(57)【要約】【課題】高誘電率材料のフィルムを用いたコンデンサ素子の使用温度環境条件の拡大化対策。【解決手段】フィルムコンデンサ（10）は、表面に金属膜（14）が形成され、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）で構成されるフィルム（13）を巻回して形成されるコンデンサ素子（11）を備えている。コンデンサ素子（11）は、フィルム（13）の幅（L）の寸法よりもコンデンサ素子（11）の直径（D）が大きく形成されている。【選択図】図１
2011114092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に電極膜（14）が形成され、誘電率が６以上の高誘電率材料で構成されるフィルム部材（13）を巻回して形成されるコンデンサ素子（11）を備えたフィルムコンデンサであって、
上記コンデンサ素子（11）は、フィルム部材（13）の幅（L）の寸法よりもコンデンサ素子（11）の直径（D）が大きく形成されている
ことを特徴とするフィルムコンデンサ。
【請求項２】
表面に電極膜（14）が形成され、誘電率が６以上の高誘電体材料で構成されるフィルム部材（13）を巻回して形成されるコンデンサ素子（11）を備えたフィルムコンデンサであって、
上記コンデンサ素子（11）は、電極膜（14）の電気抵抗成分（R1）に起因する消費電力損失（Wc）が、フィルム部材（13）の誘電損失（Wf）よりも小さくな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又は２において、
上記フィルム部材（13）は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含んで構成されている
ことを特徴とするフィルムコンデンサ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１つにおいて、
上記電極膜（14）は、スリット（18）で分割された複数の分割電極（14a,14a）と、該複数の分割電極（14a,14a）間を接続するヒューズ部（19）とで構成されている
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】
本発明は、フィルムコンデンサに関し、特に、使用温度環境条件の拡大化対策に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、フィルムコンデンサは、フィルムの表面にアルミニウム、又は亜鉛等の金属膜を蒸着した金属化フィルムを多層に重ねて構成されたものが知られている。このようなフィルムコンデンサでは、静電容量の大容量化の要請によってフィルムの高誘電率化が図られている（特許文献１参照）。
【０００３】
そして、このようなフィルムコンデンサ用のフィルムとして、例えば高誘電率材料であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いたものが知られている。このＰＶＤＦ等を材料とするフィルムは、ポリプロピレン（ＰＰ）やポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）を材料とするフィルムと比較して誘電正接（ｔａｎδ）が大きく、材料固有の誘電損失によるコンデンサ素子の発熱が大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−８１００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した金属化フィルムを用いたフィルムコンデンサにＰＶＤＦ等の高誘電率のフィルム材料を使用し、図８に示すようなコンデンサ素子（a）を形成すると、蒸着金属膜の電気抵抗成分（R1）にフィルムの誘電損失に起因する電気抵抗成分（R2）が加わるため、コンデンサ素子（a）の等価直列抵抗（いわゆるＥＳＲ）が大きくなる。これにより、コンデンサ素子（a）に流れるリプル電流による発熱が大きくなるため、コンデンサ素子（a）の使用温度環境条件や、最大許容リプル電流が制限されてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、高誘電率材料のフィルムを用いたコンデンサ素子の使用温度環境条件の拡大化を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、表面に電極膜（14）が形成され、誘電率が６以上の高誘電率材料で構成されるフィルム部材（13）を巻回して形成されるコンデンサ素子（11）を備えたフィルムコンデンサであって、上記コンデンサ素子（11）は、フィルム部材（13）の幅（L）のよりもコンデンサ素子（11）の直径（D）が大きく形成されている。
【０００８】
上記第１の発明では、誘電率が６以上の高誘電率材料によってフィルム部材（13）を構成し、このフィルム部材（13）の表面に電極膜（14）を形成している。そして、電極膜（14）が形成されたフィルム部材（13）を巻回することでコンデンサ素子（11）を形成している。
【０００９】
