(57)【要約】【課題】車載用コンデンサに要求される過酷な温度、湿度環境下における特性の劣化を抑制することができる金属化フィルムコンデンサを提供する。【解決手段】本発明に係る金属化フィルムコンデンサは、ケース９と、金属化フィルムを巻回または積層して形成され、ケース９内に収納される複数個のコンデンサ素子６と、コンデンサ素子６を収納したケース９に充填される樹脂１０とからなり、該樹脂１０には、４０〜８５ｗｔ％のアルミナケイ酸塩が添加されている。または、上記樹脂１０の代わりに、２０ｗｔ％以上のアルミナケイ酸塩と、アルミナまたはシリカゲルとが添加されており、アルミナケイ酸塩と、アルミナまたはシリカゲルの合計添加量を４０〜８５ｗｔ％とした樹脂１０を用いてもよい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、金属化フィルムを巻回または積層して形成され、該ケース内に収納される複数個のコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を収納した該ケースに充填される樹脂とからなる金属化フィルムコンデンサであって、
前記樹脂には、アルミナケイ酸塩が添加されていることを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
【請求項２】
前記アルミナケイ酸塩の添加量が４０〜８５ｗｔ％であることを特徴とする請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項３】
ケースと、金属化フィルムを巻回または積層して形成され、該ケース内に収納された複数個のコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を収納した該ケースに充填される樹脂とからなる金属化フィルムコンデンサであって、
前記樹脂には、アルミナケイ酸塩と、アルミナまたはシリカゲルとが添加されていることを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
【請求項４】
前記アルミナケイ酸塩の添加量が２０ｗｔ％以上であり、前記アルミナケイ酸塩と、前記アルミナまたは前記シリカゲルの合計添加量が４０〜８５ｗｔ％であることを特徴とする請求項３に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項５】
前記樹脂は、エポキシ樹脂および／またはウレタン樹脂であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか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、コンデンサ素子をケースに収納した後に、該ケースに樹脂を充填、硬化して作製される金属化フィルムコンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属化フィルムコンデンサは、誘電体フィルムの少なくとも片面に金属を蒸着させて蒸着電極を形成し、このフィルムを巻回して形成した巻回体の端面にメタリコンを形成してコンデンサ素子を作製し、これをケースに複数個収納した後、該ケースに樹脂を充填し、これを硬化させて作製されている。
【０００３】
コンデンサ素子の周りに充填される樹脂としては、通常、エポキシ樹脂および／またはウレタン樹脂が用いられており、これにより、ケース外部の湿気または温度変化によるコンデンサの特性劣化を抑制している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、特許文献２に記載の金属化フィルムコンデンサでは、エポキシ樹脂に添加するフィラーの量を規定することによって樹脂の線膨張を抑え、過酷な温度変化に対する環境安定性を確保している。
【特許文献１】特開２００３―３３８４２３号公報
【特許文献２】特開２００６―２５３２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の金属化フィルムコンデンサで樹脂として使用されるウレタン樹脂は、エポキシ樹脂に比べて弾性率が小さく、割れにくいため、温度サイクル試験におけるクラックの発生を抑制することができるが、耐熱性、耐湿性、耐絶縁性が劣るため、これらの特性に優れたエポキシ樹脂が併用されている。
しかしながら、エポキシ樹脂を併用した場合でも、車載用コンデンサに要求される９０℃−９０％ＲＨの過酷な温度、湿度環境下において、この金属化フィルムコンデンサの特性を長期間にわたって安定させるのは困難であった。
【０００６】
