JP5945710B2 - キャパシタモジュール - Google Patents

Description

本発明は、キャパシタを配線基板に取り付けたキャパシタモジュールに関する。

近年、環境への配慮や燃費向上のために電気自動車やハイブリッド自動車等の車両が市販されている。このような車両は使用中にスタータが駆動すると断続的に大電流を消費するため一時的にバッテリの電圧が下がる。その結果、オーディオやカーナビゲーション、車両制御システムの電子制御部等の他の負荷への供給電圧も下がり、その動作が不安定になる可能性があった。

これらに対し、一時的なバッテリの電圧低下時に負荷に十分な電力を供給するための補助電源として、キャパシタを用いたキャパシタモジュールが知られている。

図１１は従来のキャパシタモジュールのホルダーの挟持を示す上方斜視図である。

従来のキャパシタモジュールは、下ホルダー５０１と上ホルダー５０２とにより複数のキャパシタ５０３が上下方向に挟持されているものである。下ホルダー５０１の収納部によりキャパシタ５０３の胴部が保持され、このキャパシタ５０３の胴部は上ホルダー５０２の収納部の圧着部により上方から押えている。

キャパシタ５０３のリード線５０４は下ホルダー５０１と上ホルダー５０２との側面から引き出されてＬ字状に折り曲げられ、リード線５０４の端部が配線基板５０５に半田付けされている。

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に示すものが知られている。

特開２００９−２５３００９号公報

しかしながら、このような従来のキャパシタモジュールは、組み立ての際に下ホルダー、上ホルダーにキャパシタを収納し易くするため、キャパシタの胴部と下ホルダー、上ホルダーの収納部とに隙間を設けている。このような隙間があるため車両の振動によってキャパシタの胴部が振動し、リード線の半田付け部近傍のリード線が破断したり半田付け部が破損したりする課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決し、組立作業性に優れ耐振性を向上できるキャパシタモジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、キャパシタ本体と前記キャパシタ本体の一端から軸方向に突出するリード線とを有するキャパシタと、前記キャパシタ本体を収納するホルダーと、前記ホルダーが基板面に固定された配線基板と、を備え、前記リード線は前記基板面に向かって折り曲げられ、前記配線基板に接続される脚部を有するキャパシタモジュールにおいて、前記ホルダーに第１の挟持部と第２の挟持部が設けられ、第２の挟持部は前記リード線の脚部を前記キャパシタ本体側に向かって付勢し、第１、第２の挟持部が前記リード線の前記脚部の一部を前記軸方向に挟持するキャパシタモジュールである。

以上のように本発明によれば、第１、第２の挟持部によりリード線の脚部をキャパシタ本体側に向かって付勢し脚部の一部を軸方向に挟持することにより、リード線の脚部の振動を抑制しリード線の半田付け部付近の破損を防止でき耐振性を向上でき、さらに良好な組立作業性を確保しつつ組立時のキャパシタの損傷を抑制できる効果を奏するものである。

本発明の実施の形態１におけるキャパシタモジュールのホルダーによる挟持を示す上方斜視図 本発明の実施の形態１におけるキャパシタモジュールの分解斜視図 図１におけるキャパシタモジュールのリード線の挟持を示すＡ−Ａ側面断面図 本発明の実施の形態１における下ホルダーにキャパシタを収納した状態を示す上方斜視図 本発明の実施の形態１における下ホルダーの上方斜視図 本発明の実施の形態１における下ホルダーの下方斜視図 本発明の実施の形態１における上ホルダーの上方斜視図 本発明の実施の形態１における上ホルダーの下方斜視図 本発明の実施の形態１におけるリード線を折り曲げたキャパシタの斜視図 本発明の実施の形態２におけるリード線の挟持を示す側面断面図 従来のキャパシタモジュールのホルダーの挟持を示す上方斜視図

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１のキャパシタモジュールについて説明する。

図１は本発明の実施の形態１におけるキャパシタモジュールのホルダーによる挟持を示す上方斜視図、図２は同キャパシタモジュールの分解斜視図である。

図２に示すようにキャパシタモジュール１０は、絶縁性樹脂の外装ケース４００、４０２内に電気的に接続された複数のキャパシタを備え、コネクタ３０４を介し外部電源の電力を複数のキャパシタ１１に蓄電し、蓄電された電力をコネクタ３０４から外部の負荷等に供給するものである。配線基板３００には複数のキャパシタ１１の充放電を制御する制御回路を備えている。なおキャパシタ１１は単数でもよい。

