JP6085202B2

JP6085202B2 - 金属化フィルムコンデンサ

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Publication number: JP6085202B2
Application number: JP2013056262A
Authority: JP
Inventors: 利彰小澤; 甲児 ▲高▼垣
Original assignee: Nichicon Capacitor Ltd
Current assignee: Nichicon Capacitor Ltd
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2017-02-22
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Also published as: JP2014183158A

Description

本発明はインバータ回路の平滑用などに用いられる金属化フィルムコンデンサに関する。詳しくは、金属化フィルムを巻回または積層しその軸方向両端に金属電極を形成した単数または複数のコンデンサ素子の、前記金属電極に外部引き出し端子を接続してコンデンサユニットを構成し、そのコンデンサユニットを外装ケースに収容した上で、外装ケース内に封止樹脂を注入充填してコンデンサユニットを被覆した構成の金属化フィルムコンデンサに関する。

金属化フィルムコンデンサは概略次のような構造を有している。誘電体フィルムの少なくとも片面に金属蒸着膜による電極（金属蒸着電極）が形成されて金属化フィルムが構成される。その金属化フィルムが巻回または積層されてコンデンサ素子が構成される。コンデンサ素子の軸方向両端に金属電極が形成される。近時では、前記の金属電極は金属微粒子の溶射による金属溶射電極として形成される傾向がある。以下では、金属電極が金属溶射電極として形成されたコンデンサ素子の場合で説明する。

このコンデンサ素子では、奇数層目の金属蒸着電極が軸方向一端側の金属溶射電極に電気的に接続され、偶数層目の金属蒸着電極が軸方向他端側の金属溶射電極に電気的に接続される。さらに、軸方向両端の金属溶射電極に対して外部引き出し端子の基部が半田付け等により接合される。コンデンサ素子が複数並列される仕様では、複数のコンデンサ素子の金属溶射電極どうしを端子プレート（接続片）で接続し、その端子プレートに外部端子が接合される。単数または複数のコンデンサ素子の軸方向両端の金属溶射電極に外部引き出し端子を接続してなるコンデンサユニットが外装ケースに収納され、外装ケースの内部に封止樹脂が注入充填され、金属化フィルムコンデンサが構成される。封止樹脂はコンデンサユニットおよび外部引き出し端子の一部を埋入する。封止樹脂はコンデンサ素子における発熱を放散させるとともに、塵埃や水分等からコンデンサ素子を保護する。また、外装ケースはコンデンサ素子と封止樹脂を保持するもので、外的な機械的衝撃からコンデンサ素子を保護する。

特開２０１０−１６１６０号公報特開２０１１−２４９７０７号公報特許第４５９６９９２号公報特開２０００−５８３６９号公報実開平６−２１２３４号公報特開２００６−１４７６８７号公報

上記のような構成の従来技術の金属化フィルムコンデンサにあっては、熱負荷のために金属溶射電極に剥離やクラックが発生しやすいという問題がある。すなわち、コンデンサユニット両端の金属溶射電極とコンデンサユニットを埋入する封止樹脂とは互いに接しているが、これら金属溶射電極と封止樹脂とではその線膨張係数にかなりの差がある。つまり、温度変化に対する変位量について、金属溶射電極と封止樹脂とで差が生じる。

ところが、従来技術における金属化フィルムコンデンサでは金属溶射電極と封止樹脂との界面が細かな凹凸で互いに喰い込んだ構造となっている。図１５にその一例を示す。図１５において、１１はコンデンサ素子、１２は金属溶射電極、１６は誘電体フィルム１４と金属蒸着電極１５とを構成要素とする金属化フィルム、２０は外装ケース、３０は封止樹脂である。コンデンサ素子１１の軸方向の端部に金属溶射によって形成された金属溶射電極１２の場合には、その表面に多数の凹凸が生じており、その多数の凹部１２ｇに封止樹脂３０の一部が喰い込んでいる。すなわち、金属溶射電極１２と封止樹脂３０とは互いにアンカー構造をもって結合しており、両者の密着性は非常に高いものとなっている。

そのため、温度変化があって金属溶射電極１２と封止樹脂３０とが体積変化を生じると、上記の線膨張係数の差と喰い込み凹部１２ｇ…でのアンカー効果のために金属溶射電極１２と封止樹脂３０との間に熱負荷応力が発生する。この熱負荷応力が大きいと、場合によっては金属溶射電極１２がコンデンサ素子１１の端部から剥離され、電気引き出し機能が損なわれてしまうおそれがある。

