JP2015198232A - 金属化フィルムコンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ヒューズ部が溶断した際に発生するガスのガス抜け性が良好であり、もって自己回復機能に優れた金属化フィルムコンデンサを提供する。
【解決手段】複数の非蒸着スリットｓ、非蒸着スリットｓ間に介在するヒューズ部ｆｓ、絶縁マージンｍｇを備えた第１の金属蒸着膜２Ａと、第１の誘電体フィルム１Ａとからなる第１の金属化フィルム３Ａ、絶縁マージンｍｇのみを備えた第２の金属蒸着膜２Ｂと、第２の誘電体フィルム１Ｂとからなる第２の金属化フィルム３Ｂを重ね合わせて金属化フィルム柱体１０が形成され、その２つの電極取り出し面に金属溶射部２０が形成されてなる金属化フィルムコンデンサ１００において、第１の金属蒸着膜２Ａの具備するヒューズ部ｆｓと第２の誘電体フィルム１Ｂが重ならないように、第１の金属化フィルム３Ａと第２の金属化フィルム３Ｂがずらされた姿勢で積層されている。
【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ものである。

たとえば車両用のインバータ回路等には耐電圧が高く、温度特性や周波数特性に優れた金属化フィルムコンデンサが適用されている。従来の金属化フィルムコンデンサは、金属化フィルムを巻き回してなる巻回し型や金属化フィルムを積層してなる積層型のものが一般的であり、さらには、コンデンサの絶縁破壊状態を解消する自己回復機能を備えたものも開発されている。その構成を図４，５を参照して説明する。

図４には、２種類の金属化フィルムｃ１、ｃ２を示している。一方の金属化フィルムｃ１は、誘電体フィルムａ１と、非蒸着スリットｓと絶縁マージンｍｇを備えた金属蒸着膜ｂ１とから構成されており、他方の金属化フィルムｃ２は、誘電体フィルムａ２と、絶縁マージンｍｇのみを備えた金属蒸着膜ｂ２とから構成されている。

金属化フィルムｃ１を構成する金属蒸着膜ｂ１においては、複数の非蒸着スリットｓが間隔を置いて形成され、非蒸着スリットｓの端部間には幅の狭いヒューズ部ｆｓが形成され、各非蒸着スリットｓで包囲された複数のセグメントｓｇに分割されている。

金属化フィルムｃ１、ｃ２を双方の絶縁マージンｍｇが積層方向で一致しないように積層して２枚一対の金属化フィルムｄを形成し、この２枚一対の金属化フィルムｄを図５で示すように積層もしくは巻き回すことによって金属化フィルム柱体Ｋが形成される。さらに、金属化フィルム柱体Ｋの両端の２つの電極取り出し面には金属溶射部ｅ（メタリコン電極）が形成され、この金属溶射部ｅにはんだ層ｇを介して外部引き出し端子ｆ（バスバー）が接続されることにより、金属化フィルムコンデンサＣが形成される。なお、特許文献１には、図４で示すように、非蒸着スリットおよび絶縁マージンを備えた金属蒸着膜と誘電体フィルムとから構成される金属化フィルムと、絶縁マージンのみを備えた金属蒸着膜と誘電体フィルムとから構成される金属化フィルムとを積層して２枚一対の金属化フィルムを構成し、この２枚一対の金属化フィルムを積層もしくは巻き回すことによって形成される金属化フィルムコンデンサが開示されている。

金属化フィルムｃ１、ｃ２において、金属蒸着膜ｂ１、ｂ２のうち、絶縁マージンｍｇと反対側の端部は金属溶射部ｅと接し、一方で絶縁マージンｍｇのある端部は当該絶縁マージンｍｇによって金属溶射部ｅと接触が遮断されている。また、金属蒸着膜ｂ１、ｂ２のうちで金属溶射部ｅに密着している端部は、電極接触を保証するために他の部位よりも厚めのいわゆるヘビーエッジとなっており、たとえば、金属蒸着膜の一般部の厚みが数十nm程度である場合に、ヘビーエッジの厚みはその倍程度に調整されている。なお、金属化フィルムコンデンサＣがさらに不図示のケース内に収容され、ケース内に形成された不図示のモールド樹脂体にて封止された構造のものも一般的である。

