固体電解コンデンサ
【課題】過大な短絡電流がコンデンサ素子に流れコンデンサ素子が発熱しても、発熱によりコンデンサ素子が破損するのを抑制する。
【解決手段】陽極２と、陽極２の表面に形成された誘電体層３と、誘電体層３表面に形成された陰極層４，５，６と、陽極２、誘電体層３、及び陰極層４，５，６から構成されるコンデンサ素子１１を覆う樹脂外装体９と、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換素子１２とを備え、コンデンサ素子１１からの熱エネルギーを変換することによりエネルギー変換素子１２から発生する電圧によって、コンデンサ素子１１に印加される電圧が低減されるように、エネルギー変換素子１２がコンデンサ素子１１に電気的に接続されていることを特徴としている。
【解決手段】陽極２と、陽極２の表面に形成された誘電体層３と、誘電体層３表面に形成された陰極層４，５，６と、陽極２、誘電体層３、及び陰極層４，５，６から構成されるコンデンサ素子１１を覆う樹脂外装体９と、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換素子１２とを備え、コンデンサ素子１１からの熱エネルギーを変換することによりエネルギー変換素子１２から発生する電圧によって、コンデンサ素子１１に印加される電圧が低減されるように、エネルギー変換素子１２がコンデンサ素子１１に電気的に接続されていることを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁作用金属またはその合金からなる陽極を用いた固体電解コンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体電解コンデンサは、パソコン、携帯電話等の各種携帯情報端末、デジタルカメラ等の各種映像情報機器、その他の電子機器等において、ＣＰＵの電源回路、その周辺回路等に組み込まれて使用されている。
【０００３】
しかしながら、万一の誤接続や故障の際には、大きな短絡電流がコンデンサ素子に流れ、コンデンサ素子が発熱することで、周辺の部品やプリント基板を破損するおそれがあった。
【０００４】
特許文献１においては、コンデンサ素子と端子の間にヒューズを接続し、ヒューズを外装樹脂内に封入した、いわゆるヒューズ内蔵型の固体電解コンデンサが提案されている。このようなヒューズ内蔵型の固体電解コンデンサにおいては、コンデンサ素子と端子の間にヒューズを設置することにより、過大な短絡電流がコンデンサ素子に流れた際に、電気回路を開放させて電流を遮断し、固体電解コンデンサからの発熱による周辺部品やプリント基板の破損を防止することができる。
【特許文献１】特開２００１−１７６３７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のヒューズ内蔵型の固体電解コンデンサは、コンデンサ素子の温度上昇による他の部品への悪影響を防止するものであり、固体電解コンデンサ自体の破損を抑制することができるものではなかった。
【０００６】
本発明の目的は、過大な短絡電流がコンデンサ素子に流れコンデンサ素子が発熱しても、発熱によりコンデンサ素子が破損するのを抑制することができる固体電解コンデンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に従う第１の局面の固体電解コンデンサは、陽極と、陽極表面に形成された誘電体層と、誘電体層表面上に形成された陰極層と、陽極、誘電体層、及び陰極層から構成されるコンデンサ素子を覆う樹脂外装体と、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換素子とを備え、コンデンサ素子からの熱エネルギーを変換することによりエネルギー変換素子から発生する電圧によって、コンデンサ素子に印加される電圧が低減されるように、エネルギー変換素子がコンデンサ素子に電気的に接続されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明の第１の局面においては、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換素子が設けられており、このエネルギー変換素子から発生する電圧によって、コンデンサ素子に印加される電圧が低減されるようにエネルギー変換素子がコンデンサ素子に電気的に接続されている。
【０００９】
このため、コンデンサ素子に過大な短絡電流が流れ、コンデンサ素子が発熱した際、コンデンサ素子からの熱エネルギーをエネルギー変換素子によって電気エネルギーに変換し、エネルギー変換素子から発生した電圧を、コンデンサ素子への逆電圧としてコンデンサ素子に印加し、コンデンサ素子に印加される電圧を低減することができる。
【００１０】
本発明の第１の局面によれば、過大な短絡電流がコンデンサ素子に流れコンデンサ素子が発熱しても、発熱によりコンデンサ素子が破損するのを抑制することができる。
【００１１】
本発明の第１の局面に用いるエネルギー変換素子としては、ゼーベック効果を利用した熱発電素子が挙げられる。
【００１２】
本発明に従う第２の局面の固体電解コンデンサは、陽極と、陽極表面に形成された誘電体層と、誘電体層表面に形成された陰極層と、陽極、誘電体層、及び陰極層から構成されるコンデンサ素子を覆う樹脂外装体と、電気エネルギーを熱エネルギーに変換するエネルギー変換素子とを備え、エネルギー変換素子によって、コンデンサ素子が冷却されるように、エネルギー変換素子がコンデンサ素子に電気的に接続されていることを特徴としている。
【００１３】
本発明の第２の局面においては、電気エネルギーを熱エネルギーに変換するエネルギー変換素子が設けられており、このエネルギー変換素子に電流を流すことにより、コンデンサ素子が冷却されるように、エネルギー変換素子がコンデンサ素子に電気的に接続されている。このため、過大な短絡電流がコンデンサ素子に流れた際、短絡電流の少なくとも一部をエネルギー変換素子に流すことにより、電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、エネルギー変換素子によりコンデンサ素子を冷却することができる。このため、本発明の第２の局面によれば、過大な短絡電流がコンデンサ素子に流れコンデンサ素子が発熱しても、発熱によりコンデンサ素子が破損するのを抑制することができる。
【００１４】
本発明の第２の局面に用いるエネルギー変換素子は、ペルチェ効果を利用した電子冷却素子が挙げられる。
【００１５】
以下、本発明の第１の局面及び第２の局面に共通する事項については、「本発明」として説明する。
【００１６】
本発明において、エネルギー変換素子は、コンデンサ素子と電気的に並列に接続されていてもよいし、直列に接続されていてもよい。コンデンサ素子とエネルギー変換素子を電気的に並列に接続する場合、コンデンサ素子からの発熱を感知してエネルギー変換素子に通電するスイッチング手段を設けてもよい。このようなスイッチング手段としては、例えば、バイメタルを用いたサーモスタットなどが挙げられる。このようなスイッチング手段を用いることにより、コンデンサ特性を維持しつつ、過大な短絡電流によりコンデンサ素子が破損するのを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、過大な短絡電流がコンデンサ素子に流れコンデンサ素子が発熱しても、発熱によりコンデンサ素子が破損するのを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の固体電解コンデンサを具体的な実施形態により説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の局面に従う一実施形態の固体電解コンデンサを示す概略断面図である。
