KR101148419B1 - 케이스 몰드형 콘덴서와 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
케이스 몰드형 콘덴서는 콘덴서 소자와 한 쌍의 단자와 몰드 수지를 갖는다. 한 쌍의 단자는 콘덴서 소자의 제 1 전극과 제 2 전극에 각각 접속되어 있다. 몰드 수지는 한 쌍의 단자의 일단에 마련된 단자부의 일부가 각각 노출되도록 하여 콘덴서 소자를 매설하고 있다. 몰드 수지는 무기 충전재를 포함하는 에폭시 수지와, 에폭시 수지에 혼입된 흡습제를 포함한다.
Description
본 발명은 각종 전자 기기, 전기 기기, 산업 기기, 자동차 등에 사용되는 케이스 몰드형 콘덴서에 관한 것이다. 특히, 하이브리드 자동차의 모터 구동용 인버터 회로의 평활용, 필터용, 스누버(snubber)용으로 최적인 금속화 필름 콘덴서를 케이스 내에 수지 몰드한 케이스 몰드형 콘덴서에 관한 것이다.
최근, 환경 보호의 관점에서, 모든 전기 기기가 인버터 회로에 의해 제어되어, 에너지 절약화, 고효율화가 진행되고 있다. 그 중에서도 자동차 업계에서는, 전기 모터와 엔진으로 주행하는 하이브리드차(이하, HEV)가 시장 도입되는 등, 지구 환경에 이롭고, 에너지 절약화, 고효율화에 관한 기술 개발이 활발화되고 있다.
HEV용의 모터는 사용 전압 영역이 수백 볼트로 높다. 그 때문에, 이러한 모터에 관련되어 사용되는 콘덴서로서, 고내전압(高耐電壓)으로 저손실의 전기 특성을 갖는 금속화 필름 콘덴서가 주목받고 있다. 또, 시장에서의 유지 보수 불요(maintenance free)화의 요망으로부터도, 매우 수명이 긴 금속화 필름 콘덴서를 채용하는 경향이 강하다.
HEV용으로서 이용되는 금속화 필름 콘덴서에는, 사용 전압의 고내전압화, 대전류화, 대용량화 등이 강하게 요구된다. 그 때문에, 버스바(busbar)에 의해서 병렬 접속한 복수의 금속화 필름 콘덴서를 케이스 내에 수납하고, 이 케이스 내에 몰드 수지를 주형(cast molding)한 케이스 몰드형 콘덴서가 개발되어 실용화되고 있다.
도 12(a), 도 12(b)는 종래의 케이스 몰드형 콘덴서의, 수지 몰드 전의 분해 사시도와 완성 후의 사시도, 도 13은 도 12(b)의 13-13선에 따른 단면도이다. 금속화 필름 콘덴서 소자(이하, 소자)(20)는, 한 쌍의 금속화 필름을 돌려 감아서, 그 양단면에 아연을 용사(溶射)한 메탈리콘(metallicon) 전극을 형성하여 구성되어 있다. 금속화 필름은 폴리프로필렌으로 이루어지는 유전체 필름의 한면 또는 양면에 금속 증착 전극을 마련함으로써 형성되어 있다. 그리고, 금속 증착 전극이 유전체 필름을 사이에 두고 대향하는 상태로 돌려감겨져 있다. 양단면(兩端面)에는, P극 전극과 N극 전극의 한 쌍의 취출 전극으로서 메탈리콘 전극이 마련되어 있다.
P극 버스바(21)는, 복수개의 소자(20)를 밀착하여 나열한 상태에서 각 소자(20)의 한쪽의 단면(端面)에 형성된 P극 전극과 접합되어 있다. 또한, P극 버스바(21)의 일단(一端)에 마련된 외부 접속용의 P극 단자부(21A)는, 소자(20)의 위쪽으로 인출되어, 후술하는 케이스(23)로부터 표출(表出)되어 있다.
N극 버스바(22)도 P극 버스바(21)와 마찬가지로, 복수개의 소자(20)를 밀착하여 나열한 상태에서 각 소자(20)의 다른쪽의 단면(端面)에 형성된 N극 전극과 접합되어 있다. 또한, N극 버스바(22)의 일단에 마련된 외부 접속용의 N극 단자부(22A)는, 소자(20)의 위쪽으로 인출되어, 후술하는 케이스(23)로부터 표출되어 있다. 이것에 의해, 복수개의 소자(20)가 P극 버스바(21)와 N극 버스바(22)에 의해 병렬 접속 상태로 연결되어 있다.
케이스(23)는 수지제이며, 몰드 수지(24)는 케이스(23) 내에 충진되어 있다. 몰드 수지(24)는 P극 버스바(21)와 N극 버스바(22)에 의해 병렬 접속되어 연결된 복수개의 소자(20)를 케이스(23) 내에 수납하여 수지 몰드하고 있다. 이러한 케이스 몰드형 콘덴서는 예컨대, 특허 문헌 1에 개시되어 있다.
이와 같이 구성된 종래의 케이스 몰드형 콘덴서에서는, 소자(20)가 몰드 수지(24)에 의해 케이스(23) 내에 몰드되어 있다. 이것에 의해, 기계적 강도, 내열성, 내습성이 우수하다.
그러나, HEV 등의 자동차용 분야의 용도에서는 요구되는 조건이 엄격하다. 그 때문에, 종래의 케이스 몰드형 콘덴서에서는, 내습 시험이나 냉열 사이클 시험에서, 몰드 수지(24)가 수분을 완전히 차단할 수 없는 일이 있다. 또는, 냉열 사이클에 의해 몰드 수지(24)에 크랙이 들어가는 등 하여, 몰드 수지(24)를 통해 침입한 수분에 의해서 소자(20)가 열화될 우려가 있다.
