JP5041289B2

JP5041289B2 - 電解コンデンサ用封口体及び該封口体を用いた電解コンデンサ

Info

Publication number: JP5041289B2
Application number: JP2007256483A
Authority: JP
Inventors: 文子高橋
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2027-09-28
Also published as: JP2009088278A

Description

本発明は、電解コンデンサ用封口体及びこの封口体を用いた電解コンデンサの改良に関するものである。

一般的に、電解コンデンサは、アルミニウムの表面をエッチング及び化成処理した陽極箔と、アルミニウムの表面をエッチングした陰極箔を、絶縁性のセパレータを介して巻回又は積層したコンデンサ素子に電解液を含浸し、これをアルミニウムや硬質樹脂等からなる有底筒状の外装ケース内に収納し、この外装ケースの開口部を封口体で封止することで構成されている。このような電解コンデンサにおいて、コンデンサ素子から引き出されたリード線は、封口体貫通用の丸棒部を備えており、封口体に設けられたリード孔内にリード線の丸棒部が挿入された状態で、外装ケースの加締め横溝を封口体の外周に押し込みゴムを上下方向に変形させリード孔を小さくする応力を発生させ、また外装ケースの開口端に縦加締めを行なうことで、外装ケースやリード線の丸棒部と、封口体との間の気密性を保持している。

このような封口構造において、封口体は電解コンデンサの性能、特に電解液の蒸発揮散に伴う劣化及び寿命に大きく影響するため、電解液に対して適切な封口体を選択することは非常に重要であり、外装ケースやリード線の丸棒部との気密性を保持する観点から、通常、封口体の材料としてはゴムが用いられている。

しかしながら、上記のような従来の電解コンデンサには、以下に述べるような問題点があった。すなわち、封止性および耐熱性が要求される電解コンデンサ用封口ゴムとしては、エチレンプロピレンターポリマー（ＥＰＤＭ）、イソブチレンイソプレンゴム（ＩＩＲ：通称ブチルゴム）、ブタジエンスチレンゴム（ＳＢＲ）が使用され、高温度下では、これらのゴム単独の封口体を使用した場合には、外部空気中の水分等が外装ケース内に侵入したり、逆に内部の電解液が外部に蒸発揮散する場合があり、コンデンサの寿命信頼性を保持することが困難であった。これらの問題を解決するため、従来は、ゴムの充填剤の種類や充填量を変えることで対応がなされていたが、ゴムの特性はポリマーの分子構造に大きく起因するため、画期的な改善は困難であった。

従って、これらの問題を解決するため、封口体を構成する弾性ゴムに対し別の樹脂等を積層する方法も提案されている。

例えば、イソブチレンイソプレンゴム単体からなる２つの弾性ゴムとその間に挟まれたポリプロピレン単体からなる樹脂層によって構成される封口体が開示されており、この封口体により電解液の漏出を完全に防止可能である旨述べられている（特許文献１）。

また、フッ素樹脂層の表面をスパッタエッチング処理し、この処理面にイソプレン−イソブチレン共重合体弾性ゴムを積層した電解コンデンサ用封口体が開示されており、この封口体により電解液の漏れが防止される旨述べられている（特許文献２）。

特開平８−３０６５９６公報号特開平７−３０７２５３号公報

しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に開示された弾性ゴムとその他樹脂層を積層した封口体を作製した場合、弾性ゴムの表面のみに樹脂層を積層すると、封口体の側面よりはがれやすくなる欠点がある。これに対して、接着強度を上げるため、弾性ゴムの表面及びその側面の一部を含めて樹脂層を貼り付けることも考えられるが、弾性ゴムの表面及その側面に樹脂層を貼り付ける際に、弾性ゴムの表面の外周端部は、ほぼ90度であるため、この外周端部によって、樹脂層が延材して薄くなる部分が生じ、また接着剤のムラが生じ、樹脂層にシワが発生し、高温下での使用では、このムラやシワにより、封口体の劣化や電解液の透過が著しくなるなどの問題が生じていた。

