コンデンサ付き回路
【課題】コンデンサが破壊されたり圧力弁が動作する前等に、コンデンサの機能を停止させること。
【解決手段】コンデンサ付き回路１，１０は、電力を供給するための電源２に対して直列に接続されるヒューズ３と、陽極側および陰極側の端子１４（１４ａ，１４ｂ）を備えるコンデンサ７と、コンデンサ７と並列に接続されると共に、コンデンサ７の交換時期を検出してコンデンサ７の機能を停止させる短絡路を形成するスイッチ５と、を有するものである。
【解決手段】コンデンサ付き回路１，１０は、電力を供給するための電源２に対して直列に接続されるヒューズ３と、陽極側および陰極側の端子１４（１４ａ，１４ｂ）を備えるコンデンサ７と、コンデンサ７と並列に接続されると共に、コンデンサ７の交換時期を検出してコンデンサ７の機能を停止させる短絡路を形成するスイッチ５と、を有するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサ付き回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のコンデンサの中には、二つの電極箔（陰極箔と陽極箔）間に隔離部材となるセパレータを介在させたものを巻回することで得られるコンデンサ素子を、ケースに収納する構成のものが存在する。そのようなコンデンサでは、コンデンサ素子を構成する電解液がケース外に漏れないように、ケース内部の気密性を高めている。しかし、コンデンサを長期間使用等すると、内部の電解液が分解する等によりガスが生じ、ケースの内部が異常な高圧になり、コンデンサが破裂する場合がある。
【０００３】
そこで、圧力弁として、ケース面に薄肉部を設ける場合がある。薄肉部分は、その他の部分よりも強度が低いため、ケース内部が一定圧力以上になると、先に破壊される。そのため、コンデンサが破裂する際の破裂の勢いを小さくすることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２２１８０号公報（特許請求の範囲等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１記載のタイプのコンデンサでは、ケースの内部が異常な高圧になる前に、圧力弁が破壊され、その部分から、気化した電解液等を逃がすものである。しかしながら、このように圧力弁が作動した場合、電解液のミストが発生する。ユーザは、このミストを燃焼による煙と誤解し、発火として消防署等へ通報をしてしまう。
【０００６】
そこで本発明では、コンデンサが破壊されたり圧力弁が作動する前に、コンデンサの機能を停止させることができるコンデンサ付き回路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】
【０００７】
かかる目的を達成するため、本発明のコンデンサ付き回路の１側面は、電力を供給するための電源に対して直列に接続されるヒューズと、陽極側および陰極側の端子を備えるコンデンサと、コンデンサと並列に接続されると共に、コンデンサの交換時期を検出してコンデンサの機能を停止させる短絡路を形成するスイッチと、を有するものである。
【０００８】
また、コンデンサは、コンデンサ素子と、コンデンサ素子を収納するための開口部を有するケースと、ケースの開口部を封口するための封口栓と、を備え、封口栓は、コンデンサの内部圧力が上昇することにより変形あるいは変位し、スイッチは、封口栓の変形あるいは変位により、短絡路を形成するのが好ましい。
【０００９】
また、陽極側の端子あるいは陰極側の端子の少なくともいずれか一方から離間して配置される導電体を有し、封口栓が変形あるいは変位することで、導電体が陽極側の端子と、陰極側の端子とを電気的に接続し、スイッチの短絡路を形成するのが好ましい。
【００１０】
また、コンデンサとスイッチとは、検出用コンデンサとして１の部品とされているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コンデンサが破壊されたり圧力弁が動作する前等に、コンデンサの機能を停止させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明のコンデンサ付き回路の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係るコンデンサ付き回路１の構成を示す回路図である。
【００１３】
コンデンサ付き回路１は、電源２、ヒューズ３、整流素子４、スイッチ５、動作部６およびコンデンサ７を有する。なお、スイッチ５とコンデンサ７をあわせてコンデンサ回路８という。
【００１４】
本実施の形態において、電源２は、電力を供給する交流電源である。供給された交流電流は、整流素子４にて直流に変換される。なお、交流電源を用いずに、直流電源を用いてもよい。その場合には、整流素子４がなくてもよい。
【００１５】
ヒューズ３は、定格電流以上の電流が流れると、回路を切断するデバイスである。また、ヒューズ３は、電源２に対して直列に接続されているため、ヒューズ３がオープンになると、動作部６およびコンデンサ７に流れる電流が、両方とも遮断される。ヒューズ３としては、たとえば、高温で可溶の材料から構成される金属細線を中空体内に張った構造の管形ヒューズ等を用いることができる。このようなヒューズ３は、電気回路内に置かれると、普段は金属細線が導体として振る舞う。しかし何らかの異常によって電気回路に許容電流を超える電流が流れた場合には、金属細線に大きなジュール熱が発生する。すると、そのジュール熱により金属細線が溶断される。これにより、回路全体が切断される。
【００１６】
整流素子４は、交流電流を直流電流に変換する、いわゆるＡＣ／ＤＣコンバータとして機能する。整流素子４は、たとえば、ダイオードブリッジ回路から構成される。ダイオードブリッジ回路は、４つのダイオードをブリッジ接続したものである。そのため、ダイオードブリッジ回路に入力した交流電圧は、整流された直流電圧として出力される。電源２およびヒューズ３から構成される回路は、ダイオードブリッジ回路の入力側に接続される。一方、ダイオードブリッジ回路の出力側には、スイッチ５、動作部６およびコンデンサ７から主に構成される回路が接続されている。
【００１７】
スイッチ５は、コンデンサ７に対して並列に接続される。また、スイッチ５は、コンデンサ７が正常に作動している間は、ＯＦＦの状態、すなわち、スイッチ５に電流が流れない状態である。一方、コンデンサ７の交換時期を検出すると、ＯＮの状態、すなわち、スイッチ５を介して電流が流れるような側路となる短絡路を形成する。なお、スイッチ５のＯＮあるいはＯＦＦを切替えるためのトリガは、機械的な物であっても、電気的な信号であってもよい。
【００１８】
動作部６は、電気エネルギーを消費する負荷であり、電源２によって動作する装置である。動作部６は、コンデンサ７およびスイッチ５に対して並列に接続されている。したがって、整流素子４を介して供給される直流電流は、コンデンサ７でより平滑化されて動作部６に供給されている。
【００１９】
コンデンサ７は、動作部６に供給する電流を平滑化するために、動作部６に並列に接続されている。コンデンサ７としては、どのようなコンデンサを用いてもよいが、たとえば、安価かつ大容量のアルミ電解コンデンサ等を用いることができる。
【００２０】
次に、第１の実施の形態に係るコンデンサ付き回路１の動作について説明する。
【００２１】
電源２が、交流電源を供給すると、交流電流は、整流素子４にて直流電流に変換される。また、コンデンサ７が正常な状態である場合には、スイッチ５がＯＦＦであるため、コンデンサ７で平滑化された直流電流が、動作部６に供給される。
【００２２】
一方、コンデンサ７の異常や交換時期等を検出した場合には、スイッチ５がＯＮになり、コンデンサ回路８が短絡する。したがって、スイッチ５がＯＦＦである場合よりも大電流がヒューズ３に流れる。すると、ヒューズ３の金属細線に発生するジュール熱がその大電流により大きくなり、金属細線が溶断される。すなわち、回路全体がオープンになるため、コンデンサ７のみではなく、動作部６に流れる電流も遮断される。
【００２３】
上述のようなコンデンサ付き回路１を用いると、コンデンサ７の異常または／および交換時期等を検出して、回路全体が切断される。すなわち、スイッチ５がＯＮされる時期を圧力弁が作動する前とすることで、圧力弁が破裂に至るまでコンデンサ７を用い続けるということがなくなる。また、圧力弁が破裂しないので、装置全体に電解液が付着することがない。また、従来生じていた発火による発煙と誤解されることもないため、消防署への通報も少なくなる。また、コンデンサ付き回路１が切断されて復帰不可能な状態であるため、ユーザは、コンデンサ７の交換時期を明確に知ることができる。
【００２４】
