JP2011192788A - 金属化フィルムコンデンサ、金属化フィルムコンデンサ装置及びこれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐湿性や放熱性を高め、製品重量を抑制した金属化フィルムコンデンサ、金属化フィルムコンデンサ装置及びこれらの製造方法を提供する。
【解決手段】電極層を備える少なくとも２枚の誘電体フィルム（５６、５８）を巻回し、素子端面に金属を溶射して電極層の一方に電極部、素子端面に金属を溶射してなる電極層の他方に電極部を備えるコンデンサ素子（６）と、コンデンサ素子の各素子端面側に開口部（２８）を備える外装部材（外装容器８）と、コンデンサ素子の素子端面との間に間隔を設けて外装部材を封口する封口部材（蓋部１０、１２）と、封口部材に貫通させて固定された端子部（１４、１６）と、端子部と電極部とを接続するリード部（３０、３２）と、封口部材と外装部材との間にある間隔（Ｄ₅ ）内に充填され、電極部を覆いかつ封口部材に密着させて外装部材と封口部材とを封止する封止樹脂（１８）とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、乾式の金属化フィルムコンデンサ素子を用いたコンデンサ、コンデンサ装置及びこれらの製造方法に関し、例えば、パワーエレクトロニクス分野で用いられる金属化フィルムコンデンサ、金属化フィルムコンデンサ装置及びこれらの製造方法に関する。

高出力電源等、パワーエレクトロニクス分野では平滑化素子等に金属化フィルムコンデンサが用いられている。このような金属化フィルムコンデンサには高耐電圧、大容量のものが求められている。金属化フィルムコンデンサに要求される耐電圧や容量が単一の素子の耐電圧や容量を超える場合には、複数の素子を電気的に結線し、直列接続による高耐圧化、並列接続による大容量化又は直並列接続化による高耐圧化及び大容量化を図っている。

金属化フィルムコンデンサでは、高耐電圧や大容量化のため、ポリプロピレンフィルムにアルミニウム等を蒸着した金属化フィルムを使用し、絶縁油を含浸した湿式のものが用いられていた。絶縁油を含浸したものは大型で重く、可燃性の絶縁油を用いれば、燃えやすいという欠点がある。

このような金属化フィルムコンデンサに関し、複数の素子を結線してコンデンサ素子集合体を構成し、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂等を充填して被覆した乾式の金属化フィルムコンデンサ集合体が知られている（特許文献１）。

樹脂充填型の乾式金属化フィルムコンデンサ集合体では、ケースに充填された樹脂に加熱硬化時の収縮でクラックを生じやすく、連結されたコンデンサ素子の集合体が樹脂硬化時の加熱による熱的ストレスや、樹脂のクラックによる物理的ストレスを受けるおそれがある。

充填樹脂にクラックを生じている場合、耐湿負荷試験を行うと、そのクラックから湿気が侵入することになる。この湿気が、コーティング等の処理がなされていない各コンデンサ素子の金属蒸着電極を酸化劣化させる原因になる。電極の酸化劣化は電極機能を滅失させ、静電容量を消失させることになる。

樹脂硬化時、コンデンサ素子に熱的ストレスや物理的ストレスが生じると、コンデンサ素子を構成するポリプロピレンフィルムに軟化や変形、巻回体自体の変形、一方の金属化フィルムの誘電体フィルムと他方の金属化フィルムのアルミニウム蒸着膜との間に密着を損なう空隙部分を生じさせ、その結果、初期静電容量が低下する不都合がある。

また、複数のコンデンサ素子を集合させた金属化フィルムコンデンサ集合体に高電流を流す場合にはその結線に銅板等のバスバーが用いられる。バスバーで複数のコンデンサ素子の電極部を結線した場合には、樹脂硬化時の各素子の位置ズレや、素子電極部とバスバーの結線部にストレスが加わると、結線状態を悪化させ、結線部抵抗の増加や結線部分で発熱を生じさせ、コンデンサ素子の耐圧低下やショート不良を生じることになる。

コンデンサ素子集合体の全体を充填樹脂で覆うと、充填樹脂がコンデンサ素子集合体の放熱性を悪化させ、使用時、コンデンサ素子集合体の温度上昇や、重量の増大等の不都合もある。

このような課題を解決するため、コンデンサ素子に樹脂ディップを施し、各コンデンサ素子から引き出したリード線により複数のコンデンサ素子を結線した後、ケースに格納する。そのケースにはコンデンサ素子の高さの１０〜９０〔％〕程度に樹脂を充填し、コンデンサ素子自体に耐湿性を持たせてコンデンサ集合体の耐湿特性を向上させるとともに、樹脂充填量を低減させて放熱性を高め、温度上昇を抑制するものが知られている（特許文献２）。

特開２０００−２９９２４５号公報 特開２００４−３１９７９９号公報

ところで、樹脂層をディップで形成した金属化フィルムコンデンサ集合体では（特許文献２）、均一な樹脂層に形成することが難しく、不均一な樹脂層では耐湿性にバラツキを生じる。また、円柱角部にあたる素子端面、つまり、金属溶射（メタリコン）が施された素子電極部（メタリコン電極）の樹脂層が薄くなる。

多孔質な構造であるメタリコン電極では、コンデンサ素子内への水蒸気の侵入が起こりやすい。これに対し、巻回素子のポリプロピレンフィルムの透湿性は低く、素子側面部に露出したポリプロピレンフィルムが水蒸気侵入経路とならず、その影響は低い。そこで、メタリコン電極を被覆する樹脂層には充分な耐湿性が要求されるが、ディップによる樹脂層では、メタリコン電極部で樹脂層が薄くその均一性にバラツキを生じるため、耐湿効果が十分とはいえない。

コンデンサ素子集合体に施される充填樹脂では、素子高さの１０〜９０〔％〕程度しか被覆していないので、各コンデンサ素子のメタリコン電極部に必要な耐湿性を充足できない。

コンデンサ素子集合体を覆う充填樹脂はその充填樹脂量を一定程度減少させても、コンデンサ素子集合体の全体を覆うので、その硬化が、コンデンサ素子に大きな熱的ストレスや物理的ストレスを加え、初期特性の劣化をもたらす。

