(57)【要約】【課題】ハイブリッドカーの回生用等に使用されるキャパシタ及びこれを用いたキャパシタ装置に関し、放熱性の向上と小型化を図ることを目的とする。【解決手段】一対の電極を端面から取り出した偏平形の素子１と、この素子１の電極に接合された集電板２と、この素子１を電解液と共に収容したケース３と、このケース３を封止した蓋４からなり、上記ケース３が樹脂ケース３ａの外周の一部に金属ケース３ｂを嵌め込み、かつ、金属ケース３ｂが嵌め込まれた部分の樹脂ケース３ａの厚みを他の部分より薄くした二重構造に構成され、素子１の電極に接合した集電板２をケース３の内面に当接するようにした構成により、素子１の発熱を最も効率良く逃がすことができる素子１の電極から、この電極に接合された集電板２が薄肉に形成された樹脂ケース３ａを介して金属ケース３ｂに熱を伝播するようになるために放熱効果に優れるという効果を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極を対向する端面から夫々取り出した偏平形の素子と、この素子の一対の電極に夫々接合された一対の集電板と、この一対の集電板の一端に夫々設けられて同方向に引き出された外部接続用の端子部と、上記集電板が接合された素子を電解液と共に収容した上面視矩形状の有底筒状のケースと、上記集電板に設けられた端子部が挿通する孔を備えて上記ケースの開口部に結合されることによってケースを封止した蓋からなるキャパシタにおいて、上記素子の一対の電極に夫々接合された一対の集電板が夫々ケースの内面と当接すると共に、上記ケースが樹脂ケースの外周の一部に金属ケースを嵌め込んだ二重構造に構成され、かつ、金属ケースが嵌め込まれた部分の樹脂ケースの厚みを他の部分より薄くしたキャパシタ。
【請求項２】
樹脂ケースの外周の一部に嵌め込まれて二重構造のケースを構成する金属ケースが、ケース内に収容された素子を取り囲むような高さに形成された請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項３】
集電板に設けられた端子部に圧入されると共に蓋と密着するゴム製のＯリングを設けた請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項４】
一対の電極を対向する端面から夫々取り出した偏平形の素子が、金属箔からなる集電体上に一端に設けた電極未形成部を除いて電極層を形成した陽極電極と陰極電極を一対とし、上記陽極電極と陰極電極の各電極未形成部を互いに逆方向に配置して重ね合わせると共に、その間にセパレータを介在させた状態で巻回することにより、複数の陽極電極と複数の陰極電極の各電極未形成部が夫々対向する端面に表出して陽極電極取り出し部と陰極電極取り出し部を夫々形成したものである請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載のキャパシタを、ケース内に収容された素子の一対の電極が同一面に配置されるように複数個隣接配置して連結したキャパシタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はハイブリッドカーや燃料電池車の回生用、あるいは電力貯蔵用等に使用されるキャパシタ及びこれを用いたキャパシタ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４（ａ）〜（ｃ）はこの種の従来のキャパシタの構成を示した平面図と正面断面図と底面図、図５（ａ）〜（ｃ）は上記図４のキャパシタを２個接続して連結したキャパシタ装置の構成を示した平面図と正面図と（ａ）のＡ−Ａ線における要部断面図であり、図４と図５において、１１Ａは第１のキャパシタ、１１Ｂは第２のキャパシタであり、この第１・第２のキャパシタ１１Ａ・１１Ｂは外観形状は全く同一に構成され、正負の極性が夫々異なるように構成された（詳細は後述する）ものであり、第１・第２のキャパシタ１１Ａ・１１Ｂを２個１組として直列接続して使用されるものである。
【０００３】