さらに、たとえば、ヒューズ３が切断され、コンデンサ付き回路１が動作しなくなった場合であって、かつ、ヒューズ３が切断されたかどうかがわかりにくいものである場合、何が原因で動作部６が動作しなくなったかがわかりにくい。このため、ヒューズ３内部の金属細線の有無を目視で確認できるヒューズ３を用いるのが好ましい。このようなヒューズ３を用いた場合には、コンデンサ７およびヒューズ３の交換時期がわかりやすいものとなる。そのようなヒューズ３としては、全光線透過率の高い材質で形成された中空体により金属細線が覆われているものが挙げられる。なぜなら、ユーザは、ヒューズ３内部の金属細線の有無を目視で確認することにより、コンデンサ７およびヒューズ３の交換時期を確認できるからである。
【００２５】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係るコンデンサ付き回路１０の構成について図２を参照しながら説明する。第２の実施の形態に係るコンデンサ付き回路１０は、第１の実施の形態にかかるコンデンサ付き回路１と電気回路的には、同様である。しかし、第２の実施の形態では、第１の実施の形態におけるコンデンサ７とスイッチ５とが、検出用コンデンサ１１として構成されている。そして、この検出用コンデンサ１１には、正極１１ａと負極１１ｂとが接続される。この結果、検出用コンデンサ１１が、コンデンサ回路８を形成することとなる。以下の説明において、第１の実施の形態に係るコンデンサ付き回路１と同様の構成には、同じ番号を付すと共に、説明を省略する。
【００２６】
図３は、第２の実施の形態における検出用コンデンサ１１の一例を示す斜視図である。なお、検出用コンデンサ１１の紙面における左右方向をそれぞれＸ１、Ｘ２方向とし、紙面奥側、手前側をそれぞれＹ１、Ｙ２方向とし、上下方向をそれぞれＺ１、Ｚ２方向として、以下では説明する。
【００２７】
第２の実施の形態に係る検出用コンデンサ１１は、中心軸がＺ方向に伸びる円柱型の電解コンデンサである。本実施の形態において、検出用コンデンサ１１は、コンデンサ本体１２と座板１３とから主に構成されている。具体的には、円柱状のコンデンサ本体１２の軸方向端部の一方を覆うように、座板１３が配置されている。さらに、座板１３のＺ１方向の面からは、コンデンサ本体１２の一部を形成する２本の端子１４ａ，１４ｂがＺ１方向へ飛び出ている。
【００２８】
図４は、図３の検出用コンデンサ１１の分解斜視図である。また、図５は、コンデンサ本体１２を図２のＷ−Ｗ線を含むＸＹ平面に垂直な平面で切断した場合の断面図である。
【００２９】
本実施の形態においてコンデンサ本体１２は、図４に示すように、ケース２１と、コンデンサ素子２２と、封口栓２３とから主に構成される。コンデンサ本体１２の側面およびＺ２方向の面は、ケース２１によって構成されている。一方、コンデンサ本体１２のＺ１方向の面は、ケース２１が外周部に露出し（図５参照）、封口栓２３がそのケース２１に囲まれた部分の内側にはめ込まれている。また、コンデンサ本体１２のＺ１方向の面、すなわち、封口栓２３のＺ１方向の面からは、コンデンサ素子２２の内部端子４１ａおよび内部端子４１ｂがＺ１方向へ延出している。また、封口栓２３の内部端子４１ａおよび内部端子４１ｂが当接する部分には、端子１４ａおよび端子１４ｂが、それぞれ配置される（図５参照）。すなわち、内部端子４１ａおよび内部端子４１ｂを除いた長さＬが、ケース２１よりもややＺ軸方向に小さいコンデンサ素子２２と、コップ形状のケース２１と、ケース２１の内周と略同径の外周を有する封口栓２３から、コンデンサ本体１２は、主に構成されている。
【００３０】
コンデンサ本体１２の半径は、６〜２０ｍｍとされ、端子１４の部分を除いた検出用コンデンサ１２のＺ軸方向の長さは、１５〜１００ｍｍとされている。しかし、これらの値に限定されるものではない。また、ケース２１の側面であって、コンデンサ素子２２と封口栓２３との間にコンデンサ本体１２の半径方向内側へ凹む、かしめ部が形成されていてもよい。
【００３１】
次に、ケース２１について説明する。
【００３２】
ケース２１は、コンデンサ素子２２を収納し、電解液等が揮発あるいは漏洩しないように密閉する役割を有する。本実施の形態では、ケース２１は、底面３１を有する円筒型であって、円形の底面３１の端部から、側面３２が底面３１に対して略垂直に設けられている。また、底面３１と対向する面には、開口部３３が形成されている。このようなケース２１の材料としては、気密性の高いものを用いることが好ましく、例えば、耐熱性、気密性および耐腐食性が高いアルミニウム製とすることが好ましい。
【００３３】
コンデンサ素子２２は、図５に示すように、ケース２１の内方に配置される。また、コンデンサ素子２２のＺ１方向端面側には、封口栓２３が配置される（図５参照）。なお、コンデンサ素子２２が備える内部端子４１ａおよび端子４１ｂ（以後、内部端子４１ａおよび内部端子４１ｂの両方を指す場合には、内部端子４１と言う。）は、封口栓２３が備える端子１４ａおよび端子１４ｂ（以後、および図面において、端子１４ａおよび端子１４ｂの両方をさす場合には、端子１４という。）に接続される。
【００３４】
次に、コンデンサ素子２２自体の構成について説明する。図６は、コンデンサ素子２２の構成を説明するための分解斜視図である。
【００３５】
コンデンサ素子２２は、内部端子４１と巻回部４２とを主に有する。また、巻回部４２は、陽極箔４３、陰極箔４４および隔離紙４５から主に構成される。
【００３６】
巻回部４２は、陽極箔４３と陰極箔４４との間に隔離部材としての隔離紙４５が介在されてなる積層体が、巻回されることで構成されている。また、巻回部４２の隔離紙４５には、電解液が浸透されている。また、陽極箔４３および陰極箔４４には、内部端子４１ａおよび内部端子４１ｂがそれぞれ接続されている。
【００３７】
陽極箔４３としては、弁金属（いわゆる、バルブメタル）を用いることが好ましいが、弁金属以外の材料を用いてもよい。陰極箔４４としては、エッチング処理を施して大表面積化したアルミニウム箔を用いることが好ましい。なお、陽極箔４３と同様に、陽極酸化により形成された酸化アルミニウム皮膜を陰極箔４４の表面に設けたものを陽極箔４３として用いてもよい。
【００３８】
隔離紙４５は、陽極箔４３と陰極箔４４とが物理的に接触しないようにするためのセパレータとして機能する。また、隔離紙４５に浸透している電解液が、エッチングにより形成された微細な凹凸に行き渡るので、電解液が浸透した隔離紙４５は、コンデンサ素子２２の陰極として機能する。隔離紙４５としては、合成繊維より生産されるものではなく、天然に産出するセルロース材料、例えばマニラ麻や草木のパルプなどを原料として製造された紙を用いることがより好ましい。天然紙は、一般に、合成紙よりも耐熱性に優れるため、隔離紙４５として用いるとより好ましいものとなる。さらに、隔離紙４５として天然紙を用いることで、合成繊維の多くに含まれているハロゲン化物から生じる、ハロゲンイオン等がコンデンサ本体１２の他の部材の腐蝕を引き起こさないため好ましい。
【００３９】
隔離紙４５に浸透させるための導電性の電解液としては、エチレングリコール，グリセリン等の多価アルコール類を主溶媒とし、これにホウ酸アンモニウム，有機酸アンモニウム等を溶質とした溶剤を用いるのが好ましい。隔離紙４５に電解液を含浸させるためには、上述の陽極箔４３と陰極箔４４との間に隔離紙４５が介在された巻回部４２を、ディップ含浸等により電解液に含浸する。なお、真空下あるいは減圧下で巻回部４２を電解液に含浸させることで、陽極箔４３、陰極箔４４および隔離紙４５の微細な凹凸に電解液が入り込みやすいものとなる。
【００４０】
この第２の実施の形態において、内部端子４１は、端子１４を陽極箔４３あるいは陰極箔４４と電気的に接続するための部材である。内部端子４１のＺ２方向側の端部は、陽極箔４３および陰極箔４４に、溶接あるいはかしめ等でそれぞれ接続されている。陽極箔４３および陰極箔４４に接続された内部端子４１は、Ｚ１方向に互いに略平行に突出し、その内部端子４１のＺ１側端部が端子１４のＺ２方向側に溶接あるいはかしめ等で接続されている。なお、内部端子４１と端子１４とが電気的に接続できる手段であれば、溶接あるいはかしめ以外の手段で接続されていてもよい。内部端子４１としては、陽極箔４３および陰極箔４４と、端子１４とを電気的に接続するために、導電性の材料が使用される。内部端子４１は、たとえば金属箔から構成される。
【００４１】
次に、封口栓２３の構成について説明する。図７は、封口栓２３の斜視図である。
【００４２】
封口栓２３は、封口栓本体５１と、コンデンサ素子２２から延出する内部端子４１に電気的に接続するための端子１４と、を主に有する。封口栓２３は、ケース２１の開口部３３を封口するために用いる。封口栓本体５１は、ケース内部の圧力が所定の圧力以上になった場合に、ケース２１内部の圧力でＺ１方向に向かって突出するように変形するような部材から構成される。さらに、封口栓本体５１としては、用いる電解液に対して不透過性の材料からなることが好ましい。
【００４３】
