JP2013207026A - キャパシタ及びこれを用いたキャパシタモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、キャパシタ素子の内部抵抗が低減されたキャパシタを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のキャパシタは、一対のリード線５、６によってキャパシタ素子１から電極を引き出され、巻回されたキャパシタ素子１を構成する一対の電極が、それぞれ、シート状で導電性をもった集電体２ａ、３ａと、この集電体２ａ、３ａの表面に形成された分極性電極層２ｃ、３ｃと、集電体２ａ、３ａの一端辺に設けた分極性電極層２ｃ、３ｃが未形成である集電体露出部２ｂ、３ｂを有するとともに、この集電体露出部２ｂ、３ｂが互いに逆方向に突出するようにずれて対向した状態で巻回されており、キャパシタ素子の対向する端部にそれぞれ位置する一対の集電体露出部２ｂ、３ｂのうち少なくとも一方の集電体露出部の一部どうしを溶接接合した構成のものである。
【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及びこれを用いたキャパシタモジュールに関するものである。

図２３はこの種の従来のキャパシタの構成を示した一部切り欠き斜視図である。

図２３において、素子１０１は正極１０２と負極１０３をその間にセパレータ１０４を介在させた状態で巻回することにより構成されているものである。

また、上記正極１０２と負極１０３は、アルミニウム箔からなる集電体１０２ａ、１０３ａの両面に分極性電極層１０２ｂ、１０３ｂを夫々形成する（裏面側は図示せず）ことにより構成されたものであり、更に、この正極１０２と負極１０３には夫々リード線１０５、１０６が接続されているものである。

そして、このように構成されたキャパシタ素子１０１は、図示しない電解液を含浸させた後に有底円筒状の金属ケース１０７内に挿入され、上記リード線１０５、１０６が挿通する孔を有したゴム製の封口部材１０８を金属ケース１０７の開口部に嵌め込んだ後、金属ケース１０７の開口部近傍の外周を内側に絞り加工すると共に、金属ケース１０７の開口端をカーリング加工し、これにより封口部材１０８を圧縮することによって封止を行っているものである（特許文献１）。

また、上記リード線１０５、１０６は、集電体１０２ａ、１０３ａであるアルミニウム箔との接続を良好にして抵抗成分を低減させるために、接続部分は分極性電極層１０２ｂ、１０３ｂを部分的に除去し、アルミニウム箔を露出させてから接続しているものである（特許文献２）。

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、特許文献２が知られている。

特開平１０−２７０２９３号公報 特開平８−８３７３８号公報

しかしながら上記従来のキャパシタでは、分極性電極層１０２ｂ、１０３ｂを部分的に除去し、集電体１０２ａ、１０３ａであるアルミニウム箔を露出させてから正極１０２と負極１０３にリード線１０５、１０６をそれぞれ接続することによって接続を良好にし、抵抗成分を低減するようにしている（特許文献２）ものの、巻回されたキャパシタ素子１０１からの電極引き出しが、リード線１０５、１０６を介して行うようにした構成（特許文献１）のものであるために、基本的に抵抗成分が大きいという課題があった。また、この抵抗成分が大きいことにより、キャパシタ内部で充放電を通じて発生する熱量が多くなり、この熱によってキャパシタの特性劣化を加速させる恐れがあった。

そこで本発明は、キャパシタ内部の抵抗が低減されたキャパシタおよびそれを用いたキャパシタモジュール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のキャパシタおよびそれを用いたキャパシタモジュールは、一対のリード部材によってキャパシタ素子から電極を引き出され、巻回されたキャパシタ素子を構成する一対の電極が、それぞれ、シート状で導電性をもった集電体と、この集電体の表面に形成された電極層と、集電体の一端辺に設けた電極層が未形成である集電体露出部を有するとともに、この集電体露出部が互いに逆方向に突出するようにずれて対向した状態で巻回されており、キャパシタ素子の対向する端部にそれぞれ位置する一対の集電体露出部のうち少なくとも一方の集電体露出部の一部どうしを溶接接合した構成のものである。

この構成により、本発明のキャパシタおよびそれを用いたキャパシタユニットは、リード部材を用いながらキャパシタ素子の内部抵抗を低減することができる。

これは、一対のリード部材によって引き出された巻回型のキャパシタ素子の各端面に露出した正極または負極の少なくとも一方の少なくとも一部に、溶接加工、または押し潰し加工を施すことにより、キャパシタ素子の中心から外周に向かって積層状態に密接した電極どうしを電気的に接続した構成により、集電体からリード部材までの集電抵抗が低減されるために、各電極の抵抗を大幅に低減して大電流化、大容量化を図ることができる。

