JP2008198924A - Metallizing film capacitor - Google Patents
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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。 The present invention relates to a metallized film capacitor which is used in various electronic devices, electric devices, industrial devices, automobiles and the like, and is particularly suitable for smoothing, filtering, and snubber of an inverter circuit for driving a motor of a hybrid vehicle.
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と呼ぶ)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。 In recent years, from the viewpoint of environmental protection, all electric devices are controlled by inverter circuits, and energy saving and high efficiency are being promoted. In particular, in the automobile industry, hybrid vehicles (hereinafter referred to as HEVs) that run on electric motors and engines have been introduced into the market, and the development of technologies relating to energy saving and high efficiency has been activated, which is friendly to the global environment.
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、高耐電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、更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。 Since such a HEV electric motor has a high operating voltage range of several hundred volts, a metallized film capacitor having high withstand voltage and low loss electric characteristics as a capacitor used in connection with such an electric motor. In addition, the trend of adopting metalized film capacitors with a very long life is conspicuous due to the demand for maintenance-free in the market.
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熱性と高耐電圧化が要求され、高耐熱、高耐電圧化のための開発と提案が種々行われているものであった。 And since this kind of metallized film capacitor is mounted on automobiles, high heat resistance and high voltage resistance are required, and various developments and proposals for high heat resistance and high voltage resistance have been made. Met.
特に耐熱性に優れたフィルムコンデンサとして、誘電体フィルムにポリエチレンナフタレートやポリフェニレンサルファイド、ポリイミドが用いられていた。 In particular, as a film capacitor having excellent heat resistance, polyethylene naphthalate, polyphenylene sulfide, and polyimide have been used for dielectric films.
また、容量に対する体積効率を向上させるために、巻回したコンデンサ素子を両方向から圧力をかけて、小判形の偏平形状とすることが行われている。 Further, in order to improve the volumetric efficiency with respect to the capacity, the wound capacitor element is subjected to pressure from both directions to form an oblong flat shape.
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。
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、コンデンサ素子を偏平形状とした後に熱エージング処理を行うことで、コンデンサ素子のいわゆる巻き緩みを少なくする処理が施される際に、従来の熱エージング処理温度である約120℃での熱処理では誘電体フィルムの耐熱性が高いために巻き緩みが残ったままとなり、結果として容量低下や低電圧でのショート破壊などが起きてしまうものであった。 However, in the conventional metallized film capacitor described above, the heat aging treatment is performed after the capacitor element is formed into a flat shape, so that when the treatment for reducing the so-called loosening of the capacitor element is performed, the conventional heat aging treatment temperature is used. In a certain heat treatment at about 120 ° C., the heat resistance of the dielectric film is high, so that loose winding remains, resulting in a decrease in capacity and a short circuit breakdown at a low voltage.
そこで、本発明は高耐熱の誘電体フィルムを用いて、かつ、偏平形状としたコンデンサ素子の加熱エージング処理後のコンデンサ素子の巻き緩みを少なくすることを目的とするものである。 Accordingly, an object of the present invention is to reduce loosening of the capacitor element after heat aging treatment of the capacitor element having a flat shape using a high heat-resistant dielectric film.
上記目的を達成するために本発明は、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートのうち、いずれかひとつからなる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巻回した後、偏平形状としたコンデンサ素子の外周を覆う、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、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートのうち、いずれかひとつからなる外装フィルムに対して、この外装フィルムの140〜170℃の熱エージング温度における熱収縮率が誘電体フィルムの熱エージング温度における熱収縮率より大きくしたものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a flattened film obtained by winding a metallized film having a metal-deposited electrode on a dielectric film made of any one of polyethylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polyimide, and polyethylene terephthalate. Heat shrinkage of the exterior film at a heat aging temperature of 140 to 170 ° C. with respect to the exterior film made of any one of polyethylene naphthalate, polyphenylene sulfide, polyimide, and polyethylene terephthalate covering the outer periphery of the capacitor element having a shape. The rate is greater than the thermal shrinkage at the heat aging temperature of the dielectric film.
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、コンデンサ素子の外装フィルムの熱エージング温度における熱収縮率が誘電体フィルムの熱エージング温度における熱収縮率より大きいので、コンデンサ素子に対して熱エージング処理を施すことで、外装フィルムが熱によって収縮して巻き締まり、コンデンサ素子の巻き緩みをさらに少なくすることが可能となるものである。 As described above, the metallized film capacitor according to the present invention has a heat shrinkage rate at the heat aging temperature of the outer film of the capacitor element, which is larger than the heat shrinkage rate at the heat aging temperature of the dielectric film. As a result, the outer film shrinks and tightens by heat, and the winding of the capacitor element can be further reduced.