【００２０】
本実施例の固体電解コンデンサ１０は、図１に示すように、コンデンサ素子１１と、陽極端子７と、陰極端子８と、樹脂外装体９と、エネルギー変換素子１２から構成されている。コンデンサ素子１１は、陽極２の上に誘電体酸化被膜からなる誘電体層３、電解質層としての導電性高分子層４、カーボン層５及び銀ペースト層６をこの順序で積層して形成されている。陽極２には、陽極リード線１が埋設されており、陽極リード線１に陽極端子７が溶接されている。銀ペースト層６には、陰極端子８が接続されている。電解質層４、カーボン層５及び銀ペースト層６から陰極層が構成されている。コンデンサ素子１１は、エポキシ樹脂等からなる樹脂外装体９で被覆されている。
【００２１】
図２は、図１に示す固体電解コンデンサを示す平面図である。図２は、図１の上方向から見た状態を示しており、内部の構造が分かりやすいように、樹脂外装体９の上方部分を除去した状態で示している。
【００２２】
図１及び図２に示すように、コンデンサ素子１１の外周面に設けられた陰極端子８の上に、固定部材１３を介してエネルギー変換素子１２が設けられている。固定部材１３は、例えば、ＧＥ東芝シリコーン製のシリコン樹脂（ＴＳＥ３０７０）などの耐熱性樹脂から形成されている。この固定部材１３を陰極端子８の上に設け、固定部材１３にエネルギー変換素子１２を取り付けることにより、エネルギー変換素子１２をコンデンサ素子１１上に固定している。コンデンサ素子とエネルギー変換素子との間には、樹脂外装体９が介在する。
【００２３】
本実施例においては、エネルギー変換素子１２として、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換素子を用いている。具体的には、エネルギー変換素子１２として、ゼーベック効果を利用した熱発電素子を用いる。エネルギー変換素子１２は、一端と他端とを有する２種類の金属を有し、該一端が接続部により接続されることで２種類の金属が接続されている。また、２種類の金属各々の他端部は、エネルギー変換素子１２内部の配線によりエネルギー変換素子１２の端子と電気的に接続されている。そして、エネルギー変換素子１２は、接合部と他端部とにおける温度差によりゼーベック効果による熱起電力を生じさせる。
【００２４】
本実施例では、図１に示すように、エネルギー変換素子１２として２種類の金属の接続部側が一主面Ａ１側、他端部側が他主面Ｂ１側となるものを用い、一主面Ａ１がコンデンサ素子側となるようエネルギー変換素子１２を配した。よって、コンデンサ素子１１が発熱した場合、一主面Ａ１で検知された高い温度と、他主面Ｂ１で検知された低い温度の差から熱起電力が発生し、エネルギー変換素子１２の端子間に電圧が生じる。なお、エネルギー変換素子１２に、２種類の金属の組み合わせを複数組内蔵させ、接続させることにより、熱起電力による電圧を調整することができる。
【００２５】
また、コンデンサ素子１１からの熱エネルギーにより発生した前述の電圧によって、コンデンサ素子１１に印加される電圧が低減されるように、エネルギー変換素子１２がコンデンサ素子１１に電気的に接続されている。具体的には、図１に示すようにエネルギー変換素子１２の一方端子が、コンデンサ素子１１の陽極端子７と接続部材１４によって電気的に接続しており、エネルギー変換素子１２の他方端子が、接続部材１５によって、コンデンサ素子１１の陰極端子８と電気的に接続されている。これによって、コンデンサ素子１１の陽極端子７にエネルギー変換素子１２からのマイナスの電圧が印加され、陰極端子８に、エネルギー変換素子１２からのプラスの電圧が印加される。このように電圧が印加されることで、コンデンサ素子１１には逆電圧が印加される。
【００２６】
樹脂外装体９は、エネルギー変換素子１２の他主面Ｂ１が露出するように、コンデンサ素子１１と共に、エネルギー変換素子１２の他主面Ｂ１を覆うように形成されている。エネルギー変換素子１２の他主面Ｂ１を露出させているのは、本実施例においては、熱発電素子の起電力は素子の温度差に依存するため、他主面Ｂ１を外気で冷却することにより、一主面Ａとの温度差を大きくし、熱発電素子における発電効率を向上させるためである。コンデンサ素子で発生した熱は、コンデンサ素子とエネルギー変換素子との間に介在する樹脂外装体９を介して一主面Ａ１に伝わる。
【００２７】
陽極２は、弁作用金属またはその合金から形成されている。弁作用金属またはその合金としては、タンタル、ニオブ、チタン、アルミニウム等の金属の単体または合金を例示することができる。陽極２の形態としては、多孔質焼結体や、箔状の基体であってもよく、特に限定されるものではない。本実施例においては、ニオブ粉末を陽極形状にプレス成型した後、減圧及び高温下で焼結することにより作製した多孔質焼結体を用いている。このような多孔質焼結体は、比表面積が大きいため、コンデンサの容量を高めることができる。
【００２８】
誘電体層３は、特に限定されるものではないが、例えば、陽極２の表面をリン酸等の水溶液中で陽極酸化させることにより形成することができる。本実施例では、陽極２として、ニオブの多孔質焼結体を用いており、誘電体層３としては、酸化ニオブを主体とした被膜が形成されている。
【００２９】
導電性高分子層４は、固体電解質層として用いられるものであり、導電性を有するものであれば、特に制限されるものではないが、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン等は特に導電性が高いため好ましく用いられる。導電性高分子は、１種類を単独で用いてもよいし、複数の種類を併用して用いてもよい。また、導電性高分子層４は、単一層であってもよく、複数の層を積層した構造を有していてもよい。複数層を積層した構造を有する場合、各層の導電性高分子層は同じ種類のものであってもよいし、異なる種類のものであってもよい。本実施例においては、ポリピロールを用いた単一層で導電性高分子層４を形成している。
【００３０】
図７は、本実施例の固体電解コンデンサの等価回路を示している。エネルギー変換素子１２は、コンデンサ素子１１と電気的に並列に接続されており、コンデンサ素子１１の陽極端子にエネルギー変換素子１２のマイナス側を接続し、コンデンサ素子１１の陰極端子にエネルギー変換素子１２のプラス側を接続している。
【００３１】
コンデンサ素子１１に短絡電流が流れた際、ジュール熱によりコンデンサ素子１１が発熱し、その熱が電流を流れ易くすることから、コンデンサ素子１１の発熱量がさらに大きくなり素子の破損を生じる場合がある。本発明によれば、コンデンサ素子１１からの熱エネルギーをエネルギー変換素子１２により電圧に変換し、この電圧をコンデンサ素子１１への逆電圧としてコンデンサ素子１１に印加できる。このため、コンデンサ素子１１に印加される電位差が低減され、コンデンサ素子１１に流れる電流を抑制できるためコンデンサ素子１１の発熱を抑制することができる。
【００３２】
よって、過大な短絡電流がコンデンサ素子１１に流れた場合であっても、エネルギー変換素子１２によってジュール熱を低減することができるため、コンデンサ素子１１の発熱の抑制が可能となりコンデンサ素子１１の破損を抑制すこことができる。
【００３３】
以下、本実施例の固体電解コンデンサの製造工程を説明する。
【００３４】
〔ステップ１〕
平均粒子径２μｍのニオブ金属の粉末を焼結し、得られた多孔質焼結体を陽極２として用いた。なお、焼結する際、陽極リード線１となるニオブ線材を焼結体の中心に配置し、多孔質焼結体内にニオブ線材が埋設されるようにして焼結した。
【００３５】
