JP2006352174A

JP2006352174A - フィルムコンデンサ

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Publication number: JP2006352174A
Application number: JP2006270411A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Imamura; 武志今村; Toshibumi Akai; 俊文赤井; Eiji Ono; 英次小野; Makoto Tomita; 誠冨田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2021-11-13
Also published as: JP4135023B2

Abstract

【課題】本発明は、フィルムコンデンサの信頼性において、生産工程のばらつきに関係なく、安定した一定の耐湿性を有するフィルムコンデンサの安価な供給と耐湿性を向上させることを目的とするものである。
【解決手段】そして、この目的を達成するために本発明のフィルムコンデンサは、円柱形状の芯部にフィルムを巻き付け円柱形状とした素子の前記芯部に、端子を固定した絶縁板に設けた突起部を嵌合し、前記素子を外装ケースの中心に位置させたものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、各種電気、電子回路に用いられるフィルムコンデンサの構造に関するものである。

近年、フィルムコンデンサの性能において、あらゆる産業分野に対応できるように小型化、耐高温性、耐湿度性の向上のための改善が図られている。特に、車載用コンデンサ等、より高いレベルの耐湿度性能が要求される分野も増加してきている。

以下、図８を参照しながら従来のコンデンサについて説明する。図８において、（ａ）は従来のコンデンサの構成図、（ｂ）は従来のコンデンサのリード線引き出し側から見た切断断面矢視図であり、フィルムに金属膜電極を蒸着した金属化フィルムからなるコンデンサ素子１００、コンデンサ素子１００の端面に設けられた金属層１０１、電極を引き出す端子１０２、リード線１０３、コンデンサ素子１００が納められる外装ケース１０４、電極を引き出す端子１０２を固定させた絶縁板１０５、充填樹脂１０６、円柱形状のコンデンサ素子の芯部１０７、コンデンサ素子１００に設けられた外装フィルム層１０８、外装ケース１０４の内底面１０９、外装ケース１０４の内側壁面１１０などから構成されている。リード線１０３はコンデンサ素子１００の端面に設けられた金属層１０１と電極を引き出す端子１０２を溶接によって接続されており、電極を引き出す端子１０２が固定された絶縁板１０５は外装ケース１０４に嵌合固定されている。外装ケース１０４にリード線１０３、電極を引き出す端子１０２ならびにコンデンサ素子１００がそれぞれ接続された状態で挿入し、真空引き後、充填樹脂１０６を注入し、絶縁を確保している。円柱形状の素子の芯部１０７に金属化フィルムが巻き付けられている。コンデンサ素子１００には組立工程での金属化フィルムの絶縁保護のため、ＰＰまたはＰＥＴなどからなる外装フィルム層１０８を設けている。

ここで、外装ケース１０４の材質は一般的に金型成型に有利な熱可塑性樹脂を用いる。一方、充填樹脂１０６は注型した後、硬化させるために熱硬化性樹脂を用いる。この熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂を比較すると、遙かに熱可塑性樹脂の方が水分を透し易い。コンデンサ素子１００を比較的水分を透しにくい充填樹脂１０６で覆わなければならないが、リード線１０３はより線を用いるため、外装ケース１０４にコンデンサ素子１００を挿入した際に、重力にてより線１０３のたるみが伸び縮みし、コンデンサ素子１００が容易に移動し、外装ケースの内底面１０９、外装ケースの内側壁面１１０に接触する。

コンデンサ素子の外装フィルム層１０８はＰＰまたはＰＥＴフィルムからなり、コンデンサ素子１００の端面に設けられた金属層１０１と比較すると、外装フィルム層が水分を透し難い。ここで、端子を兼ねた金属製板を用いてコンデンサ素子を固定する方法も考えられるが、汎用でないため、高価となり、実用には値しなかった。また、コンデンサのフィルム幅、定格容量等の品種変更時の対応が難しかった。外装ケース１０４とコンデンサ素子１００が接触した箇所では充填樹脂１０６が介在せず、直接外装ケース１０４に触れており、比較的に水分を透しやすい熱可塑性樹脂からなる外装ケース１０４にて耐湿性能が左右され、劣化が促進されていた。特に高い耐湿性が要求される分野では、外装ケース１０４の材質により水分を透さない高価な樹脂材料の選定が一般的であった。

