(57)【要約】【課題】システムの電流容量が大きい場合にも、故障電流を確実に遮断することが可能であるとともに、ヒューズ溶断時に溶断部分でアーク放電を確実に防止することが可能で、しかも、故障したコンデンサのみを切り離して、故障していない部分のコンデンサに機能を発揮させることが可能なヒューズ付きコンデンサモジュールを提供する。【解決手段】コンデンサ２にヒューズ素子１０を直列に接続したヒューズ付きコンデンサを基板１上に配設された入出力電極３ａ，３ｂに並列に複数組接続する。  また、個々のコンデンサ２に直列に接続されたヒューズ素子１０を複数に分割して、放電エネルギーを小さくし、アーク放電を防止する。  また、ヒューズ素子１０として、金属ワイヤ、金属端子、基板上に配設された金属パターンおよび導電性樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種を用いる。  また、ヒューズ素子１０を絶縁樹脂１１によりモールドする。【選択図】図１
2005116642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサにヒューズ素子を直列に接続するとともに、基板上に配設された入出力電極に並列に複数組接続されていることを特徴とするヒューズ付きコンデンサモジュール。
【請求項２】
各コンデンサに接続されたヒューズ素子が、複数に分割され、各コンデンサにそれぞれ直列に接続されていることを特徴とする請求項１記載のヒューズ付きコンデンサモジュール。
【請求項３】
前記ヒューズ素子が、金属ワイヤ、金属端子、基板上に配設された金属パターンおよび導電性樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１または２記載のヒューズ付きコンデンサモジュール。
【請求項４】
前記ヒューズ素子が絶縁樹脂によりモールドされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のヒューズ付きコンデンサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒューズ機能を備えたコンデンサに関し、詳しくは、自動車エアコン用コンプレッサのモーターや電気自動車の駆動用モーターのような車載インバータの一次側平滑コンデンサなどの用途に用いられるヒューズ付きコンデンサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の積層セラミックコンデンサは、誘電体セラミックシートの欠陥、内部電極の凝集物、内部電極の位置ずれ、異物の混入などの原因により、内部電極間の絶縁性が劣化し、場合によってはショートに至り、回路に過電流が流れて回路全体が故障したりするというような問題点がある。
そこで、このような問題の発生を防止するため、ヒューズ機能を備えた積層セラミックコンデンサが提案されている。
【０００３】
図１４(ａ)および(ｂ)は従来の、ヒューズ部を内蔵した積層セラミックコンデンサの一例を示す図である。
この積層セラミックコンデンサは、セラミック積層体（セラミック素子）５１中に、複数の内部電極層５２ａ，５２ｂがセラミック層５３を介して互いに対向するように積層され、かつ、セラミック層５３を介して互いに対向する内部電極層５２ａ，５２ｂが交互にセラミック積層体（セラミック素子）５１の逆側の端面に引き出されて、該端面に形成された外部電極５４ａ，５４ｂに接続された構造を有する積層セラミックコンデンサである。そして、この積層セラミックコンデンサにおいては、内部電極層５２ａ，５２ｂの一部（引き出し部）６０の平面面積を小さくすることにより、過電流が流れたときに溶断する機能を果たすヒューズ部５５が形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この積層セラミックコンデンサは、内部電極の間でショートした場合に、電源回路内で過電流の発生を防止することが可能になり、また、過電流が積層セラミックコンデンサに流れた場合に、誘電体セラミックヘの影響を緩和して、クラックの発生を抑制し、欠陥層のみを電気的に遮断することが可能になるという特徴を有している。
【０００５】
また、図１５(ａ)，(ｂ)，(ｃ)は、ヒューズ素子を備えた従来の積層セラミックチップコンデンサの他の例を示す図である。
この積層セラミックコンデンサは、外部電極の一部あるいは全部が、内部電極より低融点でかつ融解時には絶縁物になる金属で構成され、リード線は外部電極の融解しない場所に取り付けられて一体化された積層セラミックコンデンサであって、図１５(ａ)，(ｂ)，(ｃ)に示すように、セラミック積層体（セラミック素子）５１の内部には、互いに逆側に引き出される内部電極５２ａ，５２ｂ（図１５(ｃ)）、および内部電極５２ａ，５２ｂとは引き出し方向が異なる内部電極６２（図１５(ｂ)）が積層されている。そして、セラミック積層体５１の一対の端面には内部電極５２ａ，５２ｂがそれぞれ接続される外部電極５４ａ，５４ｂが形成され、この外部電極５４ａ，５４ｂの融解しない位置にはリード線５８，５９が接続されている。
また、セラミック積層体５１の中央部には外部電極５５が形成され、この外部電極５５は内部電極６２と接続されている。また、セラミック積層体（セラミック素子）５１の表面には、外部電極５４ｂと、外部電極５５とを接続するヒューズ５６素子が配設された構造を有している（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
この積層セラミックコンデンサにおいては、規格以上の電流が流れた場合、ヒューズ素子５６が溶断して、外部電極５４ｂと外部電極５５が電気的に解放されるとともに、一部の内部電極が短絡した状態にある場合においては、ジュール熱のため外部電極の最も早く高温に達する部分が、該内部電極と接触する部分であることから、その部分が焼損して、該内部電極のみが外部電極から電気的に切断されるため、短絡した状態にある内部電極のみを電気的に除外することが可能であるという特徴を有している。
【０００７】
しかしながら、上述のようなコンデンサの内部または外部にヒューズ機能を備えた特許文献１および特許文献２の積層セラミックコンデンサ（以下、単に「セラミックコンデンサ」または「コンデンサ」ともいう）においては、システムの電流容量が大きい場合、故障電流を遮断することが困難で、ヒューズ機能が十分に発揮されない場合もありうる。すなわち、故障電流が大きい場合、ヒューズ溶断時に溶断部分でアーク放電が発生し、その熱により、周辺部が短時間で溶融、焼損するため、故障個所が拡大し、さらなる故障電流の流入やアーク放電などを引き起こし、結果的にシステム全体を保護することができなくなる場合がある。
【０００８】
また、特許文献１の積層セラミックコンデンサのように、内部にヒューズ部を設けることは、コンデンサの容量、発熱特性、機械的強度などの基本特性に影響を与える場合が多く、ヒューズ機能とコンデンサ機能の設計に互いに制約を与えてしまう結果になることが多い。
【０００９】
例えば、ヒューズ部を形成するために、内部電極幅を狭くすると内部電極の有効面積が小さくなり、容量低下を招くという問題がある。
また、ヒューズ部は断面積が小さく、抵抗も大きいため、通常使用時の通電電流が大きいシステムでは、通常使用時の発熱も大きくなる。
さらに、ヒューズ部が複雑な構造になると、内部に応力が発生し、デラミネーションなどの欠陥を引き起こす要因ともなる。
【００１０】
ところで、セラミックコンデンサの故障モードは、主に異電位の内部電極間の絶縁破壊による短格（または低抵抗）モードである。そして、一旦短絡（または低抵抗化）したセラミックコンデンサは、低抵抗状態を維持し、自発的に絶縁復帰（オープン）状態に戻ることはない。
【００１１】
特に、車載インバータには大容量のバッテリーが接続されるため、平滑コンデンサとして使用されるセラミックコンデンサにショート故障が発生すると、セラミックコンデンサにはバッテリーから供給される直流の大きな短絡故障電流が通電される。そして、この短絡電流が継続して通電されると、セラミックコンデンサが発熱して焼損に至る。
【００１２】
特に、短絡電流が大きい場合には、熱膨張によってクラックが発生、進展して、クラック部分にアーク放電が発生し、その放電エネルギーによってセラミックコンデンサは短時間で激しく焼損する。例えば、故障電流が３００Ａの場合、通電が１００msec以上継続すると、焼損は激しくなる。
【００１３】
なお、上述のように、内部電極の幅を部分的に狭くすることによりヒューズ部を形成したセラミックコンデンサは、短絡電流が大きい場合、ヒューズ動作時にクラックが発生、進展してショート箇所が拡大しやすく、故障電流を遮断できなくなる可能性が高いため実用的ではない。また、平滑コンデンサは通常使用時でも比較的大きなリップル電流が通電されるため、内部電極幅を狭くした部分で通常使用時の発熱が増加し、耐用性などが低下するというような問題点がある。
【特許文献１】特開２０００−２２８３２６号
【特許文献２】実公平１−３４３３６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記背景技術の問題点を考慮してなされたものであり、以下の課題を解決することを目的とする。
(１)故障時の直流短絡大電流を、所定時間内に確実に遮断できるようにすること。
(２)通常使用時の最大負荷電流（リップル電流）通電時に、ヒューズが溶断しないこと。
(３)ヒューズ動作時に周辺に重大な影響（異常発熱、破片や導電性物質の飛散、流出など）を与えないこと。
(４)一部のコンデンサに故障が発生した場合に、故障品のみを電気的に切り離し、残りのコンデンサで少なくとも必要最低限の平滑作用を維持できること。
【００１５】
