(57)【要約】【課題】パターン蒸着やスリット加工を施すことなく、絶縁欠陥部で短絡が生じても絶縁の自己回復をすることができるフィルムコンデンサを提供すること。【解決手段】誘電体フィルム５２に金属蒸着膜５３を形成した一対の金属化フィルム５１を複数積層し、金属蒸着膜５３と一対のメタリコン電極４２および端子４３とを接合したフィルムコンデンサ３０であって、一対の金属化フィルム５１のうちの少なくとも一方の金属蒸着膜５３は、メタリコン電極４２および端子４３との接合部５３ａの厚みが、接合部５３ａ以外の他の部分の厚みよりも小さいことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体フィルムに金属蒸着膜を形成した一対の金属化フィルムを複数積層し、前記金属蒸着膜と一対のバスバとを接合したフィルムコンデンサであって、
前記一対の金属化フィルムのうちの少なくとも一方の前記金属蒸着膜は、前記バスバとの接合部の厚みが、前記接合部以外の他の部分の厚みよりも小さい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、金属化フィルムとヒューズとを備えたフィルムコンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のフィルムコンデンサとして、例えば、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、誘電体フィルム１上に第１の内部電極２が形成された第１の金属化フィルム３と誘電体フィルム１上に第２の内部電極４が形成された第２の金属化フィルム５とが交互に複数積層された積層体１０と、第１の内部電極２に接続された第１の電極１１と、第２の内部電極４に接続された第２の電極１２とを備えたフィルムコンデンサ２０が開示されている（特許文献１参照）。
【０００３】
フィルムコンデンサ２０の第１の内部電極２は、第２の内部電極４と対向配置されて静電容量を形成する１以上の容量形成部１３と、第１の電極１１と接続される引き出し部１４と、容量形成部１３と引き出し部１４との間または複数の容量形成部１３の間に配置されたヒューズ部１５とを備えている。フィルムコンデンサ２０においては、第１の金属化フィルム３に絶縁の欠陥が発生し、第１の金属化フィルム３から第２の金属化フィルム５に短絡Ｓｔが生じた場合、図５（ｂ）に示すように、ヒューズ部１５に電流が集中し、過熱によりヒューズ部１５が切断されて絶縁が自己回復する、いわゆる自己保全性能が発揮されるよう構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１７０６６３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、特許文献１に記載のフィルムコンデンサ２０は、容量形成部１３と引き出し部１４との間に形成されたスリットからなるヒューズ部１５の蒸着の面積が、容量形成部１３や引き出し部１４に施された蒸着の面積に比べて小さくなっており、部品体格にロスが出来てしまい生産コストが高まってしまうという問題がある。即ち、蒸着の際にスリットを形成する蒸着マスクをセットし、蒸着後に蒸着マスクを取り外すという、いわゆるパターン蒸着に手間が掛かってしまう。また、蒸着後にスリットを形成する加工を行うと加工に手間が掛かってしまう。したがって、パターン蒸着やスリットの加工は作業性が良くなく作業工数が増えてしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、パターン蒸着やスリット加工を施すことなく、絶縁欠陥部で短絡が生じても絶縁の自己回復をすることができるフィルムコンデンサを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るフィルムコンデンサは、誘電体フィルムに金属蒸着膜を形成した一対の金属化フィルムを複数積層し、前記金属蒸着膜と一対のバスバとを接合したフィルムコンデンサであって、前記一対の金属化フィルムのうちの少なくとも一方の前記金属蒸着膜は、前記バスバとの接合部の厚みが、前記接合部以外の他の部分の厚みよりも小さいことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るフィルムコンデンサにおいては、一対の金属化フィルムのうちの少なくとも一方の金属蒸着膜は、バスバとの接合部の厚みが、接合部以外の他の部分の厚みよりも小さく形成されている。