JP2014049711A - 金属化フィルムコンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】金属化フィルムの保安性能を維持しつつコンデンサ寿命を向上させた金属化フィルムコンデンサを提供する。
【解決手段】本発明の金属化フィルムコンデンサ１は、誘電体フィルム１１、２１の表面に絶縁マージン１３、２３を残して金属蒸着電極１２、２２が形成された一対の金属化フィルム５、６を、一方の金属蒸着電極１２が誘電体フィルム１１を介して他方の金属化フィルム２１の金属蒸着電極２２に対向すると共に絶縁マージン１３、２３が互いに幅方向反対側に位置するように巻回されてなるコンデンサ素子２と、コンデンサ素子２の両端面に接続された電極引出し用のメタリコン電極７、８とを備える。そして、一対の金属蒸着電極１２、２２のうち陽極側の金属蒸着電極１２は、主成分がアルミニウムであり、かつ、その膜抵抗値が陰極側の金属蒸着電極２２の膜抵抗値よりも小さい。
【選択図】図３

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としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。
特許文献１（図１）に記載された金属化フィルムコンデンサは、誘電体フィルム１１、１４の幅方向片方の端部にマージン部１２ａ、１５ｃを残して金属蒸着電極１２、１５が形成された金属化フィルム１３、１６が、金属蒸着電極１２、１５が誘電体フィルム１１、１４を介して対向するとともに、マージン部１２ａ、１５ｃが反対側に位置するように積層または巻回されてなるコンデンサ素子１７と、コンデンサ素子１７の両端面に接続された取出電極１８、１９とを備えるものである。そして、陽極側の金属蒸着電極１５には、主に亜鉛、または亜鉛の合金が用いられ、陰極側の金属蒸着電極１２には、主にアルミニウムが用いられている。

しかしながら、特許文献１に記載の発明においては、コンデンサ寿命を長くするには十分なものとはいえなかった。
すなわち、特許文献１に記載の発明においては、亜鉛や亜鉛の合金を陽極材料として使用しているが、亜鉛や亜鉛の合金はアルミニウムに比べて自己回復性能に劣るため、高温雰囲気下で高電圧が負荷された場合に陽極側の金属化フィルムの保安性能が劣化するおそれがあった。
また、亜鉛はアルミニウムと比較して、水分による酸化劣化が進みやすく、陽極側の蒸着金属膜が亜鉛であるフィルムコンデンサにおいて、高温高湿雰囲気下で電圧印加する耐湿負荷試験を実施した場合、陽極酸化反応により陽極側の蒸着金属膜の酸化劣化が発生するおそれがあった。

特開２００９−２７７８２９号公報

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、自己回復性能に優れ、高温雰囲気下で高電圧が印加された場合に陽極側の金属化フィルムの保安性能劣化を防ぐとともに、耐湿性改善を図り、コンデンサ寿命を長くした金属化フィルムコンデンサを提供しようとするものである。

第１の発明に係る金属化フィルムコンデンサは、誘電体フィルムの表面に絶縁マージンを残して金属蒸着電極が形成された金属化フィルムを２枚重ね合わせて一対の金属化フィルムとし、前記一対の金属化フィルムのうち、一方の金属化フィルムの金属蒸着電極が前記誘電体フィルムを介して他方の金属化フィルムの金属蒸着電極に対向すると共に前記絶縁マージンが互いにフィルム幅方向反対側に位置するように積層または巻回してなるコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子の両端面に接続された電極引出し用のメタリコン電極と、を備えた、金属化フィルムコンデンサであって、前記一対の金属化フィルムのうち、陽極側の金属化フィルムに形成された金属蒸着電極は、主成分がアルミニウムであり、かつ、その膜抵抗値が陰極側の金属化フィルムに形成された金属蒸着電極の膜抵抗値よりも小さいことを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。

