JP5012524B2

JP5012524B2 - 金属化フィルムコンデンサ

Info

Publication number: JP5012524B2
Application number: JP2008007700A
Authority: JP
Inventors: 宏樹竹岡; 浩久保田; 幸博島▲崎▼
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-01-17
Filing date: 2008-01-17
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2028-01-17
Also published as: JP2009170685A

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、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と呼ぶ）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、更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いる。

そして、このような金属化フィルムコンデンサは、一般に金属箔を電極に用いるものと、誘電体フィルム上に設けた蒸着金属を電極に用いるものとに大別される。中でも、蒸着金属を電極（以下、金属蒸着電極と呼ぶ）とする金属化フィルムコンデンサは、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機能（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ものである。

図１５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断面模式図、図１６はこの金属化フィルムコンデンサに使用される第１の金属化フィルムの模式図であり、図１５と図１６において、４１と４１ａは誘電体フィルム、４２と４２ａはこの誘電体フィルム４１、４１ａに蒸着形成した金属蒸着電極、４３と４３ａはこのような金属蒸着電極を厚く形成して抵抗値を低くした低抵抗部、４４は微小破壊発生時に後述する分割電極を分断するヒューズ部、４５と４５ａは金属蒸着しないマージン部、４６は上記ヒューズ部４４で接続された分割電極を形成する電極区切り部、４７は上記低抵抗部４３、４３ａの幅、４８はこの電極区切り部４６によって分割電極に区切られた微小ブロック、４９は第１の金属化フィルム、５０は第２の金属化フィルムを示すものである。

そして、このように構成された第１の金属化フィルム４９と第２の金属化フィルム５０とを、図１５に示すように金属蒸着電極４２、４２ａが誘電体フィルム４１、４１ａを介して対向するようにして巻回することにより素子を形成し、この素子の両端面に金属溶射によってメタリコン電極（図示せず）を形成することにより金属化フィルムコンデンサが構成されているものであった。

なお、上記第２の金属化フィルム５０は、第１の金属化フィルム４９と同様に、微小ブロック４８やヒューズ部４４を有する電極形状、あるいは微小ブロック４８やヒューズ部４４を有しない電極形状、のいずれであっても良いものである。

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、分割電極による微小ブロック４８をヒューズ部４４で接続することにより形成された自己保安機構の動作性を向上させる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２００５−８５８７０号公報

このような金属化フィルムコンデンサをハイブリッド自動車等に代表される自動車用として使用する場合には、特に小型軽量化に対する要望が大きく、このような要望に応えるための最も有効な手段として金属化フィルムの厚みを薄くすることが考えられる。そのために、誘電体フィルム自体の厚みを薄くする技術の開発と、薄い誘電体フィルムを使いこなす技術の開発の両方が日々行われているものである。

なお、このような誘電体フィルムとしては、現在、量産ベースで使用されているポリプロピレンフィルム（以下、ＰＰフィルムと呼ぶ）で、厚みが３μｍ程度のものが最も薄いものであるが、この厚みを更に薄くする方向で開発が進められ、今日現在では、厚みが２μｍ程度のＰＰフィルムも入手できるようになってきている。

しかしながら、このように薄手化されたＰＰフィルムは、厚みが薄いが故に取り扱い性が極めて悪くなり、特に、ＰＰフィルム上に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを巻回して素子を作製する際に、金属化フィルムにしわが発生し易いという課題があった。

なお、このような素子巻回時にしわが発生する現象は、厚みが３μｍを超えるＰＰフィルムにおいては、製造装置を含む製造条件をコントロールすることによってしわの発生を防止することが可能なものであったが、厚みが２μｍというような極めて薄いＰＰフィルムを用いる際には、このような従来の技術では対応できず、新たな技術の導入が必要なものである。

