JP2023082779A - 蓄電デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電デバイスの耐振性および耐衝撃性を向上する。【解決手段】電極箔と、電解紙とを巻回した素子とケースの間に熱膨張部材を設ける工程と、熱膨張部材を膨張させる工程とを有する。【選択図】図４Ｂ

Description

本発明は、蓄電デバイスおよびその製造方法に関するものである。

蓄電デバイスとして、コンデンサ、二次電池、電気二重層キャパシタ、ハイブリッドキャパシタ、レドックスキャパシタ、燃料電池、太陽電池などが知られている。コンデンサとして、例えば、電解コンデンサが知られている（下記特許文献１参照）。近年、蓄電デバイスが車載用途に使用される傾向が見られる。車載用途では、蓄電デバイスは、走行に伴う振動を継続的に受けることが想定される。また、走行に伴い、蓄電デバイスには、予期しない衝撃が加わることが想定される。したがって、蓄電デバイスに加わる振動ストレス等が他の用途で使用されるよりも大きいことがあり得る。また、今後、さらに厳しい条件が発生する用途での利用のため、蓄電デバイスの耐振性および耐衝撃性の向上が求められている。

実開昭６４－２６８３０号公報

本発明の実施の形態の一側面は、蓄電デバイスの耐振性および耐衝撃性を向上することにある。

第１の側面では、本発明の実施の形態は、蓄電デバイスの製造方法によって例示される。この製造方法は、巻回した素子とケースの間に熱膨張部材を設ける工程と、前記熱膨張部材を膨張させる工程と、を有する。

第２の側面では、前記素子の外面に熱膨張部材を設けてもよい。

第３の側面では、前記素子を収納するためのケースに、ケース内側へ突出した凸部を形成する工程を有してもよい。

第４の側面では、前記ケース内側へ突出した凸部を形成する工程が、前記熱膨張部材を膨張させる工程より前に行われてもよい。

第５の側面では、前記ケース内側へ突出した凸部を形成する工程が、前記熱膨張部材を膨張させる工程より後に行われてもよい。

第６の側面では、前記熱膨張部材を設ける工程が、前記熱膨張部材を用いて前記素子の最外周を巻き止める工程であってもよい。

第７の側面では、前記熱膨張部材を膨張させる工程が、再化成工程であってもよい。

第８の側面では、前記ケース内側へ突出した凸部を形成する工程において、有底筒状の前記ケースの外側面上で前記ケースの中心軸周りに、１または複数の環状の溝部を形成することによって、ケース内側に突出させる工程であってもよい。

第９の側面では、前記ケース内側へ突出した凸部を形成する工程において、有底筒状の前記ケースの外側面上に１または複数の窪みを形成することによってケース内側に突出させる工程であってもよい。

第１０の側面では、本発明の実施の形態は、蓄電デバイスによって例示される。この蓄電デバイスは、巻回した素子と、前記ケースの内側面と前記素子の外面との間に設けられた熱膨張部材と、を備え、前記熱膨張部材は加熱処理によって膨張した熱膨張部材であることを特徴とするものでもよい。

第１１の側面では、この蓄電デバイスにおいて、前記ケースはケース内側に向かって突出した凸部を有し、前記熱膨張部材は、前記凸部と前記凸部に対向する前記素子の外面との間に介在することを特徴とするものでもよい。

本蓄電デバイスおよびその製造方法は、耐振性および耐衝撃性を向上することができる。

図１は、比較例のアルミ電解コンデンサの構造を例示する分解斜視図である。 図２は、リードとアルミニウム箔との接続部分を拡大して例示する図である。 図３は、Ｙ軸方向の外力による振動または衝撃でリードの接続部分が破断する現象を説明する図である。 図４Ａは、第１の実施形態に係るコンデンサに含まれる素子１２およびケース１１を例示する図である。 図４Ｂは、第１の実施形態に係るコンデンサの構造を例示する図である。 図５は、ケースおよび素子の断面構造を例示する図である。 図６Ａは、コンデンサの製造工程を例示する図である。 図６Ｂは、コンデンサの製造工程を例示する図である。 図６Ｃは、コンデンサの製造工程を例示する図である。 図７Ａは、図６Ｂの凸部の近傍を拡大した図である。 図７Ｂは、図６Ｃの凸部の近傍を拡大した図である。 図８Ａは、第２の実施形態に係るコンデンサの構造と、その製造方法を例示する図である。 図８Ｂは、第２の実施形態に係るコンデンサの構造と、その製造方法を例示する図である。 図９Ａは、第３の実施形態に係るコンデンサの構造と、その製造方法を例示する図である。 図９Ｂは、第３の実施形態に係るコンデンサの構造と、その製造方法を例示する図である。 図１０Ａは、変形例に係る複数のコンデンサを例示する図である。 図１０Ｂは、変形例に係る複数のコンデンサを例示する図である。 図１０Ｃは、変形例に係る複数のコンデンサを例示する図である。 図１１は、他の変形例のコンデンサを例示する概念的な断面図である。

蓄電デバイスとしてコンデンサ、二次電池、電気二重層キャパシタ、ハイブリッドキャパシタ、レドックスキャパシタ、燃料電池、太陽電池などが知られているが、以下、図面
を参照して、本発明を実施するための形態として電解コンデンサを用いて説明する。

［比較例］
まず、図１乃至図３を参照して、比較例の電解コンデンサを説明する。図１は、比較例の電解コンデンサ（以下、コンデンサ３０１）の構造を例示する分解斜視図である。

コンデンサ３０１は、電解コンデンサの素子３１２と、図示しない電解液と、素子３１２を収納するためのケース３１１とを有する。素子３１２は、電解紙１２２Ａ、１２２Ｂに挟まれた陽極箔１２１Ａと、陽極箔１２１Ａに対して電解紙１２２Ｂを挟んで設けられる陰極箔１２１Ｂとを有する。電解紙１２２Ａ、および、電解紙１２２Ｂはマニラ紙やクラフト紙などの絶縁紙、不織布またはそれらの混抄紙からなる。素子３１２は、陽極箔１２１Ａ、電解紙１２２Ａ、陰極箔１２１Ｂ、および電解紙１２２Ｂを重畳し、巻回した円柱状の構造を有する。

