JP4985378B2 - ケースモールド型コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車等に使用され、特に、ハイブリッド自動車のモータ駆動用インバータ回路の平滑用、フィルタ用、スナバ用に最適な金属化フィルムコンデンサをケース内に収容して樹脂モールドしたケースモールド型コンデンサに関するものである。

近年、環境保護の観点から、あらゆる電気機器がインバータ回路で制御され、省エネルギー化、高効率化が進められている。中でも自動車業界においては、電気モータとエンジンで走行するハイブリッド車（以下、ＨＥＶと呼ぶ）が市場導入される等、地球環境に優しく、省エネルギー化、高効率化に関する技術の開発が活発化している。

このようなＨＥＶ用の電気モータは使用電圧領域が数百ボルトと高いため、このような電気モータに関連して使用されるコンデンサとして、高耐電圧で低損失の電気特性を有する金属化フィルムコンデンサが注目されており、更に市場におけるメンテナンスフリー化の要望からも極めて寿命が長い金属化フィルムコンデンサを採用する傾向が目立っている。

そして、このようにＨＥＶ用として用いられる金属化フィルムコンデンサには、使用電圧の高耐電圧化、大電流化、大容量化等が強く要求されるため、バスバーによって並列接続した複数の金属化フィルムコンデンサをケース内に収納し、このケース内にモールド樹脂を注型したケースモールド型コンデンサが開発され、実用化されている。

図４（ａ）、（ｂ）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平面断面図と正面断面図であり、図４において、１１は樹脂製のコンデンサケース、１２はコンデンサ素子を示す。１３ａおよび１３ｂは一体に連なる接続金具で、１３ａはコンデンサケース１１に内蔵される部分、１３ｂはコンデンサケース１１から外部に出ている部分を示す。１４はコンデンサ素子１２を固定するエポキシ樹脂等の充填樹脂、１５は電極部、１６はコンデンサを外部に取り付けるための取り付け脚、１７は充填樹脂１４を注型する注型面を示す。

そして、コンデンサ素子１２は、図示しない金属化フィルムを巻回または積層してなり、電極部１５を端面に設けている。そして接続金具１３ａを電極部１５に接続し、この接続金具１３ｂ（１３ａと一体につながっている）を外部機器等と電気的に接続している。また、コンデンサケース１１は、コンデンサ素子１２全体と、接続金具１３ａを内蔵し、内部に充填樹脂１４を充填させて固定している。なお、図４において、コンデンサケース１１の底部（注型面１７）は、樹脂充填する前は開口面であり、この面を、充填樹脂１４を注型する面としている。さらに、この注型面１７から接続金具１３ｂがコンデンサケース１１から外部に出ている。

また、コンデンサケース１１は、図４に示すように、取り付け脚１６を有しており、外部機器等にビス等で取り付けできるようになっている。コンデンサケース１１は、コンデンサ素子１２を複数個内蔵するためにケース自体が大きく、取り付け脚１６はコンデンサ全体の重量および衝突時の耐用から４箇所設けられ、四方に伸びた形状となっている。

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、充填樹脂１４を注型する注型面１７を取り付け脚１６と同じ側にすると共に、接続金具１３を注型面１７から外部に出すようにすることで、接続金具１３ａ、１３ｂの外部機器等と接続するまでの距離を短くでき、これにより、接続金具１３ａ、１３ｂのインダクタンスを抑えることができるというものであった。

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２００３−３３８４２５号公報

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、コンデンサ素子１２の断面形状が小判形であることから、このようなコンデンサ素子１２を複数個並列してコンデンサケース１１内に収納した場合には、コンデンサ素子１２の小判形の断面の長径×短径で示される長方形の面積（あるいは直方体の体積）に対してコンデンサ素子１２の円弧部においてデッドスペースが発生することになる。

従って、当然ながら、このようなデッドスペースに対しても充填樹脂１４を充填する必要があるため、充填樹脂１４の使用量が多く必要になってコスト高になるばかりでなく、樹脂充填を行う注型作業に時間が掛かり、更には注型された充填樹脂１４を硬化させる時間も長く掛かるために作業や保管のためのスペースが多く必要になり、結果的に作業性や生産性が悪くなるという課題があった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、充填樹脂の使用量を削減することにより作業性と生産性の向上を図ることができる、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。

上記課題を解決するために本発明は、断面が円形または小判形に形成され、両端面に一対の電極が設けられた複数の素子を並列して外部接続用の端子部を一端に設けたバスバーで夫々接続した素子ユニットと、この素子ユニットを内部に収容したケースと、少なくとも上記バスバーの端子部を除いて上記ケース内に収容された素子ユニットをモールドした絶縁性の外装樹脂からなるケースモールド型コンデンサにおいて、上記素子の円弧部の近傍に形成された空隙内に上記外装樹脂以外の材料により構成された充填補助部材を配設して樹脂モールドした構成のものである。

