JP3608530B2 - フィルムコンデンサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器用のフィルムコンデンサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、誘電体にポリプロピレンフィルムを使用したコンデンサは、片面に金属を蒸着したフィルムを用いることが一般的であった。図3に、片面金属化ポリプロピレンフィルムを2枚重ねて1対としたものを巻回し、メタリコン電極を形成したコンデンサの構造を示す。25は金属化ポリプロピレンフィルムでポリプロピレンフィルム20の片面に蒸着金属電極21が形成されている。また、22が非蒸着部、23が亜鉛溶射によって形成したメタリコン電極、24がリード線を示している。また、28は片面金属化ポリプロピレンフィルムでポリプロピレンフィルム26の片面に蒸着金属電極27が形成されている。
【0003】
片面金属化ポリプロピレンフィルム25,28を2枚重ねて1対として巻回する際には、耐圧が不均一にならないように通常同じ厚みの2枚の片面金属化ポリプロピレンフィルムを使用する。
【0004】
上記のように片面金属化ポリプロピレンフィルムを使用する場合、定格電圧の少なくとも2倍以上の耐圧を有する厚みのフィルムを選んで使用している。例えば、交流使用で定格440Vの場合は7μmのポリプロピレンフィルムを用いていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、片面金属化ポリプロピレンフィルム25,28に代えて、ポリプロピレンフィルム20の両面に金属を蒸着した両面金属化ポリプロピレンフィルムを使用すれば蒸着工数を半分に削減できる利点があるが、巻き取った時に蒸着金属同士が接着し次に巻き戻す際に蒸着金属が剥がれるというブロッキング現象が起こり易く、ポリプロピレンフィルムへの両面蒸着は技術的にこれまで難易度が高かった。
【0006】
さらに両面金属化ポリプロピレンフィルムと非金属化ポリプロピレンフィルムの2枚を1対として巻回してコンデンサを製造した場合、片面金属化ポリプロピレンフィルムと同じ厚みのフィルムを用いているにもかかわらず耐圧が低くなることがわかった。
【0007】
このような違いが生じるのは、コンデンサの電極構成が異なるからである。コンデンサに用いられているポリプロピレンフィルムには多数の凹凸がある。そのようなフィルムに両面蒸着した場合には、フィルムの厚み自体が絶縁耐圧に直接的に反映される。よって、フィルム中薄い部分では両面金属化ポリプロピレンフィルムの耐圧は低くなる。そのため両面金属化ポリプロピレンフィルムを使用する場合には、ポリプロピレンフィルムの凹凸も考慮したフィルム厚を選定しなければならない。
【0008】
一方、片面金属化ポリプロピレンフィルムを重ねた構成の場合には、必ず一つのエアーギャップを介する電極構成となるため厚みが薄くなっている部分の影響は両面金属化ポリプロピレンフィルムよりは受けにくい。
【0009】
また、両面金属化ポリプロピレンフィルムと非金属化ポリプロピレンフィルムを重ねることによって構成したコンデンサにおける非金属化ポリプロピレンフィルムの両面には必ずエアーギャップが存在している。そのため、非金属化ポリプロピレンフィルムは、片面金属化ポリプロピレンフィルムのみを使用する場合よりも薄くしても片面金属化ポリプロピレンフィルムと同等の耐圧を確保できる可能性がある。よって、非金属化ポリプロピレンフィルムに対しても片面金属化ポリプロピレンフィルムのみを用いるコンデンサとは異なったフィルム厚の選定を行わなければならない。
【0010】
本発明は、上記の課題を解決するもので、高耐圧を有する両面金属化ポリプロピレンフィルムを用いたフィルムコンデンサを提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明のフィルムコンデンサは、ポリプロピレンフィルムの両面に金属蒸着電極を形成した両面金属化ポリプロピレンフィルムとポリプロピレンフィルムに金属蒸着電極を形成していない非金属化ポリプロピレンフィルムの2枚を重ねて1対としたものを巻回して得た巻回物と、前記巻回物の2つの側面に形成されたメタリコン電極とからなり、前記両面金属化ポリプロピレンフィルムの厚みが、前記非金属化ポリプロピレンフィルムよりも厚くなっていることを特徴としている。
