JP2013207031A - コンデンサ用圧力弁 - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサの封口板に設けられた圧力弁用貫通穴と、その圧力弁用貫通穴内に、外側から順に差し込まれる、ゴム弾性体の圧力弁本体とその圧力弁本体を支持する支持体とを備えるコンデンサ用圧力弁にあって、スローリーク時に一時的に開放される、圧力弁とその圧力弁と接する部分における電解液等の固形分の堆積を容易に抑制し、それによって、スローリーク性が良好に保たれる圧力弁を得ることを目的としている。
【解決手段】本発明は、圧力弁本体に弁胴部と支持体とは反対側の外周面には鍔部とを備え、その鍔部の外周面はテーパー形状で、圧力弁用貫通穴内に設けた直径が狭い部分と圧力弁としての所定の圧でふさぐように接触しているコンデンサ用圧力弁を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサ用圧力弁に関するものである。特に、アルミニウム電解コンデンサ、もしくは電気二重層キャパシタ等のコンデンサの、そ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、圧力を開放するコンデンサ用圧力弁に関するものである。

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）静電容量減少やｔａｎδ増加などによる電気的特性寿命と、
（Ｂ）圧力弁の開放作動による寿命とに分けられる。

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、印加電圧は、定格電圧の０．８倍程度であり、本使用状態での寿命は前記寿命形態の（Ａ）である。
電気的特性寿命は、電解液の磨耗によるもので、これは電解液蒸発と漏れ電流による電解液分解とからなり、漏れ電流による電解液分解は軽負荷となる程低下するので、軽負荷での寿命は電解液蒸発に支配される。従って、軽負荷では気密性が高いコンデンサが必要である。

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、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。しかしガス発生速度が速い場合、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となる。

異常時での寿命を想定した場合、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が必要となる。

そこで、大量のガスが発生した場合には弁膜の破壊し、ガスの発生が少ない場合にはスローリークする圧力弁として、たとえば、特許文献１には、図５に示すように、圧力弁本体３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状の閉口部３ｄを有し、中央の弁胴部３ａと、閉口端部の外周上には突き出し部６と、開口端部の外周上には肉厚部７とを設け、突き出し部６と肉厚部７で封口板１を挟み込むことと、弁胴部３ａには穴軸方向に途中まで伸びたスローリーク用の溝８を設けることが提案されている。

特開２００８−１０４７６号公報

アルミニウム電解コンデンサでは、電気二重層キャパシタも同様に、固形の電解質を溶媒に溶かした電解液が使用されていて、圧力弁とその圧力弁と接する部分がスローリーク時に一時的に開放されるが、そのとき、電解液もガスと一緒にその開放部分を通して放出されやすく、その開放部分で電解液の固形分が堆積しやすくなり、そのために容器内の圧力が下がりその開放部分が閉じようとしても、堆積した電解液の固形分により密閉が阻害される場合が生ずる。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、スローリーク時に一時的に開放される、圧力弁とその圧力弁と接する部分における電解液等の固形分の堆積を容易に抑制し、それによって、スローリーク性が良好に保たれる圧力弁を得ることを目的としている。

本発明は、上記の課題を解決するために、下記のコンデンサ用圧力弁を提供するものである。
（１）コンデンサの封口板に設けられた圧力弁用貫通穴と、その圧力弁用貫通穴内に、外表面側から順に差し込まれる、ゴム弾性体の圧力弁本体とその圧力弁本体を支持する支持体とを備えるコンデンサ用圧力弁にあって、その圧力弁本体には弁胴部と前記支持体とは反対側の外周面には鍔部とを備え、その鍔部の外周面はテーパー形状で、前記圧力弁用貫通穴内に設けた直径が狭い部分と圧力弁としての所定の圧でふさぐように接触しているコンデンサ用圧力弁。
（２）前記鍔部の前記支持体とは反対側の端面に、液返しダム部を設けた（１）のコンデンサ用圧力弁。

