(57)【要約】【課題】コンデンサ素子の過熱時に電気回路を遮断して安全な状態で停止させ、かつ、コンデンサ素子の過熱開始温度よりも低い温度でのオープン故障を抑制する。【解決手段】フィルムコンデンサ素子を得る工程は、延伸した誘電体フィルムに金属膜を蒸着した金属化フィルムを得る工程と、延伸の方向を揃えて金属化フィルムを積層した積層体を得る工程と、積層体の、延伸の方向の両端に、金属を溶射する工程とを有している。フィルムコンデンサ素子を得る工程は、さらに、溶射する工程の前に、フィルムコンデンサ素子の駆動温度より高く、フィルムコンデンサ素子の発熱量に対するフィルムコンデンサ素子の温度の変化から得られる過熱開始温度よりも低い温度で、誘電体フィルム、金属化フィルムまたは積層体を加熱処理する工程を有している。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルムコンデンサ素子を得る工程と、
前記フィルムコンデンサ素子を樹脂封止する工程とを備える、コンデンサ装置の製造方法であって、
前記フィルムコンデンサ素子を得る工程は、
延伸した誘電体フィルムに金属膜を蒸着した金属化フィルムを得る工程と、
延伸の方向を揃えて前記金属化フィルムを積層した積層体を得る工程と、
前記積層体の、延伸の方向の両端に、金属を溶射する工程と、
前記溶射する工程の前に、前記フィルムコンデンサ素子の駆動温度より高く、前記フィルムコンデンサ素子の発熱量に対する前記フィルムコンデンサ素子の温度の変化から得られる過熱開始温度よりも低い温度で、前記誘電体フィルム、前記金属化フィルムまたは前記積層体を加熱処理する工程と、を有する、製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、コンデンサ装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属化フィルムコンデンサに関し、従来、コンデンサ素子と、コンデンサ素子の両端に設けられたメタリコン電極と、メタリコン電極に接続された接続端子とを備え、メタリコン電極と接続端子との間の剥離強度を、メタリコン電極とコンデンサ素子の端面との間の剥離強度よりも低くした構成が、たとえば国際公開第２０１４／０６１２１３号（特許文献１）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０６１２１３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記文献に記載の構成では、通電時の温度変化に伴うフィルムコンデンサの膨張および収縮によって、剥離強度の低いメタリコン電極と接続端子との接合が切断して、電気回路が遮断するオープン故障が発生してしまう場合がある。
【０００５】
本開示では、コンデンサ素子の過熱時に電気回路を遮断して安全な状態で停止でき、かつ、コンデンサ素子の過熱開始温度よりも低い温度でのオープン故障を抑制できる、コンデンサ装置の製造方法が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に従うと、フィルムコンデンサ素子を得る工程と、フィルムコンデンサ素子を樹脂封止する工程とを備える、コンデンサ装置の製造方法が提供される。フィルムコンデンサ素子を得る工程は、延伸した誘電体フィルムに金属膜を蒸着した金属化フィルムを得る工程と、延伸の方向を揃えて金属化フィルムを積層した積層体を得る工程と、積層体の、延伸の方向の両端に、金属を溶射する工程とを有している。フィルムコンデンサ素子を得る工程は、さらに、溶射する工程の前に、フィルムコンデンサ素子の駆動温度より高く、フィルムコンデンサ素子の発熱量に対するフィルムコンデンサ素子の温度の変化から得られる過熱開始温度よりも低い温度で、誘電体フィルム、金属化フィルムまたは積層体を加熱処理する工程を有している。
【０００７】
係る構成によれば、コンデンサ素子の過熱時に誘電体フィルムが熱収縮することで金属膜と溶射金属との接合が切断されて、電気回路が遮断されるので、コンデンサ装置を安全な状態で停止することができる。一方、金属膜と溶射金属との接合強度は従来と同等であるため、過熱による誘電体フィルムの収縮以外の応力、たとえばフィルムコンデンサ素子の膨張および収縮などで金属膜と溶射金属との接合が切断されることがない。したがって、コンデンサ素子の過熱開始温度よりも低い温度でのオープン故障を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本開示に係るコンデンサ装置の製造方法に従えば、コンデンサ素子の過熱時に電気回路を遮断して安全な状態で停止でき、かつ、コンデンサ素子の過熱開始温度よりも低い温度でのオープン故障を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】金属化フィルムの断面図である。
