JP2010272566A - 電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】劣化による内圧上昇時において、当該電解コンデンサを設けた装置に対して当該電解コンデンサの異常を感知させることが可能な電解コンデンサを提供する。
【解決手段】封口端子板に形成された、下部に第１の環状凸部、上部に第２の環状凸部を有する釣鐘形の貫通穴と、前記貫通穴に挿入された、肩部および首部を有する断面凸字形の圧力ゴムと、前記圧力ゴムの首部に嵌合されたショートリングと、貫通穴の第２の環状凸部よりも上部に配置され、斜めにカットされた端面が第２の環状凸部側を向くように貫通穴内に露出配置された断面ナイフエッジ形の端部を有し、相対向する第１および第２の電極とからなり、電解コンデンサの内圧上昇時に、圧力ゴムの肩部が第２の環状凸部を越えて上昇し、圧力ゴムの首部に嵌合されたショートリングを第１および第２の電極に接触させ、両電極間をショートさせる電極ショート機構を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器に使用される電解コンデンサにおいて、劣化による内圧上昇時や異常発生時に電極（１＋、１−）間をショートさせる異常感知／保安型の電解コンデンサに関するものである。

図８（ａ）および（ｂ）は、この種の従来の電解コンデンサの一例として、ネジ端子形のアルミニウム電解コンデンサ（以下、単に電解コンデンサと称す）の構成を示した断面図および斜視図であり、図８において、コンデンサ素子６は、陽極箔８と陰極箔７との間に電解紙９を介在させて巻回し、巻き終わり部分に巻き止めテープ５を貼り付けることによって構成され、さらにこのコンデンサ素子６には、図示しない駆動用電解液が含浸されている。

金属ケース４は、上記コンデンサ素子６を収納する有底円筒状の金属ケースであり、金属ケース４内にコンデンサ素子６を収納した後、金属ケース４の側面に設けた溝部に封口端子板２を係合させ、金属ケースの開放端を封口端子板のゴム部に嵌合させる絞り加工（カーリング）によって封止して構成されている。

図９は、図８に示した電解コンデンサの封口端子板２の詳細構成を示す平面図（図９（ａ））および断面図（図９（ｂ））である。図９に示すように、封口端子板２には、薄肉ゴムで構成された圧力弁１０が設けられており、電解コンデンサの劣化による内圧上昇時に圧力弁１０の薄肉ゴム部を膨張させ一定以上の内圧によりゴム部が破断し、内部のガスを逃がす構造となっている。

また、内圧上昇に対して、シリコンゴムなどからなる圧力開放弁をケースの封口板に設けて圧力をリークする構成の電解コンデンサは、特許文献１および特許文献２に開示されている。

２００７−１４２２５２号公報 ２００８−１０４７６号公報

上述のように、電解コンデンサについては、長期間にわたり負荷をかけると劣化により内部にガスが発生し、内圧が上昇し、静電容量が減少し、コンデンサとしての機能を果たさなくなる。これにより装置が誤作動を起こす等、予期しない影響が出てしまう問題があった。

また、圧力をリークさせて内圧の上昇を抑える従来の構成においては、内圧の上昇を抑えてコンデンサが破裂等しないようにしているが、当該コンデンサを設けた装置に対してコンデンサの寿命に到ったことを知らせることが困難であり、装置がそのまま稼動を続けることにより誤動作するという問題があった。

そこで、本発明は、劣化による内圧上昇時や異常発生時において、当該電解コンデンサを設けた装置に対して当該電解コンデンサの異常発生を感知させることが可能な電解コンデンサを提供することを目的とする。