(実施の形態)
図1は本発明の一実施の形態による金属化フィルムコンデンサの構成を示した分解斜視図(構成を分かり易くするために、後述するモールド樹脂を省略して記載)、図2は同金属化フィルムコンデンサの構成を示した平面図であり、図1と図2において、1はコンデンサ素子であり、このコンデンサ素子1は、後述する金属化フィルムなどを巻回したものに対して、その巻回軸に垂直な方向から挟み込むように圧縮することによって断面が小判形の偏平形状に作製した後に、この両端面に金属溶射によって一対のメタリコン電極1aを形成して構成するものである。
(Embodiment)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of a metallized film capacitor according to an embodiment of the present invention (in order to make the configuration easy to understand, omitting a molding resin described later), and FIG. FIG. 3 is a plan view showing a configuration of a capacitor. In FIGS. 1 and 2,
2は一対のバスバー、2aはこのバスバー2の一端に夫々設けられた外部接続用の端子部であり、このバスバー2は上記コンデンサ素子1を複数個(本実施の形態においては5個)並べた状態でコンデンサ素子1の両端面に形成された一対のメタリコン電極1aに夫々、図1に示すように半田付け部2bを介して半田付けされており、これにより複数個のコンデンサ素子1を並列接続しているものである。
4は上記バスバー2により並列接続された複数個のコンデンサ素子1を内部に収容した樹脂製のケースであり、本実施の形態においては、このケース4の材料としてPPS(ポリフェニレンサルファイド)が用いられている。
図2において、5は上記ケース4内に注型されたモールド樹脂であり、このモールド樹脂5は上記バスバー2の一端に設けられた外部接続用の端子部2aがケース4から表出する状態で、複数個のコンデンサ素子1とバスバー2を被覆するようにしているものであり、本実施の形態においてはエポキシ樹脂を用いたものである。
In FIG. 2, reference numeral 5 denotes a mold resin cast in the
ここで、コンデンサ素子1の作製についてさらに詳細に説明する。
Here, the production of the
図3はメタリコン電極1aを除いた状態のコンデンサ素子1の断面図、図4はさらに偏平形状に圧縮された同斜視図である。
3 is a cross-sectional view of the
図3において、まず、図示しない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、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートのうち、いずれかひとつからなる誘電体フィルム上にアルミニウムなどの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て、金属化フィルム巻回体6を構成する。 In FIG. 3, first, a pair of metallized films in which a metal deposition electrode such as aluminum is formed on a dielectric film made of any one of polyethylene naphthalate, polyphenylene sulfide, polyimide, and polyethylene terephthalate (not shown) are deposited on the metal. The metallized film wound body 6 is formed by winding the electrodes so as to face each other through the dielectric film.
次に、この金属化フィルム巻回体6の巻回側面の外周を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、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートのうち、いずれかひとつからなる外装フィルムを少なくとも1周以上で覆うことによって外装フィルム層7を形成する。このとき、外装フィルム層7に用いた外装フィルムの後述する熱エージング温度における熱収縮率は金属化フィルム巻回体6を構成している誘電体フィルムの同じく熱エージング温度における熱収縮率より大きいものであるとする。
Next, the outer periphery of the winding side surface of the metallized film winding body 6 is covered with at least one outer covering film made of any one of polyethylene naphthalate, polyphenylene sulfide, polyimide, and polyethylene terephthalate.
そして、この金属化フィルム巻回体6と外装フィルム層7の巻回軸に対して垂直方向から挟み込むように圧縮することによって、図4に示すようにメタリコン電極1aを除いた状態のコンデンサ素子1を作製する。
Then, by compressing the metallized film winding body 6 and the
さらに、使用温度より10℃から40℃ほど高温であって、用いられるフィルムが極端な熱ダメージを受けないような温度となる140〜170℃の熱エージング温度で熱エージング処理を施す。これは、金属化フィルム内の金属蒸着電極に対し一定の熱的負荷をかけることで金属化フィルム巻回体6内の水分を除去し、耐電圧を高めるとともに、金属化フィルムの巻回時や偏平形状への圧縮時にいわゆる巻き緩みを排除することを目的としたものであり、このとき、使用温度より10℃以上でないと巻き緩み排除の効果が薄く、使用温度より40℃を超えるとフィルムに極端な熱ダメージを及ぼしてしまうというものである。 Further, the heat aging treatment is performed at a heat aging temperature of 140 to 170 ° C., which is about 10 ° C. to 40 ° C. higher than the use temperature and is such that the film used is not subject to extreme heat damage. This removes moisture in the metallized film wound body 6 by applying a certain thermal load to the metal vapor deposition electrode in the metallized film, increases the withstand voltage, and when the metallized film is wound. The purpose is to eliminate so-called loosening at the time of compression into a flat shape. At this time, if the temperature is not more than 10 ° C above the operating temperature, the effect of eliminating the loosening is thin. It will cause extreme heat damage.
