JPWO2013179605A1 - フィルムコンデンサ - Google Patents

Abstract

フィルムコンデンサは、第１と第２の電極層と、第１と第２の電極層の間に配置された誘電体フィルムとを備える。誘電体フィルムは、シンジオタクチック構造のスチレン系重合体を主に含有する。第１の電極層は、複数の第１の小電極部と、複数の第１の小電極部を連結する第１のヒューズとを有する。複数の第１の小電極部のそれぞれの面積を誘電体フィルムの膜厚の三乗で除した値が０．４?１０１３／ｍ以上かつ５．０?１０１３／ｍ以下である。このフィルムコンデンサは高い耐電圧を有する。

Description

本発明は各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車等に使用され、特に、ハイブリッド自動車のモータ駆動用インバータ回路の平滑用、フィルタ用、スナバ等に用いられるフィルムコンデンサに関する。

近年、環境保護の観点から、あらゆる電気機器がインバータ回路で制御され、省エネルギー化、高効率化が進められている。中でも自動車業界においては、電気モータとエンジンで走行するハイブリッド車（以下、ＨＥＶと呼ぶ）が市場導入される等、地球環境に優しく、省エネルギー化、高効率化に関する技術の開発が活発化している。

このようなＨＥＶ用の電気モータは使用電圧領域が数百ボルトと高いため、この電気モータに関連して使用されるコンデンサとして、高耐電圧で低損失の電気特性を有するフィルムコンデンサが注目されている。

フィルムコンデンサは、一般に金属箔を電極に用いるものと、誘電体フィルム上に蒸着等で形成した金属膜を電極に用いるものとに大別される。中でも、蒸着等で形成した金属膜を電極とするフィルムコンデンサは、金属箔のものに比べて電極の占める体積が小さく、小型軽量化が図れる。また、蒸着等で形成した電極層では、絶縁不良を起こした欠陥部の周辺の部分が蒸発・飛散し、コンデンサの機能が回復する、一般にセルフヒーリング性と呼ばれる自己回復機能が得られ、絶縁破壊に対する高い信頼性を有する。電極層は薄いほど蒸発・飛散しやすく、セルフヒーリング性が良くなるため、耐電圧が高くなる。

図７は従来のフィルムコンデンサのコンデンサ素子１の斜視図である。コンデンサ素子１は、誘電体フィルム２と、誘電体フィルム２上に形成された電極層３とをそれぞれ有する形成した一対の金属化フィルム４を有する。一対の金属化フィルム４は夫々の電極層３が誘電体フィルム２を介して対向するように重ね合わせて巻回されている。コンデンサ素子１の両端面には一対の外部電極６が形成されている。

電極層３は複数の小電極部７に分割され、複数の小電極部７間はヒューズ８で連結されている。複数の小電極部７のうちのある小電極部７が短絡して過電流が流れると、この小電極部７と接続されたヒューズ８が溶断してこの小電極部７が他の小電極部７から切り離され、複数の小電極部７全体の絶縁を回復させる。したがって、この動作により容量は若干減少するが、耐電圧を高く保つことが出来る。

誘電体フィルム２として、ポリプロピレンやポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニルサルファイド等の樹脂フィルムが用いられている。しかし、近年、耐熱性を上げるため、新たなフィルム材料として、シンジオタクチック構造のスチレン系重合体が用いられてきている。

シンジオタクチック構造のスチレン系重合体よりなるフィルムを用いた従来のフィルムコンデンサは、例えば、特許文献１に記載されている。

国際公開第２０１１／０６５５８５号

フィルムコンデンサは、第１と第２の電極層と、第１と第２の電極層の間に配置された誘電体フィルムとを備える。誘電体フィルムは、シンジオタクチック構造のスチレン系重合体を主に含有する。第１の電極層は、複数の第１の小電極部と、複数の第１の小電極部を連結する第１のヒューズとを有する。複数の第１の小電極部のそれぞれの面積を誘電体フィルムの膜厚の三乗で除した値が０．４×１０^１３／ｍ以上かつ５．０×１０^１３／ｍ以下である。

図１は実施の形態におけるフィルムコンデンサのコンデンサ素子の斜視図である。 図２は実施の形態におけるコンデンサ素子の電極層の上面図である。 図３は実施の形態におけるフィルムコンデンサの評価結果を示す図である。 図４は実施の形態におけるフィルムコンデンサの評価結果を示す図である。 図５は実施の形態における他のコンデンサ素子の電極層の上面図である。 図６は実施の形態におけるさらに他のコンデンサ素子の電極層の上面図である。 図７は従来のコンデンサ素子の斜視図である。

