WO2006109732A1

WO2006109732A1 - 金属化フィルムコンデンサ及びこれを用いたケースモールド型コンデンサ並びにインバータ回路及び車両駆動用モータの駆動回路

Info

Publication number: WO2006109732A1
Application number: PCT/JP2006/307467
Authority: WO
Inventors: Hiroki Takeoka; Toshiharu Saito; Toshihisa Miura; Takeshi Imamura; Yoshinari Nagata
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2006-10-19
Also published as: EP2851914B1; US7911765B2; EP1868217A1; US20080310075A1; EP1868217A4; EP2851914A3; EP2851914A2

Abstract

　広範囲の温度領域で安定した性能を発揮することができる金属化フィルムコンデンサを提供する。断面形状が小判形に形成され、かつ、この小判形の長径の寸法が６０ｍｍ以上の金属化フィルムコンデンサにおいて、一対の金属化フィルム（１０３）の幅方向にずらす寸法となるオフセット（１０７）を１．２ｍｍ以上に設定する。金属蒸着電極（１０２）と端面に形成されるメタリコン電極（１０６）との接合状態が安定するため、使用温度範囲が広くなって熱応力が大きくなっても、メタリコン電極（１０６）と誘電体フィルム（１０１）の接触状態は安定に保たれ、tanδを良好に維持し優れた性能を維持することができる。

Description

明細書

金属化フィルムコンデンサ及びこれを用いたケースモールド型コンデンサ並びにインバータ回路及び車両駆動用モータの駆動回路

技術分野

[0001] 本発明は各種電気機器用、産業用、電力用等に使用され、特に車載用として最適な金属化フィルムコンデンサ及びこれを用、たケースモールド型コンデンサ並びにィンバータ回路及び車両駆動用モータの駆動回路に関するものである。

背景技術

[0002] 近年、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という）が市場に導入される等、地球環境に優しい技術の開発が活発に進んでいる。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。このため、このような電気モータに使用されるコンデンサとしては、耐電圧が高ぐ電気特性が優れる金属化フィルムコンデンサが用いられて、る。

[0003] 図 14Aはこの種の従来の金属化フィルムコンデンサの構成を示した展開斜視図である。図 14Bは同誘電体フィルムの一部の断面図である。

[0004] 図 14Aに示すように、誘電体フィルム 410はたとえばポリプロピレン（PP)力成り、その一主面には金属蒸着電極 411を形成して、る。誘電体フィルム 410の幅方向の一端側の長手方向には誘電体フィルム 410の露出部分である非金属蒸着部 412を形成する。こうした構成によって金属化フィルムを形成する。この金属化フィルムを一対で用い、金属蒸着電極 411が誘電体フィルム 410を介して対向するように卷回し、両端面に亜鉛を溶射したメタリコン電極 413を形成することにより構成されている。

[0005] なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、日本特許公開特開平 4— 163042号公報及び特開 2005— 93761号公報が知られている。

[0006] し力しながら上記従来の金属化フィルムコンデンサでは、一般的な静電容量の範囲が 0. l〜50 /z F、使用温度範囲が— 10°C〜 + 75°C程度であるのに対し、 HEV 用として要求される静電容量は数百/ z F以上、使用温度範囲は— 40°C〜 + 90°C以上であり、そのままでは使用できなヽと、う不具合が生じる。 [0007] また、金属化フィルムコンデンサの 1素子当たりの静電容量は百数十 μ F程度であるため、数百 F以上の静電容量を得るためには、金属化フィルムコンデンサを複数個並列に接続すればよいが、素子の数が増えればコストの上昇や信頼性の低下を招くという不具合があった。

[0008] 1つの素子の静電容量を大幅にアップして数百 μ Fにすることができれば素子数を減らすことができ、 HEV用の金属化フィルムコンデンサを安定して安価に作製することが可能になる。

[0009] なお、上記金属化フィルムコンデンサの静電容量 Cは、 C= ε X (SZd)で表される

( ε；誘電率、 S ;電極面積、 d;電極間距離)。

[0010] 耐電圧特性等力誘電体であるフィルムの厚さが決まっている場合、静電容量を増やすためには電極面積を増やすこと、すなわち金属化フィルムを多く使用する必要がある。この場合には当然のことながら素子の形状を大きくしなければならない。素子の形状が大きくなると、熱膨張と収縮による変位量が大きくなり、また、車載用における保証温度範囲は一般用のそれに比べて 45°C以上も広いため、熱膨張と収縮による変位量はさらに大きくなる。

[0011] 一般的に、金属化フィルムコンデンサは、比較的熱収縮が小さいメタリコン電極と、比較的熱収縮が大きい有機物系の誘電体フィルム力も構成されている。このため、メタリコン電極とフィルムの接触部分が最も熱応力を受けやすい。従って、コンデンサの形状が大きくなり、さらに使用温度範囲が広くなると熱応力が大きくなるため、メタリコン電極とフィルムの接触状態はさらに劣化する。この劣化によりコンデンサの電気特性の一つである電気損失 (tan δ )が悪ィ匕してしまうものであった。なお、一般的に t an δの増加は、初期値に対して 50%以下が望まれている。

[0012] また、この種の金属化フィルムコンデンサには、 1素子あたりの容量を大きくすることに加え、使用される機器あるいは電源部の小型化やプリント基板上の搭載面積等の制約から、小型薄型化が強く要望されている。すなわち大容量ィ匕を図り、かつ、限られたスペース内にコンデンサを収容するためには、素子のさらなる扁平化を図らなければならない。

