JP5040750B2

JP5040750B2 - コンデンサ

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Publication number: JP5040750B2
Application number: JP2008068133A
Authority: JP
Inventors: 一朗中祖
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2028-03-17
Also published as: JP2009224600A

Description

本発明は、メタライズドフィルムからなるコンデンサに関し、更に詳しくは、フェールセーフ機能を高めたコンデンサに関するものである。

メタライズドフィルムからなるコンデンサは、電極の一部に欠陥があってショートすることがあっても、ショートした部分に流入する電流によってショート部周辺の電極の薄膜金属が飛散してその電極の絶縁状態を回復し、ショート箇所以外の電極が正常に動作する、いわゆるセルフヒーリング機能を備えている。このようなセルフヒーリング機能に関する技術としては、例えば特許文献１〜３に記載された技術がある。特許文献１には金属化フィルムコンデンサについて記載され、特許文献２にはシリーズコンデンサについて記載され、特許文献３にはメタライズドコンデンサについて記載されている。

特許文献１に記載の金属化フィルムコンデンサは、図７の（ａ）に示すように、フィルム１に金属層２−１、２−２を積層し、この金属層２−１、２−２をフィルム１の少なくとも幅方向に設けた非金属部５−１、５−２により分割すると共に、この分割した金属層２−１、２−２にヒューズ機能付き金属部７−１、７−２を設けた金属化フィルム３を有し、１又は２以上の連続する分割した金属層２−１、２−２を単位とし、隣接する単位同士で異なる位置に設けたヒューズ機能付き金属部７−１、７−２を有するものである。このような構成により、ヒューズ機能付き金属部７−１、７−２の重なりをなくして、一つのヒューズ機能付き金属部７−１、７−２が溶断しても他の隣接するヒューズ機能付き金属部７−１、７−２が溶断することなく、静電容量の減少を抑制することができる。この金属層２は非金属部５−１、５−２によってラケット状に区画されているため、以下では必要に応じてラケットパターンと称す。

特許文献２に記載のシリーズコンデンサは、図７の（ｂ）に示すように、金属蒸着フィルム１上にセンターマージン２を有し、且つ金属蒸着膜３が所定値以上の表面抵抗をもった保安機構マージン５、７によって小面積に分画されたモザイク状の集合体からなり、且つ保安機構マージン５、７に分画された小面積の金属蒸着膜部３同士が電気的に導通するための導電性の隘路部４、６を細線部に有するものである。このような構成により、細線部の隘路が安定した保安機能を発揮することができる。この金属蒸着膜３は保安機構マージン５によって格子状に区画されているため、以下では必要に応じて格子状パターンと称す。

特許文献３に記載のメタライズドフィルムコンデンサは、図８の（ａ）に示すように、誘電体フィルム１の表面に多数の短帯状の蒸着電極４が付着しないマージン２で多数のセグメント３に分割された金属を蒸着してなる蒸着電極４を形成し、セグメント３とセグメント３との接続部分にヒューズ機能を持たせたメラタイズドフィルムを巻回してなり、幅方向の蒸着電極４のセグメント３のうち、フィルムの縁側の少なくとも一列以上のセグメント３’の幅寸法を他のセグメント３の幅寸法の１／２以下としたものである。このような構成により、コンデンサの電極構造上、図８の（ｂ）で丸で囲んで示すように蒸着電極４のマージン５側の端部の電界が高くなり、この部分の近傍でショートする確率が高くなっても、セグメント３’を小さくしてあることからコンデンサの容量減少を抑えることができる。このセグメント３も特許文献２の技術と同様に格子状パターンに属する。

