JP6145690B2 - 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。

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、ＨＥＶ用として用いられる金属化フィルムコンデンサは、その設置箇所等の理由から耐湿性、耐熱性などの耐外部環境性能が強く要求されるため、一般的に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樹脂ケース内に収納し、この樹脂ケース内にモールド樹脂を注型した状態で用いられる。このようにモールド樹脂を注型することで外部からの水分の浸入や熱影響から金属化フィルムコンデンサを保護している。

このような金属化フィルムコンデンサを収容したケースモールド型コンデンサの従来の構成について、特許文献１に記載のケースモールド型コンデンサを例に説明する。図７は、特許文献１に記載のケースモールド型コンデンサの構成を示す斜視図である。

図７に示すように、従来のケースモールド型コンデンサ１０１は、金属化フィルムコンデンサ素子（図示せず）の両端面に銅板などからなるバスバー１０２、１０３、１０４、１０５を接続し、これら金属化フィルムコンデンサ素子およびバスバー１０２、１０３、１０４、１０５を上面開口型のケース１０６の収容部に収容した状態となっている。このケース１０６の収容部には、モールド樹脂１０７が充填されており、金属化フィルムコンデンサ素子を外部環境から保護している。

この従来のケースモールド型コンデンサ１０１では、このように構成されたケースモールド型コンデンサ１０１をさらに金属ケース（図示せず）内に収容し、この金属ケース内に別途収容された他の部品（図示せず）と接続されるのが一般的な使用方法である。したがって、他の部品と接続されるバスバー１０２、１０３、１０４、１０５は高い寸法精度で設計どおりに配置されることが要求され、特に近接したバスバーの間（バスバー１０２とバスバー１０３との間、バスバー１０４とバスバー１０５との間）の寸法精度の向上が重要になってきている。しかしながら、バスバー１０２、１０３、１０４、１０５を誤差なく常に同じ位置に配置することは難しく、作製された複数のケースモールド型コンデンサ１０１の近接したバスバー間の距離を全て統一することは難しかった。

この種の課題に対して特許文献２では以下のような手段が講じられていた。図８（ａ）に特許文献２に記載のバスバー２０１の構成を、図８（ｂ）に特許文献２に記載のケースモールド型コンデンサにおいて金属化フィルムコンデンサ素子（図示せず）とバスバー２０１をケース２０２に収容した状態を示す。

図８（ａ）に示すように、特許文献２に記載のバスバー２０１では、バスバー２０１の外部接続部用端子部２０１ａ、２０１ｂの間に共通接続部２０３を設けている。そして、この共通接続部２０３が設けられたバスバー２０１は、金属化フィルムコンデンサ素子（図示せず）に取り付けられた後、図８（ｂ）に示すように金属化フィルムコンデンサ素子とともにケース２０２に収容される。そして、最後にケース２０２にモールド樹脂２０４を充填し、共通接続部２０３をニッパー等の治具にて切離除去することで、ケースモールド型コンデンサが完成する。

すなわち、特許文献２に記載の技術では、別個に分離したバスバーをそれぞれ金属化フィルムコンデンサ素子に取り付けるのではなく、共通接続部２０３にて外部接続部用端子部２０１ａ、２０１ｂが一体となったバスバー２０１を金属化フィルムコンデンサ素子に取り付けた後、共通接続部２０３をニッパー等の治具にて切離除去することで、従来別個に分離したバスバーを金属化フィルムコンデンサ素子に取り付けることによって生じていた端子間の寸法精度の狂いを抑制していた。

このように、特許文献２に記載のケースモールド型コンデンサでは外部接続部用端子部２０１ａ、２０１ｂの端子間の寸法精度は高いものとなっていた。

特開２００９−１０５１０８号公報 特開平１１−２０４３８２号公報

確かに、特許文献２に記載の技術によると外部接続部用端子部２０１ａ、２０１ｂの端子間の寸法精度を向上させることが可能であった。

しかしながら、特許文献２に記載の技術では確かに外部接続部用端子部２０１ａ、２０１ｂどうしの平面的なズレの発生は抑制できるものの、垂直方向のズレに関しては依然として課題を有していた。

