JP2016189393A - キャパシタ - Google Patents

Abstract

【課題】キャパシタ素子側の集電板とバスバーの接続強度を高め、封口体の密封性を強化することにある。【解決手段】キャパシタ素子（２０）に接続された集電板（１２）に備えるバスバー接続部（１４）と、キャパシタ素子（２０）を収納するケース部（４）を封口する封口体（６）と、前記封口体に備えられ、前記バスバー接続部を貫通させる貫通孔（長孔１６）を有するバスバー（８）とを備え、前記貫通孔を貫通した前記バスバー接続部と前記バスバーとの境界近傍が溶接されている。【選択図】図３

Description

本発明はたとえば、電気二重層キャパシタ、電解コンデンサなどのキャパシタの外部端子構造および製造技術に関する。

一般に電気二重層キャパシタ、電解コンデンサなどのキャパシタは電極箔の面積が静電容量を支配しており、小型のものから大型のものまで多種に亘っている。たとえば、ひとつのキャパシタで所望の大容量が得られない場合にはキャパシタの並列化によって実現できるし、ひとつのキャパシタの耐圧で不十分な場合にはキャパシタの直列化を行えばよいことが知られている。したがって、キャパシタの接続形態などで多様な用途に対応可能である。そして、複数のキャパシタを備えるモジュール化や、ひとつのケース内に複数の素子を備えた形態のものが提案され、実用化されている。

斯かるキャパシタに関し、複数のキャパシタ素子を備える電気二重層キャパシタおよびその製造方法が知られている（特許文献１）。

特開２００２−３５３０７８号公報

複数のキャパシタを集合させるモジュール化では単体で使用可能なキャパシタを用いて集合させ、筐体内に収めるなどによりキャパシタモジュールを製品化することが知られている。このようなキャパシタモジュールでは、キャパシタ単体を集合させて単一化するため、キャパシタ側のケースとモジュール化のための筐体が併存することになり、キャパシタの集合数に比例して大型化や重量化するという課題がある。

複数のキャパシタを集合させて各キャパシタを並列化するには、各キャパシタの外部端子にバスバーが備えられる。このようなバスバーは、各キャパシタの外部端子と併設化により端子構造が複雑化する。これを製造工程で見れば、各キャパシタの素子に対する外部端子の接続と、外部端子とバスバーとの接続が必要となり、接続工程が二重となり、ひいてはモジュールの製造に要するコストや製造時間を増加させるという課題がある。

また、複数のキャパシタを併設してバスバーに接続する場合には、バスバーと各キャパシタとの接続の強度は製品の特性や品質に大きく影響する。

そこで、本発明は上記課題に鑑み、キャパシタ素子側の集電板とバスバーの接続強度を高め、封口部の密封性を強化することにある。

上記目的を達成するため、本発明のキャパシタの一側面によればキャパシタ素子に接続された集電板に備えるバスバー接続部と、キャパシタ素子を収納するケース部を封口する封口体と、前記封口体に備えられ前記バスバー接続部を貫通させる貫通孔を有するバスバーとを備え、前記貫通孔を貫通した前記バスバー接続部と前記バスバーとの境界近傍が溶接されていればよい。

上記キャパシタにおいて、前記貫通孔の周囲部に凹部が形成され、この凹部内で前記バスバー接続部と前記バスバーとが溶接されていればよい。

上記キャパシタにおいて、前記凹部内に前記バスバー接続部の溶融金属を滞留させて硬化させればよい。

本発明のキャパシタによれば、次のいずれかの効果が得られる。

(1) バスバーと各キャパシタ素子側の集電板との接続を強化することができる。

(2) レーザー照射によってバスバー接続部の溶融金属がバスバーの貫通孔の周囲部にある凹部に溜まり、凹部内でバスバーと一体化させることができ、バスバーとバスバー接続部の溶接強度を高めることができる。

