JP2007526008A - 電気化学的装置用の絶縁性フィードスルー組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】絶縁性フィードスルーは、電気リードを受け入れるとともに、第一及び第二の開放端部と内面とを有するフェルールを備える。少なくとも１つの重合系案内部材が実質的にフェルールの第一の端部内に配置され且つ、リードを受け入れる貫通開口を有する。リード及びフェルールの内面と密封状態に係合し得るよう絶縁性材料が第二の端部を通してフェルール内に堆積される。

Description

本発明は、全体として、電気化学的構成要素、特に、植込み型医療装置に関連して用いれる電解コンデンサ（electrolytic capacitors）、電池及び同様のもの、において用いるためのエポキシ圧縮フィードスルー（feedthrough;逆の面にある２つの回路を結ぶ導体）組立体に関する。

植込み型カルジオバーター除細動器（implantable cardioverter-defibrillator;ＩＣＤ）のような植込み型医療装置の寸法及び厚さの減少に向かう傾向は、かかる装置にて利用される電気化学的構成要素を極小型とすることを必要とする。例えば、コンデンサは、極めて速く、致命的となる可能性のある心臓の不整脈を治療すべく、典型的に患者の胸部に植え込んだＩＣＤにて利用される。これらの装置は、心臓の電気信号を連続的に監視し且つ、例えば、心臓が危険な程速く拍動するかどうかを感知する。この状態が検出されたならば、ＩＣＤは、約５ないし１０秒以内にて１つ又はより多くの電気ショックを送って心臓を正常な心臓リズムに戻すことができる。これらの電気的刺激は、数マイクロジュールから約２５ジュールないし４０ジュールの極めて強力なショックまでの範囲にわたるものとすることができる。

初期の世代のＩＣＤは、高電圧の筒形コンデンサを利用して除細動ショックを発生させ且つ送るものであった。例えば、標準型の湿式スラグタンタルコンデンサは、全体として、カソードに対する端子として、ケーシングから電気的に絶縁された端子リードに接続されたタンタルアノードとして作用する筒形形状の伝導性ケーシングを有している。ケーシングの他端には、また、典型的に、絶縁体構造体も設けられている。

かかる１つのコンデンサは、カソードとして機能する金属製容器を有している。ルテニウム、イリジウム、ニッケル、ロジウム、白金、パラジウム及びオスミウムから成る群から選ばれた金属酸化物を含む、多孔質の被覆は、容器の内面付近に配置され且つ、該容器と電気的に連携している。タンタル、アルミニウム、ニオビウム、ジルコニウム及びチタンから成る群から選ばれた中央アノードは、多孔質被覆から隔てられており、また、容器内の電解質は、多孔質被覆及びアノードと接触する。

これらコンデンサの性能は、除細動の用途にて許容可能であるが、装置の機械的特徴を最適化するための努力は、筒形の設計により課される制約のため、制限されている。これを解決する努力にて、平形電解コンデンサが開発されている。かかるコンデンサの１つは、全体として平坦で平面状の幾何学的形態を有する深絞り成形した密封型コンデンサを備えている。該コンデンサは、容量性材料と接触した金属製基板により提供される少なくとも１つの電極を有している。被覆した基板は、ケーシングの側壁に堆積させるか又は側壁に接続することができる。コンデンサは、平坦な平面状の形状を有し、その円周にて取り囲む中間壁により接続された隔てた側壁から成る深絞り成形したケーシングを利用する。

カソード材料は、典型的に、電解コンデンサに対する陰極端子として作用する伝導性収容部の内側壁に堆積されるが、かかる材料は、別個の基板上に堆積させ且つ、コンデンサ収容部に電気的に連結することもできる。他方のコンデンサ端子（すなわち、アノード）は、例えば、ガラス対金属シールを含む、絶縁体又はフィードスルー構造体により収容部から隔離されている。１つの既知の技術に従い、アノード内に埋め込んだアノードリード（例えば、タンタル）は、フェルール（ferrule;金輪）を貫通する端子リードにレーザ溶接されている。このアノードリード対フィードスルー端子の溶接継手（すなわち、クロスワイヤー溶接）は、リードの１つ又はより多くを「Ｕ」字形又は「Ｊ」字形の形状とし、リードの端子端部を共に押し付けて、その境界面をレーザ溶接することにより形成される。

金属粉末にて出来た弁金属アノードは、加圧し且つ焼結して、多孔質構造体を形成し、加圧する間、ワイヤー（例えば、タンタル）をアノード内に埋め込み、フィードスルーに接続するための端子を提供する。アノードとカソードとの間に分離体（例えば、ポリオレフィン、フルオロポリマー、積層フィルム、不織ガラス、ガラス繊維、多孔質セラミック等）を提供し電極間の短絡を防止する。離間体シートは、アノードの周縁の周りを伸びるポリマーリングに又はそれ自体の何れかに密封されている。

別個の溶接リング及びポリマー絶縁体は、熱光線の保護及びアノードを固定するため利用することができる。収容部を溶接する前、離間体に収容されたアノードは、例えば、レーザ溶接によりフィードスルーに接続される。この継手は、コンデンサの内部にある。外側金属製収容部構造体は、重ね合わさり且つ、その周縁継目にて溶接されて密閉的シールを形成する、実質的に２つの対称の半殻体から成っている。その部分は、トップダウンアプローチ法を採用するのではなく、その側部にて回転するとき溶接されるから、この溶接は、ロータリ溶接と称される。これと代替的に、トップダウンアプローチ法は、蓋を深絞り成形した容器に溶接するため利用することができる。溶接後、コンデンサは、収容部のポートを通じて電解質にて充填される。