すなわち、上述したように特許文献２に記載の技術においては、共通接続部２０３をニッパー等の治具にて切離除去するものであるが、この切離除去の作業による衝撃にて、外部接続部用端子部２０１ａ、２０１ｂが垂直方向にずれてしまう可能性があった。

これに加え、最終的に切離除去される共通接続部２０３を設けなくてはならないため、材料費が増加してしまうという課題もあった。

そこで、本発明は、材料費を増加させることなく、バスバーの端子間の平面方向のズレに加え、垂直方向のズレの発生も抑制することで端子間の寸法精度を向上させた、信頼性の高い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。

上記課題を解決するために本発明のケースモールド型コンデンサは、両端面に一対の電極が設けられた素子と、前記素子の電極に接続されるとともに、外部接続用の端子部を有する一対のバスバーと、前記素子、ならびに前記一対のバスバーの一部を樹脂モールドした状態で内部に収容するケースとを備え、前記ケースは側面の一部に上端から下方に向かう切り欠き部を有し、前記切り欠き部には前記切り欠き部を封止するように、封止板が結合され、前記一対のバスバーの外部接続用の端子部は前記ケースの内側から前記封止板を貫通して前記ケースの外側に引き出された構成となっている。

この構成により、ケースモールド型コンデンサの材料費を増加させることなく、端子間の垂直方向のズレの発生も抑制することができ、端子間の寸法精度を向上させることができる。

これは、一対のバスバーの外部接続用の端子部を封止板に貫通させて固定し、これをケースの切り欠き部に嵌挿させた構成としたことによる。

すなわち、一対のバスバーを金属化フィルムコンデンサ素子に接続させる前に、これら一対のバスバーを封止板にて固定し、端子どうしの相対的な位置を固定することで、設計どおりの端子間の位置関係にてバスバーを金属化フィルムコンデンサ素子に接続することができる。さらに、この封止板はそのままケースの側面の一部として利用するため、完成品としてのケースモールド型コンデンサにおいても、その端子間の距離がずれてしまうことがなく、端子間の寸法精度の高いケースモールド型コンデンサを得ることができる。

さらに、特許文献１に記載のケースモールド型コンデンサのように最終的に切除される共通接続部を設ける必要がなく、材料的な無駄がない。また、一対のバスバーを固定するために用いた封止板はケースの側面の一部であり、材料点数も増加することがないため、コストの面からも優れている。

このように、本発明によると材料費を増加させることなく、端子間の寸法精度を向上させた、信頼性の高いケースモールド型コンデンサを提供することができる。

本発明のケースモールド型コンデンサの金属化フィルムコンデンサ素子の構成を示す斜視図 本発明のケースモールド型コンデンサのバスバーの構成を示す図であり、（ａ）は一方のバスバーの斜視図、（ｂ）は他方のバスバーの斜視図 本発明のケースモールド型コンデンサのバスバーと封止板の構成を示す図であり、（ａ）は封止板を結合したバスバーの構成を示す斜視図、（ｂ）はバスバーと封止板の結合の状態を示す断面図 本発明のケースモールド型コンデンサのバスバーを接続した金属化フィルムコンデンサ素子の構成を示す斜視図 本発明のケースモールド型コンデンサのモールド樹脂を充填する前の状態を示す斜視図 本発明のケースモールド型コンデンサの構成を示す斜視図 特許文献１のケースモールド型コンデンサの斜視図 特許文献２のケースモールド型コンデンサの構成を示す図であり、（ａ）はバスバーの構成を示す斜視図、（ｂ）はケースモールド型コンデンサの上面図