また、このようなしわの発生は、誘電体フィルム自体が薄いために素子巻回時のテンションによってしわが入り易いことに加え、誘電体フィルム上に蒸着によって形成した金属蒸着電極部分は硬くなっているために伸び難く、非金属蒸着電極部分は柔らかいために伸び易い。また、金属蒸着電極面と非金属蒸着電極面とでは誘電体フィルムの反り状態が異なる等の理由に起因し、素子巻回時に金属化フィルムに加わるテンションが複雑に分散されるために発生するものと思われる。

本発明はこのような従来の課題を解決し、厚みが薄い誘電体フィルムを用いた場合でも、素子巻回時のしわの発生を抑制することによって優れた生産性と品質を実現し、かつ、小型軽量化を図っ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は、金属化フィルムコンデンサを構成する金属化フィルムが、誘電体フィルムの幅方向の一端側に非金属蒸着部からなる絶縁マージンを長手方向に連続して設けると共に、この絶縁マージンから他端側に向かって非金属蒸着部からなる横マージンを設けることにより複数の分割電極が形成され、かつ、誘電体フィルムの長手方向に亘って非金属蒸着部からなる縦マージンを設け、横マージンを山形状または円弧状にし、この山形状または円弧状の頂部が金属化フィルムを製造する際の誘電体フィルムの走行方向に向かうようにした構成のものである。

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、誘電体フィルム上に蒸着によって形成する金属蒸着電極の縦マージンと横マージンの少なくとも一方を傾斜させた構成により、この金属化フィルムを巻回して素子を作製する際に、金属化フィルムに加わるテンションの一部を横マージンあるいは縦マージンを介してフィルム走行方向の後方へ逃がすことができるようになるため、厚みが薄い誘電体フィルムを用いた場合でも、金属化フィルムに加わる複雑なテンションを低減し、しわの発生を抑制することができるため、優れた生産性と品質を実現し、かつ、小型軽量化を図った金属化フィルムコンデンサを安定して提供することができるようになるという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、４〜６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に使用される金属化フィルムの構成を示した平面図であり、図１において、１は金属化フィルムであり、この金属化フィルム１は厚みが２．０μｍのポリプロピレンフィルム（以下、ＰＰフィルムと呼ぶ）を誘電体フィルムとして用いたものであるが、本発明は、材料、厚み共に、これらに限定されるものではない。

２は上記誘電体フィルムの幅方向の一端側に設けられた非金属蒸着部からなる絶縁マージン、３はこの絶縁マージン２から他端側に向かって設けられた非金属蒸着部からなる横マージンであり、この横マージン３は金属化フィルム１の長手方向となる直線と直交する直線に対して傾斜するように形成されているものである。

４は誘電体フィルムの長手方向に亘って設けられた非金属蒸着部からなる縦マージンであり、このような非金属蒸着部からなる絶縁マージン２、横マージン３、縦マージン４を除く部分にアルミニウムからなる金属蒸着電極５が蒸着によって形成されており、この金属蒸着電極５は上記横マージン３によって区切られることにより複数の分割電極を形成し、この複数の分割電極をヒューズ６によって並列接続することにより自己保安機構が構成されているものである。

そして、このように形成された金属化フィルム１を、上記背景技術の項で図１５を用いて説明した従来の金属化フィルムコンデンサと同様に、一対で重ね合わせて巻回すること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、この金属化フィルム１を巻回して素子を作製する際に、金属化フィルム１を図中の右方向へと走行させながら巻回するものであるが、上記誘電体フィルム上に蒸着によって形成する金属蒸着電極５の横マージン３を、金属化フィルム１の長手方向となる直線と直交する直線に対して傾斜するように形成した構成により、素子巻回時に、金属蒸着電極５を含む金属化フィルム１に加わるテンションを上記横マージン３を介してフィルム走行方向の斜め後方へ逃がすことができるようになり、金属蒸着電極５に加わるテンションを低減することができるばかりでなく、従来のように複雑に分散されたテンションが加わらないようになる。