본 발명은 내습성이 우수한 케이스 몰드형 콘덴서이다. 본 발명의 케이스 몰드형 콘덴서는 콘덴서 소자와 한 쌍의 단자와 몰드 수지를 갖는다. 한 쌍의 단자는 콘덴서 소자의 제 1 극과 제 2 극에 각각 접속되어 있다. 몰드 수지는 한 쌍의 단자의 일부가 각각 노출되도록 하여 콘덴서 소자를 매설(埋設)하고 있다. 몰드 수지는 무기 충전재(filler)를 포함하는 에폭시 수지와, 에폭시 수지에 혼입된 흡습제를 포함한다. 본 발명에 따른 케이스 몰드형 콘덴서는, 흡습제를 혼입한 몰드 수지를 이용한 구성에 의해, 외부로부터 침입하는 수분을 흡습제로 유지하여, 콘덴서 소자로의 수분 도달을 지연시킬 수 있다. 그 때문에, 내습성이 향상된다.
도 1(a)는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 케이스 몰드형 콘덴서의 수지 몰드 전의 분해 사시도,
도 1(b)는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 케이스 몰드형 콘덴서의 수지 몰드 후의 사시도,
도 2는 도 1(b)의 2-2선에 따른 단면도,
도 3은 도 1(b)에 나타내는 몰드 수지에 있어서, 에폭시 수지에 흡습제를 혼합한 경우의 첨가량과 점도를 나타내는 특성도,
도 4는 도 1(b)에 나타내는 케이스 몰드형 콘덴서에 있어서, 몰드 수지를 조제, 충진하는 순서를 설명하는 흐름도,
도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 구체예의 정전 용량 변화율을 나타내는 특성도,
도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 케이스 몰드형 콘덴서의 사시도,
도 7은 도 6에 나타내는 케이스 몰드형 콘덴서의 케이스의 제조 순서를 나타내는 흐름도,
도 8은 도 6에 나타내는 케이스 몰드형 콘덴서의 25℃에서의 케이스 재료의 손실 계수를 나타낸 주파수 특성도,
도 9는 도 6에 나타내는 케이스 몰드형 콘덴서의 80℃에서의 케이스 재료의 손실 계수를 나타낸 주파수 특성도,
도 10는 도 6에 나타내는 케이스 몰드형 콘덴서의 리플(ripple) 전류에 의한 진동 가속도를 25℃과 80℃에서 비교하여 나타낸 특성도,
도 11은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 구체예의 정전 용량 변화율을 나타내는 특성도,
도 12(a)는 종래의 케이스 몰드형 콘덴서의 수지 몰드 전의 분해 사시도,
도 12(b)는 종래의 케이스 몰드형 콘덴서의 수지 몰드 후의 사시도,
도 13은 도 12(b)의 13-13선에 따른 단면도이다.
도 1(b)는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 케이스 몰드형 콘덴서의 수지 몰드 후의 사시도,
도 2는 도 1(b)의 2-2선에 따른 단면도,
도 3은 도 1(b)에 나타내는 몰드 수지에 있어서, 에폭시 수지에 흡습제를 혼합한 경우의 첨가량과 점도를 나타내는 특성도,
도 4는 도 1(b)에 나타내는 케이스 몰드형 콘덴서에 있어서, 몰드 수지를 조제, 충진하는 순서를 설명하는 흐름도,
도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 구체예의 정전 용량 변화율을 나타내는 특성도,
도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 케이스 몰드형 콘덴서의 사시도,
도 7은 도 6에 나타내는 케이스 몰드형 콘덴서의 케이스의 제조 순서를 나타내는 흐름도,
도 8은 도 6에 나타내는 케이스 몰드형 콘덴서의 25℃에서의 케이스 재료의 손실 계수를 나타낸 주파수 특성도,
도 9는 도 6에 나타내는 케이스 몰드형 콘덴서의 80℃에서의 케이스 재료의 손실 계수를 나타낸 주파수 특성도,
도 10는 도 6에 나타내는 케이스 몰드형 콘덴서의 리플(ripple) 전류에 의한 진동 가속도를 25℃과 80℃에서 비교하여 나타낸 특성도,
도 11은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 구체예의 정전 용량 변화율을 나타내는 특성도,
도 12(a)는 종래의 케이스 몰드형 콘덴서의 수지 몰드 전의 분해 사시도,
도 12(b)는 종래의 케이스 몰드형 콘덴서의 수지 몰드 후의 사시도,
도 13은 도 12(b)의 13-13선에 따른 단면도이다.
(실시 형태 1)
도 1(a)는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 케이스 몰드형 콘덴서의 수지 몰드 전의 분해 사시도, 도 1(b)는 동(同) 수지 몰드 후의 사시도이다. 도 2는 도 1(b)의 2-2선에 따른 단면도이다. 이 케이스 몰드형 콘덴서는 복수의 금속화 필름 콘덴서 소자(이하, 소자)(1)와, P극 버스바(6)와, N극 버스바(3)와, 케이스(4)와, 몰드 수지(5)를 갖는다. 버스바(3, 6)는 소자(1)의 N극 전극, P극 전극에 각각 접속된 한 쌍의 단자이다.
소자(1)는, 한 쌍의 금속화 필름을 돌려 감아서, 그 양단면(兩端面)에 아연을 용사(溶射)한 메탈리콘 전극을 형성하여 구성되어 있다. 금속화 필름은 폴리프로필렌으로 이루어지는 유전체 필름의 한면(片面) 또는 양면에 금속 증착 전극을 마련함으로써 형성되어 있다. 그리고, 금속 증착 전극이 유전체 필름을 사이에 두고 대향하는 상태로 돌려 감아져 있다. 메탈리콘 전극은 P극 전극(제 1 전극)과 N극 전극(제 2 전극)의 한 쌍의 취출 전극으로서 마련되어 있다.
P극 버스바(6)는 구리판으로 구성되며, P극 버스바(6)의 일단(一端)에는 외부 접속용의 P극 단자부(6A)가 마련되어 있다. P극 버스바(6)는 복수개의 소자(1)를 밀착하여 나열한 상태에서 각 소자(1)의 한쪽의 단면(端面)에 형성된 P극 전극과 각기 접합되어 있다. P극 단자부(6A)는 소자(1)의 위쪽으로 인출되어, 후술하는 케이스(4)로부터 표출되어 있다.
