JP6284036B2 - Electrolytic capacitor - Google Patents
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Description
本発明は、コンデンサ素子の内部構造を改良した電解コンデンサに関する。 The present invention relates to an electrolytic capacitor having an improved internal structure of a capacitor element.
従来の電解コンデンサでは、陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子には駆動用の電解液が含浸され、アルミニウム等の外装ケースに収納され、外装ケースの開口端を封口部材にて封止されて電解コンデンサが形成される。 In a conventional electrolytic capacitor, an anode foil and a cathode foil are wound through a separator to form a capacitor element, and this capacitor element is impregnated with a driving electrolyte solution and stored in an outer case such as aluminum. The open end of the case is sealed with a sealing member to form an electrolytic capacitor.
この種の電解コンデンサでは、使用時にコンデンサ素子の内部にて漏れ電流が発生し、それに伴い電解液成分の電気分解などにより、水素を中心としたガスが発生する場合がある。電解コンデンサは密閉された構造であるため、内部でガスが発生すると内圧が上昇して封口部材や外装ケースの変形、最後には破裂してしまうおそれもある。そのため、電解コンデンサでは外装ケースの底面に数条の溝を設けて機械的脆弱部とし、内圧が上昇した時にはこの機械的脆弱部に応力を集中させ、外装ケースを溝に沿って破断させて、内圧の上昇を開放する圧力弁が採用されている(例えば、特許文献1参照)。 In this type of electrolytic capacitor, a leakage current is generated inside the capacitor element during use, and gas accompanying hydrogen may be generated due to electrolysis of the electrolytic solution component. Since the electrolytic capacitor has a hermetically sealed structure, if gas is generated inside, the internal pressure may increase, and the sealing member and the outer case may be deformed and finally ruptured. Therefore, in an electrolytic capacitor, several grooves are provided on the bottom surface of the outer case to form a mechanical weakened part, and when the internal pressure rises, stress is concentrated on the mechanical weakened part, and the outer case is broken along the groove. A pressure valve that releases an increase in internal pressure is employed (see, for example, Patent Document 1).
また、封口部材に貫通孔を設け、その貫通孔をゴムなどの弾性部材で閉塞しておいて、電解コンデンサの内圧が上昇したときには、弾性部材が破断して内圧の上昇を開放する圧力弁も採用されている。 There is also a pressure valve in which a through-hole is provided in the sealing member and the through-hole is closed with an elastic member such as rubber, and when the internal pressure of the electrolytic capacitor rises, the elastic member breaks to release the increase in internal pressure. It has been adopted.
ところで、新興国では電圧が安定しないために電圧が変化した時にも電子部品が駆動し続けることが求められており、このような電圧の不安定な状態、特に電解コンデンサに定格電圧を超えて過電圧が印加される場合があり、このような過電圧の印加によりコンデンサ素子の内部においてショートが発生する場合がある。このようにショートが発生すると、圧力弁の動作への影響があり、つまり圧力弁の動作がショートの発生の有無により、その圧力弁の動作電圧にバラツキが生じてしまう。 By the way, in emerging countries, it is required that electronic components continue to drive even when the voltage changes because the voltage is not stable, and this voltage is unstable, especially over the rated voltage of the electrolytic capacitor. May be applied, and the application of such an overvoltage may cause a short circuit inside the capacitor element. When a short circuit occurs in this way, there is an influence on the operation of the pressure valve, that is, the operation voltage of the pressure valve varies depending on whether or not the operation of the pressure valve occurs.
そこで本発明は、コンデンサ素子内部でのショートを防止し、所望電圧領域において確実に圧力弁を動作させ、信頼性の高い電解コンデンサを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a highly reliable electrolytic capacitor by preventing a short circuit inside a capacitor element and operating a pressure valve reliably in a desired voltage region.
