(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体フィルムの片面に金属を付着してなる金属化フィルムを巻回または積層して扁平形状に形成された複数のコンデンサ素子を扁平面が隣接するように整列配置してなるコンデンサ装置であって、
前記複数のコンデンサ素子は、予め定められた駆動周波数より小さな周波数が共振周波数となるよう形成された第１のコンデンサ素子と、前記駆動周波数より大きな周波数が共振周波数となるよう形成された第２のコンデンサ素子と、を含む、
ことを特徴とするコンデンサ装置。
【請求項２】
請求項１記載のコンデンサ装置であって、
前記複数のコンデンサ素子は、同数の前記第１のコンデンサ素子と前記第２のコンデンサ素子とを含む、
ことを特徴とするコンデンサ装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のコンデンサ装置であって、
前記第１のコンデンサ素子と前記第２のコンデンサ素子は、扁平形状における扁平率が異なることによって異なる共振周波数となるよう形成されてなる、
ことを特徴とするコンデンサ装置。
【請求項４】
請求項１または２記載のコンデンサ装置であって、
前記第１のコンデンサ素子と前記第２のコンデンサ素子は、ヤング率が異なる金属化フィルムを用いて形成することによって異なる共振周波数となるよう形成されてなる、
ことを特徴とするコンデンサ装置。
【請求項５】
請求項４記載のコンデンサ装置であって、
前記第１のコンデンサ素子と前記第２のコンデンサ素子は、同一形状で同一容量となるよう形成されてなる、
ことを特徴とするコンデンサ装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のうちのいずれか１つの請求項に記載のコンデンサ装置であって、
前記複数のコンデンサ素子は、隣接するコンデンサ素子の間隔として２ｍｍ以上の間隔をもって整列配置されている、
ことを特徴とするコンデンサ装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のうちのいずれか１つの請求項に記載のコンデンサ装置であって、
前記複数のコンデンサ素子を複数列に整列配置してなり、各列には同数の前記第１のコンデンサ素子と前記第２のコンデンサ素子を含む、
ことを特徴とするコンデンサ装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のうちのいずれか１つの請求項に記載のコンデンサ装置であって、
前記第１のコンデンサ素子と前記第２のコンデンサ素子とを交互に整列配置してなる、
ことを特徴とするコンデンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサ装置に関し、詳しくは、誘電体フィルムの片面に金属を付着してなる金属化フィルムを巻回または積層して扁平形状に形成された複数のコンデンサ素子を扁平面が隣接するように整列配置してなるコンデンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のコンデンサ装置としては、誘電体フィルムの片面に金属を蒸着してなる金属化フィルムを巻回して扁平形状に形成した複数のコンデンサ素子を扁平面が隣接するよう整列配置したものがが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、金属化フィルムの幅方向の両端にメタリコン電極部を設けた複数のコンデンサ素子をコンデンサケース内で一方のメタリコン電極部がコンデンサケースの開口面側を向くように配列し、各コンデンサ素子の両端の電極同士は略同一平面状に配置することによって、部品点数が少なく、小型大容量で、インダクタンスが小さい金属化フィルムコンデンサとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１８６６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のコンデンサ装置では、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）を用いたインバータなどを有するパワーコントロールユニットと共に用いると、コンデンサ素子が振動して装置の振動性能が低下する場合が生じる。パワーコントロールユニットのキャリア周波数がコンデンサ装置が備えるコンデンサ素子の共振周波数帯となると、コンデンサ素子の共振により装置自体が振動してしまう。また、コンデンサ素子の共振周波数帯をパワーコントロールユニットのキャリア周波数と異なるものとしても、複数のコンデンサ素子の接続の仕方によってはコンデンサ素子の共振周波数帯がパワーコントロールユニットのキャリア周波数に一致するものとなり、装置が振動する場合もある。