【0012】
また、本発明のフィルムコンデンサは、ポリプロピレンフィルムの両面に金属蒸着電極を形成した両面金属化ポリプロピレンフィルムとポリプロピレンフィルムに金属蒸着電極を形成していない非金属化ポリプロピレンフィルムを交互に複数層積層して得た積層体と、前記積層体の2つの側面に形成されたメタリコン電極とからなり、前記両面金属化ポリプロピレンフィルムの厚みは前記非金属化ポリプロピレンフィルムよりも厚くなっていることを特徴としている。
【0013】
また、本発明のフィルムコンデンサは、ポリプロピレンフィルム表面の最大粗さが1〜2μmで、平均粗さが0.1μm以上であり、なおかつ両面金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムの厚みが、非金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムよりも0.5〜2μmだけ厚くなっていることを特徴としている。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明によれば、ポリプロピレンフィルムの両面に金属蒸着電極を形成した両面金属化ポリプロピレンフィルムとポリプロピレンフィルムに金属蒸着電極を形成していない非金属化ポリプロピレンフィルムの2枚を重ねて1対としたものを巻回して得た巻回物と、前記巻回物の2つの側面に形成されたメタリコン電極とからなり、前記両面金属化ポリプロピレンフィルムの厚みが、前記非金属化ポリプロピレンフィルムよりも厚くなっていることから、耐圧の高い両面金属化ポリプロピレンフィルムが得られる。
【0015】
本発明の請求項2に記載の発明によれば、ポリプロピレンフィルムの両面に金属蒸着電極を形成した両面金属化ポリプロピレンフィルムとポリプロピレンフィルムに金属蒸着電極を形成していない非金属化ポリプロピレンフィルムを交互に複数層積層して得た積層体と、前記積層体の2つの側面に形成されたメタリコン電極とからなり、前記両面金属化ポリプロピレンフィルムの厚みは前記非金属化ポリプロピレンフィルムよりも厚くなっていることから、耐圧の高い両面金属化ポリプロピレンフィルムが得られる。
【0016】
本発明の請求項3に記載の発明によれば、ポリプロピレンフィルム表面の最大粗さが1〜2μmで、平均粗さが0.1μm以上であり、なおかつ両面金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムの厚みが、非金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムよりも0.5〜2μmだけ厚くなっていることから 、耐圧の高い両面金属化ポリプロピレンフィルムが得られる。
【0017】
(実施の形態1)
以下に本実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0018】
図1は本実施の形態1で説明するフィルムコンデンサ素子の斜視図である。
【0019】
まず、目的とするフィルムコンデンサの構成を図1を用いて詳細に説明する。
【0020】
図1において、1はポリプロピレンフィルム6の両面にアルミニウムと亜鉛の合金7を蒸着した両面金属化ポリプロピレンフィルムであり、2は金属を蒸着していない非金属化ポリプロピレンフィルムである。図のように両面金属化ポリプロピレンフィルム1と非金属化ポリプロピレンフィルム2の2枚を重ねて1対として巻回し、その巻回物の端面に亜鉛を溶射することによってメタリコン電極3を形成してある。4は電極リードである。
【0021】
本実施の形態1のコンデンサは、誘電体フィルムであるポリプロピレンフィルム6が絶縁破壊する時にリード4がメタリコン電極3と切り離される機構が設けてある。
【0022】
ポリプロピレンフィルム6の厚みは7μmのものを使用し、非金属化ポリプロピレンフィルム2は、6.5μmのものを使用した。ここでいうフィルムの厚みは、マイクロメータで測定した値である。使用したフィルムの最大表面粗さRmaxは1.5μmであり、平均表面粗さが0.1μmのものを使用した。
【0023】
