(57)【要約】【課題】第１の電極引出し部にスリットを設けそのスリットにヒューズ部で電極容量形成部に接続した第１の金属蒸着電極と、スリットやヒューズを有しない第２の金属蒸着電極からなる金属化フィルムコンデンサは、通電時にコンデンサの温度が上昇し、耐電圧が低下することが課題となっていた。【解決手段】メタリコン電極５に沿って金属蒸着のないスリット７を第１電極引出し部１ａに形成し、そのスリット７を横ぎって局部的にヒューズ部８を設けて、第１の電極引出し部１ａと第１の電極容量形成部１ｂを接続し、第１の金属蒸着電極の電極引出し部１ａの厚みを、スリットとヒューズ部がない、第２の金属蒸着電極２の第２の電極引出し部２ａの厚みよりも厚くする。【選択図】  図１
2004186641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
別々の誘電体フィルムまたは同じ誘電体フィルムの表裏両面の片側端部に設けられるマージン部を除いて金属蒸着した金属化フィルムを、それぞれのマージン部が反対側に位置するように巻回または積層し、両端にメタリコン電極を形成した金属化フィルムコンデンサであって、前記金属化フィルムは、片側端部のメタリコン電極と接続する電極引出し部と、電極容量形成部とから構成される金属蒸着面を備えており、一方の金属蒸着面には電極引出し部に沿って伸びる蒸着金属の無いスリットと、前記スリットを局部的に横ぎって区分し、前記電極引出し部に電極容量形成部を接続するヒューズ部を有する第１の金属蒸着電極と、他方の金属蒸着面はスリットを有しないで電極引出し部と電極容量形成部とが連続して一様に形成される第２の金属蒸着電極とを具備し、前記第１の金属蒸着電極の電極引出し部の厚みを、前記第２の金属蒸着電極の電極引出し部の厚みよりも厚く構成したことを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
【請求項２】
別々の誘電体フィルムまたは同じ誘電体フィルムの表裏両面の片側端部に設けられるマージン部を除いて金属蒸着した金属化フィルムを、それぞれのマージン部が反対側に位置するように巻回または積層し、両端にメタリコン電極を形成した金属化フィルムコンデンサであって、前記金属化フィルムは、片側端部のメタリコン電極と接続する電極引出し部と、電極容量形成部とから構成される金属蒸着面を備えており、一方の金属蒸着面には電極引出し部に沿って伸びる蒸着金属の無いスリットと、前記スリットを局部的に横ぎって区分し、前記電極引出し部に電極容量形成部を接続するヒューズ部を有する第１の金属蒸着電極と、他方の金属蒸着面はスリットを有しないで電極引出し部と電極容量形成部とが連続して一様に形成される第２の金属蒸着電極とを具備し、前記第１の金属蒸着電極の電極引出し部の面抵抗値を、前記第２の金属蒸着電極の電極引出し部の面抵抗値よりも低く設定したことを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
【請求項３】
前記第１および第２の金属蒸着電極は、前記電極引出し部が金属蒸着膜厚において前記電極容量形成部の金属蒸着膜厚よりも厚いヘビーエッジ部をなす構成であり、前記第１の金属蒸着電極のヘビーエッジ部の厚みは、前記第２の金属蒸着電極のヘビーエッジ部の厚みよりも厚く構成したことを特徴とする請求項１または２記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項４】
前記第１および第２の金属蒸着電極は、前記電極引出し部が面抵抗値において前記電極容量形成部の面抵抗値よりも低いヘビーエッジ部をなす構成であり、前記第１の金属蒸着電極のヘビーエッジ部の面抵抗値は、前記第２の金属蒸着電極のヘビーエッジ部の面抵抗値よりも低く設定したことを特徴とする請求項１または２記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項５】
前記第１の金属蒸着電極が、有効電極部である電極容量形成部を分割する分割スリットと前記分割スリット内に局部的に設けられたヒューズ部とを備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項６】
前記第１の金属蒸着電極が、有効電極部である電極容量形成部を格子状に分割する分割スリットと、前記分割スリット内に局部的に設けられたヒューズ部とを備えたことを特徴とする請求項５記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項７】
