WO2022044739A1 - 誘電体フィルム、金属化フィルム、これを用いたフィルムコンデンサおよび連結型コンデンサ、インバータならびに電動車輌 - Google Patents

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inverter
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洋一 山崎
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京セラ株式会社
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    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
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    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/38—Multiple capacitors, i.e. structural combinations of fixed capacitors

Definitions

  • the present disclosure relates to a dielectric film, a metallized film, a film capacitor and a connected capacitor using the same, an inverter, and an electric vehicle.
  • Patent Document 1 An example of the prior art is described in Patent Document 1.
  • the dielectric film of the present disclosure includes a film-like base material having a linear convex portion on a first surface and a linear concave portion on a second surface opposite to the first surface.
  • the linear recess has a total length of more than 3 m per 1 cm 2 and an average depth of 0.01 ⁇ m or more and 1.3 ⁇ m or less.
  • the metallized film of the present disclosure includes the above-mentioned dielectric film and It has a metal film located on the first surface of the base material.
  • the film capacitor of the present disclosure has a main body portion formed by winding or laminating the above-mentioned metallized film, and an external electrode provided on the main body portion.
  • a plurality of the above film capacitors are connected by a bus bar.
  • the inverter of the present disclosure includes a bridge circuit composed of a switching element and a capacitance unit connected to the bridge circuit and including the above-mentioned film capacitor.
  • the electric vehicle of the present disclosure includes a power supply, the above-mentioned inverter connected to the power supply, a motor connected to the inverter, and wheels driven by the motor.
  • the film capacitor which is the basic configuration of the film capacitor of the present disclosure, is formed by winding or laminating a plurality of metallized films in which a metal film to be an electrode is vapor-deposited on the surface of a dielectric film containing polypropylene resin, for example. Is formed.
  • the film capacitor is self-healing, that is, even if a short circuit occurs in the insulation defect part of the metallized film, the metal film around the defect part evaporates and scatters due to the energy of the short circuit, and the insulation defect part is insulated by disconnection. It has the advantage that the insulation breakdown of the film capacitor can be reduced.
  • the film for a film capacitor described in Patent Document 1 has a linear convex portion on a first surface provided with a metal film and a linear concave portion on the opposite second surface, and has a total length of the linear concave portion per 1 cm 2 . Is 3 m or less, and the average depth of the linear recesses is 0.01 ⁇ m or more and 1.3 ⁇ m or less.
  • the linear convex portion creates a sufficient gap between the films at the time of laminating, and the fluorine-based oil for masking enters the linear concave portion to reduce the adhesion inhibition between the films.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a metallized film.
  • the metallized film 1 of the present embodiment has a dielectric film 20 and a metal film 15.
  • the dielectric film 20 includes a film-like base material 10 having a linear convex portion 13 on a first surface 11 and a linear concave portion 14 on a second surface 12 opposite to the first surface 11.
  • the metal film 15 is located on the first surface 11 of the base material 10.
  • the base material 10 is a film-like thin film member containing an insulating resin material.
  • the insulating resin material include polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyphenylene sulfide (PPS), polyethylene naphthalate (PEN), polyarylate (PAR), polyphenylene ether (PPE), and polyetherimide ( PEI), cycloolefin polymer (COP) and the like.
  • PP polypropylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PAR polyarylate
  • PPE polyphenylene ether
  • PEI polyetherimide
  • COP cycloolefin polymer
  • COP cycloolefin polymer
  • the metal film 15 is formed on the first surface 11 of the base material 10 so that the first surface 11 is exposed at the other end, not the entire surface from one end to the other end.
  • the metal film 15 serves as an internal electrode in the film capacitor.
  • the exposed portion of the first surface 11 not covered by the metal film 15 is a so-called insulating margin.
  • the metal film 15 contains a metal material such as aluminum or zinc.
  • the metallized film 1 of the present embodiment is used as a metallized film of a film capacitor, and each dimension such as width, length and thickness is appropriately set according to the characteristics required for the film capacitor. To.
  • the linear recess 14 on the second surface 12 of the base material 10 has a total length of more than 3 m per 1 cm 2 and an average depth of 0.01 ⁇ m or more and 1.3 ⁇ m or less.
  • the linear recess 14 is a groove-shaped recess having a length component.
  • the linear recess 14 may be, for example, linear, curved, circular, or the like.
  • the length of the linear recess 14 is not particularly limited.
  • the lengths of the linear recesses 14 do not have to be uniform to a certain length, and relatively short ones and relatively long ones may be mixed. Since the total length of the linear recess 14 per 1 cm 2 is longer than 3 m, the linear recess 14 is less biased and distributed throughout on the second surface 12.
  • the linear recess 14 of the base material 10 serves as a space for diffusing a high-temperature gas containing an evaporative metal or the like in a film capacitor when a short circuit occurs. If the linear recess 14 is biased, there is no linear recess 14 in the vicinity where the high temperature gas is generated, and the high temperature gas may not be diffused. Since the linear recesses 14 are less biased and distributed over the entire second surface 12, the generated high-temperature gas is easily diffused, and the self-healing property of the film capacitor is improved.
  • the depth of the linear recess 14 represents the size of the space for the high-temperature gas to diffuse, and the average depth may be 0.01 ⁇ m or more and 1.3 ⁇ m or less. Further, as described above, if the total length per 1 cm 2 of the linear recess 14 on the second surface 12 of the base material 10 is longer than 3 m, the self-healing property is improved, and the total length per 1 cm 2 is 6. It is preferably 5 m or more and 20 m or less.
  • the measuring method of various dimensions is as follows.
  • the second surface 12 of the base material 10 is photographed using a laser microscope.
  • FIG. 2 is an example of a laser micrograph of the second surface of the substrate.
  • Measurement results can be obtained by analyzing the captured image with analysis software.
  • the laser microscope for example, a shape measuring microscope VK-8700 manufactured by KEYENCE CORPORATION can be used.
  • As the analysis software for example, VK Analyzer manufactured by KEYENCE CORPORATION can be used.
