JP4702597B2 - コンデンサ - Google Patents

Description

この発明は、コンデンサ素子をケースに収納して樹脂を充填したコンデンサに関するものである。

インバータ機器などに用いられるコンデンサやスナバコンデンサは大容量が要求される。このため、インバータ機器などに用いられるコンデンサとしては、図１０と図１１に示すように、複数のコンデンサ素子５１Ａ、５１Ｂを銅等からなる一対の金属電極ブスバー５２、５２で接続してケース５３に収納し、樹脂５４を充填硬化したコンデンサを使用することがある（例えば、特許文献１参照）。この場合のケース５３は、後壁５５と、この後壁５５に連設される周壁５６とからなり、開口部５７が形成される。また、ケース５３の一方の側壁６０側に複数の第１コンデンサ素子５１Ａ・・が配置され、ケース５３の他方の側壁６１側に複数の第２コンデンサ素子５１Ｂ・・が配置されている。そして、このコンデンサ素子５１Ａ、５１Ｂは電極板６２、６３を介して接続されている。この場合、コンデンサ素子５１Ａ、５１Ｂのケース５３への組み込み加工を考慮してケース５３の開口部５７を大きくとることが多い。
特開２００３−１３３１７２号公報

ところで、インバータ機器、例えば車載用等では、耐振性、耐ヒートショック性、及び高温高湿耐用性等の厳しい環境性を要求されることが多い。しかしながら、上記のような従来のコンデンサを高温高湿等の過酷な環境下で使用すると、ケース５３の開口部５７（樹脂注入部）が大きいほど吸湿が大きくなり、また、振動や温度等のストレスで、コンデンサ素子とブスバーの接続部や充填樹脂にクラックが生じ、さらに樹脂とケースの剥離により吸湿劣化が発生するおそれがある。

この対策として、内部の応力緩和、樹脂のクラック防止、及びケースとの密着性確保等のため、可撓性のある柔らかいウレタン樹脂等を充填樹脂として使用する場合がある。この場合、柔らかい樹脂は、耐振性及び耐ヒートショック性に対しては有効であるが、耐湿性能が硬い樹脂よりも劣る。一方、耐湿性の良好な硬い樹脂を使用すると、振動や温度等のストレスで充填樹脂のクラックまたは樹脂とケースの剥離が生じ易く、吸湿劣化が発生するという難点がある。

また、上記図１０と図１１に示すものでは、開口部５７側の中央部での樹脂厚さ寸法Ｄ３と、ケース５３の下端部での樹脂厚さ寸法Ｄ４とで相違がある。このため、このようなコンデンサでは、この樹脂厚さの違いによって、クラックが生じやすい欠点もある。

この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、耐湿性能がよく、かつ充填樹脂のクラックや樹脂とケースの剥離が生じ難いコンデンサを提供することにある。

請求項１のコンデンサは、端面に電極３１、３２、３３、３４が接続されたコンデンサ素子２Ａ、２Ｂをケース１に収納して樹脂３を充填したコンデンサにおいて、上記コンデンサ素子２Ａ、２Ｂに接続された電極板１４、１５を互いに重ね合わせた状態で、上記ケース１の開口部７側に配置すると共に、この重なり合った電極板１４、１５の外側に外側樹脂層４１を設け、かつこの外側樹脂層４１内に樹脂４６を介設して、この介設樹脂４６にてコンデンサ素子２Ａ、２Ｂ側に設けられ、上記コンデンサ素子２Ａ、２Ｂを覆う内側樹脂層４０及び上記電極板１４、１５を覆い、さらに、上記内側樹脂層４０を耐湿性樹脂にて構成し、外側樹脂層４１を可撓性樹脂にて構成したことを特徴としている。

