JPH1092688A

JPH1092688A - 保安機構付き金属化フィルムコンデンサ

Info

Publication number: JPH1092688A
Application number: JP24175196A
Authority: JP
Inventors: Mitsumasa Oku; 光正奥; Toshiyuki Nishimori; 敏幸西森; Hidekazu Wada; 英一和田; Yutaka Tanaka; 豊田中; Shigeo Okuno; 茂男奥野; Masatoshi Shibuya; 正俊渋谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 1998-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】乾式の保安機構付き金属化フィルムコンデン
サにおいて、高温領域での保安機構の動作性を向上する
ことを目的とする。【解決手段】対向する二極の金属蒸着電極５、５′
と、誘電体とを備えたコンデンサであって、少なくとも
一極の該金属蒸着電極が分割電極８で、かつ、誘電体に
少なくとも一葉のＳＰＳフィルムを備えた保安機構付き
金属化フィルムコンデンサとすることにより、特に高温
での保安機構の動作性が著しく改善される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流用途で用いる
保安機構付き金属化フィルムコンデンサに関する。即
ち、交流用途で特に必要とされるコンデンサの保安性
を、所謂、保安機構で達成した金属化フィルムコンデン
サに関する。さらに詳しくは、分割電極を備えた保安機
構付きコンデンサの改良に関し、特に高温での保安機構
の動作性を著しく改良するものである。このコンデンサ
の定格は、主に１００Ｖ以上の商用周波の交流用途で用
いられ、単体のコンデンサとしては、概略０．１〜１０
０μＦに設計されて用いられる場合が多い。また具体的
用途としては、特に高温度に曝される水銀灯の放電灯安
定器に適する。この他、蛍光灯などの放電灯安定器、エ
アコン、コンプレッサ、洗濯機、扇風機などのファンや
その他のモータ応用製品をはじめ、電子レンジ、各種電
源装置、低圧進相コンデンサなどに適用されることがで
きる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、これらの用途に用いられる、
分割電極を用いた、保安機構付き金属化フィルムコンデ
ンサの１例としては、概略、図１のような巻回型と図２
のような積層型があり、巻回型では、分割電極とするた
めの電極の分割を、蒸着膜空白部で成る分割線で構成す
るものであった。この分割電極については図３のような
単純型と、図４のような電流パス部を付加した型などが
あり、さらに、この電流パス部に関しては、一つの分割
電極当たりの電流パス部の数が、一カ所に集中したもの
図１と複数カ所に分散したもの図４などがあった。一
方、積層型では、金属化フィルムを例えば、ほぼ方形に
切断したものを積み重ねた構造を取るため、これで実質
的に分割電極構造は構成できるが、保安機構の動作性を
改善するために、前述の分割線や電流パス部を併用し、
個々の分割電極のヒューズ電流値を適切に設定すること
もなされてきた。これらのコンデンサの誘電体フィルム
としては、主にポリプロピレン（以下、ＰＰと略記す
る）やポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと略
記する）が単独で、あるいは、組み合わせて用いられる
場合が多かった。

【０００３】これらの保安機構の動作メカニズムは次の
通りである。一般に、蒸着電極を用いたフィルムコンデ
ンサではよく知られている通り自己回復性があり微小な
局部小破壊はこの自己回復性でコンデンサ特性を維持す
ることが可能であった。しかし、大きめで連続的な局部
小破壊が起こると、この自己回復性にも限度があり、コ
ンデンサが破壊して発煙や発火に至ることがあった。保
安機構は、このような破壊に対応するもので、局部小破
壊の発生した部分の分割電極だけ、大多数の正常なコン
デンサ部分から分離できる構造に特徴がある。この構造
では、局部小破壊が連続的に発生することが抑制され、
コンデンサの全破壊が防止されることとなる。

