JP2005116955A - コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】異常な使用状況によりケース内部でガス発生が起きた場合、そのガスを速やかに外部に逃がした後、安全弁が元の位置に復帰してケース内部の気密性を保持することができるコンデンサを提供する。
【解決手段】駆動用電解液を含浸したコンデンサ素子を有底ケースに格納し、有底ケース開口部を封口体で封止してなるコンデンサにおいて、
上記の封口体または有底ケースに穴部を設け、該穴部に安全弁を取り付け、
該安全弁を環状凹部と、該凹部より伸延する凸部と、該凸部の反対面に空けられた孔部とで形成し、
上記凸部の先端に、封口体または有底ケースに設けた穴部と嵌合する鍔部を形成したことを特徴とし、
上記の安全弁を構成するゴムがシリコンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴムの少なくとも１種からなることを特徴としている。
【選択図】図３

Description

本発明は各種電気機器に利用されるコンデンサの安全弁に関するものであり、特に作動後の自己復帰が可能な安全弁に関するものである。

コンデンサの一例として挙げられる電気二重層コンデンサは、活性炭と電解液との界面に形成される電気二重層に蓄積される電気エネルギーを利用するもので、ファラド単位の電気容量を瞬時に充放電できる大容量コンデンサである。

そして、電気二重層コンデンサは、充放電過程において理論的には電気二重層へのイオンの吸／脱着だけを利用するものであって、電気化学反応は伴わないが、実際には電解液中や電極中の不純物の影響等で、使用中に電気化学反応を生じるおそれがある。

このような電気化学反応が起きると、電気二重層コンデンサの内部でガスが発生し、ケース内圧が上昇する。一定レベル内の圧力上昇であれば、封口体を構成するゴムから徐々にガスが透過するため、ケースの内圧上昇は電気二重層コンデンサの特性には影響せず、一定限度内の使用温度、印加電圧であれば問題は生じない。

しかし、電気二重層コンデンサの使用状況（温度、印加電圧等）に異常が生じた場合、あるいは高温環境下で連続的に使用する場合などは、電気二重層コンデンサの内部でガス発生が生じると、ケースの内圧が上昇し、最悪の場合、破裂することも起こり得る。このような事態を回避するため、従来の電気二重層コンデンサでは、アルミニウム電解コンデンサと同様に安全弁（防爆弁）を使用している（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−４５７９７（図２）

上記したケース弁やゴム弁は、電気二重層コンデンサの内部のガス発生によりケースの内圧が上昇した場合、所定の圧力を超えるとケースのスリット部分やゴム弁が開裂し、発生したガスを外部に逃がす構造となっている。
そのため、ガス発生によりケースの内圧が上昇して製品が破裂するという事故は防止できるものの、安全弁として一度作動すると自己復帰することができないため、安全弁の作動後は電解液の蒸発により電気二重層コンデンサの特性を維持できないという問題がある。

本発明は上記の問題を解決するもので、異常使用によりケースの内部でガス発生が起きた場合、そのガスを速やかに外部に逃がし、また、逃がした後、安全弁がもとの状態に復帰してケース内部の気密性を保持することができるコンデンサを提供することを目的とする。

本発明は、アルミニウム電解コンデンサ、電気二重層コンデンサ等、コンデンサのケースの内圧が所定の圧力以上に上昇すると安全弁が変形し、内部で発したガスを外部に放出してケースの内圧を低下させ、また、ケースの内圧が低下した時には、作動前の状態に復帰してケース内部の気密性を保持することで、ケースの変形や安全弁の開裂等、コンデンサの外観に異常をきたすことなく、その特性を維持しようとするものである。

すなわち、一対の電極と、該電極間に介在するセパレータとにより構成されたコンデンサ素子と、該コンデンサ素子に含浸される駆動用電解液と、該コンデンサ素子を収納する有底ケースと、有底ケース開口部を封止する封口体３とを備え、
上記の封口体３または有底ケースに穴部９を設け、該穴部９に安全弁２を取り付け、
該安全弁２を環状凹部４と、該凹部４より伸延する凸部５と、該凸部５の反対面に空けられた孔部６とで形成し、
かつ、上記凸部５の先端に、封口体３または有底ケースに設けた穴部９と嵌合する鍔部７を形成したことを特徴とするコンデンサである。

また、上記の安全弁２が弾性体で構成されたことを特徴とするコンデンサである。

さらに、上記の安全弁２を構成する弾性体がシリコンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴムの少なくとも１種からなることを特徴とするコンデンサである。

本発明によるコンデンサは、封口体３または有底ケースに設けた穴部９に、ピン形の安全弁２を取り付けたもので、該安全弁２は環状凹部４と、該凹部４より伸延する凸部５と、該凸部５の反対側に空けられた孔部６とで形成され、該凸部５の先端に、封口体３または有底ケースに設けた穴部９と嵌合する鍔部７を設けている（図３（ａ））。
コンデンサのケースの内圧が所定の圧力以上に上昇すると、環状凹部４と封口体３またはケースとの間の空間部分にガスが溜まり、該空間部分の内圧が上昇する（図３（ｂ））。
さらに内圧が上昇すると、環状凹部の外縁部８が外側に広げられ、封口体３との間に空隙ができることで安全弁２が作動して、環状凹部４と封口体３またはケースとの間に溜まったガスが外部に散逸し、コンデンサの内圧が低下する（図３（ｃ））。このケースの内圧の低下により、環状凹部の外縁部８と鍔部７が作動前の状態に復帰し、ケース内部の気密性が維持され、コンデンサの外観異常が発生することもなく、特性の安定化を図ることができる。

