JP6145691B2 - 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。

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。

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１０１を例に説明する。図６は、特許文献１に記載のケースモールド型コンデンサ１０１の構成を示す斜視図である。

図６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を上面開口型のケース１０４の収容部に収容した状態となっている。このケース１０４の収容部には、モールド樹脂１０５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。

一般に上記のようなケースモールド型コンデンサ１０１においては、バスバー１０２、１０３を外部機器と電気的に接続するために、バスバー１０２、１０３の外部接続部１０２ａ、１０３ａを外部に露出させてモールド樹脂１０５をケース１０４の収容部に充填するものであるが、この構成により、バスバー１０２、１０３のモールド樹脂１０５からの引き出し部分（バスバー１０２、１０３とモールド樹脂１０５表面との接触部分）においてクラックが発生するという課題が生じることがある。

これは、モールド樹脂１０５とバスバー１０２、１０３の材質の相違により、各々の膨張係数が異なることに起因する。

この課題を解決するために、特許文献２に記載のケースモールド型コンデンサ２０１では以下のような手段が講じられていた。この特許文献２に記載のケースモールド型コンデンサ２０１の構成を図７に示す。図７は、特許文献２に記載のケースモールド型コンデンサ２０１の構成を示す断面図である。

図７に示すように、ケースモールド型コンデンサ２０１においても、金属化フィルムコンデンサ素子２０２に接続したバスバー２０３、２０４をケース２０５に充填したモールド樹脂２０６から引き出した構成となっているが、特にケースモールド型コンデンサ２０１では、バスバー２０３、２０４のモールド樹脂２０６表面との接触部分においてバスバー２０３、２０４の両側から円弧状に切り欠いた切り欠き部２０７、２０８を設けている。

そして、このようにケースモールド型コンデンサ２０１では切り欠き部２０７、２０８に浸入したモールド樹脂２０６によって、バスバー２０３、２０４とモールド樹脂２０６の上下方向への相対移動を抑制させ、この結果、モールド樹脂２０６のクラックの発生を抑制していた。

特開２００９−１０５１０８号公報 特開２００７−２３４７０８号公報

確かに特許文献２に記載のケースモールド型コンデンサ２０１の構成によると、モールド樹脂２０６のクラックの発生を抑制することが可能であった。しかしながら、ケースモールド型コンデンサ２０１においては切り欠き部２０７、２０８を設けたため、バスバー２０３、２０４の機械的強度が低下し、さらにはこの切り欠き部に応力が集中し易くなるため、場合によってはバスバー２０３、２０４が破損してしまうことが考えられる。

特にＨＥＶ用として用いられる場合、その苛酷な設置環境により外部から激しい振動を受けることが多く、バスバー２０３、２０４がこれに耐え得るだけの機械的強度を有していることは必須である。

そこで、本発明はモールド樹脂のクラックの発生を抑制するとともに、バスバーが十分な機械的強度を有し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。

この課題を解決するために本発明は、上面に開口部を有するケースと、前記ケース内部に収容され、両端部に一対の端面電極を有するコンデンサ素子と、前記ケース内部に注入され、前記コンデンサ素子をモールドするモールド樹脂と、前記コンデンサ素子の前記一対の端面電極に一端が夫々接続され、他端が前記モールド樹脂から表出し外部端子と夫々接続される一対のバスバーとを備え、前記一対のバスバーのうち少なくとも一方のバスバーは、前記モールド樹脂から表出した屈曲部と、前記モールド樹脂に埋設されている部分から前記屈曲部にわたって設けられたビードと、前記ビードの内側に設けられるとともに、少なくとも一部に前記モールド樹脂が埋入した貫通孔と、前記他端の先端部に設けられた前記外部端子との接続用のネジ孔と、を有している構成としたものである。

本発明の構成によると、ケースモールド型コンデンサのモールド樹脂のクラックの発生を抑制するとともに、バスバーの機械的強度を十分なものとすることができ、ケースモールド型コンデンサの信頼性を高めることができる。

これは、バスバーのモールド樹脂表面との接触部分にビードを設け、さらにこのビードの内側に貫通孔を設けるとともにこの貫通孔の一部がモールド樹脂に埋入した構成にしたことによる。

つまり、バスバーに設けた貫通孔により、モールド樹脂とバスバーの上下方向への相対的な移動が抑制されるとともに、この貫通孔によるバスバーの機械的強度の低下を、貫通孔を囲むように設けたビードにて補填できるからである。

