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、誘電体フィルム３ａ、３ｂとの接合面に形成された酸化膜層と、この酸化膜層上に形成されたマグネシウム含有層とを有し、マグネシウムの原子濃度比率がマグネシウム含有層において最大となるものとした。これにより本発明は、マグネシウム含有層の酸化を抑制し、セルフヒーリング性を高め、耐電圧向上効果を維持することが可能である。
【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、誘電体フィルム３ａ、３ｂとの接合面に形成された酸化膜層と、この酸化膜層上に形成されたマグネシウム含有層とを有し、マグネシウムの原子濃度比率がマグネシウム含有層において最大となるものとした。これにより本発明は、マグネシウム含有層の酸化を抑制し、セルフヒーリング性を高め、耐電圧向上効果を維持することが可能である。
【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、小型化に伴いフィルムの薄手化が進んでいる。このフィルムの薄手化は耐電圧劣化につながるため耐電圧向上施策が必要となっている。
【００１１】
そこで本発明は、金属化フィルムコンデンサの耐電圧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】
【００１２】
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、誘電体フィルムとの接合面に形成された酸化膜層と、この酸化膜層上に形成されたマグネシウム含有層とを有し、マグネシウムの原子濃度比率がマグネシウム含有層において最大となるものである。
【発明の効果】
【００１３】
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。
【００１４】
その理由は、金属蒸着電極の下面側に作製したマグネシウム含有層はアルミニウム単体からなる層よりもセルフヒーリング性が高いからである。またそのマグネシウム含有層は、酸化膜層により保護されているため、酸化の影響を小さくすることができる。
【００１５】
以上より本発明は、耐電圧を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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】（ａ）本発明の実施例における金属蒸着電極の組成を示す図、（ｂ）図３（ａ）の要部拡大図
【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漏れ連流を示す図
【図５】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】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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を形成されている。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、誘電体フィルム３ａ（３ｂ）との接合面に形成された酸化膜層と、この酸化膜層上に形成されたマグネシウム含有層とを有する。マグネシウム含有層は、酸化物としてではなく金属としてのマグネシウムを含む層である。マグネシウム含有層上にはアルミニウムの層が形成されている。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、マグネシウム含有層で最大値となる。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。マグネシウムを一定以上含有させることにより、自然酸化が進んでも上述の金属として存在するマグネシウム含有層を残存させることができる。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。
【００３１】
（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。
【００３２】
本実施例１の金属蒸着電極は、単位面積あたりの金属蒸着電極中におけるマグネシウムの含有量（ｗｔ％）が４．９ｗｔ％であり、アルミニウムの層の下にマグネシウム含有層が形成され、マグネシウム含有層の下に酸化物層が形成された構成とした。
【００３３】
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ではアルミニウムの濃度分布が最大値となる位置よりも深い位置でマグネシウムの濃度分布が最大値となることが分かる。すなわち、アルミニウムの層の下にマグネシウムが存在していることが分かる。また、マグネシウムの濃度分布が最大値となる位置よりも深い位置で、酸素の濃度分布がピーク値をとる。
【００３４】
さらに、図４は、高温下(１００ ℃)での印加電圧（Ｖ）と漏れ電流（ｍＡ）の関係を示す。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。比較例１として、マグネシウム含有層を含まず、アルミニウムの層の下に酸化マグネシウムからなる酸化物層が形成された金属蒸着電極の金属化フィルムを用いた。比較例１の単位面積あたりの金属蒸着電極中におけるマグネシウムの含有量（ｗｔ％）は、２．０％未満とした。
【００３５】
この結果、従来例１、比較例１、実施例１の順に漏れ電流が小さくなっていることが分かる。これは、アルミニウムの層の下に形成されたマグネシウムの層の一部がフィルム中の水分と結合しフィルム中の水分が低下しているためであると考えられる。そしてアルミニウムの層の下において、マグネシウムの含有量が多いほど、漏れ電流が減ったものと考えられる。
【００３６】
これらの結果から、金属蒸着電極の誘電体フィルムとの接合面には、マグネシウムの酸化膜層が存在すると推測できる。また、今回は簡易的にマグネシウムの酸化膜を採用したが、マグネシウム以外の金属による酸化膜を形成しても同様にマグネシウムの層の酸化を抑制できると考えられる。例えば酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化マンガンなどを用いることができる。
