JP2003178931A

JP2003178931A - 薄膜コンデンサ及び薄膜コンデンサ用の箔

Info

Publication number: JP2003178931A
Application number: JP2002304207A
Authority: JP
Inventors: Martin Carlen; マルティン・カーレン; Christian Ohler; クリスチアン・オーラー
Original assignee: ABB RES Ltd; ABB Research Ltd Sweden
Current assignee: ABB RES Ltd; ABB Research Ltd Sweden
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2003-06-27
Also published as: EP1306863A1; US20030076647A1; US6754065B2; CN1414582A; BR0204324A; CA2408053A1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】絶縁破壊時でも，非常に高いエネルギーが開放
されることなしに、自己治癒性であり，交流電流の使用
時でも、損失なしに作動する、高電圧用のコンデンサー
を提供する。【解決手段】本発明のコンデンサは、誘電体として使用
される支持箔（３）と少なくとも１枚の導体層（４）と
を有する少なくとも１枚の箔（１）から巻かれる。この
コンデンサは、内部直列回路を有する。誘電体上に被覆
された導体層（４）又は導体層が、複数の領域（４．
１，４．２）に分割されていることによって、これらの
内部直列回路は構成される。直列接続された多数の単位
コンデンサが形成されるように、これらの領域（４．
１，４．２）は相関的に配置されているか又は場合によ
っては互いに接続されている。このコンデンサは、電流
経路構造体がこれらの領域上に形成されている点で優れ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜コンデンサ及
び薄膜コンデンサ用の箔に関する。薄膜コンデンサは、
少なくとも１本の導体層を有する少なくとも１枚の支持
箔から形成されている。この場合、薄膜コンデンサが複
数の要素コンデンサから成る内部直列回路を有するよう
に、少なくとも１枚の導体層が複数の領域内に分配され
ていて、かつこれらの領域は相互的に配置されている。

【０００２】

【従来の技術】薄膜コンデンサは、広い容量範囲に対し
て存在する。一般にこのような薄膜コンデンサでは、絶
縁体が合成樹脂から作られる。電極は、導電性金属面か
ら成る。これらの金属面は、薄い導体箔又は合成樹脂上
に蒸着された導体層である。−多くの場合に真空中で被
覆された 10nm- 20nm の厚さのAl又はZn合金である−導
体層が十分に薄い場合には、自己加熱効果が電気降伏(e
lektrischen Durchschlaegen) 時に発生する。すなわ
ち、金属層が、降伏地点の周囲で蒸発する。電気降伏時
には、金属層が、放電部分の周囲で又はこの放電部分の
近くの地点で蒸発する。容量が減少しても、コンデンサ
は、降伏後さらに使用され得る。

【０００３】薄膜コンデンサ用の箔が、従来の技術から
公知である。この薄膜コンデンサは、分割された複数の
金属被覆部分を有する。これらの金属被覆部分の個々の
領域は、僅かな面抵抗を有し、トレンチ状のカットアウ
トによって互いに分離されている。これらの領域は、導
体ブリッジを介して小さい断面に接続されている。これ
らの導体ブリッジは、保護部として使用される。これら
の導体ブリッジは、電気降伏時に該当する領域をその他
の領域から分離する。局所的な降伏が発生すると、降伏
地点で解放された電力がこれらの保護部によって制限さ
れている。これによって、より大きな破損が阻止され得
る。

【０００４】ドイツ連邦共和国特許出願公開第 198 56
457 号明細書中には、複数の導体層とこれらの導体層上
に形成された電流経路の構造を有する箔が記されてい
る。降伏による容量の減少を抑えるため、これらの導体
層自体が、高い面抵抗を有する。電流経路は、導体層に
沿って延在し、面抵抗の全体を低減するために導体層よ
りも小さい抵抗を呈する。この電流経路の構造は、１本
の主電流経路を箔方向に沿って有し、かつこの主電流経
路から分岐した隣接電流経路を有する。

【０００５】内部直列回路用の複数のコンデンサー箔か
ら成る多重層が、英国特許発明第 2276 765号明細書か
ら公知である。複数の電極が、１つの分割部分を有し、
かつ容量を発生する高抵抗の複数の領域を有し、接合面
の地点に低抵抗の複数の領域を有する。

