金属化フィルムコンデンサ
【課題】ハイブリッド自動車等に使用される金属化フィルムコンデンサに関し、扁平化し難いという課題を解決し、扁平化による体積効率を向上した金属化フィルムコンデンサを提供することを目的とする。
【解決手段】金属化フィルム２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巻芯１上に巻回し、扁平化して断面小判形に形成したコンデンサ素子３の長径をａ、短径をｂとした場合のａ／ｂ＝３以上でａ＝６０ｍｍ以上、巻芯１から素子外周面までの寸法を１４ｍｍ以下、かつ誘電体フィルム厚の３〜１０倍厚のＰＰフィルムを５〜１０ターン巻回した巻芯１を用いた構成により、扁平率を大きくし大容量化を図っても巻芯１の強度を最適な値に設定できるため、大容量で小型薄型化を図って体積効率を向上させ、しかも生産性、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できる。
【解決手段】金属化フィルム２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巻芯１上に巻回し、扁平化して断面小判形に形成したコンデンサ素子３の長径をａ、短径をｂとした場合のａ／ｂ＝３以上でａ＝６０ｍｍ以上、巻芯１から素子外周面までの寸法を１４ｍｍ以下、かつ誘電体フィルム厚の３〜１０倍厚のＰＰフィルムを５〜１０ターン巻回した巻芯１を用いた構成により、扁平率を大きくし大容量化を図っても巻芯１の強度を最適な値に設定できるため、大容量で小型薄型化を図って体積効率を向上させ、しかも生産性、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できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車等に使用され、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、フィルタ用、スナバ用として最適な金属化フィルムコンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の観点から、あらゆる電気機器がインバータ回路で制御され、省エネルギー化、高効率化が進められている。中でも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）が市場導入される等、地球環境に優しく、省エネルギー化、高効率化に関する技術の開発が活発化している。
【０００３】
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ため、このような電気モータに関連して使用されるコンデンサとして、高耐圧で低損失の電気特性を有する金属化フィルムコンデンサが注目されており、さらに市場におけるメンテナンスフリー化の要望からも極めて寿命が長い金属化フィルムコンデンサを採用する傾向が目立っている。
【０００４】
そして、この種の金属化フィルムコンデンサは、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により、巻回したフィルムからなる円柱形状のコンデンサ素子を潰して小判形にした扁平形状のものが用いられている。
【０００５】
図５（ａ）、（ｂ）はこのような従来の金属化フィルムコンデンサの構成を示した平面断面図と正面断面図であり、図５において、１１はコンデンサ素子の巻芯、１２はこの巻芯１１に設けられた折り曲げ部、１３は樹脂フィルムに金属膜電極を蒸着した金属化フィルム、１４はコンデンサ素子を絶縁保護する外装フィルムである。１５は金属化フィルム１３、巻芯１１、外装フィルム１４からなるコンデンサ素子、１６はこのコンデンサ素子１５の端面に設けられた金属層、１７は電極を引き出す端子、１８はコンデンサ素子１５が収納された外装ケース、１９は充填樹脂である。なお、上記コンデンサ素子１５は円柱状に巻回した後、扁平化したものである。
【０００６】
このように構成された従来の金属化フィルムコンデンサは、扁平率の大きいコンデンサ素子の特性のバラツキを抑え、巻芯を丸形状とすることにより巻き取り速度を上げることができ、生産工数を削減することができるというものであった。
【０００７】
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。
【特許文献１】特開２００５−９３７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら上記従来の金属化フィルムコンデンサでは、更なる大容量化と小型薄型化の市場要望に対応するために、大容量化を実現し、かつ、限られたスペース内に収容するコンデンサ素子の形状を工夫して体積効率を向上させようとした場合には更なる扁平化が必要であり、これを実現するには多くの問題を有するものであった。
【０００９】
すなわち、図６に示すように、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てみると、コンデンサ素子の断面形状が丸形のものを複数個、同小判形のものを複数個、同大型小判形（小判形をさらに大型化、扁平化して１個で構成）、積層形（大径に巻回したものを切断し、これを２個）にした場合に、大型小判形が最も効率が良いことが分かる。なお、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が、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のは困難で、かつ耐圧に課題があると共に高電位傾度が得られないことが分かっている。
【００１０】
しかしながら、上記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が、この場合には巻芯の強度が大きな問題となり、巻芯の材料の厚みが厚くて強度が強過ぎると巻回後に図示しない巻芯保持治具を抜き取る際に抜き難く、さらに、図７に示すように、扁平に加工するのが難しいと共に加工後に巻芯が元に戻ろうとしてコンデンサ素子に膨れが発生するという問題があった。
【００１１】
また逆に、巻芯の材料の厚みが薄くて強度が弱すぎると巻回後に図示しない巻芯保持治具を抜き取る際に巻芯の一部が巻芯保持治具と共に移動して図８に示すようにコンデンサ素子の端面からはみ出したり、さらに加工後にコンデンサ素子が元に戻ろうとするのに伴って図９に示すように巻芯にしわが発生する等、扁平に加工した後のコンデンサ素子の強度が弱くなって希望する形状を維持できないという問題があった。
【００１２】