[0013] 図 15は、同じ容量のコンデンサ素子を高さと奥行きが同じケース内に収納する場合の体積効率を試算したものである。コンデンサ素子の断面形状が丸形 (S1)のものを複数個、小判形 (S2)のものを複数個、小判形をさらに大型化、扁平ィ匕して 1個で構成した大型小判形 (S3)のもの、大径に卷回したものを切断し、これを 2個にした積層形 (S4)のものをそれぞれ示す。図 15から明らかなように符合 S3で示した大型小判形が最も素子の体積効率 (97%)がよいことが分かる。なお、素子の体積効率のみを考えると、方形のフィルムを積層した積層コンデンサが限りなく 100%に近い体積効率を得ることができる。しかし、薄膜フィルムを積層し、これを切断して大型の積層コンデンサを作製することは容易ではない。また、耐圧に課題があると共に単位厚みあたりの耐電圧を思うように大きくとれな、ことも分力つて！/、る。

[0014] し力しながら、上記符号 S3で示した大型小判形のコンデンサ素子を作製するには、大型の円形のコンデンサ素子を作製し、これを扁平に加工して作製する方法が最も量産に適した方法である。この場合には卷芯の強度が大きな問題となり、卷芯の材料の厚みが厚くて強度が強過ぎると卷回した後に図示しない卷芯保持治具を抜き取る際に抜きにくくなる。

[0015] さらに、図 16に示すように、扁平にカ卩ェするのが難しいと共に加工後に卷芯 400C が元に戻ろうとして方向 400Dに向力つてコンデンサ素子に膨れが発生するといぅ不具合が生じる。

[0016] また逆に、卷芯の材料の厚みが薄くて強度が弱すぎると卷回した後に図示しない卷芯保持治具を抜き取る際に卷芯の一部が卷芯保持治具と共に移動して図 17に示すようにコンデンサ素子の端面 400Tから、はみ出す部 400Qが生じる。さらに加工後には図 18に示すようにコンデンサ素子が方向 400Dに向力つて元に戻ろうとするのに伴い卷芯 400Cにしわ 400Wが発生する等、扁平にカ卩ェした後のコンデンサ素子の強度が弱くなり、希望する形状を維持できないという不具合が生じる。

[0017] また、金属化フィルムコンデンサは、単体では耐湿性が低、ため、これを解決すベくコンデンサ素子をケース内に収納し、このケース内に榭脂を注型したケースモールド型コンデンサが開発され、実用化されている。大容量化等が要求される場合、複数のコンデンサ素子を並列接続したケースモールド型コンデンサが開発され、実用化されている。発明の開示

[0018] 本発明は、大容量で小型薄型化を図って体積効率を向上させ、し力も生産性、信頼性に優れた金属化フィルムコンデンサを提供するものである。また、広範囲の温度領域で安定した性能を発揮することができる金属化フィルムコンデンサ及びこれを用いたケースモールド型コンデンサ、インバータ回路、車両駆動用モータの駆動回路を提供するものである。

[0019] 本発明の金属化フィルムコンデンサは、たとえばポリプロピレン力もなる有機高分子材料力なる誘電体フィルムに幅方向の一端側に誘電体フィルムの露出部分となる非金属蒸着部が長手方向に連続して残るようにして金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを、非金属蒸着部が互いに逆方向になるように構成する。また、誘電体フィルムを幅方向に広がるように所定の寸法をずらした状態で一対の金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向するように卷回または積層することにより断面形状が直線部と曲線部とを有する小判形に形成され、両端面にそれぞれ電極を形成した金属化フィルムコンデンサにおいて、断面形状が小判形の長径の寸法を aとし、同短径の寸法を bとした場合、長径 aが 60〜： LOOmm未満の場合に幅方向にずらす寸法を 1. 2 mm以上とする。また、長径 aが 100〜120mm未満の場合に同幅方向にずらす寸法を 1. 3mm以上とし、長径 aが 120mm以上の場合に同幅方向にずらす寸法を 1. 4 mm以上としたものである。

[0020] 本発明に力かる金属化フィルムコンデンサは、一対の金属化フィルムの幅方向にずらす寸法を大きくしたことにより、金属蒸着電極と端面に形成される電極との接合状態が安定に保持されるため、使用温度範囲が広くなつて熱応力が仮に大きくなつたとしても、メタリコン電極とフィルムの接触状態を安定状態に保つことができ、 tan δの悪化を抑止し、優れた電気的性能を維持することができる。

[0021] また、本発明に力かる金属化ポリプロピレンフィルムコンデンサは、長径 aが 60mm 以上とし、また、比率 aZb、すなわち扁平率を 3以上とし、かつ、金属化フィルムを構成する誘電体フィルムの厚みの 3〜10倍厚いポリプロピレンフィルムを 5〜10ターン卷回した卷芯を用い、この卷芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法を 14mm以下としたものである。 [0022] 以上のように本発明による金属化フィルムコンデンサは、断面が小判形に形成されたコンデンサ素子の扁平率を大きくし、かつ大容量ィ匕を図っても、卷芯の強度を最適な値に設定することが可能になる。このため、大容量で小型薄型化を図って体積効率を向上させ、しカゝも生産性、放熱性、信頼性に優れた金属化フィルムコンデンサを実現することができるという効果が得られるものである。

[0023] また、本発明は、少なくとも一つの金属化フィルムコンデンサ素子を、外部接続用の端子部を一端に設けたバスバーで接続し、これをケース内に収容して少なくともバスバーの端子部を除いて榭脂モールドしたケースモールド型コンデンサである。

