JP2003520423A - 電力コンデンサ用コンデンサ素子、当該コンデンサ素子製造方法、および当該コンデンサ素子からなる電力コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 二つの隣接する誘電体層を形成した複数の誘電体材料フィルム（４、５）と、複数の金属材料電極（６、７、８）とを有する電力コンデンサ用コンデンサ素子であって、その内の二つ（６、７）は、隣接する二つの誘電体層の間に位置し、互いに間隔を置きかつ並べて配置され、よって金属材料の存在しない領域（９）を形成している。本発明によれば、誘電体材料の永久接続部（２４）は、当該領域に配置され、誘電体層を互いに一体化する。本発明はこのようなコンデンサ素子を製造するための方法、そしてこのようなコンデンサ素子から成る電力コンデンサにも関連する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】

本発明は、二つの隣接する誘電体層を形成する複数の誘電体材料フィルムと、
複数の金属材料電極とを含む電力コンデンサ用コンデンサ素子に関するものであ
り、これら複数の金属材料電極の内の少なくとも二つは、二つの誘電体層の間に
位置し、互いに離間しかつ並べて配置されて金属材料の存在しない領域を画成す
る。

【０００２】 本発明は、また、そのようなコンデンサ素子、およびそのようなコンデンサ素
子から構成される電力コンデンサを製造する方法に関するものである。

【０００３】 本稿においては、電力コンデンサとは、１ｋＶ、好ましくは少なくとも５ｋＶ
を超える交流または直流で使用されるものをいう。

【０００４】

【従来の技術】

交流または直流で使用される電力コンデンサ用のコンデンサ素子においては自
己回復フィルムを用いることが知られており、その際、内部直列接続が用いられ
る場合もあり、用いられない場合もある。そのようなコンデンサ素子は、例えば
欧州特許ＥＰ ０ ２２５ ８２２ Ｂ１号に様々な厚みの電極を有する自己回
復フィルムが、欧州特許ＥＰ ０ ７８９ ３７１ Ａ１号では、セグメント直
列接続された電極を有する自己回復フィルムがそれぞれ述べられている。そのよ
うなコンデンサ素子の生産においては誘電体材料からなる細長いフィルムが使用
され、当該誘電体材料は、一つまたはそれ以上の電極を形成するために金属材料
で部分的にコートされる。生産においては、そのようなコートされたフィルムを
複数、通常は二つ用意し、それらを互いに重ね合わせた上でロールに巻き取り、
電極同士が容量的に接続される。複数のコンデンサ素子を直列および並列に接続
し、容器に封入することで、実際の電力コンデンサが出来上がる。場合によって
は、電力コンデンサの充填率を上げるために、コンデンサ素子は平らにされた後
に互いに接続され、容器に収められる。コンデンサ素子のフィルム中の誘電体材
料は通常、ポリプロピレンまたはポリエチレンテレフタル酸塩であり、電極材料
は通常、アルミニウム、亜鉛、またはこれらの合金である。

【０００５】 自己回復特性は誘電体フィルムおよび電極の選択を通じて得られ、そこではフ
ィルムを通して放電された際に、故障点の周囲で電極の局所的蒸発が起こり、こ
れにより故障点が電気的に隔離される。自己回復が機能するためには電極は薄く
なくてはならず、したがって通常は電極材料を誘電体フィルム上に蒸着させるこ
とによって電極層が形成される。自己回復は、誘電体フィルムが約１５ミクロン
よりも薄い場合にその効率が最も良くなるが、このことはフィルム間において高
電圧が許容されないことを意味する。しかし、内部直列接続を用いることにより
、誘電体フィルム間の電圧を上げることなくコンデンサ素子間の電圧を上げるこ
とが可能となる。

【０００６】 内部直列接続を実現するために、コンデンサ素子は、二つの隣接するフィルム
の間に配置される二つまたはそれ以上の電極を有し、これらの電極は、フィルム
の非コート部分によって互いに絶縁される。コンデンサ素子に電圧が加えられる
と、これらの電極には異なる電圧が発生し、よって隣接する電極間のフィルムの
境界層に沿って電圧勾配が発生する。もし隣接する二つの電極間でフラッシュオ
ーバーが発生すると、それによりコンデンサ素子が短絡するかもしれず、その場
合コンデンサ素子は使用できなくなる。もし、このコンデンサ素子が大量のエネ
ルギーを蓄えていたならば、そのような短絡により隣接するコンデンサ素子も損
害を受け、これらのコンデンサ素子を含む電力コンデンサが重大な損害を受ける
ことになる。したがって、必要な絶縁耐力を得るためには、電極間のフラッシュ
オーバーが発生しないように非コート部分の幅の寸法を決定しなければならない
。絶縁耐力は、誘電体フィルムの縦方向面に沿った絶縁耐力の方が、横方向面に
沿ったそれよりも顕著に弱いため、この決定に際しては十分な安全裕度を見込ま
なければならない。

【０００７】 しかし、異なる電圧を有する電極間に高い絶縁耐力を得るための上記必要条件
は、非コート部分の面積を減らし、よってコンデンサ素子における容積および材
料の有効利用を図ろうとする要請に相反するものである。電極間の絶縁耐力を高
めるための対策として通常、コンデンサ素子に適切な含浸液を完全もしくは部分
的に含浸させる。このような方法で絶縁耐力を高めることで、非コート部分の面
積を減らし、そして／あるいはコンデンサ素子間の許容電圧を高めることができ
る。しかし、一般的には、漏出、火災、環境対策、製造技術等の観点から、含浸
液の使用を避けることが望ましい。

【０００８】 （発明の詳細な説明） 本発明の目的は、含浸状態または非含浸状態において、容積および材料のより
優れた有効利用が図れ、そして／または従来の同等な含浸または非含浸コンデン
サ素子よりも高い電圧に耐え得るコンデンサ素子を提供することである。