上述した技術は、装置の寸法及び製造の複雑さの双方に関する問題点を生じる重なり合う半殻体を使用する結果、コンデンサの周縁の収容部の厚さは２倍となり、これにより、コンデンサのアノードに対する利用可能な内部空間は減少する。その結果、より大型のコンデンサとなる。アノード材料に対する空間は、溶接リング及び空間絶縁体の存在により更に減少する。更に、製造過程は、より複雑となり、このため、特に、深絞り成形した収容部の場合、よりコスト高となる。

しかし、アノードリードを端子リードに接続する上述した方法は、問題を生ずることが判明しており、それは、クロスワイヤー溶接のステップは、フィードスルーフェルールをコンデンサの収容部に溶接する前に行わなければならず、又は、締止め、及びフェルール溶接後の溶接を容易にするため、コンデンサアノード構造体に十分な空間を提供しなければならないからである。フェルール溶接前にクロスワイヤー溶接部を形成することは、フィードスルーシールにて採用された材料に対し熱応力を加え且つ、製造コスト及び製造の複雑さを増大させることになる。これと逆に、フェルール溶接後にクロスワイヤー溶接を行うことは、体積効率に悪影響を与える。

上述したように、ガラス対金属シールを備える絶縁体又はフィードスルー構造体により収容部からアノード端子を隔離することが一般的である。かかるシールは、当該技術にて周知である。ガラス対金属シールの剛性のため遭遇するであろう問題点を回避するため、ポリマー対金属シールが採用されている。例えば、一連の重合系密封層によりアノードリードをフェルール内にて固定することが既知である。これらの層は、電解セルの内部にてフェルールの一端にプラグを形成する第一の合成重合系材料層と、フェルール内に配置された第二の合成重合系材料層と、密封的シールを提供し得るようフェルール内に配置された第三のガラス層とを備えることができる。重合系層の配置及び（又は）形状の点にて相違する同様の構造体も既知である。残念なことに、かかる組立体を製造する現在の方法は、比較的複雑で時間を消費し且つ、コスト高である。このため、体積的に効率がよく且つ製造が簡単である、改良されたフィードスルー組立体を備える電気化学的装置を提供することが望ましいことが理解されよう。

本発明の広い形態によれば、電気リードを受け入れる絶縁性フィードスルーが提供される。該フィードスルーは、第一及び第二の開放端部と、内面とを有するフェルールを備えている。少なくとも１つの重合系案内部材がフェルールの第一の端部に近接して実質的にフェルール内に配置されており、また、リードを受け入れる貫通開口を有している。絶縁性材料がフェルールの第二の端部を通してフェルール内に堆積されて、リード及びフェルールの内面と密封状態に係合する。

本発明の更なる形態によれば、植込み型医療装置にて利用される型式の電気化学的セルの収容部壁を通して端子リードを電気化学的セルの外部に送る方法が提供される。第一及び第二の端部を有するフェルールは、収容部壁を通じて配置されている。フェルールには、内面を有する開口が設けられている。開口を有する少なくとも１つの重合系案内部材は、フェルールの第一の端部に近接して配置されている。リードは、案内部材とフェルールの残りの部分とを通して受け入れられる。次に、絶縁性材料をフェルールの第二の端部を通してフェルール内に堆積しリード及び内面と密封状態に係合するようにする。

本発明の更に別の形態によれば、植込み型医療装置にて使用される電気化学的セルが提供される。該電気化学的セルは、収容部内に配置された少なくとも１つの電極体を有する浅絞り成形した収容部を備えている。電気リードは、電極体に連結され、絶縁性フィードスルーは、電気リードを受け入れ得るよう収容部を通して連結されている。絶縁性フィードスルーは、第一及び第二の開放端部と、内面とを有するフェルールを備えている。少なくとも１つの重合系案内部材がフェルールの第一の端部に近接して実質的にフェルール内に配置されている。リードを受け入れる開口が案内部材に設けられている。リードと内面とに密封状態に係合する絶縁性材料は、フェルールの第二の端部を通してフェルール内に堆積される。

本発明は、以下に、同様の参照番号は同様の要素を示す添付図面を参照しつつ、説明する。本発明の以下の詳細な説明は、性質上、単に一例にしか過ぎず、本発明の範囲、適用可能性又は形態を何らかの意味にて制限することを意図するものではない。以下の説明は、本発明の一例としての実施の形態を具体化するための便宜な例を提供するものである。本発明の範囲から逸脱せずに、本明細書に記載した要素の機能及び配置の点にて上述した実施の形態に対する色々な変更が具体化可能である。

図１は、先行技術の教示に従った電解コンデンサの断面図である。該電解コンデンサは、例えば、タンタルで出来た筒形の金属製容器２０を備えている。典型的に、容器２０は、電解コンデンサのカソードを備えており、また、容器に溶接されたリード２２を有している。キャップ２４の端部シールは、フィードスルー組立体２８によりキャップ２４の残りの部分から電気的に絶縁された第二のリード２６を有している。キャップ２４は、例えば、溶接により、容器２０に接合される。リード２６のフィードスルー２８は、リード２６が貫通するガラス対金属シールを有することができる。アノード３０（例えば、多孔質の焼結タンタル）がリード２６に電気的に接続され且つ、容器２０内に配置されている。アノード３０の両端を受け入れる容器２０内にて電気的絶縁性分離体３２、３４によって容器２０とアノード３０との直接的な接触が防止される。

多孔質被覆３６は、容器２０の内面に直接、形成されている。多孔質被覆３６は、ルテニウム、イリジウム、ニッケル、ロジウム、白金、パラジウム又はオスミウムの酸化物を有することができる。上述したように、アノード３０は、焼結した多孔質タンタルで作られることができる。しかし、アノード３０は、アルミニウム、ニオビウム、ジルコニウム、又はチタンとすることもできる。最後に、電解質３８は、アノード３０とカソード被覆３６との間に配置され且つ、これらの双方と接触しており、これによりアノード３０と被覆３６との間に電流路を提供する。上述したように、図１に示したもののようなコンデンサは、全体として除細動器の用途に許容可能であるが、装置の最適化は、筒形の設計により課された制約によって制限される。