  • the total length of the linear recess 14 is converted into 1 cm 2 by measuring the length of the linear recess 14 existing in the field of view of 100 ⁇ m ⁇ 100 ⁇ m.
  • the average depth of the linear recess 14 may be calculated by measuring the depth of the linear recess 14 at any 10 points in a field of view of 100 ⁇ m ⁇ 100 ⁇ m and calculating an arithmetic mean value. Unless otherwise specified, the same measuring method is used for measuring various dimensions of the linear convex portion 13 and the linear concave portion 14.
  • the linear recess 14 may have an average width of 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, and an average depth of 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less.
  • the linear recess 14 is in such a range, the high temperature gas is sufficiently diffused and the self-healing property is improved.
  • the average depth the deeper the depth, the thinner the thickness of the base material 10 at the bottom of the linear recess 14, and there is a possibility that dielectric breakdown due to the tearing of the base material 10 may occur.
  • the average width is 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, even if the average depth is 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less, it is possible to secure a space in which the high temperature gas diffuses and reduce the occurrence of dielectric breakdown.
  • the shape of the linear recess 14 may be, for example, an elliptical shape.
  • the number density of the ellipses due to the linear recesses 14 is higher than 6000 pieces / cm 2 , for example, preferably 150,000 pieces / cm 2 or more and 300,000 pieces / cm 2 or less.
  • the shape of the linear concave portion 14 is a shape having the linear concave portion 14 as a contour when the base material 10 is viewed in a plan view. When the shape of the linear recess 14 is an ellipse, the length of the linear recess 14 can be converted by the circumference of the ellipse.
  • the perimeter L of the ellipse due to the linear recess 14 can be converted by the following equation, where 1/2 of the major axis of the ellipse is a and 1/2 of the minor axis is b.
  • the major axis and the minor axis of the ellipse may be measured by the above image analysis.
  • the circumference of the ellipse formed by the linear recess 14 does not have to be closed, and a part of the circumference may be interrupted.
  • the metallized film 1 is suitably used for a laminated type or a winding type capacitor as described later. In any of the capacitors, a long metallized film 1 is used.
  • the ellipse formed by the linear recess 14 may be positioned so that its major axis is along the longitudinal direction of the base material 10.
  • the major axis of the ellipse formed by the linear recess 14 may be parallel to the longitudinal direction of the base material 10, and may not be parallel but orthogonal to each other. Since the major axis of the ellipse formed by the linear recess 14 is along the longitudinal direction of the base material 10, the high-temperature gas generated by dielectric breakdown is guided to flow toward the external electrode without staying in the effective area in the capacitor.
  • the metallized film 1 does not reach a high temperature within the effective area, and the decrease in capacitance and dielectric breakdown can be alleviated.
  • the first surface 11 of the base material 10 is a surface on which the metal film 15 is formed, and has a linear convex portion 13.
  • the linear convex portion 13 may be located at a position corresponding to the linear concave portion 14 of the second surface 12. For example, when the base material 10 is viewed through a plane, the linear convex portion 13 of the first surface 11 may be positioned so as to coincide with the linear concave portion 14 of the second surface 12. Further, the linear convex portion 13 may be located at a position irrelevant to the linear concave portion 14 of the second surface 12.
  • the linear convex portion 13 may have an average width of 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, and an average height of 0.01 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or less. When the linear convex portion 13 is in such a range, the linear convex portion 13 serves as a spacer between the metallized films 1 overlapped in the film capacitor, and the high temperature gas is maintained while maintaining the adhesion between the metallized films 1. Can form an appropriate gap for diffusion. This further improves the self-healing property of the film capacitor.
  • the shape of the linear convex portion 13 may be, for example, an elliptical shape.
  • the number density of the ellipses due to the linear convex portions 13 is higher than 6000 pieces / cm 2 , and is preferably 150,000 pieces / cm 2 or more and 300,000 pieces / cm 2 or less, for example.
  • the shape of the linear convex portion 13 is a shape having the linear convex portion 13 as a contour when the base material 10 is viewed in a plan view.
  • the circumference of the ellipse formed by the linear convex portion 13 does not have to be closed, and a part of the circumference may be interrupted.
  • the ellipse formed by the linear convex portion 13 may be positioned so that its major axis is along the longitudinal direction of the base material 10.
  • the major axis of the ellipse formed by the linear convex portion 13 may be parallel to the longitudinal direction of the base material 10, and may not be parallel but orthogonal to each other. Since the major axis of the ellipse formed by the linear convex portion 13 is along the longitudinal direction of the base material 10, the high-temperature gas generated by dielectric breakdown is guided to flow toward the external electrode in the capacitor without staying in the effective area.
  • the metallised film 1 does not reach a high temperature within the effective area, and the decrease in capacitance and dielectric breakdown can be alleviated.
  • At least two metallized films 1 are laminated on the laminated or wound type capacitor.
  • the capacitor in the region where the first surface 11 of the base material 10 of one metallized film 1 and the second surface 12 of the base material 10 of the other laminated metallized film 1 overlap, the capacitor is linear in a planar perspective. It has a portion where the convex portion 13 and the linear concave portion 14 intersect. There is a gap in the vicinity of the linear convex portion 13 between the first surface 11 of the base material 10 of one of the laminated metallized films 1 and the second surface 12 of the base material 10 of the other metallized film 1. Occurs. When a short circuit occurs in the film capacitor, the generated high-temperature gas passes through this gap and diffuses along the linear convex portion 13.
  • the high temperature gas can also diffuse into the linear concave portion 14. That is, between the laminated metallized films 1, the space in which the high-temperature gas can diffuse is branched not only along the linear convex portion 13 but also along the linear concave portion 14 and spreads over a wide range. The self-healing property of the film capacitor is further improved.
  • a resin solution obtained by dissolving the above-mentioned insulating resin material in a solvent is obtained.
