(57)【要約】【課題】巻回される材料を一対の巻き軸により挟み込んで巻回し、中心に巻き芯を有するコンデンサ素子とし、このコンデンサ素子の一方の端面から引き出される引き出しリードタブを有する巻回形コンデンサにおいて、封口板に放熱部材を押さえつける突起を設けることなく、放熱部材を底部金属ケース内壁に接触固定し、また、放熱部材が引き出しリードタブと接触を回避する巻回形コンデンサを提供することを目的とする。【解決手段】一対の巻き軸が抜き取られることによってコンデンサ素子の巻き芯内に形成される二つの空間を埋めるように、Ｕ字形の放熱部材を、引き出しリードタブとは反対面から巻き芯内に挿入した巻回形コンデンサを提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻回される材料を一対の巻き軸により挟み込んで巻回し中心に巻き芯を有するコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の巻き軸の一方の方向に引き出される引き出しリードタブとを有する巻回形コンデンサにおいて、前記一対の巻き軸が抜き取られることによって前記コンデンサ素子の巻き芯内に形成される対向する二つの空間を埋めるように、Ｕ字形の放熱部材が、引き出しリードタブの引き出される方向とは反対側から巻き芯内に挿入された巻回形コンデンサ。
【請求項２】
前記コンデンサ素子を収納する、開口底部を有する金属ケースの底部内面に、前記Ｕ字形の放熱部材が接触されている請求項１の巻回形コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻回形コンデンサに関するものである。特に、巻回される材料を一対の巻き軸により挟み込んで巻回し、巻き芯としたコンデンサ素子を有する巻回形コンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、巻回形コンデンサは、陽極と陰極とをセパレータを介して巻回してコンデンサ素子とした後、封口板付きケースに収納していた。また、コンデンサ素子からひきだされた引き出しリードタブが、封口板に設けた外部端子と接続されていた。
この巻回形のコンデンサ素子は、巻回中心部での発熱が最も大きく熱劣化しやすい。そのため、特許文献１には、巻回形のコンデンサ素子を作成するための、巻き軸をはずした後の巻きの中心部に、ヒートパイプを挿入して、巻回中心部の熱を効率的に周囲に放散する構成のコンデンサが考案されている。
【０００３】
しかしながら、特許文献１記載の方法では、巻回される材料を一対の巻き軸により挟み込んで巻回し巻き芯とした場合、巻き軸をはずした後の巻き芯空間は、巻き軸により挟み込まれた部分が残った、断面中央が二つに仕切られた空間となっているため、巻き芯に残った挟み込まれた部分（仕切部分）を、巻き芯の周囲に移動させて、ヒートパイプを挿入しなければならないという問題があった。
そのため、特許文献２では、巻き芯に残った挟み込まれた部分（仕切部分）を、巻き芯の周囲に移動させずにそのままにして、巻き芯の二つの空間にあわせて放熱部材を１本ずつ２本平行に差し込む構成のコンデンサが考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭５８−３７１２６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９９５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の二つの巻き芯空間にあわせて放熱部材を巻き芯空間に１本ずつ平行に２本差し込む構成の場合、放熱部材が巻き芯空間中を移動しやすく、封口板に突起を設けて、放熱部材を押さえつけ、底部金属ケース内壁に接触固定する必要がある。しかし、封口板に放熱部材を押さえつける押さえつけ突起を設ける構造は、突起が長く太くする必要があることから封口板の作成のコスト増加となりやすいことと、封口板に突起を設けない場合、その押さえつけ突起分だけ放熱部材を長くすると、コンデンサ素子から引き出される引き出しリードタブと放熱部材が接触してショートする危険性が生じるという問題があった。
【０００６】
解決しようとする課題は、封口板に放熱部材を押さえつける押さえつけ突起を設けることなく、放熱部材を底部金属ケース内壁に接触固定し、また、放熱部材が引き出しリードタブと接触してショートするのを回避する巻回形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】
【０００７】