上記課題を解決するためには、例えば、特許文献２に記載されているように、セラミックコンデンサの外部にヒューズ素子を接続することが考えられるが、上記のように車載用平滑コンデンサに使用されるコンデンサでは、通常使用時に流れる負荷電流（リップル電流）が比較的大きいため、この電流により容易に溶断しないようなヒューズ素子を接続することが必要となる。しかしながら、通常使用時の電流により溶断しないように、電流容量の大きいヒューズ素子を接続すると、故障時の直流短絡電流を、１００msecというような短時間で瞬時に遮断することが困難になる。
すなわち、上記課題を解決するためには、通常使用時の電流（比較的大きな負荷電流）ではヒューズ素子が溶断せず、故障時にはヒューズ素子が瞬時に溶断するという、ヒューズ機能として相反する性能を要求されるが、本発明では、かかる課題を解決するため、以下の構成を採用している。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明（請求項１）のヒューズ付きコンデンサモジュールは、
コンデンサにヒューズ素子を直列に接続するとともに、基板上に配設された入出力電極に並列に複数組接続されていることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項２のヒューズ付きコンデンサモジュールは、上記請求項１のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいて、各コンデンサに接続されたヒューズ素子が、複数に分割され、各コンデンサにそれぞれ直列に接続されていることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項３のヒューズ付きコンデンサモジュールは、前記ヒューズ素子が、金属ワイヤ、金属端子、基板上に配設された金属パターンおよび導電性樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項４のヒューズ付きコンデンサモジュールは、前記ヒューズ素子が絶縁樹脂によりモールドされていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明（請求項１）のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、コンデンサにヒューズ素子が直列に接続されたヒューズ付きコンデンサモジュールを、基板上に配設された入出力電極に並列に複数組接続するようにしているので、通常使用時にはヒューズ素子が溶断せず安定に動作し、かつ、故障時にはヒューズ素子が瞬時に溶断して、システムを保護するとともに、一部のコンデンサにのみ故障が発生した場合には、故障したコンデンサのみを電気的に切り離し、残りのコンデンサで少なくとも必要最低限の平滑作用を維持することが可能になる。
【００２１】
すなわち、本発明では、コンデンサを複数のコンデンサに分割し、各コンデンサに対して直列にヒューズ素子を接続するようにしているので、故障時の直流短絡電流は故障品のみに通電され、通常使用時のリップル電流は並列に接続された各コンデンサに均等に分割される。したがって、通常使用時のシステムの電流を分流して、個々のコンデンサにながれる電流を小さくすることが可能になり、個々のコンデンサに接続されたヒューズ素子への電流負荷（耐電流容量）を小さくすることが可能になる。したがって、コンデンサの並列数を多くすることにより、通常使用時には個々のコンデンサに直列接続されたヒューズ素子に通電される電流を小さくすることが可能になり、ヒューズ動作に余裕を持たせることができる。
さらに、ヒューズ素子の耐電流容量を小さくすることにより、故障時に流れる直流電流で瞬時にヒューズを溶断することが可能になる。
【００２２】
また、本発明のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、コンデンサとヒューズ素子を一体化せず、コンデンサにヒューズ素子を直列に接続することによりコンデンサとヒューズ素子を分離するようにしているので、各コンデンサどうしが互いに与えあう悪影響（熱、機械的応力など）を小さくして、設計の自由度を大きくすることが可能になる。
なお、本発明においては、コンデンサとして、例えば、種々の積層セラミックコンデンサを用いることが可能であり、その具体的な構成に特別の制約はない。
また、本発明においては、各コンデンサ、ヒューズ素子などが配設される基板として、ガラエポ、アルミナなどの種々の基板を用いることが可能であり、その種類に特別の制約はない。
【００２３】
なお、本発明のヒューズ付きコンデンサモジュールの適用範囲としては、例えば、以下のような条件が挙げられる。
定格電圧：１０Ｖ〜６３０Ｖ
静電容量：１０μ〜２０００μＦ
通常通電電流：１Ａ〜３００Ａ
故障時短絡電流：１００Ａ〜３０００Ａ
ただし、場合によっては上記範囲を超える条件でも使用することが可能である。
【００２４】
また、請求項２のヒューズ付きコンデンサモジュールのように、個々のコンデンサにそれぞれ直列に接続されたヒューズ素子を複数に分割するようにした場合、ヒューズ素子の細線化を図ることが可能になるとともに、放電エネルギーを小さくしてアーク放電を防止することが可能になる。
また、ヒューズ素子を分割して細線化することにより、故障時に充電された電荷を放出する際の電荷放出エネルギー（放電電流）によって、ヒューズ素子を切断することが可能となる。したがって、故障電流と放電電流の両方によってさらに短時間でヒューズ素子を断線することが可能になり、信頼性をさらに向上させることが可能になる。
すなわち、故障電流を短時間で遮断するためには、ヒューズ素子の断面積を小さくすることが必要であり、通常電流時のヒューズ素子の不要な溶断を防止するためには、断面積を大きくすることが必要になるが、個々のコンデンサに直列に接続されたヒューズ素子を複数に分割することにより、ヒューズ素子の設計の自由度を向上させることが可能になり、バランスのとれた条件で設計を行うことが可能になる。
【００２５】
また、本発明のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、故障時の直流短絡電流は故障品のみに通電され、通常時のリップル電流はコンデンサ並列数に均等に分割されることになるが、並列数を多くすることにより、通常時に１組のヒューズ素子に通電される電流を小さくすることが可能になり、ヒューズ動作に余裕を持たせることが可能になり、さらに信頼性を向上させることが可能になる。
【００２６】
また、本発明のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、請求項３のように、ヒューズ素子として、金属ワイヤ、金属端子、基板上に配設された金属パターンおよび導電性樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種を用いることが可能であり、これらをヒューズ素子として用いることにより、所望の特性を備えた信頼性の高いヒューズ付きコンデンサモジュールを得ることが可能になる。
【００２７】
また、請求項４のヒューズ付きコンデンサモジュールのように、ヒューズ素子を絶縁樹脂によりモールドするようにした場合、消弧作用（アーク放電の遮断作用）を向上させて、より確実にアーク放電を防止することが可能になり、さらに信頼性を向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に本発明の実施例を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。
【実施例１】
【００２９】
図１は本発明の一実施例（実施例１）にかかるヒューズ付きコンデンサモジュールの構成を示す平面図、図２は一部を断面とした側面図である。
このヒューズ付きコンデンサモジュールは、車載インバータシステムの平滑コンデンサとして以下の条件で使用されるものである。
バッテリー電圧：ＤＣ２５０Ｖ
短絡故障電流：３００Ａ
最大負荷時リップル電流：１００Ａ
静電容量：１６０μＦ
【００３０】
このヒューズ付きコンデンサモジュールは、ガラエポ、アルミナなどの絶縁性材料を基材としたプリント基板（以下、「基板」という）１上に、大容量で大型の金属端子付積層セラミックコンデンサ（以下、単に「セラミックコンデンサ」または「コンデンサ」ともいう）２が４個並列に配設されている。
【００３１】
各コンデンサ２は、チタン酸バリウムを主原料とする積層セラミックコンデンサであり、定格電圧：２５０Ｖ、実効静電容量：４０μＦ、サイズ：長さ３２mm×幅４０mm×厚み４mmのコンデンサであり、コンデンサ２の入出力用の各端子（金属端子）１２ａ，１２ｂはそれぞれ複数（この実施例１では６本）に分割されており、一方の端子１２ａは、基板１の表面に形成された一対の電極（入出力電極）３ａ，３ｂのうちの一方の電極３ａに接続されている。
また、コンデンサ２の他方の端子１２ｂは基板１の表面に形成された接続用電極４に接続されている。
【００３２】
また、接続用電極４には、ヒューズ素子１０の一端側が接続されており、コンデンサ２の他方の端子１２ｂはこの接続用電極４を介してヒューズ素子１０と接続されており、コンデンサ２の他方の端子１２ｂは、接続用電極４およびヒューズ素子１０を介して、基板１の表面に形成された一対の電極（入出力電極）３ａ，３ｂのうちの他方の電極３ｂに接続されている。
【００３３】
すなわち、この実施例１のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、コンデンサ２，接続用電極４，およびヒューズ素子１０によって、「コンデンサにヒューズが直列に接続された」構成とし、このコンデンサを、基板１上に配設された入出力電極３ａ，３ｂに並列に複数組接続することにより、この実施例１のヒューズ付きコンデンサモジュールが形成されている。
