JPS5878415A - 電力コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ハウジング内に複数の巻いたコンデンサ区分
を有し且つそれらコンデンサ区分と外部端子との間を相
互接続した電力コンデンサに関するものである。

電力コンデンサは、様々な環境条件及び回路動作条件に
て長寿命であるようにされている。

電力コンデンサの性能及び種々な条件のもとて多年に亘
って良好に動作しつる能力は多くの要因によって影響を
受ける。これらの要因のすべては、最低の価格で最高の
性能を得るために価格に関連して考慮されねばならない
、このため、価格を不嶺に増大せずに最高の性能を得る
ためには、可能な限り最良の方法で材料を使用するよう
に注意しなけれｇｆならない。

電力コンデンサは、通常、外部へ延びる端子を有した共
通ハウジング内に設けた複数の巻いたコンデンサ区分で
構成されている。コンデンサ区分の各々は、一対の箔電
極と、これら箔電極間の複数の固体誘電体材料シートと
を有している。種々な理由のため、電力コンデンサにお
いては、従来使用されていたようなコンデンサ紙や紙と
フィルムとの複合材よりも、プラスチックフィルム材料
のみからなる固体誘電体材料が有利になってきている。

特に本発明の適用されるこの型のコンデンサに関しての
重要な１つの点は、各コンデンサ区分の形成方法と、そ
れらのコンデンサ区分を互いに且つ装置の端子に接続す
る方法とである。

コンデンサにおける「占積率」は、１つのコンデンサ区
分における一対の箔電極間の距離とそれらの箔電極間の
１つ以上の固体誘電体材料シートの厚さの和との比とし
て定義される。箔電極の間の体積−の全体を固体誘電体
材料が満たしている場合には占積率が７である。Ｉより
小さい占積率は、勿論、不可能である。多くの実際上の
考慮をすると、本発明に関する型の実際のコンデンサの
占積率は常に！より犬舎くなってしまう０例えば、／、
ＪＯの占積率は、例えば、各シートが同じ厚さの１層誘
電体の場合に各シー）０厚さを！とするとＪＹとされる
誘電体シートの厚さの和て電極間の距離Ｘを除したもの
が１．Ｊであることを示しており、又は、距離Ｉが層厚
さの和より３０％だけ大きいことを示している。従来技
術による代表的数値例を示すと。

箔電極が約ｉ、ｉｓミルの距離Ｘだけ離間され、各厚専
！が約０．りａｔルである一つのポリプロピレンフィル
ムシートで固体誘電体材料を形成する場合には、占積率
は約１．Ｊ　Ｏである。

実際上は、この種の電力コンデンサは、実質的に児全Ｃ
ζ液体誘電体で含浸される。これは、構造体中に空洞即
ちボイドがないようにするためである。こ−で占積率を
論じるときには、それは、含浸して仕上げられたコンデ
ンサに対するものである。占積率は、含浸前と後とで場
合によっては異なる。何故ならば、ある含浸材料は内部
に吸収されフィルム型の誘電体材料を膨張させてしまう
ことがあるからである。

所定の材料及び含浸条件に対してＯ占積率の値は、特定
の数及び厚さのシート材料、すなわち電極箔及び誘電体
シートの巻回、そのＩＩｋ回中の張力の制御及び平らに
した巻回区分の重ね合せ体の最終プレス寸法によって決
定される。

例えば、所定の材料について占積率をある量だけ。

例えば、／、Ｊ１７からｉ、Ｊｏまでに増大させるため
には、通常、仕上げ装置ｌＩζおいて所定めスペースを
占める仕上げ区分の巻回数を減する必要フ挑る。このよ
うな設計上の調整は、この種のコンデンサ区分を設計し
調造するのに１熟した当業者には明らかである。