[0024] また、本発明はケースモールド型コンデンサ並びにインバータ回路及び車両駆動用モータの駆動回路に金属化フィルムコンデンサを適用するものである。

図面の簡単な説明

[0025] [図 1]図 1は、本発明の実施の形態 1にかかる金属化フィルムコンデンサの構成を示す断面図である。

[図 2A]図 2Aは、本発明の実施の形態 1にかかる金属化フィルムコンデンサに使用される金属化フィルムを示す平面図である。

[図 2B]図 2Bは、本発明の実施の形態 1にかかる金属化フィルムコンデンサに使用される金属化フィルムを示す平面図である。

[図 3]図 3は、本発明の実施の形態 1にかかる金属化フィルムコンデンサの構造を示す斜視図である。

[図 4]図 4は、本発明の実施の形態 1にかかる金属化フィルムコンデンサの熱衝撃試験による tan δの変化率を示す特性図である。

[図 5]図 5は本発明の実施の形態 1にかかる金属化フィルムコンデンサの熱衝撃試験による tan δの変化率を示す特性図である。

[図 6]図 6は、本発明の実施の形態 1にかかる金属化フィルムコンデンサの熱衝撃試験による tan δの変化率を示す特性図である。

[図 7Α]図 7Αは、本発明の実施の形態 2にかかる金属化フィルムコンデンサ素子を構成するコンデンサ素子の正面図である。

[図 7Β]図 7Βは、本発明の実施の形態 2にかかる金属化フィルムコンデンサ素子を構成するコンデンサ素子の同斜視図である。

[図 8A]図 8Aは、本発明の実施の形態 2にかかる実施例 1により作製されたコンデンサ素子の断面図である。

[図 8B]図 8Bは、本発明の実施の形態 2にかかる実施例 2により作製されたコンデンサ素子の断面図である。

[図 8C]図 8Cは、本発明の実施の形態 2にかかる実施例 4により作製されたコンデンサ素子の断面図である。

[図 8D]図 8Dは、本発明の実施の形態 2にかかる実施例 6により作製されたコンデンサ素子の断面図である。

[図 9]図 9は、本発明の実施の形態 2により作製されたコンデンサ素子の体積効率と素子中心のリプル発熱の関係を示す特性図である。

[図 10A]図 10Aは本発明の実施の形態 2にかかる金属化フィルムコンデンサに用いる卷芯の構成を示す斜視図である。

[図 10B]図 10Bは本発明の実施の形態 2にかかる金属化フィルムコンデンサに用いる卷芯の構成を示す斜視図である。

[図 11]図 11は、本発明の実施の形態 3にかかるケースモールド型コンデンサの構成を示す斜視図である。

[図 12]図 12は、本発明の実施の形態 3にかかるケースモールド型コンデンサのモールド前の斜視図である。

[図 13]図 13は、本発明の実施の形態 3にかかるケースモールド型コンデンサのモールド前の斜視図である。

[図 14A]図 14Aは従来の金属化フィルムコンデンサの構成を示す展開斜視図である

[図 14B]図 14Bは従来の金属化フィルムコンデンサの構成を示す誘電体フィルムの断面図である。

[図 15]図 15は、従来のコンデンサ素子の形状による体積効率を試算するための概念図である。

[図 16]図 16は、従来のコンデンサ素子の膨れ現象を示す正面図である。 [図 17]図 17は、従来のコンデンサ素子の卷芯はみ出し現象を示す平面図である。

[図 18]図 18は、従来のコンデンサ素子の卷芯に発生したしわを示す正面図である符号の説明

101 誘電体フィルム

102 金属蒸着電極

103, 206 金属化フィルム

104 マージン部

105 スリット

106 メタリコン電極

107 オフセット

201 金属化フィルムコンデンサ素子

201a P極電極

201b N極電極

202 Pg/くスノ^;一

202a, 203a 半田付け部

202b P極端子

203 N極ノスノー

203b N極端子

204 ケース

205, 304, 305 卷芯

305a ヒートシール部

a 長径

b 短径

発明を実施するための最良の形態

(実施の形態 1)

図 1は本発明の実施の形態 1にかかる金属化フィルムコンデンサの構成を示す断面図、図 2A,図 2Bは金属化フィルムコンデンサに使用される金属化フィルムを示す平面図、図 3は同金属化フィルムコンデンサの構造を示す斜視図である。 [0028] 図 1〜図 3において、有機高分子材料の 1つであるたとえばポリプロピレンからなる誘電体フィルム 101の表面に金属蒸着電極 102がたとえば真空蒸着により形成されている。これにより金属化フィルム 103が構成されている。誘電体フィルム 1の表面には金属蒸着電極 102の非形成部であるマージン部 104を設ける。マージン部 104は誘電体フィルム 101上の一端側に、長手方向に連続して形成されたものである。また、金属蒸着電極 102を形成せずに誘電体フィルム 101を露出させたスリット 105が設けられている。スリット 105は誘電体フィルム 101上の幅方向にほぼ等間隔で形成されることによって分割電極を形成している。

[0029] なお、図 2Aにはスリット 105により金属蒸着電極 102が区切られ、その長手方向が接続されているのに対し、図 2Bにはスリット 105により長手方向が分割されたものを示す。また、図 2A,図 2Bにはマージン部 104が形成されたものを示す。

[0030] 図 1に示したメタリコン電極 106は素子の両端面にそれぞれ亜鉛金属を溶射することにより形成される。オフセット 107は金属化フィルム 103をマージン部 104が互いに逆方向になるようにして複数枚を重ね合わせる際のずらし量を示す。オフセット 107 を設けることにより絶縁性を確保するようにして、る。

[0031] そして、このように重ね合わせた金属化フィルム 103を卷回した後、断面形状が直線部と曲線部を有する小判形になるように押し潰すことにより、図 3に示すような形状に成形する。図 3には断面形状が小判形の長径 a、同短径 bを示す。このようにして金属化フィルムコンデンサが構成されている。以下、具体的な実施例について説明する。

[0032] (実施例 1)

実施例 1においては、厚さ 3. 1 μ mのポリプロピレン（ΡΡ)の金属化フィルム 103を用いて、静電容量が 120 /z F、断面形状が小判形の長径 aが 62mm、同短径 bが 16 mmの金属化フィルムコンデンサを作製した。なお、この素子を構成する金属化フィルム 103のずらし量となるオフセット 107 (図 1参照）は 1. 2mmとし、金属化フィルム 1 03は幅方向が完全に分割されて！ヽな、図 2Aに示すタイプを採用した。