特開平１０−１３５０７２号公報特開平１０−２０８９７４号公報特開平０９−２３２１７８号公報

しかしながら、特許文献１〜３の技術では、絶縁破壊電圧に近い異常なサージ電圧が加わった時に最も弱い点、即ち、ヒューズ機能を有する細い金属部からショートし、ショート点を含む電極を細い金属部の溶断により切り離して絶縁状態を回復するが、その後も弱い部分がショートするまでの間絶縁破壊電圧に近い電圧が全てのセグメントに印加されてしまい、ショートしなかった部分においても絶縁性フィルムが疲労し、コンデンサの信頼性を低下させるという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、異常電圧の印加による静電容量の低下を抑制し、コンデンサの寿命を延ばすことができるコンデンサを提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載のコンデンサは、第１の絶縁性フィルムを介して形成された一対の第１のメタライズ膜を有するコンデンサ本体部と、第２の絶縁性フィルムを介して形成された一対の第２のメタライズ膜を有し且つ上記コンデンサ本体部より絶縁破壊電圧が低いフェールセーフ部と、上記コンデンサ本体部と上記フェールセーフ部を並列接続するために互いに対向して配置された一対の外部電極と、を備え、上記第２の絶縁性フィルムは、上記第１の絶縁性フィルムと同一の材料によって形成され、且つ、上記第１の絶縁性フィルムより薄く形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のコンデンサは、第１の絶縁性フィルムを介して形成された一対の第１のメタライズ膜を有するコンデンサ本体部と、第２の絶縁性フィルムを介して形成された一対の第２のメタライズ膜を有し且つ上記コンデンサ本体部より絶縁破壊電圧が低いフェールセーフ部と、上記コンデンサ本体部と上記フェールセーフ部を並列接続するために互いに対向して配置された一対の外部電極と、を備え、上記第２の絶縁性フィルムは、上記第１の絶縁性フィルムと異なる材料によって形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載のコンデンサは、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記フェールセーフ部における静電容量値は、上記コンデンサ本体部における静電容量値より小さいことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載のコンデンサは、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記一対の第１のメタライズ膜の一方は、複数の電極を含むパターン電極部として形成され、上記一対の第２のメタライズ膜の一方は、複数の小電極を含むパターン小電極部として形成され、且つ、上記小電極の面積は、上記電極の面積よりも小さく形成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、第１の絶縁性フィルムを介して形成された一対の第１のメタライズ膜を有するコンデンサ本体部と、第２の絶縁性フィルムを介して形成された一対の第２のメタライズ膜を有し且つ上記コンデンサ本体部より絶縁破壊電圧が低いフェールセーフ部と、上記コンデンサ本体部と上記フェールセーフ部を並列接続するために互いに対向して配置された一対の外部電極と、を備え、上記第２の絶縁性フィルムが上記第１の絶縁性フィルムと同一の材料によって形成され、しかも上記第１の絶縁性フィルムより薄く形成されているため、あるいは上記第２の絶縁性フィルムが上記第１の絶縁性フィルムと異なる材料によって形成されているため、コンデンサに異常電圧が印加されてもフェールセーフ部の第２の絶縁性フィルムがコンデンサ本体部の第１の絶縁性フィルムを絶縁破壊電圧から保護し、異常電圧の印加による静電容量の低下を抑制し、コンデンサの寿命を延ばすことができるコンデンサを提供することができる。

以下、図１〜図６に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、各図中、図１の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のコンデンサの一実施形態を展開したコンデンサ本体部を示す図で、（ａ）はコンデンサ本体部のメタライズ膜を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示すメタライズ膜と対をなすメタライズ膜の平面図、図２は図１の（ａ）に示すメタライズ膜の一部を拡大して示す平面図、図３の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１に示すコンデンサを展開したコンデンサのフェールセーフ部を示す図で、（ａ）はフェールセーフ部のメタライズ膜を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示すメタライズ膜と対をなすメタライズ膜の平面図、図４は図３の（ａ）に示すメタライズ膜の一部を拡大して示す平面図、図５の（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図１に示すコンデンサ本体部と図３に示すフェールセーフ部からなるコンデンサを示す図で、（ａ）はコンデンサの斜視図、（ｂ）は（ａ）に示すコンデンサの軸方向に直交する方向の断面図、（ｃ）はコンデンサの回路構成を示すブロック図、図６は図５に示すコンデンサを用いて異常電圧の印加回数と異常電圧の印加によるショート発生電圧との関係を示すグラフである。

本実施形態のコンデンサ１０は、例えば図１〜図５に示すように、コンデンサ本来の働きをするコンデンサ本体部１１と、コンデンサ本体部１１をサージ電圧等の異常電圧から保護するフェールセーフ部１２と、備えている。

コンデンサ本体部１１は、図１の（ａ）に示す第１のコンデンサ用メタライズドフィルム１１Ａと、同図の（ｂ）に示す第２のコンデンサ用メタライズドフィルム１１Ｂとを重ね合わせ、図５の（ａ）、（ｂ）に示すように巻回して形成されている。また、フェールセーフ部１２は、図３の（ａ）に示す第１のフェールセーフ用メタライズドフィルム１２Ａと図３の（ｂ）に示す第２のフェールセーフ用メタライズドフィルム１２Ｂを重ね合わせ、図５の（ａ）、（ｂ）に示すようにコンデンサ本体部１１に巻回して付設されている。そして、コンデンサ本体部１１とフェールセーフ部１２は、コンデンサ１０の外部電極に対して電気的に並列接続されている。本発明のコンデンサは、コンデンサ本体部とフェールセーフ部を上下に積層する積層型コンデンサとして形成することもできる。本実施形態では上述の巻回型コンデンサについて説明する。

