(57)【要約】  低プロファイルの湿式電解キャパシタを開示する。低プロファイル湿式電解キャパシタは、外装ケース組立体を含む。外装ケース組立体は、外装ケースと、外装ケースを密封する外装ケースカバーとによって構成される。外装ケース組立体は、内部領域を含む。内部領域には、容量素子が配置される。容量素子は、複数の絶縁要素によって外装ケース組立体から絶縁されている。接続管は、外装ケース及び外装ケースカバーに垂直に配置されて取り付けられ、容量素子の開口を通過する。絶縁された正極リードは、外装ケース組立体上に配置され、容量素子と電気的に接続される。外装ケース組立体の内部領域には、流体電解質が充填される。キャパシタ及び積層型キャパシタ組立体を形成する方法も提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低プロファイル湿式電解キャパシタであって、
外装ケースと、前記外装ケースを密封する外装ケースカバーとを含み、内部領域を画定する外装ケース組立体と、
前記内部領域に配置され、前記外装ケース組立体から絶縁された容量素子と、
前記外装ケースと前記外装ケースカバーに垂直に配置されて取り付けられ、前記容量素子の開口を通過する接続管と、
前記容量素子と電気的に接続され、前記外装ケース組立体上に配置された絶縁された正極リードと、
前記外装ケース組立体上に配置された負極端子と、
前記外装ケース組立体の内部領域に収容された流体電解質とを備える低プロファイル湿式電解キャパシタ。
【請求項２】
請求項１において、前記外装ケース組立体は、少なくとも４：１の幅対高さ比を有する低プロファイル湿式電解キャパシタ。
【請求項３】
請求項１において、前記容量素子を前記外装ケース組立体から絶縁するように構成された１又は複数の絶縁要素を更に備え、前記絶縁要素は、前記容量素子の第１及び第２の側に配置される第１のセパレータシート及び第２のセパレータシートを含む低プロファイル湿式電解キャパシタ。
【請求項４】
請求項３において、前記絶縁要素は、更に、前記外装ケース組立体の内部の少なくとも一部の周りに配置される絶縁バンドを含む低プロファイル湿式電解キャパシタ。
【請求項５】
請求項４において、前記絶縁要素は、更に、前記接続管の外面を覆うように配置される絶縁管を含む低プロファイル湿式電解キャパシタ。
【請求項６】
請求項１において、前記外装ケース組立体の少なくとも一部の内側表面上に配置される第１及び第２のカソード層を更に備える低プロファイル湿式電解キャパシタ。
【請求項７】
請求項１において、前記容量素子は、タンタルを含む低プロファイル湿式電解キャパシタ。
【請求項８】
請求項１において、前記外装ケース組立体は、タンタルを含む低プロファイル湿式電解キャパシタ。
【請求項９】
請求項１において、
第１の端部において前記容量素子に接続され、第２の端部においてリードワイヤを介して前記絶縁された正極リードに接続されたアノードワイヤを更に備え、前記アノードワイヤ及びリードワイヤは、前記絶縁された正極リードと前記容量素子とを電気的に接続する低プロファイル湿式電解キャパシタ。
【請求項１０】
請求項１において、前記低プロファイルの湿式電解キャパシタは、少なくとも１つの他のキャパシタと共に、キャパシタスタックに搭載される低プロファイル湿式電解キャパシタ。
【請求項１１】
請求項１０において、前記低プロファイル湿式電解キャパシタは、前記少なくとも１つの他のキャパシタを同じ向きで、前記キャパシタスタックに搭載される低プロファイル湿式電解キャパシタ。
【請求項１２】
請求項１０において、前記低プロファイル湿式電解キャパシタは、前記少なくとも１つの他のキャパシタと交互に回転した向きで前記キャパシタスタックに搭載される低プロファイル湿式電解キャパシタ。
【請求項１３】
請求項１０において、前記低プロファイル湿式電解キャパシタは、前記少なくとも１つの他のキャパシタと電気的に並列に接続される低プロファイル湿式電解キャパシタ。
【請求項１４】
請求項１０において、前記低プロファイル湿式電解キャパシタは、前記少なくとも１つの他のキャパシタと電気的に直列に接続される低プロファイル湿式電解キャパシタ。
【請求項１５】
低プロファイル湿式電解キャパシタの製造方法であって、
内部領域を画定する外装ケースを形成することと、
前記外装ケースの壁に外装ケース開口を形成することと、
前記外装ケースの内部領域の周囲に絶縁バンドを配置することと、
接続管を形成することと、
前記外装ケース開口において、前記接続管を前記外装ケースに溶接することと、
前記接続管の上に絶縁管を配置することと、
外装ケースカバーを形成することと、
前記外装ケースカバーの壁に外装ケースカバー開口を形成することと、
前記外装ケースと前記外装ケースカバーの内面に第１及び第２のカソード層を配置することと、
容量素子を形成することと、
前記容量素子を前記外装ケースの内部領域に配置することと、
前記外装ケースカバーを前記外装ケース及び前記接続管に溶接することと、
前記外装ケースカバーの上に正極リード絶縁体を配置することと、
前記正極リード絶縁体上の正極リードをカソード要素に溶接することと、
前記外装ケースに負極端子を溶接することとを含む方法。
【請求項１６】
低プロファイル湿式電解キャパシタスタックであって、
積層構造に搭載された複数の低プロファイル湿式電解キャパシタを備え、前記複数の低プロファイル湿式電解キャパシタのそれぞれは、
外装ケースと、前記外装ケースを密封する外装ケースカバーとを含み、内部領域を画定する外装ケース組立体と、
