JP2900751B2

JP2900751B2 - フィルムコンデンサとその製造方法

Info

Publication number: JP2900751B2
Application number: JP11819893A
Authority: JP
Inventors: 三千治神谷; 稔菊地; 庸三吉野; 紀行杉浦
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-05-20
Filing date: 1993-05-20
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2014-06-02
Also published as: JPH06333779A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子・電気機器に広く
使用されるフィルムコンデンサとその製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、エレクトロニクス技術の進歩は著
しく、エレクトロニクス技術を使用した電気機器，通信
機器，制御機器等は多様化，小型化，高信頼化が進んで
いる。従って、これら機器の小型化，高信頼化推進に当
たっては、回路を構成する受動部品へも同様の要求がな
されており、フィルムコンデンサもまた、そのために盛
んに小型化，高信頼化の取り組みが行われている。

【０００３】フィルムコンデンサを小型化するには、誘
電体フィルムを薄膜化したり、また蒸着などによって金
属化されたフィルムを用いれば、自己回復性を有し飛躍
的に単位厚み当たりの耐電圧が向上し小型化，高信頼化
を図ることができる。しかし、コロナ開始電圧以上の高
電圧をフィルムコンデンサに印加する場合、前述した方
策だけでは、小型化，高信頼化を図ることが困難であ
る。

【０００４】一般的な金属化フィルムコンデンサは、図
２に示すように、誘電体フィルム１の少なくとも片面に
アルミニウム，亜鉛等の金属による電極膜２を設け、か
つそのフィルム幅方向の少なくとも片側端部に長さ方向
に絶縁部３を設けて金属化フィルムとし、絶縁部３を設
けた端部を交互に反対側に配置して積層し、この端部で
形成した両端面に金属溶射による外部電極４を形成して
フィルムコンデンサ素子を得る。

【０００５】この場合、金属化フィルムに設ける絶縁部
３の部分は、コンデンサの静電容量に寄与しない部分よ
りなる（以下コンデンサの静電容量に寄与しない金属化
フィルムの部分をマージン部という）。このマージン部
のフィルム幅方向の距離は、その距離に依存して変化す
る誘電体フィルム１の沿面放電電圧に支配され、おのず
と必要最低距離が決定されている。

【０００６】そしてまた、電極膜２のエッジ部分は、電
界集中による絶縁破壊が、金属化フィルムの積層方向に
発生しやすいことが知られている。

【０００７】一般に、前述した沿面放電やエッジ部分の
電界集中による絶縁破壊は、誘電体フィルムの表面状
態，湿分，汚れ，破損等の他に、電極形状と周囲媒体に
影響される。特に、周囲媒体に大きく依存されることは
公知の事実である。実際のコンデンサの場合、周囲媒体
は空気であるので、電極と誘電体との間の空気層の介在
が大きく影響すると共にその主たる起因は空気の電離破
壊となる。この空気の電離破壊を起因として放電路が形
成され、容易に大電流が流れることでフィルムコンデン
サを破壊へと導く。そこで、この空気層を排除する方法
として、含浸が広く用いられている。

【０００８】含浸材料としては電気絶縁性オイルやエポ
キシ樹脂を挙げることができるが、エポキシ樹脂は、誘
電体フィルムや電極材料との濡れ性があまり良くないこ
とに加え、硬化後、固体になるため熱的応力や機械的応
力により容易に誘電体フィルムや電極材料と剥離し放電
路が形成されたり、またその放電エネルギーによって誘
電体フィルムなどから発生する還元性ガス（炭化水素ガ
スなど）を効率的に周囲に拡散することができないた
め、誘電体フィルムの炭化、すなわち短絡を生じ易くさ
せ、場合によってはフィルムコンデンサの焼失へと至ら
せる。そのため、小型で、安全性，信頼性の高い，高電
圧領域でのフィルムコンデンサの含浸材料としては、電
気絶縁性オイルを用いることが一般的である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】含浸材料としての電気
絶縁性オイルとしては、一般的にはシリコーン系オイ
ル，フッ素系オイル，鉱油系オイルなどを挙げることが
できる。含浸を簡単に素早く、効果的に行うためには、
電気絶縁性オイルの粘度を低粘度にするほど有効である
が、低粘度過ぎると逆に電気絶縁性オイル自体の発火発
煙問題や、高温度雰囲気下での電気絶縁性オイル自体の
安定性の問題、高温度雰囲気下での含浸後コンデンサ素
子からの電気絶縁性オイルの抜け出しによる外観不良，
耐電圧特性の低下など顕著な問題点が発生する。これら
のことから含浸材料としての電気絶縁性オイルの粘度
は、一般的には１×１０^-2Ｐａ・ｓ（１０センチポイ
ズ）から０．５Ｐａ・ｓ（５ポイズ）程度のものが使用
される。

