JP4788901B2 - 電解コンデンサ用封口体及び該封口体を用いた電解コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、電解コンデンサ用封口体及びこの封口体を用いた電解コンデンサの改良に関するものである。

一般的に、電解コンデンサは、アルミニウムの表面をエッチング及び化成処理した陽極箔と、アルミニウムの表面をエッチングした陰極箔を、絶縁性のセパレータを介して巻回又は積層したコンデンサ素子に電解液を含浸し、これをアルミニウムや硬質樹脂等からなる有底筒状の外装ケース内に収納し、この外装ケースの開口部を封口体で封止することで構成されている。このような電解コンデンサにおいて、コンデンサ素子から引き出されたリード線は、封口体貫通用の丸棒部を備えており、封口体に設けられたリード孔内にリード線の丸棒部が挿入された状態で、外装ケースの加締め横溝を封口体の外周に押し込みゴムを上下方向に変形させリード孔を小さくする応力を発生させ、また外装ケースの開口端に縦加締めを行なうことで、外装ケースやリード線の丸棒部と、封口体との間の気密性を保持している。

このような封口構造において、封口体は電解コンデンサの性能、特に電解液の蒸発揮散に伴う劣化及び寿命に大きく影響するため、電解液に対して適切な封口体を選択することは非常に重要であり、外装ケースやリード線の丸棒部との気密性を保持する観点から、通常、封口体の材料としてはゴムが用いられている。

しかしながら、上記のような従来の電解コンデンサには、以下に述べるような問題点があった。すなわち、封止性および耐熱性が要求される電解コンデンサ用封口ゴムとしては、エチレンプロピレンターポリマー（ＥＰＤＭ）、イソブチレンイソプレンゴム（ＩＩＲ：通称ブチルゴム）、ブタジエンスチレンゴム（ＳＢＲ）が使用され、高温度下では、これらのゴム単独の封口体を使用した場合には、外部空気中の水分等が外装ケース内に侵入したり、逆に内部の電解液が外部に蒸発揮散する場合があり、コンデンサの寿命信頼性を保持することが困難であった。これらの問題を解決するため、従来は、ゴムの充填剤の種類や充填量を変えることで対応がなされていたが、ゴムの特性はポリマーの分子構造に大きく起因するため、画期的な改善は困難であった。

従って、これらの問題を解決するため、封口体を構成する弾性ゴムに対し別の樹脂等を積層する方法も提案されている。

例えば、図６の（ｂ）に示すように、イソブチレンイソプレンゴム単体からなる２つの弾性ゴム６とその間に挟まれたポリプロピレン単体からなる樹脂層７によって構成される封口体５が開示されており、この封口体５により電解液の漏出を完全に防止可能である旨述べられている（特許文献１）。

また、図６の（ａ）に示すように、フッ素樹脂層７の表面をスパッタエッチング処理し、この処理面にイソプレン−イソブチレン共重合体弾性ゴム６を積層した電解コンデンサ用封口体５が開示されており、この封口体５により電解液の漏れが防止される旨述べられている（特許文献２）。なお、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すこの封口体５には、リード線を挿通するリード孔８が設けられている。

特開平８−３０６５９６公報 号特開平７−３０７２５３号公報

しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に開示された弾性ゴム６とその他樹脂層７を積層した封口体５を作製した場合、封口体５の電解液の漏出防止が可能となるが、封口体５の薄型化としては、満足できるものではない。つまり、この封口体５を薄型化して電解コンデンサに用いると、電解コンデンサの内圧上昇に伴い、樹脂層７が平坦状であるため、封口体５の中心部分が膨れてしまう問題が生じた。

そこで、本発明の目的は、電解液の封口部位での透過を防止するとともに、封口体の強度を維持しつつ封口体の薄型化を図った電解コンデンサ用封口体及び該封口体を用いた電解コンデンサを提供することにある。

