JP5243184B2 - 電解コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、内部ケースにコンデンサ素子を収納したコンデンサ本体を外装ケースに収納した二重ケース構造の電解コンデンサに関するものである。

一般的に電解コンデンサは、アルミニウムからなる電極箔とセパレータとを巻回してコンデンサ素子を形成し、該コンデンサ素子に電解液を含浸させ、含浸後のコンデンサ素子をアルミニウム製ケース内に収納して封口材で封止することにより構成されている。

この電解コンデンサに定格より高い電圧や定格リプル電流を超えた電流が印加されると、コンデンサ素子が発熱して電解液がガス化し、ケース内圧が上昇する。そして、この内圧が、封口材の封止力を上回ると、コンデンサ素子がケースから外れることがある。

このため、このような電解コンデンサでは、通常、ケースに防爆弁(弱体部）が設けてあり、異常にケース内圧が上昇した場合には、開弁してガス（ガス状電解液）を外へ放出している。しかしながら、放出したガスにより電解コンデンサを搭載した機器内部が汚れたり、ガス状電解液が発火による煙と区別がつかないという問題がある。

そこで、防爆弁作動時に電解液が外部へ流出するのを防止する技術が提案されている。例えば、特許文献１記載の電解コンデンサでは、金属ケースにコンデンサ素子を収納し、コンデンサ素子から導出された一対のリード線の先に一対のヒューズ線が接続されている。また、金属ケースの開口部には封口部材が配設され、金属ケースの封口部に防爆弁が形成されている。金属ケースの外側には、別個の外装ケースが配置されており、外装ケースの開口部は封口部材により封口されている。そして、電解コンデンサに過電圧等が印加されると、ガス状電解液により金属ケースの内圧が上昇し、防爆弁が作動して内部の発生ガスが噴出する。発生ガスは、金属ケースと外装ケースとの上部空間に噴出するため、上部空間の圧力により内部の電解コンデンサが金属ケースごと底部側に移動し、これに伴ってヒューズ線が切断される。

また、特許文献２記載の電解コンデンサでは、金属ケースにコンデンサ素子を収納し、金属ケースの天板部に防爆弁を形成している。また、コンデンサ素子の上部に有底筒状の保持部材を配置し、保持部材内の有底部にゲル化剤保持紙を挿入するとともに、粒状のゲル化剤をゲル化剤保持紙に当接するように挿入し、中央部に孔を設けた円板を圧入することによってゲル化剤を保持部材内に保持させている。これにより、金属ケースの天板部と円板との間に空間部が形成される。この電解コンデンサでは、過電圧が印加されると、ガス状電解液により金属ケースの内圧が上昇し、防爆弁が作動してガスが空間部に噴出する。ガス状電解液の一部は円板に当たって冷却されて液化し、空間内に溜まる。一方、円板に設けた孔を通過したガスはゲル化剤によってゲル化され、外部への流出が防止される。

特開２００３−３１４４７号公報 特開平５−１３２８９号公報

しかしながら、特許文献１記載の電解コンデンサでは、ヒューズ線を切断するために、放出されたガスを拡散させる空間（上部空間）のほかに、内部の電解コンデンサを移動させる空間が必要となり、製品の小形・低背化という要求に反することになる。また、特許文献２記載の電解コンデンサでも、コンデンサ素子の上方に空間部およびゲル化剤を収容する収容部を形成していることから、製品の小形・低背化を図ることが困難となる。

また、特許文献１記載の電解コンデンサでは、一対のヒューズ線を新たに用いて該一対のヒューズ線と一対のリード線とを互いに接続する必要があり、特許文献２記載の電解コンデンサでは、ゲル化剤のほか、ゲル化剤を保持する保持部材、ゲル化剤保持紙、円板等の部材を要することから、機構的に複雑となり、製造面およびコスト面で不利となるという問題があった。

