JP2022119028A - コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】組み立てが簡単で且つ正負両方の電極板を効率良く冷却することができるコンデンサを提供する。【解決手段】コンデンサ素子２と、コンデンサ素子２に接続される第１電極板３および第２電極板４と、コンデンサ素子２を収容するケース５と、ケース５内に充填される樹脂６とを備えたコンデンサ１であって、第１電極板３と第２電極板４とが、コンデンサ素子２を上から覆う、絶縁処理が施された基板部３１、４１を備え、第２電極板４の基板部４１が、上段部４１ｂと、第１電極板３の基板部３１と重なり合う下段部４１ｃとを備え、上段部４１ｂの上面と第１電極板３の基板部３１の上面とが同一平面上に位置し、且つこの同一平面上に位置する上面同士が樹脂外に露出している。【選択図】図５

Description

この発明は、コンデンサ素子を樹脂で封止したコンデンサに関する。

特許文献１には、コンデンサ素子と、コンデンサ素子に接続される２つの電極板と、コンデンサ素子を封止する樹脂とを備え、一方の電極板の基板部を樹脂外に露出させることで、一方の電極板を効率良く冷却することができるコンデンサが開示されている。

特開２０１９－０９６７１３号公報

ところで、特許文献１のコンデンサは、他方の電極板のほとんどが樹脂内に位置しているため、他方の電極板を効率良く冷却するためには別途の工夫が必要になる。また、樹脂外に露出した基板部に、他方の電極板や冷却部材等の導電性部材を近接させる場合には、別途、基板部との間に絶縁紙等の絶縁体を介在させる必要があり、組み立てが煩雑となる。

本発明は、組み立てが簡単で且つ正負両方の電極板を効率良く冷却することができるコンデンサの提供を目的とする。

本発明のコンデンサは、コンデンサ素子２と、コンデンサ素子２に接続される第１電極板３および第２電極板４と、コンデンサ素子２を収容するケース５と、ケース５内に充填される樹脂６とを備えており、第１電極板３と第２電極板４とが、コンデンサ素子２を上から覆う、絶縁処理が施された基板部３１、４１を備え、第２電極板４の基板部４１が、上段部４１ｂと、第１電極板３の基板部３１と重なり合う下段部４１ｃとを備え、上段部４１ｂの上面と第１電極板３の基板部３１の上面とが同一平面上に位置し、且つこの同一平面上に位置する上面同士が樹脂外に露出していることを特徴としている。

上記コンデンサでは、第１電極板３と第２電極板４の少なくとも一方が、基板部３１、４１を樹脂外に露出させるための脚部３２（及び／又は４２）を備えていることが好ましい。また、第１電極板３と第２電極板４の少なくとも一方が、基板部３１（及び／又は４１）からケース５内に向かって延出し、樹脂内に埋設される舌片３５（及び／又は４５）を有することが好ましい。

本発明のコンデンサは、第１電極板の基板部の上面と、第２電極板の基板部の上段部の上面とが樹脂外に露出しているため、正負両方の電極板を効率良く冷却することができる。また、上面同士が同一平面上に位置しているため、冷却にあたって冷却部材を使用する際も当接させやすい。また、基板部に絶縁処理が施されているため、基板部同士を重ね合わせる際や、基板部に冷却部材を当接させる際に、絶縁に対する配慮が不要であり、組み立てが簡単である。

第１電極板と第２電極板の少なくとも一方が、基板部を樹脂外に露出させるための脚部を備えている場合、基板部を確実に露出させることができる。第１電極板と第２電極板の少なくとも一方が、基板部からケース内に向かって延出し、樹脂内に埋設される舌片を有する場合、コンデンサ内部の冷却をより効率良く行うことができる。

この発明の一実施形態に係るコンデンサを示す分解斜視図である。 第１電極板を下から見上げた斜視図である。 第２電極板を下から見上げた斜視図である。 樹脂を省略したコンデンサの斜視図である。 コンデンサの断面図である。

次に、この発明のコンデンサの一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。この発明のコンデンサ１は、図１に示すように、コンデンサ素子２と、コンデンサ素子２の一方の電極に接続される第１電極板３と、コンデンサ素子２の他方の電極に接続される第２電極板４と、コンデンサ素子２を収容するケース５と、ケース５内に充填される樹脂６（図５参照）とを備えている。以下、上記の各部品について説明していくが、「上下」の概念は、製造時、より具体的には樹脂充填時におけるものであって、必ずしも使用時の上下を規定するものではない。