キャパシタ１１は、電気二重層キャパシタ、電解キャパシタ、電気化学キャパシタ等を用いることができる。

実施の形態１では、図１に示すようにキャパシタモジュール１０は６個の電気二重層キャパシタが並列に配置され、配線基板３００の配線により電気的に直列接続される構成としている。

図９は、本発明の実施の形態１におけるリード線を折り曲げたキャパシタの斜視図である。

図９に示すように１対の丸棒のリード線２１がキャパシタ本体１２の一方端から軸方向に突出されている。ここでキャパシタ本体１２の長手方向を軸方向とした。

電気二重層キャパシタでは、箔状の集電体を有する正電極、負電極を用いたもので、リード線２１が集電体に接合され、正電極、負電極がセパレータを介して巻回されたキャパシタ素子を有している。

キャパシタ本体１２には、有底筒状の金属ケース１３の開放端において絞り加工によりゴム弾性の封口体１４で封口されて、キャパシタ素子と電解液とが金属ケース１３に収納されている。さらに封口体１４の貫通孔に１対のリード線２１が挿通されている。

リード線２１は、キャパシタ本体１２から軸方向に突出する突出部２２と、屈曲部２３で折り曲げられた脚部２４とを有し、Ｌ字状に形成されている。

リード線２１の突出部２２と脚部２４との間にリード線２１に他の加工を施しても良く、例えば、真直ぐに突出してから軸方向に対しＶ字状に水平に広がるように加工してもよく、又は僅かに下方に傾斜する加工をしてもよい。

なおキャパシタ本体１２は、円筒型形状の他に扁平型、角型としてもよい。

図３は図１におけるキャパシタモジュールのリード線の挟持を示すＡ−Ａ側面断面図である。

図３に示すようにキャパシタモジュール１０に取り付けられたキャパシタ１１において、リード線２１の突出部２２は、円形開口４０を貫通して真直ぐに略水平に導出され、リード線２１の脚部２４は、基板面３０２に対し略垂直となるように基板面３０２に向かって折り曲げられ配線基板３００に接続している。

配線基板３００との接続は、リード線２１が折り曲げられた脚部２４を設けたキャパシタ１１を準備し、次に配線基板３００に取り付けた下ホルダー３２の第１の収納部１１０にキャパシタ本体１２を収納しつつ、リード線２１を配線基板３００のスルホールに挿通した後、リード線２１を配線基板３００に半田付けして行われる。

次に下ホルダー、上ホルダーについて説明する。

図４は本発明の実施の形態１における下ホルダーにキャパシタを収納した状態を示す上方斜視図、図５、図６は同下ホルダーの上方斜視図、下方斜視図、図７、図８は同上ホルダーの上方斜視図、下方斜視図である。

下ホルダー３２、上ホルダー３４は絶縁性樹脂で構成され、樹脂成形により下ホルダー３２、上ホルダー３４の各構成部分が一体に形成されている。

図５に示すように下ホルダー３２は、キャパシタ本体１２を横置きに収納する第１の収納部１１０を有している。図８に示すように上ホルダー３４は、上方から付勢することによりキャパシタ本体１２を横押圧する押圧部２３２を設けた第２の収納部２１０を有している。

図５、図８に示すように第１の収納部１１０、第２の収納部２１０は半円筒状であり、第１の収納部１１０、第２の収納部２１０は複数個が軸方向に対し直角方向に並設されている。

第１の収納部１１０、第２の収納部２１０はＵ字部１１２、２１２と側部１１６、１１８、２１６、２１８とを有している。Ｕ字部１１２、２１２の内面は軸方向に垂直な断面において半円状に形成され、側部１１６、１１８、２１６、２１８はＵ字部１１２、２１２の両端に軸方向に垂直に設けられ、側部１１６、１１８、２１６、２１８の内面は半円環状の平板に形成されている。

上ホルダー３４と下ホルダー３２とを嵌め合わせると、図３に示すように半円環状の側部１１６、２１６により軸方向の側面に円形開口４０が形成される。同様に半円環状の側部１１８、２１８により軸方向の他方の側面に円形開口が形成されている。

図７に示すように第２の収納部２１０の押圧部２３２は、Ｕ字部２１２の周面の一部に円弧の帯状に設けられ、Ｕ字部２１２の頂点に対し対向する１個又は複数個の対に設けられる。

補強部２１４は、側部２１６、２１８間を三等分するようにキャパシタ本体１２の並設方向に２箇所設けられ、第２の収納部２１０の押圧部２３２は一方の補強部２１４に近接して配設されている。

