JP2002075804A - 電解コンデンサ及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電解コンデンサ内部での内圧の上昇を外部に
連絡する。 【解決手段】 電解コンデンサの内圧が上昇するとドー
ム状の内圧感知弁２４がケース２０の底面側に突出した
状態から反対方向に突出するように反転し、押圧部材２
３を移動させる。押圧部材２３の移動に伴い、押圧部材
２３が、２本のリード端子２２、２２に接触しているバ
ネ部材２５の外周部分を押し上げ、突起２１１を支点と
して、バネ部材２５を２本のリード端子２２、２２から
離脱させる。そのため、２本のリード線２２、２２の間
が非導通となるが、この状態を外部より検出することに
より、電解コンデンサの内圧が上昇していることを知る
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】この発明は大型の電解コンデ
ンサにおいて電解コンデンサ内部での内圧が上昇した際
に、内圧が上昇したことを外部に連絡することができる
電解コンデンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な電解コンデンサは、拡面処理さ
れたアルミニウム箔に陽極酸化皮膜を形成した陽極箔
と、拡面処理された陰極箔をセパレータである電解紙を
介在させて巻回したコンデンサ素子に、駆動用の電解液
を含浸させ、アルミニウム等の金属よりなる有底筒状の
外装ケースに収納し、その外装ケースの開口端部を硬質
樹脂よりなる封口板で封口し、さらに外装ケースの端部
をカーリング加工することで密封した構成となってい
る。なお、封口板には外部端子が埋設されており、この
外部端子が封口板の表裏を電気的に連絡している。そし
て、陽極箔、陰極箔それぞれに接続された電極タブが外
部端子の内部側の端部に接続され、コンデンサ素子は外
部との電気的な導通を得ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電解コンデ
ンサは定格電圧以上の過電圧を印加した場合や、極性を
逆にして電圧を印加した場合には、その内部で水素等の
ガスが発生することが知られている。電解コンデンサは
前述したように密封した構造となっているために、その
内部でガスが発生することにより内圧が上昇し、最悪の
場合には電解コンデンサが破裂するおそれがある。その
ため、電解コンデンサではこの破裂を防止するために、
外装ケースに切溝等よりなる機械的脆弱部を形成し、内
圧が上昇した場合には、その切溝に沿って外装ケースが
破断して開弁することにより内圧の上昇を解放する安全
弁や、封口板に貫通孔を形成しておき、その貫通孔に弾
性ゴム等よりなる弾性部材を挿入して、内圧が上昇した
ときには、弾性部材が破断することにより内圧の上昇を
解放する安全弁等が採用されている。

【０００４】しかしながら、上記のような安全弁が動作
した場合には、内圧の上昇を解放することは可能である
が、同時に電解コンデンサの内部の電解液も飛散してし
まうおそれがある。そして、電解コンデンサ内部の電解
液が飛散し、電解コンデンサ内部での電解液液の保持量
が減少すると、電解コンデンサの静電容量が急激に減少
することもある。すなわち、電解コンデンサは陽極箔の
酸化皮膜層を誘電体として利用するものであるが、その
酸化皮膜層に直接接触している電解液が真の陰極として
作用している。電解コンデンサ内部の電解液の保持量が
減少すると、電解液と陽極箔とが接触している面積が減
少する場合もあり、結果として静電容量が減少してしま
う場合がある。

【０００５】このように、電解コンデンサの安全弁の動
作によって電解コンデンサの静電容量の減少等、適正な
特性が得られなくなる場合もあるため、電解コンデンサ
での安全弁の動作は電解コンデンサの使用限界と判断さ
れていた。

