JP6688876B2 - フィルムコンデンサ、連結型コンデンサと、これを用いたインバータおよび電動車輌 - Google Patents

Description

本開示は、フィルムコンデンサ、連結型コンデンサと、これを用いたインバータおよび電動車輌に関するものである。

フィルムコンデンサは、例えば、ポリプロピレン樹脂をフィルム化した誘電体フィルムと、当該誘電体フィルムの表面に蒸着によって形成された金属膜と、を有している。金属膜は電極として用いられる。このような構成により、フィルムコンデンサでは、誘電体フィルムの絶縁欠陥部で短絡が生じた場合にも、短絡のエネルギーで欠陥部周辺の金属膜が蒸発、飛散して、絶縁欠陥部が絶縁化され、フィルムコンデンサの絶縁破壊を防止できる（自己回復性）という利点を有している。

このように、フィルムコンデンサは電気回路が短絡した際の発火や感電を防止することができる。この点が注目され、近年、フィルムコンデンサの用途は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）照明等の電源回路への適用を始め、ハイブリッド自動車のモータ駆動や太陽光発電のインバータシステム等に用途が拡大しつつある。

フィルムコンデンサにおいて、上述のような自己回復性を機能させた場合、絶縁欠陥部周辺の金属膜が蒸発、飛散して絶縁化する。その結果、静電容量を発現させる電極の面積が減少し、フィルムコンデンサの容量が減少する。自己回復後の容量減少を抑制するため、絶縁マージン部に近接する蒸着電極を複数の小さい領域に分割し、これらの各領域をヒューズにより並列接続したフィルムコンデンサが開示されている（例えば、特許文献１を参照）。このような構成を有するフィルムコンデンサでは、自己回復性を機能させた時にヒューズが溶断し、欠陥部を有する領域を電気回路から切り離すことができる。

特開２００９−１６４３２８号公報

本開示のフィルムコンデンサは、誘電体フィルムと、該誘電体フィルムの対向する第１面および第２面にそれぞれ配置された第１金属膜および第２金属膜を有する本体部と、
該本体部の対向する第１端部および第２端部にそれぞれ配置された第１外部電極および第２外部電極と、を具備し、
前記第１金属膜および前記第２金属膜が、それぞれ第１部位、第２部位、および第３部位を有し、
前記第１金属膜の前記第１部位は、前記第１端部において前記第１外部電極に接続され、前記第１金属膜の前記第２部位は、前記第２端部に位置し、前記第１金属膜の前記第３部位は、前記第１部位と前記第２部位との間に位置するとともに、第１方向にのびる第１の溝により分割された複数の第１分割領域を有し、
前記第２金属膜の前記第１部位は、前記第２端部において前記第２外部電極に接続され、前記第２金属膜の前記第２部位は、前記第１端部に位置し、前記第２金属膜の前記第３部位は、前記第１部位と前記第２部位との間に位置するとともに、第２方向にのびる第２の溝により分割された複数の第２分割領域を有し、
平面視して、前記第１方向にのびる第１の溝と前記第２方向にのびる第２の溝とが、互いに交差するとともに、
前記第１金属膜の前記第１部位及び前記第２金属膜の前記第１部位は、前記第１の溝及び前記第２の溝を有さず、
前記第１金属膜の第３部位は、隣接する前記第１分割領域間をつなぐ第１ヒューズ部を有し、
前記第２金属膜の第３部位は、隣接する前記第２分割領域間をつなぐ第２ヒューズ部を有し、
前記第１ヒューズ部と前記第２ヒューズ部とは、前記誘電体フィルムを挟んで対向しない位置に配置されている。

本開示の連結型コンデンサは、複数のフィルムコンデンサと、該複数のフィルムコンデンサを接続するバスバーと、を備え、前記フィルムコンデンサが、上記のフィルムコンデンサである。

本開示のインバータは、スイッチング素子により構成されるブリッジ回路と、該ブリッジ回路に接続された容量部とを備え、前記容量部が上記のフィルムコンデンサまたは連結型コンデンサである。

本開示の電動車輌は、電源と、該電源に接続されたインバータと、該インバータに接続されたモータと、該モータにより駆動する車輪と、を備え、前記インバータが上記のインバータである。

積層型のフィルムコンデンサの概略断面図である。 捲回型のフィルムコンデンサの構成を模式的に示した展開斜視図である。 誘電体フィルムおよび金属膜の一部を示すもので、（ａ）は表面の平面図、（ｂ）は横断面図である。 図３（ａ）の一部（破線部）を拡大した平面図である。 第１の金属膜付きフィルムと第２の金属膜付きフィルムとを重ね合わせた配置を示すもので、（ａ）は第１の金属膜付きフィルムの平面図、（ｂ）は第２の金属膜付きィルムの平面図である。 第１の金属膜付きフィルムと第２の金属膜付きフィルムが積層または捲回された本体部の一部を示す横断面図である。 第１の金属膜付きフィルムと第２の金属膜付きフィルムとを重ね合わせた配置を示すもので、（ａ）は図５（ａ）の破線部を拡大した平面図、（ｂ）は図５（ｂ）の破線部を拡大した平面図、（ｃ）は第３部位を重ね合わせた図である。 別の実施形態における金属膜付きフィルムの表面の、図５の破線部に示す部位を拡大したもので、（ａ）は一方の金属膜付きフィルムの平面図、（ｂ）は他方の金属膜付きフィルムの平面図、（ｃ）は第３部位を重ね合わせた図である。 さらに別の実施形態における金属膜付きフィルムの表面の、図５の破線部に示す部位を拡大したもので、（ａ）は第１の金属膜付きフィルムの平面図、（ｂ）は第２の金属膜付きフィルムの平面図、（ｃ）は第３部位を重ね合わせた図である。 連結型コンデンサの構成を模式的に示した斜視図である。 インバータの一実施形態の構成を説明するための概略構成図である。 電動車輌の一実施形態を示す概略構成図である。 従来のフィルムコンデンサを示すもので、（ａ）は一組の金属膜付きフィルムを重ね合わせた横断面図、（ｂ）は一組の金属膜付きフィルムの配置を示す平面図である。

