WO2013073192A1 - コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

　圧力弁の機能低下を防止する。　コンデンサ素子（３０）を収納する外装ケース（４）の封止加工部（カーリング部１０）の高さ以上の高さを持つ弁設置部（アイランド部１６）を備える封口部材（封口板６）と、前記弁設置部（アイランド部１６）の貫通孔（２２）に設置され、前記封止加工部（カーリング部１０）の高さを超える位置に弁機能部（薄膜部２４）が設定された圧力弁（２０）とを備え、弁機能部（薄膜部２４）に対する水や塵埃の滞留を低減したコンデンサおよびその製造方法である。

Description

コンデンサおよびその製造方法

　本発明は、電気二重層コンデンサ、電解コンデンサなど、外装ケース内のガスを排出する圧力弁を備えるコンデンサおよびその製造方法に関する。

　電気二重層コンデンサ、電解コンデンサなどのコンデンサでは、外装ケース内のガスを排出する圧力弁を備えている。この圧力弁はガス放出機能や防爆機能を有する。この機能を実現するため、圧力弁は薄膜を備えている。この薄膜からコンデンサ内の発生ガスを徐々に放出させる。これがガス放出機能である。これに対し、コンデンサ異常により急激に発生したガスは、ガス放出機能を超えるため、ケース内圧を異常上昇させる。この場合にはガス圧力により圧力弁の薄膜が破られ、つまり、圧力弁の開弁により瞬時にガスを外部へ放出させる。これにより防爆機能を果たす。

　このような圧力弁を備えるコンデンサに関し、特許文献１には、コンデンサ素子を収納するケースの蓋に安全弁を取り付け、この安全弁が蓋の肉厚内に突出部を備え、この突出部の先端を蓋の面部に一致させていることが記載されている。

実開平３－１１０８２７号公報

　ところで、車載機器など、外気の影響を受ける機器ではコンデンサに水滴や塵埃の付着のおそれがある。ごみや水滴が圧力弁の弁機能部に付着すると、ガス排出機能や防爆機能が損なわれる。圧力弁の機能低下は安全性を低下させるので、圧力弁の弁機能部は常に清浄に維持する必要がある。弁機能部の清浄化には塵埃や水滴の除去が必要である。しかし、機器に搭載されたコンデンサに対し、塵埃や水滴の除去など、メンテナンスを随時に行うことは理想ではあるが、現実的ではない。

　特許文献１に記載された安全弁（圧力弁）の機能部が蓋（封口板）の外面に一致しており、塵埃や水滴の付着を回避することができず、塵埃や水滴が残留するという課題がある。

　塵埃や水分の付着を放置すると、弁機能の低下や弁機能部を劣化させるおそれがある。弁機能部に残留する塵埃や水分は弁機能を低下させ、ひいては弁機能部を劣化させる原因にもなる。弁機能が低下すると、圧力弁に適正な動作が得られないという課題がある。

　そこで、本発明のコンデンサおよびその製造方法の目的は、上記課題に鑑み、圧力弁の機能低下を防止することにある。

　上記目的を達成するため、本発明のコンデンサおよびその製造方法は以下のとおりである。

　(1) 本発明のコンデンサは、コンデンサ素子を収納する外装ケースの封止加工部の高さ以上の高さを持つ弁設置部を備える封口部材と、前記弁設置部の貫通孔に設置され、前記封止加工部の高さを超える位置に弁機能部が設定された圧力弁とを備えている。

　(2) 上記コンデンサにおいてより好ましくは、前記弁設置部の頂部に形成され、前記弁機能部を包囲する単一または複数の突部を備えてもよい。

　(3) 上記コンデンサにおいてより好ましくは、前記封口部材は、前記封止加工部の高さ位置以上の高さに設定された端子設置部を備え、前記弁設置部は前記端子設置部の高さ以上の高さであってもよい。

　(4) 上記コンデンサにおいてより好ましくは、前記弁機能部の外周部にテーパ面または、外部に張り出す曲面を備えてもよい。

　(5) 上記コンデンサにおいてより好ましくは、前記弁設置部が外縁に向かって傾斜する傾斜面を備えてもよい。

　(6) 本発明のコンデンサの製造方法は、コンデンサ素子を収納する外装ケースを封口する外装ケースの封止加工部の高さ以上の高さを持つ弁設置部を形成し、前記外装ケースの前記弁設置部に開口された貫通孔に設置する圧力弁の弁機能部を前記封止加工部の高さ以上の位置に設定する。