本発明の電解コンデンサは、化成皮膜を形成した陽極箔と、対向する陰極箔との間に電解紙を介して巻回したコンデンサ素子に電解液を含浸し、電極ショート機構を備えた封口端子板を取り付け、金属ケースに収納した後、封口端子板と金属ケースを絞り加工（カーリング）してなる電解コンデンサであって、前記封口端子板に形成された、下部に第１の環状凸部、上部に第２の環状凸部を有する釣鐘形の貫通穴と、貫通穴に挿入された、肩部および首部を有する断面凸字形の圧力ゴムと、圧力ゴムの首部に嵌合されたショートリングと、貫通穴の第２の環状凸部よりも上部に配置され、斜めにカットされた端面が第２の環状凸部側を向くように貫通穴内に露出配置された断面ナイフエッジ形の端部を有し、相対向する第１および第２の電極とからなり、電解コンデンサの内圧上昇時に、圧力ゴムが第１および第２の環状凸部に係合された状態から、圧力ゴムの肩部が第２の環状凸部を越えて上昇し、圧力ゴムの首部に嵌合されたショートリングを第１および第２の電極（１＋、１−）に接触させ、両電極間をショートさせる電極ショート機構を備えたことを特徴とする。

そして、上記の電極間ショート時には、圧力ゴムの肩部が第２の環状凸部を越えて上昇し、肩部の下部が第２の環状凸部に嵌合するため、圧力ゴムの首部に嵌合されたショートリングが電極（１＋、１−）接触位置から外れないように維持され、電極（１＋、１−）間のショートが確実に感知されるとともに、当該コンデンサを実装した装置のヒューズを切断させ、安全に停止させることができる。

本発明の電解コンデンサによると、劣化による内圧上昇時や異常発生時において、当該電解コンデンサを設けた装置に対して、当該電解コンデンサの内圧上昇、異常発生を確実に感知させることが可能な電解コンデンサを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る電解コンデンサの模式断面図とコンデンサ素子構造図である。 図１の電解コンデンサのショート機構付の封口端子板の詳細構成を示す平面図および当該平面図のＢ−Ｂ線による断面図である。 ショート機構として設けられる圧力ゴムの装着部を拡大して示す部分断面図である。 圧力ゴムが内圧により上昇した状態を示す部分断面図である。 圧力ゴムを示す平面図である。 圧力ゴムに嵌合されたショートリングを示す平面図である。 内圧上昇時の電極間のショート状態を示すグラフである。 従来の電解コンデンサの模式断面図とコンデンサ素子構造図である。 図８の電解コンデンサの封口端子板の詳細構成を示す平面図および当該平面図のＡ−Ａ線による断面図である。

図８との対応部分に同一符号を付して示す図１は、ショート機構付きの電解コンデンサの構成を示す断面図（図１（ａ））および斜視図（図１（ｂ））である。図１に示す電解コンデンサは、図８に示した電解コンデンサと比べて、ショート機構付きの封口端子板２２を備えた点が異なる。

図１に示すように、本実施の形態に係る電解コンデンサにおいて、コンデンサ素子６は、陽極箔８と陰極箔７との間に電解紙９を介在させて巻回し、巻き終わり部分に巻き止めテープ５を貼り付けることによって構成され、さらにこのコンデンサ素子６には、図示しない駆動用電解液が含浸されている。

金属ケース４は、上記コンデンサ素子６を収納する有底円筒状の金属ケースであり、封口端子板２２は、上記コンデンサ素子６から引き出された外部引き出し用のリードタブ３が接続される一対の端子１を備えている。

封口端子板２２は金属ケース４の開口部に配設され、金属ケース４の開放端をカーリングすることにより封止するものであり、これにより電解コンデンサの気密性を確保するように構成されている。封口端子板２２には、その中心部に貫通孔２２Ａが設けられており、後述する圧力ゴム１１およびショートリング１２（図３、図４）がショート機構として設けられている。

次に、本実施の形態による電解コンデンサの製造方法について説明する。まず、陽極箔８と陰極箔７に外部引き出し用のリードタブ３を各々接続した後、陽極箔８と陰極箔７との間に電解紙９を介在させて巻回し、巻き終わり部分に巻き止めテープ５を貼り付けることによりコンデンサ素子６を作製する。

次に、このコンデンサ素子６に駆動用電解液を含浸させた後、このコンデンサ素子６から引き出されたリードタブ３を、凹型のネジ切りを行った封口端子板２２に設けられた一対の端子１に各々接続する。

