JP2015088504A - コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力弁の作動圧力を高くすることなく、圧力弁の作動を遅らせる
【解決手段】底面に溝状の圧力弁１５が形成されており、電解液が含浸されたコンデンサ素子を収納する外装ケース１０の底面に、圧力弁１５と重ならない領域であり、かつ、外装ケース１０の底面の外縁より内側の領域に少なくとも３つの凹部１１を形成する。
【選択図】図３

Description

本発明はコンデンサに関し、特に電解液が含浸されたコンデンサ素子を外装ケース内部に収納したコンデンサに関するものである。

電解液が含浸されたコンデンサ素子を外装ケース内部に収納したコンデンサとしては、電解コンデンサや電気二重層コンデンサなどがある。電解コンデンサは、アルミニウム、タンタルおよびニオブ等の弁金属と呼ばれる金属を電極に使用して、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するコンデンサである。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。

アルミニウムを電極に使用したアルミニウム電解コンデンサでは、アルミニウム電極箔にエッチング処理および酸化皮膜形成処理が施され、陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して巻回され、素子止めテープによって固定されてコンデンサ素子が形成される。このコンデンサ素子は駆動用の電解液が含浸された後、有底筒状の外装ケースに収納される。外装ケースの開口部は封口体により封口される。

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、陽極箔および陰極箔を、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筒状のケースに収納されたものである。このように、電気二重層コンデンサは、電極の構造が異なるだけで、アルミニウム電解コンデンサとほぼ同様の構造を有している。

上記のような内部に電解液を含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ると電解液が分解されてガスが発生する。このガス発生によりコンデンサの内部圧が高まるとコンデンサが破裂することがある。特許文献１、２に開示されている電解コンデンサでは、有底円筒状の外装ケースの底面部に圧力弁が設けられている。これにより、外装ケースの内圧力が所定以上になると圧力弁が開弁し、外装ケースの底面部に形成された開口から内圧力が開放される。

上述のような圧力弁が作動するとケース内部の電解液が蒸散してコンデンサとしての機能を失うので、製品寿命を長くするために弁作動圧力を高く設定することが考えられる。特許文献１の電解コンデンサにおいては、外装ケースの底面部に肉厚の補強部が形成されており、圧力弁の作動圧力が大きく設定されていても、弁作動時の開口範囲が大きくなりすぎないようにしている。

特開２０００−１１４１２０号公報 特開２００３−３０９０４７号公報

しかしながら、従来の圧力弁を備えた電解コンデンサにおいて圧力弁の作動圧力を高くすると、急激に内部圧が上昇し続けた場合に、圧力弁が作動する前に外装ケースの開口部と封口体との隙間などから発生ガスを放出してしまったり、封口体がケースから外れてしまったりするおそれもある。

本発明は、上記課題を解決するものであり、圧力弁の作動圧力を高くすることなく、圧力弁の作動を遅らせることができるコンデンサを提供することを目的とするものである。

本発明のコンデンサは、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面には、溝状の圧力弁が形成されているとともに、当該圧力弁と重ならない領域であり、かつ、前記外装ケースの前記底面の外縁より内側の領域に少なくとも３つの凹部が形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、外装ケースの底面において凹部が形成されている部分は、他の部分に比べて強度が弱くなっているため、外装ケースの内圧力が高まったときに外装ケースの内壁面へ付加される圧力の影響を受けやすい。また、凹部は、外装ケースにおいて内圧力に対する強度が比較的弱い領域、すなわち底面の外縁より内側の領域に形成されているので、外装ケースの内圧力が高まったときに圧力の影響をより受けやすい。このように、凹部が圧力の影響を受けることにより、当該凹部及び隣り合う凹部同士を結ぶ連結線上部分が変形し、連結線で囲まれた領域全体が外側に盛り上がる。これにより、外装ケースの内容積を一時的に大きくして内圧力を緩和させることができるため、圧力弁の作動を遅らせることが可能となる。また、圧力弁と重ならない領域に凹部が形成されているので、当該凹部が変形した場合でも、圧力弁自体を直接的に変形させることがなく、凹部の変形と同時に圧力弁が作動するのを防ぐことができる。