本発明は、巻回される材料を一対の巻き軸により挟み込んで巻回し中心に巻き芯を有するコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の巻き軸の一方の方向に引き出される引き出しリードタブとを有する巻回形コンデンサにおいて、前記一対の巻き軸が抜き取られることによって前記コンデンサ素子の巻き芯内に形成される対向する二つの空間を埋めるように、Ｕ字形の放熱部材が、引き出しリードタブの引き出される方向とは反対側から巻き芯内に挿入された巻回形コンデンサである。
また、本発明は、前記コンデンサ素子を収納する、開口底部を有する金属ケースの底部内面に、前記Ｕ字形の放熱部材が接触されている上記の巻回形コンデンサである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、封口板に放熱部材を押さえつけるための突起を設けることなく、放熱部材を底部金属ケース内壁に接触固定し、また、放熱部材が引き出しリードタブと接触を回避する巻回形コンデンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る巻回形コンデンサの、コンデンサ素子の巻き芯の、作成過程の例を模式的に示している。
【図２】本発明に係る巻回形コンデンを示している。
【図３】本発明に係る別の巻回形コンデンを示している。
【図４】本発明に係るＵ字形の放熱部材の作成方法の例と挿入方法の例を模式的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に述べる巻回形コンデンサは、電極ともう一方の電極とを、これらの電極を物理的にわけるセパレータの両側に重ねて巻回したコンデンサ素子を使用したもので、その構造の、アルミニウム電解コンデンサ、電気二重層コンデンサ、またはフィルムコンデンサなどが含まれる。
【００１１】
上記のアルミニウム電解コンデンサとしては、通常の巻回形のアルミニウム電解コンデンサと同様で、たとえば、陰陽極箔を適当な幅に裁断した後、引き出しリードタブを接続し、紙などのセパレータと共に巻回されたコンデンサ素子を、上面が開口したアルミニウム等の金属材からなり、外観的に円筒状や楕円筒状に形成されているケース内に収容し、封口板で封口したものである。また、引き出しリードタブのもう一方の片端には、封口板に設けた外部端子と接続していた。また、ケースには絶縁性チューブを被覆する場合もある。
陽極箔は、アルミニウム電解コンデンサに使用される一般的な陽極箔で、たとえば、厚さ５０μｍから１５０μｍ程度のアルミニウム箔等を、酸水溶液中、その表面をエッチング処理し、直径が０．１μｍから２μｍ程度のエッチングピットを設けた後、ホウ酸アンモニウム等の水溶液中で、定格電圧に応じた電圧を印加して化成し、コンデンサとしての耐圧性の陽極酸化皮膜を形成する。化成後、引き出しリードを取り付け、陽極箔としたものである。
陰極箔は、アルミニウム電解コンデンサ使用される一般的な陰極箔で、たとえば、厚さ２０μｍから１００μｍ程度のアルミニウム箔等を酸水溶液中に浸漬し、その表面をエッチング処理し、引き出しリードタブを取り付け、陰極箔としたものである。
セパレータは、陽極箔と、陰極箔とを物理的にわけると共に、電解液を保持する役目をする多孔質シートで、マニラ紙、ヘンプ紙、クラフト紙などの従来から使用されてきた電解紙を主材料としたものであるが、プラスチック多孔質シートでもよく、特に限定なく使用できる。大きさはコンデンサの大きさにより選定されるが、おおよそ幅は、陽陰極箔幅より広く、数ｍｍから３０ｃｍ程度で、長さは数ｃｍから数ｍほどのもの、トータル厚さは数μｍから数１００μｍほどのものである。このセパレータはまた、密度の均一なものや、相対的に繊維が密な高密度な層と相対的に繊維が粗な低密度な層の複層体や、高密度紙と低密度紙の複枚を重ねたものなど特に限定なく使用できる。
本発明に述べるコンデンサ素子は、陽極箔と、陰極箔とをセパレータを介して巻回したものであるが、特に、セパレータは、陽極箔の両幅よりはみ出すようにして巻回し、陰極箔の引き出しリードタブ側では、はみ出すよう巻回する。また、陰極箔のケース底側では、陰極箔の方がはみ出すように巻回すると、開口有底の金属ケースの内底と陰極箔のはみ出し部分が接触しやしくなり放熱性の点で好ましい。
【００１２】
