JP4765343B2 - Case mold type capacitor - Google Patents
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Description
本発明はコンデンサ素子をケース内に樹脂モールドしたケースモールド型コンデンサの中で、特に車載用のモータ駆動のインバータ回路の平滑用コンデンサとして使用されるケースモールド型コンデンサに関するものである。 The present invention relates to a case mold type capacitor that is used as a smoothing capacitor for an in-vehicle motor-driven inverter circuit among case mold type capacitors in which a capacitor element is resin-molded in a case.
近年、インバータ機器に用いられる金属化フィルムコンデンサにおいて、小型化、高性能化、低コスト化のための開発が盛んに行われている。また、インバータ機器に用いられる金属化フィルムコンデンサには、使用電圧の高電圧化、大電流化、大容量化等が要求されるため、並列接続した複数のコンデンサ素子をケース内に収納し、このケース内に樹脂を注型したケースモールド型金属化フィルムコンデンサが開発され、実用化されている。 In recent years, metallized film capacitors used for inverter devices have been actively developed for downsizing, high performance, and low cost. In addition, since metallized film capacitors used in inverter devices are required to have a high operating voltage, large current, large capacity, etc., a plurality of capacitor elements connected in parallel are accommodated in a case. A case mold type metallized film capacitor in which a resin is cast in a case has been developed and put into practical use.
そして、このようなケースモールド型金属化フィルムコンデンサにおいては、大きな機械的強度、高耐熱温度、耐水性、耐油性に優れたものが追求されている。 And in such a case mold type metallized film capacitor, those having excellent mechanical strength, high heat resistance temperature, water resistance and oil resistance have been pursued.
図9はこの種の従来のケースモールド型コンデンサの構成を示した分解斜視図、図10は同A−A線における断面図であり、図9と図10において、10はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子10は片面または両面に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを一対の金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向するように巻回し、両端面に夫々電極を設けて構成されたものである。
FIG. 9 is an exploded perspective view showing the structure of this type of conventional case mold type capacitor, FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line A-A in FIG. 9 and FIG.
11は第1の電極バスバー、11aはこの第1の電極バスバー11の一端に設けられた外部接続用の第1の電極端子であり、この第1の電極バスバー11は上記コンデンサ素子10を複数個密着して並べた状態で各コンデンサ素子10の一方の端面に形成された第1の電極と夫々接合され、また、第1の電極端子11aはこのコンデンサ素子10の上方へ引き出され、後述するケース13から表出するようにしているものである。
12は第2の電極バスバー、12aはこの第2の電極バスバー12の一端に設けられた外部接続用の第2の電極端子であり、この第2の電極バスバー12も上記第1の電極バスバー11と同様に、上記コンデンサ素子10を複数個密着して並べた状態で各コンデンサ素子10の一方の端面に形成された第2の電極と夫々接合され、また、第2の電極端子12aはこのコンデンサ素子10の上方へ引き出され、後述するケース13から表出するようにしており、これにより、複数個のコンデンサ素子10が連結されているものである。
13はポリフェニレンサルファイド(以下、PPSという)樹脂製のケース、14はこのケース13内に充填されたモールド樹脂であり、このモールド樹脂14は上記第1の電極バスバー11と第2の電極バスバー12により接続された複数個のコンデンサ素子10をケース13内に樹脂モールドしたものであり、さらにこのケース13は外装ケース15内に収納されているものである。
13 is a case made of polyphenylene sulfide (hereinafter referred to as PPS) resin, 14 is a mold resin filled in the
このように構成された従来のケースモールド型コンデンサは、コンデンサ素子10を耐熱性、耐湿性、耐絶縁性に優れたモールド樹脂14にてケース13内にモールドし、かつ、ケース13の材料として、機械的強度、耐熱性、耐水性に優れ、過酷な使用条件にも耐えうるPPSを用いたことにより、従来よりも高信頼性のケースモールド型コンデンサを提供することができるというものであった。
The conventional case mold type capacitor configured as described above is obtained by molding the
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。
しかしながら上記従来のケースモールド型コンデンサでは、PPS製のケース13内にモールド樹脂14を用いてコンデンサ素子10をモールドすることによって従来よりも高い信頼性を確保してはいるものの、車両用分野等の用途においては要求される条件が厳しく、更なる耐湿性や機械的強度が必要であるという課題があった。
However, in the conventional case mold type capacitor, the
従って、このような課題を解決し、特に耐湿性を飛躍的に向上させることができる手段として、金属製のケースを使用するという方法が考えられるが、従来のケースモールド型コンデンサにおいてはケース13の材料として合成樹脂を用いるのが一般的であり、これは、モールド樹脂14とケース13の材料の線膨張係数の違いや、双方の接着力不足に起因して熱衝撃試験等で発生するモールド樹脂14の剥離やクラックの発生を防止する目的によるものであり、このような理由から金属製のケースを使用することは極めて困難であり、断念せざるを得ないという課題を有したものであった。
Therefore, a method of using a metal case is conceivable as a means for solving such a problem and particularly improving the moisture resistance, but in a conventional case mold type capacitor, the
本発明はこのような従来の課題を解決し、金属製ケース内にコンデンサ素子を樹脂モールドすることにより、極めて高い耐湿性能を発揮することができるケースモールド型コンデンサを提供することを目的とするものである。 An object of the present invention is to solve such a conventional problem, and to provide a case mold type capacitor capable of exhibiting extremely high moisture resistance performance by resin molding a capacitor element in a metal case. It is.
