ケースモールド型コンデンサ
【課題】自動車用等に使用されるケースモールド型コンデンサに関し、素子内でＰ極／Ｎ極の半田付け部を結ぶ直線の周辺部分が局所的に高く発熱するという課題を解決し、耐熱性向上と高周波電流への適合性向上を目的とする。
【解決手段】Ｐ極／Ｎ極電極が両端に設けられた複数のコンデンサ１をバスバー２、３で接続し、これらをケース内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、個々のコンデンサ１におけるＰ極電極のバスバー２との接続部と、Ｎ極電極のバスバー３との接続部を非対称位置にした構成により、高周波電流が流れても、Ｐ極電極の半田付け部２ｃとＮ極電極の半田付け部３ｃを結ぶ直線を巻回軸に対し傾斜させたためにコンデンサ１内の多くの部分に電流が流れ易くなり、半田付け部２ｃと３ｃを直線で結ぶ周辺のみに電流が集中して発熱が高くなる現象を抑制できる。
【解決手段】Ｐ極／Ｎ極電極が両端に設けられた複数のコンデンサ１をバスバー２、３で接続し、これらをケース内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、個々のコンデンサ１におけるＰ極電極のバスバー２との接続部と、Ｎ極電極のバスバー３との接続部を非対称位置にした構成により、高周波電流が流れても、Ｐ極電極の半田付け部２ｃとＮ極電極の半田付け部３ｃを結ぶ直線を巻回軸に対し傾斜させたためにコンデンサ１内の多くの部分に電流が流れ易くなり、半田付け部２ｃと３ｃを直線で結ぶ周辺のみに電流が集中して発熱が高くなる現象を抑制できる。
【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】
そして、このようにＨＥＶ用として用いられる金属化フィルムコンデンサには、使用電圧の高耐電圧化、大電流化、大容量化等が強く要求されるため、バスバーによって並列接続した複数の金属化フィルムコンデンサをケース内に収納し、このケース内にモールド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、実用化されている。
【０００５】
図８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分解斜視図であり、図８において、１０は金属化フィルムコンデンサ（以下、コンデンサと呼ぶ）を示し、このコンデンサ１０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とし、上記金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向する状態で巻回し、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極とＮ極の一対の取り出し電極を夫々設けて構成されたものである。
【０００６】
１１はＰ極バスバー、１１ａはこのＰ極バスバー１１の一端に設けられた外部接続用のＰ極端子であり、このＰ極バスバー１１は上記コンデンサ１０を複数個密着して並べた状態で各コンデンサ１０の一方の端面に形成されたＰ極電極と夫々接合され、また、Ｐ極端子１１ａはこのコンデンサ１０の上方へ引き出され、後述するケース１３から表出するようにしているものである。
【０００７】
１２はＮ極バスバー、１２ａはこのＮ極バスバー１２の一端に設けられた外部接続用のＮ極端子であり、このＮ極バスバー１２も上記Ｐ極バスバー１１と同様に、上記コンデンサ１０を複数個密着して並べた状態で各コンデンサ１０の他方の端面に形成されたＮ極電極と夫々接合され、また、Ｎ極端子１２ａはこのコンデンサ１０の上方へ引き出され、後述するケース１３から表出するようにしており、これにより、複数個のコンデンサ１０がＰ極バスバー１１とＮ極バスバー１２により並列接続状態で連結されているものである。
【０００８】
１３は樹脂製のケース、１４はこのケース１３内に充填されたモールド樹脂であり、このモールド樹脂１４は上記Ｐ極バスバー１１とＮ極バスバー１２により並列接続されて連結された複数個のコンデンサ１０をケース１３内に樹脂モールドしたものである。
【０００９】
また、図９は上記複数個のコンデンサ１０をＰ極バスバー１１とＮ極バスバー１２により一体に接続することによって連結した構成を、より分かり易くするために簡略化して示したものであり、図８に示すように、一端に外部接続用のＰ極端子１１ａを設けたＰ極バスバー１１には枝状に分岐された複数の接合部１１ｂが設けられ、この接合部１１ｂを介してコンデンサ１０のＰ極電極（図８において上面側）と半田付け部１１ｃにより接合されているものである。
【００１０】
また、図９において底面側となるＮ極バスバー１２にも上面側のＰ極バスバー１１に設けられた枝状の接合部１１ｂと同様の枝状の接合部１２ｂ（図示せず）が上下方向に対称に複数設けられ、これらの図示しない枝状の接合部１２ｂを介して図示しない半田付け部１２ｃにより同様に接合されているものであり、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１０をモールド樹脂１４にてケース１３内にモールドしたことにより、機械的強度、耐熱性、耐水性に優れた高信頼性のケースモールド型コンデンサを提供することができるというものであった。
【００１１】
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２００４−１４６７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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、図示しない外部機器を介してケースモールド型コンデンサに電流を印加した際に、コンデンサ１０の両端面に夫々設けられたＰ極電極とＰ極バスバー１１に設けられた接合部１１ｂとを接合した半田付け部１１ｃと、同Ｎ極電極とＮ極バスバー１２に設けられた接合部１２ｂとを接合した半田付け部１２ｃとを直線で結んだ付近の発熱が、この半田付け部１１ｃと１２ｃとを直線で結んだ付近以外の部分の発熱と比べて大きくなると共に、Ｐ極端子１１ａ、Ｎ極端子１２ａに最も近いコンデンサ１０の発熱が他のコンデンサの発熱と比べて大きくなり易く、これにより特性劣化を引き起こし易いという課題があった。
