JP2005093758A - キャパシタモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】配線基板に重量的な負荷が加わることがなく、振動条件の厳しい使用状況においても信頼性の高いキャパシタモジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】複数のキャパシタ１６を複数の収納筒部を設けたホルダー１７で胴部を挟持して保持するとともに、配線基板１８もホルダー１７に設けた複数の高さ規制ボス１７ａ〜１７ｄに固定して一体化した構成とすることにより、配線基板１８には重量的な負荷がかからず配線基板１８の破壊などを防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は複数のキャパシタを実装して構成されるキャパシタモジュールに関するものである。

図５は従来のこの種のキャパシタモジュールの構成を示した斜視図、図６は同キャパシタモジュールに使用される配線基板を示した斜視図である。図５、図６において、配線基板１にはキャパシタ２のリード線２ｂ，２ｃを挿通する実装用の孔１ａが設けられており、その端部にはこのキャパシタモジュールを取り付けるための取り付け用の孔１ｂが設けられている。キャパシタ２は有底円筒状の金属ケース２ａ内に駆動用電解液が含浸されたキャパシタ素子（図示せず）が収納され、このキャパシタ素子から外部引き出し用のリード線２ｂ，２ｃが一対の電極として引き出されて構成されているものである。

このように構成された従来のキャパシタモジュールは、配線基板１に設けた実装用の孔１ａにキャパシタ２の一対のリード線２ｂ，２ｃを嵌め込んだ後、裏面側で半田付けすることにより配線基板１に設けられた配線回路（図示せず）と電気的な接続を行い、複数のキャパシタ２を１枚の配線基板１上に実装することによって構成されているものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平０６−２７５４７１号公報

しかしながら上記従来のキャパシタモジュールでは、配線基板１に設けた取り付け用の孔１ｂを介してこのようなキャパシタモジュールをケースや被使用機器などに取り付けて使用するものであるが、その取り付け状態によっては複数のキャパシタ２の重量（数百ｇ〜数ｋｇ）が全て１枚の配線基板１に加わるために配線基板１が歪んで変形したり、また、使用状況によって特に振動が加わった際に配線基板１の取り付け用の孔１ｂや配線基板１本体が割れたり、あるいはキャパシタ２の一対のリード線２ｂ，２ｃを配線基板１に設けた配線回路と電気的に接続した半田付け部にクラックが入るという問題があった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、配線基板に重量的な負荷が加わることがなく、振動条件の厳しい使用状況においても信頼性の高いキャパシタモジュールを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明の請求項１に記載の発明は、同一方向に延出したリード線からなる２極の電極を有する複数のキャパシタを直列または並列に接続するための回路パターンを形成した配線基板に実装し、前記複数のキャパシタは複数の収納筒部を設けたホルダーで胴部を挟持して保持するとともに、前記配線基板も前記ホルダーに設けた複数の高さ規制ボスに固定するように構成したものであり、複数のキャパシタの重量を全てホルダーで支え、配線基板もホルダーに固定して一体化することにより、配線基板には一切重量的な負荷がかからないようになるため配線基板の破壊が発生しなくなり、信頼性の高いキャパシタモジュールを提供することができるという作用効果を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、ホルダーの収納筒部はその内径がキャパシタの外径より僅かに大きく、かつその内面に設けられた２ヶ所以上のリブによりキャパシタを圧入して保持することにより、キャパシタをより確実に保持すると共に保持力の安定を図ることができるという作用効果を有する。

本発明の請求項３に記載の発明は、ホルダーの収納筒部はその内径がキャパシタの外径より僅かに大きく、かつその内面に設けられた２ヶ所以上のスリットと保持用の爪で構成された弾性片で前記キャパシタを保持することにより、キャパシタをより確実に保持すると共に保持力を大幅に向上させることができるという作用効果を有する。

本発明の請求項４に記載の発明は、キャパシタの保持力がキャパシタの引き抜き方向の力で０．１ｋｇｆ〜１０ｋｇｆの範囲にあることを規定したものであり、車両の振動条件や保持されるキャパシタの重量、配線基板への半田付け部の許容応力、キャパシタの収納筒部への挿入力等を考慮した時の保持力を規定したものであり、これを管理することにより長期信頼性を確保することができるという作用効果を有する。

