(57)【要約】誘電体フィルムの表面に金属電極が設けられた金属化フィルムを巻回した巻回体を備えるフィルムコンデンサであって、巻回体は、金属化フィルムを、巻回軸を同一として巻回した巻回素子によって形成された複数のコンデンサ素子よりなり、この複数のコンデンサ素子は、巻回軸方向の寸法が異なる二つ以上のコンデンサ素子を含む構成とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体フィルムの表面に金属電極が設けられた金属化フィルムを巻回した巻回体を備えるフィルムコンデンサであって、
前記巻回体は、巻回軸を同一とする複数のコンデンサ素子よりなり、
前記複数のコンデンサ素子は、前記巻回軸方向の寸法が異なる二つ以上のコンデンサ素子を含むことを特徴とするフィルムコンデンサ。
【請求項２】
前記巻回軸を同一とする複数のコンデンサ素子間に伝熱材を挟置し、前記伝熱材は、前記伝熱材を挟む二つのコンデンサ素子の内、前記巻回軸方向の寸法が小さいコンデンサ素子の端面から突き出ていることを特徴とする請求項１に記載のフィルムコンデンサ。
【請求項３】
前記複数のコンデンサ素子の中で、稼動時の温度が最も高いコンデンサ素子を前記巻回体の最外周に配置した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。
【請求項４】
前記複数のコンデンサ素子の中で、前記巻回軸方向の寸法が最も大きいコンデンサ素子を、前記巻回体の巻回軸寄りに配置したことを特徴とする請求項１に記載のフィルムコンデンサ。
【請求項５】
前記巻回体の最外周のコンデンサ素子をフィルタ回路用とした請求項３に記載のフィルムコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車の電装等に使用されるフィルムコンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の観点から、あらゆる電気機器がインバータ回路で制御され、省エネルギー化、高効率化が進められている。中でも自動車業界においては、電気モータとエンジンで走行するハイブリッド車（以下、ＨＥＶと呼ぶ）が市場導入される等、地球環境に優しく、省エネルギー化、高効率化に関する技術の開発が活発化している。【０００３】
このようなＨＥＶ用の電気モータは使用電圧領域が数百ボルトと高いため、このような電気モータに関連して使用されるコンデンサとして、高耐電圧で低損失の電気特性を有するフィルムコンデンサが注目されている。また、市場におけるメンテナンスフリー化の要望からも極めて寿命が長いフィルムコンデンサを採用する傾向が目立っている。【０００４】
フィルムコンデンサは、一般に金属箔を電極に用いるものと、誘電体フィルム上に設けた蒸着金属を電極に用いるものとに大別される。中でも誘電体フィルム上に蒸着金属を設けた、所謂金属化フィルムを用いたフィルムコンデンサは、金属箔を用いるものに比べて電極の占める体積が小さく小形軽量化が図れることと、蒸着電極特有の自己回復性能（絶縁欠陥部で短絡が生じた場合に、短絡のエネルギーで欠陥部周辺の蒸着電極が蒸発・飛散して絶縁化しコンデンサの機能が回復する性能）により絶縁破壊に対する信頼性が高いことから、従来から広く用いられている。【０００５】
その中で、例えば特許文献１に記載のように、複数のコンデンサ素子を一塊にして、実質的な小型化を図ったフィルムコンデンサも提案されている。図７にこの種のフィルムコンデンサの断面図を示す。図７のフィルムコンデンサ６は、巻回軸を同軸とすることで、二つのコンデンサ素子を一塊としている。【０００６】
図７に示すように、フィルムコンデンサ６では、巻回軸Ｄを中心に金属化フィルムを巻回して形成された内側の巻回素子６１と、この内側の巻回素子６１の外側に、内側の巻回素子６１を形成した金属化フィルムと同じ幅の金属化フィルムを巻回して形成された外側の巻回素子６４とが、絶縁材６７を介して形成されている。二つの巻回素子の一方の端面（図７における下側）に形成されたメタリコン電極６２ｂと、メタリコン電極６５ｂとは一体となっており、二つの巻回素子の他方の端面には、それぞれメタリコン電極６２ａと、メタリコン電極６５ａが形成され、巻回軸方向の寸法が同じ、コンデンサ素子６３とコンデンサ素子６６とが一塊となったフィルムコンデンサを構成している。【０００７】
