WO2010131295A1 - キャパシタ - Google Patents

Abstract

　キャパシタはキャパシタ素子と、電解液と、有底筒状の金属製のケースと、金属製の端子板と、封口ゴムとを有する。端子板は本体部と、この本体部の外周面からケースに向かって突出するように設けられたフランジ部とを有する。封口ゴムは端子板のフランジ部に当接するとともに、端子板の本体部の外周面とケースの側面との間に介在し、ケースを封止している。封口ゴムは、ケースの側面の外側から絞り加工が施されることで、端子板の本体部の外周面とケースとの間で圧縮されている。そして端子板の本体部の外周面の、封口ゴムが当接する箇所にはリング状の溝が設けられ、封口ゴムがこの溝内に突出している。

Description

キャパシタ

　本発明は各種電子機器や車載用等に使用されるキャパシタに関する。特に電解液を用いるキャパシタの封口構造に関する。

　図８は従来の電気二重層キャパシタの封口部分の構造を示す一部断面図である。このキャパシタでは、略円筒形状のキャパシタ素子（図示せず）と、このキャパシタ素子を収容する金属製で有底円筒形のケース１１と、端子板１２と、封口ゴム１３とを有する。

　キャパシタ素子の一方の電極は端子板１２に接続されている。他方の電極はケース１１の底面に接続されている。すなわちケース１１は端子の一方として機能する。

　端子板１２の外周面の下端周縁には、水平方向にフランジ部１２Ｄが設けられている。絶縁性のゴムからなるリング状の封口ゴム１３は、フランジ部１２Ｄに当接して位置決めするように端子板１２の外周面に嵌め込まれている。そして封口ゴム１３はケース１１の側面に設けられた横溝絞り加工部１１Ａによって、ケース１１の側面の外側から端子板１２の外周面との間で圧縮されている。これによってケース１１の開口部が封止され、気密性が確保されているとともに、ケース１１と端子板１２との間が絶縁されている。

　さらに、ケース１１の開口部の端部をケース１１の内径側へ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）して形成された断面円弧状のカール部１１Ｃによって封口ゴム１３が圧接、保持されている。

　このようにこのコンデンサでは、ケース１１の外周面の絞り加工により圧縮する封口ゴム１３の外周面の面積を大きくすると共に圧縮量を増大させることができる。そのため、封止性能を高めて信頼性を向上させることができる。また、封口ゴム１３の形状を簡素化して作製を容易にすることができる（例えば、特許文献１）。

　上述の構成では、端子板１２の外周面とケース１１の側面に設けられた横溝絞り加工部１１Ａとの間で封口ゴム１３を圧縮することで封口状態が保たれている。しかしながら端子板１２の外周面にわずかなキズや打痕があった場合、このキズの箇所から電解液が漏れることがある。このようなキズや打痕は、端子板１２をプレス加工で作製する際の金型の傷みや、多数の端子板１２をまとめて搬送する場合などに生じる可能性がある。したがって上述のような封口構造において漏液に対する信頼性をさらに高める必要がある。

特開２００７－１８９１８４号公報

　本発明のキャパシタはキャパシタ素子と、電解液と、有底筒状の金属製のケースと、金属製の端子板と、封口ゴムとを有する。キャパシタ素子は第１の電極と、第２の電極と、これらの間に介在し、第１の電極と第２の電極との接触を防ぐセパレータとで構成されている。電解液はキャパシタ素子に含浸している。ケースはキャパシタ素子と電解液とを収容し、第１電極に接続されている。端子板は本体部と、この本体部の外周面からケースに向かって突出するように設けられたフランジ部とを有する。端子板は第２電極に接続されている。封口ゴムは端子板のフランジ部に当接するとともに、端子板の本体部の外周面とケースの側面との間に介在し、ケースを封止している。封口ゴムは、ケースの側面の外側から絞り加工が施されることで、端子板の本体部の外周面とケースとの間で圧縮されている。そして端子板の本体部の外周面の、封口ゴムが当接する箇所にはリング状の溝が設けられ、封口ゴムが溝内に突出している。