（ａ）本発明の実施例１におけるキャパシタの構成を示した正面断面図、（ｂ）同キャパシタの構成を示した底面図 （ａ）本発明の実施例１におけるキャパシタ素子を示した上部側からの斜視図、（ｂ）同下部側からの斜視図、（ｃ）同上部側からの部分展開斜視図 （ａ）本発明の実施例１におけるキャパシタ素子に使用される正極とリード部材を示した平面図、（ｂ）同キャパシタ素子に使用される負極とリード部材を示した平面図、（ｃ）同キャパシタ素子の巻回前の状態を示した平面図 （ａ）電極内における電流分布のシミュレーションに使用した本発明の実施例１におけるキャパシタ素子に使用される電極とリード線の平面図、（ｂ）同シミュレーションに使用した比較例のキャパシタ素子に使用した電極とリード線の平面図 電極内に分散して流れる電流分布をシミュレーションした電流分布図 本発明の実施例１におけるキャパシタ素子に設ける電極加工部の大きさによる抵抗値の変化をシミュレーションした結果を示した説明図 本発明の実施例２におけるキャパシタを示した正面断面図 本発明の実施例２におけるキャパシタ素子を示した上部側からの斜視図 （ａ）本発明の実施例２におけるキャパシタ素子に使用される正極とリード部材を部分的に抜粋して示した平面図、（ｂ）同キャパシタ素子に使用される負極とリード部材を部分的に抜粋して示した平面図 本発明の実施例２における別の構成のキャパシタ素子を示した上部側からの斜視図 本発明の実施例３におけるキャパシタを示した正面断面図 本発明の実施例３におけるキャパシタ素子を示した上部側からの斜視図 本発明の実施例３におけるキャパシタ素子に使用されるリード部材である、リード板およびリード線の構成を部分的に抜粋して示した上部側からの斜視図 本発明の実施例４におけるキャパシタを示した正面断面図 （ａ）本発明の実施例４におけるキャパシタに使用される一方のリード部材を示した平面図、（ｂ）同一方のリード部材を示した正面図 （ａ）本発明の実施例４におけるキャパシタに使用される一方のリード部材のキャパシタ素子と接続した状態を示した平面図、（ｂ）同一方のリード部材のキャパシタ素子と接続した状態を示した右側面図 （ａ）本発明の実施例４におけるキャパシタに使用される他方のリード部材を示した平面図、（ｂ）同他方のリード部材を示した正面図 （ａ）本発明の実施例４におけるキャパシタに使用される一方のリード部材のキャパシタ素子と接続した状態を示した平面図、（ｂ）同一方のリード部材のキャパシタ素子と接続した状態を示した左側面図 （ａ）本発明の実施例４におけるキャパシタに使用される別の構成の他方のリード部材を示した平面図、（ｂ）同他方のリード部材を示した正面図 （ａ）本発明の実施例４におけるキャパシタに使用される別の構成の一方のリード部材のキャパシタ素子と接続した状態を示した平面図、（ｂ）同別の構成の一方のリード部材のキャパシタ素子と接続した状態を示した右側面図 （ａ）本発明の実施例５におけるキャパシタに使用される正極を部分的に抜粋して示した平面図、（ｂ）同キャパシタに使用される正極を部分的に抜粋して示した平面図 （ａ）本発明の実施例６におけるキャパシタモジュールの構成を示した平面図、（ｂ）正面図 従来のキャパシタの構成を部分的に切り欠いて示した上部側からの斜視図

以下、図面を用いながら、本発明の実施例１および請求項１〜７、１０に記載の発明について説明するが、本発明の内容は、以下の実施例の構成に限定されない。

図１（ａ）は、本実施例のキャパシタの構成を示した正面断面図であり、図１（ｂ）は同キャパシタの構成を示した底面図である。図２（ａ）は、本実施例のキャパシタに使用されるキャパシタ素子１とリード部材の構成を示した上部側からの斜視図であり、図２（ｂ）は同キャパシタ素子１とリード部材を示した下部側からの斜視図であり、図２（ｃ）は同キャパシタ素子１とリード部材を示した部分展開斜視図である。図３（ａ）は、本実施例の正極２とリード部材の構成を示した平面図であり、図３（ｂ）は、本実施例の負極３とリード部材の構成を示した平面図であり、図３（ｃ）は本実施例のキャパシタ素子１の巻回前の状態を示した平面図である。

図１〜図３において本実施例のキャパシタは、巻回型のキャパシタ素子１と、このキャパシタ素子１を電解液（図示なし）とともに収容する外装体７と、この外装体７の開口部を封止した封口ゴム８と、上記キャパシタ素子１の正極２および負極３にそれぞれ一つずつ接続し、外装体７の外部へ表出したリード部材であるリード線５、６から構成されている。

キャパシタ素子１は、図２（ａ）〜（ｃ）のように、対向したシート状の正極２および負極３の間に、セパレータ４が介在するように巻回して構成されている。このとき、本実施例のキャパシタ素子１は、正極２および負極３が互いに逆方向に突出するよう、ずれて対向しているため、巻回されたときに、巻回軸方向の両端に、正極２、負極３の一部が別々に表出するように構成されている。そして、本実施例のキャパシタは、このキャパシタ素子１の両端にそれぞれ形成された正極、負極に対してそれぞれ、レーザー溶接によって各電極において端部どうしが溶接接合した電極加工部１ａを設けた構成である。

正極２および負極３は、図３（ａ）、（ｂ）のように、例えばアルミニウム等の金属箔からなる集電体２ａ、３ａの表面に一端の集電体露出部２ｂ、３ｂを除いて分極性電極層２ｃ、３ｃを形成することによって構成されたものである。

そして、図３（ｃ）に示すように、このように構成された帯状の正極２と帯状の負極３を互いに逆向きに配置して各電極の一端に設けた集電体露出部２ｂ、３ｂを夫々両端に配置し、かつ、位置をずらして重ね合わせ、その間にセパレータ４を介在させて巻回することにより、上記正極２の集電体露出部２ｂと負極３の集電体露出部３ｂが夫々対向するキャパシタ素子１の巻回軸方向の端部に表出するようになる。すなわち、キャパシタ素子１の一方の端部には集電体露出部２ｂのみが露出し、他方の端部には集電体露出部３ｂのみが露出した構成になるものである。

また、上記正極２、負極３にはリード線５、６がそれぞれ接続されている。本実施例のリード線５、６は、図３（ａ）、（ｂ）のように、アルミニウム線からなる円柱状の密栓部５ｂ、６ｂの一端を偏平加工することによって電極接続部５ａ、６ａを設けると共に、上記密栓部５ｂ、６ｂの他端側に銅下地錫引き鉄線（一般にＣＰ線と呼ばれている）からなる外部接続線５ｃ、６ｃを溶接することによって構成されており、上記電極接続部５ａ、６ａを正極２、負極３を構成する集電体２ａ、３ａに溶接、かしめ等によって接続しているものである。なお、この接続部分は分極性電極層２ｃを部分的に除去して集電体２ａが露出した状態で行うことにより、接続抵抗の低減や、接続強度の安定化が図れるために好ましい。そして、本実施例のリード線５、６は、外部接続線５ｃ、６ｃがそれぞれ、集電体露出部２ｂ形成方向と同方向、集電体露出部３ｂ形成方向の逆方向に表出するように構成されている。これは、外装体７内において集電体露出部２ｂが外装体７の開口部近傍に配置されるためである。また、リード線５、６を封口ゴム８に挿入した際は、密栓部５ｂ、６ｂが封口ゴム８に設けられた貫通孔である一対のリード線挿入孔（図示なし）内に位置するように挿入される。これにより、太く形成された密栓部５ｂ、６ｂが貫通孔を充填することになるため、このリード線挿入孔を封止することができる。そして、これら密栓部５ｂ、６ｂと一端を接続した、外部接続線５ｃ、６ｃが封口ゴム８から表出する構成となる。

