JP2013197430A - フィルムコンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】誘電体にフィルムを使用し巻回してその両端にメタリコン電極を設けたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を収容する上端面に開口部のある有底筒状のケースと、その筒状ケースの開口部を封口する封口体と、その封口体を貫通する外部端子と、その外部端子とメタリコン電極とを接続する引き出し電極と、を有するフィルムコンデンサにあって、封口体に設けた注入孔からケース内部に絶縁樹脂を注入し、脱泡しても、ケース内部にガスが残存せず、耐湿性の向上したフィルムコンデンサを得ることを目的としている。
【解決手段】封口体には、ケース内部に絶縁樹脂を注入する注入孔とは別に、ケース内部のガスを追い出すガス抜き穴を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィルムコンデンサに関する。

従来、フィルムコンデンサは、フィルムを捲き回などしたコンデンサ素子の両端の電極に引き出し端子を接続し、樹脂ケースに収納した後、樹脂ケース内を絶縁樹脂で充填していた。そして、絶縁樹脂よりはみ出した引き出し端子部分を、外部と接続する外部端子として使用していた。

近年、環境への配慮から、省エネルギー化、高効率化に適したインバータ回路が採用され、このインバータ回路の使用電圧が高いことから、コンデンサのなかでも、フィルムコンデンサを採用する傾向がある。特に車載等の移動体などの用途では、耐湿性や耐振動性など、使用される条件が、広い温度範囲で長期にわたり求められるようになってきた。
そのため、従来のような、引き出し端子の先の部分を外部端子として使用する代わりに、特許文献１には、ケースの開口部に封口体を設けて耐湿性を改善させ、またこの封口体に外部端子を設けて、引き出し端子と接続することにより耐振動性を改善する技術が開示されている。

特開２０１１−７７２８２号公報

ところで、ケースの開口部に封口体を設け、この封口体に外部端子を設けて、引き出し端子と接続する構造の場合、封口体に設けた注入孔からケース内部に絶縁樹脂を注入すると、ケース内のすき間空間のガス、コンデンサ素子内のガス、または混練中に取り込んだ絶縁樹脂中の溶存ガス等のガスが、ケース内部から注入孔を通ってぬけ難いという問題が発生しやすい。そのため、ケース内部特に封口体近傍にガスだまりによる空洞ができやすく、この空洞を経由して外部の湿気がコンデンサ内部に侵入しやすくなってしまう。

本発明は、封口体に設けた注入孔からケース内部に絶縁樹脂を注入する構成のフィルムコンデンサにおいて、絶縁樹脂の注入時に発生するケース内部のガスだまりを容易に取り除いて、外部の湿気のコンデンサ内部への侵入を防止し、耐湿性の向上を目的としている。

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巻回してその両端にメタリコン電極を設けたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を収容する上端面に開口部のある有底筒状のケースと、その筒状ケースの開口部を封口する封口体と、その封口体を貫通する外部端子と、その外部端子とメタリコン電極とを接続する引き出し電極と、を有するフィルムコンデンサにあって、前記封口体には、前記ケース内部に絶縁樹脂を注入する注入孔と、前記ケース内部のガスを追い出すガス抜き穴が設けられていて、なおかつ前記注入孔より前記封口体の外表面に絶縁樹脂をはみ出させ、この絶縁樹脂は、封口体の周辺に設けたダム形状の周回体によりせき止められているフィルムコンデンサ。
（２）前記ガス抜き穴の直径が、０．５ｍｍから５ｍｍであるフィルムコンデンサ。
（３）前記封口体の外表面に、前記ガス抜き穴を覆う弁材が設けられている（１）または（２）のフィルムコンデンサ。

本発明によれば、封口体に設けた注入孔からケース内部に絶縁樹脂を注入する構成のフィルムコンデンサにおいて、絶縁樹脂の注入時に発生するケース内部のガスだまりを容易に取り除いて、外部の湿気のコンデンサ内部への侵入を防止し、耐湿性を向上したフィルムコンデンサを得ることができる。

