JP2009064957A - 圧力弁を有するコンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】アルミ電解コンデンサ用封口板に設けられる圧力弁において、内圧の上昇が微小な場合には高い気密性を保ち、内圧の上昇が早い場合にはスローリークを促し、内圧の上昇が急増する場合には開弁する機能を有する圧力開放弁を得る。
【解決手段】圧力開放弁はシリコンゴムなどからなるエラストマーであり、略円筒形状にて一端に薄肉部を有し、中央の弁胴部と、閉口端部の外周上には鍔部と、開口端部の外周上には肉厚部とを設け、また、弁胴部に圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分を設けて、鍔部と肉厚部で封口板を挟み込むことと、弁胴部には肉厚部または肉厚部側の弁胴部から始まって、弁胴部の外表面の、圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分まで伸びる一つまたは複数の溝部を設けるスローリーク用の溝を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサもしくはキャパシタ等の密封容器の封口板に設けられ、密封容器内の圧力が、所定の圧力を上回ったときに、圧力弁を開放して密封容器の破裂を防ぐ圧力弁を有するコンデンサに関するものである。

コンデンサ用圧力弁、特に、アルミニウム電解コンデンサ用圧力弁は、逆電圧、過電圧、過電流あるいは、これらに伴う絶縁破壊等で発生した大量のガスを圧力弁の弁膜の破壊によりケース外部に逃がすことにより、コンデンサ自体の破裂を阻止する機能を有している。
コンデンサ用圧力弁は、従来、コンデンサの封口板に圧力弁用貫通穴を設け、コンデンサ内部に開口していて開口端部の外周上には鍔部を設けた合成ゴムの圧力弁用支持体を、下側（コンデンサ内部側）からその貫通穴に差し込んだ構造になっている。
また、コンデンサの封口板への取り付け作業がしやすいように、閉口端部の外周上には鍔部を設け、開口端部の外周上に肉厚部を設けた合成ゴムの圧力弁用支持体を、封口板の上側（コンデンサ外側）からその貫通穴に差し込んだ構造になっている（たとえば、実開昭５７−１９７６３５号）。
また、本発明者は、特開２００７−１４２２５２号公報で、内圧の上昇が微小な場合には高い気密性を保ち、内圧の上昇が早い場合にはスローリークを促し、内圧の上昇が急増する場合には開弁する機能を有する圧力開放弁を得るために、圧力開放弁はシリコンゴムなどからなるエラストマーであり、略円筒形状にて一端に薄肉部を有し、中央の弁胴部と、閉口端部の外周上には鍔部と、開口端部の外周上には肉厚部とを設け、鍔部と肉厚部で封口板を挟み込むことと、弁胴部には穴軸方向に途中まで伸びたスローリーク用の溝を設ける方法を提案している。

実開昭５７−１９７６３５号 特開２００７−１４２２５２号

アルミニウム電解コンデンサは、有限寿命であり、寿命形態を大別すると、（Ａ）静電容量減少、ｔａｎδ増加などによる電気的特性寿命、（Ｂ）圧力弁開放作動による寿命となる。軽負荷時での寿命を想定する場合、実使用条件の多くは周囲温度６０℃程度以下、印加電圧＜定格電圧×０．８程度あり、本使用状態での寿命は前記寿命形態の（Ａ）である。 定格負荷付近での寿命を想定する場合、定格負荷付近では、漏れ電流が大きい為、ファラデー反応が支配的となる。 ファラデー反応では電解液が電気分解され水素等のガスが発生する。 コンデンサは完全な密封状態ではないのでガス発生速度が遅い場合、スローリークとのバランスにてコンデンサ内は危険な圧力に達しない。 しかし定格負荷付近では、漏れ電流が大きくファラデー反応が活発である為、ガス発生速度が速く内圧が圧力弁作動圧力に達すれば圧力弁が作動する。 即ち定格負荷付近での寿命は、前記寿命形態の（Ａ）又は（Ｂ）であるが、（Ｂ）の場合、電気的特性寿命を全うしておらず内圧が除去できれば長寿命化可能である。 従って、定格負荷付近では、内圧増加に応じ適当なスローリークが必要である。
異常時での寿命を想定した場合、過電圧などの過負荷では、急激なファラデー反応や、ショートによってケース内が高圧力となり爆発に至る危険がある。 この為にアルミ電解コンデンサには圧力弁が設けられている。

