JP6122641B2

JP6122641B2 - ケース外装型コンデンサ

Info

Publication number: JP6122641B2
Application number: JP2013001209A
Authority: JP
Inventors: 光晴丸山
Original assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2013-01-08
Filing date: 2013-01-08
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2033-01-08
Also published as: JP2014135327A

Description

この発明は、両端面にメタリコン電極が形成された複数のコンデンサ素子と、上記コンデンサ素子を収納する外装ケースと、上記複数のコンデンサ素子の一方のメタリコン電極同士及び他方のメタリコン電極同士を接続する一対の共通端子と、上記外装ケース内に充填されて外装ケースの開口面を封止する樹脂を備えて成るケース外装型コンデンサに関する。

高調波フィルタ用やインバータ回路の平滑用等に用いられる大型コンデンサにおいて、単体（１個）のコンデンサでは要求される大容量が得られない場合がある。
そこで従来より、両端面にメタリコン電極が形成された複数のコンデンサ素子を外装ケース内に収納すると共に、複数のコンデンサ素子の一方のメタリコン電極同士及び他方のメタリコン電極同士を一対の共通端子で接続し、さらに、上記外装ケース内に樹脂を充填して外装ケースの開口面を封止した構造のケース外装型コンデンサが用いられている（例えば、特開２００４−１８６６４０号公報参照）。

斯かる構造のケース外装型コンデンサは、複数のコンデンサ素子の一方のメタリコン電極同士及び他方のメタリコン電極同士を一対の共通端子で接続したことにより、複数のコンデンサ素子が並列接続されるので、複数のコンデンサ素子の容量が総和された大容量のコンデンサを実現することができるものである。
また、複数のコンデンサ素子は外装ケース内に収納されると共に、樹脂を充填して外装ケースの開口面を封止しているので、単一のコンデンサとして取扱いが容易である。

特開２００４−１８６６４０号公報

ところで、高調波フィルタ用やインバータ回路の平滑用等に用いられる大型コンデンサにおいては、各コンデンサ素子に大電流が印可されるためコンデンサ素子内部での自己発熱が非常に大きく、斯かる自己発熱によって静電容量の変動等といったコンデンサの特性劣化を生じていた。

尚、上記構造のケース外装型コンデンサは、外装ケース内に樹脂を充填することにより、コンデンサ素子の発熱を樹脂を介して外部へ放熱できるようになっているが、十分な放熱性能が得られていなかった。

この発明は、従来の上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コンデンサ素子の自己発熱に起因する特性劣化を防止することができるケース外装型コンデンサを実現することにある。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載のケース外装型コンデンサは、
両端面にメタリコン電極が形成された複数のコンデンサ素子を外装ケース内に収納すると共に、複数のコンデンサ素子の一方のメタリコン電極同士及び他方のメタリコン電極同士を一対の共通端子で接続し、さらに、上記外装ケース内に樹脂を充填して外装ケースの開口面を封止すると共に、上記共通端子の外部接続部を外装ケース外に導出して成るケース外装型コンデンサであって、
上記共通端子に複数の孔及び該孔内に突出する突起部を形成し、各コンデンサ素子のメタリコン電極と、上記共通端子の複数の突起部とを接続して成り、また、
上記共通端子の孔と対応する複数の孔を有する第１の放熱シートを、上記コンデンサ素子のメタリコン電極と共通端子との間に、共通端子の孔及び突起部が露出するよう配置し、さらに、
上記共通端子の外面にヒートシンクを取付けると共に、該ヒートシンクの先端を外装ケース外に導出したことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載のケース外装型コンデンサは、請求項１に記載のケース外装型コンデンサにおいて、
上記共通端子とヒートシンクとの間に、上記共通端子の孔と対応する複数の孔を有する第２の放熱シートを配置したことを特徴とする。

本発明の請求項３に記載のケース外装型コンデンサは、請求項１又は２に記載のケース外装型コンデンサにおいて、
上記第１の放熱シート及び第２の放熱シートは、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする。

本発明のケース外装型コンデンサは、コンデンサ素子のメタリコン電極と共通端子との間に、第１の放熱シートを配置すると共に、上記共通端子の外面にヒートシンクを取付けたことにより、大電流が印可されて発生するコンデンサ素子の発熱を、コンデンサ素子→メタリコン電極→第１の放熱シート→共通端子→ヒートシンクの経路で効率良く放熱することができるので、コンデンサ素子の自己発熱に起因する特性劣化を効果的に防止することができる。