また、充填樹脂のクラックは、コンデンサ素子が露出する充填樹脂面とコンデンサ素子との界面で生じ易く、即ち、充填樹脂による耐湿機能の必要な箇所でその多くが発生する。このため、クラックが充填樹脂による湿気の侵入防止効果を低減させる。

更に、充填樹脂量がコンデンサ素子の露出面積に大きく関係し、即ち、充填樹脂量が少なければ、各コンデンサ素子の露出面積が広くなり、放熱性が高められる反面、耐湿性が低下する。また、充填樹脂量が多ければ、各コンデンサ素子の露出面積が狭くなり、耐湿性は向上するが、放熱性が悪化する。

このように、従来の乾式の金属化フィルムコンデンサ集合体では耐湿性や放熱性が不十分であり、更には製品重量を抑制できないという課題があった。

そこで、本発明の目的は、上記課題に鑑み、耐湿性や放熱性を高め、製品重量を抑制した金属化フィルムコンデンサ、金属化フィルムコンデンサ装置及びこれらの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決した本発明の金属化フィルムコンデンサは、電極層を備える少なくとも２枚の誘電体フィルムを巻回した巻回素子であって、この素子端面に金属を溶射して前記電極層の一方に接続された電極部、前記素子端面に金属を溶射してなる前記電極層の他方に接続された電極部を備えるコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子の各素子端面側に開口部を備え、前記コンデンサ素子を収納する外装部材と、前記コンデンサ素子の素子端面との間に間隔を設けて前記外装部材に固定され、前記開口部のそれぞれを封口する封口部材と、前記封口部材に貫通させて固定された端子部と、前記端子部に固定されて電気的に接続され、前記端子部と前記電極部とを接続するリード部と、前記封口部材と前記外装部材との間にある前記間隔内に充填され、前記電極部を覆いかつ前記封口部材に密着させて前記外装部材と前記封口部材とを封止させた封止樹脂とを備える。

また、上記金属化フィルムコンデンサにおいて、前記封口部材が、前記外装部材の開口端面を覆う閉塞部と、この閉塞部の周縁部に形成されて前記外装部材の周囲面を被覆する立壁部とを備え、前記立壁部と前記外装部材との間に前記封止樹脂が充填されている構成としてもよい。

また、上記金属化フィルムコンデンサにおいて、前記封止樹脂又は前記外装部材の少なくとも一方の厚みｄが下記式の値以上である構成としてもよい。
ｄ＝１．６３・ｋ・（ｈ／２０００）・（Ｐ／Ｐ０）以上である。
ｄ：厚み（ｍｍ）
ｋ：透湿度（ｇ・ｍｍ／ｍｍ² ・２４ｈ）
ｈ：耐湿信頼性保証時間（時間）
Ｐ：耐湿保証試験条件における水蒸気圧（Ｐａ）
Ｐ０：８５℃８５％ＲＨにおける水蒸気圧（Ｐａ）

上記課題を解決した本発明の金属化フィルムコンデンサ装置は、前記金属化フィルムコンデンサの複数個が併置されたコンデンサ集合体と、このコンデンサ集合体の前記金属化フィルムコンデンサの一方又は他方の端子部間を接続するバスバーとを備え、前記バスバーにより複数の前記金属化フィルムコンデンサを直列、並列又は直並列に接続してなる構成である。

上記課題を解決した本発明の金属化フィルムコンデンサの製造方法は、電極層を備える少なくとも２枚の誘電体フィルムを巻回した巻回素子であって、この素子端面に金属を溶射して前記電極層の一方に接続された電極部、前記素子端面に金属を溶射してなる前記電極層の他方に接続された電極部を備えるコンデンサ素子を形成する工程と、前記コンデンサ素子の各素子端面側に開口部を備え、前記コンデンサ素子を収納する外装部材を形成する工程と、端子部とともに該端子部及び前記電極部を接続するリード部を備え、前記コンデンサ素子の素子端面との間に間隔を設けて前記外装部材に固定され、前記開口部のそれぞれを封口する封口部材を形成する工程と、前記電極部を覆いかつ前記封口部材に密着させて前記外装部材と前記封口部材とを封止させる封止樹脂を前記封口部材と前記外装部材との間にある前記間隔内に充填する工程とを含んでいる。

上記課題を解決した本発明の金属化フィルムコンデンサ装置の製造方法は、前記金属化フィルムコンデンサの製造方法により得られた金属化フィルムコンデンサの複数個を併置してコンデンサ集合体を形成する工程と、前記コンデンサ集合体の前記金属化フィルムコンデンサの一方又は他方の端子部間をバスバーにより接続し、複数の前記金属化フィルムコンデンサを直列、並列又は直並列に接続する工程とを含む構成である。

本発明の金属化フィルムコンデンサ及びその製造方法によれば、次のような効果が得られる。

(1) 外装部材、封口部材及び封止樹脂によって樹脂封止することができ、コンデンサ素子の耐湿性を向上させることができる。

(2) 外装部材の開口部が封止樹脂によって封止されるので、コンデンサ素子との密着性がよく、コンデンサ素子と封止樹脂との界面からの水蒸気侵入を抑制できる。

(3) 外装部材と封口部材とにより、封止樹脂の層厚を一定に調整することができ、均一な封止特性、封止強度及び耐湿性を得ることができる。

(4) 耐湿保証条件に応じて封止樹脂の層厚を調整でき、製品重量やサイズを抑制し、均一化することができる。

(5) 封口部材に端子部が固定され、この端子部とコンデンサ素子の電極部とを一定長さのリード部で接続するので、その接続長を最短化でき、低抵抗化とともに、金属化フィルムコンデンサの重量、サイズを抑制できる。

(6) 外装部材、封口部材、コンデンサ素子及び端子部を単一の封止樹脂で固定するので、これらの固定強度の安定化とともに、接続状態の安定化を図ることができる。

(7) 外装部材と封口部材とを固定する封止樹脂をコンデンサ素子に密着させているので、水蒸気の侵入経路を長くかつ狭くでき、コンデンサ素子の耐湿性を高めることができる。

