JP6031336B2

JP6031336B2 - コンデンサ

Info

Publication number: JP6031336B2
Application number: JP2012251014A
Authority: JP
Inventors: 満米田; 尚也丸山
Original assignee: Nichicon Capacitor Ltd
Current assignee: Nichicon Capacitor Ltd
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2032-11-15
Also published as: JP2014099532A

Description

本発明は、外装ケースの内部に電解液を含有するコンデンサに関するものである。

外装ケース内部に電解液を有するコンデンサとして、電解コンデンサと電気二重層コンデンサがある。

電解コンデンサは、アルミニウム、タンタル、ニオブ等の弁金属（弁作用金属）を陽極に使用して、陽極酸化することで得られる酸化皮膜層を誘電体として利用し、この酸化皮膜層からの電気的な引き出しを、酸化皮膜層に接触している電解液によって行うコンデンサである。
電解コンデンサのコンデンサ素子は、酸化皮膜層が形成された陽極箔と陰極箔を、セパレータを介して巻回することによって得られる。電解コンデンサは、このようなコンデンサ素子が、電解液を含浸した状態で、アルミニウム等からなる有底円筒状の外装ケースに収納されたものである。

電気二重層コンデンサは、電極（分極性電極）と電解液との界面において、極めて短い距離で電荷が配列される現象（電気二重層）を利用したコンデンサである。
電気二重層コンデンサのコンデンサ素子は、アルミニウム等の金属箔からなる集電体の上に分極性電極層が形成された陽極箔と陰極箔を、セパレータを介して巻回することによって得られる。電気二重層コンデンサは、このようなコンデンサ素子が、電解液を含浸した状態で、アルミニウム等からなる有底円筒状の外装ケースに収納されたものである。

上記のような外装ケース内部に電解液を有するコンデンサは、過電圧や過リプル電流など異常ストレスが印加された場合や、寿命末期の場合などに、電解液が分解されてガスが発生して、外装ケースの内圧が上昇する。
このような内圧上昇によるコンデンサの破裂を防止するために、従来から、外装ケースの底板の中央部に薄肉部を形成して、底板の中央部を圧力弁としている（例えば特許文献１参照）。圧力弁は、内圧が許容範囲を超えたときに開口して、外装ケース内を外気に開放する。

特開２００１−３０７９６７号公報

しかしながら、図８（ａ）に示すように、従来のコンデンサ９０では、外装ケース９２の底板全体が、外装ケースの筒軸方向に直交する平坦状であって、底板に作用する内圧の方向が一定であるため、内圧が上昇すると、図８（ｂ）に示すように、底板全体が外側に膨張するように変形する。そのため、圧力弁９３の膨張時および開口時の底板の変形高さが高くなる。

コンデンサ素子９１は、外装ケース９２の底板に押し付けられて固定されているため、底板全体が変形すると、固定力が無くなってしまい、外装ケース９２内でコンデンサ素子９１がガタつく原因となる。その結果、製品内の接続部で断線などを引き起こす恐れがある。

そこで、本発明は、圧力弁の膨張時および開口時の底板の変形高さを低減するとともに、底板全体が変形するのを防止できるコンデンサを提供することを目的とする。

本発明は、セパレータを介して陽極箔と陰極箔とを重ね合わせて巻回し、電解液を含浸してなるコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を収納する有底円筒状の外装ケースと、前記外装ケースの開口部を封口する封口体と、を備えたコンデンサであって、前記外装ケースの底板の中央部は、前記外装ケースの筒軸方向に直交していると共に、薄肉部からなる圧力弁が形成されており、前記外装ケースの外底面が、前記中央部より外周側に向かうほど、前記外装ケースの筒軸方向に関して前記開口部側に近づくように傾斜する外側傾斜面を有し、前記外装ケースの内底面が、前記外側傾斜面に沿った内側傾斜面を有し、前記中央部の最大厚さが、前記外側傾斜面における最小厚さよりも小さいことを特徴とする。

この構成によると、外装ケースの底板は、圧力弁が形成された中央部の外周側に、中央部に対して傾斜する外側傾斜面と内側傾斜面からなる傾斜部を有する。底板の中央部と傾斜部に作用する内圧の方向は異なるため、内圧上昇に伴う外装ケースの底板の変形を、底板全体ではなく、底板の中央部のみとすることができる。したがって、圧力弁の膨張時および開口時の底板の変形高さを低減できる。また、底板の中央部の最大厚さが、外側傾斜面における最小厚さよりも小さいため、内圧上昇時に外側傾斜面の部分が変形しにくくなる。したがって、圧力弁の膨張時および開口時の底板の変形高さをより確実に低減できる。

