JP2012044097A - コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサの幅を抑えながらも外部接続用端子間に十分な絶縁距離を確保できるとともに、低インダクタンス化にも寄与するコンデンサを提供する。
【解決手段】本発明のコンデンサは、両端面に電極部１０ａ、１０ａを有するコンデンサ素子１０と、一方がコンデンサ素子１０の一方の電極部１０ａに接続され、他方がコンデンサ素子１０の他方の電極部１０ａに接続される一対の電極板２０、３０とを備えたコンデンサであって、一対の電極板２０、３０は、主電極部２１、３１と、主電極部２１、３１から角度をもって延設された副電極部２２、３２とをそれぞれ有し、副電極部２２、３２の相対する端部から外部接続用端子２３、３３を相対向させて延設している。
【選択図】図２

Description

この発明は、コンデンサ素子及び電極板を収納して外装したコンデンサに関する。

従来、電力変換装置等の電気機器においては、小型で大きな静電容量を得ることのできる電解コンデンサが用いられてきた。

ところが、電力変換装置等の電気機器で用いられるＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）でのインダクタンスは、スイッチングロスの要因になるため、ＩＧＢＴに接続されるフィルタ用コンデンサやスナバ用コンデンサにおいては、上記構成の電解コンデンサに代えて、低インダクタンス化を図ったコンデンサが用いられるようになっている。

低インダクタンス化を図ったコンデンサとしては、複数のコンデンサ素子を一対の電極板で接続し、一対の電極板同士を絶縁層を介して重ね合わせ、ケースに収納することで形成されたコンデンサ（例えば、特許文献１のコンデンサ）が挙げられる。

特開２００６−２４５１７０号公報

ところが、特許文献１に示すようなコンデンサは大型化し易いため、電気機器に組み込むためには、コンデンサの幅を抑える必要がある。コンデンサの幅を抑えるために、複数のコンデンサ素子を軸方向に向かって連続して配置し、コンデンサの形状を平面視細長の形状とすることがあるが、電極板もそれに合わせて幅が狭くなるため、２つの電極板からそれぞれ延設された外部接続用端子が互いに近接して十分な絶縁距離を取れなくなる虞がある。そのため、外部接続用端子間に絶縁体を介在させる等、別途短絡防止の対策を行う必要があった。

そこで、この発明は、上記の不具合を解消して、コンデンサの幅を抑えながらも外部接続用端子間に十分な絶縁距離を確保できるとともに、低インダクタンス化にも寄与するコンデンサの提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のコンデンサは、両端面に電極部１０ａ、１０ａを有するコンデンサ素子１０と、一方がコンデンサ素子１０の一方の電極部１０ａに接続され、他方がコンデンサ素子１０の他方の電極部１０ａに接続される一対の電極板２０、３０とを備えたコンデンサであって、一対の電極板２０、３０は、主電極部２１、３１と、主電極部２１、３１から角度をもって延設された副電極部２２、３２とをそれぞれ有し、副電極部２２、３２の相対する端部から外部接続用端子２３、３３を相対向させて延設していることを特徴としている。

また、主電極部２１、３１が互いに重ね合わされるとともに、副電極部２２、３２が互いに重ね合わされている。

さらに、外部接続用端子２３、３３の先端部が互いに近接する方向に折曲形成されているとともに、この先端部に取付部２３ａ、３３ａが形成されている。

この発明のコンデンサによれば、副電極部の相対する端部からそれぞれ外部接続用端子を延設しているため、外部接続用端子同士が副電極部の幅と同距離離れた状態となり、コンデンサの幅を抑えた場合、すなわち、電極板の幅を抑えた場合でも、外部接続用端子間に十分な絶縁距離を確保することができ、外部接続用端子間に絶縁体を介在させる等、別途、短絡防止の対策を行う必要が無くなる。

また、一対の電極板の主電極部同士及び副電極部同士が重ね合わされているため、電極部に発生する磁束を互いに打ち消し合わせることができ、低インダクタンス化を図ることができる。

さらに、外部接続用端子の先端部が互いに近接する方向に折曲形成されているとともに、この先端部に取付部が形成されているため、外部接続用端子同士が離れていても先端部同士は互いに近接した状態であり、電気機器への取付性が向上する。

