JP2007103534A - 金属化フィルムコンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 金属化フィルムコンデンサのｔａｎδを上昇させることがなく、確実は自己保安機能を有する金属化フィルムコンデンサを提供する。
【解決手段】 ベースフィルム１に蒸着金属電極２を有し、幅方向の片側一端部にマージン部４を設けるとともに、幅方向の他端部をヘビーエッジ部９とした金属化フィルム１０に、マージン部４からヘビーエッジ部９にかけて、金属の蒸着されていないスリット５を折れ線状に形成する。さら、折れ線状に形成したスリット５の頂点を隣接するスリット５同士で近接させる。近接部分はヒューズ部７となり、誘電体フィルムでショートが発生した場合でも、ヒューズ部７が溶断し、分割電極３が電気回路的に切り離され、金属化フィルムコンデンサはショート状態から回復する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子機器、電気機器や産業機器、自動車に用いられる金属化フィルムコンデンサに関するものである。

金属化フィルムコンデンサは、一般に金属箔を電極に用いるものと、ベースフィルム上に設けた蒸着金属を電極に用いるものとに大別される。中でも、蒸着金属を電極（以下、蒸着金属電極）とする金属化フィルムコンデンサは、金属箔のものに比べて電極の占める体積が小さく小型軽量化が図れることと、蒸着金属電極特有の自己ヒーリング作用（絶縁欠陥部で短絡が生じた場合に、ショートのエネルギーで欠陥部周辺の蒸着金属電極が蒸発・飛散して絶縁化し、コンデンサの作用が回復する性能）により絶縁破壊に対する信頼性が高いことから、従来から広く用いられている。このような金属化フィルムコンデンサの従来例を図３，図４に示す。

図３は金属化フィルムコンデンサの斜視断面図であり、金属化フィルムを２枚重ね合わせね巻回して構成したものである。その両端面にはメタリコンによる電極が形成されている。このような金属化フィルムコンデンサに用いる金属化フィルムとしては図４に示すよようなもので、図中３０は金属化フィルムを示し、ベースフィルム３１の片面に一方の端の絶縁マージン３４を除き金属を蒸着して形成した蒸着金属電極３２を有している。

そして、このような金属化フィルムは絶縁マージン３４が重ならないよう、互いに反対端となるようにして重ねて巻き、巻回端面に露出した蒸着金属電極３２にメタリコンを施して、外部電極（メタリコン電極）５０としている。

金属化フィルムコンデンサにおいては、ベースフィルムの内部で局所的に絶縁欠陥部となり、ベースフィルムの表裏でショートが発生する場合がある。このショートが発生した際には、ショートによるエネルギーにより、ショート部位近傍の蒸着金属が飛散し、絶縁を回復する。これを自己ヒーリングと呼ぶ。ところで、そのショートのエネルギー量が大きいほど、蒸着金属層のヒーリング領域が大きくなる。そして、時には隣接するベースフィルムをも損傷し、隣接するベースフィルムもショートが発生してしまう場合もある。このように、自己ヒーリングの際のエネルギーが大きい場合には、その影響はコンデンサ内部の広い領域に大きなダメージを与え、コンデンサを劣化させることとなる。

そこで、自己ヒーリング作用によっては、絶縁を回復しきれなかった場合には、フィルムコンデンサ全体がショートに至ることを防止する必要がある。そのために、蒸着金属電極３２をスリット３５によって複数の分割電極３３に区画し、さらにそれぞれの分割電極３３にヒューズ作用を付加するために、分割電極３３に連続して、金属化フィルムの長手方向に延びるようにスリット３８を設け、これらのスリット３８の先端同士を近接させることにより幅狭部を形成して、この幅狭部をヒューズ部３７とすることが行われている。これは、前述の自己回復時の短絡電流により絶縁欠陥部周囲のヒューズ部を溶断して絶縁欠陥部を有する分割電極を電気回路的に遮断する自己保安機構を形成するものである。

