JP6524423B2 - フィルムコンデンサ - Google Patents

Description

本発明はコンデンサ素子にバスバーを接続したフィルムコンデンサに関する。

近年、電気機器、電子機器、産業機器や自動車などに搭載されるフィルムコンデンサは、充放電の際に生じる熱を放出することにより、フィルムコンデンサの信頼性を高めることが求められている。

図７は従来のフィルムコンデンサの斜視図である。図７に示すように、従来のフィルムコンデンサは、複数のコンデンサ素子９１と、コンデンサ素子９１を収容するケース９３と、コンデンサ素子９１に電気的に接続された外部引出端子部９６とを備えている。そして、ケース９３の対向する壁面のいずれか一方の壁面に開口し、各々のコンデンサ素子９１を分離するようにスリット部９３Ａがケース９３に設けられている。また、ケース９３内には絶縁樹脂層９４が形成され、コンデンサ素子９１が封止されている。スリット部９３Ａを設けることにより複数個のコンデンサ素子９１の間に空気層を設けることが可能となり、コンデンサ素子９１に発生した熱を直接スリット部９３Ａを通して外部に放熱することが可能となる。

このようなスリット部を有するフィルムコンデンサは、例えば特許文献１に開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示された技術によれば確かにコンデンサ素子９１に生じた熱を外部に放熱することは可能であるが、フィルムコンデンサのさらなる放熱性能の向上が求められている。

特開２００１−３２６１３１号公報

本発明は、誘電体フィルムと金属層とが交互に配置され、２つの端面にそれぞれ端面電極と、側面に絶縁フィルムとを有する２つの隣り合うコンデンサ素子と、隣り合うコンデンサ素子の一方の端面電極を互いに接続するためのバスバーと、を備えたフィルムコンデンサである。隣り合うコンデンサ素子の側面は互いに対向するよう配置され、バスバーは、舌片を有し、舌片は、隣り合うコンデンサ素子の側面の間に配置されている。この構成によって放熱性能を向上させることにより信頼性を高めたフィルムコンデンサを提供できる。

本発明の実施形態のフィルムコンデンサにおける要部の斜視図である。 本発明の実施形態のフィルムコンデンサにおける要部の断面図である。 本発明の実施形態のフィルムコンデンサにおける要部の他の断面図である。 本発明の実施形態のフィルムコンデンサにおけるバスバーの斜視図である。 本発明の実施形態のフィルムコンデンサにおけるコンデンサ素子の斜視図及び断面図である。 本発明の実施形態のフィルムコンデンサにおけるバスバーの第２部分の形成を説明する部分斜視図である。 従来のフィルムコンデンサの斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態におけるフィルムコンデンサの構成及びその製造方法について説明する。

図１は、本実施形態によるフィルムコンデンサを構成する、バスバー２が接続されたコンデンサ素子１の斜視図である。図２は図１に示す切断線Ｉ−Ｉにおける断面図であり、図３は図１に示す切断線ＩＩ−ＩＩにおける断面図である。図４はバスバー２の斜視図である。図５（ａ）はコンデンサ素子１の斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）に示す切断線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）に示す切断線ＩＶ−ＩＶにおける断面図である。

本実施形態のフィルムコンデンサは、２つの隣り合うコンデンサ素子１と、コンデンサ素子１に接続されたバスバー２とを備えている。各コンデンサ素子１は、誘電体フィルムと金属層とが交互に配置され、２つの端面１４にそれぞれメタリコン電極（端面電極）１１を有し、側面１２に絶縁フィルムを有している。そして、隣り合うコンデンサ素子１の側面１２が互いに対向するように各コンデンサ素子１は配置されている。バスバー２は、隣り合うコンデンサ素子１の一方のメタリコン電極（端面電極）１１を互いに接続している。また、バスバー２は、第２部分（舌片）２Ｂを有し、第２部分（舌片）２Ｂは、隣り合うコンデンサ素子１の側面１２の間に配置されている。

