JP5903659B2 - 金属化フィルムコンデンサと金属化フィルムコンデンサの製造方法 - Google Patents
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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とこの金属化フィルムコンデンサの製造方法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から、従来から広く用いられているものである。
図６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図、図７（ａ）、（ｂ）は同金属化フィルムコンデンサに使用される一対の金属化フィルムを示した平面図である。図６と図７（ａ）、（ｂ）に示すように、金属蒸着電極１０１ａと金属蒸着電極１０１ｂはポリプロピレンフィルム等の誘電体フィルム１０２ａ、１０２ｂの片面上に一端の絶縁マージン１０３ａ、１０３ｂを除いてアルミニウムを蒸着することで形成されている。この金属蒸着電極１０１ａと１０１ｂは、誘電体フィルム１０２ａ、１０２ｂの絶縁マージン１０３ａ、１０３ｂの反対側の端部において亜鉛を溶射することで形成されたメタリコン電極１０４ａ、１０４ｂと接続されており、この構成により外部に電極を引き出している。
また、上記金属蒸着電極１０１ａ、１０１ｂは、容量を形成する有効電極部の幅Ｗの略中央部から絶縁マージン１０３ａ、１０３ｂに向かう側に、オイル転写により形成された金属蒸着電極を有しない非蒸着のスリット１０５ａ、１０５ｂにより複数の小分割電極部１０６ａ、１０６ｂに夫々区分される。そして、これら小分割電極部１０６ａ、１０６ｂは有効電極部の幅Ｗの略中央部から絶縁マージン１０３ａ、１０３ｂと反対側でメタリコン電極１０４ａ、１０４ｂに近い側に位置する金属蒸着電極１０１ａ、１０１ｂの大電極部１０７ａ、１０７ｂにヒューズ１０８ａ、１０８ｂで並列接続しているものである。
さらに、金属蒸着電極１０１ａ、１０１ｂは、メタリコン１０４ａ、１０４ｂと接触する側の端部に、メタリコン１０４ａ、１０４ｂとの接続抵抗を低減するための厚膜の低抵抗部１０９ａ、１０９ｂを有している。この低抵抗部１０９ａ、１０９ｂはそれぞれの金属蒸着電極１０１ａ、１０１ｂを形成した後、端部のみにさらに亜鉛を蒸着することで形成される。
以上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、金属蒸着電極特有の自己回復機能（欠陥部周辺の金属蒸着電極が蒸発・飛散し、コンデンサの機能が回復する性能を意味し、一般にセルフヒーリング性と呼ばれる。）を有し、さらに、小分割電極部１０６ａ、１０６ｂの不具合により、小分割電極部１０６ａ、１０６ｂに大量の電流が流れた場合には、ヒューズ１０８ａ、１０８ｂが飛散することで不具合の生じている小分割電極部１０６ａ、１０６ｂの電気的接続が切断され、電流が正常な状態に戻るという性質も有する。このように金属化フィルムコンデンサは絶縁破壊に対する特徴的な性質を有し、優れた信頼性を有するものであった。
ところで、上述したように近年金属化フィルムコンデンサはＨＥＶ用の電気モータに関連して使用されることが多い。このようにＨＥＶに金属化フィルムコンデンサを搭載する場合、金属化フィルムコンデンサはその設置箇所等の理由により過酷な環境に曝されることが多く、耐湿性等の耐候特性に関して更なる改善が求められている。
そこで、特許文献１に記載の技術では金属化フィルムコンデンサの耐湿性を向上させるため、金属蒸着電極１０１ａ、１０１ｂをアルミニウムとマグネシウムを用いて形成している。
すなわち、アルミニウムを主とし、マグネシウムを添加した金属蒸着電極１０１ａ、１０１ｂでは下記の化学式で示す反応により、金属化フィルム中、あるいは金属化フィルム表面の水分を低減することができるようになり、この結果、金属化フィルムコンデンサの耐湿性の向上を図ることができるのである。
Ｍｇ＋２Ｈ2Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）2＋Ｈ2
このように、アルミニウムとマグネシウムを使用した金属蒸着電極１０１ａ、１０１ｂでは、漏れ電流の因子である水分を低減することができ、金属化フィルムコンデンサの特性を向上させることができるものであった。
