JP2009071091A - フィルムコンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】各種電気機器、電子機器に用いられるフィルムコンデンサの小型化を目的とする。
【解決手段】誘電体フィルム３ａ、３ｂの表面にコンデンサの容量を形成するための第１の金属薄膜４ａ、４ｂを形成し、この第１の金属薄膜に対向する誘電体フィルム表面には第１の金属薄膜４ａ、４ｂと外部電極１０、９とを接続するための第２の金属薄膜５ｂ、５ａを形成し、第１の金属薄膜４ａ、４ｂの膜厚よりも第２の金属薄膜５ｂ、５ａの膜厚を厚くすることで外部電極１０、９との接続性を損なうことなく、誘電体フィルム３ａ、３ｂの耐電圧性能が向上し、コンデンサの小型化が図れる。
【選択図】図１

Description

本発明は電気機器や電子機器に搭載されるフィルムコンデンサに関するものである。

近年、フィルムコンデンサを使用する電気機器や電子機器においては小型化、軽量化が進み、これらの機器の小型化、軽量化に伴って、フィルムコンデンサにも小型化、軽量化の要望が強くなってきている。図９は従来のフィルムコンデンサ８１の構造を示す部分断面図で、このようなフィルムコンデンサの体積、重量の大部分を占めるのは、誘電体フィルム８２ａ，８３ａおよび電極８２ｂ，８３ｂを巻回または積層し一対の側面には外部電極８４、８５が設けられたコンデンサ素子であり、この誘電体フィルムの厚みを薄くすればコンデンサ素子が小さくなり、その結果コンデンサの小型化に大きく寄与するものである。
特開２００３−３０３７３３号公報

ところが、誘電体フィルムの厚みを薄くすると絶縁欠陥が増え耐電圧性能が低下する。そこで、薄い誘電体フィルムで、より高い耐電圧性能を確保するために、以下のような提案がなされてきた。

それは、誘電体フィルムに存在する絶縁欠陥を自己回復作用（セルフヒーリング）によって確実に回復させ、誘電体フィルムの耐電圧性能を高い水準で確保しようとするものである。

自己回復作用とは、誘電体フィルムの絶縁欠陥部分に生じる短絡電流により、絶縁欠陥部分周辺の金属薄膜を飛散させて絶縁性を回復させるもので、この自己回復作用が不完全な場合には耐電圧性能が低くなり、良好に行われれば、誘電体フィルム本来の耐電圧に近い性能を得ることができる。すなわち誘電体フィルムの耐電圧性能を向上することができる。

そして、良好な自己回復作用をさせるためには、誘電体フィルムを挟むように存在する金属薄膜の膜厚を薄くすれば良く、金属薄膜の膜厚が薄い程高い耐電圧特性が得られることが一般に知られている。これは誘電体フィルムの表面に金属薄膜を形成したメタライズドフィルム特有の自己回復作用が、金属薄膜の厚みが薄い程確実に行われることによるものと、金属薄膜の厚みを薄くすることで金属薄膜を誘電体フィルムに蒸着する時の熱ダメージが低減され、誘電体フィルムの耐電圧性能の低下が抑えられることによるものである。

ところが金属薄膜の厚みを薄くすると、この金属薄膜と、コンデンサ素子にリード線を接続するためにコンデンサ素子の側面に溶射される外部電極との機械的な接続が不安定になり、その結果コンデンサの信頼性が損なわれる。

従って、フィルムコンデンサの小型化を実現するためには、金属薄膜の確実な自己回復性能と外部電極との確実な接続という、誘電体フィルムに形成する金属薄膜の膜厚にとって相反する性能を両立しなければならない。

上記課題を解決するために、本発明は、誘電体フィルムを複数枚重ねて巻回または積層し、側面に一対の外部電極が設けられたフィルムコンデンサにおいて、誘電体フィルム表面にコンデンサの容量を形成するための第１の金属薄膜を形成し、この第１の金属薄膜に対向する誘電体フィルム表面には第１の金属薄膜と外部電極とを接続するための第２の金属薄膜を形成し、第１の金属薄膜の膜厚よりも第２の金属薄膜の膜厚を厚くしたものである。

