JP5866772B2 - コンデンサ及びその端子接続方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンデンサ素子と端子部材との接続技術に関し、たとえば、接続にレーザ溶接や電子ビーム溶接等を用いたコンデンサ及びその端子接続方法に関する。

電気二重層コンデンサ又は電解コンデンサでは、コンデンサ素子に外部端子が接続されている。この電気的接続に関し、素子の端面に集電端子を設けること（例えば、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（例えば、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（例えば、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（例えば、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（例えば、特許文献５）。

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

ところで、コンデンサ素子と端子部材との間に集電板を備えた端子構造では、コンデンサ素子の陽極や陰極に接続された集電板と端子部材との接続し、コンデンサ素子の低抵抗化など、優れた電気的な特性が得られる。集電板と端子部材との接続は溶接によって行われる。

溶接による接続では、溶接条件の一つである端子部材と集電板との整合状態が接続精度や接続の信頼性に影響する。

斯かる要求や課題について、特許文献１〜５にはその開示や示唆はなく、それを解決する構成等についての開示や示唆はない。

そこで、本発明のコンデンサ及びその端子接続方法の目的は、上記課題に鑑み、接続を容易化するとともに、接続の信頼性を高めることにある。

上記目的を達成するため、本発明のコンデンサは、陽極及び陰極を備えたコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子の素子端面に設置されて陽極又は陰極に接続され、前記コンデンサ素子の側面方向に円弧状の第１の接続面を有する集電板と、前記集電板の前記第１の接続面と同心円状の第２の接続面を有し、該第２の接続面が前記第２の接続面と一致した前記第１の接続面に溶接されて前記集電板と接続している端子部材とを備えたものである。

上記目的を達成するためには、上記コンデンサにおいて、より好ましくは前記コンデンサ素子の素子中心を基準に、前記第１の接続面及び前記第２の接続面が同心円面であってもよい。

上記目的を達成するためには、上記コンデンサにおいて、より好ましくは前記集電板に、前記第１の接続面に沿う前記コンデンサ素子の素子端面を覆う覆い部を備えてもよい。

上記目的を達成するためには、上記コンデンサにおいて、より好ましくは前記集電板は、前記素子端面の前記素子中心を基準に同心円面となる複数の前記第１の接続面を備え、前記コンデンサ素子の同一端面に形成された複数の電極部に設置されていてもよい。

上記目的を達成するため、本発明のコンデンサの端子接続方法は、コンデンサ素子の素子端面に設置されて陽極側又は陰極側に接続される集電板に、前記コンデンサ素子の側面方向に円弧状の第１の接続面を形成し、前記集電板に接続する端子部材に前記集電板の前記接続面と同心円状の第２の接続面を形成し、前記第１の接続面と前記第２の接続面とを揃え、前記コンデンサ素子、又は前記第１の接続面と前記第２の接続面にビームを照射する溶接手段を用い、前記コンデンサ素子又は溶接手段を回動させ、前記第１の接続面と前記第２の接続面とを溶接して前記集電板と前記端子部材とを接続する。

上記目的を達成するためには、上記コンデンサの端子接続方法において、より好ましくは前記コンデンサ素子の素子中心を基準に、前記第１の接続面及び前記第２の接続面を同心円面に形成し、前記素子中心を回動中心にして前記コンデンサ素子又は前記溶接手段を回動させてよい。

上記目的を達成するためには、上記コンデンサの端子接続方法において、より好ましくは前記集電板に、前記第１の接続面に沿う前記コンデンサ素子の素子端面を覆う覆い部を形成した集電板を用いてもよい。

本発明のコンデンサ又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) コンデンサ素子に接続された集電板の第１の接続面と整合する第２の接続面を端子部材に備え、これら第１及び第２の接続面を溶接しているので、集電板と端子部材との接続を容易化でき、接続の信頼性を高めることができる。

(2) レーザ溶接又は電子ビーム溶接の溶接精度を高めることができる。

(3) 溶接工程を簡略化でき、接続処理の迅速化を図ることができる。

そして、本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付図面及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。