特許文献１（特開２０１０−１６１６０号公報）に開示の技術は金属溶射電極と封止樹脂との線膨張係数（熱膨張率）の差に起因する熱負荷応力のために電気引き出し機能が損なわれるという不都合を解消するべく、スプレー、刷毛塗り、端面浸漬などにより金属溶射電極の表面などを剥離材で被覆するものである。その剥離材はシリコーン樹脂、フッ素含有樹脂、フッ素含有カップリング材、シリコーンゴムなど、界面剥離や剥離材内部の破壊などでずれ変形を起こさせる材質で構成されている。剥離材として粘着テープを被着する場合もある。この従来技術によれば、金属溶射電極と封止樹脂との線膨張係数の差に起因する熱負荷応力を剥離材の界面剥離や内部破壊によるずれ変形で緩和し、金属溶射電極のクラックや断線を防止するとしている（段落〔０００６〕〜〔０００９〕、〔００１５〕〜〔００１６〕、〔００１９〕参照）。

しかし、金属溶射電極を剥離材で被覆する工程では剥離材が不用意に金属溶射電極以外の部分にも付着しやすく、外部引き出し端子に付着すると抵抗値増大や導通不良などの不具合を生じ、またコンデンサ素子に付着すると耐電圧性能や寿命の劣化を招くおそれがあった。

また、剥離材として粘着テープを用いる場合には、経年劣化のために封止樹脂の表面に粘着テープの粘着剤が浮き出てしまい、封止樹脂による保護機能を損ねるおそれがあった。

加えて、剥離材、粘着テープの使用は部品点数や製造工数の増加につながり、製品コストの上昇を招くことになる。

特許文献２（特開２０１１−２４９７０７号公報）に開示の技術は、金属化フィルムを構成する誘電体フィルムと封止樹脂とで線膨張係数に差があることに起因して誘電体フィルムと封止樹脂との間に熱負荷応力が発生し、金属溶射電極に剥離が生じるという不都合を解消するべく、金属溶射電極の形成において溶射金属の中心粒子径を順次に大きくしてゆくものである（段落〔０００８〕〜〔００１３〕、〔００１６〕、〔００２３〕、〔００２５〕、〔００３３〕〜〔００３４〕、〔００３６〕〜〔００３７〕参照）。

しかし、線膨張係数の差は誘電体フィルムと封止樹脂との差であって、本発明で問題とする金属電極と封止樹脂との差ではないこともあり、アンカー効果に対する対策は特には配慮されておらず、解決すべき課題が残っているのが実情である。

なお、線膨張係数の差について言及した従来技術として特許文献３（特許第４５９６９９２号公報）があるが、その線膨張係数の差は金属溶射電極層（メタリコン層）の第１層目と第２層目との差であって、本発明で問題とする金属溶射電極と封止樹脂との線膨張係数の差ではない（段落〔０００３〕〜〔０００６〕、〔０００９〕参照）。つまり、その従来技術は金属電極と封止樹脂との線膨張係数の差に起因する不都合に対する対策とはなっていない。

また、外部応力や機械的ストレスによる外部電極部のクラックの防止について言及した従来技術として特許文献４（特開２０００−５８３６９号公報）があるが、その応力の原因は金属化フィルムコンデンサを実装する基板の変形であり、本発明で問題とする金属電極と封止樹脂との線膨張係数の差ではない（段落〔０００４〕〜〔０００７〕、〔００１４〕、〔００２４〕〜〔００３０〕、〔００３２〕、〔００３４〕〜〔００３５〕参照）。つまり、その従来技術は金属電極と封止樹脂との線膨張係数の差に起因する不都合に対する対策とはなっていない。

また、外部電極の欠けや割れの防止について言及した従来技術として特許文献５（実開平６−２１２３４号公報）があるが、これはコンデンサ素子を外装ケースに収容し封止樹脂を充填した状態で外装ケースの側面部を研磨して金属溶射電極を露出させ、次いで露出した金属溶射電極に金属箔テープを貼り付け、この金属箔テープと金属溶射電極に半田を被着させるものである（段落〔０００６〕〜〔０００８〕、〔００１１〕〜〔００１２〕、〔００１８〕〜〔００２２〕、〔００２４〕参照）。しかし、それは実装時の機械的ストレスによる外部電極の欠けや割れの防止についてのものであって、本発明で問題とする金属電極と封止樹脂との線膨張係数の差に起因する不都合に対する対策とはなっていない。

また、外部引き出し端子と封止樹脂との線膨張係数の差について言及した従来技術として特許文献６（特開２００６−１４７６８７号公報）があるが、それは封止樹脂のクラックを防止するために封止樹脂を複数層にわたって形成し、シリカのような無機充填剤の配合量を調整するなどして複数層の封止樹脂の組成を互いに異にすることにより、最上層の封止樹脂と外部引き出し端子の線膨張係数の差をなるべく小さなものにするものである（段落〔０００４〕〜〔０００９〕、〔００１６〕〜〔００２２〕、〔００６３〕〜〔００６８〕、〔００７８〕〜〔００７９〕参照）。しかし、これも本発明で問題とするアンカー効果に起因する不都合に対する対策とはなっていない。

上記では金属電極が金属溶射電極として形成された場合の問題点を中心に説明してきたが、この問題点は必ずしも金属溶射電極の場合にのみ当てはまるものではなく、広く一般に金属電極と封止樹脂との界面で生じるものである。

