(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリエチレンテレフタレートフィルムまたはポリプロピレンフィルムの両面に金属蒸着膜が設けられたフィルムと、表面に金属蒸着膜が設けられていないポリプロピレンフィルムとを巻回した後、巻回した両端面からメタリコン部を介して電極を引き出すコンデンサ素子を複数個外装ケース内に収納した構造を有するコンデンサであって、
前記金属蒸着膜が設けられたフィルムは、表面の中心線平均粗さが０．５〜１．５μｍであり、
前記メタリコン部を構成するメタリコン金属と接触する近傍部分の前記金属蒸着膜の抵抗値が２．０〜１０．０Ω／□であり、
前記近傍部分以外の静電容量寄与部分における前記金属蒸着膜の抵抗値が５．０〜２０．０Ω／□であり、
前記金属蒸着膜が設けられていないポリプロピレンフィルムは、１２０±１℃で１５分間加熱処理した後の幅方向の熱収縮率が０．５〜２．０％であり、
該金属蒸着膜が設けられていないポリプロピレンフィルムの少なくとも片面の中心線平均粗さが１．０〜３．０μｍであり、
前記コンデンサ素子が絶縁油に含浸されて前記外装ケース内に収納されていることを特徴とする高電圧金属蒸着電極油入式コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリエチレンテレフタレートフィルム（以下、ＰＥＴフィルムという）またはポリプロピレンフィルム（以下、ＰＰフィルムという）の両面に金属蒸着膜が設けられたフィルムと、表面に金属蒸着膜が設けられていないＰＰフィルムとを共に巻回して形成されたコンデンサ素子に、絶縁油が含浸された高電圧金属蒸着電極油入式コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
油入式コンデンサとしては、一般的に金属化フィルムを巻回した金属化フィルムコンデンサ（特許文献１）や、図４に示される、両面金属化紙電極とＰＰフィルムを巻回した金属化紙電極コンデンサ（特許文献２）がある。
これらのコンデンサはいずれも電極として蒸着電極を、誘電体としてプラスチックフィルムを用いたものであり、直列蒸着電極を採用し、素子を直列結線して高電圧コンデンサとしていた。
【０００３】
【特許文献１】実開昭５１−１２８２３３号公報
【特許文献２】特開昭５２−０６２６５０号公報
【０００４】
しかしながら、上記の金属化フィルムコンデンサは、絶縁油の含浸性が悪いために部分放電開始電圧が低く、通電時の容量減少等特性変化が大きく、信頼性に欠けるという問題を有していた。
また、上記の金属化紙電極コンデンサは金属化紙電極を用いているために絶縁油の含浸性は良いが、上記金属化紙電極の表面突起が影響してｔａｎδが高く、特性の安定性に欠けるという問題を有していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述の従来の油入式コンデンサにおける問題点を解決し、含浸性の向上および、ｔａｎδの安定化を図り、部分放電開始電圧が安定し、かつ、安定した耐用性を有する高電圧金属蒸着電極油入式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】
【０００６】
上記課題を解決可能な本発明の高電圧金属蒸着電極油入式コンデンサは、ＰＥＴフィルムまたはＰＰフィルムの両面に金属蒸着膜が設けられたフィルムと、表面に金属蒸着膜が設けられていないＰＰフィルムとを巻回した後、巻回した両端面からメタリコン部を介して電極を引き出すコンデンサ素子を複数個外装ケース内に収納した構造を有するコンデンサであって、