【０００５】
本発明のコンデンサ装置は、予め定められた駆動周波数の脈動電流（脈動電圧）によって装置が振動するのを抑制することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のコンデンサ装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明のコンデンサ装置は、
誘電体フィルムの片面に金属が付着してなる金属化フィルムを巻回または積層して扁平形状に形成された複数のコンデンサ素子を扁平面が隣接するように整列配置してなるコンデンサ装置であって、
前記複数のコンデンサ素子は、予め定められた駆動周波数より小さな周波数が共振周波数となるよう形成された第１のコンデンサ素子と、前記駆動周波数より大きな周波数が共振周波数となるよう形成された第２のコンデンサ素子と、を含む、
ことを特徴とする。
【０００８】
扁平形状のコンデンサ素子は、共振周波数未満の周波数で脈動する電圧を印加すると断面の長径方向の伸縮の振動と短径方向の伸縮の振動は同位相となるが、共振周波数以上の周波数で脈動する電圧を印加すると断面の長径方向の伸縮の振動と短径方向の伸縮の振動は位相が１８０°だけ異なるものとなる。このため、駆動周波数より小さな周波数が共振周波数となるよう形成された第１のコンデンサ素子と駆動周波数より大きな周波数が共振周波数となるよう形成された第２のコンデンサ素子とに駆動周波数で脈動する電圧を印加すると、短径方向の伸縮の振動は第１のコンデンサ素子と第２のコンデンサ素子とでは位相が１８０°だけ異なるものとなる。したがって、第１のコンデンサ素子と第２のコンデンサ素子とを扁平面が隣接するように整列配置してコンデンサ装置を構成することにより、コンデンサ装置に駆動周波数で脈動する電圧を印加させたときには、第１のコンデンサ素子の短径方向の伸縮の振動を第２のコンデンサ素子の短径方向の伸縮の振動によって打ち消すことができる。この結果、駆動周波数の脈動電流（脈動電圧）が印加されたときのコンデンサ装置の振動を抑制することができる。
【０００９】
こうした本発明のコンデンサ装置において、前記複数のコンデンサ素子は、同数の前記第１のコンデンサ素子と前記第２のコンデンサ素子とを含む、ことを特徴とするものとすることもできる。こうすれば、第１のコンデンサ素子の短径方向の伸縮の振動を同数の第２のコンデンサ素子の短径方向の伸縮の振動により打ち消すことができる。
【００１０】
また、本発明のコンデンサ装置において、前記第１のコンデンサ素子と前記第２のコンデンサ素子は扁平形状における扁平率が異なることによって異なる共振周波数となるよう形成されてなることを特徴とするものとすることもできるし、前記第１のコンデンサ素子と前記第２のコンデンサ素子はヤング率が異なる金属化フィルムを用いて形成することによって異なる共振周波数となるよう形成されてなることを特徴とすることもできる。ヤング率が異なる金属フィルムを用いて第１のコンデンサ素子と第２のコンデンサ素子とを形成する場合には、前記第１のコンデンサ素子と前記第２のコンデンサ素子は同一形状で同一容量となるよう形成されてなるものとすることもできる。
【００１１】
さらに、本発明のコンデンサ装置において、前記複数のコンデンサ素子は、隣接するコンデンサ素子の間隔として２ｍｍ以上の間隔をもって整列配置されている、ことを特徴とするものとすることもできる。隣接するコンデンサ素子の距離を短くすると、コンデンサ素子のバネマスが変化することによって、共振周波数が低周波側にシフトし、第１のコンデンサ素子の短径方向の伸縮の振動を第２のコンデンサ素子の短径方向の伸縮の振動によって十分に打ち消すことができなくなる。このため、隣接するコンデンサ素子の間隔として２ｍｍ以上の間隔をもって整列配置されているのが好ましい。
【００１２】
また、本発明のコンデンサ装置において、前記複数のコンデンサ素子を複数列に整列配置してなり、各列には同数の前記第１のコンデンサ素子と前記第２のコンデンサ素子を含む、ことを特徴とするものとすることもできる。或いは、本発明のコンデンサ装置において、前記第１のコンデンサ素子と前記第２のコンデンサ素子とを交互に整列配置してなる、ことを特徴とするものとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例としてのコンデンサ装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】図１におけるコンデンサ装置２０のＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図３】コンデンサ素子用ロール３０ａを形成する様子の一例を示す説明図である。
