JP2009259931A - 金属化フィルムコンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド自動車等に使用される金属化フィルムコンデンサに関し、耐熱性と耐電圧の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１を巻回し、両端にメタリコン電極を設けてなり、少なくとも一方の金属化フィルム１の有効電極部内に分割電極を設け、この分割電極が、幅方向を分割する縦マージン５と、長手方向を分割する横マージン６により複数のセグメントを形成し、これらをヒューズ７で接続してなり、上記横マージン６により長手方向に分割されるセグメントの数が絶縁マージン２に近い列ほど少なくなる構成により、ヒューズ７の発熱を抑制すると共に、横マージン６による有効電極部のロスを抑制することができるようになり、結果として、容量低下を抑制しながら耐熱性と耐電圧の向上が図れる。
【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。

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。

図５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６（ａ）、（ｂ）は同金属化フィルムコンデンサに使用される一対の金属化フィルムの構成を示した平面図であり、図５と図６において、３０ａと３０ｂは金属蒸着電極であり、この金属蒸着電極３０ａと３０ｂは、巻回形の金属化フィルムコンデンサを構成する一方の金属化フィルムと他方の金属化フィルムの誘電体フィルム３３ａ、３３ｂの片面上に一端の絶縁マージン３４ａ、３４ｂを除いてアルミニウムの金属を夫々蒸着することにより形成され、両端面のメタリコン３６ａ、３６ｂを介して電極を引き出すようにしているものである。

また、上記金属蒸着電極３０ａと３０ｂは、容量を形成する有効電極部の幅Ｗの略中央部から絶縁マージン３４ａ、３４ｂに向かう側に、オイル転写により形成した金属蒸着電極を有しない非蒸着の長手方向のスリット３５ａ、３５ｂと、同幅方向のスリット３８ａ、３８ｂにより複数の分割電極３２ａ、３２ｂに夫々区分し、かつ有効電極部の幅Ｗの略中央部から絶縁マージン３４ａ、３４ｂと反対側でメタリコン３６ａ、３６ｂに近い側に位置する誘電体フィルム３３ａ、３３ｂの片面全体に蒸着された金属蒸着電極３０ａ、３０ｂにヒューズ３７ａ、３７ｂで並列接続されている。

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、自己保安機能を有し、しかもヒューズ３７ａ、３７ｂによる発熱の少ない金属化フィルムコンデンサを実現できる。すなわち、金属蒸着電極３０ａ、３０ｂにおいて通電する電流は、メタリコン３６ａ、３６ｂに近いほど大きく、離れるほど小さくなっていくものである。従って、メタリコン３６ａ、３６ｂに近い側の金属蒸着電極３０ａ、３０ｂは、流れる電流の大きさに対応して誘電体フィルム３３ａ、３３ｂの片面全体に蒸着し、そしてメタリコン３６ａ、３６ｂより離れた位置で流れる電流が少なくなっていく絶縁マージン３４ａ、３４ｂに近い側にヒューズ３７ａ、３７ｂ、分割電極３２ａ、３２ｂを設けているので流れる電流によるヒューズ３７ａ、３７ｂでの発熱を少なくでき、温度上昇を抑制できるというものであった。

また、図７（ａ）、（ｂ）は分割電極をさらに細分化した一対の金属化フィルムの構成を示した平面図であり、図７において、４０ａと４０ｂは図示しない誘電体フィルム上に形成された金属蒸着電極、４１ａと４１ｂは一端に設けられた絶縁マージン、４２ａと４２ｂは分割電極、４３ａと４３ｂは金属非蒸着部からなるスリット、４４ａと４４ｂはヒューズであり、このように形成されることにより、複数の分割電極４２ａ、４２ｂが金属蒸着電極４０ａ、４０ｂに並列接続された金属化フィルムが構成され、より高性能化が図れるというものであった。

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２００４−１３４５６１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（以下、コンデンサと呼ぶ）では、ヒューズ機能により自己保安機能は得られるものの、分割スリットの無いコンデンサに比べて、通電時の電流によりヒューズが発熱し、コンデンサの温度が上昇するという問題があった。

すなわち、単に一定の直流電圧が印加され続ける場合にはコンデンサには電流が流れないために発熱は無視できるが、リプル電流や充放電電流、サージ電流等が流れた場合には、ヒューズを通じて電流が流れるために発熱が発生し、コンデンサの温度上昇が大きくなると、耐電圧や長期信頼性が低下してしまうという課題があった。

