JP2005094942A - キャパシタユニット - Google Patents

Abstract

【課題】電子制御ブレーキシステムなどの非常用電源として複数のキャパシタを利用した長寿命でメンテナンスフリーな信頼性の高いキャパシタユニット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の胴部を挟持してホルダー１７に組み込み、キャパシタ１６の上部に設けた配線基板１８に電気的に直列または並列に接続してなるキャパシタブロック１１と、このキャパシタブロック１１に充放電を行うための充放電回路を構成した制御回路部１２と、それらを電気的に接続するコネクタ１３からなり、外部負荷の充放電信号によりキャパシタ１６を充放電する構成としたキャパシタユニットであり、直列または並列に接続した複数のキャパシタ１６を信頼性高く保持できるとともに、充放電回路を設けることによりキャパシタ１６の持つ特性を最大限に発揮することのできるキャパシタユニットを提供することができる。
【選択図】図３

Description

本発明はバッテリー等を利用した電子機器の非常用電源に関するものであり、特に、車両の制動を電気的に行う電子ブレーキシステム等に利用されるキャパシタユニットに関するものである。

近年、地球環境保護や燃費改善の観点からハイブリットカーや電気自動車の開発が急速に進められている。

また、車両を制御する各種機能も電子化が急速に進んでおり、車両の制動についても従来の機械的な油圧制御から電気的な油圧制御へと移行しつつあり、電子ブレーキシステムが各種提案されている。

ブレーキのような重要機能については、その電源として利用されるバッテリーが電圧低下を起こした際や不測の事態により故障した場合に、電力が供給できなくなると油圧制御ができなくなるため、非常用電源を利用した冗長システムを構成している場合が多い。

従来、この非常用電源としてバッテリーをもう一つ利用する方法が提案されているが、バッテリーは経年劣化する特性があり車両用として利用する場合、最大でも５年程度の寿命しか期待できない。

また、その過程での劣化状況を検出することが難しく、不測の事態が発生したときの非常用電源としての機能発揮が難しい。

そこで、近年バッテリーに変る非常用電源として電気二重層コンデンサ等のキャパシタが注目されている。キャパシタはその利用方法として、例えばシステム作動時に充電を行いシステム非作動時には放電するように利用すれば、その寿命はバッテリーの数倍に延ばすことができ車両の目標寿命である１５年間の使用に耐え得るといわれている。

また、キャパシタの特性値である静電容量値や内部抵抗をモニターすることによりその特性の変化を把握することが可能である。

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１０−１８９４０２号公報

しかしながらキャパシタはその性質上耐電圧が低いという欠点を有している。したがって、必要な電圧を得るためには複数のキャパシタを直列に接続して利用する必要がある。また必要なエネルギー量によっては、それを更に並列に接続して使用する必要がある。合わせてそのキャパシタに充放電する制御回路を設ける必要がある。

キャパシタはその特性が注目されつつあるものの、複数のキャパシタと制御回路を一体化した非常用電源のユニットとして車両寿命等に耐え得る構造の提案はあまりなされていない。

本発明は上記課題を解決するものであり、複数のキャパシタよりなるキャパシタブロックとその充放電を制御する制御回路部をより信頼性や安全性を高くするようにユニット化して、利用されるシステムの信頼性や安全性の向上に寄与しようとするものである。

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、複数のキャパシタの胴部を挟持してホルダーに組み込み、キャパシタの上部に設けた配線基板に電気的に直列または並列に接続してなるキャパシタブロックと、このキャパシタブロックに充放電を行うための充放電回路を構成した制御回路部と、それらを電気的に接続するコネクタからなり、外部負荷の充放電信号によりキャパシタを充放電する構成としたキャパシタユニットであり、直列または並列に接続した複数のキャパシタを信頼性高く保持できるとともに、充放電回路を設けることによりキャパシタの持つ特性を最大限に発揮することのできるキャパシタユニットと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、制御回路部には外部負荷と電気的につながる入出力コネクタを備え、キャパシタブロックとともに一体的にケースに収納したものであり、これにより外部負荷（システム）との接続コネクタを有する非常用電源ユニットとして独立した製品構成と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３に記載の発明は、複数のキャパシタは同一方向に延出したリード線からなる２極の電極を有し、それら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たものであり、キャパシタを直列または並列に配線することを容易にするとともに接続の信頼性を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、ホルダーの上面にはキャパシタの上面と配線基板との間が一定の距離に保たれるように複数個の高さ規制ボスを有することにより、キャパシタのリード線の長さを一定に保つことが可能となり、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でき、半田付け部の品質の均一化が図れ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個に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、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化するという作用効果を有する。