【図４】コンデンサ素子用ロール３０ａからコンデンサ素子３０を形成する様子の一例を示す説明図である。
【図５】正弦波電流（正弦波電圧）を印加したときのコンデンサ素子の振動の様子を示す説明図である。
【図６】共振周波数未満の正弦波電流（正弦波電圧）を印加したときのコンデンサ素子の振動の一例を示す説明図である。
【図７】共振周波数以上の正弦波電流（正弦波電圧）を印加したときのコンデンサ素子の振動の一例を示す説明図である。
【図８】第１コンデンサ素子３０と第２コンデンサ素子４０に正弦波電流（正弦波電圧）を印加したときの周波数と振動加速度レベルと断面の短径方向の位相との関係の一例を示す説明図である。
【図９】第１コンデンサ素子３０と第２コンデンサ素子４０と扁平面が隣接するよう整列配置したコンデンサ装置としたときの振動の様子の一例を示す説明図である。
【図１０】第１コンデンサ素子３０の短径方向のバネマスとバネ定数との関係を模式的に示す説明図である。
【図１１】２つの第１コンデンサ３０を扁平面で密着させた状態における短径方向のバネマスとバネ定数との関係を模式的に示す説明図である。
【図１２】変形例のコンデンサ装置２０Ｂの構成の概略を示す構成図である。
【図１３】変形例のコンデンサ装置２０Ｃの構成の概略を示す構成図である。
【図１４】変形例のコンデンサ装置２０Ｄの構成の概略を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１５】
図１は本発明の一実施例としてのコンデンサ装置２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は図１におけるコンデンサ装置２０のＡ−Ａ断面を示す断面図である。実施例のコンデンサ装置２０は、図示するように、２つの第１コンデンサ素子３０と２つの第２コンデンサ素子４０とを交互に扁平面が隣接するように且つ間隔αをもって整列配置してケース２２に収納することによって構成されている。各コンデンサ素子３０，４０の上端には第１電極５４が形成された第１バスバー５２が接触するよう配置されており、下端には第２電極６４が形成された第２バスバー６２が接触するよう配置されている。なお、ケース２２内は、エポキシ樹脂などの樹脂により封止されている。
【００１６】
図３および図４にコンデンサ素子３０を形成する様子を示す。第１コンデンサ素子３０は、図３に示すように、ポリプロピレンフィルムなどの誘電体フィルム３４の片面に一方の端部のマージン３８を除いてアルミニウムなどの金属３６を蒸着して得られる２枚の金属化フィルム３２を、マージン３８が重ならないように重ねた状態で巻回してコンデンサ素子用ロール３０ａを形成し、図４に示すように、コンデンサ素子用ロール３０ａをプレスして扁平な巻回物として形成される。第１コンデンサ素子３０の両端部は、前述したように、２枚の金属化フィルム３２はマージン３８が重ならないようして巻回されているから、メタリコン電極部を形成する。
【００１７】
第２コンデンサ素子４０も第１コンデンサ３０と同一の金属化フィルム３２により同様に形成されるが、第１コンデンサ素子３０と巻回数や扁平率が異なる。このため、第１コンデンサ素子３０と第２コンデンサ素子４０は、固体としての物理的特性が異なるものとなり、脈動する電流（電圧）が印加されたときの振動特性も異なるものとなる。
【００１８】
第１コンデンサ素子３０や第２コンデンサ素子４０などのコンデンサ素子に正弦波電流（正弦波電圧）を印加したときの周波数と振動加速度レベルと断面の短径方向の位相との関係の一例を図５に示す。コンデンサ素子は、図５に示すように、振動加速度レベルは共振周波数ｆｒｅｓで最大となり、断面の短径方向の位相は共振周波数ｆｒｅｓ未満では９０°であるが、共振周波数ｆｒｅｓ以上では−９０°となり、１８０°（π）だけずれる。共振周波数ｆｒｅｓ未満の正弦波電流（正弦波電圧）を印加したときのコンデンサ素子の振動の一例を図６に示し、共振周波数ｆｒｅｓ以上の正弦波電流（正弦波電圧）を印加したときのコンデンサ素子の振動の一例を図７に示す。コンデンサ素子は、共振周波数ｆｒｅｓ未満の正弦波電流（正弦波電圧）を印加すると、図６に示すように、断面の長径方向（図の上下方向、ｙ軸方向）と短径方向（図の左右方向、ｘ軸方向）は同位相で伸縮するが、正弦波電流（正弦波電圧）の周波数が大きくなり、共振周波数ｆｒｅｓ以上になると、短径方向の位相が１８０°だけずれることにより、断面の長径方向（図７の上下方向、ｙ軸方向）と短径方向（図７の左右方向、ｘ軸方向）は１８０°の位相差をもって伸縮する。即ち、コンデンサ素子は、共振周波数ｆｒｅｓ未満の正弦波電流（正弦波電圧）の印加では、長径方向が伸びるときに短径方向も伸び、長径方向が縮むときに短径方向も縮むように振動するが、共振周波数ｆｒｅｓ以上の正弦波電流（正弦波電圧）の印加では、長径方向が伸びるときに短径方向は縮み、長径方向が縮むときに短径方向は伸びるように振動する。
