JP2011114092A - Film capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フィルムコンデンサに関し、特に、使用温度環境条件の拡大化対策に係るものである。 The present invention relates to a film capacitor, and particularly relates to measures for enlarging operating temperature environment conditions.
従来より、フィルムコンデンサは、フィルムの表面にアルミニウム、又は亜鉛等の金属膜を蒸着した金属化フィルムを多層に重ねて構成されたものが知られている。このようなフィルムコンデンサでは、静電容量の大容量化の要請によってフィルムの高誘電率化が図られている（特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, a film capacitor is known in which a metallized film in which a metal film such as aluminum or zinc is deposited on a surface of a film is laminated in multiple layers. In such a film capacitor, a high dielectric constant of the film is achieved in response to a request for an increase in capacitance (see Patent Document 1).
そして、このようなフィルムコンデンサ用のフィルムとして、例えば高誘電率材料であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いたものが知られている。このＰＶＤＦ等を材料とするフィルムは、ポリプロピレン（ＰＰ）やポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）を材料とするフィルムと比較して誘電正接（ｔａｎδ）が大きく、材料固有の誘電損失によるコンデンサ素子の発熱が大きくなる。 As such a film for a film capacitor, for example, a film using polyvinylidene fluoride (PVDF) which is a high dielectric constant material is known. This film made of PVDF or the like has a larger dielectric loss tangent (tan δ) than a film made of polypropylene (PP) or polyethylene terephthalate (PET), and heat generation of the capacitor element due to dielectric loss inherent to the material is large. Become.
しかしながら、上述した金属化フィルムを用いたフィルムコンデンサにＰＶＤＦ等の高誘電率のフィルム材料を使用し、図８に示すようなコンデンサ素子（a）を形成すると、蒸着金属膜の電気抵抗成分（R1）にフィルムの誘電損失に起因する電気抵抗成分（R2）が加わるため、コンデンサ素子（a）の等価直列抵抗（いわゆるＥＳＲ）が大きくなる。これにより、コンデンサ素子（a）に流れるリプル電流による発熱が大きくなるため、コンデンサ素子（a）の使用温度環境条件や、最大許容リプル電流が制限されてしまうという問題があった。 However, when a film element having a high dielectric constant such as PVDF is used for the film capacitor using the metallized film described above and the capacitor element (a) as shown in FIG. 8 is formed, the electric resistance component (R1) of the deposited metal film is formed. ) Is added with an electric resistance component (R2) due to the dielectric loss of the film, so that the equivalent series resistance (so-called ESR) of the capacitor element (a) is increased. As a result, heat generation due to the ripple current flowing in the capacitor element (a) increases, and there is a problem that the operating temperature environment condition of the capacitor element (a) and the maximum allowable ripple current are limited.
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、高誘電率材料のフィルムを用いたコンデンサ素子の使用温度環境条件の拡大化を目的とする。 This invention is made | formed in view of such a point, and aims at expansion of the use temperature environmental condition of the capacitor | condenser element using the film of a high dielectric constant material.
第１の発明は、表面に電極膜（14）が形成され、誘電率が６以上の高誘電率材料で構成されるフィルム部材（13）を巻回して形成されるコンデンサ素子（11）を備えたフィルムコンデンサであって、上記コンデンサ素子（11）は、フィルム部材（13）の幅（L）のよりもコンデンサ素子（11）の直径（D）が大きく形成されている。 The first invention includes a capacitor element (11) formed by winding a film member (13) made of a high dielectric constant material having a dielectric constant of 6 or more, on which an electrode film (14) is formed. In the film capacitor, the capacitor element (11) is formed such that the diameter (D) of the capacitor element (11) is larger than the width (L) of the film member (13).
上記第１の発明では、誘電率が６以上の高誘電率材料によってフィルム部材（13）を構成し、このフィルム部材（13）の表面に電極膜（14）を形成している。そして、電極膜（14）が形成されたフィルム部材（13）を巻回することでコンデンサ素子（11）を形成している。 In the first invention, the film member (13) is made of a high dielectric constant material having a dielectric constant of 6 or more, and the electrode film (14) is formed on the surface of the film member (13). And the capacitor | condenser element (11) is formed by winding the film member (13) in which the electrode film (14) was formed.
