JP2008193029A - キャパシタ - Google Patents

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Abstract

【課題】ハイブリッド自動車等に使用されるキャパシタに関し、素子と端子板ならびに金属ケースの接合信頼性の向上を目的とする。
【解決手段】両端に電極を設けた素子１と、素子１の陰極電極部１ｃを内底面の接合部に接合し収容した金属ケース２と、素子１の陽極電極部１ｂを内面の接合部に接合し金属ケース２開口部を封止した端子板３からなり、金属ケース２の接合部２ａの面積Ｓ１、端子板３の接合部３ａの面積Ｓ２、金属ケース２の接合部２ａを除く内底面と素子１の当接面積Ｓ３の関係をＳ１＜Ｓ２＜Ｓ３とした構成により、金属ケース２内の素子１上に端子板３を配置し加圧した際、金属ケース２の接合部２ａにより素子１の陰極電極部１ｃが潰れた後、端子板３の接合部３ａにより素子１の陽極電極部１ｂが潰れるため、素子１の各電極部１ｂ、１ｃ共に所望の潰し量で安定したレーザー溶接ができ接合信頼性が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は各種電子機器やハイブリッド自動車の回生用、あるいは電力貯蔵用等に使用されるキャパシタに関するものである。
図２はこの種の従来のキャパシタの構成を示した断面図、図３（ａ）〜（ｄ）は同キャパシタに使用される端子板の構成を示した外面側の斜視図、内面側の斜視図、Ａ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図であり、図２と図３において、１１は素子、１１ａはこの素子１１に形成された中空部を示し、この素子１１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、この素子１１の両端面（図２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。
１２は上記素子１１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、１２ａは素子１１の中空部１１ａ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１２ａを素子１１の中空部１１ａに嵌め込んで金属ケース１２内に挿入された素子１１の陰極側端面と金属ケース１２の内底面をレーザー溶接により、機械的かつ電気的に接合するようにしたものである。
１３は上記素子１１の陽極側端面に接合されると共に金属ケース１２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１３は上記素子１１の陽極側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１３ａとこの外周部１３ａから中心に向かう複数の帯状の接合部１３ｂを残してその他の部分を外面側に隆起させた構成とし、上記接合部１３ｂと素子１１の陽極側端面をレーザー溶接により、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１３の内面中央には素子１１の中空部１１ａ内に嵌まり込む突起１３ｃが設けられ、さらに、この端子板１３の外面側には外部接続用の陽極端子１３ｄが設けられると共に、外面側の外周には、後述する封止用ゴム１５を嵌め込むための段部１３ｅと、この段部１３ｅの略中央に突起１３ｆが、夫々円環状に設けられている。また、１３ｇは外面側に設けた回り止め部、１３ｈは電解液注入部を兼ねた安全弁取り付け孔（安全弁は図示せず）である。
１４は絶縁部材、１５は封止用ゴムであり、上記端子板１３の内面に設けた突起１３ｃを素子１１の中空部１１ａに嵌め込んで接合部１３ｂに素子１１の陽極側端面をレーザー溶接によって接合すると共に、この端子板１３を絶縁部材１４を介在させて金属ケース１２の開口部に配設し、端子板１３の外面周縁に封止用ゴム１５を配置した状態で、この封止用ゴム１５を圧接するように金属ケース１２の開口端をカーリング加工することにより封止を行ってキャパシタが構成されているものである。
このように構成された従来のキャパシタは、端子板１３の基準面が素子１１の陽極側端面との接合部となるために、素子１１の陽極側端面から加工後の金属ケース１２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キャパシタにおいて素子１１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というものであった。
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２００６−１７３４４０号公報
しかしながら上記従来のキャパシタでは、素子１１の陽極側端面ならびに陰極側端面を端子板１３の内面ならびに金属ケース１２の内底面と夫々レーザー溶接によって接合するようにしているものであるが、このレーザー溶接による接合部分は、端子板１３の内面に設けた複数の帯状の接合部１３ｂ（図示はしないが金属ケース１２の内底面も同様に構成されている）を素子１１の陽極側端面に押し当てることによって陽極側端面を部分的に潰した状態でレーザー溶接するようにしているものである。
