(57)【要約】【課題】フィルムコンデンサのメタリコン電極間の短絡に起因するシステム故障の発生を抑制する。【解決手段】巻回体（11）は、筒状に形成された巻芯部（101）および巻芯部（101）に巻回された金属化フィルム（102）を有している。メタリコン電極（12,12）は、巻芯部（101）の両端部の開口が露出するように巻回体（11）の両端部に形成されている。一方のリード線（13）には、ヒューズ（100）が設けられ、そのリード線（13）は、ヒューズ（100）が巻芯部（101）の中空部（S101）に収容されるように巻芯部（101）の中空部（S101）に挿通された状態で、端部がメタリコン電極（12）に取り付けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に形成された巻芯部（101）および該巻芯部（101）に巻回された金属化フィルム（102）を有する巻回体（11）と、
上記巻芯部（101）の両端部の開口が露出するように上記巻回体（11）の両端部に形成されたメタリコン電極（12）と、
ヒューズ（100）が設けられたリード線（13）とを備え、
上記リード線（13）は、上記ヒューズ（100）が上記巻芯部（101）の中空部（S101）に収容されるように該巻芯部（101）の中空部（S101）に挿通された状態で、端部が上記メタリコン電極（12）に取り付けられている
ことを特徴とするフィルムコンデンサ。
【請求項２】
請求項１において、
上記ヒューズ（100）は、上記巻芯部（101）の中空部（S101）の温度が予め定められた温度よりも高くなった場合に断線するように構成されている
ことを特徴とするフィルムコンデンサ。
【請求項３】
請求項１において、
上記ヒューズ（100）は、上記リード線（13）に流れる電流の電流値が予め定められた電流値よりも高くなった場合に断線するように構成されている
ことを特徴とするフィルムコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コンデンサに関し、特に、金属化フィルムを巻回して形成されたフィルムコンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、フィルムコンデンサに本来の機能とは異なる別の機能を付加することが提案されている。例えば、特許文献１には、フィルムコンデンサの本体部よりもインピーダンスの低いセラミックコンデンサをフィルムコンデンサの巻芯に内蔵することが記載されている。また、特許文献２には、フィルムコンデンサの巻芯を導電性樹脂で構成することにより、巻芯を放電抵抗として機能させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１０９０４６号公報
【特許文献２】特開２００５−１５９１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、フィルムコンデンサの素子温度が許容値よりも高くなると、フィルムコンデンサ（より具体的には、フィルムコンデンサを構成する誘電体材料）の誘電正接の増加により、フィルムコンデンサが熱暴走してしまう可能性がある。そして、フィルムコンデンサの熱暴走によって素子温度がフィルムコンデンサの融点に到達すると、フィルムコンデンサが溶融してフィルムコンデンサのメタリコン電極間が短絡してしまう。この場合、メタリコン電極間の短絡によって過電流が発生することになるので、フィルムコンデンサが組み込まれているシステムにおいて故障が発生してしまうおそれがある。
【０００５】
そこで、この発明は、メタリコン電極間の短絡に起因するシステム故障の発生を抑制することが可能なフィルムコンデンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、筒状に形成された巻芯部（101）および該巻芯部（101）に巻回された金属化フィルム（102）を有する巻回体（11）と、上記巻芯部（101）の両端部の開口が露出するように上記巻回体（11）の両端部に形成されたメタリコン電極（12）と、ヒューズ（100）が設けられたリード線（13）とを備え、上記リード線（13）が、上記ヒューズ（100）が上記巻芯部（101）の中空部（S101）に収容されるように該巻芯部（101）の中空部（S101）に挿通された状態で、端部が上記メタリコン電極（12）に取り付けられていることを特徴とするフィルムコンデンサである。
【０００７】