金属化フィルムｃ１を構成する金属蒸着膜ｂ１においては、金属蒸着膜ｂ１が複数の非蒸着スリットｓで包囲された複数のセグメントｓｇに分割されるものの、非蒸着スリットｓの間にヒューズ部ｆｓ（この部分は蒸着部分である）が存在していることにより、ヒューズ部ｆｓを介して隣接するセグメントｓｇ同士が電気的に導通可能な状態となっている。

ヒューズ部ｆｓはあるセグメントｓｇが絶縁破壊状態となった際にこのセグメントｓｇと隣接するセグメントｓｇの導通を遮断する機能を備えている。すなわち、あるセグメントｓｇにおける誘電体が欠損等することで絶縁破壊が生じ、下層のセグメントｓｇと導通してしまう絶縁破壊が生じると、ヒューズ部ｆｓを介して絶縁破壊状態のセグメントｓｇに流入する電流量が増加する。ヒューズ部ｆｓを流れる電流量が増加することによってヒューズ部ｆｓの温度が上昇してヒューズ部ｆｓの金属蒸着膜が蒸発飛散し、結果として絶縁破壊状態のセグメントｓｇは隣接するセグメントｓｇから隔離される。このように、絶縁破壊状態にあるセグメントｓｇを隣接するセグメントｓｇから隔離してフィルムコンデンサの絶縁破壊状態を解消する機能が自己回復機能である。

ここで、特許文献２には、ヒューズ部が上下方向に積層された金属化フィルムの誘電体フィルムによって挟まれているために蒸着電極が飛散しにくいことを原因として、絶縁破壊時の短絡電流によってヒューズ部が動作せず、保安動作が十分に機能し得ないという不具合を解決課題とした金属化フィルムコンデンサが開示されている。

その具体的な構成は、相隣接する金属化フィルムにおける誘電体フィルムと蒸着電極との密着度に関し、第１、第２のヒューズ部及びその近傍の密着度を、第１のヒューズ部と第２のヒューズ部との間の電極領域の密着度よりも低下させるものであり、この構成により、各ヒューズ部においては上記密着度の低下に起因して絶縁破壊時に蒸着電極が飛散し易くなるとしている。

ところで、上記自己回復機能を保証するに当たり、金属化フィルム間のガス抜け性の確保も重要である。この「ガス」は、ヒューズ部が金属蒸着膜の存在する領域であることから、上下のフィルム同士が接触し、密着度が高い状態において、このヒューズ部が溶断した際に発生する高温のガスを意味している。絶縁破壊時に発生する当該ガスが十分に抜けずに滞留すると、滞留ガスは局所的に高温化し、フィルムを溶融しながらショートに至り得る。

図５に戻り、金属蒸着膜ｂ１の具備する非蒸着スリットｓの端部にはヒューズ部ｆｓが存在しており、したがって、ヒューズ部ｆｓの存在する同図の領域Ａにおいては、金属化フィルムｃ１を構成する誘電体フィルムａ１と金属蒸着膜ｂ１（ヒューズ部ｆｓ）と、金属化フィルムｃ２を構成する誘電体フィルムａ２と金属蒸着膜ｂ２が積層方向に連続した構成となる。そのため、領域Ａにおいては、金属化フィルムｃ１と金属化フィルムｃ２の密着度が高くなる。さらに、絶縁破壊時には、ヒューズ作動熱が近傍のフィルムに伝熱し、この熱によって金属化フィルムｃ１と金属化フィルムｃ２の接触箇所における密着度は一層高くなる。

このように金属化フィルムｃ１と金属化フィルムｃ２の接触箇所の密着度が高くなることにより、ヒューズ部ｆｓが溶断した際に発生する高温のガスはさらに抜け難くなり、自己回復機能を十分に発揮できなくなってしまう。

なお、特許文献２のたとえば図４では、一方の誘電体フィルムの蒸着電極と重なる他方の誘電体フィルムにおいて、一方の誘電体フィルムのヒューズ部と重なる領域に孔を設けた構成が記載されている。ヒューズ部に重なる他の誘電体フィルムに孔を設けることにより、他の誘電体フィルムによるヒューズ部の押圧作用を除去できるとしている。

