(57)【要約】【課題】コンデンサの低インダクタンス化、放熱特性の改善、小型化または低抵抗化の何れかまたは２以上を図る。【解決手段】中空部（８）を持つ少なくとも第１および第２のコンデンサ素子（４−１、４−２）と、各コンデンサ素子の端面に形成された取出し電極部（１０−１、１０−２）と、第１のコンデンサ素子の取出し電極部に接続され、その中空部を貫通させた第１の端子リード（１２−１）と、第２のコンデンサ素子の取出し電極部に接続され、その中空部を貫通させ且つ第１の端子リードに隣接させて第１のコンデンサ素子の中空部を貫通させた第２の端子リード（１２−２）と、第１のコンデンサ素子および第２のコンデンサ素子を収納する外装部材を封口する封口部材（端子板１６）に設置され、第１の端子リードまたは第２の端子リードに接続された外部端子（１４−１、１４−２）とを備えている。【選択図】図１
2014027058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部を持つ少なくとも第１および第２のコンデンサ素子と、
前記第１のコンデンサ素子および前記第２のコンデンサ素子の端面に形成された取出し電極部と、
前記第１のコンデンサ素子の前記取出し電極部に接続され、前記第１のコンデンサ素子の前記中空部を貫通させた第１の端子リードと、
前記第２のコンデンサ素子の前記取出し電極部に接続され、この第２のコンデンサ素子の前記中空部を貫通させ且つ前記第１の端子リードに隣接させて前記第１のコンデンサ素子の前記中空部を貫通させた第２の端子リードと、
前記第１の端子リードまたは前記第２の端子リードに接続された外部端子と、
を備えることを特徴とするコンデンサ。
【請求項２】
前記第１のコンデンサ素子の前記中空部に貫通させた前記第１の端子リードおよび前記第２の端子リードに流れる電流の向きが相反していることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。
【請求項３】
前記端子リードが平板帯状であって、前記中空部に対向して配置させていることを特徴とする請求項１または２に記載のコンデンサ。
【請求項４】
中空部を持つ少なくとも第１および第２のコンデンサ素子を形成する工程と、
前記第１のコンデンサ素子および前記第２のコンデンサ素子の端面に取出し電極部を形成する工程と、
前記第１のコンデンサ素子の前記取出し電極部に第１の端子リードを接続し、この第１の端子リードを前記第１のコンデンサ素子の前記中空部に貫通させる工程と、
前記第２のコンデンサ素子の前記取出し電極部に第２の端子リードを接続し、この第２の端子リードを前記第２のコンデンサ素子の前記中空部に貫通させ且つ前記第１の端子リードに隣接させて前記第１のコンデンサ素子の前記中空部に貫通させる工程と、
を含むことを特徴とするコンデンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルムコンデンサなどのコンデンサに関し、たとえば、複数のコンデンサ素子を備えるコンデンサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーコンディショナなどの電源系統には各種のコンデンサが使用されている。直流を交流に変換するインバータでは、フィルムコンデンサが用いられる。フィルムコンデンサでは金属化フィルムを巻回してコンデンサ素子が形成されている。金属化フィルムは、誘電体フィルムに金属蒸着により電極を形成している。
【０００３】
この種のコンデンサに関し、コンデンサ素子を樹脂で封止することが知られ（たとえば、特許文献１）、複数のコンデンサ素子が並列化されることも知られている（たとえば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭５６−１６９２６号公報
【特許文献２】実開平７−２９８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、フィルムコンデンサなどのコンデンサでは、コンデンサ素子を並列に接続するリード線に流れる電流に磁界が交差すると、インダクタンスが発生する。このインダクタンスの値は流れる電流や発生する磁界によって大きくなる。インダクタンスの増加はコンデンサ特性を悪化させるという課題がある。
【０００６】
駆動時、コンデンサ素子が発熱するが、この発熱によりコンデンサ素子が蓄熱状態となり、高温状態を継続すると、コンデンサ特性を劣化させるとともに、コンデンサ寿命が短くなるという課題がある。コンデンサの発熱を抑えるにはリップル電流を低減する必要がある。許容リップル電流を抑制により、コンデンサの利用範囲が妨げられるという課題がある。
【０００７】
