JP5082997B2 - キャパシタモジュール - Google Patents

Description

本発明は、キャパシタの放電を利用して車載用機器等のバッテリーによる電源の瞬時電圧降下を補償する電源バックアップユニットに関するものである。

近年、ハイブリッドカーや電気自動車の開発が急速に進められており、例えば、アイドリングストップが採用された車両においてはエンジンの再始動時にバッテリー電圧が急激に降下し、それにより、車内に搭載されている機器が一度停止する恐れがあるという課題があった。

そこで、バッテリーとは別に大容量キャパシタなどを複数個搭載することによりバッテリーに代わって車内に搭載された機器への電力供給の役割を担うという提案がなされてきた。

その一つの案として、複数のキャパシタを低背化のため水平に寝かせた状態でケースに収容したキャパシタモジュールが開示されている。

なお、この出願に関する先行技術文献として、例えば特許文献１が知られている。
特開２００７−１２３４００号公報

しかしながら、従来のキャパシタモジュールでは、低背化のために複数のキャパシタを水平に倒した状態でキャパシタモジュールを組み立てた場合、キャパシタから引き出された外部接続端子をホルダー外へ表出させるために複数のキャパシタを上ホルダーおよび下ホルダーにより上下から挟持する構成であった。この構成により、キャパシタは上ホルダーと下ホルダーとを接合する際のホルダー内面とキャパシタ外周面との接触支持のみでホルダー内に固定されていた。

また、水平方向の固定を行おうと、特に、キャパシタの封止面側を固定する部材をホルダー上に設けようとすると、キャパシタ平面端部は封止加工の際に径が膨らみ、ホルダーの挟持部からその膨らんだ部分だけ表出した構成となるため、貫通孔開口部付近の形状が複雑になり、固定部材を設けることが困難であった。

そのため、従来のホルダーによるキャパシタの挟持は振動や衝撃に対して耐性が低いという課題があった。

そこで、本発明では上記課題を克服し、ホルダーによってより強固にキャパシタを固定したキャパシタモジュールを提供することを目的とする。

この課題を解決するために本発明は、上ホルダー及び下ホルダーに上下から挟持された複数のキャパシタを備えたキャパシタモジュールにおいて、上ホルダー及び下ホルダーに複数のキャパシタを挟持するための半円筒状の挟持部を夫々設けると共に、上ホルダーの挟持部の一部に少なくとも３辺が形成される「コ」の字形のスリット孔を設け、かつ前記３辺のスリット孔の中央の辺をキャパシタの長手方向と平行に配置し、３辺のスリット孔に囲まれた舌片状の圧着部の先端の、キャパシタ外周面と接する面にキャパシタの長手方向に伸びる突出部を設けた構成とした。

本発明におけるキャパシタモジュールはこのような構成をとることによって、上ホルダーの挟持部に設けた「コ」の字形である３辺のスリット孔により、３辺を囲まれて舌片状に形成された圧着部が上ホルダー上面から下ホルダーに向かって撓む、あるいは反る構成となる。そして、圧着部の一部が上ホルダーの挟持部の半円筒内に突出する構成となる。

従って、上ホルダーおよび下ホルダーにより複数のキャパシタがそれぞれ挟持された時、挟持部の半円筒内に一部突出した圧着部は、挟持部と接触しているキャパシタ外側面により、挟持部の半円筒内から押し出される。そして、その押し出される力に対して撓んだ圧着部に反発力が働くことによって、圧着部がキャパシタ外周面に圧着された構成となる。

この圧着部の圧着により、上ホルダーおよび下ホルダーを用いた上下からの挟持のみによるキャパシタの固定に比べてより強固な固定が可能となる。

以下に、図面を用いながら請求項１〜３および本発明における実施の形態について説明を行う。

（実施の形態）
図１（ａ）は本実施の形態における外装ケース１内へ部材を収容したキャパシタモジュールの斜視図であり、（ｂ）は本実施の形態における上記キャパシタモジュールから外装ケースの上蓋１ａを取り除き、内部の部材の構成を示したキャパシタモジュールの斜視図である。

図１（ａ）において、１は樹脂製の外装ケースである。外装ケース１はビス２により上蓋１ａおよび下蓋１ｂを接合することにより収容した内部の部材を封止する構成である。また、外装ケース１側面には図示されていない外部機器との電気的接続を行うコネクタ１ｃが設けられている。

図１（ｂ）において、外装ケースの下蓋１ｂ上へ複数のキャパシタ３とキャパシタ３を水平に挟持固定するホルダー４と、このホルダー４に隣接する制御部として配線基板５が設けられている。