第１の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの端子接続構造の一例を示す図である。 集電板およびコンデンサ素子の一例を示す斜視図である。 位置決めされた集電板及び外部端子に対するレーザ照射を示す斜視図である。 集電板及び外部端子に対するレーザ照射の一例を示す図である。 集電板及び外部端子に対するレーザ照射の変形例を示す図である。 集電板及び外部端子の溶接例を示す図である。 電気二重層コンデンサの一例を示す断面図である。 第２の実施の形態に係る集電板と外部端子との溶接手順の一例を示す図である。

〔第１の実施の形態〕

第１の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの端子構造及び端子接続方法について、図１を参照する。図１は集電板が接続されたコンデンサ素子及び封口板の一例を示している。

この電気二重層コンデンサ２（図７）は、本発明のコンデンサの一例であって、コンデンサ素子４を備える。このコンデンサ素子４は陽極側及び陰極側の電極箔の間にセパレータを介在させて巻回した巻回素子であるが、この巻回素子に限定されない。即ち、陽極側及び陰極側の電極箔の間にセパレータを介在させて積層した積層素子であってもよい。

コンデンサ素子４の素子端面６には陽極側及び陰極側の電極箔の縁部をセパレータの縁部より露出させ、素子端面６の半円部の一方には陽極部８、その半周部の他方には陰極部１０が形成されている。陽極部８と陰極部１０の間は絶縁間隔１２により絶縁されている。陽極部８には陽極側の集電板１４Ａ、陰極部１０には陽極側の集電板１４Ｂが設置され、集電板１４Ａと集電板１４Ｂとの間は、絶縁間隔１６の設定により絶縁されている。

陽極部８と集電板１４Ａは集電板１４Ａに設定された溶接部１８でレーザ溶接や電子ビーム溶接により溶接され、電気的に接続されている。同様に、陰極部１０と集電板１４Ｂは集電板１４Ｂに設定された溶接部１８でレーザ溶接や電子ビーム溶接により溶接され、電気的に接続されている。各溶接部１８はたとえば、４５度の扇型状の面部であり、各集電板１４Ａ、１４Ｂに形成されている。各溶接部１８において、１９はレーザ又は電子ビームの照射部を示している。

コンデンサ素子４および集電板１４Ａ、１４Ｂについて、図２を参照する。図２はコンデンサ素子および集電板を示している。

コンデンサ素子４の素子端面６には、既述の陽極部８と陰極部１０が素子中心に一定幅の絶縁間隔１２を挟んで半円状に形成されている。一例であるコンデンサ素子４はたとえば、陽極側および陰極側の電極箔をこれら両者間に介在させたセパレータとともに巻回されており素子端面６が電極箔より幅の広いセパレータの縁部で形成されている。陽極部８はセパレータの縁部より張り出させた陽極側の電極箔で形成され、素子端面６に突出させた電極箔を素子中心２１に向かって折りたたみ、偏平に成形されている。陰極部１０も同様にセパレータの縁部より張り出させた陰極側の電極箔で形成され、素子端面６に突出させた電極箔を素子中心２１に向かって折りたたみ、偏平に成形されている。

また、陽極部８および陰極部１０には、所定角度θとしてたとえば、３０[ 度] の角度に切込み９を入れて区分され、中央に電極突出部１１、この電極突出部１１を挟んで集電板溶接部１３が形成されている。集電板溶接部１３は、電極突出部１１より圧縮成形され、電極突出部１１との間に段差が設けられている。

各集電板１４Ａ、１４Ｂには、図２に示すように、各溶接部１８の間にたとえば、９０度の扇型状の端子溶接部２０が形成され、素子中心２１に対応した円弧状の切欠き部２３が形成れている。溶接部２０には、端子設置面部２２、第１の接続面２４及び素子覆い部２６が形成されている。

端子設置面部２２は外部端子を設置する面部であり、その形態はたとえば、平坦面部であって、外部端子である陽極端子３０Ａ又は陰極端子３０Ｂが載置される。陽極端子３０Ａ又は陰極端子３０Ｂの面部を平坦面とし、各陽極端子３０Ａ又は陰極端子３０Ｂは端子設置面部２２に密着させる。この端子設置面部２２の背面側にはコンデンサ素子４側の陽極部８又は陰極部１０の電極突出部１１が挿入される凹部２７が形成されている。

