JP4771056B2

JP4771056B2 - コンデンサ

Info

Publication number: JP4771056B2
Application number: JP2005213506A
Authority: JP
Inventors: 誠清水; 利恭吉岡
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2025-07-22
Also published as: JP2006060201A

Description

本発明は、電解コンデンサ、電気２重層コンデンサなどのコンデンサに関し、コンデンサ素子内部の発熱量が大きい場合であっても、漏れ電流のノイズを低減したコンデンサに関するものである。

アルミ電解コンデンサでは、アルミニウムなどの金属箔からなる陰極箔及び陽極箔に、端子引き出し用のタブをそれぞれ接続し、この陰極箔及び陽極箔を間に電気絶縁性のセパレータを介して巻回してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子に駆動用電解液を含浸して、アルミニウムなどからなる外装ケース２を収納し、コンデンサ素子の前記陰極側のタブ、陽極側のタブを封口板に設けられた外部端子用リベットにそれぞれ接続し、外装ケースの開口部を前記封口板６にて封止したものが知られている。

これら、アルミ電解コンデンサでは、外装ケースに収納されたコンデンサ素子の陽極側のタブと陰極側のタブとのショート不良を防止するために、陽極側のタブとリベット、陰極側のタブとリベットにかけて絶縁性樹脂を塗布又は充填硬化させたものや（特許文献１）、陽極側のリベットとコンデンサ素子に巻回された陰極箔とのショート不良を防止するために、前記陽極側のリベットに熱可塑性樹脂または紫外線硬化樹脂を塗布して絶縁皮膜を形成したものが知られている（特許文献２）。

特開昭５６−４０６４６号公報実開昭５３−１６０７３７号公報

ところで、中高圧仕様の電解コンデンサにおいては、リップル電流を流した場合、コンデンサ素子１の発熱により、耐圧の低い電解液が部分的に生成され、この電解液が、コンデンサ素子から導出されたタブと封口板に設けられたリベットに付着し、特に陽極側のタブやリベットに付着すると、コンデンサ素子に含浸された駆動用電解液と該耐圧が低い電解液が触れた際に、付着部分のタブやリベットが化成され、この化成処理現象により、使用中に漏れ電流のノイズが生じ、寿命特性などの劣化が懸念される。この現象は、耐電圧の高い６００Ｖ以上の超高圧仕様の電解コンデンサや、リップル電流値が高い使用条件など、コンデンサ素子内部の発熱量が大きいほど顕著に現れる。

この化成処理現象は、コンデンサ素子から導出された陽極側のタブと封口板のリベットの露出面に、前記耐電圧の低い電解液が付着しないようにすることが必要であり、露出面の全てが覆われることが好ましい。しかしながら、絶縁性樹脂を前記タブやリベットに塗布するのみでは、該樹脂がコンデンサ素子内部に流出してしまうなど、陽極側のタブやリベットの露出面の多くを被覆するのは難しい。

そこで、本発明は、高圧仕様や、リップル電流値が高い使用条件でのコンデンサにおいて、コンデンサ素子内部の発熱により生成される耐圧の低い電解液が陽極側のタブやリベットに付着することを防ぎ、漏れ電流のノイズの発生などがない信頼性の高いコンデンサを提供する。

そこで、上記の課題を解決した本発明のコンデンサは、有底筒状の外装ケースと、該外装ケースの開口部を封止するとともに安全弁が形成された封口板と、該封口板に設けられた外部端子のリベットに陰極側、陽極側のタブをそれぞれ接続したコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子と封口板との間に介在された壁部で囲う収納部および前記封口板に形成した安全弁に対応する切欠部を備えたキャップとからなり、コンデンサ素子を外装ケースに収納し、前記キャップの収納部にコンデンサ素子の少なくとも陽極側のタブ及びリベットを収納するとともに、該収納部に絶縁性樹脂材を充填したことを特徴とする。
これによると、陽極側のタブやリベットの表面を被覆する前記絶縁性樹脂材が、キャップの収納部に充填されるため、該絶縁性樹脂材がコンデンサ素子内に流出したりすることがなく、また陽極側のタブ及びリベットのみなど部分的に覆うことが容易にできるとともに、該収納部に収納された陽極側のタブやリベットの表面を前記絶縁性樹脂材にて被覆できるため、耐圧の低い電解液が前記陽極側のタブやリベットに付着することがなく、漏れ電流のノイズ発生による寿命特性の劣化を防止できる。なお、絶縁性樹脂材は、粘度が１〜２００Ｐａ・ｓの範囲で使用され、特に３０〜１００Ｐａ・ｓの範囲では、コンデンサ内に該絶縁性樹脂材の流出が低減され好適である。

