JP2016192506A - フィルムコンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】誘電体にフィルムを使用し巻回してその両端面にメタリコン電極を設けた２個のコンデンサ素子と、２個の前記コンデンサ素子を巻き軸方向に重ねて収容する上端面に開口部のある有底筒状のケースと、前記メタリコン電極にそれぞれ接続する引き出し端子板とを有するフィルムコンデンサであって、引き出し端子板の断面積を大きくしても、コンデンサ素子を収容するケースの内周面との距離を確保でき、ケースを絶縁樹脂等で充填する際にボイドの発生を抑制することが可能なフィルムコンデンサを提供する。
【解決手段】重ねられた２個のコンデンサ素子が互いに対向する面側の各メタリコン電極が、それぞれ複数ずつの引き出し端子板と接続するフィルムコンデンサ。
【選択図】図４

Description

本発明は、フィルムコンデンサに関する。

近年、環境への配慮から、省エネルギー化、高効率化に適したインバータ回路が採用され、このインバータ回路の使用電圧が高いことから、コンデンサのなかでも、フィルムコンデンサを採用する傾向がある。
フィルムコンデンサのコンデンサ素子は、フィルムに蒸着により薄膜金属電極を設けたものを、巻回又は積層したもので、両端面に亜鉛、銅又はアルミニウム等の金属をメタリコン（溶射）により付着させ、素子外部電極（以下、メタリコン電極という。）を形成している。
このようなフィルムコンデンサにおいて、等価直列抵抗を低減して低損失・低発熱なコンデンサにするための改善として、蒸着膜の導電値を向上させるために蒸着膜厚を厚くすると、コンデンサ素子のセルフヒーリング性が低下し、コンデンサ素子の耐圧性が低下してしまう。そのため、特許文献１には、蒸着膜厚は厚くせず、コンデンサ素子のメタリコン電極までの距離を短くする方法として、ひとつのコンデンサ素子を分割して、少なくとも二つのコンデンサ素子を並列に接続する方法が記載されている。
又、特許文献２には、等価直列抵抗を低減するために、二つのコンデンサ素子を並列に接続する方法として、このコンデンサ素子を巻き軸方向に重ねて上端面に開口部のある有底筒状の金属ケース内に収容し、各コンデンサ素子のメタリコン電極からそれぞれ箔状の金属板の引き出し端子を引き出す方法が記載されている。

実開平７−２９８２９号公報 特開２００９−２７７８２８号公報

近年、リプル電流が大きいコンデンサ素子が求められており、上記特許文献２に記載される構造のフィルムコンデンサの引き出し端子板に流れる電流が大きくなることから、引き出し端子板の断面積を大きくすることが必要になってきている。
引き出し端子板の断面積を大きくするための手段としては、引き出し端子板の厚さを厚くする、又は、引き出し端子板の幅を広くする方法がある。
引き出し端子板は、コンデンサ素子の外周に沿って折り曲げて配置されるため、厚さを厚くすると、引き出し端子板とコンデンサ素子を収容するケースの内周面との距離が小さくなり、ケースを絶縁樹脂等で充填する際にボイドが発生しやすくなる虞があるとともに、メタリコン電極と半田付けで接続する場合の入熱量が大きくなりコンデンサ素子を損傷させてしまう虞もある。又、引き出し端子板の幅を広くする場合も、図２に示すように、引き出し端子板の幅方向の両端部がコンデンサ素子の外周面から大きく離れるため、引き出し端子板の幅方向の外周側両端部とコンデンサ素子を収容するケースの内周面との距離が小さくなり、ケースを絶縁樹脂等で充填する際にボイドが発生しやすくなる虞がある。コンデンサ素子を収容するケースと引き出し端子板との距離を確保するために、ケースの内径寸法を大きくする方法もあるが、コンデンサ全体の外径が大きくなってしまうため好ましくない。