【０００４】また、一方、従来よりシンジオタクチック
ポリスチレンフィルムの耐熱性を利用して、特に耐ハン
ダ耐熱性に優れた金属化フィルムコンデンサが特開平３
−１２４７５０号公報に開示され、またシンジオタクチ
ックポリスチレンフィルムに薄膜をコーティングしてフ
ィルム耐電圧を向上したフィルムが特開平７−１６１５
７２号公報に開示されている。しかしこれらはいずれも
一般的なコンデンサで、保安機構付きコンデンサについ
てのものでない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の保安機構付きコ
ンデンサは、比較的低い温度領域（例えばＪＩＳＣ−
４９０８で使用温度が規定された８５゜Ｃ以下のもの）
で、優れたコンデンサ特性と保安機構が発揮されたが、
例えば、９０゜Ｃ以上の高温度領域では、保安機構の動
作率が低下するのが課題であった。すなわち、高温で
は、コンデンサ素子が収縮し、締まりが大きくなるた
め、局部小破壊時に発生する分解ガスの逃げ場がなくな
り、保安機構が順次動作する前に、瞬時に、コンデンサ
の全破壊（発煙や発火を伴う）に至るものである。この
場合、従来の誘電体構成では、高温で誘電体が軟化し、
誘電体そのものの絶縁耐力が低下する。そして、誘電体
全体で漏れ電流が増大し、このジュール発熱で誘電体が
溶融して遂には、発煙や発火に到る時もあり、この場
合、保安機構の動作性は極めて低くなる。

【０００６】この原因は未だ十分には解明されていない
が、低温での局部破壊時には、ヒューズ部を電気的に断
路するに足り得るパルス電流（局部破壊時の、誘電体と
電極の特異な状態と配置に起因する特異な電流）が発生
するのに対して、上記のような高温での破壊において
は、十分なパルス電流が発生せず、またヒューズ部を断
路するに十分な電流も発生しないことが大きな問題であ
った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を解決すべく鋭意研究の末、図らずも以下の手段によ
り、上記課題を解決することを見出し発明に至った。

【０００８】すなわち、本発明は、対向する二極の金属
蒸着電極と、誘電体とを備えたコンデンサであって、少
なくとも一極の該金属蒸着電極が分割電極で、かつ、誘
電体に少なくとも一葉のシンジオタクチックポリスチレ
ンフィルムを備えた保安機構付き金属化フィルムコンデ
ンサである。

【０００９】さらに本発明は、シンジオタクチックポリ
スチレンフィルムの両面が金属化され分割電極が形成さ
れたフィルムと、合わせフィルムとして非金属化シンジ
オタクチックポリスチレンフィルムを重ねて巻回した保
安機構付き金属化フィルムコンデンサである。

【００１０】さらに本発明は、ポリプロピレンフィルム
の片面が、金属化され分割電極が形成されたフィルム
と、片面が金属化されたシンジオタクチックポリスチレ
ンフィルムを重ねて巻回した保安機構付き金属化フィル
ムコンデンサである。

【００１１】さらに、本発明は、電流パス率が０．２〜
２０％の電流パス部を設けた分割電極を備えた保安機構
付き金属化フィルムコンデンサである。

【００１２】また、本発明は、各分割電極とメタリコン
（金属溶射電極）間のヒューズ電流値が１０ミリアンペ
ア〜１０００ミリアンペアの保安機構付き金属化フィル
ムコンデンサである。

【００１３】金属蒸着電極は、２〜６Ω／□のアルミニ
ウム蒸着電極か、あるいは、主電極部において８〜５０
Ω／□で、メタリコン接触近傍部において２〜７Ω／□
の亜鉛の段付き蒸着電極であることが望ましい。

【００１４】さらに、巻回型コンデンサの場合、巻芯
（ボビン）部材の熱変形温度が１２０〜２００゜Ｃであ
ることが望ましい。

【００１５】また、巻回型コンデンサ素子の外巻フィル
ムに、誘電体として用いるシンジオタクチックポリスチ
レンフィルムより、熱収縮率が大きなフィルムを備える
ことが望ましい。さらに、本発明は、少なくとも一部の
分割電極が、金属化フィルムの機械的切断により形成さ
れた積層型の保安機構付き金属化フィルムコンデンサで
ある。