前記金属蒸着膜が設けられたフィルムは、表面の中心線平均粗さが０．５〜１．５μｍであり、前記メタリコン部を構成するメタリコン金属と接触する近傍部分の前記金属蒸着膜の抵抗値が２．０〜１０．０Ω／□であり、前記近傍部分以外の静電容量寄与部分における前記金属蒸着膜の抵抗値が５．０〜２０．０Ω／□であり、前記金属蒸着膜が設けられていないＰＰフィルムは、１２０±１℃で１５分間加熱処理した後の幅方向の熱収縮率が０．５〜２．０％であり、該ＰＰフィルムの少なくとも片面の中心線平均粗さが１．０〜３．０μｍであり、前記コンデンサ素子が絶縁油に含浸されて前記外装ケース内に収納されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、ＰＥＴフィルムまたはＰＰフィルムの両面を適度に粗面化して、金属蒸着膜を設けることにより、含浸性の向上とｔａｎδの安定化を達成でき、また、金属蒸着膜が設けられていないＰＰフィルムの幅方向の熱収縮率と表面粗さを規定することにより部分放電開始電圧の安定化を図ることができ、蒸着膜抵抗値を前記のように規定することにより耐用性の安定化を図ることができる。
以上のことから、高品質で特性の安定した高電圧金属蒸着電極油入式コンデンサの生産が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の高電圧金属蒸着電極油入式コンデンサにおける最良の形態について、図１〜３に基づき説明する。
図１は、本発明の高電圧金属蒸着電極油入式コンデンサにおける電極および誘電体の構成を示す図であり、図２は、コンデンサ素子を示す図であり、図３は、コンデンサ素子が外装ケース内に収納された本発明の高電圧蒸着電極油入式コンデンサの構造を示す図である。
【０００９】
本発明の高電圧金属蒸着電極油入式コンデンサにおけるコンデンサ素子は、図１に示されるような、両面が粗面化されたＰＥＴフィルムまたはＰＰフィルムの両面に金属（一般的にはアルミニウム）を蒸着して金属蒸着膜２が設けられた両面蒸着電極３と、金属蒸着膜が設けられておらず、少なくとも片面が粗面化されたＰＰフィルム４とが重なり合った状態で巻回されることにより形成されている。
そして、本発明においては、上記コンデンサ素子を構成するＰＥＴフィルム１の表面の平均粗さが０．５〜１．５μｍで、メタリコン部を構成しているメタリコン金属と接触する近傍部分の金属蒸着膜２の抵抗値が２．０〜１０．０Ω／□、当該近傍部分以外の静電容量に寄与する部分における金属蒸着膜２の抵抗値が５．０〜２０．０Ω／□となるように、メタリコン部近傍部分の金属蒸着膜の厚さを厚くし、該近傍部分以外の金属蒸着膜の厚さを薄くしている。
そして、金属蒸着膜が設けられていないＰＰフィルム４は、１２０±１℃で１５分間加熱処理した後の幅方向の熱収縮率（ＪＩＳ  Ｃ  ２３３０に従って測定）が０．５〜２．０％で、該ＰＰフィルムの少なくとも片面の平均粗さが１．０〜３．０μｍである。
なお、本願明細書において使用されている「平均粗さ」とは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１に基づき測定された中心線平均粗さ（Ｒａ）をいい、「静電容量寄与部分における金属蒸着膜の抵抗値」とは、上記コンデンサ素子を構成するＰＥＴフィルム１のメタリコン部近傍以外の、静電容量に寄与する部分１６（図５）上の金属蒸着膜の抵抗値をいい、「メタリコン金属と接触する近傍部分の金属蒸着膜の抵抗値」とは、上記コンデンサ素子を構成するＰＥＴフィルム１のメタリコン部近傍の、厚肉部分１７（図５）の金属蒸着膜の抵抗値をいう。そして、本発明では、上記ＰＥＴフィルムに代えて、ＰＰフィルムも利用することができる。
【００１０】
更に、本発明にあっては、表裏両面に金属蒸着膜が設けられた上記ＰＥＴフィルムまたはＰＰフィルムと、少なくとも片面が粗面化された、金属蒸着膜が設けられていないＰＰフィルムとが重なり合った状態で巻回されて形成されたコンデンサ素子の両端面に、図２に示されるように、メタリコン金属を溶射してメタリコン部５が形成され、このメタリコン部５に引出電極７が接続されてコンデンサ素子６が形成されている。
【００１１】
図３に示されるように、本発明の高電圧金属蒸着電極油入式コンデンサは、図２のコンデンサ素子を複数個締め付け固定してコンデンサユニット８とし、各コンデンサ素子の引出電極７を各々リード線１１に接続した後、外装ケース９内に収納して、外部端子１０にリード線１１で接続して高温真空乾燥した後、高温下で絶縁油１２を含浸し、外装ケース９を密封することにより製造される。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００１２】