このような従来構成においては、コンデンサ素子１００を外装ケース１０４に挿入した際に、リード線１０３のたるみが生ずるため、コンデンサ素子１００が容易に移動し、外装ケースの内底面１０９および内側壁面１１０に直接接触し、接触部では充填樹脂１０６が介在しないため、耐湿性能にて劣化が促進される。

本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、安価な金属単線で、コンデンサ素子外装ケースからは充填樹脂で、この充填樹脂がなければあたかもケース中で浮いているかのように固定することにより、コンデンサ素子と外装ケースとが直接接触せず、耐湿性の向上と安定化を図り、信頼性の高いコンデンサを提供することを目的とする。

また、コンデンサ素子１００の位置は精度よく固定されていないため、コンデンサ素子１００が外装ケース１０４の外装ケースの内底面１０９および内側壁面１１０に直接接触する可能性が生じ、その結果、高い耐湿性が得られないという問題点があった。

本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、コンデンサ素子自体は外装ケースから非接触に、絶縁板部の突起にて外装ケースの中心に位置固定することにより、耐湿性の向上と安定化を図ったコンデンサを安価に提供することを目的とする。

また、他の課題として従来コンデンサ素子１００の位置が高い精度で固定されていないため、コンデンサ素子１００が外装ケース１０４と内側壁面１１０の充填樹脂１０６の厚みにばらつきが生じ、その結果、薄い充填樹脂の箇所で耐湿性寿命が左右される。耐湿性能を向上し、樹脂厚みが薄い場所をなくすために、より多くの充填樹脂が必要となり、厚い所は必要以上に厚くなるため、無駄が多く、高価になるという問題点があった。

本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、充填樹脂厚みを均一とし、耐湿性の向上と安定化を図ったコンデンサをより安価に提供することを目的とする。

また、他の課題として従来コンデンサ素子１００を外装ケース１０４の外装ケースの内底面１０９および内側壁面１１０に直接接触しないようにすると、リード線１０３の体積分にプラスして充填樹脂厚みをさらに増やす必要があり、形状が大きくなるという問題点があった。

本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、リード線を円柱形状のコンデンサ素子の芯部を貫通通過させ、無駄な空間を省き、耐湿性の向上と安定化を図り、安価で小型のコンデンサを提供することを目的とする。

本発明のコンデンサは、上記目的を達成するために、素子を外装ケースに収納し樹脂を充填するフィルムコンデンサにおいて、前記素子は絶縁板に固定された端子と導電線で接続保持し、前記絶縁板を前記外装ケースの開口部に嵌合し、前記素子と前記外装ケースを非接触とした構成である。

本発明の請求項１記載の発明によれば、コンデンサ素子を外装ケースに挿入した際に、金属製単線にて接続保持しているため、重力によりリード線にたるみが生じず、コンデンサ素子が外装ケースから浮いた状態とし、内底面、内側壁面に直接接触することなく、接触部がなく常に充填樹脂が介在するため、耐湿性能が向上し、高い信頼性を安価に達成できる効果が得られる。

また、本発明の請求項２記載の発明によれば、コンデンサ素子の位置を固定し、コンデンサ素子を外装ケースの内底面および内壁側面に直接接触させず、耐湿性のさらなる向上と安定化を安価に達成できる効果が得られる。

また、本発明の請求項３記載の発明によれば、コンデンサ素子の位置が高い精度で固定され、コンデンサ素子と外装ケースの内壁側面間の充填樹脂の厚みにばらつきがない均一な厚みとし、薄い充填樹脂の箇所で耐湿性寿命にばらつきが発生することがなく、耐湿性の向上と安定化をより安価に達成できる効果が得られる。

また、本発明の請求項４記載の発明によれば、一方の電極用リード線を円柱形状素子の芯部を貫通することにより、リード線が配置されていた空間を省き、形状が大きくなることなくコンデンサ素子を外装ケースの内壁側面に直接接触しないようにでき、より耐湿性の向上と安定化、かつ小型化を達成できる効果が得られる。

本発明は、コンデンサ素子を外装ケースに挿入した際に、機械的にコンデンサ素子を保持しうる線径の安価な金属製単線にて接続保持しているため、重力によりリード線にたるみが生じず、外装ケースからコンデンサ素子を浮かせ、コンデンサ素子が外装ケースの内底面、側壁面に直接接触することなく、接触部がなく常に充填樹脂が介在するため、耐湿性能が向上し、高い信頼性を安価に達成するものである。