N극 버스바(3)도 또한 구리판으로 구성되며, N극 버스바(3)의 일단에는 외부 접속용의 N극 단자부(3A)가 마련되어 있다. N극 버스바(3)도 P극 버스바(6)와 마찬가지로, 복수개의 소자(1)를 밀착하여 나열한 상태에서 각 소자(1)의 다른쪽의 단면에 형성된 N극 전극과 각기 접합되어 있다. N극 단자부(3A)는 소자(1)의 위쪽으로 인출되어, 후술하는 케이스(4)로부터 표출되어 있다. 이것에 의해, 복수개의 소자(1)가 P극 버스바(6)와 N극 버스바(3)에 의해 병렬 접속 상태로 연결되어 있다.
케이스(4)는 폴리페닐렌설파이드(이하, PPS) 등의 수지제이며, 몰드 수지(5)는 케이스(4) 내에 충진되어 있다. 몰드 수지(5)는 P극 버스바(6)와 N극 버스바(3)에 의해 병렬 접속된 복수개의 소자(1)를 케이스(4) 내에 수납하고, P극 단자부(6A)와 N극 단자부(3A)의 외부 접속용 단부를 제외하고 수지 몰드하고 있다.
몰드 수지(5)는 무기 충전재를 함유한 에폭시 수지에 흡습제를 혼입하여 균일하게 분산되어 경화되고 있다. 이하, 몰드 수지(5)에 대하여 상세히 설명한다.
흡습제로서는, 제올라이트나 실리카겔 등, 흡습하여 조해(潮解)(액화)되지 않는 재료를 이용할 수 있다. 또, 제올라이트란, 결정 중에 세공(細孔)을 갖는 알루미노 규산염의 총칭이다. 또 제올라이트 내에서도 결정성 제올라이트의 일종인 분자체(molecular sieve)(예컨대 유니온쇼와(주)제의 분자체)를 이용하는 것이 바람직하다. 분자체로는 세공 직경에 따라 여러 가지의 타입이 있다. 구체적으로는 세공 직경이 3Å의 3A 타입, 동 4Å의 4A 타입, 동 5Å의 5A 타입, 동 10~15Å의 13X 타입이 있다. 또, 세공 직경은 대표값의 전후에 0.3Å 정도 분포되어 있다. 따라서, 3A 타입의 세공 직경은 2.7Å 이상 3.3Å 이하, 4A 타입의 세공 직경은 3.7Å 이상 4.3Å 이하, 5A 타입의 세공 직경은 4.7Å 이상 5.3Å 이하이다. 본 실시 형태에서는 수분 흡착을 목적으로 하는 것이므로 세공 직경이 4Å인 4A 타입을 이용한 경우를 중심으로 설명한다.
무기 충전재로서는, 예컨대 실리카계 화합물을 주성분으로 하는 금속 산화물을 이용한다.
무기 충전재의 첨가량으로서는, 에폭시 수지 100중량부에 대하여 30~80중량부의 범위가 바람직하다. 무기 충전재 첨가량이 30중량부 미만인 경우는, 에폭시 수지의 선 팽창 계수가 버스바 등의 다른 부재에 비교하여 크기 때문에, 열 쇼크(heat shock)에 의해 수지 중에 크랙이 발생하기 쉬워진다. 무기 충전재의 첨가량이 80중량부를 초과하는 경우에는, 수지의 점도가 너무 높아져 케이스에 충전되는데 시간이 걸리고, 또한 간극에 충전되기 어려워지기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 흡습제는 무기 충전재보다도 침강(沈降)되기 어렵다. 그 때문에, 흡습제를 첨가하는 것에 의해 무기 충전재의 수지 중에서의 침강이 억제되어, 80중량부에 이르는 다량의 무기 충전재를 첨가할 수 있어, 수지의 성상(性狀)을 폭넓게 변경하는 것이 가능해진다.
도 3은 무기 충전재를 함유한 에폭시 수지에, 세공 직경이 4Å인 4A 타입의 분자체를 혼합한 경우의 첨가량과 60℃에서의 점도의 관계를 나타낸 특성도이다. 가로축은 첨가량(중량부)를, 세로축은 점도(mPa?s)를 대수 눈금으로 나타낸다. 첨가량은 무기 충전재를 포함하는 에폭시 수지 100중량부에 대한 중량부로 나타내고 있다. 에폭시 수지에는 무기 충전재로서 규소산화물이 50중량부 포함되어 있다. 또한, 점도는 B형 회전 점도계에 의해 측정한 값이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 분자체의 첨가량을 증가함과 더불어 점도는 대략 직선적(대수적)으로 높아진다. 분자체의 첨가량이 6중량부일 때에 점도는 약 4500mPa?s를 나타낸다. 이 점도 이하의 경우에는 주형(cast molding)도 양호하게 행하는 것이 가능하다. 또한, 몰드 수지(5)로서의 기계적 강도가 저하되는 일도 없는 것이므로, 바람직한 범위이다.
또한, 분자체의 첨가량이 6중량부를 초과하고 10중량부 미만일 때, 점도는 약 4500~6500mPa?s를 나타낸다. 분자체의 첨가량이 7% 이상일 때에, 점도는 약 5000mPa?s로 된다. 이 점도를 초과하면, 주형이 어렵게 되는 경우가 있다. 또한, 분자체의 첨가량이 10%일 때, 점도는 6500mPa?s로 된다. 이 점도에서는 몰드 수지(5)로서의 기계적 강도가 저하된다. 또한, 이 점도를 초과하면 주형이 매우 어려워질 뿐만 아니라, 수지로서의 기계적 강도가 저하되어, 열 쇼크 시험에서 수지에 균열이 발생하기 쉬워진다. 또, 수분의 함유량을 증가하기 위해서 수지의 가수 분해를 촉진할 가능성이 높아진다. 이상으로부터, 점도가 5000mPa?s를 초과하는 것은 바람직하지 않다. 분자체의 첨가량으로서는, 점도가 약 4500mPa?s를 나타내는 6중량부 이하가 가장 좋다.