本喬明において問題としている占積率は、完成した区分
をほどきシート材料の巻回数を数え。

これらのシート材料の厚さを測定するような既知の方法
によって決定されうる。最終的に堆積された組合せ体の
代表的な区分における電極箔間のスペースは、はどかれ
た区分を測定して決定した電極材料の全厚みだけ仕上り
装置の区分の厚さを減することによって算出される。ｎ
電体シートの集合厚さは、電極箔間にある誘電体シート
の巻回数及びこれらシート材料の測定厚さから算出され
る。占積率は、電極箔の間の算出距離と誘電体材料の算
出厚さとの比から算出される。１つの区分の中間部分に
おける諸寸法によって決定された数値は、所定区分の平
均占積率としてｍｓｉ性がある。

占積率の許容範囲は、コンデンサの現在の製法では制限
されている。占積率が小さいことは。

所定０１１量及び無効電力定格に対して体積をより小さ
くすることができるという効果を与えるのであるが、望
曹しくないと考えられている。

絶縁耐力、従ってコンデンサの耐電圧は、占積率を小さ
くすると相当に減じられてし鵞う、このことは、＃電体
シート材料に接触する箔電極の綴部にて特に重要である
。何′故ならば、縁部では電界が集中するからである。

占積率が小さいと、低温スイッチング特性をも低下させ
がちである。ある気＊において、コンデンサは、約−に
０℃の如き極端に低い温度にさらされる。

このような低温でのスイッチング、特に％頻繁なスイッ
チングによって破壊を生じてしまうことがある。これは
、固定誘電体材料も液体含浸材料もないボイドの形成及
びコンデンサ内の材料の収縮のためであると考えられて
いる。全一電体フィルムからなる低さ積率０コンデンサ
巻回の一般的な問題は、含浸がより難しくなるというこ
とである。すなわち、液体含浸材料がコンデンサ区分内
に浸透しにくく誘電体シート材料の各表面上に液体層を
形成しにくくなる。

一般的に、より高い占積率でよりゅる（巻回することに
より上述の問題は解消される。何故ならば、十分に含浸
し易くなるからである。しかし、コンデンサ区分を互い
に且つ装置端子と相互接続するために電極箔と接触する
タブと称する圧接コンタクトを使用するときには、高占
積率きすると非ｍに季春となる。タブがコンデンサ区分
内にしっかりと保持されるように占積率を十分に低くす
る場合でも、特にコンデンサ放電中に高電流轡度が生ず
るときには、な右もアーダが発生し易いと七が見出され
ている。このようなアークの発生は１時にはコンデンサ
装置を螺結させてしまう１度才でその誘電体を劣化させ
てしまうことがある。

本発明によれば、嬉ｌ及び第１の端子を外部へ延長させ
て有するハウジング内に複数の巻いたコンデ、ンサ区分
を備えた電力コンデンサであって、各前記コンデンサ区
分は、第１及びｉＩＪの箔電極と、骸電極の間で各電極
の両側の１つ以上の誘電体材料シートとを備えてセリ、
前記誘電体材料は実質的にプラスチックフィルム材料の
みからなり、前記一対の箔電極は、各々０前記コンデン
サ区分内で互いに且つ前記誘電体材料シートから横方向
にずれていて、前記コンデンサ区分の第１の端で前記鱒
電体材料シートの縁から延長した、前記第２の電極の第
１の縁と、前記誘電体材料シートのうち１つの誘電体材
料シート間に閉じ込められた前記第１の電極の第一の縁
と、前記コンデンサ区分の第一の端で前記誘電体材料シ
ートの縁から延長した前記第一の電極の第１の縁と、前
記誘電体材料シートのうち１つの誘電体材料シート間に
閉じ込められた前記第１の電極のｇコの縁とを構成する
ようにされており、前記第１の電極の前記延長した第７
の縁及び前記第１の電極の前記延長した第１の縁は前記
コンデンサ区分内の前記電極の略々全長に亘って延びて
おり、前記複数のコンデンサ区分はそれらの端を略々整
列させた状態で前記ハウジング内で堆積されており、各
前記コンデンサ区分の内部を含めた前記ハウジング内の
空間は、液体誘電体含浸材料て略々溝たされており、前
記コンデンサ区分の前記箔電極を１いに且つ前記端子に
選択的に接続させる接続装置が設けられ、前記接続装置
は、前記コンデンサ区分の前記堆積体の端面上に設けら
れ前記電極の延長縁の実質的部分に接触する溶着金属領
域と、該溶着金属領域の成るものと前記端子との間に接
続された導電性リード線とを備えてなる電力コンデンサ
が得られる。

