JP2013191842A - コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサの低抵抗化、接続構造の簡略化および堅牢化とともに、電極部間の絶縁性を高めること、コンデンサのガス排出機能を高めることにある。
【解決手段】コンデンサ素子（４）の素子端面（６）に陽極側または陰極側の電極箔（１０−１、１０−２）により個別に形成され、陰極側と陽極側との間に絶縁間隔（１６）を備える陽極側および陰極側の電極張出し部（８−１、８−２）と、前記電極張出し部に接続された外部端子（３６−１、３６−２）とを備え、前記絶縁間隔の幅が前記コンデンサ素子の素子中心部（１４）から外周に向かって拡開させている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気二重層コンデンサなどのコンデンサに関し、たとえば、コンデンサ素子に形成された電極張出し部に集電板を接続して外部端子を接続するコンデンサおよびその製造方法に関する。

電気二重層コンデンサまたは電解コンデンサでは、コンデンサ素子と外部端子とを電気的に接続することが必要である。この電気的な接続により、素子側の内部抵抗の低減や、接続部分の接触抵抗を低減させる対策が施されている。

このような電気的接続に関し、素子の端面に集電端子を設けること（たとえば、特許文献１）、巻回素子の一方の端面に陽極集電板、他方の端面に陰極集電板を設けること（たとえば、特許文献２）、巻回素子の端面に露出した集電箔を覆って集電板を備え、集電板と集電箔とを溶接接続すること（たとえば、特許文献３）、また、集電板を外装ケースと素子との接続や外部端子との接続に用いること（たとえば、特許文献４）が知られている。

また、積層型のコンデンサ素子では、素子端面側に接続端子を備えるものが知られている（たとえば、特許文献５）。

特開平１１−２１９８５７号公報 特開２００１−０６８３７９号公報 特開２００７−３３５１５６号公報 特開２０１０−０９３１７８号公報 特開平６−２７５４７６号公報

ところで、巻回型素子の各端面に集電板を備える構成では、巻回素子を外装する外装部材に陽極側および陰極側の外部端子を隣接して設置した場合には、各外部端子と集電板との間に接続距離を確保する必要がある。また、巻回型素子では、内側部分と外側部分との間で内部抵抗の分布が異なるため、その対策が必要となり、素子と集電板との接続に注意を払う必要がある。また、集電板を用いた構造では素子の内部抵抗を低減できるが、外部端子と素子との間に介在する集電板に製造途上で加わる応力によっては接続の信頼性低下や接続抵抗が大きくなる場合がある。

このような接続に関し、コンデンサ素子と封口部材との間には僅かなスペースが存在するが、このスペースを大きくし、接続部材や接続に要する間隔を増加させると、その分だけ抵抗を増加させ、更にはコンデンサの高さ寸法が増大する。この間隔（距離）を短くすれば、小スペース化によりコンデンサの小型化を図ることができる。しかし、コンデンサ素子と封口部材との接続間隔が短くなり、接続に手間取ったり、接続が不完全になるという課題がある。

また、外部端子とコンデンサ素子との間に接続部材を介在させる場合には、コンデンサ素子の陽極側と陰極側との絶縁間隔によっては陽極と陰極とをショートさせるという不都合がある。このようなショートはコンデンサの製造上で回避できる事項ではあるが、ショートを生じているか否かを判断することは面倒な作業である。

そこで、本発明の目的は、上記課題に鑑み、コンデンサの低抵抗化、接続構造の簡略化および堅牢化とともに、電極部間の絶縁性を高めることにある。

また、本発明の他の目的はさらにコンデンサのガス排出機能を高めることにある。

上記目的を達成するため、本発明のコンデンサは、コンデンサ素子の素子端面に陽極側または陰極側の電極箔により個別に形成され、陰極側と陽極側との間に絶縁間隔を備える陽極側および陰極側の電極張出し部と、前記電極張出し部に接続された外部端子とを備え、前記絶縁間隔の幅が前記コンデンサ素子の素子中心部から外周に向かって拡開させている。

上記コンデンサにおいて、前記電極張出し部には、陽極側または陰極側の集電板が個別に接続され、該集電板に外部端子が接続されてもよい。

上記コンデンサにおいて、前記陽極側の集電板と前記陰極側の集電板との間に絶縁間隔を備えてもよい。

上記コンデンサにおいて、前記絶縁間隔が平行になる前記陽極側の電極張出し部および前記陰極側の電極張出し部の端面面積に対し、前記絶縁間隔を形成する前記陽極側の電極張出し部および前記陰極側の電極張出し部の端面面積の削減率が３０％以下であってもよい。

上記コンデンサにおいて、前記コンデンサ素子を収納する外装ケースを封口する封口板に圧力弁を備え、前記圧力弁に対向する位置に前記圧力弁のガス透過面と同等またはそれ以上の幅を持つ前記絶縁間隔を備えてもよい。

上記目的を達成するため、本発明のコンデンサの製造方法は、コンデンサ素子の素子端面に前記コンデンサ素子の陽極側または陰極側の電極箔により電極張出し部を形成し、かつ各電極張出し部の間に前記コンデンサ素子の素子中心部から外周に向かって拡開する絶縁間隔を形成し、前記電極張出し部に陽極側および陰極側の集電板を接続し、前記集電板に外部端子を接続する。

上記コンデンサの製造方法において、前記陽極側の電極張出し部および前記陰極側の電極張出し部のそれぞれに前記集電板を設置し、陽極側および陰極側の集電板の間に前記コンデンサ素子の素子中心部から外周に向かって拡開する絶縁間隔を形成する工程を含んでもよい。

上記コンデンサの製造方法において、前記絶縁間隔は、前記電極張出し部と前記集電板との間に設定される溶接ラインの外側に設定されていればよい。

本発明のコンデンサまたはその製造方法によれば、次の何れかの効果が得られる。

(1) コンデンサ素子の素子端面にある陽極側の電極張出し部と、陰極側の電極張出し部との間の絶縁性を高めることができる。

(2) 接続の強化、接続の信頼性向上とともに、コンデンサ素子の低抵抗化を図ることができ、低ＥＳＲ化を図ることができる。

(3) コンデンサ素子の同一素子端面に張り出させた電極張出し部に集電板を接続したので、陽極側の電極体のそれぞれを集電板で接続し又は陰極側の電極体のそれぞれを集電板で接続したので、コンデンサ素子の低抵抗化を図ることができる。

