JP2000124086A - コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンデンサの内部抵抗の低減を図る。 【解決手段】 金属箔の上に活性炭層を形成した一対の
分極性電極箔を、電解液を保持したセパレータを介して
巻回したコンデンサ素子２を、封口部材６とともに外装
ケース５に収納し、その外装ケース５の開口端部を封口
してなるコンデンサにおいて、外装ケース５の側面に凹
状の溝（凹部１１）を形成するように外装ケース５を変
形して、コンデンサ素子２を圧縮した。活性炭層は多孔
質体であるために、圧縮されると内部での活性炭同士の
接触頻度が増し、導電経路が増加するために電気抵抗が
減少する。そのために、コンデンサ全体としての内部抵
抗の低減を図ることができる。

Description

【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、電解液を保持させたセパレータを介して巻回したコ
ンデンサ素子を、封口部材とともに有底筒状の外装ケー
スに収納し、その開口端部を封口してなるコンデンサに
関するもので、特に電気二重層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、電解液を保持さ
せたセパレータを介して巻回したコンデンサ素子を、封
口部材とともに有底筒状の外装ケースに収納し、その開
口端部を封口したコンデンサとしては、一対の分極性電
極箔を、電解液が含浸された電解紙をセパレータとし
て、分極性電極箔の間にセパレータを介して巻回してコ
ンデンサ素子とし、これを封口部材とともに外装ケース
に収納し、外装ケースの開口部を封口してなる電気二重
層コンデンサがある。電気二重層コンデンサは、分極性
電極箔と電解液とを接触させ、その界面の電気二重層を
利用したコンデンサである。このような電気二重層コン
デンサに用いられる分極性電極箔としては、アルミニウ
ム箔を集電極とし、そのアルミニウム箔の両面に活性炭
層を形成して分極性電極箔としたものが用いられてい
る。

【０００３】また、前述の電気二重層コンデンサの他に
も、アルミニウム等の弁金属からなり、その表面積を拡
大する拡面処理を施すとともに陽極酸化処理してなる陽
極箔と、アルミニウム等の金属を、表面積を拡大する拡
面処理を施してなる陰極箔を一対の電極箔とし、電解液
を含浸させた電解紙をセパレータとして、陽極箔と陰極
箔をセパレータを介して巻回してコンデンサ素子とし、
それを封口部材ともに外装ケースに収納し、外装ケース
の開口端部を封口して形成された電解コンデンサも知ら
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】電気二重層コンデンサ
は、分極性電極箔の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、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。

【０００５】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。これはコンデンサか
らの放電時の放電電流についても同様のことが言え、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、コンデンサへの充電エネ
ルギーよりも放電エネルギーを小さくするもので、エネ
ルギー効率の低下を招くものである。前述の充放電時に
失われる熱エネルギー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。

【０００６】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、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。

【０００７】また、電解コンデンサの分野でも内部抵抗
は問題となっているものであり、電解コンデンサの分野
でも内部抵抗の減少が求められている。

【０００８】ところで、一対の電極箔を電解紙を介して
巻回した型のコンデンサでは、以上のような内部抵抗を
低減させる方法としては、コンデンサ素子を巻回する際
に、電極箔および電解紙により強い張力を加えた状態で
巻回し、電極箔と電解紙の接触圧を高めることにより解
決することができる。すなわち、強い張力を加えて巻回
すると、コンデンサ素子の巻き弛み等がなくなり、対向
する一対の電極箔の極間距離が狭められる。そのため、
それらの電極の間に保持されている電解液の電気抵抗分
が減少し、コンデンサ全体としての内部抵抗が減少する
ためである。

【０００９】また、電気二重層コンデンサにおいて、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。この活性炭に圧力を加えて圧縮す
ると、多孔質体の内部で活性炭同士の接触頻度が増し、
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が減少する。そのために、電気二
重層コンデンサにおいても、コンデンサ素子を巻回する
際に電極箔および電解紙に張力を加えて巻回することに
より、活性炭層を圧縮することができ、コンデンサ全体
の内部抵抗を低減させることができる。

【００１０】しかし、電極箔および電解紙に強い張力を
加えるためには、製造装置および製造工程を複雑化する
ものである。また、過度の張力の印加は電極箔や電解紙
を破断させるおそれがあり、張力の印加にも限界があ
る。そのために、より簡易な方法で、コンデンサの内部
抵抗の低減することが求められている。

【００１１】この発明は、以上のような課題を解決する
ためになされたもので、簡易な構成によってコンデン
サ、特に電気二重層コンデンサの内部抵抗の低減を図る
ものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明では、一対の電
極箔を、電解液を保持させたセパレータを介して巻回し
たコンデンサ素子を、封口部材とともに有底筒状の外装
ケースに収納し、その開口端部を封口してなるコンデン
サにおいて、外装ケースの側面を変形させて外装ケース
がコンデンサ素子を中心方向に向かって圧縮するように
したことを特徴とする。このように外装ケースの側面を
変形させてコンデンサ素子を中心方向に向かって圧縮し
たことにより、コンデンサ素子が外装ケース内部で移動
することが防止されるとともに、コンデンサ素子内部で
の対向する一対の電極箔同士の極間距離が狭められるこ
とになり、電極箔の間に存在する電解液の電気抵抗分を
減少させることができ、コンデンサ全体として内部抵抗
が減少する。