前記内部領域に配置され、前記外装ケース組立体から絶縁された容量素子と、
前記外装ケースと前記外装ケースカバーに垂直に配置されて取り付けられ、前記容量素子の開口を通過する接続管と、
前記容量素子と電気的に接続され、前記外装ケース組立体上に配置された絶縁された正極リードと、
前記外装ケース組立体上に配置された負極端子と、
前記外装ケース組立体の前記内部領域に収容された流体電解質とを備える低プロファイル湿式電解キャパシタスタック。
【請求項１７】
請求項１６において、前記複数の低プロファイル湿式電解キャパシタは、同じ向きで前記積層構造に搭載される低プロファイル湿式電解キャパシタスタック。
【請求項１８】
請求項１６において、前記複数の低プロファイル湿式電解キャパシタは、交互に回転する向きで前記積層構造に搭載される低プロファイル湿式電解キャパシタスタック。
【請求項１９】
請求項１６において、前記複数の低プロファイル湿式電解キャパシタのそれぞれは、電気的に並列に接続されている低プロファイル湿式電解キャパシタスタック。
【請求項２０】
請求項１６において、前記複数の低プロファイル湿式電解キャパシタの少なくとも１つは、前記複数の低プロファイル湿式電解キャパシタの少なくとも他の１つに電気的に直列に接続されている低プロファイル湿式電解キャパシタスタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２０１６年１月１４日に出願された米国特許出願第１４／９９５，９０９号に対する優先権を主張し、その全内容は、参照により本願に援用される。
【０００２】
発明の分野
本出願は、電子部品、より具体的にはキャパシタに関する。
【背景技術】
【０００３】
湿式キャパシタは、その容積効率、安定した電気的パラメータ、高い信頼性及び長い使用寿命を有するので、回路の設計に使用されている。このようなキャパシタは、通常、他の特定のタイプのキャパシタよりも単位体積当たりの容量が大きく、大電流、高出力、低周波の電気回路に有用である。湿式キャパシタの１つのタイプは、湿式電解キャパシタである。湿式電解キャパシタは、電気を導通させる２つの導電面（アノードとカソード）と、流体電解質とを含む。２つの導電面は、絶縁材料又は誘電体によって分離される。湿式電解キャパシタは、高容量と低リーク電流との良好な組み合わせを提供する傾向がある。
【０００４】
湿式電解キャパシタは、衛星、航空宇宙、航空、軍事グループのサポート、石油探査、電源等に関連する様々なタイプの電気機器の基本技術である。これらの例示した用途のいずれにおいても、キャパシタは、極端な温度、圧力、湿気、衝撃、振動等を含む過酷な環境条件に曝される可能性がある。キャパシタは、これらの過酷な環境条件に耐えながら、メンテナンスなしで、正確さ、寿命、及び非常に高い温度での動作を維持する必要がある。過酷な環境条件によってキャパシタが故障すれば、修理のためにこれを取り外す必要があり、これにより、遅延やその他の関連費用が発生する。更に、エレクトロニクスの分野では、より小型の部品及び／又はデバイスが求められているため、これらの例示的な用途の多くは、厳しい寸法制約又はレイアウト制約を含む。例えば、現在の殆どの用途では、実装面積及び部品プロファイル（すなわち、高さ）の両方の低減が強く求められている。
【０００５】
例えば、タンタル（Ｔａ）電解キャパシタ等の既知の湿式電解キャパシタは、一般に、円筒形状とアキシャルリード端子とを有するものとして特徴付けられる。当分野で知られているタンタル電解キャパシタは、アノード材料にタンタルを使用できる。タンタルアノード本体（一般に「スラグ」又は「ペレット」とも呼ばれる）は、通常、焼結される。ワイヤ（タンタルから形成してもよい。）は、通常、以下の２つの手法のうちの１つによって、アノード本体内に形成される。（１）「埋込」では、プレス加工中にワイヤをタンタル粉末で覆う。（２）「溶接」では、ペレットをプレスして焼結した後、ワイヤをタンタルアノード本体に溶接する。ワイヤの他端は、タンタルアノード本体の外側に延び出る。キャパシタ誘電体材料は、アノード材料のアノード酸化により、アノード本体の表面上に酸化物層を形成することによって形成してもよい（例えば、ＴａからＴａ２Ｏ５）。キャパシタカソードは、本体又はタンタルアノード本体を収容するキャパシタのケースの内面を被覆することによって形成してもよい。カソードは、焼結タンタル又は電気泳動堆積されたタンタルから形成してもよく、カソードワイヤに取り付けてもよい。流体電解質は、カソードとアノード本体とを分離し、カソードとアノード本体とを電気的に接続する。アキシャルリード端子を備えた円筒形のキャパシタは、通常、過酷な環境条件で確実に動作するが、キャパシタの静電容量は、２つの導電面の表面積によって決定するので、これらのキャパシタが提供するエネルギ密度は、これらの導電性表面（アノード及びカソード）が円筒形状であり及び表面積が限定されているために制限される。更に、寸法上の制約により、ある用途への適用が困難になることも多い。
【０００６】