【００１９】
実施例のコンデンサ装置２０では、この装置が組み込まれるシステムの駆動周波数（例えば、インバータのスイッチング素子をスイッチングするのに用いる周波数（キャリア周波数））ｆｃより小さい共振周波数ｆａとなるよう形成された第１コンデンサ３０と、駆動周波数ｆｃより大きい共振周波数ｆｂとなるよう形成された第２コンデンサ素子３０とを用いている。第１コンデンサ素子３０と第２コンデンサ素子４０に正弦波電流（正弦波電圧）を印加したときの周波数と振動加速度レベルと断面の短径方向の位相との関係の一例を図８に示す。図中の振動加速度レベルにおける一点鎖線は、第１コンデンサ素子３０と第２コンデンサ素子４０と扁平面が隣接するよう整列配置したコンデンサ装置としたときの周波数に対する振動加速度レベルの変化の様子を示す。コンデンサ装置の振動加速度レベルは第１コンデンサ素子３０の共振周波数ｆａと第２コンデンサ素子４０の共振周波数ｆｂとの間で最小となる。これは、第１コンデンサ素子３０の短径方向の伸縮が第２コンデンサ素子４０の短径方向の伸縮に対して１８０°の位相差をもつことに基づく。第１コンデンサ素子３０と第２コンデンサ素子４０とを扁平面が隣接するよう整列配置したコンデンサ装置としたときの振動の様子の一例を図９に示す。第１コンデンサ素子３０は、共振周波数ｆａが駆動周波数ｆｃより小さいから、短径方向（図の左右方向）は長径方向（図の上下方向）の伸縮に対して１８０°の位相差をもって伸縮する。一方、第２コンデンサ素子４０は、共振周波数ｆｂが駆動周波数ｆｃより大きいから、短径方向（図の左右方向）は長径方向（図の上下方向）の伸縮と同位相で伸縮する。このため、第１コンデンサ素子３０の短径方向が伸びるときには第２コンデンサ素子４０の短径方向は縮み、第１コンデンサ素子３０の短径方向が縮むときには第２コンデンサ素子４０の短径方向は伸びるように伸縮することになり、第１コンデンサ素子３０と第２コンデンサ素子４０と扁平面が隣接するよう整列配置したコンデンサ装置としたときの短径方向の伸縮は、第１コンデンサ素子３０の短径方向の伸縮を第２コンデンサ素子４０の短径方向の伸縮によって打ち消すことにより小さなものとなる。したがって、その最小となる周波数を駆動周波数ｆｃとすれば、コンデンサ装置の振動を最小にすることができる。実施例のコンデンサ装置２０では、駆動周波数が振動が最小となる周波数ｆｃとなるように第１コンデンサ素子３０と第２コンデンサ素子４０とを形成している。
【００２０】
実施例のコンデンサ装置２０における第１コンデンサ素子３０と第２コンデンサ素子４０との間隔αは２ｍｍである。これは、第１コンデンサ素子３０と第２コンデンサ素子４０との間隔を狭くすると、コンデンサ素子のバネマスが変化することによって、共振周波数が低周波側にシフトし、第１コンデンサ素子３０の短径方向の伸縮の振動を第２コンデンサ素子４０の短径方向の伸縮の振動によって十分に打ち消すことができなくなることに基づく。図１０は第１コンデンサ素子３０の短径方向のバネマスとバネ定数との関係を模式的に示す説明図であり、図１１は２つの第１コンデンサ３０を扁平面で密着させた状態における短径方向のバネマスとバネ定数との関係を模式的に示す説明図である。単一の第１コンデンサ素子３０では、短径の中央を中心として短径方向に振動するから、第１コンデンサ素子３０の質量をｍ、短径方向の長さに対するバネ定数をｋとすると、図１０に示すように、バネマスはｍ／２となり、バネ定数は２ｋとなる。一方、２つの第１コンデンサ３０を扁平面で密着させた状態のものは、密着面を中心として短径方向に振動するから、バネマスは単一の第１コンデンサ素子３０のときの２倍のｍとなり、バネ定数は単一の第１コンデンサ素子３０のときの１／２のｋとなる。したがって、２つの第１コンデンサ３０を扁平面で密着させた状態のものの共振周波数は、単一の第１コンデンサ素子３０のときより低周波側にシフトすることになる。第１コンデンサ素子３０と第２コンデンサ素子４０との間隔αは、第１コンデンサ素子３０と第２コンデンサ素子４０とがその振動特性を保持するのに必要なものであり、２ｍｍ以上であれば振動特性を保持することができる。実施例では、第１コンデンサ素子３０と第２コンデンサ素子４０の振動特性の保持と装置の小型化を考慮して間隔αとして２ｍｍを用いた。
【００２１】
