JP2008078168A - 金属化フィルムコンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド自動車等に使用される金属化フィルムコンデンサに関し、耐湿性の向上を図ることを目的とする。
【解決手段】誘電体フィルム上に金属蒸着電極を形成した一対の金属化フィルムを金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向するように巻回した素子２の両端面にメタリコン電極３を形成した金属化フィルムコンデンサ１において、上記素子２を構成する誘電体フィルムよりも厚いポリプロピレン製の誘電体フィルム４ａ、５ａの片面に素子２を構成する金属蒸着電極よりも低抵抗の金属蒸着電極４ｂ、５ｂを形成した金属化フィルム４、５を素子２の外周に巻回した構成により、耐湿性を大きく向上させ、かつ素子２の外周に巻回した金属化フィルム４、５は静電容量の一部を担うために金属化フィルムコンデンサ１としての容量拡大に繋がり、不要に大型化せず、小型大容量化に影響を及ぼすこともない。
【選択図】図１

Description

本発明は各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車等に使用され、特に、ハイブリッド自動車のモータ駆動用インバータ回路の平滑用、フィルタ用、スナバ用に最適な金属化フィルムコンデンサに関するものである。

近年、環境保護の観点から、あらゆる電気機器がインバータ回路で制御され、省エネルギー化、高効率化が進められている。中でも自動車業界においては、電気モータとエンジンで走行するハイブリッド車（以下、ＨＥＶという）が市場導入される等、地球環境に優しく、省エネルギー化、高効率化に関する技術の開発が活発化している。

このようなＨＥＶ用の電気モータは使用電圧領域が数百ボルトと高いため、このような電気モータに関連して使用されるコンデンサとして、高耐圧で低損失の電気特性を有する金属化フィルムコンデンサが注目されており、さらに市場におけるメンテナンスフリー化の要望からも極めて寿命が長い金属化フィルムコンデンサを採用する傾向が目立っている。

そして、この種の金属化フィルムコンデンサは、自動車に搭載されることから高い耐湿性能が要求され、耐湿性向上のための開発と提案が種々行われているものであった。

図８（ａ）、（ｂ）はこの種の従来の金属化フィルムコンデンサの構成を示した縦断面図と側面図であり、図８において、１１は一対の金属化フィルムを巻回することにより形成されたコンデンサ素子、１２はこのコンデンサ素子１１の外周に複数ターンが巻回されたフィルムであり、このフィルム１２はバリア性のある無機酸化物の層を有するものである。１５はこのコンデンサ素子１１の巻回端面に形成された電極引出部、１６はこの電極引出部１５に接続された外部端子、１３はフィルム１２の外周に巻回された粘着テープ、１４はこの粘着テープ１３と電極引出部１５との間に充填された熱硬化性絶縁樹脂である。

このように構成された従来の金属化フィルムコンデンサは、上記無機酸化物層を有するフィルム１２をコンデンサ素子１１の外周に巻回することで、無機酸化物によるバリア効果によりコンデンサ素子１１の表層部からの水分や空気の侵入を遮断することができ、コンデンサ素子１１を構成する金属化フィルムの劣化による容量減少を抑えて、品質の安定化を図ることができるというものであった。

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。
特開２００２−１８４６４２号公報

しかしながら上記従来の金属化フィルムコンデンサでは、コンデンサ素子１１の外周にフィルム１２を複数ターン巻回することによって耐湿性向上を図る構成であるために、静電容量には寄与しないフィルム１２を巻回すればする程、フィルム１２の分だけコンデンサ素子１１が大型化してしまい、小型大容量化の要望に対応できないという課題があった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、耐湿性の向上と小型大容量化を同時に実現することが可能な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ものである。

上記課題を解決するために本発明は、誘電体フィルム上に金属蒸着電極を形成した一対の金属化フィルムを金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向するように巻回した素子の両端面にメタリコン電極を形成した金属化フィルムコンデンサにおいて、上記素子を構成する誘電体フィルムよりも厚みが厚いポリプロピレン製の誘電体フィルムの片面に素子を構成する金属蒸着電極よりも抵抗値が低い金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを、金属蒸着電極を内面側にして素子の外周に巻回した構成のものである。

