JP2017063090A - コンデンサユニット - Google Patents

Abstract

【課題】ボルトを使わずに部品ケースを外側ケースに固定するとともに、空間効率のよいコンデンサユニットを提供する
【解決手段】コンデンサユニット４は、コンデンサ素子２、３を樹脂ケース５に収容しその樹脂ケース５をさらに外側ケース３０に収容したものである。コンデンサ素子２、３は、両端に電極に導体を溶接している溶接突部２０を備える。樹脂ケース５は、溶接突部２０が長側壁８、９と対向するようにコンデンサ素子を収容している。その長側壁に、溶接突部２０よりも低い位置で溶接突部２０の下側に突出する肉厚部１８が設けられている。樹脂ケース５の外周面の上記肉厚部１８に対応する位置に第１凹部１４が設けられている。外側ケース３０には、樹脂ケース５の第１凹部１４に対向する側面に第２凹部１６が設けられている。樹脂ケース５と外側ケース３０の間の空間が、第１凹部１４と第２凹部１６よりも上まで充填材で満たされている。
【選択図】図４

Description

本明細書が開示する技術は、コンデンサ素子を部品ケースに収容し、その部品ケースを外側ケースに収容したコンデンサユニットに関する。

コンデンサ素子を部品ケースに収容し、その部品ケースを外側ケースに収容したコンデンサユニットが知られている（例えば、特許文献１、２）。特許文献１の技術では、コンデンサ素子を樹脂ケース（部品ケース）に収容するとともにコンデンサ素子の周囲空間にモールド樹脂を充填する。これにより、コンデンサ素子を樹脂ケース内に固定するとともに水分の浸入や熱影響からコンデンサ素子を保護する。そして、自動車などに搭載可能にするために、金属製の外装ケース（外側ケース）に樹脂ケースを収容する。外装ケース内における樹脂ケースの固定は、走行中に路面や駆動系から加わる振動に耐え得るようにボルトによる堅固なねじ締結により行われる。特許文献２の技術では、フィルムコンデンサ（コンデンサ素子）をケース（部品ケース）に収容するとともにフィルムコンデンサの周囲空間にエポキシ樹脂を充填する。また、ケースにはボルト締結用の貫通孔が設けられている。ケースは、他の大きなケース（外側ケース）に収容され、ボルトによって固定される。

特開２０１３−２１１３２５号公報 特開２０１２−００９４９９号公報

ハイブリッド車などの電動車両においては、近年、フロントコンパートメントやリアコンパートメントなどに多くの車載機器が搭載される。そのため、これらの車内空間の搭載密度が高まる傾向にあり、特許文献１及び特許文献２の技術に代表されるような内部に部品ケースを収容する外側ケースも体格が極力小さい方が望ましい。しかし、上記のように従来は、耐振動のために外側ケースに対して部品ケースをボルトなどの固定手段で固定する構成を採っていた。そのため、外側ケースは、ボルトなどによる固定構造を設けるスペースが必要であった。ボルトなどの固定構造のためのスペースを削減できることが望ましい。

一方、典型的なコンデンサ素子は、両端に電極を備えており、各電極には導体が溶接される。盛られた溶接材により、コンデンサ素子の両端には溶接突起が形成される。部品ケースの外形状が直方体であるとすると、その部品ケースのコンデンサ素子端面に対向する側壁には溶接突起に対応した窪みを形成することになり、窪み以外の部分は、必要以上に壁厚が大きい無駄な部分が残ってしまう。本明細書は、部品ケースの上記した壁厚の大きい部分にボルトに代替する固定構造を組み込み、空間効率のよいコンデンサユニットを実現する。

本明細書が開示する技術は、コンデンサ素子を部品ケースに収容し、その部品ケースがさらに外側ケースに収容されるコンデンサユニットに関する。コンデンサ素子は、両端に電極を備えているとともにその電極に導体を溶接している溶接突部を備えている。部品ケースは、溶接突部が部品ケースの側壁に対向するようにコンデンサ素子を収容している。部品ケースの溶接突部と対向する側壁に、溶接突部よりも低い位置で溶接突部の下側に突出する肉厚部が設けられている。また、部品ケースの外周面の上記肉厚部に対応する位置に第１凹部が設けられている。外側ケースには、部品ケースの第１凹部に対向する側面に第２凹部が設けられている。そして、部品ケースと外側ケースの間の空間が、第１凹部及び第２凹部よりも上まで充填材で満たされている。