図１〜図４は、本発明に係る第１のケース外装型コンデンサ10を示すものであり、図１は斜視図、図２は平面図、図３は樹脂充填前の状態を示す斜視図、図４は樹脂充填前の状態を示す平面図である。
図１〜図４に示す通り、本発明に係る第１のケース外装型コンデンサ10は、５個のコンデンサ素子12と、上記５個のコンデンサ素子12を収納する略直方体形状の樹脂等より成る外装ケース14と、一対の共通端子16と、上記外装ケース14内に充填され、外装ケース14の開口面を封止する樹脂18を備えている。

上記コンデンサ素子12は、巻回型のコンデンサ素子12の場合、図５に示すように、厚さ数μｍのポリプロピレンやポリエステル等より成る誘電体フィルム20の表面に、一側辺に沿ってマージン部22が形成されるように金属膜24を蒸着して成る一対の金属化フィルム26をそれぞれのマージン部22が反対側に配されるように積層後、図示しない巻取機によって巻回して終端部を止着し、これに加熱及び加圧処理を施して図６に示す扁平体28を形成した後、該扁平体28の両端面に丹銅等の金属材料を溶射してメタリコン電極30を形成して成る。
上記金属膜24は、例えば、亜鉛−アルミニウム合金、アルミニウム、亜鉛等で構成され、10nm〜80nmの厚さで蒸着されている。

また、図示は省略するが、上記コンデンサ素子12が、積層型のコンデンサ素子12の場合には、一側辺に沿ってマージン部が残されるように、誘電体フィルムの表面に電極膜を蒸着して成る複数枚の金属化フィルムを、それぞれのマージン部が反対側に配されるように交互に積層後、加熱及び加圧処理を施して扁平体を形成した後、該扁平体の両端面に丹銅等の金属材料を溶射してメタリコン電極を形成して成る。

図７〜図１６は、上記５個のコンデンサ素子12の一方のメタリコン電極30同士、他方のメタリコン電極30同士を接続する共通端子16を示すものであり、図７は正面斜視図、図８は背面斜視図、図９は正面図、図１０は背面図、図１１は右側面図、図１２は左側面図、図１３は平面図、図１４は底面図、図１５は図９のＡ−Ａ’断面図、図１６は図９のＢ−Ｂ’断面図である。
本発明の共通端子16は銅等より成る導電板31で構成されており、該導電板31に、上記５個のコンデンサ素子12のメタリコン電極30との半田接続を行うための多数の略矩形状の孔32と、該孔32内に突出する舌片状の突起部34が形成されている。本実施形態においては、合計３０個の孔32及び突起部34が形成されており、各コンデンサ素子12のメタリコン電極30と共通端子16とは６箇所において半田接続されるものである。

また、上記共通端子16の一端には、導電板31を直角に折り曲げると共に、上方に延設した後、外方へ向けて直角に折り曲げて形成した外部接続部36が一体的に設けられており、該外部接続部36に他の電子機器等が接続されるものである。

以下において、第１のケース外装型コンデンサ10の製造方法について説明する。
先ず、各コンデンサ素子12の一方のメタリコン電極30上に、上記共通端子16の６個の孔32及び突起部34を配置し（図１７）、メタリコン電極30と突起部34とを半田38を介して接続する（図１８）。同様に、各コンデンサ素子12の他方のメタリコン電極30と、共通端子16の突起部34も半田38を介して接続する。この結果、５個のコンデンサ素子12の一方のメタリコン電極30同士及び他方のメタリコン電極30同士が、一対の共通端子16で接続される。

次に、図１９に示すように、コンデンサ素子12及び共通端子16を、開口面から外装ケース14内に収納していく。この際、コンデンサ素子12両端面のメタリコン電極30が、外装ケース14の開口面に対して直交するように、外装ケース14内に収納する（図３、図４及び図２０参照）。
最後に、外装ケース14内に樹脂18を充填して外装ケース14の開口面を封止することにより、図１及び図２に示す第１のケース外装型コンデンサ10が完成する。
尚、上記共通端子16の一端に形成された外部接続部36は、外装ケース14外に導出されている。

図３、図４及び図２０に示すように、本発明の第１のケース外装型コンデンサ10にあっては、コンデンサ素子12両端面のメタリコン電極30が、外装ケース14の開口面に対して直交するよう配置しており、その理由は以下の通りである。

