JP2010267775A - ケースモールド型コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バスバーの形状が長尺化または複雑化しても、簡単な構成でバスバー端子を精度よく位置決め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。
【解決手段】コンデンサ素子１の電極に接続されたバスバーと、このバスバーの他方に設けられた外部接続端子部２ｂ、３ｂと、コンデンサ素子１をケース４内に収容して外部接続端子部２ｂ、３ｂを除いて充填樹脂でモールドしたケースモールド型コンデンサにおいて、外部接続端子部２ｂ、３ｂは外部機器と締結するための締結穴２ｃ、３ｃを有すると共に、締結穴２ｃ、３ｃの近傍で充填樹脂から表出する箇所に位置決め用丸穴２ｄ、３ｄを有するケースモールド型コンデンサとする。
【選択図】図１

Description

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ー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及びその製造方法に関するものである。

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ー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、地球環境に優しい技術を用いた開発が活発化している。

このようなＨＥＶ車はエンジンと電気モーターの併用構成のため構成部品点数が増え、各部品の寸法精度を上げて組付け工数を低減することが求められている。

図４（ａ）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斜視図、図４（ｂ）は同平面図、図４（ｃ）は従来のケースモールド型コンデンサの製造方法の中で、端子位置決め方法を示した斜視図である。

図４（ａ）、（ｂ）において、３１はコンデンサ素子であり、このコンデンサ素子３１は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、巻回した両端面にＰ極とＮ極を夫々設けて構成されている。

３２はＰ極バスバーであり、このＰ極バスバー３２は本体部３２ａと、本体部３２ａの一端を折り曲げることにより一体で設けられた外部接続用のＰ極端子３２ｂと、このＰ極端子３２ｂに設けられた接続孔３２ｃから構成されている。

そしてＰ極バスバー３２の本体部３２ａは上記のコンデンサ素子３１を複数個密着して並べた状態で各コンデンサ素子３１の一方の端面に形成されたＰ極と夫々接合されている。

Ｐ極端子３２ｂはこのコンデンサ素子３１の上方へ引き出され、後述するケース３４から表出するようにしているものである。

３３はＮ極バスバーであり、このＮ極バスバー３３も上記Ｐ極バスバー３２と同様に本体部３３ａと接続孔３３ｃを備えたＮ極端子３３ｂとからなり、本体部３３ａをコンデンサ素子の他方の端面に形成されたＮ極と夫々接合することにより複数個のコンデンサ素子３１を並列接続すると共に、Ｎ極端子３３ｂをケース３４から表出するようにしたものである。

３４は上面が開口した樹脂製のケースであり、このケース３４の内部に上記Ｐ極バスバー３２とＮ極バスバー３３により並列接続された複数個のコンデンサ素子３１が収容されると共に、Ｐ極端子３２ｂとＮ極端子３３ｂが夫々ケース３４の上端面から表出するようにしている。

３４ａはケース３４の周縁に一体で設けられた外部機器への取り付け用の取り付け部、３４ｂはこの取り付け部３４ａ内に設けられた取り付け孔である。

ケース３４内にはエポキシ樹脂が充填され、このエポキシ樹脂により、上記Ｐ極バスバー３２とＮ極バスバー３３により並列接続された複数個のコンデンサ素子３１をケース３４内に樹脂モールドしたものである。

このような従来のケースモールド型コンデンサは、図４（ｃ）に示すような方法でＰ極端子３２ｂとＮ極端子３３ｂの位置決めが行なわれていた。図４（ｃ）において、注型治具３７を用いて、ケース３４の周縁に設けられた取り付け部３４ａの取り付け孔３４ｂ、ならびにＰ極バスバー３２、Ｎ極バスバー３３のＰ極端子３２ｂ、Ｎ極端子３３ｂに設けられた接続孔３２ｃ、３３ｃを夫々注型治具３７に設けられた位置決めピン３７ａに挿入して位置決めすると共に、クランプレバー３７ｂを操作して強制的に固定する。

そしてこの状態でケース３４内にエポキシ樹脂を注入して硬化させた後、上記クランプレバー３７ｂを操作して固定状態を解除し、ケース３４を注型治具３７から取り外すようにして製造していた。