【００１３】
このような課題は、通常のインバータのスイッチングでよく用いられる数ｋＨｚから数１０ｋＨｚの基本周波数の電流では、上記Ｐ極端子１１ａ、Ｐ極バスバー１１、半田付け部１１ｃを介して入力された電流はコンデンサ１０のＰ極電極全体に伝播し、コンデンサ１０の内部を略均一に通過してＮ極電極全体に伝播した後、半田付け部１２ｃを介してＮ極バスバー１２に流れるものであり、このようなケースモールド型コンデンサに接続された図示しない外部機器が基本周波数でスイッチング動作を行った際に、高調波や他の電子部品との共振等により、１００ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの高周波電流が流れる場合に顕著に現れるものである。
【００１４】
このような基本周波数を大幅に上回るような高周波電流が流れた際のコンデンサ１０における電流の流れは、上記半田付け部１１ｃと半田付け部１２ｃが一直線上に上下対称位置に設けられているために、コンデンサ素子内においても、表皮効果のために半田付け部１１ｃと半田付け部１２ｃとを結ぶ直線の周辺付近のみにしか電流が流れず、これにより、半田付け部１１ｃと１２ｃとを結ぶ直線の周辺付近のみが大きく発熱するというものである。
【００１５】
また、このような基本周波数を大幅に上回るような高周波電流が流れた際には、複数のコンデンサ１０が並列接続されていても、Ｐ極端子１１ａとＮ極端子１２ａに最も近く、インダクタンスが小さいコンデンサ１０に集中して電流が流れるため、Ｐ極端子１１ａとＮ極端子１２ａに近接するコンデンサ１０の発熱が更に高くなるということもあった。
【００１６】
また、このような現象を詳細に確認したところ、１００ｋＨｚ以上の高周波の電流となると表皮効果の影響が強く、単一素子で見るとメタリコン電極への半田付け箇所によって発熱の影響が異なることが分かった。更にその影響は、外部機器と接続するＰ極端子１１ａとＮ極端子１２ａに最も近い素子が特に影響を受け易いことも確認できた。
【００１７】
本発明はこのような従来の課題を解決し、基本周波数を大幅に上回るような高周波電流が流れた場合でも、コンデンサの特定部分のみが局所的に高く発熱したり、外部端子に近接するコンデンサのみが高く発熱したりすることを抑制し、優れた耐熱性を発揮し、高周波電流にも適合することができる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】
【００１８】
上記課題を解決するために本発明は、Ｐ極電極とＮ極電極が夫々両端面に設けられた複数の素子を外部接続用の端子を一端に設けたバスバーで接続し、これらをケース内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、個々の素子におけるＰ極電極のバスバーとの接続部と、Ｎ極電極のバスバーとの接続部が非対称位置になるようにした構成のものである。
【発明の効果】
【００１９】
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、個々の素子におけるＰ極電極の半田付け部とＮ極電極の半田付け部が非対称位置になるようにした構成により、基本周波数を大幅に上回るような高周波電流が流れた場合でも、対称位置に半田付け部を設けた場合よりも素子内に均一に電流が流れ、発熱集中を避けることができるという効果が得られる。
【００２０】
これは、一方のメタリコン電極に形成された半田付け部から他方のメタリコン電極に形成された半田付け部に電流が流れるためには、金属蒸着電極よりも電気抵抗が低い一方のメタリコン電極面上で他方のメタリコン電極面の半田付け部の方向に広く電流が流れた後に金属蒸着電極に電流が流れ込むため、これにより素子内で局所的に電流が集中して発熱が高くなるという現象を抑制することができるという効果が得られるものであり、このような効果は、特に高周波電流が集中し易いＰ極／Ｎ極端子近傍の素子に適用することにより、より大きな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】
【００２１】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１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。
【００２２】
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樹脂モールド前の斜視図、図２は図１の平面図、図３は図１の分解斜視図であり、図１〜図３において、１は金属化フィルムコンデンサ（以下、コンデンサと呼ぶ）であり、このコンデンサ１は夫々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とし、上記金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向する状態で巻回し、両端面に亜鉛を溶射したメタリコン電極を夫々形成することによってＰ極電極（図１において上面側）とＮ極電極（図１において底面側）の一対の取り出し電極を設けて構成されたものであり、このように構成されたコンデンサ１を２列に、各２個併設したものである（なお、コンデンサ１の個数はこれに限定されるものではない）。
【００２３】
２はＰ極バスバー、２ａはこのＰ極バスバー２の一端に設けられて上方へ引き出された外部接続用のＰ極端子、２ｂはこのＰ極バスバー２から枝状に複数に分岐されて半田付け部２ｃで各コンデンサ１のＰ極電極と夫々半田付けされる接合部である。
【００２４】
３はＮ極バスバー、３ａはこのＮ極バスバー３の一端に設けられて上方へ引き出された外部接続用のＮ極端子、３ｂはこのＮ極バスバー３から枝状に複数に分岐されて半田付け部３ｃで各コンデンサ１のＮ極電極と夫々半田付けされる接合部であり、この接合部３ｂならびに半田付け部３ｃは上記Ｐ極バスバー２に設けられた接合部２ｂならびに半田付け部２ｃと上下方向で非対称位置になるように、すなわち、コンデンサ１の巻回軸に対して傾斜した線で結ばれるように設けられているものである。