【図２】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３】図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う、積層体の断面図である。
【図４】積層体の加熱処理を示す模式図である。
【図５】アニール温度について示すグラフである。
【図６】フィルムコンデンサ素子の斜視図である。
【図７】コンデンサ装置の部分断面図である。
【図８】金属膜と電極との接合が切断されたコンデンサ装置の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて、実施形態に係るコンデンサ装置の製造方法について説明する。以下に示す実施形態において、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付して、重複した説明は繰り返さない。
【００１１】
図１は、金属化フィルム１６１の断面図である。図１に示されるように、金属化フィルム１６１は、誘電体フィルム１１４の一方の表面に、金属膜１２４が蒸着されて形成されている。金属膜１２４は、誘電体フィルム１１４の全面には蒸着されていない。誘電体フィルム１１４の一方の縁部に沿って、金属膜１２４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。
【００１２】
誘電体フィルム１１４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。金属膜１２４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１１４は、延伸されている。誘電体フィルム１１４は、少なくとも図１中に両矢印で示す延伸方向ＤＲ１に、延伸されている。誘電体フィルム１１４は、延伸方向ＤＲ１（図１においては、図中の左右方向）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ＤＲ１と延伸方向ＤＲ１に直交する方向との二方向（図１においては、図中の左右方向と紙面垂直方向との二方向）に延伸された二軸延伸フィルムであってもよい。延伸した誘電体フィルム１１４は、所定温度以上に加熱すると元の寸法に収縮する特性を有している。
【００１４】
図２は、金属化フィルム１６１，１６２を積層した積層体１７０を模式的に示す斜視図である。図３は、図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う、積層体１７０の断面図である。図２，３に示される積層体１７０は、図１を参照して説明した金属化フィルム１６１と、金属化フィルム１６１とは異なる金属化フィルム１６２とを有している。金属化フィルム１６２は、誘電体フィルム１１５の一方の表面に、金属膜１２５が蒸着されて形成されている。誘電体フィルム１１５は、誘電体フィルム１１４と同様に、延伸されている。
【００１５】
コンデンサ装置において、金属化フィルム１６１の金属膜１２４と金属化フィルム１６２の金属膜１２５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１２４と金属膜１２５とは、極性の異なる二つの電極を構成している。
【００１６】
図２に示される積層体１７０は、一枚の長尺の金属化フィルム１６１と一枚の長尺の金属化フィルム１６２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１６１と金属化フィルム１６２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１７０を形成している。
【００１７】
図３に示される断面視において、金属化フィルム１６１の誘電体フィルム１１４の下面が、金属化フィルム１６２の金属膜１２５の上面に接触している。金属化フィルム１６２の誘電体フィルム１１５の下面が、金属化フィルム１６１の金属膜１２４の上面に接触している。積層体１７０においては、金属化フィルム１６１と金属化フィルム１６２とが、交互に積層されている。積層体１７０においては、誘電体フィルム１１５、金属膜１２５、誘電体フィルム１１４、および金属膜１２４が、この順に順次積層されている。
【００１８】
なお、積層体は実際には、金属化フィルム１６１，１６２が数万枚重なって形成されている。図３に示される積層体１７０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。
【００１９】
