金属化フィルムコンデンサ
【課題】優れた耐湿性を有する金属化フィルムコンデンサを提供する。
【解決手段】本発明の金属化フィルムコンデンサは、一対の金属化フィルム１、２の金属蒸着電極４ａ、４ｂのうち少なくとも一方は、アルミニウムを主成分とし、表面にＭｇＡｌ2Ｏ4膜が形成されたものとした。これにより本発明は、酸化を抑制でき、容量変化を抑制できる。またＭｇＡｌ2Ｏ4膜は薄くても高い耐湿性を有するため、金属蒸着電極の膜厚を小さくすることができ、セルフヒーリング性を高めることができる。そしてその結果、耐湿性を高めるとともに、耐電圧特性を向上させることができる。
【解決手段】本発明の金属化フィルムコンデンサは、一対の金属化フィルム１、２の金属蒸着電極４ａ、４ｂのうち少なくとも一方は、アルミニウムを主成分とし、表面にＭｇＡｌ2Ｏ4膜が形成されたものとした。これにより本発明は、酸化を抑制でき、容量変化を抑制できる。またＭｇＡｌ2Ｏ4膜は薄くても高い耐湿性を有するため、金属蒸着電極の膜厚を小さくすることができ、セルフヒーリング性を高めることができる。そしてその結果、耐湿性を高めるとともに、耐電圧特性を向上させることができる。
【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、スナバ用に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と呼ぶ）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、高耐電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、更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、この金属化フィルムコンデンサは、一般に金属箔を電極に用いるものと、誘電体フィルム上に設けた蒸着金属を電極に用いるものとに大別される。中でも、蒸着金属を電極（以下、金属蒸着電極と呼ぶ）とする金属化フィルムコンデンサは、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。また金属蒸着電極特有の自己回復機能（欠陥部周辺の金属蒸着電極が蒸発・飛散し、コンデンサの機能が回復する性能を意味し、一般にセルフヒーリング性と呼ばれる。）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ものである。金属蒸着電極は、薄いほど蒸発・飛散しやすく、セルフヒーリング性が良くなるため、耐電圧が高くなる。
【０００５】
図４はこの種の従来の金属化フィルムコンデンサの構成を示した断面図、図５（ａ）、（ｂ）は同金属化フィルムコンデンサに使用される一対の金属化フィルムを示した平面図である。図４と図５に示すように、金属蒸着電極１０１ａと金属蒸着電極１０１ｂはポリプロピレンフィルム等の誘電体フィルム１０２ａ、１０２ｂの片面上に一端の絶縁マージン１０３ａ、１０３ｂを除いてアルミニウムを蒸着することで形成されている。この金属蒸着電極１０１ａと１０１ｂは、誘電体フィルム１０２ａ、１０２ｂの絶縁マージン１０３ａ、１０３ｂの反対側の端部において亜鉛を溶射することで形成されたメタリコン１０４ａ、１０４ｂと接続されており、この構成により外部に電極を引き出している。
【０００６】
また、上記金属蒸着電極１０１ａ、１０１ｂは、容量を形成する有効電極部の幅Ｗの略中央部から絶縁マージン１０３ａ、１０３ｂに向かう側に、オイル転写により形成された金属蒸着電極を有しない非蒸着のスリット１０５ａ、１０５ｂにより複数の分割電極１０６ａ、１０６ｂに夫々区分され、かつ、有効電極部の幅Ｗの略中央部から絶縁マージン１０３ａ、１０３ｂと反対側でメタリコン１０４ａ、１０４ｂに近い側に位置する誘電体フィルム１０２ａ、１０２ｂの片面全体に蒸着された金属蒸着電極１０１ａ、１０１ｂにヒューズ１０７ａ、１０７ｂで並列接続しているものである。
【０００７】
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、セルフヒーリング性を有し、しかもヒューズ１０７ａ、１０７ｂにより発熱の少ない金属化フィルムコンデンサを実現できる。すなわち、金属蒸着電極１０１ａ、１０１ｂにおいて通電する電流は、メタリコン１０４ａ、１０４ｂに近いほど大きく、離れるほど小さくなっていくものである。従って、流れる電流の少なくなっていく絶縁マージン１０３ａ、１０３ｂに近い側にヒューズ１０７ａ、１０７ｂ、分割電極１０６ａ、１０６ｂを設けているので、流れる電流によるヒューズ１０７ａ、１０７ｂでの発熱を少なくでき、温度上昇を抑制することができるというものであった。
【０００８】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１３４５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
金属化フィルムコンデンサは、電極が非常に薄いため水分により酸化劣化しやすく、通常、樹脂外装により水分の浸入を防ぎ、耐湿性能を確保している。