このような、複数のコンデンサ素子を一塊にしたフィルムコンデンサによれば、複数のコンデンサ素子を、それぞれ別々の単体のコンデンサにして使用するよりも、実装スペース（面積、体積）が低減され、実質的にフィルムコンデンサの小型化が図れることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開昭５５−１７３１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図７に示すような構成の、複数のコンデンサ素子を一塊としたフィルムコンデンサでは、コンデンサの実質的な小型化が図れる反面、フィルムコンデンサの容量当たりの表面積が小さくなるため、コンデンサの稼動時の熱が発散し難くなり、温度上昇が大きくなるという課題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような課題を解決するために、本発明のフィルムコンデンサは、誘電体フィルムの表面に金属電極が設けられた金属化フィルムを巻回した巻回体を備えるフィルムコンデンサであって、巻回体は巻回軸を同一とする複数のコンデンサ素子よりなり、この複数のコンデンサ素子は、巻回軸方向の寸法が異なる二つ以上のコンデンサ素子を含む構成となっている。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、複数のコンデンサ素子を一塊とすることでコンデンサの実質的な小型化を図ったフィルムコンデンサにおいて、複数のコンデンサ素子の巻回軸方向の寸法を異ならせることで、フィルムコンデンサの稼動時の熱が発散し易くなり、フィルムコンデンサの温度上昇を抑制することができ、寿命や信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるフィルムコンデンサの斜視図。
【図２】本発明の実施の形態１におけるフィルムコンデンサの断面図。
【図３】本発明の実施の形態２におけるフィルムコンデンサの斜視図。
【図４】本発明の実施の形態２におけるフィルムコンデンサの断面図。
【図５】本発明の実施の形態３におけるフィルムコンデンサの断面図。
【図６】本発明の実施の形態４におけるフィルムコンデンサの斜視図。
【図７】従来のフィルムコンデンサの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図を用いて本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるフィルムコンデンサの外観を示す斜視図である。
【００１５】
図２は、図１に示すフィルムコンデンサの断面図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態におけるフィルムコンデンサ１は、金属化フィルムを巻回することによって形成された巻回素子１１と、この巻回素子１１の端面に形成されたメタリコン電極１２ａとを有するコンデンサ素子１３、および、このコンデンサ素子１３の外側に、金属化フィルムを巻回することによって形成された巻回素子１４と、この巻回素子１４の端面に形成されたメタリコン電極１５ａとを有するコンデンサ素子１６の、二つのコンデンサ素子を含み、この二つのコンデンサ素子が一塊となった巻回体１０を備えている。
【００１７】
フィルムコンデンサ１のメタリコン電極１２ａ、１５ａ、１５ｂには、このフィルムコンデンサ１と、外部機器とを接続するための外部端子１９ａ、１９ｂ、１９ｃが接続される。
【００１８】
図２を参照しながら詳しく説明すると、巻回体１０を構成する二つのコンデンサ素子１３、１６の内、コンデンサ素子１３は、ポリプロピレンやポリエチレンテレフタレートなどの誘電体フィルムの表面に、アルミニウムやアルミニウムと他の金属の合金などの金属蒸着電極が形成された金属化フィルムを、巻回軸（図２における線Ａ）を中心に巻回して形成された巻回素子１１と、この巻回素子１１の両端面に形成されたメタリコン電極１２ａ、１２ｂとを有している。
【００１９】
コンデンサ素子１６は、巻回素子１１の外側に、ポリプロピレンやポリエチレンテレフタレートなどの絶縁材１７を介して、巻回軸方向の寸法が、巻回素子１１を形成する金属化フィルムよりも小さい金属化フィルムを巻回して形成された巻回素子１４と、この巻回素子１４の両端面に形成されたメタリコン電極１５ａ、１５ｂとを有している。