他のタイプの周知の湿式電解キャパシタは、ラジアルリード端子を有する円形又は正方形のキャパシタ本体又は「缶」によって特徴付けられる。ラジアルリード端子を有する円形又は正方形のキャパシタは、アキシャルリード端子を有する円筒形状のキャパシタと比較すれば、より高いエネルギ密度を提供するが、過酷な環境条件で動作する能力は、限定的である。例えば、ラジアルリード端子を有する円形又は正方形のキャパシタは、一般に、キャパシタの膨張を引き起こす高温に敏感である。更に、ラジアルリード端子を有する円形又は正方形のキャパシタは、一般に、高い衝撃又は振動環境に耐える能力が限られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、過酷な環境条件下で動作可能であり、高エネルギ密度、及び一般的な寸法上の制約を満たす低プロファイルを特徴とする改善された湿式電解キャパシタが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面として、低プロファイル湿式電解キャパシタを開示する。低プロファイル湿式電解キャパシタは、外装ケース組立体を含む。外装ケース組立体は、外装ケースと、外装ケースを密封する外装ケースカバーとによって構成される。外装ケース組立体は、内部領域を含む。内部領域には、容量素子が配置される。容量素子は、１又は複数の絶縁要素によって外装ケース組立体から絶縁されている。接続管は、外装ケース及び外装ケースカバーに垂直に配置されて取り付けられ、容量素子の開口を通過する。絶縁された正極リードは、外装ケース組立体上に配置され、容量素子と電気的に接続される。外装ケース組立体上には、負極端子が配置される。外装ケース組立体の内部領域には、流体電解質が充填される。
【０００９】
また、本発明は、別の側面として、キャパシタスタックとして積み重ねられる複数の低プロファイル湿式電解キャパシタを提供する。複数の低プロファイル湿式電解キャパシタは、積層構造又はキャパシタスタックとして搭載され、互いに電気的に並列又は直列に接続される。
【００１０】
低プロファイルの湿式電解キャパシタの製造方法も提供する。低プロファイル湿式電解キャパシタの製造方法は、好ましくは、内部領域を画定する外装ケースを形成することと、外装ケースの壁に外装ケース開口を形成することと、外装ケースの内部領域の周囲に絶縁バンドを配置することと、接続管を形成することと、外装ケース開口において、接続管を外装ケースに溶接することと、接続管の上に絶縁管を配置することと、外装ケースカバーを形成することと、外装ケースカバーの壁に外装ケースカバー開口を形成することと、外装ケースと外装ケースカバーの内面に第１及び第２のカソード層を配置することと、容量素子を形成することと、容量素子を外装ケースの内部領域に配置することと、外装ケースカバーを外装ケース及び接続管に溶接することと、外装ケースカバーの上に正極リード絶縁体を配置することと、正極リード絶縁体上の正極リードをカソード要素に溶接することと、外装ケースに負極端子を溶接することとを含む。
【００１１】
互いに電気的に並列又は直列に接続された複数のキャパシタを有する低プロファイル湿式電解キャパシタスタック組立体の製造方法も提供する。
【００１２】
添付の図面と共に例示的に示される以下の説明によって、より詳細な理解が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に基づくキャパシタの斜視図である。
【００１４】
【図１Ａ】図１の１Ａによって画定された領域の拡大詳細図である。
【００１５】
【図２】本発明の一実施形態に基づくキャパシタの左側面図である。
【００１６】
【図３】図２の線３−３に沿った、本発明の一実施形態に基づくキャパシタの上面からの断面図である。
【００１７】
【図３Ａ】図３の３Ａによって画定される領域の拡大詳細図である。
【００１８】
【図４】図２の４−４線に沿った、本発明の一実施形態に基づくキャパシタの底面からの断面図である。
【００１９】
【図４Ａ】図４の４Ａによって画定される領域の拡大詳細図である。
【００２０】
【図５】本発明の一実施形態に基づくキャパシタケースとケース壁の組立体の分解図である。
【００２１】
【図６】本発明の一実施形態に基づくアノード組立体の分解図である。
【００２２】
【図７】本発明の一実施形態に基づく、積層され並列に接続された複数のキャパシタの斜視図である。
【００２３】
【図８Ａ】本発明の一実施形態に基づく、積層され直列に接続された複数のキャパシタの斜視図である。
【００２４】
【図８Ｂ】本発明の一実施形態に基づく、積層され直列に接続された複数のキャパシタの斜視図である。
【００２５】
【図９】本発明の一実施形態に基づくキャパシタを組み立てるプロセスのフローチャートである。
【００２６】
【図１０】本発明の一実施形態に基づくキャパシタ素子を製造するプロセスのフローチャートである。
【００２７】
【図１１】本発明の一実施形態に基づくキャパシタを組み立てるプロセスのフローチャートである。
【００２８】
【図１２】本発明の一実施形態に基づく、並列に接続された積層キャパシタ組立体を組み立てるプロセスのフローチャートである。
【００２９】
【図１３】本発明の一実施形態に基づく、直列に接続された積層キャパシタ組立体を組み立てるプロセスのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下の説明で使用する幾つかの用語は、便宜上のものであり、限定の意図はない。「右」、「左」、「上」、及び「下」という用語は、参照される図面における方向を指す。特許請求の範囲及び明細書の対応する部分で使用される「単数形定冠詞（a）」及び「一つの（one）」といった表現は、特段の記載がない限り、関連する項目が１つ以上である場合も含むと定義される。この用語には、先に言及した単語、その派生、及び同様の意味の単語も含む。「少なくとも１つ」という句の後に２つ以上の項目、例えば「Ａ、Ｂ、又はＣ」が続く場合、これは、Ａ、Ｂ、又はＣのいずれか、並びにこれらの任意の組み合わせを意味する。
【００３１】
