(57)【要約】【課題】外部端子とブスバーとを超音波溶接で接合することで接触抵抗を低下させるとともに、高さ低下させるキャパシタモジュールおよびその製造方法を提供する。【解決手段】キャパシタ素子を外装ケースに収納し、外装ケースの開口部に外部端子が埋設された封口部材を挿入して、封口してなるキャパシタと、複数のキャパシタの外部端子同士を電気的に接続してなるブスバーより構成されるキャパシタモジュールにおいて、前記封口部材は、前記開口部に挿入される前に前記外部端子に一端が溶接されて他端が開放されているブスバーと一体形成され、前記封口部材を前記開口部に挿入した後に他のキャパシタの他のブスバーと前記ブスバーとを他端同士で接合することにより構成される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャパシタ素子を有底筒状の外装ケースに収納し、外装ケースの開口部に外部端子が埋設された封口部材を挿入して、封口してなるキャパシタと、
複数のキャパシタの外部端子同士を電気的に接続してなるブスバーより構成されるキャパシタモジュールにおいて、
前記封口部材は、前記開口部に挿入される前に前記外部端子にブスバーの一端が溶接されており、
前記封口部材を前記外装ケースの開口部に挿入して封口した後に他のキャパシタの他のブスバーと前記ブスバーとを他端同士で接合することにより構成されるキャパシタモジュール。
【請求項２】
前記ブスバーが前記封口部材と平行に接続されることを特徴とする請求項１記載のキャパシタモジュール。
【請求項３】
キャパシタ素子を前記外装ケースに収納し、外装ケースの開口部に外部端子が埋設された封口部材を挿入して、封口してなるキャパシタと、
複数のキャパシタの外部端子同士を電気的に接続してなるブスバーより構成されるキャパシタモジュールを製造する方法において、
前記外部端子の外部側に予めブスバーの一端を溶接した封口部材によってキャパシタの封口を行い、
これらのキャパシタの外部端子に溶接されたブスバーの他端同士を接合することでキャパシタバンクを構成するキャパシタバンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャパシタモジュールおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタに代表されるキャパシタは、大きな静電容量を有しており、無停電電源（ＵＰＳ）等に採用されている。しかし、大規模なＵＰＳには、静電容量が大きな電気二重層キャパシタといえども一本では、蓄積できる電荷が少なく、複数の電気二重層キャパシタを直列および／または並列に接続してモジュール化して使用されている。
【０００３】
このような大きな静電容量を有する電気二重層キャパシタの構成としては、集電体の両面に分極性電極層を形成した平板状の電極シートを正極シートおよび負極シートとして、これらをセパレータを介して巻回または交互に積層してキャパシタ素子を形成し、このキャパシタ素子をアルミニウム等からなる外装ケースに収納して、開口端部を封口部材によって封止した構成からなる電気二重層キャパシタが知られている。
【０００４】
このような電気二重層キャパシタをモジュール化する技術については、特許文献１および特許文献２が知られている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１２３８３号公報
【特許文献２】特開２００６−３１０４９０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在、複数のキャパシタの外部端子同士を接続するブスバーは、外部端子に形成したネジ穴にネジ止めすることにより固定されている。このネジ止めによる固定では、ネジによる機械的な接触により、外部端子とブスバーとの導通が図られている。一方、電気二重層キャパシタは一本あたりの耐電圧は２．３Ｖ〜数Ｖ程度と耐電圧が低い。このため、外部端子とブスバーとの接触部位における接触抵抗の影響が大きなものとなる。
【０００７】
そこで、外部端子とブスバーの接触抵抗を低減することがキャパシタモジュールの蓄積電荷を向上させるための重要な要素となる。
【０００８】
このような観点からは、ブスバーを外部端子に超音波溶接によって接合することで、高さ寸法の低減と接触抵抗の低減を、図ることが期待される。
【０００９】
ところが、キャパシタの外部端子と他の外部端子と結合する場合に単純に超音波溶接する場合に以下のような問題点が発生する。
【００１０】