得られた陽極２を、６０℃に保持した０．５重量％のリン酸水溶液中において、１０Ｖの定電圧で８時間陽極酸化させ、陽極２の表面に酸化ニオブからなる誘電体層３を形成した。なお、陽極２は、多孔質体であるので、その内部の表面上にも誘電体層３が形成されている。
【００３６】
〔ステップ２〕
次に、誘電体層３の表面上を被覆するように、ポリピロールからなる導電性高分子層４を化学重合等により形成した。
【００３７】
〔ステップ３〕
次に、導電性高分子層４の上にカーボンペーストからなるカーボン層５及び銀ペーストからなる銀ペースト層６を順次形成し、陰極層を形成した。また、導電性接着剤を介して銀ペースト層６の上に陰極端子８を接続した。また、陽極端子７を陽極リード線１に溶接して接続した。
【００３８】
〔ステップ４〕
エネルギー変換素子１２として、幅が約２．５ｍｍ、長さが約５ｍｍ、厚さが約２．６ｍｍであるゼーベック効果を利用したＢｉ−Ｔｅ系の熱発電素子（東北岡野エレクトロニクス社製）を用いた。このエネルギー変換素子１２を、陰極端子８から１ｍｍの距離となるように、耐熱性樹脂（ＧＥ東芝シリコーン製のシリコン樹脂（ＴＳＥ３０７０））からなる固定部材１３により取り付けた。次に、エネルギー変換素子１２のプラス側端子に接続部材１５を用いて陰極端子８を接続し、エネルギー変換素子１２のマイナス側端子に接続部材１４を用いて陽極端子７を接続した。接続部材１４及び１５としては、厚さ０．５ｍｍのニッケル箔を１〜２ｍｍの幅に切断したものを用い、これらの接続部材１４及び１５は、半田付けによりエネルギー変換素子１２並びに陽極端子７及び陰極端子８に取り付けた。
【００３９】
〔ステップ５〕
次に、コンデンサ素子１１及びエネルギー変換素子１２のコンデンサ素子１１側の部分を覆うように、モールド成形により、エポキシ樹脂からなる樹脂外装体９を形成した。エネルギー変換素子の他主面Ｂ１が樹脂外装体９から露出するように、樹脂外装体９を形成した。本実施例においては、エネルギー変換素子の他主面Ｂ１を含む一部が樹脂外装体９から１ｍｍ程度露出するように樹脂外装体を形成した。
【００４０】
以上のようにして、本実施例の固体電解コンデンサを２０個作製した。
【００４１】
（実施例２）
図３は、本発明の第１の局面に従う固体電解コンデンサの他の実施形態を示す概略断面図である。
【００４２】
本実施例においては、エネルギー変換素子１２の一方端子と陽極端子７の間にサーモスタット１７を設けている。サーモスタット１７は、コンデンサ素子１１からの発熱を感知して、エネルギー変換素子に電流を流すためのスイッチング手段である。
【００４３】
内部抵抗が低いエネルギー変換素子１２をコンデンサ素子に並列に接続した場合、電流がエネルギー変換素子１２に流れ、固体電解コンデンサに電荷が蓄積され難くなる可能性がある。よって、本実施例ではサーモスタットを設けることで、コンデンサ素子の温度が上昇した場合を除き、エネルギー変換素子１２に電流が流れないため、固体電解コンデンサに電荷が蓄積される。
【００４４】
具体的には、上記実施例１の〔ステップ４〕において、サーモスタット１７の一方端子を陽極端子７に接続し、サーモスタット１７の他方端子を接続部材１４でエネルギー変換素子１２の一方端子と接続した。本実施例では、サーモスタット１７近傍において、１２０℃に温度上昇した際に、エネルギー変換素子１２に電流が流れるように調整した。従って、本実施例において、サーモスタット１７は、１２０℃に加熱されると、エネルギー変換素子１２に電流を流す。これにより、エネルギー変換素子１２は、コンデンサ素子１１からの熱エネルギーを電気エネルギーに変換して、陽極端子７と陰極端子８の間に、これらの端子間の電圧を低減する逆の電圧を印加する。
【００４５】
その他の構成は、実施例１と同様にして作製した。
【００４６】
以上のようにして、本実施例の固体電解コンデンサを２０個作製した。
【００４７】
図８は、本実施例の固体電解コンデンサの等価回路を示している。図８に示すように、コンデンサ素子１１にエネルギー変換素子１２を電気的に並列に接続しており、コンデンサ素子１１の陽極端子とエネルギー変換素子１２のマイナス側との間にサーモスタット１７を配置している。
【００４８】
（実施例３）
図４は、本発明の第１の局面に従うさらに他の実施形態の固体電解コンデンサを示す概略断面図である。
【００４９】
上記実施例１及び実施例２の固体電解コンデンサにおいては、エネルギー変換素子１２と、コンデンサ素子１１とを電気的に並列に接続している。本実施例においては、エネルギー変換素子１２と、コンデンサ素子１１とを電気的に直列に接続している。
【００５０】
図４に示すように、エネルギー変換素子１２を、コンデンサ素子１１の外周面の上に、固定部材１３を介して取り付け、エネルギー変換素子１２の一方端子を、コンデンサ素子１１の外周面の銀ペースト層６と接続部材１４により電気的に接続している。従って、エネルギー変換素子１２のプラス側端子を、コンデンサ素子１１の陰極側端子に接続している。
【００５１】
また、図４に示すように、エネルギー変換素子１２の他方端子に陰極端子８を接続している。従って、エネルギー変換素子１２のマイナス側端子を、陰極端子８に接続している。
【００５２】
その他の構成は、実施例１及び実施例２と同様にして作製している。
【００５３】
以上のようにして、本実施例の固体電解コンデンサを２０個作製した。
【００５４】
図９は、本実施例の固体電解コンデンサの等価回路を示す図である。図９に示すように、コンデンサ素子１１とエネルギー変換素子１２を電気的に直列に接続している。
【００５５】
（実施例４）
図５は、本発明の第２の局面に従う一実施形態の固体電解コンデンサを示す概略断面図である。
【００５６】
本実施例においては、図１に示す実施例１の固体電解コンデンサにおける熱発電素子であるエネルギー変換素子１２に代えて、ペルチェ効果を利用した電子冷却素子であるエネルギー変換素子１６を用いている。エネルギー変換素子１６としては、幅が約４ｍｍ、長さが約４ｍｍ、厚さが約２．４ｍｍである電子冷却素子を用いている。
【００５７】
エネルギー変換素子１６は、図５に示すように冷却面Ａ２と放熱面Ｂ２とを有する。エネルギー変換素子１６内部を電流が流れると、冷却面Ａ２では温度が低くなり、放熱面Ｂ２では温度が高くなるため、冷却面Ａ２がコンデンサ素子側となるようにエネルギー変換素子１６を配置し、接続する。このようにエネルギー変換素子１６を配することで、コンデンサ素子１１に短絡電流が流れた際、冷却面Ａ２の温度が低くなりコンデンサ素子１１を冷却することができる。
【００５８】
本実施例では、図５に示すように、エネルギー変換素子１６のマイナス側端子を、接続部材１４によって陽極端子７に接続し、エネルギー変換素子１６のプラス側端子を接続部材１５によって、陰極端子８に接続している。よって、エネルギー変換素子１６に通電されると、エネルギー変換素子１６において、電気エネルギーを熱エネルギーに変換することにより、エネルギー変換素子１６の冷却面Ａ２の温度が低くなり、コンデンサ素子１１を冷却することができる。なお、本実施例において、上述の記載のように接続を行ったが、エネルギー変換素子１６の冷却面がコンデンサ素子１１側に位置すればよく、上記接続方法に限られるものではない。
【００５９】
上記の構成以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサを２０個作製した。
【００６０】
図１０は、本実施例の固体電解コンデンサの等価回路を示す図である。図１０に示すように、コンデンサ素子１１に、エネルギー変換素子１６を電気的に並列に接続している。また、エネルギー変換素子１６の冷却面Ａ２を、コンデンサ素子１１側に配置している。なお、本実施例においても、実施例２と同様にサーモスタットを設けてもよい。
【００６１】
