(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エージングすべき複数の電解コンデンサにそれぞれ直列に接続された正の抵抗温度係数を有する複数の抵抗素子と、前記エージングすべき複数の電解コンデンサに電圧を印加する電源を備え、充電抵抗と、前記複数の抵抗素子を介して前記電源より前記エージングすべき複数の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装置であって、
前記エージングすべき複数の電解コンデンサと前記抵抗素子からなる直列回路と並列に接続したバッファ用コンデンサを具備し、エージング中にショート破壊した前記エージングすべき電解コンデンサに前記バッファ用コンデンサの放電電流を流すことを特徴とする電解コンデンサのエージング装置。
【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に関し、特に、正の抵抗温度係数を有する抵抗素子を介して電解コンデンサをエージングする装置において、前記電解コンデンサおよび抵抗素子からなる直列回路と並列に接続したバッファ用コンデンサに蓄えられている電荷により、エージングすべき電解コンデンサがショート破壊したときに該ショート破壊した電解コンデンサに大きな電流を一時的に流して、破壊の程度を増大させる技術に関する。
【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】
従来、この再化成工程は、使い捨てカメラ等に使用されているストロボ用電解コンデンサのような高圧小型品などにおいては、図４に示されるような回路構成を有するエージング装置により、１２個のエージングすべき電解コンデンサ（Ｃａ１〜Ｃａ１２）を並列に接続して行っていた。エージング中には、内部欠陥をもった電解コンデンサが内部パンク（微小な部分においてショートしガスが異常発生する）を起こすなど、ショート破壊を生じる場合がある。図４のようなエージング装置では、１２個の電解コンデンサのうちいずれか１個、例えばＣａ１に内部欠陥が発生してショート破壊すると、他の１１個の電解コンデンサＣａ２〜Ｃａ１２に蓄えられた電荷がＣａ１に集中して流れ込む。実験により、微小部分がショート破壊した電解コンデンサは、並列に接続する電解コンデンサの数が９個以上であれば、残りの電解コンデンサの放電電流により安全弁を完全に開弁させることができることが確認されている。したがって、図４のように並列に接続する電解コンデンサの数が１２個以上であれば、より確実に安全弁を完全に開弁させることができる。ショート破壊した電解コンデンサＣａ１は完全に破壊され、電解コンデンサの安全弁は完全に開弁する。パンクした電解コンデンサは安全弁が開弁してもずっとショート状態のままになりやすいので、そのままでは短絡により電源容量がショート破壊していない電解コンデンサに供給されなくなり、電解コンデンサＣａ２〜Ｃａ１２の再化成不足が生じてしまう。このため、エージング中に電解コンデンサのショート破壊が発生すれば、その都度、安全弁の開弁などの外観から判定してショート破壊した電解コンデンサを手作業などで取り除かねばならなかった。エージングの途中で電解コンデンサの除去作業を行う必要があるため、再化成工程の自動化は容易ではなく、作業効率も悪かった。
【０００５】
最近の再化成工程には、自動化のためにＰＴＣサーミスタ（Ｐｂ１〜Ｐｂ１２）を各エージングすべき電解コンデンサ（Ｃｂ１〜Ｃｂ１２）に直列に接続した、図５に示されるような回路構成を有するエージング装置が用いられるようになった。再化成工程を自動化する場合は、エージング中にショート破壊が発生しても直ちにその破壊した電解コンデンサを取り除くことは難しいため、ショート破壊した電解コンデンサに流れる電流が短絡により増大するのを自動的に制限して、ショート破壊していない電解コンデンサへも電源容量が十分供給されるようにする必要がある。このためＰＴＣサーミスタなどの電流制限器が各電解コンデンサに接続されており、一定以上の電流が流れると、ＰＴＣサーミスタは発熱して抵抗値が増大し、電流を制限するよう作用する。エージング中に電解コンデンサがショート破壊して短絡により電流が増大しても、ＰＴＣサーミスタなどにより電流値はある枠内に自動的に制限されるので、他の電解コンデンサにも電圧や電流が十分供給され、再化成不足になることはない。これにより、エージング中に電解コンデンサのショート破壊が発生しても、直ちにその破壊した電解コンデンサを取り除く必要はないので、再化成工程の自動化が容易となった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
