(57)【要約】【課題】安全弁が動作する弁動作圧の調整がし易く、かつ安全弁の弁動作性を向上させることができる電解コンデンサを提供する。【解決手段】有底円筒形状をなす外装ケース２を有し、外装ケース２の側周部７に凹状をなす安全弁９を設ける電解コンデンサにおいて、外装ケース２の内圧が上昇されて外装ケース２の側周部７と底部８とに応力が加わる際に、内圧により膨張方向に応力が加わる側周部の領域Ｆ１と、内圧により底部８が膨張されることにより収縮方向に応力が加わる側周部７の領域Ｆ２と、の境界部位Ｌに安全弁９を設ける。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底円筒形状をなす外装ケースを有し、該外装ケースの側周部に凹状をなす安全弁を設ける電解コンデンサにおいて、
前記外装ケースの内圧が上昇されて該外装ケースの側周部と底部とに応力が加わる際に、該内圧により膨張方向に応力が加わる前記側周部の領域と、該内圧により底部が膨張されることにより収縮方向に応力が加わる前記側周部の領域と、の境界部位に前記安全弁を設けることを特徴とする電解コンデンサ。
【請求項２】
前記安全弁は、前記側周部の周方向に沿って設けられることを特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサ。
【請求項３】
前記安全弁は、前記側周部の周方向における略２分の１以上の範囲に渡って設けられることを特徴とする請求項２に記載の電解コンデンサ。
【請求項４】
前記安全弁の位置の外装ケースの厚み寸法は、０.１ｍｍ以上となっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電解コンデンサ。
【請求項５】
前記安全弁は、前記側周部における前記底部から１５ｍｍ以内の部位に設けられることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電解コンデンサ。
【請求項６】
前記外装ケースにおける前記底部から開口部までの高さ寸法は、２５ｍｍ以上であり、該外装ケースの直径は、３５ｍｍ以上となっていることを特徴とする請求項５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、有底円筒形状をなす外装ケースを有し、該外装ケースに安全弁を設ける電解コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電解コンデンサは、使用中に漏れ電流が流れ、この漏れ電流により電解コンデンサ内部で水素ガスが発生してしまう。そして、電解コンデンサは密閉構造となっているため、電解コンデンサ内部で水素ガスが発生することにより内圧が上昇し、最悪の場合には、電解コンデンサの外装ケース全体が破裂し、その破片が周囲に飛び散るおそれがある。この破裂を防止するために、電解コンデンサには、その外装ケースの底面や側面に溝部等よりなる機械的脆弱部を形成し、内圧が上昇した場合には、その溝部に沿って外装ケースが破断して開弁することにより、外装ケースの内部の水素ガスを外部に解放し、外装ケース全体の破裂を防止する安全弁が設けられている。
【０００３】
外装ケースの側面に安全弁を設ける従来例として、円筒形状をなす外筒ケース（外装ケース）の絞り部（加締め部）に防爆部（安全弁）を設けるものがある（例えば、特許文献１参照）。また、偏平形ケース（外装ケース）の偏平面部に溝状の防爆部（安全弁）を形成するものもある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭５４−１７２２６７号公報
【特許文献２】実開昭６２−３７９１７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、特許文献１に記載のコンデンサにあっては、ゴム等で形成された弾性封口体が絞り部（加締め部）にあるため、外筒ケース（外装ケース）の内圧が上昇した際に、外筒ケースに加わる応力が防爆部（安全弁）に加わり難く、弁動作性が悪化する。また、絞り部は絞り加工により肉厚が薄くなる部位であり、この絞り部に対して防爆部を形成することは困難である。
【０００６】
また、特許文献２に記載のコンデンサにあっては、防爆部（安全弁）が開放される際の内部圧力である弁動作圧を、防爆部の溝の長さ及び深さで調整するようになっている。この弁動作圧を低く設定する場合には、溝の深さを非常に深く形成しなければならないため、弁動作圧に製造誤差によるバラツキが生じる。また、偏平形ケース（外装ケース）は、円筒形ケースと異なり、内部圧力に対して構造的に弱い偏平面部が変形し易くなっており、この偏平面部に設けた防爆部では、弁動作圧の調整が難しくなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、安全弁が動作する弁動作圧の調整がし易く、かつ安全弁の弁動作性を向上させることができる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】
