JP2005072122A - 金属化フィルムコンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】高温における安全性が良好で、かつ、長期信頼性に優れた金属化フィルムコンデ ンサを提供することを目的とする
【解決手段】金属蒸着電極をフィルム長手方向に対し複数の領域に区画するための非蒸着部である分割マージンを具備し、前記分割マージンにより区画された領域がフィルム長手方向に対して徐々に狭くなるパターンが５０〜７０ｃｍ間隔毎に繰り返されることにより、高温における安全性が良好で、かつ、長期信頼性に優れた金属化フィルムコンデンサを提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は金属化フィルムコンデンサに係り、特に誘電体フィルムの一点集中破壊によるコンデンサの急激な絶縁破壊を抑制するための対策を講じた金属化フィルムコンデンサに関する。

従来、金属化フィルムコンデンサには複数の電極を設けたものや、また、複数の電極部とこれら電極部を相互に導通させるヒューズ部とを設けた金属化フィルムが使用されている。このような、上記従来の金属化フィルムを使用したコンデンサでは、過度の条件で使用された場合、フィルムの弱点部や熱劣化した部分が絶縁破壊した場合、金属化フィルムの自己回復作用やヒューズ機能でその絶縁破壊した箇所だけをコンデンサ全体から切り離すことができず、隣接するフィルムも同時に破壊させてしまうことがある。特に、コンデンサの使用される周囲温度が高い程、このような傾向が強く現れる。

そのため、破壊がある一箇所に集中して発生してしまい、結果、発熱が大きくなりコンデンサの急激な絶縁破壊を誘発してしまう。

以上のように従来のコンデンサは特に高温時におけるヒューズ動作性が安全性および長期信頼性を決める要因となっている。

そのため、高温時におけるヒューズ動作性を向上させるためヒューズ寸法およびヒューズ形状の改良がされている（特許文献１、特許文献２、特許文献３）。
特開平１０−１４４５６３号公報 特開平１１−４５８１９号公報 特開２０００−１１４０８９公報

しかしながら、上記の特許文献に係る発明によっても、改善はみられるものの高温におけるヒューズ動作性が著しく向上した（例えば７０％以上）とは言いがたいのが現状である。つまり高温における安全性が完全に確立していないということである。

従って、高温における安全性が良好で長期信頼性に優れたコンデンサが求められている。

本発明は、上記課題を解決するものであり、高温における安全性が良好で、かつ、長期信頼性に優れた金属化フィルムコンデンサを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の金属化フィルムコンデンサは、片面に金属蒸着電極を有する金属化フィルム同し、または両面に金属蒸着電極を有する金属化フィルムと絶縁フィルムとを重ね合わせ、或いは両面に金属蒸着電極を有する２枚の金属化フィルムと２枚の絶縁性フィルムとを交互に重ね合わせて巻回しその両巻回端面に金属を溶射して電極引出し部を設けてなるコンデンサにおいて、前記金属蒸着電極の少なくとも一方に、
この金属蒸着電極をフィルム長手方向に対し複数の領域に区画するための非蒸着部である分割マージンを具備し、
さらに上記発明に加えて、分割マージンにより区画された領域がフィルム長手方向に対して大きい部分と小さい部分が一定区画あり、かつ、それが５０〜７０ｃｍ間隔毎に繰り返しあるものとする。

さらに、金属蒸着電極の少なくとも一方に、この金属蒸着電極を複数の領域に区画するための非蒸着部である分割マージンを具備し、前記分割マージンによって複数の電極部とこれら電極部を相互に導通させるヒューズ部とに区画されており、前記ヒューズ部に於ける第１の溶断電流値が１５０ｍＡ、第２の溶断電流値が第１の溶断電流値の９５％（１５０ｍＡ×０．９５＝１４３ｍＡ）、第３の溶断電流値が第２の溶断電流値の９５％（１４３ｍＡ×０．９５＝１３６ｍＡ）と次の溶断電流値が先の溶断電流値の９５％であり、このように区画された領域がフィルム長手方向に対して５０〜７０ｃｍ間隔毎に繰り返されるものとする。