このように、アルミニウムとマグネシウムを使用した金属蒸着電極１０１ａ、１０１ｂでは、漏れ電流の因子である水分を低減することができ、金属化フィルムコンデンサの特性を向上させることができるものであった。
確かに特許文献１に記載の金属化フィルムコンデンサでは優れた耐湿性を有するものであったが、マグネシウムの特性に起因し、課題が発生していた。
すなわち、一般的にマグネシウムはアルミニウムや亜鉛に比べて酸化しやすく、拡散しやすい。このため、アルミニウムとマグネシウムを使用した金属蒸着電極１０１ａ、１０１ｂの上に亜鉛を使用した低抵抗部１０９ａ、１０９ｂを形成すると、マグネシウムが低抵抗部１０９ａ、１０９ｂの内部に拡散し、さらに酸素が微量でも存在すると表面に表出してしまっていた。
この結果、低抵抗部１０９ａ、１０９ｂとメタリコン電極１０４ａ、１０４ｂのコンタクト性が悪くなり、金属蒸着電極１０１ａ、１０１ｂとメタリコン電極１０４ａ、１０４ｂとの間の接続抵抗の低減が十分に行われず、金属化フィルムコンデンサのｔａｎδが増加してしまう可能性があった。
そこで、本発明はこのような課題を解決し、優れた特性を有する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。
この課題を解決するために本発明の請求項１における金属化フィルムコンデンサは、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、この一対の金属化フィルムに形成された夫々の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または積層した素子と、この素子の両端面に形成された一対のメタリコン電極を備え、前記一対の金属化フィルムのうち少なくとも一方の金属蒸着電極は、アルミニウムとマグネシウムを含有する第１の領域と、前記メタリコン電極側の一端に設けられるとともにアルミニウムを含有し、かつマグネシウムを含有しない第２の領域からなり、この第２の領域上に亜鉛を含有する低抵抗部が形成された構成としたものである。
また、本発明の請求項２における金属化フィルムコンデンサは、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、この一対の金属化フィルムに形成された夫々の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または積層した素子と、この素子の両端面に形成された一対のメタリコン電極を備え、前記一対の金属化フィルムの金属蒸着電極のうち少なくとも一方は、アルミニウムを含有し、かつマグネシウムを含有しない第１の層と、マグネシウムを含有する第２の層からなるとともに、前記第１の層上の前記メタリコン電極側の一端には亜鉛蒸着膜からなる低抵抗部が形成され、前記第２の層は、前記低抵抗部が設けられた部分を除いて前記第１の層を覆うように形成された構成としたものである。
本発明によると、金属蒸着電極とメタリコン電極とのコンタクト性を良好な状態に保つことができ、優れた特性を有する金属化フィルムコンデンサを提供することができる。
まず、請求項１における金属化フィルムコンデンサは、アルミニウムを含有し、マグネシウムを含有しない第２の領域の上に低抵抗部が配設された構成となっている。
すなわち、低抵抗部はマグネシウムを含有しない第２の領域の上に配設され、マグネシウムを含有した第１の領域とは離間させて設けられているため、金属蒸着電極から低抵抗部へのマグネシウムの拡散は発生しにくくなる。そして、低抵抗部とメタリコン電極とのコンタクト性を良好に確保することが可能となり、金属蒸着電極とメタリコン電極との間の接続抵抗の低減を十分に行うことが可能となる。
また、請求項２における金属化フィルムコンデンサでは、マグネシウムを含有する第２の蒸着電極層は低抵抗部を除いて第１の蒸着電極層を覆うように設けられた構成となっている。
この構成により、低抵抗部へのマグネシウムへの拡散は抑制され、低抵抗部とメタリコン電極とのコンタクト性を良好に確保することが可能となり、金属蒸着電極とメタリコン電極との間の接続抵抗の低減を十分に行うことが可能となる。
この結果、本発明によると優れた特性を有する金属化フィルムコンデンサを提供することが可能となる。
（実施の形態１）
以下、図１、図２を用いて、本実施の形態の金属化フィルムコンデンサの構成について説明する。
以下、図１、図２を用いて、本実施の形態の金属化フィルムコンデンサの構成について説明する。