コンデンサの容量を形成するための電極となる金属薄膜の膜厚を薄くし、外部電極との接続は、容量を形成するための電極となる金属薄膜とは異なる膜厚の厚い金属薄膜とすることで、外部電極との接続性を悪化させることなく誘電体フィルムの耐電圧性能を向上させることが出来、その結果同じ定格電圧のコンデンサの場合、従来に比べて、より薄い誘電体フィルムが使用できるので、コンデンサの小型化が実現できる。

（実施の形態１）
以下、図に従って実施の形態について説明する。

図１は本発明のコンデンサ１の断面図で、図２に示す金属化フィルム２ａと金属化フィルム２ｂとを、第２の金属薄膜５ａと５ｂとが左右反対側になるように一枚ずつ重ねて巻回したもので、一対の側面には外部電極９、１０が設けられている。

詳しく説明すると、図２において、金属化フィルム２ａ、２ｂは、厚さ３．５μｍのポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴ）フィルムからなる誘電体フィルム３ａ、３ｂの一方の面に、コンデンサの容量を形成するためのアルミニウムからなる第１の金属薄膜４ａ、４ｂが第１の金属薄膜４ａ、４ｂが形成されない非蒸着部７ａ、７ｂおよび８ａ、８ｂを残してテープマージン法を用いた真空蒸着により形成されている。

また他方の面の幅方向端部の長手方向に帯状に、第１の金属薄膜４ｂ、４ａと外部電極１０、９とを接続するためのアルミニウムからなる第２の金属薄膜５ａ、５ｂが第２の金属薄膜５ａ、５ｂが形成されない非蒸着部分６ａ、６ｂを残して、同じくテープマージン法を用いた真空蒸着によって形成されている。

この第１の金属薄膜４ａ、４ｂと第２の金属薄膜５ａ、５ｂの膜厚はそれぞれ１０ｎｍと３０ｎｍになっている。

そして金属化フィルム２ａと２ｂとを重ねて巻回することによって、図１に示すように第１の金属薄膜４ａ、４ｂに対向する誘電体フィルム３ｂ、３ａの表面には、第１の金属薄膜４ａ、４ｂと外部電極１０、９とを接続するための第２の金属薄膜５ｂ、５ａが形成されているので、第１の金属薄膜４ａ、４ｂと第２の金属薄膜５ｂ、５ａとが接触し、電気的に接続される。また、第２の金属薄膜５ｂ、５ａは外部電極１０、９にも接続されコンデンサ１が構成される。

本実施の形態によれば、コンデンサ１に電圧を印加したときに誘電体フィルム３ａ、３ｂに存在する絶縁欠陥部分に自己回復作用が起こった場合、第１の金属薄膜４ａ、４ｂの膜厚が１０ｎｍと、一般的な金属化フィルムの金属薄膜の膜厚およそ２０ｎｍに比べて薄いので自己回復作用が確実に行われ、その結果誘電体フィルム３ａ、３ｂの絶縁性も一般的な金属化フィルムよりも高い耐電圧値に回復させる事が出来ることと、第１の金属薄膜４ａ、４ｂの厚みを薄くすることで第１の金属薄膜４ａ、４ｂを誘電体フィルムに蒸着する時の熱ダメージが低減され、誘電体フィルム３ａ、３ｂの耐電圧性能の低下が抑えられ、誘電体フィルムとして厚みが５μｍのＰＥＴフィルムを用いた従来のコンデンサと同等の対電圧性能が得られ、その結果、コンデンサ１の体積を従来のおよそ半分に出来るものである。

また、外部電極９、１０と接続される第２の金属薄膜５ａ、５ｂは膜厚が３０ｎｍと、第１の金属薄膜４ａ、４ｂよりも厚いので第１の金属薄膜４ａ、４ｂを直接外部電極１０、９に接続するよりも接続の信頼性が向上する。