(4) コンデンサ素子の電極体から張り出させた電極張出し部と、封口部材側の端子部材との間に集電板を介在させた接続構造であるから、接続の簡略化とともに、接続構造の堅牢化を図ることができる。

(5) 上記構造により、集電板を介在させて端子部材と端子部材との接続が容易化でき、接続工程を簡略化とともに、接続処理を短時間で行うことができ、製造コストの低減を図ることができる。

そして、本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面および各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。

コンデンサ素子の集電板の設置前後の一例を示す平面図である。 電気二重層コンデンサを示す縦断面図である。 電気二重層コンデンサの各部材を示す分解斜視図である。 コンデンサ素子を分解して示す斜視図である。 コンデンサ素子の電極張出し部の成形前後の一例を示す斜視図である。 電極張出し部の成形例を示す断面図である。 集電板の平面および側面の一例を示す図である。 集電板の設置およびレーザ溶接を示す図である。 集電板のレーザ溶接を示す図である。 コンデンサ素子上の集電板と外部端子との接続を示す図である。 製造工程の一例を示すフローチャートである。 電極張出し部の絶縁間隔の変形例を示す平面図である。 電極張出し部、集電板、絶縁間隔の形状および圧力弁の位置を示す図である。 電極張出し部、集電板および絶縁間隔の形状の変形例を示す図である。 実験結果を示す特性図である。

＜電極張出し部の平面形状＞

図１のＡは、電極張出し部間の絶縁間隔の平面形状を示している。図１のＢは溶接ラインと絶縁間隔との関係を示している。

この電気二重層コンデンサ２（以下単に「コンデンサ２」と称する）には、巻回素子であるコンデンサ素子４が用いられている。このコンデンサ素子４の素子端面６には、陽極側の電極張出し部８−１と、陰極側の電極張出し部８−２とが形成されている。電極張出し部８−１は陽極側の電極箔１０−１、電極張出し部８−２は陰極側の電極箔１０−２で形成されている。これら電極箔１０−１、１０−２との間はセパレータ１２（図４）の介在により絶縁されている。したがって、素子端面６は、これら電極箔１０−１、１０−２の一部とセパレータ１２の縁部の集合体面である。

素子端面６の中心部には中心Ｏを基準にして円形の素子中心部１４が存在している。この素子中心部１４は、コンデンサ素子４の巻芯によって形成される円筒状の空間部を形成している。コンデンサ素子４は、この素子中心部１４（巻芯部）を中心とした同心円筒である。

素子端面６には、陽極側の電極張出し部８−１と陰極側の電極張出し部８−２との対向面間に絶縁間隔１６が形成されている。この絶縁間隔１６は一例として、素子中心部１４を通過する陽極側の電極張出し部８−１側の面部１８−１と、素子中心部１４を通過する陰極側の電極張出し部８−２の面部１８−２とで形成されている。

面部１８−１と面部１８−２は素子中心部１４を包囲する円弧面２０で対向する。面部１８−２は、円弧面２０の近傍に平行面２２を備え、この平行面２２は面部１８−１と平行している。そして、面部１８−２の大半部分は、面部１８−１と平行な仮想線２４に対して交差方向に形成されている。絶縁間隔１６は素子中心部１４からコンデンサ素子４の外周方向に拡開している。つまり、この実施の形態では、陰極側の電極張出し部８−２の幅を電極張出し部８−１の幅より狭く形成することにより、面部１８−２側を面部１８−１に対して周面方向に拡開し、電極張出し部８−１、８−２の平面形状が扇形形状に形成されている。これにより、面部１８−１と面部１８−２とのコンデンサ素子４の周面側の絶縁性が高められている。

各電極張出し部８−１、８−２は成形により素子端面６側に押しつけられ、電極部２６−１、２６−２に成形される。各電極部２６−１、２６−２には個別に集電板２８−１、２８−２が設置される。集電板２８−１、２８−２には素子接続部３０と端子接続部３２とが設定される。素子接続部３０には電極部２６−１または電極部２６−２が溶接により接続される。この溶接は溶接ライン３４−１、３４−２でたとえば、レーザ照射により接続される。集電板２８−１、２８−２は同一形状であり、対向側には絶縁間隔３３が設定されている。この絶縁間隔３３は、電極張出し部８−１、８−２間の絶縁間隔１６より狭くしかも同一幅である。

各溶接ライン３４−１、３４−２は、コンデンサ素子４の素子中心Ｏから放射状に所定の角度を以て設定されている。溶接ライン３４−２は、集電板２８−２側の素子接続部３０に設定されている。各溶接ライン３４−２に対し、既述の電極張出し部８−２から成形された電極部２６−２の面部１８−２が平行に配置されている。つまり、溶接ライン３４−２に対して溶接性および接続性を損なうことなく、既述の面部１８−２が形成されている。

斯かる構成によれば、集電板２８−２との接続を損なわない範囲で絶縁間隔１６が設定されており、陽極側の電極張出し部８−１つまり、電極部２６−１と、陰極側の電極張出し部８−２つまり、電極部２６−２との絶縁が図られる。なお、集電板２８−２についても、電極張り出し部８−１と同様に素子中心部１４からコンデンサ素子４の外周方向に拡開させ、扇形形状に形成してもよい。これにより、集電板間での絶縁間隔が設定され、絶縁性が高められることになる。また、コンデンサ素子４の素子端面６に電極張出し部８−１、８−２や集電板２８−１、２８−２の形状または面積が占める割合が小さくなるため、コンデンサ素子４の内部への電解液の含浸性が高められる。コンデンサ素子４の内部で発生するガス（いわゆる内部ガス）の素子端面６からの放出が容易化され、ガス排出性を向上させることができる。