そこで、上記の課題を解決した本発明の電解コンデンサ用封口体は、電解コンデンサに用いられる封口体であって、封口体を構成する弾性ゴムの内部に、樹脂フィルムが断面湾曲状に積層されたことを特徴としている。
これによると、封口体に積層された断面湾曲状の樹脂フィルムによって、電解液の封口体からの透過を抑制し、且つ封口体自体の強度が高められ薄型化が可能となるとともに、この封口体を電解コンデンサに用いた場合、電解コンデンサの内圧が上昇した際に、断面湾曲状の樹脂フィルムによって封口体の膨れを抑制できる。また、前記樹脂フィルムは、断面湾曲状に代えて、断面凸形状とするもできる。

また、前記樹脂フィルムは、ポリプロピレン、ポリエチレンサルファイド、ポリイミド、アラミドやナイロン等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、エチレンテトラフルオロエチレン及びポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂などから選択される１種以上であることを特徴としている。これらの材質からなる樹脂フィルムを用いると、電解液の透過の抑制効果が高まり、且つ封口体の強度を効果的に高めることができる。

また、前記弾性ゴムは、エチレンプロピレンターポリマー、イソブチレンイソプレンゴム及びブタジエンスチレンゴムから選択される１種以上を好適に用いることができる。

また、本発明の電解コンデンサは、コンデンサ素子と該コンデンサ素子を収容する外装ケースと、前記外装ケースの開口部を封口する封口体と、前記封口体 を貫通して前記外装ケースから外部に突出するリード線とからなる電解コンデンサにおいて、上述の封口体を用いると、電解液の透過を抑制でき、且つ封口体自体の強度が高く薄型化により、電解コンデンサの小形化が可能となる。特に前記封口体に積層された樹脂フィルムの湾曲方向を、コンデンサ素子側とすることで、電解コンデンサの内圧上昇時に封口体が膨れることを前記湾曲状によって効果的に抑制でき、電解コンデンサの信頼性を高めることができる。

本発明によれば、電解コンデンサ用封口体の電解液の封口部位での透過を防止するとともに、封口体の強度を高め封口体の薄型化を可能し、これを用いた電解コンデンサの小形化を実現できる。

以下に、本発明に係る電解コンデンサの実施の形態について具体的に説明する。図１は本発明の電解コンデンサ用封口体を用いた電解コンデンサを示す断面図であり、図２から図４は本発明の電解コンデンサ用封口体を示す断面図であり、図５は本発明の電解コンデンサ用封口体の製造工程を示す断面図である。

図１に示すように、電解コンデンサ１は、以下の構成を有する。コンデンサ素子２は、アルミニウム箔の表面を粗面化し、陽極酸化皮膜を形成した陽極箔と、同様に表面を粗面化した陰極箔との任意な箇所に、封口体５のリード孔８に挿入する丸棒部４と前記陽極箔及び陰極箔と接続する平坦部を備えたリード線３を超音波溶接、ステッチ、レーザー、冷間圧接などの接続方法により接続し、この陽極箔と陰極箔の間に電気絶縁性のセパレータ（例えば、合成繊維、マニラ紙、クラフト紙など）を介在させて巻回又は積層して形成される。このコンデンサ素子２は、アルミニウム等からなる有底筒状の外装ケース９内に収納され、外装ケース９の開口部は、弾性ゴム６及び樹脂フィルム７からなる封口体５によって密封されている。なお、図中において、封口体５にはリード孔８が設けられており、このリード孔８内にリード線３の丸棒部４が位置するように構成され、コンデンサ素子２からリード線３が導出されている。

ここで、封口体５は、エチレンプロピレンターポリマー（ＥＰＤＭ）、イソブチレンイソプレンゴム（ＩＩＲ：通称ブチルゴム）又はブタジエンスチレンゴム（ＳＢＲ）などの弾性ゴム６と、ポリプロピレン、ポリエチレンサルファイド、ポリイミド、アラミドやナイロン等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、エチレンテトラフルオロエチレン及びポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂などから選択される樹脂フィルム７とからなり、この樹脂フィルム７が弾性ゴム６内に積層されている。樹脂フィルム７としては、アラミド、ポリエチレンテレフタレート、エチレンテトラフルオロエチレンが好ましい。各樹脂フィルム７の厚さは、３μｍ〜２００μｍが好ましい。