すなわち、高調波フィルタ用やインバータ回路の平滑用等に用いられる第１のケース外装型コンデンサ10においては、大電流が印可されることによるコンデンサ素子12内部の自己発熱が非常に大きいことから、外装ケース14内に樹脂18を隙間無く充填し、コンデンサ素子12の発熱を樹脂18を介して速やかに放熱する必要がある。

しかしながら、コンデンサ素子12のメタリコン電極30と共通端子16との間には空気が溜まりやすく、この場合、特許文献１の金属化フィルムコンデンサの如く、コンデンサ素子の両端面のメタリコン電極が、外装ケースの開口面に対して平行に配置されている（特許文献１の図１参照）と、メタリコン電極と共通端子との間に溜まった空気の上方に、共通端子やコンデンサ素子が配置されてしまう構造となるため、樹脂充填時に、メタリコン電極と共通端子との間に溜まった空気が抜けずに滞留してしまい、この結果、コンデンサ素子の発熱を樹脂へ効率良く伝導することができなかった。

また、特許文献１の金属化フィルムコンデンサの如く、コンデンサ素子の両端面のメタリコン電極を、外装ケースの開口面に対して平行に配置する（特許文献１の図１参照）と、コンデンサ素子両端面のメタリコン電極が上下方向に配置されることとなり、その結果、下側に配置されたメタリコン電極から樹脂へ伝導した熱が籠もりやすく、外装ケース外へ熱を効率良く放熱することができなかった。

これに対し、本発明に係る第１のケース外装型コンデンサ10の製造方法にあっては、コンデンサ素子12両端面のメタリコン電極30が、外装ケース14の開口面に対して直交するように外装ケース14内に配置したので、メタリコン電極30と共通端子16との間に溜まった空気の上方には遮るものが存在せず、この結果、樹脂18の充填時に、空気が外装ケース14の開口面から抜けて樹脂18と置換することができるので、コンデンサ素子12の発熱を樹脂18へ効率良く伝導することができるケース外装型コンデンサが得られる。

また、本発明に係る第１のケース外装型コンデンサ10は、コンデンサ素子12両端面のメタリコン電極30が、外装ケース14の開口面に対して直交するように外装ケース14内に配置したことにより、コンデンサ素子12両端面のメタリコン電極30は左右方向に配置されることとなるので、メタリコン電極30から樹脂18へ伝導した熱が籠もることなく、外装ケース14外へ熱を効率良く放熱することができる。

上記第１のケース外装型コンデンサ10において、共通端子16に多数の孔32及び該孔32内に突出する突起部34を形成し、各コンデンサ素子12のメタリコン電極30と、共通端子16の６個の突起部34とを半田38を介して接続したのは以下の理由による。
すなわち、各コンデンサ素子12のメタリコン電極30と、共通端子16とが１箇所のみで接続されている場合、両端面のメタリコン電極30，30間のコンデンサ素子12内部を流れる電流は、メタリコン電極30と共通端子16とが接続された１箇所におけるメタリコン電極30，30間で集中的に流れるため、電流集中に起因してコンデンサ素子12内部での自己発熱が大きくなるという事態が生じる。

本発明に係る上記第１のケース外装型コンデンサ10にあっては、各コンデンサ素子12のメタリコン電極30と、共通端子16の６個の突起部34とを半田接続しているので、コンデンサ素子12内部を流れる電流が一部分に集中することなく分散して流れ、その結果、電流集中に基づくコンデンサ素子12内部での自己発熱が抑制され、コンデンサ素子12の自己発熱に起因する特性劣化を効果的に防止することができるのである。
また、共通端子16の突起部34は舌片状と成されており、半田接続時におけるコンデンサ素子12のメタリコン電極30との接続面積が小さいことから熱容量が小さく、コンデンサ素子12内部での自己発熱で生じた熱を速やかに放熱することができる。

尚、第１のケース外装型コンデンサ10においては、各コンデンサ素子12のメタリコン電極30と、共通端子16とを「６個」の突起部34を介して接続しているが、突起部34の数は「６個」に限定されるものではない。すなわち、コンデンサ素子12内部を流れる電流が一部分に集中することなく分散させるためには、各コンデンサ素子12のメタリコン電極30と、共通端子16とを「複数（２個以上）」の突起部34を介して接続すれば良い。