コンデンサ素子２は、絶縁性のフィルムの表面に金属を蒸着した金属化フィルムを巻回することでなるフィルムコンデンサであって、図１に示すように、軸方向両端部に金属を溶射してなる電極部２ａ、２ｂがそれぞれ形成されている。このコンデンサ素子２は、軸方向から見ると俵状、具体的には、４つのコーナー部にＲ（アール）が設けられており、電極部２ａ、２ｂ間（周囲面）に平坦部２ｃ１と曲面部２ｃ２とからなる側面２ｃを有している。そして、一方の電極部２ａ、２ａ同士および他方の電極部２ｂ、２ｂ同士を互いに対向させるようにして軸方向に複数（図においては４個）並設されている。このため、一方の電極部２ａと他方の電極部２ｂは交互に配列されることになる。また、一方の電極部２ａには、第１電極板３と接続するための第１リード線２１が接続され、他方の電極部２ｂには、第２電極板４と接続するための第２リード線２２が接続されている。これらリード線２１、２２は上方に向かって突出している。

第１電極板３は、コンデンサ素子２を上から覆う基板部３１と、基板部３１を樹脂外に露出させるための脚部３２と、コンデンサ素子２と接続する接続部３３と、外部機器（図示しない）と接続される外部接続端子３４と、コンデンサ内部を冷却するための舌片３５とを備えている（図１、図２参照）。

基板部３１は平面視略長方形であって、長さは、並設されたコンデンサ素子２の長手方向の長さと略同じとされ、幅は、コンデンサ素子２の平坦部２ｃ１の幅（曲面部２ｃ２、２ｃ２間の距離）と略同じとされており、並設された複数のコンデンサ素子２の平坦部２ｃ１と対向するようにして配置されている。この基板部３１には、平面視、コンデンサ素子２の電極部２ａ、２ｂと対向する位置に開口３１ａが設けられている。計４個設けられた開口のうち、第１リード線２１と対向する開口３１ａの内縁（基板部３１の長さ方向と平行な辺）からは脚部３２が下方に向かって延設されている。なお、脚部３２は開口３１ａ以外に、基板部３１の外縁であって第１リード線２１と対向する辺（図２において右側の短辺）からも延出されている。接続部３３は、脚部３２の先端から水平方向に延びており、第１リード線２１を挿通可能な接続孔を備えている。外部接続端子３４は、基板部３１の外縁のうち、一方の長辺と、脚部３２が延出されていない側の短辺とから水平方向に延出されている。舌片３５は、脚部３２が延出されていない開口３１ａの内縁（基板部３１の長さ方向と直交する辺）から下方に向かって延出されている。すなわち、基板部３１は、脚部３２、接続部３３、外部接続端子３４、舌片３５の延出元となっている。

第２電極板４は、コンデンサ素子２を上から覆う基板部４１と、基板部４１を樹脂外に露出させるための脚部４２と、コンデンサ素子２と接続する接続部４３と、外部機器（図示しない）と接続される外部接続端子４４と、コンデンサ内部を冷却するための舌片４５とを備えている（図１、図３参照）。

基板部４１は平面視略長方形状であって、長さは、並設されたコンデンサ素子２の長手方向の長さと略同じとされ、幅は、コンデンサ素子２の扁平方向の幅よりも幅広とされており、並設された複数のコンデンサ素子２の平坦部２ｃ１と対向するようにして配置されている。また、長辺と略平行に段部４１ａが設けられており、この段部４１ａによって基板部４１が上段部４１ｂと下段部４１ｃとに分けられている。段部４１ａの上下方向の高さ（段差）は、第１電極板３の厚みと略等しい。これは、第１電極板３の基板部３１を上から下段部４１ｃに重ね合わせた状態において、第１電極板３の基板部３１の上面と、第２電極板４の上段部４１ｂの上面とを同一平面上に位置させるためである（図５参照）。下段部４１ｃには、平面視、第１電極板３の開口３１ａと対向する位置に開口４１ｄが設けられている。計４個設けられた開口４１ｄのうち、第２リード線２２と対向する開口４１ｄの内縁（基板部４１の長さ方向と平行な辺）からは脚部４２が下方に向かって延出されている。接続部４３は、脚部４２の先端から水平方向に延びており、第２リード線２２を挿通可能な接続孔を備えている。外部接続端子４４は、基板部４１の下段部４１ｃ側の長辺と、上段部４１ｂ側の短辺とから水平方向に延出されている。なお、第１電極板３の外部接続端子３４と第２電極板４の外部接続端子４４とは水平方向に互いにずれており、重なり合わない。舌片４５は、脚部４２が延出されていない開口４１ｄの内縁（基板部４１の長さ方向と直交する辺）と、上段部４１ｂの長辺とから下方に向かって延出されている。すなわち、基板部４１は、脚部４２、接続部４３、外部接続端子４４、舌片４５の延出元となっている。