上述のような封口栓本体５１の材料としては、たとえば、６５〜８５ＩＲＨＤ／Ｍ（国際ゴム硬さ試験のM法で測定した測定値）の見かけ硬さを有する弾性体を用いることが好ましい。６５〜８５ＩＲＨＤ／Ｍの見かけ硬さを有する弾性体は、適度な弾力と強度を有するため、ケース２１内部の圧力が低い場合には、変形が生じにくいが、圧力弁が作動するための圧力と同等あるいは低い圧力で、封口栓２３が変形できる。たとえば、６５〜８５ＩＲＨＤ／Ｍの見かけ硬さを有する弾性体から主に構成される封口栓２３の直径が１２．５ｍｍ程度の場合、ケース２１内部の圧力が１５〜１８ｋｇ／ｃｍ２程度になると封口栓２３が変形する。また、封口栓２３の直径が４０ｍｍ程度の場合、ケース２１内部の圧力が５〜７ｋｇ／ｃｍ２程度で封口栓２３が変形する。そのような弾性体として、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、スチレンブタジエン（ＳＢＲ）、エチレンプロピレンターポリマー（ＥＰＴ）あるいはイソブチレン・イソプレンゴム（ＩＩＲ）等の弾性ゴムを用いることができる。これらの中でも特に気密性が高く、かつ電解液が蒸気として透過してしまうようなことがないイソブチレン・イソプレンゴム（ＩＩＲ）を使用することがより好ましい。イソブチレン・イソプレンゴムの中でも、より優れた耐熱性を有する加硫イソブチレン・イソプレンゴムを用いることが、とりわけ好ましい。加硫イソブチレン・イソプレンゴムとしては、例えば、イオウ加硫、キノイド加硫、樹脂加硫あるいは過酸化物加硫等の加硫イソブチレン・イソプレンゴムを用いることができる。
【００４４】
封口栓２３が有する端子１４は、封口栓本体５１をＺ軸方向に貫通する導電性の部材である。したがって、端子１４は、内部端子４１を介して陽極箔４３および陰極箔４４と電気的に接続される。また、陽極箔４３に電気的に接続されている端子１４ａは、コンデンサ付き回路１０の正極側に接続されている。一方、陰極箔４４に電気的に接続されている端子４２ｂは、コンデンサ付き回路１０の負極側に接続されている。なお、端子１４と内部端子４１とは、電気的に接続されていれば、どのような方法で接続されていても良い。たとえば、端子１４のＺ２方向側に、内部端子４１を絡げるための絡げ部を形成し、内部端子４１を端子１４に絡げてもよい。あるいは、内部端子４１と端子１４とを溶接あるいはかしめ等で接続してもよい。
【００４５】
この第２の実施の形態において、端子１４は、接続部５２、台座部５３、貫通部５４および接触部５５を主に有する。接続部５２は、Ｚ１方向に伸び、検出用コンデンサ１１の正極１１ａあるいは負極１１ｂとなり接続される部分である。また、台座部５３は、接続部５２と貫通部５４とに対して略垂直に接続される部材であり、封口栓２３のＺ１方向の面に沿って配置される部材である。また、台座部５３のＸＹ平面の面積は、貫通部５４のＺ１方向の断面よりも大きい。貫通部５４は、Ｚ１方向に伸びる円柱状の部材であって、封口栓２３が有する貫通孔５６をＺ軸方向に貫通する部分である。さらに、貫通部５４のＺ２方向側は、内部端子４１に接続される。なお、貫通部５４が、貫通孔５６に一旦挿入した後で貫通孔５６から抜け出ることがないように、貫通部５４が封口栓２３を噛み込んで朝顔状に展開できるものとすることで、いわゆるリベッティングにより貫通部５４が封口栓２３に固定されてもよい。
【００４６】
さらに、台座部５３のＸ１方向の面上には、接続部５２のＺ１方向の高さよりも低い円柱形状の接触部５５が配置されている。接触部５５は、後述の導電体６３と、Ｚ方向に重なる位置に配置され、導電体としても機能する。
【００４７】
次に、座板１３の構造について説明する。図８は、座板１３を図４の下方からＺ２方向に見た場合の斜視図である。また、図９は、座板１３の内部が見える状態にした平面図である。さらに、図１０は、検出用コンデンサ１１を図３に示すＴ−Ｔ線を含む面であって、ＸＹ平面に垂直な面で切断した場合の断面図である。
【００４８】
座板１３は、円形の天板６１、側壁６２および導電体６３を主に有する。側壁６２は、天板６１の外周部分に、天板６１に対して略垂直にＺ２方向へ立設している。側壁６２の内周は、ケース２１の外周と略同一である。そのため、座板１３は、コンデンサ本体１２のＺ１方向の端部を覆うように装着される。
【００４９】
また、座板１３において、天板６１の端子１４とＺ軸方向に重なる部分には、貫通孔６４がそれぞれ設けられている。したがって、座板１３をコンデンサ本体１２に装着すると、端子１４は、貫通孔６４を通りＺ１方向へ突出できる。
【００５０】
また、天板６１のＺ２方向側の面の外周部分には、側壁６２と隣接する回輪状の凸部６５が、Ｚ方向の高さαで形成されている。したがって、コンデンサ本体１２と座板１３とを嵌め合わせると、少なくとも、凸部６５が天板６１のＺ２方向側の面からＺ２軸方向に突出している高さαの分だけ、封口栓２３のＺ１方向の面と天板６１のＺ２方向の面との間に空隙ができる。
【００５１】
天板６１のＺ１方向の面には、溝部６６（図３参照）が設けられている。溝部６６は、２つの貫通孔６４を結ぶ線に対して、たとえば、５０度の傾きを有するように形成されている。また、溝部６６の領域には、貫通孔６７が形成されている。貫通孔６７は、２つの貫通孔６４を含む円（図９のＫで示される円）の線上あるいはその円よりも外側の領域に、その円を挟んで１８０度対称に２箇所形成されている。
【００５２】
また、座板１３のＺ２側の面には、１本の導電体６３が配置されている。導電体６３としては、たとえば、金属から主に構成される針金を用いることができる。また、導電体６３は、その中央部が座板１３の内側に配置され、その両端部が貫通孔６７，６７を通り外側に露出している。導電体６３の貫通孔６７よりも外側の部位は、溝部６６に沿うように折り曲げられ、溝部６６内に納まるように、かつ外側に露出するように配置されている。したがって、２つの貫通孔６７の間の領域において、導電体６３は、天板６１のＺ２方向側の面に露出している。
【００５３】
導電体６３のうち、天板６１のＺ２方向側に露出している部分は、端子１４の接触部５５と間隙を介して対向している。座板１３の内側の導電体６３のＺ２方向側の面と、接触部５５のＺ１方向側の面との間の最短距離βは、たとえば、約０．１ｍｍ〜２．０ｍｍである。特に、その距離が０．２〜１．０ｍｍである場合には、図２におけるスイッチ５のＯＮ／ＯＦＦを切替えやすいものとなる。すなわち、第２の実施の形態に係るコンデンサ付き回路１０では、導電体６３と接触部５５とがスイッチ５となる。
【００５４】
次に、検出用コンデンサ１１を用いたコンデンサ付き回路１０の動作について説明する。
【００５５】
検出用コンデンサ１１の天板６１と接触部５５とが接触していない状態で、電源２からコンデンサ付き回路１０に電力を供給すると、コンデンサ本体１２は、動作部６に供給される直流電流を平滑化するコンデンサとして機能する。
【００５６】
一方、検出用コンデンサ１１の周囲環境あるいは使用時間により、ケース２１および封口栓２３で密封されたコンデンサ本体１２の内部の電解液がガス化した場合には、コンデンサ本体１２の内部圧力が増加する。そのコンデンサ本体１２の内部圧力により、コンデンサ本体１２の封口栓２３が変形し、Ｚ１方向に突出する。
【００５７】
図１１は、コンデンサ本体１２の内部圧力の上昇により、封口栓２３がＺ１方向に突出した場合を示す断面図である。封口栓２３がＺ１方向に突出すると、導電体６３のＺ２方向側の面と、接触部５５のＺ１方向側の面との間に形成されている空隙の距離βが短くなる。そして、空隙の距離βがゼロ、すなわち、導電体６３を介して、陽極側の接触部５５および陰極側の接触部５５が電気的に接続されると、検出用コンデンサ１１が短絡する。すなわち、スイッチ５がＯＮの状態になる。そのため、大電流がヒューズ３に流れ、ヒューズ３の内部に配置されている金属細線が溶断されて、コンデンサ付き回路１０全体が切断される（図２参照）。
【００５８】
上述のような検出用コンデンサ１１を用いると、コンデンサ本体１２の内部圧力の上昇を検出し、スイッチ５をＯＮにすることができる。したがって、コンデンサ本体１２または封口栓２３が破壊される前にコンデンサ本体１２への通電を停止することができる。特に、コンデンサ本体１２の内部の温度等を計測するのではなく、コンデンサ本体１２の破壊の内部圧力を利用してスイッチ５が作動するため、誤作動が少ないものとすることができる。
【００５９】
また、このような検出用コンデンサ１１を用いることにより、コンデンサ本体１２の使用限界に達する前に、コンデンサ付き回路１０全体への電力の供給を遮断することができる。コンデンサ本体１２への通電を停止するだけではなく、コンデンサ付き回路１０全体への通電が停止することで、動作部６の機能も停止するため、ユーザは、コンデンサ本体１２の寿命を容易に知ることができる。