〔実施例1-1、1-5、1-9、比較例1-1、1-6〕ＰＥＴフィルム表面粗さの比較
図１に示される電極および誘電体構成にて、厚さ９μｍ、幅３１０ｍｍ、平均粗さが０．２５、０．５、１．０、１．５、２．０μｍの５種類の表面粗面化ＰＥＴフィルム１（以下の表１参照）それぞれについて、静電容量寄与部分の蒸着膜抵抗値１０．０Ω／□、メタリコン金属と接触する近傍部分の蒸着膜抵抗値５．０Ω／□とした蒸着金属２を蒸着して両面蒸着ＰＥＴ電極３を得た。
上記両面蒸着ＰＥＴ電極３と、厚さ２０μｍ、幅３００ｍｍ、１２０℃での幅方向の熱収縮率が１．５％、平均粗さが１．５μｍの金属蒸着膜が設けられていない粗面ＰＰフィルム４とを重なり合った状態で巻回して巻回素子を形成した。
この巻回素子の両端面にメタリコン金属を溶射してメタリコン部５を形成し、このメタリコン部５に引出電極７を接続することによって、図２に示されるコンデンサ素子６を得、このコンデンサ素子６を複数個締め付け固定してコンデンサユニット８とし、外装ケース９内に収納して外部端子１０とリード線１１で結線して高温真空乾燥した後、高温下で絶縁油１２を含浸し、密封して本発明の高電圧蒸着電極油入式コンデンサとした。
上記コンデンサの静電容量は３０μＦで、各５個作製した。
【００１３】
（比較例2-1）ＰＰフィルムと金属化紙との比較
図４に示される電極および誘電体構成にて、厚さ９μｍ、幅３１０ｍｍ、平均粗さ２．５μｍのコンデンサ紙１３に蒸着金属２を蒸着して得られた両面蒸着電極紙１４と、金属蒸着膜が設けられていないＰＰフィルム１５（厚さ２２μｍ、平均粗さ０．２、１．５μｍ、熱収縮率１．５％）とを重なり合った状態で巻回して巻回素子を形成した。
この巻回素子の両端面にメタリコン金属を溶射してメタリコン部５を形成し、このメタリコン部５に引出電極７を接続することによって、図２に示されるコンデンサ素子６を得、このコンデンサ素子６を複数個締め付け固定してコンデンサユニット８とし、外装ケース９内に収納して外部端子１０と内部引出端子１１で結線して高温真空乾燥した後、高温下で絶縁油１２を含浸し、密封して高電圧蒸着電極油入式コンデンサ（従来品）を得た。
ここで、コンデンサの静電容量は３０μＦで、各５個作製した。
【００１４】
試験条件として、２０℃定格電圧のｔａｎδ、２０℃定格電圧×２倍、１分の耐電圧試験を行った後、部分放電開始電圧およびＡＣ破壊電圧を測定した。
この試験結果を、以下の表１に示す。なお、総合評価における良否の判定基準は、ｔａｎδ値０．０５％以下、部分放電開始電圧（定格電圧に対する倍率）：１．５以上、およびＡＣ破壊電圧（定格電圧に対する倍率）：３．０以上、素子巻取評価「○」の条件を全て満足する場合は「○」、満足しない場合は「×」とした。
【００１５】
【表１】
0004845217.tif 000002
【００１６】
表１の試験結果から明らかなように、従来品（金属化紙電極コンデンサ）（比較例2-1）では両面蒸着電極紙の平均粗さが大きいため、ｔａｎδ値が本発明と比べて７．２〜７．７倍の高い値を示し、特性の安定性に欠ける。
これに対して、両面蒸着電極が用いられた高電圧蒸着電極油入式コンデンサの場合には、ＰＥＴフィルムの平均粗さが１．５μｍ以下では、ｔａｎδ値は安定しているが、これを超えると平均粗さが大きいために微小部分放電が多くなることにより、ｔａｎδ値が３．８〜３．９倍の高い値となるため（比較例1-6）、特性の安定性に欠ける。
【００１７】
また、２０℃での耐電圧試験後、部分放電開始電圧とＡＣ破壊電圧を測定した結果、ＰＥＴフィルムの平均粗さが０．５μｍ以上では、含浸剤量が多いため、耐電圧試験で部分放電が発生しても、この時のガスが含浸剤に吸収されるので、試験後の部分放電開始電圧、ＡＣ破壊電圧が安定している。
これに対して、ＰＥＴフィルムの平均粗さが０．５μｍ未満では、耐電圧試験時の部分放電で発生したガスが含浸剤に十分吸収されないため、部分放電時のガス吸収性が劣り、部分放電開始電圧、ＡＣ破壊電圧が低下するので、好ましくない。