【０００６】米国特許発明第 5,757,607号明細書は、内
部直列回路及び金属被覆部分内の溝(Profil) を有する
分割されていない多重層電極を記す。

【０００７】内部直列回路を有する高電圧コンデンサ用
の存在する電極は、比較的高い伝導性を必要とし、そし
て領域間の導体ブリッジ又は溝付きの電極を必要とす
る。このようなコンデンサの設計は、自己治癒特性に関
して欠点を有する。導電性が高いために、比較的高いエ
ネルギーが自己治癒プロセス時に解放され、比較的大き
な面が使用不能になる。しかし一方で導電性が低下する
と、損失の上昇を伴う。

【０００８】導体ブリッジ−保護部−に接続されている
領域による解決手段では、さらなる問題が、内部直列回
路に関連して発生する。個々の領域が、溶断後に完全に
分離され、所定の電位をもはやもたない。このことは、
望まない充電効果(Aufladungseffekten)をもたらす。そ
れ故に、高電圧コンデンサ用の分割された電極は、以前
より考慮されなかった。内部直列回路を有する自己治癒
コンデンサに対する必要性は、そのために相変わらず高
い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、高電
圧用のコンデンサを提供することにある。このコンデン
サは、存在するコンデンサの欠点を克服する。そして、
このコンデンサは、特に絶縁破壊時でもこのときに非常
に高いエネルギーが解放されることなしに自己治癒性で
ある。さらに、このコンデンサは、交流電流の使用時で
も損失なしに作動しなければならない。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この課題は、請求項１に
記載の発明によって解決される。

【００１１】コンデンサの好適な構成は、従属請求項に
記載されている。

【００１２】同様に、本発明は、請求項１４に記載の薄
膜コンデンサ用の箔に関する。

【００１３】本発明のコンデンサは、誘電体として少な
くとも１つの支持箔を有し、かつ内部直列回路を有す
る。誘電体上に被覆された１枚の導体層又は複数の導体
層が、複数の領域に分割されていることによって、この
内部直列回路は構成される。直列接続された多数の単位
コンデンサが構成されるように、これらの領域は、相互
に配置されているか又は場合によっては互いに接続され
ている。本発明のコンデンサは、電流経路構造体がこれ
らの領域上に形成されている点に特徴がある。この場
合、絶縁破壊による容量損失を低減するため、導体層が
高い抵抗面を有する。そして、面抵抗の全体を低減する
ため、電流経路構造体の電流経路が、明らかに低下させ
た面抵抗を有する。内部直列回路が２つ、３つ、４つ、
５つ、６つ又は多数の単位コンデンサによって構成され
るように、これらの領域は形成され得る。

【００１４】導体層の可能な限り大きい面抵抗は、絶縁
破壊時に導体層が蒸発する領域を限定する。これによっ
て、コンデンサの容量が、それに応じて僅かしか減少し
ない；電流もほとんど流れず、絶縁破壊の間のエネルギ
ー損失が僅かである。このことは、コンデンサの寿命を
長くする。全ての面抵抗が可能な限り小さい抵抗を有す
る電流経路によって低減されていることによって、オー
ム的な損失が、通常動作中の充電過程又は放電過程時に
低下する。すなわち、高電圧の用途用の内部直列回路を
有する本発明のコンデンサは、容量が絶縁破壊時に僅か
しか低下せず、しかも熱の形態でコンデンサ内に発生す
る損失が少ないものの、甘受しないで済む。さらに、本
発明のコンデンサは、保護として使用する導体ブリッジ
なしで済む。それ故に、分離された領域が所定の電位を
もたないことを容易に起こさない。

【００１５】実施形によれば、導体層の領域がそれぞ
れ、１本の主電流経路及び複数の隣接電流経路を有す
る。これらの領域は、例えばストリップ状に延在してい
る。この場合、主電流経路は、主にストリップの長手軸
線に沿って延在している。

