JP6722100B2

JP6722100B2 - コンデンサ

Info

Publication number: JP6722100B2
Application number: JP2016250411A
Authority: JP
Inventors: 友彦川崎
Original assignee: Nichicon Capacitor Ltd
Current assignee: Nichicon Capacitor Ltd
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2020-07-15
Anticipated expiration: 2036-12-26
Also published as: JP2018107225A

Description

本発明は、外装ケースから駆動用電解液の漏れを防止することが可能なコンデンサに関する。

外装ケースに駆動用電解液を含有する電子部品として、電解コンデンサおよび電気二重層コンデンサなどが知られている。これらコンデンサは、過電圧または過電流などの異常ストレスが印加されると、駆動用電解液が分解されてガスを発生する。ガスの発生に伴って素子を密封した外装ケースが破裂しないように、外装ケースの底面に弱体部である圧力弁を設けて所定の圧力で開弁するように構成されている（特許文献１を参照）。

また、次のような技術が提案されている。駆動用電解液の飛散を防ぐために、内圧が上昇すると、樹脂製の封口端子板の中央に設けられた貫通孔を圧力ゴムがスライドし、当該圧力ゴムの先端側に装着したショートリングが、当該封口端子板から貫通孔に向けて露出する陽極箔と陰極箔の両電極端子と接触し、端子間をショートさせてコンデンサの機能を停止させる（特許文献２を参照）。

特開２０１３−１３８０４２号公報特開２０１０−２７２５６６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のコンデンサでは、圧力弁が開弁すると、開口部から駆動用電解液が外部に漏れて基板に付着し、基板の腐食またはショートを招く可能性があった。

一方で、特許文献２に記載のコンデンサによれば、上記した問題の発生を防止することができる。しかしながら、特許文献２に記載のコンデンサは、構成が複雑であることに加え、封口部側を下方に向けて設置する基板端子形やリード線形には適用できないという課題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、簡素な構成で駆動用電解液の外部への漏れを防止可能なコンデンサを提供することを目的とする。

本発明は、以下のようなコンデンサを提供する。

すなわち、本発明の実施態様に係る電子部品は、下記の構成を有する。
膨張可能な底面を有する有底円筒状の金属製の外装ケースと、
前記外装ケースに設けられた圧力弁と、
セパレータを介して陽極箔と陰極箔の両電極箔を重ね合わせて巻回して駆動用電解液を含浸するとともに、前記外装ケースに収納したときに陰極箔が当該外装ケースの内壁と導通する素子と、
前記素子を収納した前記外装ケースの開口部を封止する封口体と、前記封口体を貫通して各電極箔と導通する端子とを有するコンデンサ本体と、
前記外装ケースの底面と対向配備し、前記外装ケースが膨張したときに前記圧力弁が開弁する前に前記外装ケースの底面と接触する金属部材と、
前記陽極箔に導通する端子と、前記金属部材とを導通接続する導電体と、
中央に開口部を有するとともに、前記外装ケースの底面側周縁部に装着される環状部材と、を備え、
前記金属部材は、前記環状部材の開口部に固定されることを特徴とする。

この構成によれば、駆動用電解液が分解されて発生したガスによって外装ケースの内圧が上昇するのに伴って外装ケースが膨張する。このとき、当該外装ケースの底面と金属部材が接触する。すなわち、駆動用電解液によって陰極箔と導通する金属製の外装ケースと陽極箔と導通する金属部材との接触によって実質的に電極間がショートし、コンデンサの機能が停止する。したがって、ガスの発生により、内圧が所定値を超えて上昇した場合の外装ケースの開弁または破裂を未然に防止するので、外装ケースから外部に駆動用電解液が漏れるのを防止することができる。
また、この構成によれば、金属部材とコンデンサが一体的に構成されるので、回路基板への実装が容易になる。

また、金属部材および導電体は、外装ケースの外部に設けられているので、複雑かつ微細な加工が不要となる。すなわち、簡素な構成でコンデンサの機能を確実に停止させることができる。

