(57)【要約】【課題】フィルムコンデンサにおいて、誘電体フィルムに絶縁欠陥が発生した場合であっても、高い耐電圧性を確保する。【解決手段】フィルムコンデンサに用いられる金属化フィルム１００は、第１誘電体フィルム１２１と、第１誘電体フィルム１２１の第１面に配置された金属膜１１０と、第１誘電体フィルム１２２の第２面に配置された第２誘電体フィルム１２２とを備える。第１誘電体フィルム１２１と第２誘電体フィルム１２２とは、同じ膜厚および同じ誘電率を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルムコンデンサに用いられる金属化フィルムであって、
第１誘電体フィルムと、
前記第１誘電体フィルムの第１面に配置された金属膜と、
前記第１誘電体フィルムの第２面に配置された第２誘電体フィルムとを備え、
前記第１誘電体フィルムと前記第２誘電体フィルムとは、同じ膜厚および同じ誘電率を有している、金属化フィルム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、金属化フィルムに関し、より特定的には、フィルムコンデンサ用の金属化フィルムの絶縁破壊特性を向上する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリプロピレンフィルムは、高耐電圧性および低誘電損失などの優れた電気特性を有することが知られている。このような優れた電気特性を活かして、ポリプロピレンフィルムは、電子および電気機器において、たとえば高電圧コンデンサ、各種スイッチング電源、コンバータおよびインバータなどに用いられる、フィルタ用コンデンサあるいは平滑用コンデンサなどのコンデンサ用絶縁体フィルムとして利用されている。
【０００３】
近年では、電気自動車およびハイブリッド自動車などの需要が高まっているが、これらの車両の駆動用モータを制御するインバータ電源機器用のフィルムコンデンサとしても、ポリプロピレンフィルムが利用され始めている。自動車用の高容量型コンデンサに対しては、さらなる小型化、軽量化および高容量化が求められるとともに、高電圧下においても高い耐電圧性を有することが要求されている。
【０００４】
特開２０１６−１９５２５０号公報（特許文献１）には、高温下での高い耐電圧性を有するコンデンサ用二軸延伸ポリプロピレンフィルムが開示されている。具体的には、特開２０１６−１９５２５０号公報（特許文献１）には、少なくとも１種のポリプロピレン樹脂と少なくとも１種のβ晶増核剤とを含む二軸延伸ポリプロピレンフィルムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１９５２５０号公報
【特許文献２】特開２０１６−１８８３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなポリプロピレンフィルムの絶縁破壊強さは、フィルム全体について必ずしも一様ではなく、部分的に絶縁破壊強さが弱い部分（以下、「絶縁欠陥」とも称する。）が生じることが知られている。この絶縁欠陥の原因は、製造時の傷や異物のコンタミによる場合もあるが、一方で分子の充填状態の揺らぎに起因して生じる場合がある。後者の要因の場合には、現段階ではその発生を完全になくすことは技術的に困難であり、ある確率で絶縁欠陥が生じてしまう。
【０００７】
本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、誘電体フィルムに絶縁欠陥が発生した場合であっても、高い耐電圧性を実現可能なフィルムコンデンサ用の金属化フィルムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示に係る金属化フィルムは、フィルムコンデンサに用いられる金属化フィルムである。金属化フィルムは、第１誘電体フィルムと、第１誘電体フィルムの第１面に配置された金属膜と、第１誘電体フィルムの第２面に配置された第２誘電体フィルムとを備える。第１誘電体フィルムと第２誘電体フィルムとは、同じ膜厚および同じ誘電率を有している。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によるフィルムコンデンサ用の金属化フィルムによれば、誘電体フィルムが、同じ膜厚および同じ誘電率を有する２つの誘電体フィルムの積層構造として形成される。これによって、一方の誘電体フィルムに絶縁欠陥が生じた場合であっても、高い耐電圧性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態に従う金属化フィルムの断面図である。
