(57)【要約】【課題】体格増大や製造コスト増加を齎すことなく、優れた放熱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】誘電体フィルム１ａと、誘電体フィルム１ａの一側面に形成された金属蒸着膜１ｂとから構成される金属化フィルム１ｃを巻き回し、もしくは積層させてなる金属化フィルム柱体１の２つの電極取り出し面に金属溶射部２が形成され、金属溶射部２に外部引き出し端子３の一部が接続されてなる金属化フィルムコンデンサ１０，１０Ａであって、金属化フィルム１ｃの端部１ｃ’には貫通孔１ｅもしくは凹溝１ｆが形成されており、この端部１ｃ’が側方に張り出して金属溶射部２に埋設されており、金属溶射部２の一部が貫通孔１ｅもしくは凹溝１ｆに入り込んで金属化フィルム１ｃと金属溶射部２の係合構造５，５Ａを形成している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体フィルムと、該誘電体フィルムの一側面に形成された金属蒸着膜とから構成される金属化フィルムを巻き回し、もしくは積層させてなる金属化フィルム柱体の２つの電極取り出し面に金属溶射部が形成され、該金属溶射部に外部引き出し端子の一部が接続されてなる金属化フィルムコンデンサであって、
前記金属化フィルムの端部には貫通孔が形成されており、
金属化フィルムの前記端部が側方に張り出して金属溶射部に埋設されており、金属溶射部の一部が前記貫通孔に入り込んで金属化フィルムと金属溶射部の係合構造を形成している金属化フィルムコンデンサ。
【請求項２】
誘電体フィルムと、該誘電体フィルムの一側面に形成された金属蒸着膜とから構成される金属化フィルムを巻き回し、もしくは積層させてなる金属化フィルム柱体の２つの電極取り出し面に金属溶射部が形成され、該金属溶射部に外部引き出し端子の一部が接続されてなる金属化フィルムコンデンサであって、
前記金属化フィルムの端部にはその側方の金属溶射部へ向かう方向に対して直交方向に延びる凹溝が形成されており、
金属化フィルムの前記端部が側方に張り出して金属溶射部に埋設されており、金属溶射部の一部が前記凹溝に入り込んで金属化フィルムと金属溶射部の係合構造を形成している金属化フィルムコンデンサ。
【請求項３】
前記誘電体フィルムがポリフッ化ビニリデン(PVDF)から形成されている請求項１または２に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻回し型もしくは積層型の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】
たとえば車両用のインバータ回路等には耐電圧が高く、温度特性や周波数特性に優れた金属化フィルムコンデンサが適用されている。従来の金属化フィルムコンデンサは、金属化フィルムを巻き回してなる巻回し型や金属化フィルムを積層してなる積層型のものが一般的であり、たとえばその一例として図６で示すような構造を有している。すなわち、図示する金属化フィルムコンデンサＣは、金属化フィルムｃが巻装されてなる金属化フィルム柱体Ｋと、その両端の２つの電極取り出し面に形成された金属溶射部ｅ，ｅ（メタリコン電極）と、この金属溶射部ｅにはんだ層ｇにて接続された外部引き出し端子ｆ（バスバー）とから大略構成されている。ここで、金属化フィルムｃは、金属蒸着膜ｂが誘電体フィルムａの一側面に形成されて構成され、この金属化フィルムｃを２枚積層して一組とし（２枚一対の金属化フィルムｄ）、この２枚一対の金属化フィルムｄを巻き回すことで金属化フィルム柱体Ｋが形成される。
【０００３】
