JP4876649B2

JP4876649B2 - 直流金属化フィルムコンデンサ

Info

Publication number: JP4876649B2
Application number: JP2006072342A
Authority: JP
Inventors: 誠冨田; 俊晴斎藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2026-03-16
Also published as: JP2007250833A

Description

本発明は各種電気機器等に使用される直流金属化フィルムコンデンサに関するものである。

図８はこの種の従来の直流金属化フィルムコンデンサの構成を示した断面図であり、図８において、１１はコンデンサケース、１２はこのコンデンサケース１１に内蔵されたコンデンサ素子、１３はこのコンデンサ素子１２に接続されたリード線、１４は上記コンデンサケース１１内に充填された充填樹脂、１５はコンデンサケース１１の内側面とコンデンサ素子１２間に設けられた積層板であり、この積層板１５は銅やアルミニウム等の金属箔を十数ミクロン以上の厚さでエポキシ系等の樹脂板に密着させたものである。

このように構成された従来の直流金属化フィルムコンデンサは、温度や湿度の変化によりコンデンサ内部へ徐々に浸入する水分の経路を積層板１５の金属箔で遮断し、水分がコンデンサ素子１２に達する時間を遅らせることによりコンデンサ特性の低下を防ぐことができ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２００３−３３８４２４号公報

しかしながら上記従来の直流金属化フィルムコンデンサでは、耐湿通電試験時にプラス極側電極が陽極酸化現象を起こすことにより金属蒸着電極が絶縁化し、その結果、容量が減少するという問題があった。

これはプラス極側の金属蒸着電極を構成するアルミニウムと水分中の水酸化物イオン（ＯＨ^-）とが電気化学反応を起こして水酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウムの膜を形成してしまうためであり、直流金属化フィルムコンデンサにおいては避けられない現象であ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、プラス極側電極が陽極酸化現象を起こしても、容量減少を極めて少なくすることができる直流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、樹脂製の誘電体フィルム上にアルミニウムからなる金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを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積層、または巻回することにより構成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の両端面に金属を溶射することにより形成されたメタリコンからなる一対の取り出し電極を有した直流金属化フィルムコンデンサにおいて、上記一対の金属化フィルムのうち、プラス極側の金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の膜厚をマイナス極側の金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の膜厚よりも厚くなるように構成したものである。

以上のように本発明による直流金属化フィルムコンデンサは、プラス極側の金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の膜厚をマイナス極側の金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の膜厚よりも厚くなるようにした構成により、蒸着膜中の密度が高くなり、膜中に水分が浸入し難くなるために容量減少劣化を抑えることができる。また、これに加えて、膜厚を厚くして抵抗値を下げることにより、容量減少に影響を与える程の大きな抵抗値に達するまでの時間を長くすることができるという効果が得られるものである。

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

図１（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施の形態による直流金属化フィルムコンデンサの構成を示した平面図と正面図であり、図１において１は直流金属化フィルムコンデンサを示し、この直流金属化フィルムコンデンサ１はポリプロピレンフィルム等からなる誘電体フィルムの片面または両面に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを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、断面が小判形に形成され、両端面に一対の取り出し電極となるメタリコン１ａを夫々設けて構成されたものである。

次に、具体的な実施例について説明する。

（実施例１）
マイナス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の厚みを１００Åとし、これを１としたときのプラス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の厚みを１倍、１．２倍、１．６倍、１．８倍、２倍、３倍、４倍、１０倍と変化させた金属化フィルムを夫々作製して直流金属化フィルムコンデンサを作製し、これらの直流金属化フィルムコンデンサを、８５℃８５％の耐湿通電試験を行って静電容量変化率を求めた。この結果を（表１）に、また、これをグラフ化した特性図を図２に示す。