【００１６】絶縁破壊時の容量の低下をさらに低減する
ため、コンデンサの個々の領域自体が、電気的に互いに
接続されている複数の領域から構成される。隣接電流経
路が、個々の領域内に延在し得る。その一方で、これら
の領域は、主電流経路によって互いに接続されている。
しかしその代わりに、これらの領域をそれ自体公知の方
法で導体ブリッジによって接続してもよい。

【００１７】導体層の表面抵抗は、特に少なくとも５Ω
であり、特に好ましくは少なくとも20 Ωである。電流
経路の面抵抗は、特に少なくとも係数20程度、例えば少
なくとも係数50程度明らかに小さい。それに応じて、電
流経路が導体層の面の狭い部分しか、例えば 10 ％以下
しか覆わないように、これらの電流経路が形成され得
る。

【００１８】電流経路は、導体層を局所的に厚くするこ
とによって形成してもよい。これによって、電流経路構
造体が、導電性の構造体によって隆起した輪郭を有す
る。その代わりに、違う材料から成る金属ストリップの
フレームワークを導体層上に取付けてもよい。さらに、
導体層は、原理的には電流経路の地点に遮断部を有し得
る。これらの遮断部は、電流経路を形成する金属ストリ
ップによってブリッジされている。

【００１９】薄膜コンデンサは、例えば巻かれている。
さらに、片側を被覆した２枚の支持箔が、第１の例にし
たがって使用され得る。支持箔の電極を形成する導体層
の領域が互いにずらして配置されている。これによっ
て、直列回路が自動的に得られる。その代わりに、両面
に導体層を有する１枚の支持箔を被覆していない１枚の
支持箔と共に使用してもよい。このとき、支持箔の両面
上の導体層の領域が、同様に互いにずらして配置されて
いる。

【００２０】以下に、本発明を実施の形態及び６つの図
に基づいてさらに詳しく説明する。

【００２１】図１，２は、本発明のコンデンサの非常に
簡単な実施形の第１箔を示す。誘電的な合成樹脂から成
る支持箔３が、導体層４を有する。導体層は、金属で−
例えばＺｎ又はＺｎ合金から−又は導電性の合成樹脂か
ら形成されている。支持箔の厚さは、約 2- 20μm であ
る。導体層の厚さは、これが亜鉛製のときは 20 μmよ
り小さい。

【００２２】箔は、ストリップ状に形成されている。こ
の場合、これらの図では、ストリップから成る欠落部が
それぞれ、長手方向に沿って１本だけ示されている。導
体層は、箔の各両縁部に沿って主電流経路５を形成する
局所的な肉厚部分を有する。第１箔１の主電流経路５
は、同時に縁の補強部として使用される。これらの主電
流経路５に対してほぼ垂直な隣接電流経路が、主電流経
路から分岐する。これらの隣接電流経路６は、同様に導
体層の局所的な肉厚部分によって形成され、ストリップ
の内側に延在している。主電流経路５と隣接電流経路６
は、例えば導体層４と同じ材料から作られる。これらの
電流経路がＺｎ製であるときは、これらの電流経路は、
400nm以上である。しかし、これらの電流経路は、別の
材料から、例えばＡｌ等のような高い伝導性を有する金
属から形成してもよい。これによって、その厚さも低減
され得る。導体層が、ストリップの中央に沿って欠落部
７によって遮断されている。支持箔３が、この欠落部７
に沿って伝導層からほぼ解放されている。導体層４が、
この欠落部７によって２つの領域４．１，４．２に分割
される。

【００２３】導体層４及び／又は隣接経路６の面抵抗
は、領域の長手軸線に対して横方向に沿って分布(Profi
l)、例えば勾配(Gradienten)を呈し、例えば主電流経路
５からの距離の関数で減少する。この分布は、厚さ若し
くは幅を変更することによって又は材料の組成を変更す
ることによって生じられ得る。

【００２４】図３，４中に示された第２箔２は、例えば
第１箔と同じに寸法取りされ、この第１箔と同じ材料か
ら作られている。しかし、この箔の導体層４は、中央に
沿って延在している主電流経路５を外側に向かって突出
する隣接電流経路６と共に有する。解放縁部８が、支持
箔の長手縁部に沿って延在している。ここでは、支持箔
３が、伝導層から解放されている。導体層４は分割され
ていない。その結果、この導体層４は、領域４．３を１
つだけ形成する。