陽極箔１２１Ａおよび陰極箔１２１Ｂは弁金属であるアルミニウムを用いた箔である。陽極箔１２１Ａの表面は、拡面化処理が施されたエッチング層が形成され、その後に化成処理が施され、酸化アルミニウムからなる誘電体酸化皮膜が形成されている。この誘電体酸化皮膜がコンデンサ３０１の誘電体となる。また、陰極箔１２１Ｂは、エッチング層が形成されており、任意に化成皮膜が形成される。

陽極箔１２１Ａおよび陰極箔１２１Ｂには、それぞれ、リード３１３が接続される。リード３１３が接続された陽極箔と陰極箔と電解紙とを巻回して素子３１２が形成される。素子３１２は、電解液と共にケース３１１に収納される。ケース３１１は、例えば、アルミニウム等の金属である。ケース３１１は、円柱状の素子３１２を収納するための開口端が一方端側に形成された有底筒状の構造を有する。

素子３１２が収納されたケース３１１の開口端に弾性ゴムなどからなる封口ゴム３１４が配置される。封口ゴム３１４は、２本のリード３１３が挿通する貫通孔を有している。電解コンデンサはケースの開口端をカーリング処理などすることにより封止される。このとき、封口ゴム３１４と一体となって素子３１２およびリード３１３がケース３１１に固定される。

以下、本比較例および本実施の形態では、２本のリード３１３が並ぶ方向をＸ軸方向とする。また、２本のリード３１３が素子３１２から延びる方向をＺ軸方向とする。Ｙ軸方向は、２つのリード３１３が配列する方向であるＸ軸方向およびリード３１３の端子の素子３１２からの延伸方向であるＺ軸に直交する方向である。

図２には、リード３１３とアルミニウム箔との接続部分が拡大して例示されている。ここで、図２のアルミニウム箔は、陽極箔１２１Ａまたは陰極箔１２１Ｂのいずれにも該当する。なお、本実施の形態全体を通じて、陽極箔１２１Ａおよび陰極箔１２１Ｂを総称して電極箔ともいう。

図２のように、リード３１３は、金属線１３Ｍと、金属線１３Ｍに溶接等で接続される丸棒部１３２と、丸棒部１３２が暫時薄くなるように扁平に引き延ばされた扁平部１３３を有する。扁平部１３３は、陽極箔１２１Ａまたは陰極箔１２１Ｂとステッチ１３４によって接続される。ステッチ１３４は、一例としては、陽極箔１２１Ａまたは陰極箔１２１Ｂに扁平部１３３を重ねたものを扁平部１３３側からステッチ針を貫通させ、このときに生じる扁平部１３３のバリをプレス加工することで形成される。ただし、陽極箔１２１Ａおよび陰極箔１２１Ｂと扁平部１３３とはコールドウェルド法による冷間圧接を用いて接続してもよい。

Ｚ軸方向の外力による振動または衝撃でリード３１３と陽極箔１２１Ａまたは陰極箔１２１Ｂとの接続部分が破断する現象を説明する。コンデンサ３０１にＺ軸方向の振動または衝撃が加えられた場合を想定する。このような場合、素子３１２がケース３１１の移動方向とは逆方向に移動する、または、加速度のピークがずれて振動する。このようなＺ軸方向の振動では扁平部１３３と電極箔の接続箇所（ステッチ１３４）に応力が集中的に発生し、ステッチ１３４またはその周辺の電極箔が破断することがある。

なお、本実施の形態全体を通じて、振動とは周期的な揺れをいうものとする。また、非周期的または過渡的な一定限度の加速度を超える強い揺れを衝撃ということにする。図２で説明したような破断は、コンデンサ３０１に振動が加えられた場合の他、コンデンサ３０１に衝撃が加えられた場合も同様に生じる可能性がある。また、図２のような破断は、電極箔と扁平部１３３とがコールドウェルド法等他の接続方法で接続された場合も同様に生じ得る。

図３は、Ｙ軸方向の外力による振動または衝撃でリード３１３の境界箇所１３５が破断する現象を説明するための図である。図３の両矢印ｉは素子の振動方向を示し、両矢印ｉｉはケースの振動方向を示す。

コンデンサ３０１にＹ軸方向に振動または衝撃が加えられたとき、図３に示すコンデンサ３０１本体（ケース３１１）の振動方向ｉｉと素子３１２の振動方向ｉが振動の位相がずれて振動する場合がある。すなわち、ケース３１１の移動方向と素子３１２の移動方向が１８０度ずれて、逆位相でコンデンサ３０１が振動する場合がある。素子３１２は、封口ゴム３１４によって丸棒部１３２のみでケース３１１と固定されている。そのため、Ｙ軸方向の外力による振動または衝撃が加えられ、コンデンサ３０１本体（ケース３１１）と素子３１２とが逆位相の振動をすると、リード３１３の、特に、丸棒部１３２と扁平部１３３の漸次薄くなる境界箇所１３５に応力が集中する。このように応力が集中するため、境界箇所１３５に破断が生じ易い。なお、Ｘ軸方向の振動または衝撃が加えられた場合でも、丸棒部１３２と扁平部１３３の漸次薄くなる境界箇所１３５に応力が集中し、破断が生じる。

また、逆位相でない場合でも、例えば、ケース３１１の加速度と素子３１２の加速度が異なる場合に、振動の位相のずれにより、逆位相の場合と同様に、丸棒部１３２と扁平部１３３の漸次薄くなる境界箇所１３５に応力が集中し、破断が生じる場合がある。例えば、振動または衝撃の方向がＸ軸方向の場合、振動または衝撃を２つのリード３１３が分散して受ける。一方、振動または衝撃の方向がＹ軸方向の場合、振動または衝撃をリード３１３のそれぞれが受けることになる。以下の各実施形態では、このようなコンデンサ３０１における振動または衝撃による破断を低減する構造が例示される。

