(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解コンデンサに直列に接続された正の抵抗温度係数を有する抵抗素子を備え、前記抵抗素子を介して前記電解コンデンサに電圧を印加する電解コンデンサのエージング方法であって、
電解コンデンサの定格電圧および／または容量に応じて前記抵抗素子を冷却し、前記抵抗素子を流れる電流値を調整しながら、電解コンデンサのエージングを行うことを特徴とする電解コンデンサのエージング方法。
【請求項２】
前記抵抗素子はＰＴＣサーミスタであって、該ＰＴＣサーミスタを介して前記電解コンデンサに電圧を印加している状態で前記ＰＴＣサーミスタを流れる電流が低下しないように構成したことを特徴とする請求項１記載の電解コンデンサのエージング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解コンデンサのエージング装置および方法に関し、特に、電解コンデンサに直列に正の抵抗温度係数を有する素子を接続し、該素子の抵抗変化により電流を制限することで電解コンデンサの発熱を抑え短時間でエージングを行なう技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電解コンデンサは、表面に金属酸化物のような酸化皮膜を形成した陽極電極と陰極電極との間に電解質を介在させて構成される。たとえば、箔型の電解コンデンサでは、陽極電極を構成するアルミニウムなどの金属箔の表面を酸化して酸化アルミニウムの金属酸化膜とし、それを電解質溶液を介してアルミニウムなどの金属箔の陰極電極と対向させている。
【０００３】
このような電解コンデンサの製造工程において、金属酸化膜の一部分に破損が生じることがある。この金属酸化膜の破損は電解コンデンサの性能を低下させあるいは使用不能にすることになる。そこで、電解コンデンサの組み立て後、電解コンデンサの金属酸化膜を再化成して金属酸化膜を修復するエージングが行われる。このエージングは、電解コンデンサの容量や耐圧などの特性によって決まる再化成電圧を電解コンデンサの両電極に適切な時間だけ印加することによって行われる。
【０００４】
電解コンデンサをエージングする場合には、流れる電流をある枠内に制限し、電解コンデンサの発熱を抑えることにより、電解コンデンサを劣化させることなく短時間に再化成を行うことができる。電流制限器としては、抵抗、定電流ダイオード、ＰＴＣサーミスタなどが用いられている。
【０００５】
このうち、ＰＴＣサーミスタは、図３に示すように温度上昇に伴い抵抗値が増加する正の抵抗温度係数を有する素子であり、キュリー温度以上では抵抗値が急速に増大する。このため、ある一定値以上の電流が流れ続けると自己発熱して抵抗が大きくなるので、電流を抑制する作用がある。そこで、エージングを行う電解コンデンサと直列にＰＴＣサーミスタを接続し、ＰＴＣサーミスタを介して電解コンデンサに直流電圧を印加してエージングを行うことで、電流をある値以下に制限することができ、電解コンデンサの発熱を抑え、電解コンデンサの再化成を短時間で行うことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電流制限器として用いるＰＴＣサーミスタは、エージングする電解コンデンサの電流を最適に制限するような抵抗温度係数（あるいは抵抗の温度依存性）を有するものを選択する必要がある。例えば低電圧用の電解コンデンサのエージングにおける電流制限器として最適なＰＴＣサーミスタを、中高圧用の電解コンデンサのエージングに用いると、電解コンデンサは定格電圧が高い分、端子間電圧の上昇に時間がかかり、その間ＰＴＣサーミスタに電流が流れ続ける事により、ＰＴＣサーミスタが発熱し抵抗値が増加してしまい、電解コンデンサへの供給電流が減少する。そのため電解コンデンサは端子間電圧の上昇にさらに時間がかかってしまうという不都合があった。
【０００７】
本発明の目的は、一種類のＰＴＣサーミスタを用いて様々な種類の電解コンデンサの再化成を短時間で行うことである。
【０００８】
本発明の別の目的は、共通のエージング装置により様々な種類の電解コンデンサの再化成を短時間で可能とすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、電解コンデンサに直列に接続された正の抵抗温度係数を有する抵抗素子を備え、前記抵抗素子を介して前記電解コンデンサに電圧を印加する電解コンデンサのエージング方法が提供され、該電解コンデンサのエージング方法は電解コンデンサの定格電圧および／または容量に応じて前記抵抗素子を冷却し、前記抵抗素子を流れる電流値を調整しながら、電解コンデンサのエージングを行うことを特徴とする。このような方法により、電解コンデンサの再化成工程中に正の抵抗温度係数を有する抵抗素子の冷却の程度を調整することにより、電流値を任意に調整することができるので、電解コンデンサに過電流を流すことなく短時間で最適な再化成を行なうことができる。また、一種類の正の抵抗温度係数を有する抵抗素子を用いて様々な種類の電解コンデンサの再化成を短時間で的確に行うことができる。
【００１０】
