(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のコンデンサ本体と、前記コンデンサ本体の一端側に設けられた一対の電極端子とを有するコンデンサの保持構造であって、
前記コンデンサの電極端子が半田付けされた回路基板と、
絶縁性熱伝導性樹脂を筒状に成形して形成され、前記コンデンサを収納したコンデンサホルダと、
絶縁性熱伝導性樹脂からなり前記コンデンサと前記コンデンサホルダとの間に配置された第１の伝熱部材と、
熱伝導性材料で筒状に形成され、前記回路基板および前記コンデンサホルダを固定する筐体と、
絶縁性熱伝導性樹脂からなり前記コンデンサホルダと前記筐体との間に配置された第２の伝熱部材とを備え、前記第１の伝熱部材および前記第２の伝熱部材を前記コンデンサ、前記コンデンサホルダおよび前記筐体にそれぞれ密着させて取り付けたことを特徴とするコンデンサの保持構造。
【請求項２】
前記第１の伝熱部材と前記第２の伝熱部材をシート状樹脂で形成したことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサの保持構造。
【請求項３】
前記コンデンサを複数個並べて前記回路基板に取り付けるとともに、前記第１の伝熱部材および前記第２の伝熱部材をそれぞれ一体化したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコンデンサの保持構造。
【請求項４】
前記第１の伝熱部材と前記第２の伝熱部材を断面Ｌ字状に形成し、前記コンデンサと前記コンデンサホルダ間および前記コンデンサホルダと前記筐体間のコーナー部にそれぞれ配置したことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサの保持構造。
【請求項５】
前記第１の伝熱部材および前記第２の伝熱部材は、絶縁性熱伝導樹脂からなる半凝固状態の充填剤を前記コンデンサと前記コンデンサホルダ間および前記コンデンサホルダと前記筐体間のコーナー部にそれぞれ充填して形成したことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサの保持構造。
【請求項６】
前記コンデンサホルダの底面上に環状に突出する壁を設けたことを特徴とする請求項５に記載のコンデンサの保持構造。
【請求項７】
前記コンデンサホルダの底面において熱伝導性の金属プレートをインサート成型して構成された前記コンデンサホルダを用い、前記金属プレートの上下に前記第１の伝熱部材および前記第２の伝熱部材を配置したことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサの保持構造。
【請求項８】
前記コンデンサは、前記電極端子形成側の反対側に防爆弁を備えた電解コンデンサであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のコンデンサの保持構造。
【請求項９】
前記第１の伝熱部材は、前記コンデンサの前記防爆弁の対向部に空間が形成されるように構成したことを特徴とする請求項８に記載のコンデンサの保持構造。
【請求項１０】
筒状のコンデンサ本体と、前記コンデンサ本体の一端側に設けられた一対の電極端子とを有するコンデンサの保持構造であって、
前記コンデンサの電極端子が半田付けされた回路基板と、
絶縁性熱伝導性樹脂を用い、前記コンデンサ本体の他端側に対向する部分およびねじ固定する部分において露出する熱伝導性の金属プレートをインサート成形して形成され、前記コンデンサを収納したコンデンサホルダと、
絶縁性熱伝導樹脂からなり前記コンデンサと前記コンデンサホルダの前記金属プレートとの間に配置された伝熱部材と、
熱伝導性材料で筒状に形成され、前記回路基板および前記コンデンサホルダを固定する筐体とを備え、