いずれにしても、上記の各先行技術文献には、金属電極と封止樹脂との線膨張係数の差に起因する熱負荷応力のために電気引き出し機能が損なわれる不都合を解消する技術については、提示がなされていない。

本発明はこのような事情に鑑みて創作したものであり、金属電極と封止樹脂との線膨張係数の差に起因する熱負荷応力のためにコンデンサ素子（コンデンサユニット）から金属電極が剥離して電気引き出し機能が損なわれるという不都合を抑制できるようにすることを目的としている。

本発明は次のような手段を講じることにより上記の課題を解決する。

本発明による金属化フィルムコンデンサは、金属化フィルムを巻回または積層した上で軸方向両端に金属電極を形成した単数または複数のコンデンサ素子および前記コンデンサ素子の金属電極に接続された外部引き出し端子からなるコンデンサユニットと、前記コンデンサユニットを収容する外装ケースと、前記外装ケース内に注入充填され固化によって前記コンデンサユニットおよび前記外部引き出し端子の一部を覆う封止樹脂とを備え、前記封止樹脂に接する前記金属電極が、前記コンデンサ素子の軸方向両端で内部の前記金属化フィルムの金属蒸着電極に電気的に接続される状態で金属微粒子の金属溶射により形成された金属溶射電極の表面に、前記封止樹脂に対して非接着レベルとなるまで平滑化された表面平滑な金属板を接合することにより構成されていることを特徴としている。

上記構成の本発明の金属化フィルムコンデンサにおいては、金属電極の表面すなわち金属溶射電極の表面に接合された表面平滑な金属板の表面が封止樹脂に対して非接着レベルとなるまで平滑化されている。従来技術の場合のような界面での細かな凹凸による金属電極と封止樹脂との互いの喰い込みやアンカー効果がない。したがって、互いに接する金属電極すなわち表面平滑な金属板と封止樹脂の間で線膨張係数に差があって金属電極すなわち表面平滑な金属板と封止樹脂との間に熱勾配による相対変位が生じたとしても、前記非接着レベルの平滑化によって金属電極すなわち表面平滑な金属板と封止樹脂の密着性が大幅に低減されていることから、前記の相対変位が相対滑りとなって熱負荷応力の発生が抑制される。その結果として、温度サイクル耐性が向上し、金属電極（金属溶射電極および表面平滑な金属板）がコンデンサ素子（コンデンサユニット）の端部から剥離されることが良好に防止される。

本発明によれば、金属電極の表面すなわち金属溶射電極の表面に接合された表面平滑な金属板の表面を封止樹脂に対して非接着レベルとなるまで平滑化してあって金属電極と封止樹脂との互いの喰い込みやアンカー効果をなくしているため、互いに接する金属電極すなわち表面平滑な金属板の表面と封止樹脂の間で線膨張係数に差があっても温度変化時の熱負荷応力の発生を抑制できる。

すなわち、金属電極（金属溶射電極および表面平滑な金属板）の剥離を確実に防止し、金属化フィルムコンデンサの電気引き出し機能を長期にわたって良好に維持することができる。

一例の金属化フィルムコンデンサの断面図と斜視図一例の金属化フィルムコンデンサにおける金属化フィルムを示す斜視図一例の金属化フィルムコンデンサにおける円柱状のコンデンサ素子の作製途上を示す斜視図一例の金属化フィルムコンデンサにおける円柱状のコンデンサ素子の断面図一例の金属化フィルムコンデンサにおける扁平柱状体のコンデンサ素子を示す斜視図一例の金属化フィルムコンデンサにおける扁平柱状体のコンデンサ素子に第１層目の溶射金属層を形成する様子を示す断面図一例の金属化フィルムコンデンサにおける扁平柱状体のコンデンサ素子に第２層目の溶射金属層を形成する様子を示す断面図一例の金属化フィルムコンデンサにおける扁平柱状体のコンデンサ素子に第３層目の溶射金属層を形成する様子を示す断面図一例の金属化フィルムコンデンサにおけるコンデンサ素子で金属溶射電極の表面を平滑電極面とした様子を示す断面図一例の金属化フィルムコンデンサにおけるコンデンサユニットの構造を示す断面図と斜視図一例の金属化フィルムコンデンサにおけるコンデンサユニットを外装ケースに収容する様子を示す斜視図一例の金属化フィルムコンデンサにおけるコンデンサユニットを外装ケースに収容した様子を示す断面図一例の金属化フィルムコンデンサにおける要部の構造を拡大して示す断面図別の例の金属化フィルムコンデンサにおけるコンデンサユニットの構造を示す断面図従来技術の金属化フィルムコンデンサの主要部の断面図

以下、本発明の実施の形態について説明する。

本発明にかかわる実施の形態の金属化フィルムコンデンサはその大きな構成要素として、コンデンサユニットと外装ケースと封止樹脂とを備えている。外装ケースにコンデンサユニットが収容され、外装ケース内に封止樹脂を注入充填し固化させることによって外装ケースにコンデンサユニットを保持させ、コンデンサユニットを封止樹脂と外装ケースによって保護する。

