JP2012199350A - ケースモールド型コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド自動車等に使用されるケースモールド型コンデンサに関し、高い放熱性と、小型軽量化、低コスト化を同時に実現する技術を提供する。
【解決手段】バスバー３、４が接続されたコンデンサ素子１を樹脂製のケース５内に収容し、このケース５内にモールド樹脂７を充填してなり、上記ケース５の外底面に、上面に複数の凸部６ａを設けた金属板６をインサート成型すると共に、金属板６に設けた凸部６ａの上面が内部に露呈する凹部をケース５の内底面に形成することにより、上記金属板６の凸部６ａの上面と上記モールド樹脂７が密着するようにした構成により、簡単な構成で絶縁を確保し、かつ、小型軽量化と低コスト化を同時に実現し、高い放熱性を発揮できる。
【選択図】図１

Description

本発明は各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車等に使用され、特に、ハイブリッド自動車のモータ駆動用インバータ回路の平滑用、フィルタ用、スナバ用に最適な金属化フィルムコンデンサをケース内に収容して樹脂モールドしたケースモールド型コンデンサに関するものである。

近年、環境保護の観点から、あらゆる電気機器がインバータ回路で制御され、省エネルギー化、高効率化が進められている。中でも自動車業界においては、電気モータとエンジンで走行するハイブリッド車（以下、ＨＥＶと呼ぶ）が市場導入される等、地球環境に優しく、省エネルギー化、高効率化に関する技術の開発が活発化している。

このようなＨＥＶ用の電気モータは使用電圧領域が数百ボルトと高いため、このような電気モータに関連して使用されるコンデンサとして、高耐電圧で低損失の電気特性を有する金属化フィルムコンデンサが注目されており、更に市場におけるメンテナンスフリー化の要望からも極めて寿命が長い金属化フィルムコンデンサを採用する傾向が目立っている。

そして、このような金属化フィルムコンデンサは、一般に金属箔を電極に用いるものと、誘電体フィルム上に設けた蒸着金属を電極に用いるものとに大別される。中でも、蒸着金属を電極（以下、金属蒸着電極と呼ぶ）とする金属化フィルムコンデンサは、金属箔のものに比べて電極の占める体積が小さく小型軽量化が図れることと、金属蒸着電極特有の自己回復機能（絶縁欠陥部で短絡が生じた場合に、短絡のエネルギーで欠陥部周辺の金属蒸着電極が蒸発・飛散して絶縁化し、コンデンサの機能が回復する性能）により絶縁破壊に対する信頼性が高いことから、従来から広く用いられているものである。

また、このように構成された金属化フィルムコンデンサをＨＥＶ用として用いる場合には、使用電圧の高耐電圧化、大電流化、大容量化等が強く要求されるため、バスバーによって並列接続した複数の金属化フィルムコンデンサをケース内に収納し、このケース内にモールド樹脂を注型したケースモールド型コンデンサが開発され、実用化されている。

図５（ａ）、（ｂ）はこの種の従来のケースモールド型コンデンサの構成を示した平面断面図と正面断面図であり、図５において、２１は樹脂製のコンデンサケース、２２はコンデンサ素子を示す。２３ａおよび２３ｂは一体に連なる接続金具であり、２３ａはコンデンサケース２１に内蔵される部分、２３ｂはコンデンサケース２１から外部に出ている部分を示す。２４はコンデンサ素子２２を固定するエポキシ樹脂等の充填樹脂、２５は電極部、２６はケースモールド型コンデンサを外部に取り付けるための取り付け脚、２７は充填樹脂２４を注型する注型面を示すものである。

そして、上記接続金具２３ａをコンデンサ素子２２の電極部２５に接続し、この接続金具２３ｂ（接続金具２３ａと一体に繋がっている）を外部機器等と接続することで電極部２５と外部機器等を電気的に接続している。また、コンデンサケース２１は、コンデンサ素子２２全体と、接続金具２３ａを内蔵し、内部に充填樹脂２４を充填させることによって固定しているものである。なお、図５において、コンデンサケース２１の底部（注型面２７）は、樹脂充填する前は開口面であり、この開口面を充填樹脂２４を注型する面としている。更に、この注型面２７から接続金具２３ｂが表出し、コンデンサケース２１から外部に導出されているものである。