（実施の形態１）
以下、図１〜図６を用いて、本実施の形態のケースモールド型コンデンサの構成について説明する。

図１は本実施の形態の金属化フィルムコンデンサ素子１の構成を示す斜視図、図２は本実施の形態のバスバー２、３の構成を示す図、図３は本実施の形態のバスバー２、３と封止板４を結合した状態を示す図、図４は本実施の形態のバスバー２、３を接続した金属化フィルムコンデンサ素子１の構成を示す斜視図、図５は本実施の形態のケースモールド型コンデンサ１０のモールド樹脂７を充填する前の状態を示す斜視図、図６は本実施の形態のケースモールド型コンデンサ１０の構成を示す斜視図である。

図１に示すように、本実施の形態に用いられる金属化フィルムコンデンサ素子１は、ポリプロピレンフィルム等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た後、上下方向から扁平型に押圧することで形成される。さらに、この金属化フィルムコンデンサ素子１は両端面に亜鉛を溶射したメタリコン電極１ａ、１ｂがそれぞれ設けられており、このメタリコン電極１ａ、１ｂはＰ極とＮ極の一対の取り出し電極となっている。

図２（ａ）、図２（ｂ）に示すバスバー２、バスバー３は図１に示した金属化フィルムコンデンサ素子１のメタリコン電極１ａ、１ｂにそれぞれ接続される。

まず、図２（ａ）を用いてメタリコン電極１ａを電気的に外部に引き出すバスバー２について説明する。

バスバー２は、金属化フィルムコンデンサ素子１のメタリコン電極１ａと直接接続される電極接続部２ａと、それぞれ外部の機器（図示せず）と接続される第１の端子部２ｂ、第２の端子部２ｃを一枚の銅板で一体に形成した構成となっている。

電極接続部２ａは、長方形型の平板を短手方向の略中央で約９０度屈曲させた断面Ｌ字型の形状を成しており、Ｌ字型に屈曲させた内側半分の面が金属化フィルムコンデンサ素子１のメタリコン電極１ａに当接する。本実施の形態においては後述するように、この電極接続部２ａに複数個の金属化フィルムコンデンサ素子１のメタリコン電極１ａが接続される。

第１の端子部２ｂは外部の機器と接続される外部接続用の端子部であり、平板状の形状を成している。この第１の端子部２ｂを介して金属化フィルムコンデンサ素子１に外部からの電流が流れる。外部機器との電気的な接続は、第１の端子部２ｂ中央に設けられた貫通孔２ｄにボルト（図示せず）を挿入し、このボルトを用いて第１の端子部２ｂと外部機器の接続部とを共締めすることによって行われる。

一方、第２の端子部２ｃは第１の端子部２ｂよりも比較的細く長い平板状の形状を成している。第２の端子部２ｃも外部の機器と接続される外部接続用の端子部であり、バスバー２から小電流を外部の機器に流し、金属化フィルムコンデンサ素子１に印加されている電圧を測定するためのものである。第２の端子部２ｃの一部には、屈曲させることで上方へ盛り上がった屈曲部２ｅが設けられている。この屈曲部２ｅを設けた理由については後述する。

さらに、屈曲部２ｅに続くように第２の端子部２ｃにはクランク状に屈曲したクランク部２ｆが設けられている。このクランク部２ｆを設けた理由についても後述する。

次に、図２（ｂ）を用いてメタリコン電極１ｂを電気的に外部に引き出すバスバー３について説明する。

電極接続部３ａは、一長方形型の平板を短手方向の略中央で約９０度屈曲させた断面Ｌ字型の形状を成しており、Ｌ字型に屈曲させた半分の面が金属化フィルムコンデンサ素子１のメタリコン電極１ｂに当接する。上述した電極接続部２ａと同様に、本実施の形態においてはこの電極接続部３ａに複数個の金属化フィルムコンデンサ素子１のメタリコン電極１ｂが接続される。

第１の端子部３ｂは外部の機器と接続される外部接続用の端子部であり、平板状の形状を成している。この第１の端子部３ｂを介して金属化フィルムコンデンサ素子１に外部からの電流が流れる。外部機器との電気的な接続は、第１の端子部３ｂ中央に設けられた貫通孔３ｄにボルトを挿入し、このボルトを用いて第１の端子部３ｂと外部機器の接続部とを共締めすることによって行われる。

