JP2006173440A

JP2006173440A - コンデンサ

Info

Publication number: JP2006173440A
Application number: JP2004365690A
Authority: JP
Inventors: Teruhisa Miura; 照久三浦; Hideki Shimamoto; 秀樹島本; Takehiko Inoue; 健彦井上
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2024-12-17
Also published as: JP4600028B2

Abstract

【課題】燃料電池車の回生用等に使用されるコンデンサに関し、端子板構造からコンデンサ素子を高くできないという課題を解決し、小型大容量化と低抵抗化を両立す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１の陰極を接合した金属ケース２と、同陽極を内面に接合して金属ケース２を封止した端子板３からなるコンデンサにおいて、端子板３はコンデンサ素子１の陽極が接合される内面を基準面とし、この基準面を外周部と外周部から中心に向かう帯状の接合部３ｂを残してその他の部分を表面側に隆起させ、表面側に陽極端子３ｄを設けた構成により、端子板３の基準面がコンデンサ素子１との接合部となるためにコンデンサ素子１の陽極側端面から加工後の金属ケース２上端までの寸法を極めて小さくでき、コンデンサ素子１の高さを高くして容量アップと低抵抗化が同時に図れる。
【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等に使用されるコンデンサ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、図９（ａ）〜（ｄ）は同コンデンサに使用される端子板の構成を示した表面側の斜視図、内面側の斜視図、Ａ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図であり、図８と図９において１０はコンデンサ素子、１０ａはこのコンデンサ素子１０に形成された中空部を示し、このコンデンサ素子１０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正負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１０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。

１１は上記コンデンサ素子１０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有底筒状の金属ケース、１１ａはコンデンサ素子１０の中空部１０ａ内に嵌まり込むように内底面に一体で設けられた突起であり、この突起１１ａを中空部１０ａに嵌め込んで金属ケース１１内に挿入されたコンデンサ素子１０の陰極側の端面を金属ケース１１の内底面にレーザー溶接等によって機械的かつ電気的に接合するようにしたものである。

１２はアルミニウム製の端子板、１２ａはこの端子板１２の表面側に一体で設けられた外部接続用の陽極端子、１２ｂは内面側に設けられたコンデンサ素子１０の陽極側の端面との接合部、１２ｃはコンデンサ素子１０の中空部１０ａ内に嵌まり込む突起、１２ｄは電解液注入部を兼ねた安全弁取り付け孔であり、コンデンサ素子１０の陽極側の端面を上記接合部１２ｂ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、この端子板１２の周縁上で上記金属ケース１１の開口部をその間に絶縁性の封止用ゴム１３を介在させて巻き込むように加工（一般に、カーリング加工と呼ばれる）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、上記端子板１２に設けた外部接続用の陽極端子１２ａから陽極を取り出すと共に、金属ケース１１から陰極を取り出すように構成され、このコンデンサを複数個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。

また、図１０はこの種の従来のコンデンサの他の例を示した断面図であり、このコンデンサは金属ケース１４の底面に外部接続用の帯板状の陰極端子１４ａを一体で設けると共に、外部接続用の陽極端子１５ａを表面側に設けた端子板１５の外周を延長し、この端子板１５の周縁と金属ケース１４の開口部とを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、二重巻き締め加工と呼ばれる）することによって封止して構成されたものであり、これ以外の構成は上記図８に示したコンデンサと同様の構成のものである。

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、端子板１２（端子板１５も同様）の構造による要因から小型化が難しいという課題があった。即ち、図９（ｄ）にその詳細を示すように、従来の端子板１２では外表面に露呈してその外周に封止用ゴム１３を介して金属ケース１１の開放端を絞り加工することにより封口される表面側を基準面とし、コンデンサ素子１０の陽極側の端面が接合される接合部１２ｂを上記基準面から内面側に陥没するように放射状に複数設けた構成であるため、コンデンサ素子１０の陽極側の端面からカーリング加工後の金属ケース１１上端までの寸法は、上記基準面から接合部１２ｂまでの寸法（陥没させた寸法に相当）に封止用ゴム１３と金属ケース１１の加工部の寸法を合計した寸法になり、コンデンサ全体の高さ寸法に占める割合も無視できない大きなものであった。

従って、小型大容量化が求められる状況下においては、コンデンサの高さが制限された中でコンデンサ素子１０の高さを高くすることができないために容量アップならびに低抵抗化を図ることが極めて困難である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、小型大容量化と低抵抗化を図ることが可能な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、正負の電極が互いに逆方向に位置するように構成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の一方の電極を内底面に接合した金属ケースと、上記コンデンサ素子の他方の電極を内面に接合して上記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、上記端子板はコンデンサ素子の他方の電極が接合される内面を基準面とし、この基準面を、外周部とこの外周部から中心に向かう複数の帯状の接合部を残してその他の部分を表面側に隆起させ、かつ、表面側の中心に外部接続用の端子部を設けた構成にしたものである。

