JP5324341B2 - 金属化フィルムコンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラスチックフィルムに蒸着電極を形成した金属化フィルムを巻回または積層してなるコンデンサ素子を有する金属化フィルムコンデンサおよびその製造方法に関するものである。

ポリプロピレン（ＰＰ：polypropylene）フィルムやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ：Polyethylene terephthalate）フィルムにアルミニウムや亜鉛を蒸着した金属化フィルムを巻回または積層した金属化フィルムコンデンサは電子機器、電気機器用等に数多く使用されている（例えば、特許文献１）。これら金属化フィルムコンデンサは誘電体に絶縁欠陥を含んでいても、自己回復性能を有しているために、高電位傾度設計により小形化できる特徴を有している。

これに対して、産業機器用コンデンサ、特に自動車用等のフィルタ回路に使用されるコンデンサは通電電流が大きいために耐電流性の向上が必要である。この金属化フィルムコンデンサは極薄の蒸着電極とメタリコン電極の接触により引出電極を形成しており、耐電流性は電極箔を用いた非自己回復性コンデンサよりも劣る。この改善として蒸着電極のメタリコン電極と接触する部分の厚みを容量形成部よりも厚くする方法が採用されている。

また、金属化フィルムコンデンサのメタリコン電極としては、亜鉛や亜鉛・錫合金等が採用されており、当該メタリコン電極に端子等をはんだ接続している。

特開２００７-０８０９０８号公報

上記のように、メタリコン電極として亜鉛または亜鉛・錫合金を用いるとこれらメタリコン電極の融点が高いため、バスバ等の大電流用端子接続時の熱でメタリコン電極と金属化フィルムコンデンサ端面との接合強度が低下することがある。これにより、メタリコン電極接続部の接触が悪くなり、メタリコン電極と金属化フィルム間で放電が発生して、コンデンサ端面近傍の蒸着金属が飛散し、コンデンサ特性が低下する問題が発生していた。

本発明は、上記技術的課題に鑑みなされたもので、大電流用端子に接続しても安定したコンデンサ特性を得ることができる金属化フィルムコンデンサおよびそれの製造方法の提供を目的とする。

本発明の金属化フィルムコンデンサは、誘電体フィルムの表面に絶縁マージンを残して金属蒸着電極が形成された一対の金属化フィルムが、前記金属化フィルムの絶縁マージンが互いに幅方向反対側に位置するように対向配置され、積層または巻回されてなるコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子の両端面に形成されたメタリコン電極とを備え、前記メタリコン電極は、亜鉛を６．０〜１０．０ｗｔ％、ビスマスを１．０〜５．０ｗｔ％、残部を錫とした組成からなる合金である（第１の発明）。
また、本発明の金属化フィルムコンデンサは、誘電体フィルムの表面に絶縁マージンを残して金属蒸着電極が形成された一対の金属化フィルムが、前記金属化フィルムの絶縁マージンが互いに幅方向反対側に位置するように対向配置され、積層または巻回されてなるコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子の両端面に形成されたメタリコン電極とを備え、
前記メタリコン電極は、亜鉛を６．０〜１０．０ｗｔ％、ビスマスを１．０〜５．０ｗｔ％、アンチモンを１．０ｗｔ％以下、残部を錫とした組成からなる合金である（第２の発明）。

本発明の金属化フィルムコンデンサの製造方法は、誘電体フィルムの表面に絶縁マージンを残して金属蒸着電極が形成された一対の金属化フィルムを、前記金属化フィルムの絶縁マージンが互いに幅方向反対側に位置するように対向配置して積層または巻回してコンデンサ素子を形成する素子形成工程と、前記コンデンサ素子の両端面に、亜鉛を６．０〜１０．０ｗｔ％、ビスマスを１．０〜５．０ｗｔ％、残部を錫とした組成からなる合金であるメタリコン電極を形成する電極形成工程とを備えることを特徴とする（第４の発明）。
また、本発明の金属化フィルムコンデンサの製造方法は、誘電体フィルムの表面に絶縁マージンを残して金属蒸着電極が形成された一対の金属化フィルムを、前記金属化フィルムの絶縁マージンが互いに幅方向反対側に位置するように対向配置して積層または巻回してコンデンサ素子を形成する素子形成工程と、前記コンデンサ素子の両端面に、亜鉛を６．０〜１０．０ｗｔ％、ビスマスを１．０〜５．０ｗｔ％、アンチモンを１．０ｗｔ％以下、残部を錫とした組成からなる合金であるメタリコン電極を形成する電極形成工程とを備えることを特徴とする（第５の発明）。