[0033] こうして作製した金属化フィルム 103にリード端子を接続して金属化フィルムコンデンサを作製し、これを PPS榭脂 (東ソ一社製サスティール; P— 60、ガラス繊維 40% 含有)製のケースに入れて、エポキシ榭脂（サンュレック社製; EC285)で封止することにより、ケースモールド型コンデンサを作製した。

[0034] (実施例 2)

実施例 2は実施例 1において、オフセット 107 (図 1参照）を 1. 5mmとした。それ以外は実施例 1と同様のものを作製した。

[0035] (実施例 3)

実施例 3は、実施例 1において、オフセット 107を 1. Ommとした。それ以外は実施例 1と同様のもの作製した。

[0036] (実施例 4)

実施例 4は、厚さ 3. 1 μ mのポリプロピレン（ΡΡ)の金属化フィルム 103を用いて、静電容量が 250 F、断面形状が小判形であって、その長径 aが 100mm、同短径 b が 21mmの金属化フィルムコンデンサを作製した。なお、オフセット 107は 1. 4mmとし、金属化フィルム 103は幅方向が完全に分割されていない図 2Aのタイプを採用した。

[0037] こうして作製した金属化フィルム 103にリード端子を接続して金属化フィルムコンデンサを作製し、これを PPS榭脂 (東ソ一社製サスティール; P— 60、ガラス繊維 40% 含有)製のケースに入れて、エポキシ榭脂（サンュレック社製; EC285)で封止することにより、ケースモールド型コンデンサを作製した。

[0038] (実施例 5)

実施例 5は、オフセット 107を 1. 8mmとした。それ以外は実施例 4と同様のものを作製した。

[0039] (実施例 6)

実施例 6は、実施例 4において、オフセット 107を 1. 3mmにし、かつ、金属化フィルム 103として、図 2Bに示した金属蒸着電極の幅方向をスリット 105で 15mm幅に分割したものを用いた。それ以外は実施例 4と同様のものを作製した。

[0040] (実施例 7)

実施例 7は、実施例 4において、オフセット 107を 1. 2mmにした。それ以外は実施例 4と同様のものを作製した。 [0041] (実施例 8)

実施例 8では、厚さ 3. 1 μ mのポリプロピレン（ΡΡ)の金属化フィルム 103を用いて、静電容量が 320 /z F、断面形状が小判形の長径 aが 120mm、同短径 bが 22mmの金属化フィルムコンデンサを作製した。なお、この素子を構成する金属化フィルム 10 3のずらし量となるオフセット 107は 1. 5mmとし、金属化フィルム 103は幅方向が完全に分割されてヽな、図 2Aのタイプを採用した。

[0042] 金属化フィルム 103にリード端子を接続して金属化フィルムコンデンサを作製し、これを PPS榭脂 (東ソ一社製サスティール； P— 60、ガラス繊維 40%含有)製のケースに入れて、エポキシ榭脂（サンュレック社製; EC285)で封止することにより、ケースモ一ルド型コンデンサを作製した。

[0043] (実施例 9)

実施例 9は、実施例 8において、金属化フィルム 103として、図 2Bに示した金属蒸着電極の幅方向をスリット 105で 15mm幅に分割したものを用いた。それ以外は実施例 8と同様のものを作製した。

[0044] (実施例 10)

実施例 10は、実施例 8において、金属化フィルム 103のずらし量となるオフセット 107を 1. 3mmにした。それ以外は実施例 8と同様のものを作製した。

[0045] (比較例 1)

比較例 1は、本発明のケースモールド型コンデンサを比較するための従来の構成のものである。比較例 1は金属化フィルムのずらし量となるオフセット 107を 1. Omm にし、かつ、長径 aを 46mmとし、同短径 bを 23mmとした。それ以外は実施例 1と同様のものを作製した。

[0046] このようにして得られた実施例 1〜10及び比較例 1の金属化フィルムコンデンサを熱衝撃試験にかけ、 tan δの変化率を求めた結果を図 4〜図 6に示す。なお、熱衝撃試験は、— 40°C〜 + 95°Cの温度を各 2時間で 1サイクルとし、試験数は 3個とし、それらの平均値で示した。

[0047] 図 4〜図 6から明らかなように、実施例 1は、 tan δの変化率は 1000サイクルの試験後であっても小さぐ初期値に対して 20%以下である。 [0048] また、オフセット 107を大きくした実施例 2では、 tan δの変化率は 1000サイクルの試験した後であっても 10%以下であり、オフセット 107を大きくしたことにより、 tan δ の変化率が小さくなつて、ることが分かる。

[0049] これに対して、オフセット 107が小さい実施例 3では、 tan δの変化率が約 50%と大きくなり、また、長径側の寸法が短い比較例 1においては、 tan δの変化は殆ど認められないことが分かる。

[0050] また、実施例 4では、 1000サイクルの試験した後の tan δの変化率は初期値に対して約 35%である。また、オフセット 107を大きくした実施例 5では、 1000サイクルの試験した後の tan δの変化率は約 15%となる。また、小判形に形成されたメタリコン電極の長径側の長さが長い場合には、オフセット 107を大きくすることにより良好な結果が得られることが分かる。

[0051] tan δの増大の一つの要因として、メタリコン電極と誘電体フィルムのコンタクト強度が低下しても、長径方向に金属蒸着電極が繋がっていることが考えられる。実施例 6 では、金属蒸着電極を幅方向のスリットにより分割しているため、メタリコン電極と誘電体フィルムのコンタクトの劣化部分が切り離されるために _tan δの増大が抑えられており、また、オフセット 107が小さい実施例 7では、 1000サイクル後の tan δの変化率は約 150%と大きくなつていることが分かる。

[0052] また、実施例 8では、 1000サイクルの試験した後の tan δの変化率は初期値に対して約 35%である。実施例 9では、金属蒸着電極の幅方向をスリット 105により分割しているため、メタリコン電極と誘電体フィルムのコンタクトの劣化部分が切り離されるために tan δの増大が抑えられており、また、オフセット 107が小さい実施例 10では、 1 000サイクルの試験後の tan δの変化率は約 150%と大きくなつていることが分かる。