本発明はこのような従来の課題を解決し、大容量で小型薄型化を図って体積効率を向上させ、しかも生産性、信頼性に優れた金属化フィルムコンデンサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために本発明は、ポリプロピレンから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巻芯上に巻回して扁平化することにより断面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夫々設けられた一対の取り出し電極から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ａ／ｂ＝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ターン巻回した巻芯を用い、この巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法を１４ｍｍ以下とした構成のものである。
【発明の効果】
【００１４】
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、かつ大容量化を図っても、巻芯の強度を最適な値に設定することが可能になるため、大容量で小型薄型化を図って体積効率を向上させ、しかも生産性、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜３、５に記載の発明について説明する。
【００１６】
図１（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態１による金属化フィルムコンデンサを構成するコンデンサ素子を示した正面図と斜視図であり、図１において、１は巻芯、２はポリプロピレンから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であり、上記巻芯１を図示しない巻芯保持治具で保持した状態で巻芯１の外表面にこの金属化フィルム２を巻回し、巻回後に上記図示しない巻芯保持治具を巻芯１から抜き取ることによりコンデンサ素子３が構成されているものである。
【００１７】
なお、上記金属蒸着電極はオイルマージンにより分割化されており、夫々の分割電極は蒸着電極のヒューズにより並列接続され、自己保安機構を有しているものである。
【００１８】
また、本実施の形態によるコンデンサ素子３は、図１（ａ）に示すように円柱状に巻回した後、図１（ｂ）に示すように、図中の上下方向から潰し加工を行って扁平化したものであり、図中の符号ｔは、巻芯１からコンデンサ素子３の外周面までの寸法を示すものである。
【００１９】
以下、具体的な実施例について説明する。
【００２０】
（実施例１）
厚み３μｍ、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、巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法が７．８ｍｍとなるように巻芯上に巻回して静電容量が１５０μＦのコンデンサ素子を作製した。続いて、これを扁平加工してコンデンサ素子断面の長径ａが７８．４ｍｍ、同短径ｂが１５．６ｍｍとなるようにして、ａ／ｂ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。このコンデンサ素子の中心におけるリプル発熱ΔＴ（Ｋ）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１）に示す。
【００２１】
（実施例２）
巻芯から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、ａ／ｂが約３．５、コンデンサ素子の体積効率が９３．３％となるようにした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００２２】
（実施例３）
巻芯から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、ａ／ｂが３．０、コンデンサ素子の体積効率が９１．８％となるようにした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００２３】
（実施例４）
巻芯から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、ａ／ｂが約２．５、コンデンサ素子の体積効率が９０．７％となるようにした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００２４】
（実施例５）
巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法を１４．０ｍｍ、コンデンサ素子断面の長径ａを４６．８ｍｍ、同短径ｂを２８．０ｍｍとすることにより、ａ／ｂが約１．７、コンデンサ素子の体積効率が８３．４％となるようにした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００２５】
（実施例６）
巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法を１５．１ｍｍ、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、ａ／ｂが約１．５、コンデンサ素子の体積効率が８０．０％となるようにした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００２６】
（実施例７）
誘電体フィルムの厚みを３．５μｍ、巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法を１０．０ｍｍ、コンデンサ素子断面の長径ａを８２．７ｍｍ、同短径ｂを２０．０ｍｍとすることにより、ａ／ｂが約４．２、コンデンサ素子の体積効率が５２．３％となるようにした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００２７】
（実施例８）
誘電体フィルムの厚みを４μｍ、巻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、ａ／ｂが約３．０、コンデンサ素子の体積効率が３１．０％となるようにした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００２８】
【表１】
【００２９】
なお、（表１）における体積効率の計算は、以下に示す（数１）により求めたものである。
【００３０】
【数１】
【００３１】
