JP2006324641A - コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各種電子機器に使用されるコンデンサに関し、封止のバラツキにより漏液を起こす恐れがあるという課題を解決し、高信頼性のコンデンサを提供することを目的とする。
【解決手段】コンデンサ素子１を駆動用電解液と共に金属ケース２内に収納し、この金属ケース２の開口部を封口ゴム５を介して封止したコンデンサにおいて、上記金属ケース２の開放端をカーリング加工して封口ゴム５を圧縮することにより封口ゴム５に発生する応力（ｙ）を０．５ＭＰａ以上とした構成により、封口ゴム５に発生する応力（ｙ）を最適な値に保つことにより封止能力を高め、これにより駆動用電解液が漏液することがない高信頼性のコンデンサを実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は各種電子機器や車載用等に使用されるコンデンサ及びその製造方法に関するものである。

図７はこの種の従来のコンデンサの構成を示した断面図であり、図７において１０はコンデンサ素子、１０ａはこのコンデンサ素子１０に形成された中空部を示し、このコンデンサ素子１０はアルミニウム箔からなる集電体上に分極性電極層を形成した正負一対の電極を互いに逆方向に位置をずらしてその間にセパレータを介在させて巻回する（全て図示せず）ことにより構成され、このコンデンサ素子１０の両端面（図７において上下方向）から陽極と陰極を夫々取り出すようにしたものである。

１１は上記コンデンサ素子１０を図示しない駆動用電解液と共に収容したアルミニウム製の有底円筒状の金属ケース、１１ａはコンデンサ素子１０の中空部１０ａ内に嵌まり込むように内底面に一体で設けられた突起であり、この突起１１ａを中空部１０ａに嵌め込んで金属ケース１１内に挿入されたコンデンサ素子１０の陰極側の端面を金属ケース１１の内底面にレーザー溶接等の手段によって機械的、かつ電気的に接合するようにしたものである。１１ｂはこの金属ケース１１に施された断面Ｖ字形の絞り加工部であり、コンデンサ素子１０の図中における上部側の端面周縁を外方から押さえ込むようにしているものである。

１２はアルミニウム製の端子板、１２ａはこの端子板１２の表面側に一体で設けられた外部接続用の陽極端子、１２ｂは内面側に設けられたコンデンサ素子１０の陽極側の端面との接合部、１２ｃはコンデンサ素子１０の中空部１０ａ内に嵌まり込む突起であり、コンデンサ素子１０の陽極側の端面を上記接合部１２ｂにレーザー溶接等の手段によって接合することにより、機械的、かつ電気的に接続するようにしたものである。

１３はリング状に形成されて上記金属ケース１１に施された絞り加工部１１ｂの上端に配設された絶縁リングであり、この絶縁リング１３は上記金属ケース１１の内面と端子板１２の外周面との間から端子板１２の内面周縁の一部に繋がるように形成されることにより、端子板１２と金属ケース１１間の絶縁を保つようにしたものである。

１４は絶縁性のゴムからなるリング状の封口ゴムであり、上記端子板１２の表面周縁に配設された状態で、この封口ゴム１４を介在させて上記金属ケース１１の開口部を巻き込むように加工（一般に、カーリング加工と呼ばれている）することによって封止して構成されたものである。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２０００−３１５６３２号公報

しかしながら上記従来のコンデンサでは、金属ケース１１内にコンデンサ素子１０と共に収容された駆動用電解液の漏液を防止するために、金属ケース１１の開口部に端子板１２を配設し、この端子板１２の表面周縁に配設したゴム製の封口ゴム１４を介して金属ケース１１の開口部をカーリング加工することによって封止しているものであるが、このように機械的に封止をしたコンデンサにおいても、過酷な環境や条件で使用したり、連続寿命試験を行ったりした場合にコンデンサ素子１０が発熱し、これに伴って駆動用電解液の温度が上昇するために金属ケース１１内の圧力が上昇し、最悪の場合には駆動用電解液が漏液を起こすという課題があった。