【００６０】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明は、上述の各形態に限定されることなく、種々変形した形態にて実施可能である。例えば、第１の実施の形態および第２の実施の形態において、動作部６は、１つとされているが、動作部６は、コンデンサ７に対して並列に２つ以上設けてもよい。また、コンデンサ７を複数設け、各コンデンサ７に対して動作部６を１つずつ設けてもよい。また、ヒューズ３を設けずにコンデンサ回路８に短絡が発生した時に、警告等を表示したり、またはブザーを鳴らす等の表示をするようにしてもよい。また、コンデンサ付き回路１，１０としては、電源２および動作部６のいずれか一方または両方を有さないものとしてもよい。
【００６１】
また、第２の実施の形態において、封口栓２３が変形する形態を示したが、封口栓２３以外の部材が変形するような形態であっても良い。たとえば、コンデンサ本体１２の内部圧力の増加により、ケース２１が変形あるいは膨張するような形態としてもよい。
【００６２】
また、第２の実施の形態において、コンデンサ本体１２の内部圧力により、封口栓２３が変形する形態を示したが、変形に限らない。たとえば、封口栓２３の体積が膨張する、あるいは、封口栓２３自体が押し出される等、封口栓２３のＺ１方向側の面が変位するものであればどのような方法であってもよい。さらに、封口栓２３が押し出されるような構成の場合には、封口栓２３として、弾性率の低い樹脂あるいは金属等を用いてもよい。
【００６３】
また、上述の各実施の形態では、各部品に係る寸法あるいは形状を例示しているが、例示された寸法あるいは形状等に限定されるものではない。たとえば、ケース２１は、円柱形状であるものとしているが、このような形状に限らない。例えば、コンデンサ素子２２が円柱形状でない場合には、そのコンデンサ素子２２の形状に合わせた形状として、四角柱あるいは球等様々な形状を採用できる。また、コンデンサ素子２２と異なる形状のケース２１を採用してもよい。例えば、コンデンサ素子２２が円柱形状であっても、ケース２１を直方体形状とすることもできる。しかし、ケース２１の形状をコンデンサ素子２２に沿った形状とすることで、コンデンサ７あるいはコンデンサ本体１２をより小型化できる。
【００６４】
また、第２の実施の形態では、検出用コンデンサ１１として、座板１３を有する検出用コンデンサ１１としているが、座板１３は、必須ではない。導電体６３等の導電部材１０の正極１１ａとなる陽極側の端子１４ａあるいは負極１１ｂとなる陰極側の端子１４ｂの少なくともいずれか一方から離間して配置されていると共に、封口栓２３がＺ１方向に突出した場合に、その導電体が陽極側の端子１４ａおよび陰極側の端子１４ｂを電気的に接続するような配置であれば、同様の効果を得ることができる。たとえば、図１２にて示す第１の変形例では、コンデンサ本体１２ａの各端子から他方の端子に向けて伸びる導電体７１ａおよび導電体７１ｃが、Ｚ方向に重なる位置で離間して配置されている。そのため、封口栓２３がＺ１方向に突出すると、封口栓２３に近い側の導電体７１ｂが、他方の導電体７１ａに接触するため、導電体７１ａ，７１ｂで構成されるスイッチ５がＯＮになる。
【００６５】
また、第２の実施の形態において、座板１３側に導電体６３を設けるような形態を例示したが、そのような形態に限らない。たとえば、図１３に示すように、コンデンサ本体１２ｂの封口栓２３側には、封口栓２３のＺ１方向側の面上であって、２つの端子１４の間に導電体６３ａを配置する。そして、座板１３ｃ側には、各端子１４とそれぞれ接続されている接触部８２ａおよび接触部８２ｂを、導電体８１にＺ軸方向で重なる位置に離間して配置するような形態でも良い。
【００６６】
また、上述の各実施の形態においては、いわゆるタブ端子としての内部端子４１が、端子１４に接続されてケース部材の外部に引き出されているが、このような形態に限定されない。例えば、陽極箔４３および陰極箔４４に接続されると共に、封口栓２３の外側まで引き出される、いわゆるリード端子を有するコンデンサ１，１０としてもよい。リード端子を用いた場合には、例えば、リード端子に接続されるリード線を折り曲げること等により、接触部を形成することができる。すなわち、封口栓２３が変形または変位した際に、そのリード線同士が接触部にて接触し、短絡路を形成できる。
【００６７】
また、第２の実施の形態において、座板１３に配置される導電体６３として針金状のものを例示したが、針金状のものに限らない。たとえば、金属から構成される箔若しくは層等としてもよい。また、金属に限らず、導電性の物質であれば、どのようなものを用いてもよい。しかし、その中でも、電気抵抗が小さい金属を用いることが好ましい。
【００６８】
また、第２の実施の形態にいて、検出用コンデンサ１１として、座板１３を有する検出用コンデンサ１１を例示したが、座板１３は、コンデンサ本体１２に接離可能に配置されることで、再利用できるようにしてもよい。逆に、座板１３が、コンデンサ本体１２に固着されていてもよい。座板１３が、コンデンサ本体１２に固着されている場合には、振動下などでも、より安定して用いることができるものとなる。
【００６９】
また、コンデンサ付き回路１，１０に配置するコンデンサ７あるいは検出用コンデンサ１１は、圧力弁を設けることを妨げるものではない。コンデンサ７あるいは検出用コンデンサ１１が圧力弁を有している場合には、より安全性を高めることができる。また、検出用コンデンサ１１に圧力弁を設ける場合には、圧力弁が作動する圧力よりも小さい圧力でスイッチ５がＯＮになるように、封口栓２３の材質および間隙βを調節することで対応できる。
【００７０】
また、上述の各実施の形態において、コンデンサ付き回路１，１０は、ヒューズ３を有しているが、ヒューズ３以外のデバイスであって、電流値の増大に伴い電気回路を切断する機能を有するデバイスを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るコンデンサ付き回路を示す回路図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るコンデンサ付き回路の回路図とその要部拡大図である。
【図３】図２に示すコンデンサ付き回路に用いられる検出用コンデンサの斜視図である。
【図４】図３の検出用コンデンサの分解斜視図である。
【図５】図４に示す検出用コンデンサのコンデンサ本体を図３に示すＷ−Ｗ線を含むＹ軸に垂直な面で切断した際の断面図である。
【図６】図４に示す検出用コンデンサのコンデンサ素子を説明する斜視図である。
【図７】図４に示す検出用コンデンサの封口栓および端子の斜視図である。
【図８】図４に示す検出用コンデンサの座板を裏側から見た場合の斜視図である。
【図９】図８に示す座板を裏側から見た場合の平面図である。
【図１０】図３に示す検出用コンデンサを図３に示すＴ−Ｔ線を含むＹ軸に垂直な面で切断した場合の断面図である。
【図１１】図１０に示す検出用コンデンサにおいて、スイッチがＯＮの状態を説明する断面図である。
【図１２】図３に示す検出用コンデンサの第１の変形例を説明するための断面図である。
【図１３】図３に示す検出用コンデンサの第２の変形例を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１，１０…コンデンサ付き回路
２…電源
３…ヒューズ
５…スイッチ
６…動作部
７…コンデンサ
８…コンデンサ回路
１１…検出用コンデンサ
１２…コンデンサ本体
１３…座板
１４…端子
１４ａ…陽極側の端子
１４ｂ…陰極側の端子
２１…ケース
２２…コンデンサ素子
２３…封口栓
４１…内部端子
４２…巻回部
５１…封口栓本体
５２…接続部
５３…台座部
５４…貫通部
５５…接触部
５６…貫通孔
６１…天板
６２…側壁
６３…導電体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサ付き回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のコンデンサの中には、二つの電極箔（陰極箔と陽極箔）間に隔離部材となるセパレータを介在させたものを巻回することで得られるコンデンサ素子を、ケースに収納する構成のものが存在する。そのようなコンデンサでは、コンデンサ素子を構成する電解液がケース外に漏れないように、ケース内部の気密性を高めている。しかし、コンデンサを長期間使用等すると、内部の電解液が分解する等によりガスが生じ、ケースの内部が異常な高圧になり、コンデンサが破裂する場合がある。
【０００３】
そこで、圧力弁として、ケース面に薄肉部を設ける場合がある。薄肉部分は、その他の部分よりも強度が低いため、ケース内部が一定圧力以上になると、先に破壊される。そのため、コンデンサが破裂する際の破裂の勢いを小さくすることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２２１８０号公報（特許請求の範囲等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１記載のタイプのコンデンサでは、ケースの内部が異常な高圧になる前に、圧力弁が破壊され、その部分から、気化した電解液等を逃がすものである。しかしながら、このように圧力弁が作動した場合、電解液のミストが発生する。ユーザは、このミストを燃焼による煙と誤解し、発火として消防署等へ通報をしてしまう。