また、図２（ａ）〜（ｄ）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３は上記各実施例により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のリプル発熱の関係を示した特性図である。
【００３２】
（表１）ならびに図３から明らかなように、扁平加工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ａ／ｂが大きくなるにつれてコンデンサ素子中心のリプル発熱も小さくなっていることが分かる。また、巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法が小さいほどコンデンサ素子中心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、巻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意味しているものである。
【００３３】
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っ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の低下が著しいことが分かる。
【００３４】
このように本実施の形態によ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３．５μｍ以下、扁平率ａ／ｂを３．０以上とした場合に、コンデンサ素子中心のリプル発熱を小さく抑えることができるものである。
【００３５】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項４に記載の発明について説明する。
【００３６】
上記実施の形態１で作製した実施例１、実施例２、実施例３の金属化フィルムコンデンサにおいて、同コンデンサに用いる巻芯の仕様を変化させて評価を行った。
【００３７】
図４（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態２による金属化フィルムコンデンサに用いる巻芯の構成を示した斜視図であり、図４（ａ）はヒートシール無しの巻芯を示し、図４（ｂ）はヒートシール有りの巻芯を示したものである。
【００３８】
図４において、４と５は巻芯を示し、この巻芯４、５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ターン巻回して構成したものであり、図４（ｂ）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５ａを設けたものである。
【００３９】
以下、具体的な実施例について説明する。
【００４０】
（実施例１−１）
厚み１０．５μｍのポリプロピレンフィルムを１０ターン巻回し、終端部分を溶着してヒートシール部を設けた巻芯を作製し、この巻芯を用いて上記実施例１と同様のコンデンサ素子を作製した。このコンデンサ素子の外観と、９０℃、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巻芯の仕様と併せて、以下に説明する各実施例と共に（表２）に示す。
【００４１】
（実施例１−２）
厚み１２μｍのポリプロピレンフィルムを８ターン巻回した以外は実施例１−１と同様にして作製した。
【００４２】
（実施例１−３）
厚み１８μｍのポリプロピレンフィルムを８ターン巻回した以外は実施例１−１と同様にして作製した。
【００４３】
（実施例１−４）
厚み３５μｍのポリプロピレンフィルムを５ターン巻回した以外は実施例１−１と同様にして作製した。
【００４４】
（実施例１−５）
厚み１８μｍのポリプロピレンフィルムを８ターン巻回し、ヒートシール部を設けなかった以外は実施例１−１と同様にして作製した。
【００４５】
（実施例１−６）
厚み３μｍのポリプロピレンフィルムを３０ターン巻回した以外は実施例１−１と同様にして作製した。
【００４６】
（実施例１−７）
厚み３８μｍのポリプロピレンフィルムを５ターン巻回した以外は実施例１−１と同様にして作製した。
【００４７】
（実施例２−１）
厚み１８μｍのポリプロピレンフィルムを８ターン巻回し、終端部分を溶着してヒートシール部を設けた巻芯を作製し、この巻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。
【００４８】
（実施例２−２）
厚み１００μｍのポリプロピレンフィルムを１ターン巻回した以外は実施例２−１と同様にして作製した。
【００４９】
（実施例３−１）
厚み１８μｍのポリプロピレンフィルムを８ターン巻回し、終端部分を溶着してヒートシール部を設けた巻芯を作製し、この巻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。
【００５０】
（実施例３−２）
厚み１００μｍのポリプロピレンフィルムを１ターン巻回した以外は実施例３−１と同様にして作製した。
【００５１】
（実施例３−３）
厚み２５０μｍのポリプロピレンフィルムを１ターン巻回し、ヒートシール部を設けなかった以外は実施例３−１と同様にして作製した。
【００５２】
【表２】
【００５３】
（表２）から明らかなように、巻芯を構成するポリプロピレンフィルムの厚みが３μｍと薄いものを用いた実施例１−６の場合には、巻芯の強度が弱すぎるために巻芯保持治具を抜き取る際に巻芯の一部が巻芯保持治具と共に移動してはみ出してしまい、外観不良を引き起こすだけでなく、容量減少率も大きなものとなる。
【００５４】
また、巻芯を構成するポリプロピレンフィルムの厚みが１８μｍ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い（ヒートシール部を設けない）場合には、巻芯の強度が低いために、巻芯にしわが発生して外観不良を引き起こすだけでなく、容量減少率も大きくなる。
【００５５】
また逆に、巻芯を構成するポリプロピレンフィルムの厚みが３８μｍと厚いものを用いた実施例１−７の場合には、巻芯の強度が強すぎるために、扁平加工後に元に戻ろうとして膨れが発生してしまい、外観不良を引き起こすだけでなく、容量減少率も大きなものとなり、さらに、ポリプロピレンフィルムの厚さを１００μｍ、２５０μｍ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る。
【００５６】
以上の結果から、本実施の形態による金属化フィルムコンデンサに用いる巻芯は、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ターン巻回して構成するのが最も好ましいことが分かる。
【００５７】
