JP4530927B2 - 高耐熱フィルムコンデンサ - Google Patents
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Description
図1は本発明の第1参考形態のフィルムコンデンサを示す斜視図である。本参考形態のコンデンサ50は、定格電圧1kV、定格電流5A、定格容量10μF級の、フィルムコンデンサであり、コンデンサ素子がモールド材料で被覆されたモールド形フィルムコンデンサである。本参考形態のコンデンサ50は、リードピン52、53を有するコンデンサ素子51と、コンデンサ素子51を被覆した被覆体54とで、構成されている。
(2)絶縁抵抗が、20℃、DC500Vで、3000MΩ以上であり、従来のコンデンサより高かった。
(3)静電容量の温度依存性が、良好であった。すなわち、静電容量は、200℃まで殆ど温度依存がなかった。また、200℃から210℃の範囲における静電容量の変化は、1%以下であり、実用上問題のないレベルであった。
(4)誘電体の誘電損が主因となる損失率が、20℃、周波数1kHzで、0.13%以下であり、良好であった。また、高温でも実用上十分な損失率を確保できた。
(5)高調波やサージによる発熱にも強く、従来のコンデンサに比べて1.8倍以上の大きな高調波電圧やサージ電圧にも耐えることができた。
(6)定格電圧の1.5倍の電圧を印加して連続課電試験を3000時間実施した。その結果、静電容量や損失率等の諸特性に大きな変化は見られなかった。
(7)80℃、湿度95%での耐湿試験を実施した。その結果、1000時間以上の長時間に渡って特に異常は生じなかった。
(8)30℃から200℃の範囲で100回の温度サイクル試験を実施した後、上記と同じ耐湿試験を実施した。その結果、異常はなかった。
(9)長期連続課電試験や耐湿試験の後に目視で検査したが、外周に、白濁やクラックの発生は見られなかった。
図2は本発明の第1実施形態のフィルムコンデンサを示す斜視図である。本実施形態のコンデンサ60は、定格電圧2kV、定格電流10A、定格容量20μF級の、フィルムコンデンサであり、コンデンサ素子がモールド材料で被覆されたモールド形フィルムコンデンサである。本実施形態のコンデンサ60は、リード線69a、69bを有するコンデンサ素子61と、コンデンサ素子61を被覆した被覆体80とで、構成されている。
(2)絶縁抵抗が、20℃、DC2000Vで、3000MΩ以上であり、従来のコンデンサより高かった。
(3)静電容量の温度依存性が、良好であった。すなわち、静電容量は240℃まで殆ど温度依存がなかった。また、240℃から300℃の範囲における静電容量の変化は、5%以下であり、実用上問題のないレベルであった。
(4)誘電体の誘電損が主因となる損失率が、20℃、周波数1kHzで、0.15%以下であり、良好であった。更に、高温においても実用上十分な損失率を確保できた。
(5)高調波やサージによる発熱にも強く、従来のコンデンサに比べて1.6倍以上の大きな高調波電圧やサージ電圧にも耐えることができた。
(6)定格電圧の1.5倍の電圧を印加して連続課電試験を3000時間実施した。その結果、静電容量や損失率等の諸特性に大きな変化は見られなかった。
(7)80℃、湿度95%での耐湿試験を実施した。その結果、1500時間以上の長時間に渡って特に異常は生じなかった。
(8)30℃から250℃の範囲で100回の温度サイクル試験を実施した後、上記と同じ耐湿試験を実施した。その結果、異常はなかった。
(9)長期連続課電試験や耐湿試験の後に目視で検査したが、第1及び第2誘電体フィルム62、67及び被覆体80の、外周や内部に、白濁やクラックの発生は見られなかった。
(10)分解検査をして、コンデンサ素子61と被覆体80との密着性を調べた。その結果、密着性は良好であり、クラックやボイド等の発生は見られなかった。
本実施形態のコンデンサは、第1実施形態のコンデンサ60に比して、次の点のみが異なっている。すなわち、第1及び第2誘電体フィルム62、67を構成する第1合成高分子化合物Aにおける、第2有機珪素ポリマーの分子量が約4万であり、第3有機珪素ポリマーの分子量が約15万である。また、第1合成高分子化合物Aに、誘電体セラミックスの微粒子が充填されている。したがって、第1合成高分子化合物Aは、誘電体セラミックス微粒子を含有している。
(1)第1及び第2誘電体フィルム62、67がチタン酸鉛を含有しているので、フィルムの誘電率を大幅に増大できる。