　この構成によって、端子板の外周面にキズや打痕があっても、これらのない溝内の面で封口ゴムが圧縮され、確実にケースの封口状態を保つことができる。そのため電解液を用いたキャパシタの、漏液に対する信頼性を高めることができる。

図１は本発明の実施の形態による電気二重層キャパシタの外観を示す上面図である。 図２は図１に示す電気二重層キャパシタの正面図である。 図３は図１に示す電気二重層キャパシタにおけるキャパシタ素子の分解斜視図である。 図４は図３に示すキャパシタ素子を示す概略断面図である。 図５は図３に示すキャパシタ素子の展開図である。 図６は図１に示す電気二重層キャパシタの封口部分の一部断面図である。 図７は図６の拡大図である。 図８は従来のキャパシタの封口部分の一部断面図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明では本発明によるキャパシタとして電気二重層キャパシタを例に説明するが、電解コンデンサのように電解液を用いる円筒形の他のキャパシタにも本発明は適用可能である。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

　（実施の形態）
　図１、図２はそれぞれ、本発明の実施の形態による電気二重層キャパシタの外観を示した上面図と正面図である。図３、図４、図５はそれぞれ、本発明の実施の形態による電気二重層キャパシタのキャパシタ素子を示す分解斜視図、概略断面図、展開図である。図６は本発明の実施の形態による電気二重層キャパシタの封口部分の一部断面図であり、図７はその拡大図である。このキャパシタは、キャパシタ素子１０と、キャパシタ素子に含浸した電解液（図示せず）と、有底筒状の金属製のケース１と、金属製の端子板２と、封口ゴム３とを有する。

　キャパシタ素子１０は図５に示すように、第１の電極と第２の電極とこれらの間に介在するセパレータ２６とで構成されている。第１の電極は集電体２７Ａと、その両面に形成された分極性電極層２５Ａで構成され、第２の電極は集電体２７Ｂと、その両面に形成された分極性電極層２５Ｂで構成されている。セパレータ２６は第１の電極と第２の電極との接触を防いでいる。キャパシタ素子１０は第１、第２の電極とセパレータ２６とをそれらの長尺方向に巻回することによって形成されている。

　図５に示すように、第１の電極、第２の電極にはそれぞれ、分極性電極層２５Ａ、２５Ｂが形成されずに集電体２７Ａ、２７Ｂが露出している部分（集電体露出部）が長尺方向に沿った片側に設けられている。そして巻回後にこの集電体露出部が互いに反対側になるように第１の電極、第２の電極は配置される。また集電体露出部の端部が露出するようにセパレータ２６の幅が設定されている。このようにしてキャパシタ素子１０の両端には集電体２７Ａ、２７Ｂが露出した端部２１Ａ、２１Ｂがそれぞれ形成されている。

　図３、図４に示すように、端部２１Ａ、２１Ｂには円板状の金属製の集電板７Ａ、７Ｂがそれぞれレーザー溶接等により接合されている。

　図１に示すように、アルミニウムなど金属製の端子板２は本体部２Ｃと、本体部２Ｃの上面に圧力調節弁２Ａと端子部２Ｂとを有する。圧力調節弁２Ａはケース１内の圧力を調整する。すなわちケース１内の圧力が所定の値より大きくなると開放されて内部のガスを放出させる。これにより上昇した内圧を低下させる。

　外部機器へ電気的に引き出すことを可能にする端子部２Ｂは、ケース１の上端より高い平面を形成している。これによって必要に応じて端子部２Ｂに接続バーなどを取り付けることができる。なお、端子部２Ｂは図１において１箇所にのみ設けられているが、複数設けてもよい。

　図６に示すように、端子板２は本体部２Ｃの下端周縁に水平方向に設けられたフランジ部２Ｄをさらに有する。フランジ部２Ｄはケース１に収納されているキャパシタ素子１０の端部２１Ｂに接合された集電板７Ｂにレーザー溶接等で接合されている。一方、集電板７Ａはケース１の内底面にレーザー溶接等で接合されている。

　以上のようにケース１はキャパシタ素子１０と電解液とを収容し、第１電極に電気的に接続されている。一方、端子板２は第２電極に電気的に接続されている。またケース１の外周面には封止のための横溝絞り加工部１Ａとキャパシタ素子１０の位置決めのための横溝絞り加工部１Ｂとが施されている。