  • the solvent for example, methanol, isopropanol, n-butanol, ethylene glycol, ethylene glycol monopropyl ether, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, xylene, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, dimethyl acetamide, cyclohexane, or from these.
  • Organic solvents containing two or more selected mixtures can be used.
  • the obtained resin solution is applied to the surface of a polyethylene terephthalate (PET) mold material sheet, for example, and dried to volatilize the solvent.
  • the mold material sheet has a linear convex portion in a portion corresponding to the linear concave portion 14 of the base material 10.
  • the linear concave portion 14 corresponding to this linear convex portion is transferred to the surface (corresponding to the second surface 12) of the base material 10 peeled off from the mold material sheet.
  • a linear convex portion 13 is formed on the surface opposite to the mold sheet side (corresponding to the first surface 11).
  • FIG. 3 is an external perspective view showing the film capacitor of the first embodiment.
  • the film capacitor A of the first embodiment has a basic configuration in which an external electrode 5 is provided on a main body 4 in which a metallized film 1 is laminated, and a lead wire 6 is provided as needed. Will be installed.
  • a part of the main body 4, the external electrode 5, and the lead wire 6 may be covered with the exterior member 7 from the viewpoint of insulating property and environmental resistance, if necessary.
  • FIG. 3 a state in which a part of the exterior member 7 is removed is shown, and the removed portion of the exterior member 7 is shown by a broken line.
  • the metallized film 1 of the present embodiment can be applied not only to the laminated type shown in FIG. 3 but also to the wound type film capacitor B.
  • FIG. 4 is a developed perspective view schematically showing the configuration of the second embodiment of the film capacitor.
  • the main body 4 is composed of the wound metallized films 1a and 1b, and the metallikon electrodes 5a and 5b are provided on the opposite end faces of the main body 4.
  • the metallized film 1a has a metal film 15a on the surface of the base material 10a
  • the metallized film 1b has a metal film 15b on the surface of the base material 10b.
  • the metal films 15a and 15b are portions on one end side of the base materials 10a and 10b in the width direction in which the metal films 15a and 15b are not formed and the base materials 10a and 10b are exposed (hereinafter, the metal film non-forming portion 8a). , 8b) are formed so as to remain continuously in the longitudinal direction.
  • the metallized films 1a and 1b are arranged so that the metal film non-forming portions 8a and 8b are located at different ends in the width direction of the base materials 10a and 10b, and are different from the metal film non-forming portions 8a and 8b. The ends are overlapped with each other so as to protrude in the width direction.
  • the metallized film 1a composed of the base material 10a and the metal film 15a and the metallized film 1b composed of the base material 10b and the metal film 15b are as shown in FIG. It is piled up and wound.
  • the thicknesses of the base materials 10a and 10b and the metal films 15a and 15b are described so as to be thicker from the back to the front of FIG. These thicknesses are constant.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing the configuration of an embodiment of a connected capacitor.
  • the articulated capacitor C of the present embodiment has a configuration in which a plurality of film capacitors B are connected in parallel by a pair of bus bars 21 and 23.
  • the bus bars 21 and 23 are composed of terminal portions 21a and 23a and drawer terminal portions 21b and 23b.
  • the terminal portions 21a and 23a are for external connection, and the extraction terminal portions 21b and 23b are connected to the external electrodes 5a and 5b of the film capacitor B, respectively.
  • a film capacitor A may be used instead of the film capacitor B.
  • the dielectric having the basic configuration of the present disclosure is formed of polypropylene, polyethylene terephthalate, or the like. Since the thickness can be made thinner than that of the film, the size of the film capacitors A and B and the connected capacitor C can be reduced and the capacity can be increased.
  • the film capacitors A and B and the connected capacitor C are used. Since it has high heat resistance, it is possible to obtain a capacitor product having a small decrease in capacitance and insulation resistance even when used in a high temperature range (for example, an atmosphere where the temperature is 80 ° C. or higher).
  • the articulated capacitor C can obtain the same effect even if the film capacitors B have a structure in which the flat surfaces of the film capacitors B are stacked so as to overlap each other. ..
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram for explaining the configuration of one embodiment of the inverter.
  • FIG. 6 shows an example of an inverter D that produces an alternating current from a rectified direct current.
  • the inverter D of the present embodiment includes a bridge circuit 31 and a capacitance unit 33.
  • the bridge circuit 31 is composed of, for example, a switching element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and a diode.
  • the capacitance unit 33 is arranged between the input terminals of the bridge circuit 31 to stabilize the voltage.
  • the inverter D includes the above-mentioned film capacitors A and B or the concatenated capacitor C as the capacitance unit 33.
  • this inverter D is connected to a booster circuit 35 that boosts the voltage of the DC power supply.
  • the bridge circuit 31 is connected to a motor generator (motor M) that is a drive source.
  • the volume of the capacitance portion 33 occupying the inverter D can be reduced, so that the size and electrostatic capacity can be further reduced. It is possible to obtain an inverter D having a capacity unit 33 having a large capacity. Further, it is possible to obtain an inverter D having a small fluctuation of the modulated wave even in a high temperature region.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an electric vehicle.
  • FIG. 7 shows an example of a hybrid electric vehicle (HEV) as the electric vehicle E.
  • HEV hybrid electric vehicle
  • the electric vehicle E in FIG. 7 includes a driving motor 41, an engine 43, a transmission 45, an inverter 47, a power supply (battery) 49, front wheels 51a, and rear wheels 51b.
  • This electric vehicle E is equipped with a motor 41, an engine 43, or both as a drive source.
  • the output of the drive source is transmitted to the pair of left and right front wheels 51a via the transmission 45.
  • the power supply 49 is connected to the inverter 47, and the inverter 47 is connected to the motor 41.
  • the electric vehicle E shown in FIG. 7 includes a vehicle ECU 53 and an engine ECU 57.
  • the vehicle ECU 53 controls the entire electric vehicle E in an integrated manner.
  • the engine ECU 57 controls the rotation speed of the engine 43 to drive the electric vehicle E.