第１の発明によれば、誘電体フィルムの表面に絶縁マージンを残して金属蒸着電極が形成された一対の金属化フィルムに形成された金属蒸着電極のうち、陽極側の金属蒸着電極の主成分がアルミニウムであり、かつ、その膜抵抗値が陰極側の金属化フィルムに形成された金属蒸着電極の膜抵抗値よりも小さいため、陽極側の金属蒸着電極の一部が陽極酸化反応により絶縁体化しても陽極側の金属蒸着電極の静電容量を十分確保でき、また陽極側の金属蒸着電極の大部分が絶縁体化するまでの時間を延ばすことができる。

また、陽極側の金属蒸着電極材料の主成分をアルミニウムとしたため、金属化フィルムの保安性能を維持しつつコンデンサ寿命を向上させた金属化フィルムコンデンサとすることができる。

第２の発明に係る金属化フィルムコンデンサは、前記一対の金属化フィルムに形成された金属蒸着電極の各々が、ヒューズ部を残して絶縁スリットにより複数の分割電極に分割されていることを特徴とする。

第２の発明によれば、陽極側の金属蒸着電極は、ヒューズ部を残して絶縁スリットにより複数の分割電極に分割されているため、高温高湿雰囲気下での電圧印加により誘電体が劣化し絶縁破壊が生じた場合でも、分割電極を切り離すことで絶縁回復し、耐電圧性能の向上およびコンデンサ寿命の長期化を図ることができる。

さらに、陽極側、陰極側ともに金属蒸着電極は、ヒューズ部を残して絶縁スリットにより複数の分割電極に分割されているため、高電圧が印加された場合に絶縁回復する確率が増大し、保安性能が向上する。

第３の発明に係る金属化フィルムコンデンサは、前記陽極側の金属蒸着電極は、容量形成部と、前記メタリコン電極との接続部に設けられ、膜厚が前記容量形成部に比べて厚いヘビーエッジ部とを有し、前記容量形成部の膜厚は、前記ヘビーエッジ部側の端部が最も厚く、前記ヘビーエッジ部側の端部から前記絶縁マージン側の端部に向かって連続的に薄くなることを特徴とする。

第３の発明によれば、容量形成部の膜厚は、前記ヘビーエッジ部側の端部が最も厚く、ヘビーエッジ部側の端部から前記絶縁マージン側の端部に向かって連続的に薄くなるように滑らかな傾斜形状とすることで、フィルム層間の隙間を減少させることができ、寿命特性を改善することができる。

本発明によれば、一対の金属蒸着電極のうち、陽極側の金属蒸着電極の主成分がアルミニウムであり、かつ、その膜抵抗値が陰極側の金属蒸着電極の膜抵抗値よりも小さいため、陽極側の金属蒸着電極の一部が陽極酸化反応により絶縁体化しても陽極側の金属蒸着電極の静電容量を十分確保でき、また、陽極側の金属蒸着電極の大部分が絶縁体化するまでの時間を延ばすことができる。

そして、陽極側の金属蒸着電極材料の主成分をアルミニウムとしたため、金属化フィルムの保安性能を維持しつつコンデンサ寿命を向上させた金属化フィルムコンデンサとすることができる。

本発明の実施形態に係る金属化フィルムコンデンサの斜視図である。 図１に示すコンデンサ素子の斜視図である。 図１に示す金属化フィルムの部分断面図である。 金属蒸着のパターン態様の一例を示す説明図である。 図１に示す金属化フィルムの変形例である。

以下、図１〜図５を参照しつつ本発明の実施形態に係る金属化フィルムコンデンサ１について説明する。

（金属化フィルムコンデンサの構成）
図１に示すように、金属化フィルムコンデンサ１は、コンデンサ素子２と、このコンデンサ素子２を収納するプラスチックケース３と、プラスチックケース３内のコンデンサ素子２を封止するエポキシ樹脂４とを有している。

コンデンサ素子２は、図２および図３に示すように、巻回された２枚（一対）の金属化フィルム５、６と、金属化フィルム５、６の各端面に金属溶射されて形成されたメタリコン電極７、８と、メタリコン電極７、８に各々接続されたリード線９、１０とを有している。