図１〜図６は、本発明の一実施形態に基づくキャパシタ１００を示している。図１、図２及び図５に示すように、キャパシタ１００は、外装ケース１０２と外装ケースカバー１０４を備える外装ケース組立体１０５を含む。外装ケース１０２は、タンタル（Ｔａ）等の金属で形成され、キャパシタ１００のカソードの一部を構成する。外装ケース１０２は、前側面１０６と、後側面１０８と、左側面１１０と、右側面１１２と、上面１１４とを有する。外装ケース１０２は、図５に示すように、開口端を有することが好ましい。外装ケースカバー１０４は、外装ケース１０２と同じ金属（すなわち、外装ケース１０２の材料としてタンタルが使用されている場合にはタンタル）によって形成することができ、図５に示すように、外装ケース１０２の開口端に気密溶接してもよい。外装ケースカバー１０４もカソードの一部を構成する。外装ケース１０２の形状は、様々な形状にすることができるが、本発明の一実施形態では、図１〜図４に示すように、側面１０６、１０８、１１０、１１２は、概ね矩形の形状を有し、上面１１４は、全体的に正方形の形状を有していてもよい。外装ケースカバー１０４が外装ケース１０２に気密溶接されると、外装ケース組立体１０５が形成される。
【００３２】
外装ケース１０２は、外装ケース開口１０３を備え、これは、好ましくは、外装ケース１０２の上面１１４の中央に形成されている。外装ケースカバー１０４は、外装ケースカバー開口１０７を備え、これは、好ましくは、外装ケースカバー１０４の中央に形成され、外装ケース開口１０３と整列するように寸法決めされ及び位置決めされる。外装ケース１０２は、更に、アノード終端開口１１１を備える。
【００３３】
外装ケース組立体１０５は、長さＬ、幅Ｗ及び高さＨを有する。図１、図２及び図５に示すように、外装ケース組立体１０５は、略平坦な直方体、立方体又は角柱の形状を呈し、内部領域１０９又は空洞を有する。外装ケース１０２の側面１０６〜１１２及び上面１１４は、また、角部１１６に丸められた又は斜めの縁部を有していてもよい。外装ケース組立体１０５の幅Ｗと高さＨとの比は、好ましくは、少なくとも４：１であり、これにより、低プロファイルが実現されると共に、導電性表面（すなわち、アノード及びカソード）の表面積が最大化される。なお、寸法上の制約に応じて、この比率は、４：１より大きくても、小さくてもよい。外装ケース１０２の形状及び構造は、既知のキャパシタに比べてエネルギ密度を改善することに役立ち、高さ又はプロファイルが低減され、これは、部品の許容される高さに制約がある用途で有効である。
【００３４】
図１〜図６に示すように、外装ケース１０２は、左側面１１０のアノード終端開口１１１上に配置された正極リード１２０を更に含む。正極リード１２０は、好ましくは、ニッケル（Ｎｉ）又はニッケル（Ｎｉ）合金で形成された金属板であってもよい。なお、正極リード１２０は、他の材料から形成してもよいことは、当業者にとって明らかである。アノード終端開口１１１上で、正極リード１２０と外装ケース１０２との間に、正極リード絶縁体１２２を設け、負極であり、キャパシタ１００のカソードの一部を構成する外装ケース１０２と、正極である正極リード１２０とを絶縁してもよい。正極リード絶縁体１２２は、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene：ＰＴＦＥ）を含む材料から形成してもよい。なお、正極リード絶縁体１２２は、任意の非導電性の可撓性材料から形成でき、例えば、テフロン（Teflon）又はカプトン（Kapton）等の材料から形成してもよい。外装ケース１０２は、更に、外装ケース１０２の前側面１０６に配置された負極端子１２１を備える。負極端子１２１は、好ましくは、ニッケル溶接で形成された金属板であってもよい。なお、負極端子１２１は、他の材料を含んでもよいことは、当業者にとって明らかである。外装ケース組立体１０５は、カソード（すなわち、負極）を構成し、負極端子１２１は、外装ケース組立体１０５の外装ケース１０２に取り付けられ、これにより、キャパシタ１００を電気回路に接続するための便利で信頼性が高い接続点が実現する。
【００３５】
図３、図３Ａ及び図５に示すように、外装ケース１０２の一側面、図示の例では、外装ケース１０２の後側面１０８は、充填ポート１２５及び充填ポートカバー１２４を含む。充填ポートカバー１２４は、タンタル、チタン又はニオブ等のバルブ金属から形成してもよい。好ましい実施形態では、充填ポートカバー１２４は、タンタルから形成される。充填ポートカバー１２４は、充填ポート１２５及び充填ポートプラグ１２３上で、外装ケース１０２に所定の位置で溶接され、充填ポート１２５が効果的に密閉される。充填ポート１２５は、製造時に外装ケース１０２の内部領域に電解質を導入するために使用される。
【００３６】
充填ポート１２５及び充填ポートプラグ１２３、又はこれらの変形例は、米国特許出願第１４／９４２，０１１号に開示されており、その全内容は、参照により本明細書に援用される。なお、これに代えて、本発明の範囲から逸脱することなく、充填ポート１２５は、外装ケース１０２に沿って別の位置に設けてもよい。
【００３７】
図１、図３、図４及び図６に示すように、キャパシタ１００は、更に、接続管１１８を含むことが好ましい。接続管１１８は、タンタル等の金属で形成してもよく、外装ケース１０２の上面１１４と外装ケースカバー１０４とを接続し、例えば、極端な温度等の過酷な環境又は使用条件に曝されている間、外装ケース１０２及び外装ケースカバー１０４の伸縮を防止する機能を有する。
【００３８】
