JP2007103927A - Metalized film capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、樹脂層を設けた誘電体フィルムを用いた金属化フィルムコンデンサに関するものである。 The present invention relates to a metallized film capacitor using a dielectric film provided with a resin layer.
近年、ハイブリッド自動車のモータ駆動用のインバータシステムに、アルミ電解コンデンサよりも、高耐圧・低損失・温度特性が優れたフィルムコンデンサが用いられるようになってきた。車載用のコンデンサは、寒冷地や高温高湿地でも使用されることから、民生用の電気機器用よりも、高温における耐湿性や広い温度範囲における耐熱衝撃性が求められる。また、高いリプル電流を流しても発熱が小さくなる構造なども求められる。 In recent years, film capacitors having higher withstand voltage, lower loss, and better temperature characteristics than aluminum electrolytic capacitors have been used in inverter systems for driving motors in hybrid vehicles. Since an in-vehicle capacitor is used even in a cold region or a high temperature and high humidity region, it is required to have a moisture resistance at a high temperature and a thermal shock resistance in a wide temperature range as compared with a consumer electric device. Further, there is a demand for a structure that reduces heat generation even when a high ripple current is passed.
特に誘電体となるフィルム表面の状態はフィルムコンデンサの発熱に影響を与える重要な要素である。 In particular, the state of the film surface serving as a dielectric is an important factor affecting the heat generation of the film capacitor.
図1は金属化フィルムコンデンサの斜視図である。図1において、1はコンデンサ素子であり、ポリプロピレン(PP)などからなる誘電体フィルム2の片面にアルミニウムなどの金属蒸着電極層3を形成した金属化フィルム4を一対の金属蒸着電極層3が誘電体フィルム2を介して対向するように巻回したものであり、両端からコンデンサの正極、負極それぞれの極を電気的に引き出すことが出来るように構成されている。
FIG. 1 is a perspective view of a metallized film capacitor. In FIG. 1,
5はアクリレート材料などからなる樹脂層であり、誘電体フィルム2上に塗布することなどによって形成される。 Reference numeral 5 denotes a resin layer made of an acrylate material or the like, which is formed by coating on the dielectric film 2.
硬化や塗布といった作業が容易なアクリレート材料を用いることによって、誘電体フィルム2の耐電圧を高くでき、高耐圧のフィルムコンデンサが実現されてきた。 By using an acrylate material that can be easily cured and applied, the dielectric voltage of the dielectric film 2 can be increased, and a high voltage resistant film capacitor has been realized.
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
ところが、このような従来の材料、構成においては、電気特性の悪化という問題があった。具体的には高温下での誘電正接が高くなるという問題であって、これはアクリレート材料に含まれるカルボニル基が酸素と炭素からなっており、この酸素は電気的にややマイナス側に、炭素は同じくややプラス側に分極しているため、元来より誘電正接が高く、さらに高温下ではアクリレート材料の分子運動が高くなるのでさらに誘電正接が高くなるというものであった。 However, such conventional materials and structures have a problem of deterioration of electrical characteristics. Specifically, it is a problem that the dielectric loss tangent at high temperature becomes high. This is because the carbonyl group contained in the acrylate material is composed of oxygen and carbon. Similarly, since it is slightly polarized on the positive side, the dielectric loss tangent is higher from the beginning, and at higher temperatures, the molecular motion of the acrylate material is higher, so the dielectric loss tangent is higher.
これにより、コンデンサとしてリプル電流を印加すると発熱するが、その発熱により誘電正接が高くなってさらに発熱するという課題を有していた。 As a result, when a ripple current is applied as a capacitor, heat is generated. However, due to the heat generation, the dielectric loss tangent is increased and further heat is generated.
そこで本発明は、従来の課題を解決するため誘電体フィルムに誘電正接を悪化させない材料による樹脂層を設けることによって高いリプル電流を流しても発熱を抑制できる金属化フィルムコンデンサとすることを目的とする。 Accordingly, the present invention aims to provide a metallized film capacitor capable of suppressing heat generation even when a high ripple current is passed by providing a resin layer made of a material that does not deteriorate the dielectric loss tangent on the dielectric film in order to solve the conventional problems. To do.