このような金属化フィルムコンデンサにおいて自己ヒーリング作用は、蒸着金属電極３２の厚みが薄いほど良好（少ないエネルギーで蒸着金属電極が飛散するため）なことから、図４に示すように、蒸着金属電極３２のうち、外部電極と接続する部分のみ、蒸着厚みを厚くしたヘビーエッジ部３９を有するヘビーエッジ構造も広く用いられている。この構造により、外部電極との電気的接続を確実なものとするとともに、コンデンサの耐電圧を高め、高電位傾度化を図ることができるようになる。

このような金属化フィルムコンデンサに関しては、次のような公知文献が存在する。
特開平４−２２５５０８号公報

しかしながら、従来の金属化フィルムコンデンサは、ヒューズ作用により自己保安機構は得られるものの、次のような課題があった。

すなわち、図４に記載の金属化フィルムを用いた金属化フィルムコンデンサでは、ヒューズが動作した際には、スリットによって区画された分割電極は、コンデンサの静電容量として作用しなくなる。そのため、ヘビーエッジ部に近い位置にのみにヒューズが設けられている場合には、ヒューズが動作した際、スリットに区画された金属化フィルムの幅手方向の全ての領域の静電容量が失われる。そのため、ヒューズが動作した際に、失われる静電容量は大きいものとなってしまっていた。

この発明は上記のような問題を解決するためのもので、自己保安機構が働いた場合でも、失われる静電容量を最小限のものとすることを目的としている。

この出願の請求項１に係る発明は、片面又は両面に蒸着金属電極を有し、幅方向の片側一端部にマージン部を設けるとともに、幅方向の他端部をヘビーエッジ部とした一対の金属化フィルム同士を、又は、金属化フィルムに絶縁フィルムを介して、積層又は巻回してなるコンデンサ素子の両端面にメタリコン電極部を形成してなる金属化フィルムコンデンサにおいて、前記マージン部からヘビーエッジ部にかけて、金属の蒸着されていないスリットを波状または折れ線状に形成するとともに、波状または折れ線状に形成した連続するスリットの頂点を隣接するスリット同士で近接させヒューズ部としたことを特徴としている。

このような構成の金属化フィルムコンデンサでは、スリットにより金属化フィルムの静電容量領域が分割されている。さらに、スリットを波状または折れ線状に形成するとともに、波状または折れ線状に形成したスリットの頂点を隣接するスリット同士で近接させたことにより、幅狭部がヒューズとしての作用を果たす。このため、金属化フィルムの幅手方向に複数のヒューズを有することになる。そして金属化フィルムの内部でショートが発生した場合には、ヒューズ部に過電流が流れて発熱する。そして、ヒューズ部の溶断に至る。このことによって、ショートが発生した静電容量領域は電気回路的に遮断されることになり、コンデンサ全体ではショート状態から回復する。

ヒューズ部が溶断すると、遮断された静電容量領域の分だけコンデンサ全体としての静電容量を喪失することになるが、その面積は波状または折れ線状に形成したスリットによって分割された狭い領域であるため、コンデンサ全体として喪失する静電容量を少なくすることができる。

さらに、ヒューズ部はヘビーエッジ部に対して一直線状に配置されている。このため、金属化フィルムを流れる電流はほぼ直線的に流れることになり、導電経路としては短いものとなっている。このことによってコンデンサのｔａｎδを低減することができる。

この出願の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサにおいて、ヘビーエッジ部側のヒューズ部よりもマージン部側のヒューズ部の間隔を狭い幅としたことを特徴としている。

ヒューズ幅を狭くすることにより、過電流に対する許容電流値を小さくすることができる。そして、ヘビーエッジ部側のヒューズ部よりもマージン部側のヒューズ部の間隔を狭い幅としたことにより、マージン部側に配置されたヒューズ部の許容電流値を小さく、ヘビーエッジ側に配置されたヒューズ部の許容電流値を大きくすることができる。ヘビーエッジ部に近い側では、分割電極全体の電流が集中するため、許容電流値を大きく設定する必要があるが、マージン側では、コンデンサの動作中でも流れる電流が少なく、許容電流値を大きく設定する必要がない。

