JP4765343B2 - ケースモールド型コンデンサ - Google Patents

Description

本発明はコンデンサ素子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の中で、特に車載用のモータ駆動のインバータ回路の平滑用コンデンサとして使用されるケースモールド型コンデンサに関するものである。

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金属化フィルムコンデンサが開発され、実用化されている。

そして、このようなケースモールド型金属化フィルムコンデンサにおいては、大きな機械的強度、高耐熱温度、耐水性、耐油性に優れたものが追求されている。

図９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、図１０は同Ａ−Ａ線における断面図であり、図９と図１０において、１０はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子１０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、両端面に夫々電極を設けて構成されたものである。

１１は第１の電極バスバー、１１ａはこの第１の電極バスバー１１の一端に設けられた外部接続用の第１の電極端子であり、この第１の電極バスバー１１は上記コンデンサ素子１０を複数個密着して並べた状態で各コンデンサ素子１０の一方の端面に形成された第１の電極と夫々接合され、また、第１の電極端子１１ａはこのコンデンサ素子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。

１２は第２の電極バスバー、１２ａはこの第２の電極バスバー１２の一端に設けられた外部接続用の第２の電極端子であり、この第２の電極バスバー１２も上記第１の電極バスバー１１と同様に、上記コンデンサ素子１０を複数個密着して並べた状態で各コンデンサ素子１０の一方の端面に形成された第２の電極と夫々接合され、また、第２の電極端子１２ａはこのコンデンサ素子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素子１０が連結されているものである。

１３はポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳという）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は上記第１の電極バスバー１１と第２の電極バスバー１２により接続された複数個のコンデンサ素子１０をケース１３内に樹脂モールドしたものであり、さらにこのケース１３は外装ケース１５内に収納されているものである。

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１０を耐熱性、耐湿性、耐絶縁性に優れたモールド樹脂１４にてケース１３内にモールドし、かつ、ケース１３の材料として、機械的強度、耐熱性、耐水性に優れ、過酷な使用条件にも耐えうるＰＰＳを用いたことにより、従来よりも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。

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。
特開２００４−１４６７２４号公報

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、ＰＰＳ製のケース１３内にモールド樹脂１４を用いてコンデンサ素子１０をモールドすることによって従来よりも高い信頼性を確保してはいるものの、車両用分野等の用途においては要求される条件が厳しく、更なる耐湿性や機械的強度が必要であるという課題があった。

従って、このような課題を解決し、特に耐湿性を飛躍的に向上させることができる手段として、金属製のケースを使用するという方法が考えられるが、従来のケースモールド型コンデンサにおいてはケース１３の材料として合成樹脂を用いるのが一般的であり、これは、モールド樹脂１４とケース１３の材料の線膨張係数の違いや、双方の接着力不足に起因して熱衝撃試験等で発生するモールド樹脂１４の剥離やクラックの発生を防止する目的によるものであり、このような理由から金属製のケースを使用することは極めて困難であり、断念せざるを得ないという課題を有したものであった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、金属製ケース内にコンデンサ素子を樹脂モールドすることにより、極めて高い耐湿性能を発揮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。

上記課題を解決するために本発明は、コンデンサ素子の電極部に外部接続用の端子部を設けたバスバーを接続し、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、上記樹脂モールドに用いるモールド樹脂として、無機フィラーを６３〜６８ｗｔ％含有し、かつ、この無機フィラー内に丸型状フィラーを１〜１０％含有したエポキシ樹脂を用い、さらに、ケースにアルミニウムを主体とした金属ケースを用いた構成にしたものである。

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、ケースにアルミニウムを主体とした金属ケースを用いたことにより耐湿性が飛躍的に向上し、さらに、この金属ケースとの接着強度に優れたモールド樹脂を用いたことにより、ケースとの濡れ性が大きく改善されて接着強度が向上するため、熱衝撃試験においてもモールド樹脂の剥離やクラックの発生がなく、耐湿性のみならず、高い信頼性を発揮することができるという効果が得られるものである。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜４に記載の発明について説明する。

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、図２は同Ａ−Ａ線における断面図であり、図１と図２において１はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子１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、両端面に夫々電極を設けて構成されたものである。

２は銅板からなる第１の電極バスバー、２ａはこの第１の電極バスバー２の一端に設けられた外部接続用の第１の電極端子であり、この第１の電極バスバー２は上記コンデンサ素子１を複数個密着して並べた状態で各コンデンサ素子１の一方の端面に形成された第１の電極と夫々接合され、また第１の電極端子２ａはこのコンデンサ素子１の上方へ引き出され、後述する金属ケース４から表出するようにしているものである。

３は銅板からなる第２の電極バスバー、３ａはこの第２の電極バスバー３の一端に設けられた外部接続用の第２の電極端子であり、この第２の電極バスバー３も上記第１の電極バスバー２と同様に、上記コンデンサ素子１を複数個密着して並べた状態で各コンデンサ素子１の他方の端面に形成された第２の電極と夫々接合され、また第２の電極端子３ａはこのコンデンサ素子１の上方へ引き出され、後述する金属ケース４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素子１が連結されているものである。