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、並列した複数の素子の各円弧部の近傍に形成された空隙内に充填補助部材を配設した構成により、この充填補助部材の体積分だけモールド樹脂の使用量を削減することができるため、注型作業の時間を短縮することができるばかりでなく、モールド樹脂の硬化時間も短縮することができるようになるため、作業や保管のためのスペースも少なくて済むようになり、その結果、作業性や生産性の向上を図ることができるようになるという効果が得られるものである。

また、充填補助部材として使用する材料を選定することにより、耐湿性能、耐熱性能、放熱性能（耐電流性能）、制振性能等の特性を改良し、信頼性向上を図ることも可能になるという効果も得られるものである。

（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１〜８に記載の発明について説明する。

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正面断面図であり、図１において、１は金属化フィルムコンデンサ（以下、素子１と呼ぶ）を示し、この素子１はポリプロピレンからなる誘電体フィルムの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（図示せず）を一対とし、上記金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向する状態で巻回し、両端面に亜鉛を溶射したメタリコン電極１ａを夫々形成することによってＰ極（図中の手前側）とＮ極（図中の奥側で図示せず）の一対の取り出し電極を設けて構成されたものである。

２はＰ極バスバー、２ａはこのＰ極バスバー２の一端に設けられた外部接続用のＰ極端子、２ｂはこのＰ極バスバー２から枝分かれするように複数箇所に設けられた接合部であり、このＰ極バスバー２は上記素子１を複数個（本実施の形態においては５個であるが、これに限定されるものではない）並列した状態で、素子１の両端面に設けた一対のメタリコン電極１ａに上記接合部２ｂを半田付け（半田付け部２ｃ）することにより接合しているものである。

なお、図示はしないが、図中の奥側にも上記Ｐ極バスバー２と同様に形成されたＮ極バスバーが配置されて同様に接合されているものであり、これにより、複数個の素子１がＰ極バスバー２とＮ極バスバーによって並列接続されている（以下、このようにバスバーによって並列接続された状態のものを便宜上素子ユニットと呼ぶ）ものである。

３は樹脂製（本実施の形態においてはＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）を用いたが、これに限定されるものではない）の上面開放形のケースであり、このケース３内に上記素子ユニットを、一対のメタリコン電極１ａを垂直方向にして収容するようにしているものである。

４は上記素子ユニットの上部側と下部側に夫々配設された充填補助部材であり、この充填補助部材４は上記素子ユニットを構成する各素子１の円弧部が夫々嵌まり込むように片面が波形状に形成されており、本実施の形態においては、この充填補助部材４として、ゼオライト（結晶中に微細孔を持つアルミノ珪酸塩の総称）を選択し、このゼオライトの中で結晶性ゼオライトの一種であるモレキュラーシーブの細孔径が４Åの４Ａタイプを用いたものである。

５は上記ケース３内に充填されたモールド樹脂であり、このモールド樹脂５は上記素子ユニットのＰ極端子２ａと図示しないＮ極端子のみが上面に表出する状態で、素子ユニットならびに上記充填補助部材４をケース３内に収納して樹脂モールドしたものであり、本実施の形態においてはモールド樹脂５としてエポキシ樹脂を用いたものである。

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、素子ユニットを構成する各素子１の円弧部の近傍に形成された空隙内に充填補助部材４を配設した構成により、この充填補助部材４の体積分だけモールド樹脂５の使用量を削減することができるため、ケース３内にモールド樹脂５を充填する注型作業の時間を短縮することができるばかりでなく、モールド樹脂５の硬化時間も短縮することができるようになり、上記注型作業は従来品（充填補助部材４を設けないもの）の約１／２、モールド樹脂５の硬化時間は従来品の約２／３とすることができるものである。

従って、作業や保管のためのスペースも少なくて済むようになり、これにより、作業性や生産性の向上を図ることができるようになるという格別の効果を奏するものである。

また、充填補助部材４として結晶性ゼオライトの一種であるモレキュラーシーブを用いた構成により、外部から浸入する水分をモレキュラーシーブで保持し、素子１への水分到達を遅らせることができるため、耐湿性を向上させることができるという格別の効果も奏するものである。

