JP2000357623A

JP2000357623A - 金属化コンデンサ

Info

Publication number: JP2000357623A
Application number: JP11167454A
Authority: JP
Inventors: Akira Kikuchi; 朗菊地
Original assignee: Hitachi AIC Inc
Current assignee: Lincstech Circuit Co Ltd
Priority date: 1999-06-14
Filing date: 1999-06-14
Publication date: 2000-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】寿命の長い金属化コンデンサを提供するこ
と。【解決手段】フィルム状の誘電体２の表面に金属層を
積層し、この金属層を前記誘電体２に長手方向に設けた
非金属部により複数個に分けた金属化誘電体１を有し、
前記金属層により３個以上の単位コンデンサＣ_１〜Ｃ_３
を形成して互いに直列に接続した金属化コンデンサにお
いて、外側の単位コンデンサＣ_１，Ｃ_３を形成する金属
層の幅Ｗ_１，Ｗ_３を、中央部の単位コンデンサＣ_２を形
成する金属層の幅Ｗ_２より広くすることを特徴とする金
属化コンデンサ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属化フィルムコ
ンデンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】金属化フィルムコンデンサや金属化紙コ
ンデンサ等の金属化コンデンサは、例えば、ポリプロピ
レンフィルムやポリエチレンテレフタレートフィルム等
の高分子フィルムあるいはコンデンサ紙等のフィルム状
の誘電体の表面に幅方向の一端部を残して亜鉛やアルミ
等の金属を蒸着して金属層を形成した金属化誘電体を用
いている。そして特に高圧用の金属化コンデンサにおい
ては、幅方向の中央部分に長手方向に金属層を形成しな
いで、金属層を幅方向に２個や３個以上分割して形成し
た金属化誘電体を用いている。さらに、この金属層を分
割して形成した金属化誘電体に、同様に金属層を分割し
て形成した金属化誘電体等を逆向きにして積層したりし
て巻回し、この巻回後の素子の端面にメタリコン層を形
成し、このメタリコン層に端子を接続した構造からなる
コンデンサ素子を用いている。そしてこの高圧用の金属
化コンデンサを用いるコンデンサ素子は、コンデンサ素
子内において直列に接続されているコンデンサ（以下単
位コンデンサという）に印加される電圧が均等になるよ
うに、金属化誘電体どうしを互いに適当な寸法だけずら
して積層している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この高圧用の
金属化誘電体を積層して巻き取る際に、ずらす寸法を一
定にし難い。このために、各単位コンデンサの容量が均
等にならず、電圧を印加したときに各単位コンデンサに
均等に電圧が分割して印加されない。すなわち、均等に
電圧が分割して印加された場合よりも高い電圧が印加さ
れた単位コンデンサと、より低い電圧が印加された単位
コンデンサとができる。そして高い電圧が印加された単
位コンデンサは、均等な電圧が印加された単位コンデン
サよりも一般的に特性が劣化し易い。従って、従来の金
属化コンデンサは、高い電圧が印加された単位コンデン
サを有しているため、寿命が短くなる欠点がある。

【０００４】本発明は、以上の欠点を改良し、寿命の長
い金属化コンデンサを提供することを課題とするもので
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、フィルム状の誘電体の表面に金属層を
積層し、この金属層を前記誘電体に長手方向に設けた非
金属部により複数個に分けた金属化誘電体を有し、前記
金属層により３個以上の単位コンデンサを形成し互いに
直列に接続した金属化コンデンサにおいて、外側の単位
コンデンサを形成する金属層の幅を、中央部の単位コン
デンサを形成する金属層の幅よりも広くするものであ
る。

【０００６】本願出願人は、１個のコンデンサ素子内に
３個以上の単位コンデンサを有し、これらの単位コンデ
ンサを互いに直列に接続した構造の金属化コンデンサ
が、コンデンサ素子の端面に近い方に位置する外側の単
位コンデンサの方が中央部に位置する単位コンデンサよ
りも耐圧不良のために破壊され易い傾向にあることを見
い出した。本発明は、外側の単位コンデンサを形成する
金属層の幅を、中央部の単位コンデンサを形成する金属
層の幅よりも広くしている。それによって、外側の単位
コンデンサの容量を中央部の単位コンデンサの容量より
も大きくし、その分だけ前者に印加される電圧を低くし
ている。そのため、外側の単位コンデンサが耐圧不良に
よる破壊を生じ難くなり、金属化コンデンサ全体の寿命
が改善される。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
いて説明する。図１は本発明の実施の形態に用いる金属
化誘電体１の平面図を示す。すなわち、２は、フィルム
状の誘電体であり、ポリプロピレンフィルムやポリエチ
レンフィルム，ポリスチレンフィルム，ポリテトラフル
オロエチレンフィルム，ポリエチレンテレフタレートフ
ィルム，ポリカーボネートフィルム，ポリイミドフィル
ム，ポリフェニレンサルファイドフィルム，ポリ四弗化
エチレンフィルム，ポリ三弗化塩化エチレンフィルム，
ポリ弗化ビニリデンフィルム，ポリパラキシレンフィル
ム，シアノエチル化セルロースフィルム，ポリスルフォ
ンフィルム等の高分子フィルムやコンデンサ紙を用い
る。そしてこの誘電体２は、コンデンサの定格電圧によ
っても異なるが数μｍ〜数１０μｍの厚さになってい
る。また、誘電体２は、その表面が通常平坦になってい
るが、絶縁油を含浸する場合には含浸し易いように表面
を粗面化したり凹凸状にしたものを用いてもよい。