別々の誘電体フィルムまたは同じ誘電体フィルムの表裏両面に、誘電体フィルムの幅方向の片側端部に設けられるマージン部を除いて、前記誘電体フィルム上に付着する蒸発金属量を、開口部を有する固定マスクを用いて蒸着した金属化フィルムを、前記マージン部が前記金属化フィルムの幅方向で反対側になるように巻回または積層し、前記金属化フィルムの幅方向の両端にメタリコン電極を形成した金属化フィルムコンデンサを製造する金属化フィルムコンデンサの製造方法であって、前記金属化フィルムは、ヒューズ部を有する分割電極を備えた第１の金属蒸着電極と、マージン部を除いて一様に金属蒸着して分割電極のない第２の金属蒸着電極とを有し、前記第１および第２の金属蒸着電極はともに、前記メタリコン電極に近い側に前記メタリコン電極と接続する金属蒸着膜厚の厚いヘビーエッジ部をなす構成であり、前記第１の金属蒸着電極のヘビーエッジ部の厚みは、前記第２の金属蒸着電極のヘビーエッジ部の厚みより厚くなるように金属蒸着させて製造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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器、電気機器や産業機器に用いられる金属化フィルムコンデンサに関するものである。さらに詳しくは、金属蒸着電極にヒューズ部を形成して自己保安機能を設けた金属化フィルムコンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フィルムコンデンサは、一般に、金属箔を電極に用いるものと、誘電体フィルム上に設けた蒸着金属を電極に用いるものとに大別される。中でも、蒸着金属を電極とする金属化フィルムコンデンサは、金属箔のフィルムコンデンサに比べて電極の占める体積が小さく小型軽量化が図れることと、金属蒸着電極特有の自己回復性能（絶縁欠陥部で短絡が生じた場合に、短絡のエネルギーで欠陥部周辺の蒸着電極が蒸発・飛散して絶縁化し、コンデンサの機能が回復する性能）により絶縁破壊に対する信頼性が高いことから、従来から広く用いられている。
【０００３】
前記自己回復性能は金属蒸着電極の厚みが薄いほど良好（少ないエネルギーで金属蒸着電極が飛散するため）なことから、金属蒸着電極の中で容量部分を形成する有効電極部すなわち電極容量形成部の金属蒸着電極の厚みを薄くし、メタリコン電極と接続する部分の厚みを厚くしたヘビーエッジ部の構成も広く用いられている。このヘビーエッジ部構成により、コンデンサの耐電圧を高め、高電位傾度化を図ることができる。
【０００４】
このような金属化フィルムコンデンサの従来例について図４、図５を参照して以下に説明する。図４、図５において、第１の金属蒸着電極４１は、第１の電極引出し部４１ａと第１の電極容量形成部４１ｂから構成されていて、誘電体フィルム４２上にマージン部４３を除いて蒸着されている。第２の金属蒸着電極４４は第２の電極引出し部４４ａと第２の電極容量形成部４４ｂから構成されていて、誘電体フィルム４５上にマージン部４６を除いて蒸着されている。そして第１の金属蒸着電極４１はメタリコン電極４７を通じ第２の金属蒸着電極４４は反対側のメタリコン電極４８を通じてそれぞれ電極が引出されている。第１の金属蒸着電極４１はメタリコン電極４７に沿って伸びるスリット４９により、第１の電極引出し部４１ａと第１の電極容量形成部４１ｂに区分され、スリット４９内に局部的に設けられたヒューズ部５０により電気的に接続されている。５１は第１の電極容量形成部４１ｂを分割する分割スリットで、各分割電極は前記スリット４９内のヒューズ部５０により並列接続されている。一方、第２の金属蒸着電極４４はメタリコン電極４８を通じて電極が引出されているが、第２の電極引出し部４４ａと第２の電極容量形成部４４ｂとの間にスリットやヒューズ部はない。５２に示す矢印はメタリコン電極４７、４８よりそれぞれ第１の電極引出し部４１ａと第２の電極引出し部４４ａに流れる電流を示したものである。上記の金属蒸着フィルムコンデンサは、前述の自己回復時の短絡電流により絶縁欠陥部周囲のヒューズ部を溶断して絶縁欠陥部を電気回路から切り離す自己保安機能を形成するものである。
【０００５】