また、本実施例のリード線５、６は、集電体２ａ、３ａとそれぞれ接続して固定する場合、その接続箇所のうち少なくとも１箇所を集電体露出部２ｂ、３ｂ上に形成した構成や、少なくとも集電体露出部２ｂ、３ｂ上に接続箇所を形成し、分極性電極層２ｃ、３ｃの形成部分に直接、かしめなどを行った構成でもよい。

これにより、少なくとも、集電体露出部２ｂ、３ｂ上にて電気的な接続が行われているため、分極性電極層２ｃ、３ｃを除去する工程が必ずしも必要とはならなくなり、生産性が高まる。

また、この負極３に接続されたリード線６は、図３（ｃ）に示すように、セパレータ４を介して正極２と重ね合わせた際に、正極２の集電体露出部２ｂと接触して短絡する恐れがある。これを防止するために、負極３に接続されたリード線６の正極２の集電体露出部２ｂと接する部分に絶縁処理を施すことが好ましい。具体的には、絶縁樹脂を塗布（図示せず）したり、絶縁テープ（図示せず）を貼り付けたりする構成が好ましい。また、キャパシタ素子１の底面（本実施例の集電体露出部３ｂ）と外装体７の内底面とが接触して外装体７へ電流が流れることを抑制するために、キャパシタ素子１と外装体７の内面の間に絶縁材を介在させてもよい。

外装体７は、加工性に優れることから例えばアルミニウム製の有底円筒状の金属ケースを用いる。この外装体７の外底面上には、防爆用の弁７ａが設けられている。

封口ゴム８は、上記キャパシタ素子１から引き出されたリード線５、６が挿通する孔が設けられており、この孔に一対のリード線５、６を挿通し、上記外装体７の開口部に嵌め込んだ後、外装体７の開口部近傍の外周面を横絞り加工（横絞り部７ｂ）すると共に、外装体７の開口端をカーリング加工（カーリング部７ｃ）することにより封口ゴム８を圧縮して外装体７の封止を行うようにしているものである。なお、本実施例においては、上記封口ゴム８の材料としてイソブチレンイソプレンゴム（ＩＩＲ）を用いたものであり、このＩＩＲは電解液は透過しないが、キャパシタ内部で発生したガスを外部へ逃がすことができるために好ましいものである。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、同様の特性を有したエチレンプロピレンターポリマー（ＥＰＴ）や、イソブチレンイソプレンゴム（ＩＩＲ）とエチレンプロピレンターポリマー（ＥＰＴ）の混合品を用いたものでもよい。

そして、本実施例のキャパシタでは、キャパシタ素子１の各端面に露出した正極２（集電体露出部２ｂ）と負極３（集電体露出部３ｂ）には、溶接加工（または押し潰し（スエッジ）加工でも良い）を施すことにより、キャパシタ素子１の中心から外周に向かって積層状態に密接した電極どうしを電気的に接続した電極加工部１ａを設けた（図２（ａ）、（ｂ）参照）構成としているものである。このような電極加工部１ａを素子１の両端面に設けることにより、長尺の集電体２ａ、３ａのあらゆる箇所からリード線５、６まで巻回方向に沿ってうすい集電体箔内を移動して集電する必要がなくなり、集電距離が短縮されるため、各電極（正極２、負極３）の抵抗を大幅に低減して大電流化、大容量化を図ることができる。

この効果について図４、図５を用いて更に詳しく説明する。

図４（ａ）は、電極内における電流分布のシミュレーションに使用した本発明の実施例１におけるキャパシタ素子に使用される電極の平面図であり、図４（ｂ）は、同シミュレーションに使用した比較例のキャパシタ素子に使用した電極の平面図である。

図４（ａ）のように、本実施例の正極２にリード線５が接続されると共に、集電体露出部２ｂの表面側には電極加工部１ａを構成する複数の溶接痕２ｄが形成されている。これに対して、図４（ｂ）のように、比較例は溶接痕２ｄが設けられておらず、正極２にリード線５が接続されたのみの構成のものである。

図５は、本実施例によるキャパシタの素子を構成する電極に分散して流れる電流分布をシミュレーションした結果を従来品と比較して示した電流分布図である。

図５において、横軸は電極箔の長さを示し、縦軸は電極箔に流れる電流の大きさを示しており、電極箔の長さ方向における複数の位置で流れる電流の大きさを求めたものである。この電流分布図から明らかなように、比較例の電極はリード線５が接続された部分の正極２に最も大きな電流が集中して流れ、このポイントから遠ざかるに連れて流れる電流はゼロに近づく。これに対して本実施例では、キャパシタ素子１の端面の一部を溶接して集電体２ａどうしを電気的に接続した電極加工部１ａ（溶接痕２ｄ）を設けているために、リード線５が接続された箇所に最も大きな電流が集中して流れるようなことはなく、正極２全体に亘って分散された小さな電流が流れるようになるものである。

図６は電極加工部１ａの大きさ（溶接痕２ｄの数）による抵抗値の変化をシミュレーションした結果を示した説明図である。実施例のキャパシタ素子１のうち、巻回されたキャパシタ素子１の端部の径方向のうち２方向（２箇所）の直線状の電極加工部１ａを形成した場合に形成される数だけの複数の溶接痕２ｄを有するもの、径方向のうち１方向の直線状の電極加工部１ａを形成した場合のもの、径方向のうち１方向であり、断続的な直線状の電極加工部１ａを形成した場合のもの、比較例として電極加工部１ａがない場合のものの４種のキャパシタ素子を用いてシミュレーションをした。集電体２ａの長さを８０ｃｍとした。この結果から、比較例のキャパシタ素子の抵抗値が１３．４１ｍΩであるのに対して、本実施例の電極加工部１ａを設けたものは２．７６〜３．１０ｍΩと極めて低くなることが分かるものであり、電極加工部１ａの大きさが大きくなるに伴って抵抗値が低くなるものの、所定の大きさ以上の電極加工部１ａを設けることによって低抵抗化を実現することができるものである。