図１は本実施の形態の金属化フィルムコンデンサの構成を示した断面図であり、図２（ａ）、図２（ｂ）は本実施の形態の金属化フィルムコンデンサに用いられる一対の金属化フィルムの平面図である。
図１において、第１の金属化フィルム１ａはＰ極用、第２の金属化フィルム１ｂはＮ極用の金属化フィルムである。そして、これら第１の金属化フィルム１ａおよび第２の金属化フィルム１ｂを一対として重ね合わせ、これを複数ターン巻回したものを素子として金属化フィルムコンデンサを形成している。ここで、第１の金属化フィルム１ａと第２の金属化フィルム１ｂは外部電極取り出しのため、幅方向に１ｍｍずらしている。
図１に示すように、第１の金属化フィルム１ａは誘電体となるポリプロピレンフィルム２の片面上に金属蒸着電極３が形成されており、端部には第２の金属化フィルム１ｂと絶縁するために幅５ｍｍの絶縁マージン４を設けた状態となっている。なお、本実施の形態では各金属化フィルムの誘電体として厚み３．０μｍのポリプロピレンフィルム２を用いたが、これ以外にもポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニルサルファイド、ポリスチレンなどを用いてもよい。
ここで、本実施の形態の金属蒸着電極３は図１に示すように、第１の領域３ａと第２の領域３ｂの２つの組成の異なる領域に区分される。
まず、第１の領域３ａはポリプロピレンフィルム２の絶縁マージン４側から絶縁マージン４の逆側の端面付近にかけて形成される。この第１の領域３ａはアルミニウムとマグネシウムの金属材料を蒸着させることで形成され、アルミニウムとマグネシウムを含有した状態となっている。「背景技術」の項でも述べたように、このように金属蒸着電極３中にマグネシウムを含有させることによって、漏れ電流の因子である水分を低減することができ、金属化フィルムコンデンサの耐湿性を向上させることができる。なお、この第１の領域３ａに含有されるマグネシウムの重量濃度は５ｗｔ％である。この重量濃度に限らずマグネシウムの重量濃度が０．５ｗｔ％以上であれば金属化フィルムコンデンサの耐湿性が向上することが確認されている。ただし、マグネシウムの重量濃度が４５ｗｔ％を超えると金属蒸着電極の形成（製造工程における蒸着作業）が困難になるために好ましくない。したがって、金属材料におけるマグネシウムの重量濃度は０．５ｗｔ％以上４５ｗｔ％以下の範囲が適している。
第２の領域３ｂは、第１の領域３ａと連続して第１の領域３ａの端部からポリプロピレンフィルム２の端部にかけて形成されている。第２の領域３ｂはアルミニウムを含有しているが、第１の領域３ａのようにマグネシウムは含有していない。すなわち、第２の領域３ｂはアルミニウムにて形成された金属材料のみを蒸着させることで形成される。
ここで、第１の領域３ａと第２の領域３ｂとが連続していない、すなわち第１の領域３ａと第２の領域３ｂの間に金属非蒸着部分が存在すると第１の領域３ａと第２の領域３ｂの電気的な接続が不十分となり、コンデンサ容量の低下につながる。このため、第２の領
域３ｂを形成する際には、第１の領域３ａを形成した後、僅かに第１の領域３ａと重なるようにアルミニウムを蒸着させるとよい。なお、図１では本実施の形態の金属化フィルムコンデンサの構成をわかり易く示すため、第１の領域３ａと第２の領域３ｂの重なりに関しては詳細に図示していない。
域３ｂを形成する際には、第１の領域３ａを形成した後、僅かに第１の領域３ａと重なるようにアルミニウムを蒸着させるとよい。なお、図１では本実施の形態の金属化フィルムコンデンサの構成をわかり易く示すため、第１の領域３ａと第２の領域３ｂの重なりに関しては詳細に図示していない。
さらに、第２の領域３ｂ上には、亜鉛蒸着膜からなる低抵抗部５が形成されている。この低抵抗部５は、電極の厚みを厚くすることでメタリコン電極６との接続抵抗を低減させ、金属蒸着電極３とメタリコン電極６とのコンタクト性を良好にするためのものである。図１において示すように、低抵抗部５は第２の領域３ｂと同じ幅（巻回軸方向の幅、図１における左右方向）にて形成されているが、必ずしも同じ幅で形成する必要はない。少なくとも低抵抗部５は第２の領域３ｂ上に形成され、第１の領域３ａ上にはみ出していなければよい。
メタリコン電極６は、ポリプロピレンフィルム２の一方の端部に亜鉛を溶射することで形成されている。このメタリコン電極６は、例えば金属製のバスバーやリード線を、半田付けや溶接することで外部と電気的に接続される。