キャパシタ３は外部との電力の授受を行うことによって充放電を行う役割を果たす。キャパシタ３には配線基板５と電気的に接続するために外部接続端子３ａがキャパシタ３から表出するものである。

なお、本実施の形態において用いるキャパシタ３は内部のキャパシタ素子の形状から円筒状である。

ホルダー４は樹脂製であり、上ホルダー４ａおよび下ホルダー４ｂから構成されている。対向する上ホルダー４ａおよび下ホルダー４ｂにより上下から複数のキャパシタ３を挟持固定するものである。また、ホルダー４と外装ケース１との固定については、ホルダー４および外装ケース１の所定箇所へビス用孔を設け、ビス２による固定などを行う構成となっている。

配線基板５はキャパシタモジュールに組み込まれた複数のキャパシタ３の充放電を制御する役割を果たしており、この配線基板５には電気回路を形成する複数の電子部品が実装されている。

図２は本実施の形態におけるキャパシタ３未挟持固定時のホルダー４単体の斜視図である。

図３（ａ）は上ホルダー４ａの上面からの斜視図であり、図３（ｂ）は上ホルダー４ｂの底面からの斜視図である。

図４（ａ）は下ホルダー４ｂの上面からの斜視図であり、図４（ｂ）はホルダー４ｂの底面からの斜視図である。

図２において、ホルダー４の側面には水平方向に並列に設けられた複数の円筒部４ｃが設けられた構成となっている。これは図３（ｂ）および図４（ａ）より上ホルダー４ａおよび下ホルダー４ｂが互いに対向する面上へ、それぞれ同じ位置に半円筒状の挟持部４ｄおよび４ｅを上ホルダー４ａあるいは下ホルダー４ｂへ水平方向に設けることによって、上ホルダー４ａおよび下ホルダー４ｂを対向させホルダー４として接合した際に、それぞれ水平方向に設けた半円筒状の挟持部４ｄ及び４ｅが一体となり、ホルダー４側面へ水平に設けた円筒部４ｃを形成するものである。

図３（ａ）および（ｂ）より、上ホルダー４ａ上面部が、上ホルダー４ａの下ホルダー４ｂの対向した面へ水平に設けた複数の半円筒状である挟持部４ｄを並列に複数連ねることにより、複数の挟持部４ｄ外側面により波状の凹凸面を形成し、さらに、梁部４ｆを上ホルダー４ａ外形に側して縦横に設けた形状である。

また、上ホルダー４ａの複数の挟持部４ｄ外側面上にスリット孔６を挟持部４ｄ毎に設ける。このスリット孔６の形状は「Ｈ」字状の形状であり、挟持部４ｄの長手方向に対して垂直方向、且つ、挟持部４ｄ外側面の曲面に沿って「Ｈ」の字が描かれる構成である。

「Ｈ」の字は、中心の辺を共有した「コ」の字を左右に２つ並べた形状である。

このスリット孔６を設けることによって、このホルダー４射出形成時に、樹脂製の挟持部４ｄ外側面において、「Ｈ」の字を境にして周囲をスリット孔６により３方向囲まれた２箇所の舌片状である圧着部７は、上ホルダー４ａから下ホルダー４ｂに向かって撓み、あるいは反りが生じる。この反りによって、圧着部７の一部が上ホルダー４ａの下ホルダー対向面に設けた挟持部４ｄ内表面に一部突出した構成となる。

因みに、挟持部４ｄ外側面とは挟持部４ｄにおいて上ホルダー４ａ上面部に形成された波状の凹凸面の内、一つの曲弧面のことを指す。また、挟持部４ｄ内表面とは、挟持部４ｄにおいて、ホルダー４がキャパシタ３を挟持する際にキャパシタ３外周面と接する曲面のことを指す。

そして、上ホルダー４ａから下ホルダー４ｂに向かう方向へ反った圧着部７は一定の力を加えることによって反りを矯正することが可能である。しかし、矯正を加えた場合、圧着部７の反りを矯正する際には自然状態へと戻ろうと圧着部７に上ホルダー４ａから下ホルダー４ｂに向かう方向への反発力が生じる。

この反発力が作用する仕組みを利用することによって、ホルダー４によりキャパシタ３を挟持する際に、挟持したキャパシタ３外側面が上ホルダー４ａ内表面と接触することにより、円筒部４ｃ内部へ突出した圧着部７が円筒部４ｃ内部から押し出され、あるいは押し潰される。そして、その押し出される力に対して、圧着部７は一部が本来円筒部４ｃ内部へ一部突出した状態が自然状態である圧着部７は自然状態に戻ろうとする反発力が生じることによって、圧着部７がキャパシタ３外周面に圧着することが可能となる。