本発明のコンデンサは、前記外装ケースの外底面が、前記外側傾斜面より外周側に、前記外側傾斜面よりも傾斜が緩やかな環状面を有することが好ましい。

この構成によると、外装ケースの底板は、外側傾斜面の外周側に環状面を有するため、外側傾斜面が底板の外周端まで延びている場合に比べて、外側傾斜面の径方向長さが短くなる。したがって、内圧上昇時に外側傾斜面の部分が変形しにくくなるため、圧力弁の膨張時および開口時の底板の変形高さをより確実に低減できる。
また、環状面が外側傾斜面よりも傾斜が緩やかであることにより、底板の高さを抑えることができると共に、外装ケースの容積を大きくできる。
なお、「外側傾斜面よりも傾斜が緩やか」とは、中央部に対する傾斜角度が外側傾斜面よりも小さいことを示しており、中央部と平行な場合を含む。

本発明のコンデンサは、前記環状面における厚さが、一定または外周側ほど厚くなっていることが好ましい。

この構成によると、環状面の外周端における厚みを厚くできるため、外装ケースの底板の外周部の強度を大きくできる。

本発明のコンデンサは、前記圧力弁が、前記外底面に溝部を設けることで形成されていることが好ましい。

この構成によると、圧力弁は、外底面に溝部を設けることで形成されているため、内底面に溝部を設けて圧力弁を形成する場合に比べて、圧力弁を形成しやすい。

本発明のコンデンサは、前記溝部が、前記底板の中央付近で複数の線状の溝部が交差または接する形状であることが好ましい。

この構成によると、圧力弁の薄肉部は、外装ケースの底板の中央で交差する十字状に形成されているため、圧力弁開口時の底板の変形高さのバラツキを低減できる。

本発明のコンデンサによると、外装ケースの底板は、圧力弁が形成された中央部よりも外周側の部分が、中央部に対して傾斜しているため、内圧上昇に伴う外装ケースの底板の変形を、底板全体ではなく、底板の中央部のみとすることができ、圧力弁の膨張時および開口時の底板の変形高さを低減できる。

本発明の実施形態に係るコンデンサの断面図である。コンデンサ素子の斜視図である。図１のコンデンサを外装ケースの底板側から見た図である。図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。圧力弁が膨張したときのコンデンサの断面図である。本発明の他の実施形態の外装ケースを底板側から見た図である。本発明の他の実施形態のコンデンサの断面図である。従来のコンデンサの断面図であって、（ａ）は底板が変形する前の状態を示し、（ｂ）は圧力弁が膨張した状態を示している。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
本実施形態は、電解コンデンサに本発明を適用した一例である。図１に示すように、本実施形態の電解コンデンサ１は、コンデンサ素子４と、コンデンサ素子４を収納する外装ケース２と、外装ケース２の開口部を封口する封口体３とで構成される。

図２に示すように、コンデンサ素子４は、陽極箔５と陰極箔６との間に、電解紙からなるセパレータ７を介在させて巻回し、巻き終わり部分に巻止めテープ９（図１参照）を貼り付けることで作製されている。陽極箔５は、両面に酸化皮膜層を有するアルミニウム箔である。また、陽極箔５および陰極箔６にはそれぞれリードタブ８が接続されている。コンデンサ素子４は、図示しない電解液が含浸された状態で、外装ケース２に収納される。

外装ケース２は、有底円筒状であって、例えばアルミニウム等の金属で形成されている。外装ケース２の開口部には封口体３が配置され、外装ケース２の開口端部は、カーリング加工により封口体３に食い込んでいる。この封口体３に設けられた一対の端子１０に、コンデンサ素子４のリードタブ８が接続される。コンデンサ素子４は、外装ケース２の底板１１に押し付けられた状態で固定されている。

図１に示すように、外装ケース２の底板１１は全体として外側に膨らんだ凸形状となっている。底板１１の中央部１１ａは、外装ケース２の筒軸方向に直交している。なお、図１は、図３のＩ−Ｉ線断面図である。

図３および図４に示すように、中央部１１ａの外表面には、十字状の溝部１３が形成されている。溝部１３により形成された薄肉部によって圧力弁１２が構成されている。十字状の溝部１３は、外装ケース２の中央で交差しており、外装ケース２の中央から外周側端部までの長さが全て同じである。

中央部１１ａの外表面と内表面は平行であって、中央部１１ａの最大厚さＤ１（中央部１１ａのうち溝部１３以外の部分の厚さ）は略均一である（図４参照）。

また、底板１１の外表面（外底面）は、中央部１１ａより外周側に、中央部１１ａから径方向に離れるほど外装ケース２の筒軸方向に関して開口部側に向かうように傾斜する外側傾斜面１４を有する。また、底板１１の内表面（内底面）は、外側傾斜面１４に沿った環状の内側傾斜面１５を有する。外側傾斜面１４と内側傾斜面１５によって、傾斜部１１ｂが構成される。