以上のように本発明によれば、外部電極９、１０との接続の信頼性を損なうことなく、高い耐電圧性能を持った誘電体フィルム３ａ、３ｂが得られるので、同じ定格電圧のフィルムコンデンサであっても、より薄い誘電体フィルム３ａ、３ｂが使用出来、その結果コンデンサ１の小型化が実現できる。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２におけるコンデンサ２１の断面図で、図４に示す第１の金属化フィルム２２と第２の金属化フィルム２８とを、一枚ずつ重ねて巻回したもので、一対の側面には外部電極３６、３７が設けられている。

詳しく説明すると、図４において、第１の金属化フィルム２２は、厚さ３．５μｍのＰＥＴフィルムからなる誘電体フィルム２９の両面に、コンデンサの容量を形成するためのアルミニウムからなる第１の金属薄膜３０、３１が、第１の金属薄膜３０、３１が形成されない非蒸着部分３２、３３、３４、３５を残して、オイルマージン法を用いた真空蒸着によって形成されている。

また、第２の金属化フィルム２８は、厚さ３．５μｍのＰＥＴフィルムからなる誘電体フィルム２３の一方の面の幅方向の一方の端部と、他方の面の他方の端部とに長手方向に帯状のアルミニウムからなる、第１の金属薄膜３０、３１と外部電極とを接続するための第２の金属薄膜２５、２４が、第２の金属薄膜２５、２４が形成されない非蒸着部分２６、２７を残して、テープマージン法を用いた真空蒸着によって形成されている。

この第１の金属薄膜３０、３１と第２の金属薄膜２４、２５の膜厚はそれぞれ１５ｎｍと３０ｎｍになっている。

そして第１の金属化フィルム２２と第２の金属化フィルム２８とを重ねて巻回することによって、図３に示すように第１の金属薄膜３０、３１に対向する誘電体フィルム２３、の表面には、第１の金属薄膜３０、３１と外部電極３７、３６とを接続するための第２の金属薄膜２５、２４が形成されているので、第１の金属薄膜３０、３１と第２の金属薄膜２５、２４とが接触し、電気的に接続される。また、第２の金属薄膜２５、２４は外部電極３７、３６にも接続されコンデンサ素子２１が構成される。

以上のように、第１の金属薄膜３０、３１の膜厚を薄くすることで自己回復作用が確実に行われ、第２の金属薄膜２４、２５の膜厚を第１の金属薄膜３０、３１の膜厚よりも厚くすることで、外部電極３６、３７と確実に接続されるので、実施の形態１と同様に誘電体フィルム２３、２９の薄膜化が図れ、コンデンサの小型化が実現できる。

また、本実施の形態では第１の金属薄膜３０、３１と第２の金属薄膜２４、２５とをそれぞれ別の誘電体フィルム２９、２３に形成しているので、蒸着工程における金属薄膜の膜厚や寸法の調整が容易に行える。

（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３におけるコンデンサ４１の断面図で、図６に示す第２の金属化フィルム４２ａ、第１の金属化フィルム４６ａ、第２の金属化フィルム４２ｂ及び第１の金属化フィルム４６ｂを、一枚ずつ順に重ねて巻回したもので、一対の側面には外部電極５１、５２が設けられている。

詳しく説明すると、図６において、第１の金属化フィルム４６ａ、４６ｂは、厚さ２．０μｍのＰＥＴフィルムからなる誘電体フィルム４７ａ、４７ｂの一方の面に、コンデンサの容量を形成するためのアルミニウムからなる第１の金属薄膜４８ａ、４８ｂが第１の金属薄膜４８ａ、４８ｂが形成されない非蒸着部４９ａ、５０ａ、４９ｂ、５０ｂを残して、オイルマージン法を用いた真空蒸着により形成されている。

また、第２の金属化フィルム４２ａ、４２ｂは厚さ２．０μｍのＰＥＴフィルムからなる誘電体フィルム４３ａ、４３ｂの一方の面の幅方向の一方の端部に長手方向に帯状のアルミニウムからなる、第１の金属薄膜４８ａ、４８ｂと外部電極５１、５２とを接続するための第２の金属薄膜４４ｂ、４４ａが、第２の金属薄膜４４ｂ、４４ａが形成されない非蒸着部分４５ｂ、４５ａを残して、オイルマージン法を用いた真空蒸着によって形成されている。