【００１０】しかし、上記の粘度範囲の電気絶縁性オイ
ルを用いても、電気絶縁性オイルは液体であるため、高
温度雰囲気下での含浸後コンデンサ素子からの電気絶縁
性オイルの抜け出しによる外観不良，耐電圧特性の低下
の根本解決は非常に難しいものとなっている。さらに最
近では機器の益々の高信頼化要求により、上述したフィ
ルムコンデンサにも１００℃以上の高温度保証が要求さ
れることが多く、含浸後コンデンサ素子からの電気絶縁
性オイルの抜け出しによる外観不良，耐電圧特性の低下
の根本的解決が切望されている。

【００１１】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、含浸
後コンデンサ素子からの電気絶縁性オイルの抜け出しに
よる外観不良，耐電圧特性の低下を解決し、小型で高信
頼性のフィルムコンデンサとその製造方法を提供しよう
とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そこで我々は鋭意研究の
結果、電気絶縁性オイルの抜け出しによる外観不良，耐
電圧特性の低下は、複数の電極とこれらの電極間に配置
されている少なくとも１層以上の誘電体フィルムとの積
層物あるいは巻回物であるコンデンサ素子の層間もしく
は少なくともその周囲に、ＪＩＳ−Ｋ２２２０による針
入度が３０以上、粘度が２×１０^-1Ｐａ・ｓ（２ポイ
ズ）以上の電気絶縁性のゲル状あるいは半液状材料を有
する構造とすることで解決することが可能であることを
見出した。

【００１３】また、その製造方法としては、コンデンサ
素子を粘度２Ｐａ・ｓ（２０ポイズ）以下の硬化反応前
のシリコーン系ゲルあるいは、硬化反応前のシリコーン
系ゲルまたはシリコーン系樹脂とシリコーンオイルとを
任意比率で混合した材料で含浸する工程と、前記材料で
含浸を行ったコンデンサ素子を硬化反応させる工程を少
なくとも含む構成としたものである。

【００１４】

【作用】本発明の作用を以下に説明する。エポキシ樹脂
が固体で三次元架橋化合物であり、電気絶縁性オイルが
液体で線状化合物であるのに対して、ゲル状物質はそれ
らの中間に位置し、外部からの応力に対し容易に変形す
る。そのため前述したようにエポキシ樹脂が、硬化後、
固体になるため熱的応力や機械的応力により容易に誘電
体フィルムや電極材料と剥離し放電路が形成されたり、
またその放電エネルギーによって誘電体フィルムなどか
ら発生する還元性ガス（炭化水素ガスなど）を効率的に
周囲に拡散することができないため短絡を生じさせるの
に対し、本発明で用いるゲル状または半液状材料は外部
からの応力に対し容易に変形するためエポキシ樹脂にお
ける問題点の発生は非常に少なくなる。

【００１５】またゲル状物質の場合、三次元架橋密度が
固体に比べて分子構造的に疎であるため、電気絶縁性オ
イルなど線状化合物とゲル状物質とを所定の比率で混合
して含浸すれば、電気絶縁性オイルをゲル状物質内に留
めておくことができる。例えていえば、、ゲル状物質は
スポンジで電気絶縁性オイルはスポンジに吸収される水
と考えることができる。その結果、電気絶縁性オイルの
抜け出しによる外観不良，耐電圧特性の低下の問題点を
解決することが可能となる。