　次に、本発明の特徴となる封口部分について、主として図６、図７を参照して説明する。なおこれらの図では理解を容易にするために、ケース１と封口ゴム３のみ断面図で示し、端子板２は正面図で示している。

　リング状の封口ゴム３はブチルゴム（イソブチレンイソプレンゴム）などの絶縁性のゴムで形成されている。封口ゴム３は、端子板２のフランジ部２Ｄに当接して位置決めするように端子板２の外周面に嵌め込まれている。集電板７Ｂとフランジ部２Ｄとを接合した後に、封口ゴム３は端子板２の外周面に嵌め込まれる。

　この状態で端子板２、封口ゴム３とともにキャパシタ素子１０をケース１に収容する。そして、図２に示すようにケース１の側面を絞り加工して横溝絞り加工部１Ｂを形成する。さらに集電板７Ａとケース１の内底面とを接合する。その後、圧力調節弁２Ａを取り付ける孔（図示せず）から電解液を注入し、ケース１の側面を絞り加工して横溝絞り加工部１Ａを形成する。結果的にフランジ部２Ｄは端子板２の本体部２Ｃの外周面からケース１に向かって突出した構成になる。

　封口ゴム３はケース１の側面に設けられた横溝絞り加工部１Ａによって、ケース１の側面の外側から端子板２の本体部２Ｃの外周面とケース１の側面との間で圧縮されている。これによってケース１の開口部が封止され、気密性が確保されている。このようにケース１の外側から横溝絞り加工部１Ａで絞ることによって封口ゴム３と端子板２の外周部分との間の封止能力が高まる。そのため、ケース１内部の電解液の漏液を抑止することができる。また、端子板２は封口ゴム３の肉厚によって金属ケース１と接触することがないので、絶縁リングを用いなくても封口ゴム３によってケース１と端子板２との間を絶縁することができる。

　さらに、ケース１の開口部の端部をケース１の内径側へ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）して断面円弧状のカール部１Ｃを形成することが好ましい。カール部１Ｃは封口ゴム３をケース１の内方へ圧接、保持するため、さらに気密性を高めることができる。

　また、封口ゴム３の上面には端子板２とカール部１Ｃとの間に突出した上部突出壁３Ａが形成されていることが好ましい。上部突出壁３Ａは封口ゴム３の上面全周、すなわち、リング状に設けられている。

　端子板２上に水分の付着した場合、カール部１Ｃと端子板２とはそれぞれ正負極と接続されているので、短絡してしまう場合がある。このような場合、上部突出壁３Ａが絶縁する障壁となり、ケース１と端子板２の短絡を防ぐことができ、異常使用時にも安全性を向上させることができる。

　また、封口ゴム３の下面にケース１と端子板２のフランジ部２Ｄおよび集電板７Ｂとの間に突出した下部突出壁３Ｂが形成されていることが好ましい。下部突出壁３Ｂも封口ゴム３の下面全周、すなわち、リング状に設けられている。

　ケース１の横方向から無理な圧力を受けて、ケース１が異常変形したりすると、封口ゴム３の位置決めのために設けられたフランジ部２Ｄやそれに接合された集電板７Ｂがケース１と短絡してしまう場合がある。このような場合、下部突出壁３Ｂが絶縁する障壁となり、ケース１と端子板２の短絡を防ぐことができ、異常使用時にも安全性を向上させることができる。

　さらに端子板２の本体部２Ｃの外周面の、封口ゴム３が当接する箇所にはリング状の溝２Ｅが設けられている。図７に示すように封口ゴム３は溝２Ｅ内に突出している。封口ゴム３の、溝２Ｅ内に突出している部分は、溝２Ｅ内の壁面に押し当てられている。そのため、本体部２Ｃの外周面にキズや打痕があっても、これらが通常は生じない溝２Ｅ内の壁面と、ケース１の横溝絞り加工部１Ａとの間で封口ゴム３が漏液経路を塞ぐ。すなわちキズや打痕のない溝２Ｅ内の面で封口ゴム３が圧縮され、確実にケース１の封口状態を保つことができる。そのため電解液を用いたキャパシタの、漏液に対する信頼性を高めることができる。

