JP2009266925A - 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の圧力調整弁の信頼性を向上させることを目的とする。
【解決手段】素子１を収容した金属ケース１１の開口部を端子板２と封口ゴム１３で封止し、端子板２内部に圧力調整弁３を内蔵してなり、この圧力調整弁３が、キャップ４内に弁体５を配設し、キャップ４内にワッシャ６を圧入して弁体５を圧縮状態で保持した弁ユニットと、ガス透過性シート８を接合して弁ユニットの下部に配設されたワッシャ７からなり、この圧力調整弁３を端子板２の内面に設けた凹部内に埋設してカシメ結合した構成により、弁ユニットとしての組立精度を向上できるため、圧力調整弁３としての動作バラツキを低減し、安定した性能を発揮できるばかりでなく、弁ユニット単体で圧力調整弁３としての動作確認が可能になり、更に圧力調整弁３が高い圧力まで対応できる。
【選択図】図２

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７は従来のキャパシタの構成を示した断面図、図８は同キャパシタに設けられた圧力調整弁の構成を示した断面図であり、図７と図８において、２０は素子、２０ａは中空部を示し、この素子２０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構成されたものである。

２１は上記素子２０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金属ケース、２１ａはこの金属ケース２１の外底面に設けられた陰極端子、２１ｂは内底面に設けられた突起であり、この突起２１ｂを上記素子２０の中空部２０ａ内に嵌め込み、素子２０の陰極側の端面を金属ケース２１の内底面に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。

２２はアルミニウム製の封口板、２２ａはこの封口板２２の表面側に設けられた陽極端子、２２ｂは内面側に設けられた突起、２２ｃは電解液注入用の孔であり、素子２０の陽極側の端面を封口板２２の内面にレーザー溶接等により、機械的、かつ電気的に接合すると共に、この封口板２２の周縁上で上記金属ケース２１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。

２３は上記封口板２２の表面側に設けられた圧力調整弁であり、この圧力調整弁２３は図８にその詳細を示すように、上記電解液注入用の孔２２ｃ上にガス透過性部材２４と閉塞体２５を配設し、これらを外部と連通する孔２６ａを有する金属キャップ２６で覆うように固定することにより、閉塞体２５を常時閉塞する方向に付勢しているものである。また、この金属キャップ２６の固定は、予め封口板２２に電解液注入用の孔２２ｃの周囲を囲うようにして設けられた円環状の凸部２２ｄをカシメ加工等により変形させて金属キャップ２６に押し当てることにより固定したものである。

また、上記圧力調整弁２３は、キャパシタの内部圧力が所定の圧力以上になると圧力を外部に逃がすための自己復帰型のものであり、キャパシタ内部で発生したガスを外部へ放出してキャパシタ内部の圧力の上昇を防ぐことができ、また作動後に圧力調整弁２３は作動前の状態に復帰してキャパシタ内部の気密性を保持することができるため、キャパシタ内部のガス発生による圧力の上昇においてもキャパシタの外観に異常をきたすことはなく、その特性を維持することができるものである。

また、圧力調整弁２３には、駆動用電解液の透過を防ぎ、かつキャパシタ内部で発生したガスを外部へ透過する材料を用いて構成したガス透過性部材２４を密着配設することにより、駆動用電解液が閉塞体２５に付着して圧力調整弁２３の機能を損なうことがなく、かつ、圧力調整弁２３を介してキャパシタ外部への駆動用電解液の漏れを防ぐことができるものである。

このように構成された従来のキャパシタは、電解液注入用の孔２２ｃに圧力調整弁２３を配置させて固定することにより、駆動用電解液の漏出の可能性のある箇所を軽減することができ、より信頼性の高いキャパシタを得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２００４−１３４６３２号公報

しかしながら上記従来のキャパシタでは、電解液注入用の孔２２ｃに圧力調整弁２３を装着することにより駆動用電解液の漏出を低減させるようにはしているものの、圧力調整弁２３は、キャパシタを組み立て、電解液注入用の孔２２ｃから駆動用電解液を注入した後、電解液注入用の孔２２ｃ上に各部材を直接組み込むことにより装着するようにしているため、組み立て精度のバラツキがそのまま動作バラツキに繋がり、圧力調整弁２３の性能にバラツキが発生し易いという課題に加え、動作確認を圧力調整弁２３単体で行うことができないという課題があった。

