JPH1079321A - 金属化フィルムコンデンサとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自己回復性能が向上し、高耐圧設計が可能な
金属化フィルムコンデンサとその製造方法を得る。 【解決手段】 プラスチックフィルム１１にアルミニウ
ムからなる蒸着金属を４〜１０（Ω／□）の抵抗値で蒸
着して金属化フィルムを作製し、金属化フィルムを長手
方向にフィルム厚に対する延伸比率で２〜１０％まで延
伸し金属蒸着膜１２に長手方向をフィルムの幅方向にし
て多数のマイクロクラック１３を形成し、金属化フィル
ムを積層・巻回するものである。

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、力率改善用の電
力用コンデンサ、電気機器用コンデンサ、各種電源回路
用コンデンサ、および通信機器用コンデンサ等として使
用する金属化フィルムコンデンサとその製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、アルミニウムからなる蒸着金属を
蒸着したプラスチックフィルムコンデンサは、特有の自
己回復性能を有している。自己回復とは、図５に示すよ
うに、誘電体であるフィルム３０に弱点部（ピンホール
等）３１があって、電圧破壊が生じた場合、短絡電流３
２により電極周辺部３３が溶融または蒸発して絶縁が回
復する作用をいう。また、図６および図７に示すよう
に、高抵抗と低抵抗とでは、金属化層の厚みが異なり、
図６に示す低抵抗ほど金属化層３５の厚みが厚くなり、
自己回復するのに大きな体積の電極周辺部を溶融または
蒸発させなければならない。逆に、図７に示す高抵抗の
場合、金属化層３６の厚みが薄いため、自己回復で溶融
または蒸発させる電極部の体積が小さく、エネルギーも
小さくて済み、自己回復が生じ易い状態にある。

【０００３】プラスチックフィルムコンデンサ特有の自
己回復性能を確保するためには、蒸着膜抵抗値を２〜５
（Ω／□）程度にする必要があった。２（Ω／□）以下
の低抵抗の場合、自己回復するために大きなエネルギー
が必要となり、有効な自己回復が起き難く、弱点部のク
リアリングが行われ難い状態になる。また、５（Ω／
□）以上の高抵抗の場合、自己回復するために必要なエ
ネルギーが小さくて済むが、反面、頻繁に自己回復が発
生し易い状態になり、保安機構付きのコンデンサの場合
は、通電時の容量減少が非常に大きくなる。

【０００４】また、亜鉛あるいはアルミニウム−亜鉛の
合金を蒸着金属とした場合でも、適当な抵抗値は５〜２
０（Ω／□）となっており、この範囲以外では、前述の
アルミニウム蒸着と同様のことが言える。図８に、従来
の金属化フィルムコンデンサの一例を示す。図８におい
て、２１はプラスチックフィルム、２２は金属蒸着膜、
２３は非金属化部、２４は保安機構ヒューズ部である。

【０００５】すなわち、ポリプロピレンフィルムからな
るプラスチックフィルム２１の片面に、抵抗値３〜４
（Ω／□）でアルミニウムからなる蒸着金属を蒸着して
金属蒸着膜２２を形成する。フィルム厚み６μｍの金属
化フィルムを得、その金属化フィルムを巻回して金属化
フィルムコンデンサを作製する。作製したコンデンサは
蒸着金属化層が複数個に分割された保安機構付きのフィ
ルムを使用し、各々樹脂ケースに入れ電極引き出しを行
った後、エポキシ樹脂でモールドし乾式コンデンサとし
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】金属化プラスチックフ
ィルムコンデンサ特有の自己回復性能を向上させること
により、従来以上の高耐圧設計のコンデンサを得ること
が可能となる。前述したように、自己回復性能は蒸着膜
抵抗値に大きく関わっており、高耐圧設計を考慮した場
合、蒸着膜抵抗値が低いと微小弱点部が電圧破壊した場
合、その電極周辺部のクリアリングが行われ難いため、
その電圧破壊部への電界集中による発熱が大きくなり、
コンデンサが熱破壊に至る場合がある。従来の技術で
は、誘電体すなわちプラスチックフィルムの厚みを厚く
することで発熱を吸収するしか手段がなく、従来技術と
同様の抵抗値による小型化は、非常に困難な課題であ
る。

