金属化フィルムコンデンサ
【課題】優れた耐湿性と自己回復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】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、金属蒸着電極膜を有しない非蒸着のスリットまたはマージン７ａ，７ｂにより大電極部９ａ，９ｂと分割小電極部１０ａ，１０ｂに区分され、アルミニウムとマグネシウムの合金電極であり、大電極部においてマグネシウムの原子濃度分布が最大となる構成とした。これによりマグネシウム添加合金化に伴うセルフヒーリング性減少を抑制でき、耐電圧減少を最小限にできる。
【解決手段】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、金属蒸着電極膜を有しない非蒸着のスリットまたはマージン７ａ，７ｂにより大電極部９ａ，９ｂと分割小電極部１０ａ，１０ｂに区分され、アルミニウムとマグネシウムの合金電極であり、大電極部においてマグネシウムの原子濃度分布が最大となる構成とした。これによりマグネシウム添加合金化に伴うセルフヒーリング性減少を抑制でき、耐電圧減少を最小限にできる。
【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６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７（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６と図７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や２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
【特許文献２】国際公開第２０１１／０５５５１７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような金属化フィルムコンデンサの耐湿性を向上させる方法としては、金属蒸着電極に合金を使用する方法が挙げられる。すなわち、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム等の複数の金属にて形成された合金を電極として用いることで金属化フィルムコンデンサの耐湿性を向上させることが可能となる。
【００１１】
例えば、アルミニウムを主とし、マグネシウムを添加した合金電極では、下記の化学式で示すような反応より、金属化フィルム中、あるいは金属化フィルム表面の水分を低減することができるようになり、耐湿性の向上を図ることが可能となる。
【００１２】
Ｍｇ＋２Ｈ2Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）2＋Ｈ2
このように合金を使用した電極では、漏れ電流の因子である水分を低減することができ、金属化フィルムコンデンサの特性を向上させることができるものであった。
【００１３】
しかしながら、発明者の検証の結果、アルミニウムにマグネシウムを添加した合金電極を用いた金属化フィルムコンデンサは自己回復機能が低下し、耐電圧特性が低下する場合があることが確認された。
【００１４】
これは、マグネシウムが有する性質に原因があると推測される。
【００１５】
すなわち、金属化フィルムコンデンサは、その特徴として上述のセルフヒーリング性を有しているが、マグネシウムは蒸発・飛散が起こりにくくなる性質が見受けられ、このためマグネシウムを添加した合金を用いた金属化フィルムコンデンサは従来のアルミニウム単体にて形成された電極を用いた金属化フィルムコンデンサと比較してセルフヒーリング性が劣ってしまい、この結果、金属化フィルムコンデンサの耐電圧特性の劣化を招いてしまうという課題が生じると考えられる。
【００１６】
そこで、本発明はこのような課題を解決し、優れた耐電圧特性と耐湿性を両立することが可能な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】
【００１７】
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、アルミニウムとマグネシウムを用いた構成であり、マグネシウムの原子濃度比率が大電極部において最大となるものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による金属化フィルムコンデンサは、優れた耐電圧性を発揮することができる。その理由は、金属化フィルムコンデンサの耐電圧は、分割小電極部のセルフヒーリング性の影響を受けやすいため、分割小電極部のマグネシウム濃度を大電極部よりも小さくすることで耐電圧減少を抑制することができるためである。
【００１９】
以上より本発明は、耐電圧性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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化フィルムコンデンサの耐電圧を示す図
【図４】本発明の実施例における金属化フィルムコンデンサの耐湿性を示す図
【図５】本発明の実施例における金属化フィルム中のマグネシウム濃度と耐湿性向上度を示す図
【図６】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７】（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】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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誘電体フィルム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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