上記コンデンサ素子（11）は、フィルム部材（13）の幅（L）の寸法よりもコンデンサ素子（11）の直径（D）が大きくなるように形成している。つまり、フィルム部材（13）の幅（L）の寸法を縮ませつつ、電極膜（14）の巻回長さを伸ばしている。こうすると、コンデンサ素子（11）の静電容量を保ちつつ、電極膜（14）の電気抵抗成分（R1）が下がるため、コンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ＥＳＲ）が低くなる。この結果、コンデンサ素子（11）に流れるリプル電流による発熱を抑えることができるため、フィルムコンデンサの使用温度環境条件や最大許容リプル電流の制限を緩和することができる。
【００１０】
第２の発明は、表面に電極膜（14）が形成され、誘電率が６以上の高誘電率材料で構成されるフィルム部材（13）を巻回して形成されるコンデンサ素子（11）を備えたフィルムコンデンサであって、上記コンデンサ素子（11）は、電極膜（14）の電気抵抗成分（R1）に起因する消費電力損失（Wc）が、フィルム部材（13）の誘電損失（Wｆ）よりも小さくなるように構成されている。
【００１１】
上記第２の発明では、誘電率が６以上の高誘電率材料によってフィルム部材（13）を構成し、フィルム部材（13）の表面に電極膜（14）を形成している。そして、電極膜（14）が形成されたフィルム部材（13）を巻回することでコンデンサ素子（11）を形成している。
【００１２】
上記コンデンサ素子（11）は、電極膜（14）が有する電気抵抗成分（R1）に起因する消費電力損失（Wc）が、フィルム部材（13）の誘電損失（Wf）よりも小さくなるように構成されている。こうすると、コンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ＥＳＲ）が下がる。この結果、コンデンサ素子（11）に流れるリプル電流による発熱を抑えることができるため、フィルムコンデンサの使用温度環境条件や最大許容リプル電流の制限を緩和することができる。
【００１３】
第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、上記フィルム部材（13）は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含んで構成されている。
【００１４】
第３の発明では、ポリフッ化ビニリデンを含んだフィルム部材（13）に電極膜（14）を形成している。そして、電極膜（14）が形成されたフィルム部材（13）を巻回することでコンデンサ素子（11）を形成している。
【００１５】
上記コンデンサ素子（11）は、フィルム部材（13）の幅（L）の寸法よりも、コンデンサ素子（11）の直径（D）が大きくなるように形成している。つまり、フィルム部材（13）の幅（L）の寸法を縮ませつつ、電極膜（14）の巻回長さを伸ばしている。こうすると、コンデンサ素子（11）の静電容量を保ちつつ、電極膜（14）の電気抵抗成分（R1）が下がる。このため、高誘電率材料であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含んで構成されたフィルム部材（13）を使用したコンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ＥＳＲ）が下がる。
【００１６】
一方、上記コンデンサ素子（11）は、電極膜（14）が有する電気抵抗成分（R1）に起因する消費電力損失（Wc）が、ポリフッ化ビニリデンを含んで構成されるフィルム部材（13）の誘電損失（Wf）よりも小さくなるように構成されている。こうすると、電極膜（14）の電気抵抗成分（R1）が低くなるため、高誘電率材料であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含んで構成されたフィルム部材（13）を使用したコンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ＥＳＲ）が下がる。
【００１７】
第４の発明は、上記第１〜第３の発明の何れか１つにおいて、上記電極膜（14）は、スリット（18）で分割された複数の分割電極（14a,14a）と、該複数の分割電極（14a,14a）間を接続するヒューズ部（19）とで構成されている。
【００１８】
上記第４の発明では、電極膜（14）をスリット（18）で分割して分割電極（14a,14a）を形成し、分割電極（14a,14a）間をヒューズ部（19）で接続した。したがって、コンデンサ素子（11）の回路短絡時には、ヒューズ部（19）が電極膜（14）を分断するため、コンデンサ素子（11）を絶縁破壊から保護する。つまり、フィルムコンデンサの耐圧性能が向上する。
【発明の効果】
【００１９】
上記第１の発明によれば、コンデンサ素子（11）を、フィルム部材（13）の幅寸法（L）よりもコンデンサ素子（11）の直径（D）が大きくなるようにしたため、電極膜（14）の縦横寸法が変化して電極膜（14）の電気抵抗成分（R1）を低くすることができる。つまり、電極膜（14）の巻回方向の長さを伸ばす一方、電極膜（14）の幅方向の長さを縮めることで、コンデンサ素子（11）の静電容量を変えずに電極膜（14）の電気抵抗成分（R1）を下げることができる。これにより、コンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ＥＳＲ）を下げることができる。この結果、コンデンサ素子（11）に流れるリプル電流による発熱を抑えることができるため、フィルムコンデンサの使用温度環境条件や最大許容リプル電流の制限を緩和することができる。
