JP2005252096A - アルミ電解コンデンサ用ケース - Google Patents

Abstract

【課題】アルミ電解コンデンサのケースにおいて、天板を厚くしたり材質を変えたりすることなく内部圧力による天板の外側への膨れ変形を抑制することができる低コストで実用可能なケースを提供する。
【解決手段】ケース１０の閉鎖端面である天板１４の内側には環状の溝部１６が形成されている。天板１４における溝部１６を形成しない箇所（平面部１８）は、溝部１６を形成した箇所よりも肉厚の厚い部分となり、この平面部１８は環状の溝部１６によって外周部２０と内周部２２とに分割される。この環状の溝部１６を形成した箇所の天板１４の厚さｔ_１は平面部１８の厚さｔ_２の３０％以上とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサ素子を内部に収容するアルミ電解コンデンサ用ケースに関する。

従来から、多種多様の材質及び構造のコンデンサが電気・電子機器用部品として開発され、実用に供されている。なかでも現在主力をなしているアルミ電解コンデンサは、アルミ粗面化箔をセパレータ紙と共に巻回して形成したコンデンサ素子に電解液を含浸し、そのコンデンサ素子を一端閉鎖で一端開口の筒状のアルミケース内に収容したものである。ケースの開口部は封口ゴムやベーク板等の封止体によって密閉されており、その封止体を貫通して外部に端子が引き出され、その端子は基板等に接続されている。なお、最近はケースの外面及び／又は内面に合成樹脂製の被膜を溶着したものが多い。

上記のようなアルミ電解コンデンサの場合は、電解液が漏れないように気密性を高めているため、コンデンサ素子に過電圧や逆電圧がかかった際に、電解液の反応によって水素ガス等がケース内に発生する。発生した水素ガス等によってコンデンサの内部圧力が急激に上昇すると、ケースが爆発し他の電子部品を損傷したり、コンデンサ素子が発火して火事になったり煙が出たりする不具合が生じていた。この不具合を解消するために、内部圧力が所定以上になったときに破れる肉厚の薄い部分（防爆弁）を設けた防爆弁付アルミケースが従来から提供されている。
特許第２８７９９０１５号公報 特開２０００−２１６９２号公報 特開２０００−４０６４６号公報

防爆弁付アルミケースは一般に、ケースの閉鎖端面（天板）に外面又は内面からアルファベット等の文字や図形等の形状をした溝を形成するものである。例えば天板の肉厚が４２０μｍｍのケースの場合、溝を形成した箇所の天板の肉厚は６０μｍｍ〜１００μｍｍとする。その溝は破断し易い部分となり、ケースの内部圧力が上昇することによって天板が外側に膨らむと、その天板の変形により、溝の交差点等の最も脆弱な部分から破断する。その破断した箇所から水素ガス等が外部に漏れることにより、アルミ電解コンデンサの爆発を防止する。

しかしながら、上記防爆弁は、内部圧力の上昇によるケースの天板膨らみによって溝の交差点等から破断される構成であるため、防爆弁の作動圧に達する過程においてケースの天板が膨れ変形を起こす。この膨れ変形は外観不良を起こしたり、基板への装着不良の原因となる等の不都合を生じる。

例えば、アルミ電解コンデンサの製造過程においては、粗面化箔における酸化皮膜の破損が発生するおそれがあるため、コンデンサ素子をアルミケース内に密閉後、高温雰囲気中において、定格電圧を印加する電圧処理（エージング）を行うことが一般的である。このエージング工程における酸化皮膜の修復時に水素ガス等が発生するため、水素ガス等によってケースの内部圧力が上昇して、ケース内に相当負荷がかかり、ケースの天板が外側に膨らんで変形を起こすことがある。このエージング工程で発生する膨れ現象は、外観不良の不具合を起こすと共に、基板装着時には装着不良の原因にもなる。

また、アルミ電解コンデンサや他の電子部品等を基板に装着した後には、リフロー処理（基板を高温に晒すことでハンダ付け箇所を確実に固定させる）を行うことが一般的である。このリフロー時には、アルミ電解コンデンサは約２００℃以上の高温に晒されるため、コンデンサ素子に含浸された電解液が膨張し、この膨張がケース内の内部圧力を上昇させる。この内部圧力によってもケースの天板膨らみが発生する場合があり、基板装着後のリフロー工程によっても膨れ現象が発生し、外観不良の不具合を生じる。