この構成によると、メタリコン電極の融点が低く、メタリコン電極とコンデンサ素子端面との接合強度が向上し、大電流用端子に接続しても、メタリコン電極が剥がれたり断線したりすることが抑制され、安定したコンデンサ特性を得ることができる。

本発明の金属化フィルムコンデンサにおいては、前記メタリコン電極が、前記コンデンサ素子の両端面上に溶射された亜鉛からなる第１メタリコン層と、該第１メタリコン層上に溶射された前記合金からなる第２メタリコン層とを有することが好ましい（第３の発明）。
本発明の金属化フィルムコンデンサの製造方法においては、前記電極形成工程が、前記コンデンサ素子の両端面上に亜鉛を溶射して第１メタリコン層を形成する第１工程と、前記第１メタリコン層上に前記合金を溶射して第２メタリコン層を形成する第２工程とを有することが好ましい（第６の発明）。

本発明によると、メタリコン電極とコンデンサ素子端面との接合強度が向上するため、大電流用端子に接続しても、メタリコン電極が剥がれたり断線したりすることが抑制され、安定したコンデンサ特性を得ることができる。

本発明の実施形態に関する金属化フィルムコンデンサの外観斜視図である。 図１に示すコンデンサ素子の外観斜視図である。 図１に示す金属化フィルムの部分断面図である。 図２に示すコンデンサ素子の製造方法を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態の金属化フィルムコンデンサ１は、コンデンサ素子６と、このコンデンサ素子６を収納するプラスチックケース７と、プラスチックケース７内のコンデンサ素子６を封止するエポキシ樹脂８とから構成されている。

図２および図３に示すように、コンデンサ素子６は、巻回された２枚（一対）の金属化フィルム３と、巻回された金属化フィルム３の各端面に形成されたメタリコン電極５と、各メタリコン電極５に接続されたリード線９とを有している。
金属化フィルム３は、厚さ４μｍの長尺のＰＰフィルム１１と、ＰＰフィルム１１の長手方向の一方端部に絶縁マージン１３が残るようにＰＰフィルム１１上に形成されたアルミニウム蒸着電極１２とを有している。

コンデンサ素子６においては、上述のような２枚の金属化フィルム３が、一方の金属化フィルム３のアルミニウム蒸着電極１２が形成されている側の面と、他方の金属化フィルム３のアルミニウム蒸着電極１２が形成されている側の面と反対側の面とが互いに当接するように、かつ、２枚の金属化フィルムの絶縁マージン１３が互いに幅方向反対側に位置するように重ね合わされた状態で、長手方向に沿って巻回されている。

メタリコン電極５は、巻回された一対の金属化フィルム３の各端面に亜鉛を溶射した後に、
（ａ）亜鉛を６．０〜１０．０ｗｔ％、ビスマスを１．０〜５．０ｗｔ％、残部を錫とした組成の合金、または、
（ｂ）亜鉛を６．０〜１０．０ｗｔ％、ビスマスを１．０〜５．０ｗｔ％、アンチモンを１.０ｗｔ％以下、残部を錫とした組成の合金
を溶射することによって、形成される。

リード線９は、その一端が各メタリコン電極５の中央付近に接続されていると共に、巻回されてなるコンデンサ素子の長径方向に沿って延伸している。

次に、図４を参照しつつ、金属化フィルムコンデンサ１の製造方法について説明する。
厚さ４μｍの長尺のＰＰフィルム１１に上述した方法により、金属化フィルム３を作製し、２枚の金属化フィルムの絶縁マージン１３が互いに幅方向反対側に位置するように互いに重ね合わせた状態で、長手方向に沿って巻回する（素子形成工程）。

巻回されてなるコンデンサ素子の両端面に亜鉛を溶射する（電極形成工程における第１工程）。
さらに、溶射された亜鉛の表面に、（ａ）亜鉛を６．０〜１０．０ｗｔ％、ビスマスを１．０〜５．０ｗｔ％、残部を錫とした組成の合金、または、（ｂ）亜鉛を６．０〜１０．０ｗｔ％、ビスマスを１．０〜５．０ｗｔ％、アンチモンを１.０ｗｔ％以下、残部を錫とした組成の合金を溶射する（電極形成工程における第２工程）。

