JP2009206224A

JP2009206224A - 金属化フィルムコンデンサ

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Publication number: JP2009206224A
Application number: JP2008045404A
Authority: JP
Inventors: Yukikazu Ochi; 幸和大地; Hiroki Takeoka; 宏樹竹岡
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2028-02-27
Also published as: JP5092795B2

Abstract

【課題】オイル保護膜を形成しても漏れ電流が少なく、メタリコン電極との密着性、耐湿性に優れた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。
【解決手段】誘電体フィルム１上に金属蒸着電極２を形成した金属化フィルムを巻回した素子と、この素子の両端面に形成されたメタリコン電極５からなり、上記金属化フィルムが、誘電体フィルム１の幅方向の一端側に絶縁マージン３を連続して設け、この絶縁マージン３を除く部分に金属蒸着電極２を形成すると共に、この金属蒸着電極２上に表面エネルギーが３７ｍＮ／ｍ未満のオイル保護膜４を形成した構成により、オイル保護膜４が絶縁マージン３上に形成されていないことにより、金属蒸着電極２からメタリコン電極５へと流れる電流を低減して漏れ電流を少なくし、更に、上記オイル保護膜４が水をはじきやすくなるために耐湿性を向上できる。
【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、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。

そして、このような金属化フィルムコンデンサは、一般に金属箔を電極に用いるものと、誘電体フィルム上に設けた蒸着金属を電極に用いるものとに大別される。中でも、蒸着金属を電極（以下、金属蒸着電極と呼ぶ）とする金属化フィルムコンデンサは、金属箔のものに比べて電極の占める体積が小さく小型軽量化が図れることと、金属蒸着電極特有の自己回復機能（絶縁欠陥部で短絡が生じた場合に、短絡のエネルギーで欠陥部周辺の金属蒸着電極が蒸発・飛散して絶縁化し、コンデンサの機能が回復する性能）により絶縁破壊に対する信頼性が高いことから、従来から広く用いられているものである。

図４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断面図、図５は同金属化フィルムコンデンサに使用される第１蒸着電極の平面図、図６は同第２蒸着電極の平面図であり、図４〜図６において、１１はポリプロピレンフィルム等の誘電体フィルム１３の片面上にアルミニウムを蒸着した第１蒸着電極であり、この第１蒸着電極１１は、容量形成部１１ａと、メタリコン部１５とのコンタクト部１１ｂから構成され、かつ、図５に示すように、分割スリット１６により四角形の格子状に分割された分割電極１９と、各分割電極１９を並列接続するヒューズ１７とを有するものである。

また、１２はポリプロピレンフィルム等の誘電体フィルム１８の片面全体にアルミニウムを蒸着した第２蒸着電極であり、この第２蒸着電極１２は、容量形成部１２ａと、メタリコン部１５とのコンタクト部１２ｂから構成され、分割スリットは有しておらず、かつ、第２蒸着電極１２の容量形成部１２ａの膜抵抗値は、図４に示すように膜厚を第１蒸着電極１１より薄くして容量形成部１１ａの膜抵抗値よりも高く設定しているものである。なお、１４は絶縁マージンである。

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、第２蒸着電極１２の容量形成部１２ａの膜抵抗値を、第１蒸着電極１１の容量形成部１１ａの膜抵抗値よりも高くすることにより、容量減少の小さい金属化フィルムコンデンサを実現することができるというものであった（特許文献１）。

また、図７は上記図４に示した金属化フィルムコンデンサの蒸着電極の酸化や腐食を防止する目的で、表面にオイル保護膜を形成する製造装置のオイル保護膜形成部近傍を拡大
した断面図であり、図７において、２３ａはフィルム２３が走行する方向、２４は蒸着膜、２５はオイルタンク、２６はオイル、２７は加熱ヒータ、２８はオイル蒸気、２９は温度センサ、３０は圧力センサ、３１はノズル、３２はオイル保護膜を示し、このようにオイル保護膜形成部は、円筒状のオイルタンク２５の内部にオイル２６、加熱ヒータ２７、温度センサ２９および圧力センサ３０が収納されているものである。