【０００８】そしてこの誘電体２の表面に、銅等の金属
からなる薄い下地金属層（図示せず）を積層し、その表
面に亜鉛やアルミ等の金属からなる、抵抗値が１〜２０
Ω／□程度で、厚さが１００〜数１０００Å程度の金属
層を積層している。また、誘電体２には、この誘電体２
の幅方向のほぼ中央部付近を通って長手方向に、幅が数
mm程度の中央部用の非金属部４を設けている。そしてこ
の非金属部４によって金属部３は幅方向に金属層３ａと
金属層３ｂとに分割されている。さらに、金属層３ａ及
び３ｂは、所定の間隔で幅方向に設けた非金属部５によ
り、長手方向に、金属層３ａ−１〜３ａ−３と金属層３
ｂ−１〜３ｂ−３とに分割されている。なお、前記非金
属部５は、通常、幅が０．５mm以上になっていて、コン
デンサの使用最大電圧が高くなるにしたがってその幅を
長くし、絶縁耐圧を向上させる。また、各非金属部５の
間隔は、数mm〜数１００mm程度であり、好ましくは数１
０mm程度になっている。すなわち、数mm以下では製造が
困難であり製造不良を生じ易く、また、数１０mmより大
きくなると個々の分割された金属層がしめる容量が大き
くなり、セルフヒーリングによって容量が減少する割合
が大きくなる。そして分割された個々の金属層３ａ−１
〜３ａ−３には端部付近に、数／１０mm〜数mm程度の幅
のヒューズ機能付き金属部６−１〜６−３を設けてい
る。そしてこの個々の金属層３ａ−１〜３ａ−３は、こ
の金属部６−１〜６−３を介して端部の箇所で互いに電
気的に接続されている。なお、金属層３ａ−１〜３ａ−
３は、この幅の狭い金属部６−１〜６−３を設けること
によってヒューズ機能を付与されているが、他に、低融
点の金属等を用いてヒューズ機能を付与してもよい。

【０００９】また、誘電体２の長手方向には、幅方向の
一端部に、数mm程度の幅の端部用の非金属部７を設けて
いる。

【００１０】なお、金属層３の表面には、フッ素やシリ
コン系の物質からなる保護層を積層してもよい。フッ素
系の物質としては、例えばポリテトラフルオロエチレン
やポリクロルトリフルオロエチレン，フッ化ビニル，三
フッ化エチレン，フッ化ビニリデン，六フッ化プロピレ
ン等の共重合体からなるフッ素系樹脂やフッ素系オイル
を用いる。また、シリコン系の物質としてはシリコンオ
イル等を用いる。そしてこられらの物質からなる保護層
を積層した場合には、耐湿性が向上し、コンデンサのta
nδ特性や寿命を改善できる。

【００１１】そしてこの金属化誘電体１は、図２に示す
通り、端部用の非金属部７を互いに逆向きにして２枚を
重ねる。この場合、金属層３ａと金属層３ｂとの間に点
線で示す３個の単位コンデンサＣ_１〜Ｃ_３が形成され
る。従って、メタリコン層を積層する端面８及び９側か
らみると、各単位コンデンサＣ_１〜Ｃ_３が直列に接続さ
れ、耐圧が通常のほぼ３倍に上昇する。

【００１２】このため、使用電圧の大きさによっては、
金属部６−１〜６−３が溶断した場合、金属層３ａ−１
〜３ａ−３間や金属層３ｂ−１〜３ｂ−３間に非常に高
い電位差を生じる恐れがある。従って、金属層３ａ−１
〜３ａ−３及び３ｂ−１〜３ｂ−３間に設けた幅方向の
非金属部５の幅を０．５mm以上とすることにより、より
効果的に金属層３ａ−１〜３ａ−３間や金属層３ｂ−１
〜３ｂ−３間の放電を防止できる。