図２、図３及び図４は、図１に示した電解コンデンサと関連した不利益な点の幾つかを解決する設計とされた、先行技術の教示に従った平形電解コンデンサのそれぞれ正面断面図、側面断面図及び頂面断面図である。図２、図３、図４のコンデンサは、密閉的に密封されたケーシング４６内に収納されたアノード４０と、カソード４４とを備えている。コンデンサ電極は、ケーシング４６内に保持された電解質によって作動され且つ、互いに作用可能に関係付けられる。ケーシング４６は、全体として矩形の形状を有する深絞り成形缶４８を有し且つ、底部壁５８から伸びる両端壁５４、５６まで伸び且つ、これらの壁と交わる隔たった側壁５０、５２を備えている。蓋６０は、溶接部６２により側壁５０、５２及び端部壁５４、５６に固定されて包み込まれたケーシング４６を完成させる。ケーシング４６は、伝導性金属で出来ており且つ、コンデンサとその負荷との間の電気的接続を実現する１つの端子又は接点として作用する。

コンデンサ内からケーシング４６を通って、特に、蓋６０を通って伸びる導体又はリード６４により他方の電気的接点又は接点が提供される。リード６４は、絶縁体及びシール構造体６６により蓋６０から電気的に絶縁されている。開口部６８が閉じられた後、電解質をコンデンサ内に導入するのを許容するため、電解質充填開口部６８が提供される。カソード電極４４は、アノード４０から隔てられ且つ、伝導性基板上に設けられた電極の作用可能な材料７０を備えている。

伝導性基板７０は、タンタル、ニッケル、モリブデン、ニオビウム、コバルト、ステンレス鋼、タングステン、白金、パラジウム、金、銀、銅、クロム、バナジウム、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、亜鉛、鉄、及びその混合体及びそれらの合金から成る群から選ぶことができる。アノード４０は、タンタル、アルミニウム、チタン、ニオビウム、ジルコニウム、ハフニウム、タングステン、モリブデン、バナジウム、シリコン、ゲルマニウム、及びそれらの混合体から成る群から選ぶことができる。分離体構造体は、絶縁性材料（例えば、微細多孔質ポリオレフィン膜）の隔てられたシート７２、７４を有している。シート７２、７４は、重合系リング７６に接続され且つ、アノード４０とカソード電極として作用する被覆した側壁５０、５２との中間に配置されている。

上述したように、上述したコンデンサは、装置の寸法及び製造の複雑さに関して特定の問題点を表わす。これに反して、図５、図６及び図７は、植込み型医療装置にて使用するのに適した、本発明の第一の実施の形態によるフィードスルー組立体を利用する電解コンデンサを示す正面断面図、側面断面図及び調節した断面図である。理解し得るように、絶縁性ポリマー分離体材料８０（例えば、微細多孔質ＰＴＦＥ又はポリプロピレン）の１つ又はより多くの層は、その内部に埋め込んだアノードリードワイヤー８４（例えば、タンタル）を有する細いＤ字形のアノード８２（例えば、タンタル）の周りに熱密封される。この目的のため、粉末の「ＮＨ」群のような、コンデンサ等級のタンタル粉末を採用することができる。

これらのタンタル粉末は、約１７，０００ないし２３，０００マイクロファラッド−ボルト／グラム（microfarad-volts/gram）のグラム当たりの装荷値（charge per gram rating）を有し且つ、植込み型心臓装置のコンデンサの用途に十分に適していることが分かっている。この型式のタンタル粉末は、マサチューセッツ州、ニュートンに所在するＨＣスタルク（HC Starck）インクから商業的に入手可能なものである。勿論、より高い又は低い充電値を有する材料を、所望の結果に依存して利用することができる。

加圧する前、タンタル粉末は、炭酸アンモニウムのような約０ないし５％の接着剤と典型的に混合されるか、必ずしも混合する必要はない。アノードを加圧する間、金属粒子の接着及びダイの潤滑を容易にするため、この接着剤及び他の接着剤が使用される。粉末及び接着剤の混合体は、ダイキャビティ内に分与され且つ、約４ｇ／ｃｍ^３ないし約８ｇ／ｃｍ^３の密度まで加圧される。加圧後、アノードの内部分内の伝導率を向上させるため、アノードの多孔率を修正することが有益なことがある。多孔率の修正は、抵抗を著しく減少させることが分かった。

これを実現するため、アノードの本体に肉眼的通路が組み込まれる。次に、温かい脱イオン水内にて洗浄し又は接着剤を分解させるのに十分な温度にて加熱することにより、接着剤をアノードから除去する。残留物の結果、漏洩電流が大となる可能性があるから、接着剤を完全に除去することが望ましい。次に、約１，３５０℃ないし約１，６００℃の範囲にて洗浄したアノードを真空焼結し、金属アノード粒子を恒久的に接合させる。

アノードを電解質内に浸漬させ且つ電流を印加することにより、焼結したアノードの表面上に酸化物が形成される。電解質は、水と、リン酸、また、多分、その他の有機質溶剤のような成分を含むであろう。電流を印加すると、標的とした形成電圧に対し厚さの点にて比例する酸化物膜の形成が励起される。パルス式形成過程を使用することができ、ここにおいて、アノードプラグの内部孔から加熱した電解質が拡散するのを許容するため電流が周期的に印加され且つ除去される。安定的な無欠陥の酸化物の形成を促進するため、中間の洗浄ステップ及び焼鈍ステップを行うことができる。