この場合、前記抵抗素子はＰＴＣサーミスタとし、該ＰＴＣサーミスタを介して前記電解コンデンサに電圧を印加している状態で該ＰＴＣサーミスタを流れる電流が低下しないように構成することもできる。これにより、一種類のＰＴＣサーミスタを用いて様々な種類の電解コンデンサの再化成を短時間で、容易かつ的確に、安価に実現できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電解コンデンサのエージング装置につき図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明の１実施形態に係る電解コンデンサのエージング装置の概略的な回路を示すものである。
【００１３】
図１において、治具Ａ１には例えば９個の電解コンデンサＣ１〜Ｃ９が搭載され、そのそれぞれの電解コンデンサに電流制限用のＰＴＣサーミスタＰ１〜Ｐ９が直列に接続されている。このような電解コンデンサとＰＴＣサーミスタの直列回路が端子ａと端子ｂの間に、ＰＴＣサーミスタを端子ａ側として９個並列に接続されている。ここでは９個の電解コンデンサとＰＴＣサーミスタの直列回路を並列に接続しているが、並列に接続する数は必要に応じて適宜選択できる。治具Ａ１の端子ｂはグランドＧ１と接続されている。
【００１４】
切り換えスイッチ２は治具Ａ１の端子ａを、端子ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４のいずれかと接続するよう構成されている。４個の抵抗Ｒ１〜Ｒ４がそれぞれ端子ｄ１と端子ｅ、端子ｄ２と端子ｅ、端子ｄ３と端子ｅ、端子ｄ４と端子ｅ間に接続され、ラインＢ１が構成されている。好ましくは抵抗Ｒ１〜Ｒ４の大きさはＲ１＞Ｒ２＞Ｒ３＞Ｒ４である。ここでは例として４個の抵抗を用いているが、抵抗の数は４個に限定されるものではなく、抵抗の数とそれぞれの抵抗値は電解コンデンサのエージングの条件を考慮して設定される。場合によっては抵抗Ｒ１〜Ｒ４は省略され、端子ａは直接端子ｅに接続される。ラインＢ１の端子ｅは直流電源１の正電位側に接続されている。更に、ラインＢ１と同様に構成されたラインＢ２〜Ｂｎを含め計ｎ個のラインが直流電源１と並列に接続されている。並列に接続されるラインの数は、直流電源１の大きさなどを考慮して１以上任意に設定される。
【００１５】
図２は本発明の１実施形態に係る電解コンデンサのエージング装置の原理的な平面図である。
【００１６】
エージングすべき電解コンデンサＣが搭載された治具Ａ１は、例えばコンベアベルト３などにのせられ、図示してはいないけれども直流電源１による直流電圧を端子ａに印加されながら、ゆっくり一定速度で移動するよう構成されている。図示してはいないけれども、切り換えスイッチ２は治具Ａ１の移動中に端子ａを順次端子ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４と接続するよう切り換えていくよう構成されている。これは例えば、端子ａを摺動電極とし、端子ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４を端子ａの摺動電極と摺動接触する端子電極とし、端子電極の長さを変えて摺動接触する時間を調整することで、端子ａが任意の時間端子ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４と順次接続されるよう構成される。ファン５などの冷却手段が冷却領域４を冷却するよう構成されている。このため治具Ａ１は移動して冷却領域４に入ると、ファン５などの冷却手段により強制的に冷却される。冷却手段はファンによる空冷に限定されるものではないが、少なくとも治具Ａ１内のＰＴＣサーミスタＰ１〜Ｐ９を冷却するよう構成されている。
【００１７】
次に、このような構成の電解コンデンサのエージング装置の動作について説明する。
【００１８】
図１において、直流電源１の電圧をＶ１として電解コンデンサのエージングを行うとする。切り換えスイッチ２は治具Ａ１の端子ａを端子ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４のいずれかと接続しているので、治具Ａ１内のＰＴＣサーミスタと電解コンデンサの直列回路、例えばＰＴＣサーミスタＰ１と電解コンデンサＣ１の直列回路には電圧が印加され電流が流れる。
【００１９】
それぞれの電解コンデンサの酸化皮膜の破損量には差があり、酸化皮膜の破損量が大きな電解コンデンサには大きな電流が、酸化皮膜の破損量が小さな電解コンデンサには小さな電流が流れようとする。電解コンデンサＣ１にはＰＴＣサーミスタＰ１が直列に接続されており、電流値が増大すればジュール熱の発生によりＰＴＣサーミスタＰ１は発熱して温度上昇し、抵抗が増大して電流を抑制するように作用するので、電流はある値以下に制限される。この電流制限効果により電解コンデンサの発熱を抑えながら、エージングを行うことができる。
【００２０】
しかしながら、このＰＴＣサーミスタＰ１の抵抗温度係数が、この電解コンデンサＣ１とは他の種類で流せる電流がより小さな電解コンデンサに最適となるように選択されたものだとしたら、電流はＰＴＣサーミスタＰ１により過小な値に制限され、電解コンデンサ端子電圧の上昇に時間がかかり、再化成に要する時間が必要以上に長くなってしまう。この場合は電流をもっと増大させてもよい。一般には電解コンデンサの種類に合わせて異なるＰＴＣサーミスタを用いて制限する電流値を調整すれば良いが、本発明ではこれをＰＴＣサーミスタを冷却することにより行う。