(3) 凹部内で溶融金属の硬化は、貫通孔を塞ぐので、各キャパシタの外装ケースの気密性を高めることができ、キャパシタの信頼性を高めることができる。

(4) キャパシタ素子側の集電板とバスバーとの溶接接続を以て、封口部の気密性を高めることができる。

一実施の形態に係るキャパシタの分解斜視図である。 封口体におけるバスバーを示す斜視図である。 バスバーと集電板の接続を示す斜視図である。

〔一実施の形態〕

図１は、一実施の形態に係るキャパシタを分解して示している。このキャパシタ２は、本開示のキャパシタの一例であり、斯かる構成に限定されるものではない。

このキャパシタ２は、たとえば一面が開口した有底のケース部４、キャパシタ素子２０、ケース部４の開口部分を封口する封口体６を備える。キャパシタ２は、ケース部４内にキャパシタ素子２０とともに、電解液が封入される。ケース部４および封口体６は、キャパシタ２の外装ケースの一例であり、それぞれ絶縁性樹脂で形成される。

ケース部４には、内部が仕切り壁１３で仕切られており、収納するキャパシタ素子６の数に応じた複数の収納室１５が形成され、各収納室１５にキャパシタ素子２０と電解液が収納される。そのほか、ケース部４には、たとえば封口体６を通じてケース外部に排気を流す排出部を備えてもよく、この排気部と収納室１５とを仕切る仕切り壁１３を形成する。

キャパシタ素子２０はたとえば、電気二重層キャパシタ、電解コンデンサまたはハイブリッドキャパシタのいずれの素子であってもよい。キャパシタ素子２０には一例として一対の分極性電極箔の間にセパレータを介して形成した積層素子であってもよいし、積層された分極性電極箔およびセパレータの巻回素子であってもよい。キャパシタ素子２０には一例として素子端面の形状が扁平である柱状の素子が用いられる。

分極性電極箔にはたとえば、アルミニウム箔を集電極とし、そのアルミニウム箔の両面に活性炭層を形成して分極性電極箔としたものが用いられている。セパレータはたとえば、電解紙である。

キャパシタ素子２０の素子端面には陽極側および陰極側の電極箔の縁部を露出させ、平坦に成形して陽極側および陰極側の電極部２２が形成されており、この電極部２２には集電板１２がレーザー溶接部２４によって接続されている。この集電板１２にはその一部を屈曲させて、封口板６に埋め込まれているバスバー８と接続するバスバー接続部１４が形成されている。この例ではバスバー接続部１４をバスバー８側に向かってたとえば、直立状態で突出させ、バスバー８の貫通孔に貫通させ、バスバー８とバスバー接続部１４の接触近傍をレーザー溶接で接続している。

封口体６は、本発明の封口部材の一例であり、ケース部４の開口部に対して封口面部を係合することで、収納室１５を密封する。またこの封口体６には、たとえばキャパシタ素子２０を連結させるバスバー８がインサート成形により樹脂と一体化されている。バスバー８は導電性を有する金属部材であり、バスバー８以外の封口体６はたとえば、ポリプロピレンやポリフェニレンサルファイドなどの熱可塑性樹脂で形成される。インサート成形には、バスバー８と樹脂との結合力を高めるために、エッチング処理、カップリング剤による化学処理、レーザー処理などの表面処理を行ったバスバー８を用いてもよい。キャパシタ２は、バスバー８が、それぞれ設定された集電板１２と接続することで、キャパシタ素子２０を連結して機能させる。

そのほか、封口体６には、収納室１５内発生するガスを外部に排出させる通気孔３４が形成され、この通気孔３４とつながりガスを外部へ放出する排出口が形成される。通気孔３４は、収納室１５内の電解液を漏液させない手段としてたとえば、気液分離体などで塞いでもよい。さらには封口体６には、各収納室１５の位置に合せて電解液注入孔３５が形成される。各電解液注入孔３５の封口処理は、たとえばキャパシタ組立て処理で行えばよく、電解液を注入したのち、各電解液注入孔３５を封止手段により封止すればよい。

図２は、ケース部４を封口する封口体６の一例を示している。キャパシタ２は、ケース部４に封口体６を設置することにより、各収納室が外部から遮断される。ケース部４と封口体６との接続部分は、たとえば外装側から一定の範囲で溶接される。また、封口体６は、外装側に気密性の樹脂性のシート部材１１−１、１１−２などを貼付し、集電板１２とバスバー８との接合部分や通気孔３４を外気から遮断してもよい。

