JP2000353637A - フィルムコンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンデンサの耐電圧特性、信頼性の向上を図
るとともに、コンデンサの小型化を図ること。 【解決手段】 長さ方向に絶縁された複数個の電極層を
片面に形成した２枚の誘電体フィルムを重ね合わせて巻
回することにより構成するとともに、一方の誘電体フィ
ルムの電極層が他方の誘電体フィルムの互いに隣合う２
つの電極層と対向するように配置してコンデンサ要素を
複数個直列に接続し、一方の誘電体フィルムを挟んで構
成されるコンデンサ要素のうち、一端から数えて奇数番
目のコンデンサ要素の電極面積を、他方の誘電体フィル
ムを挟んで構成されるコンデンサ要素のうち、一端から
数えて奇数番目のコンデンサ要素の電極面積より大きく
し、偶数番目については小さくし、かつ等価直列に接続
される各々のコンデンサ成分の静電容量値の範囲を全コ
ンデンサ成分の静電容量平均値の±５％以内とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高耐圧用のフィルムコ
ンデンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】フィルムコンデンサはその耐電圧向上の
ため、従来からコンデンサ素子内部でコンデンサ要素が
複数個直列に接続された回路構成となるような構造とす
ることが多い。

【０００３】第３図は、従来の高耐圧用フィルムコンデ
ンサの構造を説明するために、そのコンデンサを構成す
る誘電体フィルムを展開して部分的に示す断面図であ
る。

【０００４】帯状の誘電体フィルム１の片面にその長さ
方向に沿って互いに電気的に分離した複数の電極層３
ａ，３ｂ，３ｃ，……を配列し、帯状の誘電体フィルム
２の片面にその長さ方向に沿って互いに電気的に分離し
た複数の電極層４ａ，４ｂ，……を配列する。さらに、
誘電体フィルム１と２を、電極層４ａが誘電体フィルム
１を挟んで互いに隣合う電極層３ａ，３ｂと一部で重な
り合うように配置してロール状に巻き込む。そして、そ
の巻き込み中心端と外周端の各電極層よりそれぞれリー
ド端子を導出する。

【０００５】このような構成によれば、誘電体フィルム
１を挟んで各電極層間である３ａと４ａ、４ａと３ｂ…
…との間にコンデンサ要素Ｃ11，Ｃ12，……がそれぞれ
形成される。また、フィルム２を挟んで各電極層間の３
ａと４ａ，４ａと３ｂ，……の間にコンデンサ要素Ｃ2
1，Ｃ22，……がそれぞれ形成される。等価回路的に
は、同じ電極組で誘電体フィルムが異なるコンデンサ要
素が２つずつＣ11とＣ21，Ｃ21とＣ22，……が並列に接
続され、電極組の異なるコンデンサ成分が複数個直列に
接続された構成となる。この等価回路図を図４に示す。

【０００６】このように、コンデンサ成分が直列に接続
されると各コンデンサ要素には、リード端子間の電圧が
分割された低い電圧がかかることになるので、その耐圧
は高められ理論的には高耐圧化が図れる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ここで、リード端子間
の電圧の分割のされ方は、リード端子間の電圧をＶ、ト
ータルの静電容量値をＣ、コンデンサ要素の静電容量値
をＣｎとするとコンデンサ要素にかかる電圧ＶｎはＶｎ
＝ＣＶ／Ｃｎで表される。すなわち、コンデンサ要素の
静電容量が大きいと、そのコンデンサ要素にかかる電圧
は小さくなり、コンデンサ要素の静電容量が小さいと、
そのコンデンサ要素にかかる電圧は大きくなる。

【０００８】なお、並列接続の場合は、各コンデンサ要
素間にかかる電圧は等しくなる。また、この種の高耐圧
用フィルムコンデンサにおいては、フィルムコンデンサ
を構成するコンデンサ要素の１個が破壊すると、そのコ
ンデンサ要素にかかっていた電圧が他のコンデンサ要素
に分割され加算されることになる。印加される電圧が加
算されたコンデンサ要素は次々と破壊を起こし、フィル
ムコンデンサが破壊に至る。すなわち、コンデンサ要素
１個の破壊は、フィルムコンデンサの破壊を意味する。

【０００９】このため、この種のフィルムコンデンサで
は、各コンデンサ要素にかかる電圧が等しいとき、各コ
ンデンサ要素にかかる電圧の最高値を一番低く押さえる
ことができる。すなわち、等価直列に接続される各コン
デンサ成分の静電容量が等しいときに耐電圧特性が１番
有利となる。図４の等価回路図でいうと、Ｃ11＋Ｃ21＝
Ｃ12＋Ｃ22＝Ｃ13＋Ｃ23＝……のとき一番有利となる。