コンデンサ素子１１に短絡電流が流れた際、ジュール熱によりコンデンサ素子１１が加熱される。このような場合、コンデンサ素子１１の温度が上昇することで短絡電流がさらに増大し、これにより発生したジュール熱によりコンデンサ素子１１が破損する場合がある。本発明によれば、短絡電流の少なくとも一部をエネルギー変換素子１６に流すことにより、エネルギー変換素子１６が電気エネルギーを熱エネルギーに変換することが可能となりエネルギー変換素子１６の温度が低くなりコンデンサ素子１１を冷却することができる。
【００６２】
よって、過大な短絡電流がコンデンサ素子１１に流れた場合であっても、エネルギー変換素子１６によりコンデンサ素子１１自体を冷却することができるため、コンデンサ素子１１の温度上昇を抑制し、それにより短絡電流を低減することでコンデンサ素子１１の破損を抑制することができる。
【００６３】
（実施例５）
図６は、本発明の第２の局面に従う他の実施形態の固体電解コンデンサを示す概略断面図である。
【００６４】
本実施例においては、エネルギー変換素子として、実施例４と同様に、電子冷却素子であるエネルギー変換素子１６を用いている。本実施例では、図６に示すように、エネルギー変換素子１６のマイナス側端子を接続部材１４によってコンデンサ素子１１の銀ペースト層６と接続し、エネルギー変換素子１６のプラス側端子を陰極端子８と接続している。このようにエネルギー変換素子を配することで冷却面Ａ２がコンデンサ素子側となる。なお、本実施例において、上述の記載のように接続を行ったが、エネルギー変換素子１６の冷却面がコンデンサ素子１１側に位置すればよく、上記接続方法に限られるものではない。
【００６５】
上記の構成以外は、実施例３と同様にして固体電解コンデンサを２０個作製した。
【００６６】
図１１は、本実施例の固体電解コンデンサの等価回路を示す図である。図１１に示すように、コンデンサ素子１１とエネルギー変換素子１６とを電気的に直列に接続しており、エネルギー変換素子１６の冷却面Ａ２がコンデンサ素子１１側に位置するようにエネルギー変換素子１６を配置している。
【００６７】
（比較例）
実施例１において、ステップ４を行わずに、ステップ３の次にステップ５のモールド成形による樹脂外装体の形成を行った。従って、エネルギー変換素子を設けずに、従来の固体電解コンデンサと同様にコンデンサ素子１１のみを樹脂外装体で覆い、固体電解コンデンサを２０個作製した。
【００６８】
＜過電圧印加試験＞
実施例１〜５及び比較例の固体電解コンデンサについて、過電圧印加試験を行った。各固体電解コンデンサを、半田ゴテを用いて、コンデンサが加熱され過ぎないように、プリント基板の表面上に実装した。実装後、２０Ｖの過電圧を２分間、各固体電解コンデンサに印加した。２０Ｖを２分間印加する過電圧印加試験の条件は、通常の使用状態より大変厳しい条件である。この過電圧の印加により、発煙した素子の個数を測定した。その結果を表１に示す。なお、試験中の発煙個数は、２０個に対する個数である。
【００６９】
また、試験終了後の素子の破損個数を求め、その結果を表１に示した。また、素子の破損個数から、過電圧印加試験において素子が破損されなかった個数を算出し、以下の式により破損率を求め、表１に結果を示した。
【００７０】
破損率（％）＝（破損個数／２０）×１００
【００７１】
【表１】
【００７２】
表１に示すように、本発明に従う実施例１〜５の固体電解コンデンサは、比較例の固体電解コンデンサに比べ、試験中の発煙個数が少なく、かつ試験終了後の破損率が低くなっている。従って、本発明に従う固体電解コンデンサは、過大な短絡電流がコンデンサ素子に流れた際に、コンデンサ素子が破損するのを抑制できることがわかる。
【００７３】
実施例４，５の破損率は実施例１〜３の破損率と比較し低くなっている。この結果から、実施例１〜３に使用した熱発電素子による逆電圧の効果より、実施例４，５で使用した電子冷却素子によるコンデンサ素子への冷却効果のほうがコンデンサ素子の破損を抑制することがわかる。
【００７４】
以上、具体的な実施形態及び実施例により、本発明の固体電解コンデンサを説明したが、本発明の固体電解コンデンサは、上記の実施形態及び実施例に限定されるものではない。
【００７５】
また、本発明の固体電解コンデンサは、パソコン、携帯電話等の各種情報端末、デジタルカメラ等の各種映像情報機器、その他の電子機器等に適用することができるものであり、これらの機器内において過大な短絡電流がコンデンサ素子に流れた際に、コンデンサ素子が破損するのを抑制することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の局面に従う一実施形態の固体電解コンデンサを示す概略断面図。
【図２】本発明の第１の局面に従う一実施形態の固体電解コンデンサを示す概略平面図。
【図３】本発明の第１の局面に従う他の実施形態の固体電解コンデンサを示す概略断面図。
【図４】本発明の第１の局面に従うさらに他の実施形態の固体電解コンデンサを示す概略断面図。
【図５】本発明の第２の局面に従う一実施形態の固体電解コンデンサを示す概略断面図。
【図６】本発明の第２の局面に従う他の実施形態の固体電解コンデンサを示す概略断面図。
【図７】図１及び図２に示す固体電解コンデンサの等価回路を示す図。
【図８】図３に示す固体電解コンデンサの等価回路を示す図。
【図９】図４に示す固体電解コンデンサの等価回路を示す図。
【図１０】図５に示す固体電解コンデンサの等価回路を示す図。
【図１１】図６に示す固体電解コンデンサの等価回路を示す図。
【符号の説明】
【００７７】
１…陽極リード線
２…陽極
３…誘電体層
４…導電性高分子層
５…カーボン層
６…銀ペースト層
７…陽極端子
８…陰極端子
９…樹脂外装体
１０…固体電解コンデンサ
１１…コンデンサ素子
１２…エネルギー変換素子（熱発電素子）
１３…固定部材
１４，１５…接続部材
１６…エネルギー変換素子（電子冷却素子）
１７…サーモスタット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁作用金属またはその合金からなる陽極を用いた固体電解コンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体電解コンデンサは、パソコン、携帯電話等の各種携帯情報端末、デジタルカメラ等の各種映像情報機器、その他の電子機器等において、ＣＰＵの電源回路、その周辺回路等に組み込まれて使用されている。
【０００３】
しかしながら、万一の誤接続や故障の際には、大きな短絡電流がコンデンサ素子に流れ、コンデンサ素子が発熱することで、周辺の部品やプリント基板を破損するおそれがあった。
【０００４】
特許文献１においては、コンデンサ素子と端子の間にヒューズを接続し、ヒューズを外装樹脂内に封入した、いわゆるヒューズ内蔵型の固体電解コンデンサが提案されている。このようなヒューズ内蔵型の固体電解コンデンサにおいては、コンデンサ素子と端子の間にヒューズを設置することにより、過大な短絡電流がコンデンサ素子に流れた際に、電気回路を開放させて電流を遮断し、固体電解コンデンサからの発熱による周辺部品やプリント基板の破損を防止することができる。
【特許文献１】特開２００１−１７６３７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のヒューズ内蔵型の固体電解コンデンサは、コンデンサ素子の温度上昇による他の部品への悪影響を防止するものであり、固体電解コンデンサ自体の破損を抑制することができるものではなかった。
【０００６】