このように構成された従来のケースモールド型コンデンサは、ケースモールド型コンデンサの全体高さを高くすることなく、インダクタンスを抑えることができるというものであった。

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２００３−３３８４２５号公報

しかしながら上記従来のケースモールド型コンデンサでは、コンデンサケース２１内に収容されたコンデンサ素子２２は耐衝撃性、耐湿性等の耐久性を確保する目的でエポキシ樹脂等の充填樹脂２４でモールドされた構成のために、高温環境下で使用される場合や大きなリプル電流が流れた場合等にコンデンサ素子２２が発熱すると、この発熱を効率良く外部に放熱することが難しいという課題があった。

従って、このような発熱に対する放熱性を向上させるために、（１）ケースモールド型コンデンサを放熱性に優れた金属ケース内に結合する、（２）金属ケース内にコンデンサ素子を収容してエポキシ樹脂等の充填樹脂を直接金属ケース内に充填する、等の対策が提案されているが、（１）の方法においては、部品点数が増加してコストアップに繋がるばかりでなく、大型化すると共に重量が増加するという問題があり、また（２）の方法においては、金属ケース内にコンデンサ素子を直接収容するために絶縁対策が必要になるばかりでなく、金属ケースと充填樹脂の線膨張係数が異なるために、熱衝撃試験等においてせん断応力が発生し、充填樹脂が金属ケースから剥離するという問題があり、総合的に優れたケースモールド型コンデンサを実現することが困難なものであった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、放熱性と絶縁性に優れ、かつ、小型軽量化と低コスト化を同時に実現することができるケースモールド型コンデンサ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は、バスバーが接続された金属化フィルムコンデンサを樹脂製のケース内に収容し、このケース内にモールド樹脂を充填したケースモールド型コンデンサにおいて、上記ケースの外底面に、上面に複数の凸部を設けた金属板をインサート成型すると共に、上記金属板に設けた複数の凸部の上面が内部に露呈する凹部を上記ケースの内底面に設けることにより、上記金属板の凸部の上面と上記モールド樹脂が密着するようにした構成のものである。

以上のように本発明によるケースモールド型コンデンサは、金属板を外底面にインサート成型した樹脂製のケース内に金属化フィルムコンデンサを収容して樹脂モールドした構成により、簡単な構成で絶縁を確保し、かつ、小型軽量化と低コスト化を同時に実現することができる。更に、ケースの内底面に設けた凹部内に露呈した金属板の凸部の上面とモールド樹脂が密着するために、金属化フィルムコンデンサが発熱した場合に、この発熱をモールド樹脂を介して放熱性に優れた金属板に伝播し、この金属板から効率良く放熱することができるようになる。更に、金属板はケースの外底面にインサート成型されているために剥離し難いばかりでなく、金属板の凸部の上面とモールド樹脂の密着部は小さい面積にして複数に分散させているために、熱衝撃試験等において発生するせん断応力によっても剥離を起こし難いという効果が得られるものである。

本発明の実施例１によるケースモールド型コンデンサの構成を示した断面図 同ケースモールド型コンデンサに使用される金属板を外底面にインサート成型したケースの要部を拡大して示した要部断面図 本発明の実施例２によるケースモールド型コンデンサの構成を示した断面図 同ケースモールド型コンデンサに使用される金属板を外底面にインサート成型したケースの要部を拡大して示した要部断面図 （ａ）従来のケースモールド型コンデンサの構成を示した平面断面図、（ｂ）同正面断面図