また、前記キャップの収納部は、座板と該座板の少なくとも一部を囲う壁部であることを特徴とする。これによると、キャップの収納部に充填された絶縁性樹脂材がコンデンサ素子内に流出することを確実に防止できる。

また、キャップは、その収納部に陽極側のタブを挿通する挿通部を備えたことを特徴とする。これによると、陽極側のタブを効率よくキャップの収納部に収納できる。なお、挿通部を収納部を構成する底板に設けるとさらに収納しやすい。

また、前記キャップは、前記壁部に囲われていない底板に陰極側のタブを挿通する挿通部を備えたことを特徴とする。これによると、前記挿通部に陰極側のタブを挿通することで、キャップが回転するなどのコンデンサ素子との位置ずれが生じない。

また、前記キャップは、その底板が外装ケースの内周径と同等の大きさからなることを特徴とする。これによると、コンデンサ素子の軸方向に対して直角方向に振動が生じた場合、該キャップはその底板により、外装ケース内での固定されるため、振動によるタブの損傷などがない。

また、前記キャップは、外装ケースの内周径と同等の大きさからなる外壁部を有することを特徴とする。これによると、コンデンサ素子の軸方向に対して直角方向に振動が生じた場合、該キャップはその外壁部により、外装ケース内で固定されるため、振動によるタブの損傷などがない。

本発明によれば、絶縁性樹脂材がデンサ素子内に流出したりすることがなく、陽極側のタブ及びリベットのみなど部分的に覆うことが容易できるとともに、該収納部に収納された陽極側のタブやリベットの表面を前記絶縁性樹脂材にて被覆できるため、耐圧の低い電解液が前記陽極側のタブやリベットに付着することがなく、漏れ電流のノイズ発生による寿命特性の劣化を防止できる。

以下に図面に基づき本発明の実施例を説明する。図１は、本発明の実施例に係る電解コンデンサにおいて、キャップをコンデンサ素子にキャップを装着し、キャップの収納部に絶縁性樹脂材を充填する工程を示している。図２は、本発明の実施例の電解コンデンサにおいて、コンデンサ素子に装着されるキャップを示している。図３は、本発明の実施例に係る電解コンデンサの断面図を示している。なお、実施例では、コンデンサとして、電解コンデンサを例示する。

図１において、コンデンサ素子１は、アルミニウムなどの金属箔からなる陰極箔及び陽極箔に、端子引き出し用のタブ３、４をそれぞれ接続し、この陰極箔及び陽極箔を間に電気絶縁性のセパレータを介して巻回し、最外周端を巻止めテープにより固定して形成され、このコンデンサ素子１には駆動用電解液が含浸される。なお、実施例では、巻回型のコンデンサ素子を例示するが、これに限らず、矩形の陽極箔及び陰極箔をセパレータを介して交互に積層する積層型のコンデンサ素子を用いてもよい。

封口板２は、絶縁樹脂からなり、その中央付近に、陽極側及び陰極側の外部端子９のリベット５，６がそれぞれインサート成形され、また内部ガスを外部に透過させるシリコーンゴム等からなる安全弁７が形成されている。前記リベット５，６には前記コンデンサ素子１の陽極側及び陰極側のタブ３，４が超音波溶接等にてそれぞれ接続され、封口板２とコンデンサ素子１を一体とした後、アルミニウムなどからなる有底筒状の外装ケース８に収納され、外装ケース８の開口端がカーリング処理されて封止され、電解コンデンサが完成される。

図１に示すように、前記コンデンサ素子１にはキャップ１０が装着されている。このキャップ１０は、図２に示すように、ポリプロピレンなどの絶縁樹脂からなり、外装ケース８の内周径（横溝部が形成されている場合はその横溝部の内周径）とほぼ同一の径からなる底板１１と該底板１１の一部を囲う壁部１２からなる収納部１３が形成されている。この収納部１３は、陽極側のタブ３と封口板２に形成された陽極側のリベット５とを全て収納する大きさが好ましい。この収納部１３の底板１１には、コンデンサ素子１より導出した陽極側のタブ３を挿通させる挿通部１４が形成されている。また前記底板１１には、直立した外壁部１６が形成され、この外壁部１６も外装ケース８の内周径とほぼ同一の径になっている。底板１１の一部は封口板２の安全弁７に対応する部分に切欠部１７が形成され、内部ガスが生じた際に、前記キャップに阻まれることなく安全弁７に向かうように形成されている。