図２１は、本発明に係る第２のケース外装型コンデンサ40の樹脂充填前の状態を示す斜視図であり、該第２のケース外装型コンデンサ40は、コンデンサ素子12のメタリコン電極30と共通端子16との間に、放熱材としての放熱シート42を配置した点に特徴を有するものである。

上記放熱シート42は、図２２及び図２３に示す通り、略矩形状と成されていると共に、上記共通端子16の孔32と対応する多数の孔44を有しており、図２４及び図２５に示すように、放熱シート42を共通端子16の表面に配置させた場合、共通端子16の孔32及び突起部34が露出するようになっている。

上記放熱シート42は、絶縁性又は導電性の何れでも良く、例えば、シリコン樹脂を基材とした放熱シート等、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものが好適である。

而して、上記第１のケース外装型コンデンサ10の場合、大電流が印可されて発生するコンデンサ素子12の発熱は、
（１）コンデンサ素子12→樹脂18→外装ケース14
（２）コンデンサ素子12→メタリコン電極30→樹脂18→外装ケース14
（３）コンデンサ素子12→メタリコン電極30→樹脂18→共通端子16
（４）コンデンサ素子12→メタリコン電極30→半田38→共通端子16
の４経路を通じて外部へ放熱していた（図２０参照）。
これに対して、第２のケース外装型コンデンサ40にあっては、図２６に示すように、コンデンサ素子12のメタリコン電極30と共通端子16との間に、放熱シート42が、上記メタリコン電極30及び共通端子16と接触状態で配置されているので、上記４経路に加えて、
（５）コンデンサ素子12→メタリコン電極30→放熱シート42→共通端子16
の経路で効率良く放熱することができ、コンデンサ素子12の自己発熱に起因する特性劣化を効果的に防止することができる。

尚、上記放熱シート42に代えて、コンデンサ素子12のメタリコン電極30と共通端子16との間に、粘性を有し、熱硬化性のゲル状熱伝導性材料より成る放熱材を配置しても良い。

図２７は、本発明に係る第３のケース外装型コンデンサ50を示す斜視図、図２８は、第３のケース外装型コンデンサ50の樹脂充填前の状態を示す斜視図であり、該第３のケース外装型コンデンサ50は、コンデンサ素子12のメタリコン電極30と共通端子16との間に第１の放熱材としての第１の放熱シート52を配置し、また、第２の放熱材としての第２の放熱シート54を介して、共通端子16の外面にヒートシンク56を取付けた点に特徴を有するものである（図２９及び図３０参照）。
尚、外装ケース14内に樹脂18を充填した状態において、上記ヒートシンク56の先端は、外装ケース14外に導出されている。

コンデンサ素子12のメタリコン電極30と共通端子16との間に配置される第１の放熱シート52は、上記第２のケース外装型コンデンサ40の放熱シート42と同一である。
また、共通端子16とヒートシンク56との間に配置される第２の放熱シート54は、絶縁性の放熱シートであり、上記第２のケース外装型コンデンサ40の放熱シート42と同様に、略矩形状と成されていると共に、上記共通端子16の孔32と対応する多数の孔55を有しており、シリコン樹脂を基材とした放熱シート等、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものを好適に用いることができる。
尚、上記第１の放熱シート52に代えて、コンデンサ素子12のメタリコン電極30と共通端子16との間に、粘性を有し、熱硬化性のゲル状熱伝導性材料より成る第１の放熱材を配置しても良い。
同様に、上記第２の放熱シート54に代えて、共通端子16とヒートシンク56との間に、粘性を有し、熱硬化性のゲル状熱伝導性材料より成る第２の放熱材を配置しても良い。

上記ヒートシンク56は、例えば、アルミニウムや銅等、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属板や、アルミナ等、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミック板で構成することができる。
尚、ヒートシンク56が絶縁性の場合には、第２の放熱シート54を介在させることなく、共通端子16に直接ヒートシンク56を取付けても良い。

