JP2018107215A - 誘電体フィルムとフィルムコンデンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】誘電性に優れ、伸び性が良好で巻回し時に破断することのない誘電体フィルムと、この誘電体フィルムが巻き回されてなるフィルムコンデンサを提供する。
【解決手段】フィルムコンデンサ用の誘電体フィルム３であって、ポリマー樹脂と複合酸化物粒子からなる中央部１と、ポリマー樹脂のみからなり、中央部１の左右にある両端部２と、から構成されている。
【選択図】図１
【解決手段】フィルムコンデンサ用の誘電体フィルム３であって、ポリマー樹脂と複合酸化物粒子からなる中央部１と、ポリマー樹脂のみからなり、中央部１の左右にある両端部２と、から構成されている。
【選択図】図１
Description
本発明は、誘電体フィルムと、この誘電体フィルムが巻き回されてなる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フィルムコンデンサが適用されている。従来のフィルムコンデンサは、誘電体フィルムを巻き回してなる巻回し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。
フィルムコンデンサの小型化は従来からの要請であるが、フィルムコンデンサを小型化するには高誘電性の誘電体フィルムの適用が必須と言える。そして、基板への実装を視野に入れたフィルムコンデンサの大幅な小型化にとって、誘電体フィルムの単体使用には限界があり、高誘電性の樹脂ポリマーとたとえば高誘電性のフィラーとのコンポジット材料からなる誘電体フィルムの適用が考えられる。
ここで、特許文献１には、フッ化ビニリデン系ポリマーとチタン酸マグネシウム等の複合酸化物粒子とからなり、フッ化ビニリデン系ポリマー１００質量部に対して複合酸化物粒子１０〜５００質量部を含む高誘電性フィルムが開示されている。
特許文献１に記載の高誘電性フィルムによれば、高誘電性でかつ薄膜化が可能となり、巻付き性にも優れ、誘電損失の小さな高誘電性フィルムを提供できるとしている。
しかしながら、高誘電性の樹脂ポリマーと高誘電性のフィラーとのコンポジット材料からなる誘電体フィルムを適用した場合、伸び性に寄与する樹脂ポリマーの比率が低下し、このことに起因して誘電体フィルムの伸び性が不良となって脆くなり、誘電体フィルムの巻回し時の破断の恐れが生じ得る。
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、誘電性に優れ、伸び性が良好で巻回し時に破断することのない誘電体フィルムと、この誘電体フィルムが巻き回されてなる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、本発明による誘電体フィルムは、フィルムコンデンサ用の誘電体フィルムであって、ポリマー樹脂と複合酸化物粒子からなる中央部と、ポリマー樹脂のみからなり、前記中央部の左右にある両端部と、から構成されているものである。
本発明の誘電体フィルムは、中央部と左右の両端部とから構成され、中央部はポリマー樹脂と複合酸化物粒子のコンポジット材料から形成され、両端部はポリマー樹脂のみから形成されていることにより、中央部によって高誘電性を保証しながら誘電体フィルムの小型化を図ることができ、両端部によって伸び性を保証しながら巻回し時の破断を解消可能としたものである。
この破断の解消に関しては、コンポジット材料のみからなる誘電体フィルムを巻き回した際に、破断の起点は誘電体フィルムの端部であることが本発明者等によって特定されている。そこで、誘電体フィルムを中央部と両端部から構成し、両端部をポリマー樹脂のみから形成することで良好な伸び性が付与され、破断起点の発生を解消することができる。
ここで、適用されるポリマー樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やポリカーボネート（ＰＣ）等のポリマー単体のほか、たとえばポリフッ化ビニリデン等のポリマーと共重合可能なテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）等のモノマーとの共重合樹脂が挙げられる。
一方、適用される複合酸化物粒子としては、たとえば周期表の第二周期〜第五周期までの２族金属元素と、チタンと、酸素の化合物からなる素材が挙げられ、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム等がその一例である。また、「複合酸化物粒子」とは、文字通りの複合酸化物の粒子の他、数ｍｍ程度の長さに裁断された複合酸化物のフィラーも包含される。