上記の電気二重層コンデンサとしては、通常の巻回形の電気二重層コンデンサと同様で、たとえば、正極電極とその集電体を有する正極シートと、負極電極とその集電体を有する負極シートを、セパレータを介して巻回されたコンデンサ素子と、素子に含浸される電解質と、集電体から外部に引き出される引き出しリードと、それらを収納するケースとから主に成り立っている。正極負極電極には、活性炭を主体とし、活性炭の他に電子伝導性を向上させる導電材やバインダー等が含まれる。集電体には、電気化学的、化学的に耐食性のある導電体であるアルミニウム、ニッケル、銅又はこれらの合金などを一般的に使用する。セパレータは、上記のアルミニウム電解コンデンサ使用されるもの等を使用することができる。
【００１３】
上記のフィルムコンデンサとしては、通常の巻回形のフィルムコンデンサと同様で、たとえば、アルミニウムや錫等の金属箔を電極とし、プラスチックフィルムをセパレータとしたもののほか、プラスチックフィルムに蒸着等で電極化したものも含まれる。
【００１４】
本発明に述べる巻き軸は、巻回される材料を巻き込む軸となるもので、巻き終えた後は、コンデンサ素子から抜き取られるものである。巻き軸は、概ね半円柱形状で、軸方向に柱状にふたつで一対になっており、全体では円柱形状となっている。対面する面間で巻回される材料をはさみ、一対で軸方向に回転する構造になっている。
巻き軸によりはさみ込まれ巻回される材料は、一般的にはセパレータであるが、一方の電極または集電体であってもよい。特に電極または集電体が金属の場合、それを通してコンデンサ素子全体から熱伝導されやすくなり放熱性が向上する。
【００１５】
本発明に述べる巻き芯は、一対の巻き軸により挟み込まれ、巻回し初めの巻回される材料の部分で、コンデンサとしての機能を有さない、たとえばセパレータのみまたはセパレータと一方の電極のみを備えた巻きの中心部分である。また、巻き軸を抜き取った後の巻き芯は、断面の中央が巻き軸により挟み込まれた部分で、二つに仕切られた一対の半円柱形状の空間を有する。
【００１６】
本発明に述べる引き出しリードタブは、５０μｍから５００μｍ程度の厚さの金属箔を、短冊状に切り出したもので、コンデンサ素子の電極から引き出され、外部と接続する封口板に設けた外部端子に接続される。引き出しリードタブの引き出される方向とは、コンデンサ素子から封口板への方向を意味する。
【００１７】
本発明に述べる放熱部材は、巻き芯の空間部分に挿入される、形状がＵ字形もしくはコ字形の金属部材で、材質としては熱伝導性の良好なアルミニウム、銅などの金属が使用される。また、引き出しリードタブの引き出される方向とは反対側から巻き芯の空間部分に挿入される。挿入長さは、挿入の先端がコンデンサ素子からでない程度とする。放熱部材は、二つに仕切られた巻き芯の空間に、Ｕ字形のふたまた部分がそれぞれ同時に挿入され、一方、Ｕ字形のふたまたの元部分は、巻き芯の空間部分を仕切る部分である仕切部分に引っかかる。また、長さ方向とは直角方向の断面形状は、巻き芯空間と同様な半円形がこの空間を埋める点で好ましいが、円形、楕円形、長方形、台形でもよい。
放熱部材作成方法としては、柱状体の端面中央から、切削歯を長さ軸方向にもう一方の端面手前まで切削してもよいが、柱状体の長さ方向の中央部分で折り曲げてもよい。
【００１８】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、巻回形コンデンサの、コンデンサ素子の巻き芯の、作成過程の例を模式的に示している。図１（ａ）は巻回前、図１（ｂ）は、巻回はじめ、図１（ｃ）は、電極箔のはさみこみのはじめを示している。
まず、図１（ａ）に示すように、巻回される材料として、まずセパレータ１を一直線に展開した部分を設け、その展開した部分の表面と裏側から、円柱を軸方向に半分に割った形の一対の半円柱の巻き軸２を、割った面ではさみみこむ。次に、図１（ｂ）に示すように、巻き軸２を軸方向に回転させ、図１（ｃ）に示すように、数回巻き軸２を回転させた後、巻回される材料として陽極箔と陰極箔の電極箔３をはさみこみ、次に、必要な分巻回し、コンデンサ素子とする。そして、最後に、巻き軸２がコンデンサ素子からぬきとられ、コンデンサ素子の巻き芯４には、中央部分にセパレータ１で仕切られた仕切部分４ａと、巻き軸近似の、平行な半円柱の一対の空洞部分４ｂが残される。
【００２０】
図２は、本発明に係る巻回形コンデンを示している。封口板５として、紙フェノールなどの絶縁板５ａとゴム板５ｂを張り合わせたタイプのアルミニウム電解コンデンサを示している。アルミニウムの箔を陽極と陰極とし、セパレータを介して巻回してコンデンサ素子６として、電解液を含浸し、封口板５を取り付けケース７に収納している。このコンデンサ素子６から電極を引き出すために陽極と陰極に、引き出しリードタブ８の片端を接続し、また、この引き出しリードタブ８のもう一方の片端には、封口板５に設けた外部端子９と接続している。