上記第１の発明では、ヒューズ（100）を断線させることにより、フィルムコンデンサ（10）をシステム（フィルムコンデンサ（10）が組み込まれているシステム）から電気的に切り離すことができる。また、ヒューズ（100）が巻芯部（101）の中空部（S101）に収容された状態でリード線（13）をメタリコン電極（12）に取り付けることにより、ヒューズ（100）を配置するための空間として巻芯部（101）の中空部（S101）を有効に利用することができる。
【０００８】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記ヒューズ（100）が、上記巻芯部（101）の中空部（S101）の温度が予め定められた温度よりも高くなった場合に断線するように構成されていることを特徴とするフィルムコンデンサである。
【０００９】
上記第２の発明では、巻芯部（101）の中空部（S101）はフィルムコンデンサ（10）の表面や周辺よりも温度が上昇しやすくなっているので、巻芯部（101）の中空部（S101）にヒューズ（100）を配置することにより、フィルムコンデンサ（10）の温度上昇を適切に感知することができる。また、フィルムコンデンサ（10）の熱暴走によってフィルムコンデンサ（10）の素子温度がフィルムコンデンサ（10）の融点に到達する前に、ヒューズ（100）を断線させることができる。すなわち、フィルムコンデンサ（10）が熱暴走によって溶融する前に、フィルムコンデンサ（10）をシステムから電気的に切り離すことができる。これにより、フィルムコンデンサ（10）の熱暴走による溶融を防止することができる。
【００１０】
第３の発明は、上記第１の発明において、上記ヒューズ（100）が、上記リード線（13）に流れる電流の電流値が予め定められた電流値よりも高くなった場合に断線するように構成されていることを特徴とするフィルムコンデンサである。
【００１１】
上記第３の発明では、フィルムコンデンサ（10）が熱暴走によって溶融してメタリコン電極（12）間が短絡した後に、メタリコン電極（12）間の短絡に起因して発生する過電流によってヒューズ（100）を断線させることができる。すなわち、フィルムコンデンサ（10）が熱暴走によって溶融した後に、フィルムコンデンサ（10）をシステムから電気的に切り離すことができる。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、フィルムコンデンサ（10）をシステムから電気的に切り離すことができるので、メタリコン電極（12）間の短絡に起因するシステム故障の発生を抑制することができる。また、ヒューズ（100）を配置するための空間として巻芯部（101）の中空部（S101）を有効に利用することができるので、ヒューズ（100）の形成に伴うフィルムコンデンサ（10）の体積増加を抑制することができる。
【００１３】
第２の発明によれば、フィルムコンデンサ（10）の熱暴走による溶融を防止することができるので、メタリコン電極（12）間の短絡に起因するシステム故障の発生を確実に防止することができる。
【００１４】
第３の発明によれば、フィルムコンデンサ（10）が熱暴走によって溶融した後に、フィルムコンデンサ（10）をシステムから電気的に切り離すことができるので、メタリコン電極（12,12）間の短絡に起因するシステム故障の発生を適切に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】フィルムコンデンサの構成について説明するための斜視図。
【図２】フィルムコンデンサの構成について説明するための断面図。
【図３】巻回体の構成について説明するための斜視図。
【図４】巻回体の構成について説明するための断面図。
【図５】フィルムコンデンサの誘電正接と温度との関係について説明するためのグラフ。
【図６】フィルムコンデンサの熱暴走について説明するためのグラフ。
【図７】巻回体の変形例について説明するための斜視図。
【図８】巻回体の変形例について説明するための断面図。
【図９】巻回体の別の変形例について説明するための斜視図。
【図１０】巻回体の別の変形例について説明するための断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。
【００１７】
〔フィルムコンデンサ〕
図１は、フィルムコンデンサ（10）の外観を示し、図２は、図１のII-II線におけるフィルムコンデンサ（10）の断面を示している。フィルムコンデンサ（10）は、例えば、電力変換装置の直流リンク部に設けられる平滑コンデンサなどとして用いられている。フィルムコンデンサ（10）は、巻芯部（101）および金属化フィルム（102）を有する巻回体（11）と、一対のメタリコン電極（12,12）と、一対のリード線（13,13）とを備えている。また、リード線（13,13）のうち一方のリード線（13）には、ヒューズ（100）が設けられている。なお、図１では、巻芯部（101）およびメタリコン電極（12）の一部が切り欠かれている。また、フィルムコンデンサ（10）の表面は、封止樹脂（例えば、エポキシ樹脂やウレタン樹脂など）で覆われていても良い。
