JP2006210681A - 金属蒸着フィルムコンデンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】 常に安定した長寿命の金属蒸着フィルムコンデンサを得ること。
【解決手段】 金属化フィルムを巻回してなるコンデンサ素子を熱収縮性チューブで外装してなる金属蒸着フィルムコンデンサにおいて、熱収縮性チューブ8をコンデンサ素子4の外径Deと収縮後の熱収縮性チューブ8の内径Dtとの比De/Dt≧1.5とするとともに、金属蒸着フィルムの蒸着金属層4a、4bを亜鉛とアルミニウムの混合蒸着層とし、熱収縮性チューブ8のコンデンサ素子4の締め付けで、巻き時に発生する内部空隙を確実に無くする。
【選択図】 図1
【解決手段】 金属化フィルムを巻回してなるコンデンサ素子を熱収縮性チューブで外装してなる金属蒸着フィルムコンデンサにおいて、熱収縮性チューブ8をコンデンサ素子4の外径Deと収縮後の熱収縮性チューブ8の内径Dtとの比De/Dt≧1.5とするとともに、金属蒸着フィルムの蒸着金属層4a、4bを亜鉛とアルミニウムの混合蒸着層とし、熱収縮性チューブ8のコンデンサ素子4の締め付けで、巻き時に発生する内部空隙を確実に無くする。
【選択図】 図1
Description
本発明は、金属蒸着フィルムコンデンサに関するものである。
ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィドなどの高分子フィルムの表面にアルミニウムまたは亜鉛などの金属を蒸着した金属蒸着フィルムを巻回して丸巻素子を形成し、その丸巻素子の両端面に亜鉛、鉛、錫あるいはこれらの合金を溶射し、金属蒸着フィルムの蒸着金属層をコンデンサ電極、端面の溶射金属層を引出し電極としたコンデンサ素子は周知である。
このようなコンデンサ素子は、通常その複数を適宜接続してコンデンサを構成し、たとえばSF6ガス、N2ガス、Heガスなどの絶縁ガスを充満した容器内に配置して使用される。SF6ガスは絶縁性が高く、容器内でコンデンサ素子を比較的に接近して配置でき、小型のコンデンサとすることができるが、環境を害する恐れがあり、その使用が制限されるという問題がある。
この問題を解消する一つの手段として金属蒸着フィルムを巻回した丸巻き素子の外周を絶縁性の熱収縮性チューブで外装する手段がある。このように外装するとN2ガス、Heガスなどの絶縁ガスを充満した容器内に、SF6ガスの場合と同様にコンデンサ素子を比較的に接近して配置でき、小型のコンデンサとすることができる。
ところで、金属蒸着フィルムを巻回した丸巻き素子の外周を絶縁性の熱収縮性チューブで外装したコンデンサ素子は、コンデンサ素子の加熱によりチューブが収縮してコンデンサ素子を締め付けるので、巻回した金属蒸着フィルムの緩みや皺などの発生を防止することができ、チューブを外装しないコンデンサ素子よりもコンデンサ素子の寿命を延ばすことができる。
実開平6−23235号公報
特開平7−161573号公報
特開平10−154636号公報
実公平6−20141号公報
しかし、熱収縮性チューブで外装したコンデンサ素子は、一般的にはチューブを外装しないコンデンサ素子よりもコンデンサ素子の寿命を延ばすことができるが、短期間の高電圧運転で絶縁破壊する場合が見られ、常に安定した長寿命のコンデンサを得ることができないといった問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、金属蒸着フィルムを巻回してなるコンデンサ素子を熱収縮性チューブで外装してなる金属蒸着フィルムコンデンサにおいて、常に安定した長寿命のコンデンサを得ることができるようにすることにある。
本発明は、金属蒸着フィルムを巻回してなるコンデンサ素子を熱収縮性チューブで外装してなる金属蒸着フィルムコンデンサにおいて、熱収縮性チューブをコンデンサ素子の外径Deと収縮後の熱収縮性チューブの内径Dtとの比De/Dtを1.5以上とするとともに、金属蒸着フィルムの蒸着金属層を亜鉛とアルミニウムの混合蒸着層としたことを主要な特徴とする。