また、特許文献２に記載の金属化フィルムコンデンサでは、エポキシ樹脂に無機フィラーを添加することによって、線膨張係数を低下させ、温度サイクル試験におけるエポキシ樹脂の膨張、収縮を抑え、樹脂表面のクラックの発生を防止すると共に、ケース外部の湿気による金属化フィルムコンデンサの特性劣化を抑制している。
しかしながら、この金属化フィルムコンデンサにおいても、車載用コンデンサに要求される９０℃−９０％ＲＨの過酷な温度、湿度環境下では、エポキシ樹脂の吸湿によって金属化フィルムコンデンサの特性の劣化が起こり、金属化フィルムコンデンサの特性を安定させるのは困難であった。
【０００７】
上記の問題に鑑みて、本発明は、エポキシ樹脂および／またはウレタン樹脂を使用した車載用コンデンサに要求される過酷な温度、湿度環境下における特性の劣化を抑制することができる金属化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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る金属化フィルムコンデンサは、ケースと、金属化フィルムを巻回または積層して形成され、該ケース内に収納される複数個のコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を収納した該ケースに充填される樹脂とからなる金属化フィルムコンデンサであって、前記樹脂には、アルミナケイ酸塩が添加されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る金属化フィルムコンデンサは、ケースと、金属化フィルムを巻回または積層して形成され、該ケース内に収納された複数個のコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を収納した該ケースに充填される樹脂とからなる金属化フィルムコンデンサであって、前記樹脂には、４０〜８５ｗｔ％のアルミナケイ酸塩が添加されるか、または、２０ｗｔ％以上のアルミナケイ酸塩と、アルミナまたはシリカゲルとが添加されており、前記アルミナケイ酸塩と、前記アルミナまたは前記シリカゲルの合計添加量が４０〜８５ｗｔ％であることを特徴とする。
【００１０】
そして、前記樹脂は、エポキシ樹脂および／またはウレタン樹脂であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、吸湿性に優れたアルミナケイ酸塩を樹脂に添加したことによって、コンデンサ外部の湿気が樹脂中に保持され、コンデンサ素子にまで達することがないので、車載用コンデンサに要求される、高温高湿下での特性劣化の抑制が可能な金属化フィルムコンデンサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図１〜３を用いて説明する。
【００１３】
［実施例１］エポキシ樹脂、アルミナケイ酸塩５０ｗｔ％添加
図１において、１は本発明に係る金属化ポリプロピレンフィルム（以下、金属化フィルムという。）で、２は金属化フィルム１の片面にアルミニウムを蒸着した４μｍ厚の蒸着電極領域、３は電極を形成しないマージン部である。
蒸着電極領域２は、複数の蒸着電極４に分割されており、これらはヒューズ部５を介して並列に接続されている。
【００１４】
図２は、本発明に係るコンデンサ素子である。コンデンサ素子６は、図１に示す金属化フィルム１、およびこれと上下反対に電極を蒸着させた金属化フィルム１’を重ねて巻回し、この巻回体をプレスして偏平状にし、さらに、その両端面にメタリコン７、７’を形成したものである。
金属化フィルム１、１’には、それぞれマージン部３、３’が設けられているため、メタリコン７は蒸着電極領域２のみに接触し、メタリコン７’は蒸着電極領域２’のみに接触する。
【００１５】
図３は、上記のようにして作製した１０個のコンデンサ素子６をケース９に収納し、樹脂１０を充填硬化した金属化フィルムコンデンサの断面図である。
各コンデンサ素子６のメタリコン７は電極板８によって並列に接続され、電極板８は引出端子１１によって外部に引き出される。
また、図３では図示されない他方のメタリコン７’も同様に、電極板で並列に接続され、引出端子で外部に引き出される。
【００１６】
実施例１では、エポキシ樹脂に添加剤としてアルミナケイ酸塩を５０ｗｔ％添加した樹脂を使用して、定格：電圧５００Ｖ、静電容量２０００μＦの金属化フィルムコンデンサを作製した。なお、実施例１で使用したアルミナケイ酸塩は次式で表されるものである。
ＭｅＯｘ・Ａｌ２Ｏ３・ｍＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏ
ここで、Ｍｅは金属イオン、ｘ、ｍ、ｎは整数である。
実施例１では、金属イオンをＮａとしたアルミナケイ酸ナトリウム塩を使用したが、金属イオンには、この他にもＣａ、Ｍｇ、Ｋ等を適用することができる。
【００１７】
（比較例１）エポキシ樹脂、アルミナ５０ｗｔ％添加
比較例１として、エポキシ樹脂に添加剤としてアルミナを５０ｗｔ％添加した樹脂を使用し、それ以外は実施例１と同様の仕様、作製方法で、金属化フィルムコンデンサを作製した。
【００１８】
（比較例２）エポキシ樹脂、シリカゲル５０ｗｔ％添加
比較例２として、エポキシ樹脂に添加剤としてシリカゲルを５０ｗｔ％添加した樹脂を使用し、それ以外は実施例１と同様の仕様、作製方法で、金属化フィルムコンデンサを作製した。
【００１９】
（比較例３）エポキシ樹脂（添加剤なし）
比較例３として、樹脂としてエポキシ樹脂（添加剤なし）を使用し、それ以外は実施例１と同様の仕様、作製方法で、金属化フィルムコンデンサを作製した。
【００２０】
実施例１および比較例１〜３の金属化フィルムコンデンサ各５個について、８５℃−８５％ＲＨの環境下、または９０℃−９０％ＲＨの環境下で５００Ｖの電圧を２０００時間印加する耐湿負荷試験を行った。各コンデンサの、試験前後の静電容量変化率（平均値）を表１に示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
アルミナケイ酸塩を添加した実施例１に係る金属化フィルムコンデンサは、８５℃−８５％ＲＨ、および９０℃−９０％ＲＨの試験前後において、静電容量がほとんど変化しなかった。
これに対して、アルミナを添加した比較例１、およびシリカゲルを添加した比較例２に係る金属化フィルムコンデンサは、８５℃−８５％ＲＨの試験では良好な結果を示したが、９０℃−９０％ＲＨの試験では静電容量が著しく減少した。
また、添加剤を使用しなかった比較例３に係る金属化フィルムコンデンサは、８５℃−８５％ＲＨにおいても静電容量が減少し、特に９０℃−９０％ＲＨにおける静電容量の減少が著しかった。
【００２３】
以上のように、アルミナケイ酸塩を添加した実施例１に係る金属化フィルムコンデンサは、他の添加剤を添加したもの、または添加剤を使用しなかったものに比べて、９０℃−９０％ＲＨ環境下の耐湿負荷試験における静電容量が著しく減少した。
【００２４】
［実施例２］エポキシ樹脂、アルミナケイ酸塩１０〜９５ｗｔ％添加
次に、実施例２として、エポキシ樹脂に添加剤としてアルミナケイ酸塩を１０〜９５ｗｔ％添加した樹脂を使用し、それ以外は実施例１と同様の仕様、作製方法で、金属化フィルムコンデンサを作製した。
【００２５】
実施例２に係る金属化フィルムコンデンサ各５個について、従来よりも厳しい温度サイクル試験、および９０℃−９０％ＲＨ環境下における５００Ｖ、２０００時間の耐湿負荷試験を行い、ｔａｎδ（ａｔ  １ｋＨｚ）（平均値）、および静電容量変化率（平均値）を測定した。
この試験の結果を表２に示す。なお、温度サイクル試験は、−４０℃から＋１１０℃まで２時間で昇温し、その後＋１１０℃から−４０℃まで２時間で降温することを１サイクルとし、これを２０００回繰り返して行った。
【００２６】
また、表２に係る試験では、さらに、充填作業性についても評価を行った。エポキシ樹脂に添加するアルミナケイ酸塩の添加量が多くなると、エポキシ樹脂の粘度が高くなり、ケースに充填するのに時間がかかる。つまり、表２の充填作業性とは、この充填時間が生産性に影響を及ぼさない程度か否かについて評価を行ったものである。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
温度サイクル試験において、アルミナケイ酸塩の添加量が３０ｗｔ％以下の金属化フィルムコンデンサでは、試験後のｔａｎδが増加した。これは、３０ｗｔ％以下の添加量では、アルミナケイ酸塩がその効果を十分発揮することができず、メタリコンと電極板とのはんだ付け部の接触状態が悪化したためだと思われる。
また、９０℃−９０％ＲＨの耐湿負荷試験において、アルミナケイ酸塩の添加量が１０ｗｔ％、または９５ｗｔ％の金属化フィルムコンデンサでは、静電容量が著しく減少した。
さらに、添加量が９５ｗｔ％の金属化フィルムコンデンサは、エポキシ樹脂の粘性が高く作業性が低下すると共に、充填樹脂中に気泡が入り易かった。樹脂中の気泡は、耐湿負荷試験における容量変化率に悪影響を及ぼすおそれがあるため、好ましくない。
【００２９】
以上をまとめると、アルミナケイ酸塩の添加量を４０〜８５ｗｔ％とした金属化フィルムコンデンサは、樹脂の充填作業性が損なわれることなく、−４０〜＋１１０℃の温度サイクル試験、および９０℃−９０％ＲＨの耐湿負荷試験において安定した特性を示した。