本発明に係る金属化フィルムコンデンサの横断面概略図と、絶縁樹脂を省いた上面図概略図を示している。 本発明に係る金属化フィルムコンデンサの横断面概略図と、絶縁樹脂を省いた上面図概略図を示している。

本発明に述べるコンデンサ素子は、誘電体にフィルムを使用し、電極と共に巻回したもので、フィルムに蒸着により薄膜金属電極を設けたもの、またはこのフィルムを介して金属箔を巻回する方法が含まれる。その両端面には、金属をメタリコンにより付着させた素子外部電極（メタリコン電極）が形成されている。フィルムは、ポリエチレンテレフタレートやポリプロピレン等を使用でき、金属箔や薄膜金属の金属としては、アルミニウム、銅、亜鉛またはそれらの合金などが使用できる。断面形状は円形、それをつぶした場合は偏平形となる。

本発明のケースは、上端面に開口部のある有底筒状の一般的にフィルムコンデンサに使用できる容器で、プラスチックまたは金属により形成することができる。プラスチックであれば、たとえば、ポリエチレンテレフタレート系、ポリブチレンテレフタレート系、ポリカーボネート系、またはポリフェニレンサルファイド系などの樹脂を用いることができる。金属であれば、たとえば、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を用いることができる。
ケース内には、コンデンサ素子を設け、絶縁樹脂等で充填する。絶縁樹脂は、一般的にフィルムコンデンサの充填用に使用している絶縁材料で、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である。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。
絶縁樹脂は、ケース内に注入する前に十分混練されるので、混練雰囲気のガスを取り込みやすい。そのため、ケース内に注入後、減圧脱泡による取り込んだガスがケース外に排出される。

本発明の外部端子は、下記に述べる封口体の外表面から内表面間を貫通している電極端子で、コンデンサの外部と接続し、コンデンサの内部とは下記に述べる引き出し電極と接続する。外部端子の形状は、円柱または多角柱の成形体で、特に限定しているわけではないが、封口体の外表面より出ている部分には、コンデンサの外部と接続しやすいように、内側または外側にネジが切られている。材質としては、銅、アルミニウム、鉄、ニッケル、ステンレス、燐青銅、真鍮等の金属または合金からなり、表面に錫、半田等をめっきする場合もある。

本発明に述べる引き出し電極は、メタリコン電極に接続し外部に引き出しをするための電極で、銅、アルミニウム、鉄、ニッケル、ステンレス、燐青銅、真鍮等の金属または合金などの金属箔が使用できる。また、表面に錫、半田等をめっきする場合もある。錫めっきを施した銅が好適である。厚さ、形状は、製品の要求する許容電流やＥＳＬ（等価直列インダクタンス）または強度やストレス軽減等を考慮して設計される。
引き出し電極と外部端子とのそれぞれの接続は、スポット溶接、かしめ、半田付け等特に限定するわけではないが、大電流に対して安定した接続目的の場合、接続面積が広くとれる点で半田付けが好ましい。

本発明に述べる封口体は、ケースの開口部を封口する絶縁体で、外部端子を設けている。封口体は、樹脂成形により作成することができ、絶縁樹脂より欠陥が少なく強固で、耐湿性あるので、ケースの開口部に封口体を設けると、外部端子を安定して設けることができることと、絶縁性、耐湿性、耐久性が向上する。

本発明に述べる注入孔は、絶縁樹脂をケース内に注入するための穴で、封口体に設ける。注入孔の直径は、絶縁樹脂注入ノズルの直径にもよるが、同時にケース内の空気を追い出しやすい大きさとする。注入ノズルの数だけ、注入孔を複数設けてもよい。
注入孔の直径は、コンデンサの容量と注入速度にもよるが、５ｍｍから１５ｍｍ程度である。注入される絶縁樹脂の粘度にもより、粘度が低いほど注入孔が小さくても早く注入が完了するし、耐湿性も向上しやすい。