具体的な製造方法としては、素子１１を金属ケース１２内に挿入し、続いて端子板１３を金属ケース１２の開口部に配置し、この端子板１３を加圧することによって金属ケース１２の内底面に設けられた接合部で素子１１の陰極側端面を部分的に押し潰すと共に、端子板１３の内面に設けた接合部１３ｂで素子１１の陽極側端面を部分的に押し潰した後、レーザー溶接を行うという方法である。
従って、素子１１の陽極側端面ならびに陰極側端面を如何に所望の形状・寸法に押し潰すことができるかによってレーザー溶接の品質が左右されるものであるが、素子１１の陽極側端面ならびに陰極側端面の潰し状態は外観からは確認することができないためにレーザー溶接後の接合状態やその強度を管理することしかできず、結果的に上記素子１１の陽極側端面および／または陰極側端面の潰し状態が悪いことに起因してレーザー溶接による接合にバラツキが発生し、これにより溶接箇所が不足して電極引き出し抵抗の増加や接続抵抗の増加が発生するため、キャパシタに対して充放電負荷を掛けた際に製品発熱が大きくなり、製品寿命を劣化させるという課題があった。
本発明はこのような従来の課題を解決し、素子と端子板ならびに金属ケースの接合を精度良く行い、優れた接合信頼性を発揮することが可能なキャパシタ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、両端に一対の電極部を形成した素子と、この素子を駆動用電解液と共に収容し、かつ、素子の一方の電極を内底面に凸状に設けた接合部に接合した金属ケースと、上記素子の他方の電極を内面に凸状に設けた接合部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り、上記金属ケースの内底面に設けた素子との接合部の面積Ｓ１と、端子板の内面に設けた素子との接合部の面積Ｓ２と、金属ケースの内底面に設けた素子との接合部を除く金属ケース内底面と素子との当接面積Ｓ３の関係が、Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３となるように構成したものである。
以上のように本発明によるキャパシタは、金属ケースの内底面に設けた接合部の面積Ｓ１と、端子板の内面に設けた接合部の面積Ｓ２と、金属ケースの内底面に設けた接合部を除く金属ケース内底面と素子との当接面積Ｓ３の関係が、Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３となるようにした構成により、金属ケース内に挿入した素子上に端子板を配置し、この端子板を加圧することにより素子を圧縮した際に、この圧縮した力は最も面積が小さい部分から順に大きな部分へと加わるため、まず、金属ケースの内底面に凸状に設けた接合部により素子の陰極側端面の一部が上記凸状の接合部の突出高さ分だけ潰され、続いて、この陰極側端面の潰されていない残りの部分が金属ケースの内底面に当接した後、端子板の内面に凸状に設けた接合部により素子の陽極側端面の一部が所定の寸法分だけ潰されるようになり、素子の陽極側端面ならびに陰極側端面共に所望の潰し量を容易に得ることが可能になることから、レーザー溶接による安定した接合部が形成できるため、大電流の充放電を行っても製品発熱を抑制でき、寿命劣化や特性劣化を抑制して信頼性に優れた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）
以下、実施の形態を用いて、本発明の特に全請求項に記載の発明について説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施の形態によるキャパシタの構成を示した平面図、正面断面図、底面図であり、図１において、１は素子、１ａはこの素子１に形成された中空部であり、この素子１はアルミニウム箔からなる集電体上に一端を除いて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して重ね、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、正負の電極の各分極性電極層未形成部が夫々対向する端面に露出するように構成され、この素子１の両端面（図１において上下方向）から陽極電極部１ｂと陰極電極部１ｃを夫々取り出すようにしたものである。
２は上記素子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円筒状の金属ケース、２ａはこの金属ケース２の内底面に帯状に突出するように設けられた接合部であり、この接合部２ａにより金属ケース２内に挿入された上記素子１の一方の端面に設けられた陰極電極部１ｃを押し潰し、この接合部２ａに外部からレーザー光を照射してレーザー溶接することによって金属ケース２と素子１の陰極電極部１ｃを機械的、かつ電気的に接合し、素子１の陰極を金属ケース２から取り出すようにしているものである。
３はアルミニウム製の端子板、３ａはこの端子板３の内面の略中央に帯状に突出するように設けられた接合部、３ｂは外部接続用の端子部であり、上記接合部３ａにより上記素子１の他方の端面に設けられた陽極電極部１ｂを押し潰し、この接合部３ａに外部からレーザー光を照射してレーザー溶接することによって機械的、かつ電気的に接合し、素子１の陽極を端子板３から取り出すようにしているものである。
４は上記端子板３の外周面と金属ケース２の内周面の間に配設されて両者の絶縁を行う断面Ｌ形の円環状の絶縁部材であり、上記金属ケース２の外周面を絞り加工部２ｂで横絞り加工することによって位置決めされるものである。５は上記端子板３の上面周縁に配設されて金属ケース２の開口端をカーリング加工することにより圧縮されて封止を行う封口ゴムである。６は上記端子板３に設けられた電解液注入用の連通孔を塞ぐようにして設けられた圧力調整弁である。
