JP4404725B2 - 保安装置付アルミニウム電解コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、保安装置付アルミニウム電解コンデンサに関するものであり、ケース内の圧力上昇により、封口板上蓋の一部を分離させると同時に電気的に遮断する保安装置を備えたアルミニウム電解コンデンサに関するものである。

従来、アルミニウム電解コンデンサは、アルミニウム箔からなる陽極箔と陰極箔とをセパレータ紙を介して巻回したコンデンサ素子に電解液を含浸し、該コンデンサ素子を金属ケースに収納し、金属ケース開口部を弾性封口体により密封したものをスリーブにより被覆して作製されている。
上記のアルミニウム電解コンデンサにおいて、過電圧、逆電圧等の異常が生じた場合、過電流が流れることにより、コンデンサ素子の抵抗分（等価直列抵抗）によって熱が発生する。
コンデンサが発熱すると、コンデンサ素子に含浸された電解液が気化し、内圧が上昇する。特にコンデンサが機器に組み込まれて使用される際、周辺機器や周辺温度が高温になっている場合は、これらの温度にコンデンサの発熱分が加わってコンデンサ全体が高温になるため、さらに内圧が上昇する。
そこで、内圧が上昇した場合のコンデンサの破裂、破損を防止するために、アルミニウムケースや、弾性封口体に圧力弁が設けられ、その圧力弁を開弁させることによって、圧力を解放していた。

しかし、この従来の圧力弁では内圧上昇時に圧力解放はできるが、コンデンサ自体に印加される異常電圧や異常電流から、瞬時に遮断することは困難であり、開弁後に通電状態が続くという問題があった。
また、異常時にコンデンサの圧力弁が作動した後、オープンモードに到るのが理想的な形であるが、開弁時に飛散した電解液等によってショートやスパークが発生し、周辺機器に対し被害を及ぼすという問題もあった。
上記のような問題を解決するため、保安装置を有するアルミニウム電解コンデンサが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開平１０―１８９３８０号公報（第６頁、図１） 実公平８―７４９号公報（第３頁、第１図）

しかし、上記の保安装置を有するコンデンサは構造が複雑で、製造方法が難解な場合が多い（図４、６）。
すなわち、図４の場合、金属ケース１１の開口部近傍に内側に突出した第１および第２の突出部を設け、第１の突出部１４は台形状やＲ状に形成し、第２の突出部１５は突起を押しつぶした蛇腹状に、かつケース側面に対して斜めに突出させ、ケース内の所定の圧力値に対して伸びるように構成しておかねばならない。
また、図６の場合、支持体２６の内面側外周をテーパまたはアール状に形成し、絶縁筒体２２にスムーズに嵌合するように構成しておく必要がある。
よって、いずれも構造が複雑であり、製造に手間がかかる。それゆえ、構造が簡単で、製造が容易であり、かつ安価で安全な製品が求められていた。

本発明は上記課題を解決するもので、コンデンサ素子１０を金属ケース１１に収納し、外部端子３ａ、３ｂを有する封口用上蓋１により密閉し、該封口用上蓋１とコンデンサ素子１０との間に、内部端子４ａ、４ｂを有する封口用下蓋７が設けられ、
上記封口用上蓋１が周縁部内側に弱体部５を、素子対向面に凹部を有し、
封口用下蓋７が中央部に孔８を有しており、
封口用上蓋１の凹部２と封口用下蓋７の中央部の孔８周辺との間にバネ等の弾性体を配置してなることを特徴とする保安装置付アルミニウム電解コンデンサである。

また、上記の金属ケース１１の開口部周縁に弾性パッキン６を配置し、該パッキン６を介して金属ケース１１開口部を封口用上蓋１に嵌合させたことを特徴とする保安装置付アルミニウム電解コンデンサである。

本発明の保安装置を有するアルミニウム電解コンデンサは、異常時のケース内の圧力上昇により、封口板上蓋の周縁部内側に設けた弱体部を破壊させ、同時に上蓋と下蓋との間に配置したバネの力を利用することにより、上蓋の外部端子と下蓋の内部端子間の電気的接続面を離反させて強制的にオープンモードに到らしめる構造となっている。よって、コンデンサに印加される異常電圧や異常電流を、瞬時に遮断することができ、開弁後に通電状態が続くことがないので、安全である。
また、従来の保安装置を有するコンデンサと異なり、構造が簡単で、製造が容易である。

図１（ａ）は、本発明の実施例による保安装置付アルミニウム電解コンデンサの断面図であり、図１（ｂ）は、その平面図である。
まず、図１（ａ）に示す封口用上蓋１と封口用下蓋７とが、端子３ａと４ａ、３ｂと４ｂとを接続して固定され、封口体として組立てられる。該封口用下蓋７の孔８周辺と封口用上蓋１の凹部２との間には予め、内圧上昇・ガス放出時に上蓋１を押し上げるためのバネ２ａが設けられている。
電極引き出しタブ９ａ、９ｂを各々接続したアルミニウム箔からなる陽極箔および陰極箔をセパレータを介して巻回したコンデンサ素子１０に電解液を含浸し、該コンデンサ素子１０の電極引き出しタブ９ａ、９ｂと封口用下蓋７の端子４ａ、４ｂとを各々接続した後、金属ケース１１に収納し、該ケースの開口部を弾性パッキン６を介して上記の封口体で封止する。
なお、封口用上蓋１に設けられた弱体部５は、図１（ａ）の平面図に示すように上蓋周縁部の内側に円形状に設け、内圧上昇時にこの円形状の弱体部分に沿って破壊されるようにする。