단, 이러한 분자체의 에폭시 수지로의 첨가량에 의한 점도의 관계는 분자체의 세공 직경에 따라 변화된다. 무기 충전재를 함유한 에폭시 수지에 분자체를 혼합한 경우의 60℃에서의 점도를 4500mPa?s 이하로 하기 위해서는, 세공 직경이 3Å인 3A 타입이라고 불리는 것에서는 5.5중량부 이하이면 된다. 세공 직경이 4Å인 4A 타입에서는 6.0중량부 이하, 5Å의 5A 타입에서는 6.5중량부 이하, 10~15Å의 13X 타입에서는 7.0중량부 이하로 하면 된다.
다음으로, 도 4를 참조하여 몰드 수지(5)를 조제, 충전하는 순서를 설명한다. 도 4는 상기 순서를 설명하는 흐름도이다.
본 실시 형태에서 이용하는 몰드 수지(5)는, 전술한 바와 같이 무기 충전재(52)를 함유하는 에폭시 수지에 흡습제(53)가 분산되어 있다. 에폭시 수지는 주제(主劑)(51)에 경화제를 주로 하는 첨가제(54)를 첨가하여 중합시켜 경화함으로써 형성된다. 그 때, 주제(51)에 무기 충전재(52)와 흡습제(53)를 혼입, 분산시킨다(S01). 그 후에 첨가제(54)를 부가하여 더욱 혼합해서 경화 전의 몰드 수지(5)를 조제한다(S02). 이렇게 해서 조제한 몰드 수지(5)를 케이스(4) 내에 주입하여 소자(1) 등을 수지 몰드하고, 그 후 몰드 수지(5)를 경화시킨다(S03). 이렇게 하는 것이 바람직하다.
흡습제(53)는 무기 충전재(52)에 비하여 침강되기 어렵다. 특히 흡습제(53)가 세공을 갖는 경우, 이 경향이 현저하다. 그 때문에 주제(51)에 무기 충전재(52)를 균일하게 분산시키면, 필연적으로 흡습제(53)도 균일하게 분산되어, 외부로부터 침입하는 수분을 효율적으로 흡습제(53)에서 흡착할 수 있다.
또, 주제(51)에 흡습제(53)를 혼입, 분산시킨 후에 첨가제(54)를 부가하는 것에 의해 경화가 시작된다. 그 때문에, 경화 개시 전에 주제(51)에 흡습제(53)를 효율 좋게 혼입, 분산시킬 수 있다.
또한, 무기 충전재(52)의 침강을 억제하여 수지 중의 균일한 분산을 실현할 수 있기 때문에, 무기 충전재(52)의 분포에 편향이 생긴 경우의 수지 강도의 저하를 방지할 수 있다. 그 결과, 냉열 사이클 시험에서도 몰드 수지(5)의 크랙 발생을 방지할 수 있다.
또한, 주제(51)에 흡습제(53)를 넣은 것에 의해, 주제(51)가 흡수하고 있는 여분의 수분을 제거할 수 있다. 또한 흡습제(53)가 경화시에 발생하는 반응 가스 등의 가스도 흡착하는 경우, 경화가 효율적으로 진행하고, 또한 가스에 의한 기공(void)의 발생을 억제할 수 있다. 그 때문에, 흡습제(53)로서 분자체를 이용하는 것이 바람직하다.
또, 본 실시 형태에 따른 케이스 몰드형 콘덴서는 -40℃ 내지 120℃의 온도 범위에서 냉열 사이클을 받는 조건 하에서 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, -40℃로부터 실온(室溫) 부근의 저온역에서 흡습제(53)에 흡착된 수분이, 100℃~120℃의 온도 범위에 도달했을 때에 탈착된다. 이것에 의해, 흡습제(53)가 초기의 수분을 흡착하고 있지 않는 상태에 가까운 활성화 상태로 되돌아가기 때문에, 수분 흡착 능력이 회복되어, 내습성을 계속 유지할 수 있다.
여기서, 가장 수분을 흡착하기 쉬운 케이스(4)의 상단(上端)의 개구부 부근에 존재하는 흡습제(53)가 100~120℃의 온도 범위에 도달했을 때, 가장 적극적으로 외부로의 수분의 탈착을 행한다. 그 때문에, 흡습제(53)가 침강하지 않고 몰드 수지(5) 내에 균일하게 분포되고 있는 것이 바람직하다. 또 케이스(4)의 개구부 부근에서 흡습제(53)의 분포가 높아져 있는 것이 보다 바람직하다.
또, -40℃ 미만의 저온역, 또는 120℃을 초과하는 고온역에서는 몰드 수지(5)의 신뢰성이 저하되기 때문에, 이들 온도 대역에서의 사용은 제한되어야 할 것이다.
또, 몰드 수지(5)에 혼입한 흡습제(53)에 의해, 몰드 수지(5)의 소자(1)와 접촉하는 면은 거친 상태로 되어 있다. 그 때문에, 소자(1)의 외장 필름에 실시된 코로나 처리면과의 접착성이 향상하여, 내열쇼크성, 내진동성, 내습성이 향상된다고 하는 효과도 얻어진다.
이하, 상세한 실시예에 대해 설명한다. 정격 정전 용량이 60㎌, 치수가 100㎜×50㎜×30㎜의 금속화 필름 콘덴서를 32 셀 이용하여, 도 1(a)와 같이 해서 접속하고, PPS제의 케이스(4)에 삽입한다. 한편, 무기 충전재로서 규소산화물을 50중량부 함유한 에폭시 수지에, 세공 직경이 4Å인 분자체를 1중량부 혼합하여 점도를 약 2800mPa?s로 한 몰드 수지(5)를 조제한다. 이렇게 하여 조제한 몰드 수지(5)를 케이스(4) 내에 주입, 경화시켜 샘플 A의 케이스 몰드형 콘덴서를 제작하였다.
