JP2009088211A - コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】集電体に残留するバリによる電極間短絡を回避し、コンデンサの信頼性を高める。
【解決手段】集電体（１８）に分極性電極層（２０）が形成された正極（４）にセパレータ（８、１０）を併設して巻回し、前記セパレータに保持させた電解液と前記分極性電極層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（２）と、このコンデンサ素子を収納し、収納されている前記コンデンサ素子の方向に側面を変形させ、その変形によって前記コンデンサ素子を圧縮させた外装ケース（２２）とを備え、正極側の電極の最外周端に絶縁被覆（１４）を施し、この絶縁被覆が電極の最外周端を防護し、集電体に存在するバリ（１６）による隣接電極の短絡事故を回避し、コンデンサ（３）の信頼性を高めている。
【選択図】図３

Description

本発明は、電極に電極箔等を用いたコンデンサに関し、特に、電気二重層を用いたコンデンサ及びその製造方法に関する。

電子機器等、各種機器に用いられるコンデンサの一例として電気二重層コンデンサは、分極性電極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。分極性電極には、集電体に例えば、アルミニウム箔が使用され、そのアルミニウム箔に活性炭層が形成されている。この電気二重層コンデンサ以外のコンデンサとして、電解コンデンサでは、化成酸化処理によって表面に酸化皮膜が形成された電極が用いられている。

分極性電極を持つコンデンサに関し、特許文献１では、コンデンサ素子を収納する外装ケースの側面を変形させることにより、コンデンサ素子を圧縮し、分極性電極の活性炭同士の接触頻度を増加させたコンデンサが開示されている。
特開２０００−１２４０８６（要約、図１等）

ところで、電極を巻回したコンデンサ素子では、セパレータは別にして電極間では最外周側に負極が配置されるように巻回されている。最外周側に負極を配置するのは、最外周に正極を配置しても、対向する負極が無ければ静電容量の形成に寄与しないため、正極を負極の内側に配置している。

また、電気二重層コンデンサでは、電極の厚さが３０〔μｍ〕程度の集電体に例えば、４０〜４００〔μｍ〕程度の厚さの分極性電極層が形成されている。このため、巻回したコンデンサ素子では、分極性電極層により正極の端部に段差が生じている。正極の端部における角部分の厚さは、分極性電極層が圧縮され、薄くなる場合もある。

電極を構成する集電体には、プレスや切断により、端部にバリを生じている場合がある。電気二重層コンデンサでは、集電体の上に活性炭を主体とする分極性電極層が形成されているため、分極性電極層中にバリが含まれている場合がある。

このような集電体のバリは、外部には露出することは無いが、その端部の厚さが薄くなると、バリを突出させてしまう場合がある。また、外装ケースを変形させてコンデンサ素子を圧縮させた場合には、コンデンサ素子が圧縮された際に、このバリが分極性電極及びセパレータを突き破り、隣接する電極と短絡することがあった。

このような課題について、特許文献１には開示がなく、その解決手段についての開示や示唆もない。

そこで、本発明の目的は、集電体に残留するバリによる電極間短絡を回避し、コンデンサの信頼性を高めることにある。

上記目的を達成するため、本発明は、正極側の電極の最外周端に絶縁被覆を施し、この絶縁被覆が電極の最外周端を防護し、集電体に存在するバリによる隣接電極の短絡事故を回避し、コンデンサの信頼性を高めている。

上記目的を達成するため、本発明の第１の側面はコンデンサであって、集電体に分極性電極層が形成された正極にセパレータを併設して巻回し、前記セパレータに保持させた電解液と前記分極性電極層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と、このコンデンサ素子を収納し、収納されている前記コンデンサ素子の方向に側面を変形させ、その変形によって前記コンデンサ素子を圧縮させた外装ケースと、前記コンデンサ素子の前記正極の最外周端に形成された絶縁被覆とを備えることである。斯かる構成により、上記目的が達成される。

上記目的を達成するには、上記コンデンサにおいて、好ましくは、前記絶縁被覆は、前記正極の先端部を覆う絶縁シートで形成されてもよいし、また、前記正極の先端を被覆する樹脂層で形成されてもよい。

上記目的を達成するには、上記コンデンサにおいて、好ましくは、前記外装ケースは、変形可能な素材で形成された有底筒状のケースであって、その開口部を封口してなる構成としてもよいし、前記コンデンサ素子は、前記電極及び前記セパレータを含む円筒体である構成としてもよい。

上記目的を達成するため、本発明の第２の側面はコンデンサの製造方法であって、集電体に分極性電極層が形成された正極にセパレータを併設して巻回し、前記セパレータに保持させた電解液と前記分極性電極層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形成する工程と、前記正極の電極の最外周端に絶縁被覆を形成する工程と、外装ケースに前記コンデンサ素子を収納し、収納されている前記コンデンサ素子の方向に側面を変形させ、その変形によって前記コンデンサ素子を圧縮させる工程とを含むことである。斯かる構成によっても、上記目的が達成される。