請求項２のコンデンサは、第１電極板１４と第２電極板１５との間に、絶縁シート４２を介在させたことを特徴としている。

請求項１のコンデンサによれば、コンデンサ素子及びコンデンサ素子と端子の接続部を内側樹脂層にて覆うため、振動やヒートショック等による機械的なストレスを緩和することができる。また、電極板をケースの開口部側に配置したので、内側樹脂層側への湿気の浸入を抑制し、高温高湿耐用性能を改善することができる。また、外側樹脂層内に樹脂を配置したので、この介設樹脂よりも外方の外側樹脂層の厚さ寸法は全体が略同一となる。このため、樹脂層の厚さの違いによるクラックを防止することができる。また、コンデンサ素子側の内側樹脂層に耐湿性樹脂を使用したので、耐湿効果を高めることができる。また、外側樹脂層には可撓性樹脂を使用したので、電極板の引出し端子との密着性の向上を図ることができ、ヒートショック等での界面剥離や樹脂のクラックを防止できる。このため、このコンデンサでは、車載用等の過酷な環境下において、一段と安定したコンデンサ機能を発揮する。

請求項２のコンデンサによれば、第１電極板と第２電極板との間に絶縁シートが介在されるので、コンデンサ素子の配線の低インダクタンス化が図れ、高品質となる。

次に、この発明のコンデンサの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は参考例としてのコンデンサの正面図を示し、図２は断面図を示している。コンデンサは、ケース１と、このケース１に収納されるコンデンサ素子２Ａ、２Ｂと、このコンデンサ素子２Ａ、２Ｂが収納された状態でケース１内に充填される樹脂３とを備える。

ケース１は、後壁５と、この後壁５に連設される周壁６とからなり、開口部７が形成される。周壁６は、上壁８と下壁９と側壁１０、１１とからなる。コンデンサ素子２Ａ、２Ｂはそれぞれ扁平フィルムコンデンサ素子（扁平素子）１２からなる。この場合、一方の側壁１０側に複数（図例では６個）の第１コンデンサ素子２Ａ・・が配置され、他方の側壁１１に複数（図例では６個）の第２コンデンサ素子２Ｂ・・が配置されている。また、このコンデンサ素子２Ａ、２Ｂは電極板１４、１５を介して接続されている。

すなわち、一方の電極板（第１電極板）１４は、一方のコンデンサ素子（第１コンデンサ素子）２Ａ・・の第１メタリコン電極１６・・に接続される電極１８と、他方のコンデンサ素子（第２コンデンサ素子）２Ｂ・・の第１メタリコン電極１６・・に接続される電極１９と、各電極１８、１９を接続する接続部２０とを有し、他方の電極板（第２電極板）１５は、第２コンデンサ素子２Ｂ・・の第２メタリコン電極１７・・に接続される電極２１と、第１コンデンサ素子２Ａ・・の第２メタリコン電極１７・・に接続される電極２２と、各電極２１、２２を接続する接続部２３とを有する。この場合、各接続部２０、２３には端子２５、２６が突設されている。

そして、樹脂３は、コンデンサ素子２Ａ、２Ｂを覆う内側樹脂層２８と、開口部７側に配設される外側樹脂層２９と、この内側樹脂層２８と外側樹脂層２９との間に介在される介在樹脂層３０とからなる。この場合、内側樹脂層２８及び外側樹脂層２９を、例えば硬化物硬度８５（ロックウエル硬さ）以下の柔らかい樹脂（可撓性樹脂）とし、介在樹脂層３０を硬化物硬度８５（ロックウエル硬さ）超の硬い樹脂（内側樹脂層２８及び外側樹脂層２９よりも硬い樹脂）とする。内側樹脂層２８、外側樹脂層２９、及び介在樹脂層３０は、エポキシ樹脂やウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂を使用することができる。この際、内側樹脂層２８と外側樹脂層２９とを同一の樹脂から構成しても、異なる樹脂にて構成してもよい。なお、介在樹脂層３０の厚さ寸法Ｄを５ｍｍ以上とするのが好ましい。

ところで、樹脂３を充填する場合、開口部７が上方に開口するように配置して、まず、内側樹脂層２８となる樹脂を、コンデンサ素子２Ａ、２Ｂを覆うようにケース１に充填して硬化させる。次に、硬化して形成された内側樹脂層２８を覆うように、介在樹脂層３０となる樹脂を充填して硬化させる。その後、硬化して形成された介在樹脂層３０を覆うように、外側樹脂層２９となる樹脂を充填して硬化させる。

