JP5919489B2 - ケースモールド型コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車等に使用され、特に、ハイブリッド自動車のモータ駆動用に最適なケースモールド型コンデンサに関するものである。

近年、環境保護の観点から、あらゆる電気機器がインバータ回路で制御され、省エネルギー化、高効率化が進められている。中でも自動車業界においては、電気モータとエンジンで走行するハイブリッド車（以下、ＨＥＶと呼ぶ）が市場導入される等、地球環境に優しく、省エネルギー化、高効率化に関する技術の開発が活発化している。

このようなＨＥＶ用の電気モータは使用電圧領域が数百ボルトと高いため、この電気モータに関連して使用されるコンデンサとして、高耐電圧で低損失の電気特性を有する金属化フィルムコンデンサが注目されており、更に市場におけるメンテナンスフリー化の要望からも極めて寿命が長い金属化フィルムコンデンサを採用する傾向が目立っている。

ところで、この金属化フィルムコンデンサをＨＥＶに搭載する場合、必然的に過酷な温度条件、湿度条件下に曝されるため、高い耐候性を有することが必須となっている。したがって、一般にこれら金属化フィルムコンデンサは上面開口型のケースに収容した後、エポキシ等の樹脂でモールドされ、樹脂にて被覆することで耐候性を高めたケースモールド型のコンデンサとして使用される。

具体的に図３を用いて特許文献１に示される従来のケースモールド型コンデンサ１０１の構成について説明する。図３はケースモールド型コンデンサ１０１の断面図である。

ケースモールド型コンデンサ１０１は上述したように、上面に開口部を有した樹脂製のケース１０２の内部に金属化フィルムコンデンサであるコンデンサ素子１０３を複数個収容した構成となっている。

さらに、ケース１０２の内部にはモールド樹脂１０４としてエポキシ樹脂を注入、硬化させている。このように、コンデンサ素子１０３はモールド樹脂１０４にて被覆されることで、外部からの熱衝撃や水分の浸入から保護されている。

そしてコンデンサ素子１０３の両端面に設けられた一対の電極１０５ａ、１０５ｂには夫々バスバー１０６の一端が接続されている。このバスバー１０６の他端側はケース１０２内に充填されたモールド樹脂１０４の注型面から表出し、さらにケース１０２の外部へと引き出された状態となっている。すなわち、このバスバー１０６の他端側をケースモールド型コンデンサ１０１の外部の端子と接続することで、コンデンサ素子１０３を外部と電気的に接続するものである。

このようにケースモールド型コンデンサ１０１は、コンデンサ素子１０３をエポキシ樹脂等の耐熱性、耐湿性に優れた樹脂で被覆した状態で使用することで、耐候性を高めた構成となっていた。

特開２００８−１３０６４０号公報

確かに上記構成によると、モールド樹脂１０４にてコンデンサ素子１０３を被覆することで耐候性を高めることは可能であるが、この従来のケースモールド型コンデンサ１０１は以下で述べるような課題を有するものであった。

すなわち、図３で示すように、ケースモールド型コンデンサ１０１ではバスバー１０６がケース１０２の内側壁近傍に設けられた構成となっているが、このようにバスバー１０６がケース１０２に接近した箇所が存在すると、モールド樹脂１０４が毛細管現象によりこのバスバー１０６とケース１０２の間の隙間を這い上がってしまう可能性がある。

隙間を這い上がったモールド樹脂１０４がバスバー１０６の外部端子と接続する部分に付着してしまうと、コンデンサ素子１０３と外部の端子との導通を妨げてしまい、引いてはコンデンサとしての特性を悪化させてしまう原因となり得る。

すなわち、このケース１０２に充填するモールド樹脂１０４の這い上がりを抑制することは、ケースモールド型コンデンサ１０１のコンデンサとしての信頼性の向上に直結するものであり、この課題の解決は非常に重要である。

