JPWO2019142561A1 - フィルムコンデンサ - Google Patents

Abstract

第１蒸着電極は、フィルム面の長手方向に延びる、電極が存在しない長手方向スリット部によって、フィルム面の幅方向における一方の端部側に設けられる端部電極と、端部電極以外の部分である中央部電極とに分割され、中央部電極は、長手方向スリット部からフィルム面の他方の端部側へと延びる幅方向スリット部によって、フィルム面の長手方向に並ぶ複数の分割電極に分割される。また、各分割電極は、長手方向スリット部に設けられたヒューズパターンを介して端部電極と接続されている。さらに、第２蒸着電極は、分割されていない電極とされる。そして、第１蒸着電極は、第２蒸着電極よりも膜抵抗値が高くされる。

Description

本発明は、フィルムコンデンサに関する。

従来、アルミニウム等の金属からなる膜状の電極を有する２枚の誘電体フィルムを、互いに重ね合せた状態で巻回することにより形成されるフィルムコンデンサが知られている。このようなフィルムコンデンサでは、誘電体フィルムの一部に絶縁破壊が生じた場合に、この絶縁破壊がフィルムコンデンサの短絡に繋がってしまう虞がある。

そこで、このようなフィルムコンデンサにおいて、一方の誘電体フィルムにおいて、膜状の電極を、誘電体フィルムの長手方向に延びる第１スリット部により、端部側の端部電極と中央部側の中央部電極とに分割し、さらに、中央部電極を、第１スリット部から誘電体フィルムの幅方向に延びる第２スリット部により、長手方向に並ぶ複数の分割電極に分割し、これら分割電極と端部電極とを第１スリット部に設けたヒューズ部で接続するような構成が採られ得る。この構成では、誘電体フィルムの一部に絶縁破壊が生じると、絶縁破壊が生じた部分に対応する分割電極に大きな電流が流れ、この分割電極に設けられたヒューズ部が溶断する。これにより、フィルムコンデンサの短絡が防止される。

このようなフィルムコンデンサの一例が、たとえば、特許文献１に記載されている。

特開平３−３４５１３号公報

フィルムコンデンサは、数々の用途に用いられるが、その使用環境等によっては、誘電体フィルムの絶縁破壊等に対して、より高い保安性が求められる場合が生じ得る。

そこで、本発明は、保安性が向上し得るフィルムコンデンサを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係るフィルムコンデンサは、各フィルムの片側のフィルム面または一方のフィルムの両側のフィルム面である第１フィルム面および第２フィルム面にそれぞれ第１電極および第２電極を有する２つのフィルムを、互いに重ねた状態で巻回または積層することにより形成されるコンデンサ本体と、前記コンデンサ本体の両端面に形成される２つの端面電極と、を備える。ここで、前記第１電極は、前記第１フィルム面の長手方向に延びる、電極が存在しない第１スリット部によって、前記第１フィルム面の幅方向における一方の端部側に設けられる端部電極と、当該端部電極以外の部分である中央部電極とに分割され、前記中央部電極は、前記第１スリット部から前記第１フィルム面の他方の端部側へと延びる第２スリット部によって、前記第１フィルム面の長手方向に並ぶ複数の分割電極に分割される。また、前記各分割電極は、前記第１スリット部に設けられたヒューズ部を介して前記端部電極と接続されている。さらに、前記第２電極は、分割されていない電極とされる。そして、前記第１電極は、前記第２電極よりも膜抵抗値が高くされる。

本発明によれば、保安性が向上し得るフィルムコンデンサを提供することができる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１（ａ）は、実施の形態に係る、フィルムコンデンサの斜視図であり、図１（ｂ）は、実施の形態に係る、図１（ａ）のＡ−Ａ´線で切断された、フィルムコンデンサの縦断面図である。 図２（ａ）は、実施の形態に係る、第１フィルムおよび第２フィルムの一部が巻回された状態のコンデンサ本体の平面図である。図２（ｂ）は、実施の形態に係る、ヒューズパターンの部分で幅方向に切断されたコンデンサ本体の断面図であり、図２（ｃ）は、実施の形態に係る、ヒューズパターンのない部分で幅方向に切断されたコンデンサ本体の断面図である。 図３（ａ）ないし（ｄ）は、変更例に係る、コンデンサ本体について説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