ここで、大電極部９ａは図２（ａ）に示されるように、誘電体フィルム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、誘電体フィルム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。
【００２９】
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。
【００３０】
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誘電体フィルム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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
また本実施例では誘電体フィルム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。
【００３４】
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、アルミニウムとマグネシウムからなる合金電極膜である。この金属蒸着電極４ａ（４ｂ）において、マグネシウムの原子濃度分布は、大電極部で最大値となる。単位面積あたりの金属蒸着電極４ａ、４ｂ中におけるマグネシウムの含有量は２．０ｗｔ％〜４０ｗｔ％とした。またマグネシウムが多すぎると抵抗が大きくなる為、上記範囲とすることが適当である。
【００３５】
（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（ポリプロピレンの誘電体フィルム）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。
【００３６】
次に、図３、図４に示すように、従来例１として、アルミニウムの層のみからなる従来の金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを用いた。
【００３７】
比較例１として、金属蒸着電極４ａ（４ｂ）において、マグネシウムの原子濃度分布は、分割小分割部で最大値となる金属蒸着電極の金属化フィルムを用いた。
【００３８】
本実施例１と、前述の従来例１および比較例１の金属化フィルムコンデンサを用いて短時間耐電圧試験および耐湿性試験を行った。
【００３９】
短時間耐電圧試験は、本実施例の金属化フィルムと従来例１、比較例１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を求めたものである。耐電圧の変化率は（実施例１または比較例１の耐電圧Ｖt−従来例１の耐電圧Ｖ0）／Ｖ0を百分率（％）で示すものである。
【００４０】
耐湿性試験は、８５℃／８５％ｒ．ｈ．の高温高湿度の条件下で６５０Ｖの電圧を印加し続け、コンデンサの容量変化率が−５％になる時間（耐湿性）を測定したものである。耐湿性向上度は実施例１または比較例１の耐湿性ｈt／従来例１の耐湿性ｈ0で示すものである。
【００４１】
【表１】
【００４２】
上記（表１）は、短時間耐電圧試験および耐湿性試験における本実施例１および従来例１の耐電圧変化率（％）および耐湿性向上度を示すものである。
【００４３】
（表１）から分かるように、比較例１は従来例１よりも１．５倍の高い耐湿性を示しているが、耐電圧は３％減少している。一方実施例１は、比較例１とほぼ同等の耐湿性を示し、従来例１よりも１．４倍の高い耐湿性を示している。また、耐電圧については、比較例１よりも高く従来例１と比べて略同等の耐電圧を示している。
【００４４】
その理由を以下に説明する。上述したようにマグネシウムを添加した合金を金属蒸着電極に用いた金属化フィルムコンデンサでは金属蒸着電極の蒸発・飛散が起こりにくくなる性質が見受けられ、セルフヒーリング性が低下する。そのため、耐電圧が低下する。また、金属化フィルムコンデンサの耐電圧は、分割小電極部のセルフヒーリング性の影響を受けやすい性質が見受けられる。そのため、分割小電極部のマグネシウム濃度を大電極部よりも小さくすることでセルフヒーリング性が維持され耐電圧減少が抑制される。
【００４５】
なお、分割小電極部の厚みを大電極部の厚みよりも薄くしてもよい。これにより分割小電極部が飛散しやすくなり、セルフヒーリング性をより高めることが出来る。厚みは例えば電極部の断面をＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）観察し、その平均値から求めることができる。
【００４６】
次に、合金を用いた電極膜中のマグネシウム濃度と耐湿性変化を確認した。
【００４７】
図５は、実施例１の合金電極膜中のマグネシウム濃度と耐湿性向上度を示している。耐湿性向上度は、上記の従来例１（アルミニウム単体の電極膜）の耐湿性を１とした場合の各サンプルの耐湿性を示す。マグネシウム量が２．０ｗｔ％、５．７ｗｔ％、７．９ｗｔ％、１８．９ｗｔ％、と増加するに伴い、耐湿性向上度は１．１倍、１．８倍、２．０倍、２．５倍と耐湿性が向上した。このことから、合金電極膜中のマグネシウム量を増加させることで、耐湿性を向上可能である。しかし、上述したように、マグネシウムが多すぎると抵抗が大きくなる為、上限は４０ｗｔ％とし、２．０ｗｔ％〜４０ｗｔ％とすることが適当である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
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】
【００４９】
１ 第１の金属化フィルム
２ 第２の金属化フィルム
３ａ、３ｂ 誘電体フィルム
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６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７（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６と図７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や２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