超音波溶接によって、外部端子にブスバーを溶接しようとする場合には、外部端子の上にブスバーを搭載し、超音波溶接のためのホーンを当接させて超音波溶接を行うことになるが、この超音波振動のエネルギーが逃げて、適切な接合ができない場合がある。
【００１１】
これは、キャパシタの構造として、外装ケースの開口部に封口部材を挿入して加締める構成を採用しているため、外装ケースと内面と封口部材の間には僅かながらも隙間が存在し、超音波溶接のホーンから加えられる横方向の振動に対しては、封口部材が外装ケースに内部で横方向に振動してしまい、超音波振動のエネルギーが封口部材の外部端子とブスバーに充分に伝わらないためと考えられる。
【００１２】
また、超音波溶接時の振動ストレスが、キャパシタ素子に伝わることで、キャパシタの内部抵抗の増加等の電気的特性への悪影響を及ぼす場合もあった。
【００１３】
そこで、この発明は、外部端子とブスバーとを超音波溶接で接合することで接触抵抗を低下させるとともに、キャパシタモジュール全体としての高さ寸法を低下させるキャパシタモジュールおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の課題を解決すべく、本発明の第一の規定にあるキャパシタモジュールは、キャパシタ素子を外装ケースに収納し、外装ケースの開口部に外部端子が埋設された封口部材を挿入して、封口してなるキャパシタと、複数のキャパシタの外部端子同士を電気的に接続してなるブスバーより構成されるキャパシタモジュールにおいて、前記封口部材は、前記開口部に挿入される前に前記外部端子にブスバーの一端が溶接されており、前記封口部材を前記外装ケースの開口部に挿入して封口した後に他のキャパシタの他のブスバーと前記ブスバーとを他端同士で接合することにより構成される。
【００１５】
前記のブスバーは平板状の部材であり、キャパシタの封口部材と平行に接続されることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第二の規定にある製造方法は、キャパシタ素子を前記外装ケースに収納し、外装ケースの開口部に外部端子が埋設された封口部材を挿入して、封口してなるキャパシタと、複数のキャパシタの外部端子同士を電気的に接続してなるブスバーより構成されるキャパシタモジュールを製造する方法において、前記外部端子の外部側に予めブスバーの一端を溶接した封口部材によってキャパシタの封口を行い、これらのキャパシタの外部端子に溶接されたブスバーの他端同士を接合することでキャパシタバンクを構成する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に示されるように、キャパシタ素子を外装ケースに収納し、外装ケースの開口部に外部端子が埋設された封口部材を挿入して、封口してなるキャパシタと、複数のキャパシタの外部端子同士を電気的に接続してなるブスバーより構成されるキャパシタモジュールにおいて、前記封口部材は、前記開口部に挿入される前に前記外部端子に一端が溶接されて他端が開放されているブスバーと一体形成され、前記封口部材を前記開口部に挿入した後に他のキャパシタの他のブスバーと前記ブスバーとを他端同士で接合することにより、接触抵抗を低下させるとともに、超音波溶接の際の機械的ストレスをキャパシタの内部に伝達することが無い。
【００１８】
また、ブスバーを平板状の部材とし、キャパシタの封口部材と平行に接続すれば、キャパシタモジュールの高さ寸法を低減させることができるという有意効果をもたらすものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
電気二重層キャパシタの構造の概略としては図３に示すように、正極シート１１と負極シート１２をセパレータ１３を介して交互に積層したキャパシタ素子１を、金属製の外装ケース３に収納し、外装ケースの開口端部を封口部材２にて封止した構造となっている。
【００２０】
以下では、この発明の電気二重層キャパシタの製造方法について順次説明する。
【００２１】
正極シート１１及び負極シート１２は、図２に示すように、集電体１３の両側に活性炭を主成分とする分極性電極層１４，１４を形成した平板状の電極シートである。なお、キャパシタ素子の最外部に配置される電極は内側となる面にのみ分極性電極層１４を形成したものであっても良い。
【００２２】
正極シート１１及び負極シート１２は、活性炭と、導電性助剤としてのカーボンブラックと、バインダーとしてのポリテトラフルオロエチレン粉末とを湿式、または乾式で混練して混練物を得、この混練物を集電体１３に塗布して、乾燥することにより混練物を固化して集電体１３上に分極性電極層１４，１４を形成したものである。さらに、圧延ロールにて分極性電極層１４，１４を所定厚さとなるようにプレスしても良い。