＜コンデンサ２＞

図２は、コンデンサ２の断面を示している。図３は、コンデンサ２を構成部材に分解して示している。

このコンデンサ２は本発明のコンデンサの一例である。コンデンサ素子４の電極部２６−１、２６−２には既述の集電板２８−１、２８−２が接続されている。集電板２８−１には陽極側の外部端子３６−１が接続されている。集電板２８−２には陰極側の外部端子３６−２が接続されている。これらはそれぞれの接続部３８で接続されている。これらの接続にはたとえば、レーザ照射による溶接が用いられている。

コンデンサ素子４は外装ケース４０に収納されている。この外装ケース４０は、たとえば、アルミニウムの成形体である。この外装ケース４０と既述の接続部３８との絶縁を行うため、接続部３８の周囲には円筒状の絶縁部材４２が設置されている。この絶縁部材４２はたとえば、絶縁紙や絶縁テープ等の絶縁材料を用いればよい。コンデンサ素子４の周囲部には保持テープ４４が巻かれており、コンデンサ素子４の巻き戻しを防止している。

外部端子３６−１、３６−２は、外装ケース４０を封口する封口板４６に設置されている。封口板４６は外装ケース４０の開口部を閉止し、空間部４８の気密性を保持する手段であるとともに、外部端子３６−１、３６−２を固定する固定部材であり、コンデンサ素子４の支持部材である。この封口板４６にベース部５０と、封止部５２とが備えられる。ベース部５０は絶縁材料であるたとえば、合成樹脂の成形体である。ベース部材５０にはインサート成形により外部端子３６−１、３６−２が固定されている。封止部５２は密閉性の高い材料たとえば、ゴム環で構成されている。

封口板４６は、外装ケース４０に挿入され、外装ケース４０に形成された位置決め段部５４により位置決めされている。外装ケース４０の開口端部５６はカーリング処理により加締められ、封止部５２に食い込ませて固定されている。これにより、外装ケース４０が強固に封止されている。そして、封口板４６のベース部５０には、透孔５８が形成されるとともに、薄ゴムからなる圧力開放機構である圧力弁６０が設置されている。

＜コンデンサ素子４＞

図４は、コンデンサ素子４を分解して示している。コンデンサ素子４は、陽極側の電極箔１０−１と、陰極側の電極箔１０−２との間に２枚のセパレータ１２を挟み込んで巻回され、円筒状の巻回素子を構成している。電極箔１０−１、１０−２にはベース材にたとえば、アルミニウム箔が用いられ、このアルミニウム箔の両面に活性炭等の活物質および結着剤等を含む分極性電極が形成されている。

電極張出し部８−１、８−２は、分極性電極を形成していないアルミニウム面を露出させた基材部で構成されている。

電極張出し部８−１、８−２は、セパレータ１２の幅Ｗより突出し、各電極張出し部８−１、８−２の円弧長に対応する長さＬに形成されている。この長さＬを以て突出する各電極張出し部８−１、８−２には、折り曲げ加工の準備加工として、素子端面６と平行に素子端面６から僅かに露出する位置に折り目線６２が形成されている。この折り目線６２は、各電極張出し部８−１、８−２に対し、折り曲げ方向部を谷折りとする屈曲部である。また、電極張出し部８−１、８−２の端面面積は、各電極張出し部８−１、８−２の長さＬに依存する。つまり、この電極張出し部８−１、８−２の長さＬの加減により、絶縁間隔１６を調整することができる。

＜電極張出し部８−１、８−２の成形＞

図５のＡは、成形前の電極張出し部８−１、８−２を備えるコンデンサ素子４を示している。図５のＢは、成形後の電極張出し部８−１、８−２を備えるコンデンサ素子４を示している。

素子中心Ｏに電極張出し部８−１の面部１８−１と平行にＹ軸をとる。このＹ軸と直交方向にＸ軸を取る。Ｘ軸を中心に左右に角度θ₁ 、θ₂ （＞θ₁ ）を設定し、これら角度２×θ₁、θ₂に電極張出し部８−１を区画する。角度２×θ₁ 、θ₂ で電極張出し部８−１に放射状方向に切込み６４を入れる。これにより、電極張出し部８−１は、区画部８−１Ａ、区画部８−１Ｂ、区画部８−１Ｃに区画される。

たとえば、角度θ₁ ＝３３〔°〕とすれば、区画部８−１Ａの角度２×θ₁ ＝６６〔°〕となる。この区画部８−１Ａを挟んで形成された区画部８−１Ｂ、８−１Ｃの角度θ₂ ＝５７〔°〕となる。

一方、電極張出し部８−２側の面部１８−２はＹ軸と平行ではない。そこで、電極張出し部８−２は、角度２×θ₁ の区画部８−２Ａ、角度θ₃ の区画部８−１Ｂ、区画部８−１Ｃに区画されている。角度２×θ₁ 、θ₃ で電極張出し部８−２に放射状方向に切込み６４を入れる。Ｙ軸と面部１８−２の成す角度をΔθとすれば、θ₃ ＝｛１８０〔°〕−２×θ₁ −２×Δθ｝÷２となる。角度Δθを一例として、Δθ＝１０〔°〕とする。この場合、２×θ₁ ＝６６〔°〕とすれば、角度θ₃ ＝（１８０〔°〕−６６〔°〕−２０〔°〕）÷２＝４７〔°〕となる。

切込み６４の深さはたとえば、電極張出し部８−１、８−２の素子端面６からの張出し高さをｈ₁ 、区画部８−１Ａ、８−２Ａの折り目線６２の高さをｈ₂ 、区画部８−１Ｂ、８−１Ｃ、８−２Ｂ、８−２Ｃの折り目線６２の高さをｈ₃ とする。これらの大小関係はｈ₁ ＞ｈ₂ ＞ｈ₃ とする。これにより、区画部８−１Ａ、８−２Ａは、集電板２８−１、２８−２の端子接続部３２に対応させることができ、区画部８−１Ｂ、８−１Ｃ、８−２Ｂ、８−２Ｃは、集電板２８−１、２８−２の素子接続部３０に対応させることができる。