【０００７】しかしながら、蒸着膜抵抗値が高い場合
は、頻繁に発生する自己回復をある程度抑制する手段が
確立されれば、コンデンサの高耐圧設計が可能になる。
この発明は、自己回復性能が向上し、高耐圧設計が可能
な金属化フィルムコンデンサとその製造方法を提供する
ことを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の金属化フ
ィルムコンデンサは、プラスチックフィルムと、このプ
ラスチックフィルムに蒸着した金属蒸着膜と、この金属
蒸着膜に長手方向をフィルムの幅方向にして形成した多
数のマイクロクラックとを備えたものである。請求項２
記載の金属化フィルムコンデンサは、ポリプロピレンフ
ィルムからなるプラスチックフィルムと、このプラスチ
ックフィルムの片面に蒸着したアルミニウムからなる金
属蒸着膜と、この金属蒸着膜に長手方向をフィルムの幅
方向にして形成した多数のマイクロクラックとを備えた
ものである。

【０００９】請求項１または請求項２記載の金属化フィ
ルムコンデンサによると、金属蒸着膜に長手方向をフィ
ルムの幅方向にして多数のマイクロクラックを形成した
ので、弱点部へ流れ込む電流経路が長くなり、エネルギ
ー密度の集中が緩和され、自己回復性能が向上し、高耐
圧設計が可能となる。また、金属蒸着膜に形成したマイ
クロクラックは、長手方向をフィルムの幅方向にして形
成したので、電流の流れ方向となり、損失にはほとんど
影響しない。

【００１０】請求項３記載の金属化フィルムコンデンサ
の製造方法は、プラスチックフィルムに金属蒸着膜を形
成して金属化フィルムを作製し、金属化フィルムを長手
方向に延伸し金属蒸着膜に長手方向をフィルムの幅方向
にして多数のマイクロクラックを形成し、金属化フィル
ムを積層・巻回するものである。請求項４記載の金属化
フィルムコンデンサの製造方法は、プラスチックフィル
ムにアルミニウムからなる蒸着金属を４〜１０（Ω／
□）の抵抗値で蒸着して金属化フィルムを作製し、金属
化フィルムを長手方向にフィルム厚に対する延伸比率で
２〜１０％まで延伸し、金属蒸着膜に長手方向をフィル
ムの幅方向にして多数のマイクロクラックを形成し、金
属化フィルムを積層・巻回するものでる。

【００１１】請求項５記載の金属化フィルムコンデンサ
の製造方法は、請求項３または請求項４において、プラ
スチックフィルムにポリプロピレンフィルムを使用し、
プラスチックフィルムの片面に金属蒸着膜を形成するも
のである。請求項３ないし請求項５記載の金属化フィル
ムコンデンサの製造方法によると、金属蒸着膜に長手方
向をフィルムの幅方向にして多数のマイクロクラックを
形成したので、弱点部へ流れ込む電流経路が長くなり、
エネルギー密度の集中が緩和され、自己回復性能が向上
し、高耐圧設計が可能となる。また、金属蒸着膜に形成
したマイクロクラックは、長手方向をフィルムの幅方向
にして形成したので、電流の流れ方向となり、損失には
ほとんど影響しない。

【００１２】請求項６記載の金属化フィルムコンデンサ
の製造方法は、請求項３または請求項４または請求項５
において、延伸加工を蒸着工程中で行うことを特徴とす
るものである。請求項６記載の金属化フィルムコンデン
サの製造方法によると、請求項３または請求項４または
請求項５の作用に加え、延伸加工を蒸着工程中で行うこ
とで、工数の削減が図れ、製造性が向上する。

