JP2008098545A - Capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は各種電子機器や車載用等に使用されるコンデンサに関するものである。 The present invention relates to a capacitor used for various electronic devices and in-vehicle use.
図7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7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7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。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of this type of conventional capacitor. In FIG. 7,
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円筒状の金属ケース、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をコンデンサ素子10の中空部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の手段によって機械的、かつ電気的に接合するようにしたものである。11bはこの金属ケース11に施された断面V字形の絞り加工部であり、コンデンサ素子10の図中における上部側の端面周縁を外方から押さえ込むようにしているものである。
Reference numeral 11 denotes an aluminum bottomed cylindrical metal case containing the
12はアルミニウム製の端子板、12aはこの端子板12の外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、かつ電気的に接続するようにしたものである。
12 is an aluminum terminal plate, 12a is an anode terminal for external connection integrally provided on the outer surface side of the
13はリング状に形成されて上記金属ケース11に施された絞り加工部11bの上端に配設された絶縁リングであり、この絶縁リング13は上記金属ケース11の内面と端子板12の外周面との間から端子板12の内面周縁の一部に繋がるように形成されることにより、端子板12と金属ケース11間の絶縁を保つようにしたものである。
Reference numeral 13 denotes an insulating ring formed in a ring shape and disposed at the upper end of the drawn
14は絶縁性のゴムからなるリング状の封口ゴムであり、上記端子板12の表面周縁に配設された状態で、この封口ゴム14を介在させて上記金属ケース11の開口部を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。
Reference numeral 14 denotes a ring-shaped sealing rubber made of insulating rubber, and is arranged around the surface periphery of the
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。
しかしながら上記従来のコンデンサでは、金属ケース11内にコンデンサ素子10と共に収容された駆動用電解液の漏液を防止するために、金属ケース11の開口部に端子板12を配設し、この端子板12の表面周縁に配設したゴム製の封口ゴム14を介して金属ケース11の開口部をカーリング加工することによって封止しているものであるが、このように機械的に封止をしたコンデンサにおいても、過酷な環境や条件で使用したり、連続寿命試験を行ったりした場合にコンデンサ素子10が発熱し、これに伴って駆動用電解液の温度が上昇するために金属ケース11内の圧力が上昇し、最悪の場合には駆動用電解液が漏液を起こすという課題があった。
However, in the above conventional capacitor, in order to prevent leakage of the driving electrolyte contained in the metal case 11 together with the
これは、上記金属ケース11の開口部をカーリング加工することにより封口ゴム14を圧縮し、これによって発生する封口ゴム14の応力を利用して封止を行い、駆動用電解液の漏液を防止するようにしているものであるが、この際のカーリング加工工程においては、カーリング加工によって金属ケース11の開口部を巻き込むように加工し、開口部が封口ゴム14に喰い込む量、即ち、機械的な寸法のみを管理してカーリング加工を行っているものであったため、加工後の封口ゴム14に発生している応力については一切把握できておらず、封口ゴム14のヤング率や破断伸び率等のゴム物性が製造ロット間でバラツキを生じた場合、結果として加工後の封口ゴム14に発生している応力にバラツキが生じ、最悪の場合には駆動用電解液が漏液を起こすという課題があったものである。 This is because the sealing rubber 14 is compressed by curling the opening of the metal case 11 and sealing is performed using the stress of the sealing rubber 14 generated thereby to prevent leakage of the driving electrolyte. However, in the curling process at this time, the opening of the metal case 11 is processed by curling, and the amount of the opening biting into the sealing rubber 14, that is, mechanical Since the curling process is performed by managing only the proper dimensions, the stress generated in the sealing rubber 14 after processing cannot be grasped at all, and the Young's modulus, elongation at break, etc. of the sealing rubber 14 As a result, the stress generated in the sealing rubber 14 after the processing varies, and in the worst case, the driving electrolyte solution is changed. One in which there has been a problem that causes the liquid.
本発明はこのような従来の課題を解決するために、封口ゴムの封止能力を高め、駆動用電解液の漏液を抑止することを目的とするものである。 In order to solve such a conventional problem, an object of the present invention is to increase the sealing ability of a sealing rubber and to suppress leakage of a driving electrolyte.