フィルムコンデンサは、図１、２に示すように、誘電体フィルム１ａ、１ｂと、金属膜２ａ、２ｂとが積層または捲回されたフィルムコンデンサ本体部３（以下、単に本体部３という場合もある）と、本体部３の対向する端部にメタリコンにより設けられた一対の外部電極４ａ、４ｂとにより構成される。

図１に示す積層型のフィルムコンデンサＡの本体部３では、誘電体フィルム１ａの第１面１ａｃに金属膜２ａを備えた金属膜付きフィルム５ａと、誘電体フィルム１ｂの第１面１ｂｃに金属膜２ｂを備えた金属膜付きフィルム５ｂとが交互に積層されている。金属膜２ａは本体部３の一方の端部３ａで外部電極４ａに電気的に接続されている。金属膜２ｂは、本体部３の他方の端部３ｂで外部電極４ｂに電気的に接続されている。

図１においては、誘電体フィルム１ａ、１ｂおよび金属膜２ａ、２ｂの幅方向をｘ方向、長さ方向をｙ方向、厚さ方向をｚ方向として示している。したがって、誘電体フィルム１ａ、１ｂおよび金属膜２ａ、２ｂはｚ方向に重ねあわされており、外部電極４ａ、４ｂは本体部３のｘ方向に位置する端部３ａ、３ｂにそれぞれ配置されている。

図２に示す捲回型のフィルムコンデンサＢの本体部３では、誘電体フィルム１ａの第１面１ａｃに金属膜２ａを備えた金属膜付きフィルム５ａと、誘電体フィルム１ｂの第１面１ｂｃに金属膜２ｂを備えた金属膜付きフィルム５ｂとが重ねられ、捲回されている。金属膜２ａは本体部３の一方の端部３ａで外部電極４ａに電気的に接続されている。金属膜２ｂは、本体部３の他方の端部３ｂで外部電極４ｂに電気的に接続されている。

なお、図２においては、理解を容易にするために、引き出した誘電体フィルム１ａ、１ｂおよび金属膜２ａ、２ｂの厚みを紙面の手前にくる程厚くなるように描いている。

図２においては、誘電体フィルム１ａ、１ｂおよび金属膜２ａ、２ｂの幅方向をｘ方向、長さ方向をｙ方向、厚さ方向をｚ方向として示している。したがって、誘電体フィルム１ａ、１ｂおよび金属膜２ａ、２ｂはｚ方向に重ねあわされており、外部電極４ａ、４ｂは本体部３のｘ方向に位置する端部３ａ、３ｂにそれぞれ配置されている。フィルムコンデンサＢでは、ｘ方向は捲回の軸長方向と一致する。

フィルムコンデンサＡおよびＢの誘電体フィルム１ａは、対向する第１面１ａｃと第２面１ａｄを有しており、誘電体フィルム１ｂは、対向する第１面１ｂｃと第２面１ｂｄを有している。金属膜付きフィルム５ａとは、誘電体フィルム１ａの第１面１ａｃ上に金属膜２ａを形成したものであり、第１面１ａｃ上の一部には誘電体フィルム１ａが露出したいわゆる絶縁マージン部６ａを有している。金属膜付きフィルム５ｂとは、誘電体フィルム１ｂの第１面１ｂｃ上に金属膜２ｂを形成したものであり、第１面１ｂｃ上の一部には誘電体フィルム１ｂが露出したいわゆる絶縁マージン部６ｂを有している。これらの金属膜付きフィルム５ａ、５ｂは、図１、２に示すように、少し幅方向（ｘ方向）にずれた状態で積層または捲回されている。

このように、フィルムコンデンサＡ、Ｂは、誘電体フィルム１ａおよび金属膜２ａにより構成される金属膜付きフィルム５ａと、誘電体フィルム１ｂおよび金属膜２ｂにより構成される金属膜付きフィルム５ｂとが、図１、２に示すように重ねられ、積層または捲回されている。

金属膜２ａ、２ｂは、本体部３のｘ方向に位置する端部３ａ、３ｂに露出した接続部において、それぞれ外部電極４ａ、４ｂに接続している。

金属膜付きフィルム５ａ、５ｂに共通する本実施形態の特徴について説明するため、以下では、図３に示すように、ａ、ｂの符号を省略する場合がある。また、図３（ｂ）の横断面図においては、説明を容易にするためにフィルムの厚さ方向（ｚ方向）を拡大して示している。

本実施形態では、図３に示すように、金属膜２が、第１部位２ｌ、第２部位２ｍ、および第３部位２ｎにより構成される。第１部位２ｌは、左の端部（第１端部）側に位置し、第１外部電極４（図示せず）に接続されている。第２部位２ｍは、右の端部（第２端部）の近傍、すなわち絶縁マージン部６の近傍に位置しており、第２外部電極４には接続していない。第３部位２ｎは、ｘ方向において、第１部位２ｌと第２部位２ｍとの間に位置している。金属膜２は、ｘ方向の両端にそれぞれ第１部位２ｌおよび第２部位２ｍが配置され、第３部位２ｎは第１部位２ｌと第２部位２ｍとの間に挟まれている。