前記目的を達成するために、本発明の電解コンデンサは、
引出端子が接続された陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子を外装ケースに収納した電解コンデンサにおいて、
少なくとも陽極箔の外周側の面に隣接するセパレータの内周側の面に、素子内部より発生したガスを放出するガス放出経路を形成したことを特徴としている。
In order to achieve the above object, the electrolytic capacitor of the present invention comprises:
In an electrolytic capacitor in which a capacitor element in which an anode foil and a cathode foil to which a lead terminal is connected is wound through a separator is housed in an outer case,
A gas discharge path for discharging gas generated from the inside of the element is formed at least on the inner peripheral surface of the separator adjacent to the outer peripheral surface of the anode foil.
また、前記陽極箔は、250V以上の耐電圧を有することを特徴としている。 The anode foil has a withstand voltage of 250V or more.
また、前記陽極箔は、陰極箔の厚みの4倍以上の厚みを有することを特徴としている。 The anode foil is characterized in that it has a thickness that is four times or more the thickness of the cathode foil.
また、前記陽極箔には、その外周側に引出端子が接続されていることを特徴としている。 Further, the anode foil is characterized in that a lead terminal is connected to the outer peripheral side thereof.
また、陽極箔に接続された引出端子と対向するセパレータの間に、ガス放出経路を形成したあて紙が配置されていることを特徴としている。 Further, a paper having a gas discharge path is disposed between the separator facing the lead terminal connected to the anode foil.
さらに陰極箔の内周側に引出端子が接続され、この引出端子と、前記陽極箔の外周側に接続された引出端子との間に前記あて紙が配置されていることを特徴としている。 Further, a lead terminal is connected to the inner peripheral side of the cathode foil, and the address paper is arranged between the lead terminal and the lead terminal connected to the outer peripheral side of the anode foil.
本発明の電解コンデンサによれば、次の何れかの効果が得られる。 According to the electrolytic capacitor of the present invention, any of the following effects can be obtained.
(1)コンデンサ素子の内部に発生したガスをコンデンサ素子の端面より放出することができ、コンデンサ素子の内部での陽極箔、陰極箔又はそれらの引出端子間の接触やセパレータの絶縁低下によるショートを抑制できる。 (1) The gas generated inside the capacitor element can be released from the end face of the capacitor element, and short-circuiting due to contact between the anode foil, cathode foil or their lead terminals inside the capacitor element or due to a decrease in insulation of the separator Can be suppressed.
(2)コンデンサ素子が樽状に膨れるなどなどのコンデンサ素子の変形を防ぐことで、コンデンサ素子内部での陽極箔、陰極箔又はそれらの引出端子間の接触やセパレータの絶縁低下によるショートを抑制できる。 (2) By preventing deformation of the capacitor element, such as the capacitor element expanding in a barrel shape, it is possible to suppress short-circuits due to contact between the anode foil, the cathode foil, or their lead terminals inside the capacitor element, or a decrease in insulation of the separator. .
(3)少なくとも陽極箔の外周側に、ガス放出経路を設けることで、コンデンサ素子の内部で発生したガスが、コンデンサ素子の内部に留まりにくく、コンデンサ素子の端面より外部に放出される。特に陽極箔は陰極箔に比べて硬く、巻回された場合であってもその復元力によってコンデンサ素子の外周側に作用しやすいため、本願構成を陽極側に適用することが好ましい。 (3) By providing the gas discharge path at least on the outer peripheral side of the anode foil, the gas generated inside the capacitor element is difficult to stay inside the capacitor element, and is discharged from the end face of the capacitor element to the outside. In particular, the anode foil is harder than the cathode foil, and even when wound, it is easy to act on the outer peripheral side of the capacitor element due to its restoring force. Therefore, the configuration of the present application is preferably applied to the anode side.
(4)交流エッチングによりトンネル状のエッチングピットが形成される中高圧用途の陽極箔では硬度が高く、前述の陽極箔の巻回復元力も強いものとなる。特に250V以上の耐電圧を有する陽極箔では、金属箔の表面に形成される酸化皮膜層の厚みも0.3μm以上となり、陽極箔の硬度が高く、巻回復元力による陽極箔の外側への作用が顕著となるものであり、このような250V以上の耐電圧を有する陽極箔に用いるのが好適である。 (4) An anode foil for medium- and high-pressure applications in which tunnel-like etching pits are formed by AC etching has high hardness, and the above-described anode foil has a strong winding restoring force. In particular, in the anode foil having a withstand voltage of 250 V or more, the thickness of the oxide film layer formed on the surface of the metal foil is also 0.3 μm or more, the hardness of the anode foil is high, and the outside of the anode foil due to the winding restoring force is increased. The action becomes remarkable, and it is preferable to use it for such an anode foil having a withstand voltage of 250 V or more.