金属蒸着電極３は、縦マージン７および横マージン８により大電極部９と複数の分割小電極部１０に区分されている（図２（ａ）に図示）。これら縦マージン７および横マージン８は金属を蒸着する前に予めオイルを転写することで形成される金属非蒸着の部分であり、金属蒸着電極３の容量を形成する有効電極部（幅Ｗ）略中央部から絶縁マージン４に向かう側に設けられる。
この分割小電極部１０は図２（ａ）に示すように、大電極部９とヒューズ１１にて電気的に並列に接続されており、また隣接する分割小電極部１０どうしもヒューズ１２にて電気的に並列に接続されている。ここで、大電極部９は図２（ａ）に示すように、ポリプロピレンフィルム２の片面に有効電極部の幅Ｗの略中央部からメタリコン電極６にかけて形成されている。各分割小電極部１０の幅は有効電極部の幅Ｗの約１／４で、ポリプロピレンフィルム２の片面に有効電極部の幅Ｗの略中央部から絶縁マージン４にかけて形成されている。なお、この分割小電極部１０は有効電極部略中央部から絶縁マージン４にかけて２つ設けた構成としたが、これに限らず３つ以上設けた構成としてもよい。
実使用時において、絶縁の欠陥部分で短絡が生じた場合には短絡のエネルギーで欠陥部分周辺の金属蒸着電極３が蒸発・飛散して絶縁が復活する（セルフヒーリング性）。この自己回復機能により、第１の金属化フィルム１ａ、第２の金属化フィルム１ｂ間の一部が短絡しても金属化フィルムコンデンサの機能が回復する。また、分割小電極部１０の不具合により分割小電極部１０に大量の電流が流れた場合には、ヒューズ１１、あるいはヒューズ１２が飛散することで不具合の生じている部分の分割小電極部１０の電気的接続が切断され、金属化フィルムコンデンサの電流は正常な状態に戻る。
第２の金属化フィルム１ｂは、図１、図２（ｂ）に示すように第１の金属化フィルム１ａと同様の構成を成しており、図１、図２（ｂ）では同じ構成要素に対しては同じ番号を付している。ただし、第２の金属化フィルム１ｂと第１の金属化フィルム１ａとではメタリコン電極に接続される方向が異なり、第１の金属化フィルム１ａと第２の金属化フィルム１ｂのメタリコン電極６は互いに対向して配置されている。
実際に電極として作用するのは、これら第１の金属化フィルム１ａと第２の金属化フィルム１ｂの金属蒸着電極３どうしが対向しあう範囲であり、これが上述の有効電極部となる。本実施の形態において、有効電極部は第１の領域３ａの範囲内に形成されている。このような構成とすることで耐電圧特性を良好に保つことができる。すなわち、厚みの厚い低抵抗部５は蒸着金属が蒸発・飛散しにくく、低抵抗部５で欠陥が生じた場合、蒸着金属の蒸発・飛散が十分ではなく、大幅な絶縁性の低下が生じる場合があるが、本実施の形態ではこの低抵抗部５を有効電極外の範囲に配置しているため、大電圧が印加された場合であっても大幅な容量の低下を抑制することができる。
以下、本実施の形態の金属化フィルムコンデンサによる効果について述べる。
まず、本実施の形態の金属化フィルムコンデンサは金属蒸着電極とメタリコン電極とのコンタクト性を良好な状態に保つことができ、優れた特性を有している。
従来の構成の金属化フィルムコンデンサでは、メタリコン電極と低抵抗部を共に亜鉛にて形成しており、このように同材料で形成することでメタリコン電極と低抵抗部間のコンタクト性を良好なものに保っていた。
しかしながら、金属蒸着電極をアルミニウムおよびマグネシウムにて形成した場合、一般的に、マグネシウムは他の金属に比べて酸化しやすいため、従来の金属化フィルムコンデンサのようにアルミニウムとマグネシウムを共に含む金属蒸着電極が亜鉛にて形成された低抵抗部と直接接触していると、金属蒸着電極中のマグネシウム分子が低抵抗部の内部に拡散し、表面に表出してしまう。このため、低抵抗部の表面において一部亜鉛（メタリコン電極側）とマグネシウム（低抵抗部側）が接触することになる。当然、亜鉛どうしのコンタクト性に比べ、亜鉛とマグネシウムによるコンタクト性は劣るため、この結果、低抵抗部とメタリコン電極の接触抵抗が増し、ｔａｎδの増加等、金属化フィルムコンデンサの様々な特性を劣化させてしまう場合があった。
一方、本実施の形態の金属化フィルムコンデンサの構成によると、低抵抗部５はマグネシウムを含有しない第２の領域３ｂ上に設けられており、マグネシウムを含有する第１の領域３ａとは直接は接触していない。このため、低抵抗部５へのマグネシウムの拡散が抑制され、低抵抗部とメタリコン電極６とのコンタクト性を良好に確保することが可能となる。この結果、金属蒸着電極３とメタリコン電極６との間の接続抵抗の低減を十分に行うことができ、金属化フィルムコンデンサの特性を優れたものとすることができる。