そこで、本発明はこのような課題を解決し、優れた信頼性を有するケースモールド型コンデンサを提供することを目的とするものである。

この課題を解決するために本発明のケースモールド型コンデンサは、上面に開口部を有するケースと、前記ケース内部に収容されるとともに両端部に一対の端面電極を有するコンデンサ素子と、前記ケース内部に注入され、前記コンデンサ素子をモールドするモールド樹脂と、前記コンデンサ素子の前記一対の端面電極に一端が夫々接続され、他端が前記
モールド樹脂から表出し外部端子と夫々接続される一対のバスバーとを備え、前記バスバーは前記ケースの内側壁に沿って配設されるとともに、一部が前記モールド樹脂に埋入した貫通孔を有し、前記コンデンサ素子は前記一対の端面電極が前記ケースの内側壁に夫々対向するように前記ケース内部に複数個収容され、前記バスバーは隣接する前記コンデンサ素子の端面電極どうしを電気的に接続し、前記貫通孔は隣接する前記コンデンサ素子の間に設けられた構成としたものである。

本発明の構成によると、ケースモールド型コンデンサの信頼性を高めることができる。

これは、バスバーに貫通孔を設け、この貫通孔の一部がモールド樹脂に埋入した構成としたことによる。

つまり、バスバーに貫通孔を設けることによって、バスバーとケース内側壁の間の隙間に存在するモールド樹脂の表面張力が分散され、毛細管現象が発生しにくくなるのである。

そして、この結果、バスバーとケース内側壁の間のモールド樹脂の這い上がりを抑制でき、ケースモールド型コンデンサの信頼性を向上させることが可能となる。

本発明のケースモールド型コンデンサの構成を示す斜視図 本発明のケースモールド型コンデンサの構成を示す図であり、（ａ）はモールド後の斜視図、（ｂ）は断面図 従来のケースモールド型コンデンサの構成を示した断面図

以下、図１を用いて、本発明のケースモールド型コンデンサ１の構成について説明する。図１は本実施例のケースモールド型コンデンサ１において、ケース２内にモールド樹脂９を注入する前の状態を示す斜視図である。

図１に示すように、本実施例のケースモールド型コンデンサ１はケース２の内部にコンデンサ素子３を収容した態様となっている。

ケース２は樹脂にて形成されたケースであり、本実施例では特に耐熱性、耐衝撃性に優れたポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いている。ケース２は図１に示すように上方が開口した箱型の形状を成している。なお、説明の便宜上、本明細書では図１における上方向をケースモールド型コンデンサ１の上方向として説明するが、実使用に際しては必ずしも開口部側を上方向として配置する必要はなく、例えば開口部を水平方向に向けた横置きの状態で使用することも可能である。あるいは、開口部を鉛直方向下向きに向けた状態で使用することも可能である。

ケース２内部にはコンデンサ素子３が複数個収容されている。本実施例では６個のコンデンサ素子３を一列に並設している。

このコンデンサ素子３は、ポリプロピレンの誘電体フィルムの上にアルミニウムを蒸着させた２枚の金属化フィルムを一対として重ね、これら金属化フィルムを複数ターン巻回し、扁平状に押圧することで形成される。また、コンデンサ素子３は両端面に夫々端面電極４ａ、端面電極４ｂ（図１では図示せず。図２（ｂ）で図示。）を有している。この端面電極４ａ、端面電極４ｂは、コンデンサ素子３の巻回端面に亜鉛を溶射することで形成されたメタリコン電極である。なお、本実施例においては誘電体フィルムとしてポリプロピレンを用いたが、ポリプロピレン以外にもポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニルサルファイド、ポリスチレンなどを用いてもよい。また、蒸着させる金属もアルミニウムに限られることなく、錫やマグネシウム、あるいはこれらの金属を複数用いた合金を用いてもよい。