また、本発明はフィルムコンデンサにも及び、このフィルムコンデンサは、前記誘電体フィルムと、該誘電体フィルムの表面に形成されている金属蒸着膜と、からなる二つの金属化フィルムが重ね合わされ、巻き回されて形成されてなる金属化フィルム柱体と、前記金属化フィルム柱体の二つの電極取り出し面に形成されている金属溶射部と、それぞれの前記金属溶射部に接合されている外部引き出し端子と、から構成されているものである。
本発明のフィルムコンデンサによれば、金属化フィルム柱体を構成する誘電体フィルムが、その巻回しの際に破断しない、もしくは破断し難いことから、製品歩留まりの低下を抑制しながら、可及的に小型なフィルムコンデンサを形成することができる。
以上の説明から理解できるように、本発明の誘電体フィルムによれば、ポリマー樹脂と複合酸化物粒子のコンポジット材料から形成された中央部によって高誘電性を保証しながら、ポリマー樹脂のみから形成された両端部によって伸び性を保証することができ、巻回し時の破断起点の発生を解消することができる。したがって、この誘電体フィルムを巻き回して形成された本発明のフィルムコンデンサは、誘電性に優れ、可及的に小型化されたフィルムコンデンサとなる。
以下、図面を参照して本発明の誘電体フィルムとフィルムコンデンサの実施の形態を説明する。
（誘電体フィルムとフィルムコンデンサの実施の形態）
図１は本発明の誘電体フィルムの実施の形態の斜視図である。図示する誘電体フィルム３は、中央部１とその左右の両端部２とから構成されている。
図１は本発明の誘電体フィルムの実施の形態の斜視図である。図示する誘電体フィルム３は、中央部１とその左右の両端部２とから構成されている。
中央部１は、ポリマー樹脂と複合酸化物粒子のコンポジット材料から形成される。
ここで、適用されるポリマー樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエステル、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）、ポリプロピレン、シリコーン樹脂等のポリマー単体のほか、たとえばポリフッ化ビニリデン等のポリマーと共重合可能なテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）等のモノマーとの共重合樹脂が挙げられる。
一方、適用される複合酸化物粒子としては、周期表の第二周期〜第五周期までの２族金属元素と、チタンと、酸素の化合物からなる素材が挙げられ、より具体的には、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ベリリウムなどのフィラーが挙げられる。
誘電体フィルム３が、ポリマー樹脂と複合酸化物粒子のコンポジット材料から形成される中央部１を有していることで、誘電体フィルム３の高誘電性を保証することができ、このことは、誘電体フィルム３の小型化に繋がり、誘電体フィルム３によって形成されるフィルムコンデンサの小型化に繋がる。
また、誘電体フィルム３が、ポリマー樹脂のみからなり、中央部１の左右にある両端部２を有していることで、誘電体フィルム３の伸び性を保証することができる。そのため、誘電体フィルム３の巻回し時の破断起点の発生を抑止することができる。
なお、中央部１と両端部２のなじみを良好にするべく、双方のポリマー樹脂には同素材の樹脂を適用するのが好ましい。
また、誘電体フィルム３の全体の幅をｔ１、両端部２の幅をｔ２とした際に、１ｍｍ＜ｔ２＜０．２ｔ１の関係を満たすように、中央部１の幅と両端部２の幅を設定することにより、両端部２によるコンデンサ容量の低下を可及的に抑制しながら、誘電体フィルム３の巻回し時の破断起点の発生を効果的に抑止することができる。
次に、図２を参照してフィルムコンデンサの実施の形態を概説する。図示するフィルムコンデンサ１００は、誘電体フィルム３と、誘電体フィルム３の表面に形成されている金属蒸着膜４と、からなる二つの金属化フィルム５が重ね合わされて金属化フィルム積層体６を構成し、この金属化フィルム積層体６が巻き回されて形成された金属化フィルム柱体７を有している。
金属蒸着膜４は、不図示の非蒸着スリットと絶縁マージンｍｇを備えており、二つの金属化フィルム５は、絶縁マージンｍｇを相互に反対側に備えている。
金属化フィルム５を構成する金属蒸着膜４においては、複数の非蒸着スリットが間隔を置いて形成され、非蒸着スリットの端部間には幅の狭い不図示のヒューズ部が形成され、各非蒸着スリットで包囲された複数のセグメントに分割されている。