また、本発明のコンデンサでは、前記外装ケースには、前記少なくとも３つの凹部内部の底面における中央部からそれぞれケース外方に向けて突出する凸部が形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、凹部内部の底面の中央部に凸部が設けられているので、外装ケースの内圧力が高まったときに外装ケースの内壁面へ付加される圧力が凸部に集中しやすい。よって、この凸部を中心とした凹部の外側への変形が確実に誘発され、次いで隣り合う凹部同士を結ぶ連結線上部分が変形することによって、最終的に連結線で囲まれた領域全体が外側に盛り上がる。したがって、ある部分だけ変形が大きくなるようなことが起こりにくく、外装ケースの底面の盛り上がり面が一様となる。

さらに、本発明のコンデンサでは、前記少なくとも３つの凹部の全てが、前記外装ケースの前記底面の中心部から等距離に位置していることを特徴とする。

この構成によれば、全ての凹部が外装ケースの底面の中心を中心とする円上に位置しているので、隣り合う凹部同士を結ぶ連結線で囲まれた領域が外側に盛り上がった際に、外装ケースの底面の偏った領域での変形を防ぐことができる。よって、圧力弁に対して部分的に大きな変形を招くことを低減させて、圧力弁の作動をより確実に遅らせることが可能となる。

加えて、本発明のコンデンサでは、前記少なくとも３つの凹部は、前記外装ケースの前記底面の中心部に対し、周方向に等角度間隔に位置していることを特徴とする。

この構成によれば、少なくとも３つの凹部は、前記外装ケースの前記底面の中心部に対し、周方向に等角度間隔に位置しているため、これら凹部の隣接するもの同士を直線で結んで得られる多角形の領域が外側に盛り上がった際に、外装ケースの底面の偏った領域での変形を防ぐことができる。よって、圧力弁に対して部分的に大きな変形を招くことを低減させることにより、圧力弁の作動をより確実に遅らせることが可能となる。

本発明によると、圧力弁の作動圧力を高くすることなく、圧力弁の作動を遅らせることができるコンデンサを提供し得る。

本発明の実施の形態にかかる電解コンデンサの外観図である。 図１に示すコンデンサ素子の分解斜視図である。 図１に示す外装ケースの底面図である。 図３のIV-IV線に沿う断面図であって外装ケースの底面部の拡大図である。 図１に示す電解コンデンサにおいて圧力弁が作動するまでの外装ケースの状態を示す図であり、（ａ）は変形が起きる前の状態、（ｂ）は凹部が変形した状態、（ｃ）は圧力弁が変形した状態、（ｄ）は圧力弁が作動した状態を示す。 図５（ｂ）に示すように凹部が変形した際の外装ケースの底面図である。 本実施形態の変形例にかかる電解コンデンサを示しており、（ａ）は外装ケースの底面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図における外装ケースの底面部の部分拡大図である。 従来の電解コンデンサにおいて圧力弁が作動するまでの外装ケースの状態を示す図であり、（ａ）は変形が起きる前の状態、（ｂ）は圧力弁が変形した状態、（ｃ）は圧力弁が作動した状態を示す。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、本実施形態の電解コンデンサ１００は、アルミニウムを電極に使用したアルミニウム電解コンデンサであって、主として、コンデンサ素子７、外装ケース１０および封口体２０を備えている。

コンデンサ素子７は、図２に示すように、エッチング処理および酸化皮膜形成処理が施されたアルミニウムの陽極箔１と、陰極箔２とを、セパレータ３を介して円筒形に巻回し、素子止めテープ６で固定して形成される。陽極箔１と陰極箔２とにはリードタブ（図示せず）が接続されており、このリードタブを介して陽極箔１および陰極箔２からそれぞれリード部４、５が引き出されている。このコンデンサ素子７には、駆動用の電解液が含浸される。

外装ケース１０は、アルミニウム等の軽金属を素材として作製されており、その内部に上記のコンデンサ素子７を収納できるように有底円筒状に形成されている。封口体２０は、外装ケース１０の開口部を封口するための部材であり弾性ゴムからなる。封口体２０には、コンデンサ素子７のリード部４、５を挿通するための挿通孔２１が形成されている。外装ケース１０の開口部に封口体２０を装着した後、絞り加工を施すことで外装ケース１０は密閉される。

