JP6222424B2 - 電解コンデンサ - Google Patents

Description

この発明は電解コンデンサの構造に関するもので、特に外装ケースにコンデンサ素子が収納され、２本のリード線が同一方向から導出された０４型の電解コンデンサの構造に関する。

電解コンデンサの用途の一つとしてカメラのストロボの電荷蓄積用途として用いられる場合がある。ストロボ用電解コンデンサに求められる特性としては、大容量の電荷を蓄積するために、定格電圧が高く、かつ静電容量が大きいことがある。また、近年のデジタルカメラや、携帯電話等に代表される携帯端末にもカメラ機能が搭載されている。

このようなデジタルカメラ、携帯端末は小型化、薄型化が進んでおり、ストロボの電荷蓄積用途の電解コンデンサも小型化が要求される。しかしながら、電解コンデンサにはある程度の電荷の蓄積、すなわち静電容量が多いことが要求されているため、小型化には限界がある。

このような中、携帯端末の中での収納効率を高めるべく、電解コンデンサは小径化かつ長さ寸法の長大化（長さ＝Lengthを長くするという意味で、以下長Ｌ化と記載する）によって解決してきた。

なお、ストロボ用途として用いられる電解コンデンサにおける各種の課題についての技術については次に示すような文献が知られている。

特開平５−２５１２８３号公報 特開平１１−１４５００４号公報 特開２００５−３４７４２７号公報

しかし、小径化・長L化が高度に進んだ電解コンデンサでは、従来の電解コンデンサでは問題と認識されてこなかった新たな課題が判明した。

電解コンデンサでは、その内部で漏れ電流が流れることにより、内部でガスが発生することが知られている。そして、この発生したガスにより、電解コンデンサの内圧を上昇させる。

そして電解コンデンサの内圧の上昇に伴って、電解コンデンサの外装ケースと封口体は、外部に膨れるように変形してしまうことがある。ここで、変形するのは平坦部である外装ケースの底面と封口体であり、外装ケースの側面が変形することは殆どないことも知られている。ところで、電解コンデンサでは、長L化に伴う内容積が増加しているにも関わらず、小径化が進んだため、電解コンデンサでは外装ケースの底面と封口体の面積は小さくなっている。すなわち、電解コンデンサで変形する面積が小さくなったことで、ケース底面の膨れ、封口体の膨れの大きさがより顕著なものとなってしまう。

また、電解コンデンサの小径化は、陽極リード線と陰極リード線間の距離、さらには両極のリード線と外装ケースの距離も、より近接した構造を取らざるを得なくなる。

そして電解コンデンサにおいては、封口体が変形することに伴って、陽極リード線と陰極リード線間の距離、あるいは両極のリード線と外装ケースの距離がより近接してしまう場合もある。特に定格電圧が２００V以上もの高い定格電圧の電解コンデンサとなると、両極のリード線間の距離、あるいは両極のリード線と外装ケースの距離が近接化したこととも相俟って、両極のリード線間、あるいは両極のリード線と外装ケースの間でのショートの可能性も高まる。

このように、小径化、長L化が進んだ電解コンデンサにおいては、電解コンデンサにおいて不可避の現象である内圧の上昇に伴って、ショート発生の可能性がより高まるという、新たな課題が発生している。

そこで、このような小径化が進んだ電解コンデンサにおいて、電解コンデンサを長時間使用した後においても、両極のリード線間の距離、あるいは両極のリード線と外装ケースの距離が殆ど変わらず、信頼性が高い電解コンデンサを提供することを目的とする。

この出願の請求項１に係る発明は、陽極リード線が接続された陽極箔と陰極リード線が接続された陰極箔をセパレータとともに巻回してなるコンデンサ素子を、有底円筒状の外装ケースに収納し、外装ケースの開口端部に弾性部材よりなる封口体を収納するとともに、該封口体に形成した貫通孔より陽極リード線および陰極リード線をそれぞれ導出し、外装ケースの開口端部をカーリングして封止してなる電解コンデンサにおいて、
前記封口体の外表面には段部が形成され、封口体の中央にはこの段部の側壁で囲われた実質的に外装ケースと同心円形状の薄肉部を形成し、電解コンデンサの内圧上昇に伴い、前記薄肉部が弾性変形するようにした電解コンデンサであって、前記リード線は、薄肉部を形成している同心円形状の外側から導出されていることを特徴とする電解コンデンサであることを特徴とする。

