JP2010010293A - 電解コンデンサ及びそれを有するモータ駆動装置並びに電解コンデンサの実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電解コンデンサの開口端から有害物質が侵入することを確実に防止することができ、しかも、はんだ付けの電気的接続の信頼性を高めることができる電解コンデンサ及びそれを有するモータ駆動装置並びに電解コンデンサの実装方法を提供することを目的とする。
【解決手段】一端に開口端を有し、一対の電極箔２１に接続する一対のリード端子２２を開口端より外部に導出する筒状のケース２０と、ケース２０の開口端を封止すると共に、一対のリード端子２２を挿通する一対の挿通孔２３ａを有するインナーキャップ２３と、インナーキャップ２３の外表面に覆設され、インナーキャップ２３とケース２０の開口端との間隙及び一対のリード端子２２と一対の挿通孔２３ａとの間隙を封止するアウターカバー２４と、を備え、アウターカバー２４の外面に、一対のリード端子２２の導出する方向に突出する支点部２４ａを設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、工作機械やロボットなどの電源駆動回路の回路構成部品としての電解コンデンサ及びそれを有するモータ駆動装置並びに電解コンデンサの実装方法に関する。

一般に、回路構成部品として使用される電解コンデンサは、図８に示すように、一対のリード端子３２を介して回路基板３０にはんだ付けされている。はんだ付けは、電解コンデンサ３１を回路基板３０の上面に接触させた状態ないしは密着させた状態で行われるため、はんだ付け時の熱により、電解コンデンサ３１と回路基板３０との間に存する空気は膨張することとなる。また、はんだ付け工程において、回路基板３０の電解コンデンサ３１のリード端子突出面にフラックスを塗布した場合、はんだ付け時の熱により、リード端子３２と回路基板３０の貫通導体部３０ａを通して回路基板３０に這い上がったフラックスはガス化することとなる。はんだ付け時に膨張した空気とガス化したフラックスは、逃げ場がないため、図８に示すように、電解コンデンサ３１のリード端子３２と回路基板３０の貫通導体３０ａ間の凝固前のはんだを押し出すように抜けていき、はんだ付けの電気的接続の信頼性を低下させる場合があった。

この問題に対する解決策として、ガスなどを逃がすために、電解コンデンサの封止キャップ部に突出形状を設けた構造の提案がなされている（特許文献１）。特許文献１の第２頁の左欄第４８行目〜右欄第１０行目には、「第１図に示すものは、封口体３の外表面に、一対のリード線を結ぶ方向の外形寸法が各リード線の外周面を超えないように設定され、かつ各リード線の周縁部に間口部となる外形側が広くなるような隙間を設けてエアー抜き部を形成するようにした外形形状を有する突出部６を設けることにより、リード穴５を貫通するリード線の周縁に広い間口のエアー抜き部を形成するようにしたものであり、また、第２図（ａ）に示すものは、第１図に示した封口体３の突出部６にリード穴５を結ぶ線と直交するスリット７を設けた構成としたものであり、さらに第２図（ｂ）に示すものは、第２図（ａ）に示す実施例において、さらにリング状のスリット８を設けた構成としたものである」と記載されている。また、第２頁の右欄第３２行目〜第３９行目には、「このようにリード部根元に空間を得ることにより、はんだ付け時のフラックスガスを逃がすことができ、良好なはんだ付けができる」と記載されている。

また、他の従来の一例として、図９に示すように、電解コンデンサ内に有害な物質が侵入しないようにするため、電解コンデンサの開口端を封止するキャップ３６を樹脂カバー３７で覆った二重封止構造の電解コンデンサ３５が開示されている。このタイプの電解コンデンサ３５は、硫黄の侵入によるアルミニウム電極箔３８の溶解などを防止することができるものであり、硫黄成分等が霧散する環境で産業機械が使用される場合に有効である。例えば、硫黄成分を含む切削液を使用する工場内で、工作機械やロボットを使用する場合に有効である。

