JP2008258471A

JP2008258471A - 金属化フィルムコンデンサ及びこれを用いたケースモールド型コンデンサ

Info

Publication number: JP2008258471A
Application number: JP2007100231A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Nakatsubo; 和弘中坪; Shigeo Okuno; 茂男奥野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-04-06
Filing date: 2007-04-06
Publication date: 2008-10-23

Abstract

【課題】自動車用等に使用される金属化フィルムコンデンサの耐湿性向上を図ることを目的とする。
【解決手段】一対の金属化フィルムを巻回した素子２と、この素子２の外周に巻回された保護フィルム６と、この保護フィルム６を含む素子２の両端面に形成されたメタリコン電極３からなり、上記保護フィルム６として、少なくとも片面にコロナ処理６ａを施したポリプロピレンフィルムを用いた構成により、コロナ処理６ａを施した面と素子２との密着度が向上して保護フィルム６と素子２間の隙間を減少させることができるようになるため、耐湿性を向上させることができる。
【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、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おり、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５（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５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（特許文献１）。

また、図６は上記図５に示したコンデンサ素子１１の構成を示した断面図であり、図６において、１７は誘電体フィルム、１８はこの誘電体フィルム１７の片面に蒸着により形成された金属蒸着電極、１８ａはこの金属蒸着電極１８の一端側に形成された低抵抗部、１７ａは上記金属蒸着電極１８が形成されないマージン部であり、これにより金属化フィルムが形成され、この金属化フィルムを一対とし、上記金属蒸着電極１８が誘電体フィルム１７を介して対向するようにして巻回することによりコンデンサ素子１１が形成されている。１９は上記コンデンサ素子１１の外周に巻回されたフィルム、１５はこのフィルム１９を含むコンデンサ素子１１の両端面に形成された電極引出部である。

また、このような金属化フィルムコンデンサをＨＥＶ用として用いる場合には、使用電圧の高耐電圧化、大電流化、大容量化等が強く要求されるため、バスバーによって並列接続した複数の金属化フィルムコンデンサをケース内に収納し、このケース内にモールド樹脂を注型したケースモールド型コンデンサが開発され、実用化されている。

図７はこの種の従来のケースモールド型コンデンサの構成を示した分解斜視図であり、図７において、２０は金属化フィルムコンデンサ（以下、コンデンサと呼ぶ）を示し、このコンデンサ２０はポリプロピレンからなる誘電体フィルムの片面または両面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状態で巻回し、両端面に亜鉛を溶射したメタリコン電極を形成することによってＰ極とＮ極の一対の取り出し電極を夫々設けて構成されたものである。

２１と２２は一対のバスバー、２１ａと２２ａはこの一対のバスバー２１、２２の一端に夫々設けられた外部接続用の端子であり、この一対のバスバー２１、２２は上記コンデンサ２０を複数個密着して並べた状態で各コンデンサ２０の両面に形成された一対の電極と夫々接合され、外部接続用の端子２１ａ、２２ａはこのコンデンサ２０の上方へ引き出され、後述するケース２３から表出するようにしており、これにより、複数個のコンデンサ２０が一対のバスバー２１、２２により並列接続状態で連結されているものである。

２３は樹脂製のケース、２４はこのケース２３内に充填されたモールド樹脂であり、このモールド樹脂２４は上記一対のバスバー２１、２２により並列接続されて連結された複数個のコンデンサ２０をケース２３内に樹脂モールドしたものである。

このように構成された従来のケースモールド型コンデンサは、コンデンサ２０をモールド樹脂２４にてケース２３内にモールドしたことにより、機械的強度、耐熱性、耐水性に優れた高信頼性のケースモールド型コンデンサを提供することができるというものであった（特許文献２）。
特開２００２−１８４６４２号公報特開２００４−１４６７２４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、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るが、このような金属化フィルムコンデンサをモールド樹脂にてケース内にモールドして使用する場合には、上記無機酸化物層を有するフィルム１２とモールド樹脂との界面から外部の水分や空気が侵入し易く、これにより、耐湿性を向上させた金属化フィルムコンデンサであっても素子の内部に水分や空気が侵入することは避けられず、金属化フィルムコンデンサの性能や品質の劣化を招く恐れがある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、耐湿性に優れた金属化フィルムコンデンサ及びこれを用いたケースモールド型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、一対の金属化フィルムを巻回した素子と、この素子の外周に巻回された保護フィルムと、この保護フィルムを含む素子の両端面に形成されたメタリコン電極からなり、上記保護フィルムとして、少なくとも片面にコロナ処理を施したポリプロピレンフィルムを用いた構成にしたものである。