上記コンデンサ素子（11）は、フィルム部材（13）の幅（L）の寸法よりもコンデンサ素子（11）の直径（D）が大きくなるように形成している。つまり、フィルム部材（13）の幅（L）の寸法を縮ませつつ、電極膜（14）の巻回長さを伸ばしている。こうすると、コンデンサ素子（11）の静電容量を保ちつつ、電極膜（14）の電気抵抗成分（R1）が下がるため、コンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ＥＳＲ）が低くなる。この結果、コンデンサ素子（11）に流れるリプル電流による発熱を抑えることができるため、フィルムコンデンサの使用温度環境条件や最大許容リプル電流の制限を緩和することができる。 The capacitor element (11) is formed such that the diameter (D) of the capacitor element (11) is larger than the width (L) dimension of the film member (13). That is, the winding length of the electrode film (14) is increased while the width (L) of the film member (13) is reduced. In this case, the electric resistance component (R1) of the electrode film (14) is lowered while maintaining the capacitance of the capacitor element (11), and therefore the equivalent series resistance (ESR) of the capacitor element (11) is lowered. As a result, since heat generation due to the ripple current flowing in the capacitor element (11) can be suppressed, it is possible to relax restrictions on the operating temperature environment conditions and the maximum allowable ripple current of the film capacitor.
第２の発明は、表面に電極膜（14）が形成され、誘電率が６以上の高誘電率材料で構成されるフィルム部材（13）を巻回して形成されるコンデンサ素子（11）を備えたフィルムコンデンサであって、上記コンデンサ素子（11）は、電極膜（14）の電気抵抗成分（R1）に起因する消費電力損失（Wc）が、フィルム部材（13）の誘電損失（Wｆ）よりも小さくなるように構成されている。 The second invention includes a capacitor element (11) formed by winding a film member (13) made of a high dielectric constant material having a dielectric constant of 6 or more, on which an electrode film (14) is formed. In the capacitor element (11), the power consumption loss (Wc) due to the electric resistance component (R1) of the electrode film (14) is less than the dielectric loss (Wf) of the film member (13). Is also configured to be small.
上記第２の発明では、誘電率が６以上の高誘電率材料によってフィルム部材（13）を構成し、フィルム部材（13）の表面に電極膜（14）を形成している。そして、電極膜（14）が形成されたフィルム部材（13）を巻回することでコンデンサ素子（11）を形成している。 In the second invention, the film member (13) is made of a high dielectric constant material having a dielectric constant of 6 or more, and the electrode film (14) is formed on the surface of the film member (13). And the capacitor | condenser element (11) is formed by winding the film member (13) in which the electrode film (14) was formed.
上記コンデンサ素子（11）は、電極膜（14）が有する電気抵抗成分（R1）に起因する消費電力損失（Wc）が、フィルム部材（13）の誘電損失（Wf）よりも小さくなるように構成されている。こうすると、コンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ＥＳＲ）が下がる。この結果、コンデンサ素子（11）に流れるリプル電流による発熱を抑えることができるため、フィルムコンデンサの使用温度環境条件や最大許容リプル電流の制限を緩和することができる。 The capacitor element (11) is configured such that the power consumption loss (Wc) due to the electrical resistance component (R1) of the electrode film (14) is smaller than the dielectric loss (Wf) of the film member (13). Has been. This lowers the equivalent series resistance (ESR) of the capacitor element (11). As a result, since heat generation due to the ripple current flowing in the capacitor element (11) can be suppressed, it is possible to relax restrictions on the operating temperature environment conditions and the maximum allowable ripple current of the film capacitor.
第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、上記フィルム部材（13）は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含んで構成されている。 In a third aspect based on the first aspect or the second aspect, the film member (13) includes polyvinylidene fluoride (PVDF).
第３の発明では、ポリフッ化ビニリデンを含んだフィルム部材（13）に電極膜（14）を形成している。そして、電極膜（14）が形成されたフィルム部材（13）を巻回することでコンデンサ素子（11）を形成している。 In the third invention, the electrode film (14) is formed on the film member (13) containing polyvinylidene fluoride. And the capacitor | condenser element (11) is formed by winding the film member (13) in which the electrode film (14) was formed.
上記コンデンサ素子（11）は、フィルム部材（13）の幅（L）の寸法よりも、コンデンサ素子（11）の直径（D）が大きくなるように形成している。つまり、フィルム部材（13）の幅（L）の寸法を縮ませつつ、電極膜（14）の巻回長さを伸ばしている。こうすると、コンデンサ素子（11）の静電容量を保ちつつ、電極膜（14）の電気抵抗成分（R1）が下がる。このため、高誘電率材料であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含んで構成されたフィルム部材（13）を使用したコンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ＥＳＲ）が下がる。 The capacitor element (11) is formed such that the diameter (D) of the capacitor element (11) is larger than the width (L) dimension of the film member (13). That is, the winding length of the electrode film (14) is increased while the width (L) of the film member (13) is reduced. This reduces the electrical resistance component (R1) of the electrode film (14) while maintaining the capacitance of the capacitor element (11). For this reason, the equivalent series resistance (ESR) of the capacitor element (11) using the film member (13) configured to include polyvinylidene fluoride (PVDF) which is a high dielectric constant material is lowered.