そこで、本発明の目的は、樹脂フィルムと弾性ゴムとの密着性が良好な封口ゴムにより、電解液の封口部位での透過を防止し、高温度下でも使用できる電解コンデンサ用封口体及び該封口体を用いた電解コンデンサを提供することにある。

上記の課題を解決した本発明の電解コンデンサ用封口体は、電解コンデンサに用いられる封口体であって、この封口体を構成する弾性ゴムの上面の外周端に、側面につながるテーパ面が設けられているとともに、該弾性ゴムの上面及びテーパ面に沿って樹脂フィルムが貼り付けられたことを特徴としている。これによると、弾性ゴムと樹脂フィルムとの接着が、このテーパ面に接着応力の集中させることができ、接着強度を高められるとともに、該テーパ面にて樹脂フィルムの伸長を小さくでき均一に弾性ゴムに貼り付けられるため、接着ムラやシワが生じることがなく、高温下での使用においても、上記樹脂フィルムによる耐熱性が確保され、信頼性の高い電解コンデンサ用封口体を提供できる。なお、前記テーパ面は、上面に対して、２０〜７０度の角度であることが好ましい。

また、前記テーパ面は、異なる角度の２段のテーパ面であることを特徴としている。これによると、樹脂フィルムの接着圧力を高めるテーパ面と、樹脂フィルムの接着ムラやシワを防止するテーパ面との２段のテーパ面とすることができ、樹脂フィルムの弾性ゴムへの接着強度が向上する。特に、前記２段のテーパ面は、弾性ゴムの上面側より、２０〜５０度の角度の第１のテーパ面と、４０〜７０度の角度の第２のテーパ面であって、第１のテーパ面の角度が第２のテーパ面の角度より小さいことが好ましい。ここでは、第１のテーパ面は、樹脂フィルムの接着ムラやシワの防止を主とし、第２のテーパ面は、樹脂フィルムの弾性ゴムへの接着圧力の向上を主としている。

また、前記樹脂フィルムの厚みは、１０μｍ〜１２０μｍであることを特徴としている。また、樹脂フィルムは、ポリプロピレン、ポリエチレンサルファイド、ポリイミド、ポリアミド、エチレンテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、液晶ポリマー及びフッ素樹脂から選択される１種以上を用いると、電解液の透過の抑制効果が高まり、且つ封口体の強度を効果的に高めることができる。また、封口ゴムを構成する弾性ゴムとしては、エチレンプロピレンターポリマー、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から選択される１種以上であることを特徴としている。

また、本発明の電解コンデンサは、コンデンサ素子と該コンデンサ素子を収容する外装ケースと、前記外装ケースの開口部を封口する封口体と、前記封口体を貫通して前記外装ケースから外部に突出するリード線とからなる電解コンデンサにおいて、上述の封口体を用いると、高温下での使用においても、上記樹脂フィルムによる耐熱性が確保され、信頼性の高い電解コンデンサ用封口体を提供できる。

本発明によれば、樹脂フィルムと弾性ゴムとの密着性が良好な封口ゴムにより、電解液の封口部位での透過を防止し、高温度下でも使用できる。

以下に、本発明に係る電解コンデンサの実施の形態について具体的に説明する。図１は本発明の電解コンデンサ用封口体を用いた電解コンデンサを示す断面図であり、図２は本発明の電解コンデンサ用封口体を示す断面図であり、図３は、本発明の電解コンデンサ用封口体の製造工程を示す断面図である。