以上を整理すると、
（１）内圧が電解液蒸発程度の低圧力の場合：電解液蒸発防止が必要であり気密性が高い必要がある。
（２）ファラデー反応が活発であり内圧増加速度が速い場合：適当なスローリークが必要
（３）急激な内圧増加（異常時）：速やかな内圧除去が必要
となる。

ところで上記（２）の適当なスローリークのために、圧力弁用支持体はシリコンゴムなどからなるエラストマーであり、略円筒形状にて、中央の弁胴部と、閉口端部の外周上には鍔部と、開口端部の外周上には肉厚部とを設け、鍔部と肉厚部で封口板を挟み込むことと、弁胴部には穴軸方向に途中まで伸びたスローリーク用の溝を設ける従来に方法では、上記（１）の気密性は、圧力弁用支持体上の鍔部と肉厚部で封口板を挟み込む力で保たれているため、その力が弱くなりやすく、コンデンサの気密性が問題になりやすい。
また、気密性をとっている部分が上記鍔部分であると、外部と近いために、スローリークによりゴミ等の異物をはさみやすく、一度はさむと気密性が特に問題になりやすい。

上記の課題を解決するために、コンデンサの封口板に設けた、圧力弁用貫通穴とこの貫通穴に差し込まれる圧力弁用支持体とを備える圧力弁を有するコンデンサにおいて、前記圧力弁用支持体は、前記コンデンサ内部に開口している円筒体のエラストマーで、中央の弁胴部と、閉口端部の外周上には鍔部と、開口端部の外周上には連続または間欠的な肉厚部とを有し、前記弁胴部に、圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分を設けて、前記鍔部と前記肉厚部で前記封口板を挟み込むことと、前記肉厚部または前記肉厚部側の前記弁胴部から始まって、前記弁胴部の外表面の、前記圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分まで伸びる一つまたは複数の溝部を設ける圧力弁を有するコンデンサを提供するものである。
また、コンデンサの封口板に設けた、圧力弁用貫通穴とこの貫通穴に差し込まれる圧力弁用支持体とを備える圧力弁を有するコンデンサにおいて、前記圧力弁用支持体は、前記コンデンサ内部に開口している円筒体のエラストマーで、中央の弁胴部と、閉口端部の外周上には鍔部と、開口端部の外周上には連続または間欠的な肉厚部とを有し、前記圧力弁用貫通穴の差し込み側にテーパーを設けることと、前記弁胴部に、圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分を設けて前記テーパーまたは貫通穴の内壁に掛かるようにして、前記鍔部と前記肉厚部で前記封口板を挟み込むことと、前記肉厚部または前記肉厚部側の前記弁胴部から始まって、前記弁胴部の外表面の、前記圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分まで伸びる一つまたは複数の溝部を設ける圧力弁を有するコンデンサを提供するものである。

圧力弁用支持体の鍔部と肉厚部との上下で封口板を挟み込みによる封口板の圧力弁用貫通穴の開口表面付近と鍔部分との接触とは別に、圧力弁用支持体の弁胴部に、圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分を設けて、その張り出し方向と同じ方向で圧力弁用貫通穴を押しているので、コンデンサの気密性をとりやすい。
また、圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分によって圧力弁用貫通穴を押している部分が、圧力弁用貫通穴の開口表面付近と鍔部分との接触している部分よりも内部にあるため、圧力弁用貫通穴を押している部分がスローリークによりゴミ等の異物をはさみにくく気密性が問題になりにくい。
また、それに加えて、圧力弁用支持体の肉厚部または肉厚部側の弁胴部から始まって、弁胴部の外表面の、圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分まで伸びる一つまたは複数の溝部を設けることと、ケースの内圧が増加した場合、圧力弁用支持体の、弁胴部の長さ方向の伸び変形で、弁胴部の径およびに圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分の径が減少することにより、コンデンサ内部のガスをスローリークさせ内部圧力を解除させることができる。また、圧力弁用支持体が、エラストマーでできていて、封口板を挟み込む構造なので、スローリークさせ内部圧力を解除後は、圧力弁の、弁胴部の長さ方向の伸び変形が収縮して戻り、コンデンサの気密性を復帰できるので、コンデンサの長寿命化をはかることができる。
また、圧力弁用貫通穴の差し込み側にテーパーを設けることにより、スローリークさせ内部圧力を解除後は、圧力弁の、弁胴部の長さ方向の伸び変形が収縮して戻りやすくなり、コンデンサの気密性を復帰できるので、コンデンサの長寿命化をよりはかることができる。