＜キャパシタの組立工程＞

キャパシタ２の組立工程には、封口体８をケース部４に溶着させる工程（Ｓ１）と、各集電板１２とバスバー８を接続する工程（Ｓ２）と、電解液を注入する工程（Ｓ３）と、シート部材１１−１、１１−２を取り付ける工程（Ｓ４）が含まれる。

封口体６をケース部４に溶着させる工程（Ｓ１）では、封口体６がケース部４に重ねられ、封口体６とケース部４の接触部が加熱される。この加熱により封口体６とケース部４の接触部の樹脂を溶かし、一体化する。このような加熱は、封口体６とケース部４の接触部の全周に渡り行う。

各集電板１２とバスバー８を接続する工程（Ｓ２）では、封口体６の外側から、バスバー８に形成された貫通孔とバスバー接続部１４の境界部にレーザーを照射して、貫通孔とバスバー接続部１４を溶接する。

電解液を注入する工程（Ｓ３）では、電解液を封口体６の電解液注入孔３５から収納室１５に注入し、収納室に収納しているキャパシタ素子２０を含浸させる。

＜バスバー８と集電板１２の接続手段について＞

封口部６にはインサート成形によりバスバー８が一体化され、複数の接続用窓部１０が形成されている。各接続用窓部１０にはバスバー８の一部および集電板１２（図３）のバスバー接続部１４が露出し、各バスバー８とバスバー接続部１４がレーザー溶接によって接続される。つまり、各接続用窓部１０は、バスバー８とバスバー接続部１４のレーザー溶接による接続処理のための開口部である。

図３のＡは、図１からバスバー８の一部および集電板１２のバスバー接続部１４を抜き出して示している。この図３のＡでは、溶接前のバスバー８およびバスバー接続部１４の形状の一例を示している。

バスバー８には、貫通孔の一例として長孔１６が形成され、この長孔１６にバスバー接続部１４が貫通可能である。この長孔１６の周囲部には該長孔１６を包囲して凹部１８が形成されている。

キャパシタ素子２０の素子端面には陽極側または陰極側の電極箔の縁部を露出させ、平坦に成形して電極部２２が形成されており、この電極部２２には集電板１２がレーザー溶接部２４によって接続されている。この集電板１２にはその一部を屈曲させてバスバー８の長孔１６に貫通可能なバスバー接続部１４が形成されている。この例ではバスバー接続部１４をバスバー８側に向かってたとえば、直立状態で突出させ、バスバー８の長孔１６に貫通させている。

図３のＢは、溶接後のバスバー８およびバスバー接続部１４を示している。バスバー８とバスバー接続部１４の溶接には一例としてレーザー照射によるレーザー溶接を用いればよい。この溶接にはたとえば、電子ビームによるビーム溶接を用いてよい。

レーザー溶接を行うと、図３のＢに示すように、バスバー接続部１４が溶融して溶融金属化し、この溶融金属がバスバー８の凹部１８側で溶けた金属と一体化するとともに、その溶融金属が凹部１８内に溜って硬化し、溶接接続部２６が形成される。

このキャパシタ２の製造方法には、次の工程が包含される。そのひとつの工程として、複数のキャパシタ素子２０を収納するケース部４を封口する封口体６に設置されたバスバー８の凹部１８内の貫通孔である長孔１６に集電板２０のバスバー接続部１４を貫通させる。この貫通工程を経た後、長孔１６に貫通させたバスバー接続部１４および凹部１８にレーザー照射によりバスバー接続部１４の溶融金属を凹部１８に滞留させて硬化させる。レーザー照射に代え、電子照射を用いてもよい。

また、バスバー８とバスバー接続部１４との接続工程を経た後、シート部材１１を取り付けてもよい。シート部材１１で溶接接続部２６を覆えば、より密封性を保つことができ、溶接接続部２６を外気と遮断できるので、溶接接続部２６などの劣化を防止できる。

＜一実施の形態の効果＞

(1) バスバー８にバスバー接続部１４を貫通させる長孔１６が形成されているので、ケース部４側にあるキャパシタ素子２０に接続された集電板１２のバスバー接続部１４を長孔１６に挿入させて位置決めさせることができる。