(8) 外装部材や封止樹脂の厚みを既述の式を充足するように設定すれば、確実かつ十分な耐湿性能を高め、一定の耐湿性保証を行うことができる。

(9) 封止樹脂に用いられる樹脂量を一定に管理することができ、封止樹脂の硬化収縮時の、熱的ストレスや物理的ストレスからコンデンサ素子を防護でき、初期特性が安定化しているコンデンサ素子を備える金属化フィルムコンデンサを提供できる。

本発明の金属化フィルムコンデンサ装置及びその製造方法によれば、次のような効果が得られる。

(1) 本発明の金属化フィルムコンデンサ装置によれば、既述の金属化フィルムコンデンサを集合体に用いて構成するので、前記(1) ないし(9) で述べた効果を享受でき、耐湿性、小型化及び堅牢化を高めたコンデンサ装置を提供できる。

(2) 金属化フィルムコンデンサの各端面に端子部が形成され、第１及び第２のバスバーが異なる金属化フィルムコンデンサの各端面に配置されて接続されるので、各バスバーの絶縁間隔を大きく取ることができ、安全性を高めることができる。

そして、本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付図面及び各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。

第１の実施の形態に係る金属化フィルムコンデンサの一例を示す断面図である。 金属化フィルムコンデンサを分解して示す分解斜視図である。 コンデンサ素子の一例を分解して示す斜視図である。 金属化フィルムコンデンサの樹脂封止工程の一例を示す断面図である。 封止樹脂の沿面距離の一例を示す図である。 第２の実施の形態に係る金属化フィルムコンデンサ装置の一部を切り欠いて示す斜視図である。 金属化フィルムコンデンサとバスバーの接続及び絶縁カバーの一例を示す図である。 金属化フィルムコンデンサ装置の等価回路を示す図である。 第３の実施の形態に係る金属化フィルムコンデンサの一例を示す断面図である。

〔第１の実施の形態〕

第１の実施の形態は金属化フィルムコンデンサの単体、金属化フィルムコンデンサ装置の構成部品としての金属化フィルムコンデンサの構造及びその製造方法の一例である。

この第１の実施の形態について、図１を参照する。図１は、金属化フィルムコンデンサの一例を示している。

この金属化フィルムコンデンサ２は、本発明の金属化フィルムコンデンサの一例であって、本発明の金属化フィルムコンデンサ装置である例えば、金属化フィルムコンデンサ装置４（図６）の構成部品となるものであるが、金属化フィルムコンデンサ装置４の構成部品に限定されるものではない。

そこで、この金属化フィルムコンデンサ２では、コンデンサ素子６と、外装容器８と、蓋部１０、１２と、端子部１４、１６と、封止樹脂１８とを備える。

コンデンサ素子６は、金属化フィルムコンデンサ素子であって、巻回素子である。このコンデンサ素子６の素子端面の一方には第１の電極部２０、その他方には第２の電極部２２が形成されている。これら電極部２０、２２は、コンデンサ素子６の素子端面に露出する第１又は第２の電極層２４、２６（図３）にメタリコン等の金属形成手段により、導電性のよい金属で形成されている。即ち、電極部２０はコンデンサ素子６の一方の電極層２４（図３）との接続手段であり、電極部２２は他方の電極層２６（図３）との接続手段である。そして、このコンデンサ素子６は外装容器８の内部に収納される。

外装容器８は、コンデンサ素子６の外装部材の一例であって、コンデンサ素子６を収納可能な容積及び内径を持つ筒体であり、両端に開口部２８を備えている。この実施の形態の外装容器８は、絶縁材料として例えば、合成樹脂の成形体であるが、金属性の筒体であってもよい。コンデンサ素子６の素子長をＬ₁ 、素子径をＤ₁ 、外装容器８の容器長をＬ₂ 、内径をＤ₂ とすると、Ｌ₁ ＜Ｌ₂ 、Ｄ₁ ＜Ｄ₂ とすればよい。

ここで、Ｌ₂ −Ｌ₁ ＝ΔＤａは、外装容器８内でコンデンサ素子６の各素子端側に空間を形成する幅となる。この空間は、封止に十分な量の封止樹脂１８を充填するための容積部分であり、この実施の形態では、端子部１４、１６やその接続部分が幅ΔＤａ内に収容される。そこで、この実施の形態では、これらを収容可能な最小限の幅ΔＤａが設定されている。即ち、各素子端部側にはΔＤａ／２の幅が設定されている。

蓋部１０、１２は、外装容器８の開口部２８を塞ぐ封口部材の一例であって、この実施の形態では、外装容器８と同様に合成樹脂で形成されている。外装容器８の外径をＤ₃ 、蓋部１０、１２の内径をＤ₄ とすると、Ｄ₃ ＜Ｄ₄ に設定されている。Ｄ₄ −Ｄ₃ ＝Ｄｂとすると、設定された幅Ｄｂは、外装容器８の開口部２８に蓋部１０、１２を装着可能にするとともに、幅Ｄｂで設定される間隔内に封止樹脂１８を浸透させる手段である。また、蓋部１０、１２と外装容器８の開口端との間には間隔Ｄ₅ が設定されている。

端子部１４、１６は、コンデンサ素子６の電極層２４、２６に対応する端子であるとともに、外部接続手段であり、端子部１４は蓋部１０に貫通させて固定され、端子部１６は蓋部１２に貫通させて固定されている。この実施の形態では、端子部１４には電極部２０がリード部３０によって接続されている。また、端子部１６には電極部２２がリード部３２によって接続されている。電極部２０とリード部３０との接続、電極部２２とリード部３２との接続は、例えば、半田付けによって接続すればよく、３１が接続部分である。