この出願の請求項２に係る発明は、請求項１の電解コンデンサにおいて、前記薄肉部から段部を貫通して外部と連絡する連絡溝を有することを特徴とする。

この出願の請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２の電解コンデンサにおいて、薄肉部を形成する同心円形状の円弧の一部が貫通孔と重なることを特徴とする。

この発明によって、次のような効果が得られる。

請求項１に係る発明によれば、封口体の中央には段部の側壁で囲われた実質的に外装ケースと同心円形状の薄肉部を形成し、電解コンデンサの内圧上昇に伴い、前記薄肉部が弾性変形するようにしたことで、封口体の薄肉部が弾性変形しやすくなり、相対的に肉厚となっている部分は変形しづらい。このことで、基板に電解コンデンサを実装した際に、基板の上での電解コンデンサの安定性が向上する。

また、封口体の薄肉部は、封口体に形成した段部と相対的に肉厚を薄くすることで形成され、外装ケースと同心円形状であることで、電解コンデンサの内圧が上昇した場合でも、内圧上昇に伴う応力が薄肉部に均等に加わり、薄肉部が弾性変形しやすくなる。

請求項２に係る発明によれば、薄肉部から段部を貫通して外部と連絡する連絡溝を有することで、薄肉部が電解コンデンサの外部方向に膨らむように弾性変形した際に、外部から薄肉部に加わっていた外気圧を開放することができる。あるいは、薄肉部の弾性変形に伴い、段部に囲まれた空間が狭まることから、段部に囲まれた空間の気圧の上昇を、外部へ開放することができる。このことによって、薄肉部の弾性変形をより容易なものとすることができる。

請求項３に係る発明によれば、薄肉部を形成する同心円形状の円弧の一部が貫通孔と重なる構成であるため、リード線の一部が連絡溝と連絡する通路を形成することともなり、電解コンデンサを半田付けした際の、フラックスを外部に放出する際の経路ともなるため、基板に実装した電解コンデンサの安定性を維持することができる。

請求項４に係る発明によれば、同心円形状の外側にリード線が配置されることにより、リード線が段部の側壁によって保護され、電解コンデンサの内圧が上昇した場合でも、内圧上昇に伴いリード線に加わる応力を緩和できる。

この発明の電解コンデンサを示す斜視図である。 この発明の電解コンデンサの内部構造を示す断面図である。 この発明の電解コンデンサで用いる封口体を示す図面で（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図であり、（c）は封口体の同心円形状となる薄肉部を示す概念図である。

この発明の電解コンデンサの構造を図１、図２とともに説明する。参照符号２はコンデンサ素子であり、陽極箔と陰極箔をセパレータを介して巻回したものである。なお、陽極箔及び陰極箔にはそれぞれ引き出し用のリード線（陽極リード線５、陰極リード線６）が取り付けられている。

リード線は、公知のように電極箔に接続する平タブ部、平タブ部と連続した丸棒部、丸棒部に溶接されたＣＰ線から構成される。

コンデンサ素子２には、電解液や固体電解質などの電解質が含浸されている。そして、金属製の外装ケース４に収納され、外装ケース４の端部に封口体３を挿入し、外装ケース４の側面を横加締め１２の加工をするとともに、外装ケース４の開口端部をカーリング加工して、カーリング部１１を封口体３に食い込ませて封止を行っている。

封口体３は、ブチルゴム、EPTゴム、シリコーンゴム等の弾性ゴムが用いられる。その形状は電解コンデンサの外装ケース４の内径とほぼ同じ大きさの外径を持つ円盤状である。封口体３の外径寸法は、外装ケース４に対しての挿入性を高めるため、外装ケース４の内径よりも小径にする場合や、電解コンデンサの封口性を高めるために、外装ケース４の内径寸法よりも大径とし、外装ケース４の内部で常に圧縮状態として密封性能を高める場合などがあり、適宜設計することができる。