接続面２４は、コンデンサ素子４の側面側に向かう円弧状の面部である。素子覆い部２６は、端子設置面部２２と接続面２４を段差として立ち下がり、コンデンサ素子４の素子端面６を覆う平坦面部である。即ち、各集電板１４Ａ、１４Ｂに平坦な端子設置面部２２を残し、円弧状に素子覆い部２６を切削又は成形することにより、接続面２４が端子設置面部２２と素子覆い部２６との段差で形成された円弧面である。接続面２４の円弧面は、コンデンサ素子４の素子中心とするコンデンサ素子４と同一又は近似の同心円面である。

封口板２８は、硬質の絶縁性合成樹脂板からなるたとえば、円形の封口本体３４を備え、この封口本体３４の外面側縁部に封止リング３６を備えている。封口本体３４は外部端子である陽極端子３０Ａと陰極端子３０Ｂをインサート成形したものであり、封口本体３４の素子側端面には陽極端子３０Ａ、陰極端子３０Ｂの接続端３８が突出している。各接続端３８の周面部には、第２の接続面４０が形成されている。この接続面４０は、集電板１４Ａ、１４Ｂ側の接続面２４と同一の円弧状の面部であって、接続面２４と同一又は近似の同心円面である。したがって、陽極端子３０Ａ又は陰極端子３０Ｂを集電板１４Ａ、１４Ｂの端子設置面部２２に設置すれば、接続面４０を集電板１４Ａ、１４Ｂの接続面２４と一様の面部に整合させ、共通の同心円面に設定することができる。

次に、集電板１４Ａ及び１４Ｂと外部端子の溶接について、図３を参照する。図３は端子接続工程を示している。

図３に示すコンデンサ素子４の素子端面６の陽極部８には陽極側の集電板１４Ａが設置されて溶接され、陰極部１０には陰極側の集電板１４Ｂが設置されて溶接されている。

集電板１４Ａの端子設置面部２２には陽極端子３０Ａ、集電板１４Ｂの端子設置面部２２には陰極端子３０Ｂが設置されている。陽極端子３０Ａの接続面４０は集電板１４Ａの接続面２４に位置決めされ、一様な面部を形成している。同様に、陰極端子３０Ｂの接続面４０は集電板１４Ｂの接続面２４に位置決めされ、一様な面部を形成している。

このように２つの面部を一様な面部に設定し、レーザ照射４２を行い、接続面２４、４０を溶着させる。集電板１４Ａの端子設置面部２２には陽極端子３０Ａが接続され、集電板１４Ｂの端子設置面部２２には陰極端子３０Ｂが接続される。つまり、陽極端子３０Ａにはコンデンサ素子４の陽極部８、陰極端子３０Ｂには陰極部１０が接続される。

各接続面２４、４０は同一の曲率半径を持つ円弧面であるので、レーザ照射４２による溶着部が広範囲に設定される。

このレーザ溶接について、図４を参照する。図４はレーザ照射角度及び溶接面の一例を示している。

各集電板１４Ａ、１４Ｂは、コンデンサ素子４の素子端面６の素子中心２１を基準に設置され、コンデンサ素子４の陽極部８又は陰極部１０に接続されている。そこで、各集電板１４Ａ、１４Ｂの各端子溶接部２０の接続面２４は、素子中心２１を基準にした円弧面を構成している。

これに対し、図４に示すように、端子設置面部２２に設置された陽極端子３０Ａ又は陰極端子３０Ｂは、接続面４０を接続面２４に一致させる。レーザ照射装置４４のレーザ出射部４６を接続面２４、４０に向けて設置する。

レーザ出射部４６と、接続面２４、４０のレーザ照射点４８との距離をＬとすれば、素子中心２１を回動中心にしてレーザ照射装置４４を矢印Ｎの方向に回転しても、距離Ｌを維持することができる。そして、レーザ照射点４８を中心にレーザ照射装置４４の回動角度θとし、この回動角度θを溶接範囲に設定すれば、接続面２４、４０に同一の距離Ｌで一様にレーザ照射４２を行い、溶接をすることができる。レーザ照射４２の距離Ｌが同一であるとともに、安定したレーザ照射４２を連続して行え、均一な溶接処理を行うことができ、接続の信頼性を高めることができる。なお、レーザ照射装置４４の回動に代え、図５に示すように、コンデンサ素子４を素子中心２１を回動中心にして回転して溶接する構成としてもよい。

