JP6016478B2 - 電解コンデンサ用の圧力弁、および、これを用いた電解コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、電解コンデンサ用の圧力弁、および、当該圧力弁を用いた電解コンデンサに関する。

電解コンデンサに関する技術文献として、下記特許文献１がある。特許文献１には、電解コンデンサの長寿命化を図るため、内部ガス放出用の弁として圧力弁およびガス抜き弁という２つの弁を設け、通常使用時はガス抜き弁で内部ガスを適宜放出し、急激な内圧上昇時には圧力弁を作動（破断）させて内部ガスを放出することが開示されている。

特開２００６−１０８１８５号公報

しかしながら、特許文献１では、内部ガスを放出するのに圧力弁およびガス抜き弁という２つの弁を用いているため、部品点数が多く、その分コストも上昇してしまう。
当該問題を回避するため、１つの弁のみを用いることも考えられるが、この場合、通常使用時に生じる内部ガスの放出に対応するためには、弁の厚みを小さくする必要がある。
しかしながら、弁の厚みを小さくすると、弁が破断し易くなり、電解コンデンサの長寿命化を実現することができない。

本発明の目的は、内部ガス放出用の部品の点数を抑えつつ電解コンデンサの長寿命化を実現することができる、電解コンデンサ用の圧力弁、および、当該圧力弁を用いた電解コンデンサを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の第１観点によると、電解コンデンサにおけるコンデンサ素子を収容するケースを封止する封口体に設けられ、前記ケース内のガスを放出する、電解コンデンサ用の圧力弁であって、薄肉部および前記薄肉部の外側に設けられた前記薄肉部よりも厚みが大きい厚肉部を含む作動部を有し、前記作動部のうち少なくとも前記薄肉部が、ガス透過性を有する材料からなり、前記作動部の厚み方向から見て、前記薄肉部の外縁が、角部を有さず、前記薄肉部の内側に向かって凸となる複数の第１円弧を有する形状であることを特徴とする、圧力弁が提供される。

本発明の第２観点によると、コンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を収容するケースと、前記ケースを封止する封口体と、前記封口体に設けられた第１観点に係る圧力弁と、を備えたことを特徴とする、電解コンデンサが提供される。

上記第１および第２観点によれば、内部ガス放出用の弁として１の圧力弁を用いて、通常使用時と急激な内圧上昇時との両方に対応することができる。
具体的には、通常使用時には、動作電流等によってケース内部に発生したガスを、薄肉部を介して外部に放出することができる一方、急激な内圧上昇時には、薄肉部中央が破断し、圧力弁を作動させることができる。
これは、薄肉部が、ガス透過性を有する材料からなるとともに、通常使用時等の比較的低い内圧では破断し難い構成（即ち、薄肉部の外縁が、薄肉部の内側に向かって凸となる複数の第１円弧を有する形状であり、丸みを帯びた形状であるため、薄肉部の外縁の角部に局所的に応力が集中することを回避でき、内圧上昇時に、薄肉部の外縁に応力が集中せず、効果的に応力が分散される構成）を有するためである。一方、急激な内圧上昇時には、応力が集中する薄肉部の中心部分が破断し、圧力弁を作動させることができる。
したがって、上記第１および第２観点によれば、内部ガス放出用の部品の点数を抑えつつ、電解コンデンサの長寿命化を実現することができる。

前記作動部の厚み方向から見て、前記薄肉部の外縁が、前記薄肉部の外側に向かって凸となる複数の第２円弧をさらに有する形状であってよい。この構成によれば、薄肉部の外縁がさらに丸みを帯びた形状になることから、薄肉部の外縁の角部に局所的に応力が集中することをより確実に回避でき、内圧上昇時に、薄肉部の外縁に応力が集中せず、より効果的に応力が分散される。

前記作動部の厚み方向から見て、前記薄肉部の外縁が、前記薄膜部の中心線に関して対称な形状であってよい。この構成によれば、薄肉部全体において応力をより効果的に分散することができる。