封止樹脂１８は、蓋部１０、１２で塞がれた外装容器８の開口部２８側の空間部に充填される樹脂であって、封止性の高い熱硬化性樹脂として例えば、エポキシ樹脂やウレタン樹脂である。この封止樹脂１８は、蓋部１０、１２とコンデンサ素子６の素子端面との間、コンデンサ素子６と外装容器８との間、外装容器８の開口端と蓋部１０、１２との間隔Ｄ₅ 、外装容器８の開口部２８の縁部と蓋部１０、１２との間に回り込んで硬化しており、気密性の高い封止構造を構成しているとともに、これらの部材間を固定する固定手段として機能している。即ち、この封止樹脂１８によって、コンデンサ素子６、外装容器８及び蓋部１０、１２が一体化されている。

この金属化フィルムコンデンサ２の蓋部１０、１２及び端子部１４、１６について、図２を参照する。図２は、金属化フィルムコンデンサを分解して示している。

各蓋部１０、１２は、閉塞部３４と、立壁部３６とを備え、閉塞部３４を底部とすれば、有底筒状に形成されている。閉塞部３４は、コンデンサ素子６を収納する外装容器８の各開口部２８より径大な例えば、円板である。この閉塞部３４の周縁部には一定幅の立壁部３６が形成されている。閉塞部３４の幅Ｄ₆ は、既述の間隔Ｄ₅ と、幅ΔＤａ／２との加算値（Ｄ₅ ＋ΔＤａ／２）に対して大きく、即ち、Ｄ₆ ＞（Ｄ₅ ＋ΔＤａ／２）に設定すればよい。

そして、閉塞部３４の中央部には貫通孔３８が形成され、この貫通孔３８には端子部１４又は端子部１６の端子用ボルト４０を貫通させて固定する。端子用ボルト４０は、貫通孔３８より径大な頭部４２と、ねじ部４４とを備える。頭部４２が蓋部１０、１２の内側に設置され、蓋部１０、１２の内側には円盤状の封止部材としてパッキン４６及びリード部３０又はリード部３２が設置される。

パッキン４６の透孔４８及びリード部３０又はリード部３２の接続孔５０に端子用ボルト４０のねじ部４４を貫通させる。蓋部１０、１２の内面部と端子用ボルト４０の頭部４２との間には、パッキン４６及びリード部３０又は３２が挟まれ、閉塞部３４を貫通させたねじ部４４にはワッシャ５２及びナット５４を取り付けることにより、端子部１４が蓋部１０に取り付けられ、端子部１６が蓋部１２に取り付けられる。この場合、貫通孔３８はパッキン４６によって閉塞され、端子用ボルト４０にはリード部３０又は３２が電気的に接続される。

端子部１４に接続されたリード部３０は、コンデンサ素子６の電極部２０に半田付け等の接続手段により接続され、端子部１６に接続されたリード部３２は、コンデンサ素子６の電極部２２に同様の接続手段により接続される。

次に、コンデンサ素子６について、図３を参照する。図３は、コンデンサ素子の構成例を示している。

このコンデンサ素子６には一定幅の少なくとも２枚の帯状の誘電体フィルム５６、５８が用いられ、誘電体フィルム５６の一面側には第１の電極層２４が形成され、誘電体フィルム５８の一面側には第２の電極層２６が形成されている。各誘電体フィルム５６、５８には幅ａで電極層２４、２６が形成されているとともに、幅ｂで無電極部６０が形成されており、各無電極部６０を各誘電体フィルム５６、５８の異なる縁部側に設けてある。従って、コンデンサ素子６の一方の素子端面には電極層２４、他方の素子端面には電極層２６の縁部が露出しており、換言すれば、各素子端面の一方が電極層２４、その他方が電極層２６で形成されている。

次に、金属化フィルムコンデンサの製造方法の一例について、図４を参照する。図４は、樹脂封止の手順を示す図である。

金属化フィルムコンデンサ２の製造工程には、素子形成工程、組立工程が含まれ、組立工程には樹脂封止工程（図４）が含まれる。素子形成工程では既述のコンデンサ素子６が形成される。組立工程では、外装容器８、蓋部１０、１２、端子部１４、１６の各部品の製造を経て金属化フィルムコンデンサ２の組立てに至る。

樹脂封止工程の前工程で、外装容器８にコンデンサ素子６が挿入され、コンデンサ素子６の電極部２０、２２に蓋部１０、１２の端子部１４、１６に固定されたリード部３０、３２が半田付けされる。

そこで、例えば、一方の蓋部１０に液状化している封止樹脂１８の所定量を充填する。この封止樹脂１８内に外装容器８とともに、コンデンサ素子６を挿入して位置決めし、封止樹脂１８を硬化させる。図４に示す状態は、一方の蓋部１０が既に封止樹脂１８によって外装容器８を封止した状態であり、蓋部１２側の封止に至る工程を示している。

斯かる樹脂封止工程を経て図１に示す金属化フィルムコンデンサ２が組み立てられ、製品化される。

以上述べた第１の実施の形態に係る金属化フィルムコンデンサ２及びその製造方法について、以下特徴事項等に言及する。

(1) 外装容器８、蓋部１０、１２が封止樹脂１８によって樹脂封止され、コンデンサ素子６の耐湿性を向上させることができる。

(2) 外装容器８の開口部２８が封止樹脂１８によって封止されるので、封止樹脂１８とコンデンサ素子６との密着性がよく、コンデンサ素子６と封止樹脂１８との界面からの水蒸気侵入を抑制できる。

(3) 外装容器８と蓋部１０、１２とにより、封止樹脂１８の層厚を一定に調整することができ、均一な封止特性、封止強度及び耐湿性を得ることができる。

(4) 耐湿保証条件に応じて封止樹脂１８の層厚を調整でき、製品重量やサイズを抑制し、均一化することができる。

(5) 蓋部１０、１２に端子部１４、１６が固定され、各端子部１４、１６とコンデンサ素子６の電極部２０、２２とを一定長さのリード部３０、３２で接続するので、その接続長を最短化でき、その低抵抗化とともに、金属化フィルムコンデンサ２の重量、サイズを抑制できる。

(6) 外装容器８、蓋部１０、１２、コンデンサ素子６及び端子部１４、１６を単一の封止樹脂１８で固定するので、これらの固定強度の安定化とともに、接続状態の安定化を図ることができる。

