JP2008294431A - 金属化フィルムコンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】一対の両面蒸着した金属化フィルムを対向させて構成した金属化フィルムコンデンサの両端面が空隙の多い状態となり、金属化フィルムが折れ曲がったりするなどしてメタリコン電極との接触強度が低下してしまう。
【解決手段】金属化フィルム１の、第１および第２の絶縁マージン３ａ、３ｂが残るように、第１および第２の金属蒸着電極４ａ、４ｂとそれぞれ絶縁されている第１および第２の疑似金属蒸着電極５ａ、５ｂを誘電体フィルム２の端部に設けるとともに、一対の金属化フィルム１を裏面の第２の絶縁マージン３ｂが表面の第１の絶縁マージン３ａと同じ側で対向し、かつ裏面の第２の金属蒸着電極４ｂと表面の第１の金属蒸着電極４ａが電気的に接続されるように積層または巻回することを特徴とする金属化フィルムコンデンサとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器、電気機器や産業機器、自動車に用いられる金属化フィルムコンデンサに関するものである。

金属化フィルムコンデンサは、アルミニウムからなる金属を蒸着して電極（以下、金属蒸着電極）とする金属化フィルムを用いたもので、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ことと、金属蒸着電極特有の自己回復性能（絶縁欠陥部で短絡が生じた場合に、短絡のエネルギーで欠陥部周辺の金属蒸着電極が蒸発・飛散して絶縁化し、コンデンサの機能が回復する性能）により絶縁破壊に対する信頼性が高いことから、従来から広く用いられている。

図４は従来の金属化フィルムコンデンサの断面図である。

図４において、５１は金属化フィルムであり、誘電体フィルム５２の表面および裏面（図中上下方向）のそれぞれに金属蒸着を有しない絶縁マージン５３ａ、５３ｂと、アルミニウムなどの金属を蒸着して電極とした金属蒸着電極５４ａ、５４ｂとをそれぞれ形成したものである。

このとき、絶縁マージン５３ａ、５３ｂは金属化フィルム５１の中で互いに反対側となるように形成されている。

このようにした金属化フィルム５１を表面の絶縁マージン５３ａが隣接する金属化フィルム５１の裏面の絶縁マージン５３ｂと対向するように積層または巻回し、両端面にメタリコン電極５５を設けて金属化フィルムコンデンサを構成するものである。

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、特許文献１が知られている。
特開平２−２８９１５号公報

上記従来の構成の金属化フィルムコンデンサは、隣接する金属化フィルム５１の金属蒸着電極５４ａ、５４ｂを電気的な同極として巻回するものであるが、両端に絶縁マージン５３ａ、５３ｂを設けるために、メタリコン電極５５を設ける両端面では空隙の多い状態となり、金属化フィルム５１ａ、５１ｂの両端が絶縁マージン５３ａや５３ｂの方向へ折れ曲がってしまうなどして、メタリコン電極５５との接触強度が低下してしまうものであった。

このようにメタリコン電極５５と金属化フィルム５１との接触強度が低下してしまうと、接触抵抗が大きくなりメタリコン電極５５を通じて大電流が流れた際に発熱が大きくなり、コンデンサとしての性能を劣化させてしまう場合があった。

そこで、本発明では、両面蒸着された金属化フィルムとメタリコン電極との接触強度を向上させることを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、両面蒸着した金属化フィルムを巻回する際に、絶縁マージンが残るように、誘電体フィルムの端部に疑似金属蒸着電極を設ける構成とするものである。

本発明によれば、誘電体フィルムの端部に疑似金属蒸着電極が設けられているので、メタリコン電極を設ける端面において空隙が少なくなり、金属化フィルムの両端も折れ曲がってしまうことも少なくなるので、メタリコン電極と金属蒸着電極との接触強度が向上し、耐電流性能が向上するものである。

（実施の形態）
図１は本発明における金属化フィルムの一実施の形態を示すもので、金属化フィルムコンデンサの断面図である。

図１において、１は金属化フィルムであり、誘電体フィルム２の表裏面（図中上下方向）にそれぞれ金属蒸着を有しない絶縁マージン３ａ、３ｂと、アルミニウムなどの金属を蒸着して電極とした金属蒸着電極４ａ、４ｂをそれぞれ形成したものである。ここで、誘電体フィルム２の表面に設けられたものにはそれぞれ小文字のａを付し、裏面に設けられたものにはそれぞれ小文字ｂを付すものとする。

