JP4321192B2 - キャパシタユニット - Google Patents
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Description
本発明は複数のキャパシタを実装して構成されるキャパシタユニットに関するものである。
図６は従来のこの種のキャパシタユニットの構成を示した斜視図、図７は同キャパシタユニットに使用される配線基板を示した斜視図である。図６、図７において、配線基板１にはキャパシタ２のリード線２ｂ、２ｃを挿通する実装用の孔１ａが設けられており、その端部にはこのキャパシタユニットを取り付けるための取り付け用の孔１ｂが設けられている。キャパシタ２は有底円筒状の金属ケース２ａ内に駆動用電解液が含浸されたキャパシタ素子（図示せず）が収納され、このキャパシタ素子から外部引き出し用のリード線２ｂ、２ｃが一対の電極として引き出されて構成されているものである。
このように構成された従来のキャパシタユニットは、配線基板１に設けた実装用の孔１ａにキャパシタ２の一対のリード線２ｂ、２ｃを嵌め込んだ後、裏面側で半田付けすることにより配線基板１に設けられた配線回路（図示せず）と電気的な接続を行い、複数のキャパシタ２を１枚の配線基板１上に実装することによって構成されているものであった。
そして、ケースや被使用機器などへの取り付けは、配線基板に設けた取り付け用の孔１ｂを介してネジなどにより固定されて使用されていた。
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。
特開平０６−２７５４７１号公報
しかしながら上記従来のキャパシタユニットでは、その取り付け状態によっては複数のキャパシタ２の重量（数百ｇ〜数ｋｇ）が全て１枚の配線基板１に加わるために配線基板１が歪んで変形したり、また、使用状況によって特に振動が加わった際に配線基板１の取り付け用の孔１ｂや配線基板１本体が割れたり、あるいはキャパシタ２の一対のリード線２ｂ、２ｃを配線基板１に設けた配線回路と電気的に接続した半田付け部にクラックが入るという問題があった。また、キャパシタ２に異常な電流が流れた際には、キャパシタ２の金属ケース２ａに設けた防爆弁２ｄが作動し、この金属ケース２ａの内部に収納されたキャパシタ素子に含浸された駆動用電解液が上記防爆弁２ｄから放出されるように構成されているものであるが、この放出された駆動用電解液が周辺に飛散するためにショートを起こしたり、最悪の場合には隣接して取り付けられた他の電子機器等も同様にショートを起こすという課題を有したものであった。
本発明はこのような従来の課題を解決し、配線基板に重量的な負荷が加わることがなく、防爆弁が作動してもショート不良を発生することがない信頼性の高いキャパシタユニット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の請求項１に記載の発明は、複数のキャパシタの胴部を挟持してホルダーに組み込み、キャパシタの上部に設けた配線基板に電気的に直列または並列に接続してなるキャパシタブロックを、ホルダーの外周に設けた複数個の取り付け部を介してケース内の取り付け位置に取り付け、ホルダーに組み込まれたキャパシタの底面はケースの底面に対し一定の間隔を保持するように構成したものであり、複数のキャパシタの重量を全てホルダーで支えることにより配線基板には一切重量的な負荷がかからないようにするとともに、キャパシタブロックをケースに収納する際にキャパシタの底面がケースの底面と干渉することがないので配線基板の破壊が発生しなくなり、信頼性の高いキャパシタユニットを提供することができるという作用効果を有する。
本発明の請求項２に記載の発明は、異常時にキャパシタの内部破壊が起こらないように底部に電解液を排出する開弁構造を有するもので、この処置を施すことにより万一キャパシタに異常電圧などが加わった場合の内部電解液の変質による破壊を防止することが可能となり、不測の事態での被害の軽減を図ることができるという作用効果を有する。
本発明の請求項３に記載の発明は、キャパシタの底面とケースの底面の間隔をキャパシタの底面に設けられた開弁構造が作用可能な間隔に設定することにより、異常電圧などによりキャパシタが開弁した場合にその動作を可能とする作用効果を有する。
