JP6799588B2 - 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
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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、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、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。
本開示のフィルムコンデンサは、誘電体フィルムおよび金属膜を有する本体部と、外部電極と、を具備し、
該外部電極は、前記本体部の第１方向の両端に位置する一対の本体端部にそれぞれ設けられ、
前記金属膜は、いずれか一方の前記本体端部において、前記外部電極に接続する第１部位と、他方の前記本体端部に位置する第２部位と、前記第１方向において、前記第１部位と前記第２部位との間に位置する第３部位と、を有し、
前記第３部位の膜厚は、前記第２部位の膜厚よりも小さく、
第１部位の膜厚は、第２部位の膜厚よりも大きく、
前記第１部位の前記第１方向における長さが前記第３部位の前記第１方向における長さよりも長い。
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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。
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（本体端部）にメタリコンにより設けられた一対の外部電極４ａ、４ｂとを具備している。
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の一方の本体端部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の他方の本体端部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方向に位置する本体端部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の一方の本体端部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の他方の本体端部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方向に位置する本体端部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方向に位置する本体端部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３Ａに示すように、ａ、ｂの符号を省略する場合がある。また、図３Ｂ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３Ａ、図３Ｂ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、左の本体端部側に位置し、外部電極４（図示せず）に接続されている。第２部位２ｍは、右の本体端部の近傍、すなわち絶縁マージン部６の近傍に位置しており、外部電極４（図示せず）と直接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１部位２ｌおよび第３部位２ｎは、連続した金属の膜である。第１部位２ｌが連続した膜であり、それが外部電極４とつながっていることにより、ＥＳＲが低減される。
図３Ｂは図３Ａの横断面図であり、図４Ａは図３Ａの破線部を拡大した平面図である。第２部位２ｍは、図３Ｂおよび図４Ａに示すように、複数の小領域２ｍｉと、小領域２ｍｉ間をつなぐヒューズ部８ｍにより構成されていてもよい。複数の小領域２ｍｉは、断続的に設けられた網目状（格子状）の溝７ｍにより分離されるように形成されている。隣接する小領域２ｍｉ同士はヒューズ部８ｍにより電気的に接続されている。小領域２ｍｉおよびヒューズ部８ｍは、例えば、レーザー加工により形成できる。溝７ｍの幅は、たとえば０．０１〜０．２０ｍｍとすればよい。
このように、第２部位２ｍが小領域２ｍｉを有し、これら小領域２ｍｉがヒューズ部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ヒューズ部８ｍを溶断して、絶縁欠陥部を電気回路から切り離すことができる。したがって、自己回復性に優れたフィルムコンデンサＡ、Ｂとすることができる。また、自己回復により蒸発した成分が、網目状（格子状）の溝７ｍを通じて外部に蒸散しやすいという利点もある。
なお、第２部位２ｍは、複数の小領域２ｍｉと、小領域２ｍｉ間をつなぐヒューズ部８ｍを有していればよく、溝７ｍは網目状（格子状）でなくてもよい。例えば、ｘ方向にのびる溝７ｍに分割された、ｘ方向にのびる帯状（横縞状）の小領域２ｍｉを有していてもよい。