エージング中にショート破壊した電解コンデンサの中には、微小な部分の破壊であればその後のエージングによって一時的に修復されてしまい、良品と同等の電気的特性を示すが、後になって不良を起こすものもある。このためエージング中にショート破壊した電解コンデンサはエージング終了後選別除去する必要があるが、一時的な修復のために電気特性的に選別することは難しい。従って、例えばガスの異常発生により電解コンデンサのアルミケースが膨れる、あるいは電解コンデンサの安全弁が開弁するなどのショート破壊により生じる外観上の変化を利用して、エージング終了後目視で選別除去しなければならない。目視による選別除去を容易にするためにはショート破壊した電解コンデンサの外観上の変化が大きい方が望ましい。
【０００７】
ところが、図５に示されるような回路構成を有するエージング装置においては、各電解コンデンサにはＰＴＣサーミスタが接続されているため、エージング中にショート破壊した電解コンデンサの破壊の程度を増大させ、あるいは安全弁を開弁させるためのエネルギーは、電源からの供給に限られる。また、電源と電解コンデンサの間には、ＰＴＣサーミスタに加えて更に外付け充電抵抗Ｒが接続されているため、電源からの供給だけで、エージング中にショート破壊した電解コンデンサに破壊の程度を増大させあるいは安全弁を開弁させるのに十分な電流を流すのは難しかった。従って、エージング中にショート破壊した電解コンデンサには外観上の変化が微小なものも多数含まれていた。このためショート破壊した電解コンデンサの目視による選別除去工程には熟練者を要し、選別の精度も問題であった。また、多大な労力と費用を費やしてしまうことなども問題であった。
【０００８】
本発明の目的は、上述の従来技術における問題点に鑑み、エージング終了後の電解コンデンサの選別を容易かつ高精度ならしめる、電解コンデンサのエージング装置を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、エージング中に一部が破壊した電解コンデンサの破壊の程度を増大させることで、エージング終了後の選別を容易かつ確実に行えるようにするとともに、破壊した電解コンデンサへの電流の過度な集中を自動的に的確に抑制することで、破壊していない電解コンデンサに再化成不足を生じさせない電解コンデンサのエージング装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、エージングすべき複数の電解コンデンサにそれぞれ直列に接続された正の抵抗温度係数を有する複数の抵抗素子と、前記エージングすべき複数の電解コンデンサに電圧を印加する電源を備え、充電抵抗と、前記複数の抵抗素子を介して前記電源より前記エージングすべき複数の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装置であって、前記エージングすべき複数の電解コンデンサと前記抵抗素子からなる直列回路と並列に接続したバッファ用コンデンサを具備し、エージング中にショート破壊した前記エージングすべき電解コンデンサに前記バッファ用コンデンサの放電電流を流すように構成される。このような構成により、エージング中にエージングすべき電解コンデンサにショート破壊が生じた場合、該ショート破壊した電解コンデンサに前記バッファ用コンデンサから大電流を一時的に効率的に流すことができる。このため、前記ショート破壊した電解コンデンサにおいて、破壊の程度を的確に増大し、外観や電気特性上の変化を的確に大きくできるので、エージング後の選別検査工程におけるエージング中にショート破壊した電解コンデンサの選別除去が容易かつ確実に精度よく行えるようになる。
【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は本発明の一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ｎ個のエージングすべき電解コンデンサＣ１〜Ｃｎが搭載され、そのエージングすべき電解コンデンサのそれぞれにＰＴＣサーミスタＰ１〜Ｐｎが直列に接続されている。電解コンデンサＣ１〜Ｃｎと直列に接続されるのはＰＴＣサーミスタに限定されるものではなく、温度の上昇とともに電気抵抗が増大する正の抵抗温度係数を有する素子であればよい。このような電解コンデンサとＰＴＣサーミスタのｎ個の直列回路が、端子ａとｂの間に並列に接続されている。並列に接続される電解コンデンサとＰＴＣサーミスタの直列回路の数ｎは、エージングすべき電解コンデンサの種類や電源の大きさなどを勘案して任意に設定される。