上記第１電極板３と第２電極板４は、例えば銅やアルミニウム等の金属板を所定の形状に切り抜き、適宜折曲加工を施すことで形成されている。また、少なくとも第１電極板３の基板部３１と第２電極板４の基板部４１とには絶縁処理が施されている。コンデンサ素子２やケース５と近接又は接触する箇所、具体的には、脚部３２、４２や舌片３５、４５や外部接続端子３４、４４の基端部に絶縁処理を施してもよい。なお、第１リード線２１や第２リード線２２や外部機器の端子と接触する箇所については、電気的な接続を必要とする箇所であるため、絶縁処理を施さない。もしくは電極板全体に絶縁処理を施した後、必要に応じて絶縁材を除去してもよい。絶縁処理とは、例えばポリイミドやポリアミド等の絶縁性の塗料を塗布することでなされる。ただ、絶縁材料を電着塗装したり、絶縁シートを貼り付けたり、絶縁性の熱収縮チューブで覆ったりしてもよい。要は、電極板と一体化（密着）し、絶縁を確保できるものであればよい。

ケース５は、図１に示すように、平面視略長方形の底部５ａと、底部５ａの四方を囲む側壁部５ｂとを備えている。ケース５の上端は開口しており、内部にはコンデンサ素子２を収容可能な空間が形成されている。側壁部５ｂの上端のうち、電極板３、４の下面と当接又は近接する箇所については、上方が開口した二重壁５ｂ１になっている（図５参照）。これは、ケース５内に充填された樹脂６が、側壁部５ｂの上端と電極板３、４の下面との間の隙間を伝ってケース５外に流出するのを防止するためである。ケース５の素材は、合成樹脂等の非導電性材料である。ただ、ケース５と当接又は近接する箇所に絶縁処理が施された電極板３、４を用いる場合は、金属等の導電性材料であってもよい。

ケース５内に充填される樹脂６は、例えばエポキシ樹脂である。ただ、これに限らず、ウレタン樹脂等の公知の種々の樹脂を使用可能である。なお、耐湿性に優れた樹脂や熱伝導性の高い樹脂を採用することが好ましい。また、用いる樹脂の種類や特性に応じて樹脂厚（樹脂表面からコンデンサ素子までの距離）を変更することは、設計上、当然に考慮されるべきことである。

次に、コンデンサ１の製造方法について説明する。まず、第２電極板４の接続部４３と第２リード線２２とを接続しつつ、並設された複数のコンデンサ素子２の平坦部２ｃ１に上から第２電極板４の基板部４１を重ね合わせる。この状態で、コンデンサ素子２の平坦部２ｃ１と第２電極板４の基板部４１との間には、少なくとも脚部４２の高さ分だけ隙間が形成される。

続いて、第２電極板４の開口４１ｄに、第１電極板３の接続部３３と脚部３２とを通し、接続部３３と第１リード線２１とを接続する。その状態でさらに第１電極板３を下方に移動させて、第２電極板４の下段部４１ｃの上面に第１電極板３の基板部３１を上から重ね合わせ、第１電極板３の基板部３１の上面と、第２電極板４の上段部４１ｂの上面とを同一平面上に位置させる（面一とする）。この状態で、コンデンサ素子２は、第１電極板３の基板部３１と第２電極板４の基板部４１とによって上から覆われた状態になる。なお、この状態は、コンデンサ素子２の平坦部２ｃ１と基板部３１、４１とが対向しているとも言える。

続いて、コンデンサ素子２をケース５内に収容する。この際、コンデンサ素子２がケース５の底部５ａ側に、第１電極板３や第２電極板４がケース５の開口部５ｃ側に位置するようにして収容する。そして、ケース５内に樹脂を充填し、コンデンサ素子２を封止することでコンデンサ１の製造を完了する。なお、樹脂面とケース５の開口部５ｃ（側壁部５ｂの上端部間で構成される平面）とは略平行とされている。また、ケース５の開口部５ｃ（側壁部５ｂの上端部間で構成される平面）と、電極板３、４の基板部３１、４１も略平行とされている。

図５に示すように、第１電極板３の基板部３１の上面と、第２電極板４の上段部４１ｂの上面とは樹脂外に露出している。この露出した上面に、冷却部材（図示しない）を当接させてもよい。冷却部材としては、サーマルパットや水冷パイプやヒートシンク等、種々のものが考えられる。また、基板部３１、４１はその下面についても樹脂外に露出している。すなわち、基板部３１、４１全体が樹脂外に露出している。ただ、必ずしも基板部全体を露出させる必要はない。なお、外部接続端子３４、４４は樹脂外に露出し、脚部３２、４２と接続部３３、４３と舌片３５、４５は樹脂内に埋設されている。