【０００９】 本発明によるコンデンサ素子は、誘電体材料の永久接続部が当該領域内に配置
され、誘電体層を互いに結合することを特徴とする。

【００１０】 本発明による方法は、当該誘電体層が、誘電体材料の永久接続部によって当該
領域内で結合されることを特徴とする。

【００１１】 本発明による電力コンデンサは、誘電体材料の永久接続部が当該領域に配置さ
れ、誘電体層を互いに結合することを特徴とする。

【００１２】 本発明を通じ、当該領域における絶縁耐力が向上される。これにより、その領
域のサイズを小さくすることができ、よってコンデンサ素子、さらには電力コン
デンサにおける容積および材料のより有効な利用に資することになる。あるいは
、絶縁耐力が向上されることで、コンデンサ素子に加わる電圧を上げることがで
きる。さらに、絶縁耐力が高められたことで、使用目的によっては、含浸コンデ
ンサ素子の代わりに非含浸コンデンサ素子を使用することが可能となる。

【００１３】 一実施形態によれば、当該接続は、当該複数のフィルムの内の一つによって形
成される。

【００１４】 本発明の他の実施形態によれば、永久接続部は、当該領域における、複数の当
該フィルムの融着によって実現され、これによりフィルム間の境界層も得られ、
この境界層は絶縁耐力の面からは敏感であり、完全あるいは部分的に消滅する。

【００１５】 一実施形態によれば、本発明による電力コンデンサは複数のコンデンサ素子か
ら成り、これらのコンデンサ素子は、実質的に円形円筒状の形状を有し、それぞ
れの軸方向が一致するように近接して配置され、そして直列に接続されたコンデ
ンサの重ね積みを形成するように互いに接続される。このような高電圧用電力コ
ンデンサにおいては、コンデンサ素子内で内部直列接続を用いる技術は、コンデ
ンサ素子の直列接続の数を減らすことができるため、明らかに有利である。この
技術は、上述の自己回復の技術と共に特に有利である。正常な自己回復は特に薄
い金属コートを必要とし、そして金属中を流れる電流は活発な電力損失（熱）を
生ずるため、薄い層ほど結果的に大きな損失につながる。薄い金属コートという
条件について妥協することなくこのような損失を少なくする一つの方法は、金属
被覆したフィルムの形状、したがってコンデンサ素子の形状を選択し、よって巻
き取り方向に垂直な金属コートの寸法を減らし、ロールの長さを増やすことであ
る。この結果、内部直列接続を用いない限り、円筒状のコンデンサ素子の高さは
、直径との関係で比較的低くなる。このような素子を多数直列接続することは、
高電圧に対しては必要ではあるが、コストの観点からは望ましくはない。したが
って、内部直列接続の場合は、いくつかの直列接続された部分コンデンサを円筒
状コンデンサ素子内に自動的に組み込むことができ、その際、製造の観点から高
さと直径との間の関係が最適化され、良好な自己回復特性が得られる。

【００１６】 本発明を、図面を参照しつつ、以下により詳細に説明する。

【発明の実施の形態】

【００１７】 図１に、電力コンデンサ用コンデンサ素子を製造するためのテープ１の断面を
概略的に示す。テープ１は、第一部分テープ２と第二部分テープ３とを組み合わ
せることで形成されている。図２に、互いに重ね合わせる前のこれらの部分テー
プ２、３の第一の実施態様をより詳細に示す。テープ１は、適切な誘電体材料か
らなる第一および第二の連続フィルム４および５、ならびに適切な金属材料から
なる三つの電極６、７および８から構成される。図１に示されるように、第一お
よび第二の電極６および７は、封入された二つのフィルム４および５の間に封入
され、第三の電極８はテープ１の片方の側に配置される。二つの電極６および７
は、縦方向に走る領域９によって電気的に分離される。この領域９は当初、二つ
の部分テープ２および３を組み合わせる際にこれら部分テープに囲まれる形で形
成されたギャップであり、したがって封入された二つの電極６および７ならびに
フィルム４および５の対抗する面１０，１１によって画成される。テープを縦方
向に見た場合、三つの電極は連続していてもよく、連続していなくてもよい。後
者の場合、電極はテープ縦方向に所定の寸法のセグメントに分割され、よって連
続する二つのセグメントは一つまたはそれ以上のフューズブリッジによって電気
的に接続され、あるいはテープ上に存在するスペースによって電気的に分離され
る。図１に示す実施態様では、電極６、７および８は連続している。図２に示さ
れるように、当該第一部分テープ２は当該第一フィルム４および当該第三電極８
から成り、一方当該第二部分テープ３は当該第二フィルム５および当該第一並び
に第二電極６、７から成る。第一フィルム４は、縦方向に走る二つの平行な端部
１２および１３、ならびに互いに反対方向を向きかつ当該端部１２および１３の
間に広がる二つの面１４および１５を有する。第二部分テープ３の反対の方向を
向く面１４は、金属材料によって部分的にコートされることで当該第三電極８が
形成され、この第三電極８はフィルム４の幅よりも狭い所定の幅を有し、よって
端部１２および１３の最も近い位置で金属電極の存在しない面部分１６および１
７が形成される。第二部分テープ３に面する面１５上には電極のための金属材料
は一切存在しない。第一フィルム４と実質的に同じ幅である第二フィルム５は、
縦方向に走る二つの平行な端部１８および１９、ならびに互いに反対方向を向き
かつ当該端部１８および１９の間に広がる二つの面２０および２１を有する。第
一部分テープ２の方を向く面２０は金属材料で部分的にコートされ、端部１８お
よび１９からそれぞれ広がる当該二つの分離された電極６および７が形成される
。二つの電極６および７は、二つ合わせた場合、フィルム５の幅よりも狭い所定
の幅を有し、よって図１との関連で述べられた面部分１１が、電極６および７の
互いに向き合う内部端部２２および２３の間に形成され、この面部分１１上には
電極のための金属材料は存在しない。第一部分テープ２の反対の方向を向く面２
１上には、電極のための金属材料は一切存在しない。

