JP5334783B2 - 金属化フィルムコンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、金属化フィルムを使用した単数または複数のコンデンサ素子を、開口部があるケースに収納し、封口体で封止した金属化フィルムコンデンサに関するものである。

近年、環境への配慮から、省エネルギー化、高効率化に適したインバータ回路が採用されているが、使用電圧が高いことから、コンデンサのなかでもフィルムコンデンサを採用する傾向がある。特に車載等の移動体などの用途では、耐湿性や耐振動性など使用される条件が、広い温度範囲で長期にわたり求められている。

従来、図３に示すように、金属化フィルムを使用したコンデンサ素子を開口部があるケース１に収納し、絶縁樹脂９を充填した金属化フィルムコンデンサは、二枚の金属化フィルムを重ねて巻回、または積層し、電極を引き出すために巻回、または積層した端面に亜鉛などの金属を溶射しメタリコン電極３を施した後、必要に応じて熱処理と呼ばれる温度処理を実施しコンデンサ素子２を製作する。次に、単数または複数の、前記コンデンサ素子２の両端の電極に板状の外部引き出し端子板１６を接続し、樹脂ケース１に収納した後、絶縁樹脂９で充填していた。

このような外部引き出し端子板を使用した金属化フィルムコンデンサの耐久性や耐候性を向上させる技術として、特許文献１には、ケースに充填する絶縁樹脂をエポキシ絶縁樹脂の層状とし、外部引き出し端子板が導出される最も上層の層の線膨張係数が最も小さくなるように無機充填剤を添加などした技術が開示されている。この技術は、エポキシ絶縁樹脂の最も上層の層の線膨張係数を、金属である外部引き出し端子板の線膨張係数により近づけることになり、上層の層の絶縁樹脂にクラックが発生することを防止する技術が開示されている。
また、特許文献２には、上記の上層の層の絶縁樹脂の代わりに、成形した樹脂板を、絶縁樹脂で充填されたケース中に設ける技術が開示されている。充填される絶縁樹脂が、硬化の過程で絶縁樹脂内にピンホールの発生があっても成形した樹脂板の存在により、外気が遮断され、耐湿性が向上する技術が開示されている。

特開２００６−１４７６８７号公報 特開２００１−３３２４４４号公報

しかし、上記の様な無機充填剤を添加などして樹脂組成物の線膨張係数を変える技術は、樹脂組成物が脆くなりやすい。また、成形した樹脂板を、絶縁樹脂で充填されたケース中に設ける技術は、成形した樹脂板がケースや外部端子に直接固定されているわけではない。そのため外部ストレスにより、耐久性や耐候性に問題を生じやすい。

本発明は、ケースに収納した金属化フィルムコンデンサの外部端子部分に発生する不具合を解消し、広い温度範囲の使用条件で耐湿性や耐振動などが長期にわたって安定させることを目的にしている。

本発明は、課題を解決するための手段として、金属化フィルムを使用し両端にメタリコン電極を設けた単数または複数のコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を収容する、上端面に開口部のある有底筒状のケースと、このケースの開口部を封止する、外表面と内表面とを有する封口体と、この封口体の外表面から内表面間を貫通して設けた一対のネジ付きの外部端子と、この外部端子と前記メタリコン電極との間をそれぞれ接続した引き出しタブとを有する金属化フィルムコンデンサであって、前記外部端子には、封口体の外表面から内表面間を貫通する胴部と、封口体の内表面と接する胴部に設けた鍔部と、
封口体の外表面と接するＥリングと、Ｅリングを固定するための胴部に設けた溝部とを設け、前記封口体には、外表面から内表面間を貫通する貫通孔を設け、この貫通孔よりケース内部に絶縁樹脂を注入し、なおかつ貫通孔より外表面に絶縁樹脂をはみ出させた金属化フィルムコンデンサを提案するものである。
また、前記鍔部の外周形は、多角形または非円形である金属化フィルムコンデンサを提案するものである。
また、前記封口体の内表面の前記鍔部と接する部分には、前記外部端子の回転を防止する回転防止機能を設ける金属化フィルムコンデンサを提案するものである。

本発明によれば、ケース付き金属化フィルムコンデンサの外部端子部に発生する不具合を解消し、広い温度範囲の使用条件で熱衝撃や耐振動性を向上させる金属化フィルムコンデンサを提供できる。

本発明に係る金属化フィルムコンデンサの横断面概略図と上面図概略図とを示している。 本発明に係る金属化フィルムコンデンサの、外部端子周辺の封口体部分を示している。 従来の金属化フィルムコンデンサの横断面概略図を示している。

本発明のコンデンサ素子は、ポリエチレンテレフタレートやポリプロピレン等のフィルム表面に、アルミニウムや銅、亜鉛などの金属を蒸着した金属化フィルムや前記金属の箔を重ねて巻回または積層し、両端面に亜鉛、銅、アルミニウムなどの金属を溶射しメタリコン電極を設けた一般的なものである。断面形状は巻回した場合は円形、それをつぶした場合は偏平形、積層したものは四角形となるが、偏平形や四角形の方がその側面が平面となり収納効率、放熱性が向上する。