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個に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、高さ規制ボスには位置決め用の突起とネジ穴を同心円上に設けてあり、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比べて、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。

本発明の請求項９に記載の発明は、異常時にキャパシタの内部破裂が起こらないように底部に電解液を排出する開弁構造を有するもので、この処置を施すことにより万一キャパシタに異常電圧などが加わった場合の内部電解液の変質による破裂を防止することが可能となり、不測の事態での被害の軽減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１０に記載の発明は、配線基板上の隣接するキャパシタのリードランドが同電位となるように配置することにより、隣接するリードランド間の湿度などによるマイグレーションの発生を予防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１１に記載の発明は、直列または並列に接続された複数のキャパシタに制御回路を通して充電する際に、充電電圧が各キャパシタに均等に印加できるようにその直列数に対応したバランス電圧用の抵抗をキャパシタと並列に実装することで、キャパシタへの充電時の各キャパシタへの充電電圧の均等化が図れキャパシタブロックとしての劣化を防止することができ長期使用が可能となるという作用効果を有する。

本発明の請求項１２に記載の発明は、キャパシタブロックの配線基板にはキャパシタの各並列ブロック毎の電圧および特性（容量、抵抗）を監視するテストポイントを有した構成としたもので、キャパシタブロックの長寿命化のためには使用するキャパシタの特性ができるだけ均一化されていることが望ましく、キャパシタブロックの組立て時に特性を確認することにより長期使用が可能な品質の安定したキャパシタユニットを提供することが可能となるという作用効果を有する。

本発明の請求項１３に記載の発明は、制御回路部にはキャパシタブロックの直列接続または並列接続の電圧及び特性を監視する機能を有したもので、キャパシタユニットの使用中におけるキャパシタブロックの特性の変化を把握するとともに、予め決められた特性の範囲外になった場合にシステムと通信して故障を知ら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１４に記載の発明は、ホルダーには複数の収納筒部が設けられて複数のキャパシタの胴部を挟持して保持し、キャパシタを外部振動要因で上下、左右に動かないように固定する構成のキャパシタユニットであり、車両等で使用する際に、印加される大きな振動によりキャパシタが上下、左右に振動しキャパシタのリード線の半田付け部に加速度的な負荷を加え半田付け部の寿命劣化を促進させることを防止して、キャパシタユニットの長期信頼性を高めるという作用効果を有する。

本発明の請求項１５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とも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１６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とも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１７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１８に記載の発明は、キャパシタブロックをホルダーの外周に設けた複数個の取付け部を介してケース内の取付け位置に取付け、ホルダーに組み込まれたキャパシタの底面はケースの底面に対し一定の間隔を保持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するとともに、キャパシタブロックをケースに収納する際にキャパシタの底面がケースの底面と干渉することがないので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ユニット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１９に記載の発明は、キャパシタの底面とケースの底面の間隔をキャパシタの底面に設けられた開弁構造が作動可能な間隔に設定することにより、異常電圧などによりキャパシタが開弁した場合にその動作を可能とする作用効果を有する。

本発明の請求項２０に記載の発明は、万一キャパシタの開弁構造が作動し電解液が漏れた際に、隣接するキャパシタどうしが液導通を起こさないように隔離壁を設けたものであり、これによりキャパシタが開弁した場合においても隣接するキャパシタとショートすることなく、重大な欠陥を防ぐことができるという作用効果を有する。

本発明の請求項２１に記載の発明は、万一キャパシタの開弁構造が作動し電解液が漏れた際に、電位差を持った直列間で液導通を起こさないように隔離壁を設けたものであり、これによりキャパシタが開弁した場合においても電位差を持った直列間でのキャパシタがショートすることなく、重大な欠陥を防ぐことができるという作用効果を有する。