本発明は、上記実情に鑑み、誘電体にフィルムを使用し巻回してその両端面にメタリコン電極を設けた２個のコンデンサ素子と、２個の前記コンデンサ素子を巻き軸方向に重ねて収容する上端面に開口部のある有底筒状のケースと、前記メタリコン電極にそれぞれ接続する引き出し端子板とを有するフィルムコンデンサであって、引き出し端子板の断面積を大きくしても、コンデンサ素子を収容するケースの内周面との距離を確保でき、ケースを絶縁樹脂等で充填する際にボイドの発生を抑制することが可能なフィルムコンデンサを提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、下記のフィルムコンデンサを提供するものである。
（１）誘電体にフィルムを使用し巻回してその両端面にメタリコン電極を設けた２個のコンデンサ素子と、２個の前記コンデンサ素子を巻き軸方向に重ねて収容する上端面に開口部のある有底筒状のケースと、前記メタリコン電極にそれぞれ接続する引き出し端子板とを有するフィルムコンデンサであって、重ねられた２個の前記コンデンサ素子が互いに対向する面側の各メタリコン電極が、それぞれ複数の前記引き出し端子板と接続するフィルムコンデンサ。
（２）重ねられた２個の前記コンデンサ素子が互いに対向する側の各メタリコン電極に接続される前記複数の引き出し端子板が、一端側で全て一体に形成されている上記（１）に記載のフィルムコンデンサ。
（３）前記コンデンサ素子の前記引き出し端子板の幅方向の外周側両端部と前記ケースとの間にスペーサが設けられている上記（１）又は（２）に記載のフィルムコンデンサ。
（４）重ねられた２個の前記コンデンサ素子が互いに対向する側の各メタリコン電極に接続され、前記コンデンサ素子の外周部で折り曲げられて前記ケース開口部側に引き出される前記複数の引き出し端子板が前記コンデンサ素子の外周面に沿って配置されている部分において、前記引き出し端子板の幅方向の外周側両端部と前記ケースの内周面との距離が２．０ｍｍ以上である前記（１）〜（３）のいずれかに記載のフィルムコンデンサ。

本発明によれば、誘電体にフィルムを使用し巻回してその両端面にメタリコン電極を設けた２個のコンデンサ素子と、２個の前記コンデンサ素子を巻き軸方向に重ねて収容する上端面に開口部のある有底筒状のケースと、前記メタリコン電極にそれぞれ接続する引き出し端子板とを有するフィルムコンデンサであって、引き出し端子板の断面積を大きくしても、コンデンサ素子を収容するケースの内周面との距離が確保でき、ケースを絶縁樹脂等で充填する際にボイドの発生を抑制することが可能な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を構成する２個のコンデンサ素子とそれに接続する引き出し端子板を示す模式図である。 従来のフィルムコンデンサに用いられる引き出し端子板がコンデンサ素子の外周面に沿って配置されている状態を示す模式断面図である。 本発明のフィルムコンデンサに用いられる引き出し端子板の形態の例を示す模式図である。 本発明のフィルムコンデンサに用いられる引き出し端子板がコンデンサ素子の外周面に沿って配置されている状態を示す模式断面図である。

本実施形態に述べるメタリコン電極は、コンデンサ素子の電極の端部に接続する素子外部電極で、亜鉛、銅又はアルミニウム等の金属をメタリコン（溶射）により付着させたものが使用できる。

本実施形態に述べるコンデンサ素子は、誘電体にフィルムを使用し、電極と共に巻回したもので、フィルムに蒸着により薄膜金属電極を設けたもの、又はこのフィルムを介して金属箔を巻回する方法が含まれる。その両端面には、金属をメタリコンにより付着させた素子外部電極（メタリコン電極）が形成されている。フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレートやポリプロピレン等を使用でき、金属箔や薄膜金属の金属としては、アルミニウム、銅、亜鉛又はそれらの合金等が使用できる。断面形状は円形、それをつぶした場合は偏平形となる。