【０００６】そこで、電解コンデンサでは安全弁が動作
に至る前に、電解コンデンサの内圧が上昇し、電解コン
デンサの安全弁動作の時期、すなわち電解コンデンサの
使用限界が近いことを知る手段が求められていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ために、本発明の電解コンデンサでは、コンデンサ素子
を有底筒状の外装ケースに収納して該外装ケースの開放
端部を封口部材で封口した電解コンデンサにおいて、前
記封口部材に、底面に透孔が形成された有底筒状の収納
ケースと、この収納ケースの開口部に装着され、表裏両
面に貫通する複数のリード端子を埋設するとともに、裏
面に貫通したリード端子を囲む位置に突起部を形成した
支持ベースと、収納ケースの内空間を底面側と開口部側
に二分し、底面側の圧力上昇に伴って開口部側に突出す
るよう変形する内圧感知弁と、前記複数のリード端子に
接触してリード端子間を導通させるバネ部材とからな
り、前記内圧感知弁の変形に伴って前記バネ部材の外周
部分を押し上げ、前記突起部を支点にバネ部材をリード
端子から離脱させてリード端子間を非導通状態にする内
圧感知装置を設置した。

【０００８】また、前述の電解コンデンサにおいて、外
周に突起状の押圧部を備え、内圧感知弁の変形に伴って
収納ケース開口部側に移動して前記バネ部材の外周部分
を押し上げる押圧部材を、内圧感知弁とバネ部材との間
に配置した内圧感知装置を設置するようにすると好適で
ある。

【０００９】前記バネ部材が、バネ性を以て付勢するよ
うに突出して前記複数のリード端子に接触するととも
に、内圧感知弁の変形に伴う外周部分への押し上げで変
形してリード端子から離脱する内圧感知装置を設置する
ようにすると好適である。

【００１０】前記内圧感知弁が、バネ性を以て収納ケー
ス底面側に突出し、底面側の圧力上昇に伴って開口部側
に突出するよう変形する内圧感知装置を設置するように
すると好適である。

【００１１】前記バネ部材および／または前記内圧感知
弁の変形が不可逆的に行われるようにした。

【００１２】さらに、上述してきた電解コンデンサの封
口部材に備えた内圧感知装置の導通状態を監視し、常態
から非常態への変化に応じて該電解コンデンサへの通電
を制御するようにした。

【００１３】

【発明の実施の形態】次にこの発明の実施形態につい
て、図面とともに詳細に説明する。

【００１４】（電解コンデンサの全体構成）電解コンデ
ンサの構成の概略を図１とともに説明する。コンデンサ
素子１は、帯状のアルミニウム箔をエッチングによりそ
の表面積を拡大するとともに、表面に陽極酸化皮膜層を
形成した陽極箔と、帯状のアルミニウム箔をエッチング
処理によりその表面積を拡大した陰極箔を、セパレータ
である電解紙を介して巻回し、円筒形状に形成したもの
である。コンデンサ素子１の外周には、コンデンサ素子
１の巻きほぐれを防止するための巻き止めテープ９が巻
かれている。

【００１５】なお、陽極箔および陰極箔にはそれぞれ電
極タブ２、３が超音波溶接、ステッチ等の従来より知ら
れる方法により接続されており、コンデンサ素子１の一
方の巻回端面から導出されている。

【００１６】このコンデンサ素子には駆動用の電解液を
含浸し、その後にアルミニウム等の金属よりなる有底円
筒状の外装ケース１３に、封口板４とともに収納する。

【００１７】封口板４は硬質の樹脂よりなり、外装ケー
ス１３の内径に対応する大きさに形成されている。そし
て封口板４にはその表裏を貫通する外部端子５、６が埋
設されている。この外部端子５、６は電解コンデンサの
外部側の端部には螺子切りがなされており、螺子止めに
より外部の電気回路との電気的な接続と機械的な固定と
を得ることができる。また電解コンデンサの内部側の端
部では、コンデンサ素子１より導出した電極タブ２、３
がそれぞれ電気的にかつ機械的に接続されている。ま
た、封口板４の外部側（図面での上部側）の外周には、
ゴム等の弾性部材よりなる弾性リング７が配設されてい
る。

