JP2016062973A

JP2016062973A - フィルムコンデンサ

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Publication number: JP2016062973A
Application number: JP2014187841A
Authority: JP
Inventors: 裕一小伊藤; Yuichi Koito
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2016-04-25
Anticipated expiration: 2034-09-16
Also published as: US9779877B2; US20160079000A1; JP6064956B2

Abstract

【課題】誘電体フィルムの薄型化による小型化が可能であり、互いに対向する誘電体フィルムの位置合わせが容易で、かつ良好な自己保安性を有する安全性の高いフィルムコンデンサを提供する。
【解決手段】互いに対向する一対の誘電体フィルム１，２と、一対の誘電体フィルム１，２のそれぞれに形成された蒸着電極３，４と、一対の誘電体フィルム１，２のうち一方の誘電体フィルム１に形成された蒸着電極３の非形成領域であるスリット７と、スリット７によって区画された蒸着電極３の複数の電極領域３ａと、互いに隣接する電極領域３ａ，３ａを接続するヒューズ部３ｂと、を備えたフィルムコンデンサ１０。スリット７及びヒューズ部３ｂを形成した一方の誘電体フィルム１は、ヒューズ部３ｂに隣接するスリット７内に貫通部１ｂを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電極となる金属を蒸着した誘電体フィルムを積層させたフィルムコンデンサに関する。

従来から、例えば自動車用インバータ回路の平滑用に用いられる金属化フィルムコンデンサが知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載された金属化フィルムコンデンサは、第１の金属化フィルムと第２の金属化フィルムとを備えている。第１の金属化フィルムには金属蒸着電極が設けられ、第２の金属化フィルムには金属蒸着電極部に設けられたスリットにより分割電極が形成されている。

第２の金属化フィルムの分割電極は、ヒューズにより並列接続されている。そして、第２の金属化フィルムを構成する誘電体フィルムの金属蒸着電極側の表面粗さが、第１の金属化フィルムを構成する誘電体フィルムの金属蒸着電極側の表面粗さよりも、小さくされている。特許文献１によれば、表面粗さが大きい側により保安性が向上し、表面粗さが大きい側により耐電圧性と寿命性が向上するとしている。

また、誘電体フィルムを介して対向する蒸着電極を有し、蒸着電極が複数の小電極に分割されてヒューズ部が形成され、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が、一方の誘電体フィルムのヒューズ部と重なる領域に孔又は凹部を有する金属化フィルムコンデンサが知られている（下記特許文献２を参照）。特許文献２によれば、一方の誘電体フィルムのヒューズ部及びその近傍が他の誘電体フィルムから押圧される押圧作用が低減され、良好な保安性能を有し安全性の高い金属化フィルムコンデンサを提供することができるとしている。

特開２００６−２６９７２７号公報特開２００７−６７１６９号公報

前記したようなフィルムコンデンサにおいては、さらなる小型化が要求されており、誘電体フィルムの薄型化が進んでいる。特許文献１に記載の金属化フィルムコンデンサでは、誘電体フィルムの薄型化が進むと、第２の金属化フィルムを構成する誘電体フィルムの金属蒸着電極側に微小な凹凸を設ける粗面化を十分に行うことができず、保安性の担保が困難になる。また、特許文献２に記載の金属化フィルムコンデンサでは、一方の誘電体フィルムのヒューズ部に他方の誘電体フィルムの孔又は凹部を位置合わせするのが困難である。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、誘電体フィルムの薄型化による小型化が可能であり、互いに対向する誘電体フィルムの位置合わせが容易で、かつ良好な自己保安性を有する安全性の高い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、本発明のフィルムコンデンサは、互いに対向する一対の誘電体フィルムと、該一対の誘電体フィルムのそれぞれに形成された蒸着電極と、該一対の誘電体フィルムのうち一方の誘電体フィルムに形成された前記蒸着電極の非形成領域であるスリットと、該スリットによって区画された前記蒸着電極の複数の電極領域と、互いに隣接する前記電極領域を接続するヒューズ部と、を少なくとも備えたフィルムコンデンサであって、前記スリット及びヒューズ部を形成した前記一方の誘電体フィルムは、前記ヒューズ部に隣接する前記スリット内に該誘電体フィルムを貫通する貫通部を有することを特徴とする。

なお、前記のフィルムコンデンサにおいて、前記スリットは、蒸着電極の非形成領域であり、誘電体フィルムの表面を露出している。また、ヒューズ部とは、蒸着電極を複数の電極領域に区画する前記スリットの間に形成された蒸着電極の幅が細くされた部分であり、隣接する電極領域同士は該ヒューズ部によって互いに接続されている。また、貫通部の形態は、特に限定されないが、例えば、複数の貫通孔、スリットに沿って誘電体フィルムに形成された切り込み、断続的に切り込みが設けられたミシン目であってもよい。