図３に示すように、封口体３の電解コンデンサの外面となる側には段部９が形成されている。この段部９は電解コンデンサ１の外装ケース４をカーリング加工した際に、カーリング部の上端部１１よりも段部９が突出する高さを有する段部９である（図２参照）。そして、段部９の中央には、円形の薄肉部８が形成されている。この薄肉部８は、円筒形の外装ケース４と実質的に同心円となる同心円形状である。図３（C）は、参照符号１３が外装ケース４の内径を示し、参照符号１４が薄肉部８を形成している同心円を示している。

なお、薄肉部８は段部９と相対的に薄肉となっているものであり、カーリング加工によって外装ケース４の端部が食い込む領域と同一平面を形成していても良い。

薄肉部８は、電解コンデンサの内圧が上昇した際に、弾性変形する部分である。弾性変形を容易なものとするためには、薄肉部８の面積はできるだけ広い面積を有することが好ましい。このため、薄肉部８は、可能な限り広い面積とするために、円形の薄肉部８の円弧の一部が封口体３の貫通孔７，７に重なった形状となっていても良い（図３（ａ）および（C）参照）。

特に電解コンデンサ１を基板に実装した際において、段部９が基板に当接するように実装されるが、この基板に実装した状態で、電解コンデンサ１はある程度安定した状態である必要がある。そのため、段部９の上端面の面積もある程度の面積が必要である。しかし、段部９の上端面の面積を大きくすることで、基板の上での安定性は向上するものの、段部の上端面の面積がある程度の面積以上であれば、電解コンデンサの安定性はほぼ一定となることも知られている。

この段部９の上端面の面積は、電解コンデンサの外径寸法、長さ寸法、重量、封口体を構成するゴムの強度、硬度をパラメータとしているため、最低限必要となる面積を一概に規定することは困難である。

しかしながら、段部９の上端面の面積が、ある一定の面積以上あれば、基板上の電解コンデンサの安定性は保たれることから、薄肉部８の面積を大きくするためには、円形の薄肉部８の円弧の一部が封口体３の貫通孔７，７に重なった形状とすることは、非常に有効な手段である。

一方で、段部９は貫通孔７，７の外周を取り囲むように形成される。このように貫通孔７，７の外周を取り囲むような形状によって、両極のリード線５，６が不測の事態によって折り曲がった場合でも、段部９があるために、外装ケース４とリード線５，６が直接触れることは無い。

リード線５，６が折り曲がる可能性のある方向は全方向ではあるが、リード線５，６同士が接触した場合には、その部分でショートとなる。一方で、陽極リード線５と外装ケースが接触した場合には、陽極リード線５と外装ケース６がショートし、同電位となる。電解コンデンサの実装作業中に、電解コンデンサ１を把持して搬送する部分は外装ケース４の部分であるため、外装ケース４がショート状態であると感電のおそれもある。従って、作業の安全の観点からは外装ケース４と陽極リード線５の接触を最も避けなければならない事項である。しかし、この課題に対しては、段部９は貫通孔の外周を取り囲むように形成されていることにより、外装ケース４と陽極リード線５の接触を適切に防止することができる。

また、段部９の上端面は、平面状となっている。電解コンデンサ１の内圧が上昇した際には、封口体３の内面の全体に圧力が加わり、封口体３の全体が変形するように応力が加わる。薄肉部８に応力を集中させ、薄肉部８の弾性変形の程度を大きくさせるためには、その他の部分は強度が強い方が好ましい。このためには、段部９の厚さは均一としておくことで、段部９の強度は均一で、かつ薄肉部８よりも強度は強固なものとなり、段部９が変形する程度が減少する。

さらに、段部９の上端面を、平面状に形成しておけば、段部９の内側の側面には角部が形成される。先に説明したように、両極のリード線５，６が不測の不測の事態によって折り曲がった場合でも、段部９の角部を起点に折り曲がるために外装ケース４と陽極リード線５の接触を防止する効果が高まる。