これは、上記金属ケース１１の開口部をカーリング加工することにより封口ゴム１４を圧縮し、これによって発生する封口ゴム１４の応力（ｙ）を利用して封止を行い、駆動用電解液の漏液を防止するようにしているものであるが、この際のカーリング加工工程においては、カーリング加工によって金属ケース１１の開口部を巻き込むように加工し、開口部が封口ゴム１４に喰い込む量、即ち、機械的な寸法のみを管理してカーリング加工を行っているものであったため、加工後の封口ゴム１４に発生している応力（ｙ）については一切把握できておらず、封口ゴム１４のヤング率や破断伸び率等のゴム物性が製造ロット間でバラツキを生じた場合、結果として加工後の封口ゴム１４に発生している応力（ｙ）にバラツキが生じ、最悪の場合には駆動用電解液が漏液を起こすという課題があったものである。

本発明はこのような従来の課題を解決し、封口ゴムに発生する応力（ｙ）を最適な値に保つことにより封止能力を高め、駆動用電解液が漏液することがない高信頼性のコンデンサ及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明は、コンデンサ素子を駆動用電解液と共に有底円筒状の金属ケース内に収納し、この金属ケースの開口部を封口ゴムで、または封口ゴムを介して封止したコンデンサにおいて、上記金属ケースを加工することにより圧縮された封口ゴムは、圧縮量が最大となる部分及びその近傍において、封口ゴムに発生する応力（ｙ）を０．５ＭＰａ以上とした構成のものである。

以上のように本発明によるコンデンサは、封口ゴムに発生する応力（ｙ）を最適な値に保つことにより封止能力を高め、これにより駆動用電解液が漏液することがない高信頼性のコンデンサを実現することができるという効果が得られるものである。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜４、６に記載の発明について説明する。

図１は本発明の実施の形態１によるコンデンサの構成を示した断面図、図２（ａ），（ｂ）は同要部を拡大した断面図であり、図１、図２において、１はコンデンサ素子、１ａはこのコンデンサ素子１に形成された中空部を示し、このコンデンサ素子１はアルミニウム箔からなる集電体上に分極性電極層を形成した正負一対の電極を互いに逆方向に位置をずらしてその間にセパレータを介在させて巻回することにより構成され（全て図示せず）、このコンデンサ素子１の両端面（図１において上下方向）から陽極と陰極を夫々取り出すようにしたものである。

２は上記コンデンサ素子１を図示しない駆動用電解液と共に収納したアルミニウム製の有底円筒状の金属ケース、２ａは上記コンデンサ素子１に設けた中空部１ａ内に嵌まり込むようにこの金属ケース２の内底面に一体で設けられた突起であり、この突起２ａをコンデンサ素子１の中空部１ａ内に嵌め込んで、金属ケース２内に挿入されたコンデンサ素子１の陰極側の端面を金属ケース２の内底面にレーザー溶接等の手段によって、機械的、かつ電気的に接合するようにしたものである。２ｂはこの金属ケース２に施された断面Ｖ字形の絞り加工部であり、コンデンサ素子１の図中における上部側の端面周縁を外方から押さえ込むようにしているものである。

３はアルミニウム製の端子板、３ａはこの端子板３の表面側に一体で設けられた外部接続用の陽極端子、３ｂは内面側に設けられたコンデンサ素子１の陽極側の端面との接合部、３ｃはコンデンサ素子１の中空部１ａ内に嵌まり込む突起であり、コンデンサ素子１の陽極側の端面を上記接合部３ｂにレーザー溶接等の手段によって接合することにより、機械的、かつ電気的に接合するようにしたものである。

４はリング状に形成されて上記金属ケース２に施された絞り加工部２ｂの上端に配設された絶縁リングであり、この絶縁リング４は上記金属ケース２の内面と端子板３の外周面との間から端子板３の内面周縁の一部に繋がるように形成されることにより、端子板３と金属ケース２間の絶縁を保つようにしたものである。

５は絶縁性のゴムからなるリング状の封口ゴムであり、上記端子板３の表面周縁に配設された状態で、この封口ゴム５を介在させて上記金属ケース２の開口部を巻き込むように加工（一般に、カーリング加工と呼ばれている）することによって封止して構成されたものであり、φＤが封口部の直径を示し、ｔが圧縮後の寸法を示すものである。