まず、コンデンサ本体部１１について図１及び図２を参照しながら説明する。コンデンサ本体部１１は、上述のように第１、第２のコンデンサ用メタライズドフィルム１１Ａ、１１Ｂを備えている。

第１のコンデンサ用メタライズドフィルム１１Ａは、図１の（ａ）に示すように、テープ状の第１の絶縁性フィルム１３Ａと、第１の絶縁性フィルム１３Ａ上に狭い隙間１４Ａを介して長手方向に矩形状の電極１５Ａを複数配列して形成されたパターン電極部１５と、第１の絶縁性フィルム１３Ａの一方の端縁（図１の（ａ）では上端縁）に沿って延びてパターン電極部１５と狭い隙間１４Ｂを挟んで帯状に形成された第１の引き出し電極部１６と、第１の絶縁性フィルム１３Ａの他方の端縁（図１の（ａ）では下端縁）に沿って延びるマージン１７Ａと、を備えている。また、パターン電極部１５の各電極１５Ａは、それぞれ隙間１４Ａによって区画されていると共に隙間１４Ｂではヒューズ機能を備えた第１の隘路部１８（図２参照）によって第１の引き出し電極部１６とそれぞれ電気的に接続されている。これらのパターン電極部１５、第１の引き出し電極部１６及び第１の隘路部１８が第１の絶縁性フィルム１３Ａ上に金属蒸着により一体的にメタライズ膜として形成されている。ここで、隙間１４Ａ、１４Ｂは、第１の非導通部１４として形成されている。尚、パターン電極部１５はラケット状パターンに属する。

第２のコンデンサ用メタライズドフィルム１１Ｂは、図１の（ｂ）に示すように、テープ状の第１の絶縁性フィルム１３Ｂと、第１の絶縁性フィルム１３Ｂに形成されたパターン電極部１５及び第１の引き出し電極部１６と対を成すメタライズ膜であるベタ電極１９と、を備えている。第１、第２のコンデンサ用メタライズドフィルム１１Ａ、１１Ｂに用いられる第１の絶縁性フィルム１３Ａ、１３Ｂは、必要に応じて、単に第１の絶縁性フィルム１３として説明することがある。ベタ電極１９は、図１の（ｂ）に示すように第２のコンデンサ用メタライズドフィルム１１Ａと同一の第１の絶縁性フィルム１３Ｂの下端縁に偏倚し上端縁にマージン１７Ｂを形成すると共に、パターン電極部１５及び第１の引き出し電極部１６と長手方向の長さが同一に形成されている。第１、第２のコンデンサ用メタライズドフィルム１１Ａ、１１Ｂは重ね合わされると、主としてパターン電極部１５とベタ電極１９とが第１の絶縁性フィルム１３Ａを介して対向することにより所定の静電容量を形成する。パターン電極部１５の下端縁がベタ電極１９の下端縁の手前に達し、ベタ電極１９の上端縁がパターン電極部１５の上端縁に達し、第１の絶縁性フィルム１３Ａを挟んでパターン電極部１５とベタ電極１９とが一部ずれるように形成されている。そして、第１、第２のコンデンサ用メタライズドフィルム１１Ａ、１１Ｂは、重ね合わせて巻回されることにより図５の（ｂ）に示す巻回型コンデンサ１０のコンデンサ本体部１１として形成される。

２枚の第１の絶縁性フィルム１３Ａ、１３Ｂは、図１の（ａ）に示すように例えば長さＬに形成されており、それぞれの第１の絶縁性フィルム１３Ａ、１３Ｂに形成されるパターン電極部１５、第１の引き出し電極部１６及びベタ電極１９は、それぞれ所望の静電容量を得るために必要な長さＬ_１に亘って形成されている。また、パターン電極部１５及び第１の引き出し電極部１６の長手方向の両側にはそれぞれ空白部分がそれぞれ所定の寸法Ｌ_２だけ同じ寸法で形成されている。つまり、Ｌ＝Ｌ_１＋２Ｌ_２の関係にある。但し、通常、Ｌ_１は、Ｌ_２より遥かに長く形成されている。例えば、Ｌ＝３０ｍで、Ｌ_２＝１０ｃｍである。尚、Ｌ_２はそれぞれ同じ寸法でなくても良い。

