(57)【要約】【課題】自動車用等に使用される金属化フィルムコンデンサに関し、高耐熱、高耐電圧化を同時に達成することを目的とする。【解決手段】一対の金属化フィルムを金属蒸着電極２が誘電体フィルム１を介して対向するように巻回した素子と、この素子の両端に形成されたメタリコン電極４からなり、上記誘電体フィルム１としてフィラーを含有しないＰＥＮフィルムを用い、かつ、このＰＥＮフィルムの１５０℃における長手方向の熱収縮率が１．５〜４．０％とした構成により、フィラーがないことによりフィルム表面の凹凸が小さくなるため、この誘電体フィルム１を重ね合わせて巻回した際にエアーを噛むことがなくなり、また、長手方向の熱収縮率が大きいため、熱エージングすることにより更に巻き締め力の高い素子を得ることができるようになり、これにより高耐熱、高耐電圧化を同時に達成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体フィルム上に金属蒸着電極を形成した一対の金属化フィルムを上記金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向するように巻回した素子と、この素子の両端面に金属溶射によって形成された一対のメタリコン電極からなる金属化フィルムコンデンサにおいて、上記誘電体フィルムとしてフィラーを含有しないＰＥＮ（ポリエチレン−２，６−ナフタレート）フィルムを用い、かつ、このＰＥＮフィルムの１５０℃における長手方向（巻回方向）の熱収縮率が１．５〜４．０％である金属化フィルムコンデンサ。
【請求項２】
ＰＥＮフィルムの少なくとも片面の表面粗さＲａが１０〜５０ｎｍである請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項３】
ＰＥＮフィルムの少なくとも片面の静摩擦係数が０．２５〜０．５である請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項４】
ＰＥＮフィルムに、粒子径が０．００１〜１．０μｍの無機フィラーを１重量部以下の範囲で含有させた請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項５】
ＰＥＮフィルムの片面に無機フィラーとバインダー樹脂からなるコーティング層を設けた請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項６】
ＰＥＮフィルムのコーティング層が設けられていない側の面に金属蒸着電極を形成した請求項５に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項７】
誘電体フィルム上に形成される金属蒸着電極に分割電極部を設けると共に、この分割電極部をヒューズ部で接続することにより構成される自己保安機能を設け、かつ、上記ヒューズ部の幅（ａ）と、金属化フィルムの長手方向における分割電極部の長さ（ｂ）の比で示される蒸着パターンのパス率（ａ／ｂ）を４．０以下とした請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項８】
巻回形の金属化フィルムコンデンサ用の誘電体フィルムであって、１５０℃における長手方向（巻回方向）の熱収縮率が１．５〜４．０％、少なくとも片面の表面粗さＲａが１０〜５０ｎｍ、少なくとも片面の静摩擦係数が０．２５〜０．５である、フィラーを含有しないＰＥＮ（ポリエチレン−２，６−ナフタレート）フィルム。
【請求項９】
粒子径が０．００１〜１．０μｍの無機フィラーを１重量部以下の範囲で含有させた請求項８に記載のＰＥＮフィルム。
【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、自動車等に使用され、特に、ハイブリッド自動車のモータ駆動用インバータ回路の平滑用、フィルタ用、スナバ用に最適な金属化フィルムコンデンサ及びこれに用いるＰＥＮフィルム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金属化フィルムコンデンサが注目されており、更に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金属化フィルムコンデンサを採用する傾向が目立っている。
【０００４】
そして、この種の金属化フィルムコンデンサは、自動車に搭載されることから高い耐熱性と高耐電圧化が要求され、高耐熱、高耐電圧化のための開発と提案が種々行われているものであった。
【０００５】