図５〜７は、金属膜付きフィルム５ａと５ｂとを重ね合わせた配置を示している。図５の上段に示す金属膜付きフィルム５ａと、図５の下段に示す金属膜付きフィルム５ｂとは、図６の横断面図に示すように、幅方向（ｘ方向）に少しずれた状態で重ねあわされている。図７の上段は図５の上段の破線部を拡大したものであり、図７の下段は図５の下段の破線部を拡大したものである。金属膜付きフィルム５ａ、５ｂ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。
金属膜２ａの第３部位２ｎａと、金属膜２ｂの第３部位２ｎｂとは、互いに重なるように配置されている。金属膜２ａの第３部位２ｎａは、その一部が金属膜２ｂの第２部位２ｍｂまたは第１部位２ｌｂと重なっていてもよい。金属膜２ｂの第３部位２ｎｂは、その一部が金属膜２ａの第２部位２ｍａまたは第１部位２ｌａと重なっていてもよい。
本実施形態においては、第１部位２ｌと第２部位２ｍとの間に第３部位２ｎが配置されていることで、金属膜付きフィルム５ａと５ｂとを重ね合わせたときに、金属膜２ａの第２部位２ｍａと、金属膜２ｂの第２部位２ｍｂとが重ならないように配置されている。したがって、図６に示すように、第２部位２ｍａのヒューズ部８ｍａと第２部位２ｍｂのヒューズ部８ｍｂとが重なることがない。換言すれば、ヒューズ部８ｍがフィルムコンデンサＡ、Ｂのｘ方向の中央部に集中することがないため、発熱の集中が抑制され、フィルムコンデンサＡ、Ｂのｘ方向の中央部における絶縁破壊を抑制することができる。
また、図３Ｂ、図４Ｂに示すように、第１部位２ｌと第３部位２ｎとの境界において、金属膜２の第１部位２ｌと第３部位２ｎ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、金属膜２の第３部位２ｎに隣接する小領域２ｍｉと、第３部位２ｎとは連続している。したがって、本実施形態では、第１部位２ｌと第３部位２ｎとの境界、および第２部位２ｍと第３部位２ｎとの境界の近傍で、溝およびヒューズが集中して配置されることがない。すなわち、第１部位２ｌと第３部位２ｎとの境界、および第２部位２ｍと第３部位２ｎとの境界の近傍においても、ヒューズが集中しないため、この領域における発熱の集中を抑制し、絶縁破壊を抑制することができる。また、積層または捲回時に、溝が特定の箇所に集中することによるシワの発生を抑制することができる。
上述したように、小領域２ｍｉとヒューズ部８ｍとを有する第２部位２ｍでは、絶縁欠陥部で自己回復現象が生じたときに、絶縁欠陥部周囲のヒューズ部８ｍに短絡電流が流れてヒューズ部８ｍが発熱・溶断し、絶縁欠陥部を電気回路から切り離すことができる。これは、ヒューズ部８ｍの幅が狭く、電気抵抗が高いためである。従来のフィルムコンデンサでは、ｘ方向の中央付近に、ヒューズ部８ｍａと８ｍｂとが重なり合う部分、すなわち複数の層（捲回層）にわたってヒューズ部８ｍが集中する部分があり、一部の層（捲回層）でヒューズ部８ｍが発熱・溶断すると、その熱で他の層（捲回層）のヒューズ部８ｍも溶断して容量が大きく低下していた。
一方、本実施形態では、第１部位２ｌと第２部位２ｍとの間に第３部位２ｎが配置されている。第３部位２ｎは、ヒューズ部８ｍを有していないが、第２部位２ｍよりも小さい膜厚を有している。金属膜２は、通常、部位によらず同じ金属材料が用いられる。したがって、金属膜２の膜厚を調整することで、金属膜２のシート抵抗が変化する。換言すれば、金属膜２の膜厚が小さい第３部位２ｎは、シート抵抗の高い部位といえる。
そのため、第３部位２ｎすなわち金属膜２の膜厚が小さい部位では、他の部位（ヒューズ部８ｍ）よりも小さい熱量で金属膜２が蒸発・飛散する。したがって、第３部位２ｎでは、自己回復が起っても、ヒューズ部８ｍを溶断する場合よりも発熱が小さく抑えられる。また、第３部位２ｎでは金属膜２が分割されず連続しているため、発生した熱量は金属膜２の面内を拡散しやすい。したがって、他の層（捲回層）の金属膜２への熱量の拡散が抑制され、金属膜２の蒸発・飛散の影響が他の層（捲回層）には及ばないため、フィルムコンデンサＡ、Ｂの容量の低下を低減できる。
すなわち、第１部位２ｌと、第２部位２ｍとの間に電気抵抗（シート抵抗）の高い第３部位２ｎを配置することで、フィルムコンデンサＡ、Ｂの自己回復性を維持したまま、ヒューズ部８ｍの集中による発熱の集中を抑制し、ヒューズ部８ｍが複数の層（捲回層）にわたって同時に断線する懸念を低減することができ、自己回復時の容量低下を低減できる。
このように、ｘ方向の両端に位置する第１部位２ｌと第２部位２ｍとの間に位置する第３部位２ｎの膜厚が小さい（高いシート抵抗を有している）ため、本実施形態では、フィルムコンデンサＡ、Ｂの第３部位２ｎ同士（２ｎａと２ｎｂ）が重なった領域でも、自己回復性（耐電圧）を維持することができる。換言すれば、金属膜付きフィルム５ａと５ｂとを重ね合わせたときにヒューズ部８ｍが存在しない部位（幅方向（ｘ方向）の中央付近）に、膜厚が小さい第３部位２ｎが配置されていることで、金属膜２ｎａまたは２ｎｂに絶縁欠陥が発生した際に、絶縁欠陥部の金属膜２ｎａ、２ｎｂが蒸発・飛散しやすくなり、自己回復性を発現することができる。
なお、第２部位２ｍが溝７ｍにより複数の小領域２ｍｉに分離されていない、すなわち第２部位２ｍが連続した金属の膜である場合も、高い抵抗を有する第３部位２ｎが、第１部位２ｌと第２部位２ｍとの間に挟まれていることにより、フィルムコンデンサＡ、Ｂのｘ方向の中央付近に絶縁欠陥が発生した際に、絶縁欠陥部の金属膜２ｎａ、２ｎｂが蒸発・飛散しやすくなる。また、第３部位２ｎは膜厚が小さいため、第３部位２ｎでは金属膜付きフィルム５ａと５ｂとの間に間隙が形成される。そのため、蒸発・飛散した金属成分が隙間を通じて外部に抜けやすくなり、良好な自己回復機能を有するフィルムコンデンサＡ、Ｂとなる。
