JP2005085870A - 金属化フィルムコンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、自己保安機構のヒューズ動作性を向上しかつ製造歩留まり向上を達成する金属化フィルムコンデンサの提供を目的とする。
【解決手段】誘電体フィルムの片面または両面に金属蒸着電極を設け、前記誘電体フィルムの幅方向の一端部を他の部分の金属蒸着電極の膜抵抗値より低い低抵抗部で、他端部が非金属蒸着部で形成し、かつ前記低抵抗部は対向する非金属蒸着部までの間に納まる幅とし、対向する少なくとも一方の蒸着電極には非金属蒸着部による電極区切り部を設け、さらに前記電極区切り部には少なくとも１カ所以上のヒューズ部を設けるが最も電極引出部に近い部分のヒューズ部はフィルム長手方向に平行に形成され、かつ対向する非金属蒸着部内にあり、さらにヒューズ部は前記低抵抗部には含まずに形成された金属化フィルムを一対として積層または巻回してコンデンサ素子を形成し、前記コンデンサ素子の両端面に電極引出部を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、力率改善用の電力用，電気機器用，各種電源回路用及び通信機器、ハイブリッド自動車、電気自動車を含む車両用等に使用される金属化フィルムコンデンサに関するものである。

従来から、巻回型の自己保安機構付きの金属化フィルムコンデンサにおいて、電極引出部となる部分の電極厚みを厚くして電極導出部となるメタリコンとの接続強度を上げることは公知の技術である（たとえば特許文献１参照）。

またその際、自己保安機構のヒューズ部の構成も公知となっている（たとえば特許文献２参照）。

その一例につき、従来例を示す図５および図６を用いて説明する。図５は従来の金属化フィルムコンデンサの断面模式図を示すものであり、３１は誘電体フィルム、３２は誘電体フィルム３１に蒸着した金属蒸着膜、３３は金属蒸着膜を厚くして抵抗を低くした低抵抗部、３４は、微小破壊発生時、後述する分割電極を分断するヒューズ部、３５は、金属蒸着しないマージン部、３７は、前記した金属蒸着膜を厚くした部分のフィルム幅方向の大きさを示す定抵抗幅を示す。また、図６は、この従来の金属蒸着フィルムの模式図を示すものであり、３６は、ヒューズ部３４で接続された分割電極を形成する電極区切り部、３８は、分割電極にした微小ブロックを示す。

そして、図５および図６において、蒸着電極厚みを厚くした低抵抗部３３を設けることにより、電極導出部となるメタリコンとの接続強度を上げるようにしている。

また、低抵抗部３３内に設けたヒューズ部３４、および分割電極とした微小ブロック３８により、微小破壊発生時に微小ブロックのみが分断される自己保安機構が構成されている。
特開昭６２−１８３５０６号公報（第１図） 特開平３−２３４０１０号公報（第１図、第４図）

ところが、このような従来の構成で金属化フィルムコンデンサとした場合、種々の問題点があった。

まず、電極引出をより強固にするために設けた低抵抗部内に、自己保安機構のヒューズ部を設けているが、低抵抗部は厚みが厚く、低抵抗部内でこのヒューズ部を動作させるには大きな電流が必要となる。そのため、時として自己回復作用でのクリアリングできない短絡が発生し、その短絡電流ではヒューズ動作せず、コンデンサ全体の破壊に至ることがあった。

また、上記の課題を解決するために、ヒューズ幅を狭く設定してヒューズ感度を上げる手法を採る場合、ヒューズ感度が良すぎると、今度はコンデンサ定常通電時においても自己回復作用が発生してしまい、容量減少が大きくなるという欠点があり、上記２点の課題を解決することは困難であった。