以上のように本発明による金属化フィルムコンデンサは、厚い誘電体フィルム上に低抵抗の金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを素子の外周に巻回した構成により、上記金属化フィルムは素子を構成する金属化フィルムに比べて格段に耐湿性が優れるために金属化フィルムコンデンサとしての耐湿性を大きく向上させることが可能になるばかりでなく、素子の外周に巻回した金属化フィルムは静電容量の一部を担うように作用するために金属化フィルムコンデンサとしての容量拡大に繋がり、不要に大型化することがないことから、小型大容量化に影響を及ぼすことがないという効果が得られるものである。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１に記載の発明について説明する。

図１は本発明の実施の形態１の実施例１による金属化フィルムコンデンサの構成を示した展開斜視図であり、図１において、１は金属化フィルムコンデンサ、２は素子、３はメタリコン電極であり、上記素子２は、図示しないポリプロピレン製の誘電体フィルム上に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを一対とし、上記金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向するように巻回して構成されたものである。

４、５はポリプロピレン製の誘電体フィルム４ａ、５ａの片面に金属蒸着電極４ｂ、５ｂを夫々形成した金属化フィルムであり、この一対の金属化フィルム４、５を上記金属蒸着電極４ｂ、５ｂが誘電体フィルム４ａ、５ａを介して対向するようにし、上記金属蒸着電極４ｂ、５ｂを内面側にして上記素子２の外周に数ターン巻回し、両端面に金属溶射によるメタリコン電極３を形成することによって本実施の形態の実施例１による金属化フィルムコンデンサ１が構成されているものである。

図２は本発明の実施の形態１の実施例２による金属化フィルムコンデンサの構成を示した展開斜視図であり、図２において、６は金属化フィルムコンデンサ、２は素子、３はメタリコン電極であり、上記素子２は上記実施例１の図１による素子２と同じものである。

７は金属化フィルムであり、この金属化フィルム７はポリプロピレン製の誘電体フィルム７ａの片面に非金属蒸着部となるマージン部７ｂを設け、このマージン部７ｂを挟んで両側に異電極となる金属蒸着電極７ｃ、７ｄを形成して構成され、この金属化フィルム７を上記金属蒸着電極７ｃ、７ｄを内面側にして上記素子２の外周に数ターン巻回し、両端面に金属溶射によるメタリコン電極３を形成することによって本実施の形態の実施例２による金属化フィルムコンデンサ６が構成されているものである。

以下、具体的な実施例について説明する。

（実施例１）
まず、上記素子２として、厚みが３．１μｍのポリプロピレン製の誘電体フィルムの片面に抵抗値が１５Ω／□の金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを作製した。そして、この金属化フィルムを２枚１組の一対とし、上記金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向するように巻回することにより素子２を得た。

次に、金属化フィルムとして、厚みが１８μｍのポリプロピレン製の誘電体フィルム４ａ、５ａの片面に抵抗値が２Ω／□の金属蒸着電極４ｂ、５ｂを形成した金属化フィルム４、５を夫々作製し、この一対の金属化フィルム４、５を上記金属蒸着電極４ｂ、５ｂが誘電体フィルム４ａ、５ａを介して対向するようにし、上記金属蒸着電極４ｂ、５ｂを内面側にして上記素子２の外周に１０ターン巻回した。

続いて、このように一対の金属化フィルム４、５が外周に巻回された素子２の両端面に金属溶射によってメタリコン電極３を形成することにより、本実施例の金属化フィルムコンデンサ１を得た。

（実施例２）
まず、上記実施例１と同様にして素子２を作製した。

次に、金属化フィルム７として、厚みが１８μｍのポリプロピレン製の誘電体フィルム７ａの片面の所定の位置に非金属蒸着部となるマージン部７ｂを設け、このマージン部７ｂを挟んだ両側に異電極となる抵抗値が２Ω／□の金属蒸着電極７ｃ、７ｄを形成した金属化フィルム７を作製し、この金属化フィルム７を上記金属蒸着電極７ｃ、７ｄを内面側にして上記素子２の外周に１０ターン巻回した。

