JP6488460B2 - フィルムコンデンサ - Google Patents

Description

本発明はフィルムコンデンサに関する。

近年、電気機器、電子機器、産業機器や自動車などにフィルムコンデンサが使用されている。

フィルムコンデンサは高周波電流あるいは大電流を用いる場合が増えており、フィルムコンデンサにおいては、コンデンサ素子とバスバーとの接続により高い信頼性が要求されている。

そして、従来のフィルムコンデンサ電極の接続方式としては、コンデンサ素子の両端部に形成されたメタリコン電極に、薄板状のバスバーを抵抗溶接、より具体的にはプロジェクション抵抗溶接にて固定する方式が知られている。

従来のプロジェクション抵抗溶接について以下に説明する。まず、図１１に示すように第１バスバー主面９２１に四角錐状の突起部９２３を２つ有し、さらに２つの突起部９２３の間に開口部９２８を備えたバスバー９２を用意する。そして、図１２に示すように、第１主面９２１をメタリコン電極に対向させて配置することにより、２つの突起部９２３がコンデンサ素子９１のメタリコン電極９１１に接触するようにバスバー９２をメタリコン電極９１１の上に配置する。次に、バスバー９２の、第１主面９２１とは反対側の第２主面９２２の上に２つの溶接棒９ＷＲを押接させる。

２つの溶接棒９ＷＲに溶接電流を流すことにより、コンデンサ素子９１のメタリコン電極９１１とバスバー９２とが溶接により接続される。このような開口部９２８をもつ部材を用いて抵抗溶接をする技術は、例えば特許文献１に開示されている。

特許文献１のフィルムコンデンサは、バスバー９２が開口部９２８を有しているため、バスバー９２内を流れる溶接電流９ＷＣ２の経路よりもメタリコン電極９１１内を流れる溶接電流９ＷＣ１の経路が短いので、メタリコン電極９１１内を溶接電流９ＷＣ１が効率よく流れ、バスバー９２内を溶接電流９ＷＣ２が分流することで溶接強度が低下しないようにする効果がある。

特開平２−８２４４６号公報

しかしながら、従来のフィルムコンデンサでは、バスバーとメタリコン電極との接続部近傍の発熱量が大きくなりすぎ、接続部近傍の蒸着金属層や誘電体フィルムが熱変質溶融してしまい、バスバーがコンデンサ素子から剥離する虞があった。

そこで、本発明は、フィルムコンデンサのメタリコン電極とバスバーとの接続強度を高めたフィルムコンデンサを提供することを目的とする。

本発明は、両端部にメタリコン電極が形成されたコンデンサ素子と、メタリコン電極と対向する対向面に線状に延びる第１突起部を有し、第１突起部にてメタリコン電極と溶接されているバスバーとを備えるフィルムコンデンサである。

本発明によると、フィルムコンデンサのメタリコン電極とバスバーとの接続強度を高めたフィルムコンデンサを提供できる。

本発明の第１実施形態のフィルムコンデンサにおける要部の斜視図である。 本発明の第１実施形態のフィルムコンデンサにおける要部の断面図である。 本発明の第１実施形態のフィルムコンデンサにおける要部の別の断面図である。 本発明の第１実施形態のバスバーの正面図である。 本発明の第１実施形態の突起部を説明する模式図である。 本発明の第１実施形態における溶接工程を説明する図である。 本発明の第１実施形態における溶接工程を説明する別の図である。 本発明の第２実施形態における突起部を説明する模式図である。 本発明の第３実施形態における突起部を説明する模式図である。 従来のフィルムコンデンサにおけるバスバーの正面図である。 従来のフィルムコンデンサの製造方法における抵抗溶接を説明する図である。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して第１実施形態におけるフィルムコンデンサの構成及びその製造方法について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態によるフィルムコンデンサを構成する、バスバー２を接続したコンデンサ素子１の概略構成を示した斜視図である。図２は図１の切断線Ｉ−Ｉにおける断面図であり、図３は図１の切断線ＩＩ−ＩＩにおける断面図である。