第一及び第二の主要側部と、周壁とを有し、これら壁の各々が内面を有する薄い浅絞り成形したＤ字形ケーシング８８（例えば、チタン）の内壁にカソード材料８６の層が堆積される。電解コンデンサのエネルギ密度を最適化するため、カソードの容量は、アノード８２の容量よりも数倍程度、大きくなければならない。過去、このことは、薄いエッチング処理したアンモニウムフォイルを多くのアノード層の間に組み込み、これにより大きい平坦表面積及び大きい容量を提供することにより実現していた。しかし、上述したように、小型化を促進するため、本発明は、より大きい平坦面積ではなくて大きい比容量の材料を採用する。容量性材料は、上述したものから選び、又は炭化チタン上に堆積させたグラファイト又はガラス様炭素、酸化バナジウム銀、結晶状二酸化マンガン、表面改質したチタン上の白金又はルテニウム、表面改質したチタン上のチタン酸バリウム又は他の灰チタン石、結晶状ルテニウム又は酸化イリジウムを含む群から選ぶことができる。

アノード８８及びカソード材料８６は、メリーランド州、エレクトンに所在するＷ．Ｌ．ゴア（Ｇｏｒｅ）インクが製造する型式のＰＴＦＥ離間体のような微細多孔質分離体材料又はノースカロライナ州、シャルロットに所在するセルガード（Ｃｅｌｇａｒｄ）インクが製造する型式のポリプロピレンにより互いに絶縁されている。分離体８０は、物理的な接触及び短絡を防止し、またイオン伝導を可能にする。材料は、電極の間にルーズに配置し又はアノード及び（又は）カソードの周りにて密封することができる。一般的な密封方法は、加熱密封、超音波接合、加圧接合等を含む。

電極は、約０．１２７ないし０．４０６ｍｍ（約０．００５ないし０．０１６インチ）の材料の厚さを有することができ、浅絞り成形した典型的にＤ字形のケース８８（例えば、チタン）内に収容されている。絶縁性フィードスルー９０（以下により詳細に説明）は、ケース８８に接合された（例えば、ケース８８に溶接することにより）フェルール９２（例えば、チタン）から成っている。密封したアノード８２がカソード被覆ケース８８内に挿入され、アノードリードワイヤー８４は、図示するようにフィードスルー９０を通って進む。次に、蓋を配置し且つ、溶接によりケースに固定する。

組み立て且つ溶接した後、電解質を充填ポート９４からケーシング内に導入する。電解質は、典型的に水、有機質溶剤、弱酸又は水、有機質溶剤及び硫酸から成る高破壊電圧を有する伝導性液体である。充填ポート９４が電解質のリザーバ内に伸びるようにコンデンサを真空チャンバ内に配置することにより充填が実現される。チャンバが排気されたとき、コンデンサ内の圧力は降下する。真空圧が解放されると、コンデンサ内の圧力は再度、平衡状態となり、電解質を充填ポート９４を通ってコンデンサ内に押し込む。

充填したコンデンサは、老化させ、アノードリード及びアノードのその他の領域に酸化物を形成する。形成に伴うもののような老化は、電流をコンデンサに印加することにより実現される。この電流は、厚さの点にて標的とした老化電圧に比例する酸化物膜の形成を励起する。コンデンサは、典型的に、ほぼその作用電圧以上にて老化され、漏洩電流が安定的な低値に達する迄、この電圧に保持される。老化が完了した後、コンデンサを再充填して失われた電解質を補充し、例えば、収容部開口部の上にて閉じボタン又はキャップをレーザ溶接する等によって充填ポート９４を密封する。

既知の平形コンデンサの外側金属収容部構造体は、全体として、互いに重なり合い、次に、それらの周縁継目に沿って溶接され密閉的シールを形成する２つの対称の半殻体を備えている。かかる装置は図８に示されている。すなわち、収容部は、ケース９６と、重なり合うカバー９８とを備えている。分離体密封アノード１００は、ケース９６内に配置され、ポリマー分離体リング１０２がアノード組立体１００の周縁の周りに配置される。同様に、金属溶接リング１０４がケース９６及びカバー９８の重なり合い部分１０６に近接して離間体リング１０２の周縁の周りに配置されている。次に、ケース９６及びカバー９８の重なり合い部分を周縁継目に沿って溶接し密閉的シールを形成する。

この技術は、装置の寸法及び製造の複雑さの双方に関して特定の問題点をもたらす。重なり合う半殻体を使用する結果、コンデンサ周縁の収容部の厚さは２倍になり、これによりアノードに利用可能な内部空間を減少させる。このため、所定の寸法のアノードの場合、形成されるコンデンサはより大型となる。更に、溶接リング１０４及び絶縁性ポリマー離間体リング１０２が存在するため、アノード材料に対する空間が減少する。この装置は、製造がより複雑であり、従ってよりコスト高である。

図９は、本発明の新規な形態の１つを示す断面図である。この実施の形態において、収容部は、浅絞り成形したケース１０８と、カバー又は蓋１１０とから成っている。浅絞り成形した収容部の設計は、トップダウン溶接アプローチ法を使用する。材料の厚さは、図８に示した装置に関係する状況の場合のように溶接継目の領域にて２倍とならず、これによりアノード材料に対する追加的な空間が得られる。

