JP4487818B2 - 金属化フィルムコンデンサ - Google Patents

Description

本発明は自動車用インバータ回路等に最適な金属化フィルムコンデンサに関するものである。

近年、金属化フィルムコンデンサは従来の家電分野だけではなく、車両分野を始めとしてあらゆる分野に展開されており、自動車用においては、耐電圧が高く、温度特性、周波数特性に優れているという特徴から積極的に使用されるようになってきたものである。特に、金属化フィルムコンデンサの電極として用いられる金属蒸着フィルムは自己回復作用（以下、セルフヒーリング性という）を有することから好ましいものであり、この点も自動車用として高く評価されているものである。

また、特に自動車用においては小型軽量化が求められ、使用する誘電体フィルムの薄膜化が必須となってきており、これまでに金属化フィルムコンデンサの薄膜化による耐電圧の向上に関しては、いくつかの提案がなされている。例えば、誘電体フィルムの表面粗さ（Ｒａ）をより小さくし、両面または片面に金属蒸着電極を設け、これを巻回することにより金属化フィルムコンデンサを構成するようにしたものであり、このようにして構成された金属化フィルムコンデンサは耐電圧、ならびに長期寿命に優れるというものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開昭５８−６０５２０号公報

しかしながら上記従来の金属化フィルムコンデンサでは、薄膜化による耐電圧の向上を目的として誘電体フィルムの表面粗さをより小さく、すなわち平滑化した場合には、製品の安全性から考えると金属化フィルムコンデンサ自体の破壊に繋がる可能性が高くなり、逆に誘電体フィルムの表面粗さを大きくすると耐電圧の低下が問題となる。

また、誘電体フィルムの平滑化による安全性の確保を図る目的で、金属蒸着電極の抵抗値を上げる際にも、金属蒸着電極の酸化による容量減少が問題になるという課題があった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、耐電圧性と耐湿性が良好で、かつ安全性が高い金属化フィルムコンデンサを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明は、誘電体フィルムの幅方向の一端側に非金属蒸着部が長手方向に連続して残るようにして金属蒸着電極を形成すると共に、幅方向の他端側に上記金属蒸着電極の膜抵抗値より低い抵抗値となる低抵抗部を長手方向に連続して形成した第１の金属化フィルムと、この第１の金属化フィルムと同様に形成され、かつ、金属蒸着電極部において非金属蒸着部が幅方向に等間隔で残るように設けられたスリットにより分割電極が形成され、この分割電極がヒューズにより並列接続された第２の金属化フィルムを一対とし、上記低抵抗部が互いに逆方向になるようにして一対の金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向するように巻回し、両端に夫々電極を形成して構成された金属化フィルムコンデンサにおいて、第２の金属化フィルムを構成する誘電体フィルムの金属蒸着電極側の表面粗さが第１の金属化フィルムを構成する誘電体フィルムの金属蒸着電極側の表面粗さよりも小さくなるようにしたという構成のものである。

以上のように本発明による金属化フィルムコンデンサは、分割電極を設ける方の誘電体フィルムの表面粗さを他方の誘電体フィルムの表面粗さより小さくしたことにより、表面粗さが大きい側により保安性が向上し、表面粗さが小さい側により耐電圧性と寿命性が向上するようになり、このように表面粗さの異なるフィルムが互いに個々に有する長所を発揮し、耐電圧性と長期寿命に優れ、かつ高い安全性を確保することができるという優れた効果が得られるものである。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜３に記載の発明について説明する。

図１は本発明の実施の形態１による金属化フィルムコンデンサの構成を示した要部断面図、図２は同一対の誘電体フィルムを示した要部平面図であり、図１と図２において、２はポリプロピレンからなる誘電体フィルム、３はこの誘電体フィルム２の片面に形成されたアルミニウムからなる金属蒸着電極であり、この金属蒸着電極３は誘電体フィルム２の幅方向の一端側に誘電体フィルム２の露出部分である非金属蒸着部６が長手方向に連続して残るようにして形成されているものである。

４はこの金属蒸着電極３の幅方向の他端側に設けられたアルミニウムと亜鉛の合金からなる低抵抗部であり、この低抵抗部４は上記金属蒸着電極３の膜抵抗値より低い抵抗値になるように形成されたものであり、これにより第１の金属化フィルムが構成されているものである。

