(57)【要約】【課題】高い静電容量値を得られ小型化された金属化フィルムコンデンサを得る。【解決手段】片面金属化誘電体フィルムを順次重ね、または両面金属化誘電体フィルム２と非金属化誘電体フィルム３を順次重ねて巻回または積層したコンデンサ素子を有する金属化フィルムコンデンサであって、重なり合う各誘電体フィルム２，３間に電解液８が介在している。これにより、より高い静電容量値が得られ小型化された金属化フィルムコンデンサを提供することができる。また、各誘電体フィルム２，３に電解液を塗布した状態で巻回または積層してコンデンサ素子を形成するので、従来の生産設備を活かした生産性・経済性に優れた作用を有する静電容量の高いフィルムコンデンサが得られる。【選択図】　　　　図１
2004031490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
片面金属化誘電体フィルムを順次重ね、または両面金属化誘電体フィルムと非金属化誘電体フィルムを順次重ねて巻回または積層したコンデンサ素子を有する金属化フィルムコンデンサであって、重なり合う前記各誘電体フィルム間に電解液が介在し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】
片面金属化誘電体フィルムを順次重ね、または両面金属化誘電体フィルムと非金属化誘電体フィルムを順次重ねて巻回または積層する際、前記各誘電体フィルムに電解液を塗布した状態で巻回または積層してコンデンサ素子を形成することを特徴とする金属化フィルムコンデンサの製造方法。
【請求項３】
片面金属化誘電体フィルムを順次重ね、または両面金属化誘電体フィルムと非金属化誘電体フィルムを順次重ねて巻回または積層する手段と、巻回または積層する前の状態の前記各誘電体フィルムに電解液を塗布する手段とを備えた金属化フィルムコンデンサの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高い静電容量値が得られる金属化フィルムコンデンサおよびその製造方法ならびに製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、図４の図面を参照しながら、従来の金属化フィルムコンデンサについて説明する。
【０００３】
コンデンサ素子は誘電体フィルム１の両面に真空蒸着法により金属層（電極）２ａを形成させた金属化フィルム２と別の誘電体フィルム３とを重ね合わせて巻回したものからなり、電極２ａの周辺部には電気的接続のためにメタリコン部４を設け、端子５により電極２ａが引き出され、使用機器回路に接続できる構造となっている。この素子は外装ケース６内に収納された充填樹脂７で封入されている。充填樹脂７としては、エポキシ樹脂及びウレタン樹脂が一般的に用いられている。これによって外装ケース６から絶縁されるとともに外気から遮断されている。尚、金属化フィルム２は上記のように誘電体フィルム１の両面に金属蒸着する場合と片面のみに金属蒸着する場合とがあり、後者の場合は別の片面金属化フィルムとともに巻回してコンデンサ素子となる。
【０００４】
一般的に誘電体フィルムとしては汎用性があり経済性や絶縁性能等の理由により誘電率２から３．１の範囲にあるポリプロピレンフィルム（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレートフィルム（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）またはポリエチレン（ＰＥ）等が単独または２種類のフィルムを組み合わせて使用されている。
【０００５】
通常フィルムコンデンサの静電容量値はその使用されるフィルムの誘電率及びフィルムの厚さと電極の表面積によって決定される。つまり静電容量は、誘電率と電極表面積に比例関係にあり、フィルムの厚さ（電極間距離）に反比例関係にある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来、より小型化され大容量のコンデンサを得る手段として、フッ素系化合物の場合のように約１０程度の誘電率を示す誘電体フィルムを使用する手段、あるいは特願昭５７−９５７４号公報のように、チタン酸塩のうち少なくとも一種以上からなる強誘電体物質配合物を含有した高誘電率フィルムを使用する手段もあるが、経済性や絶縁性能等の理由から殆ど使用されていないのが実情である。
【０００７】
一方、静電容量値を増加させるにはフィルムの厚さを薄くする方法及び高耐圧絶縁性能への試みもされているが、コスト上昇と生産性の面から限界があり、またフィルムの表面積の増加もフィルムの製膜上から微々たるもので制約されるため限界がある。このため、更なるコンデンサ静電容量値を高め小型化させることが求められていた。
【０００８】