前記作動部の厚み方向から見て、前記薄肉部が十字状であってよい。この構成によれば、薄肉部の構成の複雑化を回避しながら、内部ガス放出用の部品の点数を抑えつつ電解コンデンサの長寿命化を実現するという効果を得ることができる。また、この構成によれば、加工し易いうえ、薄肉部と厚肉部との境目が長くなり破断部分が増えるので、破断が確実に行われる。

前記作動部の厚み方向から見て、前記作動部が円形であってよい。この構成によれば、作動部全体において応力をより効果的に分散することができ、電解コンデンサのさらなる長寿命化を実現することができる。

第１観点に係る圧力弁は、前記厚肉部よりも厚みが大きく、前記作動部を当該作動部の外縁から支持する環状の支持部をさらに備えてよい。この構成によれば、支持部を介して圧力弁をケースに確実に固定することができる。

本発明によると、内部ガス放出用の部品の点数を抑えつつ、電解コンデンサの長寿命化を実現することができる。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る電解コンデンサの平面図、（ｂ）は本発明の一実施形態に係る電解コンデンサの全体構成を示す（ａ）のＩＢ−ＩＢ線に沿った部分断面図である。 コンデンサ素子の分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る圧力弁を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示す矢印ＩＩＩＢの方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）に示すＩＩＩＣ−ＩＩＩＣ線に沿った断面図、（ｄ）は斜視図である。 本発明の比較例に係る圧力弁を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示す矢印ＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿った断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

先ず、図１を参照し、本発明の一実施形態に係る電解コンデンサ１の全体構成について説明する。電解コンデンサ１は、コンデンサ素子２、ケース３ａ、封口体３ｂ、底板４、スリーブ５、固定材６、端子７ａ，７ｂ、および圧力弁１０を含む。

ケース３ａは、コンデンサ素子２を収容するものであり、開口部に封口体３ｂが嵌合されている。封口体３ｂは、ケース３ａを封止している。ケース３ａは金属（アルミニウム等）からなり、封口体３ｂは絶縁材料（変性フェノール樹脂等）からなる。
封口体３ｂの上部周縁には、弾性材料（ゴム等）からなるパッキン３ｘが設けられている。パッキン３ｘは、封口体３ｂとケース３ａとの隙間からケース３ａ内のガスが漏出するのを防止する機能を有する。ケース３ａの上端は、パッキン３ｘに加締固定されている。

底板４は、絶縁材料（難燃性ポリエステル等）からなる円形のフィルムであり、ケース３ａの底部下面に重なるように配置されている。スリーブ５は、絶縁材料（ポリオレフィン等）からなる略円筒状の部材であり、ケース３ａの側部周面、底板４の下部周縁、およびケース３ａの上部周縁を覆っている。スリーブ５の下部は、底板４に固定されている。

固定材６は、コンデンサ素子２をケース３ａ内に固定するものであり、熱可塑性樹脂（ポリプロピレン等）からなる。

端子７ａ，７ｂおよび圧力弁１０は、封口体３ｂに設けられている。端子７ａ，７ｂは、封口体３ｂの厚み方向から見て、封口体３ｂの中心に関して点対称となる位置に、互いに離隔して設けられている。端子７ａ，７ｂは金属（アルミニウム等）からなり、陰極端子７ａはコンデンサ素子２の陰極リード２ａ、陽極端子７ｂはコンデンサ素子２の陽極リード２ｂとそれぞれ接続されている。
封口体３ｂには、封口体３ｂの厚み方向から見たときの中心（端子７ａ，７ｂ間の中央）と外縁との間に、ケース３ａの内部と外部とを連通する貫通孔３ｂ１が形成されている。圧力弁１０は、当該貫通孔３ｂ１を塞ぐように設けられており、その上面に設けられたロックワッシャ８によって、封口体３ｂに固定されている。圧力弁１０は、ケース３ａ内のガスを放出する機能を有する。

次いで、図２を参照し、コンデンサ素子２の構成について詳細に説明する。

コンデンサ素子２は、陰極リード２ａおよび陽極リード２ｂがそれぞれ取り付けられた陰極箔２ｘおよび陽極箔２ｙを、絶縁材料からなるセパレータ（クラフト紙等）２ｚを介して巻回し、これにより形成された巻回体の外周を素子止めテープ２ｔで固定し、その後巻回体を駆動用電解液に含浸させることにより、形成されている。陰極箔２ｘおよび陽極箔２ｙはアルミニウム箔の表面を粗面化したものであり、陽極箔２ｙは当該表面に陽極酸化皮膜を形成したものである。