前記のコンデンサユニットは、金属化フィルムを巻回または積層した上で軸方向両端に金属電極を形成した単数または複数のコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の金属電極に基部が接続された外部引き出し端子とを備えている。

上記構成の金属化フィルムコンデンサにおいて、さらに、封止樹脂に接することになる金属電極の表面を封止樹脂に対して非接着レベルとなるまで平滑化している。金属電極と封止樹脂とは両者の界面で接触しているが、その接触状態は非接着レベルの状態となっている。

上記のように構成された本発明の金属化フィルムコンデンサによれば、金属電極の表面を封止樹脂に対して非接着状態とするレベルまで平滑化してあるので、互いに接する金属電極と封止樹脂の間で線膨張係数に差があって温度変化のために金属電極と封止樹脂とが体積変化を生じ両者間に熱勾配による相対滑りが生じたとしても、金属電極のコンデンサ素子からの剥離は防止される。

すなわち、金属電極と封止樹脂との界面での細かな凹凸で互いに喰い込みを起こしていてアンカー効果のために応力発生が伴うような従来技術とは異なり、金属電極の表面を充分に平滑化して封止樹脂に対して非接着状態としてある。その結果として、熱負荷応力に対しては封止樹脂が金属電極に対して相対滑りすることで、金属電極がコンデンサ素子の端部から剥離されることは良好に防止され、金属化フィルムコンデンサの電気引き出し機能は長期にわたって良好に維持されることになる。

上記のように構成される本発明の金属化フィルムコンデンサは、次のような態様での実施が好ましいものである。

前記の金属電極は、金属化フィルムの軸方向両端に溶射された金属溶射電極の表面に表面平滑な金属板を接合することにより構成されているが、金属溶射電極の表面の平滑化の態様について、金属溶射電極の表面を研磨すること、あるいは、金属溶射電極の最外層を低融点金属の溶射によって形成し、その低融点金属層を再溶融させることが、その他の考え方としてあり得、その場合に、研磨には切削を含むものとし、また、低融点金属については錫系合金、鉛系合金などが好ましい。

上記の平滑金属板は、それの封止樹脂に対する接触面の表面精度が封止樹脂に対して非接着状態となるレベルまでの平滑化とするが、その他の考え方としての研磨、低融点金属の再溶融の場合も同様とされる。

金属電極の平滑化を金属溶射電極の研磨や低融点金属の再溶融によって実現する場合には、剥離材や粘着テープを使用する従来技術に比べて、部品点数の増加、構造の複雑化を回避することが可能で、製品コストの低廉化にも有用である。

金属電極の表面の平滑性については、その表面粗さ（Ｒａ）を金属一般の０．０２〜３．５μｍ程度とするのが好ましく、加工性やコストの観点から０．２〜２．５μｍ程度とするのがさらに好ましい。

なお、前記の金属化フィルムは誘電体フィルムの表面に金属微粒子を蒸着させることによって構成される。その金属蒸着膜はコンデンサの内部電極（金属蒸着電極）を構成する。

金属化フィルムの構成要素である誘電体フィルムとしては、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリフェニレンスルフィドフィルム、ポリエステルフィルムなどがある。

誘電体フィルムに蒸着する金属としては、亜鉛、アルミニウム、錫、銅、ニッケル、クロム、鉄、チタンなどの単体の金属またはそれらの任意の組み合わせの合金がある。

金属溶射電極を形成するために溶射すべき金属微粒子の材質としては、亜鉛、錫、アルミニウム、銅、半田、鉛、ニッケル、コバルト、アンチモンなどの単体の金属またはそれらの任意の組み合わせの合金がある。

外部引き出し端子としては、銅、アルミニウム、鉄、ニッケル、ステンレス、燐青銅などの単体の金属またはそれらの任意の組み合わせの合金がある。

外装ケースとしてはプラスチックまたは金属で、プラスチックではポリエチレンテレフタレート系、ポリブチレンテレフタレート系、ポリカーボネート系、ポリフェニレンスルフィド系などがあり、金属ではアルミニウム、鉄、ステンレス、銅、マグネシウムなどがある。

封止樹脂としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などがある。ケイ素、チタン、アルミニウム、カルシウム、ジルコニウム、マグネシウムなどの酸化物、炭化物、窒化物、水酸化物、複合物のフィラー（添加材）を混入してもよい。

なお、金属溶射電極の形成のための金属溶射については、粒子径を異にして複数層にわたって行うことが好ましい。その場合に、１層目は最も小さい粒子径の溶射金属層とし、２層目以降は粒子径を順次に大きくしてゆくのがよい。１層目の金属粒子径を最も小さくするのは、巻回または積層されている金属化フィルムの層間への溶射金属微粒子の進入度合いを大きくし、コンデンサ素子に対する金属溶射電極の密着性を優れたものにするためである。コンデンサ素子に対する金属溶射電極の密着性が良いと、熱負荷応力に対して金属溶射電極の剥離が防止される。もっとも、本発明は、金属溶射電極が１層のみの溶射金属層によるものを排除するものではない。