接続管は、外装ケース開口１０３及び外装ケースカバー開口１０７を貫通している。接続管１１８は、例えば、外装ケース開口１０３及び外装ケースカバー開口１０７に隣接して、当業者に周知の様々な手法によって、外装ケース１０２及び外装ケースカバー１０４に接続、接合、又は他の手法で結合できる。好ましくは、接続管１１８は、外装ケース開口１０３及び外装ケースカバー開口１０７に隣接して、外装ケース１０２及び外装ケースカバー１０４に気密溶接される。接続管１１８の形状は、様々なものとすることができるが、図１、図３、図４及び図５に示すように、本発明の一実施形態では、接続管１１８は、中空の通路を有する円筒状の管であってもよい。接続管１１８は、外装ケース１０２及び外装ケースカバー１０４の略中央に接続してもよいが、これに代えて、外装ケース開口１０３及び外装ケースカバー開口１０７の位置が異なる位置に変更された場合等には、偏心位置に配置してもよい。
【００３９】
図３〜図６に示すように、外装ケース組立体１０５の内部領域１０９には、容量素子１２６が設けられる。エネルギ密度を高め、すなわち、広い表面積を提供するために、容量素子１２６の形状及びサイズは、通常、外装ケース組立体１０５の形状及びサイズよりも僅かに小さくすることができる。容量素子１２６（当分野では「アノード本体」、「スラグ」又は「ペレット」とも呼ばれる。）は、好ましくは焼結されたタンタルスラグ又は固体ペレットアノード本体として形成され、又は例えばニオブ（Ｎｂ）又は一酸化ニオブ（ＮｂＯ）等の当業者に周知の他の材料から形成してもよい。容量素子１２６は、内部領域１０９に配置され、例えば、第１及び第２のセパレータシート１３４ａ、１３４ｂ、絶縁管１３６、及び／又は絶縁バンド１３８等の１又は複数の絶縁要素によって、外装ケース組立体１０５から絶縁されている。
【００４０】
容量素子は、誘電体層１２７、好ましくは、容量素子１２６のアノード酸化によって容量素子１２６の表面上に酸化物層を形成する（例えば、ＴａをＴａ２Ｏ５にする）ことによって作成された五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を含むことができる。五酸化タンタルは、高い絶縁耐力及び高い誘電率を有する。誘電体層１２７は、キャパシタの目標動作電圧に応じて様々な厚さに形成できる。容量素子１２６は、外装ケース組立体１０５の内部領域１０９内に保持される流体電解質１４０に浸される。
【００４１】
図３、図３Ａ及び図６に示すように、容量素子１２６の側方から延びるアノードワイヤ１２８が設けられている。アノードワイヤ１２８は、容量素子１２６に埋め込まれ、溶接され、又は他の手法で接続され、接合され、又は結合される。アノードワイヤ１２８は、好ましくは、タンタルで形成してもよく、当業者に周知の他の材料で形成してもよい。アノードワイヤ１２８は、キャパシタ１００のアノードの一部を構成し、容量素子１２６と電気的に接続される。図３、図３Ａ及び図６に示すように、アノードワイヤ１２８は、リードワイヤ１２９に接続されている。好ましい実施形態では、アノードワイヤ１２８９は、リードワイヤ１２９に溶接される。また、リードワイヤ１２９は、キャパシタ１００のアノードの一部を構成する。リードワイヤ１２９は、タンタルで形成できる。リードワイヤ１２９は、アノード終端開口１１１において、外装ケース１０２から延び出し、容量素子１２６と、アノードワイヤ１２９と、正極リード１２０との間の電気的接続を提供する。ガラス−金属シール（ＧＴＭＳ）１３０は、外装ケース１０２の内部で、正極リード１２０及びアノード終端開口１１１に略対応する位置に配置される。ＧＴＭＳ１３０は、外装ケース１０２の内側に気密溶接してもよく、これにより、リードワイヤ１２９と正極リード１２０とを効果的に接続する。ＧＴＭＳは、金属、好ましくはタンタルから形成された導電性の金属外側部分１３１と、ガラスで形成された非導電性の内側部分１３３とを含む。リードワイヤ１２９は、非導電性の内側部分１３３を通って配置される。ＧＴＭＳ１３０の非導電性内側部分１３３は、リードワイヤ１２９（及び接続されたアノードワイヤ１２８）を外装ケース組立体１０５から絶縁する機能を有する。また、ＧＴＭＳ１３０は、外装ケース組立体１０５をアノード終端開口１１１において密封する機能も有する。
【００４２】
図４、図４Ａ及び図６に示すように、第１及び第２のカソード層１３２ａ、１３２ｂは、外装ケース組立体１０５の少なくとも一部の内面上に配置され、パラジウム（Ｐｄ）で被覆されたタンタル箔から形成してもよい。第１及び第２のカソード層１３２ａ、１３２ｂは、第１及び第２のセパレータシート１３４ａ、１３４ｂによって容量素子１２６から分離される。第１及び第２のセパレータシート１３４ａ、１３４ｂは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又は他の幾つかの非導電性材料を含む電解質浸透性材料から形成できる。第１及び第２のセパレータシート１３４ａ、１３４ｂは、アノード要素（容量素子１２６、アノードワイヤ１２８、リードワイヤ１２９）とカソード要素（第１及び第２のカソード層１３２ａ、１３２ｂ及び外装ケース組立体１０５）の接触を防止する機能を有する。
【００４３】