図４（ａ）、（ｂ）はこの種の従来の金属化フィルムコンデンサの構成を示した展開斜視図と誘電体フィルムの断面図であり、図４において、２０はポリプロピレン製の誘電体フィルム、２１はこの誘電体フィルム２０の片面に形成された金属蒸着電極、２２は誘電体フィルム２０の幅方向の一端側に長手方向に連続して設けられた誘電体フィルム２０の露出部分である非金属蒸着部であり、これにより金属化フィルムが形成され、この金属化フィルムを一対で用い、上記金属蒸着電極２１が誘電体フィルム２０を介して対向するように巻回し、両端面に亜鉛を溶射したメタリコン電極２３を形成することにより構成されているものであった。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平４−１６３０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら上記従来の金属化フィルムコンデンサでは、誘電体フィルムの材料として一般的にポリプロピレンフィルム（以下、ＰＰフィルムと呼ぶ）を用いているために耐熱性が低く（約１１０℃程度）、自動車用として要求される過酷な耐熱温度（１５０℃）を満足することができないという課題があった。
【０００８】
このために、誘電体フィルムの材料として、ポリエチレン−２，６−ナフタレート（以下、ＰＥＮと呼ぶ）、ポリフェニレンサルファイト（以下、ＰＰＳと呼ぶ）、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと呼ぶ）等の無機フィラーを含有した誘電体フィルムを用いることによって耐熱性向上を図ることが考えられるが、これらの材料の中で、例えば優れた耐熱性能を有するＰＥＮフィルムを用いた場合には、十分な耐熱性能は得られるものの耐電圧が低いという問題があり、従来のＰＰフィルムで培われた金属蒸着による電極パターンをそのまま転用しても耐電圧性能を十分に満足することができないという課題があった。
【０００９】
さらに、上記従来のＰＥＮフィルムには無機フィラーが含有されていることからフィルム表面の凹凸（表面粗さ）が大きくなるため、このようなフィルムを重ね合わせて巻回した際にエアーを噛んで所望の容量が出ないという問題があるばかりでなく、このようなフィルムをハンドリングすることによって上記無機フィラーの脱落が発生し、これによって耐電圧が低下するという課題があった。
【００１０】
本発明はこのような従来の課題を解決し、高耐熱、高耐電圧化を同時に達成することが可能な金属化フィルムコンデンサ及びこれに用いる誘電体フィルムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明は、一対の金属化フィルムを金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向するように巻回した素子と、この素子の両端面に形成されたメタリコン電極からなる金属化フィルムコンデンサにおいて、上記誘電体フィルムとしてフィラーを含有しないＰＥＮ（ポリエチレン−２,６−ナフタレート）フィルムを用い、かつ、このＰＥＮフィルムの１５０℃における長手方向（巻回方向）の熱収縮率が１．５〜４．０％である構成としたものである。
【００１２】
また、誘電体フィルムとして、１５０℃における長手方向（巻回方向）の熱収縮率が１．５〜４．０％、少なくとも片面の表面粗さＲａが１０〜５０ｎｍ、少なくとも片面の静摩擦係数が０．２５〜０．５である、フィラーを含有しないＰＥＮ（ポリエチレン−２，６−ナフタレート）フィルムを用いるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明による金属化フィルムコンデンサは、誘電体フィルムとしてフィラーを含有しないＰＥＮフィルムを用い、かつ、このＰＥＮフィルムの１５０℃における長手方向（巻回方向）の熱収縮率が１．５〜４．０％である構成としたことにより、フィラーがないことによってフィルム表面の凹凸（表面粗さ）が小さくなるため、このようなフィルムを重ね合わせて巻回した際にエアーを噛むことがなくなり、また、長手方向の熱収縮率が大きいため、熱エージングすることによって更に巻き締め力の高い素子を得ることができるようになり、これにより高耐熱、高耐電圧化を同時に達成することができるという効果が得られるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜４、８、９に記載の発明について説明する。
【００１５】
図１（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態１による金属化フィルムコンデンサの構成を示した展開斜視図と誘電体フィルムの断面図であり、図１において、１は誘電体フィルム、２はこの誘電体フィルム１の片面に形成された金属蒸着電極、３は誘電体フィルム１の幅方向の一端側に長手方向に連続して設けられた誘電体フィルム１の露出部分である非金属蒸着部であり、これにより金属化フィルムが形成され、この金属化フィルムを一対で用い、上記金属蒸着電極２が誘電体フィルム１を介して対向するように巻回し、両端面に亜鉛を溶射した一対のメタリコン電極４を形成することにより構成されているものである。