本発明の請求項２２に記載の発明は、ケースは下側ケースと上側カバーで構成され、下側ケースにはキャパシタブロックと制御回路部との間に規制壁を設け、これらは中継コネクタで電気的に連結されており、全体を上側カバーで覆った構成とすることにより、キャパシタブロックと制御回路部をケースに収納することにより生産性の向上と信頼性の向上を可能にするという作用効果を有する。

本発明の請求項２３に記載の発明は、ケースの側面に被固定体に取付けるためのブラケットを固定するためのネジ固定用のナットを設けたものであり、複数車種へ取付ける際に、キャパシタユニットは共通にしてブラケットの形状のみを変更することにより対応が可能となり、キャパシタユニットの標準化が図れてコストの低減や品質の安定化が図れるという作用効果を有する。

本発明の請求項２４に記載の発明は、ナットはケースの側面に設けられた穴にネジ固定に必要なトルクに耐え得る強度を持って圧入されており、簡便な方法でナットの形成ができるという作用効果を有する。

本発明の請求項２５に記載の発明は、ナットはケースの側面にネジ固定に必要なトルクに耐え得る強度を持ってインサート成形で形成されており、より品質の安定した固定方法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２６に記載の発明は、ケースの側面のナット部の近傍に、ブラケットを取付ける際の位置規制用ガイドを設けることにより、ブラケットの取付け精度を向上させることができ、ひいては車両への取付け精度の向上が図れるという作用効果を有する。

本発明の請求項２７に記載の発明は、位置規制用ガイドを凹穴としたものであり、位置規制用ガイドの具体的な発明例を示すものである。

本発明の請求項２８に記載の発明は、位置規制用ガイドを凸状ボスとしたものであり、同じく位置規制用ガイドの具体的な発明例を示すものである。

本発明の請求項２９に記載の発明は、下ケース、上カバーおよびホルダーをガラス強化樹脂でそりの生じにくいグレードの樹脂で構成したものであり、複数のキャパシタと制御回路部を収納することによるケースの大型化、必要な強度、形状の安定性に対応できるという作用効果を有する。

本発明の請求項３０に記載の発明は、下ケースと上カバーは少なくとも１ヶ所以上の成形で形成されたつめ部とロック部で構成されたスナップフィット部と少なくとも１ヶ所以上のネジ止めにより固定するものであり、組立て時に、まずスナップフィットで固定できるため生産性が安定でき、かつその後、１ヶ所以上のネジ止めを行うため上カバーの外れを防止することができる。そのため生産性の向上とネジ止め点数の削減が可能となるという作用効果を有する。

本発明は複数のキャパシタの胴部を挟持してホルダーに組み込み、キャパシタの上部に設けた配線基板に電気的に直列または並列に接続してなるキャパシタブロックと、このキャパシタブロックに充放電を行うための充放電回路を構成した制御回路部と、それらを電気的に接続するコネクタからなり、外部負荷の充放電信号によりキャパシタを充放電する構成としたキャパシタユニットであり、直列または並列に接続した複数のキャパシタを信頼性高く保持できるとともに、充放電回路を設けることによりキャパシタの持つ特性を最大限に発揮することのできるキャパシタユニットを提供することができ、さらにはキャパシタの充放電の安定制御や劣化の検知、車両等への組み付け性を考慮した構成となっており、高信頼性で使い勝手の優れたキャパシタユニットを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について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車両の電子制御ブレーキシステムの構成図である。図１において、電源を供給するバッテリー１と非常用電源となるキャパシタユニット２と、電子制御ブレーキシステムの制御を行う電子制御部３は、それぞれ電気的に接続されている。さらに、この電子制御部３はブレーキペダル４と油圧制御部５とも接続されている。そしてこの油圧制御部５からブレーキ６、タイヤ７につながっている。

このような構成からなる電子制御ブレーキシステムにおいて、作動している状態で何らかの不測の事態によりバッテリー１からの電源供給が失われた場合、電子制御ブレーキシステムの機能は消失することになる。その事態が運転中に発生するとブレーキが効かず、車両を制動することができなくなる。それを防ぐためにキャパシタユニット２が接続されており、不測の事態が発生した場合に電子制御部３からの命令によりキャパシタユニット２に蓄えられた電荷を放出し、電子制御ブレーキシステムを作動させ車両を制動させようとするものである。