図３Ｂに示すように、誘電体フィルム１のｘ方向の長さをＷ０、第１部位のｘ方向の長さをＷ１、第２部位のｘ方向の長さをＷ２、第３部位のｘ方向の長さをＷ３とする。Ｗ１とＷ３との和（Ｗ１＋Ｗ３）は、Ｗ２よりも大きいのがよい。（Ｗ１＋Ｗ３）をＷ２よりも大きくすることで、金属膜付きフィルム５ａと５ｂとを重ね合わせても第２部位２ｍ同士（２ｍａと２ｍｂ）が重なり合う領域が形成されず、ヒューズ部８ｍが集中することがない。
Ｗ２は、Ｗ１よりも大きいのがよい。Ｗ２をＷ１よりも大きくすることで、より自己回復性に優れたフィルムコンデンサＡ、Ｂとすることができる。
Ｗ３の長さは、Ｗ３のＷ０に対する比（Ｗ３／Ｗ０）にして０．２〜０．５とすればよい。Ｗ３／Ｗ０を０．２以上とすることで、ｘ方向の中央付近に第２部位２ｍのヒューズ部８ｍが重なり合わないように配置することができ、充分な発熱の抑制効果が得られる。また、０．５以下とすることで、第３部位２ｎにおいて自己回復が起きてもフィルムコンデンサＡ、Ｂの容量低下を抑制できる。
また、金属膜２（２ａ、２ｂ）は、図３Ｂ、図６に示すように、外部電極４（４ａ、４ｂ）との接続部の近傍（２ｆ）に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同士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。
金属膜２の膜厚は、第１部位２ｌおよび第２部位２ｍ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の第１部位２ｌおよび第２部位２ｍをこのような膜厚とすることで、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における金属膜２の膜厚は、第１部位２ｌおよび第２部位２ｍの２〜４倍、すなわち１０〜８０ｎｍの範囲とするのがよい。なお、第１部位２ｌの膜厚は、第２部位２ｍの膜厚より大きくてもよい。外部電極４と接続する第１部位２ｌの膜厚を第２部位２ｍの膜厚より大きくすることで、フィルムコンデンサＡ、Ｂの等価直列抵抗（ＥＳＲ）を低減することができる。
そして、金属膜２の第３部位２ｎにおける膜厚は、第１部位２ｌおよび第２部位２ｍの膜厚の例えば０．２〜０．６倍とすればよい。このような膜厚とすることで、第２部位２ｍよりもシート抵抗を高めることができ、第３部位２ｎで絶縁欠陥が生じても小さい熱量で十分な自己回復性を発現することができる。金属膜２の膜厚は、たとえばイオンミリング加工をした金属膜付きフィルム５の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などで確認すればよい。
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、高い絶縁破壊電圧を有する。
このようなフィルムコンデンサＡ、Ｂ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を用いるのがよい。
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および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、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の一方の面の、幅方向（ｘ方向）の端部の一方にマスクをする。誘電体フィルム１の一方の面の、マスクをしていない部分に、アルミニウム（Ａｌ）などの金属成分を蒸着して金属膜２を形成することで、絶縁マージン部６を有する金属膜付きフィルム５が得られる。
第１部位２ｌ、第２部位２ｍおよび第３部位２ｎを有する金属膜２を形成する場合、たとえば誘電体フィルム１に金属膜２を形成する際に、以下のような手順で形成すればよい。誘電体フィルム１の一方の面の、金属膜２の第３部位２ｎを形成する領域に、オイルを塗布してマスク（オイルマスク）をする。オイルマスクをした誘電体フィルム１に、抵抗加熱方式の真空蒸着装置を用いて１回目の蒸着を行う。このとき、第１部位２ｌ、第２部位２ｍとなる蒸着膜が形成されるとともに、第３部位２ｎとなる部分に塗布したオイルマスクが揮発する。その後、さらに２回目の蒸着を行うことで、オイルマスクが揮発した領域にも蒸着膜が形成される。得られた金属膜付きフィルム５は、金属膜２の膜厚が小さい第３部位２ｎを挟んで、幅方向（ｘ方向）の端部の一方側（絶縁マージン部６側）に第２部位２ｍとなる蒸着膜、他方側に第１部位２ｌを有するものとなる。
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以外をマスクし、上述の蒸着した金属成分（１回目および２回目の蒸着膜）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（３回目の蒸着）して形成する。ヘビーエッジ部２ｆを形成するために３回目に蒸着する蒸着膜の膜厚は、上述の蒸着した金属成分（１回目および２回目の蒸着膜）の膜厚の１〜３倍とする。これにより、ヘビーエッジ部２ｆの膜厚は、他の第１部位２ｌおよび第２部位２ｍの膜厚（１回目の蒸着および２回目の蒸着により形成された蒸着膜の膜厚の合計）の２〜４倍となる。