図１は実施の形態におけるフィルムコンデンサのコンデンサ素子９の斜視図である。コンデンサ素子９は、金属化フィルム５１、５２と外部電極１５Ａ、１５Ｂを備える。金属化フィルム５１は、誘電体フィルム１２と、誘電体フィルム１２上に設けられた電極層１０とを有する。金属化フィルム５２は、誘電体フィルム１３と、誘電体フィルム１３上に設けられた電極層１１とを有する。実施の形態では、電極層１０は正極層であり、電極層１１は負極層であるが、極性はこの逆であってもよく、また、無極性でもよい。誘電体フィルム１２は、面１２Ａと、面１２Ａの反対側の面１２Ｂとを有し、電極層１０は面１２Ａ上に設けられている。誘電体フィルム１３は、面１３Ａと、面１３Ａの反対側の面１３Ｂとを有し、電極層１１は面１３Ａ上に設けられている。電極層１１が誘電体フィルム１２の面１２Ｂ上に位置し、かつ電極層１０が誘電体フィルム１３の面１３Ｂ上に位置するように、金属化フィルム５１、５２が積層されて巻回されている。このように、積層されて巻回されたコンデンサ素子９では、ある層では電極層１０と電極層１１との間に誘電体フィルム１２が配置され、その層に隣り合う層では電極層１０と電極層１１との間に誘電体フィルム１３が配置される。

誘電体フィルム１２、１３はシンジオタクチック構造のスチレン系重合体を主材料として含有する樹脂よりなる。ここで、樹脂の主材料とは、樹脂の５０ｗｔ％以上を占める材料である。

電極層１０と電極層１１のうちの少なくとも一方は、複数の小電極部１４と、複数の小電極部１４を連結する複数のヒューズとを有する。複数の小電極部１４のそれぞれの面積を誘電体フィルム１２、１３の膜厚の三乗で除した値であるＡ値は０．４×１０^１３／ｍ以上５．０×１０^１３／ｍ以下である。

電極層１０、電極層１１は、アルミニウムや亜鉛、マグネシウム、シリコンなどの導電材料や、これらの合金からなる。

誘電体フィルム１２、１３は、シンジオタクチック構造のスチレン系重合体を主な構成成分とする二軸延伸フィルムである。誘電体フィルム１２、１３はスチレン系重合体に加えて、酸化防止剤や非晶性ポリマー、不活性微粒子等の添加剤をさらに含有していてもよい。

シンジオタクチック構造のスチレン系重合体は、炭素−炭素結合から形成される主鎖に対して、側鎖であるフェニル基や置換フェニル基が交互に反対方向に位置する立体構造を有する。

一般にタクティシティーは、同位体炭素による核磁気共鳴法（１３Ｃ−ＮＭＲ法）により定量され、連続する複数個の構成単位の存在割合、例えば２個の場合はダイアッド、３個の場合はトリアッド、５個の場合はペンタッド等によって示すことができる。

実施の形態におけるフィルムコンデンサでは、シンジオタクチック構造のスチレン系重合体とは、ラセミダイアッド（ｒ）で７５％以上、好ましくは８５％以上、あるいはラセミペンタッド（ｒｒｒｒ）で３０％以上、好ましくは５０％以上のシンジオタクティシティーを有するポリスチレン、ポリ（アルキルスチレン）、ポリ（ハロゲン化スチレン）、ポリ（アルコキシスチレン）、ポリ（ビニル安息香酸エステル）、あるいはこれらのベンゼン環の一部が水素化された重合体やこれらの混合物、またはこれらの構造単位を含む共重合体を指称する。

ポリ（アルキルスチレン）としては、ポリ（メチルスチレン）、ポリ（エチルスチレン）、ポリ（プロピルスチレン）、ポリ（ブチルスチレン）、ポリ（フェニルスチレン）、ポリ（ビニルナフタレン）、ポリ（ビニルスチレン）、ポリ（アセナフチレン）等がある。

ポリ（ハロゲン化スチレン）としては、ポリ（クロロスチレン）、ポリ（ブロモスチレン）、ポリ（フロオロスチレン）等がある。

ポリ（アルコキシスチレン）としては、ポリ（メトキシスチレン）、ポリ（エトキシスチレン）等がある。

これらのうち、特に好ましいスチレン系重合体としては、ポリスチレン、ポリ（ｐ−メチルスチレン）、ポリ（ｍ−メチルスチレン）、ポリ（ｐ−ｔ−ブチルスチレン）、ポリ（ｐ−クロロスチレン）、ポリ（ｍ−クロロスチレン）、ポリ（ｐ−フルオロスチレン）、またスチレンとｐ−メチルスチレンとの共重合体が挙げられる。

さらに、スチレン系重合体に共重合成分を含有させて共重合体として使用することもできる。この共重合体において、上述のスチレン系重合体を構成するモノマーに結合させるモノマーとして、エチレン、プロピレン、ブテン、ヘキセン、オクテン等のオレフィンモノマー、ブタジエン、イソプレン等のジエンモノマー、環状ジエンモノマーやメタクリル酸メチル、無水マレイン酸、アクリロニトリル等の極性ビニルモノマー等が挙げられる。