このようにして、ケース３４内に注入されたエポキシ樹脂の硬化に伴う収縮が発生しても、Ｐ極バスバー３２、Ｎ極バスバー３３とコンデンサ素子３１は移動できないために位置ズレを起こすことはなく、高い寸法精度を維持したケースモールド型コンデンサを安定して製造することができるというものであった。

特開２００６−２１６７５６号公報

しかしながら、特にハイブリッド自動車のモーター駆動用インバータ回路に用いられるケースモールド型コンデンサにおいては、バスバーの外部接続用端子の位置精度については、例えばケース寸法２００〜３００ｍｍのような大型形状に対して、端子間の位置精度は１ｍｍ以下、さらには０．１ｍｍ以下といったレベルの高い精度が求められている状況にある。

さらに、近年バスバーの形状が直線部と傾斜部を組み合わせたような複雑なものや、充填樹脂からの表出箇所から外部機器と接続する箇所までの距離が長いものがあり、組み立て途中でバスバーが変形した場合など、従来の位置決め方法ではバスバーの位置ズレを矯正することができず、外部接続用端子の位置精度を確保することが難しくなっている。

加えて、この接続孔はボルト等により外部機器と機械的・電気的に接続されるために、比較的緩やかな公差となっている場合が多く、この接続孔のみでは端子位置の十分な精度確保は難しい状況にあった。

本発明は、このような従来の課題を解決し、バスバーの形状が長尺化または複雑化しても、簡単な構成でバスバー端子を精度よく位置決めすることができるケースモールド型コンデンサとその製造方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために本発明は、両端面を有するコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の両端面に接続された一対のバスバーと、コンデンサ素子を充填樹脂とともに収容するケースとを有するケースモールド型コンデンサにおいて、前記バスバーにはコンデンサ素子と接続された反対側に充填樹脂から表出する外部接続端子部が設けられており、この外部接続端子部に外部機器と締結するための締結穴と、締結穴よりも小さい形状の位置決め用丸穴とを有するケースモールド型コンデンサとしたものである。

また、この締結穴と位置決め用丸穴の２箇所にピンを挿通して固定した後、充填樹脂を注入、硬化させることにより、高いバスバー位置精度を有するケースモールド型コンデンサを製造する製造方法である。

本発明によるケースモールド型コンデンサは、バスバーの外部接続端子部に締結穴と、この締結穴よりも小さい形状の位置決め用丸穴を設け、この締結穴と位置決め用丸穴を使用して位置決めを行なうことにより、極めて簡単に外部接続端子部の位置決めを行なうことができる。また複雑な形状のバスバーや長尺のバスバーであっても、位置決め用丸穴の位置を調整して締結穴と位置決め用丸穴との距離を最適にすることにより、バスバーの面方向の位置ズレを抑制することもできるため、さらに外部接続端子部の位置精度を高くすることができる。

本発明の実施の形態におけるケースモールド型コンデンサの構成要素を示す分解斜視図 （ａ）同組み立て後の斜視図、（ｂ）同ケースに設けた外部機器装着用の突起部を示すための正面図 （ａ）本発明の実施の形態におけるケースモールド型コンデンサの製造方法における端子位置決め方法を説明するための斜視図、（ｂ）同側面図 （ａ）従来のケースモールド型コンデンサの構成を示す斜視図、（ｂ）同平面図、（ｃ）従来のケースモールド型コンデンサの製造方法の中で、端子位置決め方法を示した斜視図

本発明の実施の形態のケースモールド型コンデンサ及びその製造方法について図面と共に説明する。

図１は本発明の実施の形態におけるケースモールド型コンデンサの構成要素を示す分解斜視図、図２（ａ）は図１の構成要素を組み立てた後の斜視図であり、図中点線で示した付近まで充填樹脂（図示せず）が充填されるものである。

図２（ｂ）は図２（ａ）のケースモールド型コンデンサのケース脚部に外部機器（図示せず）組み付け用の突起部を設けた構成を示す正面図であり、この突起部４ｅを外部機器に設けられた嵌合穴（図示せず）に挿入して組み付けることにより、ケースモールド型コンデンサを外部機器に装着する際に容易に組み付けることが出来ると共に、外部機器との位置関係を精度よく組み付けるためのものである。

