(57)【要約】 【課題】  電気二重層コンデンサ内部の基本セルの半田リフロー時の熱膨張による封止用の絶縁性ゴムの剥がれを抑制し、耐熱性、信頼性を向上することができる電気二重層コンデンサの外装構造を提供すること。【解決手段】  電解液を含浸する一対の分極性電極と、その一対の分極性電極間に挟まれるセパレータと、導電性集電体と、導電性集電体の外周部の側面で封止するように配置される絶縁性ゴムからなる構造を有する基本セル１を直列に複数積層してなる素子と、電極取り出し用の第１のリード端子１３と第２のリード端子１４と、素子を保持するための絶縁ケース１２と、絶縁ケース１２を覆うように配置され開口部は絶縁ケース１２の底部側の外部で封口される外装金属ケース１１を有する電気二重層コンデンサにおいて、外装金属ケース１１の内側底部内側の中央部に凹部を有し、絶縁ケース１２の底部側内部に中央部に凹部を有する金属補強板１６を有する。【選択図】  図１
2010040959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を含浸し、対向するように配置される一対の分極性電極と、
この一対の分極性電極間に挟まれ、分極電極間の短絡を防止し、前記電解液中のイオンを透過するセパレータと、
前記一対の分極性電極のセパレータでない背面側にそれぞれ分極性電極と電気的に接触するように対向して分極性電極を挟むように配置される一対の導電性集電体と、
前記電解液の封止と電気的絶縁のために前記一対の導電性集電体の外周部に配置される絶縁性ゴムと、からなる構造を有する基本セルを直列に複数積層してなる素子と、
この素子から電極を取り出すための第１のリード端子および第２のリード端子と、
一方に開口部を有し、前記第１と第２のリード端子を他方の底部側に保持すると共にリード端子間を絶縁してそれぞれ外部に取り出し、かつ前記素子を保持するための絶縁ケースと、
開口部と底部と側面部を有し前記絶縁ケースを覆うように配置され前記素子の最外部の一方の導電性集電体面と電気的に接触しかつ前記第１のリード端子と電気的に接触し、前記開口部は前記絶縁ケースの底部側の外部で封口される外装金属ケースを有し、
前記第２のリード端子は前記素子の最外部の他方の導電性集電体面と電気的に接触する構造を有する電気二重層コンデンサであって、
前記外装金属ケースの底部内側の中央部に凹部を有し、
前記絶縁ケースの底部側内部に中央部に凹部を有する金属補強板を有する
ことを特徴とする電気二重層コンデンサ。
【請求項２】
前記絶縁ケース底部側の金属補強板が前記第２のリード端子の一部であることを特徴とする請求項１記載の電気二重層コンデンサ。
【請求項３】
前記外装金属ケースの底部の中央部の凹部以外の肉厚を、０．２ｍｍ以上とし、前記外装金属ケースの凹部の深さを０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ未満とし、
前記金属補強板の中央部凹部以外肉厚を０．１ｍｍないし０．４ｍｍとし、前記金属補強板の凹部の深さを前記肉厚を超えない範囲で、０．０５ｍｍないし０．２ｍｍ
とすることを特徴とする請求項１ないし２に記載の電気二重層コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気二重層コンデンサに関し、特に、半田リフロー時の内部の圧力増加に対して電解液の液漏れやコンデンサの破裂を防止するための構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層コンデンサには、電解液中のイオンを透過するセパレ−タを挟むように配置された一対の電解液を含浸する分極性電極からなる素子を外装金属ケース内に収容しており、分極性電極は外装金属ケースの内の上ケースと一方の側で接触し、他方の側は外装金属ケースの内の下ケースに接触しており、上ケースと下ケース間はガスケットにより絶縁状態で機械的にかしめられて封止されたものがある。
【０００３】
このような電気二重層コンデンサをプリント基板上に実装するには、通常２００℃以上での半田リフロ−が用いられている。このような半田リフローによる表面実装においては、ケース内の温度上昇に伴う圧力の増加やガスケットの高温での変形・溶融により、電解液の漏れや破裂が生じていた。
【０００４】
このような問題点を解決するために、耐熱性の高いガスケットが提案され、例えば特許文献１に記載されたものがある。
【０００５】
