(57)【要約】【課題】各種電源のアシスト用等に使用される電気二重層キャパシタに関し、小型化と低コスト化を図ることを目的とする。【解決手段】一対の電極を同方向から取り出した積層形の素子１と、この素子１の一対の電極取り出し部に夫々一端が接合された一対のリード線６、７と、上記素子１を電解液と共に収容し、かつ、一対のリード線６、７を一側面から引き出した上面開放のケース８と、このケース８の上面に結合された蓋９と、上記ケース８の一側面から引き出された一対のリード線６、７が挿通する孔を有してケース８内に配設されることによりケース８を封止した封口ゴム１０からなる構成により、簡単な構成によって部品点数と作業工数の削減を図って低コスト化を実現すると共に、小型化と低抵抗化を図ることができる。【選択図】図１
2010199471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極を同方向から取り出した積層形の素子と、この素子の一対の電極に夫々接合された一対のリード線と、このリード線を外部へ引き出すリード線引き出し部を備えて上記素子を電解液と共に収容した上面開放のケースと、このケースの上面に結合された蓋と、上記素子に接合された一対のリード線が挿通する孔を備えて上記ケース内に配設されることによりケースを封止した封口ゴムからなる電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
一対の電極を同方向から取り出した積層形の素子が、つづら折り状に折り曲げられた帯状のセパレータと、方形の金属箔の一辺の端部に舌片状の電極取り出し部を一体で設けた集電体の上記電極取り出し部を除く両面に分極性電極層を形成したシート状の陽極電極ならびに陰極電極からなり、この陽極電極と陰極電極を各電極取り出し部が同一辺の相反する端部に夫々配設されるようにして上記セパレータの各層間に相反する方向から交互に挿入して形成されたものである請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
シート状の陽極電極ならびに陰極電極を構成する集電体に設けられた電極取り出し部の幅が、この電極取り出し部が設けられた辺の全幅の１／２未満である請求項２に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項４】
方形の金属箔の一辺の端部に舌片状の電極取り出し部を一体で設けた集電体の上記電極取り出し部を除く片面に分極性電極層を形成したシート状の陰極電極を、上記分極性電極層がセパレータと当接するようにしてセパレータの最上段と最下段に夫々配設した請求項２に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項５】
素子の一対の電極に夫々接合された一対のリード線が、アルミニウムの丸線の一端に銅下地錫引き鉄線が接合されたリード線を用いて構成され、このリード線の上記アルミニウムの丸線の他端を偏平に加工して接合部を設け、この接合部を素子の一対の電極に夫々溶接することによって接合したものである請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項６】
ケースおよび／または蓋に外面から内部に向かう凹部を設け、この凹部により、ケース内に収容された素子を積層方向に圧縮した請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項７】
ケースおよび／または蓋に設けた凹部が、ケース内に収容された素子を構成する集電体の電極取り出し部を除く面積の１５％以上の面積に、かつ、素子の圧縮率が０．５〜２０％となる深さに形成された請求項６に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項８】
ケースおよび／または蓋の封口ゴムとの当接部に外面から内部に向かう凹部を設け、この凹部により、内部に嵌め込まれた封口ゴムを圧縮した請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項９】
素子を電解液と共に収容したケースおよび／または蓋の内面に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）または６ナイロンからなる樹脂層を設けた請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一つに記載の電気二重層キャパシタを１つのセルとし、このセルを複数個接続してケース内に収容した電気二重層キャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種電子機器、電気機器、携帯機器等に使用される電気二重層キャパシタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタは、分極性電極と電解液との界面に形成される電気二重層に蓄積される電気エネルギーを利用するものであり、このような電気二重層キャパシタは、小型化が図れ、かつ、大容量の充電が可能なキャパシタとして、マイコン、メモリ、タイマーのバックアップ用、各種電源のアシスト用等に広く用いられている。