コンデンサ素子を並列化するリード線の配置によっては、コンデンサに対するリード線の占有体積が大きくなり、コンデンサの小型化が妨げられるという課題がある。
【０００８】
コンデンサの容量を増加させるため、コンデンサ素子の口径を径大化すると、コンデンサ素子の抵抗が増加し、その対策が必要となるという課題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、コンデンサの低インダクタンス化、放熱特性の改善、小型化または低抵抗化の何れかまたは２以上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明のコンデンサは、中空部を持つ少なくとも第１および第２のコンデンサ素子と、前記第１のコンデンサ素子および前記第２のコンデンサ素子の端面に形成された取出し電極部と、前記第１のコンデンサ素子の前記取出し電極部に接続され、前記第１のコンデンサ素子の前記中空部を貫通させた第１の端子リードと、前記第２のコンデンサ素子の前記取出し電極部に接続され、この第２のコンデンサ素子の前記中空部を貫通させ且つ前記第１の端子リードに隣接させて前記第１のコンデンサ素子の前記中空部を貫通させた第２の端子リードと、前記第１の端子リードまたは前記第２の端子リードに接続された外部端子とを備える。
【００１１】
上記目的を達成するためには、前記コンデンサにおいて、前記第１のコンデンサ素子の前記中空部に貫通させた前記第１の端子リードおよび前記第２の端子リードに流れる電流の向きが相反させてもよい。
【００１２】
上記目的を達成するためには、前記端子リードが平板帯状であって、前記中空部に対向して配置させてもよい。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明のコンデンサの製造方法は、中空部を持つ少なくとも第１および第２のコンデンサ素子を形成する工程と、前記第１のコンデンサ素子および前記第２のコンデンサ素子の端面に取出し電極部を形成する工程と、前記第１のコンデンサ素子の前記取出し電極部に第１の端子リードを接続し、この第１の端子リードを前記第１のコンデンサ素子の前記中空部に貫通させる工程と、前記第２のコンデンサ素子の前記取出し電極部に第２の端子リードを接続し、この第２の端子リードを前記第２のコンデンサ素子の前記中空部に貫通させ且つ前記第１の端子リードに隣接させて前記第１のコンデンサ素子の前記中空部に貫通させる工程とを含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、次の何れかまたは２以上の効果が得られる。
【００１５】
(a) 第１および第２の端子リードが第１のコンデンサ素子の中空部内で隣接して配置されるので、各端子リードで発生する磁界が相殺され、コンデンサの低インダクタンス（低ＥＳＬ化）を図ることができる。
【００１６】
(b) 各端子リードがコンデンサ素子の中空部から外部端子に引き出されているので、コンデンサ素子の熱をコンデンサ素子の中空部から端子リードによって外部に導くことができ、コンデンサ素子の放熱特性が改善される。この放熱特性の改善により各コンデンサ素子の許容リップル電流値を大きくできる。
【００１７】
(c) コンデンサ素子の中空部に各端子リードを設置しているので、端子リードの占有空間を削減でき、コンデンサにおける端子リードの省スペース化を図ることができ、コンデンサの小型化を図ることができる。
【００１８】
(d) コンデンサ素子の並列化によりコンデンサの低抵抗化を図ることができる。
【００１９】
そして、本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面および各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一実施の形態に係るフィルムコンデンサの一例を示す断面図である。
【図２】コンデンサの等価回路を示す図である。
【図３】コンデンサの動作特性を示す図である。
【図４】他の実施の形態に係るフィルムコンデンサの一例を示す断面図である。
【図５】コンデンサの等価回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、一実施の形態に係るフィルムコンデンサの一例を示している。このフィルムコンデンサ（以下、単に「コンデンサ」と称する）２は本発明のコンデンサの一例である。
【００２２】
このコンデンサ２には第１のコンデンサ素子４−１と第２のコンデンサ素子４−２が備えられている。各コンデンサ素子４−１、４−２は、フィルムコンデンサ素子である。各コンデンサ素子４−１、４−２には、誘電体フィルムに電極が金属蒸着された金属化フィルムが用いられ、この金属化フィルムが円筒状に巻回されている。このため、各コンデンサ素子４−１、４−２には円筒状の巻枠６が用いられている。この巻枠６により、各コンデンサ素子４−１、４−２の中心には断面円形の中空部８が形成されている。