【００１６】さらに、シンジオタクチックポリスチレン
フィルム化率が３３％以上である保安機構付き金属化フ
ィルムコンデンサである。

【００１７】

【発明の実施の形態】この作用メカニズムはまだ充分に
は解明されていないが、次のことが考えられる。

【００１８】まず、第一は、シンジオタクチックポリス
チレンフィルム（以下、ＳＰＳフィルムと略称する）
が、少なくともコンデンサ素子の一層置きに配置され、
その高温（例えば１００〜１５０゜Ｃ）での高弾性率と
高い熱変形温度のため、破壊時に従来のコンデンサ素子
構成でみられた多層に渡る連続的な誘電体の軟化、ある
いは溶融が避けられることとなり、結果的に保安機構の
動作性が著しく改善されるメカニズムが考えられる。第
二は、コンデンサ素子の高温状態での締まりが緩和でき
ることにより、局部小破壊による発生ガスを容易に拡散
できる逃げ場を提供でき、従って、局部破壊のエネルギ
ーを緩和して、突発的な異常破壊（保安機構が動作する
前に瞬時に爆発したり、保安機構が動作できない状態に
至ること）に至るのを未然に防止することができる。こ
れには、シンジオタクチックポリスチレンフィルムの高
温での低収縮性と高温での高弾性率が寄与するものと考
えられる。

【００１９】次に各実施の形態において具体的に説明す
るが、本発明は基本的な技術思想が同一である限り以下
の実施の形態に限定されるものでない。

【００２０】（実施の形態１）シンジオタクチックポリ
スチレンフィルム（厚さ６μｍ）の両面蒸着フィルムを
用いてその両面に、レーザのトリミング技術を用いて分
割電極（分割幅：２０ｍｍ）を形成した。ヒューズ部は
分割電極につき１カ所で、幅が０．６ｍｍ、長さが１ｍ
ｍであった。したがって、電流パス率は３％である。

【００２１】ここで、電流パス率は次式で定義される。

【００２２】

【数１】Ｐ＝（Σｄi／Ｄ）×１００ここにＰ：電流パス率（％）ｄi：ヒューズ幅（ｍｍ）Ｄ：分割電極幅（ｍｍ）蒸着金属は、アルミニウムで蒸着抵抗値は、平均３．５
Ω／□であった。このとき、各分割電極のヒューズ部の
ヒューズ電流値は、平均４７ｍＡ（３０〜５５ｍＡに分
布）であった。つぎに合わせフィルムとしてシンジオタ
クチックポリスチレンフィルム（厚さ６μｍ）を用い重
ね合わせて（ＳＰＳフィルム化率が１００％）、プラス
チック製ボビンに巻回した。ＳＰＣフィルム化率とは、
全誘電体薄葉体の中に占めるＳＰＳフィルムの体積％で
定義する。次に、シンジオタクチックポリスチレンフィ
ルムより１００゜Ｃに於ける熱収縮率が大きなフィルム
として、厚さ２５μｍのＰＰフィルムを採用し、外巻に
１０ターン巻回し、２５μＦのコンデンサ素子を得た。
次に、金属溶射を施し、さらに、１２０゜Ｃ／真空中で
１５時間予備エージングした。このとき、ボビンの材料
は、ポリプロピレンで熱変形温度が１３８゜Ｃ（１８．
６ｋｇ／ｃｍ²荷重）のものを用いた。つぎに、電極を
取り出し、ＰＥＴ製のケースに格納して、エポキシ樹脂
を注型し、９５゜Ｃで熱硬化して外装し、評価用コンデ
ンサを得た。試料数は、１０個である。これらのコンデ
ンサを用いて、１２０゜Ｃ／ＡＣ３２０Ｖの条件の課電
試験をしたところ、全数保安機構が動作し、静電容量が
半分以下になったものの、発煙や発火は全くなく、保安
機構の動作性が充分なことが分かった。

