JP2008192894A

JP2008192894A - キャパシタ

Info

Publication number: JP2008192894A
Application number: JP2007026729A
Authority: JP
Inventors: Teruhisa Miura; 照久三浦
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2008-08-21

Abstract

【課題】自動車用等に使用されるキャパシタに関し、封口ゴムの封止能力が高く、駆動用電解液の漏液を抑止する、高信頼性のキャパシタを提供することを目的とする。
【解決手段】キャパシタ素子１を駆動用電解液と共に有底筒状の金属ケース２内に収納し、この金属ケース２の開口部を封口ゴム４を介して端子板３で封止したキャパシタにおいて、前記金属ケース２の外側から前記封口ゴム４を圧縮するように絞ると共に、前記金属ケース２開口部の端部を金属ケース２の内径側へカーリングして断面円弧状のカール部２ｃを形成し、前記カール部２ｃの内周面に封口ゴム４の上面の一部が接した当接部を有するようにして封口ゴム４を保持したことを特徴としたキャパシタとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器や車載用等に使用されるキャパシタに関するものである。

図６はこの種の従来のキャパシタの構成を示した断面図、図７は同従来のキャパシタの封口部の断面拡大図である。

図６において、６１は略円筒形状のキャパシタ素子を示しており、このキャパシタ素子６１は、アルミニウム箔からなる集電体上に分極性電極層を有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積層し、中心部に中空部６１ａを有するように巻回され略円筒形状となっている。また、前記正負一対の電極は巻回方向と垂直方向に互いにずれており、略円筒形状のキャパシタ素子６１の上部端面から陽極、下部端面から陰極をそれぞれ取り出せるように構成されている（図６において上下方向）。

また、６２はアルミニウム製の有底円筒形状の金属ケースを示しており、この金属ケース６２は、金属ケース６２の内底面中央部に設けた突起部６２ａをキャパシタ素子６１の中空部６１ａに嵌め込み、キャパシタ素子６１の下部端面が金属ケース６２の内底面に接するようにしてキャパシタ素子６１を収納している。このキャパシタ素子６１の下部端面と金属ケース６２の内底面とが接合部６２ｂで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された構成となっている。

また、６３はアルミニウム製で円板状の形状にした端子板を示しており、この端子板６３は、端子板６３の下面中央部に設けた突起６３ａをキャパシタ素子６１の中空部６１ａに嵌め込むようにして金属ケース６２の開口部に配置され、金属ケース６２の外周面に全周に渡って施された凹状の絞り加工によって金属ケース６２の内周面に形成された凸部６２ｃに後述する絶縁リング６４を介して接触させて位置決めされている。

また、端子板６３下面とキャパシタ素子６１の上部端面とが接合部６３ｂで端子板６３の外部に露出した表面より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された構成となっている。

また、この端子板６３は外部に露呈した表面の中央部に設けられた突起６３ｃを外部端子としている。

また、６４はリング状の絶縁リングを示しており、この絶縁リング６４は、端子板６３の外周面と金属ケース６２の内周面との間、及び端子板６３の下面周縁部と金属ケース６２の内周側面に形成された凸部６２ｃの上端との間に挟まり込むように配設されている。

また、図７において、６５は絶縁性のゴムからなるリング状の封口ゴムを示しており、
この封口ゴム６５は、端子板６３の上部表面周縁に配置されており、端子板６３上面に設けた突起部６３ｄが封口ゴム６５の位置ずれを抑制している。

また、６２ｄは金属ケース６２開口部の端部を金属ケース６２の内径側へ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）して形成された断面円弧状のカール部を示しており、このカール部６２ｄの先端部６２ｅは、前記封口ゴム６５の上面に食い込むように配置されている。これによって、封口ゴム６５を端子板６３上面と先端部６２ｅとの間で圧縮し、またさらに、先端部６２ｅと相対する端子板６３の上面に設けた突起部６３ｅによって、封口ゴム６５をより局部的に圧縮する構成になっている。