【００２０】
ここで、コンデンサ素子１３のメタリコン電極１２ｂとコンデンサ素子１６のメタリコン電極１５ｂとは一体となっている。すなわち、コンデンサ素子１３とコンデンサ素子１６とは一方の電極を共有しており、上述のようにメタリコン電極１５ｂに外部端子１９ｃが接続されると、コンデンサ素子１３も外部機器と電気的に接続されることになる。
【００２１】
それぞれ、巻回軸方向の寸法が異なる金属化フィルムから形成されたコンデンサ素子１３とコンデンサ素子１６とは、巻回軸方向の寸法が異なり、コンデンサ素子１６の巻回軸方向の寸法は、コンデンサ素子１３の巻回軸方向の寸法よりも小さくなっており、従って、コンデンサ素子１６の端面（図２におけるメタリコン電極１５ａ側の端面）から、コンデンサ素子１３の一部が突き出ている。
【００２２】
このように、二つのコンデンサ素子１３、１６の巻回軸を同一にして、二つのコンデンサ素子１３、１６を一塊としたフィルムコンデンサ１において、一方のコンデンサ素子１３の一部が、他方のコンデンサ素子１６の端面から突き出ていることによって、一方のコンデンサ素子１３の外部に露出する部分の面積が大きくなり、その結果、フィルムコンデンサ１の稼動時の、自己発熱によって生じた熱を発散し易くなり、フィルムコンデンサの温度上昇を抑制することができる。
【００２３】
なお、本実施形態では、コンデンサ素子１３と、コンデンサ素子１６との二つのコンデンサ素子を備えたフィルムコンデンサ１の構成を基に説明したが、コンデンサ素子の数はこれに限られるものではなく、図６に示すように、コンデンサ素子４３、コンデンサ素子４６、コンデンサ素子５３の三つのコンデンサ素子を備えてもよいし、またそれ以上の数のコンデンサ素子を備えてもかまわない。
【００２４】
また、複数のコンデンサ素子の中で、稼動時の温度が最も高いコンデンサ素子を巻回体の最外周に配置することで、少なくともこのコンデンサ素子の外表面はフィルムコンデンサ１の外部に曝されることとなり、フィルムコンデンサの稼動時の自己発熱による温度上昇を、より小さくすることができる。
【００２５】
この場合、コンデンサ素子の稼動時の温度が、最外周から最内周に向かって小さくなる構成とすることで、フィルムコンデンサの稼動時の自己発熱による温度上昇を、さらに小さくすることができる。例えば、ハイブリッド自動車のインバータ回路等に搭載される平滑用のコンデンサ素子と、フィルタ用のコンデンサ素子との二つのコンデンサ素子を、本発明の構成による一塊のフィルムコンデンサとした場合、外周側に温度上昇の大きいフィルタ用のコンデンサ素子を配置することが、フィルムコンデンサの温度上昇を抑制する上で好ましい。
【００２６】
また、複数のコンデンサ素子の中で、巻回軸方向の寸法が最も大きいコンデンサ素子を、巻回体の巻回軸寄りに配置することで、フィルムコンデンサの強度を高めることができる。
【００２７】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２におけるフィルムコンデンサの外観を示す斜視図である。
【００２８】
図４は、図３に示すフィルムコンデンサの断面図である。
【００２９】
図３に示すように、本実施形態におけるフィルムコンデンサ２は、金属化フィルムを巻回することによって形成された巻回素子２１と、この巻回素子２１の端面に形成されたメタリコン電極２２ａとを有するコンデンサ素子２３、および、このコンデンサ素子２３の外側に、金属化フィルムを巻回することによって形成された巻回素子２４と、この巻回素子２４の端面に形成されたメタリコン電極２５ａとを有するコンデンサ素子２６の、二つのコンデンサ素子を含み、この二つのコンデンサ素子が一塊となった巻回体２０を備えている。
【００３０】
フィルムコンデンサ２のメタリコン電極２２ａ、２５ａ、２５ｂには、このフィルムコンデンサ２と、外部機器とを接続するための外部端子２９ａ、２９ｂ、２９ｃが接続される。
【００３１】
図４を参照しながら詳しく説明すると、巻回体２０を構成する二つのコンデンサ素子２３、２６の内、コンデンサ素子２３は、金属化フィルムを、巻回軸（図４における線Ｂ１）を中心に巻回して形成された巻回素子２１と、この巻回素子２１の両端面に形成されたメタリコン電極２２ａ、２２ｂとを有している。
