JP2012248787A

JP2012248787A - フィルムコンデンサ

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Publication number: JP2012248787A
Application number: JP2011121468A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Komata; 一義小又; Seiji Yamaguchi; 清治山口
Original assignee: Hitachi AIC Inc
Current assignee: Lincstech Circuit Co Ltd
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2031-05-31
Also published as: JP5766511B2

Abstract

【課題】コンデンサ素子を収納する上端面に開口部のある有底筒状の金属ケースを樹脂キャップで封口し、充填樹脂で充填するフィルムコンデンサにあって、封口用の樹脂キャップが金属ケースより浮き上がることなく樹脂が充填され硬化されながら、封口用の樹脂キャップと金属ケースとの接触部分のすき間からの水分のコンデンサ内部への侵入を防止し、耐湿性を向上させたフィルムコンデンサを提供することを目的とする。
【解決手段】樹脂キャップの周辺部には金属ケースの開口部にはめ込まれるはめ込み部分を有し、このはめ込み部分と接する金属ケースの開口部面には、はめ込み部分と前記金属ケースの開口部周辺とのすき間を押し広げる突出部と、この突出部またはこの突出部と接する側に、樹脂キャップの金属ケース固定用の引っかかり部分を設けることを特徴とするフィルムコンデンサを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィルムコンデンサに関するものである。

フィルムコンデンサは、従来、図６に示すように、ポリプロピレン（ＰＰ）やポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）等のフィルムに、アルミニウム（Ａｌ）や亜鉛（Ｚｎ）を蒸着して電極を形成し、これを積層または捲回してコンデンサ素子１を構成するか、Ａｌ箔電極をフィルムとともに積層または捲回してコンデンサ素子１を構成していた。蒸着金属の場合、こうしてできたコンデンサ素子１にメタリコンの端面電極８を施し、この端面電極８に引き出しタブ１０を溶接又はハンダ付し、ケース１７に収納し、引き出しタブ１０はケース１７外に引き出し、ケース１７内には充填樹脂４を注入し、コンデンサ素子１や引き出しタブ１０部分に充填樹脂４を充填硬化していた。
ところで、上記の引き出しタブは、充填樹脂だけで固定されているので固定が不安定になりやすい。そのため、特許文献１には、金属ケースの開放端部に設けた封口用の樹脂キャップの外部端子に、この引き出しタブを接続固定し、金属ケース内を樹脂充填する方法が開示されている。

特開２０１１−７１１７９公報

特許文献１では、金属ケース内を樹脂充填するときに、真空中で行うと、樹脂中に含まれる気体のために発砲し、封口用の樹脂キャップが金属ケースより浮き上がってしまうことがある。
また、封口用の樹脂キャップを金属ケースの開放端部に設け、金属ケース内を樹脂充填する方法では、金属ケースの金属と充填する樹脂との密着力が弱く、そのため、金属ケースの開放端部に設けた封口用の樹脂キャップと金属ケースと封口部分から、水分がコンデンサ内部に侵入しやすい。

そのため、本発明では、封口用の樹脂キャップが金属ケースより浮き上がることなく樹脂が充填され、硬化されながら、封口用の樹脂キャップと金属ケースとの封口部分のすき間からの水分のコンデンサ内部への侵入を抑制し、耐湿性を向上させたフィルムコンデンサを提供することを課題とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、下記のフィルムコンデンサを提供するものである。
（１）誘電体にフィルムを使用したコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を収納する上端面に開口部のある有底筒状の金属ケースと、この金属ケースの開口部を封口する樹脂キャップと、前記金属ケース内を充填する充填樹脂とを備えたフィルムコンデンサにあって、前記金属ケースの側面に沿って金属ケースの底方向に、前記樹脂キャップの周辺部から一体に張り出した筒状の張り出し部を設け、この張り出し部には前記金属ケースの開口部にはめ込まれるはめ込み部分を有し、このはめ込み部分かまたは、このはめ込み部分と接する前記金属ケースの開口部周辺の対向面のどちらかの面には、前記はめ込み部分と前記金属ケースの開口部周辺とのすき間を押し広げる突出部を設けることと、この突出部またはこの突出部と接する側に、前記樹脂キャップを前記金属ケースに固定する、引っかかり部分を設けることを特徴とするフィルムコンデンサ。
（２）前記引っかかり部分として、前記突出部と接する側に前記突出部に対応して突入される環状の凹部を設けるか、前記突出部と接する側のこの突出部よりも内側に環状の凸部を設けるか、または前記突出部の表面もしくはこの突出部と接する部分の表面の少なくとも一方が環状の凹凸面であることを特徴とする上記（１）に記載のフィルムコンデンサ。