本発明の構成により、スローリーク時に一時的に開放される、圧力弁とその圧力弁と接する部分における電解液等の固形分の堆積を容易に抑制し、それによって、スローリーク性が良好に保たれる圧力弁を得ることができる。

本発明のコンデンサ用圧力弁の断面図を示している。 本発明のコンデンサ用圧力弁の図１のパーツをバラバラにし、切断した斜視図で示している。 本発明の別のコンデンサ用圧力弁の断面図または斜視図を示している。 本発明の別のコンデンサ用圧力弁の断面図を示している。 従来のコンデンサ用圧力弁の断面図を示している。

本発明に述べるコンデンサは、開口部のあるケースに素子を収納し、その開口部を封口板により封口されたもので、使用中にケース内にガスが発生する場合があるものである。
素子は、アルミニウム電解コンデンサの場合、表面をエッチング処理し化成による酸化膜を形成した陽極箔と、表面をエッチング処理し酸化膜を形成しない、あるいは低圧化成による酸化膜を形成した陰極箔とを陽極箔および陰極箔から引き出した引き出しリード取り付けながら電解紙等のセパレータを介して巻き回した一般的に使用されるものである。

本発明に述べる封口板は、外表面と内表面（コンデンサとしては内部側の面）とを有し、ケースの開口部を封口するもので、たとえば、インサート樹脂モールド等で行い、予め外部端子を成形金型にセットし、形締め、金型を加熱、絶縁材料からなるモールド樹脂材を溶融させ一定の圧力で流し込むことで一体的に成形を行って作成することができる。

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るが、圧力弁用貫通穴は、封口板を直接加工するかまたは封口板を作成するときに同時に作成してもよい。また、封口板に貫通穴を設け、圧力弁ユニットの形で貫通穴をふさぐように搭載してもよい。

本発明に述べる圧力弁用貫通穴は、封口板の外表面と内表面を貫通する穴で、穴の途中に直径が狭い部分を設けるか、または外表面側の直径を大きくし内表面側の直径を小さくして段を設けるかする。穴の途中に直径が狭い部分を設ける場合、この直径が狭い部分の形状は、断面が角形のリング形となっている。

本発明に述べる圧力弁本体は、圧力弁用貫通穴の内側と接触して穴をふさぎ、コンデンサの内圧の上昇に応じて開放するもので、ゴム弾性を有する。
圧力弁本体の材質は、たとえば、ブチルゴム、エチレンプロピレン系ゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム、スチレン・ブタジエンブロック共重合体などのエラストマの単体または混合体が使用できる。また必要に応じて、架橋剤、可塑剤、老化防止剤又は充填剤が添加できる。また場合によっては内部を金属等のばね材で補強してもよい。
圧力弁本体には、弁胴部と、下記に述べる支持体とは反対側の外周面には鍔部とを備え、その鍔部の外周面はテーパー形状を有している。また、圧力弁本体は、圧力弁用貫通穴内に、封口板の外表面側から差し込み、圧力弁用貫通穴内に設けた直径が狭い部分で止められ、圧力弁としての所定の圧でふさぐように接触する。そのため、鍔部の外周面と圧力弁用貫通穴内に設けた直径が狭い部分との接触は、圧力弁用貫通穴内に設けた直径が狭い部分の先端の角、または圧力弁用貫通穴内が段になっている場合は段の角とテーパー形状の鍔部の外周面とが接触する。
また、弁胴部を筒状にして、一方の端部を薄肉状の閉口部とすると、大量のガスが発生した場合にはその部分が破壊し、減圧することができる。