このようなシンジオタクチック構造のスチレン系重合体は、アタクチック構造のスチレン系重合体に比べて耐熱性が格段に優れている。

実施の形態におけるシンジオタクチック構造のスチレン系重合体には、必要に応じて帯電防止剤等の添加剤を適量配合することができる。添加剤の配合量は、スチレン系重合体１００質量部に対して１０質量部以下が好ましい。添加剤の配合量が１０質量部を越えると、延伸時に誘電体フィルム１２、１３の破断を起こしやすくなり、安定して誘電体フィルム１２、１３を生産できなくなる場合がある。

上記スチレン系重合体に添加する酸化防止剤は、一次酸化防止剤が好ましく、そのなかでもフェノール系酸化防止剤が特に好ましい。一次酸化防止剤は、耐腐食性に優れ、絶縁破壊電圧をより高めることができる。

酸化防止剤は、誘電体フィルム１２、１３の質量を基準として０．１質量％以上８．０質量％以下だけ誘電体フィルム１２、１３に含有される。酸化防止剤を上記範囲の含有量で含有することによって、高い絶縁破壊電圧を有する誘電体フィルム１２、１３が得られる。酸化防止剤が少なすぎる場合は、酸化防止剤の添加効果が十分でなく、絶縁破壊電圧が低下し、電気的特性に劣る。他方、酸化防止剤が多すぎる場合は、誘電体フィルム１２、１３中において酸化防止剤が凝集し、絶縁破壊電圧が低くなる場合がある。

また上記スチレン系重合体に配合する非晶性ポリマーは、ガラス転移温度が１３０℃以上の非晶性ポリマーが挙げられる。

非晶性ポリマーとしては、スチレン系重合体のガラス転移温度より高いガラス転移温度を有することが好ましい。スチレン系重合体にこのような非晶性ポリマーを配合すると、スチレン系重合体と非晶性ポリマーの混合体としてのガラス転移温度が高くなり、耐熱性が向上し、かつ高温における絶縁破壊電圧が高くなる。さらに誘電体フィルム１２、１３の熱収縮を抑制できる。非晶性ポリマーとしては、例えばポリフェニレンエーテルが挙げられる。

非晶性ポリマーの含有量は、前述のスチレン系重合体に対し、５．０質量％以上４８質量％以下程度が好ましい。

また実施の形態における誘電体フィルム１２、１３では、上述の非晶性ポリマーの含有量の酸化防止剤の含有量に対する比を５〜３０程度とすることで、電気的特性および耐熱性を高くできる。

実施の形態の誘電体フィルム１２、１３は不活性微粒子を含んでいてもよい。不活性微粒子により誘電体フィルム１２、１３が容易に滑り、巻取りやすくなる。また高い絶縁破壊電圧を保ったまま、誘電体フィルム１２、１３のエアー透過を防止することができる。

不活性微粒子の平均粒径は、０．０５μｍ以上３．０μｍ以下が好ましい。不活性微粒子は、有機系微粒子であってもよいし、無機系微粒子であってもよい。またこれらの混合物であってもよい。

有機系微粒子としては、例えばポリスチレン樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子、アクリル樹脂粒子などが挙げられる。これらの不活性微粒子は球状であることが好ましい。球状のシリコーン樹脂粒子は、上述の非晶性ポリマーとしてポリフェニレンエーテルを用いた際に、相乗効果によってとりわけ耐熱性が高くなる。

また、無機系微粒子としては、炭酸カルシウム粒子、シリカ粒子が挙げられる。無機系微粒子も球状であることが好ましい。

不活性微粒子の含有量は、誘電体フィルム１２、１３が全体で１００質量％とした場合に、５．０質量％以下程度が好ましい。

その他の添加剤としては、例えばアタクチック構造のスチレン系重合体、アイソタクチック構造のスチレン系重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体等の樹脂が挙げられる。これらの樹脂は、シンジオタクチック構造のスチレン系重合体と相溶しやすく、延伸用予備成形体を作製するときの結晶化の制御に有効である。またその後の延伸性が向上し、延伸条件の制御が容易で、かつ力学物性に優れたフィルムを得ることができる。これら樹脂の含有割合は、シンジオタクチック構造のスチレン系重合体１００質量部に対して２０質量部以下が好ましい。

また、誘電体フィルム１２、１３にポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ナイロン６やナイロン６，６等のポリアミド、ポリビニルアルコール等、スチレン系重合体と相溶性の低い樹脂を少量添加してもよい。このような非相溶成樹脂はシンジオタクチック構造のスチレン系重合体中に島状に分散させることができ、延伸後に程良い光沢を与えたり、表面の滑り性を改良したりできる。非相溶性樹脂成分の含有割合は、２０質量部以下が好ましい。誘電体フィルム１２、１３にさらに、帯電防止剤、着色剤、耐候剤等の添加剤を加えることができる。