上記課題を解決するために本発明は、コンデンサ素子の電極部に外部接続用の端子部を設けたバスバーを接続し、これをケース内に収容して少なくとも上記バスバーの端子部を除いて樹脂モールドしたケースモールド型コンデンサにおいて、上記樹脂モールドに用いるモールド樹脂として、無機フィラーを63〜68wt%含有し、かつ、この無機フィラー内に丸型状フィラーを1〜10%含有したエポキシ樹脂を用い、さらに、ケースにアルミニウムを主体とした金属ケースを用いた構成にしたものである。 In order to solve the above problems, the present invention provides a resin mold in which a bus bar provided with a terminal portion for external connection is connected to an electrode portion of a capacitor element, which is accommodated in a case and at least the terminal portion of the bus bar is removed. In the case mold type capacitor, an epoxy resin containing 63 to 68 wt% inorganic filler and 1 to 10% round filler in the inorganic filler is used as the mold resin used for the resin mold. The case uses a metal case mainly made of aluminum.
以上のように本発明によるケースモールド型コンデンサは、ケースにアルミニウムを主体とした金属ケースを用いたことにより耐湿性が飛躍的に向上し、さらに、この金属ケースとの接着強度に優れたモールド樹脂を用いたことにより、ケースとの濡れ性が大きく改善されて接着強度が向上するため、熱衝撃試験においてもモールド樹脂の剥離やクラックの発生がなく、耐湿性のみならず、高い信頼性を発揮することができるという効果が得られるものである。 As described above, the case mold type capacitor according to the present invention uses a metal case mainly made of aluminum for the case, so that the moisture resistance is drastically improved. Furthermore, the mold resin has excellent adhesive strength with the metal case. By using, the wettability with the case is greatly improved and the adhesive strength is improved, so there is no mold resin peeling or cracking even in the thermal shock test, not only moisture resistance but also high reliability The effect that it can do is acquired.
(実施の形態1)
以下、実施の形態1を用いて、本発明の特に請求項1〜4に記載の発明について説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the invention described in the first to fourth aspects of the present invention will be described using the first embodiment.