この端子接続工程の一例について、既述のように図４の状態に設置する。この場合、レーザ照射装置４４をコンデンサ素子４の素子中心２１を中心に所定角度θだけ回転させてレーザ照射４２を行い、陽極端子３０Ａ及び集電板１４Ａの溶接を行う。そして、コンデンサ素子４を反転（半回転）させてレーザ照射点４８に向け、レーザ照射装置４４に対向する陰極端子３０Ｂ及び集電板１４Ｂの接続面２４、４０を配置する。この状態でレーザ照射装置４４を素子中心２１に向け、既述の所定角度θだけ回転させてレーザ照射４２を行い、溶接を行う。

このレーザ溶接処理について、図６を参照する。図６は溶接部分を拡大して示している。

図６に示すように、接続面２４、４０は一様に溶接され、溶接部５０によって陽極端子３０Ａ（陰極端子３０Ｂ）と集電板１４Ａ（１４Ｂ）とが接続されている。この溶接の際、レーザ照射点４８に対してレーザ照射４２が行われるが、このレーザ照射４２はアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中で行われる。

また、集電板１４Ａ、１４Ｂにある素子覆い部２６でコンデンサ素子４側の陽極部８（陰極部１０）が覆われるので、レーザ照射４２やレーザ溶接で生成される飛翔物から陽極部８（陰極部１０）及びコンデンサ素子４を防護することができる。

このような端子接続構造を備える電気二重層コンデンサ２について、図７を参照する。図７は電気二重層コンデンサの一例を示している。

図７に示す電気二重層コンデンサ２では、円筒状の外装ケース５２にコンデンサ素子４が挿入され、コンデンサ素子４と一体化された封口板２８が外装ケース５２の開口部側に挿入されている。外装ケース５２はたとえば、アルミニウムケースで構成すればよい。

封口板２８は、外装ケース５２の絞り部５４で位置決めされるとともに、外装ケース５２の開口縁部５６をカーリング処理して封止リング３６に食い込ませることにより、外装ケース５２に保持されている。また、コンデンサ素子４は、封口板２８と外装ケース５２の内底面との間に保持されている。

この実施の形態では、コンデンサ素子４の素子端面６と封口板２８との間には絶縁性リング５８が設置されている。この絶縁性リング５８が集電板１４Ａ、１４Ｂの周囲面及びその近傍を覆い、外装ケース５２とコンデンサ素子４側との絶縁が図られている。

〔第２の実施の形態〕

第２の実施の形態に係る電気二重層コンデンサの端子接続方法、端子接続装置について、図８を参照する。図８は電気二重層コンデンサの端子接続方法及び端子接続装置の一例を示している。

図８に示す端子接続装置６０は、レーザ照射装置４４Ａ、４４Ｂと、回転ディスク６２を備えている。各レーザ照射装置４４Ａ、４４Ｂは既述の素子中心２１から同一距離に設定されている。回転ディスク６２は、コンデンサ素子４を位置決めして回動させる手段である。この回転ディスク６２の上面には、コンデンサ素子４を位置決めして固定する一対のチャック部６４が回転ディスク６２の直径方向に配置されている。

このような端子接続装置６０を用いれば、コンデンサ素子４を位置決めして固定された回転ディスク６２を図８のＡに示す位置から矢印Ｎで示す方向に、回転しながら、各レーザ照射装置４４Ａ、４４Ｂからレーザ照射４２を行えばよい。

そして、図８のＢに示すように、溶接範囲に設定された回動角度θ（図４）だけ回転ディスク６２を回転した位置で停止すればよい。

このような溶接方法及び溶接装置を用いれば、所定の溶接時間で２か所の溶接を同時に行うことができ、溶接処理の迅速化を図ることができる。

〔他の実施の形態〕

(1) 上記実施の形態では、端子部材として陽極端子３０Ａ及び陰極端子３０Ｂを例示したが、これら陽極端子３０Ａ及び陰極端子３０Ｂと集電板１４Ａ、１４Ｂとの間に端子板を備えた構成であってもよい。

(2) 上記実施の形態では、溶接手段としてレーザ溶接を例示したが、溶接エネルギを照射する溶接方法であればよく、たとえば、電子ビーム溶接を用いてもよい。

(3) 上記実施の形態では、電気二重層コンデンサ２を例示したが、本発明はこれに限定されない。同一の構造及び方法は、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。

