JP3901916B2 - 金属化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、金属化フィルムコンデンサに関し、特に、直流回路に用いる金属化フィルムコンデンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
金属化フィルムコンデンサは交流回路や直流回路に接続されて用いられている。直流回路用の金属化フィルムコンデンサには、一般的に金属化ポリプロピレンフィルムや金属化ポリエチレンテレフタレートフィルムを各々巻回等して形成したコンデンサ素子を用いている。
そして前者の金属化ポリプロピレンフィルムを用いた金属化フィルムコンデンサは、直流回路に接続した場合、漏れ電流が小さい特徴がある。また、後者の金属化ポリエチレンテレフタレートフィルムを用いた金属化フィルムコンデンサは、静電容量を大きくし易く、前者と同じ静電容量であれば小形にできる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、金属化ポリプロピレンフィルムを用いた金属化フィルムコンデンサは、静電容量を大きくし難く、静電容量を大きくするためには大形のサイズにしなければならず、組み込んだ電気機器の小形化の防げとなり、また、他の機能を付加するためのスペースを確保し難く高機能化の防げとなる等の欠点がある。
また、金属化ポリエチレンテレフタレートフィルムを用いた金属化フィルムコンデンサは、耐圧が低く、高電圧の直流回路に使用し難く、使用した場合には信頼性が低い欠点がある。
【0004】
本発明は、以上の欠点を改良し、静電容量が大きくて小形化し易く、かつ耐圧が高く、電気機器の直流回路に組み込んだ場合にこの電気機器を小形化、高機能化し易く、信頼性を向上できる金属化フィルムコンデンサを提供することを課題とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、上記の課題を解決するために、金属化ポリプロピレンフィルムと金属化ポリエチレンテレフタレートフィルムとを積層し又は積層して巻回したコンデンサ素子を有する金属化フィルムコンデンサにおいて、前記金属化ポリプロピレンフィルムの金属層側を陰極とし、前記金属化ポリエチレンテレフタレートフィルムの金属層側を陽極として直流回路に接続するものである。
【0006】
この請求項1の発明によれば、金属化ポリプロピレンフィルムと金属化ポリエチレンテレフタレートフィルムとを巻回等して金属化フィルムコンデンサを形成しているため、金属化ポリプロピレンフィルムのみを用いた場合に比較して静電容量を大きくできる。そして金属化ポリプロピレンフィルムの金属層側を陰極とし、金属化ポリエチレンテレフタレートフィルムの金属層側を陽極として直流回路に接続すると、有極性のコンデンサのような整流作用を示し、印加電圧が高くても非常に漏れ電流の小さいコンデンサとして機能することを見い出した。
したがって、この発明により、静電容量を大きくでき、小形化を容易にでき、かつ耐圧が高く高電圧の直流回路に使用できる金属化フィルムコンデンサが得られ、これを組み込んだ電気機器の小形化や高機能化が容易になり、信頼性を向上できる。
【0007】
また、請求項2の発明は、上記の発明において、ポリプロピレンフィルムとポリエチレンテレフタレートフィルムの厚さを両者とも4μm以下とするものである。
【0008】
この請求項2の発明によれば、ポリプロピレンフィルムとポリエチレンテレフタレートフィルムの厚さを4μm以下としているため、静電容量を大きくし易く、直流回路用としてより優れた整流作用を有する金属化フィルムコンデンサが得られる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の実施の形態の金属化フィルムコンデンサ1の断面図を示す。
