JP2009277828A

JP2009277828A - コンデンサ

Info

Publication number: JP2009277828A
Application number: JP2008126767A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Unami; 潔宇波
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2008-05-14
Publication date: 2009-11-26

Abstract

【課題】コンデンサ素子における局所的な発熱部分を減少して、信頼性の高いコンデンサを提供することを目的とする。
【解決手段】誘電体フィルムに金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを巻回してその両端部に取出電極１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂを設けた２個のコンデンサ素子１１、１２と、このコンデンサ素子１１、１２を収納する円筒状の外装ケース１３と、外装ケース蓋１８と、前記外装ケース蓋１８に設けた電極端子１８ａ、１８ｂと、前記コンデンサ素子１１、１２と前記電極端子１８ａ、１８ｂを接続する接続端子１４、１５、１６、１７とを有し、前記２個のコンデンサ素子１１、１２が並列に接続されたコンデンサであって、前記２個のコンデンサ素子１１、１２の静電容量は異なり、かつ前記２個のコンデンサ素子１１、１２のうち静電容量の小さい方のコンデンサ素子１２が前記電極端子１８ａ、１８ｂから遠い位置に配置されているコンデンサとする。
【選択図】図１

Description

本発明は各種電子機器、産業機器に使用される、金属化フィルムを用いた高耐電圧用のコンデンサに関するものである。

従来、金属化フィルムコンデンサ素子を外装ケースに絶縁油や絶縁樹脂とともに収納した高電圧回路用のコンデンサが広く用いられており、このようなコンデンサは電圧印加時の発熱をなるべく抑えるため、さまざまな検討が行われている。

図４は従来の２つのコンデンサ素子を並列接続したコンデンサの内部構造図であり、表面にアルミニウム金属などの蒸着電極を設けたポリエチレンフィルムを少なくとも２枚以上重ね、これを巻回して作製されたコンデンサ素子４１ａ、４１ｂの両端部に亜鉛金属を溶射して電極取り出し部４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄを形成している。

そして電極取り出し部４２ｂと４２ｃとが接続端子の一種であるリード線４３にて接続され、また電極取り出し部４２ａと４２ｄとがリード線４４にて接続されている。

さらに、電極取り出し部４２ａと電極端子４７ａとがリード線４５にて接続され、電極取り出し部４２ｂと電極端子４７ｂとがリード線４６にて接続されている。

このように接続することによって、２つのコンデンサ素子４１ａ、４１ｂは並列接続された状態で、絶縁ケース４８に収納され、絶縁樹脂４９により覆われている。

なお、本出願の発明に関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。
実開平７−２９８２９号公報

上記従来のコンデンサに数百Ｖの電圧を印加したとき、最も長いリード線４４は、その長さに応じて最も大きな抵抗値を有するため、他のリード線に比べて発熱が大きく、このリード線４４近くのコンデンサ素子の局部がその他の部分よりも温度が高い状態となる。

このような温度の高い部分がコンデンサ素子に形成されると、温度の高い部分からフィルムの絶縁性の劣化が進行し、信頼性の低下につながる場合があるため、極力局所的な高温部分を形成しないような構成が求められる。

最も長いリード線４４の線径を太くするか線数を増やして抵抗値を下げれば発熱を抑えることはできるが、部材コストが増加することや、コンデンサが大型化することにより好ましくない。

そこで本発明は、コスト増加やコンデンサの大型化を招くことなく、コンデンサ素子における局所的な発熱部分を減少して、信頼性の高いコンデンサを提供することを目的とする。

そしてこの目的を達成するために、本発明のコンデンサは、誘電体フィルムに金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを巻回してその両端部に取出電極を設けた２個のコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を収納する外装ケースと、外装ケース蓋と、前記外装ケース蓋に設けた電極端子と、前記コンデンサ素子と前記電極端子を接続する接続端子とを有し、前記２個のコンデンサ素子が並列に接続されたコンデンサであって、前記２個のコンデンサ素子は静電容量の比率が１：２〜７：８の範囲内で異なり、かつ前記２個のコンデンサ素子のうち静電容量の小さい方のコンデンサ素子が前記電極端子から遠い位置に配置されているコンデンサである。

