JP2002015951A - コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放熱性に優れたコンデンサを提供すること。 【解決手段】 本発明のコンデンサは、軸方向の一方の
端面に開口を有するケース１４と、正側端子および負側
端子の一方よりなり、ケースの開口を封止する封口板１
３と、を有することを特徴とする。本発明のコンデンサ
は、正側端子および負側端子の一方を封口板とすること
で、この封口板からケース内部の熱を放熱することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はコンデンサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、インバータ等の電力変換器に
おいて、コンデンサは、入力電力の平滑化のために用い
られている。また、近年は、この電力変換器に限らず、
さまざまな装置において小型化、高性能化が求められて
いる。

【０００３】コンデンサは、一般的には、発熱を抑える
ことで小型化することができる。すなわち、性能を保持
したまま小型化を行おうとすると、コンデンサアセンブ
リが高密度で形成されるようになる。しかしながら、高
密度化すると、コンデンサアセンブリからの発熱も増加
することとなり、この熱によりコンデンサの性能が低下
する。このため、コンデンサを小型化するためには、コ
ンデンサ内部の熱を外部に効率よく逃がすことが必要と
なっていた。

【０００４】コンデンサ内部の熱を外部に放熱する経路
としては、発熱したコンデンサアセンブリと電気的に接
続されている正側端子および負側端子を介して、ブスバ
ー等の配線部材に放熱する経路がある。

【０００５】しかしながら、一般には配線部材と正側お
よび負側端子との接触は、電気的に必要最小限の面積で
行われているため、端子を介しての熱の伝達が十分に行
われなかった。

【０００６】また、コンデンサアセンブリに発生した熱
のそれぞれの端子への伝達は、コンデンサアセンブリを
構成する陽極箔および陰極箔がになっている。

【０００７】しかしながら、陽極箔は耐圧性を確保する
ことができる最小限の厚さであり、陰極箔は静電容量を
確保するために薄く形成されている。このため、陽極箔
および陰極箔による正側および負側端子への熱の伝達
は、その効率が十分とはいえない状態にあった。

【０００８】この結果、コンデンサアセンブリで発生し
た熱を効率よく配線部材に伝導させることが困難であ
り、コンデンサの小型化、長寿命化が困難となってい
た。

【０００９】さらに、コンデンサと配線部材との接合
は、正側および負側端子のみで行われていたため、高振
動環境下では大電流が流れる端子部に機械的な応力が集
中し、端子と電極の接触不良が生じやすくなっていた。

【００１０】このため、高振動環境下等の条件において
は、コンデンサおよび配線部材を強固に固定するため
に、固定部材が必要となっていた。固定部材が必要にな
るということは、コンデンサを搭載した装置が大型化、
高コスト化するという問題を有していた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実状に鑑
みてなされたものであり、放熱性に優れたコンデンサを
提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明者はコンデンサの放熱経路について検討を重ね
た結果、コンデンサの端子の一方を封口板と一体に形成
することで、封口板からも放熱を行うことができるコン
デンサが得られることを見出した。

【００１３】すなわち、本発明のコンデンサは、軸方向
の一方の端面に開口を有するケースと、正側端子および
負側端子の一方よりなり、ケースの開口を封止する封口
板と、を有することを特徴とする。

【００１４】本発明のコンデンサは、正側端子および負
側端子の一方を封口板とすることで、この封口板からも
ケース内部の熱を放熱することができる。このため、コ
ンデンサの加熱による性能の低下が抑えられる。このた
め、本発明のコンデンサは、小型化、長寿命化などの性
能が向上する。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明のコンデンサは、軸方向の
一方の端面に開口を有するケースと、正側端子および負
側端子の一方よりなり、ケースの開口を封止する封口板
と、を有することを特徴とする。すなわち、一方の端子
が封口板となることで、軸方向の端面において一方の端
子が広い面積を有するようになる。このため、この一方
の端子にケース内の熱を伝えることで、この端子から放
熱することができる。