カバー１１０は、浅絞り成形した金属製ケース１０８の開放側部に嵌まるような寸法とされている。その結果、ケース１０８とカバー１１０との間の収容部に空隙（例えば、０ないし約０．０５０８ｍｍ（０ないし約０．００２インチ））が生じ、その結果、溶接レーザ光線が侵入し、これによりコンデンサの内部構成要素を損傷させる可能性がある。これを防止するため、金属被覆した重合系溶接リングがアノード１００の周縁に配置され又は位置決めされる。溶接リング１１２は、保護効果を最大にし得るようケース対カバーの空隙１１４より多少厚い。金属被覆した溶接リング１１２は、図示するように金属被覆した面１１８を有するポリマー分離体１１６を備え且つ、レーザ光線の遮蔽効果及びアノードの不動化の双方を可能にする。金属被覆したポリマー分離体１１２は、レーザ光線の侵入に対する障壁を提供するのに十分な厚さであればよく、従って性質上、犠牲的である。この不作用的構成要素は、コンデンサの作用可能な構造体に対する損傷を実質的に減少させる。

組み立てる間、金属被覆したポリマー分離体１１２をアノード１００の周縁の周りに配置し且つ、射出成形、熱成形、管押出し成形、押出し成形し又は鋳造した膜のダイカッティング等によって製造することができる。プレ金属被覆したポリマー膜を使用して離間体１１２を提供することができる。これと代替的に、絶縁体を製造した後、別個の過程の間、金属を堆積させてもよい。適宜な金属被覆材料は、アルミニウム、チタン等、それらの合体及び合金を含む。

図１０は、図９に示した実施の形態に対する１つの代替例を示す断面図である。この場合にも、収容部は、ケース１０８と、カバー又は蓋１１０とを備え、その結果、空隙１１４が生ずる。アノード組立体１００は、図９の状況におけるように収容部内に配置されている。コンデンサの内部構成要素を溶接レーザ光線による損傷から保護するため、金属被覆したテープ１２０がアノード１００の周縁の周りに配置される。

図９及び図１０に示した実施の形態は、収容部の設計にて空間を節約する特徴を備えるのみならず、構成要素は簡単に且つ低廉に製造される。トップダウン組み立ては、製造及び溶接過程を促進する。溶接リング／離間体１１２の又は金属被覆したテープ１２０の厚さが薄いことは、コンデンサの周縁の周りにて追加的な空間の必要性を減少させ、これによりエネルギ密度を向上させる。この設計自体は、大量生産方法が可能であり、また、コスト、構成要素の数及び製造の複雑さを軽減する。

コンデンサ自体の収容部がカソード電極として作用することは珍しいことではない。このことは、カソード材料を収容部の内壁に堆積させることにより実現することができ、又はカソード材料が１つ又はより多くの基板上に堆積されるならば、該基板を収容部に電気的に接続することにより、実現することができる。これと代替的に、収容部は、カソードを収容部に連結しないことにより電気的に中立としてもよい。しかし、この状況において、収容部８８の外側にてアノード電極に対するアクセス部を提供することが必要であるのみならず、収容部の外側からカソード電極にアクセスするための措置も講じなければならない。

図１１は、本発明の第一の実施の形態に従ったフィードスルー組立体１３０の断面図である。理解し得るように、フィードスルー組立体１３０は、フェルール（ferrule;はめ輪）１３２（例えば、チタン）と、重合系ワイヤー案内部材１４０（例えば、ポリスルホン）と、絶縁性材料１４２の本体（例えば、エポキシ）とを備えている。フェルール１３２は、内面１３３と、第一の端部１３４と、第二の端部１３６とを有する開口を備えている。同様に、重合系案内部１４０は、開口１４４と、第一の端部１４６と、第二の端部１４８とを備えている。図１１に示すように、第一の端部１４６（例えば、キャップの形態をした）は、第一の端部１３４に近接する（例えば、当接する）位置に配置され、第二の端部１４８（例えば、プラグの形態をした）はフェルール１３２内に配置される。

重合系ワイヤー案内部１４０は、ポリスルホンのような任意の適宜な材料で出来たものとすることができる。更に図示するように、フェルール１３２及び案内部材１４０に設けられた開口は、電気リード１３８をフィードスルー１３０を通じて受け入れ且つ案内する。より具体的には、電気化学的セルの内部にて電極（例えば、アノード）内に埋め込むことのできる電気リード１３８は、案内部材１４０の第一の端部１４６により受け入れられ、フィードスルー組立体１３０を通り且つ、フェルール１３２の第二の端部１３６から出る。電気リード１３８に絶縁性材料１３６及び重合系案内部材１４０のみが接触し、このため、電気化学的セルの内部から外部まで絶縁状態にて進むことができる。

図１２は、図１１に示したフェルール１３２の等角図である。図１１及び図１２において、第二の端部１３６は、電気リード１３８が通り且つその内部に絶縁性材料１４２の本体が配置される、その周りを伸びる受け入れ肩部１５０を有する全体として円筒状部分を備えている。受け入れ肩部１５０は、セル壁の内部と当接状態に係合することにより、フィードスルー１３０の電気化学的セルへの取り付けを促進して、以下により詳細に説明するように、円形の継目を提供する。フェルール１３２は、約２．２９ｍｍ（約０．０９インチ）の外径と、約２．０３ｍｍ（約０．０８インチ）の全体的な高さとを有することができる。勿論、これらの寸法及びフェルールのケース壁の内部又は外部への取り付けは、特定の用途に合うように変更することができる。

フェルール３２は、１ないし５、好ましくは２の範囲の等級を有するチタンにて出来たものとすることができるが、ニオビウム、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等のようなその他の適宜な金属を利用することもできる。フェルール１３２は、図１１、図１２に全体として円筒状の形状のものとして示されているが、フェルール１３２は、特定の用途に依存してその他の形態をとることも可能であることを理解すべきである。