【００１６】また、電気絶縁性オイルを含浸したフィル
ムコンデンサ素子の周囲にゲル状物質を被覆させておけ
ば同様の効果を享受することができる。

【００１７】特に、シリコーン系ゲルまたはシリコン系
樹脂とシリコーン系オイルは同系列の化合物であるため
なじみが良く、シリコーン系ゲルまたはシリコン系樹脂
内にシリコーン系オイルを容易に留めておくことが可能
である。またフィルムコンデンサで多用されているポリ
エステル系誘電体フィルムや電極として用いられるアル
ミニウムに対してシリコーン系ゲルやシリコン系樹脂と
シリコーン系オイルは漏れ性が良く本発明の効果を十分
に発揮するものである。

【００１８】

【実施例】以下に本発明の実施例を示す。

【００１９】（実施例１）アルミニウムを蒸着した膜厚
９μｍの金属化ポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥ
Ｔと略す）フィルムを用いて、外部電極としてメタリコ
ンを用いた巻回形構造のフィルムコンデンサ素子を得
た。この素子に含浸材料として粘度１×１０ ^-1Ｐａ・ｓ
（１００センチポイズ）の硬化前シリコーンゲルを真空
含浸させた後、１２０℃雰囲気中で１時間の熱硬化を行
い図１に示す含浸素子５を得た。その後、リード線６を
溶接し任意の形状の樹脂ボックス７に挿入したのちウレ
タン樹脂８で充填しフィルムコンデンサ９を得た。熱硬
化後のシリコーンゲルの針入度（ＪＩＳ−Ｋ２２２０に
よる針入度、１／１０ｍｍ，１／４コーン，総荷重９．
３７ｇ）は４０であった。

【００２０】（実施例２）硬化前シリコーンゲルとシリ
コーンオイルを混合した１×１０^-1Ｐａ・ｓ（１００セ
ンチポイズ）のものを含浸材料として、実施例１と同様
にしてフィルムコンデンサを得た。熱硬化後のシリコー
ンゲルとシリコーンオイルの混合物の針入度は９５であ
った。

【００２１】（実施例３）硬化前シリコーンゲルとシリ
コーンオイルを混合した粘度１×１０^-1Ｐａ・ｓ（１０
０センチポイズ）のものを含浸材料として、実施例１と
同様にしてフィルムコンデンサを得た。熱硬化後のシリ
コーンゲルとシリコーンオイルの混合物の針入度は１８
０であった。

【００２２】（実施例４）硬化前シリコーンゲルとシリ
コーンオイルを混合した粘度１×１０^-1Ｐａ・ｓ（１０
０センチポイズ）のものを含浸材料として、実施例１と
同様にしてフィルムコンデンサを得た。熱硬化後のシリ
コーンゲルとシリコーンオイルの混合物は半液体状態で
粘度は１２Ｐａ・ｓ（１２０ポイズ）であった。

【００２３】（実施例５）硬化前シリコーンゲルとシリ
コーンオイルを混合した粘度１×１０^-1Ｐａ・ｓ（１０
０センチポイズ）のものを含浸材料として、実施例１と
同様にしてフィルムコンデンサを得た。熱硬化後のシリ
コーンゲルとシリコーンオイルの混合物は半液体状態で
粘度は２Ｐａ・ｓ（２０ポイズ）であった。

【００２４】（実施例６）アルミニウムを蒸着した膜厚
９μｍの金属化ＰＥＴフィルムを用いて、外部電極とし
てメタリコンを用いた巻回形構造のフィルムコンデンサ
素子を得た。この素子に含浸材料として粘度１×１０^-1
Ｐａ・ｓ（１００センチポイズ）のシリコーンオイルを
真空含浸させたのちリード線を溶接した。その後、この
素子の周囲に硬化前シリコーンゲルを被覆し１２０℃雰
囲気中で１時間の熱硬化を行った。そして、任意の形状
の樹脂ボックスに挿入したのちウレタン樹脂で充填しフ
ィルムコンデンサを得た。熱硬化後のシリコーンゲルの
針入度は１００であった。

【００２５】（比較例１）アルミニウムを蒸着した膜厚
９μｍの金属化ＰＥＴフィルムを用いて、外部電極とし
てメタリコンを用いた巻回形構造のフィルムコンデンサ
素子を得た。この素子に含浸材料として粘度１×１０^-1
Ｐａ・ｓ（１００センチポイズ）のシリコーンオイルを
真空含浸させた。その後、リード線を溶接し任意の形状
の樹脂ボックスに挿入したのちウレタン樹脂で充填しフ
ィルムコンデンサを得た。