【００１６】
本実施の形態においては、上記誘電体フィルム１として、フィラーを含有しないＰＥＮ（ポリエチレン−２，６−ナフタレート）フィルム（厚さ３μｍ）を用いた。これは、フィラーを含有しないことによってフィルム表面の凹凸（表面粗さ）が小さくなるため、このようなフィルムを重ね合わせて巻回した際にエアーを噛むことがなくなり、これにより各フィルム間の密着状態が向上して容量アップに繋がることを目的としたものである。
【００１７】
また、巻回後の各フィルム間の密着状態を更に向上させて巻き締め力の高い素子を得ることができるようにすることを目的として、上記誘電体フィルム１の１５０℃における長手方向（巻回方向）の熱収縮率を変化させた誘電体フィルムを用いて金属化フィルムコンデンサを作製し、これを熱エージングした後にコンデンサ特性を評価した結果を（表１）に示す。なお、幅方向（長手方向と交差する方向）の熱収縮率は、０．１〜０．５％の範囲とした。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
なお、（表１）中の容量出現率とは理論計算値に対する製品としての容量値の比率であり、容量変化率はＤＣ７５０Ｖを室温で１０分間印加した際の容量変化率を求めたものである。
【００２０】
（表１）から明らかなように、上記誘電体フィルム１の１５０℃における長手方向（巻回方向）の熱収縮率が１．５〜４．０％の範囲において、容量出現率、容量変化率特性が安定していることが分かる。上記熱収縮率が１．５％未満の場合には各フィルム間の密着状態の良化が小さいために容量が上がらず、また、熱収縮率が４．０％を超えると絞まり過ぎによって不要な応力が発生して耐電圧が低下し、容量変化率が大きくなるために好ましくないことが分かる。
【００２１】
また、上記と同様に、巻回後の各フィルム間の密着状態を更に向上させて巻き締め力の高い素子を得ることができるようにすることを目的として、上記誘電体フィルム１の表面粗さＲａを変化させた誘電体フィルムを用いて金属化フィルムコンデンサを作製し、コンデンサ特性を評価した結果を（表２）に示す。
【００２２】
なお、（表２）中の作業性とは、金属蒸着電極形成や素子の巻き取り工程において、誘電体フィルムの滑りやずれが発生したか否かを表わしたものであり、○印は滑りやずれが発生しなかったことを、×印は滑りやずれが発生したことを意味するものである。
【００２３】
【表２】
2008277671.tif 000004
【００２４】
（表２）から明らかなように、上記誘電体フィルム１の表面粗さＲａが１０〜５０ｎｍの範囲において、容量出現率、容量変化率特性が安定していることが分かる。上記表面粗さＲａが１０ｎｍ未満の場合にはハンドリングに影響を及ぼすと共に耐電圧が低下して容量変化率が大きくなり、また、表面粗さＲａが５０ｎｍを超えると容量出現率が低下するために好ましくないことが分かる。
【００２５】
また、上記と同様に、巻回後の各フィルム間の密着状態を更に向上させて巻き締め力の高い素子を得ることができるようにすることを目的として、上記誘電体フィルム１の静摩擦係数を変化させた誘電体フィルムを用いて金属化フィルムコンデンサを作製し、コンデンサ特性を評価した結果を（表３）に示す。
【００２６】
【表３】
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【００２７】
（表３）から明らかなように、上記誘電体フィルム１の静摩擦係数が０．２５〜０．５の範囲において、容量出現率、容量変化率特性が安定していることが分かる。上記静摩擦係数が０．２５未満の場合には滑りが良過ぎるために締まり過ぎによって不要な応力が発生して耐電圧が低下するために容量変化率が大きくなり、また、静摩擦係数が０．５を超えるとハンドリングに影響を及ぼすために好ましくないことが分かる。
【００２８】
このように、本発明による金属化フィルムコンデンサに用いる誘電体フィルムとしては、フィラーを含有しないＰＥＮフィルムを用い、このＰＥＮフィルムの１５０℃における長手方向（巻回方向）の熱収縮率が１．５〜４．０％、少なくとも片面の表面粗さＲａが１０〜５０ｎｍ、少なくとも片面の静摩擦係数が０．２５〜０．５であるようにすることにより、巻回後の各フィルム間の密着状態を向上させて巻き締め力の高い素子を得ることができるようになり、これにより高耐熱、高耐電圧化を同時に達成することができるという格別の効果を奏するものである。
【００２９】
