(57)【要約】【課題】本発明は、ケースモールド型の金属化フィルムコンデンサのうなり音抑制を実現することを目的とする。【解決手段】外部接続用の端子部２ａ、３ａを一端に設けたバスバー２、３が接続された金属化フィルムコンデンサを樹脂製のケース４内に収容してバスバー２、３に設けた端子部を除いて樹脂モールドしたケースモールド型コンデンサにおいて、樹脂製のケース４は、エラストマーが配合されたポリフェニレンサルファイドであるケースモールド型コンデンサとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部接続用の端子部を一端に設けたバスバーが接続された金属化フィルムコンデンサ素子を樹脂製のケース内に収容して上記バスバーに設けた端子部を除いて樹脂モールドしたケースモールド型コンデンサにおいて、前記樹脂製のケースは、エラストマーが配合されたポリフェニレンサルファイドであるケースモールド型コンデンサ。
【請求項２】
前記エラストマーが配合されたポリフェニレンサルファイドは、１重量％以上１０重量％以下のエラストマーが含まれているものである請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
【請求項３】
前記樹脂製のケースは曲げ弾性率が８０００ＭＰａ以上１５０００ＭＰａ以下であって、この樹脂製のケースに固定部を備えた請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
【請求項４】
前記樹脂製のケースに設けた固定部によって、金属製の外装ケース内に結合された請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
【請求項５】
前記樹脂製のケースに設けた固定部によって金属製の外装ケース内に結合され、前記樹脂製のケースと金属製の外装ケースの固定部を除く相互間の少なくとも一部に隙間を設け、この隙間内に緩衝材層を設けた請求項４に記載のケースモールド型コンデンサ。
【請求項６】
緩衝材層としてウレタン樹脂を用いた請求項５に記載のケースモールド型コンデンサ。
【請求項７】
金属製の外装ケースとしてアルミニウムを用いた請求項５に記載のケースモールド型コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車等に使用され、特に、ハイブリッド自動車のモータ駆動用インバータ回路の平滑用、フィルタ用、スナバ用に最適な金属化フィルムコンデンサをケース内に樹脂モールドしたケースモールド型コンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の観点から、あらゆる電気機器がインバータ回路で制御され、省エネルギー化、高効率化が進められている。中でも自動車業界においては、電気モータとエンジンで走行するハイブリッド車（以下、ＨＥＶと呼ぶ）が市場導入される等、地球環境に優しく、省エネルギー化、高効率化に関する技術の開発が活発化している。
【０００３】
このようなＨＥＶ用の電気モータは使用電圧領域が数百ボルトと高いため、このような電気モータに関連して使用されるコンデンサとして、高耐電圧で低損失の電気特性を有する金属化フィルムコンデンサが注目されており、更に市場におけるメンテナンスフリー化の要望からも極めて寿命が長い金属化フィルムコンデンサを採用する傾向が目立っている。
【０００４】
しかしながら、このような金属化フィルムコンデンサは交流（リプル）電流によって金属化フィルムコンデンサ自体が振動し、この振動が原因で発生する騒音が課題となる場合がある。特に、このような金属化フィルムコンデンサをＨＥＶ用のインバータ回路の平滑用に用いる場合には、スイッチング周波数が数ｋＨｚ〜１５ｋＨｚという可聴周波数であることから、高い静粛性が要求される自動車用に使用する場合には上記騒音をできるだけ低減することが必要である。
【０００５】
これまで、フィルムコンデンサのリプル電流による騒音を低減させるために、種々の提案が成されている。
【０００６】
例えば、上記騒音をコンデンサ自体で低減する手段として、誘電体フィルムの表面に電極膜を被着したメタライズドプラスチックフィルムを積層巻回して形成したコンデンサ素子に液状絶縁体、例えば２５℃で２５ｍｍ2／ｓと低粘度の架橋反応性モノマーであるメチルハイドロジェンシリコーンオイルを含浸させた後、１３０℃１５分間、又は１００℃６０分間加熱することでメチルハイドロジェンシリコーンオイルを重合させて高粘度化することで、交流電圧印加時に発生するコンデンサの振動を抑制することができるというコンデンサの製造方法が提案されている（特許文献１）。
【０００７】