(7) 外装容器８と蓋部１０、１２とを固定する封止樹脂１８をコンデンサ素子６に密着させているので、水蒸気の侵入経路を長くかつ狭くでき、コンデンサ素子６の耐湿性を高めることができる。

ここで、この水蒸気侵入について、図５を参照する。図５は、封止樹脂の沿面距離の一例を示している。

外装容器８に密着する封止樹脂１８の沿面距離ＩＤは、外装容器８の外部のポイントｑ１からコンデンサ素子６の周囲面のポイントｑ２に至る距離である。仮に、この沿面距離ＩＤを水蒸気の侵入経路とすれば、外装容器８と封止樹脂１８との密着面積が大きく、沿面距離ＩＤは相当大きく設定されている。このため、水蒸気の侵入経路が長く且つ細いので、水蒸気侵入からコンデンサ素子６を防護することができる。

(8) 外装容器８や封止樹脂１８の厚みを下記式(1) を充足するように設定すれば、確実かつ十分な耐湿性能を高め、一定の耐湿性保証を行うことができる。

封止樹脂１８又は外装容器８の少なくとも一方の厚みｄを、
ｄ＝１．６３・ｋ・（ｈ／２０００）・（Ｐ／Ｐ０） ・・・(1)
ｄ：厚み（ｍｍ）
ｋ：透湿度（ｇ・ｍｍ／ｍｍ² ・２４ｈ）
ｈ：耐湿信頼性保証時間（時間）
Ｐ：耐湿保証試験条件における水蒸気圧（Ｐａ）
Ｐ０：８５℃８５％ＲＨにおける水蒸気圧（Ｐａ）
とすればよい。

斯かる構成では、水蒸気侵入経路が非常に狭く、長くなるので、耐湿性が非常に良好となる。

また、それぞれの封止樹脂１８の厚みを規定することで、確実に必要十分な耐湿保証ができる。

(9) 封止樹脂１８の樹脂量を一定に管理することができ、封止樹脂１８の硬化収縮時の熱的ストレスや物理的ストレスからコンデンサ素子６を防護でき、初期特性が安定化しているコンデンサ素子６を備える金属化フィルムコンデンサ２を提供することができる。

(10) 外装容器８の両端から端子部１４、１６を引き出した構造では、最外周部が誘電体であるポリプロピレンで覆われているので、比較的耐湿性の良好な素子側面部に対する外装容器８の厚みと、最も水蒸気侵入するメタリコン電極部である電極部２０、２２の樹脂厚みをそれぞれ設定することができ、メタリコンの電極部２０、２２−外部露出部であるねじ部４４の露出部がそれぞれ最短とでき抵抗抑制となるばかりか、メタリコン部分を覆う封止樹脂１８の樹脂層の厚みを必要最低限に抑えることが可能であり、金属化フィルムコンデンサ２の重量、サイズを最小限に抑えることができる。

(11) 封止樹脂１８の樹脂量を必要十分に管理できるので、従来のように充填樹脂の硬化収縮時の、熱的ストレス、物理的ストレスがなく、初期特性が安定化しているコンデンサ素子へのストレスが少ないばかりか、効果的に軽量化、小型化も可能となる。

(12) 既述の式(1) について、

気体が樹脂等を透過する際の気体の透過に関する一般式は、次の通りである。

Ａ＝ｋ（ｐ１−ｐ２）・Ｓ／ｄ ・・・(2)
但し、Ａ：気体の透過量
ｋ：樹脂のガス透過係数
ｐ１，ｐ２：樹脂内外のガス分圧
Ｓ：樹脂面積（透過断面積）
ｄ：樹脂厚さ
である。

金属化フィルムコンデンサ２について、耐湿試験を行った場合、金属化フィルムコンデンサ２の内部には、「水蒸気単独の形では存在せず」かつ「侵入した水分は電極金属と反応して消費」されるので、ｐ２はほぼ“０”であり、一定耐湿条件（例えば、８５℃−８５％ＲＨ）では、一定量の水分侵入に掛かる時間は、樹脂厚みに比例し、透湿度に反比例する。

ここで、透湿度の分かった封止樹脂の厚さ（素子までの厚み）を変えて、８５℃−８５％ＲＨでの耐湿負荷試験を行い、静電容量変化（減少）を確認した。

静電容量減少は、侵入水分による蒸着金属劣化で発生するが、製品劣化時間は、Ａ：水分が封止樹脂を透過して、コンデンサ素子まで到達する時間と、Ｂ：到達した水分によって電極が劣化する時間との合算時間となる。

そこで、ｋ１（透湿度）：９．５〔ｇ・ｍｍ／ｍｍ² ・２４ｈ〕の封止樹脂を使って封止厚みを、５〔ｍｍ〕と１０〔ｍｍ〕とし、８５〔℃〕−８５〔％〕ＲＨ耐湿負荷試験で静電容量変化率が５〔％〕を超える時間を求めると、５〔ｍｍ〕のとき：Ａ＋Ｂ＝９５０〔ｈ〕、１０〔ｍｍ〕のとき：Ａ＋Ｂ＝１４５０〔ｈ〕となる。

ここで、Ｂは、樹脂厚さによらず一定、Ａは、樹脂厚さに比例するので、Ａ＝ａ・ｄ１とすると、５〔ｍｍ〕のとき：５ａ＋Ｂ＝９５０〔ｈ〕、１０〔ｍｍ〕のとき：１０ａ＋Ｂ＝１４５０〔ｈ〕となる。

上式より、ａ＝１００〔ｈ／ｍｍ〕、Ｂ＝４５０〔ｈ〕、保証時間を２０００〔ｈ〕とすると、１００ｄ＋４５０＝２０００→ｄ１＝１５．５〔ｍｍ〕となる。

また、ｋ２（透湿度）：３．８ｇ・〔ｍ／ｍｍ² ２４ｈ〕の封止樹脂を使って同様の試験をすると、５〔ｍｍ〕のとき：Ａ＋Ｂ＝１７００〔ｈ〕、１０〔ｍｍ〕のとき：Ａ＋Ｂ＝２９００〔ｈ〕なので、５〔ｍｍ〕のとき：５ａ＋Ｂ＝１７００〔ｈ〕、１０〔ｍｍ〕のとき：１０ａ＋Ｂ＝２９５０〔ｈ〕で、ａ＝２５０〔ｈ／ｍｍ〕、Ｂ＝４５０〔ｈ〕、保証時間を２０００〔ｈ〕とすると、２５０ｄ＋４５０＝２０００→ｄ２＝６．２〔ｍｍ〕が得られた。