従って、本発明によるキャパシタによれば、キャパシタ素子１の巻回軸方向の両端面に電極加工部１ａを設けることによって低抵抗化を実現することができるようになり、これにより、簡単な構成で大電流化、大容量化を図ることができるという格別の効果を奏するものである。

このように構成された本実施例によるキャパシタは、一対のリード線５、６が同方向に引き出されたキャパシタ素子１の各端面に露出した正極２と負極３に溶接加工を施すことにより、キャパシタ素子１の中心から外周に向かって積層状態に密接した電極２、３どうしを電気的に接続した電極加工部１ａを設けた構成により、電極２、３のリード線５、６が接続された部分のみに電流が集中することがなくなり、電流を電極２、３全体に分散することができるようになるために、各電極２、３の抵抗を大幅に低減して大電流化、大容量化を図ることができるという格別の効果を奏するものである。

また、本実施例のキャパシタ素子１に設けた電極加工部１ａは、集電体露出部２ｂ、３ｂに形成されるが、この集電体露出部２ｂ、３ｂを屈曲させてキャパシタ素子１の端面に屈曲部（図示なし）を形成し、キャパシタ素子１の端部上に表出した集電体露出部２ｂ、３ｂの平板部分に溶接痕２ｄを設けた構成であってもよい。これにより、直立した集電体露出部２ｂ、３ｂのエッジ部分のみに溶接痕２ｄ、３ｄを形成する構成に比べて溶接痕２ｄ、３ｄの形成が可能となる面積が増えるため、電極加工部１ａにおいてより集電体露出部どうしの接続抵抗を低減できるため好ましい。この屈曲部を形成する際に、キャパシタ素子１の巻回軸に対して、遠ざかるように、集電体露出部２ｂ、３ｂを屈曲することが好ましい。これは、集電体露出部２ｂ、３ｂが屈曲した際に、一方の集電体露出部内において、しわのように折り重なった部分が形成されることを防ぎ、屈曲部を形成した際に重なり合う箔の枚数の制御が容易になるためである。また、本実施例において、一方のキャパシタ素子１の端部における屈曲部の形成面積は、端部の屈曲部未形成部分の面積より、小さくなるように、形成することが好ましい。これにより、屈曲部と異極を引き出すリード線とが接触して短絡することを抑制することができる。端部の面積は、キャパシタ素子１の最外周に位置する集電体箔の端辺を外形としたときの外形内に囲われた部分の面積とする。そして、屈曲部はキャパシタ素子の端部において、巻回軸を中心として径方向に向かって直線的に形成されることが好ましい。これにより、少ない屈曲部の形成面積によって、効率的に集電距離を縮めることができる。また、この屈曲部において、溶接時の孔あき抑制と、低背化のために、径方向に直線的に展開されて形成された屈曲部は、この屈曲部上に電極加工部１ａを形成しようとした際に、集電体露出部どうしが重なり合って溶接接合した部分が、一つの屈曲部の中で複数箇所設けられるよう形成することが好ましい。この構成により、孔あきを防げる程度の集電体露出部どうしの重なり枚数を確保しながら、集電体露出部の幅が大きくなることによって、キャパシタ素子１全体が、高背化することを抑制することができる。

また、ＩＩＲからなる封口ゴム８を用い、この封口ゴム８によってキャパシタ内部で発生したガスを外部へ逃がすようにしているために、ガス透過膜をつかった圧力調整弁を使用しなくても良くなり、これによってキャパシタを横置きや逆さまに配置したりすることができるようになるため、このキャパシタを複数個接続してキャパシタモジュールを作製する場合に、被装着機器に対するキャパシタの取り付け自由度を大きく向上させることができる。また、本実施例では、リード線５、６を同方向に引き出し、一つの外装体７の開口部から引き出した構成であったが、これに限定されず、リード線５、６が逆方向に引き出された構成であってもよい。

本実施例の分極性電極層２ｃ、３ｃは活性炭を主に構成されたものが好ましく、電解液は、溶質にイミダゾリウム塩、４級アンモニウム塩、溶媒にカーボネート類、ラクトン類などが好ましい。

なお、本実施例のキャパシタは、上記キャパシタ素子１の各端面に露出した正極２の集電体露出部２ｂと負極３の集電体露出部３ｂの両方に電極加工部１ａを設けた構成であるが、本発明はこの構成に限定されず、正極２または負極３少なくとも一方に上記電極加工部１ａが設けられていれば、本発明の効果を得られる。

また、本実施例においては、本発明によるキャパシタの一例として、電気二重層キャパシタを例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、アルミニウム箔からなる集電体上に活性炭を主体とした分極性電極層を形成した正極と、銅箔からなる集電体上に炭素材料を主体とした分極性電極層を形成した負極を用いて素子を形成すると共に、リチウムイオンを含む有機系電解液を用いた構成の電気化学キャパシタと呼ばれるキャパシタであっても良いものであり、この場合でも同様の効果を得ることができるものである。

次に、図面を用いながら、本発明の実施例２の構成について説明するが、本発明の内容は以下の実施例の構成に限定されない。なお、本実施例では、他の実施例と異なる部分を優先的に説明する。そのため、他の実施例と同じものが使用できる構成部材は、他の実施例の構成部材と同じ番号を付与する。そして、説明を省略した構成要素についても、他の実施例のものが使用できることとする。

図７は本実施例２のキャパシタの構成を示した正面断面図であり、図８は、本実施例のキャパシタに使用されるキャパシタ素子１とリード部材を示した上部側からの斜視図であり、図９（ａ）は、本実施例のキャパシタ素子１に使用される正極とリード部材の構成を部分的に抜粋して示した平面図であり、図９（ｂ）は、同キャパシタ素子に使用される負極とリード部材を部分的に抜粋して示した平面図である。

図７〜図９のように、本実施例のキャパシタは、実施例１と同様に、正極２、負極３、セパレータ４をともに巻回したキャパシタ素子１と、このキャパシタ素子１とともに電解液を収容した外装体１７と、この外装体１７の開口部を封止した封口板１８と、この封口板１８に設けられた導電性の端子１９、２０と、キャパシタ素子１の正極２、負極３とそれぞれ接続して端子１９、２０にそれぞれ電気的に接続したリード部材であるリード板１５、１６と、封口板１８に設けられた貫通孔を塞ぐゴム栓２２と、封口板１８と外装体１７の間に介在した封口ゴム２１から構成されている。本実施例もキャパシタ素子１の各端面（集電体露出部２ｂ、３ｂ）の一部をレーザー溶接することにより、密接する電極どうしを電気的に接続した電極加工部１ａを設けた構成である。