この結果、上記の格別な効果を得ることができる。

本発明のケースモールド型コンデンサ２１に用いる金属化フィルムコンデンサ素子１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２１に用いるバスバーの構成を示す図であり、（ａ）はバスバー２の斜視図、（ｂ）はバスバー３の斜視図 本発明のケースモールド型コンデンサ２１に用いる金属化フィルムコンデンサ素子１とバスバー２、３を接続した状態を示す斜視図 本発明のケースモールド型コンデンサ２１に用いるケース１７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２１の構成を示す斜視図 従来のケースモールド型コンデンサの構成を示す斜視図 従来のケースモールド型コンデンサの構成を示す断面図

以下、図１〜図５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の構成を示す斜視図、図３は本実施の形態の金属化フィルムコンデンサ素子１とバスバー２、３を接続した状態を示す斜視図、図４は本実施の形態のケース１７の斜視図、図５は本実施の形態のケースモールド型コンデンサ２１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極の一対の端面電極となっている。

図２（ａ）、（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。

図２（ａ）に示すように、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に接続される電極接続部４と、外部機器と電気的に接続するための外部接続部５と、これら電極接続部４と外部接続部５を繋ぐ平板部６とで構成される。これら電極接続部４、外部接続部５、平板部６は一体で形成されている。

電極接続部４は平板部６から舌片状に突出して形成されており、ハンダ溶接等の手段により、メタリコン電極１ａと電気的に接続される。

外部接続部５は、平板部６の電極接続部４が設けられた長辺とは逆側の長辺から舌片状に突出して設けられている。外部接続部５の形状は電極接続部４と同じ舌片状であるが、その大きさは電極接続部４よりも大きい。

外部接続部５の幅方向中央あたりには、この外部接続部５表面を図２（ａ）の奥方向に凹ませて、ビード７を形成している。ビード７は図２（ａ）に示すように楕円形状を成しており、外部接続部５裏面側にこの楕円形状が盛り上がった状態となっている。ビード７の内側かつ下端付近には円形の貫通孔８が設けられている。すなわち、外部接続部５において貫通孔８はビード７にて囲まれた状態となっている。なお、バスバー２は外部接続部５を３つ有するが、この３つの外部接続部５のいずれにもビード７ならびに貫通孔８を設けている。

また、外部接続部５は屈曲部９にて図２（ａ）の奥方向に約９０度屈曲した形状となっている。ここで、上述のビード７はこの屈曲部９も含むように設計されている。すなわち、バスバー２の外部接続部５においてビード７は貫通孔８の配設位置から屈曲部９に亘って設けられている。このようにビード７が屈曲部９に位置することで、屈曲部９の機械的強度が補強されている。

外部接続部５の先端にはネジ孔５ａが設けられている。このネジ孔５ａにネジ（図示せず）を通し、外部機器の接続端子と共締めすることによって、バスバー２を外部機器と電気的に接続する。

次に、バスバー３は、図２（ｂ）に示すようにバスバー２と同様に金属化フィルムコンデンサ素子１のメタリコン電極１ｂに接続される電極接続部１０と、外部機器と電気的に接続するための外部接続部１１と、これら電極接続部１０と外部接続部１１を繋ぐ平板部１２とで構成される。さらに、バスバー３は金属化フィルムコンデンサ素子１を所定の位置に位置決めするための係止部１３を備える。この係止部１３がケース１７（図４にて図示）内側の係止爪と嵌合されることで、金属化フィルムコンデンサ素子１をケース１７内の所定の位置に位置決めできる。これら電極接続部１０、外部接続部１１、平板部１２、係止部１３は一体で形成されている。

電極接続部１０は平板部１２から舌片状に突出して形成されており、ハンダ溶接等の手段により、メタリコン電極１ｂと電気的に接続される。この電極接続部１０と係止部１３は平板部１２の同じ長辺側に設けられている。

一方、外部接続部１１は、平板部１２の電極接続部１０が設けられた長辺とは逆側の長辺から舌片状に突出して設けられている。外部接続部１１の形状は電極接続部１０と同じ舌片状であるが、その大きさは電極接続部１０よりも大きい。

ここで、図２（ａ）で示したバスバー２の外部接続部５は、平板部６と同じ平面状に延設して設けられているが、バスバー３においては外部接続部１１は平板部１２に対して約４５度の角度をなした状態で設けられている。

また、外部接続部１１にも、この外部接続部５表面を図２（ｂ）の奥方向に凹ませて、楕円形状のビード１４を形成している。ただし、外部接続部１１においてはこのビード１４の内部に貫通孔は形成していない。なお、外部接続部１１は約４５度屈曲した屈曲部１５を有しており、ビード１４がこの屈曲部１５に位置することで、屈曲部１５の機械的強度が補強されている。

外部接続部１１の先端にはネジ孔１１ａが設けられている。このネジ孔１１ａにネジ（図示せず）を通し、外部機器の接続端子と共締めすることによって、バスバー３を外部機器と電気的に接続する。