また、金属化フィルムコンデンサを樹脂製ケース内に配置し、樹脂でモールドしたタイプの金属化フィルムコンデンサにおける騒音を低減する手段として、本出願人は以下の図１１（ａ）、（ｂ）に示すような提案をしている。
【０００８】
図１１（ａ）、（ｂ）は上記金属化フィルムコンデンサの構成を示した正面断面図と側面断面図であり、同図において、１１は金属化フィルムから構成された巻回形のコンデンサ素子、１２は樹脂ケース、１３は接続端子、１３ａはコンデンサ素子１１の電極部どうしを接続するバスバー、１４は充填樹脂、１５は吸音防音材である。
【０００９】
このように構成された従来の金属化フィルムコンデンサは、コンデンサ素子１１の外側面と樹脂ケース１２の内側面との間に、発泡ウレタンを材質とした吸音防音材１５を配置した構成により、コンデンサ素子１１の振動が外部へ伝播するのを抑制し、遮音効果を高め、外部への騒音を低減することができるというものであった（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００４−３０３９３４号公報
【特許文献２】特開２００５−９３５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら上記従来の金属化フィルムコンデンサでは、コンデンサ自体で（特許文献１）、あるいは樹脂製ケース内に配置して樹脂モールドした状態で（特許文献２）振動を抑制し、騒音を低減するようにはしているものの、フィルムコンデンサ素子の振動がケースに伝わり、そのケースに接触や締結されている部材を伝って振動が伝播し騒音が発生することを抑えることが課題となっていた。特に、ハイブリッド自動車用に用いられる場合には高い静粛性が要求されるため、この課題を解決することが重要であった。
【００１１】
例えば、車両に搭載する金属製のインバータボックスへの組み付け目的で、上記特許文献２で説明した樹脂製ケース内に配置して樹脂モールドした金属化フィルムコンデンサを更に金属ケース（アルミダイキャストケース等）内に収容するような場合には、この金属ケースと樹脂製ケースとの結合部を伝って振動が車室内に伝播されるということもあり、より高い振動抑制を図ることによって騒音を極力低減することが必要であるという課題があった。
【００１２】
また、フィルムコンデンサは、温度を上げるとリプル電流による振動が増大する傾向があり、そのことも課題の一つとなっていた。
【００１３】
本発明はこのような従来の課題を解決し、金属化フィルムコンデンサで発生する振動を抑制することによって、騒音の発生を低減することが可能なケースモールド型コンデンサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明は、外部接続用の端子部を一端に設けたバスバーが接続された金属化フィルムコンデンサを樹脂製のケース内に収容して上記バスバーに設けた端子部を除いて樹脂モールドしたケースモールド型コンデンサにおいて、上記樹脂製のケースは、エラストマーが配合されたポリフェニレンサルファイドとしたものである。
【００１５】
また、配合するエラストマー量は、ケース全体の重量に対して、１重量％以上１０重量％以下とした。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように本発明によるケースモールド型コンデンサは、ケース材料であるポリフェニレンサルファイドに弾性体であるエラストマーを配合することによって、金属化フィルムコンデンサがリプル電流によって振動しても、この振動を樹脂製のケースによって緩和することができるため、樹脂製のケースを伝って伝播される振動は大きく低減されたものとなり、結果的に騒音の発生を低減することができるようになるという効果が得られるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１によるケースモールド型コンデンサの構成を示した分解斜視図（構成を分かり易くするために、後述するモールド樹脂を省略して記載）、図２は同ケースモールド型コンデンサの構成を示した断面図であり、図１と図２において、１は金属化フィルムコンデンサであり、この金属化フィルムコンデンサ１は、図示しない誘電体フィルム上に金属蒸着電極を形成した一対の金属化フィルムを上記金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向するように巻回することによって素子を作製し、この素子の両端面に金属溶射によって一対のメタリコン電極を形成して構成されたものである。
【００１８】