本発明のコンデンサの実施形態を示す斜視図である。 電極板と絶縁紙とコンデンサ素子とを示す分解斜視図である。 図２の組立状態及び内側ケースを示す分解斜視図である。 端子板の取付状態を示す斜視図である。 外側ケースへの収納状態を示す斜視図である。

以下、この発明のコンデンサの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。この発明のコンデンサ１は、図１及び図２に示すように、複数のコンデンサ素子１０・・と、第１の電極板２０と、第２の電極板３０と、第１及び第２の電極板２０、３０の間に介在される絶縁層４０と、複数のコンデンサ素子１０・・、第１及び第２の電極板２０、３０、絶縁層４０を収納する外装部５０とを備えている。

コンデンサ素子１０は、例えば絶縁性のフィルム上に金属が蒸着された金属化フィルムを巻回することでなるフィルムコンデンサであって、軸方向両端部に金属を溶射してなるメタリコン電極部１０ａ、１０ａが形成されている。また、その形状は、扁平な円柱状であり、側部に表面平滑な扁平部分を有している。また、一方の電極部１０ａには、第１の電極板２０と接続するための第１のリード端子６０が接続され、他方の電極部１０ａには、第２の電極板３０と接続するための第２のリード端子７０が接続されている。なお、コンデンサ素子１０としては、フィルムコンデンサに限らず、種々のものが使用可能である。

そして、図２に示すように、電極部１０ａ、１０ａが互いに対向するように、コンデンサ素子１０の軸方向に向かって４個配置してコンデンサ列を形成するとともに、２個のコンデンサ列を、コンデンサ素子１０・・の扁平部分同士が互いに対向するように近接させることで、計８個のコンデンサ素子１０・・からなるコンデンサ部が形成される。なお、コンデンサ素子１０・・が極性を有する場合は、互いに対向する電極部１０ａ、１０ａ同士の極性が同じになるように、且つ、軸方向に直行する方向で近接する電極部１０ａ、１０ａ同士が逆の極性となるように配設する。

第１の電極板２０は、例えば銅等の金属板からなり、図２に示すように、平面視、コンデンサ部と略同面積とされた主電極部２１と、この主電極部２１の一方端部から板厚方向に向かって略直角に延設された副電極部２２と、副電極部２２の一方側端部から、主電極部２１とは反対の方向に向かって延設された第１の外部接続用端子２３とを備えている。

主電極部２１は、コンデンサ素子１０・・に接続されたリード端子と接続するための接続孔２１ａ・・が穿設されている。接続孔２１ａ・・は、コンデンサ素子１０・・の一方の電極部（例えばプラス極）１０ａ・・に接続された第１のリード端子６０・・と当接する箇所にのみ穿設されており、他方の極（例えばマイナス極）１０ａ・・に接続された第２のリード端子７０・・と対向する箇所には、第２のリード端子７０・・との当接を避けるための回避孔２１ｂ・・が穿設されている。また、接続孔２１ａ・・が穿設された箇所は、第１のリード端子６０・・に向かって窪んでいる。また、第１の外部接続用端子２３は、その先端部が板厚方向に略直角に折曲されているとともに、その先端部には、電気機器との接続に用いられるボルト孔（取付部）２３ａが穿設されている。

第２の電極板３０は、例えば銅等の金属板からなり、図２に示すように、平面視、コンデンサ部と略同面積とされた主電極部３１と、この主電極部３１の一方端部から板厚方向に向かって略直角に延設された副電極部３２と、副電極部３２の一方側端部から、主電極部３１とは反対の方向に向かって延設された第２の外部接続用端子３３とを備えており、第１の電極板２０と略同形状とされているが、第２の外部接続用端子３３は、第１の外部接続用端子２３とは、反対側の側端部から延設されており、第１の電極板２０と第２の電極板３０とを重ね合わせた場合、主電極部２１、３１同士及び副電極部２２、３２同士は重なり合うが、第１の外部接続用端子２３と第２の外部接続用端子３３とは重なり合わず、副電極部２２、３２を挟んで対向するようになっている。