なお、上記構成において、前記金属部材と前記導電体とを流れる電流経路内に電流調整用の抵抗器を介装することが好ましい。

この構成によれば、導電体と外装ケースとが接触して大電流が流れるのを回避することができ、ひいては、ショート時の火花発生や、端子の焼損を防止することができる。

本発明によれば、駆動用電解液の漏れを防止可能なコンデンサを提供することができる。

本発明による電解コンデンサの全体構成を示す斜視図である。本発明による電解コンデンサで使用されるコンデンサ素子の斜視図である。本発明による電解コンデンサ本体の縦断面図である。本発明による電解コンデンサの側面図である。本発明の電解コンデンサの機能停止を示す模式図である。本発明の変形例による電解コンデンサに装着する金属部材の構成を示す斜視図である。本発明の変形例による電解コンデンサの縦断面図である。本発明の変形例による電解コンデンサの平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。なお、本実施形態では、コンデンサとして電解コンデンサを例にとって説明する。

図１に示すように、本実施形態のコンデンサ１は、電解コンデンサ本体２、金属部材３および導電体４などから構成されている。

電解コンデンサ本体２は、図２に示すように、さらにコンデンサ素子５、弾性封口材６（図３を参照）および外装ケース７を備える。なお、コンデンサ素子５は、本発明の素子に相当し、弾性封口材６は、本発明の封口体に相当する。

図２に示すように、コンデンサ素子５は、陽極箔８と、陰極箔９とがセパレータ（電解紙）１０を介して巻回された巻回部を構成している。また、本実施形態ではコンデンサ素子５の最外周は、陰極箔９である。当該陰極箔９は、金属製の外装ケース７の内壁と駆動用電解液を介して導通している。

陽極箔８と陰極箔９には平坦状のリードタブ１１Ａ、１１Ｂがそれぞれ接続されている。このリードタブ１１Ａ、１１Ｂは、陽極箔８および陰極箔９からそれぞれから引き出されている。また、リードタブ１１Ａ、１１Ｂは、加締め部材１２（図３を参照）によって弾性封口材６に固定され、かつ、当該弾性封口材６を貫通する陽極端子１３Ａおよび陰極端子１３Ｂのそれぞれに接続されている。なお、リードタブ１１Ａ、１１Ｂと両端子１３Ａ、１３Ｂは、加締め部材１２に代えて溶接によって接続してもよい。

陽極箔８は、アルミニウム、タンタル、ニオブなどの弁作用金属で形成されている。陽極箔５の表面は、エッチング処理により粗面化されるとともに、陽極酸化（化成）による陽極酸化皮膜（図示せず）が形成されている。

また、陰極箔９も、陽極箔８と同様にアルミニウムなどで形成され、その表面は粗面化されるとともに、自然酸化皮膜（図示せず）が形成されている。なお、陰極箔９には、陽極酸化皮膜を形成した箔、チタン、窒化チタン等を表面に蒸着した箔、カーボンやチタン等を担持した箔を用いることもできる。

また、セパレータ１０には駆動用電解液が保持されている。これにより、陽極箔８とセパレータ１０との間に駆動用電解液が保持され、陰極箔９とセパレータ１０との間にも駆動用電解液が保持されている。駆動用電解液は、コンデンサ素子５を駆動用電解液中に含浸させることにより保持される。

図１および図３に示すように、コンデンサ素子５は、有底円筒状に形成された外装ケース７に収納されている。

外装ケース７は、アルミニウムなどの金属により形成されている。図３および図４に外装ケース７を記載しているが、説明の便宜上、底面を上向としている。

外装ケース７の開口部は、図３に示すように、陽極端子１３Ａおよび陰極端子１３Ｂが外部に引き出された状態で、弾性封口材６によって封止されている。弾性封口材６は、外装ケース７の開口部に形成された巻き締め部１４によって圧縮された状態で配置されている。なお、外装ケース７の底部には、弱体部である圧力弁１５（図１参照）が設けられており、内圧が上昇した際に、当該圧力弁１５が開弁して内圧を外部に逃がすようになっている。なお、本実施形態は、底面７が膨張可能な限り、外装ケース７に当該圧力弁１５を設けない構成であってもよい。