２、３は一対のバスバー、２ａ、３ａはこのバスバー２、３の一端に夫々設けられた外部接続用の端子部であり、このバスバー２、３は上記金属化フィルムコンデンサ１を複数個（本実施の形態においては５個）並べた状態で金属化フィルムコンデンサ１の両端面に形成された一対のメタリコン電極に夫々、図１に示すように半田付け部２ｂ、３ｂを介して半田付けされており、これにより複数個の金属化フィルムコンデンサ１を並列接続しているものである。静電容量は、１つの素子が２００μＦのものを用いたため、１０００μＦのコンデンサとなっている。
【００１９】
４は上記バスバー２、３により並列接続された複数個の金属化フィルムコンデンサ１を内部に収容した樹脂製のケースであり、本実施の形態においては、この樹脂製のケース４の材料としてＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）に弾性体であるエラストマーを加えたものを用いた。このとき、樹脂製のケース４の曲げ弾性率が１５０００ＭＰａ以下となるように、エラストマーの配合量を調節した。今回の実施の形態では、３重量％エラストマーが配合されたＰＰＳ材料を用いた。樹脂製のケース４の肉厚は２ｍｍとした。
【００２０】
図２において、５は上記樹脂製のケース４内に注型されたモールド樹脂であり、このモールド樹脂５は上記バスバー２、３の一端に設けられた外部接続用の端子部２ａ、３ａが樹脂製のケース４から表出する状態で、複数個の金属化フィルムコンデンサ１とバスバー２、３を被覆するようにしているものであり、本実施の形態においてはエポキシ樹脂を用いたものである。
【００２１】
本実施の形態では、３重量％エラストマーが配合されたＰＰＳ材料を用いたが、１重量％以上１０重量％以下で振動低減に効果を発揮する。
【００２２】
（表１）に、エラストマーの配合量と（１）１０ｋＨｚのリプル電流１００Ａｒｍｓ流した際の振動加速度、（２）聴感テスト、（３）ケース材料の弾性率、（４）ケース材料の２ｋＨｚ、２５℃での損失係数、（５）高温高湿バイアス試験、（６）冷熱衝撃試験の結果の関係を調べた結果を示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
（１）では、ケース側面に振動レベル測定用の加速度ピックアップを貼り付けて振動量を測定した。（２）では、（１）の電流条件において５ｍ離れた所から人間の耳に聞こえるかどうかを確認した。（３）（４）は、ケース材料の物性値を測定した結果である。（５）は、温度８５℃、相対湿度８５％、バイアス電圧６００Ｖを連続印加する条件の高温高湿試験の結果を示しており、容量減少が５％以上のものを不合格とした。（６）は、−４０℃〜１２０℃、３０００サイクルでケースにクラックが発生するかどうかで合否判定を行なった。
【００２５】
（表１）から、エラストマー配合量１重量％以上にすると振動低減、つまり騒音低減に効果があり、１０重量％を超えると耐湿性に課題があることがわかった。振動低減には、ケース材料の損失係数が重要であり、エラストマーの配合量を増やすことで、損失係数が増大し、リプル電流による振動の減衰効果がある。エラストマー配合量が１重量％以上から、聴感テストで聞こえないレベルとなった。
【００２６】
また、高温高湿におけるバイアス試験では、エラストマーが１０重量％を超えると、容量減少が５％以上となり、不合格となった。冷熱衝撃試験では、エラストマーが０．５％重量％以下では、ケースクラックが発生していたが、１重量％以上で靭性が増し、クラックは発生しない結果となった。
【００２７】
図３、図４は、２５℃と８０℃でのケース材料の損失係数の周波数特性を示している。実施の形態１は、本実施の形態においてエラストマー量が３重量％のもの、比較例１は同様な構成においてエラストマー無しの場合を示している。
【００２８】
実施の形態１は、広い周波数範囲（１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚ）において、損失係数が高く、リプル電流による振動を減衰させるのに効果が期待できる。また、８０℃でも同様の効果があり、高温でもその効果を発揮する材料であることが確認できた。
【００２９】
図５に、実施の形態１と比較例１のケースでのコンデンサのリプル電流による振動加速度を２５℃と８０℃で比較した結果を示す。リプル電流は、１０ｋＨｚの正弦波で１００Ａｒｍｓ流した際の結果である。比較例１のコンデンサは、ケース材料のみエラストマーを含まないＰＰＳを用いた以外は同じ構造のものである。
【００３０】
実施の形態１と比較例１を比べると、エラストマー配合の効果で、実施の形態１は振動量が低減し、なおかつ高温での振動の増加量が小さくなった。フィルムコンデンサの課題として、高温で振動が増大することがあったが、本実施の形態１の技術を用いることによりその増加幅を小さくすることができた。
【００３１】