[0053] 以上のように本発明に力かる金属化フィルムコンデンサは、断面形状が小判形に形成され、かつ、この小判形の断面の長径 aが 60mm以上の金属化フィルムコンデンサにお、て、一対の金属化フィルムの幅方向にずらす寸法となるオフセット 107を大きくしたことにより、金属蒸着電極と端面に形成されるメタリコン電極との接合状態が安定する。このため、使用温度範囲が広くなつて熱応力が大きくなつても、メタリコン電極と誘電体フィルムの接触状態は安定状態を保ち、 tan δが増大することもなぐ優れた性能を維持することができるようになる。

[0054] 従って、このように構成された本発明による金属化フィルムコンデンサを用いてケースモールド型コンデンサを構成し、さらには、このケースモールド型コンデンサをインバータ回路の平滑用や、車両駆動用モータの駆動回路の平滑用に用いることにより、その性能を遺憾なく発揮することができるようになるものである。

[0055] なお、実施の形態 1にお!/、ては、金属化フィルムコンデンサの断面形状が小判形であるとして説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなぐ断面形状が楕円形や円形であっても同様の効果が得られる。

[0056] また、誘電体フィルムとしてポリプロピレン（PP)フィルムを用いて説明した力本発明はこれに限定されるものではない。ポリエチレンテレフタレートフィルムやポリスチレンサルファイドフィルム等の有機高分子材料力もなる誘電体フィルム等であってもよい。

[0057] また、誘電体フィルム上に形成する金属蒸着電極の例としては、アルミニウムと亜鉛、アルミニウム、銀と亜鉛、またはこれらを組み合わせてもよい。

[0058] また、メタリコン電極として溶射する金属の例としては、亜鉛と錫の合金の他に、亜鉛を主体とした合金であれば他の合金であってもよい。

[0059] (実施の形態 2)

以下、実施の形態 2について説明する。

[0060] 図 7A及び図 7Bは金属化フィルムコンデンサ素子 201を構成するコンデンサ素子を示したそれぞれ正面図と斜視図である。図 7A,図 7Bには、卷芯 205、ポリプロピレンカなる誘電体フィルム上に金属蒸着電極を形成した金属化フィルム 206が示されて、る。卷芯 205を図示しな、卷芯保持治具で保持した状態でその外表面に金属化フィルム 206を卷回し、卷回した後に図示しない卷芯保持治具を卷芯 205から抜き取ることによりコンデンサ素子が構成されているものである。

[0061] なお、実施の形態 2にかかるコンデンサ素子は、図 7Aに示すように円柱状に卷回した後、図 7Bに示すように、図中の上方向 UCR,下方向 DCR力潰し力卩ェを行つて扁平ィ匕したものである。

[0062] 図 10A、図 10Bは本発明の実施の形態 2にかかる金属化フィルムコンデンサに用、る卷芯の構成を示した斜視図であり、図 10Aはヒートシール部が設けられて!/ヽな!ヽ卷芯を示し、図 10Bはヒートシール部を設けた卷芯を示したものである。

[0063] 図 10A,図 10Bにおいて、卷芯 304, 305は金属化フィルムを形成する誘電体フィルムと同じ材料であるポリプロピレンフィルムを用いて、その厚みを誘電体フィルムの 3〜10倍の厚みとし、これを 5〜 10ターン卷回して構成したものである。図 10Bでは終端部分を溶着することにより形成したヒートシール部 305aを設けたものである。以下、具体的な実施例について説明する。

[0064] (実施例 1 1)

卷芯フィルムの厚みが 10. 5 /z mのポリプロピレンフィルムを 10ターン卷回し、終端部分を溶着してヒートシール部を設けた卷芯を作製した。このコンデンサ素子の外観と、 90°C、 600V、 30Arms通電時の寿命試験で容量減少 5%に達する時間を測定して評価した結果を卷芯の仕様と併せて、以下に説明する各実施例と共に表 1に示す。

[0065] [表 1]

90°C,600V,

巻芯から

巻さ、ヒ-ト 30 Arms通電総タ-ン素子外周

実施フムシ-ル a 時の寿命試口数 a/b 面までの

例厚み部の (mm) 外観験で容量減判

(回）寸法

(μπι) 少 5%に到達定 b/2(mm}

する時間 (h)

1-1 10.5 10 有 150 5 78.4 7.8 〇 4500 〇

1-2 12 8 有 150 5 78.4 7.8 〇 4700 〇

1-3 18 8 有 150 5 78.4 7.8 〇 5300 〇

1-4 35 5 有 150 5 78.4 7.8 〇 4500 〇

△巻芯

1-5 18 8 150 5 78.4 7.8 付近し 3900 Δ わ発生

ス ¾ ^サ

1-6 3 30 有 150 5 78.4 7.8 部はみ 2500 X 出し

△素子

1-7 38 5 有 150 5 78.4 7.8 3500 Δ 膨れ小

2-1 18 8 有 150 3.5 65.9 9.4 〇 5400 〇

X素子

2-2 100 1 有 150 3.5 65.9 9.4 2200 X 膨れ大

3-1 18 8 有 150 3 61.2 10.2 〇 5400 〇

X素子

3-2 100 1 有 150 3 61.2 10.2 2300 X 膨れ大

X素子

3-3 250 1 150 3 61.2 10.2 2200 X 膨れ大

[0066] (実施例 1 2)

厚み 12 μ mのポリプロピレンフィルムを 8ターン卷回した。それ以外は実施例 1 1 と同様のものを作製した。

[0067] (実施例 1 3)

厚み 18 μ mのポリプロピレンフィルムを 8ターン卷回した。それ以外は実施例 1 1 と同様のものを作製した。

[0068] (実施例 1 4)

