(57)【要約】【課題】従来のコンデンサでは、大電流を流すためには、コンデンサ自身の温度上昇による制約があり小形化の要望に応えるためには限界がある。また、電圧の違いにより多くの種類のフィルムの厚さを用意する必要があるという課題。【解決手段】蒸着面同士を重ね合わせる構造で、大電流に耐え、フィルムを重ねて巻き取ることにより、高い電圧に耐え、違う厚みのフィルムを重ねることで、限られたフィルムの厚みの種類でも、組み合わせにより多く電圧に対応できる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチックフィルムに、フィルム幅方向の片側端部に設けた非蒸着部が表裏でフィルム幅方向の反対側になるように両面に金属蒸着した金属化フィルムを、前記非蒸着部が同じ側になるように向き合わせて２枚重ねて１対とし、前記１対とした金属化フィルムを巻回して成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】
プラスチックフィルムに、フィルム幅方向の片側端部に非蒸着部を設けて片面に金属蒸着した金属化フィルムを、前記非蒸着部が同じ側になるように金属蒸着面どうしを向き合わせて２枚重ねて１対とし、前記１対とした金属化フィルムを、前記非蒸着部が幅方向で反対側になるように２対重ねて４枚１組とした金属化フィルムを巻回して成ることを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
【請求項３】
プラスチックフィルムに金属蒸着した金属化フィルムを複数枚重ねて巻回してなる金属化フィルムコンデンサであって、前記複数枚重ねた金属化フィルムは、フィルム幅方向の片側端部に非蒸着部を設けて金属蒸着した金属化フィルムを、前記非蒸着部がフィルム幅方向で反対側になるように２枚配置し、前記２枚の金属化フィルムの間に、フィルム幅方向の両側端部に非蒸着部を設けて金属蒸着した金属化フィルムを有する金属化フィルムコンデンサ。
【請求項４】
プラスチックフィルムに金属蒸着した金属化フィルムを複数枚重ねて巻回してなる金属化フィルムコンデンサであって、前記複数枚重ねた金属化フィルムは、表面はフィルム幅方向の片側端部、裏面は両側端部に非蒸着部を設けて金属蒸着した両面金属化フィルムを有する金属化フィルムコンデンサ。
【請求項５】
プラスチックフィルムに金属蒸着した金属化フィルムを複数枚重ねて巻回してなる金属化フィルムコンデンサであって、前記複数枚重ねた金属化フィルムのうち少なくとも２枚の金属化フィルムがフィルム幅方向の両側端部に非蒸着部を設けたものであり、その面を向き合わせるようにして配した金属化フィルムコンデンサ。
【請求項６】
蒸着フィルムは少なくとも２種類の異なる厚みの構成で成ることを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項７】
蒸着フィルムの材質がポリプロピレンフィルムであることを特徴とする請求項１から５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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワーエレクトロニクスの中の、特にインバータ用に用いられるフィルムコンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フィルムコンデンサにおいても小形化、高性能化、低コスト化のための開発が盛んに行われている。
【０００３】
その中で、インバータ用に用いられるフィルムコンデンサについても市場の要望に応えるべく、積極的な開発が進められている。
【０００４】
これらパワーエレクトロニクスの中の、特にインバータに用いられるフィルムコンデンサは、比較的電圧も高く、大電流を流す必要がある。特に大型無停電電源装置に用いる大容量トランジスタを保護するスナバ回路用コンデンサは、使用周囲温度が高く、大電流が流れる過酷な条件で使用されるにもかかわらず、高い信頼性、安全性が要求されるコンデンサである。