【００３４】
また、この実施例１のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、各コンデンサ２に接続されたヒューズ素子１０は、それぞれ複数に分割されており、具体的には、直径：０．２５mm、長さ：１０mmの金属ワイヤ（ニッケルワイヤ）１０ａから形成されており、この金属ワイヤ１０ａが各コンデンサ１個あたり１０本ずつ接続されている。なお、金属ワイヤ１０ａは、はんだ付け、あるいは溶着などの方法により基板１上に配設される。このヒューズ素子１０の構成材料としては、ニッケル以外にも、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｓｎなどの導電材料を使用することが可能であり、さらにその他の金属材料を用いることも可能である。
【００３５】
さらに、基板上に配設された金属パターンや、樹脂に金属粉末を分散させた導電性樹脂などを用いて基板上に形成された導体パターンなどをヒューズ素子１０として用いることも可能である。
【００３６】
さらに、ヒューズ素子１０（金属ワイヤ１０ａ）は、消弧（アーク放電の遮断）作用を向上させるために、絶縁樹脂（モールド樹脂）１１により被覆されている。この実施例１では絶縁樹脂１１として、シリコーンゴム（例えば、信越化学製１液型シリコーンＲＴＶゴムＫＥ４８９０など）が用いられている。なお、絶縁樹脂１１は、アーク放電に曝されるため、難燃性のものを用いることが望ましい。
【００３７】
上述のように構成されたこの実施例１のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、最大負荷時のリップル電流通電時に、ヒューズ素子１０を構成する金属ワイヤ１０ａのそれぞれに、１本当たり２．５Ａの電流が通電されるが、ヒューズ素子１０の温度（推定温度）は１５０℃以下に抑えられるため、ヒューズ素子１０の溶断は発生せず、ニッケルの融点（１４５２℃）に対して十分な余裕を有しており、通常時の動作について、十分な信頼性が確保される。
【００３８】
また、短絡故障電流通電時には、１００msec以内で（この実施例１では約８０msec）でヒューズ素子１０が溶断するため、コンデンサ２が激しく焼損する前に電流を遮断することができる。したがって、故障発生時の遮断動作に関し、十分な信頼性が確保される。
【００３９】
また、この実施例１では、個々のコンデンサ２に直列に接続されるヒューズ素子１０を複数に分割してヒューズ素子１０を細線化しているので、放電エネルギーを小さくして、アーク放電の発生を防止することが可能になる。また、ヒューズ素子１０を細線化することにより、故障時にコンデンサ２に充電された電荷を放出する際の放出エネルギー（放電電流）により、ヒューズ素子１０を溶断させることも可能となり、より短時間でヒューズ素子１０の遮断動作を行わせることが可能になる。
【００４０】
さらに、この実施例１のヒューズ付きコンデンサモジュールでは、ヒューズ素子１０が絶縁性の絶縁樹脂１１によりモールドされているので、消弧（アーク放電の遮断）作用を向上させて、より確実にアーク放電を防止することが可能になり、さらに信頼性を向上させることができる。
【００４１】
また、この実施例１のヒューズ付きコンデンサモジュールでは、ヒューズ素子１０がコンデンサ２とは離れた位置に配設されているため、大きな故障電流が通電され、ヒューズ素子１０が動作した場合にも、ヒューズ素子１０の動作によるコンデンサ２への影響（異常発熱、破片や導電性物質の飛散など）がなく、高い信頼性を確保することができる。
【００４２】
また、ヒューズ素子１０がコンデンサ２とは独立して形成されるため、コンデンサ２およびヒューズ素子１０の設計自由度を向上させることが可能になり、所望の特性を備えたヒューズ付きコンデンサモジュールを設計しやすくなる。
また、ヒューズ素子１０は金属ワイヤ１０ａを用いて形成されているため、構造が簡潔で、コストの増大を抑制することができる。
【００４３】
さらに、この実施例１のヒューズ付きコンデンサモジュールでは、一部のコンデンサ２に故障が発生した場合に、故障したコンデンサ２に直列に接続されたヒューズ素子１０のみが溶断するため、故障したコンデンサ２のみを電気的に切り離し、残りのコンデンサ２で少なくとも必要最低限の平滑作用を維持することが可能になる。
【００４４】
なお、図３は故障時に大電流（３００Ａ）が流れてヒューズ素子１０が溶断したとき（ヒューズ動作時）の電圧・電流波形を示す図である。
図３に示すように、ＤＣ３００Ａ（開放電圧：２３０Ｖ）の大電流を約８０msecで遮断することができた。なお、このとき、周辺へのヒューズ素子構成材料の飛散や、焼損などの発生は認められなかった。
【００４５】
また、図４および図５は、ヒューズ素子を樹脂モールドした場合のアーク放電の抑制効果を示す図であり、図４はヒューズ素子が絶縁樹脂でモールドされていない場合のアーク放電の状態を示す図であり、図５はヒューズ素子が絶縁樹脂でモールドされている場合のアーク放電の状態を示す図である。
図４に示すように、ヒューズ素子を絶縁樹脂でモールドしていない場合には、ヒューズ溶断時間：３０msec、アーク放電時間：１５０msecで、アーク放電が長く続いているのに対して、図５に示すように、ヒューズを絶縁樹脂でモールドした場合にはヒューズ溶断時間：４７msec、アーク放電時間：０．５msecで、アーク放電が瞬時に終了することがわかる。
【００４６】
また、図６は、故障時にコンデンサに充電された電荷を放出する際の電荷放出エネルギー（放電電流）による、ヒューズ切断効果を確認するために行った試験の方法を示す図であり、(ａ)は本発明のヒューズ付きコンデンサモジュールの等価回路（モデル回路）を示す図であり、(ｂ)は試験用に作成した回路（試験回路）を示す図である。
なお、この試験に供した試料（ヒューズ付きコンデンサモジュール）の静電容量を１５０μＦ、バッテリー電圧を２５０Ｖとした場合、静電エネルギーは、
Ｅ＝（１／２）ＣＶ2＝４．７［Ｊ］
となる。
【００４７】
この静電エネルギーは、図６(ａ)に示すように、コンデンサＣのショート抵抗Ｒｓ（図６(ａ)参照）と、ヒューズ抵抗（Ｒｗ）で消費されるため、ヒューズ素子の温度上昇はコンデンサＣのショート抵抗Ｒｓに依存し、ショート抵抗Ｒｓが大きいとヒューズ素子の温度上昇は小さくなる。したがって、コンデンサ故障時のショート抵抗Ｒｓを明らかにする必要がある。そこで、ＤＣ−ＢＤＶ試験波形、ショート済みコンデンサヘの電荷放電試験波形から、コンデンサのショート抵抗Ｒｓを計算した結果、ショート抵抗Ｒｓは０．１Ω以下であることが確認された。
【００４８】
そこで、図６(ｂ)に示すように、ヒューズ素子として機能する金属ワイヤ（材質Ｐｂ、線径０．４３mm、長さ１０mm）と、０．１Ωの抵抗（コンデンサのショート抵抗に相当）を直列に接続した回路に、４．７Ｊの静電エネルギーを持つコンデンサＣをスイッチ（ＳＷ）により接続してコンデンサのショート故障を模擬し、ヒューズ動作を調べた。
【００４９】
上述のように、４．７Ｊの静電エネルギーを持つコンデンサＣをスイッチ（ＳＷ）により接続すると、電荷を放出する際の電荷放出エネルギー（放電電流）によりヒューズ素子（金属ワイヤ）は速やかに溶断し、３００μsec程度で電流は遮断されることが確認された。なお、図７はヒューズ動作時のコンデンサ両端電圧および電流と時間との関係を示す図である。図７より、電荷を放出する際の電荷放出エネルギー（放電電流）によりヒューズ素子（金属ワイヤ）が速やかに溶断し、電流が遮断されることがわかる。
【００５０】
図８(ａ)は実施例１のヒューズ付きコンデンサモジュールの変形例を示す図である。
図８(ａ)のヒューズ付きコンデンサモジュールは、上記実施例１と同様の構成で、金属ワイヤ１０ａによるヒューズ素子１０をコンデンサ２と基板１の間に配設したものである。また、このヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、図８(ａ)に示すように、一対の電極（入出力電極）３ａ，３ｂのうちの他方の電極３ｂが接続用電極４と一方の電極３ａの間の、平面的にコンデンサ２と重なる位置に形成されている。
なお、図８(ａ)において図２と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示している。
【００５１】
この変形例のヒューズ付きコンデンサモジュールのように、金属ワイヤ１０ａによるヒューズ素子１０をコンデンサ２と基板１の間の、平面的にコンデンサ２と重なる位置に配設することにより、部品の実装に必要な平面スペースを削減して製品の小型化を図ることが可能になる。
【００５２】
図８(ｂ)は実施例１のヒューズ付きコンデンサモジュールの他の変形例を示す図である。
図８(ｂ)のヒューズ付きコンデンサモジュールは、上記実施例１と同様の構成で、金属ワイヤ１０ａによるヒューズ素子１０を基板１の裏面側に配設したものであり、このヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、図８(ｂ)に示すように、ヒューズ素子１０および一対の電極（入出力電極）３ａ，３ｂのうちの他方の電極３ｂが、平面的にコンデンサ２と重なる位置に形成されている。
なお、図８(ｂ)において図２と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示している。
【００５３】
この変形例のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、ヒューズ素子１０を基板１の裏面側に配設するとともに、ヒューズ素子１０および一対の電極（入出力電極）３ａ，３ｂのうちの他方の電極３ｂを、平面的にコンデンサ２と重なる位置に設けるようにしているので、基板の裏面を有効に利用することが可能になるとともに、部品の実装に必要な平面スペースを削減して製品の小型化を図ることが可能になる。