また、本発明はコンデンサ素子の位置を固定し、コンデンサ素子を外装ケースの内底面、側壁面に直接接触させず、耐湿性のさらなる向上と安定化を安価に達成するものである。

また、本発明はコンデンサ素子の位置が高い精度で固定され、コンデンサ素子と外装ケースの側壁面間の充填樹脂の厚みにばらつきがない均一な厚みとし、薄い充填樹脂の箇所で耐湿性寿命にばらつきが発生することがなく、耐湿性の向上と安定化をより安価に達成するものである。

また、本発明は、一方のリード線を円柱形状素子の芯部を貫通することにより、形状が大きくなることなくコンデンサ素子を外装ケースの内壁側面に直接接触しないようにでき、より耐湿性の向上と安定化、かつ小型化を達成するものである。

以下、本発明の実施の形態について、図１から図８を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明１のフィルムコンデンサの構成図を示す。図１において、符号１で示されるのはフィルムに金属膜電極を蒸着した金属化フィルムからなる扁平形状のコンデンサ素子、符号２で示されるのはコンデンサ素子１の端面に設けられた金属層、符号３で示されるのは電極を引き出す端子、符号４で示されるのは金属製単線、符号５で示されるのはコンデンサ素子１が納められる外装ケース、符号６で示されるのは電極を引き出す端子３を固定させた絶縁板、符号７で示されるのは充填樹脂である。他、外装ケース５の内底面２０、外装ケース５の内側壁面２１などから構成されている。金属単線４はコンデンサ素子１の端面に設けられた金属層２と電極を引き出す端子３を溶接によって接続され、電極を引き出す端子３は絶縁板６に固定されており、外装ケース５に嵌合固定されている。金属製単線４にて電極を引き出す端子３ならびにコンデンサ素子１がそれぞれ接続された状態で外装ケースに挿入し、真空引き後、充填樹脂７を注入し、絶縁を確保している。

コンデンサ素子１は金属製単線４と絶縁板６に固定された電極を引き出す端子３に溶接されており、金属製単線４の機械的強度により、所定の位置に制限固定され、コンデンサ素子１は外装ケース５から浮いた状態となる。金属製単線４は安価であり、線径をφ１ｍｍとすれば、コンデンサ素子１が保持できる機械的強度を有する。線径を大きくすればするほどコンデンサ素子はより強固に固定される。素子所定の位置への固定により外装ケースの内底面２０、外装ケースの内側壁面２１とコンデンサ素子１との間に空間が形成され、この空間に水分を透しにくい充填樹脂１７が入り込み、覆うので、より耐湿性を向上させることができる。

図２は従来品１、本発明の実施の形態１を８５℃８５％ＲＨの雰囲気に放置したときの静電容量の変化を示した特性図である。従来品は外装ケースの内底面１０９および外装ケースの内側壁面１１０にコンデンサ素子を面接触させたものである。横軸を放置時間、縦軸を静電容量の変化率とした。各５台サンプルを作成し、平均値を記載した。結果が示すとおり、従来品１は１５００時間程度でコンデンサ素子に水分の影響を受け、大幅に静電容量が低下しているのに対して、本発明の実施の形態１は２０００時間を超えても静電容量の変化は少ない。

従来品１のコンデンサ素子は外装ケースの内底面、内側壁面に直接接触しており、その結果、十分な耐湿性が得られない。

実施の形態１では２０００時間を超えても、静電容量の変化はない。

また、本実施の形態ではコンデンサ素子１は扁平形状のものを用いたが、丸形のコンデンサ素子または角形のコンデンサ素子を用いても同様の効果を得ることができる。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２のフィルムコンデンサの断面図及び平面図である。図３において、フィルムに金属膜電極を蒸着した金属化フィルムからなる円柱形状のコンデンサ素子１１、コンデンサ素子１１の端面に設けられた金属層１２、電極を引き出す端子１３、金属単線１４、コンデンサ素子１１が納められる外装ケース１５、電極を引き出す端子１３を固定させた絶縁板１６、充填樹脂１７、円柱形状のコンデンサ素子１１の芯部１８、外装ケース１５の内底面２０、外装ケース１５の内側壁面２１、絶縁板１６に形成された突起部２２などから構成されている。なお、ここで、図３、６、９において１０〜２１はすべて共通の意味であり今後説明は省略する。