【０００５】
なお、これらのインバータ用コンデンサは、日本電機工業会規格ＪＥＭ１４１９電力用半導体変換装置用コンデンサ、日本工業規格ＪＩＳ　Ｃ　４９０８　電気機器用コンデンサに規定される範ちゅうのコンデンサである。
【０００６】
金属化フィルムコンデンサは、図７に示すように、金属蒸着部１０２と金属蒸着しないマージン部１０３を有する金属化フィルムを巻回してコンデンサ素子１０５としたあと、金属照射した金属溶射部１０４からリード線１０６を引出し、容器（図示せず）に収納する構造となっている。図８は、従来のコンデンサを示すもので、片面蒸着した２枚の金属フィルムを重ねて巻回したコンデンサ素子１０５の断面を表す図であり、２枚の蒸着フィルムは、蒸着金属が付着していないマージン部１０３はそれぞれフィルム幅方向の反対の端面に位置するように巻回している。
【０００７】
また、フィルムコンデンサに用いられるフィルムの種類は、ポリプロピレンフィルム、ポリエステルフィルムなど有機樹脂フィルムが主流であり、使用温度が高くなると、絶縁耐力は低下し信頼性も低下する。インバータ用コンデンサは大電流を流すため、コンデンサ自身の温度上昇も少なくなく、高温下で使用されるコンデンサの内部温度は他の用途のコンデンサに比べ高くなっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
これらインバータ用コンデンサは、コンデンサに流れる実効電流が大きいため、コンデンサ自身の温度上昇が高く、信頼性を確保するためには、必要以上に誘電体の厚みを上げたり、並列に接続して電流を分散させて使用するなどの方法を用いていた。
【０００９】
また、コンデンサに印加される電圧の高いものについては、直列に接続して電圧を分担させて使用するなどの方法を用いていた。
【００１０】
コンデンサ自身の温度上昇を低くするためには、蒸着膜の抵抗値を低くする方法が考えられるが、蒸着機の性能、自己回復性の性能の低下などの問題もあり一定の限度があった。
【００１１】
また、産業用の用途に使用されるインバータは、高い電圧で用いられるものが多く、電圧の種類が多く、品種が多い割には生産が少ないという特徴があり、コンデンサの材料であるフィルムは、厚さ、幅の種類を多く用意しなければならず非効率であるという製造上の課題もあった。
【００１２】
また、フィルムコンデンサの耐電圧を高くするために、フィルムの厚さを大きくしても電極端部からの微少放電により、耐電圧がフィルムの厚さに比例せず飽和するため、使用する電圧によっては、コンデンサを直列接続する必要があった。ところがコンデンサを直列に接続して使用すると、コンデンサの内部インダクタンス、インピーダンスが高くなり、満足な特性が得られなかったり、発熱が大きくなったりする問題があった。
【００１３】
本発明は上記課題を解決するもので、小形で温度上昇の低いコンデンサを提供すること、直列接続せず高い電圧で用いることのできるコンデンサを提供すること、および少ない種類の材料で、多くの品種を製作することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記する従来の問題点を解決することを目的とし、プラスチックフィルムの両面に金属を蒸着し、フィルムの幅方向の端部にマージン部を有し、そのマージン部は、表面と裏面が違う側に位置する両面蒸着フィルムを２組用意し、それぞれのマージン部が接触する向きに巻回して成る構成としたものである。また、本発明においては、片側にマージン部を持つ２枚の蒸着フィルムを、蒸着面が向き合い、マージン部が同じ側に接触するように組み合わせたフィルムと、組み合わせたマージン部が、反対の巻き取り端面に位置するように配置し、蒸着面が向き合うように組み合わせた合計４枚の蒸着フィルムを巻回して成る構成とした。さらに、相対する片側にマージン部を持つ２枚の蒸着フィルムの間に、マージン部を両側に持つ蒸着フィルムが入って成る構成とした。さらに、本発明は、片側にマージン部を持つ蒸着フィルムは、少なくとも２枚が裏側に両側にマージン部を持つ金属蒸着されている両面蒸着フィルムであり、引き出し端子の無い中間電極を形成するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。なお、コンデンサ素子の断面を示す図では、理解のために、電極間、フィルム−電極間、およびフィルム間は隙間を空けて表示しているが、実際には、隙間なく密着している。また、図では、巻回するフィルムの枚数分の断面を示しているが、同様の断面形状のものが、図上の上下に続いている。