【００１８】
〔実施例1-3〜1-6、比較例1-3、1-4〕ＰＰフィルムの熱収縮率比較
図１に示される、電極および誘電体構成にて、厚さ９μｍ、幅３１０ｍｍ、平均粗さが１．０μｍの粗面化ＰＥＴフィルム１に、静電容量寄与部分の蒸着膜抵抗値１０．０Ω／□、メタリコン金属と接触する近傍部分の蒸着膜抵抗値５．０Ω／□とした蒸着金属２を蒸着した両面金属化ＰＥＴフィルム３と、厚さ２０μｍ、幅３００ｍｍ、１２０℃での幅方向の熱収縮率が０．２５、０．５、１．０、１．５、２．０、２．５％、平均粗さが１．５μｍの金属蒸着膜が設けられていない粗面化ＰＰフィルム４とを重なり合った状態で巻回してコンデンサ素子を形成した。
以下、実施例1-5と同様の手順にて、コンデンサ試料を作製した。
【００１９】
上記実施例1-5と同様の試験条件にて、部分放電開始電圧およびＡＣ破壊電圧を測定し、同様の評価を行った。
その結果を表１に示す。
【００２０】
表１の試験結果から明らかなように、金属蒸着膜が設けられていない粗面化ＰＰフィルム４の熱収縮率が２．０％以下の場合、ＰＰフィルムの熱収縮率が低いために素子の収縮が少なくなり、電極とＰＰフィルム間の含浸剤量が確保されるため、耐電圧試験で部分放電により発生したガスが含浸剤に吸収され、試験後の部分放電開始電圧、ＡＣ破壊電圧が安定している。
しかし、金属蒸着膜が設けられていない粗面化ＰＰフィルム４の熱収縮率が過度に小さい場合（熱収縮率０．２５％の場合）、前記金属蒸着膜が設けられていないＰＰフィルムにかかる熱処理温度が高くなるため、前記ＰＰフィルムのスリット端面のカール現象が生じて素子巻回時に皺が発生するので、１２０℃での幅方向の熱収縮率は０．５％以上が好ましい。
【００２１】
〔実施例1-2、1-5、1-7、1-8、比較例1-2、1-5〕ＰＰフィルム平均粗さの比較
図１に示される電極および誘電体構成にて、厚さ９μｍ、幅３１０ｍｍ、平均粗さが１．０μｍの粗面化ＰＥＴフィルム１に、静電容量寄与部分の蒸着膜抵抗値１０．０Ω／□、メタリコン金属と接触する近傍部分の蒸着膜抵抗値５．０Ω／□とした蒸着金属２を蒸着した両面金属化ＰＥＴフィルム３と、厚さ２０μｍ、幅３００ｍｍ、１２０℃での幅方向の熱収縮率が１．５％、平均粗さが０．５、１．０、１．５、２．０、３．０、４．０μｍの金属蒸着膜が設けられていない粗面化ＰＰフィルム４とを、重なり合った状態で巻回してコンデンサ素子を形成した。
以下、実施例1-5と同様の手順にて、コンデンサ試料を作製した。
【００２２】
実施例1-5と同様の試験条件にて、部分放電開始電圧およびＡＣ破壊電圧を測定し、同様の評価を行った。
その結果を表１に示す。
【００２３】
表１の試験結果から明らかなように、金属蒸着膜が設けられていない粗面化ＰＰフィルム４の平均粗さが１．０〜３．０μｍの場合、電極と金属蒸着膜が設けられていないＰＰフィルム間の含浸剤量が確保されるため、耐電圧試験の部分放電により発生したガスが含浸剤に吸収され、試験後の部分放電開始電圧、ＡＣ破壊電圧は安定している。
しかし、金属蒸着膜が設けられていない粗面化ＰＰフィルム４の平均粗さが小さい場合（平均粗さが０．５μｍ）、耐電圧試験の影響で部分放電時のガス吸収性が劣り、部分放電開始電圧、ＡＣ破壊電圧が低下するので、好ましくない。
また金属蒸着膜が設けられていない粗面化ＰＰフィルムの表面粗さが３．０μｍを超えると、ＰＰフィルムの厚さばらつきが拡大されて破壊電圧が低下するので、好ましくない。
【００２４】
〔実施例1-10〜1-14、比較例1-7〜1-10〕蒸着膜抵抗値の比較
図１に示される電極および誘電体構成にて、厚さ９μｍ、幅３１０ｍｍ、平均粗さが１．０μｍの粗面化ＰＥＴフィルム１に蒸着金属２を蒸着して静電容量寄与部分の蒸着膜抵抗値を３．０、５．０、１０．０、１５．０、２０．０、２５．０Ω／□、メタリコン金属と接触する近傍部分の蒸着膜抵抗値を１．０、２．０、５．０、１０．０、１３．０Ω／□とした両面金属化ＰＥＴフィルム３と、厚さ２０μｍ、幅３００ｍｍ、１２０℃での幅方向の熱収縮率１．５％、平均粗さ１．５μｍの金属蒸着膜が設けられていない粗面化ＰＰフィルム４とを重なり合った状態で巻回してコンデンサ素子を形成した。