これらの不都合を回避するため、ケースの天板自体を厚くしたり、材質を変えたりする方法が従来からとられていた。しかしながら、天板を厚くすると内部圧力に対して強くなり、天板の膨れ変形を低減することはできるものの、材料費が高くなり製造コストとの調和が保てず、アルミ電解コンデンサの特徴である安価で小型という長所を生かすことができない。また、アルミの低純化や調質変更による材質変更ではケースの加工金型が著しく磨耗するため製造コストが上昇する。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、アルミ電解コンデンサのケースにおいて、天板を厚くしたり材質を変えたりすることなく天板の膨れ変形を抑制することができ、低コストで実用可能なアルミ電解コンデンサ用ケースを提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明のアルミ電解コンデンサ用ケースは、コンデンサ素子を内部に収容する一端閉鎖で一端開口のケースにおいて、閉鎖端面である天板の内面に交差点を有しない溝部を形成し、前記ケースの内部圧力上昇による外側への膨れ変形を抑制する。また、前記溝部形成箇所の天板の肉厚が前記天板の溝部を形成しない箇所の肉厚の３０％以上である。前記溝部の形状が環状である。前記溝部を潰し加工により形成する。前記ケースの外面及び／又は内面に樹脂を被覆する。

ケースの天板内面に潰し加工等により溝部を形成することによって、溝部付近は硬化すると共に天板内面のフラット部には凹凸が形成される。これにより、受圧面積を拡大し天板内面にかかる内部圧力を分散するので、フラット（平面）の場合よりも耐圧力性が向上し、内部圧力による外側への膨れ変形を好適に抑制することができる。特に、環状の溝部であれば、天板内面を溝部によって分断して天板の内径を小さくすることになり、更なる相乗効果が期待できる。また、溝部には交差点がなく、溝部形成箇所の天板の肉厚も溝部を形成しない箇所の肉厚の３０％以上と十分な厚みがあるので、内部圧力の上昇によってその溝部から破断する心配もない。

このように、天板の膨れ変形を好適に抑制することができるため、特にエージング工程やリフロー工程において内部圧力が上昇した場合にも、外観不良や基板への装着不良の発生を避けることができる。また、膨れ変形を起こさないので、設置スペースも最小限の空間で済み、他の電子部品と必要以上に間隔を離す必要もなく、電気・電子機器をより小型化、高性能化することもできる。

以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係るアルミ電解コンデンサ用ケースを利用したアルミ電解コンデンサの一実施例を示す要部断面図であり、図２は図１に示すアルミ電解コンデンサ用ケースのＡ−Ａ断面図である。なお、図２においては、説明の便宜上、コンデンサ素子を省略した断面図を示している。

アルミ電解コンデンサ用ケース１０（以下、単にケース１０）は一端閉鎖で一端開口の円筒形状をしており、そのケース１０の外面には合成樹脂製の被膜１２が溶着されている。被膜１２には必要に応じて製品番号や型名やメーカー名等の種々の情報が印刷される。ケース１０の素材はアルミニウム等の金属が好ましい。

ケース１０の閉鎖端面である天板１４の内側には刻印金型等（図示略）を用いた潰し加工等により環状の溝部１６が形成されている。天板１４における溝部１６を形成しない箇所（平面部１８）は、溝部１６を形成した箇所よりも肉厚の厚い部分となり、この平面部１８は環状の溝部１６によって外周部２０と内周部２２とに分割される。この環状の溝部１６を形成した箇所の天板１４の厚さｔ_１は平面部１８の厚さｔ_２の３０％以上とすることが好ましい。ケース１０には種々の規格があるが、例えば厚さｔ_２が４２０μｍｍのケースの場合は厚さｔ_１は１２６μｍｍ（好ましくは１５０μｍｍ）以上とし、厚さｔ_２が３００μｍｍのケースの場合は厚さｔ_１は９０μｍｍ（好ましくは１１０μｍｍ）以上とする。

溝部１６を形成した天板１４の厚さｔ_１は例えば１５０μｍｍ以上と十分な厚みがあり、潰し加工による硬化も発生しているので、防爆弁のようにそこから破断することはない。溝部１６の形状は図示したものに限らず、環状半円形、環状楕円形、環状三角形、環状四角形等でも良いし、環状でなくても良い。また、それら複数の形状を組合わせたものとしても構わないが、各溝部が重複して交差しないようにする。これは、溝部と溝部が交差点を形成するとその交差点が最も脆弱な箇所となり、内部圧力の上昇によって該箇所から破断する可能性があるからである。また、溝部１６は図示したような平面加工に限らず、例えばＲ加工等により形成しても良い。さらに、ケース１０は円形断面の円筒形状のほか、断面が楕円形状や長円形であっても良いし、四角形等の多角形でも構わない。なお、本実施例ではケース１０の外面に被膜１２を溶着したものを示したが、ケース１０の内面又は両面に被膜１２を有するものであっても、被膜１２を有しないものであっても本発明を適用することができる。