前記従来の課題を解決するために、本発明は、誘電体フィルムと金属蒸着電極層の間にビニル基を有する化合物を用いる樹脂層を設けたことを特徴としたものである。 In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present invention is characterized in that a resin layer using a compound having a vinyl group is provided between a dielectric film and a metal vapor-deposited electrode layer.
本発明のコンデンサは、コンデンサ素子の誘電体フィルムと金属蒸着電極層の間にビニル基を有する化合物を用いる樹脂層を設けているので、高いリプル電流を流しても誘電正接を悪化させることがなくこれに伴うコンデンサの製品の発熱抑制を期待できるものである。 In the capacitor of the present invention, since a resin layer using a compound having a vinyl group is provided between the dielectric film of the capacitor element and the metal vapor-deposited electrode layer, the dielectric loss tangent is not deteriorated even when a high ripple current is passed. This can be expected to suppress the heat generation of capacitor products.
以下、本発明の実施の形態1について、図を用いて説明する。従来のコンデンサと同一構成の部分については説明を省略する。
(実施の形態1)
図1において、1はコンデンサ素子であり、ポリプロピレンからなる誘電体フィルム2の片面にアルミニウムの層状の金属蒸着電極層3を形成した金属化フィルム4を一対の金属蒸着電極層3が誘電体フィルム2を介して対向するように巻回したものであり、両端からコンデンサの正極、負極それぞれの極を電気的に引き出すことが出来るように構成されている。
(Embodiment 1)
In FIG. 1,
5は誘電体フィルム2と層状の金属蒸着電極層3の間に設けられた樹脂層であり、ビニル基を有する化合物を用いたものである。樹脂層5は真空蒸着によっても、塗布などによって形成されてもよいものとする。
Reference numeral 5 denotes a resin layer provided between the dielectric film 2 and the layered metal vapor
この樹脂層5に用いられる材料は以下の構造式で表されるものである。 The material used for the resin layer 5 is represented by the following structural formula.
このように樹脂層5にビニル基を有する化合物を用いることが本発明における技術的特徴の一つであり、このようにすることによって、誘電体フィルム2にはカルボニル基を含んでいないので、誘電体フィルム2の耐電圧を高くするとともに、誘電正接を悪化させないので、コンデンサ素子の製品の発熱を抑制することができる。 Thus, the use of a compound having a vinyl group in the resin layer 5 is one of the technical features in the present invention. By doing so, the dielectric film 2 does not contain a carbonyl group. Since the withstand voltage of the body film 2 is increased and the dielectric loss tangent is not deteriorated, heat generation of the capacitor element product can be suppressed.
特に上記によって得られる化合物は両端にビニル基を有し、線対称もしくは点対称な構造を有している産業上合成可能な化合物であることが特徴である。これによって構造による分極が抑えられることになり、高温下でも誘電正接がさらに高くなるということがなくなるものである。 In particular, the compound obtained by the above is characterized by being an industrially synthesizeable compound having vinyl groups at both ends and having a line-symmetric or point-symmetric structure. As a result, polarization due to the structure is suppressed, and the dielectric loss tangent is not further increased even at high temperatures.
また、従来であればアクリレート材料は吸湿性が高いものであったので、この材料を使用していないため耐湿性も向上する。 Further, conventionally, since the acrylate material has high hygroscopicity, since this material is not used, the moisture resistance is also improved.