【００２３】
各コンデンサ素子４−１、４−２の素子端面には対向電極の取出し電極１０−１、１０−２がメタリコンによって形成されている。
【００２４】
この実施の形態では、各コンデンサ素子４−１、４−２を中空部８を中心にたとえば、図中上下方向に配置している。
【００２５】
コンデンサ素子４−１の取出し電極１０−１には第１の端子リード１２−１がはんだ１３などの接続手段によって接続されている。この端子リード１２−１は、コンデンサ素子４−１の中空部８を貫通させ、取出し電極１０−２側に引き出されている。
【００２６】
コンデンサ素子４−２の取出し電極１０−２には第２の端子リード１２−２がはんだ１３などの接続手段によって接続されている。この端子リード１２−２は、コンデンサ素子４−２の中空部８を貫通させ且つコンデンサ素子４−１の取出し電極１０−２側に引き出されている。つまり、コンデンサ素子４−１の中空部８にあっては、端子リード１２−１、１２−２が隣接して配置されている。
【００２７】
端子リード１２−１は外部端子１４−１に接続され、端子リード１２−２は外部端子１４−２に接続されている。コンデンサ素子４−１の取出し電極１０−２に接続された端子リード１２−３は外部端子１４−２に接続されている。コンデンサ素子４−１、４−２の各取出し電極１０−１は、端子リード１２−４によって共通に接続されている。つまり、各コンデンサ素子４−１、４−２は外部端子１４−１、１４−２の間で端子リード１２−１、１２−２、１２−３、１２−４を用いて並列に接続されている。
【００２８】
外部端子１４−１、１４−２は端子板１６に設置されている。端子板１６は絶縁部材で形成されており、外装ケース１８を封口する封口部材の一例である。外装ケース１８にはコンデンサ素子４−１、４−２が収納され、封止樹脂２０が充填されている。つまり、コンデンサ素子４−１、４−２は封止樹脂２０で被覆され、外装ケース１８の内部に固定されている。端子板１６は外装ケース１８の開口部２２に設置され、外装ケース１８に充填された封止樹脂２０によって固定されている。
【００２９】
外装ケース１８の底面の中央部には固定ねじ部２４が突設されている。この固定ねじ部２４には基板などが固定される。
【００３０】
図１に示すコンデンサ２は、図２に示すように、各コンデンサ素子４−１、４−２が並列化されている。この並列化により、各コンデンサ素子４−１、４−２の容量をＣとすれば、合成容量ＣｓはＣ×２が得られる。
【００３１】
このコンデンサ２において、駆動時には、コンデンサ素子４−１の中空部８に貫通させた端子リード１２−１および端子リード１２−２に流れる電流ｉの向きは相反することになる。このため、各電流ｉで発生する磁界φの向きが異なり、相殺される。この結果、コンデンサ素子４−１の中空部８で隣接した端子リード１２−１、１２−２のインダクタンスの低減が図られる。
【００３２】
各端子リード１２−１、１２−２、１２−３、１２−４のうち、コンデンサ素子４−１の中空部８を貫通する端子リード１２−１、１２−２を平板帯状に形成し、端子リード１２−１、１２−２を対向配置すれば、発生する磁界φを効率よく相殺することができる。この結果、端子リード１２−１、１２−２の低インダクタンス化が図られる。
【００３３】
＜コンデンサ２の製造方法＞
【００３４】
コンデンサ２の製造方法の一例では、(1) コンデンサ素子４−１、４−２の形成工程、(2) 取出し電極１０−１、１０−２の形成工程、(3) 端子リード１２−１、１２−２、１２−３、１２−４の接続工程、(4) コンデンサ素子４−１、４−２の外装ケース１８への封入工程などが含まれる。
【００３５】
(1) コンデンサ素子４−１、４−２の形成工程
【００３６】
この形成工程では、中空部８を持つ少なくとも複数のコンデンサ素子としてコンデンサ素子４−１、４−２を形成する。フィルムコンデンサ素子であれば、各コンデンサ素子４−１、４−２には、金属化フィルムを用いる。この金属化フィルムには誘電体フィルムが用いられ、この誘電体フィルムの少なくとも片面にアルミニウムなどの電極用金属が蒸着されている。たとえば、複数枚の金属化フィルムを円筒状の巻枠６に巻付けることにより、巻枠６を中心として円筒状に巻回する。これにより、コンデンサ素子４−１、４−２には巻枠６により中空部８が形成される。誘電体フィルムは、ポリエチレンテレフタレートやポリプロピレンなどの合成樹脂フィルムである。
【００３７】
(2) 取出し電極１０−１、１０−２の形成工程
【００３８】