【実施例２】
【００５４】
図９(ａ)，(ｂ)は本発明の他の実施例（実施例２）にかかるヒューズ付きコンデンサモジュールを示す図であり、図９(ａ)はヒューズ付きコンデンサモジュールの要部を示す正面図、図９(ｂ)は側面図である。
【００５５】
上記実施例１のヒューズ付きコンデンサモジュールでは、コンデンサ２の入出力用の各端子（金属端子）１２ａ，１２ｂとは別に、金属ワイヤ（ニッケルワイヤ）１０ａをヒューズ素子１０として用いているが、この実施例２のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、図９(ａ)，(ｂ)に示すように、保持部材１３により基板１上に保持固定されたコンデンサ２の一対の金属端子のうち、一方の金属端子１２ｂの一部（中間部）２０がヒューズ素子１０としても機能するように構成されている。なお、金属端子１２ｂの一部（中間部）２０をヒューズ素子１０としても機能させるには、金属端子１２ｂの構成材料を選択する方法、金属端子１２ｂの断面積を調整する方法などが例示される。
【００５６】
このヒューズ付きコンデンサモジュールのように、コンデンサ２の金属端子１２ｂの一部（中間部）２０を、ヒューズ素子１０としても機能するようにした場合、実施例１の構成の場合には必要とした金属ワイヤ１０ａや接続用電極４などが不要になり、製品の小型化、コストの削減を図ることが可能になる。
【００５７】
また、図１０および図１１は、この実施例２のヒューズ付きコンデンサモジュールの変形例を示す図であり、図１０のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、金属端子１２ｂの一部（中間部）２０の幅を他の部分の幅より狭くすることにより、金属端子１２ｂの一部（中間部）２０がヒューズ素子１０として機能するように構成されている。
【００５８】
また、図１１のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、金属端子１２ｂを平板状の材料から形成するとともに、平板状の金属端子１２ｂの一部（中間部）２０に、コンデンサ２の長さ方向に沿って複数の貫通穴２１を形成することにより、複数の狭幅部２２を形成し、この狭幅部２２をヒューズ素子１０として機能させるようにしている。
なお、図１０および図１１において、図９(ａ)，(ｂ)と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示している。
【００５９】
図１０および図１１に示すような構成とした場合にも、実施例１の構成の場合には必要とした金属ワイヤ１０ａや接続用電極４などを不要にすることが可能になり、製品の小型化、コストの削減を図ることが可能になる。
【実施例３】
【００６０】
図１２，図１３はそれぞれ本発明の他の実施例（実施例３）にかかるヒューズ付きコンデンサモジュールの要部を示す一部を断面とした正面図である。
【００６１】
図１２のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、保持部材１３により基板１上に保持固定されたコンデンサ２の一対の金属端子のうち、一方の金属端子１２ｂの一部（中間部）２０がヒューズ素子１０としても機能するように構成されている。そして、金属端子１２ｂのヒューズ素子１０としても機能する部分の一部（中間部）２０及びその近傍が絶縁樹脂（シリコーンゴム）１１によりモールドされている。
【００６２】
また、図１３のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、一方の金属端子１２ｂの一部（中間部）２０がヒューズ素子１０としても機能するように構成されているとともに、金属端子１２ｂの全体が絶縁樹脂（シリコーンゴム）１１によりモールドされている。
なお、図１２および図１３において、図９(ａ)，(ｂ)と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示している。
【００６３】
図１２および図１３に示すように構成されたヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、ヒューズ素子としても機能する金属端子１２ｂが絶縁樹脂１１によりモールドされているので、より確実にアーク放電を防止することが可能になり、さらに信頼性を向上させることが可能になるとともに、実施例１の構成の場合には必要とした金属ワイヤ１０ａや接続用電極４などを不要にして、製品の小型化、コストの削減を図ることが可能になる。
【００６４】
なお、本発明は上記の各実施例に限られるものではなく、基板の構成材料や形状、基板に形成される入出力電極の配設位置、電極パターンの態様、コンデンサの具体的な構成、コンデンサの配設数、ヒューズ素子の構成材料や形状、構成、ヒューズの分割数、絶縁樹脂（モールド樹脂）の種類などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、コンデンサにヒューズ素子を直列に接続するとともに、基板上に配設された入出力電極に並列に複数組接続するようにしているので、通常使用時にはヒューズ素子が溶断せず安定に動作し、かつ、故障時にはヒューズ素子が瞬時に溶断して、システムを保護することが可能になるとともに、一部のコンデンサにのみ故障が発生した場合には、故障したコンデンサのみを電気的に切り離し、残りのコンデンサで少なくとも必要最低限の平滑作用を維持することが可能になり、全体的に高い信頼性を実現することが可能になる。
したがって、本発明は、自動車エアコン用コンプレッサのモーターや電気自動車の駆動用モーターのような車載インバータの一次側平滑コンデンサなどの、通常使用の電流が比較的大きい用途に用いられるヒューズ付きコンデンサモジュールに好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施例（実施例１）にかかるヒューズ付きコンデンサモジュールの構成を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施例（実施例１）にかかるヒューズ付きコンデンサモジュールの構成を示す、一部を断面とした側面図である。
【図３】本発明の一実施例（実施例１）にかかるヒューズ付きコンデンサモジュールの、ヒューズ動作時の電圧・電流波形を示す図である。
【図４】ヒューズ素子が樹脂モールドされていない場合のアーク放電の状態を示す図である。
【図５】ヒューズ素子が樹脂モールドされている場合のアーク放電の状態を示す図である。
【図６】本発明のヒューズ付きコンデンサモジュールの電荷放出エネルギー（放電電流）によるヒューズ切断効果を確認するために行った試験の方法を示す図であり、(ａ)は本発明のヒューズ付きコンデンサモジュールの等価回路（モデル回路）を示す図であり、(ｂ)は試験用に作成した回路（試験回路）を示す図である。
【図７】本発明のヒューズ付きコンデンサモジュールの、ヒューズ動作時のコンデンサ両端電圧および電流と時間との関係の一例を示す図である。
【図８】(ａ)および(ｂ)は実施例１にかかるヒューズ付きコンデンサモジュールの変形例を示す図である。
【図９】(ａ)，(ｂ)は本発明の他の実施例（実施例２）にかかるヒューズ付きコンデンサモジュールの要部を示す図であり、(ａ)はヒューズ付きコンデンサモジュールの要部を示す正面図、(ｂ)は側面図である。
【図１０】実施例２（図９）のヒューズ付きコンデンサモジュールの変形例を示す図である。
【図１１】実施例２（図９）のヒューズ付きコンデンサモジュールの他の変形例を示す図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施例（実施例３）にかかるヒューズ付きコンデンサモジュールの要部を示す、一部を断面とした正面図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施例（実施例３）にかかるヒューズ付きコンデンサモジュールの要部を示す、一部を断面とした正面図である。
【図１４】(ａ)および(ｂ)は、従来の、ヒューズ部を内蔵した積層セラミックコンデンサの一例を示す図である。
【図１５】(ａ)，(ｂ)および(ｃ)は、従来の、ヒューズ素子を備えた積層セラミックコンデンサの他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１        プリント基板（基板）
２        コンデンサ（積層セラミックコンデンサ）
３ａ，３ｂ          入出力電極
４        接続用電極      
１０      ヒューズ素子
１０ａ    金属ワイヤ（ニッケルワイヤ）
１１      絶縁樹脂（モールド樹脂）
１２ａ，１２ｂ      金属端子（端子）
１３      保持部材
２０      金属端子の一部（中間部）
２１      金属端子に形成された貫通穴
２２      狭幅部
Ｃ        コンデンサ
Ｒｓ      ショート抵抗
Ｒｗ      ヒューズ抵抗
ＳＷ      スイッチ
【図１】
2005116642.tif 000003
【図２】
2005116642.tif 000004
【図３】
2005116642.tif 000005
【図４】
2005116642.tif 000006
【図５】
2005116642.tif 000007
【図６】
2005116642.tif 000008
【図７】
2005116642.tif 000009
【図８】
2005116642.tif 000010
【図９】
2005116642.tif 000011
【図１０】