第３部位２ｎには、図４に示すように、複数の溝７ｎが所定の間隔で形成されている。すなわち、第３部位２ｎは、溝７ｎにより分割された複数の分割領域２ｎｉを有している。溝７ｎは、金属膜２上の第１方向ＯＡまたは第２方向ＯＢ（図示せず）に延びている。第３部位２ｎは、さらに、隣接する分割領域２ｎｉ間をつなぐヒューズ部８ｎを有していてもよい。溝７ｎは、レーザー加工により形成できる。

第３部位２ｎと第１部位２ｌとの境界は、溝７ｎの第１部位２ｌ側の端部をｙ方向に沿って繋いだ線であり、第３部位２ｎと第２部位２ｍとの境界は、溝７ｎの第２部位２ｍ側の端部をｙ方向に沿って繋いだ線である。第１部位２ｌと第３部位２ｎとの境界において、第１部位２ｌに隣接する分割領域２ｎｉと、第１部位２ｌとは連続している。また、第２部位２ｍと第３部位２ｎとの境界において、第２部位２ｍに隣接する分割領域２ｎｉと、第２部位２ｍとは連続している。

図５〜７に、金属膜付きフィルム５ａ、５ｂを重ね合わせたときの配置を示す。図５（ａ）に示す金属膜付きフィルム５ａと、図５（ｂ）に示す金属膜付きフィルム５ｂとは、幅方向（ｘ方向）に少しずれた状態で重ねあわされている。金属膜付きフィルム５ａと５ｂとは、金属膜２ａの第１部位２ｌａが金属膜２ｂの第２部位２ｍｂと重なり、金属膜２ａの第２部位２ｍａが金属膜２ｂの第１部位２ｌｂと重なるように、配置されている。

フィルムコンデンサＡ、Ｂは、金属膜付きフィルム５ａ、５ｂがこのような配置で重ね合わされ、積層または捲回されている。図６は、フィルムコンデンサＡ、Ｂの横断面の一部を示している。一対の金属膜付きフィルム５ａ、５ｂが重ねあわされ、積層または捲回されることで、誘電体フィルム１ａ、金属膜２ａ、誘電体フィルム１ｂ、および金属膜２ｂがこの順に複数重ねあわされた構成となっている。

図７（ａ）は、図５（ａ）の破線部を拡大して示したものである。図７（ａ）に示す金属膜２ａの第３部位２ｎａは、第１の溝７ｎａにより分割された複数の第１分割領域２ｎａｉを有している。第１の溝７ｎａは、金属膜２ａ上の第１方向ＯＡに延びている。図７（ｂ）は、図５（ｂ）の破線部を拡大して示したものである。図７（ｂ）に示す金属膜付きフィルム５ｂの第３部位２ｎｂは、第２の溝７ｎｂにより分割された複数の第２分割領域２ｎｂｉを有している。第２の溝７ｎｂは、金属膜２ｂ上の第２方向ＯＢに延びている。

第１方向ＯＡと第２方向ＯＢとは、互いに交差する。また、第３部位２ｎａと２ｎｂとは、誘電体フィルム１を介して対向するように配置される。このように、第１方向ＯＡにのびる第１の溝７ｎａを有する第３部位２ｎａと、第２方向ＯＢに延びる第２の溝７ｎｂを有する第３部位２ｎｂとが、誘電体フィルム１を介して対向するように配置される。これにより、第１の溝７ｎａと第２の溝７ｎｂとが重ね合わされ、第１の溝７ｎａと第２の溝７ｎｂとは、誘電体フィルム１を介した状態で互いに交差する。その結果、第３部位２ｎでは、第１分割領域２ｎａｉと第２分割領域２ｎｂｉとが重ねあわされる。その結果、図７（ｃ）に示すように、第１の溝７ｎａ（実線）および第２の溝７ｎｂ（破線）が、誘電体フィルム１または２を介した状態で互いに交差し、さらに分割された分割領域２ｎｊが形成される。

換言すれば、誘電体フィルム１の第１面１ｃに配置された第１金属膜２ａと、第２面１ｄに配置された第２金属膜２ｂとは、それぞれ第１部位２ｌ、第２部位２ｍ、および第３部位２ｎをを有している。第１金属膜２ａの第１部位２ｌａは本体部３の第１端部３ａで第１外部電極４ａに接続され、第２部位２ｍａは第２端部３ｂの近傍に配置されている。第１金属膜２ａの第３部位２ｎａは、ｘ方向において第１部位２ｌａと第２部位２ｍａとの間に位置している。第２金属膜２ｂの第１部位２ｌｂは本体部３の第２端部３ｂで第２外部電極４ｂに接続され、第２部位２ｍｂは第１端部３ａの近傍に配置されている。第２金属膜２ｂの第３部位２ｎａは、ｘ方向において第１部位２ｌｂと第２部位２ｍｂとの間に位置している。

そして、第１金属膜２ａの第１部位２ｌａと第２金属膜２ｂの第２部位２ｍｂとが誘電体フィルム１を挟んで重ねあわされ、第１金属膜２ａの第２部位２ｍａと第２金属膜２ｂの第１部位２ｌｂとが誘電体フィルム１を挟んで重ねあわされている。

第１金属膜２ａの第３部位２ｎａと第２金属膜２ｂの第３部位２ｎｂとは誘電体フィルム１を挟んで重ねあわされている。第１金属膜２ａの第３部位２ｎａは、第１方向ＯＡにのびる第１の溝７ｎａにより分割された複数の第１分割領域２ｎａｉを有しており、第２金属膜２ｂの第３部位２ｎｂは、第２方向ＯＢにのびる第２の溝７ｎｂにより分割された複数の第２分割領域２ｎｂｉを有している。第１の方向ＯＡと第２の方向ＯＢとは互いに交差しており、誘電体フィルム１、第１金属膜２ａ、および第２金属膜２ｂを平面視した時、第１の溝７ｎａ（実線）と第２の溝７ｎｂ（破線）とが交差する。これにより、第３部位２ｎには、さらに分割された分割領域２ｎｊが形成される。