本発明の目的は、過大な短絡電流がコンデンサ素子に流れコンデンサ素子が発熱しても、発熱によりコンデンサ素子が破損するのを抑制することができる固体電解コンデンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に従う第１の局面の固体電解コンデンサは、陽極と、陽極表面に形成された誘電体層と、誘電体層表面上に形成された陰極層と、陽極、誘電体層、及び陰極層から構成されるコンデンサ素子を覆う樹脂外装体と、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換素子とを備え、コンデンサ素子からの熱エネルギーを変換することによりエネルギー変換素子から発生する電圧によって、コンデンサ素子に印加される電圧が低減されるように、エネルギー変換素子がコンデンサ素子に電気的に接続されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明の第１の局面においては、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換素子が設けられており、このエネルギー変換素子から発生する電圧によって、コンデンサ素子に印加される電圧が低減されるようにエネルギー変換素子がコンデンサ素子に電気的に接続されている。
【０００９】
このため、コンデンサ素子に過大な短絡電流が流れ、コンデンサ素子が発熱した際、コンデンサ素子からの熱エネルギーをエネルギー変換素子によって電気エネルギーに変換し、エネルギー変換素子から発生した電圧を、コンデンサ素子への逆電圧としてコンデンサ素子に印加し、コンデンサ素子に印加される電圧を低減することができる。
【００１０】
本発明の第１の局面によれば、過大な短絡電流がコンデンサ素子に流れコンデンサ素子が発熱しても、発熱によりコンデンサ素子が破損するのを抑制することができる。
【００１１】
本発明の第１の局面に用いるエネルギー変換素子としては、ゼーベック効果を利用した熱発電素子が挙げられる。
【００１２】
本発明に従う第２の局面の固体電解コンデンサは、陽極と、陽極表面に形成された誘電体層と、誘電体層表面に形成された陰極層と、陽極、誘電体層、及び陰極層から構成されるコンデンサ素子を覆う樹脂外装体と、電気エネルギーを熱エネルギーに変換するエネルギー変換素子とを備え、エネルギー変換素子によって、コンデンサ素子が冷却されるように、エネルギー変換素子がコンデンサ素子に電気的に接続されていることを特徴としている。
【００１３】
本発明の第２の局面においては、電気エネルギーを熱エネルギーに変換するエネルギー変換素子が設けられており、このエネルギー変換素子に電流を流すことにより、コンデンサ素子が冷却されるように、エネルギー変換素子がコンデンサ素子に電気的に接続されている。このため、過大な短絡電流がコンデンサ素子に流れた際、短絡電流の少なくとも一部をエネルギー変換素子に流すことにより、電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、エネルギー変換素子によりコンデンサ素子を冷却することができる。このため、本発明の第２の局面によれば、過大な短絡電流がコンデンサ素子に流れコンデンサ素子が発熱しても、発熱によりコンデンサ素子が破損するのを抑制することができる。
【００１４】
本発明の第２の局面に用いるエネルギー変換素子は、ペルチェ効果を利用した電子冷却素子が挙げられる。
【００１５】
以下、本発明の第１の局面及び第２の局面に共通する事項については、「本発明」として説明する。
【００１６】
本発明において、エネルギー変換素子は、コンデンサ素子と電気的に並列に接続されていてもよいし、直列に接続されていてもよい。コンデンサ素子とエネルギー変換素子を電気的に並列に接続する場合、コンデンサ素子からの発熱を感知してエネルギー変換素子に通電するスイッチング手段を設けてもよい。このようなスイッチング手段としては、例えば、バイメタルを用いたサーモスタットなどが挙げられる。このようなスイッチング手段を用いることにより、コンデンサ特性を維持しつつ、過大な短絡電流によりコンデンサ素子が破損するのを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、過大な短絡電流がコンデンサ素子に流れコンデンサ素子が発熱しても、発熱によりコンデンサ素子が破損するのを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の固体電解コンデンサを具体的な実施形態により説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の局面に従う一実施形態の固体電解コンデンサを示す概略断面図である。
【００２０】
本実施例の固体電解コンデンサ１０は、図１に示すように、コンデンサ素子１１と、陽極端子７と、陰極端子８と、樹脂外装体９と、エネルギー変換素子１２から構成されている。コンデンサ素子１１は、陽極２の上に誘電体酸化被膜からなる誘電体層３、電解質層としての導電性高分子層４、カーボン層５及び銀ペースト層６をこの順序で積層して形成されている。陽極２には、陽極リード線１が埋設されており、陽極リード線１に陽極端子７が溶接されている。銀ペースト層６には、陰極端子８が接続されている。電解質層４、カーボン層５及び銀ペースト層６から陰極層が構成されている。コンデンサ素子１１は、エポキシ樹脂等からなる樹脂外装体９で被覆されている。
【００２１】
図２は、図１に示す固体電解コンデンサを示す平面図である。図２は、図１の上方向から見た状態を示しており、内部の構造が分かりやすいように、樹脂外装体９の上方部分を除去した状態で示している。
【００２２】
図１及び図２に示すように、コンデンサ素子１１の外周面に設けられた陰極端子８の上に、固定部材１３を介してエネルギー変換素子１２が設けられている。固定部材１３は、例えば、ＧＥ東芝シリコーン製のシリコン樹脂（ＴＳＥ３０７０）などの耐熱性樹脂から形成されている。この固定部材１３を陰極端子８の上に設け、固定部材１３にエネルギー変換素子１２を取り付けることにより、エネルギー変換素子１２をコンデンサ素子１１上に固定している。コンデンサ素子とエネルギー変換素子との間には、樹脂外装体９が介在する。
【００２３】
本実施例においては、エネルギー変換素子１２として、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換素子を用いている。具体的には、エネルギー変換素子１２として、ゼーベック効果を利用した熱発電素子を用いる。エネルギー変換素子１２は、一端と他端とを有する２種類の金属を有し、該一端が接続部により接続されることで２種類の金属が接続されている。また、２種類の金属各々の他端部は、エネルギー変換素子１２内部の配線によりエネルギー変換素子１２の端子と電気的に接続されている。そして、エネルギー変換素子１２は、接合部と他端部とにおける温度差によりゼーベック効果による熱起電力を生じさせる。
【００２４】
本実施例では、図１に示すように、エネルギー変換素子１２として２種類の金属の接続部側が一主面Ａ１側、他端部側が他主面Ｂ１側となるものを用い、一主面Ａ１がコンデンサ素子側となるようエネルギー変換素子１２を配した。よって、コンデンサ素子１１が発熱した場合、一主面Ａ１で検知された高い温度と、他主面Ｂ１で検知された低い温度の差から熱起電力が発生し、エネルギー変換素子１２の端子間に電圧が生じる。なお、エネルギー変換素子１２に、２種類の金属の組み合わせを複数組内蔵させ、接続させることにより、熱起電力による電圧を調整することができる。
【００２５】