［第１の実施形態］
以下、図４Ａ乃至図７Ｂを参照し、第１の実施形態に係る電解コンデンサ（以下、コンデンサ１）の構造およびその製造方法を説明する。図４Ａは、第１の実施形態に係るコンデンサ１に含まれる素子１２およびケース１１を例示する図である。

図４Ａのように、コンデンサ１は、素子１２と、素子１２を収納するケース１１を有する。ケース１１は、アルミニウム等の金属製の有底筒状の構造である。ケース１１は、内部に素子１２を収納するための内部空間を有する。この内部空間は、円筒の底面に立設される円筒形状の側面で形成される。ケース１１の一方端側は、開口端を有し、素子１２を挿入可能となっている。

ケース１１の開口端と底面との間の円筒形状の側面には、ケース外側からプレス加工等によってケース内側へ突出する凸部１１１が形成されている。凸部１１１は、有底筒状のケース１１の外側面上で有底筒状のケース１１の中心軸周りに形成された環状の溝部となっている。すなわち、環状の溝部によって、ケース１１の内側（内部空間側）には、ケース１１の内側面からケース１１の内側に向かって突出した凸部１１１が形成される。ただし、凸部１１１が１つに限定される訳ではない。凸部１１１が２以上設けられてもよい。また、ケース１１の中心軸に垂直な断面内において凸部１１１の形状は弓形であるが、弓形の他にも、三角形、半円形、半楕円形などの形状をとってもよい。なお、ケース１１の内側へ突出した凸部１１１を形成する工程が素子１２をケース１１に収納する前に行われることが望ましい。したがって、図４Ａは、素子１２を収納するためのケース１１に、ケース１１の内側へ突出した凸部１１１を形成する工程が、素子１２をケース１１に収納する前に行われることを例示する。

図４Ｂは、第１の実施形態に係るコンデンサ１の構造を例示する図である。本実施形態では、素子１２が、電解液と共にケース１１に収納され、封口ゴムによって封止され、その後に熱処理工程で加熱され、図４Ｂに示すコンデンサ１が製造される。なお、図４Ｂのコンデンサ１は、ＸＺ平面で素子１２以外の部品を切断した概念的な断面図で例示されている。また、この概念的な断面図では、素子１２の断面は省略されている。図４Ｂのように、コンデンサ１は、断面で例示されるケース１１と、ケース１１に収納された素子１２と、素子１２の電極箔に接続されるリード１３と、封口ゴム１４とを有する。

素子１２の構造は、図１乃至図３で説明した比較例の素子３１２の構造と同様である。すなわち、素子１２は、比較例の素子３１２と同様、陽極箔１２１Ａ、電解紙１２２Ａ、陰極箔１２１Ｂ、および電解紙１２２Ｂを重畳し、巻回した円柱状の構造を有する。円柱状は、柱状の一例である。

また、リード１３、封口ゴム１４の構成も、図１乃至図３で説明したリード３１３および封口ゴム３１４の構成と同様である。そこで、本実施形態では、素子１２、リード１３、封口ゴム１４の説明は省略する。なお、リード１３は、比較例のコンデンサ３０１と同様に、リード１３の電極箔との接続部分において扁平に引き延ばされた扁平部１３３を有する。また、リード１３の金属線１３Ｍは溶接等で丸棒部１３２の一方端側と接続されている。また、丸棒部１３２の他端側には、図２と同様、扁平に引き延ばされた扁平部１３３を有する。

本実施形態のコンデンサ１の特徴は、凸部１１１Ａが形成されたケース１１の内側面と、ケース１１に収納された素子１２の円柱状の側面である外面との間に熱膨張した後の熱膨張部材１９を有する点にある。図４Ｂでは、熱膨張部材１９は、ケース１１の内側面と素子１２の外面との間を埋め尽くしている。つまり、熱により膨張した熱膨張部材１９は、凸部１１１Ａが形成されたケース１１の内側面に接触または当接する。さらに、熱により膨張した熱膨張部材１９は、素子１２の円柱状の側面とも接触または当接する。従って、ケース１１と素子１２の間に熱膨張部材１９は介在し、熱により膨張した状態で配置される。そのため、コンデンサ1に振動や衝撃が加わった場合でも、熱膨張部材１９によっ
て、凸部１１１Ａを有するケース内の素子１２を固定する固定精度が向上し、ケース１１と素子１２が一体となるため、ステッチ１３４や境界箇所１３５への応力集中を抑制でき、良好な耐振性または耐衝撃性が得られる。

熱膨張部材１９は、加熱処理により膨張する膨張部材である。熱膨張部材１９は熱を加えることで、熱膨張部材１９の厚さが熱を加える前後の変化において増加すればよい。熱膨張部材１９は、熱により膨張した後の状態を非可逆的に維持できる材料であることが望ましい。熱膨張部材１９は、熱膨張性を有すれば、有機物質であっても、無機物質であっ
てもよい。熱膨張部材１９は熱を加えることで熱膨張部材１９の厚さが、熱を加える前の厚さから１．５倍から３５倍の厚さになればよい。熱を加えることによる厚さのより好ましい変化の範囲は２倍から２５倍であり、さらに好ましくは２．５倍から１５倍である。２倍から２５倍の範囲であれば、熱膨張部材１９は、コンデンサが耐振性または耐衝撃性を得られる厚さに膨張し、かつコンデンサの電気的特性に影響を与えることなく膨張する。さらに２．５倍から１５倍の範囲であれば熱膨張部材１９は、コンデンサが耐振性または耐衝撃性を得るために適した厚さに膨張し、かつコンデンサの電気的特性に影響を与える機械的ストレスの発生を抑制しつつ熱膨張部材１９が膨張することができる。なお、熱膨張部材１９のみに熱を加えたときの熱膨張部材１９の膨張による状態の変化がケース１１と素子１２の間より大きくとも、コンデンサの電気的特性に影響を与えない範囲でケース１１と素子１２の間を埋めることができれば熱膨張部材１９として用いてもよい。また、本実施形態において、熱膨張部材１９の厚さとはケースの中心軸からケース側面に向かう方向に対して熱膨張部材１９が有する幅を指す。