特許第２９６９６４６号明細書

特許文献１で開示された従来例は、はんだ付け時のフラックスガスなどを逃がすことができるように、封口体の外表面に突出部を設けたものであるが、第２従来例のように、ケース３９の開口端をキャップ３６と樹脂カバー３７とで二重に封止すると、突出部の構造が複雑であるため、樹脂カバー３７を成形するためにキャップ３６の上から流しこんだ樹脂の拡散が阻害され、ケース３９とキャップ３６間に充分に行き渡らなくなるという問題があった。

本発明は、電解コンデンサの開口端から有害物質が侵入することを確実に防止することができ、しかも、はんだ付けの電気的接続の信頼性を高めることができる電解コンデンサ及びそれを有するモータ駆動装置並びに電解コンデンサの実装方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様は、回路基板に実装される電解コンデンサであって、一端に開口端を有し、該開口端より一対の電極箔に接続する一対のリード端子を外部に導出する筒状のケースと、該ケースの前記開口端を封止すると共に、前記一対のリード端子を挿通する一対の挿通孔を有するインナーキャップと、該インナーキャップの外表面に覆設され、該インナーキャップと前記ケースの前記開口端との間隙及び前記一対のリード端子と前記一対の挿通孔との間隙を封止するアウターカバーと、を備え、前記アウターカバーの外面に、前記一対のリード端子の導出する方向に突出する支点部が設けられている電解コンデンサを提供する。

また、本発明の他の態様は、電源駆動回路を備えたモータ駆動装置であって、前記電源駆動回路の回路基板に前記電解コンデンサが実装されているモータ駆動装置を提供する。

また、本発明の他の態様は、電源駆動回路の回路基板に前記電解コンデンサを実装する電解コンデンサの実装方法であって、前記回路基板に貫通形成された一対の貫通導体部に、前記電解コンデンサの前記一対のリード端子を挿入し、前記アウターカバーと前記回路基板の板面との間に隙間を作るために、前記支点部を支点として前記電解コンデンサを傾けて、前記一対の貫通導体部と前記一対のリード端子とをはんだ付けする電解コンデンサの実装方法を提供する。

以上の如く、本発明によれば、ケースの開口端がインナーキャップとアウターカバーで二重に封止されているから、電解コンデンサの開口端から有害物質が侵入することを確実に防止することができる。また、アウターカバーの外面に、一対のリード端子の導出する方向に突出する支点部が設けられているから、電解コンデンサを回路基板にはんだ付けする際、支点部を支点として電解コンデンサが傾き、回路基板と電解コンデンサとの間に隙間を作ることができる。そして、この隙間から、はんだ付け時の加熱により生じるガスが抜けるため、はんだ不良が回避され、はんだ付けの接続信頼性を高めることができる。また、支点部を中心からずらした位置に設けることで、電解コンデンサを回路基板上に複数実装する際に、個々の電解コンデンサを干渉させること無く、一様の向きに並べて実装することが可能となり、はんだ付けの作業性を高めることができる。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置の回路構成図である。本実施形態のモータ駆動装置は、工作機械に適用されるものであるが、これに限られない。産業用ロボットや、電動プレス等の鍛圧機械や、射出成形機や、その他の産業機械に適用されることもできる。モータ駆動装置は、電源駆動回路１を備え、この電源駆動回路１が交流電源１６，１７に接続して電源の供給を受け、コントローラ４からの指令によって主軸側のサーボモータＭｓと送り側のサーボモータＭｘを駆動するようになっている。

以下、電源駆動回路１の構成について説明する。
図中、符号２は、単相交流を全波整流して直流に変換する単相全波整流回路である。単相全波整流回路２内には、整流された電圧を平滑する図示しない平滑用コンデンサが設けられている。符号３は、単相全波整流回路２からの直流電圧を電圧調整して送り側サーボモータ制御回路１０、主軸側サーボモータ制御回路１３に直流電力を供給する制御電源供給回路である。符号４は、この工作機械を制御するコントローラ（ＣＮＣ）であり、送り側サーボモータ制御回路１０に移動指令を出力し、主軸側サーボモータ制御回路１３には速度指令を出力する。