コンデンサ素子４−１、４−２の各素子端面には金属化フィルムに蒸着された電極の縁部を露出させ、この露出面にメタリコンにより取出し電極１０−１、１０−２を形成する。電極１０−１、１０−２は、金属化フィルムを構成する誘電体フィルムに蒸着する金属と同一金属で形成してもよいが、接続に半田付けを用いる場合、その接続を容易にするためには、半田付け可能な金属を用いればよい。この金属はたとえば、亜鉛、錫合金などの半田付け可能な金属である。その他、半田付け性を有する金属として、アルミニウムと亜鉛、アルミニウムと錫合金、亜鉛と錫合金などであってもよい。
【００３９】
(3) 端子リード１２−１、１２−２、１２−３、１２−４の接続工程
【００４０】
コンデンサ素子４−１の取出し電極１０−１に端子リード１２−１を接続する。この接続はたとえば、はんだ付けで行う。この端子リード１２−１をコンデンサ素子４−１の中空部８に貫通させ、取出し電極１０−２側に引き出す。
【００４１】
コンデンサ素子４−２の取出し電極１０−２に端子リード１２−２を接続する。この接続は既述のはんだ付けで行う。この端子リード１２−２をコンデンサ素子４−２の中空部８を貫通させた後、端子リード１２−１に隣接させてコンデンサ素子４−１の中空部８を貫通させる。
【００４２】
端子リード１２−１は、端子板１６にある外部端子１４−１に接続する。この接続もはんだ付けで行えばよい。端子リード１２−２は、端子板１６にある外部端子１４−２に接続する。この接続もはんだ付けで行えばよい。この外部端子１４−２にはコンデンサ素子４−１の取出し電極１０−２と接続した端子リード１２−３も接続する。また、コンデンサ素子４−１、４−２の取出し電極１０−１間は端子リード１２−４により共通に接続する。これにより、外部端子１４−１、１４−２の間でコンデンサ素子４−１、４−２が並列化される。
【００４３】
端子板１６は、熱硬化性樹脂などの絶縁材料で形成され、外部端子１４−１、１４−２は端子板１６に対してインサート成形により固定される。
【００４４】
(4) コンデンサ素子４−１、４−２の外装ケース１８への封入工程
【００４５】
外装ケース１８には並列化されたコンデンサ素子４−１、４−２が収納される。外装ケース１８の開口部２２側には端子板１６が設置される。外装ケース１８には封止樹脂２０が充填され、この封止樹脂２０の硬化により、図１に示すコンデンサ２が得られる。
【００４６】
＜一実施の形態の効果＞
【００４７】
ａ）コンデンサ２の低ＥＳＬ化
【００４８】
異なる極性の外部端子１４−１、１４−２に接続される端子リード１２−１、１２−２がコンデンサ素子４−１の中空部８内で近接配置されている。これにより、電流ｉで生じる磁界φの方向が相反して相殺される。この結果、インダクタンスの低減が図られ、コンデンサ２の低ＥＳＬを実現できる。
【００４９】
ｂ）コンデンサ２の放熱効果の向上
【００５０】
既述のコンデンサ２では、コンデンサ素子４−１、４−２の２素子構造である。この実施の形態では、単一の外装ケース１８の内部に二つのコンデンサ素子４−１、４−２が設置されている。つまり、金属化フィルムの幅で決定される各コンデンサ素子４−１、４−２の厚さは、１素子で同一容量を形成する場合に比較し、金属化フィルムの幅が短くなる。これにより、コンデンサ素子４−１、４−２の内部抵抗が低くなり、各コンデンサ素子４−１、４−２に生じるジュール熱による発熱が抑制される。
【００５１】
これらコンデンサ素子４−１、４−２の並列接続に用いられている少なくとも端子リード１２−１は、コンデンサ素子４−１の中空部８を貫通し、端子リード１２−２は、コンデンサ素子４−１、４−２の中空部８を貫通している。つまり、端子リード１２−１、１２−２は素子中心に配置されている。コンデンサ素子４−１に発生した熱は、端子リード１２−１、１２−２により素子外に導かれ、コンデンサ素子４−２に発生した熱は、端子リード１２−２により素子外に導かれる。これにより、素子中心部で生じた熱を端子リード１２−１、１２−２により、外部端子１４−１、１４−２を通してコンデンサ２の外部に放熱させることができる。これによって、放熱効果の拡大が図れる。
【００５２】
この端子リード１２−１、１２−２による放熱は、長い端子リード１２−２に近接配置された短い端子リード１２−１に伝達でき、外部への放熱を助長させることができる。
【００５３】
このように、各コンデンサ素子４−１、４−２の放熱を高めることにより、コンデンサ２の寿命を延長できるとともに、コンデンサ素子４−１、４−２の許容リプル電流を増大させることができる。
【００５４】