外部端子９は、リベット９ａとそれに取り付けた金属板端子９ｂを有し、絶縁板５ａ側から平ワッシャ１０を差し込み封口板５に固定するとともに、引き出しリードタブ８を接続固定するため、引き出しリータブド８の端部に穴をあけて、リベット９ａの円柱部分に差し込み、次に二番目の平ワッシャ１０を差し込み、機械的にかしめるリベット止めをしている。
巻回したコンデンサ素子６の、巻き芯４内に形成された、対向する二つの半円柱の空洞部分４ｂを埋めるように、Ｕ字形の放熱部材１１を、引き出しリードタブ８が外部端子９と接続する側とは反対側から巻き芯４の空洞部分４ｂに挿入している。
Ｕ字形の放熱部材１１は、巻き芯４の仕切部分４ａの端部が挿入により多少変形するのを考慮して、コンデンサ素子６の端面と面一かまたは多少凸となるように、Ｕ字形のふたまたの元部分の太さを調節する。こうすることにより、Ｕ字形の放熱部材１１がケース７内底面と直接接触しやすくなり好ましい。
また、コンデンサ素子６をケース７内に収容後、コンデンサ素子６とケース７との間に固定部材１２を設ける場合には、熱伝導性の大きな絶縁材を使用することが好ましい。また、図２に示すように、外部端子９の先端とコンデンサ素子６との間のすき間をその外部端子９から引き出された引き出しリードタブ８を何度か折り曲げるなどしてそのすき間を埋めるようにすると、コンデンサ素子６がケース７内底に密着しやすくなり、それに併せてＵ字形の放熱部材１１もよりケース７内底に密着しやすくなり放熱の点で好ましい。
【００２１】
図３は、本発明に係る別の巻回形コンデンを示している。封口板５として、外部端子９を成形金型にセットし、モールド樹脂材を流し込むことで一体的に成形を行うタイプのアルミニウム電解コンデンサを示している。モールド樹脂材としては、ポリプロピレン・ポリフェニリンサルファイド・フェノール等の絶縁樹脂など絶縁材料を使用し、溶融させ一定の圧力で成形金型に流し込むことで外部端子９と一体的に成形を行う。
成形金型を使用するため、封口板５の形状も比較的自由に設計できるが、複雑な構造には成形金型が複雑になり、またモールド樹脂材の量も増加するので費用が増加しやすい。また、成型条件も厳しくなりやすい。また、コンデンサとして流れる電流が多い場合、外部端子９と引き出しリードタブ８に流れる電流を大きく取れるようにするために、外部端子５の径を大きく、引き出しリードタブ８の断面を大きくする必要がある。そのために封口板５の裏面に空きスペースが不足しがちとなるが、図３に示すような、引き出しリードタブ８間のショートを防止する程度の薄さの隔離突起１３は、設けた方が好ましい。
また、その他は図２と同様にコンデンサ素子６にＵ字形の放熱部材１１の挿入し、コンデンサ素子６固定用に、コンデンサ素子６とケース７との間に固定材１２を設けたり、外部端子５の先端とコンデンサ素子６との間のすき間をその外部端子５から引き出された引き出しリードタブ８を何度か折り曲げるなどしてそのすき間を埋めるようにしたりすると、コンデンサ素子６がケース７内底に密着しやすくなり、それに併せてＵ字形の放熱部材１１もよりケース７内底に密着しやすくなり放熱の点で好ましい。
【００２２】
図４は、本発明に係るＵ字形の放熱部材の作成方法の例と挿入方法の例を模式的に示している。
まず、Ｕ字形の放熱部材の作成方法の例として、断面が半円形の柱状体１１ａを押し出し加工等により作成し、図４（ａ）のように、必要な長さに切断後、中央に切れ込み部１１ｂを設ける。次に、図４（ｂ）のように、切れ込み部１１ｂ側が外側になるように折り曲げて、Ｕ字形の放熱部材１１を作成する。できた形状は、円柱の端面から軸方向に切れ込みが途中まである形となる。
次に、図４（ｃ）に示すようなコンデンサ素子６の、図１で示したような作成の方法により形成された巻き芯４の中央部分が半分に仕切られた半円柱の一対の空洞部分４ｂに、Ｕ字形の放熱部材１１を、仕折り曲げ部分１１ｃで仕切部分４ａをはさみこむように挿入する。
【符号の説明】
【００２３】
１…セパレータ、２…巻き軸、３…電極箔、４…巻き芯、４ａ…仕切部分、４ｂ…空洞部分、５…封口板、５ａ…絶縁板、５ｂ…ゴム板、６…コンデンサ素子、７…ケース、８…引き出しリードタブ、９…外部端子、９ａ…リベット、９ｂ…金属板端子、１０…平ワッシャ、１１…Ｕ字形の放熱部材、１１ａ…柱状体、１１ｂ…切れ込み部、１１ｃ…折り曲げ部分、１２…固定材、１３…隔離突起
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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