本実施例のキャパシタに使用されるリード板１５、１６は、アルミニウム等の金属箔を短冊状に切断することによって形成されたものであり、このリード板５を正極２の集電体２ａに、リード板１６を負極３の集電体３ａに、それぞれ超音波溶接によって接続しているものである。なお、これら集電体２ａ、３ａとリード板１５、１６の接続部分は、分極性電極層２ｃ、３ｃを部分的に除去して集電体２ａ、３ａが露出した状態で行うことにより、接続抵抗の低減や、接続強度の安定化を図れるため好ましい。

外装体１７はアルミニウム製の有底円筒状の金属ケースである。この外装体１７は、封口板１８を外装体１７の開口部上で固定するために形成された横絞り部１７ｂを有する。この横絞り部１７ｂは、外装体１７の側周面の外周から内周に向かって突出するように形成され、封口板１８の底面の直下に設けられる。

封口板１８は、フェノール樹脂等から構成される。端子１９、２０はこの封口板１８にそれぞれ植設された一対の端子であり、この端子１９、２０の一端（封口板１８の上面側に位置する部分）には雌ネジが設けられると共に、他端側（封口板１８の底面側で、外装体１７内に位置する部分）にはキャパシタ素子１から導出されたリード板１５、１６を夫々かしめ加工することによって電気的に接続するようにしているものである。

封口ゴム２１は、リング状に形成されて上記封口板１８の上面周縁に配設され、上記外装体１７の開口端をカーリング加工（カーリング部１７ｃ）することにより圧縮されて封口板１８を付勢し、これにより外装体１７の開口部を封止するようにしているものである。

ゴム栓２２は上記封口板１８に設けられた貫通孔に圧入されているものである。このゴム栓２２はキャパシタ内部で発生したガスの一部を外部へ逃がすと共に、上記ガスを外部へ逃がしきれない状態になった時には、キャパシタ内部のガス圧によって抜けて外れるように構成されたものである。従って、本実施例においてはこのゴム栓２２の材料としてイソブチレンイソプレンゴム（ＩＩＲ）を用いたものであり、このＩＩＲは、電解液は透過しないが、キャパシタ内部で発生したガスを外部へ逃がすことができるために好ましいものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、同様の特性を有したエチレンプロピレンターポリマー（ＥＰＴ）や、イソブチレンイソプレンゴム（ＩＩＲ）とエチレンプロピレンターポリマー（ＥＰＴ）の混合品を用いたものでもよい。但し、上記ゴム栓２２は必要不可欠な部品ではなく、外装体１７の底面等に圧力弁（安全弁または防爆弁とも呼ばれている）を設けることによってキャパシタ内部で発生したガスを外部へ逃がす構成でもよい。

本実施例においても、実施例１と同様に、電極加工部１ａの状態の変化に伴うキャパシタの内部抵抗のシミュレーションを行った。

本実施例のキャパシタ素子１のうち、巻回されたキャパシタ素子１の端部の径方向のうち２方向（２箇所）の直線状の電極加工部１ａを形成した場合に形成される数だけの複数の溶接痕２ｄを有するもの、径方向のうち１方向の直線状の電極加工部１ａを形成した場合のもの、比較例として電極加工部１ａがない場合のものの３種のキャパシタ素子を用いて行った。集電体２ａの長さを２５０ｃｍとし、分極性電極層２ｃの幅Ｗを１１７ｍｍとしたものである。この結果から明らかなように、電極加工部１ａを設けない従来品の抵抗値が３．０２ｍΩであるのに対して、本発明による電極加工部１ａを設けたものは０．５４〜１．０４ｍΩと極めて低くなることが分かるものであり、電極加工部１ａの大きさが大きくなるに伴って抵抗値が低くなるものの、所定の大きさ以上の電極加工部１ａを設けることによって低抵抗化を実現することができるものである。

従って、本実施例のキャパシタの構成でも、実施例１と同様に、低抵抗化を実現することができるようになり、これにより、簡単な構成で大電流化、大容量化を図ることができることがわかる。

図１０は、本実施例のキャパシタに使用される別の構成のキャパシタ素子１を示した上部側からの斜視図である。

図１０のように、本実施例のキャパシタは、リード板１５、１６がそれぞれ一つずつではなく、それぞれ複数のリード板１５、１６を各電極に接続した構成であってもよい。この構成により、リード板１５、１６が一つずつ設けられた構成に比べて、増設したリード板の数だけ各電極との接続箇所が増え、結果的に接続面積を増やすことができるため、さらに低抵抗にすることができる。

また、本実施例においては、本発明によるキャパシタの一例として、図７に示すような構成のキャパシタ、すなわち、雌ネジを有した端子１９、２０を植設した封口板１８を用いた、ネジ端子タイプと呼ばれるキャパシタを例にして説明したが、本実施例はこれに限定されるものではない。ゴムと樹脂板を積層して一体化した封口部材に一対の金属リベットを貫通し、この一対の金属リベットの一端（封口部材上側）に一対の外部接続端子を接続した封口部材を用いた、基板自立形タイプと呼ばれるキャパシタであっても良い。また、本実施例のリード板１５、１６は、正極２、負極３と接続するために、その一端を集電体露出部２ｂ、３ｂにおいてのみに当接させて接続してもよい。

以下、図面を用いながら、本発明の実施例３について説明するが、本発明の内容は、以下の実施例の構成に限定されない。なお、本実施例では、他の実施例と異なる部分を優先的に説明する。そのため、他の実施例と同じものが使用できる構成部材は、他の実施例の構成部材と同じ番号を付与する。そして、説明を省略した構成要素についても、他の実施例のものが使用できることとする。