【００１３】請求項７記載の金属化フィルムコンデンサ
の製造方法は、請求項３または請求項４または請求項５
において、延伸加工を巻取り工程中で行うことを特徴と
するものである。請求項７記載の金属化フィルムコンデ
ンサの製造方法によると、請求項３または請求項４また
は請求項５の作用に加え、延伸加工を巻取り工程中で行
うことで、工数の削減が図れ、製造性が向上する。

【００１４】

【発明の実施の形態】この発明の一実施の形態につい
て、図１ないし図４に基づいて説明する。図１は金属化
フィルムコンデンサの斜視図を示しており、１１はプラ
スチックフィルム、１２は金属蒸着膜、１３はマイクロ
クラック、１４は非金属化部、１５は保安機構ヒューズ
部である。

【００１５】すなわち、プラスチックフィルム１１に金
属蒸着膜１２を蒸着して金属化フィルムを作製し、金属
化フィルムを長手方向に延伸し、金属蒸着膜１２に長手
方向をフィルムの幅方向にして多数のマイクロクラック
１３を形成し、金属化フィルムを積層・巻回して金属化
フィルムコンデンサを作製する。下記に、具体的な実施
例を示す。

【００１６】実施例１ ポリプロピレンフィルムからなるプラスチックフィルム
１１の片面に、抵抗値４〜１０（Ω／□）でアルミニウ
ムからなる蒸着金属を蒸着して金属蒸着膜１２を形成し
て、フィルム厚み５．５μｍの金属化フィルムを作製す
る。蒸着工程中で蒸着後にプラスチックフィルム１１を
長手方向にフィルム厚に対する延伸比率で１０％延伸さ
せ、金属蒸着膜１２に長手方向をフィルムの幅方向にし
て多数のマイクロクラック１３を形成する。そして、金
属化フィルムを巻回して金属化フィルムコンデンサ試料
Ａを作製する。

【００１７】なお、図２に示すように、マイクロクラッ
ク１３の寸法は、長手方向Ａが１０〜１００μｍ、短手
方向が０．１〜１．０μｍであり、分布密度は1,000 〜
100,000 （個／ｃｍ² ）である。 実施例２ また、実施例１と同様の工程にて、フィルム厚み６．０
μｍの試料Ｂを作製する。

【００１８】なお、これら試料Ａ，Ｂのコンデンサ定格
は、２３０Ｖ，Ｃ＝２０μＦである。 比較例１ 比較例として、実施例１と同様の工程にて、試料Ｃを作
製する。試料Ｃは、抵抗値３〜４（Ω／□）で金属蒸着
膜を形成し、かつ延伸してマイクロクラック１３を形成
したフィルム厚み６．０μｍの金属化フィルムコンデン
サである。

【００１９】比較例２ 他の比較例として、実施例１と同様の工程にて、試料Ｄ
を作製する。試料Ｄは、抵抗値４〜１０（Ω／□）で金
属蒸着膜を形成するが、マイクロクラック１３は形成さ
れておらずフィルム厚み６．０μｍの金属化フィルムコ
ンデンサである。

【００２０】作製した各コンデンサは、蒸着金属化層が
複数個に分割された保安機構付きのフィルムを使用し、
各々樹脂ケースに入れ電極引き出しを行った後、エポキ
シ樹脂でモールドし乾式コンデンサとした。各試料の仕
様を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】なお、表１中、試料Ｅは図８に示した従来
例のコンデンサである。これらのコンデンサを周囲温度
８５℃でＶ−Ｔ（破壊電圧−時間）試験を行った。な
お、保安機構付きのコンデンサであるため、コンデンサ
が破壊しないものは容量減少が−２０％に達した時点で
コンデンサの破壊とみなした。その結果を図３に示す。