(4) 上記実施の形態では、コンデンサ素子４を中心に固定し、溶接箇所に対応して２つのレーザ照射装置４４Ａ、４４Ｂを備えることにより、各レーザ照射装置４４Ａ、４４Ｂを個別に所定角度θだけ回動させて溶接する構成に限定されない。コンデンサ素子４の複数の溶接箇所に対応するレーザ照射装置４４を備え、このレーザ照射装置４４を溶接箇所に走査し、複数の溶接箇所を単一のレーザ照射装置で溶接する構成としてもよい。

(5) 上記実施の形態ではコンデンサ素子４の一方の素子端面６に陽極部８、陰極部１０を備える構成としているが、これに限定されない。コンデンサ素子４の一方の素子端面６にたとえば陽極部８、他方の素子端面に陰極部１０を形成し、これら陽極部８に集電板１４Ａ、陰極部１０に集電板１４Ｂを設置する構成としてもよい。

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ことは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明のコンデンサ及びその端子接続方法は、端子接続や接続工程の簡略化に寄与し、生産性や信頼性を高めることができ、有益である。

２ 電気二重層コンデンサ
４ コンデンサ素子
６ 素子端面
８ 陽極部
９ 切込み
１０ 陰極部
１１ 電極突出部
１３ 集電板溶接部
１４Ａ、１４Ｂ 集電板
２０ 端子溶接部
２１ 素子中心
２２ 端子設置面部
２４ 第１の接続面
２６ 素子覆い部
２８ 封口板
３０Ａ 陽極端子
３０Ｂ 陰極端子
４０ 第２の接続面
４２ レーザ照射
４４、４４Ａ、４４Ｂ レーザ照射装置
４６ レーザ出射部
４８ レーザ照射点
５０ 溶接部
５２ 外装ケース
６０ 端子接続装置
６２ 回転ディスク

Claims (7)

1. 陽極及び陰極を備えたコンデンサ素子と、
   前記コンデンサ素子の素子端面に設置されて陽極又は陰極に接続され、前記コンデンサ素子の側面方向に円弧状の第１の接続面を有する集電板と、
   前記集電板の前記第１の接続面と同心円状の第２の接続面を有し、該第２の接続面が前記第２の接続面と一致した前記第１の接続面に溶接されて前記集電板と接続している端子部材と、
   を備えたことを特徴とするコンデンサ。
2. 前記コンデンサ素子の素子中心を基準に、前記第１の接続面及び前記第２の接続面が同心円面であることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。
3. 前記集電板に、前記第１の接続面に沿う前記コンデンサ素子の素子端面を覆う覆い部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンデンサ。
4. 前記集電板は、前記素子端面の前記素子中心を基準に同心円面となる複数の前記第１の接続面を備え、前記コンデンサ素子の同一端面に形成された複数の電極部に設置されていることを特徴とする請求項１ないし３に記載のコンデンサ。
5. コンデンサ素子の素子端面に設置されて陽極側又は陰極側に接続される集電板に、前記コンデンサ素子の側面方向に円弧状の第１の接続面を形成し、
   前記集電板に接続する端子部材に前記集電板の前記接続面と同心円状の第２の接続面を形成し、
   前記第１の接続面と前記第２の接続面とを揃え、前記コンデンサ素子、又は前記第１の接続面と前記第２の接続面にビームを照射する溶接手段を用い、前記コンデンサ素子又は溶接手段を回動させ、
   前記第１の接続面と前記第２の接続面とを溶接して前記集電板と前記端子部材とを接続する
   ことを特徴とするコンデンサの端子接続方法。
6. 前記コンデンサ素子の素子中心を基準に、前記第１の接続面及び前記第２の接続面を同心円面に形成し、
   前記素子中心を回動中心にして前記コンデンサ素子又は前記溶接手段を回動させる
   ことを特徴とする請求項５に記載のコンデンサの端子接続方法。
7. 前記集電板に、前記１の接続面に沿う前記コンデンサ素子の素子端面を覆う覆い部を形成した集電板を用いることを特徴とする請求項５又は６に記載のコンデンサ。

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