(57)【要約】【課題】封口体に金属板を介在させることで電解液の蒸散を防ぐことができ、さらには封口体の金属板を固着することで金属ケース自体の強度を高めて、内圧上昇によるケース膨れを防ぐことが可能である、信頼性に優れたコンデンサおよびその製造方法を提供する。【解決手段】金属ケース１の開口部を密閉する封口体１１は、アルミ板などからなる金属板２と、弾性部材であるゴム体３とから構成される。封口体１１の金属板２の長辺部中央に設けた固着面２ａが、摩擦攪拌溶接によって金属ケース１の内周部に溶接されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を含浸したコンデンサ素子が金属ケースに収納され、前記金属ケースが封口体にて密閉されたコンデンサにおいて、
前記封口体は金属板と弾性部材とから構成され、
前記封口体の前記金属板と、前記金属ケースの内周部とが固着されたことを特徴とするコンデンサ。
【請求項２】
前記金属ケースを、長円、楕円、扁平、角型を含む非真円形としたことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。
【請求項３】
前記非真円形である金属ケースの長辺部の中心付近に、前記封口体の前記金属板と前記金属ケースの内周部との固着部が設定されたことを特徴とする請求項２に記載のコンデンサ。
【請求項４】
電解液を含浸したコンデンサ素子が金属ケースに収納され、前記金属ケースが封口体にて密閉されたコンデンサの製造方法において、
前記封口体を金属板と弾性部材とから構成し、
前記封口体の前記金属板と、前記金属ケースの内周部とを、プレス圧着、抵抗溶接、超音波溶接、レーザー溶接もしくは摩擦攪拌溶接の少なくとも一つを用いて固着させることを特徴とするコンデンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ケースを封口体で封止したコンデンサに係り、特に、金属ケースを密閉する封口体の構成および金属ケースに対する封口体の接合方法に改良を加えたコンデンサおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、スペース性や放熱性の良さから、外形が非真円形であるコンデンサが広く普及している。一般に、コンデンサは、コンデンサ素子を金属ケースに収納することにより構成されるので、非真円形のコンデンサとは、金属ケースが非真円形状であることに他ならない。非真円形状の金属ケースとしては、水平方向の断面形状が長円形や楕円形あるいは長方形としたものなどが知られている。
【０００３】
また、コンデンサ素子には電解液が含浸されるので、コンデンサ素子を収納する金属ケースには優れた気密性が要求されている。そのため、金属ケースの開口部には封口体が圧入されており、これにより金属ケースが封止されている。封口体は通常、金属板や樹脂板にゴムなどの弾性部材を一体的に接着させた部材からなり、封口体自体に弾性を持たせることで、金属ケース開口部との圧着度を高めている。
【０００４】
ここで、外形が非真円形である電解コンデンサの従来例について、図４の断面図を用いて具体的に説明する。図４に示すように、電解コンデンサには、開口部を有する非真円形状の金属ケース１０１が設けられている。この金属ケース１０１内にはコンデンサ素子１００が収納されている。金属ケース１０１の開口部は、樹脂製の基板１０２とゴム１０３とを貼り合わせた封口体によって密封されている。
【０００５】
封口体の周縁部と金属ケース１０１とは、金属ケース１０１の上縁部をケースの内側に向かって加締めることで固定されている。コンデンサ素子１００の上部からはタブ１０４が引き出され、このタブ１０４が封口体を貫通したリベット１０５の下端部に接続されている。リベット１０５の上部は封口体表面に突出され、この突出部分に外部端子１０６が接続されている。
【０００６】
以上の構成を有するコンデンサでは、コンデンサの内圧が上昇すると、金属ケース１０１が膨れてしまうことがある。特に、金属ケース１０１が非真円形状である場合、長辺側の存在により平面部分が多く、真円形状の金属ケースと比べると、ケース強度は弱い。したがって、非真円形状の金属ケース１０１ではケース膨れが起き易かった。
【０００７】