したがって、この発明の目的は、上記問題点を解決するものであり、高い静電容量値を得られ小型化された金属化フィルムコンデンサおよびその製造方法ならびに製造装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の請求項１記載の金属化フィルムコンデンサは、片面金属化誘電体フィルムを順次重ね、または両面金属化誘電体フィルムと非金属化誘電体フィルムを順次重ねて巻回または積層したコンデンサ素子を有する金属化フィルムコンデンサであって、重なり合う前記各誘電体フィルム間に電解液が介在している。
【００１０】
このように、重なり合う各誘電体フィルム間に電解液が介在しているので、より高い静電容量値が得られ小型化された金属化フィルムコンデンサを提供することができる。つまりコンデンサの静電容量は、誘電率と電極表面積に比例関係にあり、フィルムの厚さ（電極間距離）に反比例関係にあることから、高誘電率の電解液が電極間に介在することにより静電容量値が高くなる。
【００１１】
請求項２記載の金属化フィルムコンデンサの製造方法は、片面金属化誘電体フィルムを順次重ね、または両面金属化誘電体フィルムと非金属化誘電体フィルムを順次重ねて巻回または積層する際、前記各誘電体フィルムに電解液を塗布した状態で巻回または積層してコンデンサ素子を形成する。
【００１２】
このように、各誘電体フィルムに電解液を塗布した状態で巻回または積層してコンデンサ素子を形成するので、従来の生産設備を活かした生産性・経済性に優れた作用を有する請求項１と同様の静電容量の高いフィルムコンデンサが得られる。例えば、電解液を塗布する工程は、金属化誘電体フィルムの蒸着工程、金属化誘電体フィルム及び非金属化誘電体フィルムを適正なフィルム幅に切断するフィルム切断工程、あるいは、コンデンサ素子を巻回または積層して形成する素子巻取り工程に追加するだけでよく、従来の生産実績がある誘電体フィルムにより設計が可能であり、生産性があり経済性の点で効果がある。
【００１３】
請求項３記載の金属化フィルムコンデンサの製造装置は、片面金属化誘電体フィルムを順次重ね、または両面金属化誘電体フィルムと非金属化誘電体フィルムを順次重ねて巻回または積層する手段と、巻回または積層する前の状態の前記各誘電体フィルムに電解液を塗布する手段とを備えた。
【００１４】
このように、片面金属化誘電体フィルムを順次重ね、または両面金属化誘電体フィルムと非金属化誘電体フィルムを順次重ねて巻回または積層する手段と、巻回または積層する前の状態の各誘電体フィルムに電解液を塗布する手段とを備えたので、従来の生産設備を活かした生産性・経済性に優れた作用を有する請求項１と同様の静電容量の高いフィルムコンデンサが得られる。例えば、電解液を塗布する手段は、金属化誘電体フィルムの蒸着装置の巻取り系または、金属化誘電体フィルム及び非金属化誘電体フィルムを適正なフィルム幅に切断するフィルム切断機の巻取り系あるいは、コンデンサ素子を巻回または積層して形成する素子巻取り機に追加するだけでよく、従来の生産実績がある誘電体フィルムにより設計が可能であり、生産性があり経済性の点で効果がある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態の金属化フィルムコンデンサの構造断面図である。
【００１６】
図１に示すように、片面金属化誘電体フィルムを順次重ね、または両面金属化誘電体フィルム２と非金属化誘電体フィルム３を順次重ねて巻回または積層したコンデンサ素子を有し、重なり合う各誘電体フィルム２，３間に電解液８が介在している。
【００１７】
この場合、金属化誘電体フィルム２は、誘電体フィルム１の両面に真空蒸着法により金属化された金属層（電極）２ａが形成されている。この金属層（電極）２ａ表面の電極部内に電解液８が形成され、非金属化誘電体フィルム３と重ねて巻回または積層されてコンデンサ素子が構成される。また、電極２ａの周辺部には電気的接続のためにメタリコン４を設け、電極引き出しのための端子５が設けられる。端子５により電極２ａが引き出され、使用機器回路に接続できる構造となっている。このコンデンサ素子が外装ケース６内に収納され、樹脂７が充填されて金属化フィルムコンデンサとなる。充填樹脂７としては、エポキシ樹脂及びウレタン樹脂が一般的に用いられている。これによって外装ケース６から絶縁されるとともに外気から遮断されている。
【００１８】
また、片面のみ金属化された金属化誘電体フィルムを用いる場合には、非金属化誘電体フィルム３は必要なく、片面金属化フィルム２枚を巻回または積層したコンデンサ素子を有するコンデンサとする。いずれの場合も金属化フィルムコンデンサ素子の金属層２ａ表面の電極部内は電解液８が塗布された構造となっている。その他の構成は従来例と同様である。
【００１９】
