(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極箔と陰極箔をセパレータを介して巻回したコンデンサ素子に電解液を含浸し、外装ケースに収納するとともに、外装ケースの開口端部を封止してなる電解コンデンサにおいて、
外装ケースの外底面から内部に突出し、突出した頂部が、コンデンサ素子の高さ寸法の中心の位置からコンデンサ素子の電極タブ導出端面を超えない位置の間に配置された有底の中空部を形成し、該中空部の頂部に電解コンデンサの内圧が所定値以上に上昇した際に開弁する圧力弁を形成するとともに、前記中空部に電解液吸収剤を収納した電解コンデンサ。
【請求項２】
前記圧力弁が、前記中空部の頂部の貫通孔を設けるとともに、貫通孔を閉塞する弾性体からなる請求項１に記載の電解コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子機器に使用される電解コンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に電解コンデンサは、定格電圧より高い過電圧が印加された場合には、温度上昇によりコンデンサ素子に含浸された駆動用電解液を構成する有機溶媒が蒸気化し、かつ電気化学反応により水素ガスを発生するため、アルミニウムよりなる外装ケースの内圧は上昇する。このときガスの放出口がない場合、外装ケースの内圧が外装ケースの封口部材による封口力を上回れば、コンデンサ素子が外装ケースから外れて外装ケース外に飛び出すか、あるいは外装ケースが飛び跳ねることになって非常に危険となる。
【０００３】
したがって従来のアルミ電解コンデンサでは、通常、外装ケースの天板部に薄肉部よりなる弱点部を設けており、そしてこの外装ケースの内圧が異常に上昇したときには、弱点部が開放されてこの開放部から外装ケース内における駆動用電解液を構成する有機溶媒のガスが外部に流出するため、大きな爆発には至らないものである。
【０００４】
しかしながら、上記構成によれば、駆動用電解液が外部に噴出するため、この電解コンデンサをセットした機器の内部を汚したり、火災による煙と間違えるという問題点があった。
【０００５】
上記問題点を解決するために、例えば実開平１−１２９８１９号公報（特許文献１）に記載されているような電解コンデンサが提案されている。この公報で開示された電解コンデンサは、圧力弁を形成した外装ケースの底面を、電解液を吸収する性質および通気性を有する被覆材で被覆していた。この構成によれば、異常時に圧力弁が作動した場合、この開弁した圧力弁より噴出した駆動用電解液は被覆材に吸収されるため、外部に流出することはないとされる。
【０００６】
また、特開平５−１３２８９号公報（特許文献２）に記載されているように、駆動用電解液を含浸させたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を内蔵する有底筒状の外装ケースと、コンデンサ素子より導出された一対のリード線と、外装ケースの開口部を封口する封口部材とを備え、外装ケース１２の底面に設けられた圧力弁の上方に、駆動用電解液をゲル化する性質を有する粒状のゲル化剤を配置した電解コンデンサも提案されている。
【０００７】
この特許文献２に記載された電解コンデンサによれば、外装ケースの底面に設けられた圧力弁の上方に駆動用電解液をゲル化する性質を有する粒状のゲル化剤を配置したもので、この電解コンデンサが大量の駆動用電解液を有する大形のアルミ電解コンデンサの場合、定格電圧より高い過電圧が印加されると圧力弁が作動し、この開弁した圧力弁より、大量の駆動用電解液と大量の水素等のガスが噴出されることになるが、圧力弁の上方に粒状のゲル化剤を配置しているため、このゲル化剤の表面積の拡大により単位体積当たりの電解液ゲル化量の増大がはかれるとともに、透気度の低下もなく、これにより、通気性を損なうことなく大量の駆動用電解液をゲル化して保持することができるため、外部への駆動用電解液の流出を未然に防ぐことができるとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開平１−１２９８１９号公報