本発明は、上記問題点を解決するものであり、金属化フィルムコンデンサの自己保安機構動作性向上、さらには製造歩留まり向上を図ることを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明の金属化フィルムコンデンサにおいては、誘電体フィルムの片面に設けた蒸着電極のフィルム幅方向で片方の端部に、電極引出部に接続し、他の部分の金属蒸着電極より低い膜抵抗値を有する低抵抗部を設け、他端部に金属蒸着しないマージン部を設けた第１の金属化フィルムと、前記第１の金属化フィルムの低抵抗部が反対側になるように対向させた第２の金属化フィルムとを重ねて一対とし、巻回または積層してコンデンサ素子を形成し、前記コンデンサ素子の両端面に前記電極引出部を設け、前記第１および第２の金属化フィルムの低抵抗部は、その幅が前記誘電体フィルムを挟んで対向する金属化フィルムのマージン部幅内になるようにして設けられたものである。

また、本発明の金属化フィルムコンデンサは、第１および第２の金属化フィルムの少なくとも一方の蒸着電極には、非金属蒸着部による電極区切り部を設け、前記電極区切り部により形成された分割電極の微小ブロックを有するものである。

また、その電極区切り部は、少なくとも電極引出部との接続部と微小ブロック間にヒューズ部を有するものであり、そのヒューズ部は、低抵抗部内になく、他の電極部分に設けたものである。さらにそのヒューズ部は、誘電体フィルムを挟んで対向する金属化フィルムのマージン部の幅内になるように設け、また、フィルム長手方向に平行に形成されたものである。

さらに、本発明の金属化フィルムコンデンサは、両面蒸着フィルムを用いたものである。

以上のように、本発明の金属化フィルムコンデンサによれば、ヒューズ動作を向上させることができ、またヒューズ幅の許容を大きくとることが可能となることから、製造歩留まりを格段に向上させ経済的にも優れたコンデンサとすることができる。

また、電極区切り部による微小ブロックをフィルム幅方向に複数個設けることにより、通電時の容量減少率を抑制し、品質的に優れたコンデンサとすることが可能となる。

さらに、誘電体フィルムの両面に金属蒸着電極を形成した両面蒸着フィルムを用いることにより、生産性の向上が図れ、経済的に優れたコンデンサとすることが可能となる。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における金属化フィルムコンデンサについて図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態における金属化フィルムコンデンサの断面模式図を示すものであり、１、１ａは誘電体フィルム、２、２ａは誘電体フィルム１および１ａに蒸着した金属蒸着膜、３、３ａは金属蒸着膜を厚くして抵抗を低くした低抵抗部、４は微小破壊発生時、後述する分割電極を分断するヒューズ部、５、５ａは、金属蒸着しないマージン部、７は前記した金属蒸着膜を厚くした部分のフィルム幅方向の大きさを示す低抵抗幅を示す。また、この２枚の金属化フィルムのうち、図１上側の金属化フィルムを第１の金属化フィルム１０とし、下側の金属化フィルムを第２の金属化フィルム１１としている。また、１２は金属蒸着膜２および２ａのうち電極引出部との接続部を示す。

また、図２は、第１の金属化フィルムの模式図を示すものであり、６はヒューズ部４で接続された分割電極を形成する電極区切り部、８は電極区切り部６によって分割電極に区切られた微小ブロックを示す。

なお、第２の金属化フィルムについては、第１の金属化フィルム１０と同様、微小ブロックやヒューズ部を有する電極形状にしてもよいが、なくても本発明の効果は得られるし、あればなお一層の効果が得られる。本実施の形態では、第１の金属化フィルム１０のみに微小ブロックやヒューズ部を有するものとして説明する。

また、第１の金属化フィルム１０の低抵抗部３の低抵抗幅７は、誘電体フィルム１を挟んで対向する第２の金属化フィルム１１のマージン部５aの幅５ｂ内に納まる幅としている。さらにヒューズ部６も同様に誘電体フィルム１を挟んで対向する第２の金属化フィルム１１のマージン部５aの幅５ｂ内に納まる幅としている。

