CN101156224B - 金属化薄膜电容器和汽车用逆变器平滑用电容器 - Google Patents

Abstract

本发明的金属化薄膜电容器在电介质薄膜上具有金属蒸镀电极。金属蒸镀电极仅在与金属接点连接的低电阻部的相反一侧设置有狭缝而被分割，并且狭缝间设置有保险丝。再者，在被叠层的金属化薄膜中，设置在金属蒸镀电极的宽度方向的中央部分且在电介质薄膜的长边方向上延伸的狭缝并不重叠。

Description

金属化薄膜电容器和汽车用逆变器平滑用电容器

技术领域

本发明涉及用于电力设备、各种电源电路、通讯设备、包括电动汽车的车辆等的金属化薄膜电容器。

背景技术

在现有的带有自我保护机构的卷绕型塑料薄膜电容器中，成为电极引出部的部分的电极厚度构成得较厚。以此来提高与成为电极导出部的金属接点(metallized contact)的连接强度。这种薄膜电容器在例如日本专利特开昭62-183506号公报中被公开。

另外，已知具有以下构造的自我保护机构。即，在蒸镀电极内使用作为金属非蒸镀部的狭缝来构成微小区块，设在所述狭缝间的保险丝(fuse)连接各微小区块。这样使得分割电极并联连接。再者，近年来将狭缝设置成格子状的分割电极图案的自我保护机构也已经公知。此外，在日本专利特开2004-134561号公报中还公开有具有在电流通电时保险丝的发热少且电容减少也较少的特征的自我保护机构图案。

图6A～图7B是现有金属化薄膜电容器的示意图。图6A是现有金属化薄膜电容器的透视平面图，图6B是图6A的C-C′面的剖面图。图7A是现有另一金属化薄膜电容器的透视平面图，图7B是图7A的D-D′面的剖面图。

在图6A、图6B所示的构造中，在由聚丙烯薄膜等构成的电介质薄膜(以下，简称薄膜)11A、11B各自的上表面上，分别设置有由金属蒸镀膜构成的高电阻部12A、12B和低电阻部13A、13B。在高电阻部12A、12B上分别设置有第一狭缝16B、第二狭缝16A、第三狭缝16C。各狭缝彼此之间的部分作为保险丝14起作用。微小区块17由各狭缝包围。

在低电阻部13A、13B上，从薄膜11A、11B的侧面一侧焊接有成为电极引出部的金属接点(未图示)。为此，低电阻部13A、13B构成得比高电阻部12A、12B厚，膜电阻值较低。并且，在薄膜11A、11B的上表面上设置有未蒸镀金属的带状部15A、15B作为绝缘边缘，以便在焊接金属接点时薄膜11A、11B上的金属蒸镀膜彼此之间不会短路。第一狭缝16B、第二狭缝16A、第三狭缝16C设置在薄膜11A、11B的宽度方向的中央，或者相较于此更靠近带状部15A、15B的一侧。

在图7A、图7B所示的构造中，高电阻部12C、12D的电极图案与图6A、图6B所示的构造不同。即，第一狭缝16B、第二狭缝16A、第三狭缝16C设置在高电阻部12C的整个宽度方向上，而高电阻部12D上未设置狭缝。

在图6A、图6B所示的金属化薄膜电容器中，保险丝14作为自我保护机构起作用。然而，在叠层以这样的方式设置有狭缝的薄膜11A、11B来构成电容器的情况下，在所叠层的薄膜11A、11B的宽度方向的中央部设置的保险丝14的位置会重叠。即，分别设置在上下薄膜11A、11B上的第一狭缝16B彼此重叠。因此，设置在第一狭缝16B上的保险丝14的位置也重叠。当进行大电流的通电时，在此部分会局部性地发热显著。

另一方面，在图7A、图7B所示的金属化薄膜电容器中，在整个高电阻部12C上设置有保险丝14，而且在较薄膜11A的宽度方向的中央更靠近电极引出部一侧也形成有保险丝14。该电极引出部一侧的保险丝14上的发热较大。