本発明に述べるガス抜き穴は、絶縁樹脂をケース内に注入する時に、ケース内のすき間空間のガス、コンデンサ素子内のガス、または混連中に取り込んだ絶縁樹脂中の溶存ガス等のガスをケース外に追い出すための穴で、これらのガスは、雰囲気を減圧すると追い出しやすくなる。
ガス抜き穴の大きさは、ガスが通ればよい程度の穴径であればよく、針で開けた程度のごく小さな穴でもよいが、注入される絶縁樹脂が、ガス抜き穴に高粘度に付着するようになる場合もあるので、ある程度余裕を持たせる必要がある。ガス抜き穴の穴直径は、０．５ｍｍから５ｍｍ程度、好ましくは１ｍｍから３ｍｍ程度である。大きいとまた数が多いと耐湿性が悪化する。
また、ガス抜きを早く終了させるために、雰囲気の減圧引きを強くすると、気泡が大量に発生しやすくなる。そのため、絶縁樹脂が封口体から吹きこぼれないように、また外部端子に飛びはねて付着しないような位置に、ガス抜き穴の穴直径を小さくして複数設けるのが好ましい。

本発明に述べる弁材は、コンデンサの内圧が外圧より相対的に上昇したとき、ここでは雰囲気を減圧したとき、開く弁で、封口体の外表面にガス抜き穴を覆うように設ける。シート状の弾性体が好ましく、弁シートの四方の一方が封口体に固定される。

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、本発明に係るフィルムコンデンサの横断面概略図と、絶縁樹脂を省いた上面図概略図を示している。図１（ａ）は、絶縁樹脂を省いた上面図概略図を、図１（ｂ）は、横断面概略図を示している。
図１は、上端面が開放された開口部を有するケース１内にコンデンサ素子２を収納し、封口体３
によりケース１の開口部を封止している。封口体３には、外表面３ａと内表面３ｂとを貫通する一対のネジ付きの外部端子４を設け、外部端子４が封口体３から抜けないように留め具５を設けたフィルムコンデンサの例を示している。
ケース１は、上方に開口部を設けている円柱状容器で、金属またはプラスチックからできている。
コンデンサ素子２は、２枚の金属化フィルム、すなわち片面にアルミニウム等を蒸着して金属電極を形成した薄い帯状の絶縁フィルム（通常、ポリエステルフィルム）を２枚重ね合わせて所定の回数巻回し円形の柱状体化ものであり、その両端面に、金属または合金の溶射によって形成されるメタリコン電極６を設けたものである。
封口体３は、外表面３ａと内表面３ｂとを有し、ケース１の開口部を封止するもので、ケース１の開口部に接着または固着される。ケース１との接触面積を大きくするように、内表面３ｂの周辺部に張り出し部７を設けている。
また、この封口体３には、この封口体３の外表面３ａと内表面３ｂとを貫通して設けた一対の外部端子４と、外表面３ａと内表面３ｂとを貫通する注入孔８とガス抜き穴９を設ける。
外部端子４は、円柱形の胴部４ａと、封口体３の内表面３ｂと接する胴部４ａに設けた鍔部４ｂと、封口体３の外表面３ａと接する留め具５と、留め具５を固定するための胴部４ａに設けた溝部４ｃとを設ける。また、胴部４ａの鍔部４ｂと反対側にはネジが切ってあり、外部とボルト等により固定接続される。
また、ガス抜き穴９は、注入孔８より径が小さく、封口体３の中心と周辺の間に、お互いに離れた位置に複数設けている。
また、注入孔８よりケース１内部に絶縁樹脂１０を注入し、なおかつ注入孔８より外表面３ａにはみ出した絶縁樹脂１０をせき止めるダム形状の周回体１１を外表面３ａの周辺に囲むように設ける。はみ出した絶縁樹脂１０は、ガス抜き穴９と注入孔８を埋めるだけではなく、止め輪５を埋没させるまで設ける。そのことにより、絶縁樹脂１０が外部端子４と封口体３とのすき間を埋めるので、外部端子４と封口体３との間の気密性も向上する。また、絶縁樹脂１０の量は、周回体１１の高さの間にあればよく、ばらつきがある程度あってもよい。
引き出しタブ１２は、一端はメタリコン電極６に接続し、他端は外部端子４と接続する。