【０００３】
図８はこの種の従来の電気二重層キャパシタの構成を示した断面図であり、図８において、２１は電気二重層キャパシタを示し、この電気二重層キャパシタ２１は、電解質溶液が含浸された長尺のセパレータ２２が所定長ごとに異なる方向に交互に折り返され、蛇腹状にされたセパレータ２２間に該セパレータ２２を介して互いに異なる極が対面するように複数の電極板２３が積層されている。各電極板２３の端部には、電極板２３と略同幅で可撓性の集電部材２４が接続されており、集電部材２４は電極板２３の全長に亘って埋設されている。
【０００４】
各電極板２３は上記のように蛇腹状に折り返されているセパレータ２２により一方の端部が包み込まれると共に、セパレータ２２に包み込まれていない方の端部は側面に露出しており、上記集電部材２４は該露出している方の端部でセパレータ２２間から引き出される。各電極板２３は上記端部が交互に逆側の側面に露出しているので、上記集電部材２４は同極ごとに纏められ、断面視Ｃ字状の結束部材２５により結束される。結束部材２５は、それ自体導電性の材料により構成されている。
【０００５】
そして、結束部材２５による集電部材２４の結束部分２６、２７は、同極ごとに電極板２３の積層方向の相異なる最外層側に、例えば図８の場合には、結束部分２６は最上層側に、結束部分２７は最下層側に配置されるようになり、更に、このように構成された電気二重層キャパシタ２１が該電極板２３の積層方向に複数積層されるように構成されたものである。
【０００６】
このように構成された従来の電気二重層キャパシタ２１は、各電極板２３の端部に接続された可撓性の集電部材２４を上記セパレータ２２間から引き出すことにより、該集電部材２４が同極ごとに結束されることによって上記集電部材２４を各電極板２３に接続する際に上記セパレータ２２を損傷する恐れがなく、容易に製造することができ、更に、この電気二重層キャパシタ２１を単セルとし、この単セルを積層することにより、容易に直列接続できるというものであった。
【０００７】
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が知られている。
【特許文献１】特許第３４２３８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら上記従来の電気二重層キャパシタ２１では、セパレータ２２を損傷することなく、容易に製造することができ、しかもこれを単セルとし、この単セルを積層することによって容易に直列接続できるという特徴を有するものの、このような単セル、あるいは積層された複数のセルに電解質溶液を含浸してキャパシタ装置とするためには、不導電性樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなるケース部材を用いて上記単セル、あるいは積層された複数のセルを収容して封止しなければならないことに加え、一対の電極を同方向から引き出すことができないために製品が大型化すると共に、高いコストのものになってしまうという課題があった。
【０００９】
本発明はこのような従来の課題を解決し、簡単な構成により一対の電極を同方向から引き出し、小型化と低コスト化を実現することが可能な電気二重層キャパシタを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明は、一対の電極を同方向から取り出した積層形の素子と、この素子の一対の電極に夫々接合された一対のリード線と、このリード線を外部へ引き出すリード線引き出し部を備えて上記素子を電解液と共に収容した上面開放のケースと、このケースの上面に結合された蓋と、上記素子に接合された一対のリード線が挿通する孔を備えて上記ケース内に配設されることによりケースを封止した封口ゴムからなる構成にしたものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように本発明による電気二重層キャパシタは、一対の電極を同方向から取り出した素子を上面開放のケース内に収容して蓋を結合すると共に、上記素子に接合された一対のリード線をケースの一側面から引き出した構成により、簡単な構成によって部品点数の削減と作業工数の削減を図って低コスト化を実現すると共に、小型化と低抵抗化を図ることができるという効果が得られるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜９に記載の発明について説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施の形態１による電気二重層キャパシタの構成を示した分解斜視図、図２（ａ）、（ｂ）は同電気二重層キャパシタの蓋を結合する前の状態を示した斜視図と蓋を結合した状態を示した斜視図、図３（ａ）〜（ｄ）は同電気二重層キャパシタに使用される素子の構成を説明するための製造工程図、図４は同素子の構成を示した断面図、図５は同素子のリード線接合部を示した要部断面図、図６は同電気二重層キャパシタに使用されるケースの構成を示した要部斜視図である。なお、図１〜図５においては、素子の構成を分かり易くするために積層枚数を少なくして記載しているものであり、実際は数十枚の陽極電極と陰極電極を交互に積層しているものである。