従って、厚みが２．０μｍというような薄いＰＰフィルムを用いた場合でも、しわの発生を抑制して安定した品質で素子を巻回することができるようになるという格別の効果を奏するものである。

また、図２は縦マージンを傾斜させた例を示したものであり、図２において、２は絶縁マージン、８は横マージン、９は縦マージン、１０は金属蒸着電極、６はヒューズであり、これにより金属化フィルム７が構成されており、上記縦マージン９は金属化フィルム７の長手方向となる直線に対して傾斜し、かつ、この傾斜は走行方向と反対の方向が金属化フィルム７の幅方向の端部に接する方向に傾斜するようにしたものである。

このように構成された金属化フィルムを用いた金属化フィルムコンデンサは、上記図１を用いて説明した金属化フィルムを用いた金属化フィルムコンデンサと同様に、誘電体フィルム上に蒸着によって形成する金属蒸着電極１０の縦マージン９を、金属化フィルム７の長手方向となる直線に対して傾斜するように形成した構成により、この金属化フィルムを巻回して素子を作製する際に、金属蒸着電極１０を含む金属化フィルム７に加わるテンションを上記縦マージン９を介してフィルム走行方向の斜め後方へ逃がすことができるようになり、金属蒸着電極１０に加わるテンションを低減することができるばかりでなく、従来のように複雑に分散されたテンションが加わらないようになるため、厚みが２．０μｍというような薄いＰＰフィルムを用いた場合でも、しわの発生を抑制して安定した品質で素子を巻回することができるようになるという格別の効果を奏するものである。

（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３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に使用される金属化フィルム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金属化フィルムの構成を示した平面図であり、図３において、２は絶縁マージン、１２は横マージン、４は縦マージン、１３は金属蒸着電極、６はヒューズであり、これにより金属化フィルム１１が構成されており、上記横マージン１２は山形に形成され、かつ、この山形の頂部が金属化フィルム１１の走行方向に向かうように構成されているものである。

また、図４は他の例を示したものであり、図４において、２は絶縁マージン、１５は横マージン、１６は縦マージン、１７は金属蒸着電極、６はヒューズであり、これにより金属化フィルム１４が構成されており、上記横マージン１５の少なくとも一部は山形に形成され、かつ、この山形の頂部が金属化フィルム１４の走行方向に向かうように構成されているものである。

また、図５は他の例を示したものであり、図５において、２は絶縁マージン、１９は横マージン、２０は縦マージン、２１は金属蒸着電極、６はヒューズであり、これにより金属化フィルム１８が構成されており、上記横マージン１９は２つの山を有する山形に形成され、かつ、この山形の頂部が金属化フィルム１８の走行方向に向かうように構成されているものである。

また、図６は他の例を示したものであり、図６において、２は絶縁マージン、１９は横マージン、２０は縦マージン、２３は金属蒸着電極、６はヒューズであり、これにより金属化フィルム２２が構成されており、上記横マージン１９は２つの山を有する山形に形成され、かつ、この山形の頂部が金属化フィルム２２の走行方向に向かうように構成されているものである。

また、図７は他の例を示したものであり、図７において、２は絶縁マージン、１２は横マージン、９は縦マージン、２５は金属蒸着電極、６はヒューズであり、これにより金属化フィルム２４が構成されており、上記横マージン１２は山形に形成され、かつ、この山形の頂部が金属化フィルム２４の走行方向に向かうように構成されているものである。

また、図８は他の例を示したものであり、図８において、２は絶縁マージン、２７は横マージン、９は縦マージン、２８は金属蒸着電極、６はヒューズであり、これにより金属化フィルム２６が構成されており、上記横マージン２７は山形に形成され、かつ、この山形の頂部が金属化フィルム２６の走行方向に向かうように構成されているものである。