厚み 35 μ mのポリプロピレンフィルムを 5ターン卷回した。それ以外は実施例 1 1 と同様のものを作製した。

[0069] (実施例 1 5)

厚み 18 μ mのポリプロピレンフィルムを 8ターン卷回した。ヒートシール部を設けなかった。それ以外は実施例 1—1と同様のものを作製した。

[0070] (実施例 1 6)

厚み 3 μ mのポリプロピレンフィルムを 30ターン卷回した。それ以外は実施例 1 1 と同様のものを作製した。

[0071] (実施例 1 7)

厚み 38 μ mのポリプロピレンフィルムを 5ターン卷回した。それ以外は実施例 1 1 と同様のものを作製した。

[0072] (実施例 2— 1)

厚み 18 μ mのポリプロピレンフィルムを 8ターン卷回し、終端部分を溶着してヒートシール部を設けた卷芯を作製した。この卷芯を用いて上記実施例 2と同様のコンデンサ素子を作製した。

[0073] (実施例 2— 2)

厚み 100 μ mのポリプロピレンフィルムを 1ターン卷回した。それ以外は実施例 2— 1と同様のものを作製した。

[0074] (実施例 3— 1)

厚み 18 μ mのポリプロピレンフィルムを 8ターン卷回し、終端部分を溶着してヒートシール部を設けた卷芯を作製した。この卷芯を用いて上記実施例 3と同様のコンデンサ素子を作製した。

[0075] (実施例 3— 2)

厚み 100 μ mのポリプロピレンフィルムを 1ターン卷回した。それ以外は実施例 3— 1と同様のものを作製した。

[0076] (実施例 3— 3)

厚み 250 μ mのポリプロピレンフィルムを 1ターン卷回した。ヒートシール部を設けな力つた以外は実施例 3— 1と同様のものを作製した。

[0077] 表 1から明らかなように、卷芯を構成するポリプロピレンフィルムの厚みが 3 μ mと薄 V、ものを用いた実施例 1 6の場合には、卷芯の強度が弱すぎるために卷芯保持治具を抜き取る際に卷芯の一部が卷芯保持治具と共に移動してはみ出してしまい、外観に支障をきたすだけでなぐ容量減少率も大きなものとなる。 [0078] また、卷芯を構成するポリプロピレンフィルムの厚みが 18 μ mのものを用いた実施例 1 5の場合でも、終端部分を溶着しな!、（ヒートシール部を設けな、)場合には、卷芯の強度が低いために、卷芯にしわが発生して外観に支障をきたすだけではなく、容量減少率も大きくなる。

[0079] 一方、卷芯を構成するポリプロピレンフィルムの厚みが 38 μ mと厚、ものを用いた実施例 1 7の場合には、卷芯の強度が強すぎるために、扁平加工した後に元に戻ろうとして膨れが発生した。また、外観に支障をきたすだけでなぐ容量減少率も大きなものとなる。さらに、ポリプロピレンフィルムの厚さを 100 m、 250 /z mと厚くした実施例 2— 2、実施例 3— 2、実施例 3— 3のものは、この現象が顕著に現れた。

[0080] 以上の結果から、実施の形態 2にかかる金属化フィルムコンデンサに用いる卷芯は、金属化フィルムを構成する誘電体フィルム厚みの 3〜10倍程度厚くしたポリプロピレンフィルムを 5〜 10ターン卷回して構成するのが最も好ましいことが分力る。

[0081] また、このようにして構成された卷芯の終端部を溶着してヒートシール部を設けることは、卷芯の強度が向上するために好ましい。さらに、このヒートシール部に複数の凹部を設けることにより、より安定した強度が得られるために、より好ましいものとなる。

[0082] また、誘電体フィルムに形成した金属蒸着電極に分割電極を設け、この分割電極をヒューズで並列接続することにより構成される自己保安機能を設けることにより、さらなる高性能化を図った金属化フィルムコンデンサを実現することができるものである。

[0083] このように本発明に力かる金属化フィルムコンデンサは、大容量で小型薄型化を図つて体積効率を向上させ、し力も生産性、信頼性に優れるという格別の効果を奏するため、大容量ィ匕の際にはコンデンサ素子数を削減してデッドスペースを減少させることが可能になるば力りでなぐ半田付け点数を削減することができるために、工数を削減してコストダウンを実現することも可能になるものである。

[0084] (実施の形態 3)

図 11は本発明の実施の形態 3にかかるケースモールド型コンデンサの構成を示した斜視図である。図 12と図 13は同モールドを行う前の斜視図である。図 11〜図 13 において、断面形状が小判形に形成された金属化フィルムコンデンサ素子 201はポリプロピレン力なる誘電体フィルム力成り、その片面または両面に金属蒸着電極を形成した一対の金属化フィルムを誘電体フィルムを介して対向するように卷回している。金属化フィルムコンデンサ素子 201の両端面に亜鉛を溶射したメタリコン電極を形成することによって P極電極 201aと N極電極 201bをそれぞれ設けて構成されている。

[0085] 錫めつき銅板製の P極バスバー 202は金属化フィルムコンデンサ素子 201の P極電極 20 la側に接合された舌片状の半田付け部 202aは P極バスバー 202の一端に設けられて、る。外部接続用の P極端子 202bは P極バスバー 202から引き出すように設けられて、る。 P極バスバー 202は板状の基材を打ち抜き加工した平板状に構成されている。

[0086] 錫めつき銅板製の N極バスバー 203は N極電極 201b側に接合されている、舌片状の半田付け部 203aは N極バスバー 203の一端に設けられている。外部接続用の N 極端子 203bは N極バスバー 203から引き出すように設けられている。このように N極バスバー 203は板状の基材を打ち抜き加工した後に、金属化フィルムコンデンサ素子 201の周面と接する主要平面部の一端から舌片状の半田付け部 203aを、他端から N極端子 203bを、それぞれ反対方向に折り曲げた階段状に構成されて!、るものである。