以上の構成を有する本実施例の電解コンデンサでは、以下の作用効果を有する。
過電圧または逆電圧印加等の異常時に、コンデンサに過電流が流れると、コンデンサ内の温度が上昇し、コンデンサ素子に含浸された電解液が気化することによってコンデンサ内部の圧力が上昇する。
そして、図２の断面図のように、最も圧力に弱い部分である封口用上蓋の弱体部が破壊され、バネの力を利用して上方向へ押し上げる。この結果、端子３ａと４ａ、３ｂと４ｂの電気的接触面が離反し電解コンデンサの電気回路が遮断される。
このようにして、アルミニウム電解コンデンサに異常な内圧が加わった時でも、ケースが破裂することなく、圧力弁が作動し、ガス放出を行うと同時に電解コンデンサをオープンモードにすることができる。

本実施例の実施例による保安機構を備えた電解コンデンサ（図１（ａ）、（ｂ））と、該保安機構のない従来の電解コンデンサ（図３）において過電圧印加試験、逆電圧印加試験による故障モードの比較を行った結果を次の表１に示す。
併せて、他の保安機構を備えた比較例（図４、６）についての結果も示す。
図４は上蓋と下蓋との間のケースの内面に斜めに突出した蛇腹状の突出部が設けられた保安機構付コンデンサであり、ケースの内圧が所定値に達すると、図５のように伸延して弱点部を切断する。
また、図６は支持体の内面側外周がテーパまたはアール状に形成された保安機構付コンデンサであり、ケースの内圧が所定値に達すると、図７のように動作して弱体部を切断する。

上記表１の結果から明らかなように、従来のアルミニウム電解コンデンサでは過電圧印加試験で１０個中４個、逆電圧印加試験で１０個中８個のショートが確認されたが、本発明における保安装置付アルミニウム電解コンデンサではすべて故障モードはオープンで、圧力弁作動・ガス放出が行われ、電気的に遮断されていることが確認できた。
また、比較例１、２と比べても遜色なく、構造が簡単で、容易に製造できるという利点がある。

本発明の実施例による保安装置付アルミニウム電解コンデンサであり、図１（ａ）はその断面図、図１（ｂ）は平面図である。 図１の保安装置付アルミニウム電解コンデンサの圧力弁作動時の状態の断面図である。 従来例によるアルミニウム電解コンデンサの断面図である。 比較例による保安装置付アルミニウム電解コンデンサの断面図である。 図４の保安装置付アルミニウム電解コンデンサの圧力弁作動時の状態の断面図である。 他の比較例による保安装置付アルミニウム電解コンデンサの断面図である。 図６の保安装置付アルミニウム電解コンデンサの圧力弁作動時の状態の断面図である。

符号の説明

１ 封口用上蓋
２ 凹部
２ａ バネ
３ａ 上蓋端子（陽極）
３ｂ 上蓋端子（陰極）
４ａ 下蓋端子（陽極）
４ｂ 下蓋端子（陰極）
５ 弱体部
６ パッキン
７ 封口用下蓋
８ 孔部
９ａ 電極引き出しタブ（陽極）
９ｂ 電極引き出しタブ（陰極）
１０ コンデンサ素子
１１ 金属ケース
１４ 第１の突出部
１５ 第２の突出部
１６ 金属板
１７ａ、１７ｂ 突起
１８ａ、１８ｂ 弱体部
１９ 絶縁樹脂
２０ａ 凸部（陽極）
２０ｂ 凸部（陰極）
２１ 補強用金属板
２２ 絶縁筒体
２３ 内部リード線
２４ テーパ
２５ リベット
２６ 支持体
２７ 突起部
２８ 接続部

Claims (2)

1. コンデンサ素子を金属ケースに収納し、外部端子を有する封口用上蓋により密閉し、該封口用上蓋とコンデンサ素子との間に、内部端子を有する封口用下蓋が設けられ、
   上記封口用上蓋が周縁部内側に弱体部と素子対向面に凹部を有し、
   封口用下蓋が中央部に孔を有しており、
   封口用上蓋の凹部と封口用下蓋の中央部の孔周辺との間に弾性体を配置してなることを特徴とする保安装置付アルミニウム電解コンデンサ。
2. 請求項１記載の金属ケースの開口部周縁に弾性パッキンを配置し、該パッキンを介して金属ケース開口部を封口用上蓋に嵌合させたことを特徴とする保安装置付アルミニウム電解コンデンサ。

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