JP4957308B2 - 金属化フィルムコンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、電子機器、電気機器や産業機器、自動車に用いられる金属化フィルムコンデンサに関するものである。

金属化フィルムコンデンサは、アルミニウムからなる蒸着金属を電極（以下、金属蒸着電極）とする金属化フィルムを用いたもので、金属箔のものに比べて電極の占める体積が小さく小型軽量化が図れることと、金属蒸着電極特有の自己回復性能（絶縁欠陥部で短絡が生じた場合に、短絡のエネルギーで欠陥部周辺の金属蒸着電極が蒸発・飛散して絶縁化し、コンデンサの機能が回復する性能）により絶縁破壊に対する信頼性が高いことから、従来から広く用いられている。

図３（ａ）、（ｂ）は金属化フィルムコンデンサの金属化フィルムの一部を長手方向にずらして図示した平面図であり、図３（ｃ）はこの金属化フィルムを重ねた状態の断面図である。

図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、５１ａ、５１ｂは１対の金属化フィルムであり、誘電体フィルム５２ａ、５２ｂの表面に絶縁マージン５３ａ、５３ｂと、金属蒸着を有しない非蒸着部からなるスリット５４ａ、５４ｂを備えた金属蒸着電極５５ａ、５５ｂを形成したものである。

金属蒸着電極５５ａ、５５ｂにはスリット５４ａ、５４ｂによってそれぞれ分割された分割電極５６ａ、５６ｂと分割されていない非分割電極５７ａ、５７ｂとが形成されており、分割電極５６ａ同士、および分割電極５６ａと非分割電極５７ａとを接続するヒューズ５８ａを備えている。ヒューズ５８ｂも同様に分割電極５６ｂ同士、および分割電極５６ｂと非分割電極５７ｂとを接続している。

ここで、金属化フィルム５１ａ、５１ｂそれぞれにおいては分割電極５６ａ、５６ｂと非分割電極５７ａ、５７ｂからなる蒸着のパターンは同一のものを使用している。

このような１対の金属化フィルム５１ａと５１ｂを図３（ｃ）のように、誘電体フィルム５２ａを介して対向するように巻回または積層し、一方の金属化フィルム５１ａを陽極、他方の金属化フィルム５１ｂを陰極として金属化フィルムコンデンサを構成するものである。

このとき、スリット５４ａ、５４ｂはオイル転写によってオイルの部分には金属が蒸着されないことを利用して非蒸着部からなるスリット５４ａ、５４ｂを形成している。

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。
特表２００２−５０４７４７号公報

そもそも、金属化フィルムコンデンサにおいては、オイル転写などによって形成された非蒸着部近傍の金属蒸着電極の厚みは極めて薄いものとなっていた。この金属蒸着電極の薄い部分は電圧が印加されることによって酸化反応がおき、金属蒸着電極であるアルミニウムが酸化して酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）からなる酸化保護膜が形成されてしまうことがあった。

この酸化保護膜が形成されることによって、電気的な阻害物となり、コンデンサとして容量が減少してしまうことや、ｔａｎδが増加してしまうことがあり、電気特性が低下してしまう場合があるものであった。

これは特にコンデンサとしてＰ極に接続される陽極側では酸化反応が非常に起きやすいため、顕著に発生する現象であり、陰極と同一のスリットを陽極でも有している上記従来の金属化フィルムコンデンサの構成においてはこの陽極における酸化が課題とされるものであった。

そこで、本発明では、陽極での非蒸着部において、金属蒸着電極であるアルミニウムなどの酸化物を要因とした電気特性の低下を抑制することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、金属化フィルムコンデンサの陽極の金属化フィルムにおける非蒸着部であるスリットを幅方向の中心より絶縁マージン側に設けるとともに、陽極のスリットの総距離を陰極のスリットの総距離より短くするものである。

本発明によれば、陽極のスリットは幅方向の中心より絶縁マージン側に設けられているとともに陽極のスリットの総距離を陰極のスリットの総距離より短くしているので、陽極における非蒸着部近傍の金属蒸着電極の薄い部分における酸化保護膜の形成を抑制することができる。これによって、コンデンサとしての電気特性の低下も抑制することができるものである。

（実施の形態１）
図１（ａ）、（ｂ）は本発明における金属化フィルムの一実施の形態を示すもので、金属化フィルムの一部を長手方向にずらして図示した平面図であり、図１（ｃ）は同金属化フィルムを重ねた状態の断面図である。

図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、１ａ、１ｂは１対の金属化フィルムであり、誘電体フィルム２ａ、２ｂの表面に絶縁マージン３ａ、３ｂと、金属蒸着を有しない非蒸着部からなるスリット４ａ、４ｂを備えた金属蒸着電極５ａ、５ｂを形成したものである。