【０００６】
そこで本発明では、コンデンサが破壊されたり圧力弁が作動する前に、コンデンサの機能を停止させることができるコンデンサ付き回路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】
【０００７】
かかる目的を達成するため、本発明のコンデンサ付き回路の１側面は、電力を供給するための電源に対して直列に接続されるヒューズと、陽極側および陰極側の端子を備えるコンデンサと、コンデンサと並列に接続されると共に、コンデンサの交換時期を検出してコンデンサの機能を停止させる短絡路を形成するスイッチと、を有するものである。
【０００８】
また、コンデンサは、コンデンサ素子と、コンデンサ素子を収納するための開口部を有するケースと、ケースの開口部を封口するための封口栓と、を備え、封口栓は、コンデンサの内部圧力が上昇することにより変形あるいは変位し、スイッチは、封口栓の変形あるいは変位により、短絡路を形成するのが好ましい。
【０００９】
また、陽極側の端子あるいは陰極側の端子の少なくともいずれか一方から離間して配置される導電体を有し、封口栓が変形あるいは変位することで、導電体が陽極側の端子と、陰極側の端子とを電気的に接続し、スイッチの短絡路を形成するのが好ましい。
【００１０】
また、コンデンサとスイッチとは、検出用コンデンサとして１の部品とされているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コンデンサが破壊されたり圧力弁が動作する前等に、コンデンサの機能を停止させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明のコンデンサ付き回路の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係るコンデンサ付き回路１の構成を示す回路図である。
【００１３】
コンデンサ付き回路１は、電源２、ヒューズ３、整流素子４、スイッチ５、動作部６およびコンデンサ７を有する。なお、スイッチ５とコンデンサ７をあわせてコンデンサ回路８という。
【００１４】
本実施の形態において、電源２は、電力を供給する交流電源である。供給された交流電流は、整流素子４にて直流に変換される。なお、交流電源を用いずに、直流電源を用いてもよい。その場合には、整流素子４がなくてもよい。
【００１５】
ヒューズ３は、定格電流以上の電流が流れると、回路を切断するデバイスである。また、ヒューズ３は、電源２に対して直列に接続されているため、ヒューズ３がオープンになると、動作部６およびコンデンサ７に流れる電流が、両方とも遮断される。ヒューズ３としては、たとえば、高温で可溶の材料から構成される金属細線を中空体内に張った構造の管形ヒューズ等を用いることができる。このようなヒューズ３は、電気回路内に置かれると、普段は金属細線が導体として振る舞う。しかし何らかの異常によって電気回路に許容電流を超える電流が流れた場合には、金属細線に大きなジュール熱が発生する。すると、そのジュール熱により金属細線が溶断される。これにより、回路全体が切断される。
【００１６】
整流素子４は、交流電流を直流電流に変換する、いわゆるＡＣ／ＤＣコンバータとして機能する。整流素子４は、たとえば、ダイオードブリッジ回路から構成される。ダイオードブリッジ回路は、４つのダイオードをブリッジ接続したものである。そのため、ダイオードブリッジ回路に入力した交流電圧は、整流された直流電圧として出力される。電源２およびヒューズ３から構成される回路は、ダイオードブリッジ回路の入力側に接続される。一方、ダイオードブリッジ回路の出力側には、スイッチ５、動作部６およびコンデンサ７から主に構成される回路が接続されている。
【００１７】
スイッチ５は、コンデンサ７に対して並列に接続される。また、スイッチ５は、コンデンサ７が正常に作動している間は、ＯＦＦの状態、すなわち、スイッチ５に電流が流れない状態である。一方、コンデンサ７の交換時期を検出すると、ＯＮの状態、すなわち、スイッチ５を介して電流が流れるような側路となる短絡路を形成する。なお、スイッチ５のＯＮあるいはＯＦＦを切替えるためのトリガは、機械的な物であっても、電気的な信号であってもよい。
【００１８】
動作部６は、電気エネルギーを消費する負荷であり、電源２によって動作する装置である。動作部６は、コンデンサ７およびスイッチ５に対して並列に接続されている。したがって、整流素子４を介して供給される直流電流は、コンデンサ７でより平滑化されて動作部６に供給されている。
【００１９】
コンデンサ７は、動作部６に供給する電流を平滑化するために、動作部６に並列に接続されている。コンデンサ７としては、どのようなコンデンサを用いてもよいが、たとえば、安価かつ大容量のアルミ電解コンデンサ等を用いることができる。
【００２０】
次に、第１の実施の形態に係るコンデンサ付き回路１の動作について説明する。
【００２１】
電源２が、交流電源を供給すると、交流電流は、整流素子４にて直流電流に変換される。また、コンデンサ７が正常な状態である場合には、スイッチ５がＯＦＦであるため、コンデンサ７で平滑化された直流電流が、動作部６に供給される。
【００２２】
一方、コンデンサ７の異常や交換時期等を検出した場合には、スイッチ５がＯＮになり、コンデンサ回路８が短絡する。したがって、スイッチ５がＯＦＦである場合よりも大電流がヒューズ３に流れる。すると、ヒューズ３の金属細線に発生するジュール熱がその大電流により大きくなり、金属細線が溶断される。すなわち、回路全体がオープンになるため、コンデンサ７のみではなく、動作部６に流れる電流も遮断される。
【００２３】
上述のようなコンデンサ付き回路１を用いると、コンデンサ７の異常または／および交換時期等を検出して、回路全体が切断される。すなわち、スイッチ５がＯＮされる時期を圧力弁が作動する前とすることで、圧力弁が破裂に至るまでコンデンサ７を用い続けるということがなくなる。また、圧力弁が破裂しないので、装置全体に電解液が付着することがない。また、従来生じていた発火による発煙と誤解されることもないため、消防署への通報も少なくなる。また、コンデンサ付き回路１が切断されて復帰不可能な状態であるため、ユーザは、コンデンサ７の交換時期を明確に知ることができる。
【００２４】
さらに、たとえば、ヒューズ３が切断され、コンデンサ付き回路１が動作しなくなった場合であって、かつ、ヒューズ３が切断されたかどうかがわかりにくいものである場合、何が原因で動作部６が動作しなくなったかがわかりにくい。このため、ヒューズ３内部の金属細線の有無を目視で確認できるヒューズ３を用いるのが好ましい。このようなヒューズ３を用いた場合には、コンデンサ７およびヒューズ３の交換時期がわかりやすいものとなる。そのようなヒューズ３としては、全光線透過率の高い材質で形成された中空体により金属細線が覆われているものが挙げられる。なぜなら、ユーザは、ヒューズ３内部の金属細線の有無を目視で確認することにより、コンデンサ７およびヒューズ３の交換時期を確認できるからである。
【００２５】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係るコンデンサ付き回路１０の構成について図２を参照しながら説明する。第２の実施の形態に係るコンデンサ付き回路１０は、第１の実施の形態にかかるコンデンサ付き回路１と電気回路的には、同様である。しかし、第２の実施の形態では、第１の実施の形態におけるコンデンサ７とスイッチ５とが、検出用コンデンサ１１として構成されている。そして、この検出用コンデンサ１１には、正極１１ａと負極１１ｂとが接続される。この結果、検出用コンデンサ１１が、コンデンサ回路８を形成することとなる。以下の説明において、第１の実施の形態に係るコンデンサ付き回路１と同様の構成には、同じ番号を付すと共に、説明を省略する。
【００２６】
図３は、第２の実施の形態における検出用コンデンサ１１の一例を示す斜視図である。なお、検出用コンデンサ１１の紙面における左右方向をそれぞれＸ１、Ｘ２方向とし、紙面奥側、手前側をそれぞれＹ１、Ｙ２方向とし、上下方向をそれぞれＺ１、Ｚ２方向として、以下では説明する。
【００２７】
第２の実施の形態に係る検出用コンデンサ１１は、中心軸がＺ方向に伸びる円柱型の電解コンデンサである。本実施の形態において、検出用コンデンサ１１は、コンデンサ本体１２と座板１３とから主に構成されている。具体的には、円柱状のコンデンサ本体１２の軸方向端部の一方を覆うように、座板１３が配置されている。さらに、座板１３のＺ１方向の面からは、コンデンサ本体１２の一部を形成する２本の端子１４ａ，１４ｂがＺ１方向へ飛び出ている。
【００２８】
図４は、図３の検出用コンデンサ１１の分解斜視図である。また、図５は、コンデンサ本体１２を図２のＷ−Ｗ線を含むＸＹ平面に垂直な平面で切断した場合の断面図である。
【００２９】