更に、インバータ制御回路の平滑用途のように、コンデンサに直流電圧をかけながら大きなリプル電流を通電する場合には、リプル電流による温度上昇のためにコンデンサの耐電圧が低下するという問題があり、特に自動車用に用いられる場合には、周囲温度が元々高いことから、更に大きな問題になるという課題があった。

なお、このような課題を解決するために、セグメント面積を小さくし、フィルム長手方向の単位長さ当たりのヒューズの数を増やすことにより、ヒューズ１本当たりに流れる電流量を低減して発熱を抑制する方法が考えられるが、この方法では非金属蒸着による横マージンが多くなるためにコンデンサとして機能する有効電極部の面積が減少して容量が低下するという問題がある。また、ヒューズ幅を広くすることによって発熱を低減する方法も考えられるが、この方法ではヒューズとしての動作性が鈍くなり、自己保安機能が低下してしまうという問題があるため、いずれの方法においても満足する解決には至っていないものであった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、通電時のヒューズによる発熱を少なくしてコンデンサの温度上昇を抑制することにより、耐熱性と耐電圧の向上を図ることが可能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、誘電体フィルムの幅方向の一端に絶縁マージンを設け、この絶縁マージン以外を有効電極部とした金属化フィルムを一対とし、上記絶縁マージンを互いに相反する側に配置して重ね合わせて巻回した素子と、この素子の両端面に形成された一対のメタリコン電極からなり、上記一対の金属化フィルムの内、少なくとも一方の金属化フィルムの有効電極部内に分割電極を設け、この分割電極が、フィルム幅方向を複数列に分割する縦マージンと、フィルム長手方向を複数列に分割する横マージンにより複数のセグメントを形成し、これらをヒューズで接続することにより構成され、上記横マージンによりフィルム長手方向に分割されるセグメントの単位長さ当たりの数が、上記絶縁マージンに近い列ほど少なくなる構成にしたものである。

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、電流量が多い引き出し電極接続部に近いセグメントのフィルム長手方向の分割ピッチを小さくして単位長さ当たりのヒューズ本数を増やすようにした構成によってヒューズの発熱を抑制することができるようになると共に、電流量が少ない絶縁マージンに近いセグメントのフィルム長手方向の分割ピッチを大きくするようにした構成によって横マージンによる有効電極部のロスを抑制することができるようになり、結果として、容量低下を抑制しながら耐熱性と耐電圧の向上を図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１〜３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に使用される一対の金属化フィルムを重ね合わせた状態を示した要部平面図であり、本実施の形態においては、同様に形成された一対の金属化フィルムの一方を１８０度位置をずらした状態で重ね合わせて巻回した構成のものである。

図１において、１は金属化フィルムを示し、この金属化フィルム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上に後述する金属蒸着電極を形成することによって構成されているものである。２は上記誘電体フィルムの幅方向の一端側に長手方向に連続して設けられた非金属蒸着部からなる絶縁マージンであり、この絶縁マージン２を除く部分にアルミニウム等からなる金属蒸着電極３が形成されて有効電極部を構成すると共に、絶縁マージン２と反対側となる他端側に図示しないメタリコン電極と接続される引き出し電極接続部４（金属蒸着電極３の端部）を設けて電極引き出しを行うようにしているものである。

５は上記有効電極部内に設けられ、フィルムの幅方向を複数列に分割する非金属蒸着部からなる縦マージンであり、本実施の形態においては３列に分割したものである。６は同じく有効電極部内に設けられ、フィルムの長手方向を複数列に分割する非金属蒸着部からなる横マージンであり、この縦マージン５と横マージン６によって有効電極部内に複数のセグメントを形成し、これらの各セグメントを夫々ヒューズ７で接続することによって分割電極が構成されているものである。なお、本実施の形態においては、上記分割電極をフィルムの幅方向の略１／２の面積に、かつ、絶縁マージン２側の位置に設けたものである。

また、上記横マージン６によりフィルム長手方向に分割されたセグメントの数が、上記縦マージン５によりフィルム幅方向に分割されたセグメントの各列において、絶縁マージン２に近い列ほど少なくなる、すなわち、絶縁マージン２に近いセグメントの列から順にＡ列、Ｂ列、Ｃ列とすると、単位長さ当たり（図中の点線で囲んだ部分）のＣ列に設けたセグメントの数（４個）＞同Ｂ列に設けたセグメントの数（２個）＞同Ａ列に設けたセグメントの数（１個）、という関係になるように形成されているものである。