（表１）から明らかなように、本実施の形態による直流金属化フィルムコンデンサは、マイナス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の厚みを１００Åとし、これを１としたときのプラス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の厚みを１倍（１００Å）、１．２倍（１２０Å）、１．６倍（１６０Å）としたものの静電容量変化率は、１７５４時間経過時で−１０％〜−６％と大きく、耐湿性が悪いことが分かる。

また、同１．８倍（１８０Å）、２倍（２００Å）、３倍（３００Å）、４倍（４００Å）、１０倍（１０００Å）としたものの静電容量変化率は、２７１０時間経過時で−５．５％〜０．９％と小さく、耐湿性に優れていることが分かる。

（実施例２）
マイナス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の厚みを２７５Åとし、これを１としたときのプラス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の厚みを１倍、１．２倍、１．６倍、１．８倍、２倍、３倍、４倍と変化させた金属化フィルムを夫々作製して直流金属化フィルムコンデンサを作製し、これらの直流金属化フィルムコンデンサを、８５℃８５％の耐湿通電試験を行って静電容量変化率を求めた。この結果を（表２）に、また、これをグラフ化した特性図を図３に示す。

（表２）から明らかなように、本実施の形態による直流金属化フィルムコンデンサは、マイナス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の厚みを２７５Åとし、これを１としたときのプラス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の厚みを１倍（２７５Å）、１．２倍（３３０Å）、１．６倍（４４０Å）としたものの静電容量変化率は、２８８８時間経過時で−８％〜−４．７％と大きく、耐湿性が悪いことが分かる。

また、同１．８倍（４９５Å）、２倍（５５０Å）、３倍（８２５Å）、４倍（１１００Å）としたものの静電容量変化率は、３８４５時間経過時で−３．２％〜０．８％と小さく、耐湿性に優れていることが分かる。

（実施例３）
マイナス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の厚みを４００Åとし、これを１としたときのプラス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の厚みを１倍、１．２倍、１．６倍、１．８倍、２倍と変化させた金属化フィルムを夫々作製して直流金属化フィルムコンデンサを作製し、これらの直流金属化フィルムコンデンサを、８５℃８５％の耐湿通電試験を行って静電容量変化率を求めた。この結果を（表３）に、また、これをグラフ化した特性図を図４に示す。

（表３）から明らかなように、本実施の形態による直流金属化フィルムコンデンサは、マイナス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の厚みを４００Åとし、これを１としたときのプラス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の厚みを１倍（４００Å）、１．２倍（４８０Å）、１．６倍（６４０Å）としたものの静電容量変化率は、３８４５時間経過時で−１０％〜−３．９％と大きく、耐湿性が悪いことが分かる。

また、同１．８倍（７２０Å）、２倍（８００Å）としたものの静電容量変化率は、３８４５時間経過時で−０．９％〜０．９％と小さく、耐湿性に優れていることが分かる。

以上のように本実施の形態による直流金属化フィルムコンデンサは、マイナス極側の金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の膜厚を１としたとき、プラス極側の金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の膜厚を１．８倍以上にする構成により、耐湿性に優れ、静電容量変化率が少ない直流金属化フィルムコンデンサを実現することができるようになるものである。

なお、プラス極側の金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の膜厚を１０００Å以上にしようとすると、金属蒸着電極形成時（蒸着時）に誘電体フィルムに著しい熱ダメージを与えてしまい、特性劣化を引き起こすために好ましくない。

（実施例４）
マイナス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の抵抗値を１５Ω／□（１５Ω／□を超えると蒸着が困難になり、安定した抵抗値が得られないことから、上限値として設定した）とし、これと組み合わされるプラス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の抵抗値を３Ω／□、６Ω／□、７Ω／□、８Ω／□と変化させた金属化フィルムを夫々作製（３Ω／□未満は蒸着時に誘電体フィルムに著しい熱ダメージが加わることから、下限値として設定した）して直流金属化フィルムコンデンサを作製し、これらの直流金属化フィルムコンデンサを、８５℃８５％の耐湿通電試験を行って静電容量変化率を求めた。この結果を（表４）に、また、これをグラフ化した特性図を図５に示す。