また、このようにして構成された巻芯の終端部を溶着してヒートシール部を設けることにより、巻芯の強度が向上するために好ましく、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、より好ましいものである。
【００５８】
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。
【００５９】
このように本発明によ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って体積効率を向上させ、しかも生産性、信頼性に優れるという格別の効果を奏するため、大容量化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かりでなく、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。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１による金属化フィルムコンデンサを構成するコンデンサ素子を示した正面図、（ｂ）同斜視図
【図２】（ａ）同実施例１によるコンデンサ素子の断面図、（ｂ）同実施例２によるコンデンサ素子の断面図、（ｃ）同実施例４によるコンデンサ素子の断面図、（ｄ）同実施例６によるコンデンサ素子の断面図
【図３】同実施の形態により得ら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した特性図
【図４】（ａ）、（ｂ）本発明の実施の形態２による金属化フィルムコンデンサに用いる巻芯の構成を示した斜視図
【図５】（ａ）従来の金属化フィルムコンデンサの構成を示した平面断面図、（ｂ）同正面断面図
【図６】同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
【図７】同コンデンサ素子の膨れ現象を示した正面図
【図８】同コンデンサ素子の巻芯はみ出し現象を示した平面図
【図９】同コンデンサ素子の巻芯に発生したしわを示した正面図
【符号の説明】
【００６２】
１、４、５ 巻芯
２ 金属化フィルム
３ コンデンサ素子
５ａ ヒートシール部
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車等に使用され、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、フィルタ用、スナバ用として最適な金属化フィルムコンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の観点から、あらゆる電気機器がインバータ回路で制御され、省エネルギー化、高効率化が進められている。中でも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）が市場導入される等、地球環境に優しく、省エネルギー化、高効率化に関する技術の開発が活発化している。
【０００３】
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ため、このような電気モータに関連して使用されるコンデンサとして、高耐圧で低損失の電気特性を有する金属化フィルムコンデンサが注目されており、さらに市場におけるメンテナンスフリー化の要望からも極めて寿命が長い金属化フィルムコンデンサを採用する傾向が目立っている。
【０００４】
そして、この種の金属化フィルムコンデンサは、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により、巻回したフィルムからなる円柱形状のコンデンサ素子を潰して小判形にした扁平形状のものが用いられている。
【０００５】
図５（ａ）、（ｂ）はこのような従来の金属化フィルムコンデンサの構成を示した平面断面図と正面断面図であり、図５において、１１はコンデンサ素子の巻芯、１２はこの巻芯１１に設けられた折り曲げ部、１３は樹脂フィルムに金属膜電極を蒸着した金属化フィルム、１４はコンデンサ素子を絶縁保護する外装フィルムである。１５は金属化フィルム１３、巻芯１１、外装フィルム１４からなるコンデンサ素子、１６はこのコンデンサ素子１５の端面に設けられた金属層、１７は電極を引き出す端子、１８はコンデンサ素子１５が収納された外装ケース、１９は充填樹脂である。なお、上記コンデンサ素子１５は円柱状に巻回した後、扁平化したものである。
【０００６】
このように構成された従来の金属化フィルムコンデンサは、扁平率の大きいコンデンサ素子の特性のバラツキを抑え、巻芯を丸形状とすることにより巻き取り速度を上げることができ、生産工数を削減することができるというものであった。
【０００７】
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。
【特許文献１】特開２００５−９３７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら上記従来の金属化フィルムコンデンサでは、更なる大容量化と小型薄型化の市場要望に対応するために、大容量化を実現し、かつ、限られたスペース内に収容するコンデンサ素子の形状を工夫して体積効率を向上させようとした場合には更なる扁平化が必要であり、これを実現するには多くの問題を有するものであった。
【０００９】
すなわち、図６に示すように、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てみると、コンデンサ素子の断面形状が丸形のものを複数個、同小判形のものを複数個、同大型小判形（小判形をさらに大型化、扁平化して１個で構成）、積層形（大径に巻回したものを切断し、これを２個）にした場合に、大型小判形が最も効率が良いことが分かる。なお、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が、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のは困難で、かつ耐圧に課題があると共に高電位傾度が得られないことが分かっている。
【００１０】
しかしながら、上記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が、この場合には巻芯の強度が大きな問題となり、巻芯の材料の厚みが厚くて強度が強過ぎると巻回後に図示しない巻芯保持治具を抜き取る際に抜き難く、さらに、図７に示すように、扁平に加工するのが難しいと共に加工後に巻芯が元に戻ろうとしてコンデンサ素子に膨れが発生するという問題があった。
【００１１】