一組の金属化フィルムｃの一方の誘電体フィルムａの一側面に形成された金属蒸着膜ｂは、その長手方向に沿う一方端が一方の金属溶射部ｅに密着しており、その長手方向に沿う他方端には、他方の金属溶射部ｅから絶縁されるべく、数mm程度の隙間領域（絶縁マージンｍｇ）が設けられている。また、金属蒸着膜ｂのうちで金属溶射部ｅに密着している端部は、電極接触を保証するために他の部位よりも厚めのいわゆるヘビーエッジとなっており、たとえば、金属蒸着膜の一般部の厚みが数十nm程度である場合に、ヘビーエッジの厚みはその倍程度に調整されている。なお、金属化フィルムコンデンサＣがさらに不図示のケース内に収容され、ケース内に形成された不図示のモールド樹脂体にて封止された構造のものも一般的である。
【０００４】
このように、金属化フィルム柱体の側方にメタリコン電極を備えた構成の金属化フィルムコンデンサが特許文献１に開示されている。
【０００５】
ところで、上記する従来の金属化フィルムコンデンサは、金属化フィルム柱体を構成する金属蒸着膜や誘電体フィルム、メタリコン電極、バスバー、ケースやモールド樹脂体といった線膨張係数の異なる様々な構成部材から形成されているため、高温から低温への急激な温度変化（冷熱衝撃）の際に各構成部材の内部や構成部材の接合界面に引張応力等の内部応力が発生する。中でも、金属化フィルム柱体とメタリコン電極の間の接合界面に生じた応力に起因して双方の部材が左右に離れることで接合界面が部分的に剥離等されて電気的接触状態が悪化し、電気損失が増大することで通電性能が阻害されたり、金属化フィルム柱体からメタリコン電極への放熱経路面積が低下して放熱性能が阻害されるといった問題が懸念されている。
【０００６】
このように構成部材の熱変形量の相違に起因した金属化フィルム柱体とメタリコン電極の接合界面の部分的な剥離を解消するべく、特許文献２には、蒸着金属電極部を形成した金属化フィルムを一対の蒸着金属電極部が誘電体フィルムを介して対向するように巻芯部上に巻回して扁平化することにより、小判形に形成された断面の大型扁平形状金属化フィルムコンデンサの電極引出し端面部に凹凸を設けた構成の金属化フィルムコンデンサが開示されている。電極引出し端面部に凹凸を設けたことにより、電極引出し端面部とメタリコン電極との接続強度が向上し、耐電流性、耐熱衝撃性が良好になるというものである。
【０００７】
しかしながら、特許文献２で開示される金属化フィルムコンデンサの電極引出し端面部に設けられた凹凸は、金属化フィルムの巻装体からその側方のメタリコン電極へ向かう方向に電極引出し端面部に設けられた凹凸が平行となるように配設されている。そのため、コンデンサに冷熱衝撃が付与されて金属化フィルムの巻装体とメタリコン電極が異なる熱変形量で変形し、双方が離れよう（剥離）とした際に、電極引出し端面部に設けられた凹凸とメタリコン電極の凹部に入り込んだ部分が剥離防止の楔とはなり得ず、双方の剥離を抑制することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−３４７０６号公報
【特許文献２】特開２００７−２８１３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、金属化フィルムコンデンサを構成する金属化フィルムとメタリコン電極の熱変形量の相違による双方の剥離を確実に抑止することのできる金属化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】
【００１０】
前記目的を達成すべく、本発明による金属化フィルムコンデンサは、誘電体フィルムと、該誘電体フィルムの一側面に形成された金属蒸着膜とから構成される金属化フィルムを巻き回し、もしくは積層させてなる金属化フィルム柱体の２つの電極取り出し面に金属溶射部が形成され、該金属溶射部に外部引き出し端子の一部が接続されてなる金属化フィルムコンデンサであって、前記金属化フィルムの端部には貫通孔が形成されており、金属化フィルムの前記端部が側方に張り出して金属溶射部に埋設されており、金属溶射部の一部が前記貫通孔に入り込んで金属化フィルムと金属溶射部の係合構造を形成しているものである。
【００１１】
