JP2010087286A - 電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】
電解コンデンサの電気的特性に悪影響を与えることなく、外装ケース内でのコンデンサ素子の強固な固定を可能とし、電解コンデンサの耐振動性を向上させた電解コンデンサを提供する。
【解決手段】
陽極箔と陰極箔をセパレータを介在させて巻回し、外周面に巻止めテープを巻回して巻止めしたコンデンサ素子を外装ケースに挿入し、封口部材で封口した電解コンデンサにおいて、前記巻止めテープの幅を電極箔の幅以上とするとともに、前記コンデンサ素子を外装ケースの内底面と封口部材で押圧固定した。
【選択図】図２

Description

本発明は、電解コンデンサに関する。

従来の電解コンデンサは、アルミニウム等の弁作用金属からなるエッチング箔に化成皮膜を形成した陽極箔と、アルミニウム等の弁作用金属のエッチング箔からなる陰極箔とを絶縁紙等のセパレータを介して巻回してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子に駆動用電解液を含浸するとともに有底筒状の金属からなる外装ケースに収納し、外装ケースの開口部を封口部材によって封止して電解コンデンサを構成している。

これらの電解コンデンサでは、従来から外装ケース内でのコンデンサ素子の固定を行う手法として、外装ケース内に熱可塑性の樹脂やエポキシ樹脂等の固定剤を充填して、コンデンサ素子を外装ケース内に固定するものが開示されている。（特許文献１）
また、特許文献２には、コンデンサ素子の上部および下部に突起が付いた絶縁キャップをかぶせ、外装ケースには凹部を設けて互いに噛み合わせることにより、外装ケース内のコンデンサ素子が捩れないようにすることが記載されている。

さらに、特許文献３には、コンデンサ素子の端面と外装ケースの内底面との間に、ハニカム状に形成された固定部材を挿入し、コンデンサ素子を外装ケース内に固定することが開示されている。
実開昭５４−１８３６６０号公報 特開昭５３−４６６５７号広報 特開昭５９−１３２６３２号公報

ところで、近年電解コンデンサが車載用途に使用される傾向にあり、この車載用途では走行中の路面からの振動やエンジンの回転による振動等により激しい振動を継続的に受けるため、電解コンデンサには振動ストレスとして数十Ｇ以上の重力加速度が加わる場合がある。この振動ストレスで電解コンデンサ内部に収納されたコンデンサ素子が振動することにより、リード端子が破断する場合があるため、外装ケース内においてコンデンサ素子がこの振動ストレスに耐えられるような固定方法が必要となる。

特許文献１に示すように、従来の外装ケース内に樹脂等の固定剤を充填してコンデンサ素子を固定する方法では、外装ケース内に充填する固定剤の量を多くしなければならず、電解コンデンサの使用時に内部圧力が上昇した場合の許容空間となる外装ケース内での空間が小さくなるため、圧力弁等の安全装置が作動し易くなり、電解コンデンサの寿命を短くしてしまう問題があった。

また、特許文献２に示すように、コンデンサ素子の上部および下部に絶縁キャップをかぶせて外装ケース内に保持する構造とした場合、コンデンサ素子を強固に固定するには、コンデンサ素子と絶縁キャップおよび外装ケースとの噛み合わせを正確にかつ隙間無く行う必要があり、コンデンサの組立ての際に付加的な工程が必要となるため、高価な電解コンデンサとなってしまう。

さらに、特許文献３に示すように、コンデンサ素子の端面と外装ケースの内底面との間に、ハニカム状に形成された固定部材を挿入してコンデンサ素子を固定する方法では、コンデンサ素子をハニカム状の固定部材に強固に押し付けると、コンデンサ素子の端面が損傷し、電極箔間の短絡が起きやすくなるため、コンデンサ素子への押圧力を大きくできないことから、電解コンデンサの耐振動性を向上させるには限界があった。

また、車載用途等の強固な固定を必要とする場合では、コンデンサ素子を上下両側から強く押圧することが考えられるが、コンデンサ素子に所定の圧力を掛けて押圧すると、巻止めテープの幅が狭い場合は、コンデンサ素子の外周面で巻止めテープが掛かっていない部分が膨らんでしまう。コンデンサ素子が膨らむと巻回が解れて、陽極箔と陰極箔との間隔が広がってしまい、電解コンデンサの電気的な特性に悪影響が生じる場合があった。このため、コンデンサ素子に所定の圧力を加えて外装ケース内に押圧固定することができなかった。