本発明の請求項５に記載の発明は、高さ規制ボスの少なくとも２ヶ所は配線基板の位置決め用の突起を有しており、配線基板にはそれに対応した穴が形成されてそれぞれの位置規制機能を有する構成としたものであり、キャパシタのリード線の位置と配線基板の位置関係が安定し、環境温度の変化による構成部品の熱膨張差によって生じるキャパシタのリード線の半田付け部における応力を一定にすることが可能となり、半田付け部の品質の均一化が可能となる作用効果を有する。

本発明の請求項６に記載の発明は、高さ規制ボスの少なくとも２ヶ所は配線基板を固定するためのネジ穴を有しており、配線基板をネジで固定することにより、ホルダーと前記配線基板を一定の高さで固定することができるとともに、リード線を配線基板に半田付けする前に配線基板をネジで固定することにより配線基板に接続されるキャパシタのリード線の長さをより一定に保つことが可能となり、組み立て性や半田付け作業が容易になる作用効果を有する。

本発明の請求項７に記載の発明は、高さ規制ボスは位置決め用の突起とネジ穴を同心円上に設けており、かつ位置決め用の突起は配線基板の厚みより低く設定してなる構成により、位置決めとネジ止めを同一個所で行うことが可能であるとともにネジ止め後の配線基板のガタを確実に防止できるという作用効果を有する。

本発明の請求項８に記載の発明は、キャパシタから同一方向に延出したリード線を配線基板に半田付け固定される中間部においてキャパシタの出口から配線基板の固定部までの長さが実質的に長くなるように曲げ加工が施された構成とすることにより、配線基板と接続されたキャパシタのリード線の長さをストレートで構成した場合に較べて、環境温度の変化による構成部品の熱膨張差によるキャパシタのリード線の半田付け部における応力を緩和することが可能となり半田付け部の品質を向上させることが可能となる作用効果を有する。

本発明のキャパシタモジュールは、同一方向に延出したリード線からなる２極の電極を有する複数のキャパシタを直列または並列に接続するための回路パターンを形成した配線基板に実装し、複数のキャパシタは収納筒部を設けたホルダーで胴部を挟持して保持するとともに、配線基板もホルダーに設けた高さ規制ボスに固定して一体化した構成とすることにより、複数のキャパシタと配線基板を機械的に固定しているのはホルダーであるため、配線基板には複数のキャパシタの重量的な負荷が一切かからないようになり、複数のキャパシタの重量的な負荷によって配線基板が歪んで変形したり、振動により配線基板本体が割れたり、あるいはキャパシタのリード線と配線基板との半田付け部にクラックが入るというような問題は発生しなくなるものである。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施の形態におけるキャパシタモジュールの外観斜視図、図２は同キャパシタモジュールの分解斜視図を示す。

キャパシタ１６は、その上面に＋、−の極性を持ったリード線１６ａ，１６ｂが同一方向に延出している。当実施の形態の説明では２８個のキャパシタを７直列の４並列で構成している。キャパシタの１個当りの許容電圧を２Ｖとした場合、１４Ｖシステムに適用するために７直列とし、また必要な電荷量を確保するためにそれを４並列にして電荷量のＵＰを図った構成のキャパシタモジュールについて説明する。

ホルダー１７は上記２８個のキャパシタ１６を７直列×４並列に安定保持している。この時、複数のキャパシタ１６は治具等により、リード線１６ａ，１６ｂが延出している上面１６ｃの高さが２８個ほぼ均一に揃うように組立てられている。

配線基板１８には複数のキャパシタ１６を７直列×４並列を接続するための回路パターンが形成されている。ホルダー１７には配線基板１８の高さを一定に保つための４本の高さ規制ボス１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄが設けられている。このことにより、配線基板１８と２８個のキャパシタ１６の上面１６ｃとの位置関係はほぼ同一に維持できる。