図７に示す従来のコンデンサ素子１において、シンジオタクチック構造のスチレン系重合体の誘電体フィルム２を用いると、電極層３が飛散しにくくなり、ヒューズ８が切れにくくなる。したがって、耐熱性を向上できる一方で、フィルムコンデンサの耐電圧が低下する。実施の形態におけるコンデンサ素子９は、以下に述べるように、高い耐電圧を有し、かつ長寿命である。

（実施例１）
実施の形態におけるフィルムコンデンサのコンデンサ素子９の実施例１のサンプルを作成した。

電極層１０は、誘電体フィルム１２の面１２Ａに蒸着によって形成されている。電極層１１は、誘電体フィルム１３の面１３Ａに蒸着によって形成されている。電極層１０、電極層１１は誘電体フィルム１２、１３を介して巻回されている。

なお、実施例１では誘電体フィルム１２の一方の面１２Ａと誘電体フィルム１３の一方の面１３Ａに電極層１０、電極層１１をそれぞれ蒸着で形成する。別の方法として、例えば誘電体フィルム１２の面１２Ａに電極層１０を蒸着し、面１２Ｂに電極層１１を蒸着してもよく、この場合には誘電体フィルム１３には電極層は形成されない。さらに、電極層１０と電極層１１のうちの一方を誘電体フィルム１２上に蒸着し、他方は箔で形成してもよい。

実施例１において、電極層１０、電極層１１が形成された誘電体フィルム１２、１３の面１２Ａ、１３Ａの表面粗度Ｒａは４５ｎｍであり、反対側の面１２Ｂ、１３Ｂの表面粗度Ｒａは１５ｎｍである。このように、面１２Ａ、１３Ａの方がそれぞれ面１２Ｂ、１３Ｂよりも表面粗度が大きい。

実施例１では、電極層１０、電極層１１の主成分はアルミニウムである。

実施例１では、コンデンサ素子９の両端に外部電極１５Ａ、１５Ｂが形成されている。外部電極１５Ａ、１５Ｂは、例えばコンデンサ素子９の端部に亜鉛を溶射して形成できる。外部電極１５Ａは電極層１０と電気的に接続され、外部電極１５Ｂは電極層１１と電気的に接続され、それぞれの電極を引き出している。誘電体フィルム１２は幅方向ＤＷに延びて互いに反対側の端部１２Ｃ、１２Ｄを有し、誘電体フィルム１３は幅方向ＤＷに延びて互いに反対側の端部１３Ｃ、１３Ｄを有する。誘電体フィルム１２、１３の端部１２Ｃ、１３Ｄは誘電体フィルム１２、１３について同じ方向に位置し誘電体フィルム１２、１３の端部１２Ｄ、１３Ｃは誘電体フィルム１２、１３について同じ方向に位置する。誘電体フィルム１２の端部１２Ｃは電極層１０の端部１０Ａに一致しており、誘電体フィルム１３の端部１３Ｃは電極層１１の端部１１Ａに一致している。外部電極１５Ａは誘電体フィルム１２、１３の端部１２Ｃ、１３Ｄに設けられており、外部電極１５Ｂは誘電体フィルム１２、１３の端部１２Ｄ、１３Ｃに設けられている。

電極層１０の端部１０Ａに外部電極１５Ａが接続される。端部１０Ａには局部的に膜厚を大きくした低抵抗部１６Ａが形成されている。低抵抗部１６Ａはアルミニウムからなる電極層１０上に亜鉛やアルミニウムなどの金属を蒸着して形成でき、電極層１０より低い抵抗値を有する。

誘電体フィルム１２の端部１２Ｄには電極層１０が形成されておらず、絶縁マージン部１７Ａを構成している。絶縁マージン部１７Ａにより、電極間での絶縁距離を確保できる。

電極層１１も電極層１０と同様に、電極層１１の端部１１Ａに外部電極１５Ｂが接続される。端部１１Ａには局部的に膜厚を大きくした低抵抗部１６Ｂが形成されている。低抵抗部１６Ｂはアルミニウムからなる電極層１１上に亜鉛やアルミニウムなどの金属を蒸着して形成でき、電極層１１より低い抵抗値を有する。

誘電体フィルム１３の端部１３Ｄには電極層１１が形成されておらず、絶縁マージン部１７Ｂを構成している。絶縁マージン部１７Ｂにより、電極間での絶縁距離を確保できる。

図２に誘電体フィルム１２上に形成された電極層１０と誘電体フィルム１３上に形成された電極層１１の上面図である。電極層１０と電極層１１とは互いに対向してコンデンサの容量を形成する有効電極部１０Ｅ、１１Ｅをそれぞれ有する。

電極層１０の有効電極部１０Ｅは、外部電極１５Ａ、１５Ｂ間を結ぶ方向ＤＸにおいて、端部１０Ａ側に位置する大電極部１８と、端部１０Ｂ側に位置する複数の小電極部１４と、大電極部１８と複数の小電極部１４とを接続する複数のヒューズ２０からなる。