樹脂フィルム７は、弾性ゴム６内に断面湾曲状となるように積層されている。これは樹脂フィルム７の少なくとも一部が湾曲状に突出した形状であり、図２に示すように、樹脂フィルム７が封口体５の図示上面から中心に向かってすり鉢状に突出させる形状や、図３に示すように、同じく樹脂フィルム７が封口体５の図示上面から中心に向かって段部によって突出させる形状があげられる。これらのように樹脂フィルム７が封口体５の内部で突出する形状であればよい。

なお、図４に示すように、上記封口体５の表面には、前述の樹脂フィルム７をさらに形成することで、電解液の透過を抑制し、且つ封口体５の強度を向上させることもできる。特に表面に形成する樹脂フィルム７としては、エチレンテトラフルオロエチレン、ポリエチレンナフタレート、アラミドが耐熱性が良く好適である。

本発明の封口体５は、図５に示すように、成型金型１１上に、樹脂フィルム７を未加硫ゴムからなる弾性ゴム６によって挟んで積層する。この樹脂フィルム７は、未加硫ゴムとの接着性を向上させるため、予めコロナ放電処理、プラズマ放電処理、紫外線照射処理、下塗り材塗布法、エキシマレーザー処理、金属ナトリウム処理、スパッタエッチング処理などの表面処理が施されている。その他にも樹脂フィルム７の表面に各種接着剤を塗布でき、接着剤としては、ＦＥＰやＰＦＡ等があげられる。未加硫ゴムには、加硫剤が配合され、この加硫剤としては、硫黄加硫剤、樹脂加硫剤、過酸化物加硫剤があげられる。

成型金型１１は、封口体５を厚入する凹部１３を備え、この凹部１３内にリード線３の貫通孔を形成するピン１４が形成されている。この成型金型１１上に載置された封口体５を、その上部より成型プレス型１２によって矢印方向に加圧及び加熱しながら成型金型１１の封口体凹部１３に圧入すると、未加硫ゴムに配合された加硫剤によって未加硫ゴムが加硫されるとともに、未加硫ゴムと樹脂フィルム７が一体化される。この際に、成型金型１１及び成型プレス型１２による加圧及び加熱条件、成型金型１１の封口体形成用凹部１３の形状、封口体５の積層状況を適宜設定することよって、封口体５に積層される樹脂フィルム７を断面湾曲状又は断面凸形状に形成できる。

この封口体５は、外装ケース９に電解液が含浸されたコンデンサ素子２を収納した外装ケース９の開口部に挿入され、加締めによって封口される。封口体５のリード孔８に、コンデンサ素子２のリード線３の丸棒部４を挿入した状態で、外装ケース９の加締め横溝１０を封口体５の外周に押し込みゴムを上下方向に変形させてリード孔８を小さくする応力を発生させてリード孔８を密封し、また外装ケース９の開口端に縦加締めを行うことで、図１に示すように、外装ケース９と封口体５との間の封口がなされる。

ここで封口ゴムの樹脂フィルム７は、図１に示すように、前記外装ケース９の加締め横溝１０よりも、電解コンデンサ１外部側に配置されると、外装ケース９の加締め横溝１０の形成時に樹脂フィルム７の変形応力が低減され、樹脂フィルム７と弾性ゴム６との剥離等の不具合が生じにくいため好ましい。また樹脂フィルム７は、その外周端が外装ケース９の内側面に当接されると電解液の透過の抑制効果を更に高められる。

以下、実施例を用いて更に詳細に説明する。

（実施例１）
厚さ０．５ｍｍの未加硫ゴム（ブチルゴム）を２枚積層し、その上に厚さ１２μｍのパラ系のアラミドフィルムを配し、更に厚さ０．５ｍｍの未加硫ゴム（ブチルゴム）を２枚積層して積層体を形成する。アラミドフィルムには、プラズマ放電処理が予め施されている。この積層体を成型金型上に配置し、成型プレス型にて加圧及び加熱して該未加硫ゴムを加硫させるとともに断面湾曲状に形成しながらアラミドフィルムと一体化せしめ、封口体を形成した。エチレングリコールとスルホランを含む電解液を用い、コンデンサ素子をアルミニウムからなる外装ケースに収納するとともに、図１に示すようにこの開口部をアラミドフィルムの湾曲方向をコンデンサ素子側になるように前記封口体を用いて封止して電解コンデンサを作成した。