特許文献１に記載された、図１３に示すような従来のフィルムコンデンサでは、電気抵抗の高いヒューズ部１０８ａ、１０８ｂが本体部３のｘ方向の特定の部位（中央）に集中し、中央付近で発熱が集中して絶縁破壊しやすくなるという問題があった。

これに対し、本実施形態のフィルムコンデンサＡ、Ｂでは、第３部位２ｎａと２ｎｂとを誘電体フィルム１を挟んで重ね合わせ、それぞれ異なる方向に延びる溝７ｎａと溝７ｎｂとが交差することで、分割領域２ｎｊが形成される。そのため、ヒューズ部１０８が特定の部位に集中することがなく、自己回復による発熱の集中を抑制できる。さらに、自己回復により蒸発した成分が、第１の溝７ｎａと第２の溝７ｎｂとが重なりあって網目状となった溝７ｎを通じて、外部に蒸散しやすいという利点もある。

また、図１３に示す従来のフィルムコンデンサでは、金属膜付きフィルム１０５ａ、１０５ｂの複数層にわたって、ヒューズ部１０８ａ、１０８ｂが重なり合い、これらのヒューズ部１０８が同時に断線する懸念がある。

これに対し、本実施形態では、図７（ｃ）に示すように、第１金属膜２ａの第３部位２ｎａの第１ヒューズ部８ｎａと、第２金属膜２ｂの第３部位２ｎｂの第２ヒューズ部８ｎｂとを、誘電体フィルム１を挟んで対向しない位置に配置することができる。誘電体フィルム１を挟んで重なり合った金属膜２ａ、２ｂを平面視したとき、第１ヒューズ部８ｎａと第２ヒューズ部８ｎｂとを、互いに重らない位置（第１ヒューズ部８ｎａと第２ヒューズ部８ｎｂとが、誘電体フィルム１を介して対向しない位置）に配置し、ヒューズ部８ｎの位置を分散させることができる。このようにヒューズ部８ｎの位置を分散させることにより、発熱の低減効果が向上する。なお、第３部位２ｎａ、２ｎｂは、ヒューズ部８ｎａ、８ｎｂを有していなくてもよい。第３部位２ｎａ、２ｎｂがヒューズ部８ｎａ、８ｎｂを有する場合、第１の溝７ｎａと第２の溝７ｎｂとは、それぞれの長さ方向の中央で交差していてもよいが、当該中央以外の箇所で交差していてもよい。

ここで、第１端部および第２端部が配置された方向であるｘ方向を第３方向とする。図３（ｂ）に示すように、第３部位２ｎ（２ｎａ、２ｎｂ）の第３方向（ｘ方向）における長さをＷ３とし、誘電体フィルム１の第３方向（ｘ方向）に位置する一対の対向する端面間の長さ（誘電体フィルム１のｘ方向の長さ）をＷ０とする。第１金属膜２ａ、第２金属膜２ｂの第３部位２ｎａ、２ｎｂの長さＷ３は、Ｗ３のＷ０に対する比（Ｗ３／Ｗ０）にして、いずれも０．２〜０．５であればよい。Ｗ３／Ｗ０を０．２以上とすることで、発熱抑制の効果が得られ、０．５以下とすることで、容量低下を抑制する効果が得られる。

図４および図７では、第１方向ＯＡおよび第２方向ＯＢはいずれも第３方向（ｘ方向）に対して４５°の角度をなしており、第１方向ＯＡと第２方向ＯＢとは直角に交差している。以下、第１方向ＯＡを単にＯＡといい、第２方向ＯＢを単にＯＢという場合もある。

図８は、別の実施形態であり、ＯＡは第３方向（ｘ方向）に一致し、ＯＢは第３方向と直交するｙ方向に一致している。図９は、さらに別の実施形態であり、ＯＡ、ＯＢはいずれも第３方向（ｘ方向）に対して３０°の角度をなしており、ＯＡとＯＢとは交差している。

なお、ＯＡとＯＢとは、誘電体フィルム１、第１金属膜、および第２金属膜を平面視した時、第１の溝７ｎａと第２の溝７ｎｂとが互いに交差するように設定されていればよく、たとえばＯＡが第３方向（ｘ方向）に対してなす角とＯＢが第３方向（ｘ方向）に対してなす角とが、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

第１の溝７ｎａがのびる第１方向ＯＡ、および第２の溝７ｎｂがのびる第２方向ＯＢは、少なくともいずれか一方が、第３方向（ｘ方向）に対して、１０〜８０°の角度をなしていてもよい。ＯＡ、ＯＢの少なくともいずれか一方が、誘電体フィルム１の長さ方向（ｙ方向）に対して所定の角度をなすことで、金属膜付きフィルム５ａおよび５ｂを積層または捲回して本体部３を形成するときに、空気の巻き込みを抑えることができ、シワの発生を抑制できる。

金属膜２の第２部位２ｍは、図３（ｂ）、図４等に示すように、第３分割領域２ｍｉと、第３分割領域２ｍｉ間をつなぐ第３ヒューズ部８ｍにより構成されていてもよい。第３分割領域２ｍｉは、断続的に設けられた網目状（格子状）の第３の溝７ｍにより分割されている。複数の第３分割領域２ｍｉおよび第３ヒューズ部８ｍは、レーザー加工により形成できる。

このような第３分割領域２ｍｉを有し、これらが第３ヒューズ部８ｍでつながっていることにより、自己回復時の短絡電流により絶縁欠陥部周囲の第３ヒューズ部８ｍが溶断され、絶縁欠陥部を電気回路から切り離すことができる。また、自己回復により蒸発した成分が網目状（格子状）の第３の溝７ｍを通じて外部に蒸散しやすいという利点もある。