本発明は、占積率が比較的に高く、好ましくは、約／、
Ｊ　Ｏとなりうるようにし且つ極端に低い温度及び頻繁
なスイッチング等の予想される全条件に亘って良好な性
能を与えるように諸要素を組み合せることにある。本発
明のコンデンサ区分は、比較的に高い値の占積率を有す
る巻いたコンデンサ区分の全フィルム誘電体を有する箔
電極を備えたことを特徴としている。導電性タブは設け
られていない、その代りに、箔を延長させた構造が採用
されており、６箔は、ずらされていてその区分の各端部
から延長してｔす、それら箔への接続はその区分の端部
に亘る溶融ハンダ層の如き溶着金属によってなされる。

この溶着金属は、少なくとも約３０％というような区分
の端面のかなりの領域を占めており、従って、導通タブ
を使用した場合のように含浸不良となったり望ましくな
いアーキング状態が生じたりしない信頼性のある装置と
なる０本発明によれば、含浸を確実に行なえるような満
足な占積率を得る上での従来の難しさは避けられる。何
故ならば、本発明によれば、導電性タブによる導通を曳
好なものとするために占積率を低くする必要がないから
である。

、　　従来、成るコンデンサでは砥長箔構造をとってい
た。このようなコンデンサとしては、紙誘電体を使用し
ているものや、紙フイルム誘電体を使用しているものが
知られている。これらの場合において、箔電極を延長さ
せる理由は、低いインダクタンスのコンデンサとしたり
、コンデンサ放電応用のためのエネルギー蓄積容量を有
したコンデンサとしたり、低電圧コンデンサにおけるよ
うに高い連続電流容量を有したコンデンサとしたりする
ためであった。これらは、通常、力率改善用コンデンサ
の必要条件ではなく、これは、既知の全フィルム型装置
のすべてをｔむ殆んどの電力コンデンサにおいて延長箔
構造が使用されていないことの説明となりつる。

更に、縁部をハンダ接続すると明らかに含浸が損われる
ことになるので、全フィルム型装置においてはこのよう
な方法の使用を避ける傾向に　・ある、そこで、本発明
によれば、完全な導電接続を得ながら最嵐の含浸を達成
するという観点から、従来の全フィルム臘コンデンサよ
りより最適な高占積率を有する全フィルム塚コンデンサ
において残長箔及びハンダ付縁部接続が実施される。更
に、本発明では、各電極の縁部材料をある短い部分に亘
って折ってその電極縁部がその折曲部の外面となるよう
にする等して各電極の内部縁を丸み付けされ清めらかな
縁部としたような構造を使用することが可能である。こ
うすることにより、コンデンサが絶縁破壊する可能性が
減じられる。そのような折り曲げ又は巻かれた縁部とす
ると、轟然、その区分の大部分に対して占積率が増大さ
れる傾向となる。何故ならば、その縁部では電極箔材料
の□厚みの１倍となっているが、その他の部分では電極
箔の厚みだけとなっているからである。

凍化、添付図面に関し本発明の実施例について本発明を
説明する。

第２図は、複数の巻いたコンデンサ区分／Ｊを収容した
単一ハウジング内０を有するコンデンサ装置を示してい
る。コンデンサ区分／Ｊは、ハウジング内に端部を整列
させるようにして重ねられている。コンデンサ区分／Ｊ
の各々は、電極箔材料及び誘電体材料を備えている。誘
電体材料は、全体的にポリプロピレンの如きプラスチッ
クフィルムからなっている。各コンデンサ区分／Ｊは、
１つの電極の各側（第ＪＷＡに示すように）に誘電体材
料がくるようにして回旋状に巻かれている。コンデンサ
装置は、誘電体液で含浸されている。複数、、のコンデ
ンサ区分は、その端部分に溶着した金属領域／ＩＩによ
って互いに接続されている。金属領域ｌダは、誘電体フ
ィルムの配置されている区域の外にそれらコンデンサ区
分から延長している電極箔材料と接触している。相互接
続された複数のコンデンサ区分は１選定された場所でリ
ード線によってハウジングｌ＃から蔦びる端子／６に接
続される。