【００１１】
近年、金属化フィルムコンデンサには、小型化が強く求められており、樹脂外装の厚みを薄くする取組みがなされている。特に、車両に搭載された金属化フィルムコンデンサは、その設置箇所によって過酷な高温高湿環境に晒されることが多く、また、耐電圧が高いために蒸着膜厚を小さくする必要があるため、より高い耐湿性能が求められる。
【００１２】
そこで本発明は、金属化フィルムコンデンサの耐湿性を向上させ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】
この課題を解決するために本発明は、一対の金属化フィルムの金属蒸着電極のうち少なくとも一方は、アルミニウムを主成分とし、表面にＭｇＡｌ2Ｏ4膜が形成されたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による金属化フィルムコンデンサは、優れた耐湿性を発揮することができる。
【００１５】
その理由は、金属蒸着電極の表面にＭｇＡｌ2Ｏ4膜を形成したことにより、金属蒸着電極の酸化を抑制でき、容量変化を抑制できるからである。またＭｇＡｌ2Ｏ4膜は薄くても高い耐湿性を有するため、金属蒸着電極の膜厚を小さくすることができ、セルフヒーリング性を高く保つことができる。
【００１６】
以上より本発明は、耐電圧特性を損なうことなく、耐湿性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例における金属化フィルムコンデンサの構成を示した断面図
【図２】（ａ）、（ｂ）本発明の実施例における金属化フィルムコンデンサに使用される金属化フィルムの構成を示した平面図
【図３】本発明の実施例における金属蒸着電極の組成を示す図
【図４】従来の金属化フィルムコンデンサの構成を示した断面図
【図５】（ａ）、（ｂ）従来の金属化フィルムコンデンサに使用される金属化フィルムの構成を示した平面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図１〜図２を用いて、本発明の実施例における金属化フィルムコンデンサの構成について説明する。
【００１９】
図１は本実施例の金属化フィルムコンデンサの構成を示した断面図であり、図２（ａ）、図２（ｂ）は本発明の金属化フィルムコンデンサに用いられる一対の金属化フィルムの平面図である。
【００２０】
図１において、第１の金属化フィルム１はＰ極用、第２の金属化フィルム２はＮ極用の金属化フィルムである。そして、これら第１の金属化フィルム１および第２の金属化フィルム２を一対として重ね合わせ、これを複数ターン巻回したものを素子として金属化フィルムコンデンサを形成している。
【００２１】
図１に示すように、第１の金属化フィルム１は誘電体となるポリプロピレンからなるフィルム３ａの片面上に金属蒸着電極４ａが形成されている。端部には第２の金属化フィルム２と絶縁するために絶縁マージン５ａが設けられている。
【００２２】
この金属蒸着電極４ａはメタリコン６ａと接続されて電極を引き出す。メタリコン６ａは、例えば亜鉛溶射により形成でき、金属蒸着電極４ａの端面に形成される。
【００２３】
金属蒸着電極４ａは、図２（ａ）に示すように、容量を形成する有効電極部の幅Ｗ方向における略中央から絶縁マージン５ａに向かう側に、縦マージン７ａおよび横マージン８ａ（図２に図示）が形成されている。縦マージン７ａと横マージン８ａは、オイル転写により形成され、金属蒸着電極４ａが蒸着されていない。これにより金属蒸着電極４ａは、メタリコン６ａ側が大電極部９ａとなり、絶縁マージン５ａ側が縦マージン７ａおよび横マージン８ａにより複数に区分けされた分割小電極部１０ａとなる。
【００２４】
この分割小電極部１０ａは図２（ａ）に示されるように、大電極部９ａとヒューズ１１ａにて電気的に並列に接続されており、また隣接する分割小電極部１０ａどうしもヒューズ１２ａにて電気的に並列に接続されている。
【００２５】
ここで、大電極部９ａは図２（ａ）に示されるように、フィルム３ａの片面に有効電極部の幅Ｗの略中央部からメタリコン６ａにかけて形成されている。各分割小電極部１０ａの幅は有効電極部の幅Ｗの約１/４で、フィルム３ａの片面に有効電極部の幅Ｗの略中央部から絶縁マージン５ａにかけて形成されている。なお、この分割小電極部１０ａは有効電極部（幅Ｗ）略中央部から絶縁マージン５ａにかけて２つ設けた構成としたが、これに限らず３つ以上設けた構成としてもよい。
【００２６】
実使用時において、絶縁の欠陥部分で短絡が生じた場合には短絡のエネルギーで欠陥部分周辺の金属蒸着電極４ａが蒸発・飛散して絶縁が復活する。この自己回復機能により、第１の金属化フィルム１、第２の金属化フィルム２間の一部が短絡しても金属化フィルムコンデンサの機能が回復する。また、分割小電極部１０ａの不具合により分割小電極部１０ａに大量の電流が流れた場合には、ヒューズ１１ａ、あるいはヒューズ１２ａが飛散することで不具合の生じている部分の分割小電極部１０ａの電気的接続が切断され、金属化フィルムコンデンサの電流は正常な状態に戻る。