更に、自動車用の用途においては過酷な使用環境からより高い信頼性が要求されるようになってきており、特に高温においても高い動作性能を示す圧力調整弁が求められているという課題もあった。

また、素子２０の両端面に形成された一対の電極を封口板２２の内面、金属ケース２１の内底面に夫々レーザー溶接によって機械的、かつ電気的に接合することにより、部品点数の削減と小型化が図れるというものであるが、上記レーザー溶接は封口板２２、金属ケース２１の外部から夫々レーザー光を照射して行う方法であるために、溶接状態を確認することが難しいばかりでなく、溶接条件も狭い範囲内に限定された厳しいものになってしまうため、電極引き出しのための接続に纏わる信頼性の保証が難しいという課題もあった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、動作バラツキが少なく、高温においても高い動作性能を示し、かつ、単体での検査も可能な圧力調整弁を備えると共に、電極引き出しのための接続に纏わる信頼性を高い次元で保証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、両端面から電極を取り出すように構成された素子を駆動用電解液と共に収容し、素子の一方の電極を内底面に接合した金属ケースと、素子の他方の電極を内面に接合して金属ケースの開口部に配設された端子板と、この端子板の内部に結合された圧力調整弁と、上記端子板の上面に配設されて封止を行う封口ゴムからなるキャパシタにおいて、上記圧力調整弁が、外部と連通する孔を有した金属製のキャップ内にゴム製の弁体を配設し、このキャップ内にリング状のワッシャを圧入することにより上記弁体を圧縮状態で保持した弁ユニットと、ガス透過性シートを接合して上記弁ユニットの下部に配設されるように上記キャップ内に嵌め込まれたリング状のワッシャにより構成され、この圧力調整弁を上記端子板の内面に設けられた凹部内に埋設してカシメ結合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、弁体を配設したキャップ内にワッシャを圧入することによって弁体を圧縮状態で保持した弁ユニットを構成した圧力調整弁を用いることにより、弁ユニットとしての組み立て精度を大きく向上させることができるようになるため、圧力調整弁としての動作バラツキを低減し、安定した性能を発揮することができるようになるばかりでなく、弁ユニット単体で圧力調整弁としての動作確認を行うことが可能になり、更に、この圧力調整弁を端子板の内面に埋設してカシメ結合した構成により、圧力調整弁が高い圧力まで対応できるようにな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、４〜７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によるキャパシタの構成を示した断面図（但し、端子板は断面図ではない）、図２は同キャパシタの封口部分の構成を示した要部断面図、図３（ａ）〜（ｃ）は同キャパシタに使用される端子板の構成を示した平面図と正面断面図と側面図、図４（ａ）〜（ｃ）は同キャパシタに使用される封口ゴムの構成を示した正面断面図と裏面図と側面断面図である。

図１〜図４において、１は素子、１ｃはこの素子１に形成された中空部を示し、この素子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、この素子１の両端面（図１において上下方向）から陽極１ａ（図１において上側）と陰極１ｂ（図１において下側）を夫々取り出すようにしたものである。

２はアルミニウム製の端子板、２ａはこの端子板２の下端に設けた鍔部、２ｂは外部接続用の端子部、２ｃは内部に設けられた凹部であり、この凹部２ｃ内に後述する圧力調整弁３が埋設されてカシメ結合されるものである。２ｄは上記凹部２ｃの開口部に円環状に設けられ、先端が鋭角を成すように形成された加工部、２ｅは上記凹部２ｃと外部を連通するように設けられた貫通孔、２ｆは上記鍔部２ａの上面側に設けられた凸部、２ｇはこの凸部２ｆ内に設けられた電解液注入用の孔である。

