JP2018160524A - 電気化学デバイス及び電気化学デバイスを備える回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板に簡単に接続することができる電気化学デバイス及び電気化学デバイスを備える回路基板を提供する。【解決手段】蓄電素子１１と、蓄電素子１１とともに電解液を収容した容器１２と、蓄電素子１１に一端が接続されたリード線と、を備える電気化学デバイス１０であって、リード線は、接合手段３０によりコネクタ付きケーブル２０が接合されている。また、電気化学デバイス１０と、第２のコネクタ１０２が実装された基板本体１０１と、を備える回路基板１００であって、第２のコネクタ１０２は、コネクタ付きケーブル２０が着脱可能に接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、リチウムイオンキャパシタなど蓄電素子を有する電気化学デバイス及び電気化学デバイスを備える回路基板に関する。

従来から、コンデンサやキャパシタなど蓄電素子を備える電子部品は、回路基板に実装されている。蓄電素子を備える電子部品のうちチップ型のコンデンサなどは、リフローハンダなどを用いて回路基板に実装されている。

特開２０１６−２０７６７０号公報

しかしながら、特許文献１にみられるシリンダ型のリチウムイオンキャパシタなどは、耐熱性が低いため、処理温度が高温となるリフローハンダを用いることができない。そのため、シリンダ型のリチウムイオンキャパシタは、手付けによるハンダ実装が推奨されており、実装作業の手間が掛かるとともに、作業時間も長くなる。

そこで、本発明は以上の課題に鑑みてなされたものであり、回路基板に簡単に接続することができる電気化学デバイス及び電気化学デバイスを備える回路基板を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る１つの態様は、蓄電素子と、前記蓄電素子とともに電解液を収容した容器と、前記蓄電素子に一端が接続されたリード線と、を有する電気化学デバイスであって、前記リード線は、接合手段によりコネクタ付きケーブルが接合されているものである。
（２）上記（１）の態様において、前記接合手段は、常温で接合可能なものであってもよい。
（３）上記（１）又は（２）の態様において、前記接合手段は、圧着スリーブであってもよい。
（４）上記（１）から（３）までのいずれか１つの態様において、前記電気化学デバイスは、シリンダ型のリチウムイオンキャパシタであってもよい。
（５）本発明に係る別の１つの態様は、上記（１）から（４）までのいずれか１つに記載の電気化学デバイスと、第２のコネクタが実装された基板本体と、を備える回路基板であって、前記第２のコネクタは、前記コネクタ付きケーブルが着脱可能に接続されているものである。

本発明によれば、回路基板に簡単に接続することができる電気化学デバイス及び電気化学デバイスを備える回路基板を提供することができる。

本発明の実施形態に係る電気化学デバイス及び回路基板を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る電気化学デバイスを示す平面図である。 電気化学デバイスの接合手段付近を示す拡大平面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本明細書の実施形態においては、全体を通じて、同一の部材には同一の符号を付している。

本発明の実施形態に係る電気化学デバイス１０及び回路基板１００について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電気化学デバイス１０及び回路基板１００を示す説明図である。図２は、本発明の実施形態に係る電気化学デバイス１０を示す平面図である。図３は、電気化学デバイス１０の接合手段３０付近を示す拡大平面図である。

図１に示される回路基板１００は、各種の電気・電子機器に用いられるものであり、抵抗やコンデンサなど図示されない電気素子が実装された基板本体１０１と、後述する電気化学デバイス１０と、を備えている。この基板本体１０１は、通常ガラスエポキシ製のプリント基板であるが、フレキシブルプリント基板であってもよい。

一方、電気化学デバイス１０は、例えば、シリンダ型のリチウムイオンキャパシタであり、図１及び２に示されるように、蓄電素子１１と、蓄電素子１１とともに電解液を収容した容器１２と、を有している。

蓄電素子１１は、正極、負極及びセパレータが捲回されて形成されているものである。リチウムイオンキャパシタの場合、正極の電極材料として活性炭を含み、負極の電極材料としてリチウムイオンを吸蔵可能な炭素系材料を含む。

