(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極箔を、電解液を保持可能な電気絶縁性セパレータを介して巻軸に巻回したコンデンサ素子を、該巻軸とともに有底筒状の外装ケースに収納して該外装ケースの開放端を封口部材により封口するとともに、前記外装ケースの側面をケース内側へ適宜変形させて前記コンデンサ素子を中心方向に向かって押圧する凹部を形成したことを特徴とするコンデンサ。
【請求項２】
前記コンデンサ素子は、前記電極箔がその両面に活性炭層を有する分極性電極箔であって、該分極性電極箔と前記電解液との界面に形成される電気二重層を利用したコンデンサ素子である請求項１に記載のコンデンサ。
【請求項３】
前記凹部をコンデンサの中心軸に対してほぼ対称位置に形成して成る請求項１または２に記載のコンデンサ。
【請求項４】
前記凹部形成のための変形が、前記外装ケースの側面をほぼ同時に押圧する複数の押圧治具によりなされている請求項１〜３のいずれかに記載のコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一対の電極箔を、電解液を保持可能な電気絶縁性セパレータを介して巻回したコンデンサ素子を有底筒状の外装ケースに収納し、その開口端部を封口部材にて封口してなるコンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一対の電極箔を、電解液を保持可能な電気絶縁性セパレータを介して巻回したコンデンサ素子を、有底筒状の外装ケースに収納し、その開口端部を封口部材にて封口してなるコンデンサとしては、アルミニウム等の弁金属からなる金属箔の表面を、該表面積を拡大する拡面処埋を施すとともに陽極酸化により誘電体層である酸化被膜を形成した陽極箔と、前記アルミニウム等の弁金属からなる金属箔の表面に前記拡面処埋のみを施した陰極箔と、を一対の電極箔とし、電解液を含浸させた電解紙を前記電気絶縁性セパレータとして、該陽極箔と陰極箔との間に介在させて巻回すことにより形成された電解コンデンサ素子を用いるものや、アルミニウム等の金属からなる金属箔の両面に活性炭層を形成して分極性電極箔とし、１対とされた該分極性電極箔の間に電解液が含浸された電解紙を電気絶縁性セパレータとして介在させて巻回することにより形成された電気二重層コンデンサ素子を用いるものがある。
【０００３】
前記電気二重層コンデンサ素子を用いた電気二重層コンデンサは、前記分極性電極箔の両面に形成された前記活性炭層の電気抵抗や、電気二重層コンデンサの内部で使用されている電解液の電気抵抗、その他の構成部品の接触抵抗等を併せた内部抵抗を有する。また、前記電解コンデンサ素子を用いた電解コンデンサにおいても、その内部で使用されている電解液の電気抵抗やその他の構成部品の接触抵抗等を併せた内部抵抗を有する。
【０００４】
これらコンデンサの内部抵抗は、コンデンサに充電する際の充電電流を消費し、熱エネルギーとして放出してしまう。そのため、コンデンサに蓄積されるエネルギーは、コンデンサに入力された全充電エネルギーのうち、コンデンサの内部抵抗によって熱として失われたエネルギー分を差し引いた分となる。更に、該内部抵抗に伴う熱エネルギーとしての放出は、コンデンサからの放電時における放電電流についても前記充電電流と同様に前記内部抵抗により消費され、コンデンサに蓄積されていたエネルギーのうち、コンデンサの内部抵抗によって熱エネルギーとして失われる分を差し引いたエネルギーが外部に放出される。以上のように、コンデンサの内部抵抗はコンデンサに加えられる充電エネルギーよりも放電エネルギーを小さくし、エネルギー効率の低下を招くものであり、前述の充放電時に前記熱エネルギーとして消費されるエネルギ−量はコンデンサの内部抵抗の大きさに比例するものである。
【０００５】
特に、前記電気二重層コンデンサは電池の代替用等、電気エネルギーの蓄積部品としての用途が期待されるものであり、前記充放電の際のエネルギー効率の低下は好ましいものではない。そのため、電気二重層コンデンサの分野ではその内部抵抗の低減が強く望まれている。
【０００６】
また、電解コンデンサの分野でも近年の高リプル化において、前記内部抵抗による発熱を抑えることが重要な問題となっており、これら発熱を抑えるために電解コンデンサの分野でも前記内部抵抗の減少が求められている。
【０００７】
これらコンデンサにおける内部抵抗の低下を行う方法として、本発明者らは先に特願平１０−３１６８７０号において、コンデンサ素子を収納する前記外装ケ−スの側面を該外装ケ−スの内側に適宜押圧、変形させて前記収納されているコンデンサ素子をその中心方向に向けて圧縮する方法を提案している。