以下、実施例1-5と同様の手順にて、コンデンサ試料を作製した。
【００２５】
試験条件として、常温で定格電圧×１．４倍の電圧を２０００時間通電して静電容量変化率とｔａｎδ値の変化を測定した。
その結果を表２に示す。なお、良否の判定基準は静電容量変化率が−５%以下、ｔａｎδが０．０５％以下を満足する場合は「○」、満足しない場合は「×」とした。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
表２の試験結果から、蒸着電極のメタリコン部近傍の膜抵抗値が５．０Ω／□、静電容量寄与部の膜抵抗値が５．０〜２０．０Ω／□の場合は、２０００時間の通電試験で静電容量変化率、ｔａｎδ変化が少なく良好であるが（実施例1-5、1-11〜1-13）、静電容量寄与部の膜抵抗値が２０Ωを超えると通電時の微小部分放電の影響で蒸着端部の膜後退による静電容量減少が大きくなるので、好ましくない（比較例1-9）。
これに対して、静電容量寄与部の膜抵抗値が５．０Ω／□未満では誘電体の局部的破壊時に蒸着膜の飛散が大きくなって静電容量減少が大きくなる。
【００２８】
静電容量寄与部の膜抵抗値が１０．０Ω／□、メタリコン近傍の膜抵抗値が２．０〜１０．０Ω／□の場合は２０００時間の通電試験で静電容量変化率、ｔａｎδ変化が少なく良好であるが（実施例1-10、1-5、1-14）、メタリコン近傍の膜抵抗値が１０．０Ω／□を超えると通電時の電流でメタリコンとの接合部の接触状態が低下してｔａｎδが高くなる（比較例1-10）。
これに対して、メタリコン部近傍の膜抵抗値が２Ω／□未満では、この部分の膜厚さが厚いために蒸着時の熱の影響でフィルムの変形を起こしやすく、通電時の電流でメタリコンとの接合部の接触状態が低下してｔａｎδが高くなるので、好ましくない（比較例1-7）。
【００２９】
上記の試験結果から、本発明の高電圧金属蒸着電極油入式コンデンサでは、ＰＥＴフィルムの表面を適度に粗面化することにより、含浸性の向上とｔａｎδの安定化を達成することができ、また、金属蒸着膜が設けられていないＰＰフィルムの幅方向の熱収縮率と表面粗さを規定することにより部分放電開始電圧の安定化を図ることができ、蒸着膜抵抗値を規定することにより耐用性の安定化を図ることができることが確認された。
なお、上記実施例では、ＰＥＴフィルムの表面を粗面化することで、上記の効果が得られたが、ＰＥＴフィルムに代えてＰＰフィルムを用いても、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の高電圧金属蒸着電極油入式コンデンサにおける電極および誘電体の構成を示す図である。
【図２】本発明におけるコンデンサ素子を示す図である。
【図３】コンデンサ素子が外装ケース内に収納された本発明の高電圧蒸着電極油入式コンデンサの構造を示す図である。
【図４】前記特許文献２に記載された従来の電極および誘電体の構成を示す図である。
【図５】コンデンサ素子を構成する、両面に金属蒸着膜が設けられたＰＥＴフィルムまたはＰＰフィルム、および表面に金属蒸着膜が設けられていないＰＰフィルムの断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  粗面化ＰＥＴフィルム
２  金属蒸着膜
３  両面蒸着電極
４  粗面化ＰＰフィルム
５  メタリコン部
６  コンデンサ素子
７  引出電極
８  コンデンサユニット
９  外装ケース
１０  外部端子
１１  リード線
１２  絶縁油
１３  コンデンサ紙
１４  両面蒸着電極紙
１５  ＰＰフィルム
１６  静電容量に寄与する部分
１７  厚肉部
【図１】
0004845217.tif 000004
【図２】
0004845217.tif 000005
【図３】
0004845217.tif 000006
【図４】
0004845217.tif 000007
【図５】
0004845217.tif 000008