JPH11251175A

JPH11251175A - コンデンサ

Info

Publication number: JPH11251175A
Application number: JP6428798A
Authority: JP
Inventors: Akira Kikuchi; 朗菊地
Original assignee: Hitachi AIC Inc
Current assignee: Lincstech Circuit Co Ltd
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 1999-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】容量の減少を改善できるコンデンサを提供す
ること。【解決手段】フィルム状の誘電体２の表面に金属層３
を積層し、この金属層３を前記誘電体２に設けた幅方向
の非金属部４により複数個に分けるとともに、個々の金
属層３−１〜３−３にヒューズ機能付き金属部４を設け
た金属化誘電体１を有するコンデンサ８において、幅が
０．５mm以上の非金属部４を設けた金属化誘電体１を有
し、交流使用最大電圧が２００Ｖ．ＡＣ以上であること
を特徴とするコンデンサ８。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンデンサに関
し、特に、保安機能を設けたフィルム状の金属化誘電体
を有するコンデンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】金属化フィルムコンデンサや金属化紙コ
ンデンサ等のコンデンサは、例えば、ポリプロピレンフ
ィルムやポリエチレンテレフタレートフィルム等の高分
子フィルム又はコンデンサ紙等のフィルム状の誘電体の
表面に幅方向の一端部を残して亜鉛やアルミ等の金属を
蒸着して金属層を形成した金属化誘電体を用いている。
そしてこの金属化誘電体に、他の金属化誘電体を幅方向
の端部に設けた非金属部を逆向きにして積層したり、金
属化誘電体間に金属層を設けないフィルム状の誘電体を
介在させて巻回し、その巻回後の素子の端面にメタリコ
ン層を形成し、このメタリコン層に端子を接続した構造
からなるコンデンサ素子を用いている。

【０００３】ところで、高分子フィルム等の誘電体は、
通常、ピンホールや塵埃、傷等からなる絶縁抵抗の低い
欠陥部と有している。このため、コンデンサに電圧を印
加すると他の箇所よりもこの欠陥部の箇所で破壊が起り
易い。そして欠陥部が破壊すると欠陥部の表面に積層さ
れている部分の金属層が蒸発する。金属層が蒸発する
と、欠陥部が他の正常な部分から絶縁される。この現像
は、一般的に、セルフヒーリングといわれている。すな
わち、この種のコンデンサは、通常、このセルフヒーリ
ングの作用によってコンデンサとしての正常な機能を維
持している。

【０００４】しかし、誘電体の破壊した欠陥部がセルフ
ヒーリングによっても絶縁されないことがある。この場
合、コンデンサに電圧を印加すると、欠陥部に正常な場
合に比較してより大きな電流が流れる。このため、コン
デンサは発煙したり発火等したりする。

【０００５】従来のコンデンサは、この発火等の事故を
防止するために、例えば、図６に示す通りの金属化誘電
体２０を用いている。この金属化誘電体２０は、幅方向
に複数個の非金属部２１を設け、この非金属部２１によ
って金属層２２をその幅方向の一端から他端の近傍まで
に渡って複数個に分けている。そして分割された個々の
金属層２２にはメタリコンの付着部分の付近に幅の狭い
金属部２３を設けている。この種の金属化誘電体２０
は、誘電体の欠陥部に大電流が流れると、この欠陥部の
表面に積層されている箇所の金属層２２の金属部２３が
溶断する。そして金属部２３が溶断した金属層２２は他
の金属層２２から電気的に絶縁される。この作用によっ
て、コンデンサは、大電流の流れが遮断されたり、発火
等の事故が生じるのを未然に防止される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、金属層２２に
設けた幅の狭い金属部２３が溶断しても、絶縁された金
属層２２の箇所には電荷が残っていることがある。そし
て従来は、金属層２２間に設けた非金属部２１の幅が
０．５mm未満であり、非常に狭い。このため、絶縁され
た金属層２２から、この金属層２２に隣接する正常な金
属層２２の方に非金属部２１を通って電荷が放電して流
れることがある。そしてこの放電により隣接する正常な
金属層２２において、この金属層２２に設けられている
幅の狭い金属部２３が溶断し、同様に絶縁される。そし
てこの放電が連鎖的に起こり、数個〜数１０個の金属層
２２が絶縁されることがある。この絶縁された金属層２
２は、コンデンサの容量を得るための電極としては機能
しなくなる。すなわち、従来のコンデンサは、セルフヒ
ーリングが生じることによって容量が減少し易い欠点が
ある。