【００２７】
第２の金属化フィルム２は、第１の金属化フィルム１と同様、図１に示されるように、誘電体となるポリプロピレンのフィルム３ｂの片面上に一端の絶縁マージン５ｂを除いて金属蒸着電極４ｂが形成されている。ただし、第２の金属化フィルム２と第１の金属化フィルム１とではメタリコンに接続される方向が異なり、第２の金属化フィルム２は、第１の金属化フィルム１が接続されたメタリコン６ａと対向して配置されたメタリコン６ｂに接続されている。また、金属蒸着電極４ｂは、容量を形成する有効電極部の幅Ｗにおける略中央部から絶縁マージン５ｂに向かう側に、金属蒸着電極を有しない非蒸着の縦マージン７ｂおよび横マージン８ｂにより大電極部９ｂと複数の分割小電極部１０ｂに区分されている。
【００２８】
この分割小電極部１０ｂは、図２（ｂ）に示されるように第１の金属化フィルム１の分割小電極部１０ａと同様の構成となっており、大電極部９ｂとヒューズ１１ｂにて並列接続され、また分割小電極部１０ｂどうしもヒューズ１２ｂにて並列接続されている。分割小電極部１０ｂ、ヒューズ１１ｂ、１２ｂを備えることによる効果も第１の金属化フィルム１と同様である。
【００２９】
なお本実施例では、金属蒸着電極４ａ、４ｂを大電極部９ａ、９ｂ、分割小電極部１０ａ、１０ｂに区分けしたが、区分けしない場合も、コンデンサとして機能する。
【００３０】
また本実施例ではフィルム３ａ、３ｂとしてポリプロピレンフィルムを用いたが、これ以外にもポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニルサルファイド、ポリスチレンなどを用いてもよい。
【００３１】
本実施例の金属化フィルムコンデンサでは第１の金属化フィルム１または第２の金属化フィルム２の金属蒸着電極４ａ、４ｂのうち少なくとも一方は、アルミニウムを主成分とし、表面にＭｇＡｌ2Ｏ4膜が形成されている。
【００３２】
（実施例１）
実施例１の金属化フィルムコンデンサは上述の図１で示したような構成となっており、さらにＰ極である金属蒸着電極４ａ、Ｎ極である金属蒸着電極４ｂに用いる電極材料としてアルミニウムとマグネシウムの合金を用いた。なお、本実施例１の第１の金属化フィルム１と第２の金属化フィルム２は、同一の電極材料、誘電体材料（ポリプロピレンのフィルム）を用いて同一の製造方法から形成されるものであるため、下記に述べる本実施例１の金属化フィルムの特徴は第１の金属化フィルム１と第２の金属化フィルム２に共通するものである。
【００３３】
アルミニウムとマグネシウムの合金からなる金属蒸着電極は、例えばアルミニウムとマグネシウムを交互に蒸着するか、あるいは同時に蒸着することで形成できる。
【００３４】
マグネシウムはアルミニウムよりも金属−酸素結合１ｍｏｌあたりのギブスの標準生成エネルギーが小さい。したがってマグネシウムは、真空度や酸素導入により蒸着膜表面に拡散させることができる。このように、本実施例１の金属蒸着電極は、アルミニウムの層上にＭｇＡｌ2Ｏ4膜が形成された構成とした。
【００３５】
図３はＸ線光電子分光（ＸＰＳ）分析結果から求めた、金属蒸着電極の表面からの深さ（距離）換算値（ｎｍ）と原子濃度（ａｔｏｍ％）との関係を示す。金属蒸着電極の表面からの深さ換算値は、同条件における二酸化ケイ素膜のスパッタレートとアルミニウムのスパッタレートの比較から換算した。この結果から本実施例１では表層にＭｇが存在していることが分かる。
【００３６】
また、Ｘ線回折（ＸＲＤ）の結果から、ＭｇＡｌ2Ｏ4膜の存在が確認されている。
【００３７】
これらの結果から、蒸着膜の表面にＭｇＡｌ2Ｏ4膜が存在することが明らかである。
【００３８】
一方、比較のための金属化フィルムコンデンサには、アルミニウムのみを蒸着した金属蒸着電極を用いた。この比較例の金属蒸着電極の表面には酸化膜としてＡｌ2Ｏ3膜を形成した。このＡｌ2Ｏ3膜は、例えば酸素ガスを蒸着機内に導入しながらアルミニウムを蒸着することによって形成するか、あるいはアルミニウムを蒸着した後酸化することで形成できる。
【００３９】
本実施例１および比較例の金属化フィルムコンデンサを用いて耐湿試験および短時間耐電圧試験を行った。
【００４０】
耐湿試験は、８５℃／８５％ｒ．ｈ．の高温高湿度の条件下で５００Ｖの電圧を９００時間印加し続けた後のコンデンサの容量変化率（％）を求めたものである。すなわち容量変化率は（電圧印加後のコンデンサ容量Ｃt−電圧印加前のコンデンサ容量Ｃ0）／Ｃ0を百分率（％）で示すものある。
【００４１】
短時間耐電圧試験は、サンプルの金属化フィルムとレファレンスの金属化フィルムとを用い、１００℃雰囲気下、所定時間ごとに一定電圧ずつ昇圧し、コンデンサの容量変化率が−５％になる電圧（耐電圧）を測定し、その電圧から耐電圧性を求めたものである。耐電圧の変化率は（サンプルの耐電圧Ｖt−レファレンスの耐電圧Ｖ0）／Ｖ0を百分率（％）で示すものである。レファレンスの金属化フィルムは、蒸着膜表面を酸化させずにアルミニウムを蒸着した金属化フィルムを用いた。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】
