(57)【要約】【課題】小型化されたキャパシタであっても、内部抵抗を低減することができるキャパシタを提供する。【解決手段】対向して形成された正極ケース１と負極ケース４とが、ほぼ平行になるように配置されている。正極ケース１と負極ケース４との間の対角線上にセパレータ３が配置されており、セパレータ３を挟んで下側に正の分極性電極２ａが、上側に負の分極性電極２ｂが設けられている。正極ケース１と負極ケース４とで密閉された収納容器とするために、正極ケース１と負極ケース４との周縁部はパッキング５を介してかしめられている。セパレータ３を斜めに配置することにより、正の分極性電極２ａと負の分極性電極２ｂが対向する面積を大きく取ることができ、内部抵抗を減少させることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して形成された１対の壁面を少なくとも有する収納容器を用い、前記１対の壁面間に正負１対の分極性電極、セパレータが配置収納されたキャパシタにおいて、
前記１対の壁面間の対角線上に前記セパレータを配置し、該セパレータを挟むようにして前記正負１対の分極性電極を配置したことを特徴とするキャパシタ。
【請求項２】
前記収納容器は封口蓋と凹状容器で構成されていることを特徴とする請求項１記載のキャパシタ。
【請求項３】
前記凹状容器の内壁面に正負１対の集電体が形成されており、前記１対の分極性電極が前記正負１対の集電体に電気的に接続していることを特徴とする請求項２記載のキャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セパレータや分極性電極を備え、内部抵抗を小さくすることができるキャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタ等のキャパシタはバックアップ電源、補助電源として携帯電話や家庭用電気製品に用いられる。このキャパシタの形状は、コイン型あるいはボタン型という呼称が用いられるように円柱状であり、各種電子機器のプリント基板にハンダ付けされ、実装されている。
【０００３】
図４に、コイン型あるいはボタン型と呼ばれるキャパシタの従来構造を示す。円盤状の正極ケース３１に正の分極性電極３２ａ、セパレータ３３、負の分極性電極３２ｂが積層され、上から円盤状の負極ケース３４が被せられ、パッキング３５を用いて密閉された収納容器を形成する。正極ケース３１、負極ケース３４が正極集電体、負極集電体の役割を果たし、正極ケース３１、負極ケース３４に別途端子を取り付けてプリント基板等にハンダ付けされる。
【０００４】
一方、図４のコイン型あるいはボタン型と呼ばれるキャパシタよりも実装面積を小さくし、小型化したキャパシタとして、図５に示される構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。凹状容器４１の底面中央部にセパレータ４３が縦方向に設置され、このセパレータ４３を挟んで正の分極性電極４２ａ、負の分極性電極４２ｂが配置されている。
【０００５】
正極集電体４４が凹状容器４１の左側底面に形成され、正の分極性電極４２ａに接しており、負極集電体４５が凹状容器４１の右側底面に形成され、負の分極性電極４２ｂに接している。また、正極集電体４４は接続端子４８と接続されており、負極集電体４５は接続端子４９と接続されている。凹状容器４１は、シールリング４６を凹状容器４１上面の周縁部に載置し、その上にさらに封口板４７を載せて溶接することで密閉される。
【特許文献１】特開２０００−２９４４５４号公報
【特許文献２】特開２００１−２１６９５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来構造のキャパシタでは、小型化することによって、デバイスの内部抵抗が高くなるという問題があった。また、図５の構造では、キャパシタの実装面積を小さくして図４のキャパシタよりも小型化することができるものの、小型化することによって、分極性電極やセパレータのサイズが小さくなり、内部抵抗が一段と増加してしまう。
【０００７】
また、キャパシタの実装面積を小さくして小型化した他の構造として、凹状容器の底面に集電体を形成して、この上に分極性電極、セパレータ等を積層配置し、凹状容器の開口部に封口板を溶接して密閉した構造が特許文献２に示されているが、小型化すれば上記同様の理由で内部抵抗が増加するので問題となっていた。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、小型化されたキャパシタであっても、内部抵抗を低減することができるキャパシタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、対向して形成された１対の壁面を少なくとも有する収納容器を用い、前記１対の壁面間に正負１対の分極性電極、セパレータが配置収納されたキャパシタにおいて、前記１対の壁面間の対角線上に前記セパレータを配置し、該セパレータを挟むようにして前記正負１対の分極性電極を配置したことを特徴とするキャパシタである。