図８に示すように押圧部２３２の先端側にはＵ字部２１２の内側に突出した凸部２３４を有し、キャパシタ本体１２と当接している。

この押圧部２３２により、第１の収納部１１０と第２の収納部２１０はキャパシタ本体１２を上下方向に挟持し、キャパシタ本体１２は軸方向が配線基板３００の基板面３０２に略平行となるよう保持されている。

この挟持する部分以外は、キャパシタ本体１２の収納作業性を良好にするため、キャパシタ本体１２と第１の収納部１１０、第２の収納部２１０とに隙間を設け、この隙間は、側部１１６、１１８、２１６、２１８とキャパシタ本体１２との隙間が、Ｕ字部１１２、２１２とキャパシタ本体１２との隙間より大きくなるように構成されている。

下ホルダー３２には第１の挟持部３６が設けられ、上ホルダー３４には第２の挟持部３８が設けられている。

図１、図３に示すように第１の挟持部３６と第２の挟持部３８とにより１対のリード線２１の脚部２４の一部を軸方向に挟持している。第１の挟持部３６の当接部と第２の挟持部３８の当接部は、リード線２１の軸芯に対し対向して同じ位置に設けられている。

このように脚部２４をキャパシタ本体１２側に向かって付勢し脚部２４の一部を軸方向に挟持することにより、リード線２１の脚部２４の軸方向の振動が抑制され、リード線２１の半田付け部３０６付近の破損を防止できる。

また組立バラツキによってリード線２１の脚部２４が変形しても、脚部２４の変形は突出部２２に比較しキャパシタ本体１２へのストレスの影響が小さいため、良好な組立作業性を確保しつつ組立時のキャパシタ１１の損傷を抑制することができる。

図３、図５に示すように下ホルダー３２の第１の挟持部３６は、第１の収納部１１０の一方の側部１１６の外面に設けられ、円形開口４０の下半円側の下方と左方と右方を基点として外側に張り出して、円形開口４０の下半円側を遮るように側部１１６の外面に対し平行に横設された支持部１０２を有し、第１の挟持部３６は支持部１０２の端部を上に向けて断面Ｌ字状に設けられている。

第１の挟持部３６の支持部１０２はリード線２１の屈曲部２３より下方に設けられ、支持部１０２の平坦部１０４は基板面３０２に対し垂直に設けられ１対のリード線２１と当接している。

第１の挟持部３６は、脚部２４を支持しリード線２１の配設位置を定めるために固定状態に設けられている。ここで固定状態は第２の挟持部３８の付勢により弾性変形しないように構成したものである。

さらに第１の挟持部３６は、キャパシタ１１の並列配置に対応して下ホルダー３２の側部１１６の外面に沿って直線状に連なって一体に設けられている。

他方、図７、図８に示すように上ホルダー３４の第２の挟持部３８は、第２の収納部２１０の一方の側部２１６の外面に設けられ、円形開口４０の上半側の右方と左方を基点として外側に張り出して、下方に延びた１対の平板状のアーム２０２と、１対のアーム２０２の下端で懸架されアーム２０２間に横設された平板状の橋架部２０４とを有している。

図３に示すように第２の挟持部３８は、橋架部２０４の端部を下に向けて、橋架部２０４が円形開口４０の下半分側を遮るように設けられ、断面Ｌ字状に設けられている。

１対のアーム２０２は外側に張り出した部分を支点として外側向けて弾性変形している。

橋架部２０４にはリード線２１の脚部２４と当接する凸押部２０６がキャパシタ本体１２側に設けられ、凸押部２０６は、アーム２０２が弾性変形して生じる復元力によりリード線２１を付勢する構成としている。

１対のアーム２０２を弾性変形させるために、弾性変形していないフリー状態では、一対のアーム２０２は垂直に下方に延び、凸押部２０６の先端はリード線２１が導出される箇所に配置されるように構成される。

具体的な構成として、フリー状態の凸押部２０６の先端と支持部１０２の平坦部１０４間の間隔をリード線２１の直径Ｒの０．３〜０．８倍に設けている。またフリー状態の凸押部２０６の先端と基板面３０２間の間隔は、リード線２１の突出部２２と基板面３０２との間隔Ｌの０．５〜０．７倍の高さに設けている。このような間隔に設けることにより、付勢力を最適に調整することができると共に弾性変形によるアーム２０２の破損を防止することができる。

このように第２の挟持部３８は、１対のアーム２０２と橋架部２０４により開口を有した半枠状に設けられている。この第２の挟持部３８の開口により、凸押部２０６とリード線２１との当接状態及びキャパシタ１１の封口体１４の膨れ状態を視認することができる。