　本発明のコンデンサまたはその製造方法によれば、次のような効果が得られる。

　(1) 外装ケースの封止加工部より外側に圧力弁の弁機能部が配置されているので、弁機能部に水や塵埃の滞留を抑制し、水や塵埃による弁機能の低下を防止でき、安定した弁機能を維持することができる。

　(2) 弁機能の維持により、信頼性の高いコンデンサを提供できる。

　そして、本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付図面及び各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。

一実施の形態に係るコンデンサを示す平面図である。 図１のII－II線断面を示す断面図である。 図２に示すコンデンサの封口板を拡大して示した断面図である。 図２の部分拡大および圧力弁の設置前の状態を示す断面図である。 弁機能部の変形例を示す断面図である。 アイランド部の変形例を示す図である。

〔一実施の形態〕

　図１は、本発明の一実施の形態に係るコンデンサを示している。図１に示すコンデンサは本発明のコンデンサの一例であり、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。

　このコンデンサ２は電気二重層コンデンサ、電解コンデンサなど、駆動時にガスを発生するコンデンサであればいずれでもよい。このコンデンサ２の外装ケース４は封口板６で封口されている。この封口板６は、外装ケース４を封口する封口部材の一例である。外装ケース４はたとえば、アルミニウムの成形体である。封口板６はこのような外装ケース４を封口する部材であればよく、ゴムや合成樹脂などで構成される。一例である封口板６は、硬質の合成樹脂の成形加工体である。外装ケース４の開口部が円形であるから、この開口部に合わせて封口板６も円形に形成されている。

　封口板６の周縁部には封止環８が設置されている。外装ケース４の開口縁部にはカーリング部１０が形成されている。このカーリング部１０は、外装ケース４の封止加工部の一例である。外装ケース４は封口板６、封止環８および外装ケース４のカーリング部１０により封止されている。

　封口板６の露出面部１２はカーリング部１０で包囲されている。この露出面部１２にはアイランド部１４、１６が形成されている。アイランド部１４は端子設置部の一例である。アイランド部１６は弁設置部の一例である。アイランド部１４には陽極端子１８－１と陰極端子１８－２とが設置されている。また、アイランド部１６には圧力弁２０が設置されている。

　アイランド部１４は陽極端子１８－１と陰極端子１８－２とを別個に周回する円形部を備えている。つまり、アイランド部１４はアイランド部１４－１、１４－２を含み、アイランド部１４－１は陽極端子１８－１を周回する円形部を備え、アイランド部１４－２は陰極端子１８－２を周回する円形部を備えている。アイランド部１４は左右対称の形状である。

　このアイランド部１４に対し、アイランド部１６は陽極端子１８－１と陰極端子１８－２との間にある中心線上の位置に形成されている。このアイランド部１６には中心部に貫通孔２２が形成されている。この貫通孔２２は封口板６を厚み方向に貫通している円孔である。この貫通孔２２には圧力弁２０の薄膜部２４が設置され、この薄膜部２４が貫通孔２２から突出している。圧力弁２０はたとえば、ゴムで形成されている。圧力弁２０の形成材料は、外装ケース４の内圧上昇に伴うガス排出機能や、急激な内圧上昇時に薄膜部２４が破られる防爆機能が得られる材料であればよい。薄膜部２４を形成する材料にはたとえば、飽和系ゴムを用いればよい。この飽和系ゴムにはシリコンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、ビニル変性ブチルゴム、エチレンプロピレン系ゴム、フッ素ゴム、アクリル系ゴムまたは水素添加二トリルゴムなどが挙げられる。この飽和系ゴムには架橋剤、充填剤、可塑剤または老化防止剤などを適宜配合してもよい。

　アイランド部１６は薄膜部２４より径大である。このアイランド部１６の頂部には、複数の突部２６が形成されている。この実施の形態では一例としてアイランド部１６の頂部の四箇所に突部２６が形成されている。封口板６の中心軸方向に二つの突部２６が形成されている。これら突部２６を貫く中心軸と直交方向に二つの突部２６が形成されている。つまり、圧力弁２０の薄膜部２４が複数の突部２６で包囲されているとともに、突部２６間に生じた隙間２８によりアイランド部１６の側面方向に開放されている。突部２６の数は、４未満でもよく、５以上でもよい。