本発明に述べるコンデンサ用圧力弁は、コンデンサの封口板に設けていて、圧力弁用貫通穴と貫通穴に差し込まれる圧力弁用支持体からなっている。この圧力弁は、キャパシタ等の密封容器にも使用できる。

本発明に述べる封口板は、コンデンサもしくはキャパシタ等の素子を収容する容器を密閉するもので、具体的には、フェノールやポリフェニルサルファイドなどの成形体からなり、封口板の表面から裏面（コンデンサ内部面）まで貫通する一箇所程度の圧力弁用貫通穴や外部電極用の引出電極を設ける。

本発明に述べる圧力弁用貫通穴は、コンデンサもしくはキャパシタ等の容器内の内圧が上昇した場合のリークまたは開放させるための上記封口板に設けた貫通穴で、圧力弁用支持体と呼ばれる別部材をこの貫通穴に設けて圧力弁作用を行う。貫通穴の形状は、断面が円形の穴で、特に、圧力弁用貫通穴の差し込み側にテーパー設ける場合がある。

本発明に述べる圧力弁用支持体は、圧力による弁作用をするための支持体で、シリコンゴム、ブチルゴムなどのエラストマーからなる。その形状は、コンデンサ内部に開口している円筒体からなり、中央の弁胴部と、閉口端部の外周上には鍔部と、開口端部の外周上には連続または間欠的な肉厚部とからなっている。また、弁胴部には、その部分での圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分を設けて、肉厚部または肉厚部側の弁胴部から始まって、弁胴部の外表面の、圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分まで伸びる一つまたは複数の溝部を設ける。また、異常時の急激な内圧増加があり、速やかな内圧除去が必要な場合に備えて、閉口端部の端面には薄肉部を設けることが好ましい。

本発明に述べる鍔部は、前記圧力弁用支持体の閉口端部の外周上に設け、円板状であり、コンデンサ外面側の封口板側と接触している。気密性の点から面で接触していることが好ましい。

本発明に述べる弁胴部は、前記圧力弁用支持体の中央部分で、断面が円径の筒形状からなり、外径が前記圧力弁用貫通穴の径と同じ程度である。

本発明に述べる肉厚部は、圧力弁用支持体が変形して圧力弁用貫通穴を通過し得る厚さで、ドーナツ状の連続体のほか、前記開口端部の外周上に間欠的な突起を複数設けたものである。

本発明に述べる圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分は、弁胴部に一体的に設けるもので、圧力弁用貫通穴の同じ位置部分の穴径より大きな径で、圧力弁用貫通穴の差し込み側にテーパー設ける場合のテーパー最大径より小さな径である。弁胴部の中央部分またはそれより鍔部側に、断面が半円形、半楕円形の、ドーナツ状の連続体の凸部か、上記のテーパーを設ける場合には特に、弁胴部の中央部分またはそれより鍔部側に、鍔部まで同径の凸部でもかまわない。