【００２１】
図２に示されるように、エージング中にコンベアベルト３にのせられ直流電圧を印加されながらゆっくり移動している治具Ａ１は、冷却領域４に入ると、ファン５により強制的に冷却される。このためＰＴＣサーミスタの温度は下がり、抵抗値も小さくなるのでＰＴＣサーミスタにより制限されていた電流は増大する。
【００２２】
図４は未再化成電解コンデンサの電圧印加特性である。縦軸に未再化成電解コンデンサ端子電圧、横軸に電圧の印加時間をとり、本実施形態のようなＰＴＣサーミスタの強制冷却を時間ｔ１〜ｔ３の間行った場合と、ＰＴＣサーミスタの強制冷却を行わなかった場合の、両者についての端子電圧の時間変化を示してある。電解コンデンサ端子電圧はある時間（立上がり時間）経過後に直流電源１により印加される電圧Ｖ１にほぼ達し、この電圧において所定時間保持することによってエージングがなされる。図示されているように、電流増大の効果により電解コンデンサ端子電圧が速やかに上昇するので、ＰＴＣサーミスタを強制冷却した場合の電解コンデンサ端子電圧の立上がり時間ｔ２は、強制冷却を行わなかった場合の立上がり時間ｔ４より短くなる。この分、電解コンデンサの再化成に要する時間がＰＴＣサーミスタの強制冷却によって短縮される。
【００２３】
ＰＴＣサーミスタの冷却の程度は、ＰＴＣサーミスタの抵抗温度係数、電解コンデンサの種類、エージングの条件などを勘案することにより、決定される。ＰＴＣサーミスタが過冷却であれば、電流値が大きくなり過ぎるために、電解コンデンサが過剰に発熱して劣化してしまう。ＰＴＣサーミスタが冷却不足であれば、電流が不十分なために電解コンデンサ端子電圧の立上がり時間が長くなり、電解コンデンサの再化成に要する時間が長くなる。
【００２４】
治具Ａ１が冷却領域４を過ぎると、ＰＴＣサーミスタの冷却は終了する。冷却領域は、再化成工程中の適当な時間にＰＴＣサーミスタが冷却されるように設定すればよい。必要であれば冷却領域４は複数設定してもよい。また、治具Ａ１と同様の構成の複数の治具を連続的にコンベアベルト３にのせて移動させれば、多数の電解コンデンサのエージングを次々と連続して短時間で行うことができる。
【００２５】
ＰＴＣサーミスタは小電流しか流せない電解コンデンサに合わせて選択しておけば、それより大電流が流せる電解コンデンサのエージングに対しては、ＰＴＣサーミスタの冷却により電流を調整して対応することができるので、電解コンデンサの種類（電圧、容量など）に合わせてＰＴＣサーミスタを変える必要がない。
【００２６】
また別の実施形態では、治具Ａ１を移動させず同じ位置に停止した状態で、ファン５などの冷却手段を治具Ａ１の上に設け、電圧印加後の冷却開始時刻および冷却終了時間を適当に設定してＰＴＣサーミスタを冷却する構成とすることもできる。
【００２７】
具体的な実施形態をあげたが、本発明は電解コンデンサと直列に接続された正の抵抗温度係数を有する抵抗素子が冷却されるような構成であればよく、前述の実施形態には限定されない。特にＰＴＣサーミスタでなくとも、温度上昇に伴い抵抗値が増加する正の抵抗温度係数を有する素子であれば他の素子であってもよい。また冷却手段はファンによる空冷でなくとも、正の抵抗温度係数を有する抵抗素子を冷却する構成であれば、他の構成であってもかまわない。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、電解コンデンサの再化成工程中にＰＴＣサーミスタを強制的に冷却し、一時的に電流値を増大させることにより、例えば低電圧用から高電圧用まで、あるいは小さな静電容量から大きな静電容量のものまでなど、様々な種類の電解コンデンサの再化成を１種類のＰＴＣサーミスタを用いて短時間で行うことが可能となる。ＰＴＣサーミスタの冷却を電解コンデンサの種類に合わせて適宜調整することにより、エージングを行う電解コンデンサの種類に合わせてＰＴＣサーミスタを選定する必要がなくなる。
【００２９】
また、同一種類のＰＴＣサーミスタを用いたエージング装置あるいは治具により様々な種類の電解コンデンサの再化成を短時間で行うことができるので、生産設備が減少し、製造コストを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による電解コンデンサのエージング装置の概略的な回路図である。
【図２】本発明の一実施形態による電解コンデンサのエージング装置の原理的な平面図である。
【図３】ＰＴＣサーミスタの電気抵抗の温度依存性を示すグラフである。
【図４】未再化成電解コンデンサの電圧印加特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１  直流電源
２  切り換えスイッチ
３  コンベアベルト
４  冷却領域
５  ファン
Ａ１  治具
Ｃ１〜Ｃ９  電解コンデンサ
Ｐ１〜Ｐ９  ＰＴＣサーミスタ
Ｒ１〜Ｒ４  抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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