コンデンサ素子１は、交互に配置された誘電体フィルム及び蒸着金属層と、両端部にはメタリコン電極１１とを有する。ここで、コンデンサ素子１の構成について、その形成方法を基に詳述する。まず、ＰＰなどからなる誘電体フィルムの少なくとも片面にアルミニウムを蒸着して蒸着金属層（蒸着電極）を形成した金属化フィルムを一対とし、これら一対の金属化フィルムが重ね合せられ、巻回されることで巻回体が形成される。さらに、この巻回体が押圧され扁平形に加工される。そして、変形された巻回体１１１の互いに対向する２つの端面に亜鉛、アルミニウム等の金属またはこれら金属の混合金属が溶射され、メタリコン電極が形成されることで、コンデンサ素子１が完成する。このように、コンデンサ素子１は扁平形状をなし、誘電体フィルムを介して蒸着金属層を対向させたコンデンサ部分をメタリコン電極を介して外部に取り出した構成となっている。

バスバー２は、コンデンサ素子１のメタリコン電極１１と対向する対向面（第１主面）２１に突起部２３を有し、対向面２１の反対側の裏面（第２主面）２２には凹部２４を有している。凹部２４は裏面２２にプレス加工を施すことにより形成された凹んだ部分であり、一方、突起部２３は裏面２２からプレス加工を施すことにより形成された突出した部分である。

図４は、バスバー２を対向面２１から見た正面図である。突起部２３は線状に延びる第１突起部２３Ａを有している。また、第１突起部２３Ａの両方の端部には４つの第２突起部２３Ｂが連結している。それぞれの第２突起部２３Ｂは第１突起部２３Ａに対して略垂直に延びており、突起部２３は全体として第１主面側からみてＨ字状となっている。また、突起部２３は第１突起部２３Ａの稜線２３ＡＲと第２突起部２３Ｂの稜線２３ＢＲを備えている。また、バスバー２は、外部へ電極を引き出すための外部電極部２９を有している。

図５は突起部２３の模式図であり、稜線は省略している。また、同図において、第１突起部２３Ａと第２突起部２３Ｂの境界を点線で示している。

バスバー２はメタリコン電極１１とプロジェクション抵抗溶接されており、図２及び図３に示すように、第１突起部２３Ａ及び第２突起部２３Ｂの一部が、それぞれメタリコン電極１１に食い込んで接合している。なお、第１突起部２３Ａの、第１主面２１のうち突起部が形成されていない部分からの高さＨは、メタリコン電極１１の厚さＡに対して１５〜８５％、さらに好ましくは３０〜５０％の範囲が好ましい。また、第１突起部２３Ａのメタリコン電極１１に食い込んだ部分の厚さｔは、メタリコン電極１１の厚さＡ未満が好ましい。本実施形態においては、メタリコン電極１１に第１突起部２３Ａ及び第２突起部２３Ｂが完全に埋設しており、第１突起部２３Ａ及び第２突起部２３Ｂ近傍の対向面２１はメタリコン電極１１と接着している。

そして、フィルムコンデンサは、バスバー２を接続したコンデンサ素子１をケース（図示せず）に収容しており、ケースとコンデンサ素子１との隙間に樹脂（図示せず）が充填されて封止がなされている。
（製造方法）
以下に、第１実施形態のフィルムコンデンサの製造方法を説明する。
（コンデンサ素子形成工程）
コンデンサ素子形成工程を説明する。まず、ＰＰからなる誘電体フィルムの片面にアルミニウムを蒸着させて、蒸着金属層（蒸着電極）が形成された金属化フィルムを形成する。なお、本実施の形態ではこのように蒸着金属としてアルミニウムを用いたが、これ以外にも亜鉛やマグネシウム、あるいはこれらの金属を混合させたものを用いてもよい。