【００２３】（実施の形態２）ＰＰフィルム（厚さ６μ
ｍ）の片面蒸着フィルムを用いてその蒸着面に、レーザ
のトリミング技術を用いて分割電極（分割電極幅：８０
ｍｍ）を形成した。ヒューズ部のパターンは図４のタイ
プで、幅が０．４ｍｍ、長さが１．５ｍｍであった。従
って、電流パス率は、１．５％である。蒸着金属は、亜
鉛であり、段付き蒸着構造で、蒸着抵抗値は、金属溶射
接触部分が平均３．０Ω／□で、主電極部分が、１５〜
３０Ω／□であった。このとき、ヒューズ電流は平均９
０ｍＡ（７０〜１４０ｍＡに分布）であった。次に、同
じ金属を同様に蒸着したシンジオタクチックポリスチレ
ンフィルム（厚さ６μｍ）を重ねて（ＳＰＳフィルム率
が５０％）プラスチック製ボビンに巻回した。次に、シ
ンジオタクチックポリスチレンフィルムより１００゜Ｃ
に於ける熱収縮率が大きなフィルムとして、厚さ２５μ
ｍのＰＰフィルムを採用し、外巻に１０ターン巻回し、
５０μＦのコンデンサ素子を得た。次に、金属溶射を施
し、さらに、１２０゜Ｃ／真空中で１５時間予備エージ
ングした。このとき、ボビンの材料は、ポリプロピレン
で熱変形温度が１３０゜Ｃ（１８．６ｋｇ／ｃｍ²荷重）
のものを用いた。つぎに、電極を取り出し、ＰＢＴ製の
ケースに格納して、エポキシ樹脂を注型し、９５゜Ｃで
熱硬化して外装し、評価用コンデンサを得た。試料数
は、１０個である。これらのコンデンサを用いて、１１
０゜Ｃ／ＡＣ３２０Ｖの条件の課電試験をしたところ、
全数保安機構が動作し、静電容量が半分以下になったも
のの、発煙や発火は無く、保安機構の動作性が充分なこ
とが分かった。

【００２４】

【比較例１】ＰＰフィルム（厚さ６μｍ）の片面蒸着フ
ィルムを用いてその蒸着面に、レーザのトリミング技術
を用いて分割電極を形成した。ヒューズ部のパターンは
図４のタイプで、幅が０．４ｍｍ、長さが１．５ｍｍで
あった。蒸着金属は、亜鉛で、段付き蒸着構造で、蒸着
膜抵抗値は、金属用射接触部分が平均３．０Ω／□で、
主電極部分が、１５〜３０Ω／□であった。この片面蒸
着ＰＰフィルムを２枚重ねて（ＳＰＳフィルム化率が０
％）プラスチック製ボビンに巻回した。次に、厚さ２５
μｍのＰＰフィルムを外巻として１０ターン巻回し、５
０μＦのコンデンサ素子を得た。次に、金属溶射を施
し、さらに、１２０゜Ｃ／真空中で１５時間予備エージ
ングした。このとき、ボビン材料は、ポリプロピレンで
熱変形温度が１３０゜Ｃ（１８．６ｋｇ／ｃｍ ²荷重）
のものを用いた。つぎに、電極を取り出し、ＰＢＴ製の
ケースに格納して、エポキシ樹脂を注型し、９５゜Ｃで
熱硬化して外装し、評価用コンデンサを得た。試料数
は、１０個である。これらのコンデンサを用いて、１１
０゜Ｃ／ＡＣ３２０Ｖの条件の課電試験をしたところ、
保安機構が動作したものは、２個だけで、他の８個は発
煙し発火に至り、保安機構の動作性が充分でないことが
分かった。

【００２５】（比較例２）比較例１で用いた分割電極を
形成した片面蒸着ＰＰフィルムと、分割電極の無い一般
電極図５のＰＥＴフィルム（厚さ６μｍ）２枚重ねて
（ＳＰＳフィルム化率が０％）プラスチック性ボビンに
巻回した。蒸着電極は、いずれも亜鉛の段付きであっ
た。あとは、比較例１と全く同様にして、２５μＦのコ
ンデンサを１０個作成し、試験に供したところ、保安機
構が動作したのは１個だけで、他の９個は、発煙し発火
に至り、保安機構の動作性が十分でないことが分かっ
た。