【００２５】
そして、このようにＰ極バスバー２、Ｎ極バスバー３により一体に連結された複数個のコンデンサ１を図示しないケースに収容した後、このケース内に図示しない絶縁性のモールド樹脂を充填することによって本実施の形態によるケースモールド型コンデンサが構成され、上記図示しないモールド樹脂から表出したＰ極端子２ａとＮ極端子３ａを介して図示しない外部機器に接続するようにしたものである。
【００２６】
なお、本実施の形態においては、誘電体フィルムとして厚みが３μｍのポリプロピレンフィルムを用いた。また、コンデンサ１は１００μＦの静電容量を有し、このコンデンサ１が４個並列接続されているために４００μＦのコンデンサとなっているものである。
【００２７】
このように構成された本実施の形態によるケースモールド型コンデンサは、個々のコンデンサ１におけるＰ極電極の半田付け部２ｃとＮ極電極の半田付け部３ｃが非対称位置になるようにした構成により、基本周波数を大幅に上回るような高周波電流が流れた場合でも、対称位置に半田付け部を設けた場合よりも、個々のコンデンサ１のＰ極電極の半田付け部２ｃからＰ極電極のメタリコン面上を反対側となるＮ極電極の半田付け部３ｃの方向に広く電流が流れ易くなるため、巻回した金属化フィルム内にも広く電流が流れる。Ｎ極電極のメタリコン面の半田付け部３ｃから見た場合においても、同様のメカニズムで素子内に広く電流が流れる。
【００２８】
この電流が流れる際に、半田付け部２ｃと半田付け部３ｃはコンデンサ１の巻回軸に対して傾斜した線で結ばれているために、表皮効果の影響があっても、コンデンサ１の内部の多くの部分に電流が流れるようになり、これにより、半田付け部２ｃと３ｃを結ぶ直線付近の周辺のみに電流が集中して発熱が高くなるという現象を抑制することができるという格別の効果を奏するものである。
【００２９】
更に、このような効果により、Ｐ極端子２ａとＮ極端子３ａに近接するコンデンサ１の発熱が高くなるという現象も抑制されるという格別の効果も奏し、耐熱性に優れ、かつ、高周波電流に適合することができるケースモールド型コンデンサを実現することができるようになるものである。
【００３０】
なお、このように構成された本実施の形態によるケースモールド型コンデンサの耐熱性を評価した結果を比較例としての従来品と比較して（表１）に示す。
【００３１】
なお、評価方法としては、３００ｋＨｚの正弦波リプル電流３０Ａｒｍｓを通電した際のＰ極電極に最も近いコンデンサの中心位置（巻芯内）と、偏平部表面位置の温度上昇を測定したものであり、素子中心の温度測定は、素子の巻芯内に熱電対を挿入して測定し、また、偏平部表面の温度測定は、熱電対を素子の偏平部の表面に貼り付けて測定した。
【００３２】
また、比較例としての従来品の構成は、図７の斜視図にその詳細を示すように、半田付け部を対称位置に設けた以外は実施の形態１と同様にして作製したものである。
【００３３】
図７において、６はＰ極バスバー、６ａはこのＰ極バスバー６の一端に設けられて上方へ引き出された外部接続用のＰ極端子、６ｂはこのＰ極バスバー６から枝状に複数に分岐されて半田付け部６ｃで各コンデンサ１のＰ極電極と夫々半田付けされる接合部である。
【００３４】
７はＮ極バスバー、７ａはこのＮ極バスバー７の一端に設けられて上方へ引き出された外部接続用のＮ極端子、７ｂはこのＮ極バスバー７から枝状に複数に分岐されて半田付け部７ｃで各コンデンサ１のＮ極電極と夫々半田付けされる接合部であり、この接合部７ｂならびに半田付け部７ｃは上記Ｐ極バスバー６に設けられた接合部６ｂならびに半田付け部６ｃと上下方向で対称位置になるように、すなわち、コンデンサ１の巻回軸に対して平行に最短距離の直線で結ばれるように設けられているものである。
【００３５】
【表１】
【００３６】
（表１）から明らかなように、本実施の形態によるケースモールド型コンデンサは、個々の素子におけるＰ極電極の半田付け部とＮ極電極の半田付け部が非対称位置になるようにした構成により、素子中心の温度上昇が比較例よりも６Ｋ小さく、なおかつ、偏平部表面との温度差も小さいことが分かる。これは、３００ｋＨｚという高周波の電流であっても、コンデンサの素子中心部の局所的な発熱を低減させることが可能になったことを意味しているものである。
【００３７】
また、比較例は半田付け部が対称位置であるために、表皮効果の影響をまともに受けてメタリコン電極面には殆ど電流が流れず、半田付け部６ｃと７ｃを直線で結んだ周辺のみに発熱が極端に集中するため、半田付け部６ｃと７ｃの近くに位置するコンデンサの素子中心の温度上昇が実施の形態１よりも高くなっているものである。
【００３８】
なお、本実施の形態においては、図１〜図３に示すような非対称位置の半田付け位置を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、素子の巻回軸に対して非対称位置になっているものであれば同様の効果を発揮することができるものである。
【００３９】
また、本実施の形態においては、１つのメタリコン電極面に２点の半田付けを行う２点
半田を例にして説明したが、本発明は２点に限定されるものではない。
【００４０】
さらに、本発明は、特に、外部機器に接続するＰ極／Ｎ極端子に近い素子に対してこのような半田付け位置を適用するのが有効であり、言い換えれば、Ｐ極／Ｎ極端子から遠い素子には高周波電流が流れ難いために、半田付け位置を非対称にしなくても影響は少ないものである。従って、バスバーを作製する材料の歩留まりを考えると、Ｐ極／Ｎ極端子に近い素子には半田付け部を非対称に設け、Ｐ極／Ｎ極端子から遠い素子には半田付け部を対称位置に設けるような組み合わせを行うことも可能であり、これによりコスト面での効果が大きくなるものである。
【００４１】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２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。