　このようにアイランド部１４、１６を備える封口板６の露出面部１２は平坦面である。つまり、この平坦面上に形成されたアイランド部１４、１６は周回状のカーリング部１０で包囲されている。

　図２は図１のII－II線断面を示している。外装ケース４にはコンデンサ素子３０が収納されている。このコンデンサ素子３０は、コンデンサ２が電気二重層コンデンサであれば、電気二重層コンデンサ素子、電解コンデンサであれば、電解コンデンサ素子である。一例として、コンデンサ素子３０が電気二重層コンデンサであれば、アルミニウム等の集電体の両面に活性炭を含む分極性電極層を形成した分極性電極体の間にセパレータを配置して巻回した柱状の素子体であって、電解液を含浸した巻回素子である。コンデンサ素子３０が電解コンデンサであれば、陽極箔と陰極箔との間にセパレータを介在させて巻回した柱状の素子体であって、電解液を含浸した巻回素子である。

　コンデンサ２が電気二重層コンデンサであれば、陽極端子１８－１にはコンデンサ素子３０の一方の分極性電極体から導出された内部リード部３２が接続されている。図示しないが、陰極端子１８－２にはコンデンサ素子３０の他方の分極性電極体から導出された内部リード部が接続されている。

　コンデンサ２が電解コンデンサであれば、陽極端子１８－１にはコンデンサ素子３０の陽極箔から導出された内部リード部３２が接続されている。図示しないが、陰極端子１８－２にはコンデンサ素子３０の陰極箔から導出された内部リード部が接続されている。

　外装ケース４には封口板６を位置決めして固定する段部３４が形成されている。この段部３４は外装ケース４の加締めにより形成されている。この段部３４には、封口板６の段部３６が係合している。

　図３は外装ケース４に設置された封口板６を示している。この封口板６について、各部材や各部の高さを比較するため、封口板６の露出面部１２の高さを基準にとる。カーリング部１０の頂部の高さをＨ１、アイランド部１４（アイランド部１４－１）の高さをＨ２、アイランド部１６の高さをＨ３、突部２６を含むアイランド部１６の高さをＨ４とする。これらの高さの大小関係は、Ｈ１≦Ｈ２≦Ｈ３＜Ｈ４であればよい。好ましくはＨ１＜Ｈ２≦Ｈ３＜Ｈ４でもよく、より好ましくはＨ１＜Ｈ２＜Ｈ３＜Ｈ４でもよい。この場合、突部２６のみの高さＨ５は、Ｈ５＝Ｈ４－Ｈ３である。つまり、弁機能部である薄膜部２４の位置がカーリング部１０より高く設定され、換言すれば薄膜部２４がカーリング部１０より外側に設定されている。これにより、薄膜部２４がアイランド部１６より突出するので、薄膜部２４の表面において水滴や塵埃の滞留を低減できる。

　各アイランド部１４（アイランド部１４－１）、１６は封口板６と一体にたとえば、合成樹脂の成形により一体成形されている。このアイランド部１４（アイランド部１４－１）の高さＨ２はカーリング部１０の高さＨ１と同等でもよく、カーリング部１０より高く設定してもよい。図示しないアイランド部１４－２についても同様である。

　図４のＡは図２のIVA 部の拡大断面を示している。図４のＢは図４のＡから圧力弁２０を除いて示している。

　圧力弁２０は既述の薄膜部２４を頂部に備える。薄膜部２４は本体部３８の頂部に形成されている。薄膜部２４の周囲にはフランジ部４０が形成されている。封口板６の貫通孔２２は薄膜部２４およびフランジ部４０で閉塞される。

　この本体部３８の中心部には受圧孔４２が形成されている。この受圧孔４２は、薄膜部２４側を径小部４４とし、開口側を径大部４６に形成されている。この受圧孔４２では、圧力弁２０の内方が、薄膜部２４に向かうにつれて孔径が小さくなるように傾斜形状になっており、受圧孔４２が円錐台状に形成されている。

　本体部３８の側面部には、フランジ部４０側に嵌合凹部４８を挟んで、挿入部５０が形成されている。この挿入部５０は嵌合凹部４８より径大であり、フランジ部４０よりも径大に形成されている。挿入部５０の後端側には後方に向かって径大化する円錐台状のストッパ部５２が形成されている。本体部３８の挿入部５０のフランジ部４０との対向面部も本体部３８のストッパを構成する。