また、例えば図２に示すように、各電極１５Ａの面積（Ｗ_１×Ｌ_３）は、所望する静電容量によって適宜規定される。第１の引き出し電極部１６の幅Ｗ_２は例えばベタ電極１９側のマージン１７Ｂの範囲内に形成され、各電極１５Ａと第１の引き出し電極部１６を繋ぐ隘路部１８はＬ_３よりも狭い所定の幅ｗ_１１として各電極１５ＡのＬ_３方向の例えば中央部に形成されている。

次いで、フェールセーフ部１２について図３の（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。フェールセーフ部１２は、上述のように第１、第２のフェールセーフ用メタライズドフィルム１２Ａ、１２Ｂを備えている。フェールセーフ部１２は、コンデンサ本体部１１の絶縁破壊電圧より絶縁破壊電圧が低く、コンデンサ１０に異常な電圧が印加された時に、フェールセーフ部１２がこの異常な電圧で一部が破壊されて、コンデンサ本体部１１を絶縁破壊から保護するフェールセーフ機能を有している。従って、フェールセーフ部１２は、コンデンサ本体部１１のように静電容量を得ることを主目的としたものでないことから、第１、第２のフェールセーフ用メタライズドフィルム１２Ａ、１２Ｂは、第１、第２のコンデンサ用メタライズドフィルム１１Ａ、１１Ｂより遥かに短く形成されている。例えば、第１、第２のコンデンサ用メタライズドフィルム１１Ａ、１１Ｂの電極が３０ｍ程度であれば、第１、第２のフェールセーフ用メタライズドフィルム１２Ａ、１２Ｂの電極は５ｃｍ程度である。

第１のフェールセーフ用メタライズドフィルム１２Ａは、図３の（ａ）、（ｂ）及び図４に示すように、テープ状の第２の絶縁性フィルム２３Ａと、第２の絶縁性フィルム２３Ａ上に狭い隙間２４Ａを介して長手方向に細長形状の小電極２５Ａを複数配列して形成されたパターン小電極部２５と、第２の絶縁性フィルム２３Ａの一方の端縁（図３の（ａ）では上端縁）に沿って延びてパターン小電極部２５と狭い隙間２４Ｂを挟んで帯状に形成された第２の引き出し電極部２６と、第２の絶縁性フィルム２３Ａの他方の端縁（図３の（ａ）では下端縁）に沿って延びるマージン２７Ａと、を備えている。

パターン小電極部２５は、図３の（ａ）及び図４に示すように第２の絶縁性フィルム２３Ａの幅方向に細長形状に形成された小さな面積の電極として形成されている。パターン小電極部２５の各小電極２５Ａは、それぞれ隙間２４Ａによって互いに電気的に絶縁されていると共にヒューズ機能を有する第２の隘路部２８によって第２の引き出し電極部２６とそれぞれ電気的に接続されている。このパターン小電極部２５、第２の引き出し電極部２６及び第２の隘路部２８は、第２の絶縁性フィルム２３Ａ上に金属蒸着により一体的にメタライズ膜として形成されている。ここで、隙間２４Ａ、２４Ｂは、第２の非導通部２４として形成している。

第２のフェールセーフ用メタライズドフィルム１２Ｂは、図３の（ｂ）に示すように、テープ状の第２の絶縁性フィルム２３Ｂと、この絶縁性フィルム２３Ｂに形成されて、パターン小電極部２５及び第２の引き出し電極部２６と対を成すメタライズ膜であるベタ電極２９と、を備えている。第１、第２のフェールセーフ用メタライズドフィルム１２Ａ、１２Ｂに用いられる第２の絶縁性フィルム２３Ａ、２３Ｂは、必要に応じて、単に第２の絶縁性フィルム２３として説明することがある。このベタ電極２９は、図３の（ｂ）に示すように第２のフェールセーフ用メタライズドフィルム１２Ｂと同一の第２の絶縁性フィルム２３Ｂの下端縁に偏倚し上端縁にマージン２７Ｂを形成すると共に、パターン小電極部２５及び第２の引き出し電極部２６と長手方向の長さが同一に形成されている。第１、第２のフェールセーフ用メタライズドフィルム１２Ａ、１２Ｂは重ね合わされると、主としてパターン小電極部２５とベタ電極２９とが第２の絶縁性フィルム２３Ａを介して対向することにより所定の静電容量を形成する。パターン小電極部２５の下端縁がベタ電極２９の下端縁の手前に達し、ベタ電極２９の上端縁が複数のパターン小電極部２５の上端縁に達し、第２の絶縁性フィルム２３を挟んでパターン小電極部２５とベタ電極２９とが一部ずれるように形成されている。