コンデンサ素子の電極部２６−１、２６−２は、図５のＢに示すように、このように素子中心方向に向かって区画部８−１Ａ、８−１Ｂ、８−１Ｃ、８−２Ａ、８−２Ｂ、８−２Ｃの圧縮成形により、高さ寸法を抑制できる。この実施の形態では、電極部２６−１、電極部２６−２の区画部８−１Ｂ、８−１Ｃ、８−２Ｂ、８−２Ｃを先に圧縮形成して平坦状の接続面を形成し、その後、区画部８−１Ａ、８−２Ａを圧縮成形し、各区画部間８−１Ａ〜８−１Ｂ間、８−１Ａ〜８−１Ｃ間、８−２Ａ〜８−２Ｂ間、８−２Ａ〜８−２Ｃ間の重なりによって生じる境界部の高さ寸法を調整している。

図６のＡは、区画部８−１Ｂ、８−１Ｃ、８−２Ｂ、８−２Ｃの折り曲げ途上の角度を示している。図６のＢは、区画部８−１Ｂ、８−１Ｃ、８−２Ｂ、８−２Ｃの折り曲げられた角度を示している。

電極張出し部８−１、８−２から電極部２６−１、２６−２に成形され、集電板２８−１、２８−２を押し付けて圧縮することにより、電極部２６−１、２６−２の区画部８−１Ｂ、８−１Ｃ、８−２Ｂ、８−２Ｃが平坦状となり、各集電板２８−１、２８−２に密着する。

電極張出し部８−１、８−２の折り曲げ成形前に予め折り目線６２にＶ字状の凹部を形成し、折り曲げを容易化してもよい。折り目線６２は、素子端面６から一定の幅（たとえば、０．５ｍｍ以上）の位置に形成され、これにより電極張出し部８−１、８−２の折り曲げ時に素子端面６からセパレータ部位に加わる機械的ストレスが減少させることができる。これにより、電極箔１０−１、１０−２間の接触によるショートなどを防止できる。

なお、この折り目線６２はたとえば、罫書き線であって、これにより、電極張出し部８−１、８−２の折り曲げ時の座屈を防止できる。この折り目線６２は溝であり、断面形状は三角、四角又は湾曲（Ｒ）であってもよい。この折り目線６２の形成にはたとえば、プレス、レーザ、切削等の方法を用いればよい。折り目線６２は１本であってもよいが、電極張出し部８−１、８−２の幅に応じて複数本としてもよい。折り目線６２の形成面部は、電極張出し部８−１、８−２の片面に形成してもよいが、両面に形成してもよい。また、折り目線６２は、素子端面の素子中心部１４に対向する面が谷折りになるように形成してもよい。

＜集電板２８−１、２８−２＞

図７のＡは、集電板２８−１、２８−２の平面形状を示している。図７のＢは、集電板２８−１、２８−２の対向面側から見た側面形状を示している。

各集電板２８−１、２８−２は電極材料と同一のたとえば、アルミニウム板で形成され、同一形状である。各集電板２８−１、２８−２はコンデンサ素子４の素子端面６の２分の１の大きさであり、ほぼ半円形板である。各集電板２８−１、２８−２には既述した二つの素子接続部３０と、素子接続部３０に挟まれた端子接続部３２とを備えている。素子接続部３０は、電極部２６−１、２６−２の既述の区画部８−１Ｂ、８−１Ｃ、８−２Ｂ、８−２Ｃに対応し、レーザ溶接面を構成している。端子接続部３２は、電極部２６−１、２６−２の既述の区画部８−１Ａ、８−２Ａに対応する。

集電板２８−１、２８−２には、図７のＢに示すように、弦側中心部にコンデンサ素子４の素子中心部１４に対応して円弧状切欠部６６が形成され、その弧側には、Ｘ軸を中心にＸ軸と直交方向に直線状に切り落とされた接続面部６８が形成されている。また、この集電板２８−１、２８−２には、Ｘ軸を中心に左右に角度θ₁ を持って直角に屈曲させた段部７０を以て円弧状に既述の素子接続部３０および端子接続部３２が形成されている。各素子接続部３０および端子接続部３２はそれぞれ平坦面に形成され、段部７０を挟んで平行面である。

この集電板２８−１、２８−２において、端子接続部３２の高さをｈ₄ 、集電板２８−１、２８−２の厚さをｔ、端子接続部３２の内側の高さをｈ₅ とすると、
ｈ₅ ＝ｈ₄ −ｔ≧ｈ₂ −ｈ₃ ・・・(1)
に設定されている。従って、端子接続部３２の内側の高さｈ₅ は、区画部８−１Ａ、８−２Ａの突出高さｈ₂ と各区画部８−１Ｂ、８−１Ｃ、８−２Ｂ、８−２Ｃの高さｈ₃ との差分Δｈ（≧ｈ₂ −ｈ₃ ）を吸収し、集電板２８−１、２８−２が各区画部８−１Ｂ、８−１Ｃ、８−２Ｂ、８−２Ｃに密着し、且つ区画部８−１Ａ、８−２Ａを収納して設置される。

なお、集電板２８−１の厚さｔは、素子接続部３０と端子接続部３２とで変更してもよい。たとえば、端子接続部３２を素子接続部３０に比べて厚く設定（１．２倍以上）してもよい。この厚み設定により、比熱が高まり、電極部２６−１、２６−２とのレーザ溶接の際に素子接続部３０または端子接続部３２に生じる発熱を端子接続部３２で吸収できる。この結果、レーザ溶接の接続精度を向上させることができる。

＜集電板２８−１、２８−２の接続＞

図８のＡは、コンデンサ素子４と集電板２８−１、２８−２を示している。図８のＢは集電板２８−１、２８−２のレーザ溶接を示している。

集電板２８−１、２８−２は図８のＡに示すように、コンデンサ素子４の一端面に素子中心部１４を中心にし、且つ素子中心部１４に円弧状切欠部６６を合わせて配置する。集電板２８−１には、端子接続部３２の下面側にコンデンサ素子４の電極部２６−１の区画部８−１Ａ、素子接続部３０の下面側にコンデンサ素子４の電極部２６−１の区画部８−１Ｂ、８−１Ｃを位置決めして密着させる。そして、レーザ照射接続部である溶接ライン３４−１、３４−２では、コンデンサ素子４の周縁方向から素子中心部１４方向に向かうレーザ照射により、区画部８−１Ｂ、８−１Ｃを部分的又は全面的に溶融させて接続する。このような接続は集電板２８−２側でも同様である。