特許文献１に記載される電気二重層コンデンサ用のガスケットは、１７０℃〜２３０℃の範囲でアニ−ル処理を行って結晶化を促進させたポリエ−テルエ−テルケトン、またはそのアロイ材若しくはこれらと別の部材との複合材からなるもので、耐熱特性が優れ、２００℃程度での半田リフロ−による電気二重層コンデンサのプリント配線板の表面への実装に対して変形や溶融が生ずることなく、ガスケット封止時のかしめの機械的ストレスによる割れが生じないで封止できるため、電気二重層コンデンサの電解液の気化や漏出が起こりにくいという効果を奏する。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２５１２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電気二重層コンデンサは、固体と液体の２層が接触する界面に正負の電荷が極めて短い距離に相対して帯電する界面導電現象を利用したコンデンサであり、本願発明の基となる技術を説明するための電気二重層コンデンサの基本セル３１の構造例を図３に示す。
【０００８】
図３に示す基本セル３１では、一対の分極性電極３２および分極性電極３３として、例えば電解液を含浸させた粉末活性炭が用いられる。一対の分極性電極は、それぞれの分極性電極間のショートを防止し、電解液中のイオンを透過するセパレータ３４を挟んで対向するように配置され、更に、この一対の分極性電極３２および分極性電極３３のセパレータ３４の側でないそれぞれの背面側には、それぞれ導電性集電体３５および導電性集電体３６がそれぞれ分極性電極と電気的に接触するように配置される構成となっている。
【０００９】
導電性集電体３５、３６は、電圧が印加出来る構造となっている。また、粉末活性炭からなる分極性電極３２、３３には電解液として希硫酸を含浸させ、希硫酸中のイオンは、セパレータ３４を透過して自由に行き来出来る構造となっている。希硫酸は、分極性電極３２、３３の中央部により多く含浸される。
【００１０】
そして電解液の封止と、それぞれの導電性材料を絶縁するため、封止用の絶縁性ゴム３７が導電性集電体３５、３６の外周部側面に配置されている。基本セル３１は、電解液を含浸する中央部の分極性電極３２、３３の部分で固く、外周部の封止用絶縁性ゴム３７の部分でそれよりも柔らかくなっている。また、封止用絶縁性ゴム３７を確実に導電性集電体３５、３６に密着させるために、外周部が中央部に比較して若干へこんだ形状となっている。
【００１１】
一般に、電気二重層コンデンサは、使用する電圧に応じて、基本セル３１を必要な数だけ直列に積層し、基本セル間、分極性電極間や、分極性電極と導電性集電体間の電気的接続抵抗を安定させるために内部に一定の圧力を加えるように構成されている。
【００１２】
本願発明の基となる電気二重層コンデンサの外装構造を図４に示す。底部と開口部と側面部からなる外装金属ケース４３は、図３と同様の基本セル４１を複数積層してなる素子４２の一方の導電性集電体面とその底部の面で接するように内蔵している。
【００１３】
絶縁ケース４４は、底部と開口部と側面を有しており、絶縁ケース４４の底部側で外装金属ケース４３の開口部を封口しており、絶縁ケース４４の側面は、外装金属ケース４３側面と素子４２の側面との接触ならびにショートを防止している。
【００１４】
また、絶縁ケース４４は、素子４２の両側の導電性集電体面と電気的に接触する一対の第１のリード端子４５および第２のリード端子４６同士の接触およびショートを防止しながら外部に取り出せる構造となっている。絶縁ケース４４には、ポリアセタール、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等のエンジニアリングプラスチックが使用されており、外装金属ケース４３を機械的にかしめることにより、内部の圧力を一定に保持するようにされている。座板４７は、第１のリード端子４５および第２のリード端子４６を保持し、表面実装のためのコンデンサのステージとなるものである。ポリアセタールは、ポリマーの一種で、具体的には、デュポン社の商品名デルリンとして知られている。
【００１５】
電気二重層コンデンサをプリント基板上に実装する際の半田リフロー条件のような高温環境下においては、半田リフロー時の雰囲気の熱が内部の素子４２に伝わり、その熱により、電解液である希硫酸が気化して素子４２を構成する基本セル３１の内部圧力が高まり、外装金属ケース４３と絶縁ケース４４で上下からしっかりと保持されているために、上下への変形が抑制され、強度的に弱く変形しやすい外周部の封止用絶縁性ゴム３７が、内部圧力の上昇に耐えられずに破壊したり、あるいは熱による変形により封止性が損なわれて、基本セル３１内部の電解液が漏れるという問題が生ずることがある。