本実施の形態において、第１端面電極３０および第２端面電極４０が、特許請求の範囲に記載の「端面電極」に対応する。また、第１フィルム１００および第２フィルム２００が、特許請求の範囲に記載の「フィルム」に対応する。さらに、フィルム面１００ａが、特許請求の範囲に記載の「第１フィルム面」に対応する。さらに、長手方向スリット部１０２が、特許請求の範囲に記載の「第１スリット部」に対応する。さらに、幅方向スリット部１０３が、特許請求の範囲に記載の「第２スリット部」に対応する。さらに、フィルム面２００ａが、特許請求の範囲に記載の「第２フィルム面」に対応する。さらに、第１蒸着電極３００が、特許請求の範囲に記載の「第１電極」に対応する。さらに、第２蒸着電極４００が、特許請求の範囲に記載の「第２電極」に対応する。さらに、ヒューズパターン３０４が、特許請求の範囲に記載の「ヒューズ部」に対応する。

ただし、上記記載は、あくまで、特許請求の範囲の構成と実施の形態の構成とを対応付けることを目的とするものであって、上記対応付けによって特許請求の範囲に記載の発明が実施の形態の構成に何ら限定されるものではない。

図１（ａ）は、本実施の形態に係る、フィルムコンデンサ１の斜視図であり、図１（ｂ）は、本実施の形態に係る、図１（ａ）のＡ−Ａ´線で切断された、フィルムコンデンサ１の縦断面図である。

フィルムコンデンサ１は、コンデンサ本体１０と、外装フィルム２０と、第１端面電極３０と、第２端面電極４０とを備える。フィルムコンデンサ１は、断面が長円である扁平な円柱形状に形成される。

コンデンサ本体１０は、蒸着電極が形成された２枚の誘電体フィルムを重ねた状態で巻回することにより構成される。コンデンサ本体１０の詳細な構成については、追って説明する。

外装フィルム２０は、コンデンサ本体１０の外周面に複数回（複数ターン）巻かれる。これにより、コンデンサ本体１０の外周面は、複数層の外装フィルム２０で被覆され、コンデンサ本体１０の傷つき、破損などが防止される。外装フィルム２０の材質として、たとえば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン・ナフタレート（ＰＥＮ）などを挙げることができる。

第１端面電極３０および第２端面電極４０は、それぞれ、コンデンサ本体１０の第１端面１１および第２端面１２に、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム等の金属を溶射することにより形成される。第１端面電極３０および第２端面電極４０には、フィルムコンデンサ１から電気を引き出すため、バスバー、リード線などの引き出し端子（図示せず）が接続される。

次に、コンデンサ本体１０の構成について、詳細に説明する。

図２（ａ）は、本実施の形態に係る、第１フィルム１００および第２フィルム２００の一部が巻回された状態のコンデンサ本体１０の平面図である。図２（ｂ）は、本実施の形態に係る、ヒューズパターン３０４の部分で幅方向に切断されたコンデンサ本体１０の断面図であり、図２（ｃ）は、本実施の形態に係る、ヒューズパターン３０４のない部分で幅方向に切断されたコンデンサ本体１０の断面図である。

コンデンサ本体１０は、第１フィルム１００と、第２フィルム２００と、第１蒸着電極３００と、第２蒸着電極４００とを含む。

第１フィルム１００と第２フィルム２００は、第１フィルム１００が外側（下側）となり、第２フィルム２００が内側（上側）となるように重ねられた状態で巻回される。第１フィルム１００および第２フィルム２００は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン・ナフタレート（ＰＥＮ）などの樹脂材料からなる透明な誘電体フィルムである。第１フィルム１００と第２フィルム２００は、ほぼ等しい幅寸法を有する。