上記（表１）は本実施例１におけるＭｇＡｌ2Ｏ4膜からなる酸化膜の膜厚み（ｎｍ）と耐湿試験における容量変化率（％）および短時間耐電圧試験における耐電圧変化率（％）との関係を示すものである。また（表２）は比較例のＡｌ2Ｏ3膜からなる酸化膜の膜厚み（ｎｍ）と耐湿試験における容量変化率（％）および短時間耐電圧試験における耐電圧変化率（％）との関係を示すものである。各酸化膜の膜厚みは、走査型電子顕微鏡写真の断面観察によって酸素量と膜厚の関係を導出した。
【００４５】
（表１）、（表２）から分かるように、ＭｇＡｌ2Ｏ4膜を用いた実施例１では、Ａｌ2Ｏ3膜を用いた比較例と比べて膜厚みが小さくても容量変化を抑えることができ、耐湿性に優れている。また本実施例１では、酸化膜の膜厚みが０．４ｎｍ以上で容量変化率が−１０％以上となり、特に高い耐湿性を有する。比較例で容量変化率を−１０％以上にする場合、Ａｌ2Ｏ3膜を２０ｎｍ以上に厚くする必要があるが、本実施例１では２０ｎｍより薄い酸化膜で耐湿性を高めることができる。
【００４６】
また実施例１では、酸化膜の膜厚みが５ｎｍ以下で耐電圧変化率が−４％以上となり、特に高い耐電圧性を有する。また酸化膜の膜厚みが５ｎｍを越えた範囲でも、Ａｌ2Ｏ3膜を用いた比較例と比べて耐電圧性が優れている。
【００４７】
以上より本実施例１では、酸化膜の膜厚みが２０ｎｍより小さい範囲で比較例よりも優れた耐湿性および耐電圧性を有する。また酸化膜の膜厚みが０．４ｎｍ以上５ｎｍ以下の範囲で容量変化率−１０％以上、耐電圧変化率−４％以上となり、特に高い耐湿性および耐電圧性を有する。
【００４８】
その理由を以下に説明する。すなわちマグネシウムはアルミニウムよりも水との反応が速いため、フィルム中の水分と反応し、酸化膜を形成する。このため、フィルム中の水分が低減し、蒸着膜の酸化劣化が抑制される。また、一旦酸化膜が形成された後は、これ以上酸化が起こりにくくなるため、金属蒸着電極の絶縁化を抑制し、容量変化を低減できる。
【００４９】
したがって、本実施例１のように金属蒸着電極をアルミニウムとマグネシウムの合金で形成することにより、吸湿時に酸化膜が形成され易く、容量変化を抑制し、耐湿性を高めることができる。
【００５０】
またＭｇＡｌ2Ｏ4膜は薄くても高い耐湿性を有するため、金属蒸着電極の膜厚を小さくすることができ、セルフヒーリング性を高く保つことができる。
【００５１】
以上より本実施例１は、耐電圧特性を保ちつつ、耐湿性を高めることができる。
【００５２】
またマグネシウムはアルミニウムよりも水との反応性が高いため、マグネシウム単体の酸化膜（ＭｇＯ膜）もＡｌ2Ｏ3膜より高い耐湿性を有するが、アルミニウムとマグネシウムの合金からなる酸化膜（ＭｇＡｌ2Ｏ4膜）は、ＭｇＯ膜のような潮解性がないため、吸湿しても耐湿性の低下が小さい。従って表面にＭｇＡｌ2Ｏ4膜を形成することによって、より高い耐湿特性を実現できる。
【００５３】
なお、ＭｇＡｌ2Ｏ4膜は金属蒸着電極４ａ、４ｂのいずれに設けてもよく、双方に設けてもよいが、特にＰ極となる金属蒸着電極４ａに設けることが好ましい。ＭｇＡｌ2Ｏ4は絶縁性であるため、Ｐ極となる金属蒸着電極４ａ上に設けることで電圧印加時に陽極酸化しにくくなる。すなわち金属蒸着電極４ａのアルミニウムが絶縁性のＡｌ2Ｏ3になるのを抑え、容量低下を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明による金属化フィルムコンデンサは、優れた耐湿性を有しており、各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車等に用いられるコンデンサとして好適に採用でき、特に高耐湿性、高耐電圧特性が求められる自動車用分野に有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 第１の金属化フィルム
２ 第２の金属化フィルム
３ａ、３ｂ フィルム
４ａ、４ｂ 金属蒸着電極
５ａ、５ｂ 絶縁マージン
６ａ、６ｂ メタリコン
７ａ、７ｂ 縦マージン
８ａ、８ｂ 横マージン
９ａ、９ｂ 大電極部
１０ａ、１０ｂ 分割小電極部
１１ａ、１１ｂ ヒューズ
１２ａ、１２ｂ ヒューズ
【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、スナバ用に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と呼ぶ）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、高耐電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、更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、この金属化フィルムコンデンサは、一般に金属箔を電極に用いるものと、誘電体フィルム上に設けた蒸着金属を電極に用いるものとに大別される。中でも、蒸着金属を電極（以下、金属蒸着電極と呼ぶ）とする金属化フィルムコンデンサは、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。また金属蒸着電極特有の自己回復機能（欠陥部周辺の金属蒸着電極が蒸発・飛散し、コンデンサの機能が回復する性能を意味し、一般にセルフヒーリング性と呼ばれる。）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ものである。金属蒸着電極は、薄いほど蒸発・飛散しやすく、セルフヒーリング性が良くなるため、耐電圧が高くなる。