弾性封口材６には、陽極端子１３Ａと陰極端子１３Ｂがそれぞれ貫通される２つの貫通孔１９が形成されている。弾性封口材６に力が作用していない無負荷状態での貫通孔１９の径は、両端子１３Ａ、１３Ｂの外径よりも若干小さい。

弾性封口材６は、ゴムまたは熱可塑性エラストマーを基材とする組成物により形成されている。弾性封口材３を構成するゴムとしては、具体的には、ＥＰＴ（エチレンプロピレンターポリマー）、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンモノマー共重合体）、ＩＩＲ（イソプレンイソブチレンラバー）などが用いられる。

金属部材３は、１枚の金属プレートを折り曲げて形成した脚部３Ａ、頂部３Ｂおよび設置部３Ｃとから構成されている。２つの脚部３Ａは、コンデンサ１の電解コンデンサ本体２を回路基板２０に実装した状態で、当該電解コンデンサ本体２を挟むように立設される。このとき、脚部３Ａと外装ケース７とが接触しないように設定されている。

頂部３Ｂは、両脚部３Ａの上部で両脚部３Ａを連結しており、外装ケース７の底面７Ａと近接対向する。頂部３Ｂと底面７Ａの距離Ｌは、例えば、外装ケース７の直径が１８ｍｍの場合、０．５〜１．０ｍｍに設定されている。当該距離Ｌは、駆動用電解液が分解されて発生したガスによって外装ケース７の底面７Ａが膨張したとき、圧力弁１５が開弁する前に頂部３Ｂと外装ケース７の底面７Ａとが接触するように設定されている。したがって、距離Ｌは、電解コンデンサのサイズなどによって適宜に設定変更される。

設置部３Ｃは、電解コンデンサ１の本体２の外方に向かうように脚部３Ａの下端で金属プレートを直角に折り曲げて形成されている。当該設置部には、回路基板２０にネジ固定するための貫通孔が形成されている。

導電体４は、図４に示すように、回路基板２０の裏面側に２本に分割形成されている。一方の導電体４Ａの一端は、回路基板２０を貫通する電解コンデンサ１の陽極端子１３Ａと接続している。他方の導電体４Ｂの一端は、回路基板２０を貫通して金属部材３を固定するボルト１６およびナット１７と接続している。また、２本の導電体４Ａ、４Ｂは、ディスクリートタイプの抵抗器１８のリード端子を介して導通するよう接続されている。すなわち、金属部材３は、導電体４を介して陽極端子１３Ａと導通している。

抵抗器１８は、外装ケース７と金属部材３とが接触したときに大電流が流れないように突入電流を調整する。したがって、後述するように、電解コンデンサ１がショートしたときに火花が発生したり、端子が焼損するのを防止する。

次に、上記構成の電解コンデンサ１の外装ケースの内圧が上昇してガスが発生した場合の動作について説明する。

例えば、電解コンデンサ１への過電圧の印加によって外装ケース内の駆動用電解液が分解され、ガスの発生により内圧が所定値を超えて上昇した場合、図５に示すように、外装ケース７の底面７Ａが膨張して金属部材３の頂部３Ｂと接触する。このとき、外装ケース７の内壁に陰極箔９が駆動用電解液を介して導通しているとともに、陽極端子１３Ａと金属部材３とが導通しているので、両電極箔８、９がショートする。すなわち、電解コンデンサ１は、外装ケース７の圧力弁１５が開弁する前に、放電して機能を停止する。

上述のように、本実施形態に係る電解コンデンサ１は、ガスの発生によって外装ケース７が膨張しても圧力弁１５が開弁する前に機能が停止するので、圧力弁１５の開弁または外装ケース７の破裂などに伴う駆動用電解液の漏れや飛散などによる回路基板２０の汚染や腐食などを防止することができる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されず、以下の構成も開示している。