第１フィルム１００の一方（上側）のフィルム面１００ａには、その幅方向における一方の端に、その長手方向に延びる第１絶縁マージン部１０１が形成される。第１フィルム１００のフィルム面１００ａと同じ方向を向く第２フィルム２００の一方（上側）のフィルム面２００ａには、その幅方向における第１フィルム１００の一方の端とは反対側の端に、その長手方向に延びる第２絶縁マージン部２０１が形成される。第１絶縁マージン部１０１および第２絶縁マージン部２０１は、金属、即ちアルミニウム含有層が蒸着されていないマージン部分である。

第１蒸着電極３００は、アルミニウム含有層であり、第１フィルム１００のフィルム面１００ａに膜状に形成される。アルミニウム含有層は、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウムとマグネシウム等の金属との合金の蒸着により形成される。なお、アルミニウムとの合金となる金属には、亜鉛が含まれないことが望ましい。第１蒸着電極３００は、第１フィルム１００における幅方向の第１絶縁マージン部１０１側の端とは反対の端まで形成され、第１端面電極３０と接続される。

第１フィルム１００のフィルム面１００ａには、第１蒸着電極３００における第１絶縁マージン部１０１側と反対側の端部の領域に、その長手方向に延びる、アルミニウム含有層が蒸着されていない（電極が存在しない）長手方向スリット部１０２が形成される。第１蒸着電極３００は、長手方向スリット部１０２によって、第１フィルム１００の他方の端部側に設けられる端部電極３０１と、端部電極３０１以外の部分である中央部電極３０２とに分割される。また、フィルム面１００ａには、その長手方向に所定の間隔を置いて第１蒸着電極３００をその幅方向に横切る、アルミニウム含有層が蒸着されていない（電極が存在しない）幅方向スリット部１０３が形成される。幅方向スリット部１０３は、幅方向に対して傾くように、長手方向スリット部１０２から第１絶縁マージン部１０１に亘って形成される。中央部電極３０２は、複数の幅方向スリット部１０３によって、フィルム面１００ａの長手方向に並ぶ複数個の分割電極３０３に分割される。

各分割電極３０３と端部電極３０１との間には、長手方向スリット部１０２に架け渡されるようにして、ヒューズパターン３０４が形成される。即ち、各分割電極３０３は、ヒューズパターン３０４を介して端部電極３０１と接続される。ヒューズパターン３０４のパターン幅は、たとえば、０．５ｍｍ程度に設定される。

第２蒸着電極４００は、第１蒸着電極３００と同様のアルミニウム含有層であり、第２フィルム２００のフィルム面２００ａに膜状に形成される。第２蒸着電極４００は、フィルム面２００ａの幅方向および長手方向に分割されることなく連続するように形成される。即ち、第２蒸着電極４００は、分割されない電極とされる。

第２蒸着電極４００は、第２フィルム２００における幅方向の第２絶縁マージン部２０１側の端とは反対の端まで形成され、その反対の端に存在する第１蒸着電極３００の端部には、その部分の厚みが他の部分の厚みよりも大きくされることによりヘビーエッジ部４０１が形成される。ヘビーエッジ部４０１の端面が、第２端面電極４０と接続される。

第２フィルム２００に第２蒸着電極４００が形成される場合、まず、全体が一定の厚さに形成される。次に、ヘビーエッジ部４０１となる部分に、さらに、アルミニウム等が蒸着されて、その部分の厚みが大きくされる。この際、第２蒸着電極４００は、ヘビーエッジ部４０１となる部分以外の部分がマスク用金属板で覆われ、アルミニウム等が蒸着されないようにされる。しかしながら、マスク用金属板と第２蒸着電極４００との間には、製造上、隙間が生じるため、蒸着されるアルミニウム等がヘビーエッジ部４０１となる部分の近傍にはみ出す。これにより、第２蒸着電極４００におけるヘビーエッジ部４０１の近傍部４０２では、ヘビーエッジ部４０１に向かって徐々に厚みが大きくなる。