【００１８】
〈巻回体〉
巻芯部（101）は、細長の筒状に形成されている。例えば、巻芯部（101）は、樹脂によって構成されている。金属化フィルム（102）は、巻芯部（101）に巻回されている。
【００１９】
図３のように、金属化フィルム（102）は、絶縁性を有する帯状の誘電体フィルム（111）に金属膜（112）を蒸着させることにより形成されている。巻回体（11）は、金属化フィルム（102）を上下２枚重ねにし、この一対の金属化フィルム（111,111）を巻芯部（101）に巻回することにより形成されている。また、一対の金属化フィルム（111,111）は、互いを左右方向に１ｍｍ程度ずらした状態で重ねられている。
【００２０】
−誘電体フィルム−
誘電体フィルム（111）は、幅が約３０ｍｍとなり厚みが約６μｍ程度となるように形成されている。例えば、誘電体フィルム（111）は、ＰＰ（ポリプロピレン），ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート），ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン），ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）などの高分子材料を用いて形成されている。なお、誘電体フィルム（111）の厚みは、例示であり、誘電体フィルム（111）の厚みは、３〜１０μｍ程度に形成してもよい。
【００２１】
−金属膜−
金属膜（112）は、アルミニウムなどの金属を誘電体フィルム（111）の表面に蒸着させることにより形成されている。金属膜（112）の膜厚は、例えば、５０Å〜４００Å程度である。なお、金属膜（112）は、アルミニウム（Ａｌ）に限られず、亜鉛（Ｚｎ）などの金属をその材料として用いてもよい。
【００２２】
〈メタリコン電極〉
メタリコン電極（12,12）は、巻芯部（101）の両端部の開口が露出するように巻回体（11）の両端部に形成されている。例えば、メタリコン電極（12,12）は、巻回体（11）の両端部に金属（例えば、亜鉛（Ｚｎ）など）を溶融噴射することにより、巻回体（11）の両端部に形成されている。このように、巻回体（11）の両端部をメタリコン電極（12,12）の内部に埋没させることにより、図４のように、巻回体（11）がメタリコン電極（12,12）によって固定支持されている。
【００２３】
〈リード線〉
リード線（13,13）は、メタリコン電極（12,12）にそれぞれ取り付けられている。より具体的には、一方のリード線（13）（ヒューズ（100）が設けられたリード線（13））は、ヒューズ（100）が巻芯部（101）の中空部（S101）に収容されるように巻芯部（101）の中空部（S101）に挿通された状態で、端部が一方のメタリコン電極（12）に取り付けられている。例えば、リード線（13）は、φ１．０ｍｍの軟銅線によって構成され、リード線（13）の端部（基端部）は、半田付けや溶接などによってメタリコン電極（12）に取り付けられている。
【００２４】
〈ヒューズ〉
ヒューズ（100）は、巻芯部（101）の中空部（S101）の温度が予め定められた温度（動作温度）よりも高くなった場合に断線するように構成されている。すなわち、ヒューズ（100）は、温度ヒューズによって構成されている。ヒューズ（100）の動作温度は、フィルムコンデンサ（10）の融点（より具体的には、誘電体フィルム（111）の融点）よりも低い温度に設定されている。例えば、フィルムコンデンサ（10）の融点が１５０℃〜２００℃である場合、動作温度が１００℃〜１５０℃である温度ヒューズをヒューズ（100）として用いることが好ましい。
【００２５】
〈フィルムコンデンサの温度特性〉
図５は、フィルムコンデンサ（10）に１ｋＨｚの交流電流を印加した場合のフィルムコンデンサ（10）の温度特性（誘電正接と素子温度との関係）を示している。なお、図５には、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）で構成されたフィルムコンデンサ（10）の温度特性と、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）で構成されたフィルムコンデンサ（10）の温度特性が例示されている。
【００２６】