しかしながら、ヒューズ部に重なる他の誘電体フィルムに単に孔を開けただけでは、この孔に発生ガスが滞留してしまい、ガス抜けが不十分になることは否めない。また、誘電体フィルムの所定位置に精緻に孔加工を実施することを要し、製造が煩雑になり、製造コストの増加が避けられない。

特開２００４−２００５８８号公報 特開２００７−６７１６９号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、ヒューズ部が溶断した際に発生するガスのガス抜け性が良好であり、もって自己回復機能に優れた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。

前記目的を達成すべく、本発明による金属化フィルムコンデンサは、複数の非蒸着スリット、非蒸着スリット間に介在するヒューズ部、および絶縁マージンを備えた第１の金属蒸着膜と、第１の誘電体フィルムとからなる第１の金属化フィルムと、絶縁マージンのみを備えた第２の金属蒸着膜と、第２の誘電体フィルムとからなる第２の金属化フィルムとを、それぞれの絶縁マージンが積層方向で一致しないようにして双方の金属化フィルムを重ね合わせ、積層もしくは巻き回して金属化フィルム柱体が形成され、金属化フィルム柱体の２つの電極取り出し面に絶縁マージンが臨み、かつ該２つの電極取り出し面に金属溶射部が形成され、それぞれの金属溶射部に外部引き出し端子が接合されてなる金属化フィルムコンデンサにおいて、第１の金属蒸着膜の具備するヒューズ部と第２の誘電体フィルムが重ならないように、第１の金属化フィルムと第２の金属化フィルムがずらされた姿勢で積層されているものである。

本発明の金属化フィルムコンデンサは、第１の金属蒸着膜の具備するヒューズ部と第２の誘電体フィルムが重ならないように、第１の金属化フィルムと第２の金属化フィルムがずらされた姿勢で積層されていることにより、金属溶射部（メタリコン電極）に隣接するヒューズ部近傍においてフィルム同士の接触が無くなる。そのため、絶縁破壊時にヒューズ作動の熱負荷がフィルムに作用した場合でもフィルム間の密着は進行せず、絶縁破壊時に発生するガスの良好なガス抜け性を保証することができ、もって自己回復機能に優れた金属化フィルムコンデンサとなる。

また、本発明のコンデンサは、第１の金属蒸着膜の具備するヒューズ部と第２の誘電体フィルムが重ならないように、第１の金属化フィルムと第２の金属化フィルムをずらしただけの簡易な構造改良によるものであり、製造コストを何ら高騰させるものではない。

非蒸着スリットやヒューズ部を具備する第１の金属蒸着膜は、いわゆるパターン蒸着にて第１の誘電体フィルムの表面に形成され、非蒸着スリットやヒューズ部を具備しない第２の金属蒸着膜は、いわゆるベタ蒸着にて第２の誘電体フィルムの表面に形成される。

ここで、誘電体フィルムとしては、ポリプロピレン（PP）やポリフェニレンサルファイド（PPS）、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などが適用でき、金属蒸着膜の素材としてはアルミニウムや亜鉛などを適用できる。

金属化フィルムコンデンサは、第１、第２の金属化フィルムを上記するようにずらした姿勢で積層したものを巻回して、もしくは積層して製作された金属化フィルム柱体の両端の電極取り出し面に、亜鉛などからなる金属溶射部が形成され、形成された金属溶射部の表面に棒状や板状のバスバーなどからなる外部引き出し端子がはんだ付け等されてその全体が形成される。

なお、金属化フィルムコンデンサは、既述する構成、すなわち、金属化フィルム柱体の両端に金属溶射部が形成され、この金属溶射部に外部引き出し端子が接続されたユニット体がケース内に収容され、ユニット体がケース内においてモールド樹脂体で封止された形態であってもよい。