コンデンサ本体１０は、第１蒸着電極３００と第２蒸着電極４００とが重なり合う有効電極領域Ｒ１と、有効電極領域Ｒ１から第１蒸着電極３００および第２蒸着電極４００の幅方向において外れる非有効電極領域Ｒ２とを含む。有効電極領域Ｒ１は、フィルムコンデンサ１の容量に寄与する。

図２（ｂ）および（ｃ）に示すように、第１蒸着電極３００の厚みＴ１は、第２蒸着電極４００の厚みＴ２よりも小さくされる。これにより、第１蒸着電極３００の膜抵抗値は、第２蒸着電極４００の膜抵抗値よりも高くなる。また、第１蒸着電極３００では、端部電極３０１の厚みが、各分割電極３０３および各ヒューズパターン３０４の厚みと略等しくされる。即ち、端部電極３０１には、第２蒸着電極４００のヘビーエッジ部４０１と同様なヘビーエッジ部が形成されない。

フィルムコンデンサ１の通電時に、第１フィルム１００および第２フィルム２００の一部に絶縁破壊が発生する場合がある。絶縁破壊が発生すると、発生した部分に対応する分割電極３０３に異常となる大きな電流が流れ、この分割電極３０３に設けられたヒューズパターン３０４が溶断あるいは飛散する。これにより、フィルムコンデンサ１が短絡に至りにくくなる。

ここで、第１蒸着電極３００は、第２蒸着電極４００よりも厚みが小さくされることで、第２蒸着電極４００よりも膜抵抗値が高くされている。これにより、ヒューズパターン３０４は、その膜抵抗値が高くなって感度が良くなり、分割電極３０３に異常電流が生じたときに溶断あるいは飛散しやすくなる。よって、本実施の形態によれば、フィルムコンデンサ１の短絡が、より一層生じにくくなるため、フィルムコンデンサ１の保安性を向上させることができる。

また、第２蒸着電極４００には、第２端面電極４０に接続される端部に、ヘビーエッジ部４０１が形成されているので、第２蒸着電極４００と第２端面電極４０とを強固に接続することができる。これにより、フィルムコンデンサ１の通電時（充放電時）に、大きな電流が流れても、第２蒸着電極４００と第２端面電極４０との接続が外れにくい。よって、第２蒸着電極４００と第２端面電極４０との接続が外れた部分で発熱が生じ、その熱で第１フィルム１００および第２フィルム２００が破損してしまう、ということを防止でき、耐電流性の向上が図れる。

さらに、第１蒸着電極３００の端部電極３０１には、ヘビーエッジ部が形成されていない。このため、第２蒸着電極４００におけるヘビーエッジ部４０１の近傍部４０２の厚みがヘビーエッジ部４０１の形成の影響を受けて大きくなったのと同様に、端部電極３０１の近傍部であるヒューズパターン３０４の厚みが大きくなる、というようなことが生じない。よって、ヒューズパターン３０４の膜抵抗値を十分に高くでき、ヒューズパターン３０４の感度を十分に高くできる。

＜変更例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、また、本発明の適用例も、上記実施の形態の他に、種々の変更が可能である。

たとえば、上記実施の形態では、第２蒸着電極４００にヘビーエッジ部４０１が形成され、第１蒸着電極３００にはヘビーエッジ部が形成されない。しかしながら、図３（ａ）に示すように、第１蒸着電極３００の端部電極３０１にヘビーエッジ部３０５が形成されてもよい。この場合、ヘビーエッジ部３０５の形成の影響を受け、ヒューズパターン３０４は、ヘビーエッジ部３０５側の部分の厚みが少し大きくなり、膜抵抗値が少し高くなる。このため、上記実施の形態よりも、ヒューズパターン３０４の感度が低くなり得る。その反面、ヘビーエッジ部３０５が形成されることで、第１蒸着電極３００と第１端面電極３０との接続が強固となるので、耐電流性の向上が期待できる。