熱膨張性を有する有機物質としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂、ブチル樹脂、ポリフッ化ビニリデン等が例示できる。

熱膨張性を有する有機物質は、必要に応じて発泡剤を含んでもよい。発泡剤は、熱膨張部材１９を膨張させる工程において熱を加えたときに発泡し、熱膨張部材１９が膨張した状態を非可逆的に維持できる特性が得られればどのような材料であってもよい。なお、コンデンサの特性への影響を考慮すると、塩素を含むポリ塩化ビニル以外の材料が望ましい。また、熱膨張性を有する無機物質としては熱膨張黒鉛が例示できる。

図４Ｂに示すコンデンサ１は巻回した円柱状の素子１２の外面に、テープ状の熱膨張部材１９（以下、熱膨張テープ１９Ａ）を巻き付けている。そして、熱膨張テープ１９Ａが巻き付けられた素子１２がケース１１に収納される。なお、素子１２には、電解液が含浸される。素子１２への電解液の含浸は、素子１２がケース１１に収納される前でもよい。また、素子１２への電解液の含浸は、素子１２がケース１１に収納された後でもよい。

ケース１１の開口端に封口ゴム１４が配置される。封口ゴム１４は、例えばケース１１の一方端側の開口端を封止することによってケース１１の開口端に固定される。これにより、ケース１１の開口端が封止される。

次に、ケース１１の開口端が封止されたコンデンサ１に熱処理工程が実施される。熱処理工程では、ケース１１および素子１２の温度が、熱膨張テープ１９Ａが膨張する温度で所定時間維持される。熱処理工程でケース１１および素子１２が維持される温度および時間は、熱膨張テープ１９Ａの材質により決定される。ただし、コンデンサの電気的特性を考慮すると、１７０度以下の温度で熱膨張部材１９を膨張させることが望ましく、より好ましくは１５０度以下の温度で熱膨張部材１９を膨張させることが望ましい。

図５は、図４Ｂに例示したケース１１および素子１２の断面構造を例示する図である。図５の断面は、Ｚ軸に垂直な平面で、凸部１１１が最もケース内側に向かって深くなる位置（例えばＺ＝Ｚ１）において図４Ｂのコンデンサ１を切断したものである。今、凸部１１１の外面部分を凹部１１１Ｂと呼ぶことにする。また、凸部１１１によってケース１１の内側面から内側に突出した部分を凸部１１１Ａと呼ぶことにする。

図５のように、ケース１１の外面（有底筒状の側面）は、ケース１１の中心軸から、例えば距離Ｒ１０にある。また、凸部１１１Ａは、ケース１１の中心軸から、例えば距離Ｒ１１にある。また、素子１２の外面（円柱状の側面）は、ケース１１の中心軸から、例え
ば距離Ｒ１２にある。図５のように、ケース１１の中心軸から素子１２の外面までの距離Ｒ１２よりも、ケース１１の中心軸から凸部１１１Ａまでの距離Ｒ１１の方が長い。したがって、素子１２の外面と、凸部１１１Ａとの間に隙間が形成される。この隙間を含むケース１１の内部空間に、熱膨張テープ１９Ａから熱膨張した熱膨張部材１９が埋め込まれる。なお、素子１２の外面と凸部１１１Ａとの隙間は０ｍｍから３ｍｍの範囲となるようにすることが望ましく、より望ましくは０．０５ｍｍから１ｍｍの範囲となるようにすることが好ましい。０．０５ｍｍから１ｍｍの範囲となるようにすれば、素子を挿入しやすく、かつ、熱膨張部材を膨張させたときに良好な耐振性または耐衝撃性が得られる。

図６Ａ～６Ｃは、コンデンサ１の製造工程を例示する図である。この製造工程では、まず、図６Ａに示すように、凸部１１１を有するケース１１に素子１２を封入する（Ｓ１）。素子１２には、熱膨張テープ１９Ａが巻き付けられている。次に、図６Ｂに示すように封口ゴム１４をカーリング処理により、カーリング部１１２を形成する（Ｓ２）。Ｓ２は封止工程ということができる。そして、図６Ｃに示すように熱膨張テープ１９Ａを熱膨張させる（Ｓ３）。

なお、すでに述べたように、素子１２への電解液の含浸方法は、電解液に含浸する方法と、ケース１１に電解液を入れて素子１２を封入する方法がある。本実施形態では、素子１２への電解液の含浸方法に限定はなく、いずれの方法でもよい。

また、熱膨張テープ１９Ａを素子止め用のテープの代わりに用いてもよい。すなわち、素子１２は比較例の素子３１２と同様、陽極箔１２１Ａ、電解紙１２２Ａ、陰極箔１２１Ｂ、および電解紙１２２Ｂを重畳し、巻回して形成する。この巻回した素子１２の最外周を熱膨張テープ１９Ａを用いて巻き止めることで固定して、巻き取り状態を維持するようにしてもよい。ただし、熱膨張性のない素子止めテープにより巻き取り状態を維持し、さらに、素子止めテープの上にさらに熱膨張テープを貼ってもよい。さらに、その上に、別途熱膨張部材１９を設けてもよい。したがって、Ｓ１の工程の前に、素子１２と素子止めテープを一体化させる工程が実行されることで、上記巻き取り状態が維持されるとともに、熱膨張テープ１９Ａを素子１２に巻き付けることができる。なお、素子止めテープはポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、エチレンプロピレンターポリマー、ポリエチレンナフタレート等の樹脂テープやゴムテープを用いてもよい。