このように、構成されたコンデンサは、コンデンサ素子２Ａ、２Ｂ、及びコンデンサ素子２Ａ、２Ｂと端子の接続部を柔らかい樹脂（可撓性樹脂）からなる内側樹脂層２８にて覆うため、振動やヒートショック等による機械的なストレスを緩和することができる。また、開口部７側に外側樹脂層２９を設けることにより、ケース１との密着性を向上させ、ヒートショック等のストレスを緩和し、クラックを防止できる。さらに、内側樹脂層２８と外側樹脂層２９との間に、内側樹脂層２８よりも硬度大の樹脂である介在樹脂層３０を介在させたことで、コンデンサ素子２Ａ、２Ｂ側への湿気の浸入を抑制し、高温高湿耐用性能の改善を図ることができる。このように、このコンデンサは、車載用等の過酷な環境下（高温高湿等の環境下）においても、コンデンサ機能を長期にわたって安定して発揮することができる。

次に、図３と図４は他の参考例を示し、この場合、各電極板１４、１５は電極（接続片）３１、３２、３３、３４を有している。すなわち、第１電極板１４は、図５と図７に示すように、基板部３５と、この基板部３５の一方の側辺３５ａにおいて反開口部側へ突設される複数の接続片３１・・と、この基板部３５の他方の側辺３５ｂにおいて反開口部側へ突設される複数の接続片３２・・と、この基板部３５の上辺３５ｃから上方へ突設される端子３６とからなる。また、第２電極板１５は、図６と図７に示すように、基板部３７と、この基板部３７の内面の略中央部において反開口部側へ突設される複数の接続片３３、３４と、この基板部３７の上辺３７ｃから上方へ突設される端子３８とからなる。なお、各接続片３１・・等は、各電極板１４、１５の基板部３５、３７に例えば銅箔を接続することによって構成することができる。

第１電極板１４は、図４に示すように、接続片３１・・が第１コンデンサ素子２Ａ・・の第１メタリコン電極１６・・に接続され、接続片３２・・が第２コンデンサ素子２Ｂ・・の第１メタリコン電極１６・・に接続される。また、第２電極板１５は、接続片３３・・が第１コンデンサ素子２Ａ・・の第２メタリコン電極１７・・に接続され、接続片３４・・が第２コンデンサ素子２Ｂ・・の第２メタリコン電極１７・・に接続される。

この場合、ケース１内に充填される樹脂３は、コンデンサ素子２Ａ、２Ｂを包囲する内側樹脂層４０と、開口部７側に配置される外側樹脂層４１とを備える。内側樹脂層４０には耐湿性に優れしかも硬い樹脂（外側樹脂層４１よりも硬い樹脂）を使用し、外側樹脂層４１には柔らかい樹脂（可撓性樹脂）を使用する。すなわち、内側樹脂層４０を例えば、硬化物硬度（ロックウエル硬さ）が８５を超える絶縁性の樹脂を使用することができ、外側樹脂層４１を例えば、硬化物硬度（ロックウエル硬さ）が８５以下となる絶縁性の樹脂をすることができ、具体的には、内側樹脂層４０及び外側樹脂層４１はエポキシ樹脂やウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂を使用することができる。

樹脂３を充填するには、開口部７が上方に開口するように配置して、端子を接続したコンデンサ素子２Ａ、２Ｂをケース１に収納した状態で、樹脂面が第２電極板１５の基板部３７の位置まで上がる樹脂量に設定される。また、第１電極板１４の基板部３５と第２電極板１５の基板部３７とは絶縁シート４２を介して重ね合わされる。この場合、第１電極板１４の基板部３５は、ケース１の開口部面積と略同じ面積を有し、第２電極板１５の基板部３７は、第１電極板１４の基板部３５の面積よりも小さく設定されている。なお、絶縁シート４２は、少なくとも第２電極板１５の基板部３７を覆うことができる大きさであればよい。そして、外側樹脂層４１は第１電極板１４の基板部３５の全面を覆うことになる。