なお、本実施の形態においては、誘電体フィルムとして、フィラーを含有しないＰＥＮフィルムを用いた例で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記フィラーを含有しないＰＥＮフィルムに、粒子径が０．００１〜１．０μｍの無機フィラーを１重量部以下の範囲で含有させることにより、上記金属化フィルムコンデンサとしての優れた性能に悪影響を与えることなく、ハンドリング性のみを向上させることが可能になるものである。但し、無機フィラーの粒子径が大きくなったり、含有量が多くなった場合には金属化フィルムコンデンサとしての性能に悪影響が出るために注意が必要である。
【００３０】
また、上記フィラーを含有しないＰＥＮフィルムには、その電気特性を損なわない範囲内で、酸化防止剤や可塑剤等の添加剤、ＰＥＴ等のポリエステル系樹脂やシンジオタクチックポリスチレン樹脂等の他の樹脂を添加しても良いものである。
【００３１】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項５、６に記載の発明について説明する。
【００３２】
本実施の形態は、上記実施の形態１で説明した金属化フィルムコンデンサに使用される誘電体フィルムの構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。
【００３３】
図２は本発明の実施の形態２による金属化フィルムコンデンサに使用される誘電体フィルムの構成を示した断面図であり、図２において、５は誘電体フィルムであり、この誘電体フィルム５は上記実施の形態１による誘電体フィルム１と同様に、フィラーを含有しないＰＥＮフィルムを用い、このＰＥＮフィルムの１５０℃における長手方向（巻回方向）の熱収縮率が１．５〜４．０％、少なくとも片面の表面粗さＲａが１０〜５０ｎｍ、少なくとも片面の静摩擦係数が０．２５〜０．５であるように構成されているものである。
【００３４】
なお、上記フィラーを含有しないＰＥＮフィルムには、その電気特性を損なわない範囲内で、酸化防止剤や可塑剤等の添加剤、ＰＥＴ等のポリエステル系樹脂やシンジオタクチックポリスチレン樹脂等の他の樹脂を添加しても良いものである。
【００３５】
６は上記誘電体フィルム５の一方の面に形成されたコーティング層であり、このコーティング層６は酸化珪素等の無機フィラー６ａを含有したバインダー樹脂からなり、その厚みは０．０１〜１μｍ、表面粗さＲａが３５ｎｍのものであり、上記バインダー樹脂としては、ポリエステルやポリオレフィン系、ポリウレタン、ポリイミド、ポリアミド等の樹脂を用いることができる。
【００３６】
７は金属蒸着電極であり、この金属蒸着電極７は上記コーティング層６が設けられた面とは異なる面に設けられたものである。
【００３７】
このように構成された本実施の形態による誘電体フィルムは、誘電体フィルム５の一方の面にコーティング層６を設けた構成により、このコーティング層６によって表面粗さを調整することが可能になるため、ハンドリング性の改良や巻回した素子を熱エージングする際の巻き締め力の制御を行うことが可能になるという格別の効果を奏するものである。
【００３８】
また、このようなコーティング層６を設けた面とは異なる面、すなわち、誘電体フィルム５の表面に金属蒸着電極７を設けた構成により、誘電体フィルム５の表面はコーティング層６の表面よりも表面粗さが小さいために金属蒸着電極７が安定して形成されるようになり、より安定した性能を発揮することができるようになるという格別の効果を奏するものである。
【００３９】
（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明の特に請求項７に記載の発明について説明する。
【００４０】
本実施の形態は、上記実施の形態１で説明した金属化フィルムコンデンサに使用される誘電体フィルムの構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。
【００４１】
図３は本発明の実施の形態３による金属化フィルムコンデンサに使用される金属化フィルムの構成を示した要部平面図であり、図３において８は金属化フィルムを示し、この金属化フィルム８は厚みが２．０μｍ、幅が３０ｍｍの帯状のＰＥＮフィルム（粒子径が０．８μｍの無機フィラーを０．６重量部含有させた）を誘電体フィルムとして用い、このＰＥＮフィルムの表面に非金属蒸着部となるスリット部９を設けて金属蒸着電極を形成することにより複数の分割電極部１０を形成すると共に、この分割電極部１０どうしをヒューズ部１１で並列接続するように構成したものである。
【００４２】
そして、このように構成された金属化フィルム８を一対とし、上記金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向するように巻回して素子を作製し、この素子の両端面に金属溶射によってメタリコン電極を形成することにより本実施の形態による金属化フィルムコンデンサが構成されるものである。