正極と負極との間に配置されているセパレータは、絶縁材料で形成されており、電解液の保持が可能になっている。この電解液には、電解質としてＬｉＰＦ_６やＬｉＢＦ_４などのリチウム塩、溶媒としてプロピレンカーボネートなどの非水溶媒が、それぞれ用いられている。

また、容器１２は、外径が１ｃｍから３ｃｍ程度で、長さが２ｃｍから５ｃｍ程度の円筒状のものである。ただし、容器１２の形状及びサイズは、これに限られず、例えば角形であってもよい。そして、容器１２は、捲回された蓄電素子１１及び電解液を収容した後、電解液が漏れないように、図示されない封止部材により封止されている。

さらに、電気化学デバイス１０は、図３に示すように、蓄電素子１１に一端が接続されたリード線１３も有している。そして、このリード線１３は、後述する接合手段３０によりコネクタ付きケーブル２０が接合されている。

つぎに、コネクタ付きケーブル２０は、２本のケーブルからなるケーブル本体２１と、ケーブル本体２１の一端が接続された第１のコネクタ２２と、を有している。ケーブル本体２１の長さは、使用態様に応じて適宜選択されるが、例えば５ｃｍから１５ｃｍ程度である。また、第１のコネクタ２２は、本実施形態では雄型コネクタである。

最後に、接合手段３０は、電気化学デバイス１０とコネクタ付きケーブル２０とを、接合するもので、常温で接合可能なものである。このような接合手段３０としては、例えば、圧着スリーブ３１、より好ましくは絶縁被覆付きや防水型の圧着スリーブ３１が挙げられる。

圧着スリーブ３１は、一方側から電気化学デバイス１０のリード線１３が挿入され、他方側からコネクタ付きケーブル２０のリード線２３が挿入される、円筒状のもので、図示されないカシメ手段により、カシメられている。このとき、圧着スリーブ３１は、例えばカシメ部３１ａとして図示するように、１本につき２か所がカシメられている。カシメの方法はこれに限られず、例えば１か所で共締めしてもよい。

ここで、図１では、回路基板１００の基板本体１０１に、少なくとも１つの第２のコネクタ１０２が実装されている。第２のコネクタ１０２は、第１のコネクタ２２が着脱自在に接続される雌型コネクタである。なお、第１のコネクタ２２及び第２のコネクタ１０２は、相補的な関係であるから、雄雌の型をそれぞれ入れ替えてもよい。

そして、コネクタ付きケーブル２０の第１のコネクタ２２が、回路基板１００の第２のコネクタ１０２に接続され、回路基板１００に形成された電気回路などが動作すると、電気化学デバイス１０に電流が流入し、充電状態となるか、あるいは、電気化学デバイス１０から電流が流出し、放電状態（負荷への電力供給状態）となる。

以上のとおり、本発明の実施形態に係る電気化学デバイス１０は、蓄電素子１１と、蓄電素子１１とともに電解液を収容した容器１２と、蓄電素子１１に一端が接続されたリード線１３と、を有する電気化学デバイス１０であって、リード線１３は、接合手段３０によりコネクタ付きケーブル２０が接合されているものである。これにより、電気化学デバイス１０を回路基板１００に簡単に接続することができる。

実施形態では、接合手段３０は、常温で接合可能なものである。これにより、高温処理が必要となるハンダを使用することなく、つまり、リフローハンダ装置やハンダコテを使用することなく、低耐熱性の電気化学デバイス１０を回路基板１００に常温で接続することができる。

実施形態では、接合手段３０は、圧着スリーブ３１である。これにより、電気化学デバイス１０のリード線１３と、コネクタ付きケーブル２０のリード線２３とを、常温で接合することができる。また、接合手段３０に、絶縁被覆付きの圧着スリーブ３１を使用することで、熱収縮チューブを取り付けて、絶縁する必要がなくなり、熱収縮チューブを取り付ける際に起きる熱の影響も排除することができる。