金属化フィルム５は、図３に示すように、誘電体フィルム１１と、絶縁マージン１３が残るように誘電体フィルム１１の上面に形成された金属蒸着電極１２とを有している。また、金属化フィルム６は、誘電体フィルム２１と、絶縁マージン２３が残るように誘電体フィルム２１の上面に形成された金属蒸着電極２２とを有している。
各々の絶縁マージン１３、２３は、各々の誘電体フィルム１１、２１の幅方向の一方端部において、誘電体フィルム１１、２１の長さ方向に延在するものである。

ここで、誘電体フィルム１１、２１のフィルム幅方向（以下、単に幅方向と称する）とは、メタリコン電極７、８の対向方向である。また、誘電体フィルム１１、２１の長さ方向（以下、単に長さ方向と称する）とは、誘電体フィルム１１、２１の巻回方向である。

そして、コンデンサ素子２は、２枚の金属化フィルム５、６の金属蒸着電極１２、２２が誘電体フィルム１１、２１を介して対向するように、かつ、金属化フィルム５、６各々の絶縁マージン１３、２３が互いに幅方向反対側に位置するように重ね合わされた状態で巻回されている。

次に、金属化フィルム５、６を構成する誘電体フィルム１１、２１および金属蒸着電極１２、２２について詳しく説明する。

誘電体フィルム１１は、図３に示すように、メタリコン電極７と接続されるフィルムであり、例えばポリプロピレン製である。誘電体フィルム１１の厚さは、例えば２．８μｍとされる。
一方、誘電体フィルム２１は、メタリコン電極８と接続されるフィルムであり、例えばポリプロピレン製である。誘電体フィルム２１の厚さは、誘電体フィルム１１と同様、例えば２．８μｍとされる。
なお、誘電体フィルム１１、２１の材質や厚さはこれに限られるものではない。

金属蒸着電極１２は、容量形成部１４（電極対向部分）とヘビーエッジ部１５とを有している。容量形成部１４は、その膜厚ｔ１が均一であり、容量形成部１４における膜抵抗値はおよそ１２Ω／□とされる。
この容量形成部１４の材料には、アルミニウムが用いられている。なお、容量形成部１４の膜厚ｔ１は均一でなくてもよく、容量形成部１４は例えば幅方向に連続的に減少する構成であってもよい。

ヘビーエッジ部１５は、金属蒸着電極１２のうちメタリコン電極７側端部（即ち、メタリコン電極７との接続部）に設けられ、容量形成部１４に比べて厚膜とされる（即ち、膜抵抗値が低い）。
ヘビーエッジ部１５には、アルミニウムと亜鉛の合金が用いられる。また、ヘビーエッジ部１５における膜抵抗値はおよそ５Ω／□とされる。
なお、図３では、ヘビーエッジ部１５から容量形成部１４にかけて、なだらかな斜面となっているが、ヘビーエッジ部をマスキングすることで、切り立った直立部とすることも可能である。

金属蒸着電極１２は、ヘビーエッジ部１５に亜鉛が含まれているものの、全体としては略アルミニウムで構成されている。即ち、金属蒸着電極１２の主成分はアルミニウムということができる。金属蒸着電極１２の金属全体におけるアルミニウムの割合は、特に限定されるものではないが、例えば６０％以上である。

上記のように構成された金属蒸着電極１２は、メタリコン電極７およびリード線９を介して陽極側電極と接続される。即ち、金属蒸着電極１２（金属化フィルム５）は、陽極側電極とされる。

一方、金属蒸着電極２２は、容量形成部２４とヘビーエッジ部２５とを有している。容量形成部２４は、その膜厚ｔ２が均一であり、容量形成部２４における膜抵抗値はおよそ２０Ω／□とされる。この容量形成部２４の材料には、アルミニウムが用いられている。
なお、容量形成部２４の膜厚ｔ２は均一でなくてもよく、容量形成部２４は例えば幅方向に連続的に減少する構成であってもよい。