これより、封止樹脂１８によらず、一定素子では、Ｂ：到達した水分によって電極が劣化する時間は一定であることが立証される。

一方、Ａ：水分が封止樹脂を透過して、コンデンサ素子まで到達する時間については、２０００〔ｈ〕の保証時間に対し、ｋ１（透湿度）：９．５〔ｇ・ｍｍ／ｍｍ² ・２４ｈ〕の封止樹脂では、厚みｄ１＝１５．５〔ｍｍ〕、ｋ２（透湿度）：３．８〔ｇ・ｍｍ／ｍｍ² ・２４ｈ〕の封止樹脂では、厚みｄ２＝６．２〔ｍｍ〕が必要という結果であり、ｄ１／ｋ１＝１５．５／９．５＝１．６３、ｄ２／ｋ２＝６．２／３．８＝１．６３と、封止樹脂の厚みと透湿度の間には一定の関係即ち、ｄ＝１．６３ｋの関係がある。

つまり、車載用等の金属化フィルムコンデンサに求められる、８５〔℃〕−８５〔％〕ＲＨ耐湿負荷試験において、静電容量変化率が５〔％〕以内とする保証時間２０００〔ｈ〕とするには、封止樹脂１８の厚みと透湿度の関係を：ｄ＝１．６３・ｋ以上とすればよい。

ここで、保証時間を、ｈとするには、水分侵入時間が封止樹脂の厚みと比例するので、ｄ＝１．６３・ｋ・（ｈ／２０００）であり、さらに、気体透過一般式より、水蒸気分圧をＰとするには、水蒸気分圧に対して封止樹脂の厚みを比例的に厚くする必要があり、
ｄ＝１．６３・ｋ・（ｈ／２０００）・（Ｐ／Ｐ０） ・・・(3)
但し、Ｐ：耐湿試験条件における水蒸気圧
Ｐ０：８５℃８５％ＲＨにおける水蒸気圧
となる。

ここで、耐湿試験を行った場合、一般式を用いると、
Ａ＝ｋ（ｐ１−ｐ２）・Ｓ／ｄ ・・・(4)
であり、この式(4) のＡ量だけ水蒸気量が試験当初より通り抜けていることになる。

しかしながら、実際のフィルムコンデンサの電極を劣化させる状態となるには、上述のように、Ａ時間とＢ時間の合算時間となるが、Ａ時間は、樹脂透過時間＋素子界面透過時間（特にメタリコン部）、メタリコン部で水和反応を起こしながら透過する時間、と複雑であり、単純に上記一般式でどの程度の水蒸気が透過できる時間からフィルムコンデンサの劣化が開始するかは不明であった。

そこで、本発明の金属化フィルムコンデンサでは、Ａ時間とＢ時間の分離解析を行って、一定試験条件・保証時間を満足する樹脂充填型フィルムコンデンサを製造するための、封止樹脂１８の透湿度と厚みの関係を明らかにし、高い耐湿性を実現している。

〔第２の実施の形態〕

第２の実施の形態は既述の金属化フィルムコンデンサを用いた金属化フィルムコンデンサ装置の構造及びその製造方法の一例である。

この第２の実施の形態について、図６及び図７を参照する。図６は、金属化フィルムコンデンサ装置の一例を示し、図７は、バスバーの接続部を示している。図６及び図７において、図１と同一部分には同一符号を付してある。

この金属化フィルムコンデンサ装置４は、図６に示すように、金属化フィルムコンデンサ２の集合体６２と、第１及び第２のバスバー６４、６６と、複数の絶縁カバー６８と、端子盤７０とを備える。

集合体６２は、複数の金属化フィルムコンデンサ２を集合させ、この実施の形態では、１５個の金属化フィルムコンデンサ２の各端子部１４、１６で共通面にして、３行５列に配置されている。緊締手段を図示していないが、各金属化フィルムコンデンサ２は着脱可能に配置してもよいし、樹脂によって固定してもよい。

バスバー６４は、集合体６２の各金属化フィルムコンデンサ２の一方の端子部１４を接続する手段であって、例えば、銅板で構成される。この実施の形態では、各金属化フィルムコンデンサ２の端子部１４に跨がるように格子状枠体で構成されている。バスバー６４のクロス部には図７に示すように、貫通孔７１が形成され、この貫通孔７１に端子部１４のねじ部４４を貫通させ、ねじ部４４にナット７２を固定して端子部１４とナット７２とでバスバー６４を挟み込み、電気的に接続されている。バスバー６４により各端子部１４が並列に接続されている。

バスバー６６は、集合体６２の各金属化フィルムコンデンサ２の他方の端子部１６を接続する手段であって、バスバー６４と同様に構成されて各端子部１６を並列に接続する。

絶縁カバー６８は、各金属化フィルムコンデンサ２の端子部１４、１６とバスバー６４又は６６との接続部を防護するための保護手段であって、合成樹脂等の絶縁材料で形成された筐体である。この絶縁カバー６８を設置することにより、接続部を保護するとともに、電気的な絶縁が図られ、安全性が強化される。

端子盤７０には、外部端子部７４、７６が設置され、外部端子部７４にはバスバー６４が接続され、外部端子部７６にはバスバー６６が接続されている。従って、外部端子部７４、７６の間には、図８に示すように、各バスバー６４、６６を介在させて複数の金属化フィルムコンデンサ２が並列に接続されている。

この実施の形態では、複数の金属化フィルムコンデンサ２の全てを並列接続しているが、その他の接続形態として、直列接続又は複数のコンデンサをグループ化して直並列接続としてもよい。