本発明はこのキャパシタユニット２に関するものであり、次にその説明を行う。

図２はキャパシタユニット２の外観斜視図を示す。

図３、図４、図５はキャパシタユニット２の分解斜視図を示す。

それぞれの図において、１１はキャパシタブロック、１２は制御回路部、１３はキャパシタブロック１１と制御回路部１２を電気的に接続するコネクタ、１４は電子制御ブレーキシステムの電子制御部３と電気的に接続される入出力コネクタである。１５はこれらを収納するケースであり、下側ケース１５ａと上側カバー１５ｂよりなっている。

ここでまず、キャパシタブロック１１の構成について説明する。

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。本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１６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を図っている。

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、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並列に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にはその先端に高さ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が同心円状に形成されている。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施されており、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してある。

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。

上記の構成とすることにより、２８個のキャパシタ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、さらにリード線１６ａ、１６ｂを曲げ加工することにより、半田付け部に加わる応力を均一で小さくすることが可能となる。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。

キャパシタ１６は、図示していないが活性炭を塗布した＋、−の電極板をセパレータと呼ぶ合紙を挟んで必要な長さだけ捲回したものを電解液とともに外装ケース内に密封して構成されている。その性質上異常な電圧や温度がかかった場合、内部の電解液からガスが発生して内圧が上昇しこれが許容値を超えると、外装ケースもしくは構成部品の圧力に最も弱い部分から破裂（爆発）する可能性を有している。この状態で不測の事態が起こったときの故障モードは予測が困難である。

ここで本実施の形態では、図６に示すようにキャパシタ１６のアルミニウム等でできた外装ケース１６ｅの底部１６ｆにはスリット１６ｇが形成されている。このスリット１６ｇは外装ケース１６ｅの肉厚の約１／２程度の深さをもつ溝であり、初期の状態で穴のあいているものではない。

この状態で異常電圧等により内部の電解液が膨張して、ある圧力以上になったときにそのスリット１６ｇを起点に外装ケース１６ｅの底部１６ｆが開弁するようにしたものである。このことにより、異常時の故障モードが固定され、安全側に破壊されるようにしたものである。

次に、キャパシタ１６は＋、−の極性を持つリード線１６ａ、１６ｂを有しているが、そのリード線１６ａ、１６ｂを実装する配線基板１８の回路パターンの構成は、隣り合うリード線の距離が短い側は必ず同電位（＋対＋もしくは−対−）になるような構成としている。これは湿度環境等で発生するマイグレーションによるリードランド間のショートを防ぐものである。通常、このような処理を施さない場合はその半田付け部を防湿コート等で覆う必要があるが、本実施の形態によればその防湿コートを必要としないメリットがある。

図７は配線基板１８のパターン図を示すが、この配線基板１８には充電時に直列に接続された各キャパシタに均等に充電されるようにバランスをとる抵抗１９が接続されている。キャパシタ１６は前述した通りその許容電圧は約２Ｖと低いため、１４Ｖの充電を行った際に各キャパシタ１６に印加される電圧がばらつくと、高い電圧が加わったキャパシタ１６からその性能の劣化が早くなる。この電圧バランス用の抵抗１９を接続することにより、各キャパシタ１６に加わる電圧を均等にすることができ、少数のキャパシタ１６に集中的に異常電圧がかかったりすることを防止し長期の安定使用が可能になるものである。

配線基板１８にはキャパシタ１６の各並列ブロック毎に電圧および特性（容量と抵抗）を監視するテストポイント１８ｆを設けている。これによりキャパシタブロックになった段階で特性を確認することが可能であり、初期的に電圧や容量のバラツキを把握することが可能となる。さらに、詳しく図示しないが制御回路部１２にも上記に示した特性を確認する機能を有しており、その特性値に寿命等により異常が発生した場合、内蔵されたマイコンよりダイアグ信号として電子制御ブレーキシステムの電子制御部３に送信される。その結果をもとに車両のインジケータの点灯やキャパシタユニット２の交換等の処置が施される。

次にキャパシタブロック１１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８、図９を用いて詳細に説明する。