以上説明した実施例のコンデンサ装置２０によれば、装置が組み込まれるシステムの駆動周波数ｆｃより小さい共振周波数ｆａの第１コンデンサ素子３０と駆動周波数ｆｃより大きい共振周波数ｆｂの第２コンデンサ素子４０とを、交互に扁平面が隣接するように２ｍｍの間隔αをもって整列配置して構成することにより、駆動周波数ｆｃの脈動電流（脈動電圧）が印加されたときには第１コンデンサ素子３０の短径方向の伸縮による振動を１８０°の位相差をもって振動する第２コンデンサ素子４０の短径方向の伸縮による振動により打ち消すことができ、駆動周波数に対する装置の振動を抑制することができる。しかも、第１コンデンサ素子３０と第２コンデンサ素子４０とを同数交互に整列配置するから、装置内の振動も低く抑えることができる。さらに、第１コンデンサ素子３０と第２コンデンサ素子４０とを２ｍｍの間隔αをもって整列配置するから、間隔αが小さいことによって共振周波数が低周波側にシフトして装置の振動の抑制を阻害するのを防止することができる。
【００２２】
実施例のコンデンサ装置２０では、２つの第１コンデンサ素子３０と２つの第２コンデンサ素子４０とを交互に扁平面が隣接するように整列配置して構成するものとしたが、３つ以上の第１コンデンサ素子３０と３つ以上の第２コンデンサ素子４０とを交互に扁平面が隣接するように整列配置して構成するものとしてもよい。また、第１コンデンサ素子３０と第２コンデンサ素子４０は同数であってもよいし、同数でなくてもよい。
【００２３】
実施例のコンデンサ装置２０では、２つの第１コンデンサ素子３０と２つの第２コンデンサ素子４０とを交互に扁平面が隣接するように整列配置して構成するものとしたが、図１２の変形例のコンデンサ装置２０Ｂに示すように、２つの第１コンデンサ素子３０が連続すると共に２つの第２コンデンサ素子４０が連続するように且つ扁平面が隣接するように整列配置しして構成するものとしてもよい。
【００２４】
実施例のコンデンサ装置２０では、第１コンデンサ素子３０と第２コンデンサ素子４０は、同一の金属化フィルム３２により巻回数や扁平率が異なるように形成したが、第１コンデンサ素子３０の共振周波数ｆａが駆動周波数ｆｃより小さくなり、第２コンデンサ素子４０の共振周波数ｆｂが駆動周波数ｆｃより大きくなればよいから、図１３の変形例のコンデンサ装置２０Ｃに示すように、第１コンデンサ素子３０Ｃと第２コンデンサ素子４０Ｃとを、同一の金属化フィルム３２により同一の巻回数として扁平率だけが異なるように形成してもよい。
【００２５】
実施例のコンデンサ装置２０では、第１コンデンサ素子３０と第２コンデンサ素子４０は、同一の金属化フィルム３２により巻回数や扁平率が異なるように形成したが、コンデンサ素子の共振周波数はフィルムのヤング率が異なれば異なるものとなるから、第１コンデンサ素子と第２コンデンサ素子とをヤング率が異なる金属化フィルムにより形成するものとしてもよい。この場合、第１コンデンサ素子と第２コンデンサ素子を同一の巻回数で同一の扁平率として同一形状としてもよい。
【００２６】
実施例のコンデンサ装置２０では、２つの第１コンデンサ素子３０と２つの第２コンデンサ素子４０とを交互に扁平面が隣接するように１列に整列配置して構成するものとしたが、図１４の変形例のコンデンサ装置２０Ｄに示すように、２つの第１コンデンサ素子３０Ｄと２つの第２コンデンサ素子４０Ｄとを交互に扁平面が隣接するように２列に整列配置して構成するものとしてもよいし、３つ以上の第１コンデンサ素子と３つ以上の第２コンデンサ素子とを用いる場合には、３列以上に整列配置して構成するものとしてもよい。
【００２７】
実施例のコンデンサ装置２０では、２つの第１コンデンサ素子３０と２つの第２コンデンサ素子４０とを２ｍｍの間隔αをもって交互に扁平面が隣接するように整列配置して構成するものとしたが、間隔αは２ｍｍに限定されるものではなく、２ｍｍより長くてもよいし、若干短くても構わない。
【００２８】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等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内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、コンデンサ装置の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００３０】
２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ  コンデンサ装置、２２  ケース、３０，３０Ｃ，３０Ｄ  第１コンデンサ素子、３０ａ  コンデンサ素子用ロール、３２  金属化フィルム、３４  誘電体フィルム、３６  金属、３８  マージン、４０，４０Ｃ，４０Ｄ  第２コンデンサ素子、５２  第１バスバー、５４  第１電極、６２  第２バスバー、６４  第２電極。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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