本発明では、金属蒸着フィルムの蒸着金属層を、軟らかい亜鉛と硬いアルミニウムの混合蒸着層とし、亜鉛の軟らかさとアルミニウムの硬さを相乗させているので、素子巻回時の捲込み空気が少なくなり、また、巻回時の亜鉛の水分による変質を低減することが可能となる。また、コンデンサ素子の外径Deと熱収縮性チューブの収縮後の内径Dtとの比De/Dt≧1.5とする熱収縮性チューブで外装しているので、亜鉛とアルミニウムの混合蒸着層と相俟って、金属蒸着フィルムの巻き層間、特に巻き終端部における巻き層間の空隙を確実になくすことができる。これにより短期間の高電圧運転で絶縁破壊するコンデンサ素子が無くなり、常に安定した長寿命のコンデンサを得ることができる。
金属蒸着フィルムを巻回してなるコンデンサ素子を熱収縮性フィルムで外装してなる金属蒸着フィルムコンデンサにおいて、常に安定した長寿命のコンデンサを得ることができるようにする目的を、金属蒸着フィルムの蒸着金属層を、軟らかい亜鉛と硬いアルミニウムの混合蒸着層とするとともに、コンデンサ素子の外径Deと熱収縮性チューブの収縮後の内径Dtとの比De/Dt≧1.5とすることにより実現した。
図1は本発明の実施例に係る金属蒸着フィルムコンデンサのコンデンサ素体の構成図である。コンデンサ素体1は、円筒状の巻芯2に金属蒸着フィルム3を巻回したコンデンサ素子4の複数(図示例は4個)を支持棒5にスペーサ6を介して直列にボルト7で固定し、コンデンサ素子4の外周面を熱収縮性チューブ8で外装して構成されている。
それぞれのコンデンサ素子4は、ポリプロピレンフィルムの片面に亜鉛(Zn)を蒸着し、その上にアルミニウム(Al)を蒸着した金属蒸着層4aまたは4bを有する金属蒸着フィルム2枚を巻芯2に巻回し、巻回した丸巻素子の両端面に、1枚目フィルムの蒸着金属層4bと接触する亜鉛層4c、2枚目フィルムの蒸着金属層4aと接触する亜鉛層4dを溶射形成し、金属蒸着層4aおよび4bをコンデンサ電極、溶射亜鉛層4cおよび4dを引出し電極として構成されている。なお、金属蒸着層4aおよび4bのZnとAlの割合は、Zn/Al=95±2:5±2としている。このように構成した複数のコンデンサ素子4を複数縦列に並べて支持棒5に固定し、各コンデンサ素子4の溶射亜鉛層4c、4dから引出したリード線9で直列に接続されている。
そして、複数の各コンデンサ素子4を支持棒5に固定したコンデンサ素体1は、内径がコンデンサ素子4の外径よりも多少大きい熱収縮性チューブ8に挿入し、加熱して熱収縮性チューブ8を、コンデンサ素子4の外径よりも小さい内径に収縮させ、コンデンサ素子4を締め付けている。この場合の熱収縮性チューブ8は、コンデンサ素子4の外径Deと熱収縮性チューブの収縮後の内径Dtとの比De/Dtを1.5以上とする熱収縮性チューブを使用している。
以上のように構成したコンデンサの特性を調べるために、Zn/Al=95±2:5±2の割合でZn蒸着後Alを蒸着した金属蒸着ポリプロピレンフィルム75mm幅を巻芯に巻回し、外径50mmのコンデンサ素子を製作し、この素子2個を直列に接続したコンデンサ素体に、100℃の熱収縮率が50〜60%、収縮前の内径53±2の熱収縮性チューブ(住電ファインポリマー製スミチューブ)を被せ、100℃で30分熱収縮処理を行ったものを1素体として、その複数を結線後、金属容器に収納し、金属容器溶接後、絶縁ガスとしてN2ガスをゲージ圧力0.4kg/cm2封入してコンデンサを完成させた(以下、このコンデンサを実施例1のコンデンサという。)。
また、実施例1のコンデンサで、絶縁ガスとしてN2ガスとHeガスを7対3の割合で封入してコンデンサを完成させた(以下、このコンデンサを実施例2のコンデンサという)。さらに、実施例1のコンデンサで、コンデンサ素子の外径を40mmとしたコンデンサを完成させた(以下、このコンデンサを実施例3のコンデンサという)。