突出部またはこの突出部と接する側に引っかかり部分を設ける本願発明の構成で、突出部の突出程度を調整することにより、封口用の樹脂キャップが金属ケースより浮き上がることなく樹脂が充填され硬化されながら、封口用の樹脂キャップと金属ケースとの接触部分からの水分のコンデンサ内部への侵入を抑制し、耐湿性を向上させたフィルムコンデンサを提供することができる。

本発明の一実施の形態を示すフィルムコンデンサの断面図を示している。本発明の実施の形態を示すフィルムコンデンサの一部拡大した断面図を示している。本発明の実施の形態を示すフィルムコンデンサ製造方法の一部拡大した断面図を示している。本発明の実施の形態を示すフィルムコンデンサ製造方法の別の一部拡大した断面図を示している。本発明の実施の形態を示すフィルムコンデンサ製造方法の別の一部拡大した断面図を示している。従来のフィルムコンデンサの概略断面図を示している。

本発明に述べる金属ケースは、上端面に開口部のある有底筒状の金属容器で、金属としては、アルミニウム、マグネシウム、鉄、ステンレス、銅またはそれらの合金などが使用できる。
特に、アルミニウムは軽量、加工性、コスト的にも優れているため好ましく使用できる。アルミニウム材質は、純アルミ系（Ａ１０００系）と、アルミ合金系としてＡｌ−Ｚｎ、Ａｌ−Ｍｇも使用（Ａ３０００系、Ａ５０００系）できる。
金属ケースの作成方法は、インパクト成形法等が利用でき、ケース厚みは０．３〜２ｍｍで使用する。好ましくは、ケース厚み０．５〜１．５ｍｍとなる。

本発明における樹脂キャップは、金属ケースの開口部を封口するもので、その周辺部から、金属ケースの側面方向に一体的に張り出した筒状の張り出し部を設け、この張り出し部には、前記金属ケースの開口部周辺にはめ込まれるはめ込み部分を設ける。
樹脂キャップの材質としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）、ＰＰＯ（ポリフェニレンオキサイド）等の成形品、またはポリ塩化ビニル、ポリカーボネートなどの真空成形品が使用できる。ガラス繊維で強化されてもよい。好ましくは、充填樹脂の硬化温度でも塑性変形しないＰＰＳ、ＰＢＴ、ＰＰＥなどの耐熱性の結晶性の樹脂が好ましい。

本発明における充填樹脂は、コンデンサ用の絶縁性の充填材で、一般的にフィルムコンデンサの充填用に使用しているものが使用できる。たとえば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などの樹脂にフィラー等を混ぜたものが使用できる。フィラーとしては、珪素、チタン、アルミニウム、カルシウム、ジルコニウム、マグネシウム等の水酸化物、酸化物、炭化物、窒化物、これらの複合物などが使用できる。必要があれば、難燃剤、酸化防止剤を添加してもよい。
この充填樹脂は、樹脂キャップに設けた貫通孔等から金属ケース内に液体状で注入され、充填後加熱や硬化剤による重合化等により固化される。金属ケース内からはみ出した充填樹脂は、封口体の外表面に設けた、ダム形状の周回体やせき止め溝によりせき止める。封口体と一体化したものが好ましいが別部品でもよい。たとえば、粘着テープをダム形状に周回しておくとか、熱収縮チューブを金属ケース側面外周に設ける場合、外部端子側にはみ出させたりして、はみ出した充填樹脂をせき止めてもよい。
充填樹脂は、単層の材料でもよいし、同じ材料でも物性値を変えた複数層ものでもよいし、樹脂またはフィラー等の種類や量を別々に選択することができる。別々に選択することにより、充填樹脂周辺部分の樹脂の堅さ、熱膨張係数、構成材料との密着性等を最適なものとすることができる。
たとえば、コンデンサ素子側には比較的柔軟性のあるウレタン系の樹脂、封口体側には比較的強度があり外部端子と密着性のあるエポキシ系の樹脂などが選択できる。また、フィラーの量をコンデンサ素子側には少なく、封口体側には多くするなども選択できる。

