(57)【要約】【課題】ハイブリッド自動車等に使用されるケースモールド型コンデンサに関し、小型薄型化と大容量化の両立を目的とする。【解決手段】バスバー２、３で接続した金属化フィルムコンデンサ素子１をケース４に収容し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、金属化フィルムコンデンサ素子１を、ＰＰフィルム上に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを巻芯上に巻回し、扁平化して断面小判形の素子を形成し、この素子断面の長径をａ、短径をｂとした時のａ／ｂ＝３以上でａ＝６０ｍｍ以上、かつ、誘電体フィルム厚の３〜１０倍厚のＰＰフィルムを５〜１０Ｔ巻回した巻芯を用い、巻芯から素子外周面までを１４ｍｍ以下とした構成により巻芯強度を最適にでき、大容量で小型薄型化を図って体積効率を向上させた金属化フィルムコンデンサ素子とこれを用いたケースモールド型コンデンサが実現できる。【選択図】図１
2007081006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの金属化フィルムコンデンサ素子を、外部接続用の端子部を一端に設けたバスバーで接続し、これをケース内に収容して少なくとも上記バスバーの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、上記金属化フィルムコンデンサ素子は、ポリプロピレンからなる誘電体フィルム上に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを一対の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芯上に巻回して扁平化することにより断面小判形に形成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の両端面に夫々設けられた一対の取り出し電極からなり、上記コンデンサ素子の小判形に形成された断面の長径をａ、同短径をｂとした場合のａ／ｂ＝３以上でａ＝６０ｍｍ以上、かつ、上記金属化フィルムを構成する誘電体フィルム厚の３〜１０倍厚のポリプロピレンフィルムを５〜１０ターン巻回した巻芯を用い、この巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法を１４ｍｍ以下としたものであるケースモールド型コンデンサ。
【請求項２】
金属化フィルムコンデンサ素子を構成する誘電体フィルムの厚みを３．５μｍ以下とした請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
【請求項３】
金属化フィルムコンデンサ素子の定格容量が１５０μＦ以上、定格時の電位傾度が１５０Ｖ／μｍ以上とした請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
【請求項４】
複数の金属化フィルムコンデンサ素子に夫々形成された一対の取り出し電極の極性を夫々揃え、この一対の取り出し電極に一対のバスバーを夫々接続した請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
【請求項５】
一対のバスバーに夫々設けられた外部接続用の端子部を同一辺から取り出すようにした請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
【請求項６】
種類が異なる金属化フィルムコンデンサ素子を同一ケース内に収容した請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
【請求項７】
種類が異なる金属化フィルムコンデンサ素子を同一バスバーを用いて接続した請求項６に記載のケースモールド型コンデンサ。
【請求項８】
種類が異なる金属化フィルムコンデンサ素子として、平滑用コンデンサとノイズ除去用コンデンサを用いた請求項６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用い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、インバータ機器に用いられる金属化フィルムコンデンサにおいて、小型化、高性能化、低コスト化のための開発が盛んに行われている。また、インバータ機器に用いられる金属化フィルムコンデンサには、使用電圧の高電圧化、大電流化、大容量化等が要求されるため、並列接続した複数のコンデンサ素子をケース内に収納し、このケース内に樹脂を注型したケースモールド型コンデンサが開発され、使用されている。
【０００３】
図７（ａ）、（ｂ）はこの種の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と側面断面図であり、図７において、１１は金属化フィルムを巻回または積層したコンデンサ素子、１２はこのコンデンサ素子１１を収納したコンデンサケース、１３はコンデンサケース１２に充填されたエポキシ樹脂、１４はこのエポキシ樹脂１３上に充填されたウレタン樹脂、１５はコンデンサ素子１１に接続されると共に外部機器等に接続するための接続端子、１６は樹脂注型部に注型するためのコンデンサケース１２の開口部、１７はコンデンサ素子１１の両端に設けた一対の電極である。