【００１４】
切り換えスイッチ２は、エージングの段階に応じて、治具Ａ１の端子ａを順次端子ｄ１〜ｄｍに接続するよう構成されている。切り換えスイッチ３は治具Ａ１の端子ｂを、順次端子ｅ１〜ｅｍに接続するよう構成されている。これは例えば、治具Ａ１の端子ａおよびｂを摺動電極とし、端子ｄ１〜ｄｍを端子ａの摺動電極と摺動接触する端子電極、端子ｅ１〜ｅｍを端子ｂの摺動電極と摺動接触する端子電極とし、治具Ａ１をコンベアベルトなどにのせてゆっくり一定速度で移動させ、端子ａおよびｂの摺動電極が端子ｄ１〜ｄｍおよびｅ１〜ｅｍの端子電極と摺動接触する時間を端子電極の長さにより調整することで、端子ａおよびｂが端子ｄ１〜ｄｍおよびｅ１〜ｅｍに任意の時間づつ順次接続されるよう構成される。
【００１５】
端子ｄ１〜ｄｍはそれぞれ抵抗Ｒ１〜Ｒｍを介して直流電源１の正電位側と接続されている。端子ｅ１〜ｅｍはいずれも直流電源１の負電位側と接続されている。端子ｄ１〜ｄｍおよび抵抗Ｒ１〜Ｒｍの数ｍや抵抗Ｒ１〜Ｒｍのそれぞれの抵抗値は、エージングすべき電解コンデンサの端子電圧の立上がり特性やエージングの条件などを考慮して任意に設定される。抵抗の大きさはＲ１≧Ｒ２≧・・・≧Ｒｍであることが好ましい。例えばＲ１＝５ｋΩ、Ｒｍ＝２２Ωである。さらに、端子ｄ１〜ｄｍはそれぞれバッファ用コンデンサＣｐ１〜Ｃｐｍを介して直流電源１の負電位側とも接続されている。
【００１６】
図２は本実施形態で用いたＰＴＣサーミスタの電気抵抗の温度依存性を示す図である。温度の上昇に伴い、電気抵抗が増大している。
【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】
まず、切換えスイッチ２は端子ａを端子ｄ１に、切り換えスイッチ３は端子ｂを端子ｅ１に接続し、電解コンデンサＣ１〜Ｃｎを再化成するのに必要な電圧を得るために、直流電源１（電圧Ｖ１）により直流電圧が端子ａ、ｂ間に印加される。これにより各ＰＴＣサーミスタＰ１〜Ｐｎには電流が流れ、電解コンデンサＣ１〜Ｃｎは充電される。しかしながら各ＰＴＣサーミスタＰ１〜Ｐｎは図４に示すような正の抵抗温度係数を有しているため、通電電流が増大すると、温度が上昇するとともに電気抵抗値が増大し、電流を抑制するよう作用する。これにより、流れる電流をある枠内に抑えることができるので、電解コンデンサＣ１〜Ｃｎの発熱を抑えながら、安定したエージングを行うことができる。
【００１９】
また、電解コンデンサの発熱を抑えるためには、初期のエージング電圧や電流を抑え、段階的に電圧や電流を上昇させると好ましい。治具Ａ１はコンベアベルトなどにのせられてゆっくり一定速度で移動し、端子ａは順次端子ｄ１、ｄ２、・・・、ｄｍと接続するよう切り換えられ、端子ｂは順次端子ｅ１、ｅ２、・・・、ｅｍと接続するよう切り換えられるので、エージング回路中に接続されている抵抗はＲ１、Ｒ２、・・・、Ｒｍに順次切り換えられていく。抵抗の大きさがＲ１≧Ｒ２≧・・・≧Ｒｍであれば、エージング回路中に接続さていれる抵抗が順次抵抗値の小さなものに切り換わることによって、エージング電圧や電流が段階的に上昇する。場合によっては、直流電源１の出力電圧を段階的に切り換えてもよい。
【００２０】
電解コンデンサＣ１〜Ｃｎの端子間電圧は、ある時間経過後にはほぼ直流電源１の電圧Ｖ１に到達し、適当な時間維持されて電解コンデンサＣ１〜Ｃｎの再化成が行われる。一方、電解コンデンサＣ１〜Ｃｎのエージングの間、直流電源１の直流電圧はバッファ用コンデンサＣｐ１〜Ｃｐｍにも印加されている。バッファ用コンデンサＣｐ１〜Ｃｐｍは充電され、端子間電圧はほぼ直流電源１の電圧Ｖ１に到達しかつ維持される。バッファ用コンデンサＣｐ１〜Ｃｐｍは、エージング工程の間、常時端子間電圧がほぼＶ１に充電されていることが好ましい。
【００２１】