更に、上記縦マージン５によりフィルム幅方向に分割されたセグメントの幅が、絶縁マージン２に近づくに連れて狭くなる、すなわち、Ｃ列＞Ｂ列＞Ａ列、という関係になるように形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、電流量が多い引き出し電極接続部に近いセグメントのフィルム長手方向の分割ピッチを小さくして単位長さ当たりのヒューズ７の本数を増やすようにした構成によってヒューズ７の発熱を抑制することができるようになると共に、電流量が少ない絶縁マージン２に近いセグメントのフィルム長手方向の分割ピッチを大きくするようにした構成によって横マージン６による有効電極部のロスを抑制することができるようになり、結果として、容量低下を抑制しながら耐熱性と耐電圧の向上を図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、本実施の形態においては、上記縦マージン５によりフィルム幅方向に分割されたセグメントの列数を３列とし、Ａ列に設けたセグメントの単位長さ当たりの数を１個としたとき、Ｂ列の同セグメント数が２個、Ｃ列の同セグメント数が４個という構成を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、セグメントの列数や個数が変化しても同様の効果が得られるものである。

（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４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に形成した分割電極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に使用される一対の金属化フィルムを重ね合わせた状態を示した要部平面図であり、本実施の形態においては、同様に形成された一対の金属化フィルムの一方を１８０度位置をずらした状態で重ね合わせて巻回した構成のものである。

図２において、８は金属化フィルムを示し、この金属化フィルム８は、誘電体フィルム上に後述する金属蒸着電極を形成することによって構成されているものである。２は上記誘電体フィルムの幅方向の一端側に長手方向に連続して設けられた非金属蒸着部からなる絶縁マージンであり、この絶縁マージン２を除く部分に金属蒸着電極９が形成されて有効電極部を構成すると共に、絶縁マージン２と反対側となる他端側に図示しないメタリコン電極と接続される引き出し電極接続部１０（金属蒸着電極９の端部）を設けて電極引き出しを行うようにしているものである。

１１は上記有効電極部内に設けられ、フィルムの幅方向を複数列に分割する縦マージンであり、本実施の形態においては４列に分割したものである。１２は同フィルムの長手方向を複数列に分割する横マージンであり、この縦マージン１１と横マージン１２により有効電極部内に複数のセグメントを形成し、これらの各セグメントを夫々ヒューズ１３で接続することにより分割電極が構成されているものであり、本実施の形態においては、上記分割電極をフィルムの幅方向の略全体に設けたものである。

また、上記横マージン１２によりフィルム長手方向に分割されたセグメントの単位長さ当たりの数が、上記縦マージン１１によりフィルム幅方向に分割されたセグメントの各列において、絶縁マージン２に近い列ほど少なくなる構成、ならびに、上記セグメントの幅が絶縁マージン２に近づくに連れて狭くなる構成は、上記実施の形態１と同様である。

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による金属化フィルムコンデンサにより得られる効果と同様の効果が得られるものである。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明の特に請求項４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２で図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一対の金属化フィルムの内、一方の金属化フィルムの構成が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２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３は本発明の実施の形態３による金属化フィルムコンデンサに使用される一対の金属化フィルムを重ね合わせた状態を示した要部平面図であり、本実施の形態においては、異なる金属化フィルムを一対で重ね合わせて巻回した構成のものである。

図３において、８は上記実施の形態２で図２を用いて説明した金属化フィルム８と同じ金属化フィルムである。１４は上記金属化フィルム８と一対で使用される他方の金属化フィルムであり、この金属化フィルム１４は、ポリプロピレンフィルム等からなる誘電体フィルムの幅方向の一端側に長手方向に連続して設けられた非金属蒸着部からなる絶縁マージン１５を有し、この絶縁マージン１５を除く部分にアルミニウム等からなる金属蒸着電極１６を形成して有効電極部を構成すると共に、絶縁マージン１５と反対側となる他端側に図示しないメタリコン電極と接続される引き出し電極接続部１７（金属蒸着電極１６の端部）を設けて電極引き出しを行うようにしたものであり、この金属化フィルム１４は分割電極を設けずに、フィルムの幅方向の略全体に金属蒸着電極１６を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は、上記実施の形態１、２による金属化フィルムコンデンサにより得られる効果と同様の効果が得られるものである。