本発明に述べる支持体は、圧力弁用貫通穴内の圧力弁本体を支持するもので、圧力弁本体を一方から押しつけることにより、圧力弁本体と圧力弁用貫通穴との接触圧を調節して、圧力弁としての所定の開放圧を設定する。
支持体は、必ずしも全体が圧力弁用貫通穴内に設置する必要がないが、圧力弁用貫通穴内に設置するほうがコンパクトとなり好ましい。開放したガスを逃がすための隙間が必要である以外、特に形状に限定はない。たとえば、圧力弁用貫通穴内にネジを切れば、ボルトまたは頭のないボルトのようなものでも、または圧力弁用貫通穴内にネジを切らないのであれば、ばね鋼などの金属板を打ち抜きプレス成形した皿形状体でもよい。この皿形状のテーパ状に屈曲した周辺部分を板ばね状に複数加工を施すことにより、板ばね状の先端が圧力弁用貫通穴の内壁にくさび状に食い込んで支持体を圧力弁用貫通穴内部方向に押し込まれながら固定される。

本発明に述べる液返しダム部は、圧力弁本体の鍔部の場所でも、支持体とは反対側の端面に設けた凸部で、できるだけ周辺部に連続的に設けるのが好ましい。そうすることにより、圧力弁本体に付着した電解質の液滴が、スローリーク時にガスと一緒に大気に放出するのをできるだけブロックすることができる。

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、本発明のコンデンサ用圧力弁の断面図を示している。図１（ａ）はスローリーク前後の通常状態を、図１（ｂ）はスローリーク中を示している。
そして、図２は、図１の本発明のコンデンサ用圧力弁のパーツをバラバラにし、それらを縦方向に切断した斜視図で示している。図２（ａ）は支持体を、図２（ｂ）は圧力弁本体を、図２（ｃ）は封口板を、図２（ｄ）は電解液流出防止体をそれぞれ示している。

図１のコンデンサ用圧力弁は、封口板１に設けた圧力弁用貫通穴２に、封口板１の外表面側（図１では上側）から、圧力弁本体３、ぞれを支持する支持体４の順に挿入する。また、場合によっては、電解液が外部に流出しないように、封口板１の内表面側に、電解液流出防止体５を設ける。

圧力弁本体３には、弁胴部３ａと、支持体４とは反対側の外周面には鍔部３ｂとを備え、その鍔部の外周面３ｃは、ケース内側のほうが狭いテーパー形状を有している。このテーパー形状により結露した電解液の水滴が、ケース内に落下しやすくすることができる。
圧力弁用貫通穴２には、穴の途中に穴径が狭くなる部分を設けていて、外表面側の直径を大きくし内表面側の直径を小さくして段部２ａを設けている。圧力弁本体３は、圧力弁用貫通穴２内に、封口板１の外表面側から差し込み、圧力弁用貫通穴２内に設けた直径が狭くなる部分である段部５で止められる。そのため、圧力弁用貫通穴２内に設けた直径が狭くなる部分である段部２ａと鍔部の外周面３ｃとの接触は、この段部２ａの先端の角とが狭い面積で接触する。この狭い面積での接触により、結露した電解液の水滴が、押し分けられ、この接触部分に留まるのを最小限に抑えることができる。

また、この直径が狭くなる部分である段部２ａと鍔部の外周面３ｃとの接触力は、圧力弁のスローリーク圧値に相関し、この接触力は、圧力弁本体３の背後から圧力弁用貫通穴２内に差し込まれる支持体４の押し込み量に相関する。
また、図１または図２では、支持体４は、ばね鋼などの金属板を打ち抜きプレス成形した皿形状体で、図２で示すように、この皿形状のテーパ状に屈曲した周辺部分をくし状に分割した板ばね部４ａとして複数加工が施されている。このことにより、板ばね部４ａの先端が圧力弁用貫通穴２の内壁にくさび状に食い込んで支持体４を圧力弁用貫通穴２内部方向に押し込まれながら固定され、押し込み量が圧力弁のスローリーク圧値に相関する。また、圧力弁本体３の端面には凸部３ｅを、また支持体４の中央部に凸部３ｅが差し込まれる差込穴４ｂを設けると、圧力弁本体３が横にぶれることがなくなり好ましい。
そして、図１（ｂ）に示すように、小量のガスが発生し、コンデンサ内の圧力がある値に達すると、圧力弁本体３の鍔部３ｂが変形して、段部２ａと鍔部の外周面３ｃとの接触が離れ、スローリークが行われる。