次に、金属膜２の第２部位２ｍとなる部分に溝７ｍを形成する。溝７ｍの形成には、金属の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ＣＯ２レーザーのうちいずれかを用いればよい。
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１、２に示すように、少し幅方向（ｘ方向）にずれた状態で重ねて積層または捲回し、本体部３を得る。
得られた本体部３のｘ方向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、メッキ法などの方法を用いればよい。
次いで、必要に応じ、外部電極４を形成した本体部３の外表面を外装部材（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）などの金属または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８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８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を省略して記載している。本実施形態の連結型コンデンサＣは、複数個の捲回型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、容量低下の少ない連結型コンデンサＣを得ることができる。なお、捲回型のフィルムコンデンサＢにかえて積層型の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３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Ａ、Ｂおよび連結型コンデンサ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。
また、図８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９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９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９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。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。
図１０は、電動車輌の一実施形態を示す概略構成図である。図１０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１０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、もしくはその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１０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、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１０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、自己回復性に優れ容量低下の少ないものであるため、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）、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。
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、メタルマスクおよび所定の位置にオイルマスクをして、真空蒸着法により形成した。真空蒸着は２回行った。金属膜の厚さは、イオンミリング加工をした断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察により求めた。金属膜のシート抵抗は、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。その結果、オイルマスクを施さなかった第１部位、第２部位の膜厚は１５ｎｍ、シート抵抗は５０Ω／□であり、オイルマスクを施した第３部位の膜厚は８ｎｍ、シート抵抗は１００Ω／□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４Ａを参照）を形成した。また、実施例４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の小領域と、小領域間をつなぐ幅０．４ｍｍのヒューズ部と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、幅方向を第１方向（ｘ方向）として、そ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部位の第１方向（ｘ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。