【００２６】（比較例２）アルミニウムを蒸着した膜厚
９μｍの金属化ＰＥＴフィルムを用いて、外部電極とし
てメタリコンを用いた巻回形構造のフィルムコンデンサ
素子を得た。この素子に含浸材料として粘度１×１０^-1
Ｐａ・ｓ（１００センチポイズ）の硬化前エポキシ樹脂
を真空含浸させた後、１２０℃雰囲気中で１時間の熱硬
化を行った。その後、リード線を溶接し任意の形状の樹
脂ボックスに挿入したのちウレタン樹脂で充填しフィル
ムコンデンサを得た。

【００２７】（比較例３）アルミニウムを蒸着した膜厚
９μｍの金属化ＰＥＴフィルムを用いて、外部電極とし
てメタリコンを用いた巻回形構造のフィルムコンデンサ
素子を得た。この素子にリード線を溶接し任意の形状の
樹脂ボックスに挿入したのちウレタン樹脂で充填しフィ
ルムコンデンサを得た。

【００２８】以上のようにして得られたフィルムコンデ
ンサを以下の試験に供した。《交流破壊試験》室温にて、交流電圧を８００ボルトか
ら２０秒ステップで５０ボルトずつ積算する方法でフィ
ルムコンデンサに印加し、その時のコンデンサの通過電
流量をもとにコンデンサの静電容量をモニタする。初期
の静電容量に対し９５％以下に容量が低下または、コン
デンサの機能を果たさなくなった時点の交流電圧を破壊
電圧とする。サンプル数は、各例１２個ずつ行い、その
平均値を破壊電圧とした。

【００２９】その結果を図３に示す。《高温放置後での交流破壊試験》１００℃雰囲気中にて
２時間、各例のサンプルを放置した後、室温にて、交流
電圧を８００ボルトから２０秒ステップで５０ボルトず
つ積算する方法でフィルムコンデンサに印加し、その時
のコンデンサの通過電流量をもとにコンデンサの静電容
量をモニタする。初期の静電容量に対し９５％以下に容
量が低下または、コンデンサの機能を果たさなくなった
時点の交流電圧を破壊電圧とする。サンプル数は、各例
１２個ずつ行い、その平均値を破壊電圧とした。

【００３０】その結果を図４に示す。《高温放置後の外観試験》１００℃雰囲気中にて２時
間、各例のサンプル各１００個を放置した後、オイル漏
れ不良を起こしたサンプル数をオイル漏れ個数とした。

【００３１】その結果を（表１）に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】以上の結果より本発明によれば、耐電圧特
性を低下させることなく、高温度雰囲気下での電気絶縁
性オイルの抜け出しによる外観不良や耐電圧特性低下の
問題を解決することができる。

【００３４】以上、本発明のフィルムコンデンサとその
外装方法の実施例を挙げたが、本実施例においては粘度
１×１０^-1Ｐａ・ｓ（１００センチポイズ）の含浸材料
を用いたが、特にこの粘度に制約されることはない。た
だし現実的には、５×１０^-3Ｐａ・ｓ（５センチポイ
ズ）から２Ｐａ・ｓ（２０００センチポイズ）の粘度の
含浸材料を用いることが望ましい。

【００３５】そして、含浸後硬化反応したシリコーンゲ
ルとシリコーンオイルの混合物の針入度や粘度も特に制
約されるものであないが、長期高温度雰囲気中でのオイ
ル漏れ防止や耐電圧特性確保のバランスを考えた場合、
針入度３０以上、粘度２×10 ^-1Ｐａ・ｓ（２ポイズ）以
上、願わくば針入度４０以上、２Ｐａ・ｓ（２０ポイ
ズ）以上が望ましい。