【００２３】このＶ−Ｔ試験の結果から明らかなよう
に、本発明の試料Ｂのコンデンサの破壊水準は、同じ厚
みの従来品の試料Ｅを大きく上回ると同時に、試料Ａと
試料Ｅの比較よりフィルムの高電位傾度化が可能である
結果が得られた。また、マイクロクラック１３を施した
ものどうしで抵抗値別の比較を行ったところ、従来の抵
抗値である比較例の試料Ｃは、本発明の実施例の試料Ｂ
に比べ、自己回復に要するエネルギーが大きいため、自
己回復性が悪く、破壊水準が低くなる。

【００２４】さらに、本発明で抵抗値が１０（Ω／□）
を超える試料も作製して同様の試験を行ったが、この場
合は膜抵抗値が高いために、通電時の発熱が大きく、コ
ンデンサが熱破壊する結果となった。また、ｔａｎδの
測定値より、マイクロクラック１３の有無では差は見ら
れず、幅方向に対しては損失に影響を及ぼさないことが
確認できた。

【００２５】図４は、寿命試験結果を定格電圧当り電位
傾度に換算したフィルム厚みに対する関係を示してお
り、図中Ｌは従来例の電位傾度である。これより延伸比
率で２〜１０％の範囲以外ではフィルムの耐電圧性が落
ち、従来品と電位傾度が同等もしくはそれ以下になる。
このように構成された金属化フィルムコンデンサによる
と、金属蒸着膜１２にフィルム幅方向にマイクロクラッ
ク１３を形成したので、弱点部へ流れ込む電流経路が長
くなり、エネルギー密度の集中が緩和され、自己回復性
能が向上し、高耐圧設計が可能となる。よって、４〜１
０（Ω／□）の高抵抗で高耐圧設計が可能となり、フィ
ルムの薄手化、つまり小型化、コストダウン化が達成で
きる。

【００２６】また、金属蒸着膜１２に形成したマイクロ
クラック１３は、長手方向をフィルムの幅方向としたの
で、電流の流れ方向となり、損失にはほとんど影響しな
い。さらに、延伸加工を蒸着工程中で行うことで、工数
の削減が図れ、製造性が向上する。なお、前記実施の形
態では、延伸加工してマイクロクラック１３を施す工程
は、蒸着工程中で行うものであったが、金属化フィルム
を巻き取る工程中で行ってもよい。こうしても、延伸加
工を巻取り工程中で行うことで、工数の削減が図れ、製
造性が向上する。さらに、延伸加工を蒸着工程ならびに
巻取り工程とは別工程で行ってもよい。

【００２７】また、フィルムの種類は、ポリプロピレン
フィルムに限るものではなく、例えば、ポリスチレンフ
ィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリカ
ーボネートフィルム等であってもよく、またフィルム厚
みも前記実施の形態の値に限るものではない。また、蒸
着金属は、アルミニウムに限るものではなく、例えば亜
鉛あるいはアルミニウム−亜鉛の合金等でもよい。

【００２８】さらに、保安機構のないコンデンサや、湿
式コンデンサ等であってもよい。

【００２９】

【発明の効果】請求項１または請求項２記載の金属化フ
ィルムコンデンサによると、金属蒸着膜に長手方向をフ
ィルムの幅方向にして多数のマイクロクラックを形成し
たので、弱点部へ流れ込む電流経路が長くなり、エネル
ギー密度の集中が緩和され、自己回復性能が向上し、高
耐圧設計が可能となる。よって、フィルムの薄手化、つ
まり小型化、コストダウン化が達成できる。また、金属
蒸着膜に形成したマイクロクラックは、長手方向をフィ
ルムの幅方向にして形成したので、電流の流れ方向とな
り、損失にはほとんど影響しないという効果が得られ
る。