次に、一方の極性用の金属化フィルムと他方の極性用の金属化フィルムとを幅方向の端部を僅かにずらした状態で重ねて巻回し、円柱状の巻回体を作製する。尚、巻回体の外周側には、保護用の絶縁フィルム（ＰＰフィルム）を数周分巻きつけられていてもよい。そして、この巻回体の曲面状の外周面を巻回体の径方向の両側から押圧して扁平形状に加工する。さらに、扁平形状に加工された巻回体１１１の互いに対向する２つの端面に亜鉛、アルミニウム等の金属またはこれら金属の混合金属を溶射することによりメタリコン電極１１を形成する。これにより、誘電体フィルムを介して蒸着金属層が対向するコンデンサ部分が形成されたコンデンサ素子１が完成する。
（突起部形成工程）
次に、例えば錫等の鍍金を施した銅製の薄板状母材を用意する。母材にプレス加工を施し、バスバー２の外形形状の形成及び突起部２３の形成を行う。尚、バスバー２の表面に鍍金が施されている場合は、溶接の際に鍍金の一部が溶融し、メタリコン電極１１と接続していてもよい。

以下に、突起部２３の形成について説明する。

バスバー２の第２主面（裏面２２）側からにプレス型を押し付けることによりＨ字状の凹部２４を形成する。これにより、第１主面（対向面２１）においてＨ字状の突起部２３が突出する。

図４に示すように、突起部２３は線状に延びる第１突起部２３Ａと、第１突起部２３Ａの両方の端部に連結した４つの第２突起部２３Ｂにより構成されている。それぞれの第２突起部２３Ｂは第１突起部２３Ａの延びる方向（Ｘ方向）に対して略垂直な方向（Ｙ方向）に延びている。

突起部２３の形成に際しては、Ｈ字状の凸部を有するプレス型を母材に押し付けることでＨ字状の突起部２３を形成しても良いし、最初に線状の第１突起部２３Ａを形成した後に再度プレス加工を行って第２突起部２３Ｂを形成することにより、Ｈ字状の突起部２３を形成しても良い。
（溶接工程）
図６を参照して溶接工程を説明する。まず、抵抗溶接機の所定の位置にコンデンサ素子１をセットする。次いで、コンデンサ素子１の一方のメタリコン電極１１の中心部に突起部２３が接触するように一方のバスバー２を保持する。このとき、コンデンサ素子１の一方のメタリコン電極１１と一方のバスバー２の第１主面２１が対向している。

次いで、一対の溶接棒ＷＲ、ＷＲを一方のバスバー２の第２主面２２に押し当てる。具体的には、第１突起部２３Ａの稜線２３ＡＲと第２突起部２３Ｂの稜線２３ＢＲの交点にそれぞれ溶接棒ＷＲの中心ＷＲＣが配置されるように一対の溶接棒ＷＲを押し当てる。

その後、直流インバータ式溶接電源（極性切り換え型）から溶接電流を給電すると、２つの溶接棒ＷＲ間において一方のバスバー２の第１突起部２３Ａと、第２突起部２３Ｂと、メタリコン電極１１の第１突起部２３Ａ及び第２突起部２３Ｂとの接触部近傍１１Ａ（図７参照）とに溶接電流が流れる。第１突起部２３Ａ、第２突起部２３Ｂ、接触部近傍１１Ａが発熱することにより、加圧されていた第１突起部２３Ａ、第２突起部２３Ｂがメタリコン電極１１に食い込んで溶接、すなわち接続される。

以下に、溶接工程についてより具体的に説明する。図７は図６における切断線ＩＩＩ−ＩＩＩにて切断した断面図である。バスバー２は、その第１突起部２３Ａの稜線２３ＡＲにてメタリコン電極１１と線接触した状態で抵抗溶接される。よって、バスバー２内を流れる溶接電流ＷＣ１は図７の矢印で示すように第１突起部２３Ａに沿って流れ、メタリコン電極１１とバスバーとが第１突起部２３Ａにて溶接により接続される。さらに、他方のメタリコン電極１１にも同様に他方のバスバー２を溶接する。尚、同図において、誘電体フィルム１１Ｂ及び蒸着金属層１１Ｃ、１１Ｄは模式的に図示しており、保護用の絶縁フィルムは図示していない。
（封止工程）
次に、バスバー２を接続したコンデンサ素子１をケース（図示せず）の凹部に収容する。なお、バスバー２の外部電極部２９はケースの凹部から外部へ突き出ている。ケースの凹部の開口部から液状の樹脂を充填し、冷却することにより本発明のフィルムコンデンサが完成する。