【００２５】以下でまた説明するように、領域４．３
は、コンデンサの作動状態中に外側から接触する必要が
ない。さらに、この配置のために、コンデンサに印加さ
れる電圧の変化時に、まず第一に第２箔の領域４．３内
で、電流が横方向に流れる。すなわち、電流が隣接電流
経路６に沿って流れる。この理由から、主電流経路５
は、第２箔２上で又は第２箔の領域４．３内で省略して
もよい。

【００２６】薄膜コンデンサでは、両箔１，２は、重な
り合っていて、コンデンサが断面に沿って導体層と絶縁
層を交互に有するように巻かれている。第１箔の導体層
４が２つの領域４．１，４．２に分割されていることに
よって、２つの単位コンデンサが両箔１，２の重ね合わ
せ時に形成される。第１単位コンデンサは、第１箔１の
導体層の左側の領域４．１と第２箔２の導体層４の左半
分との間に形成される。第２単位コンデンサは、第２箔
２の導体層４の右半分と第１箔１の導体層の右側の領域
４．２との間に形成される。第２箔の導体層４が隣接し
ていることによって、両単位コンデンサが自動的に直列
に接続されている。コンデンサは、第１箔の縁部の補強
部に接触され得る。

【００２７】簡単のために、示された例では、コンデン
サが２つの単位コンデンサだけから構成される。すなわ
ち、第１箔の導体層４が、２つの領域だけに分割されて
いる。その一方で、第２箔の導体層４は、ただ１つの領
域４．３だけから構成される。多くの場合に、しかし両
箔の導体層は、長手方向に沿って延在している欠落部に
よって分離された多数の領域を有する。このとき、第１
導体層と第２導体層の領域は互いにずれている。単位コ
ンデンサはそれぞれ、領域の一方の半分と対向する領域
の他方の半分との間に形成される。コンデンサは、領域
の半分の接合によって対になって直列に接続される。そ
の結果、直列回路が、任意の多数の単位コンデンサによ
って発生しうる。主電流経路は、内側に沿って、特に領
域の中央の近くに沿って延在している。完全に縁部に沿
って配置された領域だけが、示された第１箔１の領域
４．１，４，２と同様に複数の主電流経路を有する。こ
れらの主電流経路は、長手縁部面に沿って延在し、同時
に縁部の補強に使用され使用され得る。

【００２８】第１箔と第２箔の隣接電流経路６は、特に
主電流経路５と同様に互いにずれて配置されている。

【００２９】示された全ての箔の導体層４は、低減した
伝導性を呈する。具体的に言うと、これらの導体層４の
面抵抗は、少なくとも５Ω，特に少なくとも 20 Ωであ
る。それに対して電流経路５，６は、可能な限り大きい
伝導性を呈する、すなわち例えば１Ω以下の面抵抗を呈
する。絶縁破壊が発生すると、該当する領域が、大きい
抵抗によってその絶縁破壊の場所を包囲する小さい面に
限定する。その結果、コンデンサの容量がほとんど減少
されない。したがって、コンデンサの絶縁破壊による劣
化は僅かである。他方では、平均の面抵抗としての全て
の面抵抗は、電流経路の高伝導性のために高くない。こ
れによって、損失は、通常動作中に小さく保持される。

【００３０】図５，６中には、箔１１及び箔１２が示さ
れている。これらの箔は、それらの機能と構造において
図１〜４の箔１，２に多くの部分で一致する。しかし、
第１箔の導体層４の導体層の領域４．１，４．２、及び
第２箔の唯一の領域を形成する導体層４は分割されてい
る。これらの箔は、規則的に間隔をあけたトレンチ状の
複数のカットアウトを有する。ここでは、支持箔が、主
に伝導性の層から解放されている。示された例では、カ
ットアウト９は、隣接電流経路６に対して平行に、かつ
隣合った２つの隣接電流経路間の中央に沿って延在して
いる。すなわち、隣接電流経路６が、分割部分のほぼ中
央にそって延在している。