【００４２】
本実施の形態は、上記実施の形態１で図１〜図３を用いて説明したケースモールド型コンデンサに使用されるＰ極バスバーとＮ極バスバーの構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。
【００４３】
図４は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樹脂モールド前の斜視図、図５は図４の平面図、図６は図４の分解斜視図であり、図４〜図６において、１は上記実施の形態１と同様に形成されたコンデンサである。
【００４４】
４はＰ極バスバー、４ａはこのＰ極バスバー４の一端に設けられて上方へ引き出された外部接続用のＰ極端子、４ｂはこのＰ極バスバー４から枝状に複数に分岐されて半田付け部４ｃで各コンデンサ１のＰ極電極と夫々半田付けされる接合部である。
【００４５】
５はＮ極バスバー、５ａはこのＮ極バスバー５の一端に設けられて上方へ引き出された外部接続用のＮ極端子、５ｂはこのＮ極バスバー５から枝状に複数に分岐されて半田付け部５ｃで各コンデンサ１のＮ極電極と夫々半田付けされる接合部であり、この接合部５ｂならびに半田付け部５ｃは上記Ｐ極バスバー４に設けられた接合部４ｂならびに半田付け部４ｃと上下方向で非対称位置になるように、すなわち、コンデンサ１の巻回軸に対して傾斜した線で結ばれるように設けられているものである。
【００４６】
そして、このようにＰ極バスバー４、Ｎ極バスバー５により一体に連結された複数個のコンデンサ１を図示しないケースに収容した後、このケース内に図示しない絶縁性のモールド樹脂を充填することによって本実施の形態によるケースモールド型コンデンサが構成され、上記図示しないモールド樹脂から表出したＰ極端子４ａとＮ極端子５ａを介して図示しない外部機器に接続するようにしたものである。
【００４７】
このように構成された本実施の形態によるケースモールド型コンデンサの耐熱性を評価した結果を上記（表１）に併せて記載する。
【００４８】
（表１）から明らかなように、本実施の形態によるケースモールド型コンデンサは、個々の素子におけるＰ極電極の半田付け部とＮ極電極の半田付け部が非対称位置になるようにした構成により、素子中心の温度上昇が比較例よりも５Ｋ小さく、なおかつ、偏平部表面との温度差も小さいことが分かる。これは、３００ｋＨｚという高周波の電流であっても、コンデンサの素子中心部の局所的な発熱を低減させることが可能になったことを意味しているものである。
【００４９】
また、比較例は半田付け部が対称位置であるために、表皮効果の影響をまともに受けてメタリコン電極面には殆ど電流が流れず、半田付け部６ｃと７ｃを直線で結んだ周辺のみに発熱が極端に集中するため、半田付け部６ｃと７ｃの近くに位置するコンデンサの素子中心の温度上昇が実施の形態１よりも高くなっているものである。
【００５０】
このように構成された本実施の形態によるケースモールド型コンデンサは、上記実施の形態１によるケースモールド型コンデンサと同様に、基本周波数を大幅に上回るような高周波電流が流れた場合でも、個々のコンデンサ１のＰ極電極の半田付け部４ｃからメタリコン電極面上を広く電流が流れた後、巻回された金属化フィルム内に広く電流が供給され、Ｎ極側のメタリコン電極面を介してＮ極電極の半田付け部５ｃへと電流が流れるようになる。すなわち、この電流が流れる際に、半田付け部４ｃと半田付け部５ｃはコンデンサ１の巻回軸に対して傾斜した線で結ばれているためにコンデンサ１の内部の多くの部分に電流が流れるようになり、これにより半田付け部４ｃと５ｃを結んだ直線の周辺のみに電流が集中して発熱が高くなるという現象を抑制し、更に、Ｐ極端子４ａとＮ極端子５ａに近接するコンデンサ１の発熱が高くなるという現象も抑制することができるという格別の効果を奏し、耐熱性に優れ、高周波電流に適合することが可能なケースモールド型コンデンサを実現することができるようになるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明によるケースモールド型コンデンサは、コンデンサの特定部分が局所的に高く発熱したり、外部接続用の端子に近接したコンデンサのみが高く発熱したりすることが無く、優れた耐熱性を発揮することができるという効果を有し、特にハイブリッド自動車等の自動車用分野のコンデンサ等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】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樹脂モールド前の斜視図
【図２】図１の平面図
【図３】図１の分解斜視図
【図４】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樹脂モールド前の斜視図
【図５】図４の平面図
【図６】図４の分解斜視図
【図７】比較例によるケースモールド型コンデンサの構成を示した樹脂モールド前の斜視図
【図８】従来の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９】従来のケースモールド型コンデンサの構成を簡略化して示した平面図
【符号の説明】
【００５３】
１ コンデンサ
２、４ Ｐ極バスバー
２ａ、４ａ Ｐ極端子
２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ 接合部
２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃ 半田付け部
３、５ Ｎ極バスバー
３ａ、５ａ Ｎ極端子
【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】
そして、このようにＨＥＶ用として用いられる金属化フィルムコンデンサには、使用電圧の高耐電圧化、大電流化、大容量化等が強く要求されるため、バスバーによって並列接続した複数の金属化フィルムコンデンサをケース内に収納し、このケース内にモールド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、実用化されている。