また逆に、巻芯の材料の厚みが薄くて強度が弱すぎると巻回後に図示しない巻芯保持治具を抜き取る際に巻芯の一部が巻芯保持治具と共に移動して図８に示すようにコンデンサ素子の端面からはみ出したり、さらに加工後にコンデンサ素子が元に戻ろうとするのに伴って図９に示すように巻芯にしわが発生する等、扁平に加工した後のコンデンサ素子の強度が弱くなって希望する形状を維持できないという問題があった。
【００１２】
本発明はこのような従来の課題を解決し、大容量で小型薄型化を図って体積効率を向上させ、しかも生産性、信頼性に優れた金属化フィルムコンデンサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために本発明は、ポリプロピレンから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巻芯上に巻回して扁平化することにより断面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夫々設けられた一対の取り出し電極から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ａ／ｂ＝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ターン巻回した巻芯を用い、この巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法を１４ｍｍ以下とした構成のものである。
【発明の効果】
【００１４】
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、かつ大容量化を図っても、巻芯の強度を最適な値に設定することが可能になるため、大容量で小型薄型化を図って体積効率を向上させ、しかも生産性、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜３、５に記載の発明について説明する。
【００１６】
図１（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態１による金属化フィルムコンデンサを構成するコンデンサ素子を示した正面図と斜視図であり、図１において、１は巻芯、２はポリプロピレンから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であり、上記巻芯１を図示しない巻芯保持治具で保持した状態で巻芯１の外表面にこの金属化フィルム２を巻回し、巻回後に上記図示しない巻芯保持治具を巻芯１から抜き取ることによりコンデンサ素子３が構成されているものである。
【００１７】
なお、上記金属蒸着電極はオイルマージンにより分割化されており、夫々の分割電極は蒸着電極のヒューズにより並列接続され、自己保安機構を有しているものである。
【００１８】
また、本実施の形態によるコンデンサ素子３は、図１（ａ）に示すように円柱状に巻回した後、図１（ｂ）に示すように、図中の上下方向から潰し加工を行って扁平化したものであり、図中の符号ｔは、巻芯１からコンデンサ素子３の外周面までの寸法を示すものである。
【００１９】
以下、具体的な実施例について説明する。
【００２０】
（実施例１）
厚み３μｍ、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、巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法が７．８ｍｍとなるように巻芯上に巻回して静電容量が１５０μＦのコンデンサ素子を作製した。続いて、これを扁平加工してコンデンサ素子断面の長径ａが７８．４ｍｍ、同短径ｂが１５．６ｍｍとなるようにして、ａ／ｂ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。このコンデンサ素子の中心におけるリプル発熱ΔＴ（Ｋ）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１）に示す。
【００２１】
（実施例２）
巻芯から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、ａ／ｂが約３．５、コンデンサ素子の体積効率が９３．３％となるようにした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００２２】
（実施例３）
巻芯から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、ａ／ｂが３．０、コンデンサ素子の体積効率が９１．８％となるようにした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００２３】
（実施例４）
巻芯から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、ａ／ｂが約２．５、コンデンサ素子の体積効率が９０．７％となるようにした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００２４】
（実施例５）
巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法を１４．０ｍｍ、コンデンサ素子断面の長径ａを４６．８ｍｍ、同短径ｂを２８．０ｍｍとすることにより、ａ／ｂが約１．７、コンデンサ素子の体積効率が８３．４％となるようにした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００２５】
（実施例６）
巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法を１５．１ｍｍ、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、ａ／ｂが約１．５、コンデンサ素子の体積効率が８０．０％となるようにした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００２６】
（実施例７）
誘電体フィルムの厚みを３．５μｍ、巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法を１０．０ｍｍ、コンデンサ素子断面の長径ａを８２．７ｍｍ、同短径ｂを２０．０ｍｍとすることにより、ａ／ｂが約４．２、コンデンサ素子の体積効率が５２．３％となるようにした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００２７】
（実施例８）
誘電体フィルムの厚みを４μｍ、巻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、ａ／ｂが約３．０、コンデンサ素子の体積効率が３１．０％となるようにした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００２８】