図９は、レーザ照射部位を示している。レーザ照射の部位は、集電板２８−１、２８−２の段部７０で隔てた素子接続部３０の各２箇所即ち、各溶接ライン３４−１、３４−２である。この場合、溶接ライン３４−１、３４−２に付した矢印〔１〕、〔２〕、〔３〕および〔４〕で示すように、レーザ照射を行う。このレーザ照射は、シールドガスにアルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを用いてコンデンサ素子４をシールドし、コンデンサ素子４に対するレーザ熱やスパッタの影響を回避する。

〔１〕このレーザ照射は、コンデンサ素子４の外周側より、素子中心方向に向かって直線状に一方の集電板２８−１の素子接続部３０に照射する。

〔２〕次に、素子中心部１４を隔てて対向する他方の集電板２８−２の素子接続部３０に素子中心部１４側より、素子外周方向に向かって直線上にレーザ照射することにより、一連の動作にて溶接される。

〔３〕また、同じく、レーザ照射は、コンデンサ素子４の外周側より、素子中心部１４方向に向かって直線状に一方の集電板２８−１の素子接続部３０に照射する。

〔４〕そして、素子中心部１４を隔てて対向する他方の集電板２８−２の素子接続部３０に素子中心部１４側より素子外周側に向かって直線上にレーザを照射する一連の動作にて溶接される。

このように、素子中心部１４を隔てて直線状にレーザ照射する一連の動作にて、電極部２６−１と集電板２８−１、電極部２６−２と集電板２８−２が接続される。つまり、電極部２６−１、２６−２と各集電板２８−１、２８−２とを素子中心部１４を隔ててコンデンサ素子４の直径方向に向かう溶接ライン３４−１、３４−２（レーザ照射接続部）で溶接するので、電極部２６−１、２６−２と各集電板２８−１、２８−２との接続のための溶接の時間短縮を図ることができ、製造工程の簡略化を図ることができる。

なお、レーザ照射７２の〔１〕および〔２〕の一連の動作を２回繰り返す。又は、レーザ照射７２の〔１〕ないし〔４〕の一連の動作を２回繰り返し、近傍に溶接部を配することで接続抵抗を更に低減することも可能である。レーザ照射７２の〔１〕および〔２〕の一連の動作にて接続することも可能であるが、集電板２８−１、２８−２の各素子接続部３０を、それぞれ素子中心部１４側より素子外周側に向かって直線上に照射するなど、個別に接続することもできる。

また、レーザ照射７２の〔１〕ないし〔４〕の連続動作について、同一箇所を連続してレーザ照射するのではなく、レーザ溶接を〔１〕から〔４〕で行い、その後、再び〔１〕から〔４〕にレーザ照射すれば、同一箇所のレーザ照射に時間間隔を設けることができ、この結果、レーザ照射箇所の冷却化を図ることができ、レーザ溶接による接続の安定化が図られる。また、同一箇所に時間間隔を設けて複数回のレーザ照射を行うことも可能であるが、１回目のレーザ溶接を〔１〕から〔４〕で行い、再びレーザ溶接を〔１〕から〔４〕で行うので、冷却間隔を取りながら、レーザ照射を連続的に行うことができ、レーザ照射による溶接時間の短縮化を図ることができる。

このレーザ照射７２の〔１〕ないし〔４〕の連続動作について、各レーザ照射の始点から終点に至る溶接ライン３４−１、３４−２に対するレーザ出力を段階的又は連続的に減衰させるとよい。具体的には、レーザ出力を始点から終点にかけて３区間を設け、始点区間のレーザ出力Ｐａ、中間区間のレーザ出力Ｐｂ、終点区間のレーザ出力Ｐｃとし、レーザ出力をＰａ＞Ｐｂ、Ｐｂ＞Ｐｃに減衰させてもよい。始点区間のレーザ出力Ｐａは最も高い値に設定され、一例として５０〔Ｗ〕〜３０００〔Ｗ〕である。レーザ出力Ｐｂはレーザ出力Ｐａの９０〔％〕以下のレーザ出力とし、またレーザ出力Ｐｃはレーザ出力Ｐａの８０〔％〕以下のレーザ出力としている。このように、各レーザ照射の始点から終点に至る溶接ライン３４−１、３４−２に対するレーザ出力を段階的又は連続的に減衰させることで、集電板２８−１、２８−２、電極部２６−１、２６−２に加えられる溶接エネルギーを均一化でき、接続性を向上させることができ、安定した溶接接続を実現できる。即ち、レーザ照射を受けた集電板２８−１、２８−２および電極部２６−１、２６−２の溶接ライン３４−１、３４−２およびその近傍部が加熱され、レーザ照射７２を溶接ライン３４−１、３４−２に沿って行えば、レーザ照射の走査に応じて加熱がその走査とともに連鎖状態で移動するので、レーザ出力を同一に設定しなくても、連鎖的に溶融状態となる。このため、レーザ出力を段階的および連続的に減衰させても、溶接部に加わるレーザ照射による熱エネルギーは均一化する。このため、集電板２８−１、２８−２と電極部２６−１、２６−２との接続性が向上する。

なお、コンデンサ素子４の素子端面６には電極部２６−１、２６−２が形成されているので、電極部２６−１、２６−２には、中心方向に向かって圧縮成形した際に、絶縁間隔１６が設定されている。このため、コンデンサ素子４の素子中心部１４近傍（素子中心部から２ｍｍ以内）では、電極部２６−１、２６−２が形成されていない。また、電極部２６−１、２６−２は、その形成部位が多いほど（又は面積が大きいほど）、抵抗の低減につながるため、コンデンサ素子４の周面方向に拡開する絶縁間隔１６を備えたことにより、電極部２６−１、２６−２の間に十分な隙間があるために接触せず、また、低抵抗化が図れる絶縁間隔１６として、たとえば、３〔ｍｍ〕〜１５〔ｍｍ〕を設定している。また、コンデンサ素子４の最外周では、電極部２６−１、２６−２の圧縮成形時にずれ等が生じても電極部２６−１、２６−２が外装ケース４０に接触しないように、集電板２８−１と接続された電極部２６−１、陰極集電板２８−２と接続された電極部２６−２の外周面に絶縁紙や絶縁テープ等の絶縁部材４２（図２）を設置すればよい。この絶縁部材４２を電極部２６−１、２６−２に加え、外部端子３６−１、３６−２、集電板２８−１、２８−２を覆うように外周に沿って設置すれば、外装ケース４０との絶縁が図られる。