さらに近年では、前述の分割スリットを格子状に設け微細な分割電極に細分化してヒューズ部で並列接続した格子状分割電極も提唱されている。この構成では各分割電極の面積が小さくヒューズ溶断時の容量減少も小さくなるとともに、ヒューズ部の形状や各分割電極の面積を改良することにより、金属蒸着電極の絶縁回復性能も高めることができるため、さらに高電位傾度化すなわち誘電体フィルム１μｍあたりの電圧を高めることが図れるとされている。
【０００６】
そして１０〜１０００ｍｍ２の面積からなる格子状分割電極と各分割電極間を接続する０．０５〜１．５ｍｍ幅の第１ヒューズ部を有し、かつメタリコン電極と接する電極引き出し部に沿って伸びるスリットと前記スリットを区分する第２ヒューズ部が設けられ、第２ヒューズ部の幅を第１ヒューズ部に対し２〜２０倍にした場合に直流での電位傾度１３０〜３５０Ｖ／μｍ、交流での電位傾度６０〜１２０Ｖ／μｍの金属化フィルムコンデンサが実現できると提唱されている（例えば、特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８ー２５０３６７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の自己保安機能を設けた金属化フィルムコンデンサは、自己保安機能の無い（ヒューズ部の無い）金属化フィルムコンデンサに比べて、通電時の電流による発熱が大きいという問題点があった。
【０００９】
すなわち、単に一定の直流電圧が印加され続ける場合にはコンデンサには電流が流れないため発熱は生じないが、交流電流やリプル電流、充放電電流、サージ電流等が流れた場合には、コンデンサが著しく発熱してしまう。コンデンサの温度上昇が大きくなると、耐電圧や長期信頼性が低下すると言う問題点があった。
【００１０】
特に、インバータの平滑用途のように、コンデンサに直流電圧をかけながら大きなリプル電流を通電する場合には、リプル電流による温度上昇のためにコンデンサの耐電圧が低下する課題があった。特に自動車用途に用いられた場合には、周囲温度が元々高いことから、大きな課題となっていた。そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑み、通電時の温度上昇の少ない金属化フィルムコンデンサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題に関して詳細に研究を進めた結果、前述の課題は、ヒューズ部を有する第１の金属蒸着電極における、電極引出し部（以下第１の電極引出し部と言う）からヒューズ部へ電流が流れ込む際に、第１の電極引出し部自体が発熱してしまうために、コンデンサが大きく温度上昇したり、第１の電極引出し部が劣化して誘電損失（ｔａｎδ）が悪化したりすることを見出した。
【００１２】
すなわち、第１の電極引出し部は、その端面全体でメタリコン電極から電流が流入するが、電流の流出部はヒューズ部しか無いために、第１の電極引出し部自体が、狭く長い電流経路となり、容易に発熱してしまう。なお、第２の金属蒸着電極の電極引出し部（以下第２の電極引出し部と言う）においても同様に端面全体でメタリコン電極から電流が流入するが、第２の金属蒸着電極にはスリットやヒューズが無いので、一様に電流が流れることから、発熱はほとんど生じない。
【００１３】
そして、前記第１の電極引出し部の厚みを、前記第２の電極引出し部の厚みよりも厚く形成した場合には、電流による発熱を、自己保安機能の無いコンデンサとほぼ同等にまで低減できることを見出した。
【００１４】
第１の電極引出し部の厚みは、第２の電極引出し部の厚みよりも厚くし、特に１．２倍以上（面抵抗値としては５／６倍以下）が望ましく、第１の電極引出し部の厚みを第２電極引出し部の厚みよりも１．５倍以上の厚み（面抵抗値としては２／３倍以下）にすることで、より一層大きな効果が得られることを究明し、これを課題解決の手段とした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の目的は、各請求項に記載の構成とすることによって達成できるのであるが、以下には具体的な本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の金属化フィルムコンデンサの要部断面図であり、図２は図１に用いた１対の金属化フィルムの鳥瞰図である。図１および図２において、第１の金属蒸着電極１および第２の金属蒸着電極２が誘電体フィルム３、４上にそれぞれ設けられ、両端面のメタリコン電極５、６を通じて電極が引き出されている。第１の金属蒸着電極１は、メタリコン電極５に沿って長手方向に伸びるスリット７により、第１の電極引出し部１ａと電極容量形成部１ｂに区分され、スリット７内に局部的に設けられたヒューズ部８により電気的に接続されている。なお、第２の金属蒸着電極２は、第２の電極引出し部２ａと電極容量形成部２ｂから形成されるが、これらを区分するスリットやヒューズ部は無く、電極引出し部２ａと電極容量形成部２ｂは一様に電気的に接続されている。そして、第１の電極引出し部１ａは第２の電極引出し部２ａよりも厚く形成されている。この構成により、自己保安機能を有し、しかも発熱の少ない金属化フィルムコンデンサを実現できる。なお、図２に示す２９は電極容量形成部２１ｂを分割する分割スリットである。