また、この発明に加え、ヒューズ部の溶断電流値がフィルム長手方向に対して大きい部分と小さい部分が一定区画あり、かつ、それが５０〜７０ｃｍ間隔毎に繰り返しあるものとする。

本発明の金属化フィルムコンデンサであれば、コンデンサの発熱による急激な絶縁破壊を誘発することがなく、かつ、高温における安全性および長期信頼性が良好となる金属化フィルムコンデンサを提供できる。

本発明の実施を実施するための最良の形態について図面を用いて具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれコンデンサ誘電体フィルムの第１の巻取り構成と第２の巻取り構成および第３の巻取り構成を示した図である。１ａ、１ｂはそれぞれ片面に亜鉛蒸着膜から成る亜鉛電極２ａ、２ｂを有する片面金属化ポリプロピレンフィルムであり、３は両面に亜鉛電極２ａ、２ｂを有する両面金属化ポリプロピレンフィルムであり、４は非金属化合わせポリプロピレンフィルムである。

また、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）および（ｈ）は亜鉛電極２ａ、２ｂをそれぞれ詳細に示したものであり、５は蒸着電極部、６は非蒸着部の分割マージン、７はヒューズを示している。この分割マージンに於ける第１の分割マージンと第２の分割マージンの間隔が５０ｍｍ、第２の分割マージンと第３の分割マージンの間隔が第１の分割マージンと第２の分割マージンの間隔の９５％（５０ｍｍ×０．９５＝４７．５ｍｍ）、さらに第３の分割マージンと第４の分割マージンの間隔が第２の分割マージンと第３の分割マージンの間隔の９５％（４７．５ｍｍ×０．９５＝４５．１ｍｍ）と次の分割幅が先の分割幅の９５％であり、このように区画された領域がフィルム長手方向に対して５０〜７０ｃｍ間隔毎に繰り返されるものとする。

（ｉ）、（ｊ）および（ｋ）は従来品の金属化フィルムであり、５は蒸着電極部、６は非蒸着部の分割マージン、７はヒューズである。

フィルム材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）ポリイミド（ＰＩ）等のフィルムを単独または組み合わせることにより使用可能であるが、特性性能、作業性、形状、経済性等の観点からＰＥＴフィルムお
よびＰＰフィルムが最も優れている。

また、電極の材料としては、亜鉛としているが、その他の電極の材料としてアルミニウム、亜鉛とアルミニウム合金、ニッケルおよび銅も考えれるが、生産性、経済性、特性性能より判断して亜鉛およびアルミニウムが最も好ましい。

図１（ａ）の構成のように亜鉛片面金属化ＰＰフィルム（ｄ）と亜鉛片面金属化ＰＰフィルム（ｈ）をそれぞれ巻回し、その両巻回端面に金属を溶射して電極引出し部を設けコンデンサを製作した。尚、フィルムの厚みは７μｍとした。

また、区画された領域がフィルム長手方向に対してが４０ｃｍ、６０ｃｍ、８０ｃｍ間隔毎に繰り返しあるコンデンサを各々制作した。

さらに、この時比較用に（ｉ）、（ｋ）の金属化フィルムを用いて従来品のコンデンサも同時に製作した。

尚、定格は、４００ＶＡＣ３０μFとした。

これら、本発明品と従来品のコンデンサを用いてｎ＝５個ずつ電圧昇圧試験行い、その結果を図２（ａ）に示した。横軸に周囲温度、縦軸に破壊電圧とした。

尚、試験条件は、電圧昇圧スピードを４００ＶＡＣ〜２５Ｖ／３０ｍｉｎ、周囲温度を２５℃、８５℃および１００℃とし、ヒューズ付きのコンデンサは容量変化率−５（％）を絶縁破壊電圧とした。

図２（ａ）の電圧昇圧試験結果に示すように周囲温度２５℃では本発明品と従来品の絶縁破壊電圧に差は見られなかったが、８５℃および１００℃においては本発明品の方が絶縁破壊電圧が高くなった。