前記伝熱部材を前記コンデンサおよび前記コンデンサホルダの金属プレートに密着させるとともに前記コンデンサホルダの前記金属プレートを前記筐体に密着させて固定したことを特徴とするコンデンサの保持構造。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載のコンデンサの保持構造を有する電力変換装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、コンデンサの保持構造およびコンデンサ保持構造を有する電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車あるいはハイブリッド自動車のように、モータを駆動源の一つとする車両においては、商用の交流電源から直流電源に変換して高圧バッテリに充電する充電器、高圧バッテリの直流電源から補機用のバッテリの電圧（例えば１２Ｖ等）に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ、バッテリからの直流電力をモータへの交流電力に変換するインバータ等の電力変換装置を用いた電子機器が搭載されている。
これらの電子機器は、近年、電動化車両の燃費向上および車室空間の拡大を目的として、軽量化、小型化、低コスト化、電力の高効率化が求められており、これらを実現するためには、電子機器内に搭載される各構成部品の軽量化、小型化、低コスト化、高効率化が必要となる。
【０００３】
例えば、電子機器に組み込まれた電力変換装置においては、コンデンサが主に電力の貯蔵、出力電圧及び電流の平滑化の役割を任っているが、電力を貯蔵する際、コンデンサが発熱することになる。このコンデンサの発熱温度が高い場合、コンデンサの劣化が早まり、電力変換装置の寿命が短くなるため、複数個のコンデンサを並列または直列に配列し、１個当たりの発熱温度を小さくしている。
しかしながら、昨今、電力変換装置全体の小型化を目的とした半導体素子スイッチング周波数の高周波化に伴いコンデンサを流れる電流リップルも大きくなり、この電流リップルを平滑させるため、コンデンサの電気容量も増加させなければならない。
一方、コンデンサの容量を増加させると、コンデンサの個数、あるいはコンデンサ自身の体積が増加することになり、電力変換装置の小型化を目的としてスイッチング周波数を高周波化しているにも拘わらず、コンデンサの体積あるいは個数の増加が電力変換装置の小型化に支障を与える要因となっている。
【０００４】
したがって、コンデンサが発熱しても寿命を損ねることなく、体積あるいは配置個数の増加を抑えるため、コンデンサを冷却する冷却構造が必要となり、従来の電子機器においては、電子機器動作中に発熱するコンデンサを冷却させる方法が提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２９６９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のような従来のコンデンサ保持構造にあっては、コンデンサ自身の温度変化あるいは電子機器内部の温度変化によりコンデンサ保持機構におけるコンデンサの押さえ力が弱まりも強まりもすることになり、例えば、押さえ力が弱まれば、コンデンサの冷却能力が低下し、あるいは振動によるコンデンサの脱落が考えられ、他方、押さえ力が強まれば、コンデンサに機械的負荷がかかり、端子の破断若しくは半田付け部分のクラック発生が考えられる。
また、従来のコンデンサ保持構造では、コンデンサ周辺部品の絶縁が考慮されておらず、加えて、コンデンサ形状の寸法ばらつきが大きいことによる公差を吸収することができる機構がなく、端子の破断または半田クラックの発生が懸念されている。
【０００７】
本願は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、コンデンサの冷却性、絶縁性、耐振性を考慮したコンデンサの保持構造を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願に開示されるコンデンサの保持構造は、筒状のコンデンサ本体と、コンデンサ本体の一端側に設けられた一対の電極端子とを有するコンデンサの保持構造であって、コンデンサの電極端子が半田付けされた回路基板と、絶縁性熱伝導性樹脂を筒状に成形して形成され、コンデンサを収納したコンデンサホルダと、絶縁性熱伝導樹脂からなりコンデンサとコンデンサホルダとの間に配置された第１の伝熱部材と、熱伝導性材料で筒状に形成され、回路基板およびコンデンサホルダを固定する筐体と、絶縁性熱伝導樹脂からなりコンデンサホルダと筐体との間に配置された第２の伝熱部材とを備え、第１の伝熱部材および第２の伝熱部材をコンデンサ、コンデンサホルダおよび筐体にそれぞれ密着させて取り付けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本願に開示されるコンデンサの保持構造よれば、コンデンサとコンデンサホルダおよび筐体間に絶縁性熱伝導樹脂からなる伝熱部材を配置することによって、コンデンサを効率よく冷却することができ、この結果、コンデンサの発熱による劣化を抑え、コンデンサの寿命を延ばすことができる。