JPH09167716A - 金属化フィルムコンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 メタリコン製外部電極と蒸着電極膜との間に
おけるコロナ放電に起因して誘電体フィルムが熱劣化す
ることを有効に抑制できる金属化フィルムコンデンサの
実現。 【解決手段】 一側辺に沿ってマージン部26が残される
ように誘電体フィルム12の表面に電極膜14を蒸着して成
る一対の金属化フィルム16を、各マージン部26が反対側
に配されるように積層し、これを巻回してコンデンサ素
子を形成すると共に、コンデンサ素子の両端面に電極材
料を溶射して外部電極20を形成した金属化フィルムコン
デンサ10であって、マージン部26に誘電体フィルム12の
長手方向に沿って延びる複数本の導電帯28を配置し、各
導電帯28，28間に微細間隙30を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は金属化フィルムコ
ンデンサに係り、特に金属化フィルムの蒸着電極膜とメ
タリコン製外部電極との間に生ずるコロナ放電によっ
て、誘電体フィルムが熱劣化することを抑制するための
対策を講じた金属化フィルムコンデンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の金属化フィルムコンデンサは、ポ
リプロピレンやポリエチレン等より成る誘電体フィルム
の表面に、それぞれアルミニウムや亜鉛等より成る電極
膜を10nm〜80nmの厚さで蒸着させた金属化フィルムを積
層した後に、巻取機によって巻回して終端部を止着し、
これに加熱及び加圧処理を施してコンデンサ素子を形成
し、該コンデンサ素子の両端面に金属材料を溶射してリ
ード端子接続用の外部電極（メタリコン電極）を形成し
て成る。上記誘電体フィルムの表面には、一方の側辺に
沿って所定の幅でマージン部（すなわち電極膜に覆われ
ない部分）が確保されている。また、他方の誘電体フィ
ルムの表面にも、上記とは反対側の側辺に沿って同様の
マージン部が確保されている。

【０００３】図７は、上記のようにして得られた金属化
フィルムコンデンサ50の内部構造を示す断面図であり、
各電極膜14が、それぞれ誘電体フィルム12を間に介して
対向配置されている様子が描かれている。また、積層さ
れた各電極膜14の一方の端部14ａは、それぞれ交互に左
右の外部電極20に接続されている。さらに、各電極膜14
の他方の端部14ｂ（誘電体フィルム12のマージン部26と
接する側の端部）と左右何れかの外部電極20との間に
は、空隙52が形成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、各電極膜14
の端部14ｂと外部電極20との間に形成される上記空隙52
は、本来、上記マージン部26に対応した十分な幅が確保
されるべきであるが、実際には外部電極20の形成に際し
て、溶融したメタリコンが上記空隙52に侵入する結果、
その幅がかなり狭小化することとなる。しかも、侵入し
たメタリコンの表面は不均一な形状となり、尖鋭部が生
じるため、そこに電界が集中し、比較的低い電圧で外部
電極20と電極膜14の端部14ｂとの間に沿面コロナ放電が
生成される。この沿面コロナ放電は、やがて空隙52にお
ける空間放電に移行し、そのコロナ放電による熱エネル
ギによって、電極膜14が加熱されると共に、誘電体フィ
ルム12が熱劣化し、甚だしい場合には絶縁破壊が生じ
て、当該誘電体フィルム12の上下に配された電極膜14，
14間が短絡することとなる。

【０００５】元来、金属化フィルムコンデンサは、誘電
体フィルムに部分的な絶縁破壊が生じて電極膜間が短絡
しても、すぐに絶縁性を回復する自己回復性を備えてい
るのであるが、コロナ放電が頻繁に発生する状況下で
は、部分的絶縁破壊の発生回数も増加し、誘電体フィル
ムの静電容量が変動したり、終局的な熱破壊すなわち発
煙・発火に至ることとなる。特に、電源の電磁障害防止
用コンデンサにあっては、定格電圧２５０［Ｖ］の場合
にＡＣ１０００［Ｖ］以上の耐電圧が要求されるのであ
るが、このような高電圧が継続して印加されると非常に
高い頻度でコロナ放電が発生するため、何らかの放電抑
制策あるいは耐熱性向上策を講ずることが不可欠とな
る。また、電源の電磁障害防止用コンデンサでなくと
も、フィルムコンデンサには一般に製品の安全性を考慮
してＵＬやＩＥＣ等種々の安全規格が定められており、
例えば、ある安全規格の耐電圧試験では１５００Ｖrms
の試験電圧を60秒間印加しても絶縁破壊が生じないこと
や、絶縁抵抗、静電容量あるいは誘電正接が規格の許容
差内に止まっていることが要求されるため、コロナ放電
に起因して誘電体フィルムが熱劣化することを最小限に
抑える必要がある。