2005116642.tif 000012
【図１１】
2005116642.tif 000013
【図１２】
2005116642.tif 000014
【図１３】
2005116642.tif 000015
【図１４】
2005116642.tif 000016
【図１５】
2005116642.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成15年10月17日(2003.10.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒューズ素子を直列に接続したコンデンサが、基板上に配設された入出力電極に並列に複数組接続されていることを特徴とするヒューズ付きコンデンサモジュール。
【請求項２】
各コンデンサに接続されたヒューズ素子が、複数に分割され、各コンデンサにそれぞれ直列に接続されていることを特徴とする請求項１記載のヒューズ付きコンデンサモジュール。
【請求項３】
前記ヒューズ素子が、金属ワイヤ、金属端子、基板上に配設された金属パターンおよび導電性樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１または２記載のヒューズ付きコンデンサモジュール。
【請求項４】
前記ヒューズ素子が絶縁樹脂によりモールドされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のヒューズ付きコンデンサモジュール。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒューズ機能を備えたコンデンサに関し、詳しくは、自動車エアコン用コンプレッサのモーターや電気自動車の駆動用モーターのような車載インバータの一次側平滑コンデンサなどの用途に用いられるヒューズ付きコンデンサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の積層セラミックコンデンサは、誘電体セラミックシートの欠陥、内部電極の凝集物、内部電極の位置ずれ、異物の混入などの原因により、内部電極間の絶縁性が劣化し、場合によってはショートに至り、回路に過電流が流れて回路全体が故障したりするというような問題点がある。
そこで、このような問題の発生を防止するため、ヒューズ機能を備えた積層セラミックコンデンサが提案されている。
【０００３】
図１４(ａ)および(ｂ)は従来の、ヒューズ部を内蔵した積層セラミックコンデンサの一例を示す図である。
この積層セラミックコンデンサは、セラミック積層体（セラミック素子）５１中に、複数の内部電極層５２ａ，５２ｂがセラミック層５３を介して互いに対向するように積層され、かつ、セラミック層５３を介して互いに対向する内部電極層５２ａ，５２ｂが交互にセラミック積層体（セラミック素子）５１の逆側の端面に引き出されて、該端面に形成された外部電極５４ａ，５４ｂに接続された構造を有する積層セラミックコンデンサである。そして、この積層セラミックコンデンサにおいては、内部電極層５２ａ，５２ｂの一部（引き出し部）６０の平面面積を小さくすることにより、過電流が流れたときに溶断する機能を果たすヒューズ部５５が形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この積層セラミックコンデンサは、内部電極の間でショートした場合に、電源回路内で過電流の発生を防止することが可能になり、また、過電流が積層セラミックコンデンサに流れた場合に、誘電体セラミックヘの影響を緩和して、クラックの発生を抑制し、欠陥層のみを電気的に遮断することが可能になるという特徴を有している。
【０００５】
また、図１５(ａ)，(ｂ)，(ｃ)は、ヒューズ素子を備えた従来の積層セラミックチップコンデンサの他の例を示す図である。
この積層セラミックコンデンサは、外部電極の一部あるいは全部が、内部電極より低融点でかつ融解時には絶縁物になる金属で構成され、リード線は外部電極の融解しない場所に取り付けられて一体化された積層セラミックコンデンサであって、図１５(ａ)，(ｂ)，(ｃ)に示すように、セラミック積層体（セラミック素子）５１の内部には、互いに逆側に引き出される内部電極５２ａ，５２ｂ（図１５(ｃ)）、および内部電極５２ａ，５２ｂとは引き出し方向が異なる内部電極６２（図１５(ｂ)）が積層されている。そして、セラミック積層体５１の一対の端面には内部電極５２ａ，５２ｂがそれぞれ接続される外部電極５４ａ，５４ｂが形成され、この外部電極５４ａ，５４ｂの融解しない位置にはリード線５８，５９が接続されている。
また、セラミック積層体５１の中央部には外部電極５５が形成され、この外部電極５５は内部電極６２と接続されている。また、セラミック積層体（セラミック素子）５１の表面には、外部電極５４ｂと、外部電極５５とを接続するヒューズ５６素子が配設された構造を有している（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
この積層セラミックコンデンサにおいては、規格以上の電流が流れた場合、ヒューズ素子５６が溶断して、外部電極５４ｂと外部電極５５が電気的に解放されるとともに、一部の内部電極が短絡した状態にある場合においては、ジュール熱のため外部電極の最も早く高温に達する部分が、該内部電極と接触する部分であることから、その部分が焼損して、該内部電極のみが外部電極から電気的に切断されるため、短絡した状態にある内部電極のみを電気的に除外することが可能であるという特徴を有している。
【０００７】
しかしながら、上述のようなコンデンサの内部または外部にヒューズ機能を備えた特許文献１および特許文献２の積層セラミックコンデンサ（以下、単に「セラミックコンデンサ」または「コンデンサ」ともいう）においては、システムの電流容量が大きい場合、故障電流を遮断することが困難で、ヒューズ機能が十分に発揮されない場合もありうる。すなわち、故障電流が大きい場合、ヒューズ溶断時に溶断部分でアーク放電が発生し、その熱により、周辺部が短時間で溶融、焼損するため、故障個所が拡大し、さらなる故障電流の流入やアーク放電などを引き起こし、結果的にシステム全体を保護することができなくなる場合がある。
【０００８】
また、特許文献１の積層セラミックコンデンサのように、内部にヒューズ部を設けることは、コンデンサの容量、発熱特性、機械的強度などの基本特性に影響を与える場合が多く、ヒューズ機能とコンデンサ機能の設計に互いに制約を与えてしまう結果になることが多い。
【０００９】
例えば、ヒューズ部を形成するために、内部電極幅を狭くすると内部電極の有効面積が小さくなり、容量低下を招くという問題がある。
また、ヒューズ部は断面積が小さく、抵抗も大きいため、通常使用時の通電電流が大きいシステムでは、通常使用時の発熱も大きくなる。
さらに、ヒューズ部が複雑な構造になると、内部に応力が発生し、デラミネーションなどの欠陥を引き起こす要因ともなる。
【００１０】
ところで、セラミックコンデンサの故障モードは、主に異電位の内部電極間の絶縁破壊による短格（または低抵抗）モードである。そして、一旦短絡（または低抵抗化）したセラミックコンデンサは、低抵抗状態を維持し、自発的に絶縁復帰（オープン）状態に戻ることはない。
【００１１】
特に、車載インバータには大容量のバッテリーが接続されるため、平滑コンデンサとして使用されるセラミックコンデンサにショート故障が発生すると、セラミックコンデンサにはバッテリーから供給される直流の大きな短絡故障電流が通電される。そして、この短絡電流が継続して通電されると、セラミックコンデンサが発熱して焼損に至る。
【００１２】
特に、短絡電流が大きい場合には、熱膨張によってクラックが発生、進展して、クラック部分にアーク放電が発生し、その放電エネルギーによってセラミックコンデンサは短時間で激しく焼損する。例えば、故障電流が３００Ａの場合、通電が１００msec以上継続すると、焼損は激しくなる。
【００１３】
なお、上述のように、内部電極の幅を部分的に狭くすることによりヒューズ部を形成したセラミックコンデンサは、短絡電流が大きい場合、ヒューズ動作時にクラックが発生、進展してショート箇所が拡大しやすく、故障電流を遮断できなくなる可能性が高いため実用的ではない。また、平滑コンデンサは通常使用時でも比較的大きなリップル電流が通電されるため、内部電極幅を狭くした部分で通常使用時の発熱が増加し、耐用性などが低下するというような問題点がある。
【特許文献１】特開２０００−２２８３２６号
【特許文献２】実公平１−３４３３６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記背景技術の問題点を考慮してなされたものであり、以下の課題を解決することを目的とする。
(１)故障時の直流短絡大電流を、所定時間内に確実に遮断できるようにすること。
(２)通常使用時の最大負荷電流（リップル電流）通電時に、ヒューズが溶断しないこと。
(３)ヒューズ動作時に周辺に重大な影響（異常発熱、破片や導電性物質の飛散、流出など）を与えないこと。
(４)一部のコンデンサに故障が発生した場合に、故障品のみを電気的に切り離し、残りのコンデンサで少なくとも必要最低限の平滑作用を維持できること。
【００１５】
上記課題を解決するためには、例えば、特許文献２に記載されているように、セラミックコンデンサの外部にヒューズ素子を接続することが考えられるが、上記のように車載用平滑コンデンサに使用されるコンデンサでは、通常使用時に流れる負荷電流（リップル電流）が比較的大きいため、この電流により容易に溶断しないようなヒューズ素子を接続することが必要となる。しかしながら、通常使用時の電流により溶断しないように、電流容量の大きいヒューズ素子を接続すると、故障時の直流短絡電流を、１００msecというような短時間で瞬時に遮断することが困難になる。
