JP2021182569A - 電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】電解コンデンサにおいて内圧上昇による電解液の漏出や気密性の低下を抑制する。【解決手段】陽極箔および陰極箔の各々にリードが接続され、陽極箔および陰極箔がセパレータを介して巻回されてなるコンデンサ素子と、内部にコンデンサ素子を収納した有底筒状の収納容器と、収納容器の開口端を封口する弾性封口体とを備え、弾性封口体は、収納容器の内部空間に面する内面と内面に対して表裏の関係にある外面との間を貫通し、コンデンサ素子から引出されたリードを挿通する貫通孔と、内面に形成され、内面の中央部に向かって弾性封口体の厚みが厚くなる傾斜面とを有し、貫通孔は、傾斜面に設けられている構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、弾性封口体を用いた電子部品に関する。

収納容器の開口部を弾性封口体にて封止する電子部品には、電解コンデンサ、電気二重層コンデンサ、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン二次電池などがある。一例として、電解コンデンサは、一対の電極箔を対向させ、セパレータを介して巻回し該素子に電解液を含浸し該素子より導出した引き出しリードを弾性封口体に形成した貫通孔に挿入して引き出し、上記弾性封口体を金属ケースの開口端に嵌合し、該金属ケースをいわゆるビーディング加工（周面に溝を形成する加工をいう）により締め付け密閉して構成されている。

この種の電解コンデンサは、１００〜１５０℃といった高温環境下で使用された場合、金属ケース内の電解液の蒸気圧、熱膨張、または皮膜修復に起因する水素ガスの発生により内圧が高くなって、この内圧により弾性封口体が変形する問題があった。

かかる問題点を解決するための構成として、弾性封口体の厚みを厚くする構成が考えられるが、弾性封口体の厚みを厚くすると、コンデンサ素子（陽極箔および陰極箔）に干渉するおそれがあった。

一方、弾性封口体の厚みを厚くすることなく、弾性封口体と金属ケースとの間の密閉性を確保するための構成として、弾性封口体のケース内圧を受ける内面側を凹状に形成するものが考えられている（特許文献１参照）。

この構成によれば、凹部をなす弾性封口体の内面側に作用するケース内圧は、弾性封口体の外周面を外方へ拡げるように作用することにより金属ケースを内側から押し付けることになるため、弾性封口体と金属ケースとの間の面圧低下を抑制することができると考えられる。

特開２００６−２３７２９２号公報

しかしながら、弾性封口体の内面側に凹部を形成した場合、当該凹部では弾性封口体の厚みが薄くなることにより、弾性封口体の貫通孔に挿通されたリード棒と当該弾性封口体との間の接触面積が減少し、当該接触部分を介して金属ケース内の気密性が低下したり、金属ケース内の電解液が外部に漏れたりするおそれがあった。

また、弾性封口体の厚みが薄くなる分、弾性封口体が変形し易くなり、内圧上昇時のリード棒と弾性封口体との間の接触面積の減少が生じ易くなる問題があった。

さらに、弾性封口体の厚みが薄くなる分、コンデンサ内部で気化した電解液成分のうち弾性封口体を通過して蒸散する量が増加する問題もあった。

本発明は以上の点を考慮してなされたものであり、弾性封口体を用いた電子部品において内圧上昇による電解液の漏出や気密性の低下を抑制することを目的とするものである。

本発明の電子部品は、陽極箔および陰極箔の各々にリードが接続され、陽極箔および陰極箔がセパレータを介して巻回されてなる素子と、内部に素子を収納する有底筒状の収納容器と、収納容器の開口端を封口する弾性封口体とを備え、弾性封口体は、収納容器の内部空間に面する内面と内面に対して表裏の関係にある外面との間を貫通し、素子から引出されたリードを挿通する貫通孔と、内面に形成され、内面の中央部に向かって弾性封口体の厚みが厚くなる傾斜面とを有し、貫通孔は、傾斜面に設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、電子部品の内圧が上昇した場合であっても、弾性封口体の貫通孔と当該貫通孔に挿通されたリードとの間の接触面積を確保し、コンデンサ内部の密閉性の低下を抑制することができる。