【特許文献２】国際公開第２０１１／０５５５１７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような金属化フィルムコンデンサの耐湿性を向上させる方法としては、金属蒸着電極に合金を使用する方法が挙げられる。すなわち、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム等の複数の金属にて形成された合金を電極として用いることで金属化フィルムコンデンサの耐湿性を向上させることが可能となる。
【００１１】
例えば、アルミニウムを主とし、マグネシウムを添加した合金電極では、下記の化学式で示すような反応より、金属化フィルム中、あるいは金属化フィルム表面の水分を低減することができるようになり、耐湿性の向上を図ることが可能となる。
【００１２】
Ｍｇ＋２Ｈ2Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）2＋Ｈ2
このように合金を使用した電極では、漏れ電流の因子である水分を低減することができ、金属化フィルムコンデンサの特性を向上させることができるものであった。
【００１３】
しかしながら、発明者の検証の結果、アルミニウムにマグネシウムを添加した合金電極を用いた金属化フィルムコンデンサは自己回復機能が低下し、耐電圧特性が低下する場合があることが確認された。
【００１４】
これは、マグネシウムが有する性質に原因があると推測される。
【００１５】
すなわち、金属化フィルムコンデンサは、その特徴として上述のセルフヒーリング性を有しているが、マグネシウムは蒸発・飛散が起こりにくくなる性質が見受けられ、このためマグネシウムを添加した合金を用いた金属化フィルムコンデンサは従来のアルミニウム単体にて形成された電極を用いた金属化フィルムコンデンサと比較してセルフヒーリング性が劣ってしまい、この結果、金属化フィルムコンデンサの耐電圧特性の劣化を招いてしまうという課題が生じると考えられる。
【００１６】
そこで、本発明はこのような課題を解決し、優れた耐電圧特性と耐湿性を両立することが可能な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】
【００１７】
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、アルミニウムとマグネシウムを用いた構成であり、マグネシウムの原子濃度比率が大電極部において最大となるものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による金属化フィルムコンデンサは、優れた耐電圧性を発揮することができる。その理由は、金属化フィルムコンデンサの耐電圧は、分割小電極部のセルフヒーリング性の影響を受けやすいため、分割小電極部のマグネシウム濃度を大電極部よりも小さくすることで耐電圧減少を抑制することができるためである。
【００１９】
以上より本発明は、耐電圧性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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化フィルムコンデンサの耐電圧を示す図
【図４】本発明の実施例における金属化フィルムコンデンサの耐湿性を示す図
【図５】本発明の実施例における金属化フィルム中のマグネシウム濃度と耐湿性向上度を示す図
【図６】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７】（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】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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誘電体フィルム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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
ここで、大電極部９ａは図２（ａ）に示されるように、誘電体フィルム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、誘電体フィルム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。
【００２９】
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。
【００３０】
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誘電体フィルム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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
また本実施例では誘電体フィルム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。
【００３４】
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、アルミニウムとマグネシウムからなる合金電極膜である。この金属蒸着電極４ａ（４ｂ）において、マグネシウムの原子濃度分布は、大電極部で最大値となる。単位面積あたりの金属蒸着電極４ａ、４ｂ中におけるマグネシウムの含有量は２．０ｗｔ％〜４０ｗｔ％とした。またマグネシウムが多すぎると抵抗が大きくなる為、上記範囲とすることが適当である。
【００３５】
（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（ポリプロピレンの誘電体フィルム）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。