前記のフィルムコンデンサでは、例えば、長尺帯状の一対の誘電体フィルムが積層され、双方の蒸着電極を一方の誘電体フィルムを介して対向させた状態で巻回される。そして、その巻回体の端面に例えば金属溶射によって外部電極が形成される。誘電体フィルムの材料としては、例えば、ポリプロピレン（PP: polypropylene）等の絶縁性を有する樹脂材料を用いることができる。蒸着電極の材料としては、例えば、アルミニウム(Al)等の導電性を有する金属材料を用いることができる。

前記のフィルムコンデンサでは、一方の誘電体フィルムの蒸着電極の任意の電極領域において、例えば、絶縁破壊を生じるなどして過大な電流が流れることがある。この場合に、当該電極領域を隣接する他の電極領域に接続するヒューズ部は、相対的に幅が細く電流が流れる断面積が小さいので、電流密度が高くなって高温になり、例えば、蒸着金属が蒸発するなどして切断される。これにより、誘電体フィルムを介して対向する蒸着電極間の絶縁が回復する。このように、前記のフィルムコンデンサは、絶縁破壊を生じたときに絶縁を回復する自己保安性を有している。

一般に、フィルムコンデンサが自己保安性を発揮するときには、蒸着金属や誘電体フィルムが高温になってガスが生じることがある。このガスが、例えば、誘電体フィルムの間に溜まると、絶縁破壊電圧が低下したり、絶縁回復に至らずフィルムコンデンサがショートしたりする虞がある。また、誘電体フィルム間に隙間が生じると、静電容量が低下する虞がある。

前記特許文献１に記載のように、誘電体フィルムを粗面化して微小な凹凸を形成することで前記のガスを逃がすことができる可能性がある。しかし、誘電体フィルムの薄型化が進むと十分な凹凸を形成することができず、ガスを逃がすのが困難になる虞がある。

また、前記特許文献２に記載のように、互いに対向する一対の誘電体フィルムのうち、ヒューズ部が設けられていない一方の誘電体フィルムに孔を設ける場合、当該孔から前記のガスを逃がすことができる可能性がある。しかし、一方の誘電体フィルムに設けられた孔と、他方の誘電体フィルムに設けられたヒューズ部との位置合わせが困難であり、ガスを逃がすのが困難になる虞がある。

これに対し、前記した本発明のフィルムコンデンサは、スリット及びヒューズ部を有する一方の誘電体フィルムが、ヒューズ部に隣接するスリット内に貫通部を有している。そのため、フィルムコンデンサが自己保安性を発揮するときに発生したガスは、誘電体フィルムの間から貫通部を介して複数の層間から拡散される。これにより、誘電体フィルムの間にガスが溜まることが防止され、フィルムコンデンサがショートするのを防止することができる。

ここで、貫通部は、一対の誘電体フィルムのうち、蒸着電極にスリットおよびヒューズ部が設けられた誘電体フィルムに形成されている。そのため、一対の誘電体フィルムの精密な位置合わせをすることなく、貫通部をヒューズ部に隣接する位置に確実かつ容易に配置することができる。また、誘電体フィルムに凹凸を形成する場合と異なり、誘電体フィルムが薄型化しても、貫通部を容易に形成することができる。

また、貫通部が、スリットに沿って誘電体フィルムに形成された切り込みである場合には、スリットに沿う広範囲に亘ってガスを逃がしやすくすることができる。また、絶縁距離を確保することができるので、新たに絶縁距離を設ける必要がなく、フィルムコンデンサの静電容量が低下するのを防止できる。ここで、絶縁距離とは、沿面放電を防ぐために必要な距離である。

以上の説明から理解できるように、本発明のフィルムコンデンサによれば、誘電体フィルムの薄型化による小型化が可能であり、一対の誘電体フィルムの位置合わせが容易で、かつ良好な自己保安性を有する安全性の高いフィルムコンデンサを提供することができる。

本発明のフィルムコンデンサの実施の形態を示す斜視図。図１に示すフィルムコンデンサの一方の誘電体フィルムの拡大平面図。

以下、図面を参照して本発明のフィルムコンデンサの実施の形態を説明する。なお、本発明の構成を分かりやすくするために、各構成の縮尺を実際と異ならせて図示している場合がある。

図１は、本発明の実施の形態に係るフィルムコンデンサの一部を展開した斜視図である。

本実施形態のフィルムコンデンサ１０は、互いに対向する一対の誘電体フィルム１，２を備えている。それぞれの誘電体フィルム１，２の表面には、蒸着電極３，４が形成されている。本実施形態の一対の誘電体フィルム１，２は、長尺帯状の樹脂フィルムであり、幅方向の一側に所定の幅で長手方向に沿って非蒸着部（マージン）１ａ，２ａを有している。非蒸着部１ａ，２ａは、蒸着電極３，４が形成されず、誘電体フィルム１，２が露出した部分である。