熱膨張工程（Ｓ３）を実行するタイミングは再化成時の熱付加時（再化成工程）としてもよい。すなわち、コンデンサ１の製造では、比較例で例示した陽極箔１２１Ａ、電解紙１２２Ａ、陰極箔１２１Ｂ、および電解紙１２２Ｂを重ね合わせて巻回する工程、これらを切断する工程等で、陽極箔１２１Ａに形成した誘電体酸化皮膜に欠損が生じることがある。そこで、素子１２がケース１１に封止された後、再化成（エージング）が実行される。再化成工程では、所定の温度に加熱されたコンデンサ１に電圧を印加することで、誘電体酸化皮膜の欠損が修復される。すなわち、熱膨張工程（Ｓ３）は、再化成工程で実行できる。ただし、再化成工程とは別に、熱膨張工程（Ｓ３）を設けてもよい。

図７Ａおよび図７Ｂは、図６Ｂ及び図６Ｃに示す凸部１１１の近傍Ｔ１及び近傍Ｔ２を拡大した図（図６Ｂ、６Ｃに例示される凸部１１１の近傍を熱膨張の前後についてそれぞれ拡大した図）である。図７Ａのように、素子１２は、電極箔１２１と電解紙１２２を積層した構造を有する。また、素子１２の外面には、熱膨張テープ１９Ａが巻き付けられている。そして、ケース１１の外側面の凹部１１１Ｂによってケース内側に形成される凸部１１１を含むケース１１の内側面と、熱膨張テープ１９Ａが巻き付けられた素子１２との間には、凸部１１１Ａと素子１２の対向する面との間およびその近傍の間には内部空間である隙間ＳＰ１が形成されている（封止工程Ｓ２）。そして、熱膨張工程（Ｓ３）により
、図７Ｂに示すように熱膨張テープ１９Ａが熱膨張し、隙間ＳＰ１と隙間ＳＰ１のさらに周囲の凸部１１１Ａと素子１２との間の空間が熱膨張後の熱膨張部材１９で埋め尽くされる。

（第１の実施形態の効果）
以上述べたように、第１の実施形態の製造方法およびこの製造方法で製造されるコンデンサ１では、ケース１１が素子１２を収納するための内部空間を有し、ケース内側に（内部空間に）向かって突出した凸部１１１Ａを有する。そして、凸部１１１Ａを含むケース１１の内側面と素子１２の外面との間に熱膨張部材１９が埋め込まれている。このため、コンデンサ１への外力として振動または衝撃が加えられたときでも、熱膨張部材１９により、ケース１１と素子１２とが互いに逆方向に移動する位相、または、ずれた位相で振動すること、あるいは、移動することが抑制される。すなわち、コンデンサ１に外力が加えられた場合でも、ケース１１と素子１２とが一体となって振動し、あるいは、一体となって同一方向に移動する可能性が高められる。したがって、比較例の図２に例示したようなステッチ１３４あるいはコールドウェルド法による冷間圧接部に応力が集中することが抑制される。また、比較例の図３に例示したような丸棒部１３２と扁平部１３３との接続箇所に応力が集中することが抑制される。したがって、リード１３と電極箔との接続部の外力による破断、丸棒部１３２と扁平部１３３との間の破断が低減される。

また、凸部１１１の加工は、ケース１１に素子１２を収納した状態で行うと、素子１２の陽極箔１２１Ａや陰極箔１２１Ｂに機械的ストレスを与えないようにするため、高い加工精度が要求されることが想定される。しかし、コンデンサ１では、素子１２をケース１１に収納する前に、凸部１１１を形成している。そのため、ケース１１が素子１２を含む状態で、機械的ストレスを与える可能性のある凸部１１１を形成する加工工程が存在しない。さらに、熱膨張部材１９は膨張時に、素子１２に対して素子１２の側面に沿って円周上に面で接触するように膨張し、熱膨張部材１９が埋め込まれる。そのため、局所的に機械的ストレスが加わることを抑制することができる。その上、熱膨張部材１９は、ケース１１に対して凸部１１１Ａに沿って徐々に接触する。そのため、熱膨張時にケース１１から熱膨張部材１９が受ける素子１２方向への反作用を分散することができる。そして、熱膨張後の熱膨張部材１９は、凸部１１１Ａと凸部１１１Ａの対向する素子との間において、ケース１１とケース１１の凸部１１１Ａが非形成の面と対向する素子の間に比べ、密に空間を埋め尽くし、凸部１１１Ａと素子１２との接触面積を大きくしている。したがって、コンデンサ１の耐振性や耐衝撃性を向上することができる。

［第２の実施形態］
図８Ａ、８Ｂは、第２の実施形態に係るコンデンサ１Ａの構造と、その製造方法を例示する図である。上記第１の実施形態では、ケース１１の内側面と素子１２の外面との間に熱膨張部材１９が埋め込まれたコンデンサ１が例示された。本実施形態では、この熱膨張部材１９がケース１１の内側に向かって内部空間に突出した凸部１１１Ａの近傍に限定して埋め込まれたコンデンサ１Ａが例示される。熱膨張部材１９の構造以外のコンデンサ１Ａの構造、構成、およびその作用は第１の実施形態のコンデンサ１と同様である。そこで、コンデンサ１Ａの構成のうち、第１の実施形態のコンデンサ１と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図８Ａ、８Ｂは、コンデンサ１Ａのリード１３－１、１３－２のそれぞれの中心を通る平面で切断したコンデンサ１Ａの概念的な断面図である。図８Ａ、８Ｂも、図４Ｂと同様、素子１２の断面は省略されて例示されている。

図８Ａ、８Ｂのように、コンデンサ１Ａは、断面で例示されるケース１１と、ケース１１に収納された素子１２と、素子１２の電極箔に接続されるリード１３－１、１３－２と
、封口ゴム１４とを有する。なお、リード１３－１、１３－２を総称する場合には、単にリード１３という。