その結果、絶縁欠陥部で短絡が生じた場合、バスバとの接合部に電流が集中し過熱によりバスバとの接合部が切断されて自己回復によりフィルムコンデンサの絶縁が保たれる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、パターン蒸着やスリット加工を施すことなく、絶縁欠陥部で短絡が生じても絶縁の自己回復をすることができるフィルムコンデンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るフィルムコンデンサの図であり、図１（ａ）は、フィルムコンデンサの分解斜視図を示し、図１（ｂ）は、フィルムコンデンサの断面図を示す。
【図２】本発明の実施形態に係るフィルムコンデンサの金属化フィルムおよびメタリコン電極の図であり、図２（ａ）は、金属化フィルムおよびメタリコン電極の断面図を示し、図２（ｂ）は、金属化フィルムおよびメタリコン電極の平面図を示す。
【図３】本発明の実施形態に係るフィルムコンデンサの実施例および比較例を説明する説明図であり、図３（ａ）は、フィルムコンデンサの実施例および比較例における金属化フィルムの構造を説明する説明図を示し、図３（ｂ）は、端子間に印加する電圧を示す。
【図４】本発明の実施形態に係るフィルムコンデンサの実施例および比較例に係るフィルムコンデンサの図であり、図４（ａ）は、フィルムコンデンサの断面図を示し、図４（ｂ）は、フィルムコンデンサの解析結果を説明する説明図を示す。
【図５】従来のフィルムコンデンサの構成図であり、図５（ａ）は、第１の金属化フィルム、第２の金属化フィルム、第１の電極および第２の電極の断面図を示し、図５（ｂ）は、第１の金属化フィルム、第１の電極および第２の電極の平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係るフィルムコンデンサを適用した実施形態に係るフィルムコンデンサ３０の構成について図面を参照して説明する。
【００１２】
実施形態に係るフィルムコンデンサ３０は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、金属化フィルム素子４０と、ケース５０と、封止材６０とにより構成されている。フィルムコンデンサ３０は、金属化フィルム素子４０に電圧が印加されると金属化フィルム素子４０内に電荷を蓄えることができる所定の静電容量（Ｆ）、いわゆるコンデンサ容量を備えた受動素子からなる。
【００１３】
金属化フィルム素子４０は、金属化フィルム柱体４１と、一対のメタリコン電極４２と、一対のバスバなどの端子４３とにより構成されている。金属化フィルム柱体４１は、図２に示すように、数万枚程度の多数の一対からなる金属化フィルム５１が積層されて柱状に形成されている。なお、図２では、説明の便宜上、一対の金属化フィルム５１のみを示している。本実施形態のメタリコン電極４２および端子４３は本発明に係るフィルムコンデンサのバスバを構成する。
【００１４】
金属化フィルム５１は、誘電体フィルム５２と、金属蒸着膜５３とを有している。誘電体フィルム５２は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの良好な耐湿性および電気特性を有する高分子フィルムからなる。誘電体フィルム５２は、２μｍから４μｍ程度の厚みで形成されている。
【００１５】
金属蒸着膜５３は、高真空中で蒸着材料を加熱し気化、昇華させ気体分子となった蒸着材料を誘電体フィルム５２に衝突付着させる真空蒸着により形成された蒸着薄膜からなる。蒸着材料は、アルミニウム（Ａｌ）や亜鉛（Ｚｎ）などの良好な耐電圧特性を有する金属材料からなる。なお、金属蒸着膜５３を真空蒸着以外のスパッタリングやイオンプレーティングなどの薄膜形成方法で形成してもよい。
【００１６】