【００３１】この分割化は、絶縁破壊による容量の低下
をさらに低減させる。すなわち、絶縁破壊時に該当する
面が、分割部分の縁部によって限定される。

【００３２】導体層の面抵抗が比較的小さいときに、例
えば５Ωと 70 Ωとの間に選択されているときに、分割
化は特に有用である。

【００３３】さらに、本発明は、明らかに説明した実施
の形態に限定されない。特に、支持箔，導体層及び電流
経路の材料は、通常の行動の範囲内で任意に変更され得
る。支持箔と導体層の厚さも、変更でき、特定のコンデ
ンサ構造の要求に合わせられ得る。箔の形は、任意に選
択され得る。電流経路は、主に均一でもよいし、又はそ
の代わりに抵抗値に勾配をもたせて形成してもよい。主
電流経路は、例えばいろいろな断面によって隣接電流経
路の面抵抗と異なる面抵抗を有してもよい。しかし、主
電流経路は、隣接電流経路と同じ面抵抗を有してもよ
い。

【００３４】コンデンサは、内部に直列に接続された２
つの単位コンデンサからか、又はこれらの多数のコンデ
ンサから構成され得る。内部接続回路が、説明した例の
ように複数の領域のずれた配置によって生じる。これら
の領域はそれぞれ、２つの単位コンデンサによって複数
の電極を形成する。すなわち、縁部に沿って配置された
領域まで、全ての領域が、この配置で２つの単位コンデ
ンサの形成に関与している。その代わりに、対になって
互いに対向し、面に沿ってほぼ一致する導体層の領域が
それぞれ、１つの単位コンデンサを形成する。この場
合、隣合った単位電極の２つの領域が、直列回路を形成
するために接続導線によって電気的に接続されている。
１本の電流経路が、この接続導線に沿って延在してい
る。

【００３５】コンデンサは、多数の並列に直列接続され
た多数の部分コンデンサから構成され得る。この場合、
全ての部分コンデンサ又はこれらの部分コンデンサのう
ちの少なくとも１つが、例えば２つの箔から巻かれ、先
の説明にしたがって構成されている。相並んでいる部分
コンデンサの（図１，５による）縁部の補強部が、−場
合によっては接触手段を使用して−互いに電気的に接続
されていて、これらの部分コンデンサがこうして互いに
直列に接続されているように、導体層を有する２枚の箔
と互いにずれた複数の領域とから成る多数の部分コンデ
ンサを相並んで配置することが、例えば可能である。

【００３６】誘電性の支持箔３は、好ましくは合成樹脂
から、例えばポリプロピレン，ＰＥＴ，ポリエステル，
ポリスティロール，ポリカーボネート，ＰＥＮから又は
紙から成る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコンデンサの第１箔の寸法どおりでな
い正面図、及び同様に寸法どおりでない投影図である。