複数の小電極部１４は、長さ方向ＤＬと、幅方向ＤＷとにおいてスリット１９によって分離されている。スリット１９には、電極層１０が形成されていない。実施例１では、小電極部１４は、長さ方向ＤＬで二列に配列されている。

図２に示すように、スリット１９によって分離された複数の小電極部１４間と、小電極部１４と大電極部１８との間はヒューズ２０によって電気的に接続されている。ヒューズ２０は電極層１０の一部であり、大電極部１８や小電極部１４と一体に形成されて電極層１０を構成している。

大電極部１８はスリット１９によって区切られていない。有効電極部１０Ｅは全体を複数の小電極部１４によって形成してもよいが、実施例１のように複数の小電極部１４と大電極部１８とを組み合わせてもよい。大電極部１８と小電極部１４とを組み合わせる場合は、大電極部１８を複数の小電極部１４に比べて外部電極１５Ａの近くに配置する。電極層１０の外部電極１５Ａに近い部分には大電流が流れるので、外部電極１５Ａに近い部分の抵抗を下げることで、コンデンサ素子９の発熱を抑制できる。

電極層１１の有効電極部１１Ｅは、方向ＤＸにおいて、端部１１Ａ側に位置する大電極部１８と、端部１１Ｂ側に位置する複数の小電極部１４と、大電極部１８と複数の小電極部１４とを接続する複数のヒューズ２０からなる。

複数の小電極部１４は、長さ方向ＤＬと、幅方向ＤＷとにおいてスリット１９によって分離されている。スリット１９には、電極層１１が形成されていない。実施例１では、小電極部１４は、長さ方向ＤＬで二列に配列されている。

図２に示すように、スリット１９によって分離された複数の小電極部１４間と、小電極部１４と大電極部１８との間はヒューズ２０によって電気的に接続されている。ヒューズ２０は電極層１１の一部であり、大電極部１８や小電極部１４と一体に形成されて電極層１１を構成している。

大電極部１８はスリット１９によって区切られていない。有効電極部１１Ｅは全体を複数の小電極部１４によって形成してもよいが、実施例１のように複数の小電極部１４と大電極部１８とを組み合わせてもよい。大電極部１８と小電極部１４とを組み合わせる場合は、大電極部１８を複数の小電極部１４に比べて外部電極１５Ｂの近くに配置する。電極層１１の外部電極１５Ｂに近い部分には大電流が流れるので、外部電極１５Ｂに近い部分の抵抗を下げることで、コンデンサ素子９の発熱を抑制できる。

電極層１０の複数の小電極部１４は誘電体フィルム１２、１３を介して電極層１１の大電極部１８に対向し、電極層１１の複数の小電極部１４は誘電体フィルム１２、１３を介して電極層１０の大電極部１８に対向する。

実施例１のコンデンサ素子９の誘電体フィルム１２、１３は、上述したとおり、シンジオタクチック構造のスチレン系重合体を主成分として含有し、非晶性ポリマーとしてポリフェニレンエーテルをさらに含有し、不活性微粒子をさらに含有する。

実施例１のサンプルでは、誘電体フィルム１２の面１２Ａ、１２Ｂ間の距離である膜厚ｄ_１は２．０μｍ、２．５μｍ、３．０μｍである。

コンデンサ素子９の１つのサンプルにおいて、複数の小電極部１４の面積は、電極層１０、電極層１１ともに全て実質的に同じである。またサンプルごとに小電極部１４の面積を変えた。

図３は実施の形態におけるフィルムコンデンサのコンデンサ素子９の実施例１の評価結果を示し、夫々のサンプルにおける小電極部１４の長さＬ_１（ｃｍ）、幅Ｗ_１（ｃｍ）、面積Ｓ_１（ｃｍ^２）、誘電体フィルム１２、１３の膜厚ｄ_１（μｍ）と、小電極部１４のそれぞれの面積Ｓ_１を誘電体フィルム１２、１３の膜厚の三乗で除した値であるＡ値と、保安性、寿命特性を示す。保安性とは、複数の小電極部１４のうちの一部の小電極部１４の周囲で絶縁不良を起こした際に、その一部の小電極部１４に接続されているヒューズ２０が動作して溶断し、電極層１０と電極層１１との間の短絡を防ぐ性能を指す。

長さＬ_１は、図１に示す長さ方向ＤＬにおける小電極部１４の長さである。幅Ｗ_１は、幅方向ＤＷにおける小電極部１４の幅である。膜厚ｄ_１は誘電体フィルム１２、１３の膜厚である。