本実施形態によれば、バスバー２は、第１突起部２３Ａにてメタリコン電極１１と接触した状態で抵抗溶接されているため、バスバー２内を流れる溶接電流ＷＣ１は図７の矢印で示すように第１突起部２３Ａに沿って流れる。よって、溶接により発生する熱を接触部近傍１１Ａに制御できるため、フィルムコンデンサのメタリコン電極とバスバーとのを接続の信頼性が高まる。

さらに、メタリコン電極１１内を流れる溶接電流ＷＣ２は、図７の矢印で示すようにメタリコン電極１１の第１突起部２３Ａとの接触部近傍１１Ａを流れる。すなわち、メタリコン電極１１内を流れる溶接電流ＷＣ２はメタリコン電極１１のごく表層部（接触部近傍１１Ａ）のみにしか流れないので、小さい溶接電流によっても十分発熱する。そのため溶接電流を低減することができ、誘電体フィルム１１Ｂや蒸着金属層１１Ｃ、１１Ｄに生じる熱変質融解を低減でき、フィルムとメタリコン間の剥離不良の発生を抑制できる。

また、突起部２３を中心として選択的に溶接がなされるので、溶接工程において溶接部を制御することが容易となる。

また、突起部２３は、第２突起部２３Ｂをさらに有しており、第２突起部２３Ｂとメタリコン電極１１とが接触した状態でメタリコン電極１１と抵抗溶接される。よって、バスバー２とメタリコン電極１１との接続の信頼性がさらに高まる。また、第２突起部２３Ｂの延びる方向（Ｙ方向）に沿ってバスバー２に応力が加わった場合でも、第２突起部２３Ｂにおいてもバスバー２とメタリコン電極１１が接続されているので、メタリコン電極からバスバーを剥離させるような応力に対する剥離強度を向上させることができる。また、第２突起部２３Ｂが稜線２３ＢＲを有する場合においても、溶接により発生する熱を接触部近傍に制御できるため、接続の信頼性がさらに高まることに加えて、誘電体フィルム１１Ｂや蒸着金属層１１Ｃ、１１Ｄに生じる熱変質融解を低減できる。

また、第１突起部と第２突起部は第１主面２１側からみてＨ字状の突起部を構成していることが好ましい。第１突起部２３Ａの稜線と第２突起部２３Ｂ１の稜線の交点を溶接棒ＷＲの中心ＷＲＣとすれば、溶接棒ＷＲの突起部２３とのコンタクト範囲内（図６の円内）から第１突起部２３Ａの端部２３Ａ１の近傍が外れてしまう虞がなくなり、剥離強度低下を回避できるからである。

溶接棒ＷＲの配置位置は第１突起部２３Ａの稜線２３ＡＲと第２突起部２３Ｂの稜線２３ＢＲの交点に限定されず、第１突起部２３Ａと第２突起部２３Ｂの連結部近傍に溶接棒ＷＲの中心ＷＲＣを配置すれば、必ず第２突起部２３Ｂに溶接電流を流すことができるので、剥離強度を確実に向上させることができる。