【０００８】
電解コンデンサの内圧が上昇した際、平坦面である外装ケース底面が最も変形しやすいため、従来は外装ケースの底面に安全弁を配置していた。しかしながら本発明者は、内圧上昇時に最も変形しやすい箇所は外装ケースの底部であるが、最も応力が加わる箇所はこの外装ケース底部ではなく、内圧により膨張方向に応力が加わるケース側周部の領域と、内圧により底部が膨張されることにより収縮方向に応力が加わるケース側周部の領域と、の境界部位であるという知見を得た。
【０００９】
本発明は上記知見に基づきなされたものであり、境界部位に安全弁を設けることにより、弁動作性が良好な電解コンデンサを提供することができる。
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明の電解コンデンサは、
有底円筒形状をなす外装ケースを有し、該外装ケースの側周部に凹状をなす安全弁を設ける電解コンデンサにおいて、
前記外装ケースの内圧が上昇されて該外装ケースの側周部と底部とに応力が加わる際に、該内圧により膨張方向に応力が加わる前記側周部の領域と、該内圧により底部が膨張されることにより収縮方向に応力が加わる前記側周部の領域と、の境界部位に前記安全弁を設けることを特徴としている。
この特徴によれば、外装ケースの側周部の境界部位は、外装ケースの内圧が上昇した際に、膨張方向に加わる応力と収縮方向に加わる応力とが逆転する部位であり、これらの応力の影響により外装ケースがせん断され易くなっているため、この境界部位に安全弁を設けることで、安全弁の弁動作性を向上させることができる。この境界部位は、外装ケース側周部において、外装ケースの底部に近い側にあるため、安全弁は外装ケースの底部に近い側に設けられる。また、安全弁を形成する際に、凹状をなす安全弁の深さ等を適宜設定することによる弁動作圧の調整がし易くなっている。
【００１１】
本発明の電解コンデンサは、
前記安全弁は、前記側周部の周方向に沿って設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、外装ケースの側周部の周方向に沿う境界部位に安全弁を設けることにより、安全弁全体に外装ケースの内圧の上昇による応力が加わるようになり、安全弁の弁動作性を向上させることができる。さらに、安全弁を形成する際に、安全弁の長さ等を設定することによる弁動作圧の調整がし易くなる。
【００１２】
本発明の電解コンデンサは、
前記安全弁は、前記側周部の周方向における略２分の１以上の範囲に渡って設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、側周部の境界部位において、その円周方向（円筒の周方向）に加わる殆どの応力を安全弁の弁動作に利用するため、弁動作圧のばらつきを低減し、安全弁の弁動作性を向上させることができる。
【００１３】
本発明の電解コンデンサは、
前記安全弁の位置の外装ケースの厚み寸法は、０.１ｍｍ以上となっていることを特徴としている。
この特徴によれば、外装ケースの内圧に対する強度を維持して、弁動作圧以下の内圧で不用意に安全弁が動作されることを防止できる。
【００１４】
本発明の電解コンデンサは、
前記安全弁は、前記側周部における前記底部から１５ｍｍ以内の部位に設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、外装ケースの側周部における境界部位は、底部から１５ｍｍ以内となっており、この底部から１５ｍｍ以内の部位に安全弁を設けることで、安全弁が境界部位と想定される位置に適切に配置されるようになり、安全弁の弁動作性を向上させることができる。なお、底部から１０ｍｍの位置が最適な安全弁の配置位置であり、弁動作性が良好である。
【００１５】
本発明の電解コンデンサは、
前記外装ケースにおける前記底部から開口部までの高さ寸法は、２５ｍｍ以上であり、該外装ケースの直径は、３５ｍｍ以上となっていることを特徴としている。
この特徴によれば、高さ寸法が２５ｍｍ以上であり、直径が３５ｍｍ以上となっている外装ケースにおいて、側周部における底部から１５ｍｍ以内の部位が境界部位となっており、この境界部位に安全弁を設けることで、安全弁の弁動作性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１における電解コンデンサを示す一部縦断正面図である。