　貫通孔２２には、図４のＢに示すように、嵌合突部５４が形成されている。この嵌合突部５４は圧力弁２０の嵌合凹部４８に挟み込まれる。嵌合突部５４は貫通孔２２の中心方向に突出しており、貫通孔２２の最径小部を構成している。封口板６には露出面部１２から背面方向に向かって嵌合部５６、テーパ部５８および開放部６０が形成されている。嵌合部５６は、圧力弁２０の挿入部５０が挿入される被挿入部を構成している。嵌合部５６の内径は、圧力弁２０の挿入部５０を固定するため、圧力弁２０が持つ弾性の収縮性を利用して装着できる程度の大きさであればよい。テーパ部５８はストッパ部５２の装着部であり、ストッパ部５２の外形と同一または相似形である。そして、開放部６０は外装ケース４内の内圧上昇を受圧孔４２に導くために外装ケース４内に開放された開口である。

　斯かる構成によれば、コンデンサ素子３０の駆動により発生したガスによる外装ケース４内の内圧上昇が開放部６０から受圧孔４２を経て薄膜部２４に作用する。内圧上昇が薄膜部２４の耐力以下であれば、薄膜部２４からガスが徐々に排出される。これにより、外装ケース４の内圧が圧力弁２０により適正圧に維持される。

　異常時には、コンデンサ素子３０から発生するガスが顕著となる。これにより、外装ケース４内の内圧が異常上昇する。薄膜部２４に作用する内圧上昇が薄膜部２４の耐力を超えると、薄膜部２４が破れることにより、圧力弁２０が開弁し、外装ケース４内のガスが外気に開放される。これにより、コンデンサ２の防爆機能が果たされる。

　次に、このコンデンサ２の製造方法の一例を説明する。

　このコンデンサ２の製造方法には、アイランド部１６の形成工程、圧力弁２０の設置工程が含まれる。

　(1) アイランド部１６の形成工程

　この工程では、既述のアイランド部１６を備えた封口板６を形成する。アイランド部１６の高さは、外装ケース４に形成されるカーリング部１０（封止加工部）の高さ以上の高さに設定する。

　(2) 圧力弁２０の設置工程

　外装ケース４のアイランド部１６に開口された貫通孔２２に設置する圧力弁２０の弁機能部である薄膜部２４をカーリング部１０の高さ以上の位置に設定する。

　斯かるコンデンサ２またはその製造方法には以下の特徴事項、機能または変形例を有する。

　(a) 圧力弁２０は封口板６のアイランド部１６に設置されている。つまり、アイランド部１６の高さはカーリング部１０の高さ以上である。このため、カーリング部１０の高さ以上に突出したアイランド部１６にある圧力弁２０の薄膜部２４には塵埃や水分が付着しても、それらの残留を低減できる。この結果、塵埃や水分による弁機能が損なわれることなく、安定した弁機能が維持でき、信頼性のあるコンデンサ２が得られる。

　(b) 外装ケース４のカーリング部１０の頂部より高い位置にアイランド部１６または圧力弁２０の薄膜部２４が設定されている。このため、カーリング部１０で包囲された封口板６の露出面部１２に水分が付着し、残留しても、アイランド部１６または圧力弁２０の薄膜部２４に到達することがない。つまり、カーリング部１０の包囲部内の水分はアイランド部１６または圧力弁２０の薄膜部２４に到達することなく、こぼれ落ちまたは蒸発する。

　(c) アイランド部１６の頂部には複数の突部２６が設けられている。これにより、アイランド部１６の頂部または頂部の近傍に配置される圧力弁２０の薄膜部２４が防護されている。

　(d) 複数の突部２６の間には隙間２８が形成されている。アイランド部１６の頂部に付着した水分は、隙間２８から流れ落ち、突部２６の間に留まることがない。つまり、圧力弁２０の薄膜部２４に水分の残留を低減でき、弁機能の低下を防止できる。

　(e) アイランド部１６に設置された圧力弁２０の薄膜部２４に対する塵埃や水分の付着または滞留を低減でき、圧力弁２０に必要なガス排出機能や防爆機能を維持し、その低下を防止できる。

　(f) アイランド部１６の外周部にテーパ面または、外部に張り出す曲面を備えてもよい。斯かる構成とすれば、圧力弁２０の薄膜部２４への水分の付着や滞留が抑制される。

　(g) 車載用機器に搭載される電解コンデンサや電気二重層コンデンサなどの用途においても外気に晒されて雨水や塵埃の付着を抑制でき、安定したガス放出機能や防爆機能を維持することができる。