図３に示すように、外装ケース１０の底面には圧力弁１５が形成されている。圧力弁１５は、いずれも外装ケース１０の底面の中心１４から径方向外方に向けて、直線状に延びており、周方向に９０度間隔で配置された同一長さの４本の溝で構成されている。すなわち、圧力弁１５を構成する溝は、交点を底面の中心１４に有する十字形状を有している。このような溝が形成されていることで、外装ケース１０の底面部における圧力弁１５が形成されている部分は肉厚が薄くなっている。後で詳述するように、圧力弁１５は、外装ケース１０の内圧力が上昇した際に破断開口する。

また、外装ケース１０の底面には肉厚が薄くなっている４つの凹部１１が形成されている。凹部１１は、外装ケース１０の底面の外縁よりも内側かつ外縁の近傍であって圧力弁１５と重ならない領域に位置している。より詳細には、４つの凹部１１は、いずれも外装ケース１０の底面の中心１４を一端として直線状に延びており、圧力弁１５を構成する４本の溝とのなす角が４５度である４本の仮想直線Ａ（図３では、図が煩雑になるのを避けるため、右下部分に１本のみ二点鎖線で示している）、すなわち周方向に９０度間隔で配置された４本の仮想直線Ａ上にそれぞれ位置している。また、４つの凹部１１は、いずれも外装ケース１０の底面の中心１４を中心とする半径Ｒ２の円（図３において二点鎖線で示す円）上に位置している。つまり、いずれの凹部１１も中心１４との間の距離が等しい。なお、外装ケース１０の底面は、半径Ｒ１（Ｒ１＞Ｒ２）とする。さらに、図３に示すように、それぞれ隣り合う凹部１１同士を結ぶ４本の仮想直線Ｂ（図３において二点鎖線で示す直線）の長さはいずれも等しく、これらの線により正方形形状が得られる。すなわち、それぞれ隣り合う凹部１１同士を仮想直線Ｂで結ぶことによって得られる多角形は、外装ケース１０の底面の中心１４を通る中心線Ｃ（図３において二点鎖線で示す直線）に対して対称な形状である。

凹部１１は、底面視で中心１４側に湾曲した三日月形状を有している。凹部１１の深さＨ２（図４参照）は、外装ケース１０の底面部の厚みＨ１の１０％〜５０％である。凹部１１の幅（最も幅が広い部分の幅）Ｗ（図４参照）は、２．０ｍｍ以下である。
凹部１１の深さは、圧力弁１５を構成する溝の深さに対し、同等もしくは浅い方が好ましい。

次に、従来の電解コンデンサ５００（上述の実施形態の凹部１１が形成されていないもの）と本実施形態の電解コンデンサ１００とについて、外装ケース１０（５１０）の内圧力が上昇し、圧力弁１５（５１５）が作動するまでの外装ケース１０（５１０）の状態について説明する。

図８に示すように、従来の電解コンデンサ５００では、外装ケース５１０の内圧力が高まるに連れて、外装ケース５１０の底面部が平らな状態（図８（ａ））から、圧力弁５１５が変形して外装ケース５１０の底面部が圧力弁５１５の中心を頂点とする山形に膨らんだ状態（図８（ｂ））となる。その後さらに外装ケース５１０の内圧力が高まると、図８（ｃ）に示すように、圧力弁５１５が作動して外装ケース５１０の底面部が開口する。

一方、本実施形態の電解コンデンサ１００では、外装ケース１０の内圧力が高まるに連れて、外装ケース１０の底面部が平らな状態（図５（ａ））から、底面部の中心部分が外側に盛り上がった状態（図５（ｂ））となる。これは、電解コンデンサ１００においては、外装ケース１０の底面における凹部１１が形成されている部分の強度が比較的弱くなっているので、外装ケース１０の内圧力の高まりにより外装ケース１０の内壁面に付加される圧力が作用し、凹部１１及び隣り合う凹部１１同士を結ぶ連結線上部分が変形するためである。すなわち、図６において斜線で示すように、それぞれ隣り合う凹部１１同士を結ぶ連結線で囲まれた領域が外側に盛り上がる。そして、さらに外装ケース１０の内圧力が高まると、圧力弁１５が変形して外装ケース１０の底面部が圧力弁１５の中心を頂点とする山形に膨らんだ状態（図５（ｃ））となる。その後、さらに外装ケース１０の内圧力が高まると、図５（ｄ）に示すように、圧力弁１５が作動して外装ケース１０の底面部が開口する。