図５のように、フィルムコンデンサ（10）の素子温度が許容値よりも高くなるほど、フィルムコンデンサ（10）の誘電正接が大きくなる。例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）で構成されたフィルムコンデンサ（10）の場合、素子温度が８０℃よりも高くなるほど、誘電正接が大きくなる。フィルムコンデンサ（10）の誘電正接が大きくなると、フィルムコンデンサ（10）の発熱量が増加するので、フィルムコンデンサ（10）の素子温度が上昇することになる。すなわち、素子温度が許容値よりも高くなると、素子温度の上昇により誘電正接が増加し、その誘電正接の増加により素子温度がさらに上昇するという現象（熱暴走）が発生してしまう。
【００２７】
〈フィルムコンデンサの熱暴走〉
図６は、時間経過に伴ってフィルムコンデンサ（10）の素子温度が上昇していく場合を示している。なお、図６では、ヒューズ（100）の動作温度（Ta）は、フィルムコンデンサ（10）の融点（Tm）よりも低く、且つ、フィルムコンデンサ（10）の正常動作領域と熱暴走領域との境界温度よりも高くなるように設定されている。正常動作領域とは、フィルムコンデンサ（10）が熱暴走することなく正常に動作することが可能な温度領域のことであり、熱暴走領域とは、フィルムコンデンサ（10）が熱暴走する温度領域のことである。正常動作領域と熱暴走領域との境界温度は、例えば、フィルムコンデンサ（10）の熱暴走試験などの実験により求めることが可能である。
【００２８】
フィルムコンデンサ（10）にヒューズ（100）が設けられていない場合、図６のように、フィルムコンデンサ（10）の素子温度が許容値を超えると（すなわち、正常動作領域から熱暴走領域へ移行すると）、フィルムコンデンサ（10）の熱暴走が始まり、素子温度がフィルムコンデンサ（10）の融点（Tm）に到達すると、フィルムコンデンサ（10）が溶融してしまう。フィルムコンデンサ（10）が溶融すると、メタリコン電極（12,12）間が短絡してフィルムコンデンサ（10）に過電流が発生し、その結果、フィルムコンデンサ（10）が組み込まれているシステムにおいて故障が発生してしまう可能性がある。
【００２９】
一方、この実施形態によるフィルムコンデンサ（10）では、リード線（13）にヒューズ（100）が設けられているので、フィルムコンデンサ（10）の素子温度が許容値を超えてフィルムコンデンサ（10）の熱暴走が始まったとしても、素子温度がヒューズ（100）の動作温度（Ta）に到達すると、ヒューズ（100）が断線してフィルムコンデンサ（10）がシステム（フィルムコンデンサ（10）が組み込まれているシステム）から電気的に切り離されるので、フィルムコンデンサ（10）の熱暴走を停止させることができる。これにより、フィルムコンデンサ（10）の熱暴走による溶融を防止することができる。
【００３０】
なお、ヒューズ（100）の動作温度（Ta）は、正常動作領域内の温度（例えば、正常動作領域と熱暴走領域との境界温度の近傍の温度）に設定されていても良い。このように設定した場合、フィルムコンデンサ（10）の熱暴走が始まる前にヒューズ（100）を断線させることができるので、フィルムコンデンサ（10）の熱暴走を防止することができる。
【００３１】
〈効果〉
以上のように、ヒューズ（100）を断線させることにより、フィルムコンデンサ（10）をシステムから電気的に切り離すことができるので、メタリコン電極（12,12）間の短絡に起因するシステム故障の発生を抑制することができる。このように、フィルムコンデンサ（10）にヒューズ機能を持たせることにより、メタリコン電極（12,12）間の短絡に起因するシステム故障の発生を抑制することができるので、システム設計の制約（例えば、周囲温度や最大電流などに関する制約）を緩和することができる。
【００３２】
また、ヒューズ（100）が巻芯部（101）の中空部（S101）に収容された状態でリード線（13）をメタリコン電極（12）に取り付けることにより、ヒューズ（100）を配置するための空間として巻芯部（101）の中空部（S101）を有効に利用することができるので、ヒューズ（100）の形成に伴うフィルムコンデンサ（10）の体積増加を抑制することができる。
【００３３】
また、温度ヒューズによってヒューズ（100）を構成することにより、フィルムコンデンサ（10）の熱暴走によってフィルムコンデンサ（10）の素子温度がフィルムコンデンサ（10）の融点に到達する前に、ヒューズ（100）を断線させることができる。すなわち、フィルムコンデンサ（10）が熱暴走によって溶融する前に、フィルムコンデンサ（10）をシステムから電気的に切り離すことができる。これにより、フィルムコンデンサ（10）の熱暴走による溶融を防止することができるので、メタリコン電極（12,12）間の短絡に起因するシステム故障の発生を確実に防止することができる。