本発明における突出部は、樹脂キャップの筒状の張り出し部が金属ケースにはめ込まれた部分と、このはめ込み部分と接する金属ケースのどちらかの対向面に設けるもので、このはめ込み箇所のすき間を押し広げる程度の大きさが必要となるものである。押し広げられるのは、はめ込み周辺の金属ケース、樹脂キャップまたはその両方となる。押し広げる大きさは、金属ケースまたは樹脂キャップの弾性限度内であることが好ましく、両方とも塑性変形するのは好ましくない。押し広げる大きさの程度は、コンデンサの外形に合わせて大きくなるが、０．５ｍｍから２ｍｍ程度、好ましくは０．７ｍｍから１．５ｍｍ程度で、小さいと耐湿性の効果が得にくく、大きいと樹脂キャップまたは金属ケースの弾性限界を超えてしまいやすい。
突出部の形状は、肉厚にするかまたは、背面から回転ごま等により凸状にそれ自体が変形ささせたものでもよい。
また、突出部は、ケース底面と平行になる方向で金属ケース側面に環状に形成するほうが押し広げる具合が平均化され好ましいが、間欠的に環状に形成してもよい。
また、突出部における金属ケースと樹脂キャップとの接触は、面接触のほうが耐湿性の点で好ましく、接触幅は０．５ｍｍから３ｍｍ程度、好ましくは０．７ｍｍから２．５ｍｍ程度とする。小さいと耐湿性の効果が得にくく、大きいと加工が難しくなる場合がある。突出部の形状としては、半だ円形状より台形に近い形状のほうが接触幅がとりやすく好ましい。

本発明における引っかかり部分は、樹脂キャップが金属ケースから浮き上がらないように、樹脂キャップと金属ケースのはめ込み箇所に設けた突出部を使用した浮き上がり防止機能で、たとえば、突出部と接する側に突出部に対応して突入される環状の凹部を設ける方法、突出部と接する側のこの突出部よりも内側のフィルムコンデンサの中心部側に環状の凸部を設ける方法、または突出部の表面もしくはこの突出部と接する部分の表面の少なくとも一方が環状の凹凸面にする方法により得られる。
引っかかり部分としての上記環状の凹部は、樹脂キャップまたは金属ケースの封口箇所に設けた突出部の頂上部分が、それと接触する位置にある凹状の部分で、突出部の少なくとも一部が環状の凹部内に入り込むことにより、樹脂キャップが金属ケースに引っかかる。
また、引っかかり部分としての上記環状の凸部は、突出部と接する側の、はめ込み部分の先部分に設ける凸状のもので、突出部に引っかかって、封口用の樹脂キャップが金属ケースより浮き上がってしまうのを防止する。上記環状の凸部は環状でも、間欠的な環状でもよい。
また、引っかかり部分としての上記環状の凹凸面は、マット面、ヘアライン面、ヘアラインの碁盤目面などの微細な凹凸面で、突出部の表面またはこの突出部と接するはめ込み部分の表面の少なくとも一方に設ける。好ましくは両面に設ける。この場合の突出部の形状としては、半だ円形状より台形に近い形状のほうが接触幅がとりやすく好ましい。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態を示すフィルムコンデンサの断面図を示している。
図１では、誘電体にフィルムを使用したコンデンサ素子１と、このコンデンサ素子１を収納する上端面に開口部のある有底筒状の金属ケース２と、この金属ケース２の開口部を封口する樹脂キャップ３と、金属ケース２内を充填する充填樹脂４とを備えたフィルムコンデンサにあって、金属ケース２の内側面方向に、樹脂キャップ３の周辺部から一体的に張り出した筒状の張り出し部５を設け、この張り出し部５には金属ケース２の開口部にはめ込まれるはめ込み部分６を有し、このはめ込み部分６と接する金属ケース２の開口部周辺の対向面に、はめ込み部分６と金属ケース２の開口部周辺とのすき間を押し広げる突出部７を設けていることを示している。