具体的な構成について以下に説明する。図１に示すように本実施形態のフィルムコンデンサは１６個のコンデンサ素子１を備えている。各コンデンサ素子１の両端部にはメタリコン電極１１が形成されている。尚、同図において、正極及び負極については区別せず同じ符号を付して説明している。ここで、コンデンサ素子１の構成について、その形成方法を基に詳述する。まず、ポリプロピレン（以下、「ＰＰ」という）などからなる誘電体フィルムの少なくとも片面にアルミニウムを蒸着して金属層（蒸着電極）を形成した金属化フィルムを一対とし、これら一対の金属化フィルムが重ね合せられ、巻回される。さらに、保護用の絶縁フィルム（ＰＰフィルム）１３を約１０周分巻き付けることで巻回体が形成される。次いで、この巻回体が押圧され扁平形（２つの平面と２つの曲面とを有する形状）に加工がされ成形体１Ａが形成される。そして、成形体１Ａの互いに対向する２つの端面に亜鉛が溶射され、メタリコン電極１１が形成されることで、コンデンサ素子１が完成する。このように、コンデンサ素子１は、誘電体フィルムを介して対向した蒸着金属層をメタリコン電極１１を介して外部に取り出した構成となっている。

上記のように形成されたコンデンサ素子１は、図５（ａ）に示すように、互いに対向する２つの端面１４と側面１２とを有し、側面１２は互いに対向する２つの平面１２Ａと互いに対向する２つの曲面１２Ｂとを有している。図５（ｂ）に示すように、コンデンサ素子１の２つの端面１４にメタリコン電極１１が形成され、コンデンサ素子１の側面１２、すなわち平面１２Ａ及び曲面１２Ｂに絶縁フィルムを有している。本実施形態において、メタリコン電極１１が形成された２つの端面は、側面、すなわち平面及び曲面によりつながっている。尚、本実施形態において、第２部分２Ｂは隣り合うコンデンサ素子１の平面１２Ａの間に配置されている。

バスバー２は、例えば銅などの金属材からなり、正極バスバーと負極バスバーの２つから構成されている。本実施形態において正極バスバーと負極バスバーは同形状を有しており、一方の極性のバスバーを他方の極性のバスバーとして兼用することができる。

図４に示すように、バスバー２は第１部分２Ａ、舌片状の第２部分２Ｂ、第３部分２Ｃが連結して構成されている。第１部分２Ａは、メタリコン電極１１が形成された端面１４と対向して配置され、メタリコン電極１１が接続される部分を含む。第２部分２Ｂは、隣り合うコンデンサ素子１の各側面１２に対向して配置され、第１部分２Ａに対して９０度折り曲げられた部分である。同様に、第３部分２Ｃは第１部分２Ａに対して９０度折り曲げられた部分である。

第１部分２Ａには、メタリコン電極１１と対応する箇所にメタリコン電極接続部２Ａ１が２つずつ設けられている。また、第１部分２Ａは、６つの孔部２Ａ２と６つの切欠部２Ａ３を有している。孔部２Ａ２と切欠部２Ａ３は、後述するバスバー形成工程において第２部分２Ｂを形成するためのプレス加工により形成されたものである。

各第２部分２Ｂは、角部に面取り部２Ｂ１を有すると共に、第１部分２Ａのメタリコン電極接続部２Ａ１を形成した結果設けられた孔部２Ｂ２を２つ具備している。本実施形態のように面取り部２Ｂ１を設けることにより、角部からの保護用ＰＰフィルムや誘電体フィルムに加わる応力を緩和できるので、リーク電流を抑制することができる。

