JP4967711B2

JP4967711B2 - 金属化フィルムコンデンサ

Info

Publication number: JP4967711B2
Application number: JP2007048751A
Authority: JP
Inventors: 秀和松岡
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2007-02-28
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2027-02-28
Also published as: JP2008211128A

Description

本発明は各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車等に使用され、特に、ハイブリッド自動車のモータ駆動用インバータ回路の平滑用、フィルタ用、スナバ用として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、環境保護の観点から、あらゆる電気機器がインバータ回路で制御され、省エネルギー化、高効率化が進められている。中でも自動車業界においては、電気モータとエンジンで走行するハイブリッド車（以下、ＨＥＶという）が市場導入される等、地球環境に優しく、省エネルギー化、高効率化に関する技術の開発が活発化している。

このようなＨＥＶ用の電気モータは使用電圧領域が数百ボルトと高いため、このような電気モータに関連して使用されるコンデンサとして、高耐電圧で低損失の電気特性を有する金属化フィルムコンデンサが注目されており、さらに市場におけるメンテナンスフリー化の要望からも極めて寿命が長い金属化フィルムコンデンサを採用する傾向が目立ってきている。

図４はこの種の従来の金属化フィルムコンデンサの構成を示した一部切り欠き斜視図であり、図４において、１０は金属製巻芯、１１はコンデンサ素子層であり、上記金属製巻芯１０は抜き取らずにそのまま使用するようにしたものである。

このように構成された従来の金属化フィルムコンデンサは、金属製巻芯１０は熱伝導が良好なために放熱性に優れる。熱的強度が高いので比較的高温で使用しても素子の緩みや変形が少ない。機械的強度が高いので大口径の巻芯の使用も容易であり、硬度の高い素子を巻き取ることもできる。比較的容易に寸法精度の高い巻芯が得られるため、巻き取り精度が要求される素子に向いている等の効果が得ら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６４−５５８１６号公報

上記従来の金属化フィルムコンデンサでは、素子にリップル電流通電等を行うことによって素子の中心部に熱がこもり易くなり、これを金属製巻芯１０を用いることによって放熱性を高めて対処するようにしてはいるものの、昨今の金属化フィルムコンデンサにおいては、生産効率や材料ロスの低減を目的として１素子当たりの容量・サイズを大型化設計する傾向にあると共に、スペース効率面から素子を偏平に加工した小判形のものを用いることが多くなってきている。

従って、このように大型化された素子を偏平に加工して小判形にしようとしても、上記従来の金属化フィルムコンデンサでは、金属製巻芯１０を抜き取らずにそのまま使用するような構成であることから金属製巻芯１０の機械的強度が高すぎて偏平加工が極めて困難であり、かつ、金属製巻芯１０の体積も嵩張るものになり易いことから大型化してしまう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、１素子当たりの容量・サイズを大型化しても、素子の偏平加工が容易で、不要に大型化することもなく、しかも素子中心部に熱がこもり難く、放熱性に優れた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の金属化フィルムコンデンサは、巻芯と、誘電体フィルム上に金属蒸着電極を形成した一対の金属化フィルムを上記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上記巻芯に巻回した素子と、この素子の両端面に金属溶射によって形成されたメタリコン電極とを備え、上記巻芯は２本１組であり、これら２本１組の上記巻芯は、金属箔を巻回することにより形成されるとともに、同軸上に隙間を設けて非接触状態で配設され、上記素子は、上記巻芯とともに偏平形状に加工され、上記メタリコン電極は、これら２本１組の上記巻芯の各一端に夫々接続された構成となっている。

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、金属箔製の２本の巻芯を同軸上に隙間を設けて非接触状態で配設し、この２本の巻芯の各一端を夫々メタリコン電極に接続した構成により、素子が発熱して素子内部の温度が上昇しても、上記金属箔製の巻芯がヒートパイプの役割を果たし、メタリコン電極を介して外部へ放熱することができるようになるために放熱性に優れた金属化フィルムコンデンサを提供することができるという効果が得られるものである。