絶縁板１６には突起部２２が設けられている。絶縁板１６に設けられた突起部２２を円柱形状のコンデンサ素子１１の芯部１８に嵌合されている。

図４に示すのは、突起部２２の例である。図４（ａ）〜（ｃ）は突起の形状を示すそれぞれ正面図、側面図、平面図で、図４（ｄ）〜（ｆ）は他の例の突起の形状を示すそれぞれ正面図、側面図、平面図である。

図４（ａ）〜（ｃ）に示す突起は、将棋の駒のような形状をしており、正面から見ると５角形でその頂角の部分がコンデンサ素子１１の芯部１８に嵌合される。

図４（ｄ）〜（ｆ）に示す突起は、正面からみると頂角を有する５角形形状で下側からみるとＹ字状をしている頂角が、コンデンサ素子１１の芯部１８に嵌合される。

嵌合により、絶縁板１６とコンデンサ素子１１は突起部の嵌合により、所定の位置に固定される。本構成により外装ケース１５の内底面２０、外装ケースの内側壁面２１とコンデンサ素子１１との間に空間が形成され、この空間に水分を透しにくい充填樹脂１７が入り込み、覆うので、より耐湿性を向上させることができる。

図２は従来品１、本発明の実施の形態２を８５℃８５％ＲＨの雰囲気に放置したときの静電容量の変化を示したものである。横軸を放置時間、縦軸を静電容量の変化率とした。各５台サンプルを作成し、平均値を記載した。結果が示すとおり、従来品２は１５００時間程度でコンデンサ素子に水分の影響を受け、大幅に静電容量が低下しているのは前記の通りである。

これに対して本発明の実施の形態２は２０００時間を超えても静電容量の変化は少ない。

（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３のフィルムコンデンサの構成図を示す。図において、外装ケース１５には突起部２３が形成されている。ここで、２０は外装ケース１５の内底面、２３は外装ケース１５の内底面２０に設けられた突起部である。なお、図記載の記号１０〜１９はすべて共通の意味であり説明は省略している。ここで、外装ケース１５の内底面２０にもうけられた突起部２３により円柱形状のコンデンサ素子１１の芯部１８を嵌合している。突起部２３の形状例としては図６に記載の先端がとがった芯部へ嵌合しやすい形状としている。

図６（ａ）〜（ｃ）には突起の形状を示すそれぞれ正面図、側面図、平面図で、図６（ｄ）〜（ｆ）は、他の例の突起の形状を示すそれぞれ正面図、側面図、平面図である。

図６（ａ）〜（ｃ）に示す突起は円すいの頂部を切り取った形状をしており、頂上の部分がコンデンサ素子１１の芯部１８に嵌合する。

図６（ｄ）〜（ｆ）に示す突起はプラスドライバの先端形状と同様の形状をしている。

これにより円柱形状のコンデンサ素子１１は外装ケース内側壁面２１が平行に保たれ、コンデンサ素子１１と外装ケース内側壁面２１の間の樹脂厚みが均一となり、最適の充填樹脂量で耐湿性を確保できる。

図２は従来品２、本発明の実施の形態３を８５℃８５％ＲＨの雰囲気に放置したときの静電容量の変化を示したものである。横軸を放置時間、縦軸を静電容量の変化率とした。各５台サンプルを作成し、平均値を記載した。結果が示すとおり、従来品２は１５００時間程度でコンデンサ素子に水分の影響を受け、大幅に静電容量が低下しているのは前記の通りである。

これに対して本発明の実施の形態３は２０００時間を超えても静電容量の変化は少ない。

（実施の形態４）
図７は本発明の実施の形態４のフィルムコンデンサの構成図を示す。図において、円柱形状のコンデンサ素子１１の芯部１８には電極用リード線２３が貫通されている。なお、図記載の記号１０〜１８は上述の実施の形態とすべて共通なので説明は省略する。ここで、電極用リード線２３は円柱形状の芯部１８を貫通させているため、外装ケース１５の内側壁面２１とコンデンサ素子１１との空間の樹脂厚みを電極用リード線の部分において少なくしている。リード線部分の樹脂厚みを薄くすることで、充填樹脂量を最適な厚みに設定が可能となり、より小型化がはかれ、さらに安価なコンデンサの提供が可能になる。