さらに、第１の金属化フィルム１０には、図２で示すように、非金属蒸着部による電極区切り部６を設けて分割電極に区切った微小ブロック８が設けられ、電極区切り部６には、各微小ブロック８と電極引出部との接続部１２とを接続するヒューズ部４が各微小ブロック８ごとに設けられている。このヒューズ部４は、フィルム長手方向に平行になるように形成しており、さらに低抵抗部３内には設けず、内側の通常の電極部に設けられており、さらには、対向する第２の金属化フィルム１１のマージン部幅５ｂ内に収まるように設けられている。

そして、このような、低抵抗部３内にヒューズ部４を有する第１の金属化フィルム１０と、ヒューズ部を持たない第２の金属化フィルム１１の２枚を重ねて一対として巻回または積層し、フィルム幅方向の両側に電極を引き出すメタリコン電極を形成して、金属化フィルムコンデンサとしている。

上記したような構成により、本実施の形態における金属化フィルム１０、１１には、電極引出部となる低抵抗部３、３ａ内に、自己保安機構のヒューズ部を設けずに、低抵抗部３、３ａと、金属蒸着膜２、２ａとの間にヒューズ部４を設けたため、ヒューズ部の動作性が向上する。また、金属蒸着膜２、２ａより厚みのある低抵抗部中にヒューズ部を設けなくても良いため、ヒューズ動作性確保のためのヒューズ幅範囲を広く採ることが可能となり、製造時の歩留まり向上に繋がる。さらに、第１の金属化フィルム１０においては、電極引出部に最も近いヒューズ部４が、フィルム長手方向に平行になるようにして設けられ、かつ対向する第２の金属化フィルム１１のマージン部幅５ｂ内にあるため、対向する電極部からの熱が伝わりにくいので、ヒューズ部４での発熱を放熱しやすくできる。

なお、従来の技術で説明した図５の金属化フィルムと、本実施の形態とを比較すると、図１の本実施の形態においては、図５の従来例より低抵抗幅７が狭くなっていて、かつ対向する誘電体フィルムのマージン部内にあること、さらにヒューズ部４が低抵抗部３内にないこと、さらにヒューズ部４も対向する誘電体フィルムのマージン部内にあることが特徴である。

次に、本実施の形態における実施例および従来例を試作し、性能比較試験を行なったのでそれについて説明する。

まず本実施の形態における実施例として、厚み４μｍのポリプロピレンフィルムで耐圧７５０ＶＤＣ、容量５０μＦのコンデンサを試料１とし、低抵抗幅７を２ｍｍ、低抵抗部３の膜抵抗値を３Ω/ｃｍ²、高抵抗部すなわち通常の電極部の膜抵抗値を８Ω/ｃｍ²とする金属化フィルムを用いたコンデンサを試作した。なお、この試料１の保安機構は図２に示すようなパターンとし、ヒューズ幅０．４ｍｍとした。

次に、本実施の形態である試料１と比較するための従来品の試料２として、低抵抗幅を６ｍｍとし、他は試料１と同様の試作品を作成した。

さらに、同様に本実施の形態である試料１と比較するための従来品の試料３として、低抵抗幅６ｍｍ、ヒューズ幅０．３ｍｍとして他は試料１と同様の試作品を作成した。

なお、ヒューズ部は、試料１では低抵抗部に設けず、試料２、３では低抵抗部に設けている。

これらの試料を用いて１００℃において直流電圧印加による保安性試験、及び連続通電試験を実施したのでその結果を表１に示す。なお、保安性試験は５０Ｖ／１ｈステップアップとし、続通電試験は１０００ＶＤＣ通電とした。

表１に示すように、試料２では保安性試験、連続通電試験の双方でコンデンサ破壊が発生している。この破壊品を調査したところ、低抵抗部内にある保安機構ヒューズ部が動作していないことが原因であることがわかった。