【００１７】
そして上記の実施の形態１において第１ならびに第２の金属蒸着電極１、２には、電極容量形成部１ｂ、２ｂの金属蒸着膜の厚みを薄くし、メタリコン電極５、６に接する部分の金属蒸着膜を厚くしたり、電極容量形成部１ｂ、２ｂの面抵抗値よりメタリコン電極５、６に接する部分の面抵抗値を低くしたりするヘビーエッジ部を構成することができる。
【００１８】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２の金属化フィルムコンデンサの１対の金属化フィルムの鳥瞰図である。図３において、第１の金属蒸着電極２１は、メタリコン電極２２に沿って伸びるスリット２３により、第１の電極引出し部２１ａと第１の電極容量形成部２１ｂに区分され、スリット２３内に局部的に設けられたヒューズ部２４により電気的に接続されている。さらに、第１の電極容量形成部２１ｂは、分割スリット２５により格子状に分割され、分割スリット２５内に局部的に設けられた第２のヒューズ部２６により並列接続されている。なお、第２の金属蒸着電極２７にはメタリコン電極２８に沿うスリットやヒューズは無く、第２の電極引出し部２７ａと第２の電極容量形成部２７ｂは一様に電気的に接続されている。そして、第１の電極引出し部２１ａは第２の電極引出し部２７ａよりも厚く形成されている。この構成により、自己保安機能を有し、かつ高電位傾度化が可能で、しかも発熱の少ない金属化フィルムコンデンサを実現できる。そして、実施の形態２においても実施の形態１と同様に第１ならびに第２の金属蒸着電極２１、２７には電極容量形成部２１ｂ、２７ｂの金属蒸着膜の厚みを薄くし、メタリコン電極２２、２８に接する部分の金属蒸着膜を厚くしたり、電極容量形成部２１ｂ、２７ｂの面抵抗値より、メタリコン電極２２、２８に接する部分の面抵抗値を低くしたりするヘビーエッジ部を構成することができる。
【００１９】
なお、実施の形態２においても実施の形態１と同様に第１の金属蒸着電極２１はマージン部２９を除いて誘電体フィルム上に、また、第２の金属蒸着電極２７はマージン部３０を除いて上記の誘電体フィルムとは別の誘電体フィルム上に蒸着して形成されている。また第１の電極引出し部２１ａはメタリコン電極２２に、第２の電極引出し部２７ａはメタリコン電極２８にそれぞれ接続されている。また実施の形態２においてでも実施の形態１と同様に金属蒸着膜の厚みや面抵抗値において、電極容量形成部２１ｂ、２７ｂの厚さをメタリコン電極２２、２８に接する部分より薄くしたり、メタリコン電極に接する部分の面抵抗値を電極容量形成部２１ｂ、２７ｂの面抵抗値より低くするヘビーエッジ部をもつ構成とすることが可能である。
【００２０】
（性能比較の例）
本発明の実施の形態１と２よりなる金属化フィルムコンデンサの性能について以下説明する。実施の形態１と２に使用する誘電体フィルムとしては、厚みが３．５μｍで幅が７０ｍｍのポリプロピレンフィルムを用いて２００μＦの小判型コンデンサ素子を作製し、ポリブチレンテレフタレート製のケースにおさめてエポキシ樹脂でモールドした。また、ヒューズ部８は０．６ｍｍ幅とし、分割スリット９は０．３ｍｍ幅とした。比較のために、従来技術よりなるコンデンサも作製した。
【００２１】
なお、金属蒸着電極の材質としては、第１と第２の電極容量形成部１ｂ、２ｂ、２１ｂ、２７ｂはアルミニウムを用いて形成し、第１と第２の電極引出し部１ａ、２ａ、２１ａ、２７ａは、アルミニウムの上にさらに亜鉛を蒸着した。また、電極引出し部１ａ、２ａ、２１ａ、２７ａの厚みは、誘電体フィルム上に電極を蒸着する際に、亜鉛の蒸発源上に開口部を有する固定マスクを配置し、前記開口部の面積を調整することにより、所定の厚みを得た。
【００２２】
このようにして作製した各コンデンサに、８５℃において１０ｋＨｚで実効値２０Ａの正弦波電流を１８０分間通電し、小判型素子表面の温度上昇値を測定した。なお、いずれのコンデンサにおいても１８０分後には温度上昇は飽和していた。