符号８は、ダイオードＤのブリッジによって３相交流を直流に変換する整流器の３相全波整流回路である。符号Ｃは、３相全波整流回路８における平滑用電解コンデンサであり、整流された直流に含まれる変動分の電圧を平滑にするものである。平滑用電解コンデンサＣは、一対のリード端子２２が回路基板１８の貫通導体部１９にはんだ付けされることで、回路基板１８に装着されるようになっている。本実施形態のモータ駆動装置は、新規で独自の特徴を備えた平滑用電解コンデンサＣを用いたことに特徴がある。平滑用電解コンデンサＣの詳細については後述する。

符号７は３相交流電源の停電を検出する停電検出回路、符号６は３相全波整流回路８のプラス側と単相全波整流回路２のプラス側とに接続されたスイッチング用サイリスタであり、符号５はこのサイリスタの点弧を制御するサイリスタ点弧回路である。符号１５は、３相全波整流回路８のマイナス側と単相全波整流回路２のマイナス側を接続する導線であり、これによって単相全波整流回路２と３相全波整流回路８とがサイリスタ６を介して並列に接続されている。

符号１１は、工作機械の送り軸を駆動するサーボモータＭｘのアンプとしてのインバータ部であり、送り側サーボモータ制御回路１０によってスイッチング素子としてのトランジスタＴr がオン／オフ制御されてサーボモータＭｘを駆動制御する。符号１４は工作機械の主軸を駆動するサーボモータＭｓのアンプとしてのインバータ部であり、主軸側サーボモータ制御回路１３によってスイッチング素子としてのトランジスタＴr がオン／オフ制御されてサーボモータＭｓを駆動制御する。なお、図１には送り側サーボモータＭｘを１つだけ示しているが、送り軸が複数ある場合には、その送り軸分のサーボモータ、インバータ、及びサーボモータ制御回路を備えることができ、本実施の形態に制限されるものではない。

次に、本実施形態のモータ駆動装置の動作について説明する。３相交流電源１６からの３相交流が３相全波整流回路８で全波整流され、かつ、電解コンデンサＣで平滑にされた直流電力は、インバータ部１１、１４に供給される。また、単相交流電源１７からの単相交流は単相交流全波整流回路２で全波整流され、かつ、図示しない電解コンデンサで平滑にされた直流電力は、制御電源供給回路３に供給され、電圧が調整されて送り側サーボモータ制御回路１０及び主軸側サーボモータ制御回路１３に制御電力が供給される。

一方、コントローラ４は、加工プログラム等に基づいて主軸側サーボモータ制御回路１３に速度指令Ｖｃを出力し、送り側サーボモータ制御回路１０に移動指令Ｐｃを出力する。主軸側サーボモータ制御回路１３は、速度指令Ｖｃと主軸モータＭｓに設けられた速度検出器（図示せず）からの速度フィードバック信号とにより速度ループ制御を行いインバータ部１４のトランジスタＴr をオン／オフ制御して、主軸の実速度が指令速度Ｖｃと一致するように制御する。また、送り側サーボモータ制御回路１０は移動指令ＰｃとサーボモータＭｘに設けられた位置・速度検出器からの位置、速度フィードバック信号によって位置、速度のループ制御を行って、インバータ部１１のトランジスタＴｒをオン／オフ制御して、サーボモータＭｘの位置、速度を制御する。また、サーボモータＭｘ、主軸モータＭｓが減速されるときには、その減速によって発生する回生エネルギーは、図示しない回生放電回路によって消費されるようになっている。