ここで、ホルダー１７の高さ規制ボス１７ａ〜１７ｄにはその先端に規制ボスの直径より小なる位置決め用の突起１７ｅ，１７ｆ，１７ｇ，１７ｈが形成されており、配線基板１８のそれに対応した位置に設けられた穴１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄと嵌合するようになっている。これにより、キャパシタ１６と配線基板１８との位置関係を適切に保つよう工夫されている。

また、ホルダー１７の位置決め用の突起１７ｅ〜１７ｈには、ネジで固定するためのネジ穴１７ｉ，１７ｊ，１７ｋ，１７ｌが同心円上に形成されている。ここで位置決め用の突起１７ｅ〜１７ｈは高さ寸法が配線基板１８の肉厚よりも若干小さい高さで形成されている。この構成にて配線基板１８を組付け後にネジで固定することにより、ホルダー１７と配線基板１８を安定して固定することができる。

また、キャパシタ１６のリード線１６ａ，１６ｂは配線基板１８までの間のほぼ中央位置にて曲げ加工がなされており、図示していないがストレートで配線基板に実装する場合に比べてその長さを実質的に長くすることができている。

組付け手順は特に説明しないが、以上の構成で組込んだ状態で、２８個のキャパシタ１６のリード線１６ａ，１６ｂを配線基板１８に形成された５６ヶ所の半田付けランド部１８ｅとを半田付けすることにより電気的に接続している。

次にキャパシタモジュール１５のホルダー１７によるキャパシタ１６の保持方法について図３、図４を用いて詳細に説明する。

例えば車両等で使用する場合、エンジンの振動や走行中の道路状態等により大きな振動が加わる。そのため振動や衝撃に対して大きなタフネスさが要求される。この振動によりキャパシタ１６が上下もしくは左右に振動すると、配線基板１８の半田付けランド部１８ｅに大きな負荷が加わり、半田付け部の信頼性の低下を招く恐れがある。

そこで本実施の形態ではキャパシタ１６はホルダー１７に外部振動要因で上下左右に振動しないように固定されている。その詳細について説明する。

図３はホルダー１７に形成された２８個のキャパシタ保持部の１ヶ所を示す断面斜視図である。キャパシタ１６が挿入されるホルダー１７の収納筒部２０の直径は、キャパシタ１６の直径よりも僅かに大きくなっている。収納筒部２０の内面には縦方向に２ヶ所以上のリブ２１が設けられており、その形状はいろいろ考えられるが三角形もしくは円弧状の形状が望ましい。２ヶ所以上形成されたリブ２１の頂点を結ぶ直径はキャパシタ１６の直径よりも僅かに小さく設定されている。従ってこの状態でキャパシタ１６を挿入すると、ホルダー１７の収納筒部２０及びキャパシタ１６の外装の弾性変形によりキャパシタ１６は圧入保持される。

この時の保持力はキャパシタ１６の引き抜き方向の静荷重で０．１ｋｇｆ〜１０ｋｇｆに設定している。これは車両の振動条件からくる最大加速度とキャパシタ１６の重量及び配線基板１８の半田付け部１８ｅの半田クラックが発生しない許容応力から最低の保持力を決定し、キャパシタ１６の外装の変形及び内部破壊の許容荷重より最大保持力を決定している。

図４はキャパシタ保持方法の別案を示す図であり、図３と同様にホルダー１７に形成された２８個のキャパシタ保持部の１ヶ所を示す断面斜視図である。キャパシタ１６の収納筒部２０の側壁には、左右にスリット２３を設けて弾性変形が可能な保持用の爪２２が対角をなす位置に２ヶ所設けられている。保持用の爪２２の先端部には円弧状の保持部２２ａが設けられており、２ヶ所の円弧状の保持部２２ａを結ぶ直径の寸法がキャパシタ１６の直径より小さく設定されている。

この状態でキャパシタ１６を挿入すると、２ヶ所の保持用の爪２２のたわみによりキャパシタ１６は保持される。

この時の保持力はリブ圧入の時と同様にキャパシタ１６の引き抜き方向の静荷重で０．１ｋｇｆ〜１０ｋｇｆに設定している。保持用の爪２２を利用することは片持ちバネの原理であり、その幅やスリットの長さを調整することにより保持力の調整が容易となる。