図４は、積層体１７０の加熱処理を示す模式図である。実施形態においては、金属化フィルム１６１および金属化フィルム１６２を巻回して積層体１７０を形成した後に、積層体１７０を加熱炉２００内に載置して、積層体１７０を加熱処理する。
【００２０】
図５は、アニール温度について示すグラフである。図５に示されるグラフの横軸は、フィルムコンデンサ素子の発熱量を示す。図５に示されるグラフの縦軸は、フィルムコンデンサ素子の温度を示す。
【００２１】
図５中の横軸と平行な両矢印によって示される範囲が、フィルムコンデンサ素子の通常の駆動時における発熱量を示している。通常時の発熱量の範囲に対応するフイルムコンデンサ素子の温度の範囲が、駆動温度と称される。図５中の横軸と平行な図中の右方向を示す矢印が、通常時の発熱量の範囲よりも増加した発熱量の範囲を示している。
【００２２】
図５に示されるように、発熱量が通常時の発熱量を超えているが所定量の発熱量には到達していない場合、発熱量の増加に対するフィルムコンデンサ素子の温度増加の割合は、駆動温度の範囲内における温度増加の割合とほぼ等しくなる。これに対し、所定量の発熱量以上になると、図５中の破線のグラフに示されるように、フィルムコンデンサ素子の温度が急激に上昇する。この温度が急激に上昇する状態が、過熱状態と称される。過熱状態に移る温度、または過熱状態の温度の下限値が、過熱開始温度として規定される。このように、過熱開始温度は、フィルムコンデンサ素子の発熱量に対するフィルムコンデンサ素子の温度の変化に基づいて、得ることができる。
【００２３】
図４に示される加熱処理（アニール）は、図５中に「アニール温度」として規定された温度範囲で実行される。すなわち、積層体１７０は、フィルムコンデンサ素子の駆動温度より高く、過熱開始温度よりも低い温度で、加熱処理される。適切な温度で加熱処理を施すことで、誘電体フィルム１１４，１１５を、「アニール温度」以下の温度では収縮しないフィルムにすることが可能である。
【００２４】
図６は、フィルムコンデンサ素子１１０の斜視図である。図６に示されるように、積層体１７０の両端の２つの電極取り出し面に金属が溶射されて、集電用の電極１１１，１１２（メタリコン電極）が形成されている。電極１１１，１１２は、積層体１７０の、誘電体フィルム１１４，１１５の延伸方向ＤＲ１における両端に、形成されている。
【００２５】
電極１１１は、図３に示される積層体１７０の図中の左端に形成されている。したがって電極１１１は、金属膜１２４と電気的に接続されており、金属膜１２５とは電気的に非接続とされている。電極１１２は、図３に示される積層体１７０の図中の右端に形成されている。したがって電極１１２は、金属膜１２５と電気的に接続されており、金属膜１２４とは電気的に非接続とされている。
【００２６】
図７は、コンデンサ装置１００の部分断面図である。図７に示されるように、電極１１１に接続端子１８１が接続されている。電極１１２に接続端子１８２が接続されている。接続端子１８１は、たとえば図示しないはんだ層を介して、電極１１１に接続されている。接続端子１８２は、たとえば図示しないはんだ層を介して、電極１１２に接続されている。
【００２７】
電極１１１，１１２が接続されたフィルムコンデンサ素子１１０がケース１９０内に収容されて、ケース１９０内に封止樹脂１９１が充填されることにより、コンデンサ装置１００が形成されている。フィルムコンデンサ素子１１０は、封止樹脂１９１内に埋設されている。接続端子１８１，１８２の下端は、封止樹脂１９１内に埋設されている。接続端子１８１，１８２の上端は、封止樹脂１９１の外部に配置されている。
【００２８】
封止樹脂１９１は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂などの樹脂がケース１９０内にモールドされて、形成されている。これらの樹脂に、さらに放熱性を有する絶縁フィラーとして、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウム、タルク、クレーのいずれか一種または二種以上が混合されてもよい。
【００２９】
ケース１９０は、たとえばポリフェニレンサルファイドで形成されている。ケース１９０は、フィルムコンデンサ素子１１０の底面に対向する底壁と、フィルムコンデンサ素子１１０の側面に対向する側壁とを有する、上方に開口する矩形箱状の概略形状を有している。
【００３０】
以上の構成を備えているコンデンサ装置１００は、フィルムコンデンサ素子１１０を構成している誘電体フィルム１１４，１１５および誘電体フィルム１１４，１１５に蒸着されている金属膜１２４，１２５が抵抗を持つため、通電時にジュール熱が発生する（自己発熱）。
【００３１】