本発明に述べる溝部は、圧力弁用支持体に設けるもので、全体形状から見て幅の狭い形状で圧力弁用支持体の軸方向に伸びる。通過するガスの流量が安定するように溝部の形状は、防爆弁用支持体の変形により溝がつぶれないように、幅より深さのある形状にするのが好ましい。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本願発明のコンデンサの、圧力弁部分の断面図を示している。図１（ａ）は、コンデンサの封口板に設けた圧力弁用貫通穴に、圧力弁用支持体を差し込む前の状態の断面図を示している。図１（ｂ）は、圧力弁用支持を体差し込んだ後の状態の断面図を示している。
圧力弁用支持体１は、シリコンゴム、ブチルゴムなどのエラストマーからなる。その形状は、コンデンサ内部に開口している円筒体からなり、中央の弁胴部２と、閉口端部３の外周上には鍔部４と、開口端部５の外周上には連続または間欠的な肉厚部６と、弁胴部２の中央より鍔部４側に、断面が半楕円形の、ドーナツ状の連続体の凸部である圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分７とを有している。
また、閉口端部３の端面には薄肉部８を設ける。異常時での急激な内圧上昇では、薄肉部８が破れ、防爆を防止する。
封口板９は、フェノールやポリフェニルサルファイドなどの成型体からなり、封口板の表面から裏面（コンデンサ内部面）まで貫通する一箇所程度の圧力弁用貫通穴１０を設ける。圧力弁用貫通穴１０の穴形は、圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分７を除いて、圧力弁用支持体１の弁胴部２の外形と同形状からなっている。
気密性は、鍔部４と肉厚部６とで封口板９を挟み込むことで、鍔部４と封口板９が接触することによりもたせているだけではなく、圧力弁用貫通穴１０内で圧縮変形された圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分７の部分が、封口板９を接触し押し付けることでもたせている。
また、圧力弁用支持体に設けた圧力弁用支持体１の弁胴部２の外表面または弁胴部２の外表面と肉厚部６部分の、肉厚部６のほうから始まって弁胴部２の途中まで、圧力弁用貫通穴軸面方向に、一つまたは複数の溝部１１設ける。
ファラデー反応が活発であり内圧増加速度が速い場合、弁胴部２の長さ方向の伸び変形で、鍔部４が封口板９の接触している部分から浮き上がり、弁胴部２の長さ方向の伸び変形で、圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分７の径も細くなって、圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分７と圧力弁用貫通穴１０との間の気密力が弱まり、弁胴部２に設けた圧力弁用貫通穴軸方向に伸びる溝部１１を通して、ガスが外に出ることにより、スローリークする。

図２は、溝部を圧力弁用貫通穴側に設けた、別の本願発明のコンデンサ用圧力弁を示している。
図２（ａ）は、コンデンサの封口板に設けた圧力弁用貫通穴に圧力弁用支持体差し込む前の状態の断面図を示している。図２（ｂ）は、圧力弁用支持体差し込んだ後の状態の断面図を示している。
圧力弁用支持体には、圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分７として、弁胴部の中央部分から鍔部まで同径の凸部を設けている。また、封口板９の圧力弁用貫通穴１０の、圧力弁用支持体の差し込み側にテーパー部１２設けている。
圧力弁用貫通穴の差し込み側にテーパー部１２を設けることにより、スローリークさせ内部圧力を解除後は、圧力弁の、弁胴部の長さ方向の伸び変形が収縮して戻りやすくなり、コンデンサの気密性を復帰できるので、コンデンサの長寿命化をよりはかることができる。

本願発明のコンデンサの、圧力弁部分の断面図を示している。 本願発明のコンデンサの、別の圧力弁部分の断面図を示している。

符号の説明

１…圧力弁用支持体、２…弁胴部、３…閉口端部、４…鍔部、５…開口端部、６…肉厚部、７…圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分、８…薄肉部、９…封口板、１０…圧力弁用貫通穴、１１…溝部、１２…テーパー部。

Claims (2)

1. コンデンサの封口板に設けた、圧力弁用貫通穴とこの貫通穴に差し込まれる圧力弁用支持体とを備える圧力弁を有するコンデンサにおいて、前記圧力弁用支持体は、前記コンデンサ内部に開口している円筒体のエラストマーで、中央の弁胴部と、閉口端部の外周上には鍔部と、開口端部の外周上には連続または間欠的な肉厚部とを有し、
   前記弁胴部に、圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分を設けて、前記鍔部と前記肉厚部で前記封口板を挟み込むことと、
   前記肉厚部または前記肉厚部側の前記弁胴部から始まって、前記弁胴部の外表面の、前記圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分まで伸びる一つまたは複数の溝部を設ける圧力弁を有するコンデンサ。
2. コンデンサの封口板に設けた、圧力弁用貫通穴とこの貫通穴に差し込まれる圧力弁用支持体とを備える圧力弁を有するコンデンサにおいて、前記圧力弁用支持体は、前記コンデンサ内部に開口している円筒体のエラストマーで、中央の弁胴部と、閉口端部の外周上には鍔部と、開口端部の外周上には連続または間欠的な肉厚部とを有し、
   前記圧力弁用貫通穴の差し込み側にテーパーを設けることと、
   前記弁胴部に、圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分を設けて前記テーパーまたは貫通穴の内壁に掛かるようにして、前記鍔部と前記肉厚部で前記封口板を挟み込むことと、
   前記肉厚部または前記肉厚部側の前記弁胴部から始まって、前記弁胴部の外表面の、前記圧力弁用貫通穴の径より大きな径の部分まで伸びる一つまたは複数の溝部を設ける圧力弁を有するコンデンサ。

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