図１に示すように、電解コンデンサ１は、以下の構成を有する。コンデンサ素子２は、アルミニウム箔の表面を粗面化し、陽極酸化皮膜を形成した陽極箔と、同様に表面を粗面化した陰極箔との任意な箇所に、封口体５のリード孔８に挿入する丸棒部４と前記陽極箔及び陰極箔と接続する平坦部を備えたリード線３を超音波溶接、ステッチ、レーザー、冷間圧接などの接続方法により接続し、この陽極箔と陰極箔の間に電気絶縁性のセパレータ（例えば、合成繊維、マニラ紙、クラフト紙など）を介在させて巻回又は積層して形成される。このコンデンサ素子２は、アルミニウム等からなる有底筒状の外装ケース８内に収納され、外装ケース８の開口部は、弾性ゴム６及び樹脂フィルム７からなる封口体５が挿入され前記外装ケースの開口部を横加締め（横溝９形成）及び縦加締めによって密封されている。なお、図中において、封口体５にはリード孔８が設けられており、このリード孔８内にリード線３の丸棒部４が位置するように構成され、コンデンサ素子２からリード線３が導出されている。

ここで、封口体５は、エチレンプロピレンターポリマー（ＥＰＤＭ）又はイソブチレンイソプレンゴム（ＩＩＲ：通称ブチルゴム）などの弾性ゴム６と、ポリプロピレン、ポリエチレンサルファイド、ポリイミド、アラミドやナイロン等のポリアミド、液晶ポリマー、ポリエチレンテレフタレート、エチレンテトラフルオロエチレン及びポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂などから選択される樹脂フィルム７とからなり、この樹脂フィルム７が弾性ゴム６の表面に積層されている。樹脂フィルム７としては、アラミド、ポリエチレンテレフタレート、エチレンテトラフルオロエチレンが好ましい。各樹脂フィルム７の厚さは、５μｍ〜１２０μｍが好ましい。

封口体５は、図２に示すように、外装ケース８の開口端の形状と同様に円柱状に形成されており、封口体５の弾性ゴム６の電解コンデンサ１の外部（上面１５）側には、樹脂フィルム７が貼り付けられている。この弾性ゴム６は、その上面１５の外周端に、側面１６につながる２段のテーパ面１７、１７’が設けられており、樹脂フィルム７は、この弾性ゴム６の上面１５及び２段のテーパ面１７、１７’に沿って積層されている。この２段のテーパ面は、弾性ゴム６の上面１５より、第１のテーパ面１７、第２のテーパ面１７’が形成されており、第１のテーパ面１７は、弾性ゴム６の上面１５より、２０〜５０度の角度をもって形成され、また第２のテーパ面１７’は、弾性ゴム６の上面１５より、４０〜７０度の角度をもって形成され、この第１のテーパ面１７は第２のテーパ面１７’より、小さい角度となっている。なお、樹脂フィルム７は、図１に示すように、弾性ゴム６の側面の外装ケース８の開口部の横溝９にかからないように形成すると好ましい。

次に、本発明の封口体５の製造方法を説明する。
図３に示すように、成型金型Ｂ上に、未加硫ゴムからなる弾性ゴム６、樹脂フィルム７を順次載置する。この樹脂フィルム７は、未加硫ゴムとの接着性を向上させるため、予めコロナ放電処理、プラズマ放電処理、紫外線照射処理、下塗り材塗布法、エキシマレーザー処理、金属ナトリウム処理、スパッタエッチング処理などの表面処理が施されている。その他にも樹脂フィルム７の表面に各種接着剤を塗布でき、接着剤としては、ＦＥＰやＰＦＡ等があげられる。未加硫ゴムには、マイカ、タルク、クレー（焼成クレー）、カーボンブラック等の添加剤、および加硫剤が配合され、この加硫剤としては、硫黄加硫剤、樹脂加硫剤、過酸化物加硫剤があげられる。