なお、上記のように、溶射された亜鉛の表面に、メタリコン電極５を形成するのではなく、巻回されてなるコンデンサ素子の両端面に、直接、上記（ａ）または（ｂ）に記載した合金を溶射することによって、メタリコン電極５を形成してもよい。

各メタリコン電極５にリード線９を接続することによって、コンデンサ素子６を形成する（リード線接続）。

以上の工程により得られたコンデンサ素子６を、プラスチックケース７に収納した後、該ケース内にエポキシ樹脂８を充填・硬化させて、金属化フィルムコンデンサ１を完成させる。

次に、本発明による実施例を従来例と比較して説明する。なお、以下に説明する実施例、比較例および従来例１では、メタリコン電極の組成（電極形成工程）のみが異なっており、その他の工程は全て同じである。また、試料数はそれぞれ１０個とし、定格１０Ｖ−１０μＦの金属化フィルムコンデンサを作製した。

［実施例２、４〜６、８、比較例１、３、７、９］ 亜鉛４．０〜１２．０ｗｔ％、ビスマス０．５〜７．０ｗｔ％、錫残部の組成比較
上記仕様のコンデンサ素子を用い、その両端面に亜鉛を溶射した後、表１に示す組成のとおり、亜鉛を４．０〜１２．０ｗｔ％、ビスマスを０．５〜７．０ｗｔ％、残部を錫とした組成の合金によりメタリコン電極を形成した。

（従来例１）
上記実施例と同じ仕様のコンデンサ素子を用い、その両端面に、亜鉛を溶射した後、錫５０．０ｗｔ％、亜鉛５０．０ｗｔ％からなる合金を溶射することによってメタリコン電極を形成した。

上記実施例２、４〜６、８、比較例１、３、７、９、および従来例の各１０個の金属化フィルムコンデンサについて、−４０℃〜１２０℃の温度サイクル試験を２０００サイクル実施し、それぞれについてｔａｎδおよび断線の発生数を測定した。その結果を表１に示す。

表１より明らかなように、亜鉛４．０〜１２．０ｗｔ％、ビスマス０．５〜７．０ｗｔ％、錫残部の組成の合金を用いた実施例２、４〜６、８、比較例１、３、７、９では、温度サイクル試験２０００サイクル後の断線発生数が従来例に比べて減少し、ｔａｎδ変化も小さい。その中でも、亜鉛を６．０〜１０．０ｗｔ％、ビスマスを１．０〜５．０ｗｔ％、残部を錫とした組成の合金を用いた実施例２、４〜６、８では、断線の発生がなく、しかもｔａｎδ変化がより小さく、好適である。
これに対して、従来例では、１０個中６個の金属化フィルムコンデンサに断線不良が発生し、残りの４個の金属化フィルムコンデンサについてもｔａｎδ増加が大きかった。

［実施例１１、１３〜１７、１９、２１、比較例１０、１２、１８、２０、２２］ 亜鉛４．０〜１２．０ｗｔ％、ビスマス０．５〜７．０ｗｔ％、アンチモン１.２ｗｔ％以下、錫残部の組成比較
次に、上記実施例と同じ仕様のコンデンサ素子を用い、その両端面に亜鉛を溶射した後、表２に示す組成のとおり、亜鉛を４．０〜１２．０ｗｔ％、ビスマスを０．５〜７．０ｗｔ％、アンチモンを１.２ｗｔ％以下、残部を錫とした組成の合金によりメタリコン電極を形成した。

上記実施例１１、１３〜１７、１９、２１、比較例１０、１２、１８、２０、２２の各１０個の金属化フィルムコンデンサについて、−４０℃〜１２０℃の温度サイクル試験を２０００サイクル実施し、それぞれについてｔａｎδおよび断線の発生数を測定した。その結果を表２に示す。

