JP2008227472A - キャパシタ - Google Patents

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とともに、異常使用時にも安全性の高いキャパシタを提供することを目的とする。
【解決手段】キャパシタ素子と、有底筒状の金属ケース１と、金属製の端子板２と、封口ゴム３とからなるキャパシタにおいて、端子板２の外周にフランジ部２ｄを設け、このフランジ部２ｄと封口ゴム３の下面とを当接させて位置決めし、封口ゴム３を圧縮するように金属ケース１の外側から絞った封口ゴム３の上面に金属ケース１と端子板２との間に突出するリング状の上部突出壁３ａと、および／または封口ゴム３の下面に金属ケース１とフランジ部２ｄとの間に突出するリング状の下部突出壁３ｂとを設けたことを特徴とするキャパシタとする。
【選択図】図２

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であり、図６において１０はキャパシタ素子、１０ａはこのキャパシタ素子１０に形成された中空部を示し、このキャパシタ素子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、このキャパシタ素子１０の両端面（図６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は上記キャパシタ素子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はキャパシタ素子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をキャパシタ素子１０の中空部１０ａに嵌め込んで金属ケース１１内に挿入されたキャパシタ素子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、キャパシタ素子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。

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キャパシタ素子１０の陽極側の端面との接合部、１２ｃはキャパシタ素子１０の中空部１０ａ内に嵌まり込む突起であり、キャパシタ素子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、かつ電気的に接合するようにしたものである。

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。

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）して、カール部１１ｃを形成することによって封止したものである。

このカール部１１ｃの先端を封口ゴム１４の上面に食い込ませることで発生する封口ゴム１４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

しかしながら上記従来のキャパシタでは、金属ケース１１内にキャパシタ素子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封口ゴム１４を介して金属ケース１１の開口部にカーリング加工して形成したカール部１１ｃ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キャパシタにおいては、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。

本発明では、まず、位置決めされた封口ゴムを介して金属ケースの外側から圧縮するように金属製の端子板で封止することを考え、検討した。ところが、水分の付着や、横方向からの異常な圧力といった異常状態時にはそれぞれ正負極と接続されている金属製の端子板と金属ケースが短絡してしまう恐れがあった。

そこで本発明は封止性を向上させた構造の封口ゴムにおいて、異常使用時にも、より安全性を高めることを目的とするものである。

上記目的を達成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、この封口ゴムの上面および／または下面に金属ケースと端子板の短絡を防止する突出壁を設けるものである。

以上のように本発明によるキャパシタは、金属ケースと端子板との間に突出した突出壁を備えているので、金属ケース上部での水分付着や、金属ケースの横方向からの異常な圧力などで金属ケースが異常変形してもそれぞれ正負極と接続されている金属ケースと端子板が短絡することがなく、異常使用時にも安全性を向上させ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１〜３に記載の発明について説明する。

図１（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態１によるキャパシタの一例である電気二重層キャパシタの外観を示した上面図および正面図である。

図１（ａ）、（ｂ）において、１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１は、図示しないキャパシタ素子の下部端面が金属ケース１の内底面に接するようにしてキャパシタ素子を図示しない駆動用電解液とともに収納しており、この金属ケース１の内底面とキャパシタ素子の下部端面とが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１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。

さらに、金属ケース１の外周面には封止のための横溝絞り加工部１ａとキャパシタ素子の位置決めのための横溝絞り加工部１ｂとが施されている。

なお、キャパシタ素子は背景技術の項でも述べたものであるが、このキャパシタ素子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シート状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ており、中心部には中空部を形成してこのキャパシタ素子の両端面（図１（ｂ）において上下方向）から正極と負極をそれぞれ取り出すようにしたものである。

図１（ａ）において、２はアルミニウムなどの金属製の端子板であり、この端子板２は、端子板２の下面が金属ケース１に収納されているキャパシタ素子の上部端面に接するように金属ケース１の開口部内に配置されている。

また、端子板２において２ａは金属ケース１内の圧力を調整する圧力調整弁であり、２ｂは外部機器へ電気的に引き出すことが可能な端子部であり、この端子部２ｂは金属ケース１の上端より高い平面を形成しており、必要に応じて端子部２ｂに接続バーなどを取り付けることとなる。