【０００６】そのため、誘電体フィルムを厚くして耐
熱性を向上させる、マージン幅を大きく設定してコロ
ナ放電の発生を抑制させる、金属化フィルムを硬く巻
回してメタリコンの浸入を防止し、コロナ放電の発生を
抑制させる、シリコン系のオイルをコンデンサ素子の
両端面から真空含浸させて放電空間たる上記空隙を除去
し、コロナ放電の発生を抑制させるする、等の方策が採
られてきた。

【０００７】しかしながら、上記及びは素子の大型
化やコスト高を招くこととなり、または実効性に劣る
という欠点があった。これに対しの場合は、性能的に
はほぼ満足すべき効果を上げ得るのであるが、含浸工程
自体に相当な手間がかかる上に、含浸後の拭き取り工程
が不可欠である等、作業効率の点で問題があった。ま
た、使用時に含浸剤が漏れ出す危険性もあった。

【０００８】本発明は、従来例の抱える上記の問題を解
決するために案出されたものであり、素子の大型化やコ
ストの上昇、工程の煩雑化を伴うことなく、メタリコン
製外部電極と蒸着電極膜との間におけるコロナ放電に起
因して誘電体フィルムが熱劣化することを有効に抑制で
き、長寿命で信頼性の高い金属化フィルムコンデンサを
実現することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る金属化フィルムコンデンサは、一側
辺に沿ってマージン部が残されるように、誘電体フィル
ムの表面に電極膜を蒸着して成る一対の金属化フィルム
を、それぞれのマージン部が反対側に配されるように積
層し、これを巻回してコンデンサ素子を形成すると共
に、該コンデンサ素子の両端面に電極材料を溶射して外
部電極を形成して成る金属化フィルムコンデンサにおい
て、上記マージン部に、上記誘電体フィルムの長手方向
に沿って延びる複数本の導電帯を配置し、各導電帯間に
微細間隙を形成したことを特徴とする。

【００１０】このように、マージン部に複数本の導電帯
を配置することにより、本来であれば完全な空隙（放電
間隙）となるはずの「電極膜端部−外部電極」間が、複
数の微細間隙に細分化される。この結果、各微細間隙に
含まれるガス分子の数が低下する分、各微細間隙におけ
る放電開始電圧が高まる。また、電極膜の端部と外部電
極との間にかかる電界が、各微細間隙に分散されること
となる。さらに、外部電極と電極膜の端部間に配置した
複数の導電帯が、製造過程においてはメタリコンの侵入
を防ぐ障壁（バリア）として機能する。以上の相乗効果
により、メタリコン製外部電極と蒸着電極膜間における
コロナ放電が生成し難くなり、該放電による誘電体フィ
ルムの熱劣化を抑えることができる。

【００１１】上記金属化フィルムコンデンサは、例え
ば、一対の誘電体フィルムの表面に金属材料を蒸着させ
た後に、それぞれの表面にレーザ光線を所定のパターン
に沿って照射し、蒸着金属を部分的に蒸発させて上記し
た複数の微細間隙を形成し、以て上記電極膜、複数の導
電帯及びマージン部を備えた金属化フィルムと成し、両
金属化フィルムをそれぞれのマージン部が反対側に配さ
れるように積層し、これを巻回してコンデンサ素子を形
成すると共に、該コンデンサ素子の両端面に電極材料を
溶射して外部電極を形成することによって製造される。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１及び図２に示すように、本発
明に係る金属化フィルムコンデンサ10は、ポリプロピレ
ンやポリエチレン等より成る誘電体フィルム12の表面
に、それぞれアルミニウムや亜鉛等の金属材料を蒸着し
て電極膜14を形成した一対の金属化フィルム16を積層し
た後に（図１）、図示しない巻取機によって巻回して終
端部を止着し、これに加熱及び加圧処理を施して扁平化
されたコンデンサ素子18を形成し、該コンデンサ素子18
の両端面に丹銅や半田等の金属材料を溶射するメタリコ
ンを施して、外部電極20を形成して成る（図２）。各外
部電極20には、それぞれ半田22を介してリード端子24が
接続されている。なお、図示は省略したが、金属化フィ
ルムコンデンサ10の表面に、樹脂モールド等の適当な絶
縁外装を施すことが望ましい。