【００２３】
上記のような工程以外にも、混練物をシート状に形成して乾燥し、このシートを集電体に導電性接着剤によって貼り付けて分極性電極を作製してもよい。この場合、シートの状態で圧延ロールにて所定厚さにしても良く、シートを集電体に貼り付けた後に圧延ロールにて所定厚さとしてもよい。
【００２４】
集電体１３は金属より、金属箔、メッシュ等を用いることができるが、電解液に対する耐腐食性や、集電体自体の導電性、さらには集電体の機械的強度の観点から、４０μｍ程度の厚さのアルミニウム箔を好適に用いることができる。なお、アルミニウム箔を用いる場合には、その表面をエッチング処理により微細な凹凸を形成しておくと良い。表面に微細な凹凸があると、混練物を集電体に塗布した際、あるいは集電体に導電性接着剤を塗布した際の塗れ性がよくなり、分極性電極層との密着強度が強いものとなる。
【００２５】
また、集電体１３には、予め外部引出用のタブ１５が接続されている。このタブ１５は集電体１３の一辺部から集電体１３の一部を突出させたものである。なお、タブ１５は集電体１３とは別の部材をコールドウェルト法、超音波溶接法等によって集電体に接続したものであっても良い。
【００２６】
これらの正極シート１１、負極シート１２は図３に示すようにセパレータ１６を間に介在させて複数の正極シート１１と負極シート１２とが交互に積層され、積層体を形成する。セパレータ１６としては、ポリプロピレン不織布などを用いることができる。この際、正極のタブ同士、負極のタブ同士が重なりあうように積層する。
【００２７】
また、これらの積層体の外周には巻き止めテープ１７が周回されて、積層体がほぐれないように固定される。
【００２８】
次にキャパシタ素子から導出したタブと封口部材２の外部端子２１とを電気的に接合する。封口部材２は硬質樹脂からなり、上面の外周部に弾性ゴムが配置されるとともに、金属製の外部端子２１，２１が貫通するように埋設されたものである。
【００２９】
この封口部材は、キャパシタの外部側となる外部端子の先端に、予めブスバーが超音波溶接されているものである。ブスバーとしては、厚さ０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度のアルミニウム平角線を用いることができる。
【００３０】
そして、封口部材の外部端子の他方の端面にキャパシタ素子１から引き出したタブ１５と接続する。タブ１５と外部端子２１の接続方法は特に限定はないが、複数のタブを重ね合わせて、接続リードの一端部を取り付け、この接続リードの他端部を外部端子の内部側端部に接続する方法を採ることができる。
【００３１】
そして、封口部材２と接続したキャパシタ素子１を外装ケース３中に収納する。外装ケース３は角柱状のもので、一方の端部が開口している。外装ケース３の材質としてはアルミニウムやアルミニウム合金を用いることができる。なお、側面には封口部材の位置決めを行うための横溝が、開口端部近傍に形成されている。さらに外装ケースに機械的強度を強いものとするために、内部側より外部側に突出するようなリブを設けておいても良い。
【００３２】
そして、図１（ａ）に示すように、外装ケース３にキャパシタ素子１を収納する。その後に、図１（ｂ）に示すように外装ケース１８の中に電解液４を注入し、電解液をキャパシタ素子１に含浸させる。なお、図１中ではキャパシタ素子１のタブを省略して描いている。
【００３３】
ここで用いられる電解液は、第４級アンモニウムイオン等のカチオンと、ＢＦ４−，ＰＦ６−，ＣｌＯ４−，ＣＦ３ＳＯ３−などのアニオンからなる溶質と、プロピレンカーボネート、１−ブチレンカーボネート、スルホラン、アセトニトリル、γ−ブチロラクトン、ジメチルホルムアミドなどの非プロトン性溶媒からなる有機電解液が好適である。そして、図１（ｄ）に示すように、外装ケースの開口端部を封口部材にて封口することにより電気二重層キャパシタを完成する。
【００３４】
この封口は、外装ケースの開口端部のカーリング加工を行って、開口端部の封口が行われる。外装ケースの開口端部のカーリングを行うことにより、封口部材は外装ケースに側面に形成された横溝とカーリング部の先端に挟持されるようになり、位置決めがなされる。また、カーリング加工において、外装ケースの開口端部を封口部材の弾性ゴムの層に食い込ませることにより、弾性部材と開口端部が密着し、電気二重層キャパシタの気密を得ている。
【００３５】
次に、図５に本発明に係る封口部材２と外部端子２１についてその断面図を示す。ここで、外部端子２１は、封口部材２が外装ケース３を封口しない状態で封口部材２を貫通する。貫通した外部端子２１の上端部に平坦なブスバー２２が超音波溶接で連結される。