続いて、このように金属化フィルム７が外周に巻回された素子２の両端面に金属溶射によってメタリコン電極３を形成することにより、本実施例の金属化フィルムコンデンサ６を得た。

このようにして得られた本実施の形態による金属化フィルムコンデンサを、８５℃・８５％の高温高湿通電試験に供し、耐湿特性を測定した結果を比較例としての従来品と比較して図３に示す。

図３から明らかなように、従来品が２０００時間程度で静電容量変化率が−５％に達するのに対し、本実施の形態（実施例２）では静電容量変化率が−５％に達するのは従来品の２倍となる４０００時間後であり、耐湿性の顕著な効果が確認できるものである。

このように耐湿性が大きく向上するのは、素子２の外周に巻回した金属化フィルム４、５、７によるものであり、これらの金属化フィルム４、５、７は、素子２を構成する金属化フィルムの厚み（３．１μｍ）と比べて厚みが厚い（１８μｍ）誘電体フィルム４ａ、５ａ、７ａを用い、素子２を構成する金属蒸着電極の抵抗値（１５Ω／□）に比べて低抵抗値（２Ω／□）の金属蒸着電極４ｂ、５ｂ、７ｃ、７ｄを形成して構成したものであり、このような素子２を構成する金属化フィルムと、素子２の外周に巻回する金属化フィルム４、５、７の夫々の透湿度特性を比較した結果を図４に示す。

図４から明らかなように、厚みが薄い誘電体フィルム上に高抵抗の金属蒸着電極を形成した金属化フィルム（３．１μｍ、１５Ω／□）と、厚みが厚い誘電体フィルム上に低抵抗の金属蒸着電極を形成した金属化フィルム（１８μｍ、２Ω／□）では、後者の厚みが厚い誘電体フィルム上に低抵抗の金属蒸着電極を形成した金属化フィルムの方が格段に耐湿性が優れるということが分かる。

従って、このように耐湿性に優れた金属化フィルム４、５、７を素子２の外周に巻回することによって金属化フィルムコンデンサ１、６としての耐湿性を大幅に向上させることができるようになるものである。

しかも上記金属化フィルム４、５、７は片面に金属蒸着電極４ｂ、５ｂ、７ｃ、７ｄが形成されているために静電容量を有し、結果として金属化フィルムコンデンサ１、６の静電容量の一部を担って容量拡大に繋がるため、不要に大型化することがなく、小型大容量化に影響を及ぼさないという格別の効果を奏するものであり、この小型化という観点で見ると、実施例２の金属化フィルム７を用いた金属化フィルムコンデンサ６の方がより優れているものである。

なお、本実施の形態においては、素子２を構成する金属化フィルムとして、厚みが３．１μｍのポリプロピレン製の誘電体フィルムの片面に抵抗値が１５Ω／□の金属蒸着電極を形成したものを用い、この素子２の外周に巻回する金属化フィルム４、５、７として、厚みが１８μｍのポリプロピレン製の誘電体フィルム４ａ、５ａ、７ａの片面に抵抗値が２Ω／□の金属蒸着電極４ｂ、５ｂ、７ｃ、７ｄを形成したものを用いた例で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、小型大容量化を追及した素子２の外周に、相対的に、厚みが厚い誘電体フィルム上に低抵抗の金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを巻回することによって本発明による効果が得られるものであり、このような誘電体フィルムの厚みや金属蒸着電極の抵抗値は適宜最適な値を求めれば良いものである。

なお、図５は、上記素子２の外周に巻回する金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の抵抗値による耐湿性試験の結果を示したものであるが、図５から明らかなように、素子２の外周に巻回する金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の抵抗値が３Ω／□を超えると耐湿性向上の効果が薄れてしまうため、素子２の外周に巻回する金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の抵抗値は３Ω／□未満にすることが好ましいものである。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項２に記載の発明について説明する。