ヘビーエッジ部２５は、金属蒸着電極２２のうちメタリコン電極８側端部（即ち、メタリコン電極８との接続部）に設けられ、容量形成部２４に比べて厚膜とされる（即ち、膜抵抗値が低い）。ヘビーエッジ部２５には、ヘビーエッジ部１５と同様、アルミニウムと亜鉛の合金が用いられる。また、ヘビーエッジ部２５における膜抵抗値はおよそ５Ω／□とされる。

上記のように構成された金属蒸着電極２２はメタリコン電極８およびリード線１０を介して陰極側電極と接続される。即ち、金属蒸着電極２２（金属化フィルム６）は、陰極側電極とされる。

なお、本実施形態においては、ヘビーエッジ部１５、２５の材料をアルミニウムと亜鉛の合金としたが、その材料はアルミニウムのみであってもよい。また、ヘビーエッジ部１５、２５は、そのいずれか一方、または双方ともに設けられていなくてもよい。

ここで、金属蒸着電極１２（陽極側の金属蒸着電極）の膜厚（平均膜厚）は、金属蒸着電極２２（陰極側の金属蒸着電極）の膜厚（平均膜厚）よりも厚く形成されており、金属蒸着電極１２（陽極側の金属蒸着電極）の膜抵抗値が、金属蒸着電極２２（陰極側の金属蒸着電極）の膜抵抗値よりも小さくされている。
本願でいう金属蒸着電極１２の膜厚とは、容量形成部１４の膜厚ｔ１を意味し、金属蒸着電極２２の膜厚とは、容量形成部２４の膜厚ｔ２を意味する。
なお、平均膜厚とは、金属蒸着電極１２、２２の容量形成部１４、２４の複数点の膜厚を計測して求めた平均値である。膜厚（膜抵抗）の測定は、四探針法で行い、膜厚が均一な場合はフィルム幅方向の２点以上を測定し、膜厚が不均一な場合はフィルム幅方向に向かってフィルム両端近傍の３点以上を測定する。

次に、図４を参照しつつ金属蒸着電極１２、２２に形成された金属蒸着の態様について説明する。
なお、金属蒸着の態様は金属蒸着電極１２、２２共に同じであるため、以下、金属蒸着電極１２に形成された金属蒸着の態様についてのみ説明し、金属蒸着電極２２に形成された金属蒸着の態様については、その説明を割愛する。

金属蒸着電極１２には、図４に示すように、金属蒸着電極１２を複数に分割する絶縁スリット３１が形成されている。
絶縁スリット３１は、金属蒸着の行われていない部分であり、具体的には、Ｙ字またはＹ字を互いに逆向きに２つ組み合わせた形状をしたスリットである（形状はこれに限られるものではない）。そして、当該形状の絶縁スリット３１を複数組み合わせることにより金属蒸着電極１２は複数に分割され分割電極３２とされる。

隣接する分割電極３２は、ヒューズ部３３で接続されている。即ち、絶縁スリット３１は、ヒューズ部３３を残して金属蒸着電極１２を複数に分割している。
ヒューズ部３３は、絶縁破壊が生じた際、自己回復性能により絶縁回復できない場合に、ヒューズとして機能する部分である。

なお、金属蒸着電極１２と金属蒸着電極２２の金属蒸着の態様は同じとしたが、異なっていてもよい。例えば、金属蒸着電極１２と金属蒸着電極２２とでは異なる形状の絶縁スリットが形成されていてもよい。

（金属化フィルムの変形例）
次に、図５を参照しつつ金属化フィルム５の変形例について説明する。
図５に示す金属化フィルム５０（陽極側の金属化フィルム）は、図３に示す金属化フィルム５（陽極側の金属化フィルム）と比べて、金属蒸着電極の形状が異なる金属化フィルムである。なお、図５のうち図３に示した構成と同一の部分については、同じ符号を付している。