(表1)に、本実施の形態1のコンデンサの耐圧を示す。ここでいう耐圧とは、交流電圧を50Vずつステップアップし、各電圧で5分保持する試験をした際の耐圧(誘電体の破壊電圧)である。
【0024】
【表1】
【0025】
また、本実施の形態1では、ポリプロピレンフィルム6の全面に均一厚みの亜鉛とアルミニウムの合金7を蒸着したが、この蒸着膜厚によって何ら限定されるものではない。例えば、メタリコン電極3に接する付近の蒸着金属の膜厚を厚くしたヘビーエッジ蒸着を用いると、メタリコン電極3との接触抵抗が向上するので好適である。
【0026】
また、本実施の形態1では、蒸着金属として、アルミニウムと亜鉛の合金を用いたが、他の蒸着した亜鉛を含む金属であっても良いことは言うまでもない。例えば、銅、クロム、マグネシウム、マンガンなどを含む亜鉛でも良い。
【0027】
(実施の形態2)
以下に本実施の形態2のフィルムコンデンサについて説明する。本実施の形態2では、実施の形態1において、非金属化フィルムの厚みを5μmにしたこと以外は実施の形態1と同様のコンデンサを作製した。
【0028】
(表1)に、本実施の形態2のコンデンサの電圧ステップアップ試験をした際の耐圧を示す。
【0029】
(実施の形態3)
以下に本実施の形態3のフィルムコンデンサについて説明する。本実施の形態3では、実施の形態1において、両面金属化ポリプロピレンフィルム1を構成するポリプロピレンフィルム6の厚みを7.5μmにしたこと以外は実施の形態1と同様のコンデンサを作製した。
【0030】
(表1)に、本実施の形態3のコンデンサの電圧ステップアップ試験をした際の耐圧を示す。
【0031】
(比較例1)
比較例1では、実施の形態1において両面金属化ポリプロピレンフィルム1および非金属化ポリプロピレンフィルム2に7μmのポリプロピレンフィルムを用いたこと以外は実施の形態1と同様のコンデンサを作製した。
【0032】
(表1)に、比較例1のコンデンサの電圧ステップアップ試験をした際の耐圧を示す。
【0033】
(比較例2)
比較例2では、7μmの片面金属化ポリプロピレンフィルムを2枚重ねて一対としたものを巻回し、その巻回物にメタリコン電極を形成してコンデンサを作製した。
【0034】
(表1)に比較例2のコンデンサの電圧ステップアップ試験をした際の耐圧を示す。
【0035】
(実施の形態4)
以下に本実施の形態4のフィルムコンデンサについて説明する。
【0036】
以下に本実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0037】
図2は本実施の形態4で説明するフィルムコンデンサ素子を真横から見た図である。まず、目的とするフィルムコンデンサの構成を図2を用いて詳細に説明する。
【0038】
図2において、1はポリプロピレンフィルム6の両面にアルミニウムと亜鉛の合金7を蒸着した両面金属化ポリプロピレンフィルムであり、2は金属を蒸着していない非金属化ポリプロピレンフィルムである。図のように両面金属化ポリプロピレンフィルム1と非金属化ポリプロピレンフィルム2を交互に複数層積層した積層体を形成し、その積層体の端面に亜鉛を溶射することによってメタリコン電極3を形成してある。4は電極リードである。
【0039】
両面金属化ポリプロピレンフィルム1の厚みは7μmのものを使用し、非金属化ポリプロピレンフィルム2は、6.5μmのものを使用した。ここでいうフィルムの厚みは、マイクロメータで測定した値である。使用したフィルムの最大表面粗さRmaxは2μmであり、平均表面粗さが0.2μmのものを使用した。
【0040】
(表2)に、本実施の形態4のコンデンサの電圧ステップアップ試験をした際の耐圧を示す。ここでいう耐圧とは、静電容量の減少が20%になる電圧を示した。
【0041】
【表2】
【0042】
(実施の形態5)
以下に本実施の形態5のフィルムコンデンサについて説明する。本実施の形態5では、実施の形態4において、両面金属化ポリプロピレンフィルム1の厚みを8μmにし、非金属化ポリプロピレンフィルム2を6μmにしたこと以外は実施の形態1と同様のコンデンサを作製した。
【0043】
(表2)に、本実施の形態5のコンデンサの電圧ステップアップ試験をした際の耐圧を示す。ここでいう耐圧とは、静電容量の減少が20%になる電圧を示した。