【０００５】
図８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分解斜視図であり、図８において、１０は金属化フィルムコンデンサ（以下、コンデンサと呼ぶ）を示し、このコンデンサ１０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とし、上記金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向する状態で巻回し、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極とＮ極の一対の取り出し電極を夫々設けて構成されたものである。
【０００６】
１１はＰ極バスバー、１１ａはこのＰ極バスバー１１の一端に設けられた外部接続用のＰ極端子であり、このＰ極バスバー１１は上記コンデンサ１０を複数個密着して並べた状態で各コンデンサ１０の一方の端面に形成されたＰ極電極と夫々接合され、また、Ｐ極端子１１ａはこのコンデンサ１０の上方へ引き出され、後述するケース１３から表出するようにしているものである。
【０００７】
１２はＮ極バスバー、１２ａはこのＮ極バスバー１２の一端に設けられた外部接続用のＮ極端子であり、このＮ極バスバー１２も上記Ｐ極バスバー１１と同様に、上記コンデンサ１０を複数個密着して並べた状態で各コンデンサ１０の他方の端面に形成されたＮ極電極と夫々接合され、また、Ｎ極端子１２ａはこのコンデンサ１０の上方へ引き出され、後述するケース１３から表出するようにしており、これにより、複数個のコンデンサ１０がＰ極バスバー１１とＮ極バスバー１２により並列接続状態で連結されているものである。
【０００８】
１３は樹脂製のケース、１４はこのケース１３内に充填されたモールド樹脂であり、このモールド樹脂１４は上記Ｐ極バスバー１１とＮ極バスバー１２により並列接続されて連結された複数個のコンデンサ１０をケース１３内に樹脂モールドしたものである。
【０００９】
また、図９は上記複数個のコンデンサ１０をＰ極バスバー１１とＮ極バスバー１２により一体に接続することによって連結した構成を、より分かり易くするために簡略化して示したものであり、図８に示すように、一端に外部接続用のＰ極端子１１ａを設けたＰ極バスバー１１には枝状に分岐された複数の接合部１１ｂが設けられ、この接合部１１ｂを介してコンデンサ１０のＰ極電極（図８において上面側）と半田付け部１１ｃにより接合されているものである。
【００１０】
また、図９において底面側となるＮ極バスバー１２にも上面側のＰ極バスバー１１に設けられた枝状の接合部１１ｂと同様の枝状の接合部１２ｂ（図示せず）が上下方向に対称に複数設けられ、これらの図示しない枝状の接合部１２ｂを介して図示しない半田付け部１２ｃにより同様に接合されているものであり、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１０をモールド樹脂１４にてケース１３内にモールドしたことにより、機械的強度、耐熱性、耐水性に優れた高信頼性のケースモールド型コンデンサを提供することができるというものであった。
【００１１】
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２００４−１４６７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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、図示しない外部機器を介してケースモールド型コンデンサに電流を印加した際に、コンデンサ１０の両端面に夫々設けられたＰ極電極とＰ極バスバー１１に設けられた接合部１１ｂとを接合した半田付け部１１ｃと、同Ｎ極電極とＮ極バスバー１２に設けられた接合部１２ｂとを接合した半田付け部１２ｃとを直線で結んだ付近の発熱が、この半田付け部１１ｃと１２ｃとを直線で結んだ付近以外の部分の発熱と比べて大きくなると共に、Ｐ極端子１１ａ、Ｎ極端子１２ａに最も近いコンデンサ１０の発熱が他のコンデンサの発熱と比べて大きくなり易く、これにより特性劣化を引き起こし易いという課題があった。
【００１３】
このような課題は、通常のインバータのスイッチングでよく用いられる数ｋＨｚから数１０ｋＨｚの基本周波数の電流では、上記Ｐ極端子１１ａ、Ｐ極バスバー１１、半田付け部１１ｃを介して入力された電流はコンデンサ１０のＰ極電極全体に伝播し、コンデンサ１０の内部を略均一に通過してＮ極電極全体に伝播した後、半田付け部１２ｃを介してＮ極バスバー１２に流れるものであり、このようなケースモールド型コンデンサに接続された図示しない外部機器が基本周波数でスイッチング動作を行った際に、高調波や他の電子部品との共振等により、１００ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの高周波電流が流れる場合に顕著に現れるものである。
【００１４】
このような基本周波数を大幅に上回るような高周波電流が流れた際のコンデンサ１０における電流の流れは、上記半田付け部１１ｃと半田付け部１２ｃが一直線上に上下対称位置に設けられているために、コンデンサ素子内においても、表皮効果のために半田付け部１１ｃと半田付け部１２ｃとを結ぶ直線の周辺付近のみにしか電流が流れず、これにより、半田付け部１１ｃと１２ｃとを結ぶ直線の周辺付近のみが大きく発熱するというものである。
【００１５】
また、このような基本周波数を大幅に上回るような高周波電流が流れた際には、複数のコンデンサ１０が並列接続されていても、Ｐ極端子１１ａとＮ極端子１２ａに最も近く、インダクタンスが小さいコンデンサ１０に集中して電流が流れるため、Ｐ極端子１１ａとＮ極端子１２ａに近接するコンデンサ１０の発熱が更に高くなるということもあった。
【００１６】