＜外部端子３６−１、３６−２の接続＞

図１０のＡは、集電板２８−１、２８−２と外部端子３６−１、３６−２の接続前の状態を示している。図１０のＢは、集電板２８−１、２８−２と外部端子３６−１、３６−２のレーザ溶接を示している。

集電板２８−１、２８−２が接続されたコンデンサ素子４には、図１０のＡに示すように、封口板４６にある外部端子３６−１、３６−２を溶接部位に位置決めする。外部端子３６−１、３６−２の側面部には端子側接続面７４が形成され、この端子側接続面７４は、集電板２８−１、２８−２側の接続面部６８と同一面に形成された側壁面である。そこで、これら接続面部６８および端子側接続面７４を合致させ、レーザ照射７２を行えば、接続面部６８および端子側接続面７４間を溶着させることができる。

従って、コンデンサ素子４の電極部２６−１には集電板２８−１を介して外部端子３６−１がレーザ照射７２によって接続され、また、コンデンサ素子４の電極部２６−２には集電板２８−２を介して外部端子３６−２がレーザ照射７２によって接続される。これにより、コンデンサ素子４に外部端子３６−１、３６−２が形成される。

ここで、コンデンサ素子４と封口板４６との間隔（距離）を長く取ると、その分抵抗が増えてしまうとともに、コンデンサ２の高さ寸法が大きくなってしまうため、コンデンサ素子４と封口板４６との間隔（距離）を極力短くしている。このような小スペースにおいて、外部端子３６−１、３６−２と、集電板２８−１、２８−２とを接続するために、接続面部６８および端子側接続面７４を一致した共通の面部とし、この部位に局所的に溶接可能なレーザ照射７２にて溶接することで溶接の簡易化および強化が図られている。ここで、集電板２８−１、２８−２、外部端子３６−１、３６−２の厚み（接続面部６８および端子側接続面７４の高さ寸法）は、それぞれ０．５〔ｍｍ〕〜５〔ｍｍ〕の範囲で設定されており、これによると、レーザ溶接が可能な寸法で且つ内部抵抗が増大され難く、また、コンデンサ２の高さ寸法を短くすることができる。

また、接続面部６８および端子側接続面７４は、レーザ照射の際に他の部材（電極部２６−１、２６−２）への過剰なストレスを防ぐためにも、コンデンサ素子４の外周面近傍に設置されることが好ましく、具体的には、コンデンサ素子４の外周面より、たとえば、１０〔ｍｍ〕以内とすることが好ましい。

また、集電板２８−１、２８−２において、コンデンサ素子４の電極部２６−１、２６−２との接続領域と、外部端子３６−１、３６−２との接続領域とが異なる位置に設定されているので、各電極部２６−１、２６−２と集電板２８−１、２８−２、各外部端子３６−１、３６−２と集電板２８−１、２８−２との接続を安定化させることができ、コンデンサ素子４の低抵抗化とともに接続の強化を図ることができる。

＜コンデンサ２の製造方法＞

図１１は、コンデンサ２の製造工程の一例を示している。

この製造工程は、本発明のコンデンサの製造方法の一例であって、図１１に示すように、コンデンサ素子４および電極部（電極張出し部）の形成工程（ステップＳ１１）、電極張出し部８−１、８−２の成形工程（ステップＳ１２）、第１の接続工程（ステップＳ１３）、第２の接続工程（ステップＳ１４）、電解液含浸および封止工程（ステップＳ１５）を含んでいる。

(1) コンデンサ素子４および電極部（電極張出し部）の形成工程（ステップＳ１１）

図４に示すように、電極箔１０−１、１０−２の間にセパレータ１２を挟み込み、素子中心部１４を中心に円筒状に巻回することにより、コンデンサ素子４が形成される。このコンデンサ素子４には、素子端面６側に電極箔１０−１、１０−２の一部を張り出させ、電極張出し部８−１、８−２が形成される。電極張出し部８−１、８−２の間には絶縁間隔１６が設定されている。

(2) 電極張出し部８−１、８−２の成形工程（ステップＳ１２）

この成形工程では、電極張出し部８−１、８−２を図５のＢ、図６のＡ、Ｂに示すように、既述の区画部８−１Ａ、８−２Ａ、８−１Ｂ、８−２Ｂ、８−１Ｃ、８−２Ｃに区画し、図６のＢに示すように、それぞれを素子中心部１４の方向に折曲げ、成形する（ステップＳ１２）。その成形は、図５のＢに示すように、集電板２８−１、２８−２の屈曲形状に対応し、密着可能な高さに成形される。

(3) 第１の接続工程（ステップＳ１３）

この接続工程（ステップＳ１３）では、コンデンサ素子４の電極部２６−１に集電板２８−１、電極部２６−２に集電板２８−２を位置決めし、それぞれをレーザ溶接により接続する。このレーザ溶接では、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスをシールドガスに用いることにより、コンデンサ素子４をシールドし、レーザ熱や飛翔するスパッタからコンデンサ素子４を分離させる。

(4) 第２の接続工程（ステップＳ１４）

この接続工程（ステップＳ１４）では、図１０に示すように、電極部２６−１に接続された集電板２８−１に外部端子３６−１をレーザ溶接により接続する。同様に、電極部２６−２外部端子３６−２をレーザ溶接により接続する。このレーザ溶接においても、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスをシールドガスに用いることにより、コンデンサ素子４をシールドし、レーザ熱や飛翔するスパッタからコンデンサ素子４を分離させる。

(5) 電解液含浸および封止工程（ステップＳ１５）

コンデンサ素子４は、電解液を含浸した後、外装ケース４０に収容し、外装ケース４０の開口端部５６のカーリング処理により封止し（ステップＳ１５）、製品であるコンデンサ２（図２）を完成する。