図２は、本発明に係る別の金属化フィルムコンデンサの横断面概略図と、絶縁樹脂を省いた上面図概略図を示している。図２（ａ）は、絶縁樹脂を省いた上面図概略図を、図２（ｂ）は、横断面概略図を示している。
図１との違いは、弁材１３を、封口体３の外表面３ａに設けた点である。弁材１３の形状は、複数のガス抜き穴９を一枚のシート状の弁材１３で覆ったもので、弁材１３の一カ所の固定は、外部端子４に差し込んで、外部端子４を固定するために差し込まれる留め具５により同時に行われている。弁材１３としては、３０μｍから２００μｍ程度の厚さの、ポリエステルフィルム、エポキシ樹脂フィルム等のシートが使用できる。

まず、片面にアルミニウムを厚さ２００オングストロームで蒸着して、金属電極を形成した厚さ７μｍの帯状のポリエステルフィルムを２枚重ね合わせて巻回し、端面が円形の柱状体とし、その両端面に、亜鉛、その表面に錫のメタリコンによって形成されるメタリコン電極を設けた直径１０ｃｍのコンデンサ素子を用意する。
また、引き出し電極は、厚さが０．４ｍｍの短冊状に加工した銅箔を用意し、メタリコン電極と、外部端子とを半田により接続しておく。
次に、封口体には、ケース内部に絶縁樹脂を注入する直径１０ｍｍ注入孔と、ケース内部のガスを追い出す直径２ｍｍガス抜き穴と、注入孔からはみ出した絶縁樹脂をせき止める封口体の周辺に設けたダム形状の周回体を設けたものを用意する。
次に、外部端子を封口体の内面側から挿入し、反対側から留め具としてＥリングで固定した。
次に、この配線が完了したコンデンサ素子を、ポリフェニレンスルフィドのケースに内に収納し、
封口体をケースに差し込んだ。
次に、封口体に設けた注入孔より、絶縁樹脂としてエポキシ樹脂組成物を注入する工程とコンデンサを減圧中におく工程２度繰り返してケース内をエポキシ樹脂組成物で充填し、最後にダム形状の周回体の途中まではみ出たせた。
次に、絶縁樹脂を５５℃で加熱し、完全に固化させた。

封口体の外表面に弁材を設ける以外実施例１と同様に作成した。弁材の取り付け方法としては、図２のようにガス抜き穴を覆うように、厚さ１００μｍのエポキシ樹脂フィルムを打ち抜いたものを使用し、外部端子に差し込んで、次に外部端子を固定するために差し込まれる留め具により同時に固定した。

１…ケース、２……コンデンサ素子、３…封口体、３ａ…外表面、３ｂ…内表面、４…外部端子、４ａ…胴部、４ｂ…鍔部、４ｃ…溝部、５…留め具、６…メタリコン電極、７…張り出し部、８…注入孔、９…ガス抜き穴、１０…絶縁樹脂、１１…周回体、１２…引き出しタブ、１３…弁材

Claims (3)

1. 誘電体にフィルムを使用し巻回してその両端にメタリコン電極を設けたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を収容する上端面に開口部のある有底筒状のケースと、その筒状ケースの開口部を封口する封口体と、その封口体を貫通する外部端子と、その外部端子とメタリコン電極とを接続する引き出し電極と、を有するフィルムコンデンサにあって、前記封口体には、前記ケース内部に絶縁樹脂を注入する注入孔と、前記ケース内部のガスを追い出すガス抜き穴が設けられていて、なおかつ前記注入孔より前記封口体の外表面に絶縁樹脂をはみ出させ、この絶縁樹脂は、封口体の周辺に設けたダム形状の周回体によりせき止められているフィルムコンデンサ。
2. 前記ガス抜き穴は、０．５ｍｍから５ｍｍである請求項１のフィルムコンデンサ。
3. 前記封口体の外表面に、前記ガス抜き穴を覆う開放弁が設けられている請求項１または請求項２のフィルムコンデンサ。

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