図１１は本実施例３によるキャパシタの構成を示した正面断面図であり、図１２は同キャパシタに使用されるリード部材とキャパシタ素子１の構成を示した上部側からの斜視図であり、図１３は同キャパシタに使用されるリード部材の構成を部分的に抜粋して示した上部側からの斜視図である。

図１１〜図１３のように、本実施例のキャパシタは、実施例１と同様に正極２、負極３、セパレータ４をともに巻回したキャパシタ素子１と、このキャパシタ素子１を電解液とともに収容した外装体７と、この外装体７の開口部を封止する封口ゴム８と、正極２、負極３とそれぞれ電気的に接続し、封口ゴム８を通って外装体７の外部へ表出した一対のリード部材から構成されている。そして、本実施例もキャパシタ素子１の各端面（集電体露出部２ｂ、３ｂ）の一部をレーザー溶接することにより、密接する電極どうしを電気的に接続した電極加工部１ａを設けた構成である。

本実施例の一対のリード部材は、正極２と接続するリード板３５、３６とこれらリード板３５、３６のキャパシタ素子１から表出した一端とそれぞれ接続したリード線４２、４３から構成されている。これら一対のリード部材は、互いにキャパシタ素子１から同方向にリード板３５、３６が表出している。そして、上記リード線４２、４３が封口ゴム８に設けられた一対の貫通孔に挿入することにより、リード線４２、４３の一端を外装体７の外部へ表出させている。

リード板３５、３６は、実施例２と同様に、集電体２ａ、３ａへ冷間圧接や超音波溶接などによって一端を接続し、他端をキャパシタ素子１の外部へ表出させている。

リード線４２、４３は、それぞれ、リード板３５、３６が接続されている。

これらリード線４２、４３は、銅下地錫引き鉄線（一般にＣＰ線と呼ばれている）または銅線からなる外部接続線４２ｃ、４３ｃと、アルミニウム製のリベット４２ｂ、４３ｂから構成されており、外部接続線４２ｃ、４３ｃをリベット４２ｂ、４３ｂに溶接することによって構成されているものである。そして、このように構成されたリード線４２、４３のリベット４２ｂ、４３ｂの底面側をリード板３５、３６に当接し、超音波溶接やレーザー溶接等によって機械的、かつ、電気的に接続している。

本実施例も、実施例１と同様に、電極加工部１ａの大きさ（溶接痕２ｄの数）による抵抗値の変化のシミュレーションを行った。実施例のキャパシタ素子１のうち、巻回されたキャパシタ素子１の端部の径方向のうち２方向（２箇所）の直線状の電極加工部１ａを形成した場合に形成される数だけの溶接痕２ｄを有するもの、径方向のうち１方向の直線状の電極加工部１ａを形成した場合のもの、比較例として電極加工部１ａがない場合のものの３種のキャパシタ素子を用いて行った。集電体２ａの長さを２５０ｃｍとし、分極性電極層２ｃの幅Ｗを１１７ｍｍとしたものである。この結果から明らかなように、電極加工部１ａを設けない比較例キャパシタ素子の抵抗値が３．０２ｍΩであるのに対して、本実施例による電極加工部１ａを設けたものは０．５４〜１．０４ｍΩと極めて低くなることが分かるものであり、電極加工部１ａの大きさが大きくなるに伴って抵抗値が低くなるものの、所定の大きさ以上の電極加工部１ａを設けることによって低抵抗化を実現することができるものである。

従って、本実施例のキャパシタも、実施例１のキャパシタと同様に、低抵抗化を実現することができるようになり、これにより、簡単な構成で大電流化、大容量化を図ることができるという格別の効果を奏するものである。

また、本実施例のキャパシタも実施例２と同様に、リード線４２、４３に接続するリード板３５、３６はそれぞれ一つずつに限定されない。リード板３５、３６を複数個設け、リード板３５、３６の束をそれぞれ、リード線４２、４３に接続しても良い。

また、本実施例のキャパシタも、リード板３５、３６がそれぞれ、集電体露出部２ｂ、３ｂのみに当接するとともに電気的に接続した構成であってもよい。

以下、図面を用いながら、本発明の実施例４および本発明の特に請求項８、９に記載の発明について説明するが本発明の内容は以下の実施例の構成に限定されない。

図１４は、本実施例４のキャパシタの構成を示した正面断面図である。

図１４のように、本実施例のキャパシタは、実施例１のリード線５、６に代わって、リード線５５、５６を正極２、負極３へそれぞれ接続させ、電極を引き出す構成である。

図１５（ａ）は本実施例におけるキャパシタに使用される一方のリード部材であるリード線５５を示した平面図であり、図１５（ｂ）は同リード線５５を示した正面図である。図１６（ａ）は本実施例のリード線５５のキャパシタ素子１と接続した状態を示した平面図であり、図１６（ｂ）は同リード線５５のキャパシタ素子１と接続した状態を示した右側面図である。図１７（ａ）は本実施例におけるキャパシタに使用される他方のリード部材であるリード線５６を示した平面図であり、図１７（ｂ）は同リード線５６を示した正面図である。図１８（ａ）は本実施例のリード線５６のキャパシタ素子１と接続した状態を示した平面図であり、図１８（ｂ）は同リード線５６のキャパシタ素子１と接続した状態を示した左側面図である。

図１５〜１８のように、本実施例のリード線５５、５６は、実施例１のリード線５、６と同様に、電極接続部５５ａ、５６ａ、密栓部５５ｂ、５６ｂ、外部接続線５５ｃ、５６ｃを有している。そしてさらに、本実施例のリード線５５、５６は、電極接続部５５ａ、５６ａとは別に、リード線５５に、第２電極接続部５５ｄ、５５ｅが、リード線５６に第２電極接続部５６ｄ、５６ｅがそれぞれ設けられている。 図１５（ｂ）、図１７（ｂ）のように、これら第２電極接続部５５ｄ、５５ｅ、５６ｄ、５６ｅは、それぞれ、電極接続部５５ａ、５６ａの一端から延出するとともに、電極接続部５５ａ、５６ａと第２電極接続部５５ｄ、５５ｅ、５６ｄ、５６ｅが一体の平板として構成されている。これら第２電極接続部５５ｄ、５５ｅ、５６ｄ、５６ｅは、図１６、図１８のように、キャパシタ素子１と接続する際に、電極接続部５５ａ、５６ａから延出した開始点から折り曲がり、電極接続部５５ａ、５６ａの平面に対して、垂直方向に延出するように構成される。このように、垂直に延出することにより、第２電極接続部５５ｄ、５５ｅ、５６ｄ、５６ｅは、平板部分において、キャパシタ素子１の端部を形成する集電体露出部２ｂ、３ｂとそれぞれ当接できるようになる。本実施例の第２電極接続部５５ｄ、５５ｅは、互いに逆方向に折れ曲がり、第２電極接続部５６ｄ、５６ｅも互いに逆方向に折れ曲がっている。