【００１３】また、この発明では、金属箔の両面に活性
炭層を形成してなる一対の分極性電極箔を、電解液を保
持させたセパレータを介して巻回し、分極性電極箔と電
解液との界面に形成される電気二重層を利用するコンデ
ンサ素子を、封口部材とともに有底筒状の外装ケースに
収納し、その開口端部を封口するとともに、外装ケース
の側面を変形させて外装ケースがコンデンサ素子を中心
方向に向かって圧縮するようにしたことを特徴とする。
一対の電極箔として、金属箔の両面に活性炭層を形成し
てなる分極性電極箔を用いた電気二重層コンデンサで
は、分極性電極箔の活性炭層は多孔質体であるために、
それに圧力を加えて圧縮した場合には、多孔質体の内部
での活性炭同士の接触頻度が増加して導電経路が増大す
るため、活性炭層の電気抵抗が減少する。そのため、外
装ケースを変形させてコンデンサ素子を圧縮した場合に
も、コンデンサ素子を活性炭層も圧縮されるために、コ
ンデンサ全体としての内部抵抗も減少する。

【００１４】前記の外装ケースの変形は、外装ケースの
側面に一個または複数の凹部を形成する押圧加工によっ
て変形させることが好適である。外装ケースの側面に一
個または複数の凹部を形成するためには、所望の凹部に
対応した変形治具をコンデンサの側面に押し当てて、外
装ケースを押圧することにより形成することができるた
めに、簡易に製造できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施の形態に
ついて図面とともに説明する。

【００１６】図１の中の符号２はコンデンサ素子で、一
対の分極性電極箔をセパレータとしての電解紙を介して
巻回したもので、円柱状に形成されている。なお、コン
デンサ素子２の最外周には電解紙が巻かれるようにし
て、分極性電極箔が露出しないように巻回されている。
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４がその外周に巻かれている。
また、コンデンサ素子２には電解液が含浸され、電解紙
に電解液が保持されている。そのため、電解液は分極性
電極箔と接触した状態となっている。ここで用いられて
いる分極性電極箔は、アルミニウム箔の両面に活性炭シ
ートを貼り付けたものである。この分極性電極箔に用い
られているアルミニウム箔は、厚さが３０μｍ程度のも
ので、集電極としての機能を果たすとともに、分極性電
極箔の引張強度等の必要な機械的強度をも担っている。
また活性炭シートの厚さとしては、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。

【００１７】活性炭層が両面に形成された分極性電極箔
を形成する方法としては、前述のようにアルミニウム箔
に活性炭シートを貼り付けたものには限られない。例え
ば、活性炭粉末を主成分とし、アルコール等をバインダ
ーとしてペースト状としたものをアルミニウム箔の両面
に塗布、乾燥させて、アルミニウム箔の両面に活性炭層
を形成したものでもよい。

【００１８】なお分極性電極箔には、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、さらに電極タブ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。

【００１９】このコンデンサ素子２は外装ケース５に封
口部材６とともに収納されている。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
されて形成されており、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本貫通している。そして封
口部材６はベーク板７側がコンデンサの内部側に向けて
使用されている。封口部材６のリベット９の内部側の頭
部にはコンデンサ素子２から導出された電極タブ３がそ
れぞれ溶接等の手段により接続されている。またリベッ
ト９の外部側の頭部には、外部との電気的および機械的
な接続を得るための外部端子１０が接続されている。

【００２０】外装ケース５はアルミニウム等の金属製
で、円筒形で一方の端部が閉口した有底筒状に形成され
ている。その内径はコンデンサ素子２の径よりもやや大
きい径となっており、コンデンサ素子を収納した場合に
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。

【００２１】このようにコンデンサ素子２と封口部材６
を収納した外装ケース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
び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
止することができる。また、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の弾性部材８の層
に食い込ませることにより、弾性部材８と開口端部が密
着し、電気二重層コンデンサの気密を得ている。

【００２２】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１
２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の８方向より同時に押し当てて、外装ケースを押
圧し、外装ケース５の縦方向に長い３つの溝状の凹部１
１を形成するように外装ケース５を変形した。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、その直線状の３つの溝状の凹部
が円周上の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。

【００２３】上記のように円周上の８方向より凹部を形
成する場合など、円筒状の外装ケースの対称の位置関係
にある方向から、変形治具を押し当てる場合には、変形
治具を全ての方向から同時に押し当てて、外装ケースを
変形させることが好ましい。このようにすれば、外装ケ
ースの変形の応力がコンデンサ素子にも均等に加わり、
コンデンサ素子を対称の方向から均等に圧縮することが
できる。