【００２０】
上記第２の発明によれば、電極膜（14）の消費電力損失（Wc）をフィルム部材（13）の誘電損失（Wf）よりも小さくしたため、コンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ＥＳＲ）を下げることができる。この結果、コンデンサ素子（11）に流れるリプル電流による発熱を抑えることができるため、フィルムコンデンサの使用温度環境条件や最大許容リプル電流の制限を緩和することができる。
【００２１】
上記第３の発明では、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含んだフィルム部材（13）を用いたコンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ＥＳＲ）を下げることができる。これにより、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含んだフィルム部材（13）を用いたコンデンサ素子（11）の発熱量を下げることができる。
【００２２】
また、フィルム部材（13）を高誘電率材料であるポリフッ化ビニリデンを含んで構成したため、コンデンサ素子（11）の静電容量を大きくすることができる。
【００２３】
上記第４の発明では、ヒューズ部（19）が形成された電極膜（14）を有するコンデンサ素子（11）の直径（D）の寸法が、フィルム部材（13）の幅（L）の寸法よりも大きくなるように形成されている。これにより、コンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ESR）を下げることができるため、ヒューズ部（19）が形成された電極膜（14）を有するコンデンサ素子（11）の発熱量を下げることができる。
【００２４】
また、分割した電極（14a,14a）間をヒューズ部（19）で接続したため、短絡時等にはヒューズ部（19）が電極膜（14）を分断することができる。これにより、フィルムコンデンサの耐圧性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態に係るフィルムコンデンサを示す概略の斜視図である。
【図２】本実施形態に係るコンデンサ素子を示す斜視図である。
【図３】本実施形態に係るコンデンサ素子におけるフィルム幅と直径との関係を示すグラフである。
【図４】本実施形態に係るコンデンサ素子におけるフィルム幅と消費電力損失との関係を示すグラフである。
【図５】本実施形態に係るコンデンサ素子の回路構成を示す回路図である。
【図６】本実施形態に係るコンデンサ素子におけるフィルム幅と総損失との関係を示すグラフである。
【図７】本実施形態の変形例に係る金属膜の構造を模式的に示す図である。
【図８】（A）は、従来例に係るフィルムコンデンサを示す概略の斜視図であり、（B）は、従来例に係るコンデンサ素子の回路構成を示す回路図である。
【図９】(A）は、従来例に係る金属膜の構造を模式的に示す図であり、（B）は、従来例に係る金属膜の回路構成を示す回路図である。
【図１０】（A）は、従来例に係るヒューズを有する金属膜の構造を模式的に示す図であり、（B）は、従来例に係るヒューズを有する金属膜の回路構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
本発明の実施形態について説明する。図１に本実施形態に係るフィルムコンデンサ（10）を示す。フィルムコンデンサ（10）は、図２に示すように、コンデンサ素子（11）を有して構成されている。
【００２８】
上記コンデンサ素子（11）は、帯状のフィルム（13）の両面に金属膜（14）を蒸着させて形成して金属化フィルム（12）を形成し、該金属化フィルム（12）を巻回したものである。本実施形態のコンデンサ素子（11）では、上記金属化フィルム（12）を上下２枚重ねにし、円柱状に巻回することで形成されている。コンデンサ素子（11）は、その直径（D）（つまり、巻回された金属化フィルム（12）の直径）の寸法が、フィルム（13）の幅（L）の寸法（つまり、金属化フィルム（12）の幅寸法）よりも大きくなるように形成されている。
【００２９】
図３では、フィルム（13）の幅寸法（L）を減少させるのに伴って、コンデンサ素子（11）の直径（D）を漸次大きくしている。具体的には、金属膜（14）の電極面積を保ったまま、金属膜（14）の巻回方向の長さを伸ばす一方、金属膜（14）の幅方向の長さを縮めている。これにより、金属膜（14）の縦横比の変化の前後でコンデンサ素子（11）の静電容量を保つとができる。
【００３０】
本実施形態では、コンデンサ素子（11）の静電容量は５００μＦに設計され、金属膜（14）の電極面積は１２ｃｍ２としている。そして、コンデンサ素子（11）では、その電極面積を保ったまま（すなわち静電容量を５００μＦに保ったまま）、フィルム（13）の幅（L）の寸法が５ｃｍ以下で、且つコンデンサ素子（11）の直径（D）が５ｃｍ以上となる条件（図３参照）でフィルム（13）、及び金属膜（14）の縦横寸法を形成している。
【００３１】