並列接続された異なる静電容量を有する２個のコンデンサ素子のうち、静電容量の小さい方のコンデンサ素子に流れる電流値は、もう一方の静電容量の大きなコンデンサ素子に流れる電流値よりも小さくなる。

このため、静電容量の小さい方のコンデンサ素子を電極端子から遠い位置に配置することにより、このコンデンサ素子の底面側に接続され、最も電極端子から遠い位置まで伸びる接続端子、すなわち最も長く抵抗値の大きい接続端子に流れる電流を減少することができ、この接続端子の発熱を抑制することができる。

これにより、コンデンサ素子の局所的な高温化を抑制し、信頼性の高いコンデンサを提供することができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明のコンデンサについて、一実施の形態および図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の一実施の形態を示すコンデンサの内部構造を示す分解図であり、図２はこのコンデンサに用いるコンデンサ素子の一部拡大図である。

図１のコンデンサ素子１１は、図２に示すようにポリプロピレンフィルムなどの誘電体フィルム２１の表面に金属蒸着電極２２を設けた両面金属化フィルム２３と、金属蒸着電極を設けていない誘電体フィルム２４とを巻回し、巻回した両端部に亜鉛金属の溶射などの方法により取出電極１１ａ、１１ｂを形成したものである。

他のコンデンサ素子１２も、同様に巻回された素子両端部に取出電極１２ａ、１２ｂを形成したものである。

コンデンサ素子１１、１２は、取出電極１１ａには箔状の接続端子１４がはんだ付け部１４ａで接続され、同様に取出電極１２ｂには箔状の接続端子１５、取出電極１１ｂには箔状の接続端子１６、取出電極１２ａには箔状の接続端子１７が、おのおのはんだ付け部１５ａ、１６ａ、１７ａで取り付けられている。

そして、接続端子１４と１５は同電位であり、外装ケース蓋１８に設けられた電極端子１８ｂに接続され、同様に同電位である接続端子１６と１７は電極端子１８ａに接続されている。接続端子１４、１５と、接続端子１６、１７は異電位となる。

この箔状の接続端子１４〜１７は、異電位間でショートしないように、図示していないスリーブで絶縁されている。

このようにして並列に接続されたコンデンサ素子１１、１２は、図１に示すように、静電容量の小さい方のコンデンサ素子１２を下にして、外装ケース１３に収納されている。

なお、本実施の形態では従来のリード線に代えて、箔状の金属板である接続端子を用いている。

これは、どの方向へでも曲げられる線状のリード線に比べて、箔状の金属板では厚み方向には曲がりやすいが、幅方向には変形しにくく、曲げた状態での位置固定が容易であり、したがって接続端子がふらつくことがなく、異なる電位の接続端子がクロスするようなことがないためである。

また、断面が丸形状のリード線と異なり、箔状の金属板では厚みが薄いため、はんだ付け部の厚みが低減でき、コンデンサの小型化に有利であるという特徴も有している。

このように構成した本実施の形態のコンデンサで、コンデンサ素子１１、１２の静電容量を（表１）のように種々変更したコンデンサと、図４に示す従来例のコンデンサ（コンデンサ素子４１ａと４１ｂの静電容量が５０μＦで同じ）について、定格電圧５００Ｖで静電容量が１００μＦのコンデンサ試料を作製した。

静電容量の変更については、巻回ターン数は同じで、取出電極間の長さを変えることにより変更した。この方法によれば、コンデンサ素子の外径が同一となるため、外装ケース１３への収納効率ロスを生じることなく、平易な方法で静電容量を変更することができる。

次にこれらの試料各３個について、周囲温度５０℃の無風状態で定格電圧（５００Ｖ）の１．２倍の電圧（６００Ｖ）を印加し、最も長い接続端子１５の長さ方向の中心付近の温度を測定した。