また、コンデンサ素子１１からの熱エネルギーにより発生した前述の電圧によって、コンデンサ素子１１に印加される電圧が低減されるように、エネルギー変換素子１２がコンデンサ素子１１に電気的に接続されている。具体的には、図１に示すようにエネルギー変換素子１２の一方端子が、コンデンサ素子１１の陽極端子７と接続部材１４によって電気的に接続しており、エネルギー変換素子１２の他方端子が、接続部材１５によって、コンデンサ素子１１の陰極端子８と電気的に接続されている。これによって、コンデンサ素子１１の陽極端子７にエネルギー変換素子１２からのマイナスの電圧が印加され、陰極端子８に、エネルギー変換素子１２からのプラスの電圧が印加される。このように電圧が印加されることで、コンデンサ素子１１には逆電圧が印加される。
【００２６】
樹脂外装体９は、エネルギー変換素子１２の他主面Ｂ１が露出するように、コンデンサ素子１１と共に、エネルギー変換素子１２の他主面Ｂ１を覆うように形成されている。エネルギー変換素子１２の他主面Ｂ１を露出させているのは、本実施例においては、熱発電素子の起電力は素子の温度差に依存するため、他主面Ｂ１を外気で冷却することにより、一主面Ａとの温度差を大きくし、熱発電素子における発電効率を向上させるためである。コンデンサ素子で発生した熱は、コンデンサ素子とエネルギー変換素子との間に介在する樹脂外装体９を介して一主面Ａ１に伝わる。
【００２７】
陽極２は、弁作用金属またはその合金から形成されている。弁作用金属またはその合金としては、タンタル、ニオブ、チタン、アルミニウム等の金属の単体または合金を例示することができる。陽極２の形態としては、多孔質焼結体や、箔状の基体であってもよく、特に限定されるものではない。本実施例においては、ニオブ粉末を陽極形状にプレス成型した後、減圧及び高温下で焼結することにより作製した多孔質焼結体を用いている。このような多孔質焼結体は、比表面積が大きいため、コンデンサの容量を高めることができる。
【００２８】
誘電体層３は、特に限定されるものではないが、例えば、陽極２の表面をリン酸等の水溶液中で陽極酸化させることにより形成することができる。本実施例では、陽極２として、ニオブの多孔質焼結体を用いており、誘電体層３としては、酸化ニオブを主体とした被膜が形成されている。
【００２９】
導電性高分子層４は、固体電解質層として用いられるものであり、導電性を有するものであれば、特に制限されるものではないが、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン等は特に導電性が高いため好ましく用いられる。導電性高分子は、１種類を単独で用いてもよいし、複数の種類を併用して用いてもよい。また、導電性高分子層４は、単一層であってもよく、複数の層を積層した構造を有していてもよい。複数層を積層した構造を有する場合、各層の導電性高分子層は同じ種類のものであってもよいし、異なる種類のものであってもよい。本実施例においては、ポリピロールを用いた単一層で導電性高分子層４を形成している。
【００３０】
図７は、本実施例の固体電解コンデンサの等価回路を示している。エネルギー変換素子１２は、コンデンサ素子１１と電気的に並列に接続されており、コンデンサ素子１１の陽極端子にエネルギー変換素子１２のマイナス側を接続し、コンデンサ素子１１の陰極端子にエネルギー変換素子１２のプラス側を接続している。
【００３１】
コンデンサ素子１１に短絡電流が流れた際、ジュール熱によりコンデンサ素子１１が発熱し、その熱が電流を流れ易くすることから、コンデンサ素子１１の発熱量がさらに大きくなり素子の破損を生じる場合がある。本発明によれば、コンデンサ素子１１からの熱エネルギーをエネルギー変換素子１２により電圧に変換し、この電圧をコンデンサ素子１１への逆電圧としてコンデンサ素子１１に印加できる。このため、コンデンサ素子１１に印加される電位差が低減され、コンデンサ素子１１に流れる電流を抑制できるためコンデンサ素子１１の発熱を抑制することができる。
【００３２】
よって、過大な短絡電流がコンデンサ素子１１に流れた場合であっても、エネルギー変換素子１２によってジュール熱を低減することができるため、コンデンサ素子１１の発熱の抑制が可能となりコンデンサ素子１１の破損を抑制すこことができる。
【００３３】
以下、本実施例の固体電解コンデンサの製造工程を説明する。
【００３４】
〔ステップ１〕
平均粒子径２μｍのニオブ金属の粉末を焼結し、得られた多孔質焼結体を陽極２として用いた。なお、焼結する際、陽極リード線１となるニオブ線材を焼結体の中心に配置し、多孔質焼結体内にニオブ線材が埋設されるようにして焼結した。
【００３５】
得られた陽極２を、６０℃に保持した０．５重量％のリン酸水溶液中において、１０Ｖの定電圧で８時間陽極酸化させ、陽極２の表面に酸化ニオブからなる誘電体層３を形成した。なお、陽極２は、多孔質体であるので、その内部の表面上にも誘電体層３が形成されている。
【００３６】
〔ステップ２〕
次に、誘電体層３の表面上を被覆するように、ポリピロールからなる導電性高分子層４を化学重合等により形成した。
【００３７】
〔ステップ３〕
次に、導電性高分子層４の上にカーボンペーストからなるカーボン層５及び銀ペーストからなる銀ペースト層６を順次形成し、陰極層を形成した。また、導電性接着剤を介して銀ペースト層６の上に陰極端子８を接続した。また、陽極端子７を陽極リード線１に溶接して接続した。
【００３８】
〔ステップ４〕
エネルギー変換素子１２として、幅が約２．５ｍｍ、長さが約５ｍｍ、厚さが約２．６ｍｍであるゼーベック効果を利用したＢｉ−Ｔｅ系の熱発電素子（東北岡野エレクトロニクス社製）を用いた。このエネルギー変換素子１２を、陰極端子８から１ｍｍの距離となるように、耐熱性樹脂（ＧＥ東芝シリコーン製のシリコン樹脂（ＴＳＥ３０７０））からなる固定部材１３により取り付けた。次に、エネルギー変換素子１２のプラス側端子に接続部材１５を用いて陰極端子８を接続し、エネルギー変換素子１２のマイナス側端子に接続部材１４を用いて陽極端子７を接続した。接続部材１４及び１５としては、厚さ０．５ｍｍのニッケル箔を１〜２ｍｍの幅に切断したものを用い、これらの接続部材１４及び１５は、半田付けによりエネルギー変換素子１２並びに陽極端子７及び陰極端子８に取り付けた。
【００３９】
〔ステップ５〕
次に、コンデンサ素子１１及びエネルギー変換素子１２のコンデンサ素子１１側の部分を覆うように、モールド成形により、エポキシ樹脂からなる樹脂外装体９を形成した。エネルギー変換素子の他主面Ｂ１が樹脂外装体９から露出するように、樹脂外装体９を形成した。本実施例においては、エネルギー変換素子の他主面Ｂ１を含む一部が樹脂外装体９から１ｍｍ程度露出するように樹脂外装体を形成した。
【００４０】
以上のようにして、本実施例の固体電解コンデンサを２０個作製した。
【００４１】
（実施例２）
図３は、本発明の第１の局面に従う固体電解コンデンサの他の実施形態を示す概略断面図である。
【００４２】
本実施例においては、エネルギー変換素子１２の一方端子と陽極端子７の間にサーモスタット１７を設けている。サーモスタット１７は、コンデンサ素子１１からの発熱を感知して、エネルギー変換素子に電流を流すためのスイッチング手段である。
【００４３】
内部抵抗が低いエネルギー変換素子１２をコンデンサ素子に並列に接続した場合、電流がエネルギー変換素子１２に流れ、固体電解コンデンサに電荷が蓄積され難くなる可能性がある。よって、本実施例ではサーモスタットを設けることで、コンデンサ素子の温度が上昇した場合を除き、エネルギー変換素子１２に電流が流れないため、固体電解コンデンサに電荷が蓄積される。
【００４４】
具体的には、上記実施例１の〔ステップ４〕において、サーモスタット１７の一方端子を陽極端子７に接続し、サーモスタット１７の他方端子を接続部材１４でエネルギー変換素子１２の一方端子と接続した。本実施例では、サーモスタット１７近傍において、１２０℃に温度上昇した際に、エネルギー変換素子１２に電流が流れるように調整した。従って、本実施例において、サーモスタット１７は、１２０℃に加熱されると、エネルギー変換素子１２に電流を流す。これにより、エネルギー変換素子１２は、コンデンサ素子１１からの熱エネルギーを電気エネルギーに変換して、陽極端子７と陰極端子８の間に、これらの端子間の電圧を低減する逆の電圧を印加する。