一方、上記コンデンサ素子（11）は、電極膜（14）が有する電気抵抗成分（R1）に起因する消費電力損失（Wc）が、ポリフッ化ビニリデンを含んで構成されるフィルム部材（13）の誘電損失（Wf）よりも小さくなるように構成されている。こうすると、電極膜（14）の電気抵抗成分（R1）が低くなるため、高誘電率材料であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含んで構成されたフィルム部材（13）を使用したコンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ＥＳＲ）が下がる。 On the other hand, in the capacitor element (11), the power consumption loss (Wc) caused by the electric resistance component (R1) of the electrode film (14) is the dielectric of the film member (13) including polyvinylidene fluoride. It is configured to be smaller than the loss (Wf). In this case, since the electric resistance component (R1) of the electrode film (14) is lowered, the capacitor element (11) using the film member (13) configured to include polyvinylidene fluoride (PVDF) which is a high dielectric constant material. ) Equivalent series resistance (ESR) decreases.
第４の発明は、上記第１〜第３の発明の何れか１つにおいて、上記電極膜（14）は、スリット（18）で分割された複数の分割電極（14a,14a）と、該複数の分割電極（14a,14a）間を接続するヒューズ部（19）とで構成されている。 According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, the electrode film (14) includes a plurality of divided electrodes (14a, 14a) divided by a slit (18), and the plurality of divided electrodes (14a, 14a). And a fuse portion (19) for connecting the divided electrodes (14a, 14a).
上記第４の発明では、電極膜（14）をスリット（18）で分割して分割電極（14a,14a）を形成し、分割電極（14a,14a）間をヒューズ部（19）で接続した。したがって、コンデンサ素子（11）の回路短絡時には、ヒューズ部（19）が電極膜（14）を分断するため、コンデンサ素子（11）を絶縁破壊から保護する。つまり、フィルムコンデンサの耐圧性能が向上する。 In the fourth invention, the electrode film (14) is divided by the slit (18) to form the divided electrodes (14a, 14a), and the divided electrodes (14a, 14a) are connected by the fuse portion (19). Therefore, when the circuit of the capacitor element (11) is short-circuited, the fuse part (19) cuts off the electrode film (14), thereby protecting the capacitor element (11) from dielectric breakdown. That is, the pressure resistance performance of the film capacitor is improved.
上記第１の発明によれば、コンデンサ素子（11）を、フィルム部材（13）の幅寸法（L）よりもコンデンサ素子（11）の直径（D）が大きくなるようにしたため、電極膜（14）の縦横寸法が変化して電極膜（14）の電気抵抗成分（R1）を低くすることができる。つまり、電極膜（14）の巻回方向の長さを伸ばす一方、電極膜（14）の幅方向の長さを縮めることで、コンデンサ素子（11）の静電容量を変えずに電極膜（14）の電気抵抗成分（R1）を下げることができる。これにより、コンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ＥＳＲ）を下げることができる。この結果、コンデンサ素子（11）に流れるリプル電流による発熱を抑えることができるため、フィルムコンデンサの使用温度環境条件や最大許容リプル電流の制限を緩和することができる。 According to the first aspect of the invention, since the capacitor element (11) has the diameter (D) of the capacitor element (11) larger than the width dimension (L) of the film member (13), the electrode film (14 ) Can change the vertical and horizontal dimensions of the electrode film (14) to reduce the electrical resistance component (R1). That is, while extending the length of the electrode film (14) in the winding direction, the electrode film (14) is shortened in the width direction, thereby changing the capacitance of the capacitor element (11) without changing the capacitance (11). The electrical resistance component (R1) of 14) can be lowered. Thereby, the equivalent series resistance (ESR) of the capacitor element (11) can be lowered. As a result, since heat generation due to the ripple current flowing in the capacitor element (11) can be suppressed, it is possible to relax restrictions on the operating temperature environment conditions and the maximum allowable ripple current of the film capacitor.
上記第２の発明によれば、電極膜（14）の消費電力損失（Wc）をフィルム部材（13）の誘電損失（Wf）よりも小さくしたため、コンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ＥＳＲ）を下げることができる。この結果、コンデンサ素子（11）に流れるリプル電流による発熱を抑えることができるため、フィルムコンデンサの使用温度環境条件や最大許容リプル電流の制限を緩和することができる。 According to the second aspect of the invention, since the power consumption loss (Wc) of the electrode film (14) is made smaller than the dielectric loss (Wf) of the film member (13), the equivalent series resistance (ESR) of the capacitor element (11) Can be lowered. As a result, since heat generation due to the ripple current flowing in the capacitor element (11) can be suppressed, it is possible to relax restrictions on the operating temperature environment conditions and the maximum allowable ripple current of the film capacitor.