尚、コンデンサ素子（11）の幅方向の両端には、メタリコン（16,16）が接続されて構成されている。このとき、２枚の金属化フィルム（12,12）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。
【００３２】
上記各フィルム（13）は、無機酸化物を添加したポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用い、比誘電率が１０に形成されている。このフィルム（13）は、４μｍ程度の膜厚に形成され、本発明に係るフィルム部材を構成している。尚、フィルム（13）の膜厚は、３〜１０μｍ程度の範囲で形成することができる。また、フィルム（13）には、材料固有の静電正接（tanδ）に起因する誘電損失（Wf）が存在している。したがって、コンデンサ素子（11）は、図５に示すように、誘電損失（Wf）による電気抵抗成分（R2）を有している。尚、本実施形態のフィルム（13）の静電正接（tanδ）は２％に設定している。
【００３３】
上記メタリコン（16）は、上記金属膜（14）と外部に延びる電極である銅線（17）との間を電気的に接続するものであって、本発明に係る電極部材を構成している。このメタリコン（16,16）は、巻回した金属化フィルム（12,12）の端部に亜鉛（Ｚｎ）等の金属を溶融噴射することで形成される。具体的に、各金属化フィルム（12）は、その幅方向両端が吹き付けられたメタリコン（16,16）の内部に埋没することでメタリコン（16,16）によって固定支持されている。各メタリコン（16,16）には銅線電極（17,17）が取り付けられている。フィルムコンデンサ（10）は、銅線電極（17,17）を介して回路等に接続されている。
【００３４】
上記金属膜（14）は、各フィルム（13）の両側の表面に蒸着形成されたアルミニウム（Ａｌ）の蒸着膜であって、本発明に係る電極膜を構成している。この金属膜（14）は、その膜厚が５０Å〜４００Å程度に形成されている。各フィルム（13）では、その片面の左右方向（幅方向）の一端側にサイドマージン（15）が形成されている一方、反対面の左右方向（幅方向）の他端側にサイドマージン（15）が形成されている。尚、本実施形態では、サイドマージン（15）は、０．７ｃｍに設定されている。そして、金属膜（14）は、膜表面に電気抵抗成分（表面抵抗（R1））を有している。
【００３５】
上記表面抵抗（R1）は、金属膜（14）を構成する材料と膜厚とに起因する電気抵抗であって、本発明に係る電気抵抗成分に該当するものである。したがって、コンデンサ素子（11）は、図５に示すように、表面抵抗（R1）を有している。この金属膜（14）の表面抵抗（R1）が大きくなるのに伴って消費電力損失（Wc）が大きくなる。
【００３６】
尚、上記表面抵抗（R1）は、金属膜（14）の膜厚を厚くすることで下げることができる。ところが、金属膜（14）の膜厚を厚くすると、金属化フィルム（12）の製造時に、フィルム（13）に付着させる高温の蒸発金属量が増加することになるため、フィルム（13）への加熱量が大きくなる。これにより、フィルム（13）の熱変形や耐圧の低下を引き起こす弊害が生ずることになる。
【００３７】
ここで、上述したようにフィルム（13）の幅（L）の寸法を減少させるのに伴って、コンデンサ素子（11）の直径（D）を漸次大きくすると、金属膜（14）の電極面積を保ったまま、その縦横比が変化する。これにより、金属膜（14）の巻回方向の長さが伸びて幅が縮み、金属膜（14）の表面抵抗（R1）が下がるため、図４に示すように、金属膜（14）の消費電力損失（Wc）が減少する。
【００３８】
コンデンサ素子（11）では、流れるリプル電流の損失に応じてコンデンサ素子（11）が発熱している。尚、本実施形態では流れるリプル電流を５０μＡとしている。この損失は、流れるリプル電流の二乗とコンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ESR）とを掛け合わせて求まるコンデンサ素子（11）の総損失（W）である。上記等価直列抵抗（ESR）は、金属膜（14）の電気抵抗成分である表面抵抗（R1）と、フィルム（13）の誘電損失（Wf）による電気抵抗成分（R2）との合計によって定まる。
【００３９】
つまり、コンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ESR）を構成する金属膜（14）の電気抵抗成分である表面抵抗（R1）を下げることによって、コンデンサ素子（11）の総損失（W）を下げることができる。具体的には、図６に示すように、フィルム（13）の幅（L）の寸法を減少させるのに伴って、金属膜（14）の消費電力損失（Wc）を低下させ、コンデンサ素子（11）の総損失（W）を低下させている。
【００４０】
−実施形態の効果−
本実施形態によれば、コンデンサ素子（11）を、フィルム（13）の幅（L）の寸法よりもコンデンサ素子（11）の直径（D）が大きくなるようにしたため、金属膜（14）の縦横寸法が変化して金属膜（14）の表面抵抗（R1）を低くすることができる。つまり、金属膜（14）の巻回方向の長さを伸ばす一方、金属膜（14）の幅の長さを縮めることで、コンデンサ素子（11）の静電容量を変えずに金属膜（14）の表面抵抗（R1）を下げることができる。これにより、コンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ＥＳＲ）を下げることができる。この結果、コンデンサ素子（11）に流れるリプル電流による発熱を抑えることができるため、フィルムコンデンサ（10）の使用温度環境条件や最大許容リプル電流の制限を緩和することができる。