【０００７】本発明は、以上の点に鑑み、容量の減少を
改善できるコンデンサを提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
の課題を解決するために、フィルム状の誘電体の表面に
金属層を積層し、この金属層を前記誘電体に設けた幅方
向の非金属部により複数個に分けるとともに、個々の金
属層にヒューズ機能付き金属部を設けた金属化誘電体を
有するコンデンサにおいて、幅が０．５mm以上の幅方向
の非金属部を設けた金属化誘電体を有し、交流使用最大
電圧が２００Ｖ．ＡＣ以上であることを特徴とするコン
デンサを提供するものである。

【０００９】また、請求項２の発明は、請求項１におい
て、誘電体の長手方向に設けた非金属部により金属層を
幅方向に分離して互いに絶縁した金属化誘電体を有する
コンデンサを提供するものである。

【００１０】本発明は、誘電体の幅方向に設けた非金属
部の幅を０．５mm以上にして絶縁距離を長くしているた
め、ヒューズ機能を有する金属部が溶断することによっ
て絶縁された金属層の箇所に電荷が残っていても、その
電荷が隣接する金属層の方に容易に放電し難くなる。こ
のため、金属層が連鎖的に絶縁状態になることにより容
量が減少するという不良を防止できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態に用い
る金属化誘電体１の平面図を示す。すなわち、２は、フ
ィルム状の誘電体であり、ポリプロピレンフィルムやポ
リスチレンフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリテト
ラフルオロニチレンフィルム、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、ポリイミド
フィルム、ポリフェニレンサルファイドフィルム、ポリ
四弗化エチレンフィルム、ポリ三弗化塩化エチレンフィ
ルム、ポリ弗化ビュリデンフィルム、ポリバラキシレン
フィルム、シアノエチル化セルロースフィルム、ポリス
ルフォンフィルム等の高分子フィルムやコンデンサ紙等
を用いる。そしてこの誘電体２は、コンデンサの定格電
圧によっても異なるが、数μｍ〜数１０μｍの厚さにな
っている。また、誘電体２は、その表面が通常は平坦に
なっているが、絶縁油を含浸する場合には含浸し易いよ
うに表面を粗面化したり凹凸状にしたものを用いてもよ
い。

【００１２】そして誘電体２の表面に、銅等の金属から
なる薄い下地金属層（図示せず）を積層し、その表面に
亜鉛やアルミ等の金属からなる、抵抗値が１〜２０Ω／
□程度で、厚さが数１００〜数１０００オングストロー
ム程度の金属層３を積層している。この金属層３は、誘
電体２の幅方向の一端から他端の近傍までに渡って、誘
電体２の幅方向に平行に複数条設けた直線状の非金属部
４により、長手方向に分割されている。この非金属部
は、幅が０．５mm以上になっていて、コンデンサの使用
最大電圧が高くなるにしたがって、その幅を長くして絶
縁耐圧を向上させる。また、各非金属部４間の間隔は、
数mm〜数１００mm程度であり、好ましくは数１０mm程度
になっている。すなわち、数mm以下では製造が困難であ
り製造不良を生じ易く、数１０mmより大きくなると個々
の分割された金属層がしめる容量が大きくなり、セルフ
ヒーリングによって容量が減少する割合が大きくなる。
そして分割された個々の金属層３−１〜３−３には端部
付近に、数／１０mm〜数mm程度の幅の狭いヒューズ機能
付き金属部５−１〜５−３を設けている。そして個々の
金属層３−１〜３−３は、この金属部５−１〜５−３を
介して端部の箇所で互いに電気的に接続されている。

【００１３】また、誘電体２の長手方向には、幅方向の
一端部に、数mm程度の幅の端部用の非金属部６を設けて
いる。

【００１４】なお、金属層３の表面には、フッ素系やシ
リコン系の物質からなる保護層を積層してもよい。フッ
素系の物質としては、例えばポリテトラフルオロエチレ
ンやポリクロルトリフルオロエチレン、フッ化ビニル、
三フッ化エチレン、フッ化ビニリデン、六フッ化プロピ
レン等の共重合体からなるフッ素系樹脂やフッ素系オイ
ルを用いる。また、シリコン系の物質としてはシリコン
オイル等を用いる。そしてこれらの物質からなる保護層
を積層した場合には、耐湿性が向上し、コンデンサのta
nδ特性や、寿命を改善できる。