コンデンサの封口体３または有底ケースに設けた穴部９に、ピン形の安全弁２を取り付ける。該安全弁２は環状凹部４と、該凹部４より伸延する凸部５と、該凸部５の反対側に空けられた孔部６とで形成され、該凸部６の先端に、封口体３または有底ケースに設けた穴部９と嵌合する鍔部７を設ける。

以下、本発明の実施例について説明する。
陽極箔と陰極箔とからなる一対の電極の間にセパレータを挿入し巻回したコンデンサ素子に、プロピレンカーボネートに１モル／Ｌの４フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウムを溶解させた電解液を含浸し、該コンデンサ素子を有底ケースに収納し、有底ケースの開口部をカーリング封止することにより、図１に示す巻回形電気二重層コンデンサを作製した。

ここで、ピン形安全弁２の外観は図２の斜視図に示すような構造になっている。
上記の安全弁２は図３（ａ）のように、封口体３に差し込んで取り付けられる。
有底ケース内の圧力が所定圧力以上になると図３（ｂ）に示すように、安全弁２の鍔部７が圧力によってテーパ状に変形し、凹部４と封口体３との空間部の圧力が上昇する。
その後、図３（ｃ）に示すように、環状凹部の外縁部８が外側に変形し、環状凹部４と封口体３との空間部のガスを外部に逃がす。コンデンサの内圧が低下すると安全弁２の変形が図３（ａ）の状態に戻り、気密性が保たれる。

表１は本発明に係る実施例の安全弁（長さＬ＝７．５ｍｍ、凸部径ｄ１＝３ｍｍ、鍔部径ｄ２＝６ｍｍ、環状凹部の外縁部外径ｄ３＝１０ｍｍ、孔部径ｄ４＝２ｍｍ）を使用した定格２．５Ｖ／４７０Ｆの電気二重層コンデンサと、従来例の安全弁を使用した電気二重層コンデンサの初期静電容量と内部抵抗、および過電圧である３．０Ｖで７０℃１０００時間経過後の容量変化率および内部抵抗を調べた結果である。ここで、試料数はｎ＝１０とした。
なお、安全弁の材質はシリコンゴムで構成し、孔部の内径は５ｍｍとした。

表１より明らかなように、従来例による電気二重層コンデンサにおいては、高温下で長時間過電圧が印加されると、コンデンサ内部でガスが発生し、ケースの内圧が上昇し、１０００時間後には安全弁２が作動した。これによりケース内の電解液が蒸発し続けて、電気二重層コンデンサの静電容量の激減、内部抵抗の急増が生じた。
これに対し、本発明の実施例による電気二重層コンデンサは自己復帰形の安全弁２によりケースの内圧上昇を抑えられるとともに、気密性も保持され、電気二重層コンデンサの電気特性の変化を抑えることができた。

なお、上記実施例においては、安全弁２をシリコンゴムで構成したものについて説明したが、これに限定されるものではなく、その他のブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴムまたは樹脂等のいずれかまたはこれらを組み合わせて使用しても、上記実施例と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施例においては、ピン形の安全弁２を封口体３に設けたものについて説明したが、これに限定されるものではなく、安全弁２を有底ケースに設けても、同様の効果を得ることができる。
さらに、上記安全弁２を適用する対象は、電気二重層コンデンサに限定されるものではなく、アルミニウム電解コンデンサやケースの内圧上昇が発生する他のコンデンサにおいても同様の効果を得ることができる。

本発明の実施例による安全弁を用いた巻回形電気二重層コンデンサの斜視図である。 本発明の実施例による安全弁の斜視図である。 本発明の実施例による安全弁の作動状態を示す断面図であり、（ａ）は安全弁を封口体に取り付けた時の状態、（ｂ）はケース内の圧力が所定の圧力以上となり、作動開始したときの状態、（ｃ）は作動開始後、環状凹部の外縁部８が外側に変形し、環状凹部と封口体とで形成する空間内部のガスが外部に散逸する時の状態を表した断面図である。 本発明の実施例による安全弁を表す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）図のＡ−Ａ’線による断面図、（ｄ）は（ｂ）図のＢ−Ｂ’線による断面図である。 従来例による防爆弁を用いたコンデンサの斜視図である。 従来例による防爆弁を取り付けた封口体の斜視図である。

符号の説明

１ 防爆弁
２ 安全弁
３ 封口体
４ 環状凹部
５ 凸部
６ 孔部
７ 鍔部
８ 環状凹部の外縁部
９ 穴部
１０ 圧力開放機構
１１ 陽極外部端子
１２ 陰極外部端子
１３ 陽極引出端子
１４ 陰極引出端子
１５ リベット
１６ コンデンサ素子
１７ ケース
１８ ねじ部

Claims (3)

1. 一対の電極と、該電極間に介在するセパレータとにより構成されたコンデンサ素子と、該コンデンサ素子に含浸される駆動用電解液と、該コンデンサ素子を収納する有底ケースと、有底ケース開口部を封止する封口体とを備え、上記の封口体または有底ケースに穴部を設け、該穴部に安全弁を取り付け、
   該安全弁を環状凹部と、該凹部より伸延する凸部と、該凸部の反対面に空けられた孔部とで形成し、
   かつ、上記凸部の先端に、封口体または有底ケースに設けた穴部と嵌合する鍔部を形成したことを特徴とするコンデンサ。
2. 請求項１記載の安全弁が弾性体で構成されたことを特徴とするコンデンサ。
3. 請求項２記載の安全弁を構成する弾性体がシリコンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴムの少なくとも１種からなることを特徴とするコンデンサ。

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