同様に、図３〜図５に示すように、アノード要素（容量素子１２６、アノードワイヤ１２８、リードワイヤ１２９）、カソード要素（第１及び第２のカソード層１３２ａ、１３２ｂ及び外装ケース組立体１０５）、及び接続管１１８の互いの接触を防ぐために、外装ケース１０２内には、絶縁管１３６と絶縁バンド１３８とが設けられている。絶縁管１３６は、外装ケース１０２と外装ケースカバー１０４とを連結する接続管１１８の外面上に配置され、その外面を覆う。絶縁管１３６は、カソード要素（第１及び第２のカソード層１３２ａ、１３２ｂ及び外装ケース組立体１０５）と容量素子１２６との間に絶縁障壁を形成する。絶縁管１３６は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又は他の非導電性材料を含む材料から形成できる。
【００４４】
絶縁バンド１３８は、外装ケース１０２の側面１０６〜１１２の内周の少なくとも一部の周りに配置され、外装ケース１０２の側面１０６〜１１２と容量素子１２６との間に絶縁障壁を形成する。図５に示すように、絶縁バンド１３８は、閉じたバンドでなくてもよく、アノードワイヤ１２８、リードワイヤ１２９、ＧＴＭＳ１３０、及び正極リード１２０における関連する終端を収容するためのギャップを含むことができる。絶縁バンド１３８は、ＰＴＦＥ又は他の何らかの非導電性材料を含む材料から形成できる。
【００４５】
キャパシタ１００は、低プロファイルであるため（外装ケース組立体１０５の幅対高さの比が好ましくは少なくとも４：１であるため）、プリント回路基板（ＰＣＢ）にコンパクトに取り付けることができる。更に、キャパシタ１００の薄型化により、幾つかのキャパシタをコンパクトかつ容易に組み合わせて、（並列又は直列に接続された）キャパシタスタックを形成でき、低プロファイルを維持しながら、総容量を大きくし及び／又は動作電圧を高めることができる。
【００４６】
図７は、積層構造に搭載された複数のキャパシタ２００ａ、２００ｂ、…、２００ｎを示しており、これを「キャパシタスタック」と呼ぶ。図７に示すように、キャパシタ２００ａ、２００ｂ、…、２００ｎは、正極リード２２０ａ、２２０ｂ、…、２２０ｎと負極端子２２１ａ、２２１ｂ、…、２２１ｎがそれぞれ同じ側に整列するように、同じ向きに積層される。図７に示すように、キャパシタ２００ａ、２００ｂ、…、２００ｎは、電気的に並列に接続され、総容量を増加させる。スタック内の複数のキャパシタ２００ａ、２００ｂ、…、２００ｎのそれぞれは、正極終端２４０を介して、各キャパシタのそれぞれの正極リード２２０ａ、２２０ｂ、…、２２０ｎに接続されている。正極終端２４０は、略平坦な形状を有していてもよく、ストリップ等の形状に形成してもよい。正極終端２４０は、当業者に周知の様々な手法によって各キャパシタの各正極リード２２０ａ、２２０ｂ、…、２２０ｎに接続できるが、各キャパシタの各正極リード２２０ａ、２２０ｂ、…、２２０ｎに溶接することが好ましい。正極終端２４０は、好ましくは、ニッケル又はニッケル合金を材料とする、概ね平坦な及び／又は略矩形の金属の薄片として形成される。なお、正極終端２４０は、異なる形状及び／又は構成であってもよい。
【００４７】
また、スタック内の複数のキャパシタ２００ａ、２００ｂ、…、２００ｎのそれぞれは、負極終端２４５を介して、各キャパシタの負極端子２２１ａ、２２１ｂ、…、２２１ｎに接続されている。負極終端２４５は、略平面の形状を有してもよく、ストリップ等の形状であってもよい。負極終端２４５は、当業者に周知の様々な手法によって各キャパシタの各負極端子２２１ａ、２２１ｂ、…、２２１ｎに接続できるが、各キャパシタの負極端子２２１ａ、２２１ｂ、…、２２１ｎに溶接することが好ましい。負極終端２４５は、ニッケル又はニッケル合金を材料とする、概ね平坦な及び／又は略矩形の金属の薄片として形成することが好ましい。なお、負極終端２４５は、異なる形状及び／又は構成であってもよい。スタック内の複数のキャパシタ２００ａ、２００ｂ、…、２００ｎの開口１０７は、好ましくは、スタックの中心位置に位置合わせされる。
【００４８】
図７に示すように、複数のキャパシタ２００ａ、２００ｂ、…、２００ｎのそれぞれの間に１又は複数の絶縁シート２５０を配置してもよい。絶縁シート２５０は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又は他の非導電性材料を含む電解質浸透性材料から形成できる。
【００４９】
図８Ａ及び図８Ｂは、積層構造に積み重ねられた複数のキャパシタ３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄを示している。図８Ｂは、図８Ａを時計回りに９０度回転したものであり、したがって、全ての接続終端（正極終端及び負極終端）が図示されている。複数のキャパシタ３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄは、交互に回転された向きで積み重ねられ、例えば、スタック内の隣接するキャパシタ間が交互に９０度回転した向きで積み重ねられ、第１及び第３のキャパシタ３００ａ、３００ｃの正極リード３２０ａ、３２０ｃ及び負極端子３２１ａ、３２１ｃがキャパシタスタックの同じ側で整列し、第２及び第４のキャパシタ３００ｂ、３００ｄの正極リード３２０ｂ、３２０ｄ及び負極端子３２１ｂ、３２１ｄがキャパシタスタックの同じ側で整列している。別の言い方をすれば、キャパシタ３００ａ及びキャパシタ３００ｃは、同じ向きであり、キャパシタ３００ｂ及びキャパシタ３００ｄは、同じ向きである。
【００５０】