(5)コンデンサ素子の内部でのショートを抑制することで、所定の電圧領域において確実に圧力弁を動作させることができ、信頼性の高い電解コンデンサを提供できる。 (5) By suppressing a short circuit inside the capacitor element, the pressure valve can be reliably operated in a predetermined voltage region, and a highly reliable electrolytic capacitor can be provided.
(6)陽極箔の外周側に引出端子が接続されているため、陽極箔とセパレータとの間に間隙を確保でき、コンデンサ素子の内部で発生したガスが、効率よくコンデンサ素子の端面から放出される。また、コンデンサ素子の内部で発生したガスにより、陽極箔が外周側に押圧されても、引出端子が陽極箔の外周側に接続されているため、引出端子が陽極箔の内周側に配置されている場合と比べて、陽極箔が引出端子により傷つきにくく、信頼性の高い電解コンデンサが得られる。 (6) Since the lead terminal is connected to the outer peripheral side of the anode foil, a gap can be secured between the anode foil and the separator, and the gas generated inside the capacitor element is efficiently released from the end face of the capacitor element. The Further, even if the anode foil is pressed to the outer peripheral side by the gas generated inside the capacitor element, the extraction terminal is arranged on the inner peripheral side of the anode foil because the extraction terminal is connected to the outer peripheral side of the anode foil. Compared with the case where the anode foil is provided, the anode foil is less likely to be damaged by the lead terminal, and a highly reliable electrolytic capacitor can be obtained.
(7)陽極箔に接続された引出端子にガス放出経路を形成したあて紙を配置してもよい。 (7) You may arrange the address paper which formed the gas discharge path in the extraction terminal connected to anode foil.
(8)陰極箔の内周側に引出端子が接続され、この引出端子と、前記陽極箔の外周側に接続された引出端子に対向するように陽極箔と陰極箔の間に前記あて紙を配置することで、1枚のあて紙にて両引出端子を覆うことが可能となる。 (8) A lead terminal is connected to the inner peripheral side of the cathode foil, and the addressing paper is placed between the anode foil and the cathode foil so as to face the lead terminal and the lead terminal connected to the outer peripheral side of the anode foil. By arranging, both the lead terminals can be covered with one sheet of paper.
本発明に係る電解コンデンサを実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION The form for implementing the electrolytic capacitor which concerns on this invention is demonstrated below based on an Example.