表２より明らかなように、亜鉛を４．０〜１２．０ｗｔ％、ビスマスを０．５〜７．０ｗｔ％、アンチモンを１.２ｗｔ％以下、残部を錫とした組成の合金を用いた実施例１１、１３〜１７、１９、２１、比較例１０、１２、１８、２０、２２では、温度サイクル試験２０００サイクル後の断線発生数が従来例に比べて減少し、ｔａｎδ変化も小さい。その中でも、亜鉛を６．０〜１０．０ｗｔ％、ビスマスを１．０〜５．０ｗｔ％、アンチモンを１.０ｗｔ％以下、残部を錫とした組成の合金を用いた実施例１１、１３〜１７、１９、２１では、断線の発生がなく、しかもｔａｎδ変化がより小さく、好適である。

なお、上記実施例では、溶射された亜鉛の表面に、錫、亜鉛、ビスマス、アンチモンの重量比率を変えた合金メタリコン電極５を形成したが、溶射された亜鉛を用いずに、コンデンサ素子の両端面に、直接、上記のメタリコン合金を溶射した場合も、上記実施例と同様に良好な結果が得られた。

１ 金属化フィルムコンデンサ
３ 金属化フィルム
５ メタリコン電極
６ コンデンサ素子
７ プラスチックケース
８ エポキシ樹脂
９ リード線
１１ ＰＰフィルム
１２ アルミニウム蒸着電極
１３ 絶縁マージン

Claims (6)

1. 誘電体フィルムの表面に絶縁マージンを残して金属蒸着電極が形成された一対の金属化フィルムが、前記金属化フィルムの絶縁マージンが互いに幅方向反対側に位置するように対向配置され、積層または巻回されてなるコンデンサ素子と、
   前記コンデンサ素子の両端面に形成されたメタリコン電極と
   を備え、
   前記メタリコン電極は、亜鉛を６．０〜１０．０ｗｔ％、ビスマスを１．０〜５．０ｗｔ％、残部を錫とした組成からなる合金であることを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
2. 誘電体フィルムの表面に絶縁マージンを残して金属蒸着電極が形成された一対の金属化フィルムが、前記金属化フィルムの絶縁マージンが互いに幅方向反対側に位置するように対向配置され、積層または巻回されてなるコンデンサ素子と、
   前記コンデンサ素子の両端面に形成されたメタリコン電極と
   を備え、
   前記メタリコン電極は、亜鉛を６．０〜１０．０ｗｔ％、ビスマスを１．０〜５．０ｗｔ％、アンチモンを１．０ｗｔ％以下、残部を錫とした組成からなる合金であることを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
3. 前記メタリコン電極は、
   前記コンデンサ素子の両端面上に溶射された亜鉛からなる第１メタリコン層と、
   該第１メタリコン層上に溶射された前記合金からなる第２メタリコン層と
   を有する請求項１又は２に記載の金属化フィルムコンデンサ。
4. 誘電体フィルムの表面に絶縁マージンを残して金属蒸着電極が形成された一対の金属化フィルムを、前記金属化フィルムの絶縁マージンが互いに幅方向反対側に位置するように対向配置して積層または巻回してコンデンサ素子を形成する素子形成工程と、
   前記コンデンサ素子の両端面に、亜鉛を６．０〜１０．０ｗｔ％、ビスマスを１．０〜５．０ｗｔ％、残部を錫とした組成からなる合金であるメタリコン電極を形成する電極形成工程と
   を備えることを特徴とする金属化フィルムコンデンサの製造方法。
5. 誘電体フィルムの表面に絶縁マージンを残して金属蒸着電極が形成された一対の金属化フィルムを、前記金属化フィルムの絶縁マージンが互いに幅方向反対側に位置するように対向配置して積層または巻回してコンデンサ素子を形成する素子形成工程と、
   前記コンデンサ素子の両端面に、亜鉛を６．０〜１０．０ｗｔ％、ビスマスを１．０〜５．０ｗｔ％、アンチモンを１．０ｗｔ％以下、残部を錫とした組成からなる合金であるメタリコン電極を形成する電極形成工程と
   を備えることを特徴とする金属化フィルムコンデンサの製造方法。
6. 前記電極形成工程は、
   前記コンデンサ素子の両端面上に亜鉛を溶射して第１メタリコン層を形成する第１工程と、
   前記第１メタリコン層上に前記合金を溶射して第２メタリコン層を形成する第２工程と
   を有する請求項４又は５に記載の金属化フィルムコンデンサの製造方法。

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