フィルムの欠陥が生じたり、ヒューズ作動不良が起きたりすると、フィルムコンデンサ素子１１０が想定以上に発熱することがある。つまり、コンデンサ装置１００では、電圧をかけるとフィルムコンデンサ素子１１０の抵抗値に応じて電流が流れる。フィルムコンデンサ素子１１０の抵抗値は温度との相関があり、高温下では抵抗値が下がり多くの電流が流れて、さらに発熱するというサイクルが発生する。このサイクルが収束しなくなる状態が、過熱状態である。上述した通り、過熱状態の温度の下限値が、過熱開始温度である。
【００３２】
図５に示される過熱開始温度以上にフィルムコンデンサ素子１１０が発熱すると、延伸フィルムである誘電体フィルム１１４，１１５が延伸方向ＤＲ１に熱収縮する。図８は、金属膜１２５と電極１１２との接合が切断されたコンデンサ装置１００の部分断面図である。誘電体フィルム１１４，１１５が図８中の白抜き矢印で示されるように熱収縮することで、積層体１７０と電極１１２との間が切断されて、切断部１４０が形成される。金属膜１２５と電極１１２との接合が切断され、金属膜１２５と電極１１２との電気的な接続が遮断されて、電気回路が遮断されたオープン故障の状態になる。これにより、ジュール熱によるフィルムコンデンサ素子１１０の発熱が停止するので、コンデンサ装置１００を安全な状態で停止することができる。
【００３３】
以上説明したコンデンサ装置１００の製造方法では、メタリコン電極を形成する工程の前に、フィルムコンデンサ素子１１０の駆動温度よりも高く、フィルムコンデンサ素子１１０の過熱開始温度よりも低い温度で、積層体１７０が加熱処理されている。
【００３４】
このように製造されたコンデンサ装置１００では、フィルムコンデンサ素子１１０と電極１１１，１１２との接合強度、および電極１１１（１１２）と接続端子１８１（１８２）との接合強度は、低くされておらず従来と同等である。そのため、フィルムコンデンサ素子１１０が過熱でないときには、フィルムコンデンサ素子１１０が温度変化に伴って膨張および収縮しても、フィルムコンデンサ素子１１０と電極１１１，１１２との接合が切断されることがなく、フィルムコンデンサ素子１１０と電極１１１，１１２との電気的な接続が維持される。フィルムコンデンサ素子１１０の過熱開始温度よりも低い温度でのオープン故障を抑制することができるので、コンデンサ装置１００の正常作動を継続することができる。
【００３５】
一方、フィルムコンデンサ素子１１０が過熱となったときには、延伸した誘電体フィルム１１４，１１５が熱収縮することで、フィルムコンデンサ素子１１０の金属膜１２５と電極１１２との接合が切断される。金属膜１２５と電極１１２とが電気的に非接続となることにより、電気回路が遮断されたオープン故障の状態となるため、安全な状態でフィルムコンデンサ素子１１０の作動を停止することができる。
【００３６】
実施形態においては、図４を参照して、金属化フィルム１６１，１６２を巻回して形成した積層体１７０を加熱処理する例について説明した。加熱処理の対象となるのは、積層体１７０に限られない。たとえば、巻回する前の金属化フィルム１６１，１６２を加熱処理してもよい。金属膜１２４，１２５を蒸着する前の誘電体フィルム１１４，１１５を加熱処理してもよい。いずれの場合でも、誘電体フィルム１１４，１１５を、過熱開始温度未満では熱収縮せずに電気回路を導通状態に維持するが、フィルムコンデンサ素子１１０が過熱開始温度以上に発熱すると熱収縮して電気回路を遮断するように、構成することができる。
【００３７】
実施形態においては、金属化フィルム１６１と金属化フィルム１６２とを重ねて巻回することにより積層体１７０を形成する例について説明した。積層体１７０は、金属化フィルム１６１，１６２を巻回するのではなく、金属化フィルム１６１と金属化フィルム１６２とを順に積層させる工程を経ることによって、形成されてもよい。
【００３８】
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。この発明の範囲は上記した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】
【００３９】
１００  コンデンサ装置、１１０  フィルムコンデンサ素子、１１１，１１２  電極、１１４，１１５  誘電体フィルム、１２４，１２５  金属膜、１４０  切断部、１６１，１６２  金属化フィルム、１７０  積層体、１８１，１８２  接続端子、１９０  ケース、１９１  封止樹脂、２００  加熱炉、ＤＲ１  延伸方向。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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