これによって発生する封口ゴム６５の応力を利用して気密性を確保し、駆動用電解液の漏液を防止している。

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２００６−３２４６４１号公報

上記従来のキャパシタでは、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、キャパシタ素子６１の発熱による駆動用電解液の温度上昇やガス発生によって金属ケース６２内の圧力が上昇し、端子板６３に外部方向に押される圧力がかかり、これに伴い端子板６３の上部表面周縁に配設された封口ゴム６５にも同様に外部方向に押される圧力がかかる。

しかしながら、上記従来のキャパシタでは、図７に示すように、封口ゴム６５の上面が、外部に露呈している部分と、カール部６２ｄが上部にあるもののカール部６２ｄの内周面６２ｆとの間に隙間を有している部分と、カール部６２ｄの先端部６２ｅを食い込ませている部分とからなっており、封口ゴム６５が外部へ押し出されないように保持しているのは、前記カール部６２ｄの先端部６２ｅを食い込ませている部分のみであり、この部分に金属ケース内圧上昇に伴う封口ゴムへの圧力が集中してしまう構成となっている。この結果として、カール部６２ｄの先端部６２ｅが封口ゴム６５に過度に食い込んで封口ゴム６５の破断を生じ、最悪の場合には漏液を起こし封止能力を低下させてしまうという課題を有していた。

本発明は前記従来の課題を解決し、金属ケースのカール部の先端部を封口ゴムに過度に食い込ませないようにして封口ゴムの破断を防止し、安定した封止性能を有するキャパシタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、キャパシタ素子を駆動用電解液と共に有底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封口ゴムを介して端子板で封止したキャパシタにおいて、前記封口ゴムを圧縮するように前記金属ケースの外側から絞ると共に、前記金属ケースの開口部の端部が前記金属ケースの内径側へ断面円弧状のカール部を形成するようにカーリングされており、前記カール部の内周面に封口ゴムの上面の一部が接した当接部を有するようにして封口ゴムを保持した構成のものである。

以上のように本発明によるキャパシタは、金属ケース開口部の端部を金属ケースの内径側へカーリングして形成したカール部の内周面に封口ゴムの上面の一部が接した当接部を有するようにして封口ゴムを保持することにより、金属ケース内の圧力上昇時に封口ゴムがカール部側へ押されて封口ゴムに発生する応力をカール部内周面に分散して受けることができるため、カール部の先端部を封口ゴムに過度に食い込ませず封口ゴムの破断を防止し、駆動用電解液が漏液することがない高信頼性のキャパシタ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。

（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に記載の発明について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施の形態１におけるキャパシタの一例である電気二重層キャパシタの構成を示した断面図、図２は同電気二重層キャパシタの封口部の断面拡大図である。

図１において、１は略円筒形状のキャパシタ素子を示しており、このキャパシタ素子１は、アルミニウム箔からなる集電体上にカーボン材料からなる分極性電極層を有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積層し、中心部に中空部１ａを有するように巻回され略円筒形状となっている。

また、前記正負一対の電極は巻回方向と垂直方向に互いにずれており、略円筒形状のキャパシタ素子１の上部端面から陽極、下部端面から陰極をそれぞれ取り出せるように構成されている（図１において上下方向）。

また、２はアルミニウム製の有底円筒形状の金属ケースを示しており、この金属ケース２は、キャパシタ素子１の下部端面が金属ケース２の内底面に接するようにしてキャパシタ素子１を収納しており、この金属ケース２の内底面とキャパシタ素子１の下部端面とが接合部２ａで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された構成となっている。

また、金属ケース２の外表面にレーザー溶接等の手段によって外部端子を別途取り付けてもよい。

なお、金属ケース２の内底面中央部に突起部を追加して設け（図示せず）、この突起部をキャパシタ素子１の中空部１ａに嵌め込むようにしてキャパシタ素子１の固定を補助してもよい。