菖−ム図及び第Ｊｌ１図は、これらの相互接続の特定の
例を示すための本発明によるコンデンサ区分／Ｊの堆積
体を示す頂面図及び底面図である。この例ては、／Ｊ備
のコンデンサ区分／Ｊが相互接続されており、並列に接
続した３つのコンデンサ区分を１つの群としてその参っ
の群が直列に接続されている。第ＪＯ図はその電気回路
■を示している。

菖１ム図の頂面図において、コンデンサ装置の中間０４
つのコンデンサ区分は、それぞれハンダ材料の２つの金
属領域ｌ参ａによって接続されている。このハンダ材料
は１図示の如く「ハンダマット」り称されることがある
帯状導体を形成するようなｔｆ”ターンに付与されてい
る。

またＩＩＪム図の頂面図に示されるように、コンデンサ
区分の堆積体の両端の２つのコンデンサ区分は、それぞ
れハンダ材料の金属領域／参１及び／４１’Ｏによって
相互接続されている。これらハンダ材料の金属領域は、
ハウジングの端子１６に接続するリード線／Ｊを有して
いる０両端部のコンデンサ区分の各々のハンダ材料の金
属領域は、付加的なリード１ｍフッによって接続されて
いる。参照番号１ｇは、リード線ｊＪ。

間に接続される放電抵抗のセットを示している。

抵抗ｉｔは絶縁シース内に配置され、それらのリード線
による以外はコンデンサ区分とは接合されていない。

第２１図の底面図において、左側及び右側の１つのコン
デンサ区分は、それぞれハンダ材料の金属領域ｌ＃ｄ及
びｌ＃・によって相互８ｃｌｌ味されている。各コンデ
ンサ区分の巻回は、所望の占積率を達成するよう既知の
方法に従ってなされている。

延長した電極箔材料（第３図に示された）を平らにしハ
ンダ材料とその電極箔材料との接触を書なものとするよ
うコンデンサ区分の端部上に加熱工具又はハンダごてを
あてながら、ハンダ材料は付与されつる。接続されるべ
きでないコンデンサ区分の間に望ましくない短絡が生じ
てしまうのを肪止するため、各側のハンダ材料の金属領
域が連通しないようにするに十分な量だけコンデンサ区
分から延長する単なる絶縁部材ＪＯであってよいブロッ
クが、接続されてはならないコンデンサ区分の間に設け
られる。

第３図のコンデンサ区分の横断面図に示されるように、
好ましくはポリプロピレンである複数Ｏ誘電体フィルム
シートが、各群１つからなる１つ０１’ＦＣ一方の群で
はシフ及びＦ！、他方の群ではＩＪ及びｙダ）にて、拍
電極１／及びＩＪ（）各々の咎側＃ｃｌｌ電体フィルム
材料がくるようにして回旋状に巻かれている。箔電極１
ノ及びＩＪは、それぞれ、１ンが右側に残長縁部Ｊ／Ｉ
Ｌを有し１Ａ−が左側＃Ｃ延長縁Ｓコ１１を有するよう
に、巻回区分の両側の誘電体フィルム材料の側縁を越え
て嬌びるようにされている。　　′この箔電極の延長部
は、第コム図及び第ＪＢ図に示シたようなハンダマット
による相互接続を信頼性のあるものとするために、実際
上約参分の１インチ（約４．１ｍ）程度あればよい。

本発明を実施する上で好ましくは、電極１／及びＩＪの
内側の縁ＪＪ！Ｌ及びＪｕｌ）の各々は、それぞれ、そ
の領域での高電圧による絶縁破壊の危険を最少とするた
め、巻き込まれるか又は少なくとも丸み付けされた滑ら
かなエツジ部を有するようにされるとよい。