これら第２電極接続部５５ｄ、５５ｅ、５６ｄ、５６ｅが集電体露出部２ｂ、３ｂと当接した状態で、第２電極接続部５５ｄ、５５ｅ、５６ｄ、５６ｅを外部からレーザー溶接することにより、第２電極接続部５５ｄ、５５ｅ、５６ｄ、５６ｅと集電体露出部２ｂ、３ｂとを、それぞれ溶接接続させることができ、キャパシタ素子１とリード線５５、５６の間の抵抗を低減することができる。なお、本実施例の第２電極接続部５５ｄ、５５ｅ、５６ｄ、５６ｅは、電極接続部５５ａ、５６ａと一体の平板として構成している。これは、密栓部５５ｂ、５６ｂからプレスにより平板状の電極接続部５５ａ、５６ａを形成する際に、同時に、第２電極接続部５５ｄ、５５ｅ、５６ｄ、５６ｅを形成できるため、生産性の観点から好ましい。また、電極接続部５５ａ、５６ａと第２電極接続部５５ｄ、５５ｅ、５６ｄ、５６ｅの間に設けられている切り込みは、電極接続部５５ａの上端、電極接続部５６ａの下端近傍を残すように形成されることが好ましい。この構成により、第２電極接続部５５ｄ、５５ｅ、５６ｄ、５６ｅを折り曲げて各端面に当接させようとしたとき、折り曲げに対する、第２電極接続部５５ｄ、５５ｅ、５６ｄ、５６ｅからの反力が、端面に向かう方向に作用するため、溶接接続した際に、接続界面へのストレスを低減させることができる。

本実施例のリード線５５、５６は、密栓部５５ｂ、５６ｂや外部接続線５５ｃ、５６ｃから延出して形成されていてもよい。

図１９（ａ）は本実施例におけるキャパシタに使用される別の構成のリード線６６を示した平面図であり、図１９（ｂ）は同別の構成のリード線６６を示した正面図である。図２０（ａ）は、本実施例におけるキャパシタに使用される別の構成のリード線６６のキャパシタ素子１と接続した状態を示した平面図であり、図２０（ｂ）は同別の構成のリード線６６のキャパシタ素子１と接続した状態を示した右側面図である。

図１９、図２０のように、本実施例のリード部材は、別の構成として、リード線６６は特にキャパシタ素子１の外装体７の底面と対向する端面と接続する場合、言い換えれば、外部接続線６６ｃが表出しない方向に位置する端部と当接する場合、上記第２電極接続部５６ｄ、５６ｅのように、電極接続部５６ａの両側に設けられた構成に限定されず、電極接続部６６ａの下端で接続し、折れ曲がって延出した第２電極接続部６６ｄであってもよい。

以下、図面を用いながら、本発明の実施例５および請求項１１に記載の発明について説明するが本発明の内容は以下の実施例の構成に限定されない。

図２１（ａ）は本発明の実施例５におけるキャパシタに使用される正極を部分的に抜粋して示した平面図、図２１（ｂ）は同キャパシタに使用される正極を部分的に抜粋して示した平面図である。

本実施例のキャパシタは、実施例１のキャパシタに使用されるリード線５、６に代わり、リード線７５、７６を設けている。

リード線７５、７６は、電極接続部７５ａ、７６ａの一端から、一体または電気的に接続した導電性材料からなる平板状の延出部７５ｄ、７６ｄが形成され、これら延出部７５ｄ、７６ｄのそれぞれの一端辺は、それぞれ接続した電極の集電体露出部２ｂ、３ｂとともに、溶接接合されて溶接痕２ｄ、３ｄを形成しながら、電極加工部１ａを形成した構成である。

延出部７５ｄ、７６ｄを用いて溶接痕２ｄ、３ｄを形成するために、延出部７５ｄ、７６ｄの端辺は、集電体露出部２ｂ、３ｂの端辺と面一であることが好ましい。しかし、本発明は、面一であることに限定されず、多少の高低差があってもよい。

これにより、リード線７５、７６も、電極加工部１ａとともに溶接接合できるため、キャパシタ素子１とリード線７５、７６の界面における接続抵抗を低減することができる。

また、外部接続線（図示なし）が表出しない側のキャパシタ素子１の端面を接続するリード線７６は、延出部７６ｄを設けなくても、集電体露出部３ｂ端辺まで電極接続部７６ａの一端を延出させて、その端辺に溶接痕３ｄを形成することにより、電極加工部１ａと溶接接続した構成でもよい。

本実施例６は、上記実施例１で図１〜図５を用いて説明したキャパシタを複数個並列接続することにより一体化してキャパシタモジュールを構成したものであり、このキャパシタモジュールに用いるキャパシタの構成は実施例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２２（ａ）、（ｂ）は本発明の実施例６によるキャパシタモジュールの構成を示した平面図と正面図であり、図２２において本実施例のキャパシタモジュール８０は、上記実施例１のキャパシタである複数のキャパシタ８３と、このキャパシタ８３のリード線５、６と接続し、キャパシタ８３どうしの接続を担う配線基板８２と、これら複数のキャパシタ８３を収容するモジュールケース８１から構成されている。なお本実施例においては、上記キャパシタ８３を６個並列接続した例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、２個以上を並列接続するようにすれば、何個であっても構わないものである。

配線基板８２には、配線パターン（図示なし）が設けられており、この配線基板８２にキャパシタ８３に設けられたリード線５とリード線６を半田付けすることにより、６個のキャパシタ８３を並列接続したものである。