これは、本発明品のコンデンサには図１（ｄ）のように金属蒸着電極をフィルム長手方向に対し複数の領域に区画するための非蒸着部である分割マージン６を具備し、前記分割マージン６により区画された領域が徐々に短くなる構成からなるため、つまり隣接するフィルムの蒸着電極面積が違うため、金属化フィルムの自己回復作用（ＳＨ）時の蒸着膜を飛散させるためのエネルギーが小さくなっていく。

これにより、フィルムの弱点部や熱劣化した部分が絶縁破壊した場合、ＳＨ時のエネルギーの小さい蒸着電極面積の小さい箇所から破壊していくため、破壊が一箇所に集中して発生することがない。

つまり、隣接するフィルムが同時に破壊することがないため、破壊時の発熱も抑えることができ、コンデンサの急激な絶縁破壊を防ぐことが可能となる。

これに対して従来品は、隣接するフィルムの蒸着電極面積が同じであるため、フィルムの弱点部や熱劣化した部分が絶縁破壊した場合、その時発生するＳＨのエネルギーは全ての蒸着電極で同じになってしまう。

そのため、隣接するフィルムが同時に破壊してしまい、その破壊時の発熱によりコンデンサの急激な絶縁破壊を誘発してしまう。

また、図２（ｂ）の電圧昇圧試験結果に示すように周囲温度２５℃では分割マージンに
よって区画された一定区画の間隔が４０ｃｍ、６０ｃｍ、８０ｃｍでは絶縁破壊電圧に差は見られなかったが、８５℃および１００℃においては４０ｃｍ、６０ｃｍの方が絶縁破壊電圧が高くなった。

これは、一定区画の間隔が８０ｃｍだと蒸着電極面積の小さい区画の数量が他に比べて少なくなるため、隣接するフィルムが同時に破壊し易く、破壊時の発熱も抑えることができないため、コンデンサの急激な絶縁破壊を防ぐことが不可能となる。

また、４０ｃｍと６０ｃｍにおいては、ほぼ同等の破壊水準であったが、４０ｃｍだと分割マージンの数量が多くなるため、つまりコンデンサになり得ない部分（ロス部分）が多くなるため、経済的に不利である。

従って、特性性能、経済性等の観点から５０〜７０ｃｍが最も優れている。

尚、蒸着化金属フィルムの構成が（ｅ）、（ｈ）であっても同様の結果、効果が得られた。
（実施の形態２）
金属化フィルム（ｆ）と（ｈ）の構成についても電圧昇圧試験を行い、その結果を図２（ｃ）に示した。

尚、この時比較用に（ｊ）、（ｋ）の金属化フィルムを用いて従来品のコンデンサも同時に製作した。

図２（ｃ）の電圧昇圧試験結果に示すように周囲温度２５℃では本発明品と従来品の絶縁破壊電圧に差は見られなかったが、８５℃および１００℃においては本発明品の方が絶縁破壊電圧が高くなった。

これは、本発明品のコンデンサには図１（ｆ）のように金属蒸着電極をフィルム長手方向に対し複数の領域に区画するための非蒸着部である分割マージン６を具備し、前記分割マージン６により複数の電極部とこれら電極部を相互に導通させるヒューズ部７とに区画されており、前記ヒューズ部の溶断電流値がフィルム長手方向に対し徐々に小さくなる構成からなるため、ヒューズの溶断電流値の小さい箇所から破壊が進み、破壊が一箇所に集中して発生することがない。

つまり、隣接するフィルムが同時に破壊することがないため、破壊時の発熱も抑えることができ、コンデンサの急激な絶縁破壊を防ぐことが可能となるからである。

これに対して従来品は、隣接するフィルムのヒューズ部の溶断電流値が同じであるため、フィルムの弱点部や熱劣化した部分が絶縁破壊した場合、ヒューズ動作による発熱により隣接するフィルムが同時に破壊してしまい、その破壊時の発熱によりコンデンサの急激な絶縁破壊を誘発してしまう。

尚、蒸着化フィルムの構成が（ｇ）と（ｈ）であっても上記と同様の結果、効果が得られ、特性性能、経済性等の観点から５０〜７０ｃｍが最も優れていることが確認できた。（実施の形態３）
次に、本発明品と従来品のコンデンサを用いてｎ＝５個ずつ連続耐用性試験を行い、その結果を図３に示した。横軸に印可時間、縦軸に容量変化率とした。