この第１の金属薄膜４８ａ、４８ｂと第２の金属薄膜４４ａ、４４ｂの膜厚はそれぞれ１０ｎｍと３０ｎｍになっている。

そして、第２の金属化フィルム４２ａ、第１の金属化フィルム４６ａ、第２の金属化フィルム４２ｂおよび第１の金属化フィルム４６ｂを、第２の金属化フィルム４２ａと４２ｂとに形成した第２の金属薄膜４４ａと４４ｂとが交互に左右逆位置になり、第２の金属化フィルムの４２ａ、４２ｂの第２の金属薄膜４４ａ、４４ｂが形成されていない面と、第１の金属フィルム４６ａ、４６ｂの第１の金属薄膜４８ａ、４８ｂが形成されていない面とが接するように一枚ずつ順に重ねて巻回することによって、図５に示すように、第１の金属薄膜４８ａ、４８ｂに対向する誘電体フィルム４３ｂ、４３ａの表面には、第１の金属薄膜４８ａ、４８ｂと外部電極５１、５２とを接続するための第２の金属薄膜４４ｂ、４４ａが形成されているので、第１の金属薄膜４８ａ、４８ｂと第２の金属薄膜４４ｂ、４４ａとが電気的に接続される。また、第２の金属薄膜４４ｂ、４４ａは外部電極５１、５２にも接続され、コンデンサ４１が構成される。

以上のように、第１の金属薄膜４８ａ、４８ｂの膜厚を薄くすることで自己回復作用が確実に行われ、第２の金属薄膜４４ａ、４４ｂの膜厚を第１の金属薄膜４８ａ、４８ｂの膜厚よりも厚くすることで、外部電極５１、５２と確実に接続されるので、実施の形態１と同様に誘電体フィルム４３ａ、４３ｂ、４７ａ、４７ｂの薄膜化が図れ、コンデンサの小型化が実現できる。

また、本実施の形態では誘電体フィルム４３ａと４７ａとの２枚、または４３ｂと４７ｂとの２枚を第１の金属薄膜４８ａ、４８ｂで挟む構成になっているので、例えば誘電体フィルム４３ａと４７ａとの場合、それぞれの絶縁欠陥部を補完しあうので、安定した絶縁性能が得られる。

（実施の形態４）
図７は本発明の実施の形態４におけるコンデンサ６１の断面図で、図８に示すように誘電体フィルム６３の両面に第１の金属薄膜６４、６５、６６が千鳥構造となるように形成された第１の金属化フィルム６２と第２の金属化フィルム６９とを一枚ずつ重ねて巻回したもので、一対の側面には外部電極７５，７６が形成されている。ここで、第１の金属薄膜６４、６５、６６を千鳥構造としたのは、この構造にすることによって、コンデンサの容量はおよそ２分の１になるものの、およそ２倍の耐電圧性能が得られるもので、この構造に本発明を採用することによって、定格電圧の高いコンデンサを得ることが出来るものである。

詳しく説明すると、図８において、第１の金属化フィルム６２は、厚さ３．５μｍのＰＥＴフィルムからなる誘電体フィルム６３の一方の面に、コンデンサの容量を形成するためのアルミニウムからなる第１の金属薄膜６４が、誘電体フィルム６３の両端部に金属薄膜６４の形成されない非蒸着部６７、６８を残してテープマージン法による真空蒸着により形成され、誘電体フィルム６３の他方の面には同じく、コンデンサの容量を形成するためのアルミニウムからなる第１の金属薄膜６５、６６が、誘電体フィルム６３の略中央部に第１の金属薄膜６５、６６が形成されない非蒸着部７４を残してテープマージン法による真空蒸着により形成されている。

また、第２の金属化フィルム６９は、厚さ３．５μｍのＰＥＴフィルムからなる誘電体フィルム７０の一方の面の幅方向の両端部に長手方向に帯状の、第１の金属薄膜６５、６６と外部電極７５，７６とを接続するためのアルミニウムからなる第２の金属薄膜７２、７１が第２の金属薄膜７２、７１が形成されない非蒸着部７３を残してテープマージン法を用いた真空蒸着により形成されている。