【００１８】さらに封口板４には、その表裏を貫通する
貫通孔８を形成する。貫通孔８は電解コンデンサ内部側
で径小に、外部側で径大となるように形成し、段差を有
するように形成する。この貫通孔８にはガスケットを挿
入する。そして、貫通孔にはさらに、内圧感知装置１０
を挿入する。この内圧感知装置１０は上面からの外観形
状はほぼ円形をなしており、封口板に設けた貫通孔の外
部側の径とほぼ同等に形成したものであり、貫通孔８に
収納されるようになっている。内圧感知装置１０を貫通
孔８に収納した後に、さらに板バネ等の固定部材１２を
挿入して、内圧感知装置１０を貫通孔８の内部に固定す
る。貫通孔８にはガスケットが挿入されているため、内
圧感知装置１０と貫通孔８との隙間が密閉されるように
なり、貫通孔部分での電解コンデンサの気密を得ること
ができる。

【００１９】以上のような封口板４は、外装ケース１３
の側面に形成された横溝部分に支持された状態となる。
そして、外装ケース１３の開口端部をカーリング加工し
て、外装ケース１３の先端部分を封口板４の上に配置し
た弾性リング７に食い込ませて電解コンデンサの気密を
得ている。

【００２０】このような電解コンデンサは、必要に応じ
て絶縁性の外装スリーブを被覆して、外装ケースの絶縁
を図る。この外装スリーブには電解コンデンサの定格や
極性を印刷することができる。

【００２１】（内圧感知装置の構成）次に、内圧感知装
置の構造について図２とともに説明する。図２（ａ）は
この発明の電解コンデンサの内圧感知装置の部分を拡大
した図面である。

【００２２】内圧感知装置は、主に、収納ケース２０と
支持ベース２１と内圧感知弁２４とバネ部材２５より構
成され、必要に応じて押圧部材２３を備える。

【００２３】収納ケース２０は、上面からの外観は円形
状となっており、内部に有底状の収納空間を有する有底
筒状のものである。また、収納ケース２０の底面部には
透孔２０１が形成されている。この透孔２０１の形状、
個数は任意である。なお、収納ケース２０の底面部の外
部側は電解コンデンサ内部の電解液と接触することにな
るため、外装ケース１３と収納ケース２０が異種金属で
あると、電池反応により一方の腐食が進行するおそれが
ある。そのため、外装ケース１３と収納ケース２０は同
じ材質のアルミニウムであることが好ましい。

【００２４】この収納ケースには２０、支持ベース２
１、内圧感知弁２４、押圧部材２３等が収納される。支
持ベース２１は樹脂によって形成されたもので、収納ケ
ース２０の内径形状に合致するように上面からの外観が
円形状に形成されている。この支持ベース２１の内部
は、押圧部材２３を収納するための凹状の収納空間２１
０が形成されている。さらに、支持ベース２１の凹状の
収納空間２１０の底部の面には、環状の突起２１１が形
成されている。この環状の突起２１１は、後述するバネ
部材２５と接触した状態となる。なお、環状の突起２１
１は、連続したものである必要は無く、断続的に突起が
形成されて環状となっているものでもよい。また、支持
ベース２１には２本のリード端子２２、２２が支持ベー
ス２１の表裏を貫通するよに埋設されており、リード端
子２２、２２の一方の端部は支持ベース２１の凹状の収
納空間２１０に突出しており、もう一方の端部は支持ベ
ース２１の外部にまで突出している。そして、リード端
子２２、２２を囲む位置に環状の突起２１１が配置され
るようにしている。さらに、支持ベース２１には、凹状
の収納空間２１０と支持ベース２１の外部とを連絡する
ように貫通する貫通孔２１２が設けられており、凹状の
収納空間２１０は支持ベース２１の外部と連続した開放
空間となっている。この支持ベース２１は収納ケース２
０に収納されて、収納ケース２０の開口端部が折り曲げ
られることにより、収納ケース２０からの支持ベース２
１の脱落が防止されている。