このとき、絶縁マージン３ａ、３ｂは金属化フィルム１の中で互いに反対側となるように形成されている。

また、この絶縁マージン３ａ、３ｂが形成されている、誘電体フィルム２の端部に同一面の金属蒸着電極４ａ、４ｂとは絶縁されている疑似金属蒸着電極５ａ、５ｂを設けている。

このようにした金属化フィルム１の一対を表面の絶縁マージン３ａが隣接する金属化フィルム１の裏面の絶縁マージン３ｂと対向するように配置して、積層または巻回し、両端面にスズなどを溶射してメタリコン電極６を設けて金属化フィルムコンデンサを構成するものである。このとき、金属化フィルム１の裏面の金属蒸着電極４ｂは隣接する金属化フィルム１の表面の金属蒸着電極４ａと電気的に接続されているので、同じ極となるものである。

特に、巻回した状態の金属化フィルム１の両端面にメタリコン電極６を設けたものの構成を示す斜視図を図２に示す。図２のように、絶縁マージン３ａ、３ｂ（図示せず）が形成されている誘電体フィルム２の端部に疑似金属蒸着電極５ａ、５ｂ（図示せず）を設けた一対の金属化フィルム１を巻回した後に、両端面にメタリコン電極６を設けて、コンデンサ素子９を構成するものである。

積層した状態のものの図示は省略するが、断面が図１のごとくなるように積層するものとする。

このように絶縁マージン３ａ、３ｂが形成されている誘電体フィルム２の端部に疑似金属蒸着電極５ａ、５ｂを設けることが本発明における技術的特徴の一つであり、これによって、両面蒸着した一対の金属化フィルム１を隣接する金属蒸着電極４ａ、４ｂとが電気的に接続されるように、積層または巻回したものに対して、両端面において空隙が少なくなり、金属化フィルム１の両端も折れ曲がってしまうことも少なくなるので、メタリコン電極６と金属蒸着電極との接触強度が向上し、耐電流性能も向上するものである。

なお、図３に示すように、金属蒸着電極４ａ、４ｂの端部を誘電体フィルム２を介して金属蒸着電極４ａ、４ｂが対向している部分の厚みより厚く蒸着することによって、ヘビーエッジ部７ａ、７ｂを形成するとともに、疑似金属蒸着電極８ａ、８ｂも同様に厚く形成することによって、さらにメタリコン電極６との接触強度を向上させることが可能となるものである。これによって耐電流性能もさらに向上するという効果を奏する。

なお、図１、図３ではともに金属化フィルム１の空隙を誇張して図示しているが、これらは極めて接近している、もしくは密着している状態であってもよいものである。

なお、本発明の実施の形態においては、金属蒸着電極４ａ、４ｂはアルミニウムからなるものとしたが、これは、亜鉛、またはアルミニウムと亜鉛の合金からなるものであってもよいものとする。

また、本実施の形態では誘電体フィルム２としてポリプロピレン（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）、いずれのものに対しても耐電流性能の向上という効果を奏するものであるが、特に、ＰＰＳ、ＰＥＮといった従来に比べて耐熱性の高いフィルムを用いた場合、従来の構成であれば熱処理工程でコンデンサ素子９の誘電体フィルム２が熱収縮してフィルム層間のギャップを発生しないようにしていたところ、ＰＰＳ、ＰＥＮは耐熱性が高いために、この熱収縮が少なく、場合によってはフィルム層間にギャップが残ってしまい、初期状態での容量が低下してしまうこともあり得るものであった。

これに対して、本実施の形態によれば、ＰＰＳ、ＰＥＮなどの従来よりも高耐熱性の誘電体フィルムを用いた場合でも、フィルムの熱収縮、フィルム層間のギャップに関係なく容量を形成することができるので、初期状態での容量の低下を抑制するというさらなる効果を奏するものである。

（実施例）
本実施の形態による金属化フィルムコンデンサを用いて、コンデンサ素子の耐熱性と容量出現率について評価を行った。

まず、本実施の形態を用いて、金属化フィルムコンデンサを作製した。このとき、誘電体フィルムとして、ＰＰＳを用いた金属化フィルムを巻回したコンデンサ素子に電極引き出し手段を設け、静電容量やｔａｎδや等価直列抵抗（ＥＳＲ）などを測定できるようにしたものを実施例１とした。