【００２６】これらの実施の形態では、ＳＰＳフィルム
と組み合わす誘電体フィルムとして、ＰＰの例を挙げて
説明したが、本発明はこれらに限定されるものではな
く、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、
ポリエチレン、ポリスチレン、ポリフッ化ビニリデン、
ポリエーテルエーテルケトンなどのフィルムを用いるこ
ともできる。また、誘電体フィルムの厚さは、特に限定
するものではないが１から３０μｍの範囲で用いられ、
特に４〜１０μｍが本発明の硬化が著しく現れる。とり
わけ、ＳＰＳフィルム化率が３３％以上で硬化が発現
し、５０〜１００％で本発明の効果が著しく現れる。

【００２７】また、蒸着電極に用いる金属材料として
は、アルミニウム、亜鉛、錫、金、銀、インジウム、銅
などの中から選ばれ、単独で、あるいは、多層にして、
また、複数種類の合金や混合物として蒸着され用いられ
ることができる。アルミニウム電極では、抵抗値が２〜
６Ω／□の範囲で用いられるが特に２．５〜４Ω／□が
好ましい。また、亜鉛や合金の段付き電極では、金属溶
射接触部が２〜７Ω／□で、主電極部が８〜５０Ω／□
の範囲で使われることが特に、１５〜３０Ω／□が好ま
しい。

【００２８】亜鉛蒸着の場合、下地に薄く他の金属を蒸
着することが行われる（いわゆる核蒸着）が、この核材
料には銅、銀、アルミニウム、錫、インジウムなどが用
いられ、とりわけ銅、銀それにアルミニウムが有効であ
り、なかでも銅が格別にすぐれていた。

【００２９】一方、分割電極に関しては、二極のうち、
最低一極で効果が発揮されるため、一極だけ分割電極に
しても、二極とも分割電極にしてもどちらでもよい。Ｓ
ＰＳとＰＰが組み合わされる場合は、ＰＰに分割電極が
施されてもＳＰＳに分割電極が施されてもよいが、ＰＰ
に分割電極が施されるのが望ましい。理由は、金属溶射
による電極導出が優れるためである。

【００３０】電流パス率は、０．２〜２０％の間で用い
られ、特に０．５〜５％が好ましく、段付き電極を採用
するときには、０．５〜１．９％が最も望ましいことが
わかった。

【００３１】次に、ここの分割電極のヒューズ電流値
は、１０ｍＡ〜１０００ｍＡの範囲で用いられ、特に、
３０〜２００ｍＡが、ＳＰＳフィルムと組み合わされる
本発明では好ましいことがわかった。亜鉛の段付き蒸着
電極を使用するときは、特に、１０ｍＡ〜３００ｍＡで
用いられ、３０〜１２０ｍＡが特に好ましいことがわか
った。１０ｍＡ以下になると、コンデンサの実稼働中に
容量減少する現象が現れるため好ましくない。

【００３２】分割線とマド部の蒸着膜除去部の形成に
は、レーザや放電による蒸着膜のトリミング技術や、油
成分や型を用いたマスキング蒸着技術が応用されること
ができる。

【００３３】本発明の実施の形態では、図４のように分
割線６が蒸着膜を完全に分断する分割電極の例を示した
が、これに限らず、分割線６がマド部７で終わる（所謂
Ｔマージン）構造の分割電極であっても同様の効果が得
られる。

【００３４】本発明の実施の形態では、外巻フィルムと
して、ＰＰフィルムの例を示したが、これ以外に、ポリ
スチレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレー
ト、ポリ塩化ビニリデンなどのフィルムが用いられ、好
適である。

【００３５】本発明では、巻芯にはプラスチックなどの
フィルム（あるいはシート）や成型ボビンが用いられ、
とりわけ巻芯部に位置する部材（必ずしもボビンとは限
らない）の熱変形温度が１２０〜２００゜Ｃの範囲の材
料が好適であり、特に、１２０〜１４０゜Ｃのものが保
安機構の動作性から特に好ましいことがわかった。