【００３６】また、本実施例では誘電体フィルムとして
ポリエチレンテレフタレートフィルムを用いたが、一般
にフィルムコンデンサ用として用いられる例えばポリプ
ロピレン，ポロフェニレンサルファイド，ポリエチレン
ナフタレートなどの有機材料ならば、２種類以上の有機
フィルムを組み合わせたり、ラッカリング膜など塗工膜
誘電体を用いた場合を含め、同様の硬化を享受できる。
またフィルムの厚みも特に限るものではない。

【００３７】また電極も蒸着膜でなく金属箔を用いても
よく、電極材料もアルミニウムに限るものでなく、フィ
ルムコンデンサ用として用いられる亜鉛なども用いるこ
とができる。そして蒸着電極形成方法も真空蒸着だけで
なく、スパッタリング，イオンプレーティングなどの工
法で形成することができる。

【００３８】そして、本発明の含浸材料として用いたシ
リコーンゲルやシリコーンオイルを変性したり、また、
シリコン系樹脂や他の系列，構造を有する化合物を用い
たり、混合，合成することでも本発明の硬化を享受しつ
つ、含浸材料の粘度調整をしたり、含浸後、硬化反応し
たゲル硬度や粘度の調整や、コンデンサ素子との濡れ性
をより向上させるなどのことが可能である。

【００３９】さらに、本発明の実施例では、コンデンサ
素子を任意の形状の樹脂ボックスに挿入したのちウレタ
ン樹脂で充填し外装としたが、これに限るものでなく、
フェノール樹脂やエポキシ樹脂など一般的に樹脂によっ
て充填したり、粉体樹脂などにより外装を行っても本発
明の効果を享受することができる。

【００４０】そしてまた、本発明の実施例では、巻回形
構造のフィルムコンデンサ素子を用いたが、その構造に
制約されることはなく積層形構造のフィルムコンデンサ
素子であっても同様の効果を享受できることは明白であ
る。

【００４１】

【発明の効果】以上の結果から明らかなように、本発明
によるフィルムコンデンサとその製造方法により、含浸
工程を従来の含浸工程と同様に、簡単に素早く効果的に
行うことが可能で、しかも、従来からの電気絶縁性オイ
ルの抜け出しによる外観不良，耐電圧特性の低下などの
課題を根本的に解決することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるフィルムコンデンサの一実施例の
構造を示す断面図

【図２】フィルムコンデンサ素子の構造を示す断面図

【図３】実施例１〜６及び比較例１〜３の交流破壊試験
の結果を示す図

【図４】実施例１〜６及び比較例１〜３の高温放置後で
の交流破壊試験の結果を示す図

【符号の説明】

１誘電体フィルム２電極膜３絶縁部（マージン部）４金属溶射による外部電極５含浸素子６リード線７樹脂ボックス８ウレタン樹脂９フィルムコンデンサ

フロントページの続き (72)発明者杉浦紀行大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開平３−252115（ＪＰ，Ａ) 特開平４−324611（ＪＰ，Ａ) 特開平２−134805（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−73348（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01G 4/18 H01G 4/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の電極と、前記電極間に配置されて
いる少なくとも１層以上の有機材料からなる誘電体とが
積層あるいは巻回されたフィルムコンデンサであって、前記電極と前記誘電体との間に、２５℃においてＪＩＳ
−Ｋ２２２０による針入度３０以上、粘度２×１０ ^-1 Ｐ
ａ・ｓ（２ポイズ）以上の電気絶縁性のゲル状あるいは
半液体材料として、シリコーン系オイルと硬化反応後に
前記シリコーン系オイルを吸収するシリコン系樹脂とが
混合された混合液を含浸後、硬化反応させたことを特徴
とするフィルムコンデンサ。
【請求項２】複数の電極と、前記電極間に配置されて
いる少なくとも１層以上の有機材料からなる誘電体とが
積層あるいは巻回されるフィルムコンデンサの製造方法
であって、前記電極と前記誘電体との間に、２５℃においてＪＩＳ
−Ｋ２２２０による針入度３０以上、粘度２×１０ ^-1 Ｐ
ａ・ｓ（２ポイズ）以上の電気絶縁性のゲル状あるいは
半液体材料として、シリコーン系オイルと硬化反応後に
前記シリコーン系オイルを吸収するシリコン系樹脂とが
混合された混合液を含浸後、硬化反応させることを特徴
とするフィルムコンデンサの製造方法。