この時のリップル電流は２０Ａであり、温度上昇目標値は１５℃以下である。

これらの試料の温度測定結果を（表１）に合わせて示す。また温度上昇測定値をグラフとして図３に示す。

（表１）および図３に示したように、２個のコンデンサ素子１１、１２の静電容量が１：２〜７：８の比率の範囲内で異なり、かつ２個のコンデンサ素子のうち静電容量の小さい方のコンデンサ素子が電極端子１８ａ、１８ｂから遠い位置に配置されている試料番号５〜７では温度上昇測定値は温度上昇目標値の１５℃以下と低くなっている。

これに対して、静電容量比率が１：２〜７：８の範囲内であっても、静電容量の大きい方のコンデンサ素子が電極端子１８ａ、１８ｂから遠い位置に配置されている試料番号１では、温度上昇測定値が２３℃と最も大きくなっている。

また、静電容量が小さい方のコンデンサ素子が電極端子１８ａ、１８ｂから遠い位置に配置されても、静電容量の比率が１：２〜７：８の範囲外である場合には、温度上昇値が目標値を超えて高くなっている。

以上の結果から明らかなように、２個のコンデンサ素子１１、１２が並列に接続されたコンデンサで、これら２個のコンデンサ素子の静電容量の比率が１：２〜７：８の範囲内で異なり、かつ静電容量の小さい方のコンデンサ素子が電極端子１８ａ、１８ｂから遠い位置に配置することにより、静電容量の小さい方のコンデンサ素子に流れる電流値は、もう一方の静電容量の大きなコンデンサ素子に流れる電流値よりも小さくすることができる。

これにより、このコンデンサ素子の底面側に接続され、最も電極端子から遠い位置にまで伸びる接続端子、すなわち最も長いため抵抗値が大きく、発熱量が大きな接続端子１５に流れる電流を減少することができ、この接続端子１５の発熱を抑制することができるため、コンデンサの温度上昇を低くすることができるものである。

なお、本実施の形態では金属化ポリプロピレンフィルムを用いた例を示したが、これに限定されるものではなく、金属化ポリエチレンフィルムや金属化ポリエステルフィルム等の他の金属化フィルムを用いてもよい。

また、両面に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムと、金属蒸着電極を形成していない誘電体フィルムとを重ねて巻回して作製したコンデンサ素子の例を示したが、これに限定されるものではなく、誘電体フィルムの片面に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを２枚重ねて巻回したコンデンサ素子でもよい。

本発明のコンデンサは、並列接続され、静電容量の比率が１：２〜７：８の範囲内で異なる２個のコンデンサ素子のうち、静電容量の小さい方のコンデンサ素子を電極端子から遠い位置に配置したものである。この構成により、コンデンサ素子の底面側に接続され、最も電極端子から遠い位置にまで伸びる接続端子、すなわち最も長く抵抗値が大きい接続端子に流れる電流を減少させ、局所的な発熱を抑えて、信頼性の高いコンデンサを提供することができるため、各種電子機器、産業機器に使用されるコンデンサ等に有用である。

本発明の一実施の形態におけるコンデンサの内部構造を示す分解図同コンデンサに用いるコンデンサ素子の一部拡大図温度上昇測定結果を示すグラフ従来のコンデンサの内部構造を示す透視図

符号の説明

１１、１２コンデンサ素子
１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ取出電極
１３外装ケース
１４、１５、１６、１７箔状接続端子
１４ａ、１５ａ、１６ａ、１７ａはんだ付け部
１８外装ケース蓋
１８ａ、１８ｂ電極端子
２１、２４誘電体フィルム
２２金属蒸着電極
２３金属化フィルム

Claims

誘電体フィルムに金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを巻回してその両端部に取出電極を設けた２個のコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を収納する外装ケースと、外装ケース蓋と、前記外装ケース蓋に設けた電極端子と、前記コンデンサ素子と前記電極端子を接続する接続端子とを有し、前記２個のコンデンサ素子が並列に接続されたコンデンサであって、前記２個のコンデンサ素子は静電容量の比率が１：２〜７：８の範囲内で異なり、かつ前記２個のコンデンサ素子のうち静電容量の小さい方のコンデンサ素子が前記電極端子から遠い位置に配置されていることを特徴とするコンデンサ。
前記２個のコンデンサ素子の静電容量は、前記コンデンサ素子の取出電極間の長さを変えることにより異ならせたことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。