【図２】本実施の形態に従う金属化フィルムの斜視図である。
【図３】金属化フィルムを積層した積層体を模式的に示す斜視図である。
【図４】図３に示すＩＶ−ＩＶ線に沿った、積層体の断面図である。
【図５】本実施の形態に従う金属化フィルムと、比較例の金属化フィルムの絶縁破壊強さを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１２】
図１および図２は、それぞれ本実施の形態に従う金属化フィルム１００の断面図および斜視図である。図１および図２に示されるように、金属化フィルム１００は、誘電体フィルム１２０の一方の表面に、金属膜１１０が蒸着されて形成されている。金属膜１１０は、誘電体フィルム１２０の全面には蒸着されていない。誘電体フィルム１２０の一方の縁部に沿って、金属膜１１０が形成されていない数ｍｍ程度の絶縁マージンが設けられている。金属膜１１０の材料としては、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）や亜鉛（Ｚｎ）などの金属材料を用いることができる。
【００１３】
誘電体フィルム１２０は、第１誘電体フィルム１２１および第２誘電体フィルム１２２が積層された構成を有している。すなわち、第１誘電体フィルム１２１の第１面に金属膜１１０が配置され、第１誘電体フィルム１２１の第２面に第２誘電体フィルム１２２が配置されている。
【００１４】
第１誘電体フィルム１２１および第２誘電体フィルム１２２の材料としては、たとえば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのプラスチックフィルムを用いることができる。第１誘電体フィルム１２１および第２誘電体フィルム１２２は、同じ膜厚および同じ誘電率を有しており、好ましくは同じ材料で形成されている。
【００１５】
誘電体フィルム１２０は、延伸されている。誘電体フィルム１２０は、少なくとも図２中に両矢印で示す延伸方向ＤＲ２に、延伸されている。誘電体フィルム１２０は、延伸方向ＤＲ２のみの一方向に延伸された一軸延伸フィルムであってもよく、または、延伸方向ＤＲ２および延伸方向ＤＲ２に直交する延伸方向ＤＲ１の二方向に延伸された二軸延伸フィルムであってもよい。
【００１６】
図３は、金属化フィルム１００，１５０を積層した積層体２００を模式的に示す斜視図である。図４は、図３に示すＩＶ−ＩＶ線に沿う、積層体２００の断面図である。図３，４に示される積層体２００は、図１および図２を参照して説明した金属化フィルム１００と、金属化フィルム１００とは異なる金属化フィルム１５０とを有している。金属化フィルム１５０は、誘電体フィルム１７０の一方の表面に、金属膜１６０が蒸着されて形成されている。誘電体フィルム１７０は、誘電体フィルム１２０と同様に２層の誘電体フィルム（第３誘電体フィルム１７１，第４誘電体フィルム１７２）が積層された構成を有している。なお、金属化フィルム１００を構成する金属膜および誘電体フィルムの材料と、金属化フィルム１５０を構成する金属膜および誘電体フィルムの材料は、同じものであってもよいし、異なっていてもよい。
【００１７】
コンデンサ装置において、金属化フィルム１００の金属膜１１０と金属化フィルム１５０の金属膜１６０とのいずれか一方は、カソード電極として機能し、いずれか他方は、アノード電極として機能する。金属膜１１０と金属膜１６０とは、極性の異なる二つの電極を構成している。
【００１８】
図３に示される積層体２００は、一枚の長尺の金属化フィルム１００と一枚の長尺の金属化フィルム１５０とを積層して、長手方向に巻回することにより形成されている。金属化フィルム１００と金属化フィルム１５０とは、各々の絶縁マージンが積層方向で一致しないように積層されて、積層体２００を形成している。