次に、実施例１に対して誘電体フィルムをＰＥＮとした以外は実施例１と同様にしたものを実施例２とした。

また、実施例１に対して誘電体フィルムをＰＰとした以外は実施例１と同様にしたものを実施例３とした。

それぞれ、実施例１から３に対し、図１における疑似金属蒸着電極５ａ、５ｂを設けなかった点以外は実施例１から３と同じ構成としたものをそれぞれ比較例１、比較例２、比較例３とした。

（評価方法）
まず、コンデンサ素子を構成している金属化フィルムの蒸着パターンから、容量に寄与する金属蒸着電極の面積を基にした容量値が求められ、これを「設計値」とする。

また、コンデンサ素子作製直後の初期状態において、測定により得られる、静電容量、ｔａｎδをそれぞれ、「初期値」とする。そして、このコンデンサ素子の雰囲気温度を−４０℃から上限温度まで上げ、再び−４０℃まで下げたものを１サイクルとして１０００サイクル繰り返すとヒートショック試験を実施した後に、静電容量、ｔａｎδを測定した。

このヒートショック試験において、特に、ｔａｎδが初期値の１．５倍以上になった状態をＮＧ（不適）とし、このＮＧになったときの上限温度を「上限耐熱温度」とした。

また、設計値に対する実際に得られる初期容量に対する割合を「容量出現率」とした。これらを以下の（表１）に示す。

（表１）からもわかるように、本発明における実施の形態によれば、いずれの実施例も高い容量出現率を示している。これは、本発明における構造とすることで、フィルムの熱収縮やフィルム層間のギャップに関係なく容量を形成することができるので、初期状態での容量の低下を抑制するという効果を表している。

また、メタリコン電極とフィルムとの接触強度が十分に確保されているため、ヒートショック試験においても十分な接触強度を保つことが出来ることを表している。

特に、高耐熱性の誘電体である、実施例１と実施例２では、この効果が大きく、ＰＰであっても、わずかではあるが、上限耐熱温度が高くなっている。

本発明によれば、耐電流性能、耐熱性を向上させることが可能となるので、極めて過酷な環境での使用によって、より高い信頼性を必要とする車載用の金属化フィルムコンデンサとして有用なものとなる。

本発明の一実施の形態における金属化フィルムコンデンサの金属化フィルムの断面図 本発明の一実施の形態における金属化フィルムコンデンサ素子の斜視図 本発明の一実施の形態における金属化フィルムコンデンサの金属化フィルムの断面図 従来の金属化フィルムコンデンサの金属化フィルムの断面図

符号の説明

１ 金属化フィルム
２ 誘電体フィルム
３ａ、３ｂ 絶縁マージン
４ａ、４ｂ 金属蒸着電極
５ａ、５ｂ、８ａ、８ｂ 疑似金属蒸着電極
６ メタリコン電極
７ａ、７ｂ ヘビーエッジ部
９ コンデンサ素子

Claims (4)

1. 誘電体フィルムと、この誘電体フィルムの表面に設けられた金属蒸着されていない第１の絶縁マージンと、同じ表面に設けられた第１の金属蒸着電極と、前記誘電体フィルムの裏面に、前記第１の絶縁マージンと反対側になるように設けられた金属蒸着されていない第２の絶縁マージンと、同じ裏面に設けられた第２の金属蒸着電極と、からなる金属化フィルムにおいて、前記第１および第２の絶縁マージンが残るように、前記第１および第２の金属蒸着電極とそれぞれ絶縁されている第１および第２の疑似金属蒸着電極を前記誘電体フィルムの端部に設けるとともに、一対の前記金属化フィルムを裏面の前記第２の絶縁マージンが表面の前記第１の絶縁マージンと同じ側で対向し、かつ裏面の前記第２の金属蒸着電極と表面の前記第１の金属蒸着電極が電気的に接続されるように積層または巻回することを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
2. 前記第１および第２の金属蒸着電極の端部と、前記第１および第２の疑似金属蒸着電極とを、前記第１および第２の金属蒸着電極が前記誘電体フィルムを介して対向している部分の厚みより厚く形成した請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
3. 前記誘電体フィルムがポリフェニレンサルファイドまたはポリエチレンナフタレートである請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
4. 一対の前記金属化フィルムにおける裏面の前記第２の金属蒸着電極と表面の前記第１の金属蒸着電極が密着していることを特徴とした請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。

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