一対の誘電体フィルム１，２は、それぞれの蒸着電極３，４が一方の誘電体フィルム１を介して対向するように、互いに対向して積層され、幅方向に平行な軸周りに巻回されている。巻回された誘電体フィルム１，２の一方の端面と他方の端面には、金属溶射によって外部電極５，６が形成されている。一方の外部電極５は、一方の誘電体フィルム１の蒸着電極３に接続され、他方の外部電極６は、他方の誘電体フィルム２の蒸着電極４に接続されている。

誘電体フィルム１，２の材料としては、特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン（PP:polypropylene）、ポリエチレンテレフタレート（PET: polyethylene terephthalate）、ポリフェニレンスルファイド（PPS: polyphenylene sulfide）、ポリエチレンナフタレート（PEN: polyethylene naphthalate）、ポリフッ化ビニリデン（PVDF: polyvinylidene difluoride）等の絶縁性を有する樹脂材料を用いることができる。蒸着電極３，４の材料としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム(Al)、亜鉛（Zn）等の導電性を有する金属材料を用いることができる。外部電極５，６の材料としては、特に限定されないが、例えば、錫（Sn）、銅（Cu）、亜鉛（Zn）又はこれらの合金等を用いることができる。

図２は、図１に示すフィルムコンデンサ１０の一対の誘電体フィルム１，２のうち、一方の誘電体フィルム１を示す拡大平面図である。

一方の誘電体フィルム１の表面に形成された蒸着電極３には、スリット７が設けられている。スリット７は、蒸着電極３の非形成領域であり、スリット７内では、誘電体フィルム１の表面が露出している。スリット７は、蒸着電極３を複数の電極領域３ａに区画する。スリット７は、矩形状の各電極領域３ａの外縁に沿って互いに交差する二方向に延在して形成されており、少なくとも一方の延在方向において非連続部が形成されている。前記非連続部には蒸着電極が形成されており、該非連続部に形成された蒸着電極領域が、本発明でいう「ヒューズ部３ｂ」を形成している。

ヒューズ部３ｂは、蒸着電極３を区画するスリット７の間に形成された部分であり、その幅は電極領域３ａの他の部分の幅と比較して細い。そして、互いに隣接する電極領域３ａ，３ａ同士は、前記ヒューズ部３ｂによって相互に接続されている。このように、ヒューズ部３ｂは、幅が細くされることで、蒸着電極３の他の部分と比較して、電流が流れる断面積が小さくなっている。

蒸着電極３にヒューズ部３ｂが形成された一方の誘電体フィルム１は、ヒューズ部３ｂに隣接するスリット７内に貫通部１ｂを有する。貫通部１ｂの形態は、誘電体フィルム１，２間のガスを排出できるものであれば、特に限定されないが、本実施形態の貫通部１ｂは、スリット７に沿って誘電体フィルム１に形成された切り込みである。貫通部１ｂは、すべてのヒューズ部３ｂに隣接して設けてもよいし、特定のヒューズ部３ｂに隣接して選択的に設けてもよい。

図１に示す一対の誘電体フィルム１，２のうち、蒸着電極３に前記スリット７及びヒューズ部３ｂが形成された一方の誘電体フィルム１に対向するように配置される他方の誘電体フィルム２は、蒸着電極４にスリット７が形成されておらず、複数の電極領域３ａ及びヒューズ部３ｂを有しない。すなわち、一方の誘電体フィルム１に対向する他方の誘電体フィルム２は、幅方向の一側に設けられた非蒸着部２ａを除く誘電体フィルム２の表面の略全面に蒸着電極４が形成されている。巻回された一対の誘電体フィルム１，２は、例えば、外部電極５，６に不図示のリード線が接合され、エポキシ樹脂等の不図示の外装材によって覆われる。

以下、本実施形態のフィルムコンデンサ１０の作用について説明する。

フィルムコンデンサ１０において、何らかの原因で絶縁破壊が生じると、絶縁破壊が生じた部分に対応する一方の誘電体フィルム１の蒸着電極３の電極領域３ａから、隣接する電極領域３ａに、ヒューズ部３ｂを介して過大な電流が流れる。ヒューズ部３ｂは、電極領域３ａよりも極端に幅が狭く、電流が流れる断面積が小さいので、局所的に電流密度が高くなって高温になり、例えば、蒸着金属が蒸発するなどして切断される。