本実施形態のケースは、上端面に開口部のある有底筒状の一般的にフィルムコンデンサに使用できる容器で、プラスチック又は金属により形成することができる。プラスチックであれば、例えば、ポリエチレンテレフタレート系、ポリブチレンテレフタレート系、ポリカーボネート系、又はポリフェニレンサルファイド系の樹脂を用いることができる。金属であれば、例えば、アルミニウム、マグネシウム、鉄、ステンレス、銅又はそれらの合金を用いることができる。
ケース内には、コンデンサ素子を収容し、絶縁樹脂等で充填する。絶縁樹脂は、一般的にフィルムコンデンサの充填用に使用している絶縁材料であり、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂にフィラー等を混ぜたものを用いることができる。フィラーとしては、珪素、チタン、アルミニウム、カルシウム、ジルコニウム、マグネシウム等の水酸化物、酸化物、炭化物、窒化物、これらの複合物等が使用できる。必要があれば、難燃剤、酸化防止剤を添加してもよい。

本実施形態に述べる引き出し端子板は、メタリコン電極に接続し外部に引き出すためのもので、銅、アルミニウム、鉄、ニッケル、ステンレス、燐青銅、真鍮等の金属又は合金等の金属板が使用できる。又、表面に錫、半田等をめっきしてもよく、錫めっきを施した銅が好適である。厚さ、形状は、製品の要求する許容電流やＥＳＬ（等価直列インダクタンス）又は強度やストレス軽減等も考慮して設計される。

本実施形態のフィルムコンデンサにおいて、重ねられてケースに収容された２個のコンデンサ素子が互いに対向する面側の各メタリコン電極には、それぞれ複数の引き出し端子板が接続される。各メタリコン電極がそれぞれ複数の引き出し端子板で外部端子に接続されることにより、引き出し端子板の断面積の合計を大きくできると同時に、個々の引き出し端子板の幅を小さくして、引き出し端子板の幅方向の両端部がコンデンサ素子の外周面から大きく離れることをなくし、引き出し端子板とケース内周面との距離を確保することができる（図４参照）。

前記複数の引き出し端子板は、図３（ａ）に示すようにそれぞれ別個の金属板を用いてもよいが、図３（ｂ）に示すように一端側で全て一体に形成されていると、外部端子と別々に接続する必要がなく、作業が容易となるため好ましい。なお、図３には、重ねられてケースに収容された２個のコンデンサ素子が互いに対向する面側の各メタリコン電極に、それぞれ２枚の引き出し端子板が接続される例を示したが、前記各メタリコン電極に、それぞれ３枚以上の引き出し端子板を接続するように構成してもよい。

引き出し端子板と外部端子とのそれぞれの接続方法は、特に限定されず、スポット溶接、かしめ、半田付け等を用いることができるが、大電流に対して安定した接続を目的とする場合、接続面積が広く取れる観点で半田付けが好ましい。

上端面に開口部のある有底筒状のケースに２個のコンデンサ素子を巻き軸方向に重ねて収容する際、前記コンデンサ素子の外周面と前記ケースとの間にスペーサが設けられていることが好ましい。スペーサを設けることにより、前記コンデンサ素子を前記ケースに収容する際に、前記ケースの中心から大きくずれることがないため、引き出し端子板とケース内周面に接触したり、引き出し端子板とケース内周面との距離が小さくなり過ぎたりすることを防止でき好ましい。