第３部分２Ｃは、外部端子部２Ｃ１を２つ具備し、また、後述する封止工程において絶縁樹脂液を効率良く充填するための孔部２Ｃ２を３つ具備している。

図２及び図３を用いてコンデンサ素子１に対する正極バスバー２ＡＰ及び負極バスバー２ＡＮの配置をさらに詳しく説明する。尚、同図においては、正極及び負極について区別した符号を付して説明している。図２に示すように、正極メタリコン電極側のコンデンサ素子１の端面１４Ｐには正極メタリコン電極接続部２Ａ１Ｐが半田付け又は抵抗溶接などにより接続されている。同様に、負極メタリコン電極側のコンデンサ素子の端面１４Ｎには負極メタリコン電極接続部２Ａ１Ｎが半田付け又は抵抗溶接により接続されている。

本実施形態において、バスバー２は第２部分２Ｂを有し、第２部分２Ｂは隣り合うコンデンサ素子１の側面１２の間に配置されている。コンデンサ素子に高周波電流あるいは大電流による充放電を繰り返した場合にはコンデンサ素子が発熱するため、隣接するコンデンサ素子の間には特に熱がこもる。しかしながら、本実施形態の構成により、コンデンサ素子１に生じた熱は舌片２Ｂから第１部分２Ａ及び第３部分３Ｃへと伝わり、フィルムコンデンサの外部へ熱を放出でき、放熱性能が向上し、フィルムコンデンサの信頼性を高めることができる。

さらに、本実施形態は、図２及び図３に示すように、隣接する２つのコンデンサ素子１の側面１２の間には正極バスバーの正極第２部分２ＢＰと負極バスバーの負極第２部分２ＢＮが配置されて、コンデンサ素子１の側面１２と当接している。したがって、本実施形態は、コンデンサ素子に生じた熱を外部へさらに効率よく放熱でき、フィルムコンデンサの信頼性をより高めることができる。

また、隣接する２つのコンデンサ素子１の側面１２の間に配置される正極バスバーの正極第２部分２ＢＰの端部及び負極バスバーの負極第２部分２ＢＮの端部は、側面１２においてメタリコン電極配列方向における中央部近傍まで配置されていることが好ましい。これにより、フィルムコンデンサの放熱性能をさらに向上できる。

図１及び図５に示すように、コンデンサ素子１は端面視で扁平形を有しており、コンデンサ素子１の側面は互いに対向する２つの曲面１２Ｂと、２つの曲面１２Ｂの間に位置して互いに対向する２つの平面１２Ａとを有している。尚、曲面１２Ｂは、一部に平坦な面を含んでもよい。そして、隣り合うコンデンサ素子１の平面１２Ａの間に第２部分２Ｂが配置されている。この構成により、第２部分２Ｂが平面１２Ａに接触または近接して配置されるので、コンデンサ素子１に生じた熱をより効率的に舌片に伝導することができる。さらに、曲面１２Ｂにより、隣り合うコンデンサ素子間に隙間が生じるため、隣り合うコンデンサ素子１への熱の拡散を抑制できる。

また、第２部分は厚さが０．５〜２ｍｍ程度の薄板であるので、従来技術のスリット部９３Ａに比べて体積は小さく、フィルムコンデンサの小型化を阻害することがない。

モータ駆動用のインバーター回路（特に電車、車載用途）にフィルムコンデンサが組み込まれる場合、フィルムコンデンサには大電流により充放電が行われるため、より熱が発生し易くなる。したがって、このような用途に本発明を用いることで、信頼性の高いフィルムコンデンサを提供できる。

（製造方法）
以下に、本実施形態のフィルムコンデンサの製造方法を説明する。

（コンデンサ素子形成工程）
コンデンサ素子形成工程にて図５に示すようなコンデンサ素子１を作製する。まず、ＰＰからなる誘電体フィルムの片面にアルミニウムを蒸着させて、金属層（蒸着電極）が形成された金属化フィルムを形成する。なお、本実施の形態ではこのように蒸着金属としてアルミニウムを用いたが、これ以外にも亜鉛やマグネシウム、あるいはこれらの金属を混合させたものを用いてもよい。