【０００５】
図４はこの種の従来の金属化フィルムコンデンサの構成を示した断面図、図５（ａ）、（ｂ）は同金属化フィルムコンデンサに使用される一対の金属化フィルムを示した平面図である。図４と図５に示すように、金属蒸着電極１０１ａと金属蒸着電極１０１ｂはポリプロピレンフィルム等の誘電体フィルム１０２ａ、１０２ｂの片面上に一端の絶縁マージン１０３ａ、１０３ｂを除いてアルミニウムを蒸着することで形成されている。この金属蒸着電極１０１ａと１０１ｂは、誘電体フィルム１０２ａ、１０２ｂの絶縁マージン１０３ａ、１０３ｂの反対側の端部において亜鉛を溶射することで形成されたメタリコン１０４ａ、１０４ｂと接続されており、この構成により外部に電極を引き出している。
【０００６】
また、上記金属蒸着電極１０１ａ、１０１ｂは、容量を形成する有効電極部の幅Ｗの略中央部から絶縁マージン１０３ａ、１０３ｂに向かう側に、オイル転写により形成された金属蒸着電極を有しない非蒸着のスリット１０５ａ、１０５ｂにより複数の分割電極１０６ａ、１０６ｂに夫々区分され、かつ、有効電極部の幅Ｗの略中央部から絶縁マージン１０３ａ、１０３ｂと反対側でメタリコン１０４ａ、１０４ｂに近い側に位置する誘電体フィルム１０２ａ、１０２ｂの片面全体に蒸着された金属蒸着電極１０１ａ、１０１ｂにヒューズ１０７ａ、１０７ｂで並列接続しているものである。
【０００７】
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、セルフヒーリング性を有し、しかもヒューズ１０７ａ、１０７ｂにより発熱の少ない金属化フィルムコンデンサを実現できる。すなわち、金属蒸着電極１０１ａ、１０１ｂにおいて通電する電流は、メタリコン１０４ａ、１０４ｂに近いほど大きく、離れるほど小さくなっていくものである。従って、流れる電流の少なくなっていく絶縁マージン１０３ａ、１０３ｂに近い側にヒューズ１０７ａ、１０７ｂ、分割電極１０６ａ、１０６ｂを設けているので、流れる電流によるヒューズ１０７ａ、１０７ｂでの発熱を少なくでき、温度上昇を抑制することができるというものであった。
【０００８】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１３４５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
金属化フィルムコンデンサは、電極が非常に薄いため水分により酸化劣化しやすく、通常、樹脂外装により水分の浸入を防ぎ、耐湿性能を確保している。
【００１１】
近年、金属化フィルムコンデンサには、小型化が強く求められており、樹脂外装の厚みを薄くする取組みがなされている。特に、車両に搭載された金属化フィルムコンデンサは、その設置箇所によって過酷な高温高湿環境に晒されることが多く、また、耐電圧が高いために蒸着膜厚を小さくする必要があるため、より高い耐湿性能が求められる。
【００１２】
そこで本発明は、金属化フィルムコンデンサの耐湿性を向上させ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】
この課題を解決するために本発明は、一対の金属化フィルムの金属蒸着電極のうち少なくとも一方は、アルミニウムを主成分とし、表面にＭｇＡｌ2Ｏ4膜が形成されたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による金属化フィルムコンデンサは、優れた耐湿性を発揮することができる。
【００１５】
その理由は、金属蒸着電極の表面にＭｇＡｌ2Ｏ4膜を形成したことにより、金属蒸着電極の酸化を抑制でき、容量変化を抑制できるからである。またＭｇＡｌ2Ｏ4膜は薄くても高い耐湿性を有するため、金属蒸着電極の膜厚を小さくすることができ、セルフヒーリング性を高く保つことができる。
【００１６】
以上より本発明は、耐電圧特性を損なうことなく、耐湿性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例における金属化フィルムコンデンサの構成を示した断面図
【図２】（ａ）、（ｂ）本発明の実施例における金属化フィルムコンデンサに使用される金属化フィルムの構成を示した平面図
【図３】本発明の実施例における金属蒸着電極の組成を示す図
【図４】従来の金属化フィルムコンデンサの構成を示した断面図