【００３７】
また本実施例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を行った。その結果を、図５に示す。
【００３８】
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性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。
【００３９】
【表１】
【００４０】
上記表１は、短時間耐電圧試験における本実施例１および比較例１の耐電圧変化率（％）を示すものである。
【００４１】
表１から分かるように、耐電圧が１４２６Ｖであった実施例１では、耐電圧が１３５９Ｖであった従来例１と比べて耐電圧が４．９％上昇している。また比較例１よりも本実施例の方が、耐電圧性が向上している。
【００４２】
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飛散時のクリアリングエネルギーが小さく、セルフヒーリング性が高いため、金属蒸着電極と誘電体フィルム接合面側でセルフヒーリングが発生しやすくなり、耐圧が向上する。そのため、耐電圧が向上する。ここで、マグネシウムはアルミニウムよりも水との反応が早いため、空気中の水分等により自然酸化されてしまう。そこで、酸化膜層をマグネシウム含有層の下に形成することでマグネシウム含有層の酸化を抑制する。この酸化膜層は０．１ｎｍ以上１５ｎｍ以下と非常に薄く、また絶縁物であるため、セルフヒーリング性には影響しない。
【００４３】
マグネシウム含有層および酸化膜層は金属蒸着電極４ａ、４ｂのいずれに設けてもよく、双方に設けてもよい。
【００４４】
なお本実施例では、マグネシウム含有層の厚みは、金属蒸着電極の厚みの１／２以下とした。アルミニウムの方がマグネシウムよりも比抵抗が小さいため、アルミニウムの層を厚く（目安として金属蒸着電極の厚みの１／２より厚く）することで、金属蒸着電極全体を薄くしても抵抗を下げることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
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】
【００４６】
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、小型化に伴いフィルムの薄手化が進んでいる。このフィルムの薄手化は耐電圧劣化につながるため耐電圧向上施策が必要となっている。
【００１１】
そこで本発明は、金属化フィルムコンデンサの耐電圧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】
【００１２】
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、誘電体フィルムとの接合面に形成された酸化膜層と、この酸化膜層上に形成されたマグネシウム含有層とを有し、マグネシウムの原子濃度比率がマグネシウム含有層において最大となるものである。
【発明の効果】
【００１３】
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。
【００１４】
その理由は、金属蒸着電極の下面側に作製したマグネシウム含有層はアルミニウム単体からなる層よりもセルフヒーリング性が高いからである。またそのマグネシウム含有層は、酸化膜層により保護されているため、酸化の影響を小さくすることができる。
【００１５】
以上より本発明は、耐電圧を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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】（ａ）本発明の実施例における金属蒸着電極の組成を示す図、（ｂ）図３（ａ）の要部拡大図
【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漏れ連流を示す図
【図５】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】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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を形成されている。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、誘電体フィルム３ａ（３ｂ）との接合面に形成された酸化膜層と、この酸化膜層上に形成されたマグネシウム含有層とを有する。マグネシウム含有層は、酸化物としてではなく金属としてのマグネシウムを含む層である。マグネシウム含有層上にはアルミニウムの層が形成されている。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、マグネシウム含有層で最大値となる。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。マグネシウムを一定以上含有させることにより、自然酸化が進んでも上述の金属として存在するマグネシウム含有層を残存させることができる。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。
【００３１】
（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。
【００３２】
本実施例１の金属蒸着電極は、単位面積あたりの金属蒸着電極中におけるマグネシウムの含有量（ｗｔ％）が４．９ｗｔ％であり、アルミニウムの層の下にマグネシウム含有層が形成され、マグネシウム含有層の下に酸化物層が形成された構成とした。
【００３３】
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ではアルミニウムの濃度分布が最大値となる位置よりも深い位置でマグネシウムの濃度分布が最大値となることが分かる。すなわち、アルミニウムの層の下にマグネシウムが存在していることが分かる。また、マグネシウムの濃度分布が最大値となる位置よりも深い位置で、酸素の濃度分布がピーク値をとる。