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、電気二重層コンデンサ内部の基本セルの半田リフロー時の熱膨張に伴う基本セル内部圧力の増加による封止用の絶縁性ゴムの変形や剥がれを抑制し、耐熱性、信頼性を向上することができる電気二重層コンデンサの外装構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、上記課題を解決するために、電解液を含浸し、対向するように配置される一対の分極性電極と、この一対の分極性電極間に挟まれ、分極電極間の短絡を防止し、前記電解液中のイオンを透過するセパレータと、前記一対の分極性電極のセパレータでない背面側にそれぞれ分極性電極と電気的に接触するように対向して分極性電極を挟むように配置される一対の導電性集電体と、前記電解液の封止と電気的絶縁のために前記一対の導電性集電体の外周部に配置される絶縁性ゴムと、からなる構造を有する基本セルを直列に複数積層してなる素子と、この素子から電極を取り出すための第１のリード端子および第２のリード端子と、一方に開口部を有し、前記第１と第２のリード端子を他方の底部側に保持すると共にリード端子間を絶縁してそれぞれ外部に取り出し、かつ前記素子を保持するための絶縁ケースと、開口部と底部と側面部を有し前記絶縁ケースを覆うように配置され前記素子の最外部の一方の導電性集電体面と電気的に接触しかつ前記第１のリード端子と電気的に接触し、前記開口部は前記絶縁ケースの底部側の外部で封口される外装金属ケースを有し、前記第２のリード端子は前記素子の最外部の他方の導電性集電体面と電気的に接触する構造を有する電気二重層コンデンサであって、前記外装金属ケースの底部内側の中央部に凹部を有し、前記絶縁ケースの底部側内部に中央部に凹部を有する金属補強板を有することを特徴とする電気二重層コンデンサとしている。
【００１８】
また、本発明は、絶縁ケース底部側の金属補強板が第２のリード端子の一部である電気二重層コンデンサとしている。
【００１９】
外装金属ケースの材質は、ＳＵＳや鉄が好ましく、機械的にかしめて封止するための強度からＳＵＳがより好ましい。コンデンサの外径は、４ｍｍないし２０ｍｍ程度を想定しており、外装金属ケースの肉厚は、０．２ｍｍ以上である。外装金属ケース底部中央部の凹部の深さとしては、肉厚にもよるが、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ未満程度が好ましい。
【００２０】
絶縁ケースの材質としては、外装金属ケースとの機械的かしめと半田リフロー温度に耐えるもので、例えば、アーレン（三井化学社製のポリアミド系エンジニアリングプラスチックの商品名）、ジェネスタ（クラレ社製のポリアミド系エンジニアリングプラスチックの商品名）、ＬＣＰ（先に述べた通り液晶ポリマー）等が好ましい。
【００２１】
金属補強板としては、外装金属ケースと同様にＳＵＳが好ましく、肉厚は、０．１ｍｍないし０．４ｍｍ程度で、凹部の深さとしては、肉厚を超えない範囲で０．０５ｍｍないし０．２ｍｍ程度が好ましい。
【００２２】
リード端子としては、ＳＵＳ、鉄、銅等を用いることができるが、強度が必要であり、半田メッキを施した鉄が好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、外装金属ケースの底部中央部を凹ませその分ケースの他の部分の肉厚は従来よりもやや厚くし、さらに、絶縁ケースの底部側に中央部に凹部を有する金属補強板を入れたことにより、半田リフロー時の温度上昇による電解液の気化に伴う基本セルの膨張に対して、基本セル外周部での封止した外装金属ケース内の加圧力をそのまま維持することができ、基本セル外周部での変形を抑制することができるため、電気二重層コンデンサ内部の基本セルの半田リフロー時の熱膨張による封止用の絶縁性ゴムの剥がれを防止し、電解液の漏れや破裂を起こさず、耐熱性、信頼性を向上することができる電気二重層コンデンサの外装構造を提供できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの外装構造を示す断面図である。本発明の電気二重層コンデンサは、外装金属ケース１１に基本セル１を複数積層してなる素子２を挿入し、底部内側中央部が凹形状の外装金属ケース１１の開口部（図１においては、外装金属ケースの底部が上に、開口部が下になるように描かれている）に電極取り出し用の第１のリード端子１３と第２のリード端子１４および第１のリード端子１３、第２のリード端子１４間の接触ならびにショートを防止するための絶縁ケース１２、さらに中央部に凹部を有する金属補強板１６を配置し、外装金属ケース１１を絶縁ケースの底部側の外側で機械的にかしめて封口することにより、素子２を加圧保持する構造となっている。
【００２６】
図２は、本発明の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの分解構成図である。本発明の電気二重層コンデンサは、例えば、以下に示すように製造することができる。
【００２７】
