JP5024176B2 - フィルムコンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、複数のコンデンサが直列に接続された高耐電圧用のフィルムコンデンサに関するものである。

フィルムコンデンサでは、耐電圧の向上のため、コンデンサ素子内部で複数のコンデンサ要素が直列に接続された回路構成としたいわゆる直列コンデンサが広く用いられている。

従来の直列コンデンサの一例として、その斜視図を図２に示している。

図２の直列コンデンサでは、上層フィルム２２の表面に、フィルムの長さ方向に沿って２本の帯状電極２５ａ、２５ｂを蒸着し、この２本の帯状電極２５ａ、２５ｂの間に絶縁溝部２４を設けると共に、２本の帯状電極２５ａ、２５ｂはフィルムの両端側を電極引出部２１ａ、２１ｂに接触させている。また下層フィルム２３の表面には、フィルムの長さ方向に沿って中央部に帯状電極２７が蒸着され、フィルムの両端側に絶縁溝部２６、２６が設けられている。この構造により、金属化フィルムコンデンサの等価回路は図３に示すようなコンデンサ要素２個の直列回路で構成されることになる。

なお、本出願の発明に関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。
特開平７−５７９５５号公報

上記のような直列コンデンサでは、コンデンサを直列に接続することにより、より高い電圧に耐えられるコンデンサとなるが、同時に電流量も増大するため、誘電損失（または誘電正接、ｔａｎδ）が小さいことが求められる。

そして、誘電損失（ｔａｎδ）を低減するためには、帯状電極２５ａ、２５ｂと電極引出部２１ａ、２１ｂの接触が十分確保されていることが重要となる。

ここで、帯状電極２５ａ、２５ｂの厚みは非常に薄いため、電極引出部２１ａ、２１ｂとの接続においては帯状電極２５ａ、２５ｂの表面上で両端側の一部に電極引出部２１ａ、２１ｂが接触するように形成することが必要である。

電極引出部２１ａ、２１ｂはメタリコンと呼ばれる金属溶射により形成されるが、上記の理由で帯状電極２５ａ、２５ｂと電極引出部２１ａ、２１ｂとの接触を向上させるため、下層フィルム２３の幅を上層フィルム２２の幅よりも短くして、帯状電極２５ａ、２５ｂの表面上で両端側の一部分に溶射された金属が付着するようにしている。

また、下層フィルム２３の幅を上層フィルム２２の幅より短くすることにより、端面に凹凸を付けて電極引出部２１ａ、２１ｂの接触面積を増やして接着強度を高めることもできる。

このため、図２に明らかに示されてはいないが、上層フィルム２２の両端側は隣接する下層フィルム２３の両端側よりも突出することになる。

さらに、絶縁溝部２６には電極がないため、上層フィルム２２と下層フィルム２３が巻回されたときに、この電極のない絶縁溝部２６により厚みの差が集積され、上層フィルム２２の両端側が、より浮いた状態となる。

このため、金属溶射時の圧力により、上層フィルム２２の両端側が倒れ込み、帯状電極２５ａ、２５ｂと電極引出部２１ａ、２１ｂとの間の接触が阻害される結果、直列コンデンサの誘電損失（ｔａｎδ）が増大し特性が低下してしまうという課題があった。

そこで本発明は、誘電損失（ｔａｎδ）の増大を起こしにくく、特性が向上したフィルムコンデンサを提供することを目的とする。

そしてこの目的を達成するために、本発明のフィルムコンデンサは、互いに絶縁された複数の長手方向に伸びる電極層を形成した長尺状の第１の支持体と、電極層を形成しない誘電体フィルムと、互いに絶縁された複数の長手方向に伸びる電極層を形成した長尺状の第２の支持体と、を重ね合わせて巻回し、その両端面に取出電極を形成して複数のコンデンサ要素が直列に接続されるようにしたフィルムコンデンサであって、前記第１の支持体上の前記電極層のうち支持体の幅方向両端部の電極層が前記取出電極と接続されているとともに、前記第１の支持体の厚みは前記第２の支持体の厚みよりも厚く、かつ６μｍ以上の厚みであることを特徴とするフィルムコンデンサである。

