JP2010067630A - 金属化フィルムコンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】金属化フィルムコンデンサの性能低下や劣化を抑制する。
【解決手段】絶縁性フィルム１２ａ，１２ｂには、複数の分割電極Ａをヒューズ部Ｂによって第１の方向Ｘに接続した電極パターンに加工された金属膜１０ａ，１０ｂを、その一端が互いに電気的に接続し、一端以外がマージン部Ｃによって互いに電気的に接続されないように第２の方向Ｙに複数並べて配設し、絶縁性フィルム１２ａについて電極パターンの一端に電気的に接続される端子電極１６ａと、絶縁性フィルム１２ｂについて電極パターンの一端において端子電極１６ａが接続された位置と対向しない位置で電気的に接続される端子電極１６ｂとを設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属化フィルムコンデンサに関する。

金属化フィルムコンデンサは、アルミ電解コンデンサに比べて低損失、高耐圧、無極性、長寿命、温度特性が優れている等の特長を有している。

金属化フィルムコンデンサは、誘電体を挟んで対向する金属フィルム間の静電容量を利用する。このとき、コンデンサのｔａｎδを上昇させることなく、誘電体フィルムがショートした場合でも自己保安機能を発揮させるために、金属が蒸着されていない直線状又はジグザグ状のスリットを形成する技術が開示されている（特許文献１，２等）。

また、金属フィルムにスリットを設けて菱形状又は三角形状の分割電極に加工し、各分割電極間を細いヒューズ部で接続した片面金属化ポリプロピレンフィルムと、略全面に金属フィルムを形成した片面金属化ポリプロピレンフィルムと、を重ねて巻回し、端面の両側にメタリコン電極を形成することによって、高電圧・高リップル電流用途において低発熱と高い自己保安性を有する金属化フィルムコンデンサを形成する技術が開示されている（特許文献３）。

特開２００５−７２２９４号公報 特開２００７−１０３５３４号公報 特開２００４−９５６０５号公報

ところが、金属化フィルムコンデンサにリップル電流等の高周波成分を含む電流を流した場合、コンデンサのなかでもインダクタンスが低い部位に電流が集中するため、インダクタンスの低い部位が局所的に発熱し、部分的な電極間の絶縁性能の低下を招くことがある。

特に、メタリコン電極を適用した場合、メタリコン電極のインダクタンスが高いため、メタリコン電極に設けられたコンデンサの端子電極に近い部位に電流が集中し、その部分の絶縁性能が低下することがある。

本発明の１つの態様は、金属膜を形成した絶縁性フィルムを重ねて積層又は巻回した金属化フィルムコンデンサであって、前記絶縁性フィルムには、複数の分割電極をヒューズ部によって第１の方向に接続した電極パターンに加工された前記金属膜を、その一端が互いに電気的に接続し、前記一端以外がマージン部によって互いに電気的に接続されないように前記第１の方向と交差する方向に複数並べて配設し、前記絶縁性フィルムのいずれかについて、前記電極パターンの前記一端に電気的に接続される第１の端子電極と、前記絶縁性フィルムの残りのいずれかについて、前記絶縁性フィルムを重ね合わせた状態で前記電極パターンの前記一端において前記第１の端子電極が接続された位置と対向しない位置で電気的に接続される第２の端子電極と、を設けることを特徴とする。

ここで、前記第１の端子電極及び前記第２の端子電極は、前記第１の方向と交差する方向に沿って少なくとも前記電極パターンの幅より離れた位置で接続されることが好適である。

例えば、前記絶縁性フィルムを積層した状態において、前記第１の端子電極及び前記第２の端子電極は、対角の位置に設けられることが好適である。

また、前記絶縁性フィルムを巻回した状態において、前記第１の端子電極及び前記第２の端子電極は、対角の位置に設けられることが好適である。

なお、前記分割電極は、矩形、菱形又は三角形であることが好適である。

本発明によれば、金属化フィルムコンデンサの性能低下や劣化を抑制することができる。

本発明の実施の形態における金属化フィルムコンデンサ１００は、図１の全体図及び図２の展開図に示すように、金属膜１０ａ，１０ｂをそれぞれ形成した絶縁性フィルム１２ａ，１２ｂ、絶縁性フィルム１２ａに形成された金属膜１０ａに接続されるメタリコン電極１４ａ、絶縁性フィルム１２ｂに形成された金属膜１０ｂに接続されるメタリコン電極１４ｂ、端子電極１６ａ，１６ｂを含んで構成される。

図２の展開図に示すように、金属化フィルムコンデンサ１００は、絶縁性フィルム１２ａ，１２ｂを重ね合わせて巻回することによって、絶縁性フィルム１２ａ，１２ｂ間にキャパシタを構成するものである。

絶縁性フィルム１２ａ，１２ｂは、例えば、ポリプロピレン等の絶縁性樹脂とする。絶縁性フィルム１２ａ，１２ｂの厚さは、形成する容量に応じて変更することが好適であるが、例えば０．５μｍ以上１０μｍ以下とすることが好適である。絶縁性フィルム１２ａ，１２ｂの片面にはそれぞれ金属膜１０ａ，１０ｂを形成する。金属膜１０ａ，１０ｂは、例えば、アルミニウム、銅、銀、金等の金属を蒸着又はスパッタリングすることによって形成することができる。