この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、内部ケースにコンデンサ素子を収納したコンデンサ本体を外装ケースに収納した二重ケース構造の電解コンデンサにおいて、簡易かつ安価な構造で、弁作動時の電解液の外部への流出を防止することを目的とする。

この発明は、電解液を含浸させたコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を内部に収納し、弱体部がその底面に形成された有底筒状の内部ケースと、内部ケースの開口部を封口する内部封口材とを有するコンデンサ本体が、内部ケースの容積よりも大きな空間を内部に有する外装ケースに収納され、外装ケースの開口部を外部封口材で封口した二重ケース構造の電解コンデンサであって、外装ケースの内底部にコンデンサ本体を外装ケースに対して固定する固定具を備え、固定具が、弱体部から噴出したガス状電解液の非ガス状化を促進させる材質で形成されるとともに、固定具は、弱体部が外装ケースの内底面を臨むように内部ケース底面を取り囲む円環状に形成された円環部と、該円環部の周囲に突出した複数の突出部とを有し、コンデンサ本体と外装ケースの内底面との間に底面側空間と、内部ケースの側面周囲と外装ケースとの間に側面側空間と、互いに隣接する突出部で挟まれた円環部の周囲の間隙により底面側空間と側面側空間とを連通する間隙空間とが形成され、底面側空間、側面側空間および間隙空間に弱体部から噴出する電解液を保持可能となっていることを特徴としている。

このように構成された発明では、外装ケースの内底部に設けられた固定具によってコンデンサ本体（内部ケースにコンデンサ素子を収納し、内部封口部材で封口したもの）が外装ケースに対して固定される。ここで、固定具は、弱体部から噴出したガス状電解液の非ガス状化を促進させる材質で形成されている。このため、電解コンデンサに過電圧等の異常な負荷がかけられ、弱体部が破裂(弁作動）した場合に、ガス化した電解液（ガス状電解液）が固定具に接触し、ガス状電解液の非ガス状化が促進される。その結果、非ガス状化された電解液が内部ケースと外装ケースの間に溜まり、外装ケース内に保持される。これにより、外部（外装ケースの外）に電解液が流出するのが防止される。また、弱体部が破裂（弁が作動）するときにその開弁を固定具が妨げることがない。しかも、弱体部の近傍に弱体部を取り囲むように固定具が配置されていることから、ガス状電解液を速やかに、かつ漏れなく非ガス状化し、外装ケース内に電解液を保持し、外部への電解液の流出を確実に防止することができる。このように本発明によれば、コンデンサ本体を外装ケースに対して固定する固定具が、電解液の外部への流出防止機能も兼ね備えているので、簡易かつ安価な構造で、弁作動時の電解液の外部への流出を防止することができる。

ここで、固定具としては、多孔質材または電解液をゲル化させるゲル化剤を含有する材質で形成することが好ましい。固定具を多孔質材で形成した場合は、多孔質材からなる固定具に接触したガス状電解液を効率良く液化させ、液化した電解液が内部ケースと外装ケースとの間に溜まり外部への電解液の流出が防止される。また、固定具をゲル化剤を含有する材質で形成した場合は、ガス状電解液がゲル化し、外装ケース内にゲル状電解液が保持され、外部への電解液の流出が防止される。

本発明によれば、簡易かつ安価な構造で、弁作動時の電解液の外部への流出を防止することができる。

＜一実施形態＞
図１はこの発明にかかる電解コンデンサの一実施形態を示す図である。この電解コンデンサは、コンデンサ本体１が固定具３により固定された状態で外装ケース５に収納され、外装ケース５が封口材７で封止されている。コンデンサ本体１は、電解液を含浸させたコンデンサ素子１１と、該コンデンサ素子１１を内部に収納する内部ケース１３と、内部ケース１３の開口部を封口する封口材１５とを有する。このように、この実施形態では、封口材７が本発明の「外部封口材」として、封口材１５が本発明の「内部封口材」として機能する。