コンデンサ素子３は図１で示すようにケース２内部に横置きの状態で配置されている。すなわち、一列に並設された複数のコンデンサ素子３は、その両端に備えた端面電極４ａ、端面電極４ｂがケース２の長辺側の側壁内面と対向した状態でケース２の収容部に収容されている。なお、これら複数のコンデンサ素子３は同方向の端面電極が同極性となるように並べられている。

そして、これら複数のコンデンサ素子３の端面電極４ａ、端面電極４ｂには、コンデンサ素子３とケースモールド型コンデンサ１外部とを電気的に接続する部材であるバスバー５ａ、バスバー５ｂが夫々接続されている。バスバー５ａ、バスバー５ｂは図１に示すようにケース２の長辺側の側壁に配設されるとともに、この側壁に僅かに隙間６ａ、隙間６ｂを空け、かつ沿うようにして固定される。これらバスバー５ａ、バスバー５ｂとケース２との固定は螺子孔７ａ（図１では図示せず。図２（ｂ）で図示。）、螺子孔７ｂに螺子（図示せず）を螺合させて行う。なお、本実施例ではバスバー５ａ、バスバー５ｂを銅にて形成している。

ケース２内に収容された複数のコンデンサ素子３の端面電極４ａはバスバー５ａにはんだなどで電気的に接続され、また端面電極４ｂどうしはバスバー５ｂに電気的に接続されている。すなわち、これら複数のコンデンサ素子３どうしは並列に接続されている。

そして、このバスバー５ａ、バスバー５ｂに円形の貫通孔８ａ、貫通孔８ｂ（図１では図示せず。図２（ｂ）で図示。）を設けたことが本発明の技術的特徴の一つである。これら貫通孔８ａ、貫通孔８ｂは図１で示すように、隣接するコンデンサ素子３の上方に設けられている。ただし、本実施例では上述したようにコンデンサ素子３は扁平状の形状を成しており、この扁平状のコンデンサ素子３の隣接する湾曲部分の間に貫通孔８ａ、貫通孔８ｂの下端部が位置している。また、図１に示すように、貫通孔８ａ、貫通孔８ｂはコンデンサ素子３と重ならないようにコンデンサ素子３どうしの間に配置されている。この貫通孔８ａ、貫通孔８ｂの作用効果については後述する。

次に、図２（ａ）、図２（ｂ）を用いて、ケース２内にモールド樹脂９を注入した後のケースモールド型コンデンサ１について説明する。本実施例ではモールド樹脂９として熱硬化性のエポキシ樹脂を用いている。ここで、図２（ａ）は本発明のケースモールド型コンデンサ１において、ケース２内にモールド樹脂９を注入した後の状態を示す斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）において点線Ａで示される平面部分の断面図である。

ケース２内へのモールド樹脂９の注入はケース２上方の開口部より行い、貫通孔８ａ、貫通孔８ｂの位置までモールド樹脂９を充填する。正確には図２（ｂ）に示すように、貫通孔８ａ、貫通孔８ｂの上端部がモールド樹脂９の注型面の上端よりも僅かに上方に位置するように調節し、貫通孔８ａ、貫通孔８ｂの上端部付近を除く部分がモールド樹脂９に埋入した状態としている。すなわち、本実施例のケースモールド型コンデンサ１では貫通孔８ａ、貫通孔８ｂの一部がモールド樹脂９に埋入した構成となっている。また、隙間６ａ、隙間６ｂに存在するモールド樹脂９とコンデンサ素子３側に位置するモールド樹脂９とは、貫通孔８ａ、貫通孔８ｂを介して、つながった状態となっている。なお、バスバー５ａ、バスバー５ｂの外部端子と接続させる端部はモールド樹脂９から表出している。

そして、モールド樹脂９を加熱し、硬化させることで、コンデンサ素子３がモールド樹脂９に被覆され、コンデンサ素子３は外部からの水分の浸入や熱衝撃から保護されることとなる。