第２の実施形態のコンデンサ１Ａの特徴は、熱処理工程の前、熱膨張テープ１９Ａが、素子１２の外面のうち、ケース１１の内側に向かって突出した凸部１１１Ａに対向する付近に限定して付されている点にある（図８Ａ）。このため、熱処理工程で加熱され、熱膨張によって形成される熱膨張部材１９は、凸部１１１Ａと凸部１１１Ａに対向する付近の素子１２の外面とによって挟まれた部分に限定して埋め込まれる。すなわち、図８Ｂに示すように、熱膨張部材１９は、ケース１１の内部空間の一部に介在している。

このような構成をとることでも、振動または衝撃等の外力によって、素子１２とコンデンサ１Ａの本体（ケース１１、封口ゴム１４等）が異なる方向に変位することが抑制される。すなわち、素子１２とコンデンサ１Ａの本体の振動の位相がずれること、または、逆になることが抑制される。同時に、図８Ｂの構造をとることで、コンデンサ１Ａでは、ケース１１の熱膨張部材１９を含まない内部空間が第１の実施形態のコンデンサ１と比較して拡がる。すなわち、コンデンサ１Ａは第１の実施形態のコンデンサ１よりも空間率を上げることができる。このため、例えば、ケース１１内で電圧印加時に水の電気分解またはハロゲン元素の腐食によって、ガスが発生した場合でも、ケース１１の膨張を防ぐことができる。すなわち、図８Ｂのコンデンサ１Ａは、ケース１１がアルミニウムを用いたケースであったとしても、耐振性や耐衝撃性を向上させつつ、ガスの発生によるケース１１への影響を緩和することができる。

［第３の実施形態］
図９Ａ、９Ｂは、第３の実施形態に係るコンデンサ１Ｂの構造と、その製造方法を例示する図である。上記第１の実施形態では、ケース１１の内側面と素子１２の外面との間に熱膨張部材１９が埋め込まれたコンデンサ１が例示された。第２の実施形態では、この熱膨張部材１９がケース１１の内側に向かって内部空間に突出した凸部１１１Ａの近傍に限定して埋め込まれたコンデンサ１Ｂが例示された。

本実施形態では、熱膨張部材１９が素子１２のケース底面側に配置する端面１２Ｂとケース１１の底面１１Ｂとの間の空間ＳＰ２にまで延在するコンデンサ１Ｂが例示される。このような熱膨張部材１９の構造以外のコンデンサ１Ｂの構造、構成、およびその作用は第１の実施形態のコンデンサ１、第２の実施形態のコンデンサ１Ａと同様である。そこで、コンデンサ１Ｂの構成のうち、第１の実施形態のコンデンサ１と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図９Ａ、９Ｂは、コンデンサ１Ｂのリード１３－１、１３－２のそれぞれの中心を通る平面で切断した概念的な断面図である。ただし、図９Ａ、９Ｂも、図４Ｂまたは図８Ａ、８Ｂと同様、素子１２の断面は省略されて例示されている。なお、図９Ａ、９Ｂも、図２Ａと同様、２本のリード１３－１、１３－２が並ぶ方向をＸ軸方向とする。また、２本のリード１３－１、１３－２の端子が素子１２から延びる方向をＺ軸方向とする。さらに、Ｙ軸方向は、２つのリード１３－１、１３－２が配列する方向であるＸ軸方向およびリード１３の端子の素子１２からの延伸方向であるＺ軸に直交する方向である。

図９Ａ、９Ｂのように、コンデンサ１Ｂは、図４Ｂと同様、断面で例示されるケース１１と、ケース１１に収納された素子１２と、素子１２の電極箔に接続されるリード１３－１、１３－２と、封口ゴム１４とを有する。

第３の実施形態のコンデンサ１Ｂの特徴は、熱処理工程の前、熱膨張テープ１９Ａが素子１２の円柱状の側面（ケース開口端側とケース底面側の２つの端面で挟まれた円柱状の
外面）に加えて、素子１２の円柱状のケース底面側に配置される端面１２Ｂに回り込んで付されている点にある（図９Ａ）。このため、熱処理工程で加熱されると、熱膨張テープ１９Ａがケース１１の内側面と素子１２の側面との間の隙間ＳＰ１に加えて、さらに、素子１２のケース底面側の隙間ＳＰ２にも延在し、埋め込まれる。すなわち、図９Ｂに示すように、素子１２の円柱状の一方の端面であるケース底面側に配置される端面１２Ｂと、ケース１１の内側の底面１１Ｂとの間の隙間ＳＰ２の少なくとも一部に熱膨張部材１９が埋め込まれて、介在する。

以上のように、本実施形態のコンデンサ１Ｂは、素子１２の底面側にも膨張した熱膨張部材１９を有する。このような構造により、コンデンサ１Ｂに対して、Ｚ軸方向の振動または衝撃が加わった場合でも、振動または衝撃を和らげることができ、耐振性、耐衝撃性を更に向上することができる。ここで、Ｚ軸方向は、２本のリード１３－１、１３－２の端子が素子１２から延びる方向である。

なお、コンデンサ１Ｂは、素子１２のケース底面側の他、素子のケース開口端側に配置される端面に膨張した熱膨張部材１９を有してもよい。すなわち、熱膨張テープ１９Ａを素子１２のケース開口端側に配置される端面と封口ゴム１４との隙間に埋め込み、熱膨張させてもよい。したがって、熱膨張部材１９は、柱状の素子１２の側面とケース１１の有底筒状の内側面との間に介在するとともに、少なくとも、柱状の素子１２の一方の端面とケース１１の底面との間にまで延在しているものでもよい。

