JP7162340B2 - 低ｅｓｌ導体構造コンデンサ - Google Patents

Description

この発明は、ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）の低減を図ったコンデンサに関する。

互いに異極となる導体を重ね合わせる（平行平板状とする）ことで低ＥＳＬ化を図ることは、例えば特許文献１に開示されているように従来から行われている。また、特許文献２、３には、２端子（Ｐ端子、Ｎ端子）をケース外に引き出すにあたって、極限まで平行平板状として低ＥＳＬ化を図りつつ、各端子の先端を互いに離間させるように左右に開いて面一の平面を形成し、外部機器への取り付けを行い易くすることが開示されている。特許文献４には、３端子（Ｐ端子、Ｃ端子、Ｎ端子）を備えつつ、低ＥＳＬ化を図ったコンデンサが開示されている。

特開平９－２６０１８０号公報 特開２０１１－０５４６１６号公報 特開２０１２－１５２１０４号公報 特開２０１７－０５０３３５号公報

ところで、端子（外部接続端子）は、電流が集中する部分であるため、低ＥＳＬ化を図るには、特許文献２、３のようにできるだけ近接させることが好ましい。

しかし、この構成を３端子のコンデンサに適用しようとすると困難が伴う。すなわち、３端子の場合、端子の数が奇数であるため、１対１の関係で端子同士を近接させると端子が余る。３端子をまとめて近接させることも考えられるが、この場合、両側の端子は左右に開くことができるが、中央の端子を開く（左右どちらかに曲げる）ことができない。

加えて、コンデンサの設置場所によっては、外部機器と端子との接続箇所がコンデンサ自身や外部機器の陰となることがある。特に中央の端子は、両側にそれぞれ端子が位置しているため陰となりやすい。この場合、接続作業のためのスペースを確保するためには、端子を延長したり、別部材を介在させる必要があり、外部機器との接続距離が長くなってＥＳＬの増加を招いてしまう。

そこで本発明は、３端子でありながら低ＥＳＬ化を図ることができるコンデンサの提供を目的としている。

本発明のコンデンサは、第１コンデンサ素子２と、第２コンデンサ素子３と、第１コンデンサ素子２の一方の電極２ａに接続される第１導体４と、第２コンデンサ素子３の一方の電極３ａに接続される第２導体５と、第１コンデンサ素子２の他方の電極２ｂと第２コンデンサ素子３の他方の電極３ｂとに接続される第３導体６とを備えたコンデンサであって、各導体４、５、６が、コンデンサ素子２（又は３）と接続される本体部４１、５１、６１、７１と、本体部４１、５１、６１、７１よりも幅狭で外部機器との接続に供される外部接続端子４２、５２、６２とをそれぞれ有し、第３導体６が２つの本体部６１、７１を有し、一方側の第１本体部６１が、第１導体４の本体部４１と上端を揃えた状態で重ね合わせられて、第３導体６の外部接続端子６２と第１導体４の外部接続端子４２の基端部６２ｂ、４２ｂ同士が互いに対向し、他方側の第２本体部７１が、第２導体５の本体部５１と上端を揃えた状態で重ね合わせられて、第３導体６の外部接続端子６２と第２導体５の外部接続端子５２の基端部６２ｃ、５２ｂ同士が互いに対向しており、第１本体部６１と第２本体部７１とが外部接続端子６２を共有しており、第１本体部６１と第２本体部７１との間に、共有された外部接続端子６２と外部機器とを接続するための作業スペースＳ１が設けられていることを特徴としている。

また、本体部４１、５１、６１、７１が複数に分かれて脚部４１ａ、５１ａ、６１ａ、７１ａが形成されており、脚部間（４１ａ、４１ａ間、５１ａ、５１ａ間、６１ａ、６１ａ間、７１ａ、７１ａ間）に、外部機器と外部接続端子４２、５２とを接続するための作業スペースＳ２が設けられていることが好ましい。

本発明のコンデンサは、互いに異極となる本体部を重ね合わせているため、ＥＳＬの低減効果を得られる。特に、電流が集中する外部接続端子の基端部同士を互いに対向させているため、ＥＳＬの低減効果が高い。また、第３導体の第１本体部と第２本体部との間に、共有された外部接続端子と外部機器とを接続するための作業スペースを設けているため、接続のために外部接続端子を延長したりする必要が無く、低ＥＳＬ化を図ることができる。