次に、３相全波整流回路８とインバータ部１１，１４との間に位置し、整流された電圧を平滑にする電解コンデンサについて詳細に説明する。本発明に係る電解コンデンサＣの第１の実施形態は、図２に示されている。本実施形態の電解コンデンサＣは、一端に開口端を有し、一対の電極箔２１に接続する一対のリード端子２２を開口端より外部に導出する筒状のケース２０と、ケース２０の開口端を封止すると共に、一対のリード端子２２を挿通する一対の挿通孔２３ａを有するインナーキャップ２３と、インナーキャップ２３の外表面に覆設され、インナーキャップ２３とケース２０の開口端との間隙及び一対のリード端子２２と一対の挿通孔２３ａとの間隙を封止するアウターカバー２４と、を備えている。アウターカバー２４の外面には、一対のリード端子２２の導出する方向に突出する凸部（支点部）２４ａが設けられている。

筒状の金属製ケース２０には、いわゆるコンデンサ素子を構成する電解液及びプラス極とマイナス極の一対の電極箔２１が収容されている。一対の電極箔２１には、粗面化されたアルミニウム箔を用いることができる。個々の電極箔２１には、インナーキャップ２３の挿通孔２３ａを介して外部へ導出するリード線２２が接続している。ケース２０の開口端には、インナーキャップ２３が装着されて、ケース２０内の電解液が漏出することが防止されている。

インナーキャップ２３は、ケース２０の開口端に装着可能な寸法に樹脂成形されたものであり、円板状を成している。インナーキャップ２３は、一対の電極箔２１に接続しているリード線２２を外部へ導出させるための一対の挿通孔２３ａを有している。インナーキャップ２３の外表面の中心部には、アウターカバー２４を成形するときに、流し込まれる樹脂の流れを阻害しないようにする突起部２３ｂが設けられている。突起部２３ｂは、アウターカバー２４に突設される支点部２４ａの形状・寸法を考慮して、所定の形状・寸法に形成されている。突起部２３ｂを除くインナーキャップ２３の他の部分は、略平面をなしている。

アウターカバー２４は、インナーキャップ２３とケース２０の開口端との間隙及び一対のリード端子２２と一対の挿通孔２３ａとの間隙を封止するために、インナーキャップ２３の上から樹脂を流し込むことにより、インナーキャップ２３とケース２０に一体的に成形される。インナーキャップ２３とアウターカバー２４の二重封止構造により、電解コンデンサＣの内部に外部から有害物質が侵入することを確実に防止することができる。例えば、工場内で硫黄を含有する切削液が使用される場合において、アルミニウム電極箔の硫黄による孔食（pitting）を防止することができる。

アウターカバー２４は、インナーキャップ２３の外表面に対応する形状に成形されるものとなる。本実施形態のインナーキャップ２３は、中心部に突起部２３ｂを有しているため、アウターカバー２４は中心部が他の部分より盛り上がった形状に成形される。図３に示すように、アウターカバー２４の中心部は、電解コンデンサＣを回路基板１８に載置したときの支点部となり、電解コンデンサＣが傾いた状態で回路基板１８に支持される。これにより、電解コンデンサＣと回路基板１８の板面との間にスペースＳが生まれ、一対のリード端子２２を回路基板１８の貫通導体部１９にはんだ付けする際に生じるガスを逃がすことができる。したがって、はんだ付けによる接続不良が回避され、はんだ接続の信頼性を高めることができる。

図２に示すアウターカバー２４の支点部２４ａの形状は柱形をなしているが、支点部２４ａの形状はこれに制限されるものではなく、インナーキャップ２３の突起部２３ｂの形状に応じて、図４及び図５のように、錐形、半球形などの形状に形成することもできる。図４のアウターカバー２４_１には、インナーキャップ２３_１の突起部２３ｂ_１の形状に対応する錐形の支点部２４ａ_１が形成され、図５のアウターカバー２４_２には、インナーキャップ２３_２の突起部２３ｂ_２の形状に対応する錐形の支点部２４ａ_２が形成されている。