次に本実施例のケースモールド型コンデンサ１の作用効果について説明する。

まず、本実施例のケースモールド型コンデンサ１は上述した構成によりモールド樹脂９の這い上がりを抑制でき、信頼性の高いものとなっている。

すなわち、バスバー５ａ、バスバー５ｂに設けた貫通孔８ａ、貫通孔８ｂによって隙間６ａ、隙間６ｂに存在するモールド樹脂９とコンデンサ素子３側に位置するモールド樹脂９とがつながった状態となっているため、隙間６ａ、隙間６ｂに存在するモールド樹脂９の表面張力が分散され、毛細管現象の発生を抑制することができる。この結果、モールド樹脂９の這い上がりを抑制し、バスバー５ａ、バスバー５ｂの外部端子との接続部分にモールド樹脂９が付着してしまうことを防止でき、ケースモールド型コンデンサ１の信頼性を向上させることができる。実際に、本実施例のケースモールド型コンデンサ１について、外観検査にてモールド樹脂９の這い上がりの有無の確認をしたところ、モールド樹脂９がバスバー５ａ、バスバー５ｂ上を這い上がった形跡は見当たらなかった。

ただし、貫通孔８ａ、貫通孔８ｂの上端はモールド樹脂９の注型面よりも上方となるようにし、少なくとも貫通孔８ａ、貫通孔８ｂの一部がモールド樹脂９から露出するようにしなければならない。もし、貫通孔８ａ、貫通孔８ｂが完全にモールド樹脂９に埋没してしまうと、表面張力が分散されにくくなり、本実施例の構成による効果を十分に発揮できなくなる。

ところで、車両用のケースモールド型コンデンサではその配置スペースの問題から低背化が望まれるが、本実施例のケースモールド型コンデンサ１では低背化を行うために、バスバー５ａ、バスバー５ｂの外部端子との接続部分をケース２上方に垂直に延設するのではなく、ケース２の外側壁に沿わせた態様としている。しかしながら、このようにバスバー５ａ、バスバー５ｂを外側壁に沿わせた態様とした場合、バスバー５ａ、バスバー５ｂと外側壁の間にも僅かな隙間が存在するため、通常のケースモールド型コンデンサと比較してさらに毛細管現象が発生しやすく、モールド樹脂９の這い上がりが発生しやすいものとなっている。したがって、上述したバスバー５ａ、バスバー５ｂに貫通孔８ａ、貫通孔８ｂを設ける構成は、本実施例のようなバスバー５ａ、バスバー５ｂを外側壁に沿わせた態様のケースモールド型コンデンサに特に有用であり、本実施例のケースモールド型コンデンサ１は信頼性が高く、さらに低背化も実現した優れた構成となっている。

また、ケースモールド型コンデンサ１の耐候性を高めるためには、ケース２の収容部の隅々まで余すところ無くモールド樹脂９を充填させることが望ましいが、一般にモールド樹脂９を収容部の隅々まで行き渡らせるためには、モールド樹脂９として比較的粘度の低い樹脂を用いることが望ましい。一方、毛細管現象は粘度の低い液体ほど発生し易いものである。すなわち、本実施例のケースモールド型コンデンサ１では毛細管現象の発生を抑制できる構成となっているため、比較的粘度の低い樹脂であってもモールド樹脂９として用いることができ、ケース２の収容部の隅々までモールド樹脂９を充填させることが可能な構成となっている。このように、本実施例のケースモールド型コンデンサ１では、ケース２の収容部にモールド樹脂９を十分に充填でき、耐候性もさらに高めることが可能である。

なお、貫通孔８ａ、貫通孔８ｂの形状は円形であることが望ましい。貫通孔８ａ、貫通孔８ｂが円形であればコンデンサ素子３から外部端子への電流経路に無駄がなく、電流が流れ易くなるためである。また、実使用において外部から振動を受けた際に、貫通孔８ａ、貫通孔８ｂが本実施例のように円形であればバスバー５ａ、バスバー５ｂに局所的に応力集中が発生することを抑制できる。したがって、バスバー５ａ、バスバー５ｂの耐振動性も比較的良好なものとなっている。