  • the electric vehicle E further includes a driving device such as an ignition key 55 operated by a driver or the like, an accelerator pedal (not shown), and a brake.
  • a drive signal corresponding to the operation of the driving device by the driver or the like is input to the vehicle ECU.
  • the vehicle ECU 53 outputs an instruction signal to the engine ECU 57, the power supply 49, and the inverter 47 as a load based on the drive signal.
  • the engine ECU 57 controls the rotation speed of the engine 43 in response to an instruction signal to drive the electric vehicle E.
  • the film capacitors A and B or the concatenated capacitor C of the present embodiment are applied as the capacitance unit 33 and the miniaturized inverter D is mounted on the electric vehicle E as shown in FIG. 7, for example, polypropylene, polyethylene terephthalate or the like can be obtained.
  • the weight of the vehicle can be reduced as compared with a film capacitor to which a dielectric film having the basic structure of the present disclosure is applied or a large-sized inverter using a connected capacitor, which is formed by the above.
  • the weight of the vehicle can be reduced in this way, and the fuel efficiency can be improved.
  • the proportion of the control device of the automobile in the engine room can be reduced. By reducing the proportion of the control device, it becomes possible to incorporate a function for enhancing impact resistance in the engine room, and it becomes possible to further improve the safety of the vehicle.
  • the inverter D of the present embodiment can be applied not only to the above-mentioned hybrid electric vehicle (HEV) but also to various power conversion application products such as an electric vehicle (EV), an electric bicycle, a generator, and a solar cell.
  • HEV hybrid electric vehicle
  • EV electric bicycle
  • generator electric bicycle
  • solar cell solar cell
  • the dielectric film of the present disclosure includes a film-like base material having a linear convex portion on a first surface and a linear concave portion on a second surface opposite to the first surface.
  • the linear recess has a total length of more than 3 m per 1 cm 2 and an average depth of 0.01 ⁇ m or more and 1.3 ⁇ m or less.
  • the metallized film of the present disclosure includes the above-mentioned dielectric film and It has a metal film located on the first surface of the base material.
  • the film capacitor of the present disclosure has a main body portion formed by winding or laminating the above-mentioned metallized film, and an external electrode provided on the main body portion.
  • a plurality of the above film capacitors are connected by a bus bar.
  • the inverter of the present disclosure includes a bridge circuit composed of a switching element and a capacitance unit connected to the bridge circuit and including the above-mentioned film capacitor.
  • the electric vehicle of the present disclosure includes a power supply, the above-mentioned inverter connected to the power supply, a motor connected to the inverter, and wheels driven by the motor.