ここでは、４つのキャパシタを示しているが、４つより多い又は少ないキャパシタを積み重ねてもよく、４つのキャパシタの使用は、説明のみを目的とする。図８Ａ及び図８Ｂに示すように、キャパシタ３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄは、電気的に直列に接続され、より高い動作電圧を達成している。第１の正極終端３４０ａは、キャパシタ３００ａ、３００ｃの正極リード３２０ａ、３２０ｃを接続する。第１の正極終端３４０ａは、当業者に周知の様々な手法によってキャパシタ３００ａ、３００ｃの正極リード３２０ａ、３２０ｃに接続できるが、キャパシタ３００ａ、３００ｃの正極リード３２０ａ、３２０ｃに溶接することが好ましい。第１の正極終端３４０ａは、タンタルを材料とする、概ね平坦な及び／又は略矩形の金属の薄片として形成することが好ましい。第１の正極終端３４０ａとキャパシタ３００ｂの外装ケースとの間に第１のアイソレータ３５０ａを配置してもよい。アイソレータ３５０ａは、テフロン、カプトン又は他の電気絶縁材料から形成できる。第２の正極終端３４０ｂは、キャパシタ３００ｂ、３００ｄの正極リード３２０ｂ、３２０ｄを接続する。第２の正極終端３４０ｂは、当業者に周知の様々な手法によってキャパシタ３００ｂ、３００ｄの正極リード３２０ｂ、３２０ｄに接続できるが、キャパシタ３００ｂ、３００ｄの正極リード３２０ｂ、３２０ｄに溶接することが好ましい。第２の正極終端３４０ｂは、タンタルを材料とする、概ね平坦な及び／又は略矩形の金属の薄片として形成することが好ましい。第２の正極終端３４０ｂとキャパシタ３００ｃの外装ケースとの間に第２のアイソレータ３５０ｂを配置してもよい。第２のアイソレータ３５０ｂは、第１のアイソレータ３５０ａと同じ材料から形成できる。
【００５１】
同様に、第１の負極終端３４５ａは、キャパシタ３００ｂ、３００ｄの負極端子３２１ｂ、３２１ｄにおいて、外装ケース（カソード）を接続する。第１の負極終端３４５ａは、当業者に周知の様々な手法によって、キャパシタ３００ｂ、３００ｄの負極端子３２１ｂ、３２１ｄに接続できるが、キャパシタ３００ｂ、３００ｄの負極端子３２１ｂ、３２１ｄに溶接することが好ましい。第１の負極終端３４５ａは、タンタルを材料とする、概ね平坦な及び／又は略矩形の金属の薄片として形成することが好ましい。第１の負極終端３４５ａとキャパシタ３００ｃの外装ケースとの間に第３のアイソレータ３５０ｃを配置してもよい。第３のアイソレータ３５０ｃは、アイソレータ３５０ａ、３５０ｂと同じ材料から形成できる。第２の負極終端３４５ｂは、キャパシタ３００ａ、３００ｃの負極端子３２１ａ、３２１ｃにおいて、外装ケース（カソード）を接続する。第２の負極終端３４５ｂは、当業者に周知の様々な手法によって、キャパシタ３００ａ、３００ｃの負極端子３２１ａ、３２１ｃに接続できるが、キャパシタ３００ａ、３００ｃの負極端子３２１ａ、３２１ｃに溶接することが好ましい。第２の負極終端３４５ｂは、タンタルを材料とする、概ね平坦な及び／又は略矩形の金属の薄片として形成することが好ましい。第２の負極終端３４５ｂとキャパシタ３００ｂの外装ケースとの間に第４のアイソレータ３５０ｄを配置してもよい。アイソレータ３５０ｄは、アイソレータ３５０ａ〜３５０ｃと同じ材料から形成できる。
【００５２】
図９〜図１１のフローチャートとして概略的に示すように、本発明は、キャパシタの製造方法も提供する。
【００５３】
図９に示すように、まず、外装ケース組立体を準備する。開口端及び内部領域１０９を有する外装ケース１０２を形成する［４００］。外装ケース１０２の上壁に外装ケース開口１０３を形成し、外装ケースの側壁にアノード終端開口１１１を形成する［４０２］。外装ケース１０２の壁に充填ポート１２５を形成する［４０４］。外装ケース１０２の内周の少なくとも一部の周りに絶縁バンド１３８を配置する［４０６］。接続管１１８を形成する［４０８］。外装ケース開口１０３において接続管１１８を外装ケース１０２に溶接する［４１０］。接続管１１８の外面上に絶縁管１３６を配置する［４１２］。外装ケースカバー１０４を形成する［４１４］。外装ケースカバー１０４の壁に外装ケースカバー開口１０７を形成する［４１６］。外装ケース１０２及び外装ケースカバー１０４の内面に第１及び第２のカソード層１３２ａ、１３２ｂを配置する［４１８］。
【００５４】
図１０に示すように、キャパシタの容量素子も準備する。まず、容量素子１２６を焼結されたタンタルスラグとして形成する［４２０］。容量素子１２６にアノードワイヤ１２８を接続する［４２２］。好ましい実施形態では、アノードワイヤ１２８は、容量素子１２６に溶接される。アノードワイヤ１２８をリードワイヤ１２９に接続し、ＧＴＭＳ１３０を介して配置する［４２４］。容量素子１２６の両側に第１及び第２のセパレータシート１３４ａ、１３４ｂを配置する［４２６］。
【００５５】
図１１は、キャパシタ組立のための工程を示している。外装ケース１０２の内部領域１０９の内側に容量素子１２６及び第１及び第２のセパレータシート１３４ａ、１３４ｂを配置する［４２８］。外装ケース１０２の内側の所定箇所にＧＴＭＳ１３０を溶接する［４３０］。外装ケース１０２及び接続管１１８に外装ケースカバー１０４を溶接する［４３２］。リードワイヤ１２９の終端点において、アノード終端開口１１１上で、正極リード絶縁体１２２を外装ケース１０２に配置する［４３４］。正極リード１２０を正極リード絶縁体１２２上に配置し、リードワイヤ１２９に溶接する［４３６］。充填ポート１２５を介して、内部領域１０９に流体電解質を充填する［４３８］。充填ポート１２５に対して充填ポートプラグ１２３を配置する［４４０］。充填ポートプラグ１２３及び充填ポート１２５上に充填ポートカバー１２４を配置し、充填ポートプラグ１２３を充填ポート１２５内に押し込み、充填ポートカバー１２４を外装ケース１０２に溶接する［４４２］。