そして図１の場合、樹脂キャップ３のはめ込み部分６に、その後、回転ごま等により、突入される突出部７に対応した環状の凹部１３を設けておく。その後、樹脂キャップ３を封口し、はめ込み部分６に接する前記金属ケース２の外側面から回転ごま等により、はめ込み部分６と金属ケース２の開口部周辺とのすき間を押し広げる突出部７を設けていることを示している。突出部７は、樹脂キャップ３を封口する前でもよく、樹脂キャップの貫通孔１１等から充填樹脂４を充填する前に設ける。

また、コンデンサ素子１の両端面には、亜鉛金属などの金属の溶射などの方法により端面電極８を形成し、これと樹脂キャップ３に設けた外部との接続用の外部端子９とは、引き出しタブ１０により接続する。
外部端子９本体の材質としては、たとえば、銅、アルミニウム、鉄、ニッケル、ステンレス、燐青銅等の金属または合金からなるもの、表面に錫、半田等をメッキする場合もある。形状は、直径が１ｍｍから３０ｍｍ程度の円錐形で、その大きさは流れる電気量により決定する。外部とは、ボルト等により接続できるような、ネジ等の加工部を設け接続される。

引き出しタブ１０は、金属の箔、薄板、または線など変形可能で、はんだ接続、溶接、圧接可能なものが限定なく使用できる。特に電気的良導体として銅または銅合金が好ましい。また接続部分以外の部分を絶縁物で被覆することもある。引き出しタブ１０を外部端子９と一体化させる場合もある。

なお、本実施の形態では金属化ポリプロピレンフィルムを用いた例を示したが、これに限定されるものではなく、金属化ポリエステルフィルムや、金属化フェニレンサルファイドフィルム等の他の金属化フィルムを用いてもよい。

また、誘電体の片面に金属化蒸着電極を形成した金属化フィルムを２枚重ねて捲回したコンデンサ素子の例を示したが、これに限定されるものではなく、両面に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムと、金属蒸着電極を形成していない誘電体フィルムとを重ねて捲回して作製したコンデンサ素子でもよい。

図２は、本発明の実施の形態を示すフィルムコンデンサの一部拡大した断面図を示している。
拡大部分は、樹脂キャップ３と金属ケース２との封口部分を示している。引っかかり部分として、図２（ａ）では環状の凹部１３、図２（ｂ）では環状の凸部１４、図２（ｃ）では凹凸面１５を設けた場合を示している。また、図２の左側の図は、突出部が金属ケースにある場合を、図２の右側の図は、突出部が樹脂キャップにある場合を示している。
図２（ａ）の左側の図では、環状の凹部１３は樹脂キャップ３側にあり、金属ケース２に設けた突出部７により環状の凹部１３に突入されて、引っかかり部分を形成している。
図２（ａ）の右側の図では、環状の凹部１３は金属ケース２側にあり、樹脂キャップ３に設けた突出部７により環状の凹部１３に突入されて、引っかかり部分を形成している。
図２（ｂ）では、環状の凸部１４が樹脂キャップ３側にあり、金属ケース２に設けた突出部７が環状の凸部１４より外側に設けることにより、引っかかり部分を形成している。
図２（ｃ）の左側の図では、突出部７が金属ケース２側にあり、突出部７の表面と突出部と接する樹脂キャップ３の部分の表面が凹凸面１５となっていて、引っかかり部分を形成している。樹脂キャップ３が柔らかく、突出部７の表面の凹凸面１５の凹凸が、樹脂キャップ３にくいこむ場合には、樹脂キャップ３側に凹凸面１５を必ずしも設けなくてもよい。
図２（ｃ）の右側の図では、突出部７が樹脂キャップ３側にあり、突出部７の表面と突出部と接する部分の表面が凹凸面１５となっていて、引っかかり部分を形成している。