この第１の金属薄膜６４、６５、６６と第２の金属薄膜７１、７２の膜厚はそれぞれ２０ｎｍと３０ｎｍになっている。

そして、第１の金属化フィルム６２の第１の金属薄膜６４が形成されている面と第２の金属化フィルム６９の第２の金属薄膜７１，７２が形成されていない面とが接するように重ねて巻回することによって、図７に示すように、第１の金属薄膜６５、６６に対向する誘電体フィルム７０の表面には、第１の金属薄膜６５、６６と外部電極７５、７６とを接続するための第２の金属薄膜７２、７１が形成されているので、第１の金属薄膜６５、６６と第２の金属薄膜７２、７１とが電気的に接続される。また、第２の金属薄膜７２、７１は外部電極７５、７６にも接続され、コンデンサ素子６１が構成される。

以上のように、第１の金属薄膜６４、６５、６６の膜厚を薄くすることで自己回復作用が確実に行われ、第２の金属薄膜７１、７２の膜厚を第１の金属薄膜６４、６５、６６の膜厚よりも厚くすることで、外部電極７５、７６と確実に接続されるので、実施の形態１と同様に誘電体フィルム６３、７０の薄膜化が図れ、コンデンサの小型化が実現できる。

以上のように本発明は、フィルムコンデンサの小型化が実現できるので、小型化が求められる電気機器や電子機器に使用することが出来る。

本発明の一実施形態にかかるフィルムコンデンサを示す部分断面図 本発明の一実施形態にかかる金属化フィルムを示す断面図 本発明の一実施形態にかかるフィルムコンデンサを示す部分断面図 本発明の一実施形態にかかる金属化フィルムを示す断面図 本発明の一実施形態にかかるフィルムコンデンサを示す部分断面図 本発明の一実施形態にかかる金属化フィルムを示す断面図 本発明の一実施形態にかかるフィルムコンデンサを示す部分断面図 本発明の一実施形態にかかる金属化フィルムを示す断面図 従来のフィルムコンデンサを示す部分断面図

符号の説明

１ フィルムコンデンサ
３ａ、３ｂ 誘電体フィルム
４ａ、４ｂ 第１の金属薄膜
５ａ、５ｂ 第２の金属薄膜
９、１０ 外部電極

Claims (4)

1. 誘電体フィルムを複数枚重ねて巻回または積層し、側面に一対の外部電極が設けられたフィルムコンデンサにおいて、前記誘電体フィルム表面には、コンデンサの容量を形成するための第１の金属薄膜が形成され、この第１の金属薄膜に対向する前記誘電体フィルム表面には前記第１の金属薄膜と前記外部電極とを接続するための第２の金属薄膜が形成され、前記第１の金属薄膜の膜厚よりも前記第２の金属薄膜の膜厚が厚いことを特徴とするフィルムコンデンサ。
2. コンデンサの容量を形成するための前記第１の金属薄膜は、前記誘電体フィルムの一方の面に形成され、前記第１の金属薄膜と前記外部電極とを接続するための前記第２の金属薄膜は、前記誘電体フィルムの他方の面の幅方向端部の長手方向に帯状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフィルムコンデンサ。
3. コンデンサの容量を形成するための前記第１の金属薄膜は、前記誘電体フィルムの両面に形成され、前記第１の金属薄膜と前記外部電極とを接続するための前記第２の金属薄膜は、前記第１の金属薄膜が形成された誘電体フィルムとは異なる誘電体フィルムの幅方向端部の長手方向に帯状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフィルムコンデンサ。
4. コンデンサの容量を形成するための前記第１の金属薄膜は、前記誘電体フィルムの片面に形成され、前記第１の金属薄膜と前記外部電極とを接続するための前記第２の金属薄膜は、前記第１の金属薄膜が形成された誘電体フィルムとは異なる誘電体フィルムの幅方向端部の長手方向に帯状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフィルムコンデンサ。

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