以上説明した一実施の形態における効果を列挙すれば以下の通りである。

(1) コンデンサ素子４の一端面側に電極箔１０−１の基材で電極部２６−１、電極箔１０−２の基材で電極部２６−２が形成され、電極部２６−１と外部端子３６−１とが集電板２８−１を介して接続され、電極部２６−２と外部端子３６−２とが集電板２８−２を介して接続されるので、端子接続のシンプル化が図られている。しかも、接続を容易化することができる。

(2) 電極張出し部８−１、８−２との対向面部に設定された絶縁間隔１６の幅がコンデンサ素子４の素子中心部１４から外周に向かって拡開する構成としているので、電極張出し部８−１、８−２を対向面側に折り曲げても両者が接触することがなく、ショートなどの不都合を回避できる。この結果、信頼性の高いコンデンサ２が得られる。

(3) 巻回素子であるコンデンサ素子４に巻回されている電極箔１０−１、１０−２から複数の側縁部を集合させて電極張出し部８−１、８−２が形成され、各電極張出し部８−１、８−２に集電板２８−１、２８−２を介在させて外部端子３６−１、３６−２を接続しているので、コンデンサ素子４およびコンデンサ２の低抵抗化を図ることができ、等価直列抵抗の低い製品を提供できる。

(4) 上記製造工程によれば、既述のコンデンサ２を容易に製造でき、端子接続工程の簡略化を図ることができる。

＜電極張出し部８−１、８−２または絶縁間隔１６の変形例＞

図１２のＡおよびＢは、電極張出し部８−１または絶縁間隔１６の変形例を示している。上記実施の形態では電極張出し部８−２の形状を電極張出し部８−１と異ならせて、絶縁間隔１６をコンデンサ素子４の周面方向に拡開する形状とした。これに対し、図１２のＡに示すように、電極張出し部８−１側の形状を小さくし、同様に絶縁間隔１６をコンデンサ素子４の周面方向に拡開する構成としてもよい。

また、図１２のＢに示すように、図１に示す電極張出し部８−２と同様に電極張出し部８−１を形成し、左右対称形の二つの電極張出し部８−１、８−２を以て絶縁間隔１６をコンデンサ素子４の周面方向に拡開する形状としてもよい。

＜電極張出し部８−１、８−２、集電板２８−１、２８−２の形状、絶縁間隔１６、３３および圧力弁６０の配置＞

図１３のＡは、電極張出し部８−１、８−２、集電板２８−１、２８−２、各絶縁間隔１６、３３の形状および圧力弁６０の位置を示している。

各電極張出し部８−１、８−２および集電板２８−１、２８−２はたとえば、約１２０度の角度の扇形形状に形成する。斯かる角度設定により、各電極張出し部８−１、８−２の絶縁間隔１６、集電板２８−１、２８−２の絶縁間隔３３のそれぞれが扇形状に拡開されている。各絶縁間隔１６、３３を封口板４６の圧力弁６０の位置に設定する。つまり、圧力弁６０の位置に絶縁間隔１６、３３の拡開位置を対応させ、この対応位置では絶縁間隔１６、３３を圧力弁６０のガス透過膜７６（図１３のＢ）の面積と同等またはそれ以上の幅に設定する。

図１３のＢは、図１３のＡのXIIIB − XIIIB線断面を示している。圧力弁６０の位置に絶縁間隔１６、３３が一致し、絶縁間隔１６、３３は圧力弁６０のガス透過膜７６のガス透過面の面積より大きい幅を備えている。これにより、ガス透過膜７６は、電極張出し部８−１、８−２や集電板２８−１、２８−２に塞がれることなく、コンデンサ素子４の素子端面６に対向させることができる。

斯かる構成とすれば、次のような効果が得られる。

(1) コンデンサ素子４に含浸された電解液が圧力弁６０のガス透過面に付着すると、付着した電解液で圧力弁６０のガス透過面の全面または一部が塞がれ、ガス透過機能を低下させるおそれがある。ガス透過機能が低下すれば、ガス透過量が減少し、基準動作圧力以下で圧力弁６０に開弁を生じるというおそれがある。圧力弁６０の位置に絶縁間隔１６、３３を対応させることにより、斯かる不都合を回避することができる。つまり、圧力弁６０の位置から電極引出部８−１、８−２や集電板２８−１、２８−２を遠ざけることで、電極引出部８−１、８−２や集電板２８−１、２８−２から圧力弁６０への電解液が導かれることを防止でき、圧力弁６０に対する電解液の付着が防止される。

(2) 電極張出し部８−１、８−２や集電板２８−１、２８−２の面積ないし形状が小さくなるので、コンデンサ素子４の素子端面６に電極引出部８−１、８−２や集電板２８−１、２８−２が占める割合が小さくなる。これにより、コンデンサ素子４の内部への電解液の含浸性が高められ、素子内部で発生するガス（いわゆる内部ガス）の素子端面６からの放出が容易になる。つまり、コンデンサ素子４のガス放出性が高められる。

(3) 図１のＡに示すコンデンサ素子４の電極引出部８−２の形成角度は１６０度程度であるのに対し、電極張出し部８−１、８−２を１００度程度の角度に設定すれば、既述のレーザ溶接角度は７０度程度となる。斯かる角度によっても、十分に溶接を行うことができる。

図１４は、電極張出し部８−１、８−２、集電板２８−１、２８−２、絶縁間隔１６、３３の形状および圧力弁６０の位置の変形例を示している。

図１３のＡでは、圧力弁６０に対向しない位置も同様に電極引出部８−１、８−２や集電板２８−１、２８−２の角度を狭め、絶縁間隔１６、３３を扇形状に拡開している。これに対し、図１４に示すように、圧力弁６０に対向しない位置は、絶縁間隔１６、３３を狭く形成してもよい。つまり、圧力弁６０に対向しない位置では、電極張出し部８−１、８−２や集電板２８−１、２８−２の絶縁間隔１６、３３側の各縁部を平行に配置してもよい。