【表１】
【００２９】
なお、（表１）における体積効率の計算は、以下に示す（数１）により求めたものである。
【００３０】
【数１】
【００３１】
また、図２（ａ）〜（ｄ）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３は上記各実施例により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のリプル発熱の関係を示した特性図である。
【００３２】
（表１）ならびに図３から明らかなように、扁平加工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ａ／ｂが大きくなるにつれてコンデンサ素子中心のリプル発熱も小さくなっていることが分かる。また、巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法が小さいほどコンデンサ素子中心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、巻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意味しているものである。
【００３３】
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っ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の低下が著しいことが分かる。
【００３４】
このように本実施の形態によ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３．５μｍ以下、扁平率ａ／ｂを３．０以上とした場合に、コンデンサ素子中心のリプル発熱を小さく抑えることができるものである。
【００３５】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項４に記載の発明について説明する。
【００３６】
上記実施の形態１で作製した実施例１、実施例２、実施例３の金属化フィルムコンデンサにおいて、同コンデンサに用いる巻芯の仕様を変化させて評価を行った。
【００３７】
図４（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態２による金属化フィルムコンデンサに用いる巻芯の構成を示した斜視図であり、図４（ａ）はヒートシール無しの巻芯を示し、図４（ｂ）はヒートシール有りの巻芯を示したものである。
【００３８】
図４において、４と５は巻芯を示し、この巻芯４、５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ターン巻回して構成したものであり、図４（ｂ）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５ａを設けたものである。
【００３９】
以下、具体的な実施例について説明する。
【００４０】
（実施例１−１）
厚み１０．５μｍのポリプロピレンフィルムを１０ターン巻回し、終端部分を溶着してヒートシール部を設けた巻芯を作製し、この巻芯を用いて上記実施例１と同様のコンデンサ素子を作製した。このコンデンサ素子の外観と、９０℃、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巻芯の仕様と併せて、以下に説明する各実施例と共に（表２）に示す。
【００４１】
（実施例１−２）
厚み１２μｍのポリプロピレンフィルムを８ターン巻回した以外は実施例１−１と同様にして作製した。
【００４２】
（実施例１−３）
厚み１８μｍのポリプロピレンフィルムを８ターン巻回した以外は実施例１−１と同様にして作製した。
【００４３】
（実施例１−４）
厚み３５μｍのポリプロピレンフィルムを５ターン巻回した以外は実施例１−１と同様にして作製した。
【００４４】
（実施例１−５）
厚み１８μｍのポリプロピレンフィルムを８ターン巻回し、ヒートシール部を設けなかった以外は実施例１−１と同様にして作製した。
【００４５】
（実施例１−６）
厚み３μｍのポリプロピレンフィルムを３０ターン巻回した以外は実施例１−１と同様にして作製した。
【００４６】
（実施例１−７）
厚み３８μｍのポリプロピレンフィルムを５ターン巻回した以外は実施例１−１と同様にして作製した。
【００４７】
（実施例２−１）
厚み１８μｍのポリプロピレンフィルムを８ターン巻回し、終端部分を溶着してヒートシール部を設けた巻芯を作製し、この巻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。
【００４８】
（実施例２−２）
厚み１００μｍのポリプロピレンフィルムを１ターン巻回した以外は実施例２−１と同様にして作製した。
【００４９】
（実施例３−１）
厚み１８μｍのポリプロピレンフィルムを８ターン巻回し、終端部分を溶着してヒートシール部を設けた巻芯を作製し、この巻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。
【００５０】
（実施例３−２）
厚み１００μｍのポリプロピレンフィルムを１ターン巻回した以外は実施例３−１と同様にして作製した。
【００５１】
（実施例３−３）
厚み２５０μｍのポリプロピレンフィルムを１ターン巻回し、ヒートシール部を設けなかった以外は実施例３−１と同様にして作製した。
【００５２】
【表２】
【００５３】
（表２）から明らかなように、巻芯を構成するポリプロピレンフィルムの厚みが３μｍと薄いものを用いた実施例１−６の場合には、巻芯の強度が弱すぎるために巻芯保持治具を抜き取る際に巻芯の一部が巻芯保持治具と共に移動してはみ出してしまい、外観不良を引き起こすだけでなく、容量減少率も大きなものとなる。
【００５４】
また、巻芯を構成するポリプロピレンフィルムの厚みが１８μｍ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い（ヒートシール部を設けない）場合には、巻芯の強度が低いために、巻芯にしわが発生して外観不良を引き起こすだけでなく、容量減少率も大きくなる。
【００５５】
また逆に、巻芯を構成するポリプロピレンフィルムの厚みが３８μｍと厚いものを用いた実施例１−７の場合には、巻芯の強度が強すぎるために、扁平加工後に元に戻ろうとして膨れが発生してしまい、外観不良を引き起こすだけでなく、容量減少率も大きなものとなり、さらに、ポリプロピレンフィルムの厚さを１００μｍ、２５０μｍ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る。