金属膜１０ａ，１０ｂは、図２に示すように、複数の分割電極Ａをヒューズ部Ｂによって第１の方向Ｘに接続した電極パターンに加工する。分割電極Ａの形状は、例えば、図１に示すように矩形としたり、図３に示すように菱形や三角形としたりしてもよい。なお、図３では、図を簡単に示すために、絶縁膜１２ａのみの金属膜１０ａのパターンのみを示し、絶縁膜１２ｂの金属膜１０ｂのパターンは示していない。絶縁膜１２ｂの金属膜１０ｂのパターンは絶縁膜１２ａの金属膜１０ａのパターンを上下逆にしたものとする。

ヒューズ部Ｂは、幅ＷＢが０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下、長さＷＬが０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることが好適である。分割電極Ａの最大幅ＷＡはヒューズ部Ｂの幅ＷＢよりも大きくする。

また、絶縁性フィルム１２ａ，１２ｂの第１の方向Ｘに沿った一端における金属膜１０ａ，１０ｂには後述するメタリコンと接触する引出電極部Ｄａ，Ｄｂを設ける。引出電極部Ｄａ，Ｄｂは、絶縁性フィルム１２ａ，１２ｂの端部まで延設する。また、絶縁性フィルム１２ａに設けられる引出電極部Ｄａは，絶縁性フィルム１２ａ，１２ｂを重ね合わせた際に絶縁性フィルム１２ｂに設けられる引出電極部Ｄｂと第１の方向Ｘの反対側に位置するように形成する。

さらに、絶縁性フィルム１２ａ，１２ｂの第１の方向Ｘに沿った引出電極部Ｄａ，Ｄｂの反対の端部には金属膜が形成されていないマージン部Ｅａ，Ｅｂを設ける。マージン部Ｅａ，Ｅｂは、絶縁性フィルム１２ａ，１２ｂの端部まで延設する。また、絶縁性フィルム１２ａに設けられるマージン部Ｅａは，絶縁性フィルム１２ａ，１２ｂを重ね合わせた際に絶縁性フィルム１２ｂに設けられるマージン部Ｅｂと第１の方向Ｘの反対側に位置するように形成する。

このような構成である電極パターン２０を、第１の方向Ｘに交差する第２の方向Ｙに沿って、金属膜１２ａ，１２ｂが形成されていないマージン部Ｃによって互いに電気的に接続されないように複数配置する。

金属膜１０ａ，１０ｂは、金属を蒸着又はスパッタリングする際にマスクを用いることによりパターニングすることができる。また、絶縁性フィルム１２ａ，１２ｂの全面に金属膜を形成した後、既存のエッチング技術を用いてパターニングしてもよい。

それぞれ金属膜１０ａ，１０ｂを形成した絶縁性フィルム１２ａ，１２ｂを、図２に示すように、金属膜１０ａ，１０ｂが向かい合わないように重ね合わせ、第２の方向Ｙに沿って巻回する。これにより絶縁性フィルム１２ａ，１２ｂが柱状に成形される。

絶縁性フィルム１２ａ，１２ｂを巻回した後、その両端部にメタリコン電極１４ａ，１４ｂをそれぞれ形成する。メタリコン電極１４ａ，１４ｂは、金属をガス焔またはアークによって溶かしながら、これを圧縮空気で吹き飛ばして物体の表面を被覆することによって形成することができる。メタリコン電極１４ａは、絶縁性フィルム１２ａに形成された引出電極部Ｄａに接続され、絶縁性フィルム１２ｂに形成された金属膜１０ｂには接続されないように形成する。メタリコン電極１４ｂは、絶縁性フィルム１２ｂに形成された引出電極部Ｄｂに接続され、絶縁性フィルム１２ａに形成された金属膜１０ａには接続されないように形成する。

メタリコン電極１４ａ，１４ｂにはそれぞれ端子電極１６ａ，１６ｂが設けられる。端子電極１６ａ，１６ｂは、メタリコン電極１４ａ，１４ｂに半田等によってリード線を接続することによって形成することができる。

本実施の形態では、端子電極１６ａ，１６ｂは互いに対向しない位置に設ける。対向しない位置とは、金属化フィルムコンデンサ１００を端面から見た状態において端子電極１６ａ，１６ｂが重なり合わない位置である。すなわち、図４に示すように、絶縁性フィルム１２ａ，１２ｂを展開した（巻回した絶縁性フィルム１２ａ，１２ｂを解いた）場合に、絶縁性フィルム１２ａの引出電極部Ｄａ側に設ける端子電極１６ａと，絶縁性フィルム１２ｂの引出電極部Ｄｂ側に設ける端子電極１６ｂとが互いに対向する位置に接続されていないことをいう。