また、上記実施の形態では、第１フィルム１００の一方（上側）のフィルム面１００ａに第１蒸着電極３００が形成され、第２フィルム２００の一方（上側）のフィルム面２００ａに第２蒸着電極４００が形成された。しかしながら、図３（ｂ）に示すように、第２フィルム２００の一方（上側）のフィルム面２００ａに第２蒸着電極４００が形成され、第２フィルム２００の他方（下側）のフィルム面２００ｂに第１蒸着電極３００が形成されてもよい。この場合、フィルム面２００ｂが、特許請求の範囲に記載の「第１フィルム面」に対応する。また、図３（ｃ）に示すように、第２フィルム２００の一方（上側）のフィルム面２００ａに第１蒸着電極３００が形成され、第２フィルム２００の他方（下側）のフィルム面２００ｂに第２蒸着電極４００が形成されてもよい。この場合、フィルム面２００ａが、特許請求の範囲に記載の「第１フィルム面」に対応し、フィルム面２００ｂが、特許請求の範囲に記載の「第２フィルム面」に対応する。これら図３（ｂ）および（ｃ）の変更例では、第２フィルム２００の幅寸法が第１フィルム１００の幅寸法より大きくされる。さらに、図３（ｄ）に示すように、第１フィルム１００の一方（上側）のフィルム面１００ａに第２蒸着電極４００が形成され、第２フィルム２００の一方（上側）のフィルム面２００ａに第１蒸着電極３００が形成されてもよい。この場合、フィルム面２００ａが、特許請求の範囲に記載の「第１フィルム面」に対応し、フィルム面１００ａが、特許請求の範囲に記載の「第２フィルム面」に対応する。なお、これら図３（ｂ）ないし（ｄ）の変更例において、図３（ａ）の変更例と同様、第１蒸着電極３００の端部電極３０１にヘビーエッジ部３０５が形成されてもよい。

さらに、上記実施の形態では、第１蒸着電極３００と第２蒸着電極４００は、それら厚みが変えられることにより、それらの膜抵抗値が変えられた。しかしながら、第１蒸着電極３００と第２蒸着電極４００は、これら電極を構成する金属の種類が変えられることにより、それらの膜抵抗値が変えられてもよい。

さらに、上記実施の形態では、コンデンサ本体１０が、第１フィルム１００と第２フィルム２００とが巻回されることにより構成されるが、これに限られない。即ち、図１（ａ）ないし図２（ｃ）において、第１フィルム１００および第２フィルム２００が巻回された状態のコンデンサ本体１０に替えて、第１フィルム１００および第２フィルム２００が交互に積層された状態のコンデンサ本体１０としてもよい。その場合、便宜上、第１端面電極３０と第２端面電極４０間を結ぶ方向を幅方向、これに垂直な方向を長手方向とする。

この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

本発明は、各種電子機器、電気機器、産業機器、車両の電装等に使用されるフィルムコンデンサに有用である。

１ フィルムコンデンサ
１０ コンデンサ本体
３０ 第１端面電極（端面電極）
４０ 第２端面電極（端面電極）
１００ 第１フィルム（フィルム）
１００ａ フィルム面（第１フィルム面）
１０２ 長手方向スリット部（第１スリット部）
１０３ 幅方向スリット部（第２スリット部）
２００ 第２フィルム（フィルム）
２００ａ フィルム面（第２フィルム面）
３００ 第１蒸着電極（第１電極）
３０１ 端部電極
３０２ 中央部電極
３０３ 分割電極
３０４ ヒューズパターン（ヒューズ部）
４００ 第２蒸着電極（第２電極）
４０１ ヘビーエッジ部

本発明の態様に係るフィルムコンデンサは、第１フィルムおよび第２フィルムを、互いに重ねた状態で巻回または積層して構成されるコンデンサ本体と、前記コンデンサ本体の両端面にそれぞれ形成される第１端面電極と第２端面電極と、を備える。前記第１フィルムの一方の主面である第１フィルム面に第１電極が形成され、前記第１フィルムの他方の主面、または、前記第２フィルムの一方の主面である第２フィルム面に第２電極が形成される。ここで、前記第１電極は、前記第１フィルム面の長手方向に延びる第１スリット部によって、前記第１フィルム面の幅方向における一方の端部側に設けられる端部電極と、当該端部電極以外の部分である中央部電極とに分割され、前記中央部電極は、前記第１スリット部から前記第１フィルム面の他方の端部側へと延びる第２スリット部によって、前記第１フィルム面の長手方向に並ぶ複数の分割電極に分割される。また、前記複数の分割電極のそれぞれは、前記第１スリット部に設けられたヒューズ部を介して前記端部電極と接続されている。さらに、前記第２電極は、分割されていない。そして、前記第１電極は、前記第２電極よりも膜抵抗値が高い。