また、主電極部３１は、コンデンサ素子１０・・に接続されたリード端子と接続するための接続孔３１ａ・・が穿設されている。接続孔３１ａ・・は、コンデンサ素子１０・・の他方の電極部（例えばマイナス極）１０ａ・・に接続された第２のリード端子７０・・と当接する箇所にのみ穿設されており、一方の極（例えばプラス極）１０ａ・・に接続された第１のリード端子６０・・と対向する箇所には、第１のリード端子６０・・との当接を避けるための回避孔３１ｂ・・が穿設されている。また、第２の外部接続用端子３３は、その先端部が板厚方向に略直角に折曲されているとともに、その先端部には、電気機器との接続に用いられるボルト孔（取付部）３３ａが穿設されている。なお、第１の電極板２０の外部接続用端子２３の先端部と、第２の電極部３０の外部接続用端子３３の先端部とは、図２に示すように、互いに近接する方向に向かって折曲されている。

絶縁層４０は、例えば絶縁紙であり、第１、第２の電極板２０、３０と略同面積とされている。また、第１、第２のリード端子６０、７０・・と対向する箇所には、第１、第２のリード端子６０、７０・・の挿通を許容する挿通孔４０ａ・・が穿設されている。なお、絶縁層４０は絶縁紙に限らず、絶縁フィルム等、絶縁性を有するものであれば適宜使用可能である。また、単に第１、第２の電極板２０、３０との間に空間（空気層）を形成し、互いに絶縁状態となるように配置するだけでも良い。

そして、図３に示すように、第１の電極板２０と第２の電極板３０とが、その間に絶縁紙４０を介在させた状態で重ね合わせられるとともに、第１のリード端子６０・・が、それぞれ第１の電極板２０の接続孔２１ａ・・に挿通され、半田等によって第１の電極板２０と第１のリード端子６０・・とが接続され、第２のリード端子７０・・が、それぞれ第２の電極板３０の接続孔３１ａ・・に挿通され、半田等によって第２の電極板３０と第２のリード端子７０・・とが接続される。これにより、コンデンサ素子１０・・と第１及び第２の電極板２０、３０とが一体となるとともに、隣り合うコンデンサ素子１０・・に流れる電流が互いに逆方向（図２において矢印Ａ）となり、低インダクタンス化を図ることができる。なお、コンデンサ素子１０・・の静電容量とインダクタンスによる内部共振が生じる虞がある場合には、予め第１及び第２の電極板２０、３０の副電極部２２、３２の大きさ（面積）を調整し、内部共振が生じないインダクタンスとしておくことが好ましい。

一体とされたコンデンサ素子１０・・と、第１及び第２の電極板２０、３０と、絶縁層４０とは、第１及び第２の外部接続用端子２３、３３を除いて外装部５０に収納される。なお、外装部５０は、図１、図３、図５に示すように、一体となったコンデンサ素子１０・・と第１及び第２の電極板２０、３０と絶縁層４０とを収納する内側ケース５１と、内側ケース５１を収納する外側ケース５２と、外側ケース５２を覆う収縮チューブ５３とから構成されている。

内側ケース５１は、例えばＰＰ（ポリプロピレン）やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂を成形することでなり、図３に示すように、複数のコンデンサ素子１０・・と第１、第２の電極板２０、３０とを収納可能な内部空間を有している。また、第１の電極板２０と対向する面（図３において上面）には、開口部５１ａが形成されている。なお、内側ケース５１の側壁５１ｂ・・は、複数のコンデンサ素子１０・・と第１、第２の電極板２０、３０とを収納した際、最も上方に位置する第１の電極板２０の上面より１ｍｍ以上、上方に位置する余剰部分を有することが望ましい。これにより、内側ケース５１内に樹脂を充填する際、樹脂の漏れを防止することができ、充填作業の作業性の向上を図ることができるとともに、余剰部分によって、外側ケース５２との間に隙間を設けることができ、短絡を防ぐことができる。なお、余剰部分は、例えば開口部５１ａ全周の５０％以上であれば良い。また、内側ケース５１は、上記ＰＰ、ＰＥＴに限らず、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等を射出成形しても良い。