以上のように本発明によるコンデンサは、端子板を、コンデンサ素子の電極が接合される内面を基準面とし、この基準面を、外周部とこの外周部から中心に向かう複数の帯状の接合部を残してその他の部分を表面側に隆起させた構成にしたことにより、端子板の基準面がコンデンサ素子との接合部となるために、コンデンサ素子の陽極側端面から加工後の金属ケース上端までの寸法を極めて小さくすることができるようになり、結果的に同一高さのコンデンサにおいてコンデンサ素子の高さを高くすることができるようになるために容量アップと低抵抗化を同時に図ることができるという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１〜６、９、１０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（ａ）〜（ｄ）は同コンデンサに使用される端子板の構成を示した表面側の斜視図、内面側の斜視図、Ａ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図であり、図１と図２において、１はコンデンサ素子、１ａはこのコンデンサ素子１に形成された中空部を示し、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に分極性電極層を形成した正負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１の両端面（図１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。

２は上記コンデンサ素子１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有底筒状の金属ケース、２ａはコンデンサ素子１の中空部１ａ内に嵌まり込むように内底面に一体で設けられた突起であり、この突起２ａを中空部１ａに嵌め込んで金属ケース２内に挿入されたコンデンサ素子１の陰極側の端面を金属ケース２の内底面にレーザー溶接等によって機械的かつ電気的に接合するようにしたものである。

３は上記コンデンサ素子１の陽極側の端面に接合されると共に金属ケース２の開口部に配設されて封止を行うアルミニウム製の端子板であり、この端子板３は上記コンデンサ素子１の陽極側の端面が接合される内面を基準面とし、この基準面を、外周部３ａとこの外周部３ａから中心に向かう複数の帯状の接合部３ｂを残してその他の部分を表面側に隆起させた構成とし、上記接合部３ｂにコンデンサ素子１の陽極側の端面をレーザー溶接等により、機械的かつ電気的に接合するようにしたものである。

また、この端子板３の内面中央にはコンデンサ素子１の中空部１ａ内に嵌まり込む突起３ｃが設けられ、さらに、この端子板３の表面側にはメネジを有した外部接続用の陽極端子３ｄが設けられると共に、表面側の外周には、後述する封止用ゴムを嵌め込むための段部３ｅと、この段部３ｅの略中央に突起３ｆが、夫々円環状に設けられている。また、３ｇは表面側に設けた回り止め部、３ｈは電解液注入部を兼ねた安全弁取り付け孔であり、この安全弁取り付け孔３ｈに装着される図示しない安全弁が非接触状態で嵌まり込む凹部をコンデンサ素子１の陽極側の端面に設けるようにすれば、短絡の恐れもなくコンデンサ素子１を小型化することができるものである。

４は絶縁部材、５は封止用ゴムであり、上記端子板３の内面に設けた突起３ｃをコンデンサ素子１の中空部１ａに嵌め込んで接合部３ｂにコンデンサ素子１の陽極側の端面をレーザー溶接等によって機械的、電気的に接合すると共に、この端子板３を絶縁部材４を介在させて金属ケース１の開口部に配設し、端子板３の表面周縁に封止用ゴム５を配置した状態で、この封止用ゴム５を圧接するように金属ケース１の開放端をカーリング加工することにより封止を行い、本実施の形態によるコンデンサが構成されているものである。

このように構成された本実施の形態によるコンデンサは、端子板３の基準面がコンデンサ素子１の陽極側の端面との接合部となるために、コンデンサ素子１の陽極側の端面から加工後の金属ケース２上端までの寸法を極めて小さくすることができるようになり、結果的に同一高さのコンデンサにおいてコンデンサ素子の高さを高くすることができるようになるために、容量アップを図ると共に低抵抗化を図ることができるようになるという格別の効果が得られるものである。

この効果を更に詳しく説明すると、図３は本実施の形態によるコンデンサと背景技術で説明した従来のコンデンサ（図８）を比較して示したものであり、図３において、発明品においては上記端子板３の効果によりコンデンサ素子１の陽極側端面から加工後の金属ケース２上端までの寸法はＨ１と小さく、これに対して従来品の同寸法はＨ２と大きくなり、この寸法差は同図に示すように、Ｈ２−Ｈ１＝Ｈ３となる。

従って、コンデンサ全体の高さ寸法を同一高さにした場合に、上記寸法差Ｈ３の分だけコンデンサ素子１の寸法を長くすることができるようになるため、容量アップを図ると共に低抵抗化も同時に達成することができるようになるものであり、この特性向上効果を後述する実施の形態２によるコンデンサの特性と共に（表１）に示す。