金属蒸着膜５３は、図２（ａ）、図２（ｂ）の破線ａで囲まれた領域に示すように、メタリコン電極４２との接合部５３ａが、接合部５３ａ以外の金属蒸着膜５３の他の部分よりも厚みが小さく形成されている。この接合部５３ａは、図２（ａ）に示すように金属蒸着膜５３の中央部からメタリコン電極４２に向かう方向に傾斜し、徐々に厚みが小さくなる傾斜部で形成されていてもよく、接合部５３ａの厚みが一定で金属蒸着膜５３の他の部分よりも小さい厚みを有する段差部で形成されていてもよい。また、金属蒸着膜５３は、図２（ａ）において紙面の上側に位置する金属蒸着膜５３にのみ接合部５３ａが形成されているが、紙面の下側に位置する金属蒸着膜５３に上側に位置する金属蒸着膜５３と同様の接合部５３ａを形成してもよい。一方、紙面の下側に位置する金属蒸着膜５３にのみ上側に位置する金属蒸着膜５３と同様の接合部５３ａを形成してもよい。つまり、接合部５３ａは、いずれか一方の電極側の金属蒸着膜５３のみに設けられていてもよく、また、両方の電極の金属蒸着膜５３にそれぞれ設けられていてもよい。
【００１７】
メタリコン電極４２は、金属化フィルム柱体４１の一方端部の電極取り出し面と他方端部の電極取り出し面に形成された一対の電極からなり、例えば溶解した亜鉛（Ｚｎ）などの金属微粒子を金属化フィルム柱体４１の一方端部および他方端部に吹き付けて表面で固化させるコーティング、いわゆる溶射金属による接合により形成されている。
【００１８】
各メタリコン電極４２の表面には端子４３との結合を良好にする部材、例えば、はんだ層が形成されており、各端子４３が各メタリコン電極４２の表面にそれぞれ電気的に接続されるよう構成されている。
【００１９】
端子４３は、一対のメタリコン電極４２にそれぞれ接合された導体からなり、メタリコン電極４２に接合された部分の反対側は、図１（ｂ）に示すように、ケース５０の上面から突出している。端子４３の突出した部分に電圧が印加されると、金属化フィルム素子４０に電圧が印加されるよう構成されている。
【００２０】
ケース５０は、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）またはポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの良好な耐湿性や難燃性を有する合成樹脂で形成されている。ケース５０は、図１（ａ）に示すように、外形状が直方体で一方の側面が開口されており、短側内壁５０ａと長側内壁５０ｂで囲まれた内空間５０ｃを有し、その内空間５０ｃに、金属化フィルム素子４０および端子４３の一部が収容されている。
【００２１】
封止材６０は、エポキシ樹脂（ＥＰ）、ポリウレタン樹脂（ＰＵＲ）、シリコーン樹脂（ＳＩ）などの良好な絶縁性、耐熱性、耐湿性および熱伝導性を有する合成樹脂からなる。封止材６０は、ケース５０内に収容した金属化フィルム素子４０および端子４３の一部と短側内壁５０ａおよび長側内壁５０ｂとの間の内空間５０ｃに充填されている。
【００２２】
以下、本実施形態に係るフィルムコンデンサ３０の実施例および比較例により、本発明に係るフィルムコンデンサについてさらに具体的に説明する。但し、本発明に係るフィルムコンデンサの技術的範囲は実施例に限定されるものではない。
【００２３】
＜実施例＞
実施例においては、まず、図３（ａ）に示すように、フィルムコンデンサ３０の金属化フィルム５１に相当する金属化フィルム実施例サンプルを作製し、電圧を印加させて接合部ＣＮの電流密度（Ａ／ｍ２）を求め、接合部ＣＮがヒューズとして機能するか否かを検証した。
【００２４】
金属化フィルム実施例サンプルは、アルミニウム（Ａｌ）からなり、図３（ａ）の平面図および側面図に示すように、全体を縦１０ｍｍ、横１００ｍｍ、厚み０．１ｍｍの大きさで作製し、かつ、接合部ＣＮを縦１０ｍｍ、横３ｍｍ、厚み０．０２ｍｍで作製した。
【００２５】
次いで、作製した金属化フィルム実施例サンプルに対して、図３（ｂ）に示すように、接合部ＣＮの片側の部分を高電位の１０００Ｖ、もう一方の部分を０Ｖとして電圧を印加させ、金属化フィルム実施例サンプルの電流密度（Ａ／ｍ２）を解析で求めた。解析ソフトは、株式会社JSOL製のJMAG-Designer13.0を使用し、解析パラメータを電流密度に設定した。高電位の１０００Ｖは、金属化フィルムが短絡し電流が流れる状態を想定した値となっている。
【００２６】