（実施の形態４）
以下、実施の形態４を用いて、本発明の特に請求項１〜３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に形成した分割電極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４は本発明の実施の形態４による金属化フィルムコンデンサに使用される一対の金属化フィルムを重ね合わせた状態を示した要部平面図であり、本実施の形態においては、同様に形成された一対の金属化フィルムの一方を１８０度位置をずらした状態で重ね合わせて巻回した構成のものである。

図４において、１８は金属化フィルムを示し、この金属化フィルム１８は、誘電体フィルム上に後述する金属蒸着電極を形成することによって構成されているものである。２は上記誘電体フィルムの幅方向の一端側に長手方向に連続して設けられた非金属蒸着部からなる絶縁マージンであり、この絶縁マージン２を除く部分に金属蒸着電極１９が形成されて有効電極部を構成すると共に、絶縁マージン２と反対側となる他端側に図示しないメタリコン電極と接続される引き出し電極接続部２０（金属蒸着電極１９の端部）を設けて電極引き出しを行うようにしているものである。

２１は上記有効電極部内に設けられ、フィルムの幅方向を複数列に分割する縦マージンであり、本実施の形態においては４列に分割したものである。２２は同フィルムの長手方向を複数列に分割する横マージンであり、この縦マージン２１と横マージン２２により有効電極部内に複数のセグメントを形成し、これらの各セグメントを夫々ヒューズ２３で接続することにより分割電極が構成されているものであり、本実施の形態においては、上記分割電極をフィルムの幅方向の略１／２の面積に、かつ、絶縁マージン２側の位置に設けたものである。

また、上記横マージン２２によりフィルム長手方向に分割されたセグメントの単位長さ当たりの数が、上記縦マージン２１によりフィルム幅方向に分割されたセグメントの各列において、絶縁マージン２に近い列ほど少なくなる構成、ならびに、上記セグメントの幅が絶縁マージン２に近づくに連れて狭くなる構成は、上記実施の形態１と同様である。

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による金属化フィルムコンデンサにより得られる効果と同様の効果が得られるものである。

本発明による金属化フィルムコンデンサは、容量低下を抑制しながら耐熱性と耐電圧の向上を図ることができるという効果を有し、特に小型軽量化と高い耐熱性が要求される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に使用される一対の金属化フィルムを重ね合わせた状態を示した要部平面図 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に使用される一対の金属化フィルムを重ね合わせた状態を示した要部平面図 本発明の実施の形態３による金属化フィルムコンデンサに使用される一対の金属化フィルムを重ね合わせた状態を示した要部平面図 本発明の実施の形態４による金属化フィルムコンデンサに使用される一対の金属化フィルムを重ね合わせた状態を示した要部平面図 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 （ａ）、（ｂ）同金属化フィルムコンデンサに使用される一対の金属化フィルムの構成を示した平面図 （ａ）、（ｂ）従来の金属化フィルムコンデンサに使用される一対の金属化フィルムの他の例を示した平面図

符号の説明

１、８、１４、１８ 金属化フィルム
２、１５ 絶縁マージン
３、９、１６、１９ 金属蒸着電極
４、１０、１７、２０ 引き出し電極接続部
５、１１、２１ 縦マージン
６、１２、２２ 横マージン
７、１３、２３ ヒューズ

Claims (4)

1. 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を有効電極部とした金属化フィルムを一対とし、上記絶縁マージンを互いに相反する側に配置して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、上記一対の金属化フィルムの内、少なくとも一方の金属化フィルムの有効電極部内に分割電極を設け、この分割電極が、フィルム幅方向を複数列に分割する非金属蒸着部からなる縦マージンと、フィルム長手方向を複数列に分割する非金属蒸着部からなる横マージンにより複数のセグメントを形成し、これらのセグメントを夫々ヒューズで接続することにより構成され、上記横マージンによりフィルム長手方向に分割されるセグメントの単位長さ当たりの数が、上記絶縁マージンに近い列ほど少なくなるように形成された金属化フィルムコンデンサ。
2. 縦マージンによりフィルム幅方向に分割されるセグメントの幅が、絶縁マージンに近づくに連れて狭くな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。
3. 金属化フィルムに形成された分割電極が、フィルム幅方向の略中央部から絶縁マージンに向かう部分に形成されたものである請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
4. 金属化フィルムに形成された分割電極が、有効電極部の略全体に形成されたものである請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。

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