本発明の金属化フィルムコンデンサは、金属化フィルム柱体を構成する金属化フィルムの端部を張り出させて金属溶射部に埋設するとともに、この金属溶射部に埋設される金属化フィルムの端部に貫通孔を設けておき、この貫通孔に金属溶射部の一部を入り込ませて係合構造を形成したものである。金属化フィルム柱体と金属溶射部が熱変形量の相違によって左右方向に離れようとした場合でも、貫通孔と金属溶射部の貫通孔に入り込んだ部分からなるせん断強度の高い係合構造によって双方の部材が離れる（剥離する）ことが効果的に抑止され、所期の通電性能や放熱性能を維持することができるものとなっている。
【００１２】
ここで、金属化フィルム柱体は、ポリプロピレン（PP）やポリフェニレンサルファイド（PPS）などからなる誘電体フィルムの表面にアルミニウムや亜鉛などからなる金属蒸着膜が形成されてなる金属化フィルムを２枚積層して一組とし、双方の金属化フィルムが異なる端部に絶縁マージンを有することでそれぞれが固有の金属溶射部（メタリコン電極）に接触するようになっている。
【００１３】
なお、誘電体フィルムの素材としては、上記するPP等以外にも、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)を使用することができる。PVDFは、CH2-CF2の繰返し連鎖からなる極性の大きな半結晶性ポリマーであるが、たとえばこのポリマーの低温一軸延伸フィルムを分極処理したものは高い圧電性能や焦電性能を示す。また、PVDF製のフィルムは高分子としての特徴、すなわち、柔軟で変形性に富むこと、薄くて大面積なものが容易に製作できること、比重が小さくて軽量であること、はさみ等で切ることができるなど加工性に優れていること、耐衝撃性があること、透明性が良好なこと、などの特徴を有している。本発明の金属化フィルムコンデンサでは、線膨張係数が比較的小さなPP等のみならず、線膨張係数が比較的大きな上記する種々の優れた特性を有するPVDFを使用した場合でも、金属化フィルム柱体とメタリコン電極の熱変形量の相違に起因した剥離を抑止することができる。
【００１４】
巻回し型もしくは積層型の金属化フィルム柱体の両端の電極取り出し面に、亜鉛などからなる金属溶射部が形成される際に、金属溶射部の一部は電極取り出し面から側方に張り出している端部を巻き込み、かつこの端部に形成されている貫通孔に金属溶射部の一部が入り込んで係合構造を形成する。また、形成された金属溶射部の表面には棒状や板状のバスバーなどからなる外部引き出し端子の一部がはんだ付けされる。さらに、ケースを具備する金属化フィルムコンデンサの場合には、金属化フィルム柱体、メタリコン電極、バスバーのユニット体がアルミニウムや樹脂などからなるケース内に配設され、このケース内にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂、ウレタン樹脂などの樹脂がモールドされてモールド樹脂体が形成されて金属化フィルムコンデンサが構成される。このモールド樹脂体によって金属化フィルムコンデンサの防水性や防振性の双方の性能を向上させることが可能となる。
【００１５】
また、本発明による金属化フィルムコンデンサの他の実施の形態は、誘電体フィルムと、該誘電体フィルムの一側面に形成された金属蒸着膜とから構成される金属化フィルムを巻き回し、もしくは積層させてなる金属化フィルム柱体の２つの電極取り出し面に金属溶射部が形成され、該金属溶射部に外部引き出し端子の一部が接続されてなる金属化フィルムコンデンサであって、前記金属化フィルムの端部にはその側方の金属溶射部へ向かう方向に対して直交方向に延びる凹溝が形成されており、金属化フィルムの前記端部が側方に張り出して金属溶射部に埋設されており、金属溶射部の一部が前記凹溝に入り込んで金属化フィルムと金属溶射部の係合構造を形成しているものである。
【００１６】