また、底板１１の外表面は、外側傾斜面１４の外周側に、中央部１１ａと平行な環状面１６を有する。また、内側傾斜面１５は、底板１１の内表面の外周端まで延びている。そのため、環状面１６における底板１１の厚さは、外周側ほど厚くなっている。

また、内側傾斜面１５は、傾斜部１１ｂの厚さが中央部１１ａから径方向に離れるほど厚くなるように、外側傾斜面１４に対して若干傾斜している。傾斜部１１ｂの最小厚さＤ２は、中央部１１ａの最大厚さＤ１よりも大きい（図４参照）。なお、傾斜部１１ｂの最小厚さＤ２とは、傾斜部１１ｂの内周端における外側傾斜面１４に垂直な方向の厚さである。

外側傾斜面１４および内側傾斜面１５の中央部１１ａに対する傾斜角度は、３〜１０°が好ましい。また、中央部１１ａの径は、底板１１の径の３０〜６０％が好ましい。

本実施形態によると、外装ケース２の底板１１は、圧力弁１２が形成された中央部１１ａの外周側に、中央部１１ａに対して傾斜する傾斜部１１ｂを有する。中央部１１ａと傾斜部１１ｂに作用する内圧の方向は異なるため、図５に示すように、内圧上昇に伴う外装ケース２の底板１１の変形を、底板１１全体ではなく、底板１１の中央部１１ａのみとすることができる。したがって、圧力弁１２の膨張時および開口時の底板１１の変形高さを低減できる。

また、本実施形態では、底板１１は、外側傾斜面１４の外周側に環状面１６を有するため、外側傾斜面１４が底板１１の外周端まで延びている場合に比べて、外側傾斜面１４の径方向長さが短くなる。したがって、内圧上昇時に傾斜部１１ｂが変形しにくくなるため、圧力弁１２の膨張時および開口時の底板１１の変形高さをより確実に低減できる。
また、環状面１６が外側傾斜面１４よりも傾斜が緩やかであることにより、底板１１の高さを抑えることができると共に、外装ケース２の容積を大きくできる。

また、本実施形態では、環状面１６における厚さが、外周側ほど厚くなっており、環状面１６の外周端における厚みが厚いため、外装ケース２の底板１１の外周部の強度を大きくできる。

また、本実施形態では、圧力弁１２は、底板１１の外表面に溝部１３を設けることで形成されているため、底板１１の内表面に溝部を設けて圧力弁を形成する場合に比べて、圧力弁を形成しやすい。

また、本実施形態では、底板１１の中央部１１ａの最大厚さが、傾斜部１１ｂの最小厚さよりも小さいため、内圧上昇時に傾斜部１１ｂが変形しにくくなる。したがって、圧力弁１２の膨張時および開口時の底板１１の変形高さをより確実に低減できる。

また、本実施形態では、圧力弁１２の薄肉部は、底板１１の中央で交差する十字状に形成されているため、圧力弁開口時の底板１１の変形高さのバラツキを低減できる。

次に、本発明の効果について実施例と比較例を用いて説明する。

実施例として、上述の実施形態で説明した外装ケース２を使用した。また、従来例として、図８（ａ）に示す外装ケース９２を使用した。この外装ケース９２は、底板全体が平坦状であって、底板の外表面の中央部に、上記実施形態の外装ケース２と同様に、十字状の溝部９４が形成されている。この溝部９４を設けることで形成された薄肉部が、圧力弁９３を構成している。

実施例および従来例の外装ケース２、９２について、内圧の急激な上昇に伴って圧力弁１２、９３が開口したときの底板の変形高さを調べるために、油圧試験機を用いて、外装ケース２、９２の内側から圧力をかけて、オイル吐出量１〜１．５ｃｃ／秒で徐々に圧力を上昇させて圧力弁開口時の圧力（作動圧）と底板の変形高さを測定した。その結果を表１に示す。

表１からわかるように、実施例では、従来例と比較して、作動圧は同等を維持しながら、底板の急激な変形により圧力弁が開口したときの底板の変形高さを低減できる。

次に、実施例および従来例の外装ケース２、９２について、内圧の緩やかな上昇に伴って圧力弁１２、９３が開口したときの底板の変形高さを調べるために、実施例および従来例の外装ケース２、９２を用いて、定格：４５０Ｖ、５６０μＦ、サイズ：φ３５×５０Ｌ（ｍｍ）の電解コンデンサを作製し、リプル電流を１０００時間印加した後、底板の変形高さを測定した。その結果を表２に示す。なお、リプル電流を１０００時間印加した時点で、実施例および従来例とも圧力弁は膨張している。