【００３２】
コンデンサ素子２６は、巻回素子２１の外側に、絶縁材２７を介して、巻回軸方向の寸法が、巻回素子２１を形成した金属化フィルムよりも小さい金属化フィルムを巻回して形成された巻回素子２４と、この巻回素子２４の両端面に形成されたメタリコン電極２５ａ、２５ｂとを有している。
【００３３】
ここで、コンデンサ素子２３のメタリコン電極２２ｂとコンデンサ素子２６のメタリコン電極２５ｂとは一体となっている。すなわち、コンデンサ素子２３とコンデンサ素子２６とは一方の電極を共有しており、上述のようにメタリコン電極２５ｂに外部端子２９ｃが接続されると、コンデンサ素子２３も外部機器と電気的に接続されることになる。
【００３４】
コンデンサ素子２６の巻回軸方向の寸法は、コンデンサ素子２３の巻回軸方向の寸法よりも小さくなっており、コンデンサ素子２６の端面から、コンデンサ素子２３の一部が突き出ている。
【００３５】
そして、コンデンサ素子２３と、コンデンサ素子２６との間の、絶縁材２７の外側に、伝熱材２８が、この伝熱材２８の一部が、二つのコンデンサ素子２３、２６の内、巻回軸方向の寸法が小さいコンデンサ素子２６の端面から突き出て、外部に露出するように挟置されている。
【００３６】
伝熱材２８は、銅箔やアルミニウム箔などの金属箔やグラファイトシートなど、フィルムコンデンサを構成する誘電体フィルム、或いは絶縁材２７などの材料として用いたポリプロピレンやポリエチレンテレフタレートよりも、熱伝導率の高い材料から選ばれる。
【００３７】
このように、二つのコンデンサ素子２３、２６が一塊となった巻回体２０を備えたフィルムコンデンサ２において、二つのコンデンサ素子２３、２６の間に、熱伝導率の高い伝熱材２８を挟置し、伝熱材２８の一部が、巻回軸方向の寸法が小さいコンデンサ素子２６の端面から突き出るようにすることで、フィルムコンデンサ２の稼動時の自己発熱によって生じたフィルムコンデンサ２の内部の熱を、フィルムコンデンサ２の外部に発散し易くなり、その結果、フィルムコンデンサ２の内部の温度上昇を抑制することができる。
【００３８】
なお、伝熱材２８は、コンデンサ素子２３の巻回軸方向の中心部（図４における線Ｂ２）、またはコンデンサ素子２６の巻回軸方向の中心部（図４における線Ｂ３）の内、いずれかの中心部に達していることが好ましい。このような構成とすることで、コンデンサ素子２３、２６の稼動時の温度が最も高くなるコンデンサ素子２３、２６の中心部の熱を、コンデンサ素子２３、２６の外部に、より多く発散させることができ、その結果、フィルムコンデンサ２の温度上昇を更に抑制することができる。
【００３９】
また、フィルムコンデンサ２の構成であれば、コンデンサ素子２６内部の篭り熱を、伝熱材２８を介して外部に引き出し、発散させることができる。したがって、外周側のコンデンサ素子２６としては、熱を外部に発散させたいコンデンサ素子、すなわち稼動時の温度がより高くなるコンデンサ素子を配置した方が、フィルムコンデンサ２全体としての温度上昇を抑制することができる。
【００４０】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３におけるフィルムコンデンサの断面図である。
【００４１】
図５に示すように、本実施形態におけるフィルムコンデンサ３は、金属化フィルムを巻回することによって形成された巻回素子３１と、この巻回素子３１の端面に形成されたメタリコン電極３２ａと、を有するコンデンサ素子３３、および、このコンデンサ素子３３の外側に、金属化フィルムを巻回することによって形成された巻回素子３４と、この巻回素子３４の端面に形成されたメタリコン電極３５ａと、を有するコンデンサ素子３６の、二つのコンデンサ素子を含み、この二つのコンデンサ素子が一塊となった巻回体を備えている。
【００４２】
さらに詳しく説明すると、巻回体を構成する二つのコンデンサ素子の内、コンデンサ素子３３は、金属化フィルムを、巻回軸（図５における線Ｃ１）を中心に巻回して形成された巻回素子３１と、この巻回素子３１の両端面に形成されたメタリコン電極３２ａ、３２ｂとを有している。
【００４３】
コンデンサ素子３６は、巻回素子３１の外側に、絶縁材３７を介して、巻回軸方向の寸法が、巻回素子３１を形成した金属化フィルムよりも小さい金属化フィルムを巻回して形成された巻回素子３４と、この巻回素子３４の両端面に形成されたメタリコン電極３５ａ、３５ｂとを有している。