また、２枚の金属化フィルムを重ね合わせた場合を考えると、ヘビーエッジ部とマージン部が交互に重なるように積層されている。そして、フィルムの内部でショートが発生した場合には過電流が流れるが、その影響は隣接して対向する金属化フィルムにまで及ぶ。そして、過電流が流れることによって、ショートが発生した金属化フィルム、又は隣接して対向する金属化フィルムの何れかで保安作用が働くことになるが、過電流に対する許容電流値が小さいヒューズ部がより早く切断することになる。ここで、請求項２の発明では、金属化フィルムのマージン部に近いヒューズを幅狭とし、許容電流値を小さくしてある。ショートが発生した位置がマージン部に近い位置である場合には、ショート発生位置からヘビーエッジ部方向の最も近いヒューズが溶断し、ヒューズが発生した部位を含む静電容量領域が遮断されることになる。また、ヘビーエッジ部に近い位置でショートが発生した場合には、隣接して対向している金属化フィルム側でも過電流が流れるため、こちら側のフィルムのヒューズ部が溶断することになる。このように、マージン部に近い位置のヒューズが溶断することになり、金属化フィルムコンデンサの静電容量の喪失は最小限のものとなる。

以上述べたように本発明によるフィルムコンデンサでは、金属化フィルムのショートによる保安機構動作時でも、静電容量の減少が少ないフィルムコンデンサを提供することができる。また、保安機構を有しながら、フィルムコンデンサのｔａｎδを上昇させることがない。

以下にこの発明の金属化フィルムコンデンサの構造について説明する。図１はこの発明の金属化フィルムコンデンサの斜視図、図２はこの発明の金属化フィルムコンデンサに用いる金属化フィルムを示す図面である。この発明の金属化フィルムコンデンサは、ベースフィルムの片面に金属を蒸着し蒸着金属電極を形成した一対の金属化フィルムを重ねて巻回してコンデンサ素子を形成し、コンデンサ素子の両端面に亜鉛等の金属を溶射してメタリコンからなる外部電極（メタリコン電極）とし、さらにメタリコン電極にリード線を付け、全体を樹脂モールド等により外装を施し、金属化フィルムコンデンサとしたものである。

ここで、図２に示す金属化フィルムのベースフィルム１としては、厚さ２μｍから７μｍのポリプロピレンフィルムを好適に使用することができる。また、厚みが１μｍから５μｍのポリエステルフィルムも好適に使用することができる。そして、例えば、ポリプロピレンフィルムの片面にアルミニウム、亜鉛等の金属を蒸着して蒸着金属電極２としている、また、ベースフィルムの幅方向の一端側は、金属をより厚く蒸着してヘビーエッジ部９としている。一方でヘビーエッジ部の反対側の端部は蒸着金属電極を施すことなく、マージン部４としている。

蒸着金属電極２は前述したように平坦部とヘビーエッジ部からなるが、この平坦部を静電容量部とすると、静電容量部としては、蒸着金属電極の抵抗値は１２Ω／□以上、３０Ω／□以下の範囲とする。蒸着金属電極の抵抗値が高くなれば、それに伴い耐電圧が上がり耐久性が向上することが知られている。ただし、蒸着金属電極の抵抗値が高くなりすぎるとフィルムに蒸着する際、そのバラツキが大きくなり、結果として損失を増大させる。このため、蒸着金属電極の抵抗値は１２〜３０Ω／□とすることにより、耐電圧を上げ、耐久性を向上させ、且つ、蒸着金属電極の抵抗値の範囲を一定にコントロールし、損失や諸特性劣化を防ぐことができる。

