JP4716936B2 - コンデンサ用圧力弁 - Google Patents

Description

本発明は、コンデンサもしくはキャパシタ等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、圧力弁を開放して密封容器の破裂を防ぐコンデンサ用圧力弁に関するものである。

コンデンサ用圧力弁、特に、アルミニウム電解コンデンサ用圧力弁は、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を有している。
コンデンサ用圧力弁は、従来、図５のように、コンデンサの封口板８に圧力弁用貫通穴を設け、コンデンサ内部に開口していて開口端部の外周上には鍔部を設けた合成ゴムの圧力弁用支持体１を、下側（コンデンサ内部側）からその貫通穴に差し込んだ構造になっている。
また、コンデンサの封口板への取り付け作業がしやすいように、閉口端部の外周上には鍔部を設け、開口端部の外周上に肉厚部を設けた合成ゴムの圧力弁用支持体を、封口板の上側（コンデンサ外側）からその貫通穴に差し込んだ構造になっている（たとえば、実開昭５７−１９７６３５号）。

実開昭５７−１９７６３５号

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、ｔａｎδ増加などによる電気的特性寿命
（Ｂ）圧力弁開放作動による寿命
となる。

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＜定格電圧×０．８程度あり、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あり、これは電解液蒸発とファラデー反応による電解液分解に分けられる。 後者のファラデー反応は漏れ電流によるものであり、漏れ電流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、ファラデー反応が支配的となる。 ファラデー反応では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。 しかし定格負荷付近では、漏れ電流が大きくファラデー反応が活発である為、ガス発生速度が速く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である。

異常時での寿命を想定した場合、過電圧などの過負荷では、急激なファラデー反応や、ショートによってケース内が高圧力となり爆発に至る危険がある。 この為にアルミ電解コンデンサには圧力弁が設けられている。

以上を整理すると、
（１）内圧が電解液蒸発程度の低圧力の場合：電解液蒸発防止が必要であり気密性が高い必要がある。
（２）ファラデー反応が活発であり内圧増加速度が速い場合：適当なスローリークが必要
（３）急激な内圧増加（異常時）：速やかな内圧除去が必要
となる。

上記の課題を解決するために、コンデンサの封口板に設けた、圧力弁用貫通穴と前記貫通穴に差し込まれる圧力弁用支持体とを備えるコンデンサ用圧力弁において、前記圧力弁用支持体は、前記コンデンサ内部に開口している円筒体のエラストマーで、中央の弁胴部と、閉口端部の外周上には鍔部と、開口端部の外周上には連続または間欠的な肉厚部とを有し、前記鍔部と前記肉厚部で前記封口板を挟み込むことと、前記閉口端部の端面には薄肉部を設けることと、前記肉厚部または前記肉厚部側の前記弁胴部から始まって、前記弁胴部の外表面の、前記圧力弁用貫通穴軸方向の途中まで伸びる一つまたは複数の溝部を設けるコンデンサ用圧力弁を提供するものである。
また、コンデンサの封口板に設けた、圧力弁用貫通穴と前記貫通穴に差し込まれる圧力弁用支持体とを備えるコンデンサ用圧力弁において、前記圧力弁用支持体は、前記コンデンサ内部に開口している円筒体のエラストマーで、中央の弁胴部と、閉口端部の外周上には鍔部と、開口端部の外周上には連続または間欠的な肉厚部とを有し、前記鍔部と前記肉厚部で前記封口板を挟み込むことと、前記閉口端部の端面には薄肉部を設けることと、前記弁胴部は段差構造であって、その肉厚部側は圧力弁用貫通穴径より小径でかつ、前記圧力弁用貫通穴には、前記圧力弁用貫通穴軸方向の、前記鍔部と前記弁胴部の境界から始まって前記弁胴部の段差手前途中まで伸びる一つまたは複数の溝部を設けることと、を特徴とするコンデンサ用圧力弁を提供するものである。
また、前記複数の溝部は、それぞれ長さまたは溝断面積が異なることを特徴とするコンデンサ用圧力弁を提供するものである。
また、前記圧力弁用貫通穴には、断面径が異なる断差部を設けることを特徴とするコンデンサ用圧力弁を提供するものである。

ケース内圧力の昇圧が急激な場合、圧力弁用支持体の閉口端部の端面に設けた薄肉部が破れ、コンデンサの破裂を防止する従来の圧力弁の機能のほかに、ケース内圧力の昇圧が速い場合、内圧増加による圧力弁の、弁胴部の長さ方向の伸び変形で、ガスをスローリークさせ内部圧力を解除させる。また、圧力弁用支持体が、エラストマーでできていて、封口板を挟み込む構造なので、スローリークさせ内部圧力を解除後は、圧力弁の、弁胴部の長さ方向の伸び変形が収縮して戻り、コンデンサの気密性を復帰できるので、コンデンサの長寿命化がはかれる。
弁胴部の長さ方向の伸び変形で、ガスをスローリークさせ方法として、弁胴部に設けた圧力弁用貫通穴軸方向に伸びる溝部が、コンデンサの封口板の外側面から外に出ることにより、または、圧力弁用貫通穴に設けた圧力弁用貫通穴軸方向に伸びる溝部まで、弁胴部の段差の小径部分がより伸びることにより達せられる。
また、長さまたは溝断面積が異なる複数の溝部を設けることにより、内部圧力の度合いに応じて迅速にガスをリークさせ内部圧力を解除させることができる。
また、圧力弁用貫通穴に断面径が異なる断部を設けることにより、圧力弁用貫通穴の長さに関係なく、つまり封口板の厚さに関係なく、防爆機能を設計することができる。