【００４３】
このように構成された金属化フィルム８に形成するヒューズ部１１の幅をａ、金属化フィルム８の長手方向における分割電極部１０の長さをｂとしたときの比率で示されるａ／ｂを蒸着パターンのパス率と定義し、このパス率ａ／ｂを変化させた場合のコンデンサの耐電圧特性を確認した結果を（表４）に示す。
【００４４】
【表４】
2008277671.tif 000006
【００４５】
なお、作製した金属化フィルムコンデンサの容量は各々１００μＦとし、初期耐圧歩留まりは金属化フィルムの状態で行い、電圧ステップアップ試験は１２０℃の雰囲気で所定の時間毎に印加電圧をアップさせる試験を行い、容量が−５％、−９７％になった時点の電圧を求めた。また、サンプルNo.４はＰＰフィルムを誘電体フィルムとして用いた従来品の場合に主体として形成される金属蒸着パターンのパス率を示したものである。
【００４６】
（表４）から明らかなように、本実施の形態による金属化フィルムコンデンサは、ＰＥＮフィルムを誘電体フィルムとして用いた金属化フィルム８に形成する金属蒸着電極のパス率ａ／ｂを４．０以下とすることにより初期耐圧歩留まりに優れ、かつ、電圧ステップアップ試験においても、ＰＰフィルムを誘電体フィルムとして用いた従来品と同等、もしくはそれ以上の耐電圧特性を示し、特に、パス率ａ／ｂを１．０以下とすることによってより顕著な効果を発揮することができるものである。ただし、パス率ａ／ｂが０．３になると耐電圧特性も頭打ちになることから、パス率ａ／ｂは４．０以下、好ましくは１．０〜０．４の範囲である。
【００４７】
続いて、上記パス率ａ／ｂが１．０〜０．４の範囲であるサンプルNo.６〜９の仕様のものについて、金属蒸着電極の抵抗値を変化させた場合のコンデンサの耐電圧特性を確認した結果を（表５）、（表６）に示す。
【００４８】
【表５】
2008277671.tif 000007
【００４９】
【表６】
2008277671.tif 000008
【００５０】
なお、（表５）は、ＰＰフィルムを誘電体フィルムとして用いた従来品の一般的な抵抗値（１５Ω／□）の約２倍となる抵抗値（２５Ω／□）、（表６）は同約３倍となる抵抗値（４５Ω／□）として作製したものであり、試験方法については上記（表４）の試験と同様にして行ったものである。
【００５１】
（表５）、（表６）から明らかなように、金属蒸着電極の抵抗値を高くするにつれて耐電圧特性が向上し、より高耐電圧化を図ることができるものである。
【００５２】
以上のように本発明による金属化フィルムコンデンサは、微量の無機フィラーを含有したＰＥＮフィルム上に金属蒸着電極を形成する際に、ヒューズ部の幅ａと、金属化フィルムの長手方向における分割電極部の長さｂの比で示される蒸着パターンのパス率ａ／ｂを４．０以下、好ましくは１．０〜０．４とする、すなわち、ヒューズ部の幅を広く、分割電極部を広くした構成にすることにより、小さいエネルギーで金属蒸着電極がピンポイントで蒸発してエリアが切り離されるため、自己保安機能の動作性が向上し、かつ、耐電圧の向上を図ることができるため、高耐熱・高耐電圧化を同時に達成することができるようになるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明による金属化フィルムコンデンサ及びこれに用いるＰＥＮフィルムは、高耐熱・高耐電圧化を同時に達成することができるという効果を有し、特に過酷な使用条件が要求される自動車用のコンデンサ等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１による金属化フィルムコンデンサの構成を示した展開斜視図、（ｂ）同誘電体フィルムの断面図
【図２】本発明の実施の形態２による金属化フィルムコンデンサに使用される誘電体フィルムの構成を示した断面図
【図３】本発明の実施の形態３による金属化フィルムコンデンサに使用される金属化フィルムの構成を示した要部平面図
【図４】（ａ）従来の金属化フィルムコンデンサの構成を示した展開斜視図、（ｂ）同誘電体フィルムの断面図
【符号の説明】
【００５５】
１、５  誘電体フィルム
２、７  金属蒸着電極
３  非金属蒸着部
４  メタリコン電極
６  コーティング層
６ａ  無機フィラー
８  金属化フィルム
９  スリット部
１０  分割電極部
１１  ヒューズ部
【図１】
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【図２】
2008277671.tif 000010
【図３】
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【図４】
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