また薄肉部８から外部と連絡するための連絡溝１０が段部に形成されている。この連絡溝１０は、例えば、封口体の中心を通る直線状に形成される。

連絡溝１０の機能としては、薄肉部８から段部を貫通して外部と連絡する連絡溝１０を有することで、薄肉部８が電解コンデンサの外部方向に膨らむように弾性変形した際に、外部から薄肉部８に加わっていた外気圧を開放することができる。あるいは、薄肉部８の弾性変形に伴い、段部９に囲まれた空間が狭まることから、段部９に囲まれた空間の気圧の上昇を、外部へ開放することができる。このことによって、薄肉部８の弾性変形をより容易なものとすることができる。

電解コンデンサを基板に半田付けした際に、半田に含まれるフラックスを外部に放出する機能を有する。この連絡溝１０がないと、フラックスが蒸発して電解コンデンサを持ち上げるように作用してしまうために、電解コンデンサ１の基板上での安定性が悪化するおそれがあるとともに、電解コンデンサ１の内部に機械的ストレスが加わり、電解コンデンサ１の内部での電極箔とリード線の接合箇所の破断等のおそれも発生する。

また、円形の薄肉部８の円弧の一部が封口体３の貫通孔７，７に重なった形状とすることは、リード線５，６の一部が連絡溝１０を通じて外部と連絡する通路を形成することともなり、フラックスを外部に放出する際の経路ともなりうる。

なお、連絡溝１０は封口体の貫通孔７，７を形成した位置を避けて形成することが好適である。先に説明したとおり、段部９は貫通孔７，７の外周を取り囲むような形状によって、リード線が不測の事態によって折り曲がった場合でも、段部の角部で折り曲がることになるためである。

連絡溝１０の形状として特に好適なのが、封口体３に形成された二つの貫通孔７，７の中心を通る一本の溝として連絡溝１０を形成することである。この形状では、封口体３の段部９が左右対称となるため、段部９の一部に極端に応力が集中することがなく、基板上での電解コンデンサの安定性を高めることとなる。また、薄肉部８が貫通孔７，７と重なる形状であるため、薄肉部８を中心に、連絡溝１０と貫通孔７，７とが十字方向に形成されることとなる。この形状では、四方向で殆ど回転対称の形状となり、薄肉部８の弾性変形をより容易なものとしている。

さらには、リード線５，６は、薄肉部８を形成する同心円形状の外側から導出されている。ここでいう同心円形状の外側とは、リード線５，６の中心が、円形の薄肉部の円弧の一部に重ならないようにすればよく、前述のように円形の薄肉部８の円弧の一部が封口体３の貫通孔７，７に重なった形状とすることも含まれる。このように薄肉部８の外側にリード線５，６を配置することで、リード線５，６が段部９の側壁によって保護され、電解コンデンサ１の内圧が上昇した場合でも、内圧上昇に伴いリード線５，６に加わる応力を緩和させることができる。

次に電解コンデンサの封止方法について説明する。
封口体３の貫通孔にコンデンサ素子のリード線５，６を挿入する。そして、封口体３を挿入したコンデンサ素子２を外装ケース４に収納する。

さらに、外装ケース４の開口端部の封口を行う。外装ケース４は、側面からの横加締め加工によって横加締め１２を形成し、封口体３を側面から圧縮し、気密を得ている。また、外装ケース４の開口端部はカーリング加工によって、カーリング部１１を形成し、開口端部が封口体３に食い込むように加工されており、外装ケース４からの封口体３の脱落を防止している。

この際のカーリング加工は、外装ケース４の開口端部が封口体３に食い込む位置が、極力、封口体３の段部９に近接させることが好ましい。理想的には段部９とその外周の平端部の境界部分に外装ケース４の開口端部を食い込ませることである。しかし、加工治具を使用する際のクリアランスが必要なことから、僅かながら段部９と開口端部が食い込んだ位置に隙間が生じてしまう。