如上所述在具有现有构造的薄膜电容器中发热大，由于该发热而导致电容器的寿命低下，或者导致作为自我保护机构的保险丝14的工作性不稳定。

发明内容

本发明的金属化薄膜电容器中，在电介质薄膜的上下具有金属蒸镀电极。金属蒸镀电极仅在与金属接点连接的低电阻部的相反一侧设置有狭缝而被分割，并在狭缝间设置有保险丝。这样在低电阻部一侧并未设置自我保护机构的保险丝部，因此保险丝部的工作性提高。另外，能够采用扩宽用于确保保险丝工作性的保险丝宽度范围的方式，带动制造时的产量提高。再者，在叠层的金属化薄膜中，设置在金属蒸镀电极的宽度方向的中央部分且在电介质薄膜的长边方向上延伸的狭缝不会重叠。因此，由于保险丝不相互重叠而容易散热，并且保险丝工作的不均匀性小。

附图说明

图1是本发明实施方式的金属化薄膜的立体图。

图2A是图1所示金属化薄膜的平面图。

图2B是图2A所示金属化薄膜的剖面图。

图3A是表示使用图1所示金属化薄膜的金属化薄膜电容器的结构的透视平面图。

图3B是图3A所示金属化薄膜电容器的主要部分剖面图。

图3C是图3A所示金属化薄膜电容器的剖面图。

图3D是本发明实施方式的另一金属化薄膜电容器的主要部分剖面图。

图4是本发明实施方式的保险丝的平面图。

图5是本发明实施方式的另一保险丝的平面图。

图6A是表示现有金属化薄膜电容器的结构的透视平面图。

图6B是图6A所示金属化薄膜电容器的剖面图。

图7A是表示现有另一金属化薄膜电容器的结构的透视平面图。

图7B是图7A所示金属化薄膜电容器的剖面图。

附图标记说明

1         第一电介质薄膜

1A、1B    第二电介质薄膜

2         第一高电阻部

2A        第二高电阻部

3         第一低电阻部

3A        第二低电阻部

4         第一保险丝

4A        第二保险丝

4B、4C    保险丝角部

4D        平坦部分

5                   第一带状部(绝缘边缘)

5A                  第二带状部(绝缘边缘)

6B                  第一狭缝

6A                  第二狭缝

6C                  第三狭缝

6X                  第四狭缝

6E                  第五狭缝

6D                  第六狭缝

6F                  第七狭缝

6Y                  第八狭缝

6G                  第一狭缝的宽度

7、7A               微小区块

8                   金属接点

11A、11B            电介质薄膜

12A、12B、12C、12D  高电阻部

13A、13B            低电阻部

14                  保险丝

15A、15B            带状部(绝缘边缘)

16B                 第一狭缝

16A                 第二狭缝

16C                 第三狭缝

17                  微小区块

具体实施方式

图1是本发明第一实施方式的金属化薄膜的立体图，图2A是其平面图，图2B是沿图2A的A-A′面的剖面图。图3A是叠层图1～图2B所说明的金属化薄膜后的状态的透视平面图。图3B是沿图3A的B-B′面的剖面图。图3C是使用图1所示金属化薄膜构成的薄膜电容器的剖面图。

在作为由聚丙烯薄膜等构成的第一电介质薄膜(以下，简称薄膜)1的第一面的上表面上，设置有第一金属蒸镀电极，该第一金属蒸镀电极由第一高电阻部(以下，简称高电阻部)2和沿作为薄膜1长边方向的第一边的第一低电阻部(以下，简称低电阻部)3构成。在高电阻部2上，设置有第一狭缝(以下，简称狭缝)6B、第二狭缝(以下，简称狭缝)6A、第三狭缝(以下，简称狭缝)6C、第四狭缝(以下，简称狭缝)6X而形成电极图案。微小区块7由各狭缝包围。这种电极图案通过以下方式制成：例如在对金属进行蒸镀之前，先在薄膜1的上表面上通过转印等将油形成图案，以此形成作为非蒸镀部的狭缝。其中，电极图案的制作方法并无特别限定。

如图3C所示，在低电阻部3上，从薄膜1的侧面一侧焊接有成为电极引出部的金属接点8。因此，低电阻部3构成得比高电阻部2厚，膜电阻值低于第一金属蒸镀电极的其他部分。并且，为了在焊接金属接点8时不发生短路，在薄膜1的上表面，沿与低电阻部3相对的位置的、与第一边相对的第二边设置有未蒸镀金属的带状部5，作为绝缘边缘。