また、上記封口ゴム５は、エチレンプロピレンゴム、あるいはブチルゴム（イソブチレンイソプレンゴム）等の過酸化物加硫ゴムが一般に用いられており、本実施の形態においてはエチレンプロピレンゴムあるいはブチルゴムを用いてカーリング加工を行い、このカーリング加工によって封口ゴム５に発生する応力（ｙ）により駆動用電解液が漏液を起こす限界を気密試験により確認した。応力（ｙ）の計算にはＡＮＳＹＳ社製 『ＡＮＳＹＳ ＤｅｓｉｇｎＳｐａｃｅ』を用い、この結果を（表１）に示す。

なお、本実施の形態によるコンデンサは、封止構造上、金属ケース２内の圧力が（Ａ）ＭＰａになっても封止部の気密性が確保できていることが必要であることから、金属ケース２内の圧力が（Ａ）ＭＰａになるように制御して気密試験を行った。

（表１）から明らかなように、エチレンプロピレンゴム（（表１）中にＥＰＴと記載）あるいはブチルゴム（（表１）中にＩＩＲと記載）のいずれにおいても、封口ゴム５に発生する応力（ｙ）の最大値が０．４７ＭＰａ未満である場合には気密性の確保ができない結果となった。

従って、金属ケース２内の気密性を確保するためには、封口ゴム５に０．４７ＭＰａ以上（以下、安全を考慮して０．５ＭＰａ以上と定義する）の応力（ｙ）を発生させて封止する必要があることが分かる。

また、エチレンプロピレンゴムとブチルゴムのヤング率、破断伸び率の物性値は夫々異なっているが、気密性の確保に必要な封口ゴム５に発生させる応力（ｙ）は０．５ＭＰａ以上であることが分かる。

また、この場合に封口ゴム５に０．５ＭＰａ以上の応力（ｙ）を発生させるための圧縮率は夫々異なるが、これは材料の物性値が異なることに起因するものであり、例えば、同一材料であっても製造ロットにおいてゴム物性がばらついて異なった場合においても、封口ゴム５に発生させる応力（ｙ）を管理することにより必要な気密性を確保することができるということを意味するものである。

一方、過剰な応力（ｙ）を封口ゴム５に発生させた場合には、封口ゴム５の一部が破断伸び率に達し、これにより必要な応力（ｙ）を得ることができず、結果として気密性の確保が困難になるものであり、エチレンプロピレンゴムの場合には、封口ゴム５に１．０５ＭＰａの応力（ｙ）を発生させた場合には伸び率が１５２％となり、破断伸び率である１５０％を超えるため、気密性が確保できない結果となる。また、ブチルゴムの場合には、封口ゴム５に９．４４ＭＰａの応力（ｙ）を発生させた場合には伸び率が２０５％となり、破断伸び率である２００％を超えるため、気密性が確保できない結果となる。

また、エチレンプロピレンゴムとブチルゴムは、ヤング率および破断伸び率の物性値共に夫々異なっているが、同形状の封口ゴム５を用いて試験を行い、夫々の封口ゴム５に発生する破断伸び率における応力（ｙ）は、概ね、ｙ＝（（Ｒ−１００）×０．０００１）Ｆ ＭＰａ（Ｒ＝封口ゴムの破断伸び率（％）、Ｆ＝封口ゴムのヤング率（Ｎ／ｃｍ²））であることにより、封口ゴム５に発生させる応力（ｙ）を、ｙ＝（（Ｒ−１００）×０．０００１）Ｆ ＭＰａ以下とする必要がある。

また、これは、例えば、同一材料であっても製造ロットにおいてゴム物性がばらついて異なった場合においても、封口ゴム５に発生させる応力（ｙ）を管理することにより必要な気密性を確保することができるということを意味するものである。

以上のように、本実施の形態によるコンデンサは、封口ゴム５に発生する応力（ｙ）を最適な値に保つことにより封止能力を高め、これにより駆動用電解液が漏液することがない高信頼性のコンデンサを実現することができるようになるものである。