上記図３と図４に示すコンデンサでは、内側樹脂層４０と外側樹脂層４１との間に、電極板１４、１５の基板部３５、３７を配置して内側樹脂層４０を覆うことになるので、内側樹脂層４０側への湿気の浸入を抑制し高温高湿耐用性能を改善することができる。また、内側樹脂層４０には耐湿性に優れしかも硬い樹脂を使用したので、耐湿効果を高めることができる。さらに、外側樹脂層４１には柔らかい樹脂（可撓性樹脂）を使用したので、電極板１４からの引出し端子との密着性の向上を図ることができ、ヒートショック等での界面剥離や樹脂のクラックを防止できる。このため、このコンデンサでは、車載用等の過酷な環境下においても長期にわたってコンデンサとして安定した機能を発揮する。また、第１電極板１４の基板部３５と第２電極板１５の基板部３７との間に、絶縁シート４２が介在されるので、コンデンサ素子２Ａ、２Ｂの配線の低インダクタンス化が図れ、高品質のコンデンサ（製品）となる。

次に図８は別の参考例を示し、この場合、図１と図２に示すコンデンサと相違して、内側樹脂層２８と外側樹脂層２９との間に樹脂基板４５を配置している。この樹脂基板４５は、例えばガラスエポキシ樹脂等からなる。このように、樹脂基板４５を使用すれば、樹脂基板４５よりも外側の外側樹脂層２９の中央部での樹脂厚さ寸法Ｄ１と、この外側樹脂層２９の端部（図面上の下端部）の樹脂厚さ寸法Ｄ２とを略同一に設定することができる。この場合、図示省略するが、樹脂基板４５に樹脂注型用兼脱気用の貫通孔（少なくとも１個）を設けておき、ケース１にコンデンサ２Ａ、２Ｂ及び樹脂基板４５を配置した後に、内側樹脂層２８を構成する樹脂を充填することになる。

ところで、図１０と図１１に示す従来のものでは、開口部５７側の中央部での樹脂厚さ寸法Ｄ３と、ケース５３の下端部での樹脂厚さ寸法Ｄ４とで相違がある。このため、このような従来のコンデンサでは、この樹脂厚さの違いによって、クラックが生じやすい。これに対して、図８で示すコンデンサでは、上記したように、外側樹脂層２９の中央部での樹脂厚さ寸法Ｄ１と、外側樹脂層２９の端部の樹脂厚さ寸法Ｄ２とが略同一であって、樹脂基板４５よりも外方の外側樹脂層２９の厚さ寸法は全体が略同一となるので、この樹脂厚さの違いによるクラックの発生を防止することができる。しかも、図８に示すコンデンサにおいても、コンデンサ素子２Ａ、２Ｂ及びコンデンサ素子２Ａ、２Ｂと端子の接続部を内側樹脂層２８にて覆うため、振動やヒートショック等による機械的なストレスを緩和することができる。また、ケース開口部に外側樹脂層２９を充填することにより、ケースとの密着性を向上させヒートショック等のストレスを緩和し、クラックを防止できる。

さらに、図９に示す実施の形態では、コンデンサ素子２Ａ、２Ｂに接続された電極板１４、１５をケース１の開口部７側に配置すると共に、この電極板１４、１５の外側に外側樹脂層４１を設けている。そして、外側樹脂層４１内に樹脂基板４６を配置して、この樹脂基板４６にてコンデンサ素子２Ａ、２Ｂ側の内側樹脂層４０及び上記電極板１４、１５を覆っている。すなわち、図３と図４に示すコンデンサにおいて、第１電極板１４の外側に樹脂基板４６を添わせることになる。なお、この場合、図３と図４に示すコンデンサと同様、内側樹脂層４０に耐湿性のよい硬い樹脂を使用し、外側樹脂層４１に内側樹脂層４０よりも柔らかい可撓性樹脂を使用するのが好ましいが、内側樹脂層４０と外側樹脂層４１とが同一樹脂からなるものであってもよい。この樹脂基板４６も例えばガラスエポキシ樹脂等から構成することができる。

このように、図９に示すコンデンサにおいても、上記図８に示すコンデンサと同様、樹脂基板４６を配置することによって、外側樹脂層４１の樹脂厚さ寸法は全体が略同一となって、樹脂厚さの違いによるクラックの発生を防止することができる。このため、電極板１４、１５の大きさを、開口部７の大きさに合わせる必要がなく、樹脂基板４６を開口部７を覆う大きさとすることによって、クラック防止効果を充分発揮させることができる。しかも、この図９に示すコンデンサにおいても、電極板１４、１５をケース１の開口部７側に配置したので、内側樹脂層４０側への湿気の浸入を抑制し、高温高湿耐用性能を改善することができる。