〔他の実施の形態〕

(1) 上記実施の形態では、コンデンサ素子４として巻回素子を例示したが、巻回素子に限定されない。積層型素子や固体素子であってもよい。

(2) 上記実施の形態では、コンデンサ２として電気二重層コンデンサを例示したが、本発明はこれに限定されない。同一の構造および方法は、電解コンデンサにも同様に適用でき、同様の効果が得られる。

(3) 上記実施の形態では、集電板２８−１、２８−２を例示したが、本発明は上記実施の形態に限定されない。接続面は、フラット面としたが、外部端子の形状に合致する形状として、曲面であってもよい。この接続面の位置についても、集電板の面内又は周面の何れでもよいし、接続用凸部を設けてもよい。

(4) 上記実施の形態では、電極部間の絶縁間隔１６内に絶縁部材を設置してもよい。

(5) 上記実施の形態では、溶接手段として、レーザ溶接や電子ビーム溶接を例示したが、本発明はこれに限定されない。アーク溶接等を用いることもできる。この場合は、集電板の外周面側を凸状として接続面を形成し、該接続面と端子接続面をアーク溶接すればよい。

〔実験結果〕

この実験結果を図１５に示している。実験では電極張出し部８−１、８−２の端面面積を変更して内部抵抗の変化を観測した。電極張出し部８−１、８−２の端面面積は、電極張出し部８−１、８−２の形成幅Ｌ（図４）に依存する。そこで、電極張出し部８−１、８−２の端面面積の削減率（％）を求める。この削減率は、絶縁間隔１６を平行間隔となる電極張出し部８−１、８−２の端面面積を基準（１００％）とし、電極張出し部８−１、８−２の形成幅Ｌによって生成される端面面積の減少比率（％）を表す。

この実験の意図は、電極張出し部８−１、８−２の端面面積を減少させることにより、絶縁間隔１６を拡開して電極張出し部８−１、８−２間の絶縁性を高めることに対し、端面面積の減少による内部抵抗の増加との関係を測定する。これにより、絶縁性の確保と内部抵抗の増加を適正化した値を求めることができる。

このような実験により、コンデンサの内部抵抗（ｍΩ）を測定したところ、陽極側の電極部２６−１（電極張出し部８−１）および陰極側の電極部２６−２（電極張出し部８−２）の全端面面積を例１では１０〔％〕、例２では２０〔％〕、例３では３０〔％〕、例４では４０〔％〕だけ減少させた。これに対して端面面積を減少させていないものを例5 とした。これら例１ないし例５を比較すると、例１ないし例３にかけては内部抵抗が比例的に上昇しているのに対し、例３および例４では内部抵抗の上昇が鈍化している。この実験から明らかなように、例５では内部抵抗は低いが、電極張出し部８−１、８−２の端面面積が減少していないために絶縁間隔１６が狭く、絶縁性に難がある。例１ないし例３から明らかなように、陽極側の電極部２６−１および陰極側の電極部２６−２の全端面面積の削減率が３０〔％〕以下であれば、絶縁性を維持しつつ、内部抵抗を低減させることがわかる。

以上説明したように、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い。特許請求の範囲に記載され、又は発明を実施するため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る。斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明のコンデンサおよびその製造方法は、電極張出し部の間に設定される絶縁間隔を拡大しつつ、コンデンサ素子やコンデンサの内部抵抗を低減でき、信頼性の高いコンデンサの生産に寄与し、有益である。

２ コンデンサ
４ コンデンサ素子
６ 素子端面
８−１ 陽極側の電極張出し部
８−２ 陰極側の電極張出し部
１０−１ 陽極側の電極箔
１０−２ 陰極側の電極箔
１４ 素子中心部
１６ 絶縁間隔
２６−１、２６−２ 電極部
２８−１、２８−２ 集電板
３０ 素子接続部
３２ 端子接続部
３３ 絶縁間隔
３４−１、３４−２ 溶接ライン
３６−１、３６−２ 外部端子
３８ 接続部
６０ 圧力弁

Claims (8)

1. コンデンサ素子の素子端面に陽極側または陰極側の電極箔により個別に形成され、陰極側と陽極側との間に絶縁間隔を備える陽極側および陰極側の電極張出し部と、
   前記電極張出し部に接続される外部端子と、
   を備え、前記絶縁間隔の幅が前記コンデンサ素子の素子中心部から外周に向かって拡開していることを特徴とするコンデンサ。
2. 前記電極張出し部には、陽極側または陰極側の集電板が個別に接続され、該集電板に外部端子が接続されていることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。
3. 前記陽極側の集電板と前記陰極側の集電板との間に絶縁間隔を備えることを特徴とする請求項２に記載のコンデンサ。
4. 前記絶縁間隔が平行になる前記陽極側の電極張出し部および前記陰極側の電極張出し部の端面面積に対し、前記絶縁間隔を形成する前記陽極側の電極張出し部および前記陰極側の電極張出し部の端面面積の削減率が３０％以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの請求項に記載のコンデンサ。
5. 前記コンデンサ素子を収納する外装ケースを封口する封口板に圧力弁を備え、前記絶縁間隔は、前記圧力弁に対向する位置に前記圧力弁のガス透過面と同等またはそれ以上の幅を持つことを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載のコンデンサ。
6. コンデンサ素子の素子端面に前記コンデンサ素子の陽極側または陰極側の電極箔により電極張出し部を形成し、かつ各電極張出し部の間に前記コンデンサ素子の素子中心部から外周に向かって拡開する絶縁間隔を形成する工程と、
   前記電極張出し部に陽極側および陰極側の集電板を接続する工程と、
   前記集電板に外部端子を接続する工程と、
   を含むことを特徴とするコンデンサの製造方法。
7. 前記陽極側の電極張出し部および前記陰極側の電極張出し部のそれぞれに前記集電板を設置し、陽極側および陰極側の集電板の間に前記コンデンサ素子の素子中心部から外周に向かって拡開する絶縁間隔を形成する工程を含むことを特徴とする請求項６に記載のコンデンサの製造方法。
8. 前記絶縁間隔は、前記電極張出し部と前記集電板との間に設定される溶接ラインの外側に設定されていることを特徴とする請求項６に記載のコンデンサの製造方法。
   
   

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