上記目的を達成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有底円筒状の金属ケース内に収納し、この金属ケースの開口部をリング状の封口ゴムで封止したコンデンサにおいて、前記封口ゴムの外周面は前記金属ケースの外側から絞られることによって前記金属ケースと接し、前記封口ゴムの内周面は前記端子板とに接しており、かつ、前記封口ゴムの内周面の全周にわたって中心方向へ向かって突出する内周突出部を設けたことを特徴とする構成のものである。 In order to achieve the above object, the present invention is a capacitor in which a capacitor element is housed in a bottomed cylindrical metal case together with a driving electrolyte, and the opening of the metal case is sealed with a ring-shaped sealing rubber. The outer peripheral surface of the sealing rubber is in contact with the metal case by being squeezed from the outside of the metal case, the inner peripheral surface of the sealing rubber is in contact with the terminal plate, and the inner peripheral surface of the sealing rubber An inner peripheral protrusion that protrudes toward the center over the entire periphery is provided.
以上のように本発明によるコンデンサは、封口ゴムと端子板との間に発生する封止能力を高め、これにより駆動用電解液が漏液することがない高信頼性のコンデンサを実現することができるという効果が得られるものである。 As described above, the capacitor according to the present invention enhances the sealing ability generated between the sealing rubber and the terminal board, thereby realizing a highly reliable capacitor in which the driving electrolyte does not leak. The effect that it can be obtained.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1による電気二重層コンデンサの構成を示した断面図、図2は要部拡大図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an electric double layer capacitor according to
図1、図2において、1はコンデンサ素子であり、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ことにより構成され(全て図示せず)、中心部には中空部1aを形成して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。
1 and 2,
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納したアルミニウム製の有底円筒状の金属ケースであり、この金属ケース2内に収納されたコンデンサ素子1の陰極側の端面(図1では下面側)を金属ケース2の内底面にレーザー溶接等の手段によって、機械的、かつ電気的に接合するようにしたものである。2bはこの金属ケース2に施された断面R状の絞り加工部であり、金属ケース2の外側から絞り込むことによって形成されている。
3はアルミニウム製の端子板であり、平板の中央部(陽極端子3a)及び外周部分(封口ゴムによる封口面)を平板に対して垂直に突出させた形状を有しており、コンデンサ素子1の陽極側の端面(図1では上面側)をレーザー溶接等の手段によって端子板3の下面側に接合することにより、機械的、かつ電気的に接合するようにしたものであり、陽極端子3aによって外部接続できるように電気的に引き出される。
5は絶縁性のゴムからなるリング状の封口ゴムであり、図2に示すように上記端子板3の外周部分の表面周縁に配設された状態で、この封口ゴム5を介在させて上記金属ケース2の開口部を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。
なお、上記封口ゴム5は材料としてブチルゴム(イソブチレンイソプレンゴム)等の樹脂加硫ゴムを用いることができ、また、封口ゴム5のリング状部分の肉厚は2〜4mmの範囲が好ましい。本実施の形態においてはリング状の肉厚が3mmのブチルゴムを用いてカーリング加工を行った。
The sealing
また、図2に示すように封口ゴム5の外周面は絞り加工部2bを形成するように金属ケース2の外側から絞り込むことによって封口ゴム5の外周面が金属ケース2の内面に接しており、封口ゴム5の内周面は端子板3の外周部に接している。さらに、封口ゴム5の内周面には全周にわたって中心方向へ向かって突出する内周突出部5aが設けられている。
Further, as shown in FIG. 2, the outer peripheral surface of the sealing
ここで封口ゴム5の断面は図3に示すように、内周突出部5aが断面形状として略半円状をなしているものであるが、図2では金属ケース2の外側から絞られているので、図2では内周突出部5aは現れていない。
Here, as shown in FIG. 3, the cross section of the sealing
このように金属ケース2の外側から絞り加工部2bで絞られることによって封口ゴム5の内周面に設けた内周突出部5aと端子板3の外周部分との間の封止能力が高まるので、金属ケース2内部の駆動用電解液の漏液を抑止することができるものである。
In this way, the sealing ability between the inner peripheral protruding portion 5a provided on the inner peripheral surface of the sealing
また、端子板3は封口ゴム5の肉厚によって金属ケースと接触することがないので、絶縁リングを用いる必要がない。
Further, since the
(実施の形態2)
図4は本発明の実施の形態2による電気二重層コンデンサの要部拡大図である。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is an enlarged view of a main part of the electric double layer capacitor according to the second embodiment of the present invention.