【００１８】 金属材料の誘電体フィルム面上への配置は、スクリーン印刷または蒸着技術を
使って従来からの方法を用いることが好ましい。蒸着技術を用いる場合は、回転
するローラーによって面上にオイルマスクが塗布され、その後、フィルムは開口
部の前を通され、この開口部を通じて金属蒸気がマスクによって決定されるパタ
ーンにしたがって面上に堆積する。スクリーン印刷の場合は、適切にパターン処
理されたローラーにより、電極用導電材料がフィルム上に直接に塗布される。し
かし、本発明は、電極が誘電体フィルム上に他の方法により蒸着またはコートさ
れたコンデンサ素子に限定されるものではない。あるいは、電極は、誘電体フィ
ルム間に配置された金属薄膜で構成することもできる（図１６参照）。

【００１９】 図３に、端部接続が加えられる前のコンデンサ素子における、テープ１の任意
の断面図を示す。電極６および８が互いに容量的に接続し、これらと直列となる
形で電極８および７が互いに容量的に接続し、コンデンサ素子の内部直列接続が
従来からの態様で形成される。図３の断面図から明らかなように、第一フィルム
４と第二フィルム５とで二層の誘電体層が形成されるが、本発明によれば、これ
らの誘電体層は、誘電体材料によるブリッジ状の永久接続部２４によって当該領
域９において一体化される。二つの電極６および７は連続的であるため、当該永
久接続部２４も連続的であり、この点はこの断面図がテープの縦方向における任
意の位置におけるものである事実から理解されるところである。永久接続部２４
は、その断面を見た場合、図３に示されるように、当初封入ギャップであった部
分が全面的に充填されてもよく、あるいは部分的に充填され、このギャップが、
互いに向き合う二つの面部分１０および１１と共に、完全あるいは部分的に消滅
してもよい。これにより、分離された電極６および７間の領域９における絶縁耐
力が向上する。本発明の好ましい実施態様によると、永久接続部２４は、フィル
ム４および５の対抗する面部分１０および１１を融着することで得られる。した
がって、絶縁耐力がフィルム４および５の絶縁耐力と均等な永久接続部が得られ
る。本発明の他の実施態様によると、永久接続部は、フィルム４および５の面部
分１０および１１を互いにつなぎ合わせる接着剤、例えば適切なにかわ等を使用
することで得られる。

【００２０】 図１に示されるテープ１は、図２に示される部分テープ２および３以外の部分
テープを合わせることで得ることができる。そのような他の部分テープを図４お
よび図５に例示する。図４に、図１に示されるテープを製造するための二つの部
分テープの第二の実施態様を示す。図４では、第一および第二の電極６および７
が、第二部分テープ３に向き合うフィルム４の面１５上に形成される。図５に、
図１に示されるテープを製造するための二つの部分テープの第三の実施態様を示
す。図５では、第一の電極６が第二部分テープ３に向き合うフィルム４の面１５
上に形成される。

【００２１】 図３のテープ１を用いてコンデンサ素子を製造する方法を、適切な製造装置が
概略的に示される図６を参照しつつ、以下に説明する。製造装置は、材料２６の
第一ロールのための第一回転可能シャフト２５、材料２８の第二ロールのための
第二回転可能シャフト２７、コンデンサ素子３０を形成するためのテープ１を巻
き取るための回転可能貯蔵シャフト２９、プラスチック溶接機３１の形態をとる
発熱装置、そして近接して配置された二つのガイドロール３２で構成される。コ
ンデンサ素子３０を製造する場合、図２に示される部分テープ２のロールがシャ
フト２５に取り付けられ、図２に示される部分テープ３のロールがシャフト２７
に取り付けられる。部分テープ２および３はガイドロール３２に向かって進み、
そこで重ね合わされて図１に示されるテープ１が形成され、そして当該ギャップ
形態をとる当該領域９が、第二部分テープ３の電極６および７と、フィルム４お
よび５の互いに向き合う面部分１０および１１とで囲まれることで形成される。
テープ１はプラスチック溶接機３１を通過するが、このプラスチック溶接機は、
適切な温度まで熱せられる活性部分３３を有し、この活性部分は、領域９の幅よ
りも若干狭い所定の幅を有するロールの形態をとる。プラスチック溶接機３１は
、活性部分３３が領域９の反対側にあたるテープ１の面に沿って転がるように配
置される。テープ１が活性部分３３を通過する際、この活性部分がフィルム４お
よび５を局所的に熱し、それによりフィルム４および５が融着し、当該ギャップ
が完全に充填され、その後、融着部分が固まり、図３に示されるように領域９に
おいて永久接続部２４が形成される。上述のように、テープと物理的に接触する
活性部分と共に発熱する装置に代えて、超音波やレーザー技術を用いた発熱装置
等、非接触でプラスチック溶接を行うことが可能な発熱装置を用いてもよい。フ
ィルム４および５の融着中に封入電極６および７が損傷することを防止するため
に、熱供給が領域９部分に限定されることを保証しなければならない。これは、
クーリングトラップ（図示せず）を用いることで実現することが好ましい。これ
は、適当な一つまたは複数の冷却ローラーの形態をとり、溶接装置３１の活性部
分３３の直前または直後において、テープ１における当該電極６および７の反対
側を圧するものである。これらのローラーは、活性部分３３と共に、テープ１の
巻き取りの張りをチェックするために用いてもよい。この巻き取りの張りは、コ
ンデンサ素子を巻き取って製造する際の重要なパラメータである。フィルム４お
よび５が互いに融着されたならば、テープ１は貯蔵シャフト２９に巻き取られ、
その際、第一部分テープ２が内側の巻きを形成し、第二部分テープ３が外側の巻
きを形成するように巻き取りが行われる。すなわち、第一フィルム４の面１４が
貯蔵シャフト２９の方を向き、フィルム５の面２１がコンデンサ素子３０の外側
を向くことになる。