【００１０】従来の高耐圧用フィルムコンデンサにおい
ては、図３に示す図で説明すると、電極層が誘電体フィ
ルム１を挟んで互いに隣合う電極層と重なり合う面積を
すべて同じとしている。このため、Ｃ11，Ｃ12，Ｃ13，
……の各コンデンサ要素の静電容量値はすべて等しい。

【００１１】しかしながら、誘電体フィルム２を挟んで
形成されるコンデンサ要素については、誘電体フィルム
１と２をロール状に巻き込むことによって形成されるた
め、誘電体フィルム１を挟んで形成されるコンデンサ要
素に比べ、そのコンデンサが形成される位置のロール巻
径の長さ分の面積だけのずれを生じる。このため、誘電
体フィルム２を挟んで形成されるコンデンサ要素の静電
容量値には、バラツキがでる。このバラツキの方は、誘
電体フィルム２上の同じ電極層に形成される２つのコン
デンサ要素の一方が巻径分だけ大きくなると、もう一方
が、ほぼ同じ分だけ小さくなる関係にある。また、フィ
ルムコンデンサの外周付近に形成されるコンデンサ要素
ほど、その位置の巻径が大きくなるため、静電容量のバ
ラツキが大きくなる。また、フィルムコンデンサの静電
容量値が小さいほど電極層の面積を小さく取らなければ
ならないため、バラツキが大きくなる。

【００１２】このように、誘電体フィルム２を挟んで形
成されるコンデンサ要素に静電容量値のバラツキがある
と誘電体フィルム１を挟んで形成されるコンデンサ要素
の静電容量値はすべて同じであるため、直列接続される
コンデンサ成分の静電容量値にバラツキが生じ、各々の
コンデンサ要素に分割される電圧にバラツキが生じる。
当然、コンデンサ要素に分割される電圧が高くなると、
そのコンデンサ要素は、分割される電圧が低いコンデン
サ要素よりも破壊しやすくなる。

【００１３】以上のことから、従来のフィルムコンデン
サにおいては、各コンデンサ要素にかかる電圧にバラツ
キが生じ、コンデンサの耐電圧特性、信頼性、コンデン
サの小型化を阻害する要因となっていた。

【００１４】本発明は、このような従来の高耐圧用フィ
ルムコンデンサに関わる課題を解決するもので、コンデ
ンサの耐電圧特性、信頼性の向上を図るとともに、コン
デンサの小型化を図ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記問題点の解決を図る
ため、本発明のフィルムコンデンサは、片面に長さ方向
に絶縁された複数個の電極層を形成した複数枚の誘電体
フィルムを重ね合わせることにより構成するとともに、
一方の誘電体フィルムの電極層が他方の誘電体フィルム
の互いに隣合う２つの電極層と対向するように配置して
コンデンサ要素が複数個直列に接続された回路構成と
し、一方の誘電体フィルムを挟んで構成されるコンデン
サ要素のうち、誘電体フィルムの一端から数えて奇数番
目のコンデンサ要素の電極面積を、他方の誘電体フィル
ムを挟んで構成されるコンデンサ要素のうち、誘電体フ
ィルムの一端から数えて奇数番目のコンデンサ要素の電
極面積より大きくし、一方の誘電体フィルムを挟んで構
成されるコンデンサ要素のうち、誘電体フィルムの一端
から数えて偶数番目のコンデンサ要素の電極面積を、他
方の誘電体フィルムを挟んで構成されるコンデンサ要素
のうち、誘電体フィルムの一端から数えて偶数番目のコ
ンデンサ要素の電極面積より小さくし、かつ巻回時に形
成されるコンデンサ要素の静電容量値の範囲を等価直列
に接続されるコンデンサ成分の静電容量値平均値の±５
％以内に押さえたものである。

【００１６】

【作用】上記構成により、フィルムコンデンサを構成す
る各々のコンデンサ要素に印加される電圧の差が、印加
電圧の平均値の±５％以内に押さえられる。したがっ
て、従来の高耐圧用フィルムコンデンサと本発明の高耐
圧用フィルムコンデンサに同じ電圧を印加した場合、そ
れぞれのコンデンサを構成するコンデンサ要素１個当た
りに分解される電圧の最高値を、本発明の高耐圧用フィ
ルムコンデンサの方が低く押さえられる。このため、コ
ンデンサとしての耐電圧特性を高く維持することができ
る。