【特許文献２】特開平５−１３２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に示された電解コンデンサにおいては、定格電圧より高い過電圧が印加された場合、多量の駆動用電解液を有する大形の電解コンデンサの場合には、圧力弁の作動時に、大量の電解液蒸気と大量で、かつ高流速の水素等のガスが一度に噴出されるため、スポンジ、フェルト等で形成された被覆材では噴出されたすべての駆動用電解液を吸収するためには、被覆材の厚みを増すか、または被覆材の吸収率を増す必要があり、電解コンデンサが大型化するという問題点がある。特に、圧力弁が開弁したときは、圧力弁の最も脆弱な部分が破断するが、この開弁箇所の大きさは、外装ケースの底面のごく一部である。このため、被覆材が外装ケースの底部に配置されていたとしても、電解液のガス化した有機溶媒は、外装ケースの底面の局所的な開弁箇所より噴出する。一方で、被覆材側では、局所的な開弁箇所の近傍で主に、噴出したガスを吸収されていくため、被覆材の全部に均等に吸収されるわけではない。従って、電解コンデンサに搭載された電解液の量以上の吸収容量をもつ被覆材を用意する必要があり、この観点でも電解コンデンサの大型化を引き起こす。また、被覆材の通気性が損なわれるため、噴出するガスにより圧力弁の上に配置された被覆材が外れるか、もしくは外装ケースの開口部を封口する封口部材が外れ、駆動用電解液が外部に流出するおそれもある。
【００１０】
また、特許文献２に示された電解コンデンサにおいては、外装ケースの底部に圧力弁を形成するとともに、外装ケースの圧力弁の上方に空間部を介してゲル化剤を配置する構成となっているが、空間部やゲル化剤の収納空間が必要となり、電解コンデンサの大型化、特に電解コンデンサの高さ寸法が長くなるという問題がある。また、外装ケースとしても、断面Ｈ型の有底筒状の外装ケースを作成する必要があり、そのような外装ケースの作成は高度な加工技術が要求される。
【００１１】
本発明は、上記のような従来の電解コンデンサにおける問題点に鑑み、さらに検討を加えた結果なされたもので、電解コンデンサの圧力弁が開弁した際でも、気化した電解液が煙のように噴出することが無く、さらに、電解コンデンサの高さ寸法の大型化を招くことのない、電解コンデンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、この出願の請求項１に係る発明では、陽極箔と陰極箔をセパレータを介して巻回したコンデンサ素子に電解液を含浸し、外装ケースに収納するとともに、外装ケースの開口端部を封止してなる電解コンデンサにおいて、外装ケースの外底面から内部に突出する有底の中空部を形成し、該中空部の頂部に電解コンデンサの内圧が所定値以上に上昇した際に開弁する圧力弁を形成するとともに、前記中空部に電解液吸収剤を収納した電解コンデンサとした。
【００１３】
また、請求項２に係る発明では、請求項１に記載した電解コンデンサにおいて、前記中空部の頂部が、コンデンサ素子の高さ寸法の中心の位置からコンデンサ素子の電極タブ導出端面を超えない位置の間に配置されたことを特徴とする。
【００１４】
さらに請求項３に係る発明では、請求項１または請求項２にいずれかに記載の電解コンデンサにおいて、前記圧力弁が、前記中空部の頂部に貫通孔を設けるとともに、この貫通孔を閉塞する弾性体からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