ヘビーエッジ部としては１Ω／□以上、８Ω／□以下の範囲とする。外部電極に接続される幅方向一端部の蒸着金属抵抗値を１Ω／□未満とすることは、蒸着金属層を極めて厚くする必要があり、蒸着が難しくなる。また、静電容量部との厚さの差が大きくなるため、巻き取り作業の際しわができるなど、作業面で不都合があり、生産効率上好ましくない。一方で、８Ω／□を越える場合はメタリコン電極に接続される幅方向一端部の電流強度が非常に弱くなり、実用上好ましくない。なお、ヘビーエッジ部は静電容量部と連続して、なだらかに厚さが厚くなっていくため、前述の抵抗値は、ヘビーエッジ部で最も厚さが厚くなっている部位での値となる。

また、静電容量部には、スリット５を形成している。スリット５は、マージン部４から、ヘビーエッジ部９にかけて連続して形成されている。このスリット５は、折れ線状に形成してあり、幅は０．０５〜０．２ｍｍ、スリットのマージン部５での間隔は２〜１５ｍｍとしている。このスリット５が連続していることによって、金属化フィルムは分割電極３としてそれぞれの領域に区画され、ヘビーエッジ部で電気的に接続した状態となっている。

スリット５の幅を０．０５ｍｍ未満とすることは、工業的に生産するのが難しく、生産効率上好ましくない他、スリット５として蒸着金属電極２を区画しきれず、分割電極３同士がつながってしまう可能性が高くなるため実用的ではない。幅が０．２ｍｍを越える場合は、金属化フィルムの中での静電容量の無効部分が増えるため、このような金属化フィルムを用いたコンデンサは静電容量が減少し、実用的ではない。

一般的には、スリット５の間隔が狭いほど保安機構性が確実になる。しかし、間隔を狭くすればするほど、スリット自体によるコンデンサ容量の無効部分が増えるためコストの増大、コンデンサの大型化を招く。そのため、スリットの間隔は２ｍｍ以上としていくことが良い。一方で、自己ヒーリングが発生した際に、その自己ヒーリングが発生した領域を電気的に遮断するため、スリットの間隔を広くすると、一回の自己ヒーリングで失われる静電容量が大きくなってしまう。この観点からは、スリットの間隔は１５ｍｍ以下の間隔で形成することが好適である。

隣接するスリット同士は折れ線に形成したスリット５の各頂点同士が向かい合うように形成されている。この頂点同士の距離は０．５〜１．０ｍｍ程度とし、この幅狭部がヒューズ部７となる。このヒューズ部７の幅は、ヘビーエッジ部１０に近い方を幅広とし、マージン部に近い方を幅狭にすることが好ましい。より具体的にはヘビーエッジ部に近いヒューズ部を１．０ｍｍの幅とし、マージン部に近いヒューズ部の幅を０．６ｍｍとすることができる。この中間にあるヒューズ部の幅は、段階的に狭くすることができる。この際、１．０ｍｍ、０．９ｍｍ・・・のように、０．１ｍｍずつ狭めていくこともあり、１．０ｍｍ、１．０ｍｍ、０．８ｍｍ、０．８ｍｍ・・・のように、ヒューズ部の幅が１個おきに狭まっていくようにしても良い。

さらに、ヒューズ部７の位置は、ヘビーエッジ部９に向かってほぼ一直線となるように配置することが望ましい。

個々の分割電極３を見ると、静電容量部で蓄積された電気エネルギーはヘビーエッジ部９に集中して外部に連絡するようになっている。ヘビーエッジ部に近い側では、分割電極全体の電流が集中するため、許容電流値を大きく設定する必要があるが、マージン側では、コンデンサの動作中でも流れる電流が少なく、許容電流値を大きく設定する必要がない。一般的には、ヒューズ幅を狭くすることにより、過電流に対する許容電流値を小さくすることができる。そして、ヘビーエッジ部側のヒューズ部よりもマージン部側のヒューズ部の間隔を狭い幅としたことにより、マージン部側に配置されたヒューズ部の許容電流値を小さく、ヘビーエッジ側に配置されたヒューズ部の許容電流値を大きくすることができる。