本実施の形態においてコンデンサ本体１２は、図４に示すように、ケース２１と、コンデンサ素子２２と、封口栓２３とから主に構成される。コンデンサ本体１２の側面およびＺ２方向の面は、ケース２１によって構成されている。一方、コンデンサ本体１２のＺ１方向の面は、ケース２１が外周部に露出し（図５参照）、封口栓２３がそのケース２１に囲まれた部分の内側にはめ込まれている。また、コンデンサ本体１２のＺ１方向の面、すなわち、封口栓２３のＺ１方向の面からは、コンデンサ素子２２の内部端子４１ａおよび内部端子４１ｂがＺ１方向へ延出している。また、封口栓２３の内部端子４１ａおよび内部端子４１ｂが当接する部分には、端子１４ａおよび端子１４ｂが、それぞれ配置される（図５参照）。すなわち、内部端子４１ａおよび内部端子４１ｂを除いた長さＬが、ケース２１よりもややＺ軸方向に小さいコンデンサ素子２２と、コップ形状のケース２１と、ケース２１の内周と略同径の外周を有する封口栓２３から、コンデンサ本体１２は、主に構成されている。
【００３０】
コンデンサ本体１２の半径は、６〜２０ｍｍとされ、端子１４の部分を除いた検出用コンデンサ１２のＺ軸方向の長さは、１５〜１００ｍｍとされている。しかし、これらの値に限定されるものではない。また、ケース２１の側面であって、コンデンサ素子２２と封口栓２３との間にコンデンサ本体１２の半径方向内側へ凹む、かしめ部が形成されていてもよい。
【００３１】
次に、ケース２１について説明する。
【００３２】
ケース２１は、コンデンサ素子２２を収納し、電解液等が揮発あるいは漏洩しないように密閉する役割を有する。本実施の形態では、ケース２１は、底面３１を有する円筒型であって、円形の底面３１の端部から、側面３２が底面３１に対して略垂直に設けられている。また、底面３１と対向する面には、開口部３３が形成されている。このようなケース２１の材料としては、気密性の高いものを用いることが好ましく、例えば、耐熱性、気密性および耐腐食性が高いアルミニウム製とすることが好ましい。
【００３３】
コンデンサ素子２２は、図５に示すように、ケース２１の内方に配置される。また、コンデンサ素子２２のＺ１方向端面側には、封口栓２３が配置される（図５参照）。なお、コンデンサ素子２２が備える内部端子４１ａおよび端子４１ｂ（以後、内部端子４１ａおよび内部端子４１ｂの両方を指す場合には、内部端子４１と言う。）は、封口栓２３が備える端子１４ａおよび端子１４ｂ（以後、および図面において、端子１４ａおよび端子１４ｂの両方をさす場合には、端子１４という。）に接続される。
【００３４】
次に、コンデンサ素子２２自体の構成について説明する。図６は、コンデンサ素子２２の構成を説明するための分解斜視図である。
【００３５】
コンデンサ素子２２は、内部端子４１と巻回部４２とを主に有する。また、巻回部４２は、陽極箔４３、陰極箔４４および隔離紙４５から主に構成される。
【００３６】
巻回部４２は、陽極箔４３と陰極箔４４との間に隔離部材としての隔離紙４５が介在されてなる積層体が、巻回されることで構成されている。また、巻回部４２の隔離紙４５には、電解液が浸透されている。また、陽極箔４３および陰極箔４４には、内部端子４１ａおよび内部端子４１ｂがそれぞれ接続されている。
【００３７】
陽極箔４３としては、弁金属（いわゆる、バルブメタル）を用いることが好ましいが、弁金属以外の材料を用いてもよい。陰極箔４４としては、エッチング処理を施して大表面積化したアルミニウム箔を用いることが好ましい。なお、陽極箔４３と同様に、陽極酸化により形成された酸化アルミニウム皮膜を陰極箔４４の表面に設けたものを陽極箔４３として用いてもよい。
【００３８】
隔離紙４５は、陽極箔４３と陰極箔４４とが物理的に接触しないようにするためのセパレータとして機能する。また、隔離紙４５に浸透している電解液が、エッチングにより形成された微細な凹凸に行き渡るので、電解液が浸透した隔離紙４５は、コンデンサ素子２２の陰極として機能する。隔離紙４５としては、合成繊維より生産されるものではなく、天然に産出するセルロース材料、例えばマニラ麻や草木のパルプなどを原料として製造された紙を用いることがより好ましい。天然紙は、一般に、合成紙よりも耐熱性に優れるため、隔離紙４５として用いるとより好ましいものとなる。さらに、隔離紙４５として天然紙を用いることで、合成繊維の多くに含まれているハロゲン化物から生じる、ハロゲンイオン等がコンデンサ本体１２の他の部材の腐蝕を引き起こさないため好ましい。
【００３９】
隔離紙４５に浸透させるための導電性の電解液としては、エチレングリコール，グリセリン等の多価アルコール類を主溶媒とし、これにホウ酸アンモニウム，有機酸アンモニウム等を溶質とした溶剤を用いるのが好ましい。隔離紙４５に電解液を含浸させるためには、上述の陽極箔４３と陰極箔４４との間に隔離紙４５が介在された巻回部４２を、ディップ含浸等により電解液に含浸する。なお、真空下あるいは減圧下で巻回部４２を電解液に含浸させることで、陽極箔４３、陰極箔４４および隔離紙４５の微細な凹凸に電解液が入り込みやすいものとなる。
【００４０】
この第２の実施の形態において、内部端子４１は、端子１４を陽極箔４３あるいは陰極箔４４と電気的に接続するための部材である。内部端子４１のＺ２方向側の端部は、陽極箔４３および陰極箔４４に、溶接あるいはかしめ等でそれぞれ接続されている。陽極箔４３および陰極箔４４に接続された内部端子４１は、Ｚ１方向に互いに略平行に突出し、その内部端子４１のＺ１側端部が端子１４のＺ２方向側に溶接あるいはかしめ等で接続されている。なお、内部端子４１と端子１４とが電気的に接続できる手段であれば、溶接あるいはかしめ以外の手段で接続されていてもよい。内部端子４１としては、陽極箔４３および陰極箔４４と、端子１４とを電気的に接続するために、導電性の材料が使用される。内部端子４１は、たとえば金属箔から構成される。
【００４１】
次に、封口栓２３の構成について説明する。図７は、封口栓２３の斜視図である。
【００４２】
封口栓２３は、封口栓本体５１と、コンデンサ素子２２から延出する内部端子４１に電気的に接続するための端子１４と、を主に有する。封口栓２３は、ケース２１の開口部３３を封口するために用いる。封口栓本体５１は、ケース内部の圧力が所定の圧力以上になった場合に、ケース２１内部の圧力でＺ１方向に向かって突出するように変形するような部材から構成される。さらに、封口栓本体５１としては、用いる電解液に対して不透過性の材料からなることが好ましい。
【００４３】
上述のような封口栓本体５１の材料としては、たとえば、６５〜８５ＩＲＨＤ／Ｍ（国際ゴム硬さ試験のM法で測定した測定値）の見かけ硬さを有する弾性体を用いることが好ましい。６５〜８５ＩＲＨＤ／Ｍの見かけ硬さを有する弾性体は、適度な弾力と強度を有するため、ケース２１内部の圧力が低い場合には、変形が生じにくいが、圧力弁が作動するための圧力と同等あるいは低い圧力で、封口栓２３が変形できる。たとえば、６５〜８５ＩＲＨＤ／Ｍの見かけ硬さを有する弾性体から主に構成される封口栓２３の直径が１２．５ｍｍ程度の場合、ケース２１内部の圧力が１５〜１８ｋｇ／ｃｍ２程度になると封口栓２３が変形する。また、封口栓２３の直径が４０ｍｍ程度の場合、ケース２１内部の圧力が５〜７ｋｇ／ｃｍ２程度で封口栓２３が変形する。そのような弾性体として、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、スチレンブタジエン（ＳＢＲ）、エチレンプロピレンターポリマー（ＥＰＴ）あるいはイソブチレン・イソプレンゴム（ＩＩＲ）等の弾性ゴムを用いることができる。これらの中でも特に気密性が高く、かつ電解液が蒸気として透過してしまうようなことがないイソブチレン・イソプレンゴム（ＩＩＲ）を使用することがより好ましい。イソブチレン・イソプレンゴムの中でも、より優れた耐熱性を有する加硫イソブチレン・イソプレンゴムを用いることが、とりわけ好ましい。加硫イソブチレン・イソプレンゴムとしては、例えば、イオウ加硫、キノイド加硫、樹脂加硫あるいは過酸化物加硫等の加硫イソブチレン・イソプレンゴムを用いることができる。
【００４４】
封口栓２３が有する端子１４は、封口栓本体５１をＺ軸方向に貫通する導電性の部材である。したがって、端子１４は、内部端子４１を介して陽極箔４３および陰極箔４４と電気的に接続される。また、陽極箔４３に電気的に接続されている端子１４ａは、コンデンサ付き回路１０の正極側に接続されている。一方、陰極箔４４に電気的に接続されている端子４２ｂは、コンデンサ付き回路１０の負極側に接続されている。なお、端子１４と内部端子４１とは、電気的に接続されていれば、どのような方法で接続されていても良い。たとえば、端子１４のＺ２方向側に、内部端子４１を絡げるための絡げ部を形成し、内部端子４１を端子１４に絡げてもよい。あるいは、内部端子４１と端子１４とを溶接あるいはかしめ等で接続してもよい。
【００４５】