３は上記端子板２に設けられた凹部２ｃ内に埋設されてカシメ結合されることによって端子板２に内蔵された圧力調整弁であり、この圧力調整弁３について以下に詳細に説明する。４は開口端に鍔部４ａを設けると共に、外部と連通する孔４ｂと、周面の一部に内面側に突出する切り起こし部４ｃを設けた有底円筒状のステンレス製のキャップ、５はブチルゴム製の弁体、６は中央部に孔を設け、上面周縁に円環状の壁部が一体で設けられたアルミニウム製のリング状のワッシャであり、このワッシャ６の内底面上に上記弁体５を配設した状態で、ワッシャ６を上記キャップ４内に圧入することによって弁体５を圧縮状態で保持し、これにより弁ユニットを構成しているものである。

なお、上記ワッシャ６のキャップ４内への圧入は、図示しない治具を用いて行うことによって圧入寸法の管理を精度良く行うことができるものであり、更に、ステンレス製のキャップ４の周面の一部に設けた切り起こし部４ｃがアルミニウム製のワッシャ６の壁部に喰い込み、より高い結合強度が得られるようになるものである。

７は中央部に孔を設けたアルミニウム製のリング状のワッシャ、８はこのワッシャ７の下面側に接合されたガス透過性シートであり、このガス透過性シート８はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる多孔質フィルムからなり、ワッシャ７との接合は変性ＰＰを用いて熱融着することによって行われているものであり、このようにガス透過性シート８が接合されたワッシャ７を上記弁ユニットの下部に配設されるように上記キャップ４内に圧入したものである。

９はゴム製のＯリング、１０は中央部に孔を設けたアルミニウム製のリング状のワッシャであり、このワッシャ１０は上記弁ユニットとワッシャ７が圧入されたキャップ４と共に端子板２に設けられた凹部２ｃ内に埋設した後、この凹部２ｃの開口部に設けられた円環状の加工部２ｄをカシメ加工することによって結合し、これにより端子板２内に圧力調整弁３が内蔵された構成になっているものである。

なお、このように構成された圧力調整弁３は、キャパシタ内部の圧力が上昇して所定の圧力以上になると、ガス透過性シート８により、駆動用電解液の透過を防ぎ、ガスのみを透過するため、圧力が上昇したガスは弁体５を押し上げて弁体５とワッシャ６の界面からキャップ４内に抜け、キャップ４に設けた孔４ｂを介して端子板２に設けた凹部２ｃ内に抜けると共に、この凹部２ｃに設けた貫通孔２ｅを介して外部へ放出されるようになるものであり、また、このように作動した後は作動前の状態に復帰してキャパシタ内部の気密性を保持することができる自己復帰型のものである。

また、このように圧力調整弁３が内蔵された端子板２は上記素子１の陽極１ａと重ね合わされ、端子板２に設けた鍔部２ａの上面側からレーザー溶接することにより、鍔部２ａと素子１の陽極１ａとを機械的、かつ電気的に接合しているものであり、これにより、素子１の陽極１ａを端子板２から取り出すようにしているものである。

１１は上記端子板２が接合された素子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、１１ａはこの金属ケース１１の内底面に設けられた接合部であり、上記素子１をこの金属ケース１１内に挿入した後、素子１の陰極１ｂと金属ケース１１に設けた接合部１１ａとを密着して金属ケース１１の外底面側からレーザー溶接することにより、機械的、かつ電気的に接合しているものであり、これにより、素子１の陰極１ｂを金属ケース１１から取り出すようにしているものである。

１２は上記端子板２と金属ケース１１間を絶縁するための絶縁リングであり、この絶縁リング１２は金属ケース１１に横溝加工部１１ｄを設けることによって位置決めされているものである。

１３は上記端子板２の上面に配設されたブチルゴム等からなる絶縁性の封口ゴム、１３ａはこの封口ゴム１３の中央部に設けられ、端子板２の端子部２ｂに嵌まり込む貫通孔、１３ｂは上面側に設けられた凹部、１３ｃは下面側に設けられた凹部、１３ｄはこの凹部１３ｃ内に設けられた凸部であり、この封口ゴム１３は、上記端子板２の上面に配設されることにより、端子板２の上面に設けられた凸部２ｆが封口ゴム１３の下面に設けられた凹部１３ｃに嵌まり込むと共に、端子板２に設けられた電解液注入用の孔２ｇに封口ゴム１３に設けられた凸部１３ｄが嵌まり込むように構成されているものである。