そこで従来から、内圧上昇による金属ケース１０１の膨れを抑制するために、特許文献１などが提案されている。特許文献１記載のコンデンサでは、非真円形状の金属ケース内側の長辺部分にリブを形成することで、ケース強度を高めている。このようなコンデンサによれば、非真円形状の金属ケースであっても、コンデンサの内圧上昇に伴うケース膨れを防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０６−２８３３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで最近では、電子機器の小型化が著しく進展し、コンデンサにおいても大幅な低背化が図られている。この低背化の関係から、現在のコンデンサでは厚さ寸法が１ｍｍ以下となるような金属ケースも多用されている。この程度にまで金属ケースの厚さを薄くしたコンデンサでは、特許文献１の技術のように、金属ケース内側の長辺部分にリブを形成したとしても、ケース強度を高めることが困難となっていた。そのため、厚さ寸法が薄い金属ケースであっても、高いケース強度を備えることが求められていた。
【００１０】
また、低背化したコンデンサでは、コンデンサ素子自体もコンパクト化している。このため、コンデンサ素子に含浸される電解液はもともと微量であり、僅かな量の電解液が蒸散するだけでも、性能に大きな影響を与える懸念がある。したがって、金属ケースを密閉する封口体においては、蒸散箇所を出来る限り無くして、電解液の蒸散を防ぐことが望まれていた。
【００１１】
本発明は、上述した従来技術の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、金属板と弾性部とを一体化させた封口体を備え、封口体の金属板および該金属板に当接する金属ケースの内周面とを固着させるといった構成により、封口体に金属板を介在させることで電解液の蒸散箇所を制限して電解液の蒸散を防ぐことができ、さらには封口体の金属板を金属ケース内周面に固着することで金属ケース自体の強度を高めて、内圧上昇によるケース膨れを防ぐことが可能である、信頼性に優れたコンデンサおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、電解液を含浸したコンデンサ素子が金属ケースに収納され、前記金属ケースが封口体にて密閉されたコンデンサにおいて、前記封口体は金属板と弾性部材とから構成され、前記封口体の前記金属板と、前記金属ケースの内周部とが固着されたことを特徴とするものである。また、本発明では、前記金属ケースを、長円、楕円、扁平、角型を含む非真円形とする構成が好ましい。さらに、本発明では、前記非真円形である金属ケースの長辺部の中心付近に、前記封口体の前記金属板と前記金属ケースの内周部との固着部が設定された構成が好ましい。また、本発明は、上記の構成を備えたコンデンサの製造方法も発明の一態様であり、前記封口体の前記金属板と前記金属ケースの内周部とを、、プレス圧着、抵抗溶接、超音波溶接、レーザー溶接もしくは摩擦攪拌溶接の少なくとも一つを用いて固着させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、封口体に組み込んだ金属板が金属ケースに固着するので、金属ケースから電解液が蒸散することを防ぐことができ、且つ、金属ケースの強度を高めてケース膨れを確実に防止することが可能であり、信頼性が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の代表的な実施形態における金属ケース上縁部と封口体部分の断面図。
【図２】本実施形態に係るコンデンサの平面図。
【図３】本発明の他の実施形態における金属ケース上縁部と封口体部分の断面図。
【図４】特許文献１に記載のコンデンサの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（１）代表的な実施形態
［構成］