【００１４】
図１〜図６において、１は素子を示し、この素子１はアルミニウム箔からなる方形の集電体２ａの一辺の端部に突出する舌片状の陽極取り出し部２ｂを一体で設け、この陽極取り出し部２ｂを除く集電体２ａの両面に分極性電極層２ｃを形成したシート状の陽極電極２と、同じくアルミニウム箔からなる方形の集電体３ａの一辺の端部に突出する舌片状の陰極取り出し部３ｂを一体で設け、この陰極取り出し部３ｂを除く集電体３ａの両面に分極性電極層３ｃを形成したシート状の陰極電極３と、つづら折り状に折り曲げられた帯状のセパレータ４（本実施の形態においては耐熱性に優れたセルロース系繊維を用いた）から構成されている。
【００１５】
そして、上記陽極電極２と陰極電極３を、陽極取り出し部２ｂと陰極取り出し部３ｂが同一辺の相反する端部に夫々配設されるようにして、上記つづら折り状に折り曲げられた帯状のセパレータ４の各層間に相反する方向から交互に挿入して配設することにより積層構造に形成されたものである。
【００１６】
従って、上記陽極電極２と陰極電極３に夫々設けられた陽極取り出し部２ｂと陰極取り出し部３ｂは、これらが設けられた辺の幅の１／２未満の幅になるように夫々形成されており、これにより、陽極取り出し部２ｂと陰極取り出し部３ｂが接触して短絡することを防止するようにしているものである。
【００１７】
また、上記素子１の最上段と最下段には陰極電極３が配設され、この最上段と最下段に配設される陰極電極３は、集電体３ａの陰極取り出し部３ｂを除く片面のみに分極性電極層３ｃが形成されたものであり、この分極性電極層３ｃが最上段と最下段のセパレータ４と夫々当接するようにして配設した構成にしているものである。このような構成により、陽極電極２の面積よりも陰極電極３の面積が大きくなるために、陽極電極２の局所部で発生する腐食反応を抑制して安定した性能を発揮することができるようになるものである。
なお、５は上記素子１の外周に巻き付けられた巻き止めテープであり、図１と図２に示す素子１は、素子１の外周に絶縁紙を巻き付けた後に巻き止めテープ５を巻き付けた状態を示しているが、絶縁紙の有無は必要に応じて適宜選択すれば良い程度のものである。
【００１８】
このように構成される素子１は、簡単な構成によって作業性が向上するばかりでなく、つづら折り状に折り曲げられた帯状のセパレータ４の各層間に陽極電極２と陰極電極３を相反する方向から交互に挿入して配設するだけで、高い寸法精度を確保することができるようになるものである。
【００１９】
また、上記陽極電極２と陰極電極３に夫々形成された分極性電極層２ｃ、３ｃは、活性炭粉末とカーボンブラックとバインダとを混練したものにより構成され、上記活性炭粉末としては、木粉系、ヤシガラ系、フェノール樹脂系、石油コークス系、石炭コークス系、ピッチ系の原料を賦活したものが用いられる。また、バインダとしては、ポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセルロースの水溶性バインダを混合したものが用いられるものである。
【００２０】
また、上記つづら折り状に折り曲げられた帯状のセパレータ４を構成する材料としては、セルロース系繊維（セルロース、レーヨン、クラフト、マニラ麻、ヘンプ、エスパルト等）、合成繊維系（ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアセタール、変性ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリアリレート、ポリアリルエーテルニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエステル樹脂、ビニロン樹脂、ポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フッ素樹脂等）を用いることができるが、特に、芳香族ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フッ素樹脂等を用いるのが好ましい。
【００２１】
なお、このように構成された素子１は、上下方向（積層方向）にプレス加工されることによって極めて薄い厚みに加工されるものであるが、本実施の形態においては、構成を分かり易くして説明するために、積層枚数を少なくし、かつ、プレス加工なしの状態のままで図示しているものである。
【００２２】
６と７は上記素子１を構成する陽極電極２と陰極電極３に夫々設けられた陽極取り出し部２ｂと陰極取り出し部３ｂに夫々一端が接合された陽極リード線と陰極リード線であり、この陽極リード線６と陰極リード線７は、アルミニウムの丸線６ａ（７ａ）の一端に銅下地錫引き鉄線６ｂ（７ｂ）が接合されたリード線の上記アルミニウムの丸線６ａ（７ａ）の他端を偏平に加工して接合部６ｃ（７ｃ）を設け、この接合部６ｃ（７ｃ）を上記素子１の陽極取り出し部２ｂならびに陰極取り出し部３ｂに夫々超音波溶接または抵抗溶接（溶接痕６ｄ、７ｄ）等の手段によって接合するようにしたものである。
【００２３】
また、上記陽極リード線６と陰極リード線７は、複数枚が積層された陽極電極２、陰極電極３の各中心部に夫々配設し、複数枚の陽極電極２と陰極電極３を夫々圧接した状態で溶接するようにしたものであり、これにより、陽極リード線６と陰極リード線７が素子１の積層方向の中心部から夫々引き出された構成になるようにしているものである。