【００１５】そして、図２は、金属化誘電体１を巻回し
て形成したコンデンサ素子７を有するコンデンサ８の断
面図を示す。コンデンサ素子７は、金属化誘電体１に、
図３に示す通りのヒューズ機能付き金属部を設けない金
属層３’を積層した金属化誘電体１’を、端部用の非金
属部６及び６’が互いに逆向きになるようにして重ね合
せて巻回したり、金属化誘電体１及び１’間に金属層３
及び３’を形成しないフィルム状の誘電体を介在させた
ものを巻回したものである。この場合、巻心部分と外周
部には金属層３及び３’を形成しない誘電体のみを巻回
している。なお、同じ構造の金属化誘電体１を２枚重ね
て巻回してもよい。また、コンデンサ素子７は積層型に
形成にしてもよい。コンデンサ素子７の端面９には、亜
鉛や鉛、銅、スズ等の溶射金属からなるメタリコン層１
０を積層している。メタリコン層１０には、フレーム状
の端子１１をはんだ付けや電気溶接等により接続してい
る。なお、端子１１はリード状であってもよい。さら
に、端子１１の先端を引き出した状態にして、コンデン
サ素子７をプラスチック製の角形等のケース１２に収納
し、エポキシ樹脂等の合成樹脂等の絶縁物質１３を充填
して封止している。なお、ケース１２は、金属製のケー
スでもよく、絶縁油等を含浸し、蓋をして密閉する構造
にしてもよい。また、ケースを用いず、モールド法やデ
ィップ法等によって、コンデンサ素子７を合成樹脂等の
絶縁物質によって被覆する構造にしてもよい。

【００１６】また、金属化誘電体として図４に示す通り
の構造のものを用いてもよい。この図３において図１と
同一のものは同一の符号で示している。すなわち、金属
化誘電体１４は、特に、誘電体２の幅方向のほぼ中央部
付近を通って長手方向に、幅が数mm程度の中央部用の非
金属部１５を設けている。そしてこの非金属部１５によ
って金属層は幅方向に金属層１６ａと金属層１６ｂとに
分割されている。さらに、金属層１６ａ及び１６ｂは、
幅方向の非金属部４により、長手方向に金属層１６ａ−
１〜１６ａ−３と金属層１６ｂ−１〜１６ｂ−３とに分
割されている。また、金属層１６ａ−１〜１６ａ−３に
は誘電体１の端部付近に金属部１７−１〜１７−３を設
けている。この金属部１７−１〜１７−３は、幅を狭く
してヒューズ機能を付与しているが、他に低融点の金属
等を用いて形成してもよい。そして図１と同様に金属層
１６ａ−１〜１６ａ−３は、金属部１７−１〜１７−３
を介して端部の箇所で互いに接続されている。また、分
割された他方の金属層１６ａ−１〜１６ｂ−３は互いに
に絶縁されている。

【００１７】そしてこの金属化誘電体１４を２枚、図５
に示す通り、端部用の非金属部６を互いに逆向きにして
重ねた場合には、金属層１６ａと金属層１６ｂとの間に
点線で示す３個のコンデンサＣ₁〜Ｃ₃が形成される。従
って、メタリコン層を積層する端面１８及び１９側から
みると、各コンデンサＣ₁〜Ｃ₃が直列に接続され、耐圧
が通常のほぼ３倍に上昇する。このため、使用電圧の大
きさによっては、金属部１７−１〜１７−３が溶断した
場合、金属層１６ａ−１〜１６ａ−３間や金属層１６ｂ
−１〜１６ｂ−３間に非常に高い電位差を生じる恐れが
ある。従って、金属層１６ａ−１〜１６ａ−３及び１６
ｂ−１〜１６ｂ−３間に設けた幅方向の非金属部３の幅
を０．５mm以上とすることにより、より効果的に金属層
１６ａ−１〜１６ａ−３間や金属層１６ｂ−１〜１６ｂ
−３間の放電を防止できる。

【００１８】この図５の場合には、金属層１６ａ及び１
６ｂの誘電体２の幅方向の長さをＷ₁＝Ｗ₂＝Ｗ₃の関係
となるように形成することにより、各コンデンサＣ₁〜
Ｃ₃が分担する電圧を均等に１／３づつにでき、耐圧不
良を改善できる。