また、絶縁被覆付きの圧着スリーブ３１を使用することで、電気化学デバイス１０のリード線１３が、回路基板１００への接続作業中に、露出されることがなく、あるいは、露出部が少なくなるため、短絡する可能性をできるだけ低減させることができる。

実施形態では、電気化学デバイス１０は、シリンダ型のリチウムイオンキャパシタである。リチウムイオンキャパシタは、製造初期に電圧（電力）を持っているため、これらの電気化学デバイス１０自体の品質を保つためには、電気化学デバイス１０の環境温度（雰囲気温度）は、８５℃以下にする必要がある。

すると、これらの電気化学デバイス１０に対しては、リフローハンダ装置技術を使用することができないし、また、電気化学デバイス１０のリード線１３が短絡した場合も、安全弁が作動し、容器１２が正常品でなくなるため、ハンダ浴槽技術も使用することができない。

そのため、シリンダ型のリチウムイオンキャパシタなどの低耐熱性の電気化学デバイス１０を回路基板１００に接続する際に、高温処理が必要となるハンダを使用しない、実施形態の接続方法は、特に有効である。

実施形態では、コネクタ付きケーブル２０が接合された電気化学デバイス１０と、第２のコネクタ１０２が実装された基板本体１０１とを備える回路基板１００であって、第２のコネクタ１０２は、コネクタ付きケーブル２０が着脱可能に接続されている。これにより、電気化学デバイス１０を回路基板１００に直接実装する必要がなくなるため、回路基板１００の製造条件や制約がなくなるとともに、回路基板１００の加工性も向上する。

また、電気化学デバイス１０が回路基板１００に対してリジットに（固定的に）接続されておらず、コネクタ付きケーブル２０で接続されているため、電気・電子機器の筐体から、回路基板１００に伝達される衝撃及び振動を緩和することができる。

さらに、ハンダ技術を使用することなく、第１のコネクタ２２と、第２のコネクタ１０２とを接続する簡単な作業であるため、高度なハンダ技術を有さない作業者であっても、常に同じ品質の回路基板１００を製造することができる。

（変形例）
上記実施形態では、電気化学デバイス１０は、シリンダ型のリチウムイオンキャパシタであったが、蓄電素子１１とともに電解液を収容した容器１２を有している電気化学デバイス１０であれば、捲回型の電解キャパシタ（コンデンサ）であっても、リチウムイオン電池であってもよい。このような電気化学デバイス１０は、一般的に低耐熱性の封止部材により電解液が容器１２に封止されている。

また、リフローハンダ装置及び工程における処理温度では、電子部品自体の品質が保てないような低耐熱性の電子部品に適用してもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１０ 電気化学デバイス、１１ 蓄電素子、１２ 容器、１３ リード線
２０ コネクタ付きケーブル、２１ ケーブル本体、２２ 第１のコネクタ、２３ リード線
３０ 接合手段、３１ 圧着スリーブ、３１ａ カシメ部
１００ 回路基板、１０１ 基板本体、１０２ 第２のコネクタ

Claims (5)

1. 蓄電素子と、
   前記蓄電素子とともに電解液を収容した容器と、
   前記蓄電素子に一端が接続されたリード線と、
   を有する電気化学デバイスであって、
   前記リード線は、接合手段によりコネクタ付きケーブルが接合されている
   ことを特徴とする電気化学デバイス。
2. 前記接合手段は、常温で接合可能なものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学デバイス。
3. 前記接合手段は、圧着スリーブである
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気化学デバイス。
4. 前記電気化学デバイスは、シリンダ型のリチウムイオンキャパシタである
   ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の電気化学デバイス。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載の電気化学デバイスと、
   第２のコネクタが実装された基板本体と、を備える回路基板であって、
   前記第２のコネクタは、前記コネクタ付きケーブルが着脱可能に接続されている
   ことを特徴とする回路基板。

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