（表１）から明らかなように、本実施の形態によるコンデンサは、後述する実施の形態２によるコンデンサの従来品の容量と抵抗を１００とした時の比率で比較すると、容量は２５％アップ、抵抗は２０％ダウンとなり、大きな改善効果が得られることが分かるものである。

なお、本実施の形態においては、端子板３の表面側に設けた回り止め部３ｇは、外部接続用の陽極端子３ｄに設けられたメネジに図示しないオネジを締め付ける際の端子板３の回り止めを行うためのものであり、その形状を凸部形状に形成した例で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、凹部形状に形成しても良いものである。

また、本実施の形態においては、端子板３の表面側に設けた外部接続用の陽極端子３ｄはメネジを有した凸状の構成で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、どのような形状のものであっても構わないものである。

また、本実施の形態によるコンデンサ素子１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正負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例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、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正負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、あるい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正負一対の電極を互いに逆方向に位置をずらして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て構成しても良いものである。

また、本実施の形態においては、コンデンサ素子１の陽極取り出しを端子板３から、同陰極取り出しを金属ケース２から行うようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、逆極性の取り出しをし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によるコンデンサの端子板ならびに金属ケースの構成を変えて陽極／陰極の外部取り出し構造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詳細に説明する。

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端子板の構成を示した断面図であり、図４と図５において、６はコンデンサ素子１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有底筒状の金属ケース、６ａはこの金属ケース６の外底面に一体で設けられた帯板状の外部接続用の陰極端子である。

７は上記コンデンサ素子１の陽極側の端面に接合されると共に金属ケース６の開口部に配設されて封止を行うアルミニウム製の端子板であり、この端子板７は、上記コンデンサ素子１の陽極側の端面が接合される内面を基準面とし、この基準面を、外周部７ａとこの外周部７ａから中心に向かう複数の帯状の接合部７ｂを残してその他の部分を表面側に隆起させた構成とし、上記接合部７ｂにコンデンサ素子１の陽極側の端面をレーザー溶接等により、機械的かつ電気的に接合するようにしたものであり、さらに、この端子板７の内面中央にはコンデンサ素子１の中空部１ａ内に嵌まり込む突起７ｃが設けられているのは上記実施の形態１と同様のものである。

また、この端子板７の表面側には外部接続用の帯板状の陽極端子７ｄが設けられると共に、端子板７の表面側に外周から立ち上がる円環状の立ち上がり部７ｅと、この立ち上がり部７ｅの上端から外径方向に鍔状に延びる巻き締め加工部７ｆが一体で設けられ、上記端子板７の内面に設けた突起７ｃをコンデンサ素子１の中空部１ａに嵌め込んで接合部７ｂにコンデンサ素子１の陽極側の端面をレーザー溶接等によって機械的、電気的に接合すると共に、この端子板７を金属ケース６の開口部に配設し、この端子板７に設けられた巻き締め加工部７ｆの周縁と金属ケース６の開口部とを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二重巻き締め加工することによって封止を行い、本実施の形態によるコンデンサが構成されているものである。

このように構成された本実施の形態によるコンデンサは、上記実施の形態１によるコンデンサと同様に、コンデンサ素子１の陽極側の端面から加工後の金属ケース６上端までの寸法を極めて小さくすることができるようになり、結果的に同一高さのコンデンサにおいてコンデンサ素子の高さを高くすることができるようになるために、容量アップを図ると共に低抵抗化を図ることができるようになるという格別の効果が得られるものである。

図６は本実施の形態による効果を更に詳しく説明するために、本実施の形態によるコンデンサと背景技術で説明した従来のコンデンサ（図１０）を比較して示したものであり、図６において、発明品においては上記端子板７の効果によりコンデンサ素子１の陽極側端面から加工後の金属ケース６上端までの寸法はＨ１と小さく、これに対して従来品の同寸法はＨ２と大きくなり、この寸法差は同図に示すように、Ｈ２−Ｈ１＝Ｈ３となる。

従って、コンデンサ全体の高さ寸法を同一高さにした場合に、上記寸法差Ｈ３の分だけコンデンサ素子１の寸法を長くすることができるようになるため、容量アップを図ると共に低抵抗化も同時に達成することができるようになるものであり、この特性向上効果を前述の実施の形態１によるコンデンサと共に（表１）に示す。

（表１）から明らかなように、本実施の形態によるコンデンサは、従来品の容量と抵抗を１００とした時の比率で比較すると、容量は１０％アップ、抵抗は９％ダウンとなり、大きな改善効果が得られることが分かるものである。

（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８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によるコンデンサの端子板に設けた陽極端子の構成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詳細に説明する。