尚、試験条件は、印可電圧を５００ＶＡＣ（１．２５Ｅ）、周囲温度を８５℃とした。

図１（ａ）の構成のように亜鉛片面金属化ＰＰフィルム（ｄ）と亜鉛片面金属化ＰＰフィルム（ｈ）をそれぞれ巻回し、その両巻回端面に金属を溶射して電極引出し部を設けコンデンサを製作した。尚、フィルムの厚みは７μｍとした。

また、この時比較用に（ｉ）、（ｋ）の金属化フィルムを用いて従来品のコンデンサも同時に製作した。尚、定格は、４００ＶＡＣ３０μFとした。

図３（ａ）の連続耐用性試験結果に示すように印可時間が１０００ｈにおける容量変化率は本発明品の方が小さくなった。

これは、本発明品のコンデンサには図１（ｄ）のように金属蒸着電極をフィルム長手方向に対し複数の領域に区画するための非蒸着部である分割マージン６を具備し、前記分割マージン６により区画された領域が徐々に短くなり構成からなるため、つまり隣接するフィルムの蒸着電極面積が違うため、金属化フィルムの自己回復作用（ＳＨ）時の蒸着膜を飛散させるためのエネルギーが小さくなっていく。

これにより、フィルムの弱点部や熱劣化した部分が絶縁破壊した場合、ＳＨ時のエネルギーの小さい蒸着電極面積の小さい箇所から破壊していくため、破壊が一箇所に集中して発生することがない。

つまり、隣接するフィルムが同時に破壊することがないため、破壊時の発熱も抑えることができ、コンデンサの急激な絶縁破壊を防ぐことが可能となり、かつ、高温における長期信頼性が良好となる。

また、図３（ｂ）の連続耐用性試験結果に示すように印可時間が１０００ｈにおける容量変化率は分割マージンによって区画された一定区画の間隔が４０ｃｍが他に比べて大きく、６０ｃｍ、８０ｃｍはほぼ同等の変化率を示した。

これは、一定区画の間隔が４０ｃｍだと分割マージンの数量が多くなるため、フィルムに介在する空気・水分の量が多くなり、電圧印加による蒸着金属の酸化が促進され易いためである。

また、６０ｃｍと８０ｃｍにおいては、ほぼ同等の破壊水準であったが、８０ｃｍだと蒸着電極面積の小さい区画の数量が他に比べて少なくなるため、隣接するフィルムが同時に破壊し易く、破壊時の発熱も抑えることができないため、コンデンサの急激な絶縁破壊を防ぐことが不可能となり、安全性に課題が残る。

従って、特性性能の観点から５０〜７０ｃｍが最も優れている。

尚、蒸着化金属フィルムの構成が（ｅ）、（ｈ）であっても同様の結果、効果が得られた。
（実施の形態４）
金属化フィルム（ｆ）と（ｈ）の構成についても電圧昇圧試験を行い、その結果を図３（ｃ）に示した。

尚、この時比較用に（ｊ）、（ｋ）の金属化フィルムを用いて従来品のコンデンサも同時に製作した。

図３（ｃ）の連続耐用性試験結果に示すように印可時間が１０００ｈにおける容量変化率は本発明品の方が小さくなった。

これは、本発明品のコンデンサには図１（ｆ）のように金属蒸着電極をフィルム長手方向に対し複数の領域に区画するための非蒸着部である分割マージン６を具備し、前記分割マージン６により複数の電極部とこれら電極部を相互に導通させるヒューズ部７とに区画されており、前記ヒューズ部の溶断電流値がフィルム長手方向に対し徐々に小さくなる構成からなるため、ヒューズの溶断電流値の小さい箇所から破壊が進み、破壊が一箇所に集中して発生することがない。

つまり、隣接するフィルムが同時に破壊することがないため、破壊時の発熱も抑えることができ、コンデンサの急激な絶縁破壊を防ぐことが可能となるからである。

これに対して従来品は、隣接するフィルムのヒューズ部の溶断電流値が同じであるため、フィルムの弱点部や熱劣化した部分が絶縁破壊した場合、ヒューズ動作による発熱により隣接するフィルムが同時に破壊してしまい、その破壊時の発熱によりコンデンサの急激な絶縁破壊を誘発してしまう。