すなわち、上記課題を解決するためには、通常使用時の電流（比較的大きな負荷電流）ではヒューズ素子が溶断せず、故障時にはヒューズ素子が瞬時に溶断するという、ヒューズ機能として相反する性能を要求されるが、本発明では、かかる課題を解決するため、以下の構成を採用している。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明（請求項１）のヒューズ付きコンデンサモジュールは、
ヒューズ素子を直列に接続したコンデンサが、基板上に配設された入出力電極に並列に複数組接続されていることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項２のヒューズ付きコンデンサモジュールは、上記請求項１のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいて、各コンデンサに接続されたヒューズ素子が、複数に分割され、各コンデンサにそれぞれ直列に接続されていることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項３のヒューズ付きコンデンサモジュールは、前記ヒューズ素子が、金属ワイヤ、金属端子、基板上に配設された金属パターンおよび導電性樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項４のヒューズ付きコンデンサモジュールは、前記ヒューズ素子が絶縁樹脂によりモールドされていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明（請求項１）のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、コンデンサにヒューズ素子が直列に接続されたヒューズ付きコンデンサモジュールを、基板上に配設された入出力電極に並列に複数組接続するようにしているので、通常使用時にはヒューズ素子が溶断せず安定に動作し、かつ、故障時にはヒューズ素子が瞬時に溶断して、システムを保護するとともに、一部のコンデンサにのみ故障が発生した場合には、故障したコンデンサのみを電気的に切り離し、残りのコンデンサで少なくとも必要最低限の平滑作用を維持することが可能になる。
【００２１】
すなわち、本発明では、コンデンサを複数のコンデンサに分割し、各コンデンサに対して直列にヒューズ素子を接続するようにしているので、故障時の直流短絡電流は故障品のみに通電され、通常使用時のリップル電流は並列に接続された各コンデンサに均等に分割される。したがって、通常使用時のシステムの電流を分流して、個々のコンデンサにながれる電流を小さくすることが可能になり、個々のコンデンサに接続されたヒューズ素子への電流負荷（耐電流容量）を小さくすることが可能になる。したがって、コンデンサの並列数を多くすることにより、通常使用時には個々のコンデンサに直列接続されたヒューズ素子に通電される電流を小さくすることが可能になり、ヒューズ動作に余裕を持たせることができる。
さらに、ヒューズ素子の耐電流容量を小さくすることにより、故障時に流れる直流電流で瞬時にヒューズを溶断することが可能になる。
【００２２】
また、本発明のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、コンデンサとヒューズ素子を一体化せず、コンデンサにヒューズ素子を直列に接続することによりコンデンサとヒューズ素子を分離するようにしているので、各コンデンサどうしが互いに与えあう悪影響（熱、機械的応力など）を小さくして、設計の自由度を大きくすることが可能になる。
なお、本発明においては、コンデンサとして、例えば、種々の積層セラミックコンデンサを用いることが可能であり、その具体的な構成に特別の制約はない。
また、本発明においては、各コンデンサ、ヒューズ素子などが配設される基板として、ガラエポ、アルミナなどの種々の基板を用いることが可能であり、その種類に特別の制約はない。
【００２３】
なお、本発明のヒューズ付きコンデンサモジュールの適用範囲としては、例えば、以下のような条件が挙げられる。
定格電圧：１０Ｖ〜６３０Ｖ
静電容量：１０μ〜２０００μＦ
通常通電電流：１Ａ〜３００Ａ
故障時短絡電流：１００Ａ〜３０００Ａ
ただし、場合によっては上記範囲を超える条件でも使用することが可能である。
【００２４】
また、請求項２のヒューズ付きコンデンサモジュールのように、個々のコンデンサにそれぞれ直列に接続されたヒューズ素子を複数に分割するようにした場合、ヒューズ素子の細線化を図ることが可能になるとともに、放電エネルギーを小さくしてアーク放電を防止することが可能になる。
また、ヒューズ素子を分割して細線化することにより、故障時に充電された電荷を放出する際の電荷放出エネルギー（放電電流）によって、ヒューズ素子を切断することが可能となる。したがって、故障電流と放電電流の両方によってさらに短時間でヒューズ素子を断線することが可能になり、信頼性をさらに向上させることが可能になる。
すなわち、故障電流を短時間で遮断するためには、ヒューズ素子の断面積を小さくすることが必要であり、通常電流時のヒューズ素子の不要な溶断を防止するためには、断面積を大きくすることが必要になるが、個々のコンデンサに直列に接続されたヒューズ素子を複数に分割することにより、ヒューズ素子の設計の自由度を向上させることが可能になり、バランスのとれた条件で設計を行うことが可能になる。
【００２５】
また、本発明のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、故障時の直流短絡電流は故障品のみに通電され、通常時のリップル電流はコンデンサ並列数に均等に分割されることになるが、並列数を多くすることにより、通常時に１組のヒューズ素子に通電される電流を小さくすることが可能になり、ヒューズ動作に余裕を持たせることが可能になり、さらに信頼性を向上させることが可能になる。
【００２６】
また、本発明のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、請求項３のように、ヒューズ素子として、金属ワイヤ、金属端子、基板上に配設された金属パターンおよび導電性樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種を用いることが可能であり、これらをヒューズ素子として用いることにより、所望の特性を備えた信頼性の高いヒューズ付きコンデンサモジュールを得ることが可能になる。
【００２７】
また、請求項４のヒューズ付きコンデンサモジュールのように、ヒューズ素子を絶縁樹脂によりモールドするようにした場合、消弧作用（アーク放電の遮断作用）を向上させて、より確実にアーク放電を防止することが可能になり、さらに信頼性を向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に本発明の実施例を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。
【実施例１】
【００２９】
図１は本発明の一実施例（実施例１）にかかるヒューズ付きコンデンサモジュールの構成を示す平面図、図２は一部を断面とした側面図である。
このヒューズ付きコンデンサモジュールは、車載インバータシステムの平滑コンデンサとして以下の条件で使用されるものである。
バッテリー電圧：ＤＣ２５０Ｖ
短絡故障電流：３００Ａ
最大負荷時リップル電流：１００Ａ
静電容量：１６０μＦ
【００３０】
このヒューズ付きコンデンサモジュールは、ガラエポ、アルミナなどの絶縁性材料を基材としたプリント基板（以下、「基板」という）１上に、大容量で大型の金属端子付積層セラミックコンデンサ（以下、単に「セラミックコンデンサ」または「コンデンサ」ともいう）２が４個並列に配設されている。
【００３１】
各コンデンサ２は、チタン酸バリウムを主原料とする積層セラミックコンデンサであり、定格電圧：２５０Ｖ、実効静電容量：４０μＦ、サイズ：長さ３２mm×幅４０mm×厚み４mmのコンデンサであり、コンデンサ２の入出力用の各端子（金属端子）１２ａ，１２ｂはそれぞれ複数（この実施例１では６本）に分割されており、一方の端子１２ａは、基板１の表面に形成された一対の電極（入出力電極）３ａ，３ｂのうちの一方の電極３ａに接続されている。
また、コンデンサ２の他方の端子１２ｂは基板１の表面に形成された接続用電極４に接続されている。
【００３２】
また、接続用電極４には、ヒューズ素子１０の一端側が接続されており、コンデンサ２の他方の端子１２ｂはこの接続用電極４を介してヒューズ素子１０と接続されており、コンデンサ２の他方の端子１２ｂは、接続用電極４およびヒューズ素子１０を介して、基板１の表面に形成された一対の電極（入出力電極）３ａ，３ｂのうちの他方の電極３ｂに接続されている。
【００３３】
すなわち、この実施例１のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、コンデンサ２，接続用電極４，およびヒューズ素子１０によって、「コンデンサにヒューズが直列に接続された」構成とし、このコンデンサを、基板１上に配設された入出力電極３ａ，３ｂに並列に複数組接続することにより、この実施例１のヒューズ付きコンデンサモジュールが形成されている。
【００３４】
また、この実施例１のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、各コンデンサ２に接続されたヒューズ素子１０は、それぞれ複数に分割されており、具体的には、直径：０．２５mm、長さ：１０mmの金属ワイヤ（ニッケルワイヤ）１０ａから形成されており、この金属ワイヤ１０ａが各コンデンサ１個あたり１０本ずつ接続されている。なお、金属ワイヤ１０ａは、はんだ付け、あるいは溶着などの方法により基板１上に配設される。このヒューズ素子１０の構成材料としては、ニッケル以外にも、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｓｎなどの導電材料を使用することが可能であり、さらにその他の金属材料を用いることも可能である。