成型金型Ｂは、封口体５を圧入する凹部１０を備えている。また、この成形金型Ｂ上に載置された封口体５の上部には、成形金型Ａが配置され、この成形金型Ａは、封口体５を圧入する凹部１０を備え、この凹部１０内にリード線３の貫通孔を形成するピン１４が形成されている。なお、このピン１４は、成形金型Ｂ側に設けてもよい。樹脂フィルム７側の成形金型Ａの凹部１０には、底面１１の外周端より、第１のテーパ面１３および第２のテーパ面１３’が形成されている。この二段のテーパ面は、断面視直線状、曲面状であってもよい。この第１のテーパ面１３は、凹部の底面より、２０〜５０度の角度をもって形成され、また第２のテーパ面１３’は、凹部の底面より、４０〜７０度の角度をもって形成され、この第１のテーパ面１３は第２のテーパ面１３’より、小さい角度となっている。

この成型金型Ｂ上に載置された封口体５を、その上部より成型金型Ａによって矢印方向に加圧及び加熱しながら成型金型Ａ及び成形金型Ｂの凹部１０に封口体５を圧入すると、未加硫ゴムに配合された加硫剤によって未加硫ゴムが加硫されるとともに、未加硫ゴムと樹脂フィルム７が接着剤によって一体化される。この際に、成型金型Ａの凹部１０における、底面１１及び２段のテーパ面１３、１３’に沿って、未加硫ゴム及び樹脂フィルム７が圧縮成形され、接着剤は、このテーパ面によって、ムラ無く伸び、また樹脂フィルム７も同様にシワ無く弾性ゴム６上に一体化されるとともに、テーパ面１３’に接着応力が集中して樹脂フィルムの弾性ゴムへの接着強度が高められる。そして、図２に示すように、外周端にテーパ面１７、１７’が形成された封口体５が形成される。このように、成形金型Ａの底面に設けられたテーパ面に沿って弾性ゴム６及び樹脂フィルム７が圧縮されるため、このテーパ面への樹脂フィルム７の接着応力を集中させて、弾性ゴム６と樹脂フィルム７との接着強度を高めることができ、かつ弾性ゴム６の外周端による樹脂フィルム７の伸長を小さくでき、接着剤のムラや、樹脂フィルム７の圧延シワが生じにくく、高温下での使用においても、上記樹脂フィルムによる耐熱性が確保され、信頼性の高い電解コンデンサ用封口体を提供できる。

この封口体５は、外装ケース８に電解液が含浸されたコンデンサ素子２を収納した外装ケース８の開口部に挿入され、加締めによって封口される。封口体５のリード孔８に、コンデンサ素子２のリード線３の丸棒部４を挿入した状態で、外装ケース８を横加締めによって封口体５の外周を押し込みゴムを上下方向に変形させてリード孔８を小さくする応力を発生させてリード孔８を密封し、また外装ケース８の開口端に縦加締めを行うことで、図１に示すように、外装ケース８と封口体５との間の封口がなされる。

なお、封口体のテーパ面として、二段のテーパ面を例示したが、本発明はこれに限らず、１のテーパ面を用いることもでき、この場合は、封口体の外周端に、封口体の上面より、２０〜７０度の角度をもって形成される。なお、この封口体を形成する際の成形金型としては、上述の成形金型Ａにおいて、凹部の底面の外周端より、１のテーパ面を形成したものを用いればよい。

以下、実施例を用いて本発明の効果を確認する。

（実施例）
厚さ２ｍｍの未加硫ゴム（ブチルゴム）の上に、シランカップリング剤を塗布した厚さ２０μｍのエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）フィルムを配し、積層体を形成する。この積層体を成型金型Ｂ上に配置し、底面より側面につながる２段のテーパ面を設けた凹部を備えた成型金型Ａにて加圧及び加熱して該未加硫ゴムを加硫させるとともにＥＴＦＥフィルムと一体化せしめ、封口体を形成した。これにより、この封口体は、その外周端に側面につながる第１のテーパ面及び第２のテーパ面が設けられ、ＥＴＦＥフィルムが、該封口体の上面、第１のテーパ面及び第２のテーパ面に形成される。エチレングリコールとスルホランを含む電解液を用い、コンデンサ素子をアルミニウムからなる外装ケースに収納するとともに、この開口部をＥＴＦＥフィルムが電解コンデンサの外部側になるように前記封口体を用いて密封して電解コンデンサを作成した。