４はアルミニウム製の金属ケース、５はポリプロピレンフィルム（厚さ２００μｍ）を用いて形成された絶縁シートであり、この絶縁シート５は上記金属ケース４の内面に配設されることにより、金属ケース４とコンデンサ素子１や、これに接合された第１の電極バスバー２または第２の電極バスバー３との短絡を防止するようにしているものである。

６は上記金属ケース４内に充填されたモールド樹脂であり、このモールド樹脂６は上記第１の電極バスバー２と第２の電極バスバー３により接続された複数個のコンデンサ素子１を第１の電極端子２ａと第２の電極端子３ａの一部を除いて金属ケース４内に樹脂モールドしているものである。

また、このモールド樹脂６は（表１）にその詳細を示すように、エポキシ樹脂を主材料とし、これに無機フィラーを６８ｗｔ％含有し、かつ、この無機フィラー内に丸型状フィラーを１０％含有して構成されたものであり、これにより、線膨張係数が２５ｐｐｍ／℃、硬化収縮率が０．９６％、金属ケース４を構成するアルミニウムとの接着強度が３ＭＰａの特性を示すものであり、従来品に使用しているモールド樹脂と比較して、線膨張係数と硬化収縮率が大きく低減しているのが分かり、さらに金属ケース４を構成する材料であるアルミニウムとの接着強度も高い値を示すものであることが分かるものである。

また、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湿性能を確認するために、９０℃８５％でＤＣ５００Ｖ通電をして耐湿通電試験を行った結果を比較例としての従来品（ＰＰＳ樹脂製のケースを使用したもの）と比較して図３に示す。

図３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、金属ケース４を用い、かつ、この金属ケース４との馴染みが良いモールド樹脂６を用いた構成により、耐湿性に優れた効果を発揮するものであり、従来品が２３００時間程度で容量減少が５％に到達するのに対し、本実施の形態においては２７００時間近く経過しても容量減少の傾向は見られず、極めて高い耐湿性能を発揮していることが分かるものである。

また、本実施の形態によるケースモールド型コンデンサを、−４０℃と９０℃の夫々に２時間ずつ保持し、これを１サイクルとして繰り返す熱衝撃試験を行った結果、５００サイクル経過してもモールド樹脂６の剥離、クラックの発生は無く、従来品が１サイクルでモールド樹脂の剥離、クラックが発生するのに対して、優れた効果を発揮しているのが分かるものである。

なお、図４と図５は上記モールド樹脂６を構成するエポキシ樹脂に含まれる無機フィラーの含有量を変化させた場合の線膨張係数、硬化収縮率の変化を夫々示した特性図であり、これらのモールド樹脂を用いて作製したケースモールド型コンデンサの熱衝撃試験（−４０℃と９０℃の夫々に２時間ずつ保持し、これを１サイクルとして繰り返す）の結果を（表２）に示す。

（表２）から明らかなように、エポキシ樹脂に対する無機フィラーの含有量が５３ｗｔ％の従来品は、熱衝撃１サイクルでアルミケースとモールド樹脂間で剥離が発生するとともに、第１及び第２の電極端子近傍にクラックが発生して性能への影響が発生するのに対し、本実施の形態によるエポキシ樹脂に対する無機フィラーの含有量が６３〜８０ｗｔ％のものは良好な結果を示し、特に無機フィラーの含有量が６８〜７５ｗｔ％のものは最も良好な結果を示していることから、エポキシ樹脂に対する無機フィラーの含有量は６３〜８０ｗｔ％が良く、さらに好ましくは６８〜７５ｗｔ％であるということが分かる。

また、同様に上記エポキシ樹脂に対する無機フィラーの含有量を６３〜８０ｗｔ％とした時の線膨張係数は３０〜１４ｐｐｍ／℃、硬化収縮率は１．１〜０．６２％となることが分かる。

また、図６は上記エポキシ樹脂に対する無機フィラーの含有量を６８ｗｔ％とした時の無機フィラー内に含まれる丸型状フィラーの含有量を変化させた場合のモールド樹脂の粘度変化を示した特性図であり、（表３）は同モールド樹脂の作業性と表面仕上がり状態を示したものである。

（表３）から明らかなように、エポキシ樹脂に含有した無機フィラー内に丸型状フィラーを１％以上含有させることによりモールド樹脂の粘度が急激に低下することが分かり、この粘度低下によってコンデンサ素子の隅々までモールド樹脂が行き渡るようになると共に作業性が向上することが分かるものであり、この丸型状フィラーの含有量は好ましくは１０％とすることにより、より大きな効果が得られることが分かるものである。

また、（表４）と（表５）は上記エポキシ樹脂に対する無機フィラーの含有量を変化させたモールド樹脂のアルミニウムとの接着強度を３ＭＰａとしたものと、同４ＭＰａとしたものを用いて作製したケースモールド型コンデンサの熱衝撃試験結果を示したものである。

