JP2009141103A - 金属化フィルムコンデンサ - Google Patents

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、耐振動性を向上させることを目的とする。
【解決手段】素子２の外周に巻回される外装フィルム６として、融点が異なるポリプロピレンフィルムを２層以上有した多層構造のポリプロピレンフィルムを用い、かつ、最も融点が低い層のポリプロピレンフィルムを内面側にして巻回した構成により、エージング工程において外装フィルム６を構成する低融点のポリプロピレンフィルムが溶融して素子２の外周面と密着すると共に、外装フィルム６が均一に収縮するために素子２の締まりが均一になって緩みの発生がなくなり、これにより、素子２の耐湿性、耐振動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。

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正面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浸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。

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。１２は上記コンデンサ素子１１の外周面に巻回されたフィルム、１５はこのフィルム１２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。

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、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浸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を用いて図示しない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密着度が低いことに起因して、これらの界面から外部の水分や空気が浸入し易く、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コンデンサ素子１１の内部に水分や空気が浸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。

更に、上記無機酸化物層を有するフィルム１２（無機酸化物層を有しない一般的な外装フィルムであっても同じ）は、コンデンサ素子１１の外周に巻回された後、このような外装フィルムの表面の一部を部分的に約３００℃の高温で加熱して溶融することによって外装フィルムの巻き止めを行うようにしているものであるため、加熱溶融された部分はフィルムの厚みが薄くなっているために水分が浸入し易くなり、また、加熱溶融されていない部分において印加電流により不要な振動が発生したり、コンデンサ素子１１の両端面に形成する電極引出部１５としてのメタリコンの余剰部を除去する際のブラスト工程において、ストレスにより溶融部分が剥がれる等の問題があり、これらの問題によって耐湿性や耐振動性が悪化するという課題も有しているものであった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、モールド樹脂を用いてケース内にモールドして使用する場合においても、優れた耐湿性と耐振動性を発揮することができる安価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、素子の外周に巻回される外装フィルムとして、融点が異なるポリプロピレンフィルムを２層以上有した多層構造のポリプロピレンフィルムを用い、かつ、最も融点が低い層のポリプロピレンフィルムを内面側にして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、同材質で融点のみが異なる多層構造のポリプロピレンフィルムを外装フィルムとして用い、低融点のポリプロピレンフィルムが素子と接するようにした構成により、エージング工程において外装フィルムを構成する低融点のポリプロピレンフィルムが溶融して素子の外周面と密着すると共に、外装フィルムが均一に収縮するために素子の締まりが均一になって緩みの発生がなくなり、これにより、素子の寿命、耐湿性、耐振動性が向上するという効果が得られるものである。

更に、外装フィルムとして用いる多層構造のポリプロピレンフィルムは、一般に包装用として使用されているポリプロピレンフィルムを使用することができるため、従来の電気用として使用されているポリプロピレンフィルムと比べて安価に構成できるという効果も有するものである。

（実施の形態）
以下、実施の形態を用いて、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、図３は同金属化フィルムコンデンサに使用される外装フィルムの構成を示した断面図であり、図１〜図３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上記素子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外装フィルム、７はこの外装フィルム６の外表面側となる片面に施されたコロナ処理面であり、上記外装フィルム６は図３にその詳細を示すように、融点が異なるポリプロピレンフィルム（以下、ＰＰフィルムと呼ぶ）を複数層（本実施の形態においては２層の構成を例にしているが、本発明はこれに限定されるものではない）有した構成のものであり、最も融点が低いＰＰフィルム６ａの層を内面側にして素子２と当接するようにして巻回したものである。

また、上記外装フィルム６として本実施の形態に用いたものは、内面側に配設される低融点の層を形成するＰＰフィルム６ａは融点が９０℃（融点が１２０℃以下のものが必要）のものを用い、外表面側に配設される高融点の層を形成するＰＰフィルム６ｂは融点が１５０℃のものを用い、この２層構造の外装フィルム６を素子２の外周に巻回した後、０．１ＭＰａで１秒間、１００℃の加熱をすることによってヒートシールを行い、ＪＩＳ−Ｚ−０２３８によるヒートシール強度が３Ｎ／１５ｍｍ以上を発揮するようにしたものであり、これにより、ヒートシールの開始温度はヒートシール強度が３Ｎに達する温度である１２０℃以下となるように構成されたものである。