【００１６】また、一方の端子が封口板となることで、
部品点数が削減され、コンデンサのコストが減少する。

【００１７】両端子の他方は、電気絶縁体を介して封口
板を貫通した状態で封口板に保持されていることが好ま
しい。すなわち、コンデンサの正側端子および負側端子
の他方が、封口板から突出して形成されている。また、
この他方の端子は、一方の端子よりなる封口板とは、電
気的に絶縁されている。

【００１８】封口板は、頂面が開口端部より突出した位
置にあることが好ましい。すなわち、封口板の頂面がケ
ースの開口端部より突出した位置にあることで、一方の
端子の露出した面積が大きくなり、放熱に寄与する面積
が増加する。

【００１９】コンデンサは、正側端子とタブを介して接
続される陽極箔と、負側端子とタブを介して接続される
陰極箔とが、絶縁セパレータを介した状態で巻回された
コンデンサアセンブリを有し、陽極箔および陰極箔の一
方の端子と接続される箔のアルミ残厚および／またはタ
ブは、その厚さが他方の端子と接続される一方の箔のア
ルミ残厚および／またはタブの厚さより厚く形成されて
いることが好ましい。

【００２０】すなわち、一方の端子と接続されるタブお
よび／または箔のアルミ残厚が厚く形成されると、コン
デンサアセンブリの熱が封口板に効率よく伝達され、コ
ンデンサアセンブリの温度が低下するためである。ここ
で、箔のアルミ残厚とは、陽極箔および陰極箔を形成す
るアルミ箔の、エッチング、酸化処理が施された部分を
示し、この部分が電気および熱の伝達を行う。

【００２１】詳しくは、一方の端子に接続されたタブお
よび／または箔のアルミ残厚が厚く形成されると、箔の
アルミ残厚および／またはタブ自身が保持できる熱量が
増加する。このため、箔のアルミ残厚および／またはタ
ブを厚く形成することで、このタブおよび／または箔の
アルミ残厚と接続された一方の端子よりなる封口板に多
量の熱が伝達されるようになる。

【００２２】封口板は、多量の熱が伝えられても、十分
に放熱できる。このため、箔のアルミ残厚および／また
はタブから伝達された熱が放熱され、コンデンサが冷却
される。この結果、本発明のコンデンサの性能が向上す
る。

【００２３】コンデンサは、一方の端子および他方の端
子の各頂面が板状の配線部材と密着して接続されること
が好ましい。すなわち、両端子が頂面で板状の配線部材
と当接することで、両端子と配線部材との接触面積を広
くとることができる。接触面積が広くなると、端子から
配線部材への熱の伝達が行われるようになり、コンデン
サの内部の熱がコンデンサの外部に放熱される。また、
配線部材に伝達された熱は、この配線部材からも放熱さ
れるようになる。

【００２４】また、接触面積が広くなると、端子と配線
部材との締結を多くすることができる。すなわち、締結
のための締結箇所を複数とすることができる。

【００２５】一方の端子に接続される板状の第一配線部
材と、他方の端子に接続される板状の第二配線部材と
は、絶縁材を介した状態で積層されることが好ましい。
すなわち、両端子の他方と接続される第二配線部材を、
絶縁材を介した状態で第一配線部材に積層した構造とす
ることで、配線部材とコンデンサとの接続を強固にする
ことができる。すなわち、配線部材によりコンデンサの
端面を押圧して固定できるためである。

【００２６】また、板状の第一配線部材および第二配線
部材が絶縁材を介した状態で積層されるコンデンサに接
続されることで、正側端子および負側端子から配線部材
に伝えられた熱が、この配線部材においても放熱され
る。

【００２７】また、絶縁材を介して第一および第二配線
部材が積層した状態でコンデンサに接続されることで、
配線インダクタンスの低下およびそれによるスパイク電
圧が低減できる効果を示す。