［その他の変形例］
図１０Ａ乃至１０Ｃは、変形例に係るコンデンサ１Ｃ乃至１Ｅを例示する図である。図１０Ａのコンデンサ１Ｃは、ケース１１に複数の凸部１１１－１、１１１－２を有する。凸部１１１－１、１１１－２は、第１の実施形態のコンデンサ１と同様、有底筒状のケース１１の外側面上で有底筒状のケース１１の中心軸周りに形成された複数の環状の溝部となっている。なお、凸部１１１の数は、２に限定されず、３以上でもよい。また、この環状の溝部は、環が形成する面の法線がＺ軸に対して傾いていてもよい。すなわち、有底筒状のケース１１を斜めに切断した断面の外周に沿うように、環状の溝部が形成されてもよい。ケース１１の外側面上に凸部１１１を複数形成することで、ケース１１の内部空間には、ケース１１の内側面から内側に向かって突出した凸部１１１Ａ（図４Ａ、４Ｂ、図７Ａ、７Ｂ参照）が複数形成される。したがって、コンデンサ１Ｃでは、熱膨張部材１９とケース１１の接する箇所を増やすことができる。したがって、凸部が単一の場合と比較して、コンデンサ１Ｃは、熱膨張部材１９を安定して維持できる。その結果、コンデンサ１Ｃは、耐振性、耐衝撃性を更に向上することができる。

図１０Ｂのコンデンサ１Ｄは、有底筒状のケース１１の外側面上で有底筒状のケース１１の中心軸周りに形成された環状の溝部である凸部１１１の代わりに、凹面レンズ状の孤立した、１または複数の窪み１１１Ｃを有する。ここで、「孤立した」とは、コンデンサ１Ｃのような環状の連続した溝部ではないという意味である。窪み１１１Ｃは、ケース１１の外側面上で有底筒状のケース１１の中心軸周りに、例えば、１個、２個または３個以上形成される。この窪み１１１Ｃはディンプルとも呼ばれる。窪み１１１Ｃの断面形状に限定はなく、例えば、球面の一部でもよいし、放物線を回転された放物面でもよい。また、窪み１１１Ｃの断面形状は、他の２次曲線以上の曲線を回転されたものでもよい。また、窪み１１１Ｃの断面形状は、線を回転されたものではなく、窪み１１１Ｃの中心に対して対称な形状でなくてもよい。

コンデンサ１Ｄでは、熱膨張部材１９が膨張時に接触する面が球面、二次曲面、その他の滑らかに変化する面であるため、素子１２に余計な機械的ストレスを加えることなく、耐振性と耐衝撃性を向上できる。また、コンデンサ１Ｄでは、熱膨張部材１９が孤立して
突出する凸部と接触するため、熱膨張部材１９が膨張する時に生じる機械的ストレスの発生が特定部分に限定された状態で、耐振性と耐衝撃性を向上できる。

図１０Ｃのコンデンサ１Ｅは、コンデンサ１Ｅが有する凹面レンズ状の窪み１１１Ｃを有底筒状のケース１１の外側面上で有底筒状のケース１１の中心軸周りの１つの円周上以外の位置に設けたものである。すなわち、コンデンサ１Ｅは、ケース１１の外面上で様々な位置に孤立した凹面レンズ状の窪み１１１Ｃを有する。コンデンサ１Ｅにおいても、熱膨張部材１９が膨張時に接触する面が球面、二次曲面、その他の滑らかに変化する面であるため、素子に余計な機械的ストレスを加えることが抑制される。さらに、コンデンサ１Ｅでは、様々な角度から加わる振動や衝撃に対して、より耐振動性と耐衝撃性を得ることができる。なお、窪み１１１Ｃの数や位置は図１０のコンデンサ1Ｅに限定されるもので
はない。

図１１は、他の変形例のコンデンサ１Ｆを例示する概念的な断面図である。図１１では、図４Ｂ、図８Ａ、８Ｂ等と同様、素子１２の断面は省略されて例示されている。コンデンサ１Ｆのケース１１には、図４Ａ、４Ｂのコンデンサ１が有する凸部１１１、図１０Ｂ、１０Ｃのコンデンサ１Ｄ、１Ｅが有する窪み１１１Ｃがない。コンデンサ１Ｆの特徴は、素子１２を収納する内部空間に内側面から突出する凸部１１１Ｄがケース１１の外観の変形なしに形成されている点にある。図１１では、凸部１１１Ｄがケース１１の底面１１Ｂに近い位置で、底面１１Ｂの一部と重畳し、あるいは接触して形成されている。ただし、凸部１１１Ｄがケース１１の底面１１Ｂから離間した位置に形成されてもよい。また、図１１では、凸部１１１Ｄと素子１２の円柱状の側面との間に隙間が存在しない。しかし、凸部１１１Ｄと素子１２の円柱状の側面との間に隙間が設けられてもよい。例えば、図４Ａ、図４Ｂ、図８Ａ、図８Ｂ、図１０Ａのコンデンサ１、１Ｂ、１Ｃ等のような凸部１１１を形成しないで、凸部１１１Ａ等（図８Ａ、８Ｂ参照）と同様の位置に同様の形状で凸部１１１Ｄが形成されてもよい。すなわち、コンデンサ１Ｆは、ケース１１に加締めやディンプルを形成する加工なしに、絞り加工またはエンボス加工等により、凸部１１１Ｄを形成することによって上記コンデンサ１乃至１Ｅと同様の効果を発揮する。また、コンデンサ１Ｆの凸部１１１Ｄは、ケース１１の内部空間にリング状の部材を圧接した状態で挿入することで形成してもよい。

上記第１の実施形態、第２の実施形態等では、凸部１１１は、有底筒状のケース１１の外側面上で有底筒状のケース１１の中心軸周りに形成された環状の溝部となっている。しかし、凸部１１１（および凸部１１１Ａ）がこのような形状に限定される訳ではない。すなわち、他の変形例として、２つのリード１３－１、１３－２が配列する方向（図４Ｂ等のＸ軸方向）と直交する方向に、ケース１１の内側面に凸部を設けてもよい。例えば、ケース１１の外側面上で、図４のＺ軸方向（ケース１１の中心軸に平行な方向）に延伸する溝部により、ケース１１の内側面に凸部を設けてもよい。溝部は、ケース１１の軸方向の長さ全体に形成されてもよいし、ケース１１の軸方向の一部の範囲に限定して形成されてよい。このような凸部を有することで、熱膨張部材１９が膨張する時に生じる機械的ストレスの発生が特定部分に限定された状態で、Ｙ軸方向とＺ軸方向に対する耐振性と耐衝撃性を向上することができる。