次いで、図３を参照し、圧力弁１０の構成について詳細に説明する。

圧力弁１０は、略円盤状であり、作動部１１、および、作動部１１を当該作動部１１の外縁から支持する環状の支持部１２を含む。圧力弁１０は、ガス透過性および可撓性を有する材料（シリコンゴム等）からなり、作動部１１および支持部１２が一体になるよう形成されている。

作動部１１は、作動部１１の厚み方向（図３（ａ）の紙面に垂直な方向）から見て、円形である。作動部１１は、薄肉部１１ａ、および、薄肉部１１ａの外側に設けられた薄肉部１１ａよりも厚みが大きい厚肉部１１ｂを含む。
厚肉部１１ｂは、薄肉部１１ａに対して厚み方向の両方向（図３（ｃ）の上下方向）に同じ量だけ突出している。作動部１１の厚み方向から見て、薄肉部１１ａは十字状であり、厚肉部１１ｂの外縁は円形である。厚肉部１１ｂは、薄肉部１１ａの周囲において、薄肉部１１ａを画定するように設けられている。
作動部１１の厚み方向から見て、薄肉部１１ａの外縁は、薄肉部１１ａの中心Ｏに向かって（即ち、薄肉部１１ａの内側に向かって）凸となる複数の第１円弧ａ１と、薄肉部１１ａの中心Ｏから離隔する方向に（即ち、薄肉部１１ａの外側に向かって）凸となる複数の第２円弧ａ２とを有する形状である。第２円弧ａ２は十字の各先端を構成し、第１円弧ａ１は十字の交差部分を構成している。各第２円弧ａ２は厚肉部１１ｂの外縁と接している。

支持部１２は、封口体３ｂに支持される部分であり、本体１２ａおよびリブ１２ｂを含む。本体１２ａの厚みは、一定であり、厚肉部１１ｂの厚みよりも大きい。リブ１２ｂの厚みは、薄肉部１１ａの厚みよりも大きく、厚肉部１１ｂの厚みよりも小さい。
リブ１２ｂは、本体１２ａの外周端面から外側に突出している。リブ１２ｂの角部には、アールが設けられている。

通常使用時に動作電流等によってケース３ａ内部に発生するガス（内部ガス）は、徐々に発生するため、貫通孔３ｂ１を通って圧力弁１０を下側からゆっくりと押圧し、第１所定圧力以上になると、薄肉部１１ａを透過してケース３ａ外部に放出される。
一方、内部ガスの圧力（内圧）が急激に上昇し、内圧が第２所定圧力（＞第１所定圧力）以上になると、薄肉部１１ａは、盛り上がるように変形し、最終的に亀裂が生じて破断する。このとき、応力的に弱い薄肉部１１ａに、先に亀裂が生じる。厚肉部１１ｂには、多少変形が生じても、亀裂は生じない。

以下、実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。

実施例の試料１〜３で用いた圧力弁は、上述の実施形態の圧力弁１０と同じ構成であり、図３（ｃ）に示すように、寸法については、Ｒ１（作動部１１の直径）＝６ｍｍ、Ｒ２（本体１２ａの外径）＝１２ｍｍ、Ｄ０（本体１２ａの厚み）＝２ｍｍ、Ｄ１（厚肉部１１ｂの薄肉部１１ａに対する上方への突出量）＝０．４５ｍｍ、Ｄ２（厚肉部１１ｂの薄肉部１１ａに対する下方への突出量）＝０．４５ｍｍ、Ｄ３（薄肉部１１ａの厚み）＝０．３ｍｍである。また、リブ１２ｂの突出量は０．５ｍｍ、リブ１２ｂのアールの半径は０．５ｍｍである。