１はポリプロピレンからなる誘電体フィルム、７はこの誘電体フィルム１の片面に形成されたアルミニウムからなる金属蒸着電極であり、この金属蒸着電極７は誘電体フィルム１の幅方向の一端側に誘電体フィルム１の露出部分である非金属蒸着部６が長手方向に連続して残るようにして形成されているものである。

４はこの金属蒸着電極７の幅方向の他端側に設けられたアルミニウムと亜鉛の合金からなる低抵抗部であり、この低抵抗部４は上記金属蒸着電極７の膜抵抗値より低い抵抗値になるように形成されたものである。

８は上記金属蒸着電極７を分割するように幅方向に等間隔で設けられたスリットであり、このスリット８は誘電体フィルム１の露出部分である非金属蒸着部が残るようにして形成されており、これにより静電容量を形成する有効電極部が連続して連なった分割電極部が形成され、この分割電極部は上記低抵抗部４に夫々接続されることにより並列に接続された構成となっているものである。５は上記分割電極部を接続したヒューズ部であり、これにより第２の金属化フィルムが構成されているものである。

このように構成された第１の金属化フィルムと第２の金属化フィルムを一対とし、誘電体フィルム１、２の幅方向の一端側に長手方向に連続して設けた低抵抗部４が互いに逆方向になるようにして一対の金属蒸着電極３、７が誘電体フィルム１を介して対向するように巻回し、両端面に夫々配設された低抵抗部４を電極引き出し部として、図示しないメタリコンからなる電極を低抵抗部４上に形成することにより本実施の形態の金属化フィルムコンデンサが構成されているものである。

なお、上記第１の金属化フィルムを構成する誘電体フィルム２の金属蒸着電極３側の表面粗さはＲａで０．０６〜０．０８μｍとし、第２の金属化フィルムを構成する誘電体フィルム１の金属蒸着電極７側の表面粗さはＲａで０．０３〜０．０５μｍとした。

このように誘電体フィルムの表面粗さを異ならせるということは、従来より誘電体フィルムの薄膜化による高耐圧化において、誘電体フィルムの表面を平滑化させることはよく知られており、このように平滑化することによりセルフヒーリング性自体をより少なくし、容量減少を防ぐためである。しかしながら、誘電体フィルムの平滑化によってコンデンサの破壊の危険性が増し、安全性の面で問題が生じるようになる。

そこで、本発明においては、分割電極が設けられた誘電体フィルム１の対となる誘電体フィルム２の金属蒸着電極３側の表面粗さＲａを０．０６〜０．０８μｍとすることによって高い耐電圧を維持し、これによりヒューズ部５の動作性を向上させて安全性を確保することができるようにしたものである。

なお、誘電体フィルム２の表面粗さＲａが０．０６μｍ未満の場合には保安性を満足することができなくなり、同０．０８μｍを超える場合には寿命が低下するために好ましくなく、また、誘電体フィルム１の表面粗さＲａが０．０３μｍ未満の場合には保安性を満足することができなくなり、同０．０５μｍを超える場合には耐圧性が低下するために好ましくないものであり、このような誘電体フィルム１、２の表面粗さによる特性の差を確認した結果を（表１）に示す。

（表１）から明らかなように、第１の金属化フィルムを構成する誘電体フィルム２の金属蒸着電極３側の表面粗さはＲａで０．０６〜０．０８μｍの範囲が適しており、また分割電極が設けられる第２の金属化フィルムを構成する誘電体フィルム１の金属蒸着電極７側の表面粗さはＲａで０．０３〜０．０５μｍの範囲が適していることが分かる。

また、上記金属蒸着電極３、７は５〜２０Ω／ｃｍ²の膜抵抗を有するアルミニウムにより形成し、低抵抗部４は１〜５Ω／ｃｍ²の膜抵抗を有するアルミニウムと亜鉛の合金により形成したものである。

なお、上記金属蒸着電極３、７の膜抵抗が５Ω／ｃｍ²未満の場合にはセルフヒーリング性が悪くなり、また、２０Ω／ｃｍ²を超える場合には抵抗値が高いことから金属蒸着電極が酸化してｔａｎδの増加に繋がるために好ましくない。

また、低抵抗部４の膜抵抗が１Ω／ｃｍ²未満の場合にはセルフヒーリング性が悪くなり、また、５Ω／ｃｍ²を超える場合には両端面に形成する電極とのコンタクトが悪化してｔａｎδの増加に繋がるために好ましくない。