１５は両端面（図４（ｂ）において上下方向）から陽極と陰極を夫々取り出すようにした素子、１６はこの素子１５を図示しない電解液と共に収容したアルミニウム製の金属ケース、１６ａはこの金属ケース１６の内底面に突出するように設けられた三つ葉状の接合部であり、上記素子１５の一方の端面を金属ケース１６の内底面に設けられた接合部１６ａにレーザー溶接等の手段によって接合することにより、機械的、電気的に接合したものである。
【０００４】
１７はアルミニウム製の端子板、１７ａはこの端子板１７の内面に設けられた三つ葉状の接合部、１７ｂは端子板１７の表面側に突出した接続部であり、素子１５の他方の端面を端子板１７に設けられた接合部１７ａにレーザー溶接等の手段によって接合することにより、機械的、電気的に接合したものである。
【０００５】
１８は上記端子板１７の周縁と金属ケース１６の内周面との間に配設されたリング状の絶縁部材、１９は端子板１７の上面周縁に配設されたリング状の弾性部材からなる封止リングであり、このように組み立てを行うと共に、図４（ｂ）における素子１５の上端面近傍を金属ケース１６の外周面から絞り加工すると共に、金属ケース１６の開口端が封止リング１９を押さえ込むようにカーリング加工することにより封止して構成されたものである。
【０００６】
従って、このように構成されたキャパシタは、素子１５の一方の電極（例えば陽極）を端子板１７に接合し、同他方の電極（例えば陰極）を金属ケース１６の内底面に接合したものを第１のキャパシタ１１Ａとすれば、これと極性が異なるように構成された、すなわち素子１５の一方の電極（例えば陰極）を端子板１７に接合し、同他方の電極（例えば陽極）を金属ケース１６の内底面に接合したものを第２のキャパシタ１１Ｂとし、このように極性が異なる２個のキャパシタを１組にして直列接続できるようにしたものである。
【０００７】
１２は接続板であり、上記第１のキャパシタ１１Ａの金属ケース（陰極）１６の開口端と第２のキャパシタ１１Ｂの金属ケース（陽極）１６の開口端どうしを接続板１２で接合することにより、第１・第２のキャパシタ１１Ａ・１１Ｂが直列接続されて２個１組となり、さらにこの２個１組となった第１・第２のキャパシタ１１Ａ・１１Ｂを複数組隣接配置して、隣り合う第１のキャパシタ１１Ａの端子板（陽極）１７の接続部１７ｂと第２のキャパシタ１１Ｂの端子板（陰極）１７の接続部１７ｂを図示しない接続板で接合することにより、複数個のキャパシタが直列接続されたキャパシタ装置（図示せず）が構成されるようにしたものである。
【０００８】
このように構成された従来のキャパシタ装置は、キャパシタどうしの接続を容易にすると共に接続スペースを大きく低減し、かつ接続に纏わる不要な抵抗の発生を少なくすることができるため、小型で高性能のキャパシタ装置を実現することができるようになるというものであった。
【０００９】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−３５１９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら上記従来のキャパシタ装置では、複数個のキャパシタの金属ケース１６どうしを密着配置して直列接続すると、素子１５の一方の電極を金属ケース１６から取り出す構成のために、金属ケース１６を介してキャパシタどうしが短絡してしまうために密着配置できないばかりでなく、金属ケース１６が円筒状のために複数個のキャパシタを隣接配置した際に空洞部が発生し、キャパシタ装置の小型化が難しいという課題に加え、キャパシタ装置を作動した際の充放電に伴って素子１５が発熱し、この発熱は主に素子１５の両端面の電極に接合された金属ケース１６の底面や端子板１７を介して放熱するようにはしているものの、このキャパシタ装置をハイブリッドカーの回生用等のように大電流、高電圧で急速充放電を行うような用途に使用した場合には発熱も大きくなり、キャパシタの性能が劣化してしまうという課題があった。
【００１２】
従って、このような課題を解決する目的で、上記キャパシタ装置の周面に冷却器を密着配設して金属ケース１６を冷却する方法や、キャパシタ装置を水槽内に配設して冷却する方法も考えられるが、このような場合には、上記と同様に、素子１５の一方の電極を金属ケース１６から取り出す構成のために、金属ケース１６を介してキャパシタどうしが短絡してしまうために不可能なものであった。
【００１３】