また、コンデンサ容量を低減することが可能となり、コンデンサの必要個数を低減させることができ、ひいては電子機器の小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電力変換装置に用いられるコンデンサの外観形状を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１に係るコンデンサ保持構造の概要を示す断面図である。
【図３】実施の形態１に係るコンデンサ保持構造体の一部を示す斜視図である。
【図４】実施の形態１に係るコンデンサ保持構造体を展開して示す斜視図である。
【図５】実施の形態１に係るコンデンサ保持構造体の組み立て後の外観を示す斜視図である。
【図６】実施の形態２に係るコンデンサ保持構造体を展開して示す斜視図である。
【図７】実施の形態２に係るコンデンサ保持構造の概要を示す断面図である。
【図８】実施の形態３に係るコンデンサ保持構造の概要を示す断面図である。
【図９】実施の形態４に係るコンデンサ保持構造の概要を示す断面図である。
【図１０】実施の形態５に係るコンデンサ保持構造の概要を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、本願における実施の形態について図面を用いて説明する。なお、各図において、同一または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
図１（a）（ｂ）は、電力変換装置に用いられるコンデンサの外観形状を示す斜視図で、電力変換装置には、通常、アルミ電解コンデンサが用いられており、このコンデンサ１は、図１に示すように、円筒状に形成されたコンデンサ本体１ａと、コンデンサ本体１ａの一端側に設けられた一対の電極端子１ｂと、コンデンサ本体１ａの反対側に設けられた防爆弁１ｃとから構成されている。ここで、防爆弁１ｃは、コンデンサ１に規格以上の電圧が印加されると、内部圧力が上昇してコンデンサ本体１ａが破裂する恐れがあるため、この破裂の際、内部圧力を開放し、コンデンサ１の破裂による衝撃を軽減させるものである。なお、コンデンサ本体１ａの内部構造については、一般的なものであるため、その説明を省略する。
【００１２】
次に、このようなコンデンサ１を用いたコンデンサの保持構造について説明する
図２は、実施の形態１に係るコンデンサ保持構造の概要を示す断面図、図３は、図２におけるコンデンサ保持構造体の一部を示す斜視図、図４は、図２におけるコンデンサ保持構造体を展開して示す斜視図、図５は、図２におけるコンデンサ保持構造体の組み立て後の外観を示す斜視図である。
【００１３】
図において、コンデンサ保持構造体１００は、コンデンサ１の保持構造全体を指しており、筒状のコンデンサ１と、絶縁性熱伝導性を有するシリコン樹脂などの樹脂を筒状に成形して形成され、コンデンサ１を収納したコンデンサホルダ２と、絶縁性熱伝導性を有する樹脂シートからなりコンデンサ１とコンデンサホルダ２との間に配置された伝熱部材３と、図３に示すようにコンデンサ１の上方に設けられ、コンデンサ１の電極端子１ｂが半田付け固定された回路基板４と、アルミニウム等の熱伝導性材料で形成され、コンデンサホルダ２および回路基板４を固定用ねじ６によって固定する筒状の筐体５と、コンデンサホルダ２および筐体５間に挿入されたシリコン樹脂などの絶縁性熱伝導樹脂シートからなる伝熱部材７とから構成されている。
【００１４】
ここで、伝熱部材３および伝熱部材７は、図４に示すようにコンデンサ１における電極端子１ｂの反対側面の４箇所のコーナー部およびコンデンサホルダ２のコーナー部に装着されている。このような伝熱部材３および伝熱部材７を設けることによって、樹脂製である伝熱部材は、弾性を有しているため、コンデンサ１とコンデンサホルダ２間、コンデンサホルダ２と筐体５間に装着される際に押し付けられることにより伝熱性が向上し、かつ、耐振性も確保することができる。
【００１５】
さらに、コンデンサ１の電極端子１ｂおよび半田付け部分に過剰な応力をかけることがないため、電極端子１ｂの破断あるいは半田クラックの発生を防ぐことができ、したがって、振動あるいは衝撃が加わってもコンデンサ１を破損させることがない。また、シート状の伝熱部材３，７であれば、交換することができ、組立後の分解も可能であるため、電子機器生産上の歩留まりを向上させる効果もある。
