JP2007142454A - ケースモールド型フィルムコンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】車両用のケースモールド型フィルムコンデンサには、大容量で高電圧、高電流に耐え得る性能と高信頼性に加えて小型化が要求されるため、充填樹脂が２層構造となり複雑で、かつ、小型化を阻害するという課題を有していた。
【解決手段】コンデンサ素子を覆う平板とを開口部を有する外装ケース内に配し、前記外装ケース内に樹脂モールドしてなる金属化フィルムコンデンサであって、前記平板は貫通孔を有して前記コンデンサ素子と前記開口部の間に配し、前記充填樹脂は前記平板の前記貫通孔内をモールドし、前記平板を挟む両側の充填樹脂が前記貫通孔を通じてつながるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサ素子を外装ケース内に備え、外装ケース内に樹脂モールドされてなるケースモールド型フィルムコンデンサに関するものである。

近年、ケースモールド型フィルムコンデンサは、従来の家電分野から産業用、車両分野など、あらゆる分野に展開されている。その中で、車両用のケースモールド型フィルムコンデンサには、大容量で高電圧、高電流に耐え得る性能と高信頼性に加えて小型化が要求される。

しかしながら、容量と、誘電体であるフィルム使用量とは比例するため、大容量化の需要の増大に伴いフィルム使用量も多くなり、容積が大きくなる。従って、これを補って、小型化を実現するためには、コンデンサ素子を内蔵するケースの厚みや、素子を覆う充填樹脂の厚みを薄くする必要がある。しかし、これらの厚みを薄くした場合、全体の容積が大きいと、熱衝撃の影響によりクラックや割れが外装ケースや充填樹脂に発生することが危惧される。さらには、薄くすることにより、耐湿度性が悪くなることにもなるので、それぞれの厚みを薄くすることは、信頼性を確保するのが困難である。

また、熱衝撃を緩和するために、コンデンサ素子を内蔵するケース内に充填する樹脂を、柔らかいゴム性のものを使用することも考えられるが、一般的に樹脂の特性として、柔らかさと吸水率が比例関係にあるため、このような材質の樹脂を用いると、耐湿性が損なわれてしまう。

このように、特に車両用など、過酷な使用条件下で用いられ、要求仕様の厳しいケースモールド型フィルムコンデンサにおいては、大容量化、高熱衝撃性、高耐湿性、そして小型化とそれぞれ相反する性能を同時に満足させることが大きな課題である。

このような課題に対する手段として、従来のケースモールド型フィルムコンデンサでは、開口面付近に柔らかい樹脂を充填し、素子周辺には硬い樹脂を充填する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

図６は上記従来例における金属化フィルムコンデンサを示しており、（ａ）は断面で示した正面図、（ｂ）は同側面図を示す。図６において、１０１は外装ケース、１０２はコンデンサ素子、１０３は電極部、１０４はバスバー、１０８は硬性充填樹脂、１０９は半田、１１０は軟性充填樹脂をそれぞれ示す。

以上のように構成された金属化フィルムコンデンサについて、その構成を説明する。

コンデンサ素子１０２は金属化フィルムを巻回してなり、フィルム幅方向の両側端部に電極部１０３を設けている。さらに半田１０９で電極部１０３とバスバー１０４とを接続し、バスバー１０４の端部を外装ケース１０１の外に出て、外部と接続するようにしている。

そして外装ケース１０１は、図６において上部が開口部となっており、コンデンサ素子１０２を複数並べて内蔵している。そのコンデンサ素子１０２の周辺には、硬性充填樹脂１０８が、コンデンサ素子１０２の上端面から５ｍｍの高さまで充填しており、素子１０２の保護と保持を行なっている。なお、材質は絶縁性、耐湿性、機械的強度、密着性に優れたエポキシ樹脂を選定している。

さらに硬性充填樹脂１０８の上部の外装ケース１０１開口表面部に、軟性充填樹脂１１０が充填されている。この軟性充填樹脂１１０は、厚みを２ｍｍとしており、熱衝撃による応力を緩和し、軟性充填樹脂１１０自身の割れやクラックを防いでおり、材質はシリコンを使用している。
特開昭５９−１１６１５号公報（第１図）