図１３及び図１４は、図１１に示した案内部材１４０のそれぞれ断面図及び等角図である。理解し得るように、案内部材１４０は、全体として円筒状のキャップ部材１５０と、キャップ１５０の外径よりも小さい外径を有して該キャップ部材に連結された全体として円筒状のプラグ部材１４９とを備えている。キャップ１５０は、例えば、約０．４０６ｍｍ（約０．０１６インチ）の高さと、約２．０３ｍｍ（約０．０８０インチ）の外径と、を有する一方、プラグ１４９は、約０．９４ｍｍ（約０．０３７インチ）の高さと、約１．１４ｍｍ（約０．０４５インチ）の外径とを有するものとすることができる。案内部材１４０には、電気リード１３８を受け入れ且つ案内すべく貫通する開口１４４も設けられている。開口１４４の直径は、第一の端部１４６から第二の端部１４８まで次第に増大し、これにより開口１４４に対しテーパー付き又は部分円錐形の形状を与えることが理解できる。

この要領にて、開口１４４は、リード１３８と部分的に接触し且つ、該リード１３８を第一の端部１４６に近接する所要位置に固定すると同時に、開口１４４の内面とリード１３８との間に絶縁性材料１４２（図１１）を受け入れる空間１５４を提供するような形態とされている。例えば、開口１４４は、第一の端部１４６に近接する、約０．３３ｍｍ（約０．０１３インチ）の内径と、第二の端部１４８に近接する、約０．５１８ｍｍ（約０．０２０４インチ）の内径と、約１．２７ｍｍ（約０．０５０インチ）の長さとを有することができる。開口１４４の内面とリード１３８の長手方向軸線との間に形成される角度に依存し、また、利用される絶縁性材料の型式に更に依存して、以下により詳細に説明するように、絶縁性材料１４２は空間１５４を実質的に充填することができる。

案内部材１４０の寸法及び形状並びに該案内部材を形成する材料は、その所期の用途に依存して変更可能であることも理解すべきである。適宜な材料は、その幾つかを挙げれば、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド、シンジオタクチックポリスチレン、ポリエーテルイミド、ポリテトラフルオロエチレン等を含む。

図１３及び図１４を再度参照すると、プラグ１４９には、該プラグから外方に突き出す隆起部分１５５（例えば、リッジ）が設けられることが理解できる。隆起部分１５５の寸法は、取り付けプラグ１４９をフェルール１３２の第一の端部１３４内に押し込んだとき、隆起部分１５５は、内面１３３と摩擦状態で且つ締まり嵌め状態にて係合し、案内部１４０をフェルール１３２内に固定するようなものである。隆起部分１５５は、例えば、約０．１７８ｍｍ（約０．００７インチ）の高さを有し且つ、約０．０５０８ｍｍ（約０．００２インチ）だけプラグ１４９の外面から突き出すようにすることができる。隆起部分１５５は、リッジ状の形状をし且つ、プラグ１４９の外周の周りを完全に伸びるものとして図１３、図１４に示されている。しかし、隆起部分１５５は、任意の適宜な形状（例えば、突出部又は一群の突出部）とし、また、プラグ１４９の外面の任意の適宜な位置に配置することが可能であることを理解すべきである。

案内部材１４０をフェルール１３２内に圧力嵌めする前、案内部材１４０をリード１３８の上に配置し又は配列し、一方、該リードは、図１５に示すように、フェルール１３２を貫通する。所要位置となったならば、案内部材１４０をフェルール１３２（矢印１５３にて図示）内に圧力嵌めし、隆起部分１５５が内面１３３と摩擦状態に接触し、案内部材１４０をフェルール１３２の第一の端部１３４に近接する位置に固定する。形成されるフェルール／案内部材の形態は、絶縁本体１４２を堆積させる前のフィードスルー１３０の断面図である図１５に示されている。隆起部分１５５は、挿入する間、内面１３３により実質的に変形される（すなわち圧縮される）ため、図１５（又は図１１）には図示されていないことも理解すべきである。フェルール１３２は、フェルール１３２内に挿入される前の電気化学的セルの収容部に固定状態に連結することができる。しかし、セルの壁は、明確化のため、図示されていない。

ワイヤーガイド１４０をフェルール１３２内に挿入し且つ、リード１３８をフェルールを通じて配置した後、開放端部１３６を通じて空間１５４を有するフェルール／案内部材の形態の内部キャビティ１５７内に絶縁性材料１３６を堆積させる。このように、絶縁性材料１４２は、内面１３３、案内部材１４０及び電気リード１３８と接触し且つ、これらと密封状態に係合する。エポキシのような硬化性接着剤がフェルール／案内部材の形態の内部キャビティ１５７内に堆積されるならば、絶縁性材料は、毛管力のため、空間１５４の全体にわたって実質的に自己終結する。絶縁性材料を高精度にてフェルール／案内部材内に堆積させる必要はないため、このことは製造を簡略化する。終結程度は、主として選んだ硬化性接着剤の粘度と、リード１３８の内面１４４と長手方向軸線とに形成された角度とに依存する。

本発明の１つの好ましい実施の形態において、ウレタンアクリレートを絶縁性材料として利用し且つ、リードの内面と軸線とにより形成された角度が約４゜であるような案内部材の形態とすることにより、特に強力なシールが形成される。ウレタンアクリレートのようなエポキシを利用する更なる有利な点は、形成されるフィードスルー組立体は、例えば、ガラス対金属シールと比較して相対的に可撓性である点である。このため、この配置はリード１３８を機械的応力から保護することにより歪み除去効果を提供する。すなわち、エポキシはリードをフェルールに対して固定状態に配置し、また、どの収容部にフィードスルー組立体が連結されるかを問わずに、リードに加わった機械的応力を吸収する。本発明の設計は、また、従来のガラス対金属シールよりも高度の耐食性を有している。