次に上記構成の金属化フィルムコンデンサの製造方法および製造装置について説明する。図２はこの発明の実施の形態の製造装置の基本構成を示す概念図である。
【００２０】
この製造装置は、片面金属化誘電体フィルムを順次重ね、または両面金属化誘電体フィルムと非金属化誘電体フィルムを順次重ねて巻回または積層する手段と、巻回または積層する前の状態の各誘電体フィルムに電解液を塗布する手段とを備えている。電解液を塗布する手段は、図２に示すように、誘電体フィルム２を案内するフリー回転ローラ１１、誘電体フィルム２に塗布液（電解液）１５を塗布するゴムライニング回転ローラ１２と塗布ローラ１３、塗布液受皿１４、および塗布液１５の量を制御するブレード１６を備えている。なお、同図では誘電体フィルム２は、金属化誘電体フィルムの場合を示しているが、非金属化誘電体フィルムあるいは片面金属化誘電体フィルムの場合も同様である。これにより、誘電体フィルム２を順次重ねて巻回または積層する際、各誘電体フィルム２に電解液１５を塗布した状態で巻回または積層してコンデンサ素子を形成する。
【００２１】
この場合、両面に金属層（電極）２ａを有する金属化誘電体フィルム２はフリー回転ローラ１１を通過し、ゴムライニング回転ローラ１２と塗布ローラ１３の間を通過する。塗布ローラ１３の一部は塗布液受皿１４内の電解液１５中に浸されており、ローラ表面に付着した電解液１５は塗布ローラ１３の回転とともに金属化誘電体フィルム２の金属層２ａ表面に付着する。この際、塗布液量を制御するためにブレード１６によって塗布ローラ１３上の塗布電解液１５を拭き落とす。同様に非金属化誘電体フィルム３を用意しこの非金属化誘電体フィルム３も電解液１５が塗布される。
【００２２】
この後、電解液１５をそれぞれの片面に塗布された金属化誘電体フィルム２と非金属電体フィルム３とは同一の巻芯軸によって重ね合せて巻回または積層されコンデンサ素子が形成される。
【００２３】
図３はこの発明の実施の形態の製造装置において電解液を塗布する手段の別の例である。図３に示すように、ブレード１６の代わりに、塗布ローラ１３とゴムライニング回転ローラ１２との間にオフセットローラ１７を設けて塗布量を制御するようにしてもよい。
【００２４】
以上のようにこの実施の形態によれば、重なり合う各誘電体フィルム２，３間に電解液１５が介在しているので、より高い静電容量値が得られ小型化された金属化フィルムコンデンサを提供することができる。
【００２５】
また、金属化誘電体フィルム２の製造装置である蒸着装置の巻取り系または、金属化誘電体フィルム２及び非金属化誘電体フィルム３をコンデンサ素子設計により適正なフィルム幅に切断するフィルム切断機の巻取り系あるいは、コンデンサ素子を巻回または積層する素子巻取り機に、図２または図３で示す電解液塗布装置を追加するだけでよく、従来の生産実績がある誘電体フィルムにより設計が可能であり、生産性があり経済性の点で効果がある。
【００２６】
【実施例】
この発明の実施例について説明する。
【００２７】
図１の構成と同様である厚さ３．５μｍの両面金属化誘電体ポリプロピレンフィルム２と、厚さ３．５μｍの非金属化誘電体ポリプロピレンフィルム３の表面に、電解液８として誘電率４０を有するポリエチレングリコール化合物を塗布し巻回してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子を外装ケース６内の樹脂に封入して本発明品のコンデンサ試料を製作する。
【００２８】
更に同時に比較のために、従来例である図４の電解液を塗布しない厚さ３．５μｍの両面金属化ポリプロピレンフィルム２と厚さ３．５μｍの非金属化ポリプロピレンフィルム３を、前記本発明品の電解液を塗布したコンデンサ試料と同じ電極長の長さを巻回したコンデンサ素子を形成し、同様にコンデンサ試料を製作して静電容量値を比較した。
【００２９】
その結果、本発明品である電解液８が誘電率４０であるポリエチレングリコール化合物を塗布したコンデンサ試料は静電容量値が３４５μＦを有しているのに対して、従来品である電解液を塗布しないコンデンサ試料の静電容量は３００μＦに留まっている。
【００３０】
すなわち本発明品の静電容量値が１５％増したこととなる。本発明品により従来品より静電容量値が増したことにより、より小型化された大容量のコンデンサ設計を行うことができる。つまりコンデンサの静電容量は、誘電率と電極表面積に比例関係にあり、フィルムの厚さ（電極間距離）に反比例関係にあることから、高誘電率の電解液が電極間に介在することにより静電容量値が高くなったことを示している。
【００３１】
一般的に電解液は、溶媒と溶質からなり、前記本発明の実施例では、電解液として誘電率４０であるエチレングリコール化合物のみを示したが、他に電解液の溶媒としてモノメチルエーテル、Ｙーブチロラクトン、及びＮ−メチルホルムアミドを主とした化合物があり、また溶質としてアジピン酸、マレイン酸、安息香酸、フタル酸、サルチル酸、アンモニア、トリエチルアミン及び水酸化テトラメチルアンモニウムがあり、これは化合物にて電解液が構成される。コンデンサの使用機器及び用途によって選定されるものである。