しかし、従来のケースモールド型フィルムコンデンサは、充填樹脂が２層構造となり複雑で、かつ、小型化を阻害するという課題を有していた。

本発明は、構造を簡単にして製造が容易で、小型化を実現したケースモールド型フィルム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、本発明におけるケースモールド型フィルムコンデンサは、金属化フィルムを巻回または積層し、両側端部に電極部を備えたコンデンサ素子と、開口部を有し、前記電極部の一方を前記開口部側にして配列した前記コンデンサ素子を内蔵する外装ケースと、貫通孔を有し、前記コンデンサ素子全体を覆って前記電極部と接続するバスバーと、前記外装ケース内を充填する充填樹脂とを備えたケースモールド型フィルムコンデンサであって、前記貫通孔を有するバスバーは、少なくとも前記ケースの開口部側に配され、前記バスバーを挟む両側の充填樹脂が前記貫通孔を通じてつながり、かつ前記貫通孔下部の前記コンデンサ素子の前記電極部につながるようにしたものである。

以上のように、本発明のケースモールド型フィルムコンデンサは、ケース開口面に、コンデンサ素子全体を覆って貫通孔を設けたバスバーを配列することにより、高信頼性化と簡単構造化を同時に実現することができる。また、貫通孔に突起部を設けることで半田付けをしやすくしている。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１から図５を用いて説明する。

（参考実施の形態１）
まず、図１を用いて本発明の参考実施の形態１について説明する。図１は、本発明の参考実施の形態１におけるケースモールド型フィルムコンデンサを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図を示す。

図１において、１は開口部を有する外装ケースで、厚み２ｍｍの樹脂製である。２はコンデンサ素子で、厚み数μｍ、幅数ｃｍの金属化フィルムを巻回または積層してなり、素子両端面には、亜鉛等の金属を溶射するなどの方法により、電極部３を形成している。なお、この電極部３は、溶射層は粒の積み重ねであり、約１ｍｍ程度の厚みで平面状になっている。また４は、厚さ１．２ｍｍの平板状のバスバーであり、材質は電気銅としている。なお、バスバー４の、ケース外部へ引き出した部分は、幅約２０ｍｍ、厚み２ｍｍでφ８ｍｍの穴を設けた端子部となっている。また５は、コンデンサ素子２を全て覆う大きさの平板であり、数個の貫通孔５ａを有した樹脂と銅はくの合板である。さらに８は充填樹脂で、熱硬化性のエポキシ樹脂である。

以上のように構成されたケースモールド型フィルムコンデンサについて、さらに詳細に説明する。

外装ケース１は、当該コンデンサを構成する部品の保護と保持をし、内部との絶縁性、耐湿性を向上させる。次に誘電体であるコンデンサ素子２は蓄電作用を有し、導電体である電極部３とそれに接続するバスバー４を介して、コンデンサ素子２から外部へ接続する。また平板５は、外部からの水分浸入を抑制し、耐湿を向上させるためにあり、平板５に備えた貫通孔５ａは、内部に充填樹脂８を充填させることにより、外装ケース１開口面付近の充填樹脂８と、平板５を挟んで反対側の下部の充填樹脂８をつなぐ働きをし、開口面付近の充填樹脂８の強度を向上させる。そして、平板５を外装ケース１開口面にコンデンサ素子２全体を覆って配したことにより、水分浸入を抑制できるので、外装ケース１開口面側のコンデンサ素子２上面の充填樹脂８の厚さを薄くすることができ、全体として小型化とすることができる。

以上のように、本参考実施の形態１によれば貫通孔５ａを設けた平板５を素子２上部全面に配列することにより、外装ケース１開口面付近の充填樹脂強度が増し、熱衝撃性、耐湿性ともに優れた単純な充填樹脂１層構造のケースモールド型フィルムコンデンサを実現する。

（参考実施の形態２）
本発明の参考実施の形態２について図２を用いて説明する。図２は、本発明の参考実施の形態２におけるケースモールド型フィルムコンデンサを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図を示す。