【００１６】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について、図１、図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態におけるコンデンサ素子の断面図、図２は斜視図を示す。
【００１７】
図１および図２において、１はプラスチックフィルム、２はプラスチックフィルム１に蒸着する蒸着電極２、３は金属蒸着しないマージン部４は、金属蒸着したフィルムを巻回後、フィルム幅方向の両端に金属溶射した金属溶射部を示す。
【００１８】
このコンデンサの特徴は、２枚の両面蒸着フィルムを１組として巻回するもので、１枚の金属蒸着フィルムは、フィルム幅方向の片側端面にマージン部３を有するようにプラスチックフィルム１の両面に金属を蒸着している。このとき、マージン部３は、金属蒸着した一方の面では右側に、他方の面では左側にというようにフィルム幅方向で反対側の位置になるように設ける。そして、このような両面蒸着フィルムを２枚用意し、マージン部３が同じ側になるように蒸着電極面を向かい合わせ、重ねて巻回する。
【００１９】
このようにして巻回することで、蒸着電極の厚みは従来例で示した図８のコンデンサと比較して２倍となり、コンデンサの内部抵抗は二分の一となる。コンデンサの内部抵抗による発熱量は、内部抵抗値に比例するから、内部発熱は二分の一、即ちコンデンサの温度上昇は従来の二分の一になる。
【００２０】
また、従来のコンデンサは、蒸着電極間にフィルムとフィルムの空間部を有していたが、本発明のコンデンサには、フィルムの両面に直接異極の電極が蒸着されているため、空間部は無く、乾式コンデンサの欠点である微少放電の発生も少ないという特徴がある。
【００２１】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態２におけるコンデンサ素子の断面図を示したものであり、図中の符号については、実施の形態１で示したのと同一のものには同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２２】
本実施の形態では、フィルム１の片面に、フィルム方向の片側端部にマージン部３を設けて金属蒸着した蒸着電極２を形成した片面蒸着フィルム２枚を、蒸着面を向かい合わせ、マージン部が同じ側に位置するように組み合わせて一対とし、さらに同一の構成をしたもう一対の片面蒸着フィルム２枚を、マージン部を反対側の端面に位置するように配置し、２対重ねて合計４枚の蒸着フィルムを巻回し、巻回したフィルム幅方向の両端に金属溶射して金属照射部４を設けてコンデンサ素子としている。
【００２３】
このような構成とすることで、蒸着電極の厚みは実施の形態１と同様２倍となり、コンデンサの温度上昇は従来の二分の一になる。
【００２４】
なお、本実施の形態１との違いは、コンデンサの電極間が２枚のフィルムの直列構成となっていることである。なお、図３では、断面の一部を示しているが、同一の配置がすべての巻回した層でなされている。
【００２５】
このように、本実施の形態のコンデンサ素子は、電極間に２枚分のフィルムを直列に接続した構成であるため、高い電圧で使用する場合、薄いフィルムの組み合わせで対応できる。そして、組み合わせたフィルムの厚さが同じであれば、厚みの違いやフィルムの種類の違いは問われない。従って、本実施の形態は、少ないフィルムの厚みの種類で多くの電圧に対応することにも効果を奏するものである。