다음으로, 분자체의 혼합량을 3중량부로 하고 점도를 약 3300mPa?s로 한 이외는 샘플 A와 동일하게 하여 샘플 B의 케이스 몰드형 콘덴서를 제작하였다.
다음으로, 분자체의 혼합량을 5중량부로 하고 점도를 약 4000mPa?s로 한 이외는 샘플 A와 동일하게 하여 샘플 C의 케이스 몰드형 콘덴서를 제작하였다.
다음으로, 분자체의 혼합량을 6중량부로 하고 점도를 약 4500mPa?s로 한 이외는 샘플 A와 동일하게 하여 샘플 D의 케이스 몰드형 콘덴서를 제작하였다.
또한, 분자체의 혼합량을 7중량부로 하고 점도를 약 4900mPa?s로 한 이외는 샘플 A와 동일하게 하여 샘플 E의 케이스 몰드형 콘덴서를 제작하였다. 또, 점도는 어느 경우도 60℃에서 측정한 값이다.
또한, 비교를 위해, 분자체를 혼합하지 않은 에폭시 수지를 몰드 수지로서 이용한 이외는 샘플 A와 동일하게 하여 샘플 X의 케이스 몰드형 콘덴서를 제작하였다.
이와 같이 구성된 샘플 A~샘플 E, 및 샘플 X의 케이스 몰드형 콘덴서의 내습 성능을 확인하였다. 구체적으로는 85℃ 85% RH의 환경 하에서, 직류 500V의 전압을 인가하여 내습 통전 시험을 행하였다. 그 결과를 도 5에 나타낸다.
샘플 A~샘플 E의 케이스 몰드형 콘덴서에서는, 흡습제(53)를 혼입한 몰드 수지(5)를 이용하고 있다. 도 5로부터 명백한 바와 같이, 이들의 샘플에서는 내습성이 향상되어 있다. 이것은, 외부로부터 침입하는 수분을 흡습제(53)에서 유지하여, 소자(1)로의 수분 도달을 지연시킬 수 있기 때문이라고 생각된다. 샘플 X에서는 500 시간 정도로 용량 감소가 5%에 도달하는 데 반하여, 샘플 A에서는 1500 시간, 샘플 B에서는 2100 시간을 초과하는 시간까지 용량 감소가 5%에 도달하고 있지 않다. 또한, 샘플 C~샘플 E에서는, 3000 시간이 경과하더라도 용량 감소는 적어, 매우 높은 내습 성능을 발휘하고 있다. 그러나, 샘플 E에서는 몰드 수지(5)의 점도가 약간 높아, 케이스(4)로 주입할 때에 주입량을 조정하기 어렵다.
또한, 본 실시 형태에 따른 케이스 몰드형 콘덴서를, -40℃과 120℃의 각기의 온도에 도달할 때까지를 1 사이클로서 반복하는 열 충격 시험을 행하였다. 그 결과, 샘플 X와 샘플 A~샘플 D는 1000 사이클 경과하더라도 몰드 수지(5)의 박리, 크랙의 발생은 없었다. 한편, 샘플 E에서는, 100 사이클에서 몰드 수지(5)가 박리되어, 크랙이 발생하는 일이 있었다. 이상으로부터, 점도는 4500mPa?s 이하인 것이 바람직하다.
(실시 형태 2)
도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 케이스 몰드형 콘덴서의 사시도이다. 본 실시 형태에 있어서의 케이스 몰드형 콘덴서의 기본적인 구성은 케이스(40)의 재료에 특징을 갖는다. 그 이외는 실시 형태 1에서 도 1(a), 도 1(b)에 나타내는 케이스 몰드형 콘덴서와 동일하다. 이 재료에 대해 이하에 상세히 설명한다.
케이스(40)는 PPS를 주체로 하고, 이것에 탄성체인 엘라스토머와 흡습제인 분자체가 배합되어 있다. 엘라스토머는 예컨대 PPS 100중량부에 대해 3중량부 첨가되어 있다. 엘라스토머는 진동 저감을 목적으로 하여 첨가되어 있다. 한편, 분자체로서는, 예컨대 세공 직경이 4Å인 4A 타입의 분자체가 2중량부 첨가되어 있다. 분자체는 실시 형태 1과 마찬가지로, 내습 성능 향상을 목적으로서 첨가되어 있다.
다음으로, 케이스(40)의 제조 순서를 도 7을 참조해서 설명한다. 도 7은 케이스(40)의 제조 순서를 나타내는 흐름도이다.
본 실시 형태에서 이용하는 케이스(40)에서는, 전술한 바와 같이 PPS(41)에 엘라스토머(42)가 첨가되고, 흡습제(43)가 분산되어 있다. 열가소성 수지인 PPS(41)에 엘라스토머(42)와 흡습제(43)를 혼입하여 분산(S11)시켜 수지 재료(44)를 조정한다. 그 후에 수지 재료(44)를 가열 유동 상태에서 성형 금형(도시하지 않음) 내에 주입하고, 냉각하여 경화시켜(S12), 케이스(40)를 제작한다. 이와 같이 하는 것이 바람직하다. PPS(41)에 흡습제(43)를 혼입하고, 충분히 분산시키는 것에 의해 흡습제(43)가 균일하게 분산되어, 외부로부터 침입하는 수분을 효율 좋게 흡습제(43)에서 흡착할 수 있다. 또한, 엘라스토머(42)도 균일하게 분산되는 것에 의해, 엘라스토머(42)의 분포에 편향이 생긴 경우의 진동 저감 효과의 저하를 방지할 수 있다.