このように構成された本実施の形態によるキャパシタについて、より具体的に説明すると、まず、素子１としてφ２５×１３０Ｌ（ｍｍ）の寸法のものを作製し、陽極電極部１ｂと陰極電極部１ｃは夫々４ｍｍの高さとした。
金属ケース２の内底面中央に帯状に突出するように設けた接合部２ａは、幅３ｍｍ、長さ２２ｍｍ、突出高さが０．７ｍｍとした。これにより、接合部２ａの面積Ｓ１は６６ｍｍ2としたものである。
端子板３の内面の略中央に帯状に突出するように設けた接合部３ａは、幅４ｍｍ、長さ２２ｍｍ、突出高さは端子板３の基準面となる外周部と同一面としたために見かけ上はゼロとしたものであるが、この接合部３ａ以外が外面側に隆起するようにしているため、実際には接合部３ａのみが突出した構成になっているものであり、これにより、接合部３ａの面積Ｓ２は８８ｍｍ2としたものである。
金属ケース２内底面に設けた素子１との接合部２ａを除く金属ケース２内底面と素子１との当接面積Ｓ３は、素子１の面積（４９１ｍｍ2）−接合部２ａの面積Ｓ１（６６ｍｍ2）＝４２５ｍｍ2としたものであり、これらの各面積の関係は、Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３となる。
従って、本実施の形態によるキャパシタを製造する際に、金属ケース２内に素子１を挿入し、この素子１上に端子板３を配置し、この端子板３を金属ケース２の内底面側へ加圧することによって素子１の陽極電極部１ｂならびに陰極電極部１ｃの一部を押し潰す時に、単位面積当たりの荷重が最も大きく加わる部分から先に潰れるようになるため、上記各面積の関係から、潰れる順序はＳ１→Ｓ２となる。
即ち、金属ケース２内底面に設けた接合部２ａにより素子１の陰極電極部１ｃの一部が潰され、続いて、端子板３内面に設けた接合部３ａにより素子１の陽極電極部１ｂの一部が潰された後、素子１の陰極電極部１ｃの潰されていない残りの部分が金属ケース２内底面に当接して加工が終了するようになるため、上記陰極電極部１ｃならびに陽極電極部１ｂの潰し量を、金属ケース２内底面に設ける接合部２ａならびに端子板３内面に設ける接合部３ａの面積と高さの設定、ならびに金属ケース２の外底面と端子板３の外面との圧縮後の距離によって任意の量に制御することが可能になるものである。
これにより、素子１の陽極電極部１ｂならびに陰極電極部１ｃの一部を所望の形状・寸法に押し潰してからレーザー溶接を行うことが可能になるため、レーザー溶接作業を安定して行うことができるようになり、接合の品質を安定させ、大電流の充放電を行っても製品発熱を抑制でき、寿命劣化や特性劣化を抑制して優れた信頼性のキャパシタを得ることができるようになるという格別の効果を奏するものである。
本発明によるキャパシタは、素子と端子板ならびに金属ケースの接合を精度良く行い、優れた信頼性を発揮することができるという効果を有し、特に厳しい使用環境が要求される自動車用の分野等として有用である。
（ａ）本発明の一実施の形態によるキャパシタの構成を示した平面図、（ｂ）同正面断面図、（ｃ）同底面図 従来のキャパシタの構成を示した断面図 （ａ）同キャパシタに使用される端子板の構成を示した外面側の斜視図、（ｂ）同内面側の斜視図、（ｃ）同Ａ−Ａ断面図、（ｄ）同Ｂ−Ｂ断面図
符号の説明
１ 素子
１ａ 中空部
１ｂ 陽極電極部
１ｃ 陰極電極部
２ 金属ケース
２ａ、３ａ 接合部
２ｂ 絞り加工部
３ 端子板
３ｂ 端子部
４ 絶縁部材
５ 封口ゴム
６ 圧力調整弁

Claims (4)

  1. 金属箔からなる集電体上に一端を除いて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して重ね、その間にセパレータを介在させて巻回することにより、正負の電極の各分極性電極層未形成部が夫々対向する端面に露出して一対の電極取り出し部を形成するように構成された素子と、この素子を駆動用電解液と共に収容し、かつ、素子の一方の電極を内底面に凸状に設けた接合部に接合した有底筒状の金属ケースと、上記素子の他方の電極を内面に凸状に設けた接合部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キャパシタにおいて、上記金属ケースの内底面に設けた素子との接合部の接合面積Ｓ１と、端子板の内面に設けた素子との接合部の接合面積Ｓ２と、金属ケースの内底面に設けた素子との接合部を除く金属ケース内底面と素子との当接面積Ｓ３の関係が、Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３となるようにしたキャパシタ。
  2. 金属ケースの内底面に設ける素子との接合部、ならびに端子板の内面に設ける素子との接合部の長手方向が素子の直径の殆どと接するようにした請求項１に記載のキャパシタ。
  3. 金属ケースの内底面に凸状に設けた素子との接合部の突出高さを、この接合部に当接して圧接される素子の変形量と略同寸法とした請求項１に記載のキャパシタ。
  4. 金属ケースの内底面に設けた素子との接合部、ならびに端子板の内面に設けた素子との接合部の夫々の素子との接合が、レーザー溶接により行われたものである請求項１に記載のキャパシタ。
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