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、電解コンデンサのショート不良や電気的特性に悪影響を与えることなく、外装ケース内でのコンデンサ素子の強固な固定を可能とし、電解コンデンサの耐振動性を向上させた電解コンデンサを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の電解コンデンサは、陽極箔と陰極箔をセパレータを介在させて巻回し、外周面に巻止めテープを巻回して巻止めしたコンデンサ素子を外装ケースに挿入し、封口部材で封口した電解コンデンサにおいて、前記巻止めテープの幅を電極箔の幅以上とするとともに、前記コンデンサ素子を外装ケースの内底面と封口部材で押圧固定したことを特徴とする。

このことにより、巻回型の電解コンデンサにおいて、コンデンサ素子を外装ケース内で所定の圧力で押圧しても、コンデンサ素子の膨らみや巻回の解れが生じなくなり、コンデンサ素子に所定の圧力を加えて押圧固定することが可能となることから、外装ケース内のコンデンサ素子の固定をより強固に行えるため、電解コンデンサの耐振動性を向上させることができる。

また、本発明の電解コンデンサは、前記コンデンサ素子が、このコンデンサ素子と前記外装ケースの内底面との間に挿入された外装ケースの内底面と略同一形状の固定板によって固定されたことを特徴とする。

このことにより、電解コンデンサの使用時において内部圧力の上昇により外装ケースの底面に設けられた圧力弁が膨らんだ場合、外装ケースの内底面に固定板が挿入されていると、外装ケースの圧力弁が膨らむものの、コンデンサ素子を押圧固定している固定板と封口部材との間隔が広がらないことから、コンデンサ素子を所定の圧力で押圧固定し続けることができる。

また、本発明の電解コンデンサは、前記固定板に１つ以上の貫通孔を有することを特徴とする。

このことにより、電解コンデンサの使用により内部に生じたガスで内部圧力が上昇した場合、発生したガスが固定板の貫通孔を通過できることから、外装ケースの底面に設けられた圧力弁に直接圧力を作用させることができるため、圧力弁の機能を損なうことがない。

また、本発明の電解コンデンサは、前記固定板の少なくともコンデンサ素子側の面が、絶縁部材で覆われていることを特徴とする。

このことにより、コンデンサ素子が固定板に押圧された状態において、電極箔が金属製の固定板に直接接触することがなくなるため、電極箔と固定板とがショートを起こすことを防止することができる。

また、本発明の電解コンデンサは、前記固定板の少なくとも片面が振動吸収部材で覆われていることを特徴とする。

このことにより、電解コンデンサに加えられた振動がコンデンサ素子に直接伝達されることがなくなり、コンデンサ素子に加わる振動を低減させることができるため、電解コンデンサの耐振動性を向上させることができる。

また、本発明の電解コンデンサは、前記固定板にコンデンサ素子を押圧する付勢力を備えたことを特徴とする。

このことにより、この固定板とコンデンサ素子が外装ケース内に封口されると、コンデンサ素子をこの固定板の付勢力で押圧するようになり、コンデンサ素子の固定をより強固に保持できるようになるため、大きな振動が電解コンデンサに加えられた場合でも、コンデンサ素子が固定され振動に十分耐えられる電解コンデンサを提供することができる。

また、本発明の電解コンデンサは、前記コンデンサ素子が、複数のセパレータを有し、少なくとも１つのセパレータの幅が他のセパレータの幅より広く、外装ケースの内底面側に突出していることを特徴とする。

このことにより、コンデンサ素子を封口部材と外装ケースの間、もしくは封口部材と固定板の間で押圧した場合に、広幅としたセパレータの出張り部が所定寸法まで押圧されてコンデンサ素子の長さを所定の寸法に整形されることにより、コンデンサ素子の固定を強固にすることができるため、電解コンデンサの耐振動性をさらに向上させることができる。

本発明により、電解コンデンサのショート不良や電気的特性に悪影響を与えることなく、外装ケース内でのコンデンサ素子の強固な固定を可能とすることができるため、電解コンデンサの耐振動性を向上させた電解コンデンサを提供することができるようになった。

以下に本発明の電解コンデンサの実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明のコンデンサ素子構造を示す部分展開斜視図である。図2は、本発明の電解コンデンサの内部構造を示す断面図である。