次に、正極用の金属化フィルムと負極用の金属化フィルムとを幅方向の端部を僅かにずらした状態で重ねて巻回する。さらに、保護用のＰＰフィルムを約１０周巻き付けることで円柱状の巻回体を作製する。そして、この巻回体の曲面状の外周面を巻回体の径方向の両側から押圧して扁平形状（陸上競技のトラック形状）に加工し、形成体１Ａを作製する。さらに、扁平形状に加工された形成体１Ａの互いに対向する２つの端面に亜鉛を溶射することによりメタリコン電極１１を形成する。これにより、誘電体フィルムを介して対向する金属層をそれぞれメタリコン電極に接続したフィルムコンデンサ素子１が完成する。

（バスバー形成工程）
次に、バスバー形成工程にて図４に示すようなバスバー２を形成する。まず、厚さが１ｍｍの例えば銅製の薄板状母材を用意する。この母材にプレス加工を施し、第１部分２Ａ、第２部分２Ｂ、及び第３部分２Ｃの形成を行ってバスバー２を形成する。以下に、図６を参照して第１部分２Ａ及び第２部分２Ｂの形成について主に説明する。同図（ａ）は第２部分２Ｂの形成途中の状態を示し、同図（ｂ）は第２部分２Ｂの形成後の状態を示しており、説明の簡略化のためバスバー２の一部のみを描いている。

まず、図６（ａ）に示すように、母材にプレス加工を施して分断溝２ＣＬを形成し、第１部分２Ａとなる第１部分領域２ＡＭと、第２部分２Ｂとなる第２部分領域２ＢＭとを形成する。第１部分領域２ＡＭと第２部分領域２ＢＭとは連結した状態で加工されており、第２部分領域２ＢＭには、第２部分２Ｂの角部となる部分に面取り部２Ｂ１が形成されている。また、同時に第２部分領域２ＢＭに孔部２Ｂ２Ｍを形成することにより、第１部分領域２ＡＭの一部であるメタリコン電極接続部２Ａ１が形成される。

次に、折り曲げ部２ＡＢに相当する位置に沿って第１部分領域２ＡＭに対して略垂直に第２部分領域２ＢＭを折り曲げる（曲げ加工）ことにより、第１部分２Ａ及び第２部分２Ｂが形成される。また、この曲げ加工により生じた孔及び切り欠きが、第１部分２Ａの孔部２Ａ２及び切欠部２Ａ３となる。尚、図６においては、孔部２Ａ２のみを記載している。

これまでは第２部分２Ｂに相当する部分（くり抜き部）はプレス加工によりくり抜いて完全にバスバーから切り離していた。そして、くり抜き部は用途がないとして廃棄されていた。本実施形態は、本来的には不要として廃棄されていたくり抜き部を放熱用の部材として有効活用するものであり、低コストで放熱性能の向上を達成することができる。

また、本実施形態においては、第１部分２Ａと第２部分２Ｂが別個の部材ではなく一体物であり、第２部分２Ｂを第１部分２Ａに取り付けるための取付機構が不要である。よって、低コスト化及び小型化を促進できるという効果もある。

（接続工程）
接続工程にて、コンデンサ素子１とバスバー２を接続する。上述したようにバスバー２は正極用と負極用の両方に使用することができる。コンデンサ素子１のメタリコン電極１１の所定の位置にバスバー２のメタリコン電極接続部２Ａ１が配置されるようにコンデンサ素子１とバスバー２を配置し、抵抗溶接又は半田付けすることによりメタリコン電極１１とメタリコン電極接続部２Ａ１とを接続する。

図２及び図３に示すように、隣り合うコンデンサ素子１の側面１２の間の隙間には正極第２部分２ＢＰと負極第２部分２ＢＮが所定の距離を隔てて配置されてコンデンサ素子１の側面１２と当接している。一方の極性の第２部分（舌片）２Ｂが、隣り合うコンデンサ素子１の側面１２の間を折り曲げ部２ＡＢから他方のメタリコン電極に向けて延びているので、コンデンサ素子１の側面の間の隙間にこもる熱を効率良くフィルムコンデンサの外部へ放熱でき、フィルムコンデンサの信頼性を高めることができる。