ポリプロピレンフィルム層は、更に含浸ヲ容馬とするた
め粗面化したものを少なくともいくつか含んでいる。ま
た、本発明を実施する上で好ましい含浸材料は、米国特
許第参、７ｊ＃、ｆＪｆ号明細書に開示されているよう
なイソプロピルビフェニール流体である。

コンデンサ装置において、コンデンサ区分の端部上に溶
着された金属領域は、そのコンデンサ区分の端面の約３
０％乃至約１０Ｘの面積を占めている。第一ム図及び第
ＪＢ図の例示は、幾分理想化されたものを示しており、
金属領域１ｌＩａ力）らｌ亭・の形状は厳密なものであ
る必要はなく、実際にはそれほど一様な矩形状である必
要はない。もつと不規則なパターンで十分である。溶着
金属領域はかなり大きく、良好な導電接触を与える。こ
のような溶着金属領域があると轟然にコンデンサ区分内
への含浸材の導入の妨げとなるのみであるが、その占積
率を適蟲に選定することにより、導電性材料領域は、約
３０％乃至ｚａｙ６の範囲内で比較的に大きいものとし
てもなお完全な含浸を行なわせうることがわかった０本
発明によれば、その占積率は、好ましくは、約へコＳ乃
至約／、Ｊ　＆の範囲内である。これは、全フィルム材
料製の従来のコンデンサ装置では、そこに使用されてい
る導電性タブとの圧接接触を十分良好なものとするため
に約へ−〇とされていたのと対比、的である。

ノ、コσの如き低い占積率では、低温スイッチング特性
が望ましくないことが見出されている。

これは、低占積率のため、含浸がうまく行なわれず、フ
ィルム表面を完全に液体で覆うことができないからであ
った。

電極箔の縁部を巻き込んだコンデンサ区分は、その中間
部分での占積率とその巻き込んだ縁部での占積率とが違
っている。この巻き込んだ縁部での占積率は、一般には
、中間部での占積率より約０．／だけ小さい。従って、
縁部を巻き込んだ好ましいコンデンサ区分の構造では、
その区分のほとんどの部分では占積率が約１．Ｊ！ｒか
ら約７．３３であるが、その縁部を巻き込んだ所での占
積率は約１．ｌｓから約ｉ、−ｏである。

従って、本発明＃Ｃよれば、完全な含浸並びに良好な導
電接触を、互いに妥協せずに達成することができる。こ
のようなより高い占積率を使用することにより、絶縁耐
力が改善され、低温スイッチング特性−が改善され、放
電能力が増大され、低損失とされ、一般的信頼性が改善
される。−例として、導電性タブでなく大きな接触領域
にて直接接続としたためにコンデンサの放電能力（故障
に至るまでの放電の回数）が２００〜以上増大される。