【００４１】
また、金属膜（14）の消費電力損失（Wc）をフィルム部材（13）の誘電損失（Wf）よりも小さくしたため、コンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ＥＳＲ）を下げることができる。この結果、コンデンサ素子（11）に流れるリプル電流による発熱を抑えることができるため、フィルムコンデンサ（10）の使用温度環境条件や最大許容リプル電流の制限を緩和することができる。
【００４２】
次に、本実施形態では、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含んだフィルム（13）を用いたコンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ＥＳＲ）を下げることができる。これにより、このフィルム（13）を用いたコンデンサ素子（11）の発熱量を下げることができる。
【００４３】
さらに、フィルム（13）を高誘電率材料であるポリフッ化ビニリデンを含んで構成したため、コンデンサ素子（11）の静電容量を大きくすることができる。
【００４４】
−実施形態の変形例−
次に、上記実施形態の変形例について図面に基づいて説明する。本変形例に係るフィルムコンデンサ（10）は、実施形態に係るフィルムコンデンサ（10）とは、金属膜（14）の構造が異なっている。
【００４５】
具体的には、図７に示すように、本変形例に係る金属膜（14）は、巻回方向に沿って延びるスリット（18）によって分割金属膜（14a,14a）に分割されている。そして、分割金属膜（14a,14a）は、その間をヒューズ部（19）によって接続されている。
【００４６】
ここで、図９にしめすように、従来のフィルムコンデンサでは、電極膜を構成する金属膜（b）の電気抵抗を１０Ωとすると、図１０に示すように、金属膜（b）にスリット（c）を入れて、ヒューズ部（d）を形成した場合、金属膜（b）の全体の抵抗値は２０Ωとなる。つまり、ヒューズ部（c）を形成することで金属膜（b）の電気抵抗は高くなる。したがって、ヒューズ部（c）が形成されたコンデンサ素子は、等価直列抵抗（ESR）が大きくなるため、発熱量が大きくなる。
【００４７】
一方で、本変形例では、ヒューズ部（19）が形成された金属膜（14）を有するコンデンサ素子（11）の直径（D）の寸法が、フィルム（13）の幅（L）の寸法よりも大きくなるように形成されている。これにより、コンデンサ素子（11）の等価直列抵抗（ESR）を下げることができるため、コンデンサ素子（11）の発熱量を下げることができる。
【００４８】
また、分割した分割金属膜（14a,14a）間をヒューズ部（19）で接続したため、回路の短絡時等にはヒューズ部（19）が分割金属膜（14a,14a）間を遮断することができる。これにより、コンデンサ素子（11）の耐圧性能を向上させることができる。その他の構成、作用・効果は実施形態と同様である。
【００４９】
〈その他の実施形態〉
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００５０】
上記実施形態では、フィルム（13）を構成する材料としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いたが、本発明はその他の高誘電率材料によってフィルム（13）を構成するようにしてもよい。
【００５１】
上記実施形態では、本発明に係る電極膜を形成する材料としてアルミニウムを用いたが、電極膜は、例えば亜鉛（Ｚｎ）等の金属によっても形成することができる。
【００５２】
尚、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】
【００５３】
以上説明したように、本発明は、高誘電率材料のフィルムを用いたコンデンサ素子の使用温度環境条件の拡大化対策について有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１１          コンデンサ素子
１３          フィルム
１４          金属膜
１４ａ        分割金属膜
１８          スリット
１９          ヒューズ部
【図１】
2011114092.tif 000003
【図２】
2011114092.tif 000004
【図３】
2011114092.tif 000005
【図４】
2011114092.tif 000006
【図５】
2011114092.tif 000007
【図６】
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【図７】
2011114092.tif 000009
【図８】
2011114092.tif 000010
【図９】
2011114092.tif 000011
【図１０】
2011114092.tif 000012