このキャップ１０は、底板１１に設けられた陽極側及び陰極側の挿通部１４，１５に駆動用電解液が含浸されたコンデンサ素子１の陰極側及び陽極側のタブ３，４をそれぞれ根元付近まで挿通させて、コンデンサ素子１の端面に装着される。その後封口板２に設けられた陽極側及び陰極側の外部端子９のリベット５，６に接続され、コンデンサ素子１と封口板２及びキャップ１０が一体化される。

図３に示すように、コンデンサ素子１は、陽極側のタブ３がキャップ１０の収納部１３に折り畳まれて収納され、陰極側のタブ４も同様に折り畳まれて、収納部１３外のキャップ１０内に収納され、シリコーン樹脂などの絶縁性樹脂材１８が充填される。なお、前記キャップ１０の収納部１３に絶縁性樹脂材１８を充填した後に、陽極側のタブ３を該収納部１３に折り畳めてもよい。その後、キャップ１０の収納部１３に陽極側のリベット５を収納するように、封口板２をキャップ１０に装着し、温風をかけることで、充填された絶縁性樹脂材１８を硬化させ、コンデンサ素子１より導出した陽極タブ３及び封口板２に形成された陽極側のリベット５が樹脂により覆われる。このように、充填された絶縁性樹脂材が硬化するまで、該樹脂材が収納部内に保持されているため、該樹脂材が硬化される前、つまり樹脂材を前記キャップの収納部に充填した直後に外装ケースの開口部をカーリング処理して封止する事ができるとともに、コンデンサ素子内部への前記樹脂材の流出などがなく、所望の範囲に該樹脂材を付着させることができる。

以上、本発明を図面に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲での変更や追加があっても、本発明に含まれることは言うまでもない。

例えば、実施例におけるキャップ１０の底板１１は外装ケース８の内周径とほぼ同一のものを示したが、これに限らず、図４（ａ）に示すように、底板１１が外装ケース８の内周径と同一ではなく、収納部１３のみに形成されていてもよい。また実施例におけるキャップ１０では、外装ケース８の内周径とほぼ同一の径を有する外壁部１６を有しているが、これに限らず、外壁部１６を有さなくても良い。また、図示しないが、キャップ１０は、底板１１と該底板１１を囲う壁部１２のみから形成しても良い。さらには、絶縁性樹脂材１８の粘性が高い場合には、底板１１を外し、壁部１２で囲う収納部を備えたものでも良い。

また、実施例では、コンデンサ素子１より導出された陽極側のタブ３と陽極側のリベット５を絶縁性樹脂材１８にて被覆しているが、外装ケース８内のコンデンサ素子１より露出した陽極側のタブ及びリベットの全てを覆うのが好ましい。また、実施例では、陽極側のタブ３およびリベット５を樹脂にて覆っているが、陰極側のタブ４及びリベット６を覆っても良い。

また、陽極側のタブ３は、予め化成処理が施されていると、ショート不良などが低減され好ましく、特に定格電圧以上の耐圧を有する化成皮膜が形成されているとさらに好ましい。なお、コンデンサ素子１より導出した部分の陽極側のタブ３、および陽極側のリベット５も化成処理を施すと、漏れ電流のノイズの発生を抑制でき好ましく、定格電圧以上の耐圧を有する化成皮膜が形成されているとさらに好ましい。