実施例に係る電解コンデンサにつき、図1から図3を参照して説明する。図1に示すように、陽極箔2はアルミニウム等の弁作用金属からなり、エッチング処理により表面が粗面化されるとともに、その表面に酸化皮膜層が形成されている。陰極箔3は、陽極箔2と同様にアルミニウム等の弁作用金属からなり、エッチング処理により表面が粗面化されている。これら両極の電極には、アルミニウム等の陽極側の引出端子4と、同じくアルミニウム等の陰極側の引出端子5がそれぞれステッチ、コールドウェルド、超音波溶接等の接続手法により電気的に接続されている。この引出端子4、5は、電極箔に接続される偏平部と外部接続用の引出部(CP線)を有するものや、帯状体から構成され一方が電極箔に接続され、他方が外部引き出し用の別途封口部材に設けられた外部端子に接続されるものがある。
The electrolytic capacitor according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. As shown in FIG. 1, the
陽極箔2及び陰極箔3の間に介在されるセパレータ6は電気絶縁性であり、マニラ麻紙、クラフト紙、エスパルト紙、サイザル麻紙、ヘンプ紙、キュプラ、レーヨン、コットン或いはこれらの混抄紙や、合成繊維や不織布あるいはこれらの混抄紙などからなり、一重のものや、高密度の素材(高密度紙)9と低密度の素材(低密度紙)10を重ね合わせた二重構造のものが挙げられる。高密度紙9としては、主にクラフト紙、低密度紙10としては、マニラ麻紙、エスパルト紙が好適に用いられる。低密度紙10としては、その密度が0.3〜0.5g/cm3が好ましく、また高密度紙9としては、その密度が0.7〜0.9g/cm3が好ましい。特に後述するコンデンサ素子1の内部で発生するガスの放出経路として低密度紙10を用いる場合は、その低密度紙10の密度を上記0.3〜0.5g/cm3の範囲とすることが好ましい。The
コンデンサ素子1では、それぞれ1以上の引出端子4、5が接続された陽極箔2及び陰極箔3を所定長さの帯状体から構成し、前記陽極箔2及び陰極箔3の間にセパレータ6を介在して巻回して構成される。このコンデンサ素子1には駆動用電解液が含浸されるとともにアルミニウムなどからなる有底筒状の外装ケース8に収納され、開口部が弾性体や、弾性体と硬質体との複合部材からなる封口部材11によって加締め封口される。
In the capacitor element 1, the
ここで、このような巻回型のコンデンサ素子1を用いた電解コンデンサにおいて、定格電圧を超えて過電圧が印加された場合には、コンデンサ素子1の内部にガスが発生する。コンデンサ素子1は巻き止めテープによって一定の均定力で巻回保持されているものの内部ガスによって外周側に膨れる作用が生じる。これはコンデンサ素子1の中心付近においては、発生したガスがコンデンサ素子1の端面より放出されにくいため、陽極箔2と陰極箔3を外周側に押圧することによって生じる。つまり、コンデンサ素子1が樽状に変形することになる。このようにコンデンサ素子1の中心付近が膨らむことで、コンデンサ素子1を構成する陽極箔2や陰極箔3が外周側に作用し、特に硬い陽極箔2や角部を有する引出端子4、5が対向するセパレータ6を押圧し、セパレータ6を突き破って対向する他方の電極等と接触もしくはセパレータ6の絶縁低下を起こしてショートに至ると考えられる。
Here, in an electrolytic capacitor using such a wound capacitor element 1, gas is generated inside the capacitor element 1 when an overvoltage is applied exceeding the rated voltage. Although the capacitor element 1 is wound and held with a constant leveling force by the winding-stopping tape, an action of swelling to the outer peripheral side by the internal gas occurs. This is caused by pressing the
通常、陽極箔2や陰極箔3の外周側に面するセパレータ6は、内部ガスが発生した際の陽極箔2や陰極箔3の外側への膨れの作用によるセパレータ6の押圧に対して、セパレータ6の高密度側の面を陽極箔2や陰極箔3の外周側に対向させることで、セパレータ6の強度や絶縁性を高め、ショートの抑制を図っている。しかしながら、定格電圧を超えて電圧が印加された場合には、陽極箔2や陰極箔3の外周側への膨れにより、セパレータ6の高密度側の面と密着することで、発生した内部ガスがコンデンサ素子1の内部に留まりコンデンサ素子1の端面から放出されにくいことが分かった。
特に陽極箔2は巻回後のその復元力によってコンデンサ素子1の外周側に作用しやすいため、上記の現象が生じやすくなる。また、陽極箔2は、その硬度によって復元力が変わり、内部ガスがコンデンサ素子1から放出されにくいのは、特に交流エッチングによりトンネル状のエッチングピットが形成される中高圧用途の陽極箔2である。これは、エッチング手法によるエッチングピットの状態と化成処理により形成される酸化皮膜の状況に依存する。特に250V以上の耐電圧を有する陽極箔2では、金属箔の表面に形成される酸化皮膜層の厚みも0.3μm以上となり、陽極箔2の硬度が高く、復元力による陽極箔2の外側への作用が顕著となる。