金属化フィルム実施例サンプルの解析結果は、図３（ａ）の電流密度分布の欄に示すように、フィルム端部となる接合部ＣＮの電流密度は３Ｅ＋１２Ａ／ｍ２となり、金属化フィルム実施例サンプルの面内で最も高い値となった。この接合部ＣＮの電流密度３Ｅ＋１２Ａ／ｍ２の絶対値も接合部ＣＮの面内で同等の値となっている。したがって、金属化フィルム実施例サンプルはヒューズとしての効果が得られる。
【００２７】
＜比較例＞
比較例においては、まず、図３（ａ）に示すように、従来のフィルムコンデンサの金属化フィルムに相当する金属化フィルム比較例サンプルを作製し、電圧を印加させてヒューズ部ＨＺの電流密度を求めヒューズ部ＨＺのヒューズとしての特性を検証した。
【００２８】
金属化フィルム比較例サンプルは、アルミニウム（Ａｌ）で形成し、図３（ａ）の平面図および側面図に示すように、全体を縦１０ｍｍ、横１００ｍｍ、厚み０．１ｍｍの大きさで作製し、かつ、ヒューズ部ＨＺを縦２ｍｍ、横３ｍｍのスリットで作製した。
【００２９】
次いで、作製した金属化フィルム比較例サンプルに対して、金属化フィルム実施例サンプルと同様に、金属化フィルム比較例サンプルの片側の部分を高電位の１０００Ｖ、もう一方の部分を０Ｖとして電圧を印加させ、金属化フィルム比較例サンプルの電流密度を解析で求めた。解析ソフトや解析パラメータは、金属化フィルム実施例サンプルと同様にして解析した。
【００３０】
金属化フィルム比較例サンプルの解析結果は、図３（ａ）の電流密度分布の欄に示すように、ヒューズ部ＨＺの電流密度は２Ｅ＋１２Ａ／ｍ２となり、金属化フィルム比較例サンプルの面内で最も高い値となった。このヒューズ部ＨＺの電流密度２Ｅ＋１２Ａ／ｍ２の絶対値も金属化フィルム実施例サンプルの接合部ＣＮと同様、ヒューズ部ＨＺの面内で同等の値となっている。
【００３１】
次いで、実施形態における金属蒸着膜５３の接合部５３ａは、メタリコン電極４２と接合する部分に設けられているが、接合部５３ａの金属蒸着膜５３における最適位置についてフィルムコンデンサ実施例サンプルおよびフィルムコンデンサ比較例サンプルを作製して検討した。なお、最適位置の解析方法は、図４（ａ）に示すように、金属化フィルム素子１４０を８個の領域Ｅに分割し、発熱量分布を考慮した温度解析による方法で実施した。
【００３２】
＜実施例＞
フィルムコンデンサ実施例サンプルは、実施形態のフィルムコンデンサ３０と同様に構成されており、図４（ａ）に示すように、金属化フィルム素子１４０と、ケース１５０と、封止材１６０とにより構成した。金属化フィルム素子１４０は、金属化フィルムが積層された金属化フィルム柱体１４１と、一対のメタリコン電極１４２と、一対の端子１４３とにより構成した。
【００３３】
金属化フィルムは、実施形態のフィルムコンデンサ３０と同様、誘電体フィルムと、金属蒸着膜とを有している。誘電体フィルムは、ポリプロピレン（ＰＰ）で形成し、金属蒸着膜はアルミニウム（Ａｌ）で形成した。金属蒸着膜は、図２（ａ）、図２（ｂ）に示す金属蒸着膜５３と同様に、メタリコン電極１４２との接合部を有し、この接合部は、他の部分よりも厚みを小さく形成した。即ち、ヒューズに相当する部分をメタリコン電極１４２の近傍に設けた。
【００３４】
メタリコン電極１４２は、金属化フィルム柱体の一方端部と他方端部に形成された一対の電極からなり、溶解した亜鉛（Ｚｎ）の微粒子を金属化フィルム柱体の一方端部および他方端部に吹き付けて形成した。端子１４３は、一対のメタリコン電極１４２にそれぞれ接合された銅（Ｃｕ）で形成した。
【００３５】
ケース１５０は、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）で形成し、封止材６０は、エポキシ樹脂（ＥＰ）を、ケース１５０内に充填して形成した。
【００３６】
次いで、フィルムコンデンサ実施例サンプルについて、株式会社ソフトウェアクレイドル製の解析ソフトSCRYU/Tetra V12を使用し、解析パラメータを温度［℃］に設定し、ヒューズ部となる金属蒸着膜におけるメタリコン電極１４２との接合部の発熱量は１Ｗ、金属蒸着膜における他の部分は０．２Ｗで設定した。即ち、ヒューズ部となる接合部の発熱量を高くして高損失量になるよう設定した。なお、発熱量のＷは、単位時間あたりの発熱量と時間の積で表され、単位はジュール（Ｊ）となる。