【図５】（ａ）、（ｂ）従来の金属化フィルムコンデンサに使用される金属化フィルムの構成を示した平面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図１〜図２を用いて、本発明の実施例における金属化フィルムコンデンサの構成について説明する。
【００１９】
図１は本実施例の金属化フィルムコンデンサの構成を示した断面図であり、図２（ａ）、図２（ｂ）は本発明の金属化フィルムコンデンサに用いられる一対の金属化フィルムの平面図である。
【００２０】
図１において、第１の金属化フィルム１はＰ極用、第２の金属化フィルム２はＮ極用の金属化フィルムである。そして、これら第１の金属化フィルム１および第２の金属化フィルム２を一対として重ね合わせ、これを複数ターン巻回したものを素子として金属化フィルムコンデンサを形成している。
【００２１】
図１に示すように、第１の金属化フィルム１は誘電体となるポリプロピレンからなるフィルム３ａの片面上に金属蒸着電極４ａが形成されている。端部には第２の金属化フィルム２と絶縁するために絶縁マージン５ａが設けられている。
【００２２】
この金属蒸着電極４ａはメタリコン６ａと接続されて電極を引き出す。メタリコン６ａは、例えば亜鉛溶射により形成でき、金属蒸着電極４ａの端面に形成される。
【００２３】
金属蒸着電極４ａは、図２（ａ）に示すように、容量を形成する有効電極部の幅Ｗ方向における略中央から絶縁マージン５ａに向かう側に、縦マージン７ａおよび横マージン８ａ（図２に図示）が形成されている。縦マージン７ａと横マージン８ａは、オイル転写により形成され、金属蒸着電極４ａが蒸着されていない。これにより金属蒸着電極４ａは、メタリコン６ａ側が大電極部９ａとなり、絶縁マージン５ａ側が縦マージン７ａおよび横マージン８ａにより複数に区分けされた分割小電極部１０ａとなる。
【００２４】
この分割小電極部１０ａは図２（ａ）に示されるように、大電極部９ａとヒューズ１１ａにて電気的に並列に接続されており、また隣接する分割小電極部１０ａどうしもヒューズ１２ａにて電気的に並列に接続されている。
【００２５】
ここで、大電極部９ａは図２（ａ）に示されるように、フィルム３ａの片面に有効電極部の幅Ｗの略中央部からメタリコン６ａにかけて形成されている。各分割小電極部１０ａの幅は有効電極部の幅Ｗの約１/４で、フィルム３ａの片面に有効電極部の幅Ｗの略中央部から絶縁マージン５ａにかけて形成されている。なお、この分割小電極部１０ａは有効電極部（幅Ｗ）略中央部から絶縁マージン５ａにかけて２つ設けた構成としたが、これに限らず３つ以上設けた構成としてもよい。
【００２６】
実使用時において、絶縁の欠陥部分で短絡が生じた場合には短絡のエネルギーで欠陥部分周辺の金属蒸着電極４ａが蒸発・飛散して絶縁が復活する。この自己回復機能により、第１の金属化フィルム１、第２の金属化フィルム２間の一部が短絡しても金属化フィルムコンデンサの機能が回復する。また、分割小電極部１０ａの不具合により分割小電極部１０ａに大量の電流が流れた場合には、ヒューズ１１ａ、あるいはヒューズ１２ａが飛散することで不具合の生じている部分の分割小電極部１０ａの電気的接続が切断され、金属化フィルムコンデンサの電流は正常な状態に戻る。
【００２７】
第２の金属化フィルム２は、第１の金属化フィルム１と同様、図１に示されるように、誘電体となるポリプロピレンのフィルム３ｂの片面上に一端の絶縁マージン５ｂを除いて金属蒸着電極４ｂが形成されている。ただし、第２の金属化フィルム２と第１の金属化フィルム１とではメタリコンに接続される方向が異なり、第２の金属化フィルム２は、第１の金属化フィルム１が接続されたメタリコン６ａと対向して配置されたメタリコン６ｂに接続されている。また、金属蒸着電極４ｂは、容量を形成する有効電極部の幅Ｗにおける略中央部から絶縁マージン５ｂに向かう側に、金属蒸着電極を有しない非蒸着の縦マージン７ｂおよび横マージン８ｂにより大電極部９ｂと複数の分割小電極部１０ｂに区分されている。
【００２８】
この分割小電極部１０ｂは、図２（ｂ）に示されるように第１の金属化フィルム１の分割小電極部１０ａと同様の構成となっており、大電極部９ｂとヒューズ１１ｂにて並列接続され、また分割小電極部１０ｂどうしもヒューズ１２ｂにて並列接続されている。分割小電極部１０ｂ、ヒューズ１１ｂ、１２ｂを備えることによる効果も第１の金属化フィルム１と同様である。
【００２９】
なお本実施例では、金属蒸着電極４ａ、４ｂを大電極部９ａ、９ｂ、分割小電極部１０ａ、１０ｂに区分けしたが、区分けしない場合も、コンデンサとして機能する。
【００３０】
また本実施例ではフィルム３ａ、３ｂとしてポリプロピレンフィルムを用いたが、これ以外にもポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニルサルファイド、ポリスチレンなどを用いてもよい。
【００３１】
本実施例の金属化フィルムコンデンサでは第１の金属化フィルム１または第２の金属化フィルム２の金属蒸着電極４ａ、４ｂのうち少なくとも一方は、アルミニウムを主成分とし、表面にＭｇＡｌ2Ｏ4膜が形成されている。