より具体的には、図４に示すように、端子電極１６ａと端子電極１６ｂとが少なくとも電極パターン２０の最大幅ＷＡより離れた位置で接続されることが好適である。例えば、図１，図３に示すように、絶縁性フィルムを巻回した状態において、端子電極１６ａと端子電極１６ｂとを対角の位置に設けることが好適である。

なお、金属化フィルムコンデンサは、図４に示すように、巻回せず、絶縁性フィルム１２ａ，１２ｂを単に重ね合わせて積層した状態としてもよい。この場合においても、端子電極１６ａ，１６ｂを互いに対向しない位置に設ける。例えば、図６に示すように、端子電極１６ａと端子電極１６ｂとを対角の位置に設けることが好適である。

図６は、電極パターン２０間はメタリコン電極１４ａ，１４ｂのみで接続し、端子電極１６ａ，１６ｂを対向しない位置に配置した本実施の形態における金属化フィルムコンデンサ１００の等価回路を示す。各電極パターン２０の等価回路３０が端部以外で抵抗要素によって接続されておらず、端部においてメタリコン電極１４ａ，１４ｂの等価回路３２に含まれる抵抗要素３４及びインダクタ３６の直列回路によって接続されている。このような等価回路において、端子電極１６ａ，１６ｂを少なくとも電極パターン２０の幅ＷＡよりも離して設けることによって、各電極パターン２０の経路への電流の偏りが軽減され、高周波電流がコンデンサ全体に分散される。

端子電極１６ａ，１６ｂを少なくとも電極パターン２０の幅ＷＡだけ離して配置することによって、少なくとも高周波電流は２つの電極パターン２０に分散されて流れることになり発熱の分散効果が得られる。

なお、図７に示すように、絶縁性フィルム１２ａ，１２ｂを断面が矩形となるように巻回して金属化フィルムコンデンサ１００を形成してもよい。この場合も上記実施の形態と同様に、端子電極１６ａ，１６ｂは互いに対向しない位置に設けることが好適である。例えば、図７に示すように、端子電極１６ａと端子電極１６ｂとを矩形のメタリコン電極１４ａ，１４ｂの対角や対辺の位置に設けることが好適である。なお、図７では、図を簡単に示すために、絶縁膜１２ａのみの金属膜１０ａのパターンのみを示し、絶縁膜１２ｂの金属膜１０ｂのパターンは示していない。絶縁膜１２ｂの金属膜１０ｂのパターンは絶縁膜１２ａの金属膜１０ａのパターンを上下逆にしたものとする。

このような発熱の影響の抑制効果は、１０ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数において特に顕著である。このような周波数帯域では、電極パターン２０を分離するマージン部Ｃを回して電極パターン２０間を流れる電流が小さく、端子電極１６ａと端子電極１６ｂとの位置を離した効果が顕著となるからと推考される。

本発明の実施の形態における金属化フィルムコンデンサの外観図である。 本発明の実施の形態における金属化フィルムコンデンサの展開図である。 本発明の実施の形態における金属化フィルムコンデンサの分割電極の別例を示す図である。 本発明の実施の形態における端子電極の配置を説明する図である。 本発明の実施の形態における端子電極の配置を説明する図である。 本発明の実施の形態における端子電極の配置を説明する図である。 本発明の実施の形態における金属化フィルムコンデンサの形状の別例を示す図である。

符号の説明

１０ａ，１０ｂ 金属膜、１２ａ，１２ｂ 絶縁性フィルム、１４ａ，１４ｂ メタリコン電極、１６ａ，１６ｂ 端子電極、１００ 金属化フィルムコンデンサ。

Claims (5)

1. 金属膜を形成した絶縁性フィルムを重ねて積層又は巻回した金属化フィルムコンデンサであって、
   前記絶縁性フィルムには、複数の分割電極をヒューズ部によって第１の方向に接続した電極パターンに加工された前記金属膜を、その一端が互いに電気的に接続し、前記一端以外がマージン部によって互いに電気的に接続されないように前記第１の方向と交差する方向に複数並べて配設し、
   前記絶縁性フィルムのいずれかについて、前記電極パターンの前記一端に電気的に接続される第１の端子電極と、
   前記絶縁性フィルムの残りのいずれかについて、前記絶縁性フィルムを重ね合わせた状態で前記電極パターンの前記一端において前記第１の端子電極が接続された位置と対向しない位置で電気的に接続される第２の端子電極と、
   を設けることを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
2. 請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサであって、
   前記第１の端子電極及び前記第２の端子電極は、前記第１の方向と交差する方向に沿って少なくとも前記電極パターンの幅より離れた位置に設けられることを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
3. 請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサであって、
   前記絶縁性フィルムを積層した状態において、前記第１の端子電極及び前記第２の端子電極は、対角の位置に設けられることを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
4. 請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサであって、
   前記絶縁性フィルムを巻回した状態において、前記第１の端子電極及び前記第２の端子電極は、対角の位置に設けられることを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の金属化フィルムコンデンサであって、
   前記分割電極は、矩形、菱形又は三角形であることを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。

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