図３は、リップル電流と自己温度上昇との関係を示している。コンデンサの自己発熱がリップル電流の大きさに依存し、この自己発熱によるコンデンサ素子の中空部の温度の推移を示している。特性Ｌ１は、単一素子を用いたコンデンサのリップル電流と温度の関係を示している。特性Ｌ２は、素子幅を２分の１とした２素子の場合のコンデンサのリップル電流と温度の関係を示している。この場合、特性Ｌ１、Ｌ２におけるコンデンサの静電容量は同一である。この関係から明らかなように、自己温度上昇を抑制すれば、リップル電流〔Ａｒｍｓ〕を増大させることができる。単一素子の場合の特性Ｌ１に対し、２素子の場合の特性Ｌ２では、素子の中空部の自己温度上昇温度２５〔℃〕において、約１．７倍程度にリップル電流を上昇させることができる。また、同一のリップル電流であれば、２素子とすることにより、自己温度上昇を抑制でき、コンデンサに与える影響を小さくできる。
【００５５】
ｃ）端子リード１２−１、１２−２の省スペース化
【００５６】
端子リード１２−１、１２−２はコンデンサ素子４−１、４−２の中空部８に配置されている。つまり、端子リード１２−１、１２−２の配置のために外装ケース１８内に端子リード１２−１、１２−２に必要な特別なスペースを確保する必要がない。
【００５７】
このような端子リード１２−１、１２−２の設置スペースは、仮に素子の外周に端子リードを配置する場合に比較し、コンデンサ素子４−１、４−２と外装ケース１８との間に必要空間を確保する必要はない。つまり、省スペース化が可能である。
【００５８】
ｄ）端子リード１２−１、１２−２の低抵抗化
【００５９】
コンデンサ素子４−１、４−２の中空部８に端子リード１２−１、１２−２を配置するので、コンデンサ素子４−１、４−２の素子径を大きくしても（大口径化）、端子リード１２−１、１２−２の長さを抑制できる。このため、端子リード１２−１、１２−２が持つ内部抵抗を抑制できる。コンデンサ素子４−１、４−２の外側に端子リードを配置する場合に比較し、端子リード長を短くできる。したがって、素子中心に通す構造により、素子径に関係なく、端子リード長を一定ないし短縮でき、端子リード１２−１、１２−２の低抵抗化を図ることができる。
【００６０】
＜他の実施の形態＞
【００６１】
(1) 上記実施の形態では２つのコンデンサ素子４−１、４−２を用いてコンデンサ２を構成したが、図４および図５に示すように３つのコンデンサ素子４−１、４−２、４−３でコンデンサ２を構成してもよい。
【００６２】
そして、コンデンサ素子４−１、４−２の中空部８に第１の端子リード１２−１を貫通させ、コンデンサ素子４−１、４−２、４−３に第２の端子リード１２−２を貫通させてもよい。各コンデンサ素子４−１、４−２の中空部８を貫通する端子リード１２−１、１２−２を隣接して配置し、上記実施の形態と同様に各リード電流ｉを相反させ、磁界φを相殺させる構成としてもよい。
【００６３】
このようにコンデンサ２は２素子ないし３素子だけでなく、４素子以上を並列に接続する構成としてもよい。この場合、配置するコンデンサ素子数をＮとすれば、Ｎ−１の素子数分において、端子リードを隣接配置でき、リード電流ｉを相反させることができる（磁界相殺の法則性）。
【００６４】
(2) 上記実施の形態では複数のコンデンサ素子の並列化を説明しているが、コンデンサ素子を直列接続する場合にも本発明を利用できる。直並列化する場合にも同様である。
【００６５】
以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明した。本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、または発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者による様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更は本発明の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明のコンデンサおよびその製造方法では、複数のコンデンサ素子の並列化とともに、コンデンサ素子と外部端子との間の端子リードの引回し構造により、低インダクタンス化、放熱特性の改善、小型化または低抵抗化の何れかまたは２以上を図ることができ、有用である。
【符号の説明】
【００６７】
２  コンデンサ
４−１、４−２、４−３  コンデンサ素子
６  巻枠
８  中空部
１０−１、１０−２  取出し電極
１２−１、１２−２、１２−３、１２−４  端子リード
１３  はんだ
１４−１、１４−２  外部端子
１６  端子板
１８  外装ケース
２０  封止樹脂
２２  開口部
２４  固定ねじ部
【図１】
2014027058.tif 000003
【図２】
2014027058.tif 000004
【図３】
2014027058.tif 000005
【図４】
2014027058.tif 000006
【図５】
2014027058.tif 000007