図２は従来品２、本発明の実施の形態４を８５℃８５％ＲＨの雰囲気に放置したときの静電容量の変化を示したものである。横軸を放置時間、縦軸を静電容量の変化率とした。結果が示すとおり、従来品２は１５００時間程度でコンデンサ素子に水分の影響を受け、大幅に静電容量が低下しているのは前記の通りである。

これに対して本発明の実施の形態４は２０００時間を超えても静電容量の変化は少ない。

（ａ）本発明の実施の形態１におけるコンデンサ側面構成図、（ｂ）本発明の実施の形態１におけるリード線引き出し側から見たコンデンサ切断断面矢視図従来品１、従来品２、実施の形態１、２、３、４の耐湿試験結果を示すグラフ（ａ）本発明の実施の形態２におけるコンデンサ側面構成図、（ｂ）本発明の実施の形態２におけるリード線引き出し側から見たコンデンサ切断断面矢視図（ａ）本発明の実施の形態２における絶縁板の突起の正面図、（ｂ）本発明の実施の形態２における絶縁板の突起の側面図、（ｃ）本発明の実施の形態２における絶縁板の突起の平面図、（ｄ）本発明の実施の形態２における他の絶縁板の突起の正面図、（ｅ）本発明の実施の形態２における他の絶縁板の突起の側面図、（ｆ）本発明の実施の形態２における他の絶縁板の突起の平面図（ａ）本発明の実施の形態３におけるコンデンサ側面構成図、（ｂ）本発明の実施の形態３におけるリード線引き出し側から見たコンデンサ切断断面矢視図（ａ）本発明の実施の形態３における絶縁板の突起の正面図、（ｂ）本発明の実施の形態３における絶縁板の突起の側面図、（ｃ）本発明の実施の形態３における絶縁板の突起の平面図、（ｄ）本発明の実施の形態３における他の絶縁板の突起の正面図、（ｅ）本発明の実施の形態３における他の絶縁板の突起の側面図、（ｆ）本発明の実施の形態３における他の絶縁板の突起の平面図（ａ）本発明の実施の形態４におけるコンデンサ側面構成図、（ｂ）本発明の実施の形態４におけるリード線引き出し側から見たコンデンサ切断断面矢視図（ａ）従来例のコンデンサ側面構成図、（ｂ）従来例のコンデンサのリード線引き出し側から見たコンデンサの切断断面矢視図

符号の説明

１フィルムに金属膜電極を蒸着した金属化フィルムからなる扁平形状のコンデンサ素子
２、１２コンデンサ素子の端面に設けられた金属層
３、１３電極を引き出す端子
４、１４金属製単線
５、１５コンデンサ素子が納められる外装ケース
６、１６電極を引き出す端子を固定させた絶縁板
７、１７充填樹脂
１１フィルムに金属膜電極を蒸着した金属化フィルムからなる円柱形状のコンデンサ素子
１８円柱形状のコンデンサ素子の芯部
２０外装ケースの内底面
２１外装ケースの内側壁面
２２外装ケース１５の内底面２０に設けられた突起部
２３円柱形状のコンデンサ素子１１の芯部１８を貫通した電極用リード線

Claims

素子を外装ケースに収納し、前記外装ケース内に充填樹脂を充填し、絶縁板を前記外装ケースの開口部に嵌合したフィルムコンデンサにおいて、円柱形状の芯部にフィルムを巻き付け円柱形状とした前記素子の前記芯部に嵌合し、前記素子を前記外装ケースの中心に位置させ、前記素子と前記外装ケースの内側面および内底面との間に空間を形成するための傾斜部を有する突起部を、端子を固定した前記絶縁板に設け、前記空間に前記充填樹脂が存在し、前記素子と前記外装ケースの側面および底面とが接触しないことを特徴とするフィルムコンデンサ。
素子を外装ケースに収納し、前記外装ケース内に充填樹脂を充填し、絶縁板を前記外装ケースの開口部に嵌合したフィルムコンデンサにおいて、円柱形状の芯部にフィルムを巻き付け円柱形状とした前記素子の前記芯部に嵌合し、前記素子を前記外装ケースの中心に位置させ、前記素子と前記外装ケースの内側面および内底面との間に空間を形成するための傾斜部を有する突起部を前記外装ケースの内底面に設け、前記空間に前記充填樹脂が存在し、前記素子と前記外装ケースの側面および底面とが接触しないことを特徴とするフィルムコンデンサ。