  • a dielectric film having improved self-healing property it is possible to provide a dielectric film having improved self-healing property, a metallized film, a film capacitor using the same, a connected capacitor, an inverter, and an electric vehicle.
  • Inverter E Electric vehicle 1, 1a, 1b Metallic film 4 Main body 5, 5a, 5b External electrode 6 Lead wire 7 Exterior member 8a, 8b Metal film non-formed part 10, 10a, 10b Base material 11 1st surface 12 2nd surface 13 Linear convex part 14 Linear concave part 15, 15a, 15b Metal film 20 Dielectric film 21,23 Bus bar 31 Bridge circuit 33 Capacitor 35 Booster circuit 41 Motor 43 Engine 45 Transmission 47 Inverter 49 Power supply 51a Front wheel 51b Rear wheel 53 Vehicle ECU 55 Ignition key 57 Engine ECU

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  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)

Abstract

金属化フィルムは、誘電体フィルムと金属膜とを有する。誘電体フィルムは、第１面に線状凸部を有し、第１面と反対の第２面に線状凹部を有するフィルム状の基材を含む。金属膜は、基材の第１面に位置する。線状凹部は、１ｃｍ２あたりの全長が３ｍより長く、平均深さが０．０１μｍ以上１．３μｍ以下である。

Description

誘電体フィルム、金属化フィルム、これを用いたフィルムコンデンサおよび連結型コンデンサ、インバータならびに電動車輌
　本開示は、誘電体フィルム、金属化フィルム、これを用いたフィルムコンデンサおよび連結型コンデンサ、インバータならびに電動車輌に関する。
　従来技術の一例は、特許文献１に記載されている。
国際公開第２０１９／０６９５４０号
　本開示の誘電体フィルムは、第１面に線状凸部を有し、前記第１面と反対の第２面に線状凹部を有するフィルム状の基材を含む。前記線状凹部は、１ｃｍ２あたりの全長が３ｍより長く、平均深さが０．０１μｍ以上１．３μｍ以下である。
　本開示の金属化フィルムは、上記の誘電体フィルムと、
　前記基材の前記第１面に位置する金属膜と、を有する。
　本開示のフィルムコンデンサは、上記の金属化フィルムが巻回または積層されてなる本体部と、該本体部に設けられた外部電極とを有する。
　本開示の連結型コンデンサは、上記のフィルムコンデンサが、バスバーにより複数個接続されている。
　本開示のインバータは、スイッチング素子により構成されるブリッジ回路と、該ブリッジ回路に接続され、上記のフィルムコンデンサを含む容量部とを備える。
　本開示の電動車輌は、電源と、該電源に接続された上記のインバータと、該インバータに接続されたモータと、該モータにより駆動する車輪と、を備える。
　本開示の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
金属化フィルムの模式図である。 基材の第２面を撮影したレーザ顕微鏡写真の一例である。 第１実施形態のフィルムコンデンサを示す外観斜視図である。 フィルムコンデンサの第２実施形態の構成を模式的に示した展開斜視図である。 連結型コンデンサの一実施形態の構成を模式的に示した斜視図である。 インバータの一実施形態の構成を説明するための概略構成図である。 電動車輌の一実施形態を示す概略構成図である。
　本開示のフィルムコンデンサの基礎となる構成であるフィルムコンデンサは、たとえばポリプロピレン樹脂を含む誘電体フィルムの表面に電極となる金属膜を蒸着した金属化フィルムを、巻回あるいは一方向に複数枚積層して形成されている。
　フィルムコンデンサは、自己回復性、すなわち金属化フィルムの絶縁欠陥部で短絡が生じた場合でも、短絡のエネルギーで欠陥部周辺の金属膜が蒸発、飛散して、断線することで絶縁欠陥部が絶縁化され、フィルムコンデンサの絶縁破壊を減らすことができるという利点を有している。
　特許文献１記載のフィルムコンデンサ用フィルムは、金属膜が設けられる第１面に線状凸部を有し、反対の第２面に線状凹部を有し、１ｃｍ２あたりの線状凹部の全長が３ｍ以下で、線状凹部の平均深さが０．０１μｍ以上、１．３μｍ以下としている。線状凸部によって、積層時のフィルム間に十分な間隙ができ、線状凹部にマスキング用フッ素系オイルが入り込むことでフィルム間の密着阻害を減らしている。
　図１は、金属化フィルムの模式図である。本実施形態の金属化フィルム１は、誘電体フィルム２０と、金属膜１５と、を有する。誘電体フィルム２０は、第１面１１に線状凸部１３を有し、第１面１１と反対の第２面１２に線状凹部１４を有するフィルム状の基材１０を含む。金属膜１５は、基材１０の第１面１１に位置する。
　基材１０は、絶縁性の樹脂材料を含むフィルム状の薄膜部材である。絶縁性の樹脂材料としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、およびシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）などが挙げられる。特にポリアリレート（ＰＡＲ）は、絶縁破壊電圧が高いことから好ましい。
　金属膜１５は、基材１０の第１面１１において、一方端から他方端までの全面ではなく、他方端において第１面１１が露出するように形成されている。金属膜１５は、フィルムコンデンサにおいて、内部電極となる。金属化フィルム１において、金属膜１５が覆っていない第１面１１の露出部分はいわゆる、絶縁マージンである。金属膜１５は、例えば、アルミニウム、亜鉛などの金属材料を含んでいる。
　本実施形態の金属化フィルム１は、フィルムコンデンサの金属化フィルムとして用いられるものであって、幅、長さおよび厚さなどの各寸法は、フィルムコンデンサに要求される特性に応じて適宜設定される。