【００２８】第一および第二配線部材の間に介在する絶
縁材は、シート状に形成されていることが好ましい。シ
ート状に形成されることで、第一および第二配線部材の
間で上記したコンデンサ効果を発揮できるようになる。
また、シート状とすることで、配線部材の体積の増加を
抑えられる。

【００２９】また、絶縁材は、比熱が低いことが好まし
い。すなわち、絶縁材の比熱が低いことで、第一および
第二配線部材の間での熱の伝達が行われるようになり、
コンデンサからの放熱が促進される。

【００３０】他方の端子の頂面は、封口板の頂面から第
一配線部材と絶縁材の厚さ分だけ突出していることが好
ましい。すなわち、第一および第二配線部材が積層した
状態で正側端子および負側端子に接続されるときには、
絶縁材を介した状態で行われる。絶縁材がないと、電極
板同士の接触による短絡が生じるためである。このた
め、他方の頂面の突出高さが第一配線部材と絶縁材の厚
さ分より短いと、第二配線部材が接続できなくなり、突
出高さが高くなると、両配線部材の間に空隙が生じるよ
うになり、コンデンサの保持強度が低下するとともに配
線長さが長くなる。

【００３１】封口板は、内部の圧力が過剰になると開放
する圧力開放弁を有することが好ましい。すなわち、コ
ンデンサアセンブリが過熱すると、コンデンサに含まれ
る電解液が気化し、ケース内の圧力が増加する。ケース
内の圧力が増加すると、ケースが膨らみ、コンデンサの
耐熱性および耐震性が低下するようになるためである。

【００３２】本発明のコンデンサは、封口板を正側端子
および負側端子の一方で形成することで、この封口板に
コンデンサ内部の熱を伝達する。このため、コンデンサ
内部の温度が過剰に上昇することにより生じる性能の低
下が抑えられ、高い性能を維持できる。この結果、本発
明のコンデンサは、小型化、長寿命化などの点におい
て、性能が向上している。

【００３３】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明を説明する。

【００３４】本発明の実施例として扁平型状コンデンサ
を作製した。

【００３５】（実施例）実施例は、図１〜２に示された
扁平型コンデンサ１である。実施例の扁平型コンデンサ
は、コンデンサアセンブリ２と、内部にコンデンサアセ
ンブリ２が挿入されるケース１４と、ケース１４の開口
部を封止する負側端子１３と、負側端子１３と電気的に
絶縁された状態で負側端子１３を貫通した状態で保持さ
れた正側端子１１と、から構成されている。

【００３６】コンデンサアセンブリ２は、厚みｔ₁＝５
０μｍ（アルミ残厚４０μｍ）の帯状の陰極箔２１と、
厚みｔ₂＝１１０μｍ（アルミ残厚３０μｍ）の帯状の
陽極箔２２とが、帯状に形成された絶縁性の電解紙２３
を介した状態で扁平巻回形状に形成されたコンデンサア
センブリ２である。このコンデンサアセンブリ２を図３
に示した。

【００３７】コンデンサアセンブリ２は、巻回された状
態において、周方向の外周面を陰極箔２２が露出した状
態で巻回された。

【００３８】また、このコンデンサアセンブリ２は、軸
方向の同一方向に、陽極箔２２に接続された陽極タブ２
２１と、陰極箔２１に接続された陰極タブ２１１と、が
突出している。

【００３９】ケース１４は、アルミニウムにより形成さ
れた、有底缶よりなり、断面が略だ円形状を有してい
る。

【００４０】負側端子１３は、ケース１４の開口部を封
止し、正側端子１１が負側端子１３を貫通した状態で絶
縁材１２を介した状態で保持している。負側端子１３
は、コンデンサアセンブリ２と対向する面側に陰極タブ
２１１と接合される陰極端子部１３１が形成されてい
る。また、正側端子１１もコンデンサアセンブリ２と対
向する面に、陽極タブ２２１と接続される陽極端子部１
１１を有している。ここで、負側端子１３の構造がわか
るように、図４にその断面を示した。