図１に示すように、本実施例のコンデンサ素子において、陽極箔はエッチングにより粗面化処理した後に化成皮膜を形成したアルミニウム箔からなり、陰極箔はエッチングにより粗面化処理したアルミニウム箔からなり、任意に化成皮膜が形成される。この両電極箔にはアルミニウム等からなるリード端子等の電極内部端子がステッチやコールドウェルド法により接続される。前記陽極箔および陰極箔の間に、植物繊維、再生繊維、合成繊維や化学繊維等からなる絶縁紙、不織布またはそれらの混抄紙などの絶縁部材から構成されるセパレータを介して円筒状に巻回され、巻回端部が解けないように巻止めテープにて固定してコンデンサ素子が形成される。このコンデンサ素子は、アルミニウムからなる有底筒状の外装ケース内に駆動用電解液とともに収納され、外装ケースの開口端には弾性ゴム等からなる封口部材が設置され、前記開口端をカーリング処理にて加締めて電解コンデンサを封止している。

ここで、コンデンサ素子の巻止めテープについて詳細に述べる。この巻止めテープは、コンデンサ素子の外周部に巻回されることで、コンデンサ素子の巻き解れを防止している。このコンデンサ素子の外周部に巻回される巻止めテープの幅は、電極箔の幅以上に巻回することが好ましく、コンデンサ素子の幅以上であっても良い。

また、巻止めテープの巻回数については、巻止め端が巻止めテープ上に接合されるように、コンデンサ素子の外周面を１周以上巻回し、さらに少なくとも約半周以上の長さをもって巻止めテープ上に接合して固定することが好ましい。また、電極箔より狭い幅の巻止めテープの場合は、複数条巻回して電極箔の幅以上に巻回してもよく、狭幅の１本の巻止めテープを螺旋状に巻回してコンデンサ素子の外周面全面を巻回するようにしてもよい。本実施例では、巻止めテープとして、厚さ約５０μｍ、幅がコンデンサ素子の幅と同一であるポリフェニレンサルファイドテープを用い、コンデンサ素子の外周面を２回巻回して巻止めした。

なお、巻止めテープの材質としては、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、エチレンプロピレンターポリマー、ポリエチレンナフタレート等の樹脂テープやゴムテープ、絶縁性の電解紙、アルミニウム等の金属テープ等から構成することができる。

また、このコンデンサ素子に使用するセパレータの幅は、陽極箔または陰極箔が巻回される幅以上に設定しており、コンデンサ素子を外装ケースの内底面に押圧固定した場合に、陽極箔と陰極箔が近接してショートすることや、陽極箔または陰極箔と外装ケースもしくは固定板との間でショートが起きることを防止できる。

本実施例では、使用した２枚のセパレータを同一の幅としたが、一方のセパレータを他方のセパレータの幅より広くし、外装ケースの内底面側に突出させてもよく、この場合、広幅のセパレータが押圧固定された時に折れ曲がり、陽極箔と陰極箔のいずれか一方の箔端面を覆うようになることから、コンデンサ素子のショート防止ができるとともに、耐電圧特性を向上させることができる。

次に、図３に示すように、外装ケースの内底面に、その内底面と略同一形状の固定板を収納し、この固定板の上面に上記のコンデンサ素子の端面を当接させるとともに、封口部材に所定の押圧力を加えながらコンデンサ素子を外装ケースの内部に挿入して固定する。外装ケースはその開口部を加締めて封止し、コンデンサ素子に押圧力が加わった状態で封口される。なお、１１は切り溝で構成される圧力弁である。

このコンデンサ素子の固定のために用いられている固定板は、アルミニウム等の金属材料で円板状に構成され、コンデンサ素子を押圧固定した場合に平坦状を維持するような強度を保持していることが必要である。電解コンデンサの使用により内部圧力が上昇し、圧力弁が膨らんだ場合においても、固定板は外装ケースの内底面に留まり、封口部材と固定板との間隔に広がりを生じないことから、コンデンサ素子を所定の押圧力で押圧固定し続けることができる。

なお、この固定板の材質は、駆動用電解液に腐食されない金属材料であればよく、特にアルミニウムが好ましい。

また、この固定板にガス抜き用としての貫通孔を設ける。貫通孔の大きさは、電解コンデンサの内部に発生したガスを通過させることができる大きさであればよい。このガスにより上昇した電解コンデンサの内部圧力を外装ケースの内底面に設けられた圧力弁に直接作用させることができるため、圧力弁の機能を損なうことが無くなる。また、コンデンサ素子の端面と固定板とが当接することから、コンデンサ素子の端面に損傷等の不具合を生じなければ、貫通孔の大きさと数には制限が無い。本実施例においては、中心部に貫通孔を１個設けているが、任意の位置に複数個の貫通孔を存在させてもよい。貫通孔の形状は、円形、多角形、スリット状のいずれでもよく、外装ケースの内底面に内部圧力が直接作用する形状であれば特に制限は無い。