【図２】外装ケースに形成された安全弁を示す縦断側面図である。
【図３】外装ケースの内圧が上昇された際の安全弁を示す縦断側面図である。
【図４】実施例２における安全弁を示す縦断側面図である。
【図５】実施例３における安全弁を示す縦断側面図である。
【図６】実施例４における安全弁を示す縦断側面図である。
【図７】実施例５における電解コンデンサを示す一部縦断正面図である。
【図８】実施例６における電解コンデンサを示す一部縦断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る電解コンデンサを実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。
【実施例１】
【００１８】
実施例１に係る電解コンデンサにつき、図１から図３を参照して説明する。図１の符号１は、本発明の適用された電解コンデンサである。この電解コンデンサ１は、略有底円筒形状をなす外装ケース２を有し、外装ケース２の一端に開口部３が形成され、この開口部３を合成樹脂製の略円柱形状をなす封口体４が閉塞している。なお、外装ケース２は、アルミニウム等の金属材料で形成されており、封口体４は、樹脂ゴム等の弾性を有する弾性材料で形成されている。
【００１９】
図１に示すように、この電解コンデンサ１は、アルミニウムで形成された複数の電極箔をセパレータを介して巻回または積層したコンデンサ素子５を有しており、このコンデンサ素子５を電解液とともに外装ケース２に収納している。コンデンサ素子５には、陽極及び陰極の２本のリード端子６が接続されている。
【００２０】
図１及び図２に示すように、外装ケース２は、純度９９.７％のアルミニウム等の金属材料で製造されている。外装ケース２の製造時には、アルミニウムの板材に対して金型によりプレス加工を施し、側周部７と底部８とを有する略有底円筒形状に成型する。そして、外装ケース２の開口部３から前述したコンデンサ素子５が挿入され、封口体４により外装ケース２の開口部３が閉塞された状態で、開口部３近傍が加締められることで外装ケース２内部が密閉されるようになっている。
【００２１】
また、本実施例における外装ケース２における底部８から開口部３までの高さ寸法は、略５０ｍｍとなっており、外装ケース２の直径は、３５ｍｍとなっている。なお、外装ケース２の高さ寸法は、２５ｍｍ以上であればよく、外装ケース２の直径は、３５ｍｍ以上であればよい。さらに、本実施例における外装ケース２の側周部７の厚み寸法は、略０.３５ｍｍとなっており、底部８の厚み寸法は、略０.７ｍｍとなっている。
【００２２】
また、外装ケース２の側周部７の底部８に近い部位には、プレス加工等により凹状に形成された安全弁９が設けられている。本実施例における安全弁９は、外装ケース２の側周部７の周方向に沿って直線状に延びる１本の溝部となっており、この安全弁９は、外装ケース２の高さ方向（円筒の軸方向）に対して略直交するように形成されている。
【００２３】
そして、安全弁９の凹部の深さ寸法は、略０.２５ｍｍとなっている。なお、安全弁９の位置の外装ケース２の厚み寸法Ｓ（図２参照）は、０.１ｍｍ以上であればよく、安全弁９の形成時に、その凹部の深さ寸法を適宜変更してもよい。また、安全弁９の凹部の深さ寸法を調整することで、安全弁９が開放される際の外装ケース２の内部圧力である弁動作圧を調整することができる。
【００２４】
なお、安全弁９は、外装ケース２の側周部７の円周方向における略２分の１以上の範囲で設けられているもので、本実施例では、安全弁９は、側周部７の円周方向における略８分の５の範囲に渡って設けられている。また、安全弁９を外装ケース２の側周部７の全周に渡って形成してもよい。さらに、安全弁９の円周方向の長さ寸法を調整することで、安全弁９の弁動作圧を調整することができる。
【００２５】
また、本実施例では、外装ケース２の側周部７において、底部８の底面から安全弁９までの距離Ｄは、略１０ｍｍとなっている。なお、安全弁９は、外装ケース２の側周部７における底部８の底面から１５ｍｍ以内の範囲であればよい。この理由については後述する。
【００２６】
ところで、電解コンデンサ１では、使用中に漏れ電流が流れるが、この漏れ電流により電解コンデンサ内部で水素ガスが発生し、この水素ガスの発生により外装ケース２内部の圧力が上昇される。そして、外装ケース２の底部８は、平板状をなしているため、図３に示すように、外装ケース２の内圧の上昇とともに外方に膨出するように変形される。
【００２７】