比較例の試料１〜３で用いた圧力弁は、図４に示す圧力弁５０と同じ構成である。
圧力弁５０は、略円盤状であり、作動部５１、および、作動部５１を当該作動部５１の外縁から支持する環状の支持部５２を含む。
圧力弁５０は、ガス透過性および可撓性を有する材料（シリコンゴム等）からなり、作動部５１および支持部５２が一体になるよう形成されている。
作動部５１は、作動部５１の厚み方向（図４（ａ）の紙面に垂直な方向）から見て、円形であり、一定の厚みを有する。
支持部５２は、本体５２ａおよびリブ５２ｂを含む。本体５２ａの厚みは、一定であり、作動部５１の厚みよりも大きい。リブ５２ｂの厚みは、作動部５１の厚みよりも大きく、本体５２ａの厚みよりも小さい。
リブ５２ｂは、本体５２ａの外周端面から外側に突出している。リブ５２ｂの角部には、アールが設けられている。
図４（ｂ）に示すように、寸法については、Ｒ１（作動部５１の直径）＝６ｍｍ、Ｒ２（本体５２ａの外径）＝１２ｍｍ、Ｄ０（本体５２ａの厚み）＝２ｍｍ、Ｄ３（作動部５１の厚み）＝０．４５ｍｍである。また、リブ５２ｂの突出量は０．５ｍｍ、リブ５２ｂのアールの半径は０．５ｍｍ、作動部５１と支持部５２との境界に設けられたアールの半径は０．２ｍｍである。

実施例の試料１〜３および比較例の試料１〜３は、直径７６ｍｍ・高さ１４０ｍｍ・定格電圧４５０Ｖの電解コンデンサに上記の圧力弁を設けたものである。当該電解コンデンサを周囲温度１１５℃で定格電圧を印加放置し、信頼性試験を行った。放置する試験前（初期）と２０００時間放置した後（２０００時間後）とにおける、各パラメータを表１に示す。

「作動部の状態」は、目視により判断した。作動部が破断したもの（比較例の試料１，３）では、内部ガスの放出により、電解コンデンサの重量が大きく減少しているのが分かる。一方、実施例の試料１〜３では、作動部が破断せず、電解コンデンサの重量の変化量は薄肉部を介したガス透過分の−３．５ｇ〜−３．０ｇ程度に抑えられている。

表１に示すように、実施例の試料１〜３では圧力弁が破断しなかったが、比較例の試料１〜３のうち２／３（比較例の試料１、３）において圧力弁が破断した。これにより、本発明に係る圧力弁は、比較例に係る圧力弁に比べ、高圧に耐えることができ、長寿命化を実現できることが分かる。

以上に述べたように、本実施形態の圧力弁１０および電解コンデンサ１によれば、内部ガス放出用の弁として１の圧力弁１０を用いて、通常使用時と急激な内圧上昇時との両方に対応することができる。
具体的には、通常使用時には、動作電流等によってケース３ａ内部に発生したガスを、薄肉部１１ａを介して外部に放出することができる一方、急激な内圧上昇時には、薄肉部１１ａが破断し、圧力弁１０を作動させることができる。
これは、薄肉部１１ａが、ガス透過性を有する材料からなるとともに、通常使用時等の比較的低い内圧では破断し難い構成（即ち、薄肉部１１ａの外縁が、薄肉部１１ａの内側に向かって凸となる複数の第１円弧ａ１を有する形状であり、丸みを帯びた形状であるため、薄肉部１１ａの外縁の角部に局所的に応力が集中することを回避でき、内圧上昇時に、薄肉部の１１ａ外縁に応力が集中せず、効果的に応力が分散される構成）を有するためである。一方、急激な内圧上昇時には、応力が集中する薄肉部１１ａの中心部分が破断し、圧力弁１０を作動させることができる。
したがって、本実施形態によれば、内部ガス放出用の部品の点数を抑えつつ、電解コンデンサ１の長寿命化を実現することができる。

作動部１１の厚み方向から見て、薄肉部１１ａの外縁が、薄肉部１１ａの外側に向かって凸となる複数の第２円弧ａ２をさらに有する形状である。この構成によれば、薄肉部１１ａの外縁がさらに丸みを帯びた形状になることから、薄肉部１１ａの外縁の角部に局所的に応力が集中することをより確実に回避でき、内圧上昇時に、薄肉部１１ａの外縁に応力が集中せず、より効果的に応力が分散される。