本発明はこのような従来の課題を解決し、素子の発熱を効率良く逃がすと共に、水冷等の冷却方法を採用することが可能なキャパシタ及びこれを用いたキャパシタ装置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】
【００１４】
上記課題を解決するために本発明は、一対の電極を対向する端面から夫々取り出した偏平形の素子と、この素子の一対の電極に夫々接合された一対の集電板と、この一対の集電板の一端に設けられて同方向に引き出された外部接続用の端子部と、上記集電板が接合された素子を電解液と共に収容した上面視矩形状の有底筒状のケースと、上記集電板に設けられた端子部が挿通する孔を備えて上記ケースの開口部に結合されることによってケースを封止した蓋からなり、上記素子の一対の電極に接合された一対の集電板が夫々ケースの内面と当接すると共に、上記ケースが樹脂ケースの外周の一部に金属ケースを嵌め込んだ二重構造に構成され、かつ、金属ケースが嵌め込まれた部分の樹脂ケースの厚みを他の部分より薄くした構成にしたものである。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように本発明によるキャパシタは、樹脂ケースの外周の一部に金属ケースを嵌め込み、かつ、金属ケースが嵌め込まれた部分の樹脂ケースの厚みを他の部分より薄くした二重構造のケースの内面に、素子の両端面の電極に接合した一対の集電板を当接するようにして収容した構成により、素子の発熱を最も効率良く逃がすことができる素子の両端面の電極から、この電極に接合された集電板が薄肉に形成された樹脂ケースを介して金属ケースに熱を伝播するようになるために放熱効果に優れ、また、このキャパシタを用いてキャパシタ装置を構成する際に、金属ケースどうしを密着配置したり、あるいは金属ケースの周面に冷却器を密着配設して冷却したり、さらにキャパシタ装置の端子部を除く部分を水槽内に配設して冷却することが可能になるため、小型化を図り、かつ、放熱特性に優れたキャパシタ装置を実現することができるという効果が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１によるキャパシタの構成を示した分解斜視図
【図２】（ａ）同キャパシタの構成を示した正面断面図、（ｂ）同側面断面図
【図３】本発明の実施の形態２によるキャパシタ装置の構成を示した斜視図
【図４】（ａ）従来のキャパシタの構成を示した平面図、（ｂ）同正面断面図、（ｃ）同底面図
【図５】（ａ）図４のキャパシタを２個接続して連結した従来のキャパシタ装置の構成を示した平面図、（ｂ）同正面図、（ｃ）（ａ）のＡ−Ａ線における要部断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（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１〜４に記載の発明について説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施の形態１によるキャパシタの構成を示した分解斜視図、図２（ａ）、（ｂ）は同キャパシタの構成を示した正面断面図と側面断面図であり、図１と図２において、１は偏平形に形成された素子を示し、この素子１は、金属箔からなる集電体上に一端に設けた電極未形成部を除いて電極層を形成した陽極電極（全て図示せず）と、同じく金属箔からなる集電体上に一端に設けた電極未形成部を除いて電極層を形成した陰極電極（全て図示せず）を、上記陽極電極の電極未形成部と陰極電極の電極未形成部を互いに逆方向に配置して重ね合わせると共に、その間にセパレータ（図示せず）を介在させて陽極電極の電極層と陰極電極の電極層がセパレータを介して対向した状態で巻回することにより、陽極電極と陰極電極の各電極未形成部が夫々対向する端面に表出して陽極電極取り出し部（図示せず）と陰極電極取り出し部（図示せず）が形成されるようにして構成されたものである。
【００１９】
また、このように構成された素子１は、円筒状に巻回した後にプレス加工して偏平形にするか、もしくは最初から偏平形に巻回するようにして作製されるものであり、図中の符号１ａは巻回時に用いる巻芯（図示せず）を抜き取った後の空洞部を示すものである。