副電極部２２、３２及び外部接続用端子２３、３３が、内側ケース５１の開口面端部５１ｃから内側ケース５１外部に延出されるようにして、コンデンサ素子１０・・及び第１、第２の電極板２０、３０が内側ケース５１に収納された後、内側ケース５１に樹脂が充填され、少なくともコンデンサ素子１０・・が樹脂モールドされた状態で、内側ケース５１から外方に突出している第１及び第２の外部接続用端子２３、３３に対して、端子板８０が取り付けられる。

端子板８０は、例えばＰＰＳ、ＰＢＴ等の樹脂で形成されており、図４に示すように、第１の電極板２０の副電極部２２に当接する基部８１と、基部８１から第１の電極板２０の副電極部２２に沿って四方に延出された脚部８２・・とを備えている。脚部８２・・は、外側ケース５２の内側面に当接する長さとされているとともに、その先端部が、外側ケース５２の内側面に対向するように平板状に形成されている。また、複数（図４においては５個）延設された脚部８２・・のうち、１箇所の脚部８２には、コンデンサ１が異常発熱した際に、回路を遮断し発火を防止する温度センサ等のセンサ９０を収納可能な収納ケース８３が設けられている。収納ケース８３は、内側ケース５１とは反対方向に向かって開口する開口部８３ａを有しており、この開口部８３ａが、外側ケース５２よりも外方に突出するように設けられている。なお、センサ９０を用いない場合は、収納ケース８３を設けなくても良い。また、基部８１からは、第１の電極板２０の副電極部２２と第１及び第２の外部接続用端子２３、３３の先端部との間に介在する円柱形の端子台８４、８４が２個延設されている。端子台８４、８４は、第１及び第２の外部接続用端子２３、３３の先端部に穿設されたボルト孔２３ａ、３３ａと対向する位置に、ナット（図示せず）がインサート成形（若しくはアウトサート成形）されている。

端子板８０が取り付けられた後、図５に示すように、内側ケース５１は、外側ケース５２内に収納される。外側ケース５２は、例えば、アルミニウム板が角柱状に組み合わされてなり、内側ケース５１を内包可能な内部空間を有する。また、軸方向の一方側面には開口部５２ａが設けられており、内側ケース５１が、第１及び第２の外部接続用端子２３、３３が延出されていない側から外側ケース５２内に収納されると、端子板８０の脚部８２・・が外側ケース５２の内側面に当接し、内側ケース５１の外側ケース５２内における位置決めが行われる。また、脚部８２・・を外側ケース５２の開口部５２ａに引っ掛けることで、内側ケース５１の材軸方向の位置決めを行うこともできる。また、端子板８０の脚部８２・・が外側ケース５２に当接することによって、内側ケース５１と外側ケース５２との間に隙間が生じるため、アルミニウム板で形成された外側ケース５２との短絡を防止することができる。また、収納ケース８３は、内側ケース５１と外側ケース５２との間の隙間に位置される。

内側ケース５１が外側ケース５２内に収納された後、外側ケース５２内に樹脂が充填され、内側ケース５１外方に延出された第１、第２の電極板２０、３０の副電極部２２、３２が樹脂モールドされ、さらに必要に応じて、収納ケース８３内に温度センサ等のセンサ９０が収納される。また、熱収縮する絶縁性の収縮チューブ５３によって、外側ケース５２外周が覆われ、加熱処理されることで、コンデンサ１が製造される。この際、収納ケース８３の開口部８３ａは、収縮チューブ５３によって塞がれた状態となるため、収納ケース８３内に収納されたセンサ９０が固定されるとともに、収納ケース８３内への埃等の侵入が抑制される。