作動部１１の厚み方向から見て、薄肉部１１ａの外縁が、薄肉部１１ａの中心Ｏに関して対称な形状である。この構成によれば、薄肉部１１ａ全体において応力をより効果的に分散することができる。

作動部１１の厚み方向から見て、薄肉部１１ａが十字状である。この構成によれば、薄肉部１１ａの構成の複雑化を回避しながら、内部ガス放出用の部品の点数を抑えつつ電解コンデンサ１の長寿命化を実現するという効果を得ることができる。また、この構成によれば、加工し易いうえ、薄肉部と厚肉部との境目が長くなり破断部分が増えるので、破断が確実に行われる。

作動部１１の厚み方向から見て、作動部１１が円形である。この構成によれば、作動部１１全体において応力をより効果的に分散することができ、電解コンデンサ１のさらなる長寿命化を実現することができる。

圧力弁１０は、厚肉部１１ｂよりも厚みが大きく、作動部１１を当該作動部１１の外縁から支持する環状の支持部１２をさらに備えている。この構成によれば、支持部１２を介して圧力弁１０をケース３ａに確実に固定することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

圧力弁において、作動部および支持部は、一体になるよう形成されていることに限定されず、別々に形成された後に接合されてもよい。
圧力弁は、支持部を有さず、作動部のみを有してもよい。
作動部の形状は、円形に限定されず、任意の形状（楕円形等）であってよい。
薄肉部の形状は、十字状であることに限定されず、大字状、Ｙ字状、Ｔ字状、Ｘ字状、Ｋ字状、放射状、多角形状、十字状または上記形状を複数組み合わせた形状等、任意である。
また、薄肉部の外縁は、上述の実施形態では、作動部の厚み方向から見て、薄膜部の中心線（中心を通る線）に関して線対称な形状であり、且つ、薄膜部の中心Ｏに関して点対称な形状であるが、薄膜部の中心線または中心に対して対称な形状で有ることに限定されない。
厚肉部は、上述の実施形態では薄肉部に対して厚み方向の両方向に同じ量だけ突出しているが、各方向への突出量は任意である。
圧力弁、および、電解コンデンサの各部を構成する材料は、上述したものに限定されない。

１ 電解コンデンサ
２ コンデンサ素子
３ａ ケース
３ｂ 封口体
１０ 圧力弁
１１ 作動部
１１ａ 薄肉部
１１ｂ 厚肉部
１２ 支持部
ａ１ 第１円弧
ａ２ 第２円弧
Ｏ 中心

Claims (7)

1. 電解コンデンサにおけるコンデンサ素子を収容するケースを封止する封口体に設けられ、前記ケース内のガスを放出する、電解コンデンサ用の圧力弁であって、
   薄肉部および前記薄肉部の外側に設けられた前記薄肉部よりも厚みが大きい厚肉部を含む作動部を有し、
   前記作動部のうち少なくとも前記薄肉部が、ガス透過性を有する材料からなり、
   前記作動部の厚み方向から見て、前記薄肉部の外縁が、角部を有さず、前記薄肉部の内側に向かって凸となる複数の第１円弧を有する形状であることを特徴とする、圧力弁。
2. 前記作動部の厚み方向から見て、前記薄肉部の外縁が、前記薄肉部の外側に向かって凸となる複数の第２円弧をさらに有する形状であることを特徴とする、請求項１に記載の圧力弁。
3. 前記作動部の厚み方向から見て、前記薄肉部の外縁が、前記薄膜部の中心線に関して対称な形状であることを特徴とする、請求項１または２に記載の圧力弁。
4. 前記作動部の厚み方向から見て、前記薄肉部が十字状であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧力弁。
5. 前記作動部の厚み方向から見て、前記作動部が円形であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧力弁。
6. 前記厚肉部よりも厚みが大きく、前記作動部を当該作動部の外縁から支持する環状の支持部をさらに備えたことを特徴とする、請求項５に記載の圧力弁。
7. コンデンサ素子と、
   前記コンデンサ素子を収容するケースと、
   前記ケースを封止する封口体と、
   前記封口体に設けられた、請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧力弁と、
   を備えたことを特徴とする、電解コンデンサ。

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