【００３２】
（実施例１）
実施例１の金属化フィルムコンデンサは上述の図１で示したような構成となっており、さらにＰ極である金属蒸着電極４ａ、Ｎ極である金属蒸着電極４ｂに用いる電極材料としてアルミニウムとマグネシウムの合金を用いた。なお、本実施例１の第１の金属化フィルム１と第２の金属化フィルム２は、同一の電極材料、誘電体材料（ポリプロピレンのフィルム）を用いて同一の製造方法から形成されるものであるため、下記に述べる本実施例１の金属化フィルムの特徴は第１の金属化フィルム１と第２の金属化フィルム２に共通するものである。
【００３３】
アルミニウムとマグネシウムの合金からなる金属蒸着電極は、例えばアルミニウムとマグネシウムを交互に蒸着するか、あるいは同時に蒸着することで形成できる。
【００３４】
マグネシウムはアルミニウムよりも金属−酸素結合１ｍｏｌあたりのギブスの標準生成エネルギーが小さい。したがってマグネシウムは、真空度や酸素導入により蒸着膜表面に拡散させることができる。このように、本実施例１の金属蒸着電極は、アルミニウムの層上にＭｇＡｌ2Ｏ4膜が形成された構成とした。
【００３５】
図３はＸ線光電子分光（ＸＰＳ）分析結果から求めた、金属蒸着電極の表面からの深さ（距離）換算値（ｎｍ）と原子濃度（ａｔｏｍ％）との関係を示す。金属蒸着電極の表面からの深さ換算値は、同条件における二酸化ケイ素膜のスパッタレートとアルミニウムのスパッタレートの比較から換算した。この結果から本実施例１では表層にＭｇが存在していることが分かる。
【００３６】
また、Ｘ線回折（ＸＲＤ）の結果から、ＭｇＡｌ2Ｏ4膜の存在が確認されている。
【００３７】
これらの結果から、蒸着膜の表面にＭｇＡｌ2Ｏ4膜が存在することが明らかである。
【００３８】
一方、比較のための金属化フィルムコンデンサには、アルミニウムのみを蒸着した金属蒸着電極を用いた。この比較例の金属蒸着電極の表面には酸化膜としてＡｌ2Ｏ3膜を形成した。このＡｌ2Ｏ3膜は、例えば酸素ガスを蒸着機内に導入しながらアルミニウムを蒸着することによって形成するか、あるいはアルミニウムを蒸着した後酸化することで形成できる。
【００３９】
本実施例１および比較例の金属化フィルムコンデンサを用いて耐湿試験および短時間耐電圧試験を行った。
【００４０】
耐湿試験は、８５℃／８５％ｒ．ｈ．の高温高湿度の条件下で５００Ｖの電圧を９００時間印加し続けた後のコンデンサの容量変化率（％）を求めたものである。すなわち容量変化率は（電圧印加後のコンデンサ容量Ｃt−電圧印加前のコンデンサ容量Ｃ0）／Ｃ0を百分率（％）で示すものある。
【００４１】
短時間耐電圧試験は、サンプルの金属化フィルムとレファレンスの金属化フィルムとを用い、１００℃雰囲気下、所定時間ごとに一定電圧ずつ昇圧し、コンデンサの容量変化率が−５％になる電圧（耐電圧）を測定し、その電圧から耐電圧性を求めたものである。耐電圧の変化率は（サンプルの耐電圧Ｖt−レファレンスの耐電圧Ｖ0）／Ｖ0を百分率（％）で示すものである。レファレンスの金属化フィルムは、蒸着膜表面を酸化させずにアルミニウムを蒸着した金属化フィルムを用いた。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】
上記（表１）は本実施例１におけるＭｇＡｌ2Ｏ4膜からなる酸化膜の膜厚み（ｎｍ）と耐湿試験における容量変化率（％）および短時間耐電圧試験における耐電圧変化率（％）との関係を示すものである。また（表２）は比較例のＡｌ2Ｏ3膜からなる酸化膜の膜厚み（ｎｍ）と耐湿試験における容量変化率（％）および短時間耐電圧試験における耐電圧変化率（％）との関係を示すものである。各酸化膜の膜厚みは、走査型電子顕微鏡写真の断面観察によって酸素量と膜厚の関係を導出した。
【００４５】
（表１）、（表２）から分かるように、ＭｇＡｌ2Ｏ4膜を用いた実施例１では、Ａｌ2Ｏ3膜を用いた比較例と比べて膜厚みが小さくても容量変化を抑えることができ、耐湿性に優れている。また本実施例１では、酸化膜の膜厚みが０．４ｎｍ以上で容量変化率が−１０％以上となり、特に高い耐湿性を有する。比較例で容量変化率を−１０％以上にする場合、Ａｌ2Ｏ3膜を２０ｎｍ以上に厚くする必要があるが、本実施例１では２０ｎｍより薄い酸化膜で耐湿性を高めることができる。
【００４６】
また実施例１では、酸化膜の膜厚みが５ｎｍ以下で耐電圧変化率が−４％以上となり、特に高い耐電圧性を有する。また酸化膜の膜厚みが５ｎｍを越えた範囲でも、Ａｌ2Ｏ3膜を用いた比較例と比べて耐電圧性が優れている。
【００４７】
以上より本実施例１では、酸化膜の膜厚みが２０ｎｍより小さい範囲で比較例よりも優れた耐湿性および耐電圧性を有する。また酸化膜の膜厚みが０．４ｎｍ以上５ｎｍ以下の範囲で容量変化率−１０％以上、耐電圧変化率−４％以上となり、特に高い耐湿性および耐電圧性を有する。
【００４８】
その理由を以下に説明する。すなわちマグネシウムはアルミニウムよりも水との反応が速いため、フィルム中の水分と反応し、酸化膜を形成する。このため、フィルム中の水分が低減し、蒸着膜の酸化劣化が抑制される。また、一旦酸化膜が形成された後は、これ以上酸化が起こりにくくなるため、金属蒸着電極の絶縁化を抑制し、容量変化を低減できる。