【００３５】
さらに、基板上に配設された金属パターンや、樹脂に金属粉末を分散させた導電性樹脂などを用いて基板上に形成された導体パターンなどをヒューズ素子１０として用いることも可能である。
【００３６】
さらに、ヒューズ素子１０（金属ワイヤ１０ａ）は、消弧（アーク放電の遮断）作用を向上させるために、絶縁樹脂（モールド樹脂）１１により被覆されている。この実施例１では絶縁樹脂１１として、シリコーンゴム（例えば、信越化学製１液型シリコーンＲＴＶゴムＫＥ４８９０など）が用いられている。なお、絶縁樹脂１１は、アーク放電に曝されるため、難燃性のものを用いることが望ましい。
【００３７】
上述のように構成されたこの実施例１のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、最大負荷時のリップル電流通電時に、ヒューズ素子１０を構成する金属ワイヤ１０ａのそれぞれに、１本当たり２．５Ａの電流が通電されるが、ヒューズ素子１０の温度（推定温度）は１５０℃以下に抑えられるため、ヒューズ素子１０の溶断は発生せず、ニッケルの融点（１４５２℃）に対して十分な余裕を有しており、通常時の動作について、十分な信頼性が確保される。
【００３８】
また、短絡故障電流通電時には、１００msec以内で（この実施例１では約８０msec）でヒューズ素子１０が溶断するため、コンデンサ２が激しく焼損する前に電流を遮断することができる。したがって、故障発生時の遮断動作に関し、十分な信頼性が確保される。
【００３９】
また、この実施例１では、個々のコンデンサ２に直列に接続されるヒューズ素子１０を複数に分割してヒューズ素子１０を細線化しているので、放電エネルギーを小さくして、アーク放電の発生を防止することが可能になる。また、ヒューズ素子１０を細線化することにより、故障時にコンデンサ２に充電された電荷を放出する際の放出エネルギー（放電電流）により、ヒューズ素子１０を溶断させることも可能となり、より短時間でヒューズ素子１０の遮断動作を行わせることが可能になる。
【００４０】
さらに、この実施例１のヒューズ付きコンデンサモジュールでは、ヒューズ素子１０が絶縁性の絶縁樹脂１１によりモールドされているので、消弧（アーク放電の遮断）作用を向上させて、より確実にアーク放電を防止することが可能になり、さらに信頼性を向上させることができる。
【００４１】
また、この実施例１のヒューズ付きコンデンサモジュールでは、ヒューズ素子１０がコンデンサ２とは離れた位置に配設されているため、大きな故障電流が通電され、ヒューズ素子１０が動作した場合にも、ヒューズ素子１０の動作によるコンデンサ２への影響（異常発熱、破片や導電性物質の飛散など）がなく、高い信頼性を確保することができる。
【００４２】
また、ヒューズ素子１０がコンデンサ２とは独立して形成されるため、コンデンサ２およびヒューズ素子１０の設計自由度を向上させることが可能になり、所望の特性を備えたヒューズ付きコンデンサモジュールを設計しやすくなる。
また、ヒューズ素子１０は金属ワイヤ１０ａを用いて形成されているため、構造が簡潔で、コストの増大を抑制することができる。
【００４３】
さらに、この実施例１のヒューズ付きコンデンサモジュールでは、一部のコンデンサ２に故障が発生した場合に、故障したコンデンサ２に直列に接続されたヒューズ素子１０のみが溶断するため、故障したコンデンサ２のみを電気的に切り離し、残りのコンデンサ２で少なくとも必要最低限の平滑作用を維持することが可能になる。
【００４４】
なお、図３は故障時に大電流（３００Ａ）が流れてヒューズ素子１０が溶断したとき（ヒューズ動作時）の電圧・電流波形を示す図である。
図３に示すように、ＤＣ３００Ａ（開放電圧：２３０Ｖ）の大電流を約８０msecで遮断することができた。なお、このとき、周辺へのヒューズ素子構成材料の飛散や、焼損などの発生は認められなかった。
【００４５】
また、図４および図５は、ヒューズ素子を樹脂モールドした場合のアーク放電の抑制効果を示す図であり、図４はヒューズ素子が絶縁樹脂でモールドされていない場合のアーク放電の状態を示す図であり、図５はヒューズ素子が絶縁樹脂でモールドされている場合のアーク放電の状態を示す図である。
図４に示すように、ヒューズ素子を絶縁樹脂でモールドしていない場合には、ヒューズ溶断時間：３０msec、アーク放電時間：１５０msecで、アーク放電が長く続いているのに対して、図５に示すように、ヒューズを絶縁樹脂でモールドした場合にはヒューズ溶断時間：４７msec、アーク放電時間：０．５msecで、アーク放電が瞬時に終了することがわかる。
【００４６】
また、図６は、故障時にコンデンサに充電された電荷を放出する際の電荷放出エネルギー（放電電流）による、ヒューズ切断効果を確認するために行った試験の方法を示す図であり、(ａ)は本発明のヒューズ付きコンデンサモジュールの等価回路（モデル回路）を示す図であり、(ｂ)は試験用に作成した回路（試験回路）を示す図である。
なお、この試験に供した試料（ヒューズ付きコンデンサモジュール）の静電容量を１５０μＦ、バッテリー電圧を２５０Ｖとした場合、静電エネルギーは、
Ｅ＝（１／２）ＣＶ2＝４．７［Ｊ］
となる。
【００４７】
この静電エネルギーは、図６(ａ)に示すように、コンデンサＣのショート抵抗Ｒｓ（図６(ａ)参照）と、ヒューズ抵抗（Ｒｗ）で消費されるため、ヒューズ素子の温度上昇はコンデンサＣのショート抵抗Ｒｓに依存し、ショート抵抗Ｒｓが大きいとヒューズ素子の温度上昇は小さくなる。したがって、コンデンサ故障時のショート抵抗Ｒｓを明らかにする必要がある。そこで、ＤＣ−ＢＤＶ試験波形、ショート済みコンデンサヘの電荷放電試験波形から、コンデンサのショート抵抗Ｒｓを計算した結果、ショート抵抗Ｒｓは０．１Ω以下であることが確認された。
【００４８】
そこで、図６(ｂ)に示すように、ヒューズ素子として機能する金属ワイヤ（材質Ｐｂ、線径０．４３mm、長さ１０mm）と、０．１Ωの抵抗（コンデンサのショート抵抗に相当）を直列に接続した回路に、４．７Ｊの静電エネルギーを持つコンデンサＣをスイッチ（ＳＷ）により接続してコンデンサのショート故障を模擬し、ヒューズ動作を調べた。
【００４９】
上述のように、４．７Ｊの静電エネルギーを持つコンデンサＣをスイッチ（ＳＷ）により接続すると、電荷を放出する際の電荷放出エネルギー（放電電流）によりヒューズ素子（金属ワイヤ）は速やかに溶断し、３００μsec程度で電流は遮断されることが確認された。なお、図７はヒューズ動作時のコンデンサ両端電圧および電流と時間との関係を示す図である。図７より、電荷を放出する際の電荷放出エネルギー（放電電流）によりヒューズ素子（金属ワイヤ）が速やかに溶断し、電流が遮断されることがわかる。
【００５０】
図８(ａ)は実施例１のヒューズ付きコンデンサモジュールの変形例を示す図である。
図８(ａ)のヒューズ付きコンデンサモジュールは、上記実施例１と同様の構成で、金属ワイヤ１０ａによるヒューズ素子１０をコンデンサ２と基板１の間に配設したものである。また、このヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、図８(ａ)に示すように、一対の電極（入出力電極）３ａ，３ｂのうちの他方の電極３ｂが接続用電極４と一方の電極３ａの間の、平面的にコンデンサ２と重なる位置に形成されている。
なお、図８(ａ)において図２と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示している。
【００５１】
この変形例のヒューズ付きコンデンサモジュールのように、金属ワイヤ１０ａによるヒューズ素子１０をコンデンサ２と基板１の間の、平面的にコンデンサ２と重なる位置に配設することにより、部品の実装に必要な平面スペースを削減して製品の小型化を図ることが可能になる。
【００５２】
図８(ｂ)は実施例１のヒューズ付きコンデンサモジュールの他の変形例を示す図である。
図８(ｂ)のヒューズ付きコンデンサモジュールは、上記実施例１と同様の構成で、金属ワイヤ１０ａによるヒューズ素子１０を基板１の裏面側に配設したものであり、このヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、図８(ｂ)に示すように、ヒューズ素子１０および一対の電極（入出力電極）３ａ，３ｂのうちの他方の電極３ｂが、平面的にコンデンサ２と重なる位置に形成されている。
なお、図８(ｂ)において図２と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示している。
【００５３】
この変形例のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、ヒューズ素子１０を基板１の裏面側に配設するとともに、ヒューズ素子１０および一対の電極（入出力電極）３ａ，３ｂのうちの他方の電極３ｂを、平面的にコンデンサ２と重なる位置に設けるようにしているので、基板の裏面を有効に利用することが可能になるとともに、部品の実装に必要な平面スペースを削減して製品の小型化を図ることが可能になる。
【実施例２】
【００５４】
図９(ａ)，(ｂ)は本発明の他の実施例（実施例２）にかかるヒューズ付きコンデンサモジュールを示す図であり、図９(ａ)はヒューズ付きコンデンサモジュールの要部を示す正面図、図９(ｂ)は側面図である。
【００５５】