電解コンデンサが、保証寿命を超えた場合や、過電圧が印加された場合、電解コンデンサの内圧は上昇する。電解コンデンサの内圧が予め設定された圧力を超えた場合には、圧力弁が破断して内圧を開放する。この際、破断した圧力弁からは、水素ガスや電解液が噴出する。多くの場合、圧力弁が動作する状態では、電解コンデンサは高温になっており、電解液がガス化するような場合もある。しかし、この発明では、この噴出した電解液は、圧力弁の外に配置された電解液吸収剤によって吸収される。特に電解液吸収剤は外装ケース底面に形成された中空部に収納されており、この中空部はコンデンサ素子の電極タブ導出タブ近傍まで形成されているため、圧力弁から電解コンデンサの外部までの距離は長い。このため、電解液吸収剤によって吸収されない電解液が無くなり、ガス化した電解液が煙状となって電解コンデンサの外部に放出されることがなくなる。
【００１６】
また、圧力弁から噴出した電解液の経路は中空部の内空間を通じて外部に噴出していく。中空部の内空間には電解液吸収剤が収納されているが、中空部内空間は、圧力弁が動作して電解液を噴出している箇所に対して、対向面積は比較的小さく（電解コンデンサの底面全体に対して）、かつその経路は長い。このため、中空部に収納した電解液吸収剤を全て、電解液の吸収に寄与させることができる。従って、電解コンデンサにおける電解液搭載量に対し、その搭載量に応じた吸収容量を有する電解液吸収剤を中空部に収納すればよい。換言すれば、中空部内空間は必要最低限の空間と設計すればよく、必要以上に電解コンデンサが大型化することがない。
【００１７】
すなわち、電解コンデンサを必要以上に大型化することなく、電解コンデンサの外部に電解液が噴出することを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一の実施形態の電解コンデンサの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第二の実施形態の電解コンデンサの構造を示す断面図である。
【図３】本発明の外装ケースの中空部とコンデンサ素子の位置関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次にこの発明の実施形態について述べる。
図1にはこの発明の第一の実施形態の電解コンデンサの内部構造を示している。また、図2にはこの発明の第二の実施形態の電解コンデンサの内部構造を示している。これら図１、図2の共通部分については同一の符号を用いている。ここでは、主に第一の実施形態を図１と共に説明する。
【００２０】
コンデンサ素子１は陽極箔と陰極箔をセパレータを介して巻回して形成したものである。陽極箔および陰極箔には、それぞれ電極タブ（陽極タブ２ａ、陰極タブ２ｂ）が接続され、一方の巻回端面より導出されている。またセパレータは陽極箔、陰極箔の幅よりも幅広に形成され、コンデンサ素子１の両端はセパレータのみが巻回された構造となっている。また、コンデンサ素子１の中心部は空芯部１ａとなっている。この空芯部１ａの径は、後述する外装ケース６の中空部６ｂの径よりも大径となる。
【００２１】
封口板３はフェノール等の樹脂板３ａに弾性ゴム３ｂを貼り付けたもので、封口板３の表裏を貫通するリベット４ａ、４ｂが埋設されている。封口板３の外部では、リベット４ａ、４ｂに外部端子５ａ、５ｂが接続され、封口板３の内部側では、リベット４ａ、４ｂにはコンデンサ素子１から導出した電極タブ２ａ、２ｂが接続される。
【００２２】
外装ケース６は、アルミニウム等の金属からなる有底円筒状のものである。そして外装ケース６の側面には、封口板３を支持するための横溝６ａが形成され、さらに外装ケース６の外底面から外装ケース６の内部に突出する中空部６ｂが形成されている。この中空部６ｂは有底の円筒状で、外装ケース６の底面に対して垂直に形成されており、外装ケース６の中心軸と中空部６ｂの中心軸が共通となるように、外装ケース６の底部の中心に形成されている。
【００２３】
中空部６ｂの高さは、後述するように電解コンデンサを組み立てた際に、コンデンサ素子１の高さ寸法の中心よりもコンデンサ素子１の電極タブ導出端面側の位置で、コンデンサ素子の電極タブ導出端面を超えない位置に形成しておくことが好ましい。