次に、上記コンデンサ素子６とショート機構付きの封口端子板２２とを金属ケース４に収納し、カーリングを行う。

図２は、本実施の形態に係る電解コンデンサのショート機構付きの封口端子板２２の詳細構成を示す平面図（図２（ａ））および断面図（図２（ｂ））である。
また、図３は、ショート機構として設けられるショート機能付きの圧力ゴム１１の装着部を拡大して示す部分断面図であり、図４は、圧力ゴム１１が内圧により上昇した状態を示す部分断面図である。
さらに、図５は、圧力ゴム１１を示す平面図であり、図６は、圧力ゴム１１に嵌合される導電性のショートリング１２を示す平面図である。

図２、３に示すように、封口端子板２２には、貫通穴２２Ａが形成されている。この貫通穴２２Ａは、内径の大きな釣鐘形の大径部２２Ｂを有するとともに、この大径部２２Ｂの天井部において、大径部２２Ｂに連通した、当該大径部２２Ｂよりも内径の小さな小径部２２Ｃを有する。

大径部２２Ｂには、その下部に貫通穴２２Ａ内に突出した第１の環状凸部２２Ｄが形成されているとともに、その上部には、貫通穴２２Ａ内に突出した第２の環状凸部２２Ｅが形成されている。

第１の電極１（−）および第２の電極１（＋）には、貫通穴２２Ａの大径部２２Ｂと小径部２２Ｃとの境界部−第２の環状凸部２２Ｅの上部−に突出した鍔部１Ａが形成されている。この鍔部１Ａの端部１Ｂは、断面ナイフエッジ形でなり、斜めにカットされた端面が第２の環状凸部２２Ｅ側を向くように貫通穴２２Ａ内に露出配置されている。

第１の電極１（−）および第２の電極１（＋）の各端部１Ｂは、大径部２２Ｂと小径部２２Ｃとの境界部において、貫通穴２２Ａの内部空間を隔てて相対向するように配置されている。

貫通穴２２Ａには、圧力ゴム１１が挿入されている。圧力ゴム１１は、断面凸字形の円柱形状で形成されており、径の大きな下部１１Ａと、径の小さな上部１１Ｂを有する。下部１１Ａの肩部１１Ｃから上部１１Ｂの付け根である首部１１Ｄにかけて、段差状に形成されており、首部１１Ｄには、円環形のショートリング１２が嵌合されている。

図３に示すように、圧力ゴム１１の下部１１Ａが貫通穴２２Ａの大径部２２Ｂに係合されている状態においては、下部１１Ａは、貫通穴２２Ａの大径部２２Ｂに形成された第１の環状凸部２２Ｄおよび第２の環状凸部２２Ｅによって上下方向への動きが規制されている。

この状態において、電解コンデンサの内圧が上昇すると、図４に示すように、圧力ゴム１１の肩部１１Ｃが第２の環状凸部２２Ｅを越えて上昇し、首部１１Ｄに嵌合されたショートリング１２が、第１の電極１（−）および第２の電極１（＋）の鍔部１Ａ（端部１Ｂ）に接触して、これら電極１（−）および１（＋）間をショートさせる。

このショート状態により、当該電解コンデンサを設けた装置において、コンデンサの異常発生を発見することが可能となる。

本実施の形態の場合、鍔部１Ａの端部１Ｂは、上部ほど横方向への突出量が大きくなるように斜めにカットされたナイフエッジ形に形成されており、また、第１の電極１（−）の端部１Ｂのエッジ部と、第２の電極１（＋）の端部１Ｂのエッジ部との間隔Ｌ１は、ショートリング１２の外径Ｌ２よりも小さく形成されている。これにより、圧力ゴム１１が上昇すると、ショートリング１２は、第１の電極１（−）および第２の電極１（＋）の各端部１Ｂに確実に接触する。

また、この時、圧力ゴム１１の肩部１１Ｃが第２の環状凸部２２Ｅを越えて上昇し、圧力ゴム１１の肩部１１Ｃの下部が第２の環状凸部２２Ｅに嵌合するため、圧力ゴム１１の首部１１Ｄに嵌合されたショートリング１２が電極（１＋、１−）接触位置から外れないように維持される。