２枚の第２の絶縁性フィルム２３Ａ、２３Ｂは、例えば長さＬ_４に形成されており、それぞれの第２の絶縁性フィルム２３Ａ、２３Ｂに形成されるパターン小電極部２５、第２の引き出し電極部２６及びベタ電極２９は、長さＬ_５に形成されている。また、パターン小電極部２５及び第２の引き出し電極部２６の長手方向の両側にはそれぞれ空白部分が長さＬ_６として形成されている。

また、例えば図４に示すように、各小電極２５Ａの面積（Ｗ_４×Ｌ_７）は、Ｗ_４がコンデンサ本体部１１の電極１５ＡのＷ_１と例えば同一に設定され、Ｌ_７がコンデンサ本体部１１の電極１５ＡのＬ_３より格段に短く設定される。第２の引き出し電極部２６の幅Ｗ_６及び第２の隘路部２８の幅ｗ_１２は、いずれもコンデンサ本体部１１の第１の引き出し電極部１６の幅Ｗ _２及び第１の隘路部１８の幅ｗ_１１と同様に形成されている。

第１、第２のコンデンサ用メタライズドフィルム１１Ａ、１１Ｂを巻回してコンデンサ本体部１１を形成した後、第１、第２のフェールセーフ用メタライズドフィルム１２Ａ、１２Ｂをコンデンサ本体部１１の表面に巻回して巻回型コンデンサの本体が形成される。この本体の両端面にメタリコンにより各引き出し電極部１６、２６及びベタ電極１９、２９と電気的に接続されるように外部電極３０Ａ、３０Ｂを形成することにより、図５の（ａ）〜（ｃ）に示す本実施形態のコンデンサ１０が得られる。このコンデンサ１０は、コンデンサ本体部１１とフェールセーフ部１２が外部電極３０に対して並列接続されており、この回路構成は、図５の（ｃ）に示すようになる。

而して、第１の絶縁性フィルム１３と第２の絶縁性フィルム２３は、同一材料で形成されていても、異なる材料によって形成されていても良い。第２の絶縁性フィルム２３が第１の絶縁性フィルム１３と同一材料の場合には、例えば第２の絶縁性フィルム２３が第１の絶縁性フィルム１３より薄くすることで、絶縁破壊電圧が低くなるように形成されている。第２の絶縁性フィルム２３が第１の絶縁性フォルム１３と異なる材料の場合には、第２の絶縁性フィルム２３の材料が第１の絶縁性フィルム１３の材料より低い絶縁破壊電圧をもつ材料によって形成されている。後者の場合には、第２の絶縁性フィルム２３が第１の絶縁性フィルム１３と同一の厚さに形成されていても良い。

第１、第２の絶縁性フィルム１３、２３の材料としては、絶縁性材料であれば特に制限されないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリビニールアセトアセタール（ＰＶＡＡ）等を単独で、または適宜二種以上を組み合わせて使用することができる。第１、第２の絶縁性フィルム１３、２３としての特性、作業性、形状、経済性等を考慮すると、ＰＥＴ、ＰＰ及びＰＶＡＡが好ましい。

また、第１、第２の絶縁性フィルム１３、２３が所定の誘電率を必要とする場合には、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、ジルコン酸カルシウム、チタン酸ジルコン酸カルシウム及びチタン酸マグネシウム等のフィラーを第１、第２の絶縁性フィルム１３、２３を形成する材料に適宜配合しても良い。

また、コンデンサ本体部１１のパターン電極部１５、フェールセーフ部１２のパターン小電極部２５及びそれぞれの第１、第２の引き出し電極部１６、２６及びベタ電極１９、２９は、コンデンサの内部電極として使用されている導電性材料を使用することができ、例えば、Ａｌ、Ｚｎ、Ｚｎ−Ａｌ合金、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒを使用することができる。電極としての特性、作業性、形状、経済性等を考慮すると、Ａｌ及びＺｎが好ましい。