すなわち、2は、ポリプロピレンフィルム3に金属層4を積層した金属化ポリプロピレンフィルムである。
ポリプロピレンフィルム3は、10μm以下の厚さのもので、4μm以下のものが好ましく、特に3.5μm以下のものが好ましく、その表面が通常平担になっているが、絶縁油等を含浸する場合には含浸し易いように表面を粗面化したり凹凸状にしたものを用いてもよい。
また、金属層4は、ポリプロピレンフィルム3に直接積層した銅等の金属からなる薄い下地金属層と、この下地金属層の表面に積層された亜鉛やアルミ等の金属からなる、抵抗値が1〜20Ω/□程度で、厚さが100〜数100Å程度の上側金属層を積層したものである。
なお、金属化ポリプロピレンフィルム2は、長手方向の一端部に数mm程度の幅の非金属部5が設けられている。
【0010】
そして6は、ポリエチレンテレフタレートフィルム7に金属層8を積層した金属化ポリエチレンテレフタレートフィルムである。
ポリエチレンテレフタレートフィルム7は、10μm以下の厚さのもので、4μm以下のものが好ましく、特に3.5μm以下のものが好ましく、ポリプロピレンフィルム3と同様に、その表面が通常平担になっているが、粗面化したり凹凸状にしたものを用いてもよい。また、金属層8は金属層4と同種の金属層からなる。そして金属化ポリエチレンテレフタレートフィルム6も、長手方向の一端部に数mm程度の幅の非金属部9が設けられている。
【0011】
そして金属化ポリプロピレンフィルム2と金属化ポリエチレンテレフタレートフィルム6とを非金属部5及び9を互いに反対側にして数mm程度ずらして積層し、巻回等してコンデンサ素子10とする。
なお、巻回形の場合には巻心部分と外周部分においては、金属化ポリプロピレンフィルム2と金属化ポリエチレンテレフタレートフィルム6は、バーンオフ等により金属層4及び8が除去されている。また、外周には保護用フィルム11が巻回されている。
【0012】
また、コンデンサ素子10の両端面には、亜鉛や鉛,銅,スズ,はんだ等の溶融金属を噴射してメタリコン12a及び12bを積層している。
メタリコン12a及び12bには、フレーム状やリード状の端子13a及び13bをはんだ付けや電気溶接等により接続している。
そして端子13a及び13bの先端を引き出した状態にして、コンデンサ素子10をプラスチック製の角形等のケース14に収納し、エポキシ樹脂等の合成樹脂等の絶縁物質15を充填し封止している。なお、ケース14は、金属製のケースでもよく、絶縁油等を含浸し、蓋により密封する構造にしてもよい。また、ケース14を用いず、モールド法やディップ法等によって、コンデンサ素子10を合成樹脂等の絶縁物質によって被覆する構造にしてもよい。
【0013】
次に、上記の金属化フィルムコンデンサ1の製造方法を説明する。
先ず、ポリプロピレンフィルム3及びポリエチレンテレフタレートフィルム7の表面の非金属部分5及び9とする箇所に石油系のオイルを塗布する。
次に、真空蒸着装置やイオンプレーティング装置、スパッタリング装置等を用いて、ポリプロピレンフィルム3及びポリエチレンテレフタレートフィルム7の表面に銅を薄く蒸着し、さらに、亜鉛やアルミ等の金属をその表面に蒸着して金属層4及び8を形成する。
蒸着後、温度30〜70℃で、24〜48時間加熱処理する。
加熱処理後、自動巻取機等により金属化ポリプロピレンフィルム2と金属化ポリエチレンテレフタレートフィルム6とを積層して所定の長さだけ巻き取り、コンデンサ素子10を形成する。
巻取後、コンデンサ素子10の端面に亜鉛や銅等の溶融金属を吹き付けて、メタリコン12a及び12bを形成する。この際、コンデンサ素子10の側面に溶融金属が付着してショートするのを防止するために側面を紙粘着テープ等でマスキングしておく。
メタリコン12a及び12bを形成後、このメタリコン12a及び12bに端子13a及び13bを半田付けしたり、電気溶接等して接続する。