例えば車両等で使用される場合、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８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９はキャパシタ保持方法の別案を示す図であり、図８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２２ｂ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。

図８に示すリブ圧入の場合は円筒形の樹脂の弾性変形に保持力を依存するため、寸法変化による保持力の変化が大きくなる。そのため寸法は精度良く仕上げる必要がある。一方、図９の保持片を利用する場合は、図８に比較して寸法変化による保持力の変動を小さく抑えることができるため、寸法はラフでかつ安定した保持力が得られるものである。

次に上記の構成で得られたキャパシタブロック１１と制御回路部１２をケース１５へ収納する方法について詳細に説明する。

図１〜図９に加えて図１０、図１１を用いて説明する。

図１０はケースへ収納した状態の要部断面図を示す。ケース１５は下側ケース１５ａと上側カバー１５ｂより構成されている。キャパシタブロック１１のホルダー１７にはその外周にケース１５への取付け部２３を２ヶ所以上（当実施の形態では６ヶ所）設けている。下側ケース１５ａには取付け部２３に対応した位置に固定用の穴２４を設けている。この状態でホルダー１７を挿入しネジにより下側ケース１５ａに固定される。

このときキャパシタブロック１１に挟持されたキャパシタ１６の底部１６ｆと下側ケース１５ａの底部２５の間には一定の間隔を保持して設置される。これの一つの目的は、キャパシタ１６の底部１６ｆが下側ケース１５ａの底部と干渉状態になり配線基板１８の半田付けランド部１８ｅへ負荷がかからないようにするためであり、もう一つの目的としては、前述したキャパシタ１６の底部１６ｆに設けたスリット１６ｇの開弁作用の妨げにならないようにするためである。したがってキャパシタ１６の底部１６ｆと下側ケース１５ａの底部２５との間隔は、キャパシタ１６の長さの寸法バラツキ及びスリット１６ｇの開弁時の寸法変化分を考慮した寸法となっている。

図１１は下側ケース１５ａの底部２５を示した要部切欠斜視図であるが、キャパシタブロック１１の複数個のキャパシタ１６に対応した位置に、下側ケース１５ａの底部２５より隔離壁２６が格子状に設けられている。これにより万一キャパシタ１６の液漏れが発生しても、すぐに他のキャパシタ１６と液導通することを防ぐことができ、その間にキャパシタ特性の監視機能により劣化を判定しダイアグすることが可能となり重大故障を未然に防止することができる。

同様に図３に示す下側ケース１５ａの内部に設けられた隔離壁２７は、複数個のキャパシタ１６の直列間での液導通を防ぐためのものであり、この構成でも同様の効果が得られる。

次に、下側ケース１５ａに収納されたキャパシタブロック１１の反対側には、制御回路部１２がネジ等により固定されており、下側ケース１５ａには収納されたキャパシタブロック１１と制御回路部１２の間に、適当な高さと厚みを持った規制壁２８が設けられている。さらにキャパシタブロック１１と制御回路部１２はコネクタ１３により電気的に接続されている。

キャパシタブロック１１は２８個のキャパシタ１６が直列または並列に接続されて構成されているが、性能を維持するためにはそれぞれの特性ができるだけ均一なことが望ましい。しかしながら、制御回路部１２はキャパシタブロック１１の充放電を行う回路であり、その過程では相当な発熱を伴い、その輻射熱によりキャパシタブロック１１の制御回路部１２に近い側の温度が上昇し性能バラツキを発生させる恐れがある。この規制壁２８はこの輻射熱を防止するものであり、キャパシタブロック１１の品質の維持を図るものである。

次に、このキャパシタユニット２を車両に搭載するための実施の形態を説明する。

下側ケース１５ａの側面には被固定体に取付けるためのナット３０が複数個形成される。この形成方法を図１２に示す。下側ケース１５ａの側面にはナット圧入用の下穴２９が形成されており、その下穴２９にナット３０を圧入するものである。ナット３０はその外周がローレット状の凹凸加工が施されており、その直径は下穴２９の直径よりもわずかに大きくなっている。その寸法差は固定のための必要トルクから規定される。