[0087] 榭脂製のケース 204は P極バスバー 202と N極バスバー 203が接合されて連結された金属化フィルムコンデンサ素子 201を収納する。 P極バスバー 202と N極バスバー 203が接合されてケース 204内に収納された金属化フィルムコンデンサ素子 201は、 P極端子 202bと N極端子 203bがケース 204の同一辺から隣接して表出した状態で図示しないモールド榭脂によってモールドされることにより構成されるものである。

[0088] 以下実施の形態 3にかかる具体的な実施例について説明する。

[0089] (実施例 1)

厚み 3 μ m、幅 80mmのポリプロピレンからなる誘電体フィルムを用いて構成した金属化フィルムを用い、卷芯力コンデンサ素子の外周面までの寸法が 7. 8mmとなるように卷芯上に卷回して静電容量が Fのコンデンサ素子を作製した。続いて、これを扁平カ卩ェしてコンデンサ素子の断面形状が小判形の長径 aが 78. 4mm,同短径 bが 15. 6mmとなるようにして、扁平率 aZbが約 5. 0、コンデンサ素子の体積効率が 95. 7%となるようにした（図 8A参照)。これをバスバーと接続し、 PPS榭脂 (東ソ一社製サスティール; P— 60、ガラス繊維 40%含有)製のケースに入れて、エポキシ榭脂（サンュレック社製; EC285)で封止することにより、ケースモールド型コンデンサを作製した。

[0090] このケースモールド型コンデンサコンデンサに、バスバーから、周波数 10kHzの正弦波電流 30Armsを通電し、コンデンサ素子の中心部におけるリプル発熱 ΔΤ(Κ) を測定した結果をコンデンサ素子の仕様と併せて、以下に説明する各実施例と共に表 2に示す。

[0091] [表 2]

[0092] (実施例 2)

卷芯力コンデンサ素子の外周面までの寸法を 9. 4mm、コンデンサ素子断面の長径 aを 65. 9mm、同短径 bを 18. 8mmとすることにより、扁平率 aZbが約 3. 5、コンデンサ素子の体積効率が 93. 3%となるようにした。それ以外は実施例 1と同様のものを作製した（図 8B参照)。

[0093] (実施例 3) 卷芯力コンデンサ素子の外周面までの寸法を 10. 2mm、コンデンサ素子断面の長径 aを 61. 2mm、同短径 bを 20. 4mmとすることにより、扁平率 aZbが 3. 0、コンデンサ素子の体積効率が 91. 8%となるようにした。それ以外は実施例 1と同様のものを作製した。

[0094] (実施例 4)

卷芯力コンデンサ素子の外周面までの寸法を 11. 3mm、コンデンサ素子断面の長径 aを 55. 6mm、同短径 bを 22. 6mmとすることにより、扁平率 a/b力 ^約 2. 5、コンデンサ素子の体積効率が 90. 7%となるようにした。それ以外は実施例 1と同様のものを作製した（図 8C参照)。

[0095] (実施例 5)

卷芯力コンデンサ素子の外周面までの寸法を 14. Omm、コンデンサ素子断面の長径 aを 46. 8mm、同短径 bを 28. Ommとすることにより、扁平率 a/b力 ^約 1. 7、コンデンサ素子の体積効率が 83. 4%となるようにした。それ以外は実施例 1と同様のものを作製した。

[0096] (実施例 6)

卷芯力コンデンサ素子の外周面までの寸法を 15. lmm、コンデンサ素子断面の長径 _aを 44. 3mm、同短径 bを 30. 2mmとすることにより、扁平率 aZbが約 1. 5、コンデンサ素子の体積効率が 80. 0%となるようにした。それ以外は実施例 1と同様のものを作製した（図 8D)。

[0097] (実施例 7)

誘電体フィルムの厚みを 3. 5 m、卷芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法を 10. Omm,コンデンサ素子の断面形状が小判形の長径 aを 82. 7mm、同短径 bを 20. Ommとすることにより、扁平率 aZbが約 4. 2、コンデンサ素子の体積効率が 52 . 3%となるようにした。それ以外は実施例 1と同様のものを作製した。

[0098] (実施例 8)

誘電体フィルムの厚みを 4 μ m、卷芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法を 13 . 4mm、コンデンサ素子断面の長径 aを 80. 2mm、同短径 bを 26. 8mmとすることにより、扁平率 aZbが約 3. 0、コンデンサ素子の体積効率が 31. 0%となるようにした。それ以外は実施例 1と同様のものを作製した。なお。コンデンサ素子の体積効率は数 1で表される。

[0099] [数 1] 体積効率素子部の麵積

a_n x b_n a_n x b_n

^ ：実施例こょる断面積

実施例《による断面積

[0100] また、図 8A〜図 8Dは上記実施例 1、実施例 2、実施例 4、実施例 6により作製されたコンデンサ素子の断面図、図 9は上記各実施例によって得られたコンデンサ素子の体積効率とコンデンサ素子中心部のリプル発熱の関係を示した特性図である。

[0101] 表 2及び図 9から明らかなように、扁平カ卩ェしたコンデンサ素子の長径 aと同短径 b の比率である扁平率 aZbが大きくなるにつれてコンデンサ素子中心部のリプル発熱も小さくなつていることが分かる。また、卷芯カもコンデンサ素子の外周面までの寸法力 S小さいほどコンデンサ素子中心部のリプル発熱が小さいことも分かる。これは、発熱はコンデンサ素子の中心部が一番高いため、卷回した誘電体フィルムの総厚みを薄くすれば発熱を抑えることができることを示唆している。

[0102] また、実施例 7、実施例 8は誘電体フィルムの厚みが厚くなつたことにより体積効率が低下しており、特に実施例 8においては体積効率（31%)の低下が著しいことが分かる。