上述したように、本発明のフィルムコンデンサは、第１突起部２３Ａにてメタリコン電極１１と溶接されているので、メタリコン電極とバスバーとの接続強度が高まる。

（第２実施形態）
図８を参照して第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と異なる事項を中心に説明し、共通する事項についての説明は省略する。第２実施形態のフィルムコンデンサにおける突起部２３を図８に示す。図８においては説明を簡単にするため稜線は省略している。また、第１突起部２３Ａと第２突起部２３Ｂ１の境界を点線で示している。第１実施形態においては、４つの第２突起部２３Ｂが第１突起部２３Ａの端部と連結することにより、突起部２３は第１主面２１側からみてＨ字状をしていた。それに対して、本実施形態においては、４つの第２突起部２３Ｂ１は第１突起部２３Ａの端部２３Ａ１と連結しておらず、第１突起部２３Ａの端部から離れた位置で第１突起部２３Ａと連結している。

溶接工程においては、溶接棒ＷＲの中心ＷＲＣを、第１突起部２３Ａの端部２３Ａ１から、第１突起部２３Ａの稜線と第２突起部２３Ｂ１の稜線との交点までの位置に設定することができる。

本実施形態においても第１実施形態で説明した効果を奏することができる。尚、第２突起部２３Ｂ１は溶接棒ＷＲと接触する領域に配置することが好ましい。

（第３実施形態）
図９を参照して第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態と異なる事項を中心に説明し、共通する事項についての説明は省略する。第３実施形態のフィルムコンデンサにおける突起部２３を図９に示す。図９においては説明を簡単にするため稜線は省略している。また、第１突起部２３Ａと第２突起部２３Ｂの境界を点線で示している。第３実施形態においては、第１実施形態と同様に第１突起部２３Ａの両端部に連結する４つの第２突起部２３Ｂを備えていることに加えて、第１突起部２３Ａが延びる方向（Ｘ方向）に略垂直な方向（Ｙ方向）に沿って延びる４つの第２突起部２３Ｂ１が第１突起部２３Ａの端部２３Ａ１から離れた位置に連結している。

本実施形態による溶接工程は第１実施形態の溶接工程と同様である。具体的には、８つの第２突起部の並びのうち最も外側にある２つの第２突起部２３Ｂの稜線と第１突起部２３Ａの稜線との交点に溶接棒ＷＲの中心ＷＲＣを配置して抵抗溶接をすれば良い。

本実施形態では、４つの第２突起部２３Ｂに加えて第１突起部２３Ａの端部２３Ａ１より内側で４つの第２突起部２３Ｂ１がメタリコン電極１１と溶接されているので、Ｘ方向及びＹ方向から加わる応力に対する剥離強度をより高めることができる。

なお、２つの第２突起部２３Ｂを第１突起部２３Ａに対して略垂直ではなく、例えば一方のみ７０度の角度をもって連結する構成とすることもできる。この場合、第２突起部２３Ｂの第１突起部２３Ａの反対側の端部同士の距離は、第２突起部２３Ｂの第１突起部２３Ａ側の端部同士の距離よりも小さくなる。Ｘ方向において互いに離間する２つの第２突起部２３Ｂが第１突起部２３Ａの延びる方向と略垂直に配置されている場合は、Ｘ方向において互いに離間する２つの第２突起部２３Ｂの第１突起部２３Ａの反対側の端部の距離がＸ方向において小さくなるよう配置されている場合と比べて、第２突起部２３Ｂの第１突起部２３Ａの反対側の端部間に流れる溶接電流を抑制できる。よって、Ｘ方向において互いに離間する複数の第２突起部２３Ｂは互いに平行に延びて第１突起部２３Ａと連結する構成とすることが好ましい。

本明細書にて「略垂直」とは「８０度以上１００度以下」を意味する。
（実施例１）
第１実施形態のフィルムコンデンサについて、第１突起部２３Ａ及び第２突起部２３Ｂの対向面２１からの突き出し量をパラメータとして剥離強度との関係を調べた。

バスバー２の厚さは０．８ｍｍ、メタリコン電極１１の厚さＡは０．６ｍｍである。第１突起部２３ＡのＸ方向における長さは１０．０ｍｍであり、第１突起部２３ＡのＹ方向における長さは１．０ｍｍである。また、第２突起部２３ＢのＹ方向の長さは２．０ｍｍ、第２突起部２３ＢのＸ方向における長さは１．０ｍｍである。