　基材１０の第２面１２の線状凹部１４は、１ｃｍ２あたりの全長が３ｍより長く、平均深さが０．０１μｍ以上１．３μｍ以下である。線状凹部１４は、長さ成分を有する溝状の凹みである。線状凹部１４は、例えば、直線状、曲線状または円形状などであってよい。線状凹部１４の長さは、特に限定されない。線状凹部１４の長さは、一定の長さに揃っていなくてもよく、相対的に短いものと相対的に長いものが混在していてもよい。線状凹部１４の１ｃｍ２あたりの全長が３ｍより長いことで、第２面１２において、線状凹部１４の偏りが少なく全体に分布する。基材１０の線状凹部１４は、フィルムコンデンサにおいて、短絡時には、蒸発金属などを含む高温ガスが拡散するための空間となる。線状凹部１４が、偏っていた場合、高温ガスが発生した付近に線状凹部１４がなく、高温ガスが拡散できないおそれがある。線状凹部１４の偏りが少なく、第２面１２全体に分布していることで、発生した高温ガスが拡散されやすく、フィルムコンデンサの自己回復性が向上する。線状凹部１４の１ｃｍ２あたりの全長が３ｍより長いことで、フィルムコンデンサ製造時に金属化フィルム１を積層する際、金属化フィルム１間で適度な摩擦力が生じ、フィルム皺の発生を低減して取扱い易さが向上する。
　線状凹部１４の深さは、高温ガスが拡散するための空間の大きさを表すものであり、平均深さが０．０１μｍ以上１．３μｍ以下であればよい。また、基材１０の第２面１２の線状凹部１４は、上記のように、１ｃｍ２あたりの全長が３ｍより長ければ、自己回復性が向上し、さらに、１ｃｍ２あたりの全長が６．５ｍ以上２０ｍ以下であることが好ましい。
　線状凹部１４の全長および平均深さなど各種寸法の測定方法は、次のとおりである。基材１０の第２面１２を、レーザ顕微鏡を用いて撮影する。図２は、基材の第２面を撮影したレーザ顕微鏡写真の一例である。撮影した画像を解析ソフトウェアで解析することで、測定結果が得られる。レーザ顕微鏡は、例えば、株式会社キーエンス製形状測定マイクロスコープＶＫ－８７００を用いることができる。解析ソフトウェアは、例えば、株式会社キーエンス製ＶＫ　Ａｎａｌｙｚｅｒを用いることができる。線状凹部１４の全長は、１００μｍ×１００μｍの視野内に存在する線状凹部１４の長さを測定して、１ｃｍ２あたりに換算している。線状凹部１４の平均深さは、１００μｍ×１００μｍの視野内において、任意の１０箇所で線状凹部１４の深さを測定し、算術平均値を算出すればよい。なお、特に断らない限り、線状凸部１３および線状凹部１４の各種寸法の測定では、同じ測定方法を用いる。
　線状凹部１４は、平均幅が１μｍ以上１０μｍ以下であり、平均深さが０．０１μｍ以上１μｍ以下であってよい。線状凹部１４がこのような範囲であれば、高温ガスが十分に拡散され、自己回復性が向上する。平均深さについては、深さが深いほど、線状凹部１４の底部における基材１０の厚さが薄くなり、基材１０の破れに起因する絶縁破壊が生じるおそれがある。平均幅が１μｍ以上１０μｍ以下であれば、平均深さが０．０１μｍ以上１μｍ以下であっても、高温ガスが拡散する空間を確保し、絶縁破壊が生じることを低減できる。
　線状凹部１４の形状は、例えば、楕円形状であってよい。線状凹部１４による楕円の個数密度は、６０００個／ｃｍ２より高く、例えば、１５００００個／ｃｍ２以上３０００００個／ｃｍ２以下が好ましい。線状凹部１４の形状とは、基材１０を平面視したときの線状凹部１４を輪郭とする形状のことである。線状凹部１４の形状が、楕円形状の場合、線状凹部１４の長さは、楕円の周長で換算できる。線状凹部１４による楕円の周長Ｌは、楕円の長径の１／２をａ、短径の１／２をｂとしたとき、次式で換算できる。楕円の長径、短径を上記の画像解析によって測定すればよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 なお、線状凹部１４による楕円は、円周が閉じている必要はなく、円周の一部が途切れていてもよい。
　金属化フィルム１は、後述するような積層型または巻回型のコンデンサに好適に用いられる。いずれのコンデンサにおいても、長尺の金属化フィルム１が用いられる。線状凹部１４による楕円は、その長径が基材１０の長手方向に沿うように位置していてよい。線状凹部１４による楕円の長径は、基材１０の長手方向と平行であってもよく、平行でなくとも直交していなければよい。線状凹部１４による楕円の長径が、基材１０の長手方向に沿うことで、コンデンサにおいて、絶縁破壊で生じた高温ガスを有効面積内に留まらせずに外部電極方向に流れるよう誘導するため、金属化フィルム１が有効面積内で高温にならずに静電容量及び絶縁抵抗の低下を緩和させることができる。
　基材１０の第１面１１は、金属膜１５が形成される面であって、線状凸部１３を有する。線状凸部１３は、第２面１２の線状凹部１４に対応する位置にあってよい。例えば、基材１０を平面透視したときに、第１面１１の線状凸部１３が、第２面１２の線状凹部１４と一致するような位置にあってよい。また、線状凸部１３は、第２面１２の線状凹部１４とは無関係な位置にあってよい。
　線状凸部１３は、平均幅が１μｍ以上１０μｍ以下であり、平均高さが０．０１μｍ以上０．２μｍ以下であってよい。線状凸部１３がこのような範囲であれば、フィルムコンデンサにおいて重なった金属化フィルム１間で、線状凸部１３がスペーサとなり、金属化フィルム１間の密着性を維持したまま、高温ガスが拡散するための適度な間隙を形成することができる。これにより、フィルムコンデンサの自己回復性がさらに向上する。
　線状凸部１３の形状は、例えば、楕円形状であってよい。線状凸部１３による楕円の個数密度は、６０００個／ｃｍ２より高く、例えば、１５００００個／ｃｍ２以上３０００００個／ｃｍ２以下が好ましい。線状凸部１３の形状とは、基材１０を平面視したときの線状凸部１３を輪郭とする形状のことである。なお、線状凸部１３による楕円は、円周が閉じている必要はなく、円周の一部が途切れていてもよい。
　線状凸部１３による楕円は、その長径が基材１０の長手方向に沿うように位置していてよい。線状凸部１３による楕円の長径は、基材１０の長手方向と平行であってもよく、平行でなくとも直交していなければよい。線状凸部１３による楕円の長径が、基材１０の長手方向に沿うことで、コンデンサにおいて、絶縁破壊で生じた高温ガスを有効面積内に留まらせずに外部電極方向に流れるよう誘導するため、金属化フィルム１が有効面積内で高温にならずに静電容量及び絶縁抵抗の低下を緩和させることができる。
　積層型または巻回型のコンデンサは、少なくとも２つの金属化フィルム１が積層されている。コンデンサでは、一方の金属化フィルム１の基材１０の第１面１１と、積層された他方の金属化フィルム１の基材１０の第２面１２とが重なる領域において、平面透視で、線状凸部１３と線状凹部１４とが交差する部分を有する。積層された一方の金属化フィルム１の基材１０の第１面１１と、他方の金属化フィルム１の基材１０の第２面１２との間では、線状凸部１３の近傍に間隙が生じる。フィルムコンデンサで短絡が生じると、発生した高温ガスは、この間隙を通り、線状凸部１３に沿って拡散する。線状凸部１３が第２面１２の線状凹部１４と交差する部分で、高温ガスは、線状凹部１４へも拡散することができる。すなわち、積層された金属化フィルム１間において、高温ガスの拡散可能な空間が、線状凸部１３に沿うだけでなく、線状凹部１４にも沿うように分岐し、広範囲に広がることで、フィルムコンデンサの自己回復性がさらに向上する。