このように、本発明のコンデンサ１によれば、第１、第２の電極板２０、３０の主電極部２１、３１同士、副電極部２２、３２同士を絶縁層４０を介して重ね合わせるとともに、隣り合うコンデンサ素子１０・・に流れる電流方向を互いに逆にしていることで、各電極部に発生する磁束を互いに打ち消し合わせることができ、低インダクタンス化を図ることができる。また、副電極部２２、３２の相対する端部から、副電極部２２、３２を挟んで相対向するようにして、それぞれ第１の外部接続用端子２３と第２の外部接続用端子３３とが延設されているため、外部接続用端子２３、３３間に、副電極部２２、３２と同じ幅の絶縁距離を持たせることができる、すなわち十分な絶縁距離を確保することができ、外部接続用端子２３、３３間に絶縁体を介在させる等、別途短絡防止の対策を取る必要がない。また、第１、第２の外部接続用端子２３、３３の先端部が互いに近接する方向に折曲されているため、電気機器への接続作業が容易となり、取付性が向上する。

また、複数のコンデンサ素子１０・・を、両端面の電極部１０ａ、１０ａが対向する方向と同じ方向に配置し、さらに、第１、第２の電極板２０、３０をこの複数のコンデンサ素子１０・・に沿わせて配置することで、コンデンサ１の幅や電極板２０、３０の幅を抑えることができる。また、コンデンサ素子１０の扁平部分同士を対向させるようにしてコンデンサ列同士を近接させているため、内側ケース５１内へのコンデンサ素子１０・・の収納効率を向上させることができ、コンデンサ１の幅をより抑えることができる。さらに、コンデンサ１の形状が角柱状であるため、電気機器に組み込みやすい。

また、ケース深さが浅くなる方向に開口部５１ａの形成された内側ケース５１に対して、コンデンサ素子１０・・及び第１、第２の電極板２０、３０を収納し、少なくともコンデンサ素子１０・・を樹脂モールドした後、この内側ケース５１を、ケース軸方向の一方端面に開口部５２ａが形成された外側ケース５２に収納して、再び樹脂モールドする構成としていることから、残留ボイドの発生を抑えることができる。そのため、通常、ケース軸方向の一方端部から外部接続用端子が延設される電解コンデンサと同様に、ケース軸方向の一方端面から第１、第２の外部接続用端子２３、３３を延設することができ、電解コンデンサに代えて、この発明のコンデンサを用いる場合でも、電気機器との接続に際して新たな部品や加工を必要としない。

以上に、この発明の具体的な実施形態について説明したが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施例においては、第１の電極板と第２の電極板とを重ね合わせていたが、コンデンサ素子１０を介して対向配置させるようにしても良い。この場合においても、副電極部２２、３２が重なり合う構成にすれば、低インダクタンス化を図ることができる。また、コンデンサ素子１０を複数用いていたが、１個でも良い。また、コンデンサ素子１０と第１、第２の電極板２０、３０との連結に第１、第２のリード端子６０、７０を用いていたが、第１、第２の端子６０、７０を用いることなく、第１、第２の電極板２０、３０から端子を延設させ、この端子によってコンデンサ素子１０と各電極板２０、３０とを接続するようにしても良い。

１０・・コンデンサ素子、１０ａ・・電極部、２０・・第１の電極板、２１、３１・・主電極部、２２、３２・・副電極部、２３・・第１の外部接続用端子、２３ａ、３３ａ・・ボルト孔、３０・・第２の電極板、３３・・第２の外部接続用端子

Claims (3)

1. 両端面に電極部（１０ａ）（１０ａ）を有するコンデンサ素子（１０）と、一方がコンデンサ素子（１０）の一方の電極部（１０ａ）に接続され、他方がコンデンサ素子（１０）の他方の電極部（１０ａ）に接続される一対の電極板（２０）（３０）とを備えたコンデンサであって、一対の電極板（２０）（３０）は、主電極部（２１）（３１）と、主電極部（２１）（３１）から角度をもって延設された副電極部（２２）（３２）とを有し、副電極部（２２）（３２）の相対する端部から外部接続用端子（２３）（３３）を相対向させて延設していることを特徴とするコンデンサ。
2. 主電極部（２１）（３１）が互いに重ね合わされるとともに、副電極部（２２）（３２）が互いに重ね合わされている請求項１に記載のコンデンサ。
3. 外部接続用端子（２３）（３３）の先端部が互いに近接する方向に折曲形成されているとともに、この先端部に取付部（２３ａ）（３３ａ）が形成されている請求項１又は２に記載のコンデンサ。