【００２５】内圧感知弁２４は、アルミニウムなどの金
属や金属と樹脂を組み合わせた材料により、ドーム状に
形成されている。この内圧感知弁２４においては、外装
ケースを構成する金属以外の材質のものを用いる場合、
樹脂を組み合わせて、電解コンデンサの内部側に樹脂層
の面が向くように用いられることが好ましい。電解コン
デンサの内部側では電解液と内圧感知弁２４が直接接触
するため、金属が露出している場合だと腐食を発生する
ことがある。特に、外装ケース１３や収納ケース２０と
内圧感知弁２４が異種金属であると、電池反応により一
方の腐食が進行するおそれがある。そこで、内圧感知弁
２４に樹脂層を形成することにより、金属と電解液とが
直接接触することがなくなり、金属部分の腐食の発生を
防止することができる。

【００２６】そして、内圧感知弁２４は収納ケース２０
の底面側に突出するように配置されて、収納ケース２０
と支持ベース２１に挟持されて固定されている。また、
内圧感知弁２４はリング状のガスケット２８を介して収
納ケース２０に固定されている。このガスケット２８と
内圧感知弁２４によって、収納ケース２０の内空間の底
面側の空間と収納ケース２０の開口部側の空間は密閉状
態となり、二分されるようになる。

【００２７】なお、この内圧感知弁２４をバネ弾性を有
する材料を用いて形成すると、収納ケースの底面に突出
する方向に力が加わっているため、一定の力が加わらな
ければ変形することがない。そのため、内圧感知弁２４
の変形が内部の圧力の上昇以外に発生することがなく好
適である。

【００２８】また、このガスケット２８による密閉精度
を向上させるために、収納ケース２０の内部側の底面に
突起２０２を設けて、ガスケット２８に対する押圧力を
高め、密封精度を向上させている。

【００２９】押圧部材２３は円盤状の部材で、支持ベー
ス２１の凹状の収納空間２１０に収納され、支持ベース
２１の凹状の収納空間２１０を上下方向に移動自在とな
っている。また押圧部材２３の上面外周には突起２３１
が設けられ、この突起２３１が後述するバネ部材２５と
接触している。

【００３０】バネ部材２５はドーム状に形成されたもの
で、導電性の金属よりなる。このバネ部材２５は押圧部
材２３と支持ベース２１の間の空間に、収納ケース２０
の開口部側に突出するように配置されている。そして、
バネ部材２５の外周部分が押圧部材２３の上面外周の突
起２３１と接触しており、初期状態ではバネ部材２５の
バネ弾性によって押圧部材２３が収納ケース２０の底面
方向に付勢され、内圧感知弁２４に押しつけられた状態
となっている。また、バネ部材２５がバネ弾性によっ
て、２本のリード端子２２、２２の端部に接触するよう
に配置することにより、２本のリード端子２２、２２間
の導通が確実に得られるようになる。

【００３１】また、バネ部材２５を円盤状でかつドーム
状に形成すると、回転対称体であるため、リード端子２
２、２２に対する取付方向を気にすることなく組み立て
ることができるので、組立作業が簡易になる。

【００３２】（内圧感知装置の動作機構）さらに、この
内圧感知機構の動作について説明する。

【００３３】初期状態の内圧感知機構は、図２（ａ）に
示すように内圧感知弁２４が収納ケース２０の底面側に
突出するように配置されており、さらに、バネ部材２５
は、収納ケース２０の開口部側に突出するように配置さ
れている。そして、バネ部材２５が２本のリード端子２
２、２２の端部に接触することにより、２本のリード端
子２２、２２導通状態が得られている。

