(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリプロピレンフィルムの両面に金属蒸着電極を形成した両面金属化ポリプロピレンフィルムとポリプロピレンフィルムに金属蒸着電極を形成していない非金属化ポリプロピレンフィルムの２枚を重ねて１対としたものを巻回して得た巻回物と、前記巻回物の２つの側面に形成されたメタリコン電極とからなり、前記両面金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムの厚みが、前記非金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムよりも厚くなっていることを特徴とするフィルムコンデンサ。
【請求項２】
ポリプロピレンフィルムの両面に金属蒸着電極を形成した両面金属化ポリプロピレンフィルムとポリプロピレンフィルムに金属蒸着電極を形成していない非金属化ポリプロピレンフィルムを交互に複数層積層して得た積層体と、前記積層体の２つの側面に形成されたメタリコン電極とからなり、前記両面金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムの厚みが、前記非金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムよりも厚くなっていることを特徴とするフィルムコンデンサ。
【請求項３】
ポリプロピレンフィルム表面の最大粗さが１〜２μｍで、平均粗さが０．１μｍ以上であり、なおかつ両面金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムの厚みが、非金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムよりも０．５〜２μｍだけ厚くなっていることを特徴とする請求項１または２に記載のフィルムコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器用のフィルムコンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘電体にポリプロピレンフィルムを使用したコンデンサは、片面に金属を蒸着したフィルムを用いることが一般的であった。図３に、片面金属化ポリプロピレンフィルムを２枚重ねて１対としたものを巻回し、メタリコン電極を形成したコンデンサの構造を示す。２５は金属化ポリプロピレンフィルムでポリプロピレンフィルム２０の片面に蒸着金属電極２１が形成されている。また、２２が非蒸着部、２３が亜鉛溶射によって形成したメタリコン電極、２４がリード線を示している。また、２８は片面金属化ポリプロピレンフィルムでポリプロピレンフィルム２６の片面に蒸着金属電極２７が形成されている。
【０００３】
片面金属化ポリプロピレンフィルム２５，２８を２枚重ねて１対として巻回する際には、耐圧が不均一にならないように通常同じ厚みの２枚の片面金属化ポリプロピレンフィルムを使用する。
【０００４】
上記のように片面金属化ポリプロピレンフィルムを使用する場合、定格電圧の少なくとも２倍以上の耐圧を有する厚みのフィルムを選んで使用している。例えば、交流使用で定格４４０Ｖの場合は７μｍのポリプロピレンフィルムを用いていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、片面金属化ポリプロピレンフィルム２５，２８に代えて、ポリプロピレンフィルム２０の両面に金属を蒸着した両面金属化ポリプロピレンフィルムを使用すれば蒸着工数を半分に削減できる利点があるが、巻き取った時に蒸着金属同士が接着し次に巻き戻す際に蒸着金属が剥がれるというブロッキング現象が起こり易く、ポリプロピレンフィルムへの両面蒸着は技術的にこれまで難易度が高かった。
【０００６】
さらに両面金属化ポリプロピレンフィルムと非金属化ポリプロピレンフィルムの２枚を１対として巻回してコンデンサを製造した場合、片面金属化ポリプロピレンフィルムと同じ厚みのフィルムを用いているにもかかわらず耐圧が低くなることがわかった。
【０００７】