以上説明したように本実施形態によれば、コンデンサ１０は、第１の絶縁性フィルム１３Ａを介して形成された一対の第１のメタライズ膜を有するコンデンサ本体部１１と、第２の絶縁性フィルム２３Ａを介して形成された一対の第２のメタライズ膜を有するフェールセーフ部１２と、コンデンサ本体部１１とフェールセーフ部１２を並列接続するために互いに対向して配置された第１、第２の外部電極３０Ａ、３０Ｂと、を備え、フェールセーフ部１２がコンデンサ本体部１１より絶縁破壊電圧が低く形成されたコンデンサであるため、異常電圧がコンデンサ１０に印加されると、コンデンサ本体部１１より絶縁破壊電圧の低いフェールセーフ部１２の一つの小電極２５Ａにおいてショートしてコンデンサ本体部１１を保護し、更にこのパターン小電極部２５のセルフヒーリング機能により第２の隘路部２８が溶断してショートした小電極２５Ａを他の正常な複数の小電極２５Ａから切り離すことができる。これによって、コンデンサ本体部１１でのショートを防止し、静電容量の低減を抑制することができる。パターン小電極部２５での静電容量が低減するが、小電極２５Ａは面積が小さいため、コンデンサ全体の静電容量に対する静電容量の低減率は極めて小さいものである。

また、本実施形態によれば、第２の絶縁性フィルム２３は、第１の絶縁性フィルム１３と同一の材料によって形成され、且つ、第１の絶縁性フィルム１３より薄く形成されているため、第２の絶縁性フィルム２３の絶縁破壊電圧を第１の絶縁性フィルム１３の絶縁破壊電圧より低くすることができ、フェールセーフ部１２が確実に機能して、コンデンサ１０に異常電圧が印加されてもコンデンサ本体部１１を確実に保護することができる。また、第２の絶縁性フィルム２３が第１の絶縁性フィルム１３と異なり、第１の絶縁性フィルム１３より絶縁破壊電圧の低い材料によって形成されていても、コンデンサ本体部１１を異常電圧から保護することができる。

実施例１
本実施例では、図５に示すコンデンサ１０を作製し、このコンデンサ１０に異常電圧を繰り返し印加して、耐電圧性能を評価した。まず、厚さ７μｍのポリプロピレンフィルム（絶縁破壊電圧：ＤＣ２１００Ｖ）を用いて、図１、図２に示すラケット状パターンで隙間１４を有するＡｌ蒸着膜が形成された第１のコンデンサ用メタライズドフィルム１１Ａを作製すると共に図１、図２に示すラケット状パターンと対をなすベタ電極１９となるＡｌ蒸着膜が形成された第２のコンデンサ用メタライズドフィルム１１Ｂを作製した。また、厚さ５μｍのポリプロピレンフィルム（絶縁破壊電圧：ＤＣ１５００Ｖ）を用いて、図３、図４に示すパターンで隙間２４を有するＡｌ蒸着膜が形成された第１のフェールセーフ用メタライズドフィルム１２Ａを作製すると共に図３、図４に示すパターンと対をなすベタ電極２９となるＡｌ蒸着膜が形成された第２のフェールセーフ用メタライズドフィルム１２Ｂを作製した。第１のフェールセーフ用メタライズドフィルム１２Ａの小電極２５Ａの面積は、第１のコンデンサ用メタライズドフィルム１１Ａの電極１５Ａの面積の１／１０になるように設定した。つまり、小電極２５Ａの縦の長さＷ_４は、電極１５Ａと縦の長さＷ_１と同一とし、横の長さＬ_７を電極１５Ａの長さ４０ｍｍの１／１０、即ち、４ｍｍに設定した。その他の寸法は共通となり、電極１５Ａ及び小電極２５Ａの縦Ｗ_１、Ｗ_４を３６ｍｍ、第１、第２の引き出し電極部１６、２６の幅Ｗ_２、Ｗ_６を１ｍｍ、隙間１４、２４の幅を１ｍｍ、第１、第２の隘路部１８、２８の縦横いずれも１ｍｍ、マージンを２ｍｍに設定した。

第１のコンデンサ用メタライズドフィルム１１Ａのパターン電極部１５の長さＬ_１を２９．９７ｍ、第１のフェールセーフ用メタライズドフィルム１２Ａのパターン小電極部２５の長さＬ_５を０．０４９ｍとし、各パターン電極部１５、２５の両側の空白部分をそれぞれ１０ｃｍとした。尚、電極１５Ａの数は７３１個であり、小電極２５Ａの数は１０個に設定している。また、ベタ電極１９、２９は、それぞれパターン電極部１５の長さＬ_１、パターン小電極部２５の長さＬ_５と同一長さ、つまり２９．９７ｍ、０．０４９ｍとした。その後、第１、第２のコンデンサ用メタライズドフィルム１１Ａ、１１Ｂを重ねて巻回し、コンデンサ本体部１１を形成した後、第１、第２のフェールセーフ用メタライズドフィルム１２Ａ、１２Ｂを重ねて、コンデンサ本体部１１の外周に巻回した。然る後、メタリコンにより外部電極３０Ａ、３０Ｂを形成し、コンデンサ１０を得た。これにより、コンデンサ本体部１１とフェールセーフ部１２は、外部電極３０Ａ、３０Ｂに対して電気的に並列接続されたことになる。