【００２６】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態３におけるコンデンサ素子の断面図を示したものであり、図中の符号については、実施の形態１で示したのと同一のものには同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２７】
本実施の形態では、フィルム１の片面に、片側にマージン部３を設けて金属蒸着して蒸着電極２とした片面蒸着フィルム１枚と、両側にマージン部３を設けてフィルム１の片面に金属蒸着した片面蒸着フィルム１枚の合計２枚を、非蒸着面と蒸着面を向き合わせて１対とする。さらに同一の構成をしたもう１対の片面蒸着フィルム２枚と組み合わせ、２対合計４枚の金属フィルムを１組とした金属蒸着フィルムを巻回する。このとき、２対の金属フィルムは、非蒸着面と蒸着面を向き合わせるとともに、４枚の蒸着フィルムのうち外側にある２枚の蒸着フィルムは、互いに片側にあるマージン部がフィルム幅方向で反対の位置にくるように配置した状態で巻回する。
【００２８】
さらに、巻回した金属フィルムに、フィルム幅方向の両端に金属溶射して金属照射部４を設けてコンデンサ素子とした。
【００２９】
すなわち、本実施の形態によるコンデンサは、フィルム幅方向の片側端部にマージン部を設けて金属蒸着した金属化フィルムを、フィルム幅方向に対峙させてマージン部が反対側になるように２枚配置し、その２枚の金属フィルムの間に、フィルム幅方向の両側端部にマージン部を設けて金属蒸着した金属化フィルムが入ったものである。
【００３０】
このようにして作成したコンデンサ素子は、２枚の片面蒸着フィルムの間に、マージン部を両側に持つ片面蒸着フィルムが入って成る構造で、蒸着電極の厚みは従来と同様であり、コンデンサの温度上昇の改善にはならないが、マージン部を両側に持つ蒸着部分が中間電極となり、微少放電の開始電圧を高くする効果がある。即ち、フィルム１枚のコンデンサを直列に接続したのと同様の効果が得られるため、耐電圧が飽和せず、高い電圧で使用することができる。
【００３１】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４について、図５を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態４におけるコンデンサ素子の断面図を示したものであり、図中の符号については、実施の形態１で示したのと同一のものには同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３２】
本実施の形態では、フィルム１の片面に、片側にマージン部３を設けて金属蒸着して蒸着電極２とした片面蒸着フィルム１枚と、フィルム１の片面は両側にマージン部３を設けて金属蒸着し、反対側の片面には片側にマージン部３を設けて金属蒸着した両面蒸着フィルム１枚の合計２枚を、片面蒸着フィルムの非蒸着面と両面蒸着フィルムの両側にマージン部３を設けた蒸着面を向き合わせて１対とする。このとき、片面蒸着フィルムのマージン部３と、両面蒸着フィルムの片側にマージン部３を設けた蒸着面のマージン部３をフィルム幅方向の反対側に位置するように配置する。そして、この１対のフィルム２枚と、同一の構成をしたもう１対の片面蒸着フィルム２枚を組み合わせ、２対合計４枚の金属フィルムを１組とした金属蒸着フィルムを巻回する。このとき、２組の金属フィルムは、片側にマージン部を持つ両面蒸着フィルムの蒸着面と、片面蒸着フィルムの蒸着面とを向き合わせるとともに、向き合った両方の面にあるマージン部３をフィルム幅方向の同じ側に配置されるようにする。
【００３３】
さらに、巻回したフィルムで、幅方向の両端に金属溶射して金属照射部４を設けてコンデンサ素子とした。
【００３４】
すなわち、本実施の形態によるコンデンサは、複数枚重ねた金属化フィルムのうち少なくとも２枚は、表面はフィルム幅方向の片側端部、裏面は両側端部にマージン部を設けて金属蒸着した両面金属フィルムである。
【００３５】