次に、金属化フィルムコンデンサ装置の製造方法の一例について言及する。

この金属化フィルムコンデンサ装置の製造方法は、既述の金属化フィルムコンデンサ２を用いて集合体６２とバスバー６４、６６の接続工程、端子盤７０の取付工程等を含んでいる。

既述の金属化フィルムコンデンサ２の製造方法で述べた通り、各金属化フィルムコンデンサ２を製造する。複数の金属化フィルムコンデンサ２として例えば、１５個の金属化フィルムコンデンサ２を用意し、これらを３行５例に整列させ、各端子部１４、１６を一面に配列させる。

各端子部１４にはバスバー６４を配置し、バスバー６４の貫通孔７１に貫通させた端子用ボルト４０のねじ部４４にナット７２を取り付け、バスバー６４に金属化フィルムコンデンサ２の各端子部１４を固定し、電気的に接続する。

同様に、各端子部１６にバスバー６６を配置し、バスバー６６の貫通孔７１に貫通させた端子用ボルト４０のねじ部４４にナット７２を取り付け、バスバー６６に金属化フィルムコンデンサ２の各端子部１６を固定し、電気的に接続する。

このような接続工程を経て、バスバー６４とバスバー６６との間には、複数の金属化フィルムコンデンサ２からなる集合体６２が配置され、各金属化フィルムコンデンサ２はバスバー６４、６６により並列に接続された状態となる。

そして、各バスバー６４、６６及び集合体６２には、端子盤７０が取り付けられ、端子盤７０にある外部端子部７４にはバスバー６４が接続され、外部端子部７６にはバスバー６６が接続されることにより、金属化フィルムコンデンサ装置４が完成する。

以上述べた金属化フィルムコンデンサ装置４及びその製造方法によれば、金属化フィルムコンデンサ２及びその製造方法で述べた通りの効果を享受できるとともに、次のような効果が得られる。

(1) 金属化フィルムコンデンサ装置４によれば、既述の金属化フィルムコンデンサを集合体６２に用いて構成するので、耐湿性、小型化及び堅牢化を高めたコンデンサ装置を提供できる。

(2) 金属化フィルムコンデンサ２の各端面に端子部１４、１６が形成されており、各バスバー６４、６６が異なる金属化フィルムコンデンサ２の各端面に配置されて接続されるので、各バスバー６４、６６の絶縁間隔を大きく取ることができ、安全性が高められたコンデンサ装置を提供できる。

(3) 各金属化フィルムコンデンサ２が十分な耐湿性を有するので、集合体６２の全体に改めて充填樹脂等の封止対策は不要であり、各金属化フィルムコンデンサ２の端子部１４、１６をバスバー６４、６６等で結線するだけで、簡単に耐湿性の良好な金属化フィルムコンデンサ装置４が実現される。また、バスバー６４、６６による金属化フィルムコンデンサ２の端子部１４、１６の結線によっても、金属化フィルムコンデンサ２及びその内部にあるコンデンサ素子６への結線部に対する機械的なストレスがなく、堅牢な金属化フィルムコンデンサ装置４を形成できる。

しかも、各金属化フィルムコンデンサ２のそれぞれが外気に開放されているので、放熱性が良好である。

(4) 各バスバー６４、６６が金属化フィルムコンデンサ２の集合体６２の反対側に配置されているので、安全性が高く、バスバー配線時の取り回しによるショート発生の危険性がない。

(5) 外装容器８と蓋部１０、１２とが封止樹脂１８で固定され、しかも、蓋部１０、１２には外部接続のための端子部１４、１６が固定されているので、バスバー６４、６６に各金属化フィルムコンデンサ２を結線するときの機械的ストレスは、金属化フィルムコンデンサ２やその内部のコンデンサ素子６に加わることがなく、素子状態・結線状態が安定化しており、コンデンサ特性が良好で、高電流が流れた場合でも異常発熱することもない。特に、外装容器８と蓋部１０、１２との固定が封止樹脂１８による封止によって非常に安定しており、素子状態・結線状態の安定化を図ることができる。

〔第３の実施の形態〕

第３の実施の形態は既述の金属化フィルムコンデンサを用いた金属化フィルムコンデンサ装置の構造及びその製造方法の一例である。

この第３の実施の形態について、図９を参照する。図９は、蓋部でコンデンサ素子を位置決めする構成例を示している。図９において、図１と同一部分には同一符号を付してある。

この実施の形態では、蓋部１０、１２の閉塞部３４に単一又は複数のストッパ７８が形成され、このストッパ７８の高さｈによってコンデンサ素子６の固定位置を位置決めする構成としてもよい。ストッパ７８はリング状でもよいし、円弧状又は棒状でもよい。棒状であれば、複数個のストッパ７８によりコンデンサ素子６を水平状態で位置決めし、その位置の安定化を図ることができる。

図示しないが、蓋部１０、１２の閉塞部３４に外装容器８の開口端を位置決めする突部を備え、この突部によって蓋部１０又は１２の内側と外装容器８の開口端との間に既述の間隔Ｄ₅ が設定される構成としてもよい。

斯かる構成によれば、蓋部１０、１２にあるストッパ７８により、コンデンサ素子６及び外装容器８の位置決めを容易に行える。封止樹脂１８の樹脂層の厚み及びメタリコンによる電極部２０、２２への塗布状態の管理が容易であり、最も水蒸気侵入するメタリコンの電極部２０、２２に、効果的且つ均質に十分な耐湿特性を封止樹脂１８の樹脂層を以て実現できる。更に、耐湿保証条件に合わせて、樹脂厚みを調整することで、製品重量、サイズを最小に抑えることができる。

〔他の実施の形態〕

上記実施の形態では、円筒形の外装容器８及び蓋部１０、１２を用いているがこれに限定されない。角筒状の外装容器８及び蓋部１０、１２を用いてもよい。

次に、金属化フィルムコンデンサ２又は金属化フィルムコンデンサ装置４の実施例に言及すると、外装容器８及び蓋部１０、１２は絶縁性の樹脂材料等を用いて形成すればよい。外装容器８を金属ケースで形成する場合には、コンデンサ素子６が収納される内面側に絶縁性加工をすればよい。