図4において、平板の中央部(陽極端子3a)及び外周部分(封口ゴムによる封口面)を突出させた形状を有した端子板3を用い、この端子板3の外周部分は封口ゴム5の内周面と接しており、かつこの外周部分には全周にわたって中心から外方向へ向かって断面形状が略半円状に突出している外周突出部3dが形成されている。
In FIG. 4, a
突出部の形状としては図5に示すような断面が台形状をなすような外周突出部3eであってもよい。 The shape of the protrusion may be an outer peripheral protrusion 3e having a trapezoidal cross section as shown in FIG.
このようにすると、金属ケース2の外側から絞り加工部2bで絞られることによって封口ゴム5の内周面と端子板3の外周部分に設けた外周突出部3dとの間の封止能力が高まるので、金属ケース2内部の駆動用電解液の漏液を抑止することができるものである。
If it does in this way, the sealing capability between the inner peripheral surface of the sealing
また、封口ゴム5は端子板3の外周部分に対して位置決めをして応力を発生させるように正対させる必要があり、このためには図2のように端子板3のフランジ部3bを設けて、このフランジ部3bに当接させるように封口ゴム5を配置させて位置決めをするか、このフランジ部3bを端子板3に設けない場合は、図4のように封口ゴム5の内周面に位置決め部5bを設け、この位置決め部5bを端子板3の上面に当接させて位置決めをしてもよい。
Further, the sealing
さらに、この位置決め部5bを封口ゴム5に設けられない場合は図6に示すように、端子板3の上面と封口ゴム5の上面がほぼ同じ高さとなるように位置決めをしてもよい。
Further, when the positioning portion 5b is not provided on the sealing
このようにすることによって、金属ケース2の外側から絞り加工部2bを形成するように絞られた際に、端子板3の外周部と封口ゴム5の内周面との間に封止のための応力が発生することとなるものである。
By doing so, for the purpose of sealing between the outer peripheral portion of the
なお、上記の実施の形態においてはコンデンサ素子1を電気二重層コンデンサによる素子としたが、これはアルミ電解コンデンサによる素子であってもよいものとする。
In the above embodiment, the
上記の各実施の形態における封止のための応力の状態について詳細に説明をする。 The state of stress for sealing in each of the above embodiments will be described in detail.
まず、実施の形態1のように封口ゴム5の内周面に断面形状が半円形状の内周突出部5aを設けたものにおける封口ゴム5の外周面と金属ケース2の内面との間に発生する応力(以下、ケース側応力とする。)と、封口ゴム5の内周面と端子板3の外周部との間に発生する応力(以下、端子板側応力とする。)をそれぞれシミュレーションにより算出した。
First, between the outer peripheral surface of the sealing
このとき、ケース側応力と端子板側応力とは等しい値で、かつ、大きな値であるほうが封止能力の高い状態といえる。 At this time, it can be said that the case-side stress and the terminal plate-side stress have the same value and a larger value indicates a higher sealing ability.
次に、実施の形態2のように端子板3の外周部に断面形状が半円形状の外周突出部3dを設けたものにおける封口ゴム5のケース側応力と端子板側応力とを同様に算出した。
Next, the case side stress and the terminal plate side stress of the sealing
さらに、上記のような内周突出部5aや外周突出部3dのないものにおける封口ゴム5のケース側応力と端子板側応力とを同様に算出した。(以下、比較例1とする)
以上の結果を表にしたものが以下の(表1)である。
Further, the case-side stress and the terminal-plate-side stress of the sealing
The following results are shown in Table 1 below.