上記第３の発明では、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含んだフィルム部材（13）を用いたコンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ＥＳＲ）を下げることができる。これにより、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含んだフィルム部材（13）を用いたコンデンサ素子（11）の発熱量を下げることができる。 In the third aspect, the equivalent series resistance (ESR) of the capacitor element (11) using the film member (13) containing polyvinylidene fluoride (PVDF) can be lowered. Thereby, the emitted-heat amount of the capacitor | condenser element (11) using the film member (13) containing polyvinylidene fluoride (PVDF) can be reduced.
また、フィルム部材（13）を高誘電率材料であるポリフッ化ビニリデンを含んで構成したため、コンデンサ素子（11）の静電容量を大きくすることができる。 Further, since the film member (13) is configured to include polyvinylidene fluoride which is a high dielectric constant material, the capacitance of the capacitor element (11) can be increased.
上記第４の発明では、ヒューズ部（19）が形成された電極膜（14）を有するコンデンサ素子（11）の直径（D）の寸法が、フィルム部材（13）の幅（L）の寸法よりも大きくなるように形成されている。これにより、コンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ESR）を下げることができるため、ヒューズ部（19）が形成された電極膜（14）を有するコンデンサ素子（11）の発熱量を下げることができる。 In the fourth invention, the dimension of the diameter (D) of the capacitor element (11) having the electrode film (14) in which the fuse portion (19) is formed is larger than the dimension of the width (L) of the film member (13). Is also formed to be large. As a result, the equivalent series resistance (ESR) of the capacitor element (11) can be lowered, so that the calorific value of the capacitor element (11) having the electrode film (14) in which the fuse portion (19) is formed can be lowered. it can.
また、分割した電極（14a,14a）間をヒューズ部（19）で接続したため、短絡時等にはヒューズ部（19）が電極膜（14）を分断することができる。これにより、フィルムコンデンサの耐圧性能を向上させることができる。 Further, since the divided electrodes (14a, 14a) are connected by the fuse portion (19), the fuse portion (19) can divide the electrode film (14) at the time of a short circuit or the like. Thereby, the pressure | voltage resistant performance of a film capacitor can be improved.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の実施形態について説明する。図１に本実施形態に係るフィルムコンデンサ（10）を示す。フィルムコンデンサ（10）は、図２に示すように、コンデンサ素子（11）を有して構成されている。 An embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows a film capacitor (10) according to this embodiment. As shown in FIG. 2, the film capacitor (10) includes a capacitor element (11).
上記コンデンサ素子（11）は、帯状のフィルム（13）の両面に金属膜（14）を蒸着させて形成して金属化フィルム（12）を形成し、該金属化フィルム（12）を巻回したものである。本実施形態のコンデンサ素子（11）では、上記金属化フィルム（12）を上下２枚重ねにし、円柱状に巻回することで形成されている。コンデンサ素子（11）は、その直径（D）（つまり、巻回された金属化フィルム（12）の直径）の寸法が、フィルム（13）の幅（L）の寸法（つまり、金属化フィルム（12）の幅寸法）よりも大きくなるように形成されている。 The capacitor element (11) is formed by vapor-depositing a metal film (14) on both sides of a belt-like film (13) to form a metallized film (12), and the metallized film (12) is wound. Is. In the capacitor element (11) of this embodiment, the metallized film (12) is formed by overlapping two upper and lower layers and winding them in a columnar shape. The capacitor element (11) has a diameter (D) (that is, the diameter of the wound metallized film (12)) that is the width (L) of the film (13) (that is, the metallized film (11)). It is formed to be larger than the width dimension of 12).
図３では、フィルム（13）の幅寸法（L）を減少させるのに伴って、コンデンサ素子（11）の直径（D）を漸次大きくしている。具体的には、金属膜（14）の電極面積を保ったまま、金属膜（14）の巻回方向の長さを伸ばす一方、金属膜（14）の幅方向の長さを縮めている。これにより、金属膜（14）の縦横比の変化の前後でコンデンサ素子（11）の静電容量を保つとができる。 In FIG. 3, the diameter (D) of the capacitor element (11) is gradually increased as the width dimension (L) of the film (13) is decreased. Specifically, while the electrode area of the metal film (14) is maintained, the length of the metal film (14) in the winding direction is increased while the length of the metal film (14) in the width direction is reduced. Thereby, the electrostatic capacitance of the capacitor element (11) can be maintained before and after the change of the aspect ratio of the metal film (14).