本実施の形態は、上記実施の形態１で図１、図２を用いて説明した金属化フィルムコンデンサの素子の外周に巻回した金属化フィルムの構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図６は本発明の実施の形態２による金属化フィルムコンデンサの構成を示した展開斜視図であり、図６において、９は金属化フィルムであり、この金属化フィルム９は、厚みが１８μｍのポリプロピレン製の誘電体フィルム９ａの両面に抵抗値が２Ω／□の金属蒸着電極９ｂを形成して構成されたものであり、この金属化フィルム９を素子２の外周に１０ターン巻回し、さらにこの外周に絶縁性の外装フィルム１０を巻回することにより、本実施の形態による金属化フィルムコンデンサ８が構成されているものである。

このように構成された本実施の形態による金属化フィルムコンデンサ８は、誘電体フィルム９ａの両面に金属蒸着電極９ｂが形成された金属化フィルム９を素子２の外周に巻回した構成により、上記実施の形態１による金属化フィルムコンデンサ１、６と同様に耐湿性に優れた効果が得られると共に、金属蒸着電極９ｂを誘電体フィルム９ａの両面に設けた構成によって静電容量の更なる拡大が図れるようになるという格別の効果を奏するものである。

このようにして得られた本実施の形態２による金属化フィルムコンデンサを、８５℃・８５％の高温高湿通電試験に供し、耐湿特性を測定した結果を比較例としての従来品と比較して図７に示す。

図７から明らかなように、従来品が２０００時間程度で静電容量変化率が−５％に達するのに対し、本実施の形態による金属化フィルムコンデンサでは静電容量変化率が−５％に達するのは従来品の２倍強となる４３００時間後であり、上記実施の形態１による金属化フィルムコンデンサと同様に優れた耐湿性を発揮していることが分かるものである。

本発明による金属化フィルムコンデンサは、耐湿性に優れるという効果を有し、特に高い信頼性が要求される車用の分野等として有用である。

本発明の実施の形態１の実施例１による金属化フィルムコンデンサの構成を示した展開斜視図 本発明の実施の形態１の実施例２による金属化フィルムコンデンサの構成を示した展開斜視図 同金属化フィルムコンデンサの耐湿特性を示した特性図 同素子の外周に巻回する金属化フィルムの透湿度特性を示した特性図 同素子の外周に巻回する金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の抵抗値による耐湿性試験結果を示した特性図 本発明の実施の形態２による金属化フィルムコンデンサの構成を示した展開斜視図 同金属化フィルムコンデンサの耐湿特性を示した特性図 （ａ）従来の金属化フィルムコンデンサの構成を示した縦断面図、（ｂ）同側面図

符号の説明

１、６、８ 金属化フィルムコンデンサ
２ 素子
３ メタリコン電極
４、５、７、９ 金属化フィルム
４ａ、５ａ、７ａ、９ａ 誘電体フィルム
４ｂ、５ｂ、７ｃ、７ｄ、９ｂ 金属蒸着電極
７ｂ マージン部
１０ 外装フィルム

Claims (2)

1. 誘電体フィルム上に金属蒸着電極を形成した一対の金属化フィルムを上記金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向するように巻回した素子と、この素子の両端面に金属溶射によって形成されたメタリコン電極からなる金属化フィルムコンデンサにおいて、上記素子を構成する誘電体フィルムよりも厚みが厚いポリプロピレン製の誘電体フィルムの片面に素子を構成する金属蒸着電極よりも抵抗値が低い金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを、金属蒸着電極を内面側にして素子の外周に巻回した金属化フィルムコンデンサ。
2. 誘電体フィルム上に金属蒸着電極を形成した一対の金属化フィルムを上記金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向するように巻回した素子と、この素子の両端面に金属溶射によって形成されたメタリコン電極からなる金属化フィルムコンデンサにおいて、上記素子を構成する誘電体フィルムよりも厚みが厚いポリプロピレン製の誘電体フィルムの両面に素子を構成する金属蒸着電極よりも抵抗値が低い金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを素子の外周に巻回し、さらにこの外周に絶縁性の外装フィルムを巻回した金属化フィルムコンデンサ。

Images