図１において、１は断面形状が小判形の金属化フィルムコンデンサ素子（以下コンデンサ素子１と呼ぶ）である。このコンデンサ素子１はポリプロピレンフィルムなどの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（図示せず）を、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た後、プレス加工により断面が小判形の扁平形状とし、その両端面に亜鉛などの金属溶射によりＰ極電極１ａとＮ極電極１ｂからなる一対の取り出し電極を設けたものである。

２はこのコンデンサ素子１の一方の取り出し電極であるＰ極電極１ａに接続されたＰ極バスバーであり、このＰ極バスバー２は銅板などの導電性の金属板を打ち抜いて折り曲げ加工することにより形成されている。

このＰ極バスバー２の一方の端部（一端）には外部接続端子部２ｂが設けられ、この外部接続端子部２ｂには外部機器と接続する締結穴２ｃと、この締結穴２ｃよりも小さい形状で、寸法精度の高い（寸法公差が小さい）位置決め用丸穴２ｄが設けられていると共に、他方の端部（他端と称する）には上記Ｐ極電極１ａと接続される接続部２ａが設けられている。

なお、コンデンサ素子１のＰ極電極１ａと接続されるＰ極バスバー２の接続部２ａは、Ｐ極バスバーから枝分かれするように複数箇所形成され、Ｐ極電極１ａとはんだ付けにより接続されている。

３はコンデンサ素子１の他方の取り出し電極であるＮ極電極１ｂに接続されたＮ極バスバーであり、このＮ極バスバー３は上記Ｐ極バスバー２と同様に銅板などの金属板を打ち抜いて折り曲げ加工したものである。そしてその他端には上記Ｎ極電極１ｂと接続される接続部３ａ（図示せず）が設けられると共に、一端には外部接続端子部３ｂが設けられ、この外部接続端子部３ｂには外部機器と接続する締結穴３ｃと、この締結穴３ｃよりも小さい形状で、寸法精度の高い（寸法公差が小さい）位置決め用丸穴３ｄが設けられている。

４はポリフェニレンサルファイドなどの樹脂製のケースであり、ケース４の両端には外部機器へ取り付けるための脚部４ａが設けられており、この脚部４ａには筒形状の金属環４ｂが挿入され、外部機器とボルトにより締結されている。

この筒形状の金属環４ｂは車載時のボルト締結時のゆるみをなくし、外部からの振動や、外部機器との熱膨張収縮差に起因する機械的ストレスに対して、ケース４の取り付け信頼性を向上するために設けられているものである。

このケース４に、上記のコンデンサ素子１にＰ極バスバー２、Ｎ極バスバー３を接続した素子ユニット５を収納し、ケース４の脚部４ａの金属環４ｂ、Ｐ極バスバー２の締結穴２ｃ及び位置決め用丸穴２ｄ、Ｎ極バスバー３の締結穴３ｃ及び位置決め用丸穴３ｄとを使用し、組み立て治具６に組み付け、絶縁性のモールド樹脂を充填して硬化することによって本実施の形態のケースモールド型コンデンサが作製される。

このように作製されるケースモールド型コンデンサの製造方法について、図３を用いて以下に詳しく述べる。

まず、コンデンサ素子１のＰ極電極１ａにＰ極バスバー２の接続部２ａを半田付けにより接続するとともに、コンデンサ素子１のＮ極電極１ｂにＮ極バスバー３の接続３ａ（図示せず）を半田付けして素子ユニット５を作製する。

ここでコンデンサ素子１に対するＰ極バスバー２、Ｎ極バスバー３の取り付け位置については、コンデンサ素子１を固定すると共に、Ｐ極バスバー２、Ｎ極バスバー３を固定した状態で半田付けにより固定するが、この時、締結穴２ｃ、３ｃ及び位置決め用丸穴２ｄ、３ｄを用いて固定して半田付けすることにより、さらに位置精度を高くすることができる。