このように構成されたオイル保護膜形成部は、加熱ヒータ２７により加熱されたオイル２６はオイル蒸気２８となりノズル３１から噴出し、矢印２３ａの方向へ走行するフィルム２３に設けられた蒸着膜２４のノズル側にオイル保護膜３２を形成する。なお、温度センサ２９と圧力センサ３０は、オイルタンク２５内部の温度と圧力をモニタリングするものであり、特に圧力センサ３０により、長尺のフィルムを金属化する場合であっても、蒸着中のオイル噴出量を一定に保ち、均一なオイル保護膜を形成することができるというものであった（特許文献２）。
特開２００４−９５６０４号公報特許第３７６７５０５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、金属化フィルムに設けられたオイル保護膜３２が、絶縁マージンを含む金属化フィルムの全面に形成されているために、メタリコンとの密着性が悪く、かつ、漏れ電流が多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、メタリコンとの密着性に優れ、かつ、漏れ電流が少ない、優れた性能の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重ね合わせて巻回した素子と、この素子の両端面に金属溶射によって形成された一対の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、上記金属化フィルムとして、誘電体フィルムの幅方向の一端側に非金属蒸着部からなる絶縁マージンを長手方向に連続して設け、この絶縁マージンを除く部分に金属蒸着電極を形成すると共に、この絶縁マージンを除いて形成された金属蒸着電極上に表面エネルギーが３７ｍＮ／ｍ未満のオイルを用いてオイル保護膜を形成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、金属化フィルム上に形成したオイル保護膜が絶縁マージン上に形成されていないことにより、金属蒸着電極からメタリコン電極へと流れる電流を低減し、漏れ電流を少なくすることができ、更に、上記オイル保護膜が、表面エネルギーが３７ｍＮ／ｍ未満のオイルを用いて形成されているために水をはじきやすくなり、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、本発明の特に請求項１、２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で
あり、図１において、１はポリプロピレンフィルム等からなる誘電体フィルム、２はこの誘電体フィルム１の片面上に一端の絶縁マージン３を除いてアルミニウムの金属を蒸着することにより形成された金属蒸着電極であり、これにより金属化フィルムが形成されているものである。

４はこの金属化フィルムに形成された金属蒸着電極２の表面に設けられたオイル保護膜であり、このオイル保護膜４は、表面エネルギーが３７ｍＮ／ｍ未満のオイルであるフッ素系オイル、シリコン系オイル、炭化水素系オイルのいずれかを用い、これを気化させて蒸着することによって形成したものであり、上記金属蒸着電極２を形成するアルミニウムの酸化や腐食を防止して耐湿性を向上させることを目的としており、特に、自動車用に使用されるコンデンサ等のような高抵抗のものは金属蒸着電極２の厚みが薄いために有効なものである。

また、上記オイル保護膜４は、絶縁マージン３を除く金属蒸着電極２の表面のみに形成されているものであり、マスク方式等の公知の方法を用いて、上記絶縁マージン３にオイル保護膜４が付着しないようにしているものである。

そして、このように形成された金属化フィルムを一対とし、上記金属蒸着電極２が誘電体フィルム１を介して対向するように重ね合わせて巻回し、両端面に亜鉛を溶射したメタリコン電極５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は、オイル保護膜４を絶縁マージン３上に設けない構成により、金属蒸着電極２からメタリコン電極５へと流れる電流を低減し、漏れ電流を少なく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。すなわち、絶縁マージン３上に誘電体フィルム１よりも抵抗値が低い材料（オイル保護膜等）が存在する場合には、金属蒸着電極２からメタリコン電極５へと流れる電流が増加するために漏れ電流が多くなるものである。

更に、上記オイル保護膜４が、表面エネルギーが３７ｍＮ／ｍ未満のオイルを用いて形成されているために水をはじきやすくなり、これにより耐湿性を向上させることができるようになるという格別の効果を奏するものである。なお、上記表面エネルギーはオイルの材料と量に関係し、表面エネルギーが低いほど水をはじきやすくなって耐湿性が向上するものであり、耐湿性の良い順に列挙すると、フッ素系オイル＞シリコン系オイル＞炭化水素系オイルの順になる。

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（オイル保護膜４を形成するオイルを変えることにより、表面エネルギーが異なるものを４種類作製した）の漏れ電流特性、メタリコン電極との密着性、耐湿性を評価した結果を比較例としての従来品（表面エネルギーが３７ｍＮ／ｍ以上のオイルによるオイル保護膜が絶縁マージンを含む全面に形成されたもの）と比較して（表１）に示す。

（表１）から明らかなように、本実施の形態による金属化フィルムコンデンサは、従来品と比較して漏れ電流特性、メタリコン電極との密着性、ならびに耐湿性に優れることが分かるものである。