【００１３】そして、端部８及び９付近に位置する外側
の単位コンデンサＣ_１及びＣ_３を形成する金属層３ａ及
び３ｂの誘電体２の幅方向の長さＷ_１及びＷ_３と、中央
部の単位コンデンサＣ_２を形成する金属層３ａ及び３ｂ
の誘電体２の幅方向の長さＷ_２とが、Ｗ_１＝Ｗ_３＞Ｗ_２
の関係になるように金属化誘電体１どうしを重ねてい
る。これにより、外側の単位コンデンサＣ_１及びＣ
_３は、中央部の単位コンデンサＣ_２よりもその容量が大
きくなり、印加される電圧が低くなる。なお、Ｗ_１及び
Ｗ_３とＷ_２との差は、前者を基準とした場合、約３〜８
％の範囲が好ましい。すなわち、その差が３％未満の場
合には、単位コンデンサＣ_１及びＣ_３と単位コンデンサ
Ｃ_２とに各々印加される電圧の差が小さくなり、コンデ
ンサ全体の耐圧を向上できる効果が低下する。また、前
記の差が８％より大きくなると、中央部の単位コンデン
サＣ_２に印加される電圧が他の単位コンデサＣ_１及びＣ
_３に印加される電圧よりも高くなりすぎるため、コンデ
ンサ全体の耐圧を向上できる効果が同様に低下する。

【００１４】そして図３は金属化誘電体１を巻回して形
成したコンデンサ素子１０を有する金属化コンデンサ１
１の断面図を示す。なお、コンデンサ素子１０の巻心部
分と外周部とには金属層３を形成しない誘電体２のみを
巻回している。また、コンデンサ素子１０の端面８及び
９には、亜鉛や鉛，銅，スズ，はんだ等の溶融金属を噴
射してメタリコン層１２ａ及び１２ｂを積層している。
メタリコン層１２ａ及び１２ｂには、フレーム状の端子
１３ａ及び１３ｂをはんだ付けや電気溶接等により接続
している。なお、端子１３ａ及び１３ｂはリード状であ
ってもよい。さらに、端子１３ａ及び１３ｂの先端を引
き出した状態にして、コンデンサ素子１０をプラスチッ
ク製の角形等のケース１４に収納し、エポキシ樹脂等の
合成樹脂等の絶縁物質１５を充填し封止している。な
お、ケース１４は、金属製のケースでもよく、絶縁油等
を含浸し、蓋を密閉する構造にしてもよい。また、ケー
ス１４を用いず、モールド法やディップ法等によって、
コンデンサ素子１０を合成樹脂等の絶縁物質によって被
覆する構造にしてもよい。

【００１５】次に、本発明の実施の形態の製造方法を説
明する。先ず、高分子フィルム等の誘電体２の表面の非
金属部４，５，７とする箇所に石油系のオイルを塗布す
る。次に、真空蒸着装置やイオンプレーティング装置、
スパッタリング装置等を用いて、誘電体２の表面に銅を
薄く蒸着し、さらに、亜鉛やアルミ等の金属をその表面
に蒸着して非金属部を除く箇所に金属層３を形成する。
この金属層３を形成後、同一の又は異なる真空蒸着装置
等を用いて、フッ素系やシリコン系の物質を金属層３
と、非金属部４，５，７との表面に直接蒸着して厚さが
１Åより厚い保護層を形成する。なお、真空蒸着装置を
用いてフッ素系の物質により保護層を形成する場合に
は、装置内の真空度は５０×１０^−３Ｔｏｒｒ以下と
し、フッ素系の物質の加熱温度を１２０℃〜２００℃程
度にすることにより均一な保護層を形成し易くなる。こ
の後、誘電体が高分子フィルムの場合には、必要に応じ
て温度３０〜７０℃で、２４〜４８時間加熱処理する。

【００１６】加熱処理後、自動巻取機等により金属化誘
電体１を所定の長さだけ巻取り、コンデンサ素子１０を
形成する。そして巻取後、コンデンサ素子１０の端面８
及び９に亜鉛や銅等の溶融金属を吹き付けて、メタリコ
ン層１２ａ及び１２ｂを形成する。この際、コンデンサ
素子１０の側面に溶融金属が付着しないように側面を紙
粘着テープ等でマスキングしておく。メタリコン層１２
ａ及び１２ｂを形成後、このメタリコン層１２ａ及び１
２ｂに端子１３ａ及び１３ｂを半田付けしたり、電気溶
接等して接続する。端子１３ａ及び１３ｂを接続語、コ
ンデンサ素子１０をケース１４に収納し、エポキシ樹脂
等の絶縁物質１５をこのケース１４内に充填して封止す
る。この後、電圧処理を行ない、予じめ高分子フィルム
やコンデンサ紙等の誘電体２の弱点部の表面の金属層３
を除去する。以上の工程によって金属化コンデンサ１１
を製造する。