このように構成された本実施例によるキャパシタモジュール８０は、上記実施例１におけるキャパシタをキャパシタ８３として用い、このキャパシタ８３により得られる効果を最大限に発揮し、キャパシタモジュール８０を構成することにより、大電流化、大容量化を実現し、キャパシタモジュール８０の小型軽量化とコストダウンを同時に図り、かつ、キャパシタ８３を横置きや逆さまに配置したキャパシタモジュールの構成も自由に行う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、本実施例においては、６個のキャパシタ８３を並列接続することによってキャパシタモジュール８０を構成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、２個以上のキャパシタ８３を直列接続することや、あるいは並列接続と直列接続を組み合わせて本実施例のキャパシタモジュール８０を構成することも可能であることは言うまでもない。そのとき、接続を変更する手段として、例えば配線基板８２の配線パターンを変更することなどが挙げられる。

更にまた、このように構成されたキャパシタモジュール８０を複数個直列接続（あるいは並列接続）することにより一体化してキャパシタモジュールを作製することもできるものであり、このようにすることにより、キャパシタモジュールの大容量化を容易に図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及びこれを用いたキャパシタモジュールは、大電流化、大容量化を図ることができるという効果を有し、特に、ハイブリッド自動車を始めとする自動車用の分野等として有用である。

１ キャパシタ素子
１ａ 電極加工部
２ 正極
２ａ、３ａ 集電体
２ｂ、３ｂ 集電体露出部
２ｃ、３ｃ 分極性電極層
２ｄ、３ｄ 溶接痕
３ 負極
４ セパレータ
５、６、４２、４３、５５、５６、７５、７６ リード線
５ａ、６ａ、５５ａ、５６ａ、７５ａ、７６ａ 電極接続部
５ｂ、６ｂ 密栓部
５ｃ、６ｃ、４２ｃ、４３ｃ 外部接続線
７、１７ 外装体
７ａ 弁
７ｂ、１７ｂ 横絞り部
７ｃ、１７ｃ カーリング部
８、２１ 封口ゴム
９ キャパシタ
１５、１６、３５、３６ リード板
１８ 封口板
１９、２０ 端子
２２ ゴム栓
４２ｂ、４３ｂ リベット
５５ｄ、５５ｅ、５６ｄ、５６ｅ 第２電極接続部
７５ｄ、７６ｄ 延出部
８０ キャパシタモジュール
８１ モジュールケース
８２ 配線基板
８３ キャパシタ

Claims (13)

1. シート状の正極および負極を一対の電極として対向させ、これら対向する一対の電極の間にセパレータを介在させた状態で巻回されたキャパシタ素子と、
   このキャパシタ素子を電解液とともに収容する外装体と、
   前記キャパシタ素子のそれぞれ一方の電極と接続し前記外装体の外部へ電極を引き出す一対のリード部材を備えたキャパシタであり、
   前記一対の電極は、それぞれ、シート状で導電性をもった集電体と、この集電体の表面に形成された電極層と、前記集電体の一端辺に設けた前記電極層が未形成である集電体露出部を有するとともに、この集電体露出部が互いに逆方向に突出するようにずれて対向した状態で巻回されており、巻回された前記キャパシタ素子の対向する端部にそれぞれ位置する前記一対の集電体露出部のうち少なくとも一方の集電体露出部の一部どうしを溶接接合したキャパシタ。
2. 巻回された前記キャパシタ素子において、前記集電体露出部の一部にこの集電体露出部を屈曲させた屈曲部を設け、この屈曲部はこの屈曲部の一部と一部どうしを溶接接合した請求項１に記載のキャパシタ。
3. 前記屈曲部は巻回された前記キャパシタ素子の端部の径方向に屈曲して形成され、これら屈曲部を電気的に接続する溶接痕は前記キャパシタ素子の端部の径方向に向かって形成された請求項２に記載のキャパシタ。
4. 前記キャパシタ素子の端部の径方向に屈曲する前記屈曲部は、前記キャパシタ素子の巻回軸から遠ざかる方向に屈曲して形成された請求項３に記載のキャパシタ。
5. 前記集電体露出部は、それぞれ前記キャパシタ素子の巻回軸方向の端部を構成し、前記屈曲部の形成面積は、前記キャパシタ素子の巻回軸方向の端部の面積のうち前記屈曲部を形成した面積を除いた部分の面積より小さい請求項２に記載のキャパシタ。
6. 前記一対のリード部材のうち少なくとも一方は、接続した電極の集電体露出部において当接するともに電気的に接続した請求項１に記載のキャパシタ。
7. 前記集電体露出部の一部と一部どうしと電気的に接続した導電部材から構成された集電補助部材を設けた請求項１に記載のキャパシタ。
8. 前記一対のリード部材のうち少なくとも一方のリード部材は、前記一方の電極と接続した電極接続部と、この電極接続部と電気的に接続して前記外装体の外部に表出した外部表出部とを少なくとも備え、前記電極接続部は、少なくとも第１の電極接続部と第２の電極接続部から構成され、第１の電極接続部は電気的に接続する一方の電極の集電体と対向し、前記第２の電極接続部は前記第１の電極接続部と接続し、前記一方の電極の集電体露出部と接続した請求項１に記載のキャパシタ。
9. 前記第２の電極接続部は、その一端が前記外部表出部または前記第１の電極接続部と接続し、この接続部分には折り曲げ部が形成された請求項８に記載のキャパシタ。
10. 前記一対のリード部材は、互いに前記キャパシタ素子の前記集電体露出部から構成された一方の端部から表出し、前記一対の電極のうち、この一方の端部を構成する集電体露出部を有する一方の電極と異なる他方の電極と接続したリード部材は、前記一方の電極の集電体露出部と当接または対向する部分に絶縁処理を施した請求項１に記載のキャパシタ。
11. 前記一対のリード部材のうち少なくとも一方は、電気的に接続した集電体露出部の端辺と平行である端辺を有し、このリード部材の端辺が溶接接合された前記集電体露出部とともに溶接接合された請求項１に記載のキャパシタ。
12. 前記外装体の内底面と前記キャパシタ素子との間に絶縁部材を配設した請求項１に記載のキャパシタ。
13. 請求項１に記載のキャパシタを複数個並列接続、または直列接続することにより一体化したキャパシタモジュール。

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