また、下部１１Ａの周側面は、上方にかけて径が小さくなるように傾斜しており、封口端子板２２の貫通孔２２Ａもこれに合わせて上部ほど径が小さくなるように形成されている。これにより、電解コンデンサの内圧が所定の値になるまでは、圧力ゴム１１の上昇が抑えられる。

なお、内圧が所定の値になるまで、圧力ゴム１１の弾力のみによって当該圧力ゴム１１の上昇を抑えるようにする場合には、下部１１Ａおよび貫通孔２２Ａの傾斜は不要となる。

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。

図１に示した電解コンデンサとして、封口端子板２２にフェノール樹脂を用い、圧力ゴム１１としてシリコン、ＥＰＴゴムを用いて評価試験（内圧上昇試験）を試み、図７に示す結果を得た。

図７に示すように、従来の圧力弁１０を装着した封口端子板２は機械的作動のみのため電圧が印加されたままとなるが、本発明の実施の形態の圧力ゴム１１とショートリング１２を装着したショート機能付きの封口端子板２２では内圧上昇による電気的作動が加わり、ショートしていることが感知される。

以上説明したように、本実施の形態に係る電解コンデンサにおいては、内圧が上昇すると、圧力ゴム１１が上昇してショートリング１２が電極１（−）および１（＋）に接触し、この電極１（−）と１（＋）との間をショートさせ、また、その状態が維持される。

上記のとおり、内圧上昇によりコンデンサの機能が十分に果たされなくなる前に、端子間がショートすることとなり、当該電解コンデンサが設けられた装置のヒューズ（図示せず）を切断させることができ、この結果、装置が誤動作する前に当該装置を安全に停止させることができる。

すなわち、電解コンデンサとしての機能が、装置を誤動作させる程度に低下する前に、装置のヒューズを切断させて装置を安全に停止させることが可能となる。

なお、上述の実施例においては、弁作用金属をアルミニウムとした電解コンデンサに本発明を適用する場合について述べたが、これに限られるものではなく、タンタル、ニオブ等の弁作用金属をアルミニウムの代わりに用いたものに本発明を適用しても、同様の効果を得ることができる。

また、上述の実施例においては、封口端子板２２の材質としてフェノール樹脂を用い、圧力ゴム１１の材質としてシリコンまたはＥＰＴを用いる場合について述べたが、これに限られるものではなく、内圧の上昇によって稼動するものであれば、他の材質を用いることもできる。

１ 端子
１Ａ 鍔部
１Ｂ 端部
２、２２ 封口端子板
３ リードタブ
４ 金属ケース
５ 巻き止めテープ
６ コンデンサ素子
７ 陰極箔
８ 陽極箔
９ 電解紙
１０ 圧力弁
１１ 圧力ゴム
１１Ａ 下部
１１Ｂ 上部
１１Ｃ 肩部
１１Ｄ 首部
１２ ショートリング
２２Ａ 貫通穴
２２Ｂ 大径部
２２Ｃ 小径部
２２Ｄ 第１の環状凸部
２２Ｅ 第２の環状凸部

Claims (1)

1. 化成皮膜を形成した陽極箔と、対向する陰極箔との間に電解紙を介して巻回したコンデンサ素子に電解液を含浸し、電極ショート機構を備えた封口端子板を取り付け、金属ケースに収納した後、封口端子板と金属ケースを絞り加工してなる電解コンデンサであって、
   前記封口端子板に形成された、下部に第１の環状凸部、上部に第２の環状凸部を有する釣鐘形の貫通穴と、
   前記貫通穴に挿入された、肩部および首部を有する断面凸字形の圧力ゴムと、
   前記圧力ゴムの首部に嵌合されたショートリングと、
   前記貫通穴の第２の環状凸部よりも上部に配置され、斜めにカットされた端面が前記第２の環状凸部側を向くように前記貫通穴内に露出配置された断面ナイフエッジ形の端部を有し、相対向する第１および第２の電極と、
   からなることを特徴とする電解コンデンサ。

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