一方、第２の端子部３ｃは第１の端子部３ｂよりも比較的細い平板状の形状を成している。第２の端子部３ｃも外部の機器と接続される外部接続用の端子部であり、バスバー３から小電流を外部の機器に流し、金属化フィルムコンデンサ素子１に印加されている電圧を測定するためのものである。

そして、これらバスバー２、３の第２の端子部２ｃ、３ｃと封止板４は、図３（ａ）に示すように第２の端子部２ｃ、３ｃが封止板４の一方の面から対向する他方の面に貫通した状態で結合される。

これらバスバー２、３の第２の端子部２ｃ、３ｃと封止板４との結合はインサート成形によって行われる。すなわち、所定の金型にバスバー２、３を配置し、この金型内に封止板４の材料である樹脂を注入し、固化させることで、バスバー２、３の第２の端子部２ｃ、３ｃ部分に封止板４を結合した状態とする。本実施の形態では、封止板４の材料としてはポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いている。

封止板４は、図３（ｂ）に示すようにバスバー２の第２の端子部２ｃのクランク部２ｆが内部に埋入されるように、形成される。このため、固化した後の封止板４はバスバー２の第２の端子部２ｃの延設方向に動かない構成となっており、封止板４はバスバー２に対して完全に固定されることとなる。なお、本実施の形態においてはバスバー３にはクランク部を設けない構成としたが、これに限らずバスバー３にクランク部を設け、封止板４をバスバー３に対しても完全に固定した構成としてもよい。

なお、封止板４という名称は、この封止板４が後述するケース５の側面の一部をなすことで、ケース５を封止する役割を果たすためである。

次に、この封止板４を結合した状態のバスバー２、３は図４に示すように、複数個の金属化フィルムコンデンサ素子１と接続される。本実施の形態ではバスバー２、３によって２個の金属化フィルムコンデンサ素子１を並列に接続している。

ここで、バスバー２、３はともに封止板４にて固定されているため、第２の端子部２ｃ、３ｃの先端を所定の距離で離間させ、設計どおりの位置関係にて金属化フィルムコンデンサ素子１に接続することができる。

バスバー２の電極接続部２ａは金属化フィルムコンデンサ素子１の一方の端面の上部にＬ字部分を沿わすように配置され、メタリコン電極１ａと接続される。また、バスバー３の電極接続部３ａは金属化フィルムコンデンサ素子１の他方の端面の上部にＬ字部分を沿わすように配置され、メタリコン電極１ｂと接続される。

図４に示すようにバスバー２、３を金属化フィルムコンデンサ素子１に接続した状態では、バスバー２、３の第１の端子部２ｂ、３ｂはともに、金属化フィルムコンデンサ素子１の扁平面（金属化フィルムコンデンサ素子１の側面のうち平坦な部分）と垂直となる。

また、バスバー２の第２の端子部２ｃの屈曲部２ｅは、図４に示すようにバスバー３の電極接続部３ａと接触しないように電極接続部３ａを跨ぐような状態となる。このように、屈曲部２ｅを設けることで、バスバー２とバスバー３が導通し、短絡してしまうことを防止している。

そして、これらバスバー２、３を接続した状態で２つの金属化フィルムコンデンサ素子１は図５に示すケース５に収容される。

ケース５は、上面開放型の箱型形状であり、収容部５ａに金属化フィルムコンデンサ素子１は収容される。このケース５は樹脂にて形成されており、特に本実施の形態においては封止板４と同様にＰＰＳにて形成されている。

ケース５の側面の一部は上端から下端部付近まで矩形状に切り欠かれた切り欠き部６となっている。この切り欠き部６には、図５に示すように封止板４が適宜配置され、封止板４とケース５とが結合される。ケース５と封止板４の結合は接着剤等を用いて適宜行うとよい。