【００２３】
得られた結果を表１の温度上昇値に示す。実施の形態１、２と従来例１、２の比較から、明らかに本発明よりなるコンデンサは従来例に比べて温度上昇が小さい。
【００２４】
【表１】
2004186641.tif 000003
【００２５】
次に各コンデンサに８５℃で前記リプル電流を通電した状態で、７００Ｖの直流電圧を印加し、１０００時間後の容量変化率を測定した。結果を表１の容量変化率に示す。明らかに本発明の実施の形態１、２よりなるコンデンサは従来例のコンデンサに比べて高電圧下での容量減少が小さく、高電位傾度で使用できる。これは、従来例においてはリプル電流による発熱のために誘電体フィルムの耐圧が低下するために、多くの個所で局所短絡によるヒューズ部の溶断が発生したのに対し、本発明の実施の形態ではリプル電流による発熱が抑制されることからヒューズ部の溶断も少なくなったためである。
【００２６】
なお、本発明の実施の形態２では、四角形状からなる分割電極を例として説明したが、本発明は四角形状の分割電極に限定するものではなく、他の形状、例えば菱形状や六角形状、三角形状の格子状分割電極においても同様の結果を得た。またヒューズ部の位置は前記四角形の各辺に設けたが、頂点に設けてもよい。
【００２７】
さらに、誘電体フィルムとしてポリプロピレンフィルムを用いて説明したが、他のフィルム例えばポリエチレンテレフタレートやポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンナフタレート等においても同様の結果を得た。また実施の形態１における誘電体フィルム３および４として、それぞれ２枚以上のフィルムを重ねても、同様の効果を得た。
【００２８】
また蒸着する金属としてアルミニウム単独や亜鉛単独、あるいは亜鉛とアルミニウムの混合物を用いた場合にも同様の効果を得た。
【００２９】
また、本発明の実施の形態１では第１の金属蒸着電極１と第２の金属蒸着電極２は別々のフィルム３、４上に設けたが、金属蒸着電極１と２は同じ誘電体フィルムの裏表に設け、未蒸着の誘電体フィルムと重ねて積層、巻回しても良い。
【００３０】
また、本発明の実施の形態ではエポキシ樹脂でモールドした乾式小判型コンデンサの例を説明したが、絶縁油やワックスで含浸された湿式コンデンサでも同様の効果が得られる。またコンデンサの形状は丸型でもよい。
【００３１】
さらに、電極容量形成部１ｂ上に分割スリット９を設けて分割する場合の例を説明したが、金属化フィルムを積層してなる積層型コンデンサのように金属化フィルム１枚１枚が分離されている場合には、分割スリットは無くても良い。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、メタリコン電極と接続する電極引出し部に沿って伸びる蒸着金属の無いスリットと、前記スリットを区分するヒューズ部を有する第１の金属蒸着電極と、前記スリットを有しない第２の金属蒸着電極とを備え、前記第１の金属蒸着電極の電極引出し部の厚みを、前記第２の金属蒸着電極の電極引出し部の厚みよりも厚くすることにより、自己保安機能を有し、しかも電流通電時に発熱が少ない良好な金属化フィルムコンデンサを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における金属化フィルムコンデンサの断面図
【図２】本発明の実施の形態１における金属化フィルムの鳥瞰図
【図３】本発明の実施の形態２における金属化フィルムの鳥瞰図
【図４】従来技術における金属化フィルムコンデンサの断面図
【図５】従来技術における金属化フィルムの鳥瞰図
【符号の説明】
１、２１    第１の金属蒸着電極
１ａ、２１ａ  第１の電極引出し部
１ｂ、２７ｂ  第１の電極容量形成部
２、２７    第２の蒸着電極
２ａ、２７ａ  第２の電極引出し部
３、４  誘電体フィルム
３ａ、４ａ    マージン
５、６    メタリコン電極
７    スリット
８    ヒューズ部
９、２５    分割スリット
２４    第１のヒューズ部
２６    第２のヒューズ部
【図１】
2004186641.tif 000004
【図２】
2004186641.tif 000005
【図３】
2004186641.tif 000006
【図４】
2004186641.tif 000007
【図５】
2004186641.tif 000008