本実施の形態の金属化フィルムコンデンサの特性について検証した結果を（表１）に示す。この検証においては、１００μＦの容量を有する本実施の形態の金属化フィルムコンデンサに対して５００Ｖの電圧を印加し、その後強制的に短絡させ、短絡させた回数に対するｔａｎδの変化で性能を評価した。なお、比較例としてはポリプロピレンフィルムの全面にアルミニウムを主とし、マグネシウムを添加した金属蒸着電極を形成した従来の金属化フィルムコンデンサを用いた。
（表１）に示すように、従来例の金属化フィルムコンデンサでは５０回短絡させた場合ｔａｎδが１００％増加したことに対し、本実施の形態の金属化フィルムコンデンサでは５０％の増加にとどまっている。
この結果より、本実施の形態の金属化フィルムコンデンサの態様は金属化フィルムコンデンサのｔａｎδの増加を効果的に抑制することが可能であることがわかった。
なお、上述したような理由から、低抵抗部５は第１の領域３ａとは接触箇所を有さないことが好ましく、本実施の形態では低抵抗部５は第２の領域３ｂ上にのみ設けられ、第１の領域３ａにははみ出していない。
次に、本実施の形態の金属化フィルムコンデンサの構成を実現するための製造方法について図３を用いて以下に説明する。
図３は本実施の形態の金属化フィルムコンデンサを製造するための蒸着装置２１の模式図である。
真空槽２２は蒸着装置２１の本体部であり、この真空槽２２は図示しない真空ポンプにより真空排気され、内部が真空状態となっている。
この真空槽２２内でターゲットの基材となるポリプロピレンフィルム２への蒸着が行われる。
このポリプロピレンフィルム２は原反ロール２３を所定の方向（図１の矢印の向き）に回転させることで巻き出される。巻き出されたポリプロピレンフィルム２は所定の速度で連続搬送され、回転ローラ２４にてその進行方向を変えてメインキャン２５へと到達する。
メインキャン２５は内部に不凍液を添加した−１５℃〜０℃の冷媒を循環させており、メインキャン２５に到達したポリプロピレンフィルム２は冷却されながらメインキャン２５の表面に沿って矢印方向に搬送される。
そして、まずポリプロピレンフィルム２はパターンロール２６に到達し、ここでポリプロピレンフィルム２にオイルが転写される。オイルの転写箇所は図２で示した縦マージン７、横マージン８、および絶縁マージン４にあたる箇所である。
メインキャン２５の下方には第１の蒸着室２７が配設されている。この第１の蒸着室２７で、金属蒸着電極３の第１の領域３ａとなるアルミニウムならびにマグネシウムのポリプロピレンフィルム２への蒸着がまず行われる。第１の蒸着室２７ではアルミニウムおよびマグネシウムの線材を供給し、溶融させている。これらの線材には、アルミニウムが９９．９ｗｔ％以上含まれる金属材料と、マグネシウムが９９．９ｗｔ％以上含まれる金属材料が用いられており、このような材料を用いることで形成後の第１の領域３ａに含まれる不純物の割合が減るとともにマグネシウムを所望の重量濃度に制御し易くなり、背景技術の項で述べたマグネシウムによる金属化フィルムコンデンサの耐湿性の向上の効果が十分に得られる。
そして、線材が溶融、気化することでアルミニウムとマグネシウムの金属蒸気が混合した状態でメインキャン２５方向へ上昇し、ポリプロピレンフィルム２の表面に付着する。ただし、上述したパターンロール２６にてオイルが転写された箇所には蒸着が行われない。
さらに、第１の蒸着室２７の金属蒸気の噴き出し口付近には遮蔽板（図示せず）が設けられている。この遮蔽板は、ポリプロピレンフィルム２の第２の領域３ｂが形成される箇所を覆うように第１の蒸着室２７内に配置されており、すなわちアルミニウムとマグネシウムの金属蒸気はポリプロピレンフィルム２の第２の領域３ｂが形成される箇所には付着しない。このようにして、まず第１の領域３ａが形成される。
なお、本製造方法では、遮蔽板によりポリプロピレンフィルム２の第２の領域３ｂが形成される箇所への金属蒸気の付着を防いだが、この方法以外にも例えばテープマスキング法を用いてもよい。テープマスキング法の場合、ポリプロピレンフィルム２の第２の領域３ｂをマスキングテープにて被覆した状態でポリプロピレンフィルム２を搬送し、マスキングテープでポリプロピレンフィルム２の第２の領域３ｂへの金属蒸気の付着を防ぎながら、金属蒸気をポリプロピレンフィルム２へ付着させる。第１の領域３ａの形成後、ポリプロピレンフィルム２が第２の蒸着室２８に到達する前に、マスキングテープはポリプロピレンフィルム２から剥がされ、巻き取られる。