図３に示すように、固定板を覆う絶縁部材は、駆動用電解液に溶解せず、電解コンデンサ使用中の熱によって変形や軟化を起こさない耐熱性の樹脂やセラミックが好ましい。この絶縁部材を固定板の少なくともコンデンサ素子側に付着させることにより、電極箔と金属製の固定板が接触してショートすることを防止できる。

コンデンサ素子と固定板との間に設置する振動吸収部材は、駆動用電解液に腐食されず高温でも急激に軟化しない耐熱性を有するゴムが好ましく、特に振動を吸収するブチルゴム等が好適である。

本発明では、振動吸収部材をコンデンサ素子と固定板との間に設置するとしたが、外装ケースの内底面と固定板の間、もしくは固定板の上下両面に振動吸収部材を設置してもよい。

次に、本発明の変形例について、図４を参照して詳細に説明する。図４は本発明の変形例を示す電解コンデンサの断面図である。

この変形例では、図４に示すように、コンデンサ素子と外装ケースとの間に固定板が設置されている。この固定板は、外装ケースに挿入する前は一方に凸形状を有した皿状の板材であるが、コンデンサ素子で押し込んで圧力を掛けて押圧され、略平坦状になった状態で外装ケース内に閉じ込められて固定されている。このことにより、この固定板は元の凸形状に復元しようとする力が働くことから、コンデンサ素子を一定の圧力で封口部材側に押圧する付勢力を備えることができる。

このため、電解コンデンサに大きな振動が加えられた場合でも、その振動に耐えることができるとともに、コンデンサ素子を巻回した時にコンデンサ素子の長さ方向の寸法にバラツキがある場合でも、そのバラツキを抑えてコンデンサ素子の押圧固定を強固に行うことができるため、車載用途の振動ストレスに十分耐ええる優れた電解コンデンサを提供することができる。

上記のほかに固定板にコンデンサ素子を押圧する付勢力を備えさせる方法として、固定板にコイルバネや板バネ等の付勢手段を付けて、コンデンサ素子を付勢させるようにしてもよい。

本発明の実施例のコンデンサ素子を示す部分展開斜視図である。 本発明の実施例の電解コンデンサの内部構造を示す断面図である。 本発明の固定板を絶縁部材で覆った実施例の電解コンデンサの内部構造を示す断面図である。 本発明の変形例の電解コンデンサの内部構造を示す断面図である。 従来の電解コンデンサを示す一部を切り欠いた斜視図である。

符号の説明

１ コンデンサ素子
２ リード端子
３ 陽極箔
４ 陰極箔
５ セパレータ
６ 巻止めテープ
７ 外装ケース
８ 封口部材
９ 固定板
１０ 貫通孔
１１ 圧力弁
１２ 絶縁部材
１３ 凸状固定板

Claims (7)

1. 陽極箔と陰極箔をセパレータを介在させて巻回し、外周面に巻止めテープを巻回して巻止めしたコンデンサ素子を外装ケースに挿入し、封口部材で封口した電解コンデンサにおいて、
   前記巻止めテープの幅を電極箔の幅以上とするとともに、
   前記コンデンサ素子を外装ケースの内底面と封口部材で押圧固定したことを特徴とする電解コンデンサ。
2. 前記コンデンサ素子は、このコンデンサ素子と前記外装ケースの内底面との間に挿入された外装ケースの内底面と略同一形状の固定板によって固定されたことを特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサ。
3. 前記固定板は、１つ以上の貫通孔を有することを特徴とする請求項２に記載の電解コンデンサ。
4. 前記固定板の少なくともコンデンサ素子側の面が、絶縁部材で覆われていることを特徴とする請求項３に記載の電解コンデンサ。
5. 前記固定板の少なくとも片面が、振動吸収部材で覆われていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の電解コンデンサ。
6. 前記固定板は、前記コンデンサ素子を押圧する付勢力を備えたことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の電解コンデンサ。
7. 前記コンデンサ素子は、複数のセパレータを有し、少なくとも１つのセパレータの幅が他のセパレータの幅より広く、外装ケースの内底面側に突出していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電解コンデンサ。