図1は本発明の実施の形態1によるケースモールド型コンデンサの構成を示した分解斜視図、図2は同A−A線における断面図であり、図1と図2において1はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子1は片面または両面に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを一対の金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向するように巻回し、両端面に夫々電極を設けて構成されたものである。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of a case mold type capacitor according to
2は銅板からなる第1の電極バスバー、2aはこの第1の電極バスバー2の一端に設けられた外部接続用の第1の電極端子であり、この第1の電極バスバー2は上記コンデンサ素子1を複数個密着して並べた状態で各コンデンサ素子1の一方の端面に形成された第1の電極と夫々接合され、また第1の電極端子2aはこのコンデンサ素子1の上方へ引き出され、後述する金属ケース4から表出するようにしているものである。
3は銅板からなる第2の電極バスバー、3aはこの第2の電極バスバー3の一端に設けられた外部接続用の第2の電極端子であり、この第2の電極バスバー3も上記第1の電極バスバー2と同様に、上記コンデンサ素子1を複数個密着して並べた状態で各コンデンサ素子1の他方の端面に形成された第2の電極と夫々接合され、また第2の電極端子3aはこのコンデンサ素子1の上方へ引き出され、後述する金属ケース4から表出するようにしており、これにより、複数個のコンデンサ素子1が連結されているものである。
4はアルミニウム製の金属ケース、5はポリプロピレンフィルム(厚さ200μm)を用いて形成された絶縁シートであり、この絶縁シート5は上記金属ケース4の内面に配設されることにより、金属ケース4とコンデンサ素子1や、これに接合された第1の電極バスバー2または第2の電極バスバー3との短絡を防止するようにしているものである。
4 is a metal case made of aluminum, and 5 is an insulating sheet formed using a polypropylene film (thickness: 200 μm). The
6は上記金属ケース4内に充填されたモールド樹脂であり、このモールド樹脂6は上記第1の電極バスバー2と第2の電極バスバー3により接続された複数個のコンデンサ素子1を第1の電極端子2aと第2の電極端子3aの一部を除いて金属ケース4内に樹脂モールドしているものである。
6 is a mold resin filled in the
また、このモールド樹脂6は(表1)にその詳細を示すように、エポキシ樹脂を主材料とし、これに無機フィラーを68wt%含有し、かつ、この無機フィラー内に丸型状フィラーを10%含有して構成されたものであり、これにより、線膨張係数が25ppm/℃、硬化収縮率が0.96%、金属ケース4を構成するアルミニウムとの接着強度が3MPaの特性を示すものであり、従来品に使用しているモールド樹脂と比較して、線膨張係数と硬化収縮率が大きく低減しているのが分かり、さらに金属ケース4を構成する材料であるアルミニウムとの接着強度も高い値を示すものであることが分かるものである。
Further, as shown in detail in (Table 1), this
また、このように構成された本実施の形態によるケースモールド型コンデンサの耐湿性能を確認するために、90℃85%でDC500V通電をして耐湿通電試験を行った結果を比較例としての従来品(PPS樹脂製のケースを使用したもの)と比較して図3に示す。 In addition, in order to confirm the moisture resistance performance of the case mold type capacitor according to the present embodiment configured as described above, a conventional product as a comparative example is a result of performing a moisture resistance current test by applying a DC 500 V current at 90 ° C. and 85%. FIG. 3 shows a comparison with (using a case made of PPS resin).
図3から明らかなように、本実施の形態によるケースモールド型コンデンサは、金属ケース4を用い、かつ、この金属ケース4との馴染みが良いモールド樹脂6を用いた構成により、耐湿性に優れた効果を発揮するものであり、従来品が2300時間程度で容量減少が5%に到達するのに対し、本実施の形態においては2700時間近く経過しても容量減少の傾向は見られず、極めて高い耐湿性能を発揮していることが分かるものである。
As apparent from FIG. 3, the case mold type capacitor according to the present embodiment is excellent in moisture resistance due to the configuration using the
また、本実施の形態によるケースモールド型コンデンサを、−40℃と90℃の夫々に2時間ずつ保持し、これを1サイクルとして繰り返す熱衝撃試験を行った結果、500サイクル経過してもモールド樹脂6の剥離、クラックの発生は無く、従来品が1サイクルでモールド樹脂の剥離、クラックが発生するのに対して、優れた効果を発揮しているのが分かるものである。 Further, as a result of conducting a thermal shock test in which the case mold type capacitor according to the present embodiment is held at −40 ° C. and 90 ° C. for 2 hours each and this is repeated as one cycle, the mold resin is used even after 500 cycles. No peeling or cracking of 6 occurs, and it can be seen that the conventional product exhibits excellent effects against the peeling and cracking of the mold resin in one cycle.