コンデンサ用圧力弁は、コンデンサの封口板に設けていて、圧力弁用貫通穴と貫通穴に差し込まれる圧力弁用支持体からなっている。この圧力弁は、キャパシタ等の密封容器にも使用できる。
本発明に述べる封口板とは、コンデンサもしくはキャパシタ等の素子を収容する容器を密閉するもので、具体的には、フェノールやポリフェニルサルファイドなどの成形体からなり、封口板の表面から裏面（コンデンサ内部面）まで貫通する一箇所程度の圧力弁用貫通穴や外部電極用の引出電極を設ける。
本発明に述べる圧力弁用貫通穴とは、コンデンサもしくはキャパシタ等の容器内の内圧が上昇した場合のリークまたは開放させるための上記封口板に設けた貫通穴で、圧力弁用支持体と呼ばれる別部材をこの貫通穴に設けて圧力弁作用を行う。貫通穴の形状は、円柱状特で、圧力弁用支持体の挿入向きを限定する必要がない。
本発明に述べる圧力弁用支持体とは、圧力による弁作用をするための支持体で、シリコンゴム、ブチルゴムなどのエラストマーからなる。その形状は、コンデンサ内部に開口している円筒体からなり、中央の弁胴部と、閉口端部の外周上には鍔部と、開口端部の外周上には連続または間欠的な肉厚部とからなっている。閉口端部の端面には薄肉部を設ける。
本発明に述べる円筒体とは、断面が円径の筒形状からなり、コンデンサ内部に開口し、コンデンサ外部には閉口した端部を設けている。
本発明に述べる鍔部とは、前記圧力弁用支持体の閉口端部の外周上に設け、円板状であり、コンデンサ外面側の封口板側と接触している。気密性の点から面で接触していることが好ましい。
本発明に述べる弁胴部とは、前記圧力弁用支持体の中央部分で、断面が円径の筒形状からなり、外径が前記圧力弁用貫通穴の径と同じ程度であるが、コンデンサの内圧が上昇した場合、円筒体側面は、前記圧力弁用貫通穴の側面を圧接する。
本発明に述べる肉厚部とは、圧力弁用支持体が変形して圧力弁用貫通穴を通過し得る厚さで、ドーナツ状の連続体のほか、前記開口端部の外周上に間欠的な突起を複数設けたものである。
本発明に述べる薄肉部とは、異常時での急激な内圧上昇では、そこが選択的に破れ、防爆を防止するためのもので、前記圧力弁用支持体の閉口端部の端面に設ける。
本発明に述べる溝部とは、圧力弁用支持体または圧力弁用貫通穴に設けるもので、全体形状から見て幅の狭い形状で、圧力弁用支持体または圧力弁用貫通穴軸方向に伸びる。通過するガスの流量が安定するように溝部の形状は、防爆弁用支持体の変形により溝がつぶれないように、防爆弁用支持体に設ける場合は、深さより幅のある形状にするのが好ましいし、圧力弁用貫通穴に設ける場合は、幅より深さある形状にするのが好ましい。
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（ａ）は、コンデンサの封口板に設けた圧力弁用貫通穴に圧力弁用支持体差し込んだ状態の断面図を示している。図１（ｂ）は、圧力弁用支持体に、溝部を設けた一例の斜視図を示している。
１は、圧力弁用支持体で、シリコンゴム、ブチルゴムなどのエラストマーからなる。その形状は、コンデンサ内部に開口している円筒体からなり、中央の弁胴部２と、閉口端部３の外周上には鍔部４と、開口端部５の外周上には連続または間欠的な肉厚部６とからなっている。
また、閉口端部３の端面には薄肉部７を設ける。異常時での急激な内圧上昇では、薄肉部７が破れ、防爆を防止する。
８は、封口板で、フェノールやポリフェニルサルファイドなどの成型体からなり、封口板の表面から裏面（コンデンサ内部面）まで貫通する一箇所程度の圧力弁用貫通穴９を設ける。圧力弁用貫通穴９の穴形は、圧力弁用支持体１と接する部分の外形と同形状からなっている。
鍔部４と肉厚部６とで封口板８を挟み込むことでコンデンサの気密性をもたせている。気密性は、鍔部４または弁胴部２と、封口板８の接触している部分でもたせている。
１０は、圧力弁用支持体に設けた溝部で、圧力弁用支持体１の弁胴部２の外表面または弁胴部２の外表面と肉厚部６部分の、肉厚部６のほうから始まって弁胴部２の途中まで、圧力弁用貫通穴軸面方向に、一つまたは複数設ける。
弁胴部２に設けた圧力弁用貫通穴軸方向に伸びる溝部１０が、弁胴部２の長さ方向の伸び変形で、コンデンサの封口板８の外側面から外に出ることにより、ガスがスローリークする。