【００３２】
また本発明の実施例では、誘電体フィルムとしてポリプロピレンフィルム（ＰＰ）についてのみ記載したが、他にポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレートフィルム（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）またはポリエチレン（ＰＥ）等あるいはこれらの混合物や共重合物による誘電体フィルムに、電解液が塗布されたフィルムを単独または２種類の組み合わせの構成でコンデンサ素子を形成してもかまわない。これにより同様に電解液を塗布しない従来品よりも、静電容量値が増したより小型化された大容量のコンデンサ設計を行うことができることとなる。
【００３３】
但し、ポリプロピレンフィルムはコンデンサ自体の発熱に影響する損失特性に温度依存性がなく比較的安定しているのに対して、一般的に他の誘電体フィルムは損失特性に温度依存性を有しており高温領域になると損失値が増加する傾向にあり、更に高誘電率を有する電解液を塗布することは、更に損失値が増加するため高温領域での使用は限定される。また使用機器のコンデンサ印加電圧が直流仕様か交流仕様または電流分の大小により使用は限定されてくることから、従って使用機器の選定及びコンデンサ設計に配慮する必要があるものの、使用機器の選定により、より高い静電容量値を得られ小型化された金属化フィルムコンデンサを提供することができる。
【００３４】
【発明の効果】
この発明の請求項１記載の金属化フィルムコンデンサによれば、重なり合う各誘電体フィルム間に電解液が介在しているので、より高い静電容量値が得られ小型化された金属化フィルムコンデンサを提供することができる。つまりコンデンサの静電容量は、誘電率と電極表面積に比例関係にあり、フィルムの厚さ（電極間距離）に反比例関係にあることから、高誘電率の電解液が電極間に介在することにより静電容量値が高くなる。
【００３５】
この発明の請求項２記載の金属化フィルムコンデンサの製造方法によれば、各誘電体フィルムに電解液を塗布した状態で巻回または積層してコンデンサ素子を形成するので、従来の生産設備を活かした生産性・経済性に優れた作用を有する請求項１と同様の静電容量の高いフィルムコンデンサが得られる。例えば、電解液を塗布する工程は、金属化誘電体フィルムの蒸着工程、金属化誘電体フィルム及び非金属化誘電体フィルムを適正なフィルム幅に切断するフィルム切断工程、あるいは、コンデンサ素子を巻回または積層して形成する素子巻取り工程に追加するだけでよく、従来の生産実績がある誘電体フィルムにより設計が可能であり、生産性があり経済性の点で効果がある。
【００３６】
この発明の請求項３記載の金属化フィルムコンデンサの製造装置によれば、片面金属化誘電体フィルムを順次重ね、または両面金属化誘電体フィルムと非金属化誘電体フィルムを順次重ねて巻回または積層する手段と、巻回または積層する前の状態の各誘電体フィルムに電解液を塗布する手段とを備えたので、従来の生産設備を活かした生産性・経済性に優れた作用を有する請求項１と同様の静電容量の高いフィルムコンデンサが得られる。例えば、電解液を塗布する手段は、金属化誘電体フィルムの蒸着装置の巻取り系または、金属化誘電体フィルム及び非金属化誘電体フィルムを適正なフィルム幅に切断するフィルム切断機の巻取り系あるいは、コンデンサ素子を巻回または積層して形成する素子巻取り機に追加するだけでよく、従来の生産実績がある誘電体フィルムにより設計が可能であり、生産性があり経済性の点で効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の金属化フィルムコンデンサの構造断面図である。
【図２】この発明の実施の形態の製造装置の基本構成を示す概念図である。
【図３】この発明の実施の形態の製造装置の基本構成の別の例を示す概念図である。
【図４】従来例の金属化フィルムコンデンサの構造断面図である。
【符号の説明】
１　誘電体フィルム
２　金属化誘電体フィルム
２ａ　金属層（電極）
３　非金属化誘電体フィルム
４　メタリコン
５　端子（リード線）
６　外装ケース
７　充填樹脂
８　電解液
１１　フリー回転ローラ
１２　ゴムライニング回転ローラ
１３　塗布ローラ
１４　塗布液受皿
１５　塗布液（電解液）
１６　ブレード
１７　オフセットローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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