この第２の実施の形態において、端子１４は、接続部５２、台座部５３、貫通部５４および接触部５５を主に有する。接続部５２は、Ｚ１方向に伸び、検出用コンデンサ１１の正極１１ａあるいは負極１１ｂとなり接続される部分である。また、台座部５３は、接続部５２と貫通部５４とに対して略垂直に接続される部材であり、封口栓２３のＺ１方向の面に沿って配置される部材である。また、台座部５３のＸＹ平面の面積は、貫通部５４のＺ１方向の断面よりも大きい。貫通部５４は、Ｚ１方向に伸びる円柱状の部材であって、封口栓２３が有する貫通孔５６をＺ軸方向に貫通する部分である。さらに、貫通部５４のＺ２方向側は、内部端子４１に接続される。なお、貫通部５４が、貫通孔５６に一旦挿入した後で貫通孔５６から抜け出ることがないように、貫通部５４が封口栓２３を噛み込んで朝顔状に展開できるものとすることで、いわゆるリベッティングにより貫通部５４が封口栓２３に固定されてもよい。
【００４６】
さらに、台座部５３のＸ１方向の面上には、接続部５２のＺ１方向の高さよりも低い円柱形状の接触部５５が配置されている。接触部５５は、後述の導電体６３と、Ｚ方向に重なる位置に配置され、導電体としても機能する。
【００４７】
次に、座板１３の構造について説明する。図８は、座板１３を図４の下方からＺ２方向に見た場合の斜視図である。また、図９は、座板１３の内部が見える状態にした平面図である。さらに、図１０は、検出用コンデンサ１１を図３に示すＴ−Ｔ線を含む面であって、ＸＹ平面に垂直な面で切断した場合の断面図である。
【００４８】
座板１３は、円形の天板６１、側壁６２および導電体６３を主に有する。側壁６２は、天板６１の外周部分に、天板６１に対して略垂直にＺ２方向へ立設している。側壁６２の内周は、ケース２１の外周と略同一である。そのため、座板１３は、コンデンサ本体１２のＺ１方向の端部を覆うように装着される。
【００４９】
また、座板１３において、天板６１の端子１４とＺ軸方向に重なる部分には、貫通孔６４がそれぞれ設けられている。したがって、座板１３をコンデンサ本体１２に装着すると、端子１４は、貫通孔６４を通りＺ１方向へ突出できる。
【００５０】
また、天板６１のＺ２方向側の面の外周部分には、側壁６２と隣接する回輪状の凸部６５が、Ｚ方向の高さαで形成されている。したがって、コンデンサ本体１２と座板１３とを嵌め合わせると、少なくとも、凸部６５が天板６１のＺ２方向側の面からＺ２軸方向に突出している高さαの分だけ、封口栓２３のＺ１方向の面と天板６１のＺ２方向の面との間に空隙ができる。
【００５１】
天板６１のＺ１方向の面には、溝部６６（図３参照）が設けられている。溝部６６は、２つの貫通孔６４を結ぶ線に対して、たとえば、５０度の傾きを有するように形成されている。また、溝部６６の領域には、貫通孔６７が形成されている。貫通孔６７は、２つの貫通孔６４を含む円（図９のＫで示される円）の線上あるいはその円よりも外側の領域に、その円を挟んで１８０度対称に２箇所形成されている。
【００５２】
また、座板１３のＺ２側の面には、１本の導電体６３が配置されている。導電体６３としては、たとえば、金属から主に構成される針金を用いることができる。また、導電体６３は、その中央部が座板１３の内側に配置され、その両端部が貫通孔６７，６７を通り外側に露出している。導電体６３の貫通孔６７よりも外側の部位は、溝部６６に沿うように折り曲げられ、溝部６６内に納まるように、かつ外側に露出するように配置されている。したがって、２つの貫通孔６７の間の領域において、導電体６３は、天板６１のＺ２方向側の面に露出している。
【００５３】
導電体６３のうち、天板６１のＺ２方向側に露出している部分は、端子１４の接触部５５と間隙を介して対向している。座板１３の内側の導電体６３のＺ２方向側の面と、接触部５５のＺ１方向側の面との間の最短距離βは、たとえば、約０．１ｍｍ〜２．０ｍｍである。特に、その距離が０．２〜１．０ｍｍである場合には、図２におけるスイッチ５のＯＮ／ＯＦＦを切替えやすいものとなる。すなわち、第２の実施の形態に係るコンデンサ付き回路１０では、導電体６３と接触部５５とがスイッチ５となる。
【００５４】
次に、検出用コンデンサ１１を用いたコンデンサ付き回路１０の動作について説明する。
【００５５】
検出用コンデンサ１１の天板６１と接触部５５とが接触していない状態で、電源２からコンデンサ付き回路１０に電力を供給すると、コンデンサ本体１２は、動作部６に供給される直流電流を平滑化するコンデンサとして機能する。
【００５６】
一方、検出用コンデンサ１１の周囲環境あるいは使用時間により、ケース２１および封口栓２３で密封されたコンデンサ本体１２の内部の電解液がガス化した場合には、コンデンサ本体１２の内部圧力が増加する。そのコンデンサ本体１２の内部圧力により、コンデンサ本体１２の封口栓２３が変形し、Ｚ１方向に突出する。
【００５７】
図１１は、コンデンサ本体１２の内部圧力の上昇により、封口栓２３がＺ１方向に突出した場合を示す断面図である。封口栓２３がＺ１方向に突出すると、導電体６３のＺ２方向側の面と、接触部５５のＺ１方向側の面との間に形成されている空隙の距離βが短くなる。そして、空隙の距離βがゼロ、すなわち、導電体６３を介して、陽極側の接触部５５および陰極側の接触部５５が電気的に接続されると、検出用コンデンサ１１が短絡する。すなわち、スイッチ５がＯＮの状態になる。そのため、大電流がヒューズ３に流れ、ヒューズ３の内部に配置されている金属細線が溶断されて、コンデンサ付き回路１０全体が切断される（図２参照）。
【００５８】
上述のような検出用コンデンサ１１を用いると、コンデンサ本体１２の内部圧力の上昇を検出し、スイッチ５をＯＮにすることができる。したがって、コンデンサ本体１２または封口栓２３が破壊される前にコンデンサ本体１２への通電を停止することができる。特に、コンデンサ本体１２の内部の温度等を計測するのではなく、コンデンサ本体１２の破壊の内部圧力を利用してスイッチ５が作動するため、誤作動が少ないものとすることができる。
【００５９】
また、このような検出用コンデンサ１１を用いることにより、コンデンサ本体１２の使用限界に達する前に、コンデンサ付き回路１０全体への電力の供給を遮断することができる。コンデンサ本体１２への通電を停止するだけではなく、コンデンサ付き回路１０全体への通電が停止することで、動作部６の機能も停止するため、ユーザは、コンデンサ本体１２の寿命を容易に知ることができる。
【００６０】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明は、上述の各形態に限定されることなく、種々変形した形態にて実施可能である。例えば、第１の実施の形態および第２の実施の形態において、動作部６は、１つとされているが、動作部６は、コンデンサ７に対して並列に２つ以上設けてもよい。また、コンデンサ７を複数設け、各コンデンサ７に対して動作部６を１つずつ設けてもよい。また、ヒューズ３を設けずにコンデンサ回路８に短絡が発生した時に、警告等を表示したり、またはブザーを鳴らす等の表示をするようにしてもよい。また、コンデンサ付き回路１，１０としては、電源２および動作部６のいずれか一方または両方を有さないものとしてもよい。
【００６１】
また、第２の実施の形態において、封口栓２３が変形する形態を示したが、封口栓２３以外の部材が変形するような形態であっても良い。たとえば、コンデンサ本体１２の内部圧力の増加により、ケース２１が変形あるいは膨張するような形態としてもよい。
【００６２】
また、第２の実施の形態において、コンデンサ本体１２の内部圧力により、封口栓２３が変形する形態を示したが、変形に限らない。たとえば、封口栓２３の体積が膨張する、あるいは、封口栓２３自体が押し出される等、封口栓２３のＺ１方向側の面が変位するものであればどのような方法であってもよい。さらに、封口栓２３が押し出されるような構成の場合には、封口栓２３として、弾性率の低い樹脂あるいは金属等を用いてもよい。
【００６３】
また、上述の各実施の形態では、各部品に係る寸法あるいは形状を例示しているが、例示された寸法あるいは形状等に限定されるものではない。たとえば、ケース２１は、円柱形状であるものとしているが、このような形状に限らない。例えば、コンデンサ素子２２が円柱形状でない場合には、そのコンデンサ素子２２の形状に合わせた形状として、四角柱あるいは球等様々な形状を採用できる。また、コンデンサ素子２２と異なる形状のケース２１を採用してもよい。例えば、コンデンサ素子２２が円柱形状であっても、ケース２１を直方体形状とすることもできる。しかし、ケース２１の形状をコンデンサ素子２２に沿った形状とすることで、コンデンサ７あるいはコンデンサ本体１２をより小型化できる。
【００６４】
また、第２の実施の形態では、検出用コンデンサ１１として、座板１３を有する検出用コンデンサ１１としているが、座板１３は、必須ではない。導電体６３等の導電部材１０の正極１１ａとなる陽極側の端子１４ａあるいは負極１１ｂとなる陰極側の端子１４ｂの少なくともいずれか一方から離間して配置されていると共に、封口栓２３がＺ１方向に突出した場合に、その導電体が陽極側の端子１４ａおよび陰極側の端子１４ｂを電気的に接続するような配置であれば、同様の効果を得ることができる。たとえば、図１２にて示す第１の変形例では、コンデンサ本体１２ａの各端子から他方の端子に向けて伸びる導電体７１ａおよび導電体７１ｃが、Ｚ方向に重なる位置で離間して配置されている。そのため、封口栓２３がＺ１方向に突出すると、封口栓２３に近い側の導電体７１ｂが、他方の導電体７１ａに接触するため、導電体７１ａ，７１ｂで構成されるスイッチ５がＯＮになる。