図３は、本発明の実施の形態を示すフィルムコンデンサ製造方法の一部拡大した断面図を示している。拡大部分は、樹脂キャップ３と金属ケース２の開口部周辺とがはめ込まれる封口部分で、図３（ａ）は、はめ込み前、図３（ｂ）は、はめ込み後を示している。
まず、図３（ａ）に示すように、金属ケース２の開口部周辺には、突出部７を設け、樹脂キャップ３のはめ込み部分６には環状の凹部１３を設ける。次に、図３（ｂ）に示すように、樹脂キャップ３が金属ケース２の開口部周辺にはめ込まれる時に、金属ケース２に設けた突出部７により、樹脂キャップ３のはめ込み部分６が内側に変形し、金属ケース２と張り出し部５とのすき間が広がることを示している。

図４は、本発明の実施の形態を示すフィルムコンデンサ製造方法の別の一部拡大した断面図を示している。拡大部分は、樹脂キャップ３と金属ケース２の開口部周辺とがはめ込まれる封口部分で、図４（ａ）は、突出部７を設ける前、図４（ｂ）は、突出部７を設ける途中、図４（ｃ）は、突出部７を設けた後を示している。
まず、図４（ａ）に示すように、樹脂キャップ３のはめ込み部分６には環状の凹部１３を設け、それを金属ケース２の開口部周辺にはめ込んだことを示している。次に、図４（ｂ）に示すように、回転ごま１６により、環状の凹部１３に突入するように、金属ケース２の開口側面に突出部７を設けはじめ、図４（ｃ）に示すように、樹脂キャップ３のはめ込み部分６が内側に変形し、金属ケース２とはめ込み部分６とのすき間が広がるように、環状の凹部１３に突出部７が突入したことを示している。

図５は、本発明の実施の形態を示すフィルムコンデンサ製造方法の別の一部拡大した断面図を示している。拡大部分は、樹脂キャップ３と金属ケース２の開口部周辺とがはめ込まれる封口部分で、図５（ａ）は、突出部７を設ける前、図５（ｂ）は、突出部７を設ける途中、図５（ｃ）は、突出部７を設けた後を示している。
まず、図５（ａ）に示すように、樹脂キャップ３のはめ込み部分６と金属ケース２の開口部周辺とには凹凸面１５を設け、樹脂キャップ３を金属ケース２の開口部周辺にはめ込んだことを示している。次に、図５（ｂ）に示すように、回転ごま１６により、凹凸面１５部分に、金属ケース２の開口側面に突出部７を設けはじめ、図５（ｃ）に示すように、樹脂キャップ３のはめ込み部分６が内側に変形し、金属ケース２とはめ込み部分６とのすき間が広がるように、金属ケース２の突出部７の凹凸面１５が樹脂キャップ３のはめ込み部分６の凹凸面１５に圧接したことを示している。

（実施例１）
コンデンサ素子は、誘電体フィルムとして厚さ５μｍのポリプロピレンフィルムの表面に金属蒸着電極としてセグメントパターンを設けた片面金属化フィルムと、これと同様な金属化フィルムを金属面が重ならないよう互い違いに２枚重ねて捲回し、捲回した両端部に亜鉛金属の溶射の方法により端面電極を形成した。また、樹脂キャップには、引っかかり部分としてそのはめ込み部分に、後で回転ごま加工により形成される突出部と接する側に突出部に対応して突入される環状の凹部を設けたものを用意した。
次に、コンデンサ素子の端面電極と樹脂キャップに設けた外部端子とを厚さ２００μｍの箔状の引き出しタブによりおのおのはんだ付けで接続した。
次に、樹脂キャップ付きのコンデンサ素子を厚さ０．８ｍｍの金属ケース内に収納した。
次に、金属ケースの開口部周辺側面の内側に、回転ごま加工により、樹脂キャップのはめ込み部と金属ケースの開口部周辺とのすき間より平均０．７ｍｍすき間が広くなるように突出部を設けた。この突出部の樹脂キャップへの接触側の先端形状は、台形に近い形状で、その台形部の先端の短形寸法は１．５ｍｍとした。
次に、樹脂キャップに設けた貫通孔から、ウレタン系の充填樹脂を注入し、真空中で充填樹脂の脱泡後、熱硬化させた。