また、３はアルミニウム製で円板状の形状にした端子板を示しており、この端子板３は、端子板３の下面が金属ケース２に収納されているキャパシタ素子１の上部端面に接するように金属ケース２の開口部内に配置されており、端子板３の外周面と金属ケース２内周面とは後述する封口ゴム４によって絶縁されている。

そして、端子板３下面とキャパシタ素子１の上部端面とが接合部３ａで端子板３の外部に露出した表面より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された構成となっている。

また、端子板３の下面中央部に別の突起部を追加して設けてもよく（図示せず）、この突起部をキャパシタ素子１の中空部１ａに嵌め込むようにすれば金属ケース２内のキャパシタ素子１の固定を補助することができる。

また、端子板３の外部に露呈した表面の中央部の突起部３ｂは、端子板３の強度補強部または外部端子として設けられている。なお、端子板３の外部に露出した表面にレーザー溶接等の手段によって外部端子（図示せず）を別途取り付けてもよい。

また、図２において、４は絶縁性のゴムからなるリング状の封口ゴムを示しており、この封口ゴム４は、端子板３の上面に垂直方向に設けた突起部３ｃと端子板３の下端周縁に水平方向に設けたフランジ部３ｄの両方に接するように嵌め込まれており、端子板３の外周面と金属ケース２の内周面を絶縁している。

なお、封口ゴム４の材料としてはブチルゴム（イソブチレンイソプレンゴム）等を用いている。

また、封口ゴム４は、金属ケース２の外周面の全周に渡って施された凹状の絞り加工によって金属ケース２の内周面に形成された凸部２ｂと端子板３に設けた突起部３ｃとの間で圧縮されており、これによって金属ケース２の開口部が封止され、気密性が確保されている。

また、２ｃは金属ケース２開口部の端部を金属ケース２の内径側へ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）して形成された断面円弧状のカール部を示しており、このカール部２ｃの内周面２ｄは、封口ゴム４の上面に接することにより生じた当接部２ｅを有しており、かつ先端部２ｆは概ね断面円弧状の形状を有し封口ゴム４の上面に接触するようになっており、これによって封口ゴム４を保持するように構成されている。

以上のような構成において、カール部２ｃの内周面２ｄに封口ゴム４上面の一部が接した当接部２ｅを有することが本発明における技術的特徴のひとつであり、この当接部２ｅを有することにより、金属ケース２内の圧力が上昇した場合に封口ゴム４にかかる圧力をカール部２ｃの内周面２ｄに分散して受けることができるため、カール部２ｃの先端部２ｆに集中することがなくなり、カール部２ｃの先端部２ｆが封口ゴム４の上面に過度に食い込むことを防止し、封口ゴム４が局部的に過度に伸びて破断しない高い封止性能を得ることができるものである。

また、前記当接部２ｅを有することにより、金属ケース２内の圧力上昇時の封口ゴム４の位置ずれを抑制できるため、その結果として、封口ゴム４と組み合わされた端子板３と接合部３ａで直接接合されたキャパシタ素子１への機械的なストレスを低減することができ、ショートや断線などを防止し電気特性の信頼性を向上させることができる。

また、金属ケース２の開口部の封止における気密性は、金属ケース２の外周面の全周に施された凹状の絞り加工によって金属ケース２の内周面に形成された凸部２ｂと端子板３に設けた突起部３ｃとの間で封口ゴム４を圧縮することによって確保されており、カール部２ｃでは気密性を確保する必要はなく、金属ケース２内の圧力が上昇した場合に封口ゴム４にかかる圧力によって封口ゴム４が外部へ押し出されないように保持すればよい。これにより、カール部２ｃの先端部２ｆは気密性を確保するように封口ゴム４の上面に食い込ませる必要性はなく、食い込み量を低減させることができるため、封口ゴム４の破断をさらに抑制し、安定した封止能力を得ることができる。