また試料３では、保安性試験、連続通電試験ともにコンデンサ破壊は無いものの、連続通電試験において容量減少率が極めて大きい結果となった。この試料についても調査したところ、ヒューズ幅を小さくしたために、極めて小さな自己回復作用にもヒューズが動作し、本来ヒューズ動作してほしくないレベルの微小短絡にも反応する程のヒューズ感度となっていることが判明した。

一方、本実施の形態の実施例品である試料１は、保安性試験、連続通電試験の双方においてコンデンサ破壊が無く、また連続通電試験の容量減少率も小さいことから、自己回復作用でまかないきれない破壊に対してヒューズ動作が働くという、本来の保安機構としてのヒューズの目的を充分果たしている結果となった。

また、製造歩留まりの点からも従来のコンデンサでは試料２と試料３の結果からヒューズ幅を非常に狭い範囲にする必要があり、うまくヒューズ部を形成することが困難となり、製造歩留まりが良くなかった。しかしながら本実施の形態における実施例では、試料１に加え、ヒューズ幅を０．３ｍｍ、０．５ｍｍの試料を作成し、同様の試験を行ったが、何ら問題とならない結果を得た。このことから、従来品より幅広いヒューズ設計が可能となり、製造歩留まりも格段に向上することができることとなった。

なお、本実施の形態はポリプロピレンフィルムを用いた実施例について述べたがＰＥＴ、ＰＰＳ、ＰＥＮ等他のプラスチックフィルムでも同様のことが言える。

また本実施の形態では図２に示す自己保安機構パターンについて述べたが図３、図４のように、フィルム幅方向に電極区切り部による微小ブロックが複数個ある場合にも同様のことが言える。なお、図３、図４のように微小ブロックが複数個ある場合には、連続通電時の容量減少率を図２の場合よりさらに良化させることができる。このことは、一度の微小破壊に対してコンデンサから切り離される電極面積が小さいことによるものである。

すなわち、図３、図４のように微小ブロックが複数個ある金属化フィルムを用いた場合、電極区切り部は幅方向で少なくとも２カ所以上としているため、１つの電極区切り部の面積が１カ所の場合より小さくすることが可能となるので、コンデンサ通電時の容量減少を抑制することが可能になり、安定した品質のコンデンサ特性を確保できる。

さらに、本実施の形態においては、誘電体フィルムの片面のみに金属蒸着した片面金属蒸着フィルムの実施例で説明したが、これに限定するものではなく、誘電体フィルムの両面に金属蒸着電極を形成した両面蒸着フィルムと、非金属化フィルムとを組合せ、積層、巻回したコンデンサについても同様のことが言える。

すなわち、誘電体フィルムの両面に金属蒸着した両面蒸着フィルムを用いた金属化フィルムコンデンサによれば、誘電体フィルムの両面に金属蒸着電極を設けているので生産性の向上につながり、経済性に優れる。

本発明の金属化フィルムコンデンサは、力率改善用の電力用，電気機器用，各種電源回路用及び通信機器、ハイブリッド自動車、電気自動車を含む車両用等、民生用一般電気機器をはじめ、広く産業用電気機器のコンデンサとして利用できる。

本発明の実施の形態１における金属化フィルムコンデンサ断面模式図 本発明の実施の形態１における蒸着フィルム模式図の第１の実施例を示す図 本発明の実施の形態１における蒸着フィルム模式図の第２の実施例を示す図 本発明の実施の形態１における蒸着フィルム模式図の第３の実施例を示す図 従来の金属化フィルムコンデンサの断面模式図 従来の蒸着フィルム模式図の例を示す図

符号の説明

１、１ａ 誘電体フィルム
２、２ａ 金属蒸着膜
３、３ａ 低抵抗部
４ ヒューズ部
５、５ａ マージン部
５ｂ マージン部幅
６ 電極区切り部
７ 低抵抗部幅
８ 微小ブロック
１０ 第１の金属化フィルム
１１ 第２の金属化フィルム
１２ 電極引出部との接続部