また、巻芯が金属箔により構成されているために機械的強度がそれ程高くなく、偏平加工もし易いことから、不要に大型化することがなく、スペース効率に優れた金属化フィルムコンデンサを提供することができるという効果も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、３〜５に記載の発明について説明する。

図１（ａ）〜（ｃ）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正面断面図と側面断面図と斜視透視図、図２（ａ）〜（ｃ）は同金属化フィルムコンデンサの巻き取り状態を示した正面断面図と側面断面図と斜視透視図であり、図１と図２において、１は巻芯、２はこの巻芯１上に巻回された素子、２ａはこの素子２の外装部、３はこの外装部２ａを含む素子２の両端面に金属溶射により形成されて電極引き出しを行う一対のメタリコン電極である。

上記巻芯１は２本が１組となって構成され、この２本の巻芯１を同軸上に所定の隙間１ａ（本実施の形態では３ｍｍとした）を設けて非接触状態で配設したものであり、このような巻芯１は、厚みが１０μｍのアルミニウム箔を図示しない巻き取り装置に設けられた巻芯上に１０ターン巻回することによって形成したものである。

上記素子２は、図示しない誘電体フィルム上に金属蒸着電極を形成した一対の金属化フィルムを上記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して上記巻芯１上に巻回され、これによって素子２が形成されているものであり、この素子２の両端面から上記巻芯１が夫々０．５ｍｍずつ突出するように構成され、この素子２の両端面に金属溶射により一対のメタリコン電極３が形成され、これによって本実施の形態による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。

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は、金属箔製の巻芯１をメタリコン電極３に接続した構成により、素子２にリップル電流通電等を行うことによって素子２が発熱し、素子２内部の温度が上昇しても、上記金属箔製の巻芯１がヒートパイプの役割を果たし、メタリコン電極３を介して外部へ放熱することができるようになるため、優れた放熱性を発揮することができるようになるものである。

さらに、上記金属箔製の巻芯１は機械的強度がそれ程高くないために偏平加工がし易いことに加え、偏平加工後に巻芯１が元の形状（円形）に戻り難いため、エアギャップの発生が無くなって放熱性の向上と安定化が図れるばかりでなく、不要に大型化することがなく、スペース効率に優れた金属化フィルムコンデンサを実現することができるものである。

なお、本実施の形態においては、上記２本の巻芯１間の隙間１ａを３ｍｍとした例で説明したが、上記隙間１ａは可能な限り小さい方が放熱効率に優れるために好ましいものであり、参考までに７５０Ｖあるいは１０００Ｖの耐電圧特性を有する金属化フィルムコンデンサの金属化フィルムに形成される金属蒸着パターンの絶縁距離が１．５〜２．０ｍｍに設定されていることを考えると、必要絶縁距離は２．０ｍｍ程度であるということが言えるものである。

また、上記２本の巻芯１間の隙間１ａは軸方向のどの場所にあっても良いが、均等な放熱効果を得るためには中央部に設定することが望ましいものである。

また、上記巻芯１を素子２の両端面から夫々０．５ｍｍずつ突出させた例で説明したが、巻芯１を素子２の端面から突出させなくても本発明による効果は得られるものであり、突出させることによってメタリコン電極３との機械的接合強度の向上を図り、これにより放熱効果の更なる向上と安定化を図ることができるようになるものである。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項２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で図１、図２を用いて説明した金属化フィルムコンデンサの巻芯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は本発明の実施の形態２による金属化フィルムコンデンサに使用される巻芯の構成を示した展開斜視図であり、図３において４は巻芯を示し、この巻芯４は厚みが１０μｍの一対のアルミニウム箔５ａ、５ｂを互いに逆方向に位置をずらして、その間に絶縁性のスペーサ６を介在させて巻回することにより構成され、両端面に上記アルミニウム箔５ａと５ｂが夫々突出するようにしたものである。また、上記絶縁性のスペーサ６としては、ＰＥＴフィルム、ＰＰフィルム、紙等を使用することができるものであり、本実施の形態においては厚みが３．０μｍのＰＰフィルムを用いたものである。