【００１９】なお、通常は、金属化誘電体１４の製造時
に、金属層１６ａ及び１６ｂの寸法に多少の誤差を生じ
る。また、２枚の金属化誘電体１４を重ねて巻回する際
には、互いに幅方向にズレたりする。このため、Ｗ₁〜
Ｗ₃は互いに等しくならず、Ｗ₁≠Ｗ₂、Ｗ₁≠Ｗ₃及びＷ₂
≠Ｗ₃という関係になり易い。その結果、各コンデンサ
Ｃ₁〜Ｃ₃は、容量が異なり、各々が分担する電圧の大き
さが不均等になる。そしてコンデンサＣ₁〜Ｃ₃の電圧が
不均等になると、誘電体の特定の箇所に他の箇所よりも
高い電圧が印加され、局部的に劣化が促進する。このた
め、図４の構造の金属化誘電体１４は、図１の金属化誘
電体１に比較してセルフヒーリングを生じ易い。すなわ
ち、金属化誘電体１４は、非金属部４の幅を０．５mm以
上として、金属層１６ａー１〜１６ａー３間及び金属層
１６ｂー１〜１６ｂー３間の距離を０．５mm以上とする
ことにより、金属層１６ａー１〜１６ａー３間や金属層
１６ｂー１〜１６ｂー３間の放電を大きく抑制できる。
従って、セルフヒーリングの発生数が多くても、正常な
金属層が絶縁状態になるのを防止し易く、より効果的に
容量の減少を改善できる。

【００２０】次に、本発明の実施の形態の製造方法を説
明する。先ず、高分子フィルム等の誘電体２の表面の非
金属部４及び６とする箇所に石油系のオイルを塗布す
る。次に、真空蒸着装置やイオンプレーティング装置、
スパッタリング装置等を用いて、誘電体２の表面に銅を
薄く蒸着し、さらに、亜鉛やアルミ等の金属をその表面
に蒸着して非金属部を除く箇所に金属層３を形成する。
この金属層３を形成後、同一の又は異なる真空蒸着装置
等を用いて、フッ素系やシリコン系の物質を金属層３及
び非金属部４及び６の表面に直接蒸着して厚さが１オン
グストロームより厚い保護層を形成する。なお、真空蒸
着装置を用いてフッ素系の物質により保護層を形成する
場合には、装置内の真空度は５０×１０^-3Ｔｏｒｒ以下
とし、フッ素系の物質の加熱温度を１２０℃〜２００℃
程度にすることにより均一な保護層を形成し易くなる。
この後、必要に応じて、誘電体が高分子フィルムの場合
には、温度３０−７０℃で、２４〜４８時間加熱処理す
る。

【００２１】加熱処理後、自動巻取機等により金属化誘
電体１を所定の長さだけ巻取り、コンデンサ素子７を形
成する。そして金属化誘電体１を巻取り後のコンデンサ
素子７を、例えば、１００℃〜１５０℃程度の温度で１
〜２時間程度、加熱処理する。この処理を行うことによ
り、高分子フィルムからなる誘電体２を用いた場合に
は、誘電体２を収縮させて、静電容量を安定化させるこ
とができる。コンデンサ素子７を加熱処理後、コンデン
サ素子７の端面９に亜鉛や銅等の溶射金属を吹き付け
て、メタリコン層１０を形成する。この際、コンデンサ
素子７の側面に金属が付着しないように側面を紙粘着テ
ープ等でマスキングしておく。メタリコン層１０を形成
後、このメタリコン層１０に端子１１を半田付けした
り、電気溶接等にして接続する。端子１１と接続後、コ
ンデンサ７をケース１２に収納し、エポキシ樹脂等の絶
縁物質１３をこのケース１２内に充填して封止する。こ
の後、電圧処理を行ない、予じめ高分子フィルムやコン
デンサ紙等の誘電体２の弱点部の金属層３を除去する。
以上の工程によって、コンデンサ８を製造する。