上記のような構成を実施することにより、２８個の複数のキャパシタ１６を確実に保持し、かつ配線基板１８との上下左右の位置関係を一定に保つことが可能となり、さらには、リード線１６ａ，１６ｂの形状に曲げ加工を施すことにより、半田付け部に加わる応力を均一にかつ小さくすることが可能となる。

特に自動車等の環境は非常に厳しく、耐振性や広い使用温度範囲が要求されるが、上記のような構成をとることによりその要求性能に対応することが可能となる。

本発明は複数個のキャパシタとそれを実装している配線基板をホルダーで固定して一体化した構成のキャパシタモジュールであり、振動などにより配線基板が歪んで変形したり、割れたり、あるいはキャパシタのリード線の半田付け部にクラックが入るというような問題を解消できるもので、耐振性や熱衝撃性が要求されるような用途での使用に適している。

本発明の実施の形態におけるキャパシタモジュールの外観斜視図 同キャパシタモジュールの分解斜視図 同キャパシタモジュールのホルダーの収納筒部の断面斜視図 同キャパシタモジュールのもう一つのホルダーの収納筒部の断面斜視図 従来のキャパシタモジュールの構成を示した斜視図 従来のキャパシタモジュールに使用される配線基板を示した斜視図

符号の説明

１５ キャパシタモジュール
１６ キャパシタ
１６ａ，１６ｂ リード線
１６ｃ 上面
１７ ホルダー
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ 高さ規制ボス
１７ｅ，１７ｆ，１７ｇ，１７ｈ 位置決め用の突起
１７ｉ，１７ｊ，１７ｋ，１７ｌ ネジ穴
１８ 配線基板
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ 穴
１８ｅ 半田付け部
２０ 収納筒部
２１ リブ
２２ 爪
２２ａ 円弧状の保持部
２３ スリット

Claims (8)

1. 同一方向に延出したリード線からなる２極の電極を有する複数のキャパシタを直列または並列に接続するための回路パターンを形成した配線基板に実装し、前記複数のキャパシタは複数の収納筒部を設けたホルダーで胴部を挟持して保持するとともに、前記配線基板も前記ホルダーに設けた複数の高さ規制ボスに固定して構成したキャパシタモジュール。
2. ホルダーの収納筒部はその内径がキャパシタの外径より僅かに大きく、かつその内面に設けられた２ヶ所以上のリブにより前記キャパシタを圧入して保持するようにした請求項１に記載のキャパシタモジュール。
3. ホルダーの収納筒部はその内径がキャパシタの外径より僅かに大きく、かつその内面に設けられた２ヶ所以上のスリットと保持用の爪で構成された弾性片で前記キャパシタを保持するようにした請求項１に記載のキャパシタモジュール。
4. ホルダーでのキャパシタの保持は、その保持力が前記キャパシタの引き抜き方向の力で０．１ｋｇｆ〜１０ｋｇｆの範囲にある請求項１に記載のキャパシタモジュール。
5. 高さ規制ボスの少なくとも２ヶ所は配線基板の位置決め用の突起を有しており、前記配線基板にはそれに対応した穴が形成され、それぞれの位置規制機能を有する請求項１に記載のキャパシタモジュール。
6. 高さ規制ボスの少なくとも２ヶ所は配線基板を固定するためのネジ穴を有しており、前記配線基板をネジで固定することにより、ホルダーと前記配線基板を一定の高さで固定してなる請求項１に記載のキャパシタモジュール。
7. 高さ規制ボスは位置決め用の突起とネジ穴を同心円上に設けており、かつ前記位置決め用の突起は配線基板の厚みより低く設定してなる請求項１に記載のキャパシタモジュール。
8. キャパシタから同一方向に延出したリード線は、配線基板に半田付け固定される中間部において前記キャパシタの出口から前記配線基板の固定部までの長さが実質的に長くなるように曲げ加工が施されてなる請求項１に記載のキャパシタモジュール。

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