また、本体部が複数に分かれて脚部が形成されており、脚部間に、外部と外部接続端子とを接続するための作業スペースが設けられていても、接続のために外部接続端子を延長したりする必要が無く、一層の低ＥＳＬ化を図ることができる。

この発明の一実施形態に係るコンデンサを示す分解斜視図である。 コンデンサ素子と導体とを接続した状態を示す斜視図である。 コンデンサの断面図である。 コンデンサの底面図である コンデンサの概略回路図である。

次に、この発明のコンデンサの一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。この発明のコンデンサ１は、例えば３レベルインバータのように３端子（Ｐ端子、Ｃ端子、Ｎ端子）を有する外部機器への投入に用いられるスナバコンデンサであって、図１～図４に示すように、第１コンデンサ素子２と、第２コンデンサ素子３と、第１コンデンサ素子２の一方の電極２ａに接続される第１導体４と、第２コンデンサ素子３の一方の電極３ａに接続される第２導体５と、第１コンデンサ素子２の他方の電極２ｂと第２コンデンサ素子３の他方の電極３ｂに接続される第３導体６と、各コンデンサ素子２、３や各導体４、５、６を収容するケース８と、ケース８内に充填される樹脂９とを備えている。以下、各構成部品について説明していくが、説明における「上下」の概念は、製造時、より具体的には樹脂充填時におけるものであって、必ずしも使用時の上下を規定するものではない。

第１コンデンサ素子２は、絶縁性のフィルムの表面に金属を蒸着した金属化フィルムを巻回することでなるフィルムコンデンサであって、図１に示すように、軸方向両端面に金属を溶射してなる電極２ａ、２ｂがそれぞれ形成されている。このコンデンサ素子２は、軸方向から見ると扁平状、具体的には略トラック状（２本の平行線とその両端を半円でつないだ形状）であり、軸方向外周に平坦部２ｃと曲面部２ｄとを有している。

第２コンデンサ素子３は、第１コンデンサ素子２と同様である。従って、同添え字を付し詳細な説明は省略する。

第１導体４は、第１コンデンサ素子２の平坦部２ｃと対向し且つ第１コンデンサ素子２と接続される本体部４１と、本体部４１よりも幅狭で外部機器との接続に供される外部接続端子４２とを備えている。

本体部４１は、図１に示すように、矩形状の平板の中央に、下端側から矩形状の切欠きを設けることで、上端側は繋がっているが下端側は分離した形状、すなわち下方側が二股に分かれており、２つの脚部４１ａ、４１ａと、それら脚部４１ａ、４１ａの上端を繋ぐ胴部４１ｂとを備えた形状とされている。なお、この形状は逆Ｕ字状や倒立したコ字状とも言える。脚部４１ａ、４１ａ間の幅Ｗ１は例えば２０～３０ｍｍである。そして、各脚部４１ａ、４１ａからは、それぞれ第１コンデンサ素子２との接続に供する接続片４１ｃが水平方向に突出するようにして設けられている。

また、この本体部４１は、図３に示すように下方側が樹脂９に埋没し、上方側が樹脂外に引き出される。樹脂内に埋没する部分を埋没部４３、樹脂外に引き出される部分を引き出し部４４とした場合、引き出し部４４の水平方向の幅は、埋没部４３の幅と同幅又はそれよりも大とされている。すなわち、脚部４１ａの下方側が埋没部４３となるが、脚部４１ａは上下方向で水平方向の幅が変わらないため、脚部４１ａ間では埋没部４３と引き出し部４４が同幅であり、胴部４１ｂまで至れば埋没部４３よりも引き出し部４４の幅が大きくなっている。ただ、必ずしも脚部４１ａを上下方向で同幅とする必要は無く、例えば引き出し部４４側において拡幅しても良い。なお、脚部４１ａの水平方向の幅は、第１コンデンサ素子２の水平方向の幅と同幅又はそれよりも大とすることが好ましい。

外部接続端子４２は、引き出し部４４の上端から延設されている。また、平面視で脚部４１ａ、４１ａ間に位置するよう、本体部４１の中央から延設されている。この外部接続端子４２は、基端部から水平方向に折曲されている。折曲方向は、接続片４１ｃが設けられた側である。先端近傍には、外部機器との接続に用いるための接続孔４２ａが設けられている。