【００２０】
２は上記素子１の両端面に設けられた一対の電極に夫々接合された一対の集電板であり、この集電板２はＬ字形に形成され、集電板２の本体部分は上記素子１の電極全体に当接するように形成されると共に、集電板２の一端には外部接続用の端子部２ａが設けられており、この端子部２ａが同方向に引き出されるように構成されているものである。なお、この端子部２ａは集電板２と一体に形成された構成であっても良いし、別部品として作製して、集電板２と結合するようにしても構わないものである。
【００２１】
３は上記素子１が図示しない電解液と共に収容される上面視矩形状の有底筒状のケースであり、このケース３は有底矩形筒状の樹脂ケース３ａと、この樹脂ケース３ａの外周の一部に嵌め込まれた矩形筒状の金属ケース３ｂからなる二重構造に構成されたものであり、上記金属ケース３ｂが嵌め込まれた部分の樹脂ケース３ａの厚みを他の部分より薄くすると共に、金属ケース３ｂがケース３内に収容された素子１を取り囲むような高さに形成されているものである。なお、本実施の形態においては、上記樹脂ケース３ａには耐熱温度が高く、かつ、水分透過性が低く、絶縁性を有した液晶ポリマーを用い、金属ケース３ｂには放熱特性に優れ、かつ、加工性に優れたアルミニウムを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２２】
また、上記素子１が収容される樹脂ケース３ａの長径方向の内径寸法は、図２（ａ）に示すように、素子１の一対の電極に接合された一対の集電板２が夫々樹脂ケース３ａの内面と当接する（図２（ａ）においては構成を分かり易くするために当接していないが、実際には当接するようにしている）ように形成されると共に、樹脂ケース３ａの短径方向の内径寸法は、図２（ｂ）に示すように、素子１の外周面と所定の隙間が確保できるように形成されているものである。
【００２３】
４は上記ケース３の開口部に超音波溶接等の手段によって結合されることにより、ケース３を封止する蓋であり、この蓋４には上記素子１の一対の電極に接合された一対の集電板２の一端に夫々設けられて同方向に引き出された一対の端子部２ａが挿通する孔４ａが一対で設けられているものである。なお、本実施の形態においては、上記蓋４には耐熱温度が高く、かつ、水分透過性が低く、絶縁性を有した液晶ポリマーを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２４】
５はゴム製のＯリングであり、このＯリング５は上記素子１の一対の電極に接合された一対の集電板２の一端に設けられて同方向に引き出された一対の端子部２ａに圧入されると共に、上記蓋４に一対で設けられた孔４ａの表裏面に夫々密着するように４個が配設されたものであり、これにより高い封止性能を確保するようにしているものである。なお、本実施の形態においては、上記Ｏリング５には、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ために好ましいが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２５】
６は上記端子部２ａに圧入されたＯリング５を押さえ込むためのＯリング押さえであり、上記蓋４に一対で設けられた孔４ａの表面側、あるいは表裏面側に夫々配設するようにしたものである。
【００２６】
このように構成された本実施の形態によるキャパシタは、樹脂ケース３ａの外周の一部に金属ケース３ｂを嵌め込み、かつ、金属ケース３ｂが嵌め込まれた部分の樹脂ケース３ａの厚みを他の部分より薄くした二重構造のケース３の内面に、素子１の両端面の電極に接合した一対の集電板２を当接するようにして収容した構成により、素子１の発熱を最も効率良く逃がすことができる素子１の両端面の電極から、この電極に接合された集電板２が薄肉に形成された樹脂ケース３ａを介して金属ケース３ｂに熱を伝播し、この金属ケース３ｂから放熱することができるようになるために放熱効果に優れるという格別の効果を奏するものである。
【００２７】