【００１３】図３は、金属化フィルムコンデンサ10の内
部構造を示す断面図であり、各電極膜14が、それぞれ誘
電体フィルム12を間に介して対向している様子が描かれ
ている。また、各電極膜14の一方の端部14ａは、それぞ
れ交互に左右の外部電極20と密着接続されている。上記
金属化フィルム14の表面には、それぞれ反対側の側辺に
沿って、電極膜14が形成されていないマージン部26が所
定の幅（例えば２mm）で形成されている。また、図４に
示すように、マージン部26には複数本の導電帯28が被着
形成されている。この導電帯28は、アルミニウムや亜鉛
等の金属材料より形成されている。各導電帯28は、図５
に示すように、誘電体フィルム12の長手方向に沿って延
びる電極膜14の端部14ｂと平行するように配置されてい
る。各導電帯28，28の間には、所定の微細間隙30が確保
されている。また、最も電極膜14に近い位置に配された
導電帯28と電極膜14との間、及び最も外部電極20に近い
位置に配された導電帯28と外部電極20との間にも、同様
の微細間隙30が確保されている。なお、図示の便宜上、
各マージン部26に５本の導電帯28を配置させた例を示し
ているが、実際にはマージン部26の幅と、各導電帯28の
幅及び導電帯28，28間の微細間隙30との兼ね合いで決定
される、より多数の導電帯28が配置されている。

【００１４】上記導電帯28は、以下のようにすれば簡単
に形成することができる。すなわち、予め誘電体フィル
ム12の表面全域にアルミニウム等の金属材料を蒸着させ
た後に、誘電体フィルム12の側辺近傍にレーザ光線を照
射し、蒸着金属を所定のパターンに沿って蒸発させて微
細間隙30を複数本形成し、以て電極膜14と複数本の導電
帯28、及びマージン部26を同時に作り分ける。このよう
にして形成された各導電帯28の表面には、自然に絶縁性
の酸化膜32（例えばＡｌ₂Ｏ₃）が生じるのであるが（図
４）、該酸化膜32はポーラス状（多孔質）であるため、
導電帯28全体の導電性は確保されている。もちろん、誘
電体フィルム12の表面に電極膜14を蒸着させて金属化フ
ィルム16と成した後に、マージン部26に金属材料を印刷
等によって所定のパターンで被着して導電帯28を形成し
てもよい。

【００１５】上記複数の導電帯28は導電性を備えてお
り、外部電極20と電極膜14間に所定の微細間隙30を隔て
て配置されているため、「外部電極20−電極膜14」間に
電界がかかった場合には、それぞれ放電電極としてふる
まうこととなる。ところで、一般に放電開始電圧と放電
間隙の間隙幅との間にはパッシェンの法則が適用され
る。すなわち、パッシェン・カーブを示す図６より明ら
かなように、放電ガス圧Ｐを一定とした場合、ある臨界
点αまでは放電間隙幅ｄが狭まるほど放電開始電圧Ｅｚ
も低下していく（図中の破線より右側部分）が、このα
を越えると今度は放電開始電圧Ｅｚが逆に高まっていく
（破線より左側部分）傾向がある。このように、一定の
限界を越えて放電間隙が狭まると放電開始電圧が高まる
のは、放電間隙に存在するガス分子の数が少なくなる
分、初期電子が衝突する確率が減少するためと考えられ
る。