在本实施方式中，仅在比低电阻部3更靠近带状部5的一侧设置有狭缝6A，且在狭缝6A之间设置有第一保险丝(以下，简称保险丝)4。另外，对于狭缝6B、狭缝6C，以连接微小区块7构成分割电极的方式设置有保险丝4。即，实质上相互以一定的间隔设置的多个狭缝6B被设置在薄膜1的从第一边朝向相对的第二边的方向上(薄膜1的宽度方向)的中央部分。并且在与从第一边朝向第二边的方向正交的方向上(薄膜1的长边方向)延伸。多个狭缝6A分别与狭缝6B相连通，并且被设置在比狭缝6B更靠近薄膜1的第二边一侧，在从第一边朝向第二边的方向上(薄膜1的宽度方向)延伸。实质上相互以一定的间隔设置的多个狭缝6C与狭缝6A相连通，并且在与狭缝6B平行的方向上延伸。狭缝6X在延长狭缝6A的位置上，与狭缝6A隔开间隔设置，且在第一金属蒸镀电极的第二边一侧开口。而且在狭缝6B彼此之间、狭缝6C彼此之间、以及狭缝6A和狭缝6X之间分别设置有保险丝4。

接着，使用图3A、图3B、图3C对本实施方式的薄膜电容器的结构进行说明。下侧的第二电介质薄膜(以下，简称薄膜)1A具有与使用图1～图2B说明的薄膜1相同的构造。而且如图3A、图3B所示，叠层在低电阻部3与带状部5A、低电阻部3A与带状部5相互重叠的位置上。在由聚丙烯薄膜等构成的薄膜1A的上表面，设置有由第二高电阻部(以下，简称高电阻部)2A和第二低电阻部(以下，简称低电阻部)3A所构成的第二金属蒸镀电极。低电阻部3A在作为薄膜1的下表面的第二面一侧以平行于第二边的方式配置。在高电阻部2A上，分别设置有相当于狭缝6B的第五狭缝(以下，简称狭缝)6E、相当于狭缝6A的第六狭缝(以下，简称狭缝)6D、相当于狭缝6C的第七狭缝(以下，简称狭缝)6F、相当于狭缝6X的第八狭缝(以下，简称狭缝)6Y。微小区块7A由各狭缝包围。在与低电阻部3A相对的位置上，作为绝缘边缘设置有未蒸镀金属的带状部5A。即，第二金属蒸镀电极以不露出第一边的方式设置在与薄膜1的第一面相对的第二面一侧。而且仅在比低电阻部3A更靠近带状部5A的一侧设置狭缝6D，在狭缝6D、6Y之间设置第二保险丝(以下，简称保险丝)4A。另外，狭缝6E、狭缝6F在各自之间以连接微小区块7A构成分割电极的方式设置有保险丝4A。

即，实质上相互以一定的间隔设置的多个狭缝6E被设置在薄膜1的从第一边朝向第二边的方向的中央部分，且在与从第一边朝向第二边的方向正交的方向上延伸。多个狭缝6D分别与狭缝6E相连通，并且设置在比狭缝6E更靠近薄膜1的第一边一侧，在从第二边朝向第一边的方向上延伸。实质上相互以一定的间隔设置的多个狭缝6F与狭缝6D相连通，并在与狭缝6E平行的方向上延伸。狭缝6Y在延长狭缝6D的位置上与狭缝6D隔开间隔设置，且在第二金属蒸镀电极的第一边一侧开口。在狭缝6E彼此之间、狭缝6F彼此之间以及狭缝6D和狭缝6Y之间分别设置有保险丝4A。

如图3A所示，设置在薄膜1上的狭缝6B与设置在薄膜1A上的第一狭缝6E以相互不重叠的方式叠层。即，在从第一边朝向第二边的方向上，狭缝6B的位置与狭缝6E的位置错开。进一步卷绕它们，并如图3C所示向薄膜1、1A的两侧面喷镀金属，形成分别与低电阻部3、3A连接的作为外部电极引出部的金属接点8，从而构成金属化薄膜电容器。金属接点8彼此之间绝缘。