このような違いが生じるのは、コンデンサの電極構成が異なるからである。コンデンサに用いられているポリプロピレンフィルムには多数の凹凸がある。そのようなフィルムに両面蒸着した場合には、フィルムの厚み自体が絶縁耐圧に直接的に反映される。よって、フィルム中薄い部分では両面金属化ポリプロピレンフィルムの耐圧は低くなる。そのため両面金属化ポリプロピレンフィルムを使用する場合には、ポリプロピレンフィルムの凹凸も考慮したフィルム厚を選定しなければならない。
【０００８】
一方、片面金属化ポリプロピレンフィルムを重ねた構成の場合には、必ず一つのエアーギャップを介する電極構成となるため厚みが薄くなっている部分の影響は両面金属化ポリプロピレンフィルムよりは受けにくい。
【０００９】
また、両面金属化ポリプロピレンフィルムと非金属化ポリプロピレンフィルムを重ねることによって構成したコンデンサにおける非金属化ポリプロピレンフィルムの両面には必ずエアーギャップが存在している。そのため、非金属化ポリプロピレンフィルムは、片面金属化ポリプロピレンフィルムのみを使用する場合よりも薄くしても片面金属化ポリプロピレンフィルムと同等の耐圧を確保できる可能性がある。よって、非金属化ポリプロピレンフィルムに対しても片面金属化ポリプロピレンフィルムのみを用いるコンデンサとは異なったフィルム厚の選定を行わなければならない。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するもので、高耐圧を有する両面金属化ポリプロピレンフィルムを用いたフィルムコンデンサを提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明のフィルムコンデンサは、ポリプロピレンフィルムの両面に金属蒸着電極を形成した両面金属化ポリプロピレンフィルムとポリプロピレンフィルムに金属蒸着電極を形成していない非金属化ポリプロピレンフィルムの２枚を重ねて１対としたものを巻回して得た巻回物と、前記巻回物の２つの側面に形成されたメタリコン電極とからなり、前記両面金属化ポリプロピレンフィルムの厚みが、前記非金属化ポリプロピレンフィルムよりも厚くなっていることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明のフィルムコンデンサは、ポリプロピレンフィルムの両面に金属蒸着電極を形成した両面金属化ポリプロピレンフィルムとポリプロピレンフィルムに金属蒸着電極を形成していない非金属化ポリプロピレンフィルムを交互に複数層積層して得た積層体と、前記積層体の２つの側面に形成されたメタリコン電極とからなり、前記両面金属化ポリプロピレンフィルムの厚みは前記非金属化ポリプロピレンフィルムよりも厚くなっていることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明のフィルムコンデンサは、ポリプロピレンフィルム表面の最大粗さが１〜２μｍで、平均粗さが０．１μｍ以上であり、なおかつ両面金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムの厚みが、非金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムよりも０．５〜２μｍだけ厚くなっていることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明によれば、ポリプロピレンフィルムの両面に金属蒸着電極を形成した両面金属化ポリプロピレンフィルムとポリプロピレンフィルムに金属蒸着電極を形成していない非金属化ポリプロピレンフィルムの２枚を重ねて１対としたものを巻回して得た巻回物と、前記巻回物の２つの側面に形成されたメタリコン電極とからなり、前記両面金属化ポリプロピレンフィルムの厚みが、前記非金属化ポリプロピレンフィルムよりも厚くなっていることから、耐圧の高い両面金属化ポリプロピレンフィルムが得られる。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の発明によれば、ポリプロピレンフィルムの両面に金属蒸着電極を形成した両面金属化ポリプロピレンフィルムとポリプロピレンフィルムに金属蒸着電極を形成していない非金属化ポリプロピレンフィルムを交互に複数層積層して得た積層体と、前記積層体の２つの側面に形成されたメタリコン電極とからなり、前記両面金属化ポリプロピレンフィルムの厚みは前記非金属化ポリプロピレンフィルムよりも厚くなっていることから、耐圧の高い両面金属化ポリプロピレンフィルムが得られる。
【００１６】