以上説明したように、本発明によれば、次の効果が得られる。

(1) 正極の先端側が絶縁被覆によって覆われているので、正極の集電体にバリが生じていても、そのバリによる電極間短絡を防止でき、コンデンサの信頼性を高めることができる。

(2) 外装ケースを変形させてコンデンサ素子を圧縮することによりコンデンサ特性を高めたコンデンサにあっても、圧縮による応力が正極に作用しても、集電体に残留するバリによる電極間短絡を防止でき、コンデンサ素子の圧縮によるコンデンサ特性を高め、圧縮による不都合を回避できる。

〔第１の実施の形態〕

本発明の第１の実施の形態について、図１及び図２を参照する。図１は、コンデンサ素子を示す図、図２は、コンデンサ素子を構成する正極、負極及びセパレータを示す図である。

このコンデンサ素子２は、図１及び図２に示すように、正極４、負極６及びセパレータ８、１０を円筒状に巻回した巻回素子を構成している。この場合、正極４の最外周は、負極６の内側にセパレータ８を介して設置され、コンデンサ素子２の最外周には、樹脂テープ等の緊締帯１２が巻かれ、巻き戻りの防止が図られている。セパレータ８、１０には含浸された電解液が保持されている。

コンデンサ素子２の最外周側にある正極４の端部側には、正極４の端面及びその近傍の表裏面を覆う絶縁被覆１４が施され、この絶縁被覆１４は、セパレータ８、１０と同一又は近似の材料である絶縁シートを折り返して形成されている。絶縁シートは、セパレータ８、１０に保持させる電解液を浸透する材料を用いてもよいし、電解液を浸透しない材料を用いてもよい。

斯かる構成とすれば、コンデンサ素子２の正極４の端部が絶縁被覆１４で覆われるので、正極４の端部にバリ１６（図３）が生じていても、このバリ１６が絶縁被覆１４で覆われるので、バリ１６が負極６に接触することを回避することができる。

次に、正極４について、図３を参照する。図３は、正極４の構成例を示す図である。図３において、図１及び図２と同一部分には同一符号を付してある。

正極４は、アルミニウム等の金属箔で形成された集電体１８の表裏面に分極性電極層２０が形成され、この場合、集電体１８を構成する箔端にはバリ１６が生じている。このバリ１６が分極性電極層２０の下層ないしその内部に潜在している。このバリ１６は、集電体１８を構成する金属箔の切断や裁断によって生じるものである。

正極４の端部には絶縁被覆１４が形成され、正極４の端部にある集電体１８の端部及びバリ１６が絶縁被覆１４によって覆われている。即ち、絶縁被覆１４が正極４からのバリ１６の突出を阻止している。

次に、このコンデンサ素子２を用いたコンデンサについて、図４を参照する。図４の（Ａ）はコンデンサの縦断面を示す図、図４の（Ｂ）は図４の（Ａ）のIVＢ−IVＢ線断面図である。図４において、図１ないし図３と同一部分には同一符号を付してある。

このコンデンサ３は、図４の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、外装ケース２２にコンデンサ素子２を収納し、外装ケース２２の開口部を封口部材２４によって封止している。外装ケース２２は、アルミニウム等、変形可能な金属で形成され、有底筒状である。この外装ケース２２は、コンデンサ素子２の封入後、側面部を内方に変形させ、その側面部には複数の凹部２６が形成され、外装ケース２２の内壁部には凹部２６に対応して複数の突部２８が形成されている。コンデンサ素子２は、複数の突部２８によって圧縮変形し、かつ圧縮状態に維持されている。また、コンデンサ素子２の外壁部と外装ケース２２の内壁部とは複数の突部２８を以て密着状態に維持されている。

外装ケース２２を封口する封口部材２４は、絶縁性を持ち且つ硬質のベーク板等の樹脂板３０にゴム等の弾性部材３２を張り合わせたものである。この封口部材２４には外面側に外部接続のための正極側の外部端子３４、負極側の外部端子３６が設置され、また、内面側にはコンデンサ素子２の正極側のリード３８、負極側のリード４０が設置され、外部端子３４とリード３８とは封口部材２４を貫通させたリベット４２により、外部端子３６とリード４０とは封口部材２４を貫通させたリベット４４により電気的に接続されている。また、封口部材としては、前述した封口部材の形状に限定されるものではなく、絶縁性の硬質樹脂よりなる樹脂板に外部端子を埋設した封口板を用いてもよい。

そして、封口部材２４は、外装ケース２２の開口部側の段部４６に支持されて位置決めされているとともに、この段部４６と外装ケース２２のカーリング加工れた開口端部４８とで挟み込まれて保持されている。封口部材２４の弾性部材３２にはカーリング加工された外装ケース２２の開口端部４８を食い込ませ、外装ケース２２には高度な気密性が保持されている。

外装ケース２２及びコンデンサ素子２の圧縮加工について、図５を参照する。図５の（Ａ）はコンデンサの圧縮加工を示す図、図５の（Ｂ）はコンデンサ及び加工治具の配置を示す図である。図５において、図１、図２及び図４と同一部分には同一符号を付してある。