【００４５】
その他の構成は、実施例１と同様にして作製した。
【００４６】
以上のようにして、本実施例の固体電解コンデンサを２０個作製した。
【００４７】
図８は、本実施例の固体電解コンデンサの等価回路を示している。図８に示すように、コンデンサ素子１１にエネルギー変換素子１２を電気的に並列に接続しており、コンデンサ素子１１の陽極端子とエネルギー変換素子１２のマイナス側との間にサーモスタット１７を配置している。
【００４８】
（実施例３）
図４は、本発明の第１の局面に従うさらに他の実施形態の固体電解コンデンサを示す概略断面図である。
【００４９】
上記実施例１及び実施例２の固体電解コンデンサにおいては、エネルギー変換素子１２と、コンデンサ素子１１とを電気的に並列に接続している。本実施例においては、エネルギー変換素子１２と、コンデンサ素子１１とを電気的に直列に接続している。
【００５０】
図４に示すように、エネルギー変換素子１２を、コンデンサ素子１１の外周面の上に、固定部材１３を介して取り付け、エネルギー変換素子１２の一方端子を、コンデンサ素子１１の外周面の銀ペースト層６と接続部材１４により電気的に接続している。従って、エネルギー変換素子１２のプラス側端子を、コンデンサ素子１１の陰極側端子に接続している。
【００５１】
また、図４に示すように、エネルギー変換素子１２の他方端子に陰極端子８を接続している。従って、エネルギー変換素子１２のマイナス側端子を、陰極端子８に接続している。
【００５２】
その他の構成は、実施例１及び実施例２と同様にして作製している。
【００５３】
以上のようにして、本実施例の固体電解コンデンサを２０個作製した。
【００５４】
図９は、本実施例の固体電解コンデンサの等価回路を示す図である。図９に示すように、コンデンサ素子１１とエネルギー変換素子１２を電気的に直列に接続している。
【００５５】
（実施例４）
図５は、本発明の第２の局面に従う一実施形態の固体電解コンデンサを示す概略断面図である。
【００５６】
本実施例においては、図１に示す実施例１の固体電解コンデンサにおける熱発電素子であるエネルギー変換素子１２に代えて、ペルチェ効果を利用した電子冷却素子であるエネルギー変換素子１６を用いている。エネルギー変換素子１６としては、幅が約４ｍｍ、長さが約４ｍｍ、厚さが約２．４ｍｍである電子冷却素子を用いている。
【００５７】
エネルギー変換素子１６は、図５に示すように冷却面Ａ２と放熱面Ｂ２とを有する。エネルギー変換素子１６内部を電流が流れると、冷却面Ａ２では温度が低くなり、放熱面Ｂ２では温度が高くなるため、冷却面Ａ２がコンデンサ素子側となるようにエネルギー変換素子１６を配置し、接続する。このようにエネルギー変換素子１６を配することで、コンデンサ素子１１に短絡電流が流れた際、冷却面Ａ２の温度が低くなりコンデンサ素子１１を冷却することができる。
【００５８】
本実施例では、図５に示すように、エネルギー変換素子１６のマイナス側端子を、接続部材１４によって陽極端子７に接続し、エネルギー変換素子１６のプラス側端子を接続部材１５によって、陰極端子８に接続している。よって、エネルギー変換素子１６に通電されると、エネルギー変換素子１６において、電気エネルギーを熱エネルギーに変換することにより、エネルギー変換素子１６の冷却面Ａ２の温度が低くなり、コンデンサ素子１１を冷却することができる。なお、本実施例において、上述の記載のように接続を行ったが、エネルギー変換素子１６の冷却面がコンデンサ素子１１側に位置すればよく、上記接続方法に限られるものではない。
【００５９】
上記の構成以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサを２０個作製した。
【００６０】
図１０は、本実施例の固体電解コンデンサの等価回路を示す図である。図１０に示すように、コンデンサ素子１１に、エネルギー変換素子１６を電気的に並列に接続している。また、エネルギー変換素子１６の冷却面Ａ２を、コンデンサ素子１１側に配置している。なお、本実施例においても、実施例２と同様にサーモスタットを設けてもよい。
【００６１】
コンデンサ素子１１に短絡電流が流れた際、ジュール熱によりコンデンサ素子１１が加熱される。このような場合、コンデンサ素子１１の温度が上昇することで短絡電流がさらに増大し、これにより発生したジュール熱によりコンデンサ素子１１が破損する場合がある。本発明によれば、短絡電流の少なくとも一部をエネルギー変換素子１６に流すことにより、エネルギー変換素子１６が電気エネルギーを熱エネルギーに変換することが可能となりエネルギー変換素子１６の温度が低くなりコンデンサ素子１１を冷却することができる。
【００６２】
よって、過大な短絡電流がコンデンサ素子１１に流れた場合であっても、エネルギー変換素子１６によりコンデンサ素子１１自体を冷却することができるため、コンデンサ素子１１の温度上昇を抑制し、それにより短絡電流を低減することでコンデンサ素子１１の破損を抑制することができる。
【００６３】
（実施例５）
図６は、本発明の第２の局面に従う他の実施形態の固体電解コンデンサを示す概略断面図である。
【００６４】
本実施例においては、エネルギー変換素子として、実施例４と同様に、電子冷却素子であるエネルギー変換素子１６を用いている。本実施例では、図６に示すように、エネルギー変換素子１６のマイナス側端子を接続部材１４によってコンデンサ素子１１の銀ペースト層６と接続し、エネルギー変換素子１６のプラス側端子を陰極端子８と接続している。このようにエネルギー変換素子を配することで冷却面Ａ２がコンデンサ素子側となる。なお、本実施例において、上述の記載のように接続を行ったが、エネルギー変換素子１６の冷却面がコンデンサ素子１１側に位置すればよく、上記接続方法に限られるものではない。
【００６５】
上記の構成以外は、実施例３と同様にして固体電解コンデンサを２０個作製した。
【００６６】
図１１は、本実施例の固体電解コンデンサの等価回路を示す図である。図１１に示すように、コンデンサ素子１１とエネルギー変換素子１６とを電気的に直列に接続しており、エネルギー変換素子１６の冷却面Ａ２がコンデンサ素子１１側に位置するようにエネルギー変換素子１６を配置している。
【００６７】
（比較例）
実施例１において、ステップ４を行わずに、ステップ３の次にステップ５のモールド成形による樹脂外装体の形成を行った。従って、エネルギー変換素子を設けずに、従来の固体電解コンデンサと同様にコンデンサ素子１１のみを樹脂外装体で覆い、固体電解コンデンサを２０個作製した。
【００６８】
＜過電圧印加試験＞
実施例１〜５及び比較例の固体電解コンデンサについて、過電圧印加試験を行った。各固体電解コンデンサを、半田ゴテを用いて、コンデンサが加熱され過ぎないように、プリント基板の表面上に実装した。実装後、２０Ｖの過電圧を２分間、各固体電解コンデンサに印加した。２０Ｖを２分間印加する過電圧印加試験の条件は、通常の使用状態より大変厳しい条件である。この過電圧の印加により、発煙した素子の個数を測定した。その結果を表１に示す。なお、試験中の発煙個数は、２０個に対する個数である。
【００６９】
また、試験終了後の素子の破損個数を求め、その結果を表１に示した。また、素子の破損個数から、過電圧印加試験において素子が破損されなかった個数を算出し、以下の式により破損率を求め、表１に結果を示した。
【００７０】
破損率（％）＝（破損個数／２０）×１００
【００７１】
【表１】
【００７２】