以下、本発明にかかわる金属化フィルムコンデンサの実施例を、図面を参照して詳細に説明する。

図１の（ａ）は金属化フィルムコンデンサＡの断面図、図１の（ｂ）は金属化フィルムコンデンサＡの斜視図である。まず、構成要素を列挙すると、図１において、Ａは金属化フィルムコンデンサ、１０はコンデンサユニット、２０は外装ケース、３０は封止樹脂である。コンデンサユニット１０の構成要素として、１１はコンデンサ素子、１２は金属溶射電極（金属電極の好適例）、１３は外部引き出し端子である。コンデンサ素子１１の軸方向両端に金属微粒子の溶射によって金属溶射電極１２，１２が形成され、その両端部の金属溶射電極１２，１２の表面が研磨等により充分に平滑化された平滑電極面１２ｄ，１２ｄに形成されている。その平滑電極面１２ｄ，１２ｄに外部引き出し端子１３，１３の基部が電気的に接続されている。両端部に金属溶射電極１２，１２を形成した複数のコンデンサ素子１１の、金属溶射電極１２，１２に外部引き出し端子１３，１３を電気的に接続することをもってコンデンサユニット１０が構成されている。コンデンサユニット１０の詳しい構造については後述する。なお、コンデンサユニット１０を構成するコンデンサ素子１１の個数が１個の場合もあり得る。

コンデンサ素子１１とその両端部の金属溶射電極１２，１２と金属溶射電極１２，１２に接続された外部引き出し端子１３，１３とをもってコンデンサユニット１０が構成されるが、そのコンデンサユニット１０が外装ケース２０の内部に収容された上で、外装ケース２０内に溶融樹脂が注入充填され、それが固化して封止樹脂３０となっている。この封止樹脂３０は外部引き出し端子１３，１３の一部を除いてコンデンサユニット１０を覆うとともに、そのコンデンサユニット１０を外装ケース２０に固定保持している。

封止樹脂３０は金属溶射電極１２，１２の平滑電極面１２ｄ，１２ｄに接した状態になっているが、その平滑電極面１２ｄ，１２ｄは高度に平滑化されており、接している封止樹脂３０に対して非接着状態となるレベルまでの表面精度となっている。

以下、図２〜図１３を参照しつつ、金属化フィルムコンデンサＡの詳しい構造について説明する。

図２はコンデンサ素子１１の元になる金属化フィルム１６を示している。図２に示すように、誘電体フィルム１４の片面（両面の場合もある）に金属微粒子を蒸着させて金属蒸着電極１５を形成することにより金属化フィルム１６を構成している。誘電体フィルム１４の一側の端縁領域は絶縁マージン１４ａ（白抜き部分）として残し、それ以外の領域を金属蒸着電極１５（ハッチング部分）としている。絶縁マージン１４ａが幅方向で互いに逆側にくるように２枚の金属化フィルム１６，１６を対向配置し、両矢印Ｙ１，Ｙ２で示すように幅方向でずらした状態で重ね合わせる。このとき、２枚の金属化フィルム１６，１６において、フィルム面に対する金属蒸着電極１５，１５の存在側が同じ向き（図示例では上向き）となる状態で重ね合わせる。

図３は図２の工程の次の工程であって、円柱状のコンデンサ素子１１の作製途中を示す。図２のようにして２枚重ね合わされた金属化フィルム１６，１６を図３に示すようにロール状に巻回する。

図４は図３の工程の次の工程であって、コンデンサ素子１１の断面構造を示す。図４に示すように、２枚重ね合わせて巻回した金属化フィルム１６，１６のロールの最外層に耐熱性絶縁シール用フィルム１７を巻き付ける。なお、耐熱性絶縁シール用フィルム１７については、金属化フィルム１６の金属蒸着電極１５を高電圧印加により除去した部分で置き換えてもよい。

中心から数えて１層目の金属化フィルム１６では誘電体フィルム１４の左側端縁に金属蒸着電極１５の左側端縁が一致し、絶縁マージン１４ａは右側端縁に位置している。中心から数えて２層目の金属化フィルム１６では誘電体フィルム１４の右側端縁に金属蒸着電極１５の右側端縁が一致し、絶縁マージン１４ａは左側端縁に位置している。１層目の金属化フィルム１６と２層目の金属化フィルム１６とは軸方向（図面の左右方向）で互いに位置がずれている（図２の両矢印Ｙ１，Ｙ２参照）。１層目と３層目と５層目のように奇数層目の金属化フィルム１６どうしは軸方向での位置が一致し、２層目と４層目と６層目のように偶数層目の金属化フィルム１６どうしは軸方向での位置が一致している。そして、奇数層目の金属化フィルム１６と偶数層目の金属化フィルム１６とは軸方向（図面の左右方向）で互いに位置がずれている。