このように構成されたケースモールド型コンデンサによると、樹脂製のケース４には弾性体であるエラストマーが配合することで、曲げ弾性率が１５０００ＭＰａ以下としているので、金属化フィルムコンデンサ自体に対してリプル電流などによって発生した振動を抑制することができるものである。
【００３２】
これは、従来であれば、樹脂製のケース４にはＰＰＳを主成分とした材質のケース材料を使用しており、その理由として、自動車用途に用いられる金属化フィルムコンデンサは温度や湿度といった周囲環境の厳しい状況下において、ＰＰＳは耐熱性、耐湿性、そして強度に優れた材料であったためである。
【００３３】
このように樹脂製のケース４に強度が強い材料、すなわち弾性率の高い材料を用いることが、耐熱性、耐湿性、固定部の強度確保には有用であったのである。
【００３４】
しかしながら、樹脂製のケース４を構成する材料の弾性率が高いため、樹脂製のケース４内の部品から発生した振動を伝搬させ易いというものでもあった。そもそも、ＨＥＶ用のインバータ回路の平滑用などに用いられる際には、スイッチング周波数が数ｋＨｚ〜１５ｋＨｚという高周波領域における可聴周波数であるため、その振動の抑制は困難なものであった。
【００３５】
さらに、ＰＰＳは靱性が低く、もろいために衝撃によって折れやすく、肉厚を薄くするとクラックが発生しやすくなるものであった。
【００３６】
これに対し、本発明の実施の形態によれば、一般的なＰＰＳの曲げ弾性率が約１７０００ＭＰａであるところ、樹脂製のケース４の曲げ弾性率が１５０００ＭＰａ以下であるので、外部への振動の伝搬を抑制することができ、衝撃に対する吸収性も高まり、耐冷熱衝撃性も向上させることができる。また、エラストマーが配合されていないＰＰＳに比べてクラックの発生を抑制できることから、更にケースの樹脂厚を薄くすることも可能にするものである。
【００３７】
ここで、樹脂製のケース４の損失係数や曲げ弾性率を小さくするために、本実施の形態ではケース４の材料としてＰＰＳにエラストマーを加えることとしたが、エラストマーとは室温以下にガラス転移温度を持つ樹脂材料のことである。特にＰＰＳに対して１％〜１０％の重量％で配合することによって、振動の抑制とともに、耐熱性、耐湿性、耐冷熱衝撃性も兼ね備えた特性を有するものとなっている。
【００３８】
特に、自動車用途に用いられる場合などはその製品サイズが大きくなり、樹脂製のケース４の内部に充填されるモールド樹脂５の量も多くなる場合が多く、製品にヒートサイクルと呼ばれる冷熱衝撃が加わるとモールド樹脂５の膨張収縮の熱応力も大きくなるものであり、本実施の形態のような樹脂製のケース４とすることによって、この熱応力にも耐えることが可能なのである。
【００３９】
本発明におけるエラストマーには、シリコーン系、ウレタン系など耐熱性が有り、室温以下にガラス転移温度を持つものならばいずれも効果が期待できる。
【００４０】
（実施の形態２）
図６は本発明の一実施の形態によるケースモールド型コンデンサの構成を示した分解斜視図（構成を分かり易くするために、後述するモールド樹脂を省略して記載）、図７は同ケースモールド型コンデンサの構成を示した断面図である。
【００４１】
４ａは上記の実施の形態１で示した樹脂製のケース４の外側面に設けられた固定部であり、６はバスバー２、３により並列接続された複数個の金属化フィルムコンデンサ１を内部に収容して樹脂モールドした樹脂製のケース４を収容した金属製の外装ケース、６ａはこの外装ケース６に設けた固定部であり、本実施の形態においては、この外装ケース６の材料としてアルミニウムを用いたものであり、この外装ケース６と上記樹脂製のケース４の固定は双方に設けられた固定部６ａと４ａを図示しないボルト等を介して行われるようにしているものである。
【００４２】
（表２）に、エラストマーの含有量を変えて、固定部６ａがＭ６ボルトで１３Ｎ・ｍのトルクで破壊しないか調べた結果を示している。
【００４３】
【表２】
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【００４４】
エラストマーが１０重量％を超えると、耐トルク強度が低下し、固定部６ａが破壊した。この結果から、エラストマーを増やしすぎると強度低下を招くので、固定部には多くても１０重量％以下にする必要があることがわかった。
【００４５】
図８に、本実施の形態２のリプル電流により振動加速度を示す。この振動加速度を計測する測定子である加速度ピックアップは、樹脂製のケース４と金属製の外装ケース６との締結部に取り付けて測定した。比較例２とは、エラストマーを含まないＰＰＳケースを用いた以外は同様のコンデンサを使用した。
【００４６】