また、実施例では、陽極側及び陰極側のリベット５，６と、陽極側及び陰極側のタブ３，４をそれぞれ接続しているが、接続手段としては、超音波溶接に加え、レーザ溶接、抵抗溶接、摩擦攪拌溶接を用いることができる。特に摩擦攪拌溶接を用いた際には、その溶接部にバリが発生し、このバリと他極材が接触してショートが発生する問題があるが、前記キャップの収納部内に充填された絶縁性樹脂材及びキャップにより絶縁保護がなされるため、ショートの発生が無く信頼性の高い電解コンデンサが得られる。摩擦攪拌溶接を用いた本発明の実施例を説明すると、図５に示すように、矩形の陽極箔及び陰極箔をセパレータを介して交互に積層したコンデンサ素子１から導出された陽極側及び陰極側のタブ３，４がそれぞれ集束され、封口板２のリベット５，６との接続用のタブ端子３’，４’とともにアルミニウムからなるコ字状の溶接補助材１９内に収納される。図６に示すように、この溶接補助材１９の開放側より、アルミニウムからなる押圧材２０により、前記集束されたタブ３，４及び外部接続用の端子３’，４’が押圧されて溶接補助材１９内に収納される。溶接補助材１９には凹部２１が形成されと押圧材２０には、前記凹部２１に嵌合される凸部２２が形成され、押圧時の位置決め及び押圧後の位置ずれが制御される。前記集束されたタブ３，４及び外部接続用の端子３’，４’が溶接補助材１９内に押圧収納されると、摩擦攪拌溶接用の高速回転する柱状のプローブ２３を溶接補助材１９の側面側より圧入し、集束されたタブ３，４の積層方向に向かって移動させることで、タブ３，４同士及び外部接続用の端子３’，４’が前記プローブ２３の回転により攪拌された溶接補助材１９の一部を介して接合される。その後、前記摩擦攪拌溶接により接続された陽極側及び陰極側のタブ３，４は、キャップ１０内に収納されるとともに、封口板２のリベット５，６に前記陽極側及び陰極側の外部接続用端子３’，４’がそれぞれ接続される。このキャップ１０は、長方形であり、陽極側のタブ３及び陰極側のタブ４をそれぞれ収納するための壁部１２と、陽極側の収納部１３と、陰極側の収納部１３’の間には、コンデンサ素子１の内部ガスを通過させる貫通部１７’が形成されている。前記キャップ１０の陽極側の収納部１３には、陽極側のタブ３、摩擦攪拌溶接補助材１９及び外部接続用の端子３’が収納されるとともにシリコーン樹脂などの絶縁性樹脂材１８が充填され、該絶縁性樹脂材１８により覆われる。その後、コンデンサ素子１を外装ケースに収納し、該外装ケースの開口端が封止されて電解コンデンサとなる。

なお、実施例では、電解コンデンサを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電気２重層コンデンサにも適用できる。

本発明の実施例に係る電解コンデンサにおいて、キャップをコンデンサ素子に装着し、キャップの収納部に絶縁性樹脂材を充填する工程を示している。本発明の実施例の電解コンデンサにおいて、コンデンサ素子に装着されるキャップを示している。本発明の実施例に係る電解コンデンサの断面図を示している。本発明の実施例の他のキャップ形態を示している。本発明の他の実施例に係る電解コンデンサにおいて、キャップをコンデンサ素子に装着し、キャップの収納部に絶縁性樹脂材を充填する工程を示している。本発明の他の実施例の陽極側のタブの接続形態を示している。

符号の説明

１コンデンサ素子
２封口板
３陽極側のタブ
３’ 陽極側の外部接続用の端子
４陰極側のタブ
４’ 陽極側の外部接続用の端子
５陽極側のリベット
６陰極側のリベット
７安全弁
８外装ケース
９外部端子
１０キャップ
１１底板
１２壁部
１３収納部
１４陽極側のタブ挿通部
１５陰極側のタブ挿通部
１６外壁部
１７切欠部
１７’貫通部
１８絶縁性樹脂材
１９溶接補助材
２０押圧材
２１凹部
２２凸部
２３プローブ

Claims

有底筒状の外装ケースと、該外装ケースの開口部を封止するとともに安全弁が形成された封口板と、該封口板に設けられた外部端子のリベットに陰極側、陽極側のタブをそれぞれ接続したコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子と封口板との間に介在された壁部で囲う収納部および前記封口板に形成した安全弁に対応する切欠部を備えたキャップとからなり、
コンデンサ素子を外装ケースに収納し、前記キャップの収納部にコンデンサ素子の少なくとも陽極側のタブ及びリベットを収納するとともに、該収納部に絶縁性樹脂材を充填したコンデンサ。
前記キャップの収納部は、座板と該座板の少なくとも一部を囲う壁部である請求項１に記載のコンデンサ。
前記キャップは、その収納部に陽極側のタブを挿通する挿通部を備えた請求項２に記載のコンデンサ。
前記キャップは、前記壁部に囲われていない底板に陰極側のタブを挿通する挿通部を備えた請求項２又は３に記載のコンデンサ。
前記キャップは、その底板が外装ケースの内周径と同等の大きさからなる請求項２乃至４のいずれかに記載のコンデンサ。
前記キャップは、外装ケースの内周径と同等の大きさからなる外壁部を有する請求項１乃至５のいずれかに記載のコンデンサ。
前記陰極側、陽極側のタブはそれぞれ摩擦攪拌溶接により、外部端子のリベットに接続された請求項１乃至６のいずれかに記載のコンデンサ。