【００４１】実施例の扁平型コンデンサは、コンデンサ
アセンブリ２の陽極タブ２２１を正側端子１１の陽極端
子部１１１と、陰極タブ２１１を陰極端子部１３１と、
に接続した状態で、ケース１４に挿入し、ケース１４の
開口部を軸心方向に巻き締めして封止して製造された。

【００４２】実施例の扁平型コンデンサは、コンデンサ
アセンブリの発熱が陰極箔および陰極タブを介して負側
端子に効率よく伝達される。さらに、負側端子から外部
に効率よく放熱されるため、コンデンサの温度の上昇が
抑えられている。このため、実施例の扁平型コンデンサ
は、小型化、長寿命化、低コスト化が可能となってい
る。

【００４３】また、陰極箔のアルミ残厚および陰極タブ
の厚さのみを厚くしているため、コンデンサの静電容量
が大きく低下しない。さらに、電力用コンデンサが使用
されるときには、必要なリプル電流を流し得るコンデン
サを選択した場合には、その静電容量は必要以上に大き
い現状があることから、タブおよび箔の厚さの増加によ
る静電容量の低下は、コンデンサを搭載した装置の性能
に影響を及ぼすものではない。

【００４４】（扁平型コンデンサの搭載）実施例の扁平
型コンデンサを、実際に電力変換器に搭載した。この扁
平型コンデンサが搭載された電力変換器を図５に示し
た。

【００４５】図５より、扁平型コンデンサが搭載された
電力変換器は、電力変換のためのスイッチング処理を行
う半導体モジュール３１と、半導体モジュール３１を制
御するコントローラー３２と、半導体モジュール３１を
冷却する冷却器３３と、半導体モジュール３１および冷
却器３３に接続された正側ブスバー４２および負側ブス
バー４１と、正側ブスバー４２および負側ブスバー４１
との間に介在した層間絶縁材４３と、冷却器３３と負側
ブスバー４１との間に介在する放熱シート４４とから構
成される。

【００４６】正側ブスバー４２および負側ブスバー４１
は、略Ｍ字状に曲成された金属板よりなる。正側ブスバ
ー４２および負側ブスバー４１は、シート状の層間絶縁
材４３を介した状態で積層され、扁平型コンデンサに接
続されている。

【００４７】扁平型コンデンサは、扁平型コンデンサの
負側端子が端面を形成し、正側端子が端面から突出して
形成されている。この正側端子の突出高さは、負側ブス
バーと層間絶縁材の厚さの和と同じであった。

【００４８】正側ブスバー４２および負側ブスバー４１
と扁平型コンデンサ１の接続は、まず、負側端子１３の
頂面と負側ブスバー４１とを密着した状態で固定する。
このとき、負側端子１３には、ねじ穴１３２が形成され
ており、負側ブスバー４１を貫通した雄ねじ１３３を用
いて、負側ブスバー４１を負側端子１３に固定した。ま
た、負側ブスバー４１が正側端子１１と接触しないよう
に絶縁材１２１が正側端子１１との間に介在している。
ここで、負側ブスバー４１が接続された状態を図６に示
した。

【００４９】つづいて、正側ブスバー４２を、シート状
の層間絶縁材４３を介した状態で負側ブスバー４１の上
面に配置した。その後、正側端子１１の端面と密着する
ように正側ブスバー４２を固定した。このとき、正側端
子１１と正側ブスバー４２との固定も、正側端子１１の
端面にもうけられたねじ穴１１２を雄ねじ１１３を用い
てねじ止めにより固定した。また、正側ブスバー４２が
雄ねじ１３３と接触しないように、雄ねじ１３３のまわ
りは、空間が形成された。この正電極４２の固定された
状態を図７に示した。