（表４）から明らかなように、本実施の形態による直流金属化フィルムコンデンサは、マイナス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の抵抗値を１５Ω／□とし、これと組み合わされるプラス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の抵抗値を７Ω／□、８Ω／□としたものの静電容量変化率は、２７７６時間経過時で−１２．５％〜−１４．３％と大きく、耐湿性が悪いことが分かる。

また、同３Ω／□、６Ω／□としたものの静電容量変化率は、２７７６時間経過時で−３．３％〜−６．０％と小さく、耐湿性に優れていることが分かる。

（実施例５）
マイナス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の抵抗値を８Ω／□とし、これと組み合わされるプラス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の抵抗値を３Ω／□、７Ω／□、９Ω／□、１０Ω／□、１１Ω／□、１２Ω／□と変化させた金属化フィルムを夫々作製して直流金属化フィルムコンデンサを作製し、これらの直流金属化フィルムコンデンサを、８５℃８５％の耐湿通電試験を行って静電容量変化率を求めた。この結果を（表５）に、また、これをグラフ化した特性図を図６に示す。

（表５）から明らかなように、本実施の形態による直流金属化フィルムコンデンサは、マイナス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の抵抗値を８Ω／□とし、これと組み合わされるプラス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の抵抗値を１１Ω／□、１２Ω／□としたものの静電容量変化率は、２０８６時間経過時で−３．８％〜−６．９％と大きく、耐湿性が悪いことが分かる。

また、同３Ω／□、７Ω／□、９Ω／□、１０Ω／□としたものの静電容量変化率は、２７７６時間経過時で−１．１％〜−４．０％と小さく、耐湿性に優れていることが分かる。

（実施例６）
マイナス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の抵抗値を３Ω／□とし、これと組み合わされるプラス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の抵抗値を３Ω／□、７Ω／□、１０Ω／□、１３Ω／□、１４Ω／□、１５Ω／□と変化させた金属化フィルムを夫々作製して直流金属化フィルムコンデンサを作製し、これらの直流金属化フィルムコンデンサを、８５℃８５％の耐湿通電試験を行って静電容量変化率を求めた。この結果を（表６）に、また、これをグラフ化した特性図を図７に示す。

（表６）から明らかなように、本実施の形態による直流金属化フィルムコンデンサは、マイナス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の抵抗値を３Ω／□とし、これと組み合わされるプラス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の抵抗値を１４Ω／□、１５Ω／□としたものの静電容量変化率は、２７７６時間経過時で−１５．２％〜−１８．２％と大きく、耐湿性が悪いことが分かる。

また、同３Ω／□、７Ω／□、１０Ω／□、１３Ω／□としたものの静電容量変化率は、２７７６時間経過時で０．６％〜−３．３％と小さく、耐湿性に優れていることが分かる。

以上のように本実施の形態による直流金属化フィルムコンデンサは、プラス極側の金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の抵抗値を３〜１３Ω／□とした構成により、耐湿性に優れ、静電容量変化率が少ない直流金属化フィルムコンデンサを実現することができるようになるものである。

なお、金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の抵抗値を３Ω／□未満にする場合には、蒸着時に誘電体フィルムに著しい熱ダメージが加わることから好ましくなく、また、同１５Ω／□を超えるようにする場合には蒸着が困難になり、安定した抵抗値が得られないことから好ましくないものである。