（１）実施形態は、陰極箔９が駆動用電解液を介して外装ケース７の内壁と導通しているが、外装ケース７の外周から凹部を形成し、当該凹部に応じて内壁に形成された隆起部を陰極箔に直接接触させてもよい。

（２）上記実施形態では、電解コンデンサ本体２と金属部材３とを分離した構成であったが、一体的に構成してもよい。例えば、図６に示すように、外装ケース７の周縁に嵌合する中央部に開口を有する環状部材２１を形成し、環状部材２１の開口部に金属部材３を装着する（図７を参照）。

環状部材２１は、絶縁体で構成されている。また、環状部材２１は、図７に示すように、環状周縁部の内壁面から径方向中心に向けて突き出た鍔部２２を有する。当該鍔部２２は、通常状態で平板状の金属部材３と外装ケース７の底面７Ａとが接触するのを防止するようクリアランスを形成する。すなわち、鍔部２２の厚みは、上述のように、ガスの発生によって外装ケース７が膨張するときに、圧力弁１５が開弁する前に金属部材３と底面７Ａが接触するように設定されている。なお、鍔部２２は、金属部材３と底面７Ａのクリアランスを確保できればよいので、環状部材２１の内壁の全周に設けてもよいし、部分的に設けてもよい。

金属部材３は、円板状であって、鍔部２２によって支持されるとともに、外周が環状部材２１に埋設されている。埋設された金属部材３の一部に抵抗器１８が接続されている。抵抗器１８は、基板２０に搭載してもよいが、環状部材２１に埋設されているのが好ましい。

環状部材２１を外装ケース７に装着した状態で、絶縁体で被覆したリード線２３によって抵抗器１８と陽極端子１３Ａとを接続する。

上記構成によれば、金属部材３が環状部材２１を介して電解コンデンサ本体２と一体的に構成されるので、コンデンサ１を回路基板２０に実装するのが容易になる。

なお、上記構成において、平板状の金属部材３に代えて金網を環状部材２１に装着してもよい。この構成によれば、外装ケース７の底面７Ａが開放されるので放熱性が向上する。

また、上記構成では、環状部材２１に抵抗器１８を埋設しているが、図８に示すように、環状部材２１の一部を切欠いて金属部材３を露出させ、当該切欠き部内に抵抗器１８を設けるとともに、金属部材３と接続するように構成してもよい。

（３）上記実施形態では、電解コンデンサを例にとって説明したが、電解コンデンサに限らず、例えば、電気二重層コンデンサなどの駆動用電解液を素子に含浸させたコンデンサに、上記各実施形態に記載の構成を適用することができるのはいうまでもない。

１コンデンサ
２電解コンデンサ本体
３金属部材
４導電体
５コンデンサ素子
６弾性封口材
７外装ケース
８陽極箔
９陰極箔
１１Ａ、１１Ｂリードタブ
１３Ａ陽極端子
１３Ｂ陰極端子
１８抵抗器
２０回路基板

Claims

膨張可能な底面を有する有底円筒状の金属製の外装ケースと、
前記外装ケースに設けられた圧力弁と、
セパレータを介して陽極箔と陰極箔の両電極箔を重ね合わせて巻回して駆動用電解液を含浸するとともに、前記外装ケースに収納したときに陰極箔が当該外装ケースの内壁と導通する素子と、
前記素子を収納した前記外装ケースの開口部を封止する封口体と、前記封口体を貫通して各電極箔と導通する端子とを有するコンデンサ本体と、
前記外装ケースの底面と対向配備し、前記外装ケースが膨張したときに前記圧力弁が開弁する前に前記外装ケースの底面と接触する金属部材と、
前記陽極箔に導通する端子と、前記金属部材とを導通接続する導電体と、
中央に開口部を有するとともに、前記外装ケースの底面側周縁部に装着される環状部材と、を備え、
前記金属部材は、前記環状部材の開口部に固定されることを特徴とするコンデンサ。
請求項１に記載のコンデンサにおいて、
前記金属部材と前記導電体とを流れる電流経路内に電流調整用の抵抗器を介装した
ことを特徴とするコンデンサ。