更に、コンデンサ区分の端部のこのような大きな接触領
域は−、高占積率の場合でも本発明によれば完全な含浸
を可能としうることもわかっている。

【図面の簡単な説明】

第１図はコンデンサ装置の部分破断斜視図、第１ム図は
コンデンサ装置のための複数のコンデンサ区分の配列の
一例を示す頂面図、第１１図はコンデンサ区分の配列の
一例を示す底面図、第ＪＯ図は第一ム図及び第１１図に
従って相互接続されたコンデンサ区分の電気回路図、第
２図は本発明の一実施例のコンデンサ区分の横断面図で
ある。 ｌｏ、−ハウジング、／−−・コンデンサ区分、ｔＳ・
・リード線、ｌ参・・金属領域、／６・・端子、ｌγ・
・リード線、ｌ／、ｌ１ｌ−・・箔電極、シバＦＪ　、
？Ｊ、Ｉｎ・・誘電体材料シート 図面の浄書（内容に変可なし） １１１１１ 第３図 手続補正書（方式） ％式％ １、　事件の表示 昭和Ｉツ年特許願第１参ＪＪＪ／　　号２、　発明の名
称 亀カクｙデンナ ３、　補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人 Ｉｉ！−の浄書（内容に変翼なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　第１及び第１０端子を外部へ延長させて有す
   るハウジング内に複数の巻いたコンデンサ区分を備えた
   電力コンデンサであって、咎前記コンデンサ区分は、第
   １及び第１の箔電極と、誼電極の間で各電極の両側の７
   つ以上の誘電体材料シートとを備えており、前記誘電体
   材料は実質的にプラスチックフィルム材料のみからなり
   、前記一対の箔電極は、各々の前記コンデンサ区分内で
   互いに且つ前記誘電体材料シートから横方向にずれてい
   て、前記コンデンサ区分の第１の端で前記誘電体材料シ
   ートの縁から延長じた、前記第１の電極の第１の縁と、
   前記誘電体材料シートのうち一つＯ誘電体材料シート間
   に閉じ込められた前記第１の電極の第１の縁と、前記コ
   ンデンサ区分の第コの端で前記誘電体材料シートの舜か
   ら延長した前記第１の電極の第２の縁と、前記誘電体材
   料シートのうち一つの誘電体材料シート間に閉じ込めら
   れた前記第ｆＩ？電極の１１１Ｊ２）縁とを構成するよ
   う１斤さ０ており・前記第７の電極の前記延長した第１
   の縁及び前記ＩＩＥＪの電極の前記延長した第１の縁は
   前記コンデンサ区分内の前記電極の略々全長にＩつ５延
   びており、前記複数のコンデンサ区分はそれらの端を略
   々整列させた状態で前記ハウジング内で堆積されており
   、各前記コンデンサ区分の内部を含めた前記ハウジング
   内の空間は、液体誘電体含浸材料で略々溝たされており
   、前記コンデンサ区分の前記箔電極を互いに且つ前記端
   子に選択的に接続させる接続装置が設けられ、前記接続
   装置は、前記コンデンサ区分の前記堆積体の端面上に設
   けられ前記電極の残長縁Ｏ実質的部分に接触する連着金
   属領域と、咳溶着金属領域の成るものと前記端子との間
   に接続された導電性１３　。 ド纏とを備えてなる電力コンデンサ。 （２）　　各前記コンデンサ区分の各前記第１及び縞１
   の電極の前記第１の縁は、丸められ滑らかにされてなる
   特許請求の範囲第６項記載の電力コンデンサ。 （３）　　前記第１の縁は、前記箔電極の材料の折一部
   の外面である特許請求の範囲第６項記載の電力コンデン
   サ。 （４）　　前記接続装置の前記溶着金属領域は、前記コ
   ンデンサ区分の端面の３０％乃至ｊｏＸを覆ってなる特
   許請求の範囲第１項又は第１項又は第３項記載の電力コ
   ンデンサ。 （５）　　各前記コンデンサ区分は、／、２！乃至／、
   ＪＹの占積率を有してなる特許請求の範囲第１項乃至第
   参項のいずれか記載の電力コンデンサ。 （６）　　前記誘電体シート材料はポリプロピレンであ
   る特許請求の範囲第７項乃至第１項のいずれか記載の電
   力コンデンサ。 （η　少なくとも７つの前記誘電体材料シートの少なく
   ともｌっの表面は、前記液体誘電体含浸材料の含浸を容
   易とするため粗面化されてなる特許請求の範囲第６項記
   載の電力コンデンサ。 （２）前記液体誘電体含浸材料は、主としてイソプロピ
   ルビフェニール流体からなる特許請求の範囲第１項乃至
   ９５９項のいずれか記載の電力コンデンサ。 ψ）　各前記コンデンサ区分は、その中間部分にて／、
   Ｊ　ｊ乃至／、　Ｊ　ｊの占積率を有し、前記第１の縁
   にてへ／１乃至１．コｊの占積率を有してなる特許請求
   の範囲第参項乃至第を項のいずれか記載の電力コンデン
   サ。