【００２４】
８は上記素子１を図示しない電解液と共に収容する上面開放のケースであり、このケース８は、セラミック、樹脂、アルミニウム等の金属を用いて形成されるものである。８ａはこのケース８の一側面に設けられたリード線引き出し部であり、このリード線引き出し部８ａを介して、上記素子１の陽極取り出し部２ｂに接合された陽極リード線６と、同陰極取り出し部３ｂに接合された陰極リード線７をケース８の外部に引き出すようにしているものである。８ｂは上記リード線引き出し部８ａを設けた側面と繋がる両側面の内側に突出するように対向して設けられたリブであり、後述する封口ゴム１０を位置決めするためのものである。
【００２５】
９は上記ケース８の上面の開口部に配設されてレーザー溶接等の手段によって結合される蓋であり、この蓋９は、セラミック、樹脂、アルミニウム等の金属を用いて形成されるものである。９ａはこの蓋９の平面部の一部から内部に向かうように設けられた凹部であり、この凹部９ａにより、ケース８の内部に収容された素子１を積層方向に圧縮するようにしたものである。９ｂはこの蓋９の平面部の一端側から内部に向かうように設けられた凹部であり、この凹部９ｂにより、後述する封口ゴム１０を圧縮するようにしたものである。
【００２６】
また、上記蓋９に設けられた凹部９ａは、ケース８の内部に収容された素子１の陽極電極２の陽極取り出し部２ｂ（陰極電極３の陰極取り出し部３ｂと同じ）を除く面積の１５％以上の面積に設け、かつ、素子１の積層方向となる厚み寸法の圧縮率が０．５〜２０％となるようにしたものであり、このようにすることにより、素子１の膨れを防止して不要な抵抗の増加を防止することができると共に、蓋９の強度向上が図れるものである。
【００２７】
また、上記ケース８と蓋９を、アルミニウム等の金属を用いて形成する際には、素子１と接する内面側に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）または６ナイロンからなる図示しない樹脂層を設けることが好ましく、この樹脂層によって陽極電極２と陰極電極３の短絡を防止して、より高い信頼性を発揮することができるようになるものである。
【００２８】
なお、上記電解液としては、溶媒として、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、エチレンカーボネート、スルホラン、アセトニトリル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートまたはメチルエチルカーボネートのいずれか１種または２種以上の混合物を使用することができる。電解質カチオンとしては、第四級アンモニウム、第四級ホスホニウム、イミダゾリウム塩が使用でき、電解質アニオンとしては、ＢＦ４−、ＰＦ６−、ＣｌＯ４−、ＣＦ３ＳＯ３−またはＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２−を使用することができるものである。
【００２９】
１０は上記素子１の陽極取り出し部２ｂと陰極取り出し部３ｂに夫々接合された陽極リード線６と陰極リード線７が挿通する孔１０ａを備えて上記ケース８に設けられたリード線引き出し部８ａを塞ぐようにケース８内に嵌め込まれ、上記ケース８に設けられた位置決め用のリブ８ｂによって位置決めされると共に、上記蓋９に設けられた凹部９ｂ、ならびにケース８の側面からの絞り加工（絞り加工部８ｃ）により圧縮されて封止を行う封口ゴムであり、本実施の形態においては、この封口ゴム１０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ものであることから好ましいが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３０】
また、上記封口ゴム１０の外径は、ケース８の内径寸法よりも大きく形成されることによってケース８に対して圧入されるようにしていると共に、封口ゴム１０に設けた陽極リード線６と陰極リード線７が挿通する孔１０ａは、陽極リード線６と陰極リード線７の外径寸法よりも小さく形成されることによって陽極リード線６と陰極リード線７が圧入されるようにしており、これらの圧入によって封止性を高めるようにしているものである。これにより、本実施の形態による電気二重層キャパシタ１１が構成されているものである。
【００３１】
このように構成された本実施の形態による電気二重層キャパシタは、陽極電極２と陰極電極３に設けた陽極取り出し部２ｂと陰極取り出し部３ｂを夫々同方向に配設して積層した素子１を上面開放のケース８内に収容して蓋９を結合すると共に、上記素子１に接合された一対のリード線６、７をケース８の一側面から引き出した構成により、簡単な構成によって部品点数の削減と作業工数の削減を図って低コスト化を実現すると共に、小型化と低抵抗化を図る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。
【００３２】