さらに第２の挟持部３８の１対のアーム２０２はキャパシタ１１毎に設けられ、隣接するアーム２０２同士が連結されている。そして、第２の挟持部３８は、複数のキャパシタ１１の並列配置に対応して上ホルダー３４の側部２１６の外面に沿って半梯子状に連なって一体に設けられている。

図１では、１対のアーム２０２は３つのキャパシタ１１毎に連結されているが、連結させずに１つのキャパシタ１１毎に設けてもよい。

前述したように、下ホルダー３２の第１の挟持部３６は外側に張り出して固定状態に設けられた支持部１０２を有し、上ホルダー３４の第２の挟持部３８は外側に張り出して１対の弾性変形するアーム２０２間で懸架された橋架部２０４を有しリード線２１の脚部２４をキャパシタ本体１２側に向かって付勢するように構成される。この構成によりリード線２１の脚部２４を挟持するための押圧力の調整が容易になる。そのため耐振性を向上できると共に、下ホルダー３２と上ホルダー３４との嵌め合わせをする際に、第１の挟持部３６と第２の挟持部３８との挟持力の反力を調整できるので嵌め合わせ易くなり、組立作業性に優れ耐振性の向上ができるキャパシタモジュールとすることができる。

下ホルダー３２、上ホルダー３４には、複数個の下係合部、上係合部が設けられている。

図５に示すように下ホルダー３２の下係合部１２０、１２２、１２４は上向きに設けられたロック爪であり、軸方向の両側面には１対の下係合部１２０、１２２と、軸方向と垂直方向の両側面の端側には２対の他の下係合部１２４が設けられている。

図７に示すように上ホルダー３４の上係合部２２０、２２２、２２４は、下ホルダー３２の下係合部１２０、１２２、１２４と対応するようにロック爪を係止する平坦な係止部である。更に係止部の両側には、ロック爪が平坦上での摺動を制限する制止部２２８を設けて、制止部２２８間方向で所定幅、摺動可能としている。このように摺動可能とすることにより、上係合部２２０、２２２、２２４と下係合部１２０、１２２、１２４を係合させていく際に、第１の挟持部３６と第２の挟持部３８の反力を吸収でき、良好な組立作業性を得ることができる。

さらに、図５に示すように下ホルダー３２には軸方向の両側面に設けた１対の下係合部１２０、１２２間に下挿嵌部１２６が設けられ、下挿嵌部１２６は先端が円錐形の案内部と底部が円柱形の位置決め部とした凸形状に設けられている。

図８に示すように上ホルダー３４には下挿嵌部１２６に対応するように上係合部２２０、２２２間に上挿嵌部２２６が設けられている。

上挿嵌部２２６は内面が円柱状の凹形状に設けられ、下挿嵌部１２６の凸形状が上挿嵌部２２６の凹形状に嵌まり込んでいる。これにより第２の挟持部３８がリード線２１を付勢する反力により、リード線２１側と反対側にある下係合部１２２と上係合部２２２が離れようとすると、下挿嵌部１２６の位置決め部の外周面が上挿嵌部２２６の内周面に当接し、下係合部１２２と上係合部２２２が外れてしまうことを防止することができる。

更に、下挿嵌部１２６、上挿嵌部２２６は、夫々下係合部１２０、１２２間、上係合部２２０、２２２間の中央よりリード線２１側に設けたことにより、第１の挟持部３６の当接部と下挿嵌部１２６間、及び第２の挟持部３８の当接部と上挿嵌部２２６間の間隔精度を上げることができ、リード線２１に対する付勢力を安定にすることができる。

図７では、上挿嵌部２２６は、リード線２１側の補強部２１４に対し上ホルダー３４の押圧部２３２とは反対側に隣接して、押圧部２３２を避けて設けられている。

さらに、下ホルダー３２と上ホルダー３４には、夫々下ネジ穴１３０、上ネジ穴２３０が設けられ、下ネジ穴１３０は第１の挟持部３６とは反対側にある側部１１８側にある下係合部１２４に近接して設けられている。

図２に示すように下ネジ穴１３０と上ネジ穴２３０は、下側の外装ケース４００のネジ止め部４０４と共に重ね合わせてネジ４０６でネジ止めすることにより、下ホルダー３２と上ホルダー３４とが強固に固定され、下ホルダー３２と上ホルダー３４との嵌め合わせが完了する。