【０００４】
そして、上記コンデンサ素子１１は、片面または両面に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを一対の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し、断面が楕円形または小判形に形成され、両端面に一対の電極１７を設けたものであり、これらを複数個並べている。また、接続端子１５は複数個のコンデンサ素子１１の各電極１７に接続することでコンデンサ素子１１を並列に接続し、さらに外部と接続できるようにしている。また、コンデンサケース１２は、コンデンサ素子１１を収納すると共に接続端子１５の一部を内蔵している。そして、接続端子１５の一部はコンデンサケース１２から突出させ、外部機器等と接続できるようにしている。
【０００５】
さらに、ケース開口部１６からコンデンサケース１２内にエポキシ樹脂１３を注型し、硬化させた後にウレタン樹脂１４を注型しており、このようにすることで図７（ｂ）で示すようにエポキシ樹脂１３とウレタン樹脂１４の２層構造となるようにしているものであった。
【０００６】
このように構成された従来のケースモールド型コンデンサは、コンデンサ素子１１を耐熱性、耐湿性、耐絶縁性に優れたエポキシ樹脂１３にて外装した後、エポキシ樹脂１３層上に弾性があり、割れにくいウレタン樹脂１４層を形成することにより、耐熱性、耐湿性、耐絶縁性に優れ、かつ、ヒートショック試験等の耐環境性の向上を図れるケースモールド型コンデンサを得ることができるというものであった。
【０００７】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００３−３３８４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら上記従来のケースモールド型コンデンサでは、更なる大容量化と小型薄型化の市場要望に対応するために、大容量化を実現し、かつ、限られたスペース内に収容するコンデンサ素子の形状を工夫して体積効率を向上させようとした場合には、更なる扁平化が必要であり、これを実現するには多くの問題を有するものであった。
【０００９】
すなわち、上記扁平形のコンデンサ素子を作製するには、大型の円形のコンデンサ素子を作製し、これを扁平に加工して作製する方法が最も量産に適した方法であるが、この場合には巻芯の強度が大きな問題となり、巻芯の強度が強過ぎると巻回後に巻芯を抜き取る際に抜き難く、さらに、扁平に加工するのが難しいと共に加工後に元に戻ろうとして膨れが発生し、また逆に、巻芯の強度が弱過ぎると扁平に加工した後のコンデンサ素子の強度が弱くなって希望する形状を維持できないという課題があった。
【００１０】
本発明はこのような従来の課題を解決し、大容量で小型薄型化を図って体積効率を向上させ、しかも生産性、信頼性に優れた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】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明は、少なくとも一つの金属化フィルムコンデンサ素子を、外部接続用の端子部を一端に設けたバスバーで接続し、これをケース内に収容して少なくとも上記バスバーの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、上記金属化フィルムコンデンサ素子は、ポリプロピレンからなる誘電体フィルム上に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを一対の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芯上に巻回して扁平化することにより断面小判形に形成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の両端面に夫々設けられた一対の取り出し電極からなり、上記コンデンサ素子の小判形に形成された断面の長径をａ、同短径をｂとした場合のａ／ｂ＝３以上でａ＝６０ｍｍ以上、かつ、上記金属化フィルムを構成する誘電体フィルム厚の３〜１０倍厚のポリプロピレンフィルムを５〜１０ターン巻回した巻芯を用い、この巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法を１４ｍｍ以下とした構成のものである。
【発明の効果】
【００１２】
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、断面が小判形に形成されたコンデンサ素子の扁平率を大きくし、かつ大容量化を図っても、巻芯の強度を最適な値に設定することが可能になるため、大容量で小型薄型化を図って体積効率と放熱性を向上させた金属化フィルムコンデンサ素子が実現でき、この金属化フィルムコンデンサ素子を用いて大容量で小型薄型化を図り、信頼性に優れたケースモールド型コンデンサを実現することができ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】