そして、このように構成されて端子板２の上面に配設された封口ゴム１３は、上記金属ケース１１の開口部近傍を外周から絞り加工（横溝絞り加工部１１ｂ）することによって封口ゴム１３を圧縮すると共に、金属ケース１１の開口端をカーリング加工（カーリング加工部１１ｃ）して封口ゴム１３の上面を押さえ込むようにすることによって封止を行うようにしているものである。なお、１４は封口ゴム１３の上面に設けた凹部１３ｂ内に嵌め込まれたベーク板からなる補強板であり、封口ゴム１３による封止強度を高める目的で配設されたものであり、本発明とは直接関係無く、また、必要不可欠なものではない。

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、圧力調整弁３を、弁体５を配設したキャップ４内にワッシャ６を圧入することによって弁体５を圧縮状態で保持した弁ユニットを構成したことにより、弁ユニットとしての組み立て精度を大きく向上させることができるようになり、これにより、圧力調整弁３としての動作バラツキを低減し、安定した性能を発揮することができるようになるばかりでなく、弁ユニット単体で圧力調整弁３としての動作確認を行うことも可能になるという格別の効果を奏するものである。

更に、上記圧力調整弁３を端子板２の内部に埋設すると共に、端子板２に対する圧力調整弁３の結合が、端子板２の凹部２ｃの開口部に設けられた円環状の加工部２ｄをカシメ加工することによって結合するようにしているために高い結合強度が得られ、このためにキャパシタ内部の高い圧力上昇にも対応することが可能になるという格別の効果を奏するものである。

（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２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４を用いて説明したキャパシタに用いられる素子の一方の電極に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５は本発明の実施の形態２によるキャパシタの構成を示した断面図であり、図５において、１５は中央に貫通孔が設けられ、上記素子１の一方の端面に形成された陽極１ａに接合された集電板であり、この集電板１５はアルミニウム板を加工することにより形成され、素子１の陽極１ａに重ね合わせてレーザー溶接することにより、機械的、かつ電気的に接合しているものである。

そして、このように素子１の陽極１ａに接合された集電板１５上に端子板２を重ね合わせ、端子板２に設けた鍔部２ａの上面側からレーザー溶接することにより、鍔部２ａと集電板１５の周縁とを、機械的、かつ電気的に接合しているものであり、これにより、素子１の陽極１ａを端子板２から取り出すようにしているものである。

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、素子１の端面に形成された陽極１ａに集電板１５を接合し、この集電板１５を端子板２に接合するようにした構成により、素子１に集電板１５を接合した時点で接合状態の確認や検査を行うことが容易にできるばかりでなく、この集電板１５を端子板２に接合する際に、幅広い接合条件で行えるために作業が容易になり、電極引き出しのための接続に纏わる信頼性を大きく向上させ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。

なお、本実施の形態においては、素子１の陽極１ａに集電板１５を接合し、この集電板１５を端子板２の内面に接合する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、集電板を素子１の陰極１ｂにも接合し、この集電板を金属ケース１１の内底面に接合しても良いものであり、これにより同様の効果が得られるものである。

（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３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４を用いて説明したキャパシタに用いられる圧力調整弁の弁体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６は本発明の実施の形態３によるキャパシタの封口部分の構成を示した要部断面図であり、図６において、１６は圧力調整弁、１７はシリコンゴム製の弁体、１８はブチルゴム製のパッキンであり、ワッシャ６の内底面上に上記パッキン１８と弁体１７を重ねて載置した状態で、ワッシャ６をキャップ４内に圧入することにより、弁体１７ならびにパッキン１８を圧縮状態で保持し、これにより弁ユニットを構成しているものである。

このように構成された本実施の形態によるキャパシタは、上記実施の形態１、２によるキャパシタにより得られる効果に加え、圧力調整弁１６を構成する弁体１７をシリコンゴム製とし、この弁体１７をブチルゴム製のパッキン１８上に重ねて載置した構成により、耐熱性に優れるという格別の効果を奏するものである。