本参考実施の形態２において参考実施の形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。また、本参考実施の形態２において、参考実施の形態１と異なる点は、平板５の代わりに、バスバー４でコンデンサ素子全体を覆って配した点であり、図２に示すように、バスバー４は、コンデンサ素子２片側の電極部３を全て覆う大きさの平板部４ｂを有している。

また、このバスバー４の平板部４ｂには参考実施の形態１で平板５に設けたのと同様、貫通孔４ａが設けられている。

そして、本参考実施の形態２においては、参考実施の形態１で説明したのと同様、外装ケース１開口面付近の充填樹脂８が、バスバー４の平板部４ｂを挟んで反対側の充填樹脂８と、貫通孔４ａを通してつながっており、そのために開口面付近の充填樹脂８の強度を増すことができる。

ここで、バスバーが素子上部全面を覆う場合と、覆わない場合の耐湿度性の違いを示すための耐湿試験を行なったのでその結果を図３に示す。図３で示すのは、長時間放置後の静電容量の変化率を測定した結果を示すグラフであり、横軸に放置時間、縦軸に初期の静電容量からの静電容量変化率を示す。また、本参考実施の形態２による実施例としてバスバーでコンデンサ素子を覆った試作品を実施例１とし、バスバーで素子を覆わない試作品を比較例１としている。なお、実施例１、比較例１とも、コンデンサ素子上部から充填樹脂表面までの距離は同一であり、実施例１では、バスバー上端部から充填樹脂表面までの距離は２ｍｍである。

そして図３から明らかなように、バスバーが素子上部全面を覆う実施例１の方が、覆わない比較例１より、同じ時間での容量減少率が低い。これは、バスバーで素子上部全面を覆う場合の方が、水分の浸入を防止でき、耐湿度性が良いことを示す。

以上のように、本参考実施の形態２によれば貫通孔４ａを設けたバスバー４の平板部４ｂをコンデンサ素子２を覆って全面に配列することにより、外装ケース１開口面付近の充填樹脂強度が増し、熱衝撃性、耐湿性ともに優れ、しかも工程が短縮できる単純な充填樹脂１層構造のケースモールド型フィルムコンデンサを実現する。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について図４および図５を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態３におけるケースモールド型フィルムコンデンサを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図を示す。また図５は、バスバー４の貫通孔４ａ部分を拡大した図を示す。

本実施の形態３において参考実施の形態２と同様の箇所については同一の符号を付して重複する詳細な説明を省略する。

本実施の形態３において、参考実施の形態２と異なる点は、図４に示すように、コンデンサ素子２の両側端面に設けた電極部３が外装ケース１の開口面と平行になるようにコンデンサ素子２を外装ケース１内に配列し、さらにバスバー４の平板部４ｂに設けた貫通孔４ａに突起部６を設けた点である。この異なる点についてのみ説明する。

本実施の形態３においては、バスバー４の平板部４ｂに、一定間隔に１２ｍｍ角の貫通孔４ａを設け、図５に示すように、電極部３との接続を行う半田付け作業を容易にするために、貫通孔４ａ内部に、幅１ｍｍ長さ２ｍｍの突起部６を設けている。９は半田で、コンデンサ素子２の電極部３とバスバー４の突起部６との間を半田付けしている。また、充填樹脂８はバスバー４上面より約１〜２ｍｍのところまでモールドしている。

そして、外装ケース１開口面付近の充填樹脂８と下部の素子電極部３は、貫通孔４ａを通してつながり、開口面付近の充填樹脂８の強度が増す。これは、充填樹脂８と電極部３の接着強度が非常に強いため、外装ケース開口部表面の充填樹脂８にコンデンサ素子２の柱がつながった状態となるためである。従って、僅か１、２ｍｍの開口部表面の充填樹脂８の厚さでも、充分な耐熱衝撃性を有する。