これにより、絶縁破壊が生じた部分に対応する電極領域３ａと、その電極領域３ａに隣接する電極領域３ａとの間の電流経路が遮断され、誘電体フィルム１を介して対向する蒸着電極３，４間の絶縁が回復する。このように、フィルムコンデンサ１０が自己保安性を発揮するときには、蒸着金属や誘電体フィルム１，２が高温になってガスが生じることがある。このガスが、例えば、誘電体フィルム１，２の間に溜まると、絶縁破壊電圧が低下したり、絶縁回復に至らずフィルムコンデンサ１０がショートしたりする虞がある。

本実施形態のフィルムコンデンサ１０は、蒸着電極３に複数の電極領域３ａとヒューズ部３ｂを有する一方の誘電体フィルム１が、ヒューズ部３ｂに隣接するスリット７内に貫通部１ｂを有している。そのため、フィルムコンデンサ１０が自己保安性を発揮するときに発生したガスは、誘電体フィルム１，２の間から貫通部１ｂを介して排出され、拡散される。これにより、誘電体フィルム１，２の間にガスが溜まることが防止され、フィルムコンデンサ１０がショートするのを防止することができる。

また、貫通部１ｂは、一対の誘電体フィルム１，２のうち、蒸着電極３にヒューズ部３ｂが設けられた誘電体フィルム１に形成されている。そのため、一対の誘電体フィルム１，２の精密な位置合わせをすることなく、貫通部１ｂをヒューズ部３ｂに隣接する位置に確実かつ容易に配置することができる。また、誘電体フィルム１，２に凹凸を形成する場合と異なり、誘電体フィルム１，２が薄型化しても、貫通部１ｂを容易に形成することができる。

また、貫通部１ｂが、スリット７の延在方向に沿って誘電体フィルム１に形成された切り込みであるので、スリット７に沿う広範囲に亘ってガスを逃がしやすくすることができる。また、絶縁距離を確保することができるので、新たに絶縁距離を設ける必要がなく、フィルムコンデンサ１０の静電容量が低下するのを防止できる。ここで、絶縁距離とは、沿面放電を防ぐのに必要な距離である。

以上説明したように、本発明のフィルムコンデンサ１０によれば、誘電体フィルム１，２の薄型化による小型化が可能であり、一対の誘電体フィルム１，２の位置合わせが容易で、かつ良好な自己保安性を有する安全性の高いフィルムコンデンサ１０を提供することができる。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、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。例えば、前記した本発明のフィルムコンデンサの実施の形態では、巻回型のフィルムコンデンサについて説明したが、本発明を積層型のフィルムコンデンサに適用することも可能である。

[実施例]
以下、前記した実施の形態の構成に基づく本発明のフィルムコンデンサの実施例について説明する。

表面の凹凸が少ない平滑な誘電体フィルム(ＰＶＤＦフィルム)を用い、前記した実施の形態の構成に基づく本発明の実施例に係るフィルムコンデンサをいくつか製作した。また、誘電体フィルムに貫通部を有しない以外は、実施例に係るフィルムコンデンサと同様の構成を有する比較例に係るフィルムコンデンサをいくつか製作した。

製作した実施例と比較例の各フィルムコンデンサにそれぞれ１ｋＶの電圧を加え、良品率を確認した。表１に、実施例のフィルムコンデンサと比較例のフィルムコンデンサの良品率を示す。なお、ここで良品とは、自己保安性の発揮により、短絡や熱暴走を起こさないフィルムコンデンサをいう。

表１に示すように、一方の誘電体フィルムがヒューズ部に隣接するスリット内に貫通部を有する本発明の実施例に係るフィルムコンデンサの良品率は、１００％であった。これに対し、誘電体フィルムに貫通部を有しない比較例にかかるフィルムコンデンサの良品率は４０％であった。以上の結果から、本発明の実施例に係るフィルムコンデンサは、良好な自己保安性を有し、かつ安全性が高いことが確認できた。

１誘電体フィルム、１ｂ貫通部、２誘電体フィルム、３蒸着電極、３ａ電極領域、３ｂヒューズ部、４蒸着電極、７スリット、１０フィルムコンデンサ

Claims

互いに対向する一対の誘電体フィルムと、該一対の誘電体フィルムのそれぞれに形成された蒸着電極と、該一対の誘電体フィルムのうち一方の誘電体フィルムに形成された前記蒸着電極の非形成領域であるスリットと、該スリットによって区画された前記蒸着電極の複数の電極領域と、互いに隣接する前記電極領域を接続するヒューズ部と、を少なくとも備えたフィルムコンデンサであって、
前記スリット及びヒューズ部を形成した前記一方の誘電体フィルムは、前記ヒューズ部に隣接する前記スリット内に該誘電体フィルムを貫通する貫通部を有することを特徴とするフィルムコンデンサ。