図１７は、収容部２０２と、電極２０４とを有する電気化学的セル２００と共に展開されたフィードスルー組立体１３０（図１１）の断面図である。理解し得るように、受け入れ肩部１５０は、収容部２０２に固定状態に連結されている。このことは、最初に受け入れ肩部１５０を収容部２０２の開口の端縁と当接する関係に配置することにより実現される。その結果、収容部２０２の外側にて円形の継目２０６が形成されることとなり、このことは、フェルール１３２の収容部２０２への連結（例えば、レーザ溶接を介して）を容易にする。フェルール１３２が収容部２０２に固定状態に連結された後、電極２０４から伸び且つ電極内に部分的に植え込まれた電気リード１３８は、案内部材１４０の開口１４４を貫通し、該案内部材は、上述したように、リード１３８と部分的に接触する。

リードをフィードスルー組立体に直接通すことにより、本発明の設計は、上述した「Ｊ」字形の電極対フィードスルーの端末溶接継手のような内部のクロスワイヤー溶接を不要にすることで組み立てを簡略化する。フェルール１３２が収容部２０２に連結され、案内部１４０がリード１３８に適宜に配置された後、リード１３８をフェルール１３２に通し、その結果、収容部２０２の開口に通す。次に、案内部１４０のプラグ１５２は、フェルール１３２の第一の端部１３４内に圧力嵌めされる。上述したように、これにより、隆起部分１５５は変形し且つ、内面１３３と摩擦状態に係合することになる。案内部１４０がフェルール１３２内に固定されたならば、絶縁性材料１４２を開放端部１３６を通じて堆積させ、また、必要であるならば、硬化させる（例えば、紫外線硬化システムを介して）。

フェルール１３２は、案内部材１４０を圧力嵌めする前又は絶縁性材料１４２を堆積させる前に、収容部２０２に溶接されていることを理解すべきである。この要領にて、本発明の組立体は、フィードスルー組立体の臨界的な構成要素にフェルール／収容部の溶接に起因する熱応力が加わるのを回避する。最終的に、電気化学的セル２００は、蓋（図１７に図示せず）を収容部２０２に連結する（例えば、レーザ溶接）により完成する。

このように、植込み型医療装置にて使用されるコンデンサ、電池及び同様のもののような電気化学的セルにて使用される極小型のエポキシフィードスルー組立体が提供される。本発明のフィードスルー組立体は、特定の化学電解質環境にて従来のガラス対金属シールに優る化学的安定性を提供するポリマー対金属シールを提供する。本発明の設計は、内部クロスワイヤー溶接を不要にすることにより、組み立てを簡略化し且つ、コンデンサ内の顕著な上部空間容積を解消することにより、体積効率を向上させる。本発明のフィードスルー組立体は、フェルールをセルの壁に取り付けた後に組み立てられ、これにより、重合系案内部材のような臨界的なフィードスルー構成要素に加わる熱応力を回避する。上述した本発明のフィードスルー組立体の組み立ては、比較的簡単で且つ経済的に製造される。

上記の詳細な説明にて少なくとも１つの一例としての実施の形態について説明したが、極めて多数の変更例が存在することを理解すべきである。また、一例としての１つ又は複数の実施の形態は、単に一例であり、本発明の範囲、適用可能性又は形態を何らかの意味にて制限することを意図するものではないことも理解すべきである。上記の詳細な説明は、当該技術分野の当業者に対し一例としての１つ又は複数の実施の形態を具体化するための便宜な手引きを提供するものである。特許請求の範囲及びその法的な等価物の範囲から逸脱せずに、要素の機能及び配置の点にて色々な変更を加えることが可能であることを理解すべきである。

先行技術の教示に従った電解コンデンサの断面図である。 先行技術の教示に従った平形電解コンデンサの正面図である。 先行技術の教示に従った平形電解コンデンサの側面図である。 先行技術の教示に従った平形電解コンデンサの頂面断面図である。 新規な電解コンデンサの正面断面図である。 新規な電解コンデンサの側面断面図である。 新規な電解コンデンサの調節した断面図である。 先行技術の教示に従ったコンデンサ／アノード収容部構造体の断面図である。 新規なコンデンサ／アノード収容部組立体の断面図である。 代替的なコンデンサ／アノード収容部組立体の断面図である。 本発明の第一の実施の形態に従ったフィードスルー組立体の断面図である。 図６に示したフィードスルー組立体と共に使用するのに適したフェルールの等角図である。 図１１に示したフィードスルー組立体と共に使用するのに適した案内部材の断面図である。 図１１に示したフィードスルー組立体と共に使用するのに適した案内部材の等角図である。 絶縁材料をその内部に堆積させる前の図１１に示したフィードスルー組立体の断面図である。 圧力嵌めされるリードに配置された図１１に示した案内部材及びフェルールの分解図である。 電気化学的セル内にて展開される、図１１に示した本発明のフィードスルー組立体の断面図である。

Claims (34)