２ｃは凹状に形成された接合部であり、端子板２下面側から見ると突出した形状となっており、この接合部２ｃの表面よりレーザー溶接等の手段によって、端子板２下面とキャパシタ素子の上部端面とが機械的、かつ電気的に接合できるものである。

なお、端子部２ｂは図１（ａ）において３つの接合部２ｃによって区切られた３箇所の領域のうち、１箇所にのみ設けられているが、その他の２箇所にもそれぞれ設けてもよいものである。その際、圧力調整弁２ａのある領域に設ける場合は接合部２ｃの上に圧力調整弁２ａをさらに設けることとなる。

次に、本発明の特徴となる封口部分について説明する。図２は図１（ｂ）における封口部となる要部Ａを拡大した一部断面図である。

図２において、金属ケース１と後述する封口ゴム３のみ断面図で示されており、端子板２は正面図で示している。

図２において、３は絶縁性のゴムからなるリング状の封口ゴムであり、この封口ゴム３は、端子板２の下端周縁に水平方向に設けたフランジ部２ｄに当接して位置決めするように端子板２の外表面に嵌め込まれており、金属ケース１と端子板２との間を絶縁している。このとき、封口ゴム３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）などを用いることができる。

また、封口ゴム３は金属ケース１の側面に設けられた横溝絞り加工部１ａによって、金属ケース１の外側から封口ゴム３を圧縮するように絞られており、これによって金属ケース１の開口部が封止され、気密性が確保されている。

さらに、金属ケース１の開口部の端部を金属ケース１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１ｃによって封口ゴム３を保持している。

また、封口ゴム３の上面には端子板２とカール部１ｃとの間に突出した上部突出壁３ａが形成されている。この上部突出壁３ａは封口ゴム３の上面全周、すなわち、リング状に設けられている。

さらに、封口ゴム３の下面には金属ケース１と端子板２のフランジ部２ｄとの間に突出した下部突出壁３ｂが形成されている。この下部突出壁３ｂも封口ゴム３の下面全周、すなわち、リング状に設けられている。

このように金属ケース１の外側から横溝絞り加工部１ａで絞られることによって封口ゴム３と端子板２の外周部分との間の封止能力が高まるので、金属ケース１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。

また、端子板２は封口ゴム３の肉厚によって金属ケース１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。

次に、封口ゴム３の上面と下面に設けられた上部突出壁３ａと下部突出壁３ｂの効果について説明する。

背景技術の項で説明したような従来の封口ゴムは、カール部によって開口部の先端を封口ゴムに食い込ませるようにして封止していたのに対し、本発明の実施の形態のように封口ゴム３を金属ケース１の外側から封口ゴム３を圧縮するようにして封止性の向上を図った封口ゴム３において、上記の上部突出壁３ａと下部突出壁３ｂを有していない場合のもので説明する。

図３は封口ゴム３の上面と下面に設けられた上部突出壁３ａと下部突出壁３ｂを有していないキャパシタの一部断面図である。

図３において、封口ゴム４は上記の突出壁を有していないものであり、このとき、端子板２とカール部１ｃとの間にはギャップ５ａが形成されており、金属ケース１と端子板２のフランジ部２ｄとの間にはギャップ５ｂが形成されることとなる。

通常使用時ではこれらのギャップ５ａ、ギャップ５ｂで金属ケース１と端子板２が短絡することのないように設計されるものであるが、ギャップ５ａに水分が付着するなどすると、カール部１ｃと端子板２とはそれぞれ正負極と接続されているので、短絡してしまう場合があった。

また、金属ケース１の横方向から無理な圧力を受けて、金属ケース１が異常変形したりなどすると、封口ゴム４の位置決めのために設けたフランジ部２ｄが金属ケース１と短絡してしまう場合があった。

これに対して図２に示す封口ゴム３によると、端子板２上での水分の付着や、金属ケース１の横方向からの異常な圧力といった、異常事態においても金属ケース１と端子板２の短絡を防ぐことができ、異常使用時にも安全性を向上させることができるという効果を奏するものである。

ここで、上部突出壁３ａの高さについては、端子板２の高さより、必要以上に高くすると、端子板２の接合部２ｃでのレーザー溶接時のレーザーの反射によって、上部突出壁３ａの先端が溶けてしまうことがあるので、上部突出壁３ａの高さは、この上部突出壁３ａの頂点と接合部２ｃの周囲の端子板２の頂点とを結んだ線の延長線が接合部２ｃと交差しない高さとすることが好ましい。