【００３０】請求項３ないし請求項５記載の金属化フィ
ルムコンデンサの製造方法によると、金属蒸着膜に長手
方向をフィルムの幅方向にして多数のマイクロクラック
を形成したので、弱点部へ流れ込む電流経路が長くな
り、エネルギー密度の集中が緩和され、自己回復性能が
向上し、高耐圧設計が可能となる。よって、フィルムの
薄手化、つまり小型化、コストダウン化が達成できる。
また、金属蒸着膜に形成したマイクロクラックは、長手
方向をフィルムの幅方向にして形成したので、電流の流
れ方向となり、損失にはほとんど影響しないという効果
が得られる。

【００３１】請求項６記載の金属化フィルムコンデンサ
の製造方法によると、請求項３または請求項４または請
求項５の作用に加え、延伸加工を蒸着工程中で行うこと
で、工数の削減が図れ、製造性が向上するという効果が
得られる。請求項７記載の金属化フィルムコンデンサの
製造方法によると、請求項３または請求項４または請求
項５の作用に加え、延伸加工を巻取り工程中で行うこと
で、工数の削減が図れ、製造性が向上するという効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態の金属化フィルムコン
デンサの斜視図である。

【図２】この発明の一実施の形態の金属化フィルムコン
デンサの部分斜視図である。

【図３】破壊電圧と時間の関係を示すグラフである。

【図４】フィルム厚みに対する延伸比率と電位傾度との
関係を示すグラフである。

【図５】自己回復の作用説明図である。

【図６】低抵抗のフィルムコンデンサの断面図である。

【図７】高抵抗のフィルムコンデンサの断面図である。

【図８】従来例の金属化フィルムコンデンサの斜視図で
ある。

【符号の説明】

１１ プラスチックフィルム １２ 金属蒸着膜 １３ マイクロクラック １４ 非金属化部 １５ 保安機構ヒューズ部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラスチックフィルムと、このプラスチ
   ックフィルムに蒸着した金属蒸着膜と、この金属蒸着膜
   に長手方向をフィルムの幅方向にして形成した多数のマ
   イクロクラックとを備えた金属化フィルムコンデンサ。
2. 【請求項２】 ポリプロピレンフィルムからなるプラス
   チックフィルムと、このプラスチックフィルムの片面に
   蒸着したアルミニウムからなる金属蒸着膜と、この金属
   蒸着膜に長手方向をフィルムの幅方向にして形成した多
   数のマイクロクラックとを備えた金属化フィルムコンデ
   ンサ。
3. 【請求項３】 プラスチックフィルムに金属蒸着膜を形
   成して金属化フィルムを作製する工程と、前記金属化フ
   ィルムを長手方向に延伸し前記金属蒸着膜に長手方向を
   フィルムの幅方向にして多数のマイクロクラックを形成
   する工程と、前記金属化フィルムを積層・巻回する工程
   とを含む金属化フィルムコンデンサの製造方法。
4. 【請求項４】 プラスチックフィルムにアルミニウムか
   らなる蒸着金属を４〜１０（Ω／□）の抵抗値で蒸着し
   て金属化フィルムを作製する工程と、前記金属化フィル
   ムを長手方向にフィルム厚に対する延伸比率で２〜１０
   ％まで延伸し金属蒸着膜に長手方向をフィルムの幅方向
   にして多数のマイクロクラックを形成する工程と、前記
   金属化フィルムを積層・巻回する工程とを含む金属化フ
   ィルムコンデンサの製造方法。
5. 【請求項５】 プラスチックフィルムにポリプロピレン
   フィルムを使用し、プラスチックフィルムの片面に金属
   蒸着膜を形成する請求項３または請求項４記載の金属化
   フィルムコンデンサの製造方法。
6. 【請求項６】 延伸加工を蒸着工程中で行うことを特徴
   とする請求項３または請求項４または請求項５記載の金
   属化フィルムコンデンサの製造方法。
7. 【請求項７】 延伸加工を巻取り工程中で行うことを特
   徴とする請求項３または請求項４または請求項５記載の
   金属化フィルムコンデンサの製造方法。