また、本発明の電子部品は、上記構成において、弾性封口体の内面は、中央部を頂点とする円錐状に形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、弾性封口体の内面が円錐状に形成されていることにより、リードを挿通する貫通孔を傾斜面に設けることができる。

また、本発明の電子部品は、上記構成において、弾性封口体の中央部は、素子の陽極箔および陰極箔の巻回中心に対向することを特徴とする。

この構成によれば、弾性封口体の内面の中央部が円錐状の頂点となっており、当該頂点が陽極箔および陰極箔の巻回中心に対向するように構成されていることにより、弾性封口体の内面が素子に接近しても、当該弾性封口体の内面が素子に干渉することを抑制することができる。

本発明の電子部品によると、ケースの内圧上昇による電解液の漏出や気密性の低下を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る電解コンデンサを示す断面図である。 本発明の実施形態に係る電解コンデンサのコンデンサ素子を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る電解コンデンサに用いられる弾性封口体を示す平面図および断面図である。 本発明の実施形態に係る電解コンデンサの内圧上昇前後の変化を示す断面図である。 比較例による電解コンデンサの内圧上昇前後の変化を示す断面図である。 他の実施形態に係る弾性封口体を示す断面図である。 他の実施形態に係る弾性封口体を示す断面図である。 他の実施形態に係る弾性封口体を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について、電解コンデンサを一例として、添付図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る電解コンデンサ（アルミニウム電解コンデンサ）１の構成を示す断面図であり、図２は、当該電解コンデンサ１のコンデンサ素子７を示す斜視図であり、図３は、電解コンデンサ１に用いられる弾性封口体１３の構成を示す平面図および当該平面図におけるａ−ａ線を断面とした縦断面図である。図１および図２に示すように、電解コンデンサ１においては、エッチング処理および酸化皮膜形成処理が施された陽極箔２ａと陰極箔２ｂとが電解紙（セパレータ）３を介して巻回され、素子止めテープ（図示せず）で固定されてコンデンサ素子７が構成されている。

コンデンサ素子７は、駆動用電解液が含浸された後、有底円筒形状の金属ケース（収納容器）１２に収納される。

金属ケース１２の開口端１２ｂには略円柱形状の弾性封口体１３が嵌合され、金属ケース１２の内面１２ａと弾性封口体１３の外周面１３ｈとの間は、ビーディング加工により密閉された構造を有する。弾性封口体１３としては、ゴム材などが用いられる。

図２に示すように、コンデンサ素子７の陽極箔（陽極用アルミニウム箔）２ａおよび陰極箔（陰極用アルミニウム箔）２ｂにはそれぞれリード４が接合されてコンデンサ素子７から引出されている。リード４は、丸棒部４ａを有し、丸棒部４ａは、弾性封口体１３に設けられた一対の貫通孔１３ｃ、１３ｄ（図３）に挿通されている。

具体的には、図１および図３に示すように、弾性封口体１３には、金属ケース１２の内部空間に面する内面１３ａから当該内面１３ａと表裏の関係にある外面１３ｂに貫通する一対の貫通孔１３ｃ、１３ｄが設けられている。この貫通孔１３ｃ、１３ｄの直径は、リード４の丸棒部４ａを挿通し得る程度の大きさとなっている。ビーディング加工により、貫通孔１３ｃ、１３ｄと丸棒部４ａとの間が密着した状態となることにより、金属ケース１２の内部の気密性を確保している。