本発明のメタリコン電極は、一般的にフィルムコンデンサに使用しているものが使用でき、銅、亜鉛、アルミニウム、錫、半田等の金属または合金からなり、溶射によって形成されたものである。場合によっては、電極の表面にメッキを施してもよい。

本発明のケースは、上端面に開口部のある有底筒状の一般的にフィルムコンデンサに使用できる容器で、プラスチックまたは金属により形成することができる。プラスチックであれば、たとえば、ポリエチレンテレフタレート系、ポリブチレンテレフタレート系、ポリカーボネート系、またはポリフェニレンスルフィド系などの樹脂を用いることができる。金属であれば、たとえば、アルミニウム、マグネシウム、鉄、ステンレス、銅またはそれらの合金などを用いることができる。

本発明の封口体は、外表面と内表面と側面を有し、ケースの開口部を封止するもので、ケースの開口部に接着、固着または融着されるものである。ケースの開口端面と開口側面内面のこの直角関係にある二面と両方に接触するのが好ましい。特にケースの開口側面内面との接触面積を大きくするのが好ましい。そのために、封口体の外周端面の面積を増加させるために、封口体の内表面の周辺部に張り出し部を設けるのが好ましい。また、この接続部分には接着剤等を使用するのが、製造容易な点で好ましいが、少なくともこの後ケース内に注入される絶縁樹脂がこの接続部分から流失しない程度にする必要がある。

本発明の外部端子は、外部との接続用の端子で、封口体の外表面から内表面間を貫通する胴部と、封口体の内表面と接する胴部に設けた鍔部と、封口体の外表面と接するＥリングと、Ｅリングを固定するための胴部に設けた溝部とを設けたものである。溝部の溝穴方向は、Ｅリングの板面が封口体の外表面と面接触することができるように設ける。外部とは、ボルトにより接続できるような、外部端子の前記胴部の前記鍔部とは反対側に設けたネジ加工部により接続される。外部端子本体は、鍔部とＥリングとで封口体をはさみこんで固定される。
外部端子本体の材質としてはたとえば、銅、アルミニウム、鉄、ニッケル、ステンレス、燐青銅等の金属または合金からなるもの、表面に錫、半田等をメッキする場合もある。胴部は、直径が１ｍｍから３０ｍｍ程度の円錐形でその大きさは流れる電気量により決定する。鍔部の外周形は、多角形または非円形である。外部端子の軸方向に回転しないようにするためのもので、最終的には注入される絶縁樹脂により鍔部の外周が充填により回転が固定される。一般的には６角形または４角形で、楕円形、波状の円形でもよい。
Ｅリングは、形がＥ形状のリング状のバネ材で、ＪＩＳ Ｇ３３１１で決められた一般的に入手できるものである。外部端子が封口体から抜けないようにするストッパの機能のほか、Ｅリングの形状が、文字Ｅの字体のなかでも太字体となった平板状となっている。この平板状の片面が封口体の外表面と安定的に面接触しているため、外部端子の傾き抑制機能も有している。Ｅリングの材質としてはたとえば、鉄、ニッケル、ステンレス、燐青銅等の金属または合金からなるもの、表面に錫、半田等をメッキする場合もある。

本発明の絶縁樹脂は、コンデンサの絶縁充填材で、一般的にフィルムコンデンサの充填用に使用しているものが使用でき、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などの樹脂にフィラー等を混ぜたものである。フィラーとしては、珪素、チタン、アルミニウム、カルシウム、ジルコニウム、マグネシウム等の水酸化物、酸化物、炭化物、窒化物、これらの複合物などが使用できる。必要があれば、難燃剤、酸化防止剤を添加してもよい。
この絶縁樹脂は、封口体に設けた貫通孔からケース内に注入され、なおかつ貫通孔より外表面にはみ出して、外部端子に設けたＥリングが埋まるように設ける。はみ出した樹脂は、封口体の外表面に設けた、ダム形状の周回体やせき止め溝によりせき止める。封口体と一体化したものが好ましいが別部品でもよい。たとえば、粘着テープをダム形状に周回しておくとか、熱収縮チューブをケース側面外周に設ける場合、外部端子側にはみ出させたりして、はみ出した樹脂をせき止めてもよい。

本発明の引き出しタブは、外部端子とメタリコン電極との間を電気的に接続するものである。金属の箔、薄板、または線など変形可能で、はんだ接続、溶接、圧接可能なものが限定なく使用できる。特に電気的良導体として銅または銅合金が好ましい。また接続部分以外の部分を絶縁物で被覆することもある。