【００２４】
そして、中空部６ｂの頂部６ｃには電解コンデンサの内圧が上昇し、所定の圧力以上となった際に、破断して、内圧を開放する圧力弁７が形成されている。この圧力弁７は、中空部６ｂの頂部６ｃに貫通孔を設け、この貫通孔にゴム等の弾性体弁７ａを収納して貫通孔を閉塞した圧力弁（第一の実施形態）や、図２に示すように、頂部の中心から放射状に肉薄となる切溝部７ｂを形成し、機械的脆弱部とした圧力弁（第二の実施形態）等、従来の電解コンデンサで使用されていた圧力弁構造を用いることができる。
【００２５】
電解コンデンサを製造する工程について説明すると、コンデンサ素子１から導出された電極タブ（２ａ、２ｂ）を、封口板３のリベット（４ａ，４ｂ）にそれぞれ加締めつけて接続する。そして、コンデンサ素子１に駆動用電解液を含浸し、コンデンサ素子１を封口板３とともに外装ケース６に収納する。この際、コンデンサ素子１の空芯部１ａに、外装ケース６の中空部６ｂが挿入される。また、封口板３は外装ケース６の側面に形成した横溝部６ａに支持される。この状態で、外装ケース６の開口端部をカーリング加工して、開口端部を封口板３の弾性ゴム３ｂに食い込ませるようにして封止を行う。
【００２６】
ここで、電解コンデンサとして作成した際の、コンデンサ素子１の高さ寸法と、中空部６ｂの位置関係について、図３とともに説明する。コンデンサ素子１の中心部は空芯部１ａとして形成されており、外装ケース６の中空部６ｂが挿入される。そして、外装ケース６の底面に接触するようにコンデンサ素子１が載置されるが、このときの中空部６ｂの頂部６ｃは、コンデンサ素子１の高さ寸法Ｌの中心位置Ｃよりも電極タブ導出端面１ｂ側に位置するようにする。しかし、頂部６ｃがコンデンサ素子の電極タブ導出端面１ｃを超えない位置に配置するようにする。すなわち、図３中で、両矢印で示した頂部の設定範囲に、頂部が配置されるように設定する。
【００２７】
中空部６ｂには、後述するように、外部より電解液吸収剤８を収納するため、この電解吸収剤８を収納する容量としては、中空部６ｂは、コンデンサ素子１の電極タブ導出端面１ｂに近いほど、中空部８ｂの内空間が大きくなるため有利である。このため、少なくともコンデンサ素子１の高さ寸法Ｌの中心位置Ｃよりも電極タブ導出端面１ｂ側に、中空部６ｂの頂部６ｃが位置するようにすれば、中空部８ｂの内空間を大きなものとすることができる。
【００２８】
一方で、頂部６ｃがコンデンサ素子１の電極タブ導出端面１ｃを超えて突出する位置となると、頂部６ｃと封口板３が当接し、コンデンサ素子１と封口板３の間に空間を形成するようになる。このコンデンサ素子１と封口板３の間の空間は、静電容量には寄与せず、電解コンデンサの小型化を阻害する。このため、頂部６ｃがコンデンサ素子１の電極タブ導出端面１ｂを超えて突出する位置とすることは好ましくない。また、コンデンサ素子１の電極タブ導出端面１ｂを超えて突出する位置とした場合において、封口板３を外装ケースに収納した際に、電極タブ（２ａ，２ｂ）は折りたたまれるようにして収納されるが、この電極タブ（２ａ，２ｂ）、特に陽極タブ２ａが頂部６ｃと接触した場合には、電解コンデンサの陽極と陰極がショート状態となる。この観点からも、頂部６ｃの位置は、コンデンサ素子１の電極タブ導出端面１ｂを超えない位置とすることが好ましい。
【００２９】
好適には、頂部６ｃの位置は、コンデンサ素子１の電極タブ導出端面１ｂよりも、１〜２ｍｍほど底面側となる位置に配置されることが好ましい。
【００３０】
さらに、外装ケース６の中空部６ｂに電解液吸収剤８を収納する。電解液吸収剤８としては、電解液を吸収しうる性質のものであれば良く、紙、布、フェルト、スポンジ、脱脂綿等が利用できる。ただし、高温となって噴出する電解液に晒されるため、耐熱性のものが好ましく、例えば濾紙などの紙、ポリエステルやポリアミド製などの不織布、スポンジなどを難燃化したものが挙げられる。