なお、図4と図5は上記モールド樹脂6を構成するエポキシ樹脂に含まれる無機フィラーの含有量を変化させた場合の線膨張係数、硬化収縮率の変化を夫々示した特性図であり、これらのモールド樹脂を用いて作製したケースモールド型コンデンサの熱衝撃試験(−40℃と90℃の夫々に2時間ずつ保持し、これを1サイクルとして繰り返す)の結果を(表2)に示す。
4 and 5 are characteristic diagrams showing changes in linear expansion coefficient and curing shrinkage when the content of the inorganic filler contained in the epoxy resin constituting the
(表2)から明らかなように、エポキシ樹脂に対する無機フィラーの含有量が53wt%の従来品は、熱衝撃1サイクルでアルミケースとモールド樹脂間で剥離が発生するとともに、第1及び第2の電極端子近傍にクラックが発生して性能への影響が発生するのに対し、本実施の形態によるエポキシ樹脂に対する無機フィラーの含有量が63〜80wt%のものは良好な結果を示し、特に無機フィラーの含有量が68〜75wt%のものは最も良好な結果を示していることから、エポキシ樹脂に対する無機フィラーの含有量は63〜80wt%が良く、さらに好ましくは68〜75wt%であるということが分かる。 As is clear from Table 2, the conventional product having an inorganic filler content of 53 wt% with respect to the epoxy resin peels off between the aluminum case and the mold resin in one cycle of thermal shock, and the first and second While cracks are generated in the vicinity of the electrode terminals and the performance is affected, those having an inorganic filler content of 63 to 80 wt% with respect to the epoxy resin according to the present embodiment show good results, particularly inorganic fillers Since the content of 68 to 75 wt% of the resin shows the best results, the content of the inorganic filler with respect to the epoxy resin is preferably 63 to 80 wt%, more preferably 68 to 75 wt%. I understand.
また、同様に上記エポキシ樹脂に対する無機フィラーの含有量を63〜80wt%とした時の線膨張係数は30〜14ppm/℃、硬化収縮率は1.1〜0.62%となることが分かる。 Similarly, it is understood that the linear expansion coefficient is 30 to 14 ppm / ° C. and the curing shrinkage is 1.1 to 0.62% when the content of the inorganic filler with respect to the epoxy resin is 63 to 80 wt%.
また、図6は上記エポキシ樹脂に対する無機フィラーの含有量を68wt%とした時の無機フィラー内に含まれる丸型状フィラーの含有量を変化させた場合のモールド樹脂の粘度変化を示した特性図であり、(表3)は同モールド樹脂の作業性と表面仕上がり状態を示したものである。 FIG. 6 is a characteristic diagram showing the viscosity change of the mold resin when the content of the round filler contained in the inorganic filler is changed when the content of the inorganic filler with respect to the epoxy resin is 68 wt%. Table 3 shows the workability and surface finish of the mold resin.
(表3)から明らかなように、エポキシ樹脂に含有した無機フィラー内に丸型状フィラーを1%以上含有させることによりモールド樹脂の粘度が急激に低下することが分かり、この粘度低下によってコンデンサ素子の隅々までモールド樹脂が行き渡るようになると共に作業性が向上することが分かるものであり、この丸型状フィラーの含有量は好ましくは10%とすることにより、より大きな効果が得られることが分かるものである。 As is clear from Table 3, it can be seen that the inclusion of 1% or more of the round filler in the inorganic filler contained in the epoxy resin drastically reduces the viscosity of the mold resin. It can be seen that the mold resin spreads to every corner and the workability is improved, and the content of this round filler is preferably 10%, so that a greater effect can be obtained. I understand.
また、(表4)と(表5)は上記エポキシ樹脂に対する無機フィラーの含有量を変化させたモールド樹脂のアルミニウムとの接着強度を3MPaとしたものと、同4MPaとしたものを用いて作製したケースモールド型コンデンサの熱衝撃試験結果を示したものである。 Moreover, (Table 4) and (Table 5) were produced using what set the adhesive strength with aluminum of the mold resin which changed content of the inorganic filler with respect to the said epoxy resin to 3 MPa, and the same 4 MPa. The thermal shock test result of a case mold type capacitor is shown.
(表4)、(表5)から明らかなように、モールド樹脂のアルミニウムとの接着強度は3MPaのものと4MPaのものとは全く同じ結果となり、このことから、モールド樹脂のアルミニウムとの接着強度は3MPa以上であれば問題ないということが分かるものである。 As is clear from (Table 4) and (Table 5), the adhesive strength of the mold resin to aluminum is exactly the same as that of 3 MPa and 4 MPa. From this, the adhesive strength of the mold resin to aluminum is It can be seen that there is no problem if is 3 MPa or more.
このように本実施の形態によるケースモールド型コンデンサは、コンデンサ素子1を収納するケースに金属ケース4を用い、かつ、この金属ケースとの馴染みが良いモールド樹脂6を用いた構成により、モールド樹脂6の線膨張係数と硬化収縮率を大きく低減して、極めて高い耐湿性能を発揮することができるようになるものである。
As described above, the case mold type capacitor according to the present embodiment uses the
(実施の形態2)
以下、実施の形態2を用いて、本発明の特に請求項5に記載の発明について説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the invention according to
本実施の形態は、上記実施の形態1で説明したケースモールド型コンデンサのモールド樹脂の構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態1と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。 In this embodiment, the configuration of the mold resin of the case mold type capacitor described in the first embodiment is partially different, and the other configurations are the same as those in the first embodiment, and thus the same. The same reference numerals are given to the portions, and detailed description thereof is omitted, and only different portions will be described below with reference to the drawings.