本発明の請求項４に記載の発明は、万一キャパシタの開弁構造が作動し電解液が漏れた際に、隣接するキャパシタどうしが液導通を起こさないように隔離壁を設けたものであり、これによりキャパシタが開弁した場合においても隣接するキャパシタとショートすることなく、重大な欠陥を防ぐことができるという作用効果を有する。
本発明の請求項５に記載の発明は、万一キャパシタの開弁構造が作動し電解液が漏れた際に、電位差を持った直列間で液導通しないように隔離壁を設けたものであり、これによりキャパシタが開弁した場合においても電位差を持った直列間でのキャパシタがショートすることなく、重大な欠陥を防ぐことができるという作用効果を有する。
本発明のキャパシタユニットは、複数のキャパシタの胴部を挟持してホルダーに組み込み、キャパシタの上部に設けた配線基板に電気的に直列または並列に接続してなるキャパシタブロックを、ホルダーの外周に設けた複数個の取り付け部を介してケース内の取り付け位置に取り付け、ホルダーに組み込まれたキャパシタの底面はケースの底面に対し一定の間隔を保持するとともに、ケースの底部に隔離壁を設けることにより、配線基板には複数のキャパシタの重量的な負荷が一切かからず複数のキャパシタの重量的な負荷によって配線基板が歪んで変形したり、振動により配線基板本体が割れたり、あるいはキャパシタのリード線と配線基板との半田付け部にクラックが入るというような問題は発生しなくなり、また万一キャパシタが開弁し電解液が漏れた際に、キャパシタ間で液導通を起こさないように配慮して重大な故障を未然に防止することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットの外観斜視図、図２は同キャパシタブロックの分解斜視図を示す。
キャパシタ１６は、その上面に＋、−の極性を持ったリード線１６ａ、１６ｂが同一方向に延出している。当実施の形態の説明では２８個のキャパシタを７直列の４並列で構成している。キャパシタの１個当りの許容電圧を２Ｖとした場合、１４Ｖシステムに適用するために７直列とし、また必要な電荷量を確保するためにそれを４並列にして電荷量のＵＰを図った構成のキャパシタユニットについて説明する。
ホルダー１７は上記２８個のキャパシタを７直列×４並列に安定保持している。この時、複数のキャパシタ１６は治具等により、リード線１６ａ、１６ｂが延出している上面１６ｃの高さが２８個ほぼ均一に揃うように組立てられている。
配線基板１８には複数のキャパシタ１６を７直列×４並列に接続するための回路パターンが形成されている。ホルダー１７には配線基板１８の高さを一定に保つための４本の高さ規制ボス１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄが設けられている。このことにより、配線基板１８と２８個のキャパシタ１６の上面１６ｃとの位置関係はほぼ同一に維持できる。
組付け手順は特に説明しないが、以上の構成で組込んだ状態で、２８個のキャパシタ１６のリード線１６ａ、１６ｂを配線基板１８に形成された５６ヶ所の半田付け部１８ｅとを半田付けすることにより電気的に接続している。
キャパシタ１６は図示していないが活性炭を塗布した＋、−の電極板をセパレータと呼ぶ合紙を挟んで必要な長さ捲回したものを、電解液と共に外装ケース内に密封して構成されている。その性質上異常な電圧や温度がかかった場合、内部の電解液からガスが発生し内圧上昇が起きて、これが許容値を超えると外装ケースもしくは部品構成の中で圧力に最も弱い部分から破裂（爆発）する可能性を有している。この状態で不測の事態が起こったときの故障モードは予測が困難である。
そこで本実施の形態では、図３に示すようにキャパシタ１６のアルミ等でできた外装ケース１６ｅの底部１６ｆにはスリット１６ｇが形成されている。このスリット１６ｇは外装ケース１６ｅの肉厚の約１／２程度の深さをもつ溝であり、初期の状態で穴のあいているものではない。
この状態で異常電圧等により内部の電解液が膨張し、ある圧力以上になったときに、そのスリット１６ｇを起点に外装ケース１６ｅの底部１６ｆが開弁するようにしたものである。このことにより異常時の故障モードが特定され安全側に破壊されるようにしたものである。
次に上記構成で得られたキャパシタブロック１５をケース２０へ取り付ける際の収納方法について、図１、図４、図５を用いて説明する。