本実施形態では、コンデンサ素子（11）の静電容量は５００μＦに設計され、金属膜（14）の電極面積は１２ｃｍ２としている。そして、コンデンサ素子（11）では、その電極面積を保ったまま（すなわち静電容量を５００μＦに保ったまま）、フィルム（13）の幅（L）の寸法が５ｃｍ以下で、且つコンデンサ素子（11）の直径（D）が５ｃｍ以上となる条件（図３参照）でフィルム（13）、及び金属膜（14）の縦横寸法を形成している。 In the present embodiment, the capacitance of the capacitor element (11) is designed to be 500 μF, and the electrode area of the metal film (14) is 12 cm 2 . And in the capacitor | condenser element (11), the dimension of the width | variety (L) of a film (13) is 5 cm or less, maintaining the electrode area (that is, maintaining electrostatic capacity at 500 micro F), and a capacitor | condenser element (11 ) Are formed in the vertical and horizontal dimensions of the film (13) and the metal film (14) under the condition that the diameter (D) is 5 cm or more (see FIG. 3).
尚、コンデンサ素子（11）の幅方向の両端には、メタリコン（16,16）が接続されて構成されている。このとき、２枚の金属化フィルム（12,12）は、互いを左右方向に１ｍｍ程度、ずらした状態で重ねられている。 Metallicons (16, 16) are connected to both ends of the capacitor element (11) in the width direction. At this time, the two metallized films (12, 12) are overlapped with each other being shifted by about 1 mm in the left-right direction.
上記各フィルム（13）は、無機酸化物を添加したポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用い、比誘電率が１０に形成されている。このフィルム（13）は、４μｍ程度の膜厚に形成され、本発明に係るフィルム部材を構成している。尚、フィルム（13）の膜厚は、３〜１０μｍ程度の範囲で形成することができる。また、フィルム（13）には、材料固有の静電正接（tanδ）に起因する誘電損失（Wf）が存在している。したがって、コンデンサ素子（11）は、図５に示すように、誘電損失（Wf）による電気抵抗成分（R2）を有している。尚、本実施形態のフィルム（13）の静電正接（tanδ）は２％に設定している。 Each film (13) is made of polyvinylidene fluoride (PVDF) to which an inorganic oxide is added, and has a relative dielectric constant of 10. This film (13) is formed to a film thickness of about 4 μm and constitutes a film member according to the present invention. In addition, the film thickness of a film (13) can be formed in the range of about 3-10 micrometers. Further, the film (13) has a dielectric loss (Wf) due to the electrostatic tangent (tan δ) inherent to the material. Therefore, the capacitor element (11) has an electrical resistance component (R2) due to dielectric loss (Wf) as shown in FIG. The electrostatic tangent (tan δ) of the film (13) of this embodiment is set to 2%.
上記メタリコン（16）は、上記金属膜（14）と外部に延びる電極である銅線（17）との間を電気的に接続するものであって、本発明に係る電極部材を構成している。このメタリコン（16,16）は、巻回した金属化フィルム（12,12）の端部に亜鉛（Ｚｎ）等の金属を溶融噴射することで形成される。具体的に、各金属化フィルム（12）は、その幅方向両端が吹き付けられたメタリコン（16,16）の内部に埋没することでメタリコン（16,16）によって固定支持されている。各メタリコン（16,16）には銅線電極（17,17）が取り付けられている。フィルムコンデンサ（10）は、銅線電極（17,17）を介して回路等に接続されている。 The metallicon (16) electrically connects the metal film (14) and a copper wire (17) that is an electrode extending to the outside, and constitutes an electrode member according to the present invention. . The metallicon (16, 16) is formed by melting and jetting a metal such as zinc (Zn) at the end of the wound metallized film (12, 12). Specifically, each metallized film (12) is fixedly supported by the metallicon (16, 16) by being buried in the metallicon (16, 16) sprayed at both ends in the width direction. A copper wire electrode (17, 17) is attached to each metallicon (16, 16). The film capacitor (10) is connected to a circuit or the like via copper wire electrodes (17, 17).
上記金属膜（14）は、各フィルム（13）の両側の表面に蒸着形成されたアルミニウム（Ａｌ）の蒸着膜であって、本発明に係る電極膜を構成している。この金属膜（14）は、その膜厚が５０Å〜４００Å程度に形成されている。各フィルム（13）では、その片面の左右方向（幅方向）の一端側にサイドマージン（15）が形成されている一方、反対面の左右方向（幅方向）の他端側にサイドマージン（15）が形成されている。尚、本実施形態では、サイドマージン（15）は、０．７ｃｍに設定されている。そして、金属膜（14）は、膜表面に電気抵抗成分（表面抵抗（R1））を有している。 The metal film (14) is an aluminum (Al) vapor deposition film deposited on both surfaces of each film (13), and constitutes an electrode film according to the present invention. The metal film (14) has a thickness of about 50 to 400 mm. In each film (13), a side margin (15) is formed on one side in the left-right direction (width direction) on one side, while a side margin (15 in the other side in the left-right direction (width direction) on the opposite side. ) Is formed. In the present embodiment, the side margin (15) is set to 0.7 cm. The metal film (14) has an electrical resistance component (surface resistance (R1)) on the film surface.