本実施の形態の金属化フィルムコンデンサは、金属化フィルムの端部が貫通孔を有する代わりに、金属化フィルムからその側方に位置する金属溶射部へ向かう方向に対して直交方向に延びる凹溝が形成されたものである。すなわち、金属化フィルム柱体とその側方の金属溶射部が熱変形によって相互に剥離しようとした際に、この剥離方向に直交する方向に延びる凹溝が金属化フィルムの端部に形成され、この凹溝に金属溶射部の一部が入り込んで係合構造を形成していることで、この係合構造は、金属化フィルム柱体と金属溶射部の剥離に対してこれを抑止する楔として作用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上の説明から理解できるように、本発明の金属化フィルムコンデンサによれば、金属化フィルム柱体を構成する金属化フィルムの端部に貫通孔を設けておき、あるいは、金属化フィルムの端部にその側方の金属溶射部へ向かう方向に対して直交方向に延びる凹溝を設けておき、この端部を金属溶射部に埋設させることで貫通孔や凹溝に金属溶射部の一部を入り込ませてせん断強度の高い係合構造が形成されていることから、構成部材の熱変形量の相違に起因して部材同士が剥離しようとするのを効果的に抑止することができ、初期の通電性能や放熱性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の金属化フィルムコンデンサの実施の形態１の斜視図である。
【図２】図１のII−II矢視図であって金属化フィルムコンデンサの実施の形態１の縦断面図である。
【図３】図２のIII−III矢視図である。
【図４】本発明の金属化フィルムコンデンサの実施の形態２の縦断面図である。
【図５】図４のV−V矢視図である。
【図６】従来の金属化フィルムコンデンサの一実施の形態を示した縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の金属化フィルムコンデンサの実施の形態を説明する。なお、図示例はケースやその内部にポッティングされる封止樹脂体などが存在しない形態であるが、ケース等を具備する形態であってもよいことは勿論のことである。また、金属溶射部と外部引き出し端子の接続構造は、図示例のはんだ付け構造以外にも、金属溶射部内に外部引き出し端子の一部が埋設された構造であってもよい。
【００２０】
（金属化フィルムコンデンサの実施の形態１）
図１は本発明の金属化フィルムコンデンサの実施の形態１の斜視図であり、図２は図１のII−II矢視図であって金属化フィルムコンデンサの実施の形態１の縦断面図であり、図３は図２のIII−III矢視図である。
【００２１】
図示する金属化フィルムコンデンサ１０は、金属化フィルム１ｃが巻装されてなる金属化フィルム柱体１と、その両端の２つの電極取り出し面に形成された金属溶射部２，２（メタリコン電極）と、この金属溶射部２，２のそれぞれにはんだ層４にて接続された外部引き出し端子３（バスバー）とから大略構成されている。
【００２２】
金属蒸着膜１ｂが誘電体フィルム１ａの一側面に形成されて金属化フィルム１ｃが構成され、この金属化フィルム１ｃを２枚積層して一組とし（２枚一対の金属化フィルム１ｄ）、この２枚一対の金属化フィルム１ｄを巻き回すことで金属化フィルム柱体１が製造される。
【００２３】
ここで、一組の金属化フィルム１ｃの一方の誘電体フィルム１ａの一側面に形成された金属蒸着膜１ｂは、その長手方向に沿う一方端が一方の金属溶射部２に密着しており、その長手方向に沿う他方端には、他方の金属溶射部２から絶縁されるべく、たとえば2mm程度の隙間領域（絶縁マージンｍｇ）が設けられている。また、金属蒸着膜１ｂのうちで上記金属溶射部２に密着している端部は、電極接触を保証するために他の部位よりも厚めのいわゆるヘビーエッジとしてもよく、たとえば、金属蒸着膜の一般部が30nm程度である場合に、ヘビーエッジはその倍の60nm程度に調整される。
【００２４】