【００１６】
加えて、コンデンサホルダ２によって、コンデンサ１の全体を覆うため、コンデンサ１と周囲の導電性部品との絶縁を維持させることができる利点も得られる。
なお、伝熱部材３の装着箇所は、４箇所に限定されるものでなく、また、一枚のリング状シートにより形成してもよい。また、伝熱部材３をコンデンサ１の下面のコーナー部にのみ装着することによって、コンデンサ１の防爆弁１ｃの対向部に空間を設け、防爆弁１ｃが破裂した際の衝撃を抑制させることも可能である。
【００１７】
以上のようなコンデンサ保持構造体１００を実装する手順について図３〜図５を用いて説明する。
まず、図３に示すように回路基板４の所定箇所に開けられたスルーホールに電力変換装置を構成するための５個のコンデンサ１における一対の電極端子１ｂをそれぞれ貫通させ、コンデンサ１の上面が回路基板４の実装面に接触するまで押し込んだ位置で電極端子１ｂを回路基板４の銅箔部に半田付け固定する。
【００１８】
次に、コンデンサホルダ２の底面に伝熱部材３を配置してコンデンサ１を上方から挿入して保持するとともに、筐体５の底面に第２の伝熱部材７を配置してコンデンサ１および回路基板４が組付けられたコンデンサホルダ２を挿入し、回路基板４およびコンデンサホルダ２を固定用ねじ６によって共締めして図５に示すようなコンデンサ保持構造体１００を完成する。
【００１９】
なお、コンデンサホルダ２は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）あるいはＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）あるいはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの熱伝導性が良好で絶縁性を有する樹脂を筒状に成形して構成されるとともに、固定用ねじ６の挿入箇所には金属製のブッシュ２ａがインサートされており、固定用ねじ６の締め付けによるコンデンサホルダ２の割れを防いでいる。また、回路基板４は、例えばエポキシ樹脂、銅あるいはアルミなどを用いて構成されている。
【００２０】
以上説明したように、実施の形態１によるコンデンサ保持構造体１００を電子機器に搭載すれば、電力変換装置の動作に伴って発熱するコンデンサ１を冷却させることができ、コンデンサ１の劣化を抑制して寿命を長くすることができる。この結果、電力変換装置におけるコンデンサ１の使用個数を低減させることも可能となり、電子機器の外形寸法を小さくさせる効果を期待することができる。また、コンデンサ１の個数または電気容量を低減することにより、電子機器のサイズ、コスト及び重量の低減、半田点数削減による生産性向上も期待することができる。
なお、伝熱部材３および伝熱部材７は、絶縁性熱伝導樹脂を予め断面Ｌ字状に成型したものを用いることもできる。
【００２１】
実施の形態２．
図６は、実施の形態２に係るコンデンサ保持構造展開して示す斜視図で、図７は、実施の形態２に係るコンデンサ保持構造の概要を示す断面図である。
この実施の形態２においては、電力変換装置を構成するコンデンサ１が近接して複数個（図では５個）並べられている場合、伝熱部材３および７を複数のコンデンサ１に対して一枚の絶縁性熱伝導樹脂シートで構成したもので、伝熱部材３は、コンデンサ１の外周側を覆うリング形状としている。
このように構成することによって、実施の形態１における効果に加え、伝熱部材３および伝熱部材７の取り扱いが容易となり、作業性を向上させることができる。
【００２２】
実施の形態３．
図８は、実施の形態３に係るコンデンサ保持構造の概要を示す断面図で、図において、
伝熱部材３および伝熱部材７は、それぞれ絶縁性熱伝導樹脂からなる半凝固状態の充填剤を充填することにより構成されている。
すなわち、半凝固状態の充填剤をコンデンサ１のコーナー部とコンデンサホルダ２との隙間およびコンデンサホルダ２のコーナー部と筐体５との隙間にそれぞれ充填し、コンデンサ１およびコンデンサホルダ２を押し付けることによってそれぞれの隙間を埋める伝熱部材として機能させるように構成している。
【００２３】
この場合、充填剤としては、充填時粘度が低いが、充填後に加熱あるいは湿気により硬化あるいは粘度が増加して、コンデンサ１とコンデンサホルダ２との隙間およびコンデンサホルダ２と筐体５との隙間に留まる二液室温硬化型の放熱性シリコン樹脂などの材料を用いることが好ましい。