外装容器８や蓋部１０、１２には、透湿性の低い材料が好ましく、このような材料を用いれば、より薄い外装容器８の形成が可能であり、軽量化や放熱性の改善が図られる。例えば、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等が好ましい。

外装容器８、蓋部１０、１２の内面にコンデンサ素子６の位置決め用突起を設ければ、外装容器８に対するコンデンサ素子６の位置決めや、外装容器８と蓋部１０、１２との位置決めが容易になる。

また、この位置決めされた蓋部１０、１２に封止樹脂１８を流し込み、硬化させることで耐湿特性確保・軽量化に最適な必要十分な樹脂封止が可能である。このとき、一方の蓋部１０に外装容器８を取り付け、この蓋部１０側を下にして封止樹脂１８を流し込み、熱硬化して樹脂封止をする。そして、この封止樹脂１８が固化した後、他方の蓋部１２を下にしたまま封止樹脂１８を流し込めばよい。このように、蓋部１０、１２の取り付けと、その位置操作により、蓋部１０、１２に選択的に封止樹脂１８を充填し、熱硬化して封止樹脂１８の樹脂層を形成する。封止樹脂１８の樹脂材料には、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等を用いればよく、斯かる樹脂によれば、耐湿性を高めることができる。

上記実施の形態（図１等）で説明したように、外装容器８の両端に取り付ける蓋部１０、１２がキャップ状であるから、蓋部１０、１２と外装容器８との間の空間部に封止樹脂１８を充填させることにより、水蒸気の侵入経路を非常に狭く且つ長く取ることができ、耐湿性が良好な金属化フィルムコンデンサ２が得られるとともに、外装容器８と蓋部１０、１２との封止樹脂１８による固定を実現することができる。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

２ 金属化フィルムコンデンサ
４ 金属化フィルムコンデンサ装置
６ コンデンサ素子
８ 外装容器
１０、１２ 蓋部
１４、１６ 端子部
１８ 封止樹脂
２０、２２ 電極部
２４、２６ 電極層
２８ 開口部
３０、３２ リード部
３１ 接続部
５６、５８ 誘電体フィルム
６２ 集合体
６４ 第１のバスバー
６６ 第２のバスバー

Claims (6)

1. 電極層を備える少なくとも２枚の誘電体フィルムを巻回した巻回素子であって、この素子端面に金属を溶射して前記電極層の一方に接続された電極部、前記素子端面に金属を溶射してなる前記電極層の他方に接続された電極部を備えるコンデンサ素子と、
   前記コンデンサ素子の各素子端面側に開口部を備え、前記コンデンサ素子を収納する外装部材と、
   前記コンデンサ素子の素子端面との間に間隔を設けて前記外装部材に固定され、前記開口部のそれぞれを封口する封口部材と、
   前記封口部材に貫通させて固定された端子部と、
   前記端子部に固定されて電気的に接続され、前記端子部と前記電極部とを接続するリード部と、
   前記封口部材と前記外装部材との間にある前記間隔内に充填され、前記電極部を覆いかつ前記封口部材に密着させて前記外装部材と前記封口部材とを封止させた封止樹脂と、
   を備えることを特徴とする、金属化フィルムコンデンサ。
   
2. 前記封口部材が、前記外装部材の開口端面を覆う閉塞部と、この閉塞部の周縁部に形成されて前記外装部材の周囲面を被覆する立壁部とを備え、
   前記立壁部と前記外装部材との間に前記封止樹脂が充填されていることを特徴とする、請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
   
3. 前記封止樹脂又は前記外装部材の少なくとも一方の厚みｄが下記式の値以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の金属化フィルムコンデンサ。
   ｄ＝１．６３・ｋ・（ｈ／２０００）・（Ｐ／Ｐ０）
   ｄ：厚み（ｍｍ）
   ｋ：透湿度（ｇ・ｍｍ／ｍｍ² ・２４ｈ）
   ｈ：耐湿信頼性保証時間（時間）
   Ｐ：耐湿保証試験条件における水蒸気圧（Ｐａ）
   Ｐ０：８５℃８５％ＲＨにおける水蒸気圧（Ｐａ）
   
4. 請求項１、請求項２又は請求項３に記載の金属化フィルムコンデンサの複数個が併置されたコンデンサ集合体と、
   このコンデンサ集合体の前記金属化フィルムコンデンサの一方又は他方の端子部間を接続するバスバーと、
   を備え、前記バスバーにより複数の前記金属化フィルムコンデンサを直列、並列又は直並列に接続したことを特徴とする、金属化フィルムコンデンサ装置。
   
5. 電極層を備える少なくとも２枚の誘電体フィルムを巻回した巻回素子であって、この素子端面に金属を溶射して前記電極層の一方に接続された電極部、前記素子端面に金属を溶射してなる前記電極層の他方に接続された電極部を備えるコンデンサ素子を形成する工程と、
   前記コンデンサ素子の各素子端面側に開口部を備え、前記コンデンサ素子を収納する外装部材を形成する工程と、
   端子部とともに、該端子部及び前記電極部を接続するリード部を備え、前記コンデンサ素子の素子端面との間に間隔を設けて前記外装部材に固定され、前記開口部のそれぞれを封口する封口部材を形成する工程と、
   前記電極部を覆いかつ前記封口部材に密着させて前記外装部材と前記封口部材とを封止させる封止樹脂を前記封口部材と前記外装部材との間にある前記間隔内に充填する工程と、
   を含むことを特徴とする、金属化フィルムコンデンサの製造方法。
   
6. 請求項５に記載の金属化フィルムコンデンサの製造方法により得られた金属化フィルムコンデンサの複数個を併置してコンデンサ集合体を形成する工程と、
   前記コンデンサ集合体の前記金属化フィルムコンデンサの一方又は他方の端子部間をバスバーにより接続し、複数の前記金属化フィルムコンデンサを直列、並列又は直並列に接続する工程と、
   を含むことを特徴とする、金属化フィルムコンデンサ装置の製造方法。

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