また、このような現象を詳細に確認したところ、１００ｋＨｚ以上の高周波の電流となると表皮効果の影響が強く、単一素子で見るとメタリコン電極への半田付け箇所によって発熱の影響が異なることが分かった。更にその影響は、外部機器と接続するＰ極端子１１ａとＮ極端子１２ａに最も近い素子が特に影響を受け易いことも確認できた。
【００１７】
本発明はこのような従来の課題を解決し、基本周波数を大幅に上回るような高周波電流が流れた場合でも、コンデンサの特定部分のみが局所的に高く発熱したり、外部端子に近接するコンデンサのみが高く発熱したりすることを抑制し、優れた耐熱性を発揮し、高周波電流にも適合することができる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】
【００１８】
上記課題を解決するために本発明は、Ｐ極電極とＮ極電極が夫々両端面に設けられた複数の素子を外部接続用の端子を一端に設けたバスバーで接続し、これらをケース内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、個々の素子におけるＰ極電極のバスバーとの接続部と、Ｎ極電極のバスバーとの接続部が非対称位置になるようにした構成のものである。
【発明の効果】
【００１９】
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、個々の素子におけるＰ極電極の半田付け部とＮ極電極の半田付け部が非対称位置になるようにした構成により、基本周波数を大幅に上回るような高周波電流が流れた場合でも、対称位置に半田付け部を設けた場合よりも素子内に均一に電流が流れ、発熱集中を避けることができるという効果が得られる。
【００２０】
これは、一方のメタリコン電極に形成された半田付け部から他方のメタリコン電極に形成された半田付け部に電流が流れるためには、金属蒸着電極よりも電気抵抗が低い一方のメタリコン電極面上で他方のメタリコン電極面の半田付け部の方向に広く電流が流れた後に金属蒸着電極に電流が流れ込むため、これにより素子内で局所的に電流が集中して発熱が高くなるという現象を抑制することができるという効果が得られるものであり、このような効果は、特に高周波電流が集中し易いＰ極／Ｎ極端子近傍の素子に適用することにより、より大きな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】
【００２１】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１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。
【００２２】
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樹脂モールド前の斜視図、図２は図１の平面図、図３は図１の分解斜視図であり、図１〜図３において、１は金属化フィルムコンデンサ（以下、コンデンサと呼ぶ）であり、このコンデンサ１は夫々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とし、上記金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向する状態で巻回し、両端面に亜鉛を溶射したメタリコン電極を夫々形成することによってＰ極電極（図１において上面側）とＮ極電極（図１において底面側）の一対の取り出し電極を設けて構成されたものであり、このように構成されたコンデンサ１を２列に、各２個併設したものである（なお、コンデンサ１の個数はこれに限定されるものではない）。
【００２３】
２はＰ極バスバー、２ａはこのＰ極バスバー２の一端に設けられて上方へ引き出された外部接続用のＰ極端子、２ｂはこのＰ極バスバー２から枝状に複数に分岐されて半田付け部２ｃで各コンデンサ１のＰ極電極と夫々半田付けされる接合部である。
【００２４】
３はＮ極バスバー、３ａはこのＮ極バスバー３の一端に設けられて上方へ引き出された外部接続用のＮ極端子、３ｂはこのＮ極バスバー３から枝状に複数に分岐されて半田付け部３ｃで各コンデンサ１のＮ極電極と夫々半田付けされる接合部であり、この接合部３ｂならびに半田付け部３ｃは上記Ｐ極バスバー２に設けられた接合部２ｂならびに半田付け部２ｃと上下方向で非対称位置になるように、すなわち、コンデンサ１の巻回軸に対して傾斜した線で結ばれるように設けられているものである。
【００２５】
そして、このようにＰ極バスバー２、Ｎ極バスバー３により一体に連結された複数個のコンデンサ１を図示しないケースに収容した後、このケース内に図示しない絶縁性のモールド樹脂を充填することによって本実施の形態によるケースモールド型コンデンサが構成され、上記図示しないモールド樹脂から表出したＰ極端子２ａとＮ極端子３ａを介して図示しない外部機器に接続するようにしたものである。
【００２６】
なお、本実施の形態においては、誘電体フィルムとして厚みが３μｍのポリプロピレンフィルムを用いた。また、コンデンサ１は１００μＦの静電容量を有し、このコンデンサ１が４個並列接続されているために４００μＦのコンデンサとなっているものである。
【００２７】
このように構成された本実施の形態によるケースモールド型コンデンサは、個々のコンデンサ１におけるＰ極電極の半田付け部２ｃとＮ極電極の半田付け部３ｃが非対称位置になるようにした構成により、基本周波数を大幅に上回るような高周波電流が流れた場合でも、対称位置に半田付け部を設けた場合よりも、個々のコンデンサ１のＰ極電極の半田付け部２ｃからＰ極電極のメタリコン面上を反対側となるＮ極電極の半田付け部３ｃの方向に広く電流が流れ易くなるため、巻回した金属化フィルム内にも広く電流が流れる。Ｎ極電極のメタリコン面の半田付け部３ｃから見た場合においても、同様のメカニズムで素子内に広く電流が流れる。
【００２８】
この電流が流れる際に、半田付け部２ｃと半田付け部３ｃはコンデンサ１の巻回軸に対して傾斜した線で結ばれているために、表皮効果の影響があっても、コンデンサ１の内部の多くの部分に電流が流れるようになり、これにより、半田付け部２ｃと３ｃを結ぶ直線付近の周辺のみに電流が集中して発熱が高くなるという現象を抑制することができるという格別の効果を奏するものである。