以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る金属化フィルムコンデンサの横断面概略図１（ａ）と、絶縁樹脂を省いた上面図概略図１（ｂ）を示している。図１は、上端面が開放された開口部を有するケース１内にコンデンサ素子２を収納し、封口体によりケース１の開口部を封止している。封口体には、外表面４ａと内表面４ｂとを貫通する一対のネジ付きの外部端子を設け、外部端子が封口体から抜けないようにＥリングを設けた金属化フィルムコンデンサの例を示している。
１は、ケースで、上方に開口部を設けている円柱状容器で、金属またはプラスチックからできている。
２は、コンデンサ素子で、２枚の金属化フィルム、すなわち片面にアルミニウム等を蒸着して金属電極を形成した薄い帯状の絶縁フィルム（通常、ポリエステルフィルム）を２枚重ね合わせて所定の回数巻回し円形の柱状体化ものであり、その両端面に、金属または合金の溶射によって形成されるメタリコン電極３を設けたものである。
４は、封口体で、外表面４ａと内表面４ｂとを有し、ケース１の開口部を封止するもので、ケース１の開口部に接着または固着される。ケース１との接触面積を大きくするように、内表面４ｂの周辺部に張り出し部５を設けている。
また、この封口体４には、この封口体４の外表面４ａと内表面４ｂとを貫通して設けた一対の外部端子６と、外表面と内表面とを貫通する貫通孔７とを設ける。
外部端子６は、封口体４の外表面４ａから内表面４ｂ間を貫通する円柱形の胴部６ａと、封口体４の内表面４ｂと接する胴部６ａに設けた鍔部６ｂと、封口体４の外表面４ａと接するＥリング８と、Ｅリング８を固定するための胴部に設けた溝部６ｃとを設ける。溝部６ｃの溝穴方向は、Ｅリング８の板面が封口体４の外表面４ａと面接触することができるように、胴部６ａの長さ方向に対して垂直方向に設ける。また、胴部６ａの鍔部６ｂと反対側にはネジ６ｄが切ってあり、外部とボルト等により固定接続される。
また、貫通孔７よりケース１内部に絶縁樹脂９を注入し、なおかつ貫通孔７より外表面４ａにはみ出した絶縁樹脂９をせき止めるダム形状の周回体１０を外表面４ａに外部端子６の外側を囲むように設ける。はみ出した絶縁樹脂９は、貫通孔７を埋めるだけではなく、Ｅリング８を埋没させるまで設ける。そのことにより、絶縁樹脂９が外部端子６と封口体とのすき間を埋めるので、外部端子６と封口体４との間の気密性も向上する。また、絶縁樹脂９の量は、周回体９の高さの間にあればよく、ばらつきがある程度あってもよい。
１１は、引き出しタブで、一端はメタリコン電極３に接続し、他端は外部端子６と接続する。

図２は、本発明に係る金属化フィルムコンデンサの、外部端子周辺の封口体部分を示している。
図２（ａ）は外部端子とその周辺の封口体部分を、図２（ｂ）は別の外部端子周辺の封口体部分を示している。６は外部端子、４は封口体で外部端子が差し込まれる周辺部分を示している。図２（ａ）では、外部端子６の鍔部６ｂの外周形が四角形で、封口体４側にもそれと同形の外周形が四角形の鍔部６ｂがはまる、回転防止のへこみ部１２を設けて外部端子６の軸方向の回転を防止している。図２（ｂ）では、この回転を防止するために、封口体４側に、鍔部６ｂの外周片と接触するような回転防止の凸部１３を設けている。
また、回転防止のへこみ部１２の周辺部に凹部１４を、回転防止の凸部１３にはスリット部１５をそれぞれ一箇所以上設け、充填する絶縁樹脂が、外部端子６と差し込まれる封口体４の隙間部分を充填しやすくすることができる。

１…ケース、２…コンデンサ素子、３…メタリコン電極、４…封口体、４ａ外表面、４ｂ…内表面、５…張り出し部、６…外部端子、６ａ…胴部、６ｂ…鍔部、６ｃ…溝部、６ｄ…ネジ、７…貫通孔、８…Ｅリング、９…絶縁樹脂、１０…ダム形状の周回体、１１…引き出しタブ、１２…回転防止のへこみ部、１３…回転防止の凸部、１４…凹部、１５…スリット部、１６…外部引き出し端子板

Claims (3)

1. 金属化フィルムを使用し両端にメタリコン電極を設けた単数または複数のコンデンサ素子と、
   このコンデンサ素子を収容する、上端面に開口部のある有底筒状のケースと、
   このケースの開口部を封止する、外表面と内表面とを有する封口体と、
   この封口体の外表面から内表面間を貫通して設けた一対のネジ付きの外部端子と、
   この外部端子と前記メタリコン電極との間をそれぞれ接続した引き出しタブとを有する金属化フィルムコンデンサであって、
   前記外部端子には、封口体の外表面から内表面間を貫通する胴部と、
   封口体の内表面と接する胴部に設けた鍔部と、
   封口体の外表面と接するＥリングと、
   Ｅリングを固定するための胴部に設けた溝部とを設け、
   前記封口体には、外表面から内表面間を貫通する貫通孔を設け、この貫通孔よりケース内部に絶縁樹脂を注入し、なおかつ貫通孔より外表面に絶縁樹脂をはみ出させた金属化フィルムコンデンサ。
2. 請求項１において、前記鍔部の外周形は、多角形または非円形である金属化フィルムコンデンサ。
3. 請求項１または２において、前記封口体の内表面の前記鍔部と接する部分には、前記外部端子の回転を防止する回転防止機能を設ける金属化フィルムコンデンサ。

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