本発明の発明者は、外装ケース２の側周部７では、内圧により外装ケース２の直径が膨張される膨張方向に応力が加わる側周部７の領域Ｆ１と、内圧により底部８が膨張されることにより外装ケース２の直径が収縮される収縮方向に応力が加わる側周部７の領域Ｆ２と、の２つの領域Ｆ１，Ｆ２が生じるという知見を得た。そして、この２つの領域Ｆ１，Ｆ２の境界部位Ｌと想定される位置に安全弁９を配置することを想起したものである。
【００２８】
このように、外装ケース２の側周部７の境界部位Ｌは、外装ケース２の内圧が上昇した際に、膨張方向に加わる応力と収縮方向に加わる応力とが逆転される部位であり、これらの応力の影響により外装ケース２がせん断され易くなっているため、この境界部位Ｌに安全弁９を設けることで、安全弁９の弁動作性を向上させることができる。この境界部位Ｌは、外装ケース側周部において、外装ケースの底部８に近い側にあるため、安全弁９は外装ケースの底部８に近い側に設けられる。また、安全弁を形成する際に、凹状をなす安全弁９の深さ等を適宜設定することによる弁動作圧の調整がし易くなっている。
【００２９】
なお、外装ケース２の側周部７の底部８の近くに安全弁９を設けることにより、外装ケース２の底部８に、コンデンサ素子５を固定するための突起部（図示略）を設けることもでき、この突起部によりコンデンサ素子５の発熱を外装ケース２に伝達して放熱性を向上させることができる。
【００３０】
また、外装ケース２の側周部７の周方向に沿う境界部位Ｌに安全弁を設けることにより、安全弁全体に外装ケース２の内圧の上昇による応力が加わるようになり、安全弁９の弁動作性を向上させることができる。さらに、安全弁９を形成する際に、安全弁９の長さ等を設定することによる弁動作圧の調整がし易くなる。
【００３１】
また、安全弁９は、側周部７の周方向における略２分の１以上の範囲に渡って設けられるので、外装ケース２の側周部７の境界部位Ｌにおいて、その円周方向（円筒の周方向）に加わる殆どの応力を安全弁９の開放（弁動作）に利用することができ、安全弁９の弁動作性を向上させることができる。
【００３２】
また、安全弁９の位置の外装ケース２の厚み寸法は、０.１ｍｍ以上となっていることで、外装ケース２の内圧に対する強度を維持して、弁動作圧以下の内圧で不用意に安全弁９が動作されることを防止できる。
【００３３】
また、外装ケースの側周部７における境界部位Ｌは、底部８の底面から１５ｍｍ以内となっており、この底部８から１５ｍｍ以内の部位に安全弁９を設けることで、安全弁９が境界部位Ｌと想定される位置に適切に配置されるようになり、安全弁９の弁動作性を向上させることができる。なお、底部から１０ｍｍの位置が最適な安全弁９の配置位置となっている。
【００３４】
また、高さ寸法が２５ｍｍ以上であり、直径が３５ｍｍ以上となっている外装ケース２において、側周部７における底部８から１５ｍｍ以内の部位が境界部位Ｌとなっており、この境界部位Ｌに安全弁９を設けることで、安全弁９の弁動作性を向上させることができる。
【００３５】
次に、発明者が行った実験の一例を以下に示す。表１は、安全弁９の円周方向の長さを変化させた場合の弁動作圧を示す。この実験では、外装ケース２における底部８から開口部３までの高さ寸法は、略５０ｍｍとなっており、外装ケース２の直径は、３５ｍｍとなっている。さらに、外装ケース２の側周部７の厚み寸法は、略０.３５ｍｍとなっており、底部８の厚み寸法は、略０.７ｍｍとなっている。そして、安全弁９の凹部の深さ寸法は、略０.２５ｍｍとなっている。なお、安全弁９は、外装ケース２の側周部７における底部８の底面から１０ｍｍの位置に設けられている。
【００３６】
表１に示すように、安全弁９を外装ケース２の側周部７の円周方向における略４分の１の範囲に渡って設けた場合には、安全弁９は動作しなかった。また、安全弁９を外装ケース２の側周部７の円周方向における略３分の１の範囲に渡って設けた場合には、安全弁９は２．５MＰａの内圧で動作した。また、安全弁９を外装ケース２の側周部７の円周方向における略２分の１の範囲に渡って設けた場合には、安全弁９は１．２ＭＰａの内圧で動作した。また、安全弁９を外装ケース２の側周部７の円周方向における略８分の５の範囲に渡って設けた場合には、安全弁９は１．０ＭＰａの内圧で動作した。また、安全弁９を外装ケース２の側周部７の円周方向における略３分の２の範囲に渡って設けた場合には、安全弁９は０．８ＭＰａの内圧で動作した。また、安全弁９を外装ケース２の側周部７の円周方向における略４分の３の範囲に渡って設けた場合には、安全弁９は０．８ＭＰａの内圧で動作した。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