【００２２】 永久接続部が接着剤を用いて実現される場合、接着剤は、部分テープ２および
３の重ね合わせによるテープ１の形成の前、すなわちガイドロール３２通過の前
に、フィルム４および５のいずれか一方または双方の面部分１０および１１に塗
布されることが好ましい。接着剤は、部分テープ２および３の面部分１０および
１１に接触する装置によって塗布されることが好ましい。

【００２３】 図１２に、図３に示すテープ１を構成する二つのコンデンサ素子製造用部分テ
ープ２および３の更なる実施態様を示す。図１２の第一部分テープ２は、図２に
示される第一部分テープ２と同一のものである。もう一方の部分テープ３におい
ては、フィルム５は、誘電体材料からなる二つのフィルム部分６２および６３か
ら構成される。フィルム部分６２および６３のそれぞれには、第一部分テープ２
に面する側に、金属材料による電極６および７が部分コートされる。フィルム部
分６２および６３のそれぞれは、縦方向に走る端部６６および６７に沿って伸び
る非コート端部分６４および６５を有し、当該端部６６および６７は、相対し合
うフィルム部分６３および６２に面する。図１２に示されるように、フィルム部
分６２および６３は、非コート端部分６４および６５が互いに部分的に重なり合
うように配置される。図１２の部分テープ２および３からコンデンサ素子を製造
する場合、部分テープ２および３がロールに巻き取られ、その際、重なり合う端
部分６４および６５に局部的な高圧力が加えられ、よって図３に示されるように
、当該端部分が電極６および７の間の領域９内に拡充する。端部分６４および６
５はこうして互いに、そして第一部分テープ２のフィルム４と一体化され、図３
に示される永久接続部２４が形成される。用いることのできる充填材料の量は重
ね合わせの程度によって制御される。すなわち、重ね合わせが大きいほど、より
多くの充填材料を用いることができる。このような状況においては、巻き取りテ
ンションを高くすることは重要であり、よって重ね合わされる端部分６４および
６５ならびにフィルム４が一緒に接合される。ここで説明された方法は、加熱装
置を用いて電極６および７の間を局所加熱する方法として先に説明されたものと
組み合わせてもよい。さらに、接着剤を用いる方法として先に説明されたものと
組み合わせてもよい。二つまたはそれ以上の内部直列接続を有するコンデンサ素
子が求められる場合、部分テープとして二つ以上のフィルム部分を用いることが
好ましい。

【００２４】 本発明を二つまたはそれ以上の内部直列接続を有するフィルムを含むべく拡張
することは必然的に可能であり、その場合、製造装置が、コンデンサ素子の全て
の内部直列接続においてフィルム間の永久接続部を形成する手段を含むことが好
ましい。

【００２５】 図７に、二つの内部直列接続を有するコンデンサ素子を製造するためのテープ
３４を示す。テープ３４は、図８に示されるように、二つの部分テープ３５およ
び３６を組み合わせることによって製造される。第一の部分テープ３５は誘電体
フィルム４を有し、この誘電体フィルムは、もう一方の部分テープ３６に面する
側とは反対の側の面１４上に、部分的にコートされた二つの連続する電極３７お
よび３８を有する。電極３７および３８は、部分テープ３５の縦方向に伸張する
形で存在し、さらにこれらの電極は面１４上に配置されるが、その際、金属材料
の存在しない縦方向に走る面部分３９が電極３７および３８の間に得られ、かつ
金属材料の存在しない縦方向に走る面部分４０がフィルム４の縦方向に走る端部
１３のうちの一つに沿って得られるように配置される。結果的に、面部分３９は
、電極３７および３８の互いに向き合う二つの内部端５６および５７によってそ
の境界が決定される。フィルム４の面１５は第二部分テープ３６に面し、そこに
は電極のための金属材料は一切存在しない。第二部分テープ３６は誘電体フィル
ム５を有し、この誘電体フィルムは、第一の部分テープ３５に面する面２０上に
部分的にコートされた二つの連続する電極４１および４２を有する。第一部分テ
ープ３５と同じように、電極４１および４２は、部分テープ３６の縦方向に伸張
する形で存在し、さらにこれらの電極は面２０上に配置されるが、その際、金属
材料の存在しない縦方向に走る面部分４３が電極４１および４２の間に得られ、
かつ金属材料の存在しない縦方向に走る面部分４４がフィルム５の縦方向に走る
端部１８のうちの一つに沿って得られるように配置される。結果的に、面部分４
３は、電極４１および４２の互いに向き合う内部端５８および５９によってその
境界が決定される。フィルム５の面２１は第一部分テープ３５の反対の側を向き
、そこには電極のための金属材料は一切存在しない。部分テープ３５および３６
が組み合わされる際に第一の領域４５が形成されるが、この領域４５は、電極４
１および４２、面部分４３、ならびに面部分４３に面しフィルム４の面１５の一
部分である面部分４６によって囲まれるギャップとして形成される。