【0044】
(比較例3)
比較例3では、実施の形態4において両面金属化ポリプロピレンフィルムおよび非金属化ポリプロピレンフィルムに7μmのフィルムを用いたこと以外は、実施の形態4と同様な方法で積層フィルムコンデンサを作製した。
【0045】
(表2)に、比較例2のコンデンサの電圧ステップアップ試験をした際の耐圧を示す。ここでいう耐圧とは、静電容量の減少が20%になる電圧を示した。
【0046】
(比較例4)
比較例4では、7μmの片面金属化ポリプロピレンフィルムのみを用いて積層フィルムコンデンサを作製した。
【0047】
(表2)に、比較例2のコンデンサの電圧ステップアップ試験をした際の耐圧を示す。ここでいう耐圧とは、静電容量の減少が20%になる電圧を示した。
【0048】
(性能検討)
実施の形態1のコンデンサは、比較例1のコンデンサと比べて、非金属化フィルムの厚みを0.5μm薄くしたにもかかわらず、耐圧は1050Vと変わらなかった。この耐圧は、両面金属化フィルムの耐圧である。非金属化フィルムは、両面にエアーギャップを有するため6.5μmにしても1050V以上の耐圧を有する。よって、非金属化フィルムの厚みを6.5μmにしても比較例1と耐圧は変わらなかった。このことから、非金属化フィルムは両面金属化フィルムより0.5μm薄くしても耐圧には影響がないことがわかった。
【0049】
実施の形態2のコンデンサは、比較例1のコンデンサと比べて非金属化フィルムの厚みを2μm薄くしたにもかかわらず、耐圧は比較例1と同じ1050Vであった。両面にエアーギャップを有する非金属化フィルムは、両面金属化フィルムよりも2μm薄くしてもこのような高い耐圧が得られ、定格電圧400V級で使用可能である。
【0050】
一方、非金属化フィルムをさらに薄くして、4.5μmにすると耐圧は800Vまで低下した。このことから、表面最大粗さ1〜2μm、平均粗さ0.1μm以上の両面金属化フィルムと非金属化フィルムの膜厚差は2μm以内が好ましいことがわかった。
【0051】
実施の形態3のコンデンサは、両面金属化フィルムの厚みを比較例1よりも0.5μm厚くしている。このようにすると耐圧が1250Vに向上した。ポリプロピレンフィルムには、最大粗さ1.5μm、平均粗さ0.1μmの凹凸がある。そのため、厚みが最大で3μm薄くなっているところがある可能性がある。よって、実施の形態3のコンデンサのように両面金属化フィルムの厚みを0.5μm厚くすることによって耐圧をさらに高くすることができる。
【0052】
また、実施の形態3は、両面金属化フィルムの厚みを0.5μm厚くすることによって、7μmの片面金属化フィルムを用いた比較例2と同じ耐圧を示した。これは、両面金属化フィルムの厚みを厚くした効果によるものである。
【0053】
本発明者は、ポリプロピレンフィルムの最大粗さRmaxが1〜2μm、平均粗さが0.1μmのものを用いた場合、両面金属化フィルムを非金属化フィルムよりも0.5〜2μm厚くすると耐圧を高めるのに効果的であることを数多くの実験から見出している。
【0054】
実施の形態4のコンデンサは、比較例3のコンデンサと比べて非金属化フィルムの厚みを0.5μm薄くしたにもかかわらず、耐圧は950Vと変わらなかった。非金属化フィルムは、両面にエアーギャップを有するため6.5μmにしても950V以上の耐圧を有する。よって、非金属化フィルムの厚みを6.5μmにしても比較例3と耐圧は変わらなかった。このことから、非金属化フィルムは両面金属化フィルムより0.5μm薄くすることが可能であると言える。
【0055】
実施の形態5のコンデンサは、比較例3のコンデンサと比べて両面金属化フィルムを1μm厚く、非金属化フィルムを1μm薄くした。このようにすることによって、耐圧が1050Vまで向上した。粗面形状を有する両面金属化フィルムの厚みを厚くすることによって実施の形態5のように耐圧を向上させることができる。
【0056】
また、実施の形態5は、片面金属化フィルムを用いた比較例4と比べて、両面金属化フィルムの厚みを1μm厚くすることによって、比較例4よりも耐圧が50V高くなった。
【0057】
【発明の効果】