【０００８】
この方法によれば、コンデンサ素子をその中心方向に向けて圧縮することで対向する一対の電極箔の極間距離を低減させることで、その内部抵抗を簡便に低減でき、更には前記電気二重層コンデンサ素子においては、分極性電極箔に用いられている活性炭は多孔質体で弾力性を有するものであるために、活性炭に圧力を加えることで活性炭同士の接触頻度が増加して活性炭の内部での導電経路が増大するために、活性炭層全体としての電気抵抗も減少する効果が得られる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記提案した方法においては、従来のコンデンサ素子同様に、その中心が中空とされたコンデンサ素子を用いているために、コンデンサ素子自体が変形しやすいことから、前記外装ケ−ス側面よりの変形を所定道りに実施しても、各電極箔に中心方向に向かう所望の圧力が上手く印加されない場合があり、再現性良く安定した内部抵抗の低減が得られない場合があるという問題があった。
【００１０】
よって、本発明は上記した問題点に着目してなされたもので、再現性良く安定した内部抵抗の低減を得ることのできる構造を有したコンデンサを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記した問題を解決するために、本発明のコンデンサは、一対の電極箔を、電解液を保持可能な電気絶縁性セパレータを介して巻軸に巻回したコンデンサ素子を、該巻軸とともに有底筒状の外装ケースに収納して該外装ケースの開放端を封口部材により封口するとともに、前記外装ケースの側面をケース内側へ適宜変形させて前記コンデンサ素子を中心方向に向かって押圧する凹部を形成したことを特徴としている。
この特徴によれば、コンデンサ素子が、その中心に巻軸が存在する状態で前記外装ケ−スに収納されていることから、外装ケースの側面をケース内側へ適宜変形させて凹部を形成することにより、コンデンサ素子を構成する電極箔が該凹部と巻軸間に挟持されるようになって、前記変形による圧力が安定して電極箔に印加されるようになることから、再現性良く安定した内部抵抗の低減を得ることができるばかりか、これら電極箔に印加される圧力が長期に渡って安定するようになることから、長期の使用における前記内部抵抗の上昇を低く抑えることもできる。
【００１２】
本発明のコンデンサは、前記コンデンサ素子は、前記電極箔がその両面に活性炭層を有する分極性電極箔であって、該分極性電極箔と前記電解液との界面に形成される電気二重層を利用したコンデンサ素子であることが好ましい。
このようにすれば、従来のものに比較して前記活性炭に印加される圧力を高いものとすることができ、該活性炭における抵抗をより低いものとすることができるばかりか、これら圧力を長期に渡って保つことができることから、長期の使用における活性炭における抵抗の上昇を低く保つこともできる。
【００１３】
本発明のコンデンサは、前記凹部をコンデンサの中心軸に対してほぼ対称位置に形成して成ることが好ましい。
このようにすれば、前記変形により印加される圧力が相殺されるようになるために、前記巻軸にかかる負荷を軽減でき、該巻軸の反りや曲がり等による不良を低減することができる。
【００１４】
本発明のコンデンサは、前記凹部形成のための変形が、前記外装ケースの側面をほぼ同時に押圧する複数の押圧治具によりなされていることが好ましい。
このようにすれば、前記変形がほぼ同時に対称的に実施されることで、コンデンサ素子の位置ずれや変形による不良等を低減することができるばかりか、変形における印加圧力を巻軸の強度等に拠らずに比較的高いものとすることができ、凹部形成における加工時間を短縮することもできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明を電気二重層コンデンサに適用した例を以下に示すが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記電解コンデンサにも本発明は適用することができる。
【００１６】
（実施例）
図１（ａ）は、本実施例のコンデンサを示す側断面図であり、図１（ｂ）は、断面Ａ−Ａにおける本実施例のコンデンサの平断面図であり、図２は、本実施例のコンデンサを示す外観図である。
【００１７】
本実施例のコンデンサは電気二重層コンデンサとされており、図１中の符号２は、電気二重層コンデンサ素子とされている。
【００１８】