この熱エージング処理を施した後に、金属化フィルム巻回体6の巻回軸方向の両端面から亜鉛やスズなどの金属を溶射することによってメタリコン電極1aを形成して、コンデンサ素子1を構成する。
After the heat aging treatment, the metallized electrode 1a is formed by spraying a metal such as zinc or tin from both end surfaces in the winding axis direction of the metallized film winding body 6 to form the
従来であれば、上記の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、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートは高耐熱の誘電体フィルムとして、140〜170℃付近でも熱収縮を起こさないようなものであり、これより低い120℃付近で行われる熱エージング処理では、金属化フィルム巻回体6の巻き緩みが残ってしまうものであった。
Conventionally, the above-mentioned polyethylene naphthalate, polyphenylene sulfide, polyimide, and polyethylene terephthalate are high heat-resistant dielectric films that do not cause thermal shrinkage even in the vicinity of 140 to 170 ° C., which is lower than about 120 ° C. In the heat aging treatment performed in
これに対し、このように構成された金属化フィルムコンデンサによれば、外装フィルムの熱エージング温度における熱収縮率が誘電体フィルムの熱エージング温度における熱収縮率より大きいので140〜170℃で行われる熱エージング処理において、金属化フィルム巻回体6と外装フィルム層7の巻き締まりが起き、容量の低下を抑制することができるものである。
On the other hand, according to the metallized film capacitor configured as described above, the heat shrinkage rate at the heat aging temperature of the exterior film is larger than the heat shrinkage rate at the heat aging temperature of the dielectric film, so that the heat treatment is performed at 140 to 170 ° C. In the heat aging treatment, the metallized film winding body 6 and the
また、従来であれば、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、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートの熱収縮は200℃付近で大きな熱収縮を起こすものであったのに対し、フィルムの製膜時に結晶化度を下げるなどして、140〜170℃でも熱収縮を起こすようにすることによって、外装フィルムの熱エージング温度における熱収縮率が誘電体フィルムの熱エージング温度における熱収縮率より大きくなるようにする。 In addition, conventionally, the thermal shrinkage of polyethylene naphthalate, polyphenylene sulfide, polyimide, and polyethylene terephthalate caused a large thermal shrinkage near 200 ° C., but the crystallinity was lowered during film formation. Then, by causing thermal shrinkage even at 140 to 170 ° C., the thermal shrinkage rate at the thermal aging temperature of the exterior film is made larger than the thermal shrinkage rate at the thermal aging temperature of the dielectric film.
さらに、外装フィルム層7に用いる外装フィルムの長手方向の熱収縮率を幅方向の熱収縮率より大きくすることによってさらに巻き締まりが効果的になり、容量低下の抑制を図ることができるものである。
Further, by making the thermal shrinkage rate in the longitudinal direction of the exterior film used for the
なお、誘電体フィルムに用いられるフィルムの種類と外装フィルムに用いられるフィルムの種類は同じであっても異なってもよいものとする。 The type of film used for the dielectric film and the type of film used for the exterior film may be the same or different.
そもそも、自動車用で用いられる場合は高温雰囲気下で使用されることが多く、特に駆動車軸上に配置されたり、冷却機構を簡素化されたりすることで、使用温度が130℃〜150℃に達することとなり、上記のコンデンサ素子1を用いた本実施の形態のようなケース4にモールド樹脂5とともに収容する場合では信頼性の向上がより顕著になるものである。
In the first place, when it is used for automobiles, it is often used in a high temperature atmosphere, and in particular, the operating temperature reaches 130 ° C. to 150 ° C. by being arranged on the drive axle or by simplifying the cooling mechanism. Therefore, when the
本発明による金属化フィルムコンデンサは、コンデンサ素子の高耐熱化を図るとともに信頼性の向上も可能となるので、特に高い信頼性が要求される自動車用として有用である。 The metallized film capacitor according to the present invention can increase the heat resistance of the capacitor element and improve the reliability, and is therefore useful for automobiles that require particularly high reliability.
1 コンデンサ素子
1a メタリコン電極
2 バスバー
2a 外部接続用の端子部
2b 半田付け部
4 ケース
5 モールド樹脂
6 金属化フィルム巻回体
7 外装フィルム層
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