図３において保安性は以下のように定義する。コンデンサ素子９を環境温度１２５℃の条件下で外部電極１５Ａ、１５Ｂ間の電圧をゼロから一定電圧ずつ昇圧し、コンデンサ素子９の初期の容量からの容量の変化が−５０％となるまで電圧を昇圧させた。その後、コンデンサ素子９を解体して目視し、ヒューズ２０が正常に動作したサンプルを「Ｇ」で示し、ヒューズ２０がほぼ正常に動作したが、誘電体フィルム１２、１３の一部に小さな絶縁破壊痕が見られたサンプルを「Ｆ」で示し、誘電体フィルム１２、１３に大きな絶縁破壊痕が見られて電極層１０と電極層１１がショートしたサンプルを「ＮＧ」で示す。

図３において寿命特性は以下のように定義する。コンデンサ素子９を環境温度１２５℃、印加電圧６００Ｖの条件下、２０００時間放置した場合において、容量の減少率が初期の容量の５％以内のサンプルを「Ｇ」で示し、容量の減少率が５％より多く１０％以下のサンプルを「Ｆ」で示し、容量の減少率が１０％より多いサンプルを「ＮＧ」で示す。

図３に示すように、Ａ値が０．４×１０^１３／ｍ未満であるサンプルＮｏ．６、１１では保安性が低い。Ａ値が０．４×１０^１３／ｍであるサンプルＮｏ．１２は保安性が良好となる。またＡ値が０．４×１０^１３／ｍより大きいその他のサンプルにおいても保安性は良好となる。

Ａ値を０．４×１０^１３／ｍより大きくすることで、小電極部１４に印加されるエネルギーでヒューズ２０が安定して動作すると考えられる。誘電体フィルム１２、１３が膜厚ｄ_１と誘電率εを有し、小電極部１４の面積が面積Ｓ_１である場合に、電極層１０と電極層１１との間に印加電圧Ｖが静電容量Ｃを形成する１つの小電極部１４に印加されるエネルギーＥは以下の式によって求めることができる。
Ｅ＝（１／２）・Ｃ・Ｖ^２
Ｃ＝ε・（Ｓ_１／ｄ_１）
Ｅ＝（１／２）・ε・（Ｓ_１／ｄ_１）・Ｖ^２
更に、印加電圧Ｖを、膜厚あたりの電圧（Ｖ／ｄ_１）に置き換え、誘電体フィルム１２、１３の誘電率εと印加電圧Ｖを一定と考えると、小電極部１４に印加されるエネルギーは、小電極部１４の面積Ｓ_１を誘電体フィルム１２、１３の膜厚ｄ_１の三乗で除した値、すなわち上記Ａ値に比例する。

実施例１では、誘電体フィルム１２、１３としてシンジオタクチック構造のポリスチレン系重合体を用い、上記Ａ値を０．４×１０^１３／ｍ以上とすることで小電極部１４が適度な大きさとなり、過剰な電圧が印加された時にヒューズ２０が安定して動作する。その結果、フィルムコンデンサのセルフヒーリング性が高まり、耐電圧を高めることができる。

また、図３に示すように、Ａ値が０．４×１０^１３／ｍ以上５．０×１０^１３／ｍ未満のサンプルＮｏ．１〜３、７〜１０、１２〜１５では、コンデンサ素子９の容量が減少する速度が遅く、寿命が長い。Ａ値が５．０×１０^１３／ｍであるサンプルＮｏ．４では、寿命は比較的長くすることができるが、サンプルＮｏ．１〜３、７〜１０、１２〜１５と比べるとやや寿命が短い。Ａ値が７．５×１０^１３／ｍであるサンプルＮｏ．５では寿命が短く、コンデンサ素子９の容量が早くに減少する。

以上のように、Ａ値を５．０×１０^１３／ｍ以下とすることで、それぞれの小電極部１４が適度な大きさとなり、ヒューズ２０が動作した時に効率よく絶縁が回復され、静電容量に与える影響を低減できる。

またＡ値が０．２×１０^１３／ｍであるサンプルＮｏ．１１では、ヒューズ２０が動作しにくいので、コンデンサ素子９の寿命が短く、容量が早くに減少する。

以上述べたように、実施例１では、Ａ値を０．４×１０^１３／ｍ以上５．０×１０^１３／ｍ以下とすることで、コンデンサ素子９の保安性を高め、かつ高寿命特性を実現できる。また、図３に示すように、Ａ値のこの範囲のうちＡ値が０．４×１０^１３／ｍ以上１．３×１０^１３／ｍ以下であるフィルムコンデンサは比較的寿命特性に優れている。また、Ａ値が３．８×１０^１３／ｍ以上５．０×１０^１３／ｍ以下であるフィルムコンデンサは比較的保安性に優れる。Ａ値が１．３×１０^１３／ｍ以上３．８×１０^１３／ｍ以下であるフィルムコンデンサは寿命特性と保安性の双方がより高いレベルで両立する。