この場合に、図１１の凸部１１１Ｄと同様の位置で、溝部がケース１１のＺ軸方向の一部の範囲に限定して、ケース１１の底面１１Ｂの近傍で底面１１Ｂの一部と重畳して形成してもよい。この場合、ケース１１の底面１１Ｂ側よりも、ケース１１の両端面に挟まれた中間位置に近い、中心側の凸部（溝部）の幅を細くすることで、熱膨張部材１９が膨張時に、素子が急激に機械的ストレスを受けることを防ぐことができる。

さらに、上記各実施形態では、素子１２は、比較例の図１の素子３１２と同様、陽極箔
１２１Ａ、電解紙１２２Ａ、陰極箔１２１Ｂ、および電解紙１２２Ｂを重畳し、巻回した円柱状の構造を有する。しかし、コンデンサ１乃至１Ｆがこのような素子１２の構造に限定される訳ではない。すなわち、上記各実施形態で例示した熱膨張部材１９を有するコンデンサ１乃至１Ｆにおいて、素子１２の構造に限定がないことは当然である。例えば、素子１２として、電解紙１２２Ａ、陽極箔１２１Ａ、電解紙１２２Ｂ、および陰極箔１２１Ｂを積み重ねた構造であってもよい。この場合に、素子１２は、円柱状でなくてよい。例えば、角柱状、直方体、または立方体の形状であってもよい。したがって、角柱状、直方体、または立方体も、柱状の一例である。

さらに、上記各実施形態では、熱膨張部材１９として熱膨張テープ１９Ａを用いたが、フィルムやシート状の熱膨張部材１９をケース１１と素子１２の間に配置してもよい。また、ケース１１の内側面に熱膨張部材１９を付着、又は、接触するように配置してもよい。

さらに、上記各実施形態では、ケース１１に凸部１１１を設ける工程を、素子１２をケース１１に収納する前に行ったが、凸部１１１を有さないケース１１と素子１２の間に熱膨張部材１９を設け、封止した後に熱膨張部材１９を膨張させて、素子１２の外面とケース１１との隙間を熱膨張部材１９で埋め尽くしてもよい。また、凸部１１１を設ける工程が、ケース１１に素子１２を収納した後に、ケース１１の内側面と素子１２の外面との間に、素子１２と接触しない凸部１１１を設ける工程であり、素子１２と接触しない凸部をケース１１に設けた後に熱膨張部材１９を膨張させて、素子１２と凸部１１１の隙間を熱膨張部材１９で埋め尽くしてもよい。また、凸部１１１を有さないケース１１と素子１２の間に熱膨張部材１９を設け、熱膨張部材１９を膨張させた後に、凸部１１１をケース１１に設けてもよい。なお、上記各実施形態に示すように、ケース１１に素子１２を収納する前に凸部１１１を設けることが望ましい。

さらに、上記各実施形態では、図示しない電解液を用いてコンデンサ１乃至１Ｆを作成したが、電解液に限定される訳ではない。すなわち、電解液の代わりに導電性高分子を用いた固体電解コンデンサであってもよい。また、電解液ととともに導電性高分子を備えてもよい。さらに、上記各実施形態では、電解コンデンサを用いて説明したが、以上の各実施形態を二次電池、電気二重層キャパシタ、ハイブリッドキャパシタ、レドックスキャパシタ、燃料電池、太陽電池に適用してもよい。

１、３０１ コンデンサ
１１、３１１ ケース
１２、３１２ 素子
１３、３１３ リード
１４、３１４ 封口ゴム
１９ 熱膨張部材
１９Ａ 熱膨張テープ
１１１ 凸部
１１１Ａ 凸部
１１１Ｂ 凹部
１１１Ｃ 窪み
１２１ 電極箔
１２２ 電解紙
１３２ 丸棒部
１３３ 扁平部
１３Ｍ 金属線

Claims (11)

1. 巻回した素子とケースの間に熱膨張部材を設ける工程と、
   前記熱膨張部材を膨張させる工程と、を有する蓄電デバイスの製造方法。
2. 前記熱膨張部材を設ける工程が、前記素子の外面に前記熱膨張部材を設ける工程である請求項１に記載の蓄電デバイスの製造方法。
3. 前記ケースにケース内側へ突出した凸部を形成する工程を含む請求項１または請求項２に記載の蓄電デバイスの製造方法。
4. 前記ケース内側へ突出した凸部を形成する工程が、
   前記熱膨張部材を膨張させる工程より前に行われる請求項３に記載の蓄電デバイスの製造方法。
5. 前記ケース内側へ突出した凸部を形成する工程が、
   前記熱膨張部材を膨張させる工程より後に行われる請求項３に記載の蓄電デバイスの製造方法。
6. 前記熱膨張部材を設ける工程が、前記熱膨張部材を用いて前記素子の最外周を巻き止める工程である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄電デバイスの製造方法。
7. 前記熱膨張部材を膨張させる工程が、再化成工程である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の蓄電デバイスの製造方法。
8. 前記ケース内側へ突出した凸部を形成する工程が、
   前記ケースの外側面上で前記ケースの中心軸周りに、１または複数の環状の溝部を形成することによって、前記ケース内側に突出させる工程である請求項３乃至５のいずれか１項に記載の蓄電デバイスの製造方法。
9. 前記ケース内側へ突出した凸部を形成する工程が、
   前記ケースの外側面上に１または複数の窪みを形成することによって前記ケース内側に突出させる工程である請求項３乃至５のいずれか１項に記載の蓄電デバイスの製造方法。
10. 巻回した素子と、
    ケースの内側面と前記素子の外面との間に設けられた熱膨張部材と、を備え、
    前記熱膨張部材は、加熱処理によって膨張した熱膨張部材であることを特徴とする蓄電デバイス。
11. 前記ケースはケース内側に向かって突出した凸部を有し、
    前記熱膨張部材は、前記凸部と前記凸部に対向する前記素子の外面との間に介在することを特徴とする請求項１０に記載の蓄電デバイス。

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