またここで、実施の形態１におけるキャパシタの発明の効果を確認するため、前述の実施の形態１におけるキャパシタを作成し、およびその比較用として下記に示す比較例１のキャパシタを作成した。

（比較例１）
実施の形態１におけるキャパシタの一例である電気二重層キャパシタに対する比較例１として、以下に示す構成の電気二重層キャパシタとした。

なお、実施の形態１におけるキャパシタの一例である電気二重層キャパシタの構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略し、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は比較例１を示す電気二重層キャパシタの封口部の断面拡大図であり、図８に示すように、比較例１が実施の形態１と相違する点としては、カール部７２ｃの内周面７２ｄと封口ゴム７４の上面が当接した部分を有さない構成となっている点である。

実施の形態１および比較例１ともに、直径５０ｍｍの製品の場合においてそれぞれの封止能力を推定評価した結果を（表１）に示す。

なお、この（表１）に示す当接面積とは、実施の形態１の場合において、図２に示すように、カール部２ｃの内周面２ｄが封口ゴム４の上面に接した当接部２ｅの面積およびカール部２ｃの先端部２ｆが封口ゴム４の上面と接した部分の面積を合計して算出したものであり、一方、同様に比較例１において、図８に示すように、カール部７２ｃの先端部７２ｆが封口ゴム７４の上面と接した部分の面積を算出したものである。

また、比較例１のキャパシタにおいて、カール部７２ｃの先端部７２ｆが封口ゴム７４の上面と接した部分に５．３Ｍｐａの応力が発生した場合に、この部分で破断する兆候が見受けられたことから、比較例１と実施の形態１のキャパシタにおいて、各々の前記当接面積に５．３Ｍｐａの応力が発生する場合に、製品の内圧がどの程度になるかを算出し、その数値を負荷耐圧として（表１）中に記載した。

（表１）に示すように、実施の形態１では比較例１より、負荷耐圧が高くなった。これは、当接面積でもわかるように、図８に示す比較例１では、封口ゴム７４がカール部７２ｃ側方向へ押される圧力をカール部７２ｃの先端部７２ｆという線状部分のみで受けていたことに対し、一方、図２に示す実施の形態１では、カール部２ｃの内周面２ｄが封口ゴム４の上面と接した当接部２ｅで面状に受けている。このため、キャパシタへの電圧印加などに伴うガス発生による製品内部圧力の上昇に対しての耐圧は、実施の形態１のほうが比較例１より高く、実施の形態１におけるキャパシタは、より長期間封口の信頼性を維持した状態を保つことができ、結果としてより長寿命のキャパシタを提供することができるものである。

また、キャパシタには一般的に防爆弁（図示せず）もしくは製品内部圧力調整弁（図示せず）をつけるが、実施の形態１においては比較例１より６．５倍の負荷耐圧（製品内部圧力）に耐えることができるため、これら弁の動作圧力の設計に対して、より自由度を持たせることができ、さらに生産工程内の管理もより容易となり、製品のコストダウンが可能となるものである。

なお、本実施の形態１におけるキャパシタの一例である電気二重層キャパシタの構成では、図１に示したキャパシタ素子１の上部端面から陽極、下部端面から陰極をそれぞれ取り出せるように構成したが、キャパシタ素子１の上部端面から陰極、下部端面から陽極をそれぞれ取り出せるようにしてもよい。

（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２に記載の発明について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略し、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３は本発明の実施の形態２におけるキャパシタの封口部の断面拡大図である。図３において、実施の形態１と相違する点は、カール部１２ｃの内周面１２ｄに相対しているリング状の封口ゴム１４の上面にカール部１２ｃの内周面１２ｄとほぼ同一形状の断面円弧状の凸部１４ａを設けた構成となっている点である。

以上のような構成において、この凸部１４ａを設けることにより、カール部１２ｃの内周面１２ｄと封口ゴム１４の上面の一部が接して生じる当接部１２ｅを容易に増加させ、この当接部１２ｅを安定して確保することができ、さらに封止能力を向上させ高信頼化できるという効果が得られる。