（実施例７）
マイナス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の抵抗値を４Ω／□、５Ω／□、６Ω／□、１０Ω／□、１５Ω／□、２０Ω／□、２５Ω／□（２６Ω／□以上は生産が困難なため、２５Ω／□を上限とした）と変化させた金属化フィルムを夫々作製し、これと組み合わされるプラス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の厚みを上記マイナス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の厚みの１．８倍とした金属化フィルムを夫々作製し、このプラス極側の金属化フィルムに形成された金属蒸着電極の抵抗値を測定したところ、（表７）に示すように、夫々、２．２Ω／□、２．８Ω／□、３．３Ω／□、５．６Ω／□、８．３Ω／□、１１．１Ω／□、１３．９Ω／□となり、これらの金属化フィルムを組み合わせて直流金属化フィルムコンデンサを作製した。

また、比較例として、プラス極側とマイナス極側の金属化フィルムに夫々形成された金属蒸着電極の抵抗値が同じ値のものを組み合わせて直流金属化フィルムコンデンサを作製し、この比較例に対する本実施例の直流金属化フィルムコンデンサの絶縁破壊電圧比を求めた結果を（表７）に示す。

（表７）から明らかなように、本実施の形態による直流金属化フィルムコンデンサは、マイナス極側の金属化フィルムを形成する金属蒸着電極の抵抗値を４Ω／□、５Ω／□としたものの比較例に対する絶縁破壊電圧比は大きな改善は見られないものの、同抵抗値を６Ω／□、１０Ω／□、１５Ω／□、２０Ω／□、２５Ω／□とした場合の比較例に対する絶縁破壊電圧比は１．１６〜１．４８倍と大きくなり、耐電圧特性が大きく向上することが分かるものである。

以上のように本実施の形態による直流金属化フィルムコンデンサは、マイナス極側の金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の抵抗値を６〜２５Ω／□とすることにより、耐電圧特性を大きく向上させることができるようになるものである。

本発明による直流金属化フィルムコンデンサは、耐湿性に優れ、静電容量変化率が少なく、かつ、耐電圧特性が高いという効果を有し、各種電気機器用、電子機器用等として有用である。

（ａ）本発明の一実施の形態による直流金属化フィルムコンデンサの構成を示した平面図、（ｂ）同正面図同実施例１の耐湿通電試験による静電容量変化率を示した特性図同実施例２の耐湿通電試験による静電容量変化率を示した特性図同実施例３の耐湿通電試験による静電容量変化率を示した特性図同実施例４の耐湿通電試験による静電容量変化率を示した特性図同実施例５の耐湿通電試験による静電容量変化率を示した特性図同実施例６の耐湿通電試験による静電容量変化率を示した特性図従来の直流金属化フィルムコンデンサの構成を示した断面図

符号の説明

１直流金属化フィルムコンデンサ
１ａメタリコン

Claims

樹脂製の誘電体フィルム上にアルミニウムからなる金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを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積層、または巻回することにより構成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の両端面に金属を溶射することにより形成されたメタリコンからなる一対の取り出し電極を有した直流金属化フィルムコンデンサにおいて、上記一対の金属化フィルムのうち、マイナス極側の金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の膜厚が１００〜４００Åで、プラス極側の金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の膜厚が１８０〜１０００Åで、且つ上記マイナス極側の金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の膜厚を１としたとき、上記プラス極側の金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の膜厚を１．８以上とし、且つ上記マイナス側の金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の抵抗値を６Ω／□以上としたことを特徴とする直流金属化フィルムコンデンサ。
樹脂製の誘電体フィルム上にアルミニウムからなる金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを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積層、または巻回することにより構成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の両端面に金属を溶射することにより形成されたメタリコンからなる一対の取り出し電極を有した直流金属化フィルムコンデンサにおいて、上記一対の金属化フィルムのうち、マイナス極側の金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の抵抗値が６〜１５Ω／□で、プラス極側の金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の抵抗値が３．３〜８．３Ω／□で、且つ上記マイナス極側の金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の膜厚を１としたとき、上記プラス極側の金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の膜厚を１．８以上とし、且つ上記プラス極側の金属化フィルムに形成する金属蒸着電極の膜厚を１８０Å以上としたことを特徴とする直流金属化フィルムコンデンサ。