【００５０】電力変換器の扁平型コンデンサ１と正側ブ
スバー４２および負側ブスバー４１との接合部を、図８
に示した。図８に示されたように、負側ブスバー４１
は、放熱シート４４を介した状態で冷却器３３に固定さ
れている。このため、この電力変換器は、扁平型コンデ
ンサの熱が正側端子および負側端子を介して正側ブスバ
ー４２および負側ブスバー４１に伝えられる。この伝え
られた熱は、正側ブスバー４２および負側ブスバー４１
から放熱が行われるとともに、接続された冷却器で冷却
される。このため、接続されたブスバー４１、４２から
の放熱が促進されることで、負側端子１３からの放熱が
行われる。この結果、扁平型コンデンサの過熱が抑えら
れている。

【００５１】さらに、電力変換器は、正側ブスバー４２
および負側ブスバー４１が層間絶縁材４３を介して積層
している。このため、層間絶縁材４３を介して積層した
ブスバー４１、４２の間で、コンデンサの静電効果が発
揮されるようになり、コンデンサの効果が増加してい
る。

【００５２】なお、本実施例においては、ブスバーを両
端子のそれぞれの頂面に接続する方法として、それぞれ
を一カ所ずつねじ止めして固定したが、このねじ止め箇
所は、複数としても何ら問題はない。複数箇所でねじ止
めを行うと、ブスバーと端子との密着性が向上するよう
になる効果が示される。

【００５３】

【発明の効果】本発明のコンデンサは、ケースの開口端
を封止する封口板を、正側端子および負側端子の一方に
より形成しているため、ケース内の熱をこの広い露出部
を有する封口板から放熱することができる。ケース内の
熱が効率よく排出されることで本発明のコンデンサは、
放熱性に優れることとなり、小型化、長寿命化など高性
能化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の扁平型コンデンサの斜視図である。

【図２】 実施例の扁平型コンデンサの正面図である。

【図３】 実施例の扁平型コンデンサのコンデンサアセ
ンブリを示した図である。

【図４】 実施例の扁平型コンデンサの負側端子の断面
を示した図である。

【図５】 実施例の扁平型コンデンサを搭載した電力変
換器を示した図である。

【図６】 実施例の扁平型コンデンサと負電極との接合
部を示した図である。

【図７】 実施例の扁平型コンデンサと正電極との接合
部を示した図である。

【図８】 電力変換器の正電極および負電極と扁平型コ
ンデンサの接合部を示した図である。

【符号の説明】

１…扁平型コンデンサ １１…正側端子 １２
…絶縁材 １３…負側端子 １４…ケース ２…コンデンサアセンブリ ２１…陰極箔 ２２
…陽極箔 ２３…電解紙 ２１１…陰極タブ ２２
１…陽極タブ ３１…半導体モジュール ３２…コントローラ ３３
…冷却器 ４１…負側ブスバー ４２…正側ブスバー ４３
…層間絶縁材 ４４…放熱シート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｇ 9/04 ３５５

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向の一方の端面に開口を有するケー
   スと、 正側端子および負側端子の一方よりなり、該ケースの該
   開口を封止する封口板と、を有することを特徴とするコ
   ンデンサ。
2. 【請求項２】 前記両端子の他方は、電気絶縁体を介し
   て前記封口板を貫通した状態で該封口板に保持されてい
   る請求項１記載のコンデンサ。
3. 【請求項３】 前記封口板は、頂面が前記開口端部より
   突出した位置にある請求項１記載のコンデンサ。
4. 【請求項４】 前記コンデンサは、前記正側端子とタブ
   を介して接続される陽極箔と、前記負側端子とタブを介
   して接続される陰極箔とが、絶縁セパレータを介した状
   態で巻回されたコンデンサアセンブリを有し、該陽極箔
   および該陰極箔の前記他方の端子と接続される箔のアル
   ミ残厚および／またはタブは、その厚さが前記一方の箔
   のアルミ残厚および／またはタブの厚さより厚く形成さ
   れている請求項１記載のコンデンサ。
5. 【請求項５】 前記コンデンサは、前記一方の端子およ
   び前記他方の端子の各頂面が板状の配線部材と密着して
   接続される請求項１記載のコンデンサ。