なお、上記充填補助部材４として使用する材料を選定することにより、耐湿性能、耐熱性能、放熱性能（耐電流性能）、制振性能等の特性を改良し、信頼性向上を図ることも可能になるものであり、より具体的には、耐湿性能の向上を目的とする場合にはシリカゲル、ゼオライト等の吸着剤が適しており、耐熱性能・放熱性能（耐電流性能）の向上を目的とする場合にはシリコーン、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、アルミナ、シリカ等の熱伝導性に優れた絶縁物、耐振動性能の向上を目的とする場合にはゴム、ウレタン、シリコーン等の制振材料を使用することにより、その目的を達成することができるものである。

（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１〜８に記載の発明について説明する。

本実施の形態は、上記実施の形態１で図１を用いて説明したケースモールド型コンデンサの充填補助部材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。

図２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正面断面図であり、図２において、６と７は充填補助部材であり、この充填補助部材６と７は夫々断面が略三角形に形成され、充填補助部材６は素子ユニットの上部側と下部側の各素子１の円弧部間に夫々配設され、充填補助部材７は素子ユニットの上部側の両端と下部側の両端に夫々配設されるようにしたものであり、本実施の形態においては、この充填補助部材６、７として上記実施の形態１と同様にモレキュラーシーブを用いたものである。

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、上記実施の形態１によるケースモールド型コンデンサにより得られる効果に加え、充填補助部材６、７を分割構造にしたことにより、素子１の種類や接続個数が異なるものに対しても共用化を図ることができるため、充填補助部材のコストダウンを図ることができるようになるという格別の効果を奏するものである。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明の特に請求項９に記載の発明について説明する。

本実施の形態は、上記実施の形態１で図１を用いて説明したケースモールド型コンデンサのケース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。

図３は本発明の実施の形態３によるケースモールド型コンデンサの構成を示した正面断面図であり、図３において、８はＰＰＳからなる樹脂製のケースであり、このケース８は底面部が素子ユニットを構成する素子１の円弧部の形状に対応するように波形状に形成されており、この波形状に形成された部分に素子ユニットを構成する素子１の各円弧部が嵌まり込むようにしたものである。

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、上記実施の形態１によるケースモールド型コンデンサにより得られる効果に加え、ケース８の底面部を素子１の円弧部の形状に対応するように波形状にしたことにより、充填補助部材４を素子ユニットの上部側のみに配設すれば良いようになるため、モールド樹脂５と充填補助部材４の使用量を削減してコストダウンを図ることができるようになるという格別の効果を奏するものである。

本発明によるケースモールド型コンデンサは、作業性や生産性の向上を図り、コストダウンや信頼性向上を図ることができるという効果を有し、あらゆる分野のコンデンサとして有用である。

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正面断面図 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正面断面図 本発明の実施の形態３によるケースモールド型コンデンサの構成を示した正面断面図 （ａ）従来のケースモールド型コンデンサの構成を示した平面断面図、（ｂ）同正面断面図

符号の説明

１ 素子
１ａ メタリコン電極
２ Ｐ極バスバー
２ａ Ｐ極端子
２ｂ 接合部
２ｃ 半田付け部
３、８ ケース
４、６、７ 充填補助部材
５ モールド樹脂

Claims (8)

1. 断面が円形または小判形に形成され、両端面に一対の電極が設けられた複数の素子を並列して外部接続用の端子部を一端に設けたバスバーで夫々接続した素子ユニットと、
   この素子ユニットを内部に収容したケースと、
   少なくとも上記バスバーの端子部を除いて上記ケース内に収容された素子ユニットをモールドした絶縁性の外装樹脂からなるケースモールド型コンデンサにおいて、
   上記素子の円弧部の近傍に形成された空隙内に上記外装樹脂以外の材料により構成された充填補助部材を配設して樹脂モールドしたケースモールド型コンデンサ。
2. 素子の円弧部の近傍に形成された空隙内に配設される充填補助部材を、素子ユニットの上部側ならびに下部側に夫々配設した請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
3. 素子の円弧部の近傍に形成された空隙内に配設された充填補助部材が、内部に空洞を有したものである請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
4. 素子の円弧部の近傍に形成された空隙内に配設される充填補助部材として、シリカゲル、ゼオライト等からなる吸着剤を用いた請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
5. 素子の円弧部の近傍に形成された空隙内に配設される充填補助部材として、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素等の熱伝導性に優れた材料を用いた請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
6. 素子の円弧部の近傍に形成された空隙内に配設される充填補助部材として、ゴム、ウレタン、シリコーン等の制振材料を用いた請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
7. 素子の円弧部の近傍に形成された空隙内に配設される充填補助部材として、請求項５〜７に記載の吸着剤、熱伝導性に優れた材料、制振材料の中から選ばれる少なくとも２種類の材料を組み合わせて用いた請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
8. ケースの底面部を素子の円弧部の形状に対応するように波形状にした請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。

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