また、このように構成された金属化フィルムコンデンサをモールド樹脂にてケース内にモールドすることによりケースモールド型コンデンサを構成したものである。

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、ポリプロピレンフィルムにコロナ処理を施した保護フィルムを用いることにより、上記コロナ処理を施した面と素子との密着度が向上して保護フィルムと素子間の隙間を減少させることができるようになるため、耐湿性を向上させることができるという効果が得られるものである。

また、このように構成された金属化フィルムコンデンサを用いたケースモールド型コンデンサは、ポリプロピレンフィルムにコロナ処理を施した保護フィルムの、上記コロナ処理を施した面とモールド樹脂との密着度が向上して保護フィルムとモールド樹脂間の隙間を大きく減少させることができるようになるため、耐湿性を向上させることができる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、本発明の特に全請求項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による金属化フィルムコンデンサの構成を示した断面図、図２は同金属化フィルムコンデンサの素子を示した展開斜視図であり、図１、図２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、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（詳細は後述する）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はポリプロピレン製の誘電体フィルム、５はこの誘電体フィルム４の片面に蒸着により形成された金属蒸着電極、５ａはこの金属蒸着電極５の一端側に形成された低抵抗部、４ａは上記金属蒸着電極５が形成されないマージン部であり、これにより金属化フィルムが形成され、この金属化フィルムを一対とし、上記金属蒸着電極５が誘電体フィルム４を介して対向するようにして巻回することにより素子２が形成されているものである。

６は上記素子２の外周に巻回された保護フィルムであり、この保護フィルム６はポリプロピレンフィルムの両面にコロナ処理６ａを施すことにより形成されたものであり、この保護フィルム６を含む素子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って本実施の形態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。

なお、上記保護フィルム６の両面に施されたコロナ処理６ａの面の表面濡れ指数は３４ｄｙｎ／ｃｍ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は、ポリプロピレンフィルムにコロナ処理６ａを施した保護フィルム６を用いることにより、上記コロナ処理６ａを施した面と素子２の金属蒸着電極５との密着度が向上するため、保護フィルム６と素子２間の隙間を減少させることができるようになり、これにより、耐湿性を向上させることができるという格別の効果を奏するものである。

なお、上記保護フィルム６に施したコロナ処理６ａは、ポリプロピレンフィルムの表面を活性化し、濡れ性を向上させることによって金属蒸着電極５との密着性を向上させるものであり、濡れ性が悪いポリプロピレンフィルムには大きな効果を発揮することができるものであるが、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等のように、元々濡れ性が良好なフィルムには大きな効果は得られないものである。

また、このように構成された金属化フィルムコンデンサをモールド樹脂にてケース内にモールドしたケースモールド型コンデンサは、ポリプロピレンフィルムからなる保護フィルム６に施したコロナ処理６ａの面とモールド樹脂との密着度が向上するため、保護フィルム６とモールド樹脂間の隙間を減少させることができるようになり、これにより、耐湿性を向上させることができるという格別の効果を奏するものである。

このように構成された本実施の形態によるケースモールド型コンデンサの耐湿試験を行った結果を比較例としての従来品と比較して図３に示す。なお、試験条件としては、ＤＣ６００Ｖを負荷し、雰囲気温度８５℃、湿度８５％における容量減少率を測定したものである。

図３から明らかなように、従来品が１０００時間以降、急激な容量減少が発生しているのに対して、本実施の形態によるケースモールド型コンデンサは１０００時間以降でも緩やかな容量減少にとどまっており、長期に亘って安定したコンデンサ特性が得られることが分かるものである。