また、陽極箔2と陰極箔3との厚みによってもガスが放出されにくい場合がある。特に、陽極箔2の厚みが、陰極箔3の厚みの4倍以上の場合、陽極箔の巻回復元力が陰極箔に対して極めて高く陽極箔2とセパレータの密着度合いが高まるためと考えられる。陽極箔2の厚みは、90〜120μm、陰極箔3の厚みは、15〜30μmとなる。Usually, the
In particular, since the
Further, depending on the thickness of the
このため、実施例では、コンデンサ素子1の内部で発生した内部ガスが、陽極箔2及び陰極箔3の外周側と隣接するセパレータ6の面にガスの放出経路を設けている。このガス放出経路としては、例えば陽極箔2及び陰極箔3の外周側の面に隣接するセパレータ6の内周側の面にコンデンサ素子1の端面に通じる凹凸面、エンボス加工や溝加工を施し、内部ガスをコンデンサ素子1の軸方向を通過して端面より放出させることができる。また、このような物理的な加工をセパレータに施す以外にも、セパレータ6を低密度と高密度の二重構造とし、低密度側の面を陽極箔2及び陰極箔3の外周側に面するように配置することもできる。セパレータ6の低密度側の面によって、内部ガスがコンデンサ素子1の端面より開放される。特に好ましいのは、低密度紙の繊維が素子巻回方向に配向していないように形成されていることが好ましい。低密度紙においてその繊維が素子巻回方向に配向しているとガスの放出がされにくくなる。このようにガス放出経路を設けることで、コンデンサ素子1が樽状に膨らむことを抑え、コンデンサ素子1のショートを防止することができる。したがって、電解コンデンサの圧力弁の動作が安定し、信頼性の高い電解コンデンサを提供することができる。
For this reason, in the embodiment, the internal gas generated inside the capacitor element 1 is provided with a gas discharge path on the surface of the
次に本実施例の変形例1の電解コンデンサについて説明する。図2の(a)はコンデンサ素子1の上面視図を示し、図2の(b)は、図2の(a)のコンデンサ素子1を展開した状態を示す図である。図2の(a)に示すように、コンデンサ素子1は、それぞれ引出端子4、5が接続された陽極箔2と陰極箔3とをセパレータ6を介して巻回して形成されている。この陽極側の引出端子4及び陰極側の引出端子5が接続されている部位を展開したものが図2の(b)である。図2の(b)において、図面の下側はコンデンサ素子1の内周側(中心側)X、図面の上側がコンデンサ素子1の外周側Yを示す。陽極箔2は、コンデンサ素子1の外周側Yの面に陽極側の引出端子4が接続されており、陰極箔3は、コンデンサ素子1の内周側Xの面に陰極側の引出端子5が接続されている。またコンデンサ素子1の内周側Xより、陽極箔2(交流エッチング:化成電圧250V)、二重構造のセパレータ6、陰極箔3、二重構造のセパレータ6の順で配置されている。ここで、セパレータ6は、高密度(高密度紙9)低密度(低密度紙10:素子巻回方向に繊維が配向していない形態)の二重構造とし、陽極箔2及び陰極箔3のコンデンサ素子1の外周側Yの面にそれぞれセパレータ6の低密度紙10が配置されている。
Next, an electrolytic capacitor according to Modification 1 of this embodiment will be described. 2A is a top view of the capacitor element 1, and FIG. 2B is a diagram illustrating a state in which the capacitor element 1 of FIG. 2A is developed. As shown in FIG. 2A, the capacitor element 1 is formed by winding an