第３の溝７ｍがのびる方向は、ＯＡ、ＯＢと一致していてもよいし、異なっていてもよい。たとえば、図７、図８では、第３の溝７ｍａ、７ｍｂがのびる方向は、ＯＡ、ＯＢと一致している。また、図９では、第３の溝７ｍａ、７ｍｂがのびる方向は、ＯＡ、ＯＢのいずれとも一致していない。

第３の溝７ｍがのびる方向は、誘電体フィルム１の第３方向（ｘ方向）に対して、１０〜８０°の角度をなしていてもよい。第３の溝７ｍがのびる方向が、誘電体フィルム１の第３方向（ｘ方向）に対して所定の角度をなすことで、金属膜付きフィルム５ａおよび５ｂを積層または捲回して本体部３を形成するときに、空気の巻き込みを抑えることができ、シワの発生を抑制できる。

金属膜２の第１部位２ｌは、溝を有していなくてもよい。外部電極４と接続する第１部位２ｌが、溝を有さず連続していることで、フィルムコンデンサＡ、Ｂの等価直列抵抗（ＥＳＲ）が低減される。なお、第１部位２ｌは、第３方向（ｘ方向）に沿う溝を有していてもよい。特に捲回型のフィルムコンデンサＢにおいて、第１部位２ｌが溝を有する場合は、ｙ方向（捲回の周方向）に、捲回の周長よりも長い間隔で配置するのがよい。このような溝を有することにより、自己回復により蒸発した成分が外部にさらに蒸散しやすくなる。

また、金属膜２（２ａ、２ｂ）は、図３（ｂ）、図６に示すようなヘビーエッジ構造を有していてもよい。以下、金属膜２の外部電極４との接続部の近傍２ｆを、ヘビーエッジ部２ｆという場合もある。ヘビーエッジ構造とは、金属膜２ａ、２ｂが重なり合う有効領域に対して、外部電極４との接続部の近傍２ｆにおける金属膜２の抵抗を低くした構造である。ヘビーエッジ部２ｆは、第１部位２ｌに設けられている。

金属膜２の厚さは、有効領域（容量を形成する領域）において、例えば２０ｎｍ以下、特には５〜１５ｎｍの範囲とするのがよい。金属膜２をこのような厚さとすることで、金属膜２の面積抵抗（シート抵抗）が１８〜５０Ω／□となり、自己回復性を発揮できる。また、外部電極４との接続部近傍２ｆ（ヘビーエッジ部２ｆ）における金属膜２の厚さは、有効領域の２〜４倍、すなわち１０〜８０ｎｍの範囲とするのがよい。

誘電体フィルム１に用いる絶縁性の樹脂の材料としては、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、およびシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）などが挙げられる。特にポリアリレート（ＰＡＲ）は、絶縁破壊電圧が高いことから好ましい。

このようなフィルムコンデンサは、例えば以下のようにして作製すればよい。まず、誘電体フィルム１を準備する。誘電体フィルム１は、例えば絶縁性の樹脂を溶媒に溶解した樹脂溶液を、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製の基材の表面にシート状に成形し、乾燥して溶剤を揮発させることにより得られる。成形方法としては、ドクターブレード法、ダイコータ法およびナイフコータ法等、周知の成膜方法から適宜選択すればよい。成形に使用する溶剤としては、例えば、メタノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノプロピルエーテル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、キシレン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジメチルアセトアミド、シクロヘキサン、又は、これらから選択された２種以上の混合物を含んだ有機溶剤を用いるのがよい。また、溶融押し出し法で作製した樹脂のフィルムを延伸加工してもよい。

誘電体フィルム１の厚さは、例えば５μｍ以下とすればよいが、特に０．５〜４μｍの厚さの誘電体フィルム１を用いることが好ましい。

誘電体フィルム１は、上述の絶縁性の樹脂のみにより構成されていてもよいが、他の材料を含んでいてもよい。誘電体フィルム１に含まれる樹脂以外の構成要素としては、例えば上述の有機溶剤や無機フィラーが挙げられる。無機フィラーには、例えば、アルミナ、酸化チタン、二酸化珪素などの無機酸化物、窒化珪素など無機窒化物、ガラスなどを用いることができる。特に、ペロブスカイト型構造を有する複合酸化物など比誘電率の高い材料を無機フィラーとして用いた場合には、誘電体フィルム１全体の比誘電率が向上し、フィルムコンデンサを小型化することができる。また、無機フィラーと樹脂との相溶性を高める上で、無機フィラーにシランカップリング処理やチタネートカップリング処理等の表面処理を行っても良い。

誘電体フィルム１にこのような無機フィラーを用いる場合、無機フィラーを５０質量％未満、樹脂を５０質量％以上含有する複合フィルムとすることで、樹脂の可撓性を維持したまま、無機フィラーによる比誘電率向上などの効果を得ることができる。また、無機フィラーのサイズ（平均粒径）は、４〜１０００ｎｍとすることが好ましい。

作製した誘電体フィルム１の一方の面に、幅方向（ｘ方向）の端部の一方にマスクをした後、アルミニウム（Ａｌ）などの金属成分を蒸着して金属膜２を形成し、金属膜付きフィルム５とする。

ヘビーエッジ構造を形成する場合は、上述の金属膜付きフィルム５のヘビーエッジを形成する部分（２ｆ）以外をマスクし、上述の蒸着した金属成分のマスクの無い部分の上にさらに、たとえば亜鉛（Ｚｎ）を蒸着して形成する。このとき、ヘビーエッジ部２ｆとして蒸着する膜の厚さは、上述の蒸着した金属成分の１〜３倍の厚さとする。