金属化フィルム５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金属化フィルム積層体６を形成し、この金属化フィルム積層体６を巻き回すことによって金属化フィルム柱体７が形成される。
さらに、金属化フィルム柱体７の両端の二つの電極取り出し面には金属溶射部８（メタリコン電極）が形成され、この金属溶射部８にはんだ層１０を介して外部引き出し端子９（バスバー）が接続されることにより、フィルムコンデンサ１００が形成される。
誘電体フィルム３を構成する両端部２の幅ｔ２を絶縁マージンｍｇの幅ｔ３よりも狭く設定しておくことで、両端部２によるコンデンサ容量の低下を可及的に抑制することができる。
フィルムコンデンサ１００によれば、金属化フィルム柱体７を構成する誘電体フィルム３が、その巻回しの際に破断しない、もしくは破断し難いことから、製品歩留まりの低下を抑制しながら、可及的に小型なフィルムコンデンサ１００を形成することができる。
（誘電体フィルムを曲げた際の破断確率と１００μＦ時のコンデンサ素子の体積を検証した実験とその結果）
本発明者等は、誘電体フィルムを曲げた際の破断確率と、１００μＦ時の誘電体フィルム巻回し体の体積を検証する実験をおこなった。
本発明者等は、誘電体フィルムを曲げた際の破断確率と、１００μＦ時の誘電体フィルム巻回し体の体積を検証する実験をおこなった。
誘電体フィルムの製作方法は、ポリマー樹脂を溶媒に溶かしてスラリー化し、塗工して焼成する、ウェットプロセスにて製作した。ここで、使用材料と製作されたコンデンサ素子（誘電体フィルムの巻き回し体）の体格に関し、ポリマー樹脂はＰＶＤＦで両端部のフィルム比誘電率が１０、複合酸化物粒子はチタン酸バリウム（ＢＯＴ）でコンポジット材料から形成される中央部のフィルム比誘電率が３０である。また、誘電体フィルムの膜厚は３μｍでフィルム幅は５０ｍｍ、マージン幅は４ｍｍ、金属蒸着膜の蒸着パターンはベタであり、コンデンサ素子容量は１００μＦ、コンデンサ素子の体格は１００μＦの容量に必要な体格を特定した。ここで、実施例１〜４のコンデンサ素子は図１で示す中央部と両端部からなる構成であり、比較例１はＰＶＤＦ単体から形成され、比較例２はＰＶＤＦとＢＴＯのコンポジット材料から形成され、比較例３はこのコンポジット材料の表面にＥＶＡ層が形成されたものである。
以下、表１において、実施例１〜４と比較例１〜３の誘電体フィルムの構成、実施例においては両端部の幅、誘電体フィルムの製造可能性と、誘電体フィルムの曲げ時の破断確率および１００μＦ時のコンデンサ素子体格に関する検証結果を示す。なお、曲げ時の破断確率に関し、分子は破断個数、分母は試験個数を示す。
表１より、実施例１〜４はいずれも、誘電体フィルムの曲げ時の破断確率はゼロであり、１００μＦ時の体積は比較例２と同程度の小体格であることが実証されている。
それに対し、比較例２は体格は小さいものの曲げ時の破断確率は１００％であり、比較例１、３は１００μＦ時の体積が比較的大きくなることが実証されている。
本実験結果より、本発明の誘電体フィルムからなるフィルムコンデンサによれば、誘電体フィルム巻回し時に破断することがなく、可及的に小体格のフィルムコンデンサが得られることが分かる。
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。
１…中央部、２…両端部、３…誘電体フィルム、４…金属蒸着膜、５…金属化フィルム、６…金属化フィルム積層体、７…金属化フィルム柱体、８…金属溶射部（メタリコン、メタリコン電極）、９…外部引き出し端子（バスバー）、１０…はんだ層、１００…フィルムコンデンサ、ｍｇ…絶縁マージン
Claims (2)
- フィルムコンデンサ用の誘電体フィルムであって、
ポリマー樹脂と複合酸化物粒子からなる中央部と、
ポリマー樹脂のみからなり、前記中央部の左右にある両端部と、から構成されている誘電体フィルム。 - 請求項１に記載の誘電体フィルムと、該誘電体フィルムの表面に形成されている金属蒸着膜と、からなる二つの金属化フィルムが重ね合わされ、巻き回されて形成されてなる金属化フィルム柱体と、
前記金属化フィルム柱体の二つの電極取り出し面に形成されている金属溶射部と、
それぞれの前記金属溶射部に接合されている外部引き出し端子と、から構成されているフィルムコンデンサ。
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