図７（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態３によるコンデンサを複数個連結した状態を示した断面図と、同要部を拡大した断面図であり、図７において８は端子板であり、８ｂは接合部、８ｃは突起、８ｄは外部接続用の陽極端子、８ｅはこの陽極端子８ｄの先端の一部を細径にすることにより設けられたカシメ部、９は接続バーである。

このように構成された本実施の形態によるコンデンサは、複数個連結して使用される場合に、図７（ｂ）に詳細を示すように、上記端子板８の陽極端子８ｄに設けられたカシメ部８ｅに接続バー９を嵌め込んでカシメ部８ｅをカシメることにより結合した後、このカシメ部８ｅの近傍をレーザー溶接することにより、より信頼性の高い結合を行うようにしたものであり、上記実施の形態１に示したメネジを有した陽極端子３ｄに比べて、より高さを低くすることができるようになるという格別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、コンデンサ素子の陽極側の端面から加工後の金属ケース上端までの寸法を極めて小さくすることができるため、同一高さのコンデンサにおいてコンデンサ素子の高さを高くすることができるようになり、容量アップと低抵抗化を同時に図ることができるという効果を有し、小型大容量が要求される分野のコンデンサとして有用である。

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（ａ）同コンデンサに使用される端子板の構成を示した表面側の斜視図、（ｂ）同内面側の斜視図、（ｃ）同Ａ−Ａ断面図、（ｄ）同Ｂ−Ｂ断面図同コンデンサと従来のコンデンサを比較した断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端子板の構成を示した断面図同コンデンサと従来のコンデンサを比較した断面図（ａ）本発明の実施の形態３によるコンデンサを複数個連結した状態の断面図、（ｂ）同要部を拡大した断面図従来のコンデンサの構成を示した断面図（ａ）同コンデンサに使用される端子板の構成を示した表面側の斜視図、（ｂ）同内面側の斜視図、（ｃ）同Ａ−Ａ断面図、（ｄ）同Ｂ−Ｂ断面図従来のコンデンサの他の例を示した断面図

符号の説明

１コンデンサ素子
１ａ中空部
２、６金属ケース
２ａ、３ｃ、３ｆ、７ｃ、８ｃ突起
３、７、８端子板
３ａ、７ａ外周部
３ｂ、７ｂ、８ｂ接合部
３ｄ、７ｄ、８ｄ陽極端子
３ｅ段部
３ｇ回り止め部
３ｈ安全弁取り付け孔
４絶縁部材
５封止用ゴム
６ａ陰極端子
７ｅ立ち上がり部
７ｆ巻き締め加工部
８ｅカシメ部
９接続バー

Claims

金属箔からなる集電体上に分極性電極層を形成した正負一対の電極をその間にセパレータを介在させて巻回し、正負の電極が互いに逆方向に位置するように構成された中空部を有するコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を駆動用電解液と共に収容し、かつ、コンデンサ素子の一方の電極を内底面に接合した有底筒状の金属ケースと、上記コンデンサ素子の他方の電極を内面に接合して上記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、上記端子板は上記コンデンサ素子の他方の電極が接合される内面を基準面とし、この基準面を、外周部とこの外周部から中心に向かう複数の帯状の接合部を残してその他の部分を表面側に隆起させると共に中心に上記コンデンサ素子の中空部に嵌まり込む突部を設け、かつ、表面側の中心に外部接続用の端子部を設けた構成とすることにより、コンデンサ素子の一方の電極を金属ケースから、同他方の電極を端子板に設けた端子部から取り出すようにしたコンデンサ。
端子板の表面中心に設けた外部接続用の端子部をメネジで構成した請求項１に記載のコンデンサ。
端子板の表面外周に封止用ゴムを嵌め込むための段部を設けた請求項１に記載のコンデンサ。
端子板の表面外周に設けた円環状の段部の略中央に突起を円環状に設けた請求項３に記載のコンデンサ。
端子板の表面に凹部および／または凸部からなる回り止め部を設けた請求項１に記載のコンデンサ。
端子板に駆動用電解液注入部を兼ねた安全弁取り付け孔を設け、この安全弁取り付け孔に装着される安全弁が非接触状態で嵌まり込む凹部をコンデンサ素子の電極に設けた請求項１に記載のコンデンサ。
端子板の表面側に外周から立ち上がる円環状の立ち上がり部と、この立ち上がり部の上端から外径方向に鍔状に延びる巻き締め加工部を一体で設け、この巻き締め加工部を金属ケースの開口部と共に巻き込んで封止すると共に、金属ケースの外底面に外部接続用の端子部を設けた請求項１に記載のコンデンサ。
端子板の表面側の中心に設けた外部接続部の端子部の先端を細径にしてカシメ接合部を設けた請求項１に記載のコンデンサ。
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正負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または７に記載のコンデンサ。
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正負一対の電極を互いに逆方向に位置をずらして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または７に記載のコンデンサ。