以下、本発明の代表的な実施形態について、図１、図２を用いて具体的に説明する。図１は、本実施形態における金属ケース上縁部と封口体部分の断面図、図２は平面図である。本実施形態は、外形が非真円形のコンデンサであって、図２に示すように水平方向の断面形状が対向する長辺部と湾曲部を備えた長円形のものである。図１はコンデンサの長辺部と平行な方向から切断した要部断面図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態は、金属ケース１（アルミもしくはアルミ合金などからなる）の内部に、電解液を含浸させたコンデンサ素子１０（点線にて図示）が収納されている。金属ケース１は水平方向の断面形状が対向する長辺部と湾曲部を備えた長円形となっている。金属ケース１の上部には長円形の開口部が形成されており、この開口部に同じく長円形の封口体１１が取り付けられることで、金属ケース１が密閉される。
【００１７】
封口体１１は、アルミ板などからなる金属板２と、弾性部材であるゴム体３とが、トランスファー成形などにより一体化されて構成される。封口体１１の周縁部と金属ケース１の内周部とは合致するように設けられている。
【００１８】
また、本実施形態の特徴として、封口体１１の金属板２の固着部２ａが、摩擦攪拌溶接によって金属ケース１の内周部に溶接されている。図１中の符号６が溶接部となっている。長円形のコンデンサにおいては、金属ケース１の長辺部の強度は湾曲部に比べて弱い。したがって、金属板２の固着部２ａは、金属ケース１の長辺部の中央付近に設定され、さらに固着部２ａの中央付近に溶接部６が一箇所設けられている。長辺部の中央付近としては、引出端子４、４の間が好ましい。なお、金属板２の厚さは、溶接可能な寸法として１．０ｍｍ以上が望ましい。
【００１９】
封口体１１には一対の引出端子４、４が装着されている。引出端子４、４は、一端がコンデンサ素子１０に接続され、他端がコンデンサ外部に突出して設けられている。封口体１１の金属板２には引出端子４、４を装着するために、一対の挿入孔５、５が設けられている。これら挿入孔５、５の内径は、引出端子４，４の外径よりも一回り小さく設定されている。
【００２０】
ゴム体３は、金属板２の上面全域を覆う上面部３ａ、金属板２の下面の全域を覆う下面部３ｂ、挿入孔５、５の内面全域を覆う挿入孔内面部３ｃ、および上面部３ａの表面から挿入孔内面部３ｃ、３ｃに連続して立ち上がった筒状部３ｄ、３ｄから構成されている。
【００２１】
ゴム体３の上面部３ａは、金属板２とほぼ同一の厚さで、上面部３ａの端面（金属ケース１の内周面との接触面）や、上面部３ａの表面周縁部に対する加圧力によってゴム体３が変形し、その応力が挿入孔内面部３ｃ、３ｃ側に伝達できるような厚さに設定されている。
【００２２】
ゴム体３の筒状部３ｄ、３ｄは、金属ケース１と引出端子４、４を絶縁隔離するものである。挿入孔内面部３ｃ、３ｃの内径は、その内部に挿入される引出端子４、４の外径と同一あるいはやや小さめに設定されており、挿入孔内面部３ｃ、３ｃに引出端子４、４が圧入される寸法になっている。
【００２３】
また、金属ケース１の開口部における封口体１１の装着位置には、封口体１１を係止するための位置決め溝１ａが主に長円形のコンデンサの湾曲部に形成されている。位置決め溝１ａは、金属ケース１の外周から加締め加工により加圧することによって、金属ケース１の壁面をその内側に突出させることで形成される。この位置決め溝１ａに対し、ゴム体３の下面部３ｂの周縁部が係合することにより、封口体１１が金属ケース１に位置決めされる。
【００２４】
金属ケース１の上縁部１ｂは、その全周が加締め加工により下方に湾曲形成され、その先端部（図中下端部）がゴム体３上面部３ａの周辺部に接触される。この場合、上縁部１ｂは加締め力により上面部３ａに強い力で押し付けられ、上面部３ａを変形させている。これにより、金属ケース１の上縁部１ｂとゴム体３の上面部３ａとが密着するようになっている。
【００２５】
また、金属ケース１の開口部における封口体１１のゴム体３との対向位置には、加締め加工により金属ケース１の全周に渡って横溝１ｃが形成され、横溝１ｃがゴム体３と接触される。この場合、横溝１ｃは加締め力によりゴム体３に強い力で押し付けられ、上面部３ａを変形させて、金属ケース１の横溝１ｃとゴム体３の上面部３ａとが密着し、金属ケース１と封口体１１との密封性を確保する。更には、横溝１ｃによって加締め力が上面部３ａを介して直線上に引出端子５へ伝達され、これにより、挿入孔内面部３ｃ、３ｃは、その内部の引出端子４、４に圧着され、挿入孔５、５内に挿入した引出端子４、４の密封性が確保される。
【００２６】
［製造方法］