コンデンサ３には、外装ケース２２の側面を圧縮変形させ、内部のコンデンサ素子２を圧縮加工する。コンデンサ３の側面には、複数の加工治具５０を配置させ、その加工治具５０を矢印Ｆで示すように外装ケース２２の中心方向に移動させることにより外装ケース２２を圧縮加工し、これにより外装ケース２２には縦方向に長い複数の溝状の凹部２６（図４）を形成する。この凹部２６の形成により、外装ケース２２の内部には、複数の突部２８（図４）が形成され、外装ケース２２の内部空間が狭小化する。この結果、コンデンサ素子２の側面が複数の突部２８によって押圧されて圧縮状態に維持される。

この圧縮の結果、コンデンサ素子２内の分極性電極層２０の活性炭同士の接触頻度を増加させることができる。このような圧縮加工が施された場合、集電体１８に残留するバリ１６（図３）は絶縁被覆１４で覆われているので、他の電極（例えば、負極６）に達することがなく、正極４及び負極６の電極間短絡が生じることがない。

次に、コンデンサの製造方法の一例について、図１〜図５を参照して説明する。

(1) 電極及び絶縁被覆の形成工程

アルミニウム等の金属からなる集電体１８を形成し、この集電体１８の表面に分極性電極層２０を形成することにより正極４が形成される。同様の集電体１８を以て負極６を形成する。

コンデンサ素子２が形成される際に、コンデンサ素子２の最外周端となる正極４の端部に絶縁被覆１４を形成する。

(2) コンデンサ素子の形成工程

正極４と負極６との間にセパレータ８、１０を併設して巻回し、セパレータ８、１０には電解液を含浸させて保持させることにより、電解液と分極性電極層２０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２が形成される。

(3) 外装ケースの封入工程

有底筒状の外装ケース２２が形成され、この外装ケース２２にコンデンサ素子２を収納し、収納されているコンデンサ素子２の方向に側面を変形させ、その変形によってコンデンサ素子２を圧縮させたコンデンサ３（図４）が形成される。

〔第２の実施の形態〕

第１の実施の形態では、絶縁被覆１４にセパレータ８、１０と同一又は近似の絶縁シートを用いたが、第２の実施の形態では、図６に示すように、絶縁被覆１４を絶縁性樹脂層５２で構成してもよい。斯かる構成としても、同様の効果が得られる。

以上述べたように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は、発明を実施するための最良の形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であり、斯かる変形や変更が本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。

本発明は、電子機器等の各種機器に用いることができるコンデンサが得られ、集電体に残留しているバリによる電極間短絡を防止でき、信頼性の高いコンデンサを提供でき、有用である。

第１の実施の形態に係るコンデンサ素子を示す図である。 コンデンサ素子の電極及びセパレータを示す図である。 第１の実施の形態に係る正極を示す図である。 第１の実施の形態に係るコンデンサを示し、（Ａ）はその縦断面を示す図、（Ｂ）は図４の（Ａ）のIVＢ−IVＢ線断面を示す図である。 コンデンサの外装ケースの変形によるコンデンサ素子の圧縮加工を示し、（Ａ）はその加工治具及びコンデンサを示す図、（Ｂ）は加工治具とコンデンサの配置を示す図である。 第２の実施の形態に係る正極を示す図である。

符号の説明

２ コンデンサ素子
４ 正極
６ 負極
８、１０ セパレータ
１４ 絶縁被覆
１８ 集電体
２０ 分極性電極層
２２ 外装ケース

Claims (6)

1. 集電体に分極性電極層が形成された正極にセパレータを併設して巻回し、前記セパレータに保持させた電解液と前記分極性電極層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と、
   このコンデンサ素子を収納し、収納されている前記コンデンサ素子の方向に側面を変形させ、その変形によって前記コンデンサ素子を圧縮させた外装ケースと、
   前記コンデンサ素子の前記正極の最外周端に形成された絶縁被覆と、
   を備えることを特徴とするコンデンサ。
2. 請求項１のコンデンサにおいて、
   前記絶縁被覆は、前記正極の先端部を覆う絶縁シートで形成されたことを特徴とするコンデンサ。
3. 請求項１のコンデンサにおいて、
   前記絶縁被覆は、前記正極の先端を被覆する樹脂層で形成されたことを特徴とするコンデンサ。
4. 請求項１のコンデンサにおいて、
   前記外装ケースは、変形可能な素材で形成された有底筒状のケースであって、その開口部を封口してなることを特徴とするコンデンサ。
5. 請求項１のコンデンサにおいて、
   前記コンデンサ素子は、前記正極、前記負極及び前記セパレータを含む円筒体であることを特徴とするコンデンサ。
6. 集電体に分極性電極層が形成された正極にセパレータを併設して巻回し、前記セパレータに保持させた電解液と前記分極性電極層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形成する工程と、
   前記正極の電極の最外周端に絶縁被覆を形成する工程と、
   外装ケースに前記コンデンサ素子を収納し、収納されている前記コンデンサ素子の方向に側面を変形させ、その変形によって前記コンデンサ素子を圧縮させる工程と、
   を含むことを特徴とするコンデンサの製造方法。

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