そして、このように構成された巻芯４は、上記実施の形態１と同様に、図示しない誘電体フィルム上に金属蒸着電極を形成した一対の金属化フィルムを上記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してこの巻芯４上に巻回することにより素子を形成すると共に、この素子の両端面から上記巻芯４を構成するアルミニウム箔５ａ、５ｂが夫々０．５ｍｍずつ突出するようにし、かつ、このように突出したアルミニウム箔５ａ、５ｂを含む素子の両端面に夫々メタリコン電極３を金属溶射により形成して本実施の形態による金属化フィルムコンデンサが構成されるものである。

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は、上記実施の形態１による金属化フィルムコンデンサにより得られる効果に加え、一対のアルミニウム箔５ａ、５ｂをその間に絶縁性のスペーサ６を介在させて巻回することにより形成された巻芯４を用いた構成のため、この巻芯４のアルミニウム箔５ａ、５ｂ間で僅かではあるものの静電容量を発現するようになり、結果的に金属化フィルムコンデンサの総容量を向上させることができるという格別の効果を奏するものである。

このようにして得られた本実施の形態１、２の金属化フィルムコンデンサの放熱性を確認した結果を比較例としての従来品（ＰＰ製の巻芯を用いて構成した以外は実施の形態１と同じ）と比較して（表１）に示す。

なお、放熱性を確認するための試験としては、素子へのリップル電流通電（１０ＫＨｚ、２０Ａｒｍｓ）による自己温度上昇測定である。

（表１）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、金属箔製の巻芯を用いた構成により、素子の発熱をこの巻芯を介してメタリコン電極から外部へと放熱することができるようになるため、優れた放熱性を発揮していることが分かるものである。

本発明による金属化フィルムコンデンサは、放熱性に優れるという効果を有し、特に過酷な使用環境が要求される自動車用の分野等として有用である。

（ａ）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正面断面図、（ｂ）同側面断面図、（ｃ）同斜視透視図（ａ）同金属化フィルムコンデンサの巻き取り状態を示した正面断面図、（ｂ）同側面断面図、（ｃ）同斜視透視図本発明の実施の形態２による金属化フィルムコンデンサに使用される巻芯の構成を示した展開斜視図従来の金属化フィルムコンデンサの構成を示した一部切り欠き斜視図

符号の説明

１、４巻芯
１ａ隙間
２素子
２ａ外装部
３メタリコン電極
５ａ、５ｂアルミニウム箔
６スペーサ

Claims

巻芯と、
誘電体フィルム上に金属蒸着電極を形成した一対の金属化フィルムを上記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上記巻芯に巻回した素子と、
この素子の両端面に金属溶射によって形成されたメタリコン電極とを備え、
上記巻芯は２本１組であり、これら２本１組の上記巻芯は、金属箔を巻回することにより形成されるとともに、同軸上に隙間を設けて非接触状態で配設され、
上記素子は、上記巻芯とともに偏平形状に加工され、
上記メタリコン電極は、これら２本１組の上記巻芯の各一端に夫々接続された金属化フィルムコンデンサ。
金属箔を巻回することにより形成された２本の巻芯を同軸上に隙間を設けて非接触状態で配設するのに代えて、一対の金属箔を互いに逆方向に位置をずらして、その間に絶縁性のスペーサを介在させて巻回した金属箔２層構造の巻芯を用いた請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
素子の端面から巻芯を突出させた請求項１または２に記載の金属化フィルムコンデンサ。
巻芯として、アルミニウム箔または銅箔を用いた請求項１または２に記載の金属化フィルムコンデンサ。