本実施の形態は、実施の形態３の電極取り出し部分の蒸着電極の厚みが２倍となるよう両面蒸着フィルムを使用したものである。したがって蒸着電極の厚みは従来例で示した図８のコンデンサと比較して２倍となり、コンデンサの内部抵抗は二分の一となる。コンデンサの内部抵抗による発熱量は、内部抵抗値に比例するから、内部発熱は二分の一、即ちコンデンサの温度上昇は従来の二分の一になる。
【００３６】
また、本実施の形態では、両側にマージン部を持つ中間電極部を設けた。この中間電極部には電流が流れず、微少放電の開始電圧を高くする効果がある。
【００３７】
微小放電は、金属蒸着部の電極エッジ部から発生する。これは、電極エッジ部に電気力線が集中し、電位傾度が高くなるためである、そして、この電極エッジ部分と対極する電極部との間に中間電極部を設けることにより、微小放電をしにくくし、微少放電の開始電圧を高くすることができる。ここで、もし、中間電極を設けていても、中間電極の位置がずれ、電極エッジ部のすぐ近傍に来なければ、中間電極の効果がなくなる。
【００３８】
本実施の形態では、金属蒸着時に表面、裏面のマージン位置を確定できるため、蒸着原反を巻き取り幅にスリッタする場合や、巻き取り時に発生するズレによって、中間電極の効果がなくなる心配はない。
【００３９】
さらに図６は本実施の形態をさらに発展させ、４枚の両面蒸着フィルムを使用し、電極取り出し部分の蒸着電極の厚みと中間電極の厚みを実施の形態３に比べ共に２倍にしたものである。
【００４０】
このような形態にすることにより、コンデンサの内部発熱を抑え、微小放電を抑えることができる。すなわち、蒸着時に表面、裏面のマージン位置を確定できるため、電極エッジ部に確実に中間電極を持ってくることができ、蒸着原反を巻き取り幅にスリッタする場合や、巻き取り時に発生するズレによって、中間電極の効果がなくなる心配がない。
【００４１】
このように、温度上昇値の低減、広範な電圧に少ない種類のフィルムの厚みで対応できることは、図５の場合と同じであり、小形のコンデンサを提供できるものである。
【００４２】
なお、図６には示していないが、本発明によれば、蒸着フィルムの構成は、２枚、４枚に止まることなく、６枚、８枚、１０枚等、多数の重ね巻が可能であることは用意に推測できる。この場合の中間電極は、マージン幅を少しづつずらすか、巻き取りの重ね合わせをずらすことにより、電極エッジ部が中間電極の近傍に位置するようにし、中間電極を飛び越えて微少放電の発生が無いよう構成することが必要である。
【００４３】
以上の説明で示したように、本発明の前記構成によれば、温度上昇の小さいコンデンサ、限られた種類のフィルム厚みの組み合わせで、多くの種類の耐電圧の高いコンデンサを提供することができる。
【００４４】
以下、本実施の形態に従って作成したコンデンサの実施例について具体的に説明する。
【００４５】
（実施例１）
誘電体フィルムの厚みが９μｍで幅が３０ｍｍ、蒸着膜抵抗値が４Ωの両面蒸着金属化ポリプロピレンフィルムを用い、直径６ｍｍの巻芯に２０ｍの図１で示す構成のフィルムを巻回し、そのフィルム幅方向の両端に電極部を形成したのち、外装を施し２．２μＦの静電容量を有するフィルムコンデンサを得た。比較のため、誘電体フィルムの厚み、幅、蒸着膜抵抗値が同じで、片面にのみ蒸着した金属化ポリプロピレンフィルムを用い、図８の構成で巻き取った静電容量も同じフィルムコンデンサ素子に同じ外装を施し用意した。
【００４６】
その結果、本発明のコンデンサの内部抵抗値は３ｍΩ、従来品は６ｍΩ、１５Ａの実効電流を流した時の温度上昇値は、本発明のコンデンサが１２℃、従来品は２４℃であり、直流破壊電圧に差はなかった。
【００４７】
（実施例２）
誘電体フィルムの厚みが９μｍで幅が３０ｍｍ、蒸着膜抵抗値が４Ωの片面蒸着金属化ポリプロピレンフィルムと、誘電体フィルムの厚みが６μｍで幅が３０ｍｍ、蒸着膜抵抗値が４Ωの片面蒸着金属化ポリプロピレンフィルムとを用い、直径６ｍｍの巻芯に４５ｍの図３で示す構成のフィルムを巻回し、そのフィルム幅方向の両端に電極部を形成したのち、外装を施し３μＦの静電容量を有するフィルムコンデンサを得た。比較のため、誘電体フィルムの厚みが１５μｍで幅が３０ｍｍ、蒸着膜抵抗値が４Ωの片面蒸着金属化ポリプロピレンフィルムを用い、直径６ｍｍの巻芯に、図８の構成で４５ｍ巻回した素子を用意し、その素子部両端に電極部を形成したのち、外装を施し３μＦの静電容量を有するフィルムコンデンサを得た。