なお、このような優れた耐熱性を発揮するのは弁体１７の材料としてシリコンゴムを用いたことによるものであるが、シリコンゴムは高温、低温共に優れた性能を発揮することができる反面、水分遮断性に対しては劣っており、この水分遮断性を確保する目的でブチルゴム製のパッキン１８を弁体１７の底面（キャパシタ内部側）に配置することによって解決し、高い水分遮断性を維持するようにしたものである。

本発明によるキャパシタは、圧力調整弁の動作バラツキを低減すると共に圧力調整弁単体で動作確認を行うことができ、かつ、高い圧力まで対応でき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分野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によるキャパシタの構成を示した断面図 同キャパシタの封口部分の構成を示した要部断面図 （ａ）同キャパシタに使用される端子板の構成を示した平面図、（ｂ）同正面断面図、（ｃ）同側面図 （ａ）同キャパシタに使用される封口ゴムの構成を示した正面断面図、（ｂ）同裏面図、（ｃ）同側面断面図 本発明の実施の形態２によるキャパシタの構成を示した断面図 本発明の実施の形態３によるキャパシタの封口部分の構成を示した要部断面図 従来のキャパシタの構成を示した断面図 同キャパシタに設けられた圧力調整弁の構成を示した断面図

符号の説明

１ 素子
１ａ 陽極
１ｂ 陰極
１ｃ 中空部
２ 端子板
２ａ、４ａ 鍔部
２ｂ 端子部
２ｃ、１３ｂ、１３ｃ 凹部
２ｄ 加工部
２ｅ、１３ａ 貫通孔
２ｆ、１３ｄ 凸部
２ｇ 電解液注入用の孔
３、１６ 圧力調整弁
４ キャップ
４ｂ 孔
４ｃ 切り起こし部
５、１７ 弁体
６、７、１０ ワッシャ
８ ガス透過性シート
９ Ｏリング
１１ 金属ケース
１１ａ 接合部
１１ｂ 横溝絞り加工部
１１ｃ カーリング加工部
１１ｄ 横溝加工部
１２ 絶縁リング
１３ 封口ゴム
１４ 補強板
１５ 集電板
１８ パッキン

Claims (7)

1. 正負の電極を夫々両端面から取り出す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、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に配設された端子板と、この端子板の内部に結合された圧力調整弁と、上記端子板の上面に配設されて金属ケースの開口端を加工することにより圧縮されて封止を行う封口ゴムからなるキャパシタにおいて、上記圧力調整弁が、外部と連通する孔を有した金属製のキャップ内にゴム製の弁体を配設し、このキャップ内にリング状のワッシャを圧入することにより上記弁体を圧縮状態で保持した弁ユニットと、ガス透過性シートを接合して上記弁ユニットの下部に配設されるように上記キャップ内に嵌め込まれたリング状のワッシャにより構成され、この圧力調整弁を上記端子板の内面に設けられた凹部内に埋設してカシメ結合したキャパシタ。
2. 素子の電極の少なくとも一方に金属製の集電板を接合し、この集電板を端子板の内面に接合した請求項１に記載のキャパシタ。
3. 圧力調整弁が、外部と連通する孔を有した金属製のキャップ内にブチルゴム製のパッキンとシリコンゴム製の弁体を重ねて配設し、このキャップ内にリング状のワッシャを圧入することにより上記パッキンと弁体を圧縮状態で保持した弁ユニットと、ガス透過性シートを接合して上記弁ユニットの下部に配設されるように上記キャップ内に嵌め込まれたリング状のワッシャにより構成された請求項１または２に記載のキャパシタ。
4. 圧力調整弁の弁ユニットを構成するリング状のワッシャの上面周縁に円環状の壁部を設けた請求項１または３に記載のキャパシタ。
5. 圧力調整弁の弁ユニットを構成する金属製のキャップの周面の少なくとも一部に、内面側に突出する切り起こし部を設けた請求項１または３に記載のキャパシタ。
6. 圧力調整弁を構成するリング状のワッシャに接合されたガス透過性シートとして、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる多孔質フィルムを用いた請求項１または３に記載のキャパシタ。
7. 圧力調整弁を構成するリング状のワッシャに接合されたガス透過性シートのリング状のワッシャとの接合が、変性ポリプロピレンを熱融着することにより行われたものである請求項１または３に記載のキャパシタ。

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