この圧着部７のキャパシタ３外側面との圧着によりキャパシタ３はホルダー４によって従来のキャパシタモジュールにおけるキャパシタ保持手段より強固に固定することが可能となる。

また、樹脂加工における反り具合については樹脂の物性により曲弧面、あるいはアーチを形成する挟持部４ｄ外側面に対して舌片状である圧着部７を設けることによって初めて高い反りの効果を得ることができる。

なお、スリット孔６の配設形状は「Ｈ」の字に限らない。例えば、前記のように「Ｈ」の字は上下に対称の「コ」の字を組み合わせた形状と捉えることもでき、この「コ」の字がそれぞれ分離、又は独立した「コ」の字状であってもよい。

図３および図４において、本実施の形態ではホルダー４へ水平方向に設けた円筒部４ｃの孔径を実際に挟持するキャパシタ３の外周面に係る周の径より若干小さい構成とする。

この構成により、上ホルダー４ａと下ホルダー４ｂとを接合する場合、上ホルダー４ａと下ホルダー４ｂとの間に隙間が極力生じないように、ホルダー４のキャパシタ３長手方向の左右両側側面上でビス２を用いた圧着および図３（ｂ）より上ホルダー４ａのキャパシタ３長手方向の左右両側側面に設けたスナップフィット８を用いた嵌着を行うことにより、円筒部４ｃの内径がキャパシタ３の外径とが同径であり、キャパシタ３が挟持部４ｄの内表面と当接するだけの構成と比較してホルダー４が挟持する複数のキャパシタ３の固定強度を高めることができる。

しかし、この構成だけでは、ホルダー４においてビス２による圧着あるいはスナップフィット８による嵌着を行った箇所付近の上ホルダー４ａおよび下ホルダー４ｂの密着度が極端に高いために上ホルダー４ａの下ホルダー４ｂ対向面中心部分が下ホルダー４ｂから上ホルダー４ａへ向かう方向へ反り、浮き上がってしまい、上ホルダー４ａの下ホルダー４ｂ対向面中心部分に配設されたキャパシタ３にはこの構成の効果が薄れてしまう。

そのため、上ホルダー４ａの長手方向に対する中心部分の浮き上がりに対して、図３（ｂ）のように上ホルダー４ａの下ホルダー４ｂ対向面において中心箇所へ嵌挿固定用の嵌挿部９を設け、図４（ａ）のように下ホルダー４ｂの上ホルダー４ａ対向面において嵌挿部９配設箇所と対応する箇所へ嵌着部用孔１０を設ける構成とした。

嵌挿部９および嵌着部用孔１０をホルダー４長手方向中心部に設ける構成にすることによって、上記ホルダー４長手方向中心部における浮き上がりを抑えることが可能となる。

なお、嵌挿部９および嵌挿部用孔１０の配設箇所については上ホルダー４ａおよび下ホルダー４ｂの対向する面上において基本的には中心部分へ設けるが、ホルダー４により挟持されるキャパシタの数量や、キャパシタの形状や大きさが統一されていない場合、中心位置に嵌挿部９および嵌挿部用孔１０を設けることができない可能性が生じる。その場合、嵌挿部９および嵌挿部用孔１０を設けることができる位置において、できる限り中心位置に近い位置に設けることが好ましい。

図４（ａ）において、本実施の形態では、下ホルダー４ｂ側面においてキャパシタ３底面挟持側の円筒部４ｃの開口端部へ壁板１１を設ける。これにより、ホルダー４内へキャパシタ３が挟持されている際に、振動に対するキャパシタ３の移動の抑止力となる。しかし、この壁板１１はキャパシタ３底面とは密着せず所定の隙間を有する。これはキャパシタ３の底面には万が一キャパシタ３内部の圧力が急上昇し破裂する際に外部接続端子３ａ側から破裂しキャパシタ３内部に収容されている電解液が飛散し、飛散した電解液が配線基板５上に付着し短絡が生じることを防ぐことに用いられる防爆弁が用意されている。そして、キャパシタ３底面と壁板１１との間に隙間を設けることによって、その隙間が、防爆弁が作動しキャパシタ３底面が膨らむ際の余裕となり、電解液の飛散を防ぎ安全に防爆弁を作動させることが可能となる。

なお、本発明における実施の形態では円筒状のキャパシタ３を用いたが、この円筒状のキャパシタ３の側周面において圧着部７圧着箇所へ凹部を設ける構成でも良い。

この構成によって、突出した圧着部７がキャパシタ３側面へ設けた凹部へ嵌着されることとなり、更なる強固な固定が可能となる。

また、図３（ａ）および図４（ｂ）より、本実施の形態において下ホルダー４ｂ底面も上ホルダー４ａ同様に複数の半円筒状の挟持部４ｅを並列に連ねることにより、挟持部４ｅ外側面の複数の曲弧面による波状の凹凸を形成している。同時に、梁部４ｆを下ホルダー４ｂ外形に側して縦横に設けられている。