（表４）、（表５）から明らかなように、モールド樹脂のアルミニウムとの接着強度は３ＭＰａのものと４ＭＰａのものとは全く同じ結果となり、このことから、モールド樹脂のアルミニウムとの接着強度は３ＭＰａ以上であれば問題ないということが分かるものである。

この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、コンデンサ素子１を収納するケースに金属ケース４を用い、かつ、この金属ケースとの馴染みが良いモールド樹脂６を用いた構成により、モールド樹脂６の線膨張係数と硬化収縮率を大きく低減して、極めて高い耐湿性能を発揮することができるようになるものである。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項５に記載の発明について説明する。

本実施の形態は、上記実施の形態１で説明したケースモールド型コンデンサのモールド樹脂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。

図７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分解斜視図、図８は同Ａ−Ａ線における断面図であり、図７と図８において７は従来例で説明したケースモールド型コンデンサに使用されているモールド樹脂を示し、このモールド樹脂７は金属ケース４内に収納された複数個のコンデンサ素子１、ならびにこれに接続された第１の電極バスバー２、第２の電極バスバー３を被覆する位置まで注型されているのみである。

そして、このモールド樹脂７の上部から金属ケース４の開口部上端までは上記実施の形態１で説明したケースモールド型コンデンサに使用されるモールド樹脂６が注型されており、これによりモールド樹脂が２層構造に注型された構成になっているものである。

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、金属ケース４内に注型されたモールド樹脂の下層部が一般的なエポキシ系のモールド樹脂７であっても、金属ケース４の開口部となる上層部に金属ケース４との馴染みが良いモールド樹脂６を用いた構成により、金属ケース４との濡れ性が大きく改善されて接着強度が向上するため、熱衝撃試験においてもモールド樹脂６の剥離やクラックの発生がなく、上記実施の形態１と同様に耐湿性のみならず、高い信頼性を発揮することができるという効果が得られるものである。

また、モールド樹脂７は、モールド樹脂６よりも無機フィラーの含有量が少ないために粘度が低く、このために金属ケース４内への注型時間を短くすることができるために作業性が優れるという効果があるものである。

また、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湿性を確認するために、９０℃８５％でＤＣ５００Ｖ通電をして耐湿通電試験を行った結果を比較例としての従来品（ＰＰＳ樹脂製のケースを使用したもの）と比較して図３に示す。

図３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、金属ケース４を用い、かつ、この金属ケース４との馴染みが良いモールド樹脂６を上層部に注型した構成により、耐湿性に優れた効果を発揮するものであり、従来品が２３００時間程度で容量減少が５％に到達するのに対し、本実施の形態においては２７００時間近く経過しても容量減少の傾向は見られず、極めて高い耐湿性能を発揮していることが分かるものである。

また、本実施の形態によるケースモールド型コンデンサを、−４０℃と９０℃の夫々に２時間ずつ保持し、これを１サイクルとして繰り返す熱衝撃試験を行った結果、上記実施の形態１と同様に、５００サイクル経過してもモールド樹脂６の剥離、クラックの発生は無く、優れた効果を発揮しているのが分かるものである。

本発明によるケースモールド型コンデンサは、極めて高い耐湿性能を発揮するという効果を有し、特に、高い信頼性が要求される車載用の分野等として有用である。

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 同Ａ−Ａ断面図 同静電容量変化率を示した特性図 同エポキシ樹脂に含まれる無機フィラーの含有量を変化させた場合の線膨張係数の変化を示した特性図 同エポキシ樹脂に含まれる無機フィラーの含有量を変化させた場合の硬化収縮率の変化を示した特性図 同無機フィラー内に含まれる丸型状フィラーの含有量を変化させた場合のモールド樹脂の粘度変化を示した特性図 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 同Ａ−Ａ断面図 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 同Ａ−Ａ断面図

符号の説明

１ コンデンサ素子
２ 第１の電極バスバー
２ａ 第１の電極端子
３ 第２の電極バスバー
３ａ 第２の電極端子
４ 金属ケース
５ 絶縁シート
６、７ モールド樹脂

Claims (5)

1. コンデンサ素子の電極部に外部接続用の端子部を設けたバスバーを接続し、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、上記樹脂モールドに用いるモールド樹脂として、無機フィラーを６３〜６８ｗｔ％含有し、かつ、この無機フィラー内に丸型状フィラーを１〜１０％含有したエポキシ樹脂を用い、さらに、ケースにアルミニウムを主体とした金属ケースを用いたケースモールド型コンデンサ。
2. モールド樹脂の線膨張係数が３０ｐｐｍ／℃以下である請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
3. モールド樹脂の硬化収縮率が１．１％以下である請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
4. モールド樹脂のアルミニウムとの接着強度が３ＭＰａ以上である請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。
5. ケース内に樹脂モールドするモールド樹脂を２層構造とし、下層に無機フィラーの含有率が６３ｗｔ％未満のエポキシ樹脂を、上層に無機フィラーを６３〜６８ｗｔ％含有し、且つ、この無機フィラー内に丸型状フィラーを１〜１０％含有したエポキシ樹脂を用いた請求項１に記載のケースモールド型コンデンサ。

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