本発明の請求項３に記載の発明によれば、ポリプロピレンフィルム表面の最大粗さが１〜２μｍで、平均粗さが０．１μｍ以上であり、なおかつ両面金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムの厚みが、非金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムよりも０．５〜２μｍだけ厚くなっていることから  、耐圧の高い両面金属化ポリプロピレンフィルムが得られる。
【００１７】
（実施の形態１）
以下に本実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は本実施の形態１で説明するフィルムコンデンサ素子の斜視図である。
【００１９】
まず、目的とするフィルムコンデンサの構成を図１を用いて詳細に説明する。
【００２０】
図１において、１はポリプロピレンフィルム６の両面にアルミニウムと亜鉛の合金７を蒸着した両面金属化ポリプロピレンフィルムであり、２は金属を蒸着していない非金属化ポリプロピレンフィルムである。図のように両面金属化ポリプロピレンフィルム１と非金属化ポリプロピレンフィルム２の２枚を重ねて１対として巻回し、その巻回物の端面に亜鉛を溶射することによってメタリコン電極３を形成してある。４は電極リードである。
【００２１】
本実施の形態１のコンデンサは、誘電体フィルムであるポリプロピレンフィルム６が絶縁破壊する時にリード４がメタリコン電極３と切り離される機構が設けてある。
【００２２】
ポリプロピレンフィルム６の厚みは７μｍのものを使用し、非金属化ポリプロピレンフィルム２は、６．５μｍのものを使用した。ここでいうフィルムの厚みは、マイクロメータで測定した値である。使用したフィルムの最大表面粗さＲｍａｘは１．５μｍであり、平均表面粗さが０．１μｍのものを使用した。
【００２３】
（表１）に、本実施の形態１のコンデンサの耐圧を示す。ここでいう耐圧とは、交流電圧を５０Ｖずつステップアップし、各電圧で５分保持する試験をした際の耐圧（誘電体の破壊電圧）である。
【００２４】
【表１】
0003608530.tif 000002
【００２５】
また、本実施の形態１では、ポリプロピレンフィルム６の全面に均一厚みの亜鉛とアルミニウムの合金７を蒸着したが、この蒸着膜厚によって何ら限定されるものではない。例えば、メタリコン電極３に接する付近の蒸着金属の膜厚を厚くしたヘビーエッジ蒸着を用いると、メタリコン電極３との接触抵抗が向上するので好適である。
【００２６】
また、本実施の形態１では、蒸着金属として、アルミニウムと亜鉛の合金を用いたが、他の蒸着した亜鉛を含む金属であっても良いことは言うまでもない。例えば、銅、クロム、マグネシウム、マンガンなどを含む亜鉛でも良い。
【００２７】
（実施の形態２）
以下に本実施の形態２のフィルムコンデンサについて説明する。本実施の形態２では、実施の形態１において、非金属化フィルムの厚みを５μｍにしたこと以外は実施の形態１と同様のコンデンサを作製した。
【００２８】
（表１）に、本実施の形態２のコンデンサの電圧ステップアップ試験をした際の耐圧を示す。
【００２９】
（実施の形態３）
以下に本実施の形態３のフィルムコンデンサについて説明する。本実施の形態３では、実施の形態１において、両面金属化ポリプロピレンフィルム１を構成するポリプロピレンフィルム６の厚みを７．５μｍにしたこと以外は実施の形態１と同様のコンデンサを作製した。
【００３０】
（表１）に、本実施の形態３のコンデンサの電圧ステップアップ試験をした際の耐圧を示す。
【００３１】
（比較例１）
比較例１では、実施の形態１において両面金属化ポリプロピレンフィルム１および非金属化ポリプロピレンフィルム２に７μｍのポリプロピレンフィルムを用いたこと以外は実施の形態１と同様のコンデンサを作製した。
【００３２】
（表１）に、比較例１のコンデンサの電圧ステップアップ試験をした際の耐圧を示す。
【００３３】
（比較例２）
比較例２では、７μｍの片面金属化ポリプロピレンフィルムを２枚重ねて一対としたものを巻回し、その巻回物にメタリコン電極を形成してコンデンサを作製した。
【００３４】
（表１）に比較例２のコンデンサの電圧ステップアップ試験をした際の耐圧を示す。
【００３５】
（実施の形態４）
以下に本実施の形態４のフィルムコンデンサについて説明する。