上記のコンデンサユニットでは、第１凹部と第２凹部を満たす充填材のアンカー効果により、部品ケースが外側ケースに固定される。すなわち、上記のコンデンサユニットは、ボルトを使わずに部品ケースを固定することができる。上記のコンデンサユニットは、ボルトに代替する固定構造として、部品ケースの外周面に第１凹部を有する。第１凹部を設けるためには、部品ケースの側壁に相応の厚みが必要となる。一方、上記のコンデンサユニットでは、前述したように、コンデンサ素子がその端面に溶接突起を備えるために、部品ケースの溶接突起と対向する側壁に無駄な肉厚部が生じてしまう。その無駄な肉厚部に上記した第１凹部を設ける。本明細書が開示するコンデンサユニットは、コンデンサ素子が溶接突起を有するがゆえに生じる無駄な肉厚部にボルト代替の固定構造を組み込むことで、ボルトを使わずに部品ケースを外側ケースに固定することができるとともに、空間効率のよいコンデンサユニットを実現した。

さらに第１凹部を形成する肉厚部は溶接突起よりも下方に位置するので、肉厚部は、溶接突起を備えるコンデンサ素子の収容の妨げにもならない。なお、外側ケースは、部品ケースを収容する専用のケースである必要はなく、たとえば、インバータなどの電子装置の筐体が「外側ケース」に相当するものであってもよい。本明細書が開示する技術の詳細は発明を実施するための形態の項にて説明する。

コンデンサ素子と樹脂ケースの斜視図である。 コンデンサ素子を収容した樹脂ケースと外側ケースの斜視図である。 樹脂ケースを収容した外側ケースの斜視図である。 外側ケースのIV−IV線断面図である。

図１〜４を参照して実施例のコンデンサユニットを説明する。実施例のコンデンサユニット４（図３参照）は、２個のコンデンサ素子２、３を樹脂ケース５に収容し、さらにその樹脂ケースを外側ケース３０に収容したものである。コンデンサ素子２、３は、例えば、フィルムコンデンサである。コンデンサユニット４の樹脂ケース５は、耐熱性及び耐薬品性に優れた合成樹脂（例えば、ＰＰＳ；ポリフェニレンサルファイド）で作られている。本実施例では、樹脂ケース５は、フィルムの捲回軸Ｊ、Ｋが樹脂ケース５の底部１０に平行（図１に示す座標系のＸ軸）になるように並べた２個のコンデンサ素子２、３を収容する。換言すると、コンデンサ素子２、３は、夫々の側面部２ｂ、３ｂが対向するように樹脂ケース５に収容されている。つまり、樹脂ケース５の開口に対して、コンデンサ素子２、３は、横置き状態に並べられている。以下、本明細書では、図１やその他の図に表す座標系のＸ、Ｙ、Ｚの各軸のことを、夫々単に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と表現する。また、Ｚ軸の正方向を上方や上側と表現したり、Ｚ軸の負方向を下方や下側と表現したりする場合もある。

コンデンサ素子２、３は、丸角柱状の外形を有する。コンデンサ素子２、３は、典型的には、金属化フィルムを丸角柱状に捲回したフィルムコンデンサである。「丸角柱状に捲回」とは、図２に示すように金属化フィルムの捲回軸Ｊ、Ｋの方向から見た場合のコンデンサ素子２、３の形状、又は、金属化フィルムの捲回軸に直交する面でコンデンサ素子２、３を切断した断面形状が、角丸矩形になるように金属化フィルムを捲回することを意味する。金属化フィルムは、例えば、帯状の絶縁フィルムの片面にアルミニウムなどの金属を蒸着したものである。典型的には、これを２枚、重ね合わせてロール状に所定の回数巻き付けてコンデンサ素子２、３の本体部を形成する。本体部には、２枚の金属化フィルムの夫々に電気的に接続される接続端子（不図示）が設けられており、これらの端子がコンデンサ素子２、３の電極として機能する。これらの端子が接続されるバスバー１２は、図１を参考にして、例えば、樹脂ケース５の上方（Ｚ軸の正方向）の開口から外部に露出する。バスバー１２は、コンデンサ素子２、３の電極として機能する端子に対して溶接して接続される。その際、溶接箇所には、溶接突部２０が形成される。