ここで、誘電体フィルム１ａは、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）、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリフッ化ビニリデン（PVDF）などから形成でき、金属蒸着膜１ｂは、アルミニウムや亜鉛、銅などを誘電体フィルム表面に蒸着することで形成される。
【００２５】
誘電体フィルム１ａと金属蒸着膜１ｂから構成された金属化フィルム１ｃは、それらの左右の端部のうち、絶縁マージンｍｇと反対側の端部１ｃ’に複数の貫通孔１ｅが形成されており（図２，３参照）、かつこの端部１ｃ’が側方に張り出している。したがって、２枚一対の金属化フィルム１ｄにおいては、左右交互に張り出した端部１ｃ’を具備する金属化フィルム１ｃの積層構造となっており、これが巻装もしくは積層された金属化フィルム柱体１は、図２で示すように上下方向で端部１ｃ’が左右で交互に張り出した断面構成を備えたものとなっている。
【００２６】
貫通孔１ｅは、図示例のように平面形状が円形の形態以外にも、楕円形、四角形を含む多角形など、多様な形状形態のものが適用できる。また、貫通孔１ｅの寸法はその形状や金属化フィルムの端部からの離間等とともに決定されるものであるが、想定される熱衝撃時の応力（もしくは作用するせん断力）に対して貫通孔１ｅを起点として金属化フィルムが破断しない寸法に設定される。
【００２７】
また、貫通孔１ｅの形成方法は、金属化フィルム１ｃを搬送しながらこの搬送過程で貫通孔形状のパンチを金属化フィルム１ｃに押し込んで形成する方法や、一以上の貫通孔形状のパンチを表面に具備したローラを金属化フィルム１ｃの表面に移動させる過程で貫通孔形状のパンチを金属化フィルム１ｃに押し込んで形成する方法など、その加工方法は多様である。
【００２８】
金属化フィルム柱体１の両端の電極取り出し面に対し、アルミニウムや亜鉛などを溶射することによって金属溶射部２（メタリコン電極）が形成され、次いで銅やアルミニウム、ニッケル、ステンレスなどから形成された外部引き出し端子３がこの表面にはんだ接続されて金属化フィルムコンデンサ１０が形成される。
【００２９】
この金属溶射部２の形成過程において、溶射された材料は金属化フィルム１ｃの端部１ｃ’に形成されている貫通孔１ｅに入り込んで硬化し、金属化フィルム１ｃと金属溶射部２は双方の貫通孔１ｅと金属溶射部の貫通孔に入り込んだ部分によってせん断強度（双方が横方向に離れて剥離しようとする際に作用する力に抗する強度）に優れた係合構造５が形成される。
【００３０】
図示する金属化フィルムコンデンサ１０によれば、金属化フィルム柱体１と金属溶射部２が熱変形量の相違によって左右方向に離れようとした場合でも、貫通孔１ｅと金属溶射部の貫通孔１ｅに入り込んだ部分からなるせん断強度の高い係合構造５によって双方の部材が離れることが効果的に抑止される。このことにより、金属化フィルムコンデンサ１０が供用後に受ける繰返しの冷熱サイクルによっても、初期の通電性能や放熱性能を維持することが可能となる。
【００３１】
（金属化フィルムコンデンサの実施の形態２）
図４は本発明の金属化フィルムコンデンサの実施の形態２の縦断面図であり、図５は図４のV−V矢視図である。
【００３２】
図示する金属化フィルムコンデンサ１０Ａは、金属化フィルム１ｃがその端部１ｃ’において、金属化フィルムコンデンサ１０のように貫通孔１ｅを具備する代わりに、側方の金属溶射部２へ向かう方向（図５のＸ１方向）に対して直交方向（Ｘ２方向）に延びる凹溝１ｆを具備するものである。
【００３３】
金属溶射部２の形成過程において、溶射された材料は金属化フィルム１ｃの端部１ｃ’に形成されている凹溝１ｆに入り込んで硬化し、金属化フィルム１ｃと金属溶射部２は双方の凹溝１ｆと金属溶射部の凹溝に入り込んだ部分によってせん断強度（双方が横方向に離れて剥離しようとする際に作用する力に抗する強度）に優れた係合構造５Ａが形成される。
【００３４】