ケース１０の内部に収容されるコンデンサ素子２４は、アルミ粗面化箔をセパレータ紙と共に巻回して形成したものであり、電解液を含浸している。ケース１０の開口部は合成樹脂等から成る封止体２６によって密閉されており、その封止体２６を貫通して外部に端子２８が引き出されている。アルミ電解コンデンサ３０から延伸された端子２８は基板等（図示略）に接続される。

以上のように構成されたアルミ電解コンデンサ３０は、製造過程において、定格電圧を印加して使用上限の温度までに加温し、例えば６０分程度エージングを行う。なお、このエージング条件は各種コンデンサ毎に最適な条件を選択することが好ましい。
このエージング処理によって水素ガス等が発生し、ケース１０内の内部圧力が上昇する。しかしながら、本実施例のアルミ電解コンデンサ３０においては、ケース１０の天板１４の内面に環状の溝部１６を形成し、その溝部１６で外周部２０と内周部２２とに分断して天板の内径を小さくしているため、耐圧力性が向上し、天板１４の外側への膨れ変形を好適に抑制できる。また、溝部１６は天板１４の平面部１８を潰し加工にて形成するため、溝部１６付近には加工による硬化が発生しており、上記効果を更に向上させる。

上記エージング工程の後、各種検査を通過したアルミ電解コンデンサ３０は、基板上に取付けられ、リフローはんだ付け（例えば２６０℃で５秒間又は２３０℃で３０秒間等）により実装される。このリフロー工程においては、高温によりコンデンサ素子２４に含浸された電解液が膨張し、ケース１０内の内部圧力が上昇する。しかしながら、本実施例においては、エージング時と同様の作用効果によりケース１０内部が高温高圧になっても、ケース１０の膨れ変形を好適に抑制できる。

また、上記エージング工程やリフロー工程に限らず、電気・電子機器の使用中等、アルミ電解コンデンサ３０の電解液の反応によって水素ガス等がケース１０内に発生して内部圧力が上昇した場合にも膨れ変形を抑制する効果が当然に期待できる。

なお、参考までに本実施例のケース１０と溝部を形成せずに天板内面をフラットした場合のケース（以下、従来のケース）とを比較した実験結果を以下に示す。なお、従来のケースの天板の厚さは本実施例のケース１０の天板１４の厚さｔ_２と同厚とする。具体的には、双方のケース内部にスピンドル油を注入して徐々に圧力を上げていき、所定の膨れ変形を起こすまでの内部圧力を油圧計にて測定した。
内圧 天板膨らみ
本実施例のケース１０ ４７ｋｇ／ｃｍ² ０．３ｍｍ
従来のケース ３６ｋｇ／ｃｍ² ０．３ｍｍ

このように、本実施例のケース１０では内圧４７kg/cm²で０．３ｍｍの天板膨らみが生じたが、従来のケースでは内圧３６ｋｇ／ｃｍ²の時点で同じ０．３ｍｍの天板膨らみが生じた。上記結果から、例えば同じ０．３ｍｍの天板膨らみを生じさせるのに、本実施例のケース１０であれば従来のケースよりもさらに１１ｋｇ／ｃｍ²の圧力が必要なことがわかる。したがって、同厚の天板において、天板１４内面に溝部１６を形成すると共に溝部１６付近を硬化させた本実施例のケース１０の方が、天板内面を加工せずにフラットな状態とした従来のケースよりも耐圧力性に関して優れているといえる。

本発明に係るアルミ電解コンデンサ用ケースを利用したアルミ電解コンデンサの要部断面図である。 図１に示すアルミ電解コンデンサ用ケースのＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１０ アルミ電解コンデンサ用ケース
１２ 被膜
１４ 天板
１６ 溝部
１８ 平面部
２０ 外周部
２２ 内周部
２４ コンデンサ素子
２６ 封止体
２８ 端子
３０ アルミ電解コンデンサ

Claims (5)

1. コンデンサ素子を内部に収容する一端閉鎖で一端開口のケースにおいて、閉鎖端面である天板の内面に交差点を有しない溝部を形成し、前記ケースの内部圧力上昇による外側への膨れ変形を抑制することを特徴とするアルミ電解コンデンサ用ケース。
2. 前記溝部形成箇所の天板の肉厚が前記天板の溝部を形成しない箇所の肉厚の３０％以上であることを特徴とする請求項１記載のアルミ電解コンデンサ用ケース。
3. 前記溝部の形状が環状であることを特徴とする請求項１又は２記載のアルミ電解コンデンサ用ケース。
4. 前記溝部を潰し加工により形成したこと特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のアルミ電解コンデンサ用ケース。
5. 前記ケースの外面及び／又は内面に樹脂を被覆することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のアルミ電解コンデンサ用ケース。

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