ここで、金属蒸着電極５ａ、５ｂは図１（ｃ）のように誘電体フィルム２ａを介して対向しているが、この誘電体フィルム２ａを介して金属蒸着電極５ａ、５ｂが対向して容量を形成する有効電極部内に、図１（ａ）、（ｂ）のように絶縁マージン３ａ、３ｂに向かう側には、オイル転写により形成した金属蒸着を有しない非蒸着部からなるスリット４ａ、４ｂによって区分された複数の分割電極６ａ、６ｂが形成されており、この有効電極部の幅の分割電極６ａ、６ｂから絶縁マージン３ａ、３ｂと反対側には、分割されていない非分割電極７ａ、７ｂが形成されている。

なお、非蒸着部からなるスリット４ａ、４ｂはオイル転写によってオイルの部分には金属が蒸着されないことを利用したものである。

スリット４ａ上には分割電極６ａ同士、および分割電極６ａと非分割電極７ａとを接続するヒューズ８ａを備えている。同様にスリット４ｂ上に備えられたヒューズ８ｂは分割電極６ｂ同士、および分割電極６ｂと非分割電極７ｂとを接続している。

このような１対の金属化フィルム１ａと１ｂを図１（ｃ）のように、誘電体フィルム２ａを介して対向するように巻回または積層し、一方の金属化フィルム１ａを陽極、他方の金属化フィルム１ｂを陰極として金属化フィルムコンデンサを構成するものである。

このとき、一方の非分割電極７ａには必ず他方の分割電極６ｂが誘電体フィルム２ａを介して対向する配置となっており、これに対応するように一方の非分割電極７ｂには必ず他方の分割電極６ａが誘電体フィルム２ａを介して対向するように配置されている。

さらに、一方のスリット４ａは金属化フィルム１ａの幅方向の中心より絶縁マージン３ａ側に設け、このスリット４ａを構成している距離の総合計を他方のスリット４ｂの距離の総合計より短くするものとする。

また、巻回もしくは積層された金属化フィルム１ａ、１ｂの両端面から電気的な引き出しを容易なものとするために、金属化フィルム１ａ、１ｂはわずかにずらされており、さらに絶縁マージン３ａ、３ｂと反対側の端面近傍の金属蒸着電極５ａ、５ｂはその厚みを厚く構成されたヘビーエッジ１１ａ、１１ｂを有しており、その両端面に溶融した金属を吹き付けるなどして後述するメタリコン電極１０ａ、１０ｂを設けるものである。

このようにして、コンデンサの陽極とした一方のスリット４ａを金属化フィルム１ａの幅方向の中心より絶縁マージン３ａ側に設けるとともに、一方のスリット４ａの総距離を他方のスリット４ｂの総距離より短くしたことが、本発明における技術的特徴の一つである。

これは、そもそも金属蒸着電極のスリットのごく近傍には金属蒸着電極の極めて薄い部分が存在しており、この極めて薄い部分には電圧が印加されることによって酸化反応がおき、金属蒸着電極であるアルミニウムが酸化して酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）などからなる酸化保護膜が形成され、この酸化保護膜が存在することによって、コンデンサとして容量が減少してしまうことや、ｔａｎδが増加してしまうことがあり、電気特性が低下してしまう場合があるものであった。

特にコンデンサとしてＰ極に接続される陽極側では、酸化反応が非常に起きやすいため、顕著に発生する現象であり、陰極と同一のスリットを陽極でも有している従来の金属化フィルムコンデンサであれば、大きく電気特性が低下してしまう場合もあった。

これに対して、本発明の実施の形態によれば、陽極とした一方のスリット４ａを金属化フィルム１ａの幅方向の中心より絶縁マージン３ａ側に設けるとともに、一方のスリット４ａの総距離を他方のスリット４ｂの総距離より短くしているので、上記の金属蒸着電極の極めて薄い部分が少なくなり、陽極における酸化保護膜の形成による電気特性の低下を抑制することが可能となるものである。

従来であれば、どちらか一方の金属化フィルムを分割電極のみで構成し、他方の金属化フィルムを非分割電極のみで構成するといったものもあったが、一方の金属化フィルムを分割電極のみで構成してしまうと、ヒューズが金属化フィルムにおいて電気的な引き出しをおこなう端面近傍に設けなければいけなくなるものであった。この端面近傍は蒸着電極の厚みが厚く、動作精度の高いヒューズを形成するのは困難となるものであった。

これに対して、本発明の実施の形態によれば、いずれの金属化フィルムにおいても、ヒューズを端面近傍より離して設けることができるので、ヒューズの動作精度も高い状態とすることができるとともに、陽極における酸化保護膜の形成による電気特性の低下を抑制することが可能となるものである。