この電気二重層コンデンサ素子（以下コンデンサ素子と略記する）２は、図３に示すように、アルミニウム箔１５の両面に活性炭シート１６を貼り付けた分極性電極箔１２，１４を１対として、該分極性電極箔１２，１４の間に電気絶縁性セパレータとしての電解紙１３を介在させて中空巻軸４に巻回して形成したもので、円柱状に形成されている。なお、コンデンサ素子２の最外周は前記電解紙が巻かれて覆われることにより、前記分極性電極箔１２または１４が露出しないようにされている。そして、コンデンサ素子２はその巻きほぐれを防止するために、巻き止めテープ（図示略）がその最外周に巻かれている。
【００１９】
また、該コンデンサ素子２には所定の電解液が含浸され、前記電解紙１３に電解液が保持されており、該電解液が前記分極性電極箔１２，１４と接触した状態とを形成するようにされている。
【００２０】
本実施例において用いた前記アルミニウム箔１５は、厚さが約３０μｍ程度のもので、集電極としての機能を果たすとともに、前記巻回等において必要とされる分極性電極箔１２，１４の引張強度等の必要な機械的強度を有している。また本実施例において用いた前記活性炭シート１６の厚さとしては、１００〜５００μｍの間より選択することができるが、ここでは１５０μｍの厚さの物を用いている。
【００２１】
これら活性炭層を前記アルミニウム箔１５の両面に形成する方法としては、前述のようにアルミニウム箔１５に活性炭シート１６を貼り付ける方法に限定されるものではなく、例えぱ所定のアルコール等をバインダーとし、活性炭粉末を混合、混練してペースト状としたものを前記アルミニウム箔１５の両面に塗布、乾燥させて、該アルミニウム箔の両面に活性炭層を形成するようにしても良く、これら活性炭層を形成する方法は適宜選択すれば良い。
【００２２】
なお分極性電極箔１２，１４を構成する前記アルミニウム箔１５には、電極タブ３がコールドウェルドや超音波溶接等の方法によって接続されており、該電極タプ３はコンデンサ素子２の一方の巻回端面より導出されている。
【００２３】
また、本実施例に用いた前記中空巻軸４は、前記巻回により形成されたコンデンサ素子２とともに、有底筒状とされた外装ケース５内部に収納されることから、アルミ製とされ、適宜な強度を有するように所定の肉厚を有する筒状とされており、該筒内部の空間が前記外装ケース５底部中央に設けられた嵌合突起１８および前記外装ケース５開口端部を塞ぐように固設されるベーク板７に形成された嵌合突起１９と嵌合することで、コンデンサ素子２が外装ケース５内部のほぼ中央位置に収納、固定されるようになっている。
【００２４】
これら巻軸に用いる材質としては、前記アルミニウムに限定されるものではなく、樹脂等を用いても良く、その強度等から適宜選択すれば良いが、前記金属であるアルミニウムを用いることは、コンデンサ素子２の中心部における熱が該巻軸４を通じて外装ケース５よりコンデンサ外部に放熱されるようになることからも好ましい。
【００２５】
また、本実施例の巻軸は、前記のように外装ケース５への収納において、前記嵌合突起１８と嵌合するために中空とされているが、本発明これに限定されるものではなく、これら巻軸を棒状としても良い。
【００２６】
前記コンデンサ素子２は外装ケース５に封口部材６とともに収納されており、該封口部材６は、絶縁性で硬質のベーク板７にゴム等の弾性部材８が貼り合わされた構成とされ、該封口部材６の表裏を電気的に接続するためのリベット９が２本貫通して設けられている。該リベット９の内部側の頭部にはコンデンサ素子２から導出された前記電極タプ３がそれぞれ溶接等の手段により接続されており、他方のリベット９の外部側の頭部には、外部との電気的およぴ機械的な接続を得るための外部端子１０が接続されている。また、前記硬質のベーク板７には、前述のように嵌合突起１９がその中央位置に形成されており、前記封口部材６はベーク板７側が前記外装ケース５の内部側に向けて使用される。
【００２７】
本実施例に用いた前記外装ケース５はアルミニウム等の金属製で、その内径が前記コンデンサ素子２の外径よりもやや大きい径とされ、その一方端が開放された円筒状の有底筒状に形成されており、前記中空巻軸４に前記嵌合突起１８が挿入、嵌合されてコンデンサ素子２が収納された場合には、外装ケース５の内側面とコンデンサ素子２との間には隙間が殆ど無い状態となる。
【００２８】