(表1)にあるように、比較例1ではケース側応力が高くなっているのに対し、実施例1ではケース側応力と端子板側応力との差が小さくなり、実施例2ではさらに小さくなっている。このような状態とすることで、封口ゴム5の外周面および内周面の封止能力が高いコンデンサとすることができるものである。
As shown in (Table 1), the case side stress is high in Comparative Example 1, whereas the difference between the case side stress and the terminal plate side stress is small in Example 1, and is smaller in Example 2. It has become. By setting it as such a state, it can be set as a capacitor | condenser with high sealing capability of the outer peripheral surface and inner peripheral surface of the sealing
次に上記各実施の形態の具体的な実施例を説明する。 Next, specific examples of the above embodiments will be described.
(実施例1)
厚さ30μmの高純度アルミニウム箔(Al:99.99%以上)を使用し、塩酸系のエッチング液中で電解エッチングしてアルミニウム箔の表面を粗面化した。
(Example 1)
A high-purity aluminum foil (Al: 99.99% or more) having a thickness of 30 μm was used, and the surface of the aluminum foil was roughened by electrolytic etching in a hydrochloric acid-based etching solution.
次に、このアルミニウム箔の両面に分極性電極を形成した。この分極性電極の形成は、平均粒径5μmのフェノール樹脂系活性炭粉末と、導電性付与剤として平均粒径0.05μmのカーボンブラック、CMCを溶解した水溶性バインダー溶液を10:2:1の重量比に混合して混練機で充分に混練した後、メタノールと水の分散溶媒を少しずつ加えてさらに混練して所定の粘度を有したペーストを作製し、その後、このペーストをアルミニウム箔の表面に塗布して、100℃の大気中で1時間乾燥して形成した。 Next, polarizable electrodes were formed on both sides of the aluminum foil. The polarizable electrode is formed by mixing a phenol resin-based activated carbon powder having an average particle diameter of 5 μm, a carbon black having an average particle diameter of 0.05 μm as a conductivity imparting agent, and a water-soluble binder solution in which CMC is dissolved in a ratio of 10: 2: 1. After mixing at a weight ratio and sufficiently kneading with a kneader, a dispersion solvent of methanol and water is added little by little to further knead to produce a paste having a predetermined viscosity, and then this paste is applied to the surface of the aluminum foil. And dried for 1 hour in air at 100 ° C. to form.
次いで、この分極性電極が形成されたアルミニウム箔を2枚用意し、一方を正の電極、もう一方を負の電極として、正極側及び負極側の各電極の間に厚さ35μmのセパレータを介して捲回する。このとき、正極側と負極側の端面が互いに逆方向に露出するように位置をずらして巻回してコンデンサ素子(巻き径:φ30mm)を得た。 Next, two aluminum foils on which this polarizable electrode was formed were prepared, one being a positive electrode and the other being a negative electrode, with a separator having a thickness of 35 μm interposed between the positive electrode side and the negative electrode side. And turn around. At this time, the capacitor element (winding diameter: φ30 mm) was obtained by winding while shifting the position so that the positive and negative end faces were exposed in opposite directions.
次に、このコンデンサ素子に電解液を含浸させた。この電解液はプロピレンカーボネートに4エチルアンモニウム4フッ化ホウ素を溶解したものを用いた。 Next, this capacitor element was impregnated with an electrolytic solution. This electrolytic solution was prepared by dissolving 4 ethylammonium boron tetrafluoride in propylene carbonate.
その後、このコンデンサ素子をアルミニウム製からなる有底筒状の金属ケースに挿入し、その開口部を図3に示す形状の封口ゴム(肉厚2.5mm,内周突出部r=1.0)と端子板を用いてカーリング加工して封止した電気二重層コンデンサを作製した(コンデンサ外形寸法:φ35×45mm)。 Thereafter, the capacitor element is inserted into a bottomed cylindrical metal case made of aluminum, and the opening is a sealing rubber having a shape shown in FIG. 3 (thickness 2.5 mm, inner peripheral protrusion r = 1.0). And an electric double layer capacitor sealed by curling using a terminal board (capacitor external dimension: φ35 × 45 mm).