【００１７】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら具体的に説明する。

【００１８】図１は本実施例のフィルムコンデンサの巻
回工程前の断面図である。誘電体フィルム１１，１２の
各片面に長さ方向に絶縁された複数個の電極層１３ａ，
１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１４ａ，１４ｂ，１
４ｃ，１４ｄを形成し、かつ一方の電極層１３ａ〜１３
ｅが他方の電極層１４ａ〜１４ｄの互いに隣合う２つの
電極層と対向するように配置してあり、誘電体フィルム
１１を誘電体とするコンデンサ要素が複数個直列に接続
されるように連続した誘電体フィルム１１，１２を重ね
合わせて配置している。これを巻回することで誘電体フ
ィルム１２を誘電体としたコンデンサ要素を複数個直列
に形成する。

【００１９】このとき、誘電体フィルム１１を誘電体と
するコンデンサ要素と誘電体フィルム１２を誘電体とす
るコンデンサ要素は電極が共通であるので並列に接続さ
れる。すなわち、電極組の異なるコンデンサ成分を複数
個等価直列に接続したことになる。また、誘電体フィル
ム１２を誘電体とするコンデンサ要素は、巻回すること
によって形成するため、本発明においては、誘電体フィ
ルム１１を誘電体とするコンデンサ要素に比べ、そのコ
ンデンサが形成される位置の巻き径の長さ分だけ面積の
ずれを生じさせている。すなわち、一方の誘電体フィル
ムを挟んで構成されるコンデンサ要素のうち、誘電体フ
ィルムの一端から数えて奇数番目のコンデンサ要素の電
極面積を、他方の誘電体フィルムを挟んで構成されるコ
ンデンサ要素のうち、誘電体フィルムの一端から数えて
奇数番目のコンデンサ要素の電極面積より大きくし、一
方の誘電体フィルムを挟んで構成されるコンデンサ要素
のうち、誘電体フィルムの一端から数えて偶数番目のコ
ンデンサ要素の電極面積を、他方の誘電体フィルムを挟
んで構成されるコンデンサ要素のうち、誘電体フィルム
の一端から数えて偶数番目のコンデンサ要素の電極面積
より小さくし、このように巻回時に形成されるコンデン
サ要素の静電容量を考慮し、等価直列に接続される各々
のコンデンサ成分の電極面積を全コンデンサ成分の電極
面積の平均値の±５％以内にしてある。すなわち、等価
直列に接続される各々のコンデンサ成分の静電容量値の
範囲を全コンデンサ成分の静電容量平均値の±５％以内
にしてある。

【００２０】（実施例１）誘電体フィルム１１，１２と
して、厚み２５μｍ、幅５０mmの連続したポリエチレン
テレフタレートフィルムを用い、電極層１３ａ〜１３
ｅ、１４ａ〜１４ｄをアルミニウムの真空蒸着により各
誘電体フィルムの幅方向のフィルム端より７．５mmのマ
ージンをとり幅方向に３５mm、フィルム長さ方向に３５
０mmの面積で、隣合う電極層のマージンを５０mmとして
形成した。誘電体フィルム１１・１２をそれぞれ誘電体
として等価直列に接続される各々のコンデンサ要素の電
極面積を表１に示す。この電極層を形成した誘電体フィ
ルム１１と１２を、等価直列に接続される各々のコンデ
ンサ成分の電極面積を全コンデンサ成分の電極面積の平
均値の±２％以内になるように、誘電体フィルム１１を
挟んで電極層１３ａと１４ａの対向するフィルム長さ方
向の長さ１７３mmとして重ね合わせた。

【００２１】この場合、等価直列に接続されるコンデン
サ成分の数は８個となる。また、巻回始めと巻回終わり
のコンデンサ要素の電極層は外部電極の取り出しのため
に、径０．５mm、長さ１５０mmの銅被覆鋼線を溶接した
６μｍ、幅３５mmのアルミ箔を重ね合わせた。これらを
重ね合わせたものを径１２mmの巻き芯を用いて金属化面
を外側にして巻回し、温度１２５℃、圧力１０kgf/平方
センチメートルで１５分プレスを行った。このコンデン
サ素体をポリブチレンテレフタレートのケースにエポキ
シ樹脂を用い封止しコンデンサを得た。

【００２２】この得られたコンデンサの１kHzにおける
静電容量、等価直列に接続される各々のコンデンサ要素
の電極面積、等価直列に接続される各々のコンデンサ成
分の電極面積及び全コンデンサ成分の電極面積の平均値
からの各々のコンデンサ成分の電極面積の差を百分率で
表したものについて、それぞれコンデンサ２０個の平均
値を（表１）に示す。また、得られたコンデンサの昇圧
破壊の結果を図２に示す。昇圧破壊は、昇圧スピード１
kv/sec、５mA以上電流が流れた電圧を破壊電圧とした。