端子13a及び13bを接続後、コンデンサ素子10をケース14に収納し、エポキシ樹脂等の絶縁物質15をこのケース14内に充填して硬化し封止する。
この後、電圧処理を行ない、予じめポリプロピレンフィルム3やポリエチレンテレフタレートフィルム7の弱点部の表面の金属層4及び8を除去する。
以上の工程によって金属化フィルムコンデンサ1を製造する。
【0014】
そしてこの金属化フィルムコンデンサ1を金属化ポリプロピレンフィルム2の金属層4にメタリコン12aを介して接続した端子13aを陰極とし、金属化ポリエチレンテレフタレートフィルム6の金属層8にメタリコン12bを介して接続した端子13bを陽極として直流回路に接続する。このように接続することによって、金属化フィルムコンデンサ1は、漏れ電流の小さい有極性のコンデンサのように、順方向の電流としては漏れ電流だけが流れ、逆方向の電流は遮断されずに通過させる整流作用を示す。
なお、金属化ポリプロピレンフィルムと金属化ポリエチレンテレフタレートフィルムの厚さを4μm以下、特に3.5μm以下とすることにより、上記の整流作用がより顕著になり、直流回路用により適した金属化フィルムコンデンサが得られる。
【0015】
【実施例】
次に、本発明の実施例について、直流電圧を印加し、1V/秒の速さで昇圧した場合に、順方向に流れる電流を漏れ電流として測定する。
なお、実施例は次の通りの条件とする。
【0016】
実施例1:
静電容量−400μF
金属化ポリプロピレンフィルム−厚さ3.5μm,幅50mmのポリプロピレ ンフィルムに、銅の下地金属層と、亜鉛の上側金属層とを積層したものとす る。金属化ポリエチレンテレフタレートフィルム−厚さ3.0μm,幅50mmの ポリエチレンテレフタレートフィルムに、銅の下地金属層と、亜鉛の上側金 属層とを積層したものとする。
コンデンサ素子−金属化ポリプロピレンフィルムと金属化ポリエチレンテレフ タレートフィルムとを積層し巻回した巻回形の素子とする。
そしてこの実施例1の金属化フィルムコンデンサについて、金属化ポリプロピレンフィルムの金属層側にメタリコンを介して接続された端子を陰極側とし、金属化ポリエチレンテレフタレートフィルムの金属層側にメタリコンを介して接続された端子を陽極側として直流電圧を印加した場合の漏れ電流A1と、極性を逆向きにして金属化ポリプロピレンフィルム側を陰極側として直流電圧を印加した場合の漏れ電流B1とを図2のグラフに示す。
図2のグラフから明らかな通り、金属化ポリプロピレンフィルム側の端子を陰極側とした場合には、印加電圧が450Vのとき、漏れ電流A1は約0.5mAとなる。そして金属化ポリプロピレンフィルム側の端子を逆に陽極側とした場合には、漏れ電流B1は約220Vぐらいから急激に上昇し始める。すなわち、実施例1の金属化フィルムコンデンサは、アルミ電解コンデンサのような有極性のコンデンサとしての特性を示し、非常に漏れ電流A1が小さくなっている。
【0017】
実施例2:
静電容量−380μF
金属化ポリプロピレンフィルム−厚さ3.5μm,幅50mmのポリプロピレ ンフィルムに、銅の下地金属層と、アルミの上側金属層とを積層したものと する。
金属化ポリエチレンテレフタレートフィルム−厚さ3.0μm,幅50mmの ポリエチレンテレフタレートフィルムに、銅の下地金属層と、アルミの上側 金属層とを積層したものとする。
コンデンサ素子−金属化ポリプロピレンフィルムと金属化ポリエチレンテレフ タレートフィルムとを積層し巻回した巻回形とし、実施例1とほぼ同じ大き さの素子とする。
そしてこの実施例2の金属化フィルムコンデンサについても、実施例1と同様に、金属化ポリプロピレンフィルムの金属層側に接続された端子を陰極側とし、金属化ポリエチレンテレフタレートフィルムの金属層側に接続された端子を陽極側として直流電圧を印加した場合の漏れ電流A2と、極性を逆向きにして金属化ポリプロピレンフィルム側の端子を陽極側とし、金属化ポリエチレンテレフタレートフィルム側を陰極側として直流電圧を印加した場合の漏れ電流B2とを図3のグラフに示す。