【００３４】
さらに、図４は、高温下(１００ ℃)での印加電圧（Ｖ）と漏れ電流（ｍＡ）の関係を示す。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。比較例１として、マグネシウム含有層を含まず、アルミニウムの層の下に酸化マグネシウムからなる酸化物層が形成された金属蒸着電極の金属化フィルムを用いた。比較例１の単位面積あたりの金属蒸着電極中におけるマグネシウムの含有量（ｗｔ％）は、２．０％未満とした。
【００３５】
この結果、従来例１、比較例１、実施例１の順に漏れ電流が小さくなっていることが分かる。これは、アルミニウムの層の下に形成されたマグネシウムの層の一部がフィルム中の水分と結合しフィルム中の水分が低下しているためであると考えられる。そしてアルミニウムの層の下において、マグネシウムの含有量が多いほど、漏れ電流が減ったものと考えられる。
【００３６】
これらの結果から、金属蒸着電極の誘電体フィルムとの接合面には、マグネシウムの酸化膜層が存在すると推測できる。また、今回は簡易的にマグネシウムの酸化膜を採用したが、マグネシウム以外の金属による酸化膜を形成しても同様にマグネシウムの層の酸化を抑制できると考えられる。例えば酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化マンガンなどを用いることができる。
【００３７】
また本実施例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を行った。その結果を、図５に示す。
【００３８】
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性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。
【００３９】
【表１】
【００４０】
上記表１は、短時間耐電圧試験における本実施例１および比較例１の耐電圧変化率（％）を示すものである。
【００４１】
表１から分かるように、耐電圧が１４２６Ｖであった実施例１では、耐電圧が１３５９Ｖであった従来例１と比べて耐電圧が４．９％上昇している。また比較例１よりも本実施例の方が、耐電圧性が向上している。
【００４２】
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飛散時のクリアリングエネルギーが小さく、セルフヒーリング性が高いため、金属蒸着電極と誘電体フィルム接合面側でセルフヒーリングが発生しやすくなり、耐圧が向上する。そのため、耐電圧が向上する。ここで、マグネシウムはアルミニウムよりも水との反応が早いため、空気中の水分等により自然酸化されてしまう。そこで、酸化膜層をマグネシウム含有層の下に形成することでマグネシウム含有層の酸化を抑制する。この酸化膜層は０．１ｎｍ以上１５ｎｍ以下と非常に薄く、また絶縁物であるため、セルフヒーリング性には影響しない。
【００４３】
マグネシウム含有層および酸化膜層は金属蒸着電極４ａ、４ｂのいずれに設けてもよく、双方に設けてもよい。
【００４４】
なお本実施例では、マグネシウム含有層の厚みは、金属蒸着電極の厚みの１／２以下とした。アルミニウムの方がマグネシウムよりも比抵抗が小さいため、アルミニウムの層を厚く（目安として金属蒸着電極の厚みの１／２より厚く）することで、金属蒸着電極全体を薄くしても抵抗を下げることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
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】
【００４６】
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、前記誘電体フィルムとの接合面に形成された酸化膜層と、この酸化膜層上に形成されたマグネシウム含有層とを有し、マグネシウムの原子濃度比率が前記マグネシウム含有層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】
前記酸化膜層の厚みは、０．１ｎｍ以上１５ｎｍ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３】
前記マグネシウム含有層の厚みは、前記金属蒸着電極の厚みの１／２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、前記誘電体フィルムとの接合面に形成された酸化膜層と、この酸化膜層上に形成されたマグネシウム含有層とを有し、マグネシウムの原子濃度比率が前記マグネシウム含有層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】
前記酸化膜層の厚みは、０．１ｎｍ以上１５ｎｍ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３】
前記マグネシウム含有層の厚みは、前記金属蒸着電極の厚みの１／２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６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−６５７４７（Ｐ２０１３−６５７４７Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０４０９２（Ｐ２０１１−２０４０９２）
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【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４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【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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