コンデンサ素子２、３は、図１に示すように、樹脂ケース５のコンデンサ搭載スペース５ａに収容される。この際、溶接突部２０が水平方向を向くようにコンデンサ素子２、３は樹脂ケース５に収容される。樹脂ケース５は、外形状が直方体であり、短側壁６、７と長側壁８、９で囲まれた内空間を有し、その内空間に、コンデンサ素子２、３が収容される。樹脂ケース５の長側壁８、９が、夫々の溶接突部２０と対向している。樹脂ケース５は、図１に示すように、その両側面（Ｙ軸方向に平行な面）に樹脂ケース５の外側から内側に向かってコの字になるように凹ませた第１凹部１４ａ、１４ｂが設けられている。第１凹部１４ａは、樹脂ケース５の長側壁８の外側に設けられている。第１凹部１４ｂは、長側壁９の外側に設けられている。以下、第１凹部１４ａ、１４ｂをまとめて第１凹部１４と表現する。第１凹部１４は、図４に示すように樹脂ケース５の肉厚部１８に対応する位置に設けられるので、樹脂ケース５の比較的低い位置に設けられる。肉厚部１８については、図４を用いて後述する。

コンデンサ素子２、３が収容される樹脂ケース５の内部には、コンデンサ素子２、３と樹脂ケース５の内壁や底壁及びコンデンサ素子２、３の上部を覆い隠すように、モールド用の樹脂材が充填される。これにより、コンデンサ素子２、３の周囲がモールド樹脂４１で封止される。

コンデンサ素子２、３が収容された樹脂ケース５は、例えば、図２に示すように、外側ケース３０のコンデンサ搭載スペース３０ａに収容される。図２に、外側ケース３０が表された斜視図を示す。

本実施例の外側ケース３０は、例えば、アルミニウム製である。外側ケース３０は、周壁部３４の内周面３４ａには、第２凹部１６ａが設けられている。周壁部３５の内周面３５ａには、第２凹部１６ｂが設けられている。以下、第２凹部１６ａ、１６ｂをまとめて第２凹部１６と表現する。第２凹部１６は、第１凹部１４に対向する側面に設けられる。第２凹部１６は、例えば、それらのＹＺ面上のサイズが樹脂ケース５に形成されている第１凹部１４の開口サイズとほぼ同様に設定されている。また、第２凹部１６の形成位置は、例えば、コンデンサ搭載スペース３０ａに収容された状態の樹脂ケース５の第１凹部１４の高さ方向（Ｚ軸方向）位置よりも上方に設定されている。第２凹部１６のサイズや形成位置あるいは形成個数は、後述する充填材４２によるアンカー機能の効果に応じて、個別具体的な実験や計算機シミュレーションなどにより適宜設定される。

コンデンサ素子２、３が収容された樹脂ケース５がコンデンサ搭載スペース３０ａに収容されると、例えば、図３に示すように、樹脂ケース５の周囲空間が充填材４２で埋められる。つまり、樹脂ケース５は、コンデンサ搭載スペース３０ａ内にポッティングされる。図３に、コンデンサ素子２、３が収容された樹脂ケース５を収容した外側ケース３０が表された斜視図を示す。

充填材４２は、例えば、ウレタンを主原料とする合成樹脂であり、樹脂ケース５内部に充填するモールド樹脂４１よりも柔らかい。このような柔らかい充填材４２を、コンデンサ搭載スペース３０ａに収容される樹脂ケース５の周囲空間に充填することにより、例えば、外部から入力される振動に耐え得る耐振動特性を高めている。なお、充填材４２は、ポッティング材と称されることもある。

充填材４２は、コンデンサ搭載スペース３０ａ内において、樹脂ケース５と外側ケース３０との隙間すなわち、樹脂ケース５と外側ケース３０の周壁部及び底部３１との隙間のすべてに充填される。そのため、図４に示すように、樹脂ケース５に形成される第１凹部１４の内側や外側ケース３０の周壁部３２−３５に形成される第２凹部１６の内側にも入り込む。充填材４２は、第１凹部１４及び第２凹部１６よりも上まで満たされている。図４に、外側ケース３０を図３のＩＶ−ＩＶ線でカットした断面図を示す。