この実験結果に示されるように、安全弁９は、外装ケース２の側周部７の円周方向における略２分の１以上の範囲であれば適正な内圧（弁動作圧）で動作（開放）されることが分かる。
【実施例２】
【００３９】
図４に示すように、実施例２における安全弁９ａでは、外装ケース２の側周部７に対してプレス加工を施して安全弁９ａを凹設する際に、外装ケース２の側周部７が内面側に凸設されるようになっている。なお、側周部７における安全弁９ａが形成された部位の厚み寸法と、それ以外の厚み寸法は、ほぼ同一の厚み寸法となっているが、安全弁９ａが凹設されていることで、外装ケース２に加わる応力が安全弁９ａの部位に集中するようになっており、外装ケース２の内圧が上昇されると、この安全弁９ａから外装ケース２が裂けるようになっている。
【実施例３】
【００４０】
図５に示すように、実施例３における安全弁９ｂでは、外装ケース２の側周部７の外面側及び内面側の両側が凹設されることにより安全弁９ｂが形成されている。つまり、側周部７の外面側及び内面側の双方に１条ずつの溝部が形成されるとともに、双方の溝部が同一位置に形成されることで安全弁９ｂが構成される。
【実施例４】
【００４１】
図６に示すように、実施例４における安全弁９ｃでは、外装ケース２の側周部７の外面側及び内面側の両側に、高さ方向の位置を異ならして凹設されることにより安全弁９ｃが形成されている。そして、側周部７の外面側及び内面側の双方に１条ずつの溝部が形成されるとともに、双方の溝部が上下にずれた位置に形成されて安全弁９ｃが構成される。
【００４２】
なお、前述の実施例３及び４では、外装ケース２の側周部７の外面側及び内面側の両側が凹設されることにより安全弁９ｂ，９ｃが形成されているが、外装ケース２の側周部７の内面側の凹設だけで安全弁９を形成するようにしてもよい。
【実施例５】
【００４３】
図７に示すように、実施例５における安全弁９ｄは、外装ケース２の側周部７の周方向に沿って延びている１本の溝部となっているが、この安全弁９ｄは、直線的ではなく、所定の曲率で高さ方向に湾曲されて形成される。さらに、安全弁９ｄの溝部は、最も底部８から離れた部位であっても、底部８から１５ｍｍ以内となっている。このようにすることで、安全弁９ｄの溝部における底部８に最も近い部位と底部８から最も離れた部位とに加わる応力が不均衡となり、外装ケース２の安全弁９ｄが裂け易くなっている。
【実施例６】
【００４４】
図８に示すように、実施例６における安全弁９ｅは、外装ケース２の側周部７の周方向に沿って直線状に延びる１本の溝部となっているとともに、この溝部に直交するように、短い複数の溝部が形成されている。このようにすることで、外装ケース２の安全弁９ｅが裂け易くなっている。
【００４５】
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
【００４６】
例えば、前記実施例では、コンデンサとして電解コンデンサを例示しているが、本発明が適用されるコンデンサはこれに限らず、電気２重層コンデンサ、電気化学キャパシタなどの各種コンデンサ、キャパシタに適用できる。
【００４７】
また、前記実施例では、外装ケース２を構成する金属材料として純度９９.７％のアルミニウムを用いているが、外装ケース２はアルミニウム合金（純度９９.０％、Ｍｎ系またはＭｇ系）等を用いて製造することもできる。さらに、アルミニウム以外の金属材料を用いてもよい。
【００４８】
また、前記実施例では、外装ケース２に対してプレス加工を施すことにより安全弁９が形成されているが、外装ケース２に対して切削加工を施すことにより安全弁９を形成するようにしてもよい。
【００４９】
また、前記実施例では、外装ケース２の側周部７に１本の溝部を形成して安全弁９を構成しているが、複数本の溝部を形成して安全弁９を構成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１                コンデンサ
２                外装ケース
３                開口部
４                封口体
５                コンデンサ素子
６                リード端子
７                側周部
８                底部
９                安全弁
１０              凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2013077782.tif 000009
【図７】
2013077782.tif 000010
【図８】
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