次いで、前記封口部材６を構成するベーク板７に設けられた嵌合突起１９が、前記収納されたコンデンサ素子２の中空巻軸４の他方端に挿入、嵌合されてコンデンサ素子２と封口部材６とが収納される。該収容がなされた外装ケース５は、その側面からの横溝加工および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５の側面からの横溝加工およぴ開口端部のカーリングを行うことにより、封口部材６は側面からの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とともに、その回転も防止される。また、前記カーリング加工において、外装ケース５の開口端部を封口部材６外面の弾性部材８に食い込ませるようにすることにより、該弾性部材８と開口端部とが密着し、外装ケース５内部が密閉される。
【００２９】
以上のように形成した電気二重層コンデンサ１は、さらに、外装ケース５の側面に凹部を形成するように変形し、コンデンサ素子２を圧縮する。側面の変形は図４（ａ）および（ｂ）に示すように、変形治具１７を図中の矢印方向に移動させて、円筒状を成す外装ケース５に対して対称位置となる８方向よりほぼ同時に押し当てて、外装ケース５の側面を押圧し、外装ケース５の縦方向に長い３つの溝状の凹部１１を形成するように外装ケース５を変形する。その外装ケースの変形後の電気二重層コンデンサ１は図２に示すように、外装ケース５の縦方向に３つの溝状の凹部が直線上に形成されており、その直線上の３つの溝状の凹部が円周上のほぼ対称位置となる８方向に形成されており、合計で２４個の溝状の凹部１１が形成されている。
【００３０】
前記のように円周上の８方向より凹部１１を形成することは、コンデンサ１の中心に対して対称の位置関係にある方向より変形を行うこととなり、対称位置からの変形応力が互いに相殺されるようになり、前記中空巻軸４にかかる変形応力を緩和することが可能となり、これら中空巻軸４が変形することでコンデンサ素子２が変形してしまうことも防止でき、更には前記コンデンサ素子２を対称の方向から均等に圧縮することができるようにな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く、これら変形により凹部を形成する位置が対称位置になく、例えば円周上の角度１２０毎に凹部を形成して３方向からの変形応力がつりあうように配置しても良く、これら凹部１１の形成位置は適宜選択すれば良い。
【００３１】
また、前記のように変形治具１７をほぼ同時に押し当てることは、該変形においてコンデンサ１に効率良く圧力を印加でき、該圧力を短時間にて印加できるようになることから、該変形加工における加工時間を短縮することが可能とな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。
【００３２】
また、外装ケース５側面を変形させて凹部１１を形成することにより、コンデンサ素子２に圧力を印加する形態としては、以上に説明したような凹部の形態や数および配置に限定されるものではない。例えば、図５に第２の実施例として示すように、外装ケース５の縦方向の溝状の凹部ではなく、外装ケースの側面に横溝加工をして横溝状の凹部１１’を複数列形成するように外装ケース５を変形し、コンデンサ素子２を圧縮する方法でも良い。ここでの横溝加工は、外装ケースの開口部の封口の際に行う横溝加工と同様の方法で行うことができる。
【００３３】
また、前述のように、外装ケース５に複数の凹部１１を形成するように変形するのではなく、図６に第三の実施例として示すように、外装ケースの側面に幅の広い横溝加工を行って、一個の凹部１１”を形成するように変形させてもよい。このような凹部１１”を形成すると、コンデンサ素子２の側面の圧縮面積を多くすることになり、活性炭層の圧縮される面積も多くなり、活性炭層の電気抵抗を低滅させる効果が大きい。従って、コンデンサの内部抵抗を低減する効果も大きくなる。
【００３４】
以上、本実施例のようにすれば、コンデンサ素子２が前記中空巻軸４を有したまま外装ケース５内部に収容されてコンデンサ１とされ、該外装ケース５の側面を変形治具１７により変形させて凹部１１を形成することにより、前記コンデンサ素子２に巻回された前記分極性電極箔１２，１４が前記凹部１１と中空巻軸４との間に挟持されるようになり、該コンデンサ素子２が過度の変形を伴うことなしに、安定した内部抵抗の減少を再現性良く得ることができるばかりか、長期においてもこれら圧力が保持されることから、長期の使用における前記内部抵抗の上昇も低く抑えることができる。
【００３５】