図４に示すように、樹脂ケース５と外側ケース３０との隙間に充填される充填材４２は、周壁部３４、３５に形成される第２凹部１６の内部に入り込み、またコンデンサ素子２、３を収容する樹脂ケース５の第１凹部１４の内部にも入り込む。これにより、樹脂ケース５の長側壁８の第１凹部１４ａと、外側ケース３０の周壁部３４の第２凹部１６ａとの間に位置する充填材４２が樹脂ケース５を固定するアンカーとして機能する。また、長側壁９の第１凹部１４ｂ内に位置する充填材４２と、周壁部３５の第２凹部１６ｂの周囲を埋める充填材４２も樹脂ケース５を固定するアンカーとして機能する。これらのアンカーとして機能する充填材４２は、外部から入力される振動などによって、樹脂ケース５に対して外側ケース３０の開口側（Ｚ軸の正方向）に向く力が働いた場合にそれに抗して振動などを弱める。

次に、図４に示すように、溶接突部２０と対向する樹脂ケース５の側壁（長側壁８、９）には、溶接突部２０よりも下方（−Ｚ方向）に肉厚部１８が設けられている。別言すれば、肉厚部１８は、溶接突部２０よりも低い位置に設けられる。肉厚部１８は、溶接突部２０の下側に突出している。それに加えて、樹脂ケース５の外周面には、肉厚部１８に対応する位置に第１凹部１４が設けられている。すなわち、肉厚部１８に対応する位置に、ボルトの固定構造に代替してアンカー機能を有する第１凹部１４を設けることができる。

アンカー機能を有する第１凹部１４と第２凹部１６を設けることで、ボルトを使わずに樹脂ケース５を外側ケース３０に固定することができる。第１凹部１４を樹脂ケース５に設けると、第１凹部１４の凹みの分だけ樹脂ケース５の厚さが薄くなる。そのため、樹脂ケース５の強度が低下してしまう。そこで、樹脂ケース５において、コンデンサ素子２、３の溶接突部２０の下方に形成される肉厚部１８に第１凹部１４を設けることで、樹脂ケース５の強度低下を抑制することができる。肉厚部１８は、溶接突部２０があることにより生じる空間（本実施例では溶接突部２０よりも低い位置）に、不可避的に形成されてしまう部分であり、元々は壁の厚みが不必要に厚くなっていた部分である。第１凹部１４は、もともと不必要に厚くなっていた肉厚部１８を利用している。別言すれば、コンデンサユニット４は、第１凹部１４を肉厚部１８に設けることによって、溶接突部２０があることにより生じる空間を有効に活用して、空間効率を良くして樹脂ケース５を外側ケース３０に固定している。

また、第２凹部１６を図４に示すように、比較的に高い位置に設けると、外側ケース３０を加工しやすくなる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２、３：コンデンサ素子
４：コンデンサユニット
５：樹脂ケース
６、７：短側壁
８、９：長側壁
１２：バスバー
１４：第１凹部
１６：第２凹部
１８：肉厚部
２０：溶接突部
３０：外側ケース
４１：モールド樹脂
４２：充填材
Ｊ、Ｋ：捲回軸

Claims (1)

1. 両端に電極を備えているとともに当該電極に導体を溶接している溶接突部を備えているコンデンサ素子と、
   前記溶接突部が側壁と対向するように前記コンデンサ素子を収容している部品ケースと、
   前記部品ケースを収容している外側ケースと、
   を備えており、
   前記部品ケースの前記溶接突部と対向する前記側壁に、前記溶接突部よりも低い位置で前記溶接突部の下側に突出する肉厚部が設けられているとともに、前記部品ケースの外周面の前記肉厚部に対応する位置に第１凹部が設けられており、
   前記外側ケースは、前記第１凹部に対向する側面に第２凹部が設けられており、
   前記部品ケースと前記外側ケースの間の空間が、前記第１凹部及び前記第２凹部よりも上まで充填材で満たされていることを特徴とする、
   コンデンサユニット。