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をモールド樹脂を用い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を作製して耐湿試験を行った結果を比較例としての従来品（多層構造でないＰＰフィルムを外装フィルムとして用いたもの）と比較して図４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。

なお、図４において、実施の形態(1)は多層構造のＰＰフィルム、同(2)は(1)＋外表面にコロナ処理、同(3)は(1)＋外表面にガスバリア処理を施したものを示す。

図４から明らかなように、従来品が１０００時間以降から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金属化フィルムコンデンサを用いたものは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。

これらは、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るが、長期通電後には外装フィルム６とモールド樹脂との界面、外装フィルム６と素子２との界面、外装フィルム６の加熱溶融部分（ヒートシール部分）からの水分浸入が支配的になるため、外装フィルム６と素子２との密着度を向上させた本実施の形態による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。

このように本実施の形態による金属化フィルムコンデンサは、同材質で融点のみが異なる多層構造のＰＰフィルムを外装フィルム６として用い、低融点のＰＰフィルム６ａが素子２と接するようにした構成により、エージング工程において外装フィルム６を構成する低融点のＰＰフィルムが溶融して素子２の外周面と密着すると共に、外装フィルム６が均一に収縮するために素子２の締まりが均一になって緩みの発生がなくなり、これにより、素子２の耐湿性、耐振動性を向上させることができるようになり、更に、ヒートシール温度が低いために素子２への熱ダメージを大きく低減することができるという格別の効果を奏するものである。

また、上記外装フィルム６として用いる多層構造のＰＰフィルムは、従来から一般に使用されている電気用フィルムと異なり、一般に包装用として使用されているＰＰフィルムを使用することが可能になるため、フィルム単価が１桁以上安いものを使用することができるようになることから、コスト低減を図ることができるようになるという格別の効果も奏するものである。

更に、これらの包装用のＰＰフィルムは、片面（内面）がヒートシール層、他面（外面）が酸素、窒素、水等に対するバリア層が形成されたフィルムも多くあり、これらのものを使用することによって更なる耐湿性向上を図ることも可能なものである。

更にまた、上記外装フィルム６の外表面側に配設される融点が高い層を形成するポリプロピレンフィルム６ｂの表面にコロナ処理を施すことにより、このような金属化フィルムコンデンサをモールド樹脂を用いてケース内にモールドして使用する場合に、モールド樹脂との密着性が向上して外装フィルム６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、更なる耐湿性の向上を図ることができるようになるという格別の効果も奏するものである。

本発明による金属化フィルムコンデンサは、耐湿性、耐振動性に優れ、しかも安価に提供できるという効果を有し、特に、樹脂モールド型の自動車用のコンデンサ等として有用である。

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に使用される外装フィルムの構成を示した断面図 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 （ａ）従来の金属化フィルムコンデンサの構成を示した正面断面図、（ｂ）同側面図 従来の金属化フィルムコンデンサのコンデンサ素子の構成を示した断面図

符号の説明

１ 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 外装フィルム
６ａ 低融点側のポリプロピレンフィルム
６ｂ 高融点側のポリプロピレンフィルム
７ コロナ処理面

Claims (5)

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、この素子の外周に巻回された外装フィルムと、この外装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、上記素子の外周に巻回された外装フィルムとして、融点が異なるポリプロピレンフィルムを２層以上有した多層構造のポリプロピレンフィルムを用い、かつ、最も融点が低い層のポリプロピレンフィルムを内面側にして巻回し、ヒートシールした金属化フィルムコンデンサ。
2. 外装フィルムとして用いる多層構造のポリプロピレンフィルムの最も融点が低い層のポリプロピレンフィルムの融点が、１２０℃以下である請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
3. 素子の外周と外装フィルムとして用いる多層構造のポリプロピレンフィルムとのＪＩＳ−Ｚ−０２３８によるヒートシール強度が、３Ｎ／１５ｍｍ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。
4. 素子の外周と外装フィルムとして用いる多層構造のポリプロピレンフィルムとのヒートシール開始温度が、１２０℃以下である請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
5. 外装フィルムとして用いる多層構造のポリプロピレンフィルムの外表面側に配設されるポリプロピレンフィルムの表面にコロナ処理を施した請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。

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