以下、実施例１を用いて、本発明の特に請求項１〜６に記載の発明について説明する。

図１は本発明の実施例１によるケースモールド型コンデンサの構成を示した断面図、図２は同ケースモールド型コンデンサに使用される金属板を外底面にインサート成型したケースの要部を拡大して示した要部断面図であり、本実施例によるケースモールド型コンデンサは、例えば、ハイブリッド自動車のモータ駆動用インバータ回路に入力される電圧を平滑するために用いられるものを一例として示したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１と図２において、１は金属化フィルムコンデンサ（以下、コンデンサ素子１と呼ぶ）であり、このコンデンサ素子１は、ポリプロピレンからなる誘電体フィルムの片面、または両面に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを一対とし、上記金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向する状態で巻回した後にプレス加工によって偏平に加工し、両端面に亜鉛を溶射したメタリコン電極を形成することによってＰ極電極２ａとＮ極電極２ｂの一対の取り出し電極を夫々設けて構成されたものであり、本実施例においてはこのコンデンサ素子１を２個配置した例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。

３はＰ極バスバー、３ａはこのＰ極バスバー３の一端を折り曲げることによって設けられた電流供給用の端子部、３ｂは上記コンデンサ素子１に設けられたＰ極電極２ａと接続するための接続部である。

４はＮ極バスバー、４ａ（図１においては、Ｐ極バスバー３の端子部３ａの奥側に位置しており、見えない状態であるために符号は記載していない）はこのＮ極バスバー４の一端を折り曲げることによって設けられた電流供給用の端子部、４ｂは上記コンデンサ素子１に設けられたＮ極電極２ｂと接続するための接続部である。

そして、このように構成されたＰ極バスバー３の接続部３ｂを各コンデンサ素子１のＰ極電極２ａに夫々半田付けすると共に、Ｎ極バスバー４の接続部４ｂを各コンデンサ素子１のＮ極電極２ｂに夫々半田付けすることにより、複数個のコンデンサ素子１を並列接続して一体化しているものである。

５は上面を開放した箱型の樹脂製（本実施例においてはＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない）のケース、６はアルミニウム製の金属板であり、この金属板６は上記ケース５を成型する際に、ケース５の外底面にインサート成型することによって一体化されているものである。

また、上記金属板６の上面（ケース５との結合面）には複数の凸部６ａが設けられており、この複数の凸部６ａがケース５の底面の一部に埋没した状態でケース５と一体に成型されており、この凸部６ａの高さｈ１はケース５の底面の厚さｈ２の略１／２の寸法にしたものである。従って、ケース５の内底面には上記凸部６ａの上面が露呈した凹部５ａが複数形成された構成となっているものである。更に、上記複数の凸部６ａの上面の面積の合計が、金属板６のケース５の外底面と当接する部分の面積の２０〜９５％となるように構成されているものである。

７は上記ケース５内に充填されたモールド樹脂であり、このモールド樹脂７は上記ケース５の内底面に形成された複数の凹部５ａ内にも充填され、この凹部５ａに露呈した金属板６の凸部６ａの上面と密着するように充填されるものであり、このモールド樹脂７によってケース５内に収容された複数個のコンデンサ素子１と、この複数個のコンデンサ素子１を接続したＰ極バスバー３、Ｎ極バスバー４を固定するようにしており、Ｐ極バスバー３に設けた電流供給用の端子部３ａとＮ極バスバー４に設けた電流供給用の端子部４ａのみが上記モールド樹脂７から表出するように構成されており、これにより、本実施例によるケースモールド型コンデンサが構成されているものである。

このように構成された本実施例によるケースモールド型コンデンサは、金属板６を外底面にインサート成型した樹脂製のケース５内にコンデンサ素子１を収容してモールド樹脂７でモールドした構成のために、コンデンサ素子１と金属板６が接触して短絡する恐れがないという高い絶縁性を確保し、かつ、簡単な構成で小型軽量化と低コスト化を同時に実現することができるという格別の効果を奏するものである。