第２導体５は、第２コンデンサ素子３と接続される点で第１導体４とは相違するが、図１に示すように第１導体４と同形状である。従って、同添え字を付し詳細な説明は省略する。この第２導体５は、第３導体６を間に位置させた状態で、第１導体４と互いに背中合わせとなるように（接続片４１ｃ、５１ｃや外部接続端子４２、５２が互いに外側に向くように）配置される。

第３導体６については、２つの本体部６１、７１を備えている点、外部接続端子６２を２つの本体部６１、７１で共有している点で、第１導体４や第２導体５とは相違する。一方の本体部を第１本体部６１とし、他方の本体部を第２本体部７１とした場合、第１本体部６１と第２本体部７１とは隙間を開けて互いに対向して配置されている。隙間の幅Ｗ２は例えば２０～２５ｍｍである。そして上端同士が１つの外部接続端子６２によって連結されている。また、第１、第２コンデンサ素子２、３の下側の電極２ｂ、３ｂとそれぞれ接続するため、接続片６１ｃ、７１ｃが脚部６１ａ、７１ａの下端からそれぞれ延設されている。延設方向は、外部接続部６２とは反対側である。その他の構成については、第１電極板と同様であるため、同添え字を付し詳細な説明は省略する。

なお、いずれの導体４、５、６も幅方向の中心を通る中心軸に対して左右対称形である。また、第３導体６については、奥行き方向の中心を通る中心軸に対しても左右対称形である。このような導体４、５、６は、例えば銅板やアルミニウム板等の金属板（平板状の金属）を、適宜打ち抜き加工や折り曲げ加工することによって形成される。

本発明のコンデンサ１では、ケース８として、各導体４、５、６の一方側の脚部４１ａ、５１ａ、６１ａ、７１ａを収容する第１ケース８１と、他方側の脚部４１ａ、５１ａ、６１ａ、７１ａを収容する第２ケース８２の２つのケースを使用する。第１、第２ケース８１、８２はいずれも略立方体状であって、上面が開口しており、内部にコンデンサ素子２、３と脚部４１ａ、５１ａ、６１ａ、７１ａを収容可能な収容空間を備えている。これら第１、第２ケース８１、８２は、互いに間隔を開けて配置される。この間隔の幅Ｗ３は例えば１５～２０ｍｍである。ケース８内に充填される樹脂９は例えばエポキシ樹脂である。ただこれに限らず、ウレタン樹脂等の公知の種々の樹脂を使用可能である。

次に、本発明のコンデンサ１の製造工程について説明する。まず、第１導体４と第３導体６の間に第１コンデンサ素子２を接続する。具体的には、第１コンデンサ素子２を電極２ａ、２ｂが上下に向くように並べるとともに、平坦部２ｃを第１導体４の脚部４１ａに沿わせ、第１コンデンサ素子２の上側の電極２ａに第１導体４の接続片４１ｃを接続し、下側の電極２ｂに第３導体６の第１本体部６１の接続片６１ｃを接続する。この際、本体部４１、６１（引き出し部４４、６４）の上端を揃えるとともに、第１導体４の外部接続端子４２の基端部４２ｂと、第３導体６の外部接続端子６２の第１本体部６１側の基端部６２ｂとを対向させるようにして、第１導体４の本体部４１と、第３導体６の第１本体部６１とを絶縁層（空気層）を介して重ね合わせる（平行平板状とする）。これにより、第１コンデンサ素子２と第１、第３導体４、６とからなるコンデンサユニットＵ１が１つ形成される（図２参照）。

また、第２導体５と第３導体６との間に第２コンデンサ素子３を接続する。具体的には、第２コンデンサ素子３を電極３ａ、３ｂが上下に向くように並べるとともに、平坦部３ｃを第２導体５の脚部５１ａに沿わせ、第２コンデンサ素子３の上側の電極３ａに第２導体５の接続片５１ｃを接続し、下側の電極３ｂに第３導体６の第２本体部７１の接続片７１ｃを接続する。この際、本体部５１、７１（引き出し部５４、６４）の上端を揃えるとともに、第２導体５の外部接続端子５２の基端部５２ｂと、第３導体６の外部接続端子６２の第２本体部７１側の基端部６２ｃとを対向させるようにして、第２導体５の本体部５１と、第３導体６の第２本体部７１とを絶縁層（空気層）を介して重ね合わせる（平行平板状とする）。これにより、第２コンデンサ素子３と第２、第３導体５、６とからなるコンデンサユニットＵ２が上記コンデンサユニットＵ１とは別にもう１つ形成される（図２参照）。また、各導体４、５、６の各外部接続端子４２、５２、６２が一直線に並ぶとともに、その上面が面一となる。そして、これらコンデンサユニットＵ１、Ｕ２は、第３導体６の外部接続端子６２によって接続されているため、コンデンサ全体としては図５に示す回路を構成する。