【００４９】
したがって、本実施例１のように金属蒸着電極をアルミニウムとマグネシウムの合金で形成することにより、吸湿時に酸化膜が形成され易く、容量変化を抑制し、耐湿性を高めることができる。
【００５０】
またＭｇＡｌ2Ｏ4膜は薄くても高い耐湿性を有するため、金属蒸着電極の膜厚を小さくすることができ、セルフヒーリング性を高く保つことができる。
【００５１】
以上より本実施例１は、耐電圧特性を保ちつつ、耐湿性を高めることができる。
【００５２】
またマグネシウムはアルミニウムよりも水との反応性が高いため、マグネシウム単体の酸化膜（ＭｇＯ膜）もＡｌ2Ｏ3膜より高い耐湿性を有するが、アルミニウムとマグネシウムの合金からなる酸化膜（ＭｇＡｌ2Ｏ4膜）は、ＭｇＯ膜のような潮解性がないため、吸湿しても耐湿性の低下が小さい。従って表面にＭｇＡｌ2Ｏ4膜を形成することによって、より高い耐湿特性を実現できる。
【００５３】
なお、ＭｇＡｌ2Ｏ4膜は金属蒸着電極４ａ、４ｂのいずれに設けてもよく、双方に設けてもよいが、特にＰ極となる金属蒸着電極４ａに設けることが好ましい。ＭｇＡｌ2Ｏ4は絶縁性であるため、Ｐ極となる金属蒸着電極４ａ上に設けることで電圧印加時に陽極酸化しにくくなる。すなわち金属蒸着電極４ａのアルミニウムが絶縁性のＡｌ2Ｏ3になるのを抑え、容量低下を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明による金属化フィルムコンデンサは、優れた耐湿性を有しており、各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車等に用いられるコンデンサとして好適に採用でき、特に高耐湿性、高耐電圧特性が求められる自動車用分野に有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 第１の金属化フィルム
２ 第２の金属化フィルム
３ａ、３ｂ フィルム
４ａ、４ｂ 金属蒸着電極
５ａ、５ｂ 絶縁マージン
６ａ、６ｂ メタリコン
７ａ、７ｂ 縦マージン
８ａ、８ｂ 横マージン
９ａ、９ｂ 大電極部
１０ａ、１０ｂ 分割小電極部
１１ａ、１１ｂ ヒューズ
１２ａ、１２ｂ ヒューズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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とし、この一対の金属化フィルムに形成された夫々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重ね合わせて巻回または積層した素子と、
この素子の両端面に形成された一対のメタリコン電極からなり、
前記一対の金属化フィルムの金属蒸着電極のうち少なくとも一方は、アルミニウムを主成分とし、表面にＭｇＡｌ2Ｏ4膜が形成された、金属化フィルムコンデンサ。
【請求項２】
前記ＭｇＡｌ2Ｏ4膜の膜厚みは、２０ｎｍより小さい、請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項３】
前記ＭｇＡｌ2Ｏ4膜の厚みは、０．４ｎｍ以上５ｎｍ以下である、請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項１】
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とし、この一対の金属化フィルムに形成された夫々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重ね合わせて巻回または積層した素子と、
この素子の両端面に形成された一対のメタリコン電極からなり、
前記一対の金属化フィルムの金属蒸着電極のうち少なくとも一方は、アルミニウムを主成分とし、表面にＭｇＡｌ2Ｏ4膜が形成された、金属化フィルムコンデンサ。
【請求項２】
前記ＭｇＡｌ2Ｏ4膜の膜厚みは、２０ｎｍより小さい、請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項３】
前記ＭｇＡｌ2Ｏ4膜の厚みは、０．４ｎｍ以上５ｎｍ以下である、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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２４８７１６（Ｐ２０１２−２４８７１６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１９９９０（Ｐ２０１１−１１９９９０）
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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