【００２６】 二つの内部直列接続を有するコンデンサ素子の製造のための製造装置を図９に
示す。図６に示される製造装置のように、図９の製造装置は、第一の回転可能シ
ャフト２５、第二の回転可能シャフト２７、コンデンサ素子３０のための回転可
能貯蔵シャフト２９、および二つのガイドロール３２から構成される。製造装置
はまた、第一のプラスチック溶接機４７および第二のプラスチック溶接機４８の
形態をとる二つの発熱装置を備え、これらの発熱装置のそれぞれは、適切な温度
まで加熱される活性部分４９および５０を備える。コンデンサ素子３０を製造す
る場合、図８に示される第一部分テープ３５のロール５１がシャフト２５に取り
付けられ、図８に示される第二部分テープ３６のロール５２がシャフト２７に取
り付けられる。図６と関連して先に説明された方法のように、部分テープ３５お
よび３６はガイドロール３２へ向けて送り出され、そこで部分テープ３５および
３６は互いに重ね合わされてテープ３４が形成され、そして図７に示される領域
４５が形成される。テープ３４はプラスチック溶接機４７の活性部分４９を通過
し、その活性部分によって先に説明された方法のように、テープ３４のフィルム
４および５の間の領域４５において、誘電体材料の第一永久接続部５３（図１０
参照）が形成される。その後テープ３４はロールに巻き取られるが、その際、テ
ープ３４の下部側、すなわち電極３７および３８が配置されている側が、テープ
３４の先に巻き取られている部分、すなわち第二フィルム５の面２１に接触する
ように巻き取られる。このように第二の領域５４は、電極３７および３８、面部
分３９、ならびに面部分３９に面するフィルム５の面２１の端部分（図示されず
）によって画成される封入ギャップの形態で形成される。封入ギャップはプラス
チック溶接機４８の活性部分５０を通過し、その際、フィルム４および５が領域
５４において局所的に熱せられ、よってフィルム４および５が互いに融着しギャ
ップを完全に充填する。フィルム４および５が固化すると、フィルム４および５
によって形成される誘電体層の間の領域５４において、誘電体材料による第二の
永久接続部５５（図１０参照）が形成される。プラスチック溶接機４８は電極４
１を通して領域５４に熱を供給しなければならないため、効率的なクーリングト
ラップ（図示せず）によって電極４１から余分な熱を奪い、よって電極４１が損
傷しないことが重要である。

【００２７】 図１０に、図９に関連して上述された方法にしたがって製造されたコンデンサ
素子の任意の断面図を示す。図１０に、テープ３４’および３４”の二つの連続
する層を示す。そこでは、二つの最も上のフィルム４’および５’が一方の層に
属し、二つの最も下のフィルム４”および５”が他方の層に属する。各層におい
ては、誘電体層、すなわち領域４５’および４５”におけるフィルム４’および
５’並びに４”および５”は、永久接続部５３’および５３”によって互いに結
合されている。テープ３４’および３４”の各層は、永久接続部５５を通じて領
域５４において隣接する層と一体となっている。したがって本実施態様において
は、フィルム４”はフィルム５”および５’と隣接し、フィルム５’はフィルム
４”および４’と隣接する。

【００２８】 図１６に、内部直列接続を有するコンデンサ素子製造のためのテープ１の他の
実施態様を示す。テープ１は、誘電体材料からなる第一、第二および第三の連続
フィルム９１、９２および９３と、金属材料からなる第一、第二および第三の電
極９４、９５および９６から構成される。この場合のコンデンサ素子は、いわゆ
るフィルム−薄膜タイプと呼ばれるもので、すなわち電極９４、９５および９６
がアルミニウムの連続金属薄膜から構成されるものである。第一フィルム９１と
第二フィルム９２とは実質的に同一の幅を有し、第三のフィルム９３はこれらの
約二倍の幅を有する。第一および第二の電極９４および９５はそれぞれ、第三の
フィルム９３の幅の概ね半分以下の幅を有し、第三の電極９６は第一および第二
のフィルム９１および９２を合わせた幅よりも幾分小さい幅を有する。図１６に
示されるように、第一および第二の電極９４および９５は、第三のフィルム９３
の両側に、並べてかつ互いに距離を置いて配置される。より具体的には、第一の
電極９４は、第三のフィルム９３の一方の側、すなわち図１６に示されるフィル
ム９３の上部側に配置され、第三のフィルム９３の左半分９３’に接続する。第
二の電極９５は、第三のフィルム９３の他方の側、すなわち図１６に示されるフ
ィルム９３の下部側に配置され、第三のフィルム９３の右半分９３”に接続する
。第二のフィルム９２は第一の電極９４の上に配置される。換言すれば、第一の
電極９４は、第三のフィルム９３の左半分９３’と第二のフィルム９２との間に
配置される。第三の電極９６は、その一部が第二のフィルム９２の上に配置され
、その部分において第三の電極９６の左半分９６’が第二のフィルム９２の上側
と接続し、さらに、その一部が第三のフィルム９３の右半分９３”の上に配置さ
れ、その部分において第三の電極９６の右半分９６”が第三のフィルム９３の右
半分９３”と接続する。第一のフィルム９１は第三の電極９６の右半分９６”の
上に配置される。コンデンサ素子の製造においては、テープ１が巻き取られてロ
ールとなり、その際に第一のフィルム９１が第二の電極９５に接続し、第三のフ
ィルム９３の左半分９３’が第三の電極９６の左半分９６’に接続する。結果的
に、第二の電極９５は、第一のフィルム９１と第三のフィルム９３の右半分９３
”との間に挟まれる。巻き取られたコンデンサ素子においては、第三のフィルム
９３の左半分９３’と第一のフィルム９１とが共に第一の誘電体層を形成し、第
二のフィルム９２と第三のフィルム９３の右半分９３”とが第二の誘電体層を形
成する。電極９４および９５はこれらの誘電体層の間に配置され、これら電極間
には金属材料の存在しない領域９７が画成され、この領域９７は、第三のフィル
ム９３の中央部分９８によって実質的に充填される。換言すれば、第三のフィル
ム９３の中央部分９８は誘電体層間の永久接続部を形成し、よって第一および第
二の電極９４および９５の間の領域９７において良好な絶縁耐力が得られる。電
極９４、９５および９６の長辺における絶縁耐力をさらに向上するために、第一
および第二の電極９４および９５の内部長辺９９および１００で例示されるよう
に、これらの部分を折り返すことが可能である。あるいは、第三の電極９６の長
辺１０１および１０２で例示されるように、電極９４、９５および９６の長辺を
折り返すことなく、よってコンデンサ素子の構造を単純化することも可能である
が、この場合絶縁耐力は減少する。第一および第二の電極の外部長辺１０３およ
び１０４は、フレーム溶射されるように整えられ、あるいはコンデンサ素子の接
続点を形成するべく何らかの方法による電気的接続が行えるように整えられる。
上述のフィルム−薄膜タイプのコンデンサ素子に適切な含浸液を含浸させ、よっ
てコンデンサ素子の絶縁耐力をさらに向上させることが好ましい。