電解コンデンサＣ１〜Ｃｎのエージング中に、例えば端子ａが端子ｄ２と、端子ｂが端子ｅ２と接続されているときに、電解コンデンサＣ１〜Ｃｎのいずれか、例えば電解コンデンサＣ１でショート破壊が発生したとする。このとき電解コンデンサＣ１では、例えば内部でガスが異常発生してアルミケースが膨れるなどの外観上の変化も生じる。この外観上の変化を利用して、エージング後に目視による選別検査工程で電解コンデンサＣ１を取り除くことができる。しかしながら、電解コンデンサＣ１におけるエージング中に発生したショート破壊が微小であれば、外観上の変化もわずかであり、選別検査工程で電解コンデンサＣ１を的確に取り除くのは難しい。選別検査工程で電解コンデンサＣ１を的確に除去するには、電解コンデンサＣ１の破壊の程度を増大させあるいは完全に破壊して、電解コンデンサの安全弁を完全に開弁させるなど、外観上の変化を大きくすればよい。また、破壊の程度を増大させておけば、その後一時的に修復することはないので、電気特性不良として取り除くことも可能となる。
【００２２】
電解コンデンサＣ１でショート破壊が発生すれば、エージング中に電解コンデンサＣ２〜Ｃｎに蓄えられた電荷が電解コンデンサＣ１に流れ込もうとするが、抵抗分としてＰＴＣサーミスタを２個経由するため、電解コンデンサＣ１の破壊の程度を十分に大きくする程大きな電流にはならない。直流電源１も電解コンデンサＣ１に電流を流すよう作用するが、抵抗分としてＰＴＣサーミスタＰ１に加えて抵抗Ｒ２も介するため、電解コンデンサＣ１の破壊の程度を十分に増大させる程の大きな電流を直流電源１により流すことは難しい。
【００２３】
本実施形態のエージング装置においては、バッファ用コンデンサＣｐ２が電解コンデンサＣ１〜ＣｎとＰＴＣサーミスタＰ１〜Ｐｎの直列回路と並列に接続されている。充電されたバッファ用コンデンサＣｐ２に蓄えられている電荷は１個のＰＴＣサーミスタＰ１だけを経由して電解コンデンサＣ１に流れ込もうとする。抵抗分としては１個のＰＴＣサーミスタＰ１だけであり、また電流供給源はコンデンサに蓄えられた電荷であり、更に、ＰＴＣサーミスタＰ１が電流増大により発熱し、抵抗が増加して電流を制限するには電流増大開始から時間的な遅れがある。このため、バッファ用コンデンサＣｐ２によって電解コンデンサＣ１に大電流を瞬時にかつ効率的に流すことができる。バッファ用コンデンサＣｐ２の静電容量が十分に大きければ、バッファ用コンデンサＣｐ２から電解コンデンサＣ１に流れ込む電流を十分に大きくでき、電解コンデンサＣ１の破壊の程度を増大させて外観上の変化も十分に大きくすることができる。
【００２４】
図４のような従来のエージング装置では、ショート破壊した電解コンデンサに安全弁を完全に開弁させるのに十分な放電電流を流すには、並列に接続する電解コンデンサの数が好ましくは９個以上、より好ましくは１２個以上必要であった。これに対応して本実施形態のエージング装置でも、バッファ用コンデンサＣｐ１〜Ｃｐｍのそれぞれは、エージングすべき電解コンデンサＣ１〜Ｃｎの１個当たりの静電容量の少なくともおよそ８倍以上、好ましくは少なくともおよそ１１倍以上の静電容量を有する。更に、本実施形態のエージング装置では、バッファ用コンデンサの放電電流の経路にはＰＴＣサーミスタ１個分の抵抗成分が介在するので、ＰＴＣサーミスタＰ１〜Ｐｎの特性によっては、バッファ用コンデンサにはさらに大きな静電容量を使用することが好ましい。これにより、バッファ用コンデンサの放電電流を、ショート破壊した電解コンデンサの破壊の程度を増大させ、外観上の変化を大きくするのに十分な大きさとすることができる。またバッファ用コンデンサＣｐ１〜Ｃｐｍのそれぞれは、エージング電圧Ｖ１より高い耐電圧を有することが好ましい。これにより、エージング中にバッファ用コンデンサが劣化することはない。例えば、静電容量１００μＦの電解コンデンサＣ１〜Ｃｎを直流電源１の印加電圧を３５０Ｖとしてエージングする場合は、バッファ用コンデンサには４００ＷＶ−１２００μＦの、例えば電解コンデンサなどを用いればよい。
【００２５】
図３は、エージング中に電解コンデンサＣ１がショート破壊した後のＰＴＣサーミスタＰ１を流れる電流の時間変化を示したものである。電解コンデンサＣ１がショート破壊すると、バッファ用コンデンサの放電電流などによりＰＴＣサーミスタＰ１に流れる電流は急速に増大し（すなわち電解コンデンサＣ１へ大きな電流が流れ込み）、電解コンデンサＣ１の破壊の程度が増大して外観上の変化も大きくなる。時間の経過と共にＰＴＣサーミスタＰ１が発熱し、抵抗値が増加するので、ＰＴＣサーミスタＰ１を流れる電流（すなわち電解コンデンサＣ１へ流れ込む電流）は減少に転じ、ある範囲内に制限されるようになる。このため、電解コンデンサＣ１がショート破壊しても、電解コンデンサＣ１への電流の集中は長くは続かない。従って、破壊していない電解コンデンサＣ２〜Ｃｎは、直流電源１から電圧および電流が十分に供給され、再化成不足にはならない。