【００１３】
（実施の形態）
以下、実施の形態を用いて、本発明の特に全請求項に記載の発明について説明する。
【００１４】
図１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斜視図、図２と図３は同モールド前の斜視図であり、図１〜図３において、１は断面小判形に形成された金属化フィルムコンデンサ素子を示し、この金属化フィルムコンデンサ素子１はポリプロピレンからなる誘電体フィルムの片面または両面に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを一対の金属化フィルムが誘電体フィルムを介して対向するように巻回し、両端面に亜鉛を溶射したメタリコン電極を形成することによってＰ極電極１ａとＮ極電極１ｂを夫々設けて構成されたものであり、詳細は後述する。
【００１５】
２は上記金属化フィルムコンデンサ素子１のＰ極電極１ａ側に接合される錫めっき銅板製のＰ極バスバー、２ａはこのＰ極バスバー２の一端に設けられた電極となる舌片状の半田付け部、２ｂはこのＰ極バスバー２から引き出すように設けられた外部接続用のＰ極端子であり、このようにＰ極バスバー２は板状の基材を打ち抜き加工した平板状に構成されているものである。
【００１６】
３は上記金属化フィルムコンデンサ素子１のＮ極電極１ｂ側に接合される錫めっき銅板製のＮ極バスバー、３ａはこのＮ極バスバー３の一端に設けられた電極となる舌片状の半田付け部、３ｂはこのＮ極バスバー３から引き出すように設けられた外部接続用のＮ極端子であり、このようにＮ極バスバー３は板状の基材を打ち抜き加工した後に、金属化フィルムコンデンサ素子１の周面と接する主要平面部の一端から半田付け部３ａを、他端からＮ極端子３ｂを、夫々反対方向に折り曲げた階段状に構成されているものである。
【００１７】
４は上記Ｐ極バスバー２とＮ極バスバー３が接合されて連結された金属化フィルムコンデンサ素子１を収納する樹脂製のケースであり、このようにＰ極バスバー２とＮ極バスバー３が接合されてケース４内に収納された金属化フィルムコンデンサ素子１は、Ｐ極端子２ｂとＮ極端子３ｂがケース４の同一辺から隣接して表出した状態で図示しないモールド樹脂によってモールドされることにより構成されるものである。
【００１８】
図４（ａ）、（ｂ）は上記金属化フィルムコンデンサ素子１を構成するコンデンサ素子を示した正面図と斜視図であり、図４において、５は巻芯、６はポリプロピレンからなる誘電体フィルム上に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムであり、上記巻芯５を図示しない巻芯保持治具で保持した状態で巻芯５の外表面に金属化フィルム６を巻回し、巻回後に上記図示しない巻芯保持治具を巻芯５から抜き取ることによりコンデンサ素子が構成されているものである。
【００１９】
なお、本実施の形態によるコンデンサ素子は、図４（ａ）に示すように円柱状に巻回した後、図４（ｂ）に示すように、図中の上下方向から潰し加工を行って扁平化したものである。また、図中の符号ｔは、巻芯５からコンデンサ素子の外周面までの寸法を示すものである。
【００２０】
以下、具体的な実施例について説明する。
【００２１】
（実施例１）
厚み３μｍ、幅８０ｍｍのポリプロピレンからなる誘電体フィルムを用いて構成した金属化フィルムを用い、巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法が７．８ｍｍとなるように巻芯上に巻回して静電容量が１５０μＦのコンデンサ素子を作製した。続いて、これを扁平加工してコンデンサ素子断面の長径ａが７８．４ｍｍ、同短径ｂが１５．６ｍｍとなるようにして、ａ／ｂが約５．０、コンデンサ素子の体積効率が９５．７％となるようにした。このコンデンサ素子の中心におけるリプル発熱ΔＴ（Ｋ）を測定した結果をコンデンサ素子の仕様と併せて、以下に説明する各実施例と共に（表１）に示す。
【００２２】
（実施例２）
巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法を９．４ｍｍ、コンデンサ素子断面の長径ａを６５．９ｍｍ、同短径ｂを１８．８ｍｍとすることにより、ａ／ｂが約３．５、コンデンサ素子の体積効率が９３．３％となるようにした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００２３】
（実施例３）
巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法を１０．２ｍｍ、コンデンサ素子断面の長径ａを６１．２ｍｍ、同短径ｂを２０．４ｍｍとすることにより、ａ／ｂが３．０、コンデンサ素子の体積効率が９１．８％となるようにした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００２４】