【００３４】電解コンデンサに過電圧を印加した場合等
では、その内部でガスが発生する。そのために、電解コ
ンデンサ内部の内圧が除々に上昇する。収納ケース２０
の底部には透孔２０１を形成してあるために、電解コン
デンサの内部で圧力の増加した場合には、内圧感知弁２
４にも圧力が加わることになる。そして、図２（ｂ）に
示すように、電解コンデンサの内圧が上昇し、ある一定
の値を越えた時には、内圧感知弁２４が変形して、収納
ケースの開口部側に突出するように反転する。

【００３５】この内圧感知弁２４の反転に伴い、押圧部
材２３も押し上げられる。そして、押圧部材２３の突起
２３１がバネ部材２５の外周部分を押し上げる。そのた
め、バネ部材２５には支持ベース２１の凹状の収納空間
２１０側に形成された環状の突起２１１を支点として力
が加わる。その結果、収納ケース２１の底面側に突出す
るようにバネ部材２５が変形、反転する。このようにバ
ネ部材２５が変形することにより、バネ部材２５がリー
ド端子２２、２２の端部から離脱することになり、２本
のリード端子２２、２２の間が非導通状態となる。

【００３６】このように内圧感知弁２４の変形を押圧部
材２３を介してバネ部材２５に伝達するようにしている
ため、内圧感知弁２４の変形の応力を、バネ部材２５の
変形に必要な部分に確実に伝わるようになり、電解コン
デンサの内圧の上昇を確実に検知することができる。

【００３７】なお、この動作過程では、支持ベース２１
には貫通孔２１２が設けられ、凹状の収納空間２１０が
開放空間となっているため、凹状の収納空間２１０の内
圧が上昇することによって内圧感知弁２５の動作が妨げ
られることはない。

【００３８】以上のような、内圧感知装置においては、
内圧感知弁２４、バネ部材２５が一旦変形した時には、
変形させる応力の低減、例えば電解コンデンサの内圧が
初期状態に戻った場合でも、内圧感知弁２４、バネ部材
２５が初期の状態には回復しない不可逆性のものである
と好適である。このようにすれば、一旦常態から非常態
となった場合、非常態であることを外部に通知し続ける
ことができるようになる。なお、上述の内圧感知弁２
４、バネ部材２５はどちらか一方が不可逆性であればよ
いが、両方が不可逆性であっても良い。また、不可逆性
であるということは、電解コンデンサの内圧が初期状態
となった場合でも、内圧感知弁２４またはバネ部材２５
は初期状態には回復しないと言うことを意味するもの
で、変形した内圧感知弁２４またはバネ部材２５を積極
的に初期状態に回復しようとした場合をも含むものでは
ない。

【００３９】以上説明してきた本発明の電解コンデンサ
では、内圧が所定の値を越えると、２本のリード端子間
が導通状態から非導通状態となる。従って、２本のリー
ド端子２２、２２の間の導通・非導通を監視することに
より、電解コンデンサの内部で内圧が上昇し、電解コン
デンサの使用限界が近づいていること知ることができ
る。

【００４０】次にこの発明の電解コンデンサの制御方法
について説明する。この発明の電解コンデンサを使用
し、内圧感知装置のリード線間の導通および非導通を判
断する回路を用い、導通の場合は電解コンデンサの常
態、非導通となった場合には電解コンデンサの非常態と
判断するようにする。この判断を連続的に行うことによ
り、電解コンデンサの状態を監視し、電解コンデンサが
非常態であると判断した時には、電解コンデンサへの通
電を遮断するなどの何らかの制御を行うようにする。こ
のような電解コンデンサの制御方法によれば、電解コン
デンサの開弁等の不具合を未然に防止することができる
ようになる。

【００４１】

【発明の効果】この発明の電解コンデンサによれば、電
解コンデンサの内圧の上昇を感知してスイッチ動作を行
う内圧感知装置を封口部材に埋設することにより、電解
コンデンサの大型化を招くこともなく、内圧の上昇を知
ることができる。また、この発明で用いる内圧感知装置
は、部品点数が少なくて済み、製造が容易である。さら
に、初期状態で導通、内圧上昇時に非導通とする構成で
あるため、接触不良などで非導通となった場合にも、使
用者に異常であると通報することになり、電解コンデン
サの異常を確実に使用者に連絡できるようになる。