また、電気特性低下の一因としたスリットはオイル転写によって形成されると金属蒸着電極とスリットの境界部分の断面において極めて薄い金属蒸着電極ができやすいものであり、電気特性低下の抑制効果がより顕著となるものである。

なお、本発明の実施の形態においては、金属蒸着電極５ａ、５ｂはアルミニウムからなるものとしたが、これは、亜鉛、またはアルミニウムと亜鉛の合金からなるものであっても、同様に酸化物の形成や、酸化保護膜の形成に対する抑制効果があり、電気特性が低下してしまうことの抑制効果を奏するものである。

さらに、本発明の実施の形態においては、金属蒸着電極は一対の誘電体フィルムの片面にそれぞれ設けて、一対の金属化フィルムとしたが、これに限らず、１枚の誘電体フィルムの両面に金属蒸着電極を設けて、さらに未蒸着の誘電体フィルムを用いて一対としても、酸化保護膜の形成による電気特性の低下を抑制することができるものとする。

（実施の形態２）
図２は本発明における金属化フィルムの一実施の形態を示すもので、実施の形態１での金属化フィルムを用いた金属化フィルムコンデンサ素子の斜視図である。

なお、実施の形態１と同一構成部分は、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図２において、コンデンサ素子９は金属化フィルム１ａ、１ｂを重ねて巻回したものであり、重ねた状態の断面部分が図中下側に引き出された形で示されている。

この金属化フィルム１ａ、１ｂを巻回した後、スペースの効率向上などの必要に応じて、小判形に偏平形状とした巻回両端面より、亜鉛やスズなどの金属を溶融して吹き付けることによって、メタリコン電極１０ａ、１０ｂを形成する。

このようにしてコンデンサ素子９を構成すると、フィルムコンデンサとしてＰ極に接続される陽極がメタリコン電極１０ａとなり、このメタリコン電極１０ａに電気的に接続されている金属化フィルム１ａのスリット４ａの総距離をメタリコン電極１０ｂに電気的に接続されている金属化フィルム１ｂのスリット４ｂの総距離より短くすることによって、酸化保護膜の形成による電気特性の低下を抑制することが可能となり、フィルムコンデンサとして、電気特性の低下も抑制され、信頼性の向上を図ることができる。

なお、本実施の形態では、コンデンサ素子９を巻回形のものとしたが、積層形のものであっても電気特性の低下抑制という効果を奏するものである。

本発明によれば、電気特性の低下を抑制することが可能となるので、極めて過酷な環境での使用によって、より高い信頼性を必要とする車載用の金属化フィルムコンデンサとして有用なものとなる。

（ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における金属化フィルムコンデンサの金属化フィルムの平面図、（ｃ）同金属化フィルムの断面図 本発明の一実施の形態における金属化フィルムコンデンサ素子の斜視図 （ａ）（ｂ）従来の金属化フィルムコンデンサの金属化フィルムの平面図、（ｃ）同金属化フィルムの断面図

符号の説明

１ａ、１ｂ 金属化フィルム
２ａ、２ｂ 誘電体フィルム
３ａ、３ｂ 絶縁マージン
４ａ、４ｂ スリット
５ａ、５ｂ 金属蒸着電極
６ａ、６ｂ 分割電極
７ａ、７ｂ 非分割電極
８ａ、８ｂ ヒューズ
９ コンデンサ素子
１０ａ、１０ｂ メタリコン電極
１１ａ、１１ｂ ヘビーエッジ

Claims (2)

1. 誘電体フィルム上の一方の端部に絶縁マージンを有するとともに、その表面に金属蒸着電極を設けた金属化フィルムと、
   容量を形成する有効電極部内に設けられた金属蒸着を有しない非蒸着部からなるスリットと、
   このスリットから前記絶縁マージンに向かう側に形成する分割電極と、
   前記スリットから前記絶縁マージンと反対方向に向かう側に形成する非分割電極と、
   前記分割電極と前記非分割電極を前記有効電極部内に設けた前記スリット上で接続するヒューズとからなり、
   一対の前記金属化フィルムを一方の前記金属化フィルムの前記非分割電極には他方の前記金属化フィルムの前記分割電極が前記誘電体フィルムを介して対向する様配置するとともに、前記一方の前記金属化フィルムを陽極、前記他方の前記金属化フィルムを陰極とした金属化フィルムコンデンサにおいて、前記一方の前記金属化フィルムのスリットは前記誘電体フィルムの幅方向の中心より絶縁マージン側に設けられるとともに、前記一方の前記金属化フィルムのスリットの総距離は前記他方の前記金属化フィルムのスリットの総距離より短い金属化フィルムコンデンサ。
2. 前記スリットはオイル転写を用いて形成されたものである請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。

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