ケースモールド型コンデンサ
【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。
【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。
【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】
【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】
【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
【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】
【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】
【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
【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。
【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。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2008−211000(P2008−211000A)
【公開日】平成20年9月11日(2008.9.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−46491(P2007−46491)
【出願日】平成19年2月27日(2007.2.27)
【出願人】(000005821)松下電器産業株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年9月11日(2008.9.11)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年2月27日(2007.2.27)
【出願人】(000005821)松下電器産業株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]