金属化フィルム５０は、図５に示すように、金属蒸着電極５２に形成された容量形成部５４（電極対向部分）の膜厚が、ヘビーエッジ部１５側の端部５４ａから絶縁マージン１３側の端部５４ｂにかけて連続的に薄くなるように滑らかな傾斜形状とされている。
そして、ヘビーエッジ部１５側の端部５４ａでの膜厚は、ヘビーエッジ部１５の膜厚と同じとされ、絶縁マージン１３側の端部５４ｂでの膜厚は、例えば容量形成部２４の膜厚ｔ２（図３参照）と同じとされる。

なお、ヘビーエッジ部１５側の端部５４ａとは、容量形成部５４のうちヘビーエッジ部１５側の端を含む部分を意味し、絶縁マージン１３側の端部５４ｂとは、容量形成部５４のうち絶縁マージン１３側の端を含む部分を意味する。
したがって、容量形成部５４の膜厚は、ヘビーエッジ部１５側の端から絶縁マージン１３側の端まで連続的に薄くされている必要はなく、両端部のうちの少なくとも一方に膜厚が減少しない直線部分が設けられていてもよい。例えば、本変形例では、図５に示すように、端部５４ｂに直線部分Ｌが設けられている。

また、容量形成部５４には、アルミニウムを主成分とする電極材料、例えば、アルミニウム単体、または、アルミニウムと亜鉛の合金が用いられている。

上記のように形成された金属化フィルム５０は、容量形成部５４の膜厚が連続的に薄くされているので、金属化フィルム５０の金属蒸着電極５２の上面と、当該上面の上方にある陰極側の金属化フィルム（不図示）の誘電体フィルムとの隙間（ヘビーエッジ部により生じる隙間）を小さくでき、コンデンサ寿命を向上できる。

（実施例）
下記表１のように、一対の金属蒸着電極のうち、陽極側の金属蒸着電極の主成分をアルミニウムとし、膜抵抗を下記のとおりとし、陽極側、陰極側ともに分割電極（図４）とした下記試料、
・実施例１（図３） 陽極側（膜厚均一）：１０Ω／□、陰極側：２０Ω／□
・実施例２（図５） 陽極側（膜厚傾斜）：７〜１５Ω／□、陰極側：２０Ω／□
・比較例 陽極側（膜厚均一）：２０Ω／□、陰極側：２０Ω／□
について、定格６００Ｖ−２００μＦの金属化フィルムコンデンサを作製し、８５℃８５％ＲＨで、２０００時間の耐湿負荷試験を行った。その結果を表１に示す（試料数ｎ＝１０の平均値）。

上記表１から明らかなように、一対の金属蒸着電極の陽極側を低膜抵抗（膜厚大）とした、実施例１、２は、陽極側、陰極側をともに高膜抵抗（膜厚同）とした比較例１と比べて、陽極側の金属蒸着電極の静電容量減少を抑えることができ、ｔａｎδ増加も抑えることができた。

また、陽極側の金属蒸着電極は、容量形成部と、メタリコン電極との接続部に設けられ、容量形成部に比べて厚膜とされたヘビーエッジ部とを有している。
そして、容量形成部の膜厚は、ヘビーエッジ部側の端部が最も厚く、ヘビーエッジ部側の端部から絶縁マージン側の端部に向かって連続的に薄くなるように滑らかな傾斜形状とした実施例２の場合は、フィルム層間の隙間を減少させることができ、寿命特性をより改善することができる。

（効果）
本発明に係る金属化フィルムコンデンサは、誘電体フィルムの表面に絶縁マージンを残して金属蒸着電極が形成された一対の金属化フィルムに形成された金属蒸着電極のうち、陽極側の金属蒸着電極の主成分がアルミニウムであり、かつ、その膜抵抗値が陰極側の金属化フィルムに形成された金属蒸着電極の膜抵抗値よりも小さいため、陽極側の金属蒸着電極の一部が陽極酸化反応により絶縁体化しても陽極側の金属蒸着電極の静電容量を十分確保でき、また陽極側の金属蒸着電極の大部分が絶縁体化するまでの時間を延ばすことができる。