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、前記収納容器が封口蓋と凹状容器で構成されていることを特徴とする請求項１記載のキャパシタである。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、前記凹状容器の内壁面に正負１対の集電体が形成されており、前記１対の分極性電極が前記正負１対の集電体に電気的に接続していることを特徴とする請求項２記載のキャパシタである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、収納容器の対向する壁面の間に、正負一対の分極性電極、セパレータが配置収納されており、この壁面間の対角線上にセパレータを配置し、セパレータを挟むようにして正負１対の分極性電極を配置しているので、正負１対の分極性電極が対向する面積を広く取ることができ、内部抵抗を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明による第１のキャパシタの構造を示す。
【００１４】
第１のキャパシタは、コイン型又はボタン型キャパシタと呼ばれるもので、収納容器全体が円柱状の形状となっている。円盤状の正極ケース１と円盤状の負極ケース４とで収納容器を構成しており、この正極ケース１、負極ケース４に別途接続端子が設けられ、プリント基板等にハンダ付けされる。
【００１５】
正極ケース１の上面と負極ケース４の底面とが、対向して形成された壁面に相当し、ほぼ平行になるように配置されている。正極ケース１と負極ケース４において対向して形成されている壁面間の対角線上にセパレータ３が配置されており、セパレータ３を挟んで下側に正の分極性電極２ａが、上側に負の分極性電極２ｂが設けられている。正極ケース１と負極ケース４とで密閉された収納容器とするために、正極ケース１と負極ケース４との周縁部はパッキング５を介してかしめられている。
【００１６】
正極ケース１と負極ケース４とは集電体の役割も果たすので、金属で構成される。また、パッキング５は絶縁体であり、分極性電極２ａ、２ｂには活物質として活性炭等が用いられ、セパレータ３にはガラス繊維等が用いられる。
【００１７】
セパレータ３を斜めに配置することで、図４に示す同型の従来構造のキャパシタよりもセパレータの面積を広く形成することができるとともに、このセパレータに相対する正負の分極性電極の面積も広く形成することができ、内部抵抗を低下させることができる。また、セパレータの面積が広くなると、セパレータが含む電解液量も増えるので、内部抵抗をさらに低減することができる。
【００１８】
（実施例１）
実施例１においては、以下のように、分極性電極を作製し、電解液を調製して、図１に示すコイン型の第１のキャパシタを形成した。分極性電極は、比表面積が２０００ｍ２／ｇの活性炭粉末にアセチレンブラック１０ｗｔ％、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと称する）１０ｗｔ％を混合して混練によってシート化した。このようにして得られたシートを直径２．２ｍｍ、厚さ０．７ｍｍの円盤状に打ち抜いて正負２枚の分極性電極を作製した。
【００１９】
次に、作製した分極性電極を金型内に押し込み、円盤状の分極性電極の上面あるいは下面のいずれか一面を傾斜させ、一端が他端に比べて薄い、断面形状が三角形状になるような分極性電極２ａ、２ｂを形成した。電解液は、溶媒にプロピレンカーボネートを用い、溶質である（Ｃ２Ｈ５）４ＮＢＦ４を１ｍｏｌ／ｌの濃度になるように溶解させて電解液を調製した。
【００２０】
図１に示す第１のキャパシタの製造は、まず、上記のようにして作製した２枚の分極性電極２ａ、２ｂの間にガラス繊維製のセパレータ３を介在させ、ステンレス鋼製の正極ケース１内に収納する。ステンレス鋼製の正極ケース１内に上記調製した電解液を注入して３０秒間４０ｋＰａで真空含浸し、分極性電極２ａ、２ｂ及びセパレータ３に電解液を十分含浸させる。次に、ステンレス鋼製の正極ケース１の周縁部にパッキング５を配置し、ステンレス鋼製の負極ケース４をかぶせ、これらをかしめて封口して一体化し、直径４．０ｍｍ、厚さ１．４ｍｍのコイン型の第１のキャパシタを完成させた。
【００２１】
（比較例１）
実施例１の第１のキャパシタと比較するために、図４に示す従来構造のコイン型のキャパシタを以下のように形成した。セパレータ３３、分極性電極３２ａ、３２ｂの大きさや形状の違いを除き、上記実施例１と同様に形成した。比較例１では、分極性電極を円柱形のまま用い、正極ケース３１の底面から分極性電極３２ａ、セパレータ３３、分極性電極３２ｂと順に、正極ケース３１の底面とほぼ平行になるように積層した。