以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記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できる。例えば、使用する素子１２は、扁平形に限らず、また巻回形のみならず積層形であってもよい。さらに、扁平素子１２の数も増減可能である。このため、図３と図４に示すコンデンサのように電極板１４、１５の接続片３１、３２、３３、３４を有するものである場合に、各接続片３１・・の数は扁平素子１２に応じて変更可能である。また、内側樹脂層２８、４０、外側樹脂層２９、４１、及び介在樹脂層３０は、エポキシ樹脂やウレタン樹脂に限るものではなく、他の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を使用することもできる。この際、図１に示すコンデンサでは、内側樹脂層２８及び外側樹脂層２９をロックウエル硬さが８５以下のものを使用し、介在樹脂層３０をロックウエル硬さが８５を超えるものを使用し、また、図３に示すコンデンサでは、内側樹脂層４０をロックウエル硬さが８５を超えるものを使用し、外側樹脂層４１をロックウエル硬さが８５以下のものを使用したが、もちろん、各樹脂層２８・・等の硬度の基準としてロックウエル硬さ８５に限定されるものではない。さらに、図３に示すコンデンサにおいて使用する電極板１４、１５の基板部３５、３７の大きさや厚さ寸法等も、内側樹脂層４０側への湿気の浸入を抑制し高温高湿耐用性能を改善することができる範囲に任意に設定できる。また、絶縁シート４２もコンデンサ素子２Ａ、２Ｂの配線の低インダクタンス化等が図れる絶縁性を示すものでよいので、その厚さ寸法や材質等を任意に選定することができる。樹脂基板４５、４６も、これらの樹脂基板４５、４６よりも外方に配置される外側樹脂層の樹脂厚さがどの部位であっても略同一となるものであれば、大きさや材質等の任意に選択することができる。なお、上記各実施形態のコンデンサ素子２Ａ、２Ｂは、電極面がケース１の内側面に対向するように配置されているが、電極面がケース１の開口部７や内底面（後壁５の内面）に対向するように配置してもよい。

コンデンサの参考例を示す断面側面図である。 上記コンデンサの正面図である。 コンデンサの他の参考例を示す断面側面図である。 上記図３のＡ−Ａ線断面図である。 上記図３に示すコンデンサの第１電極板を示す背面図である。 上記図３に示すコンデンサの第２電極板を示す背面図である。 上記図３に示すコンデンサの第１電極板と第２電極板との組み合わせ状態を示す平面図である。 別の参考例を示す断面側面図である。 この発明の実施形態を示す断面側面図である。 従来のコンデンサの断面側面図である。 従来のコンデンサの正面図である。

符号の説明

１・・ケース、２Ａ、２Ｂ・・コンデンサ素子、３・・樹脂、７・・開口部、１４、１５・・電極板、１８、１９、２１、２２・・電極、２８、４０・・内側樹脂層、２９、４１・・外側樹脂層、３０・・介在樹脂層、３１、３２、３３、３４・・電極、４２・・絶縁シート、４５、４６・・樹脂基板

Claims (2)

1. 端面に電極（３１）（３２）（３３）（３４）が接続されたコンデンサ素子（２Ａ）（２Ｂ）をケース（１）に収納して樹脂（３）を充填したコンデンサにおいて、上記コンデンサ素子（２Ａ）（２Ｂ）に接続された電極板（１４）（１５）を互いに重ね合わせた状態で、上記ケース（１）の開口部（７）側に配置すると共に、この重なり合った電極板（１４）（１５）の外側に外側樹脂層（４１）を設け、かつこの外側樹脂層（４１）内に樹脂（４６）を介設して、この介設樹脂（４６）にてコンデンサ素子（２Ａ）（２Ｂ）側に設けられ、上記コンデンサ素子（２Ａ）（２Ｂ）を覆う内側樹脂層（４０）及び上記電極板（１４）（１５）を覆い、さらに、上記内側樹脂層（４０）を耐湿性樹脂にて構成し、外側樹脂層（４１）を可撓性樹脂にて構成したことを特徴とするコンデンサ。
2. 一方の電極板（１４）と他方の電極板（１５）との間に、絶縁シート（４２）を介在させたことを特徴とする請求項１のコンデンサ。