第１の蒸着室２７にて蒸着が行われたポリプロピレンフィルム２はさらに第２の蒸着室２８にてアルミニウムが蒸着される。この第２の蒸着室２８は第１の蒸着室２７と同様にボートが設けられており、このボートにてアルミニウムの固体を溶融、気化させることでアルミニウムの金属蒸気を発生させている。この第２の蒸着室２８からの金属蒸気は、第２の蒸着室２８の金属蒸気の噴き出し口の位置を調整することで、ポリプロピレンフィルム２の第２の領域３ｂにあたる箇所に付着するようになっている。なお、第２の蒸着室２８からの金属蒸気の大部分は第２の領域３ｂに付着するようになっているが、僅かに第１の領域３ａの端部のごく一部にも付着するようになっている。これは上述したように、第１の領域３ａと第２の領域３ｂとの間に金属粒子が付着していない部分があると、第２の領域３ｂと第１の領域３ａの電気的な接続が不十分となり、コンデンサ容量の低下につながるからである。このようにして、第２の領域３ｂが形成され、本実施の形態の金属化フィルムコンデンサの金属蒸着電極３が形成される。
金属蒸着電極３が形成されたポリプロピレンフィルム２は、第３の蒸着室２９にて亜鉛がさらに蒸着される。第３の蒸着室２９には第１の蒸着室２７、第２の蒸着室２８と同様にボートが設けられており、このボートにて亜鉛の固体を溶融、気化させることで亜鉛の金属蒸気を発生させている。また、第３の蒸着室２９の金属蒸気の噴き出し口の位置を調整することで、第２の領域３ｂに亜鉛が付着するようになっている。この結果、第２の領域３ｂ上に低抵抗部５が形成される。なお、上述したように低抵抗部５は第１の領域３ａと直接接触している箇所がないことが望ましいため、第３の蒸着室２９の噴き出し口は亜鉛の金属蒸気が第１の領域３ａに付着しないように調整されている。
なお、これら金属蒸着電極３と低抵抗部５の膜厚は金属材料の蒸発速度とポリプロピレンフィルム２の搬送速度を適宜調整することによって所望の値に調整可能である。
また、これらアルミニウム、マグネシウム、亜鉛の蒸着は、ポリプロピレンフィルム２がメインキャン２５にて冷却されながら行われているため、各金属蒸気は瞬時にポリプロピレンフィルム２上で固化し、付着する。
そして、蒸着が行われたポリプロピレンフィルム２は回転ローラ３０にて搬送方向を変え、最後に巻き取りロール３１を矢印方向に回転させることで巻き取られ、本実施の形態の金属化フィルムコンデンサに用いる金属化フィルムが完成する。
（実施の形態２）
以下、図４を用いて、本実施の形態の金属化フィルムコンデンサの構成について説明する。なお、本実施の形態の金属化フィルムコンデンサは実施の形態１の金属化フィルムコンデンサと金属蒸着電極の構成のみが異なり、同じ構成要素については図１で示した金属化フィルムコンデンサと同じ番号を付し、その説明を省略する。
以下、図４を用いて、本実施の形態の金属化フィルムコンデンサの構成について説明する。なお、本実施の形態の金属化フィルムコンデンサは実施の形態１の金属化フィルムコンデンサと金属蒸着電極の構成のみが異なり、同じ構成要素については図１で示した金属化フィルムコンデンサと同じ番号を付し、その説明を省略する。
図４に示すように、本実施の形態の金属化フィルムコンデンサの第１の金属化フィルム４１ａ、第２の金属化フィルム４１ｂの金属蒸着電極４２は二層構造となっており、アルミニウム単体で構成された第１の蒸着電極層４３とマグネシウム単体で構成された第２の蒸着電極層４４とで構成されている。
第１の蒸着電極層４３はポリプロピレンフィルム２の片方の表面に形成され、さらに第２の蒸着電極層４４は、第１の蒸着電極層４３の上面を覆うように形成されている。ただし、図４で示すように第２の蒸着電極層４４は、メタリコン電極６側の端部付近においては形成されておらず、第２の蒸着電極層４４はこの一部を除いて第１の蒸着電極層４３の上面を覆うように設けられている。
そして、この第１の蒸着電極層４３の上面の第２の蒸着電極層４４が形成されていない部分には低抵抗部４５が形成されている。この低抵抗部４５は実施の形態１の金属化フィルムコンデンサと同様に亜鉛蒸着膜にて形成されている。
このように構成された本実施の形態の金属化フィルムコンデンサは、実施の形態１の金属化フィルムコンデンサと同様に低抵抗部４５へのマグネシウムの拡散を抑制することでメタリコン電極とのコンタクト性を良好な状態に保つことができ、優れた特性を有したものとなっている。
これは低抵抗部４５が接触する第１の蒸着電極層４３はアルミニウム単体で形成されているためである。