また、図９は他の例を示したものであり、図９において、２は絶縁マージン、２７は横マージン、３０は縦マージン、３１は金属蒸着電極、６はヒューズであり、これにより金属化フィルム２９が構成されており、上記横マージン２７は山形に形成され、かつ、この山形の頂部が金属化フィルム２９の走行方向に向かうように構成されているものである。

以上の図３〜図９に示すように構成された本実施の形態による金属化フィルムを用いた金属化フィルムコンデンサは、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を用いた金属化フィルムコンデンサと同様に、誘電体フィルム上に蒸着によって形成する金属蒸着電極の横マージンを山形状にし、かつ、この山形状の頂部が金属化フィルムの走行方向に向かうように形成した構成により、この金属化フィルムを巻回して素子を作製する際に、金属蒸着電極を含む金属化フィルムに加わるテンションを上記横マージンを介してフィルム走行方向の斜め後方へ逃がすことができるようになり、金属蒸着電極に加わるテンションを低減することができるばかりでなく、従来のように複雑に分散されたテンションが加わらないようになるため、厚みが２．０μｍというような薄いＰＰフィルムを用いた場合でも、しわの発生を抑制して安定した品質で素子を巻回することができるようになるという格別の効果を奏するものである。

また、図１０は上記図４を用いて説明した金属化フィルム１４を、更にしわが入り難いようにした例を示したものであり、横マージン１５の数が少ない側に配置された横マージン１５の幅を広くして幅広の横マージン１５ａとした金属化フィルム３２を構成したものであり、これにより、金属化フィルム３２に加わるテンションを、幅を広くした横マージン１５ａによって斜め後方へスムーズに逃がすことができるようになるため、しわの発生をより抑制することができるようになるものである。

また、図１１は上記図５を用いて説明した金属化フィルム１８を、更にしわが入り難いようにした例を示したものであり、縦マージン２０がない側に配置された横マージン１９の幅を広くして幅広の横マージン１９ａとした金属化フィルム３３を構成したものであり、これにより、金属化フィルム３３に加わるテンションを、幅を広くした横マージン１９ａによって斜め後方へスムーズに逃がすことができるようになるため、しわの発生をより抑制することができるようになるものである。

また、図１２は上記図６を用いて説明した金属化フィルム２２を、更にしわが入り難いようにした例を示したものであり、フィルム幅方向の中央部に位置する横マージン１９の長さａよりも、両端に位置する横マージン１９の長さｂが長くなるように、ａ＜ｂとした金属化フィルム３４を構成したものであり、これにより、金属化フィルム３４に加わるテンションを、長さを長くした両端に位置する横マージン１９によって斜め後方へスムーズに逃がすことができるようになるため、しわの発生をより抑制することができるようになるものである。

なお、本実施の形態においては、誘電体フィルム上に蒸着によって形成する金属蒸着電極の横マージンを山形状に形成した例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、横マージンを円弧状に形成し、この円弧状の頂部が金属化フィルムの走行方向に向かうようにしても同様の効果が得られるものであり、また、縦マージンの形状についてもこれらに限定されるものではない。

（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２に記載の発明について説明する。

図１３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に使用される金属化フィルムの構成を示した平面図であり、図１３において、２は絶縁マージン、３６はこの絶縁マージン２から他端側に向かって設けられると共に途中から枝分かれするように形成された非金属蒸着部からなる横マージン、３７は金属蒸着電極、６はヒューズであり、これにより金属化フィルム３５が構成されており、上記横マージン３６が傾斜すると共に山形状に形成され、かつ、この山形の頂部が金属化フィルム３５の走行方向に向かうように構成されているものである。