なお、凹溝１ｆの形状も図示例に限定されるものでなく、Ｘ２方向に延びる凹溝が一定間隔で間欠的に設けられた形態など、その形状形態も多様である。
【００３５】
[冷熱耐久試験とその結果]
本発明者等は、図２，３で示す貫通孔を具備する金属化フィルムと金属溶射部の係合構造を具備する試験体（実施例1）、図４，５で示す凹溝を具備する金属化フィルムろ金属溶射部の係合構造を具備する試験体（実施例2）、および図６で示す係合構造を具備しない従来の金属化フィルムコンデンサを構成する金属化フィルムと金属溶射部が接合された試験体（比較例）について、冷熱耐久試験時に金属化フィルムと金属溶射部が剥離する（外れる）か否かを確認する実験および推算をおこなった。
【００３６】
なお、実施例、比較例ともに、金属化フィルムをPPとPVDFの二種から製作した二種類のコンデンサとした。ここで、PPの線膨張係数は15ppm/K、ヤング率は1000MPa、降伏強度は40MPaであり、PVDFの線膨張係数は130ppm/K（したがって、変形量はPPの9倍程度）、ヤング率は1000MPa、降伏強度は35MPaであり、フィルムの幅は100mm、厚みは0.003mmである。また、金属溶射部はZnから形成され、溶射金属の強度は数100MPaである。
【００３７】
ここで、実施例1に関し、貫通孔は孔径が1μm〜3mmの範囲であり、金属化フィルムの最小厚みは2μmであり、溶射材料の最大粒径は1μm、金属化フィルムの端辺から貫通孔までの離間は3mmとした。
【００３８】
また、実施例2に関し、深さ1μm以上、幅1μm〜3mmであり、金属化フィルムの最小厚みは2μmであり、溶射材料の最大粒径は1μm、金属化フィルムの端辺から凹溝までの離間は3mmとした。
【００３９】
冷熱耐久試験は、各試験体を80℃の状態から−30℃に変化させて熱衝撃を付与し、衝撃付与後に金属化フィルムと金属溶射部の剥離の有無を確認および推算した。
【００４０】
誘電体フィルムがPPの実施例1、2と比較例の各試験体に関しては、収縮量が0.1%、収縮応力が1MPaであり、冷熱耐久試験結果としてはともに等価直列抵抗(ESR)を維持する結果が得られた。なお、この等価直列抵抗は金属化フィルムコンデンサにおけるエネルギー損失を意味しており、この値が大きいということはエネルギー損失が多く、好ましくない結果であることを意味する。
【００４１】
一方、誘電体フィルムがPVDFの実施例1、2と比較例の各試験体に関しては、収縮量が0.7%、収縮応力が7MPaであり、冷熱耐久試験結果としては比較例がESRの大幅増加が確認されたのに対して、実施例1、2はESRを維持する結果が得られた。
【００４２】
この結果より、金属化フィルムと金属溶射部の間に7MPa以上の応力が発生すると双方の間に剥離が生じることが実証されており、実施例1、2の場合には様々な性能に優れたPVDFを誘電体フィルムとして適用した場合であっても、金属化フィルムと金属溶射部の間の冷熱耐久後の剥離を抑止でき、初期の通電性能と放熱性能を保証できることが示されている。すなわち、実施例1、2においては、発生応力に対して溶射金属の破壊と金属化フィルムが破断しない限り、金属化フィルムと金属溶射部の密着状態を維持することができる。
【００４３】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４４】
１…金属化フィルム柱体、１ａ…誘電体フィルム、１ｂ…金属蒸着膜、１ｃ…一対の金属化フィルム、１ｃ’…端部、１ｄ…２枚一対の金属化フィルム、１ｅ…貫通孔、１ｆ…凹溝、２…金属溶射部（メタリコン電極）、３…外部引き出し端子（バスバー）、４…はんだ層、５，５Ａ…係合構造、１０，１０Ａ…金属化フィルムコンデンサ、ｍｇ…絶縁マージン
【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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