以上より、本発明における実施の形態によるキャパシタモジュールは、水平方向に複数の円筒部４ｃを複数設けたホルダー４を構成する上ホルダー４ａの上面部が曲弧面を並列に複数連ね、さらに、梁部４ｆが縦横に設けられた形状である。そして、上ホルダー４ａに設けた複数の曲弧面上にそれぞれ円筒部４ｃ中心軸に対して垂直方向に「Ｈ」の字状のスリット孔６を設ける構成とした。

これにより、「Ｈ」の字スリット孔６を境に３方向囲まれた圧着部７は、この圧着部７を設ける加工を行うことにより、ホルダー４を構成する樹脂の物性からホルダー４内側へ向かって反りを生じる。この反りによって圧着部７の一部が上ホルダーの挟持部４ｄ内表面に突出した構成となる。圧着部７のこの反りにより、キャパシタ３をホルダー４により挟持した際に、一部が挟持部４ｄ内周面に突出している圧着部７がキャパシタ３によって外部に向かって押し出されることにより、圧着部７が反りによる弾性力から、キャパシタ３側周面に圧着されている。

この圧着部７の圧着によりキャパシタ３を従来より強固に挟持固定することが可能となり、キャパシタモジュールとして信頼性が向上する。

本発明は特に、圧着部によるキャパシタの強固な固定によって、振動および衝撃に対する優れた機械的強度を有しているため、使用上、多方向からの振動および衝撃への耐性を必要とする携帯電子機器の予備電源や、ハイブリッド車などのバックアップ用および回生用電源として利用されることが期待される。

（ａ）本発明の実施の形態におけるキャパシタモジュールを示した斜視図、（ｂ）同上ホルダーを取り除いたキャパシタモジュールを示した斜視図 本発明の実施の形態におけるホルダーを示した斜視図 （ａ）本発明の実施の形態における上ホルダー上面側を示した斜視図、（ｂ）同底面側を示した斜視図 （ａ）本発明の実施の形態における下ホルダー上面側を示した斜視図、（ｂ）同底面側を示した斜視図

符号の説明

１ 外装ケース
１ａ 外装ケースの上蓋
１ｂ 外装ケースの下蓋
１ｃ コネクタ
２ ビス
３ キャパシタ
３ａ 外部接続端子
４ ホルダー
４ａ 上ホルダー
４ｂ 下ホルダー
４ｃ 円筒部
４ｄ，４ｅ 挟持部
４ｆ 梁部
５ 配線基板
６ スリット孔
７ 圧着部
８ スナップフィット
９ 嵌挿部
１０ 嵌着部用孔
１１ 壁板

Claims (4)

1. 外部接続端子を有した円筒状の複数のキャパシタと、前記複数のキャパシタを上下から水平に挟持する上ホルダー及び下ホルダーとを備えたキャパシタモジュールにおいて、前記上ホルダー及び下ホルダーに前記複数のキャパシタを挟持するための半円筒状の挟持部を夫々設けると共に、上ホルダーの挟持部の一部に３辺が繋がった「コ」の字形のスリット孔を少なくとも一つ設け、且つこの３辺のスリット孔の中央の辺がこの挟持部によって挟持されるキャパシタの長手方向と平行に配置され、前記スリット孔に囲まれた舌片状の圧着部の先端の前記キャパシタ外周面と接する面に、前記キャパシタの長手方向に伸びる突出部を設けたことを特徴とした、キャパシタモジュール。
2. 上ホルダーならびに下ホルダーに夫々設けた半円筒状の挟持部どうしを対向して形成される円筒部の内径が、この挟持部により挟持されるキャパシタの外径より小さいことを特徴とした、請求項１に記載のキャパシタモジュール。
3. 上ホルダーおよび下ホルダーの互いに対向する２面上において、一方の面の略中心位置へ嵌挿固定用の嵌挿部を設け、この嵌挿部が他方の面の略中心位置へ設けた嵌挿部用孔へ嵌着されることを特徴とした請求項２に記載のキャパシタモジュール。
4. 前記「コ」の字形の３辺のスリット孔の内、前記キャパシタの長手方向と直交する方向に設けられたスリット孔の近傍で、且つキャパシタの長手方向と直交する方向に設けられたスリット孔と平行となるように、梁部を前記上ホルダーの外形に側して設けたことを特徴とした請求項１に記載のキャパシタモジュール。

Images