【００２２】
次に、上記のようにして形成した実施例１および比較例１のキャパシタの内部抵抗値を測定した。内部抵抗値は正負極間の交流１ｋＨｚにおける抵抗値をオームテスターにより測定し、結果は次のようになった。実施例１のキャパシタでは内部抵抗が４７Ω、比較例１のキャパシタでは、５５Ωであった。この結果から明らかなように、セパレータを収納容器内部の縦断面の対角線上に配置することにより、内部抵抗が低減した。
【００２３】
図２は、本発明の第２のキャパシタを示す。収納容器は凹状容器１１と封口蓋としての封口板１７とで構成されており、凹状容器１１の内部に正極集電体１４、正の分極性電極１２ａ、セパレータ１３、負の分極性電極１２ｂ、負極集電体１５が配置されている。
【００２４】
凹状容器１１の両側面又は封口板１７の裏面と凹状容器１１の底面が、対向して形成された壁面に相当し、ほぼ平行になるように形成されている。例えば、凹状容器１１の両側面を対向して形成された壁面と見なすと、この壁面間の対角線上にセパレータ１３が配置されており、セパレータ１３を挟んで下側に正の分極性電極１２ａが、上側に負の分極性電極１２ｂが設けられている。凹状容器１１を密閉された収納容器とするために、シールリング１６を凹状容器１１の周縁部に配置して、封口板１７を被せ、シーム溶接し密封する。
【００２５】
凹状容器１１の左側面内壁には正極集電体１４が、右側面内壁には負極集電体１５が、Ａｕめっき、スパッタなどにより一体に形成されている。正極集電体１４は、凹状容器１１の左側面を貫通して形成されており、貫通した出口のところで正極の接続端子１８と接続されている。また、負極集電体１５は、凹状容器１１の右側面を貫通して形成されており、貫通した出口のところで負極の接続端子１９と接続されている。
【００２６】
接続端子１８、１９は、プリント基板等に取り付けるときの端子となり、Ｗメタライズ層、Ｎｉめっき層、Ａｕめっき層等からなる。また、分極性電極１２ａ、１２ｂは、活性炭電極で構成されており、セパレータ１３はガラス繊維等で構成される。
【００２７】
凹状容器１１は、封口板１７を凹状容器１１の開口部に被せて溶接することにより密閉された容器となるように構成されている。凹状容器１１は、樹脂、ガラス、セラミックス、セラミックスガラスまたは金属等により構成される。これらの材料は耐熱性に優れるため、これらの材料を用いて構成したキャパシタは、耐リフロー半田付け性能や長期保存に優れる。封口板１７も、凹状容器１１と熱膨張率が近い方が良いので、上記同様、樹脂、ガラス、セラミックス、セラミックスガラスまたは金属等を用いる。なお、凹状容器１１の封口蓋としての封口板１７は、板状の形状でなくても良く、凹状容器１１の開口部を封止できるものであれば、他の形状でも良い。
【００２８】
本発明の第２のキャパシタにおいても、セパレータ１３を収納容器内部の縦断面の対角線上に配置することで、図５に示すキャパシタよりもセパレータの面積を広く形成することができるとともに、このセパレータに相対する正負の分極性電極の面積も広く形成することができ、内部抵抗を低下させることができる。
【００２９】
（実施例２）
実施例２においては、下記のように、分極性電極を作製し、電解液を調製することにより、図２に示すようなチップ型の第２のキャパシタを形成した。まず、比表面積が２０００ｍ２／ｇの活性炭粉末にアセチレンブラック１０ｗｔ％、ＰＴＦＥ１０ｗｔ％を加え混練し、３．３ｍｍ角で厚み１．０ｍｍの分極性電極を作製した。
【００３０】
次に、この分極性電極を金型内に押し込み、分極性電極の上面あるいは下面のいずれか一面を傾斜させ、三角柱状の分極性電極１２ａ、１２ｂを作製した。電解液は、溶媒にプロピレンカーボネートを用い、溶質である（Ｃ２Ｈ５）４ＮＢＦ４を１ｍｏｌ／ｌの濃度になるように溶解させて調製した。
【００３１】
図２に示す第２のキャパシタの製造は、以下のように行った。まず、アルミナ製の一辺が５ｍｍ、高さが１．５ｍｍの凹状容器１１の凹部内側面にはタングステン上に金めっきを施し、互いに絶縁された二つの集電体１４、１５となる金属層を形成しておき、この集電体が凹部壁面を貫通して電気的に接続される接続端子１８、１９を凹部外壁面に形成しておく。
【００３２】
次に、上端周縁部にシールリング１６を設けた凹状容器１１内に、上記のようにして作製した２枚の分極性電極のうち一方の分極性電極１２ａを配置し、その上にガラス繊維製のセパレータ１３を配設した後、もう一方の分極性電極１２ｂを載置した。
【００３３】
そして、上記のように調製した電解液を凹状容器１１内に注液し、３０秒間４０ｋＰａで真空含浸した。次に、凹状容器１１上に封口板１７を配置し、パラレルシーム溶接にて溶接し、第２のキャパシタを完成させた。このとき、溶接した封口板１７が分極性電極１２ａ、１２ｂおよびセパレータ１３を押さえつける力が、凹状容器１１の水平方向に分散することにより、各集電体と各分極性電極間及び各分極性電極とセパレータ間に十分な圧力をかけることができる。