(2)チタン酸鉛のキューリ温度が、約490℃であり、高いので、フィルムは、高温でも高誘電率を維持できる。
(3)チタン酸鉛の微粒子の粒径は、0.005〜1μmが好ましく、更には0.01〜0.5μmがより好ましい。これによれば、耐電圧性を損なうことなく、誘電率が均一なフィルムを得ることができる。何故なら、微粒子の粒径が大きすぎると、フィルムの耐電圧が損なわれ、小さすぎると、微粒子が凝集して均一に分散しないために、誘電率が均一なフィルムを構成するのが困難になるからである。
(4)約300℃の高温における耐電圧が約2200V以上であり、従来のコンデンサでは実現できない高温での高い最大許容電圧を実現できた。
(5)高温においても実用上十分な損失率を確保できた。
(6)高調波やサージによる発熱にも強く、従来のコンデンサに比べて1.6倍以上の大きな高調波電圧やサージ電圧にも耐えることができた。
(7)定格電圧の1.5倍の電圧を印加して連続課電試験を3000時間実施した。その結果、静電容量や損失率等の諸特性に大きな変化は見られなかった。
図4は本発明の第2参考形態のフィルムコンデンサを示す一部破断斜視図である。本参考形態のコンデンサ30は、定格電圧230V、定格電流80A、定格容量1800μF級の、フィルムコンデンサである。本参考形態のコンデンサ30は、多数個のコンデンサ素子31が金属ケース33に収納されて構成されている。このコンデンサ30の外形寸法は、例えば、幅が約45cm、高さが約50cm、奥行きが約20cmである。
まず、全てのコンデンンサ素子31の各リード線を並列接続し、外部接続端子36、37に接続した。次に、全てのコンデンサ素子31を、図4に示すように配列し、ブッシング34、35と共に容器状の金属ケース33に入れた。次に、金属ケース33を真空チャンバーに入れ、真空チャンバー内の気圧を下げ、各コンデンサ素子31と金属ケース33との間に、シリコン油を流し込んだ。そして、シリコン油の注入口を閉じた。なお、金属ケース33の下部には、予め取付金具40を取り付けておいた。
(2)絶縁抵抗が、20℃、DC100Vで、1600MΩ以上であり、十分に高かった。したがって、高温でも実用上十分な絶縁性を得ることができた。
(3)静電容量の温度依存性が、良好であった。すなわち、静電容量は、160℃まで殆ど温度依存がなく、170℃以上で僅かに増加した。しかし、その増加分は、220℃でも4%以下であり、実用上問題のないレベルであった。
(4)誘電体の誘電損が主因となる損失率が、20℃、周波数1kHzで、0.14%以
下であり、良好であった。また、220℃の高温でも実用上十分な損失率を確保できた。
(5)定格電圧の1.5倍の電圧を印加して3000時間の長期連続課電試験を実施した。その結果、静電容量や損失率等の諸特性に大きな変化は見られず、高い信頼性を実現できた。
本発明の第3実施形態のフィルムコンデンサを、図4を参照して、説明する。本実施形態のコンデンサ30と第2参考形態のコンデンサ30とは、次の点で大きく異なっている。すなわち、第2参考形態のコンデンサ30では、コンデンサ素子31を金属ケース33に収納して絶縁油を充満させているが、本実施形態のコンデンサ30では、コンデンサ素子31をモールド材料からなる被覆体33で被覆している。
まず、10個のコンデンサ素子31を、それぞれ、第2合成高分子化合物Aで被覆した。これを1次モールドと称する。次に、全てのコンデンンサ素子31の各リード線を並列接続し、外部接続端子36、37に接続した。次に、全てのコンデンサ素子31を、図4に示すように配列し、ブッシング34、35と共に容器状の金型(図示せず)に入れた。次に、金型を真空チャンバーに入れ、真空チャンバー内の気圧を下げ、各コンデンサ素子31と金型との間に、第2合成高分子化合物Aを流し込んで加熱硬化させた。これを2次モールドと称する。以上により、全てのコンデンサ素子31は、図4に示すように、厚さ2〜3cmの被覆体33により被覆された。なお、金型の下部に予め取付金具40を配置しておき、取付金具40も被覆体33に固定した。
(2)絶縁抵抗が、20℃、DC100Vで、2000MΩ以上であり、十分に高かった。したがって、高温でも実用上十分な絶縁性を得ることができた。
(3)静電容量の温度依存性が、良好であった。すなわち、静電容量は、130℃まで殆ど温度依存がなく、140℃以上で僅かに増加した。しかし、その増加分は、200℃でも5%以下であり、実用上問題のないレベルであった。