図１３はインサート成形によりナット３１を形成する方法を示している。樹脂からなる下側ケース１５ａの成形時に同時に形成するものであり、ナット３１は外周のローレット状に凹凸加工を施しその略中央部に円周状の溝を加工しており、このローレット及び溝の加工部に樹脂が充填されてネジの締めつけトルクおよびナットの抜け強度を確保している。

図１４は圧入もしくはインサート成形されたナット３０もしくはナット３１の近傍に位置規制用ガイドの穴３２を設けたものである。本実施の形態では、２個のナット３０ａ、３０ｂに対して３ヶ所の位置規制ガイドの穴３２ａ、３２ｂ、３２ｃを設けている。ブラケット３３は金属板等でできている。ブラケット３３はネジ固定用の穴３４ａ、３４ｂが２ヶ所、位置決め用のきり起こし３５ａ、３５ｂが２ヶ所形成されている。この状態で位置規制ガイドの穴３２ａ、３２ｂと位置決め用きり起こし３５ａ、３５ｂがそれぞれ嵌合し、２個のボルト３６ａ、３６ｂによりネジ固定穴３４ａ、３４ｂを挿通してナット３０ａ、３０ｂに固定される。ブラケット３３には必要な位置に長穴３７が形成されており、図示していないが車両等の取付け部にボルトにより固定される。

一方、図１５は圧入もしくはインサート成形されたナット３０もしくはナット３１の近傍に位置規制ガイドのボス３８を設けたものである。本実施の形態では、２個のナット３０ａ、３０ｂに対して３ヶ所の位置規制ガイドのボス３８ａ、３８ｂ、３８ｃを設けている。ブラケット３３はネジ固定用の穴３９ａ、３９ｂが２ヶ所、位置決め用の穴４０ａ、４０ｂが形成されている。この状態で位置規制ガイドのボス３８ａ、３８ｂ、３８ｃと位置決め用の穴４０ａ、４０ｂ、４０ｃがそれぞれ嵌合し、２個のボルト３６ａ、３６ｂによりネジ固定用の穴３９ａ、３９ｂを挿通してナット３０ａ、３０ｂに固定される。

ここで図１４の例で位置規制ガイドの穴３２ｃが利用されていないが、これはいろんな車両に取付ける際、ブラケット３３の形状もさまざまなものが考えられ、その際に位置規制する部位が多いほど設計の選択度が広がるために形成しているものである。また、本実施の形態では下側ケース１５ａの一面のみの構成で説明しているが、これら取付け部は少なくとも一面以上、最大上側カバー１５ｂの天面も含めてすべての面に構成しても良い。

次に、下側ケース１５ａと上側カバー１５ｂの組付けについて、図２、図４を用いて説明する。

下側ケース１５ａの外周面（対向する２面が望ましい）には係止用の突起４１ａ、４１ｂが、またコーナ部にはネジ用下穴４３ａ、４３ｂが形成されている。上側カバー１５ｂには前記係止用の突起４１ａ、４１ｂに嵌め込み可能な弾性片４２ａ、４２ｂおよび前記ネジ用下穴４３ａ、４３ｂに対向するネジ穴４４ａ、４４ｂが形成されている。キャパシタブロック１１と制御回路部１２等を収納した下側ケース１５ａに対して上側カバー１５ｂを挿入する際に係止用の突起４１ａ、４１ｂと弾性片４２ａ、４２ｂを嵌合させ、ネジ４５ａ、４５ｂ（タッピングネジ類）にてネジ穴４４ａ、４４ｂを挿通させてネジ用下穴４３ａ、４３ｂに固定する。

以上の構成をとることによりネジ固定の前に仮止めすることができるため、この状態で特性検査をすることが可能となり、検査後に良品になったものに対してネジ固定すれば良い。これがネジ止めのみの構成であれば、万一不具合があり上側カバー１５ｂを外す必要がある場合、固定したネジ４５ａ、４５ｂを再度外す必要が生じる。このときネジ４５ａ、４５ｂは樹脂に直接ネジ止めするタイプ（タッピングネジ類）を利用しているため、再度ネジ止めするとネジ固定強度の劣化を招き、場合によっては下側ケース１５ａを取り換える必要が生ずる場合がある。