【００２９】
更に、このような効果により、Ｐ極端子２ａとＮ極端子３ａに近接するコンデンサ１の発熱が高くなるという現象も抑制されるという格別の効果も奏し、耐熱性に優れ、かつ、高周波電流に適合することができるケースモールド型コンデンサを実現することができるようになるものである。
【００３０】
なお、このように構成された本実施の形態によるケースモールド型コンデンサの耐熱性を評価した結果を比較例としての従来品と比較して（表１）に示す。
【００３１】
なお、評価方法としては、３００ｋＨｚの正弦波リプル電流３０Ａｒｍｓを通電した際のＰ極電極に最も近いコンデンサの中心位置（巻芯内）と、偏平部表面位置の温度上昇を測定したものであり、素子中心の温度測定は、素子の巻芯内に熱電対を挿入して測定し、また、偏平部表面の温度測定は、熱電対を素子の偏平部の表面に貼り付けて測定した。
【００３２】
また、比較例としての従来品の構成は、図７の斜視図にその詳細を示すように、半田付け部を対称位置に設けた以外は実施の形態１と同様にして作製したものである。
【００３３】
図７において、６はＰ極バスバー、６ａはこのＰ極バスバー６の一端に設けられて上方へ引き出された外部接続用のＰ極端子、６ｂはこのＰ極バスバー６から枝状に複数に分岐されて半田付け部６ｃで各コンデンサ１のＰ極電極と夫々半田付けされる接合部である。
【００３４】
７はＮ極バスバー、７ａはこのＮ極バスバー７の一端に設けられて上方へ引き出された外部接続用のＮ極端子、７ｂはこのＮ極バスバー７から枝状に複数に分岐されて半田付け部７ｃで各コンデンサ１のＮ極電極と夫々半田付けされる接合部であり、この接合部７ｂならびに半田付け部７ｃは上記Ｐ極バスバー６に設けられた接合部６ｂならびに半田付け部６ｃと上下方向で対称位置になるように、すなわち、コンデンサ１の巻回軸に対して平行に最短距離の直線で結ばれるように設けられているものである。
【００３５】
【表１】
【００３６】
（表１）から明らかなように、本実施の形態によるケースモールド型コンデンサは、個々の素子におけるＰ極電極の半田付け部とＮ極電極の半田付け部が非対称位置になるようにした構成により、素子中心の温度上昇が比較例よりも６Ｋ小さく、なおかつ、偏平部表面との温度差も小さいことが分かる。これは、３００ｋＨｚという高周波の電流であっても、コンデンサの素子中心部の局所的な発熱を低減させることが可能になったことを意味しているものである。
【００３７】
また、比較例は半田付け部が対称位置であるために、表皮効果の影響をまともに受けてメタリコン電極面には殆ど電流が流れず、半田付け部６ｃと７ｃを直線で結んだ周辺のみに発熱が極端に集中するため、半田付け部６ｃと７ｃの近くに位置するコンデンサの素子中心の温度上昇が実施の形態１よりも高くなっているものである。
【００３８】
なお、本実施の形態においては、図１〜図３に示すような非対称位置の半田付け位置を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、素子の巻回軸に対して非対称位置になっているものであれば同様の効果を発揮することができるものである。
【００３９】
また、本実施の形態においては、１つのメタリコン電極面に２点の半田付けを行う２点
半田を例にして説明したが、本発明は２点に限定されるものではない。
【００４０】
さらに、本発明は、特に、外部機器に接続するＰ極／Ｎ極端子に近い素子に対してこのような半田付け位置を適用するのが有効であり、言い換えれば、Ｐ極／Ｎ極端子から遠い素子には高周波電流が流れ難いために、半田付け位置を非対称にしなくても影響は少ないものである。従って、バスバーを作製する材料の歩留まりを考えると、Ｐ極／Ｎ極端子に近い素子には半田付け部を非対称に設け、Ｐ極／Ｎ極端子から遠い素子には半田付け部を対称位置に設けるような組み合わせを行うことも可能であり、これによりコスト面での効果が大きくなるものである。
【００４１】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２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。
【００４２】
本実施の形態は、上記実施の形態１で図１〜図３を用いて説明したケースモールド型コンデンサに使用されるＰ極バスバーとＮ極バスバーの構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。
【００４３】
図４は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樹脂モールド前の斜視図、図５は図４の平面図、図６は図４の分解斜視図であり、図４〜図６において、１は上記実施の形態１と同様に形成されたコンデンサである。
【００４４】
４はＰ極バスバー、４ａはこのＰ極バスバー４の一端に設けられて上方へ引き出された外部接続用のＰ極端子、４ｂはこのＰ極バスバー４から枝状に複数に分岐されて半田付け部４ｃで各コンデンサ１のＰ極電極と夫々半田付けされる接合部である。
【００４５】
５はＮ極バスバー、５ａはこのＮ極バスバー５の一端に設けられて上方へ引き出された外部接続用のＮ極端子、５ｂはこのＮ極バスバー５から枝状に複数に分岐されて半田付け部５ｃで各コンデンサ１のＮ極電極と夫々半田付けされる接合部であり、この接合部５ｂならびに半田付け部５ｃは上記Ｐ極バスバー４に設けられた接合部４ｂならびに半田付け部４ｃと上下方向で非対称位置になるように、すなわち、コンデンサ１の巻回軸に対して傾斜した線で結ばれるように設けられているものである。
【００４６】
そして、このようにＰ極バスバー４、Ｎ極バスバー５により一体に連結された複数個のコンデンサ１を図示しないケースに収容した後、このケース内に図示しない絶縁性のモールド樹脂を充填することによって本実施の形態によるケースモールド型コンデンサが構成され、上記図示しないモールド樹脂から表出したＰ極端子４ａとＮ極端子５ａを介して図示しない外部機器に接続するようにしたものである。
【００４７】
