図 本発明の実施の形態３による端子片の構成を示した要部断面図 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コンデンサユニットの正面図

符号の説明

１、８ コンデンサ
２、１２ コンデンサ素子
３ 金属ケース
３ａ、４ａ 突起
３ｂ、５ｂ リブ
４ 端子板
４ｂ 安全弁取り付け孔
５ 端子片
５ａ、９ａ 端子
６ 封止ゴム
７ 絶縁層
１０、１１ 接続部材
１３ａ、１３ｂ 集電体
１４ａ、１４ｂ 分極性電極層
１５ 陽極電極
１６ 陰極電極
１７ セパレータ
１８ ろう材
１９ アルミ半田

Claims (12)

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端子板からなるコンデンサにおいて、上記端子板が、コンデンサ素子の互いに逆方向に位置する電極の一方に接合されるリブならびに外部接続用の端子を備えた端子片を絶縁性の樹脂でインサート成形することにより構成され、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上記端子板に設けた端子片のリブに接合し、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板に設けた外部接続用の端子で、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. 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に記載のコンデンサ。
3. 端子板にインサート成形された端子片のリブとコンデンサ素子との接合部、および／または金属ケースの内底面とコンデンサ素子との接合部にろう材を介在させた請求項１に記載のコンデンサ。
4. 端子板にインサート成形された端子片のリブのコンデンサ素子との接合面、および／または金属ケースの内底面のコンデンサ素子との接合面を、基材上にアルミ半田が形成されたクラッド構造にした請求項１に記載のコンデンサ。
5. 端子板に電解液注入部を兼ねた安全弁取り付け孔を設けた請求項１に記載のコンデンサ。
6. 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に記載のコンデンサ。
7. 電極を構成する分極性電極層を集電体上に集電体の露出部分が残らないように全面に形成し、この分極性電極層が形成された一対の電極を夫々の端部が互いに逆方向に突出す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に記載のコンデンサ。
8. 端子板の上面周縁に配設されて封止される封止ゴムと接する部分の金属ケースに絶縁処理を施した請求項１に記載のコンデンサ。
9. コンデンサ素子の互いに逆方向に位置する電極の陽極の取り出しを端子板に設けた外部接続用の端子で、陰極の取り出しを金属ケースで行うようにした第１のコンデンサと、同陰極の取り出しを端子板に設けた外部接続用の端子で、陽極の取り出しを金属ケースで行うようにした第２のコンデンサの金属ケースどうしを接続することにより直列接続した請求項１に記載のコンデンサ。
10. 第１のコンデンサと第２のコンデンサを直列接続したものを１組とし、これを複数組直列接続した請求項９に記載のコンデンサ。
11. コンデンサ素子の両端面を１８０℃以上に加熱した後、このコンデンサ素子の両端面に形成された分極性電極層を機械的に除去するようにした請求項１〜８のいずれか一つに記載のコンデンサの製造方法。
12. コンデンサ素子の両端面に形成された分極性電極層の少なくとも端子板および／または金属ケースと当接する部分を機械的に除去するようにした請求項１〜８のいずれか一つに記載のコンデンサの製造方法。

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