また、弾性片４２ａ、４２ｂと係止用の突起４１ａ、４１ｂのみで構成すれば不具合時の分解等には対応可能であるが、製品として出荷、車両への取付け、使用状態等において例えば落下などがあった場合、上側カバー１５ｂが脱落する可能性がある。本実施の形態によれば、工程での合理性がありかつネジ止め部を最小限にして、ユニットとしての品質の維持向上が図れるものである。

次に、図示はしていないが下側ケース１５ａ、上側カバー１５ｂおよびホルダー１７は樹脂製の部品となっているが、複数のキャパシタ１６を安定保持する必要があり、またキャパシタブロック１１および制御回路部１２等をケース内に安定して収納する必要があり、更には車両に取付けられ過酷な環境下で使用されることを想定して、これらの部品はガラス繊維の入った強化グレードでかつそりの生じにくいグレードの樹脂材料を使うことが望ましい。

本発明は直列または並列に接続した複数のキャパシタを信頼性高く保持できるとともに、充放電回路を設けることによりキャパシタの持つ特性を最大限に発揮することのできるキャパシタユニットを提供するもので、車両の電子制御ブレーキシステムなどにおける補助電源用のキャパシタユニットとしての用途に適している。

本発明の実施の形態における車両の電子ブレーキシステムの構成図 本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットの外観斜視図 同キャパシタユニットの要部分解斜視図 同キャパシタユニットの上側カバーを外した状態の要部斜視図 同キャパシタユニットのキャパシタブロックの要部分解斜視図 同キャパシタユニットのキャパシタの斜視図 同キャパシタユニットの配線基板を示す図 同キャパシタブロックのホルダーの要部断面斜視図 同キャパシタブロックのホルダーの要部断面斜視図 同キャパシタユニットの要部断面図 同キャパシタユニットの下側ケースの要部斜視図 同キャパシタユニットの下側ケースの要部斜視図 同キャパシタユニットの下側ケースの要部斜視図 同キャパシタユニットの下側ケースとブラケットの関係を示す要部斜視図 同キャパシタユニットの下側ケースとブラケットの関係を示す要部斜視図

符号の説明

１ バッテリー
２ キャパシタユニット
３ 電子制御部
４ ブレーキペダル
５ 油圧制御部
６ ブレーキ
７ タイヤ
１１ キャパシタブロック
１２ 制御回路部
１３ コネクタ
１４ 入出力コネクタ
１５ ケース
１５ａ 下側ケース
１５ｂ 上側カバー
１６ キャパシタ
１６ａ、１６ｂ リード線
１７ ホルダー
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ 高さ規制ボス
１８ 配線基板
１９ 抵抗
２０ 収納筒部
２１ リブ
２２ 爪
２２ａ 円弧状の保持部
２２ｂ スリット
２３ 取付け部
２４ 固定用の穴
２５ 底部
２６ 隔離壁
２７ 隔離壁
２８ 規制壁
２９ 下穴
３０ ナット
３１ ナット
３２ 位置規制ガイドの穴
３３ ブラケット
３４ａ、３４ｂ ネジ固定穴
３５ａ、３５ｂ きり起こし
３６ａ、３６ｂ ボルト
３７ 長穴
３８ａ、３８ｂ、３８ｃ 位置規制ガイドのボス
３９ａ、３９ｂ ネジ固定用の穴
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ 位置決め用の穴
４１ａ、４１ｂ 係止用の突起
４２ａ、４２ｂ 弾性片
４３ａ、４３ｂ ネジ用下穴
４４ａ、４４ｂ ネジ穴
４５ａ、４５ｂ ネジ

Claims (30)