【００２９】 図１１に、本発明による電力コンデンサ６０の第一の実施態様を示す。この電
力コンデンサ６０は、一体化されたフィルムを有する上述のタイプのコンデンサ
素子６１が複数接続されたものから成る。そうでない場合、電力コンデンサ６０
は従来の方法によって構成され、金属製容器および磁器製またはポリマーによる
ブッシングを備える。コンデンサ素子６１は、従来どおりにロール状に巻かれた
上で平らにされる。

【００３０】 図１３に、本発明による電力コンデンサ６０の第二の実施態様を示す。電力コ
ンデンサ６０は、一体化されたフィルムを有する上述のタイプのコンデンサ素子
６１が複数用いられたものであり、この場合は四つのコンデンサ素子から構成さ
れる。コンデンサ素子６１は、実質的に円形円筒状の形状を有し、それぞれの軸
方向が一致するように重ね置かれたものである。隣り合うコンデンサ素子６１は
それぞれの端部面において電気的に接続され、コンデンサ素子６１により直列接
続の積層体が形成される。容器６８も電力コンデンサ６０の一部を構成し、この
容器は実質的に円形円筒形状であり、その内部にコンデンサ素子６１を収容し、
その際コンデンサ素子６１の軸方向と容器６８の軸方向とが一致するように積層
体られる。積層体の両端に位置するコンデンサ素子はそれぞれコネクタ６９およ
び７０に電気的に接続し、これらのコネクタはそれぞれ容器の端部分７１および
７２を貫通する。コネクタ６９および７０は電力コンデンサの接続端子を形成す
る。容器６８は絶縁材料から作られることが好ましい。

【００３１】 図１４に、一体化されたフィルムを有する上述のタイプのコンデンサ素子６１
の他の実施態様の縦方向断面を示す。コンデンサ素子６１は、同心円状に配置さ
れ共通の軸を有する三つのサブ素子７３、７４および７５に分けられる。最も外
側に位置するサブ素子７３は実質的にチューブ状で、中央のサブ素子７４を取り
囲み、これらのサブ素子間には小さなギャップが存在する。中央のサブ素子７４
も、同じように最も内側のサブ素子７５を取り囲んでいる。換言すれば、半径方
向に隣接し合うサブ素子の外側に位置する方は、それを貫く中央チャンネルを有
し、その中央チャンネルは実質的に円形円筒状の形状を有し、内側のサブ素子に
隣接する。最も内側のサブ素子７５は、それを貫く中央チャンネル７６を有する
。様々なサブ素子の半径方向の厚さはそれぞれ異なり、最も薄いものが最も外側
に位置する。したがって、これらは実質的に同じ静電容量を有する。サブ素子７
３、７４および７５の間には絶縁体７７が配置される。サブ素子７３、７４およ
び７５は直列に接続される。半径方向に隣接し合う二つのサブ素子が有する接続
点の一つは、同じ端部に位置する。したがって、最も外側のサブ素子７３は、コ
ンデンサ素子６１の一方の端部において、カップリング装置７８によって中央の
サブ素子７４に接続され、そして中央のサブ素子７４は、コンデンサ素子６１の
他方の端部において、カップリング装置７９によって最も内側のサブ素子７５に
接続される。よってコンデンサ素子６１のための接続８０および８１は各端部に
一つずつ設けられる。サブ素子の数が三つ以上、例えば五つまたは七つである場
合、サブ素子の端部におけるカップリング点の接続は、交互に設けられる。

【００３２】 図１５に、図１４に示されるタイプのコンデンサ素子が複数ある場合に、いか
にして互いに直列接続されるかを示す。図には、二つのそのような素子６１ａお
よび６１ｂを示す。内側のサブ素子７５の上部端に存在する下部コンデンサ素子
６１ｂからの接続８１は、外側のサブ素子７３の下部端に存在する上部コンデン
サ素子６１ａの接続８０に接続される。このタイプのコンデンサで発生する電位
差に対処するべく、コンデンサ素子６１ａおよび６１ｂ間に絶縁体８２が配置さ
れる。

【００３３】 本発明は、内部直列接続を画成する以外に、例えば同じ電位を有する分割電極
間のように、ギャップ内の永久接続部によりフィルムの結合を含めるように拡張
され得る。そうすることで、テープの縦方向を実質的に横断するように広がる永
久接続部を得ることができる。コンデンサ素子がロールに巻かれ、よって誘電体
フィルムの巻きが互いに重なるように配置される場合、本発明を拡張し、図１０
の右側部分に示されるように、図７および８に示される面部分４０および４４を
、永久接続部によって、対抗するフィルムの対抗する面部分と結合させることも
可能である。