次に、本発明に係る電解コンデンサの第２の実施形態について説明する。図６に示すように、本実施形態の電解コンデンサＣＣは、支点部２４ａが一対のリード線２２の間でアウターカバー２４（ケース２０）の中心から偏った位置に設けられている点で、第１の実施形態の電解コンデンサＣと相違している。

本実施形態の電解コンデンサＣＣのように、支点部２４ａをアウターカバー２４（ケース２０）の中心から偏った位置に設けることで、図７に示すように、回路基板１８に載置される電解コンデンサＣＣを任意の方向に傾けて載置することができる。これにより、回路基板１８に複数の電解コンデンサＣＣを並べて取り付ける際に、個々の電解コンデンサＣＣが干渉することを防止することができ、電解コンデンサＣＣの取付作業性を高めることができる。

以上のように本発明によれば、ケース２０の開口端がインナーキャップ２３とアウターカバー２４で二重に封止されているから、電解コンデンサＣ，ＣＣの開口端から有害物質が侵入することを確実に防止することができる。また、アウターカバー２４の外表面に、一対のリード端子２２の導出する方向に突出する支点部２４ａが設けられているから、電解コンデンサＣ，ＣＣを回路基板１８に傾けた状態で載置することができ、これにより、回路基板１８と電解コンデンサとＣ，ＣＣの間に隙間を作ることができる。そして、この隙間から、はんだ付け時の加熱により生じるガスが抜けるため、はんだ不良を回避することができ、はんだ付けの接続信頼性を高めることができる。

以上、本発明をその好適な実施形態に関連して説明したが、後述する請求の範囲の開示から逸脱することなく様々な修正及び変更を為し得ることは、当業者に理解されるであろう。

本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置の回路構成図である。 モータ駆動装置の電源駆動回路に備わる電解コンデンサの第１の実施形態を示す断面図である。 図２に示す電解コンデンサを回路基板に載置した状態を示す断面図である。 電解コンデンサの変形例を示す断面図である。 電解コンデンサの他の変形例を示す断面図である。 電解コンデンサの第２の実施形態を示す平面図である。 図６に示す電解コンデンサを基板上に複数並べた状態を示す説明図である。 電解コンデンサの従来の一例を示す断面図である。 電解コンデンサの従来の他の一例を示す断面図である。

符号の説明

１ 電源駆動回路
１８ 回路基板
２０ ケース
２１ 電極箔
２２ リード端子
２３ インナーキャップ
２４ アウターカバー
２４ａ 凸部（支点部）
Ｃ，ＣＣ 電解コンデンサ

Claims (4)

1. 回路基板に実装される電解コンデンサであって、
   一端に開口端を有し、一対の電極箔に接続する一対のリード端子を前記開口端より外部に導出する筒状のケースと、
   該ケースの前記開口端を封止すると共に、前記一対のリード端子を挿通する一対の挿通孔を有するインナーキャップと、
   該インナーキャップの外表面に覆設され、該インナーキャップと前記ケースの前記開口端との間隙及び前記一対のリード端子と前記一対の挿通孔との間隙を封止するアウターカバーと、を備え、
   前記アウターカバーの外面に、前記一対のリード端子の導出する方向に突出する支点部が設けられている電解コンデンサ。
2. 前記支点部が前記アウターカバーの中心より偏った位置に設けられている請求項１に記載の電解コンデンサ。
3. 電源駆動回路を備えたモータ駆動装置であって、
   前記電源駆動回路の回路基板に請求項１又は２に記載の電解コンデンサが実装されているモータ駆動装置。
4. 電源駆動回路の回路基板に請求項１又は２に記載の電解コンデンサを実装する電解コンデンサの実装方法であって、
   前記回路基板に貫通形成された一対の貫通導体部に、前記電解コンデンサの前記一対のリード端子を挿入し、
   前記アウターカバーと前記回路基板の板面との間に隙間を作るために、前記支点部を支点として前記電解コンデンサを傾けて、前記一対の貫通導体部と前記一対のリード端子とをはんだ付けする電解コンデンサの実装方法。

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