金属膜２の第３部位２ｎに溝７ｎを形成する。このとき、必要に応じて第２部位２ｍに網目状（格子状）の第３の溝７ｍを同時に形成してもよい。溝７の形成には、金属蒸着膜を飛ばすことが可能な、レーザーマーカー機またはレーザートリマー機を用いる。レーザーとしては、グリーンレーザー、ＹＡＧレーザーおよびＣＯ_２レーザーのうちいずれかを用いればよい。なお、誘電体フィルム１の第１面１ｃに、溝７のパターンのマスクを施し、その上に金属成分を蒸着することで溝７を形成することもできる。

一方の面に金属膜２（２ａ、２ｂ）を有する金属膜付きフィルム５（５ａ、５ｂ）は、２枚を一組として、図５に示すように少し幅方向（ｘ方向）にずれた状態で重ね、図１、２に示すように積層または捲回し、本体部３を得る。

得られた本体部３の両端面に外部電極４としてメタリコン電極を形成することで、フィルムコンデンサＡ、Ｂが得られる。外部電極４の形成には、例えば、金属の溶射、スパッタ法、メッキ法などが好適である。

次いで、必要に応じ、外部電極４を形成した本体部３の表面を外装部材（図示せず）で覆うこともできる。

金属膜２の材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）などの金属や合金などが挙げられる。

また、メタリコン電極の材料としては、亜鉛、アルミニウム、銅およびハンダから選ばれる少なくとも１種の金属材料が好適である。

図１０は、連結型コンデンサの一実施形態の構成を模式的に示した斜視図である。図１０においては構成を分かりやすくするために、ケースならびにモールド用の樹脂の記載を省略している。本実施形態の連結型コンデンサＣは、複数個のフィルムコンデンサＢが一対のバスバー２１、２３により並列接続された構成となっている。バスバー２１、２３は、外部接続用の端子部２１ａ、２３ａとフィルムコンデンサＢの外部電極４ａ、４ｂにそれぞれ接続される引出端子部２１ｂ、２３ｂにより構成されている。

連結型コンデンサＣに上記したフィルムコンデンサＢを適用すると、自己回復性に優れた連結型コンデンサＣを得ることができる。なお、フィルムコンデンサＢにかえてフィルムコンデンサＡを適用してもよい。

連結型コンデンサＣは、フィルムコンデンサＢを複数個（本実施形態においては４個）並べた状態で、本体部６の両端にそれぞれ形成された外部電極４ａ、４ｂに、接合材を介してバスバー２１、２３を取り付けることによって得ることができる。

なお、フィルムコンデンサＢや連結型コンデンサＣは、ケースに収納したのちケース内の空隙に樹脂を充填し、樹脂モールド型（ケースモールド型）のコンデンサとすることもできる。

なお、図１０に示した連結型コンデンサＣは、フィルムコンデンサＢを、その捲回軸に垂直な断面の長径の方向に並べて配置したものであるが、この他に、フィルムコンデンサＢを、その捲回軸に垂直な断面の短径の方向に積み上げた構造としてもよい。

図１１は、インバータの一実施形態の構成を説明するための概略構成図である。図１１には、直流から交流を作り出すインバータＤの例を示している。本実施形態のインバータＤは、図１１に示すように、スイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ（Insulated gate Bipolar Transistor））とダイオードにより構成されるブリッジ回路３１と、電圧安定化のためにブリッジ回路３１の入力端子間に配置された容量部３３とを備えた構成となっている。ここで、容量部３３として上記のフィルムコンデンサＡ、Ｂまたは連結型コンデンサＣが適用される。

なお、このインバータＤは、直流電源の電圧を昇圧する昇圧回路３５に接続されることになる。一方、ブリッジ回路３１は駆動源となるモータジェネレータ（モータＭ）に接続されることになる。

図１２は、電動車輌の一実施形態を示す概略構成図である。図１２には、電動車輌Ｅとしてハイブリッド自動車（ＨＥＶ）の例を示している。

図１２における符号４１は駆動用のモータ、４３はエンジン、４５はトランスミッション、４７はインバータ、４９は電源（電池）、５１ａ、５１ｂは前輪および後輪である。

この電動車輌Ｅは、駆動源としてモータ４１またはエンジン４３、もしくは両方の出力がトランスミッション４５を介して左右一対の前輪５１ａに伝達される機能を備えている。電源４９はインバータ４７を介してモータ４１に接続されている。

また、図１２に示した電動車輌Ｅには、電動車輌Ｅ全体の統括的な制御を行う車輌ＥＣＵ５３が設けられている。車輌ＥＣＵ５３には、イグニッションキー５５や図示しないアクセルペダル、ブレーキ等の電動車輌Ｅからの運転者等の操作に応じた駆動信号が入力される。この車輌ＥＣＵ５３は、その駆動信号に基づいて指示信号をエンジンＥＣＵ５７、電源４９、および負荷としてのインバータ４７に出力する。エンジンＥＣＵ５７は、指示信号に応答してエンジン４３の回転数を制御し、電動車輌Ｅを駆動する。

本実施形態のフィルムコンデンサＡ、Ｂまたは連結型コンデンサＣを、容量部３３として適用したインバータＤを、例えば、図１２に示すような電動車輌Ｅに搭載すると、フィルムコンデンサＡ、Ｂまたは連結型コンデンサＣが自己回復性に優れたものであるため、静電容量が長期間に渡り維持でき、インバータ４７等で発生するスイッチング・ノイズを長期間低減することができる。

なお、本実施形態のインバータＤは、上記のハイブリッド自動車（ＨＥＶ）のみならず、電気自動車（ＥＶ）や燃料電池車、あるいは電動自転車、発電機、太陽電池など種々の電力変換応用製品に適用できる。