低抵抗部４５は、マグネシウムで形成された第２の蒸着電極層４４の図４における横方向端部と接触しているが、実際の第２の蒸着電極層４４の厚みはナノオーダーの非常に薄いものであり、第２の蒸着電極層４４から低抵抗部４５へのマグネシウムの拡散はほとんど生じない。
なお、本実施の形態では第２の蒸着電極層４４はマグネシウム単体で構成されたものであるが、この第２の蒸着電極層４４はマグネシウムに加えアルミニウムを含有していてもよい。
要するに、本実施の形態の金属化フィルムコンデンサにおいては、第１の蒸着電極層４３がマグネシウムを含有しておらず、第２の蒸着電極層４４がマグネシウムを含有した構成であれば、低抵抗部４５へのマグネシウムの拡散を抑制するとともに金属化フィルムコンデンサの耐湿性を向上させることができ、本発明の効果を得ることができる。
次に、本実施の形態の金属化フィルムコンデンサの構成を実現するための製造方法について図５を用いて以下に説明する。なお、この図５に示す蒸着装置５１は、図３に示した蒸着装置２１と蒸着室の構成のみが異なるものであり、その他の構成要素については図３と同じ番号を付し、その説明を省略する。
図５で示す蒸着装置５１では、第４の蒸着室５２からアルミニウムの金属蒸気をポリプロピレンフィルム２に向けて飛散させている。この際、パターンロール２６にてオイルが転写された箇所には、アルミニウムは付着しない。この第４の蒸着室５２によりアルミニウムの金属蒸気をポリプロピレンフィルム２に付着させることで、マージンオイルの塗布部以外に第１の蒸着電極層４３を形成する。
さらに、第５の蒸着室５３にてマグネシウムの金属蒸気を第１の蒸着電極層４３の上に付着させ、第２の蒸着電極層４４を形成する。ただし、第５の蒸着室５３には遮蔽板が設けられており、この遮蔽板によってマグネシウムの金属蒸気を第１の蒸着電極層４３のメタリコン電極６側の端部付近に飛散しないようにしている。これにより、第１の蒸着電極層４３のメタリコン電極６側の端部付近には第２の蒸着電極層４４が形成されないようになっている。
そして、第６の蒸着室５４により亜鉛の金属蒸気を飛散させポリプロピレンフィルム２に付着させることで、この第１の蒸着電極層４３上の第２の蒸着電極層４４を形成しない部分に亜鉛蒸着膜よりなる低抵抗部４５を形成する。この際、第６の蒸着室５４の金属蒸気の噴き出し口の位置を調整することで、第１の蒸着電極層４３のメタリコン電極６側の端部付近にのみ低抵抗部４５を形成するようにしている。なお、この低抵抗部４５へのマグネシウムの拡散をより抑制するには、低抵抗部４５と第２の蒸着電極層４４の間に僅かに隙間が空くように第６の蒸着室５４の金属蒸気の噴き出し口の位置を調整するとよい。
なお、これら金属蒸着電極４２と低抵抗部４５の膜厚は、実施の形態１と同様、金属材料の蒸発速度とポリプロピレンフィルム２の搬送速度を適宜調整することによって所望の値に調整可能である。
そして、蒸着が行われたポリプロピレンフィルム２は回転ローラ３０にて搬送方向を変え、最後に巻き取りロール３１を矢印方向に回転させることで巻き取られ、本実施の形態の金属化フィルムコンデンサに用いる金属化フィルムが完成する。
以上説明したように、実施の形態１ならびに実施の形態２で示した金属化フィルムコンデンサは低抵抗部へのマグネシウムの拡散を抑制することができ、優れた特性を発揮することができる。
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、発明の範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、実施の形態１ならびに実施の形態２では、Ｐ極、Ｎ極の両方の金属化フィルムに本発明を適用したが、片方の金属化フィルムのみに本発明を適用してもよい。
また、上記の実施の形態１ならびに実施の形態２では、巻回型の金属化フィルムコンデンサを示したが、積層型の金属化フィルムコンデンサにも本発明を適用することは可能である。
本発明による金属化フィルムコンデンサは、金属蒸着電極とメタリコン電極とのコンタクト性を良好な状態に保つことができ、優れた特性を有する。したがって、本発明の金属化フィルムコンデンサは、各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車等に用いられるコンデンサとして好適に採用でき、特に高耐湿性、高耐電圧特性が求められる自動車用分野に有用である。
１ａ 第１の金属化フィルム
１ｂ 第２の金属化フィルム
２ ポリプロピレンフィルム
３ 金属蒸着電極
３ａ 第１の領域