次にケース４の両端の脚部４ａ、４ａに設けられた金属環４ｂ、４ｂを組み立て治具６の第１の位置決めピンであるピン６ａ、６ａに組み付けて、ケース４を組み立て治具６に固定し、ケース４の基準位置を決める。

そしてコンデンサ素子１とＰ極バスバー２とＮ極バスバー３を接続した素子ユニット５をケース４に収容し、Ｐ極バスバー２の締結穴２ｃに組み立て治具６の第２の位置決めピンであるピン７ａを挿通すると共に、Ｐ極バスバー２の位置決め用丸穴２ｄに組み立て治具６の第３の位置決めピンであるピン７ｂを挿通する。

これにより、Ｐ極バスバー２がケース４に対して精度よく固定され、またＰ極バスバー２が２本のピン７ａ、７ｂにより固定されるので、面方向での位置ズレ（振れ）が発生せず、Ｐ極バスバー２がケース４から突出した長さが長い長尺状のバスバーや、複雑な異形状のバスバーであっても、ケース４に対する締結穴２ｃの位置精度を高く設定することができる。

Ｎ極バスバー３についても、Ｐ極バスバー２と同様に、組み立て治具６の第２の位置決めピンであるピン７ｃ、第３の位置決めピンであるピン７ｄを夫々締結穴３ｃ、位置決め用丸穴３ｄに挿通することにより、Ｎ極バスバー３がケース４に対して位置精度よく固定される。

ここで、締結穴２ｃ（３ｃ）はボルト等により外部機器と機械的・電気的に接続されるために、比較的緩やかな公差となっている場合が多く、また外部機器などの他のバスバーとの締結数が複数で、バスバー相互の接触面積を多く取るために八角形のような異形状のものも用いられている。

したがってこの締結穴のみではバスバーの十分な位置精度確保は難しいが、寸法精度の高い（寸法公差の小さい）位置決め用丸穴２ｄ（３ｄ）を位置決め手段のメインとし、締結穴２ｃ（３ｃ）をバスバーの回転方向のみを抑制するための補助的な役割として位置決めを行なうことができる。

したがって、締結穴２ｃ（３ｃ）に挿通するピン７ａ（７ｃ）は締結穴２ｃ（３ｃ）と同一形状である必要はなく、例えば締結穴２ｃ（３ｃ）が八角形の場合には、この八角形よりも小さく、八角形の穴に内接する丸棒の形状でよい。

また、この位置決め用丸穴２ｄ（３ｄ）と締結穴２ｃ（３ｃ）の２箇所を固定することにより、素子ユニット５の組み立て時などにＰ極バスバー２（Ｎ極バスバー３）が変形した場合でも、端子位置を矯正して精度を確保することができる。

位置決め用丸穴２ｄ（３ｄ）を丸穴としたのは、寸法精度の高い加工に適しているためであり、後述する位置決め用のピンを丸棒形状とすることにより、ピンを精度よく挿通できるためである。

この位置決め用丸穴２ｄ（３ｄ）は締結穴２ｃ（３ｃ）よりも小さい形状であることが必要で、これは位置決め用丸穴２ｄ（３ｄ）の形状（径）が大きいと、大電流が流れるＰ極バスバー２（Ｎ極バスバー３）の抵抗値が増加し、発熱の原因となり、好ましくないためである。

また、位置決め用丸穴２ｄ（３ｄ）の形状は、加工精度の点から、Ｐ極バスバー２（Ｎ極バスバー３）の厚み（０．５〜１．０ｍｍ程度）以上の直径を有することが好ましい。

上記のことから、位置決め用丸穴２ｄ（３ｄ）の直径としては、Ｐ極バスバー２（Ｎ極バスバー３）の厚みを基準とした場合、厚みの１〜５倍程度が好ましい。

なお、ピン７ａ（７ｃ）、７ｂ（７ｄ）は図示しない組み込みバネなどにより、図３（ｂ）の側面図に示した矢印方向に移動させることにより、締結穴２ｃ（３ｃ）、位置決め用丸穴２ｄ（３ｄ）への挿通、解除が容易に行なえるようになっている。