上記表面抵抗（R1）は、金属膜（14）を構成する材料と膜厚とに起因する電気抵抗であって、本発明に係る電気抵抗成分に該当するものである。したがって、コンデンサ素子（11）は、図５に示すように、表面抵抗（R1）を有している。この金属膜（14）の表面抵抗（R1）が大きくなるのに伴って消費電力損失（Wc）が大きくなる。 The surface resistance (R1) is an electric resistance caused by the material and film thickness constituting the metal film (14), and corresponds to the electric resistance component according to the present invention. Therefore, the capacitor element (11) has a surface resistance (R1) as shown in FIG. As the surface resistance (R1) of the metal film (14) increases, the power consumption loss (Wc) increases.
尚、上記表面抵抗（R1）は、金属膜（14）の膜厚を厚くすることで下げることができる。ところが、金属膜（14）の膜厚を厚くすると、金属化フィルム（12）の製造時に、フィルム（13）に付着させる高温の蒸発金属量が増加することになるため、フィルム（13）への加熱量が大きくなる。これにより、フィルム（13）の熱変形や耐圧の低下を引き起こす弊害が生ずることになる。 The surface resistance (R1) can be lowered by increasing the thickness of the metal film (14). However, increasing the thickness of the metal film (14) increases the amount of high-temperature evaporated metal that adheres to the film (13) during the production of the metallized film (12). The amount of heating increases. As a result, adverse effects that cause thermal deformation and a decrease in pressure resistance of the film (13) occur.
ここで、上述したようにフィルム（13）の幅（L）の寸法を減少させるのに伴って、コンデンサ素子（11）の直径（D）を漸次大きくすると、金属膜（14）の電極面積を保ったまま、その縦横比が変化する。これにより、金属膜（14）の巻回方向の長さが伸びて幅が縮み、金属膜（14）の表面抵抗（R1）が下がるため、図４に示すように、金属膜（14）の消費電力損失（Wc）が減少する。 Here, when the diameter (D) of the capacitor element (11) is gradually increased as the width (L) of the film (13) is reduced as described above, the electrode area of the metal film (14) is reduced. The aspect ratio changes while keeping. As a result, the length in the winding direction of the metal film (14) increases and the width decreases, and the surface resistance (R1) of the metal film (14) decreases. Power consumption loss (Wc) decreases.
コンデンサ素子（11）では、流れるリプル電流の損失に応じてコンデンサ素子（11）が発熱している。尚、本実施形態では流れるリプル電流を５０μＡとしている。この損失は、流れるリプル電流の二乗とコンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ESR）とを掛け合わせて求まるコンデンサ素子（11）の総損失（W）である。上記等価直列抵抗（ESR）は、金属膜（14）の電気抵抗成分である表面抵抗（R1）と、フィルム（13）の誘電損失（Wf）による電気抵抗成分（R2）との合計によって定まる。 In the capacitor element (11), the capacitor element (11) generates heat according to the loss of the flowing ripple current. In the present embodiment, the flowing ripple current is 50 μA. This loss is the total loss (W) of the capacitor element (11) obtained by multiplying the square of the flowing ripple current and the equivalent series resistance (ESR) of the capacitor element (11). The equivalent series resistance (ESR) is determined by the sum of the surface resistance (R1), which is an electrical resistance component of the metal film (14), and the electrical resistance component (R2) due to the dielectric loss (Wf) of the film (13).
つまり、コンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ESR）を構成する金属膜（14）の電気抵抗成分である表面抵抗（R1）を下げることによって、コンデンサ素子（11）の総損失（W）を下げることができる。具体的には、図６に示すように、フィルム（13）の幅（L）の寸法を減少させるのに伴って、金属膜（14）の消費電力損失（Wc）を低下させ、コンデンサ素子（11）の総損失（W）を低下させている。 In other words, the total loss (W) of the capacitor element (11) is reduced by reducing the surface resistance (R1), which is the electrical resistance component of the metal film (14) that constitutes the equivalent series resistance (ESR) of the capacitor element (11). Can be lowered. Specifically, as shown in FIG. 6, as the width (L) of the film (13) is reduced, the power consumption loss (Wc) of the metal film (14) is reduced, and the capacitor element ( 11) The total loss (W) is reduced.