このように構成された本実施の形態による金属化フィルムコンデンサの寿命試験における容量減少率と絶縁抵抗値を測定した結果を、比較例としての従来品と共に（表２）に示す。なお、寿命試験後の容量減少率は、１００℃の恒温槽中でＤＣ６５０Ｖを２０００時間連続印加した後のコンデンサの室温における静電容量を測定して評価した。また、絶縁抵抗値はＤＣ５００Ｖを印加し、１分後の電流値を測定して算出した。

また、従来品１は、本実施の形態における分割電極が設けられる第２の金属化フィルムの誘電体フィルム１の表面粗さと、第１の金属化フィルムの誘電体フィルム２の表面粗さを、同じ表面粗さである０．０３μｍとしたものであり、従来品２は、分割電極が設けられる第２の金属化フィルムの誘電体フィルム１の表面粗さと、第１の金属化フィルムの誘電体フィルム２の表面粗さを、同じ表面粗さである０．０８μｍとしたものである。

（表２）から明らかなように、本実施の形態による金属化フィルムコンデンサは、平滑化した誘電体フィルム１によって耐電圧を保ち、粗面化した誘電体フィルム２によってヒューズ動作が正常に行われるため、容量減少が小さく、かつ、絶縁抵抗値が悪化しない良好な結果が得られることが分かる。

これに対して、従来品１では、誘電体フィルムの表面が平滑なため、誘電体の絶縁破壊時のセルフヒーリングのエネルギーが小さいためにヒューズが溶断せず、破壊箇所が回路から遮断されないために絶縁抵抗値が低い値になり、従来品２では、誘電体フィルムの表面が粗いため、セルフヒーリングのエネルギーが大きく、ヒューズが溶断し易くなっているために容量減少が大きくなるものである。

（参考実施の形態２）
以下、参考実施の形態２について説明する。

本参考実施の形態は、上記実施の形態１で説明した金属化フィルムコンデンサの金属蒸着電極の構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図３（ａ）、（ｂ）は参考実施の形態２による金属化フィルムコンデンサを構成する第１の金属化フィルムと第２の金属化フィルムを示した平面図であり、図３において、９は分割電極、４は幅方向の一端側に形成された低抵抗部、１０は幅方向の他端側に形成された非金属蒸着部、１１は長手方向に形成されたスリット、１２は幅方向に形成されたスリット、１３はヒューズ部、１４はオーバーラップ部を示す。

上記長手方向に形成されたスリット１１は、誘電体フィルムの幅方向の中央から低抵抗部４側に寄った位置、すなわち誘電体フィルムの幅方向の１／２を超える位置に長手方向に連続して形成されたものである。また、この長手方向のスリット１１と上記非金属蒸着部１０とを結ぶように幅方向に等間隔で形成されたスリット１２により分割電極９が形成され、この分割電極９は低抵抗部４側に形成された金属蒸着電極に夫々接続されることにより並列接続されるように構成されたものである。

また、このように構成された金属化フィルムを一対で重ね合わせて巻回する際に、上記長手方向に形成されたスリット１１は互いに重なり合わないように、すなわちオーバーラップ部１４が確保されるように構成されたものである。

このように構成された本参考実施の形態による金属化フィルムコンデンサは、ヒューズ部１３を低抵抗部４に比べて高抵抗部分である分割電極９に配置することにより、セルフヒーリング性に優れ、高耐圧化が可能になるものである。また、低抵抗部４の近傍にヒューズ部１３がなく、ヒューズ部１３が電極引き出し部となる低抵抗部４から離れて配置されることになるため、優れた充放電特性を得ることができるようになるものである。

このように構成された本参考実施の形態による金属化フィルムコンデンサの充放電試験における容量減少率、１ｋＨｚにおけるｔａｎδ特性の推移を測定した結果を比較例としての従来品と共に（表３）に示す。なお、充放電試験後の容量減少率は、コンデンサにＤＣ７５０Ｖを充電し、強制短絡させ、これを１００回繰り返した後の室温における静電容量、１ｋＨｚにおけるｔａｎδを測定した値を示す。

また、従来品３は、上記実施の形態１で図２を用いて説明した、ヒューズ部５を設けた第２の金属化フィルム２枚を一対として用いて構成したものである。

（表３）から明らかなように、本参考実施の形態による金属化フィルムコンデンサは、ヒューズ部１３が電極引き出し部から離れた位置に配置されるようにしているために優れた放電特性が得られるのに対し、従来品３は電極引き出し部の近傍にヒューズ部５があるために、充放電時の電流によってヒューズ部５が溶断し易くなっていることから、容量減少が大きくなるという結果が得られ、本参考実施の形態による効果が顕著に分かるものである。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明の特に請求項５に記載の発明について説明する。