다음으로, 엘라스토머의 첨가량에 의한 진동 저감 성능의 변화에 대해 구체예를 이용하여 설명한다. 케이스(40)에 있어서의 큘라 시브의 첨가를 2중량부로 하고, 엘라스토머의 첨가량을 0중량부로부터 15중량부의 범위에서 변화시켰다. 이외는 실시 형태 1에 있어서의 샘플 A에 이용한 케이스(4)와 동일한 형상, 치수의 케이스(40)를 제작하였다. 즉, 케이스(40)의 외형은 280㎜×180㎜×60㎜의 직방체이며, 두께는 2.0㎜이다. 그리고, 케이스(40)에 관하여, 이하의 시험 (1)~(6)을 실시하였다.
(1) 10㎑의 리플 전류 100Arms 흘렸을 때의 진동 가속도
(2) 청감 테스트
(3) 케이스 재료의 탄성율
(4) 케이스 재료의 2㎑, 25℃에서의 손실 계수
(5) 고온 고습 바이어스 시험
(6) 냉열 충격 시험
또, 시험 (1)에서는, 케이스 측면에 진동 레벨 측정용의 가속도 픽업을 부착하여 진동량을 측정하였다. 시험 (2)에서는, (1)의 전류 조건에서 5m 떨어진 곳으로부터 인간의 귀에 들리는지 여부를 확인하였다. 시험 (3), (4)에서는, 케이스(40)의 재료의 물성값을 측정하였다. 시험 (5)는 온도 85℃, 상대 습도 85%, 바이어스 전압 600V를 2000 시간 연속 인가하는 조건의 고온 고습 시험이다. 용량 감소율이 5% 이상인 것을 불합격으로 하였다. 시험 (6)은 -40℃~120℃, 3000 사이클에서 케이스(40)에 크랙이 발생하는지 여부로 합격 여부 판정을 행하였다. 시험 결과를 (표 1) 및 (표 2)에 나타낸다. 또, (표 2)에서 고온 고습 바이어스 시험의 결과에는 용량 감소율을 부기하였다.
(표 1)로부터 명백한 바와 같이, 엘라스토머의 배합량을 1중량부 이상으로 하면, 진동이 저감하여, 잡음 저감에 효과가 있다. 또, (표 2)로부터 명백한 바와 같이, 10중량부를 초과하면 내습성에 문제가 있는 것을 알 수 있다. 진동 저감에는 케이스 재료의 손실 계수가 중요하며, 엘라스토머의 첨가량을 늘리는 것에 의해 손실 계수가 증대하여, 리플 전류에 의한 진동을 감쇠하는 효과가 커진다. (표 1)에 나타낸 바와 같이 엘라스토머의 첨가량이 1중량부 이상으로 되면, 청감 테스트에서 들리지 않는 레벨로 되었다.
또한, 고온 고습에 있어서의 바이어스 시험에서는, 엘라스토머의 첨가량이 10중량부를 초과하면 용량 감소가 5% 이상으로 되어, 불합격으로 되었다. 냉열 충격 시험에서는, 엘라스토머의 첨가량이 0.5중량부 이하에서는 케이스(40)에 크랙이 발생했지만, 1중량% 이상으로 되면 인성이 증가하여, 크랙이 발생되지 않았다.
도 8, 도 9는 25℃과 80℃에서의 케이스(40)의 재료의 손실 계수의 주파수 특성을 나타내고 있다. 샘플 F는 (표 1), (표 2)에서의 엘라스토머의 첨가량이 3중량부인 경우의 케이스(40)에 상당한다. 샘플 Y는 엘라스토머 없음의 경우의 케이스에 상당한다.
도 8, 도 9로부터 명백한 바와 같이, 샘플 F는 넓은 주파수 범위(10㎐~10㎑)에서 손실 계수가 높아, 리플 전류에 의한 진동을 감쇠시키는 데 효과를 기대할 수 있다. 또한, 80℃에서도 동일한 효과가 있어, 고온에서도 그 효과를 발휘할 수 있다.
도 10은 샘플 F, 샘플 Y의 케이스에서의 콘덴서의 리플 전류에 의한 진동 가속도를 25℃과 80℃에서 비교한 결과를 나타내고 있다. 또, 리플 전류는 10㎑의 정현파이고, 실효 전류값은 100Arms이다. 샘플 F의 결과와 샘플 Y의 결과를 비교하면, 엘라스토머(42)를 배합한 효과에 의해서 샘플 F에서는 진동량이 저감되고, 또한, 고온에서의 진동의 증가량이 적어져 있다. 금속화 필름 콘덴서에는, 고온에서 진동이 증대되는 과제가 있지만, 본 실시 형태의 기술을 이용하는 것에 의해 그 증가폭을 작게 할 수 있다.
이렇게 구성된 케이스 몰드형 콘덴서에서는, 수지제의 케이스(40)에 탄성체인 엘라스토머(42)를 배합하는 것에 의해, 굴곡 탄성율이 15000㎫ 이하로 되어 있다. 그 때문에, 콘덴서 소자(1)가 리플 전류 등에 의해서 진동하더라도, 이 진동을 케이스(40)가 완화할 수 있다. 그 때문에, 케이스(40)에 전해져 전파되는 진동을 크게 저감할 수 있어, 결과적으로 잡음의 발생을 저감할 수 있다.
수지제의 케이스(40)에는 PPS를 주성분으로 한 재료가 사용되고 있다. PPS는 내열성, 내습성, 그리고 강도가 우수한 재료이며, 바꿔 말하면, 탄성율이 높은 재료를 이용하는 것이 내열성, 내습성, 고정부의 강도 확보에는 유용하다. 그러나, 케이스(40)를 구성하는 재료의 탄성율이 높기 때문에, 케이스(40) 내의 부품으로부터 발생한 진동을 전파시키기 쉽다.
HEV용의 인버터 회로의 평활용 등에 케이스 몰드형 콘덴서를 이용할 때에는, 스위칭 주파수가 수㎑~15㎑라는 고주파 영역에서의 가청 주파수이다. 그 때문에, 그 진동의 억제가 곤란하다. 또한, PPS는 인성이 낮고, 무르기 때문에 충격에 의해 꺾이기 쉬워, 두께를 얇게 하면 크랙이 발생하여 쉬워진다.