更にまた、ケース５の外底面に金属板６をインサート成型すると共に、ケース５の内底面に設けた凹部５ａ内に露呈した金属板６の凸部６ａの上面とモールド樹脂７が密着するようにした構成により、ケースモールド型コンデンサを高温環境下で使用したり、コンデンサ素子１に大きなリプル電流が流れる等によってコンデンサ素子１が発熱した場合に、この発熱をモールド樹脂７を介して放熱性に優れた金属板６に伝播し、この金属板６から効率良く放熱することができるという格別の効果を奏するものである。

更にまた、金属板６をケース５の外底面にインサート成型した構成のために、金属板６とケース５が剥離し難いばかりでなく、金属板６の凸部６ａの上面とモールド樹脂７の密着部は小さい面積にして複数に分散させているために、熱衝撃試験等において発生するせん断応力によっても、金属板６とケース５、あるいはモールド樹脂７が剥離を起こし難いという格別の効果を奏するものである。

なお、このような熱衝撃試験等において発生するせん断応力に対する剥離強度の更なる向上を図る場合には、上記金属板６のケース５との結合面、あるいはモールド樹脂７との結合面にエッチング加工やブラスト加工等の処理を施すことによって粗面化する方法や、シランカップリング剤で処理する方法が有効であることが知られている。更に、金属部品を金型にインサートして、これに樹脂を射出して成型と固着を同時に行う「射出接合」に関する技術が、特開２００７−５０６３０号公報にて提案されており、このような技術の中から最適なものを選択することによって上記剥離強度の更なる向上を図ることができるものである。

以下、実施例２を用いて、本発明の特に請求項７に記載の発明について説明する。

本実施例は、上記実施例１で図１と図２を用いて説明したケースモールド型コンデンサの金属板の構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施例１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて詳細に説明する。

図３は本発明の実施例２によるケースモールド型コンデンサの構成を示した断面図、図４は同ケースモールド型コンデンサに使用される金属板を外底面にインサート成型したケースの要部を拡大して示した要部断面図であり、本実施例によるケースモールド型コンデンサは上記実施例１と同様に、例えば、ハイブリッド自動車のモータ駆動用インバータ回路に入力される電圧を平滑するために用いられるものを一例として示したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

図３と図４において、１はコンデンサ素子、２ａと２ｂはこのコンデンサ素子１の両端面に夫々設けられたＰ極電極とＮ極電極である。３は電流供給用の端子部３ａを一端に備え、他端に設けた接続部３ｂが上記コンデンサ素子１のＰ極電極２ａに半田付けによって接続されたＰ極バスバー、４は電流供給用の端子部４ａを一端に備え、他端に設けた接続部４ｂが上記コンデンサ素子１のＮ極電極２ｂに半田付けによって接続されたＮ極バスバーである。

８は上面を開放した箱型の樹脂製（本実施例においてはＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない）のケース、９はアルミニウム製の金属板であり、この金属板９は上記ケース８を成型する際に、ケース８の外底面にインサート成型することによって一体化されているのは上記実施例１と同様の構成のものである。

また、上記金属板９の上面（ケース８との結合面）には複数の凸部９ａと、複数の凹部９ｂが設けられており、この複数の凸部９ａがケース８の底面の一部に埋没した状態でケース８と一体に成型されると共に、複数の凹部９ｂにケース８の一部が埋没した状態で金属板９と一体に成型されているものであり、凸部９ａの高さｈ１はケース８の底面の厚さｈ２の略１／２の寸法とし、凹部９ｂの深さｈ３はケース８の底面の厚さｈ２の略１／２の寸法にしたものである。従って、ケース８の内底面には上記凸部９ａの上面が露呈した凹部８ａが複数形成された構成になっているものである。

更に、上記複数の凸部９ａの上面の面積の合計が、金属板９のケース８の外底面と当接する部分の面積の２０〜９５％となるように構成され、また複数の凹部９ｂの平面部の面積の合計が、金属板９のケース８の外底面と当接する部分の面積の２０〜９５％となるように構成されているものである。