上記実施例１のヒューズ付きコンデンサモジュールでは、コンデンサ２の入出力用の各端子（金属端子）１２ａ，１２ｂとは別に、金属ワイヤ（ニッケルワイヤ）１０ａをヒューズ素子１０として用いているが、この実施例２のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、図９(ａ)，(ｂ)に示すように、保持部材１３により基板１上に保持固定されたコンデンサ２の一対の金属端子のうち、一方の金属端子１２ｂの一部（中間部）２０がヒューズ素子１０としても機能するように構成されている。なお、金属端子１２ｂの一部（中間部）２０をヒューズ素子１０としても機能させるには、金属端子１２ｂの構成材料を選択する方法、金属端子１２ｂの断面積を調整する方法などが例示される。
【００５６】
このヒューズ付きコンデンサモジュールのように、コンデンサ２の金属端子１２ｂの一部（中間部）２０を、ヒューズ素子１０としても機能するようにした場合、実施例１の構成の場合には必要とした金属ワイヤ１０ａや接続用電極４などが不要になり、製品の小型化、コストの削減を図ることが可能になる。
【００５７】
また、図１０および図１１は、この実施例２のヒューズ付きコンデンサモジュールの変形例を示す図であり、図１０のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、金属端子１２ｂの一部（中間部）２０の幅を他の部分の幅より狭くすることにより、金属端子１２ｂの一部（中間部）２０がヒューズ素子１０として機能するように構成されている。
【００５８】
また、図１１のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、金属端子１２ｂを平板状の材料から形成するとともに、平板状の金属端子１２ｂの一部（中間部）２０に、コンデンサ２の長さ方向に沿って複数の貫通穴２１を形成することにより、複数の狭幅部２２を形成し、この狭幅部２２をヒューズ素子１０として機能させるようにしている。
なお、図１０および図１１において、図９(ａ)，(ｂ)と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示している。
【００５９】
図１０および図１１に示すような構成とした場合にも、実施例１の構成の場合には必要とした金属ワイヤ１０ａや接続用電極４などを不要にすることが可能になり、製品の小型化、コストの削減を図ることが可能になる。
【実施例３】
【００６０】
図１２，図１３はそれぞれ本発明の他の実施例（実施例３）にかかるヒューズ付きコンデンサモジュールの要部を示す一部を断面とした正面図である。
【００６１】
図１２のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、保持部材１３により基板１上に保持固定されたコンデンサ２の一対の金属端子のうち、一方の金属端子１２ｂの一部（中間部）２０がヒューズ素子１０としても機能するように構成されている。そして、金属端子１２ｂのヒューズ素子１０としても機能する部分の一部（中間部）２０及びその近傍が絶縁樹脂（シリコーンゴム）１１によりモールドされている。
【００６２】
また、図１３のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、一方の金属端子１２ｂの一部（中間部）２０がヒューズ素子１０としても機能するように構成されているとともに、金属端子１２ｂの全体が絶縁樹脂（シリコーンゴム）１１によりモールドされている。
なお、図１２および図１３において、図９(ａ)，(ｂ)と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示している。
【００６３】
図１２および図１３に示すように構成されたヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、ヒューズ素子としても機能する金属端子１２ｂが絶縁樹脂１１によりモールドされているので、より確実にアーク放電を防止することが可能になり、さらに信頼性を向上させることが可能になるとともに、実施例１の構成の場合には必要とした金属ワイヤ１０ａや接続用電極４などを不要にして、製品の小型化、コストの削減を図ることが可能になる。
【００６４】
なお、本発明は上記の各実施例に限られるものではなく、基板の構成材料や形状、基板に形成される入出力電極の配設位置、電極パターンの態様、コンデンサの具体的な構成、コンデンサの配設数、ヒューズ素子の構成材料や形状、構成、ヒューズの分割数、絶縁樹脂（モールド樹脂）の種類などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明のヒューズ付きコンデンサモジュールにおいては、ヒューズ素子を直列に接続したコンデンサを、基板上に配設された入出力電極に並列に複数組接続するようにしているので、通常使用時にはヒューズ素子が溶断せず安定に動作し、かつ、故障時にはヒューズ素子が瞬時に溶断して、システムを保護することが可能になるとともに、一部のコンデンサにのみ故障が発生した場合には、故障したコンデンサのみを電気的に切り離し、残りのコンデンサで少なくとも必要最低限の平滑作用を維持することが可能になり、全体的に高い信頼性を実現することが可能になる。
したがって、本発明は、自動車エアコン用コンプレッサのモーターや電気自動車の駆動用モーターのような車載インバータの一次側平滑コンデンサなどの、通常使用の電流が比較的大きい用途に用いられるヒューズ付きコンデンサモジュールに好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施例（実施例１）にかかるヒューズ付きコンデンサモジュールの構成を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施例（実施例１）にかかるヒューズ付きコンデンサモジュールの構成を示す、一部を断面とした側面図である。
【図３】本発明の一実施例（実施例１）にかかるヒューズ付きコンデンサモジュールの、ヒューズ動作時の電圧・電流波形を示す図である。
【図４】ヒューズ素子が樹脂モールドされていない場合のアーク放電の状態を示す図である。
【図５】ヒューズ素子が樹脂モールドされている場合のアーク放電の状態を示す図である。
【図６】本発明のヒューズ付きコンデンサモジュールの電荷放出エネルギー（放電電流）によるヒューズ切断効果を確認するために行った試験の方法を示す図であり、(ａ)は本発明のヒューズ付きコンデンサモジュールの等価回路（モデル回路）を示す図であり、(ｂ)は試験用に作成した回路（試験回路）を示す図である。
【図７】本発明のヒューズ付きコンデンサモジュールの、ヒューズ動作時のコンデンサ両端電圧および電流と時間との関係の一例を示す図である。
【図８】(ａ)および(ｂ)は実施例１にかかるヒューズ付きコンデンサモジュールの変形例を示す図である。
【図９】(ａ)，(ｂ)は本発明の他の実施例（実施例２）にかかるヒューズ付きコンデンサモジュールの要部を示す図であり、(ａ)はヒューズ付きコンデンサモジュールの要部を示す正面図、(ｂ)は側面図である。
【図１０】実施例２（図９）のヒューズ付きコンデンサモジュールの変形例を示す図である。
【図１１】実施例２（図９）のヒューズ付きコンデンサモジュールの他の変形例を示す図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施例（実施例３）にかかるヒューズ付きコンデンサモジュールの要部を示す、一部を断面とした正面図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施例（実施例３）にかかるヒューズ付きコンデンサモジュールの要部を示す、一部を断面とした正面図である。
【図１４】(ａ)および(ｂ)は、従来の、ヒューズ部を内蔵した積層セラミックコンデンサの一例を示す図である。
【図１５】(ａ)，(ｂ)および(ｃ)は、従来の、ヒューズ素子を備えた積層セラミックコンデンサの他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１        プリント基板（基板）
２        コンデンサ（積層セラミックコンデンサ）
３ａ，３ｂ          入出力電極
４        接続用電極      
１０      ヒューズ素子
１０ａ    金属ワイヤ（ニッケルワイヤ）
１１      絶縁樹脂（モールド樹脂）
１２ａ，１２ｂ      金属端子（端子）
１３      保持部材
２０      金属端子の一部（中間部）
２１      金属端子に形成された貫通穴
２２      狭幅部
Ｃ        コンデンサ
Ｒｓ      ショート抵抗
Ｒｗ      ヒューズ抵抗
ＳＷ      スイッチ
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005116642.tif 000018
【図２】
2005116642.tif 000019
【図３】
2005116642.tif 000020
【図４】
2005116642.tif 000021
【図５】
2005116642.tif 000022
【図６】
2005116642.tif 000023
【図７】
2005116642.tif 000024
【図８】
2005116642.tif 000025
【図９】
2005116642.tif 000026
【図１０】
2005116642.tif 000027
【図１１】
2005116642.tif 000028
【図１２】
2005116642.tif 000029
【図１３】
2005116642.tif 000030
【図１４】
2005116642.tif 000031
【図１５】
2005116642.tif 000032