【００３４】
図３は、本発明の第３のキャパシタを示す。図２と特に形状が相違する部分に異なる符合を付している。図２の構成と相違する部分は、セパレータ２１の形状と分極性電極２０ａ、２０ｂの形状である。分極性電極２０ａ、２０ｂについては、三角柱状に形成した分極性電極のセパレータと接する面を波状にし、セパレータ２１については、図２で平板状であったセパレータを、分極性電極２０ａ、２０ｂに形成した波状の面に合わせて波状とした。
【００３５】
（実施例３）
セパレータ２１を波状に形成し、分極性電極を金型内に押し込み、三角柱状に形成した分極性電極の断面の三角形の長辺を含み、セパレータ２１と接する面を波状にした分極性電極２０ａ、２０ｂを作製した以外は実施例２と同様にして第３のキャパシタを製造した。封口板１７が溶接されると、封口板１７が分極性電極２０ａ、２０ｂおよびセパレータ２１を押さえつける力が、上記同様、凹状容器１１容器の水平方向に分散することにより、各集電体と各分極性電極間及び各分極性電極とセパレータ間に十分な圧力をかけることができる。
【００３６】
（比較例２）
上記第２、第３のキャパシタと比較するために比較例２として図５の構成を有するキャパシタを製造した。以下のように、分極性電極を作製し、電解液を調製した。分極性電極４２ａ、４２ｂは、比表面積が２０００ｍ２／ｇの活性炭粉末にアセチレンブラック１０ｗｔ％、ＰＴＦＥ１０ｗｔ％を加え混練し、長辺３．３ｍｍ×短辺１．５ｍｍ×厚み１．０ｍｍとした。電解液は、溶媒にプロピレンカーボネートを用い、溶質である（Ｃ２Ｈ５）４ＮＢＦ４を１ｍｏｌ／ｌの濃度になるように溶解させて調製した。
【００３７】
図５の構成のキャパシタの製造は以下のように行った。あらかじめ、一辺が５ｍｍ、高さが１．５ｍｍのアルミナ製の凹状容器４１の凹部底面内壁にタングステン上に金めっきを施し、互いに絶縁された二つの集電体４４、４５となる金属層を形成し、側面壁を貫通して電気的に接続する接続端子４８、４９を形成しておく。
【００３８】
凹状容器４１の上端周縁部にシールリング４６を設け、凹状容器４１内に上記のようにして作製した２枚の分極性電極４２ａ、４２ｂを設置し、その間にガラス繊維製のセパレータ４３を設置して収容した。次に、上記のように調製した電解液を凹状容器４１内に注液し、３０秒間４０ｋＰａで真空含浸した。
【００３９】
そして、凹状容器４１に封口板４７を配置し、パラレルシーム溶接にて容接し、比較例２のキャパシタを構成した。図５のキャパシタの構造では、封口板４７を溶接して密閉しても、分極性電極４２ａ、セパレータ４３、分極性電極４２ｂの積層方向には圧力がかからない。
【００４０】
次に、上記のように形成した実施例２、実施例３および比較例２のキャパシタの内部抵抗値を測定した。内部抵抗値は正負極間の交流１ｋＨｚにおける抵抗値をオームテスターにより測定した。結果は次のようになった。実施例２のキャパシタでは内部抵抗が５４Ω、実施例３のキャパシタでは内部抵抗が５０Ω、比較例２の従来構造のキャパシタでは内部抵抗が７８Ωであった。この結果からわかるように、特に、実施例３のキャパシタでは、セパレータとこれに相対する分極性電極を波形にすることで表面積をさらに拡大させることができるので、内部抵抗の低減の効果は大きい。
【００４１】
この結果から明らかなように、セパレータを収納容器の対向する壁面間の対角線上に配置することにより、正負１対の分極性電極が対向する面積を大きく取ることができるので、内部抵抗が低減する。さらに、分極性電極およびセパレータ間に十分な圧力をかけることができるので、内部抵抗を一層減少させることができる。
【００４２】
また、第２、第３のキャパシタの構成であると、正負一対の分極性電極と、セパレータ、集電体を凹状容器に収納でき、封口板に分極性電極を貼り付ける必要がないため、封口板を溶接する際の作業性が向上し、製造歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１のキャパシタの構造例を示す図である。
【図２】本発明の第２のキャパシタの構造例を示す図である。
【図３】本発明の第３のキャパシタの構造例を示す図である。
【図４】従来のキャパシタの構造例を示す図である。
【図５】従来のキャパシタの他の構造例を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    正極ケース
２ａ  分極性電極
２ｂ  分極性電極
３    セパレータ
４    負極ケース
５    パッキング
【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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