幅方向両端部が取出電極に接続される電極層を形成する第１の支持体の厚みをもう一方の第２の支持体よりも厚く、かつ６μｍ以上とすることにより、フィルムコンデンサの形状を大型化することなく、金属溶射時の支持体の倒れ込みが減少し、その結果電極層と取出電極との接続が確保されて誘電損失（ｔａｎδ）の増大が抑制されることになり、特性が向上したフィルムコンデンサを得ることができる。

以下、本発明のフィルムコンデンサについて、一実施の形態および図面を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本実施の形態のフィルムコンデンサの断面図である。

図１において、第１の支持体１１の両面に、電極層がない非蒸着部１２により互いに絶縁された帯状の電極層１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆがアルミニウムなどの金属蒸着により長手方向に連続して形成されている。

また他の第２の支持体１４の両面には、同様に電極層がない非蒸着部１５により互いに絶縁された帯状の電極層１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄが形成されている。

そして、第１の支持体１１と第２の支持体１４の間には、電極層が形成されていない誘電体フィルム１７が挟まれ、これら第１の支持体１１と誘電体フィルム１７と第２の支持体１４が重ねられて巻回された後、その両端面に取出電極１８、１９（従来例の電極引出部に相当）がメタリコンのような金属溶射などの方法により形成されている。

誘電体フィルム１７としては、ポリプロピレンフィルム（以下ＰＰフィルム）やポリエチレンテレフタレートフィルム（以下ＰＥＴフィルム）などの有機フィルムが用いられる。

また、支持体１１、１４は電極層１３、１６を保持するための基材であり、その材質としては絶縁性の有機フィルムであれば良いが、誘電体フィルムと同じＰＰフィルムやＰＥＴフィルムを用いても良い。

このような構成により、誘電体フィルム１７を介して対向する電極層１３ｄと電極層１６ａ、電極層１６ａと電極層１３ｅ、電極層１３ｅと電極層１６ｂ、電極層１６ｂと電極層１３ｆの間に４つの直列接続されたコンデンサ要素が形成される。

さらに、図１において、第２の支持体１４の下方にも誘電体フィルム１７が配されて巻回されるため、全体としては上記の４つの直列接続されたコンデンサ要素が多数並列接続された構成となる。

電極層１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄはいわゆる中間電極であり、取出電極１８、取出電極１９とは接続されないものである。

ここで、図１に示すように、第２の支持体１４と誘電体フィルム１７は第１の支持体１１よりも幅が短くされており、第１の支持体１１上の電極層１３ａ、電極層１３ｆの表面の端部２０が０．５〜１．０ｍｍ程度、突出するように構成されている。

そしてこの突出した電極層１３ａ、電極層１３ｆの一部に取出電極１８、取出電極１９が接触するように形成されている。

上記のような構成において、第１の支持体１１の厚みを６μｍ以上とすることによって、メタリコンによる取出電極１８、取出電極１９の形成時の圧力により第１の支持体１１上の電極層１３ａ、電極層１３ｆの表面の端部２０が倒れ込むことがなく、したがってこの端部２０で取出電極１８、取出電極１９との十分な接続が確保されることになる。

これにより、取出電極１８、取出電極１９を設けた後も、誘電損失（ｔａｎδ）が増大することなく、特性の良好なフィルムコンデンサとすることができる。

さらに、第２の支持体１４の厚みは、６μｍ以上の第１の支持体１１の厚みよりも薄くしているため、フィルムコンデンサの形状を大型化することがない。

以下、具体的な実施例について説明する。

以下の実施例では、第２の支持体１４の厚みを５μｍとし、第１の支持体１１の厚みを変え、誘電体フィルム１７を介して電極層１３、電極層１６が対向するように巻回した後、両端面にメタリコンにより取出電極１８、取出電極１９を形成したフィルムコンデンサを作製し、誘電損失を測定した。