上記構成のコンデンサ１では、正負両方の電極板３、４の基板部３１、４１の上面が樹脂外に露出しているため、放熱面積が十分に確保されており、両方の電極板３、４を効率良く冷却することができる。また、コンデンサ素子２と電極板３、４の基板部３１、４１（具体的には接続部３３、４３の延出元となる部位（開口３１ａ、４１ｄの内縁））との間にケース５の側壁部５ｂ等が介在していないため、コンデンサ素子２と電極板３、４とが直接接続され、コンデンサ素子２と基板部３１、４１との接続距離が短く、例えば、コンデンサ素子２と基板部３１、４１（具体的には接続部３３、４３の延出元となる部位）との間にケース５の側壁部５ｂが介在し、側壁部５ｂを迂回して接続する場合に比べてコンデンサ素子２の冷却も行いやすくなる。また、基板部３１、４１から舌片３５、４５を樹脂内に延ばしているため、樹脂内の熱を効率良く基板部３１、４１に伝えることができ、コンデンサ内部をスムーズに冷却することができる。なお、舌片３５、４５とコンデンサ素子２との間にもケース５の側壁部５ｂ等は介在していないため、樹脂６までの到達長さが短い。

また、第１電極板３の基板部３１と第２電極板４の基板部４１はともに、組み立て前の段階で絶縁処理が施されているため、第１電極板３の基板部３１と第２電極板４の基板部４１との沿面距離を考慮する必要がなくなり、例えば、第１電極板３の基板部３１の下面と、第２電極板４の下段部４１ｃの上面とを当接させることができる。その結果、電極板３、４の断面積を確保して電流密度を向上させる等、設計制約が緩和される。また、絶縁紙などの組付け作業が必要なくなり、工数低減やコスト削減を図ることができる。さらに、金属ケースも採用し易くなる。

以上に、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施形態では、第１電極板３と第２電極板４の双方が、脚部３２、４２を備えていたが、いずれか一方のみが脚部を備えていてもよい。また、脚部３２、４２をコンデンサ素子２ではなく、ケース５の底部５ａに支持させてもよい。さらに、脚部を設けず、基板部３１、４１や外部接続端子３４、４４等をケース５の側壁部５ｂの上端に引っ掛けることで、基板部３１、４１を樹脂外に露出させるようにしてもよい。また、第１電極板３と第２電極板４の双方が、舌片３５、４５を備えていたが、いずれか一方のみが舌片を備えていてもよい。

また、複数のコンデンサ素子を備えたもので説明したが、コンデンサ素子は１個でもよい。コンデンサ素子の数に応じて、具体的には電極部２ａ、２ｂの数に応じて開口３１ａ、４１ｄの数も適宜変更される。また、コンデンサ素子は、巻回型に限らず、積層型でもよい。コンデンサの種類は、フィルムコンデンサ、電解コンデンサ、セラミックコンデンサ等、種類は限定されない。また、リード線２１、２２は必ずしも設ける必要はなく、接続部３３、４３とコンデンサ素子２の電極部２ａ、２ｂとを直接接続してもよい。

１ コンデンサ
２ コンデンサ素子
２ａ 一方の電極部
２ｂ 他方の電極部
２ｃ 側面
２ｃ１ 平坦部
２ｃ２ 曲面部
２１ 第１リード線
２２ 第２リード線
３ 第１電極板
３１ 基板部
３１ａ 開口
３２ 脚部
３３ 接続部
３４ 外部接続端子
３５ 舌片
４ 第２電極板
４１ 基板部
４１ａ 段部
４１ｂ 上段部
４１ｃ 下段部
４１ｄ 開口
４２ 脚部
４３ 接続部
４４ 外部接続端子
４５ 舌片
５ ケース
５ａ 底部
５ｂ 側壁部
５ｂ１ 二重壁
５ｃ 開口部
６ 樹脂

Claims (3)

1. コンデンサ素子と、
   コンデンサ素子に接続される第１電極板および第２電極板と、
   コンデンサ素子を収容するケースと、
   ケース内に充填される樹脂とを備えたコンデンサであって、
   第１電極板と第２電極板とが、コンデンサ素子を上から覆う、絶縁処理が施された基板部を備え、
   第２電極板の基板部が、上段部と、第１電極板の基板部と重なり合う下段部とを備え、上段部の上面と第１電極板の基板部の上面とが同一平面上に位置し、且つこの同一平面上に位置する上面同士が樹脂外に露出していることを特徴とするコンデンサ。
2. 第１電極板と第２電極板の少なくとも一方が、基板部を樹脂外に露出させるための脚部を備えている、請求項１記載のコンデンサ。
3. 第１電極板と第２電極板の少なくとも一方が、基板部からケース内に向かって延出し、樹脂内に埋設される舌片を有する、請求項１又は２記載のコンデンサ。

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