なお、これらバスバー２、３はともに銅にて形成されている。

図１、図２（ａ）、（ｂ）を用いて説明した金属化フィルムコンデンサ素子１とバスバー２、３を接続すると図３で示すような状態となる。本実施の形態ではバスバー２、３にて２つの金属化フィルムコンデンサ素子１を電気的に並列に接続している。バスバー２は２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に、バスバー３は２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にそれぞれ接続されている。

バスバー３の平板部１２は金属化フィルムコンデンサ素子１の偏平部分を覆うように配設される。このように、平板部１２で金属化フィルムコンデンサ素子１の偏平部分を覆うことで、外部から浸入した水分が金属化フィルムコンデンサ素子１に到達することを抑制することができる。

このバスバー２、３を接続した状態の金属化フィルムコンデンサ素子１は図４に示すケース１７の収容部１８内に収容される。

ケース１７は樹脂にて形成されたケースであり、本実施の形態では特に耐熱性、耐衝撃性に優れたポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いている。ケース１７は図４に示すように上方が開口した箱型形状をなしている。なお、説明の便宜上、本明細書では図４における上方向をケース１７の上方向として説明するが、実使用に際しては必ずしも開口部側を上方向として配置する必要はなく、例えば開口部側を水平方向に向けた横置きの状態で使用することも可能である。あるいは、開口部側を鉛直方向下向きに向けた状態で使用することも可能である。

ケース１７には固定部１９を３つ備えている。ケース１７と外部機器との結合は、固定部１９にネジを通し、外部機器の所定のネジ孔に締結することで行われる。

なお、ケース１７の収容部１８内への金属化フィルムコンデンサ素子１の位置決めは、上述したようにバスバー３の係止部１３がケース１７内側の係止爪（図示せず）と嵌合されることによって行われ、金属化フィルムコンデンサ素子１を収容部１８内の所定の位置に正確に配置することができる。

そして、ケース１７にバスバー２、３を接続した状態の金属化フィルムコンデンサ素子１を収容し、さらにモールド樹脂２０をケース１７開口部から注入、固化させることで本実施の形態のケースモールド型コンデンサ２１が完成する。

図５に示すように、モールド樹脂２０はケース１７の開口部近くまで注入される。

ここで、バスバー２の貫通孔８はちょうどモールド樹脂２０の表面とバスバー２の接触部分に位置しており、貫通孔８の一部は固化した後のモールド樹脂２０に埋入し、残りの部分がモールド樹脂２０から露出した状態となっている。また、貫通孔８を囲むように配置されたビード７も必然的にこのモールド樹脂２０の表面とバスバー２の接触部分に位置する。これら貫通孔８とビード７はモールド樹脂２０の表面に対して、垂直となっている。また、外部接続部５の屈曲部９以降の先端部はモールド樹脂２０表面に対して平行となっている。

一方、バスバー３の外部接続部１１は、図５に示すようにモールド樹脂２０表面から約４５度の角度をなした状態で表出している。外部接続部１１の屈曲部１５以降の先端部は外部接続部５と同様にモールド樹脂２０表面と平行である。また、ビード１４は下端部周辺がモールド樹脂２０内部に埋入した状態となっている。

なお、図５に示すように、ケース１７の長辺側の固定部１９は、ケース１７に金属化フィルムコンデンサ素子１を所定の位置に収容した際に、バスバー２とバスバー３の間に位置するようになっている。

次に本実施の形態のケースモールド型コンデンサ２１の作用効果について説明する。

まず、本実施の形態のケースモールド型コンデンサ２１は、上述した構成によりバスバー２の機械的強度を維持したままモールド樹脂２０のクラックの発生を抑制することができ、信頼性の高いものとなっている。

本実施の形態のケースモールド型コンデンサ２１は、バスバー２に設けた貫通孔８を介してバスバーの表裏面のモールド樹脂２０が連通した状態となっているため、バスバー２のモールド樹脂２０に対する相対的な上下方向の移動が規制され、ケースモールド型コンデンサ２１の周囲温度の変化とバスバー２のモールド樹脂２０の材質の相違に起因するモールド樹脂２０のクラックの発生を抑制することができる。

ここで、このように貫通孔８を設けるとバスバー２の貫通孔８周辺の機械的強度の低下が懸念されるが、この貫通孔８を囲むようにビード７を設けているため、バスバー２の機械的強度の低下をバスバー２にて補填することができる。したがって、バスバー２は、破損やあるいは貫通孔８を起点としたバスバー２の折れ曲がりの可能性が低減されたものとなっている。