このように、陽極箔2のコンデンサ素子1の外周側Yの面にセパレータ6の低密度紙10が配置されているため、硬度が高い陽極箔2を用いた場合であっても、コンデンサ素子1の内部に発生したガスが、この低密度紙10を通じて効率よくコンデンサ素子の端面から放出される。また、陽極箔2のコンデンサ素子1の外周側Yの面に陽極側の引出端子4が接続されており、引出端子4の厚みがあるため、陽極箔2とセパレータ6との間に隙間を確保でき、コンデンサ素子1の内部に発生したガスが、さらに効率よくコンデンサ素子1の端面から放出される。また、陽極側の引出端子4が陽極箔2の内周側Xに配置されている場合は、コンデンサ素子1の内部に発生したガスにより、陽極箔2が外周側Yに押圧されると、陽極側の引出端子4も外周側Yに押圧することになるが、この場合は引出端子4が陽極箔の内周側Xに設置されているため、引出端子4の角部が陽極箔2を押圧し、硬くて脆弱な陽極箔の面を傷をつける可能性があるが、変形例1では、陽極側の引出端子4は陽極箔2の外周側Yに配置されているため、前述の様な陽極箔2の損傷等はなく信頼性の高い電解コンデンサが得られる。なお、変形例1では、陰極側の引出端子5は、陰極箔3の内周側Xに形成しているが、陰極箔3自体は陽極箔2に比べて薄く弾性を有しているため、コンデンサ素子1の内部に発生したガスにより、陰極側の引出端子5によって押圧されてもその影響を低い。
Thus, since the
次に本実施例の変形例2の電解コンデンサについて説明する。図3の(a)はコンデンサ素子1の上面視図を示し、図3の(b)は、図3の(a)のコンデンサ素子1を展開した状態を示す図である。変形例2では、コンデンサ素子1の陽極箔2のコンデンサ素子1の外周側Yの面に接続された引出端子4と陰極箔3のコンデンサ素子1の内周側Xの面に接続された引出端子5との間にセパレータ6とともにあて紙7が配置されている以外は、変形例1と同様である。
Next, an electrolytic capacitor according to
あて紙7は陽極側の引出端子4とセパレータ6との間又は陰極側の引出端子5とセパレータ6の間に挟み込まれて入ればよい。また、あて紙7は粘着材を介してセパレータ6に配置されていてもよい。この変形例2では、あて紙7は、粘着材を介してセパレータ6の陽極箔側の面に配置されている。このあて紙7を貼り付ける粘着材としては、フェノール系、エポキシ系、シアノアクリレート系、ポリイミド系、アクリル系、シリコーン系、ゴム系、あるいはホットメルト系などが挙げられる。なかでも、ポリプロピレンやポリビニルアルコールが好適に用いられる。また、あて紙7は、前述のセパレータの素材と同様であり、一重のものや、低密度の素材と高密度の素材を重ね合わせた二重構造のものが用いられる。このあて紙7にもコンデンサ素子1の内部で発生したガスを放出するためのガス放出経路を形成するとよい。ガス放出経路としては前述したように凹凸加工、エンボス加工や溝加工を施すことができ、またあて紙7を低密度と高密度の二重構造とし、低密度側を陽極箔の外周面に配置することもできる(図3の(b)参照)。
The addressing
なお、変形例2においては、図3の(b)に示すように、セパレータ6に粘着材を介してあて紙7が貼り付けられている。特に陽極箔2と陰極箔3との対向する面(陽極箔の外周側Yの面と陰極箔の内周側Xの面)にそれぞれ陽極側の引出端子4と陰極側の引出端子5が接続されており、この両極の引出端子4、5に対向するように、つまり両極の引出端子4、5と重なるように連続した帯状のあて紙7がセパレータ6に配置されている。変形例1による作用に加え、変形例2では、さらに内部ガスによるコンデンサ素子1の外周側Yへの膨れにより、両極の引出端子4、5によるセパレータ6への押圧をあて紙7が保護し、ショートの発生を抑えることができる。また、両極の引出端子4、5に対向するようにあて紙7を配置することで、引出端子毎に個別にあて紙を配置することなく、あて紙自体を1枚とすることができ、構造の簡略化を図ることができる。
In the modified example 2, as shown in FIG. 3B, the
1 コンデンサ素子
2 陽極箔
3 陰極箔
4 陽極側の引出端子
5 陰極側の引出端子
6 セパレータ
7 あて紙
8 外装ケース
9 高密度紙
10 低密度紙
11 封口部材DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
少なくとも陽極箔の外周側の面に隣接するセパレータの内周側の面に、素子内部より発生したガスを放出するガス放出経路を形成した電解コンデンサ。 In an electrolytic capacitor in which a capacitor element in which an anode foil and a cathode foil to which a lead terminal is connected is wound through a separator is housed in an outer case,
An electrolytic capacitor in which a gas discharge path for discharging a gas generated from the inside of an element is formed on at least an inner peripheral surface of a separator adjacent to an outer peripheral surface of an anode foil.
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