【００１７】

【実施例】次に、本発明の実施例について、従来例とと
もに、初期静電容量と、負荷試験後の静電容量変化率と
を測定する。測定条件は次の通りとする。実施例１：定格電圧１８００Ｖ．ＡＣの金属化フィルム
コンデンサを用いる。そして誘電体は厚さ８μｍのポリ
プロピレンフィルムとする。また、このポリプロピレン
フィルムの表面に亜鉛からなる厚さ約１００〜２００Å
の金属層を積層して図１に示す構造からなる金属化誘電
体１とする。そしてこの金属化誘電体１において、誘電
体２の幅方向のほぼ中央付近に長手方向に設けた非金属
部４の幅を２．５mmとする。また、幅方向に設けた非金
属部５は、幅を０．５mmとし、３０mm間隔で設ける。そ
してヒューズ機能付きの金属部は、長さ０．５mm，幅
１．０mmとする。さらに、幅方向の一端部に設けた端部
間の非金属部７の幅は２．５mmとする。そして金属化誘
電体１を２枚重ねた場合の各単位コンデンサＣ_１〜Ｃ_３
を形成する金属層３ａ及び３ｂの誘電体２の幅方向の長
さＷ_１〜Ｗ_３は、Ｗ_１＝Ｗ_３とし、Ｗ_１及びＷ_３とＷ_２
との関係がＷ_１（Ｗ_３）−Ｗ_２＝約０．０３×Ｗ_１（Ｗ
_３）となるようにする。そしてコンデンサ素子１０はポ
リブチレンテレフタレートからなるケース１４に収納
し、エポキシ樹脂を充填して封止する。

【００１８】実施例２：実施例１において、Ｗ
_１（Ｗ_３）−Ｗ_２＝約０．０５×Ｗ_１（Ｗ_３）とする以
外は同一の条件とする。

【００１９】実施例３：実施例１において、Ｗ
_１（Ｗ_３）−Ｗ_２＝約０．１×Ｗ_１（Ｗ_３）とする以外
は同一の条件とする。

【００２０】従来例：実施例１において、Ｗ_１＝Ｗ_２＝
Ｗ_３とする以外は同一の条件とする。

【００２１】また初期静電容量は平均値を示す。そして
負荷試験は、常温中において、定格電圧１８００Ｖ．Ａ
Ｃ（５０Ｈｚ）を５００時間印加して行ない、任意時間
後の静電容量変化率を測定し、平均値を表１に示した。
試料数は、実施例１〜実施例３、従来例とも各々２個づ
つとする。

【００２２】

【表１】

【００２３】この表１から明らかな通り、実施例１〜実
施例３によれば５００時間経過後において静電容量変化
率が−０．２８３〜−０．３４４％となった。これに対
して、従来例は９６〜１００時間経過後において−１
７．７７％となり、５００時間の試験を行なうことがで
きなかった。

【００２４】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、フィルム
状の誘電体表面に金属層を積層し、この金属層を前記誘
電体に長手方向に設けた非金属部により複数個に分けた
金属化誘電体を有し、前記金属層により３個以上の単位
コンデンサを形成して互いに直列に接続した金属化コン
デンサにおいて、外側の単位コンデンサを形成する金属
層の幅を、中央部の単位コンデンサを形成する金属層の
幅よりも広くしているために、耐圧を向上でき、容量変
化率が低く、寿命の長い金属化コンデンサが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に用いる金属化誘電体の平
面図を示す。

【図２】図１の金属化誘電体を重ね合せた状態の断面図
を示す。

【図３】本発明の実施の形態の断面図を示す。

【符号の説明】

１… 金属化誘電体、２…誘電体、３，３ａ−１〜３ａ
−３，３ｂ−１〜３ｂ−３…金属層、４，５，７…非金
属部、１０…コンデンサ素子、１１…金属化コンデン
サ、Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３…単位コンデンサ。整理番号Ｐ２５１２

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フィルム状の誘電体の表面に金属層を積
層し、この金属層を前記誘電体に長手方向に設けた非金
属部により複数個に分けた金属化誘電体を有し、前記金
属層により３個以上の単位コンデンサを形成して互いに
直列に接続した金属化コンデンサにおいて、外側の単位
コンデンサを形成する金属層の幅を、中央部の単位コン
デンサを形成する金属層の幅より広くすることを特徴と
する金属化コンデンサ。