続いて、本実施形態の長円形のコンデンサの製造方法を説明する。まず、アルミ板等の金属板２と弾性部材であるゴム体３とをトランスファー成形などにより張り合わせて長円形の封口体１１を形成する。
【００２７】
アルミ等の金属ケース１の湾曲部には、その開口部における封口体１１との装着位置に、封口体１１を係止するための位置決め溝１ａが形成され、封口体１１とともに該金属ケース１にコンデンサ素子１０が収納され、前記位置決め溝１ａに封口体１１が載置されて固定される。その後、金属ケース１の上縁部１ｂの全周を加締め加工により湾曲形成され、その先端部をゴム体３の上面部３ａに密着させる。
【００２８】
さらに、金属ケース１の開口部における封口体１１のゴム体３との対向位置を加締め加工により金属ケース１の全周に渡って横溝１ｃを形成し、横溝１ｃをゴム体３に密着させることで、金属ケース１と封口体１１との密封性が確保される。更には、この横溝１ｃの形成によって生じる加締め力が、上面部３ａを介して直線上に引出端子５へと伝達され、挿入孔５、５内に挿入した引出端子４、４と封口体１１との密封性が確保される。
【００２９】
ところで、封口体１１に組み込まれた金属板２は、ゴム体３によって金属板２の上面全域と下面全域と挿入孔５、５の内面全域が覆われている。つまり、金属板２は、側面部分だけがゴム体３に被覆されていないことになり、側面部分のみが金属ケース１内周面と当接するようになっている。この当接面が金属ケース１の内周面に溶接される固着面２ａとなる。
【００３０】
すなわち、本実施形態では、上記の通りコンデンサ素子を金属ケース１内に密封した後に、固着面２ａと金属ケース１内周面とが摩擦攪拌溶接を用いることにより固着される。より詳しくは、接合部分である金属板２の固着面２ａと金属ケース１の内周面に対して、回転させたプローブを接合部分に進入させ、摩擦熱によって接合部分を軟化させて、塑性流動と攪拌により、溶接部６にて両者を接合させている。
【００３１】
摩擦攪拌溶接に用いるプローブは、接合部分に進入させ、その後溶接ラインに沿って移動させる溶接手法（ＦＳＷ）も可能であるが、金属ケース１の厚みや金属板２の固着面２ａの厚みを考慮すると、プローブを接合部分に進入させて両者を接合した後、そのまま引き抜く溶接手法（ＦＳＪ）を用いることが好ましい。プローブの外径は金属板２の厚みより小さい寸法とし、具体的には、金属板２の厚みに対して８０％以下の寸法が好ましく、これによりプローブを金属板２に圧入する際の応力がゴム体３や横溝１ｃに伝わりにくくなる。
【００３２】
［作用効果］
以上のような本実施形態における作用効果は次の通りである。すなわち、本実施形態では、封口体１１に金属板２を介在させており、金属板２を金属ケース１内周部に固着させている。このため、金属ケース１の開口部における電解液の蒸散箇所を制限することができる。したがって、電解液の蒸散量を防ぐことが可能となる。この結果、コンデンサ素子１０に含浸した電解液が失われることがなく、低背化したコンデンサにおいて電解液が少ない場合であっても、安定した性能を維持することが可能である。
【００３３】
また、本実施形態においては、封口体１１に、樹脂製の基板に比較して強度の高いアルミなどの金属板２を組み込んでいる。そのため、非真円形のコンデンサにおいて、強度的に弱い長辺中央部分から外力が加わったとしても、金属板２がその力を受け止めることができる。
【００３４】
しかも、封口体１１を金属ケース１に固定する際、単に加締めるだけではなく、封口体１１の金属板２を、金属ケース１内周部に摩擦攪拌溶接により溶接部６にて接合したことで、金属ケース１は極めて高い固着強度を得ている。長円形のコンデンサでは、金属ケース１の長辺部の強度が弱いが、本実施形態では、金属板２の固着部２ａを金属ケース１の長辺部の中央付近に設け、さらには固着部２ａの中央付近に溶接部６を設けたので、効率よく金属ケース１の強度向上が図れる。
【００３５】
したがって、金属ケース１の厚さ寸法が１ｍｍ以下となるような場合であっても、優れたケース強度を確保することができ、内圧上昇によって金属ケース１が膨らむ心配が無い。このような本実施形態によれば、強度的に優れたコンデンサを得ることができ、低背化の進むコンデンサにおいても、信頼性が大幅に向上する。
【００３６】
さらに、金属ケース１内にはコンデンサ素子１０に含浸させた電解液を封入しているが、電解液が仮に金属板２と金属ケース１の間に存在したとしても、摩擦攪拌溶接では電解液の有無に関係がなく溶接作業を効率よく進めることが可能である。