以上のようにケース４の両端の脚部４ａ、４ａに設けられた金属環４ｂ、４ｂをピン６ａ、６ａに組み付けてケース４を固定し、Ｐ極バスバー２、Ｎ極バスバー３の締結穴２ｃ、３ｃ及び位置決め用丸穴２ｄ、３ｄに夫々ピン７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを挿通して固定した状態でケース４内に充填樹脂を充填して加熱硬化させる。

そして充填樹脂硬化後にピン７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを解除した後、ピン６ａ、６ａからケースを取り外すことにより、高い寸法精度を有するケースモールド型コンデンサが製造される。

なお、本実施の形態ではコンデンサ素子１は１個の場合を示したが、これに限定されるものではなく、複数のコンデンサ素子１を使用してもよい。この場合は接続部２ａ、２ｂを延長したＰ極バスバー２とＮ極バスバー３により、複数のコンデンサ素子１を夫々接続する。

また、本実施の形態ではピン７ｂ、７ｄとして径が均一の丸棒状のものを使用した例を示したが、これに限定されるものではなく、ピン７ｂ、７ｄが位置決め用丸穴２ｄ、３ｄに挿通される部分の径が先端に向かって（図３（ｂ）で紙面上左方向に向かって）連続して細くなった形状のものでもよい。

挿通される部分の径を先端に向かって連続して細くすることにより、ピン７ｂ、７ｄの挿通が容易になるとともに、位置決め用丸穴２ｄ、３ｄにきっちりと嵌まった状態でピン７ｂ、７ｄでバスバーを固定できるため、より位置精度を高くすることができる。

本発明によるケースモールド型コンデンサは、バスバー締結穴近傍に位置決め用丸穴を設け、この締結穴と位置決め用丸穴の両方に２本の位置決めピンを挿通して組み立て、充填樹脂の硬化により固定するという極めて簡単な構成により、締結穴位置の寸法制度を向上させることができる。そしてこの位置精度の向上により、外部機器への組み付けが容易となり、位置補正をする必要がないため組み付け工数を低減することができるという効果を有しており、特にハイブリッド自動車に用いられるケースモールド型コンデンサ等に有用である。

１ 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 接続部
２ｂ 外部接続端子部
２ｃ 締結穴
２ｄ 位置決め用丸穴
３ Ｎ極バスバー
３ｂ 外部接続端子部
３ｃ 締結穴
３ｄ 位置決め用丸穴
４ ケース
４ａ 脚部
４ｂ 金属環
５ 素子ユニット
６ 組み立て治具
６ａ、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ ピン

Claims (4)

1. 両端面を有するコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子の両端面に接続された一対のバスバーと、前記コンデンサ素子を充填樹脂とともに収容するケースとを有するケースモールド型コンデンサにおいて、前記バスバーには前記コンデンサ素子と接続される反対側に前記充填樹脂から表出する外部接続端子部を有しており、前記外部接続端子部は外部機器と締結するための締結穴と前記締結穴よりも小さい形状の位置決め用丸穴とを有することを特徴とするケースモールド型コンデンサ。
2. 前記ケースは前記外部機器へ取り付けるための取り付け穴を設けた脚部を有しており、前記取り付け穴の近傍に外部機器装着用の突起部を設けた請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
3. 前記コンデンサ素子は複数個である請求項１または２に記載のケースモールド型コンデンサ。
4. コンデンサ素子の両端面に、一端に外部接続端子部を有する一対のバスバーの他端を接続する工程と、前記コンデンサ素子と前記バスバーをケース内に収容する工程と、このケースに設けられた取り付け穴に注型治具に設けられた第１の位置決めピンを挿通して前記ケースを固定する工程と、前記バスバーの外部接続端子部に設けられた締結穴に前記注型治具に設けられた第２の位置決めピンを挿通するとともに、前記位置決め用丸穴に前記注型治具に設けられた第３の位置決めピンを挿通して固定する工程と、その後前記ケース内に充填樹脂を充填して硬化させる工程と、前記充填樹脂の硬化後に前記第１、第２、第３の位置決めピンを解除して前記ケースを前記注型治具から取り外す工程と、を有するケースモールド型コンデンサの製造方法。

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