【００３４】 ロール形態のコンデンサ素子の一般的寸法は、直径が１００〜３００ｍｍ、口
径が２０〜９０ｍｍ、好ましくは少なくとも３０ｍｍ、そして高さが５０〜８０
０ｍｍである。そのようなコンデンサ素子は、約１〜１５ｋＶの電圧での使用が
意図されるものである。例えば、直径が２００ｍｍ、口径が５０ｍｍ、そして高
さが１５０ｍｍのコンデンサ素子は、約４〜１０ｋＶの電圧での使用が意図され
るものである。したがって約４０ｋＶまでの電圧については、図１３に示される
ように、これらのコンデンサ素子を四つ直列に接続することで対応可能である。
コンデンサ素子が金属被覆されたフィルムで構成される場合、それらのフィルム
はポリプロピレンから成り、好ましくは５〜１５ミクロンの範囲に収まる一定の
厚さを有することが好ましい。電極層はアルミニウムと亜鉛との合金から成り、
好ましくは５〜４０Ω／□の範囲にある面抵抗率を有することが好ましい。コン
デンサ素子がフィルム−薄膜タイプである場合、電極層は金属薄膜、好ましくは
アルミニウム薄膜から成り、その厚さは４〜６ミクロンの範囲にあることが好ま
しい。ロールの形状に巻かれたコンデンサ素子は、適用例によっては、他のコン
デンサ素子との接続および容器への収納によって電力コンデンサを製作する前に
、事前に平らにしておくことが可能である。本発明は、含浸コンデンサ素子およ
び非含浸コンデンサ素子の双方に適用可能である。

【００３５】 本発明は、一つまたはそれ以上の電極層が区分され、すなわちより小さい部分
領域またはセグメントに分割されているコンデンサ素子にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、内部直列接続を有するコンデンサ素子を製造するためのテープの断面
を概略的に示す。