(実施例2)
上記実施例1において、金属ケースの開口部を図5に示す端子板(外周突出部が1mmの台形形状)と封口ゴム(肉厚3mm,内周突出部なし)を用いてカーリング加工して封止した以外は上記実施例1と同様にして電気二重層コンデンサを作製した(コンデンサ外形寸法:φ35×45mm)。
(Example 2)
In the first embodiment, the opening of the metal case is curled and sealed using a terminal plate (trapezoidal shape with an outer peripheral protrusion of 1 mm) and a sealing rubber (
(比較例2)
上記実施例1において、金属ケースの開口部を図7(従来技術)に示す方法で封止した以外は上記実施例1と同様にして電気二重層コンデンサを作製した(コンデンサ外形寸法:φ35×45mm)。
(Comparative Example 2)
In Example 1 above, an electric double layer capacitor was produced in the same manner as in Example 1 above except that the opening of the metal case was sealed by the method shown in FIG. 7 (prior art) (capacitor external dimension: φ35 × 45 mm). ).
上記実施例1〜2と比較例2の電気二重層コンデンサについて、初期特性(容量、直流コンデンサ抵抗(以下、DCRと略す))と、85℃で2.3V印加したときの特性劣化試験を行った。その結果を(表2)に示す。なお、試験数は20個で行った。また、前記DCRは充電した後放電させ、その開始の0.5〜2.0secの傾きを算出した。 For the electric double layer capacitors of Examples 1 and 2 and Comparative Example 2, initial characteristics (capacitance, DC capacitor resistance (hereinafter abbreviated as DCR)) and characteristic deterioration test when 2.3 V is applied at 85 ° C. It was. The results are shown in (Table 2). Note that the number of tests was 20. The DCR was charged and then discharged, and the slope of 0.5 to 2.0 sec at the start was calculated.
(表2)から明らかなように、本発明における電気二重層コンデンサは比較例に比べて容量変化が少なく、特性劣化試験によるΔC、ΔDCRは比較例に比べて大幅に改善することができた。 As is clear from Table 2, the capacitance change of the electric double layer capacitor according to the present invention was smaller than that of the comparative example, and ΔC and ΔDCR in the characteristic deterioration test could be greatly improved as compared with the comparative example.
このように本発明のコンデンサは、コンデンサ素子を駆動用電解液と共に有底円筒状の金属ケース内に収納し、この金属ケースの開口部をリング状の封口ゴムで封止したコンデンサにおいて、前記封口ゴムの外周面は前記金属ケースの外側から絞られることによって前記金属ケースと接し、前記封口ゴムの内周面は前記端子板とに接しており、かつ、前記封口ゴムの内周面の全周にわたって中心方向へ向かって突出する内周突出部を設けた構成とすることにより、封口ゴムと端子板との間に発生する封止能力を高め、これにより駆動用電解液が漏液することがない高信頼性のコンデンサを実現することができるものである。 Thus, the capacitor of the present invention is a capacitor in which a capacitor element is housed in a bottomed cylindrical metal case together with a driving electrolyte and the opening of the metal case is sealed with a ring-shaped sealing rubber. The outer peripheral surface of the rubber is in contact with the metal case by being squeezed from the outside of the metal case, the inner peripheral surface of the sealing rubber is in contact with the terminal plate, and the entire circumference of the inner peripheral surface of the sealing rubber By providing an inner peripheral protrusion that protrudes toward the center, the sealing ability that occurs between the sealing rubber and the terminal plate is enhanced, thereby allowing the drive electrolyte to leak. A highly reliable capacitor can be realized.
本発明によるコンデンサは、駆動用電解液の漏出をなくして信頼性に優れるという効果を有し、特に高い信頼性が要求される自動車用等として有用である。 The capacitor according to the present invention has an effect of eliminating the leakage of the driving electrolyte and is excellent in reliability, and is particularly useful for automobiles that require high reliability.
1 コンデンサ素子
2 金属ケース
2b 絞り加工部
3 端子板
3a 陽極端子
3b フランジ部
3d、3e 外周突出部
5 封口ゴム
5a 内周突出部
5b 位置決め部
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