【００３０】
［実施例３］エポキシ樹脂、１０〜９５ｗｔ％アルミナケイ酸塩、０〜７５ｗｔ％アルミナ添加
次に、実施例３として、エポキシ樹脂に１０〜９５ｗｔ％のアルミナケイ酸塩、および０〜７５ｗｔ％のアルミナを添加した樹脂を使用し、それ以外は実施例１と同様の仕様、作製方法で金属化フィルムコンデンサを作製した。
【００３１】
実施例３に係る金属化フィルムコンデンサ各５個について、実施例２と同様の温度サイクル試験、および９０℃−９０％ＲＨにおける５００Ｖ、２０００時間の耐湿負荷試験を行い、ｔａｎδ（ａｔ  １ｋＨｚ）（平均値）、および静電容量変化率（平均値）を測定した。
この試験の結果を表３に示す。
【００３２】
【表３】
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【００３３】
アルミナケイ酸塩とアルミナの合計添加量が４０ｗｔ％以上、すなわち表３の全条件において、−４０〜＋１１０℃の温度サイクル試験後のｔａｎδ（ａｔ  １ｋＨｚ）が良好な結果となった。
また、アルミナケイ酸塩の添加量が２０ｗｔ％以上で、かつアルミナケイ酸塩とアルミナの合計添加量が８５ｗｔ％以下であれば、９０℃−９０％ＲＨの耐湿負荷試験においても良好な結果を得ることができた。
【００３４】
つまり、高価なアルミナケイ酸塩の一部を比較的安価なアルミナに置き換えても、アルミナケイ酸塩が２０ｗｔ％以上添加されており、かつアルミナケイ酸塩とアルミナの合計添加量が８５％を超えない限り、アルミナケイ酸塩のみを添加した場合とほぼ同等の効果を得ることができ、製造コストを低減することができる。
【００３５】
以上、表１〜３に示した試験の結果をまとめると、樹脂に対するアルミナケイ酸塩の添加量を４０〜８５ｗｔ％とするか、またはアルミナケイ酸塩の添加量を２０ｗｔ％以上とし、かつアルミナケイ酸塩とアルミナとの合計添加量を４０〜８５ｗｔ％とすることによって、従来よりも過酷な温度サイクル試験（−４０℃〜＋１１０℃）、および耐湿負荷試験（９０℃−９０％ＲＨ）に耐え得る金属化フィルムコンデンサを得ることができる。
【００３６】
なお、上記実施例では、樹脂としてエポキシ樹脂を使用したが、これに替えて、エポキシ樹脂／他の樹脂、エポキシ樹脂／ウレタン樹脂、エポキシ樹脂／ウレタン樹脂／他の樹脂、ウレタン樹脂／他の樹脂、または、ウレタン樹脂を用いても上記と同様の結果を得ることができる。
また、上記実施例では、アルミナケイ酸塩としてアルミナケイ酸ナトリウム塩を使用したが、これに替えて、アルミナケイ酸カルシウム塩、アルミナケイ酸マグネシウム塩、アルミナケイ酸カリウム塩、またはこれらを２種以上混合した混合物、またはこれらとアルミナケイ酸ナトリウム塩の混合物を用いても、上記と同様の効果を得ることができる。
そして、実施例３では、アルミナケイ酸塩と共にアルミナを添加したが、これに替えてシリカゲルを用いても、またはアルミナとシリカゲルを併用しても、上記と同様の結果を得ることができる。
【００３７】
また、本発明には、上記実施例で使用したコンデンサ素子以外の種々のコンデンサ素子が適用可能である。
例えば、図１に示す金属化フィルム１の両面に蒸着電極領域２を形成してもよく、また、マージン部３を除いた蒸着電極領域２全体を１つの大きな蒸着電極４としてもよい。
また、図２では、金属化フィルム１を巻回してコンデンサ素子６を形成したが、必要な枚数の金属化フィルム１を積層して形成してもよい。
さらに、蒸着電極４の形状が異なる２種類の金属化フィルム１を巻回または積層してコンデンサ素子６を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】金属化フィルムコンデンサに用いられる金属化ポリプロピレンフィルムの平面図である。
【図２】金属化フィルムコンデンサ用コンデンサ素子の斜視図である。
【図３】ケース内に複数のコンデンサ素子を収納した金属化フィルムコンデンサの断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１、１’    金属化ポリプロピレンフィルム
２、２’    蒸着電極領域
３、３’    マージン部
４、４’    蒸着電極
５、５’    ヒューズ部
６    コンデンサ素子
７、７’    メタリコン
８    電極板
９    ケース
１０    樹脂
１１    引出端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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