(4)誘電体の誘電損が主因となる損失率が、20℃、周波数1kHzで、0.13%以
下であり、良好であった。また、高温でも実用上十分な損失率を確保できた。
(5)高調波やサージによる発熱に強く、従来のコンデンサに比して約1.4倍の大きな高調波電圧やサージ電圧にも耐えることができた。
(6)定格電圧の1.5倍の電圧を印加して3000時間の長期連続課電試験を実施した。その結果、静電容量や損失率等の諸特性に大きな変化は見られなかった。
(7)80℃、湿度95%での耐湿試験を1000時間以上の長時間実施した。その結果、特に異常は生じなかった。30℃から190℃の範囲で100回の温度サイクル試験を実施した後、上記と同じ耐湿試験を実施した。その結果、異常はなかった。これらは、いずれも本実施形態のコンデンサの耐熱性及び熱放散性が向上した結果によるものであると考えられる。
(8)長期連続課電試験や耐湿試験の後に、誘電体フィルム及び被覆体33を目視検査した。その結果、外周や内部に、白濁やクラックの発生は見られなかった。
(9)分解検査して調べた。その結果、コンデンサ素子31と被覆体33との密着性は良好であり、クラックやボイドなどの発生は見られなかった。
本発明は、第1実施形態〜第3実施形態に限るものではなく、以下に示すように、種々の変形が可能である。
Claims (10)
- 誘電体フィルムと導電体とで構成されたコンデンサ素子を有する高耐熱フィルムコンデンサであって、
誘電体フィルムが、少なくとも1種の第1有機珪素ポリマーと少なくとも1種の第2有機珪素ポリマーとを連結してなる第3有機珪素ポリマーを、複数連結して構成された、合成高分子化合物Aを含有しており、
第1有機珪素ポリマーが、シロキサン結合による橋かけ構造を有しており、
第2有機珪素ポリマーが、シロキサン結合による線状連結構造を有しており、
第3有機珪素ポリマーが、第1有機珪素ポリマーと第2有機珪素ポリマーとをシロキサン結合によって交互に且つ線状に連結して構成されており、且つ、2万〜80万の重量平均分子量を有しており、
合成高分子化合物Aが、複数の第3有機珪素ポリマーを付加反応により生成される共有結合によって連結して構成された、三次元の立体構造を有しており、
コンデンサ素子を被覆した被覆体を備えており、
被覆体が、合成高分子化合物Aを含有しており、
第1有機珪素ポリマーが200〜7万の重量平均分子量を有しており、
第2有機珪素ポリマーが5000〜20万の重量平均分子量を有しており、
第1有機珪素ポリマーの重量平均分子量が第2有機珪素ポリマーの重量平均分子量より小さい、
ことを特徴とする高耐熱フィルムコンデンサ。 - 合成高分子化合物Aが、5以上の誘電率を有する誘電体セラミックス微粒子を含有している、請求項1記載の高耐熱フィルムコンデンサ。
- 合成高分子化合物Aが、4W/mK以上の熱伝導率を有する絶縁性セラミックス微粒子を含有している、請求項1記載の高耐熱フィルムコンデンサ。
- 誘電体セラミックスが、ニオブ酸カリウム、タンタル酸カリウム、タンタル酸ナトリウム、タンタル酸リチウム、酸化タンタル、チタン酸バリウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、及びジルコン酸バリウムの内の少なくとも1種類である、請求項2記載の高耐熱フィルムコンデンサ。
- 絶縁性セラミックスが、窒化アルミニウム、酸化ベリリウム、アルミナ、炭化珪素、ダイヤモンド、及び窒化ホウ素の内の少なくとも1種類である、請求項3記載の高耐熱フィルムコンデンサ。
- 誘電体セラミックス微粒子が、0.005〜5μmの粒径を有している、請求項2記載の高耐熱フィルムコンデンサ。
- 絶縁性セラミックス微粒子が、0.01〜50μmの粒径を有している、請求項3記載の高耐熱フィルムコンデンサ。
- 合成高分子化合物Aに対する誘電体セラミックス微粒子の体積充填率が、10%vol〜80%volである、請求項2記載の高耐熱フィルムコンデンサ。
- 合成高分子化合物Aに対する絶縁性セラミックス微粒子の体積充填率が、15%vol〜85%volである、請求項3記載の高耐熱フィルムコンデンサ。
- 微粒子が、粒径の異なる複数種類の微粒子を含んでおり、それらの微粒子の粒径比が、1:1/10〜1:1/200の範囲にある、請求項2又は3に記載の高耐熱フィルムコンデンサ。
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