【００３６】
以下に本実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図２は本実施の形態４で説明するフィルムコンデンサ素子を真横から見た図である。まず、目的とするフィルムコンデンサの構成を図２を用いて詳細に説明する。
【００３８】
図２において、１はポリプロピレンフィルム６の両面にアルミニウムと亜鉛の合金７を蒸着した両面金属化ポリプロピレンフィルムであり、２は金属を蒸着していない非金属化ポリプロピレンフィルムである。図のように両面金属化ポリプロピレンフィルム１と非金属化ポリプロピレンフィルム２を交互に複数層積層した積層体を形成し、その積層体の端面に亜鉛を溶射することによってメタリコン電極３を形成してある。４は電極リードである。
【００３９】
両面金属化ポリプロピレンフィルム１の厚みは７μｍのものを使用し、非金属化ポリプロピレンフィルム２は、６．５μｍのものを使用した。ここでいうフィルムの厚みは、マイクロメータで測定した値である。使用したフィルムの最大表面粗さＲｍａｘは２μｍであり、平均表面粗さが０．２μｍのものを使用した。
【００４０】
（表２）に、本実施の形態４のコンデンサの電圧ステップアップ試験をした際の耐圧を示す。ここでいう耐圧とは、静電容量の減少が２０％になる電圧を示した。
【００４１】
【表２】
0003608530.tif 000003
【００４２】
（実施の形態５）
以下に本実施の形態５のフィルムコンデンサについて説明する。本実施の形態５では、実施の形態４において、両面金属化ポリプロピレンフィルム１の厚みを８μｍにし、非金属化ポリプロピレンフィルム２を６μｍにしたこと以外は実施の形態１と同様のコンデンサを作製した。
【００４３】
（表２）に、本実施の形態５のコンデンサの電圧ステップアップ試験をした際の耐圧を示す。ここでいう耐圧とは、静電容量の減少が２０％になる電圧を示した。
【００４４】
（比較例３）
比較例３では、実施の形態４において両面金属化ポリプロピレンフィルムおよび非金属化ポリプロピレンフィルムに７μｍのフィルムを用いたこと以外は、実施の形態４と同様な方法で積層フィルムコンデンサを作製した。
【００４５】
（表２）に、比較例２のコンデンサの電圧ステップアップ試験をした際の耐圧を示す。ここでいう耐圧とは、静電容量の減少が２０％になる電圧を示した。
【００４６】
（比較例４）
比較例４では、７μｍの片面金属化ポリプロピレンフィルムのみを用いて積層フィルムコンデンサを作製した。
【００４７】
（表２）に、比較例２のコンデンサの電圧ステップアップ試験をした際の耐圧を示す。ここでいう耐圧とは、静電容量の減少が２０％になる電圧を示した。
【００４８】
（性能検討）
実施の形態１のコンデンサは、比較例１のコンデンサと比べて、非金属化フィルムの厚みを０．５μｍ薄くしたにもかかわらず、耐圧は１０５０Ｖと変わらなかった。この耐圧は、両面金属化フィルムの耐圧である。非金属化フィルムは、両面にエアーギャップを有するため６．５μｍにしても１０５０Ｖ以上の耐圧を有する。よって、非金属化フィルムの厚みを６．５μｍにしても比較例１と耐圧は変わらなかった。このことから、非金属化フィルムは両面金属化フィルムより０．５μｍ薄くしても耐圧には影響がないことがわかった。
【００４９】
実施の形態２のコンデンサは、比較例１のコンデンサと比べて非金属化フィルムの厚みを２μｍ薄くしたにもかかわらず、耐圧は比較例１と同じ１０５０Ｖであった。両面にエアーギャップを有する非金属化フィルムは、両面金属化フィルムよりも２μｍ薄くしてもこのような高い耐圧が得られ、定格電圧４００Ｖ級で使用可能である。
【００５０】
一方、非金属化フィルムをさらに薄くして、４．５μｍにすると耐圧は８００Ｖまで低下した。このことから、表面最大粗さ１〜２μｍ、平均粗さ０．１μｍ以上の両面金属化フィルムと非金属化フィルムの膜厚差は２μｍ以内が好ましいことがわかった。
【００５１】
実施の形態３のコンデンサは、両面金属化フィルムの厚みを比較例１よりも０．５μｍ厚くしている。このようにすると耐圧が１２５０Ｖに向上した。ポリプロピレンフィルムには、最大粗さ１．５μｍ、平均粗さ０．１μｍの凹凸がある。そのため、厚みが最大で３μｍ薄くなっているところがある可能性がある。よって、実施の形態３のコンデンサのように両面金属化フィルムの厚みを０．５μｍ厚くすることによって耐圧をさらに高くすることができる。