【００２６】
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など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もできる。このような複数の治具を用いた連続したエージングにおいても、本実施形態のエージング装置は直流電源１の直流電圧Ｖ１がエージング工程の間常時バッファ用コンデンサＣｐ１〜Ｃｐｍに印加されているので、エージング中にエージングすべき電解コンデンサにショート破壊が生じれば、常時充電されているバッファ用コンデンサＣｐ１〜Ｃｐｍのいずれかからショート破壊した電解コンデンサに大電流が瞬時にかつ効率的に一時的に流れ込み、ショート破壊した電解コンデンサの破壊の程度を的確に増大させ、外観上の変化も的確に大きくできる。
【００２７】
具体的な実施形態をあげたが、本発明はエージングすべき電解コンデンサと正の抵抗温度係数を有する抵抗素子からなる直列回路と並列に接続したバッファ用コンデンサに蓄えられている電荷により、エージング中にショート破壊したエージングすべき電解コンデンサに電流を流す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。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、エージングすべき電解コンデンサがエージング中にショート破壊したときに、該ショート破壊した電解コンデンサにバッファ用コンデンサにより大電流を流し、破壊の程度を増大させることで、電解コンデンサのアルミケースの膨れを大きくしたり、電解コンデンサの安全弁を完全に開弁するなど、ショート破壊した電解コンデンサの外観上の変化をより大きくできる。
【００２９】
また、大電流が流れ、破壊の程度が増大された後、ショート破壊した電解コンデンサに流れる電流はＰＴＣサーミスタなどによりある範囲内に自動的に制限されるので、破壊していない電解コンデンサに再化成不足を生じさせることはない。このため、エージング工程に続く選別検査工程におけるエージング中にショート破壊した電解コンデンサの目視による選別を、容易かつ高精度に行うことができるようになる。さらに、選別には熟練者を必要としなくなり、選別に要する時間も短縮され、製造コストも改善することができる。
【００３０】
また、エージング中に微小な部分がショート破壊した電解コンデンサにおいて破壊の程度をより大きくしておけば、その後のエージングによって一時的に修復されることはないので、エージング終了後に目視による選別検査を行わなくとも、電気特性上の不良として除去することも可能となる。電解コンデンサの安全弁が完全に開弁していれば、エージング工程中に自動で選別除去することもできる。
【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で用いた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３】エージング中に電解コンデンサがショート破壊した後にＰＴＣサーミスタを流れる電流の時間変化を示したグラフである。
【図４】従来の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５】電流制限器としてＰＴＣサーミスタを用いた従来の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。
【符号の説明】
１  直流電源
２，３  切換えスイッチ
Ａ１  治具
Ｃ１，Ｃ２，……，Ｃｎ，Ｃａ１，Ｃａ２，……，Ｃａ１２，Ｃｂ１，Ｃｂ２，……，Ｃｂ１２  エージングすべき電解コンデンサ
Ｃｐ１，Ｃｐ２，……，Ｃｐｍ  バッファ用コンデンサ
Ｐ１，Ｐ２，……，Ｐｎ，Ｐｂ１，Ｐｂ２，……，Ｐｂ１２  ＰＴＣサーミスタ
Ｒ，Ｒ１，Ｒ２，……，Ｒｍ  抵抗
【図１】
0004391603.tif 000002
【図２】
0004391603.tif 000003
【図３】
0004391603.tif 000004
【図４】
0004391603.tif 000005
【図５】
0004391603.tif 000006