また、電解液が含浸された素子１を蓋９が結合されたケース８内に収容して封口ゴム１０で封止した構成により、高い封止性能と高い耐熱性を発揮する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。
【００３３】
なお、本実施の形態においては、上記素子１の積層方向における厚み寸法を圧縮するための凹部９ａを蓋９にのみ設けた構成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、ケース８の底面の一部から内部に向かうように凹部を設けても良いものであり、このようにケース８と蓋９の両方から素子１を圧縮することにより、より安定した効果が得られるようになるものである。
【００３４】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項１０に記載の発明について説明する。
【００３５】
本実施の形態は、上記実施の形態１で図１〜図６を用いて説明した電気二重層キャパシタを１つのセルとし、このセルを複数個接続してケース内に収容した点が異なるものであり、これ以外の構成は実施の形態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。
【００３６】
図７（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態２による電気二重層キャパシタの構成を示した分解斜視図と斜視図であり、図７において、１２は上面開放の樹脂製のケース、１３はこのケース１２の上面に被せられる蓋であり、上記ケース１２内には上記実施の形態１で説明した電気二重層キャパシタ１１が２個隣り合うようにして収容されているものである。
【００３７】
１４と１５は上記ケース１２に設けられた外部陽極端子と外部陰極端子であり、この外部陽極端子１４と外部陰極端子１５には、上記電気二重層キャパシタ１１から引き出された陽極リード線６と陰極リード線７が夫々接続されており、更に、一方の電気二重層キャパシタ１１が接続された外部陰極端子１５と他方の電気二重層キャパシタ１１が接続された外部陽極端子１４はケース１２の外部で外部中間端子１６によって接続されており、これにより２個の電気二重層キャパシタ１１が直列接続された構成になっているものである。
【００３８】
このように構成された本実施の形態による電気二重層キャパシタは、上記実施の形態１による電気二重層キャパシタにより得られる効果に加え、複数個の電気二重層キャパシタを接続して一体化することにより、小型大容量化を実現する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。
【００３９】
なお、本実施の形態においては、２個の電気二重層キャパシタを直列接続してケース内に収容した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個以上の電気二重層キャパシタを直列接続、あるいは並列接続してケース内に収容することも可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明による電気二重層キャパシタは、簡単な構成により作業性と寸法精度の向上を図って低コスト化を実現すると共に、小型化と低抵抗化を図り、更に、一対の端子を同方向から引き出すことができるという効果を有し、各種電源のアシスト用分野等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１による電気二重層キャパシタの構成を示した分解斜視図
【図２】（ａ）同電気二重層キャパシタの蓋を結合する前の状態を示した斜視図、（ｂ）同蓋を結合した状態を示した斜視図
【図３】（ａ）〜（ｄ）同電気二重層キャパシタに使用される素子の構成を説明するための製造工程図
【図４】同素子の構成を示した断面図
【図５】同素子のリード線接合部を示した要部断面図
【図６】同電気二重層キャパシタに使用されるケースの構成を示した要部斜視図
【図７】（ａ）本発明の実施の形態２による電気二重層キャパシタの構成を示した分解斜視図、（ｂ）同斜視図
【図８】従来の電気二重層キャパシタの構成を示した断面図
【符号の説明】
【００４２】
１  素子
２  陽極電極
２ａ、３ａ  集電体
２ｂ  陽極取り出し部
２ｃ、３ｃ  分極性電極層
３  陰極電極
３ｂ  陰極取り出し部
４  セパレータ
５  巻き止めテープ
６  陽極リード線
６ａ、７ａ  丸線
６ｂ、７ｂ  銅下地錫引き鉄線
６ｃ、７ｃ  接合部
６ｄ、７ｄ  溶接痕
７  陰極リード線
８、１２  ケース
８ａ  リード線引き出し部
８ｂ  リブ
９、１３  蓋
９ａ、９ｂ  凹部
１０  封口ゴム
１０ａ  孔
１１  電気二重層キャパシタ
１４  外部陽極端子
１５  外部陰極端子
１６  外部中間端子
【図１】
2010199471.tif 000003
【図２】
2010199471.tif 000004
【図３】
2010199471.tif 000005
【図４】
2010199471.tif 000006
【図５】
2010199471.tif 000007
【図６】
2010199471.tif 000008
【図７】
2010199471.tif 000009
【図８】
2010199471.tif 000010