なお、本実施形態においては、図６に示すように、凹部１１の変形に伴って変形する隣接する凹部１１同士を結ぶ連結線上部分は、外装ケース１０の底面の中心１４側に湾曲した曲線となっているが、外装ケース１０の大きさや形成される凹部１１の個数によっては、この連結線はほぼ直線状となる場合もある。

以上に述べたように、本実施形態にかかる電解コンデンサ１００では、コンデンサ素子７が収納される外装ケース１０の底面に、溝状の圧力弁１５が形成されているとともに、当該圧力弁１５と重ならない領域であり、かつ、外装ケース１０の底面の外縁より内側の領域に４つの凹部１１が形成されている。
外装ケース１０の底面において凹部１１が形成されている部分は、他の部分に比べて強度が弱くなっており、外装ケース１０の内圧力が高まったときに外装ケース１０の内壁面へ付加される圧力の影響を受けやすい。凹部１１は、外装ケース１０において内圧力に対する強度が比較的弱い領域、すなわち底面の外縁より内側の領域に形成されているので、外装ケース１０の内圧力が高まったときに圧力の影響をより受けやすい。このように、凹部１１が圧力の影響を受けることにより、当該凹部１１及び隣り合う凹部１１同士を結ぶ連結線上部分が変形し、連結線で囲まれた領域全体が外側に盛り上がる。これにより、外装ケース１０の内容積を一時的に大きくして内圧力を緩和させ、圧力弁１５の作動を遅らせることが可能となる。また、圧力弁１５と重ならない領域に凹部１１が形成されているので、当該凹部１１が変形した場合でも、圧力弁１５自体を直接的に変形させることがなく、凹部１１の変形と同時に圧力弁１５が作動するのを防ぐことができる。

さらに、本実施形態にかかる電解コンデンサ１００では、外装ケース１０の底面に形成される４つの凹部１１は、その全てが外装ケース１０の底面の中心部から等距離に位置している。したがって、隣り合う凹部１１同士を結ぶ連結線で囲まれた領域が外側に盛り上がった際に、外装ケース１０の底面の偏った領域での変形を防ぐことができる。よって、圧力弁１５に対して部分的に大きな変形を招くことを低減させて、圧力弁１５の作動をより確実に遅らせることが可能となる。

加えて、本実施形態にかかる電解コンデンサ１００では、外装ケース１０の底面に形成される４つの凹部１１は、外装ケース１０の底面の中心１４に対して周方向に等間隔に位置している。したがって、これら４つの凹部１１の隣接するもの同士を直線で結んで得られる多角形の領域が外側に盛り上がった際に、外装ケース１０の底面の偏った領域での変形を防ぐことができる。よって、圧力弁１５に対して部分的に大きな変形を招くことを低減させることにより、圧力弁１５の作動をより確実に遅らせることが可能となる。

ここで、図７を参照しつつ、上述の実施形態の一変形例について説明する。本変形例にかかる電解コンデンサ２００の構成は、図７（ａ）に示すように、外装ケース２１０の底面に形成された４つの凹部２１１の底面における中央部（重心位置）からそれぞれケース外側に向けて突出する凸部２１２が形成されている点を除いて、ほぼ上述の実施形態にかかる電解コンデンサ１００の構成と同一である。凸部２１２は、底面視で円形形状を有しており、外装ケース２１０の内側から打ち出すことにより形成される。凸部２１２の高さＨ３（図７（ｂ）参照）は１ｍｍ以下であり、直径Ｄ（図７（ｂ）参照）は０．２ｍｍ以下である。

本変形例にかかる電解コンデンサ２００では、凹部２１１の底面の中央部に凸部２１２が形成されているので、外装ケース２１０の内圧力が高まったときに外装ケース２１０内壁面へ付加される圧力が凸部２１２に集中しやすい。これにより、この凸部２１２中心とした凹部２１１の外側への変形が確実に誘発され、次いで隣り合う凹部２１１同士を結ぶ連結線上部分が変形することによって、最終的に連結線で囲まれた領域全体が外側に盛り上がる。よって、ある部分だけ変形が大きくなるようなことが起こりにくく、外装ケース２１０の底面の盛り上がり面が一様となる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて、様々な設計変更を行うことが可能なものである。