(2) 封口体６には接続用窓部１０が形成され、この接続用窓部１０にバスバー８の凹部１８を露出させることができるので、これをレーザー溶接ターゲットとしてレーザー照射の位置決めができ、溶接部分に的確にレーザー照射を行うことができる。

(3) レーザー照射によって生じる溶融金属を凹部１８内に滞留させることができ、この凹部１８内で溶融金属によりバスバー８とバスバー接続部１４を強固に溶着させることができる。これにより、溶接強度を高めることができる。バスバー８とバスバー接続部１４の溶接接続部２６の堅牢化を図ることができる。

(4) バスバー８側の貫通孔の一例である長孔１６をバスバー接続部１４の溶融金属で貫通しているバスバー接続部１４とともに塞ぐことができ、封口体６の密封性を高めることができる。キャパシタ２の信頼性向上に寄与する。

(5) バスバー８とバスバー接続部１４の溶接接続を以て、同時に封口体６の封止強度を増強し、封口体６の気密性を強化し、キャパシタ２の信頼性をより高めることができる。

＜変形例＞

Ａ）レーザー溶接後、凹部１８に封止樹脂を充填し、封止樹脂によって溶接部を被覆してもよい。これにより、溶接接続部２６を防護できる。

Ｂ）レーザー溶接後、アルミニウムなどの溶融金属を凹部１８に充填し、凹部１８を塞いでもよい。

Ｃ）レーザー溶接後、絶縁シールで凹部１８を塞いでもよい。

Ｄ）上記実施の形態においては、封口体６に設けられた接続用窓部１０によって凹部１８が形成されたがこれに限らない。凹部は、バスバー８の長孔１６の周辺のみを薄くして凹としてもよい。この場合、バスバー８のバスバー接続部１４との溶接部は、バスバー８の他の部分よりも薄くなるため、熱が伝わりやすく溶接強度が向上する。また、接続用窓部１０による凹部と、長孔１６近傍の凹部によって、凹部の深さがより深くなり、溶融金属をより接続部近傍に滞留しやすくなり、接続強度、密封性ともに向上する。一方で、長孔１６の近傍以外は、厚く成形されるため、電気伝導度が高く、抵抗を低くすることが可能である。

(Ｅ) 上記実施の形態では、キャパシタ素子２０には一例として素子端面の形状が扁平である柱状の素子が用いたが、円筒型のキャパシタ素子や六面体のキャパシタ素子など他の形状のキャパシタ素子であってもよい。

(Ｆ) 上記実施の形態では、キャパシタ素子として電気二重層コンデンサを用いたが、これに限らず、同一の構造及び方法は、電解コンデンサやハイブリッドキャパシタにも同様に適用でき、同様の効果が得られる。

以上説明したように、キャパシタの最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、または発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明によれば、複数のキャパシタ素子を備えるキャパシタにおいて、キャパシタ素子側の集電板と封口体側のバスバーとの接続強度を高め、バスバーと集電板とのレーザー溶接などの溶接接続により、封口体の気密性を高め、キャパシタの信頼性を高めることができ、有用である。

２ キャパシタ
４ ケース部
６ 封口体
８ バスバー
１０ 接続用窓部
１２ 集電板
１３ 仕切り壁
１４ バスバー接続部
１５ 収納室
１６ 長孔（貫通孔）
１８ 凹部
２０ キャパシタ素子
２２ 電極部
２４ レーザー溶接部
２６ 溶接接続部
３４ 通気孔
３５ 電解液注入孔

Claims (3)

1. キャパシタ素子に接続された集電板に備えるバスバー接続部と、
   キャパシタ素子を収納するケース部を封口する封口体と、
   前記封口体に備えられ、前記バスバー接続部を貫通させる貫通孔を有するバスバーと、
   を備え、前記貫通孔を貫通した前記バスバー接続部と前記バスバーとの境界近傍が溶接されていることを特徴とするキャパシタ。
2. 前記貫通孔の周囲部に凹部が形成され、該凹部内で前記バスバー接続部と前記バスバーとが溶接されていることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタ。
3. 前記凹部内に前記バスバー接続部の溶融金属を滞留させて硬化させたことを特徴とする請求項２に記載のキャパシタ。
   

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