コンデンサ素子１１は、粗面化したアルミニウム箔（電極箔）の表面に誘電体酸化皮膜を形成してなる陽極箔と、陰極箔とをセパレータを介して巻回することにより構成されている。そして、このコンデンサ素子１１に電解液（駆動用電解液）を含浸させるとともに、内部ケース１３に収納される。内部ケース１３は、アルミニウムからなる有底円筒形状のケースからなり、底面外側に凹溝からなる防爆弁１３１(本発明の「弱体部」に相当）が形成されている。コンデンサ素子１１からは一対のリード線１２が延出され、封口材１５により内部ケース１３の開口部が封口されている。封口材１５は内部ケース１３内の気密性を保つため弾性部材により形成されている。

外装ケース５は、内部ケース１３の容積よりも大きな空間を内部に有し、外装ケース５にコンデンサ本体１を収納したときに内部ケース１３の外側面と外装ケース５の内側面との間が所定間隔だけ離間して隔てられ、環状の空間（後述する空間Ｓ３）が形成される。また、外装ケース５の内底部には固定具３が配置され、固定具３により内部ケース１３が外装ケース５に対して固定される。外装ケース５の開口部は封口材７により封口され、外装ケース５内の気密性が保たれる。より具体的には、外装ケース５の内底部に配置された固定具３と内部ケース１３の底部（円形状のケース底面の端縁部とケース側面の底面側部分）とが係合した状態で、コンデンサ本体１（内部ケース１３開口端の巻き締め部）が封口材７と当接しながら外装ケース５が封口材７により封止される。封口材７も封口材１５と同様、弾性部材で形成される。

封口材７と封口材１５は封止した状態で各々の中心が同軸（内部ケース１３および外装ケース５の円筒軸）上に位置し、封口材７のリード挿入孔７ａと封口材１５のリード挿入孔１５ａは一致した状態で配置される。これにより、コンデンサ素子１１から延出した一対のリード線１２は、封口材１５のリード挿入孔７ａと封口材１５のリード挿入孔１５ａを直線状に貫通して外部に引き出される。

図２は、図１に示す電解コンデンサに装備された固定具の構造を示す図である。具体的には、同図（ａ）は固定具を上方から見た上面図、同図（ｂ）は固定具の側面図、同図（ｃ）は固定具を下方から見た下面図、同図（ｄ）は同図（ａ）に示すＡ−Ａ’断面図である。固定具３は円環状に形成された円環部３１と、円環部３１の周囲外側４箇所に設けられた突出部３２とから構成される。円環部３１と突出部３２とは一体的に成形される。４個の突出部３２は、円環部３２の中心を中心に互いに等間隔（９０度間隔）に設けられている。

各突出部３２の外周面３２ａは外装ケース５の内壁面に沿うように形成されており、各突出部３２の外周面３２ａ同士を互いに仮想的に繋いで形成される仮想円の直径は、外装ケース５の内径に略一致する。また、各突出部３２の円環部３１に対して上方側（外装ケース５の開口部側）の上側内周面３２ｂ同士を互いに仮想的に繋いで形成される仮想円（円環部３１の外周円）の直径は、内部ケース１３の内径に略一致する。また、円環部３１は平板状に形成されており、その上面３１ａ（ケース開口側を臨む面）は内部ケース１３の底面端縁部と当接可能な当接面となっている。

このような構成によれば、コンデンサ本体１を外装ケース５内に収納し、封口材７で封口した状態では、内部ケース１３の底面端縁部が円環部３１の上面に当接するとともに、内部ケース１３の底部側面と各突出部３１の上側内周面３２ｂとが当接することで、コンデンサ本体１が固定具３により確実にホールドされる。