1. 電気リードを受け入れる絶縁性フィードスルーであって、
   第一及び第二の開放端部と、内面とを有するフェルールと、
   前記第一の端部に近接して実質的に前記フェルール内に配置され且つ、前記リードを受け入れる貫通開口を有する少なくとも１つの重合系の案内部材と、
   前記リード及び前記内面と密封状態に係合し得るよう前記第二の端部を通じて前記フェルール内に堆積させた絶縁性材料とを含む、絶縁性フィードスルー。
2. 前記絶縁性材料は前記案内部材と接触する請求項１に記載の絶縁性フィードスルー。
3. 請求項１に記載の絶縁性フィードスルーにおいて、前記案内部材は、
   キャップと、
   該キャップに連結され且つ、前記第一の端部内に配置されたプラグ部材とを備える、絶縁性フィードスルー。
4. 請求項３に記載の絶縁性フィードスルーにおいて、前記開口の直径は、前記キャップからの距離と共に増大し、前記開口の内面と前記リードの外面との間にて前記開口内に空間が残るようにした、絶縁性フィードスルー。
5. 請求項４に記載の絶縁性フィードスルーにおいて、前記開口の内面は、前記リードの長手方向軸線に対し約４゜の角度を形成する、絶縁性フィードスルー。
6. 請求項４に記載の絶縁性フィードスルーにおいて、前記絶縁性材料は、前記空間を実質的に充填する、絶縁性フィードスルー。
7. 請求項６に記載の絶縁性フィードスルーにおいて、前記フェルールは、前記第二の開放端部に近接する肩部を更に備える、絶縁性フィードスルー。
8. 請求項４に記載の絶縁性フィードスルーにおいて、前記プラグ部材には、前記内面と摩擦状態に係合する隆起部分が設けられる、絶縁性フィードスルー。
9. 請求項８に記載の絶縁性フィードスルーにおいて、前記隆起部分は、実質的に前記プラグ部材の周りを伸びる、絶縁性フィードスルー。
10. 請求項２に記載の絶縁性フィードスルーにおいて、前記絶縁性材料は硬化性接着剤である、絶縁性フィードスルー。
11. 請求項２に記載の絶縁性フィードスルーにおいて、前記絶縁性材料はエポキシである、絶縁性フィードスルー。
12. 請求項１１に記載の絶縁性フィードスルーにおいて、前記エポキシはウレタンアクリレートである、絶縁性フィードスルー。
13. 請求項１に記載の絶縁性フィードスルーにおいて、前記重合系案内部材はポリスルホンで作られている、絶縁性フィードスルー。
14. 請求項１に記載の絶縁性フィードスルーにおいて、前記フェルールはチタンである、絶縁性フィードスルー。
15. 植込み型医療装置内にて利用される型式の電気化学的装置の収容部壁を通して端末リードを前記電気化学的装置の外側に送る方法であって、
    第一及び第二の端部を有し且つ内面を有するフェルールを前記収容部壁を通して配置するステップと、
    貫通する開口を有する前記少なくとも１つの重合系案内部材を前記リードの上に配置するステップと、
    前記重合系案内部材を前記フェルールの前記第一の端部内に挿入するステップと、
    前記リード及び前記内面と密封状態に係合し得るよう絶縁性材料を前記フェルールの前記第二の端部内に堆積させるステップと、を含む方法。
16. 前記フェルールを配置するステップは、前記収容部の前記第二の端部と外面との間にて外側継目に沿って前記フェルールを前記収容部に溶接するステップを含む請求項１５に記載の方法。
17. 前記端末リードは、前記重合系案内部が前記第一の端部内に挿入される前に、前記フェルールを通って進むようにした請求項１５に記載の方法。
18. 前記重合系案内部材はポリスルホンである請求項１５に記載の方法。
19. 前記絶縁性材料は硬化性接着剤である請求項１５に記載の方法。
20. 前記絶縁性材料はエポキシである請求項１５に記載の方法。
21. 前記エポキシはウレタンアクリレートである請求項２０に記載の方法。
22. 前記収容部は、ケースと、蓋とを備え、前記絶縁性材料を堆積させた後、前記蓋を前記ケースに取り付けるステップを備える請求項１５に記載の方法。
23. 植込み型医療装置にて使用される電気化学的セルであって、
    収容部と、
    前記収容部内に配置された少なくとも１つの電極体と、
    前記電極体に連結された電気化学的リードと、
    前記電気リードを受け入れ得るように前記収容部を介し連結される絶縁性フィードスルーと、を含み、
    前記絶縁性フィードスルーは、
    第一及び第二の開放端部と、内面とを有する前記絶縁性フェルールと、
    前記第一の端部に近接して実質的に前記フェルール内に配置され且つ、前記リードを受け入れる貫通する開口を有する少なくとも１つの重合系の案内部材と、
    前記リード及び前記内面と密封状態に係合し得るよう前記第二の端部を通じて前記フェルール内に堆積された絶縁性材料と、を含む電気化学的セル。
24. 前記絶縁性材料は前記案内部材と接触する請求項２３に記載の電気化学的セル。
25. 前記案内部材は、キャップと、前記キャップに連結され且つ前記第一の端部内に配置されたプラグ部材と、を含む、請求項２４に記載の絶縁性フィードスルー。
26. 請求項２３に記載の絶縁性フィードスルーであって、前記開口の直径は、前記キャップからの距離に伴って増大し、前記開口の内面と前記リードの外面との間にて前記開口内に空間が残るようにした、絶縁性フィードスルー。
27. 請求項２３に記載の絶縁性フィードスルーであって、前記絶縁性材料は前記空間を実質的に充填する、絶縁性フィードスルー。
28. 請求項２４に記載の絶縁性フィードスルーであって、前記フェルールは、前記第二の開放端部に近接して肩部を更に備える、絶縁性フィードスルー。
29. 請求項２８に記載の電気化学的セルであって、前記肩部は、前記収容部の開口と当接する関係に配置され且つ、該開口に連結される、電気化学的セル。
30. 請求項２９に記載の電気化学的セルであって、前記連結は溶接を介して実現される、電気化学的セル。
31. 請求項２７に記載の絶縁性フィードスルーであって、前記プラグ部材には、前記内面と摩擦状態に係合する隆起部分が設けられる、絶縁性フィードスルー。
32. 請求項３１に記載の絶縁性フィードスルーであって、前記隆起部分は、実質的に前記プラグ部材の周りを伸びる、絶縁性フィードスルー。
33. 請求項２５に記載の絶縁性フィードスルーであって、前記絶縁性材料はエポキシである、絶縁性フィードスルー。
34. 請求項２５に記載の絶縁性フィードスルーであって、前記重合系の案内部材はポリスルホンで作られている、絶縁性フィードスルー。

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