本実施の形態において、第１端面電極３０および第２端面電極４０が、特許請求の範囲に記載の「第１端面電極」および「第２端面電極」にそれぞれ対応する。また、第１フィルム１００および第２フィルム２００が、特許請求の範囲に記載の「第１フィルム」および「第２フィルム」にそれぞれ対応する。さらに、フィルム面１００ａが、特許請求の範囲に記載の「第１フィルム面」に対応する。さらに、長手方向スリット部１０２が、特許請求の範囲に記載の「第１スリット部」に対応する。さらに、幅方向スリット部１０３が、特許請求の範囲に記載の「第２スリット部」に対応する。さらに、フィルム面２００ａが、特許請求の範囲に記載の「第２フィルム面」に対応する。さらに、第１蒸着電極３００が、特許請求の範囲に記載の「第１電極」に対応する。さらに、第２蒸着電極４００が、特許請求の範囲に記載の「第２電極」に対応する。さらに、ヒューズパターン３０４が、特許請求の範囲に記載の「ヒューズ部」に対応する。

外装フィルム２０は、コンデンサ本体１０の外周面に複数回（複数ターン）巻かれる。これにより、コンデンサ本体１０の外周面は、複数層の外装フィルム２０で被覆され、コンデンサ本体１０の傷つき、破損などが防止される。外装フィルム２０の材質として、たとえば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などを挙げることができる。

第１フィルム１００と第２フィルム２００は、第１フィルム１００が外側（下側）となり、第２フィルム２００が内側（上側）となるように重ねられた状態で巻回される。第１フィルム１００および第２フィルム２００は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの樹脂材料からなる透明な誘電体フィルムである。第１フィルム１００と第２フィルム２００は、ほぼ等しい幅寸法を有する。

Claims (3)

1. 各フィルムの片側のフィルム面または一方のフィルムの両側のフィルム面である第１フィルム面および第２フィルム面にそれぞれ第１電極および第２電極を有する２つのフィルムを、互いに重ねた状態で巻回または積層することにより形成されるコンデンサ本体と、
   前記コンデンサ本体の両端面に形成される２つの端面電極と、を備え、
   前記第１電極は、前記第１フィルム面の長手方向に延びる、電極が存在しない第１スリット部によって、前記第１フィルム面の幅方向における一方の端部側に設けられる端部電極と、当該端部電極以外の部分である中央部電極とに分割され、
   前記中央部電極は、前記第１スリット部から前記第１フィルム面の他方の端部側へと延びる第２スリット部によって、前記第１フィルム面の長手方向に並ぶ複数の分割電極に分割され、
   前記各分割電極は、前記第１スリット部に設けられたヒューズ部を介して前記端部電極と接続されており、
   前記第２電極は、分割されていない電極とされ、
   前記第１電極は、前記第２電極よりも膜抵抗値が高い、
   ことを特徴とするフィルムコンデンサ。
2. 請求項１に記載のフィルムコンデンサにおいて、
   前記第２電極は、前記端部電極側の端部とは反対側の端部に、当該端部以外の部分よりも厚みが大きなヘビーエッジ部を有し、
   前記第１電極の前記端部電極が、一方の前記端面電極に接続され、前記第２電極の前記ヘビーエッジ部が、他方の前記端面電極に接続される、
   ことを特徴とするフィルムコンデンサ。
3. 請求項２に記載のフィルムコンデンサにおいて、
   前記端部電極は、前記中央部電極および前記ヒューズ部と厚みが略等しい、
   ことを特徴とするフィルムコンデンサ。

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