図３に示すように、弾性封口体１３の内面１３ａ（電解コンデンサ１の内圧が加わる面）は、その中央部が電解コンデンサ１の金属ケース１３の内部側に向けて突出する山型形状を有しており、当該山型形状の頂上部１３ｆ（図３）の周囲がテーパ面となる円錐形状となっている。すなわち、このテーパ面は、弾性封口体１３の内面１３ａの周縁部１３ｉから中央部（頂上部１３ｆ）に向かって直線状に傾斜する傾斜面１３ｅ構成し、当該傾斜面１３ｅは、弾性封口体１３の円柱形状の軸線１３ｇ（図３）と垂直な面に対して傾斜した面を構成している。

本実施形態の弾性封口体１３の各部寸法は、直径Ｄが１８ｍｍ、本体厚みｔ１は５ｍｍ、山型（頂上部１３ｆ）の高さｔ２が１ｍｍとなっている。高さｔ２は、コンデンサ素子７の陽極箔２ａおよび陰極箔２ｂに干渉しない大きさとして、コンデンサ素子７の製造誤差に基づいて設定される値となっている。なお、これらの電解コンデンサ１の各部寸法は一例であり、他の種々の寸法を適用することができる。

この頂上部１３ｆを頂点とする円錐形の側面である傾斜面（テーパ面）１３ｅに貫通孔１３ｃ、１３ｄが設けられている。貫通孔１３ｃ、１３ｄは、弾性封口体１３の内面１３ａから外面１３ｂに貫通形成されており、その貫通方向は、弾性封口体１３の円柱形状の軸線１３ｇの方向（すなわち、有底円筒形状の金属ケース１２の筒軸線１２ｇ（図１）の方向）となっている。上述の通り、弾性封口体１３の内面１３ａ（傾斜面１３ｅ）は、弾性封口体１３の軸線１３ｇと垂直な面に対して傾斜していることにより、貫通孔１３ｃ、１３ｄは、弾性封口体１３の内面１３ａ（傾斜面１３ｅ）に対して垂直な方向から傾いた方向に形成されていることになる。これにより、貫通孔１３ｃ、１３ｄに対してリード４を挿入すると当該リード４は、弾性封口体１３の内面１３ａ（傾斜面１３ｅ）に対して斜め方向に挿入される構成となっている。

本実施形態の弾性封口体１３は、その内面１３ａ（傾斜面１３ｅ）に対して斜め方向にリード４（丸棒部４ａ）が挿通されるように貫通孔１３ｃ、１３ｄが形成されていることにより、電解コンデンサ１の製造工程を一段と容易に行うことが可能となる。すなわち、電解コンデンサ１の製造において、弾性封口体１３を金属ケース１２に装着する工程では、コンデンサ素子７から引出されているリード４を弾性封口体１３の内面１３ａ側から貫通孔１３ｃ、１３ｄに挿通させる。内面１３ａには、上述の通り傾斜面（テーパ面）１３ｅが形成されていることにより、弾性封口体１３の軸線１３ｇに平行な貫通孔１３ｃ、１３ｄに挿通されるリード４は傾斜面１３ｅに対して斜めに挿入されることになる。この結果、リード４（丸棒部４ａ）の挿入時に弾性封口体１３の貫通孔１３ｃ、１３ｄの開口面積が大きくなる。すなわち、弾性封口体１３の内面１３ａ（傾斜面１３ｅ）に対してリード４を斜めに挿入する方が、垂直方向に挿入する場合に比べて、リード４を挿入し易くなるという効果が得られる。

内面を山型形状とした弾性封口体１３を用いた電解コンデンサ、および山型形状を有しない内面を有する（内面が平面である）弾性封口体１１３を用いた電解コンデンサに対して、それぞれ逆印加試験を行った。

具体的には、コンデンササイズが直径１８ｍｍ×長さ４０ｍｍ、定格電圧が５０Ｖ、静電容量が３３００μＦである電解コンデンサに対して、逆印加電流を１Ａ、逆印加電圧を５０Ｖ（設定値）として、３分間逆印加し弾性封口体１３、１１３の変形状態を観察した。