（比較例）
実施例におけるＥＴＦＥフィルムを、弾性ゴムの表面のみに形成し（成形金型Ｂの凹部には、テーパ面無し）、その他は実施例１と同様である。

（従来例）
比較例におけるＥＴＦＥフィルムがない、ブチルゴム単体からなる封口体を用い、その他は実施例２と同様である。

この作成した実施例、比較例及び従来例の電解コンデンサを、１５０℃雰囲気下で、３０００時間放置し、電解コンデンサの重量変化量を測定したところ、図３に示すような結果が得られた。

図３から明らかなように、実施例１の電解コンデンサについては、３０００時間経過後も、比較例及び従来例に比べて電解コンデンサの重量変化量が少なく、したがって電解液の保持量の減少も小さいことがわかる。これに対して、ＥＴＦＥフィルムを貼り付けていない従来例では、電解コンデンサの重量変化量が多きく、電解液の保持量が大きく減少していることが分かる。またＥＴＦＥフィルムを貼り付けた比較例においても、１０００時間時点にて、樹脂フィルムの一部に膨れが生じ、これ以後は電解コンデンサの重量変化量が急激に増え、電解液の保持量も減少していることが分かった。

本発明の電解コンデンサ用封口体を用いた電解コンデンサを示す断面図である。本発明の電解コンデンサ用封口体を示す断面図である。本発明の電解コンデンサ用封口体の製造工程を示す断面図である。実施例、比較例、従来例の電解コンデンサの重量変化を示す表である。

符号の説明

１電解コンデンサ
２コンデンサ素子
３リード線
４丸棒部
５封口体
６弾性ゴム
７樹脂フィルム
８外装ケース
９横溝
１０凹部
１１底面
１２側面
１３、１３’ テーパ面
１４ピン
１５封口体上面
１６封口体側面
１７、１７’ 封口体テーパ面
Ａ成形金型
Ｂ成形金型

Claims

電解コンデンサに用いられる封口体であって、
この封口体を構成する弾性ゴムの上面の外周端に、弾性ゴムの上面に対して２０〜７０度の角度で形成されて側面につながるテーパ面が設けられているとともに、該弾性ゴムの上面及びテーパ面に沿って樹脂フィルムが貼り付けられた電解コンデンサ用封口体。
前記テーパ面は、異なる角度の２段のテーパ面である請求項１に記載の電解コンデンサ用封口体。
前記２段のテーパ面は、弾性ゴムの上面側より、２０〜５０度の角度の第１のテーパ面と、４０〜７０度の角度の第２のテーパ面であって、第１のテーパ面の角度が第１のテーパ面の角度より小さい請求項２に記載の電解コンデンサ用封口体。
前記樹脂フィルムの厚みは、１０μｍ〜１２０μｍである請求項１乃至３に記載の電解コンデンサ用封口体。
前記樹脂フィルムは、ポリプロピレン、ポリエチレンサルファイド、ポリイミド、ポリアミド、エチレンテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、液晶ポリマー、フッ素樹脂から選択される１種以上である請求項１乃至４に記載の電解コンデンサ用封口体。
前記弾性ゴムは、エチレンプロピレンターポリマー、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から選択される１種以上である請求項１乃至５に記載の電解コンデンサ用封口体。
コンデンサ素子と該コンデンサ素子を収容する外装ケースと、前記外装ケースの開口部を封口する封口体と、前記封口体を貫通して前記外装ケースから外部に突出するリード線とからなる電解コンデンサにおいて、前記外装ケースの開口部を封口する封口体が、前記請求項１乃至６に記載の電解コンデンサ用封口体である電解コンデンサ。