在以上的结构中，按照使狭缝6B、6E相互不重叠的方式叠层薄膜1、1A。因此在进行大电流的通电时即便产生较大发热，也不会因为该发热影响到其他保险丝4，作为自我保护机构的保险丝4的工作性稳定。

另外，对于高电阻部2上的狭缝6A而言，仅在带状部5一侧的微小区块7中设置有保险丝4。因此，如图2A所示，在由狭缝6A、6B、6C这三条狭缝所构成的微小区块7中，在两处连接有保险丝4。因此，在与一个微小区块7连接的保险丝4上流通的电流变大，而发热最大的薄膜1、1A的宽度方向中央附近的保险丝4的工作性得到提高。而且由于分割电极被设置成格子状，因此耐电压提高，电容减少得到抑制。这些效果对于高电阻部2A也同样如此。

其中，狭缝6B、6E是以相互不重叠的方式进行叠层的，优选错开距离在薄膜1的宽度的10％以内。通过这样的方式，也可以抑制由于有效电极面积的低下而导致的电容下降。

另外，在本实施方式中，仅在薄膜1、1A的单面进行金属蒸镀并叠层。除此以外，也可以如图3D的剖面图所示，在薄膜1的双面进行金属蒸镀并设置高电阻部2、2A、低电阻部3、3A，与未进行金属蒸镀的第二电介质薄膜1B叠层。通过这样的方式，能够缩短高电阻部2、2A之间的距离，从而能够使电容器高电容化。另外，通过使用较薄的薄膜作为电介质薄膜1B，能够进一步实现小型化。

在现有薄膜电容器中，大多以加厚电介质薄膜作为发热问题的对策。与此相对，在本实施方式中能够减小薄膜1、1A的厚度。因此，能够提高取决于薄膜1的厚度的电位梯度，特别是能够用于高温使用环境较多的汽车逆变器平滑用电容器等。

接着，对狭缝6B、6E、6D、6F、6Y、6A、6X、6C的形状进行说明。图4是设置在图3A中狭缝6B之间的保险丝4(虚线部)的平面图。从薄膜1传导的热集中在保险丝角部4B。由于该热的集中，保险丝4可能会熔断。在这种情况下，有保险丝4易熔断导致工作性产生不均匀的情况。

图5是表示将保险丝角部4C构成为带有圆形的形状后的状态的平面图。通过设置成这样的保险丝角部4C，从薄膜1传导的热不会集中在角部，从而降低保险丝4工作的不均匀。因此，优选保险丝4的角部4C像这样带有圆形。

此时，更优选除去保险丝角部4C带有圆形的部分以外的保险丝4的平坦部分4D具有狭缝6B的宽度6G一半以上的长度。通过这样设置，热集中的部分变少，从而进一步确保保险丝4的工作性。

以上，对狭缝6B进行了说明，狭缝6E、6D、6F、6Y、6A、6X、6C也相同。

以下，使用具体的示例来说明本发明的效果。

作为样品1，将厚度3μm、宽度100mm的聚丙烯薄膜用作薄膜1、1A，试制出具有图1～图3C所示构造的耐压为750VDC、电容为100μF的电容器。以下，以薄膜1的结构为代表进行说明。蒸镀铝以制成高电阻部2，在铝的基础上蒸镀锌以制成低电阻部3。将作为狭缝6B与狭缝6C之间的间隔的分割边缘宽度设为10mm，使各个保险丝4的长度为0.3mm。在这种情况下，保险丝4的前端形状全部是图5所示的形状，宽度6G为0.3mm，角部4C的半径为0.05mm。而且以2片薄膜1、1A为一对时的薄膜宽度方向中央部的保险丝4、4A的错开距离设为3mm。在卷绕这样的薄膜对1、1A之后，分别向低电阻部3、3A喷镀金属接点8，制成样品1。

接着，作为样品2，以图6A所示的电极图案用与样品1相同的方式试制出电容器。与样品1的不同之处在于，薄膜宽度方向中央部的上下的高电阻部12A、12B中的保险丝14重叠。

进一步，作为样品3，以图7所示的电极图案用与样品1相同的方式试制出电容器。将设置有高电阻部12C的薄膜11A与设置有未具有电极图案的高电阻部12D的薄膜11B作为一对，形成电容器，此高电阻部12C具有将作为第一狭缝16B与第三狭缝16C之间的间隔的分割边缘宽度设为10mm、且保险丝14的长度设为0.3mm的图案。