以上、本発明を図面に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲での変更や追加があっても、本発明に含まれることは言うまでもない。例えば前記にて説明した形態の他にも種々の形態が考えられる。この発明の範囲としては、凹部の数としては何個でも良く、さらに凹部の形状や大きさ、その凹部の配置等は任意に選択することができる。例えば、外装ケースの縦方向に一本の溝状の凹部を形成するようにして、コンデンサ素子を圧縮することも可能である。
【００３６】
また、前記実施例においては電気二重層コンデンサについて説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記分極性電極箔１２，１４の一方をアルミニウム箔１５の表面積を拡大する拡面処理とともに陽極酸化処理された陽極箔とし、他方前記拡面処理がなされたアルミニウム箔１５として電解コンデンサ素子としても、前記電気二重層コンデンサと同様に、外装ケースを変形してコンデンサ素子を圧縮することにより、陽極箔と陰極箔の極間距離を狭めることで、その間に保持されている電解液の電気抵抗分を減少させることができるために、電解コンデンサの内部抵抗を減少させる効果とともに、前記安定した内部抵抗の減少を再現性良く得られ、長期の使用における該内部抵抗の上昇も抑えることができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は次の効果を奏する。
【００３８】
（ａ）請求項１の発明によれば、コンデンサ素子が、その中心に巻軸が存在する状態で前記外装ケ−スに収納されていることから、外装ケースの側面をケース内側へ適宜変形させて凹部を形成することにより、コンデンサ素子を構成する電極箔が該凹部と巻軸間に挟持されるようになって、前記変形による圧力が安定して電極箔に印加されるようになることから、再現性良く安定した内部抵抗の低減を得ることができるばかりか、これら電極箔に印加される圧力が長期に渡って安定するようになることから、長期の使用における前記内部抵抗の上昇を低く抑えることもできる。
【００３９】
（ｂ）請求項２の発明によれば、従来のものに比較して前記活性炭に印加される圧力を高いものとすることができ、該活性炭における抵抗をより低いものとすることができるばかりか、これら圧力を長期に渡って保つことができることから、長期の使用における活性炭における抵抗の上昇を低く保つこともできる。
【００４０】
（ｃ）請求項３の発明によれば、前記変形により印加される圧力が相殺されるようになるために、前記巻軸にかかる負荷を軽減でき、該巻軸の反りや曲がり等による不良を低減することができる。
【００４１】
（ｄ）請求項４の発明によれば、前記変形がほぼ同時に対称的に実施されることで、コンデンサ素子の位置ずれや変形による不良等を低減することができるばかりか、変形における印加圧力を巻軸の強度等に拠らずに比較的高いものとすることができ、凹部形成における加工時間を短縮することもできる。
【００４２】
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施例におけるコンデンサを示す側断面図であり、（ｂ）は（ａ）中の矢視断面図である。
【図２】本発明の実施例におけるコンデンサを示す外観図である。
【図３】本発明の実施例に用いたコンデンサ素子の形成状況および分極性電極箔の構成を示す拡大図である。
【図４】本発明の実施例における外装ケースの変形工程を示す模式図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図である。
【図５】本発明におけるその他の実施形態のコンデンサを示す外観図である。
【図６】本発明におけるその他の実施形態のコンデンサを示す外観図である。
【符号の説明】
１        （電気二重層）コンデンサ
２        （電気二重層）コンデンサ素子
３        電極タブ
４        中空巻軸
５        外装ケース
６        封口部材
７        ベーク板
８        弾性部材
９        リベット
１０      外部端子
１１      凹部
１２      分極性電極箔
１３      電気絶縁性スペーサ
１４      分極性電極箔
１５      アルミニウム箔
１６      活性炭シート
１７      変形治具
１８      嵌合突起
１９      嵌合突起
【図１】
0004501169.tif 000002
【図２】
0004501169.tif 000003
【図３】
0004501169.tif 000004
【図４】
0004501169.tif 000005
【図５】
0004501169.tif 000006
【図６】
0004501169.tif 000007