【００５６】
並列接続された積層型キャパシタ組立のための工程を図１２に示す。複数のキャパシタ２００ａ、２００ｂ、…、２００ｎを準備する。複数のキャパシタ２００ａ、２００ｂ、…、２００ｎの各対向する表面の間に絶縁シート２５０を挟み込んで、複数のキャパシタ２００ａ、２００ｂ、…、２００ｎを積層構造に積み重ねる［５００］。各キャパシタの各正極リード２００ａ、２２０ｂ、…、２２０ｎに正極終端２４０を溶接する［５０２］。各キャパシタの各負極端子２２１ａ、２２１ｂ、…、２２１ｎに負極終端２４５を溶接する［５０４］。
【００５７】
直列接続された積層型キャパシタ組立のための工程を図１３に示す。複数のキャパシタ３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄを準備する。第１及び第３のキャパシタ３００ａ、３００ｃの正極リード３２０ａ、３２０ｃ及び負極端子３２１ａ、３２１ｃがそれぞれ同じ側になり、第２及び第４のキャパシタ３００ｂ、３００ｄの正極リード３２０ｂ、３２０ｄ及び負極端子３２１ｂ、３２１ｄがそれぞれ同じ側になるように複数のキャパシタ３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄを交互に回転した向きで積層構造に積み重ねる［６００］。第１の正極終端３４０ａを、第１の正極終端３４０ａとキャパシタ３００ｂの外装ケースとの間に位置する第１のアイソレータ３５０ａ上に配置し、キャパシタ３００ａ、３００ｃの正極リード３２０ａ、３２０ｃ上に配置して溶接する［６０２］。第２の正極終端３４０ｂを、第２の正極終端３４０ｂとキャパシタ３００ｃの外装ケースとの間に位置する第２のアイソレータ３５０ｂ上に配置し、キャパシタ３００ｂ、３００ｄの正極リード３２０ｂ、３２０ｄ上に配置して溶接する［６０４］。第１の負極終端３４５ａを、第１の負極終端３４５ａとキャパシタ３００ｃの外装ケースとの間に位置する第３のアイソレータ３５０ｃ上に配置し、キャパシタ３００ｂ、３００ｄの負極端子３２１ｂ、３２１ｄ上に配置して溶接する［６０６］。第２の負極終端３４５ｂを、第２の負極終端３４５ｂとキャパシタ３００ｂの外装ケースとの間に位置する第４のアイソレータ３５０ｄ上に配置し、キャパシタ３００ａ、３００ｃの負極端子３２１ａ、３２１ｃ上に配置して溶接する［６０８］。
【００５８】
例示的な実施形態では、本発明の特徴及び要素を特定の組み合わせで説明しているが、各特徴は、例示的な実施形態の他の特徴及び要素なしで単独で用いてもよく、本発明の他の特徴及び要素と共に又はこれらを伴わずに、様々な組み合わせで用いてもよい。
【図１】
2019507963.tif 000003
【図１Ａ】
2019507963.tif 000004
【図２】
2019507963.tif 000005
【図３】
2019507963.tif 000006
【図３Ａ】
2019507963.tif 000007
【図４】
2019507963.tif 000008
【図４Ａ】
2019507963.tif 000009
【図５】
2019507963.tif 000010
【図６】
2019507963.tif 000011
【図７】
2019507963.tif 000012
【図８Ａ】
2019507963.tif 000013
【図８Ｂ】
2019507963.tif 000014
【図９】
2019507963.tif 000015
【図１０】
2019507963.tif 000016
【図１１】
2019507963.tif 000017
【図１２】
2019507963.tif 000018
【図１３】
2019507963.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月14日(2018.9.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
図７は、高さＮの積層構造に搭載された複数のキャパシタ２００ａ、２００ｂ、…、２００ｎを示しており、これを「キャパシタスタック」と呼ぶ。図７に示すように、キャパシタ２００ａ、２００ｂ、…、２００ｎは、正極リード２２０ａ、２２０ｂ、…、２２０ｎと負極端子２２１ａ、２２１ｂ、…、２２１ｎがそれぞれ同じ側に整列するように、同じ向きに積層される。図７に示すように、キャパシタ２００ａ、２００ｂ、…、２００ｎは、電気的に並列に接続され、総容量を増加させる。スタック内の複数のキャパシタ２００ａ、２００ｂ、…、２００ｎのそれぞれは、正極終端２４０を介して、各キャパシタのそれぞれの正極リード２２０ａ、２２０ｂ、…、２２０ｎに接続されている。正極終端２４０は、略平坦な形状を有していてもよく、ストリップ等の形状に形成してもよい。正極終端２４０は、当業者に周知の様々な手法によって各キャパシタの各正極リード２２０ａ、２２０ｂ、…、２２０ｎに接続できるが、各キャパシタの各正極リード２２０ａ、２２０ｂ、…、２２０ｎに溶接することが好ましい。正極終端２４０は、好ましくは、ニッケル又はニッケル合金を材料とする、概ね平坦な及び／又は略矩形の金属の薄片として形成される。なお、正極終端２４０は、異なる形状及び／又は構成であってもよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４Ａ】
2019507963.tif 000020
【国際調査報告】
2019507963.tif 000021