一方、各突出部３２は下方側（外装ケース５の底面側）にも延出しており、その先端が外装ケース５の内底面端縁部に当接する。これにより、コンデンサ本体１と外装ケース５の内底面との間に所定の容積を有する空間Ｓ１が形成される（以下、このように形成された空間を「底面側空間」という）。各突出部３２の円環部３１に対して下方側（外装ケース５の底面側）の下側内周面３２ｃは、上側内周面３２ｂに対して径方向外側に位置し、底面側空間Ｓ１の容積の拡大が図られている。

ここで、固定具３は、防爆弁１３１が外装ケース５の内底面を臨むように内部ケース１３の底面を取り囲む環状に形成されているので、防爆弁１３１が作動するときにその開弁を固定具３が妨げることがない。しかも、防爆弁１３１の作動時に、防爆弁１３１から噴出したガス化した電解液（ガス状電解液）を底面側空間Ｓ１に拡散させることが可能となっている。このような観点から、円環部３１の内周円の直径は、防爆弁１３１のサイズに比べ大きく形成することが好ましい。

固定具３は、多孔質材で形成されている。このため、多孔質材からなる固定具３に接触したガス状電解液の液化が促進され、液化した電解液が内部ケース１３と外装ケース５との間に溜まり、外部（外装ケース５）への電解液の流出が防止される。固定具３の材質としては、熱や電解液に対する耐性があり、加工性に富むものであれば特に限定されず、例えば、ガラス繊維、ゼオライト、アルミナ、活性炭、シリカゲル、多孔質セラミック、多孔質高分子、多孔質焼結金属、難燃化紙、難燃化不織布などが用いられる。

防爆弁１３１から噴出したガス状電解液は底面側空間Ｓ１に拡散され、固定具３に接触し液化する。ここで、固定具３の突出部３２は円環部３１に対して径方向外側に突出していることから、互いに隣接する突出部３２で挟まれた円環部３１の周囲の間隙空間Ｓ２を介して底面側空間Ｓ１と、内部ケース１３の側面周囲に形成された空間Ｓ３（内部ケース１３を取り囲むように形成された空間、以下、このように形成された空間を「側面側空間」という）とが連通している。このため、液化した電解液は内部ケース１３と外装ケース５との間（すなわち、底面側空間Ｓ１、間隙空間Ｓ２および側面側空間Ｓ３）に溜まり、外部への電解液の流出が防止される。

以上のように、この実施形態によれば、外装ケース５の内底部に設けられた固定具３によってコンデンサ本体１を固定するとともに、固定具３を、防爆弁１３１から噴出したガス状電解液の液化（非ガス状化）を促進させる材質で形成している。このため、電解コンデンサに過電圧等の異常な負荷がかけられ、防爆弁１３１が作動した場合に、防爆弁１３１より噴出したガス状電解液の液化を促進し、液化された電解液が内部ケース１３と外装ケース５の間に溜まり、外装ケース５内に保持される。このように、コンデンサ本体１を外装ケース５に対して固定する固定具３が、電解液の外部への流出防止機能も兼ね備えているので、簡易かつ安価な構造で、防爆弁作動時の電解液の外部への流出を防止することができる。

＜その他＞
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、固定具３の突出部３２を円環部３１の周囲４箇所に設けているが、これに限定されず、３箇所以下、５箇所以上としてもよい。要は、固定具３が内部ケース１３に当接してコンデンサ本体１を固定することができればよい。