【００５２】
また、実施の形態３は、両面金属化フィルムの厚みを０．５μｍ厚くすることによって、７μｍの片面金属化フィルムを用いた比較例２と同じ耐圧を示した。これは、両面金属化フィルムの厚みを厚くした効果によるものである。
【００５３】
本発明者は、ポリプロピレンフィルムの最大粗さＲｍａｘが１〜２μｍ、平均粗さが０．１μｍのものを用いた場合、両面金属化フィルムを非金属化フィルムよりも０．５〜２μｍ厚くすると耐圧を高めるのに効果的であることを数多くの実験から見出している。
【００５４】
実施の形態４のコンデンサは、比較例３のコンデンサと比べて非金属化フィルムの厚みを０．５μｍ薄くしたにもかかわらず、耐圧は９５０Ｖと変わらなかった。非金属化フィルムは、両面にエアーギャップを有するため６．５μｍにしても９５０Ｖ以上の耐圧を有する。よって、非金属化フィルムの厚みを６．５μｍにしても比較例３と耐圧は変わらなかった。このことから、非金属化フィルムは両面金属化フィルムより０．５μｍ薄くすることが可能であると言える。
【００５５】
実施の形態５のコンデンサは、比較例３のコンデンサと比べて両面金属化フィルムを１μｍ厚く、非金属化フィルムを１μｍ薄くした。このようにすることによって、耐圧が１０５０Ｖまで向上した。粗面形状を有する両面金属化フィルムの厚みを厚くすることによって実施の形態５のように耐圧を向上させることができる。
【００５６】
また、実施の形態５は、片面金属化フィルムを用いた比較例４と比べて、両面金属化フィルムの厚みを１μｍ厚くすることによって、比較例４よりも耐圧が５０Ｖ高くなった。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の発明によれば、ポリプロピレンフィルムの両面に金属蒸着電極を形成した両面金属化ポリプロピレンフィルムとポリプロピレンフィルムに金属蒸着電極を形成していない非金属化ポリプロピレンフィルムの２枚を重ねて１対としたものを巻回して得た巻回物と、前記巻回物の２つの側面に形成されたメタリコン電極とからなり、前記両面金属化ポリプロピレンフィルムの厚みが、前記非金属化ポリプロピレンフィルムよりも厚くなっていることから、耐圧の高い巻回式のフィルムコンデンサが得られる。また、非金属化フィルムを薄くすることによって、耐圧を下げずにコンデンサを小型化する効果も有する。
【００５８】
本発明の請求項２に記載の発明によれば、ポリプロピレンフィルムの両面に金属蒸着電極を形成した両面金属化ポリプロピレンフィルムとポリプロピレンフィルムに金属蒸着電極を形成していない非金属化ポリプロピレンフィルムを交互に複数層積層して得た積層体と、前記積層体の２つの側面に形成されたメタリコン電極とからなり、前記両面金属化ポリプロピレンフィルムの厚みは前記非金属化ポリプロピレンフィルムよりも厚くなっていることから、耐圧の高い積層式のフィルムコンデンサが得られる。また、非金属化フィルムを薄くすることによって、耐圧を下げずにコンデンサを小型化する効果も有する。
【００５９】
本発明の請求項３に記載の発明によれば、ポリプロピレンフィルム表面の最大粗さが１〜２μｍで、平均粗さが０．１μｍ以上であり、なおかつ両面金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムの厚みが、非金属化ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレンフィルムよりも０．５〜２μｍだけ厚くなっていることから  、耐圧の高いコンデンサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の巻回式フィルムコンデンサ素子の斜視図
【図２】同実施の形態４の積層式フィルムコンデンサ素子の真横から見た図
【図３】片面金属化フィルムを用いたフィルムコンデンサの斜視図
【符号の説明】
１    両面金属化ポリプロピレンフィルム
２    非金属化ポリプロピレンフィルム
３    メタリコン電極
４    電極リード
５  絶縁シート
２０  金属化フィルム
２１  蒸着電極
２２  非蒸着部
２３  メタリコン電極
２４  リード線
【図１】
0003608530.tif 000004
【図２】
0003608530.tif 000005
【図３】
0003608530.tif 000006