일반적인 PPS는 굴곡 탄성율이 약 17000㎫이다. 이에 반하여 본 실시 형태에 따른 케이스(40)에 이용하는 수지 재료(44)의 굴곡 탄성율은 15000㎫ 이하이다. 그 때문에, 외부로의 진동의 전파를 억제할 수 있고, 충격에 대한 흡수성도 높아져, 내냉열 충격성도 향상시킬 수 있다. 또한, 엘라스토머(42)가 배합되어 있지 않은 PPS에 비하여 크랙의 발생을 억제할 수 있으므로, 더욱 케이스(40)의 수지 두께를 얇게 하는 것도 가능해진다.
이와 같이, 케이스(40)의 손실 계수나 굴곡 탄성율을 작게 하기 위해서, 본 실시 형태에서는 케이스(40)의 재료로서 PPS에 엘라스토머(42)를 첨가하고 있다. 엘라스토머(42)란 실온 이하로 유리 전이 온도를 갖는 수지 재료이다. 특히, PPS 100중량부에 대해 1~10중량부의 범위에서 첨가하는 것에 의해, 진동의 억제와 함께, 내열성, 내습성, 내냉열충격성도 겸비할 수 있다.
특히, 자동차에 이용되는 경우는, 케이스 몰드형 콘덴서가 커져, 케이스(40)의 내부에 충전되는 몰드 수지(5)의 양도 많아지는 경우가 많다. 그 때문에, 케이스 몰드형 콘덴서에 열 사이클이라고 불리는 냉열 충격이 가해지면 몰드 수지(5)의 팽창 수축의 열 응력도 커진다. 그러나, 엘라스토머(42)를 첨가한 수지제의 케이스(40)로 하는 것에 의해, 이 열 응력에도 견디는 것이 가능하게 된다. 엘라스토머(42)로서는, 실리콘계, 우레탄계 등, 내열성이 있고, 실온 이하로 유리 전이 온도를 갖는 엘라스토머가 적용 가능하다.
또한, 케이스(40)의 재료인 PPS에 첨가하는 흡습제(43)로서의 분자체에 의한 작용 효과의 상세한 것은 후술하지만, 기본적으로는 실시 형태 1에서 설명한 흡습제(53)와 동일하다. 또한, 분자체의 첨가량은, PPS 100중량부에 대해 0.5중량부 이상인 경우에 그 효과를 발휘한다. 한편, 3중량부를 초과하면 생산성이 저하되거나 비용 상승으로 이어지거나 한다. 그 때문에, 첨가량은 0.5중량부 이상, 3중량부 이하의 범위가 바람직하다.
다음으로, 흡습제(43)의 첨가량에 의한 내습 성능의 변화에 대해 구체예를 이용하여 설명한다. 샘플 K에서는, PPS에 엘라스토머(42)를 3중량부와 흡습제(43)인 분자체를 2중량부 첨가하여 케이스(40)를 형성하였다. 이외는 실시 형태 1의 샘플 C과 동일하게 하여 샘플 K의 케이스 몰드형 콘덴서를 제작하였다.
샘플 L에서는 PPS에 흡습제(43)인 분자체만을 2중량부 첨가하여 케이스(40)를 형성하였다. 엘라스토머(42)는 첨가되어 있지 않다. 이외는 샘플 K과 동일하게 하여 샘플 L의 케이스 몰드형 콘덴서를 제작하였다.
샘플 M에서는 PPS에 흡습제(43)인 분자체를 3중량부 첨가하여 케이스(40)를 형성하였다. 이외는 샘플 L과 동일하게 하여 샘플 M의 케이스 몰드형 콘덴서를 제작하였다.
샘플 N에서는 PPS에 흡습제(43)인 분자체를 0.5중량부 첨가하여 케이스(40)를 형성하였다. 그 이외는 샘플 L과 동일하게 하여 샘플 N의 케이스 몰드형 콘덴서를 제작하였다.
이들의 샘플과 더불어, 비교를 위해 PPS만으로 케이스(4)를 구성한 실시 형태 1에서의 샘플 C도 평가하였다. 평가에서는, 90℃, 85% RH의 환경 하에서 직류 350V를 연속 인가하고, 소정 시간 후에 있어서의 정전 용량 변화율을 구했다. 결과를 도 11에 나타낸다.
도 11로부터 명백한 바와 같이, 어느 샘플도 2000 시간이 경과하더라도 정전 용량의 저하는 보이지 않는다. 또한, 3000 시간을 경과한 시점에서, 샘플 K~샘플 N에서는 정전 용량의 저하가 보이지 않지만, 샘플 C에서는 정전 용량이 저하되는 경향을 나타내었다. 그러나, 이 정도의 변화율이면 허용 범위 내의 변화이므로, 실용상 지장은 없다.
또, 도시하고 있지 않지만, PPS에 엘라스토머(42)만을 첨가(첨가량 3중량부)하여 케이스 몰드형 콘덴서를 제작하고, 동일한 평가를 행하면, 2000 시간을 경과한 시점에서 샘플 C보다도 더욱 정전 용량이 저하되는 경향을 나타낸다. 이것은, 엘라스토머(42)의 첨가에 의해서 진동 저감에는 공헌하고 있지만, 내습 성능은 약간 저하되기 때문이다.