本発明の請求項1に記載の発明によれば、ポリプロピレンフィルムの両面に金属蒸着電極を形成した両面金属化ポリプロピレンフィルムとポリプロピレンフィルムに金属蒸着電極を形成していない非金属化ポリプロピレンフィルムの2枚を重ねて1対としたものを巻回して得た巻回物と、前記巻回物の2つの側面に形成されたメタリコン電極とからなり、前記両面金属化ポリプロピレンフィルムの厚みが、前記非金属化ポリプロピレンフィルムよりも厚くなっていることから、耐圧の高い巻回式のフィルムコンデンサが得られる。また、非金属化フィルムを薄くすることによって、耐圧を下げずにコンデンサを小型化する効果も有する。
【0058】
本発明の請求項2に記載の発明によれば、ポリプロピレンフィルムの両面に金属蒸着電極を形成した両面金属化ポリプロピレンフィルムとポリプロピレンフィルムに金属蒸着電極を形成していない非金属化ポリプロピレンフィルムを交互に複数層積層して得た積層体と、前記積層体の2つの側面に形成されたメタリコン電極とからなり、前記両面金属化ポリプロピレンフィルムの厚みは前記非金属化ポリプロピレンフィルムよりも厚くなっていることから、耐圧の高い積層式のフィルムコンデンサが得られる。また、非金属化フィルムを薄くすることによって、耐圧を下げずにコンデンサを小型化する効果も有する。
【0059】
本発明の請求項3に記載の発明によれば、ポリプロピレンフィルム表面の最大粗さが1〜2μmで、平均粗さが0.1μm以上であり、なおかつ両面金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムの厚みが、非金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムよりも0.5〜2μmだけ厚くなっていることから 、耐圧の高いコンデンサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の巻回式フィルムコンデンサ素子の斜視図
【図2】同実施の形態4の積層式フィルムコンデンサ素子の真横から見た図
【図3】片面金属化フィルムを用いたフィルムコンデンサの斜視図
【符号の説明】
1 両面金属化ポリプロピレンフィルム
2 非金属化ポリプロピレンフィルム
3 メタリコン電極
4 電極リード
5 絶縁シート
20 金属化フィルム
21 蒸着電極
22 非蒸着部
23 メタリコン電極
24 リード線
Claims (3)
- ポリプロピレンフィルムの両面に金属蒸着電極を形成した両面金属化ポリプロピレンフィルムとポリプロピレンフィルムに金属蒸着電極を形成していない非金属化ポリプロピレンフィルムの2枚を重ねて1対としたものを巻回して得た巻回物と、前記巻回物の2つの側面に形成されたメタリコン電極とからなり、前記両面金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムの厚みが、前記非金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムよりも厚くなっていることを特徴とするフィルムコンデンサ。
- ポリプロピレンフィルムの両面に金属蒸着電極を形成した両面金属化ポリプロピレンフィルムとポリプロピレンフィルムに金属蒸着電極を形成していない非金属化ポリプロピレンフィルムを交互に複数層積層して得た積層体と、前記積層体の2つの側面に形成されたメタリコン電極とからなり、前記両面金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムの厚みが、前記非金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムよりも厚くなっていることを特徴とするフィルムコンデンサ。
- ポリプロピレンフィルム表面の最大粗さが1〜2μmで、平均粗さが0.1μm以上であり、なおかつ両面金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムの厚みが、非金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムよりも0.5〜2μmだけ厚くなっていることを特徴とする請求項1または2に記載のフィルムコンデンサ。
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