図7は本発明の実施の形態2によるケースモールド型コンデンサの構成を示した分解斜視図、図8は同A−A線における断面図であり、図7と図8において7は従来例で説明したケースモールド型コンデンサに使用されているモールド樹脂を示し、このモールド樹脂7は金属ケース4内に収納された複数個のコンデンサ素子1、ならびにこれに接続された第1の電極バスバー2、第2の電極バスバー3を被覆する位置まで注型されているのみである。
FIG. 7 is an exploded perspective view showing the configuration of the case mold type capacitor according to the second embodiment of the present invention, FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 7, and FIG. 7 and FIG. The mold resin used in the case mold type capacitor is shown. The
そして、このモールド樹脂7の上部から金属ケース4の開口部上端までは上記実施の形態1で説明したケースモールド型コンデンサに使用されるモールド樹脂6が注型されており、これによりモールド樹脂が2層構造に注型された構成になっているものである。
The
このように構成された本実施の形態によるケースモールド型コンデンサは、金属ケース4内に注型されたモールド樹脂の下層部が一般的なエポキシ系のモールド樹脂7であっても、金属ケース4の開口部となる上層部に金属ケース4との馴染みが良いモールド樹脂6を用いた構成により、金属ケース4との濡れ性が大きく改善されて接着強度が向上するため、熱衝撃試験においてもモールド樹脂6の剥離やクラックの発生がなく、上記実施の形態1と同様に耐湿性のみならず、高い信頼性を発揮することができるという効果が得られるものである。
The case mold type capacitor according to the present embodiment configured as described above has the
また、モールド樹脂7は、モールド樹脂6よりも無機フィラーの含有量が少ないために粘度が低く、このために金属ケース4内への注型時間を短くすることができるために作業性が優れるという効果があるものである。
Further, the
また、このように構成された本実施の形態によるケースモールド型コンデンサの耐湿性を確認するために、90℃85%でDC500V通電をして耐湿通電試験を行った結果を比較例としての従来品(PPS樹脂製のケースを使用したもの)と比較して図3に示す。 In addition, in order to confirm the moisture resistance of the case mold type capacitor according to the present embodiment configured as described above, a conventional product as a comparative example is a result of performing a moisture resistance current test by applying DC 500V at 90 ° C. and 85%. FIG. 3 shows a comparison with (using a case made of PPS resin).
図3から明らかなように、本実施の形態によるケースモールド型コンデンサは、金属ケース4を用い、かつ、この金属ケース4との馴染みが良いモールド樹脂6を上層部に注型した構成により、耐湿性に優れた効果を発揮するものであり、従来品が2300時間程度で容量減少が5%に到達するのに対し、本実施の形態においては2700時間近く経過しても容量減少の傾向は見られず、極めて高い耐湿性能を発揮していることが分かるものである。
As is apparent from FIG. 3, the case mold type capacitor according to the present embodiment uses a
また、本実施の形態によるケースモールド型コンデンサを、−40℃と90℃の夫々に2時間ずつ保持し、これを1サイクルとして繰り返す熱衝撃試験を行った結果、上記実施の形態1と同様に、500サイクル経過してもモールド樹脂6の剥離、クラックの発生は無く、優れた効果を発揮しているのが分かるものである。
Further, the case mold type capacitor according to the present embodiment was held at −40 ° C. and 90 ° C. for 2 hours each, and a thermal shock test was repeated as one cycle. As a result, the same as in the first embodiment. It can be seen that even after 500 cycles, the
本発明によるケースモールド型コンデンサは、極めて高い耐湿性能を発揮するという効果を有し、特に、高い信頼性が要求される車載用の分野等として有用である。 The case mold type capacitor according to the present invention has an effect of exhibiting extremely high moisture resistance, and is particularly useful as an in-vehicle field where high reliability is required.
1 コンデンサ素子
2 第1の電極バスバー
2a 第1の電極端子
3 第2の電極バスバー
3a 第2の電極端子
4 金属ケース
5 絶縁シート
6、7 モールド樹脂
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