更に、図６に示すように下ホルダー３２には、配線基板３００に固定するために下向きに基板ロック爪１３２が設けられ、基板ロック爪１３２は配線基板３００に設けられた長方形状の貫通穴と係合される。また凸形状の基板挿嵌部１３４は、配線基板３００に設けられた円形の貫通穴に嵌め込まれ、配線基板３００に対する下ホルダー３２の位置決めをする。

また下ホルダー３２には、下側の外装ケース４００との間隔を所定に保持するために外装ケース４００に設けたボスに嵌まり込むケース挿嵌部１３６が設けられている。

以上のように、実施の形態１のキャパシタモジュール１０は、上ホルダー３４と下ホルダー３２とを嵌め合わせると同時にリード線２１を挟持するため、組立作業の簡素化ができ組立作業性に優れている。

（実施の形態２）
実施の形態１と異なる構成以外は、実施の形態１と同一符号を付与し説明を省略する。

図１０に示すように、リード線２１ａの脚部２４ａは基板面３０２に向かって下方となるに従いキャパシタ本体１２から離れるように斜めに導出されている。

このリード線２１ａの導出状態に対し、第１の挟持部３６の支持部１０２の上端のエッジにてリード線２１ａに当接して支持し、第２の挟持部３８の凸押部２０６が第１の挟持部３６の当接部より下方においてリード線２１ａの脚部２４ａに当接している。

このように第１の挟持部３６の当接部と第２の挟持部３８の当接部はリード線２１ａの軸芯に対し異なる位置に設けることにより、耐振性を更に高めることができる。

リード線２１ａの導出状態は、配線基板３００との接続部と第１の挟持部３６の当接部を結ぶ線の角度φが基板面３０２に対し７５度〜８５度が好ましい。

本発明のキャパシタモジュールは、組立作業性に優れ耐振性を向上できる効果を有し、キャパシタを配線基板に取り付けたコンデンサモジュールに有用である。

１０ キャパシタモジュール
１１ キャパシタ
１２ キャパシタ本体
２１、２１ａ リード線
２２ 突出部
２３ 屈曲部
２４、２４ａ 脚部
３２ 下ホルダー
３４ 上ホルダー
３６ 第１の挟持部
３８ 第２の挟持部
４０ 円形開口
１０２ 支持部
１０４ 平坦部
１１０ 第１の収納部
１１２ Ｕ字部
１１６、１１８ 側部
１２０、１２２、１２４ 下係合部
１２６ 下挿嵌部
２０２ アーム
２０４ 橋架部
２０６ 凸押部
２１０ 第２の収納部
２１２ Ｕ字部
２１６、２１８ 側部
２２０、２２２、２２４ 上係合部
２２６ 上挿嵌部
３００ 配線基板
３０２ 基板面
３０６ 半田付け部

Claims (3)

1. キャパシタ本体と前記キャパシタ本体の一端から軸方向に突出するリード線とを有するキャパシタと、
   前記キャパシタ本体を保持するホルダーと、
   前記ホルダーが基板面に固定された配線基板と、を備え、
   前記リード線は前記基板面に向かって折り曲げられ前記配線基板に接続される脚部を有するキャパシタモジュールにおいて、
   前記ホルダーに第１の挟持部と第２の挟持部が設けられ、第２の挟持部は前記リード線の脚部を前記キャパシタ本体側に向かって付勢し、第１、第２の挟持部が前記リード線の前記脚部の一部を前記軸方向に挟持し、
   前記ホルダーは、
   前記キャパシタ本体を横押圧する上ホルダーと
   前記キャパシタ本体を横置き収納する下ホルダーから構成され、
   前記下ホルダーに第１の挟持部が設けられ、前記上ホルダーに第２の挟持部が設けられ、
   前記下ホルダーの第１の挟持部は外側に張り出して固定状態に設けられた支持部を有し、
   前記上ホルダーの第２の挟持部は外側に張り出して１対の弾性変形するアーム間で懸架された橋架部を有するキャパシタモジュール。
2. 前記下ホルダー、前記上ホルダーの軸方向の両側面に夫々設けられた１対の下係合部と１対の上係合部と、
   前記下係合部間、前記上係合部間の中央より前記リード線側に夫々前記下ホルダー、前記上ホルダーに設けられ、前記リード線と反対側の下係合部と上係合部の外れを防止する下挿嵌部と上挿嵌部と、
   を備えた請求項１に記載のキャパシタモジュール。
3. リード線の脚部は基板面に向かって下方となるに従いキャパシタ本体から離れるように斜めに導出され、前記上ホルダーの第２の挟持部の当接部は、前記下ホルダーの第１の挟持部の当接部より下方に設けられた請求項１に記載のキャパシタモジュール。

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