【００３１】
この吸収材に施した難燃化処理に使用される難燃剤としては特に限定はなく、例えばグアニジン塩系化合物［グアニジン塩（リン酸グアニジン，ホウ酸グアニジン，スルファミン酸グアニジン，次亜リン酸グアニジン，ポリリン酸グアニジンなど）、アミノ置換もしくはアミノ基含有グアニジン塩（リン酸グアニル尿素，ホウ酸グアニル尿素，スルファミン酸グアニル尿素，次亜リン酸グアニル尿素，ポリリン酸グアニル尿素など、リン酸アミノグアニジン，ホウ酸アミノグアニジン，スルファミン酸アミノグアニジン，次亜リン酸アミノグアニジン，ポリリン酸アミノグアニジンなど）、およびヒドロキシアルキル置換グアニジン塩（メチロール化リン酸グアニジン，メチロール化ホウ酸グアニジン，メチロール化スルファミン酸グアニジン，メチロール化次亜リン酸グアニジン，メチロール化ポリリン酸グアニジンなど、ヒドロキシエチル化リン酸グアニジン，ヒドロキシエチル化ホウ酸グアニジン，ヒドロキシエチル化スルファミン酸グアニジン，ヒドロキシエチル化次亜リン酸グアニジン，ヒドロキシエチル化ポリリン酸グアニジンなど）］；強酸のアンモニウム塩（リン酸アンモニウム，ホウ酸アンモニウム，スルファミン酸アンモニウム，次亜リン酸アンモニウム，ポリリン酸アンモニウムなど）；強酸の金属塩（リン酸ナトリウム，リン酸カリウム，リン酸マグネシウム，リン酸カルシウム，リン酸亜鉛，リン酸アルミニウムなど、ホウ酸ナトリウム，ホウ酸カリウム，ホウ酸マグネシウム，ホウ酸カルシウム，ホウ酸亜鉛，ホウ酸アルミニウムなど、スルファミン酸ナトリウム，スルファミン酸カリウム，スルファミン酸マグネシウム，スルファミン酸カルシウム，スルファミン酸亜鉛，スルファミン酸アルミニウムなど）；ジシアンジアミド類（ジシアンジアミド，メチロール化ジシアンジアミド，ヒドロキシエチル化ジシアンジアミド）；並びにメラミン類（メラミン，メチロール化メラミン，ヒドロキシエチル化メラミン）が挙げられる。
【００３２】
これらの難燃剤のうち好ましいものはグアニジン塩系化合物、強酸のアンモニウム塩、強酸の金属塩である。
【００３３】
吸収材を難燃化処理する方法は、例えば紙と難燃剤の水溶液に浸漬後乾燥する方法、ハケにて塗布する方法などである。
【００３４】
また、電解液吸収剤としては、電解液をゲル化することで電解液を捕捉し、電解液が外部へ噴出することを防止するものであってもよい。このゲル化剤としては特に限定はなく、例えばセルロース，硝酸セルロース，酢酸セルロース，ヒドロキシアルキルセルロース（ヒドロキシメチルセルロース，ヒドロキシエチルセルロース，ヒドロキシプロピルセルロース等）、アルキルセルロース（メチルセルロース，エチルセルロース等）、カルボキシアルキルセルロースのアルカリ金属塩（ナトリウムカルボキシメチルセルロース，ナトリウムカルボキシエチルセルロース等）等のセルロース誘導体、アルギン酸のアルカリ金属塩（アルギン酸ナトリウム等）、ゼラチン，寒天，コンニャク粉，デンプン，砂糖や多糖類、タンパク質（アクトアルブミン，卵黄タンパク等）のいずれか１種もしくはこれらの２種以上を混合したものが挙げられる。またその他のゲル化剤としては、ポリビニルアルコール，ポリビニルアルコール誘導体（フォマール化ポリビニルアルコール，アセタール化ポリビニルアルコール，ブチラール化ポリビニルアルコール等）、ポリビニルエーテル誘導体（ポリビニルメチルエーテル，ポリビニルエチルエーテル等）、ポリ酢酸ビニル，酢酸ビニル−ビニルアルコール共重合体、酢酸ビニル−エチレン共重合体、ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリイソブチレンのいずれか１種または２種以上を共重合もしくは混合したものが挙げられる。
【００３５】
これらのゲル化剤のうち好ましいものは、セルロースやアルキルセルロース，カルボキシアルキルセルロースのアルカリ金属塩等のセルロース誘導体である。