而して、上記第１のケース外装型コンデンサ10の場合、大電流が印可されて発生するコンデンサ素子12の発熱は、
（１）コンデンサ素子12→樹脂18→外装ケース14
（２）コンデンサ素子12→メタリコン電極30→樹脂18→外装ケース14
（３）コンデンサ素子12→メタリコン電極30→樹脂18→共通端子16
（４）コンデンサ素子12→メタリコン電極30→半田38→共通端子16
の４経路を通じて外部へ放熱していた（図２０参照）。
これに対して、第３のケース外装型コンデンサ50にあっては、図３０に示すように、コンデンサ素子12のメタリコン電極30と共通端子16との間に、第１の放熱シート52が、上記メタリコン電極30及び共通端子16と接触状態で配置されていると共に、第２の放熱シート54を介して、共通端子16の外面にヒートシンク56を取付けているので、上記４経路に加えて、
（５）コンデンサ素子12→メタリコン電極30→第１の放熱シート52→共通端子16→第２の放熱シート54→ヒートシンク56の経路で効率良く放熱することができ、コンデンサ素子12の自己発熱に起因する特性劣化を効果的に防止することができる。

尚、上記においては、共通端子16に形成された孔32が略矩形状と成された場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図３１及び図３２に示す如く、略円形状の孔32等、適宜な形状とすることができる。

第１のケース外装型コンデンサを示す斜視図である。第１のケース外装型コンデンサを示す平面図である。第１のケース外装型コンデンサの樹脂充填前の状態を示す斜視図である。第１のケース外装型コンデンサの樹脂充填前の状態を示す平面図である。一対の金属化フィルムを積層・巻回する状態を示す斜視図である。コンデンサ素子を示す斜視図である。共通端子を示す正面斜視図である。共通端子を示す背面斜視図である。共通端子を示す正面図である。共通端子を示す背面図である。共通端子を示す右側面図である。共通端子を示す左側面図である。共通端子を示す平面図である。共通端子を示す底面図である。図９のＡ−Ａ’断面図である。図９のＢ−Ｂ’断面図である。第１のケース外装型コンデンサの組立方法を示す説明図である。第１のケース外装型コンデンサの組立方法を示す説明図である。第１のケース外装型コンデンサの組立方法を示す説明図である。第１のケース外装型コンデンサの概略断面図である。第２のケース外装型コンデンサの樹脂充填前の状態を示す斜視図である。放熱シートを示す正面図である。放熱シートを示す斜視図である。共通端子表面に放熱シートを配置させた状態を示す正面図である。共通端子表面に放熱シートを配置させた状態を示す斜視図である。第２のケース外装型コンデンサの概略断面図である。第３のケース外装型コンデンサを示す斜視図である。第３のケース外装型コンデンサの樹脂充填前の状態を示す斜視図である。第１の放熱シート、第２の放熱シート、放熱板の配置態様を示す斜視図である。第３のケース外装型コンデンサの概略断面図である。共通端子の変形例を示す正面図である。共通端子の変形例を示す斜視図である。

10 第１のケース外装型コンデンサ
12 コンデンサ素子
14 外装ケース
16 共通端子
18 樹脂
20 誘電体フィルム
22 マージン部
24 金属膜
26 金属化フィルム
28 扁平体
30 メタリコン電極
31 共通端子の導電板
32 共通端子の孔
34 共通端子の突起部
36 共通端子の外部接続部
38 半田
40 第２のケース外装型コンデンサ
42 放熱シート
44 放熱シートの孔
50 第３のケース外装型コンデンサ
52 第１の放熱シート
54 第２の放熱シート
55 第２の放熱シートの孔
56 ヒートシンク

Claims

両端面にメタリコン電極が形成された複数のコンデンサ素子を外装ケース内に収納すると共に、複数のコンデンサ素子の一方のメタリコン電極同士及び他方のメタリコン電極同士を一対の共通端子で接続し、さらに、上記外装ケース内に樹脂を充填して外装ケースの開口面を封止すると共に、上記共通端子の外部接続部を外装ケース外に導出して成るケース外装型コンデンサであって、
上記共通端子に複数の孔及び該孔内に突出する突起部を形成し、各コンデンサ素子のメタリコン電極と、上記共通端子の複数の突起部とを接続して成り、また、
上記共通端子の孔と対応する複数の孔を有する第１の放熱シートを、上記コンデンサ素子のメタリコン電極と共通端子との間に、共通端子の孔及び突起部が露出するよう配置し、さらに、
上記共通端子の外面にヒートシンクを取付けると共に、該ヒートシンクの先端を外装ケース外に導出したことを特徴とするケース外装型コンデンサ。
上記共通端子とヒートシンクとの間に、上記共通端子の孔と対応する複数の孔を有する第２の放熱シートを配置したことを特徴とする請求項１に記載のケース外装型コンデンサ。
上記第１の放熱シート及び第２の放熱シートは、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のケース外装型コンデンサ。