この円柱状のコンデンサ素子１１においては、その断面構造が誘電体フィルム、金属蒸着電極、誘電体フィルム、金属蒸着電極…の交互の積層構造となっており、２枚の金属蒸着電極が誘電体フィルムを挟んだサンドイッチ構造のコンデンサを構成している。

この円柱状のコンデンサ素子１１では、その軸方向の右側端面に対して偶数層目の金属化フィルム１６の端縁が一致し、奇数層目の金属化フィルム１６の端縁は軸方向の奥側に凹む位置にある。また、その軸方向の左側端面に対して奇数層目の金属化フィルム１６の端縁が一致し、偶数層目の金属化フィルム１６の端縁は軸方向の奥側に凹む位置にある。１８はコンデンサ素子１１の両端面に形成された環状の凹溝である。

図５は図４の工程の次の工程であって、扁平柱状に成形したコンデンサ素子１１の斜視図である。図５に示すように、最外層に耐熱性絶縁シール用フィルム１７を巻き付けた円柱状のコンデンサ素子１１を直径方向でプレス加工することにより、断面小判形の扁平柱状体のコンデンサ素子１１を作製する。

図６〜図８は図５の工程に続く金属溶射の工程を示す。

まず、図６に示すように、扁平柱状体のコンデンサ素子１１の軸方向両端に粒子径の小さな金属微粒子を溶射して第１層目の溶射金属層１２ａ，１２ａを形成する。このときの溶射金属は巻回積層されている金属化フィルム１６，１６の層間の環状凹溝１８，１８に進入し、環状凹溝１８，１８内で露出している金属蒸着電極１５，１５に対して電気的に接続される。

図７は図６の工程の次の工程であって、コンデンサ素子１１の軸方向両端に形成した第１層目の溶射金属層１２ａ，１２ａに対してその粒子径より大きな金属微粒子を溶射することにより第２層目の溶射金属層１２ｂ，１２ｂを形成する。第１層目の溶射金属層１２ａと第２層目の溶射金属層１２ｂとは一体化される。

図８は図７の工程の次の工程であって、図７の工程で形成した第２層目の溶射金属層１２ｂ，１２ｂに対してその粒子径より大きな金属微粒子を溶射することにより第３層目の溶射金属層１２ｃ，１２ｃを形成する。第２層目の溶射金属層１２ｂと第３層目の溶射金属層１２ｃとは一体化される。

上記において、第１層目の溶射金属層１２ａの粒子径が最も小さく、第２層目の溶射金属層１２ｂの粒子径が次に大きく、第３層目の溶射金属層１２ｃの粒子径が最も大きい。

以上の第１層目の溶射金属層１２ａと第２層目の溶射金属層１２ｂと第３層目の溶射金属層１２ｃとの一体化された積層溶射金属層の全体が金属溶射電極１２を構成することになる。

なお、金属微粒子の粒子径の一例を挙げるとすれば、第１層目の溶射金属層１２ａの溶射金属の粒子径として１〜１００μｍ（中心粒子径５０μｍ）、第２層目の溶射金属層１２ｂの溶射金属の粒子径として１０〜１５０μｍ（中心粒子径１００μｍ）、第３層目の溶射金属層１２ｃの溶射金属の粒子径として５０〜２５０μｍ（中心粒子径１５０μｍ）などを挙げることができる（特許文献２参照）。

第１層目の溶射金属層１２ａを構成する粒子径の小さな金属微粒子はコンデンサ素子１１の環状凹溝１８に深く進入し、金属蒸着電極１５との電気的接続性を強化するとともに、金属化フィルム１６との密着性が優れたものになる。

第３層目の溶射金属層１２ｃを構成する粒子径の大きな金属微粒子はその相互間の空隙が比較的大きなものとなり、その空隙に含まれる空気量が多くなる。空気層による断熱効果が高まり、金属溶射電極１２に外部引き出し端子１３の基部（１３ｂ）（図１０参照）を半田付けする際の誘電体フィルム１４への熱伝導が抑えられ、ひいては熱負荷応力に起因する金属溶射電極１２の剥離を抑制する。

第２層目の溶射金属層１２ｂを構成する中間の粒子径の金属微粒子は第１層目の溶射金属層１２ａの金属微粒子と第３層目の溶射金属層１２ｃの金属微粒子との間に介在して、第１層目の溶射金属層１２ａとの密着性および第３層目の溶射金属層１２ｃとの密着性をともに確保する。もし、この中間の粒子径の第２層目の溶射金属層１２ｂがなく、小さな粒子径の溶射金属層と大きな粒子径の溶射金属層とを直接に接合するとなると、両者間の粒子径の差が大きいことから熱負荷応力に対して強度弱点部が生じることになる。このように小中大の３種類の粒子径の溶射金属層を順次に重ねることにより、そのような強度弱点部の発生を防止することができる。