基本セル１は、基本的に図３に示すものと同一であり、分極性電極３２および３３には粉末活性炭を用い、分極性電極に含浸させる電解液には、希硫酸を用いている。セパレータ３４には、ＰＴＦＥ製微多孔膜を用い、封止用絶縁性ゴム３７には、ブチルゴム、導電性集電体３５および３６には、導電性ゴムを使用している。本発明では、このような基本セル１を４個直列に接続する素子２を用いている。もちろん、目的や用途に応じて、基本セル１を何個用いるかを選ぶことができる。
【００２８】
電気二重層コンデンサの外装部品に関しては、外装金属ケース１１および金属補強板１６には、例えばＳＵＳ４３０を用い、絶縁ケース１２には、ポリアミド樹脂を用い、第１のリード端子１３および第２のリード端子１４には、ＳＵＳ４３０にＳｎメッキを施したものを用いることができる。
【００２９】
組み立て手順としては、まず素子２を外装金属ケース１１に挿入し、次いで外装金属ケース１１の開口部側から金属補強板１６を乗せ、さらに第１のリード端子１３および第２のリード端子１４と絶縁ケース１２を被せ、しかる後に一定圧力を加えながら外装金属ケース１１を開口部側で機械的にかしめて封口するというものである。最後に、座板１５の一方の面側から第１のリード端子１３および第２のリード端子１４を通して、座板１５の他方の面側で折り曲げて本発明の電気二重層コンデンサは完成する。外装金属ケース１１の肉厚は、例えば、凹部については、従来から用いられている外装金属ケース４３の肉厚と同様の０．２ｍｍとして、その他の部分は、０．３ｍｍとし、凹部の深さを０．１ｍｍとしたものを用いれば良い。また、凹部の肉厚を０．１５ｍｍ程度として、その他の部分の肉厚を０．２ｍｍ程度以上としても良い。
【００３０】
金属補強板１６の形状に関しては、凹部がある側を素子２側にするように被せる必要があるが、作業性の向上のために、図２中の両側面中央部に凹部を有する金属補強板１７を用いることもできる。金属補強板１６あるいは１７の凹部以外の肉厚は、０．１ｍｍないし０．４ｍｍ程度で、凹部の深さとしては、肉厚を超えない範囲で０．０５ｍｍないし０．２ｍｍ程度とすれば良い。  
【００３１】
（比較例）
本発明に対する比較例として、図４に示した本発明の基となる従来の電気二重層コンデンサを本発明の実施例と同じ材質のものを用い、外装金属ケース４３を厚み０．２ｍｍのものを用いて組み立て、作製した。
【００３２】
このようにして得た電気二重層コンデンサの耐熱性について、半田リフロー温度のピーク温度を２３０℃から２６０℃の範囲で変化させ、それの半田リフロー温度に対する素子不具合（液漏れ）の発生数を調査した。各水準それぞれ１００ｐの試料に対する結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
2010040959.tif 000003
【００３４】
表１に示すように、本発明による外装構造を有する電気二重層コンデンサは、底部中央部に凹部を有する外装金属ケース１１の肉厚の若干の増加による強度増加と凹部で素子２の中央部を保持し、そして周辺部の肉厚厚いの底部で素子２の外周部を圧力が均一になるように保持していることと、同じく中央部に凹部を有し、外装金属ケース１１と同様の効果を発揮する金属補強板１６の追加により、内部素子２の膨張、特に、基本セル１の外周部の封止用絶縁性ゴム３７の部分の膨張を抑制し素子の破裂を防止でき、電気二重層コンデンサの耐熱性を向上することができるものである。
【００３５】
以上のように、本発明によれば、封止用絶縁性ゴム３７への加圧力増と外装構造の強度向上により、素子２の熱による膨張が抑制され、封止用絶縁性ゴム３７の封止性が向上して、電気二重層コンデンサの耐熱性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの外装構造を示す断面図。
【図２】本発明の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの分解構成図。
【図３】本願発明の基となる技術を説明するための電気二重層コンデンサの基本セルの構造例を示す図。
【図４】本願発明の基となる電気二重層コンデンサの外装構造を示す図。
【符号の説明】
【００３７】
１、３１、４１    基本セル
２、４２    素子
１１、４３    外装金属ケース
１２、４４    絶縁ケース
１３、４５    第１のリード端子
１４、４６    第２のリード端子
１５、４７    座板
１６、１７    金属補強板
３２、３３    分極性電極
３４    セパレータ
３５、３６    導電性集電体
３７    封止用絶縁性ゴム
【図１】
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【図２】
2010040959.tif 000005
【図３】
2010040959.tif 000006
【図４】
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