上述したように、バスバー２のクランク部２ｆは封止板４内部に埋入された構成となっているため、封止板４はクランク部２ｆに対して完全に固定された状態となっている。したがって、このような状態のバスバー２に接続された金属化フィルムコンデンサ素子１は、ケース５の切り欠き部６に封止板４を配置した際に自ずと位置決めされ、ケース５の収容部５ａ内の所定の位置に正確に配置することができる。

また、封止板４をケース５に結合すると、封止板４は図５に示すように、ケース５の切り欠き部６と同じ寸法、厚みで形成されているため、封止板４はケース５の側面の一部をなすような状態となり、ケース５の収容部５ａを封止する。

そして、図５の状態のケース５の上面開口部からモールド樹脂７を注入し、固化させることで図６に示す本実施の形態のケースモールド型コンデンサ１０が完成する。本実施の形態のケースモールド型コンデンサ１０においては、図６に示すように、モールド樹脂７は金属化フィルムコンデンサ素子１およびバスバー２、３の一部を被覆するように収容部５ａに充填され、モールド樹脂７からはバスバー２、３の第１の端子部２ｂ、３ｂが上方に露出し、外部へ引き出されている。また、ケース５側面からは封止板４を介してバスバー２、３の第２の端子部２ｃ、３ｃの先端が外部へ引き出されている。

なお、封止板４と切り欠き部６を接着剤等の手段により強固に接続させることで、ケース５の収容部５ａにモールド樹脂７を注入した際に、封止板４と切り欠き部６との隙間から外部にモールド樹脂７が漏れ出てしまうことを防止できる。また、封止板４に貫通させたバスバー２、３の第２の端子部２ｃ、３ｃの貫通ルートの僅かな隙間から、モールド樹脂７が外部へ漏れ出てしまうことも考えられるが、本実施の形態においては封止板４とバスバー２、３の第２の端子部２ｃ、３ｃとはインサート成形によって略一体化しているため、これらの間に隙間はほとんど存在せず、第２の端子部２ｃ、３ｃの貫通ルートからモールド樹脂７が外部へ漏れ出てしまうことはまずない。さらに、第２の端子部２ｃにおいてはクランク部２ｆによってモールド樹脂７が外部へ漏れ出るための漏洩ルートは複雑化しており、モールド樹脂７の外部への漏洩の可能性はより低減されたものとなっている。

そして、これら第１の端子部２ｂ、３ｂおよび第２の端子部２ｃ、３ｃが他の部品と接続され、ケースモールド型コンデンサ１０は使用される。

以上説明したように、本実施の形態のケースモールド型コンデンサ１０は、バスバー２、３を封止板４にて固定した状態で金属化フィルムコンデンサ素子１に接続するため、接続後のバスバー２、３の第２の端子部２ｃ、３ｃ間の寸法精度は平面方向、垂直方向のいずれにおいても極めて正確な状態となっている。さらに、この封止板４はそのままケース５の側面の一部として用いるため、最終的な製品であるケースモールド型コンデンサ１０においても第２の端子部２ｃ、３ｃ間の寸法精度は高いものである。

また、特許文献２に記載のケースモールド型コンデンサのように共通接続部２０３の切除の必要はなく、材料的な無駄もない。さらに、バスバー２、３を固定させるための封止板４はケース５の側面の一部であり、バスバー２、３を固定するための新たな部材を設けたわけではないので、材料点数も増加することがなく、コスト的にも優れている。

このように、本実施の形態のケースモールド型コンデンサ１０はバスバー２、３の第２の端子部２ｃ、３ｃ間の寸法精度が極めて高く、信頼性の高いものとなっている。

なお、ケースモールド型コンデンサ１０の説明において「上方」「下方」等の方向を示す用語は、構成部材の相対的な位置関係にのみ依存する相対的な方向を示すものであり、鉛直方向、水平方向等の絶対的な方向を示すものではない。したがって、ケースモールド型コンデンサ１０を実際に使用する際には、必ずしも図６にて示すようにケース５の開口部を鉛直方向上向きとなるように配置する必要はなく、例えば鉛直方向下向きやあるいは水平方向に向くように配置しても構わない。