１０は上記ケース８内に充填されたモールド樹脂であり、このモールド樹脂１０は上記ケース８の内底面に形成された複数の凹部８ａ内にも充填され、この凹部８ａに露呈した金属板９の凸部９ａの上面と密着するように充填されるものであり、このモールド樹脂１０によってケース８内に収容された複数個のコンデンサ素子１と、この複数個のコンデンサ素子１を接続したＰ極バスバー３、Ｎ極バスバー４を固定するようにしており、Ｐ極バスバー３に設けた電流供給用の端子部３ａとＮ極バスバー４に設けた電流供給用の端子部４ａのみが上記モールド樹脂１０から表出するように構成されており、これにより、本実施例によるケースモールド型コンデンサが構成されているものである。

このように構成された本実施例によるケースモールド型コンデンサは、ケース８の外底面にインサート成型された金属板９のケース８との結合面に複数の凹部９ｂを設けた構成により、上記実施例１によるケースモールド型コンデンサにより得られる効果に加え、熱衝撃試験等において発生するせん断応力によっても、金属板９とケース８、あるいはモールド樹脂１０が剥離を起こし難いという、より高い剥離強度を発揮することができるようになるという格別の効果を奏するものである。

なお、このような熱衝撃試験等において発生するせん断応力に対する剥離強度の更なる向上を図る場合には、上記金属板９のケース８との結合面、あるいはモールド樹脂１０との結合面にエッチング加工やブラスト加工等の処理を施すことによって粗面化する方法や、シランカップリング剤で処理する方法が有効であることが知られている。更に、金属部品を金型にインサートして、これに樹脂を射出して成型と固着を同時に行う「射出接合」に関する技術が、特開２００７−５０６３０号公報にて提案されており、このような技術の中から最適なものを選択することによって上記剥離強度の更なる向上を図ることができることは上記実施例１と同様である。

本発明によるケースモールド型コンデンサは、絶縁性と放熱性に優れ、かつ、小型軽量化と低コスト化を同時に実現することができるという効果を有し、特に、過酷な環境で使用される自動車用のコンデンサ等として有用である。

１ コンデンサ素子
２ａ Ｐ極電極
２ｂ Ｎ極電極
３ Ｐ極バスバー
３ａ、４ａ 端子部
３ｂ、４ｂ 接続部
４ Ｎ極バスバー
５、８ ケース
５ａ、８ａ、９ｂ 凹部
６、９ 金属板
６ａ、９ａ 凸部
７、１０ モールド樹脂

Claims (7)

1. 一対の電極が両端に夫々設けられた金属化フィルムコンデンサと、外部接続用の端子部を一端に備え、上記金属化フィルムコンデンサの一対の電極に夫々接続されたバスバーと、このバスバーが接続された金属化フィルムコンデンサを収容した樹脂製のケースと、このケース内に充填され、上記バスバーの端子部を除いて、バスバーが接続された金属化フィルムコンデンサをモールドしたモールド樹脂からなるケースモールド型コンデンサにおいて、上記ケースの外底面に、上面に複数の凸部を設けた金属板をインサート成型すると共に、上記金属板に設けた複数の凸部の上面が内部に露呈する凹部を上記ケースの内底面に形成することにより、上記金属板の凸部の上面と上記モールド樹脂が密着するようにしたケースモールド型コンデンサ。
2. 金属板の上面に設けた複数の凸部の上面の面積の合計が、金属板のケースの外底面と当接する部分の面積の２０〜９５％である請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
3. モールド樹脂と密着する金属板の複数の凸部の上面および／またはケースの外底面と密着する金属板の上面の表面粗さＲａを５〜５０００ｎｍとした請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
4. モールド樹脂と密着する金属板の複数の凸部の上面および／またはケースの外底面と密着する金属板の上面をシランカップリング剤で処理した請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
5. 金属板を構成する材料として、アルミニウムを用いた請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
6. 樹脂製のケースを構成する材料として、ポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ）を用いた請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
7. ケースの外底面にインサート成型された金属板のケースとの結合面に凹部を設けた請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。

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