これについて、参考実施の形態２の図２で示すように、電極部３を外装ケース１の側面に面するようにコンデンサ素子２を配した試作品と、本実施の形態３の図４で示すように、電極部３を外装ケース１の開口面に面するようにコンデンサ素子２を配した試作品を作成し、−４０℃〜９０℃の熱衝撃試験を行なったので、その結果を（表１）に示す。

（表１）において、実施例１、２および３は、参考実施の形態２の図２で示すコンデンサ素子配列による試作品であり、それぞれバスバー４上面よりの充填樹脂８の厚みを２ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍとしたものである。なお実施例１は、図３の耐湿通電試験結果を示すグラフにおける実施例１と同じ仕様のものである。また実施例４は、本実施の形態３の図４で示すコンデンサ素子配列による試作品であり、バスバー４上面よりの充填樹脂８の厚みを１ｍｍとしている。

そして（表１）で示すように、参考実施の形態２によるコンデンサ素子配列である実施例１から３では、実施例３のように、バスバー４上面より上の樹脂厚みを約５ｍｍ以上充填しないと、本実施の形態３の実施例である実施例４と同レベルの熱衝撃性とならないことがわかる。

また実施例４については、耐湿度性についても、図３の耐湿通電試験結果を示すグラフで示すように実施例１と同様良好である。

このように、図３および（表１）から明らかなように、本実施の形態３による実施例４では、耐熱衝撃性、耐湿度性が良好である。

以上のように、本実施の形態３によれば、外装ケース１開口面付近の充填樹脂強度が増し、熱衝撃性、耐湿性ともに優れた単純な充填樹脂１層構造のケースモールド型フィルムコンデンサを実現し、同時に充填樹脂厚みを薄くすることができる。

なお、参考実施の形態１から２と実施の形態３において、バスバーを電気銅としたが、バスバーは金属で有れば同じ効果が得られる。また、素子電極部を亜鉛としているが、亜鉛とその他の金属の合金であってもよい。

本発明の金属化フィルムコンデンサは、ハイブリッド自動車、電気自動車など、特に大容量のモータ駆動用インバータ回路に適用可能であり、その他民生用、産業用電気機器に広く使用できる。

（ａ）本発明の参考実施の形態１におけるケースモールド型フィルムコンデンサを示す平面図、（ｂ）同正面図、（ｃ）同側面図 （ａ）本発明の参考実施の形態２におけるケースモールド型フィルムコンデンサを示す平面図、（ｂ）同正面図、（ｃ）同側面図 耐湿通電試験結果を示すグラフ （ａ）本発明の実施の形態３におけるケースモールド型フィルムコンデンサを示す平面図、（ｂ）同正面図、（ｃ）同側面図 バスバー４の貫通孔４ａ部分を拡大した図 （ａ）従来のケースモールド型フィルムコンデンサを示す正面図、（ｂ）従来のケースモールド型フィルムコンデンサを示す側面図

符号の説明

１ 外装ケース
２ コンデンサ素子
３ 電極部
４ バスバー
４ａ 貫通孔
４ｂ 平板部
５ 平板
５ａ 貫通孔
６ 突起部
８ 充填樹脂

Claims (3)

1. 金属化フィルムを巻回または積層し、両側端部に電極部を備えたコンデンサ素子と、開口部を有し、前記電極部の一方を前記開口部側にして配列した前記コンデンサ素子を内蔵する外装ケースと、貫通孔を有し、前記コンデンサ素子全体を覆って前記電極部と接続するバスバーと、前記外装ケース内を充填する充填樹脂とを備えたケースモールド型フィルムコンデンサであって、前記貫通孔を有するバスバーは、少なくとも前記ケースの開口部側に配され、前記バスバーを挟む両側の充填樹脂が前記貫通孔を通じてつながり、かつ前記貫通孔下部の前記コンデンサ素子の前記電極部につながるようにしたケースモールド型フィルムコンデンサ。
2. 前記バスバーはコンデンサ素子の電極部と半田付けするための突起部を貫通孔に設けた請求項１記載のケースモールド型フィルムコンデンサ。
3. 貫通孔を複数設けた請求項１または２のいずれか１項に記載のケースモールド型フィルムコンデンサ。

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