【００２４】
このように構成することによって、上述の実施の形態における効果に加えて塗布された充填剤がコンデンサ１、コンデンサホルダ２、筐体５の寸法公差により形状を変えることができるため、コンデンサ１、コンデンサホルダ２および筐体５の寸法のばらつきを考慮する必要がなくなる利点がある。
【００２５】
また、図８に示すように、コンデンサホルダ２の底面に突出する環状の壁２ｂを設けることによって、半凝固状態の充填剤の充填位置を希望する部分に留まらせることができる。
ここで、壁２ｂの設置位置としては、円筒状のコンデンサ本体１ａにおける中心線をコンデンサホルダ２に投影した点を中心にコンデンサ１の外形円よりも小さい直径で描いた円周上とし、コンデンサ１に干渉しない高さまで設けている。
【００２６】
このような構成とすることによって、伝熱部材３を構成する充填剤の挿入位置を容易に定めることができ、生産性の向上を図ることができる。
【００２７】
実施の形態４．
図９は、実施の形態４に係るコンデンサ保持構造の概要を示す断面図である。
図において、コンデンサホルダ２は、その底面に円形の穴を有し、この穴を塞ぐように熱伝導性に優れた銅あるいはアルミニウム等の金属プレート９をインサート成型して構成されており、この金属プレート９の上下にリング状の伝熱部材３および平板上の伝熱部材７を配置したものである。
このように実施の形態１〜３における樹脂製のコンデンサホルダ２の底面を熱伝導率の大きい銅あるいはアルミニウムからなる金属プレート９に置き換えることによってコンデンサ１の熱を伝熱部材３、金属プレート９および伝熱部材７を介して筐体５に効率よく伝達させることができ、コンデンサ１の冷却性能を一層向上させることができる。
【００２８】
実施の形態５．
図１０は、実施の形態５に係るコンデンサ保持構造の概要を示す断面図である。
図において、銅あるいはアルミニウムからなる熱伝導性の金属プレート１０をコンデンサホルダ２の形状に沿って予め成形しておき、コンデンサホルダ２を樹脂成型する際に金属プレート１０をインサート成形し、一体化したものである。このとき、コンデンサホルダ２の底面に対向する部分および筐体５のねじ固定部に対向する部分において金属プレート１０が樹脂部分から露出するように成形している。
このようなコンデンサホルダ２を用い、筐体５の筒状内にコンデンサホルダ２を挿入するとともに、底面にリング状の伝熱部材３を配置し、この伝熱部材３上に回路基板４に取り付けられたコンデンサ１を配置した後、金属プレート１０、コンデンサホルダ２のブッシュ１ｄ部および回路基板４を固定用ねじ６により筐体５に共締めすることによってコンデンサ保持構造体１００が構成されることになる。
【００２９】
このように構成することによって、コンデンサ１に発生する熱は、リング状の伝熱部材３、熱伝導性の金属プレート１０を介して筐体５に伝達されることになり、しかも、金属プレート１０が筐体５に固定用ねじ６によって押さえ付けられているので、コンデンサ１の外周面と金属プレート１０、金属プレート１０と筐体５とをそれぞれ密着させることができ、安定した放熱経路を形成することができる。また、コンデンサホルダ２と筐体５との間に伝熱部材を設ける必要がなく、組み立て時の生産性を向上させることができる。
【００３０】
なお、上述の実施の形態においては、コンデンサホルダ２と回路基板４とを筐体５に固定用ねじ６により共締めするように構成したが、コンデンサホルダ２、回路基板４および筐体５を異なる位置で固定してもよい。また、コンデンサ１としてアルミ電解コンデンサでなく、例えばタンタルコンデンサ、フィルムコンデンサのようなコンデンサを用いて電力変換装置を構成する場合にも適用することが可能である。
【００３１】
さらに、本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００３２】
１：コンデンサ  、１a:コンデンサ本体、  １ｂ：電極端子、  １ｃ：防爆弁、
２：コンデンサホルダ、  ３：伝熱部材、  ４：回路基板、  ５：筐体、
６：固定用ねじ、  ７：伝熱部材、  ９、１０：金属プレート
【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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