なお、カーリング加工として、外装ケース４の開口端部が封口体３に食い込むようにカーリングするのではなく、外装ケース４の開口端部が封口体３の段部９の外周の平端部に沿うように折り曲げ加工する場合には、外装ケース４の開口端部を段部９に当接させることも可能である。

このように、カーリング部１１の封口体３に食い込む箇所を、封口体３の段部９に近接させることで、封口体３の段部９を電解コンデンサの外縁側に配置することができ、ひいては、薄肉部８の面積を大きくすることともなる。

以上、説明してきたように、この発明の電解コンデンサでは、電解コンデンサの内圧の上昇によっても両極のリード線間の距離がほとんど変わらず、信頼性が高い電解コンデンサを得ることができる。

上記のような構成の電解コンデンサは特に小径、例えば外装ケースの直径が８ｍｍ以下の電解コンデンサに対し、特に有効である。直径６．３ｍｍの電解コンデンサの場合、カーリング部は０．９５ｍｍとなり、封口体の段部は直径が４．１ｍｍとなる。そして、この段部に丸棒径が０．５ｍｍのリード線が導出されている。この場合、リード線とカーリング部の距離は０．５５ｍｍと非常に近接した構造となる。このような制限のある領域において薄肉部は、直径が１．２ｍｍ程度の円形状に形成される。これは弾性変形する薄肉部を最大なものとするため、封口体の貫通孔にも重なる領域に配置されている。

このように、両極のリード線の距離が２．５ｍｍと、リード線の距離が非常に近接した電解コンデンサにおいても、リード線間の距離が殆ど変わらず、また、リード線と外装ケースの距離も殆ど変わらない。これは、封口体に形成した段部の形状を工夫した結果であり、信頼性の高い電解コンデンサとなる。

さらに、長Ｌ化が進んだ電解コンデンサにおいて有効である。電解コンデンサの長さ寸法については特に規定は無いが、例えば２０ｍｍを超えるような電解コンデンサにおいては、静電容量の大容量化に伴い、電解コンデンサ内で流れる漏れ電流が増大し、漏れ電流に起因するガス発生量も増大する。従って、長Ｌ化が進めば、内圧が上昇する傾向に有り、その内圧上昇は、特に外装ケースの底面と、封口体に作用する。この際でも、封口体の薄肉部のみを弾性変形させることにより、封口体に加わった応力はリード線に対しては殆ど作用しない。そのため、リード線の距離が非常に近接し、かつ電解コンデンサの漏れ電流が大きく、電解コンデンサの内部でのガス発生が多い電解コンデンサにおいても、リード線間の距離がほとんど変わらず、信頼性の高い電解コンデンサとなる。

１ 電解コンデンサ
２ コンデンサ素子
３ 封口体
４ 外装ケース
５ 陽極リード線
６ 陰極リード線
７ 貫通孔
８ 薄肉部
９ 段部
１０ 連絡溝
１１ カーリング部
１２ 横加締め
１３ 外装ケースの内径
１４ 同心円

Claims (3)

1. 陽極リード線が接続された陽極箔と陰極リード線が接続された陰極箔をセパレータとともに巻回してなるコンデンサ素子を、有底円筒状の外装ケースに収納し、外装ケースの開口端部に弾性部材よりなる封口体を収納するとともに、該封口体に形成した貫通孔より陽極リード線および陰極リード線をそれぞれ導出し、外装ケースの開口端部をカーリングして封止してなる電解コンデンサにおいて、
   前記封口体の外表面には段部が形成され、封口体の中央にはこの段部の側壁で囲われた実質的に外装ケースと同心円形状の薄肉部を形成し、電解コンデンサの内圧上昇に伴い、前記薄肉部が弾性変形するようにした電解コンデンサであって、前記リード線は、薄肉部を形成している同心円形状の外側から導出されていることを特徴とする電解コンデンサ。
2. 前記薄肉部から段部を貫通して外部と連絡する連絡溝を有する請求項１に記載の電解コンデンサ。
3. 前記薄肉部を形成している同心円形状の円弧の一部が貫通孔と重なることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電解コンデンサ。