ポリアリレート（Ｕ−１００、ユニチカ製）を用いて平均厚さ２．５μｍの誘電体フィルムを作製した。誘電体フィルムは、ポリアリレートをトルエンに溶解し、コータを用いてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製の基材上に塗布し、シート状に成形した。成形後、１３０℃で熱処理してトルエンを除去し、誘電体フィルムを得た。

（捲回型フィルムコンデンサ）
得られた誘電体フィルムを基材から剥離し、１３０ｍｍ幅にスリット加工した後、誘電体フィルムの一方の主面に、９７ｍｍ幅のＡｌ（アルミニウム）金属膜を形成した。Ａｌ金属膜は、メタルマスクを用いて真空蒸着法により形成した。金属膜のシート抵抗を、マルチメータを用いて４端子抵抗測定モードにより評価した結果、金属膜のシート抵抗は５０Ω／□であった。

グリーン・レーザーマーカーを用いて、金属膜の第２部位となる領域に、網目状のパターン（図４を参照）を形成し、金属膜の第３部位となる領域に、第１の溝および第２の溝となるパターンを形成した。なお、第１の溝がのびる第１方向、および第２の溝がのびる第２方向は、いずれも第２部位の網目状のパターンを形成する第３の溝がのびる方向のいずれかと一致するようにした。また、比較例として第３部位を有さず第１部位と第２部位とが直接隣接するものも作製した。

レーザー照射条件は、出力４Ｗ、周波数１４０ｋＨｚ、スキャン速度４ｍ／秒とした。第２部位の網目状のパターンは、２ｍｍ×２ｍｍの第３分割領域と第３分割領域間をつなぐ幅０．４ｍｍの第３ヒューズ部により構成されるパターンとした。

１３０ｍｍ幅の金属膜付きフィルムをさらにスリット加工し、１．５ｍｍの絶縁マージン部（誘電体フィルムが露出した金属膜非形成部）を有する５０ｍｍ幅の金属膜付きフィルムとした。実施例の金属膜付きフィルムには、幅方向の一方の端部に位置する第１部位と、他方の端部に位置する絶縁マージン部に隣接する第２部位と、第１部位と第２部位との間に位置する第３部位とを配置した。第３部位の幅方向の長さＷ３は、金属膜付きフィルム（誘電体フィルム）の幅Ｗ０に対する比率（Ｗ３／Ｗ０）が０．５、０．３、０．２５となるように設定した。以下、Ｗ３／Ｗ０が０．５の場合を実施例１、０．３の場合を実施例２、０．２５の場合を実施例３とする。

比較例の金属膜付きフィルムには、幅方向の一方の端部に位置する第１部位と、他方の端部に位置する絶縁マージン部に隣接する第２部位とが金属膜付きフィルムの中央で隣接するように配置した。

なお、実施例および比較例では、それぞれの第１部位の幅Ｗ１と第２部位の幅Ｗ２とが、等しくなるように設定した。

巻芯として、外径５ｍｍ、長さ５０ｍｍのポリプロピレン（ＰＰ）製の円柱を用いた。５０ｍｍ幅の一対の金属膜付きフィルムを、金属膜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芯に捲回し、捲回体を作製した。なお、一対の金属膜付きフィルムは、幅方向（ｘ方向）に互いに０．５ｍｍずれた状態とし、絶縁マージン部を幅方向（ｘ方向）の異なる側にそれぞれ配した状態で捲回し、捲回体（本体部）を得た。捲回数は５０回とした。なお、実施例では、一対の金属膜付きフィルムのうち一方の第３部位の第１の溝と、もう一方の第３部位の第２の溝とが交差するように配置した。

捲回体（本体部）の金属膜が露出した対向する端面に亜鉛と錫との合金を溶射し、外部電極であるメタリコン電極を形成してフィルムコンデンサとした。

（評価）
作製したフィルムコンデンサの静電容量を、ＬＣＲメータを用いてＡＣ１Ｖ、１ｋＨｚの条件で測定した。静電容量は、実施例、比較例のいずれも２０μＦであった。

フィルムコンデンサの発熱状態および容量低下率を、以下のように評価した。発熱状態は、フィルムコンデンサに、初期温度を１０５℃として、ファンクションジェネレータで出力した１０ｋＨｚの正弦波を、バイポーラ電源で１００Ａの電流に増幅した信号を印加し、表面温度が飽和する約１時間経過後の温度を測定して初期の温度（１０５℃）と比較した。容量低下率は、絶縁抵抗計を用いて、フィルムコンデンサに室温で１２００Ｖの直流電圧を１２０秒印加したのち、ＬＣＲメータを用いてＡＣ１Ｖ、１ｋＨｚの条件で静電容量を測定し、初期の静電容量（２０μＦ）と比較した。

電流印加による温度上昇は、第３部位を有さない比較例では１５℃であったが、実施例１（Ｗ３／Ｗ０＝０．５）では８℃、実施例２（Ｗ３／Ｗ０＝０．３）では１０℃、実施例３（Ｗ３／Ｗ０＝０．２５）では１２℃であり、第３部位を有することにより発熱が抑制されていることを確認した。これは、第３部位によりヒューズ部が軸長方向に分散し、発熱の集中が抑制されたためと考えられる。

直流電圧印加後の容量低下率は、第３部位を有さない比較例では１５％であったが、実施例１（Ｗ３／Ｗ０＝０．５）では１２％、実施例２（Ｗ３／Ｗ０＝０．３）では５％、実施例３（Ｗ３／Ｗ０＝０．２５）では８％であり、第３部位を有することにより容量低下が抑制されていることを確認した。