【００４２】この発明の電解コンデンサの制御方法によ
れば、電解コンデンサの内圧が所定圧力以上にまで上昇
し、電解コンデンサが非常態となった時には、電解コン
デンサへの通電を制御することにより、電解コンデンサ
の開弁等の不具合を確実に防止できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の電解コンデンサを構造を示す断面図
である。

【図２】この発明で用いる内圧感知装置を示す断面図で
あり、（ａ）は動作前の状態を示し、（ｂ）は動作後の
状態を示す図面である。

【符号の説明】

１ コンデンサ素子 ２ 電極タブ ３ 電極タブ ４ 封口板 ５ 外部端子 ６ 外部端子 ７ 弾性リング ８ 貫通孔 ９ 巻き止めテープ １０ 内圧感知装置 １１ ガスケット １２ 固定部材 １３ 外装ケース ２０ 収納ケース ２０１ 透孔 ２０２ 突起 ２１ 支持ベース ２１０ 凹状の収納空間 ２１１ 環状突起 ２１２ 貫通孔 ２２ リード端子 ２３ 押圧部材 ２３１ 突起 ２４ 内圧感知弁 ２５ バネ部材 ２８ ガスケット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井元 章 奈良県御所市玉手380番地 ワコー電子株 式会社御所事業所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンデンサ素子を有底筒状の外装ケース
   に収納して該外装ケースの開放端部を封口部材で封口し
   た電解コンデンサにおいて、前記封口部材に、底面に透
   孔が形成された有底筒状の収納ケースと、この収納ケー
   スの開口部に装着され、表裏両面に貫通する複数のリー
   ド端子を埋設するとともに、裏面に貫通したリード端子
   を囲む位置に突起部を形成した支持ベースと、収納ケー
   スの内空間を底面側と開口部側に二分し、底面側の圧力
   上昇に伴って開口部側に突出するよう変形する内圧感知
   弁と、前記複数のリード端子に接触してリード端子間を
   導通させるバネ部材とからなり、前記内圧感知弁の変形
   に伴って前記バネ部材の外周部分を押し上げ、前記突起
   部を支点にバネ部材をリード端子から離脱させてリード
   端子間を非導通状態にする内圧感知装置を設置した電解
   コンデンサ。
2. 【請求項２】外周に突起状の押圧部を備え、内圧感知弁
   の変形に伴って収納ケース開口部側に移動して前記バネ
   部材の外周部分を押し上げる押圧部材を、内圧感知弁と
   バネ部材との間に配置した内圧感知装置を設置した請求
   項１記載の電解コンデンサ。
3. 【請求項３】前記バネ部材が、バネ性を以て付勢するよ
   うに突出して前記複数のリード端子に接触するととも
   に、内圧感知弁の変形に伴う外周部分への押し上げで変
   形してリード端子から離脱する内圧感知装置を設置した
   請求項１記載の電解コンデンサ。
4. 【請求項４】前記内圧感知弁が、バネ性を以て収納ケー
   ス底面側に突出し、底面側の圧力上昇に伴って開口部側
   に突出するよう変形する内圧感知装置を設置した請求項
   １記載の電解コンデンサ。
5. 【請求項５】前記バネ部材および／または前記内圧感知
   弁が不可逆的に変形する内圧感知装置を設置した請求項
   ３または４記載の電解コンデンサ。
6. 【請求項６】請求項１ないし５記載の電解コンデンサの
   封口部材に備えた内圧感知装置の導通状態を監視し、常
   態から非常態への変化に応じて該電解コンデンサへの通
   電を制御する電解コンデンサの制御方法。