本実施の形態は、上記実施の形態１で説明した金属化フィルムコンデンサの金属蒸着電極にオイルをコーティングした構成のものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図４は本発明の実施の形態３による金属化フィルムコンデンサの構成を示した要部断面図であり、図４において、１５は金属蒸着電極３にコーティングを施されたオイルであり、このようにオイル１５によるコーティングを行うことにより、金属蒸着膜の酸化を防止することができるようになるために耐湿性を向上させることができるものである。

このように構成された本実施の形態による金属化フィルムコンデンサの耐湿試験における容量減少率、１ｋＨｚにおけるｔａｎδ特性の推移を測定した結果を比較例としての従来品と共に（表４）に示す。なお、耐湿試験後の容量減少率は、コンデンサにＤＣ７５０Ｖを印加し、８５℃、８５％の雰囲気中に２０００時間連続通電した後の室温における静電容量、１ｋＨｚにおけるｔａｎδを測定した値を示す。

また、従来品４は、オイル１５をコーティングしない、すなわち実施の形態１による金属化フィルムコンデンサを用いたものである。

（表４）から明らかなように、本実施の形態による金属化フィルムコンデンサは、金属蒸着電極にオイルをコーティングしているために金属蒸着膜が酸化に至り難いことから容量減少が小さくなるのに対し、従来品４はオイルによるコーティングが施されていないために、金属蒸着膜の酸化による容量減少が大きくなるという結果が得られ、本実施の形態による効果が顕著に分かるものである。

本発明による金属化フィルムコンデンサは、分割電極を設ける方の誘電体フィルムの表面粗さを他方の誘電体フィルムの表面粗さより小さくしたことにより、耐電圧性と耐湿性、ならびに長期寿命に優れ、かつ高い安全性を確保することができるという効果を有し、自動車用インバータ回路の平滑用等に最適なものである。

本発明の実施の形態１による金属化フィルムコンデンサの構成を示した要部断面図 同一対の誘電体フィルムを示した平面図 （ａ）参考実施の形態２による金属化フィルムコンデンサを構成する第１の金属化フィルムを示した平面図、（ｂ）同第２の金属化フィルムを示した平面図 本発明の実施の形態３による金属化フィルムコンデンサの構成を示した要部断面図

符号の説明

１、２ 誘電体フィルム
３、７ 金属蒸着電極
４ 低抵抗部
５、１３ ヒューズ部
６、１０ 非金属蒸着部
８、１１、１２ スリット
９ 分割電極
１４ オーバーラップ部
１５ オイル

Claims (4)

1. ポリプロピレンからなる誘電体フィルムの片面に、幅方向の一端側に誘電体フィルムの露出部分となる非金属蒸着部が長手方向に連続して残るようにして金属蒸着電極を形成すると共に、幅方向の他端側に上記金属蒸着電極の膜抵抗値より低い抵抗値となる低抵抗部を長手方向に連続して形成した第１の金属化フィルムと、この第１の金属化フィルムと同様に形成され、かつ、金属蒸着電極部において誘電体フィルムの露出部分となる非金属蒸着部が幅方向に等間隔で残るように設けられたスリットにより分割電極が形成され、この分割電極がヒューズにより並列接続された第２の金属化フィルムを一対とし、上記低抵抗部が互いに逆方向になるようにして一対の金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向するように巻回し、両端面に夫々配設された低抵抗部を電極引き出し部として電極を形成することにより構成された金属化フィルムコンデンサにおいて、上記第２の金属化フィルムを構成する誘電体フィルムの金属蒸着電極側の表面粗さが第１の金属化フィルムを構成する誘電体フィルムの金属蒸着電極側の表面粗さよりも小さくなるようにした金属化フィルムコンデンサ。
2. 第１の金属化フィルムを構成する誘電体フィルムの金属蒸着電極側の表面粗さＲａが０．０６〜０．０８μｍ、第２の金属化フィルムを構成する誘電体フィルムの金属蒸着電極側の表面粗さＲａが０．０３〜０．０５μｍとした請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
3. 金属蒸着電極は５〜２０Ω／ｃｍ²の膜抵抗を有するアルミニウムにより形成し、低抵抗部は１〜５Ω／ｃｍ²の膜抵抗を有するアルミニウムと亜鉛の合金により形成した請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
4. 金属蒸着電極にオイルによるコーティングを施した請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。