【００３４】
なお、巻芯部（101）の中空部（S101）は、フィルムコンデンサ（10）の表面や周辺よりも放熱条件が悪く温度が上昇しやすい部分（すなわち、熱暴走の起点となる可能性が高い部分）である。したがって、温度ヒューズによって構成されたヒューズ（100）を巻芯部（101）の中空部（S101）に配置することにより、ヒューズ（100）をフィルムコンデンサ（10）の表面や周辺に配置する場合よりも、フィルムコンデンサ（10）の温度上昇を適切に感知することができる。これにより、フィルムコンデンサ（10）の熱暴走による溶融を適切に防止することができる。
【００３５】
〔ヒューズの変形例〕
ヒューズ（100）は、リード線（13）（ヒューズ（100）が設けられたリード線（13））に流れる電流の電流値が予め定められた電流値（定格電流）よりも高くなった場合に断線するように構成されていても良い。すなわち、ヒューズ（100）は、電気ヒューズ（より具体的には、過電流切断ヒューズ）によって構成されていても良い。ヒューズ（100）の定格電流は、メタリコン電極（12,12）間の短絡に起因して発生する過電流のピーク電流値よりも低い電流値に設定されている。なお、ヒューズ（100）の定格電流は、フィルムコンデンサ（10）が組み込まれているシステム（例えば、電力変換装置）の最大許容ピーク電流値以下の電流値（例えば、最大許容ピーク電流の近傍の電流値）に設定されていることが好ましい。
【００３６】
〈ヒューズの動作〉
フィルムコンデンサ（10）が熱暴走によって溶融すると、メタリコン電極（12,12）間が短絡してフィルムコンデンサ（10）（より具体的には、リード線（13,13））に過電流が発生することになる。過電流が発生すると、リード線（13）に設けられたヒューズ（100）（電気ヒューズ）が断線して、フィルムコンデンサ（10）がシステムから電気的に切り離される。
【００３７】
〈効果〉
以上のように、フィルムコンデンサ（10）が熱暴走によって溶融してメタリコン電極（12,12）間が短絡した後に、メタリコン電極（12,12）間の短絡に起因して発生する過電流によってヒューズ（100）を断線させることができる。すなわち、フィルムコンデンサ（10）が熱暴走によって溶融した後に、フィルムコンデンサ（10）をシステムから電気的に切り離すことができるので、メタリコン電極（12,12）間の短絡に起因するシステム故障の発生を適切に抑制することができる。
【００３８】
〔巻回体の変形例〕
なお、図７および図８のように、誘電体フィルム（111）の片面ではなく両面に金属膜（112）を蒸着させることにより、金属化フィルム（102）を形成し、金属化フィルム（102）を上下２枚重ねにし、この一対の金属化フィルム（111,111）を巻芯部（101）に巻回することにより、巻回体（11）を形成してもよい。一対の金属化フィルム（111,111）は、互いを左右に１ｍｍ程度ずらした状態で重ねられている。
【００３９】
さらに、図９および図１０のように、誘電体フィルム（111）の両面に金属膜（113,113）を蒸着させることにより、金属化フィルム（102）を形成し、別の１枚の誘電体フィルム（113）（合わせフィルム）に金属化フィルム（102）を重ね合わせた状態で巻芯部（101）に巻回することにより、巻回体（11）を形成してもよい。ここでは、金属化フィルム（102）は、その片面の左右方向の一端側にサイドマージンが形成され、反対面の左右方向の他端側にもサイドマージンが形成されている。また、金属化フィルム（102）は、フィルム（114）に対して左右方向の両端がそれぞれ１ｍｍ程度ずつ突き出している。
【００４０】
〔その他の実施形態〕
また、以上の実施形態を適宜組み合わせて実施しても良い。以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上説明したように、上述のフィルムコンデンサは、電力変換装置の直流リンク部に設けられる平滑コンデンサなどとして有用である。
【符号の説明】
【００４２】
１０        フィルムコンデンサ
１１        巻回体
１２        メタリコン電極
１３        リード線
１００      ヒューズ
１０１      巻芯
１０２      金属化フィルム
１１１      誘電体フィルム
１１２      金属膜
【図１】
2014078591.tif 000003
【図２】
2014078591.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
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