また、陽極側の金属蒸着電極材料の主成分をアルミニウムとしたため、金属化フィルムの保安性能を維持しつつコンデンサ寿命を向上させた金属化フィルムコンデンサとすることができる。

また、陽極側の金属蒸着電極は、陽極側の金属蒸着電極は、ヒューズ部を残して絶縁スリットにより複数の分割電極に分割されているため、高温高湿雰囲気下での電圧印加により誘電体が劣化し絶縁破壊が生じた場合でも、分割電極を切り離すことで絶縁回復し、耐電圧性能の向上およびコンデンサ寿命の長期化を図ることができる。

さらに、陽極側、陰極側ともに金属蒸着電極は、ヒューズ部を残して絶縁スリットにより複数の分割電極に分割されているため、高電圧が印加された場合に絶縁回復する確率が増大し、保安性能が向上する。

また、容量形成部の膜厚は、前記ヘビーエッジ部側の端部が最も厚く、ヘビーエッジ部側の端部から前記絶縁マージン側の端部に向かって連続的に薄くなるように滑らかな傾斜形状とすることで、フィルム層間の隙間を減少させることができ、寿命特性を改善することができる。

また、一対の金属蒸着電極の双方には、金属蒸着電極をヒューズ部を残して複数に分割する絶縁スリットが形成されている。よって、自己回復性能により絶縁回復できない場合には、ヒューズ部が蒸発・飛散する。その結果、絶縁欠陥部を含む領域が絶縁され、金属化フィルムの保安性能をより向上できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。

本実施形態においては、２枚の金属化フィルムを巻回してコンデンサ素子を形成したが、複数枚の金属化フィルムを積層してコンデンサ素子を形成してもよい。

１ 金属化フィルムコンデンサ
２ コンデンサ素子
３ プラスチックケース
４ エポキシ樹脂
５、６ 金属化フィルム
７、８ メタリコン電極
９、１０ リード線
１１、２１ 誘電体フィルム
１２ 金属蒸着電極（陽極側の金属蒸着電極）
１３、２３ 絶縁マージン
１４ 容量形成部
１５ ヘビーエッジ部
２２ 金属蒸着電極（陰極側の金属蒸着電極）
３１ 絶縁スリット
３２ 分割電極
３３ ヒューズ部
５４ａ、５４ｂ 端部

Claims (3)

1. 誘電体フィルムの表面に絶縁マージンを残して金属蒸着電極が形成された金属化フィルムを２枚重ね合わせて一対の金属化フィルムとし、前記一対の金属化フィルムのうち、一方の金属化フィルムの金属蒸着電極が前記誘電体フィルムを介して他方の金属化フィルムの金属蒸着電極に対向すると共に前記絶縁マージンが互いにフィルム幅方向反対側に位置するように積層または巻回してなるコンデンサ素子と、
   前記コンデンサ素子の両端面に接続された電極引出し用のメタリコン電極と、
   を備えた、金属化フィルムコンデンサであって、
   前記一対の金属化フィルムのうち、陽極側の金属化フィルムに形成された金属蒸着電極は、主成分がアルミニウムであり、かつ、その膜抵抗値が陰極側の金属化フィルムに形成された金属蒸着電極の膜抵抗値よりも小さいことを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
2. 前記一対の金属化フィルムに形成された金属蒸着電極の各々は、ヒューズ部を残して絶縁スリットにより複数の分割電極に分割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. 前記陽極側の金属蒸着電極は、
   容量形成部と、前記メタリコン電極との接続部に設けられ、膜厚が前記容量形成部に比べて厚いヘビーエッジ部と、を有し、
   前記容量形成部の膜厚は、前記ヘビーエッジ部側の端部が最も厚く、前記ヘビーエッジ部側の端部から前記絶縁マージン側の端部に向かって連続的に薄くなることを特徴とする請求項１または２に記載の金属化フィルムコンデンサ。

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