【００２４】外装ケースに凹部を形成するように変形さ
せることにより、コンデンサ素子を圧縮させる形態とし
ては、以上に説明したような凹部の形態、配置に限定さ
れるものではない。例えば、図３に第２の実施例として
示すように、外装ケース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１
１を複数個形成するように外装ケースを変形し、コンデ
ンサ素子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。

【００２５】また、前述のように、外装ケースに複数の
凹部を形成するように変形するのではなく、図５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、一個の凹部を形成するように変形
させてもよい。このような凹部を形成すると、コンデン
サ素子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
低減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。

【００２６】以上に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。

【００２７】このように、外装ケースの側面に一個また
は複数の凹部を形成するように変形させる場合には、変
形治具を外装ケースに押し当てて、外装ケースを押圧す
ることにより、所望の凹部を形成することができ、簡易
な方法で外装ケースの変形加工をすることができるもの
である。

【００２８】以上の発明の実施の形態では、電気二重層
コンデンサについて説明してきたが、アルミニウム等の
弁金属よりなり、そ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、アルミニウム等の金属
よりなり、その表面積を拡大する拡面処理された陰極箔
を、セパレータとしての電解紙を介して巻回したコンデ
ンサ素子を用いた電解コンデンサもこの発明の範囲に含
むものである。このような電解コンデンサの場合も、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ができ、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
させる効果がある。

【００２９】以下にこの発明の具体例を示す。

【００３０】電気二重層コンデンサとして、外径が３５
ｍｍ、高さが１２５ｍｍの大きさのものを作成した。こ
の電気二重層コンデンサの定格は定格電圧が２．５Ｖ、
定格静電容量が７００Ｆである。この電気二重層コンデ
ンサを外装ケースを変形する前に静電容量および内部抵
抗を測定し、外装ケースを変形した後に再度静電容量お
よび内部抵抗の測定を行った。測定条件は、外装ケース
の変形前、変形後では全く同じ条件である。サンプル数
は２０個で行い、その測定値を平均した。その結果を下
の表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】この表１から判るように、外装ケースの変
形加工の前後においては、静電容量には殆ど変化は無い
が、外装ケースの変形加工を施した後は内部抵抗につい
ては約２０％の低減を図ることができた。

【００３３】

【発明の効果】この発明は以下のような効果を有する。

【００３４】請求項１の発明のように、コンデンサ素子
を外装ケースの変形によって圧縮することにより、巻回
されている一対の電極箔の極間距離を狭めることがで
き、一対の電極箔の間に保持されている電解液の電気抵
抗分が減少するために、コンデンサ全体としての内部抵
抗が減少する。また、コンデンサ素子を外装ケース内に
固定することができるという効果も有するが、コンデン
サ素子を外装ケース内に固定するのに素子固定材等を用
いることがないために、コンデンサの重量増加もない。

【００３５】請求項２の発明では、電極箔として、金属
箔の両面に活性炭層を形成してなる一対の分極性電極箔
を用いているが、分極性電極箔の活性炭層は多孔質体で
あるために、これに圧力を加えて圧縮した場合には、多
孔質体の内部での活性炭同士の接触頻度が増して導電経
路が増大し、活性炭層の電気抵抗が減少する。そのため
に、請求項１の発明の効果に加え、さらにコンデンサ全
体として内部抵抗が減少する。

【００３６】請求項３の発明では、外装ケースの側面に
一個または複数の凹部を形成するためには、所望の凹部
に対応した変形治具をコンデンサ素子の側面に押し当て
ることにより形成することができるため、簡易に製造で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のコンデンサの第一の実施例を示す断
面図であり、（ａ）は正面から見た断面図、（ｂ）は
（ａ）中の矢視断面図である。

【図２】この発明のコンデンサの第一の実施例を示す斜
視図である。

【図３】この発明の第二の実施例を示す斜視図である。

【図４】この発明のコンデンサの第一の実施例の外装ケ
ースを押しつぶす工程を示す図面であり、（ａ）は正面
図、（ｂ）は上から見た図である。

【図５】この発明の第三の実施例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ コンデンサ ２ コンデンサ素子 ３ 電極タブ ４ 巻き止めテープ 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 変形治具

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の電極箔を、電解液を保持させたセ
   パレータを介して巻回したコンデンサ素子を封口部材と
   ともに有底筒状の外装ケースに収納し、その開口端部を
   封口するとともに、前記外装ケースの側面を変形させて
   前記外装ケースが前記コンデンサ素子を中心方向に向か
   って圧縮するようにしたコンデンサ。
2. 【請求項２】 前記コンデンサ素子は、金属箔の両面に
   活性炭層を形成してなる一対の分極性電極箔を、電解液
   を保持させたセパレータを介して巻回し、前記分極性電
   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を特徴とする請求項１
   記載のコンデンサ。
3. 【請求項３】 前記外装ケースの変形は、前記外装ケー
   スの側面に一個または複数の凹部を形成する押圧加工に
   よって変形させたことを特徴とする請求項１または２に
   記載のコンデンサ。