　(h) アイランド部１６により、塵埃や水分の残留が予測される空間部や面部を封口板６から除くことができる。また、薄膜部２４の水没を防止できる。さらには、アイランド部１６に設置された薄膜部２４が突部２６によって防護され、移送時などの損傷発生から薄膜部２４を防護できる。

〔他の実施の形態〕

　(1) 上記実施の形態では、圧力弁２０の薄膜部２４が平坦面形状であるのに対し、図５のＡに示すように、周囲部に下降する断面湾曲形状としてもよい。もっとも、内圧上昇によって薄膜部２４が外部に膨出する形態であってもよい。図５のＢに示すように、周囲部に下降するテーパ形状としてもよい。また、フランジ部４０の周縁部は図５のＣに示すように、テーパ面６２を形成してもよい。斯かる構成とすれば、薄膜部２４に対する塵埃や水分の付着を抑制できる。

　(2) 上記実施の形態では、封口板６に圧力弁２０を設置することを例示したが、これに限定されない。封口部材は封口板６以外のコンデンサ素子を封入する外装部材の一部であってもよい。

　(3) 上記実施の形態では、アイランド部１６が平坦面形状であるのに対し、図６のＢに示す図６のＡのVIB-VIB線断面のように、アイランド部１６が外縁に向かって下りに傾斜する傾斜面を備えていてもよい。この傾斜面は、下りに傾斜する面であればよく、テーパ面であっても曲面であってもよい。斯かる構成とすれば、水滴が外縁に向かって流れ、アイランド部１６からこぼれ落ちやすくなり、塵埃が外縁に向かって移動し、アイランド部１６から落下し易くなる。水滴や塵埃の滞留低減機能が高められる。

　以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、請求の範囲に記載され、又は発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

産業上の利用の可能性

　本発明のコンデンサおよびその製造方法は、外装ケースの封止加工部の高さより高い位置に圧力弁またはその弁機能部を配置したので、塵埃や水分の付着が抑制され、安定した弁機能を維持することができるなど、有用である。

　２　コンデンサ
　４　外装ケース
　６　封口板
　８　封止環
　１０　カーリング部
　１２　露出面部
　１４、１４－１、１４－２、１６　アイランド部
　１８－１　陽極端子
　１８－２　陰極端子
　２０　圧力弁
　２２　貫通孔
　２４　薄膜部
　２６　突部
　２８　隙間
　３０　コンデンサ素子
　３２　内部リード部
　３４　段部
　３６　段部
　３８　本体部
　４０　フランジ部
　４２　受圧孔
　４４　径小部
　４６　径大部
　４８　嵌合凹部
　５０　挿入部
　５２　ストッパ部
　５４　嵌合突部
　５６　嵌合部
　５８　テーパ部
　６０　開放部
　６２　テーパ面

Claims (6)

1. 　コンデンサ素子を収納する外装ケースの封止加工部の高さ以上の高さを持つ弁設置部を備える封口部材と、
   　前記弁設置部の貫通孔に設置され、前記封止加工部の高さを超える位置に弁機能部が設定された圧力弁とを備えている、コンデンサ。
2. 　前記弁設置部の頂部に形成され、前記弁機能部を包囲する単一または複数の突部を備える、
   　請求項１に記載のコンデンサ。
3. 　前記封口部材は、前記封止加工部の高さ位置以上の高さに設定された端子設置部を備え、前記弁設置部は前記端子設置部の高さ以上の高さである、
   　請求項１または２に記載のコンデンサ。
4. 　前記弁機能部の外周部にテーパ面または、外部に張り出す曲面を備える、
   　請求項１ないし３のいずれか１項に記載のコンデンサ。
5. 　前記弁設置部が外縁に向かって傾斜する傾斜面を備える、
   　請求項１ないし４のいずれか１項に記載のコンデンサ。
6. 　コンデンサ素子を収納する外装ケースを封口する外装ケースの封止加工部の高さ以上の高さを持つ弁設置部を形成し、
   　前記外装ケースの前記弁設置部に開口された貫通孔に設置する圧力弁の弁機能部を前記封止加工部の高さ以上の位置に設定する、
   　コンデンサの製造方法。
                                                                                   

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