また、上記実施形態では、固定具３を多孔質材で形成しているが、これに限定されず、固定具３を電解液をゲル化させるゲル化剤を含有した材質（以下「ゲル化剤含有材」という）で形成してもよい。この場合、防爆弁１３１より噴出したガス状電解液はゲル化剤含有材からなる固定具３に接触することでゲル化され、液化した電解液は内部ケース１３と外装ケース５との間（すなわち、底面側空間Ｓ１、間隙空間Ｓ２および側面側空間Ｓ３）に溜まる。これにより、外部への電解液の流出が防止される。このように、ゲル化剤含有材で形成した固定具３が、電解液の外部への流出防止機能も兼ね備えているので、簡易かつ安価な構造で、防爆弁作動時の電解液の外部への流出を防止することができる。なお、ゲル化剤としては、熱に対する耐性があり、固定具に塗布、混合できるものであれば特に限定されず、例えば、ポリカルボン酸またはその塩(ポリカルボン酸アンモニウムなど)、セルロース、硝酸セルロース、酢酸セルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、アルキルセルロース、カルボキシアルキルセルロースのアルカリ金属塩よりなるセルロース誘導体、アルギン酸のアルカリ金属塩、ゼラチン、寒天、こんにゃく粉、でんぷん、多糖類、たんぱく質、ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコール誘導体、ポリビニルエーテル誘導体、ポリ酢酸ビニル、酢酸ビニル−ビニルアルコール共重合体、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ペクチン、グアーガム、キサンタンガム、タマリンドガム、カラギーナン等の増粘剤が用いられる。

また、ゲル化剤のほか、ガス状電解液の再液化を促進させる材質を用いてもよい。例えば、ホウ酸等の電解液の溶質成分を含む材質で固定具を形成することで、防爆弁１３１より噴出したガス状電解液が、電解液の溶質成分を含む材質で形成された固定具に接触し、再液化され、液化した電解液は内部ケース１３と外装ケース５との間に溜まる。これにより、外部への電解液の流出が防止される。

また、上記実施形態では、を内部ケース１３の底面に防爆弁を形成しているが、防爆弁の形成部位はこれに限定されない。例えば、内部ケース１３の側面に防爆弁を形成してもよい。

この発明は、防爆弁が作動した場合であっても、防爆弁から噴出した噴出物を外部に流出するのを防止する電解コンデンサに適用することができる。

この発明にかかる電解コンデンサの一実施形態を示す図である。 図１に示す電解コンデンサに装備された固定具の構造を示す図である。

符号の説明

１…コンデンサ本体
３…固定具
５…外装ケース
７…封口材（外部封口材）
７ａ…リード挿入孔
１１…コンデンサ素子
１２…リード線
１３…内部ケース
１５…封口材（内部封口材）
１５ａ…リード挿入孔
３１…円環部
３２…突出部
１３１…防爆弁(弱体部）
Ｓ１…底面側空間
Ｓ２…間隙空間
Ｓ３…側面側空間

Claims (3)

1. 電解液を含浸させたコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を内部に収納し、弱体部がその底面に形成された有底筒状の内部ケースと、前記内部ケースの開口部を封口する内部封口材とを有するコンデンサ本体が、前記内部ケースの容積よりも大きな空間を内部に有する外装ケースに収納され、前記外装ケースの開口部を外部封口材で封口した二重ケース構造の電解コンデンサにおいて、
   前記外装ケースの内底部に前記コンデンサ本体を前記外装ケースに対して固定する固定具を備え、
   前記固定具が、前記弱体部から噴出したガス状電解液の非ガス状化を促進させる材質で形成されるとともに、
   前記固定具は、前記弱体部が前記外装ケースの内底面を臨むように前記内部ケース底面を取り囲む円環状に形成された円環部と、該円環部の周囲に突出した複数の突出部とを有し、
   前記コンデンサ本体と前記外装ケースの内底面との間に底面側空間と、
   前記内部ケースの側面周囲と前記外装ケースとの間に側面側空間と、
   互いに隣接する前記突出部で挟まれた前記円環部の周囲の間隙により前記底面側空間と前記側面側空間とを連通する間隙空間と
   が形成され、
   前記底面側空間、前記側面側空間および前記間隙空間に前記弱体部から噴出する電解液を保持可能となっていることを特徴とする電解コンデンサ。
2. 前記固定具が多孔質材で形成されていることを特徴とする請求項１記載の電解コンデンサ。
3. 前記固定具が電解液をゲル化させるゲル化剤を含有することを特徴とする請求項１記載の電解コンデンサ。

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