図４は、本実施形態に係る山型形状の内面１３ａを有する弾性封口体１３を用いた電解コンデンサ１の逆印加前後の状態を示す断面図であり、図５は、比較例として山型形状を有しない弾性封口体１１３を用いた電解コンデンサの逆印加前後の状態を示す断面図である。

本実施形態に係る電解コンデンサ１では、弾性封口体１３の内面１３ａが山型形状となっていることにより（図４（Ａ））、逆印加によって電解コンデンサ１の内圧が上昇すると、弾性封口体１３の内面１３ａの山型形状（図４（Ａ））が電解コンデンサの内部圧力によって平面に近い状態となる（図４（Ｂ））。この場合、内面１３ａが外方に変形することを抑制することができ、貫通孔１３ｃ、１３ｄに挿入されたリード４の丸棒部４ａと、貫通孔１３ｃ、１３ｄの内壁との間の接触面積が内圧上昇前の状態（図４（Ａ））から減少することを抑制することができる。これにより、貫通孔１３ｃ、１３ｄとリード４の丸棒部４ａとの間の接触面積を確保し、コンデンサ内部の密閉性が低下することを抑制することができ、気密性の低下や電解液の漏出といった不良の発生を抑制することができる。

これに対して、比較例（図５）では、逆印加前の状態において、弾性封口体１１３の内面１１３ａが平面形状となっていることにより（図５（Ａ））、逆印加によって電解コンデンサの内圧が上昇すると、弾性封口体１１３の内面１１３ａが凹むように外方に変形する（図５（Ｂ））。この変形によって、貫通孔１３ｃ、１３ｄに挿入されたリード４の丸棒部４ａと、貫通孔１３ｃ、１３ｄの内壁との間の接触面積が減少し（図５（Ｂ）のＣ部分）、コンデンサ内部の密閉性が低下することにより、気密性の低下や電解液の漏出といった不良が発生する可能性高くなる。

また、本実施形態の構成においては、弾性封口体１３の内面１３ａが円錐形状となっていることにより、電解コンデンサ１の製造工程において、弾性封口体１３を金属ケース１２の開口端１２ｂに装着しビーディング加工を施す際に、金属ケース１２の当該ビーディング加工部１２ｃ（図１）が矢印Ｘ方向へ絞り込まれると、金属ケース１２の開口端１２ｂに嵌合されている当該弾性封口体１３が矢印Ｙ方向に迫り出すことになるが、陽極箔２ａおよび陰極箔２ｂを巻回してなるコンデンサ素子７は、製造工程上、その巻回中心部に空洞部７ａ（図２）が形成される。弾性封口体１３が金属ケース１２に嵌合された状態において、当該弾性封口体１３の内面１３ａの中央部（頂上部１３ｆ）は、コンデンサ素子７の巻回中心部（空洞部７ａ）に対向する位置に配置されることにより、弾性封口体１３の内面１３ａがコンデンサ素子７に接近しても、頂上部１３ｆはコンデンサ素子７の空洞部７ａに逃げることにより、コンデンサ素子７の電極箔（陽極箔２ａおよび陰極箔２ｂ）と干渉することを回避することができる。

また、弾性封口体１３の内面１３ａを山型形状とした分、弾性封口体１３の厚みを厚くすることができ、コンデンサ内部で気化した電解液成分のうち弾性封口体１３を通過して蒸散する量を減少させることができ、その分製品寿命を延ばすことができる。

また、弾性封口体１３の内面１３ａを全体に亘って円錐形状としたことにより、貫通孔１３ｃ、１３ｄの形成位置を内面１３ａのいずれの箇所に変更しても傾斜面１３ｅに貫通孔１３ｃ、１３ｄを設けることができる。そのため、貫通孔１３ｃ、１３ｄの位置を設計変更する場合、弾性封口体の金型において、貫通孔１３ｃ、１３ｄを形成するためのピン位置を変更するだけで足り、弾性封口体の金型変更を容易にすることができる。