이에 반하여 샘플 K에서는, PPS에 3중량부의 엘라스토머(42)와 2중량부의 흡습제(43)를 첨가하여 케이스(40)를 제작하고 있다. 이것에 의해, 엘라스토머(42)에 의한 내습 성능의 저하를 흡습제(43)가 보충하도록 작용하고 있다. 그 결과, 우수한 내습 성능을 발휘하여 정전 용량의 저하를 억제하고 있다. 또한, 샘플 L, M, N에서는, 엘라스토머(42)를 첨가하지 않고, 흡습제(43)만을 첨가하고 있다. 이 구성에 의해, 보다 우수한 내습 성능을 발휘하여 정전 용량의 저하를 억제하고 있다. 또한, 이 첨가량 범위에서 내습 성능을 발휘할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
또, 실시 형태 1, 2에서는 복수의 소자(1)를 이용하는 경우를 예로 설명했지만, 본 발명은 그것에 한정되지 않는다. 하나의 소자를 수지 몰드하는 경우에도 적용 가능하다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명에 따른 케이스 몰드형 콘덴서는 매우 높은 내습 성능을 발휘한다. 그 때문에, 특별히 높은 신뢰성이 요구되는 자동차용의 콘덴서 등으로서 유용하다.
1: 소자
6: P극 버스바
6A: P극 단자부
3: N극 버스바
3A: N극 단자부
4, 40: 케이스
5: 몰드 수지
41, 51: 주제(主劑)
42: 엘라스토머
43, 53: 흡습제
44, 54: 첨가제
52: 무기 충전재
6: P극 버스바
6A: P극 단자부
3: N극 버스바
3A: N극 단자부
4, 40: 케이스
5: 몰드 수지
41, 51: 주제(主劑)
42: 엘라스토머
43, 53: 흡습제
44, 54: 첨가제
52: 무기 충전재
Claims (13)
- 제 1 전극과 제 2 전극을 갖는 콘덴서 소자와,
상기 콘덴서 소자의 상기 제 1 전극과 제 2 전극에 각각 접속된 한 쌍의 단자와,
상기 단자의 일부가 노출되도록 하여 상기 콘덴서 소자를 매설(埋設)한 몰드 수지
를 구비하되,
상기 몰드 수지는,
무기 충전재를 포함하는 에폭시 수지와,
상기 에폭시 수지에 혼입된 흡습제를 포함하며,
상기 흡습제는 결정 중에 세공(細孔)을 갖는 알루미나 규산염인 제올라이트이고,
상기 제올라이트는 결정성 제올라이트의 일종인 분자체(molecular sieve)인 케이스 몰드형 콘덴서.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 분자체의 첨가량은, 상기 무기 충전재를 포함하는 에폭시 수지 100 중량부에 대해,
상기 분자체의 세공 직경이 2.7Å 이상, 3.3Å 이하인 경우, 0중량부보다 크고 5.5중량부 이하,
세공 직경이 3.7Å 이상, 4.3Å 이하인 경우, 0중량부보다 크고 6.0중량부 이하,
세공 직경이 4.7Å 이상, 5.3Å 이하인 경우, 0중량부보다 크고 6.5중량부 이하,
세공 직경이 10Å 이상, 15Å 이하인 경우, 0중량부보다 크고 7.0중량부 이하인
케이스 몰드형 콘덴서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 콘덴서 소자와 상기 한 쌍의 단자와 상기 몰드 수지를 수용하는 케이스를 더 구비하고,
상기 케이스는 흡습제를 함유하는 폴리페닐렌설파이드로 구성되어 있는
케이스 몰드형 콘덴서.
- 제 5 항에 있어서,
상기 케이스에 포함되는 상기 흡습제는 결정 중에 세공을 갖는 알루미나 규산염인 제올라이트인 케이스 몰드형 콘덴서.
- 제 6 항에 있어서,
상기 제올라이트는 결정성 제올라이트의 일종인 분자체인 케이스 몰드형 콘덴서.
- 제 5 항에 있어서,
상기 흡습제는 세공 직경이 4.7Å 이상, 5.3Å 이하인 분자체이며,
상기 케이스에서의 상기 흡습제의 첨가량은 상기 폴리페닐렌설파이드 100중량부에 대해 0.5중량부 이상, 3중량부 이하인
케이스 몰드형 콘덴서.
- 제 5 항에 있어서,
상기 케이스는 상기 폴리페닐렌설파이드 100중량부에 대해, 1중량부 이상, 10중량부 이하인 엘라스토머를 더 포함하는 케이스 몰드형 콘덴서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 콘덴서 소자는 복수의 콘덴서 소자이고, 한 쌍의 단자는 상기 복수의 콘덴서 소자의 상기 제 1 전극과 제 2 전극에 각각 접속된 한 쌍의 버스바(busbar)이며,
상기 버스바에 각각 마련된 한 쌍의 단자부와,
상기 복수의 콘덴서 소자와 상기 버스바와 상기 몰드 수지를 수용하는 케이스를 더 구비하고,
상기 몰드 수지는 상기 한 쌍의 단자부의 일부가 노출되도록 하여 상기 복수의 콘덴서 소자와 상기 버스바를 매설하고 있는
케이스 몰드형 콘덴서.
- 제 1 전극과 제 2 전극을 갖는 콘덴서 소자의 상기 제 1 전극과 제 2 전극에 각각 한 쌍의 단자인 버스바를 접속하는 단계와,
무기 충전재를 포함하는 에폭시 수지와 흡습제를 혼합하여, 몰드 수지를 조제하는 단계와,
상기 버스바의 일단(一端)에 마련된 단자부의 일부가 노출되도록 하여 상기 콘덴서 소자를 상기 몰드 수지로 매설하는 단계와,
상기 몰드 수지를 경화하는 단계
를 구비하되,
상기 흡습제는 분자체이며,
상기 분자체를 상기 에폭시 수지에 혼합한 후, 60℃에서 증가한 점도를, 혼합 전의 점도보다 크고 4500mPa?s 이하로 하는
케이스 몰드형 콘덴서의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 몰드 수지를 조제하는 단계는,
상기 에폭시 수지의 주제(主劑)에 상기 무기 충전재와 상기 흡습제를 혼입, 분산하는 단계와,
혼입, 분산 후에 상기 에폭시 수지의 경화제를 혼합하는 단계를 포함하는
케이스 몰드형 콘덴서의 제조 방법.
- 삭제
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