【００３６】
さらに、図６のように両極の外部端子２１の上端部に平坦なブスバー２２が超音波溶接されると、封口部材２は、外装ケース３を封口する。
【００３７】
次に、各ブスバー２２同士を連結するために、ブスバー２２の折り曲げ加工と連結について図７示す。折り曲げ位置２４は、外装ケース３よりもブスバー２２の突出が長くなる程度の位置で折り曲げられる。その折り曲げ方向は、封口部材２に対して離間する方向であって、２つの外部端子２１を結ぶ線に対して垂直に折り曲げられる。
【００３８】
ブスバー２２は、両極の外部端子２１に超音波溶接されるブスバー２２は共にその端部が折り曲げられるが、いずれも、外装ケース３の中心に対して外側の端部が折り曲げられる。このため、同一封口部材２の外部端子２１に連結されるブスバー２２は、完全に離間する。一方、隣接するキャパシタのブスバー２２は互いに連結するように構成される。ブスバー２２同士の連結は超音波溶接でなされる。このブスバー２２同士の連結は、外部端子２１から離れるため、超音波溶接時の振動ストレスが、キャパシタ素子に伝わることで、キャパシタの内部抵抗の増加等の電気的特性への悪影響を及ぼすことを防ぐことができる。
【００３９】
このカーリングの際には、予め溶接したブスバーがカーリング加工治具を当接させるのに障害となる場合には、一度ブスバーを折り曲げて、開口端部側よりカーリング加工治具を当接させることができる。
【００４０】
引き続きモジュール化なされる。すなわち、キャパシタ同士が連結される。
【００４１】
以上のように完成したキャパシタは外部端子にブスバーが接続された状態となっているため、ブスバー同士を接合することで、キャパシタモジュールを完成する。
【００４２】
なお、以上の工程によってキャパシタモジュールが得られるが、上記のキャパシタモジュールはブスバーの超音波溶接によってのみ接合された構造であるため、外部より機械的ストレスが加わった場合に、超音波溶接部が剥離してしまうおそれがある。そこで、図８，９に示すように、キャパシタの外形寸法に合致する複数に凹部を有する下型４４と、キャパシタの外部端子導出面の肩部を固定する二つの上型４０，４２を用い、これらの上型４０，４２と下型４４をネジ４６固定すること等により、キャパシタモジュールの補強を図ることができる。
【００４３】
キャパシタモジュールの補強は、上記の他にも筐体にキャパシタモジュールを収納して樹脂埋めする方法等、種々の手段を選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る電気二重層キャパシタ外装ケース３の断面図である。
【図２】本発明に係る電気二重層キャパシタの集電体２３の斜視図である。
【図３】本発明に係る電気二重層キャパシタのキャパシタ素子を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る電気二重層キャパシタの構造の概略図である。
【図５】本発明に係る封口部材２と外部端子２１についてその側面図である。
【図６】本発明に係る封口部材２と外部端子２１に溶接されたブスバーの構成図である。
【図７】本発明に係る電気二重層キャパシタのブスバーの連結構成図である。
【図８】本発明に係る電気二重層キャパシタの筐体の縦断面図である。
【図９】本発明に係る電気二重層キャパシタの筐体の斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  キャパシタ素子
２  封口部材
３  外装ケース
４  電解液
１１  正極シート
１２  負極シート
１３  集電体
１４  分極性電極層
１５  タブ
１６  セパレータ
１７  巻き止めテープ
１８  外装ケース
２１  外部端子
２２  ブスバー
４０，４２  上型
４４  下型
４６  ネジ
【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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【図６】
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【図７】
2010087318.tif 000009
【図８】
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【図９】
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