【００１９】
図４に示される断面視において、金属化フィルム１００の誘電体フィルム１２０の下面（第２誘電体フィルム１２２の下面）が、金属化フィルム１５０の金属膜１６０の上面に接触している。金属化フィルム１５０の誘電体フィルム１７０の下面（第４誘電体フィルムの下面）が、金属化フィルム１００の金属膜１１０の上面に接触している。積層体２００においては、金属化フィルム１００と金属化フィルム１５０とが、交互に積層されている。積層体２００においては、誘電体フィルム１７０、金属膜１６０、誘電体フィルム１２０、および金属膜１１０が、この順に順次積層されている。
【００２０】
なお、積層体は実際には、金属化フィルム１００，１５０が数万枚重なって形成されている。図４に示される積層体２００は、実際の積層体を簡略化して、実際の積層体の一部分を模式的に図示したものである。
【００２１】
このようにして形成された積層体２００は、その後加熱処理が施されるとともに、積層体２００の両端の２つの電極取り出し面に金属を溶射することによって集電用電極が形成されて、コンデンサ素子となる。そして、得られたコンデンサ素子をケース内に収容して封止し、集電用電極に接続端子を接続することでフィルムコンデンサ装置が形成される。
【００２２】
このようなフィルムコンデンサの金属化フィルムに用いられる誘電体フィルムは、高い耐電圧性が要求される。特に、近年需要が高まっている電気自動車あるいはハイブリッド自動車の駆動用電気機器に用いられるコンデンサとして用いられる場合には、高電圧（たとえば、１ｋＶ）下での耐電圧性が必要とされる。
【００２３】
一方で、誘電体フィルムの絶縁破壊強さは、フィルム全体について必ずしも一様ではなく、部分的に絶縁破壊強さが弱い部分（絶縁欠陥）が少なからず生じることが知られている。たとえば、絶縁破壊強さが平均６００Ｖ／μｍのフィルムの場合には、絶縁欠陥の部分の絶縁破壊強さは３００Ｖ／μｍ以下の部分を指す。
【００２４】
この絶縁欠陥については、製造時の傷や異物のコンタミが原因で生じる場合もあるが、一方で分子の充填状態の揺らぎに起因して生じる場合もあることが知られている。分子の充填状態については、現段階では製造過程において完全に制御することは困難であるため、絶縁体フィルムには不可避的にある確率で絶縁欠陥が含まれることになる。
【００２５】
一般的に、金属化フィルムに用いられる誘電体フィルムの厚みは２〜３μｍであるので、たとえば絶縁欠陥の部分の絶縁破壊強さが３００Ｖ／μｍであり、誘電体フィルム全体の厚みを３μｍとした場合には、絶縁欠陥部の厚み方向のトータルの絶縁破壊強さは９００Ｖ（＝３００Ｖ／μｍ×３μｍ）となり、１ｋＶあるいはそれ以上の電圧が印加されるパワーコンデンサには適用できない。
【００２６】
また、誘電体フィルムにおける絶縁欠陥の存在確率は約１０％程度であるので、結果としてコンデンサの容量が１０％程度低下し得る。一般的に、コンデンサ容量の変動は５％未満であることが好ましいため、絶縁欠陥が存在する場合には、コンデンサの容量変動の仕様を満たさない状態となり得る。
【００２７】
本実施の形態に従う金属化フィルム１００においては、誘電体フィルム１２０が、第１誘電体フィルム１２１および第２誘電体フィルム１２２の２層構造となっている。積層された２つの誘電体フィルム１２１，１２２の各々において、同じ個所に絶縁欠陥が発生することは極めて稀であるため、仮に一方の誘電体フィルムのある箇所に絶縁欠陥が生じたとしても、同じ個所の他方の誘電体フィルムは健全である可能性が高い。そのため、本実施の形態の金属化フィルム１００のように、誘電体フィルム１２０を２層構造とすることによって、誘電体フィルム１２０全体としての絶縁破壊強さを確保することができる。
【００２８】
図５は、本実施の形態に従う金属化フィルム１００（図５（ａ））と、従来のように誘電体フィルムが１層構造の比較例の金属化フィルム１００＃（図５（ｂ））の絶縁破壊強さを説明するための図である。
【００２９】