【００２２】

【実施例】次に、本発明の実施例について、従来例とと
もに、金属化誘電体の金属層間の放電状態やコンデンサ
の容量変化率等を測定する。測定条件は次の通りとす
る。実施例１：定格２５０Ｖ．ＡＣ，５０μＦのフィルムコ
ンデンサを用いる。そして誘電体は、長さ１１５ｍ、巾
５０mm、厚さ４μｍのポリプロピレンフィルムを用い
る。また、このポリプロピレンフィルムの表面に亜鉛か
らなる厚さ約３００オングストロームの金属層を積層し
て図１に示す構造からなる金属化誘電体とする。そして
この金属化誘電体において、幅方向の一端部に設けた端
部用の非金属部４の幅を２mmとする。また、幅方向に設
けた非金属部４は、幅を０．５mmとし、６０mm間隔で設
ける。さらに、ヒューズ機能付きの金属部は長さ０．５
mm、幅０．３mmとする。そしてコンデンサ素子はポリブ
チレンテレフタレートケースに収納し、エポキシ樹脂を
充填して封止する。

【００２３】実施例２：実施例１において、幅方向の非
金属部の幅を０．６mmとする以外は、同一の条件とす
る。

【００２４】従来例：実施例１において、幅方向の非金
属部の幅を０．４mmとする以外は、同一の条件とする。

【００２５】そして、各試料には常温雰囲気中において
４５０Ｖ．ＡＣの交流電圧を１分間印加する。印加後の
測定結果は表１の通りになる。以下余白。

【００２６】

【表１】

【００２７】この表１から明らかな通り、金属化誘電体
にセルフヒーリングが発生することによって隣接する金
属層から放電を受けた金属数は、実施例１及び実施例２
が各々１ケであるのに対して、従来例は１９ケとなり、
約５倍以上になっている。このことから、幅方向の非金
属部の幅を０．５mm以上とした実施例１及び実施例２の
方が、前記の幅が０．４mmの従来例よりも、隣接する金
属層間で放電を生じ難くなっていることが明らかであ
る。また、容量変化率についても、実施例１及び実施例
２は−０．１６〜−０．３６％となり、従来例が−１．
０９％となっているのと比較して、約１４．７％〜３
３．０％の大きさに低下している。すなわち、実施例１
及び実施例２の方が従来例よりも容量減少を改善できる
ことが明らかである。

【００２８】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、誘電体の
幅方向に設けた非金属部により金属層を分割するととも
に、分割した個々の金属層にヒューズ機能付き金属部を
設けた金属化誘電体を用いてコンデンサ素子を形成した
コンデンサにおいて、２００Ｖ．ＡＣ以上の許容電圧に
対して、非金属部の幅を０．５mm以上にしているため、
隣接する金属層間での放電を減少でき、容量減少を改善
できるコンデンサが得られる。

【００２９】そして、特に、誘電体の長手方向に非金属
部を設けて金属層を幅方向に分離して互いに絶縁した構
造の金属化誘電体を用いた場合には、セルフヒーリング
が多くなり易いが、幅方向の非金属部の幅を０．５mm以
上にしているため、より効果的に容量の減少を改善でき
るコンデンサが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に用いる金属化誘電体の平
面図を示す。

【図２】本発明の実施の形態の断面図を示す。

【図３】本発明の実施の形態に用いる他の金属化誘電体
の平面図を示す。

【図４】本発明の他の実施の形態に用いる金属化誘電体
の平面図を示す。

【図５】図４の金属化誘電体を重ね合せた状態の断面図
を示す。

【図６】従来の金属化誘電体の平面図を示す。

【符号の説明】

１，１’，１４…金属化誘電体、２…誘電体、３，３
−１，３−２，３−３，３’，１６ａ，１６ａ−１，１
６ａ−２，１６ａ−３，１６ｂ，１６ｂ−１，１６ｂ−
２，１６ｂ−３…金属層、４，６，１５…非金属部、５
−１，５−２，５−３，１７−１，１７−２，１７−３
…ヒューズ機能付き金属部、７…コンデンサ素子、
８…コンデンサ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フィルム状の誘電体の表面に金属層を積
層し、この金属層を前記誘電体に設けた幅方向の非金属
部により複数個に分けるとともに、個々の金属層にヒュ
ーズ機能付き金属部を設けた金属化誘電体を有するコン
デンサにおいて、幅が０．５mm以上の幅方向の非金属部
を設けた金属化誘電体を有し、交流使用最大電圧が２０
０Ｖ．ＡＣ以上であることを特徴とするコンデンサ。
【請求項２】誘電体の長手方向に設けた非金属部によ
り金属層を幅方向に分離して互いに絶縁した金属化誘電
体を有する請求項１記載のコンデンサ。