なお、上記二重構造のケース３の、金属ケース３ｂが嵌め込まれた部分の樹脂ケース３ａの厚みを他の部分より薄くする構成は、放熱特性の低い樹脂ケース３ａの厚みを可能な限り薄くし、放熱特性の高い金属ケース３ｂの厚みを可能な限り厚くして上記放熱効果を効果的に得るようにすると共に、樹脂ケース３ａの厚みを薄くすることによって強度が低下した樹脂ケース３ａの強度を金属ケース３ｂを嵌め込むことによって補強して解決するようにしたものである。
【００２８】
また、素子１の両端面の電極に接合した一対の集電板２を樹脂ケース３ａの内面に当接するようにし、素子１の外周面は樹脂ケース３ａの内面と所定の隙間を確保するようにしているのは、樹脂ケース３ａ内に素子１を挿入する際の作業性を確保するためである。
【００２９】
（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５に記載の発明について説明する。
【００３０】
本実施の形態は、上記実施の形態１で図１と図２を用いて説明したキャパシタを複数個隣接配置して連結することによりキャパシタ装置を構成したものであり、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。
【００３１】
図３は本発明の実施の形態２によるキャパシタ装置の構成を示した斜視図であり、図３において、７は上記実施の形態１で説明したキャパシタであり、このキャパシタ７を複数個（本実施の形態においては３個であるが、本発明はこれに限定されるものではない）密着配置して連結したものである。
【００３２】
８は導電性部材からなるバスバーであり、このバスバー８により、隣り合うキャパシタ７から夫々引き出された端子部２ａどうしを接続することにより、複数個のキャパシタ７を直列接続して連結するようにしたものである。
【００３３】
９は内部に水が充填された、あるいは水が循環するように構成された冷却器であり、この冷却器９は上記キャパシタ装置を構成する各キャパシタ７の夫々の金属ケースに密着して配設されているものである。なお、この冷却器９は本発明とは直接関係しないものであるが、本発明による効果を説明する目的で図示したものである。
【００３４】
このように構成された本実施の形態によるキャパシタ装置は、上記実施の形態１で説明したようにキャパシタが放熱効果に優れるという効果に加え、このキャパシタを用いてキャパシタ装置を構成する際に、金属ケースどうしを密着配置したり、あるいは金属ケースの周面に冷却器９を密着配設して冷却したり、さらにキャパシタ装置の端子部２ａを除く部分を水槽内に配設して冷却することが可能になるため、小型化を図り、かつ、放熱特性に優れたキャパシタ装置を実現することができるという格別の効果を奏するものである。
【００３５】
なお、上記実施の形態１ならびに実施の形態２に用いるキャパシタとしては、金属箔からなる集電体上に分極性電極層を形成した正負一対の電極を、その間にセパレータを介在させて上記分極性電極層が対向した状態で巻回または積層することにより形成された素子を用いた電気二重層キャパシタや、金属箔からなる集電体上に活性炭を主体とした分極性電極層を形成した正極と、金属箔からなる集電体上に炭素系材料の電極層を形成した負極とを、その間にセパレータを介在させて夫々の電極層が対向した状態で巻回または積層することにより構成された素子と、リチウムイオンを含む有機系電解液とを用いた電気化学キャパシタと呼ばれるものであっても良いものであり、いずれの場合でも本発明による効果が十分に得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によるキャパシタ及びこれを用いたキャパシタ装置は、放熱性に優れると共に小型化が図れるという効果を有し、特に、ハイブリッドカーの回生用等、自動車用の分野等として有用である。
【符号の説明】
【００３７】
１  素子
１ａ  空洞部
２  集電板
２ａ  端子部
３  ケース
３ａ  樹脂ケース
３ｂ  金属ケース
４  蓋
４ａ  孔
５  Ｏリング
６  Ｏリング押さえ
７  キャパシタ
８  バスバー
９  冷却器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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