【００３６】
本発明においては、以上のような電解液吸収剤８を用いることができるが、中空部６ｂに収納する際は電解液吸収剤のみを収納することもできるし、他の機能性材料とともに収納することも可能である。例えば、圧力弁７側にガラス球、セラミック粒子、活性炭等の粒状物質、または多孔質セラミック、多孔質焼結体金属等の多孔質物質を配置し、外装ケース６の底面側に電解液吸収剤を配置してもよい。この場合には、圧力弁７より噴出したガスが、粒状物質あるいは多孔質物質に接触して冷却されて液化し、この液化した電解液が、電解液吸収剤８によって吸収されるようになる。
【００３７】
なお、中空部６ｂに収納する電解液吸収剤８等が柔軟性、可撓性を有し、圧力弁７の開弁動作を阻害しない場合には、中空部６ｂの内空間の全てに電解液吸収剤８等を収納することが可能である。電解液吸収剤８等が比較的硬質で、電解液吸収剤８等と圧力弁７と接触することで圧力弁７の開弁動作を阻害する場合には、予め圧力弁７の動作範囲を考慮して、動作を阻害しないような適当な空間を空けて、電解液吸収剤８等を収納する。
【００３８】
また、電解液吸収剤６が中空部６ｂから脱落することを防止するために、電解コンデンサで通常使用されている樹脂製の底板の外装ケースの外底面に配置し、熱収縮性のスリーブで電解コンデンサ全体を被覆することで、底板を電解コンデンサ本体に固定しておくことも可能である。また、粘着剤を使用して底板を底面に貼り付けることも可能である。
【００３９】
この実施形態での電解コンデンサの動作について説明する。
電解コンデンサが、保証寿命を超えた場合や、過電圧が印加された場合、電解コンデンサの内圧は上昇する。電解コンデンサの内圧が予め設定された圧力を超えた場合には、圧力弁７が破断して内圧を開放する。この際、破断した圧力弁７からは、水素ガスや電解液が噴出する。多くの場合、圧力弁７が動作する状態では、電解コンデンサは高温になっており、電解液がガス化するような場合もある。この噴出した電解液は、圧力弁の外に配置された電解液吸収剤８によって吸収される。特に電解液吸収剤８は外装ケース６の底面に形成された中空部６ｂに収納されており、この中空部６ｂはコンデンサ素子１の電極タブ導出端面１ｂの近傍まで形成されているため、圧力弁７から電解コンデンサの外部までの距離は長い。このため、電解液吸収剤８によって吸収されない電解液が無くなり、電解液が煙状となって電解コンデンサの外部に放出されることがなくなる。
【００４０】
また、圧力弁７から噴出した電解液の経路は中空部内空間を通じて外部に噴出していく。中空部６ｂの内空間には電解液吸収剤８が収納されているが、圧力弁７が動作して電解液を噴出する箇所に対して、中空部６ｂの内空間の断面積の大きさは、比較的小さく設定されており、かつその中空部６ｂの高さ、すなわち電解コンデンサ外部までの経路は長い。このため、中空部６ｂに収納した電解液吸収剤８を全て、電解液の吸収に寄与させることができる。従って、電解コンデンサにおける電解液搭載量に対し、その搭載量に応じた吸収容量を有する電解液吸収剤８を中空部６ｂに収納すればよい。換言すれば、中空部６ｂの内空間は必要最低限の空間と設計すればよく、必要以上に電解コンデンサが大型化することがない。
【符号の説明】
【００４１】
０  電解コンデンサ
１  コンデンサ素子
１ａ  空芯部
１ｂ  電極タブ導出端面
２  電極タブ
２ａ  陽極タブ
２ｃ  陰極タブ
３  封口板
３ａ  樹脂板
３ｂ  弾性ゴム
４ａ、４ｂ  リベット
５ａ，５ｂ
６  外装ケース
６ａ  横溝
６ｂ  中空部
６ｃ  頂部
７  圧力弁
７ａ  弾性体弁
７ｂ  切溝部
８  電解液吸収剤
Ｌ  コンデンサ素子の高さ寸法
Ｃ  コンデンサ素子の高さ寸法Ｌの中心位置
Ｈ  頂部の位置
【図１】
0005413586.tif 000002
【図２】
0005413586.tif 000003
【図３】
0005413586.tif 000004