上記コンデンサ１０に２ｋＶを超える電圧を繰り返し印加した場合の、ショート発生電圧と静電容量の低下割合を評価し、その結果を図６に示した。この時、比較例として上記コンデンサ１０からフェールセーフ部１２のない従来のコンデンサを作製し、同様の評価を行ない、その結果を図６に示した。尚、図６ではコンデンサ本体部１１をＡ部、フェールセーフ部１２をＢ部として示してある。

図６に示す結果によれば、比較例のコンデンサでは約２．１ｋＶでショートし、電圧の印加回数と共に静電容量が大きく低下していく。これに対して、上記コンデンサ１０では、絶縁破壊電圧の低いフェールセーフ部１２から優先的に破壊するため、絶縁破壊電圧は約１．５ｋＶと低下するものの、小電極２５Ａの面積が小さいため、一回のショート当たりの静電容量の低下は小さい。異常電圧を１０回印加すると、比較例では１．４％低下したのに対し、コンデンサ１０では０．２％の低下に留まっている。フェールセーフ部１２の複数の小電極２５Ａが消失した後には、コンデンサ本体部１１のみとなり、比較例と同等の挙動を示す。従って、実用上異常電圧が加わる回数に、更に余裕をみて小電極２５Ａの数を多く設けておくことが好ましい。

２ｋＶ程度の異常電圧が印加された時には、フェールセーフ部１２のない比較例のコンデンサでは最も弱い部分がショートするまで２ｋＶという絶縁破壊の限界に近い電圧がフィルム全体に加わり、長期の信頼性に悪影響を及ぼす虞がある。本実施例のコンデンサ１０のように、絶縁破壊電圧の低いフェールセーフ部１２をコンデンサ本体部１１に並列接続することにより、異常電圧が印加されてもフェールセーフ部１２が優先してショートする。フェールセーフ部１２は、耐電圧のレベルは低下するが、小電極２５Ａの面積がコンデンサ本体部１１の電極１５Ａと比較して十分に小さく（１／１０）、フェールセーフ部１２における静電容量はコンデンサ１０全体の約０．２％となっていることから、仮にフェールセーフ部１２のパターン小電極部２５の全ての小電極２５Ａがショートし、セルフヒーリングで絶縁されても、静電容量が低下した影響は小さい。

更に、重要なことは、異常電圧が印加されても、フェールセーフ部１２のパターン小電極部２５が消失するまで、コンデンサ本体部１１には絶縁破壊電圧に近い電圧がコンデンサ本体部１１に加わらないことである。その結果、異常電圧が印加された後のコンデンサ１０の寿命を向上させることができる。表１は、本実施例のコンデンサ１０と比較例のコンデンサの寿命試験の結果を示している。寿命試験は、周囲温度８５℃中において、本実施例のコンデンサ１０及び比較例のコンデンサに対し、直流電圧１２００Ｖに１０ｋＨｚの交流電圧５Ｖｒｍｓを長時間重畳させ、静電容量の変化をもって寿命を判定した。尚、本実施例のコンデンサ１０の小電極２５Ａの数は１０であった。

表１に示す結果によれば、本実施例のコンデンサ１０は、上述したように異常電圧は、フェールセーフ部１２のパターン小電極部２５が消失するまでは絶縁破壊電圧が低く設定されているフェールセーフ部１２のみに加わり、小電極２５Ａが消失した後初めてコンデンサ本体部１１に異常電圧が加わる。従って、異常電圧を１０回印加しても、その間はコンデンサ本体部１１には異常電圧は実質的に加わらないため、異常電圧の印加後もコンデンサ１０の寿命を長期間に亘って維持することができる。一方、比較例では異常電圧がコンデンサ本体部にも加わるため、寿命が本実施例の約半分と極めて短い。

以上を要するに、異常電圧が繰り返し印加されても、フェールセーフ部１２のパターン小電極部２５がある間は、コンデンサ本体部１１のパターン電極部１５の静電容量は殆ど低下せず、また、コンデンサ１０の寿命を長期間に亘って維持することができる。