（封止工程）
封止工程にてコンデンサ素子１を封止し、フィルムコンデンサを完成させる。まず、凹部を有する上方開口型の樹脂製ケース（図示せず）を準備する。次にバスバー２を接続したコンデンサ素子１をケースの凹部に収容する。なお、バスバー２の外部端子部２Ｃ１はケースの凹部から外部へ突き出ている。次に、ケースの凹部の開口部から高温の絶縁樹脂液を注入する。第３部分２Ｃには孔部２Ｃ２が３つ形成されているので、コンデンサ素子１の側面１２とバスバー２の表面とで形成される空間に絶縁樹脂液を効率よく充填できる。その後、絶縁樹脂液を冷却して絶縁樹脂層を形成することにより本実施形態のフィルムコンデンサが完成する。

実施形態では、隣り合うコンデンサ素子１の側面１２の間に折り曲げ部２ＡＢにて連結した第２部分（舌片）２Ｂを有するバスバーを用いたがこれに限定されない。例えば、第２部分に相当する形状をした別個の部材を用意し、その部材をバスバーの折り曲げ部に相当する部分に溶接により接合することにより、バスバーが舌片を有する構成としても良い。ただし、前述したように、別個の部材を用意する必要があること、溶接工程が必要であること、等の理由により、第２部分（舌片）と第１部分を折り曲げ部２ＡＢにて連結した構成、すなわち、舌片がバスバーの一部を折り曲げた部分である構成にすることにより、低コスト化、工程の簡素化を可能とすることができるので好ましい。

放熱性能向上を達成したフィルムコンデンサを提供することができる。

１ コンデンサ素子
１１ メタリコン電極
１２ 側面
１２Ａ 平面
１２Ｂ 曲面
１３ 絶縁フィルム
１４ 端面
１Ａ 成形体
２ バスバー
２Ａ 第１部分
２Ａ１ メタリコン電極接続部
２Ａ２ 孔部
２Ａ３ 切欠部
２ＡＢ 折り曲げ部
２Ｂ 第２部分
２Ｂ１ 面取り部
２Ｂ２ 孔部
２ＢＮ 負極第２部分
２ＢＰ 正極第２部分
２Ｃ 第３部分
２Ｃ１ 外部端子部
２Ｃ２ 孔部

Claims (4)

1. 誘電体フィルムと金属層とが交互に配置され、２つの端面にそれぞれ端面電極と、側面に絶縁フィルムとを有する２つの隣り合うコンデンサ素子と、
   前記隣り合うコンデンサ素子の一方の端面電極を互いに接続するためのバスバーと、を備え、
   前記隣り合うコンデンサ素子の側面は互いに対向するよう配置され、
   前記バスバーは、前記バスバーの一部をくり抜いて折り曲げられた舌片と、前記舌片の一部を更にくり抜いて形成された端面電極接続部を有し、
   前記端面電極接続部は、前記舌片を形成するために前記バスバーの一部をくり抜いてできた孔部の内側に形成されており、
   前記舌片は、前記隣り合うコンデンサ素子の側面の間に配置されているフィルムコンデンサ。
2. 前記２つの端面のうち一方の端面には正極メタリコン電極が形成されると共に、他方の端面には負極メタリコン電極が形成され、
   前記正極メタリコン電極には正極バスバーが接続されると共に、前記負極メタリコン電極には負極バスバーが接続されており、
   前記隣り合う前記コンデンサ素子の前記側面の間には、前記正極バスバーの舌片と前記負極バスバーの舌片とが配置されている請求項１に記載のフィルムコンデンサ。
3. 前記コンデンサ素子の側面は、互いに対向する２つの曲面と、前記２つの曲面の間に位置して互いに対向する２つの平面とを有し、隣り合う前記コンデンサ素子の前記平面の間に前記舌片が配置されている請求項１又は請求項２に記載のフィルムコンデンサ。
4. 前記舌片の角部には面取りが施されている請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のフィルムコンデンサ。

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