実施の形態１と同様に樹脂製のケース４の振動減衰効果により、外装ケース６で振動を測定しても比較例２よりも小さかった。また、温度上昇に伴う振動の増加幅も小さくすることができた。
【００４７】
（実施の形態３）
図９に、実施の形態３の構成を示す。実施の形態３は、実施の形態２において、樹脂製のケース４と外装ケース６との間に、７の緩衝材層を配置したこと以外は実施の形態２と同様である。
【００４８】
緩衝材層７は上記樹脂製のケース４と外装ケース６の夫々の固定部４ａと６ａを除く相互間に設けられた隙間内に設けられたものであり、本実施の形態においては、この緩衝材層７としてウレタン樹脂を用いたものである。
【００４９】
本実施の形態によるケースモールド型コンデンサは、樹脂製のケース４の曲げ弾性率を８０００ＭＰａ以上、１５０００ＭＰａ以下とするとともに、樹脂製のケース４と外装ケース６を固定部４ａ、６ａで固定した上で、樹脂製のケース４と外装ケース６の相互間に設けた隙間内にウレタン樹脂からなる緩衝材層７を設けた構成により、金属化フィルムコンデンサ１に交流電圧を印加することによってリプル電流が発生し、これによりコンデンサ自体が振動しても、この振動を樹脂製のケース４と上記の緩衝材層７によって緩和することができるため、外装ケース６に伝播される振動加速度を低減することができるようになり、結果的に騒音の発生を大きく低減することができるようになるという格別の効果が得られるものである。
【００５０】
図１０に、実施の形態３のコンデンサのリプル電流による振動加速度を示す。エラストマー入りＰＰＳケースと緩衝材層７の効果により、２５℃と８０℃との振動レベルがほぼ同じであり、温度上昇に伴う振動の増大を抑制した結果が得られた。
【００５１】
なお、樹脂製のケース４の曲げ弾性率を８０００ＭＰａ以上としたが、曲げ弾性率が８０００ＭＰａより小さいと、（表２）に示すように、固定部４ａのトルク強度が弱くなるため不適である。
【００５２】
なお、本実施の形態においては、上記樹脂製のケース４と外装ケース６の相互間に設けた隙間内に設ける緩衝材層７として、ウレタン樹脂を用いた例で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、樹脂製のケース４と外装ケース６との隙間に配置でき、かつ、緩衝材として機能する材料であれば良いものであり、好ましくは、ウレタン樹脂と同等あるいはそれ以下の弾性率を有するものが有効である。
【００５３】
また、低減したい騒音の周波数や温度によって、損失係数の大きい材料を適宜使い分けても良い。例えば、ウレタン以外では、ポッティング樹脂としてよく用いられるエポキシ、シリコーン樹脂等でも本実施の形態と類似の効果が確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によるケースモールド型コンデンサは、金属化フィルムコンデンサで発生する振動を抑制することによって騒音の発生を大きく低減することができるという効果を有し、特に高い静粛性が要求されるハイブリッド自動車等の自動車用として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態によるケースモールド型コンデンサの構成を示した分解斜視図
【図２】同ケースモールド型コンデンサの構成を示した断面図
【図３】同ケースモールド型コンデンサの２５℃におけるケース材料の損失係数の周波数特性グラフ
【図４】同ケースモールド型コンデンサの８０℃におけるケース材料の損失係数の周波数特性グラフ
【図５】同ケースモールド型コンデンサのリプル電流による振動加速度を２５℃と８０℃で比較したグラフ
【図６】本発明の実施の形態２によるケースモールド型コンデンサの構成を示した分解斜視図
【図７】同ケースモールド型コンデンサの構成を示した断面図
【図８】同ケースモールド型コンデンサのリプル電流による振動加速度を２５℃と８０℃で比較したグラフ
【図９】本発明の実施の形態３によるケースモールド型コンデンサの構成を示した平面図
【図１０】同ケースモールド型コンデンサのリプル電流による振動加速度を２５℃と８０℃で比較したグラフ
【図１１】（ａ）従来のケースモールド型コンデンサの構成を示した正面断面図、（ｂ）同側面断面図
【符号の説明】
【００５６】
１  金属化フィルムコンデンサ
２、３  バスバー
２ａ、３ａ  外部接続用の端子部
２ｂ、３ｂ  半田付け部
４  樹脂製のケース
４ａ、６ａ  固定部
５  モールド樹脂
６  外装ケース
７  緩衝材層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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