なお、貫通孔８はバスバー２のみ設けたが、バスバー３にも設けてよいものである。本実施の形態のケースモールド型コンデンサ２１において、バスバー２はモールド樹脂２０表面から垂直に表出しており、これは約４５度の角度をなしてモールド樹脂２０表面から表出したバスバー３に比べ、比較的上下方向に移動し易い構成となっている。このため、本実施の形態のケースモールド型コンデンサ２１においては、比較的クラックの発生の可能性が高いバスバー２に貫通孔８を設けた構成としている。

さらに、本実施の形態のケースモールド型コンデンサ２１は、ビード７の配設範囲を貫通孔８の配設位置から屈曲部９まで及ぶ構成としている。屈曲部９も比較的ケースモールド型コンデンサ２１の実使用時に外部からの振動等による応力が集中し易く、破損の生じ易い箇所であるが、この箇所もビード７にて補強することで破損の可能性を低減している。すなわち、本実施の形態のケースモールド型コンデンサ２１ではひとつのビード７によってバスバー２の貫通孔８周辺と屈曲部９の２つの部位の破損の可能性を同時に低減している。

また、バスバー２は図５に示したように、ケース１７の内側壁の近傍に配置された構成となっているが、このようにバスバー２とケース１７内側壁の間に僅かな隙間が存在すると、毛細管現象によりモールド樹脂２０注入時にモールド樹脂２０がこの僅かな隙間を這い上がってくることが考えられる。この課題は、バスバー２をケース１７の内側壁とある程度離間させて配置することで解決するものではあるが、設計上バスバー２をケース１７の内側壁の近傍に配置せざるを得ない場合もある。しかし、本実施の形態のケースモールド型コンデンサ２１では、貫通孔８によりバスバー２とケース１７内側壁の間のモールド樹脂２０の表面張力を分散させることができ、モールド樹脂２０の這い上がりが発生しにくいものとなっている。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２１では上述したようにモールド樹脂２０のクラックの発生を抑制するとともに、モールド樹脂２０の這い上がりの発生を抑制する効果も有する。

ただし、貫通孔８よりも上部あるいは下部にモールド樹脂２０表面が位置し、貫通孔８がモールド樹脂２０表面に接触していない場合はモールド樹脂２０の表面張力を分散しにくくなるため、貫通孔８はモールド樹脂２０表面と同じ高さになるようにバスバー２上に設けることが重要である。

なお、貫通孔８の形状は円形とすることが望ましい。円形とすることで、貫通孔８外周において応力が局所的に集中してしまうことを防止できる。また、貫通孔８が円形であれば金属化フィルムコンデンサ素子１からバスバー２の外部接続部５への電流経路に無駄がなく、電流が流れ易くなる。

以上説明したように、本発明によると、ケース１７に充填したモールド樹脂２０のクラックの発生を抑制できるとともに、バスバー２の機械的強度も十分なものとなっている。

なお、この発明は上記の実施の形態のケースモールド型コンデンサ２１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、ケースモールド型コンデンサ２１では金属化フィルムコンデンサ素子１として巻回型の金属化フィルムコンデンサ素子を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく積層型の金属化フィルムコンデンサ素子を金属化フィルムコンデンサ素子１として用いても本発明の効果を得ることは可能である。

本発明によるケースモールド型コンデンサは、優れた信頼性を有しており、各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車等に用いられるコンデンサとして好適に採用できる。特に、その設置箇所等の理由から高い耐外部環境性が求められる自動車用分野において有用である。

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
４ 電極接続部
５ 外部接続部
５ａ ネジ孔
６ 平板部
７ ビード
８ 貫通孔
９ 屈曲部
１０ 電極接続部
１１ 外部接続部
１１ａ ネジ孔
１２ 平板部
１３ 係止部
１４ ビード
１５ 屈曲部
１７ ケース
１８ 収容部
１９ 固定部
２０ モールド樹脂
２１ ケースモールド型コンデンサ

Claims (3)

1. 上面に開口部を有するケースと、
   前記ケース内部に収容され、両端部に一対の端面電極を有するコンデンサ素子と、
   前記ケース内部に注入され、前記コンデンサ素子をモールドするモールド樹脂と、
   前記コンデンサ素子の前記一対の端面電極に一端が夫々接続され、他端が前記モールド樹脂から表出し外部端子と夫々接続される一対のバスバーとを備え、
   前記一対のバスバーのうち少なくとも一方のバスバーは、
   前記モールド樹脂から表出した屈曲部と、
   前記モールド樹脂に埋設されている部分から前記屈曲部にわたって設けられたビードと、
   前記ビードの内側に設けられるとともに、少なくとも一部に前記モールド樹脂が埋入した貫通孔と、
   前記他端の先端部に設けられた前記外部端子との接続用のネジ孔と、
   を有しているケースモールド型コンデンサ。
2. 前記一方のバスバーは前記ケースの内側壁に沿って配設された請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
3. 前記貫通孔は円形である請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。

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