以上の相乗により、コンデンサ素子１１に対する金属溶射電極１２，１２の密着性を高強度のものとし、これが熱負荷応力に起因する金属溶射電極１２，１２の剥離防止に有効に作用する。

図９は図８の工程の次の工程であって、図８の工程で形成した３層構造の金属溶射電極１２，１２（第３層目の溶射金属層１２ｃ，１２ｃ）の表面を研磨等により充分に平滑化した平滑電極面１２ｄ，１２ｄに形成している。この平滑電極面１２ｄ，１２ｄの表面精度は金属一般の平滑表面精度の範囲かそれ以上の高精度として、あとで注入充填する封止樹脂３０に対して非接着レベルとなるまでの平滑化とするのがよい。

図１０は図９の工程の次の工程であって、複数のコンデンサ素子１１の軸方向両端の金属溶射電極１２，１２の平滑電極面１２ｄ，１２ｄに対して外部引き出し端子１３，１３の基端部を半田付けして構成したコンデンサユニット１０の構造を示している。図１０の（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。

図１０に示すように、軸方向両端の金属溶射電極１２，１２の表面が平滑電極面１２ｄ，１２ｄに形成されたコンデンサ素子１１を複数個並列に並べる。外部引き出し端子１３は、並列コンデンサ素子１１…群に被せられる長方形状の端子プレート１３ａと、平滑電極面１２ｄに半田付けされる複数の第１接続片１３ｂ…と、１つの第２接続片１３ｃと、第２接続片１３ｃに半田付けされる外部端子１３ｄとからなる。

長方形状の端子プレート１３ａの長辺に沿う一側部の複数箇所が直角に折り曲げられて第１接続片１３ｂ…が一体的に形成されているとともに、端子プレート１３ａの短辺に沿う一側部が同じく直角に折り曲げられて１つの第２接続片１３ｃが一体的に形成されている。さらに、第２接続片１３ｃに１つの外部端子１３ｄが半田付けされている。

この外部引き出し端子１３は、正極側のものと負極側のものとが１つずつ設けられる。図中の符号に付加したサフィックス（添え字）の〔₁〕〔₂〕はそれぞれ正極側と負極側の区別に用いられる。正極側の外部引き出し端子１３₁の長方形状の端子プレート１３ａ₁と負極側の外部引き出し端子１３₂の長方形状の端子プレート１３ａ₂とは両者間にシート状の絶縁スペーサ１９が介在される状態で重ね合わされている。正極側の外部引き出し端子１３₁における複数の第１接続片１３ｂ₁…が存在する側と負極側の外部引き出し端子１３₂における複数の第１接続片１３ｂ₂…が存在する側とはコンデンサ素子１１を挟んで互いに反対側となっている。正極側の複数の第１接続片１３ｂ₁…は複数のコンデンサ素子１１…の軸方向一側の金属溶射電極１２…の平滑電極面１２ｄ₁…に半田付けされている。同様に、負極側の複数の第１接続片１３ｂ₂…は複数のコンデンサ素子１１…の軸方向他側の金属溶射電極１２…の平滑電極面１２ｄ₂…に半田付けされている。正極側の第２接続片１３ｃ₁と負極側の第２接続片１３ｃ₂とは両者間にシート状の絶縁スペーサ１９が介在される状態で対向しており、正極側の第２接続片１３ｃ₁には正極側の外部端子１３ｄ₁が半田付けされ、負極側の第２接続片１３ｃ₂には負極側の外部端子１３ｄ₂が半田付けされている。正負一対の外部端子１３ｄ₁，１３ｄ₂は互いに平行で、各端子プレート１３ａ₁，１３ａ₂に対して直角姿勢となっている。

以上のようにして、軸方向両端に金属溶射電極１２，１２が形成された複数のコンデンサ素子１１…と正負の外部引き出し端子１３，１３とでコンデンサユニット１０が構成されている。

図１１は図１０の工程の次の工程であって、上記のようにして構成されたコンデンサユニット１０を外装ケース２０に収容する様子を示している。

図１２はコンデンサユニット１０を外装ケース２０に収納した状態を示す。コンデンサユニット１０の外周面と外装ケース２０の内周面には封止樹脂３０を充填すべき空間２５が存在している。

前記の空間２５に溶融樹脂を注入充填し、それを固化させて封止樹脂３０とした状態を表すのが図１である。またその要部を拡大した断面図が図１３である。

封止樹脂３０がコンデンサ素子１１の軸方向両端の金属溶射電極１２，１２に接する対象は金属溶射電極１２，１２の平滑電極面１２ｄ，１２ｄであり、平滑電極面１２ｄ，１２ｄは封止樹脂３０に対して非接着レベルとなるまで平滑化されている。したがって、金属溶射電極１２と封止樹脂３０との線膨張係数の差のために温度変化があって金属溶射電極１２と封止樹脂３０とが相対変位を生じても、その相対変位は相対滑りとなり、金属溶射電極１２がコンデンサ素子１１から剥離することが確実に防止される。よって、電気引き出し機能は長期間にわたって良好に維持されることになる。