また、本実施の形態においては金属蒸着電極層3としてアルミニウムを用いることとしたが、これは亜鉛、もしくはアルミニウムと亜鉛の合金としてもよいものとする。金属蒸着電極層3としてアルミニウムを用いると抵抗値を高くすることが可能であり、亜鉛を用いると引き出し電極との接合を高めることができ、これらの合金とすることでその両方の
特徴を得ることが可能になるものである。
In the present embodiment, aluminum is used as the metal
なお、図1では理解のために誘電体フィルム2、金属蒸着電極層3、樹脂層5のそれぞれの厚み比率を無視しているが、実際において誘電体フィルム2は1〜3μm、金属蒸着電極層3は5〜50nmである。特に樹脂層5は0.01〜2.0μm、好ましくは0.01〜0.5μmとすることによって、誘電体フィルム2の非平坦部を埋めることとなり、誘電体フィルム2の表面粗さを低くするという効果を奏するものである。
In FIG. 1, the thickness ratios of the dielectric film 2, the metal vapor
これによって、ポリプロピレンフィルムなどの表面粗さに応じて、全体の厚みを不必要に厚くすることなく、平坦度を高めることができ、誘電体フィルム2の最薄部分での絶縁破壊を抑え、誘電体フィルム2全体の絶縁耐圧を高めることが可能になるものである。 As a result, the flatness can be increased without unnecessarily increasing the overall thickness according to the surface roughness of the polypropylene film or the like, the dielectric breakdown at the thinnest portion of the dielectric film 2 can be suppressed, and the dielectric It is possible to increase the withstand voltage of the entire body film 2.
これらの値は使用される電圧によって、決められるものであり、本発明における用途であるハイブリッド自動車のモータ駆動用のインバータシステムにおいては高耐電圧が求められている。 These values are determined by the voltage used, and high withstand voltage is required in the inverter system for driving a motor of a hybrid vehicle, which is an application in the present invention.
また、本実施の形態においては誘電体フィルム2の表面に樹脂層5,金属蒸着電極層3の順に形成したが、金属蒸着電極層3の上層にシリコン系オイルやフッ素系オイルなどによるオイル被膜層(図示せず)を設けることによって、金属化フィルムの酸化を防止することができる。特に、オイル被膜層の形成は蒸着機内という同一工程内で実施することが可能になり、より製造コストを抑え、かつ信頼性の高い金属化フィルムコンデンサとすることができるものである。
In the present embodiment, the resin layer 5 and the metal vapor-deposited
なお、本実施の形態における誘電体フィルム2は表面粗さ(Ra)が2nm〜1000nmのものが用いられる。これは特に車載用においては高い耐電圧が求められ、これを実現するために必要な表面粗さである。 In addition, the dielectric film 2 in the present embodiment has a surface roughness (Ra) of 2 nm to 1000 nm. This is a surface roughness required to achieve a high withstand voltage especially for in-vehicle use.
また、本実施の形態における誘電体フィルム2はポリプロピレンとしたが、これに限定されることなく、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイドなどの熱可塑性フィルム、またはこれらのフィルムを主体とする複合熱可塑性フィルムであってもよいものとする。 Moreover, although the dielectric film 2 in this Embodiment was made into polypropylene, it is not limited to this, It is not limited to this, Thermoplastic films, such as a polyethylene terephthalate, a polyethylene naphthalate, polyphenylene sulfide, or the composite heat | fever which mainly uses these films It may be a plastic film.
そして、誘電体フィルム2の組み合わせは上記のフィルムによる同一の組み合わせだけでなく、上記のフィルムから選ばれる任意の組み合わせでもよいものとする。 And the combination of the dielectric film 2 shall not only be the same combination by said film but arbitrary combinations chosen from said film.
さらに、本実施の形態においてコンデンサ素子1は巻回形のものとしたが、積層したものを切断などして構成してもよいものとする。
Furthermore, in the present embodiment, the
また、本実施の形態において金属化フィルム4は誘電体フィルム2の片面に金属蒸着電極層3を設け、誘電体フィルム2と金属蒸着電極層3の間に樹脂層5を設けているが、これはこの形態に特定されるものではなく、誘電体フィルム2の両面に金属蒸着電極層3を設け、誘電体フィルム2とそれぞれの金属蒸着電極層3の間に樹脂層5を設けても同様の効果を奏するものとする。
Further, in the present embodiment, the metallized film 4 is provided with the metal vapor-deposited
以上のように、本発明にかかる金属化フィルムコンデンサによれば、フィルムコンデンサの発熱を抑制することができるので、ハイブリッド自動車のモータ駆動用のインバータシステムなどに有用である。 As described above, according to the metallized film capacitor of the present invention, heat generation of the film capacitor can be suppressed, which is useful for an inverter system for driving a motor of a hybrid vehicle.
1 コンデンサ素子
2 誘電体フィルム
3 金属蒸着電極層
4 金属化フィルム
5 樹脂層
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