使用这些样品，进行由10Arms～30Arms的纹波电流通电引起的温度上升试验。该试验结果示于(表1)。温度测定在电容器卷芯部并且在宽度方向的中央部进行。

表1

	10Arms	20Arms	30Arms
				样品1	2.4K	9.4K	20.8K
样品2	3.3K	13.4K	25.6K
				样品3	4.5K	17.2K	40.1K

如(表1)所示，与样品1相比，样品2、样品3的温度上升值较大。所考虑到的主要原因如下：样品2主要是因为保险丝14在薄膜宽度方向中央部重叠，所以与样品1相比发热较大。样品3中，在高电阻部12C的整个宽度方向上设置有保险丝14，并且在电极引出部一侧也形成有保险丝14。主要是因为该电极引出部一侧的保险丝14的发热较大，所以导致整体的温度上升。

样品1、2的温度上升与样品3相比较小的主要原因在于，流过电流路径上的保险丝中的电流值较小。由于发热与电流值的大约2次方成比例，所以流过保险丝的电流值较小是发热得到抑制的最大主要原因。这样，通过抑制发热使得作为电容器的耐热性被提高，从而能够在以汽车用为首的高温领域中使用。

接着，通过通电20Arms的纹波电流，来进行用于确认高温领域下的安全性的100℃和110℃下的电压提升试验。电压提升试验是以50V/1h的速率提升电压，直至电容大致为0。结果示于(表2)。

表2

	100℃	110℃
			样品1	5/5全数工作	5/5全数工作
样品2	5/5全数工作	3/5工作、2/5损坏
			样品3	5/5全数工作	1/5工作、4/5损坏

在100℃下样品1～3全部的自我保护机构均工作，但在110℃下，样品2、3中发生电容器损坏。这样，在样品2、3中的若干个试验对象中，由于纹波发热而导致电容器内部温度上升变高，从而阻碍了自我保护机构的工作性。另一方面，作为本实施方式的样品1，即使是在110℃下自我保护机构也全数工作。即可知通过本发明可以提高耐热性。

接着，作为样品4，制作前端形状为图4所示的狭缝角部4B的形状的电容器。图4所示的狭缝的前端形状成角形。对样品4的试验对象和形成前端形状如图5所示带有圆形的角部4C的狭缝的样品1一起进行保险丝4的耐电流试验。将发生保险丝断开的个数作为试验结果示于(表3)。

表3

	600A	800A	1000A	1200A
					样品1	0/5	0/5	0/5	5/5
样品4	0/5	0/5	1/5	2/5

样品1的试验对象在1200A下全数发生保险丝断开，与此相对，样品4从1000A开始发生保险丝断开，也有的即便在1200A下也未发生保险丝断开。如上所述，样品4中保险丝强度的不均匀性较大。

在样品4的保险丝4中，热集中在保险丝角部4B。即，对于保险丝强度而言，只有作为前端部分的保险丝角部4B的一个最小距离反映到工作上。因此，最小距离的不均匀性直接反映到保险丝强度的不均匀性上。另一方面，样品1具有稳定的保险丝强度，能够获得自我保护机构工作性非常好的电容器。

在本实施方式中，使用聚丙烯薄膜来作为薄膜1、1A，但并不限定于此。也可以使用聚对苯二甲酸乙二酯(PET：polyethyleneterephthalate)、聚苯硫醚(PPS：polyphenylene sulfide)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN：polyethylenenaphthalate)等其他塑料薄膜。

另外，在本实施方式中，如图2A、图3A所示，作为具有自我保护机构的电极图案，在薄膜1的宽度方向上设置有两个微小区块7。以上对这样的电极图案进行了叙述，但是对于在薄膜1的宽度方向上设置有3个以上微小区块7，且作为电极分割部的狭缝6B、6C总共有3条以上的情况，也同样奏效。

本实施方式的金属化薄膜电容器即便在高温使用环境下保险丝4、4A的工作性也较高。因此，能够在高温使用环境下的汽车用逆变器中作为平滑用电容器使用。

工业利用可能性

本发明的金属化薄膜电容器即便在高温使用环境下保险丝的工作性也较高。因此，能够适用于汽车用逆变器的平滑用电容器等。

Claims (6)