実施例４の金属膜付きフィルムには、第１方向（ｘ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１〜４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、第１方向（ｘ方向）に互いに０．５ｍｍずれた状態とし、絶縁マージン部を第１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。
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。
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１〜４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た。信号を印加してから約１時間経過して表面温度が飽和した後に、軸長方向（ｘ方向）の中央部の温度を測定して、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。結果を表１に示す。
電流印加による、初期の温度からの温度上昇は、第３部位を有さない実施例４では１５℃であったが、実施例１〜３では１２℃以下であり、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、実施例１〜３では、第３部位を有することにより、ヒューズ部が重なり合って集中することなく、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部位を有さない実施例４では１５％であったが、実施例１〜３では１２％以下であり、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、Ｂ・・・・・・・・・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
４、４ａ、４ｂ・・・・・外部電極
５、５ａ、５ｂ・・・・・金属膜付きフィルム
７ｍ・・・・・・・・・・溝
８ｍ・・・・・・・・・・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
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
４、４ａ、４ｂ・・・・・外部電極
５、５ａ、５ｂ・・・・・金属膜付きフィルム
７ｍ・・・・・・・・・・溝
８ｍ・・・・・・・・・・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 (8)
- 誘電体フィルムおよび金属膜を有する本体部と、外部電極と、を具備し、
該外部電極は、前記本体部の第１方向の両端に位置する一対の本体端部にそれぞれ設けられ、
前記金属膜は、いずれか一方の前記本体端部において、前記外部電極に接続する第１部位と、他方の前記本体端部に位置する第２部位と、前記第１方向において、前記第１部位と前記第２部位との間に位置する第３部位と、を有し、
前記第３部位の膜厚は、前記第２部位の膜厚よりも小さく、
第１部位の膜厚は、第２部位の膜厚よりも大きく、
前記第１部位の前記第１方向における長さが前記第３部位の前記第１方向における長さよりも長いフィルムコンデンサ。 - 前記誘電体フィルムを挟んで互いに対向する一対の前記金属膜において、少なくとも一方の前記金属膜の前記第３部位の一部と、他方の前記金属膜の前記第３部位の一部とが重なるように配置されている、請求項１に記載のフィルムコンデンサ。
- 前記第２部位は、断続的に設けられた網目状の溝により分離されるように形成された複数の小領域と、該小領域間をつなぐヒューズ部とにより構成されている、請求項１または２に記載のフィルムコンデンサ。
- 前記誘電体フィルムの前記第１方向における長さをＷ０とし、前記第３部位の前記第１方向における長さをＷ３としたとき、前記Ｗ０に対する前記Ｗ３の比（Ｗ３／Ｗ０）が０．２〜０．３である、請求項１〜３のいずれかに記載のフィルムコンデンサ。
- 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１〜４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。
- 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１〜４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。
- 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５に記載の連結型コンデンサである、インバータ。
- 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６または請求項７に記載のインバータである、電動車輌。
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