これは、通電初期においてはモールド樹脂開口面からの水分浸入が支配的であり、これに対しては無機酸化物層によって素子への水分浸入を防いでいるが、長期通電後には素子とモールド樹脂との界面、保護フィルムと素子との界面からの水分浸入が支配的になるため、保護フィルムとモールド樹脂、ならびに保護フィルムと素子との密着度を向上させた本実施の形態によるケースモールド型コンデンサの方が、長期に亘って安定した性能を発揮することができるものと考えられる。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に全請求項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に使用される保護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４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７の構成を示した断面図であり、図４において、８はポリプロピレンからなる保護フィルム、８ａはこの保護フィルム８の片面に形成されたコロナ処理であり、このコロナ処理８ａを施した面が外周側に配置されるように構成されたものである。なお、上記保護フィルム８の両面に施されたコロナ処理８ａの面の表面濡れ指数は３４ｄｙｎ／ｃｍ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は、上記実施の形態１と同様に、この金属化フィルムコンデンサをモールド樹脂にてケース内にモールドした際に、上記保護フィルム８に施したコロナ処理８ａの面とモールド樹脂との密着度が向上するため、保護フィルム８とモールド樹脂間の隙間を減少させることができるようになり、これにより、耐湿性を向上させることができるという格別の効果を奏するものである。

従って、本実施の形態のように、ポリプロピレンからなる保護フィルム８の片面のみにコロナ処理８ａを施したものを用いた金属化フィルムコンデンサ７をモールド樹脂にてケース内にモールドする場合には、保護フィルム８の片面に施したコロナ処理８ａの面が外周側に配置されるようにするのが好ましく、これにより、金属化フィルムコンデンサ７とモールド樹脂との界面から外部の水分や空気が侵入することを防止し、耐湿性を向上させることができるようになるものである。

このように構成された本実施の形態によるケースモールド型コンデンサの耐湿試験を行った結果を比較例としての従来品と比較して図３に示す。

また、上記ポリプロピレンからなる保護フィルム８の片面のみにコロナ処理８ａを施したものを用いた金属化フィルムコンデンサ７単体の場合には、保護フィルム８の片面に施したコロナ処理８ａの面が内周側に配置されるようにするのが好ましく、これにより、保護フィルム８と素子との界面から外部の水分や空気が侵入することを防止し、耐湿性を向上させることができるようになるものである。

本発明による金属化フィルムコンデンサ及びこれを用いたケースモールド型コンデンサは、優れた耐湿性を発揮することができるという効果を有し、特にハイブリッド自動車等の自動車用分野のコンデンサ等として有用である。

本発明の実施の形態１による金属化フィルムコンデンサの構成を示した断面図同金属化フィルムコンデンサの素子を示した展開斜視図同金属化フィルムコンデンサを用いたケースモールド型コンデンサの耐湿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断面図（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）同側面図図５の素子の構成を示した断面図従来のケースモールド型コンデンサの構成を示した分解斜視図

符号の説明

１、７金属化フィルムコンデンサ
２素子
３メタリコン電極
４誘電体フィルム
４ａマージン部
５金属蒸着電極
５ａ低抵抗部
６、８保護フィルム
６ａ、８ａコロナ処理

Claims

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、この素子の外周に巻回された保護フィルムと、この保護フィルムを含む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、上記保護フィルムとして、少なくとも片面にコロナ処理を施したポリプロピレンフィルムを用いた金属化フィルムコンデンサ。
保護フィルムのコロナ処理を施した面の表面濡れ指数が３４ｄｙｎ／ｃｍ以上である請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
保護フィルムの少なくとも片面に施されたコロナ処理の面が外周側に配置されるようにした請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
両端面に夫々電極を設けた複数の素子を外部接続用の端子を一端に設けたバスバーで接続し、これらをケース内に収容して少なくとも上記バスバーに設けた端子を除いて樹脂モールドしたケースモールド型コンデンサにおいて、上記素子として、請求項１〜３のいずれか一つに記載の金属化フィルムコンデンサを用いたケースモールド型コンデンサ。