表２からわかるように、実施例では、従来例と比較して、底板の緩やかな変形により圧力弁が膨張したときの底板の変形高さを低減できる。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲内で様々な変更が可能である。

上記実施形態では、圧力弁１２は、十字状の溝部１３によって形成されているが、圧力弁１２を形成するための溝部の形状は、底板１１の中央部１１ａに配置されていれば、十字状でなくてもよい。底板の中央付近で複数の線状の溝部が交差または接する形状であることが好ましい。例えば図６（ａ）〜（ｃ）に示す外装ケース１０２〜３０２の圧力弁１１２〜３１１のように、逆Ｙ字状、Ｋ字状、逆ψ字状の溝部１１３〜３１３であってもよい。

また、上記実施形態では、内側傾斜面１５は、傾斜部１１ｂの厚さが中央部１１ａから離れるほど大きくなるように、外側傾斜面１４に対して若干傾斜しているが、内側傾斜面１５の傾斜角度はこれに限定されるものではない。

例えば図７（ａ）に示す外装ケース４０２のように、内側傾斜面４１５の傾斜角度が、上記実施形態の内側傾斜面１５よりも急峻で、傾斜部４１１ｂの厚さが上記実施形態の傾斜部１１ｂよりも大きくなっていてもよい。

また例えば、図７（ｂ）に示す外装ケース５０２のように、外側傾斜面１４と内側傾斜面５１５がほぼ平行であって、傾斜部５１１ｂの厚さＤ２２が略均一であってもよい。この傾斜部５１１ｂの厚さＤ２２は、中央部１１ａの最大厚さＤ１よりも大きい。

また、上記実施形態では、内側傾斜面１５は、底板１１の内表面の外周端まで延びているが、例えば図７（ａ）および図７（ｂ）に示す外装ケース４０２、５０２のように、内側傾斜面４１５、５１５の外周側に、内側傾斜面４１５、５１５と傾斜角度の異なる環状面４１７、５１７が形成されていてもよい。なお、図７（ａ）に示す環状面４１７は、内側傾斜面４１５よりも傾斜が緩やかであって、環状面１６とほぼ平行である。また、図７（ｂ）に示す環状面５１７は、内側傾斜面５１５よりも傾斜が急峻である。

上記実施形態では、環状面１６における厚さが、外周側ほど厚くなっているが、例えば図７（ａ）に示すように、環状面１６における厚さがほぼ一定であってもよい。

また、上記実施形態では、外側傾斜面１４の外周側に環状面１６を設けているが、環状面１６を設けずに、外側傾斜面１４が、底板１１の外周端まで延びていてもよい。

また、上記実施形態は、電解コンデンサに本発明を適用した一例であるが、本発明は、電気二重層コンデンサにも適用可能である。

１電解コンデンサ（コンデンサ）
２、１０２、２０２、３０２、４０２、５０２外装ケース
３封口体
４コンデンサ素子
５陽極箔
６陰極箔
７セパレータ
１１底板
１１ａ中央部
１１ｂ、４１１ｂ、５１１ｂ傾斜部
１２、１１２、２１２、３１２圧力弁
１３、１１３、２１３、３１３溝部
１４外側傾斜面
１５、４１５、５１５内側傾斜面
１６環状面

Claims

セパレータを介して陽極箔と陰極箔とを重ね合わせて巻回し、電解液を含浸してなるコンデンサ素子と、
前記コンデンサ素子を収納する有底円筒状の外装ケースと、
前記外装ケースの開口部を封口する封口体と、を備えたコンデンサであって、
前記外装ケースの底板の中央部は、前記外装ケースの筒軸方向に直交していると共に、薄肉部からなる圧力弁が形成されており、
前記外装ケースの外底面が、前記中央部より外周側に向かうほど、前記外装ケースの筒軸方向に関して前記開口部側に近づくように傾斜する外側傾斜面を有し、
前記外装ケースの内底面が、前記外側傾斜面に沿った内側傾斜面を有し、
前記中央部の最大厚さが、前記外側傾斜面における最小厚さよりも小さいことを特徴とするコンデンサ。
前記外装ケースの外底面が、前記外側傾斜面より外周側に、前記外側傾斜面よりも傾斜が緩やかな環状面を有することを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。
前記環状面における厚さが、一定または外周側ほど厚くなっていることを特徴とする請求項２に記載のコンデンサ。
前記圧力弁が、前記外底面に溝部を設けることで形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコンデンサ。
前記溝部が、前記底板の中央付近で複数の線状の溝部が交差または接する形状であることを特徴とする請求項４に記載のコンデンサ。