また、第１突起部２３Ａの高さＨを、２００μｍとしたものをそれぞれ１０個用意した。

上記バスバー２を用いて、直流インバータ式溶接電源（極性切り換え型）から４．４ｋＡの溶接電流を１秒間（極性の切り換えは１０回）だけ溶接棒ＷＲに給電して、溶接工程を行い、実施例１のフィルムコンデンサを作成した。
（比較例１）
第１突起部２３Ａを設けなかった以外、実施例１と同様にして比較例１のフィルムコンデンサを作成した。
（比較例２）
第１突起部２３を設けず、バスバーの２つ溶接棒が配置される領域にそれぞれ四角錐状の突起部を設け電極棒間のバスバーにスリット（幅５ｍｍ）を設ける構造以外、実施例１と同様にして比較例２のフィルムコンデンサを作成した。

そして、実施例及び比較例のフィルムコンデンサにおいて、バスバー２に対してＸ方向に平行に応力加えて、バスバー２がメタリコン電極１１が剥離するまでの強度（剥離強度）を測定した。（測定装置：島津製作所製 ＡＧ−ＸｐｌｕｓＳＣ引っ張り速度：１ｍｍ／ｍｉｎ）この結果を表１にまとめた。

これらの結果から、第１突起部及び第２突起部を有する実施例１のフィルムコンデンサは、比較例１及び２よりも剥離強度が高まることによりバスバーとメタリコン電極との接続強度が高めることができた。
（実施例２〜５）
実施例１において、第１突起部の高さＨを０．１、０．３、０．４及び０．５ｍｍと変化させた以外、実施例１と同様に実施例２〜５のフィルムコンデンサを作成した。

第１突起部の高さＨを０．２ｍｍ、０．３ｍｍとした実施例１及び２は、剥離強度をより高めることができた。

また、実施例１〜５の結果から、メタリコン電極の厚さＡに対する第１突起部の高さＨの比率（Ｈ／Ａ）を０．１７〜０．８３とすることにより、溶接の際に突起部により広がったメタリコン電極によりバスバーとメタリコン電極との接着面積が増え、剥離強度を高めることができたと考えられる。この効果は、メタリコン電極の厚さＡに対する第１突起部の高さＨの比率（Ｈ／Ａ）を０．３３〜０．５０とすることにより、さらに高めることができた。よって、第１突起部及び第２突起部は、対向面から２００μｍ以上３００μｍ以下の範囲で突き出ているのが好ましい。

フィルムコンデンサのメタリコン電極とバスバーとの接続強度を高めたフィルムコンデンサを提供することができる。

１ コンデンサ素子
１１ メタリコン電極
１１Ａ 接触部近傍
２ バスバー
２１ 対向面（第１主面）
２２ 裏面（第２主面）
２３ 突起部
２３Ａ 第１突起部
２３ＡＲ 第１突起部２３Ａの稜線
２３Ｂ 第２突起部
２３Ｂ１ 第２突起部
２３Ｂ２ 第２突起部
２３ＢＲ 第２突起部２３Ｂの稜線
２４ 凹部
ＷＲ 溶接棒
ＷＲＣ 溶接棒の中心

Claims (2)

1. 両端部にメタリコン電極が形成されたコンデンサ素子と、
   前記メタリコン電極と対向する対向面に線状に延びる第１突起部と、前記第１突起部に対して略垂直に延びて前記対向面視でＨ字状の突起部を構成するように前記第１突起部と連結する複数の第２突起部を有し、
   前記第１突起部および前記第２突起部にて前記メタリコン電極と溶接されているバスバーとを備え、
   前記対向面の反対面には、前記第１突起部に対応する位置に凹部を有するフィルムコンデンサ。
2. 前記メタリコン電極の厚さＡに対する第１突起部の高さＨの比率（Ｈ／Ａ）が０．１７〜０．８３である請求項１に記載のフィルムコンデンサ。

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