実施例２
本実施例では第１の絶縁性フィルム１３と第２の絶縁フィルム２３とで異なる材料を用いてコンデンサ１０を作製した。即ち、第１の絶縁性フィルム１３として厚さ７μｍのポリプロピレンフィルム（絶縁破壊電圧：ＤＣ２１００Ｖ）を用い、第２の絶縁性フィルム２３として厚さ同じ７μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム（絶縁破壊電圧：ＤＣ１５００Ｖ）を用いて実施例１と同一要領でコンデンサを作製し、実施例１と同様の評価を行った。

第２の絶縁性フィルム２３の材料が第１の絶縁性フィルム１３の材料と異なっていても、実施例１の第２の絶縁性フィルムと実質的に同程度の絶縁破壊電圧を有するものであれば、実質的に同一の作用効果を示すことが判った。

尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではなく、必要に応じて適宜設計変更することができる。また、上記実施形態ではラケット型のパターン電極部を有するコンデンサについて説明したが、その他の格子状のパターン電極部などにも本発明を適用することができる。また、上記実施形態では巻回型コンデンサについて説明したが、本発明は積層型コンデンサにも適用することができる。

本発明は、メタライズドフィルムコンデンサに好適に利用することができる。

（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のコンデンサの一実施形態を展開したコンデンサ本体部を示す図で、（ａ）はコンデンサ本体部のメタライズ膜を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示すメタライズ膜と対をなすメタライズ膜の平面図である。図１の（ａ）に示すメタライズ膜の一部を拡大して示す平面図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１に示すコンデンサを展開したコンデンサのフェールセーフ部を示す図で、（ａ）はフェールセーフ部のメタライズ膜を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示すメタライズ膜と対をなすメタライズ膜の平面図である。図３の（ａ）に示すメタライズ膜の一部を拡大して示す平面図である。（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図１に示すコンデンサ本体部と図３に示すフェールセーフ部からなるコンデンサを示す図で、（ａ）はコンデンサの斜視図、（ｂ）は（ａ）に示すコンデンサの軸方向に直交する方向の断面図、（ｃ）はコンデンサの回路構成を示すブロック図である。図５に示すコンデンサを用いて異常電圧の印加回数と異常電圧の印加によるショート発生電圧との関係を示すグラフである。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ従来の異なる二種のコンデンサを展開し、その要部を拡大して示す平面図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ従来の他のコンデンサを示す図で、（ａ）は図７の（ａ）、（ｂ）に相当する平面図、（ｂ）はその断面を模式的に説明する断面図である。

符号の説明

１０コンデンサ
１３第１の絶縁性フィルム
１４隙間
１５パターン電極部
１６第１の引き出し電極部
２３第２の絶縁性フィルム
２４隙間
２５パターン小電極部
２６第２の引き出し電極部
２８第２の隘路部

Claims

第１の絶縁性フィルムを介して形成された一対の第１のメタライズ膜を有するコンデンサ本体部と、第２の絶縁性フィルムを介して形成された一対の第２のメタライズ膜を有し且つ上記コンデンサ本体部より絶縁破壊電圧が低いフェールセーフ部と、上記コンデンサ本体部と上記フェールセーフ部を並列接続するために互いに対向して配置された一対の外部電極と、を備え、上記第２の絶縁性フィルムは、上記第１の絶縁性フィルムと同一の材料によって形成され、且つ、上記第１の絶縁性フィルムより薄く形成されていることを特徴とするコンデンサ。
第１の絶縁性フィルムを介して形成された一対の第１のメタライズ膜を有するコンデンサ本体部と、第２の絶縁性フィルムを介して形成された一対の第２のメタライズ膜を有し且つ上記コンデンサ本体部より絶縁破壊電圧が低いフェールセーフ部と、上記コンデンサ本体部と上記フェールセーフ部を並列接続するために互いに対向して配置された一対の外部電極と、を備え、上記第２の絶縁性フィルムは、上記第１の絶縁性フィルムと異なる材料によって形成されていることを特徴とするコンデンサ。
上記フェールセーフ部における静電容量値は、上記コンデンサ本体部における静電容量値より小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコンデンサ。
上記一対の第１のメタライズ膜の一方は、複数の電極を含むパターン電極部として形成され、上記一対の第２のメタライズ膜の一方は、複数の小電極を含むパターン小電極部として形成され、且つ、上記小電極の面積は、上記電極の面積よりも小さく形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のコンデンサ。