【００４４】
コンデンサ素子３６の巻回軸方向の寸法は、コンデンサ素子３３の巻回軸方向の寸法よりも小さくなっており、コンデンサ素子３６の両方の端面から、コンデンサ素子３３の一部が突き出ている。
【００４５】
そして、コンデンサ素子３３と、コンデンサ素子３６の間の、絶縁材３７の外側に、伝熱材３８ａと伝熱材３８ｂとが挟置されている。伝熱材３８ａと伝熱材３８ｂとは、電気的に繋がっておらず、図５に示すように、コンデンサ素子３６の内側において、間隔を空けて非接触状態で配置されている。
【００４６】
伝熱材３８ａは、二つのコンデンサ素子３３、３６の内、巻回軸方向の寸法が小さいコンデンサ素子３６の一方（図５における上方）の端面から突き出ており、伝熱材３８ｂは二つのコンデンサ素子３３、３６の内、巻回軸方向の寸法が小さいコンデンサ素子３６の他方（図５における下方）の端面から突き出ている。
【００４７】
伝熱材３８ａまたは伝熱材３８ｂは、いずれかがコンデンサ素子３３またはコンデンサ素子３６の、巻回軸方向の中心部（図５における線Ｃ２）に達していることが好ましい。本実施形態においては、伝熱材３８ａが巻回軸方向の中心部まで達している。
【００４８】
このように、二つのコンデンサ素子３３、３６が一塊となった巻回体を備えたフィルムコンデンサにおいて、コンデンサ素子３３の両方の端面から、コンデンサ素子３６の一部が突き出た構成とすることと、伝熱材３８ａがコンデンサ素子３６の両方の端面から突き出た構成とすることで、フィルムコンデンサ３の温度上昇を抑制することができるとともに、フィルムコンデンサ３の巻回軸方向の温度の偏りを抑制することができる。
【００４９】
なお、コンデンサ素子３６の一部が、コンデンサ素子３３の一方の端面と、他方の端面とから突き出す量（寸法）のバランスは、二つの伝熱材３８ａ、３８ｂの巻回軸方向の寸法や、挟置する位置等と合わせて、フィルムコンデンサ３の巻回軸方向の温度の偏りが小さくなるように制御すればよい。
【００５０】
なお、本実施形態では、コンデンサ素子３３と、コンデンサ素子３６の間に、伝熱材３８ａと伝熱材３８ｂとを挟置した構成について説明したが、コンデンサ素子３３の両方の端面から、コンデンサ素子３６の一部を突き出した構成において、コンデンサ素子３３と、コンデンサ素子３６の間に、伝熱材３８ａと伝熱材３８ｂとを挟置しない場合には、コンデンサ素子３６の一部が、コンデンサ素子３３の一方の端面と、他方の端面とから突き出す量（寸法）は、コンデンサ素子３３両方の端面において均等であることが、フィルムコンデンサ３の巻回軸方向の温度の偏りをより小さくできるので好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車の電装等に使用されるフィルムコンデンサに有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１、２、３    フィルムコンデンサ
１０、２０、３０    巻回体
１１、２１、３１    巻回素子
１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂ    メタリコン電極
１３、１６、２３、２６、３３、３６、４３、４６、５３    コンデンサ素子
１４、２４、３４    巻回素子
１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂ、３５ａ、３５ｂ    メタリコン電極
１７、２７、３７    絶縁材
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ    外部端子
２８、３８ａ、３８ｂ    伝熱材
【図１】
2017150151.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2017150151.tif 000007
【図６】
2017150151.tif 000008
【図７】
2017150151.tif 000009
【国際調査報告】
2017150151.tif 000010
2017150151.tif 000011
2017150151.tif 000012
2017150151.tif 000013