Claims (8)

1. 第１の誘電体フィルムの片面に設けた金属蒸着電極のフィルム幅方向で片方の端部に他の部分の金属蒸着電極より厚い低抵抗部を設け、他端部に金属蒸着しないマージン部を設けた第１の金属化フィルムと、第２の誘電体フィルムの片面に設けた金属蒸着電極のフィルム幅方向の端部に金属蒸着しないマージン部を設けた第２の金属化フィルムとを、この第２の金属化フィルムのマージン部が前記第１の金属化フィルムの低抵抗部に対向するよう重ねて一対とし、巻回または積層してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子の両端面に電極引出部を設けてなる金属化フィルムコンデンサであって、前記第１の金属化フィルムに設けた金属蒸着電極部とこの金属蒸着電極部より厚い低抵抗部との間にヒューズ部を設けてなる金属化フィルムコンデンサ。
2. 第１の誘電体フィルムの片面に設けた金属蒸着電極のフィルム幅方向で片方の端部に、他の部分の金属蒸着電極より低い膜抵抗値を有する低抵抗部を設け、他端部に金属蒸着しないマージン部を設けた第１の金属化フィルムと、第２の誘電体フィルムの片面に設けた金属蒸着電極のフィルム幅方向で片方の端部に、他の部分の金属蒸着電極より低い膜抵抗値を有する低抵抗部を設け、他端部に金属蒸着しないマージン部を設けた第２の金属化フィルムとを、この第２の金属化フィルムの低抵抗部が前記第１の金属化フィルムのマージン部に対向するよう重ねて一対とし、巻回または積層してコンデンサ素子を形成し、前記コンデンサ素子の両端面に電極引出部を設けてなる金属化フィルムコンデンサであって、前記第１および第２の金属化フィルムの低抵抗部は、その幅が前記誘電体フィルムを挟んで対向する金属化フィルムのマージン部幅内になるようにして設けられた金属化フィルムコンデンサ。
3. 第１および第２の金属化フィルムの少なくとも一方の蒸着電極には、非金属蒸着部による電極区切り部を設け、前記電極区切り部により形成された分割電極の微小ブロックを有する請求項１または２記載の金属化フィルムコンデンサ。
4. 電極区切り部は、少なくとも電極引出部との接続部と微小ブロック間にヒューズ部を有する請求項３記載の金属化フィルムコンデンサ。
5. 電極引出部との接続部と微小ブロック間に設けたヒューズ部は、低抵抗部内になく、他の電極部分に設けた請求項４記載の金属化フィルムコンデンサ。
6. 電極引出部との接続部と微小ブロック間に設けたヒューズ部は、誘電体フィルムを挟んで対向する金属化フィルムのマージン部の幅内になるように設けた請求項４または５記載の金属化フィルムコンデンサ。
7. 電極引出部との接続部と微小ブロック間に設けたヒューズ部は、フィルム長手方向に平行に形成された請求項４から６のいずれかに記載の金属化フィルムコンデンサ。
8. 誘電体フィルムの第１の片面に設けた蒸着電極のフィルム幅方向で片方の端部に、電極引出部に接続し、他の部分の金属蒸着電極より低い膜抵抗値を有する低抵抗部を設け、他端部に金属蒸着しないマージン部を設け、もう一方の第２の片面に、前記第１の片面に設けた蒸着電極の低抵抗部と反対側になるように対向させて同様に金属蒸着した金属化フィルムと、両面とも金属蒸着しないフィルムとを重ねて一対とし、巻回または積層してコンデンサ素子を形成し、前記コンデンサ素子の両端面に前記電極引出部を設けてなる金属化フィルムコンデンサであって、前記第１および第２片面の低抵抗部は、その幅が前記誘電体フィルムを挟んで対向する反対側面のマージン部幅内になるようにして設けられた金属化フィルムコンデンサ。

Images