結果、高温における長期信頼性が低いものになってしまう。

尚、蒸着化フィルムの構成が（ｇ）と（ｈ）であっても上記と同様の結果、効果が得られ、特性性能の観点から５０〜７０ｃｍが最も優れていることが確認できた。

本発明は特に誘電体フィルムの一点集中破壊によるコンデンサの急激な絶縁破壊を抑制するための対策を講じた金属化フィルムコンデンサの電極パターンとして有用である。

（ａ）本発明品の実施の形態１における第１の巻取り構成図（ｂ）本発明品の実施の形態１における第２の巻取り構成図（ｃ）本発明品の実施の形態１における第３の巻取り構成図（ｄ）本発明品の実施の形態１における蒸着電極の電極パターンを示す正面図（ｅ）本発明品の実施の形態１における蒸着電極の電極パターンを示す正面図（ｆ）本発明品の実施の形態２における蒸着電極の電極パターンを示す正面図（ｇ）本発明品の実施の形態２における蒸着電極の電極パターンを示す正面図（ｈ）本発明品の実施の形態１における蒸着電極の正面図（ｉ）従来品の蒸着電極を示す正面図（ｊ）従来品の蒸着電極を示す正面図（ｋ）従来品の蒸着電極を示す正面図 （ａ）本発明品の実施の形態１における電圧昇圧試験結果を示す特性図（ｂ）本発明品の実施の形態１における電圧昇圧試験結果を示す特性図（ｃ）本発明品の実施の形態２における電圧昇圧試験結果を示す特性図 （ａ）本発明品の実施の形態３における連続耐用性試験結果を示す特性図（ｂ）本発明品の実施の形態３における連続耐用性試験結果を示す特性図（ｃ）本発明品の実施の形態４における連続耐用性試験結果を示す特性図

符号の説明

１ａ、１ｂ … 片面金属化ポリプロピレンフィルム
２ａ、２ｂ … 亜鉛電極
３ … 両面金属化ポリプロピレンフィルム
４ … 非金属化合わせポリプロピレンフィルム
５ … 蒸着電極
６ … 分割マージン部
７ … ヒューズ部

Claims (4)

1. 片面に金属蒸着電極を有する金属化フィルム同し、または両面に金属蒸着電極を有する金属化フィルムと絶縁フィルムとを重ね合わせ、或いは両面に金属蒸着電極を有する２枚の金属化フィルムと２枚の絶縁性フィルムとを交互に重ね合わせて巻回しその両巻回端面に金属を溶射して電極引出し部を設けてなるコンデンサにおいて、前記金属蒸着電極の少なくとも一方に、この金属蒸着電極をフィルム長手方向に対し複数の領域に区画するための非蒸着部である分割マージンを具備し、前記分割マージンにより区画された領域がフィルム長手方向に対して徐々に狭くなるパターンが５０〜７０ｃｍ間隔毎に繰り返されることを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
2. 分割マージンにより区画された領域がフィルム長手方向に対して大きい部分と小さい部分が一定区画あり、かつ、それが５０〜７０ｃｍ間隔毎に繰り返しあることを特徴とする請求項１記載の金属化フィルムコンデンサ。
3. 金属蒸着電極の少なくとも一方に、この金属蒸着電極を複数の領域に区画するための非蒸着部である分割マージンを具備し、前記分割マージンによって複数の電極部とこれら電極部を相互に導通させるヒューズ部とに区画されており、前記ヒューズ部の溶断電流値がフィルム長手方向に対し徐々に狭くなるパターンが５０〜７０ｃｍ間隔毎に繰り返されることを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
4. ヒューズ部の溶断電流値がフィルム長手方向に対して大きい部分と小さい部分が一定区画あり、かつ、それが５０〜７０ｃｍ間隔毎に繰り返しあることを特徴とする請求項３記載の金属化フィルムコンデンサ。
   
   
   

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