また、このようにして求められた封口ゴム５に発生する応力（ｙ）を利用して、封口ゴム５が有するヤング率および破断伸び率に応じて金属ケース２を加工する際の、封口ゴム５の最大圧縮寸法を管理して金属ケース２を加工することにより、封口ゴム５に所望の応力（ｙ）を発生させるようにして最適な封止を行うことができるようになり、これにより駆動用電解液が漏液することがない高信頼性のコンデンサを安定して製造することができるようになるものである。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項７に記載の発明について説明する。なお、実施の形態１と同一構成のものは同一図番を付し、その説明は省略する。

図３は本発明の実施の形態２によるコンデンサの封口ゴム５の上面図であり、図４（ａ）はこの封口ゴム５を用いた本発明の実施の形態２によるコンデンサの要部の構成を示す分解断面図、図４（ｂ）は同コンデンサをカーリング加工して封止した状態の要部断面図を示す。

図３において、５ｃはリング状の封口ゴム５の内径、５ｄは同じくその外径である。封口ゴム５は過酸化物加硫ゴムもしくは樹脂加硫ゴムが用いられ、本実施の形態においてはブチルゴムとした。

図４（ａ）において、２ｄは金属ケース２の内径、３ｄは端子板３が封口ゴム５と当接する部分である端子板３の外側面部分の外径である。

ここで、封口ゴム５の内径５ｃは端子板３の外径３ｄより小さく、かつ、封口ゴム５の外径５ｄは金属ケース２の内径２ｄより大きいものとし、図４（ｂ）のごとく、この封口ゴム５を圧入させた後に、カーリング加工することによって封止する。

このとき図４（ｂ）における封口ゴム５の圧縮量が最大となる部分は封口ゴム５の外側面と金属ケース２の内側面が当接する面、および封口ゴム５の内側面と端子板３の外側面部分が当接する面となる。

また、図５（ａ）のようにカーリング加工による金属ケース２の開口部の巻き込みを緩衝する緩衝材５ａを用いた場合であっても、同様に、封口ゴム５の内径５ｃは端子板３の外径３ｄより小さく、かつ、封口ゴム５の外径５ｄは金属ケース２の内径２ｄより大きいものとし、図５（ｂ）のごとく、この封口ゴム５を圧入させた後に、カーリング加工することによって封止する。

このとき図５（ｂ）における封口ゴム５の圧縮量が最大となる部分は封口ゴム５の外側面と金属ケース２の絞り加工部２ｂの内側面が当接する面、および封口ゴム５の内側面と端子板３の外側面部分が当接する面となる。

いずれにおいても、このように圧入すると、圧縮量が最大となる部分及びその近傍において、封口ゴム５に発生する応力（ｙ）が０．５ＭＰａ以上になるような寸法とする。

このように圧入することによって封口ゴム５を介在して、金属ケース２と端子板３との気密性が向上し、駆動用電解液が漏液することなく高信頼のコンデンサとすることができる。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明の特に請求項５に記載の発明について説明する。

本実施の形態は、上記実施の形態１で説明したコンデンサの封止の構造が異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図６は本発明の実施の形態３によるコンデンサの構成を示した断面図であり、図６において、６はコンデンサ素子、７ａと７ｂはこのコンデンサ素子６から引き出された陽極リード端子と陰極リード端子、８は封口ゴム、９は金属ケース、９ａはこの金属ケース９の絞り加工部であり、φＤは封口部の直径を示し、φｄは圧縮後の寸法を示すものである。

このように構成された本実施の形態によるコンデンサも、上記実施の形態１によるコンデンサと同様に、上記（表１）で示した気密試験の結果を適用することができるものであり、封口ゴム８に発生する応力（ｙ）は、０．５ＭＰａ以上、また、ｙ＝（（Ｒ−１００）×０．０００１）Ｆ ＭＰａ（Ｒ＝封口ゴムの破断伸び率（％）、Ｆ＝封口ゴムのヤング率（Ｎ／ｃｍ²））を超えないようにすることが必要である。