図3のグラフから明らかな通り、金属化ポリプロピレンフィルム側の端子を陰極側とした場合には、印加電圧が450Vのとき、漏れ電流A2は約0.8mAとなる。また、金属化ポリプロピレンフィルム側の端子を陽極側とした場合には、漏れ電流B2は約250V程度から急激に増加し、約410Vの電圧で5mA(アルミ電解コンデンサを直流回路に使用する場合の漏れ電流の一種の目安値)になる。
したがって、この実施例2の金属化フィルムコンデンサについても、金属化ポリプロピレンフィルム側の端子を陰極側とし、金属化ポリエチレンテレフタレートフィルム側の端子を陽極側として直流回路に接続することにより、漏れ電流A2の小さい有極性のコンデンサとしての特性を示す。
【0018】
また、比較のため従来例として金属化ポリプロピレンフィルムのみを用いた金属化フィルムコンデンサについて、実施例1等と同様に直流電圧を印加した場合の漏れ電流A3を測定し、図4のグラフに示す。
なお、金属化ポリプロピレンフィルムとして実施例1と同一の条件のものを2枚用い、実施例1とほぼ同一形状にしたコンデンサ素子を用いる。静電容量は340μFになる。
図4のグラフから明らかな通り、漏れ電流A3はほぼ一定で0.35mAになる。
【0019】
実施例1及び実施例2は、この従来例と比較して、漏れ電流値は450Vのとき約1.4〜2.3倍になっているが、静電容量を約1.12〜1.18倍にできる。
【0020】
【発明の効果】
以上の通り、請求項1の発明によれば、金属化ポリプロピレンフィルムと金属化ポリエチレンテレフタレートフィルムとを積層し又は積層して巻回したコンデンサ素子を有する金属化フィルムコンデンサにおいて、金属化ポリプロピレンフィルムの金属層側を陰極とし、金属化ポリエチレンテレフタレートフィルムの金属層側を陽極として直流回路に接続することにより、有極性のコンデンサとしての機能を有し、静電容量が大きく、小形化し易く、耐圧が高く、高圧の直流回路に使用でき、組み込んだ電気機器を小形化、高機能化し易く、信頼性を向上できる金属化フィルムコンデンサが得られる。
【0021】
また、請求項2の発明によれば、ポリプロピレンフィルムとポリエチレンテレフタレートフィルムの厚さを4μm以下、特に3.5μm以下とすることにより、静電容量を大きくし易く、より整流作用の優れた直流回路用に適した金属化フィルム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の断面図を示す。
【図2】本発明の実施例の電圧−電流特性のグラフを示す。
【図3】本発明の実施例の電圧−電流特性のグラフを示す。
【図4】従来例の電圧−電流特性のグラフを示す。
【符号の説明】
1…金属化フィルムコンデンサ 、 2…金属化ポリプロピレンフィルム、
3…ポリプロピレンフィルム、 4,8…金属層、
6…金属化ポリエチレンテレフタレートフィルム、
7…ポリエチレンテレフタレートフィルム、 10…コンデンサ素子、
13a,13b…端子。
整理番号 P2551
Claims (2)
- 金属化ポリプロピレンフィルムと金属化ポリエチレンテレフタレートフィルムとを積層し又は積層して巻回したコンデンサ素子を有する金属化フィルムコンデンサにおいて、前記金属化ポリプロピレンフィルムの金属層側を陰極とするとともに、前記金属化ポリエチレンテレフタレートフィルムの金属層側を陽極として直流回路に接続することを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
- ポリプロピレンフィルム及びポリエチレンテレフタレートフィルムの厚さが各々4μm以下である請求項1記載の金属化フィルムコンデンサ。
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