なお、前記凸部１４ａの形状は、断面多角形状のものであっても前記当接部１２ｅを容易に増加させることができ、カール部１２ｅの内周面１２ｄと封口ゴム１４の上面の間の隙間を低減させて封止能力を向上させることができる。

（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に記載の発明について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略し、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（ａ）は本発明の実施の形態３におけるキャパシタの封口部の断面拡大図である。図４（ａ）において、実施の形態１と相違する点は、カール部２２ｃの内周面２２ｄとリング状の封口ゴム２４の上面とのなす角度と同一もしくは大きい傾斜角となっている切り欠き部２４ｂをリング状の封口ゴム２４の内周上端部にテーパー状に設け、この切り欠き部２４ｂの上部にカール部２２ｃの先端部２２ｆを配置した構成となっている点である。

以上のような構成において、金属ケース２２内の圧力が上昇した場合、端子板３に外部方向に押される圧力がかかり、それに伴い端子板３と組み合わされている封口ゴム２４にも同様に外部方向に押される圧力がかかった際に、切り欠き部２４ｂを設けることにより、封口ゴム２４に発生する応力が最も集中しやすいカール部２２ｃの先端部２２ｆが封口ゴム２４の上面に確実に食い込まないようにすることができ、実施の形態１によるキャパシタにより得られる効果に加え、より高い封止性能を得ることができるものである。

また、図４（ｂ）に示すように、封口ゴム３４の内周上端部に設けた切り欠き部３４ｂの形状を角状とし、この切り欠き部３４ｂの上部にカール部３２ｃの先端部３２ｆを配置した構成としてもよい。

以上のような構成において、カーリング加工の精度によってカール部３２ｃの内周面３２ｄと封口ゴム３４の上面とのなす角度のばらつきが大きくなってしまう場合であっても、切り欠き部３４ｂを設けることにより、カール部３２ｃの先端部３２ｆが封口ゴム３４の上面に確実に食い込まないようにしてより高い封止性能を得ることができる。

（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３に記載の発明について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略し、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（ａ）は本発明の実施の形態４におけるキャパシタの封口部の断面拡大図である。図５において、実施の形態１と相違する点は、リング状の封口ゴム４４の上面に凹状の溝部４４ｃを設け、この溝部４４ｃ内にカール部４２ｃの先端部４２ｆを配置した構成となっている点である。

以上のような構成において、金属ケース４２内の圧力が上昇した場合、端子板３に外部方向に押される圧力がかかり、それに伴い端子板３と組み合わされている封口ゴム４４にも同様に外部方向に押される圧力がかかった際に、溝部４４ｃを設けることにより、封口ゴム４４に発生する応力が最も集中しやすいカール部４２ｃの先端部４２ｆが封口ゴム４４の上面に確実に食い込まないようにすることができる。

またさらに、カール部４２ｃの先端部４２ｆが溝部４４ｃ内にあることより、この先端部４２ｆと隣接したアルミニウム製の端子板３の突起部３ｃとを確実に接触しないようにすることができ、ショートを防止してより安定した電気的性能を得ることができるものである。

また、図５（ｂ）に示すように、封口ゴム５４の上面に凹状の溝部５４ｃを設けてその溝部５４ｃ内にカール部５２ｃの先端部５２ｆを配置し、さらにカール部５２ｃの内周面５２ｄに相対している封口ゴム５４の上面にカール部５２ｃの内周面５２ｄとほぼ同一形状の断面円弧状の凸部５４ａを設けた構成としてもよい。