【図２】 図２は、図１に示されるテープを製造するための部分テープの第一の実施態様
を概略的に示す。

【図３】 図３は、本発明による内部直列接続を有するコンデンサ素子内における、テー
プの任意の断面を示す。

【図４】 図４は、図１に示されるテープを製造するための部分テープの第二の実施態様
を概略的に示す。

【図５】 図５は、図１に示されるテープを製造するための部分テープの第三の実施態様
を概略的に示す。

【図６】 図６は、本発明による内部直列接続を有するコンデンサ素子を製造するための
製造装置を概略的に示す。

【図７】 図７は、二つの内部直列接続を有するコンデンサ素子を製造するためのテープ
の断面を概略的に示す。

【図８】 図８は、図７に示されるテープを製造するための部分テープの第一の実施態様
を概略的に示す。

【図９】 図９は、本発明による二つの内部直列接続を有するコンデンサ素子を製造する
ための製造装置を概略的に示す。

【図１０】 図１０は、本発明による内部直列接続を有するコンデンサ素子において用いら
れるテープの連続する二巻きについての任意の断面を示す。

【図１１】 図１１は、本発明による電力コンデンサの実施態様を示す。

【図１２】 図１２は、本発明によるコンデンサ素子を製造するための二つの部分テープの
他の実施態様を示す。

【図１３】 図１３は、本発明による電力コンデンサの第二の実施態様を示す。

【図１４】 図１４は、コンデンサ素子の他の実施態様について、その縦方向の断面を示す
。

【図１５】 図１５は、図１４に示されるタイプで、二つの内部直列接続を有するコンデン
サ素子を示す。

【図１６】 図１６は、一つの内部直列接続を有するコンデンサ素子を製造するためのテー
プの断面を概略的に示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二つの隣接する誘電体層を形成する誘電体材料の複数のフィ
   ルム（４、５；９１、９２、９３）と、金属材料の複数の電極（６、７、８；３
   ７、３８、４１、４２；９４、９５、９６）とを含み、該電極（６、７；３７、
   ３８；４１、４２；９４、９５）の内少なくとも二つが、二つの誘電体層の間に
   位置し、互いに離間しかつ並べて配置されて金属材料の存在しない領域を画成す
   る電力コンデンサ用コンデンサ素子において、誘電体材料の永久接続部（２４；
   ５３；５５；９８）が当該領域（９；４５；５４；９７）内に配置されると共に
   、該誘電体層を互いに一体化することを特徴とする電力コンデンサ用コンデンサ
   素子。
2. 【請求項２】 当該接続部（９８）が、当該複数のフィルム（９３）の内の
   一つを含むか、或いは、それから構成されることを特徴とする請求項１に記載の
   コンデンサ素子。
3. 【請求項３】 当該複数のフィルム（４、５；９１、９２、９３）の内の二
   つの隣接するフィルム（４、５）が当該誘電体層を形成し、当該接続部（２４；
   ５３；５５）がこれら二つの隣接するフィルム（４、５）を互いに一体化するこ
   とを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ素子。
4. 【請求項４】 コンデンサ素子が連続テープ（１；３４）によって形成され
   、この連続テープは、当該二つの隣接するフィルム（４、５）と、当該少なくと
   も二つの電極（６、７；４１、４２）と、付加的な少なくとも一つの金属材料の
   電極（８；３７、３８）とを含み、この金属電極（８；３７、３８）は、フィル
   ム（４、５）の内の１つのフィルムの一方の側であって、フィルム（５、４）の
   他方とは反対側に配置され、最初は間隙を形成する当該領域（９；４５）が、当
   該二つのフィルム（４、５）の相対面する面部（１０、１１；４３、４６）と当
   該二つの電極層（６、７；４１、４２）の相対する内側端部（２２、２３；５８
   、５９）とによって画定され、このギャップ（９；４５）はテープ（１；３４）
   の長手方向に延在することを特徴とする請求項３に記載のコンデンサ素子。
5. 【請求項５】 当該少なくとも二つの電極層（６、７；３７、３８；４１、
   ４２；９４、９５）が異なる電位差を有することを特徴とする請求項１乃至４の
   いずれかに記載のコンデンサ素子。
6. 【請求項６】 当該接続（２４；５３；５５）が当該二つの隣接するフィル
   ム（４、５）の局所的融着によって形成されることを特徴とする請求項３乃至５
   のいずれかに記載のコンデンサ素子。
7. 【請求項７】 当該二つのフィルムの内の少なくとも一つのフィルム（５）
   が、当該領域（９）において互いに重なり合う少なくとも二つのフィルム部分（
   ６２、６３）を含み、そして、当該接続（２４）が当該二つのフィルム（４、５
   ）の局所的一体化によって形成されることを特徴とする請求項３乃至６のいずれ
   かに記載のコンデンサ素子。
8. 【請求項８】 当該接続（２４；５３；５５）が接着剤を包含し、あるいは
   接着剤によって形成されることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の
   コンデンサ素子。
9. 【請求項９】 当該接続（２４；５３；５５）の絶縁耐力が当該二つの隣接
   するフィルム（４、５）の絶縁耐力と均等であることを特徴とする請求項３乃至
   ８のいずれかに記載のコンデンサ素子。
10. 【請求項１０】 当該複数の電極（６、７、８；３７、３８、４１、４２）
    が、蒸着技術またはスクリーン印刷技術を用いて当該複数のフィルム（４、５）
    上に形成されることを特徴とする請求項３乃至９のいずれかに記載のコンデンサ
    素子。
11. 【請求項１１】 電力コンデンサ用コンデンサ素子（３０）の製造方法であ
    って、当該コンデンサ素子（３０）は、二つの隣接する誘電体層を形成する複数
    の誘電体材料フィルム（４、５；９１、９２、９３）と、複数の金属材料電極（
    ６、７、８；３７、３８、４１、４２；９４、９５、９６）とで形成され、その
    電極（６、７；３７、３８；４１、４２；９４、９５）の内少なくとも二つが、
    二つの誘電体層の間に位置し、互いに離間しかつ並べて配置されて金属材料の存
    在しない領域を画成する製造方法であって、当該誘電体層が、当該領域（９；４
    ５；５４；９７）内において、誘電体材料の永久接続部（２４；５３；５５；９
    ８）によって一体化されることを特徴とする製造方法。
12. 【請求項１２】 当該接続（９８）が当該複数のフィルムの内の一つ（９３
    ）によって形成されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 【請求項１３】 当該複数のフィルム（４、５；９１、９２、９３）の内の
    二つの隣接するフィルム（４、５）が、当該永久接続部（２４；５３；５５）に
    よって当該領域（９；４５；５４）において一体化されることを特徴とする請求
    項１１に記載の方法。
14. 【請求項１４】 コンデンサ素子（３０）が、連続テープ（１；３４）によ
    って形成され、該連続テープが当該二つの隣接するフィルム（４、５）と、当該
    少なくとも二つの電極（６、７；４１、４２）と、付加的な少なくとも一つの金
    属電極（８；３７、３８）とを包含し、該金属電極（８；３７、３８）は、フィ
    ルム（４、５）の内の１つのフィルムの一方の側であって、フィルム（５、４）
    の他方とは反対側に配置され、最初は間隙を形成する当該領域（９；４５）が、
    当該二つのフィルム（４、５）の相対面する面部（１０、１１；４３、４６）と
    当該二つの電極層（６、７；４１、４２）の相対する内側端部（２２、２３；５
    ８、５９）とによって画定され、このギャップ（９；４５）はテープ（１；３４
    ）の長手方向に延在することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 【請求項１５】 当該永久接続部（５３）が形成された後、テープ（３４）
    がロールに巻き取られて、金属材料の存在しない第二の領域（５４）が、テープ
    （３４）の二つの重なり合う巻き部の間に形成され、そして当該フィルム（４、
    ５）が、誘電体材料による永久接続部（５５）によって、当該第二の領域（５４
    ）内において一体化されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 【請求項１６】 当該フィルム（４、５）が局所的に融着されて当該接続（
    ２４；５３、５５）が形成されることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれ
    かに記載の方法。
17. 【請求項１７】 当該二つのフィルムの内の少なくとも一つ（５）が、当該
    領域（９）において少なくとも部分的に互いに重ね合わされる少なくとも二つの
    フィルム部分（６２、６３）を包含し、そして当該フィルム（４、５）が、圧力
    および／または熱の影響下で、当該領域（９）において局所的に一体化され、よ
    って当該接続（２４）が形成されることを特徴とする請求項１３乃至１６のいず
    れかに記載の方法。
18. 【請求項１８】 少なくとも一つのコンデンサ素子（６１）を含む電力コン
    デンサ（６０）であって、当該コンデンサ素子は、二つの隣接する誘電体層を形
    成する複数の誘電体材料フィルム（４、５；９１、９２、９３）と、複数の金属
    材料電極（６、７、８；３７、３８、４１、４２；９４、９５、９６）とを含み
    、その電極（６、７；３７、３８；４１、４２；９４、９５）の内の少なくとも
    二つが、互二つの誘電体層の間に位置し、互いに離間しかつ並べて配置されて金
    属材料の存在しない領域を画成する電力コンデンサにおいて、誘電体材料の永久
    接続部（２４；５３；５５；９８）が当該領域（９；４５；５４；９７）内に配
    置され、誘電体層を互いに一体化することを特徴とする電力コンデンサ。
19. 【請求項１９】 コンデンサ素子（６１）が複数のサブ素子（７３、７４、
    ７５）を含み、これらのサブ素子は互いに同軸状に配置され、よって半径方向に
    隣接するサブ素子の内の最も外側のサブ素子が、その素子の中心を貫通する円形
    円筒状のチャンネルを有し、当該チャンネルは最も内側のサブ素子に接すること
    を特徴とする請求項１８に記載の電力コンデンサ（６０）。
20. 【請求項２０】 コンデンサ素子（６１）内のサブ素子（７３、７４、７５
    ）の個数が奇数であり、そしてこれらが互いに直列に接続されることを特徴とす
    る請求項１９に記載の電力コンデンサ（６０）。
21. 【請求項２１】 実質的に円形円筒状の形状を有する当該コンデンサ素子（
    ６１）を複数包含し、これらのコンデンサ素子が互いに近接して配置され、よっ
    てそれらの軸方向が同一で、直列接続のコンデンサの積層体を形成することを特
    徴とする請求項１８乃至２０のいずれかに記載の電力コンデンサ（６０）。