　基材１０の製造方法について説明する。まず、前述の絶縁性の樹脂材料を溶媒に溶解した樹脂溶液を得る。溶媒としては、例えば、メタノール、イソプロパノール、ｎ－ブタノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノプロピルエーテル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、キシレン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジメチルアセトアミド、シクロヘキサン、またはこれらから選択された２種以上の混合物を含んだ有機溶媒を用いることができる。
　得られた樹脂溶液を、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製型材シートの表面に塗工し、乾燥して溶剤を揮発させる。型材シートには、基材１０の線状凹部１４に相当する部分に線状凸部が存在する。型材シートから剥離した基材１０の表面（第２面１２に相当）には、この線状凸部に対応する線状凹部１４が転写される。また、型材シート側と反対の表面（第１面１１に相当）には、線状凸部１３が形成されている。
　以下では、上記の金属化フィルム１を用いたフィルムコンデンサについて説明する。図３は、第１実施形態のフィルムコンデンサを示す外観斜視図である。第１実施形態のフィルムコンデンサＡは、金属化フィルム１を積層した本体部４に、外部電極５が設けられた構成を、基本的な構成とするものであり、必要に応じてリード線６が設置される。
　この場合、本体部４、外部電極５およびリード線６の一部は、必要に応じて絶縁性および耐環境性の点から、外装部材７に覆われていてもよい。図３においては、外装部材７の一部を取り除いた状態を示しており、外装部材７の取り除かれた部分を破線で示している。
　本実施形態の金属化フィルム１は、図３に示した積層型に限らず、巻回型のフィルムコンデンサＢにも適用することができる。
　図４は、フィルムコンデンサの第２実施形態の構成を模式的に示した展開斜視図である。本実施形態のフィルムコンデンサＢでは、巻回された金属化フィルム１ａ、１ｂにより本体部４が構成され、本体部４の対向する端面に外部電極５ａ、５ｂとしてメタリコン電極が設けられている。
　金属化フィルム１ａは、基材１０ａの表面に金属膜１５ａを有するものであり、金属化フィルム１ｂは、基材１０ｂの表面に金属膜１５ｂを有するものである。図４では、金属膜１５ａ、１５ｂは基材１０ａ、１０ｂの幅方向の一端側に、金属膜１５ａ、１５ｂが形成されず基材１０ａ、１０ｂが露出する部分（以下、金属膜非形成部８ａ、８ｂという場合がある）が長手方向に連続して残るように形成されている。
　金属化フィルム１ａ、１ｂは、基材１０ａ、１０ｂの幅方向において、金属膜非形成部８ａ、８ｂが互いに異なる端部に位置するように配置され、金属膜非形成部８ａ、８ｂとは異なる端部が幅方向に突出するようにずれた状態で重ねあわされている。
　すなわち、フィルムコンデンサＢは、基材１０ａと金属膜１５ａとによって構成される金属化フィルム１ａと、基材１０ｂと金属膜１５ｂとによって構成される金属化フィルム１ｂとが、図４に示すように重ねられ巻回されている。なお、図４では、フィルムコンデンサＢの構成を見易くするため、基材１０ａ、１０ｂ、金属膜１５ａ、１５ｂの厚みを、図４の奥から手前に向けて厚くなるように記載したが、実際にはこれらの厚みは一定である。
　図５は、連結型コンデンサの一実施形態の構成を模式的に示した斜視図である。図５においては構成を分かりやすくするために、ケースおよびモールド用の樹脂を省略して記載している。本実施形態の連結型コンデンサＣは、複数個のフィルムコンデンサＢが一対のバスバー２１、２３により並列接続された構成となっている。バスバー２１、２３は、端子部２１ａ、２３ａと、引出端子部２１ｂ、２３ｂと、により構成されている。端子部２１ａ、２３ａは外部接続用であり、引出端子部２１ｂ、２３ｂは、フィルムコンデンサＢの外部電極５ａ、５ｂにそれぞれ接続される。連結型コンデンサＣには、フィルムコンデンサＢに替えてフィルムコンデンサＡを用いてもよい。
　フィルムコンデンサＡ、Ｂまたは連結型コンデンサＣを構成する誘電体フィルムとして、本実施形態の金属化フィルム１を適用すると、ポリプロピレンやポリエチレンテレフタレートなどによって形成されていた本開示の基礎となる構成の誘電体フィルムよりも厚みを薄くできるため、フィルムコンデンサＡ、Ｂおよび連結型コンデンサＣのサイズの小型化とともに高容量化を図ることができる。
　また、基材１０の主成分である有機樹脂として、ポリアリレート、ポリフェニレンエーテル、環状オレフィン系、ポリエーテルイミド系等の有機材料を適用した場合には、フィルムコンデンサＡ、Ｂおよび連結型コンデンサＣの耐熱性が高いため、高温域（例えば、温度が８０℃以上の雰囲気）での使用においても静電容量および絶縁抵抗の低下の小さいコンデンサ製品を得ることができる。なお、連結型コンデンサＣは、図５に示したような平面的な配置の他に、フィルムコンデンサＢの平坦な面同士が重なるように積み上げた構造であっても同様の効果を得ることができる。
　図６は、インバータの一実施形態の構成を説明するための概略構成図である。図６には、整流後の直流から交流を作り出すインバータＤの例を示している。本実施形態のインバータＤは、図６に示すように、ブリッジ回路３１と、容量部３３を備えている。ブリッジ回路３１は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）のようなスイッチング素子と、ダイオードにより構成される。容量部３３は、ブリッジ回路３１の入力端子間に配置され、電圧を安定化する。インバータＤは、容量部３３として、上記のフィルムコンデンサＡ、Ｂまたは連結型コンデンサＣを含む。
　なお、このインバータＤは、直流電源の電圧を昇圧する昇圧回路３５に接続される。一方、ブリッジ回路３１は駆動源となるモータジェネレータ（モータＭ）に接続される。
　インバータＤの容量部３３に上記した本実施形態のフィルムコンデンサＡ、Ｂまたは連結型コンデンサＣを適用すると、インバータＤに占める容量部３３の体積を小さくすることができるため、より小型化かつ静電容量の大きい容量部３３を有するインバータＤを得ることができる。また、高温域においても変調波の変動の小さいインバータＤを得ることができる。
　図７は、電動車輌の一実施形態を示す概略構成図である。図７には、電動車輌Ｅとしてハイブリッド自動車（ＨＥＶ）の例を示している。