従って、本実施の形態によるコンデンサは、封口ゴム８に発生する応力（ｙ）を最適な値に保つことにより封止能力を高め、これにより駆動用電解液が漏液することがない高信頼性のコンデンサを実現することができるようになるものである。

また、このようにして求められた封口ゴム８に発生する応力（ｙ）を利用して、封口ゴム８が有するヤング率に応じてカーリング時の金属ケース９の開口部の封口ゴム８への喰い込み量を管理することにより、封口ゴム８に所望の応力（ｙ）を発生させるようにして最適な封止を行うことができるようになり、これにより駆動用電解液が漏液することがない高信頼性のコンデンサを安定して製造することができるようになるものである。

本発明によるコンデンサは、封口ゴムに発生する応力（ｙ）を最適な値に保つことにより封止能力を高め、これにより駆動用電解液が漏液することがない高信頼性のコンデンサを実現することができるようになるという効果を有し、各種電子機器や車載用のコンデンサ等として有用である。

本発明の実施の形態１によるコンデンサの構成を示した断面図 （ａ），（ｂ）同要部を拡大した断面図 本発明の実施の形態２によるコンデンサの封口ゴムの上面図 （ａ），（ｂ）本発明の実施の形態２によるコンデンサの要部断面図 （ａ），（ｂ）本発明の実施の形態２によるコンデンサの要部断面図 本発明の実施の形態３によるコンデンサの構成を示した断面図 従来のコンデンサの構成を示した断面図

符号の説明

１，６ コンデンサ素子
１ａ 中空部
２，９ 金属ケース
２ａ，３ｃ 突起
２ｂ，９ａ 絞り加工部
３ 端子板
３ａ 陽極端子
３ｂ 接合部
４ 絶縁リング
５，８ 封口ゴム
７ａ 陽極リード端子
７ｂ 陰極リード端子

Claims (7)

1. コンデンサ素子と、このコンデンサ素子を駆動用電解液と共に収納した有底円筒状の金属ケースと、この金属ケースの開口部を封口ゴムで、または封口ゴムを介して封止したコンデンサにおいて、上記金属ケースに配設され、圧縮された封口ゴムは、圧縮量が最大となる部分及びその近傍において、封口ゴムに発生する応力（ｙ）を０．５ＭＰａ以上としたコンデンサ。
2. 封口ゴムに発生する応力（ｙ）の最大値をｙ＝（（Ｒ−１００）×０．０００１）Ｆ ＭＰａ以下（Ｒ＝封口ゴムの破断伸び率（％）、Ｆ＝封口ゴムのヤング率（Ｎ／ｃｍ²））とした請求項１に記載のコンデンサ。
3. 正負の電極が互いに逆方向の端面に位置するように構成されたコンデンサ素子の一方の端面を金属ケースの内底面に接合し、同他方の端面を端子板に接合し、この端子板を金属ケースの開口部に配設して封口ゴムを介して封止するようにした請求項１に記載のコンデンサ。
4. 正負の引き出し電極を備えたコンデンサ素子の引き出し電極がない側の端面を金属ケースの内底面に接合すると共に、上記引き出し電極を端子板に接続し、この端子板を金属ケースの開口部に配設して封口ゴムを介して封止するようにした請求項１に記載のコンデンサ。
5. 一対のリード端子を備えたコンデンサ素子の上記一対のリード端子が挿通する孔を有した封口ゴムを金属ケースの開口部に配設して封止するようにした請求項１に記載のコンデンサ。
6. 有底円筒状の金属ケース内にコンデンサ素子を駆動用電解液と共に収納し、続いてこの金属ケースを加工することにより封口ゴムを圧縮して封止するコンデンサの製造方法において、上記封口ゴムが有するヤング率に応じて封口ゴムの最大圧縮寸法を管理して金属ケースを加工することにより、封口ゴムに所望の応力を発生させるようにしたコンデンサの製造方法。
7. 前記封口ゴムはリング状であって、その内径は当接する前記端子板の外側面部分の外径より小さく、かつ、前記封口ゴムの外径は当接する前記金属ケースの内径より大きい請求項１に記載のコンデンサ。

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