【００４８】
その結果、本発明のコンデンサの内部抵抗値は２ｍΩ、従来品は４ｍΩ、２０Ａの実効電流を流した時の温度上昇値は、本発明のコンデンサが１２℃、従来品は２４℃であり、直流破壊電圧に差はなかった。
【００４９】
（実施例３）
誘電体フィルムの厚みが９μｍで幅が３０ｍｍ、蒸着膜抵抗値が４Ωの両面蒸着金属化ポリプロピレンフィルムと、誘電体フィルムの厚みが６μｍで幅が３０ｍｍ、蒸着膜抵抗値が４Ωの片面蒸着金属化ポリプロピレンフィルムとを用い、直径６ｍｍの巻芯に図５の構成で４５ｍ巻回した素子を用意し、そのフィルム幅方向の両端に電極部を形成したのち、外装を施し３μＦの静電容量を有するフィルムコンデンサを得た。比較のため、誘電体フィルムの厚みが１８μｍで幅が３０ｍｍ、蒸着膜抵抗値が４Ωの片面両面蒸着金属化ポリプロピレンフィルムを用い、直径６ｍｍの巻芯に、図８の構成で４５ｍ巻回した素子を用意し、その素子部両端に電極部を形成したのち、外装を施し３μＦの静電容量を有するフィルムコンデンサを得た。
【００５０】
その結果、本発明のコンデンサの内部抵抗値は２ｍΩ、従来品は３．５ｍΩ、２０Ａの実効電流を流した時の温度上昇値は、本発明のコンデンサが１２℃、従来品は２１℃であり、直流破壊電圧に差はなかった。
【００５１】
（実施例４）
誘電体フィルムの厚みが９μｍで幅が３０ｍｍ、蒸着膜抵抗値が４Ωの両面蒸着金属化ポリプロピレンフィルムと、誘電体フィルムの厚みが６μｍで幅が３０ｍｍ、蒸着膜抵抗値が４Ωの両面蒸着金属化ポリプロピレンフィルムとを用い、直径６ｍｍの巻芯に図６の構成で４５ｍ巻回した素子を用意し、そのフィルム幅方向の両端に電極部を形成したのち、外装を施し３μＦの静電容量を有するフィルムコンデンサを得た。比較のため、誘電体フィルムの厚みが１８μｍで幅が３０ｍｍ、蒸着膜抵抗値が４Ωの片面両面蒸着金属化ポリプロピレンフィルムを用い、直径６ｍｍの巻芯に、図８の構成で４５ｍ巻回した素子を用意し、その素子部両端に電極部を形成したのち、外装を施し３μＦの静電容量を有するフィルムコンデンサを得た。
【００５２】
その結果、本発明のコンデンサの内部抵抗値は２ｍΩ、従来品は３．５ｍΩ、２０Ａの実効電流を流した時の温度上昇値は、本発明のコンデンサが１２℃、従来品は２１℃であり、直流破壊電圧に差はなかった。
【００５３】
試験結果から明らかなように、本発明品は従来品に比較して温度上昇値が低直流破壊電圧は従来と同じレベルを確保している。中間電極を有するものについては、従来例より薄いフィルム厚で、同じ破壊電圧を確保していた。
【００５４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば従来の外観形状を大きく変えることなく、温度上昇値を大幅に低減したコンデンサを享受することが出来る。また、少ない厚みの種類で広範な電圧に対応できるので産業上きわめて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１のコンデンサ素子断面図
【図２】本発明のコンデンサ素子の斜視図
【図３】本発明の第２のコンデンサ素子断面図
【図４】本発明の第３のコンデンサ素子断面図
【図５】本発明の第４のコンデンサ素子構成断面図
【図６】本発明の第５のコンデンサ素子断面図
【図７】従来のコンデンサ素子の斜視図
【図８】従来のコンデンサ素子断面図
【符号の説明】
１　　プラスチックフィルム
２　　蒸着電極
３　　マージン部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004087653.tif 000007
【図６】
2004087653.tif 000008
【図７】
2004087653.tif 000009
【図８】
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