　次に、溝２Ｅ、横溝絞り加工部１Ａ、封口ゴム３の好ましい寸法設計について説明する。

　まず溝２Ｅの幅Ｇｗａはケース１の絞り加工が施された部分である横溝絞り加工部１Ａの幅Ｗ１より小さいことが好ましい。このようにすることで溝２Ｅの幅方向全体に対し確実に封口ゴム３が押し付けられるため、確実にケース１の封口状態を保つことができる。

　また、溝２Ｅの幅方向の中心線と横溝絞り加工部１Ａの幅方向の中心線とがずれていることが好ましい。封口ゴム３には圧縮されることで封止反力部３Ｃが形成されるが、この構成では封止反力部３Ｃが溝２Ｅと本体部２Ｃの外周面との上下の境界部２Ｆの一方に押し付けられる。そのため、境界部２Ｆの一方の面に確実に封口ゴム３が押し付けられ、より確実にケース１の封口状態を保つことができる。

　さらに、横溝絞り加工部１Ａの中心線の延長が溝２Ｅの幅の範囲内にあることがさらに好ましい。中心線のずれ寸法をこのように制限することでより確実に境界部２Ｆの一方の面に確実に封口ゴム３が押し付けられる。

　なお、封口ゴム３は、その素材の経年劣化により硬度と圧縮永久歪が徐々に低下し、常温常湿の条件下で１０年後には初期値の約半分の値になる。特に、自動車用部品としては１０年を経ても漏液しないことが求められる。

　この要求に応えるため、封口ゴム３の硬度と圧縮永久歪の劣化後にも封止反力部３Ｃが境界部２Ｆの一方に押し付けられているように、横溝絞り加工部１Ａの幅Ｗ１が設定されていることが好ましい。

　さらに境界部２Ｆが溝２Ｅ内へ突出する曲面形状であることが好ましい。境界部２Ｆに封口ゴム３が押し付けられることで実質的にキャパシタの密閉状態を保つ。そのためこの部分が曲面で形成されていることで封口ゴム３がより確実に圧縮応力が作用するとともに、封口ゴム３が切れるような突出した応力が作用しない。

　また、たとえ溝２Ｅを横切るように大きなキズ（溝）がついても、そのキズが及ぶ範囲よりも深い位置で境界部２Ｆの面に封口ゴム３が押し当てられることが好ましい。すなわち、溝２Ｅの深さは、溝２Ｅを横切る方向のキズの深さより深い位置で境界部２Ｆの面に封口ゴム３が押し当てられる程度の深さであることが好ましい。現実的にはキズや打痕の深さは５０μｍ以下であるので、封口ゴム３と境界部２Ｆとで形成される封止部が５０μｍより深い位置に形成されることが好ましい。

　以上のような条件を満たす寸法の一例を示す。ここで本体部２Ｃの外径は２６．７ｍｍ、ケース１の外径は３５ｍｍ、ケース１の厚みは０．７ｍｍである。また封口ゴム３の外径は３３．４ｍｍ、内径は２６．７ｍｍである。封口ゴム３の材質はブチルゴム（硬度９０　ＩＲＨＤ規格）である。このとき、横溝絞り加工部１Ａの幅Ｗ１は３ｍｍ、横溝深さｄは０．６ｍｍ、封止反力部３Ｃの幅Ｗ２は１．９ｍｍ、溝２Ｅの幅Ｇｗａは２ｍｍ、溝２Ｅの最も深い位置の幅Ｇｗｂは１ｍｍとする。溝２Ｅの深さＧｄは０．５ｍｍ、溝２Ｅの幅方向の中心線と横溝絞り加工部１Ａの幅方向の中心線とのずれΔＷは０．３ｍｍとする。また境界部２Ｆの形状はＲ０．５である。このＲの好ましい大きさは封口ゴム３と端子板２の高さによって異なるが、Ｒ０．０５からＲ２の範囲が好ましい。

　また、横溝絞り加工部１Ａの幅Ｗ１は溝２Ｅの幅Ｇｗａの１．２倍以上、１．６倍以下であることが好ましい。１．２倍未満では封口ゴム３が本体部２Ｃの外周面との上下の境界部２Ｆのへの押し付けが弱くなる。１．６倍を超えると、本体部２Ｃの外周面にキズや打痕があったときの漏液に対する信頼性が低下する。