　図７における電動車輌Ｅは、駆動用のモータ４１、エンジン４３、トランスミッション４５、インバータ４７、電源（電池）４９、前輪５１ａおよび後輪５１ｂを備えている。
　この電動車輌Ｅは、駆動源としてモータ４１またはエンジン４３、もしくはその両方を備えている。駆動源の出力は、トランスミッション４５を介して左右一対の前輪５１ａに伝達される。電源４９は、インバータ４７に接続され、インバータ４７はモータ４１に接続されている。
　また、図７に示した電動車輌Ｅは、車輌ＥＣＵ５３及びエンジンＥＣＵ５７を備えている。車輌ＥＣＵ５３は電動車輌Ｅ全体の統括的な制御を行う。エンジンＥＣＵ５７は、エンジン４３の回転数を制御し電動車輌Ｅを駆動する。電動車輌Ｅは、さらに運転者等に操作されるイグニッションキー５５、図示しないアクセルペダル、及びブレーキ等の運転装置を備えている。車輌ＥＣＵには、運転者等による運転装置の操作に応じた駆動信号が入力される。この車輌ＥＣＵ５３は、その駆動信号に基づいて指示信号をエンジンＥＣＵ５７、電源４９、および負荷としてのインバータ４７に出力する。エンジンＥＣＵ５７は、指示信号に応答してエンジン４３の回転数を制御し、電動車輌Ｅを駆動する。
　本実施形態のフィルムコンデンサＡ、Ｂまたは連結型コンデンサＣを容量部３３として適用し、小型化されたインバータＤを、例えば、図７に示すような電動車輌Ｅに搭載すると、ポリプロピレンやポリエチレンテレフタレートなどによって形成されていた本開示の基礎となる構成の誘電体フィルムを適用したフィルムコンデンサや連結型コンデンサを用いた大型のインバータに比較して、車輌の重量を軽くできる。本実施形態では、このように車輌を軽量化することができ、燃費を向上させることが可能になる。また、エンジンルーム内における自動車の制御装置の占める割合を小さくできる。制御装置の占める割合を小さくすることで、エンジンルーム内に耐衝撃性を高めるための機能を内装させることが可能となり、車輌の安全性をさらに向上させることが可能になる。
　なお、本実施形態のインバータＤは、上記のハイブリッド自動車（ＨＥＶ）のみならず、電気自動車（ＥＶ）や電動自転車、発電機、太陽電池など種々の電力変換応用製品に適用できる。
　本開示は次の実施の形態が可能である。
　本開示の誘電体フィルムは、第１面に線状凸部を有し、前記第１面と反対の第２面に線状凹部を有するフィルム状の基材を含む。前記線状凹部は、１ｃｍ２あたりの全長が３ｍより長く、平均深さが０．０１μｍ以上１．３μｍ以下である。
　本開示の金属化フィルムは、上記の誘電体フィルムと、
　前記基材の前記第１面に位置する金属膜と、を有する。
　本開示のフィルムコンデンサは、上記の金属化フィルムが巻回または積層されてなる本体部と、該本体部に設けられた外部電極とを有する。
　本開示の連結型コンデンサは、上記のフィルムコンデンサが、バスバーにより複数個接続されている。
　本開示のインバータは、スイッチング素子により構成されるブリッジ回路と、該ブリッジ回路に接続され、上記のフィルムコンデンサを含む容量部とを備える。
　本開示の電動車輌は、電源と、該電源に接続された上記のインバータと、該インバータに接続されたモータと、該モータにより駆動する車輪と、を備える。
　本開示によれば、自己回復性が向上した誘電体フィルム、金属化フィルム、これを用いたフィルムコンデンサおよび連結型コンデンサ、インバータ、ならびに電動車輌を提供できる。
　以上、本開示の実施形態について詳細に説明したが、また、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。上記各実施形態をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。
　Ａ、Ｂ　　フィルムコンデンサ
　Ｃ　　連結型コンデンサ
　Ｄ　　インバータ
　Ｅ　　電動車輌
　１、１ａ、１ｂ　　金属化フィルム
　４　　本体部
　５、５ａ、５ｂ　　外部電極
　６　　リード線
　７　　外装部材
　８ａ、８ｂ　　金属膜非形成部
　１０，１０ａ，１０ｂ　　基材
　１１　第１面
　１２　第２面
　１３　線状凸部
　１４　線状凹部
　１５，１５ａ，１５ｂ　金属膜
　２０　誘電体フィルム
　２１，２３　　バスバー
　３１　　ブリッジ回路
　３３　　容量部
　３５　　昇圧回路
　４１　　モータ
　４３　　エンジン
　４５　　トランスミッション
　４７　　インバータ
　４９　　電源
　５１ａ　　前輪
　５１ｂ　　後輪
　５３　　車輌ＥＣＵ
　５５　　イグニッションキー
　５７　　エンジンＥＣＵ

Claims (11)

  1. 　第１面に線状凸部を有し、前記第１面と反対の第２面に線状凹部を有するフィルム状の基材を含み、
    　前記線状凹部は、
    　　１ｃｍ２あたりの全長が３ｍより長く、
    　　平均深さが０．０１μｍ以上１．３μｍ以下である誘電体フィルム。
  2. 　前記線状凹部は、
    　　平均幅が１μｍ以上１０μｍ以下であり、
    　　平均深さが０．０１μｍ以上１μｍ以下であり、
    　前記線状凹部の形状が楕円形状であり、
    　　前記線状凹部による楕円の個数密度が６０００個／ｃｍ２より高い、請求項１記載の誘電体フィルム。
  3. 　前記線状凹部による楕円は、長径が前記基材の長手方向に沿うように位置している、請求項２記載の誘電体フィルム。
  4. 　前記線状凸部は、
    　　平均幅が１μｍ以上１０μｍ以下であり、
    　　平均高さが０．０１μｍ以上０．２μｍ以下であり、
    　前記線状凸部の形状が楕円形状であり、
    　　前記線状凸部による楕円の個数密度が６０００個／ｃｍ２より高い、請求項１～３のいずれか１つに記載の誘電体フィルム。
  5. 　前記線状凸部による楕円は、長径が前記基材の長手方向に沿うように位置している、請求項４記載の誘電体フィルム。
  6. 　請求項１～５のいずれか１つに記載の誘電体フィルムと、
    　前記基材の前記第１面に位置する金属膜と、を有する金属化フィルム。
  7. 　請求項６に記載の金属化フィルムが巻回または積層されてなる本体部と、該本体部に有する外部電極とを備えたフィルムコンデンサ。
  8. 　前記第１面と前記第２面とが重なる領域において、平面透視で、前記線状凸部と前記線状凹部とが交差する部分を有する、請求項７記載のフィルムコンデンサ。
  9. 　請求項７または８記載のフィルムコンデンサが、バスバーにより複数個接続されている連結型コンデンサ。
  10. 　スイッチング素子により構成されるブリッジ回路と、該ブリッジ回路に接続され、請求項７または８記載のフィルムコンデンサを含む容量部とを備えるインバータ。
  11. 　電源と、該電源に接続された請求項１０記載のインバータと、該インバータに接続されたモータと、該モータにより駆動する車輪と、を備える電動車輌。
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