続いて、各導体４、５、６の一方の脚部４１ａ、５１ａ、６１ａ、７１ａと、この脚部４１ａ、５１ａ、６１ａ、７１ａと接続された第１、第２コンデンサ素子２、３とを第１ケース８１に収容する。また、各導体４、５、６の他方の脚部４１ａ、５１ａ、６１ａ、７１ａと、この脚部４１ａ、５１ａ、６１ａ、７１ａと接続された第１、第２コンデンサ素子２、３とを第２ケース８２に収容する。そして、ケース８内に樹脂９を充填し、第１、第２コンデンサ素子２、３を樹脂モールドすることでコンデンサ１の製造を完了する。

上記構成のコンデンサ１を３端子の外部機器に投入するにあたっては、例えば第１導体４をＰ端子に接続し、第２導体５をＮ端子に接続し、第３導体６をＣ端子に接続する。この際、第３導体６の第１本体部６１と第２本体部７１との間に隙間を有しているため、この隙間を接続作業用の作業スペースＳ１として用いることができる（図４参照）。また、各導体４、５、６の本体部４１、５１、６１、７１がそれぞれ二股に分かれているため、第１、第２ケース８１、８２を離して設けることができ、脚部間（４１ａ、４１ａ間、５１ａ、５１ａ間、６１ａ、６１ａ間、７１ａ、７１ａ間）、より具体的には第１、第２ケース８１、８２の間を、外部機器のＰ、Ｎ端子と外部接続端子４２、５２とを接続するための作業スペースＳ２として用いることができる。そのため、第１、第２ケース８１、８２の外周を結んでなるコンデンサ１の外枠内に各外部接続端子４２、５２、６２が位置しているにもかかわらず、外部機器との接続のために外部接続端子４２、５２、６２を延長したりする必要が無く、低ＥＳＬ化を図ることができる。なお、コンデンサ１と外部機器とは、ネジ留めによって接続される。

また、本発明のコンデンサ１は、本体部４１、５１、６１、７１を、その幅を維持した状態で（若しくは拡幅して）樹脂外に引き出しているため、その分、外部接続端子４２、５２、６２の長さを短くすることができ、ＥＳＬの低減効果が得られる。加えて、外部接続端子４２、５２、６２の基端部同士（４２ｂと６２ｂ、５２ｂと６２ｃ）を互いに対向させている、換言すれば、導体同士を極限（ぎりぎり）まで重ね合わせているため、外部接続端子（基端部）を互いにずらして設けているものに比べて、ＥＳＬの低減効果を大きく得られる。なお、ケース内でのみ導体を重ね合わせ、外部接続端子同士を互いにずらした状態で樹脂外に引き出したコンデンサの場合、インダクタンスが８ｎＨであったが、本発明のコンデンサ１では３．２ｎＨと大幅な低減効果が認められた。

以上に、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この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。例えば上記実施形態では、左右の脚部４１ａ、５１ａ、６１ａ、７１ａにそれぞれ１つのコンデンサ素子２（又は３）が接続されていたが、左右の脚部４１ａ、５１ａ、６１ａ、７１ａ間で同じ数とするのであれば、複数のコンデンサ素子２、３を接続しても良い。この場合、外部接続端子４２、５２、６２を中心に左右対称形となるように接続することが好ましい。また、脚部の数は２つに限らず、３つ以上であっても良い。また、上記実施形態では、１つのコンデンサユニットＵ１、Ｕ２にそれぞれ２つのコンデンサ素子２（又は３）を接続していたが、コンデンサユニットＵ１、Ｕ２間で同じ数であれば、１つや３つ以上のコンデンサ素子を接続しても良い。すなわち、第１、第２コンデンサ素子２、３間でコンデンサ素子の数を揃えるのであれば、第１コンデンサ素子２や第２コンデンサ素子３の数を１つや３つ以上としても良い。