[0103] このように実施の形態 3に力かる金属化フィルムコンデンサは、誘電体フィルムの厚みを 3. 以下、扁平率 aZbを 3. 0以上とした場合に、コンデンサ素子中心部のリプル発熱を小さく抑えることができるものである。

[0104] このように本発明による金属化フィルムコンデンサは、小型薄型化ならびに大容量化を同時に図ることができるようになるものである。

[0105] また、本発明は小型薄型化と大容量ィ匕を両立できることに伴い、デッドスペースの削減や有効活用が可能になり、これにより従来は実現することが容易ではな力つた、種類が異なる金属化フィルムコンデンサ素子を同一ケース内に収容することも可能になるものである。そして、この種類が異なる金属化フィルムコンデンサ素子として最も効果が大きいものの 1つ力平滑用コンデンサとノイズ除去用コンデンサの組み合わせである。さらにこれらの種類が異なる金属化フィルムコンデンサ素子を同一バスバ一を用いて接続することにより、さらなる小型化と低コストィ匕を図ることができるようになるという格別の効果を奏するものである。なお、上記ノイズ除去用コンデンサとは、サージ電圧を吸収するスナバコンデンサ、またはラジオ周波数帯域のノイズを除去するコモンモードコンデンサ (Y型コンデンサ）等を意味するものである。

産業上の利用可能性

[0106] 本発明に力かる金属化フィルムコンデンサは、使用温度範囲が広くなつて熱応力が大きくなつても、メタリコン電極と誘電体フィルムの接触状態は安定状態を保ち、 tan δ が悪ィ匕することもなく、優れた性能を維持することができるようになると、う効果を有し、特に、車載用のインバータ回路の平滑用、車両駆動用モータの駆動回路の平滑用等として有用である。

[0107] また、本発明に力かるケースモールド型コンデンサは、小型薄型化と大容量化を同時に実現できるという効果を有し、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等として有用である。

[0108] また、本発明による金属化フィルムコンデンサは、小型薄型化を図って体積効率を向上させ、かつ大容量化も実現できるという効果を有し、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等として有用であるので、その産業上の利用可能 ¾は高い。

Claims

請求の範囲

[1] 有機高分子力なる誘電体フィルムに幅方向の一端側に誘電体フィルムの露出部分となる非金属蒸着部が長手方向に連続して残るようにして金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを、上記非金属蒸着部が互いに逆方向になるようにすると共に、幅方向に広がるように所定の寸法をずらした状態で一対の金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向するように卷回または積層することにより断面形状が小判形に形成され、両端面にそれぞれ電極を形成した金属化フィルムコンデンサにおいて、上記断面形状が小判形の長径を a、同短径を bとした場合、前記長径 aの寸法が 60〜： LOOm m未満の場合に上記幅方向にずらす寸法を 1. 2mm以上とし、前記長径 aの寸法が 100〜120mm未満の場合に同幅方向にずらす寸法を 1. 3mm以上として、 aの寸法が 120mm以上の場合には同幅方向にずらす寸法を 1. 4mm以上とした金属化フイノレムコンデンサ。

[2] 金属蒸着電極部に誘電体フィルムの露出部分である非金属蒸着部が幅方向に等間隔で残るようにスリットを設けることにより分割電極を形成した請求項 1に記載の金属ィ匕フイノレムコンデンサ。

[3] ポリプロピレンフィルム上に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを一対の金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向するように卷芯上に卷回して扁平ィヒすることにより断面が小判形に形成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の両端面にそれぞれ設けられた一対の取り出し電極力なる金属化フィルムコンデンサにおいて、上記コンデンサ素子の小判形に形成された断面の長径を a、同短径を bとした場合の aZb = 3以上で a=60mm以上、かつ、上記金属化フィルムを構成する誘電体フィルム厚の 3〜10倍厚のポリプロピレンフィルムを 5〜10ターン卷回した卷芯を用い、この卷芯カもコンデンサ素子の外周面までの寸法を 14mm以下とした金属化フィルムコンデンサ。

[4] コンデンサ素子を構成する誘電体フィルムの厚みを 3. 5 μ m以下とした請求項 3に記載の金属化フィルムコンデンサ。

[5] 定格容量が 150 F以上、定格時の電位傾度が 150VZ μ m以上とした請求項 3に記載の金属化フィルムコンデンサ。

[6] 卷芯の終端の少なくとも一部をヒートシール部により溶着すると共に、このヒートシ一ル部に複数の凹部を設けた請求項 3に記載の金属化フィルムコンデンサ。

[7] 誘電体フィルムに形成した金属蒸着電極に分割電極を設け、この分割電極をヒユーズで並列接続することにより構成される自己保安機能を設けた請求項 3に記載の金属ィ匕フイノレムコンデンサ。

[8] 前記金属化フィルムコンデンサを複数個にそれぞれ形成された一対の取り出し電極の極性をそれぞれ揃え、前記一対の取り出し電極に一対のノスバーをそれぞれ接続した請求項 3に記載のケースモールド型コンデンサ。

[9] 前記一対のバスバーにそれぞれ設けられた外部接続用の端子部を同一辺から取り出すようにした請求項 8に記載のケースモールド型コンデンサ。

[10] 種類が異なる前記金属化フィルムコンデンサ素子を同一ケース内に収容した請求項

8に記載のケースモールド型コンデンサ。

[11] 種類が異なる前記金属化フィルムコンデンサ素子を同一バスバーを用いて接続した請求項 8に記載のケースモールド型コンデンサ。

[12] 種類が異なる前記金属化フィルムコンデンサ素子として、平滑用コンデンサとノイズ除去用コンデンサを用、た請求項 8に記載のケースモールド型コンデンサ。

[13] 請求項 10に記載のケースモールド型コンデンサを平滑用に用いたインバータ回路。

[14] 請求項 10に記載のケースモールド型コンデンサを平滑用に用いた車両駆動用モータの駆動回路。