【図２】本発明のコンデンサの第１箔の寸法どおりでな
い正面図、及び同様に寸法どおりでない投影図である。

【図３】本発明のコンデンサの第２箔の寸法どおりでな
い正面図、又は同様に寸法どおりでない投影図である。

【図４】本発明のコンデンサの第２箔の寸法どおりでな
い正面図、又は同様に寸法どおりでない投影図である。

【図５】本発明のコンデンサのその他の実施形の第１及
び第２箔の寸法どおりでない正面図である。

【図６】本発明のコンデンサのその他の実施形の第１及
び第２箔の寸法どおりでない正面図である。

【符号の説明】

１第１箔２第２箔３支持箔４導体層４．１領域４．２領域４．３領域５主電流経路６隣接電流経路７欠落部８開放縁部９カットアウト１１第１箔１２第２箔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5E082 AB01 BB07 BC15 CC02 CC12 EE05 EE23 FF05 FG03 JJ10 MM23 MM24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項０１】誘電体としての少なくとも１枚の支持
箔（３）、及びこの支持箔（３）上に被覆された少なく
とも１枚の導体層（４）を有する薄膜コンデンサであっ
て、この場合、内部直列回路が、少なくとも２つの単位
コンデンサによって形成されるように、少なくとも１枚
の導体層が複数の領域（４．１，４．２，４．３）内で
分割されていて、これらの領域（４．１，４．２，４．
３）が相関的に配置されている薄膜コンデンサにおい
て、電流経路構造体が、これらの領域（４．１，４．
２，４．３）上に形成されていること、この導体層は、
高い面抵抗を有すること、及び、この電流経路構造体の
電流経路（５，６）が、導電性の層より小さい面抵抗を
有することを特徴とする薄膜コンデンサ。
【請求項０２】電流経路構造体は、少なくとも１つの
領域内に少なくとも１本の主電流経路（５）、及びこの
主電流経路（５）から分岐した複数の隣接電流経路
（６）を有することを特徴とする請求項１に記載の薄膜
コンデンサ。
【請求項０３】領域（４．１，４．２，４．３）は、
ストリップ状に延在していること、及び、主電流経路
（５）は、領域の長手軸線に沿って延在していることを
特徴とする請求項２に記載の薄膜コンデンサ。
【請求項０４】導体層（４）及び／又は隣接電流経路
（６）の面抵抗は、最も近くにある主電流経路からの距
離に依存することを特徴とする請求項２又は３に記載の
薄膜コンデンサ。
【請求項０５】領域（４．１，４．２，４．３）のう
ちの少なくとも１つの領域の少なくとも一部が、互いに
電気的に接続されている領域から成ることを特徴とする
請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜コンデンサ。
【請求項０６】領域は、電流経路構造体の電流経路
（５）に接続していることを特徴とする請求項５に記載
の薄膜コンデンサ。
【請求項０７】領域は、主電流経路（５）によって接
続されていること、及び、隣接電流経路（６）は、これ
らの領域内で延在していることを特徴とする請求項６に
記載の薄膜コンデンサ。
【請求項０８】領域の複数の領域は、導体ブリッジに
よって接続されていることを特徴とする請求項５に記載
の薄膜コンデンサ。
【請求項０９】少なくとも１つの導体層（４）は、少
なくとも５Ω、特に少なくとも20Ωであることを特徴と
する請求項１〜８のいずれか１項に記載の薄膜コンデン
サ。
【請求項１０】電流経路（５，６）の断面が、導体層
の面抵抗より少なくとも10倍、特に少なくとも20倍小さ
い面抵抗を有することを特徴とする請求項１〜９のいず
れか１項に記載の薄膜コンデンサ。
【請求項１１】電流経路構造体は、導体層の局所的な
肉厚部分によって形成されることを特徴とする請求項１
〜１０のいずれか１項に記載の薄膜コンデンサ。
【請求項１２】電流経路構造体は、導体層の材料と異
なる金属から成る金属ストリップが電流経路（５，６）
の場所に対して被覆されていることによって形成される
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載
の薄膜コンデンサ。
【請求項１３】薄膜コンデンサは、片面を被覆した２
枚の支持箔から、又は両面を被覆した１枚の支持箔及び
被覆していない１枚の支持箔から巻かれていて、この場
合、複数の層が、断面に沿って形成され、これらの層
は、交互に導電性材料と電極として使用される導体層と
から成ることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１
項に記載の薄膜コンデンサ。
【請求項１４】隣合った２枚の層の電流経路（５，
６）は、互いにずらして配置されていることを特徴とす
る請求項１３に記載の薄膜コンデンサ。
【請求項１５】誘電的な１枚の支持箔（３）、及びこ
の支持箔（３）上に被覆された導体層（４）を有する請
求項１〜１４に記載の薄膜コンデンサ用の箔（１，１
１）にあって、この場合、この少なくとも１つの導体層
は、電気的に互いに分離された複数の領域（４．１，
４．２）に分割されていて、この場合、これらの領域
は、電極として使用するために直列接続された単位コン
デンサによって形成されている箔において、電流経路構
造体が、これらの領域（４．１，４．２）上に形成され
ていること、及び、導体層は、高い面抵抗を有するこ
と、及び、電流経路構造体の電流経路（５，６）は、導
電性層より小さい面抵抗を有することを特徴とする箔。