　また、横溝深さｄはケース１の厚みとほぼ同等もしくは若干少なくするのが好ましい。さらに封口ゴム３の硬度を９０（ＩＲＨＤ規格）にすることにより、封口ゴム３の圧縮された応力が封止反力部３Ｃに集中し、より確実な封口状態を保つことができる。

　なお、集電板７Ａ、７Ｂを用いず、ケース１の内底面に端部２１Ａを直接接合し、フランジ部２Ｄに端部２１Ｂを直接接合してもよい。この場合、接合を容易かつ確実にするため、ケース１の底面および端子板２に、内面側へ突出する接合部を設けることが好ましい。そしてこの接合部において外部からレーザー溶接等の手段によってキャパシタ素子１０とケース１および端子板２を機械的かつ電気的に接合することができる。しかしながらキャパシタ素子１０に集電板７Ａ、７Ｂを接合することが好ましい。集電板７Ａ、７Ｂを接合した状態で、接合状態の不良が無いか充分に検査確認できる。また、集電板７Ａ、７Ｂをケース１に接合する際に、接合作業が容易に行える。このことにより、接合に関わる信頼性を大きく向上させることができる。

　以上のように、本発明にかかるキャパシタは、耐漏液信頼性に優れる。そのため、電子機器へ適用できるとともに、自動車用など、幅広い用途に利用可能である。

　１　　ケース
　１Ａ，１Ｂ　　横溝絞り加工部
　１Ｃ　　カール部
　２　　端子板
　２Ａ　　圧力調節弁
　２Ｂ　　端子部
　２Ｃ　　本体部
　２Ｄ　　フランジ部
　２Ｅ　　溝
　２Ｆ　　境界部
　３　　封口ゴム
　３Ａ　　上部突出壁
　３Ｂ　　下部突出壁
　３Ｃ　　封止反力部
　７Ａ，７Ｂ　　集電板
　１０　　キャパシタ素子
　２１Ａ，２１Ｂ　　端部
　２５Ａ，２５Ｂ　　分極性電極層
　２６　　セパレータ
　２７Ａ，２７Ｂ　　集電体

Claims (5)

1. 第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に介在し、前記第１の電極と前記第２の電極との接触を防ぐセパレータとで構成されたキャパシタ素子と、
   前記キャパシタ素子に含浸した電解液と、
   前記キャパシタ素子と前記電解液とを収容し、前記第１電極に接続された有底筒状の金属製のケースと、
   本体部と、前記本体部の外周面から前記ケースに向かって突出するように設けられたフランジ部とを有し、前記第２電極に接続された金属製の端子板と、
   前記端子板のフランジ部に当接するとともに、前記端子板の前記本体部の前記外周面と前記ケースの側面との間に介在し、前記ケースを封止する封口ゴムと、を備え、
   前記封口ゴムを前記端子板の前記本体部の前記外周面と前記ケースの間で圧縮するように前記ケースの側面の外側から絞り加工が施されて横溝絞り加工部が形成されたキャパシタであって、
   前記端子板の前記本体部の前記外周面の、前記封口ゴムが当接する箇所にリング状の溝を設け、前記封口ゴムを前記溝内に突出させたことを特徴とするキャパシタ。
2. 前記溝の幅は、前記横溝絞り加工部の幅より小さい、
   請求項１記載のキャパシタ。
3. 前記封口ゴムには圧縮されることで封止反力部が形成され、前記溝の中心線と前記横溝絞り加工部の幅方向の中心線とがずれていることで、前記封止反力部が前記溝と前記前記端子板の前記本体部の前記外周面との上下の境界部の一方に押し付けられている、
   請求項１記載のキャパシタ。
4. 前記横溝絞り加工部の幅方向の中心線の延長が前記溝の幅の範囲内にある、
   請求項３記載のキャパシタ。
5. 前記溝と前記端子板の前記本体部の前記外周面との上下の境界部が前記溝内へ突出する曲面形状である、
   請求項１記載のキャパシタ。

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