（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３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詳細に説明する。

図２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断面図、図３は同金属化フィルムコンデンサに使用される金属化フィルムの要部を拡大した断面図であり、図２と図３において、６は金属化フィルムの一端側に設けた絶縁マージン３と異なる側の端部に設けた低抵抗部であり、この低抵抗部６は金属蒸着電極２を厚く形成することによって抵抗値を低くしたものであり、この低抵抗部６は金属蒸着電極２と同様にアルミニウムを用いて形成しても良いし、亜鉛を用いて形成しても良いものである。

また、４はオイル保護膜であり、このオイル保護膜４は上記実施の形態１と同様に、表面エネルギーが２０ｍＮ／ｍのオイルを用いて、絶縁マージン３を除く金属蒸着電極２ならびに低抵抗部６の表面のみに形成されているものであり、かつ、上記低抵抗部６上に形成するオイル保護膜４の厚みｔ２を、金属蒸着電極２上に形成するオイル保護膜４の厚みｔ１の９０％以下（ｔ２／ｔ１＝０．９以下）の厚みになるように形成したものである。

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の、低抵抗部６上に形成するオイル保護膜４の厚みｔ２と金属蒸着電極２上に形成するオイル保護膜４の厚みｔ１の関係（ｔ２／ｔ１）による漏れ電流特性、メタリコン電極との密着性、ならびに耐湿性を評価した結果を比較例としての従来品（オイル保護膜が絶縁マージンを含む全面に形成されたもの）と比較したものを前述の（表１）に示す。

（表１）から明らかなように、本実施の形態による金属化フィルムコンデンサは、従来品と比較して漏れ電流特性、メタリコン電極との密着性、ならびに耐湿性に優れていることが分かるものである。また、低抵抗部６上に形成するオイル保護膜４の厚みｔ２と金属蒸着電極２上に形成するオイル保護膜４の厚みｔ１の関係（ｔ２／ｔ１）については９０％以下の範囲内が好ましく、これより大きいとメタリコン電極との密着性が少し悪くなり（実施の形態１と同程度）、また逆に小さくなるとオイル保護膜としての機能が低下して
耐湿性が悪化するために好ましくないことから、９０〜５０％の範囲が適していると言えるものである。

なお、本実施の形態においては、上記低抵抗部６上に形成したオイル保護膜４の厚みは均一な厚みで形成した例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくともメタリコン電極５と接続される部分のオイル保護膜４の厚みｔ２が金属蒸着電極２上に形成されるオイル保護膜４の厚みｔ１の９０％以下の範囲内であれば良いものであり、このメタリコン電極５と接続される部分以外のオイル保護膜４の厚みｔ２を金属蒸着電極２上に形成されるオイル保護膜４の厚みｔ１と同等とすることにより、耐湿性の向上を図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は、漏れ電流が少なく、メタリコン電極との密着性に優れ、かつ、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自動車用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同金属化フィルムコンデンサに使用される金属化フィルムの要部を拡大した断面図従来の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に使用される第１蒸着電極の平面図同第２蒸着電極の平面図金属化フィルムにオイル保護膜を形成する製造装置の要部を拡大した断面図

符号の説明

１誘電体フィルム
２金属蒸着電極
３絶縁マージン
４オイル保護膜
５メタリコン電極
６低抵抗部

Claims

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重ね合わせて巻回した素子と、この素子の両端面に金属溶射によって形成された一対の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、上記金属化フィルムとして、誘電体フィルムの幅方向の一端側に非金属蒸着部からなる絶縁マージンを長手方向に連続して設け、この絶縁マージンを除く部分に金属蒸着電極を形成すると共に、この絶縁マージンを除いて形成された金属蒸着電極上に表面エネルギーが３７ｍＮ／ｍ未満のオイルを用いてオイル保護膜を形成した金属化フィルムコンデンサ。
オイル保護膜を形成するオイルとして、フッ素系オイル、シリコン系オイル、炭化水素系オイルのいずれかを用いた請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
金属化フィルムの一端側に設けた絶縁マージンと異なる側の端部に、金属蒸着電極を厚く形成して抵抗値を低くした低抵抗部を設け、この低抵抗部上に形成するオイル保護膜の厚みを、低抵抗部を除く金属蒸着電極上に形成されたオイル保護膜の厚さの９０％以下とした請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。