重ねられた２個の前記コンデンサ素子が互いに対向する側の各メタリコン電極に接続され、前記コンデンサ素子の外周部で折り曲げられて前記ケース開口部側に引き出される前記複数の引き出し端子板が前記コンデンサ素子の外周面に沿って配置されている部分において、前記引き出し端子板の幅方向の外周側両端部と前記ケースの内周面との距離は、２．０ｍｍ以上であることが好ましい。前記引き出し端子板の幅方向の外周側両端部と前記ケースの内周面との距離が２．０ｍｍ以上であると、ケースを絶縁樹脂等で充填する際のボイドの発生を抑制する効果に優れる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態のフィルムコンデンサを構成する２個のコンデンサ素子とそれに接続する引き出し端子板を示している。
２個のコンデンサ素子１は、それぞれ誘電体にフィルムを使用し、このフィルムに蒸着により薄膜金属電極を設けたものを使用し巻き回して円柱形とし、両端面にメタリコン電極ａ，２ｂを設け、巻き軸方向に重ねる。この２個のコンデンサ素子１を並列に接続し外部と接続するために、コンデンサ素子１の上端面側に設けた一対の外部端子８と各メタリコン電極２ａ，２ｂとをつなぐ引き出し端子板３ａ，３ｂを設ける。これらの引き出し端子板３ａ，３ｂは、それぞれ金属板を切り出し折り曲げたものを使用する。
図１において引き出し端子板３ａは、図３（ｂ）に示す形状に切り出した金属板を使用して、２個のコンデンサ素子１間の向かい合った各メタリコン電極２ａと、それぞれ２枚ずつ半田付けにより接続する。
上記のように配線した２個のコンデンサ素子１と引き出し端子板３ａ，３ｂを上端面に開口部のある有底筒状のケース６に収容する。前記コンデンサ素子１の外周面と前記ケースとの間にはスペーサ５が設けられる。封口体により前記ケース６の開口部を封止し、前記封口体には、外表面と内表面とを貫通する一対の外部端子８を設け、前記外部端子８が前記封口体から抜けないように留め具等を設け、前記ケース内を充填樹脂で充填して、本実施形態のフィルムコンデンサとする。

（実施例）
外径１０７ｍｍ、高さ７８ｍｍのコンデンサ素子を２個、この２個のコンデンサ素子間の向かい合った各メタリコン電極にそれぞれ２枚ずつ接続する引き出し端子板としては、幅２０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのものを用い、上述の方法で内径１１４ｍｍの有底筒状のケースに収容し（引き出し端子板の幅方向の外周側両端部とケースの内周面との距離：２ｍｍ）、ケース内をウレタン樹脂で充填し、フィルムコンデンサを製作した。
製作したコンデンサ１０個をＸ線ＣＴにより観察し、ボイドの有無を確認した。
結果を表１に示す。

（比較例）
２個のコンデンサ素子間の向かい合った各メタリコン電極に幅３３ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの引き出し端子板をそれぞれ１枚ずる接続した（引き出し端子板の幅方向の外周側両端部とケースの内周面との距離：０．５ｍｍ）以外は、実施例と同様にして、フィルムコンデンサを製作した。
製作したコンデンサ１０個をＸ線ＣＴにより観察し、ボイドの有無を確認した。
結果を表１に示す。

上記の実施例において、樹脂をケース内にボイドなく充填できることが確認された。

１…コンデンサ素子、２ａ，２ｂ…メタリコン電極、３，３ａ，３ｂ…引き出し端子板、４…絶縁シート、５…スペーサ、６…ケース、７…キャップ、８…外部端子

Claims (4)

1. 誘電体にフィルムを使用し巻回してその両端面にメタリコン電極を設けた２個のコンデンサ素子と、２個の前記コンデンサ素子を巻き軸方向に重ねて収容する上端面に開口部のある有底筒状のケースと、前記メタリコン電極にそれぞれ接続する引き出し端子板とを有するフィルムコンデンサであって、
   重ねられた２個の前記コンデンサ素子が互いに対向する面側の各メタリコン電極が、それぞれ複数の前記引き出し端子板と接続するフィルムコンデンサ。
2. 重ねられた２個の前記コンデンサ素子が互いに対向する側の各メタリコン電極に接続される前記複数の引き出し端子板が、一端側で全て一体に形成されている請求項１に記載のフィルムコンデンサ。
3. 重ねられた２個の前記コンデンサ素子の外周面と前記ケースとの間にスペーサが設けられている請求項１又は２に記載のフィルムコンデンサ。
4. 重ねられた２個の前記コンデンサ素子が互いに対向する側の各メタリコン電極に接続され、前記コンデンサ素子の外周部で折り曲げられて前記ケース開口部側に引き出される前記複数の引き出し端子板が前記コンデンサ素子の外周面に沿って配置されている部分において、前記引き出し端子板の幅方向の外周側両端部と前記ケースの内周面との距離が２．０ｍｍ以上である請求項１〜３のいずれかに記載のフィルムコンデンサ。

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