次に、金属化フィルムコンデンサの別の例を、図１４を用いて説明する。

図１４の（ａ）に示すように、３層構造の金属溶射電極１２，１２の表面（最外層）に低融点金属１２ｅ，１２ｅを溶射し、さらに図１４の（ｂ）に示すように、低融点金属１２ｅ，１２ｅを再溶融させることにより平滑電極面１２ｆ，１２ｆを形成している。この平滑電極面１２ｆ，１２ｆの表面精度は金属一般の平滑表面精度の範囲かそれ以上の高精度として、あとで注入充填する封止樹脂３０に対して非接着レベルとなるまでの平滑化とする。

低融点金属１２ｅ，１２ｅとしては、錫、鉛などの金属または合金が好ましい。例えば、金属溶射電極１２，１２の１層目（コンデンサ素子１１からの直接引き出し部）を亜鉛からなる層とし、金属溶射電極１２，１２の２層目（最外層）を亜鉛と錫の合金からなる低融点金属層とすることにより、金属溶射電極１２，１２の２層目の融点を金属溶射電極１２，１２の１層目の融点より低くして、コンデンサ素子１１への熱ダメージを小さくすることができる。

さて、次に、本発明にかかわる金属化フィルムコンデンサの主たる実施例として、金属溶射電極１２，１２の表面に表面平滑な金属板を接合する構成のものを説明する。この場合、外部引き出し端子１３にはアルミニウム、銅を用いるのが好ましく、さらに金属板の材料としてはこれら端子材料と同一の材料であるアルミニウム、銅を用いることが好ましい。このような構成により、外部引き出し端子１３と金属板とを一体化することができる。なお、金属板の厚みを０．３ｍｍ以上とすれば、実使用に耐え得る表面平滑な金属板とすることができる。

本発明にあっては、上記の実施例のほか次のような形態で実施してもよい。

（１）上記実施例ではコンデンサユニット１０を構成するコンデンサ素子１１を複数としたが、コンデンサユニットとしてはコンデンサ素子１つとしてもよい。

（２）上記実施例では外部引き出し端子１３を端子プレート１３ａ、第１接続片１３ｂ…および第２接続片１３ｃからなる折り曲げした板状金属板と外部端子１３ｄから構成してあるが、外部引き出し端子の構造については上記実施例に限定されるものではなく、広く任意の形態のものが適用可能である。

（３）上記実施例では金属化フィルム１６について誘電体フィルム１４の片面に金属蒸着電極１５を形成したもので説明したが、誘電体フィルムの両面に金属蒸着電極を形成する場合もある。

（４）上記実施例ではコンデンサ素子１１について金属化フィルム１６を巻回したもので説明したが、金属化フィルムを短冊状に切断し、その切断片の複数枚を積層して構成する場合もある。

本発明は、互いに接する金属電極と封止樹脂の間に線膨張係数の差がある金属化フィルムコンデンサにおいて、温度変化に起因する相対変位が生じたときに熱負荷応力の発生の抑制を通じて金属電極の剥離を確実に防止し、もって金属化フィルムコンデンサの電気引き出し機能を長期にわたって良好に維持させる上で有用である。

１０コンデンサユニット
１１コンデンサ素子
１２金属溶射電極（金属電極）
１２ａ第１層目の溶射金属層
１２ｂ第２層目の溶射金属層
１２ｃ第３層目の溶射金属層
１２ｄ平滑電極面
１２ｅ低融点金属
１２ｆ平滑電極面
１３外部引き出し端子
１３ａ端子プレート
１３ｂ第１接続片
１３ｃ第２接続片
１３ｄ外部端子
１４誘電体フィルム
１５金属蒸着電極
１６金属化フィルム
１７耐熱性絶縁シール用フィルム
１８環状凹溝
１９シート状の絶縁スペーサ
２０外装ケース
３０封止樹脂

Claims

金属化フィルムを巻回または積層した上で軸方向両端に金属電極を形成した単数または複数のコンデンサ素子、および、前記コンデンサ素子の金属電極に接続された外部引き出し端子からなるコンデンサユニットと、
前記コンデンサユニットを収容する外装ケースと、
前記外装ケース内に注入充填され固化によって前記コンデンサユニットおよび前記外部引き出し端子の一部を覆う封止樹脂とを備え、
前記封止樹脂に接する前記金属電極が、前記コンデンサ素子の軸方向両端で内部の前記金属化フィルムの金属蒸着電極に電気的に接続される状態で金属微粒子の金属溶射により形成された金属溶射電極の表面に、前記封止樹脂に対して非接着レベルとなるまで平滑化された表面平滑な金属板を接合することにより構成されていることを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
前記金属溶射電極が、前記金属微粒子の粒子径を異にして、粒子径の小さい層から順次に粒子径を大きくして複数層にわたって形成されている請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
前記金属板と前記外部引き出し端子とが同一の材料から構成され、一体化されている請求項１または請求項２に記載の金属化フィルムコンデンサ。