また、圧力弁本体３の弁胴部３ａが、筒状になっていて、一方の端部を薄肉状の閉口部３ｄとすることにより、大量のガスが発生した場合にはその部分が破壊し、支持体４の中央部の差込穴４ｂを通してガスがぬけ、減圧することができる。

また、場合によっては、電解液が外部に流出しないように、封口板１の内表面側に、電解液流出防止体５を設ける。解液流出防止体５として、気体は通すが液体は通さない選択膜を設けるのは、コストが許す場合は好ましい。また、コストを抑えるために、脱脂綿や不織布等の捕捉体でふさぐと、少量であれば、電解液が捕捉され、圧力弁本体に電解液が被着するのを防ぐことができる。捕捉体は、網などで支持されるのが好ましい。

図３は、本発明の別のコンデンサ用圧力弁の断面図または斜視図を示している。図１（ａ）は全体の断面図を、図１（ｂ）は支持体の斜視図を示している。
図１または図２との違いは、支持体４が、皿形状体の代わりに、円盤状の円柱体である点で、円柱体側面とそれと接する圧力弁用貫通穴２内面に切ったねじ部４ｃを設け、円柱体を回転させることにより、圧力弁本体３の押し込み量を調節する。また、円柱体にはスローリーク用のガス抜き穴４ｄを設ける。

図４は、本発明の別のコンデンサ用圧力弁の断面図を示している。
図４の構成は、図１から図３までの構成に、圧力弁本体３の鍔部３ｂに液返しダム部３ｆを追加した点で、液返しダム部３ｆは、支持体４とは反対側の圧力弁本体３の端面に設ける。この支持体４とは反対側の圧力弁本体３の端面は、コンデンサの内部側に面し、電解液が被着しやすい。そのため、液返しダム部３ｆを設けないで、圧力弁のスローリークが開始されると、圧力弁本体３の端面に被着した電解液が、スローリークのガスの流れにおされて、鍔部３ｂの外周面へと流出されやすい。そのことにより、圧力弁の開放部分で電解液の固形分が堆積しやすくなり、そのために容器内の圧力が下がりその開放部分が閉じようとしても、堆積した電解液の固形分により密閉が阻害される場合が生ずることになる。図４の液返しダム部３ｆの構成は、この圧力弁本体３の端面に被着した電解液を鍔部３ｂの外周面に移動するのを阻止する防波堤の役目をし、そのためできるだけ鍔部３ｂ端面の周辺部分に設けるのが好ましい。

１…封口板、２…圧力弁用貫通穴、２ａ…段部、３…圧力弁本体、３ａ…弁胴部、３ｂ…鍔部、３ｃ…鍔部の外周面、３ｄ…薄肉状の閉口部、３ｅ…凸部、３ｆ…液返しダム部、４…支持体、４ａ…板ばね部、４ｂ…差込穴、４ｃ…ねじ部、４ｄ…ガス抜き穴、５…電解液流出防止体、６…突き出し部、７…肉厚部、８…溝

Claims (2)

1. コンデンサの封口板に設けられた圧力弁用貫通穴と、その圧力弁用貫通穴内に、外表面側から順に差し込まれる、ゴム弾性体の圧力弁本体とその圧力弁本体を支持する支持体とを備えるコンデンサ用圧力弁にあって、その圧力弁本体には弁胴部と前記支持体とは反対側の外周面には鍔部とを備え、その鍔部の外周面はテーパー形状で、前記圧力弁用貫通穴内に設けた直径が狭い部分と圧力弁としての所定の圧でふさぐように接触しているコンデンサ用圧力弁。
2. 前記鍔部の前記支持体とは反対側の端面に、液返しダム部を設けた請求項１のコンデンサ用圧力弁。

Images