（実施例２）
実施例２では、誘電体フィルム１２、１３の電極層１０、電極層１１を形成する面１２Ａ、１３Ａの表面粗度Ｒａがそれぞれ１５ｎｍ、２０ｎｍ、４５ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍのサンプルを用い、保安性を比較した。

それぞれのサンプルにおける小電極部１４の幅Ｗ_１は２．０ｃｍであい、長さＬ_１は５．０ｃｍであり、面積Ｓ_１は１０ｃｍ^２であり、誘電体フィルム１２、１３の膜厚ｄ_１は２．５μｍである。

図４は各サンプルの保安性を示す。保安性は、実施例１と同様に、以下のように定義する。コンデンサ素子９を環境温度１２５℃の条件下で外部電極１５Ａ、１５Ｂ間の電圧をゼロから一定電圧ずつ昇圧し、コンデンサ素子９の初期の容量からの容量の変化が−５０％となるまで電圧を昇圧させた。その後、コンデンサ素子９を解体して目視し、ヒューズ２０が正常に動作したサンプルを「Ｇ」で示し、ヒューズ２０がほぼ正常に動作したが、誘電体フィルム１２、１３の一部に小さな絶縁破壊痕が見られたサンプルを「Ｆ」で示し、誘電体フィルム１２、１３に大きな絶縁破壊痕が見られて電極層１０と電極層１１がショートしたサンプルを「ＮＧ」で示す。

図４において、実施例１と同様に。寿命特性は以下のように定義する。コンデンサ素子９を環境温度１２５℃、印加電圧６００Ｖの条件下、２０００時間放置した場合において、容量の減少率が初期の容量の５％以内のサンプルを「Ｇ」で示し、容量の減少率が５％より多く１０％以下のサンプルを「Ｆ」で示し、容量の減少率が１０％より多いサンプルを「ＮＧ」で示す。

図４に示すように、誘電体フィルム１２、１３の面１２Ａ、１３Ａの表面粗度Ｒａが２０ｎｍ以上の場合は保安性が良好である。その理由は、表面粗度Ｒａが２０ｎｍ以上の面上に電極層１０、電極層１１を形成することで、誘電体フィルム１２、１３と電極層１０、電極層１１との間に適度な隙間が形成され、ヒューズ２０が飛散し易くなるからと考えられる。以上のように電極層１０、電極層１１が飛散しやすいので、ヒューズ２０が容易に動作し、結果としてフィルムコンデンサの耐電圧を高めることができる。

また誘電体フィルム１２、１３の面１２Ａ、１３Ａの表面粗度Ｒａを１５０ｎｍ未満とすることで、寿命特性を向上できる。表面粗度Ｒａが１５０ｎｍ以上では、誘電体フィルム１２、１３と電極層１０、電極層１１との間の隙間が広くなるので、ヒューズ２０が過度に動作し、寿命特性が低下してくる。

以上より、面１２Ａ、１３Ａの表面粗度Ｒａが２０ｎｍ以上では耐電圧を高くすることができ、表面粗度Ｒａが１５０ｎｍ未満で、寿命特性を向上できる。なお、電極層１０、電極層１１を形成しない誘電体フィルム１２、１３の面１２Ｂ、１３Ｂは平滑な方が好ましい。誘電体フィルム１２、１３の面１２Ａ、１３Ａの表面粗度Ｒａは誘電体フィルム１２、１３に添加する粒子により調整する。粒子の添加は絶縁性能を低下させるため、できるだけ粒子は少ない方がよい。

図５は実施の形態における他のコンデンサ素子１０９の電極層１０と電極層１１１の上面図である。図６は実施の形態におけるさらに他のコンデンサ素子２０９の電極層１１０と電極層１１の上面図である。図５と図６において、図１と図２に示すコンデンサ素子９と同じ部分には同じ参照番号を付す。図１と図２に示すコンデンサ素子９すなわち実施例１、２では、電極層１０、電極層１１の双方が、複数の小電極部１４を備え、これらの小電極部１４の面積を誘電体フィルム１２、１３の膜厚の三乗で除したＡ値を、０．４×１０^１３／ｍ以上５．０×１０^１３／ｍ以下とする。実施の形態におけるコンデンサ素子９では、電極層１０、電極層１１のうちのいずれか一方のみが複数の小電極部１４を備え、これらの小電極部１４の面積を誘電体フィルム１２、１３の膜厚の三乗で除したＡ値を、０．４×１０^１３／ｍ以上５．０×１０^１３／ｍ以下としてもよい。

図５に示すコンデンサ素子１０９では、電極層１１１はスリット１９で分割されておらず、誘電体フィルム１２、１３を介して電極層１０の大電極部１８と複数の小電極部１４とに対向する。電極層１０は複数の小電極部１４を備え、これらの小電極部１４の面積を誘電体フィルム１２、１３の膜厚の三乗で除したＡ値を、０．４×１０^１３／ｍ以上５．０×１０^１３／ｍ以下である。これによってもフィルムコンデンサの耐電圧を高めることができる。