【００１６】本発明はこの現象を利用するものであり、
本来であれば完全な空隙となるはずの電極膜14の端部14
ｂと外部電極20との間に、放電電極として機能する導電
帯28を微細間隙30を隔てて複数配置して空隙（放電間
隙）を細分化し、各微細間隙30に含まれるガス分子の数
を低減することにより、各微細間隙30における放電開始
電圧を高め、以て外部電極20と電極膜14間にコロナ放電
が簡単に生成できないようにしているのである。したが
って、各導電帯28，28間の間隙幅を中途半端に設定する
と逆に放電開始電圧を低下させかねないため、慎重に決
定する必要がある。因みに、マージン部26の幅を２mm
に、また各導電帯28の幅を５０〜１００μｍに設定した
条件下で、各微細間隙30の間隙幅を１０〜２０μｍに設
定すると良好な結果が得られた。また、上記のように各
微細間隙30の放電開始電圧Ｅｚ自体が低減された上に、
電極膜14の端部14ｂと外部電極20との間にかかる電界
が、各微細間隙30に分散されるため、各微細間隙30にお
けるコロナ放電の発生が余計に難しくなる。さらに、外
部電極20と電極膜14の端部14ｂ間に配置した複数の導電
帯28が、製造過程ではメタリコンの侵入を防ぐバリアと
して機能し、マージン幅が設定値以下にまで侵食される
ことを防止する役割を果たす。以上の相乗効果により、
メタリコン製外部電極20と電極膜14間におけるコロナ放
電が生成し難くなり、該放電による誘電体フィルム12の
劣化を抑えることができる。

【００１７】なお、外部電極20と電極膜14間に非常に高
い電圧が印加され、導電帯28，28間の微細間隙30にコロ
ナ放電が何度か生成されると、その放電による熱エネル
ギによって導電帯28が絶縁性の酸化物（例えばＡｌ
₂Ｏ₃）に変化し、多少は飛散するとしても大部分は消滅
することなくそのまま存在し続けるため、これがコロナ
放電を防止する絶縁障壁として機能することとなる。

【００１８】

【発明の効果】本発明に係る金属化フィルムコンデンサ
にあっては、マージン部に微細間隙を隔てて複数本の導
電帯を配置したため、メタリコン製外部電極と蒸着電極
膜間におけるコロナ放電が生成し難くなり、該コロナ放
電に起因して誘電体フィルムが熱劣化することを有効に
抑制できる。この結果、長寿命で信頼性の高い金属化フ
ィルムコンデンサを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る金属化フィルムを重ねて巻回する
様子を示す斜視図である。

【図２】本発明に係る金属化フィルムコンデンサを示す
斜視図である。

【図３】上記金属化フィルムコンデンサの内部構造を示
す部分断面図である。

【図４】上記金属化フィルムコンデンサのマージン部周
辺を示す拡大部分断面図である。

【図５】上記金属化フィルムを示す部分平面図である。

【図６】パッシェン・カーブを示すグラフである。

【図７】従来の金属化フィルムコンデンサの内部構造を
示す部分断面図である。

【符号の説明】

10 金属化フィルムコンデンサ 12 誘電体フィルム 14 電極膜 16 金属化フィルム 18 コンデンサ素子 20 外部電極 26 マージン部 28 導電帯 30 微細間隙

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一側辺に沿ってマージン部が残されるよ
   うに、誘電体フィルムの表面に電極膜を蒸着して成る一
   対の金属化フィルムを、それぞれのマージン部が反対側
   に配されるように積層し、これを巻回してコンデンサ素
   子を形成すると共に、該コンデンサ素子の両端面に電極
   材料を溶射して外部電極を形成して成る金属化フィルム
   コンデンサにおいて、上記マージン部に、上記誘電体フ
   ィルムの長手方向に沿って延びる複数本の導電帯を配置
   し、各導電帯間に微細間隙を形成したことを特徴とする
   金属化フィルムコンデンサ。
2. 【請求項２】 一対の誘電体フィルムの表面に金属材料
   を蒸着させた後に、それぞれの表面にレーザ光線を所定
   のパターンに沿って照射し、蒸着金属を部分的に蒸発さ
   せて上記した複数の微細間隙を形成し、以て上記電極
   膜、複数の導電帯及びマージン部を備えた金属化フィル
   ムと成し、両金属化フィルムをそれぞれのマージン部が
   反対側に配されるように積層し、これを巻回してコンデ
   ンサ素子を形成すると共に、該コンデンサ素子の両端面
   に電極材料を溶射して外部電極を形成することを特徴と
   する請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサの製造
   方法。