−実施形態の効果−
本実施形態によれば、コンデンサ素子（11）を、フィルム（13）の幅（L）の寸法よりもコンデンサ素子（11）の直径（D）が大きくなるようにしたため、金属膜（14）の縦横寸法が変化して金属膜（14）の表面抵抗（R1）を低くすることができる。つまり、金属膜（14）の巻回方向の長さを伸ばす一方、金属膜（14）の幅の長さを縮めることで、コンデンサ素子（11）の静電容量を変えずに金属膜（14）の表面抵抗（R1）を下げることができる。これにより、コンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ＥＳＲ）を下げることができる。この結果、コンデンサ素子（11）に流れるリプル電流による発熱を抑えることができるため、フィルムコンデンサ（10）の使用温度環境条件や最大許容リプル電流の制限を緩和することができる。
-Effect of the embodiment-
According to this embodiment, since the capacitor element (11) has the diameter (D) of the capacitor element (11) larger than the dimension of the width (L) of the film (13), the metal film (14) The vertical and horizontal dimensions can be changed to reduce the surface resistance (R1) of the metal film (14). That is, while extending the length of the metal film (14) in the winding direction, by reducing the width of the metal film (14), the metal film (14 ) Surface resistance (R1) can be reduced. Thereby, the equivalent series resistance (ESR) of the capacitor element (11) can be lowered. As a result, since heat generation due to the ripple current flowing through the capacitor element (11) can be suppressed, it is possible to relax restrictions on the operating temperature environment conditions and the maximum allowable ripple current of the film capacitor (10).
また、金属膜（14）の消費電力損失（Wc）をフィルム部材（13）の誘電損失（Wf）よりも小さくしたため、コンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ＥＳＲ）を下げることができる。この結果、コンデンサ素子（11）に流れるリプル電流による発熱を抑えることができるため、フィルムコンデンサ（10）の使用温度環境条件や最大許容リプル電流の制限を緩和することができる。 Moreover, since the power consumption loss (Wc) of the metal film (14) is made smaller than the dielectric loss (Wf) of the film member (13), the equivalent series resistance (ESR) of the capacitor element (11) can be lowered. As a result, since heat generation due to the ripple current flowing through the capacitor element (11) can be suppressed, it is possible to relax restrictions on the operating temperature environment conditions and the maximum allowable ripple current of the film capacitor (10).
次に、本実施形態では、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含んだフィルム（13）を用いたコンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ＥＳＲ）を下げることができる。これにより、このフィルム（13）を用いたコンデンサ素子（11）の発熱量を下げることができる。 Next, in this embodiment, the equivalent series resistance (ESR) of the capacitor element (11) using the film (13) containing polyvinylidene fluoride (PVDF) can be lowered. Thereby, the emitted-heat amount of the capacitor | condenser element (11) using this film (13) can be lowered | hung.
さらに、フィルム（13）を高誘電率材料であるポリフッ化ビニリデンを含んで構成したため、コンデンサ素子（11）の静電容量を大きくすることができる。 Furthermore, since the film (13) includes polyvinylidene fluoride, which is a high dielectric constant material, the capacitance of the capacitor element (11) can be increased.
−実施形態の変形例−
次に、上記実施形態の変形例について図面に基づいて説明する。本変形例に係るフィルムコンデンサ（10）は、実施形態に係るフィルムコンデンサ（10）とは、金属膜（14）の構造が異なっている。
-Modification of the embodiment-
Next, a modification of the above embodiment will be described with reference to the drawings. The film capacitor (10) according to this modification is different from the film capacitor (10) according to the embodiment in the structure of the metal film (14).
具体的には、図７に示すように、本変形例に係る金属膜（14）は、巻回方向に沿って延びるスリット（18）によって分割金属膜（14a,14a）に分割されている。そして、分割金属膜（14a,14a）は、その間をヒューズ部（19）によって接続されている。 Specifically, as shown in FIG. 7, the metal film (14) according to the present modification is divided into divided metal films (14a, 14a) by slits (18) extending along the winding direction. The divided metal films (14a, 14a) are connected to each other by a fuse portion (19).
ここで、図９にしめすように、従来のフィルムコンデンサでは、電極膜を構成する金属膜（b）の電気抵抗を１０Ωとすると、図１０に示すように、金属膜（b）にスリット（c）を入れて、ヒューズ部（d）を形成した場合、金属膜（b）の全体の抵抗値は２０Ωとなる。つまり、ヒューズ部（c）を形成することで金属膜（b）の電気抵抗は高くなる。したがって、ヒューズ部（c）が形成されたコンデンサ素子は、等価直列抵抗（ESR）が大きくなるため、発熱量が大きくなる。 Here, as shown in FIG. 9, in the conventional film capacitor, when the electric resistance of the metal film (b) constituting the electrode film is 10 Ω, as shown in FIG. ) And the fuse part (d) is formed, the overall resistance value of the metal film (b) is 20Ω. That is, the electrical resistance of the metal film (b) is increased by forming the fuse portion (c). Therefore, the capacitor element in which the fuse portion (c) is formed has a large equivalent series resistance (ESR), and thus generates a large amount of heat.