【００３６】本発明は、限定するものではないが、望ま
しくは最高許容温度（ＪＩＳＣ−４９０８に準じる）
が１０００゜Ｃ以上のコンデンサに好適であり、１１０
〜１５０゜Ｃのコンデンサに適用するのが最適である。
本発明の実施の形態では、主に巻回型コンデンサの例を
示したが、これは図２で示した積層型に適用しても同様
の効果を発揮することがわかった。

【００３７】

【発明の効果】近年、乾式の金属化フィルムコンデンサ
に対する要望が増大する中で、保安機構の信頼性をさら
に向上することが大きな課題となっている。特に、従来
の課題であった高温領域での保安機構の信頼性を確保す
る本発明は、安全性の社会的影響の大きさを考慮する
に、極めて重要な発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における保安機構付き金属
化フィルムコンデンサを分解した部分を示した斜視図

【図２】本発明の別の実施の形態における保安機構付き
金属化フィルムコンデンサの斜視図

【図３】本発明で用いられる金属化フィルムの平面図

【図４】本発明で用いられる金属化フィルムの平面図

【図５】一般の金属化フィルムの平面図

【符号の説明】

１巻芯ボビン２金属化フィルム３マージン部４ヒューズ部５、５′蒸着電極６分割線（蒸着膜除去部）７マド部（蒸着膜除去部）８分割電極９金属溶射１０誘電体フィルム（合わせフィルム）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中豊大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者奥野茂男大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者渋谷正俊大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する二極の金属蒸着電極と、誘電体と
を備えたコンデンサであって、少なくとも一極の該金属
蒸着電極が分割電極で、かつ、誘電体に少なくとも一葉
のシンジオタクチックポリスチレンフィルムを備えた保
安機構付き金属化フィルムコンデンサ。
【請求項２】シンジオタクチックポリスチレンフィルム
の両面が金属化され少なくとも片面に分割電極が形成さ
れたフィルムと、合わせフィルムとして非金属化シンジ
オタクチックポリスチレンフィルムを重ねて巻回した保
安機構付き金属化フィルムコンデンサ。
【請求項３】ポリプロピレンフィルムの片面が、金属化
され分割電極が形成されたフィルムと、片面が金属化さ
れたシンジオタクチックポリスチレンフィルムを重ねて
巻回した保安機構付き金属化フィルムコンデンサ。
【請求項４】金属化フィルムコンデンサが巻回型である
請求項１記載の保安機構付き金属化フィルムコンデン
サ。
【請求項５】電流パス率が０．２〜２０％の電流パス部
を設けた分割電極を備えた請求項１から３のいずれか１
項に記載の保安機構付き金属化フィルムコンデンサ。
【請求項６】各分割電極と金属溶射電極間のヒューズ電
流値が１０ミリアンペア〜１０００ミリアンペアである
請求項１から３のいずれか１項に記載の保安機構付き金
属化フィルムコンデンサ。
【請求項７】金属蒸着電極が２〜６Ω／□アルミニウム
蒸着電極である請求項１から３のいづれか１項に記載の
保安機構付き金属化フィルムコンデンサ。
【請求項８】金属蒸着電極が、主電極部において８〜５
０Ω／□、メタリコン接触近傍部において２〜７Ω／□
の亜鉛段付き蒸着電極である請求項１から３のいづれか
１項に記載の保安機構付き金属化フィルムコンデンサ。
【請求項９】巻回型コンデンサの巻芯部材の熱変形温度
が１２０〜２００゜Ｃである請求項４記載の保安機構付
き金属化フィルムコンデンサ。
【請求項１０】巻回型コンデンサ素子の外巻フィルム
に、誘電体として用いるシンジオタクチックポリスチレ
ンフィルムより、熱収縮率が大きなフィルムを備えた請
求項４記載の保安機構付き金属化フィルムコンデンサ。
【請求項１１】シンジオタクチックポリスチレンフィル
ム化率が３３％以上である請求項１から３のいずれか１
項に記載の保安機構付き金属化フィルムコンデンサ。