Ａ：積層型のフィルムコンデンサ
Ｂ：捲回型のフィルムコンデンサ
Ｃ：連結型コンデンサ
Ｄ：インバータ
Ｅ：電動車輌
１、１ａ、１ｂ：誘電体フィルム
２、２ａ、２ｂ：金属膜
２ｌ、２ｌａ、２ｌｂ：金属膜の第１部位
２ｍ、２ｍａ、２ｍｂ：金属膜の第２部位
２ｎ、２ｎａ、２ｎｂ：金属膜の第３部位
３：本体部
３ａ：本体部の第１端部
３ｂ：本体部の第２端部
４、４ａ、４ｂ・・・・外部電極
５、５ａ、５ｂ・・・・金属膜付きフィルム
７・・・・・・・・・・溝
８・・・・・・・・・・ヒューズ部
２１、２３・・・・・・バスバー
３１・・・・・・・・・ブリッジ回路
３３・・・・・・・・・容量部
３５・・・・・・・・・昇圧回路
４１・・・・・・・・・モータ
４３・・・・・・・・・エンジン
４５・・・・・・・・・トランスミッション
４７・・・・・・・・・インバータ
４９・・・・・・・・・電源
５１ａ・・・・・・・・前輪
５１ｂ・・・・・・・・後輪
５３・・・・・・・・・車輌ＥＣＵ
５５・・・・・・・・・イグニッションキー
５７・・・・・・・・・エンジンＥＣＵ

Claims (10)

1. 誘電体フィルムと、該誘電体フィルムの対向する第１面および第２面にそれぞれ配置された第１金属膜および第２金属膜を有する本体部と、
   該本体部の対向する第１端部および第２端部にそれぞれ配置された第１外部電極および第２外部電極と、を具備し、
   前記第１金属膜および前記第２金属膜が、それぞれ第１部位、第２部位、および第３部位を有し、
   前記第１金属膜の前記第１部位は、前記第１端部において前記第１外部電極に接続され、前記第１金属膜の前記第２部位は、前記第２端部に位置し、前記第１金属膜の前記第３部位は、前記第１部位と前記第２部位との間に位置するとともに、第１方向にのびる第１の溝により分割された複数の第１分割領域を有し、
   前記第２金属膜の前記第１部位は、前記第２端部において前記第２外部電極に接続され、前記第２金属膜の前記第２部位は、前記第１端部に位置し、前記第２金属膜の前記第３部位は、前記第１部位と前記第２部位との間に位置するとともに、第２方向にのびる第２の溝により分割された複数の第２分割領域を有し、
   平面視して、前記第１方向にのびる第１の溝と前記第２方向にのびる第２の溝とが、互いに交差するとともに、
   前記第１金属膜の前記第１部位及び前記第２金属膜の前記第１部位は、前記第１の溝及び前記第２の溝を有さず、
   前記第１金属膜の第３部位は、隣接する前記第１分割領域間をつなぐ第１ヒューズ部を有し、
   前記第２金属膜の第３部位は、隣接する前記第２分割領域間をつなぐ第２ヒューズ部を有し、
   前記第１ヒューズ部と前記第２ヒューズ部とは、前記誘電体フィルムを挟んで対向しない位置に配置されている、フィルムコンデンサ。
2. 前記第１端部および前記第２端部が配置された方向を第３方向とし、
   前記誘電体フィルムの前記第３方向に位置する一対の対向する端面間の距離をＷ０とし、
   前記第３部位の前記第３方向の長さをＷ３としたとき、Ｗ０に対するＷ３の比（Ｗ３／Ｗ０）が０．２〜０．５である、請求項１に記載のフィルムコンデンサ。
3. 前記第１端部および前記第２端部が配置された方向を第３方向としたとき
   前記第１方向および前記第２方向は、前記第３方向に対してなす角が、いずれも１０〜８０°である、請求項１または２に記載のフィルムコンデンサ。
4. 前記第１金属膜の前記第２部位および前記第２金属膜の前記第２部位は、いずれも断続的に設けられた網目状の第３の溝により分割された複数の第３分割領域と、該第３分割領域間をつなぐ第３ヒューズ部とにより構成されている、請求項１〜３のいずれかに記載のフィルムコンデンサ。
5. 前記第１端部及び前記第２端部が配置された方向を第３方向とし、該第３方向に直交する方向を第４方向としたとき、
   前記第１金属膜の前記第３部位と前記第１部位の境界は、前記第１の溝の前記第１部位側の端部を、第４方向に沿って繋いだ線で規定され、
   前記第２金属膜の前記第３部位と前記第１部位の境界は、前記第２の溝の第１部位側の端部を、第４方向に沿って繋いだ線で規定されている、請求項１〜４のいずれかに記載のフィルムコンデンサ。
6. 前記第１部位は、溝を有さない、または前記第１端部および前記第２端部が配置された第３方向に沿う溝を有する、請求項１〜５のいずれかに記載のフィルムコンデンサ。
7. 複数のフィルムコンデンサと、該複数のフィルムコンデンサを接続するバスバーと、を備え、前記フィルムコンデンサが、請求項１〜６のいずれかに記載のフィルムコンデンサである、連結型コンデンサ。
8. スイッチング素子により構成されるブリッジ回路と、該ブリッジ回路に接続された容量部とを備え、前記容量部が請求項１〜６のいずれかに記載のフィルムコンデンサである、インバータ。
9. スイッチング素子により構成されるブリッジ回路と、該ブリッジ回路に接続された容量部とを備え、前記容量部が請求項７に記載の連結型コンデンサである、インバータ。
10. 電源と、該電源に接続されたインバータと、該インバータに接続されたモータと、該モータにより駆動する車輪と、を備え、前記インバータが、請求項８または９に記載のインバータである、電動車輌。

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