【００５６】
以上の結果から、本実施の形態による金属化フィルムコンデンサに用いる巻芯は、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ターン巻回して構成するのが最も好ましいことが分かる。
【００５７】
また、このようにして構成された巻芯の終端部を溶着してヒートシール部を設けることにより、巻芯の強度が向上するために好ましく、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、より好ましいものである。
【００５８】
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。
【００５９】
このように本発明によ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って体積効率を向上させ、しかも生産性、信頼性に優れるという格別の効果を奏するため、大容量化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かりでなく、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。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１による金属化フィルムコンデンサを構成するコンデンサ素子を示した正面図、（ｂ）同斜視図
【図２】（ａ）同実施例１によるコンデンサ素子の断面図、（ｂ）同実施例２によるコンデンサ素子の断面図、（ｃ）同実施例４によるコンデンサ素子の断面図、（ｄ）同実施例６によるコンデンサ素子の断面図
【図３】同実施の形態により得ら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した特性図
【図４】（ａ）、（ｂ）本発明の実施の形態２による金属化フィルムコンデンサに用いる巻芯の構成を示した斜視図
【図５】（ａ）従来の金属化フィルムコンデンサの構成を示した平面断面図、（ｂ）同正面断面図
【図６】同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
【図７】同コンデンサ素子の膨れ現象を示した正面図
【図８】同コンデンサ素子の巻芯はみ出し現象を示した平面図
【図９】同コンデンサ素子の巻芯に発生したしわを示した正面図
【符号の説明】
【００６２】
１、４、５ 巻芯
２ 金属化フィルム
３ コンデンサ素子
５ａ ヒートシール部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリプロピレンから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巻芯上に巻回して扁平化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夫々設けられた一対の取り出し電極から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ａ／ｂ＝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ターン巻回した巻芯を用い、この巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法を１４ｍｍ以下とした金属化フィルムコンデンサ。
【請求項２】
コンデンサ素子を構成する誘電体フィルムの厚みを３．５μｍ以下とした請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項３】
定格容量が１５０μＦ以上、定格時の電位傾度が１５０Ｖ／μｍ以上とした請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項４】
巻芯の終端の少なくとも一部をヒートシールにより溶着すると共に、このヒートシール部に複数の凹部を設けた請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項５】
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た請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項１】
ポリプロピレンから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巻芯上に巻回して扁平化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夫々設けられた一対の取り出し電極から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ａ／ｂ＝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ターン巻回した巻芯を用い、この巻芯からコンデンサ素子の外周面までの寸法を１４ｍｍ以下とした金属化フィルムコンデンサ。
【請求項２】
コンデンサ素子を構成する誘電体フィルムの厚みを３．５μｍ以下とした請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項３】
定格容量が１５０μＦ以上、定格時の電位傾度が１５０Ｖ／μｍ以上とした請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項４】
巻芯の終端の少なくとも一部をヒートシールにより溶着すると共に、このヒートシール部に複数の凹部を設けた請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項５】
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た請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−８１００７（Ｐ２００７−８１００７Ａ）
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２６４９６０（Ｐ２００５−２６４９６０）
【出願日】平成１７年９月１３日（２００５．９．１３）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月１３日（２００５．９．１３）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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