第１、第２コンデンサ素子２、３としてはフィルムコンデンサに限らず、セラミックコンデンサなど種々のコンデンサ素子を用いても良い。なお、樹脂モールドの必要が無いコンデンサ素子を用いる場合には、ケース８や樹脂９を省略しても良い。コンデンサ素子の形状についても、円柱状や角柱状など種々の形状を採用し得る。

導体４、５、６間の絶縁層としては、絶縁紙や絶縁板を用いても良い。また、ケース８は必ずしも２つ用いる必要は無い。例えば、ケースを１つとし、平面視、外部接続端子４２、５２、６２と重なる箇所に上下方向に貫通する孔を設ければ、作業スペースＳ１、Ｓ２が形成されることとなり、外部接続端子４２、５２、６２と外部機器との接続を行うことができる。また、コンデンサ素子２、３毎にケースを設けても良い。

第３導体６の第１本体部６１と第２本体部７１の間の幅Ｗ２は、接続作業が行える間隔であれば良く、ネジ留め用の器具の大きさに合わせて適宜変更可能である。また、第１ケースと第２ケースの間の幅Ｗ３についても同様である。

１ コンデンサ
２ 第１コンデンサ素子
２ａ 一方の電極
２ｂ 他方の電極
２ｃ 平坦部
２ｄ 曲面部
３ 第２コンデンサ素子
３ａ 一方の電極
３ｂ 他方の電極
３ｃ 平坦部
３ｄ 曲面部
４ 第１導体
４１ 本体部
４１ａ 脚部
４１ｂ 胴部
４１ｃ 接続片
４２ 外部接続端子
４２ａ 接続孔
４２ｂ 基端部
４３ 埋没部
４４ 引き出し部
５ 第２導体
５１ 本体部
５１ａ 脚部
５１ｂ 胴部
５１ｃ 接続片
５２ 外部接続端子
５２ａ 接続孔
５２ｂ 基端部
５３ 埋没部
５４ 引き出し部
６ 第３導体
６１ 第１本体部
６１ａ 脚部
６１ｂ 胴部
６１ｃ 接続片
６２ 外部接続端子
６２ａ 接続孔
６２ｂ 第１本体部側の基端部
６２ｃ 第２本体部側の基端部
６３ 埋没部
６４ 引き出し部
７１ 第２本体部
７１ａ 脚部
７１ｂ 胴部
７１ｃ 接続片
８ ケース
８１ 第１ケース
８２ 第２ケース
９ 樹脂
Ｓ１ 第３導体の外部接続端子と外部機器とを接続するための作業スペース
Ｓ２ 第１、第２導体の外部接続端子と外部機器とを接続するための作業スペース
Ｕ１、Ｕ２ コンデンサユニット
Ｗ１ 脚部間の隙間幅
Ｗ２ 第１本体部と第２本体部の間の隙間幅
Ｗ３ ケース間の隙間幅

Claims (2)

1. 第１コンデンサ素子と、
   第２コンデンサ素子と、
   第１コンデンサ素子の一方の電極に接続される第１導体と、
   第２コンデンサ素子の一方の電極に接続される第２導体と、
   第１コンデンサ素子の他方の電極と第２コンデンサ素子の他方の電極とに接続される第３導体とを備えたコンデンサであって、
   各導体が、コンデンサ素子と接続される本体部と、本体部よりも幅狭で外部機器との接続に供される外部接続端子とをそれぞれ有し、
   第３導体が２つの本体部を有し、一方側の第１本体部が、第１導体の本体部と上端を揃えた状態で重ね合わせられて、第３導体の外部接続端子と第１導体の外部接続端子の基端部同士が互いに対向し、他方側の第２本体部が、第２導体の本体部と上端を揃えた状態で重ね合わせられて、第３導体の外部接続端子と第２導体の外部接続端子の基端部同士が互いに対向しており、
   第１本体部と第２本体部とが外部接続端子を共有しており、
   第１本体部と第２本体部との間に、共有された外部接続端子と外部機器とを接続するための作業スペースが設けられている、コンデンサ。
2. 各本体部が複数に分かれて脚部が形成されており、脚部間に、外部機器と外部接続端子とを接続するための作業スペースが設けられている、請求項１記載のコンデンサ。

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