（実施例２）
樹脂キャップ付きのコンデンサ素子を金属ケース内に収納する前に、金属ケースに突出部加工する以外は、実施例1と同じく作製した。

（実施例３）
突出部を樹脂キャップ側に設け、それに対応する環状の凹部を金属ケースに設ける以外は、実施例1と同じく作製した。

（比較例１−３）
引っかかり部分を設けないこと以外は、実施例１−３とそれぞれ同様に比較例１−３を作製した。この時、樹脂キャップのはめ込み部と金属ケースの開口部周辺との平均すき間が同じくなるように、引っかかり部分の分、突出部の突出を少なく調節した。
（比較例４）
引っかかり部分（環状の凹部）を設けず、また突出部のない金属ケース、突出部のない樹脂キャップを使用していること以外は、実施例１と同じく作製した。

表１には、実施例１−３と比較例１−３の試料各２０個について、真空中で充填樹脂の脱泡中に、封口用の樹脂キャップが金属ケースより浮き上がり個数の具合、樹脂キャップと金属ケース界面の樹脂しみ出しの判定結果を示す。

実施例は、比較例と比べて樹脂キャップが金属ケースからの浮き上がりが見られず良好であった。また、樹脂キャップと金属ケースとの界面の樹脂しみ出しについても、実施例は樹脂しみ出しが見られず良好であった。

次に、実施例１−３と比較例４の試料各３個について、周囲温度８５℃、相対湿度８５％ＲＨで定格電圧１１００Ｖ印加した。中間測定として２５０ｈ毎に試験を停止し、コンデンサの温度を室温に戻してから、容量変化率、ｔａｎδ変化率を測定し１０００ｈで評価した。これらの試料の測定結果を表２に合わせて示した。

表２に示したように、実施例１−３では容量変化率、ｔａｎδ変化率ともに比較例４より著しく特性が良化している。これに対して、比較例４は、容量変化率、ｔａｎδ変化率ともに大きい。

１…コンデンサ素子、２…金属ケース、３…樹脂キャップ、４…充填樹脂、５…張り出し部、６…はめ込み部分、７…突出部、８…端面電極、９…外部端子、１０…引き出しタブ、１１…樹脂キャップの貫通孔、１２…引っかかり部分、１３…環状の凹部、１４…環状の凸部、１５…凹凸面、１６…回転ごま、１７…ケース

Claims

誘電体にフィルムを使用したコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を収納する上端面に開口部のある有底筒状の金属ケースと、この金属ケースの開口部を封口する樹脂キャップと、前記金属ケース内を充填する充填樹脂とを備えたフィルムコンデンサにあって、前記金属ケースの側面に沿って金属ケースの底方向に、前記樹脂キャップの周辺部から一体に張り出した筒状の張り出し部を設け、この張り出し部には前記金属ケースの開口部にはめ込まれるはめ込み部分を有し、このはめ込み部分かまたは、このはめ込み部分と接する前記金属ケースの開口部周辺の対向面のどちらかの面には、前記はめ込み部分と前記金属ケースの開口部周辺とのすき間を押し広げる突出部を設けることと、この突出部またはこの突出部と接する側に、前記樹脂キャップを前記金属ケースに固定する、引っかかり部分を設けることを特徴とするフィルムコンデンサ。
前記引っかかり部分として、前記突出部と接する側に前記突出部に対応して突入される環状の凹部を設けるか、前記突出部と接する側のこの突出部よりも内側に環状の凸部を設けるか、または前記突出部の表面もしくはこの突出部と接する部分の表面の少なくとも一方が環状の凹凸面であることを特徴とする請求項１のフィルムコンデンサ。