また、貫通孔８ａ、貫通孔８ｂは複数個設けることで、より効果的にモールド樹脂９の這い上がりを抑制することができる。

さらに、貫通孔８ａ、貫通孔８ｂは、隣接するコンデンサ素子３どうしの間に配置することが望ましい。これは、貫通孔８ａ、貫通孔８ｂをコンデンサ素子３どうしの間に配置することで、貫通孔８ａ、貫通孔８ｂがコンデンサ素子３から外部端子までの電流経路の障害とならず、インダクタンス成分を低くすることができるからである。

なお、バスバー５ａ、バスバー５ｂの材料としては導電性を有する材料であればどのような材料を用いても構わないが、中でも銅を用いることが望ましい。銅は導電性とともに柔軟性にも優れており、貫通孔８ａ、貫通孔８ｂを穿設する際の加工が容易であるためである。

また、本実施例のケースモールド型コンデンサでは図２（ａ）に示すように、バスバー５ａ、バスバー５ｂがモールド樹脂９とケース２の界面を一部覆った構成となっている。このようにバスバー５ａ、バスバー５ｂがモールド樹脂９とケース２の界面を覆うことで、モールド樹脂９とケース２の界面からケースモールド型コンデンサ１内部への水分の浸入を抑制することができる。すなわち、本実施例のバスバー５ａ、バスバー５ｂの構成（形状）は低背化を達成するとともに、ケースモールド型コンデンサ１の外部からの水分浸入の可能性を低減することにも貢献している。

以上説明したように、本発明によるケースモールド型コンデンサ１は優れた信頼性を発揮することができ、また同時に本発明によると低背化等の効果も奏することができる。

なお、この発明は上記の実施例に限定されるものではなく、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、上述の実施例ではコンデンサ素子３として巻回型の金属化フィルムコンデンサを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく積層型の金属化フィルムコンデンサをコンデンサ素子３として用いても本発明の効果を得ることは可能である。

本発明によるケースモールド型コンデンサは、優れた信頼性を有しており、各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車等に用いられるコンデンサとして好適に採用でき、特に高耐候性が求められる自動車用分野において有用である。

１ ケースモールド型コンデンサ
２ ケース
３ コンデンサ素子
４ａ、４ｂ 端面電極
５ａ、５ｂ バスバー
６ａ、６ｂ 隙間
７ａ、７ｂ 螺子孔
８ａ、８ｂ 貫通孔
９ モールド樹脂

Claims (3)

1. 上面に開口部を有するケースと、
   前記ケース内部に収容されるとともに両端部に一対の端面電極を有するコンデンサ素子と、
   前記ケース内部に注入され、前記コンデンサ素子をモールドするモールド樹脂と、
   前記コンデンサ素子の前記一対の端面電極に一端が夫々接続され、他端が前記モールド樹脂から表出し外部端子と夫々接続される一対のバスバーとを備え、
   前記バスバーは前記ケースの内側壁に沿って配設されるとともに、一部が前記モールド樹脂に埋入した貫通孔を有し、
   前記コンデンサ素子は前記一対の端面電極が前記ケースの内側壁に夫々対向するように前記ケース内部に複数個収容され、
   前記バスバーは隣接する前記コンデンサ素子の端面電極どうしを電気的に接続し、
   前記貫通孔は、隣接する前記コンデンサ素子の夫々が前記バスバーと接続される接続部どうしの間に設けられたケースモールド型コンデンサ。
2. 前記コンデンサ素子は扁平状をなし、
   前記貫通孔は、隣接する前記扁平状のコンデンサ素子の湾曲部分どうしの間に設けられた請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
3. 前記貫通孔は複数個設けられた請求項１または２に記載のケースモールド型コンデンサ。

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