1.一种金属化薄膜电容器，其特征在于，包括：

第一电介质薄膜；

第一金属蒸镀电极，其具有沿所述第一电介质薄膜的第一边设置的第一低电阻部，且被设置在所述第一电介质薄膜的第一面上，此处，第一低电阻部比第一金属蒸镀电极中的其他部分的膜电阻值低；

第二金属蒸镀电极，其具有在与所述第一边相对的第二边一侧，与所述第二边平行地设置的第二低电阻部，且以不露出于所述第一边的方式被设置在与所述第一面相对的第二面一侧，此处，第二低电阻部比第二金属蒸镀电极中的其他部分的膜电阻值低；和

多个金属接点，其分别与所述第一低电阻部和所述第二低电阻部连接，并且相互绝缘，其中，

所述第一电介质薄膜具有在所述第一面上沿所述第二边设置的无金属的带状部，并且

在所述第一金属蒸镀电极上设置有：

多个第一狭缝，其设置在所述第一金属蒸镀电极的从所述第一边朝向所述第二边的方向的中央部分，且在与从所述第一边朝向所述第二边的方向正交的方向上延伸，相互以一定的间隔设置；

多个第二狭缝，其与所述各第一狭缝相连通，并且从所述第一狭缝设置到所述第二边一侧，在从所述第一边朝向所述第二边的方向上延伸；

多个第三狭缝，其与所述第二狭缝相连通，并且在与所述第一狭缝平行的方向上延伸，相互以一定的间隔设置；和

第四狭缝，其在所述第二狭缝延长的位置与所述第二狭缝隔开间隔设置，且在所述第一金属蒸镀电极的所述第二边一侧开口，

在所述第一狭缝彼此之间、所述第三狭缝彼此之间、以及所述第二狭缝与所述第四狭缝之间分别设置有第一保险丝，并且

在所述第二金属蒸镀电极上设置有：

多个第五狭缝，其设置在所述第二金属蒸镀电极的从所述第一边朝向所述第二边的方向的中央部分，并在与从所述第一边朝向所述第二边的方向正交的方向上延伸，相互以一定的间隔设置；

多个第六狭缝，其与所述各第五狭缝相连通，并且从所述第五狭缝设置到所述第一边一侧，在从所述第二边朝向所述第一边的方向上延伸；

多个第七狭缝，其与所述第六狭缝相连通，并且在与所述第五狭缝平行的方向上延伸，相互以一定的间隔设置；和

第八狭缝，其在所述第六狭缝延长的位置上与所述第六狭缝隔开间隔设置，且在所述第二金属蒸镀电极的所述第一边一侧开口，并且

在所述第五狭缝彼此之间、所述第七狭缝彼此之间、以及所述第六狭缝与所述第八狭缝之间分别设置有第二保险丝，

在从所述第一边朝向所述第二边的方向上，所述第一狭缝的位置与所述第五狭缝的位置错开，所述第一狭缝与所述第五狭缝错开的距离在所述第一电介质薄膜的宽度的10％以内。

2.根据权利要求1所述的金属化薄膜电容器，其特征在于，还包括：

第二电介质薄膜，其在表面上形成有所述第二金属蒸镀电极，且与所述第一电介质薄膜叠层。

3.根据权利要求1所述的金属化薄膜电容器，其特征在于：

还包括与所述第一电介质薄膜叠层的第二电介质薄膜，

并且在所述第一电介质薄膜的所述第二面上形成有所述第二金属蒸镀电极。

4.根据权利要求1所述的金属化薄膜电容器，其特征在于：

所述第一保险丝的角部和所述第二保险丝的角部中的至少一个带有圆形。

5.根据权利要求4所述的金属化薄膜电容器，其特征在于：

在所述第一保险丝的角部带有圆形的情况下，所述第一保险丝除去角部带有圆形的部分以外具有所述第一狭缝宽度的一半以上的平坦部，

在所述第二保险丝的角部带有圆形的情况下，所述第二保险丝除去角部带有圆形的部分以外具有所述第五狭缝宽度的一半以上的平坦部。

6.一种汽车用逆变器平滑用电容器，其特征在于：

使用权利要求1所述的金属化薄膜电容器。

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