このようなヒューズ部はヘビーエッジ部に対し垂直方向にほぼ一直線上に配置されている。従って領域分割スリットによって区画された静電容量部を流れる電流はほぼ直線的に流れることになり、電流の流れを阻害しない。このため、フィルムコンデンサのｔａｎδを上昇させることもない。

以上、説明した金属化フィルムを２枚重ね合わせて巻回する。この際、２枚の金属化フィルムはヘビーエッジ部が互いに反対方向となるように重ね合わせられている。これらの金属化フィルムを所定回数巻回してコンデンサ素子を巻回し、巻回端面に金属を溶射してメタリコン電極を形成する。さらに、それぞれのメタリコン電極を介して、外部リードを接続して、フィルムコンデンサを得る。

このような金属化フィルムコンデンサでは、フィルムの内部でショートが発生した場合には過電流が流れるが、その影響は隣接して対向する金属化フィルムにまで及ぶ。そして、過電流が流れることによって、ショートが発生した金属化フィルム、又は隣接して対向する金属化フィルムの何れかで保安機構が働くことになるが、過電流に対する許容電流値が小さいヒューズ部がより早く切断することになる。この発明では、金属化フィルムのマージン部に近いヒューズを幅狭とし、許容電流値を小さくしてある。ショートが発生した位置がマージン部に近い位置である場合には、ショート発生位置からヘビーエッジ部方向の最も近いヒューズが溶断し、ヒューズが発生した部位を含む静電容量領域が遮断されることになる。また、ヘビーエッジ部に近い位置でショートが発生した場合には、隣接して対向している金属化フィルム側でも過電流が流れるため、こちら側のフィルムのヒューズ部が溶断することになる。このように、マージン部に近い位置のヒューズが溶断することになり、金属化フィルムコンデンサの静電容量の喪失は最小限のものとなる。

上記に記載した金属化フィルムコンデンサの他、金属化フィルムに形成するスリットの形状として、図５に示すような、波状のスリットとしても良い。

さらに、図６に示すような、ヒューズ部が断続的に形成される形状の折れ線状にスリットを形成しても良い。

この発明の金属化フィルムコンデンサを示す斜視図である。 この発明の金属化フィルムコンデンサに用いる金属化フィルムを示す図面で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図である。 従来の金属化フィルムコンデンサを示す斜視図である。 従来の金属化フィルムコンデンサに用いる金属化フィルムを示す図面で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図である。 この発明の金属化フィルムコンデンサに用いる金属化フィルムを示す図面で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図である。 この発明の金属化フィルムコンデンサに用いる金属化フィルムを示す図面で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図である。

符号の説明

１ ベースフィルム
２ 蒸着金属電極
３ 分割電極
４ マージン部
５ スリット
７ ヒューズ部
９ ヘビーエッジ部
１０ 金属化フィルム
３０ 金属化フィルム
３１ ベースフィルム
３２ 蒸着金属電極
３３ 分割電極
３４ マージン部
３５ スリット
３７ ヒューズ部
３９ ヘビーエッジ部
４０ 金属化フィルムコンデンサ
５０ メタリコン電極

Claims (2)

1. 片面又は両面に蒸着金属電極を有し、幅方向の片側一端部にマージン部を設けるとともに、幅方向の他端部をヘビーエッジ部とした一対の金属化フィルム同士を、又は、金属化フィルムに絶縁フィルムを介して、積層又は巻回してなるコンデンサ素子の両端面にメタリコン電極部を形成してなる金属化フィルムコンデンサにおいて、
   前記マージン部からヘビーエッジ部にかけて、金属の蒸着されていない連続するスリットを波状または折れ線状に形成するとともに、波状または折れ線状に形成したスリットの頂点を隣接するスリット同士で近接させヒューズ部とした金属化フィルムコンデンサ。
2. ヘビーエッジ部側のヒューズ部よりもマージン部側のヒューズ部の間隔を狭い幅とした請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。