（実施例４）
巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法を１１．３ｍｍ、コンデンサ素子断面の長径ａを５５．６ｍｍ、同短径ｂを２２．６ｍｍとすることにより、ａ／ｂが約２．５、コンデンサ素子の体積効率が９０．７％となるようにした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００２５】
（実施例５）
巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法を１４．０ｍｍ、コンデンサ素子断面の長径ａを４６．８ｍｍ、同短径ｂを２８．０ｍｍとすることにより、ａ／ｂが約１．７、コンデンサ素子の体積効率が８３．４％となるようにした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００２６】
（実施例６）
巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法を１５．１ｍｍ、コンデンサ素子断面の長径ａを４４．３ｍｍ、同短径ｂを３０．２ｍｍとすることにより、ａ／ｂが約１．５、コンデンサ素子の体積効率が８０．０％となるようにした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００２７】
（実施例７）
誘電体フィルムの厚みを３．５μｍ、巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法を１０．０ｍｍ、コンデンサ素子断面の長径ａを８２．７ｍｍ、同短径ｂを２０．０ｍｍとすることにより、ａ／ｂが約４．２、コンデンサ素子の体積効率が５２．３％となるようにした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００２８】
（実施例８）
誘電体フィルムの厚みを４μｍ、巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法を１３．４ｍｍ、コンデンサ素子断面の長径ａを８０．２ｍｍ、同短径ｂを２６．８ｍｍとすることにより、ａ／ｂが約３．０、コンデンサ素子の体積効率が３１．０％となるようにした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００２９】
【表１】
2007081006.tif 000003
【００３０】
なお、（表１）における体積効率の計算は、以下に示す（数１）により求めたものである。
【００３１】
【数１】
2007081006.tif 000004
【００３２】
また、図５（ａ）〜（ｄ）は上記実施例１、実施例２、実施例４、実施例６により作製されたコンデンサ素子の断面図、図６は上記各実施例により得られたコンデンサ素子の体積効率とコンデンサ素子中心のリプル発熱の関係を示した特性図である。
【００３３】
（表１）ならびに図６から明らかなように、扁平加工したコンデンサ素子の長径ａと同短径ｂの比率である扁平率ａ／ｂが大きくなるにつれてコンデンサ素子中心のリプル発熱も小さくなっていることが分かる。また、巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法が小さいほどコンデンサ素子中心のリプル発熱が小さいことも分かる。これは、発熱はコンデンサ素子の中心部が一番高いため、巻回した誘電体フィルムの総厚みを薄くすれば発熱を抑えることができることを意味しているものである。
【００３４】
また、実施例７、実施例８は誘電体フィルムの厚みが厚くなったことにより体積効率が低下しており、特に実施例８においては体積効率の低下が著しいことが分かる。
【００３５】
このように本実施の形態による金属化フィルムコンデンサは、誘電体フィルムの厚みを３．５μｍ以下、扁平率ａ／ｂを３．０以上とした場合に、高い体積効率を維持しつつ、コンデンサ素子中心のリプル発熱を小さく抑えることができるものである。
【００３６】
次に、上記実施例１、実施例２、実施例３のコンデンサ素子を用い、このコンデンサ素子に使用する巻芯の仕様を変化させた場合の特性を評価した。
【００３７】
以下、具体的な実施例について説明する。
【００３８】
（実施例１−１）
厚み１０．５μｍのポリプロピレンフィルムを１０ターン巻回し、終端部分を溶着してヒートシール部を設けた巻芯を作製し、この巻芯を用いて上記実施例１と同様のコンデンサ素子を作製した。このコンデンサ素子の外観と、９０℃、６００Ｖ、３０Ａｒｍｓ通電時の寿命試験で容量減少５％に達する時間を測定して評価した結果を巻芯の仕様と併せて、以下に説明する各実施例と共に（表２）に示す。
【００３９】
（実施例１−２）
厚み１２μｍのポリプロピレンフィルムを８ターン巻回した以外は実施例１−１と同様にして作製した。
【００４０】
（実施例１−３）
厚み１８μｍのポリプロピレンフィルムを８ターン巻回した以外は実施例１−１と同様にして作製した。
【００４１】
（実施例１−４）
厚み３５μｍのポリプロピレンフィルムを５ターン巻回した以外は実施例１−１と同様にして作製した。