上述の実施形態においては、コンデンサ素子７が収納される外装ケース１０が有底円筒状を有している場合について説明したが、これには限定されない。すなわち、外装ケース１０は有底筒状であればよく、例えば有底四角筒状であってもよい。

また、上述の実施形態においては、圧力弁１５は、交点を外装ケース１０の底面の中心１４に有する十字形状の溝で構成されている場合について説明したが、これには限定されない。すなわち、中心１４からずれた位置に交点を有する十字形状であってもよい。また、十字形状のように１点から４本の溝が延びているような形状ではなく、１点から３本の溝が延びるような形状や、１点から５本以上の溝が延びるような形状であってもよい。

さらに、上述の実施形態においては、外装ケース１０の底面に凹部１１が４つ形成されている場合について説明したが、凹部１１は少なくとも３つ以上形成されていればよい。

加えて、上述の実施形態においては、外装ケース１０の底面に形成される凹部１１は、底面視で底面の中心１４側に湾曲した三日月形状を有している場合について説明した。しかしながら、凹部１１の形状は三日月形状に限定されるものではなく、例えばＵ字形状やＶ字形状であってもよい。

また、上述の実施形態においては、４つの凹部１１の全てが外装ケース１０の底面の中心１４を中心とする円上に位置している、つまり、いずれの凹部１１も中心１４との間の距離が等しい場合について説明したが、凹部１１の形成位置はこれに限定されるものではない。すなわち、４つの凹部１１のうちのいくつかが中心１４を中心とする円上に位置していてもよいし、どの凹部１１も中心１４との間の距離が異なっていてもよいが、４つの凹部１１の全てが外装ケース１０の底面の中心１４を中心とする円上に位置している方がより好ましい。

また、上述の実施形態においては、４つの凹部１１のうちそれぞれ隣り合うもの同士を結ぶ線の長さはいずれも等しく、これらの線により正方形形状が得られる場合について説明したが、これには限定されない。すなわち、隣り合う凹部１１同士を結ぶ線の長さは一定でなくてもよい。つまり、本実施形態のように凹部１１が４つ形成される場合には、凹部１１同士を結ぶ線によって形成される多角形は長方形であってもよく、また凹部１１が３つ形成される場合には、凹部１１同士を結ぶ線によって形成される多角形は二等辺三角形であってもよいが、凹部１１のうちそれぞれ隣り合うもの同士を結ぶ線の長さはいずれも等しい方がより好ましい。

さらに、本実施形態においては、それぞれ隣り合う凹部１１同士を線で結ぶことによって得られる多角形は、外装ケース１０の底面の中心１４を通る中心線Ｃに対して対称な形状を有している場合について説明したがこれに限定されない。すなわち、この多角形は中心線Ｃに対して対称でなくてもよいが、対称である方がより好ましい。

さらに、本実施形態においては、それぞれ隣り合う凹部１１を外装ケース１０の外表面側に設けたが、内表面側に設けても同様の効果が得られる。

加えて、上述の実施形態では、アルミニウムを電極に使用したアルミニウム電解コンデンサについて説明したが、これには限定されない。すなわち、タンタルやニオブを電極に使用した電解コンデンサであってもよい。また、電気二重層を利用したコンデンサであってもよい。

さらに、上述の実施形態では、リード線タイプのアルミニウム電解コンデンサについて説明したが、基板自立タイプのアルミニウム電解コンデンサであってもよい。

１ 陽極箔
２ 陰極箔
３ セパレータ
７ コンデンサ素子
１０、２１０ 外装ケース
１１、２１１ 凹部
２１２ 凸部
１５ 圧力弁
２０ 封口体
１００、２００ アルミニウム電解コンデンサ（コンデンサ）
２１２ 凸部

Claims (4)

1. 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面には、溝状の圧力弁が形成されているとともに、当該圧力弁と重ならない領域であり、かつ、前記外装ケースの前記底面の外縁より内側の領域に少なくとも３つの凹部が形成されていることを特徴とするコンデンサ。
2. 前記外装ケースには、前記少なくとも３つの凹部内部の底面における中央部からそれぞれケース外方に向けて突出する凸部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。
3. 前記少なくとも３つの凹部の全てが、前記外装ケースの前記底面の中心部から等距離に位置していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコンデンサ。
4. 前記少なくとも３つの凹部は、前記外装ケースの前記底面の中心部に対し、周方向に等角度間隔に位置していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンデンサ。

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