一方で、本変形例では、ヒューズ部（19）が形成された金属膜（14）を有するコンデンサ素子（11）の直径（D）の寸法が、フィルム（13）の幅（L）の寸法よりも大きくなるように形成されている。これにより、コンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ESR）を下げることができるため、コンデンサ素子（11）の発熱量を下げることができる。 On the other hand, in this modification, the dimension of the diameter (D) of the capacitor element (11) having the metal film (14) on which the fuse portion (19) is formed is larger than the dimension of the width (L) of the film (13). Is also formed to be large. Thereby, since the equivalent series resistance (ESR) of the capacitor element (11) can be lowered, the amount of heat generated by the capacitor element (11) can be lowered.
また、分割した分割金属膜（14a,14a）間をヒューズ部（19）で接続したため、回路の短絡時等にはヒューズ部（19）が分割金属膜（14a,14a）間を遮断することができる。これにより、コンデンサ素子（11）の耐圧性能を向上させることができる。その他の構成、作用・効果は実施形態と同様である。 In addition, since the divided metal films (14a, 14a) are connected by the fuse part (19), the fuse part (19) may interrupt the divided metal films (14a, 14a) when the circuit is short-circuited. it can. Thereby, the pressure | voltage resistant performance of a capacitor | condenser element (11) can be improved. Other configurations, operations and effects are the same as those in the embodiment.
〈その他の実施形態〉
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
<Other embodiments>
The present invention may be configured as follows with respect to the above embodiment.
上記実施形態では、フィルム（13）を構成する材料としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いたが、本発明はその他の高誘電率材料によってフィルム（13）を構成するようにしてもよい。 In the said embodiment, although the polyvinylidene fluoride (PVDF) was used as a material which comprises a film (13), you may make it comprise a film (13) with another high dielectric constant material in this invention.
上記実施形態では、本発明に係る電極膜を形成する材料としてアルミニウムを用いたが、電極膜は、例えば亜鉛（Ｚｎ）等の金属によっても形成することができる。 In the above embodiment, aluminum is used as a material for forming the electrode film according to the present invention, but the electrode film can also be formed of a metal such as zinc (Zn).
尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 In addition, the above embodiment is an essentially preferable illustration, Comprising: It does not intend restrict | limiting the range of this invention, its application thing, or its use.
以上説明したように、本発明は、高誘電率材料のフィルムを用いたコンデンサ素子の使用温度環境条件の拡大化対策について有用である。 As described above, the present invention is useful as a countermeasure for enlarging the operating temperature environment conditions of a capacitor element using a film of a high dielectric constant material.
１１ コンデンサ素子
１３ フィルム
１４ 金属膜
１４ａ 分割金属膜
１８ スリット
１９ ヒューズ部
11
Claims (4)
上記コンデンサ素子（11）は、フィルム部材（13）の幅（L）の寸法よりもコンデンサ素子（11）の直径（D）が大きく形成されている
ことを特徴とするフィルムコンデンサ。 A film capacitor comprising a capacitor element (11) formed by winding a film member (13) made of a high dielectric constant material having a dielectric constant of 6 or more, on which an electrode film (14) is formed ,
The capacitor element (11) is characterized in that the capacitor element (11) has a diameter (D) larger than a width (L) dimension of the film member (13).
上記コンデンサ素子（11）は、電極膜（14）の電気抵抗成分（R1）に起因する消費電力損失（Wc）が、フィルム部材（13）の誘電損失（Wf）よりも小さくなるように構成されている
ことを特徴とするフィルムコンデンサ。 A film capacitor comprising a capacitor element (11) formed by winding a film member (13) made of a high dielectric material having a dielectric constant of 6 or more, on which an electrode film (14) is formed. ,
The capacitor element (11) is configured such that the power consumption loss (Wc) due to the electric resistance component (R1) of the electrode film (14) is smaller than the dielectric loss (Wf) of the film member (13). A film capacitor characterized by
上記フィルム部材（13）は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含んで構成されている
ことを特徴とするフィルムコンデンサ。 In claim 1 or 2,
The film capacitor (13) is characterized by comprising polyvinylidene fluoride (PVDF).
上記電極膜（14）は、スリット（18）で分割された複数の分割電極（14a,14a）と、該複数の分割電極（14a,14a）間を接続するヒューズ部（19）とで構成されている
ことを特徴とするフィルムコンデンサ。 In any one of Claims 1-3,
The electrode film (14) includes a plurality of divided electrodes (14a, 14a) divided by a slit (18) and a fuse portion (19) connecting the plurality of divided electrodes (14a, 14a). A film capacitor characterized by
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| JP2015189972A (en) * | 2014-03-31 | 2015-11-02 | 株式会社日立製作所 | Dielectric film and film capacitor using the same |
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