1. 複数のキャパシタの胴部を挟持してホルダーに組み込み、前記キャパシタの上部に設けた配線基板に電気的に直列または並列に接続してなるキャパシタブロックと、このキャパシタブロックに充放電を行うための充放電回路を構成した制御回路部と、それらを電気的に接続するコネクタからなり、外部負荷の充放電信号により前記キャパシタを充放電する構成としたキャパシタユニット。
2. 制御回路部には外部負荷と電気的につながる入出力コネクタを備え、キャパシタブロックとともに一体的にケースに収納してなる請求項１に記載のキャパシタユニット。
3. 複数のキャパシタは同一方向に延出したリード線からなる２極の電極を有し、それら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た請求項１に記載のキャパシタユニット。
4. ホルダーの上面にはキャパシタの上面と配線基板との間が一定の距離に保たれるように複数個の高さ規制ボスを有してなる請求項１に記載のキャパシタユニット。
5. 高さ規制ボスの少なくとも２個に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４に記載のキャパシタユニット。
6. 高さ規制ボスの少なくとも２個に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４に記載のキャパシタユニット。
7. 高さ規制ボスには位置決め用の突起とネジ穴を同心円上に設けてあり、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４に記載のキャパシタユニット。
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３に記載のキャパシタユニット。
9. キャパシタは底部に電解液を排出する開弁構造を有してなる請求項１に記載のキャパシタユニット。
10. 配線基板に直列または並列に接続する複数のキャパシタは、配線基板上の隣接するキャパシタのリードランドが同電位となるように配置した請求項１に記載のキャパシタユニット。
11. 配線基板には直列または並列に接続されてなる複数のキャパシタの直列数に対応したバランス電圧用の抵抗を前記キャパシタと並列に実装してなる請求項１に記載のキャパシタユニット。
12. 配線基板にはキャパシタの各並列ブロック毎の電圧および特性を監視するためのテストポイントを有してなる請求項１に記載のキャパシタユニット。
13. 制御回路部にはキャパシタブロックの直列接続または並列接続の電圧及び特性を監視する機能を有してなる請求項１に記載のキャパシタユニット。
14. ホルダーには複数の収納筒部が設けられて複数のキャパシタの胴部を挟持して保持し、前記キャパシタを外部振動要因で上下、左右に動かないように固定した請求項１に記載のキャパシタユニット。
15. 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１４に記載のキャパシタユニット。
16. 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１４に記載のキャパシタユニット。
17. 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１４に記載のキャパシタユニット。
18. キャパシタブロックはホルダーの外周に設けた複数個の取付け部を介してケース内の取付け位置に取付け、前記ホルダーに組み込まれたキャパシタの底面は前記ケースの底面に対し一定の間隔を保持する構成とした請求項２に記載のキャパシタユニット。
19. キャパシタの底面とケースの底面の間隔は、前記キャパシタの底面に設けられた開弁構造が作動可能な間隔に設定されてなる請求項１８に記載のキャパシタユニット。
20. ケースの底面には万一キャパシタの開弁構造が作動し電解液が漏れた際に、隣接するキャパシタどうしが液導通を起こさないように隔離壁を設けてなる請求項２に記載のキャパシタユニット。
21. ケースの底面には万一キャパシタの開弁構造が作動し電解液が漏れた際に、電位差を持った直列間で液導通しないように隔離壁を設けてなる請求項２に記載のキャパシタユニット。
22. ケースは下側ケースと上側カバーで構成され、下側ケースにはキャパシタブロックと制御回路部との間に規制壁を設け、これらは中継コネクタで電気的に連結されており、全体を上側カバーで覆った構成とした請求項２に記載のキャパシタユニット。
23. ケースの側面には被固定体に取付けるためのブラケットを固定するためのネジ固定用のナットを設けた請求項２に記載のキャパシタユニット。
24. ナットはケースの側面に設けられた穴にネジ固定に必要なトルクに耐え得る強度を持って圧入されてなる請求項２２に記載のキャパシタユニット。
25. ナットはケースの側面にネジ固定に必要なトルクに耐え得る強度を持ってインサート成形で形成されてなる請求項２２に記載のキャパシタユニット。
26. ケースの側面のナット部の近傍に、ブラケットを取付ける際の位置規制用ガイドを設けた請求項２２に記載のキャパシタユニット。
27. 位置規制用ガイドは凹穴からなる請求項２５に記載のキャパシタユニット。
28. 位置規制用ガイドは凸状ボスからなる請求項２５に記載のキャパシタユニット。
29. 下ケース、上カバーおよびホルダーはガラス強化樹脂でそりの生じにくいグレードの樹脂からなる請求項２２に記載のキャパシタユニット。
30. 下ケースと上カバーは、少なくとも１ヶ所以上の成形で形成されたつめ部とロック部で構成されたスナップフィット部と少なくとも１ヶ所以上のネジ止めにより固定されてなる請求項２２に記載のキャパシタユニット。

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