作製したフィルムコンデンサ試料はいずれも定格電圧が２２００Ｖで静電容量は０．０１７μＦであり、寸法規定値としては巻外径（巻回後の外径）が２．２７ｃｍ以下である。

第１、第２の支持体１１、１４の材質としてはＰＰフィルムを用い、誘電体フィルム１７としては定格電圧の関係から１２μｍの厚みのＰＰフィルムを用いている。

（実施例１）
第１の支持体１１の厚みを６μｍ、第２の支持体１４の厚みを５μｍとし、１２μｍの誘電体フィルムとともに図１のように巻回し、両端面に取出電極１８、取出電極１９を形成したフィルムコンデンサ試料１００個を作製した。この試料について、２５℃で１０ｋＨｚ１Ｖの電圧を印加して誘電損失（ｔａｎδ）を測定し、ｔａｎδが０．０３％以上である試料個数の比率を不良率とした。

実施例１による試料１００個の不良率（ｔａｎδが０．０３％以上の試料個数比率）は１０％であった。

またフィルムコンデンサ試料の巻外径は２．１７ｃｍであり、寸法規定値の範囲内であった。

（実施例２）
第１の支持体１１の厚みを７μｍとした以外は実施例１と同様に、フィルムコンデンサ試料１００個を作製し、ｔａｎδの不良率を測定した結果は、５％であった。

実施例２の試料の巻外径は２．２２ｃｍであり、やはり寸法規定値の範囲内であった。

（実施例３）
第１の支持体１１の厚みを８μｍとした以外は実施例１と同様に、フィルムコンデンサ試料１００個を作製し、ｔａｎδの不良率を測定した結果は２％であった。

しかし、第１の支持体１１の厚みが厚くなるにつれ、フィルムコンデンサの形状が大きくなり、巻外径は２．２７ｃｍであり、この実施例３の大きさが寸法規定値の限界であった。

（比較例１）
第１の支持体１１の厚みを５μｍとした以外は実施例１と同様に、フィルムコンデンサ試料１００個を作製し、ｔａｎδの不良率を測定した結果は４０％であった。

また、実施例１〜３、比較例１のフィルムコンデンサ試料の断面を観察したところ、比較例１の試料で第１の支持体１１の倒れ込みが最も大きく、実施例１〜３と第１の支持体１１の厚みが厚くなるにつれてその倒れ込みの程度は小さくなっていた。

以上の結果から明らかなように、第１の支持体１１の厚みを第２の支持体１４よりも厚く、６μｍ以上の厚みとすることにより、フィルムコンデンサの誘電損失（ｔａｎδ）の不良率を低減することができ、高耐電圧、大電流に耐え得るフィルムコンデンサとすることができる。

ここで、第１の支持体１１の厚みが厚いほど、倒れ込みが減少し、ｔａｎδの不良率は減少する傾向にあるが、フィルムコンデンサの外径が大きくなってしまう。

これを補うために、第２の支持体１４の厚みを薄くすることが考えられるが、厚みが薄くなるほど金属蒸着時の熱に耐えにくくなり、また本実施の形態のように両面に金属蒸着電極を形成する場合は、さらに金属蒸着時の熱による影響が大きくなる。

このため、第２の支持体１４の厚みを薄くすることには限界があり、３〜４μｍ以上とすることが好ましい。

したがって、第１の支持体１１の厚みを６μｍ以上、８μｍ以下とし、第２の支持体１４の厚みを３μｍ以上、５μｍ以下とするのがより好ましい。

また、本実施の形態では、第１の支持体１１上の電極層１３ａ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｆの表面の端部２０が０．５〜１．０ｍｍ程度、突出するように構成している。

突出する端部２０の幅が０．５ｍｍより短いと、第１の支持体１１が隣接する誘電体フィルムや第２の支持体１４で支えられやすいため、第１の支持体１１が金属溶射時に倒れ込む程度が軽減されるが、端部２０の幅が短いため取出電極１８、取出電極１９との接触部分が少なくなることになる。