なお、上述の実施形態においては、弾性封口体１３の内面１３ａをその周縁部１３ｉから中央部に向かって直線状に傾斜する山型形状（図１、図３））とする場合について述べたが、これに限られず、例えば図３との対応部分に同一符号を付した図６に示すように、弾性封口体１３の内面１３ａをその周縁部１３ｉから幅Ｂの範囲で軸線１３ｇに垂直な面とするようにしてもよく、要は、貫通孔１３ｃ、１３ｄが傾斜面１３ｅに形成されていればよい。

また、上述の実施形態においては、弾性封口体１３の内面１３ａの山型形状の傾斜面１３ｅの縦断面形状を直線状とする場合について述べたが、これに限られず、例えば図３との対応部分に同一符号を付した図７に示すように、縦断面が曲線状の山型とするようにしてもよい。

また、上述の実施形態においては、弾性封口体１３の内面１３ａの形状として、当該内面１３ａに頂上部１３ｆを有する円錐形状とする場合について述べたが、これに限られず、例えば図３との対応部分に同一符号を付した図８に示すように、円錐形状の頂上部分Ｅを平坦な形状（円錐台形状）とするようにしてもよい。この構成においても、弾性封口体１３の内面１３ａの周縁部１３ｉから所定範囲Ｆを傾斜面１３ｅとし、当該傾斜面１３ｅに貫通孔１３ｃ、１３ｄを設けるようにすれば、上述の場合と同様にして、内圧の上昇が発生しても、貫通孔１３ｃ、１３ｄとリード４の丸棒部４ａとの間の密閉性が低下することを抑制することができる。

また、上述の実施形態においては、弾性封口体１３の内面１３ａに形成された山型形状部を円錐形状とする場合について述べたが、これに限られず、例えば四角錐形状としてもよい。

また、上述の実施形態においては、弾性封口体１３の山型の高さｔ２を１ｍｍとしたが、これに限られず、山型の頂上部１３ｆがコンデンサ素子７に接触し得ない程度の高さであれば、種々の高さを適用することができる。

また上述の実施形態においては、本発明をアルミニウム電解コンデンサに適用する場合について述べたが、これに限られず、他の電解コンデンサ、電気二重層コンデンサ、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン二次電池など弾性封口体を用いる電子部品に広く適用することができる。

１ 電解コンデンサ
２ａ 陽極箔
２ｂ 陰極箔
３ 電解紙（セパレータ）
４ リード
４ａ 丸棒部
７ コンデンサ素子
１２ 金属ケース（収納容器）
１３、１１３ 弾性封口体
１３ａ、１１３ａ 内面
１３ｃ、１３ｄ 貫通孔
１３ｅ 傾斜面
１３ｆ 頂上部
１３ｈ 外周面
１３ｉ 周縁部

Claims (3)

1. 陽極箔および陰極箔の各々にリードが接続され、前記陽極箔および前記陰極箔がセパレータを介して巻回されてなる素子と、
   内部に前記素子を収納した有底筒状の収納容器と、
   前記収納容器の開口端を封口する弾性封口体とを備え、
   前記弾性封口体は、
   前記収納容器の内部空間に面する内面と前記内面に対して表裏の関係にある外面との間を貫通し、前記素子から引出された前記リードを挿通する貫通孔と、
   前記内面に形成され、前記内面の中央部に向かって前記弾性封口体の厚みが厚くなる傾斜面とを有し、
   前記貫通孔は、前記傾斜面に設けられている
   ことを特徴とする電子部品。
2. 前記弾性封口体の前記内面は、前記中央部を頂点とする円錐状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
3. 前記弾性封口体の前記中央部は、前記素子の前記陽極箔および前記陰極箔の巻回中心に対向することを特徴とする請求項２に記載の電子部品。
   

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