図６に示すコンデンサ素子２０９では、電極層１１０はスリット１９で分割されておらず、誘電体フィルム１２、１３を介して電極層１１の大電極部１８と複数の小電極部１４とに対向する。電極層１１は複数の小電極部１４を備え、これらの小電極部１４の面積を誘電体フィルム１２、１３の膜厚の三乗で除したＡ値を、０．４×１０^１３／ｍ以上５．０×１０^１３／ｍ以下である。これによってもフィルムコンデンサの耐電圧を高めることができる。

本発明によるフィルムコンデンサは、優れた耐電圧を有しており、各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車等に用いられるコンデンサとして好適に採用でき、特に高耐電圧特性が求められる自動車用分野に有用である。

９ コンデンサ素子
１０ 電極層（第１の電極層）
１１ 電極層（第２の電極層）
１２ 誘電体フィルム
１２Ａ 誘電体フィルム１２の面（第１の面）
１２Ｂ 誘電体フィルム１２の面（第２の面）
１３ 誘電体フィルム
１４ 小電極部（第１の小電極部、第２の小電極部）
２０ ヒューズ（第１のヒューズ、第２のヒューズ）

それぞれのサンプルにおける小電極部１４の幅Ｗ_１は２．０ｃｍであり、長さＬ_１は５．０ｃｍであり、面積Ｓ_１は１０ｃｍ^２であり、誘電体フィルム１２、１３の膜厚ｄ_１は２．５μｍである。

図４において、実施例１と同様に、寿命特性は以下のように定義する。コンデンサ素子９を環境温度１２５℃、印加電圧６００Ｖの条件下、２０００時間放置した場合において、容量の減少率が初期の容量の５％以内のサンプルを「Ｇ」で示し、容量の減少率が５％より多く１０％以下のサンプルを「Ｆ」で示し、容量の減少率が１０％より多いサンプルを「ＮＧ」で示す。

図５は実施の形態における他のコンデンサ素子１０９の電極層１０と電極層１１１の上面図である。図６は実施の形態におけるさらに他のコンデンサ素子２０９の電極層１００と電極層１１の上面図である。図５と図６において、図１と図２に示すコンデンサ素子９と同じ部分には同じ参照番号を付す。図１と図２に示すコンデンサ素子９すなわち実施例１、２では、電極層１０、電極層１１の双方が、複数の小電極部１４を備え、これらの小電極部１４の面積を誘電体フィルム１２、１３の膜厚の三乗で除したＡ値を、０．４×１０^１３／ｍ以上５．０×１０^１３／ｍ以下とする。実施の形態におけるコンデンサ素子９では、電極層１０、電極層１１のうちのいずれか一方のみが複数の小電極部１４を備え、これらの小電極部１４の面積を誘電体フィルム１２、１３の膜厚の三乗で除したＡ値を、０．４×１０^１３／ｍ以上５．０×１０^１３／ｍ以下としてもよい。

図６に示すコンデンサ素子２０９では、電極層１００はスリット１９で分割されておらず、誘電体フィルム１２、１３を介して電極層１１の大電極部１８と複数の小電極部１４とに対向する。電極層１１は複数の小電極部１４を備え、これらの小電極部１４の面積を誘電体フィルム１２、１３の膜厚の三乗で除したＡ値を、０．４×１０^１３／ｍ以上５．０×１０^１３／ｍ以下である。これによってもフィルムコンデンサの耐電圧を高めることができる。

Claims (4)

1. 第１の電極層と、
   第２の電極層と、
   前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に配置された誘電体フィルムと、
   を備え、
   前記誘電体フィルムは、シンジオタクチック構造のスチレン系重合体を主に含有し、
   前記第１の電極層は、複数の第１の小電極部と、前記複数の第１の小電極部を連結する第１のヒューズとを有し、
   前記複数の第１の小電極部のそれぞれの面積を前記誘電体フィルムの膜厚の三乗で除した値が０．４×１０^１３／ｍ以上かつ５．０×１０^１３／ｍ以下とした、フィルムコンデンサ。
2. 前記誘電体フィルムは、第１の面と、前記第１の面の反対側の第２の面とを有し、
   前記第１の面は前記第２の面よりも表面粗度が大きく、
   前記第１の電極層は、前記誘電体フィルムの前記第１の面に設けられている、請求項１に記載のフィルムコンデンサ。
3. 前記第２の電極層は、複数の第２の小電極部と、前記複数の第２の小電極部を連結する第２のヒューズとを有する、請求項１に記載のフィルムコンデンサ。
4. 前記複数の第２の小電極部のそれぞれの面積を前記誘電体フィルムの前記膜厚の三乗で除した値が０．４×１０^１３／ｍ以上かつ５．０×１０^１３／ｍ以下とした、請求項３に記載のフィルムコンデンサ。

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