【００４２】
（実施例１−５）
厚み３μｍのポリプロピレンフィルムを３０ターン巻回した以外は実施例１−１と同様にして作製した。
【００４３】
（実施例１−６）
厚み３８μｍのポリプロピレンフィルムを５ターン巻回した以外は実施例１−１と同様にして作製した。
【００４４】
（実施例２−１）
厚み１８μｍのポリプロピレンフィルムを８ターン巻回し、終端部分を溶着してヒートシール部を設けた巻芯を作製し、この巻芯を用いて上記実施例２と同様のコンデンサ素子を作製した。
【００４５】
（実施例２−２）
厚み１００μｍのポリプロピレンフィルムを１ターン巻回した以外は実施例２−１と同様にして作製した。
【００４６】
（実施例３−１）
厚み１８μｍのポリプロピレンフィルムを８ターン巻回し、終端部分を溶着してヒートシール部を設けた巻芯を作製し、この巻芯を用いて上記実施例３と同様のコンデンサ素子を作製した。
【００４７】
（実施例３−２）
厚み１００μｍのポリプロピレンフィルムを１ターン巻回した以外は実施例３−１と同様にして作製した。
【００４８】
【表２】
2007081006.tif 000005
【００４９】
（表２）から明らかなように、巻芯を構成するポリプロピレンフィルムの厚みが３μｍと薄いものを用いた実施例１−５の場合には、巻芯の強度が弱すぎるために巻芯保持治具を抜き取る際に巻芯の一部が巻芯保持治具と共に移動してはみ出してしまい、外観不良を引き起こすだけでなく、容量減少率も大きなものとなる。
【００５０】
また逆に、巻芯を構成するポリプロピレンフィルムの厚みが３８μｍと厚いものを用いた実施例１−６の場合には、巻芯の強度が強すぎるために、扁平加工後に元に戻ろうとして膨れが発生してしまい、外観不良を引き起こすだけでなく、容量減少率も大きなものとなり、さらに、ポリプロピレンフィルムの厚みを１００μｍと厚くした実施例２−２、実施例３−２のものは、この現象が顕著に現れる。
【００５１】
以上の結果から、本実施の形態による金属化フィルムコンデンサに用いる巻芯は、金属化フィルムを構成する誘電体フィルム厚の３〜１０倍厚のポリプロピレンフィルムを５〜１０ターン巻回して構成するのが最も好ましいことが分かる。
【００５２】
このように本発明によるケースモールド型コンデンサは、大容量で小型薄型化を図って体積効率を向上させた金属化フィルムコンデンサ素子を用いることにより、小型薄型化ならびに大容量化を同時に図ることができるようになるものである。
【００５３】
また、このように小型薄型化と大容量化を両立できることに伴い、デッドスペースの削減や有効活用が可能になり、これにより従来は不可能であった、種類が異なる金属化フィルムコンデンサ素子を同一ケース内に収容することも可能になるものである。そして、この種類が異なる金属化フィルムコンデンサ素子として最も効果が大きいものの一つが、平滑用コンデンサとノイズ除去用コンデンサの組み合わせであり、さらにこれらの種類が異なる金属化フィルムコンデンサ素子を同一バスバーを用いて接続することにより、さらなる小型化と低コスト化を図ることができるようになるという格別の効果を奏するものである。なお、上記ノイズ除去用コンデンサとは、サージ電圧を吸収するスナバコンデンサ、またはラジオ周波数帯域のノイズを除去するコモンモードコンデンサ（Ｙ型コンデンサ）等を意味するものである。
【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、小型薄型化と大容量化を同時に実現できるという効果を有し、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等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】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斜視図
【図２】同モールド前の斜視図
【図３】同モールド前の斜視図
【図４】（ａ）同金属化フィルムコンデンサ素子を構成するコンデンサ素子の正面図、（ｂ）同斜視図
【図５】（ａ）同実施例１により作製されたコンデンサ素子の断面図、（ｂ）同実施例２により作製されたコンデンサ素子の断面図、（ｃ）同実施例４により作製されたコンデンサ素子の断面図、（ｄ）同実施例６により作製されたコンデンサ素子の断面図
【図６】同実施の形態により得られたコンデンサ素子の体積効率と素子中心のリプル発熱の関係を示した特性図
【図７】（ａ）従来のケースモールド型コンデンサの構成を示した平面断面図、（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素子
１ａ  Ｐ極電極
１ｂ  Ｎ極電極
２  Ｐ極バスバー
２ａ、３ａ  半田付け部
２ｂ  Ｐ極端子
３  Ｎ極バスバー
３ｂ  Ｎ極端子
４  ケース
５  巻芯
６  金属化フィルム
【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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