また、図１４は他の例を示したものであり、図１４において、２は絶縁マージン、３６は横マージン、３９は縦マージン、４０は金属蒸着電極、６はヒューズであり、これにより金属化フィルム３８が構成されており、上記横マージン３６が傾斜すると共に山形状に形成され、かつ、この山形の頂部が金属化フィルム３８の走行方向に向かうように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、上記実施の形態２で図３〜図１２を用いて説明した金属化フィルムを用いた金属化フィルムコンデンサと同様に、誘電体フィルム上に蒸着によって形成する金属蒸着電極の横マージンを山形状にし、この山形状の頂部が金属化フィルムの走行方向に向かうように形成した構成により、この金属化フィルムを巻回して素子を作製する際に、金属蒸着電極を含む金属化フィルムに加わるテンションを上記横マージンを介してフィルム走行方向の斜め後方へ逃がすことができるようになり、金属蒸着電極に加わるテンションを低減することができるばかりでなく、従来のように複雑に分散されたテンションが加わらないようになるため、厚みが２．０μｍというような薄いＰＰフィルムを用いた場合でも、しわの発生を抑制して安定した品質で素子を巻回することができるようになるという格別の効果を奏するものである。

なお、上記本実施の形態１〜３においては、金属化フィルムを構成する誘電体フィルムとしてＰＰ（ポリプロピレン）フィルムを用いたものを例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）フィルム、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）フィルム、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム等を用いることも可能であり、これらの誘電体フィルムを用いた場合でも、本発明による効果は同様に得られるものである。

本発明による金属化フィルムコンデンサは、厚みが薄い誘電体フィルムを用いた場合でも、しわの発生を抑制し、品質の安定化を図った素子を作製することができるという効果を有し、特に小型軽量化が要求される自動車用分野等のコンデンサとして有用である。

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に使用される金属化フィルムの構成を示した平面図同金属化フィルムの他の例を示した平面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金属化フィルムの構成を示した平面図同金属化フィルムの他の例を示した平面図同金属化フィルムの他の例を示した平面図同金属化フィルムの他の例を示した平面図同金属化フィルムの他の例を示した平面図同金属化フィルムの他の例を示した平面図同金属化フィルムの他の例を示した平面図同金属化フィルムの他の例を示した平面図同金属化フィルムの他の例を示した平面図同金属化フィルムの他の例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に使用される金属化フィルムの構成を示した平面図同金属化フィルムの他の例を示した平面図従来の金属化フィルムコンデンサの構成を示した断面模式図同金属化フィルムコンデンサに使用される第１の金属化フィルムの模式図

符号の説明

１、７、１１、１４、１８、２２、２４、２６、２９、３２、３３、３４、３５、３８金属化フィルム
２絶縁マージン
３、８、１２、１５、１５ａ、１９、１９ａ、２７、３６横マージン
４、９、１６、２０、３０、３９縦マージン
５、１０、１３、１７、２１、２３、２５、２８、３１、３７、４０金属蒸着電極
６ヒューズ

Claims

誘電体フィルム上に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを一対とし、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重ね合わせて巻回した素子と、
この素子の両端面に金属溶射によって形成された一対のメタリコン電極からなる金属化フィルムコンデンサにおいて、
上記金属化フィルムとして、誘電体フィルムの幅方向の一端側に非金属蒸着部からなる絶縁マージンを長手方向に連続して設けると共に、
この絶縁マージンから他端側に向かって非金属蒸着部からなる横マージンを設けることにより複数の分割電極が形成され、
かつ、誘電体フィルムの長手方向に亘って非金属蒸着部からなる縦マージンを設け、
上記横マージンを山形状または円弧状にし、この山形状または円弧状の頂部が金属化フィルムを製造する際の上記誘電体フィルムの走行方向に向かうようにした、金属化フィルムコンデンサ。
縦マージンまたは横マージンにヒューズ部を設けることにより、複数の分割電極を夫々並列接続した自己保安機構を設けた請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
金属化フィルムを構成する誘電体フィルムとしてポリプロピレンフィルムを用いた請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
ポリプロピレンフィルムとして厚みが３μｍ以下のものを用いた請求項３に記載の金属化フィルムコンデンサ。