図４はキャパシタブロック１５をケース２０へ収納した状態の要部断面図を示す。
キャパシタブロック１５のホルダー１７にはその外周にケース２０への取り付け部２３を２ヶ所以上（当実施の形態では６ヶ所）設けている。ケース２０には取り付け部２３に対応した位置に固定用の穴２４を設けている。この状態でホルダー１７を挿入しネジによりケース２０に固定される。
このときキャパシタブロック１５に挟持されたキャパシタ１６の底部１６ｆとケース２０の底部２５の間には一定の間隔を保持して設置される。これの一つの目的は、キャパシタ１６の底部１６ｆがケース２０の底部２５と干渉状態になり配線基板１８の半田付け部１８ｅへ負荷がかからないようにするためであり、もう一つの目的としては、前述したキャパシタ１６の底部１６ｆに設けたスリット１６ｇの開弁作用の妨げにならないようにすることである。したがってキャパシタ１６の底部１６ｆとケース２０の底部２５との間隔は、キャパシタ１６の長さの寸法バラツキ及びスリット１６ｇの開弁時の寸法変化分を考慮した寸法となっている。
図５はケース２０の底部を示した要部切欠斜視図であるが、キャパシタブロック１５の複数個のキャパシタ１６に対応した位置に、ケース２０の底部２５より隔離壁２６が格子状に設けられている。これにより万一キャパシタ１６の液漏れが発生しても、すぐに他のキャパシタ１６と液導通することを防ぐことができ、その間にキャパシタ特性の監視機能により劣化を判定しダイアグすることが可能となり重大故障を未然に防止することができる。
同様に図１に示すケース２０の内部に設けられた隔離壁２７は、複数個のキャパシタ１６の直列間での液導通を防ぐためのものであり、この構成でも同様の効果が得られる。
上記のような構成をとることにより、２８個の複数のキャパシタ１６を確実に保持し、配線基板１８の半田付け部に加わる応力を均一にかつ小さくすることが可能となる。また、キャパシタ１６が開弁し電解液が漏れた場合に、隣接するキャパシタや電気部品とのショートを防止し重大な故障を未然に防止することが可能となる。
特に自動車等の環境は非常に厳しく、耐振性や広い使用温度範囲が要求されるが、上記のような構成をとることによりその要求性能に対応することが可能となる。
本発明にかかるキャパシタユニットは、複数のキャパシタの重量をホルダーで支え配線基板に重量的な負荷をかけないようにして配線基板の破壊等を抑え、防爆弁が作動してもショート不良を発生させない高信頼性のキャパシタユニットを提供するもので、耐振性や熱衝撃性が要求されるような用途での使用に適している。
１５ キャパシタブロック
１６ キャパシタ
１６ａ、１６ｂ リード線
１６ｃ 上面
１６ｅ 外装ケース
１６ｆ 底部
１６ｇ スリット
１７ ホルダー
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ 高さ規制ボス
１８ 配線基板
１８ｅ 半田付け部
２０ ケース
２３ 取り付け部
２４ 固定用の穴
２５ 底部
２６ 隔離壁
２７ 隔離壁
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Claims (5)
- 複数のキャパシタの胴部を挟持してホルダーに組み込み、前記キャパシタの上部に設けた配線基板に電気的に直列または並列に接続してなるキャパシタブロックを、前記ホルダーの外周に設けた複数個の取り付け部を介してケース内の取り付け位置に取り付け、前記ホルダーに組み込まれたキャパシタの底面は前記ケースの底面に対し一定の間隔を保持する構成としたキャパシタユニット。
- キャパシタは底部に電解液を排出する開弁構造を有してなる請求項１に記載のキャパシタユニット。
- キャパシタの底面とケースの底面の間隔は、前記キャパシタの底面に設けられた開弁構造が作用可能な間隔に設定されてなる請求項２に記載のキャパシタユニット。
- ケースの底面には万一キャパシタの開弁構造が作動し電解液が漏れた際に、隣接するキャパシタどうしが液導通を起こさないように隔離壁を設けてなる請求項２に記載のキャパシタユニット。
- ケースの底面には万一キャパシタの開弁構造が作動し電解液が漏れた際に、電位差を持った直列間で液導通しないように隔離壁を設けてなる請求項２に記載のキャパシタユニット。
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