比較例として、実施例1のコンデンサで、熱収縮性チューブを使用しないコンデンサを完成させた(以下、このコンデンサを比較例1のコンデンサという)。また、実施例1のコンデンサで、アルミニウムを蒸着したポリプロピレンフィルムを使用したコンデンサを完成させた(以下、このコンデンサを比較例2のコンデンサという)。さらに、実施例1のコンデンサで、亜鉛を蒸着したポリプロピレンフィルムを使用したコンデンサを完成させた(以下、このコンデンサを比較例3のコンデンサという)。さらにまた、実施例1のコンデンサで、コンデンサ素子の外径を40mmより小さい35mmとしたコンデンサを完成させた(以下、このコンデンサを比較例4のコンデンサという)。
そして、各実施例のコンデンサおよび各比較例のコンデンサについて、室温で2.3En(Enは定格電圧)の電圧を印加して課電試験を行った。その結果を図2に示す。図2で明らかなとおり、実施例1、2、3のコンデンサ、すなわち、金属蒸着フィルムの蒸着金属層を亜鉛とアルミニウムの蒸着層とし、コンデンサ素子を、その外径Deと熱収縮性チューブの収縮後の内径Dtとの比De/Dtを1.5以上とする熱収縮性チューブで締め付けたコンデンサでは、250日経過してもすべてのコンデンサ素子は健全な動作が保持されている。
これに対して、コンデンサ素子の外径を小さくし、コンデンサ素子の外径Deと熱収縮性チューブの収縮後の内径Dtとの比De/Dtを1.5未満とした比較例4のコンデンサでは、日数経過とともに残存するコンデンサ素体が減少し、250日経過時点で約70%に減少する。また、金属蒸着フィルムの蒸着金属層を亜鉛とする比較例3のコンデンサでは、250日経過時点で約40%に減少する。さらに、熱収縮性チューブを使用しない比較例1のコンデンサは日数経過とともに残存するコンデンサ素体の数は比較例3よりも早く減少し250日後は皆無となっている。さらにまた、金属蒸着フィルムの蒸着金属層をアルミニウムとする比較例2のコンデンサでは、日数経過とともに残存するコンデンサ素体の数は急減し50日後ですでに皆無となっている。
以上の結果から、コンデンサ素子の外径と熱収縮性チューブの収縮後の内径との比を1.5以上とするとともに、金属蒸着フィルムの蒸着金属層を亜鉛とアルミニウムの蒸着層としたコンデンサ素体では、絶縁ガスとしてN2ガスやHeガス中に配置しても短期間の高電圧運転で絶縁破壊するものがなく、歩留まりの高い小型のコンデンサを安心して得ることができる。
以上の説明は、金属蒸着フィルムの蒸着金属層を、Znを蒸着しその上にAlを蒸着して形成した混合蒸着層としているが、混合蒸着層の形成は、ZnとAlを別々にまたは同時に、若しくは順番に、さらにはZnとAlを混合したものを蒸着してもよく、最外層をAlの薄層とすれば、巻回時のZnの変質をより防ぐことができる。また、蒸着するZnとAlの比率はZn/Al=95±2:5±2が最適であるが、この比率に限られるものではない。さらに、金属を蒸着するフィルムをポリプロピレン製としているが、このようなフィルムはポリエチレンテレフタレートやポリフェニレンスルフィドなどの高分子フィルムでもよい。
なお、各例では複数のコンデンサ素子を一括して熱収縮性チューブを被せているが、コンデンサ素子ごとに熱収縮性チューブを被せてもよく、また、2枚の金属蒸着フィルムの間に適宜誘電体フィルムなどを挟んでも同様の効果を享受することができる。
1 コンデンサ素体
2 巻芯
3 金属蒸着フィルム
4 コンデンサ素子
4a、4b 亜鉛とアルミニウムの混合蒸着層
4c、4d 引出し電極
5 支持棒
6 スペーサ
7 ボルト
8 熱収縮性チューブ
9 リード線
2 巻芯
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Claims (1)
- 金属蒸着フィルムを巻回してなるコンデンサ素子を熱収縮性チューブで外装してなる金属蒸着フィルムコンデンサにおいて、熱収縮性チューブをコンデンサ素子の外径Deと収縮後の熱収縮性チューブの内径Dtとの比De/Dtを1.5以上とするとともに、金属蒸着フィルムの蒸着金属層を亜鉛とアルミニウムの混合蒸着層としたことを特徴とする金属蒸着フィルムコンデンサ。
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