【００３７】
また、摩擦攪拌溶接には、次のように利点がある。すなわち、接合に伴う変形が無く、高速接合が可能である。さらに、溶接姿勢は自由であり、接合雰囲気についてもシールドガスを必要としない。しかも、気孔、割れなど溶融溶接で発生しやすい欠陥が発生することなく、接合中に赤外線や紫外線などの有害光線が発生しない。
【００３８】
さらに、本実施形態においては、ゴム体３の上面部３ａを肉厚として、横溝１ｃの形成時の応力が挿入孔内面部３ｃ、３ｃ側に伝達されるようにしたので、挿入孔５、５と引出端子４、４の優れた気密性を確保できる。
【００３９】
（２）他の実施形態
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、金属ケース１や封口体１１の形状や寸法、封口体１１を構成する金属板や弾性部材の材質や形状などは適宜選択自由である。例えば金属板としてはマグネシウム合金でもよく、複合材料や異種材料も使用可能である。また、弾性部材としては、エチレンプロピレンゴム、イソブチレンイソプレンゴム及びブタジエンスチレンゴム、レギュラーブチルゴム、部分架橋ブチルゴムなどが使用できる。
【００４０】
封口体１１の金属板２と金属ケース１の内周部との固着箇所や固着面の形状や大きさについても、適宜変更可能である。具体的には図３に示す実施形態のように、封口体２１において、金属板２０側面に固着面２０ａを幅広に形成し、この固着面２０ａと金属ケース１内周部とを溶接により固着させることで、より高い固着強度を確保することが可能である。なお、図１に示した実施形態では、溶接部６を一箇所設けた例を示したが、図３にて示すように溶接部６を複数箇所設けてもよい。このように実施形態によれば、より強度的に優れたコンデンサを獲得することができる。
【００４１】
さらに、本発明において、封口体１１の金属板２と金属ケース１の内周部とを固着させる方法としては、摩擦攪拌溶接を挙げたが、その際のプローブの形状や材質、回転数、トルク、溶接温度などは、金属板２および金属ケース１の材質や形状などに合わせて適宜選択自由である。
【００４２】
また、封口体１１の金属板２と金属ケース１の内周部との固着方法としては、上記の摩擦攪拌溶接以外にも、超音波振動する工具を接合部分に押し当てる超音波溶接や、レーザーを熱源とするレーザー溶接、抵抗溶接、更にはプレス圧着用いることが可能である。このうち、プレス圧着は、薄い金属板の溶接に好適であり、外装ケース１の外周側よりプレス治具を押し付けて外装ケース１と封口体１１の金属板２と圧着させるものであり、金属板２の表面に電解液等の付着物が存在しても影響なく溶接が可能となる。
【００４３】
レーザー溶接も、精密加工に適しており、集光性が高いため熱変形が小さく、シールドガスを使用すれば大気中での利用が可能である。これらの溶接方法を用いて封口体１１の金属板２と金属ケース１の内周部とを固着させれば、十分に高い固着強度を得ることができる。
【００４４】
また、本発明は、本実施形態で示した長円形のコンデンサを例示したがこれに限らず、卵形、楕円、角が湾曲した略矩形形状、その他のオーバル形状を含む非真円形のコンデンサであっても良く、外装ケース１の厚みが１０ｍｍ以下の薄型のコンデンサなどのケース強度の低い非真円形のコンデンサにおいて好適であるが、真円形のコンデンサであってもよい。さらに、本発明が適用される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好適であるが、これに限定するものではなく、コンデンサの種類は適宜選択可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１…金属ケース
１ａ…位置決め溝
１ｂ…上縁部
１ｃ…横溝
１ｄ…突起部
２、２０…金属板
２ａ、２０ａ…固着面
３…ゴム体
３ａ…上面部
３ｂ…下面部
３ｃ…挿入孔内面部
３ｄ…筒状部
４…引出端子
５…挿入孔
６…溶接部
１１、２１…封口体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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