以上のような構成において、溝部５４ｃを設けることによって、カール部５２ｃの先端部５２ｆが封口ゴム５４の上面に確実に食い込まないようにすることができる効果とカール部５２ｃの先端部５２ｆと隣接した端子板３の突起部３ｃとを確実に接触させずショートを防止できる効果を得られ、またさらに凸部５４ａを設けることによって、実施の形態２におけるキャパシタと同様に、カール部５２ｃの内周面５２ｄに封口ゴム５４上面の一部が接した当接部５２ｅを安定して確保できる効果も得ることができ、封止性能と電気性能をより高信頼化させることができる。

本発明によるキャパシタは、金属ケース開口部の端部を金属ケースの内径側へカーリングして形成したカール部の内周面に封口ゴムの上面が当接した部分を有するようにして封口ゴムを保持することにより、金属ケース内の圧力上昇時に封口ゴムがカール部側へ押されて封口ゴムに発生する応力をカール部内周面に分散して受けるように作用し、カール部の先端部を封口ゴム上面に過度に食い込ませず、封口ゴムの破断を防止し、これによって駆動用電解液が漏液することがない高信頼性のキャパシタを実現することができるようになるという効果を有し、各種電子機器や車載用のキャパシタ等として有用である。

本発明の実施の形態１におけるキャパシタの一例である電気二重層キャパシタの断面図本発明の実施の形態１におけるキャパシタの一例である電気二重層キャパシタの封口部の断面拡大図本発明の実施の形態２におけるキャパシタの封口部の断面拡大図（ａ）本発明の実施の形態３におけるキャパシタの封口部の断面拡大図、（ｂ）本発明の実施の形態３におけるキャパシタの他の例を示すキャパシタの封口部の断面拡大図（ａ）本発明の実施の形態４におけるキャパシタの封口部の断面拡大図、（ｂ）本発明の実施の形態４におけるキャパシタの他の例を示すキャパシタの封口部の断面拡大図従来のキャパシタの断面図従来のキャパシタの封口部の断面拡大図本発明の実施の形態１におけるキャパシタの比較例１を示す電気二重層キャパシタの封口部の断面拡大図

符号の説明

１キャパシタ素子
１ａ中空部
２，１２，２２，３２，４２，５２金属ケース
２ａ接合部
２ｂ，１２ｂ，２２ｂ，３２ｂ，４２ｂ，５２ｂ凸部
２ｃ，１２ｃ，２２ｃ，３２ｃ，４２ｃ，５２ｃカール部
２ｄ，１２ｄ，２２ｄ，３２ｄ，４２ｄ，５２ｄ内周面
２ｅ，１２ｅ，２２ｅ，３２ｅ，４２ｅ，５２ｅ当接部
２ｆ，１２ｆ，２２ｆ，３２ｆ，４２ｆ，５２ｆ先端部
３端子板
３ａ接合部
３ｂ突起部
３ｃ突起部
３ｄフランジ部
４，１４，２４，３４，４４，５４封口ゴム
１４ａ，５４ａ凸部
２４ｂ，３４ｂ切り欠き部
４４ｃ，５４ｃ溝部

Claims

正負一対のシート状の電極をその間にセパレータを介在させて巻回したキャパシタ素子と、このキャパシタ素子を駆動用電解液と共に収容し、一方の電極を接合した有底筒状の金属ケースと、前記金属ケースの開口部を封口ゴムを介して封止し、他方の電極を接合した端子板とからなるキャパシタにおいて、前記封口ゴムを圧縮するように前記金属ケースの外側から絞ると共に、前記金属ケース開口部の端部を金属ケースの内径側へカーリングして断面円弧状のカール部を形成し、前記カール部の内周面に封口ゴム上面の一部が接した当接部を有するようにして封口ゴムを保持したことを特徴とするキャパシタ。
前記カール部の内周面で覆われた封口ゴムの上面にカール部の内周面とほぼ同一の断面形状を有する凸部を設けた請求項１に記載のキャパシタ。
前記カール部の先端部と対向する封口ゴムの上面部分に切り欠き部または溝部を設け、この切り欠き部の上部または溝部内にカール部の先端部を配置した請求項１に記載のキャパシタ。