表１に示すように、本発明に従う実施例１〜５の固体電解コンデンサは、比較例の固体電解コンデンサに比べ、試験中の発煙個数が少なく、かつ試験終了後の破損率が低くなっている。従って、本発明に従う固体電解コンデンサは、過大な短絡電流がコンデンサ素子に流れた際に、コンデンサ素子が破損するのを抑制できることがわかる。
【００７３】
実施例４，５の破損率は実施例１〜３の破損率と比較し低くなっている。この結果から、実施例１〜３に使用した熱発電素子による逆電圧の効果より、実施例４，５で使用した電子冷却素子によるコンデンサ素子への冷却効果のほうがコンデンサ素子の破損を抑制することがわかる。
【００７４】
以上、具体的な実施形態及び実施例により、本発明の固体電解コンデンサを説明したが、本発明の固体電解コンデンサは、上記の実施形態及び実施例に限定されるものではない。
【００７５】
また、本発明の固体電解コンデンサは、パソコン、携帯電話等の各種情報端末、デジタルカメラ等の各種映像情報機器、その他の電子機器等に適用することができるものであり、これらの機器内において過大な短絡電流がコンデンサ素子に流れた際に、コンデンサ素子が破損するのを抑制することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の局面に従う一実施形態の固体電解コンデンサを示す概略断面図。
【図２】本発明の第１の局面に従う一実施形態の固体電解コンデンサを示す概略平面図。
【図３】本発明の第１の局面に従う他の実施形態の固体電解コンデンサを示す概略断面図。
【図４】本発明の第１の局面に従うさらに他の実施形態の固体電解コンデンサを示す概略断面図。
【図５】本発明の第２の局面に従う一実施形態の固体電解コンデンサを示す概略断面図。
【図６】本発明の第２の局面に従う他の実施形態の固体電解コンデンサを示す概略断面図。
【図７】図１及び図２に示す固体電解コンデンサの等価回路を示す図。
【図８】図３に示す固体電解コンデンサの等価回路を示す図。
【図９】図４に示す固体電解コンデンサの等価回路を示す図。
【図１０】図５に示す固体電解コンデンサの等価回路を示す図。
【図１１】図６に示す固体電解コンデンサの等価回路を示す図。
【符号の説明】
【００７７】
１…陽極リード線
２…陽極
３…誘電体層
４…導電性高分子層
５…カーボン層
６…銀ペースト層
７…陽極端子
８…陰極端子
９…樹脂外装体
１０…固体電解コンデンサ
１１…コンデンサ素子
１２…エネルギー変換素子（熱発電素子）
１３…固定部材
１４，１５…接続部材
１６…エネルギー変換素子（電子冷却素子）
１７…サーモスタット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と、
前記陽極表面に形成された誘電体層と、
前記誘電体層表面に形成された陰極層と、
前記陽極、前記誘電体層、及び前記陰極層から構成されるコンデンサ素子を覆う樹脂外装体と、
熱エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換素子とを備え、
前記コンデンサ素子からの熱エネルギーを変換することにより前記エネルギー変換素子から発生する電圧によって、前記コンデンサ素子に印加される電圧が低減されるように、前記エネルギー変換素子が前記コンデンサ素子に電気的に接続されていることを特徴とする固体電解コンデンサ。
【請求項２】
前記エネルギー変換素子が、ゼーベック効果を利用した熱発電素子であることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
【請求項３】
陽極と、
前記陽極表面に形成された誘電体層と、
前記誘電体層表面に形成された陰極層と、
前記陽極、前記誘電体層、及び前記陰極層から構成されるコンデンサ素子を覆う樹脂外装体と、
電気エネルギーを熱エネルギーに変換するエネルギー変換素子とを備え、
前記エネルギー変換素子によって、前記コンデンサ素子が冷却されるように、前記エネルギー変換素子が前記コンデンサ素子に電気的に接続されていることを特徴とする固体電解コンデンサ。
【請求項４】
前記エネルギー変換素子が、ペルチェ効果を利用した電子冷却素子であることを特徴とする請求項３に記載の固体電解コンデンサ。
【請求項５】
前記エネルギー変換素子が、前記コンデンサ素子と電気的に並列に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。
【請求項６】
前記コンデンサ素子からの発熱を感知して前記エネルギー変換素子に通電するスイッチング手段をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の固体電解コンデンサ。
【請求項７】
前記エネルギー変換素子が、前記コンデンサ素子と電気的に直列に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。
【請求項１】
陽極と、
前記陽極表面に形成された誘電体層と、
前記誘電体層表面に形成された陰極層と、
前記陽極、前記誘電体層、及び前記陰極層から構成されるコンデンサ素子を覆う樹脂外装体と、
熱エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換素子とを備え、
前記コンデンサ素子からの熱エネルギーを変換することにより前記エネルギー変換素子から発生する電圧によって、前記コンデンサ素子に印加される電圧が低減されるように、前記エネルギー変換素子が前記コンデンサ素子に電気的に接続されていることを特徴とする固体電解コンデンサ。
【請求項２】
前記エネルギー変換素子が、ゼーベック効果を利用した熱発電素子であることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
【請求項３】
陽極と、
前記陽極表面に形成された誘電体層と、
前記誘電体層表面に形成された陰極層と、
前記陽極、前記誘電体層、及び前記陰極層から構成されるコンデンサ素子を覆う樹脂外装体と、
電気エネルギーを熱エネルギーに変換するエネルギー変換素子とを備え、
前記エネルギー変換素子によって、前記コンデンサ素子が冷却されるように、前記エネルギー変換素子が前記コンデンサ素子に電気的に接続されていることを特徴とする固体電解コンデンサ。
【請求項４】
前記エネルギー変換素子が、ペルチェ効果を利用した電子冷却素子であることを特徴とする請求項３に記載の固体電解コンデンサ。
【請求項５】
前記エネルギー変換素子が、前記コンデンサ素子と電気的に並列に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。
【請求項６】
前記コンデンサ素子からの発熱を感知して前記エネルギー変換素子に通電するスイッチング手段をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の固体電解コンデンサ。
【請求項７】
前記エネルギー変換素子が、前記コンデンサ素子と電気的に直列に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１０５３０（Ｐ２０１０−１０５３０Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７００５９（Ｐ２００８−１７００５９）
【出願日】平成２０年６月３０日（２００８．６．３０）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月３０日（２００８．６．３０）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
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