また、この発明は上記の実施の形態１のケースモールド型コンデンサ１０の構成に限定されるものではなく、発明の範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、実施の形態１のケースモールド型コンデンサ１０においては、金属フィルムコンデンサ素子１の印加電圧を測定するための第２の端子部２ｃ、３ｃを封止板４に貫通させた構成としたが、バスバー２、３の仕様によっては第２の端子部２ｃ、３ｃ以外の端子部を貫通させた構成としてももちろん構わない。すなわち、第２の端子部２ｃ、３ｃを有さず、外部からの電流を金属フィルムコンデンサ素子１に流すための第１の端子部２ｂ、３ｂのみを有するバスバーをケースモールド型コンデンサの側方に引き出したい場合も、本発明を適用することができる。

本発明によるケースモールド型コンデンサは、外部機器接続のための端子どうしの相対的な位置関係の寸法精度が極めて高く、信頼性の高いものとなっている。したがって、様々な外部環境下で用いられるとともに高い信頼性が強く要求されるハイブリッド車用のコンデンサとして好適に採用し得る。

１ 金属化フィルムコンデンサ素子
１ａ、１ｂ メタリコン電極
２、３ バスバー
２ａ、３ａ 電極接続部
２ｂ、３ｂ 第１の端子部
２ｃ、３ｃ 第２の端子部
２ｄ、３ｄ 貫通孔
２ｅ 屈曲部
２ｆ クランク部
４ 封止板
５ ケース
６ 切り欠き部
７ モールド樹脂
１０ ケースモールド型コンデンサ

Claims (4)

1. 第１の電極と第２の電極とを有するコンデンサ素子と、
   前記コンデンサ素子の前記第１の電極に接続された第１の接続部と、前記第１の接続部に繋がる外部接続用の第１の端子部とを有する第１のバスバーと、
   前記コンデンサ素子の前記第２の電極に接続された第２の接続部と、前記第２の接続部に繋がる外部接続用の第２の端子部とを有する第２のバスバーと、
   切り欠き部が設けられた側壁を有し、前記コンデンサ素子と前記第１のバスバーの前記第１の接続部と前記第２のバスバーの前記第２の接続部とを収容するケースと、
   前記切り欠き部を封止するように前記ケースに結合する封止板と、
   前記コンデンサ素子と前記第１のバスバーの前記第１の接続部と前記第２のバスバーの前記第２の接続部とを覆うように前記ケースに充填されたモールド樹脂とを備え、
   前記第１のバスバーの前記第１の端子部と前記第２のバスバーの前記第２の端子部とが前記ケースの外部に露出するように、前記第１のバスバーと前記第２のバスバーは前記封止板を貫通して前記封止板に固定されており、
   前記第１の端子部は、前記第１の接続部から前記コンデンサ素子の周面に沿うように前記第２の電極の方向に延び、前記第２の接続部と接触しないように前記第２の接続部を跨ぐ屈曲部を有するケースモールド型コンデンサ。
2. 前記第１の端子部と前記第２の端子部は、インサート成形により前記封止板と一体化されている請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
3. 前記第１の端子部は、一部が屈曲したクランク部を有し、前記クランク部は前記封止板の内部に埋入している請求項１または請求項２に記載のケースモールド型コンデンサ。
4. 前記コンデンサ素子は、対向する第１の扁平面および第２の扁平面を有し、
   前記第１の接続部および前記第２の接続部は、略長方形型の平板を短手方向の略中央で略９０度屈曲させた断面Ｌ字型の形状を有し、
   前記第１の接続部は、Ｌ字部分を前記第１の電極と前記第１の扁平面に沿わすように配置され、
   前記第２の接続部は、Ｌ字部分を前記第２の電極と前記第１の扁平面に沿わすように配置されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のケースモールド型コンデンサ。

Images