３ｂ 第２の領域
４ 絶縁マージン
５ 低抵抗部
６ メタリコン電極
７ 縦マージン
８ 横マージン
９ 大電極部
１０ 分割小電極部
１１ ヒューズ
１２ ヒューズ
２１ 蒸着装置
２２ 真空槽
２３ 原反ロール
２４ 回転ローラ
２５ メインキャン
２６ パターンロール
２７ 第１の蒸着室
２８ 第２の蒸着室
２９ 第３の蒸着室
３０ 回転ローラ
３１ 巻き取りロール
４１ａ 第１の金属化フィルム
４１ｂ 第２の金属化フィルム
４２ 金属蒸着電極
４３ 第１の蒸着電極層
４４ 第２の蒸着電極層
４５ 低抵抗部
５１ 蒸着装置
５２ 第４の蒸着室
５３ 第５の蒸着室
５４ 第６の蒸着室
１ｂ 第２の金属化フィルム
２ ポリプロピレンフィルム
３ 金属蒸着電極
３ａ 第１の領域
３ｂ 第２の領域
４ 絶縁マージン
５ 低抵抗部
６ メタリコン電極
７ 縦マージン
８ 横マージン
９ 大電極部
１０ 分割小電極部
１１ ヒューズ
１２ ヒューズ
２１ 蒸着装置
２２ 真空槽
２３ 原反ロール
２４ 回転ローラ
２５ メインキャン
２６ パターンロール
２７ 第１の蒸着室
２８ 第２の蒸着室
２９ 第３の蒸着室
３０ 回転ローラ
３１ 巻き取りロール
４１ａ 第１の金属化フィルム
４１ｂ 第２の金属化フィルム
４２ 金属蒸着電極
４３ 第１の蒸着電極層
４４ 第２の蒸着電極層
４５ 低抵抗部
５１ 蒸着装置
５２ 第４の蒸着室
５３ 第５の蒸着室
５４ 第６の蒸着室
Claims (5)
- 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、この一対の金属化フィルムに形成された夫々の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または積層した素子と、
この素子の両端面に形成された一対のメタリコン電極を備え、
前記一対の金属化フィルムのうち少なくとも一方の金属蒸着電極は、アルミニウムとマグネシウムを含有する第１の領域と、前記メタリコン電極側の一端に設けられるとともにアルミニウムを含有し、かつマグネシウムを含有しない第２の領域からなり、
この第２の領域上に亜鉛を含有する低抵抗部が形成された金属化フィルムコンデンサ。 - 誘電体フィルムに金属材料を蒸着させて金属蒸着電極を形成した金属化フィルムコンデンサの製造方法であり、
誘電体フィルム上にアルミニウムとマグネシウムを蒸着させ、金属蒸着電極の第１の領域を形成する工程と、
前記誘電体フィルム上にアルミニウムのみを蒸着させ、金属蒸着電極の第２の領域を形成する工程と、
金属蒸着電極の前記第２の領域の上に亜鉛を蒸着させ、低抵抗部を形成する工程とを有する金属化フィルムコンデンサの製造方法。 - 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、この一対の金属化フィルムに形成された夫々の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または積層した素子と、
この素子の両端面に形成された一対のメタリコン電極を備え、
前記一対の金属化フィルムの金属蒸着電極のうち少なくとも一方は、アルミニウムを含有し、かつマグネシウムを含有しない第１の蒸着電極層と、マグネシウムを含有する第２の蒸着電極層からなるとともに、
前記第１の蒸着電極層上の前記メタリコン電極側の一端には亜鉛蒸着膜からなる低抵抗部が形成され、
前記第２の蒸着電極層は、前記低抵抗部が設けられた部分を除いて前記第１の層を覆うように形成された金属化フィルムコンデンサ。 - 誘電体フィルムに金属材料を蒸着させて金属蒸着電極を形成した金属化フィルムコンデンサの製造方法であり、
誘電体フィルム上にアルミニウムのみを蒸着させ、金属蒸着電極の第１の蒸着電極層を形成する工程と、
前記第１の蒸着電極層の上にマグネシウムを蒸着させ、前記第１の蒸着電極層の上に金属蒸着電極の第２の蒸着電極層を形成する工程と、
前記第１の蒸着電極層上の第２の蒸着電極層を形成しない部分に亜鉛を含む低抵抗部を形成する工程とを有する金属化フィルムコンデンサの製造方法。 - アルミニウムが９９．９ｗｔ％以上含まれる金属材料と、マグネシウムが９９．９ｗｔ％以上含まれる金属材料を用いる請求項２または請求項４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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