このように構成された本実施の形態によるケースモールド型コンデンサの耐熱性を評価した結果を上記（表１）に併せて記載する。
【００４８】
（表１）から明らかなように、本実施の形態によるケースモールド型コンデンサは、個々の素子におけるＰ極電極の半田付け部とＮ極電極の半田付け部が非対称位置になるようにした構成により、素子中心の温度上昇が比較例よりも５Ｋ小さく、なおかつ、偏平部表面との温度差も小さいことが分かる。これは、３００ｋＨｚという高周波の電流であっても、コンデンサの素子中心部の局所的な発熱を低減させることが可能になったことを意味しているものである。
【００４９】
また、比較例は半田付け部が対称位置であるために、表皮効果の影響をまともに受けてメタリコン電極面には殆ど電流が流れず、半田付け部６ｃと７ｃを直線で結んだ周辺のみに発熱が極端に集中するため、半田付け部６ｃと７ｃの近くに位置するコンデンサの素子中心の温度上昇が実施の形態１よりも高くなっているものである。
【００５０】
このように構成された本実施の形態によるケースモールド型コンデンサは、上記実施の形態１によるケースモールド型コンデンサと同様に、基本周波数を大幅に上回るような高周波電流が流れた場合でも、個々のコンデンサ１のＰ極電極の半田付け部４ｃからメタリコン電極面上を広く電流が流れた後、巻回された金属化フィルム内に広く電流が供給され、Ｎ極側のメタリコン電極面を介してＮ極電極の半田付け部５ｃへと電流が流れるようになる。すなわち、この電流が流れる際に、半田付け部４ｃと半田付け部５ｃはコンデンサ１の巻回軸に対して傾斜した線で結ばれているためにコンデンサ１の内部の多くの部分に電流が流れるようになり、これにより半田付け部４ｃと５ｃを結んだ直線の周辺のみに電流が集中して発熱が高くなるという現象を抑制し、更に、Ｐ極端子４ａとＮ極端子５ａに近接するコンデンサ１の発熱が高くなるという現象も抑制することができるという格別の効果を奏し、耐熱性に優れ、高周波電流に適合することが可能なケースモールド型コンデンサを実現することができるようになるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明によるケースモールド型コンデンサは、コンデンサの特定部分が局所的に高く発熱したり、外部接続用の端子に近接したコンデンサのみが高く発熱したりすることが無く、優れた耐熱性を発揮することができるという効果を有し、特にハイブリッド自動車等の自動車用分野のコンデンサ等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】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樹脂モールド前の斜視図
【図２】図１の平面図
【図３】図１の分解斜視図
【図４】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樹脂モールド前の斜視図
【図５】図４の平面図
【図６】図４の分解斜視図
【図７】比較例によるケースモールド型コンデンサの構成を示した樹脂モールド前の斜視図
【図８】従来の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９】従来のケースモールド型コンデンサの構成を簡略化して示した平面図
【符号の説明】
【００５３】
１ コンデンサ
２、４ Ｐ極バスバー
２ａ、４ａ Ｐ極端子
２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ 接合部
２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃ 半田付け部
３、５ Ｎ極バスバー
３ａ、５ａ Ｎ極端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ極電極とＮ極電極が夫々両端面に設けられた複数の素子を外部接続用の端子を一端に設けたバスバーで接続し、これらをケース内に収容して少なくとも上記バスバーに設けた端子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、個々の素子におけるＰ極電極のバスバーとの接続部と、Ｎ極電極のバスバーとの接続部が非対称位置になるようにしたケースモールド型コンデンサ。
【請求項２】
素子として巻回型の素子を用い、個々の素子におけるＰ極電極のバスバーとの接続部と、Ｎ極電極のバスバーとの接続部が、素子の巻回軸に対して傾斜した線で結ばれるようにした請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
【請求項１】
Ｐ極電極とＮ極電極が夫々両端面に設けられた複数の素子を外部接続用の端子を一端に設けたバスバーで接続し、これらをケース内に収容して少なくとも上記バスバーに設けた端子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、個々の素子におけるＰ極電極のバスバーとの接続部と、Ｎ極電極のバスバーとの接続部が非対称位置になるようにしたケースモールド型コンデンサ。
【請求項２】
素子として巻回型の素子を用い、個々の素子におけるＰ極電極のバスバーとの接続部と、Ｎ極電極のバスバーとの接続部が、素子の巻回軸に対して傾斜した線で結ばれるようにした請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２５８４０５（Ｐ２００８−２５８４０５Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９９１５３（Ｐ２００７−９９１５３）
【出願日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【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１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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