（実施例２）
実施例１におけるパラ系のアラミドフィルムに代えて、厚さ２５μｍのポリエチレンナフタレートフィルムを用いた。その他は実施例１と同様である。

（実施例３）
実施例１におけるパラ系のアラミドフィルムに代えて、厚さ５０μｍのエチレンテトラフルオロエチレンフィルムを用いた。その他は実施例１と同様である。

（比較例１）
実施例１におけるアラミドフィルムを封口体内に平坦状に積層させた。その他は実施例１と同様である。

（比較例２）
実施例２におけるポリエチレンナフタレートフィルムを封口体内に平坦状に積層させた。その他は実施例２と同様である。

（比較例３）
実施例３におけるエチレンテトラフルオロエチレンフィルムを封口体内に平坦状に積層させた。その他は実施例３と同様である。

この作成した実施例１〜３の電解コンデンサ及び比較例１〜３の電解コンデンサを、１５０℃雰囲気下で、５００時間、所定電圧を印可した後の封口ゴムの外観形状を観察したところ、実施例１〜３の電解コンデンサについては、封口ゴムの膨れは見られなかったのに対し、比較例１〜３の電解コンデンサについては、封口ゴムに膨れが生じていた。このことから、封口ゴムに積層された樹脂フィルムを断面湾曲状とすることで、封口体自体の強度が高められることが分かった。

更に、実施例１〜３の電解コンデンサ及び比較例１〜３の電解コンデンサにおいて、初期と試験後の電解液の重量を測定したところ、実施例１〜３の電解コンデンサと、比較例１〜３の電解コンデンサとでの差異は見られなかった。従って実施例１〜３の電解コンデンサでは、電解液の透過が抑制されていることが分かった。

本発明の電解コンデンサ用封口体を用いた電解コンデンサを示す断面図である。 本発明の電解コンデンサ用封口体を示す断面図である。 本発明の電解コンデンサ用封口体を示す断面図である。 本発明の電解コンデンサ用封口体を示す断面図である。 本発明の電解コンデンサ用封口体の製造工程を示す断面図である。 従来の電解コンデンサ用封口体を示す断面図である。

符号の説明

１ 電解コンデンサ
２ コンデンサ素子
３ リード線
４ 丸棒部
５ 封口体
６ 弾性ゴム
７ 樹脂フィルム
８ リード孔
９ 外装ケース
１０ 横溝
１１ 成型金型
１２ 成型プレス型
１３ 封口体形成用凹部
１４ リード孔形成用ピン

Claims (6)

1. 電解コンデンサに用いられる封口体であって、封口体を構成する弾性ゴムの内部に、樹脂フィルムが断面湾曲状に積層された電解コンデンサ用封口体。
2. 前記樹脂フィルムが、断面凸形状である請求項１に記載の電解コンデンサ用封口体。
3. 前記樹脂フィルムは、ポリプロピレン、ポリエチレンサルファイド、ポリイミド、ポリアミド、フッ素樹脂から選択される１種以上である請求項１又は２に記載の電解コンデンサ用封口体。
4. 前記弾性ゴムは、エチレンプロピレンターポリマー、イソブチレンイソプレンゴム及びブタジエンスチレンゴムから選択される１種以上である請求項１乃至３いずれかに記載の電解コンデンサ用封口体。
5. コンデンサ素子と該コンデンサ素子を収容する外装ケースと、前記外装ケースの開口部を封口する封口体と、前記封口体 を貫通して前記外装ケースから外部に突出するリード線とからなる電解コンデンサにおいて、前記外装ケースの開口部を封口する封口体が、前記請求項１乃至４いずれかに記載の電解コンデンサ用封口体である電解コンデンサ。
6. 前記封口体は、コンデンサ素子側に湾曲する樹脂フィルムを積層した請求項５に記載の電解コンデンサ。
   

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