比較例の金属化フィルム１００＃においては誘電体フィルム１２０＃の厚みはｄであり、本実施の形態の金属化フィルム１００においては誘電体フィルム１２１，１２２の各々の厚みはｄ／２である。金属化フィルム１００＃において、誘電体フィルム１２０＃に絶縁欠陥１８０が生じてしまうと、誘電体フィルム１２０＃全体として絶縁破壊強さが低下することになる。
【００３０】
それに対して、本実施の形態の金属化フィルム１００においては、一方の誘電体フィルムに絶縁欠陥１８０が生じた場合であっても、他方の誘電体フィルムは健全な状態である可能性が高い。すなわち、誘電体フィルム１２０の厚み方向の半分については絶縁破壊強さが低下しても、残りの半分については高い絶縁破壊強さが維持された状態となる。
【００３１】
たとえば、誘電体フィルム１２０の厚みを３μｍ、第１誘電体フィルム１２１および第２誘電体フィルム１２２の各々の厚みを１．５μｍとし、一方の誘電体フィルムに絶縁破壊強さが３００Ｖ／μｍの絶縁欠陥が生じた場合には、誘電体フィルム１２０の厚み方向のトータルの絶縁破壊強さは１３５０Ｖ（＝３００Ｖ／μｍ×１．５μｍ＋６００Ｖ／μｍ×１．５μｍ）となる。したがって、誘電体フィルムに絶縁欠陥が生じた場合でも、１ｋＶ以上の電圧が印加されるパワーコンデンサとして使用することが可能となる。
【００３２】
なお、上述のように、各誘電体フィルムにおける絶縁欠陥の存在確率は約１０％であるため、本実施の形態に従う金属化フィルム１００のように２層構造の誘電体フィルムを採用した場合には、２つの誘電体フィルムの同じ個所に絶縁欠陥が生じる確率は１０％×１０％＝１％となる。そのため、絶縁欠陥によるコンデンサ容量の変動も１％となり、コンデンサの容量変動の仕様にも適合する。
【００３３】
なお、上述の例においては、誘電体フィルム１２０を２層構造とする例について説明したが、誘電体フィルム１２０を３層以上で形成してもよい。使用する誘電体フィルムの積層数を多くすると、各誘電体フィルムの同じ個所に絶縁欠陥が生じる確率をさらに低減することができるので、絶縁破壊強さを高く維持できるとともに、コンデンサの容量変動もさらに小さくすることができる。ただし、製造過程において誘電体フィルムの積層工程が多くなり、また各誘電体フィルムの厚さも薄くなるため、製造コストが増加する可能性もある。そのため、使用する誘電体フィルムの積層数については、必要とされる要求仕様および製造コストを考慮して決定される。
【００３４】
また、上述のように、２つの誘電体フィルムについては、同じ膜厚および同じ誘電率とすることが望ましい。これは、仮に膜厚あるいは誘電率が異なった場合には、各誘電体フィルムにかかる電圧分担が変化してしまい、局所的な電界集中が生じることが考えられる。そうすると、絶縁欠陥のない箇所であっても、電界集中により絶縁破壊が生じてしまい、結果的に絶縁破壊強さが低下する可能性がある。
【００３５】
さらに、積層された誘電体フィルムは、互いに固着していないことが好ましい。２つの誘電体フィルムが固着している場合には、コンデンサ素子の製造過程における加熱プレス時に、誘電体フィルム間に負荷が加わって誘電体フィルムが破断してしまい、単相の誘電体フィルムと同様の加工性を確保できない恐れがある。このように、誘電体フィルム加工性の観点から、積層された誘電体フィルムは互いに固着していない状態とすることが好ましい。
【００３６】
以上説明したように、本実施の形態に従うフィルムコンデンサ用の金属化フィルムにおいては、多層構造を有する誘電体フィルムを用いることによって、誘電体フィルムに不可避的に生じる絶縁欠陥が生じた場合であっても、誘電体フィルム全体としての絶縁破壊強さを確保することができ、高い耐電圧性を実現することが可能となる。
【００３７】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３８】
１００，１００＃，１５０  金属化フィルム、１１０，１６０  金属膜、１２０〜１２２，１２０＃，１７０〜１７２  誘電体フィルム、１８０  絶縁欠陥、２００  積層体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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