図２は、溝部を圧力弁用貫通穴側に設けた、別の本願発明のコンデンサ用圧力弁を示している。
図２（ａ）は、コンデンサの封口板に設けた圧力弁用貫通穴に圧力弁用支持体差し込んだ状態の断面図を示している。図２（ｂ）は、圧力弁用支持体を、圧力弁用貫通穴差し込む前の一例の斜視図を示している。
弁胴部２は、肉厚部６側が圧力弁用貫通穴径より小径の段差構造で、圧力弁用貫通穴には、圧力弁用貫通穴軸方向の、鍔部４と弁胴部２の境界から始まって弁胴部の段差１２手前途中まで伸びる一つまたは複数の溝部を設ける。また、肉厚部６上面にも溝状の隙間も設ける。
このことにより、コンデンサの内圧が上昇した場合、弁胴部２が上に伸び変形し、段差１２が溝部１０以上に達すると、ガスがスローリークする。

図３は、溝部１０を複数設けた場合の一例を示している。
溝部１０ａは、長く細い溝で、溝部１０ｂは、溝部１０ａより短く太い溝を示している。この構造により、コンデンサの内圧が上昇して、圧力弁用支持体１の弁胴部２が図２では上方に伸びた場合、まず、溝部１０ａの上部先端が封口板８の外側面から出てガスをリークさせ内部圧力を解除させようとするが、それでもコンデンサの内圧が上昇した場合、弁胴部２がさらに上方に伸び、溝部１０ｂの上部先端が封口板８の外側面から出てガスをより多くより早くリークさせ内部圧力を解除させる。

図４は、本願発明の、別のコンデンサ用圧力弁の断面図を示している。１１は断部で、そこで圧力弁用貫通穴は、断面径が異なる。断部１１は、一つ設けてもかまわないが、複数設けてもかまわない。複数設けると、ガス圧によりガスの流量を調節することができる。

本願発明のコンデンサ用圧力弁を示している。 本願発明の、別のコンデンサ用圧力弁を示している。 本願発明の、別のコンデンサ用圧力弁の断面図を示している。 本願発明の、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。

符号の説明

１…圧力弁用支持体、２…弁胴部、３…閉口端部、４…鍔部、５…開口端部、６…肉厚部、７…薄肉部、８…封口板、９…圧力弁用貫通穴、１０…溝部、１１…断部、１２…段差。

Claims (4)

1. コンデンサの封口板に設けた、圧力弁用貫通穴と前記貫通穴に差し込まれる圧力弁用支持体とを備えるコンデンサ用圧力弁において、前記圧力弁用支持体は、前記コンデンサ内部に開口している円筒体のエラストマーで、中央の弁胴部と、閉口端部の外周上には鍔部と、開口端部の外周上には連続または間欠的な肉厚部とを有し、
   前記鍔部と前記肉厚部で前記封口板を挟み込むことと、
   前記閉口端部の端面には薄肉部を設けることと、
   前記肉厚部または前記肉厚部側の前記弁胴部から始まって、前記弁胴部の外表面の、前記圧力弁用貫通穴軸方向の途中まで伸びる一つまたは複数の溝部を設けるコンデンサ用圧力弁。
2. コンデンサの封口板に設けた、圧力弁用貫通穴と前記貫通穴に差し込まれる圧力弁用支持体とを備えるコンデンサ用圧力弁において、前記圧力弁用支持体は、前記コンデンサ内部に開口している円筒体のエラストマーで、中央の弁胴部と、閉口端部の外周上には鍔部と、開口端部の外周上には連続または間欠的な肉厚部とを有し、
   前記鍔部と前記肉厚部で前記封口板を挟み込むことと、
   前記閉口端部の端面には薄肉部を設けることと、
   前記弁胴部は段差構造であって、その肉厚部側は圧力弁用貫通穴径より小径でかつ、前記圧力弁用貫通穴には、前記圧力弁用貫通穴軸方向の、前記鍔部と前記弁胴部の境界から始まって前記弁胴部の段差手前途中まで伸びる一つまたは複数の溝部を設けることと、を特徴とするコンデンサ用圧力弁。
3. 請求項１または２において、複数の溝部は、それぞれ長さまたは溝断面積が異なることを特徴とするコンデンサ用圧力弁。
4. 請求項１、２または３において、前記圧力弁用貫通穴には、断面径が異なる断差部を設けることを特徴とするコンデンサ用圧力弁。
   
   

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