さらに、巻回した時の両端面の凹凸が小さくなるため、両端面の表面積が減少し、その結果取出電極の接着強度が低下することにもなる。

また、端部２０の幅が１ｍｍよりも長いと、取出電極１８、取出電極１９との接触部分は増加するが、第１の支持体１１が隣接する誘電体フィルムや第２の支持体１４で支えられにくくなり、第１の支持体１１が金属溶射時に倒れ込む程度が増加する。

したがって、この端部２０の幅は０．５〜１．０ｍｍが好ましい。

なお、本実施の形態では第１、第２の支持体１１、１４として、ＰＰフィルムを用いたがＰＥＴフィルムなどの他の有機フィルムを用いることもできる。

ＰＥＴフィルムは、ＰＰフィルムに比べて強度が高く、金属溶射時の圧力の影響を受けにくいが、フィルム自体の誘電損失（ｔａｎδ）が高く、例えば第１の支持体１１の両面に対称に形成した金属層１６ａ、金属層１６ｄの位置にズレがあると、このズレの部分でｔａｎδの大きな容量成分が発生し、フィルムコンデンサ全体のｔａｎδ増大につながる場合がある。

このため、第１の支持体１１、第２の支持体１４としては誘電損失が比較的小さいＰＰフィルムを用いることが好ましい。

誘電体フィルム１７については、誘電体として機能するフィルムであるため、フィルム自体のｔａｎδが小さなＰＰフィルムが好ましい。

また、本実施の形態では支持体の両面に電極層を形成したものと、電極層を形成していない誘電体フィルムとを巻回したが、これに限定されるものではなく、図２の従来例のように、上層フィルム２２と下層フィルム２３を巻回する場合においても、上層フィルム２２の厚みを下層フィルム２３よりも厚く、かつ６μｍ以上とすることにより、同様の効果を得ることができる。

なお、図１では説明のために第１、第２の支持体１１、１４と誘電体フィルム１７間の空隙を誇張して図示しているが、実際のフィルムコンデンサにおいては、これらは極めて接近しているか、もしくは密着しているものである。

本発明のフィルムコンデンサでは、幅方向両端部が取出電極に接続される電極層を形成する第１の支持体の厚みを、もう一方の第２の支持体よりも厚く、かつ６μｍ以上とすることにより、フィルムコンデンサの形状を大型化することなく、金属溶射時の支持体の倒れ込みを減少することにより、誘電損失（ｔａｎδ）の増大が抑制され、特性が向上したフィルムコンデンサを得ることができるため、高耐圧用のフィルムコンデンサ等に有用である。

本発明の実施の形態によるフィルムコンデンサの断面図 従来の直列コンデンサの斜視図 従来の金属化フィルムコンデンサの等価回路図

符号の説明

１１ 第１の支持体
１２、１５ 非蒸着部
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ 電極層
１４ 第２の支持体
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ 電極層
１７ 誘電体フィルム
１８、１９ 取出電極
２０ 端部
２１ａ、２１ｂ 電極引出部
２２ 上層フィルム
２３ 下層フィルム
２４ 絶縁溝部
２５ａ、２５ｂ 帯状電極
２６ 絶縁溝部
２７ 帯状電極

Claims (2)

1. 互いに絶縁された複数の長手方向に伸びる電極層を形成した長尺状の第１の支持体と、電極層を形成しない誘電体フィルムと、互いに絶縁された複数の長手方向に伸びる電極層を形成した長尺状の第２の支持体と、を重ね合わせて巻回し、その両端面に取出電極を形成して複数のコンデンサ要素が直列に接続されるようにしたフィルムコンデンサであって、前記第１の支持体上の前記電極層のうち支持体の幅方向両端部の電極層が前記取出電極と接続されているとともに、前記第１の支持体の厚みは前記第２の支持体の厚みよりも厚く、かつ６μｍ以上であることを特徴とするフィルムコンデンサ。
2. 前記第１の支持体、第２の支持体と前記誘電体フィルムがポリプロピレンフィルムである請求項１に記載のフィルムコンデンサ。

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