【００３６】
次に、図３、図４に示すように、従来例１として、アルミニウムの層のみからなる従来の金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを用いた。
【００３７】
比較例１として、金属蒸着電極４ａ（４ｂ）において、マグネシウムの原子濃度分布は、分割小分割部で最大値となる金属蒸着電極の金属化フィルムを用いた。
【００３８】
本実施例１と、前述の従来例１および比較例１の金属化フィルムコンデンサを用いて短時間耐電圧試験および耐湿性試験を行った。
【００３９】
短時間耐電圧試験は、本実施例の金属化フィルムと従来例１、比較例１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を求めたものである。耐電圧の変化率は（実施例１または比較例１の耐電圧Ｖt−従来例１の耐電圧Ｖ0）／Ｖ0を百分率（％）で示すものである。
【００４０】
耐湿性試験は、８５℃／８５％ｒ．ｈ．の高温高湿度の条件下で６５０Ｖの電圧を印加し続け、コンデンサの容量変化率が−５％になる時間（耐湿性）を測定したものである。耐湿性向上度は実施例１または比較例１の耐湿性ｈt／従来例１の耐湿性ｈ0で示すものである。
【００４１】
【表１】
【００４２】
上記（表１）は、短時間耐電圧試験および耐湿性試験における本実施例１および従来例１の耐電圧変化率（％）および耐湿性向上度を示すものである。
【００４３】
（表１）から分かるように、比較例１は従来例１よりも１．５倍の高い耐湿性を示しているが、耐電圧は３％減少している。一方実施例１は、比較例１とほぼ同等の耐湿性を示し、従来例１よりも１．４倍の高い耐湿性を示している。また、耐電圧については、比較例１よりも高く従来例１と比べて略同等の耐電圧を示している。
【００４４】
その理由を以下に説明する。上述したようにマグネシウムを添加した合金を金属蒸着電極に用いた金属化フィルムコンデンサでは金属蒸着電極の蒸発・飛散が起こりにくくなる性質が見受けられ、セルフヒーリング性が低下する。そのため、耐電圧が低下する。また、金属化フィルムコンデンサの耐電圧は、分割小電極部のセルフヒーリング性の影響を受けやすい性質が見受けられる。そのため、分割小電極部のマグネシウム濃度を大電極部よりも小さくすることでセルフヒーリング性が維持され耐電圧減少が抑制される。
【００４５】
なお、分割小電極部の厚みを大電極部の厚みよりも薄くしてもよい。これにより分割小電極部が飛散しやすくなり、セルフヒーリング性をより高めることが出来る。厚みは例えば電極部の断面をＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）観察し、その平均値から求めることができる。
【００４６】
次に、合金を用いた電極膜中のマグネシウム濃度と耐湿性変化を確認した。
【００４７】
図５は、実施例１の合金電極膜中のマグネシウム濃度と耐湿性向上度を示している。耐湿性向上度は、上記の従来例１（アルミニウム単体の電極膜）の耐湿性を１とした場合の各サンプルの耐湿性を示す。マグネシウム量が２．０ｗｔ％、５．７ｗｔ％、７．９ｗｔ％、１８．９ｗｔ％、と増加するに伴い、耐湿性向上度は１．１倍、１．８倍、２．０倍、２．５倍と耐湿性が向上した。このことから、合金電極膜中のマグネシウム量を増加させることで、耐湿性を向上可能である。しかし、上述したように、マグネシウムが多すぎると抵抗が大きくなる為、上限は４０ｗｔ％とし、２．０ｗｔ％〜４０ｗｔ％とすることが適当である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
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】
【００４９】
１ 第１の金属化フィルム
２ 第２の金属化フィルム
３ａ、３ｂ 誘電体フィルム
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を備え、
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、
金属蒸着電極膜を有しない非蒸着のスリットにより大電極部と分割小電極部に夫々区分されるとともに、
アルミニウムとマグネシウムを主成分とし、マグネシウムの原子濃度分布が前記大電極部において最大となる、金属化フィルムコンデンサ。
【請求項２】
前記分割小電極部は、前記大電極部よりも薄い、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を備え、
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、
金属蒸着電極膜を有しない非蒸着のスリットにより大電極部と分割小電極部に夫々区分されるとともに、
アルミニウムとマグネシウムを主成分とし、マグネシウムの原子濃度分布が前記大電極部において最大となる、金属化フィルムコンデンサ。
【請求項２】
前記分割小電極部は、前記大電極部よりも薄い、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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１０５８０４（Ｐ２０１３−１０５８０４Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４７１６９（Ｐ２０１１−２４７１６９）
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【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２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【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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