【００３７】
フィルムコンデンサ実施例サンプルの解析結果は、図４（ｂ）の解析結果の欄のコンター図に示される。フィルムコンデンサ実施例サンプルは、図中の（１）で示すヒューズ部となる金属蒸着膜におけるメタリコン電極１４２との接合部において、金属蒸着膜の中で最も高い約４２．７℃となった。なお、コンター図は、温度などの量の値が同じである点を結んだ等値線を描いた図であり、等値線で囲まれる範囲内は同じ温度であることが示されている。接合部は、金属蒸着膜の中で最も高い約４２．７℃となっているので、ヒューズ部となる接合部を金属蒸着膜におけるメタリコン電極１４２の近傍に配置することが最も放熱性に優れ、接合部を金属蒸着膜におけるメタリコン電極１４２の近傍に配置することが最適であることが分かった。
【００３８】
＜比較例＞
フィルムコンデンサ比較例サンプルは、図４（ａ）に示すフィルムコンデンサ実施例サンプルと同様に作製したが、接合部の位置がフィルムコンデンサ実施例サンプルと異なって作製されている。即ち、フィルムコンデンサ実施例サンプルは、金属蒸着膜の他の部分よりも厚みが小さく形成されたヒューズに相当する接合部が、メタリコン電極１４２の近傍に設けられている。これに対し、フィルムコンデンサ比較例サンプルは、金属蒸着膜の他の部分よりも厚みが小さく形成されたヒューズに相当する部分が金属蒸着膜の中央となる素子中央に形成されている。
【００３９】
次いで、フィルムコンデンサ比較例サンプルについて、フィルムコンデンサ実施例サンプルと同じ解析ソフトを使用し、同じ条件に設定して解析した。フィルムコンデンサ比較例サンプルの解析結果は、図４（ｂ）の解析結果の欄のコンター図に示される。フィルムコンデンサ比較例サンプルは、図中の（１）で示すヒューズ部となる金属蒸着膜における素子中央部において、金属蒸着膜の中で最も高い約６３．６℃となった。したがって、フィルムコンデンサ比較例サンプルは、フィルムコンデンサ実施例サンプルの最も高い約４２．７℃に対して、２０．９℃程高くなっているので、ヒューズ部となる金属蒸着膜における素子中央部は、フィルムコンデンサ実施例サンプルに対して放熱性が劣っており、ヒューズ部に相当する部分を素子中央部に配置することは、適さないことが分かった。
【００４０】
本実施形態に係るフィルムコンデンサ３０は、一対の金属化フィルム５１のうちの少なくとも一方の金属蒸着膜５３の接合部５３ａが、素子の中央部分でなく、メタリコン電極４２および端子４３との接合部分に位置し、接合部５３ａの厚みが、接合部５３ａ以外の他の部分の厚みよりも小さく形成されている。実施例および比較例で説明したように、接合部５３ａの位置および厚みは最適な構成となっており、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、金属化フィルム５１内で絶縁欠陥が発生し、短絡Ｓｔが生じた場合でも、メタリコン電極４２および端子４３との接合部５３ａに電流が集中し、過熱により接合部５３ａの破線ａで囲まれた領域部分が切断されて自己回復によりフィルムコンデンサの絶縁が保たれるという効果が得られる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００４２】
３０・・・フィルムコンデンサ、４０，１４０・・・金属化フィルム素子、４１，１４１・・・金属化フィルム柱体、４１ａ，４１ｂ・・・電極取り出し面、４２，１４２・・・メタリコン電極（バスバ）、４３，１４３・・・端子（バスバ）、５０，１５０・・・ケース、５０ａ・・・短側内壁、５０ｂ・・・長側内壁、５０ｃ・・・内空間、５１・・・金属化フィルム、５２・・・誘電体フィルム、５３・・・金属蒸着膜、５３ａ・・・接合部、６０，１６０・・・封止材
【図１】
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【図２】
2019102683.tif 000004
【図３】
2019102683.tif 000005
【図４】
2019102683.tif 000006
【図５】
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