なお、本発明の実施の形態においては、封口ゴム３の上面および下面に上部突出壁３ａと下部突出壁３ｂを設けるものとしたが、これは、いずれか一方でもよく、想定する異常事態によって短絡防止の効果をそれぞれ奏するものである。

（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で図１、図２を用いて説明した電気二重層キャパシタのキャパシタ素子の両端面の電極に夫々金属製の集電板を接合した点が異なるものであり、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によるキャパシタの一例である電気二重層キャパシタに使用されるキャパシタ素子の両端面の電極に集電板を接合する前の状態を示した斜視図、図５は同集電板を接合した状態を示した断面図であり、図４と図５において、６はキャパシタ素子、７ａと７ｂはこのキャパシタ素子６の両端面に形成された電極に夫々接合された一対の集電板であり、この集電板７ａ、７ｂはアルミニウム板を加工することにより形成され、キャパシタ素子６の各電極とはレーザー溶接によって接合されているものである。

そして、このように両端面に形成された電極に一対の集電板７ａ、７ｂが夫々接合されたキャパシタ素子６は、一方の電極に接合された集電板７ａを端子板の下面にレーザー溶接等の手段によって接合すると共に、他方の電極に接合された集電板７ｂを金属ケース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。

このように構成された本実施の形態によるキャパシタは、上記実施の形態１によるキャパシタにより得られる効果に加え、まず、キャパシタ素子６に集電板７ａ、７ｂを接合した時点で接合状態を確認したり、検査したりすることが容易に行えるばかりでなく、この集電板７ａ、７ｂを端子板、金属ケースに夫々接合する際に接合作業が容易に行えるようになるものであり、接合に纏わる信頼性を大きく向上させることができ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、駆動用電解液の漏液をなくして信頼性に優れるとともに異常使用時にも高い安全性を有し、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。

（ａ）本発明の実施の形態１による電気二重層キャパシタの構成を示した上面図、（ｂ）同正面図 本発明の実施の形態１による電気二重層キャパシタの一部断面図 電気二重層キャパシタの一部断面図 本発明の実施の形態２による電気二重層キャパシタに使用されるキャパシタ素子の両端面の電極に集電板を接合する前の状態を示した斜視図 同集電板を接合した状態を示した断面図 従来の電気二重層キャパシタの断面図

符号の説明

１ 金属ケース
１ａ、１ｂ 横溝絞り加工部
１ｃ カール部
２ 端子板
２ａ 圧力調整弁
２ｂ 端子部
２ｃ 接合部
２ｄ フランジ部
３、４ 封口ゴム
３ａ 上部突出壁
３ｂ 下部突出壁
５ａ、５ｂ ギャップ
６ キャパシタ素子
７ａ、７ｂ 集電板

Claims (4)

1. 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、正負の電極を互いに逆方向に位置をずら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金属製の端子板とからなるキャパシタにおいて、前記端子板の外周にフランジ部を設け、このフランジ部と前記封口ゴムの下面とを当接させて位置決めし、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て保持した前記封口ゴムの上面に前記端子板と前記カール部との間に突出するリング状の上部突出壁を設けたことを特徴とするキャパシタ。
2. 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、正負の電極を互いに逆方向に位置をずら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金属製の端子板とからなるキャパシタにおいて、前記端子板の外周にフランジ部を設け、このフランジ部と前記封口ゴムの下面とを当接させて位置決めし、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て保持した前記封口ゴムの下面に前記金属ケースと前記フランジ部との間に突出するリング状の下部突出壁を設けたことを特徴とするキャパシタ。
3. 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、正負の電極を互いに逆方向に位置をずら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金属製の端子板とからなるキャパシタにおいて、前記端子板の外周にフランジ部を設け、このフランジ部と前記封口ゴムの下面とを当接させて位置決めし、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て保持した前記封口ゴムの上面に前記端子板と前記カール部との間に突出するリング状の上部突出壁を設け、前記封口ゴムの下面に前記金属ケースと前記フランジ部との間に突出するリング状の下部突出壁を設けたことを特徴とするキャパシタ。
4. キャパシタ素子の両端面の電極に夫々金属製の集電板を接合し、この集電板を金属ケースならびに端子板と接合するようにした請求項１〜３のいずれか一つに記載のキャパシタ。

Images