【００６５】
また、第２の実施の形態において、座板１３側に導電体６３を設けるような形態を例示したが、そのような形態に限らない。たとえば、図１３に示すように、コンデンサ本体１２ｂの封口栓２３側には、封口栓２３のＺ１方向側の面上であって、２つの端子１４の間に導電体６３ａを配置する。そして、座板１３ｃ側には、各端子１４とそれぞれ接続されている接触部８２ａおよび接触部８２ｂを、導電体８１にＺ軸方向で重なる位置に離間して配置するような形態でも良い。
【００６６】
また、上述の各実施の形態においては、いわゆるタブ端子としての内部端子４１が、端子１４に接続されてケース部材の外部に引き出されているが、このような形態に限定されない。例えば、陽極箔４３および陰極箔４４に接続されると共に、封口栓２３の外側まで引き出される、いわゆるリード端子を有するコンデンサ１，１０としてもよい。リード端子を用いた場合には、例えば、リード端子に接続されるリード線を折り曲げること等により、接触部を形成することができる。すなわち、封口栓２３が変形または変位した際に、そのリード線同士が接触部にて接触し、短絡路を形成できる。
【００６７】
また、第２の実施の形態において、座板１３に配置される導電体６３として針金状のものを例示したが、針金状のものに限らない。たとえば、金属から構成される箔若しくは層等としてもよい。また、金属に限らず、導電性の物質であれば、どのようなものを用いてもよい。しかし、その中でも、電気抵抗が小さい金属を用いることが好ましい。
【００６８】
また、第２の実施の形態にいて、検出用コンデンサ１１として、座板１３を有する検出用コンデンサ１１を例示したが、座板１３は、コンデンサ本体１２に接離可能に配置されることで、再利用できるようにしてもよい。逆に、座板１３が、コンデンサ本体１２に固着されていてもよい。座板１３が、コンデンサ本体１２に固着されている場合には、振動下などでも、より安定して用いることができるものとなる。
【００６９】
また、コンデンサ付き回路１，１０に配置するコンデンサ７あるいは検出用コンデンサ１１は、圧力弁を設けることを妨げるものではない。コンデンサ７あるいは検出用コンデンサ１１が圧力弁を有している場合には、より安全性を高めることができる。また、検出用コンデンサ１１に圧力弁を設ける場合には、圧力弁が作動する圧力よりも小さい圧力でスイッチ５がＯＮになるように、封口栓２３の材質および間隙βを調節することで対応できる。
【００７０】
また、上述の各実施の形態において、コンデンサ付き回路１，１０は、ヒューズ３を有しているが、ヒューズ３以外のデバイスであって、電流値の増大に伴い電気回路を切断する機能を有するデバイスを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るコンデンサ付き回路を示す回路図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るコンデンサ付き回路の回路図とその要部拡大図である。
【図３】図２に示すコンデンサ付き回路に用いられる検出用コンデンサの斜視図である。
【図４】図３の検出用コンデンサの分解斜視図である。
【図５】図４に示す検出用コンデンサのコンデンサ本体を図３に示すＷ−Ｗ線を含むＹ軸に垂直な面で切断した際の断面図である。
【図６】図４に示す検出用コンデンサのコンデンサ素子を説明する斜視図である。
【図７】図４に示す検出用コンデンサの封口栓および端子の斜視図である。
【図８】図４に示す検出用コンデンサの座板を裏側から見た場合の斜視図である。
【図９】図８に示す座板を裏側から見た場合の平面図である。
【図１０】図３に示す検出用コンデンサを図３に示すＴ−Ｔ線を含むＹ軸に垂直な面で切断した場合の断面図である。
【図１１】図１０に示す検出用コンデンサにおいて、スイッチがＯＮの状態を説明する断面図である。
【図１２】図３に示す検出用コンデンサの第１の変形例を説明するための断面図である。
【図１３】図３に示す検出用コンデンサの第２の変形例を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１，１０…コンデンサ付き回路
２…電源
３…ヒューズ
５…スイッチ
６…動作部
７…コンデンサ
８…コンデンサ回路
１１…検出用コンデンサ
１２…コンデンサ本体
１３…座板
１４…端子
１４ａ…陽極側の端子
１４ｂ…陰極側の端子
２１…ケース
２２…コンデンサ素子
２３…封口栓
４１…内部端子
４２…巻回部
５１…封口栓本体
５２…接続部
５３…台座部
５４…貫通部
５５…接触部
５６…貫通孔
６１…天板
６２…側壁
６３…導電体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を供給するための電源に対して直列に接続されるヒューズと、
陽極側および陰極側の端子を備えるコンデンサと、
上記コンデンサと並列に接続されると共に、上記コンデンサの交換時期を検出して上記コンデンサの機能を停止させる短絡路を形成するスイッチと、を有するコンデンサ付き回路。
【請求項２】
請求項１に記載のコンデンサ付き回路において、
前記コンデンサは、コンデンサ素子と、
上記コンデンサ素子を収納するための開口部を有するケースと、
上記ケースの上記開口部を封口するための封口栓と、を備え、
上記封口栓は、前記コンデンサの内部圧力が上昇することにより変形あるいは変位し、
前記スイッチは、上記封口栓の変形あるいは変位により、前記短絡路を形成することを特徴とするコンデンサ付き回路。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のコンデンサ付き回路において、
前記陽極側の端子あるいは前記陰極側の端子の少なくともいずれか一方から離間して配置される導電体を有し、
前記封口栓が変形あるいは変位することで、上記導電体が上記陽極側の端子と、
上記陰極側の端子とを電気的に接続し、前記スイッチの前記短絡路を形成することを特徴とするコンデンサ付き回路。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のコンデンサ付き回路において、
前記コンデンサと前記スイッチとは、検出用コンデンサとして１の部品とされていることを特徴とするコンデンサ付き回路。
【請求項１】
電力を供給するための電源に対して直列に接続されるヒューズと、
陽極側および陰極側の端子を備えるコンデンサと、
上記コンデンサと並列に接続されると共に、上記コンデンサの交換時期を検出して上記コンデンサの機能を停止させる短絡路を形成するスイッチと、を有するコンデンサ付き回路。
【請求項２】
請求項１に記載のコンデンサ付き回路において、
前記コンデンサは、コンデンサ素子と、
上記コンデンサ素子を収納するための開口部を有するケースと、
上記ケースの上記開口部を封口するための封口栓と、を備え、
上記封口栓は、前記コンデンサの内部圧力が上昇することにより変形あるいは変位し、
前記スイッチは、上記封口栓の変形あるいは変位により、前記短絡路を形成することを特徴とするコンデンサ付き回路。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のコンデンサ付き回路において、
前記陽極側の端子あるいは前記陰極側の端子の少なくともいずれか一方から離間して配置される導電体を有し、
前記封口栓が変形あるいは変位することで、上記導電体が上記陽極側の端子と、
上記陰極側の端子とを電気的に接続し、前記スイッチの前記短絡路を形成することを特徴とするコンデンサ付き回路。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のコンデンサ付き回路において、
前記コンデンサと前記スイッチとは、検出用コンデンサとして１の部品とされていることを特徴とするコンデンサ付き回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−９２９１０（Ｐ２０１０−９２９１０Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５８４８８（Ｐ２００８−２５８４８８）
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（０００１９００９１）ルビコン株式会社 (38)
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（０００１９００９１）ルビコン株式会社 (38)
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