【００２３】（実施例２）等価直列に接続される各々の
コンデンサ成分の電極面積を全コンデンサ成分の電極面
積の平均値の±５％以内になるように電極層を形成した
誘電体フィルム１１，１２、および誘電体フィルム１１
を挟んで電極層１３ａと１４ａの対向するフィルム長さ
方向の長さを１６８mmとして重ね合わせた以外は実施例
１と同様にコンデンサを作成し、評価した。結果を（表
１）及び図２に示す。

【００２４】（比較例）巻回時に形成されるコンデンサ
要素の静電容量を考慮せず、誘電体フィルム１１を誘電
体とするコンデンサ要素の電極面積が同じになるように
金属化フィルムを重ね合わせた以外は実施例１と同様に
コンデンサを形成し、評価した。結果を（表１）及び図
２に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】以上の結果より、巻回時に形成されるコン
デンサ要素の静電容量を考慮し、一方の誘電体フィルム
を挟んで構成されるコンデンサ要素のうち、誘電体フィ
ルムの一端から数えて奇数番目のコンデンサ要素の電極
面積を、他方の誘電体フィルムを挟んで構成されるコン
デンサ要素のうち、誘電体フィルムの一端から数えて奇
数番目のコンデンサ要素の電極面積より大きくし、かつ
一方の誘電体フィルムを挟んで構成されるコンデンサ要
素のうち、誘電体フィルムの一端から数えて偶数番目の
コンデンサ要素の電極面積を、他方の誘電体フィルムを
挟んで構成されるコンデンサ要素のうち、誘電体フィル
ムの一端から数えて偶数番目のコンデンサ要素の電極面
積より小さくし、等価直列に接続される各々のコンデン
サ成分の電極面積を全コンデンサ成分の電極面積の平均
値の±５％以内にする、すなわち、等価直列に接続され
る各々のコンデンサ成分の静電容量値の範囲を全コンデ
ンサ成分の静電容量平均値の±５％以内にしたフィルム
コンデンサが優れた特性をしていることは明らかであ
る。

【００２７】なお、本実施例においては、誘電体フィル
ムとしてポリエチレンテレフタレートを使用したが、他
のフィルム材料を用いても同様の結果が得られるのは言
うまでもなく、電極材料はアルミニウムに限るものでな
い。また、エポキシ樹脂を使用して注型して作成した
が、注型の有無、注型材料についても限定されない。ま
た、本実施例においては、プレスを施したが、プレスを
施さなくても同様の結果が得られる。

【００２８】さらに、等価直列に接続されるコンデンサ
成分の数も８個に限るものではなく、しかも本実施例に
おいては、電極層を形成した誘電体フィルムの重ね合わ
せる位置によって等価直列に接続されるコンデンサ成分
の静電容量値を調整したが、静電容量値の調整方法はこ
の方法に限るものではない。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、従来の高耐圧用フィルムコンデンサに比べ、耐
電圧特性の大幅な向上が可能となる。したがって、フィ
ルムコンデンサの信頼性の向上が図れるとともに、コン
デンサの小型化を図ることも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による高耐圧用フィルムコン
デンサを構成する誘電体フィルムを展開した断面図

【図２】本発明および比較例のコンデンサの耐電圧特性
図

【図３】従来の高耐圧用フィルムコンデンサを構成する
誘電体フィルムを展開して部分的に示す断面図

【図４】高耐圧用フィルムコンデンサの等価回路図

【符号の説明】

１１，１２ 誘電体フィルム １３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１４ａ，１
４ｂ，１４ｃ，１４ｄ電極層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福島 英清 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 平塚 純一郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長さ方向に絶縁された複数個の電極層を
   片面に形成した２枚の誘電体フィルムを重ね合わせて巻
   回することにより構成するとともに、一方の誘電体フィ
   ルムの電極層が他方の誘電体フィルムの互いに隣合う２
   つの電極層と対向するように配置してコンデンサ要素が
   複数個直列に接続された回路構成とし、 一方の誘電体フィルムを挟んで構成されるコンデンサ要
   素のうち、誘電体フィルムの一端から数えて奇数番目の
   コンデンサ要素の電極面積を、他方の誘電体フィルムを
   挟んで構成されるコンデンサ要素のうち、誘電体フィル
   ムの一端から数えて奇数番目のコンデンサ要素の電極面
   積より大きくし、 一方の誘電体フィルムを挟んで構成されるコンデンサ要
   素のうち、誘電体フィルムの一端から数えて偶数番目の
   コンデンサ要素の電極面積を、他方の誘電体フィルムを
   挟んで構成されるコンデンサ要素のうち、誘電体フィル
   ムの一端から数えて偶数番目のコンデンサ要素の電極面
   積より小さくし、 かつ等価直列に接続される各々のコンデンサ成分の静電
   容量値の範囲を全コンデンサ成分の静電容量平均値の±
   ５％以内としたことを特徴とするフィルムコンデンサ。