以上の説明から理解できるように、本発明の金属化フィルムコンデンサによれば、第１の金属蒸着膜の具備するヒューズ部と第２の誘電体フィルムが重ならないように、第１の金属化フィルムと第２の金属化フィルムがずらされた姿勢で積層されていることにより、金属溶射部（メタリコン電極）に隣接するヒューズ部近傍においてフィルム同士の接触が無くなる。そのため、絶縁破壊時にヒューズ作動の熱負荷がフィルムに作用した場合でもフィルム間の密着は進行せず、絶縁破壊時に発生するガスの良好なガス抜け性を保証することができ、もって自己回復機能に優れた金属化フィルムコンデンサとなる。

本発明の金属化フィルムコンデンサを構成する第１の金属化フィルムと第２の金属化フィルムを積層する前の状態を示した模式図である。 第１の金属化フィルムと第２の金属化フィルムの積層姿勢を説明した縦断面図である。 本発明の金属化フィルムコンデンサの実施の形態を示した縦断面図である。 従来の金属化フィルムコンデンサを構成する第１の金属化フィルムと第２の金属化フィルムを積層する前の状態を示した模式図である。 従来の金属化フィルムコンデンサの実施の形態を示した縦断面図である。

以下、図面を参照して本発明の金属化フィルムコンデンサの実施の形態を説明する。

（金属化フィルムコンデンサの実施の形態）
図１は本発明の金属化フィルムコンデンサを構成する第１の金属化フィルムと第２の金属化フィルムを積層する前の状態を示した模式図であり、図２は第１の金属化フィルムと第２の金属化フィルムの積層姿勢を説明した縦断面図であり、図３は本発明の金属化フィルムコンデンサの実施の形態を示した縦断面図である。

図１で示すように、本発明の金属化フィルムコンデンサ１００は、２種類の金属化フィルム３Ａ，３Ｂから構成される。

一方の金属化フィルム３Ａは、第１の誘電体フィルム１Ａと、非蒸着スリットｓと絶縁マージンｍｇを備えた第１の金属蒸着膜２Ａとから構成されており、他方の金属化フィルム３Ｂは、第２の誘電体フィルム１Ｂと、絶縁マージンｍｇのみを備えた第２の金属蒸着膜２Ｂとから構成されている。非蒸着スリットｓやヒューズ部ｆｓを具備する第１の金属蒸着膜２Ａは、いわゆるパターン蒸着にて第１の誘電体フィルム１Ａの表面に形成され、非蒸着スリットｓやヒューズ部ｆｓを具備しない第２の金属蒸着膜２Ｂは、いわゆるベタ蒸着にて第２の誘電体フィルム１Ｂの表面に形成される。なお、非蒸着スリットｓのパターン形状は図示例に何等限定されるものではなく、多様なパターン形状が適用可能である。

ここで、誘電体フィルム１Ａ，１Ｂは、ポリプロピレン（PP）やポリフェニレンサルファイド（PPS）、ポリエチレンナフタレート（PEN）、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリフッ化ビニリデン（PVDF）などから形成できる。

第１の金属化フィルム３Ａを構成する金属蒸着膜２Ａにおいては、複数の非蒸着スリットｓが間隔を置いて形成され、非蒸着スリットｓの端部間には幅の狭いヒューズ部ｆｓが形成され、各非蒸着スリットｓで包囲された複数のセグメントｓｇに分割されている。

第２の金属化フィルム３Ｂと第１の金属化フィルム３Ａを、双方の絶縁マージンｍｇが積層方向で一致しないようにして双方を積層し、金属化フィルム積層体４が形成される。

ここで、図２で示すように、第１の金属蒸着膜２Ａの具備するヒューズ部ｆｓ（図２において非蒸着スリットｓと同じ平面位置で３次元的には非蒸着スリットｓの奥側の位置）と第２の誘電体フィルム１Ｂが重ならないように、第１の金属化フィルム３Ａと第２の金属化フィルム３Ｂがずらされた姿勢で積層して金属化フィルム積層体４を形成する。

図２で示すように構成された金属化フィルム積層体４を巻回して、もしくは積層することにより、図３で示すように金属化フィルム柱体１０が形成される。この金属化フィルム柱体１０の両端の電極取り出し面に対し、アルミニウムや亜鉛などからなる金属溶射部２０を形成し、形成された金属溶射部２０の表面に棒状や板状のバスバーなどからなる外部引き出し端子４０をはんだ層３０を介して接続することにより、金属化フィルムコンデンサ１００が形成される。

図示する金属化フィルムコンデンサ１００によれば、金属溶射部２０に近接するヒューズ部ｆｓ近傍においてフィルム同士の接触が無くなるため、絶縁破壊時にヒューズ作動の熱負荷がフィルムに作用した場合でもフィルム間の密着は進行せず、絶縁破壊時に発生するガスの良好なガス抜け性を保証することができる。このことにより、金属化フィルムコンデンサ１００は自己回復機能に優れたコンデンサとなる。

（ショート発生割合を検証した実験とその結果）
本発明者等は、以下で示す実施例、比較例1、2のコンデンサ（素子）を製作し、各コンデンサの1kVにおけるショート発生割合を測定する実験をおこなった。

[実施例]
T型蒸着パターン、ベタ蒸着を施した膜厚4μmのPVDフィルムを２枚合わせて巻き回して素子を製作した。この際、ベタ蒸着フィルム側端部がパターン蒸着フィルムの非蒸着スリットよりも内側になるように双方のフィルムを積層し、巻き回しを実施した。この素子に対し、常温ドライ雰囲気にて1kVまで電圧を印加し、漏れ電流が10mAを超えたものをショートと判定した。

[比較例1]
T型蒸着パターン、ベタ蒸着を施した膜厚4μmのPVDフィルムを２枚合わせて巻き回して素子を製作した。この際、ベタ蒸着フィルム側端部がパターン蒸着フィルムの非蒸着スリットよりも外側になるように双方のフィルムを積層し、巻き回しを実施した。この素子に対し、常温ドライ雰囲気にて1kVまで電圧を印加し、漏れ電流が10mAを超えたものをショートと判定した。

[比較例2]
ベタ蒸着を施した膜厚4μmのPVDフィルムを２枚合わせて巻き回して素子を製作した。この素子に対し、常温ドライ雰囲気にて1kVまで電圧を印加し、漏れ電流が10mAを超えたものをショートと判定した。

[実験結果]
実験の結果、実施例のショート割合は0%、比較例1のショート割合は70%、比較例2のショート割合は100%であった。

この実験結果より、実施例の良好なガス抜け性とこれに起因する優れた自己回復機能の発揮が確認できた。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１Ａ…第１の誘電体フィルム、１Ｂ…第２の誘電体フィルム、２Ａ…第１の金属蒸着膜、２Ｂ…第２の金属蒸着膜、３Ａ…第１の金属化フィルム、３Ｂ…第２の金属化フィルム、４…金属化フィルム積層体、１０…金属化フィルム柱体、２０…金属溶射部（メタリコン、メタリコン電極）、３０…はんだ層、４０…外部引き出し端子（バスバー）、１００…金属化フィルムコンデンサ、ｍｇ…絶縁マージン（空隙）、ｓ…非蒸着スリット、ｆｓ…ヒューズ部、ｓｇ…セグメント

Claims (1)

1. 複数の非蒸着スリット、非蒸着スリット間に介在するヒューズ部、および絶縁マージンを備えた第１の金属蒸着膜と、第１の誘電体フィルムとからなる第１の金属化フィルムと、
   絶縁マージンのみを備えた第２の金属蒸着膜と、第２の誘電体フィルムとからなる第２の金属化フィルムとを、それぞれの絶縁マージンが積層方向で一致しないようにして双方の金属化フィルムを重ね合わせ、積層もしくは巻き回して金属化フィルム柱体が形成され、
   金属化フィルム柱体の２つの電極取り出し面に絶縁マージンが臨み、かつ該２つの電極取り出し面に金属溶射部が形成され、
   それぞれの金属溶射部に外部引き出し端子が接合されてなる金属化フィルムコンデンサにおいて、
   第１の金属蒸着膜の具備するヒューズ部と第２の誘電体フィルムが重ならないように、第１の金属化フィルムと第２の金属化フィルムがずらされた姿勢で積層されている金属化フィルムコンデンサ。

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